JPH07100735A

JPH07100735A - ドリル用センサ及びそれを用いたドリル状態監視装置

Info

Publication number: JPH07100735A
Application number: JP5268163A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Sasada; 一郎笹田; Kazuhiko Toda; 和彦戸田; Yasuo Mizogami; 恭生溝上
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1993-09-30
Filing date: 1993-09-30
Publication date: 1995-04-18

Abstract

(57)【要約】【目的】小型かつ簡易な構成でもってドリルにかかっ
ているトルクを正確に検出できるドリル用センサを提供
すること【構成】ドリル１の刃部２と、溝７が形成されていな
いシャンク（柄の部分）１０の両側にまたがるように、
そのドリル１の外側に同心円状に励磁コイル１２を配置
し、さらに、励磁コイルの外側で刃部２の形成部位側に
第１の検出コイル１３を、またシャンク１０側に第２の
検出コイル１４を設ける。そして、励磁コイルに交流電
圧を印加すると、両検出コイルで所定の交流信号が出力
されるが、この時両検出コイルを同期整流器に対して差
動結合し、無負荷状態でゼロとなるようにする。この状
態でドリルにトルクがかかると、主に刃部側が捻られ、
逆磁歪効果により透磁率が変化する。それにより結合係
数が変わり、第１の検出コイル側の出力が変化するた
め、同期整流器の出力はトルクに応じた値となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、切削加工時にドリルの
折損の有無及びその予測，並びに刃部の欠けまたは磨耗
等のドリルの状態を検出するためのドリル用センサ及び
それを用いたドリル状態監視装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のドリルの折損を検出する手段とし
ては、工具と被加工物（ワーク）との間に電流のループ
を作り、ドリルが折れた時にそのループが遮断されるこ
とを利用して検知したり、ドリルを挟んで発光素子と受
光素子を配置した光センサを用い、正常時にはドリルに
より光を遮光するとともに、ドリルが折れた時に受光素
子で受光することを利用したもの等がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前者のもので
は工具或いは被加工物が絶縁体の場合には利用できない
と共に、後者のものでは両素子の設置位置の調整が煩雑
である。さらに、いずれの場合も、ドリルの先端が完全
に折れることを検出条件としているので、ドリルの刃部
の一部が欠けたり、磨耗していることや、そのまま加工
を続けると折損すると言うような予測をすることはでき
ない。さらには、折れたドリルの先端が周囲に飛び出す
おそれもあり危険である。

【０００４】係る問題を解決するため、例えば作業中に
ドリル等の歯が欠けると被加工物から受ける切削抵抗が
大きくなり、ドリル（或いはそれを保持するシャフト）
が受けるトルクが変動することに着目した、工作機械に
用いられる工具（ドリル，フライス盤並びにボール盤等
の回転する工具）用の折損センサがある。

【０００５】すなわち、ドリルを把持するためのチャッ
クの基端側で、工作機械本体への取付面等の所定位置に
歪みゲージを張り付け、チャックの回転にともない歪み
ゲージも回転するようにする。そして、この歪みゲージ
によりチャックに加わるトルクを検出し、それをチャッ
クに内蔵された電池を駆動電源とした送信回路により、
検出したトルクを工作機械本体の制御装置等へ通信によ
り送るようにしたセンサ内蔵チャックが開発された。こ
れにより、工作機械本体では送られてきたトルクに基づ
いて回転数などを制御することができるようになる。

【０００６】しかしながら、上記した装置では、トルク
センサを回転するチャックに装着するとともに、そのチ
ャックからの出力信号を送信する手段もチャック内部に
内蔵し、チャックの回転駆動にともない回転するように
したため、工作機械本体側への信号の伝達を通信により
行わなければならず、装置が複雑化してしまう。

【０００７】さらに、電池の消耗にともなう内蔵電池の
交換作業や、送信回路のメンテナンスが必要となり、し
かも、係る電池や送信回路は、構造が複雑なチャックの
内部に実装されていることから、その作業が極めて煩雑
となる。さらにまた、高速回転するチャックの周囲には
種々のノイズが発生しているため、送信した情報が正し
く送られず、誤作動するおそれもある。さらに、工具
（ドリル）にかかっているトルクを直接検出するのでは
ないので、正確さに欠ける。

【０００８】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、小型かつ簡易な構成
でもってドリルにかかっているトルクを正確に検出で
き、ドリルの折損の有無並びにその折損の予測や、刃部
の欠けや磨耗等のドリルの状態を検出することができる
ドリル用センサ及びそれを用いたドリル状態監視装置を
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明に係るドリル用センサでは、少なくとも
ドリルの刃部の外周囲に対向配置された検出コイルと、
前記検出コイルに直接または間接的に交流信号を印加す
る交流信号印加手段と、切削時に前記ドリルにかかるト
ルクにより生じる前記刃部の透磁率の変化を前記検出コ
イルを介して検出する検出手段とから構成した。

【００１０】また、ドリル状態監視装置では、前記所定
のドリル用センサと、そのドリル用センサの出力を受
け、前記ドリルの折損の有無，折損の予測，または前記
刃部の欠け並びに磨耗等のドリルの所望の状態を判定す
る判定手段と、その判定手段の判定結果を受けて、前記
ドリルが装着される駆動装置に対して減速命令等の所定
の制御信号を出力する制御信号発生手段とから構成し
た。

【００１１】

【作用】検出コイルに対して直接交流信号を印加する場
合には、その検出コイルはドリルを磁心とするインダク
タンス素子となり、交流信号を一定とするとそのインダ
クタンスは、磁心であるドリルの透磁率に起因する。ま
た、励磁コイルを介して間接的に交流信号を印加する場
合には、その検出コイル，励磁コイルはドリルを磁心と
するトランスを構成することになり、検出コイルの出力
は、やはり結合係数を決定するドリルの透磁率に起因す
る。

【００１２】ドリルの刃部は螺旋状に形成される溝によ
り形成されるため、通常軸方向に４５度傾斜する方向に
配置される。そして、励磁コイル或いは検出コイル（直
接交流信号を印加したもの）により発生する磁界は、磁
気抵抗の小さい刃部に沿って進むことになる。

【００１３】この状態で切削加工すると、ドリルに対し
て所定のトルクがかかるが、特に刃部側（シャンク側に
比べて）が捻られ、その刃部に沿った方向に応力が加わ
る。すると、その応力に伴う逆磁歪効果によりその部分
の透磁率が変化する。よって、その透磁率の変化に追従
して検出コイルの出力も変化するので、検出手段により
その変化を検出することによりドリルにかかっているト
ルクの大きさやその変化の度合いがわかる。

【００１４】また、本発明のドリル状態監視装置では、
係るセンサの出力に基づいて、現在のドリルの状態、す
なわち、折損の有無や、折損するおそれが高いほどトル
クがかかっている等の状態を判断し、必要に応じて制御
信号発生手段がドリルの駆動装置に対して所定の制御信
号を出力し、回転数や下降速度を減速したり、さらに
は、停止並びに逆転駆動をかけ、安定した運転を確保す
る。

【００１５】

【実施例】以下、本発明に係るドリル用センサ及びそれ
を用いたドリル状態監視装置の好適な実施例を添付図面
を参照にして詳述する。図１は本発明の第１実施例を示
している。図示するように、磁性体からなるドリル１の
刃部２の外周囲にソレノイドコイルからなる検出コイル
３を同心円状に配置する。そして、この検出コイル３の
両端に交流電源４を接続して検出コイル３に定電流を供
給できるようにしている。なおこの交流電源４として
は、商用電源のように正弦波のものに限ることなく、方
形波その他種々の波形形状のものを用いることができ、
要は検出コイルに対して磁界が発生するようになってい
れば良い（これは後述する励磁コイルに対するものも同
様である）。

【００１６】さらに、その検出コイル３の両端子間に交
流電圧計５を接続し、端子間電圧を検出できるようにし
ている。さらに、この交流電圧計５の出力を信号処理装
置６に送り、ドリル１の状況（折損の有無等の状況）を
判断するようになっている。なお、ドリル１の上端は図
示省略する工作機械本体に内蔵される駆動モータに接続
されて回転駆動されるようになっている。

【００１７】係る構成にすることにより、検出コイル３
は、ドリル１をコアとするインダクタンス素子を構成す
ることになり、検出コイル３のターン数が一定でしかも
上述したごとく検出コイル３には一定の電流が流れると
すると、そのインダクタンスは、コアであるドリル１の
透磁率に起因され、ドリル１の透磁率が変化するとそれ
にともないインダクタンスも変化し、交流電圧計５で検
出される電圧値も変化する。

【００１８】ところで、ドリル１は、螺旋状に溝７が形
成されることにより上記刃部２が形成され、その螺旋の
方向は軸方向に対して約４５度傾斜方向となっている。
一方、上記検出コイル３に交流信号を加えると、右ネジ
の法則にしたがって磁界が発生するが、検出コイル３の
内部空間側を通る磁界は磁気抵抗の小さいドリル１の内
部（表面側）を通り、より具体的には、溝７は空間であ
るのでより磁気抵抗の小さい検出コイル３に近接する刃
部２を通ることになる。すなわち、磁界は刃部２の配置
方向に沿って、軸方向に対して４５度の方向で螺旋状に
進むことになる。

【００１９】一方、回転するドリル１の先端を被加工物
に当接すると、被加工物からの反力を受けてトルクがか
かる。すると、軸方向に対して±４５度の方向、すなわ
ち図２に示すように刃部２の配置方向に沿って応力（図
中矢印で示す）が加わる。すると、逆磁歪効果によっ
て、この部分の透磁率が変化する。そして、この透磁率
の変化は、ドリル１に加わるトルクが大きいほど大きく
なり、この透磁率の変化に伴うインダクタンスの変化
は、所定の相関関係がある（ほぼ比例する）。

【００２０】よって、信号処理装置６にて交流電圧計５
で検出される検出コイル３の端子間電圧を検出すること
により、検出コイル３のインダクタンスの変化を検出
し、その変化分からトルクを検出する。すなわち、上記
したごとくトルクとインダクタンスとの間に所定の相関
関係を有するため、予め係る相関関係に関するデータを
格納することにより、現在ドリル１にかかっているトル
クを直接的に求めることができる。なお、実際にはトル
クを算出することは必ずしも必要ではなく、折損するト
ルクに対応する電圧が既知であるので、電圧同士を比較
（間接的にトルクを比較）すれば良いのはもちろんであ
る。

【００２１】そして、ドリル１の刃部２が磨耗したりそ
の一部が欠けたりした場合には、トルクが大きくなり、
また、折損しそうになった場合にはトルクが急激に変化
（増大）する。したがって、信号処理装置６に与えられ
る端子間電圧（振幅）の絶対値や、変化分を監視するこ
とにより、ドリル１の状態を検出するようにしてもよ
い。

【００２２】なお、ドリル１の刃部２の傾斜方向が４５
度からずれると、上記透磁率の変化に伴うインダクタン
スの変化が、若干低下して検出感度も低下するが、実用
上は問題がない。なおまた、トルクゼロの時の検出コイ
ル３の端子間電圧（オフセット）は、無負荷（被加工物
に接触しない）状態での端子間電圧を測定することによ
り簡単に検出できるので、その時の電圧（初期値）を記
憶し、実際の加工時に検出された端子間電圧と上記初期
値との差分を取ることによって、トルクに基づく変化分
を検出することができる。

【００２３】また、本例では、交流電圧計５でもって検
出コイル３の両端子間電圧を図ることにより自己インダ
クタンス分を求めるようにしたが、インダクタンスを検
出するものでも良い。さらに、上記電源として定電圧電
源を用い、交流電圧計に替えて電流計を直列接続し、イ
ンダクタンスの変化を電流の変化として検出するように
してももちろん良い。

【００２４】図３，図４は、本発明の第２実施例を示し
ている。本例では上記した第１実施例と相違して、ドリ
ル１の刃部２と、溝７が形成されていないシャンク（柄
の部分）１０の両側にまたがるように、そのドリル１の
外側に同心円状に検出コイルに対する間接的な交流印加
手段を構成する励磁コイル１２を配置する。さらに、こ
の励磁コイル１２の外側所定位置には、第１，第２の検
出コイル１３，１４を設けている。具体的には、第１の
検出コイル１３は刃部２の形成部位側に対向して設け、
一方、基準用の検出コイルたる第２の検出コイル１４は
シャンク１０に対向して設ける。

【００２５】そして、図４に示すように、励磁コイル１
２は交流電源１５に接続させ、第１，第２の検出コイル
１３，１４はともに同期整流器１６に接続させる。この
時、励磁コイル１２と第１の検出コイル１３及び励磁コ
イル１２と第２の検出コイル１４は、それぞれドリル１
を磁心とするトランスを構成することになる。したがっ
て、交流電源１５にて励磁コイル１２に交流信号を流す
と、電磁誘導により第１，第２の検出コイル１３，１４
側にそれぞれ誘導電圧が誘起されて所定の交流信号が出
力される。そして、第１の検出コイル１３と第２の検出
コイル１４の出力は差動結合にさせてバランスを取り、
トルクがゼロの時に同期整流器１６の入力がゼロとなる
ように調整される。これにより、その両検出コイル１
３，１４が接続される同期整流器１６の出力は、無負荷
状態の時にゼロになる。

【００２６】ところで、励磁コイル１２により発生した
磁界は、上記した第１実施例と同様に刃部２の形成部位
ではその刃部２の配置方向に沿って移動するが、シャン
ク１０部分では軸方向に沿って真っ直ぐ進むことにな
る。

【００２７】この状態でドリル１を用いて被加工物に対
して切削加工すると、上記したごとくドリル１に所定の
トルクがかかるが、実際にひねられて±４５度方向に発
生する応力の変化が大きいのは螺旋状の溝７が形成され
た刃部２側で、シャンク１０側での応力発生は少ない。
さらに、仮にシャンク１０側で応力が発生したとして
も、その応力の方向は±４５度であるが、シャンク１０
の部分での磁界は軸方向（応力の発生方向と異なる）で
ある。

【００２８】よって、ドリル１にトルクがかかった場合
の逆磁歪効果による透磁率の変化の影響は、ほとんど刃
部２側であり、励磁コイル１２と第１の検出コイル１３
で構成される結合係数が変わる。その結果、第１の検出
コイル１３側で誘導電圧の振幅が変化するが第２の検出
コイル１４側は変化しないので、その振幅の変化分が同
期整流器１６の出力に現れる。この変化がドリル１に印
加されるトルクＴに相当する。そして本例では、基準用
の信号を形成する励磁コイル１２と第２の検出コイル１
４で構成されるトランスの磁心は、検出対象のドリル１
であって同一材質であるので、より正確な信号が得られ
る。

【００２９】そして、そのトルク（同期整流器１５の出
力電圧）の大きさや変化を監視することにより、ドリル
１の折損の有無や、刃部２の磨耗等の有無、さらにはド
リル１の折損のおそれが高いなどの判定を行うことがで
きる。そして、どの様な検出を行うかにより、しきい値
を適宜に設定してそれと比較したり、微分回路等を設け
てその微分値がある一定以上になるか（急激な変化を検
出）否かを検出することにより行える。

【００３０】次に、直径５ｍｍの細径のドリルに対し上
記した第２実施例の構成のセンサを用い、交流電源１５
の周波数をパラメータ（電流を一定）とした時のトルク
に対する出力電圧の出力特性を求めると、図５に示すよ
うな結果が得られた。また、これとは逆に、交流電源１
５の周波数を電流をパラメータ（周波数を一定）とした
時のトルクに対する出力電圧の出力特性を求めると、図
６に示すような結果が得られた。なお本実験でドリルに
加えたトルクは、そのドリルの先端を固定した状態で他
端を所定方向に捻ることにより生じる静トルクについて
求めている。さらに、実際の切削時にドリルにかかるト
ルクの方向を正とした。

【００３１】図から明らかなように、正方向ではトルク
に対して電圧変化がほぼ比例しており、トルク検出が確
かに行えることが確認できる。さらに、感度は励磁信号
の周波数・電流に対してリニアであることがわかる。な
お、負方向のトルク（ドリルを逆回転する）に対しての
電圧変化が小さく、トルク検出は困難となるが、本発明
では切削時にドリル１の折損等を検出できれば良いの
で、問題はない。

【００３２】図７，図８は本発明の第３実施例を示して
いる。上記した実施例では、ドリル１のシャンク１０部
分に配置した励磁コイル１２と第２の検出コイル１４と
で基準用の出力信号を形成するようにしたが、本例で
は、基準用の信号をドリルとは別途形成したトランス１
８により得るようにした。すなわち、ドリル１の刃部２
の周囲に交流電源１５に接続した励磁コイル１２′と第
１の検出コイル１３′を設け、上記トランス１８を構成
する励磁コイル１２′と第２の検出コイル１４′は、ド
リル１から離した位置に設置する。

【００３３】なお、トルクの測定原理は上記第２実施例
と同様である。すなわち、まず第１の検出コイル１３′
の出力と第２の検出コイル１４′の出力とを差動結合さ
せて、バランスを取りトルクがゼロの時に同期整流器１
６の入力がゼロとなるように巻数等の調整がされる。そ
して、両検出コイル１３′，１４′の出力を同期整流器
１６に接続する。

【００３４】そして、トランス１８の結合係数は、トル
クＴの大きさに関係なく一定であるので、同期整流器１
６の出力は、ドリル１にかかったトルクに比例する。そ
して本例では、ドリル１に対しては１組の励磁コイル１
２′と検出コイル１３′しか設けないため、小型化が図
れる。

【００３５】一方、上記第３実施例の構成において、無
負荷時の同期整流器１６の出力をゼロに調整する方式と
しては、例えば図９に示す回路で行うことができる。す
なわち、第１，第２の検出コイル１３′，１４′の出力
をそれぞれ増幅器１９ａ，１９ｂの入力端子に接続し、
それら両増幅器１９ａ，１９ｂの出力を差動増幅器２０
を介して同期整流器１６に入力するようにする。そし
て、無負荷の状態で交流電源１５を投入し、励磁コイル
１２′に交流信号を印加する。この時、同期整流器１６
の出力を見ながら、上記両増幅器１９ａ，１９ｂの増幅
率をそれぞれ変える。そして、同期整流器１６がゼロに
なるように調整することにより対応できる。

【００３６】かかる構成にすることにより、両検出コイ
ル１３′，１４′の出力のバランスは、巻数，磁心の材
料によってばらつくとともに、磁心となるドリルの材料
によっても感度も大きく異なるが、簡単かつ確実に同期
整流器１６の出力をゼロにしてバランス及び感度の調整
をとることができる。そして、差動増幅器２０の増幅率
をあげた状態で上記調整を行うことにより、より高精度
の調整及び高感度の検出精度を得ることができる。

【００３７】図１０は上記第２実施例を基本とし、両検
出コイル１３，１４の外周を覆うようにフェライト等の
高透磁率材料からなる円筒状のヨーク２２を同心円状に
配置している。これにより、励磁コイル１２の外側の磁
気抵抗が低下するため、その励磁コイル１２により生じ
た磁界はヨーク２２内を通り、励磁コイル１２の内側の
ドリル１に至ることになる。この様に磁気抵抗の低下に
ともない、微小電流でおおきな励磁磁場を形成すること
ができるので、低消費電力で効率の良い検出（高感度セ
ンサとなる）を行うことができる。

【００３８】さらに図１１に示すように、上記図１０に
示すヨーク２２のさらに外側に金属（銅，アルミ等）等
の電気伝導率の高い材質からなる円筒状のシールド部材
２３を装着するようにしても良い。これにより、外部の
ノイズの影響を抑制するとともに励磁コイル１２で発生
した磁界が外部に漏れるのを抑制し、効率がさらに向上
した高性能のセンサが構成される。

【００３９】なお、図１０に示すように検出コイル１
３，１４の外側にヨーク２２を設ける構造並びに図１１
に示すようにさらにそのヨーク２２の外側にシールド部
材２３を設ける構造は、図示した第２実施例に対して行
うものに限られることなく、第１，第３実施例のいずれ
にも適用することができる。そして、その時のトルクの
測定原理は、上記した各実施例のものと同様である。

【００４０】図１２は、本発明のドリル状態監視装置の
一実施例である上記した各トルク検出センサの出力に対
する信号処理装置の一例を示している。図示するよう
に、ドリル１は工作機械本体２５のチャック２５ａにて
把持され、工作機械本体２５に内蔵された駆動モータの
回転力を受けて回転し、下端に配置されたワーク（被加
工物）２６に対して切削処理して所定の穴を開けるよう
になっている。

【００４１】そして、そのドリル１の所定位置（少なく
とも刃部に検出コイルの一部がかかる状態）にセット
し、そのセンサ２７出力を判定手段たるコンパレータ２
８を介して制御信号発生手段たる制御回路２９に送る。
そして、この制御回路２９は、コンパレータ２８の出力
（Ｌ／Ｈ）に基づいて工作機械本体２５にフィードバッ
ク制御などをしたり、所定の表示等を行うようになって
いる。

【００４２】すなわち、ワーク２６に穴を開ける切削処
理の場合、時間ｔの変化に対するトルクの変化は、正常
であれば図１３（Ａ）に示すようになり、異常（折損）
であれば同図（Ｂ）に示すようになる。そこで、正常で
あれば取り得ないトルク（センサ出力）をしきい値とし
てコンパレータ２８の基準電圧にセットする。すると、
正常であれば常に基準電圧の方が高いため出力はＬとな
るが、折損するような場合にはその途中でセンサ出力が
しきい値をこえるため、コンパレータ２８の出力はＨに
変わる。

【００４３】そして、制御回路２９では、異常であるこ
とをディスプレイなどの表示装置３０に出力したり、或
いはランプ（警告等）を点灯させたり、さらには音声出
力部３１を介して音声で知らせたりするとともに、工作
機械本体２５に対して異常信号を発する。そして、工作
機械本体２５はその異常信号に基づいて駆動モータの出
力を低くしたり、或いは停止または逆転駆動し、ドリル
を引き上げるなどの所定の処理を行う。

【００４４】図１４，図１５はさらに他の制御方式（ド
リル状態監視装置）を示している。上記図１２に示す例
では、ＯＮ／ＯＦＦの２値制御であったが、この例では
トルクの大きさ対して連続的な制御を可能としている。
すなわち図１４に示すように、工作機械本体には、ドリ
ル１を正逆回転させるための主軸モータ３２と、ドリル
２を上下移動させるための送りモータ３３とを有し、両
モータ３２，３３は切削制御装置３５からの速度指令を
受けたドライバ３６，３７によりその回転が制御される
ようになっている。これにより、主軸モータ３２にてド
リル１を所定速度で正回転させながら、送りモータ３３
を作動させてドリル１を下降移動させてワーク２６に所
定の圧力で当接させることにより切削（穴開け）加工を
することになる。

【００４５】この時、送りモータ３３の回転出力をあげ
ると加工時間が短くなるがドリル１がワーク２６から受
ける反力が強く、大きなトルクがかかるために折損する
おそれが生じ、逆に送りモータ３３の出力をさげるとド
リル１の折損のおそれは可及的に減少するが加工時間も
長くなる。すなわち、ドリル１の回転数を一定とする
と、ドリルにかかるトルクは送り量（下降速度）に依存
する。

【００４６】そこで本例では、ドリル１に本発明に係る
センサ２７を設け、そのセンサ２７の出力を切削制御装
置３５に送り、フィードバック制御によりドリル１に一
定以上のトルクがかからない状態で切削加工をするよう
にしている。

【００４７】すなわち、図１５に示すように、切削制御
装置３５は判定手段たるＰＩＤコントローラ３５ａと、
制御信号発生手段たる送り速度算出部３５ｂと、主軸回
転制御部３５ｃとから構成され、ＰＩＤコントローラ３
５ａにセンサ２７で検出したドリル１にかかっているト
ルクに基づく信号と、設定負荷に基づく信号の差分を入
力するようにする。ここで、設定負荷とはそのドリル１
が折損してしまうトルクに対して所定のマージンを取っ
た値である。なお、主軸回転制御部３５ｃでは、主軸モ
ータドライバ３６に対して主軸モータ３２を一定速度で
回転するように制御信号を発するようになっている。

【００４８】この状態で、ＰＩＤコントローラ３５ａで
は、入力信号の正負及びその絶対値から、ドリル１の下
降速度すなわち送り量を決定する。つまり、入力信号が
負の場合にはドリル１にかかっているトルクが設定負荷
を越えていて折損のおそれが高いため、送り量を低下さ
せたり或いは逆戻りさせたりする（ドリルを上昇させ
る）必要があり、一方、入力信号が正の場合には、ドリ
ル１にかかっているトルクは設定負荷よりも小さいた
め、ドリル１にかかるトルクをもう少し増やしてもドリ
ルが折損するおそれが低いので、送り量を増加させて加
工効率の向上を図る。そして、上記増減量は、ＰＩＤコ
ントローラ３５ａへの入力信号の絶対値により決定す
る。そして、この決定した送り量を次段の送り速度算出
部３５ｂに送り、その送り量を得るに必要な送りモータ
３３の速度を求め、その決定した速度をモータドライバ
３７に制御信号として出力する。

【００４９】係る構成にすることにより、切削時にドリ
ル１にかかるトルク（負荷）を折損レベル以下に保つこ
とができる。そして、ドリルに無理な負荷がかからない
ので、ドリルの長寿命化が図れる。

【００５０】

【発明の効果】以上のように、本発明に係るドリル用セ
ンサ及びそれを用いたドリル状態監視装置では、非接触
でしかも簡易な構成でもってドリルにかかったトルクを
検出することができるので、トルクの大きさや変化の度
合いから、折損の有無はもちろんのこと、折損のおそれ
が高いか否かの判断や、刃部の欠けや磨耗等のドリルの
状態を検出することが可能となる。そして、磁気的に検
出するので切削時の環境に影響されにくいとともにドリ
ルの径に関係なく検出が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るドリル用センサの第１実施例を示
す図である。

【図２】第１実施例の動作原理を説明する図である。

【図３】本発明に係るドリル用センサの第２実施例を示
す一部破断側面図である。

【図４】本発明に係るドリル用センサの第２実施例を示
す回路構成図である。

【図５】第２実施例の作用効果を確認する実験結果を示
す図である。

【図６】第２実施例の作用効果を確認する実験結果を示
す図である。

【図７】本発明に係るドリル用センサの第３実施例を示
す一部破断側面図である。

【図８】本発明に係るドリル用センサの第３実施例を示
す回路構成図である。

【図９】本発明に係るドリル用センサの第３実施例にお
ける出力調整を行うための回路構成図である。

【図１０】（Ａ）は本発明に係るドリル用センサの変形
例を示す一部破断側面図である。（Ｂ）は図（Ａ）にお
けるＢ−Ｂ線矢視断面図である。

【図１１】（Ａ）は本発明に係るドリル用センサの他の
変形例を示す一部破断側面図である。（Ｂ）は図（Ａ）
におけるＢ−Ｂ線矢視断面図である。

【図１２】本発明に係るドリル状態監視装置の一実施例
を示す図である。

【図１３】図１２に示す制御装置の動作原理を説明する
図である。

【図１４】本発明に係るドリル状態監視装置の他の実施
例を示す図である。

【図１５】図１４に示す制御装置の要部を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ドリル２刃部３検出コイル４交流電源（交流信号印加手段）５交流電圧計（検出手段）６信号処理装置１０シャンク１２，１２′ 励磁コイル（交流信号印加手段）１３，１３′ 第１の検出コイル１４，１４′ 第２の検出コイル（基準用の検出コイ
ル）１５交流電源１６同期整流器２２コア２３シールド部材２８コンパレータ（判定手段）２９制御回路（制御信号発生手段）３５切削制御装置３５ａＰＩＤコントローラ（判定手段）３５ｂ送り速度算出部（制御信号発生手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくともドリルの刃部の外周囲に対向
配置された検出コイルと、前記検出コイルに直接または間接的に交流信号を印加す
る交流信号印加手段と、切削時に前記ドリルにかかるトルクにより生じる前記刃
部の透磁率の変化を前記検出コイルを介して検出する検
出手段とを備えたドリル用センサ。
【請求項２】前記交流信号印加手段が、前記検出コイ
ルに接続された交流電源であり、前記検出手段が、前記検出コイルの自己インダクタンス
に対応する所望の信号を検出するものである請求項１に
記載のドリル用センサ。
【請求項３】前記交流信号印加手段が、所定の交流信
号の印加可能な励磁コイルであって、前記刃部に対向配置される前記検出コイルとは別に、比
較用の検出コイルを前記ドリルのシャンクの外周囲に対
向配置するとともに、その比較用の検出コイルも前記励
磁コイルにより所定の交流信号を印加されるようにし、かつ、前記検出手段が、前記検出コイルと前記比較用の
検出コイルとの出力を差動的に受け、無負荷時の出力が
ゼロで切削時に前記ドリルにかかるトルクに相当する信
号を出力するようにした請求項１に記載のドリル用セン
サ。
【請求項４】前記交流信号印加手段が、所定の交流信
号の印加可能な励磁コイルであって、前記ドリルから離反した位置に前記励磁コイルと直列接
続された一時巻線を有するトランスを設け、かつ、前記検出手段が、前記検出コイルと前記トランス
の二次巻線との出力を差動的に受け、無負荷時の出力が
ゼロで切削時に前記ドリルにかかるトルクに相当する信
号を出力するようにした請求項１に記載のドリル用セン
サ。
【請求項５】前記励磁巻線及びまたは検出コイルの外
周を覆うようにして高透磁率からなるコアを装着してな
る請求項１〜４のいずれか１項に記載のドリル用セン
サ。
【請求項６】前記励磁巻線及びまたは検出コイルの外
周を覆うようにして高透磁率からなるコアを装着すると
ともに、そのコアのさらに外周を覆うようにして金属等
の導電性材料からなるシールド部材を配置した請求項１
〜４のいずれか１項に記載のドリル用センサ。
【請求項７】請求項１〜６のいずれか１項に記載のド
リル用センサと、そのドリル用センサの出力を受け、前記ドリルの折損の
有無，折損の予測，または前記刃部の欠け並びに磨耗等
のドリルの所望の状態を判定する判定手段と、その判定手段の判定結果を受けて、前記ドリルが装着さ
れる駆動装置に対して減速命令等の所定の制御信号を出
力する制御信号発生手段とを備えたドリル状態監視装
置。