(57)【要約】      （修正有）【課題】低コストにて、正確、確実、安定的に工具刃先折損検出を行う手段を提供する。【解決手段】  回転の駆動源にロータリーソレノイド４３を使用することにより、装置の構造がシンプルなものとなる。また検出方法も光センサー５９を利用することにより、制御回路も含めて簡素化が図れる。部品点数がたいへん少ないために、低コストでの製造が可能になり、安価な装置が提供できることになる。さらに直角、水平方向の検出が可能となり、様々な設置場所に対応できるようになった。【選択図】  図６
2005329529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動機械加工装置の近傍で使用される、工具折損検出装置は、工具刃先折損を検出する方法として、本体内部に組み込まれた回転可能なロータリーソレノイドと、ロータリーソレノイドの回転軸に取り付けられたニードルと、工具折損検出装置内部に組み込まれた角度検知センサー部及び外部に設置された制御回路部によって構成されている。制御回路部によってロータリーソレノイドを回転させる。ニードルが回転することによって、検出範囲の中にあるドリル、タップ、リーマ等の工具刃先に接触し、回転が停止した場合、角度検知センサーによって、工具刃先が折損状態ではなく、正常であることが確認できる。その際、制御回路部からＯＫ信号が外部のプログラマブルコントローラ等に伝送される。また、ニードルの検出範囲の中にあるドリル、タップ、リーマ等の工具刃先に接触せず、ニードルが原点位置から、検出範囲の動作限界点位置まで回転した場合は、工具刃先に折損が生じたことを示している（工具刃先に磨耗があった場合も同様である）。この状態は角度検知センサーによって、ＮＧ信号が外部のプログラマブルコントローラ等に伝送される。このような構成により工具刃先の折損または磨耗等を検出することを特徴とする工具折損検出装置。
【請求項２】
工具折損検出装置は自動機械加工装置の近傍に設置するために、装置内の狭いスペースで有効に設置するために、ニードルの運動形態を変化させることが必要となる。通常、ニードルはロータリーソレノイドの回転軸に対して、直角方向で回転駆動している。これに対して、角度方向変換機構を組み込んでロータリーソレノイドの回転軸と交差方向軸で回転運動をする機構を有し、工具刃先の折損状態を検出することを特徴とする工具折損検出装置。
【請求項３】
工具刃先で極細のドリル等を検出する場合、工具刃先に過大な回転トルクがかかって、その衝撃によって工具刃先を破損する場合がある。このようなトラブルが発生しないように、ニードルの回転トルクを容易に変化させることができるようにする必要がある。また、ニードルの形状を工夫して様々な形で工具刃先に対応した場合、回転負荷が増えることがある、この場合回転トルクを増大させて対応するものである。このように、ロータリーソレノイドに供給する電力を可変するか、複数段で切換えることにより、回転トルクを可変できるようにしたことを特徴とする工具折損検出装置。
【請求項４】
ロータリーソレノイドを単独で駆動する場合、ニードルの回転駆動範囲及び検出範囲はロータリーソレノイドの回転トルク、慣性モーメントによる慣性の力によって限定された角度範囲となる。このため、さらに大きな回転駆動範囲及び検出範囲を必要とする場合は、２個のロータリーソレノイドを設置し、２個のロータリーソレノイドの駆動角度をづらして、広範囲の回転角度で工具刃先折損を検出できるようにしたことを特徴とする工具折損検出装置。
【請求項５】
工具刃先で極細のドリル等を検出する場合、工具刃先に過大な回転トルクがかかって、その衝撃によって工具刃先を破損する場合がある。このようなトラブルが発生しないように、ニードルの外周に衝撃吸収部品を配置して、工具刃先と接触する際の衝撃荷重を軽減させて破損を防ぐ機能を持つことを特徴とする工具折損検出装置。
【請求項６】
回転軸近傍にねじりコイルバネを配置し、ニードルとねじりコイルバネのアーム部を連結して、ニードルが工具刃先に与える衝撃荷重を軽減させることを特徴とする工具折損検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、ドリル、タップ、リーマ等の工具が折損しているかどうかを正確に検出する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  自動機械加工装置における工具刃先折損の検出に関しては従来より、次の方法がある。第１はセンシングニードル（接触プローブ）などで工具刃先に触れることによる検出方法、第２はレーザ、磁気誘導などによる非接触検知方法等がある。さらに第３は工具とワーク間に電気的な通電を利用して検出する方法がある。その使用される装置としては、ＮＣ自動盤、ＮＣボール盤、ロータリーインデックスマシン、トランスファマシン、多軸ボール盤等である。ここではセンシングニードル（接触プローブ）による検出方法について説明する。従来、この方式では駆動源としてＤＣモータを使用したものが主流であった。このＤＣモータを使用した場合、工具刃先の折損を検出するために、センシングニードル（接触プローブ）が工具刃先に接触した際、負荷電流の状況を常時監視して、制御回路によって判断するものである。【０００３】  具体的には、工具刃先が折損していない時は、ＤＣモータを回転させると、センシングニードル（接触プローブ）が途中にある工具刃先に接触し、ＤＣモータの回転が停止する。この際、ＤＣモータに過負荷電流が流れるために、この変化を制御回路によって検出し、信号が伝送される。また工具刃先が折損している場合は、センシングニードル（接触プローブ）が工具刃先に接触しないために、動作限界点まで到達する。回転途中で工具刃先に接触しないために、過負荷電流が流れず、工具刃先の折損が確認できる。この制御回路は一般的にＣＰＵを搭載し、過負荷電流の状況を正確に把握する必要がある。このため制御回路は複雑なプログラムソフトおよび回路制御が必要になってくる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  ＤＣモータを使用した工具折損検出装置は、工具刃先が折損状態にあるかどうかを判断する手段として、センシングニードル（接触プローブ）が停止した時に生じる過負荷電流の変化を正確にとらえ、ＣＰＵを内蔵した電子回路によって「工具刃先の折損」の有無を判断し、その信号を外部に設置されたプログラマブルコントローラ等に伝送している。つまり、ＤＣモータの回転トルクはいつも一定ではなく、密閉構造にするために回転軸の部分にシール材（Ｏリング、ゴムパッキン等）の影響により、変化するものである。さらに回転部分の経年変化によっても回転トルクは変化する。この回転トルクの変化は、ＤＣモータに流れる電流の変化となっている。このように工具刃先を検知して回転が停止した場合に生じる、過負荷電流と通常の回転時に生じる電流の大きさの差をもって検出しているものである。さらにＤＣモータの起動時における負荷電流の検出、また動作限界点における過負荷電流の検出が必要である。このようにＤＣモータに流れる電流の変化を正確に把握することはたいへん難しいことである。この電流の変化を正確かつ安定的に把握するために、制御回路にＣＰＵを搭載し、複雑な制御回路が必要になり、コストアップの原因となっている。【０００５】  さらに、ＤＣモータを使用する場合は、一般的に直結駆動で使用することはなく、減速ギャヘッドによって回転数を落とし、回転トルクを引き出しているのが現状である。工具折損検出装置の場合は小型のものでないと生産現場で使用することは難しいのである。例えば、直径Φ２２ｍｍの円筒形の中に減速ギャヘッドを構成した場合、少ないスペースのために１段だけでは目的の減速比を得ることは難しく、３〜６段程度の減速ギャヘッドを使用しないと満足した回転数、回転トルクが得られないのが現状である。ＤＣモータと減速ギャヘッドを使用することは複雑な構造となり、コストアップの原因になっている。また、減速ギャヘッドを使用することにより、原点位置、工具刃先検出位置及び動作限界点の位置検出誤差が大きくなる欠点を持っている。つまり、減速ギャヘッドのバックラシュの影響によるものである。さらに、センシングニードル（接触プローブ）の停止時にギャ部の刃先に過大な負荷がかかり、工具折損検出装置の耐久性に影響し、問題が生じてくるのである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  現状、ＤＣモータを使用した工具折損検出装置にも多くの特徴があり、生産現場で数多く設置、使用されている。ただ、前項で指摘したように、欠点もいくつか存在するのである。このような課題を解決するために、本発明では、センシングニードル（接触プローブ）の回転駆動源としてロータリーソレノイドを使用している。ロータリーソレノイドの構造は非常にシンプルで、少ない部品点数で構成される。工具刃先折損検出には、本体内部に角度検知センサー部を配置してロータリーソレノイドの回転軸の回転位置を検出しているものである。また外部に設置された制御回路部によって、「折損有り」または「折損なし」の信号が、プログラマブルコントローラ等に伝送されるのである。このように、工具折損検出装置の構成が非常にシンプルで、部品点数も少なく、低コストで製造できることを特徴としている。【０００７】  また、本発明では、工具刃先の検出形態について、２つの異なる動作機構を示している。一般的にドリル、タップ、リーマ等の自動機械加工装置は複雑な形状をしている。工具折損検出装置は、自動機械加工装置の近傍に設置するために、少ないスペースを有効に活用することが必要である。従来、数多く使用されている形態は、センシングニードル（接触プローブ）が回転軸に対して直角方向に回転するものであった。しかし、これのみでは、工具折損検出装置の設置に制限ができ、十分満足できるものではなかった。これを解決するために、本発明では、もう１つの動作機構を提供している。つまり、センシングニードル（接触プローブ）が駆動回転軸に対して交差方向軸で回転する機能を持つものである。以上、２つの動作機構を持つことにより、自動機械加工装置の少ないスペースを有効に使用できるのである。これによっていままでより、工具折損検出装置の設置場所が各段に広がるのである。
【発明の効果】
【０００８】  本発明によれば、従来より使用されてきた、ＤＣモータによる工具折損検出装置に対して、ロータリーソレノイドによる方式を採用することにより、工具刃先折損検出が正確、確実、安定的にできるようになった。ロータリーソレノイドによる方式は他の方式に比べて、部品点数を少なくでき、また角度検知センサーを採用することにより、制御回路の構成をシンプルなものにすることができる。このことは製造コストの低減につながり、低価格にて製品を製造できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】  自動機械加工装置の近傍に設置する工具折損検出装置は小型で検出範囲が広範囲で、安定した動作が求められている。最新の自動機械加工装置は複雑な形状をしており、生産性を向上させるためにムダの無い工具の配置となっている。当然、工具折損検出装置の設置場所も限定されるのである。密集した場所の少ないスペースを利用して、設置されるのである。本発明による工具折損検出装置はこれらの条件を満たし、多くの可能性を提供するものである。
【実施例１】
【００１０】  次に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は工具折損検出装置の外観図（時計回り（ＣＷ）の場合）、図２は工具折損検出装置の外観図（反時計回り（ＣＣＷ）の場合）、図３はロータリーソレノイドの構造図、図４はロータリーソレノイドの動作原理とトルク特性（時計回り（ＣＷ）の場合）、図５はロータリーソレノイドの動作原理とトルク特性（反時計回り（ＣＣＷ）の場合）、図６は工具折損検出装置の内部構造詳細図、図７は回転軸のトルクカーブ特性（時計回り（ＣＷ）の場合）と電圧のパルス幅制御図、図８は工具折損検出装置のブロック構成図、図９はロータリーソレノイドによる工具折損検出装置の駆動及び動作のフローチャート図（回転角度範囲０°〜１５０°の場合）、図１０は角度検出センサー部及び制御回路部のブロック構成図（０°〜１５０°の場合）、図１１は回転軸と交差軸方向に回転駆動する工具折損検出装置、図１２はロータリーソレノイドを２個使用して検出範囲を拡大した機構図、図１３はニードル部に衝撃吸収部品（１）を使用した場合、図１４はニードル部に衝撃吸収部品（２）を使用した場合、図１５はねじりコイルバネを使用した衝撃吸収機構である。【００１１】  まず、図１において、本発明の工具折損検出装置について説明する。具体的な実施例として、検出範囲を０°〜１５０°として今後の説明を進めていくことにする。工具折損検出装置本体１、本体ケース２の回転軸６と固定金具７に取付けられたニードル４は、駆動により回転方向、時計回り（ＣＷ）１４に回転し、原点位置（０°）１２から動作限界点（１５０°）１３までの検出範囲（１５０°）１５で動作している。検出範囲（１５０°）１５の途中に工具刃先５が存在し、この工具刃先５の折損状態の有無をニードル４の回転によって検出するものである。工具刃先５に折損がなく、正常の場合は、工具刃先５の位置でニードル４が停止し、駆動が終わると内部に設けたバネ４７によって、原点位置（０°）１２まで戻る。また工具刃先５に折損があった場合はニードル４は動作限界点（１５０°）１３まで回転し、停止する。その後、バネ４７によって、原点位置（０°）１２に戻る。また、ネジ部３、工具折損検知装置をブラケット等に取付け、固定するためのナット８、保護ケース９、ワイヤーブレード１０、配線コード１１は工具折損検出装置の構成部分である。尚、工具折損検出装置の詳細な内部構造については、後述する図６にて詳しく説明しているので、ここでは省くことする。【００１２】  図２は本発明の工具折損検出装置の回転が、反時計回り（ＣＣＷ）の場合について説明する。図１で紹介した事例とは異なり、逆方向に回転するものである。基本的な部品構成は図１で紹介したものと同じである。具体的な動作は工具折損検出装置本体１、本体ケース２の回転軸６と固定金具７に取付けられたニードル４は、駆動により回転方向、反時計回り（ＣＣＷ）１６に回転し、原点位置（０°）１２から動作限界点（１５０°）１３までの検出範囲（１５０°）１５で作動している。検出範囲（１５０°）１５の範囲の途中に工具刃先５が存在し、この工具刃先５の折損状態の有無をニードル４の回転によって検出するものである。工具刃先５に折損がなく、正常の場合��、工具刃先５の位置でニードル４が停止し、内部に設けたバネ４７によって、原点位置（０°）１２まで戻る機構になっている。また工具刃先５に折損があった場合はニードル４は動作限界点（１５０°）１３まで回転し、停止する。その後、バネ４７によって、原点位置（０°）１２に戻る。【００１３】  図３は本発明で使用するロータリーソレノイドの構造について説明する。具体的には図で示すように、本体ケースを兼ねたヨーク１８と、そのヨーク１８と同心上にあるコイル１９、またその中心におかれたロータ１７、回転軸６、および保持のための軸受２２で構成されている。ヨーク１８の内径とロータ１７の外径は両者とも同数の歯部２１が切られている。この歯部２１の形状は動作角度とトルクに関係している。コイル１９にＤＣ電圧が加わると磁路２０が構成され磁気吸引力が発生し、ロータ１７が回転することになる。【００１４】  図４は時計回り（ＣＷ）の場合におけるロータリーソレノイドの動作原理とトルク特性について説明する。図４（１）で示すようにリターンバネ２６等でスタート位置（０°）２５（＝対向面積が最小）に保持した状態にする。コイル１９に通電すると磁路２０が構成され、磁気吸引力が発生する。その磁気吸引力により回転力２８が与えられ無負荷励磁静止点２４（＝対向面積が最大＝磁気抵抗が最小）の方向に回転し、負荷（バネ等）とバランスした位置で停止する（無負荷の時は無負荷励磁静止点２４で停止）。コイルに通電がなくなると、リターンバネ２６の力でスタート位置（０°）２５（ストッパー２７の位置）まで戻される。もしバネ等がない場合は、ロータ１７はフリーの状態になる。この図では時計回り（ＣＷ）の回転方向を示している。また一般的なトルク特性を図４（２）で示している。具体的には、スタート位置（０°）２５でトルク３８がほぼ最大値となり、図に示すようなトルクカーブ３５が発生する。無負荷励磁静止点２４まで回転するように磁気吸引力が発生する。さらに、トルクカーブ３５と負荷（バネ等）３４によって負荷とのバランスで停止３２、無負荷の場合３３を示している。また保持力３７、角度２３、回転方向３０、無負荷励磁静止点２４、トルク３６については図で示す通りである。【００１５】  図５は反時計回り（ＣＣＷ）の場合におけるロータリーソレノイドの動作原理とトルク特性について説明する。基本的には図４で説明した内容と同じである。異なる点は逆回転する点である。この中で角度２９は回転範囲を示している。【００１６】  図６は本発明の工具折損検出装置について、内部構造（断面図）を詳細に説明している部分図である。図６（１）、（２）において、工具折損検出装置はまず工具折損装置本体１と本体ケース２によって構成される。さらにロータリーソレノイド部４３の部品はロータ１７、ヨーク１８、コイル１９、磁路２０、回転軸６で基本的に構成される。さらに回転軸６はボールベアリング４０によって支持される。保持金具（１）４１、保持金具（２）４２内部には密閉構造とするためシールパッキン（１）３９、Ｏリング４４が取付けられる。回転軸６には工具刃先５をセンシングするための固定金具７（固定金具７は締付けボルトによって回転軸６と固定される）およびニードル４が取付けられる。また、回転軸６の回転角度を検出するために、センサー基板４９が配置される。センサー基板４９には反射型の角度検知光センサー（１）５９、角度検知光センサー（２）６０、角度検知光センサー（３）６１が配置される。この角度検知光センサーが回転ピン４８の反射光を受光して信号を検出するものである。この部分にはバネ４７が設置されて、ニードル４が原点位置（０°）１２まで戻す機能をもっている。さらに支柱Ａ４５、支柱Ｂ４６、止め板５２はセンサー基板４９を固定するためと保護ケース９を固定ボルト５１で固定するものである。また、シールパッキン（２）５０は配線コード１１を保護する目的と密閉構造にするためのものである。配線コード１１を保護するためにワイヤーブレード１０を使用する。この工具折損検出装置が設置される場所は自動機械加工装置の近傍のために、切削加工による切粉等からの損傷を避けるためのものである。【００１７】  図６（３）のエア漏れチェック穴５３は工具折損検出装置の密閉状態を調べるためのものである。また図６（４）では具体例としてロータ１７が角度７５°５４、原点位置（０°）１２を示している。図６（５）では、バネ４７の設置状況を示しており、原点位置（０°）１２に支柱Ａ（１）５５、動作限界点（１５０°）１３に支柱Ａ（２）５６が配置されている。バネ４７はニードル４が工具刃先５に接触した後、または動作限界点（１５０°）１３に接触した後、ニードルを戻すための役割をもっている。図６（６）では回転軸６に取付けられた回転ピン４８がストッパーピン５８の位置によって角度を決めている。本図では角度９０°５７を設定している。このストッパーピン５８の角度を変えて設置すれば、ニードル４の回転範囲を任意に変更できるものである。また、回転ピン４８は角度検知光センサーの反射板の役割を持っている。このように生産現場の使用目的に応じて、任意に対応できる機能を有するものである。図６（７）はセンサー基板４９が固定されている状態を示している。このセンサー基板４９上にそれぞれ角度検知光センサー（１）５９、角度検知光センサー（２）６０、角度検知光センサー（３）６１が配置されている。この角度検知光センサーは反射型で、回転軸６の回転角度を正確に検知しているのである。【００１８】  図７は本発明の回転軸のトルクカーブ特性（時計回り（ＣＷ）の場合）と電圧のパルス幅制御について説明する。図７（１）で示すグラフは横軸−角度２３、縦軸−トルク３６の関孫を示している。ロータリーソレノイドのコイル１９にパルス幅制御による電圧が通電されるとトルクカーブ６４（パルス幅制御、図７（３）の場合）が出力される。スタート位置（０°）２５、ストッパー２７から回転がスタートして、回転角度７５°でロータリーソレノイドの通電ＯＦＦ位置６２が設定される。前項図４においては無負荷時の動作特性について記述したが、実際の動作特性においては、回転軸６、ロータ１７、固定金具７、ニードル４に質量があるために、慣性モーメントによる慣性の力が働き、無負荷励磁静止点２４では停止せず、オーバランすることになる。この動作によって動作限界点（１５０°）１３、ストッパー（支柱Ａ（２）５６）まで回転することになる。動作限界点（１５０°）１３まで達した回転軸６、ニードル４は負荷（バネ）６３によって、スタート位置（０°）２５まで戻ることになる。また、図７（１）ではトルクカーブ６５（パルス幅制御、図７（４）の場合）、トルクカーブ６６（ＤＣ２４Ｖ、図７（２）の場合）を示している。ロータリソレノイドはコイル１９に供給する電力を変化させることにより、トルクの大きさを変えることができるのである。これによって、極細の工具刃先５に接触する際に衝撃荷重を軽減できるのである。また、ニードル４を複雑な形状にした場合、当然この質量が増大することが考えられる。この際トルクを増大することによって、回転駆動をスムーズにすることができる。具体的な例としては、トルクの最大起動トルクは１００〜３００ｇ・ｃｍを計測できた。さらに、トルクを増大する場合は、コイル１９の線径を選択すれば、さらに大きなトルクを発生することができるのである。【００１９】  図７（２）ではＤＣ２４Ｖの電圧が供給されている状態を示している。図７（３）では具体例として、パルス幅制御、周波数１ＫＨｚの状態を示している。１ｍＳ６７の中で、ＤＣ２４Ｖが発生するのはパルス幅０．７５ｍＳ６８の時間である。残り０．２５ｍＳはＯＶとなるので、電力はＤＣ２４Ｖに対して低下するのである。図７（４）では１ｍＳ６７の中で、ＤＣ２４Ｖが発生するのはパルス幅０．５０ｍＳ６９の時間である。残り０．５０ｍＳはＯＶとなるので、電力はＤＣ２４Ｖに対してさらに低下するのである。パルス幅を可変することより、トルクカーブを任意に設定できるのである。またパルス幅制御において、周波数の設定は状況に応じて変更して対応するものである。図７（３）、（４）では電圧のパルス幅制御によって電力を変化させているが、ＤＣ電圧を可変させたり、複数段で切換えられるＳＷを設置することよっても同様に発生トルクを変化させることができるのである。【００２０】  図８は本発明の工具折損検出装置のブロック構成図について説明する。工具折損検出装置の基本構成は本体ケース２内に設けられた駆動部ロータリーソレノイド７０、回転復帰機構部７１、角度検知センサー部７２で構成されている。さらにその外部には制御回路部７３およびプログラマブルコントローラ又は制御コントローラ７４、電源部ＤＣ２４Ｖ７５によって構成されている。【００２１】  図９は本発明のロータリーソレノイドによる工具折損検出装置の駆動及び動作のフローチャート図を説明する。制御回路部７３に電源が供給されると、ロータリーソレノイド部４３駆動条件などの制御回路部７３の初期設定を行ない、角度検知センサー部を動作可能状態にする。スタート位置であることを確認し、測定スタート入力待ちとする（ステップ１０、ステップ１１）。測定スタート信号を受信するとロータリーソレノイド部４３をＯＮにし、ニードル４を回転駆動させ、タイマーをスタートさせる（ステップ１２）。タイマー完了前に７５°センサー（角度検知光センサー（２）６０）が検知されればロータリーソレノイド部４３をＯＦＦさせ（ステップ１３）、７５°以降を慣性駆動する。また、タイマー完了前に１５０°センサー（角度検知光センサー（３）６１）が検知されれば工具刃先５が折損状態にありＮＧ処理が��行される（ステップ１４）。タイマー完了時に１５０°センサー（角度検知光センサー（３）６１）が検知されていなければＯＫ処理を実行する。ロータリーソレノイド部４３がＯＦＦされているのでバネ４７によりニードル４は原点位置（０°）１２に戻され初期状態になる。このようにＯＫまたはＮＧ信号が出力され、その出力により工具折損状態が検知されるのである。【００２２】  図１０は本発明の角度検知センサー部及び制御回路部をブロック図にて説明する。プログラマブルコントローラまたは制御コントローラ７４に電源を供給後、工具刃先５を検出したい時にスタート信号により工具折損検出装置本体１を動作させる。その結果をＯＫ出力またはＮＧ出力により判定する。制御回路部７３の演算部はスタート信号を受信するとロータリーソレノイド部４３をＯＮにして、演算部内部のタイマーを動作させ、各角度検出センサーとタイマーの結果により工具刃先５の折損状態の有無を判定して、結果をＯＫ出力及びＮＧ出力を出力する。
【実施例２】
【００２３】  図１１は本発明の回転軸と交差軸方向に回転駆動する工具折損検出装置について説明する。いままでの回転方向はニードル４が回転軸６に対して、直角方向のものであった。これのみでは、工具折損検出装置の設置場所が限定される場合が出てくるものである。このため、回転軸６に対してニードル４が交差方向軸で回転するような角度方向変換機構を備えて、工具刃先５の状態に応じて対応したものである。これによって、工具折損検出装置の設置場所の可能性が大きく拡大するのである。具体的にこの回転機構について説明する。図１１（１）の回転軸６に固定された、カサ歯車（１）７８とカサ歯車（２）７９によって回転角度が９０°変換される。カサ歯車（２）７９に固定された駆動軸８０によって、固定金具７、ニードル４は目的の回転が得られるのである。この変換部分は、ケース７６、カバー７７、軸受８１などよって構成されている。本発明ではカサ歯車の方式で説明したが、角度方向を変換できる機構であれば、これにこだわらない。
【実施例３】
【００２４】  図１２は本発明のロータリーソレノイドを２個使用して検出範囲を拡大した機構図について説明する。前項では、ロータリーソレノイドを１個使用した状態を詳しく説明してきた。その問題点としてはロータリーソレノイド１個では、発生トルク、回転角度に限界があり、検出角度が１５０°〜１８０°ぐらいである。これ以上の検出範囲を確保するためには、ロータリーソレノイドを２個使用したダブル構造として対応したものである。これによって検出範囲は３６０°付近まで可能となるのである。一般的には１５０°の回転角度が確保されれば、ほとんどの検出が可能であるが、ごくまれなケースとして特殊な使用方法も考えられるので、こうような広範囲の回転範囲の検出も必要になってくるものである。具体的には、検出範囲が３００°の場合について説明する。駆動部ロータリーソレノイド（１）８２、駆動部ロータリーソレノイド（２）８３が配置されている。このロータリーソレノイドは同時に通電されることはなく、まず駆動部ロータリーソレノイド（１）８２に通電して、回転角度７５°で電源をＯＦＦ状態にし、慣性駆動により回転角度１５０°を確保する。次に角度をづらして設置した、もう１個の駆動部ロータリーソレノイド（２）８３にバトンタッチして通電する。１５０°から、さらに７５°回転した状態で、電源をＯＦＦ状態にして、慣性駆動により検出範囲（３００°）８４、動作限界点（３００°）８５の回転角度を確保するものである。回転機構部７１、角度検知センサー部７２、制御回路部７３の構造についてはロータリーソレノイド１個を使用したものとほぼ同様である。
【実施例４】
【００２５】  図１３は本発明のニードル部に衝撃吸収部品（１）を使用した場合について説明する。通常はニードル部の材質は金属材料で構成されている。工具刃先５でドリル等の直径が太く、刃先強度がニードル４の接触圧力に対して十分耐久性を持っている場合は問題はないが、ドリル等の直径が細い、極細（例えば直径Φ０．１〜０．５の場合）の場合は、ニードル４の接触時に発生する衝撃荷重が大きいと工具刃先５は破損することになる。この衝撃荷重を吸収するためにニードル４の外周に弾性のあるゴムパイプ８６を配置する。このゴムパイプ８６によってニードル４が工具刃先５、ドリル等にぶつかった際の衝撃荷重を軽減してニードル４を停止させるのである。ゴムパイプ８６の両端は固定リング８７によって保持される。この部品構成ではニードル４とゴムパイプ８６の間には空間が存在するがこの空間も衝撃荷重を和らげる役目を持っている。また、図１４は本発明のニードル部に衝撃吸収部品（２）を使用した場合について説明する。ここでも図１３で説明した場合と同様ににニードル４の外周にスポンジゴムパイプ８８を配置してドリル等の直径が細い、極細（例えば直径Φ０．１〜０．５の場合）の場合に対応するものである。スポンジゴムパイプ８８の内部はスポンジ状のゴムで構成されており、その表面はゴムシート状にして、接触面の耐久性を高めている。この構造によって、工具刃先５、ドリル等にぶつかった際の衝撃荷重を軽減させているのである。【００２６】  図１５は本発明のねじりコイルバネを使用した衝撃吸収機構について説明する。ニードル４とねじりコイルバネ８９は連結金具９０で連結され、その上部にガイド板９６が配置されている。工具刃先５にニードル４が接触した場合、接触時の衝撃荷重をねじりコイルバネ８９によって吸収し、接触時の衝撃を大幅に軽減するものである。この衝撃吸収装置は回転軸６に固定金具７が締付ボルト９７によって固定される。ねじりコイルバネ８９は固定軸９４とバネアーム固定ピン（１）９１及びバネアーム固定ピン（２）９２によって、一定のバネ圧力を保持している。ニードル４が工具刃先５に接触した場合、ねじりコイルバネ８９のバネ圧力の範囲の中で保持し、反時計回りにニードル４及び連結金具９０、ねじりコイルバネ８９に回転する力が働くことになる。ある一定の角度、ねじれ角θ９８の位置にストッパーピン９３が配置され、それ以上は回転しなくなる。ここでは接触時に発生する衝撃荷重を吸収することが目的になっている。尚ストッパーピン９３は通常、金属材料のピンであるが、ストップ時の衝撃を吸収するために、ゴムパイプを挿入したものも考えられる。これによってさらに衝撃荷重が緩和されるのである。
【産業上の利用可能性】
【００２７】  自動機械加工装置、ＮＣ自動盤、ＮＣボール盤、ロータリーインデックスマシン、トランスファマシン、多軸ボール盤等は、多種多様の部品を生産する上で、なくてはならないものである。部品の機械加工で、ドリル、タップ、リーマ等を使用した切削工程は、非常に重要な加工技術であり、今後とも大きく発展する可能性を持っている。最近の生産現場においては自動機械加工装置をライン化して、無人化による、２４時間生産体制が組まれている工場も少なくない。この際、工具折損検出装置は、ドリル、、タップ、リーマ等の工具刃先を常時監視することにより、自動機械加工装置の生産性、機械の稼働率を上げるために、重要な役割を持ってくる。この中で、センシングニードル（接触プローブ）で工具刃先に触れることによる検出方法は装置が小型で、設置場所を選ばず簡単に取付けが可能である。また検出が正確、確実で切削油や切粉、機械の振動の影響を全く受けない特徴がある。さらに工具折損検出装置の小型化、低コスト化が進めば今後とも、設置台数がさらに増加していくものと推測できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】は工具折損検出装置の外観図（時計回り（ＣＷ）の場合）である。（１）は正面図を示す図（２）は（１）の平面図を示す図（３）は（１）の左側面図を示す図（４）は（１）の右側面図を示す図
【図２】は工具折損検出装置の外観図（反時計回り（ＣＣＷ）の場合）である。（１）は正面図を示す図（２）は（１）の平面図を示す図（３）は（１）の左側面図を示す図（４）は（１）の右側面図を示す図
【図３】はロータリーソレノイドの構造図である。（１）は正面図（断面図）を示す図（２）は（１）の左側面図を示す図
【図４】はロータリーソレノイドの動作原理とトルク特性（時計回り（ＣＷ）の場合）である。（１）はロータリーソレノイドの動作を示す図（２）はトルク特性を示す図
【図５】はロータリーソレノイドの動作原理とトルク特性（反時計回り（ＣＣＷ）の場合）である。（１）はロータリーソレノイドの動作を示す図（２）はトルク特性を示す図
【図６】は工具折損検出装置の内部構造詳細図である。（１）は正面図（断面図）を示す図（２）は（１）の左側面図を示す図（３）は（１）の右側面図を示す図（４）は（１）のＡ−Ｂ断面図を示す図（５）は（１）のＣ−Ｄ断面図を示す図（６）は（１）のＥ−Ｆ断面図を示す図（７）は（１）のＧ−Ｈ断面図を示す図
【図７】は回転軸のトルクカーブ特性（時計回り（ＣＷ）の場合）と電圧のパルス幅制御図である。（１）回転軸のトルクカーブ特性を示す図（２）入力電圧  ＤＣ２４Ｖを示す図（３）入力電圧  周波数１ＫＨｚ、ＤＣ２４Ｖ０．７５ｍＳ、０Ｖ０．２５ｍＳを示す図（４）入力電圧  周波数１ＫＨｚ、ＤＣ２４Ｖ０．５０ｍＳ、０Ｖ０．５０ｍＳを示す図
【図８】は工具折損検出装置のブロック構成図である。
【図９】はロータリーソレノイドによる工具折損検出装置の駆動及び動作のフローチャート図（回転角度範囲０°〜１５０°の場合）である。
【図１０】は角度検出センサー部及び制御回路部のブロック構成図（０°〜１５０°の場合）である。
【図１１】は回転軸と交差軸方向に回転駆動する工具折損検出装置である。（１）は正面図を示す図（２）は（１）の平面図を示す図（３）は（１）の左側面図を示す図（４）は（１）のＡ−Ｂ断面図を示す図（５）は（１）の右側面図を示す図
【図１２】はロータリーソレノイドを２個使用して検出範囲を拡大した機構図である。（１）はブロック構成図を示す図（２）は（１）の左側面図を示す図
【図１３】はニードル部に衝撃吸収部品（１）を使用した場合である。（１）は正面図（一部断面図）を示す図（２）は（１）の平面図を示す図（３）は（１）の左側面図を示す図（４）は（１）のＡ−Ｂ断面図（拡大図）を示す図
【図１４】はニードル部に衝撃吸収部品（２）を使用した場合である。（１）は正面図（一部断面図）を示す図（２）は（１）の平面図を示す図（３）は（１）の左側面図を示す図（４）は（１）のＡ−Ｂ断面図（拡大図）を示す図
【図１５】はねじりコイルバネを使用した衝撃吸収機構である。（１）は正面図を示す図（２）は（１）の平面図を示す図（３）は（１）の右側面図を示す図（４）は（１）がねじり角θ回転し、接触時の衝撃荷重を吸収した状態を示す図
【符号の説明】
【００２９】１  工具折損検出装置本体
２  本体ケース
４  ニードル
５  工具刃先
６  回転軸
９  保護ケース
１１  配線コード
１２  原点位置（０°）
１３  動作限界点（１５０°）
１４  時計回り（ＣＷ）
１６  反時計回り（ＣＣＷ）
１７  ロータ
１８  ヨーク
１９  コイル
２０  磁路
２１  歯部
２３  角度
２４  無負荷励磁静止点
２５  スタート位置（０°）
３５  トルクカーブ
３８  トルク
４３  ロータリーソレノイド部
４８  回転ピン
４９  センサー基板
５４  角度７５°
５８  ストッパーピン
５９  角度検知光センサー（１）
６２  ロータリーソレノイド通電ＯＦＦ位置
６４  トルクカーブ（パルス幅制御、図７（３）の場合）
６６  トルクカーブ（ＤＣ２４Ｖ、図７（２）の場合）
６７  １ｍＳ
７０  駆動部ロータリーソレノイド
７１  回転復帰機構部
７２  角度検知センサー部
７３  制御回路部
７４  プログラマブルコントローラ又は制御コントローラ
７８  カサ歯車（１）
８２  駆動部  ロータリーソレノイド（１）
８４  検出範囲（３００°）
８６  ゴムパイプ
８８  スポンジゴムパイプ
８９  ねじりコイルバネ
９０  連結金具
９１  バネアーム固定ピン（１）
９３  ストッパーピン
９４  固定軸
９６  ガイド板
９８  ねじれ角θ
【図１】
2005329529.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年5月23日(2005.5.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動機械加工装置の近傍で使用される、工具折損検出装置は、工具刃先折損を検出する方法として、本体内部に組み込まれた回転可能なロータリーソレノイドと、ロータリーソレノイドの回転軸に取り付けられたニードルと、工具折損検出装置内部に組み込まれた角度検知センサー部および外部に設置された制御回路部によって構成されており、この制御回路部によってロータリーソレノイドを回転させるものであるが、上記回転軸に取り付けられたニードルが回転することによって、検出範囲の中にあるドリル、タップ、リーマ等の工具刃先に接触し、回転が停止した場合、角度検知センサーによって、工具刃先が折損状態ではなく、正常であることが確認できるものであるが、その際、上記工具折損検出装置内部の制御回路部からＯＫ信号が外部のプログラマブルコントローラ等に伝送され、また、ニードルの検出範囲の中にあるドリル、タップ、リーマ等の工具刃先に接触せず、ニードルが原点位置から、検出範囲の動作限界点位置まで回転した場合は、工具刃先に折損が生じたことを示しており（工具刃先に磨耗があった場合も同様である）、この状態を角度検知センサーによって、ＮＧ信号が外部のプログラマブルコントローラ等に伝送されて工具刃先の折損または磨耗等を検出することを特徴とする工具折損検出装置。
【請求項２】
工具折損検出装置は自動機械加工装置の近傍に設置するが、装置内の狭いスペースで有効に設置するために、ニードルの運動形態を変化させることが必要となるが、通常、ニードルはロータリーソレノイドの回転軸に対して、直角方向で回転駆動しているものであるが、これに対して、角度方向変換機構を組み込んでロータリーソレノイドの回転軸と交差方向軸で回転運動をする機構を有し、工具刃先の折損状態を検出することを特徴とする工具折損検出装置。
【請求項３】
工具刃先で極細のドリル等を検出する場合、工具刃先に過大な回転トルクがかかって、その衝撃によって工具刃先を破損する場合がある、このようなトラブルが発生しないように、ニードルの回転トルクを容易に変化させることができるようにする必要性が生じる、また、上記ニードルの形状を工夫して様々な形で工具刃先に対応した場合、回転負荷が増えることがある、この場合回転トルクを増大させて対応するものであり、この際に、ロータリーソレノイドに供給する電力を可変するか、電圧を可変したり、複数段で切換えることにより、回転トルクを可変できるようにしたことを特徴とする工具折損検出装置。
【請求項４】
ロータリーソレノイドを単独で駆動する場合、ニードルの回転駆動範囲および検出範囲はロータリーソレノイドの回転トルク、慣性モーメントによる慣性の力によって限定された角度範囲となるが、さらに大きな回転駆動範囲及び検出範囲を必要とする場合は、２個のロータリーソレノイドを設置し、２個のロータリーソレノイドの駆動角度をづらして、広範囲の回転角度で工具刃先折損を検出できるようにしたことを特徴とする工具折損検出装置。
【請求項５】
工具刃先で極細のドリル等を検出する場合、工具刃先に過大な回転トルクがかかって、その衝撃によって工具刃先を破損する場合が発生するが、このようなトラブルが発生しないように、ニードルの外周に衝撃吸収部品を配置して、工具刃先と接触する際の衝撃荷重を軽減させて破損を防ぐ機能を持つことを特徴とする工具折損検出装置。
【請求項６】
回転軸に固定された固定金具上にねじりコイルバネを配置し、ニードルとねじりコイルバネのアーム部を連結して、ニードルが工具刃先に与える衝撃荷重を軽減させることを特徴とする工具折損検出装置。
【手続補正書】
【提出日】平成17年5月23日(2005.5.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】    図７は本発明の回転軸のトルクカーブ特性（時計回り（ＣＷ）の場合）と電圧のパルス幅制御について説明する。図７（１）で示すグラフは横軸−角度２３、縦軸−トルク３６の関係を示している。ロータリーソレノイドのコイル１９にパルス幅制御による電圧が通電されるとトルクカーブ６４（パルス幅制御、図７（３）の場合）が出力される。スタート位置（０°）２５、ストッパー２７から回転がスタートして、回転角度７５°でロータリーソレノイドの通電ＯＦＦ位置６２が設定される。前項図４においては無負荷時の動作特性について記述したが、実際の動作特性においては、回転軸６、ロータ１７、固定金具７、ニードル４に質量があるために、慣性モーメントによる慣性の力が働き、無負荷励磁静止点２４では停止せず、オーバランすることになる。この動作によって動作限界点（１５０°）１３、ストッパー（支柱Ａ（２）５６）まで回転することになる。動作限界点（１５０°）１３まで達した回転軸６、ニードル４は負荷（バネ）６３によって、スタート位置（０°）２５まで戻ることになる。また、図７（１）ではトルクカーブ６５（パルス幅制御、図７（４）の場合）、トルクカーブ６６（ＤＣ２４Ｖ、図７（２）の場合）を示している。ロータリソレノイドはコイル１９に供給する電力を変化させることにより、トルクの大きさを変えることができるのである。これによって、極細の工具刃先５に接触する際に衝撃荷重を軽減できるのである。また、ニードル４を複雑な形状にした場合、当然この質量が増大することが考えられる。この際トルクを増大することによって、回転駆動をスムーズにすることができる。さらに、トルクを増大する場合は、コイル１９の線径を選択すれば、さらに大きなトルクを発生することができるのである。