(57)【要約】【課題】機械加工の際に用いられる工作機械に取り付けられたワークを把持するチャックの安全監視システムにおいて、出力を電波として送信する為に、検出したデータを増幅、デジタル変換、変調、復調しているので、その変換のための時間が必要となり、異常情報の告知に時間がかかる。異常発生時に間に合わず、ワークの破損やワークの飛散を防止できない。【解決手段】チャックの異常検知を行なうセンサとして、発振回路の中の水晶素子を用いることにより、チャックに作用する応力や歪みや温度などの状態変化の信号を信号送信アンテナと信号受信アンテナとの間の電磁結合を用いて検知できるので、従来のシステムに比べて、短時間でチャックの減速や停止を行なうことができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動するスピンドルに取り付けたチャックと、回転しない固定部位を有し、工作機械のワーク加工時にワークの飛散を防ぐためのチャックの安全監視システムにおいて、前記チャックが、ワークを把持するチャック本体と、前記固定部位との間で電磁結合により電力を受電する電力受電アンテナと、該電力受電アンテナで受け取った電力を整流する整流回路と、該整流回路からの電力によって動作する発振回路を備え、前記発振回路が、水晶素子で形成されチャック本体に生じる状態変化を計測するセンサと、該センサを持続的に動作させる増幅器と、前記センサで計測した状態変化を信号として前記固定部位に伝送する信号送信アンテナを備え、前記固定部位が、前記チャックに電源の電力を電磁結合により送電する電力供給アンテナと、前記信号送信アンテナから信号を電磁結合により受け取る信号受信アンテナと、該信号受信アンテナで受け取った信号に含まれる周波数を計測する周波数カウンタと、該周波数カウンタで計測した周波数を演算し相応する情報に換算する周波数演算部と、該周波数演算部で換算された情報を表示する表示器とその情報に応じてチャックの回転数の増減を指示する回転制御部が備えられることを特徴とするチャックの安全監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械加工の際に用いられる工作機械に取り付けられたワークを把持するチャックの安全監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、旋盤などの機械加工用の工作機械には、回転駆動するスピンドルの先端へワークを着脱自在に把持するための爪を備えたチャックが取り付けられている。
このチャックにワークを外方から、あるいは内方から爪を用いて締め付けて把持した後に、スピンドルの回転によりワークをチャックとともに回転させ、工具をワークへ接触させて加工するようになされている。
ワークを把持するチャックは、人手をかけずに生産性の向上や、加工時間の短縮による低コスト化を図ることが可能などの理由により、パワーチャックが一般的に用いられている。
【０００３】
パワーチャックについて、アクチュエータとして油圧シリンダーを用いた例を示して説明する。
パワーチャックは、スピンドル後部に設けた油圧シリンダーを油圧供給制御により駆動させて、スピンドル内に配設されているドローパイプを回転軸方向へ進退移動させ、これによりチャック本体のくさび機構やレバー機構などの伝達機構を介して、チャック本体に設けられたマスタージョーへボルトで着脱可能に固定された複数の爪を径方向へ進退移動させてチャックのジョーの開閉を行なうように構成されている。
ところで、チャックの爪でワークを把持して加工を行なう場合、チャックを回転させると、回転に伴う遠心力がチャックへ作用し、爪で把持しているワークに対する把持力が減少あるいは増加することが知られている。
【０００４】
例えば、パワーチャックの爪でワークを外側から把持（外径把持）する場合には、仮に爪でワークを把持したセット状態（ワークに回転を付与しない回転速度が０の非回転状態）での把持力を１２ｋＮとすると、回転速度が毎分５０００回転になると、把持力は遠心力の影響を受けて４ｋＮ減少して８ｋＮとなる。
したがって、パワーチャックの爪でワークを外径把握する場合のセット状態での把握力は、オペレータの経験などに基づいて回転速度、すなわち遠心力による減少を考慮して過不足が生じないように設定を行なっている。
ところで、チャックの爪によるワークの把持力は、遠心力により増減するので、回転速度と把持力の関係を認識したうえで把持力を設定して加工を行なわないと、加工精度及び安全性の面で大きな影響を受けることになる。
特に生産性の向上や加工時間の短縮による低コスト化などの理由により高速回転による加工が求められる近年においては、回転速度と把持力の関係がより重要な用件になってきている。
【０００５】
例えば、チャックの高速回転時において、爪の把持力が著しく低下し、ワークの把持が維持できなくなると、高速回転するチャックからワークが飛び離れてしまい、工作機械の周囲に危険を及ぼしかねない。
そのため、本出願人の提案による特許文献１の技術においては、チャックの安全装置として、チャック自身に把持力低下を検知する把持力測定手段を備え、チャックからのワークの飛散を防止するようになされている。
この時に用いられる把持力測定器は、チャックのワークを把持する爪部分へ、歪ゲージが取り付けられている。この歪ゲージはチャックがワークを把持したときには爪の歪変形を検出して出力するようになされており、特許文献１には把持力の異常を表示する告知手段をチャック装置の外部に設けて異常の表示を行なう例が示されている。
【０００６】
一般的に、信号を外方の装置へ送り、遠隔に受送信する技術には多くの技術が知られている。
例えば、歪みゲージで検出した応力の出力のような微小な信号を送るためには、増幅回路を用いて増幅し、デジタル情報に変換した後で、変調して、電波として外部へ送信している。
そして、非回転部分である外部に設けた受信装置で電波を受信し、復調してデジタル情報の変化に復元して、応力変化として表示している。
これにより、チャックに加わる応力を測定してリアルタイムで応力の変化を検知してチャックの回転による安全低下を防ぐことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２７６０３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来技術は、応力の変化を歪みゲージで検出し、その出力を電波として送信する為に、歪みゲージの微小な出力を増幅して、デジタル変換し、変調し、外部へ送信しているので、その出力データを変換するための時間が必要とされる。さらに受信する側の受信装置でもデータの再び復調変換して、復元を行なう必要がある。
このように、出力を電波として送信する為に、検出したデータを増幅、デジタル変換、変調、復調しているので、その変換のための時間が必要となり、異常情報の告知に時間がかかる。異常発生時に間に合わず、ワークの破損やワークの飛散を防止できないという課題がある。
従って、本発明は、チャックの異常をワークの破損やワークの飛散が起きる前に検知し、チャック異常時に確実に回転を減速、停止させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明は、工作機械を用いたワーク加工時にワークの飛散を防ぐためのチャックの安全監視システムにおいて、スピンドルと共に回転するチャックと、回転しない固定部位を有し、チャックが、ワークを把持するチャック本体と、固定部位との間で電磁結合により電力を受電する電力受電アンテナと、電力受電アンテナで受け取った電力を整流する整流回路と、整流回路によって整流された電力によって動作する発振回路を備え、発振回路が、水晶素子で形成されチャック本体に生じる状態変化を計測するセンサと、センサを持続的に動作させる増幅器と、センサで計測した状態変化を信号として前記固定部位に伝送する信号送信アンテナを備え、固定部位が、チャックに電源の電力を電磁結合により送電する電力供給アンテナと、信号送信アンテナから信号を電磁結合により受け取る信号受信アンテナと、信号受信アンテナで受け取った信号に含まれる周波数を計測する周波数カウンタと、周波数カウンタで計測した周波数を演算し相応する情報に換算する周波数演算部と、周波数演算部で換算された情報を表示する表示器とその情報に応じてチャックの回転数の増減を指示する回転制御部が備えられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係わるチャックの安全監視システムによれば、チャックの異常検知を行なうセンサとして、発振回路の中の水晶素子を用いることにより、チャックに作用する応力や歪みや温度などの状態変化の信号を信号送信アンテナと信号受信アンテナとの間の電磁結合を用いて検知できるので、従来のシステムに比べて、短時間でチャックの減速や停止を行なうことができる。
本発明に係わるチャックの安全監視システムによれば、チャックに発振回路を駆動させる電源回路を実装するだけで、センサの駆動、センサ出力の伝送を行なうことができるので、従来の検出システムに比べて、チャックに実装する部品を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態の要部を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態の要部を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１には、本発明の実施形態の要部を示すブロック図を示す。
図２には、本発明の実施形態の要部を示す構成図を示す。
【００１３】
本発明のチャックの安全監視システムは、回転駆動するスピンドル２に取り付けられたチャック３と、チャック３とは離れて設けられる固定部位４とから構成されている。
チャック３から固定部位４への信号の受け渡しは、電磁結合により行なわれている。
【００１４】
チャック３は、ワークを把持するチャック本体５と、固定部位との間で電磁結合により電力を受電する電力受電アンテナ６と、電磁結合により受け取った電力を整流する整流回路７と、整流回路によって整流された電力によって動作する発振回路８が備えられており、
発振回路８は、水晶素子で形成されチャック本体に生じる状態変化を計測するセンサ９と、センサを持続的に動作させる増幅器１０と、センサ９で計測した状態変化を信号として固定部位に伝送する信号送信アンテナ１１が備えられている。
【００１５】
チャック３に設けられる電力受電アンテナ６は、固定部位４に設けられた電力供給アンテナ１３との間で電磁結合により電力を受け取る。この電力受電アンテナ６で受け取った電力を整流する整流回路７が設けられ、この整流した電力で発振回路８を駆動する。発振回路８は、センサ９と増幅器１０により持続した交流を作り、その持続した交流が信号送信アンテナ１１に流れる。信号送信アンテナ１１は、発振回路８を構成する素子である。
【００１６】
センサ９は、チャック本体５の爪、ボディ、マスタージョーなど部品に設けられ、夫々の部品に生じる歪みや応力や温度など状態変化を計測する素子として用いられる。
チャック本体５に設けるセンサ９は、ひとつだけ設ける場合と、複数もうける場合がある。
センサ９は、水晶素子で形成されており、チャック本体５の部品に取り付けることにより、チャック本体５に生じた応力や歪みや温度など状態変化に応じて、センサ９の固有振動に変化が発生する。
発振回路８で作られる持続した交流の周波数は、センサ９の固有振動数で決まる。センサ９の固有振動数が変化変化すると、それに応じて発振回路８で作られる持続した交流の周波数も変化する。発振回路８で作られる持続した交流の周波数が変化すると、信号送信アンテナ１１に流れる持続した交流の周波数も同じく変化する。この持続した交流の周波数をセンサ９で計測した状態変化の信号として、信号送信アンテナ１１から固定部位４に伝送する。
【００１７】
チャック本体５の部品にセンサ9を取り付けることで、チャック本体５がワークを把持したり、高速回転をすることによりチャック3に生じる歪みや応力や温度などの状態変化を前記作用により信号送信アンテナ１１から固定部位４に出力する。
そのために、計測する事象ごとに例えば、歪み計測用センサと、応力計測用センサと、温度計測用センサを備える場合と、ひとつのセンサで温度計測と歪み計測と応力計測のように複数の計測を兼ねる場合がある。
【００１８】
回転駆動するチャック３の外部に離れて設けられる固定部位４には、チャック３に電源の電力を電磁結合により送電する電力供給アンテナ１３と、信号送信アンテナ１１から信号を電磁結合により受け取る信号受信アンテナ１４と、信号受信アンテナ１４で受け取った信号に含まれる周波数を計測する周波数カウンタ１５と、周波数カウンタ１５で計測した周波数を演算し相応する情報に換算する周波数演算部１６と、周波数演算部１６で換算された情報を表示する表示器１７とその情報に応じてチャックの回転数の増減を指示する回転制御部１８が備えられている。
【００１９】
固定部位４に設けられる電力供給アンテナ１３は、チャック３に設けられ電力受電アンテナ６との間で電磁結合により電力を送電する。
信号受信アンテナ１４は、チャック３に設けられる信号送信アンテナ１１との間で電磁結合により信号を受け取る。
周波数カウンタ１５は、信号受信アンテナ１６で受け取った信号に含まれる周波数を計測する。
周波数演算部１６は、周波数カウンタ１５で計測した周波数を演算し、その周波数変化量を相応する情報に変換する。
ここで変換する相応する情報は、チャック本体5の部品に生じる歪みや応力や温度など状態変化として出力される。 
表示器１７は、その情報をチャック本体５に生じる歪みや応力や温度などの情報として表示し、回転制御部１８は、その情報をあらかじめ決められた危険数値と比較し、数値が危険範囲を超えた場合、チャック３の回転を減速又は停止するように指示する。 
【００２０】
次に、本発明のチャックの安全監視システムの作動状態について説明する。
チャックの回転に応じて作用する遠心力や、高速回転の駆動に伴う機械装置の高温化などの影響により、チャック装置に異常が発生する際に、爪の離散やチャック装置の回転トラブルなどの事故がおきる前に、事前に異常状態を把握し、チャックの回転を減速又は停止して装置の安全を図るものである。
異常が起きる前の状態として、チャック本体５の部品へ加わる歪みや応力や温度を測定し安全範囲内にあるかどうかを判断する。それらの数値が安全範囲を超えた場合には、回転制御部１８がチャック3の回転を減速又は停止するように指示する。
【００２１】
チャック３に設けられた発振回路８は、チャック装置の外部である固定部位４の電源１２から電力供給されて作動している。
これは、電力供給アンテナ１３と電力受電アンテナ６との間の電磁結合により、電力が送電されている。電力受電アンテナ６で受け取られた電力は整流回路７により整流して発振回路８へと送られる。発振回路８は、この電力を用いて駆動し、持続した交流を作る。
発振回路８で作られる持続した交流の周波数は、水晶素子で形成されたセンサ９の固有振動数などにより決定する。
【００２２】
センサ９は、チャック本体５の部品に生じる歪みや応力や温度などの状態変化を計測する素子として用いられており、チャック本体５が受けた応力や歪みに比例してセンサ９の固有振動数に変化が発生する。
チャック本体５の部品にセンサ９を取り付けることで、チャック３の作動時にワークを把持したり、高速回転をすることによりチャック本体５の部品に生じる歪みや応力や温度など状態変化を前記作用により発振回路８で作られる持続した交流の周波数の変化として出力する。
この持続した交流は、信号送信アンテナ１１に流れ、信号受信アンテナ１４との間の電磁結合により固定部位４に伝送される。
信号受信アンテナ１４で受信された持続した交流の周波数は、周波数カウンタ１５へと送られる。
【００２３】
周波数カウンタ１５は、持続した交流の周波数を計測し、計測された周波数を周波数演算部１６へ送る。
周波数演算部１６は、周波数の変化量から相応する歪みや応力や温度などに数値変換し、回転制御部１８へ送られる。
回転制御部１８は、送られた歪みや応力や温度などの数値をあらかじめ決められた危険数値と比較することで、チャック３に加わる歪みや応力や温度データの数値が安全範囲を超えた場合には、回転制御部１８がチャック３の回転を、減速又は停止するように指示する。
これにより、チャック装置に異常が発生した場合、爪の離散やチャック装置の回転トラブルなどの事故が発生する前に、異常状態を把握し、装置の安全を図るものである。
【００２４】
本発明のチャックの安全監視システムは、電磁結合を用いて、電力の供給を行なうため、回転部位に電源部を搭載する必要が無くセンサ９の作動に要する電力を確保することができ、回転部分の軽量化を実現できる。
チャック異常の検知手段として発振回路８の中の水晶素子をセンサ９として用いているため、電波として外部へ送信する為に、微小な電圧変化を増幅する回路や電圧を電波に変換する回路を回転部位へ搭載する必要が無く、装置の簡素化、軽量化に寄与できる。
【符号の説明】
【００２５】
１    工作機械
２    スピンドル
３    チャック
４    固定部位
５    チャック本体
６    電力受電アンテナ
７    整流回路
８    発振回路
９    センサ
１０  増幅器
【図１】
2011121148.tif 000003
【図２】
2011121148.tif 000004