(57)【要約】【課題】主軸とツールホルダとの間に切屑等の異物の挟み込みがあった場合に、高価なセンサを用いなくても、ツールホルダの傾きを高精度に検出することが可能な検出方法および検出装置を提供する。【解決手段】ツールホルダ２のフランジ部２３２の側面２３２ａに対し、渦電流センサ５のヘッド面５ａが斜め方向から対向するように渦電流センサ５を配置し、主軸１を回転させたときに、ツールホルダ２のフランジ部２３２と渦電流センサ５のヘッド面５ａとの相対的な位置関係の変化により生じる渦電流センサ５の出力に基づいて、ツールホルダ２の傾きを検出する。【選択図】図１０
2007260885.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械の主軸に取り付けられたツールホルダの近傍に渦電流センサを配置し、前記渦電流センサの出力に基づいて、主軸の回転軸に対するツールホルダの傾きを検出する方法において、
前記ツールホルダのフランジ部の側面に対し、前記渦電流センサのヘッド面が斜め方向から対向又は真横方向から部分的に対向するように、当該渦電流センサを配置し、
前記主軸を回転させたときに、前記ツールホルダのフランジ部と渦電流センサのヘッド面との相対的な位置関係の変化により生じる渦電流センサの出力に基づいて、ツールホルダの傾きを検出することを特徴とする工作機械におけるツールホルダの傾き検出方法。
【請求項２】
工作機械の主軸に取り付けられたツールホルダの近傍に渦電流センサを配置し、前記渦電流センサの出力に基づいて、主軸の回転軸に対するツールホルダの傾きを検出する方法において、
前記渦電流センサを、前記主軸の回転軸と直交する方向に対し所定角度だけ傾斜して配置することにより、前記ツールホルダのフランジ部の側面に対し、前記渦電流センサのヘッド面を斜め方向から対向させ、
前記主軸を回転させたときに、前記フランジ部の所定部分が渦電流センサのヘッド面の方向に変位することにより生じる渦電流センサの出力に基づいて、ツールホルダの傾きを検出することを特徴とする工作機械におけるツールホルダの傾き検出方法。
【請求項３】
工作機械の主軸に取り付けられたツールホルダの近傍に渦電流センサを配置し、前記渦電流センサの出力に基づいて、主軸の回転軸に対するツールホルダの傾きを検出する方法において、
前記渦電流センサを、前記主軸の回転軸と直交する方向に配置することにより、前記ツールホルダのフランジ部の側面に対し、前記渦電流センサのヘッド面を真横方向から部分的に対向させ、
前記主軸を回転させたときに、前記渦電流センサのヘッド面と前記ツールホルダのフランジ部の側面とのオーバーラップ面積が変化することにより生じる渦電流センサの出力に基づいて、ツールホルダの傾きを検出することを特徴とする工作機械におけるツールホルダの傾き検出方法。
【請求項４】
工作機械の主軸に取り付けられたツールホルダの近傍に配置される渦電流センサを備え、前記渦電流センサの出力に基づいて、前記主軸の回転軸に対するツールホルダの傾きを検出する装置において、
前記渦電流センサを、前記主軸の回転軸と直交する方向に対し所定角度だけ傾斜させて配置することにより、前記ツールホルダのフランジ部の側面に対し、前記渦電流センサのヘッド面を斜め方向から対向させたことを特徴とする工作機械におけるツールホルダの傾き検出装置。
【請求項５】
工作機械の主軸に取り付けられたツールホルダの近傍に配置される渦電流センサを備え、前記渦電流センサの出力に基づいて、前記主軸の回転軸に対するツールホルダの傾きを検出する装置において、
前記渦電流センサを、前記主軸の回転軸と直交する方向に配置することにより、前記ツールホルダのフランジ部の側面に対し、前記渦電流センサのヘッド面を真横方向から部分的に対向させ、当該ヘッド面とフランジ部の側面とのオーバーラップ面積が、ヘッド面の面積の略半分となるようにしたことを特徴とする工作機械におけるツールホルダの傾き検出装置。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の検出装置において、
前記フランジ部を、ツールホルダに着脱自在に装着される円板から構成したことを特徴とする工作機械におけるツールホルダの傾き検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械において主軸の回転軸に対するツールホルダの傾きを検出するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動工具交換装置を備えたマシニングセンタのような工作機械においては、加工工程に従って工具の交換が自動的に行なわれる。各種工具はそれぞれツールホルダに保持されてツールマガジンに格納されており、自動工具交換装置は、所定のツールホルダを選択してツールマガジンから取り出し、自動的に主軸に装着する。しかしながら、主軸には切屑が付着しやすく、ツールホルダを主軸に装着したときに、ツールホルダと主軸との間に切屑が挟み込まれると、主軸の回転軸に対してツールホルダが傾いた状態となり、この状態で主軸を回転させると、工具の振れが発生する。このため、ワークの加工精度に悪影響を及ぼし、また、場合によってはツールホルダの脱落といった重大な事故に繋がることもある。このため、主軸へのツールホルダ装着時に、切屑の挟み込みによるツールホルダの傾きを検知し、加工不良を未然に防ぐためのさまざまな工夫が行われている。
【０００３】
例えば、後掲の特許文献１には、渦電流センサを用いたツールホルダの傾き検出装置が開示されている。本装置では、渦電流センサはツールホルダのフランジ部の側面に対向して配置されている。センサヘッドとフランジ部との間で形成されるインピーダンスは、両者の間隙に応じて変化するので、主軸を回転させたときのインピーダンス変化を測定することにより、ツールホルダの傾きを検出することができる。
【０００４】
また、後掲の特許文献２にも、渦電流センサをツールホルダのフランジ部の側面に対向して配置した傾き検出装置が開示されている。本装置では、センサヘッドからフランジ部の側面までの距離の変化を、ツールホルダの回転角度に対応させて渦電流センサで一周分測定し、この測定データをＦＦＴ（高速フーリエ変換）により解析して基本波周波数成分を抽出し、その振幅を算出する。そして、この基本波周波数成分の振幅からツールホルダの傾きを算出するようにしている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３３１４４２号公報
【特許文献２】特開２００２−２００５４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１や特許文献２は、ツールホルダのフランジ部の側面に対向配置した渦電流センサを用い、センサヘッドとツールホルダとの間の距離の変化に基づいてツールホルダの傾きを検出するものである。しかしながら、これらの先行技術では、主軸の回転軸と直交する方向の距離の変化のみを利用しているため、ツールホルダの傾きによる距離の変化が微量であり、渦電流センサの出力変化すなわち感度が十分ではなかった。このため、切屑等の異物の挟み込みによるツールホルダの傾きを高精度に検出することが困難であった。また、感度を上げて数十ミクロン単位の変位を検知するためには、高感度の変位センサを使用しなければならず、装置が高価になるという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、主軸とツールホルダとの間に切屑等の異物の挟み込みがあった場合に、高価なセンサを用いなくても、ツールホルダの傾きを高精度に検出することが可能な検出方法および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】
本発明に係るツールホルダの傾き検出方法は、工作機械の主軸に取り付けられたツールホルダの近傍に渦電流センサを配置し、この渦電流センサの出力に基づいて、主軸の回転軸に対するツールホルダの傾きを検出する方法であって、ツールホルダのフランジ部の側面に対し、渦電流センサのヘッド面が斜め方向から対向又は真横方向から部分的に対向するように、当該渦電流センサを配置し、主軸を回転させたときに、ツールホルダのフランジ部と渦電流センサのヘッド面との相対的な位置関係の変化により生じる渦電流センサの出力に基づいて、ツールホルダの傾きを検出するものである。
【０００９】
このようにすると、主軸を回転させたときに、ツールホルダのフランジ部と渦電流センサのヘッド面との距離あるいは対向面積が、ツールホルダの傾きに応じて大きく変化することになるので、主軸の回転軸と直交する方向の距離の変化のみを利用する従来の方式に比べて、渦電流センサから大きな出力の変化が得られる。この結果、感度が向上して、切屑等の異物によるツールホルダの傾きを高精度に検出することができる。また、高感度の変位センサを使用しなくても、従来の渦電流センサを用い、センサの位置を変更するだけで簡単かつ安価に実現することができる。
【００１０】
本発明のツールホルダの傾き検出方法としては、２つの実施形態が考えられる。第１の実施形態は、主としてフランジ部とセンサヘッドとの距離の変化を利用する方法であって、この方法では、渦電流センサを、主軸の回転軸と直交する方向に対し所定角度だけ傾斜して配置することにより、ツールホルダのフランジ部の側面に対し、渦電流センサのヘッド面を斜め方向から対向させる。そして、主軸を回転させたときに、フランジ部の所定部分が渦電流センサのヘッド面の方向へ変位することにより生じる渦電流センサの出力に基づいて、ツールホルダの傾きを検出する。
【００１１】
この第１の実施形態では、ツールホルダのフランジ部における所定部分の変位量が最大となる方向に渦電流センサを斜め配置することにより、渦電流センサの出力変化が最大となり、感度が向上してツールホルダの傾きの高精度な検出が可能となる。例えば、従来のように渦電流センサをフランジ部側面に真横方向から対向させた場合に比べて、感度を約７７％向上させることができる。
【００１２】
第２の実施形態は、主としてフランジ部とセンサヘッドとのオーバーラップ面積（対向面積）の変化を利用する方法であって、この方法では、渦電流センサを主軸の回転軸と直交する方向に配置することにより、ツールホルダのフランジ部の側面に対し、渦電流センサのヘッド面を真横方向から部分的に対向させる。そして、主軸を回転させたときに、渦電流センサのヘッド面とツールホルダのフランジ部の側面とのオーバーラップ面積が変化することにより生じる渦電流センサの出力に基づいて、ツールホルダの傾きを検出する。
【００１３】
この第２の実施形態では、主軸を回転させたときに、ツールホルダの傾きによりセンサのヘッド面とフランジ部の側面との距離が変化して渦電流センサの出力が変化することに加え、センサのヘッド面とフランジ部の側面とのオーバーラップ面積が変化して渦電流センサの出力が変化する。この結果、距離の変化とオーバーラップ面積の変化の双方により、渦電流センサから大きな出力変化が得られ、感度が向上してツールホルダの傾きの高精度な検出が可能となる。
【００１４】
第１の実施形態に用いられる本発明の傾き検出装置は、工作機械の主軸に取り付けられたツールホルダの近傍に配置される渦電流センサを備え、この渦電流センサの出力に基づいて、主軸の回転軸に対するツールホルダの傾きを検出する装置であって、上記渦電流センサを、主軸の回転軸と直交する方向に対し所定角度だけ傾斜させて配置することにより、ツールホルダのフランジ部の側面に対し、渦電流センサのヘッド面を斜め方向から対向させたものである。
【００１５】
第２の実施形態に用いられる本発明の傾き検出装置は、工作機械の主軸に取り付けられたツールホルダの近傍に配置される渦電流センサを備え、この渦電流センサの出力に基づいて、主軸の回転軸に対するツールホルダの傾きを検出する装置であって、上記渦電流センサを、主軸の回転軸と直交する方向に配置することにより、ツールホルダのフランジ部の側面に対し、渦電流センサのヘッド面を真横方向から部分的に対向させ、当該ヘッド面とフランジ部の側面とのオーバーラップ面積が、ヘッド面の面積の略半分となるようにしたものである。
【００１６】
本発明の傾き検出装置においては、ツールホルダのフランジ部を、ツールホルダに着脱自在に装着される円板から構成してもよい。これによると、渦電流センサの位置を円板に合わせて任意に設定することができるとともに、ツールホルダに設けられている切欠き部などの影響を受けずに測定を行なうことができ、センサ出力の信号処理が容易となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ツールホルダのフランジ部と渦電流センサのヘッド面との距離や対向面積の変化が大きくなって感度が向上するので、高感度の変位センサを用いなくても、主軸とツールホルダとの間に挟み込まれた切屑等の異物によるツールホルダの傾きを高精度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】
図１は、本発明で用いられるツールホルダの一例であって、主軸にツールホルダを装着した状態を示している。１はマシニングセンタなどの工作機械の主軸、２はこの主軸１に装着されるツールホルダ、３はツールホルダ２に保持されている工具である。主軸１には、ボス部１１と凹部１２とが設けられている。ツールホルダ２は、主軸１の凹部１２に嵌合する嵌合部２１と、主軸１のボス部１１に接合するフランジ部２３を備えている。フランジ部２３は、溝２２を挟んだ２つのフランジ部２３１、２３２からなる。２４ａはフランジ部２３に形成された１対のチャック用切欠き部の一方であり、工具の自動交換時に、図示しない工具交換装置のアームと係合する。２５はツールホルダ２の位置決め用の切欠き部であり、図示しないセンサによりその位置が検知される。以上のような主軸１やツールホルダ２の構造は、従来のものと変わりがない。
【００１９】
図２は、主軸１のボス部１１の端面１３と、ツールホルダ２のフランジ部２３１との間に、切屑などの異物４が挟まった状態を示している。なお、図２では、図１の工具３の図示は省略してある（以下の図においても同様）。この場合、異物４の存在によって、ツールホルダ２の回転軸２ｘは、主軸１の回転軸１ｘに対して左方向に角度θだけ傾く。そして、この状態で主軸１が回転軸１ｘの回りに回転すると、図３に示すようにフランジ部２３は、図の丸数字１→２→３→２→１→２…とＦ方向に揺動する。
【００２０】
いま、異物４の挟み込み箇所が図４（ａ）の位置である場合、このときの主軸１の回転角φを、図４（ｂ）のようにφ＝０（基準位置）とする。主軸１が図４（ｂ）の矢印方向に回転すると、異物４もこれに伴って移動する。そして、異物４が図５（ａ）の位置に来ると、図５（ｂ）に示すように、主軸１の回転角φはφ＝π（半回転位置）となる。このとき、ツールホルダ２の回転軸２ｘは、主軸１の回転軸１ｘに対して右方向に角度θだけ傾く。そして、主軸１が更に半回転すると（φ＝２π）、異物４は図４（ａ）の位置に戻る。なお、図５（ａ）において、２４ｂはチャック用切欠き部の他方を表している。
【００２１】
以上のことから、主軸１が１回転する過程において、ツールホルダ２は左右に角度２θだけ振れることになる。図６（ａ）はこのツールホルダ２の振れの様子を表した図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ切断図である。ここで、主軸１のボス部１１とフランジ部２３とのなす角度は、ツールホルダ２の傾き角θに等しいから、異物４の径をｄ、フランジ部２３の径（＝ボス部１１の径）をＤとした場合、これらの間には次の関係が成立する。
【数１】
2007260885.tif 000003
【００２２】
一方、図６のＫ部を拡大した図７において、フランジ部２３２のエッジ部に測定点Ｐをとり、ｒ軸とｚ軸を図のように設定する。ｒ軸は主軸１の回転軸１ｘ（図６）と直交する軸であり、ｚ軸は主軸１の回転軸１ｘと平行な軸である。ΔｒはＰ点のｒ軸方向の最大振幅量、ΔｚはＰ点のｚ軸方向の最大振幅量、ΔＬはＰ点の最大変位量、αはＰ点の変位方向とｒ軸方向とのなす角である。ｓはフランジ部２３１の上端からＰ点までの距離である。図７において、
【数２】
2007260885.tif 000004
また、Δｚ＝ｄであるから、式（１）、（２）より、
【数３】
2007260885.tif 000005
となる。
【００２３】
図８は、主軸１の１回転（０≦φ≦２π）の間におけるＰ点の振幅の変化を表している。（ａ）はｚ軸方向の振幅、（ｂ）はｒ軸方向の振幅を示す。図のように、Ｐ点はｒ軸方向、ｚ軸方向に単振動し、それぞれの振幅は次式で表わされる。
【数４】
2007260885.tif 000006
式（３）、（４）、（５）よりφを消去してｒとｚの関係を求めると、次式のようになる。
【数５】
2007260885.tif 000007
【００２４】
式（６）の関係をグラフに表すと図９のようになり、Ｐ点はこの図９に示された軌跡上を揺動する。ここで、図７よりｔａｎα＝Δｚ／Δｒ、式（３）よりΔｚ／Δｒ＝Ｄ／２ｓであるから、ｔａｎα＝Ｄ／２ｓとなる。すなわち、Ｐ点の揺動方向のｒ軸方向に対する角度αは、ツールホルダ２のサイズ（Ｄ、ｓ）にのみ依存し、異物の径ｄには左右されない。
【００２５】
いま、ツールホルダ２のＤ、ｓの寸法をＤ＝６３ｍｍ、ｓ＝２１．５ｍｍとした場合、角度αの値は、次のようになる。
α＝ｔａｎ−１（Ｄ／２ｓ）＝ｔａｎ−１（６３／４３）＝５５．７°
したがって、Ｐ点の変位量が最大値ΔＬとなるのは、Ｐ点の揺動方向がｒ軸方向に対して約５６°の角度をなす場合であることがわかる。よって、この方向からセンサによりＰ点の変位量を測定すれば、最も効率良くツールホルダ２の傾きを検出することができる。そして、このときのＰ点の最大変位量ΔＬは、ｒ軸方向の振幅Δｒに比べてΔＬ＞Δｒの関係にあるから、従来のようにΔｒを測定するよりも、ΔＬを測定したほうがＰ点の揺動に対して大きな出力の変化が得られ、感度が向上する。
【００２６】
図１０は、以上のような原理に基づき、Ｐ点の変位量を検出する渦電流センサ５を、ｒ軸方向に対し５６°の角度で配置した第１実施形態の傾き検出装置を示している。渦電流センサ５は、例えば、図示しない主軸台に固定された取付板に取り付けられている。この状態では、ツールホルダ２のフランジ部２３２の側面２３２ａに対し、渦電流センサ５のヘッド面５ａが斜め方向から対向している。渦電流センサ５は、公知の渦電流センサからなる。渦電流センサ５にはコイルが内蔵されており、このコイルに高周波電流が流れると、発生する高周波磁界によってフランジ部２３２に渦電流が流れ、コイルのインピーダンスが変化する。このインピーダンスは、渦電流センサ５とフランジ部２３２との距離に応じて変化するので、インピーダンス変化に基づく渦電流センサ５の出力の変化を検出することで、Ｐ点の変位量を検出することができ、Ｐ点の変位量からツールホルダ２の傾き（角度θ）を検出することができる。ツールホルダ２の傾きが大きくなるほど、Ｐ点の変位量は増大する。
【００２７】
図９より、ΔＬ・ｓｉｎα＝ｄであるから、Ｐ点の変位量ΔＬの理論値は、次のようになる。
【数６】
2007260885.tif 000008
【００２８】
いま、例えば、渦電流センサ５の出力電圧１Ｖに相当するＰ点の変位量ΔＬを２０３μｍとし、異物４の代わりに図１３のような金属板からなるシム６を主軸１とツールホルダ２との間に介在させ、ツールホルダ２を１周約５秒で２回転させ、シム６の厚さｄを１０〜１００μｍまで１０μｍごとに変化させた場合の測定時間ｔと出力電圧Ｖおよび変位量ΔＬとの関係をグラフに表してみると、図１１Ａ〜図１１Ｃのようになる。波形の下部のサイン（ｓｉｎ）曲線が、Ｐ点の時間的変位を表している。図中にＡ、Ｂ、Ｃで示すように、３種類の波形の途切れがあるが、これはツールホルダ２のフランジ部２３に３箇所の切欠き部２４ａ，２４ｂ，２５が設けられているためである。これらの切欠き部では、出力電圧波形は飽和状態となる。しかしながら、本発明においては、変位量ΔＬの計算にあたって、波形上のサイン曲線から電圧の最大値と最小値の差ΔＶを読み取り、ΔＶを変位量ΔＬに換算するため、上述した切欠き部によって波形に途切れが生じたとしても、大した影響はない。例えば、出力電圧に対して閾値を設定し、閾値以下の信号だけを取り出すことで、波形の途切れを無視することができる。
【００２９】
一例として、ｄ＝６０μｍのシム６を挟み込んだ場合、出力電圧Ｖおよび変位量ΔＬは、図１１Ｂ（ｆ）のようになる。ここで、１Ｖ＝２０３μｍであることから、図１１Ｂ（ｆ）の拡大図である図１２より、電圧の最大値と最小値の差はΔＶ＝０．４７０［Ｖ］である。したがって、変位量はΔＬ＝２０３×０．４７０＝９５．４［μｍ］となる。このようにして、シム６の厚さｄを１０μｍごとに変えていった場合のＰ点の変位量ΔＬを、ΔＶの測定値から求めることができる。この計算結果から得られた変位量ΔＬとシム６の厚さｄとの関係を表したものが、図１４のグラフにおける実線Ｉである。
【００３０】
ところで、前述のように、変位量ΔＬの理論値は式（７）で示されるが、式（７）は、図６（ａ）のようにツールホルダ２の端部に異物４が挟まったと仮定した場合の計算式である。しかるに、異物４に代えてシム６を用いて測定を行なう場合は、図１３（ａ）に示すように、主軸１とツールホルダ２との間にシム６を例えば７．５ｍｍ差し込んでいるため、ツールホルダ２の傾きが大きくなる。図１３（ｂ）より、ｄ’／ｄ＝６３／（６３−７．５）であるから、ｄ’＝１．１４ｄとなり、シム６を挟んだときの理論値の式は、次のようになる。
【数７】
2007260885.tif 000009
【００３１】
上記の式（８）から変位量ΔＬの理論値を求めてグラフに表すと、図１４の破線IIのようになる。また、図１４の破線IIIは、従来の方法によるｒ軸方向の変位測定による変位量Δｒの理論値を示している。Δｒの理論値は、式（３）より、
【数８】
2007260885.tif 000010
となる。
【００３２】
以上のことから、ツールホルダ２のフランジ部２３２の側面２３２ａに対して、渦電流センサ５を従来のように真横から対向させて測定を行なう場合の変位量Δｒの理論値と、本発明のように渦電流センサ５を５６°傾けて測定を行なう場合の変位量ΔＬの理論値とを比較した場合、式（８）および式（９）より、
ΔＬ／Δｒ＝１．３７５ｄ／０．７７８ｄ＝１．７６７
となり、本発明のほうが従来より約１．７７倍も変位量が大きくとれ、感度が７７％アップすることがわかる。
【００３３】
このようにして、上述した第１実施形態によれば、渦電流センサ５から大きな出力変化が得られ、感度が向上して、切屑等の異物によるツールホルダ２の傾きを高精度に検出することができる。また、高価な高感度型の変位センサを使用しなくても、従来の渦電流センサを用い、センサの位置を変更するだけで簡単かつ安価に実現することができる。
【００３４】
渦電流センサ５の出力電圧は、図示しない検出回路に与えられ、検出回路でこの出力電圧に基づきツールホルダ２の傾きが検出される。そして、傾き量が一定値を超えると、検出回路は異常信号を出力し、この異常信号に基づいて主軸１の回転を停止するなどの制御が行なわれる。
【００３５】
なお、上記の例では、Ｄ＝６３ｍｍ、ｓ＝２１．５ｍｍの寸法を有するツールホルダ２を用いて、渦電流センサ５の取付角度αを約５６°に設定したが、本発明で用いるツールホルダ２がこの寸法のものに限定されないことは勿論であり、角度αはＤとｓの値に応じて異なった値をとる。種々の寸法のツールホルダに対応できるように、渦電流センサ５の取付角度αを可変する角度調整機構を設けてもよい。
【００３６】
また、図１０においては、ツールホルダ２にもともと備わっているフランジ部２３の近傍に渦電流センサ５を配置したが、図１５のように、ツールホルダ２に円板２６を着脱自在に装着し、この円板２６をフランジ部としてもよい。この場合、渦電流センサ５の取付位置は、円板２６に合わせて任意に設定することができる。また、円板２６の径をフランジ部２３の径より大きくすることで、渦電流センサ５をツールホルダ２の本体から離して配置することができ、工具交換時に渦電流センサ５が邪魔にならないようにすることができる。さらに、ツールホルダ２に設けられている切欠き部２４ａ、２４ｂ、２５などの影響を受けずに測定を行なうことができるので、図１１Ａ〜図１１Ｃのような波形の途切れが生じなくなり、渦電流センサ５の出力の信号処理が容易となる。
【００３７】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図１６は、第２実施形態の傾き検出装置を示した図である。第２実施形態では、図１６（ａ）のように、渦電流センサ５を主軸１の回転軸１ｘと直交する方向に配置し、ツールホルダ２のフランジ部２３２の側面２３２ａに対し、渦電流センサ５のヘッド面５ａを真横方向から部分的に（完全にオーバーラップしないように）対向させる。渦電流センサ５は、例えば、図示しない主軸台に固定された取付板に取り付けられている。ｄｘは、ヘッド面５ａと側面２３２ａとの距離を表している。
【００３８】
第２実施形態の原理は以下のとおりである。渦電流センサ５を、図１６（ａ）の破線の位置、すなわちヘッド面５ａとフランジ部２３２の側面２３２ａとが対向しない位置（オーバーラップ面積＝０）から、ｚ方向（主軸１の回転軸１ｘと平行な方向）へ移動させる場合を考える。渦電流センサ５のヘッド面５ａの直径をｗ＝５．４ｍｍとし、渦電流センサ５を破線位置（ｚ＝０）から０．２ｍｍ間隔でｚ＝５．４ｍｍの位置まで移動させたときの出力電圧の変化を、ｄｘ＝０．５、ｄｘ＝０．７、ｄｘ＝０．９、ｄｘ＝１．１、ｄｘ＝１．３（単位：ｍｍ）の各場合について測定すると、図１７のようになる。渦電流センサ５がｚ方向へ移動するに従って、センサのヘッド面５ａとフランジ部２３２の側面２３２ａとのオーバーラップ面積が徐々に増加し、これに伴って出力電圧Ｖは減少する。
【００３９】
図１７より、出力電圧Ｖの傾きが最も大きくなるのは、破線で示したｚ＝２．５付近であり、この付近でツールホルダ２の振れを最も敏感に検知できることがわかる。このときｚの値は、渦電流センサ５のヘッド面５ａの直径ｗ（＝５．４ｍｍ）の約半分に相当する。したがって、図１６（ｂ），（ｃ）のように、渦電流センサ５のヘッド面５ａと、フランジ部２３２の側面２３２ａとのオーバーラップ面積が、ヘッド面５ａの面積の略半分となるように渦電流センサ５を配置すれば、ツールホルダ２の傾きによりフランジ部２３がｚ方向へ変位した場合の出力電圧Ｖの変化が最大となり、感度が向上する。
【００４０】
また、図１７より、渦電流センサ５のヘッド面５ａと、フランジ部２３２の側面２３２ａとの距離ｄｘが小さいほど、出力電圧Ｖの傾きが大きくなり、ツールホルダ２の振れをより敏感に検知できることがわかる。したがって、渦電流センサ５は、自動工具交換の際にツールホルダ２と干渉しない範囲で、可能な限りツールホルダ２に近づけて設置することが望ましい。
【００４１】
図１８のように、主軸１のボス部１１と、ツールホルダ２のフランジ部２３１との間に、切屑などの異物４が挟まった場合、主軸１が回転すると、フランジ部２３は、図の丸数字１→２→３→２→１→２…とＦ方向に揺動する。１→２→３とフランジ部２３が揺動するに従って、オーバーラップ面積は減少する。それと同時に、渦電流センサ５とフランジ部２３２との距離ｄｘは離れる。図１７より、オーバーラップ面積が減少すれば（すなわちｚが小さくなれば）、センサ７の出力電圧Ｖは大きくなり、距離ｄｘが大きくなっても出力電圧Ｖは大きくなる。つまり、オーバーラップ面積の変化と、距離の変化の２つを利用することで、より大きな出力電圧Ｖの変化が得られる。
【００４２】
具体的には、渦電流センサ５の直径がｗ＝５．４ｍｍの場合、ｄｘ＝０．５ｍｍ、ｚ＝２．５ｍｍの位置に渦電流センサ５を設置し、第１実施形態と同様に、異物４の代わりにシム６（図１３）を挟んで主軸１を回転させ、渦電流センサ５の出力電圧波形を測定して、出力電圧の最大値と最小値の差ΔＶを求めたところ、図１９の実線IVに示されるような結果となり、第１実施形態の測定結果を表す実線Ｉとほぼ同様の効果が得られることがわかった。
【００４３】
このようにして、上述した第２実施形態によれば、オーバーラップ面積と距離の双方の変化を利用することで、渦電流センサ５から大きな出力変化が得られ、感度が向上して、切屑等の異物によるツールホルダ２の傾きを高精度に検出することができる。また、高価な高感度型の変位センサを使用しなくても、従来の渦電流センサを用い、センサの位置を変更するだけで簡単かつ安価に実現することができる。
【００４４】
渦電流センサ５の出力電圧は、図示しない検出回路に与えられ、検出回路でこの出力電圧に基づきツールホルダ２の傾きが検出される。そして、傾き量が一定値を超えると、検出回路は異常信号を出力し、この異常信号に基づいて主軸１の回転を停止するなどの制御が行なわれる。
【００４５】
第２実施形態においても、図１５で示したような円板２６をフランジとして用い、円板２６の側面２６ａと渦電流センサ５とのオーバーラップ面積の変化を利用して、ツールホルダ２の傾きを検出することができる。
【００４６】
なお、第１実施形態においては、距離の変化のみに着目して説明したが、渦電流センサ５を斜めに配置することで、第２実施形態と同様に、ツールホルダ２のフランジ部２３２との間でオーバーラップ面積も変化し、これが図１４において変位量ΔＬの測定値Ｉが理論値IIを上回っている一因になっていると考えられる。
【００４７】
以上述べた各実施形態では、工作機械としてマシニングセンタを例に挙げたが、本発明は、マシニングセンタ以外にも、自動工具交換装置を備えた工作機械全般に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】主軸にツールホルダを装着した状態を示す図である。
【図２】主軸とツールホルダとの間に異物が挟まった状態を示す図である。
【図３】ツールホルダのフランジ部の揺動を説明する図である。
【図４】主軸の回転角と異物の位置を説明する図である。
【図５】主軸の回転角と異物の位置を説明する図である。
【図６】ツールホルダの振れの様子を示す図である。
【図７】図６のＫ部を拡大した図である。
【図８】主軸の１回転の間におけるＰ点の振幅の変化を表した図である。
【図９】Ｐ点の移動軌跡を表した図である。
【図１０】本発明の第１実施形態の傾き検出装置を示す図である。
【図１１Ａ】出力電圧および変位量の測定結果を表した図である。
【図１１Ｂ】出力電圧および変位量の測定結果を表した図である。
【図１１Ｃ】出力電圧および変位量の測定結果を表した図である。
【図１２】図１１Ｂ（ｆ）の拡大図である。
【図１３】主軸とツールホルダとの間にシムを介在させた状態を示す図である。
【図１４】変位量とシムの厚さとの関係を表した図である。
【図１５】フランジの他の例を示す図である。
【図１６】本発明の第２実施形態の傾き検出装置を示す図である。
【図１７】渦電流センサの位置と出力電圧との関係を表した図である。
【図１８】フランジ部の揺動とオーバーラップ面積の変化を説明する図である。
【図１９】出力電圧の差とシムの厚さとの関係を表した図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  主軸
１ｘ  回転軸
２  ツールホルダ
２ｘ  回転軸
３  工具
４  異物
５  渦電流センサ
５ａ  ヘッド面
２３，２３１，２３２  フランジ部
２３２ａ  側面
２６  円板
【図１】
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【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１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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