JP6752032B2 - アクチュエータの可動部材の位置検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、アクチュエータの可動部材の位置検出装置に関し、さらに詳細には、オートツールチェンジャー装置に用いて好適なアクチュエータの可動部材の位置検出装置に関する。

従来より、マイクロコンピューターなどによる数値制御により、切削データに基づいて、シャンクの先端に刃先を備えたエンドミルなどの加工工具により被加工物を三次元で切削加工して、所望の形状の三次元造形物を作製する加工装置が知られている。

こうした加工装置においては、例えば、加工工具のシャンクが取り付けられたスピンドルと、被加工物が載置されるテーブルとが、ＸＹＺ直交座標系におけるＸ軸方向、Ｙ軸方向またはＺ軸方向に移動するなどして、加工工具の刃先とテーブルに載置される被加工物との相対的な位置関係を三次元で変化するようにしている。

そして、切削データに基づいて、スピンドルにおいて加工工具を回転した状態で、当該加工工具の刃先を被加工物に当接させながら、スピンドルおよびテーブルを移動することにより、加工工具の刃先によって被加工物を所望の形状に切削加工して、三次元造形物を作製するようにしている。

また、こうした加工装置においては、加工工具として荒削り用や仕上げ加工用などのそれぞれの用途に応じた形状の刃先を備えた複数の加工工具を用いるのが一般的であって、こうした複数の加工工具を収容するツールボックスが配設されている。

そして、加工装置は、マイクロコンピューターの制御により、シャンクの基端部をスピンドルのコレットチャックに保持している荒削り用や仕上げ加工用などの加工工具をツールボックスに戻して、スピンドルのコレットチャックから保持していた加工工具を取り外すとともに、ツールボックスに収容されている他の加工工具のいずれかを選択して、選択した加工工具のシャンクの基端部をスピンドルのコレットチャックに保持することにより、スピンドルに選択した加工工具を保持させる処理を自動的に行う機能を備えている。

こうした機能は、例えば、特開平９−３１４４３５号公報、特開２００２−３４５８４４号公報あるいは特開２０１５−６２９７４号公報などに開示されている従来より周知の技術であって、オートツールチェンジャー装置として広く一般に用いられている。

従って、こうしたオートツールチェンジャー装置については、従来より公知の技術を適用することができるので、その詳細な構成および作用の説明は省略する。

上記したような加工装置におけるオートツールチェンジャー装置においては、アクチュエータにおける往復動する可動部材の位置に応じて加工工具を保持するコレットチャックの開閉を行っていて、これによりコレットチャックにおける加工工具の保持と取り外しを行っていた。

図１には、こうした従来のオートツールチェンジャー装置におけるアクチュエータを中心とした要部の構成が模式的に示されている。

図１に示すオートツールチェンジャー装置におけるアクチュエータ１００においては、ネジ軸１００ａを回転する駆動部材１００ｂとしてＤＣモーターを用いている。

アクチュエータ１００は、ネジ軸１００ａに形成されたネジ山と噛み合うネジ溝を内径面に形成されたドーナツ型の可動部材１１０を備えている。

アクチュエータ１００においては、駆動部材１００ｂによりネジ軸１００ａが回転すると、その回転の回転方向に応じて、ネジ軸１００ａと噛み合う可動部材１１０が上下方向に往復動する。

即ち、ネジ軸１００ａと可動部材１１０とはスクリューとナットとの関係であり、駆動部材１００ｂによるネジ軸１００ａが回転すると可動部材１１０がネジ軸１００ａの軸方向に沿って移動する。

可動部材１１０は、ネジ軸１００ａの回転方向に応じて、往復動のストロークの上方側と下方側との間を任意の位置に移動可能である。

図１は、可動部材１１０が往復動のストロークの上方側の待機位置にある状態を示している（図２（ａ）に示す状態と同一の状態である。）。

この図１に示す待機位置では、可動部材１１０の上下方向の往復動に連動する押圧部材１０２の移動によりスピンドル１０４が下方側に押圧して移動されておらず、スピンドル１０４の下端部に配設されたコレットチャック（図示せず。）は完全に閉じられた状態となる。

一方、可動部材１１０が往復動のストロークの下方側のコレットチャック解放位置にある状態（図２（ｂ）に示す状態）では、可動部材１１０の上下方向の往復動に連動する押圧部材１０２の移動によりスピンドル１０４が下方側に押圧して移動され、スピンドル１０４の下端部に配設されたコレットチャック（図示せず。）は完全に開かれた状態となる。

このオートツールチェンジャー装置には、第１リミットスイッチ１０６と第２リミットスイッチ１０８とが設けられている。

図２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、上記した可動部材１１０の往復動する際の待機位置とコレットチャック解放位置との位置の検出は、第１リミットスイッチ１０６と第２リミットスイッチのオン（ＯＮ）とオフ（ＯＦＦ）とにより検出される。

即ち、可動部材１１０が下方側から上方側へ移動して待機位置に到達すると、可動部材１１０の上下方向の往復動に連動する押圧部材１０２と第１リミットスイッチ１０６とが当接して、第１リミットスイッチ１０６がオンになるとともに、可動部材１１０と第２リミットスイッチ１０８とは当接しておらず、第２リミットスイッチ１０８はオフ状態である（図２（ａ）（ｃ）を参照する。）。

一方、可動部材１１０が上方側から下方側へ移動してコレットチャック解放位置に到達すると、可動部材１１０の上下方向の往復動に連動する押圧部材１０２と第１リミットスイッチ１０６とは当接しておらず、第１リミットスイッチ１０６はオフ状態であるが、可動部材１１０と第２リミットスイッチ１０８とが当接して、第２リミットスイッチ１０８はオンになる（図２（ｂ）（ｃ）を参照する。）。

ところで、オートツールチェンジャー装置を備えた加工装置においては、コレットチャックに加工工具を保持させるだけでなく、被加工物の位置検出を行うためセンシングピンをコレットチャックに保持させて、当該センシングピンにより被加工物の位置検出を行うことがある。

この場合には、コレットチャックにセンシングピンを保持させた状態において、可動部材１１０を待機位置とコレットチャック解放位置との中間区間に移動して、センシングピンに通電するための導通用板バネ１１２をスピンドル１０４に当接させる必要があった。

即ち、スピンドル１０４のシャフトはベアリングで支持されているが、ベアリング部は導通が不安定であるため、導通用板バネ１１２をスピンドル１０４に直接的に当接させることによって電気的な導通を確実に確保していた。

なお、待機位置で導通用板バネ１１２をスピンドル１０４に当接させようとすると、回転するスピンドル１０４により導通用板バネ１１２が摩耗したり擦過音が発生するという問題があった。

一方、コレットチャック解放位置で導通用板バネ１１２をスピンドル１０４に当接させようとすると、コレットチャックが開いてしまってセンシングピンを保持することができないという問題があった。

このため、待機位置とコレットチャック解放位置との中間区間の所定の位置でセンシングピンをスピンドル１０４に当接させる必要があった。

しかしながら、上記した従来の技術においては、アクチュエータ１００の可動部材１１０は、可動部材１１０の待機位置とコレットチャック解放位置との２箇所でのみしか位置決めできない。

即ち、可動部材１１０の待機位置とコレットチャック解放位置との中間区間では、第１リミットスイッチ１０６と第２リミットスイッチ１０８とがいずれもオフとなる状態が長く継続するため、第１リミットスイッチ１０６と第２リミットスイッチ１０８とを監視するのでは所望の位置に位置決めをすることができなかった。

即ち、従来の技術においては、可動部材１１０を待機位置とコレットチャック解放位置との２箇所に正確に位置決めすることはできたが、待機位置とコレットチャック解放位置との中間区間にある所定の位置たる第３の位置の位置決めを行うことができなかった。

このため、従来のオートツールチェンジャー装置においては、駆動部材１００ｂであるＤＣモーターの通電時間を計測することにより、間接的に待機位置とコレットチャック解放位置との中間区間における可動部材１１０の位置決めを行っていた。

しかしながら、駆動部材１００ｂであるＤＣモーターの通電時間を計測することによって行う可動部材１１０の間接的な位置決めでは、待機位置とコレットチャック解放位置との中間区間における所望の位置に可動部材１１０を正確に位置決めすることは困難であるという問題点があった。

特開平９−３１４４３５号公報 特開２００２−３４５８４４号公報 特開２０１５−６２９７４号公報

本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、アクチュエータの可動部材を往復動のストロークにおける３箇所で正確に位置決めすることができるようにしたアクチュエータの可動部材の位置検出装置を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、アクチュエータにおける往復動する可動部材の位置を検出するアクチュエータの可動部材の位置検出装置において、アクチュエータの可動部材の往復動と連動して移動する検知対象部材と、上記検知対象部材を挟んでその両側に配置されるとともに上記検知対象部材を検知可能な第１通過型センサーおよび第２通過型センサーとを有し、上記検知対象部材は、上記第１通過型センサーと上記第２通過型センサーとのいずれか一方がオンとなり他方がオフになる部位と、上記第１通過型センサーと上記第２通過型センサーとの両方がオンになる部位と、上記第１通過型センサーと上記第２通過型センサーとの両方がオフになる部位とを有するようにしたものである。

また、本発明は、上記した本発明において、上記検知対象部材は、上記第１通過型センサーと上記第２通過型センサーとの両方がオンになる部位と、上記第１通過型センサーがオフになり、かつ、上記第２通過型センサーがオンになる部位と、上記第１通過型センサーと上記第２通過型センサーとの両方がオフになる部位と、上記第１通過型センサーがオンとなり、かつ、上記第２通過型センサーがオフになる部位とが連続的に形成されているようにしたものである。

また、本発明は、上記した本発明において、上記検知対象部材は、オートツールチェンジャー装置のスピンドルを上下方向に移動するアクチュエータの可動部材と連動するようにしたものである。

本発明は、以上説明したように構成されているので、アクチュエータの可動部材を往復動のストロークにおける３箇所で正確に位置決めすることができるようになるという優れた効果を奏するものである。

図１は、従来のオートツールチェンジャー装置におけるアクチュエータを中心とした要部の構成を模式的に示す説明図である。 図２（ａ）は、図１に示すアクチュエータの可動部材の待機位置を模式的に示す説明図であり、また、図２（ｂ）は、図１に示すアクチュエータの可動部材のコレットチャック解放位置を模式的に示す説明図であり、また、図２（ｃ）は、第１リミットスイッチと第２リミットスイッチとのオンとオフとの関係を示す図表である。 図３（ａ）は、本発明によるアクチュエータの可動部材の位置検出装置の実施の形態の一例を模式的に示す斜視構成説明図であり、また、図３（ｂ）は、検知対象部材の説明図である。 図４（ａ）は、アクチュエータの可動部材の待機位置と中間位置とバネ接触位置とコレットチャック解放位置とを模式的に示す説明図であり、また、図４（ｂ）は、第１通過型センサーと第２通過型センサーとのオンとオフとの関係を示す図表である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明によるアクチュエータの可動部材の位置検出装置の実施の形態の一例を詳細に説明することとする。

なお、図１ならびに図２を参照しながら説明した従来の構成と同一または相当する構成については、図１ならびに図２において用いた符号と同一の符号を用いることにより、その詳細な構成ならびに作用の説明は省略する。

図３（ａ）には、本発明によるアクチュエータの可動部材の位置検出装置の実施の形態の一例を模式的に示す斜視構成説明図が示されている。

このアクチュエータの可動部材の位置検出装置（「アクチュエータの可動部材の位置検出装置」を、本明細書においては「位置検出装置」と適宜に称する。）１０は、オートツールチェンジャー装置におけるアクチュエータ１００の可動部材１１０の待機位置とコレットチャック解放位置と待機位置とコレットチャック解放位置との間の中間区間にある第３の位置との位置決めを行う際に用いることができる。

即ち、位置検出装置１０は、アクチュエータ１００の可動部材１１０に取り付けられた検知対象部材（センサー板）１２と、検知対象部材１２を挟んでその両側に配置されるとともに検知対象部材１２を検知可能な第１通過型センサー（なお、図４（ａ）（ｂ）においては、図の簡明化のために「センサー１」として示している。）１４および第２通過型センサー（なお、図４（ａ）（ｂ）においては、図の簡明化のために「センサー２」として示している。）１６とを有して構成されている。

検知対象部材１２は、第１通過型センサー１４と第２通過型センサー１６とによる検出領域を通過可能な大きさを備えており、例えば、薄板状の金属板により形成することができる。

また、第１通過型センサー１４と第２通過型センサー１６とは、所謂、透過型の通過型センサーでもよいし溝型（コの字型）の通過型センサーでもよく、例えば、光センサーにより構成することができる。

なお、本実施の形態においては、第１通過型センサー１４ならびに第２通過型センサー１６として、検知対象部材１２が溝内を通過可能であるとともに、当該溝内に検知対象部材１２が存在することを検知可能な検出領域を備えた溝型の通過型センサーを用いている。

第１通過型センサー１４と第２通過型センサー１６とは、検知対象部材１２が検出領域に存在するときにオン（ＯＮ）を出力し、検知対象部材１２が検出領域に存在しないときにオフ（ＯＦＦ）となる。

検知対象部材１２は、第１通過型センサー１４と第２通過型センサー１６とのいずれか一方のみがオンになる部位と、第１通過型センサー１４と第２通過型センサー１６との両方がオンになる部位と、第１通過型センサー１４と第２通過型センサー１６との両方がオフになる部位とを備える。

具体的には、図３（ｂ）に示すように、検知対象部材１２には、下方側から上方側に向けて、第１通過型センサー１４と第２通過型センサー１６との両方がオンになる領域Ａを構成する部位１２ａと、第１通過型センサー１４がオフで第２通過型センサー１６のみがオンになる領域Ｂを構成する部位１２ｂと、第１通過型センサー１４と第２通過型センサー１６との両方がオフになる領域Ｃを構成する部位１２ｃと、第１通過型センサー１４のみがオンで第２通過型センサー１６がオフになる領域Ｄを構成する部位１２ｄとが連続的に形成されている。

ここで、本実施の形態の位置検出装置１０は、可動部材１１０の待機位置で第１通過型センサー１４と第２通過型センサー１６との両方がオンとなり、可動部材１１０の待機位置とコレットチャック解放位置との中間区間の所定の位置たる中間位置で第２通過型センサー１６のみがオンとなり、可動部材１１０の待機位置とコレットチャック解放位置との中間区間のセンシングピンに通電するために導通用板バネ１１２をスピンドル１０４に当接させる第３の位置（「可動部材１１０の待機位置とコレットチャック解放位置との中間区間のセンシングピンに通電するために導通用板バネ１１２をスピンドル１０４に当接させる第３の位置」を、本明細書においては「バネ接触位置」と適宜に称する。）で第１通過型センサー１４と第２通過型センサー１６との両方がオフとなり、可動部材１１０のコレットチャック解放位置で第１通過型センサー１４のみがオンとなるように設定されている。

以上の構成において、位置検出装置１０を備えたオートツールチェンジャー装置においては、アクチュエータ１００の可動部材１１０を待機位置に移動させるために、可動部材１１０を下方側から上方側へ動作させるときは、第１通過型センサー１４がオンになり、かつ、第２通過型センサー１６がオンになるときに、可動部材１１０が待機位置に到達したことを検出し、可動部材１１０の動作を停止する。

また、アクチュエータ１００の可動部材１１０をコレットチャック解放位置に移動させるために、可動部材１１０を上方側から下方側へ動作させるときは、第１通過型センサー１４がオンになり、かつ、第２通過型センサー１６がオフであるときに、可動部材１１０がコレットチャック解放位置に到達したことを検出し、可動部材１１０の動作を停止する。

さらに、スピンドル１０４に保持されたセンシングピンに通電するための導通用板バネ１１２をスピンドル１０４に当接させるバネ接触位置に移動させるために、可動部材１１０を下方側から上方側へ動作させるとき、または、可動部材１１０を上方側から下方側へ動作させるときは、第１通過型センサー１４がオフになり、かつ、第２通過型センサー１６がオフになったときに、可動部材１１０がバネ接触位置に到達したことを検出し、可動部材１１０の動作を停止する。

さらにまた、アクチュエータ１００の可動部材１１０が上下方向に往復動するときに、第１通過型センサー１４がオフであり、かつ、第２通過型センサー１６がオンになった位置が、待機位置とバネ接触位置との間にある中間位置である。

以上において説明したように、本発明による位置検出装置１０によれば、待機位置とコレットチャック解放位置との間の中間区間において、第１通過型センサー１４がオフであり、かつ、第２通過型センサー１６がオンになる位置たる中間位置と、第１通過型センサー１４がオフであり、かつ、第２通過型センサー１６がオフである位置たるバネ接触位置とを検出することができる。

即ち、本発明による位置検出装置１０においては、待機位置と中間位置とバネ接触位置とコレットチャック解放位置との４箇所の位置を検出することが可能となり、このため、アクチュエータ１００の可動部材１１０を待機位置とコレットチャック解放位置とバネ接触位置との３箇所に正確に位置決めすることができるようになる。

このため、アクチュエータ１００の可動部材１１０の往復動のストロークの無駄を排除することができる。

なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（３）に示すように変形するようにしてもよい。

（１）上記した実施の形態においては、本発明による位置検出装置１０をオートツールチェンジャー装置に用いた場合について説明したが、本発明による位置検出装置１０を利用することのできる装置はオートツールチェンジャー装置に限られるものではないことは勿論である。

即ち、アクチュエータの可動部材を３箇所で正確に位置決めする必要のある各種装置に対しても、本発明による位置検出装置１０を利用することができる。

（２）上記した実施の形態においては、第１通過型センサー１４と第２通過型センサー１６とを光センサーにより構成したが、光センサーに限られるものではないことは勿論であり、従来より公知の各種の通過型センサーを適用することができる。

（３）上記した実施の形態ならびに上記した（１）および（２）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。

本発明は、加工装置のオートツールチェンジャー装置におけるアクチュエータの可動部材の位置検出に用いて好適である。

１０ 位置検出装置、１２ 検知対象部材、１４ 第１通過型センサー、１６ 第２通過型センサー、１００ アクチュエータ、１００ａ ネジ軸、１００ｂ 駆動部材、１０２ 押圧部材、１０４ スピンドル、１０６ 第１リミットスイッチ、１０８ 第２リミットスイッチ、１１０ 可動部材、１１２ 導通用板バネ

Claims (2)

1. オートツールチェンジャー装置におけるアクチュエータの上下方向に往復動する可動部材の位置として、前記往復動のストロークの上方側にある待機位置と、前記往復動のストロークの下方側にあるコレットチャック解放位置と、前記待機位置と前記コレットチャック解放位置との間の中間区間における第３の位置とを検出する
   アクチュエータの可動部材の位置検出装置であって、
   前記アクチュエータの前記可動部材の上下方向への前記往復動と連動して移動する検知対象部材と、
   前記検知対象部材を挟んでその両側に配置されるとともに前記検知対象部材を検知可能な第１通過型センサーおよび第２通過型センサーとを有し、
   前記検知対象部材は、
   前記可動部材を前記往復動のストロークの下方側から上方側へ移動させて前記可動部材が前記待機位置に到達したときに、前記第１通過型センサーがオンとなり、かつ、前記第２通過型センサーがオンになる第１の部位と、
   前記可動部材を前記往復動のストロークの下方側から上方側へ移動させ、または、前記可動部材を前記往復動のストロークの上方側から下方側へ移動させたときに、前記第１通過型センサーがオフとなり、かつ、前記第２通過型センサーがオンとなる第２の部位と、
   前記可動部材を前記往復動のストロークの下方側から上方側へ移動させ、または、前記可動部材を前記往復動のストロークの上方側から下方側へ移動させて前記可動部材が前記第３の位置に到達したときに、前記第１通過型センサーがオフとなり、かつ、前記第２通過型センサーがオフとなる第３の部位と、
   前記可動部材を前記往復動のストロークの上方側から下方側へ移動させて前記可動部材が前記コレットチャック解放位置に到達したときに、前記第１通過型センサーがオンとなり、かつ、前記第２通過型センサーがオフとなる第４の部位と
   を有する
   ことを特徴とするアクチュエータの可動部材の位置検出装置。
2. 請求項１に記載のアクチュエータの可動部材の位置検出装置において、
   前記検知対象部材は、下方側から上方側に向けて、
   前記第１の部位と、前記第２の部位と、前記第３の部位と、前記第４の部位とが連続的に形成されている
   ことを特徴とするアクチュエータの可動部材の位置検出装置。

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