JPH09155692A - スピンドル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高速回転体の複数点での温度等の測定をテレメ
ータシステムを利用して高速に行うスピンドル装置にお
いて、ノイズの影響を受け難く、装置の構造が簡単であ
るものを提供する。 【解決手段】回転軸２の先端に測定データ送信用の光テ
レメータ７を取付け、これと離れて向かい合う位置に測
定データ受信用の光テレメータ８を固定した。回転軸２
の軸方向における複数点に熱電対６ａを配置し、その配
線６を光テレメータ７に接続した。複数の熱電対６ａに
よる複数の測定データは、光テレメータ７の送信用発光
ダイオードから光テレメータ８の受信用フォトダイオー
ドに向けて、高速でディジタル・シリアル伝送される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マシニングセンタ
ーやＮＣ旋盤などの工作機械に使用されるスピンドル装
置であって、高速回転中の回転体内部の複数点における
温度の測定等が正確に行われる装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】工作機械用のスピンドルの温度や振動お
よび予圧を測定する従来の方法としては、軸受外輪やハ
ウジングなどの回転しない部分にセンサを取り付けるこ
とが一般的であるが、スリップリングやＦＭテレメータ
システムを利用して、回転中の軸の温度等を直接測定す
る方法もある。また、特公平４−８８４０号公報には、
アナログ伝送される光信号を送受信する光テレメータに
ついて開示してあり、送信機が高速回転する回転体に取
り付けられている場合に生じる振幅変調成分（ノイズ）
の発生を軽減して、高速回転体の温度等の計測を精度良
く行う方法が提案されている。この方法では、一つの測
定データについて同一の変調信号を複数個並列に送信
し、これを並列に受信して加算することにより、振幅変
調成分（ノイズ）の発生を軽減している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来技術において、スリップリングを利用する方法では、
リングとブラシとの間の接触抵抗によってノイズが発生
しやすいこと、および高速回転すると接触部の発熱が生
じるため回転速度が高いと測定不能となること等の問題
点がある。また、ＦＭテレメータシステムを利用する方
法では、装置が大型になってコストも高く、他の電波の
影響を受けやすいという問題がある。

【０００４】また、光テレメータを使用する前記方法で
は、一つの測定データに対して多数の発光素子および受
光素子が必要となり、装置の構造が複雑になってコスト
も高くなるという問題がある。さらに、測定点が多数あ
るとこれらの問題点は増大することになる。本発明は、
このような従来技術の問題点を解決することを課題とす
るものであり、高速回転体の複数点での温度等の測定を
テレメータシステムを利用して行うスピンドル装置にお
いて、ノイズの影響を受け難く、しかも装置の構造が簡
単でコストの低い装置を提供する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のスピンドル装置は、回転体に配設された複
数のセンサと、当該センサに接続され、且つ前記回転体
に対して一体に回転するように設けられたテレメータ送
信機と、当該テレメータ送信機からの信号を受信するた
めに前記回転体近傍に固定状態で設置されたテレメータ
受信機と、を備え、前記複数のセンサによって検出され
た回転体の複数のデータを、前記テレメータ受信機側で
処理するスピンドル装置において、前記テレメータ送信
機は、前記複数のセンサからの複数のデータを光信号で
ディジタル・シリアル伝送する光テレメータ送信機であ
り、前記テレメータ受信機は、ディジタル・シリアル伝
送された光信号を受信する光テレメータ受信機であるこ
とを特徴とする。

【０００６】本発明のスピンドル装置によれば、光信号
がディジタル伝送される光テレメータ送信機および受信
機を使用しているため、アナログ伝送の場合と比べてノ
イズに強く、いかなる回転速度においても確実な送受信
がなされる。また、光テレメータシステムのクロック周
波数が２５０ｋＨｚ以上、伝送レートで５００ｋＢＰＳ
以上と高いので、高速の信号伝送ができる。

【０００７】また、複数のデータがシリアル伝送される
ため、複数データの送受信を一対の発光素子および受光
素子で行うことができる。これにより、装置をコンパク
ト化できる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。図１は、本発明のスピンドル装置の一実施形
態を示す縦断面図であり、図２は、図１のスピンドル装
置の光テレメータシステムについて説明するための概要
図である。

【０００９】このスピンドル装置はモータビルトインタ
イプのものであり、回転軸（回転体）２の外周に、回転
軸２と一体に回転するロータ３１とハウジング４側に固
定されるステータ３２とで構成されるブラシレスモータ
が組み込まれている。また、ハウジング４の軸方向両端
側を形成する端部材４１，４２と回転軸２の先端側およ
び基端側との間には、それぞれ複数個の転がり軸受５が
取り付けてある。

【００１０】そして、回転軸２には、各転がり軸受５の
内輪が接する位置とロータ３１の取付端の位置に、軸線
に直交して延びる貫通穴５１が形成されている。各貫通
穴５１の回転軸２の外周面には熱電対６ａが配置され、
その配線６は、回転軸２の中空部に配線され、回転軸２
の先端に取り付けられた光テレメータ（光テレメータ送
信機）７に接続されている。また、この光テレメータ７
と向かい合って２０ｍｍ程度（図２の距離Ｌ）離れた位
置に、この光テレメータ７と対をなす光テレメータ（光
テレメータ受信機）８が固定状態で設置されている。

【００１１】図２に示すように、回転側の光テレメータ
７は、各熱電対６ａからの複数のデータを、固定側の光
テレメータ８に向けて光信号でディジタル・シリアル伝
送するものであり、先端面に光送信用の発光ダイオード
７１と光受信用のフォトダイオード７２を備え、内部に
信号処理用の回路が形成された多層プリント基板７３と
駆動用電池７４を備えている。

【００１２】固定側の光テレメータ８は、回転側の光テ
レメータ７からの光信号を受信して、パソコン９に接続
されたＩ／Ｏインターフェース９１に向けて各熱電対６
ａの測定データを示す信号を出力するものであり、先端
面に、回転側の発光ダイオード７１からの光信号を受信
するフォトダイオード８１と、回転側のフォトダイオー
ド７２へ向けてチャンネル指定用の光信号を送信する発
光ダイオード８２を備え、内部には信号処理用の回路基
板８３を備えている。

【００１３】なお、図１に示すように、ハウジング４の
軸方向各位置にも、軸線に直交して延びる貫通穴５２お
よび端部材４２の中途部までの深さに形成された穴５２
ａが形成され、各貫通穴５２および穴５２ａ内にも前記
と同様の熱電対６１ａが配置され、その配線６１は、ハ
ウジング４の外側から別のＩ／Ｏインターフェースを介
してパソコン９に接続されている。

【００１４】図３は回転側の信号処理回路を示すブロッ
ク図であり、この回路は、アンプ７３ａ、Ａ／Ｄコンバ
ータ７３ｂ、送信回路７３ｃ、受信回路７３ｄ、および
同期クロック生成回路７３ｅで構成されている。また、
図４は固定側の信号処理回路を示すブロック図であり、
この回路は、受信回路８３ａ、送信回路８３ｂ、同期ク
ロック生成回路８３ｃ、送信クロック生成回路８３ｄ、
シフトレジスタ８３ｅ，８３ｆ、およびＩ／Ｏインター
フェース９１で構成されている。

【００１５】なお、固定側の同期クロック生成回路８３
ｃ、送信クロック生成回路８３ｄ、シフトレジスタ８３
ｅ，８３ｆ、およびＩ／Ｏインターフェース９１は一枚
のボード９２に形成してあり、このボード９２がパソコ
ン９の拡張スロット９ａに接続してある。また、シフト
レジスタ８３ｅは直列入力・並列出力タイプであり、シ
フトレジスタ８３ｆは並列入力・直列出力タイプであ
る。

【００１６】回転側の回路において、前記アンプ７３ａ
は、各熱電対６ａに発生した電圧を増幅してＡ／Ｄコン
バータ７３ｂに温度測定データとして出力する。Ａ／Ｄ
コンバータ７３ｂは、アンプ７３ａからのアナログ信号
をディジタル信号に変換するとともに、同期クロック生
成回路７３ｅにより同期をとって制御バイト（この制御
バイトは、固定側の発光ダイオード８２から光信号とし
て送信され、これをフォトダイオード７２で受信し、受
信回路７３ｄを介して同期クロック生成回路７３ｅおよ
びＡ／Ｄコンバータ７３ｂに出力される。）を読込み、
読込まれた制御バイトにより指定されたチャンネルの温
度測定データを送信回路７３ｃに出力する。

【００１７】これにより、送信回路７３ｃに接続された
発光ダイオード７１から、各熱電対６ａによる複数の温
度測定データをディジタル・シリアル信号に変換した光
が、固定側のフォトダイオード８１に向けて送信され
る。固定側の回路において、受信回路８３ａは、フォト
ダイオード８１が受信したディジタル・シリアル信号
を、同期クロック生成回路８３ｃにより同期をとりなが
らシフトレジスタ８３ｅに入力する。これにより、複数
の温度測定データを示すシリアル信号がパラレル信号に
変換されて、Ｉ／Ｏインターフェース９１を介してパソ
コン９に出力される。

【００１８】なお、回転側へ送信する制御バイトを示す
光信号は、パソコン９からＩ／Ｏインターフェース９１
を介して出力された８ビットのパラレルデータをシフト
レジスタ８３ｆに格納し、送信クロック生成回路８３ｄ
により同期をとりながらシフトレジスタ８３ｆに入力さ
れることにより、シリアルデータに変換された後、送信
回路８３ｂを介して発光ダイオード８２から送信され
る。

【００１９】また、パソコン９に入力された各熱電対６
ａの温度測定データは、例えば画面に出力して回転軸２
の軸方向における温度分布の経時変化を調べたり、回転
速度の上昇に伴う各点での温度上昇度合いの違いを調べ
たりするために使用される。あるいは、所定の制御回路
等を接続して、熱電対６ａでの測定温度が所定値以上と
なった場合や、熱電対６１ａでの（ハウジング側の）測
定温度との差が所定値以上となった場合に、回転軸１の
回転が停止されるような構造としてもよい。

【００２０】図５は別の実施形態を示す縦断面図である
が、このスピンドル装置は、図１の構造に加えて、回転
軸２の基端部側に配置された複数の転がり軸受５の内輪
間座５０にひずみゲージ６０ａを配置したものであり、
ひずみゲージ６０ａとその配線６０用の貫通穴５１ａが
回転軸２に形成され、配線６０は光テレメータ７に接続
されている。そして、このひずみゲージ６０ａからの測
定データに基づいて、例えばパソコン９のプログラムに
より予圧制御が行われるようになっている。

【００２１】このように、上記各実施形態のスピンドル
装置によれば、回転側の光テレメータ７から固定側の光
テレメータ８に向けて光信号がディジタル伝送されるた
め、ノイズに強く、回転軸２のいかなる回転速度におい
ても光信号による送受信が確実に行われるので、回転軸
２の軸方向における温度分布等の測定や当該測定値に基
づく制御が精度良く行われる。また、光テレメータシス
テムを使用していることから、クロック周波数が２５０
ｋＨｚ以上、伝送レートで５００ｋＢＰＳ以上と高いの
で、高速の信号伝達ができる。また、シリアル伝送によ
って、複数データの送受信が一対の発光ダイオード７１
およびフォトダイオード８１で行うことができるため、
テレメータシステムを小さく、安価にすることができ
る。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のスピンド
ル装置によれば、高速回転する回転体であっても、その
複数点での温度等の測定を精度良く、しかも高速で行う
ことができる。しかも、測定点が多数あっても、装置の
構造を簡単にすることができるためコストを低く抑える
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスピンドル装置の一実施形態を示す縦
断面図である。

【図２】図１のスピンドル装置の光テレメータシステム
について説明するための概要図である。

【図３】実施形態で使用した光テレメータシステムにお
ける回転側の信号処理回路を示すブロック図である。

【図４】実施形態で使用した光テレメータシステムにお
ける固定側の信号処理回路を示すブロック図である。

【図５】本発明のスピンドル装置の別の実施形態を示す
縦断面図である。

【符号の説明】

２ 回転軸（回転体） ６ａ，６１ａ熱電対（センサ） ６０ａ ひずみゲージ（センサ） ７ 光テレメータ（光テレメータ送信機） ８ 光テレメータ（光テレメータ受信機）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転体に配設された複数のセンサと、当
   該センサに接続され、且つ前記回転体に対して一体に回
   転するように設けられたテレメータ送信機と、当該テレ
   メータ送信機からの信号を受信するために前記回転体近
   傍に固定状態で設置されたテレメータ受信機と、を備
   え、前記複数のセンサによって検出された回転体の複数
   のデータを、前記テレメータ受信機側で処理するスピン
   ドル装置において、 前記テレメータ送信機は、前記複数のセンサからの複数
   のデータを光信号でディジタル・シリアル伝送する光テ
   レメータ送信機であり、前記テレメータ受信機は、ディ
   ジタル・シリアル伝送された光信号を受信する光テレメ
   ータ受信機であることを特徴とするスピンドル装置。