JPH0216242Y2

JPH0216242Y2 -

Info

Publication number: JPH0216242Y2
Application number: JP1982011298U
Authority: JP
Priority date: 1982-01-28
Filing date: 1982-01-28
Publication date: 1990-05-02
Also published as: JPS58114705U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は、測定装置として使用されるタツチセ
ンサーに関するものである。

更に詳しくは、既に加工された製品の加工精度
を調べたり、マシニングセンタとして知られてい
る自動工具交換装置（ATC）付き数値制御工作
機械に使用されるタツチセンサーであつて、例え
ば後者にあつては非使用時には該マシニングセン
タの工具マガジンに収納され加工前あるいは加工
後必要に応じてマニピユレータにより掴み出して
工具用主軸（スピンドル）に装着し、主軸台を適
宜移動させながら接触子を被加工物に当てて加工
位置、例えば加工端面までの距離、加工穴径等を
検出して制御装置に検知信号を供給するためのタ
ツチセンサーに関するものである。

従来からこの種タツチセンサーは種々提案され
ている。この代表的な構造としては、例えば特開
昭53−58262号に開示されるように、ケーシング
内に配設したセンサーロツドの後端部から三方向
へ突出するＹ字形部材の各先端部にボールを固定
し、上記ケーシングに該各ボールを受支する各一
対のコロを周方向等間隔３ケ所に固着し、センサ
ーロツド押圧用ばねによつて各ボールを各一対の
コロに押接せしめることによつて、センサーロツ
ドを定位置に保持し、該センサーロツドが被加工
物に衝当したときには、上記ばねに抗してセンサ
ーロツドが変位し、この変位信号を感知装置で検
出すると共に、被加工物への衝当から解放された
ときには、前記ばねの付勢力によりボールが各一
対のコロに案内されて所定位置に戻り、センサー
ロツドが原状に復帰するようになつている。

この従来装置によつても正確に検出することが
できるが、その製作が極めて困難である。

即ち、この従来装置によれば、３個のボールと
これを受支する３位置の各一対のコロによつて、
センサーロツドの軸方向の心出し、即ちセンサー
ロツドがケーシングと軸方向に正確に平行に支持
されることと、センサーロツドの径方向の心出
し、即ちセンサーロツドがケーシングの軸心と正
確に一致するよう支持されることの両心出し作
用、及び周方向へ変位したＹ字形部材を元の定位
置に戻す規制作用を担つているため、上記３個の
ボールと、これらを受支する３対のコロとを上記
３作用を正確に達成するように注意を払いなが
ら、周方向等間隔に且つ各一対のコロによつて形
成される略Ｖ字状のくぼみを軸方向に同一深さに
形成しなければならないと共に、各一対のコロ、
即ち６個のコロを上記のように正確に設けなけれ
ばならず、製造が極めて面倒であり、量産上不利
である。

従つて本考案の目的は、従来装置のように軸方
向と径方向の両心出し作用及びフランジ部の回り
止め規制作用を同じ部材によつて達成させるので
はなくて、それぞれの作用を別個の部材に担わせ
ることによつて容易に製作することができ、量産
に適するようにすることである。

またこの種タツチセンサーにおいて、重要なこ
との一つは、センサーロツド先端の接触子が被加
工物に接触してセンサーロツドが変位したとき
に、その接触信号を即座に検出することである。
これはセンサーロツドの変位からこれと一体の電
気接点の離反（off）までの時間をできるだけ短
くすることを意味する。

しかるに従来装置にあつては、この検出時間に
若干のタイムラグを生ずる難点があつた。

したがつて本考案は、センサーロツドの変位か
ら電気接点の離反までの時間（μs〜ns）をできる
だけ短くすることを目的とする。

更にこの種タツチセンサーにおいて、重要なこ
との一つは、センサーロツドが変位した位置から
原点復帰する場合に、可能な限り原点に正確に復
帰することである。この種タツチセンサーは繰り
返し使用されるものであるから原点復帰の位置が
不正確であると、当然に検出精度も悪くなるから
である。

しかるに従来装置にあつては、この原点復帰の
正確性に若干欠ける難点があつた。

したがつて本考案の他の目的は、センサーロツ
ドの原点復帰を極めて正確に行うようにするるこ
とを目的とする。

上記目的を達成するために、本考案に係るタツ
チセンサーは、ケーシング１内にスライドボール
ベアリング８によりプランジヤー７を軸方向に移
動自在に支持させると共に、プランジヤー押圧用
ばね１７に付勢されてプランジヤー７とセンサー
ロツド９とを球継手部Ｘを介して同軸上に配置
し、センサーロツドの先端部に設けた接触子１１
をケーシング１の先端開口部より突出させ、該ロ
ツドの後端部に該ロツドに直交して設けたフラン
ジ部１３と上記ケーシング１の互いの対向面にそ
れぞれ対向接触する３対の電気接点２２ａ〜２２
ｃ，２８ａ〜２８ｃを周方向等間隔をおいて突設
し、その各対の電気接点２２ａ〜２２ｃ，２８ａ
〜２８ｃのうち、２対は、単一の接点２２ｂ〜２
２ｃ，２８ｂ，２８ｃで構成し、その残り１対
は、単一の接点２２ａと２つの接点部材３０ａ，
３０ｂからなる接点２８ａとで構成し、上記２つ
の接点部材３０ａ，３０ｂの対向側面を略Ｖ字状
に収斂する収斂面３１ａ，３１ｂとし、その収斂
面３１ａ，３１ｂ間に上記単一の接点２２ａを係
嵌させ、しかして常時は前記プランジヤー押圧用
ばね１７に付勢されて前記３対の電気接点２２ａ
〜２２ｃ，２８ａ〜２８ｃが互いに接触状態に保
持され、上記押圧用ばね１７の付勢力に抗して前
記センサーロツド９が変位することにより上記３
対の電気接点の少なくとも１対が互に非接触状態
になるよう形成され更にセンサーロツド９に対す
る変位力が解除されることによりセンサーロツド
９は前記プランジヤー７と同軸に原点復帰するよ
う形成されてなる構成を採用するものである。

以下、本考案構成を図示実施例に基づいて説明
する。

第１図において、１は筒状のケーシングで、工
作機械等への取付部２と後部筒状体３と先絞り状
の前部筒状体４との同一軸線を有する各部材から
なり、取付部２はボルト５によつて後部筒状体３
に一体的に連結され、また前部筒状体４はボルト
６によつて後部筒状体３に一体的に連結されてい
る。７はケーシング１の後部筒状体３をその軸線
方向に貫通していてスライドボールベアリング
８，８により軸方向に移動可能に支持されたプラ
ンジヤーであり、９はセンサーロツドで、ケーシ
ング１の前部筒状体４内にプランジヤー７と対向
して同一軸線上に配置されると共に前部筒状体４
の先端開口部１０を挿通して外方に突出してい
る。このセンサーロツド９は、その外方突出端に
球形その他適当形状の接触子１１を備えており、
中途箇所に設けられたねじ継手部１２から接触子
１１に至る部分９ａを他の適当長さあるいは適当
形状のものと取替え可能に構成され、また前部筒
状体４内に位置する後端部にはフランジ部１３が
一体的に設けられている。上記プランジヤー７と
センサーロツド９との対向端部、つまりプランジ
ヤー７の前端とセンサーロツド９の後端にはテー
パ状凹部１４および１５が形成され、これらテー
パ状凹部１４，１５間に球体１６が嵌合され、こ
れらテーパ状凹部１４，１５と球体１６とで球継
手部Ｘを構成している。１７はプランジヤー押圧
用コイルばねで、プランジヤー７内に嵌挿されて
いてその一端が該プランジヤー７の内奥端で支持
され、他端がケーシング１の取付部２のスライド
孔１８内に配置された滑子１９の凹陥部２０内で
支持され、ばね圧調整用ねじ２１のねじ込み程度
によつて滑子１９を進退させてばね圧を自在に調
節可能である。このコイルばね１７の付勢力によ
り球継手部Ｘを介してセンサーロツド９を前方側
へ押圧している。

センサーロツド９のフランジ部１３の前面側周
辺部には、第２図で示すように、３つの単一の部
材からなる電気接点２２ａ，２２ｂ，２２ｃがそ
れぞれ絶縁体層２３ａ，２３ｂ，２３ｃを介して
円周方向に等間隔で、即ちフランジ部１３を半径
方向に120゜の角度で扇形に３分割する線上に植設
されている。２４は後部筒状体３に後端を埋設固
着したピン２５の前端を挿通させる長孔で、セン
サーロツド９の回転方向への変位をピン２５によ
り阻止するようになつている。一方、該フランジ
部１３の周辺部に対向するケーシング１側にはリ
ング状の座板２６がボルト２７によつてケーシン
グ１の前部筒状体４の内面に固着されており、こ
の座板２６の前記フランジ部１３と対向する面に
は該フランジ部１３の電気接点２２ａ，２２ｂ，
２２ｃとの対向位置に電気接点２８ａ，２８ｂ，
２８ｃがそれぞれ絶縁体層２９ａ，２９ｂ，２９
ｃを介して植設されている。これら電気接点２２
ａ，２２ｂ，２２ｃと２８ａ，２８ｂ，２８ｃと
は３対の接点対を構成しており、前記プランジヤ
ー押圧用コイルばね１７の付勢力で押圧されて各
対が通常時には接触状態にあるが、センサーロツ
ド９の接触子１１が被加工物等の対象物（図示省
略）の所定部位に衝当してセンサーロツド９が変
位した際には３対の接点対の１対乃至３対全部が
離間するようになつている。

しかして、第２図で示すようにフランジ部１３
の３接点のうち接点２２ａは球状表面を有して他
の２接点２２ｂ，２２ｃは平坦表面を有してお
り、一方座板２６の３接点のううち、接点２８
ｂ，２８ｃは球状表面を有する単一部材からな
り、接点２８ａは電気的に絶縁された２つの接点
部材３０ａ，３０ｂからなつている。そして、そ
の両接点部材３０ａ，３０ｂの対向側面を略Ｖ字
状に収斂する収斂面３１ａ，３１ｂとし、その収
斂面３１ａ，３１ｂ間に上記球状表面を有する単
一の電気接点２２ａを係嵌させている。従つて接
点２２ａと２８ａとの接点対がセンサーロツド９
の変位で開離した後に復帰する場合、その復帰位
置が両者の嵌合で正確確に定まり、この嵌合位置
に規制されてセンサーロツド全体の復元位置も精
密になり、復帰状態において長孔２４とピン２５
との間隙に基づくセンサーロツド９の回転方向変
位が残留する恐れは皆無となり、しかも復帰作動
が迅速化する。

ここで、接点２８ａの接点部材３０ａにはコー
ド３２ａが接続され、接点２８ａの接点部材３０
ｂと接点２８ｃとの間にはコード３２ｂが接続さ
れ、また接点２２ｃと２２ｂとの間にはコード３
２ｃが接続され、更に接点２８ｂにはコード３２
ｄが接続され、各接点対とコード３２ａ，３２
ｂ，３２ｃ，３２ｄとで直列の電気回路を構成し
ているから、この回路の電気的導通がセンサーロ
ツドの変位で遮断されるのを適当な検知装置で検
知することによつて対象物の位置が精密に検出で
きる。尚、座板２６の各接点間に位置する孔３３
…はボルト２７の螺合用に穿設されたものであ
る。また３４は可撓性を有する例えばゴム製のダ
ストカバーで、前部筒状体４の先端開口部１０を
遮蔽してセンサー内部への塵埃等の侵入を阻止す
るものであり、大径側周端部を前部筒状体４に小
径側周端部をセンサーロツド９にそれぞれ嵌着支
持させている。

上記構成のタツチセンサーは、数値制御工作機
械、例えばマシニングセンタや種々の計測装置に
ケーシング１の取付部２を装着して対象物の各部
の位置検出に使用されるが、マニピユレータ（図
示省略）で把持される把持部を備えたホルダー
（図示省略）をケーシング１の後部に着脱自在に
嵌着させる構成を採つてもよい。

また前記実施例では３つの電気接点のうち１対
についてフランジ部１３側の接点２２ａを球状表
面を有するものとしてこれに対向する座板側の接
点２８ａを２つの接点部材３０ａ，３０ｂとから
なるものとし、両接点２２ａと２８ａとが嵌合す
る構造としているが、逆に座板側の接点を球状表
面を有するものとしてフランジ側の接点を該球状
表面に嵌合する形状としてもよい。

更に前記実施例ではセンサーロツド９の対向端
部にテーパ状凹部１４，１５を設けてその間に球
体１６を介在させているが、プランジヤー７側の
みにテーパ状凹部１４を設けてセンサーロツド９
側に球状部を一体形成してもよいし、逆にセンサ
ーロツド９側のみにテーパ状凹部１５を設けてプ
ランジヤー７側に球状部を一体形成してもよい。

このようなタツチセンサーにおいて、例えば第
４図で示すような回路構成を採れば、センサーロ
ツド９が変位しない状態においては電源Ｅと赤外
発光ダイオードＤとは通電状態におかれる。この
電源Ｅと赤外発光ダイオードとを第５図で示すよ
うな集積回路ICで接続すると、センサーロツド
９が変位しないとき電源Ｅからの入力信号は増幅
器Ａを介してシユミツト回路Ｓを通電状態に維持
し、赤外発光ダイオードＤを発光させる。一方、
センサーロツド９の接触子１１が被加工物等の対
象物に衝当して変位した場合には第４図で示す接
点対の１対乃至３対全部が離間してその回路が遮
断され、電源Ｅからのシユミツト回路Ｓに入る入
力信号が変化し、そのためにシユミツト回路Ｓが
非通電状態となつて赤外発光ダイオードＤの発光
信号が消滅し、それによつてフオトトランジスタ
Ｔの抵抗値が変化し、この変化した信号が例えば
マシニングセンタの制御装置Ｍに伝達されてその
指令によつて加工位置が検出される。

上述の説明から明らかなように本考案によれ
ば、センサーロツド９の後端部にこれに直交して
フランジ部１３を設け、このフランジ部１３に、
周方向等間隔に突設した３個の電気接点２２ａ〜
２２ｃをケーシング１側に設けた電気接点２８ａ
〜２８ｃに押圧させることによつて、上記センサ
ーロツド９の軸心がケーシング１の軸心と正確に
平行になるよう形成すればよいから、容易に製作
することができる。

またスライドボールベアリング８と、該ベアリ
ング８により軸方向移動自在に支持されたプラン
ジヤー７と、該プランジヤー７の先端部とセンサ
ーロツド９の後端部との間に設けた球継手部Ｘと
によつて、上記センサーロツド９の軸心がケーシ
ング１の軸心に一致するよう注意すだけでよいか
ら、この構造についても容易に製作することがで
きる。

さらに本考案によれば、センサーロツド９に設
けたフランジ部１３とケーシング１の互いの対向
面にそれぞれ突設され、且つ、対向接触する３対
の電気接点２２ａ〜２２ｃ，２８ａ〜２８ｃのう
ち、１対のみについて単一の接点２２ａと２つの
接点部材３０ａ，３０ｂとで構成し、その単一の
接点２２ａを接点部材３０ａ，３０ｂの収斂面３
０ａ，３０ｂに係嵌させることによつて、フラン
ジ部１３の回転方向の変位の規制をおこない、そ
の他の残り２対は、それぞれ２つの単一の電気接
点２２ｂ，２８ｂ，２２ｃ，２８ｃだけで構成
し、これらの接点と、前記回り止め規制を行う接
点２２ａとの共働で、センサーロツド９の軸心方
向の心出し作用をおこなわせている。この結果、
上記各接点及び接点部材の接触点が合計４ケ所と
なり、従来装置に比べて接触数が減少しており、
それだけフランジ部１３の回転方向の変位の規制
と上述したセンサーロツド９の軸心方向の心出し
のための構成が簡単であり、この面からも容易に
製作することができる。

また本考案によれば、フランジ部１３とケーシ
ング１の互いの対向面にそれぞれ対向接触する３
対の電気接点２２ａ〜２２ｃ，２８ａ〜２８ｃの
うち、少なくとも２対は、単一の接点２２ｂ２２
ｃ，２８ｂ，２８ｃで構成しているため、従来装
置に比べてセンサーロツド８の変位から電気接点
２２ｂ，２８ｂ及び２２ｃ，２８ｃの離反までの
時間が極めて短くなり、検出精度を極めて良好に
することができる。

その理由を第６図（本考案）と第７図（従来装
置）とによつて説明とると、従来装置にあつて
は、第７図に示すように全ての電気接点が、セン
サーロツドと一体に動く可動接点部点S₁が一対の
固定接点S₂，S₃の収斂面S_2a，S_3a間に嵌り込み、
この収斂面S_2a，S_3aで可動接点S₁が接線上に保持
され、通電状態に維持されている。したがつて可
動接点S₁が固定接点S₂またはS₃の収斂面S_2a，S_3a
から離反するためには、αが90゜の場合には、離
反距離l₂を１得るためには可動接点S₂またはS₃は
1.41倍、αが60゜の場合には1.73倍の移動距離l₁が
可動接点S₁に要求され、それだけ可動接点S₁の離
反が遅くなり、この種、μs（ミクロンセカンド）
〜ns（ナノセカンド）の応答性の要求されるタツ
チセンサーの分野においては、このタイムラグは
検出精度の精緻化を妨げる要因となる。

しかも可動接点S₁は、一対の固定接点S₂，S₃間
に嵌り込んで支持されるため、一種のくさび結合
されることになり一層可動接点S₁の離反性能を悪
くすることになる。

さらにまた従来装置のように周方向３ケ所の全
ての可動接点がＶ溝状に配置する一対の固定接点
間に係嵌される構造のものでは、可動接点を安定
よく静止させるためには、Ｖ溝の開き角度αが少
なくとも60度の狭い角度が要求され、もしこれよ
り広い開き角度で可動接点を一対の固定接点間に
係嵌させるためには、可動接点を押圧するばね２
２の弾圧力を強くしなければならず、ばね圧が大
となれば当然に作動応答性が悪くなり、前述のタ
イムラグの発生と共に、この種タツチセンサーと
しては致命的な難点を有する。

これに対し本考案によれば、第６図に示すよう
に可動接点２２ｂまたは２２ｃが一つの固定接点
２８ｂまたは２８ｃに接触するだけであるから、
上述のような難点がなく検出精度が良好である。

しかも本考案においては、一ケ所に設けられる
単一の接点２２ａが一対の接点部材３０ａ，３０
ｂ間に係嵌される構成は、単に一対の接点部材３
０ａ，３０ｂ間の通電、遮断のために単一の接点
２２ａを設けるだけであるから両接点部材３０
ａ，３０ｂ間の開き角度は45゜またはこれ以上の
角度でよく、この面からも作動応答性が良好であ
る。

また本考案によれば、ケーシング１内に、スラ
イドボールベアリング８によりプランジヤー７を
軸方向に移動自在に支持させると共に、プランジ
ヤー押圧用ばね１７に付勢されてプランジヤー７
とセンサーロツド９とを球継手部Ｘを介して同軸
上に配置し、センサーロツド９に対する変位力が
解除されることによりセンサーロツド９は前記プ
ランジヤー７と同軸に原点復帰するよう形成され
てなるため、センサーロツド９を極めて正確に原
点復帰させることができる。

即ち本考案によれば、センサーロツド９の原点
位置はプランジヤー７によつて保持されるように
なつており、原点位置ではセンサーロツド９はプ
ランジヤー７と同軸同心に維維持されるようにな
つており、センサーロツド９の変位によりプラン
ジヤー７はプランジヤー押圧用ばね１７の付勢力
に抗して軸方向に変位し、センサーロツド９に対
する変位力が解除されると上記押圧用ばね１７に
付勢されてプランジヤー７はセンサーロツド９側
に復帰し、該センサーロツド９をプランジヤー７
と同軸同心状態に規制することになる。したがつ
てセンサーロツド９が正確に原点に復帰するため
には、これを規制するプランジヤー７がその軸方
向変位途上で径方向に偏倚しないようにすること
が必要である。この点本考案によれば、プランジ
ヤー７はスライドボールベアリング８によりケー
シング１内に支持されているため、プランジヤー
７が軸方向に変位するための遊動間隙は理論的に
零であり、したがつてプランジヤー７が軸方向変
位途上で径方向に偏倚することがなく、これがた
めに反復使用においても常にセンサーロツド９を
プランジヤー７と同軸同心に、即ち常にセンサー
ロツド１９を正確に原点に復帰させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案タツチセンサーの一実施例を示
す縦断面図、第２図は電気接点の配置状態を示す
要部展開斜視図、第３図は嵌合状態にある電気接
点対を示す要部断面図、第４図は本考案実施例に
おける電気回路構成図、第５図は本考案タツチセ
ンサーに適用する感知装置例における電気回路構
成図、第６図は本考案の作動原理を説明するため
の電気接点部分の拡大図、第７図は従来例の作動
原理を説明するための電気接点部分の拡大図であ
る。１…ケーシング、７…プランジヤー、８…スラ
イドボールベアリング、９…センサーロツド、１
０…ケーシングの先端開口部、１１…接触子、１
３…フランジ部、１７…プランジヤー押圧用ば
ね、２１…ばね圧調整ねじ、２２ａ，２２ｂ，２
２ｃ，２８ａ，２８ｂ，２８ｃ…電気接点、３０
ａ，３０ｂ…接点部材、３１ａ，３１ｂ…収斂
面、Ｘ…球継手部。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】１ケーシング１内に、スライドボールベアリン
グ８によりプランジヤー７を軸方向に移動自在
に支持させると共に、プランジヤー押圧用ばね
１７に付勢されてプランジヤー７とセンサーロ
ツド９とを球継手部Ｘを介して同軸上に配置
し、センサーロツドの先端部に設けた接触子１
１をケーシング１の先端開口部より突出させ、
該ロツドの後端部に該ロツドに直交して設けた
フランジ部１３と上記ケーシング１の互いの対
向面にそれぞれ対向接触する３対の電気接点２
２ａ〜２２ｃ，２８ａ〜２８ｃを周方向等間隔
をおいて突設し、その各対の電気接点２２ａ〜
２２ｃ，２８ａ〜２８ｃのうち、２対は、単一
の接点２２ｂ，２２ｃ，２８ｂ，２８ｃで構成
し、その残り１対は、単一の接点２２ａと２つ
の接点部材３０ａ，３０ｂからなる接点２８ａ
とで構成し、上記２つの接点部材３０ａ，３０
ｂの対向側面を略Ｖ字状に収斂する収斂面３１
ａ，３１ｂとし、その収斂面３１ａ，３１ｂ間
に上記単一の接点２２ａを係嵌させ、しかして
常時は前記プランジヤー押圧用ばね１７に付勢
されて前記３対の電気接点２２ａ〜２２ｃ，２
８ａ〜２８ｃが互いに接触状態に保持され、上
記押圧用ばね１７の付勢力に抗して前記センサ
ーロツド９が変位することにより上記３対の電
気接点の少なくとも１対が互いに非接触状態に
なるよう形成され更にセンサーロツド９に対す
る変位力が解除されることによりセンサーロツ
ド９は前記プランジヤー７と同軸に原点復帰す
るよう形成されてなるタツチセンサー。２プランジヤー押圧用ばね１７はばね圧調整用
ねじ２１によりばね圧が調整自在である実用新
案登録請求の範囲第１項に記載のタツチセンサ
ー。