JP2005018386A

JP2005018386A - 可動工具の測定装置

Info

Publication number: JP2005018386A
Application number: JP2003182015A
Authority: JP
Inventors: Akio Nonoyama; 明男野々山; Fumio Kawahara; 文雄河原; Yuji Hirai; 有司平井; Toshio Hashimoto; 利夫橋本; Masanori Nakamura; 真徳中村; Yoshiaki Matsuura; 好明松浦
Original assignee: ALLIED SYST KK; Toyota Motor Corp; Meiwa eTec Co Ltd
Current assignee: ALLIED SYST KK; Toyota Motor Corp; Meiwa eTec Co Ltd
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2003-06-26
Publication date: 2005-01-20

Abstract

【課題】回転するドリル工具に熱電対を設けて工具温度を簡易にリアルタイム測定できる。
【解決手段】ドリル工具Ｈに設けた可動側コイル７３と、可動側コイル７３と電磁的に結合するように設けた不動の固定側コイル７８と、ドリル工具Ｈに設けたシース熱電対６と、シース熱電対６から出力される測温信号に応じたパルス信号を可動側コイル７３に与えるコイル駆動回路と、固定側コイル７８の出力信号から上記測温信号に応じたパルス信号を検出する信号検出回路とを具備している。可動側コイル７３はドリル工具Ｈの外周全周に巻回してあり、可動側コイル７３の外周に対向するように固定側コイル７８を設ける。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は可動工具の測定装置に関し、特に、回転するドリル工具のドリル刃先の温度測定等に好適に使用できる可動工具の測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
切削工具、例えばドリル工具による穴開け加工等においては従来、潤滑と冷却の目的のために大量の切削油を使用するウエット加工が行われていた。しかし、近年の環境意識の高まりやコスト低減の要請から、切削油の使用を最小限に抑えるセミドライ加工が注目されている。この場合、切削油の供給量を最適に維持するには回転するドリル刃の刃先温度をリアルタイムで検出する必要がある。
【０００３】
なお、特許文献１には、工具ホルダに固定されたバイト様の工具を、熱電対となる一対の工具半片で構成して、当該工具を、回転する被削材に押し当てて切削しつつ工具の先端温度を検出するようにした測温装置が示されている。
【特許文献１】特開２００２−１７８２４０
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような背景の下、可動工具としての回転するドリル刃の刃先温度を、熱電対のような測温素子を用いてリアルタイムで簡易に測定する装置が望まれていた。
【０００５】
そこで本発明はこのような要請に鑑みたもので、可動工具に測定手段を設けて工具の状態を簡易にリアルタイム測定できる可動工具の測定装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本第１発明では、可動工具（Ｈ）に設けた可動側コイル（７３）と、可動側コイル（７３）と電磁的に結合するように設けた不動の固定側コイル（７８）と、可動工具（Ｈ）に設けた測定手段（６）と、測定手段（６）から出力される測定信号（８１ａ）に応じたパルス信号（８１ｂ）を可動側コイル（７３）に与える第１信号付与回路（８１４）と、固定側コイル（７８）の出力信号から上記測定信号（８１ａ）に応じたパルス信号（８１ｂ）を検出する信号検出回路（８２３，８２４）とを具備している。なお、上記測定手段の測定対象は温度、変位、荷重等である。
【０００７】
本第１発明においては、可動工具に設けた可動側コイルと固定側コイルとの間の電磁誘導により、移動する可動工具に設けた測定手段から出力される測定信号を無線でリアルタイムに固定側へ送ることができる。これによれば、固定側から可動側への配線が不要であるから各種測定を簡易に行うことができる。
【０００８】
本第２発明では、上記固定側コイル（７８）に電源用パルス信号（８２ａ）を付与する第２信号付与回路（８２１）と、電磁誘導によって可動側コイル（７３）に生じる上記電源用パルス信号（８２ａ）を整流平滑して、可動工具（Ｈ）に設けた電気回路（８１）の作動電源として出力する電源発生回路（８１２）とをさらに具備している。
【０００９】
本第２発明においては、コイル間の電磁誘導によって、固定側から可動工具内の電気回路への電源供給が行なわれるから、可動工具内に電源バッテリ等を収納する必用がない。
【００１０】
なお、可動工具は回転するドリル工具（Ｈ）とすることができ、この場合は、ドリル工具（Ｈ）の外周全周に巻回して上記可動側コイル（７３）を設けるとともに、可動側コイル（７３）の外周の少なくとも一部に対向するように固定側コイル（７８）を設ける構成とすることができる。この場合、上記ドリル工具（Ｈ）のドリル刃（２）外周のマージン部（２２）に沿ってドリル刃（２）の先端（２３）に至る溝（２４）を形成し、当該溝（２４）内に上記測定手段としての熱電対（６）を埋設する構造が採用できる。
【００１１】
ここで、上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態では、本発明の測定装置をドリル工具の測温に適用した場合について説明する。図１にはドリル工具の半断面側面図を示し、図２にはその水平断面図を示す。ドリル工具Ｈはホルダ１と当該ホルダ１に保持されたドリル刃２を備えている。ホルダ１は上側ケーシング１１と下側ケーシング１２をボルト結合したもので、上側ケーシング１１の頂部に形成された被チャック部１３が切削装置の回転チャックＫ内に挿入保持されている。なお、ドリル工具Ｈは、ツールチェンジャによって、以下に説明する構造を有する複数のものが選択的にチャックＫに保持されるようになっている。
【００１３】
下側ケーシング１２は上方へ開放する容器状をなし、その底壁中心には上下方向へ延びて容器空間Ｓへ開口する貫通孔１４が形成されている。ドリル刃２はその上半部が上記貫通孔１４内に挿入され、下側ケーシング１２の縮径した下端外周に装着されたナット３１と貫通孔１４内に装着された楔部材３２とで貫通孔１４内に固定保持されている。
【００１４】
下側ケーシング１２の容器空間Ｓ内には樹脂材よりなる略立方体の支持部材４が設けてあり、その外周の四面（図２）にそれぞれ、詳細を後述する可動側電気回路８１（図５）を形成したプリント配線基板５が固定されている。上記ドリル刃２には図３に示すように、下半部（図３の左半部）外周に形成された螺旋状の切り粉排出溝２１の間の外周マージン部２２にドリル刃先端２３に至る溝２４（図４）が形成されて、当該溝２４内に細径のシース熱電対６が埋設されている。シース熱電対６の埋設は溶接ないし銀ロウ付けで行われ、埋設表面は研磨されている。シース熱電対６は先端の測温点がドリル刃先端２３の溝２４内に位置するとともに、基端はドリル刃２の上半部（図３の右半部）外周を経てプリント配線基板５（図１）上の可動側電気回路８１に入力接続されている。
【００１５】
下側ケーシング１２の外周には樹脂材よりなるリング状のコイル支持部材７１が嵌着されている。コイル支持部材７１の外周中央には全周に溝７２が形成されて、当該溝７２内にコイル７３が巻回されている。コイル７３はプリント配線基板５上の可動側電気回路８１に接続されている。なお、理解を容易にするために溝７２の断面形状（図１）は実際よりも大きく描いてある。上記コイル支持部材７１の外周に近接してコイル支持部材７４が配設されている。コイル支持部材７４は樹脂材よりなる板体で、一端部の板面に貫通形成された取付穴７４１（図２）によって切削装置側に固定されている。
【００１６】
コイル支持部材７４の側面は一部が円弧状に凹陥し、当該凹陥部７５の内周がコイル支持部材７１の外周に一定間隔で近接対向している。コイル支持部材７４の上下面にはそれぞれ上記凹陥部７５に沿って円弧状に湾曲する溝７６，７７が形成されており、上側溝７６からコイル支持部材７４の側面を経て下側溝７７へ至る経路でコイル７８が巻回されている（図１）。コイル７８はコネクタ端子７９を経て詳細を後述する固定側電気回路８２（図５）へ接続されている。
【００１７】
図５には測温装置の電気回路ブロック図を示す。可動側電気回路８１には、マイクロコンピュータ（マイコン）８１１、整流平滑回路８１２、クロック検出回路８１３、スイッチング（Ｓｗ）素子８１４およびアンプ８１５等が設けられている。熱電対６はアンプ８１５に接続されており、その測温信号８１ａは増幅されてマイコン８１１に入力させられる。測温信号８１ａはマイコン８１１内でデジタル化され、直列パルス信号８１ｂとしてＦＥＴ等のＳｗ素子８１４に入力する。Ｓｗ素子８１４は上記直列パルス信号８１ｂに応じてパルス的にコイル７３の一端をアースする。
【００１８】
一方、固定側電気回路８２には、クロック発生回路８２１、マイコン８２２、低域フィルタ回路８２３、波形成形回路８２４およびＳｗ素子８２５等が設けられている。クロック発生回路８２１から出力された高周波パルス信号８２ａは作動用クロック信号としてマイコン８２２に入力するとともに、Ｓｗ素子８２５に入力する。Ｓｗ素子８２５は上記高周波パルス信号８２ａに応じてパルス的にコイル７８に通電してこれを励磁する。これにより、コイル７８に近接して設けられたコイル７３に電磁誘導によってパルス的な起電力が生じ、この起電力によるパルス電流は整流平滑回路８１２で直流に変換されてマイコン８１１やクロック検出回路８１３、アンプ８１５等へ作動電源として供給される。また、上記パルス的な起電力はクロック検出回路８１３で検出され波形整形されて、作動用クロック信号８１ｃとしてマイコン８１１に供給される。
【００１９】
測温信号８１ａに応じた上記直列パルス信号８１ｂはＳｗ素子８１４によってコイル７３に重畳させられ、当該直列パルス信号８１ｂに応じた起電力が電磁誘導によってコイル７８に生じる。この起電力によるパルス電流は検出抵抗８２６で検出され、低域フィルタ回路８２３とこれに続く波形成形回路８２４で上記直列パルス信号８１ｂが再生される。直列パルス信号８１ｂはマイコン８２２へ入力し、温度信号８２ｂとしてマイコン８２２から出力される。
【００２０】
このようにして、本実施形態の測定装置によれば、ドリル工具の外周に設けた可動側コイルとこれに対向させて設けた固定側コイルとの間の電磁誘導により、回転するドリル工具に設けた熱電対の測温信号を無線でリアルタイムに固定側の電気回路に送ることができる。また、上記電磁誘導によって、固定側から、ドリル工具内の電気回路への電源供給も行なっているから、ドリル工具内に電源バッテリ等を収納する必用がない。さらに、固定側の電気回路とドリル工具内の電気回路が電磁誘導によって接続されるから、同一構造のドリル工具を複数用意すれば、ツールチェンジャで適当な工具を選択し交換しても、配線の繋ぎ代え等の手間を要することなく新たなドリル工具の測温が可能である。なお、ドリル工具に変位検出素子や荷重検出素子を設けて、上記測温に代えて、あるいは測温とともに、変位測定や荷重測定を行うことも可能である。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように、本発明の可動工具の測定装置によれば、コイル間の電磁誘導を利用することによって、可動工具に設けた測定手段により測定された工具の状態を簡易かつリアルタイムで固定側へ伝送することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す、測定装置を内設したドリル工具の半断面側面図で、断面部は図２のＩ−Ｉ線に沿うものである。
【図２】本発明の一実施形態を示す、測定装置を内設したドリル工具の水平断面図で、断面部は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿うものである。
【図３】本発明の一実施形態を示す、ドリル刃の側面図である。
【図４】本発明の一実施形態を示す、ドリル刃の先端拡大正面図で、図３のＡ矢視図である。
【図５】本発明の一実施形態を示す、測定装置の電気回路ブロック図である。
【符号の説明】
１…ホルダ、２…ドリル刃、２３…ドリル刃先端、２４…溝、６…シース熱電対、７３…可動側コイル、７８…固定側コイル、８１…可動側電気回路、８１ａ…測温信号、８１ｂ…直列パルス信号、８１２…整流平滑回路、８１４…スイッチング素子、８２…固定側電気回路、８２ａ…高周波パルス信号、８２１…クロック発生回路、８２３…低域フィルタ回路、８２４…波形整形回路、Ｈ…ドリル工具。

Claims

可動工具に設けた可動側コイルと、当該可動側コイルと電磁的に結合するように設けた不動の固定側コイルと、前記可動工具に設けた測定手段と、当該測定手段から出力される測定信号に応じたパルス信号を前記可動側コイルに与える第１信号付与回路と、前記固定側コイルの出力信号から前記測定信号に応じたパルス信号を検出する信号検出回路とを具備する可動工具の測定装置。
前記固定側コイルに電源用パルス信号を付与する第２信号付与回路と、電磁誘導によって前記可動側コイルに生じる前記電源用パルス信号を整流平滑して、前記可動工具に設けた電気回路の作動電源として出力する電源発生回路とをさらに具備する請求項１に記載の可動工具の測定装置。
前記可動工具は回転するドリル工具であり、当該ドリル工具の外周全周に巻回して前記可動側コイルを設けるとともに、前記可動側コイルの外周の少なくとも一部に対向するように前記固定側コイルを設けた請求項１又は２に記載の可動工具の測定装置。
前記ドリル工具のドリル刃外周のマージン部に沿ってドリル刃の先端に至る溝を形成し、当該溝内に前記測定手段としての熱電対を埋設した請求項３に記載の可動工具の測定装置。