(57)【要約】【課題】工作機械の主軸に脱着可能な工具ホルダの清掃を行うため、主軸に設けられた圧力エアを吹き出すエア経路の詰まりを検出する圧力測定装置において、本体のカバーを外さずに電源充電を可能にするものを提供する。【解決手段】工作機械の主軸に脱着可能な工具ホルダを有して、工作機械の主軸に設けられた圧力エアを吹き出す第１の流路に対応して、工具ホルダおよび本体に流路を設け、その中の圧力検知用流路の圧力を検知して、この圧力情報および電源残量情報を無線にて外部へ送信する。この圧力測定装置には、非接触給電を可能にする分離型変圧器の受電部と充電可能な電源と充電回路が設けられている。電源の残量が低下した際は、警告の表示等によって充電を促し、本体のカバーを外すこと無く、圧力測定装置本体を送電可能な非接触給電の分離型変圧器の送電部を有する送電スタンドに挿入することで送電を行い、電源の充電を行うことができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械の主軸に脱着可能な工具ホルダへ清掃用の圧力エアを吹き出すために、前記主軸に設けられた第１の流路の詰まりを検出する、前記主軸に脱着可能な圧力測定装置であって、
前記第１の流路と繋がって前記圧力エアの圧力を測定する部位を有する圧力測定部に設けられ、前記圧力エアの圧力を検知して圧力検知信号を出力する圧力センサと、
前記圧力センサからの前記圧力検知信号によって圧力値を演算し、前記圧力値を基にした圧力情報を無線にて送信する制御回路を有する制御回路基板と、
前記圧力センサおよび前記制御回路基板に電力を供給する充電可能な電源と、
前記制御回路基板に電気的に繋がって、非接触で電力を受電可能な分離型変圧器の受電部と、を備え、
前記制御回路基板が、前記電源を充電する充電回路を有するとともに、前記電源の残量情報を算出して前記残量情報を無線にて送信する機能を有することを特徴とした圧力測定装置。
【請求項２】
前記電源が、二次電池および電気二重層キャパシタの少なくとも一つ以上であることを特徴とした請求項１に記載の圧力測定装置。
【請求項３】
前記圧力測定装置と、
前記圧力測定装置の前記受電部に対向して前記圧力測定装置と別体で設けられ、前記受電部へ非接触で電力を送電可能な前記分離型変圧器の送電部と、
前記圧力測定装置から無線送信される前記残量情報を受信して、前記残量情報を画像および音の少なくとも一つ以上にて出力する残量情報出力手段と、
を有することを特徴とした圧力測定装置システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドリルなどの加工用工具を保持した工具ホルダを、工作機械の主軸に装着する際に、主軸と当接する工具ホルダのフランジ端面部の清掃を行うために、工作機械の主軸側に設けて圧力エアを吹き出すエア経路の詰まりを検出する圧力測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、マシニングセンタのような工作機械では、主軸の内周面に工具ホルダを介して加工用工具を保持する機構を有すると共に、この加工用工具を脱着可能にする機構を設け、所望の加工をするための複数の工具が整列されたマガジンから必要な工具を自動搬送装置で選択して、主軸に装着して加工を行うことができるように構成されている。
【０００３】
マシニングセンタではこのようなオートツールチェンジャ等の自動機器の導入が進み、機械加工の自動化が飛躍的に進展し、主軸部への加工用工具の交換頻度の増加が顕著となった。自動交換に際して主軸に当接する工具ホルダのフランジ端面部は、加工用工具の交換時には主軸側から吹き出す圧力エアブローで清掃されて、異物の付着が無く清浄化された状態にあることは非常に重要である。
【０００４】
もしこのような工作機械の主軸内に設けられた圧力エアの流路中に詰まりが生じていたり、圧力エア供給源に障害が生じたりすると、清掃が充分に行われず主軸と加工用工具の間に異物が存在して、加工用工具の保持姿勢寸法に誤差が生じ、加工精度に影響を及ぼす恐れがある。
【０００５】
従来、この圧力エアの流路の詰まりを検出するものとして、特許文献１が開示されている。そこでは、圧力エア供給源からエア供給流路に供給されたエアの圧力または流量を測定して加工用工具の装着有無を判定し、さらに工具ホルダのシャンクテーパ部がクランプされた状態において、エア噴射孔のエアの圧力または流量を測定し、予め測定した良好な装着状態との値を比較して装着不良の有無を判定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４８９６５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、特許文献１に開示された工作機械の主軸に設けられた圧力エアの流路の詰まりを検出するものでは、エアの圧力や流量の測定を主軸側で行っているため常に状態を監視できるという利点はあるものの、構造が複雑になり、本来の加工の目的ではない付帯装置が付くため、複雑な機構によるコストアップやメンテナンス作業の煩雑化等の課題があった。また目詰まりの有無の判定のため、判定基準値の条件出しが必要であり、エアの圧力や流量の測定のディレイタイミングなど細かな調整を必要としていた。
【０００８】
一方、図４から図６に示すような、加工用工具と同様に工具ホルダを有して、工作機械の主軸１００に取り付けて、圧力エアの流路の詰まりを目視で検出する圧力測定装置が公知であって使用されている。これは主軸１００に８系統設けられた圧力エアを噴き出す第１の流路１０１に合わせた位置で、工具ホルダ２に第２の流路２０２があって、これと繋がって圧力測定部４１にも第３の流路２０３があり、さらにこれと繋がって第７の流路２０７、および第８の流路２０８がそれぞれ８系統設けられている。そしてシリンダ４２とそのシリンダ内部４５で摺動可能なピストン４３が第７の流路２０７に接続されている。主軸側の圧力エア供給源からエア流路に供給された圧力エアは主軸１００側の第１の流路１０１、圧力測定装置側の第２の流路２０２、第３の流路２０３、第７の流路２０７を経てシリンダ内部４５へ到達し、シリンダ内部４５において摺動可能なピストン４３を押し出し、その際のピストン４３の動きや移動した距離で流路の状態を検出することができる。ピストン４３ａはエアの流れが良好な流路の場合であり、シリンダ４２の終端まで移動している。これに対して、ピストン４３ｂ、４３ｃは途中で留まり、エアの流路に詰まりが生じている場合である。なおシリンダ内部４５の容積を超えて注入された圧力エアは第８の流路２０８を通じて外部へ放出される。
【０００９】
このような機構によって流路の目詰まりを検出する場合、摺動可能なピストンはメカニカル式でありそれも複数存在するため摺動抵抗によるばらつきがあること、シリンダはある程度の長さが必要であり曲がりやすいこと、ピストンの動きと移動ストローク量の確認は工作機械を停止させて人間が目視で行わねばならないこと、一度エア噴射を受けたピストンは伸びたまま戻らないこと、流路、ピストンおよびシリンダの頻繁な清掃が必要であること等、多くの難点があった。よってこの圧力センサを電気式に置き換えるとすれば、電源が必要となり、電源が電池式の場合、電池の残量が減った際に圧力測定装置のカバーを開けて電池を交換するのが通常想定される方法である。圧力測定装置はクーラントのミストが発生する場所での使用が必須のため電気部分は密閉されることが必要である。従って電池交換のためカバーの開閉をその都度繰り返し行うとカバーの開閉に係る部品の劣化によって密閉状態の低下が起こりやすかった。
【００１０】
本発明は、上記の欠点を補って、本体のカバーを外すこと無く電源への充電を行うことが可能な圧力測定装置および圧力測定装置システムを得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る圧力測定装置は、
工作機械の主軸に脱着可能な工具ホルダへ清掃用の圧力エアを吹き出すために、主軸に設けられた第１の流路の詰まりを検出する、主軸に脱着可能な圧力測定装置であって、
第１の流路と繋がって圧力エアの圧力を測定する部位を有する圧力測定部に設けられ、圧力エアの圧力を検知して圧力検知信号を出力する圧力センサと、
圧力センサからの圧力検知信号によって圧力値を演算し、圧力値を基にした圧力情報を無線にて送信する制御回路を有する制御回路基板と、
圧力センサおよび制御回路基板に電力を供給する充電可能な電源と、
制御回路基板に電気的に繋がって、非接触で電力を受電可能な分離型変圧器の受電部と、を備え、
制御回路基板が、電源を充電する充電回路を有するとともに、電源の残量情報を算出して残量情報を無線にて送信する機能を有して構成されている。
【００１２】
また、電源が、二次電池および電気二重層キャパシタの少なくとも一つ以上であることが好ましい。
【００１３】
本発明に係る圧力測定装置システムは、
圧力測定装置と、
圧力測定装置の受電部に対向して圧力測定装置と別体で設けられ、受電部へ非接触で電力を送電可能な分離型変圧器の送電部と、
圧力測定装置から無線送信される残量情報を受信して、残量情報を画像および音の少なくとも一つ以上にて出力する残量情報出力手段と、
を有して構成されている。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態を示した圧力測定装置の構成を示す斜視図
【図２】本発明の実施形態を示した圧力測定装置を中央で切断した断面斜視図
【図３】本発明の実施形態において送受電を行う際の圧力測定装置システムの構成図
【図４】従来の圧力測定装置と主軸の構成斜視図
【図５】従来の圧力測定装置と主軸の構成斜視図
【図６】主軸に取り付けられて圧力検知が行われた時の、従来の圧力測定装置を中央で切断した断面斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明による実施形態について、図面をもとに詳細な説明を行う。
【００１６】
図１は本発明の実施形態を示した圧力測定装置１の構成斜視図であり、カバーケース３を外した斜視図であって圧力測定装置１の内部を示したものである。
【００１７】
工具ホルダ２のシャンクテーパ部２ａは、図４で示した主軸１００の内部に引き込まれ、主軸１００にテーパ部とフランジ端面部の２面拘束で拘束されるテーパシャンク工具ホルダである。本実施例ではＪＩＳ  Ｂ  ６０６５−１，２規格による２面拘束形モジュラテーパ工具ホルダを用いているが、他の２面拘束形工具ホルダでも実施は可能である。
【００１８】
フランジ部２ｂは、シャンクテーパ部２ａと一体となっていて、マシニングセンタのオートツールチェンジャにて工具マガジンに保管されている複数の加工用工具を所望の加工内容に応じて選択、交換のために設けられているものであり、本発明の圧力測定装置１でもこれを有している。また主軸１００の第１の流路１０１に対応して、８系統の貫通したエア流路を有している。
【００１９】
圧力測定部４にはフランジ部２ｂと繋がって、８系統のエア流路を有すると共に、圧力を検知する部材等が収納されており、カップ状の形状であって、材質はクーラント等による腐食を防止するためＡ６０６１なるアルミ合金を用いている。
【００２０】
圧力センサ５は、圧力測定部４に設けられたエア流路内に挿入されて、流路内の圧力を検知する。本実施例では、メトロダインマイクロシステム社製のアナログ気圧センサを用いている。そして圧力測定部４には８系統のエア流路があるため、それぞれの経路に対して圧力センサ５が計８個設けられている。
【００２１】
配線基板６は８個の圧力センサ５の入出力配線を行う基板であって、円環状の形状で圧力測定部４の内部にて固定されている。圧力センサ５がこの基板上に実装されていて、圧力センサ５の駆動用電源と圧力検知の出力電圧の電気配線がなされており、不図示のコネクタおよびケーブルによって後述の制御回路基板９と接続されている。また配線基板６は、リジッドなベース材上に貼られたフレキシブル配線板であっても良く、制御回路基板９との接続部がこのフレキシブル配線板の延長部で構成されていても良い。
【００２２】
電源７は、不図示の電線ケーブルもしくは導電性の金属板など電気的に接続する手段により、圧力センサ５および制御回路基板９へ電力を供給している。本実施例では充電可能な２次電池であって、ニッケル水素もしくはリチウムイオン電池を用いている。また電源７を電気二重層キャパシタで構成した場合は、急速に充電が可能であり、電源の種類は、圧力センサ５および制御回路基板９の消費電力や圧力測定装置１に要求される連続使用時間、使用条件を考慮して適宜選択されるものである。
【００２３】
制御回路基板９は、圧力センサ５へ駆動のための電力を供給するとともに、圧力センサ５にて得られた電圧出力を受けて圧力値を演算し、これを基に圧力情報を生成して、この信号をＡ／Ｄ変換および変調して、無線にて外部へ送信する。本実施例では２．４ＧＨｚの無線を用いているが、５ＧＨｚ、９２０ＭＨｚなどの周波数の無線による送信であっても良い。無線にて送信された信号は、受信機を有するパーソナルコンピュータ、受信機を有する工作機械、もしくは工作機械に繋がって受信機を有するパーソナルコンピュータなどで受信および復調されて、圧力測定値がデータにて保管される。また予め圧力測定値にしきい値を設けておき、しきい値以下であった場合、警告音を発したり、工作機械を停止させたりすることが可能である。さらに電源７の電圧やインピーダンスを所定の時間間隔でサンプリングして電源７の残量を監視し、電源７の残量情報を無線にて送信する機能も有している。
【００２４】
保持板１０は、カップ状の圧力測定部４の底部に固定されていて、カップ円筒軸方向に伸びた形状をしており、電源７および制御回路基板９の間にあってこれらを保持している。また後述の分離型変圧器コイルの受電側である受電部３００も固定支持している。
【００２５】
カバーケース３はカップ状の形状を成してプラスティック材で出来ており、圧力測定部４に螺合されて圧力測定装置１の内部の部材を覆うように設けられ、Ｏ（オー）リング８によってその気密が保たれている。圧力測定装置１はマシニングセンタなどの工作機械で使用されるため、クーラントおよび切削粉などが降りかかる環境であって、これらから電気回路等を保護するための気密性が必要である。
【００２６】
次いで図２を参照して、本発明の第１の実施例を説明する。図２は本発明の圧力測定装置１の中央で切断した断面斜視図であり、８系統の流路のうち２つの流路が示されている。尚、８系統の流路は全て同一形状で、カップ状の圧力測定部４の中心軸を中心として放射状に形成されている。
【００２７】
フランジ端面部２ｃは主軸１００と当接する面であり、前述のように加工用工具ではこの面に異物等が無いように保たれることが重要である。
【００２８】
フランジ端面部２ｃを起点として、８個の第１の流路１０１それぞれに繋がって、第２の流路２０２が軸方向へ設けられている。本実施例では第２の流路２０２はその断面が直径２ｍｍの円形であって、起点部はテーパがつけられている。
【００２９】
第２の流路２０２、第３の流路２０３はそれぞれ工具ホルダ２、圧力測定部４に連続して繋がっており、Ｏリング１１によってその境界部の気密がなされている。第３の流路２０３もその断面が直径２ｍｍの円形である。
【００３０】
第４の流路２０４は第３の流路２０３から垂直に曲がって圧力測定部４の半径方向に設けられ、本実施例ではその断面の直径が１．４５ｍｍの円形である。
【００３１】
第５の流路２０５は第４の流路２０４から垂直に分岐して圧力測定部４の軸方向へ設けたものであり、圧力センサ５が流路内に置かれていて、その断面の直径は３ｍｍの円形としている。
【００３２】
第６の流路２０６は第４の流路と繋がって、半径方向にさらに伸びて設けられている。その断面の直径は２．５ｍｍの円形としている。
【００３３】
以上の各流路の直径寸法は本実施形態での値であって、これらの値はマシニングセンタの第１の流路１０１の形状や吹き出す圧力エアの設定圧力によって最適なものが採用される。
【００３４】
一方、電源７に対する充電は非接触充電の方法を用いており、分離型変圧器の対をなす受電側を圧力測定装置１に、送電側を送電スタンド４０８に設けている。分離型変圧器コイルの受電側が受電部３００であって、シールド板３０１、平板コア３０２、コイル３０３、コイルホルダ３０４にて構成されていて、受電部３００として保持板１０に接着して取り付けられている。
【００３５】
シールド板３０１はこの受電部３００のベースであり、受電部３００を支持するとともに非接触電力伝送時の磁束の漏れを防止するためにアルミニウム板を使用している。
【００３６】
平板コア３０２は円盤状のフェライトでシールド板３０１上に接着されていて、送電側にて発生した交流磁束を透過してコイル３０３に電流を誘起させる。
【００３７】
コイル３０３はドーナツ状に巻かれていて、制御回路基板９内に設けられている整流化回路に繋がっている。
【００３８】
コイルホルダ３０４は、コイル３０３の保持とコイル３０３からの引き出し線のガイドをするとともに周囲との絶縁も兼ねて平板コア３０２に固着されている。そしてカバーケース３の円筒カップ状の内側底部と接する位置に配置され、非接触電力伝送を行えるように構成されている。
【００３９】
図３は、本発明の実施形態において送受電を行う際の圧力測定装置と送電スタンドおよびパーソナルコンピュータによる圧力測定装置システムの断面図およびシステム図を示している。
【００４０】
送電スタンド４０８は、圧力測定装置１側に非接触にて電力を伝送する目的で構成されており、圧力測定装置１側の受電部３００と対向して設けられた送電部４００と、送電側基板４０５と、底板４０６、孔４０７、送電スタンド４０８で構成されている。
【００４１】
送電部４００は受電部３００と略同じ部材、略同じ形状で設けられ、一対で分離型変圧器を構成している。
【００４２】
送電側基板４０５は、外部の直流電源装置から電力を得て、インバータ回路にて交流に変換した電流を送電側コイル４０３に通電して交流磁界を発生させている。
【００４３】
送電スタンド４０８は、送電部４００および送電側基板４０５を内部に格納して、圧力測定装置１のカバーケース３の軸方向の一部が挿入できるようになっている。ゆえに、受電部３００と送電部４００が、カバーケース３と送電スタンド４０８を挟んで対向するように構成され、非接触電力伝送がなされる。孔４０７は送電スタンド４０８にカバーケース３を挿入する際の空気および付着したクーラント等の逃げ孔であって挿入を容易にしている。
【００４４】
コイル３０３にて発生した電流は、制御回路基板９内の整流化回路にて整流され、制御回路基板９内の充電回路によって電源７が充電される。
【００４５】
カバーケース３と圧力測定部４の間にはＯリング８があって内部の気密が保たれるようにしているが、電源７の充電の度にカバーケース３を外す作業により、使用環境によってはＯリング８やカバーケース３の劣化を促進して気密の低下を引き起こす場合がある。本発明の実施形態では、非接触電力伝送を用いて圧力測定装置１内の電源７を充電することが出来るため、わざわざカバーケース３を外さなくても電源７の充電が可能である。
【００４６】
パーソナルコンピュータ５０３は圧力測定装置１から送信される情報を受信できる受信機能を有している。従って、パーソナルコンピュータ５０３は無線にて電源７の残量情報を受信して、残量情報を画像および音にて出力する情報出力手段も同時に有する。故に適切な時に充電を促す圧力測定装置システム２０が可能となる。
【００４７】
また、圧力測定装置１が送電スタンド４０８に挿入されて送受電が行われ、電源７への充電が行われている際に、制御回路基板９は電源７の残量すなわち充電の状態の情報を算出してこれを無線にて送信する。パーソナルコンピュータ５０３はこれを受信して充電の状態情報を画像もしくは音にて出力し、電源７の残量や充電完了までの残時間などを出力することが出来る。
【００４８】
以上説明した本発明による圧力測定装置１を、マシニングセンタのオートツールチェンジャの工具マガジンに装着しておき、マシニングセンタのプログラミングによってこの圧力測定装置１を任意のタイミングで選択して主軸１００に装着して圧力エアを吹き出させることで、主軸１００に設けられた第１の流路１０１の目詰りチェックを行うことができる。圧力測定装置１内の電源７の残量情報が無線にて得られ、しかも電源７の充電時の状態を容易に知ることが出来るため、可能な限りロス時間を生まずに電源７の充電を行うスケジューリングが容易となる。
【００４９】
また本発明による圧力測定装置１は、同じ規格の工具ホルダに対応した工作機械であれば使用が可能なため、汎用性が高く、他の同規格の工作機械への使い回しが可能という利点もある。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の活用例として、マシニングセンタなどの工作機械の保全ツールとしての適用が可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１  圧力測定装置
２  工具ホルダ
２ａ  シャンクテーパ部
２ｂ  フランジ部
２ｃ  フランジ端面部
３  カバーケース
４  圧力測定部
５  圧力センサ
６  配線基板
７  電源
８  Ｏリング
９  制御回路基板
１０  保持板
１１  Ｏリング
１２  圧力測定装置システム
４１  圧力測定部
４２  シリンダ
４３、４３ａ、４３ｂ、４３ｃ  ピストン
４４  Ｏリング
４５  シリンダ内部
１００  主軸
１０１  第１の流路
２０２  第２の流路
２０３  第３の流路
２０４  第４の流路
２０５  第５の流路
２０６  第６の流路
２０７  第７の流路
２０８  第８の流路
３００  受電部
３０１  シールド板
３０２  平板コア
３０３  コイル
３０４  コイルホルダ
４００  送電部
４０１  送電側シールド板
４０２  送電側平板コア
４０３  送電側コイル
４０４  送電側コイルホルダ
４０５  送電側基板
４０６  底板
４０７  孔
４０８  送電スタンド
５０３  パーソナルコンピュータ
【図１】
2016080422.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2016080422.tif 000006
【図５】
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【図６】
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