JP2012150008A - 接触覚検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】弁機構によるエアーの流通状態を検出することで工具の折損の有無などを検出するように構成した接触覚検知装置において、弁操作における動作ストロークの小さな操作や動作力の小さな操作でも確実な検出が行えて、検出精度を高めることができるようにする。
【解決手段】検知本体５内に給気路９からエアーが供給されるエアー室１２と、エアー室１２と排気路６とを連通するエアー孔３０とを形成し、エアー室１２内に給気路９からの供給エアーによってエアー孔３０を閉鎖する弁体１３を移動自在に配置し、弁体１３に検知本体５を貫通して外部に突出していて被検出物Ｗとの接触により押し込められる接触棒３を設け、排気路６に弁体１３の開放によりエアー孔３０から排出される排気エアーを検出する圧力スイッチ８を設けており、排気路６に弁体１３閉鎖時の残留エアーを漏洩させる大気圧復元手段７を設けている。
【選択図】図１

Description

本発明は、工具の折損検出装置などとして好適に使用することができる接触覚検知装置に関する。

マシニングセンタ等の工作機械において、エンドミルやドリルなどの工具を用いた加工中に工具が折損してしまうと、その後の加工が不可となったり加工傷を発生させたりする問題が生じる。そこで、工具の折損を検出することのできる工具折損検出装置が提案されている（例えば、特許文献１等参照）。
この種の工具折損検出装置では、工具の先端でエアー放出弁の弁棒を押圧操作し、弁棒に設けられた弁体をエアー放出弁内の弁座から離反させるようにし、この弁座内を介してエアー放出弁からエアーが抜けるか否かを、エアーの圧力スイッチによって検出する構成とされている。

特許第３４３１８３７号公報

前記した従来の工具折損検出装置において、圧力スイッチは、エアー放出弁からのエアー抜け時にエアー供給管内で生じる減圧を検出するようになっていたので、エアーの供給圧から顕著な減圧（差圧）が起こらないと圧力スイッチが検出を行わないということがあった。すなわち、弁体を弁座から大きく離反させて多量のエアー抜けを生じさせる必要があったため、これが原因となって工具の折損を検出する精度が悪いという問題があった。

また、弁体は弁座に対して面接触により密着的に当接するようになっていたため、弁体を弁座から離反させるには、弁体と弁座との面接触間で生じた真空状態を破壊させるのに必要となる強い力で、工具を弁棒へ押し付けなければならず、この点でも検出精度が悪いということがあった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、弁機構によるエアーの流通状態を検出することで工具の折損の有無などを検出するように構成した接触覚検知装置において、弁操作における動作ストロークの小さな操作や動作力の小さな操作でも確実な検出が行えて、検出精度を高めることができるようにした接触覚検知装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は次の手段を講じた。
即ち、本発明に係る接触覚検知装置１は、検知本体５内に給気路９からエアーが供給されるエアー室１２と、このエアー室１２と排気路６とを連通するエアー孔３０とを形成し、前記エアー室１２内に給気路９からの供給エアーによってエアー孔３０を閉鎖する弁体１３を移動自在に配置し、この弁体１３に検知本体５を貫通して外部に突出していて被検出物Ｗとの接触により押し込められる接触棒３を設け、前記排気路６に弁体１３の開放によりエアー孔３０から排出される排気エアーを検出する圧力スイッチ８を設けており、前記排気路６に弁体１３閉鎖時の残留エアーを漏洩させる大気圧復元手段７を設けていることを特徴としている。

このような構成であると、検知本体５において弁体１３がエアー孔３０を閉鎖しているとき（被検出物Ｗが接触棒３と非接触状態にあるとき）、排気路６内の残留エアーは大気圧復元手段７を介して排気路６の外部（大気）へと漏洩していることで、この排気路６内は大気圧に保持されている。そのため、圧力スイッチ８は、大気圧を基準値として差圧の検出を行えるように設定しておくことができる。すなわち、工具等の被検出物Ｗが接触棒３と接触し、弁体１３がエアー孔３０を開通させることでエアー孔３０からエアーが排出されたとき、エアーの排出量が少なくても、圧力スイッチ８では迅速で確実な検出が可能である。結果として、被検出物Ｗによる接触棒３の動作ストロークが小さくても、高精度の検出精度が得られる。

前記大気圧復元手段７は、前記排気路６を形成する配管に形成されていて、前記エアー孔３０より小径のドレン孔とすることができる。
前記検知本体５は、弁体１３と対向する面に、エアー孔３０の周囲で弁体１３と当接してエアー孔３０を閉鎖する弁座３１と、この弁座３１よりも弁体１３から離れていて弁体１３閉鎖時に弁体１３との間に間隙３３を形成する弁閉鎖圧調整部３２とを形成したものとすればよい。

このようにすることで、弁体１３が弁座３１に当接しエアー孔３０を閉鎖しているときも、エアー孔３０の周囲に設けられた弁閉鎖圧調整部３２により、弁体１３と弁座３１との間には間隙３３が形成されている。すなわち、弁体１３には、エアー室１２内のエアーによって弁座３１へ押し付けられる押圧力と、弁閉鎖圧調整部３２（間隙３３）内へ入り込んだエアーによる押圧力とが、同時且つ相対逆向きで作用するようになっており、接触棒３を検知本体５へ向けて軽く押し込むだけでも、弁体１３を弁座３１から離反させることが可能になっている。結果として、被検出物Ｗによる接触棒３の動作力が小さくても、高精度の検出精度が得られる。

本発明に係る接触覚検知装置は、弁機構によるエアーの流通状態を検出することで工具の折損の有無などを検出するように構成した接触覚検知装置において、弁操作における動作ストロークの小さな操作や動作力の小さな操作でも確実な検出が行えて、検出精度を高めることができる。

本発明に係る接触覚検知装置を示した一部破砕側面図である。 （Ａ）は検知本体の平面図であり（Ｂ）は検知本体の一部破砕正面図である。 検知本体における本体ブロックを示す底面図である。 検知本体の動作状態を示す側断面図である。 接触覚検知装置の別の使用例を示した一部破砕側面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
図１乃至図４は、本発明に係る接触覚検知装置１の実施形態を示している。この接触覚検知装置１は、弁機構２を内蔵し且つ接触棒３を外部へ突出させた検知本体５と、この検知本体５からの排気エアーを導出する排気路６と、この排気路６に対して設けられた大気圧復元手段７と、排気路６を通る排気エアーを検出する圧力スイッチ８とを有している。また、検知本体５には、加圧ポンプや工場内のエアー配管など適宜のエアー供給源からエアーを導入する給気路９が接続されている。

検知本体５に内蔵される弁機構２は、この検知本体５に接続された給気路９と排気路６とを当該検知本体５の内部で連通させるように形成されたエアー室１２に対し、弁体１３が、開通状態と非開通状態とを切り換えるべく移動自在に収容されることで構成されている。
本実施形態において、検知本体５は、ベースプレート１５と本体ブロック１６とが結合されたものであって、本体ブロック１６の内部には、ベースプレート１５と結合されるベース取付面１６ａと、このベース取付面１６ａとは反対向きとなる検知面１６ｂとの間を貫通する断面円形の貫通孔２０が形成されている。この貫通孔２０は、ベース取付面１６ａ側を径大孔部２０ａとし検知面１６ｂ側を径小孔部２０ｂとする段付き孔であって、このうち径大孔部２０ａに対して前記弁体１３が収容されている。すなわち、ベースプレート１５と本体ブロック１６とが結合されたときに、この径大孔部２０ａによってエアー室１２が形成される。

なお、本体ブロック１６のベース取付面１６ａには、径大孔部２０ａの開口周部を取り囲むようにして周溝が形成されており、この周溝にシールリング２１が嵌め込まれている。このシールリング２１は、ベースプレート１５と本体ブロック１６とが結合されるときにベースプレート１５に密着して、エアー室１２（径大孔部２０ａ内）を気密に保持させるようになっている。

このように形成されるエアー室１２に対し、弁体１３は、エアー室１２の内径よりも少し小径の円盤形に形成されており、この弁体１３の中心部に前記接触棒３が設けられている。接触棒３は、径小孔部２０ｂの内径と略同じ外径の丸棒形に形成されており、径小孔部２０ｂへ挿入され、その先端部３ａを本体ブロック１６の検知面１６ｂから外方へ貫通させた状態で、この径小孔部２０ｂ内を摺動するものとなっている。この接触棒３の摺動にガイドされるようにして、弁体１３はエアー室１２内で接触棒３と一体移動（径大孔部２０ａの孔軸に沿った移動）をする。

径小孔部２０ｂには、検知面１６ｂ寄りの孔内周面を全周で開口させた周溝が形成されており、この周溝にシールリング２２が嵌め込まれている。このシールリング２２は、接触棒３の外周面に当接することで、接触棒３の摺動を邪魔することなくエアー室１２側からのエアー漏れを防止するようになっている。
また、本体ブロック１６には、貫通孔２０の径大孔部２０ａに対してその孔内面から本体ブロック１６の側部外方へと貫通する給気孔２５と、貫通孔２０の径小孔部２０ｂとは非連通とされた状態で給気孔２５に近接し且つ平行して配置された排気孔２６とが設けられている。給気孔２５には給気路９を形成する給気管２７が連結され、排気孔２６には排気路６を形成する排気管２８が連結される。

貫通孔２０において、径大孔部２０ａと径小孔部２０ｂとの境界部分でこれらの孔軸に直交して形成された環状の段差面には、排気孔２６へ向けて小径のエアー孔３０が形成されており、このエアー孔３０を介して径大孔部２０ａと排気孔２６とが連通するようになっている。
貫通孔２０の段差面は、径大孔部２０ａに収容された弁体１３と対向する位置関係となっており、弁体１３が径小孔部２０ｂに近接する方向へ移動してこの段差面に当接すればエアー孔３０は閉鎖され、反対に、弁体１３が径小孔部２０ｂから離反する方向へ移動すればエアー孔３０は開通されるものであり、これによってこの段差面で弁体１３に対する弁座３１が形成される。

但し、この段差面には弁座３１の他に弁閉鎖圧調整部３２が形成されている。この弁閉鎖圧調整部３２は、図３に示すように、径小孔部２０ｂの開口周部を取り囲む領域のうち、エアー孔３０の周囲を除いた平面視Ｃ形の領域について当該段差面を凹ますようにすることで形成したものである。すなわち、段差面のうち、エアー孔３０が形成された位置の周囲で弁座３１が形成され、この弁座３１以外の領域（平面視Ｃ形の凹み内）で弁閉鎖圧調整部３２が形成されている。

このため、弁体１３が弁座３１に当接してエアー孔３０を閉鎖したときに、弁体１３から弁座３１を超えて離れるように配置された弁閉鎖圧調整部３２で、弁体１３と弁座３１との間に間隙３３が形成されている。前記したように、エアー室１２の内径に対して弁体１３の外径は少し小径に形成されているため、エアー室１２の内周面と弁体１３の外周面との間には周隙間が形成されている。そのため、弁体１３が弁座３１に当接してエアー孔３０を閉鎖しているときも、エアー室１２と弁閉鎖圧調整部３２とは、前記周隙間を介して連通した状態が保持される。

一方、この検知本体５から排気路６を介して接続されている大気圧復元手段７は、弁体１３が弁座３１に当接してエアー孔３０を閉鎖したときに、排気路６内に残る残留エアーを排気路６の外部（大気）へと漏洩させるためのものである。本実施形態において、大気圧復元手段７は、排気管２８の途中に接続された曲がり管継手（エルボ）３５にドレン孔３６を設けることにより構成してある。このドレン孔３６は、検知本体５のエアー孔３０より小径とされている。すなわち、ドレン孔３６の孔径はエアー孔３０の孔径の１／２〜１／５とされる。本実施形態ではエアー孔３０の孔径を１．５ｍｍとし、ドレン孔３６の孔径を０．５ｍｍとした。

圧力スイッチ８は、検知本体５において弁体１３がエアー孔３０を開通させたとき、エアー孔３０から排気路６へと排出される排気エアーを検出するもので、排気路６に対して大気圧復元手段７が設けられた部位（曲がり管継ぎ手３５）よりも下流側で、この排気路６と連結されるようになっている。この圧力スイッチ８は、大気圧を基準値としてそこから上昇した差圧を検出するように設定してある。

次に、本発明に係る接触覚検知装置１の使用状況を説明する。
適宜のエアー供給源から減圧弁４０などを備えて配管される給気路９と、検知本体５とを接続し、この検知本体５をマシニングセンタ等の工作機械又はその周辺へ設置する。
検知本体５に給気路９からエアーを供給すると、エアー室１２内に供給エアーが送られて弁体１３は弁座３１へ押し付けられ、エアー孔３０を閉鎖する。このとき、弁体１３と一緒に接触棒３が検知本体５の外方へ向けて押し出され、その先端部３ａが検知本体５の検知面１６ｂから突出した状態を保持するようになる。

このとき、検知本体５の弁体１３がエアー孔３０を閉鎖することで排気路６内に残った残留エアーは、大気圧復元手段７を介して排気路６の外部（大気）へと漏洩するので、排気路６内は大気圧となっている。すなわち、排気路６の内部と外部との間に差圧は生じていない。
工作機械がエンドミル、ドリル、リーマなどの被検出物Ｗを検知本体５の上方へ移動させ、被検出物Ｗを接触棒３の先端部３ａへ向けて所定ストローク（折損の有無を判別するうえで閾値とする距離）で下降させる。被検出物Ｗが折損してなくて正規長さを有しているとき、被検出物Ｗはその先端を接触棒３の先端部３ａに当接して、更に押し下げるようになる。そのため検知本体５内では、弁体１３が接触棒３と一体にエアー室１２内を移動して弁座３１から離反されるようになり、弁体１３がエアー孔３０を開通させる。

ここにおいて、弁体１３が弁座３１に当接しエアー孔３０を閉鎖しているときは、エアー孔３０の周囲に設けられた弁閉鎖圧調整部３２により、弁体１３と弁座３１との間に間隙３３が形成され、この間隙３３内へ入り込んだエアーが、弁体１３を弁座３１から離反させる向きに作用するようになっている。そのため、弁体１３には、エアー室１２内のエアーによって弁座３１へ押し付けられる押圧力と、弁閉鎖圧調整部３２（間隙３３）内へ入り込んだエアーによる押圧力とが、同時且つ相対逆向きで作用するものであり、接触棒３を検知本体５へ向けて軽く押し込むだけでも、弁体１３を弁座３１から離反させることができる。

エアー孔３０が開通すると、エアー室１２内のエアーがエアー孔３０及び排気孔２６を介して排気路６へと流出し、排気路６内を圧力スイッチ８へ向けて導出される。なお、排気路６に設けられた大気圧復元手段７は、エアー孔３０よりも小径のドレン孔３６によって形成されているので、ドレン孔３６によるエアー抜けの影響は少なく、排気路６内のエアー圧が異常に低下することはない。従って、圧力スイッチ８は、大気圧を基準値として差圧の検出を行うため、エアーの排出量を多量とさせなくても排気路６内のエアーの流れを迅速、確実に検出するようになる。

かくして、圧力スイッチ８がエアーの検出を行えば、被検出物Ｗには折損が生じておらず、正常であることが判別される。なお、言うまでもなく、被検出物Ｗが折損しているときには、検知本体５において被検出物Ｗが接触棒３を押圧しないことから、弁機構２は作動せず、排気路６内でエアーが流れることもないので、圧力スイッチ８は検出を行わない。これにより、被検出物Ｗが折損しており、異常であることが判別される。

本発明に係る接触覚検知装置１は、加工物に形成した孔が正常か異常かを判別するための検出装置として使用することもできる。例えば、図５に示すように、検知本体５を上下逆向きにして接触棒３が下向きに突出するように工作機械のヘッドに取り付け、検知本体５を下降させるか又は加工物Ｔを上昇させて、加工物Ｔに形成した孔Ｒへ接触棒３を挿入させるようにする。なお、この場合、接触棒３は検知本体５からの突出長さを長大にしておくのが好適である。

孔Ｒが貫通孔であるにも拘わらず、接触棒３が押圧され、圧力スイッチ８が検出を行った場合には、孔Ｒ内に折損した工具が詰まっていることを類推することができ、異常を検出できる。また、孔Ｒが非貫通孔である場合でも、検知本体５の下降ストローク等を孔Ｒの深さに同等となるように設定することで、同様に、工具の詰まりの有無を類推することができる。

本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、実施の形態に応じて適宜変更可能である。
例えば、検知本体５において、給気孔２５は排気孔２６とは対面側の配置としたりベースプレート１５に設けたりすることができる。また、検知本体５の排気孔２６に継手管などを介して直接に圧力スイッチ８を連結させるようにしてもよい。この場合、排気路６は、排気孔２６や継手管によって形成される。

弁体１３はエアー室１２の内径よりも小径に形成することが限定されるものではなく、エアー室１２の内周面を摺動すべく、弁体１３の外径とエアー室１２の内径とを略同径に形成してもよい。この場合、弁体１３には、弁閉鎖圧調整部３２に対応する部分に、当該弁体１３を貫通してエアー室１２と弁閉鎖圧調整部３２とを連通させる通気孔を形成するのが好適となる。また、エアー室１２に対する弁体１３の回り止め手段や、径小孔部２０ｂに対する接触棒３の回り止め手段を併用するのが好適となる。

大気圧復元手段７は、ドレン孔３６とする以外に、排気路６内でエアーに流れがあるときには閉鎖状態となりエアーの流れが無いときに開通状態となる弁機構によって形成することも可能である。また、検知本体５に対して排気孔２６と外部（大気）とを連通させるドレン孔などとして形成することも可能である。
本発明に係る接触覚検知装置１は、工具の折損を検出する目的以外にも、距離検出装置などとして使用することができる。

１ 接触覚検知装置
３ 接触棒
５ 検知本体
６ 排気路
７ 大気圧復元手段
８ 圧力スイッチ
９ 給気路
１２ エアー室
１３ 弁体
３０ エアー孔
３１ 弁座
３２ 弁閉鎖圧調整部
３３ 間隙
３６ ドレン孔
Ｗ 被検出物

Claims (3)

1. 検知本体内に給気路からエアーが供給されるエアー室と、このエアー室と排気路とを連通するエアー孔とを形成し、前記エアー室内に給気路からの供給エアーによってエアー孔を閉鎖する弁体を移動自在に配置し、この弁体に検知本体を貫通して外部に突出していて被検出物との接触により押し込められる接触棒を設け、前記排気路に弁体の開放によりエアー孔から排出される排気エアーを検出する圧力スイッチを設けており、前記排気路に弁体閉鎖時の残留エアーを漏洩させる大気圧復元手段を設けていることを特徴とする接触覚検知装置。
2. 前記大気圧復元手段は、前記排気路を形成する配管に形成されていて、前記エアー孔より小径のドレン孔であることを特徴とする請求項１に記載の接触覚検知装置。
3. 前記検知本体は、弁体と対向する面に、エアー孔の周囲で弁体と当接してエアー孔を閉鎖する弁座と、この弁座よりも弁体から離れていて弁体閉鎖時に弁体との間に間隙を形成する弁閉鎖圧調整部とを形成していることを特徴とする請求項１又は２に記載の接触覚検知装置。

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