センサ
【課題】強い振動環境下においても長期にわたって高い測定精度を維持しうる接触センサの提供。
【解決手段】ハウジング４２と、プローブ４４と、プローブ４４に固定され、ハウジング４２の内部に配置される接続子４８と、接続子４８と当接することにより導通する端子４９と、接続子４８が端子４９に当接するようにプローブ４４を付勢する第一付勢手段５３と、第一付勢手段５３による端子４９への接続子４８の当接を解除する解除手段４５と、ハウジング４２の内部であって、少なくとも端子４９と接続子４８との周囲を満たす絶縁性を備えるオイル８０と、オイル８０をハウジング４２内部に留める封止手段７０と、端子４９と接続子４８との当接の解除状態において、ハウジング４２に設けられる保持孔６２と係合し、プローブ４４をハウジング４２に対して固定する固定部材６０と
を備える。
【解決手段】ハウジング４２と、プローブ４４と、プローブ４４に固定され、ハウジング４２の内部に配置される接続子４８と、接続子４８と当接することにより導通する端子４９と、接続子４８が端子４９に当接するようにプローブ４４を付勢する第一付勢手段５３と、第一付勢手段５３による端子４９への接続子４８の当接を解除する解除手段４５と、ハウジング４２の内部であって、少なくとも端子４９と接続子４８との周囲を満たす絶縁性を備えるオイル８０と、オイル８０をハウジング４２内部に留める封止手段７０と、端子４９と接続子４８との当接の解除状態において、ハウジング４２に設けられる保持孔６２と係合し、プローブ４４をハウジング４２に対して固定する固定部材６０と
を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、センサに関し、特に、物との接触をプローブにより検知するセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１０は、一般的な従来のタレット旋盤の一例を示す外観斜視図である。同図に示すようにタレット旋盤１は、主軸２及びタレット３を備える。
【０００３】
主軸２は、ベッド４に設けられる主軸台５に支持され、主軸チャック６にて物（図示せず）を把持し回転する。
【０００４】
タレット３は、タレット刃物台７、インデックス機構８、及びタレットスライド９からなる。
【０００５】
タレット刃物台７は、回転軸の周囲に複数の工具取り付け面１０を有し、インデックス機構８によって回転可能に支持されている。工具取り付け面１０には、バイトやドリルなどの工具１１が工具ステーション１１ａを介して装着される。
【０００６】
なお、主軸２の回転軸とタレット刃物台７の回転軸とを結ぶ直線は、図中に示すＸ軸（水平面内）に平行である。
【０００７】
インデックス機構８は、タレットスライド９に設置され、モータ駆動によって、タレット刃物台７を回転させることで特定の工具取り付け面１０を物側に位置させることができる。
【０００８】
ここで、タレット旋盤などの工作機械には、物を主軸から取り外すことなく機内で物の寸法を計測する機能が設けられることがある。この機能を用いることにより、物を機外に取り出すことなく寸法計測を行えるため、工作機械の作業効率を向上させることができる。また、温度変化などの機内の環境変化による物や機体の変位を計測し工作機械に対する制御量を校正することで高い寸法精度を維持できる。
【０００９】
例えば、タレット刃物台７の工具取り付け面１０に工具ステーション１１ａまたは同様の取付具を介してセンサを取り付け、物１２の直径などを計測する機能を有するタレット旋盤１が存在する。
【００１０】
また、物の直径の両端の位置を計測することで物の直径を直接的に計測する機構を有するタレット旋盤も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１１】
図１１は、物１２の直径を直接的に計測するための機構を備えた従来のタレット刃物台７の一例を示す概要図である。同図（Ａ）は前面図であり、同図（Ｂ）は上面図である。
【００１２】
同図（Ａ）及び同図（Ｂ）に示すタレット旋盤１は、タレット刃物台７の前方でタレット刃物台７の中心の非回転部材に旋回可能に支持されるアーム１５を備えている。また、アーム１５の先端部にはセンサ２０が取り付けられている。
【００１３】
このアーム１５の長さは、タレット刃物台７が主軸２に近接した際に、物１２の直径の両端（Ｐ１とＰ２）のうち、主軸２の回転軸を挟んでタレット刃物台７とは反対側の一端（Ｐ２）の位置をセンサ２０が計測可能な長さである。
【００１４】
タレット旋盤１は、このような構成を採用することにより、同図（Ｂ）に示すように、物１２の直径の両端であるＰ１およびＰ２の位置を計測することができる。このようにして得たＰ１とＰ２との差分から物１２の直径を求めることができる。
【００１５】
これらタレット旋盤での機内計測に利用される従来のセンサ２０の構造について図を参照して説明する。
【００１６】
図１２は、機内計測に利用されるセンサの構造の一例を示す断面図である。
【００１７】
センサ２０は、棒状のプローブの傾動により物との接触を検知するセンサであって、ハウジング２２と、プローブ２４と、接続子２６ａ、２６ｂおよび２６ｃと、端子２８、２９および３０と、バネ２５とを備える。
【００１８】
ハウジング２２は、中空円柱状の筐体であり、内部に各部が収容される。ハウジング２２は、工具ステーション１１１ａなどの取付具に直接に取り付けられる。
【００１９】
プローブ２４は、ハウジング２２の内部から外部にわたって突出状に配置される棒状の剛体であり、ハウジング２２に対して傾動可能に備えられる。
【００２０】
バネ２５は、ハウジング２２の一面に対し、プローブ２４が遠ざかる方向に付勢力を備えている。また、前記付勢力は、接続子２６ａ、２６ｂおよび２６ｃが端子２８、２９および３０のそれぞれに押接されているが、プローブ２４の先端が物１２に僅かに触れただけで、三つある接続子２６ａ、２６ｂおよび２６ｃと端子２８、２９および３０との押接状態の少なくとも一つが解除される程度の付勢力である。
【００２１】
接続子２６ａ（２６ｂ、２６ｃ）は、端子２８（２９、３０）と接触することによって導通を確保することのできる円柱形状の金属部材であり、プローブ２４の中間部に３個固定されている。接続子２６ａ（２６ｂ、２６ｃ）は、プローブ４４の軸に対し垂直に固定されている。接続子２６ａ（２６ｂ、２６ｃ）は、同一の円周上で均等に配置されており、隣接する接続子２６ａおよび２６ｂ（２６ｂおよび２６ｃ、２６ｃおよび２６ａ）が互いになす角は１２０度である。つまり、接続子２６ａ（２６ｂ、２６ｃ）は、プローブ２４の軸に対し放射状均等となるようにプローブ２４に固定されている。
【００２２】
端子２８（２９、３０）は、接続子２６ａ（２６ｂ、２６ｃ）と接触することによって導通を確保する部材であって、Ｖ字状に配置された二つの円柱状の電極２８ａおよび２８ｂ（２９ａおよび２９ｂ、３０ａおよび３０ｂ）で構成されている。二つの電極２８ａおよび２８ｂ（２９ａおよび２９ｂ、３０ａおよび３０ｂ）は相互に絶縁状態で、かつ、ハウジング２２とも絶縁状態となされ、開放部を内側に向けてハウジング２２の内側端面に取り付けられている。端子２８（２９、３０）は、接続子２６ａ（２６ｂ、２６ｃ）に対応する位置に３個配置されている。
【００２３】
次に、センサ２０のセンシング方法を説明する。
【００２４】
センサ２０は、図１３に示すように端子２８を構成する各電極２８ａ（２８ｂ）は隣接する端子２９（３０）を構成する一方の電極２９ａ（３０ａ）と導線３１ａ（３１ｂ）により結線されている。そして、接続子２６ａ（２６ｂ、２６ｃ）が端子２８（２９、３０）に押接されている。そのため、図１４に示すように、二つの電極２８ａおよび２８ｂは、接続子２６ａにより電気的に接続されている。他の端子２９（３０）を構成する二つの電極２９ａおよび２９ｂ（３０ａおよび３０ｂ）も、同様に、接続子２６ｂ（２６ｃ）により電気的に接続されている。以上から、二つの引出線３２ａおよび３２ｂの間は導通状態となっている。
【００２５】
次に、プローブ２４が物１２に接触すると、プローブ２４がハウジング２２に対して傾動する。プローブ２４に固定されている接続子２６ａ（２６ｂ、２６ｃ）の少なくともいずれか一つは、他の接続子２６ｂおよび２６ｃ（２６ｃおよび２６ａ、２６ａおよび２６ｂ）を軸として端子２８（２９、３０）から浮き上がる。これにより二つの電極２８ａおよび２８ｂ（２９ａおよび２９ｂ、３０ａおよび３０ｂ）の間が絶縁状態となり、二つの引出線３２ａおよび３２ｂの間は絶縁状態となる。
【００２６】
従って、二つの引出線３２ａおよび３２ｂの間が絶縁状態か否かを観測しておくことで、プローブ２４と物１２との接触を検知することができる。これにより、タレット旋盤は、センサが物と接触したＸ軸方向の位置を示す情報を取得することができ、取得した位置情報に基づいて物の寸法が計測される。
【００２７】
このような、プローブと物との接触を検出するセンサの内、高精度を要求されるセンサは、ハウジング内部にオイルが封入されることがある。当該オイルは、通電状態にある端子と接続子とが離れる際や接触する際に発生する放電現象を抑制して放電による物理的な損傷を抑制する機能を備える。また、センサの擦れ合う部分の摩擦により発生する微小片が端子と接続子との間に挟まりセンサの精度を低下させる原因となるため、前記オイルは、擦れ合う部分の摩擦を低減し微小片の発生を抑制する機能も備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２８】
【特許文献１】実開平７−３９０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
ところが、前記センサをタレット旋盤などの工作機器に取り付けて用いる場合、センサにオイルが封入されているにもかかわらず、センサの測定精度が低下することを本願発明者らは見いだした。
【００３０】
そして、本願発明者らは鋭意実験と研究の結果、工作機械に取り付けられているセンサには５０Ｇ以上もの強い振動が加えられる場合があり、この強い振動により擦れ合う部分から微小片が発生するばかりでなく、強い振動によって封入されているオイルが攪拌され、オイルが攪拌されることによって微小片が端子や接続子に至るまで浮遊して付着し、センサの測定精度の低下が発生することを見いだすに至った。
【００３１】
本願発明は上記知見に基づきなされたものであり、強い振動が発生する工作機器などに用いられる場合でも長期にわたって高い測定精度を維持することのできるセンサの提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
上記目的を達成するために、本願発明にかかるセンサは、物との接触を検知するセンサであって、中空柱状のハウジングと、前記ハウジングの内部から外部にわたって突出状に配置され、前記ハウジングに対して往復動および傾動可能なプローブと、前記プローブに固定され、前記ハウジングの内部に配置される接続子と、前記ハウジング内部に固定され、前記接続子と当接することにより導通する端子と、前記接続子が前記端子に当接するように前記プローブを付勢する第一付勢手段と、前記第一付勢手段による前記端子への前記接続子の当接を解除する解除手段と、前記ハウジングの内部であって、少なくとも前記端子と前記接続子との周囲を満たす絶縁性を備える液体と、前記液体を前記ハウジング内部に留める封止手段と、前記端子と前記接続子との当接の解除状態において、前記ハウジングに設けられる保持孔と係合し、前記プローブをハウジングに対して固定する固定部材とを備えることを特徴とする。
【００３３】
これにより、センサを使用しない間、プローブを往復動させて端子と接続子との当接状態を解除するとともに、ほとんどの可動部を固定することが可能となる。従って、強い振動が発生してもセンサは、プローブも含めて固定状態となっているため、摩擦などによる微小片の発生を抑制することができる。さらに、微小片が発生したとしても、封入されたオイルにより、微小片が端子や接続子まで到達することを防止することができる。また、封入されたオイルがプローブなどの部材で攪拌されることもないため、オイルの攪拌により微小片が端子や接続子に到達することを防止して、センサの測定精度を高い状態で維持することが可能となる。
【００３４】
前記封止手段は、前記プローブの外周壁に液密状態で取り付けられると共に前記ハウジングに液密状態で取り付けられ、前記プローブとハウジングとの隙間を封止する、可撓性を有する膜部材を備えることが好ましい。
【００３５】
これにより、センサを使用する際にはハウジングに対して突出状態となり、物と接触することで傾動し、センサを使用しない際にはハウジングに対しては半没入状態で固定されるプローブ、つまり、稼働領域が三次元的で広いプローブの動きを阻害することなく、プローブとハウジングとの隙間を封止することが可能となる。
【００３６】
また、前記液体は、１００（ｃＳｔ）以上、２０８（ｃＳｔ）以下（４０℃環境下）の範囲から選定される動粘度を備えることが好ましい。
【００３７】
これにより、センサの測定精度や反応速度の低下を許容範囲に留め、オイルの攪拌による微小片の浮遊を有効に抑止することが可能となる。
【発明の効果】
【００３８】
強い振動が発生する工作機器などに用いられる場合であっても、長期にわたって高い測定精度を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】センサの外観を示す斜視図である。
【図２】センサの内部を模式的に示す断面図である。
【図３】センサの一部を切り欠いて内部を示す斜視図である。
【図４】センサのセンシング状態と、保護状態とを対比して示す図である。
【図５】保護状態のセンサを切り欠いて示す斜視図である。
【図６】センシング状態のセンサを有するセンサモジュールを示す側面図である。
【図７】保護状態のセンサを有するセンサモジュールを示す側面図である。
【図８】封止手段の別態様を切り欠いて示す斜視図である。
【図９】封止手段の別態様の接続部材を示す図である。
【図１０】一般的な従来のタレット旋盤の一例を示す外観斜視図である。
【図１１】物の直径を直接的に計測するための機構を備えた従来のタレット刃物台の一例を示す概要図である。
【図１２】機内計測に利用されるセンサの構造の一例を示す断面図である。
【図１３】端子の結線状態を示す平面図である。
【図１４】端子と接続子の状態を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
次に、本願発明にかかるセンサの実施の形態を説明する。
【００４１】
図１は、センサ４０の外観を示す斜視図である。
【００４２】
センサ４０は、物と接触するプローブの傾動と連動する電気接点の離接を電気的に読み出すことで、センサ４０と物との接触を検知するセンサであって、プローブ４４と、ハウジング４２と、解除手段４５とを備えている。
【００４３】
プローブ４４は、直接物と接触する部材であって、円柱状の部材の先端に部分真球が一体に取り付けられた部材である。プローブ４４は、ハウジング４２の内部からハウジング４２の一端部を通過してハウジング４２の外部に至るまで突出状に配置されている。
【００４４】
ハウジング４２は、タレット刃物台の工具取り付け面に取り付けられる工具ステーションまたは同様の取付具に直接取り付けられ、センサ４０の位置を決定するための部材である。また、ハウジング４２は、内包する電気的な接点やその他機構を保護するための部材であり、両端部の一部が覆われた円筒形状の部材である。
【００４５】
解除手段４５は、後述する第一付勢手段５３による端子と接続子との当接を解除することが可能な部材であって、プローブ４４をハウジング４２に対し往復動させ、プローブ４４をセンシング位置と解除位置とに転換する部材である。解除手段４５は、ハウジング４２の内部からハウジング４２の他端部を通過してハウジング４２の外部に至るまで突出状に配置されている。解除手段４５は、ハウジング４２の外部に、位置決めフランジ４７と、第一係合フランジ４６とを備えている。
【００４６】
係止部としての位置決めフランジ４７は、ハウジング４２の他端部と当接することで、ハウジング４２に対する解除手段４５の位置を決定する部材である。
【００４７】
第一係合フランジ４６は、外部の機構（後述）と係合することで、駆動力を解除手段４５に伝達し、解除手段４５を往復動させるための部材である。
【００４８】
図２は、センサ４０の内部を模式的に示す断面図である。
【００４９】
また、図３は、センサ４０の一部を切り欠いて内部を示す斜視図である。なお、図３はオイルを省略して示している。
【００５０】
同図に示すように、プローブ４４は、ハウジング４２の内部に、接続子４８ａ、４８ｂおよび４８ｃと、第二係合フランジ４４ａとを備えている。また、プローブ４４は、ハウジング４２の外部に、固定部材６０を備えている。ハウジング４２は、自身の内部に、端子４９（５０、５１）を備え、一端部に保持孔６２を備え、他端部には解除手段４５が挿通されている。また、保持孔６２を封止するため、封止手段７０の一つである膜部材７１がプローブ４４とハウジング４２との間に取り付けられている。一方、ハウジング４２と解除手段４５との間には、封止手段７０の一つであるＯリング７２が取り付けられている。
【００５１】
また、ハウジング４２の内部にはオイル８０が充填されている。
【００５２】
解除手段４５は、ハウジング４２の内部に、基板５２と、係合爪５４と、第一付勢手段５３と、第二付勢手段５８とを備えている。
【００５３】
接続子４８ａ（４８ｂ、４８ｃ）は、端子４９（５０、５１）と接触することによって導通を確保することのできる円柱形状の金属部材であり、プローブ４４の中間部に３個固定されている。全ての接続子４８ａ、４８ｂおよび４８ｃは、プローブ４４の軸に対し垂直に固定されている。接続子４８ａ、４８ｂおよび４８ｃは、同一の円周上で均等に配置されており、接続子４８ａ、４８ｂおよび４８ｃが互いになす角は１２０度である。つまり、接続子４８ａ、４８ｂおよび４８ｃは、プローブ４４の軸に対し放射状均等となるようにプローブ４４に固定されている。
【００５４】
第二係合フランジ４４ａは、解除手段４５の係合爪５４と係合し、プローブ４４がハウジング４２に没入する方向の駆動力をプローブ４４に伝達する部材であり、プローブ４４の基端に固定される円盤状の部材である。
【００５５】
固定部材６０は、プローブ４４が解除位置に位置する際に、ハウジング４２に設けられる保持孔６２と嵌り合い、ハウジング４２に対してプローブ４４が固定されるようにする部材である。固定部材６０は、ハウジング４２に向かって縮径する円錐台形状をしており、プローブ４４の中間部に固定されている。
【００５６】
端子４９は、接続子４８ａと接触することによって導通を確保する部材であって、Ｖ字状に配置された二つの円柱状の電極４９ａ、４９ｂで構成されている。二つの電極４９ａ、４９ｂは相互に絶縁状態で、かつ、ハウジング４２とも絶縁状態となされ、開放部をプローブ４４の往復動方向の内側に向けて、ハウジング４２の内側端面に取り付けられている。端子５０及び端子５１も、端子４９と同様の構成および取り付け態様で設けられる部材である。端子４９と端子５０と端子５１とは、それぞれ、接続子４８ａと接続子４８ｂと接続子４８ｃとに対応する位置に配置されている。
【００５７】
保持孔６２は、ハウジング４２の一端面の中央に設けられた孔であり、外方に向けて拡径するテーパー形状となっている。保持孔６２は、固定部材６０と嵌り合う。
【００５８】
基板５２は、ハウジング４２の内部の断面形状に合致しハウジング４２の内径より小さい径の円板部と、位置決めフランジ４７と接続するための接続棒部とを備えている。
【００５９】
係合爪５４は、プローブ４４の基端部にある第二係合フランジ４４ａと係合し、解除手段４５の駆動力をプローブ４４に伝える部材であり、基板５２の周縁部から基板５２の往復同方向に一体に突設される鍵状の部材である。係合爪５４は、基板５２の円板部の周縁部に均等に３個一体に設けられており、それぞれが第二係合フランジ４４ａと係合して、プローブ４４をハウジング４２の軸に沿ってまっすぐ引っ張れるものとなっている。係合爪５４は、位置決めフランジ４７がハウジング４２と当接した状態（センシング位置）では、第二係合フランジ４４ａと係合せず、プローブ４４の傾動を邪魔しないものとなっている。
【００６０】
第一付勢手段５３は、位置決めフランジ４７がハウジング４２と当接した状態（センシング位置）において、接続子４８ａ（４８ｂ、４８ｃ）を端子４９（５０、５１）に緩やかに押接する弦巻ばねである。第一付勢手段５３は、基板５２に対し、プローブ４４が遠ざかる方向に付勢力を備えている。また、前記付勢力は、接続子４８ａ、４８ｂおよび４８ｃが端子４９、５０および５１に押接されているが、プローブ４４の先端が物に僅かに触れただけで、三つある接続子４８ａ、４８ｂおよび４８ｃと端子４９、５０および５１との押接状態の少なくとも一つが解除される程度の付勢力である。
【００６１】
第二付勢手段５８は、位置決めフランジ４７がハウジング４２と当接した状態（センシング位置）を維持するためのものであり、ハウジング４２の他端部内側と、対向する基板５２との間を相互に遠ざかる方向の付勢力を備えている。第二付勢手段５８の付勢力は第一付勢手段５３の付勢力よりも強く、センサ４０に多少の振動が加えられても、センシング位置を維持し得る付勢力を備えている。
【００６２】
オイル８０は、ハウジング４２の内部であって、少なくとも接続子４８ａ（４８ｂ、４８ｃ）と端子４９（５０、５１）との周囲を満たす絶縁性を備える液体である。本実施の形態の場合、オイル８０は、ハウジング４２と、膜部材７１とＯリング７２とで囲われた空間全体に充填されている。具体的にオイル８０は、パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）を用いるのが好ましい。一般的な鉱物油では、酸化によるオイルの劣化が懸念されるからである。つまり、鉱物油が酸化すると粘度が上昇し、接続子４８ａ（４８ｂ、４８ｃ）と端子４９（５０、５１）との接触動作を妨げる可能性が高まるからである。これに対し、パーフルオロポリエーテルは、酸化安定性に優れているため、上記の問題を解決することも可能となる。また、パーフルオロポリエーテルは、化学的に安定であり、膜部材７１やＯリング７２に対して不活性で膜部材７１やＯリング７２などの樹脂やゴム製品を劣化させる可能性が非常に低いという効果を備えている。ちなみに、シリコン系のオイルを使用した場合、残存する低分子シロキサンによって接点部分に絶縁堆積物が生成され、接点障害が引き起こされるが、パーフルオロポリエーテルは、接点部分に堆積物が生成されにくく、障害の発生が少ないなどの利点もある。
【００６３】
また、オイル８０は、１００（ｃＳｔ）以上、２０８（ｃＳｔ）以下（４０℃環境下）の範囲から選定される動粘度となっている。動粘度が２０８（ｃＳｔ）よりも高い場合、接続子４８ａ（４８ｂ、４８ｃ）と端子４９（５０、５１）との相対的な移動が阻害されることとなる、つまり、接点における接触の抵抗となってしまい、センサ４０の測定精度が許容値外となる。また、反応速度も鈍くなる。一方、動粘度が１００（ｃＳｔ）よりも低い場合、振動によりオイル８０が攪拌され易くなり、微小片が接続子４８ａ（４８ｂ、４８ｃ）と端子４９（５０、５１）との間に到達して付着する可能性が高くなるからである。
【００６４】
封止手段７０は、液体としてのオイル８０をハウジング４２の内部に留める機能を有する機構であり、膜部材７１とＯリング７２とを備えている。
【００６５】
膜部材７１は、プローブ４４の外周壁に液密状態で取り付けられると共にハウジング４２に液密状態で取り付けられ、プローブ４４とハウジング４２との隙間を封止する部材であり、可撓性を有している。本実施の形態の場合、膜部材７１は、ベローズ（蛇腹）状に形成されたゴム製の膜であり、プローブ４４がセンシング位置と保護位置との間を往復動する際にも液密状態を維持しながらプローブ４４の動きに追随するものとなっている。また、プローブ４４がセンシング位置に在る場合に、物との接触によるプローブ４４の傾動に対し大きな負荷とならないような柔軟性、伸縮性を備えている。また、膜部材７１自体もオイル８０は透過しないものとなっている。
【００６６】
Ｏリング７２は、解除手段４５と液密状態で摺動を可能とする部材であり、解除手段４５の外周面と接触状態で取り囲む円環状の部材である。また、Ｏリング７２は、ハウジング４２に設けられた円環状の溝にはめ込まれる状態で配置されている。
【００６７】
以上のように、ハウジング４２と封止手段７０とにより、オイル８０を液密状態で封じ込めることが可能となる。
【００６８】
なお、本実施の形態では、ハウジング４２の内部全体にオイル８０を充填したが、本願発明はこれに限定されるものではない。例えば、図８、図９に示すように、基板５２と係合爪５４とを接続する円筒形状の接続部材７３を設け、当該接続部材７３の外周面とハウジング４２の内周面との間にＯリング７２を配置してもかまわない。この場合、オイル８０は、接続子４８ａ（４８ｂ、４８ｃ）と端子４９（５０、５１）との周囲のみを満たすことができる。これにより、第二付勢手段５８等が存在する空間と、接続子４８ａ（４８ｂ、４８ｃ）や端子４９（５０、５１）とが配置される空間とを隔絶することができ、第二付勢手段５８等から発生する微小片の影響を抑制することが可能となる。
【００６９】
次に、センサ４０のセンシング方法を説明する。
【００７０】
センサ４０の解除手段４５がセンシング位置にある場合は、従来のセンサと変わりがない。図１３および図１４を参照して説明したように、二つの引出線間が導通状態と絶縁状態とのいずれであるかを観測しておくことで、プローブ４４と物との接触を検知することができる。
【００７１】
この状態において、オイル８０は、接続子４８ａ（４８ｂ、４８ｃ）と端子４９（５０、５１）との周囲を満たしているため、接続子４８ａ（４８ｂ、４８ｃ）と端子４９（５０、５１）との間の放電の発生を抑制し、接続子４８ａ（４８ｂ、４８ｃ）と端子４９（５０、５１）とが物理的に損傷することを防止している。
【００７２】
次に、センサ４０の保護状態を説明する。
【００７３】
図４は、センサ４０のセンシング状態と、保護状態とを対比して示す図である。同図（ａ）はセンシング状態を示し、同図（ｂ）は保護状態を示している。本図では、端子４９のみを示しており、他の端子５０、５１を省略している。
【００７４】
同図（ａ）に示すように、解除手段４５がセンシング位置にある場合、基板５２等の解除手段４５は、ハウジング４２に対し所定の位置に配置され、第二付勢手段５８により前記位置が固定されている。この状態では、解除手段４５の係合爪５４と第二係合フランジ４４ａとは離隔しており、プローブ４４は第一付勢手段５３により接続子４８ａが端子４９に押接されている。
【００７５】
従って、上述したように、プローブ４４と物との僅かな接触を検出することができる。また、この状態において接続子４８ａ（４８ｂ、４８ｃ）と端子４９（５０、５１）との周囲にはオイル８０が満たされているため、接続子と端子とが離接する際に発生する放電を抑制することができ、放電による接続子と端子との損傷を抑止することが可能となる。
【００７６】
一方、センサ４０を使用しない状態においては、同図（ｂ）に示すように、解除手段４５を解除位置にする。つまり、解除手段４５をハウジング４２に対し引き出した状態とする。これにより、解除手段４５の係合爪５４が第二係合フランジ４４ａと係合して、プローブ４４をハウジング４２に対して没入させ、接続子４８ａと端子４９との接続を強制的に解除する。
【００７７】
これにより、センサ４０に多少の振動が加えられたとしても、接続子４８ａと端子４９
とが擦り合わされることが無いため、接続子４８ａと端子４９とが摩耗することが無くなる。さらに、プローブ４４の固定部材６０と、ハウジング４２の保持孔６２とが嵌り合うため、ハウジング４２に対しプローブ４４が固定され、タレット刃物台が回転し、遠心力や加速度がセンサ４０に加わったとしても、ハウジング４２に対しプローブ４４が揺れ動かないため、接続子４８ａと端子４９とが激しく衝突することもなくなる。
【００７８】
さらに、ハウジング４２の開口部である保持孔６２は、固定部材６０により封止されるため、ハウジング４２内部に封入されるオイル８０は強い振動を受けても攪拌されにくくなる。従って微小片がオイル８０の中を移動することを抑止することができる。さらに、オイル８０は、没入するプローブ４４に追随する膜部材７１の収縮により圧力が高められた状態でハウジング４２内部に封入されるため、より攪拌されにくくなっている。
【００７９】
以上により、センサ４０を保護し、センサ４０の長寿命化を図ることが可能となる。また、長期にわたって高い精度を維持することが可能となる。
【００８０】
なお、図５は、保護状態のセンサ４０をハウジングの一部を切り欠いて示す斜視図である。同図において、オイルの図示を省略している。
【００８１】
同図に示すように、緩衝部材としてのＯリング６４が、固定部材６０に取り付けられており、固定部材６０と保持孔６２とが嵌り合った場合に隙間を埋めている。なお、緩衝部材は、保持孔６２の周縁の内側側面に取り付けられてもよい。
【００８２】
これにより、センシング状態から保護状態に状態を変更する際のプローブ４４とハウジング４２との衝撃を和らげることができ、衝撃などにより微小片が発生するのを防止している。また、保護状態において、ハウジング４２の密閉性を高めており、内部に閉じ込められているオイル８０の攪拌を防止している。
【００８３】
次に、センサ４０のタレット旋盤での利用態様およびセンサ４０を保護状態にするための駆動力の伝達について説明する。
【００８４】
図６は、センシング状態のセンサ４０を有するセンサモジュールを示す側面図である。
【００８５】
図７は、保護状態のセンサ４０を有するセンサモジュールを示す側面図である。
【００８６】
これらの図では、センサ４０を有するセンサモジュール１２０として、タレット刃物台１０７の工具取付面の１つに取り付けられる例を示す。
【００８７】
センサモジュール１２０は、タレット刃物台１０７の径方向に伸縮する機構およびタレット刃物台１０７の工具取付面への取り付け具を有する支柱１２２と、物の寸法を計測するためのセンサ４０と、保護状態のセンサ４０を覆うカバー２２０とを備えている。
【００８８】
つまり、センサ４０はあたかも１つの工具かのような態様でタレット刃物台１０７に取り付けられている。
【００８９】
センサ４０は、支柱頭部１２２ｂに、伸縮方向に対して垂直に取り付けられている。また、センサ４０が備える第一係合フランジ４６に対応する支柱頭部１２２ｂの部分にはレバー部材１８１が軸支されている。このレバー部材１８１の一端部は第一係合フランジ４６とハウジング４２側から当接することができるものとなっている。
【００９０】
一方、支柱脚部１２２ａには、板状のカム部材１８２が取り付けられている。カム部材１８２は、支柱頭部１２２ｂが縮退するにつれて近づいてくるレバー部材１８１の他端部と当接し、当該他端部をハウジング４２側に押し出すことができる形状と剛性を備えた部材である（図７参照）。
【００９１】
以上のようにレバー部材１８１とカム部材１８２とを備えることで、センサモジュール１２０が伸長状態、すなわちセンサ４０によるセンシングが必要な場合は、解除手段４５に外部から駆動力が伝達されていないため、第二付勢手段５８の付勢力により、解除手段４５はセンシング位置で固定され、センサ４０はセンシング状態となる。
【００９２】
一方、センサモジュール１２０が縮退状態、すなわち、センサ４０を振動などから保護する必要がある場合は、エアシリンダ（図示しない）の駆動力がレバー部材１８１を介して解除手段４５に伝達され、解除手段４５は、ハウジング４２に対して引き出される。すなわち解除手段４５はセンサモジュール１２０の縮退に連動して保護位置に配置される。
【００９３】
以上のような構成を採用することで、一つのエアシリンダにより、センサモジュール１２０が備える伸縮機構の伸縮と、センサ４０のセンシング状態と保護状態との転換とを同時に行うことが可能となる。
【００９４】
また、カバー２２０は、支柱１２２の工具取付面への取り付け具に支持軸２３９により軸支して取り付けられる。カバー２２０は、センサ４０がセンシング状態と保護状態とに変更することに連動して開閉する機構を備え、センシング状態では開き、保護状態では閉じている。これにより、保護状態にあるセンサ４０が保護される。
【００９５】
以上、本願発明の一実施の形態に係るセンサについて説明したが、本願発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本願発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものも本願発明の範囲内に含まれる。
【００９６】
例えば、実施の形態の固定部材６０は、保持孔６２と嵌り合う円錐台形状としたが、保持孔６２の径より大きい円盤状であってもよい。この場合、保護状態のプローブ４４は、円盤状の固定部材６０と保持孔６２の周縁部とが当接する部分同士の摩擦力により、移動が抑制される。
【００９７】
また、センサ４０の位置の変更と連動して解除手段４５を操作する必要は無く、解除手段４５を操作できる操作機構を独立して設けても良い。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本願発明に係るセンサは、物との接触を検知するセンサに利用でき、例えば、タレット旋盤やマシニングセンタといった工作機械に利用される物との接触を検知するセンサとして利用できる。
【符号の説明】
【００９９】
４０ センサ
４２ ハウジング
４４ プローブ
４４ａ 第二係合フランジ
４５ 解除手段
４６ 第一係合フランジ
４７ 位置決めフランジ
４８ａ 接続子
４８ｂ 接続子
４８ｃ 接続子
４９ 端子
５０ 端子
５１ 端子
５２ 基板
５３ 第一付勢手段
５４ 係合爪
５８ 第二付勢手段
６０ 固定部材
６２ 保持孔
６４ Ｏリング
７０ 封止手段
７１ 膜部材
７２ Ｏリング
８０ オイル
１０７ タレット刃物台
１２０ センサモジュール
１２２ 支柱
１２２ａ 支柱脚部
１２２ｂ 支柱頭部
１８１ レバー部材
１８２ カム部材
２２０ カバー
２３９ 支持軸
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、センサに関し、特に、物との接触をプローブにより検知するセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１０は、一般的な従来のタレット旋盤の一例を示す外観斜視図である。同図に示すようにタレット旋盤１は、主軸２及びタレット３を備える。
【０００３】
主軸２は、ベッド４に設けられる主軸台５に支持され、主軸チャック６にて物（図示せず）を把持し回転する。
【０００４】
タレット３は、タレット刃物台７、インデックス機構８、及びタレットスライド９からなる。
【０００５】
タレット刃物台７は、回転軸の周囲に複数の工具取り付け面１０を有し、インデックス機構８によって回転可能に支持されている。工具取り付け面１０には、バイトやドリルなどの工具１１が工具ステーション１１ａを介して装着される。
【０００６】
なお、主軸２の回転軸とタレット刃物台７の回転軸とを結ぶ直線は、図中に示すＸ軸（水平面内）に平行である。
【０００７】
インデックス機構８は、タレットスライド９に設置され、モータ駆動によって、タレット刃物台７を回転させることで特定の工具取り付け面１０を物側に位置させることができる。
【０００８】
ここで、タレット旋盤などの工作機械には、物を主軸から取り外すことなく機内で物の寸法を計測する機能が設けられることがある。この機能を用いることにより、物を機外に取り出すことなく寸法計測を行えるため、工作機械の作業効率を向上させることができる。また、温度変化などの機内の環境変化による物や機体の変位を計測し工作機械に対する制御量を校正することで高い寸法精度を維持できる。
【０００９】
例えば、タレット刃物台７の工具取り付け面１０に工具ステーション１１ａまたは同様の取付具を介してセンサを取り付け、物１２の直径などを計測する機能を有するタレット旋盤１が存在する。
【００１０】
また、物の直径の両端の位置を計測することで物の直径を直接的に計測する機構を有するタレット旋盤も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１１】
図１１は、物１２の直径を直接的に計測するための機構を備えた従来のタレット刃物台７の一例を示す概要図である。同図（Ａ）は前面図であり、同図（Ｂ）は上面図である。
【００１２】
同図（Ａ）及び同図（Ｂ）に示すタレット旋盤１は、タレット刃物台７の前方でタレット刃物台７の中心の非回転部材に旋回可能に支持されるアーム１５を備えている。また、アーム１５の先端部にはセンサ２０が取り付けられている。
【００１３】
このアーム１５の長さは、タレット刃物台７が主軸２に近接した際に、物１２の直径の両端（Ｐ１とＰ２）のうち、主軸２の回転軸を挟んでタレット刃物台７とは反対側の一端（Ｐ２）の位置をセンサ２０が計測可能な長さである。
【００１４】
タレット旋盤１は、このような構成を採用することにより、同図（Ｂ）に示すように、物１２の直径の両端であるＰ１およびＰ２の位置を計測することができる。このようにして得たＰ１とＰ２との差分から物１２の直径を求めることができる。
【００１５】
これらタレット旋盤での機内計測に利用される従来のセンサ２０の構造について図を参照して説明する。
【００１６】
図１２は、機内計測に利用されるセンサの構造の一例を示す断面図である。
【００１７】
センサ２０は、棒状のプローブの傾動により物との接触を検知するセンサであって、ハウジング２２と、プローブ２４と、接続子２６ａ、２６ｂおよび２６ｃと、端子２８、２９および３０と、バネ２５とを備える。
【００１８】
ハウジング２２は、中空円柱状の筐体であり、内部に各部が収容される。ハウジング２２は、工具ステーション１１１ａなどの取付具に直接に取り付けられる。
【００１９】
プローブ２４は、ハウジング２２の内部から外部にわたって突出状に配置される棒状の剛体であり、ハウジング２２に対して傾動可能に備えられる。
【００２０】
バネ２５は、ハウジング２２の一面に対し、プローブ２４が遠ざかる方向に付勢力を備えている。また、前記付勢力は、接続子２６ａ、２６ｂおよび２６ｃが端子２８、２９および３０のそれぞれに押接されているが、プローブ２４の先端が物１２に僅かに触れただけで、三つある接続子２６ａ、２６ｂおよび２６ｃと端子２８、２９および３０との押接状態の少なくとも一つが解除される程度の付勢力である。
【００２１】
接続子２６ａ（２６ｂ、２６ｃ）は、端子２８（２９、３０）と接触することによって導通を確保することのできる円柱形状の金属部材であり、プローブ２４の中間部に３個固定されている。接続子２６ａ（２６ｂ、２６ｃ）は、プローブ４４の軸に対し垂直に固定されている。接続子２６ａ（２６ｂ、２６ｃ）は、同一の円周上で均等に配置されており、隣接する接続子２６ａおよび２６ｂ（２６ｂおよび２６ｃ、２６ｃおよび２６ａ）が互いになす角は１２０度である。つまり、接続子２６ａ（２６ｂ、２６ｃ）は、プローブ２４の軸に対し放射状均等となるようにプローブ２４に固定されている。
【００２２】
端子２８（２９、３０）は、接続子２６ａ（２６ｂ、２６ｃ）と接触することによって導通を確保する部材であって、Ｖ字状に配置された二つの円柱状の電極２８ａおよび２８ｂ（２９ａおよび２９ｂ、３０ａおよび３０ｂ）で構成されている。二つの電極２８ａおよび２８ｂ（２９ａおよび２９ｂ、３０ａおよび３０ｂ）は相互に絶縁状態で、かつ、ハウジング２２とも絶縁状態となされ、開放部を内側に向けてハウジング２２の内側端面に取り付けられている。端子２８（２９、３０）は、接続子２６ａ（２６ｂ、２６ｃ）に対応する位置に３個配置されている。
【００２３】
次に、センサ２０のセンシング方法を説明する。
【００２４】
センサ２０は、図１３に示すように端子２８を構成する各電極２８ａ（２８ｂ）は隣接する端子２９（３０）を構成する一方の電極２９ａ（３０ａ）と導線３１ａ（３１ｂ）により結線されている。そして、接続子２６ａ（２６ｂ、２６ｃ）が端子２８（２９、３０）に押接されている。そのため、図１４に示すように、二つの電極２８ａおよび２８ｂは、接続子２６ａにより電気的に接続されている。他の端子２９（３０）を構成する二つの電極２９ａおよび２９ｂ（３０ａおよび３０ｂ）も、同様に、接続子２６ｂ（２６ｃ）により電気的に接続されている。以上から、二つの引出線３２ａおよび３２ｂの間は導通状態となっている。
【００２５】
次に、プローブ２４が物１２に接触すると、プローブ２４がハウジング２２に対して傾動する。プローブ２４に固定されている接続子２６ａ（２６ｂ、２６ｃ）の少なくともいずれか一つは、他の接続子２６ｂおよび２６ｃ（２６ｃおよび２６ａ、２６ａおよび２６ｂ）を軸として端子２８（２９、３０）から浮き上がる。これにより二つの電極２８ａおよび２８ｂ（２９ａおよび２９ｂ、３０ａおよび３０ｂ）の間が絶縁状態となり、二つの引出線３２ａおよび３２ｂの間は絶縁状態となる。
【００２６】
従って、二つの引出線３２ａおよび３２ｂの間が絶縁状態か否かを観測しておくことで、プローブ２４と物１２との接触を検知することができる。これにより、タレット旋盤は、センサが物と接触したＸ軸方向の位置を示す情報を取得することができ、取得した位置情報に基づいて物の寸法が計測される。
【００２７】
このような、プローブと物との接触を検出するセンサの内、高精度を要求されるセンサは、ハウジング内部にオイルが封入されることがある。当該オイルは、通電状態にある端子と接続子とが離れる際や接触する際に発生する放電現象を抑制して放電による物理的な損傷を抑制する機能を備える。また、センサの擦れ合う部分の摩擦により発生する微小片が端子と接続子との間に挟まりセンサの精度を低下させる原因となるため、前記オイルは、擦れ合う部分の摩擦を低減し微小片の発生を抑制する機能も備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２８】
【特許文献１】実開平７−３９０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
ところが、前記センサをタレット旋盤などの工作機器に取り付けて用いる場合、センサにオイルが封入されているにもかかわらず、センサの測定精度が低下することを本願発明者らは見いだした。
【００３０】
そして、本願発明者らは鋭意実験と研究の結果、工作機械に取り付けられているセンサには５０Ｇ以上もの強い振動が加えられる場合があり、この強い振動により擦れ合う部分から微小片が発生するばかりでなく、強い振動によって封入されているオイルが攪拌され、オイルが攪拌されることによって微小片が端子や接続子に至るまで浮遊して付着し、センサの測定精度の低下が発生することを見いだすに至った。
【００３１】
本願発明は上記知見に基づきなされたものであり、強い振動が発生する工作機器などに用いられる場合でも長期にわたって高い測定精度を維持することのできるセンサの提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
上記目的を達成するために、本願発明にかかるセンサは、物との接触を検知するセンサであって、中空柱状のハウジングと、前記ハウジングの内部から外部にわたって突出状に配置され、前記ハウジングに対して往復動および傾動可能なプローブと、前記プローブに固定され、前記ハウジングの内部に配置される接続子と、前記ハウジング内部に固定され、前記接続子と当接することにより導通する端子と、前記接続子が前記端子に当接するように前記プローブを付勢する第一付勢手段と、前記第一付勢手段による前記端子への前記接続子の当接を解除する解除手段と、前記ハウジングの内部であって、少なくとも前記端子と前記接続子との周囲を満たす絶縁性を備える液体と、前記液体を前記ハウジング内部に留める封止手段と、前記端子と前記接続子との当接の解除状態において、前記ハウジングに設けられる保持孔と係合し、前記プローブをハウジングに対して固定する固定部材とを備えることを特徴とする。
【００３３】
これにより、センサを使用しない間、プローブを往復動させて端子と接続子との当接状態を解除するとともに、ほとんどの可動部を固定することが可能となる。従って、強い振動が発生してもセンサは、プローブも含めて固定状態となっているため、摩擦などによる微小片の発生を抑制することができる。さらに、微小片が発生したとしても、封入されたオイルにより、微小片が端子や接続子まで到達することを防止することができる。また、封入されたオイルがプローブなどの部材で攪拌されることもないため、オイルの攪拌により微小片が端子や接続子に到達することを防止して、センサの測定精度を高い状態で維持することが可能となる。
【００３４】
前記封止手段は、前記プローブの外周壁に液密状態で取り付けられると共に前記ハウジングに液密状態で取り付けられ、前記プローブとハウジングとの隙間を封止する、可撓性を有する膜部材を備えることが好ましい。
【００３５】
これにより、センサを使用する際にはハウジングに対して突出状態となり、物と接触することで傾動し、センサを使用しない際にはハウジングに対しては半没入状態で固定されるプローブ、つまり、稼働領域が三次元的で広いプローブの動きを阻害することなく、プローブとハウジングとの隙間を封止することが可能となる。
【００３６】
また、前記液体は、１００（ｃＳｔ）以上、２０８（ｃＳｔ）以下（４０℃環境下）の範囲から選定される動粘度を備えることが好ましい。
【００３７】
これにより、センサの測定精度や反応速度の低下を許容範囲に留め、オイルの攪拌による微小片の浮遊を有効に抑止することが可能となる。
【発明の効果】
【００３８】
強い振動が発生する工作機器などに用いられる場合であっても、長期にわたって高い測定精度を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】センサの外観を示す斜視図である。
【図２】センサの内部を模式的に示す断面図である。
【図３】センサの一部を切り欠いて内部を示す斜視図である。
【図４】センサのセンシング状態と、保護状態とを対比して示す図である。
【図５】保護状態のセンサを切り欠いて示す斜視図である。
【図６】センシング状態のセンサを有するセンサモジュールを示す側面図である。
【図７】保護状態のセンサを有するセンサモジュールを示す側面図である。
【図８】封止手段の別態様を切り欠いて示す斜視図である。
【図９】封止手段の別態様の接続部材を示す図である。
【図１０】一般的な従来のタレット旋盤の一例を示す外観斜視図である。
【図１１】物の直径を直接的に計測するための機構を備えた従来のタレット刃物台の一例を示す概要図である。
【図１２】機内計測に利用されるセンサの構造の一例を示す断面図である。
【図１３】端子の結線状態を示す平面図である。
【図１４】端子と接続子の状態を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
次に、本願発明にかかるセンサの実施の形態を説明する。
【００４１】
図１は、センサ４０の外観を示す斜視図である。
【００４２】
センサ４０は、物と接触するプローブの傾動と連動する電気接点の離接を電気的に読み出すことで、センサ４０と物との接触を検知するセンサであって、プローブ４４と、ハウジング４２と、解除手段４５とを備えている。
【００４３】
プローブ４４は、直接物と接触する部材であって、円柱状の部材の先端に部分真球が一体に取り付けられた部材である。プローブ４４は、ハウジング４２の内部からハウジング４２の一端部を通過してハウジング４２の外部に至るまで突出状に配置されている。
【００４４】
ハウジング４２は、タレット刃物台の工具取り付け面に取り付けられる工具ステーションまたは同様の取付具に直接取り付けられ、センサ４０の位置を決定するための部材である。また、ハウジング４２は、内包する電気的な接点やその他機構を保護するための部材であり、両端部の一部が覆われた円筒形状の部材である。
【００４５】
解除手段４５は、後述する第一付勢手段５３による端子と接続子との当接を解除することが可能な部材であって、プローブ４４をハウジング４２に対し往復動させ、プローブ４４をセンシング位置と解除位置とに転換する部材である。解除手段４５は、ハウジング４２の内部からハウジング４２の他端部を通過してハウジング４２の外部に至るまで突出状に配置されている。解除手段４５は、ハウジング４２の外部に、位置決めフランジ４７と、第一係合フランジ４６とを備えている。
【００４６】
係止部としての位置決めフランジ４７は、ハウジング４２の他端部と当接することで、ハウジング４２に対する解除手段４５の位置を決定する部材である。
【００４７】
第一係合フランジ４６は、外部の機構（後述）と係合することで、駆動力を解除手段４５に伝達し、解除手段４５を往復動させるための部材である。
【００４８】
図２は、センサ４０の内部を模式的に示す断面図である。
【００４９】
また、図３は、センサ４０の一部を切り欠いて内部を示す斜視図である。なお、図３はオイルを省略して示している。
【００５０】
同図に示すように、プローブ４４は、ハウジング４２の内部に、接続子４８ａ、４８ｂおよび４８ｃと、第二係合フランジ４４ａとを備えている。また、プローブ４４は、ハウジング４２の外部に、固定部材６０を備えている。ハウジング４２は、自身の内部に、端子４９（５０、５１）を備え、一端部に保持孔６２を備え、他端部には解除手段４５が挿通されている。また、保持孔６２を封止するため、封止手段７０の一つである膜部材７１がプローブ４４とハウジング４２との間に取り付けられている。一方、ハウジング４２と解除手段４５との間には、封止手段７０の一つであるＯリング７２が取り付けられている。
【００５１】
また、ハウジング４２の内部にはオイル８０が充填されている。
【００５２】
解除手段４５は、ハウジング４２の内部に、基板５２と、係合爪５４と、第一付勢手段５３と、第二付勢手段５８とを備えている。
【００５３】
接続子４８ａ（４８ｂ、４８ｃ）は、端子４９（５０、５１）と接触することによって導通を確保することのできる円柱形状の金属部材であり、プローブ４４の中間部に３個固定されている。全ての接続子４８ａ、４８ｂおよび４８ｃは、プローブ４４の軸に対し垂直に固定されている。接続子４８ａ、４８ｂおよび４８ｃは、同一の円周上で均等に配置されており、接続子４８ａ、４８ｂおよび４８ｃが互いになす角は１２０度である。つまり、接続子４８ａ、４８ｂおよび４８ｃは、プローブ４４の軸に対し放射状均等となるようにプローブ４４に固定されている。
【００５４】
第二係合フランジ４４ａは、解除手段４５の係合爪５４と係合し、プローブ４４がハウジング４２に没入する方向の駆動力をプローブ４４に伝達する部材であり、プローブ４４の基端に固定される円盤状の部材である。
【００５５】
固定部材６０は、プローブ４４が解除位置に位置する際に、ハウジング４２に設けられる保持孔６２と嵌り合い、ハウジング４２に対してプローブ４４が固定されるようにする部材である。固定部材６０は、ハウジング４２に向かって縮径する円錐台形状をしており、プローブ４４の中間部に固定されている。
【００５６】
端子４９は、接続子４８ａと接触することによって導通を確保する部材であって、Ｖ字状に配置された二つの円柱状の電極４９ａ、４９ｂで構成されている。二つの電極４９ａ、４９ｂは相互に絶縁状態で、かつ、ハウジング４２とも絶縁状態となされ、開放部をプローブ４４の往復動方向の内側に向けて、ハウジング４２の内側端面に取り付けられている。端子５０及び端子５１も、端子４９と同様の構成および取り付け態様で設けられる部材である。端子４９と端子５０と端子５１とは、それぞれ、接続子４８ａと接続子４８ｂと接続子４８ｃとに対応する位置に配置されている。
【００５７】
保持孔６２は、ハウジング４２の一端面の中央に設けられた孔であり、外方に向けて拡径するテーパー形状となっている。保持孔６２は、固定部材６０と嵌り合う。
【００５８】
基板５２は、ハウジング４２の内部の断面形状に合致しハウジング４２の内径より小さい径の円板部と、位置決めフランジ４７と接続するための接続棒部とを備えている。
【００５９】
係合爪５４は、プローブ４４の基端部にある第二係合フランジ４４ａと係合し、解除手段４５の駆動力をプローブ４４に伝える部材であり、基板５２の周縁部から基板５２の往復同方向に一体に突設される鍵状の部材である。係合爪５４は、基板５２の円板部の周縁部に均等に３個一体に設けられており、それぞれが第二係合フランジ４４ａと係合して、プローブ４４をハウジング４２の軸に沿ってまっすぐ引っ張れるものとなっている。係合爪５４は、位置決めフランジ４７がハウジング４２と当接した状態（センシング位置）では、第二係合フランジ４４ａと係合せず、プローブ４４の傾動を邪魔しないものとなっている。
【００６０】
第一付勢手段５３は、位置決めフランジ４７がハウジング４２と当接した状態（センシング位置）において、接続子４８ａ（４８ｂ、４８ｃ）を端子４９（５０、５１）に緩やかに押接する弦巻ばねである。第一付勢手段５３は、基板５２に対し、プローブ４４が遠ざかる方向に付勢力を備えている。また、前記付勢力は、接続子４８ａ、４８ｂおよび４８ｃが端子４９、５０および５１に押接されているが、プローブ４４の先端が物に僅かに触れただけで、三つある接続子４８ａ、４８ｂおよび４８ｃと端子４９、５０および５１との押接状態の少なくとも一つが解除される程度の付勢力である。
【００６１】
第二付勢手段５８は、位置決めフランジ４７がハウジング４２と当接した状態（センシング位置）を維持するためのものであり、ハウジング４２の他端部内側と、対向する基板５２との間を相互に遠ざかる方向の付勢力を備えている。第二付勢手段５８の付勢力は第一付勢手段５３の付勢力よりも強く、センサ４０に多少の振動が加えられても、センシング位置を維持し得る付勢力を備えている。
【００６２】
オイル８０は、ハウジング４２の内部であって、少なくとも接続子４８ａ（４８ｂ、４８ｃ）と端子４９（５０、５１）との周囲を満たす絶縁性を備える液体である。本実施の形態の場合、オイル８０は、ハウジング４２と、膜部材７１とＯリング７２とで囲われた空間全体に充填されている。具体的にオイル８０は、パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）を用いるのが好ましい。一般的な鉱物油では、酸化によるオイルの劣化が懸念されるからである。つまり、鉱物油が酸化すると粘度が上昇し、接続子４８ａ（４８ｂ、４８ｃ）と端子４９（５０、５１）との接触動作を妨げる可能性が高まるからである。これに対し、パーフルオロポリエーテルは、酸化安定性に優れているため、上記の問題を解決することも可能となる。また、パーフルオロポリエーテルは、化学的に安定であり、膜部材７１やＯリング７２に対して不活性で膜部材７１やＯリング７２などの樹脂やゴム製品を劣化させる可能性が非常に低いという効果を備えている。ちなみに、シリコン系のオイルを使用した場合、残存する低分子シロキサンによって接点部分に絶縁堆積物が生成され、接点障害が引き起こされるが、パーフルオロポリエーテルは、接点部分に堆積物が生成されにくく、障害の発生が少ないなどの利点もある。
【００６３】
また、オイル８０は、１００（ｃＳｔ）以上、２０８（ｃＳｔ）以下（４０℃環境下）の範囲から選定される動粘度となっている。動粘度が２０８（ｃＳｔ）よりも高い場合、接続子４８ａ（４８ｂ、４８ｃ）と端子４９（５０、５１）との相対的な移動が阻害されることとなる、つまり、接点における接触の抵抗となってしまい、センサ４０の測定精度が許容値外となる。また、反応速度も鈍くなる。一方、動粘度が１００（ｃＳｔ）よりも低い場合、振動によりオイル８０が攪拌され易くなり、微小片が接続子４８ａ（４８ｂ、４８ｃ）と端子４９（５０、５１）との間に到達して付着する可能性が高くなるからである。
【００６４】
封止手段７０は、液体としてのオイル８０をハウジング４２の内部に留める機能を有する機構であり、膜部材７１とＯリング７２とを備えている。
【００６５】
膜部材７１は、プローブ４４の外周壁に液密状態で取り付けられると共にハウジング４２に液密状態で取り付けられ、プローブ４４とハウジング４２との隙間を封止する部材であり、可撓性を有している。本実施の形態の場合、膜部材７１は、ベローズ（蛇腹）状に形成されたゴム製の膜であり、プローブ４４がセンシング位置と保護位置との間を往復動する際にも液密状態を維持しながらプローブ４４の動きに追随するものとなっている。また、プローブ４４がセンシング位置に在る場合に、物との接触によるプローブ４４の傾動に対し大きな負荷とならないような柔軟性、伸縮性を備えている。また、膜部材７１自体もオイル８０は透過しないものとなっている。
【００６６】
Ｏリング７２は、解除手段４５と液密状態で摺動を可能とする部材であり、解除手段４５の外周面と接触状態で取り囲む円環状の部材である。また、Ｏリング７２は、ハウジング４２に設けられた円環状の溝にはめ込まれる状態で配置されている。
【００６７】
以上のように、ハウジング４２と封止手段７０とにより、オイル８０を液密状態で封じ込めることが可能となる。
【００６８】
なお、本実施の形態では、ハウジング４２の内部全体にオイル８０を充填したが、本願発明はこれに限定されるものではない。例えば、図８、図９に示すように、基板５２と係合爪５４とを接続する円筒形状の接続部材７３を設け、当該接続部材７３の外周面とハウジング４２の内周面との間にＯリング７２を配置してもかまわない。この場合、オイル８０は、接続子４８ａ（４８ｂ、４８ｃ）と端子４９（５０、５１）との周囲のみを満たすことができる。これにより、第二付勢手段５８等が存在する空間と、接続子４８ａ（４８ｂ、４８ｃ）や端子４９（５０、５１）とが配置される空間とを隔絶することができ、第二付勢手段５８等から発生する微小片の影響を抑制することが可能となる。
【００６９】
次に、センサ４０のセンシング方法を説明する。
【００７０】
センサ４０の解除手段４５がセンシング位置にある場合は、従来のセンサと変わりがない。図１３および図１４を参照して説明したように、二つの引出線間が導通状態と絶縁状態とのいずれであるかを観測しておくことで、プローブ４４と物との接触を検知することができる。
【００７１】
この状態において、オイル８０は、接続子４８ａ（４８ｂ、４８ｃ）と端子４９（５０、５１）との周囲を満たしているため、接続子４８ａ（４８ｂ、４８ｃ）と端子４９（５０、５１）との間の放電の発生を抑制し、接続子４８ａ（４８ｂ、４８ｃ）と端子４９（５０、５１）とが物理的に損傷することを防止している。
【００７２】
次に、センサ４０の保護状態を説明する。
【００７３】
図４は、センサ４０のセンシング状態と、保護状態とを対比して示す図である。同図（ａ）はセンシング状態を示し、同図（ｂ）は保護状態を示している。本図では、端子４９のみを示しており、他の端子５０、５１を省略している。
【００７４】
同図（ａ）に示すように、解除手段４５がセンシング位置にある場合、基板５２等の解除手段４５は、ハウジング４２に対し所定の位置に配置され、第二付勢手段５８により前記位置が固定されている。この状態では、解除手段４５の係合爪５４と第二係合フランジ４４ａとは離隔しており、プローブ４４は第一付勢手段５３により接続子４８ａが端子４９に押接されている。
【００７５】
従って、上述したように、プローブ４４と物との僅かな接触を検出することができる。また、この状態において接続子４８ａ（４８ｂ、４８ｃ）と端子４９（５０、５１）との周囲にはオイル８０が満たされているため、接続子と端子とが離接する際に発生する放電を抑制することができ、放電による接続子と端子との損傷を抑止することが可能となる。
【００７６】
一方、センサ４０を使用しない状態においては、同図（ｂ）に示すように、解除手段４５を解除位置にする。つまり、解除手段４５をハウジング４２に対し引き出した状態とする。これにより、解除手段４５の係合爪５４が第二係合フランジ４４ａと係合して、プローブ４４をハウジング４２に対して没入させ、接続子４８ａと端子４９との接続を強制的に解除する。
【００７７】
これにより、センサ４０に多少の振動が加えられたとしても、接続子４８ａと端子４９
とが擦り合わされることが無いため、接続子４８ａと端子４９とが摩耗することが無くなる。さらに、プローブ４４の固定部材６０と、ハウジング４２の保持孔６２とが嵌り合うため、ハウジング４２に対しプローブ４４が固定され、タレット刃物台が回転し、遠心力や加速度がセンサ４０に加わったとしても、ハウジング４２に対しプローブ４４が揺れ動かないため、接続子４８ａと端子４９とが激しく衝突することもなくなる。
【００７８】
さらに、ハウジング４２の開口部である保持孔６２は、固定部材６０により封止されるため、ハウジング４２内部に封入されるオイル８０は強い振動を受けても攪拌されにくくなる。従って微小片がオイル８０の中を移動することを抑止することができる。さらに、オイル８０は、没入するプローブ４４に追随する膜部材７１の収縮により圧力が高められた状態でハウジング４２内部に封入されるため、より攪拌されにくくなっている。
【００７９】
以上により、センサ４０を保護し、センサ４０の長寿命化を図ることが可能となる。また、長期にわたって高い精度を維持することが可能となる。
【００８０】
なお、図５は、保護状態のセンサ４０をハウジングの一部を切り欠いて示す斜視図である。同図において、オイルの図示を省略している。
【００８１】
同図に示すように、緩衝部材としてのＯリング６４が、固定部材６０に取り付けられており、固定部材６０と保持孔６２とが嵌り合った場合に隙間を埋めている。なお、緩衝部材は、保持孔６２の周縁の内側側面に取り付けられてもよい。
【００８２】
これにより、センシング状態から保護状態に状態を変更する際のプローブ４４とハウジング４２との衝撃を和らげることができ、衝撃などにより微小片が発生するのを防止している。また、保護状態において、ハウジング４２の密閉性を高めており、内部に閉じ込められているオイル８０の攪拌を防止している。
【００８３】
次に、センサ４０のタレット旋盤での利用態様およびセンサ４０を保護状態にするための駆動力の伝達について説明する。
【００８４】
図６は、センシング状態のセンサ４０を有するセンサモジュールを示す側面図である。
【００８５】
図７は、保護状態のセンサ４０を有するセンサモジュールを示す側面図である。
【００８６】
これらの図では、センサ４０を有するセンサモジュール１２０として、タレット刃物台１０７の工具取付面の１つに取り付けられる例を示す。
【００８７】
センサモジュール１２０は、タレット刃物台１０７の径方向に伸縮する機構およびタレット刃物台１０７の工具取付面への取り付け具を有する支柱１２２と、物の寸法を計測するためのセンサ４０と、保護状態のセンサ４０を覆うカバー２２０とを備えている。
【００８８】
つまり、センサ４０はあたかも１つの工具かのような態様でタレット刃物台１０７に取り付けられている。
【００８９】
センサ４０は、支柱頭部１２２ｂに、伸縮方向に対して垂直に取り付けられている。また、センサ４０が備える第一係合フランジ４６に対応する支柱頭部１２２ｂの部分にはレバー部材１８１が軸支されている。このレバー部材１８１の一端部は第一係合フランジ４６とハウジング４２側から当接することができるものとなっている。
【００９０】
一方、支柱脚部１２２ａには、板状のカム部材１８２が取り付けられている。カム部材１８２は、支柱頭部１２２ｂが縮退するにつれて近づいてくるレバー部材１８１の他端部と当接し、当該他端部をハウジング４２側に押し出すことができる形状と剛性を備えた部材である（図７参照）。
【００９１】
以上のようにレバー部材１８１とカム部材１８２とを備えることで、センサモジュール１２０が伸長状態、すなわちセンサ４０によるセンシングが必要な場合は、解除手段４５に外部から駆動力が伝達されていないため、第二付勢手段５８の付勢力により、解除手段４５はセンシング位置で固定され、センサ４０はセンシング状態となる。
【００９２】
一方、センサモジュール１２０が縮退状態、すなわち、センサ４０を振動などから保護する必要がある場合は、エアシリンダ（図示しない）の駆動力がレバー部材１８１を介して解除手段４５に伝達され、解除手段４５は、ハウジング４２に対して引き出される。すなわち解除手段４５はセンサモジュール１２０の縮退に連動して保護位置に配置される。
【００９３】
以上のような構成を採用することで、一つのエアシリンダにより、センサモジュール１２０が備える伸縮機構の伸縮と、センサ４０のセンシング状態と保護状態との転換とを同時に行うことが可能となる。
【００９４】
また、カバー２２０は、支柱１２２の工具取付面への取り付け具に支持軸２３９により軸支して取り付けられる。カバー２２０は、センサ４０がセンシング状態と保護状態とに変更することに連動して開閉する機構を備え、センシング状態では開き、保護状態では閉じている。これにより、保護状態にあるセンサ４０が保護される。
【００９５】
以上、本願発明の一実施の形態に係るセンサについて説明したが、本願発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本願発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものも本願発明の範囲内に含まれる。
【００９６】
例えば、実施の形態の固定部材６０は、保持孔６２と嵌り合う円錐台形状としたが、保持孔６２の径より大きい円盤状であってもよい。この場合、保護状態のプローブ４４は、円盤状の固定部材６０と保持孔６２の周縁部とが当接する部分同士の摩擦力により、移動が抑制される。
【００９７】
また、センサ４０の位置の変更と連動して解除手段４５を操作する必要は無く、解除手段４５を操作できる操作機構を独立して設けても良い。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本願発明に係るセンサは、物との接触を検知するセンサに利用でき、例えば、タレット旋盤やマシニングセンタといった工作機械に利用される物との接触を検知するセンサとして利用できる。
【符号の説明】
【００９９】
４０ センサ
４２ ハウジング
４４ プローブ
４４ａ 第二係合フランジ
４５ 解除手段
４６ 第一係合フランジ
４７ 位置決めフランジ
４８ａ 接続子
４８ｂ 接続子
４８ｃ 接続子
４９ 端子
５０ 端子
５１ 端子
５２ 基板
５３ 第一付勢手段
５４ 係合爪
５８ 第二付勢手段
６０ 固定部材
６２ 保持孔
６４ Ｏリング
７０ 封止手段
７１ 膜部材
７２ Ｏリング
８０ オイル
１０７ タレット刃物台
１２０ センサモジュール
１２２ 支柱
１２２ａ 支柱脚部
１２２ｂ 支柱頭部
１８１ レバー部材
１８２ カム部材
２２０ カバー
２３９ 支持軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物との接触を検知するセンサであって、
中空柱状のハウジングと、
前記ハウジングの内部から外部にわたって突出状に配置され、前記ハウジングに対して往復動および傾動可能なプローブと、
前記プローブに固定され、前記ハウジングの内部に配置される接続子と、
前記ハウジング内部に固定され、前記接続子と当接することにより導通する端子と、
前記接続子が前記端子に当接するように前記プローブを付勢する第一付勢手段と、
前記第一付勢手段による前記端子への前記接続子の当接を解除する解除手段と、
前記ハウジングの内部であって、少なくとも前記端子と前記接続子との周囲を満たす絶縁性を備える液体と、
前記液体を前記ハウジング内部に留める封止手段と、
前記端子と前記接続子との当接の解除状態において、前記ハウジングに設けられる保持孔と係合し、前記プローブをハウジングに対して固定する固定部材と
を備えるセンサ。
【請求項２】
前記封止手段は、
前記プローブの外周壁に液密状態で取り付けられると共に前記ハウジングに液密状態で取り付けられ、前記プローブとハウジングとの隙間を封止する、可撓性を有する膜部材を備える
請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記液体は、１００（ｃＳｔ）以上、２０８（ｃＳｔ）以下（４０℃環境下）の範囲から選定される動粘度を備える
請求項１に記載のセンサ。
【請求項１】
物との接触を検知するセンサであって、
中空柱状のハウジングと、
前記ハウジングの内部から外部にわたって突出状に配置され、前記ハウジングに対して往復動および傾動可能なプローブと、
前記プローブに固定され、前記ハウジングの内部に配置される接続子と、
前記ハウジング内部に固定され、前記接続子と当接することにより導通する端子と、
前記接続子が前記端子に当接するように前記プローブを付勢する第一付勢手段と、
前記第一付勢手段による前記端子への前記接続子の当接を解除する解除手段と、
前記ハウジングの内部であって、少なくとも前記端子と前記接続子との周囲を満たす絶縁性を備える液体と、
前記液体を前記ハウジング内部に留める封止手段と、
前記端子と前記接続子との当接の解除状態において、前記ハウジングに設けられる保持孔と係合し、前記プローブをハウジングに対して固定する固定部材と
を備えるセンサ。
【請求項２】
前記封止手段は、
前記プローブの外周壁に液密状態で取り付けられると共に前記ハウジングに液密状態で取り付けられ、前記プローブとハウジングとの隙間を封止する、可撓性を有する膜部材を備える
請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記液体は、１００（ｃＳｔ）以上、２０８（ｃＳｔ）以下（４０℃環境下）の範囲から選定される動粘度を備える
請求項１に記載のセンサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１０−２３４４６３（Ｐ２０１０−２３４４６３Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８３７８１（Ｐ２００９−８３７８１）
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【出願人】（０００００６２９７）村田機械株式会社 (4,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【出願人】（０００００６２９７）村田機械株式会社 (4,916)
【Ｆターム（参考）】
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