工作機械の接触検出装置およびスタイラスの先端接触子の製造方法
【課題】先端接触子の呼び半径とスタイラスの実際の移動距離とによって、ワークの寸法計測を正確に行うことができる接触検出装置およびスタイラスの先端接触子の製造方法を提供する。
【解決手段】スタイラス２の先端接触子２１の実際の半径をＲａとしたとき、先端接触子２１の呼び半径Ｒｎに対して、動作遅れ分として、先端接触子２１がワーク１１０に接触した位置から可動接点１１，１２，１３のいずれかが対応する鋼球３１と３２，３３と３４，３５と３６との接触から離れる位置までのスタイラス２の追加移動距離ｄを足したＲａ＝Ｒｎ＋ｄの大きさにする。これにより、先端接触子２１がワーク１１０に接触してから追加移動距離ｄだけスタイラス２をワーク１１０側に移動させることができるので、スタイラス２の移動距離と先端接触子２１の呼び半径とを足すと、実際の移動距離と同じにすることができ、誤差を解消できる。
【解決手段】スタイラス２の先端接触子２１の実際の半径をＲａとしたとき、先端接触子２１の呼び半径Ｒｎに対して、動作遅れ分として、先端接触子２１がワーク１１０に接触した位置から可動接点１１，１２，１３のいずれかが対応する鋼球３１と３２，３３と３４，３５と３６との接触から離れる位置までのスタイラス２の追加移動距離ｄを足したＲａ＝Ｒｎ＋ｄの大きさにする。これにより、先端接触子２１がワーク１１０に接触してから追加移動距離ｄだけスタイラス２をワーク１１０側に移動させることができるので、スタイラス２の移動距離と先端接触子２１の呼び半径とを足すと、実際の移動距離と同じにすることができ、誤差を解消できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、測定対象であるワークとの接触を検出する接触検出装置に関し、特に、工作機械の主軸に取付けられる接触検出装置およびスタイラスの先端接触子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械により加工されるワークに接触したことを検出する接触検出装置の一例が、特開平８−１０８３４９号公報（特許文献１）に記載されている。この接触検出装置は、ワークの芯出しや寸法計測を行なうものである。
【０００３】
図８は特許文献１に記載された従来の接触検出装置の検出装置本体の断面図である。図８において、接触検出装置が取付けられる工作機械の主軸（図示せず）には、検出装置本体１００が取付けられ、検出装置本体１００から突出するように、スタイラス１０１が取付けられている。スタイラス１０１の一端には、図示しないワークに接触する球状の先端接触子１０２が形成されている。スタイラス１０１の他端の基端部１０３には、径方向外方へ突出する３個の可動接点１０４が設けられている。
【０００４】
３個の可動接点１０４は、それぞれが対面する２個１組の鋼球からなる固定接点１０５間に接触して、ばね１０６により軸方向に押圧されている。それによって、スタイラス１０１は、ばね１０６の付勢力に抗して任意の方向に首振り運動可能なように揺動自在に支持される。検出装置本体１００には、電源１０７と、発光体１０８とが内蔵されており、スタイラス１０１の先端接触子１０２がワークに接触したとき、検出装置本体１００の固定接点１０５，可動接点１０４を含む部材で構成される検出回路が閉成され、発光体１０８が点灯する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１０８３４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図９は図８に示した接触検出装置でワーク１１０の位置を検出するときの動作遅れを説明するための図である。図９（Ａ）〜（Ｃ）において、ワーク１１０には、例えば内径６０ｍｍの穴１１１が形成されており、接触検出装置１００はワーク１１０のセンターから穴１１１の内壁方向に移動し、スタイラス１０１の先端接触子１０２が内壁に接触したときにワーク１１０への接触を検出する。
【０００７】
図９において、接触検出装置１００は、図８に示したスタイラス１０１と、先端接触子１０２と、可動接点１０４と、固定接点１０５と、ばね１０６のみを概念的に示している。スタイラス１０１の長さＬは例えば２０ｍｍ、先端接触子１０２の実際の呼び半径Ｒｎは例えば２．０ｍｍに選ばれているものとする。スタイラス１０１がワーク１１０の中心にあるとき、ワーク１１０のセンターとワーク１１０の内壁との距離は３０ｍｍになる。このとき可動接点１０４は固定接点１０５に電気的に接触している。ワーク１１０の半径は、３０ｍｍであり、先端接触子１０２の呼び半径は２．０ｍｍであるので、先端接触子１０２が移動してワーク１１０の内壁に接触するまでのスタイラス１０１の移動距離は２８ｍｍになるはずである。
【０００８】
図９（Ｂ）に示すように、スタイラス１０１をワーク１１０の内壁側に２８ｍｍ移動させて、先端接触子１０２がワーク１１０の内壁に接触したとき、可動接点１０４が固定接点１０５から離れて電気的接続が解除されて、そのときに先端接触子１０２がワーク１１０に接触したことを検出できるのが望ましい。
【０００９】
しかし、可動接点１０４は棒状の部材であり、固定接点１０５は２個の鋼球であり、可動接点１０４は２個の鋼球の間に位置しており、可動接点１０４が固定接点１０５である２個の鋼球に接触しながらわずかに動いても電気的接続が維持されたままになる場合がある。しかも、可動接点１０４は、ばね１０６から与えられる荷重により付勢されて、固定接点１０５に電気的に接触している。このため、先端接触子１０２がワーク１１０の内壁に接触しただけでは、直ちに可動接点１０４が固定接点１０５から離れない。
【００１０】
可動接点１０４を固定接点１０５から離して電気的接触を解除するためには、図９（Ｃ）に示すように、先端接触子１０２がワーク１１０の内壁に接触してから、スタイラス１０１をさらにワーク１１０の内壁側にある程度の距離だけ移動させる必要がある。例えば、この追加移動距離ｄを０．０１０ｍｍとする。本来ならスタイラス１０１の移動距離と先端接触子１０２の呼び半径だけで、ワーク１１０の穴径を計測できるのが好ましい。
【００１１】
ところが、スタイラス１０１の実際の移動距離は、先端接触子１０２がワーク１１０の内壁に接触する地点までの移動距離２８ｍｍに、可動接点１０４を開かせるのに必要な追加移動距離ｄ＝０．０１０ｍｍを足した２８．０１０ｍｍになる。このスタイラス１０１の移動距離２８．０１０ｍｍに、先端接触子１０２の呼び半径２．０ｍｍを足すと、３０．０１０ｍｍになる。この値は、実際の穴１１１の半径３０ｍｍと０．０１０ｍｍ異なっている。理想的には、スタイラス１０１が２８ｍｍ移動したときに可動接点１０４が固定接点１０５から離れるようにするのが好ましい。しかしながら、接触検出装置１００の構造上、０．０１０ｍｍの追加移動距離ｄに対応する動作遅れを回避できない。
【００１２】
そこで、この発明の目的は、先端接触子の呼び半径とスタイラスの実際の移動距離とによって、ワークの寸法計測を正確に行うことができる接触検出装置およびスタイラスの先端接触子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明の接触検出装置は、工作機械の主軸に取付けられる検出装置本体と、検出装置本体に配置される導電性部材からなる固定接点と、検出装置本体に接離可能に保持され、検出対象物であるワークに接触する先端接触子と、固定接点に接離可能に対面する導電性部材からなる可動接点とを含むスタイラスと、可動接点が固定接点に接離したか否かを検出したことに応じて、その状態を外部に報知する報知手段とを備え、先端接触子の実際の半径をＲａ、呼び半径をＲｎとし、先端接触子をワークに接触させる方向にスタイラスを移動させたとき、先端接触子がワークに接触した瞬間におけるスタイラスの位置から可動接点が固定接点から電気的に離れるようにするまでのスタイラスの追加移動距離をｄとすると、Ｒａ＝Ｒｎ＋ｄの関係となるようにしたことを特徴とする。
【００１４】
可動接点が固定接点から離れる動作遅れを見越して先端接触子の径を定めて、先端接触子がワークに接触してから追加移動距離ｄだけスタイラスをワーク側に移動させることにより、先端接触子の呼び半径とスタイラスの実際の移動距離とによって、ワークの寸法計測を正確に行うことができる。
【００１５】
好ましくは、可動接点は、棒状部材からなり、固定接点は、互いに対向して離隔して設けられ、その間で可動接点の棒状部材が接触することにより、可動接点と電気的に接続される１対の接触子を含む。
【００１６】
可動接点が１対の固定接点から離れるのに時間を要しても、先端接触子の実際の半径をＲａ＝Ｒｎ＋ｄとしているので、追加移動距離ｄだけスタイラスをワーク側に移動させることにより、先端接触子の呼び半径とスタイラスの実際の移動距離とによって、ワークの寸法計測を正確に行うことができる。
【００１７】
好ましくは、可動接点を固定接点に所定の荷重を加えて押圧するためのばね部材を含む。可動接点がばね部材の荷重に抗して固定接点から離れるのに時間を要しても、先端接触子の実際の半径をＲａ＝Ｒｎ＋ｄとしているので、追加移動距離ｄだけスタイラスをワーク側に移動させることにより、先端接触子の呼び半径とスタイラスの実際の移動距離とによって、ワークの寸法計測を正確に行うことができる。
【００１８】
この発明の他の局面は、スタイラスの先端接触子の製造方法であって、導電性部材からなる固定接点を工作機械の主軸に取付けられる検出装置本体に備え、スタイラスは検出装置本体に接離可能に保持され、検出対象物であるワークに接触する先端接触子と、固定接点に接離可能に対面する導電性部材からなる可動接点とを含み、先端接触子の実際の半径をＲａ、呼び半径をＲｎとし、実際の半径Ｒａと呼び半径Ｒｎとが同じスタイラスを使用して、先端接触子をワークに接触させる方向にスタイラスを移動させたとき、先端接触子がワークに接触した瞬間におけるスタイラスの位置から可動接点が固定接点から電気的に離れるようにするまでのスタイラスの追加移動距離ｄを測定するステップと、先端接触子の実際の半径Ｒａ＝Ｒｎ＋ｄの関係となるようにスタイラスを製造するステップとを備える。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、先端接触子の実際の半径をＲａ、呼び半径をＲｎとし、先端接触子をワークに接触させる方向にスタイラスを移動させたとき、先端接触子がワークに接触した瞬間におけるスタイラスの位置から可動接点が固定接点から電気的に離れるようにするまでのスタイラスの追加移動距離をｄとすると、Ｒａ＝Ｒｎ＋ｄの関係となるように、可動接点が固定接点から離れる動作遅れを見越して先端接触子の径を定めることにより、先端接触子の呼び半径とスタイラスの実際の移動距離とによって、ワークの寸法計測を正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の一実施形態における工作機械の接触検出装置の一部を破断して示す側面図である。
【図２】（Ａ）は図１の線ＩＩＡ−ＩＩＡに沿って見た断面図であり、（Ｂ）は図２（Ａ）の線ＩＩＢ−ＩＩＢに沿って見た断面図である。
【図３】スタイラスと、可動接点と、固定接点の概要を示す斜視図である。
【図４】この発明の一実施形態における工作機械の接触検出装置の電気回路図である。
【図５】追加移動距離ｄを実測する方法を説明するための図である。
【図６】この発明の一実施形態における接触検出装置によるワークの接触を検出する動作を説明するための図である。
【図７】この発明の他の実施形態における工作機械の接触検出装置の一部を破断して示す側面図である。
【図８】従来の接触検出装置の検出装置本体を示す断面図である。
【図９】従来の接触検出装置によってワークの接触を検出する動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、この発明の一実施形態について説明する。
【実施例】
【００２２】
図１はこの発明の一実施形態における工作機械の接触検出装置の一部を破断して示す側面図であり、図２（Ａ）は図１の線ＩＩＡ−ＩＩＡに沿って見た断面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の線ＩＩＢ−ＩＩＢに沿って見た断面図であり、図３はスタイラスと、可動接点と固定接点の概要を示す斜視図であり、図４は工作機械の接触検出装置の電気接続図である。
【００２３】
図１〜図３において、検出装置本体１は、円筒状であり、図示しない工作機械の主軸に取付けられるものであって、検出装置本体１から突出するようにスタイラス２が取付けられている。検出装置本体１は、ベース部３と、ヘッド部４とを含む。ベース部３には、電池収納部５が形成されており、ここに電池６が収納されている。電池収納部５は、蓋７によって塞がれており、この蓋７の取外しにより電池６の交換が可能にされている。電池収納部５のスタイラス２側には報知手段として作動する発光ダイオード８が収納されている。発光ダイオード８は、接触検出装置がワークを検出すると発光する。ベース部３の側壁には、発光ダイオード８の発光を確認できるように窓９が形成されている。
【００２４】
ヘッド部４は、スタイラス２側の端面が開口された開口部を含み、開口側にスタイラス２が変位可能に取付けられている。スタイラス２は、その先端にワークが接触する球状、円板状または円筒状の先端接触子２１を有する。なお、先端接触子２１は、ワークに接触する接触部を有するものであればよく、形状は問わない。スタイラス２の他端は、検出装置本体１に揺動自在に支持されている。すなわち、スタイラス２の他端には、可動接点保持部１０が設けられている。可動接点保持部１０は、絶縁部材で形成されており、ばね１４によって所定の荷重がかけられることにより、スタイラス２の軸方向に押圧されている。可動接点保持部１０には、図３に示すように、それぞれが等しい角度で離隔され、径方向外方へ突出する３個の可動接点１１，１２，１３が設けられている。可動接点１１，１２，１３は棒状の導電性部材から形成されている。検出装置本体１には、可動接点保持部１０を囲むように基板３０が先端保持部１５にねじ止めされている。
【００２５】
基板３０は、図２（Ａ）および図３に示すように、リング状に形成されている。３個の可動接点１１，１２，１３のそれぞれに対面する１対の固定接点および接触子として作動する導電性部材からなる１対の鋼球３１と３２，３３と３４，３５と３６が基板３０上に配置されている。３個の可動接点１１，１２，１３は、それぞれが各対の鋼球３１と３２，３３と３４，３５と３６に接離可能に設けられており、スタイラス２がワークに接触していないときは、３個の可動接点１１，１２，１３がそれぞれ各対の鋼球３１と３２，３３と３４，３５と３６の間で接触し、スタイラス２がワークに接触すると、いずれかの可動接点が対面する１対の鋼球から離れる方向に移動する。なお、固定接点は１対の鋼球に限ることなく、可動接点１１，１２，１３との接触面が平面状あるいは円弧状の導電性の接触子であってもよい。
【００２６】
スタイラス２の先端接触子２１は、呼び半径Ｒｎに対して実際の半径Ｒａをそれよりもわずかに大きくしている。すなわち、先端接触子２１をワークに接触させる方向にスタイラス２を移動させたとき、先端接触子２１がワークに接触した瞬間におけるスタイラス２の位置から可動接点１１，１２，１３が各対の鋼球３１と３２，３３と３４，３５と３６から電気的に離れるようにするまでのスタイラス２の追加移動距離をｄとすると、Ｒａ＝Ｒｎ＋ｄの関係となるように選ばれている。なお、呼び半径Ｒｎ、実際の半径Ｒａとは、スタイラス２の中心軸から先端接触子２１がワークに接触する外側の接触部までの距離をいうものとする。
【００２７】
可動接点１１，１２，１３が各対の鋼球３１と３２，３３と３４，３５と３６から離れる動作遅れを見越して先端接触子２１の径を定めることにより、スタイラス２をワーク側に移動させたときに、先端接触子２１の呼び半径とスタイラス２の実際の移動距離とにより、ワークの寸法計測を正確に行うためである。
【００２８】
基板３０の鋼球３１，３２が配置される位置には、図２（Ｂ）に示すように、凹部３７，３８が形成されており、凹部３８にはパターン電極４０の一端が形成されている。基板３０の鋼球３１と３２との間には、可動接点１１が基板３０に接しないように、径方向に延びる溝４４が形成されている。パターン電極４０の他端は、隣の１対の鋼球３３，３４のうちの他方の鋼球３３に対応する凹部（図示せず）に延びている。したがって、パターン電極４０は、鋼球３２，３３を電気的に接続している。同様にして、パターン電極４１は、鋼球３４，３５を電気的に接続している。なお、可動接点１２，１３が基板３０に接しないように、可動接点１２，１３に対応して溝４５，４６が基板３０に形成されている。
【００２９】
可動接点１１が鋼球３１，３２に接触し、可動接点１２が鋼球３３，３４に接触し、可動接点１３が鋼球３５，３６に接触しているとき、パターン電極４０，４１，４２，４３は電気回路の一部を構成する。電気回路の途中には、図４に示すように鋼球３１〜３６と電源部としての電池６が直列接続されている。鋼球３１にはパターン電極４２の一端が接続され、パターン電極４２の他端側には抵抗素子２５の一端と、ＮＰＮタイプのトランジスタ２６のベースとが接続されている。トランジスタ２６は、電流増幅率βがたとえば１００以上のものが使用され、ベース電流を１００倍以上に増幅する。トランジスタ２６と抵抗素子２５は電流増幅手段を構成している。
【００３０】
鋼球３６にはパターン電極４３の一端が接続されており、パターン電極４３の他端にはトランジスタ２６のエミッタが接続されている。また、パターン電極４３の他端は検出装置本体１に接地されている。トランジスタ２６のコレクタには、発光ダイオード８のカソードが接続されており、アノードは抵抗素子２５の他端と電池６の＋電極とに接続されている。電池６の−電極は、検出装置本体１に接地されている。
【００３１】
なお、ヘッド部４の開口部には、開口を有する先端保持部１５が設けられており、前述のごとく先端保持部１５に基板３０がねじ止めされる。先端保持部１５は、部材１７に取付けられており、部材１７は部材１８を介してベース部３に装着されている。ヘッド部４には、ゴムなどの可撓性部材から形成されたダイヤフラム１６が設けられている。ヘッド部４内には、スパークの防止などのために電気絶縁油が充填されている。ダイヤフラム１６は、電気絶縁油が外部に漏れるのを防止するとともに、ワークを加工するときの切削水が外部からヘッド部４内に浸入するのを阻止する。ダイヤフラム１６は、可撓性部材から形成されているので、スタイラス２の動きを阻害することはない。
【００３２】
図５は、上記追加移動距離ｄを実測する方法を説明するための図であり、図３に示した可動接点１１，１２，１３と、鋼球３１と３２，３３と３４，３５と３６とを上から見た図である。図５において、ワーク１１０には直径６０ｍｍの穴１１１が形成されており、スタイラス２は穴１１１のセンターに位置している。図５に示すワーク１１０の穴１１１のセンターからスタイラス２をワーク１１０に接触させる方向Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘに移動させたとき、先端接触子２１がワーク１１０に接触した瞬間におけるスタイラス２の位置から可動接点１３が鋼球３５，３６から電気的に離れるようにするまでのスタイラス２の追加移動距離ｄを実測する。
【００３３】
実測の際に使用したスタイラス２は、長さＬ＝２０ｍｍ、先端接触子２１の呼び半径Ｒｎ＝２ｍｍであり、図３に示したばね１４の線径φ＝０．５ｍｍ、巻数１１であり、このばねにより可動接点１１，１２，１３に荷重１．５Ｎを加えたときに追加移動距離ｄを実測した。接触させる方向Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘはそれぞれ９０度異なっている。方向Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘについて追加移動距離ｄを実測した結果、追加移動距離ｄの平均値を０．０１０ｍｍに決定した。
【００３４】
図６は、この発明の一実施形態における接触検出装置によるワークの接触を検出する動作を説明するための図である。図６（Ａ）〜（Ｃ）において、図９の説明と同様にして、ワーク１１０には、例えば内径６０ｍｍの穴１１１が形成されており、スタイラス２がワーク１１０のセンターから穴１１１の内壁方向に移動し、スタイラス２の先端接触子２１が穴１１１の内壁に接触する。
【００３５】
接触検出装置１として、図３に示したスタイラス２と、先端接触子２１と、可動接点１３と、固定接点である鋼球３５，３６と、ばね１４のみを概念的に示している。スタイラス２の長さＬは例えば２０ｍｍである。先端接触子２１の実際の半径Ｒａは、例えば呼び半径２．０ｍｍに、実測した追加移動距離ｄ＝０．０１０ｍｍを足した２．０１０ｍｍに選ばれている。すなわち、実測に使用したスタイラス２の先端接触子２１は、呼び半径が２．０ｍｍであり、これで実測すると０．０１０ｍｍの追加移動距離ｄが必要になったので、実際に使用するスタイラス２の先端接触子２１は、呼び半径２ｍｍとしながらも、実際の半径をＲａ＝Ｒｎ＋ｄ＝２．０１０ｍｍとなるように製造される。
【００３６】
図６（Ａ）に示すように、スタイラス２がワーク１１０の中心にあるときワーク１１０のセンターとワーク１１０の内壁との距離は３０ｍｍになる。このとき可動接点１３は、鋼球３５，３６に電気的に接触している。
【００３７】
図６（Ｂ）に示すように、スタイラス２をワーク１１０の内壁側に移動させて、先端接触子２１がワーク１１０の内壁に接触したとき、ワーク１１０の内壁と先端接触子２１のセンターまでの距離が２．０１０ｍｍであるため、ワーク１１０のセンターからスタイラス２までの移動距離は２７．９９ｍｍになる。このとき、可動接点１３は、２個の鋼球３５，３６の間に位置しているため、先端接触子２１がワーク１１０の内壁に接触しただけでは、可動接点１３は鋼球３５，３６から離れておらず、電気的に接触したままになっている。
【００３８】
図６（Ｃ）に示すように、スタイラス２をさらに追加移動距離ｄ＝０．０１０ｍｍだけワーク１１０側に移動させると可動接点１３が２個の鋼球３５，３６から離れて電気的接続が解除される。このときのスタイラス２のワーク１１０のセンターからの移動距離は、２８ｍｍになり、これに呼び半径２．０ｍｍを足すと、ワーク１１０の穴１１１の半径と正確に一致するので誤差を生じない。
【００３９】
上述の説明では、スタイラス２の長さＬが２０ｍｍの場合を例に説明したが、先端接触子２１の実際の半径Ｒａは、スタイラス２の長さが長くなるにしたがって動作遅れが大きくなるので、その分だけ先端接触子２１の実際の半径Ｒａを大きくすれば動作遅れによる誤差をなくすことができる。例えば、スタイラス２の長さＬが、５０ｍｍのもので実測したときは先端接触子２１の呼び半径Ｒｎ（例えば２ｍｍ）に対して、追加移動距離ｄが０．０４０ｍｍになった。したがって、この追加移動距離ｄを呼び半径Ｒｎに足して実際の半径Ｒａ＝２．０４０ｍｍにすればよい。
【００４０】
なお、接触検出装置の電気的な動作は次のとおりである。スタイラス２の先端接触子２１がワークに接触していない状態では、可動接点１１，１２，１３はそれぞれ対面する各対の鋼球３１と３２、３３と３４、３５と３６に電気的に接触している。このため、鋼球３１〜３６は電気的に接続され、トランジスタ２６のベースは接地される。ベース電位とエミッタ電位はともに接地電位になっているため、ベース電位とエミッタ電位に差が生じないので、トランジスタ２６は導通しない。電池６から抵抗素子２５を介して接地側に電流が流れるが、トランジスタ２６が導通しないため、発光ダイオード８は電流が流れないので発光しない。
【００４１】
スタイラス２の先端接触子２１がワークに接触し、追加移動距離ｄだけスタイラス２を移動させると、可動接点保持部１０で保持されている可動接点１１，１２，１３の少なくともいずれかが対面する各対の鋼球３１と３２，３３と３４，３５と３６との接触から離れる。例えば、可動接点１１が対面する鋼球３１と３２とから離れると、トランジスタ２６のベース電位は接地電位から開放され、電池６の電位が抵抗素子２５を介してトランジスタ２６のベースに印加される。このため、トランジスタ２６は、ベースとエミッタとの間に電位が生じるので導通する。トランジスタ２６は、電流増幅率が高いため、ベース電流が小さくても、コレクタに大きな電流を流すことができるので、発光ダイオード８に大電流を流して発光させることができる。発光ダイオード８が発光している状態は、ベース部３に形成されている窓９を介して確認することができる。
【００４２】
上述のごとく、この発明の一実施形態における工作機械の接触検出装置は、先端接触子２１の実際の半径をＲａとしたとき、先端接触子２１の呼び半径Ｒｎに対して、動作遅れ分として、先端接触子２１がワーク１１０に接触した位置から可動接点１１，１２，１３のいずれかが対応する鋼球３１と３２，３３と３４，３５と３６との接触から離れる位置までのスタイラス２の追加移動距離ｄを足したＲａ＝Ｒｎ＋ｄを実際の半径の大きさにする。これにより、先端接触子２１がワーク１１０に接触した時点で可動接点１１，１２，１３のいずれかが対応する鋼球３１と３２，３３と３４，３５と３６との接触から離すことができるので、スタイラス２の移動距離と先端接触子２１の呼び半径とを足すと、実際の距離と同じにできる。これにより、誤差をなくすことができる。
【００４３】
また、工作機械の接触検出装置は、スタイラス２がワークに接触したことに応じて、可動接点保持部１０により保持されている可動接点１１，１２，１３のいずれかを対面する各対の鋼球３１と３２，３３と３４，３５と３６から離し、電池６から抵抗素子２５を介してトランジスタ２６のベースに所定の電位を供給することができる。これにより、トランジスタ２６が導通し、発光ダイオード８を発光させて、ワークの接触を検知することができる。鋼球３１〜３６の表面に電気絶縁油の皮膜が生じていて通電抵抗が大きくても、ワーク検出時は可動接点１１，１２，１３のいずれかと、対面する各対の鋼球３１と３２，３３と３４，３５と３６の接触を開放するだけであるので、通電抵抗による影響を受けることがない。
【００４４】
また、この発明の一実施形態では、基板３０にパターン電極４０，４１，４２，４３を形成し、抵抗素子２５と、トランジスタ２６とをパターン電極４２，４３に直接接続することにより、一連の回路を１枚の基板３０上に形成できるので、接触検出装置を小型化でき、配線の手間を省くことができるばかりでなく、コストを下げて信頼性の向上を図ることができる。
【００４５】
なお、上述の実施形態では、３個の可動接点１１，１２，１３に対面して各対の鋼球３１と３２、３３と３４、３５と３６を設けたが、少なくとも１個の可動接点と、対面する１対の固定接点があれば、スタイラス２の軸方向の変位を検出することは可能である。
【００４６】
また、上述の実施形態では、スタイラス２がワークに接触したときに発光ダイオード８を発光するようにしたが、スタイラス２がワークに接触していないときに発光ダイオード８を発光させ、ワークに接触したときに消灯させるように回路を構成してもよい。
【００４７】
さらに、上述の実施形態では、トランジスタ２６としてＮＰＮタイプのものを用いたが、ＰＮＰタイプのものを用いてもよい。また、トランジスタ２６と、抵抗素子２５とを集積回路で構成して基板３０上に配置してもよい。
【００４８】
さらに、上述の実施形態では、鋼球３１と３１，３３と３４，３５と３６を使用したが、ニードルローラを使用してもよい。
【００４９】
また、上述の実施形態は、可動接点１１，１２，１３をスタイラス２に対して、径方向外方へ突出するように配置し、鋼球３１〜３６をスタイラス２の軸周りに配置し、スタイラス２を軸方向に変位させるようにしたが、可動接点１１，１２，１３と鋼球３１〜３６とをスタイラス２に対して平行に配置し、可動接点１１，１２，１３が鋼球３１〜３６に接触するようにばねで押圧し、スタイラス２を軸方向に対して直交する方向に変位させるようにしてもよい。
【００５０】
図６はこの発明の他の実施形態における工作機械の接触検出装置の一部を破断して示す側面図である。
【００５１】
この実施形態は、図１に示した工作機械の接触検出装置に防水対策を施したものである。接触検出装置は、工作機械の主軸に取付けられて使用されるが、使用しないときには工具マガジンに装着されて待機状態になる。工具マガジンは工作機械の近傍に配置されることが多い。工作機械の主軸に工具を取付けてワークを加工するとき、ワークに切削水がかけられて切削加工が行なわれる。この切削水が工具マガジンに装着されている接触検出装置に大量にかかることがある。この切削水が接触検出装置の検出装置本体１内に入り込むと、基板３０に水分が付着してしまい、絶縁不良などの障害を引き起こすおそれを生じる。接触検出装置には、切削水の浸入を防止するためにダイヤフラム１６が取付けられているが、大量の切削水がかかったときには、ダイヤフラム１６だけでは防水対策が不十分である。
【００５２】
そこで、図６に示した実施例は、検出装置本体１のヘッド部４を覆うように防水カバー部材として防水カバー５０を設けたものである。防水カバー５０は、ヘッド部４を覆ったときに密着して切削水が浸入しないように、ヘッド部４の外径よりもわずかに大きな内径を有する円筒状に形成されている。
【００５３】
防水カバー５０は、例えばスチールなどの金属材料で形成されるが、発光ダイオード８の発光状態を確認できるように全体を透明のアクリルなどで形成してもよい。また、防水カバー５０全体を金属材料で形成し、発光ダイオード８の発光を確認するための窓９に対応する部分に透明のアクリルを嵌め込んでおいてもよい。防水カバー５０のスタイラス２側は塞がれており、スタイラス２の外周部を取り囲むように、弾性部材であるリング状のゴム５１が設けられている。より好ましくは、防水カバー５０とヘッド部４との間には防水リングが嵌め込まれる。
【００５４】
このように防水カバー５０を設けることにより、大量の切削水が検出装置本体１にかかっても検出装置本体１内に切削水が入り込むのを阻止できる。特に、スタイラス２外周部を取り囲むように、リング状のゴム５１が嵌め込まれているので、待機状態におけるスタイラス２の動きを少なくでき、スタイラス２とゴム５１との間から切削水が浸入するのを少なくできる。
【００５５】
たとえ、スタイラス２とゴム５１との間から切削水が浸入しても、検出装置本体１にはダイヤフラム１６が取付けられているので、二重に防水対策を施すことができる。
【００５６】
なお、防水カバー５０は、ヘッド部４にのみならず、ベース部３も覆うようにしてもよい。
【００５７】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
接触検出装置は、工作機械の主軸に取付けられ、スタイラスがワークに接触したことを検出するのに利用される。
【符号の説明】
【００５９】
１ 検出装置本体、２ スタイラス、３ ベース部、４ ヘッド部、５ 電池収納部、６ 電池、７ 蓋、８ 発光ダイオード、９ 窓、１０ 可動接点保持部、１１〜１３ 可動接点、１４ ばね、１５ 先端保持部、１６ ダイヤフラム、１７，１８ 部材、２１ 先端接触子、２５ 抵抗素子、２６ トランジスタ、３０基板、３１〜３６ 鋼球、３７，３８ 凹部、４０〜４３ パターン電極、４４〜４６ 溝、５０ 防水カバー、５１ ゴム、１１０ ワーク。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、測定対象であるワークとの接触を検出する接触検出装置に関し、特に、工作機械の主軸に取付けられる接触検出装置およびスタイラスの先端接触子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械により加工されるワークに接触したことを検出する接触検出装置の一例が、特開平８−１０８３４９号公報（特許文献１）に記載されている。この接触検出装置は、ワークの芯出しや寸法計測を行なうものである。
【０００３】
図８は特許文献１に記載された従来の接触検出装置の検出装置本体の断面図である。図８において、接触検出装置が取付けられる工作機械の主軸（図示せず）には、検出装置本体１００が取付けられ、検出装置本体１００から突出するように、スタイラス１０１が取付けられている。スタイラス１０１の一端には、図示しないワークに接触する球状の先端接触子１０２が形成されている。スタイラス１０１の他端の基端部１０３には、径方向外方へ突出する３個の可動接点１０４が設けられている。
【０００４】
３個の可動接点１０４は、それぞれが対面する２個１組の鋼球からなる固定接点１０５間に接触して、ばね１０６により軸方向に押圧されている。それによって、スタイラス１０１は、ばね１０６の付勢力に抗して任意の方向に首振り運動可能なように揺動自在に支持される。検出装置本体１００には、電源１０７と、発光体１０８とが内蔵されており、スタイラス１０１の先端接触子１０２がワークに接触したとき、検出装置本体１００の固定接点１０５，可動接点１０４を含む部材で構成される検出回路が閉成され、発光体１０８が点灯する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１０８３４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図９は図８に示した接触検出装置でワーク１１０の位置を検出するときの動作遅れを説明するための図である。図９（Ａ）〜（Ｃ）において、ワーク１１０には、例えば内径６０ｍｍの穴１１１が形成されており、接触検出装置１００はワーク１１０のセンターから穴１１１の内壁方向に移動し、スタイラス１０１の先端接触子１０２が内壁に接触したときにワーク１１０への接触を検出する。
【０００７】
図９において、接触検出装置１００は、図８に示したスタイラス１０１と、先端接触子１０２と、可動接点１０４と、固定接点１０５と、ばね１０６のみを概念的に示している。スタイラス１０１の長さＬは例えば２０ｍｍ、先端接触子１０２の実際の呼び半径Ｒｎは例えば２．０ｍｍに選ばれているものとする。スタイラス１０１がワーク１１０の中心にあるとき、ワーク１１０のセンターとワーク１１０の内壁との距離は３０ｍｍになる。このとき可動接点１０４は固定接点１０５に電気的に接触している。ワーク１１０の半径は、３０ｍｍであり、先端接触子１０２の呼び半径は２．０ｍｍであるので、先端接触子１０２が移動してワーク１１０の内壁に接触するまでのスタイラス１０１の移動距離は２８ｍｍになるはずである。
【０００８】
図９（Ｂ）に示すように、スタイラス１０１をワーク１１０の内壁側に２８ｍｍ移動させて、先端接触子１０２がワーク１１０の内壁に接触したとき、可動接点１０４が固定接点１０５から離れて電気的接続が解除されて、そのときに先端接触子１０２がワーク１１０に接触したことを検出できるのが望ましい。
【０００９】
しかし、可動接点１０４は棒状の部材であり、固定接点１０５は２個の鋼球であり、可動接点１０４は２個の鋼球の間に位置しており、可動接点１０４が固定接点１０５である２個の鋼球に接触しながらわずかに動いても電気的接続が維持されたままになる場合がある。しかも、可動接点１０４は、ばね１０６から与えられる荷重により付勢されて、固定接点１０５に電気的に接触している。このため、先端接触子１０２がワーク１１０の内壁に接触しただけでは、直ちに可動接点１０４が固定接点１０５から離れない。
【００１０】
可動接点１０４を固定接点１０５から離して電気的接触を解除するためには、図９（Ｃ）に示すように、先端接触子１０２がワーク１１０の内壁に接触してから、スタイラス１０１をさらにワーク１１０の内壁側にある程度の距離だけ移動させる必要がある。例えば、この追加移動距離ｄを０．０１０ｍｍとする。本来ならスタイラス１０１の移動距離と先端接触子１０２の呼び半径だけで、ワーク１１０の穴径を計測できるのが好ましい。
【００１１】
ところが、スタイラス１０１の実際の移動距離は、先端接触子１０２がワーク１１０の内壁に接触する地点までの移動距離２８ｍｍに、可動接点１０４を開かせるのに必要な追加移動距離ｄ＝０．０１０ｍｍを足した２８．０１０ｍｍになる。このスタイラス１０１の移動距離２８．０１０ｍｍに、先端接触子１０２の呼び半径２．０ｍｍを足すと、３０．０１０ｍｍになる。この値は、実際の穴１１１の半径３０ｍｍと０．０１０ｍｍ異なっている。理想的には、スタイラス１０１が２８ｍｍ移動したときに可動接点１０４が固定接点１０５から離れるようにするのが好ましい。しかしながら、接触検出装置１００の構造上、０．０１０ｍｍの追加移動距離ｄに対応する動作遅れを回避できない。
【００１２】
そこで、この発明の目的は、先端接触子の呼び半径とスタイラスの実際の移動距離とによって、ワークの寸法計測を正確に行うことができる接触検出装置およびスタイラスの先端接触子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明の接触検出装置は、工作機械の主軸に取付けられる検出装置本体と、検出装置本体に配置される導電性部材からなる固定接点と、検出装置本体に接離可能に保持され、検出対象物であるワークに接触する先端接触子と、固定接点に接離可能に対面する導電性部材からなる可動接点とを含むスタイラスと、可動接点が固定接点に接離したか否かを検出したことに応じて、その状態を外部に報知する報知手段とを備え、先端接触子の実際の半径をＲａ、呼び半径をＲｎとし、先端接触子をワークに接触させる方向にスタイラスを移動させたとき、先端接触子がワークに接触した瞬間におけるスタイラスの位置から可動接点が固定接点から電気的に離れるようにするまでのスタイラスの追加移動距離をｄとすると、Ｒａ＝Ｒｎ＋ｄの関係となるようにしたことを特徴とする。
【００１４】
可動接点が固定接点から離れる動作遅れを見越して先端接触子の径を定めて、先端接触子がワークに接触してから追加移動距離ｄだけスタイラスをワーク側に移動させることにより、先端接触子の呼び半径とスタイラスの実際の移動距離とによって、ワークの寸法計測を正確に行うことができる。
【００１５】
好ましくは、可動接点は、棒状部材からなり、固定接点は、互いに対向して離隔して設けられ、その間で可動接点の棒状部材が接触することにより、可動接点と電気的に接続される１対の接触子を含む。
【００１６】
可動接点が１対の固定接点から離れるのに時間を要しても、先端接触子の実際の半径をＲａ＝Ｒｎ＋ｄとしているので、追加移動距離ｄだけスタイラスをワーク側に移動させることにより、先端接触子の呼び半径とスタイラスの実際の移動距離とによって、ワークの寸法計測を正確に行うことができる。
【００１７】
好ましくは、可動接点を固定接点に所定の荷重を加えて押圧するためのばね部材を含む。可動接点がばね部材の荷重に抗して固定接点から離れるのに時間を要しても、先端接触子の実際の半径をＲａ＝Ｒｎ＋ｄとしているので、追加移動距離ｄだけスタイラスをワーク側に移動させることにより、先端接触子の呼び半径とスタイラスの実際の移動距離とによって、ワークの寸法計測を正確に行うことができる。
【００１８】
この発明の他の局面は、スタイラスの先端接触子の製造方法であって、導電性部材からなる固定接点を工作機械の主軸に取付けられる検出装置本体に備え、スタイラスは検出装置本体に接離可能に保持され、検出対象物であるワークに接触する先端接触子と、固定接点に接離可能に対面する導電性部材からなる可動接点とを含み、先端接触子の実際の半径をＲａ、呼び半径をＲｎとし、実際の半径Ｒａと呼び半径Ｒｎとが同じスタイラスを使用して、先端接触子をワークに接触させる方向にスタイラスを移動させたとき、先端接触子がワークに接触した瞬間におけるスタイラスの位置から可動接点が固定接点から電気的に離れるようにするまでのスタイラスの追加移動距離ｄを測定するステップと、先端接触子の実際の半径Ｒａ＝Ｒｎ＋ｄの関係となるようにスタイラスを製造するステップとを備える。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、先端接触子の実際の半径をＲａ、呼び半径をＲｎとし、先端接触子をワークに接触させる方向にスタイラスを移動させたとき、先端接触子がワークに接触した瞬間におけるスタイラスの位置から可動接点が固定接点から電気的に離れるようにするまでのスタイラスの追加移動距離をｄとすると、Ｒａ＝Ｒｎ＋ｄの関係となるように、可動接点が固定接点から離れる動作遅れを見越して先端接触子の径を定めることにより、先端接触子の呼び半径とスタイラスの実際の移動距離とによって、ワークの寸法計測を正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の一実施形態における工作機械の接触検出装置の一部を破断して示す側面図である。
【図２】（Ａ）は図１の線ＩＩＡ−ＩＩＡに沿って見た断面図であり、（Ｂ）は図２（Ａ）の線ＩＩＢ−ＩＩＢに沿って見た断面図である。
【図３】スタイラスと、可動接点と、固定接点の概要を示す斜視図である。
【図４】この発明の一実施形態における工作機械の接触検出装置の電気回路図である。
【図５】追加移動距離ｄを実測する方法を説明するための図である。
【図６】この発明の一実施形態における接触検出装置によるワークの接触を検出する動作を説明するための図である。
【図７】この発明の他の実施形態における工作機械の接触検出装置の一部を破断して示す側面図である。
【図８】従来の接触検出装置の検出装置本体を示す断面図である。
【図９】従来の接触検出装置によってワークの接触を検出する動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、この発明の一実施形態について説明する。
【実施例】
【００２２】
図１はこの発明の一実施形態における工作機械の接触検出装置の一部を破断して示す側面図であり、図２（Ａ）は図１の線ＩＩＡ−ＩＩＡに沿って見た断面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の線ＩＩＢ−ＩＩＢに沿って見た断面図であり、図３はスタイラスと、可動接点と固定接点の概要を示す斜視図であり、図４は工作機械の接触検出装置の電気接続図である。
【００２３】
図１〜図３において、検出装置本体１は、円筒状であり、図示しない工作機械の主軸に取付けられるものであって、検出装置本体１から突出するようにスタイラス２が取付けられている。検出装置本体１は、ベース部３と、ヘッド部４とを含む。ベース部３には、電池収納部５が形成されており、ここに電池６が収納されている。電池収納部５は、蓋７によって塞がれており、この蓋７の取外しにより電池６の交換が可能にされている。電池収納部５のスタイラス２側には報知手段として作動する発光ダイオード８が収納されている。発光ダイオード８は、接触検出装置がワークを検出すると発光する。ベース部３の側壁には、発光ダイオード８の発光を確認できるように窓９が形成されている。
【００２４】
ヘッド部４は、スタイラス２側の端面が開口された開口部を含み、開口側にスタイラス２が変位可能に取付けられている。スタイラス２は、その先端にワークが接触する球状、円板状または円筒状の先端接触子２１を有する。なお、先端接触子２１は、ワークに接触する接触部を有するものであればよく、形状は問わない。スタイラス２の他端は、検出装置本体１に揺動自在に支持されている。すなわち、スタイラス２の他端には、可動接点保持部１０が設けられている。可動接点保持部１０は、絶縁部材で形成されており、ばね１４によって所定の荷重がかけられることにより、スタイラス２の軸方向に押圧されている。可動接点保持部１０には、図３に示すように、それぞれが等しい角度で離隔され、径方向外方へ突出する３個の可動接点１１，１２，１３が設けられている。可動接点１１，１２，１３は棒状の導電性部材から形成されている。検出装置本体１には、可動接点保持部１０を囲むように基板３０が先端保持部１５にねじ止めされている。
【００２５】
基板３０は、図２（Ａ）および図３に示すように、リング状に形成されている。３個の可動接点１１，１２，１３のそれぞれに対面する１対の固定接点および接触子として作動する導電性部材からなる１対の鋼球３１と３２，３３と３４，３５と３６が基板３０上に配置されている。３個の可動接点１１，１２，１３は、それぞれが各対の鋼球３１と３２，３３と３４，３５と３６に接離可能に設けられており、スタイラス２がワークに接触していないときは、３個の可動接点１１，１２，１３がそれぞれ各対の鋼球３１と３２，３３と３４，３５と３６の間で接触し、スタイラス２がワークに接触すると、いずれかの可動接点が対面する１対の鋼球から離れる方向に移動する。なお、固定接点は１対の鋼球に限ることなく、可動接点１１，１２，１３との接触面が平面状あるいは円弧状の導電性の接触子であってもよい。
【００２６】
スタイラス２の先端接触子２１は、呼び半径Ｒｎに対して実際の半径Ｒａをそれよりもわずかに大きくしている。すなわち、先端接触子２１をワークに接触させる方向にスタイラス２を移動させたとき、先端接触子２１がワークに接触した瞬間におけるスタイラス２の位置から可動接点１１，１２，１３が各対の鋼球３１と３２，３３と３４，３５と３６から電気的に離れるようにするまでのスタイラス２の追加移動距離をｄとすると、Ｒａ＝Ｒｎ＋ｄの関係となるように選ばれている。なお、呼び半径Ｒｎ、実際の半径Ｒａとは、スタイラス２の中心軸から先端接触子２１がワークに接触する外側の接触部までの距離をいうものとする。
【００２７】
可動接点１１，１２，１３が各対の鋼球３１と３２，３３と３４，３５と３６から離れる動作遅れを見越して先端接触子２１の径を定めることにより、スタイラス２をワーク側に移動させたときに、先端接触子２１の呼び半径とスタイラス２の実際の移動距離とにより、ワークの寸法計測を正確に行うためである。
【００２８】
基板３０の鋼球３１，３２が配置される位置には、図２（Ｂ）に示すように、凹部３７，３８が形成されており、凹部３８にはパターン電極４０の一端が形成されている。基板３０の鋼球３１と３２との間には、可動接点１１が基板３０に接しないように、径方向に延びる溝４４が形成されている。パターン電極４０の他端は、隣の１対の鋼球３３，３４のうちの他方の鋼球３３に対応する凹部（図示せず）に延びている。したがって、パターン電極４０は、鋼球３２，３３を電気的に接続している。同様にして、パターン電極４１は、鋼球３４，３５を電気的に接続している。なお、可動接点１２，１３が基板３０に接しないように、可動接点１２，１３に対応して溝４５，４６が基板３０に形成されている。
【００２９】
可動接点１１が鋼球３１，３２に接触し、可動接点１２が鋼球３３，３４に接触し、可動接点１３が鋼球３５，３６に接触しているとき、パターン電極４０，４１，４２，４３は電気回路の一部を構成する。電気回路の途中には、図４に示すように鋼球３１〜３６と電源部としての電池６が直列接続されている。鋼球３１にはパターン電極４２の一端が接続され、パターン電極４２の他端側には抵抗素子２５の一端と、ＮＰＮタイプのトランジスタ２６のベースとが接続されている。トランジスタ２６は、電流増幅率βがたとえば１００以上のものが使用され、ベース電流を１００倍以上に増幅する。トランジスタ２６と抵抗素子２５は電流増幅手段を構成している。
【００３０】
鋼球３６にはパターン電極４３の一端が接続されており、パターン電極４３の他端にはトランジスタ２６のエミッタが接続されている。また、パターン電極４３の他端は検出装置本体１に接地されている。トランジスタ２６のコレクタには、発光ダイオード８のカソードが接続されており、アノードは抵抗素子２５の他端と電池６の＋電極とに接続されている。電池６の−電極は、検出装置本体１に接地されている。
【００３１】
なお、ヘッド部４の開口部には、開口を有する先端保持部１５が設けられており、前述のごとく先端保持部１５に基板３０がねじ止めされる。先端保持部１５は、部材１７に取付けられており、部材１７は部材１８を介してベース部３に装着されている。ヘッド部４には、ゴムなどの可撓性部材から形成されたダイヤフラム１６が設けられている。ヘッド部４内には、スパークの防止などのために電気絶縁油が充填されている。ダイヤフラム１６は、電気絶縁油が外部に漏れるのを防止するとともに、ワークを加工するときの切削水が外部からヘッド部４内に浸入するのを阻止する。ダイヤフラム１６は、可撓性部材から形成されているので、スタイラス２の動きを阻害することはない。
【００３２】
図５は、上記追加移動距離ｄを実測する方法を説明するための図であり、図３に示した可動接点１１，１２，１３と、鋼球３１と３２，３３と３４，３５と３６とを上から見た図である。図５において、ワーク１１０には直径６０ｍｍの穴１１１が形成されており、スタイラス２は穴１１１のセンターに位置している。図５に示すワーク１１０の穴１１１のセンターからスタイラス２をワーク１１０に接触させる方向Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘに移動させたとき、先端接触子２１がワーク１１０に接触した瞬間におけるスタイラス２の位置から可動接点１３が鋼球３５，３６から電気的に離れるようにするまでのスタイラス２の追加移動距離ｄを実測する。
【００３３】
実測の際に使用したスタイラス２は、長さＬ＝２０ｍｍ、先端接触子２１の呼び半径Ｒｎ＝２ｍｍであり、図３に示したばね１４の線径φ＝０．５ｍｍ、巻数１１であり、このばねにより可動接点１１，１２，１３に荷重１．５Ｎを加えたときに追加移動距離ｄを実測した。接触させる方向Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘはそれぞれ９０度異なっている。方向Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘについて追加移動距離ｄを実測した結果、追加移動距離ｄの平均値を０．０１０ｍｍに決定した。
【００３４】
図６は、この発明の一実施形態における接触検出装置によるワークの接触を検出する動作を説明するための図である。図６（Ａ）〜（Ｃ）において、図９の説明と同様にして、ワーク１１０には、例えば内径６０ｍｍの穴１１１が形成されており、スタイラス２がワーク１１０のセンターから穴１１１の内壁方向に移動し、スタイラス２の先端接触子２１が穴１１１の内壁に接触する。
【００３５】
接触検出装置１として、図３に示したスタイラス２と、先端接触子２１と、可動接点１３と、固定接点である鋼球３５，３６と、ばね１４のみを概念的に示している。スタイラス２の長さＬは例えば２０ｍｍである。先端接触子２１の実際の半径Ｒａは、例えば呼び半径２．０ｍｍに、実測した追加移動距離ｄ＝０．０１０ｍｍを足した２．０１０ｍｍに選ばれている。すなわち、実測に使用したスタイラス２の先端接触子２１は、呼び半径が２．０ｍｍであり、これで実測すると０．０１０ｍｍの追加移動距離ｄが必要になったので、実際に使用するスタイラス２の先端接触子２１は、呼び半径２ｍｍとしながらも、実際の半径をＲａ＝Ｒｎ＋ｄ＝２．０１０ｍｍとなるように製造される。
【００３６】
図６（Ａ）に示すように、スタイラス２がワーク１１０の中心にあるときワーク１１０のセンターとワーク１１０の内壁との距離は３０ｍｍになる。このとき可動接点１３は、鋼球３５，３６に電気的に接触している。
【００３７】
図６（Ｂ）に示すように、スタイラス２をワーク１１０の内壁側に移動させて、先端接触子２１がワーク１１０の内壁に接触したとき、ワーク１１０の内壁と先端接触子２１のセンターまでの距離が２．０１０ｍｍであるため、ワーク１１０のセンターからスタイラス２までの移動距離は２７．９９ｍｍになる。このとき、可動接点１３は、２個の鋼球３５，３６の間に位置しているため、先端接触子２１がワーク１１０の内壁に接触しただけでは、可動接点１３は鋼球３５，３６から離れておらず、電気的に接触したままになっている。
【００３８】
図６（Ｃ）に示すように、スタイラス２をさらに追加移動距離ｄ＝０．０１０ｍｍだけワーク１１０側に移動させると可動接点１３が２個の鋼球３５，３６から離れて電気的接続が解除される。このときのスタイラス２のワーク１１０のセンターからの移動距離は、２８ｍｍになり、これに呼び半径２．０ｍｍを足すと、ワーク１１０の穴１１１の半径と正確に一致するので誤差を生じない。
【００３９】
上述の説明では、スタイラス２の長さＬが２０ｍｍの場合を例に説明したが、先端接触子２１の実際の半径Ｒａは、スタイラス２の長さが長くなるにしたがって動作遅れが大きくなるので、その分だけ先端接触子２１の実際の半径Ｒａを大きくすれば動作遅れによる誤差をなくすことができる。例えば、スタイラス２の長さＬが、５０ｍｍのもので実測したときは先端接触子２１の呼び半径Ｒｎ（例えば２ｍｍ）に対して、追加移動距離ｄが０．０４０ｍｍになった。したがって、この追加移動距離ｄを呼び半径Ｒｎに足して実際の半径Ｒａ＝２．０４０ｍｍにすればよい。
【００４０】
なお、接触検出装置の電気的な動作は次のとおりである。スタイラス２の先端接触子２１がワークに接触していない状態では、可動接点１１，１２，１３はそれぞれ対面する各対の鋼球３１と３２、３３と３４、３５と３６に電気的に接触している。このため、鋼球３１〜３６は電気的に接続され、トランジスタ２６のベースは接地される。ベース電位とエミッタ電位はともに接地電位になっているため、ベース電位とエミッタ電位に差が生じないので、トランジスタ２６は導通しない。電池６から抵抗素子２５を介して接地側に電流が流れるが、トランジスタ２６が導通しないため、発光ダイオード８は電流が流れないので発光しない。
【００４１】
スタイラス２の先端接触子２１がワークに接触し、追加移動距離ｄだけスタイラス２を移動させると、可動接点保持部１０で保持されている可動接点１１，１２，１３の少なくともいずれかが対面する各対の鋼球３１と３２，３３と３４，３５と３６との接触から離れる。例えば、可動接点１１が対面する鋼球３１と３２とから離れると、トランジスタ２６のベース電位は接地電位から開放され、電池６の電位が抵抗素子２５を介してトランジスタ２６のベースに印加される。このため、トランジスタ２６は、ベースとエミッタとの間に電位が生じるので導通する。トランジスタ２６は、電流増幅率が高いため、ベース電流が小さくても、コレクタに大きな電流を流すことができるので、発光ダイオード８に大電流を流して発光させることができる。発光ダイオード８が発光している状態は、ベース部３に形成されている窓９を介して確認することができる。
【００４２】
上述のごとく、この発明の一実施形態における工作機械の接触検出装置は、先端接触子２１の実際の半径をＲａとしたとき、先端接触子２１の呼び半径Ｒｎに対して、動作遅れ分として、先端接触子２１がワーク１１０に接触した位置から可動接点１１，１２，１３のいずれかが対応する鋼球３１と３２，３３と３４，３５と３６との接触から離れる位置までのスタイラス２の追加移動距離ｄを足したＲａ＝Ｒｎ＋ｄを実際の半径の大きさにする。これにより、先端接触子２１がワーク１１０に接触した時点で可動接点１１，１２，１３のいずれかが対応する鋼球３１と３２，３３と３４，３５と３６との接触から離すことができるので、スタイラス２の移動距離と先端接触子２１の呼び半径とを足すと、実際の距離と同じにできる。これにより、誤差をなくすことができる。
【００４３】
また、工作機械の接触検出装置は、スタイラス２がワークに接触したことに応じて、可動接点保持部１０により保持されている可動接点１１，１２，１３のいずれかを対面する各対の鋼球３１と３２，３３と３４，３５と３６から離し、電池６から抵抗素子２５を介してトランジスタ２６のベースに所定の電位を供給することができる。これにより、トランジスタ２６が導通し、発光ダイオード８を発光させて、ワークの接触を検知することができる。鋼球３１〜３６の表面に電気絶縁油の皮膜が生じていて通電抵抗が大きくても、ワーク検出時は可動接点１１，１２，１３のいずれかと、対面する各対の鋼球３１と３２，３３と３４，３５と３６の接触を開放するだけであるので、通電抵抗による影響を受けることがない。
【００４４】
また、この発明の一実施形態では、基板３０にパターン電極４０，４１，４２，４３を形成し、抵抗素子２５と、トランジスタ２６とをパターン電極４２，４３に直接接続することにより、一連の回路を１枚の基板３０上に形成できるので、接触検出装置を小型化でき、配線の手間を省くことができるばかりでなく、コストを下げて信頼性の向上を図ることができる。
【００４５】
なお、上述の実施形態では、３個の可動接点１１，１２，１３に対面して各対の鋼球３１と３２、３３と３４、３５と３６を設けたが、少なくとも１個の可動接点と、対面する１対の固定接点があれば、スタイラス２の軸方向の変位を検出することは可能である。
【００４６】
また、上述の実施形態では、スタイラス２がワークに接触したときに発光ダイオード８を発光するようにしたが、スタイラス２がワークに接触していないときに発光ダイオード８を発光させ、ワークに接触したときに消灯させるように回路を構成してもよい。
【００４７】
さらに、上述の実施形態では、トランジスタ２６としてＮＰＮタイプのものを用いたが、ＰＮＰタイプのものを用いてもよい。また、トランジスタ２６と、抵抗素子２５とを集積回路で構成して基板３０上に配置してもよい。
【００４８】
さらに、上述の実施形態では、鋼球３１と３１，３３と３４，３５と３６を使用したが、ニードルローラを使用してもよい。
【００４９】
また、上述の実施形態は、可動接点１１，１２，１３をスタイラス２に対して、径方向外方へ突出するように配置し、鋼球３１〜３６をスタイラス２の軸周りに配置し、スタイラス２を軸方向に変位させるようにしたが、可動接点１１，１２，１３と鋼球３１〜３６とをスタイラス２に対して平行に配置し、可動接点１１，１２，１３が鋼球３１〜３６に接触するようにばねで押圧し、スタイラス２を軸方向に対して直交する方向に変位させるようにしてもよい。
【００５０】
図６はこの発明の他の実施形態における工作機械の接触検出装置の一部を破断して示す側面図である。
【００５１】
この実施形態は、図１に示した工作機械の接触検出装置に防水対策を施したものである。接触検出装置は、工作機械の主軸に取付けられて使用されるが、使用しないときには工具マガジンに装着されて待機状態になる。工具マガジンは工作機械の近傍に配置されることが多い。工作機械の主軸に工具を取付けてワークを加工するとき、ワークに切削水がかけられて切削加工が行なわれる。この切削水が工具マガジンに装着されている接触検出装置に大量にかかることがある。この切削水が接触検出装置の検出装置本体１内に入り込むと、基板３０に水分が付着してしまい、絶縁不良などの障害を引き起こすおそれを生じる。接触検出装置には、切削水の浸入を防止するためにダイヤフラム１６が取付けられているが、大量の切削水がかかったときには、ダイヤフラム１６だけでは防水対策が不十分である。
【００５２】
そこで、図６に示した実施例は、検出装置本体１のヘッド部４を覆うように防水カバー部材として防水カバー５０を設けたものである。防水カバー５０は、ヘッド部４を覆ったときに密着して切削水が浸入しないように、ヘッド部４の外径よりもわずかに大きな内径を有する円筒状に形成されている。
【００５３】
防水カバー５０は、例えばスチールなどの金属材料で形成されるが、発光ダイオード８の発光状態を確認できるように全体を透明のアクリルなどで形成してもよい。また、防水カバー５０全体を金属材料で形成し、発光ダイオード８の発光を確認するための窓９に対応する部分に透明のアクリルを嵌め込んでおいてもよい。防水カバー５０のスタイラス２側は塞がれており、スタイラス２の外周部を取り囲むように、弾性部材であるリング状のゴム５１が設けられている。より好ましくは、防水カバー５０とヘッド部４との間には防水リングが嵌め込まれる。
【００５４】
このように防水カバー５０を設けることにより、大量の切削水が検出装置本体１にかかっても検出装置本体１内に切削水が入り込むのを阻止できる。特に、スタイラス２外周部を取り囲むように、リング状のゴム５１が嵌め込まれているので、待機状態におけるスタイラス２の動きを少なくでき、スタイラス２とゴム５１との間から切削水が浸入するのを少なくできる。
【００５５】
たとえ、スタイラス２とゴム５１との間から切削水が浸入しても、検出装置本体１にはダイヤフラム１６が取付けられているので、二重に防水対策を施すことができる。
【００５６】
なお、防水カバー５０は、ヘッド部４にのみならず、ベース部３も覆うようにしてもよい。
【００５７】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
接触検出装置は、工作機械の主軸に取付けられ、スタイラスがワークに接触したことを検出するのに利用される。
【符号の説明】
【００５９】
１ 検出装置本体、２ スタイラス、３ ベース部、４ ヘッド部、５ 電池収納部、６ 電池、７ 蓋、８ 発光ダイオード、９ 窓、１０ 可動接点保持部、１１〜１３ 可動接点、１４ ばね、１５ 先端保持部、１６ ダイヤフラム、１７，１８ 部材、２１ 先端接触子、２５ 抵抗素子、２６ トランジスタ、３０基板、３１〜３６ 鋼球、３７，３８ 凹部、４０〜４３ パターン電極、４４〜４６ 溝、５０ 防水カバー、５１ ゴム、１１０ ワーク。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械の主軸に取付けられる検出装置本体と、
前記検出装置本体に配置される導電性部材からなる固定接点と、
前記検出装置本体に接離可能に保持され、検出対象物であるワークに接触する先端接触子と、前記固定接点に接離可能に対面する導電性部材からなる可動接点とを含むスタイラスと、
前記可動接点が前記固定接点に接離したか否かを検出したことに応じて、その状態を外部に報知する報知手段とを備え、
前記先端接触子の実際の半径をＲａ、呼び半径をＲｎとし、前記先端接触子を前記ワークに接触させる方向に前記スタイラスを移動させたとき、前記先端接触子が前記ワークに接触した瞬間における前記スタイラスの位置から前記可動接点が前記固定接点から電気的に離れるようにするまでのスタイラスの追加移動距離をｄとすると、Ｒａ＝Ｒｎ＋ｄの関係となるようにしたことを特徴とする、接触検出装置。
【請求項２】
前記可動接点は、棒状部材からなり、
前記固定接点は、互いに対向して離隔して設けられ、その間で前記可動接点の棒状部材が接触することにより、前記可動接点と電気的に接続される１対の接触子を含む、請求項１に記載の接触検出装置。
【請求項３】
前記可動接点を前記固定接点に所定の荷重を加えて押圧するためのばね部材を含む、請求項１または２に記載の接触検出装置。
【請求項４】
導電性部材からなる固定接点を工作機械の主軸に取付けられる検出装置本体に備え、前記検出装置本体に接離可能に保持され、検出対象物であるワークに接触する先端接触子と、前記固定接点に接離可能に対面する導電性部材からなる可動接点とを含むスタイラスの先端接触子の製造方法であって、
前記先端接触子の実際の半径をＲａ、呼び半径をＲｎとし、前記実際の半径Ｒａと前記呼び半径Ｒｎとが同じスタイラスを使用して、前記先端接触子を前記ワークに接触させる方向に前記スタイラスを移動させたとき、前記先端接触子が前記ワークに接触した瞬間における前記スタイラスの位置から前記可動接点が前記固定接点から電気的に離れるようにするまでのスタイラスの追加移動距離ｄを測定するステップと、
前記先端接触子の実際の半径Ｒａ＝Ｒｎ＋ｄの関係となるように前記スタイラスを製造するステップとを備える、スタイラスの先端接触子の製造方法。
【請求項１】
工作機械の主軸に取付けられる検出装置本体と、
前記検出装置本体に配置される導電性部材からなる固定接点と、
前記検出装置本体に接離可能に保持され、検出対象物であるワークに接触する先端接触子と、前記固定接点に接離可能に対面する導電性部材からなる可動接点とを含むスタイラスと、
前記可動接点が前記固定接点に接離したか否かを検出したことに応じて、その状態を外部に報知する報知手段とを備え、
前記先端接触子の実際の半径をＲａ、呼び半径をＲｎとし、前記先端接触子を前記ワークに接触させる方向に前記スタイラスを移動させたとき、前記先端接触子が前記ワークに接触した瞬間における前記スタイラスの位置から前記可動接点が前記固定接点から電気的に離れるようにするまでのスタイラスの追加移動距離をｄとすると、Ｒａ＝Ｒｎ＋ｄの関係となるようにしたことを特徴とする、接触検出装置。
【請求項２】
前記可動接点は、棒状部材からなり、
前記固定接点は、互いに対向して離隔して設けられ、その間で前記可動接点の棒状部材が接触することにより、前記可動接点と電気的に接続される１対の接触子を含む、請求項１に記載の接触検出装置。
【請求項３】
前記可動接点を前記固定接点に所定の荷重を加えて押圧するためのばね部材を含む、請求項１または２に記載の接触検出装置。
【請求項４】
導電性部材からなる固定接点を工作機械の主軸に取付けられる検出装置本体に備え、前記検出装置本体に接離可能に保持され、検出対象物であるワークに接触する先端接触子と、前記固定接点に接離可能に対面する導電性部材からなる可動接点とを含むスタイラスの先端接触子の製造方法であって、
前記先端接触子の実際の半径をＲａ、呼び半径をＲｎとし、前記実際の半径Ｒａと前記呼び半径Ｒｎとが同じスタイラスを使用して、前記先端接触子を前記ワークに接触させる方向に前記スタイラスを移動させたとき、前記先端接触子が前記ワークに接触した瞬間における前記スタイラスの位置から前記可動接点が前記固定接点から電気的に離れるようにするまでのスタイラスの追加移動距離ｄを測定するステップと、
前記先端接触子の実際の半径Ｒａ＝Ｒｎ＋ｄの関係となるように前記スタイラスを製造するステップとを備える、スタイラスの先端接触子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−２０１５７３（Ｐ２０１０−２０１５７３Ａ）
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５０９６０（Ｐ２００９−５０９６０）
【出願日】平成２１年３月４日（２００９．３．４）
【出願人】（５９１０２８０７２）株式会社日研工作所 (43)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月４日（２００９．３．４）
【出願人】（５９１０２８０７２）株式会社日研工作所 (43)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]