(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端面に工具ホルダの取付け孔が形成され、内径部に設けられた工具把持機構により前記工具ホルダが装着されるように構成された主軸と、該主軸を回転可能に支持するハウジングとからなる工作機械において、
前記取付け孔に装着された工具ホルダの着座面と対峙するように開口する検出孔を、前記主軸の先端面に設け、
前記回転駆動される主軸の外周面とハウジングの回転案内面との間には、前記検出孔に連通する検出エアポケット部と、該検出エアポケット部を前記主軸の軸線方向に挟んで互いに連通する複数の供給エアポケット部とを形成し、
前記複数の供給エアポケット部にはハウジング外から圧力空気を供給し、
前記主軸の外周面とハウジングの回転案内面との間で前記軸線方向に延びる隙間を介して、前記複数の供給エアポケット部からの圧力空気を前記検出エアポケット部に導入し、  前記検出エアポケット部は、圧力センサに連通させたことを特徴とする工具装着検出装置。
【請求項２】
前記供給エアポケット部または検出エアポケット部のいずれか一方もしくは双方は、前記主軸の外周面及び／またはハウジングの回転案内面に形成された環状凹溝状であることを特徴とする請求項１に記載の工具装着検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械における主軸の先端に、工具が正確に装着されたか否かを検出するための工具装着検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の工具装着検出装置として、特開昭５７−４８４４３号公報に開示されているものがあった。即ち、工具ホルダのフランジの外周側面に、主軸の軸線方向に沿って延びる第１キー溝と第２キー溝とを直径線上に刻設し、主軸の端面には、その受け口に工具ホルダを正規の位相にて嵌め入れた時、前記第１キー溝と第２キー溝とに各別に係入する第１可動キーと第２可動キーとを主軸の軸線方向に進退動可能に設け、バネにて前記各可動キーを主軸端面からの突出方向に押圧させるように構成する一方、前記主軸を回転自在に支持する主軸ヘッドの蓋部材には加圧空気を導くためのエア導入路を設け、前記エア導入路に連通する環状溝を主軸の円筒外周面に穿設し、この環状溝から半径方向に延びる第１空気通路と第２空気通路とを、前記第１可動キー及び第２可動キーの各後部室に連通するように形成する。そして、前記蓋部材に設けたエア通路を外部の圧力スイッチに連接し、このエア通路は、前記第１可動キー及び第２可動キーが突出状態のときには、前記各後部室に連通するように形成されている。
【０００３】
さらに、前記第１可動キー及び第２可動キーには、その突出面と側面とに連通する側面視Ｌ字状の通気路を設け、該通気路は、工具ホルダが正規の位相にて受け口に嵌め入れできずに当該工具ホルダのフランジにて押して前記第１可動キー及び第２可動キーが後退したとき、前記圧力スイッチに接続したエア通路に連通するように設定されているものであった。
【０００４】
この構成によれば、工具ホルダの挿入開始段階においては、前記第１可動キー及び第２可動キーが突出状態であり、加圧空気はエア導入路→環状溝→第１空気通路（第２空気通路）→後部室→エア通路→圧力スイッチに導入されて接点が閉じている。挿入される途次に工具ホルダのフランジが前記第１可動キー及び第２可動キーを押して後退させると、前記各通気路とエア通路→圧力スイッチとが連通して大気圧が導入されるため、圧力スイッチの接点が開く。正規の位相にて工具ホルダが受け口に嵌まった場合のみ、第１可動キーは突出して第１キー溝に、第２可動キーは突出して第２キー溝にそれぞれ係合し、前記各通気路とエア通路とが遮断される代わりに、前記加圧空気が後部室→エア通路→圧力スイッチに導入されて接点が閉じる。この閉成信号により工具ホルダが正規の位相にて挿入されたことを検知することができるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この検出装置では、前記キー溝及び可動キーを設けなければならないから構造が複雑となると共に、製造コストも高くなるという問題があった。さらに、前記可動キーを有しない主軸及びキー溝を有しな工具ホルダに対しては適用できないのであった。
【０００６】
本発明は、前記従来の問題を解決すべくなされたものであって、簡単な構成で、工具ホルダが着座したことを確実に検知できる工具装着検出装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明の工具装着検出装置は、先端面に工具ホルダの取付け孔が形成され、内径部に設けられた工具把持機構により前記工具ホルダが装着されるように構成された主軸と、該主軸を回転可能に支持するハウジングとからなる工作機械において、前記取付け孔に装着された工具ホルダの着座面と対峙するように開口する検出孔を、前記主軸の先端面に設け、前記回転駆動される主軸の外周面とハウジングの回転案内面との間には、前記検出孔に連通する検出エアポケット部と、該検出エアポケット部を前記主軸の軸線方向に挟んで互いに連通する複数の供給エアポケット部とを形成し、該複数の供給エアポケット部にはハウジング外から圧力空気を供給し、前記主軸の外周面とハウジングの回転案内面との間で前記軸線方向に延びる隙間を介して、前記複数の供給エアポケット部からの圧力空気を前記検出エアポケット部に導入し、前記検出エアポケット部は、圧力センサに連通させたものである。
【０００８】
そして、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の工具装着検出装置において、前記供給エアポケット部または検出エアポケット部のいずれか一方もしくは双方は、前記主軸の外周面及び／またはハウジングの回転案内面に形成された環状凹溝状であることを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を具体化した実施形態について説明する。図１は本発明の工具装着検出装置を具備する工作機械の主軸ヘッドの断面図、図２は図１のII−II線断面図、図３は要部拡大断面図、図４は圧力センサの検出値を示す図である。
【００１０】
図１は、マシンニングセンタの主軸ヘッド先端部分の断面図であって、主軸１は、上下に長い中空円筒状のハウジング（主軸ヘッド）本体２内に嵌装された複数の軸受３を介して回転可能に支持されている。この主軸１は前記ハウジング本体２上部に設けた図示しないモータにより回転駆動させられている。主軸１内に軸線に沿った貫通孔は、その先端（下端）が後述する工具ホルダ４のテーパー部４ａが密接して嵌まり得る取付け孔としての主軸テーパー孔５に形成されている。
【００１１】
工具ホルダ４は、前記テーパー部４ａが主軸テーパー孔５に密接し、且つフランジ部６の端面６ａが主軸１の先端面１ａに密接する２面拘束形ツールシャンク７を有し、工具把持機構としての主軸１の前記主軸テーパー孔５に続く中心孔内に軸線方向に進退動可能に挿通されたドローバー８によりコレット９が前記テーパー部４ａの内径部に嵌まって引き込まれて、工具ホルダ４が着脱可能に装着されるようになっている。なお、切削加工用の工具（図示せず）は工具ホルダ４の先端側に取付けられている。
【００１２】
前記ハウジング本体２の端面に図示しないボルト等により固定された蓋体１０の内径部（回転案内面）が微小な隙間を介して前記主軸１の外周面を囲む。ハウジング本体２の一部としての蓋体１０の内径部（回転案内面）及び主軸１の外周面とには、環状の検出エアポケット１１が凹み形成されている。該検出エアポケット１１を挟んで、主軸１の軸線の方向に適宜隔てて、第１供給エアポケット部１２と第２供給エアポケット部１３とが同じく環状に凹み形成されている。
【００１３】
換言すると、前記検出エアポケット部１１を挟んで主軸１の軸線の方向に適宜隔てて、先端面１ａに近い側に第１供給エアポケット部１２が形成され、遠い側に第２供給エアポケット部１３形成されている。
【００１４】
前記蓋体１０の外周面から半径内方向に延びるエア通路１４、１５が前記第１供給エアポケット部１２、第２供給エアポケット部１３にそれぞれ連通しており、エア通路１４、１５には外部のエアタンク又はエアポンプ等の流体（加圧空気）を供給するための圧縮空気供給源１６が接続されている。
【００１５】
他方、前記検出エアポケット部１１に連通するエア流路１７を蓋体１０の外周面にまで延ばし、圧力センサ２０に接続する。また、主軸１の先端面に開口する検出孔２１から側断面Ｌ字状の検出通路２２を介して前記検出エアポケット部１１に連通させる。なお、主軸１の先端面に対する前記検出孔２１の開口位置は、工具ホルダ４の着座面としてのフランジ部６の端面６ａと対峙する箇所、即ち、主軸１に工具ホルダ４を装着（着座）した状態では、フランジ部６の端面６ａで開口部が密着されて塞がれる箇所になる。
【００１６】
なお、前記第１供給エアポケット部１２に対するエア通路１４及び第２供給エアポケット部１３に対するエア通路１５と検出エアポケット部１１に対するエア流路１７が蓋体１０の外周に開口する箇所は、図２に示すように、主軸１の軸線回りの位相をずらせることにより、ホース等の取付け金具（口金）の着脱作業を容易するすることができる。
【００１７】
次に、前記構成による工具ホルダ４の着座操作及びその検出方法について説明する。工作作業時には、前記圧縮空気供給源１６からの加圧空気（圧縮空気）を、蓋体１０の外周からエア通路１４、１５を介して前記第１供給エアポケット部１２及び第２供給エアポケット部１３に導入させる。この両供給エアポケット部１２、１３の加圧空気は、蓋体１０の内径面（回転案内面）と主軸１の外周面との隙間１９を介して図３の上下方向即ちハウジング本体２の内面と主軸１との間及び蓋体１０の下面（大気圧）方向に向かうと共に、当該両供給エアポケット部１２、１３の上下間の位置する検出エアポケット部１１に導入される。この検出エアポケット部１１の圧力はエア流路１７を介して圧力センサ２０にて検出することができる。
【００１８】
即ち、前記第１供給エアポケット部１２及び第２供給エアポケット部１３に導入された加圧空気の圧力がＰ０とすると、第１供給エアポケット部１２から下方に抜け出した空気と第２供給エアポケット部１３から上方向に抜け出した空気とによる減少空気圧ΔＰだけ低い圧力Ｐ２（＝Ｐ０−ΔＰ）の加圧空気が検出エアポケット部１１に到達することになる。
【００１９】
そして、工具ホルダ４のフランジ部６の端面（着座面）６ａが主軸１の先端面１ａに密接していない状態（フランジとの隙間が大きい状態）では、前記検出エアポケット部１１に導入された加圧空気は、前記隙間１９より大きい隙間である検出通路２２を介して主軸１の先端面１ａにて大気に放出されるから、圧力センサ２０での検出値（圧力）は低い値Ｐ１となる（図４参照）。
【００２０】
そして、図示しない工具交換装置により、工具ホルダ４のテーパー部４ａを主軸テーパー孔５に差し込み、フランジ部６の端面６ａが主軸１の先端面１ａに密接すると（フランジとの隙間がほぼ零になると）、前記検出孔２１が塞がれるから、検出エアポケット部１１の圧力はＰ２まで上昇することになる。
【００２１】
このように、圧力センサ２０で検出されたこの検出値（圧力Ｐ）の高低を電子式等のコントローラ２３に送り、予め設定された高い圧力値Ｐ３以上であれば、工具ホルダ４のフランジ部６が主軸１の先端面１ａに略密接した装着良好状態と判断し、実際の切削作業を実行する。逆に検出値が前記圧力値Ｐ３より低いときには、フランジ部６の端面６ａと主軸１の先端面１ａとの間に切屑等の異物が挟まれているもの（装着ミス）と判断して、工具ホルダ４の装着作業をやり直すか、図示しない警報装置（ランプやブザー）を作動させて作業者に事態を報知したり、機械の運転を停止させる等の措置を採るのである。
【００２２】
なお、図１〜図３の実施形態では、検出エアポケット部１１、第１供給エアポケット部１２及び第２供給エアポケット部１３が、主軸１の外周面及び蓋体１０の回転案内面の両方にわたって環状（リング状）に凹み形成されているが、主軸１の外周面、又は蓋体１０の回転案内面のうちいずれか一方にのみ形成しても良い。
【００２３】
さらに他の実施形態として、図５に示すように、主軸１の外周面にその円周方向に断続的に形成された内周側の第１供給エアポケット部１２ａ（第２供給エアポケット部１３ａ、検出エアポケット部１１ａ）と蓋体１０の回転案内面にその円周方向に断続的に形成された外周側の第１供給エアポケット部１２ｂ（第２供給エアポケット部１３ｂ、検出エアポケット部１１ｂ）とが、主軸１の回転につれて内周側のエアポケット部を介して外周側の複数箇所のエアポケット部と連通するようしても良い。このようにすれば、エアポケット部のない箇所（主軸１の外周面と蓋体１０の回転案内面との隙間19の間隔の極めて小さい箇所による圧力の途切れを防止できる。
【００２４】
図示実施形態では、主軸１の軸線が上下方向に延びる場合を示したが、水平方向の軸線の主軸１を有する工作機械にも、本発明が適用できることはいうまでもない。また、検出エアポケット部を前記主軸の軸線方向で挟む一方の供給エアポケット部は２つで、他方の供給エアポケット部は１つというように適宜の複数数であっても良い。
【００２５】
【発明の効果】
以上に詳述したように、請求項１に記載の発明の工具装着検出装置は、先端面に工具ホルダの取付け孔が形成され、内径部に設けられた工具把持機構により前記工具ホルダが装着されるように構成された主軸と、該主軸を回転可能に支持するハウジングとからなる工作機械において、前記取付け孔に装着された工具ホルダの着座面と対峙するように開口する検出孔を、前記主軸の先端面に設け、前記回転駆動される主軸の外周面とハウジングの回転案内面との間には、前記検出孔に連通する検出エアポケット部と、該検出エアポケット部を前記主軸の軸線方向に挟んで互いに連通する複数の供給エアポケット部とを形成し、該複数の供給エアポケット部にはハウジング外から圧力空気を供給し、前記主軸の外周面とハウジングの回転案内面との間で前記軸線方向に延びる隙間を介して、前記複数の供給エアポケット部からの圧力空気を前記検出エアポケット部に導入し、前記検出エアポケット部は、圧力センサに連通させたものである。
【００２６】
このように構成したことにより、検出エアポケット部が複数の供給エアポケット部に挟まれた位置にあり、且つ検出エアポケット部が主軸の先端面のうち工具ホルダの着座面と対峙する箇所に開口した検出孔に連通しているから、正規（適正）の状態にて工具ホルダが着座すると、前記検出孔が塞がれることになり、前記両供給エアポケット部から主軸の外周面との隙間を通って検出エアポケット部に到達した高い加圧圧力を圧力センサにて検出できる、他方、適正な姿勢で工具ホルダが着座していない状態では、主軸の先端面との着座隙間が大きくなり、前記検出孔に連通している検出エアポケット部の圧力は大気圧に近い低い圧力となるので、この圧力の差異を検出すれば、工具ホルダが正規に着座していない状態を明瞭且つ確実に判別できることになる。
【００２７】
このようにして、工具装着状態を正確に検出できるのあり、そのための構成が、検出エアポケット部が複数の供給エアポケット部に挟まれた位置にあるように設定するだけの簡単なものであるから、製造コストも高くならないという顕著な効果を奏する。
【００２８】
そして、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の工具装着検出装置において、前記供給エアポケット部または検出エアポケット部のいずれか一方もしくは双方は、前記主軸の外周面及び／またはハウジングの回転案内面に形成された環状凹溝状であることを特徴とするものであるから、請求項１に記載の発明による効果に加えて、前記環状凹溝の形成のための手間も余り掛からず、製造コストの低減に寄与できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】主軸ヘッド部分の縦断面図である。
【図２】図１のII−II線矢視断面図である。
【図３】供給エアポケット部及び検出エアポケット部の要部拡大断面図である。
【図４】圧力センサの検出値を示す図である。
【図５】他の実施形態の供給エアポケット部及び検出エアポケット部の配置状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１      主軸
２      ハウジング本体（主軸ヘッド）
４      工具ホルダ
４ａ    テーパー部
５      取付け孔
６      フランジ部
６ａ    端面（着座面）
１０      蓋体
１１      検出エアポケット部
１２      第１供給エアポケット部
１３      第２供給エアポケット部
１６      圧縮空気供給源
１７      エア通路
１９      隙間
２０      圧力センサ
２１      検出孔
２２      検出通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0004831271.tif 000005
【図５】
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