Machine tool, production machine or robot

本発明は、固定部品とこの固定部品に対して相対回転する部品とを備えた工作機械あるいは生産機械あるいはロボットに関する。 この工作機械は多軸機械やロータリ加工機である。 その定義に相応する生産機械は例えば飲料充填設備に存在する。

多軸機械の場合、いわゆるドラムである回転部品上に複数の主軸電動機（一般化すれば電気的負荷である）が取り付けられている。

冒頭に述べた形式の工作機械あるいは生産機械あるいはロボットにおいて常に、回転部品上における負荷に給電することが問題となる。 同時に、工作機械や生産機械において、負荷を制御するための信号が伝送されねばならない。

その分野において、通常、回転部品への給電はスリップリングを介して行われる。 そのスリップリングは機械的に摩耗し、即ち、損耗する。 無中断信号伝送の保証には技術的に手間がかかる。

国際公開第２００５／０６２４３２号パンフレットにおいて、一般的な銅製スリップリングの代わりに、液体金属合金を利用することが知られている。 そのために、固定部品およびこの固定部品に対して相対回転する部品にそれぞれ電流伝達面が形成され、その対向する両電流伝達面間に液体金属合金が封入される隙間が形成されている。 これによって、電気的な接触が得られ、同時に、固定部品に対する回転部品の機械的損失が少なく回転性が損なわれない。

また、国際公開第２００５／０６２４３２号パンフレットには、電流伝達接触装置の電気的に絶縁されている３つのユニットによる供給電流の伝達しか開示されていない。

本発明の課題は、冒頭に述べた形式の工作機械あるいは生産機械を、供給電流の伝達並びに制御信号の発生が容易に行なわれるように改良することにある。

この課題は、特許請求の範囲の請求項１に記載の工作機械あるいは生産機械あるいはロボットによって解決される。

固定部品は電気的に互いに絶縁された４つの電流伝達面を有し、また回転部品もそのような電気的に互いに絶縁された４つの電流伝達面を有し、その固定部品の４つの各電流伝達面はそれぞれ回転部品の４つの電流伝達面の１つずつに対応し、その対向する両電流伝達面間に、液体金属合金が封入される隙間が形成されている。 これによって、それぞれ１つの電流伝達接触装置が、全部で少なくとも４個の電流伝達接触装置が形成される。

これによって、２個の第１の電流伝達接触装置が回転部品における第１電気的負荷に給電するために使用され、残りの２個の第２の電流伝達接触装置が第１電気的負荷に対する制御信号を発生する第２電気的負荷に給電するために使用されることが可能となる。

この場合、使用される電圧範囲が全く異なっていると有利である。 即ち、第１電流伝達接触装置に４００〜１０００Ｖの電圧が印加され、他の第２の電流伝達接触装置に１０〜４５Ｖの電圧が印加される。 この場合、代表的な多軸機械において、電気的負荷に給電するために６００Ｖの電圧が必要とされ、制御信号を発生するために用いる２４Ｖの電圧が必要とされる場合が想定される。

好適には、必ずしも電流伝達接触装置と呼ばれないが同じ構造の第５の接触装置が接地されている。 換言すれば、機械の固定部品並びに回転部品にそれぞれ前述の電流伝達面に相応する第５の接触面が存在し、その対向する両接触面は共に液体金属合金が封入される隙間を形成し、固定部品の第５の接触面が接地されていることによって、第５の接触装置全体が接地される。 この接地接続によって、前述の電流伝達接触装置に印加された電圧が安定化される。

多軸機械の場合、通常、固定部品および回転部品はそれぞれ中空円筒状であり、その一方の部品が他方の部品を取り囲み、その取り囲まれた部品が円筒壁を有している。 一般的な銅製スリップリングを利用する場合、導体ケーブルが一般に空気が封入された中空円筒の空洞内に導かれている。 本発明の特別な観点は、４個の電流伝達接触装置の利用とは無関係に、複数の電流伝達接触面への複数の導線が他方の部品で取り囲まれた部品の円筒壁の内部（中）を導かれていることにある。 その導線を円筒壁中に案内することによって、円筒状空洞が他の目的に利用でき、例えば冷却油や圧油のような他の媒体を貫流するために利用できる。

取り囲み部品もまた、電流伝達接触面への導線がその中に案内される円筒壁を有することができる。 これは、例えばその取り囲み部品が固定部品であるとき、回転部品においても導線が円筒壁中を案内されることを意味する。 これは比較的コンパクトな構造を可能にする。

本発明の他の観点は電流伝達接触装置の形態にある。 この観点は、請求項１に記載の発明対象とは無関係であるけれど、好適には、それと同時に実施される。 その観点に応じて、一方の部品が他方の部品を取り囲み、固定部品および回転部品が円筒状である。 一方の部品の円筒壁に、電流伝達接触面を形成するために、断面Ｕ形リングが配置されている。 他方の部品の円筒壁に、電流伝達接触面を形成するために、断面Ｌ形リングが配置されている。 そして、断面Ｕ形リングの中に液体金属合金が封入され、“Ｌ”の１つの脚部が“Ｕ”の中に嵌まり込み、従って液体金属合金の中に嵌まり込むことによって、電流伝達接触装置が形成されている。 そして、“Ｌ”の嵌合脚部が“Ｕ”の両脚部に対して密封され、これによって、液体金属合金が断面Ｕ形リングから漏れることが防止される。

断面Ｌ形リングの利用によって、断面Ｕ形リングはそれ自身が固定されていない部品すなわちＬ形リングの基部までほぼ達することができる。 これによって、電流伝達接触装置の特にコンパクトな形態が得られる。

以下図を参照して本発明の有利な実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明に基づく形態の工作機械あるいは生産機械における基本構成要素を示し、即ち、固定部品１０と回転部品１２を示している。 その固定部品１０と回転部品１２は互いに異なったハッチングで区別されている（図１参照）。

固定部品は円筒壁１４付きの中空円筒状本体を有している。 回転部品も円筒壁１６付きの中空円筒状本体を有している。 固定部品１０の円筒壁１４はその円筒壁１４を互いに絶縁された２個のセグメントに分けるための絶縁リング１８を有している。 それと同様に、回転部品１２の円筒壁１６も絶縁リング２０を有している。

回転部品１２の固定部品１０に対する本来の軸受は球軸受２２、２２′によって行われている。 電流伝達のために電流伝達接触装置２４、２４′が用いられている。 この電流伝達接触装置２４、２４′はそれぞれ２個のリング２６、２６′；２８、２８′によって形成されている。 その一方のリング２６は回転部品１２の円筒壁１６に固く結合され、断面Ｕ形を有し、その“Ｕ”の片側脚部３２が円筒壁１６の内周面に接し、このため、その“Ｕ”形は横形をしている。 他方のリング２８は固定部品１０の円筒壁１４に固く結合され、断面Ｌ形を有している。 その“Ｌ”の１つの脚部３０は“Ｕ”の両脚部３２、３２′間に嵌まり込んでいる。 断面Ｌ形脚部３０の先端と断面Ｕ形リング２６との間に、液体金属合金３４が封入される隙間３４が形成されている。 液体金属合金３４が断面Ｕ形リング２６から漏出しないように、断面Ｌ形リング脚部３０と断面Ｕ形リング脚部３２、３２′との間にそれぞれパッキングワッシャ３６、３６′が存在している。

この配置構造は、回転部品１２が固定部品１０に対して回転軸線３８を中心として回転することを可能としている。 その場合確かに、軸受２２、２２′が主に軸受として作用するが、電流伝達接触装置２４、２４′も軸受として機能する。 即ち、隙間３４の内部における液体金属合金が断面Ｕ形リング２６と断面Ｌ形リング２８との相対滑り運動に役立つので、電流伝達接触装置２４、２４′は回転を阻止しない。 その場合特に、断面Ｕ形リング２６の脚部３２、３２′が断面Ｌ形リング２８の脚部３０の周りを回転する。 そして、電流伝達接触装置２４、２４′によって電流を伝達することができる。 （記号“＋”と“−”で表された）相応の電圧が導線４０、４０′を介して断面Ｌ形リング２８、２８′に印加される。 その電圧は、隙間３４内における液体金属合金を介して、回転部品１２の側にもかかり、導線４２、４２′を介して導かれる。 その印加電圧を６００Ｖとすることができる。 かかる電圧は、回転部品１２に設けられた電気的負荷に供給するために用いられ、その場合、導線４２、４２′はそれぞれ電気的負荷に接続される。 その導線４２、４２′は機械の外側における固定機器例えば配電盤に接続される。

電気的負荷に給電するほかに、電気的負荷の制御を行なうこともできる。 特に多軸機械の場合、電気的負荷としての複数の電動機が、固定部品の側から制御信号が供給される電動機制御装置を有している。 両電流伝達接触装置２４、２４′はかかる制御信号を伝送するためにも利用することができ、その印加電圧は代表的には２４Ｖである。

そして、図２は図１に応じた電流伝達装置を斜視図で示している。 この図から、中空円筒状に形成された回転部品１２′および固定部品１０′が理解できる。 図２は図１における配置構造の完成体を示している。 即ち、回転部品の円筒壁１６′は４個の絶縁リング２０′によって互いに電気絶縁された５個のセグメント４６に分けられている。 それに応じて、固定部品１０′の円筒壁１４′も４個の絶縁リング１８′によって互いに電気絶縁された５個のセグメント４８に分けられている。 そして、これらの各セグメント４８に電流伝達接触装置２４、２４′の形態をした１つの接触装置が組み込まれており、即ち、図１の２個の接触装置２４、２４′に代わって、図２における配置構造はその図では見えない内部に５個のかかる接触装置を有している。 図１に示された電流伝達接触装置２４、２４′の形態をした５個の接触装置の配置によって、二種類の電圧を印加することができ、その各電圧に対して、両者間に電圧がかかる２個のセグメントが必要とされる。 第５のセグメントは接地のために使われる。

図１の概略図では導線４０、４０′は固定部品１０の円筒状空洞内に示されているが、実際には、それらの導線は円筒壁１４中に配置されている。 これは図２で良く理解できる。 図２の回転部品１２'にあって、絶縁リング２０′で互いに分離された円筒壁１６′の各セグメント４６に対しそれぞれ１本の導体が対応しており、図２から固定部品１０′でも５本の導線４０″があることが分かる。絶縁リング２０′で互いに分離された個々のセグメント４６は、図３Ａと図３Ｂに示されているように、各セグメント毎に別個の部品にできる。図３Ａ、３Ｂにて全体を符号４４で表した構成要素は、円筒壁１６′におけるセグメント４６と円筒壁１４′におけるセグメント４８から成っていることが分かる。ここでは、構成要素４４における電流伝達接触装置は見えない。それは図１における電流伝達接触装置２４、２４′の形態で表された電流伝達接触装置である。これらの接触装置に対して、導線４０″および回転部品１２′の側における導線４２″が必要である。これに応じて部品の円筒壁に、他の４個のセグメント４６用も含め、導線４２″に対する５個のブッシング５０が設けられている。 これに対して、セグメント４８に他のセグメント４８銅線４０'を貫通するためにも５個のブッシング５２が設けられている。

導線４０″、４２″をそれぞれ図２に示す円筒壁１４′、１６′の中に組み入れることによって、固定部品１０'の円筒状空洞が完全に空いていることが保証される。 さらに円筒壁１６′の外側に導線は配置されていない。

図２の伝達装置を利用している工作機械あるいは生産機械（例えば多軸機械）によって、固定部品１０′の円筒状空洞を通して挿入される材料を加工することができる。

本発明に基づく配置構造は、内側が固定部品で外側が回転部品という構成に限定されるものではなく、本発明は、その代わりに、回転部品が固定部品の内側に存在する逆の場合でも全く同じように実現できる。

本発明に基づく機械における電流伝達装置の概略図。

本発明に基づく機械における導体バー付き電流伝達装置の斜視図。

図２の導体バー付き電流伝達装置の個別ユニットの斜視図。

図３Ａとは異なった方向から見た図３Ａの個別ユニットの斜視図。

１０ 固定部品１２ 回転部品１４ 円筒壁１６ 円筒壁２４ 電流伝達接触装置２６ 断面Ｕ形リング２８ 断面Ｌ形リング３０ 脚部３２ 脚部３４ 隙間４０ 導線