(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を中心に回転するシャフト部と、
前記シャフト部に取り付けられる複数のセンサとを備え、
前記複数のセンサは、加速度センサであり、
前記複数のセンサは、各々の位置が前記シャフト部の軸方向および前記シャフト部の径方向の少なくともいずれか一方において異なるように前記シャフト部に取り付けられ、
前記複数のセンサは、加速度センサであり、
前記加速度センサの計測方向は、前記シャフト部の前記回転軸を法線とする平面に沿った方向であって、前記加速度センサと前記回転軸とを結ぶ直線に対して直交する方向に沿う、切削工具。
【請求項２】
前記複数のセンサは、計測範囲および感度が同じである、請求項１に記載の切削工具。
【請求項３】
回転軸を中心に回転するシャフト部と、
前記シャフト部に取り付けられる複数のセンサとを備え、
前記複数のセンサ各々の計測範囲は異なり、
前記複数のセンサ各々の感度は異なり、
前記複数のセンサ各々の計測対象は同じ種類の物理量であり、
前記複数のセンサは、加速度センサであり、
前記加速度センサの計測方向は、前記シャフト部の前記回転軸を法線とする平面に沿った方向であって、前記加速度センサと前記回転軸とを結ぶ直線に対して直交する方向に沿う、切削工具。
【請求項４】
前記複数のセンサは、第１のセンサおよび第２のセンサを含み、
前記第１のセンサの感度は、前記第２のセンサの感度より高く、
前記第１のセンサの計測範囲は、前記第２のセンサの計測範囲より狭い、請求項３に記載の切削工具。
【請求項５】
前記第１のセンサの感度は、前記第２のセンサの感度の２倍以上であり、
前記第２のセンサの計測範囲は、前記第１のセンサの計測範囲の２倍以上である、請求項４に記載の切削工具。
【請求項６】
前記複数のセンサの位置は、前記シャフト部の軸方向および前記シャフト部の径方向の少なくともいずれか一方において異なる、請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の切削工具。
【請求項７】
前記切削工具は、さらに、前記複数のセンサとは別のセンサとして、歪センサ、温度センサおよび音センサのうちの少なくともいずれか１つを備える、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の切削工具。
【請求項８】
前記切削工具は、さらに、
無線通信装置を備え、
前記無線通信装置は、前記センサの計測結果を示すセンサ情報を送信する、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の切削工具。
【請求項９】
前記切削工具は転削工具である、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の切削工具。
【請求項１０】
請求項８に記載の切削工具と、
管理装置とを備え、
前記管理装置は、前記切削工具から前記センサ情報を受信する、切削システム。
【請求項１１】
切削工具を管理する管理装置における処理方法であって、
前記切削工具は、
回転軸を中心に回転するシャフト部と、
前記シャフト部に取り付けられる複数のセンサとを備え、
前記複数のセンサは、加速度センサであり、
前記複数のセンサは、各々の位置が前記シャフト部の軸方向および前記シャフト部の径方向の少なくともいずれか一方において異なるように前記シャフト部に取り付けられ、
前記複数のセンサは、加速度センサであり、
前記加速度センサの計測方向は、前記シャフト部の前記回転軸を法線とする平面に沿った方向であって、前記加速度センサと前記回転軸とを結ぶ直線に対して直交する方向に沿い、
前記処理方法は、
工作機械に取り付けられた前記切削工具により切削対象物の切削が行われた際に、前記複数のセンサの計測結果を記憶部に書き込むステップと、
前記記憶部に書き込まれた前記複数のセンサの計測結果を処理するステップとを含む、処理方法。
【請求項１２】
切削工具を管理する管理装置において用いられる処理プログラムであって、
前記切削工具は、
回転軸を中心に回転するシャフト部と、
前記シャフト部に取り付けられる複数のセンサとを備え、
前記複数のセンサは、加速度センサであり、
前記複数のセンサは、各々の位置が前記シャフト部の軸方向および前記シャフト部の径方向の少なくともいずれか一方において異なるように前記シャフト部に取り付けられ、
前記複数のセンサは、加速度センサであり、
前記加速度センサの計測方向は、前記シャフト部の前記回転軸を法線とする平面に沿った方向であって、前記加速度センサと前記回転軸とを結ぶ直線に対して直交する方向に沿い、
コンピュータを、
工作機械に取り付けられた前記切削工具により切削対象物の切削が行われた際に、前記複数のセンサの計測結果を記憶部に書き込む保存処理部と、
前記保存処理部によって書き込まれた前記複数のセンサの計測結果を処理する制御部、
として機能させるための、処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、切削工具、切削システム、処理方法および処理プログラムに関する。
この出願は、２０１９年９月９日に出願された日本出願特願２０１９−１６３６９９号を基礎とする優先権を主張し、その開示のすべてをここに取り込む。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１（特表２００９−５４２４４６号公報）には、以下のようなシステムが開示されている。すなわち、容器（１）を有し、ツール・ホルダ（２０）に部品を収容するシステムであって、前記ツール・ホルダ（２０）は第１の端部（２１）及び第２の端部（２２）を有し、前記ツール・ホルダ（２０）の前記第１の端部（２１）が工作機械に固定されるようになされ、前記第２の端部（２２）が刃先を取り付けるようになされ、前記ツール・ホルダ（２０）が空洞壁によって囲まれる内部の空洞（２３）を備え、前記空洞（２３）が前記容器（１）を収容し、前記容器が少なくとも中央の部分（２）及び末端の部分（３、４）を備え、前記末端の部分（３、４）が前記中央の部分（２）に連結されるとともに、前記末端の部分の少なくともいずれか一方が蓋を形成して解放可能に前記中央の部分に連結され、前記中央の部分（２）が、前記ツール・ホルダ（２０）の中の前記空洞壁と接触するようになされた少なくとも１つの接触領域（５）、及び、冷却媒体と接触するようになされた少なくとも１つの間隙領域（６）を有する外面を備え、前記空洞（２３）の一方の端部が冷却媒体用の供給部に連結するようになされ、前記空洞（２３）のもう一方の端部が冷却媒体用の出口に連結され、前記空洞（２３）が前記容器（１）を装着するための開口（２５）を有し、前記冷却媒体を送るための少なくとも１つの間隙が前記容器（１）と前記空洞壁の間に形成され、前記容器（１）が前記部品を収容するようになっていることを特徴とするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００９−５４２４４６号公報
【発明の概要】
【０００４】
本開示の切削工具は、シャフト部と、前記シャフト部に取り付けられる複数のセンサとを備え、前記複数のセンサは、加速度センサであり、前記複数のセンサは、各々の位置が前記シャフト部の軸方向および前記シャフト部の径方向の少なくともいずれか一方において異なるように前記シャフト部に取り付けられる。
【０００５】
本開示の切削工具は、シャフト部と、前記シャフト部に取り付けられる複数のセンサとを備え、前記複数のセンサ各々の計測範囲は異なり、前記複数のセンサ各々の感度は異なり、前記複数のセンサ各々の計測対象は同じ種類の物理量である。
【０００６】
本開示の切削システムは、切削工具と、管理装置とを備え、前記切削工具は、シャフト部と、前記シャフト部に取り付けられる複数のセンサと、前記シャフト部に取り付けられた無線通信装置とを備え、前記複数のセンサは、加速度センサであり、前記複数のセンサは、各々の位置が前記シャフト部の軸方向および前記シャフト部の径方向の少なくともいずれか一方において異なるように前記シャフト部に取り付けられ、前記無線通信装置は、前記各センサの計測結果を示すセンサ情報を送信し、前記管理装置は、前記切削工具から前記センサ情報を受信する。
【０００７】
本開示の処理方法は、切削工具を管理する管理装置における処理方法であって、前記切削工具は、シャフト部と、前記シャフト部に取り付けられる複数のセンサとを備え、前記複数のセンサは、加速度センサであり、前記複数のセンサは、各々の位置が前記シャフト部の軸方向および前記シャフト部の径方向の少なくともいずれか一方において異なるように前記シャフト部に取り付けられ、前記処理方法は、工作機械に取り付けられた前記切削工具により切削対象物の切削が行われた際に、前記複数のセンサの計測結果を記憶部に書き込むステップと、前記記憶部に書き込まれた前記複数のセンサの計測結果を処理するステップとを含む。
【０００８】
本開示の処理プログラムは、切削工具を管理する管理装置において用いられる処理プログラムであって、前記切削工具は、シャフト部と、前記シャフト部に取り付けられる複数のセンサとを備え、前記複数のセンサは、加速度センサであり、前記複数のセンサは、各々の位置が前記シャフト部の軸方向および前記シャフト部の径方向の少なくともいずれか一方において異なるように前記シャフト部に取り付けられ、コンピュータを、工作機械に取り付けられた前記切削工具により切削対象物の切削が行われた際に、前記複数のセンサの計測結果を記憶部に書き込む保存処理部と、前記保存処理部によって書き込まれた前記複数のセンサの計測結果を処理する制御部、として機能させるためのプログラムである、
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の構成を示す側面図である。
【図２】図２は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の構成を示す矢視図である。
【図３】図３は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の構成を示す図である。
【図４】図４は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の構成を示す側面図である。
【図５】図５は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の構成を示す矢視図である。
【図６】図６は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の構成を示す矢視図である。
【図７】図７は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具を模式的に示す側面図である。
【図８】図８は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具についてシミュレーションを行った結果を示すグラフである。
【図９】図９は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具における加速度センサの特性を示す表である。
【図１０】図１０は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具における加速度センサの特性を示す表である。
【図１１】図１１は、本開示の第１の実施の形態に係る切削システムの構成を示す図である。
【図１２】図１２は、本開示の第１の実施の形態に係る切削システムにおける管理装置の構成を示す図である。
【図１３】図１３は、本開示の第１の実施の形態に係る処理方法の手順を定めたフローチャートである。
【図１４】図１４は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具における加速度センサの取り付けの例を示す図である。
【図１５】図１５は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具における加速度センサの取り付けの例を示す図である。
【図１６】図１６は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の構成の他の例を示す図である。
【図１７】図１７は、本開示の第１の実施の形態に係る切削システムの変形例１を示す図である。
【図１８】図１８は、本開示の第１の実施の形態の変形例１に係る切削工具を模式的に示す側面図である。
【図１９】図１９は、本開示の第１の実施の形態の変形例１に係る切削工具についてシミュレーションを行った結果を示すグラフである。
【図２０】図２０は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具における歪センサの特性を示す表である。
【図２１】図２１は、本開示の第１の実施の形態の変形例２に係る切削システムを示す図である。
【図２２】図２２は、本開示の第２の実施の形態に係る切削システムの構成を示す側面図である。
【図２３】図２３は、本開示の第２の実施の形態に係る切削システムの変形例１を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
従来、たとえばフライスカッターおよびドリルのような切削工具が開発されている。
【００１１】
［本開示が解決しようとする課題］
切削工具にセンサを取り付けることにより、切削工具による加工の状態を示す物理量を計測することができる。このような計測を用いた優れた技術が望まれる。
【００１２】
本開示は、上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、切削工具による加工の状態を計測する際に、計測の精度を高めるとともに計測範囲を拡大することが可能な切削工具、切削システム、処理方法および処理プログラムを提供することである。
【００１３】
［本開示の効果］
本開示によれば、切削工具による加工の状態を計測する際に、計測の精度を高めるとともに計測範囲を拡大することができる。
【００１４】
［本開示の実施形態の説明］
最初に、本開示の実施形態の内容を列記して説明する。
【００１５】
（１）本開示の実施の形態に係る切削工具は、シャフト部と、前記シャフト部に取り付けられる複数のセンサとを備え、前記複数のセンサは、加速度センサであり、前記複数のセンサは、各々の位置が前記シャフト部の軸方向および前記シャフト部の径方向の少なくともいずれか一方において異なるように前記シャフト部に取り付けられる。
【００１６】
このように、複数の加速度センサの各々の位置がシャフト部の軸方向およびシャフト部の径方向の少なくともいずれか一方において異なるように各センサがシャフト部に取り付けられる構成により、シャフト部への複数のセンサの取付位置の違いに応じて、あるセンサの感度を高めるとともに他のセンサの計測範囲を拡大し、工具全体としてセンシング性能を高めることができる。したがって、切削工具による加工の状態を計測する際に、計測の精度を高めるとともに計測範囲を拡大することができる。
【００１７】
（２）好ましくは、前記複数のセンサは、計測範囲および感度が同じである。
【００１８】
このような構成により、同一のセンサを複数準備すればよいため、切削工具の製造コストを低減することができる。
【００１９】
（３）本開示の実施の形態に係る切削工具は、シャフト部と、前記シャフト部に取り付けられる複数のセンサとを備え、前記複数のセンサ各々の計測範囲は異なり、前記複数のセンサ各々の感度は異なり、前記複数のセンサ各々の計測対象は同じ種類の物理量である。
【００２０】
このように、計測範囲および感度が異なり、かつ計測対象が同じ種類の物理量である複数のセンサがシャフト部に取り付けられる構成により、たとえば、感度が高いセンサおよび計測範囲が広いセンサを用いて、各センサの特性を活かした全体としてセンシング性能の高い切削工具を実現することができる。したがって、切削工具による加工の状態を計測する際に、計測の精度を高めるとともに計測範囲を拡大することができる。
【００２１】
（４）好ましくは、前記複数のセンサは、第１のセンサおよび第２のセンサを含み、前記第１のセンサの感度は、前記第２のセンサの感度より高く、前記第１のセンサの計測範囲は、前記第２のセンサの計測範囲より狭い。
【００２２】
このような構成により、第１のセンサの高い感度および第２のセンサの広い計測範囲を活かした計測を行うことができる。
【００２３】
（５）より好ましくは、前記第１のセンサの感度は、前記第２のセンサの感度の２倍以上であり、前記第２のセンサの計測範囲は、前記第１のセンサの計測範囲の２倍以上である。
【００２４】
このような構成により、特性差のより大きな複数のセンサを用いてより高いセンシング性能の切削工具を実現することができる。
【００２５】
（６）より好ましくは、前記複数のセンサの位置は、前記シャフト部の軸方向および前記シャフト部の径方向の少なくともいずれか一方において異なる。
【００２６】
このような構成により、シャフト部への各センサの取付位置の違いに応じた感度の違いおよび計測範囲の違いと、各センサ自体の計測範囲および感度の違いとを組み合わせて、計測の精度をより高めるとともに計測範囲をより拡大することができる。
【００２７】
（７）好ましくは、前記複数のセンサは、加速度センサであり、前記加速度センサの計測方向は、前記シャフト部の回転軸を法線とする平面に沿った方向であって、前記加速度センサと前記回転軸とを結ぶ直線に対して直交する方向に沿う。
【００２８】
このような構成により、切削対象物との接触に伴う振動等の加速度を計測することができる。
【００２９】
（８）より好ましくは、前記切削工具は、さらに、前記複数のセンサとは別に、歪センサ、温度センサおよび音センサのうちの少なくともいずれか１つを備える。
【００３０】
このような構成により、たとえば、シャフト部に発生する歪の異常な増大、ならびにシャフト部に異常な振動が発生した場合の摩擦熱および異音、のうちの少なくともいずれか１つを検出することができる。
【００３１】
（９）好ましくは、前記切削工具は、さらに、無線通信装置を備え、前記無線通信装置は、前記センサの計測結果を示すセンサ情報を送信する。
【００３２】
このような構成により、たとえば、受信側の装置において、各センサの計測結果を用いた異常検知等の処理を行うことができる。
【００３３】
（１０）好ましくは、前記切削工具は転削工具である。
【００３４】
このような構成により、たとえば、転削対象物の転削時に転削工具に発生する加速度の計測の精度を高めるとともに計測範囲を拡大することができる。
【００３５】
（１１）本開示の実施の形態に係る切削システムは、上記（９）に記載の切削工具と、管理装置とを備え、前記管理装置は、前記切削工具から前記センサ情報を受信する。
【００３６】
このように、複数の加速度センサの各々の位置がシャフト部の軸方向およびシャフト部の径方向の少なくともいずれか一方において異なるように各センサがシャフト部に取り付けられる構成により、シャフト部への複数のセンサの取付位置の違いに応じて、あるセンサの感度を高めるとともに他のセンサの計測範囲を拡大し、工具全体としてセンシング性能を高めることができる。したがって、切削工具による加工の状態を計測する際に、計測の精度を高めるとともに計測範囲を拡大することができる。
【００３７】
（１２）本開示の実施の形態に係る処理方法は、切削工具を管理する管理装置における処理方法であって、前記切削工具は、シャフト部と、前記シャフト部に取り付けられる複数のセンサとを備え、前記複数のセンサは、加速度センサであり、前記複数のセンサは、各々の位置が前記シャフト部の軸方向および前記シャフト部の径方向の少なくともいずれか一方において異なるように前記シャフト部に取り付けられ、前記処理方法は、工作機械に取り付けられた前記切削工具により切削対象物の切削が行われた際に、前記複数のセンサの計測結果を記憶部に書き込むステップと、前記記憶部に書き込まれた前記複数のセンサの計測結果を処理するステップとを含む。
【００３８】
このような方法により、シャフト部への複数のセンサの取付位置の違いに応じて、あるセンサの感度を高めるとともに他のセンサの計測範囲を拡大し、工具全体としてセンシング性能を高めることができる。したがって、切削工具による加工の状態を計測する際に、計測の精度を高めるとともに計測範囲を拡大することができる。
【００３９】
（１３）本開示の実施の形態に係る処理プログラムは、切削工具を管理する管理装置において用いられる処理プログラムであって、前記切削工具は、シャフト部と、前記シャフト部に取り付けられる複数のセンサとを備え、前記複数のセンサは、加速度センサであり、前記複数のセンサは、各々の位置が前記シャフト部の軸方向および前記シャフト部の径方向の少なくともいずれか一方において異なるように前記シャフト部に取り付けられ、コンピュータを、工作機械に取り付けられた前記切削工具により切削対象物の切削が行われた際に、前記複数のセンサの計測結果を記憶部に書き込む保存処理部と、前記保存処理部によって書き込まれた前記複数のセンサの計測結果を処理する制御部、として機能させるためのプログラムである。
【００４０】
このような構成により、シャフト部への複数のセンサの取付位置の違いに応じて、あるセンサの感度を高めるとともに他のセンサの計測範囲を拡大し、工具全体としてセンシング性能を高めることができる。したがって、切削工具による加工の状態を計測する際に、計測の精度を高めるとともに計測範囲を拡大することができる。
【００４１】
以下、本開示の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。また、以下に記載する実施の形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
【００４２】
＜第１の実施の形態＞
図１は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の構成を示す側面図である。
【００４３】
切削工具１０１は、たとえば、フライス盤等において使用される切削工具であり、具体的には、たとえば、エンドミルである。切削工具１０１は、金属等からなる切削対象物を切削するために使用される。切削工具１０１は、アーバ等の工具ホルダ２１０に保持された状態で使用される。
【００４４】
工具ホルダ２１０は、工具ホルダ２１０に回転力を与える柱状の主軸２２０に取り付けられる。工具ホルダ２１０は、主軸２２０の延長線上に配置される柱状の部材である。具体的には、工具ホルダ２１０の上端部が、主軸２２０に保持される。また、工具ホルダ２１０の下端部が、切削工具１０１を保持する。
【００４５】
図１を参照して、切削工具１０１は、シャフト部１１と、刃取付部１２と、図示しない刃部と、複数の加速度センサ１４と、位置変更部５０とを備える。シャフト部１１の上部は、シャンク１１１を構成し、工具ホルダ２１０に保持される。なお、切削工具１０１は、刃部を備えない構成であってもよい。また、刃部は、刃取付部１２に一体に固定されたものであってもよいし、刃取付部１２に着脱可能に取り付けられるものであってもよい。以下、一例として、加速度センサ１４の数が２つである場合について説明する。
【００４６】
図１に示す例では、シャフト部１１と刃取付部１２との境界を二点鎖線４１により示している。
【００４７】
シャフト部１１は、後述する拡径部１５を除き、シャフト部１１の中心軸１７に垂直な断面において、円形または多角形の周面を持つ棒形状である。シャフト部１１の基材は、たとえば、切削工具用の超硬合金または金型用鋼により構成されている。
【００４８】
図２は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の構成を示す矢視図である。詳細には、図２は、図１におけるＡ方向から見た矢視図である。図３は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の構成を示す図である。詳細には、図３は、図１におけるＢ方向から見た矢視図である。
【００４９】
図２を参照して、各加速度センサ１４は、たとえば、一方向の加速度を計測する、いわゆる一軸の加速度センサである。各加速度センサ１４の計測方向１４１は、たとえば、切削工具１０１による切削に伴う振動が発生する方向である。すなわち、各加速度センサ１４は、切削工具１０１による切削に伴う振動の加速度を計測することができる。
【００５０】
具体的には、各加速度センサ１４の計測方向１４１は、シャフト部１１の回転軸である中心軸１７を法線とする平面１８に沿った方向であって、加速度センサ１４と中心軸１７とを結ぶ直線１４３に対して直交する方向に沿う。
【００５１】
各加速度センサ１４は、加速度の計測可能な範囲（以下、加速度の計測範囲とも称する）、および感度すなわち分解能が同じである。具体的には、各加速度センサ１４は、計測方向１４１の加速度の計測範囲が同じである。また、各加速度センサ１４は、計測方向１４１の加速度の分解能が同じである。
【００５２】
なお、各加速度センサ１４は、遠心加速度を計測してもよい。この場合、各加速度センサ１４の計測方向は、たとえば、シャフト部１１の中心軸１７と加速度センサ１４とを結ぶ方向（以下、遠心方向とも称する）に沿う。
【００５３】
また、この場合、各加速度センサ１４は、遠心加速度の計測可能な範囲（以下、遠心加速度の計測範囲とも称する）および感度が同じである。具体的には、各加速度センサ１４は、遠心方向における遠心加速度の計測範囲が同じである。また、各加速度センサ１４は、遠心方向における遠心加速度の分解能が同じである。
【００５４】
また、各加速度センサ１４は、たとえば、三方向の加速度を計測する、いわゆる三軸の加速度センサであってもよい。また、加速度センサ１４の代わりに、他の種類のセンサがシャフト部１１に取り付けられてもよい。
【００５５】
図１〜図３を参照して、シャフト部１１は、シャフト部１１のうちの他の部位よりも径が太く、加速度センサ１４を取り付け可能な拡径部１５を含む。
【００５６】
詳細には、シャフト部１１は、切削工具１０１の軸方向、具体的には長手方向である方向Ｘに沿った一部の領域に、方向Ｘに対して直交する方向である径方向Ｙにおいてシャフト部１１の径を拡大する拡径部１５を含む。
【００５７】
具体的には、拡径部１５の径は、シャフト部１１における拡径部１５以外の部位の径よりも大きい。換言すれば、拡径部１５は、シャフト部１１における拡径部１５以外の部位よりも太い。
【００５８】
切削工具１０１の方向Ｘは、シャフト部１１の中心軸１７に沿っている。たとえば、切削工具１０１の方向Ｘおよびシャフト部１１の中心軸１７は、互いに平行である。
【００５９】
拡径部１５は、円柱状に形成されている。図１〜図３に示す例では、拡径部１５は、円柱の一部が除去された形状である。本明細書においては、円柱だけでなく、円柱の一部が除去された形状についても円柱状と称する。具体的には、拡径部１５は、円柱内におけるシャフト部１１の中心軸１７に対して平行でかつ平坦な表面５５を有する。拡径部１５は、表面５５に対して中心軸１７の反対側の部分が円柱から除去された形状である。なお、拡径部１５の径は、中心軸１７方向視で、中心軸１７を通り、拡径部１５の周面上に両端がある線分のうち最大のものを言う。図１〜図３に示す例では、拡径部１５の径は、円柱の一部が除去される前の当該円柱の直径に相当する。
【００６０】
また、拡径部１５は、表面５５の一部において開口し、かつ中心軸１７側に凹む凹部１６を有する。凹部１６は、長方形状に開口している。凹部１６の底面１６１は、表面５５に対して平行な平面である。底面１６１は、中心軸１７に沿って延びるように長方形状に形成されている。表面５５には、複数のねじ穴５７が形成されている。
【００６１】
なお、図１〜図３に示す例では、拡径部１５は１つの表面５５を有しているが、これに限定されるものではない。たとえば、拡径部１５は、中心軸１７に対して互いに反対側に位置する２つの表面５５を有する構成であってもよい。このような構成により、拡径部１５のバランスがよくなるため、切削工具１０１の回転時に異常な振動が発生することを防止することができる。
【００６２】
位置変更部５０は、シャフト部１１における各加速度センサ１４の取り付け位置を変更可能である。
【００６３】
具体的には、たとえば、位置変更部５０は、シャフト部１１の軸方向、すなわち、中心軸１７に沿った方向に加速度センサ１４の位置を変更することが可能である。
【００６４】
図１〜図３に示す例では、方向Ｘに沿って並ぶセンサ位置Ａ１、センサ位置Ａ２、センサ位置Ａ３、およびセンサ位置Ａ４が、加速度センサ１４を取り付けることが可能な４つの位置となっている。センサ位置Ａ１、センサ位置Ａ２、センサ位置Ａ３、およびセンサ位置Ａ４は、刃取付部１２に近い側から遠い側へこの順に並んでいる。
【００６５】
位置変更部５０は、センサ位置Ａ１からセンサ位置Ａ４の範囲において、加速度センサ１４の位置を変更できるように構成されている。
【００６６】
具体的には、位置変更部５０は、加速度センサ１４を支持する台座部５１と、凹部１６の底面１６１に形成された複数のねじ穴５３と、ねじ穴５３と螺合する複数の雄ねじ部材５４とを含む。ねじ穴５３の数は、たとえば１０個である。雄ねじ部材５４の数は、１つの加速度センサ１４ごとに４つである。したがって、雄ねじ部材５４の数は、加速度センサ１４の数が２つである場合には８個である。
【００６７】
台座部５１は、板状の部材である。台座部５１には、雄ねじ部材５４の脚部を挿通可能な、図示しない複数の貫通孔が形成される。台座部５１には、たとえば４つの貫通孔が形成される。
【００６８】
ねじ穴５３は、方向Ｘに沿った２つの列において、それぞれ、４つずつ形成されている。各列において、刃取付部１２に近い側から１つ目のねじ穴５３と２つ目のねじ穴５３とが、センサ位置Ａ１に加速度センサ１４を取り付けるために用いられる。
【００６９】
また、各列において、刃取付部１２に近い側から２つ目のねじ穴５３と３つ目のねじ穴５３とが、センサ位置Ａ２に加速度センサ１４を取り付けるために用いられる。
【００７０】
また、各列において、刃取付部１２に近い側から３つ目のねじ穴５３と４つ目のねじ穴５３とが、センサ位置Ａ３に加速度センサ１４を取り付けるために用いられる。
【００７１】
また、各列において、刃取付部１２に近い側から４つ目のねじ穴５３と５つ目のねじ穴５３とが、センサ位置Ａ４に加速度センサ１４を取り付けるために用いられる。
【００７２】
たとえば、センサ位置Ａ１に加速度センサ１４を取り付ける場合には、方向Ｘに沿った各列における、刃取付部１２に近い側から１つ目のねじ穴５３および２つ目のねじ穴５３に、台座部５１の４つの貫通孔を位置合わせした状態において、４つの雄ねじ部材５４と４つのねじ穴５３とを螺合することにより、センサ位置Ａ１に加速度センサ１４が取り付けられる。
【００７３】
そして、加速度センサ１４の取付位置を、センサ位置Ａ１からセンサ位置Ａ２へ移動させる場合には、方向Ｘに沿った各列における、４つの雄ねじ部材５４と４つのねじ穴５３との螺合を解除した後、刃取付部１２に近い側から２つ目のねじ穴５３および３つ目のねじ穴５３に、台座部５１の４つの貫通孔を位置合わせした状態において、４つの雄ねじ部材５４と４つのねじ穴５３とを螺合することにより、センサ位置Ａ２に加速度センサ１４が取り付けられる。
【００７４】
図１に示す例では、２つの加速度センサ１４が、センサ位置Ａ１〜センサ位置Ａ４のうちの２つの位置に取り付けられる。具体的には、たとえば、２つの加速度センサ１４が、センサ位置Ａ１およびセンサ位置Ａ４に取り付けられる。
【００７５】
位置変更部５０は、たとえば、シャフト部１１の径方向に加速度センサ１４の位置を変更することが可能である。
【００７６】
図４は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の構成を示す側面図である。詳細には、図４は、位置変更部５０がシャフト部１１の径方向等に加速度センサ１４の位置を変更することが可能であることを示す図である。
【００７７】
図５は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の構成を示す矢視図である。詳細には、図５は、図４におけるＡ方向から見た矢視図である。図６は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の構成を示す矢視図である。詳細には、図６は、図４におけるＢ方向から見た矢視図である。
【００７８】
図４〜図６を参照して、位置変更部５０は、さらに、位置変更板５６と、雄ねじ部材５８とを含む。位置変更板５６は、図１に示す拡径部１５の表面５５に固定される。位置変更板５６が表面５５に固定されることにより、拡径部１５の凹部１６が塞がれる。
【００７９】
図４〜図６に示す位置変更板５６は、たとえば、長方形状に形成された板状部材である。位置変更板５６は、図１に示す拡径部１５の表面５５のサイズに一致したサイズを有し、かつ所定の厚みを有する。
【００８０】
図４〜図６に示す例では、方向Ｘに沿って並ぶセンサ位置Ａ５、センサ位置Ａ６、センサ位置Ａ７、およびセンサ位置Ａ８は、位置変更板５６に対して拡径部１５の反対側の領域における、加速度センサ１４の新たな４つの取付位置となっている。センサ位置Ａ５、センサ位置Ａ６、センサ位置Ａ７、およびセンサ位置Ａ８は、刃取付部１２に近い側から遠い側へこの順に並んでいる。
【００８１】
位置変更板５６には、図１に示す表面５５に形成された複数のねじ穴５７に対応する位置に形成された、図示しない複数の貫通孔が形成されている。図４に示す例では、当該貫通孔の数は４つである。当該貫通孔は、雄ねじ部材５８の脚部を挿通可能に形成されている。
【００８２】
雄ねじ部材５８は、ねじ穴５７と螺合する。図４に示す例では、雄ねじ部材５８の数は４つである。
【００８３】
また、位置変更板５６には、複数のねじ穴６０が形成されている。雄ねじ部材５４は、ねじ穴６０と螺合する。ねじ穴６０の数は、たとえば１０個である。
【００８４】
各ねじ穴６０は、方向Ｘに沿った２つの列をなすように並んでいる。ねじ穴６０は、各列において、それぞれ、５つずつ形成されている。当該各列において、刃取付部１２に近い側から１つ目のねじ穴６０と２つ目のねじ穴６０とが、センサ位置Ａ５に加速度センサ１４を取り付けるために用いられる。
【００８５】
また、当該各列において、刃取付部１２に近い側から２つ目のねじ穴６０と３つ目のねじ穴６０とが、センサ位置Ａ６に加速度センサ１４を取り付けるために用いられる。
【００８６】
また、当該各列において、刃取付部１２に近い側から３つ目のねじ穴６０と４つ目のねじ穴６０とが、センサ位置Ａ７に加速度センサ１４を取り付けるために用いられる。
【００８７】
また、当該各列において、刃取付部１２に近い側から４つ目のねじ穴６０と５つ目のねじ穴６０とが、センサ位置Ａ８に加速度センサ１４を取り付けるために用いられる。
【００８８】
たとえば、加速度センサ１４の設置位置を、センサ位置Ａ１からセンサ位置Ａ５へ移動させる場合には、まず、方向Ｘに沿った各列における、４つの雄ねじ部材５４と４つのねじ穴５３との螺合を解除する。
【００８９】
次に、拡径部１５の表面５５上に位置変更板５６を配置する。次に、表面５５に形成された４つのねじ穴５７と、位置変更板５６の図示しない貫通孔とを位置合わせした状態において、各ねじ穴５７と雄ねじ部材５８とを螺合することにより、表面５５に位置変更板５６を固定する。
【００９０】
次に、位置変更板５６上に台座部５１を配置する。次に、台座部５１の４つの貫通孔を位置合わせした状態において、刃取付部１２に近い側から１つ目のねじ穴６０および２つ目のねじ穴６０に、４つの雄ねじ部材５４と４つのねじ穴６０とを螺合することにより、センサ位置Ａ５に加速度センサ１４が取り付けられる。
【００９１】
また、加速度センサ１４の設置位置を、センサ位置Ａ５からセンサ位置Ａ６へ移動させる場合には、方向Ｘに沿った各列における、４つの雄ねじ部材５４と４つのねじ穴６０との螺合を解除する。
【００９２】
次に、刃取付部１２に近い側から２つ目のねじ穴６０および３つ目のねじ穴６０に、台座部５１の４つの貫通孔を位置合わせした状態において、４つの雄ねじ部材５４と４つのねじ穴６０とを螺合することにより、センサ位置Ａ６に加速度センサ１４が取り付けられる。
【００９３】
図４〜図６に示す例では、２つの加速度センサ１４が、センサ位置Ａ５〜センサ位置Ａ８のうちの２つの位置に取り付けられる。具体的には、たとえば、２つの加速度センサ１４が、センサ位置Ａ５およびセンサ位置Ａ８に取り付けられる。
【００９４】
また、図４〜図６に示す例では、加速度センサ１４が、センサ位置Ａ１〜センサ位置Ａ４には取り付けられていない。
【００９５】
すなわち、図４〜図６に示す例では、各加速度センサ１４の位置は、図１〜図３に示される例と比べて、シャフト部１１の径方向Ｙにおいてずれている。
【００９６】
具体的には、センサ位置Ａ５に取り付けられている加速度センサ１４およびセンサ位置Ａ８に取り付けられている加速度センサ１４と中心軸１７との距離は、センサ位置Ａ１に取り付けられている加速度センサ１４およびセンサ位置Ａ４に取り付けられている加速度センサ１４と中心軸１７との距離よりも大きい。
【００９７】
図７は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具を模式的に示す側面図である。具体的には、図７は、図１に示す切削工具１０１を片持ち梁とみなした場合の切削工具の模式的側面図である。
【００９８】
図７を参照して、切削工具１０１の端部に位置する刃取付部１２または刃部に、荷重すなわち切削抵抗Ｆ［Ｎ］が加えられる場合を想定する。
【００９９】
また、切削工具１０１の、方向Ｘにおける異なる２つの取付位置Ａ，Ｂに加速度センサ１４を取り付ける場合を想定する。具体的には、取付位置Ａは、取付位置Ｂと比べて刃取付部１２または刃部に近い。取付位置Ａに取り付けられる加速度センサ１４を加速度センサ１４ａと称し、取付位置Ｂに取り付けられる加速度センサ１４を加速度センサ１４ｂと称する。
【０１００】
図８は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具についてシミュレーションを行った結果を示すグラフである。詳細には、図８は、図７に示す切削工具についてシミュレーションを行った結果を示すグラフである。図８における横軸および縦軸は、それぞれ、切削工具１０１すなわち片持ち梁の支点からの距離、および変位量を示している。
【０１０１】
図８は、図７に示す切削工具１０１の刃取付部１２または刃部に切削抵抗Ｆが加えられた場合における、切削工具１０１の変形の度合いを示している。
【０１０２】
図８に示すシミュレーション結果から、切削工具１０１の刃取付部１２または刃部に近いほど、切削工具１０１の変位量が大きくなることが分かる。すなわち、取付位置Ａに発生する変位量Ｄａ［ｍ］は、取付位置Ｂに発生する変位量Ｄｂ［ｍ］と比べて大きい。
【０１０３】
このため、切削工具１０１における加速度センサ１４の取付位置が、刃取付部１２または刃部に近いほど、加速度センサ１４の感度が高くなる。すなわち、取付位置Ａに発生する加速度［ｍ／ｓ＾２］は、取付位置Ｂに発生する加速度［ｍ／ｓ＾２］と比べて大きい。なお、演算子「＾」は、べき乗を表す。
【０１０４】
図９は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具における加速度センサの特性を示す表である。詳細には、図９は、図７に示す取付位置Ａに取り付けられる加速度センサ１４ａおよび取付位置Ｂに取り付けられる加速度センサ１４ｂの特性を示している。
【０１０５】
図９を参照して、「計測範囲」の行には、加速度センサ１４ａの計測範囲Ｒａ［ｍ／ｓ＾２］、および加速度センサ１４ｂの計測範囲Ｒｂ［ｍ／ｓ＾２］が示されている。
【０１０６】
「分解能」の行には、加速度センサ１４ａの分解能ｒａ［ｍ／ｓ＾２］、および加速度センサ１４ｂの分解能ｒｂ［ｍ／ｓ＾２］が示されている。
【０１０７】
「入力に対する計測範囲」の行には、加速度センサ１４ａの、入力に対する計測範囲Ｆｍａ［Ｎ］、すなわち、加速度センサ１４ａが計測可能な加速度に対応する切削抵抗Ｆの最大値と、加速度センサ１４ｂの、入力に対する計測範囲Ｆｍｂ［Ｎ］、すなわち、加速度センサ１４ｂが計測可能な加速度に対応する切削抵抗Ｆの最大値が示されている。
【０１０８】
「入力に対する分解能」の行には、加速度センサ１４ａの、入力に対する分解能Ｕａ、すなわち、加速度センサ１４ａの、切削抵抗Ｆに対する分解能Ｕａ［Ｎ］と、加速度センサ１４ｂの、入力に対する分解能Ｕｂ、すなわち、加速度センサ１４ｂの、切削抵抗Ｆに対する分解能Ｕｂ［Ｎ］とが示されている。
【０１０９】
図８に示すように、変位量Ｄａは、変位量Ｄｂと比べて大きい。したがって、以下の式（１）が成り立つ。
【０１１０】
Ａｂ＝α×Ａａ    （０＜α＜１）    ・・・（１）
【０１１１】
式（１）において、Ａａは取付位置Ａにおいて発生する加速度［ｍ／ｓ＾２］であり、Ａｂは取付位置Ｂにおいて発生する加速度［ｍ／ｓ＾２］であり、αは比例係数である。
【０１１２】
まず、取付位置Ａについて考える。切削抵抗Ｆ［Ｎ］によって発生する加速度Ａａを計測範囲Ｒａ［ｍ／ｓ＾２］において計測することから、入力に対する計測範囲Ｆｍａ［Ｎ］は、以下の式（２）で表される。
【０１１３】
【数１】
0006950856.tif 000002
【０１１４】
取付位置Ｂについても、取付位置Ａと同様の式（３）が成り立つ。
【０１１５】
【数２】
0006950856.tif 000003
【０１１６】
式（１）〜式（３）により、以下の式（４）が成り立つ。式（４）は、入力に対する計測範囲Ｆｍｂ［Ｎ］と、入力に対する計測範囲Ｆｍａ［Ｎ］との関係を表す式である。
【０１１７】
【数３】
0006950856.tif 000004
【０１１８】
また、取付位置Ａについて考える。切削抵抗Ｆ［Ｎ］によって発生する加速度Ａａ［ｍ／ｓ＾２］を分解能ｒａ［ｍ／ｓ＾２］によって計測することから、入力に対する分解能Ｕａ［Ｎ］は、以下の式（５）で表される。
【０１１９】
【数４】
0006950856.tif 000005
【０１２０】
取付位置Ｂについても、取付位置Ａと同様の式（６）が成り立つ。
【０１２１】
【数５】
0006950856.tif 000006
【０１２２】
式（１）、式（５）および式（６）により、以下の式（７）が成り立つ。式（７）は、入力に対する分解能Ｕｂ［Ｎ］と、入力に対する分解能Ｕａ［Ｎ］との関係を表す式である。
【０１２３】
【数６】
0006950856.tif 000007
【０１２４】
図１０は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具における加速度センサの特性を示す表である。具体的には、図１０は、図７に示す取付位置Ｂについての入力に対する計測範囲Ｆｍｂ、および取付位置Ｂについての入力に対する分解能Ｕｂを、それぞれ式（４）および式（７）により置き換えた表である。
【０１２５】
ここで、切削工具１０１の、方向Ｘにおける異なる２つの取付位置Ａ，Ｂに加速度センサ１４を取り付ける場合を想定する。
【０１２６】
この場合、取付位置Ａ，Ｂに同じ性能の加速度センサを取り付けているため、以下の式（８）および式（９）が成り立つ。
【０１２７】
Ｒｂ／Ｒａ＝１    ・・・（８）
【０１２８】
ｒｂ／ｒａ＝１    ・・・（９）
【０１２９】
式（８）および式（９）を、それぞれ式（４）および式（７）に代入する。αは１より小さいことから、以下の式（１０）および式（１１）が成り立つ。
【０１３０】
Ｆｍｂ＞Ｆｍａ    ・・・（１０）
【０１３１】
Ｕｂ＞Ｕａ    ・・・（１１）
【０１３２】
式（１０）および式（１１）から、加速度センサ１４ｂは、加速度センサ１４ａと比べて、入力値すなわち切削抵抗Ｆの計測範囲が広く、かつ分解能が粗いことが分かる。したがって、加速度センサ１４の取付位置によって、入力値に対する加速度センサ１４の感度が変わることが分かる。
【０１３３】
以上のことから、負荷の大きい加工条件下において加速度を計測する場合には、切削工具１０１の支点すなわち根本部に近い側の加速度センサ１４により加速度を計測する一方で、負荷の小さい加工条件下において加速度を計測する場合には、切削工具１０１の端部に近い位置の加速度センサ１４により加速度を計測する。これにより、負荷が大きい場合と小さい場合とで、加速度等の計測対象の大きさに適した計測を行うことができる。
【０１３４】
したがって、切削工具１０１に加えられる負荷の程度に応じて、計測を行う加速度センサ１４を変更することにより、多様な加工条件下において加速度を計測することができる。
【０１３５】
図１１は、本開示の第１の実施の形態に係る切削システムの構成を示す図である。詳細には、図１１は、切削工具が、図１に示す構成要素に加えて、さらに、電池および無線通信装置を備えた状態を示す図である。なお、図１１においては、電池および無線通信装置を想像線である二点鎖線により示している。
【０１３６】
図１１を参照して、切削工具１０１は、図１に示す構成に加えて、さらに、電池２２、無線通信装置２３およびハウジング２４を備える。
【０１３７】
電池２２は、図示しない電力線を介して、加速度センサ１４および無線通信装置２３と接続されている。電池２２は、電力線を介して、加速度センサ１４および無線通信装置２３へ電力を供給する。電力線には、電力供給のオンおよびオフを切り替えるスイッチが設けられている。
【０１３８】
無線通信装置２３は、図示しない信号線を介して、加速度センサ１４と接続されている。加速度センサ１４は、シャフト部１１において生じる加速度を示す計測信号を信号線経由で無線通信装置２３へ出力する。
【０１３９】
無線通信装置２３は、加速度センサ１４から計測信号を受けると、受けた計測信号の示す計測結果を無線信号に含めて外部のパーソナルコンピュータ等の管理装置３０１へ送信する。管理装置３０１は、たとえば、受信した計測結果を蓄積し、蓄積した計測結果を処理する。具体的には、たとえば、管理装置３０１は、受信したセンサ情報が示す計測結果を解析する。
【０１４０】
また、無線通信装置２３は、加速度センサ１４と刃取付部１２または刃部との位置関係、すなわち、切削工具１０１における計測位置と切削位置との位置関係を示す第１の位置情報を、図示しない記憶部から取得して管理装置３０１へ送信する。上記計測位置は、たとえば、加速度センサ１４の位置である。また、上記切削位置は、たとえば、刃取付部１２または刃部の特定の位置である。
【０１４１】
切削工具１０１は、さらに、図示しない操作入力部を備える。当該操作入力部は、ユーザにおいて加速度センサ１４の取付位置を入力可能に構成されている。具体的には、たとえば、当該操作入力部は、ユーザが、センサ位置Ａ１〜Ａ８のうち、加速度センサ１４が取り付けられたセンサ位置を選択することができる操作ボタンである。
【０１４２】
第１の位置情報は、上記操作入力部において入力された加速度センサ１４の取付位置に対応する。
【０１４３】
管理装置３０１は、たとえば、受信した第１の位置情報を蓄積し、蓄積した第１の位置情報を解析する。
【０１４４】
第１の位置情報の示す位置関係は、たとえば、計測位置と切削位置との距離である。なお、第１の位置情報は、これに限定されるものではなく、当該計測位置と当該切削位置との距離、および当該計測位置に対する当該切削位置の方向または当該切削位置に対する当該計測位置の方向を示してもよい。
【０１４５】
また、無線通信装置２３は、加速度センサ１４とシャフト部１１の中心軸１７との位置関係、すなわち、切削工具１０１における計測位置と中心軸１７との位置関係を示す第２の位置情報を、上記記憶部から取得して管理装置３０１へ送信する。第２の位置情報は、上記操作入力部において入力された加速度センサ１４の取付位置に対応する。
【０１４６】
管理装置３０１は、たとえば、受信した第２の位置情報を蓄積し、蓄積した第２の位置情報を解析する。
【０１４７】
第２の位置情報の示す位置関係は、たとえば、計測位置と中心軸１７との距離である。なお、第２の位置情報は、これに限定されるものではなく、当該計測位置と中心軸１７との距離、および中心軸１７に対する当該切削位置の方向または当該切削位置に対する中心軸１７の方向を示してもよい。
【０１４８】
ハウジング２４は、加速度センサ１４、電池２２、無線通信装置２３、電力線および信号線を収容した状態、具体的には、加速度センサ１４等をこれらの下方および側方から覆った状態において、電池２２および無線通信装置２３を保持する。
【０１４９】
図１２は、本開示の第１の実施の形態に係る切削システムにおける管理装置の構成を示す図である。
【０１５０】
図１１および図１２を参照して、切削システム２０１は、フライス盤等の工作機械２０２と、管理装置３０１とを備える。
【０１５１】
工作機械２０２は、切削工具１０１と、切削工具１０１を保持する工具ホルダ２１０と、工具ホルダ２１０を保持する主軸２２０と、主軸２２０に回転力を与える図示しない駆動部と、当該駆動部を制御する図示しない制御部とを備える。駆動部は、主軸２２０および工具ホルダ２１０を介して切削工具１０１を駆動するモータ等である。制御部は、駆動部の回転数等を制御する。
【０１５２】
切削工具１０１は、加速度センサ１４の計測結果を示すセンサ情報を含む無線信号を送信する。
【０１５３】
管理装置３０１は、切削工具１０１からセンサ情報を含む無線信号を受信し、受信したセンサ情報が示す計測結果を処理する。
【０１５４】
具体的には、管理装置３０１は、無線通信部３１と、制御部３２と、表示部３３と、記憶部３５と、操作入力部３６とを含む。
【０１５５】
無線通信部３１は、切削工具１０１の無線通信装置２３と無線による通信を行う。具体的には、無線通信部３１は、切削工具１０１の無線通信装置２３から、センサ情報を含む無線信号を受信して、当該無線信号に含まれるセンサ情報の示す計測結果を記憶部３５に保存する（書き込む）。
【０１５６】
操作入力部３６は、キーボードおよびマウス等のユーザインタフェースを含む。操作入力部３６は、ユーザからの指示およびデータ入力を受け付ける。
【０１５７】
記憶部３５は、たとえば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置を含む。また、たとえば、記憶部３５は、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ−ＲＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）またはＢＤ−ＲＯＭ（Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）  Ｄｉｓｃ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の補助記憶装置を含む。また、たとえば、記憶部３５は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）およびＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の半導体メモリを含む。
【０１５８】
記憶部３５には、制御部３２を動作させるためのプログラムおよびデータ、無線通信部３１が切削工具１０１から受信した計測結果、ならびに制御部３２の解析結果等が保存される。なお、記憶部３５は、管理装置３０１の外部に設けられてもよい。
【０１５９】
制御部３２は、たとえば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）を含む。制御部３２は、記憶部３５に書き込まれた加速度センサ１４の計測結果を解析し、解析結果を記憶部３５に保存する。また、制御部３２は、管理装置３０１における無線通信部３１および表示部３３等の各ユニットの制御を行う。
【０１６０】
表示部３３は、たとえば、ディスプレイである。表示部３３は、記憶部３５に書き込まれた制御部３２の解析結果を表示する。なお、表示部３３は、管理装置３０１の外部に設けられてもよい。
【０１６１】
また、切削システム２０１は、工作機械２０２および管理装置３０１間の距離が長い等の理由により、両者の間において無線信号の送受信を直接行うことが困難である場合には、両者の間に中継装置を備えてもよい。この場合、工作機械２０２は、無線信号を中継装置経由で管理装置３０１へ送信する。
【０１６２】
［処理方法］
本開示の第１の実施の形態に係る切削工具１０１等の切削工具を用いる処理方法について説明する。以下では、一例として、管理装置３０１が切削工具１０１を管理する場合の処理方法について説明する。
【０１６３】
本開示の第１の実施の形態に係る切削システム２０１の管理装置３０１における無線通信部３１は、工作機械２０２に取り付けられた切削工具１０１により切削対象物の切削が行われた際に、各センサの計測結果を記憶部３５に書き込む（蓄積する）。
【０１６４】
制御部３２は、無線通信部３１によって記憶部３５に書き込まれた各センサの計測結果を処理する。
【０１６５】
管理装置３０１は、記憶部３５の一部または全部を含むコンピュータを備え、当該コンピュータにおけるＣＰＵ等の演算処理部は、以下のシーケンス図またはフローチャートの各ステップの一部または全部を含むプログラムを記憶部３５等のメモリから読み出して実行する。この装置のプログラムは、外部からインストールすることができる。この装置のプログラムは、記録媒体に格納された状態で流通する。
【０１６６】
図１３は、本開示の第１の実施の形態に係る処理方法の手順を定めたフローチャートである。
【０１６７】
図１３を参照して、本開示の第１の実施の形態に係る処理方法Ｍは、切削工具１０１等の切削工具を管理する管理装置３０１における処理方法である。図１１〜図１３を参照して、処理方法Ｍについて説明する。
【０１６８】
まず、ユーザは、切削工具１０１のシャフト部１１を、たとえば、工作機械２０２における工具ホルダに固定する。
【０１６９】
次に、電力線に設けられたスイッチをオフからオンへ切り替えることにより、電池２２から各加速度センサ１４および無線通信装置２３へ電力を供給する（ステップＳ１０１）。
【０１７０】
次に、切削工具１０１を回転駆動し、切削対象物を切削することにより、シャフト部１１に切削に伴う加速度が生じる。
【０１７１】
加速度センサ１４は、シャフト部１１において生じた加速度を示す計測信号を無線通信装置２３へ出力する（ステップＳ１０３）。
【０１７２】
次に、無線通信装置２３は、加速度センサ１４から受けた計測信号の示す計測結果および加速度センサ１４の位置情報を無線信号に含めて外部の管理装置３０１へ送信する（ステップＳ１０５）。
【０１７３】
管理装置３０１において、無線通信部３１は、無線通信装置２３から加速度センサ１４の計測結果を示すセンサ情報を含む無線信号を受信し、受信したセンサ情報を記憶部３５に保存する（ステップＳ１０７）。
【０１７４】
制御部３２は、ユーザから操作入力部３６を介して入力された指示に応じて、記憶部３５に書き込まれた計測結果を解析する。なお、制御部３２は、計測結果の解析に限らず、他の種類の処理を行ってもよい（ステップＳ１０９）。
【０１７５】
表示部３３は、制御部３２の解析結果を表示する（ステップＳ１１１）。
【０１７６】
図１４は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具における加速度センサの取り付けの例を示す図である。
【０１７７】
図１４に示す例では、２つの加速度センサ１４のうちの１つが、センサ位置Ａ１〜センサ位置Ａ４のうちの１つの位置に取り付けられ、残りの１つが、センサ位置Ａ５〜センサ位置Ａ８のうちの１つの位置に取り付けられる。具体的には、たとえば、２つの加速度センサ１４が、センサ位置Ａ１およびセンサ位置Ａ５にそれぞれ取り付けられる。
【０１７８】
すなわち、図１４に示す例では、各加速度センサ１４の位置は、互いに、シャフト部１１の径方向Ｙにおいて異なっている。
【０１７９】
具体的には、センサ位置Ａ５に取り付けられている加速度センサ１４と中心軸１７との距離は、センサ位置Ａ１に取り付けられている加速度センサ１４と中心軸１７との距離よりも大きい。
【０１８０】
図１４を参照して、たとえば、加速度センサ１４によって遠心加速度を計測する場合、加速度センサ１４は、計測方向１４２がシャフト部１１の中心軸１７と加速度センサ１４とを結ぶ方向に沿った方向となるように、拡径部１５に取り付けられる。
【０１８１】
遠心加速度ａ［ｍ／ｓ＾２］は、以下の式（１２）で表される。
【０１８２】
ａ＝ｒ×ω＾２    ・・・（１２）
【０１８３】
ここで、ｒはシャフト部１１の中心軸１７および加速度センサ１４間の距離［ｍ］、ωはシャフト部１１の角速度［ｒａｄ／ｓｅｃ］である。また、演算子「＾」は、べき乗を表す。
【０１８４】
すなわち、遠心加速度ａは、距離ｒが大きいほど、大きくなる。このため、加速度センサ１４の取付位置がシャフト部１１の中心軸１７から遠いほど、加速度センサ１４の感度が高くなる。
【０１８５】
以上のことから、シャフト部１１の回転速度が大きい加工条件下において遠心加速度を計測する場合には、シャフト部１１の中心軸１７から近い位置に取り付けられた加速度センサ１４により計測を行う一方で、シャフト部１１の回転速度が小さい加工条件下において遠心加速度を計測する場合には、シャフト部１１の中心軸１７から遠い位置に取り付けられた加速度センサ１４により計測を行う。これにより、前者の場合には意図的に加速度センサ１４の感度を低下させ、後者の場合には意図的に加速度センサ１４の感度を高めることができる。
【０１８６】
したがって、切削工具１０１の回転速度に応じて、計測を行う加速度センサ１４を変更することにより、多様な加工条件下において遠心加速度を計測することができる。
【０１８７】
図１５は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具における加速度センサの取り付けの例を示す図である。
【０１８８】
図１５に示す例では、４つの加速度センサ１４がシャフト部１１に取り付けられている。具体的には、４つの加速度センサ１４のうちの２つが、センサ位置Ａ１〜センサ位置Ａ４のうちの２つの位置に取り付けられ、残りの２つが、センサ位置Ａ５〜センサ位置Ａ８のうちの２つの位置に取り付けられる。
【０１８９】
たとえば、４つの加速度センサ１４が、それぞれ、センサ位置Ａ１、センサ位置Ａ４、センサ位置Ａ５およびセンサ位置Ａ８に取り付けられる。
【０１９０】
すなわち、図１５に示す例では、センサ位置Ａ１に取り付けられた加速度センサ１４およびセンサ位置Ａ４に取り付けられた加速度センサ１４の位置が、方向Ｘにおいて異なっている。また、センサ位置Ａ５に取り付けられた加速度センサ１４およびセンサ位置Ａ８に取り付けられた加速度センサ１４の位置が、方向Ｘにおいて異なっている。
【０１９１】
また、センサ位置Ａ１に取り付けられた加速度センサ１４およびセンサ位置Ａ５に取り付けられた加速度センサ１４が、径方向Ｙにおいて互いの位置が異なっている。また、センサ位置Ａ４に取り付けられた加速度センサ１４およびセンサ位置Ａ８に取り付けられた加速度センサ１４が、径方向Ｙにおいて互いの位置が異なっている。
【０１９２】
なお、各加速度センサ１４の計測範囲は異なってもよい。また、各加速度センサ１４の感度は異なってもよい。
【０１９３】
また、切削工具１０１は、シャフト部１１に拡径部１５が形成されない構成であってもよい。この場合、拡径していないシャフト部１１に凹部１６が形成され、加速度センサ１４は当該凹部１６に取り付けられる。また、拡径していないシャフト部１１の表面に加速度センサ１４が取り付けられてもよい。
【０１９４】
また、切削工具１０１は、シャフト部１１の内部に加速度センサ１４が埋め込まれる構成であってもよい。この場合、たとえば、加速度センサ１４を埋め込む深さを調節することで、径方向Ｙにおいて各加速度センサ１４の位置を異ならせてもよい。
【０１９５】
また、加速度センサ１４は、ねじ部材以外の他の固定部材によりシャフト部１１に取り付けられてもよい。
【０１９６】
また、切削工具１０１は、エンドミル以外の転削工具であってもよく、たとえば、ドリルまたはフライスカッター等の転削工具であってもよい。また、切削工具１０１は、転削工具に限らず、たとえば、バイト等の旋削工具であってもよい。
【０１９７】
また、位置変更部５０は、シャフト部１１の軸方向および径方向のいずれか一方において加速度センサ１４の位置を変更可能な構成であってもよい。
【０１９８】
また、位置変更部５０は、台座部５１を方向Ｘにスライドさせることが可能な図示しないスライド機構を有する構成であってもよい。具体的には、たとえば、シャフト部１１における凹部１６の底面１６１および位置変更板５６に、台座部５１をＸ方向に沿ってスライド移動させることが可能な、図示しないレールまたは溝部が形成される。
【０１９９】
この場合、台座部５１は、レールまたは溝部に沿ってスライド移動することができる。スライド移動した台座部５１は、たとえば、ねじ部材等の固定部材によりシャフト部１１に固定される。
【０２００】
また、切削工具１０１は、無線通信装置２３を備えない構成であってもよい。この場合、たとえば、切削工具１０１は、図示しない記憶部においてセンサ情報等を保存する。そして、たとえば、ユーザは、当該記憶部に保存されたセンサ情報等を、管理装置３０１の記憶部３５に保存する操作を行う。
【０２０１】
図１６は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具の構成の他の例を示す図である。
【０２０２】
拡径部１５の表面５５に取り付けられる位置変更板５６の数は、１つに限定されるものではなく、複数であってもよい。この場合、複数の位置変更板５６は、各位置変更板５６が積層された状態において、拡径部１５の表面５５に取り付けられる。加速度センサ１４は、シャフト部１１の中心軸１７から最も遠い位置にある位置変更板５６に取り付けられる。
【０２０３】
各位置変更板５６は所定の厚みを有しているため、積層する枚数を変更することにより、加速度センサ１４とシャフト部１１の中心軸１７との距離を変更することができる。
【０２０４】
［変形例１］
図１７は、本開示の第１の実施の形態に係る切削システムの変形例１を示す図である。
【０２０５】
図１７を参照して、変形例１に係る切削システム２０３は、図１１に示す工作機械２０２の代わりに工作機械２０４を備える。工作機械２０４は、図１１に示す切削工具１０１の代わりに切削工具１０２を含む。切削工具１０２は、図１１に示す加速度センサ１４の代わりに歪センサ１９を有する。
【０２０６】
すなわち、切削工具１０２は、複数の歪センサ１９を有する。以下、たとえば、歪センサ１９の数が２つである場合について説明する。
【０２０７】
位置変更部５０は、シャフト部１１における歪センサ１９の取付位置を変更可能である。
【０２０８】
具体的には、たとえば、位置変更部５０は、シャフト部１１の軸方向、すなわち、中心軸１７に沿った方向に歪センサ１９の位置を変更することが可能である。
【０２０９】
また、位置変更部５０は、たとえば、シャフト部１１の径方向に沿った方向に歪センサ１９の位置を変更することが可能である。
【０２１０】
位置変更部５０による歪センサ１９の位置の変更方法は、図１１において説明した切削システム２０１における加速度センサ１４の位置の変更方法と同様である。
【０２１１】
切削工具１０２は、歪センサ１９の計測結果を示すセンサ情報を含む無線信号を送信する。
【０２１２】
管理装置３０１は、切削工具１０１からセンサ情報を含む無線信号を受信し、受信したセンサ情報が示す計測結果を処理する。具体的には、たとえば、管理装置３０１は、受信したセンサ情報が示す計測結果を解析する。
【０２１３】
図１８は、本開示の第１の実施の形態の変形例１に係る切削工具を模式的に示す側面図である。具体的には、図１８は、図１７に示す切削工具１０２を片持ち梁とみなした場合の切削工具の模式的側面図である。
【０２１４】
図１８を参照して、切削工具１０２の端部に位置する刃取付部１２または刃部に、負荷すなわち切削抵抗Ｆが加えられる場合を想定する。
【０２１５】
また、切削工具１０２の、方向Ｘにおける異なる２つの取付位置Ａ，Ｂに歪センサ１９を取り付ける場合を想定する。具体的には、取付位置Ａは、取付位置Ｂと比べて刃取付部１２または刃部に近い。取付位置Ａに取り付けられる歪センサを歪センサ１９ａと称し、取付位置Ｂに取り付けられる歪センサを歪センサ１９ｂと称する。
【０２１６】
図１９は、本開示の第１の実施の形態の変形例１における切削工具についてシミュレーションを行った結果を示すグラフである。具体的には、図１９は、図１８に示す切削工具についてシミュレーションを行った結果を示すグラフである。
【０２１７】
図１９における横軸および縦軸は、それぞれ、切削工具１０２を片持ち梁とみなした場合における片持ち梁の支点からの距離、および歪を示している。
【０２１８】
図１９に示すシミュレーション結果から、切削工具１０２の支点に近いほど、換言すれば、刃取付部１２または刃部から遠いほど、切削工具１０２の歪が大きくなることが分かる。すなわち、取付位置Ｂに発生する歪εｂは、取付位置Ａに発生する歪εａと比べて大きい。
【０２１９】
このため、切削工具１０２における歪センサ１９の取付位置が切削工具１０２の支点に近いほど、歪センサ１９の感度が高くなる。
【０２２０】
図２０は、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具における歪センサの特性を示す表である。具体的には、図２０は、図１８に示す取付位置Ａに取り付けられる歪センサ１９ａおよび取付位置Ｂに取り付けられる歪センサ１９ｂの特性を示している。
【０２２１】
図２０を参照して、「計測範囲」の行には、歪センサ１９ａの計測範囲Ｒａ、および歪センサ１９ｂの計測範囲Ｒｂが示されている。
【０２２２】
「分解能」の行には、歪センサ１９ａの分解能ｒａ、および歪センサ１９ｂの分解能ｒｂが示されている。
【０２２３】
「入力に対する計測範囲」の行には、歪センサ１９ａの、入力に対する計測範囲Ｆｍａ、すなわち、歪センサ１９ａが計測可能な歪に対応する切削抵抗Ｆの最大値と、歪センサ１９ｂの、入力に対する計測範囲Ｆｍｂ、すなわち、歪センサ１９ｂが計測可能な歪に対応する切削抵抗Ｆの最大値が示されている。
【０２２４】
「入力に対する分解能」の行には、歪センサ１９ａの、入力に対する分解能Ｕａ、すなわち、歪センサ１９ａの、切削抵抗Ｆに対する分解能Ｕａと、歪センサ１９ｂの、入力に対する分解能Ｕｂ、すなわち、歪センサ１９ｂの、切削抵抗Ｆに対する分解能Ｕｂとが示されている。
【０２２５】
図１９に示すように、歪εａは、歪εｂと比べて大きい。したがって、以下の式（１３）が成り立つ。
【０２２６】
Ａｂ＝α×Ａａ    （１＜α）    ・・・（１３）
【０２２７】
式（１３）において、Ａａは取付位置Ａにおいて発生する歪［με］、Ａｂは取付位置Ｂにおいて発生する歪［με］、αは比例係数である。
【０２２８】
式（１３）におけるαおよび１の大小関係は、式（１）におけるαおよび１の大小関係に対して逆になっている。また、シャフト部１１に歪センサ１９を取り付ける場合においても、式（２）〜式（７）が成り立つ。
【０２２９】
したがって、シャフト部１１に歪センサ１９を取り付ける場合には、シャフト部１１に加速度センサ１４を取り付ける場合と比べて、式（１０）におけるＦｍｂおよびＦｍａの大小関係が逆転するとともに、式（１１）におけるＵｂおよびＵａの大小関係が逆転する。すなわち、以下の式（１４）および式（１５）が成り立つ。
【０２３０】
Ｆｍｂ＜Ｆｍａ    ・・・（１４）
【０２３１】
Ｕｂ＜Ｕａ    ・・・（１５）
【０２３２】
式（１４）および式（１５）から、歪センサ１９ａは、歪センサ１９ｂと比べて、入力値すなわち切削抵抗Ｆの計測範囲が広く、かつ分解能が粗いことが分かる。したがって、歪センサ１９の取付位置によって、入力値に対する歪センサ１９の感度が変わることが分かる。
【０２３３】
以上のことから、負荷の大きい加工条件下において歪を計測する場合には、切削工具１０２の端部に近い位置の歪センサ１９により計測を行う一方で、負荷の小さい加工条件下において歪を計測する場合には、切削工具１０２の支点すなわち根本部に近い位置の歪センサ１９により計測を行う。これにより、負荷が大きい場合と小さい場合とで、歪等の計測対象の大きさに適した計測を行うことができる。
【０２３４】
したがって、切削工具１０２に加えられる負荷の程度に応じて、計測を行う歪センサ１９を変更することにより、多様な加工条件下において歪を計測することができる。
【０２３５】
その他の構成は、上述した切削システム２０１と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。
【０２３６】
［変形例２］
図２１は、本開示の第１の実施の形態の変形例２に係る切削システムを示す図である。
【０２３７】
図２１を参照して、変形例２に係る切削システム２０５は、図１１に示す工作機械２０２の代わりに工作機械２０６を備える。工作機械２０６は、図１１に示す切削工具１０１の代わりに切削工具１０３を含む。切削工具１０３は、図１１に示す加速度センサ１４に加えて、さらに、温度センサ２６および音センサ２７を含む。
【０２３８】
図２１に示す例では、温度センサ２６および音センサ２７は、加速度センサ１４を支持する台座部５１とは別に設けられた台座部５１０に支持される。温度センサ２６および音センサ２７を支持する台座部５１０は、加速度センサ１４を支持する台座部５１とは異なる位置に取り付けられる。たとえば、温度センサ２６および音センサ２７を支持する台座部５１は、雄ねじ部材５４により、センサ位置Ａ７に取り付けられる。
【０２３９】
位置変更部５０は、シャフト部１１における加速度センサ１４、温度センサ２６および音センサ２７の取付位置を変更可能である。
【０２４０】
具体的には、たとえば、位置変更部５０は、シャフト部１１の軸方向、すなわち、中心軸１７に沿った方向において加速度センサ１４、温度センサ２６および音センサ２７の位置を変更することが可能である。
【０２４１】
また、位置変更部５０は、たとえば、シャフト部１１の径方向に沿った方向において加速度センサ１４、温度センサ２６および音センサ２７の位置を変更することが可能である。
【０２４２】
切削工具１０３は、加速度センサ１４、温度センサ２６および音センサ２７の各計測結果を示すセンサ情報を含む無線信号を送信する。
【０２４３】
管理装置３０１は、切削工具１０１からセンサ情報を含む無線信号を受信し、受信したセンサ情報が示す各計測結果を処理する。具体的には、たとえば、管理装置３０１は、受信したセンサ情報が示す各計測結果を解析する。
【０２４４】
なお、切削工具１０３は、温度センサ２６および音センサ２７のいずれか一方を含まない構成であってもよい。また、切削工具１０３は、歪センサ１９を含む構成であってもよい。要するに、切削工具１０３は、加速度センサ１４に加えて、歪センサ１９、温度センサ２６および音センサ２７のうちの少なくともいずれか１つを含む構成であってもよい。
【０２４５】
その他の構成は、上述した切削システム２０１と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。
【０２４６】
ところで、切削工具にセンサを取り付けることにより、切削工具による加工の状態を示す物理量を計測することができる。このような計測を用いた優れた技術が望まれる。
【０２４７】
これに対して、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具は、シャフト部１１と、シャフト部１１に取り付けられる複数のセンサとを備える。各センサは、加速度センサ１４である。複数のセンサは、各々の位置がシャフト部１１の軸方向およびシャフト部１１の径方向の少なくともいずれか一方において異なるようにシャフト部１１に取り付けられる。
【０２４８】
このように、複数の加速度センサの各々の位置がシャフト部１１の軸方向およびシャフト部１１の径方向の少なくともいずれか一方において異なるように各センサがシャフト部１１に取り付けられる構成により、シャフト部１１への複数のセンサの取付位置の違いに応じて、あるセンサの感度を高めるとともに他のセンサの計測範囲を拡大し、工具全体としてセンシング性能を高めることができる。
【０２４９】
したがって、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具では、切削工具１０１による加工の状態を計測する際に、計測の精度を高めるとともに計測範囲を拡大することができる。
【０２５０】
また、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具では、複数のセンサは、計測範囲および感度が同じである。
【０２５１】
このような構成により、同一のセンサを複数準備すればよいため、切削工具１０１の製造コストを低減することができる。
【０２５２】
また、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具では、複数のセンサの位置は、シャフト部１１の軸方向およびシャフト部１１の径方向の少なくともいずれか一方において異なる。
【０２５３】
このような構成により、シャフト部１１への各センサの取付位置の違いに応じた感度の違いおよび計測範囲の違いと、各センサ間の計測範囲および感度の違いとを組み合わせて、計測の精度をより高めるとともに計測範囲をより拡大することができる。
【０２５４】
また、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具では、複数のセンサは、加速度センサ１４である。加速度センサ１４の計測方向は、シャフト部１１の中心軸１７を法線とする平面１８に沿った方向であって、加速度センサ１４と中心軸１７とを結ぶ直線１４３に対して直交する方向に沿う。
【０２５５】
このような構成により、切削対象物との接触に伴う振動等の加速度を計測することができる。
【０２５６】
また、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具では、切削工具１０１は、さらに、加速度センサ１４とは別のセンサとして、歪センサ１９、温度センサ２６および音センサ２７のうちの少なくともいずれか１つを備える。
【０２５７】
このような構成により、たとえば、シャフト部１１に発生する歪の異常な増大、ならびにシャフト部１１に異常な振動が発生した場合の摩擦熱および異音、のうちの少なくともいずれか１つを検出することができる。
【０２５８】
また、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具では、切削工具１０１は、さらに、無線通信装置２３を備える。無線通信装置２３は、各センサの計測結果を示すセンサ情報を送信する。
【０２５９】
このような構成により、たとえば、受信側の装置において、各センサの計測結果を用いた異常検知等の処理を行うことができる。
【０２６０】
また、本開示の第１の実施の形態に係る切削工具は転削工具である。
【０２６１】
このような構成により、たとえば、転削対象物の転削時に転削工具に発生する加速度の計測の精度を高めるとともに計測範囲を拡大することができる。
【０２６２】
次に、本開示の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【０２６３】
＜第２の実施の形態＞
本開示の第２の実施の形態は、第１の実施の形態に係る切削工具１０１と比べて、複数の加速度センサの特性が互いに異なる切削工具に関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る切削工具１０１と同様である。
【０２６４】
図２２は、本開示の第２の実施の形態に係る切削システムの構成を示す側面図である。
【０２６５】
図２２を参照して、本開示の第２の実施の形態に係る切削システム２０７は、図１１に示す工作機械２０２の代わりに工作機械２０８を備える。工作機械２０８は、図１１に示す切削工具１０１の代わりに切削工具１０４を含む。切削工具１０４は、図１１に示す２つの加速度センサ１４のうちの１つの加速度センサ１４の代わりに加速度センサ１４０を有する。
【０２６６】
すなわち、切削工具１０４は、加速度センサ１４および加速度センサ１４０を備える。加速度センサ１４および加速度センサ１４０は、シャフト部１１に取り付けられる。加速度センサ１４および加速度センサ１４０各々の計測範囲は異なる。また、加速度センサ１４および加速度センサ１４０各々の感度は異なる。さらに、加速度センサ１４および加速度センサ１４０各々の計測対象は同じ種類の物理量である。計測対象の物理量は、たとえば切削工具１０４に生じる歪、切削時の音、切削工具１０４の温度および切削工具１０４の加速度等である。本実施の形態における当該計測対象の物理量は、加速度である。
【０２６７】
加速度センサ１４の感度は、たとえば、加速度センサ１４０の感度より高い。また、加速度センサ１４の計測範囲は、たとえば、加速度センサ１４０の計測範囲より狭い。
【０２６８】
また、加速度センサ１４０の計測範囲は、たとえば、加速度センサ１４の計測範囲の２倍以上である。より詳細には、加速度センサ１４０の計測範囲の上限値と下限値との差分の絶対値が、加速度センサ１４の計測範囲の上限値と下限値との差分の絶対値の２倍以上である。
【０２６９】
また、加速度センサ１４の感度は、たとえば、加速度センサ１４０の感度の２倍以上である。より詳細には、加速度センサ１４からのアナログ出力をＡ／Ｄ変換したときの計測値の最小単位すなわち１ビット分が、加速度センサ１４０からのアナログ出力をＡ／Ｄ変換したときの計測値の最小単位の２倍以上である。
【０２７０】
加速度センサ１４の位置および加速度センサ１４０の位置は、シャフト部１１の軸方向およびシャフト部１１の径方向の少なくともいずれか一方において異なる。
【０２７１】
ここで、切削工具１０４を図７に示す片持ち梁であるとみなした場合を想定する。切削工具１０４では、加速度センサ１４は、加速度センサ１４０と比べて、方向Ｘにおいて刃取付部１２または刃部に近い位置にある。したがって、切削工具１０４における加速度センサ１４は、図７に示す加速度センサ１４ａに対応する。また、切削工具１０４における加速度センサ１４０は、図７に示す加速度センサ１４ｂに対応する。
【０２７２】
加速度センサ１４０の計測範囲が、加速度センサ１４の計測範囲よりも広く、加速度センサ１４０の分解能が、加速度センサ１４の分解能よりも粗い場合、図１０に示す計測範囲Ｒｂは計測範囲Ｒａと比べて大きく、分解能ｒｂは分解能ｒａよりも大きい。これにより、以下の式（１６）および式（１７）が成り立つ。
【０２７３】
Ｒｂ／Ｒａ＞１    ・・・（１６）
【０２７４】
ｒｂ／ｒａ＞１    ・・・（１７）
【０２７５】
式（１）に示すように、αは１より小さいため、式（４）、式（１６）および式（１７）により、以下の式（１８）および式（１９）が成り立つ。
【０２７６】
【数７】
0006950856.tif 000008
【０２７７】
【数８】
0006950856.tif 000009
【０２７８】
式（１８）および式（１９）から、加速度センサ１４の取付位置の影響および加速度センサ１４０の取付位置の影響が、加速度センサ１４および加速度センサ１４０の位置関係が逆または同じ位置である場合と比べてより助長されることが分かる。すなわち、たとえば、取付位置Ｂに取り付けられた加速度センサ１４０の計測範囲がより広くなるとともに、取付位置Ａに取り付けられた加速度センサ１４の分解能がより高くなることが分かる。
【０２７９】
［変形例１］
図２３は、本開示の第２の実施の形態に係る切削システムの変形例１を示す図である。
【０２８０】
図２３を参照して、変形例１に係る切削システム２０９は、図２２に示す工作機械２０８の代わりに工作機械２１１を備える。工作機械２１１は、図２２に示す切削工具１０４の代わりに切削工具１０５を含む。
【０２８１】
切削工具１０５は、図２２に示す加速度センサ１４の代わりに加速度センサ１４０を有し、図２２に示す加速度センサ１４０の代わりに加速度センサ１４を有する。すなわち、図２３に示す切削工具１０５では、切削工具１０４と比べて、加速度センサ１４の位置および加速度センサ１４０の位置が入れ替わっている。
【０２８２】
ここで、切削工具１０５を図７に示す片持ち梁であるとみなした場合を想定する。切削工具１０５では、加速度センサ１４は、加速度センサ１４０と比べて、方向Ｘにおいて刃取付部１２または刃部から遠い位置にある。したがって、切削工具１０５における加速度センサ１４は、図７に示す加速度センサ１４ｂに対応する。また、切削工具１０５における加速度センサ１４０は、図７に示す加速度センサ１４ａに対応する。
【０２８３】
図１０に示す計測範囲Ｒｂと計測範囲Ｒａとの比Ｒｂ／Ｒａがαであり、かつ分解能ｒｂと分解能ｒａとの比ｒｂ／ｒａがαである（以下、条件Ｊとも称する）場合、以下の式（２０）および式（２１）が成り立つ。
【０２８４】
Ｆｍｂ＝Ｆｍａ    ・・・（２０）
【０２８５】
Ｕｂ＝Ｕａ    ・・・（２１）
【０２８６】
式（２０）および式（２１）から、入力値に対する計測範囲および分解能が、取付位置Ａおよび取付位置Ｂにおいて揃うことが分かる。このような構成は、複数の計測位置における同時計測が必要な場合において有効である。たとえば、計測対象の変形モードそのものを把握したい場合、および変形モードの節の部分にどちらかのセンサが配置されても一定の計測性能で計測を継続したい場合がある。厳密に条件Ｊが成立しなくても、このような条件Ｊに近付けることで、同様の効果を奏することができる。
【０２８７】
以上のように、本開示の第２の実施の形態に係る切削工具は、シャフト部１１と、シャフト部１１に取り付けられる複数のセンサを備える。複数のセンサ各々の計測範囲は異なり、複数のセンサ各々の感度は異なり、複数のセンサ各々の計測対象は同じ種類の物理量である。
【０２８８】
このように、シャフト部１１に取り付けられる複数のセンサであって、複数のセンサ各々の計測範囲が異なり、複数のセンサ各々の感度が異なり、複数のセンサ各々の計測対象の物理量が同じである構成により、たとえば、感度が高いセンサおよび計測範囲が広いセンサを用い、各センサの特性を活かした計測を行うことができる。
【０２８９】
したがって、本開示の第２の実施の形態に係る切削工具では、切削工具１０１による加工の状態を計測する際に、計測の精度を高めるとともに計測範囲を拡大することができる。
【０２９０】
また、本開示の第２の実施の形態に係る切削工具では、複数のセンサは、第１のセンサおよび第２のセンサを含む。当該第１のセンサの感度は、当該第２のセンサの感度より高い。当該第１のセンサの計測範囲は、当該第２のセンサの計測範囲より狭い。
【０２９１】
このような構成により、第１のセンサの高い感度および第２のセンサの広い計測範囲を活かした計測を行うことができる。
【０２９２】
また、本開示の第２の実施の形態に係る切削工具では、第１のセンサの感度は、第２のセンサの感度の２倍以上である。第２のセンサの計測範囲は、第１のセンサの計測範囲の２倍以上である。
【０２９３】
このような構成により、シャフト部１１への各センサの取付位置の違いに応じた感度の違いおよび計測範囲の違いと、各センサ自体の計測範囲および感度の違いとを組み合わせて、計測の精度をより高めるとともに計測範囲をより拡大することができる。
【０２９４】
また、本開示の第２の実施の形態に係る切削工具では、複数のセンサの位置は、シャフト部１１の軸方向およびシャフト部１１の径方向の少なくともいずれか一方において異なる。
【０２９５】
このような構成により、たとえば、第１のセンサのより高い感度および第２のセンサのより広い計測範囲を活かした計測を行うことができる。
【０２９６】
なお、加速度センサ１４および加速度センサ１４０は、たとえば、図６に示すセンサ位置Ａ５〜Ａ８のうちのいずれかの異なるセンサ位置に取り付けられてもよい。たとえば、加速度センサ１４がセンサ位置Ａ５に取り付けられ、加速度センサ１４０がセンサ位置Ａ８に取り付けられる構成であってもよい。
【０２９７】
また、加速度センサ１４および加速度センサ１４０のうち、いずれか一方が、たとえば図６に示すセンサ位置Ａ１〜Ａ４のうちのいずれかのセンサ位置に取り付けられ、かつ、他方が、たとえば図６に示すセンサ位置Ａ５〜Ａ８のうちのいずれかのセンサ位置に取り付けられる構成であってもよい。
【０２９８】
また、加速度センサ１４および加速度センサ１４０は、たとえば、図６に示すセンサ位置Ａ１〜Ａ８のうちのいずれかの同じセンサ位置に取り付けられてもよい。
【０２９９】
また、加速度センサ１４０の計測範囲は、加速度センサ１４の計測範囲の２倍未満であってもよい。また、加速度センサ１４の感度は、加速度センサ１４０の感度の２倍未満であってもよい。
【０３００】
また、加速度センサ１４および加速度センサ１４０は、切削工具１０１と切削対象物との接触に伴う振動等の加速度に限らず、切削工具１０１の回転に伴う遠心加速度を計測するセンサであってもよい。
【０３０１】
上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記説明ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【０３０２】
以上の説明は、以下に付記する特徴を含む。
［付記１］
シャフト部と、
前記シャフト部に取り付けられる複数のセンサとを備え、
前記複数のセンサは、加速度センサであり、
前記複数のセンサは、各々の位置が前記シャフト部の軸方向および前記シャフト部の径方向の少なくともいずれか一方において異なるように前記シャフト部に取り付けられ、
前記シャフト部は、前記シャフト部のうちの他の部位よりも径が太く、前記複数のセンサを取り付け可能な拡径部を含み、
前記位置変更部は、前記拡径部における前記センサの取り付け位置を変更可能であり、
前記拡径部は、前記シャフト部の中心軸に対して平行でかつ平坦な表面を有し、
前記拡径部は、前記表面に対して前記中心軸の反対側の部分が除去された形状であり、
前記拡径部は、前記表面の一部において開口し、かつ前記中心軸側に凹む凹部を有し、
前記凹部の底面は、前記表面に対して平行な平面である、切削工具。
【符号の説明】
【０３０３】
１１    シャフト部
１２    刃取付部
１４，１４０，１４ａ，１４ｂ    加速度センサ
１５    拡径部
１７    中心軸
１８    平面
１９，１９ａ，１９ｂ    歪センサ
２２    電池
２３    無線通信装置
２４    ハウジング
２６    温度センサ
２７    音センサ
３１    無線通信部
３２    制御部
３３    表示部
３５    記憶部
３６    操作入力部
５０    位置変更部
５１    台座部
５３，５７，６０    ねじ穴
５４，５８    雄ねじ部材
５５    表面
５６    位置変更板
１０１〜１０５    切削工具
１１１    シャンク
１４３    直線
１６１    底面
２０１，２０３，２０５，２０７，２０９    切削システム
２０２，２０４，２０６，２０８，２１１    工作機械
２１０    工具ホルダ
２２０    主軸
３０１    管理装置
Ａ１〜Ａ８    センサ位置
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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