JP5133884B2 - 接触検出器 - Google Patents

Description

この発明は、検出針の検出端と検出対象物との接触を検出する装置に関するもので、検出針がハウジング内に設けた６個の支持点で規定される安定位置に復帰ばねで押しつけた状態で支持されている構造の前記装置に関するものである。この発明は、温度変化や経年変化によって前記支持点の位置に誤差が生じ、それが接触検出器の検出精度に悪影響を及ぼすのを防止する技術に関するものである。

この種の接触検出器は、検出対象物に接触させる検出端を先端に設けた検出針とこの検出針を支持しているハウジングとを備えている。検出針の基部すなわち検出端と反対の端部は、ハウジング内の支持部材に形成した６個の支持点にハウジングに内蔵した復帰ばねで押付けられている。検出端に外力が作用していない状態では、検出針は前記６個の支持点で規定される３次元空間内の安定位置に保持される。検出針の先端が検出対象物に接触すると、その接触反力により検出針はその安定位置からわずかに傾動して、前記６個の支持点の内の少なくとも一個が離隔する（離れる）。この支持点の離隔を電気的に検出することにより、検出端と検出対象物との接触が検出される。

このような接触検出器は、たとえば図９に示すように、ハウジング２１にシャンク２２を設け、このシャンクを工作機械の工具軸２３に装着して、工具軸とワーク２４との相対位置関係を計測するのに用いられている。すなわち、テーブル２５に検出対象物となるワーク２４を固定した工作機械の工具軸２３に接触検出器２０を装着し、工具軸２３又はテーブル２５を図示しないＮＣ装置で移動する。そして、検出針１の検出端１３とワーク２４との接触信号が接触検出器から出力されたときの工具軸又はテーブルの座標を読取ることにより、工具軸とワークの相対位置関係を計測する。ハウジング２１には、前記６個の支持点を有する支持部材４と復帰ばね１６とが内蔵されている。支持部材４は、調整ねじ２６を介してハウジング２１に固定されており、調整ねじ２６を調整することにより、前記安定位置における検出端１３の位置がシャンク２２の中心軸と同一の軸線上に設定されている。

支持部材４に検出針１を支持する６個の支持点を形成する構造については、種々のものが提案されている。構造が簡単で安定位置を高精度で規定できる構造の一つとして、検出針１の基部に放射状に３本の支持脚を設け、検出針の軸心を中心とする円周上に配置した２個一組の３組のボールで当該３本の支持脚を支持する構造がある。

この構造は、図５〜７に示されている。図に示すように、先端１３を検出端とした検出針１の基部２に３本の支持脚３を互いに１２０度の間隔で放射方向に設ける。支持脚３は円柱である。支持部材４側には、検出針１の軸心を中心とする正三角形の各頂点位置に、２個一組の合計６個のボール５で３個の受部１５を形成する。受部１５は、２個のボール５の間の凹所となっている部分に形成される。そして、検出針の基部を復帰ばね１６で受部１５側に押すことにより、それぞれの支持脚３をこれに対向する受部１５で支持する。３本の支持脚３は、それぞれを支持する２個のボールの球面に接触して、６個の支持点１０が形成され、この６個の支持点で検出針１の安定位置が規定される。

すなわちこの安定位置において、検出針の検出端１３は、三次元空間内での３軸方向の位置及び、当該３軸回りの回転角が支持脚３とボール５との６個の支持点１０によって規定される。検出端１３と検出対象物との接触により、検出端１３が微小移動したときは、検出針１が僅かに傾いて、いずれかの支持点１０においてボール５と支持脚３との接触が離れる。一方、検出端に作用する外力がなくなったときは、復帰ばね１６のばね力で、検出端１３が常に一定の安定位置に復帰する。

検出針と検出対象物との接触は、検出対象物が常に電気の良導体であるときは、当該検出対象物の表面と検出針との接触点を外部接点とする電気回路により検出できる。また検出対象物に電気の不良導体が含まれるときは、ボール５と支持脚３の支持点１０を内部接点とする電気回路により検出できる。内部接点は、たとえば図８に模式的に示すように、支持脚３とボール５との６個の支持点１０を直列に繋ぐような電気回路１７を設けることにより形成できる。検出針１の安定位置からのずれにより、いずれかの支持点１０で支持脚３とボール５との接触が離れ、この離隔が電気信号（電気回路１７のオンオフ）として検出される。

図７は、ボール５を支持部材４に固定する具体的な構造の一例を示した図である。図の例では、検出針を通す中心孔１４を有する中空円筒状の支持部材４にボール５を収める収納穴６をボールエンドミルで開け、かつ隣接する収納穴の間に支持脚３を挿入する放射方向のスリット７を加工している。スリット７の幅は、支持脚３の径より十分に広くしてある。ボールエンドミルで開けた収納穴の底面は半球状の受面となっており、ボール５は、この受面に接着剤で接着して固定している。

ボール５や丸棒である支持脚３は、高い精度での加工が可能である。一方、収納穴６の深さや支持脚３の取付角には誤差が生じやすい。しかし、この誤差によって生ずる検出端１３の位置誤差は、個々の検出器についてハウジング内での支持部材４の二次元方向の傾きを初期調整しておくことにより、補正できる。
特開平１１−９４５０９号公報

位置や寸法を高精度で計測しようとするときは、検出器自体や検出対象物側の熱変形なども考慮しなければならない。金属加工機械でワークの位置を検出する場合は、検出器を鉄又はそれと同程度の熱膨張係数を有する材料で製作することにより、熱膨張による誤差を軽減することができる。しかし、ボール５を支持部材４に接着剤で接着した従来構造では、接着剤の熱膨張係数の相違により、環境温度が変化したときに誤差が生ずる危険がある。更に問題となるのは、受部やボールと接着剤との熱膨張係数の相違により、経年変化によって接着剤層にクラックが入ったり、接着剤が剥離したりすることである。このようなことが起こると、ボールの位置が初期位置からずれて、検出端１３の安定位置に大きな誤差が生ずる。特に支持脚３の長さに対して検出針１の長さが長い検出器では、ボール５の僅かな位置ずれによって検出端１３の安定位置に大きなずれが生じ、計測精度を大きく低下させる。

この発明の課題は、前記問題を解決して、温度変化の激しい環境下においても、検出針先端の安定位置に経年変化を生じない検出針の支持構造を提供することである。これにより、より高精度の計測が可能で、かつ製品寿命の長い接触検出器を得ることができる。

この発明は、接触検出器の検出針を支持するボールを、その支持部材４に直接接触させて固定する簡単な構造を提供することにより、前記課題を解決したものである。

この発明の接触検出器は、検出対象物に接触させる検出端を備えた検出針１と、この検出針の基部２から放射方向に伸びる３本の支持脚３と、各支持脚を受ける受部１５を形成する２個１組のボール５の３組と、このボール群を介して検出針１を支持している支持部材４と、支持脚３を受部１５に押付ける復帰ばね１６とを備えている。

この発明の接触検出器では、受部１５を形成するボール５は、支持部材４に形成した収納穴６の底の半球状ないし円錐状の受面１２で位置決めされている。支持部材４には、その外周から６個のボール５のそれぞれに向けて、ねじ孔８が設けられている。このねじ孔のそれぞれには、ボール５を支持部材４に設けた収納穴６の底の受面１２に押付けるねじ９が螺合されている。ねじ９でそれぞれのボール５を収納穴の底の受面１２に押付けることにより、それぞれのボール５が接着剤層を介在させることなく、ボール５を納めるために支持部材４に設けた収納穴の受面１２に直接接触した状態で、定位置に固定される。

ねじ孔８は、ボール５を収納穴の底の受面１２に押付ける方向に設けることができる。ねじ孔８は、ボール５を押付ける方向と直交する方向に設けることもできる。後者の場合は、先端に凸円錐面１１を備えたねじ９を用いる。ねじ孔８にねじ９を螺合したときに、ねじ９の先端がボール５をそれぞれの収納穴の底の受面１２に直接押接して固定する。更にボール５が、コイルばね１８や板ばねによってそれぞれの収納穴の底の受面１２に押付けられる構造とすることもできる。

検出針１の安定位置からの離隔を内部接点型の電気回路で検出する接触検出器では、支持脚３及びボール５を導電体で形成し、検出針の基部２及び支持部材４は絶縁体とする。外部接点型の電気回路で検出するときは、検出針全体、支持脚、ボール及び支持部材４を導電体とすることにより、内部電気配線を不要にできる。支持脚３は、一般的には検出針１の軸心を中心とする放射方向に１２０度間隔で形成するが、軸心回りでなくてもよく、等角度間隔でなくてもよい。

この発明の構造では、検出針の安定位置を規定するボール５を支持部材４に直接、すなわち接着剤層などを介在させないで、押接して固定しているので、環境温度の変化や経年変化によるボール５の位置の変化が発生するおそれがほとんどなくなる。従って、長い期間に亘って検出針１の安定位置の精度を維持することができ、より高精度の接触検出が可能で、かつ長寿命の接触検出器を提供することができる。

そして、このボールの固定構造は、検出針を支持する受部１５の形状や構造に適合した合理的で簡単な構造であり、支持部材４に側面からねじ孔８を開けてそのねじ孔にねじ９を螺入するか、あるいは支持部材４に側面からばね挿入孔１８を開けてそのばね挿入孔にばね１９を挿入するだけでよいので、製造が極めて簡単である。先端を円錐面としたねじ９を使用する構造では、ねじと円錐面との二重の楔作用によってボール５がボール収納穴の底の受面１２に固定されるので、小さなねじでしっかりとボール５を固定することができる。

本発明の一実施例の要部を示す平面図 図１のＡ−Ａ線における断面図 図２と異なる第２の構造を示す図１のＡ−Ａ線における断面図 図２及び３と異なる第３の構造を示す図１のＡ−Ａ線における断面図 従来の接触検出器の一例を示す斜視図 図３の接触検出器の要部を示す平面図 図３の接触検出器の支持脚の支持構造を示す断面図 接触検出回路の一例を示す模式図 位置検出器の使用例を示す模式図

符号の説明

１ 検出針
２ 検出針の基部
３ 支持脚
４ 支持部材
５ ボール
６ ボール収納穴
８ 小ねじ孔
９ 小ねじ
11 凸円錐面
12 ボール収納穴の底の受面
15 受部
16 復帰ばね

次に図面を参照して、この発明の実施例を説明する。検出針１の支持構造は、図５に示した従来構造と同様に、基部２に設けた放射方向に伸びる３本の支持脚３を支持部材４の円周上に配置した２個一組の３組のボール５で受ける構造である。

ボール５は、図２に示すように、支持部材４に検出針１の方向と平行にボールエンドミルで開けた収納穴６の底部に挿入されている。１本の支持脚３を受ける２個のボールをそれぞれ挿入する収納穴６の間には、支持脚３を挿入するスリット７が形成されている。

支持部材４には、収納穴６の底部に位置するボール５の頂部に向けて、支持部材４の外周から当該ボールの配設ピッチ円と接する方向の小ねじ孔８が設けられ、この小ねじ孔に先端を円錐状に尖らした小ねじ９が螺入されている。収納穴６にボール５を挿入してからねじ９を螺入することにより、ねじ先端の円錐面１１がボール５の頂部に当接し、ねじによる小ねじ９の螺進作用と、その先端の円錐面とボール５との接触部に働く楔作用とにより、ボール５は、収納穴６の底に形成された半球状の受面１２に押しつけて固定されている。

図３は、収納穴の底の受面１２にボール５を押付けて固定する第２の例を示した図である。図３の例では、収納穴６の底部に位置するボール５の頂部に向けて、支持部材４の外周から当該ボールの配設ピッチ円と接する面内で先端側が下方に傾斜した小ねじ孔８が設けられている。小ねじ孔８に螺合した小ねじ９の先端は、当該小ねじのねじ軸方向の螺進により、ボール５を収納穴の底に形成された半球状ないし円錐状の受面１２に押付けて固定する。

図４は、収納穴の底の受面１２にボール５を押付けて固定する第３の例を示した図である。図４の例では、収納穴６の底部に位置するボール５の頂部に向けて、支持部材４の外周から当該ボールの配設ピッチ円と接する面内で先端側が下方に傾斜した小ねじ孔８が設けられ、この小ねじ孔の先端からねじ軸方向に延びて収納穴６に開口するばね挿入孔１８が設けられている。ボール収納穴６にボール５を挿入した後、ばね挿入孔１８にコイルばね１９を挿入し、小ねじ孔８に螺合した小ねじ９を螺進してその先端でコイルばね１９を押すことにより、コイルばね１９が圧縮され、そのばね力でボール５を収納穴の底に形成された半球状ないし円錐状の受面１２に押付けられて固定される。

検出針１を支持するボール５のそれぞれに、各１本の小ねじ孔８ないしばね挿入孔１８及び小ねじ９ないしばね１９が設けられており、それらの小ねじ９を締め付けることによって、６個のボール５がそれぞれの収納穴６の底面と接着剤などの層を介在させることなく直接当接した状態で定位置に固定される。すなわちこの発明の構造では、ボール５を収納穴の底１２に固定するのに接着剤を使用する必要がない。そして、従来構造と同様にそれぞれが定位置に固定されている６個のボール５で３本の支持脚３が支持されることにより、支持針１の先端の検出端１３の安定位置が保持される。

Claims (3)

1. 検出対象物に接触させる検出針と、この検出針の基部から放射方向に伸びる３本の支持脚と、各支持脚を受ける受部を形成する２個１組のボールの３組と、このボールを介して前記検出針を支持している支持部材と、前記支持脚を前記受部に付勢する復帰ばねとを備え、前記ボールは前記支持部材に形成したボール収納穴の半球状ないし円錐状の受面に位置決めされている接触検出器において、
   前記支持部材の外周から前記６個のボールのそれぞれの反受面側に向かう小ねじ孔と、この小ねじ孔のそれぞれに螺合された小ねじとを備え、それぞれの小ねじの先端が対応するボールをそれぞれのボールの受面に接着剤層を介在させることなく直接押接している、接触検出器。
2. 前記支持部材は検出針が貫通する中空孔を備えた中空円筒状の支持部材であり、前記小ねじ孔が、当該支持部材の中心軸線に直角の面内に設けられ、前記小ねじは先端に周面がボールと接触する凸円錐面を備えている、請求項１記載の接触検出器。
3. 検出対象物に接触させる検出針と、この検出針の基部から放射方向に伸びる３本の支持脚と、各支持脚を受ける受部を形成する２個１組のボールの３組と、このボールを介して前記検出針を支持している支持部材と、前記支持脚を前記受部に付勢する復帰ばねとを備え、前記ボールは前記支持部材に形成したボール収納穴の半球状ないし円錐状の受面に位置決めされている接触検出器において、
   前記支持部材の外周から前記６個のボールのそれぞれの反受面側に向かうばね挿入孔と、このばね挿入孔のそれぞれに挿入されたばねとを備え、それぞれのばねの先端が対応するボールをそれぞれのボールの受面に接着剤層を介在させることなく直接押接している、接触検出器。

Images