JPH0780756A - センサ内蔵チャック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 構造が簡単でメンテナンスも容易に行なえ、
かつ、確実にセンサで検出した情報を伝送することので
きるセンサ内蔵チャックを提供すること 【構成】 取付部２の下端に、工具８を着脱自在に支持
するコレットチャック５を一体に取付ける。このコレッ
トチャックの周囲に、軸受け１０を介して枠体１１を設
ける。これによりコレットチャックが回転しても枠体は
回転しないようにできる。この枠体の下端に非接触式の
トルクセンサ１６を内蔵するセンサモジュール１２を設
け、工具に所定のトルクがかかった時に逆磁歪効果によ
り生じる透磁率の変化を上記センサで検出する。そし
て、そのセンサの出力は、図示省略する配線を枠体に一
体に形成した中空の連結管１３，１４内をはわせて電極
部１５の所定の端子に接続する。すなわち、センサ出力
を有線で外部の信号処理装置に伝達することができ、ノ
イズに強くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、センサ内蔵チャックに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】公知のように、ドリルやフライス盤並び
にボール盤等の回転する工具により穴あけ・切削・研磨
その他の種々の加工を行う工作機械では、上記工具を着
脱自在に取付けるようになっている。より具体的には、
加工用途に応じて複数種の工具の中から選んだ１つをチ
ャックと称される取付治具（部品）に取付け、そのチャ
ックを工作機械本体に回転可能に装着する。この装着に
よりチャックが工作機械本体に内蔵される駆動モータに
連携され、その回転力を受けてチャックが回転し、これ
によりチャックと一体化された工具が回転するようにな
る。そしてその回転する工具を被加工物に接触させるこ
とにより、所定の作業を行うようになっている。

【０００３】ところで、上記加工時に工具には捻りや、
スラスト方向に力（ストレス）が加わり、その力が工具
の耐力より大きいと工具が破損してしまう。そこで、駆
動モータの出力にトルクリミッタ等のメカニカルなトル
ク検出手段を配置し、一定以上のトルクが加わった場合
には、折損のおそれがあるとして回転動力の伝達を切る
ようにしたものがある。

【０００４】しかし、この方式では、過トルク状態か否
かの２値制御しかできないと共に、メカ式で単に動力伝
達ができないようにしたために、過トルクの情報を取出
して制御装置本体側に送り、回転数の制御などのフィー
ドバック制御をすることができないと言う問題がある。

【０００５】そこで係る問題を解決するものとして、工
具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し、
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
装置など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】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のセンサ内蔵チャックでは、トルクセンサを回転
するチャックに装着するともとに、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、上
記したごとく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。

【０００８】さらには、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。

【０００９】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、構造が簡単でメンテ
ナンスも容易に行なえ、かつ、確実にセンサで検出した
情報を伝送することのできるセンサ内蔵チャックを提供
することにある。

【００１０】

【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、本発明に係るセンサ内蔵チャックでは、工作機
械本体への取付部と、その取付部に連結され、コレット
チャック等の工具を着脱自在に支持するチャック部と、
そのチャック部の周囲にベアリング手段を介して配置さ
れた中空の支持部と、その支持部の所定位置に配設さ
れ、前記工具にかかるトルク等の応力を検出する非接触
式のセンサと、前記支持部に連結され、少なくとも前記
センサに接続された配線が接続される電極部と、前記工
作機械本体への装着時には前記チャック部と前記支持部
の回転を許容し、非装着時には前記回転を抑制するクラ
ッチ手段とから構成した。

【００１１】

【作用】回転するチャック部にベアリング手段を介して
支持部を設けたため、工作機械本体に実装してチャック
部が回転駆動したとしても支持部は回転しない。従っ
て、支持部に装着したセンサも回転しない。よって、セ
ンサ出力をセンサに接続した配線から電極部を介して有
線で所定の信号処理装置に伝達することができ、ノイズ
に強く確実に送られる。

【００１２】また、非装着時にはクラッチ手段によりチ
ャック部と支持部の回転が抑制されているので、電極部
の位置が所定の位置に固定される。よって、本チャック
を工作機械本体に対する自動実装が簡単に行われ、装着
後はクラッチが切れてチャック部が回転可能となる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明に係るセンサ内蔵チャックの好
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。同図に示すように、工
作機械本体に着脱自在に取付けられるチャック１は、上
方先細り状の略円錐台形状からなる取付部２の下端に、
先端が３分割されたコレット３と、そのコレット３が挿
入される略円筒状のアダプタ４とからなるコレットチャ
ック５が一体に取付けられている。

【００１４】これにより、チャック１が図中矢印方向に
回転すると、そのコレットチャック５も同一方向に回転
する。さらに、取付部２の軸心とコレットチャック５の
軸心とは一致されている。そしてこのコレットチャック
５は、コレットチャック５の上方に回転自在に配置され
たナット７を正逆回転することにより、コレット３が前
後進移動し、その先端が開放したり閉じたりするように
なっており、これによりドリル刃等の工具８を着脱でき
るようになっている。

【００１５】さらにまた、チャック１の下端には径方向
外側に突出するフランジ部２ａが形成され、そのフラン
ジ部２ａの所定位置に位置決め用の凹溝２ｂが形成され
ており、チャック１が工作機械本体に取付けられる時に
は、この凹溝２ｂを基準に行なわれる。なお、上記構成
は、従来から一般にあるチャックと略同一構成であるの
で、その詳細な説明を省略する。

【００１６】ここで本発明では、まず、コレットチャッ
ク５の外周囲に軸受け１０を介して上下開口された円筒
状の枠体１１を同心円状に装着している。これにより、
コレットチャック５が回転しても枠体１１は回転を抑止
できるようになる。

【００１７】さらに、この枠体１１の下端には、枠体１
１と略同一外径からなるセンサモジュール１２が装着さ
れ、このセンサモジュール１２は、その中心部に上下に
貫通する透孔１２ａが形成されている。そして、この透
孔１２ａの径は、コレットチャック５に装着される工具
８の径よりも一回り大きく形成され、この透孔１２ａを
介して工具８の先端が外部に突出するようになってい
る。

【００１８】また、枠体１１の側面外側には、外方に突
出する矩形中空の連結管１３が一体に形成され、さらに
この連結管１３の先端には、上方に向けて延びる有底円
筒状の連結管１４が一体的に形成されており、この連結
管１４の上端開口から枠体１１の内部空間までは、連続
空間が形成される。さらに、この連結管１４の上端開口
には電極部１５が取付けられている。

【００１９】一方、センサモジュール１２内の所定位置
には、非接触式のトルクセンサ１６が埋設され、このト
ルクセンサ１６の出力が、信号線（図示せず）を介して
伝達されるが、この信号線は、枠体１１の内部空間か
ら、２つの連通管１３，１４の内部空間内を配線されて
上記電極部１５に至り、所定の端子に接続されるように
なっている。

【００２０】また、上記トルクセンサ１６は、図２に示
すように、工具８の外側表面に近接するようにして配置
されたコア１６ａ（対向面は曲面状に切除加工され、工
具８の外側表面との距離をできるだけ短くするようにし
ている）を有し、このコア１６ａに、励磁用巻線１６ｂ
と検出用巻線１６ｃとをそれぞれ巻回し、両巻線１６
ｂ，１６ｃの端部は、電極部１５に接続するようにして
いる。なお、検出用巻線１６ｃは、その途中にバッファ
１９を挿入配置している。

【００２１】係る構成にすることにより、図外の電源か
ら励磁巻線１６ｂに交流信号を流すと、電磁誘導により
検出巻線１６ｃ側に誘導電圧が誘起されて所定の交流信
号が出力される。この時、工具８にトルクがかかると、
逆磁歪効果により工具８の透磁率が変化するため両巻線
１６ｂ，１６ｃ間での結合係数が変わる。よって、検出
巻線１６ｃから出力される信号の振幅が変化する。この
振幅を検出することにより、工具８に加わっているトル
クの大きさを知ることができるのである。

【００２２】ところで、上記検出信号（感度）は、コア
１６ａと工具８のクリアランスにより変動するため、両
者間での位置合わせは精密に行なう必要がある。しか
し、本例では、センサモジュール１２の軸心に合わせ
て、コア１６ａの先端を正確に配置した状態でモジュー
ル化することにより、センサモジュール１２の軸心との
間での位置合わせは精度よく行われる。一方、工具８
は、コレットチャック５に取り付けることによりコレッ
トチャック５、すなわち、チャック１の軸心上に位置さ
れる。よって、センサモジュール１２の軸心を上記チャ
ック１の軸心に一致するように取り付けることにより、
簡単にコア１６ａと工具８の位置合わせが正確に行なわ
れ、所望のクリアランスを保つことができる。

【００２３】なお、センサモジュール１２内に実装する
センサ１６の構成としては、上記したものに限ることな
く、非接触式のものであれば何でも良い。また、図１中
二点鎖線で示すように、他のセンサモジュール２０を装
着することにより、複数種の信号（例えば、工具８にか
かるトルクと、スラスト方向の応力等）を取出すことが
できる。

【００２４】図３は、上記した実施例の使用状態の一例
を示している。同図に示すように、本例に係るチャック
１は、工作機械本体２１側のスピンドルヘッド２２のチ
ャック支持部２３（図示省略の駆動モータに連携され、
回転するようになっている）に、チャック１の取付部２
が挿入固着され、これにより、チャック支持部２３の回
転にともない取付部２ひいては内蔵されるコレットチャ
ックが回転し、工具８が回転するようになる。なお、係
る構成は従来のものと同様である。

【００２５】ここで従来のものと異なるのは、チャック
１に設けた電極部１５を受けるコネクタ２４を支持ロッ
ド２５を介してスピンドルヘッド２２に取り付けている
点である。すなわち、このコネクタ２４は電極部１５の
形状に合わせた凹部２４ａを有し、その凹部２４ａに電
極部１５を符合させることにより電極部１５の各端子が
コネクタ２４に接続された配線２６を介して図外の検出
用電気回路等の制御装置へ接続されるようになる。

【００２６】よって、チャック１に内蔵されたセンサ１
６の出力信号を工作機械本体２１の制御装置に有線で伝
達することができ、雑音に強く確実に検出した出力信号
を伝達することができる。それにともない、制御装置で
は、工具８にかかっているトルクを監視することで、回
転数等を制御したり、或いは折損等を検知することがで
きる。しかも、本例ではチャック１に内蔵される能動的
な回路素子は検出巻線１６ｃに接続したバッファ１９の
みであり、電気的ノイズによるセンシング誤動作が低く
抑えられる。

【００２７】ところで、チャック１の工作機械本体２１
への取付けは、図１に示すチャック１のフランジ部１ａ
に設けた凹溝１ｂを基準に取り付けることになるが、ス
ピンドルヘッド２２に対するコネクタ２４の位置が固定
なので、取付けの際にはチャック１側でも凹溝１ｂと電
極部１５の位置（角度）関係を所定の値にしておく必要
がある。

【００２８】そこで本例では、チャック１の取付部２の
内部にクラッチ機構を配置し、チャック１の装着前は取
付部２と枠体１１の回転を抑制するとともに電極部１５
を所定の位置に固定し、チャック１を工作機械本体２１
に装着した際は取付部２と枠体１１の回転を許容するよ
うにしている。

【００２９】具体的には、図４に示すように、取付部２
の所定位置に略クランク状で上下に貫通するトンネル部
２ｃを設け、このトンネル部２ｃ内に、３本の第１〜第
３の棒体３０ａ〜３０ｃからなるクランク機構を内装し
ている。このクランク機構は、中央の第２の棒体３０ｂ
が、支点Ｏを介して取付部２に揺動自在に連結され、そ
の第２の棒体３０ｂはスプリング３１から、常時図示す
るような水平状態を維持するような付勢力を受けてい
る。さらにこの第２の棒体３０ｂの両端に連結された第
１，第３の棒体３０ａ，３０ｃは、それぞれその先端が
外部に突出している。

【００３０】そして、第３の棒体３０ｃは、枠体１１の
天面所定位置に形成した位置決め用の凹部１１ａに入り
込むことにより、取付部２と枠体１１の回転を抑制する
ようになっている。そして、この凹部１１ａが予め所定
位置に形成しているので、図示するように第３の棒体３
０ｂが凹部１１ａ内には入り込んだ状態では、フランジ
部２ａに設けた凹溝２ｂと電極部１５との位置関係は、
所定の状態になっている。

【００３１】この状態からチャック１を工作機械本体２
１に装着すると、第１の棒体３０ａは、図５に示すよう
に工作機械本体２１の取付面下端に当接し、下方に押圧
される。するとリンク機構により第２の棒体３０ｂは、
スプリング３１を圧縮しながら揺動し、第３の棒体３０
ｃが上昇する。これにより、枠体１１の凹部１１ａから
第３の棒体３０ｃの下端が離脱し、枠体１１と取り付け
部２との相対的な回転か可能となる。より具体的には、
枠体１１は、連結管１３，１４さらには電極部１５を介
して固定されるので、取付部２側が回転することにな
る。なお、クラッチ機構としては、上記した実施例に限
ること無く、電磁クラッチその他種々の方式を用いるこ
とができる。

【００３２】さらに本例では、図１に示すように、枠体
１１の天面所定位置に、近接スイッチ１７を設け、さら
に取付部２の下面所定位置に突起１８を形成し、この突
起１８を上記近接スイッチ１７で検出可能となってい
る。これより、近接スイッチ１７では、取付部２すなわ
ち工具８が１回転する毎にその近接スイッチ１７の上方
を突起１８が通過するので、１つの検出パルスが出力さ
れる。そして、この近接スイッチ１７の出力も、上記連
結管１３，１４を介して電極部１５に接続されている。

【００３３】これにより、工具８に一定のトルクが加わ
っていても、その工具８の表面に現れる透磁率の変化は
均一ではないので、センサ１６からの出力信号は図６に
示すように、一定値とはならないが、本例では、近接ス
イッチ１７からの検出信号に基づいて、１回転毎にそれ
までのセンサ１６からの出力を積算すると共に平均をと
ることにより、図７に示すようにほぼ一定の値とするこ
とができ、より正確にトルクの計測をすることができ
る。

【００３４】図８は、本発明の第２実施例の要部を示し
ている。上述したごとくセンサ１６の工具８に対する相
対位置精度が重要であるが、本例では、より精度よく位
置出しを行なえるようにしている。

【００３５】すなわち、上記した実施例と相違して、回
転しない枠体３５の下端を開口し、その枠体３５の開口
部に蓋部３６（中央に工具８を挿通するための透孔３６
ａが形成されている）をネジにより固定するようになっ
ている。そして、その枠体３５と蓋部３６で形成される
空間内にセンサ１６を内蔵した滑り軸受け３７を装着す
るようになっている。

【００３６】この滑り軸受け３７は、本例では所定の樹
脂（例えば「ベアリー」（商品名）ＮＴＮ株式会社製）
を用いて構成され、その中心に上下に貫通する透孔３７
ａが形成され、その透孔３７ａの内径を装着する工具８
の外径に一致させている。なおこの滑り軸受け３７はス
ラスト方向の移動を許容するため、工具８の着脱への影
響はない。

【００３７】さらに、滑り軸受け３７は、径方向に貫通
する空所３７ｂが形成され、さらにその空所３７ｂの外
側部位３７ｃは拡開され、その外側部位３７ｃと中央側
の空所３７ｂとの間には、段部３７ｄが形成される。こ
れにより、その外側部位３７ｃに符合する形状からな
り、その内側にセンサ１６を装着した取付部材３８を、
上記外側部位３７ｃ内に挿入固定することにより、セン
サ１６の先端位置は定まる。従って、この滑り軸受け３
７にセンサ１６を組み込む際に、滑り軸受け３７の透孔
３７ａ（中心）に対して精度よくセンサ１６を位置決め
する。すると、工具８を透孔３７ａ内に挿入したら、透
孔３７ａの中心と工具８の軸心とが自動的に一致するた
め、センサ１６の先端と工具８の表面とのクリアランス
も所定の値になる。

【００３８】そして、この滑り軸受け３７は、枠体３５
の内部空間に挿入すると共に、蓋部３６を枠体３５に固
定すると、蓋部３６の透孔３６ａの周囲に形成した突起
３６ａと、枠体３５或いはコレットチャック（図示せ
ず）側に形成された当て部材３９とにより挟持され、上
下方向の移動が抑制される。また、図示省略するが、こ
の枠体３５の内部空間所定位置に回り止めピンを形成
し、その回り止めピンにより滑り軸受け３７が回転する
のも抑制されるようになる。

【００３９】なお、図中符合４０は、センサ１６に接続
され、センサ１６の出力を外部に伝達するための配線で
あり、枠体３５に形成された透孔３５ａを介して外部に
導出される。

【００４０】

【発明の効果】以上のように、本発明に係るセンサ内蔵
チャックでは、回転しない支持部にセンサを取り付けた
ために、センサ出力を有線で所定の信号処理装置に伝達
することができ、ノイズに強く確実に送ることができ
る。また構成も簡単で電池交換なども不要で、しかもセ
ンサ等は、比較的外側に配置することができるのでメン
テナンスが容易に行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るセンサ内蔵チャックの第１実施例
を示す一部破断斜視図である。

【図２】センサを説明する図である。

【図３】使用態様の一例を示す図である。

【図４】チャック機構の一例を示す図である。

【図５】チャック機構の一例を示す図である。

【図６】センサ出力の一例を示す図である。

【図７】センサ出力の一例を示す図である。

【図８】本発明に係るセンサ内蔵チャックの第２実施例
を示す要部断面図である。

【符号の説明】

１ チャック ２ 取付部 ５ コレットチャック ８ 工具 １１ 枠体（支持部） １２ センサモジュール １３ 連結管（支持部） １４ 連結管（支持部） １５ 電極部 １６ センサ １７ 近接スイッチ（検出手段）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作機械本体への取付部と、 その取付部に連結され、コレットチャック等の工具を着
   脱自在に支持するチャック部と、 そのチャック部の周囲にベアリング手段を介して配置さ
   れた中空の支持部と、 その支持部の所定位置に配設され、前記工具にかかるト
   ルク等の応力を検出する非接触式のセンサと、 前記支持部に連結され、少なくとも前記センサに接続さ
   れた配線が接続される電極部と、 前記工作機械本体への装着時には前記チャック部と前記
   支持部の回転を許容し、非装着時には前記回転を抑制す
   るクラッチ手段とを備えたセンサ内蔵チャック。
2. 【請求項２】 前記支持部に少なくとも前記回転するチ
   ャック部の回転基準位置を検出する検出手段を配置した
   請求項１に記載のセンサ内蔵チャック。