JP4871940B2 - 工作機械の接触検出装置 - Google Patents

Description

この発明は、測定対象であるワークとの接触を検出する接触検出装置に関し、特に、工作機械の主軸に取付けられる接触検出装置に関する。

工作機械により工作されるワークに接触したことを検出する接触検出装置の一例が、特開平８−１０８３４９号公報（特許文献１）に記載されている。この接触検出装置は、ワークの芯出しや寸法計測を行なうものである。この接触検出装置が取付けられる工作機械の主軸には、検出装置本体が取付けられ、検出装置本体から突出するように、スタイラスが取付けられている。スタイラスの一端の先端接触子がワークに接触する。

スタイラスの他端には、径方向外方へ突出する３個の支持棒が設けられており、３個の支持棒のそれぞれが対面する２個１組の鋼球間に接触して、ばねにより軸方向に押圧されている。それによって、スタイラスは、ばねの付勢力に抗して任意の方向に首振り運動可能なように揺動自在に支持される。検出装置本体とスタイラスとの間には、電源と、発光体とが接続されており、スタイラスの先端接触子がワークに接触したとき、検出装置本体の鋼球，支持棒を含む部材で構成される検出回路が閉成され、発光体が点灯する。

検出装置本体内には、スパークの防止などのために電気絶縁油が充填されている。このため、鋼球の表面には電気絶縁油が付着するので、支持棒と鋼球との間の通電抵抗が大きく、発光体に流れる電流が小さくなり、発光体が点灯しても極めて光量が少なくなるか、あるいは全く点灯しない場合がある。

そこで、特許文献１は、発光体に電流増幅回路を直列接続し、この直列回路と検出回路とを電源に対して並列接続して増幅した電流を発光体に流すことにより、発光体を点灯させることを記載している。

特許文献１は、スタイラスの先端接触子がワークに接触したことに応じて、発光体を点灯させるが、その他の接触検出装置の例として、スタイラスの先端接触子がワークに接触していないときに発光体を点灯させ、スタイラスの先端接触子がワークに接触すると発光体を消灯させるものが、測定素子として、特公昭５８−１７４０２号公報（特許文献２）に記載されている。特許文献２に記載の測定素子は、特許文献１の接触検出装置と同様に構成されているが、上記２個１組の鋼球を電気的に直列に接続し、この直列回路と電源と発光体とを接続している。

スタイラスの先端接触子がワークに接触していない状態では、上記３個の支持棒がそれぞれ鋼球間に接触するので、電源から発光体に電流が流れる閉回路が構成されて発光体が点灯する。スタイラスの先端接触子がワークに接触すると、スタイラスが軸方向に変位するので、３個の支持棒のいずれかが対面する鋼球間から離れて電気回路が遮断され、発光体が消灯する。
特開平８−１０８３４９号公報 特公昭５８−１７４０２号公報

特許文献２に記載の測定素子においても、鋼球の表面に電気絶縁油が付着しているため、ワークを検出していないときに発光体に流れる電流が小さくなり、発光体の発光光量が少なく、点灯時と消灯時との区別が難しいという問題を生じる。このような測定素子に対しても特許文献１に記載されている電流増幅回路を設けることが考えられる。電流増幅回路は、トランジスタや抵抗素子を含むが、これらの素子を狭い空間内で配線する必要がある。このために、組立作業のための手間を要し、素子との配線箇所の信頼性が低いという問題がある。

そこで、この発明は、小型化できかつ信頼性を高めた工作機械の接触検出装置を提供することである。

この発明は工作機械の接触検出装置に関する。接触検出装置は、工作機械の主軸に取付けられる検出装置本体と、検出装置本体に固定された基板と、基板上に互いに対向して離隔して配置される導電性部材からなる１対の固定接点と、基板に対して接離可能に保持され、検出対象物であるワークに接触する先端接触子と、１対の固定接点に接離可能に対面する導電性部材からなる可動接点とを含むスタイラスと、スタイラスがワークに接触しているか否かに応じて発光する発光手段と、基板上に実装されるトランジスタと、抵抗素子とを含む電流増幅手段と、基板上に実装され、可動接点が記１対の固定接点から離れているかまたは接触していることに応じて、電源部から抵抗素子に流れる電流をトランジスタで増幅して発光手段に流す配線パターンとを備える。

１対の固定接点と電流増幅手段とを基板上に実装することにより、装置を小型化でき、配線の手間を省くことができるばかりでなく、コストを下げて信頼性の向上を図ることができる。

好ましくは、固定接点は、基板上に複数対設けられ、可動接点は、各対の固定接点に対面してスタイラスの他端の周囲に複数個設けられている。

スタイラスがワークに接触したとき、可動接点が各対の固定接点のいずれかから離れるので、ワークの検出を確実にできる。

好ましくは、スタイラスの先端接触子を通過させる開口部と、スタイラスの周囲の開口部を塞ぐ可撓性のダイヤフラムと、スタイラスの先端接触子を通過させつつ、ダイヤフラムを覆う防水カバー部材とを含む。

防水カバーにより切削水が検出装置本体に浸入するのを阻止できる。

さらに、より好ましくは、防水カバー部材は、スタイラスの外周部を取り囲む弾性部材を含む。弾性部材により、スタイラスとの間から切削水が浸入するのを阻止できる。

この発明によれば、基板上に１対の固定接点と電流増幅手段とを実装し、スタイラスの先端接触子がワークに接触したか否かに応じて、電流増幅手段に電流を流して発光手段を発光させるようにしたので、装置を小型化でき、配線の手間を省くことができるばかりでなく、コストを下げて信頼性の向上を図ることができる。

図１はこの発明の一実施形態における工作機械の接触検出装置の一部を破断して示す側面図であり、図２（Ａ）は図１の線ＩＩＡ−ＩＩＡに沿って見た断面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の線ＩＩＢ−ＩＩＢに沿って見た断面図であり、図３はスタイラスと、可動接点と固定接点の概要を示す斜視図であり、図４は工作機械の接触検出装置の電気接続図である。

図１〜図３において、検出装置本体１は、円筒状であり、図示しない工作機械の主軸に取付けられるものであって、検出装置本体１から突出するようにスタイラス２が取付けられている。検出装置本体１は、ベース部３と、ヘッド部４とを含む。ベース部３には、電池収納部５が形成されており、ここに電池６が収納されている。電池収納部５は、蓋７によって塞がれており、この蓋７の取外しにより電池６の交換が可能にされている。電池収納部５のスタイラス２側には発光手段として作動する発光ダイオード８が収納されている。発光ダイオード８は、スタイラス２の先端接触子である球２１がワークに接触すると発光する。ベース部３の側壁には、発光ダイオード８の発光を確認できるように窓９が形成されている。

ヘッド部４は、スタイラス２側の端面が開口された開口部を含み、開口側にスタイラス２が軸方向に変位可能に取付けられている。スタイラス２は、その先端にワークが接触する球２１（先端接触子）を有する。スタイラス２の他端は、検出装置本体１に揺動自在に支持されている。すなわち、スタイラス２の他端には、可動接点保持部１０が設けられている。可動接点保持部１０は、絶縁部材で形成されており、ばね１４によってスタイラス２の軸方向に押圧されている。可動接点保持部１０には、図３に示すように、それぞれが等しい角度で離隔され、径方向外方へ突出し、３個の可動接点１１，１２，１３が設けられている。可動接点１１，１２，１３は導電性部材から形成されている。検出装置本体１には、可動接点保持部１０を囲むように基板３０が先端保持部１５にねじ止めされている。

基板３０は、図２（Ａ）および図３に示すように、リング状に形成されている。３個の可動接点１１，１２，１３のそれぞれに対面する１対の固定接点として作動する導電性部材からなる１対の鋼球３１と３２，３３と３４，３５と３６が基板３０上に配置されている。３個の可動接点１１，１２，１３は、それぞれが各対の鋼球３１と３２，３３と３４，３５と３６に接離可能に設けられており、スタイラス２がワークに接触していないときは、３個の可動接点１１，１２，１３がそれぞれ各対の鋼球３１と３２，３３と３４，３５と３６に接触し、スタイラス２がワークに接触すると、いずれかの可動接点が対面する１対の鋼球から離れる方向に移動する。

基板３０の鋼球３１，３２が配置される位置には、図２（Ｂ）に示すように、凹部３７，３８が形成されており、凹部３８にはパターン電極４０の一端が形成されている。基板３０の鋼球３１と３２との間には、可動接点１１が基板３０に接しないように、径方向に延びる溝４４が形成されている。パターン電極４０の他端は、隣の１対の鋼球３３，３４のうちの他方の鋼球３３に対応する凹部（図示せず）に延びている。したがって、パターン電極４０は、鋼球３２，３３を電気的に接続している。同様にして、パターン電極４１は、鋼球３４，３５を電気的に接続している。なお、可動接点１２，１３が基板３０に接しないように、可動接点１２，１３に対応して溝４５，４６が基板３０に形成されている。

可動接点１１が鋼球３１，３２に接触し、可動接点１２が鋼球３３，３４に接触し、可動接点１３が鋼球３５，３６に接触しているとき、パターン電極４０，４１，４２，４３は電気回路の一部を構成する。電気回路の途中には、図４に示すように鋼球３１〜３６と電源部としての電池６が直列接続されている。鋼球３１にはパターン電極４２の一端が接続され、パターン電極４２の他端側には抵抗素子２５の一端と、ＮＰＮタイプのトランジスタ２６のベースとが接続されている。トランジスタ２６は、電流増幅率βがたとえば１００以上のものが使用され、ベース電流を１００倍以上に増幅する。トランジスタ２６と抵抗素子２５は電流増幅手段を構成している。

鋼球３６にはパターン電極４３の一端が接続されており、パターン電極４３の他端にはトランジスタ２６のエミッタが接続されている。また、パターン電極４３の他端は検出装置本体１に接地されている。トランジスタ２６のコレクタには、発光ダイオード８のカソードが接続されており、アノードは抵抗素子２５の他端と電池６の＋電極とに接続されている。電池６の−電極は、検出装置本体１に接地されている。

なお、ヘッド部４の開口部には、開口を有する先端保持部１５が設けられており、前述のごとく先端保持部１５に基板３０がねじ止めされる。先端保持部１５は、部材１７に取付けられており、部材１７は部材１８を介してベース部３に装着されている。ヘッド部４には、ゴムなどの可撓性部材から形成されたダイヤフラム１６が設けられている。ヘッド部４内には、スパークの防止などのために電気絶縁油が充填されている。ダイヤフラム１６は、電気絶縁油が外部に漏れるのを防止するとともに、ワークを加工するときの切削水が外部からヘッド部４内に浸入するのを阻止する。ダイヤフラム１６は、可撓性部材から形成されているので、スタイラス２の動きを阻害することはない。

次に、この発明の一実施形態における工作機械の接触検出装置の動作について説明する。スタイラス２の球２１がワークに接触していない状態では、可動接点１１，１２，１３はそれぞれ対面する各対の鋼球３１と３２、３３と３４、３５と３６に電気的に接触している。このため、鋼球３１〜３６は電気的に接続され、トランジスタ２６のベースは接地される。ベース電位とエミッタ電位はともに接地電位になっているため、ベース電位とエミッタ電位に差が生じないので、トランジスタ２６は導通しない。電池６から抵抗素子２５を介して接地側に電流が流れるが、トランジスタ２６が導通しないため、発光ダイオード８は電流が流れないので発光しない。

スタイラス２の球２１がワークに接触すると、スタイラス２が軸方向に変位し、可動接点保持部１０で保持されている可動接点１１，１２，１３の少なくともいずれかが対面する各対の鋼球３１と３２，３３と３４，３５と３６との接触から離れる。例えば、可動接点１１が対面する鋼球３１と３２とから離れると、トランジスタ２６のベース電位は接地電位から開放され、電池６の電位が抵抗素子２５を介してトランジスタ２６のベースに印加される。このため、トランジスタ２６は、ベースとエミッタとの間に電位が生じるので導通する。トランジスタ２６は、電流増幅率が高いため、ベース電流が小さくても、コレクタに大きな電流を流すことができるので、発光ダイオード８に大電流を流して発光させることができる。発光ダイオード８が発光している状態は、ベース部３に形成されている窓９を介して確認することができる。

上述のごとく、この発明の一実施形態における工作機械の接触検出装置は、スタイラス２がワークに接触したことに応じて、スタイラス２が軸方向に変位することにより、可動接点保持部１０により保持されている可動接点１１，１２，１３のいずれかを対面する各対の鋼球３１と３２，３３と３４，３５と３６から離し、電池６から抵抗素子２５を介してトランジスタ２６のベースに所定の電位を供給することができる。これにより、トランジスタ２６が導通し、発光ダイオード８を発光させて、ワークの接触を検知することができる。鋼球３１〜３６の表面に電気絶縁油の皮膜が生じていて通電抵抗が大きくても、ワーク検出時は可動接点１１，１２，１３のいずれかと、対面する各対の鋼球３１と３２，３３と３４，３５と３６の接触を開放するだけであるので、通電抵抗による影響を受けることがない。

また、この発明の一実施形態では、基板３０にパターン電極４０，４１，４２，４３を形成し、抵抗素子２５と、トランジスタ２６とをパターン電極４２，４３に直接接続することにより、一連の回路を１枚の基板３０上に形成できるので、接触検出装置を小型化でき、配線の手間を省くことができるばかりでなく、コストを下げて信頼性の向上を図ることができる。

なお、上述の実施形態では、３個の可動接点１１，１２，１３に対面して各対の鋼球３１と３２、３３と３４、３５と３６を設けたが、少なくとも１個の可動接点と、対面する１対の固定接点があれば、スタイラス２の軸方向の変位を検出することは可能である。

また、上述の実施形態では、スタイラス２がワークに接触したときに発光ダイオード８を発光するようにしたが、スタイラス２がワークに接触していないときに発光ダイオード８を発光させ、ワークに接触したときに消灯させるように回路を構成してもよい。

さらに、上述の実施形態では、トランジスタ２６としてＮＰＮタイプのものを用いたが、ＰＮＰタイプのものを用いてもよい。また、トランジスタ２６と、抵抗素子２５とを集積回路で構成して基板３０上に配置してもよい。

さらに、上述の実施形態では、鋼球３１と３１，３３と３４，３５と３６を使用したが、ニードルローラを使用してもよい。

また、上述の実施形態は、可動接点１１，１２，１３をスタイラス２に対して、径方向外方へ突出するように配置し、鋼球３１〜３６をスタイラス２の軸周りに配置し、スタイラス２を軸方向に変位させるようにしたが、可動接点１１，１２，１３と鋼球３１〜３６とをスタイラス２に対して平行に配置し、可動接点１１，１２，１３が鋼球３１〜３６に接触するようにばねで押圧し、スタイラス２を軸方向に対して直交する方向に変位させるようにしてもよい。

図５はこの発明の他の実施形態における工作機械の接触検出装置の一部を破断して示す側面図である。

この実施形態は、図１に示した工作機械の接触検出装置に防水対策を施したものである。接触検出装置は、工作機械の主軸に取付けられて使用されるが、使用しないときには工具マガジンに装着されて待機状態になる。工具マガジンは工作機械の近傍に配置されることが多い。工作機械の主軸に工具を取付けてワークを加工するとき、ワークに切削水がかけられて切削加工が行なわれる。この切削水が工具マガジンに装着されている接触検出装置に大量にかかることがある。この切削水が接触検出装置の検出装置本体１内に入り込むと、基板３０に水分が付着してしまい、絶縁不良などの障害を引き起こすおそれを生じる。接触検出装置には、切削水の浸入を防止するためにダイヤフラム１６が取付けられているが、大量の切削水がかかったときには、ダイヤフラム１６だけでは防水対策が不十分である。

そこで、図５に示した実施例は、検出装置本体１のヘッド部４を覆うように防水カバー部材として防水カバー５０を設けたものである。防水カバー５０は、ヘッド部４を覆ったときに密着して切削水が浸入しないように、ヘッド部４の外径よりもわずかに大きな内径を有する円筒状に形成されている。

防水カバー５０は、例えばスチールなどの金属材料で形成されるが、発光ダイオード８の発光状態を確認できるように全体を透明のアクリルなどで形成してもよい。また、防水カバー５０全体を金属材料で形成し、発光ダイオード８の発光を確認するための窓９に対応する部分に透明のアクリルを嵌め込んでおいてもよい。防水カバー５０のスタイラス２側は塞がれており、スタイラス２の外周部を取り囲むように、弾性部材であるリング状のゴム５１が設けられている。より好ましくは、防水カバー５０とヘッド部４との間には防水リングが嵌め込まれる。

このように防水カバー５０を設けることにより、大量の切削水が検出装置本体１にかかっても検出装置本体１内に切削水が入り込むのを阻止できる。特に、スタイラス２外周部を取り囲むように、リング状のゴム５１が嵌め込まれているので、待機状態におけるスタイラス２の動きを少なくでき、スタイラス２とゴム５１との間から切削水が浸入するのを少なくできる。

たとえ、スタイラス２とゴム５１との間から切削水が浸入しても、検出装置本体１にはダイヤフラム１６が取付けられているので、二重に防水対策を施すことができる。

なお、防水カバー５０は、ヘッド部４にのみならず、ベース部３も覆うようにしてもよい。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明の一実施形態における工作機械の接触検出装置の一部を破断して示す側面図である。 （Ａ）は図１の線ＩＩＡ−ＩＩＡに沿って見た断面図であり、（Ｂ）は図２（Ａ）の線ＩＩＢ−ＩＩＢに沿って見た断面図である。 スタイラスと、可動接点と、受け部の概要を示す斜視図である。 この発明の一実施形態における工作機械の接触検出装置の電気回路図である。 この発明の他の実施形態における工作機械の接触検出装置の一部を破断して示す側面図である。

符号の説明

１ 検出装置本体、２ スタイラス、３ ベース部、４ ヘッド部、５ 電池収納部、６ 電池、７ 蓋、８ 発光ダイオード、９ 窓、１０ 可動接点保持部、１１〜１３ 可動接点、１４ ばね、１５ 先端保持部、１６ ダイヤフラム、１７，１８ 部材、２１ 球、２５ 抵抗素子、２６ トランジスタ、３０基板、３１〜３６ 鋼球、３７，３８ 凹部、４０〜４３ パターン電極、４４〜４６ 溝、５０ 防水カバー、５１ ゴム。

Claims (4)

1. 工作機械の主軸に取付けられる検出装置本体と、
   前記検出装置本体に固定された基板と、
   前記基板上に互いに対向して離隔して配置される導電性部材からなる１対の固定接点と、
   前記基板に対して接離可能に保持され、検出対象物であるワークに接触する先端接触子と、前記１対の固定接点に接離可能に対面する導電性部材からなる可動接点とを含むスタイラスと、
   前記スタイラスが前記ワークに接触しているか否かに応じて発光する発光手段と、
   前記基板上に実装されるトランジスタと、抵抗素子とを含む電流増幅手段と、
   前記基板上に実装され、前記可動接点が前記１対の固定接点から離れているかまたは接触していることに応じて、前記電源部から前記抵抗素子に流れる電流を前記トランジスタで増幅して前記発光手段に流す配線パターンとを備える、工作機械の接触検出装置。
2. 前記固定接点は、前記基板上に複数対設けられ、
   前記可動接点は、前記各対の固定接点に対面して前記スタイラスの他端の周囲に複数個設けられている、請求項１に記載の工作機械の接触検出装置。
3. 前記検出装置本体は、
   前記スタイラスの先端接触子を通過させる開口部と、
   前記スタイラスの周囲の開口部を塞ぐ可撓性のダイヤフラムと、
   前記スタイラスの先端接触子を通過させつつ、前記ダイヤフラムを覆う防水カバー部材とを含む、請求項１または２に記載の工作機械の接触検出装置。
   
4. 前記防水カバー部材は、前記スタイラスの外周部を取り囲む弾性部材を含む、請求項３に記載の工作機械の接触検出装置。

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