(57)【要約】【課題】工作機械の主軸に脱着可能な工具ホルダ部の清掃を行うため、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、圧力センサを配置する流路にクーラントが侵入するのを防止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部を有して、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、工具ホルダ部のフランジ端面部を起点として第２、第３の流路が連続して設けられ、第３の流路に繋がった第３の流路よりも断面積を小さくした第４の流路が設けられている。この第４の流路から垂直方向に分岐した第５の流路内にて圧力を検知する。第４の流路では圧力が低下するため流路内のクーラントを含む気液混合体の気泡が大きくなり第５流路内への液体の侵入を防止する。【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部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、
前記主軸に当接するフランジ端面部を有する工具ホルダ部と、
前記工具ホルダ部と連結して前記圧力エアの圧力を測定する手段が設けられた圧力測定部と、
前記主軸の前記第１の流路と繋がって、前記フランジ端面部を起点として前記工具ホルダ部に、軸方向にて設けられた第２の流路と、
前記第２の流路と繋がって、前記圧力測定部に設けられた第３の流路と、
前記第３の流路と繋がって前記第３の流路よりも断面積が小さく、前記圧力測定部に設けられた第４の流路と、
前記第４の流路途中から前記第４の流路に対して垂直方向に分岐して、前記圧力測定部に設けられた第５の流路と、
前記第５の流路内に密閉して設けられて前記第５の流路の圧力を測定する圧力センサと、
を有することを特徴とした圧力測定装置。
【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部を、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部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部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部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、さらに工具ホルダ部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３から図５に示すような、加工用工具と同様に工具ホルダ部を有して、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、工具ホルダ部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、流路にはクーラントが入り込み、摺動可能なピストンはメカニカル式であってそれも複数存在するため摺動抵抗によるばらつきが生じること、流路とピストンとシリンダの頻繁な清掃が必要であるという難点があった。
【００１０】
本発明は、上記の欠点を補って、圧力を検出する流路にクーラントが入り込むのを防止して、主軸から噴射する圧力エアの主軸内の流路の詰まりを検出することができる圧力測定装置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部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、
主軸に当接するフランジ端面部を有する工具ホルダ部と、
工具ホルダ部と連結して圧力エアの圧力を測定する手段が設けられた圧力測定部と、
主軸の第１の流路と繋がって、フランジ端面部を起点として工具ホルダ部に、軸方向にて設けられた第２の流路と、
第２の流路と繋がって、圧力測定部に設けられた第３の流路と、
第３の流路と繋がって第３の流路よりも断面積が小さく、圧力測定部に設けられた第４の流路と、
第４の流路途中から第４の流路に対して垂直方向に分岐して、圧力測定部に設けられた第５の流路と、
第５の流路内に密閉して設けられて第５の流路の圧力を測定する圧力センサとで構成されている。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【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】従来の圧力測定装置と主軸の構成斜視図
【図４】従来の圧力測定装置と主軸の構成斜視図
【図５】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】
【００１３】
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。
【００１４】
図１は本発明の実施形態を示した圧力測定装置１のカバーケースを外した構成斜視図であって部分的に圧力測定装置１の内部を示したものである。
【００１５】
工具ホルダ部２のシャンクテーパ部２ａは、従来例の図３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部である。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部を用いているが、他の２面拘束形工具ホルダ部でも実施は可能である。
【００１６】
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。エア流路の詳細については後述する。
【００１７】
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。
【００１８】
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、流路内の圧力を測定する。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。
【００１９】
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。
【００２０】
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、ニッケル水素電池を用いている。電源７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を考慮して適宜選択されるものである。
【００２１】
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。従ってこのような構成であれば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の残量が所定の値以下になった際に、残量不足の警告信号を無線にて送信して、充電を促す機能も有している。
【００２２】
保持板１０は、カップ状の圧力測定部４の内側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。
【００２３】
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。
【００２４】
次いで図２を参照して、本発明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つの流路断面が示されている。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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
第２の流路２０２、第３の流路２０３はそれぞれ工具ホルダ部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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
前述のようにこの圧力測定装置１が使用される環境は、マシニングセンタ内であって、クーラントのミストが飛散している。従って主軸１００に圧力測定装置１が装着され、第１の流路１０１からエアが吹き出るのと同時にクーラントもエアに混合されて第２の流路２０２へ気液混合体として侵入することが起こりうる。本発明では、第４の流路２０４の断面直径がその前にある第３の流路２０３の断面直径と比較して小さく設けられているため、第４の流路２０４では流速が増加して、第３の流路２０３に比べて低い圧力が発生し、第４の流路２０４内の気泡が大きくなって第５の流路２０５への液体の侵入を抑制できる。
【００３３】
ゆえに、本発明による圧力測定装置は、図３から図５の従来例と比較して、圧力を測定する部位に気液混合体が入りにくい構造を有しており、安定した測定を実現することができる。
【００３４】
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、圧力測定装置１にて測定した圧力エアの圧力情報を無線で受信して得ることで、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。従って、確認の際にマシニングセンタを停止させて手動で圧力測定装置を装着して、目視で確認する必要が無く、ロス時間を低減することが出来る。
【００３５】
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部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】
【００３６】
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】
【００３７】
１  圧力測定装置
２  工具ホルダ部
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
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
【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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