JP2002263988A - 工具装着検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工具ホルダ４が正規の状態に着座したことを
正確且つ確実に検出できるようにする。 【解決手段】 回転駆動される主軸１の取付け孔５に装
着された工具ホルダ４のフランジ部６の着座面６ａと対
峙するように開口する検出孔２１を、主軸１の先端面１
ａに設け、主軸１の外周面とハウジング本体２における
蓋体１０の回転案内面との間には、検出孔２１に連通す
る検出エアポケット部１１と、該検出エアポケット部１
１を主軸１の軸線方向に挟んで互いに連通するように第
１供給エアポケット部１２と第２供給エアポケット部１
３とを形成し、該２つの供給エアポケット部１２、１３
には圧縮空気供給源１６から圧力空気を供給し、検出エ
アポケット部１１はエア通路１７を介して圧力センサ２
１に連通させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械における
主軸の先端に、工具が正確に装着されたか否かを検出す
るための工具装着検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の工具装着検出装置とし
て、特開昭５７−４８４４３号公報に開示されているも
のがあった。即ち、工具ホルダのフランジの外周側面
に、主軸の軸線方向に沿って延びる第１キー溝と第２キ
ー溝とを直径線上に刻設し、主軸の端面には、その受け
口に工具ホルダを正規の位相にて嵌め入れた時、前記第
１キー溝と第２キー溝とに各別に係入する第１可動キー
と第２可動キーとを主軸の軸線方向に進退動可能に設
け、バネにて前記各可動キーを主軸端面からの突出方向
に押圧させるように構成する一方、前記主軸を回転自在
に支持する主軸ヘッドの蓋部材には加圧空気を導くため
のエア導入路を設け、前記エア導入路に連通する環状溝
を主軸の円筒外周面に穿設し、この環状溝から半径方向
に延びる第１空気通路と第２空気通路とを、前記第１可
動キー及び第２可動キーの各後部室に連通するように形
成する。そして、前記蓋部材に設けたエア通路を外部の
圧力スイッチに連接し、このエア通路は、前記第１可動
キー及び第２可動キーが突出状態のときには、前記各後
部室に連通するように形成されている。

【０００３】さらに、前記第１可動キー及び第２可動キ
ーには、その突出面と側面とに連通する側面視Ｌ字状の
通気路を設け、該通気路は、工具ホルダが正規の位相に
て受け口に嵌め入れできずに当該工具ホルダのフランジ
にて押して前記第１可動キー及び第２可動キーが後退し
たとき、前記圧力スイッチに接続したエア通路に連通す
るように設定されているものであった。

【０００４】この構成によれば、工具ホルダの挿入開始
段階においては、前記第１可動キー及び第２可動キーが
突出状態であり、加圧空気はエア導入路→環状溝→第１
空気通路（第２空気通路）→後部室→エア通路→圧力ス
イッチに導入されて接点が閉じている。挿入される途次
に工具ホルダのフランジが前記第１可動キー及び第２可
動キーを押して後退させると、前記各通気路とエア通路
→圧力スイッチとが連通して大気圧が導入されるため、
圧力スイッチの接点が開く。正規の位相にて工具ホルダ
が受け口に嵌まった場合のみ、第１可動キーは突出して
第１キー溝に、第２可動キーは突出して第２キー溝にそ
れぞれ係合し、前記各通気路とエア通路とが遮断される
代わりに、前記加圧空気が後部室→エア通路→圧力スイ
ッチに導入されて接点が閉じる。この閉成信号により工
具ホルダが正規の位相にて挿入されたことを検知するこ
とができるものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この検
出装置では、前記キー溝及び可動キーを設けなければな
らないから構造が複雑となると共に、製造コストも高く
なるという問題があった。さらに、前記可動キーを有し
ない主軸及びキー溝を有しな工具ホルダに対しては適用
できないのであった。

【０００６】本発明は、前記従来の問題を解決すべくな
されたものであって、簡単な構成で、工具ホルダが着座
したことを確実に検知できる工具装着検出装置を提供す
ることを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明の工具装着検出装置は、先端
面に工具ホルダの取付け孔が形成され、内径部に設けら
れた工具把持機構により前記工具ホルダが装着されるよ
うに構成された主軸と、該主軸を回転可能に支持するハ
ウジングとからなる工作機械において、前記取付け孔に
装着された工具ホルダの着座面と対峙するように開口す
る検出孔を、前記主軸の先端面に設け、前記回転駆動さ
れる主軸の外周面とハウジングの回転案内面との間に
は、前記検出孔に連通する検出エアポケット部と、該検
出エアポケット部を前記主軸の軸線方向に挟んで互いに
連通するように複数の供給エアポケット部とを形成し、
該複数の供給エアポケット部にはハウジング外から圧力
空気を供給し、前記検出エアポケット部は、圧力センサ
に連通させたものである。

【０００８】そして、請求項２に記載の発明は、請求項
１に記載の工具装着検出装置において、前記供給エアポ
ケット部または検出エアポケット部のいずれか一方もし
くは双方は、前記主軸の外周面及び／またはハウジング
の回転案内面に形成された環状凹溝状であることを特徴
とするものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に、本発明を具体化した実施形
態について説明する。図１は本発明の工具装着検出装置
を具備する工作機械の主軸ヘッドの断面図、図２は図１
のII−II線断面図、図３は要部拡大断面図、図４は圧力
センサの検出値を示す図である。

【００１０】図１は、マシンニングセンタの主軸ヘッド
先端部分の断面図であって、主軸１は、上下に長い中空
円筒状のハウジング（主軸ヘッド）本体２内に嵌装され
た複数の軸受３を介して回転可能に支持されている。こ
の主軸１は前記ハウジング本体２上部に設けた図示しな
いモータにより回転駆動させられている。主軸１内に軸
線に沿った貫通孔は、その先端（下端）が後述する工具
ホルダ４のテーパー部４ａが密接して嵌まり得る取付け
孔としての主軸テーパー孔５に形成されている。

【００１１】工具ホルダ４は、前記テーパー部４ａが主
軸テーパー孔５に密接し、且つフランジ部６の端面６ａ
が主軸１の先端面１ａに密接する２面拘束形ツールシャ
ンク７を有し、工具把持機構としての主軸１の前記主軸
テーパー孔５に続く中心孔内に軸線方向に進退動可能に
挿通されたドローバー８によりコレット９が前記テーパ
ー部４ａの内径部に嵌まって引き込まれて、工具ホルダ
４が着脱可能に装着されるようになっている。なお、切
削加工用の工具（図示せず）は工具ホルダ４の先端側に
取付けられている。

【００１２】前記ハウジング本体２の端面に図示しない
ボルト等により固定された蓋体１０の内径部（回転案内
面）が微小な隙間を介して前記主軸１の外周面を囲む。
ハウジング本体２の一部としての蓋体１０の内径部（回
転案内面）及び主軸１の外周面とには、環状の検出エア
ポケット１１が凹み形成されている。該検出エアポケッ
ト１１を挟んで、主軸１の軸線の方向に適宜隔てて、第
１供給エアポケット部１２と第２供給エアポケット部１
３とが同じく環状に凹み形成されている。

【００１３】換言すると、前記検出エアポケット部１１
を挟んで主軸１の軸線の方向に適宜隔てて、先端面１ａ
に近い側に第１供給エアポケット部１２が形成され、遠
い側に第２供給エアポケット部１３形成されている。

【００１４】前記蓋体１０の外周面から半径内方向に延
びるエア通路１４、１５が前記第１供給エアポケット部
１２、第２供給エアポケット部１３にそれぞれ連通して
おり、エア通路１４、１５には外部のエアタンク又はエ
アポンプ等の流体（加圧空気）を供給するための圧縮空
気供給源１６が接続されている。

【００１５】他方、前記検出エアポケット部１１に連通
するエア流路１７を蓋体１０の外周面にまで延ばし、圧
力センサ２０に接続する。また、主軸１の先端面に開口
する検出孔２１から側断面Ｌ字状の検出通路２２を介し
て前記検出エアポケット部１１に連通させる。なお、主
軸１の先端面に対する前記検出孔２１の開口位置は、工
具ホルダ４の着座面としてのフランジ部６の端面６ａと
対峙する箇所、即ち、主軸１に工具ホルダ４を装着（着
座）した状態では、フランジ部６の端面６ａで開口部が
密着されて塞がれる箇所になる。

【００１６】なお、前記第１供給エアポケット部１２に
対するエア通路１４及び第２供給エアポケット部１３に
対するエア通路１５と検出エアポケット部１１に対する
エア流路１７が蓋体１０の外周に開口する箇所は、図２
に示すように、主軸１の軸線回りの位相をずらせること
により、ホース等の取付け金具（口金）の着脱作業を容
易するすることができる。

【００１７】次に、前記構成による工具ホルダ４の着座
操作及びその検出方法について説明する。工作作業時に
は、前記圧縮空気供給源１６からの加圧空気（圧縮空
気）を、蓋体１０の外周からエア通路１４、１５を介し
て前記第１供給エアポケット部１２及び第２供給エアポ
ケット部１３に導入させる。この両供給エアポケット部
１２、１３の加圧空気は、蓋体１０の内径面（回転案内
面）と主軸１の外周面との隙間１９を介して図３の上下
方向即ちハウジング本体２の内面と主軸１との間及び蓋
体１０の下面（大気圧）方向に向かうと共に、当該両供
給エアポケット部１２、１３の上下間の位置する検出エ
アポケット部１１に導入される。この検出エアポケット
部１１の圧力はエア流路１７を介して圧力センサ２０に
て検出することができる。

【００１８】即ち、前記第１供給エアポケット部１２及
び第２供給エアポケット部１３に導入された加圧空気の
圧力がＰ０とすると、第１供給エアポケット部１２から
下方に抜け出した空気と第２供給エアポケット部１３か
ら上方向に抜け出した空気とによる減少空気圧ΔＰだけ
低い圧力Ｐ２（＝Ｐ０−ΔＰ）の加圧空気が検出エアポ
ケット部１１に到達することになる。

【００１９】そして、工具ホルダ４のフランジ部６の端
面（着座面）６ａが主軸１の先端面１ａに密接していな
い状態（フランジとの隙間が大きい状態）では、前記検
出エアポケット部１１に導入された加圧空気は、前記隙
間１９より大きい隙間である検出通路２２を介して主軸
１の先端面１ａにて大気に放出されるから、圧力センサ
２０での検出値（圧力）は低い値Ｐ１となる（図４参
照）。

【００２０】そして、図示しない工具交換装置により、
工具ホルダ４のテーパー部４ａを主軸テーパー孔５に差
し込み、フランジ部６の端面６ａが主軸１の先端面１ａ
に密接すると（フランジとの隙間がほぼ零になると）、
前記検出孔２１が塞がれるから、検出エアポケット部１
１の圧力はＰ２まで上昇することになる。

【００２１】このように、圧力センサ２０で検出された
この検出値（圧力Ｐ）の高低を電子式等のコントローラ
２３に送り、予め設定された高い圧力値Ｐ３以上であれ
ば、工具ホルダ４のフランジ部６が主軸１の先端面１ａ
に略密接した装着良好状態と判断し、実際の切削作業を
実行する。逆に検出値が前記圧力値Ｐ３より低いときに
は、フランジ部６の端面６ａと主軸１の先端面１ａとの
間に切屑等の異物が挟まれているもの（装着ミス）と判
断して、工具ホルダ４の装着作業をやり直すか、図示し
ない警報装置（ランプやブザー）を作動させて作業者に
事態を報知したり、機械の運転を停止させる等の措置を
採るのである。

【００２２】なお、図１〜図３の実施形態では、検出エ
アポケット部１１、第１供給エアポケット部１２及び第
２供給エアポケット部１３が、主軸１の外周面及び蓋体
１０の回転案内面の両方にわたって環状（リング状）に
凹み形成されているが、主軸１の外周面、又は蓋体１０
の回転案内面のうちいずれか一方にのみ形成しても良
い。

【００２３】さらに他の実施形態として、図５に示すよ
うに、主軸１の外周面にその円周方向に断続的に形成さ
れた内周側の第１供給エアポケット部１２ａ（第２供給
エアポケット部１３ａ、検出エアポケット部１１ａ）と
蓋体１０の回転案内面にその円周方向に断続的に形成さ
れた外周側の第１供給エアポケット部１２ｂ（第２供給
エアポケット部１３ｂ、検出エアポケット部１１ｂ）と
が、主軸１の回転につれて内周側のエアポケット部を介
して外周側の複数箇所のエアポケット部と連通するよう
しても良い。このようにすれば、エアポケット部のない
箇所（主軸１の外周面と蓋体１０の回転案内面との隙間
19の間隔の極めて小さい箇所による圧力の途切れを防止
できる。

【００２４】図示実施形態では、主軸１の軸線が上下方
向に延びる場合を示したが、水平方向の軸線の主軸１を
有する工作機械にも、本発明が適用できることはいうま
でもない。また、検出エアポケット部を前記主軸の軸線
方向で挟む一方の供給エアポケット部は２つで、他方の
供給エアポケット部は１つというように適宜の複数数で
あっても良い。

【００２５】

【発明の効果】以上に詳述したように、請求項１に記載
の発明の工具装着検出装置は、先端面に工具ホルダの取
付け孔が形成され、内径部に設けられた工具把持機構に
より前記工具ホルダが装着されるように構成された主軸
と、該主軸を回転可能に支持するハウジングとからなる
工作機械において、前記取付け孔に装着された工具ホル
ダの着座面と対峙するように開口する検出孔を、前記主
軸の先端面に設け、前記回転駆動される主軸の外周面と
ハウジングの回転案内面との間には、前記検出孔に連通
する検出エアポケット部と、該検出エアポケット部を前
記主軸の軸線方向に挟んで互いに連通するように複数の
供給エアポケット部とを形成し、該複数の供給エアポケ
ット部にはハウジング外から圧力空気を供給し、前記検
出エアポケット部は、圧力センサに連通させたものであ
る。

【００２６】このように構成したことにより、検出エア
ポケット部が複数の供給エアポケット部に挟まれた位置
にあり、且つ検出エアポケット部が主軸の先端面のうち
工具ホルダの着座面と対峙する箇所に開口した検出孔に
連通しているから、正規（適正）の状態にて工具ホルダ
が着座すると、前記検出孔が塞がれることになり、前記
両供給エアポケット部から主軸の外周面との隙間を通っ
て検出エアポケット部に到達した高い加圧圧力を圧力セ
ンサにて検出できる、他方、適正な姿勢で工具ホルダが
着座していない状態では、主軸の先端面との着座隙間が
大きくなり、前記検出孔に連通している検出エアポケッ
ト部の圧力は大気圧に近い低い圧力となるので、この圧
力の差異を検出すれば、工具ホルダが正規に着座してい
ない状態を明瞭且つ確実に判別できることになる。

【００２７】このようにして、工具装着状態を正確に検
出できるのあり、そのための構成が、検出エアポケット
部が複数の供給エアポケット部に挟まれた位置にあるよ
うに設定するだけの簡単なものであるから、製造コスト
も高くならないという顕著な効果を奏する。

【００２８】そして、請求項２に記載の発明は、請求項
１に記載の工具装着検出装置において、前記供給エアポ
ケット部または検出エアポケット部のいずれか一方もし
くは双方は、前記主軸の外周面及び／またはハウジング
の回転案内面に形成された環状凹溝状であることを特徴
とするものであるから、請求項１に記載の発明による効
果に加えて、前記環状凹溝の形成のための手間も余り掛
からず、製造コストの低減に寄与できるという効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】主軸ヘッド部分の縦断面図である。

【図２】図１のII−II線矢視断面図である。

【図３】供給エアポケット部及び検出エアポケット部の
要部拡大断面図である。

【図４】圧力センサの検出値を示す図である。

【図５】他の実施形態の供給エアポケット部及び検出エ
アポケット部の配置状態を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 主軸 ２ ハウジング本体（主軸ヘッド） ４ 工具ホルダ ４ａ テーパー部 ５ 取付け孔 ６ フランジ部 ６ａ 端面（着座面） １０ 蓋体 １１ 検出エアポケット部 １２ 第１供給エアポケット部 １３ 第２供給エアポケット部 １６ 圧縮空気供給源 １７ エア通路 １９ 隙間 ２０ 圧力センサ ２１ 検出孔 ２２ 検出通路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端面に工具ホルダの取付け孔が形成さ
   れ、内径部に設けられた工具把持機構により前記工具ホ
   ルダが装着されるように構成された主軸と、該主軸を回
   転可能に支持するハウジングとからなる工作機械におい
   て、 前記取付け孔に装着された工具ホルダの着座面と対峙す
   るように開口する検出孔を、前記主軸の先端面に設け、
   前記回転駆動される主軸の外周面とハウジングの回転案
   内面との間には、前記検出孔に連通する検出エアポケッ
   ト部と、該検出エアポケット部を前記主軸の軸線方向に
   挟んで互いに連通するように複数の供給エアポケット部
   とを形成し、 該複数の供給エアポケット部にはハウジング外から圧力
   空気を供給し、 前記検出エアポケット部は、圧力センサに連通させたこ
   とを特徴とする工具装着検出装置。
2. 【請求項２】 前記供給エアポケット部または検出エア
   ポケット部のいずれか一方もしくは双方は、前記主軸の
   外周面及び／またはハウジングの回転案内面に形成され
   た環状凹溝状であることを特徴とする請求項１に記載の
   工具装着検出装置。