(57)【要約】    【課題】  工具の長さ方向の位置を正確に測定することが可能な工具位置検出装置を提供する。    【解決手段】  本体１ａと、本体１ａから延出し且つ本体１ａに対して進退可能に設けられると共に、当該延出した端面に、工具が当接する測定面４ａを有するスライド部４と、スライド部４を測定面４ａ側に付勢するコイルばね１１と、スライド部４がコイルばね１１の付勢力に抗して移動した際に、当該移動を検出する移動検出手段を備え、測定面４ａの大きさが、スライド部４の進退方向に略垂直な断面の大きさ以下である工具位置検出装置１である。【選択図】    図１
2006062061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体と、
前記本体から延出し且つ当該本体に対して進退可能に設けられると共に、当該延出した端面に、工具が当接する測定面を有するスライド部と、
当該スライド部を前記測定面側に向けて付勢する付勢部材と、
前記スライド部が前記付勢部材の付勢力に抗して移動した際に、当該移動を検出する移動検出手段と、
を、備え、
前記測定面の大きさが、前記スライド部の進退方向に略垂直な断面の大きさ以下である工具位置検出装置。
【請求項２】
前記付勢部材の設定圧と、前記スライド部の重量との差を０．３Ｎ以下に設定してなる請求項１記載の工具位置検出装置。
【請求項３】
前記測定面の外周に鍔部を設けた請求項１または請求項２記載の工具位置検出装置。
【請求項４】
前記本体と、前記スライド部の当該本体から延出した部分との間に、蛇腹状の弾性体カバーを設けた請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の工具位置検出装置。
【請求項５】
前記弾性体カバーは、前記鍔部よりも前記本体側に配設され、当該弾性体カバーの大きさが、当該鍔部の大きさ以下である請求項４記載の工具位置検出装置。
【請求項６】
前記本体の前記スライド部との摺動面、及び前記スライド部の前記本体との摺動面の少なくとも一方に、潤滑剤を保持する潤滑剤保持部を形成してなる請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の工具位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械等における切削工具等の長さ方向の位置を測定する工具位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、主にフライス・マシニングセンタ等の工作機械において、それらの主軸に取付けた工具の刃先が、ワークに対してどのような位置にあるかを知る必要があり、そのための工具位置検出装置が種々知られている。例えば、工作機械の主軸に取付けられたタッチセンサ等でワークに接触したことを検出する工具位置検出装置がある。
【０００３】
このような工具位置検出装置として、例えば、ハウジングの上部に、下方に摺動自在且つ上方に付勢されて突出しているスライド部（接触体）が設けられ、このスライド部の上端面は、前記ハウジングの底面と平行な平面とされ、スライド部の摺動方向と同方向のテーパ孔を有するブロック体と、このテーパ孔に嵌合する円錐形の遊導体とこの遊導体の小径側突出端に装着された電気接点とを有するスイッチが、前記ハウジングに内装されており、前記電気接点は、前記スライド部の下端と所定の間隔を隔てて退避可能に突出方向に付勢されて対峙しており、前記電気接点は、直列接続された通電検出素子と電源とを介して、前記スライド部に電気的に接続されているものがある。（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、チャックに掴持されるシャンク部と、このシャンク部と同軸に設けられたスライド部（検出用円盤）とからなり、このスライド部に、工具の−Ｘ方向または＋Ｘ方向の座標位置を検出する−Ｘ方向及び＋Ｘ方向当接部と、工具の−Ｚ方向または＋Ｚ方向の座標位置を検出する−Ｚ方向及び＋Ｚ方向当接部と、を備えた工具位置検出装置も紹介されている。（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
そしてまた、基準底面を有するベース部と、ヘッド部と、基準底面を有すると共に、ばねにより上向きに付勢されるスライド部（昇降ラム）と、発光体と、スライド部の移動を検出する検出手段と、発光制御回路部と、を備えた工具位置検出装置も紹介されている。この工具位置検出装置では、前記検出手段は、スライド部の昇降方向に直交する水平方向に延びる可動ピンと、可動ピンと直交する水平方向に延びる固定ピンとを有し、可動ピンと固定ピンとはそれぞれ長手方向中心部で交叉すると共にこの中心部交叉点上にスライド部の軸芯が位置し、常時は、ばねの付勢力で可動ピンが固定ピンに接触するようにした電気接点によって構成されている。（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】実開昭６３−１４４１５４号公報
【特許文献２】実開平６−３５５１号公報
【特許文献３】実用新案登録第３０２５１８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述した従来の工具位置検出装置は、ばね等の付勢力によりスライド部を上方に保持しており、工具の位置を測定する際には、スライド部の上部に形成された測定面（基準底面）に対して工具を垂直方向から当接させ、所定の荷重をかけてスライド部を押圧することで、当該工具の長さ方向の位置を測定するものであるが、工具の位置を容易に且つ確実に検出（測定）するため、前記測定面をできる限り大きく構成している。したがって、測定面の端部（外周）付近に工具が当接してスライド部を押圧すると、スライド部が傾き、測定誤差が生じる虞があった。
【０００７】
そこで、本発明は、このような従来の工具位置検出装置を改良することを課題とするものであり、工具の長さ方向の位置を正確に測定することが可能な工具位置検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的を達成するため、本発明は、本体と、前記本体から延出し且つ当該本体に対して進退可能に設けられると共に、当該延出した端面に、工具が当接する測定面を有するスライド部と、当該スライド部を前記測定面側に向けて付勢する付勢部材と、前記スライド部が前記付勢部材の付勢力に抗して移動した際に、当該移動を検出する移動検出手段と、を、備え、前記測定面の大きさが、前記スライド部の進退方向に略垂直な断面の大きさ以下である工具位置検出装置を提供するものである。
【０００９】
この構成を備えた工具位置検出装置は、測定面の大きさが、前記スライド部の進退方向に略垂直な断面の大きさ以下であるため、工具の位置を検出する際に、仮に、当該工具が測定面の端部（外周）付近に当接してスライド部を押圧しても、スライド部が傾くことを防止することができる。したがって、工具の長さ方向の位置を正確に検出することができる。
【００１０】
また、本発明にかかる工具位置検出装置は、前記付勢部材の設定圧と、前記スライド部の重量との差を０．３Ｎ以下に設定することができる。
【００１１】
ここで、工具は、その直径が小さくなるほど、折損荷重が小さくなるが、従来の工具位置検出装置では、測定面を備えたスライド部を上方に確実に保持するため、当該スライド部を付勢するための付勢力を大きめに設定していた。したがって、特に直径が０．１ｍｍ以下である小径工具の位置を検出する場合であっても、前記測定面を、工具の折損荷重よりも大きな荷重をかけないと、スライド部を移動させることができず、実際には、直径が０．１ｍｍ以下である小径工具の長さ方向の位置を検出することが困難であった。
【００１２】
そこで、本発明では、前記付勢部材の設定圧と、前記スライド部の重量との差を０．３Ｎ以下に設定することで、前記利点に加え、位置を検出すべき工具が、小径工具（例えば、直径が０．１ｍｍ以下）であっても、当該工具に支承を来すことなく長さ方向の位置を正確に検出することができる。
【００１３】
そしてまた、本発明にかかる工具位置検出装置は、前記測定面の外周に鍔部を設けることができる。このようにすることで、前記利点に加え、切粉や切削水等が本体とスライド部との間に侵入することを防止することができる。
【００１４】
また、本発明にかかる工具位置検出装置は、前記本体と、前記スライド部の当該本体から延出した部分との間に、蛇腹状の弾性体カバーを設けることもできる。このように構成することで、前記利点に加え、前記スライド部の進退運動に支承を来すことなく、切粉や切削水等が本体とスライド部との間に侵入することをさらに防止することができる。
【００１５】
そしてまた、前記弾性体カバーは、前記鍔部よりも前記本体側に配設され、当該弾性体カバーの大きさが、当該鍔部の大きさ以下であるよう構成することもできる。このように構成することで、前記利点に加え、切粉や切削水等が、前記本体と、前記スライド部の当該本体から延出した部分との間に、直接かかることがないため、切粉が堆積することを防止することができる。したがって、スライド部が動作不良を引き起こすことを防止することができる。
【００１６】
さらにまた、本発明にかかる工具位置検出装置は、前記本体の前記スライド部との摺動面、及び前記スライド部の前記本体との摺動面の少なくとも一方に、潤滑剤を保持する潤滑剤保持部を形成することができる。このようにすることで、前記利点に加え、スライド部の進退運動の際に生じる摺動抵抗を減らすことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明にかかる工具位置検出装置は、測定面の大きさが、前記スライド部の進退方向に略垂直な断面の大きさ以下であるため、工具の位置を検出する際に、仮に、当該工具が測定面の端部（外周）付近に当接してスライド部を押圧しても、スライド部は傾くことなく進退移動することができる。この結果、工具の長さ方向の位置を正確に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、本発明の好適な実施の形態にかかる工具位置検出装置について図面を参照して説明する。なお、以下に記載される実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施の形態にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。
【００１９】
図１は、本発明の実施の形態にかかる工具位置検出装置の正面図、図２は、図１に示すII−II線に沿った断面図、図３は、図２に示すIII−III線に沿った断面図、図４は、図１に示す工具位置検出装置の底面図、図５は、図１に示す工具位置検出装置の平面図、図６は、図１に示す工具位置検出装置の発光制御回路図、図７は、図１に示す工具位置検出装置の発光制御回路の結線図である。
【００２０】
図１〜図７に示すように、本実施の形態にかかる工具位置検出装置１は、平らな基準底面２ａを有するベース部２と、略円柱状に形成された導電性のスライド部４を進退可能（昇降可能）に保持するヘッド部３と、絶縁材料からなる中間部材５とによってほぼ円柱状に一体的に形成された本体１ａと、ヘッド部３から延出し且つヘッド部３に対し進退可能に設けられたスライド部４と、を備えて構成されている。
【００２１】
ベース部２には、３個のマグネット６が、互いに１２０度移相した位置に埋設されており、例えば、工作機械のテーブルやチャックまたはワークの表面に吸着し、基準底面２ａがそれらの表面に密着するようになっている。また、ベース部２には、その上部側に、絶縁材料からなる円筒状の支持部材７が嵌着されている。この支持部材７は、前記中間部材５と一体に形成してもよいし、それと別体に形成してもよい。
【００２２】
また、ベース部２内に嵌着された円筒状支持部材７の内部には、電池１６が収容配置されており、この電池１６は、ベース部２の基準底面２ａ側（以下、「基準底面２ａ側」を「下」、「基準底面２ａ側」と反対側を「上」として記載することがある）に螺合されたキャップ１７の取り外しによって交換可能となっている。さらに、ベース部２側の支持部材７の上端部には、後に詳述するプリント基板１０が固定されている。
【００２３】
ヘッド部３の中央には、嵌合孔部３ａがベース部２の基準底面２ａと直交するように形成され、この嵌合孔部３ａの上部側には、スライド部４を同軸芯に沿って進退可能（昇降可能）に摺動案内する軸受部材８が嵌着されている。また、嵌合孔部３ａの下部側には、絶縁材料からなる円筒状の支持部材９が嵌着されている。この支持部材９も、支持部材７と同様に、中間部材５と一体に形成してもよいし、それと別体に形成してもよい。この支持部材９には、後に詳述する固定ピン１３が、その両端部が挿着された状態で固定されている。また、ヘッド部３には、発光体としての発光ダイオード１８が外部から視認可能に配設されると共に、後に詳述する発光制御回路部１９が凹部３ｂ内に配設されている。
【００２４】
スライド部４は、上端に基準底面２ａと平行な測定面４ａを有し、このスライド部４の下端部と、ベース部２側の支持部材７の上端部に固定されたプリント基板１０との間には、スライド部４を上向きに付勢する導電性の圧縮コイルばね１１が介装されている。このコイルばね１１の下端部は、プリント基板１０の周辺部に設けられた接続電極２０（図７参照）に接続されている。このプリント基板１０の中央部には、電池１６の負極取り出し用の接続電極２１（図７参照）が設けられており、また電池１６の正極取り出し用の接続電極２２（図７参照）は、ベース部２の上端部内周側に配設されている。
【００２５】
測定面４ａの大きさは、略円柱状のスライド部４の大きさ以下となるように形成されている。具体的には、測定面４ａは、図５に示すように、平面視で略円形を有し、この測定面４ａの面積は、スライド部４の進退方向（軸芯Ｐ方向）に垂直な断面以下になるように形成されている。
【００２６】
また、測定面４ａの外周には、測定面４ａと同心円状の鍔部４ｂが形成されている。この鍔部４ｂは、作業中に、例えば、切粉や切削水等がヘッド部３とスライド部４との間に侵入することを防止する機能を果たしている。そして、測定面４ａは、鍔部４ｂよりも突出した状態で形成されている。
【００２７】
そしてまた、スライド部４には、その進退方向に垂直である水平方向に延びる導電性の可動ピン１２が、スライド部４を直径方向に貫通してこれと一体的に設けられている。このスライド部４の進退方向のほぼ中間部には、スライド部４の直径方向に貫通し且つスライド部４の軸芯Ｐに沿って延びるガイド孔１４が形成されている。そして、このガイド孔１４には、可動ピン１２の上方に位置し、この可動ピン１２に対して水平方向に延びる導電性の固定ピン１３が摺動可能に挿通されている。
【００２８】
この可動ピン１２と、固定ピン１３とは、それぞれ長手方向中心部で交叉すると共に、この中心部交叉点Ｑ上にスライド部４の軸芯Ｐが位置し、常時はコイルばね１１の付勢力によって可動ピン１２が固定ピン１３に接触するようになっている電気接点１５を形成するもので、後に詳述するが、この電気接点１５が、スライド部４の測定面４ａに工具が当接した時のスライド部４の移動を検出する移動検出手段を構成している。
【００２９】
また、スライド部４の鍔部４ｂの下方と、ヘッド部３の上面との間には、一端がスライド部４の鍔部４ｂの下方部分に固定され、他端がヘッド部３の上面であって、嵌合孔部３ａ付近に固定された蛇腹状の弾性体カバー３０が配設されている。また、この弾性体カバー３０は、その大きさが、鍔部４ｂの大きさ以下となるように形成されている。この弾性体カバー３０は、スライド部４の進退運動に追従して蛇腹部分が伸縮可能であるため、スライド部４の進退運動に支承を来すことがなく、ヘッド部３とスライド部４との間に、切粉や切削水等が侵入することを防止することができる。また、鍔部４ｂによってカバーされるため、切粉や切削水等が直接かかることがない。したがって、切粉が堆積することを防止することができ、スライド部が動作不良を引き起こすことを防止することができる。なお、本実施の形態では、ゴム製の弾性体カバー３０を使用した。
【００３０】
そしてまた、スライド部４の外周面には、潤滑剤を保持する潤滑剤保持部としての溝３１が形成されている。そして、この溝３１に潤滑剤を保持させることで、スライド部４の進退運動の際に生じる摺動抵抗を減らすことができ、スライド部４をスムーズに進退移動させることができる。
【００３１】
発光ダイオード１８の発光制御回路部１９は、図６に示すように、電気接点１５と抵抗２４を直列接続した回路と、スイッチング素子としてのトランジスタ２３と抵抗２５と発光体としての発光ダイオード１８を直列接続した回路とが並列接続され、電池１６の正極が電気接点１５とトランジスタ２３に接続され、電池１６の負極が抵抗２４と発光ダイオード１８に接続され、トランジスタ２３のベースには電気接点１５と抵抗２４の中点が接続されている。
【００３２】
なお、符号２３は、スイッチング素子としてのトランジスタ、符号２４は、例えば３３０ＫΩ程度の高い抵抗値の抵抗、符号２５は、例えば２２０Ω程度の低い抵抗値の抵抗である。また、符号２６ａ〜２６ｅは接続端子、符号２７は回路基板である。
【００３３】
具体的な結線については、図７に示すように、接続電極２２と接続電極２０を接続端子２６ａに、電気接点１５の固定ピン１３を接続端子２６ｃに、接続電極２１を接続端子２６ｄに、また発光ダイオード１８を接続端子２６ｂと接続端子２６ｅに、それぞれ結線している。
【００３４】
なお、スライド部４の進退移動のうち、測定面４ａを押圧することによりスライド部４がヘッド部３内に挿入する方向への移動（下降）は、測定面４ａを押圧する力が、コイルばね１１の付勢力に抗した時に行われる。ここで、本実施の形態にかかる工具位置検出装置１は、コイルばね１１の設定圧と、スライド部４の重量との差が０．３Ｎ以下となるように設定してある。
【００３５】
以上のように構成される工具位置検出装置１は、基準底面２ａに配設したマグネット６を利用して、例えば、ワークの表面や側面に吸着させ、工作機械に取付けた工具を測定面４ａに垂直方向から接近させてこれに当接させることによって、工具の長さ方向の位置を検出する。
【００３６】
すなわち、工具がスライド部４の測定面４ａに当接すると、スライド部４が下降を開始すると共に、電気接点１５が開成し、その結果、電気接点１５を介してトランジスタ２３のベースに印加されていた電池１６の正極電圧が瞬時に低下する。これに伴って、トランジスタ２３が導通して保護用の抵抗２５を通して発光ダイオード１８に所定の電流が流れ、この発光ダイオード１８が発光する。また電気接点１５の開成過程を細かく見ると、徐々に開成されて、トランジスタ２３のベース電圧は、徐々に低下することになるが、トランジスタ２３は、ベース電圧が所定電圧になった時点で瞬時に導通するので、発光ダイオード１８は、常に電気接点１５が一定の開成状態の時に発光する。
【００３７】
このようにして、工具がスライド部４の測定面４ａに当接すると、その瞬間に発光ダイオード１８が明るく点灯し、その点灯時期が明瞭であるため、作業者や環境の相違による点灯の判断が異なるようなことなく、それに起因する測定誤差の発生がなくなる。尚、電気接点１５の閉成状態では抵抗２４を通して常時電流が流れることになるが、抵抗２４の抵抗値が３３０ＫΩ程度と大きいために電池１６の消耗は少なくて済む。
【００３８】
さらに、電気接点１５の開閉動作を機械的に見ると、この電気接点１５は、前述した可動ピン１２と、この可動ピン１２の上方で可動ピン１２に対して水平方向に延びる固定ピン１３とからなるものであって、可動ピン１２と固定ピン１３とは、それぞれ長手方向中心部で交叉すると共に、この中心部交叉点Ｑ上にスライド部４の軸芯Ｐが位置し、常時はコイルばね１１の付勢力で可動ピン１２が固定ピン１３に接触するように構成されているため、可動ピン１２は、常に固定ピン１３に対してスライド部４の軸芯Ｐ上において前記中心部交叉点Ｑで接触している。また、測定面４ａに、０．３Ｎ以下の荷重をかけた際に、スライド部４が下降して可動ピン１２が、固定ピン１３から離間することになる。したがって、この電気接点１５、スライド部４の移動に対応して正確に開閉動作し、高精度の検出を行うことができる。
【００３９】
また、この時、測定面４ａの面積は、スライド部４の軸芯方向（進退方向）に垂直な断面以下になるように形成されているため、仮に、測定面４ａの外周部付近に工具が当接しても、スライド部４は傾くことなく、ヘッド部３の嵌合孔部３ａ内に侵入するため、より一層高精度の検出を行うことができる。
【００４０】
次に、本実施の形態にかかる工具位置検出装置１を用い、小径工具として、表１に示す径を備えた小径ドリルについて、以下に示す方法で、折損時の荷重と、折損までのスライド部４の実際の移動量を測定した。
【００４１】
先ず、マシニングセンタのテーブル上に、０．１ｇ単位の電子秤を載せ、この電子秤上に工具位置検出装置１を載せる。次に、表１に示す４種類の小径ドリルの各々について、個別にマシニングセンタの主軸にクランプさせ、工具位置検出装置１の測定面４ａに小径ドリルの先端を０．００１ｍｍ単位で、小径ドリルが折損するまで押し当てていく。小径ドリルが折損した時の電子秤の示す値（折損時荷重）と、小径ドリルが工具位置検出装置１の測定面４ａに接触した時点から折損までの実際の移動量を読取る。この結果を表１に示す。
【００４２】
なお、工具位置検出装置１の設定荷重を３０ｇとし、小径ドリルは、菱高精機株式会社製、スーパーマイクロドリル（超硬  Vioコーティング）を使用した。
【００４３】
【表１】
2006062061.tif 000003
【００４４】
表１から、直径が０．０５ｍｍの小径ドリルの場合、７５．６ｇ（約０．７４Ｎ）の荷重を加えると、折損することが確認された。本発明にかかる工具位置検出装置１は、測定面４ａを０．３Ｎ以下の荷重で押圧した際に、スライド部４がコイルばね１１の付勢力に抗して下降する（移動する）ように構成されているため、直径が０．０５ｍｍの小径ドリルであっても、その長さ方向の位置を測定可能であることが判る。
【００４５】
なお、本実施の形態では、スライド部４の外周面に、潤滑剤を保持する潤滑剤保持部としての溝３１が形成した場合について説明したが、これに限らず、溝３１は、ヘッド部３（本実施の形態では軸受部材８）のスライド部４との摺動面に形成してもよく、また、スライド部４のヘッド部３（本実施の形態では軸受部材８）との摺動面と、ヘッド部３（本実施の形態では軸受部材８）のスライド部４との摺動面の両方に形成してもよい。
【００４６】
また、本実施の形態では、測定面４ａの外周に鍔部４ｂを形成した場合について説明したが、これに限らず、例えば、図８及び図９に示すように、測定面４ａの外周に鍔部４ｂを形成しなくてもよい。
【００４７】
そしてまた、測定面４ａの外周に鍔部４ｂを配設するための他の構成としては、鍔部４ｂをヘッド部３に固定して配設し、鍔部４ｂの中央部に形成された開口部から測定面４ａが露出すると共に、鍔部４ｂに対し進退可能となる構成が挙げられる。
【００４８】
また、本実施の形態では、測定面４ａを鍔部４ｂよりも突出した状態で形成した場合について説明したが、これに限らず、測定面４ａと鍔部４ｂとを区別することが可能であれば、測定面４ａは、鍔部４ｂに対し凹状となっていてもよく、また、面一となっていてもよい。
【００４９】
さらにまた、本実施の形態では、スライド部４を付勢する付勢部材としてコイルばね１１を使用した場合について説明したが、これに限らず、付勢部材は、スライド部４を付勢することが可能であれば、他の部材を用いてもよい。
【００５０】
そしてまた、本実施の形態では、移動検出手段として、可動ピン１２と固定ピン１３とからなる電気接点１５を使用した場合について説明したが、これに限らず、移動検出手段は、スライド部４の移動を検出することが可能であれば、他の構成を備えていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態にかかる工具位置検出装置の正面図である。
【図２】図１に示すII−II線に沿った断面図である。
【図３】図２に示すIII−III線に沿った断面図である。
【図４】図１に示す工具位置検出装置の底面図である。
【図５】図１に示す工具位置検出装置の平面図である。
【図６】図１に示す工具位置検出装置の発光制御回路図である。
【図７】図１に示す工具位置検出装置の発光制御回路の結線図である。
【図８】本発明の他の実施の形態にかかる工具位置検出装置の正面図である。
【図９】図８に示すIX−IX線に沿った断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１    工具位置検出装置
１ａ    本体
２    ベース部
３    ヘッド部
４    スライド部
４ａ    測定面
４ｂ    鍔部
５    中間部材
１１    コイルばね
３０    弾性体カバー
３１    溝
【図１】
2006062061.tif 000004
【図２】
2006062061.tif 000005
【図３】
2006062061.tif 000006
【図４】
2006062061.tif 000007
【図５】
2006062061.tif 000008
【図６】
2006062061.tif 000009
【図７】
2006062061.tif 000010
【図８】
2006062061.tif 000011
【図９】
2006062061.tif 000012