JPH08136375A - 回転工具、該回転工具を支持するブッシュおよびトルク検出装置ならびに工作機械システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】磁気的な不均一を大幅に低減した回転工具、該
回転工具を支持するブッシュ、回転工具のトルクを検出
するトルク検出装置および回転工具にかかっているトル
クを正確に検出して回転工具の破損等を防止できるよう
にした工作機械システムを提供することを目的とする。 【構成】回転工具の外周に、磁歪材料からなる磁歪層を
形成している。本発明のブッシュは、回転工具を、その
回転および軸方向の移動を許容する状態で支持するとと
もに、磁歪式のトルクセンサが、当該ブッシュに対して
所定の位置関係で取り付けられる。本発明の工作機械シ
ステムは、磁気的な不均一が大幅に低減された回転工具
の回転軸にかかるトルクを、ブッシュに取り付けられた
磁歪式のトルクセンサで検出し、それに基づいて、回転
工具を駆動する工作機械の駆動を制御するようにしてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、ドリルやリー
マなどの回転工具、その回転工具を支持するブッシュお
よび回転工具にかかるトルクを検出するトルク検出装置
ならびに工作機械システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ドリルやリーマなどの回転工具
によって穴あけ・切削・研磨その他の種々の加工を行う
工作機械では、回転工具にかかっているトルクを検出す
ることは、工具の破損・欠損の有無の検出及び予測を行
う上で重要である。

【０００３】このような回転軸にかかるトルクを検出す
るトルクセンサとして、例えば、磁歪式のトルクセンサ
がある。このトルクセンサは、磁気歪現象の一つである
強磁性体に機械的な歪を与えた時に透磁率が変化する現
象を利用したもので、トルクを検出すべき回転軸を鉄な
どの強磁性体で形成し、その軸体の側面に対向するよう
にブリッジを構成する２つのＵ字形コイル（Ｕ字状のコ
アの開放側両端脚部にコイルを巻回して構成される）を
交差状に配置した構成となっている。

【０００４】そして、一方のコアを回転軸の軸方向と平
行に配置し、他方のコアを軸方向と直交する方向に配置
する。換言すれば、上記２つのコアの各脚部は正方形の
各頂点に位置するが、その正方形の各辺は、回転軸の軸
方向に対して４５度傾斜方向に位置することになる。

【０００５】この状態で、その回転軸にトルクが加わる
と、捻られて軸の中心線に対して±４５度の方向に引張
応力と圧縮応力とが生じ、これにより回転軸の透磁率が
変化する。この透磁率の変化を、上記２つのコイルの一
方に交流電流を流して励磁するとともに、他方のコイル
から信号を取り出すことにより透磁率の変化分を検出
し、その検出結果に基づいてトルクを求めるようになっ
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】かかる磁歪式のトルク
センサを用いたトルクの測定においては、回転および軸
方向への往復移動が許容されるドリルやリーマなどの回
転工具に対して、この磁歪式トルクセンサを所定の位置
関係で固定的に取り付け、回転および軸方向に移動する
回転工具のトルクを測定することになる。

【０００７】一般に、回転工具では、十分な硬さを得る
ために、焼き入れされており、この焼き入れの際の加熱
から急冷の過程で発生する金属組織、残留応力の不均一
に起因して磁気的な不均一が大きくなり、特に、回転工
具の軸方向における磁気的な不均一によって磁歪式トル
クセンサで測定されるトルクにばらつきが生じ、このた
め、正確にトルクを測定するのが困難になるという難点
がある。

【０００８】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であって、磁気的な不均一を大幅に低減した回転工具を
提供するとともに、該回転工具を支持し、かつトルクの
測定に好適なブッシュを提供することを目的とし、さら
に、それらを用いて回転工具にかかっているトルクを正
確に検出するトルク検出装置ならびに回転工具の破損等
を防止できるようにした工作機械システムを提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明では、上述の目的
を達成するために、次のように構成している。

【００１０】すなわち、請求項１の本発明は、工作機械
に装着されて回転するとともに、軸方向に移動する回転
工具において、前記工具の外周には、磁歪材料からなる
磁歪層が形成されている。

【００１１】請求項２の本発明は、請求項１の回転工具
において、磁歪材料としてニッケルを用いている。

【００１２】請求項３の本発明は、請求項１または２の
回転工具において、工具の外周に切欠を有している。

【００１３】請求項４の本発明は、請求項１または２の
回転工具において、前記磁歪層が、シャンク部の外周に
形成されている。

【００１４】請求項５の本発明は、請求項１または２の
回転工具において、前記磁歪層が、刃部の外周に形成さ
れている。

【００１５】請求項６の本発明は、請求項１ないし５の
いずれかに記載の回転工具を、その回転および軸方向の
移動を許容する状態で支持するブッシュであって、前記
工具にかかるトルクを非接触状態で測定する磁歪式のト
ルクセンサが、当該ブッシュに対して所定の位置関係で
取り付けられている。

【００１６】請求項７の本発明のトルク検出装置は、請
求項３または５のいずれかに記載の回転工具と、前記工
具を、回転および軸方向の移動を許容する状態で支持す
るブッシュと、前記ブッシュに取り付けられて前記工具
にかかるトルクを非接触状態で測定する磁歪式のトルク
センサと、前記ブッシュに取り付けられて前記工具との
距離を測定する距離センサとを備え、前記距離センサの
出力に基づいて、前記トルクセンサの出力を取り込むよ
うにしている。

【００１７】請求項８の本発明は、請求項６のブッシュ
に取り付けられる磁歪式のトルクセンサが、互いに逆方
向に巻回された第１，第２の巻線により略８の字状に形
成される励磁コイルと、その励磁コイルと略同一形状の
検出コイルと、それら両コイルを装着するための４本の
柱状の磁心を有するコアとを備え、前記励磁コイルを構
成する第１，第２の巻線の配置方向と、前記検出コイル
の第１，第２の巻線の配置方向とを直交状態で重ね合わ
せて配置するとともに、前記各コイルの各巻線を前記４
つの磁心のうち所定の隣接する２つの磁心の周囲に巻回
し、かつ前記隣接する２つの磁心の配置方向を、前記工
具の軸方向と平行または直交するようにしている。

【００１８】請求項９の本発明の工作機械システムは、
請求項１ないし５のいずれかに記載の回転工具と、請求
項６または８に記載のブッシュと、前記回転工具が装着
されるとともに、該回転工具を回転および移動させる工
作機械と、前記ブッシュに取り付けられた前記トルクセ
ンサの出力に基づいて、前記工作機械を制御する制御手
段とを備えている。

【００１９】

【作用】請求項１の本発明によれば、回転工具の外周に
は、磁歪材料からなる磁歪層が形成されているので、磁
気的な不均一を大幅に低減でき、回転工具にかかるトル
クを正確に測定できる。

【００２０】請求項２の本発明によれば、磁歪材料とし
てニッケルを用いているので、均一な磁歪層の形成が容
易であるとともに、十分な硬さを得ることができるの
で、焼き入れが不要である。

【００２１】請求項３の本発明によれば、外周に切欠を
有する回転工具、例えば、フルート（切り粉が切削位置
から穴の方向へ抜けるための溝）を有するガンドリルな
どに適用することにより、請求項１または２と同様の作
用効果を奏する。

【００２２】請求項４の本発明によれば、シャンク部に
磁歪層を形成しているので、例えば、刃部に形成するの
に比べて容易に形成できるとともに、トルクの検出が容
易となる。

【００２３】請求項５の本発明によれば、刃部に磁歪層
を形成しているので、例えば、ストレートシャンク部で
トルクを検出できないようなドリル等においても、磁歪
層が形成された刃部でトルクを正確に測定できることに
なる。

【００２４】請求項６の本発明のブッシュによれば、回
転工具を、その回転および軸方向の移動を許容する状態
で支持するとともに、磁歪式のトルクセンサが、当該ブ
ッシュに対して所定の位置関係で取り付けられているの
で、トルクセンサと磁歪層が形成されている回転工具の
外周面との位置関係（クリアランス）も所定の状態とな
り、回転工具の回転中はもちろん軸方向に移動している
ときにもトルクの検出が可能となる。

【００２５】請求項７の本発明のトルク検出装置によれ
ば、切欠や刃部を有する回転工具においては、磁歪層が
形成されたトルクの検出領域となる部分と、それ以外の
部分とでは、その回転によって磁歪式のトルクセンサと
の間のクリアランスが異なることになるが、距離センサ
の出力に基づいて、前記検出領域に対応する有効なトル
クセンサの出力を取り込むので、切欠や刃部を有する回
転工具においても、正確にトルクを検出できることにな
る。

【００２６】請求項８の本発明のブッシュによれば、磁
歪式のトルクセンサは、回転工具にトルクがかかってい
ないときには、検出コイル側に出力がなく、トルクがか
かるとそのトルクの大きさに応じた出力が検出コイル側
に発生する。しかも、励磁コイル側に印加した交流信号
に対し、検出コイル側に発生する出力信号の位相は、ト
ルクの正負により異なる。よって、出力の大きさ（有無
を含む）並びにその位相を測定することにより、発生す
るトルクを検出することができる。しかも、各磁極面積
が、センサ（コイル）の全体のほぼ半分となり、さらに
各コイルの磁心の周囲に巻回したため、検出感度が向上
する。

【００２７】請求項９の本発明の工作機械システムによ
れば、磁気的な不均一が大幅に低減された回転工具にか
かるトルクを、ブッシュに取り付けられた磁歪式のトル
クセンサで検出し、それに基づいて、回転工具を駆動す
る工作機械の駆動を制御するので、回転工具の破損等を
回避して安定した運転を確保できることになる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳
細に説明する。

【００２９】図１は、本発明の一実施例に係る工作機械
システムの概略構成図であり、同図において、１は回転
工具としてのガンドリル２が装着された工作機械、３は
ガンドリル２によって深穴加工が施されるワーク（被加
工物）、４はガンドリル２を回転および往復移動自在に
支持するブッシュ、５はこのブッシュ４に内蔵された磁
歪式のトルクセンサ、６はこのトルクセンサ５の出力に
基づいて、工作機械１の駆動を制御する制御手段、７は
ガンドリル２の折損を検知して表示する表示器である。

【００３０】工作機械１は、ガンドリル２が装着される
スピンドル（主軸）８と、このスピンドル８を回転駆動
するスピンドルモータ９と、これらを、ガンドリル２の
軸方向（図１の左右方向）に往復移動させるフィードモ
ータ１０とを備えている。

【００３１】制御手段６は、トルクセンサ５の出力を増
幅するアンプ１１と、このアンプ１１の出力に基づい
て、ガンドリル２の折損の予知を行うマイクロコンピュ
ータ１２と、このマイクロコンピュータ１２およびアン
プ１１の出力に基づいて、工作機械１の各モータ９，１
０を制御する数値制御（ＮＣ）装置１３とを備えてい
る。マイクロコンピュータ１２は、トルクセンサ５の出
力が、予め定めたしきい値を越えたときには、折損を予
知してモータ９，１０の出力を低く制御し、また、数値
制御装置１３は、トルクセンサ５の出力に基づいて、折
損を検知してモータ９，１０を停止させるものである。

【００３２】図２は、図１のガンドリル付近の拡大図で
あり、ガンドリル２は、チヤック１４を介してスピンド
ル８に装着されるとともに、透孔が形成されたブッシュ
４に、回転および往復移動を許容する状態で支持されて
いる。このブッシュ４は、ワーク３が載置されるテーブ
ル１５から延びるブッシュプレート１５ａに取り付けら
れている。このブッシュ４に、後述のようにして、ガン
ドリル２にかかるトルクを検出する磁歪式のトルクセン
サ５が取り付けられている。

【００３３】図３は、トルクセンサが取り付けられたブ
ッシュ付近の拡大断面図であり、図４は、その分解斜視
図である。

【００３４】ブッシュ４は、磁歪式のトルクセンサ５が
取り付けられる角柱状の取付部１６と、ブッシュプレー
ト１５ａにねじ止めするための取付孔１７ａが形成され
たフランジ部１７と、円柱部１８とを有するとともに、
それら各部１６，１７，１８の中心を貫通する透孔１９
を有しており、この透孔１９をガンドリル２が挿通す
る。この透孔１９の内径は、ガンドリル２の外径にほぼ
一致させており、これにより、ブッシュ４の透孔１９の
内周面と、ガンドリル２の外周面とは摺動可能に密着
し、両者の軸心は一致する。ブッシュの取付部１６に
は、ガンドリル２が挿通する透孔１９に直交するよう
に、磁歪式のトルクセンサ５の検出端側を収納する収納
孔２０が形成されている。

【００３５】この実施例の磁歪式のトルクセンサ５は、
トルクセンサ本体５ａと、樹脂製の２つのカバーケース
５ｂ，５ｃとを備えており、取付部材２１を介してブッ
シュ４に取り付けられる。

【００３６】取付部材２１は、ブッシュ４の角柱状の取
付部１６にねじ止めするための取付孔２２ａを有するフ
ランジ部２２と、ブッシュ４の収納孔２０に嵌合する円
筒部２３と、複数の切欠が形成された円錐台部２４とを
有しており、それら各部２２，２３，２４を貫通する収
納孔にトルクセンサ５を収納した状態で、前記円錐台部
２４をカシメてトルクセンサ５を収納固定する。

【００３７】この実施例では、トルクセンサ本体５ａ
は、図５の拡大図に示されるように、円柱状のブロック
体に十字状の溝を切ることにより、４本の磁心たる脚部
２５ａ〜２５ｄが形成されたフェライトなどの透磁率の
高いコア２６に、同一形状からなる励磁コイル２７と検
出コイル２８とを、その相対位置関係を９０度ずらした
状態で重ね合わせて配置している。また、ガンドリル２
の外側表面に近接するようにして配置されるコア２６の
脚部２５ａ〜２５ｄの開放端側面は曲面状に切除加工さ
れ、ガンドリル２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。

【００３８】励磁コイル２７は、逆方向に所定の同一タ
ーン数だけそれぞれ巻回された第１，第２の巻線２９，
３０を備え、第１の巻線２９は、脚部２５ａ，２５ｂの
周囲を巻回し、第２の巻線３０は、脚部２５ｃ，２５ｄ
の周囲を巻回するようにしている。

【００３９】これにより、両巻線２９，３０は、その平
面形状が略半円状になり、その配置方向は平行になる。
これにより、励磁コイル２７に第１の巻線２９側から電
流を流すと、同図（Ｂ）に示すような方向で各巻線２
９，３０内を電流が流れることになる。

【００４０】同様に、検出コイル２８は、コアの脚部２
５ａ，２５ｄの周囲を所定ターン数だけ巻回するように
して構成される第１の巻線３１と、その第１の巻線３１
の巻回方向と逆方向に脚部２５ｂ，２５ｃの周囲を所定
ターン数だけ巻回するようにして構成される第２の巻線
３２とから構成される。そして、この両巻線３１，３２
も、平面形状が略半円状で、配置方向が平行となる。

【００４１】これにより、励磁コイル２７の配置方向
と、検出コイル２８の配置方向とが、直交するようにな
る。また、両コイル２７，２８は、それぞれ１本の線を
所定方向に巻回することにより形成される。なお、各巻
線の形成方法としては、一方の巻線（例えば第１の巻線
２９，３１）を所定回数だけ巻回した後、他方の巻線
（例えば第２の巻線３０，３２）を同一回数だけ逆方向
に巻回するようにしてもよく、また、両方の巻線を交互
に巻回するようにしてもよく、その巻線方法は任意であ
る。

【００４２】さらにこの実施例では、励磁コイル２７の
方を脚部２５ａ〜２５ｄの開放側に配置し、しかも、励
磁コイル２７は開放側先端部に位置させる。一方、検出
コイル２８は、脚部２５ａ〜２５ｄの根元側に位置させ
ている。これにより、両コイル２７，２８の脚部の軸方
向での離反距離が長くなる。なお、本発明は、必ずしも
かかる順に配置する必要はなく、逆（検出コイル２８を
脚部２５ａ〜２５ｄの開放側に配置する）でもよく、ま
た、いずれの配置であっても、両コイル２７，２８を接
近させた状態で配置してもよい。

【００４３】かかる構成のトルクセンサ本体５ａを、図
３，図４に示されるように、有底筒状のケース５ｂに収
納するとともに、円筒状のケース５ｃを装着することに
よりトルクセンサ５が構成される。トルクセンサ５の両
コイル２７，２８の各両端は、ケース５ｂに形成された
引き出し孔から２本のリード線３３として引き出され
る。ケース５ｃのガンドリル２に臨む側の端面は、コア
２６の脚部２５ａ〜２５ｄの開放端側面と同様に曲面状
に切除加工されている。

【００４４】このトルクセンサ５を、取付部材２１を介
してブッシュ４に取り付ける際に、、コア２６の脚部２
５ａ〜２５ｄの開放側端部の位置を、ブッシュ４の中心
に対して精度よく位置合わせすることにより、ブッシュ
４を挿通するガンドリル２に対するトルクセンサ５の相
対位置、すなわち、脚部２５ａ〜２５ｄの開放側端部と
ガンドリル２の外周面とのクリアランスも精度よく位置
決めされる。しかも、トルクセンサ５は、ブッシュ４に
対して固定されているため、ガンドリル２の回転・往復
移動によってそのクリアランスが変動することも抑制さ
れる。

【００４５】かかる構成にすることにより、電源から励
磁コイル２７に交流信号を流すと、電磁誘導により検出
コイル２８側に誘起電圧が誘起されて所定の交流信号が
出力される。この時、ガンドリル２にトルクがかかる
と、逆磁歪効果によりガンドリル２の透磁率が変化する
ため両コイル２７，２８間での結合次数が変わる。よっ
て、検出コイル２８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、ガンドリル２に加
わっているトルクの大きさを知ることができるものであ
る。

【００４６】この実施例では、ガンドリル２によるワー
ク３の切削の際には、ガンドリル２の軸方向の往復移動
に伴って、ガンドリル２のストレートシャンク部が、ト
ルクセンサ５の検出端に臨み、このストレートシャンク
部にかかるトルクをトルクセンサ５で検出するようにな
っている。

【００４７】ガンドリル２の透磁率は、微視的に見る
と、磁気的不均一が生じており、特に、ガンドリル２の
往復移動に伴う軸方向での磁気的不均一に起因してトル
クセンサ５の検出信号がばらついて測定が困難になると
いう問題があるが、この実施例では、かかる問題点を解
決するために、次のように構成している。

【００４８】すなわち、この実施例のガンドリル２のス
トレートシャンク部の外周には、磁歪材料であるニッケ
ルからなるメッキ層（磁歪層）３４が形成されている。

【００４９】このニッケルメッキ層３４は、例えば、電
気メッキ、無電解メッキ、スパッタリング、電鋳あるい
はプラズマ溶着などの方法によって形成され、この実施
例では、その厚みを、２５０μｍとしている。

【００５０】この実施例では、磁歪材料として、ニッケ
ルを用いたけれども、本発明は、ニッケルに限るもので
はなく、Ｎｉ-Ｃｏ合金、Ｎｉ-Ｃｏ-Ｃｒ合金、Ｎｉ-Ｆ
ｅ合金、Ｆｅ-Ｃｏ合金、Ｆｅ-Ａｌ合金、Ｎｉフェライ
ト、Ｎｉ-Ｃｏフェライト、Ｎｉ-Ｃｕ-Ｃｏフェライト
などの他の磁歪効果の大きな材料を用いることができ
る。

【００５１】かかるニッケルメッキがストレートシャン
ク部に形成されたガンドリル２の製造手順を、図６に基
づいて説明する。

【００５２】先ず、同図（Ａ）に示されるように、刃部
２ａ、ストレートシャンク部２ｂおよび把持部２ｃをろ
う付けし、次に、同図（Ｂ）に示されるように、ニッケ
ルメッキを施すべきストレートシャンク部２ｂを、メッ
キがのり易いようにきれいに仕上げ、同図（Ｃ）に示さ
れるように、ストレートシャンク部２ｂにニッケルメッ
キ層３４を形成する。メッキの端部は、メッキ厚が乱れ
易く、磁気的性質も乱れ易いので、同図（Ｃ）のように
シャンク直径をわずかに細くし、センシングに関係しな
いメッキ区間を作ってもよい。

【００５３】このように、ガンドリル２には、その回転
および軸方向の往復移動の際に、トルクセンサ５によっ
てトルクが検出される検出領域であるストレートシャン
ク部２ｂの外周に、磁歪効果の大きな金属材料であるニ
ッケルによるメッキ層３４を形成したので、ガンドリル
２の検出領域における磁気的不均一が大幅に低減される
ことになり、これによって、ガンドリル２の往復移動に
伴う磁気的不均一に起因する検出信号のばらつきが大幅
に低減される。

【００５４】図７は、この検出信号のばらつきの低減の
効果を示す検出信号の波形図であり、同図（Ａ）は、無
負荷の状態において、ニッケルメッキ層３４が形成され
ていない従来のガンドリルを使用したときのトルクセン
サ５の出力を示し、同図（Ｂ）は、無負荷の状態におい
て、ニッケルメッキ層３４が形成されているこの実施例
のガンドリル２を使用したときのトルクセンサ５の出力
を示し、横軸は、ガンドリルの軸方向の移動量をそれぞ
れ示している。

【００５５】この図から明らかなように、ニッケルメッ
キ層３４のない従来例のガンドリルでは、その軸方向の
移動に伴って磁気的不均一に起因する検出信号のばらつ
きが、約３３ｋｇｆ・ｃｍと大きいけれども、ニッケル
メッキ層３４を有するこの実施例のガンドリル２では、
軸方向の移動に伴う検出信号のばらつきが、約３．３ｋ
ｇｆ・ｃｍとなり、１／１０に大幅に低減された。

【００５６】上述の実施例では、ガンドリル２のストレ
ートシャンク部２ｂにニッケルメッキ層３４を形成して
トルクセンサ５でトルクを検出したけれども、短いドリ
ルの場合には、トルクセンサ５によるトルクの検出領域
が、刃部となり、この刃部が、ブッシュ４に回転および
往復移動自在に支持されることになる。

【００５７】このような短いドリルあるいはシャンク部
にフルート（切り粉が切削位置から穴の方向へ抜けるた
めの溝）を有するガンドリルに、本発明を適用して説明
する。

【００５８】例えば、図８に示される短いドリルに適用
して説明する。同図（Ａ）は、側面図、同図（Ｂ）は、
刃部の断面図である。かかる短いドリル３５では、ドリ
ル３５の軸方向の移動に伴って刃部３６ａがトルクの検
出領域となるので、この刃部３６のパッド部３６ａを除
く円弧状の部分に、ニッケルメッキ層３７を形成する。
したがって、このドリル３５の場合には、上述の実施例
と同様の構成では、ニッケルメッキ層３７が形成された
部分と、それ以外の部分とでは、磁歪式のトルクセンサ
５との間のクリアランスが異なることになり、このクリ
アランスの変動によってトルクセンサ５の励磁電流や励
磁コイルのインピーダンス等は、直接影響を受けること
になる。

【００５９】そこで、この場合では、図９の概略図に示
されるように、ブッシュ４には、トルクセンサ５の対向
位置、すなわち、１８０度ずれた位置に、ドリル３５の
ニッケルメッキ層３７の部分を検出するための距離セン
サとしてのリニア近接センサ３８を設けており、このリ
ニア近接センサ３８の出力に基づいて、ニッケルメッキ
層３７の部分のトルクセンサ５の検出信号を取り出すよ
うに構成している。

【００６０】図１０は、リニア近接センサ３８およびト
ルクセンサ５の検出信号のタイムチャートである。リニ
ア近接センサでは、ドリル３５のパッド部３６ａ、ニッ
ケルメッキ層３７の部分および溝部に対応する出力が得
られ、トルクセンサ５では、リニア近接センサ３８で検
出されたニッケルメッキ層３７の部分の位相を１８０度
ずらした期間を、ニッケルメッキ層３７の部分であると
して、そのときのトルクセンサ５の出力を取り込んで積
算し、それを、ニッケルメッキ層３７の部分として取り
込んだ期間で除算することにより、平均のトルク値を算
出するようにしている。

【００６１】図１１は、かかる平均のトルク値の算出手
順を示すフローチャートである。

【００６２】先ず、ニッケルメッキ層３７が形成されて
いる部分が通過する周期を求め、刃の数によってその周
期を補正し（ステップｎ１）、ニッケルメッキ層３７の
部分として取り込むべき期間Ｌを求め（ステップｎ
２）、さらに、リニア近接センサ３８で検出されたニッ
ケルメッキ層３７の部分の位相を１８０度をずらしてト
ルクセンサ５の出力を取り込んで積算し、積算値ΣＶを
得（ステップｎ３）、平均のトルクΣＶ／Ｌを算出する
（ステップｎ４）。

【００６３】以上の処理は、リニア近接センサ３８およ
びトルクセンサ５の出力が与えられるマイクロコンピュ
ータによって行われ、これらによって、本発明のトルク
検出装置が構成される。

【００６４】また、本発明の他の実施例として、ブッシ
ュ４の透孔１９内でドリルに振れがあってトルクセンサ
５の出力が変動するような場合には、予め、無負荷の状
態で、ドリルを駆動したときの振れをリニア近接センサ
３８で検出して記憶しておき、実際の切削の際のトルク
センサ５の出力を、予め検出した振れに基づいて補正す
るようにしてもよい。

【００６５】さらには、ドリルが異常に摩耗して切削中
にドリルが振動したような場合には、リニア近接センサ
３８でその振動を検出して報知するように構成してもよ
い。

【００６６】なお、本発明は、リニア近接センサ３８に
限るものではなく、光電センサや静電容量センサなどの
他の距離センサを用いてもよい。

【００６７】上述の実施例では、一軸の工作機械１に適
用して説明したけれども、図１２に示されるように、多
軸の工作機械にも適用できるものである。なお、同図に
おいて、３９はスピンドルを回転駆動するモータ、４０
は各スピンドル４１の回転数を設定するギヤユニット、
４２はブッシュプレート４３をガイドするガイドバー、
４４はドリル、４５はトルクセンサ４６が装着されたブ
ッシュである。

【００６８】また、本発明は、回転工具に磁歪層を形成
し、トルクセンサを内蔵したブッシュを準備することに
より、既存の工作機械にも容易にトルク検出機能を付加
することが可能である。

【００６９】上述の実施例では、回転工具としてドリル
に適用して説明したけれども、本発明はドリルに限るも
のではなく、リーマやエンドミルなどの他の回転工具に
も適用できるのは勿論である。

【００７０】本発明の磁歪式のトルクセンサは、上述の
実施例の構成に限定されるものではなく、逆磁歪効果を
利用して非接触でトルクを検出するものであればよい。

【００７１】

【発明の効果】以上のように本発明の回転工具によれ
ば、その外周には、磁歪材料からなる磁歪層が形成され
ているので、磁気的な不均一を大幅に低減でき、回転工
具にかかるトルクを正確に測定できることになる。

【００７２】また、磁歪材料としてニッケルを用いるこ
とにより、容易に均一な磁歪層を形成できるとともに、
十分な硬さを得ることができ、焼き入れが不要となる。

【００７３】本発明のブッシュによれば、回転工具を、
その回転および軸方向の移動を許容する状態で支持する
とともに、磁歪式のトルクセンサが、当該ブッシュに対
して所定の位置関係で取り付けられているので、トルク
センサと磁歪層が形成されている回転工具の外周面との
位置関係（クリアランス）も所定の状態となり、回転工
具の回転中はもちろん軸方向に移動しているときにもト
ルクの検出が可能となる。

【００７４】本発明のトルク検出装置によれば、外周に
切欠を有するような回転工具であっても、正確にトルク
を検出できることになる。

【００７５】本発明の工作機械システムによれば、磁気
的な不均一が大幅に低減された回転工具にかかるトルク
を、ブッシュに取り付けられた磁歪式のトルクセンサで
検出し、それに基づいて、回転工具を駆動する工作機械
の駆動を制御するので、回転工具の破損等を回避して安
定した運転を確保できることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る工作機械システムの概
略構成図である。

【図２】図１のガンドリル付近の拡大図である。

【図３】トルクセンサが取り付けられたブッシュ付近の
拡大断面図である。

【図４】図３の分解斜視図である。

【図５】トルクセンサ本体を示す図である。

【図６】この実施例のガンドリルの製造手順を示す図で
ある。

【図７】従来例と本実施例の検出信号の波形図である。

【図８】本発明の他の実施例のドリルを示す図である。

【図９】本発明の他の実施例のブッシュ付近の概略図で
ある。

【図１０】リニア近接センサおよびトルクセンサの検出
信号のタイムチャートである。

【図１１】平均のトルク値の算出手順を示すフローチャ
ートである。

【図１２】本発明の他の実施例の斜視図である。

【符号の説明】

１ 工作機械 ２ ガンドリル ４ ブッシュ ５ トルクセンサ ６ 制御手段 ２７ 励磁コイル ２８ 検出コイル ３４ メッキ層 ３８ リニア近接センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 二井谷 春彦 広島県広島市南区宇品東五丁目３番38号 トーヨーエイテック株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作機械に装着されて回転するととも
   に、軸方向に移動する回転工具において、 前記工具の外周には、磁歪材料からなる磁歪層が形成さ
   れることを特徴とする回転工具。
2. 【請求項２】 前記磁歪材料が、ニッケルである請求項
   １に記載の回転工具。
3. 【請求項３】 前記工具の外周に切欠を有する請求項１
   または２に記載の回転工具。
4. 【請求項４】 前記磁歪層が、シャンク部の外周に形成
   されるものである請求項１または２に記載の回転工具。
5. 【請求項５】 前記磁歪層が、刃部の外周に形成される
   ものである請求項１または２に記載の回転工具。
6. 【請求項６】 前記請求項１ないし５のいずれかに記載
   の回転工具を、その回転および軸方向の移動を許容する
   状態で支持するブッシュであって、 前記工具にかかるトルクを非接触状態で測定する磁歪式
   のトルクセンサが、当該ブッシュに対して所定の位置関
   係で取り付けられてなることを特徴とするブッシュ。
7. 【請求項７】 前記請求項３または５のいずれかに記載
   の回転工具と、前記工具を、回転および軸方向の移動を
   許容する状態で支持するブッシュと、前記ブッシュに取
   り付けられて前記工具にかかるトルクを非接触状態で測
   定する磁歪式のトルクセンサと、前記ブッシュに取り付
   けられて前記工具との距離を測定する距離センサとを備
   え、前記距離センサの出力に基づいて、前記トルクセン
   サの出力を取り込むことを特徴とするトルク検出装置。
8. 【請求項８】 前記磁歪式のトルクセンサが、互いに逆
   方向に巻回された第１，第２の巻線により略８の字状に
   形成される励磁コイルと、その励磁コイルと略同一形状
   の検出コイルと、それら両コイルを装着するための４本
   の柱状の磁心を有するコアとを備え、 前記励磁コイルを構成する第１，第２の巻線の配置方向
   と、前記検出コイルの第１，第２の巻線の配置方向とを
   直交状態で重ね合わせて配置するとともに、前記各コイ
   ルの各巻線を前記４つの磁心のうち所定の隣接する２つ
   の磁心の周囲に巻回し、かつ前記隣接する２つの磁心の
   配置方向を、前記工具の軸方向と平行または直交するよ
   うにした請求項６に記載のブッシュ。
9. 【請求項９】 前記請求項１ないし５のいずれかに記載
   の回転工具と、前記請求項６または８に記載のブッシュ
   と、前記回転工具が装着されるとともに、該回転工具を
   回転および移動させる工作機械と、前記ブッシュに取り
   付けられた前記トルクセンサの出力に基づいて、前記工
   作機械を制御する制御手段とを備えることを特徴とする
   工作機械システム。