JP3465021B2 - 作業機械およびその通信方法 - Google Patents

作業機械およびその通信方法

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JP3465021B2 JP06717097A JP6717097A JP3465021B2 JP 3465021 B2 JP3465021 B2 JP 3465021B2 JP 06717097 A JP06717097 A JP 06717097A JP 6717097 A JP6717097 A JP 6717097A JP 3465021 B2 JP3465021 B2 JP 3465021B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、道具が装着される
ツールホルダを外部から制御する作業機械およびその通
信方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】通常、マシニングセンタ等において、自
動工具交換機構（ＡＴＣ）により種々の工具を自動的に
交換する作業が行われている。この種の作業では、所
謂、ＡＴＣシャンクを有するツールホルダが使用されて
おり、このツールホルダをスピンドルに対して自動的に
着脱する構成が一般的に採用されている。
【０００３】ところで、ツールホルダに取り付けられた
道具の状況、例えば、バイトの加工状況を検出してこの
バイトを位置調整する作業を、外部のコントローラで制
御したいという要請がある。そこで、一般的には、赤外
線を使用してツールホルダに制御信号を光通信で送る方
法が考えられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように制御信号を赤外線で行う際には、発光素子と受光
素子とを、互いに位置合わせや位相合わせする必要があ
り、この種の作業が相当に煩雑なものとなってしまう。
しかも、光学レンズを用いるために、クーラントや切削
屑がこの光学レンズに付着し易くなり、誤動作や通信不
能が発生するという問題が指摘されている。
【０００５】本発明は、この種の問題を解決するもので
あり、ツールホルダと外部のコントローラとを無線通信
により確実かつ高精度に送受信可能な作業機械およびそ
の通信方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、本発明では、道具が固着されるツールホルダに設
けられ、アナログ変位量の送信が可能な送受信機構とコ
ントローラとの間でメガヘルツ帯の高周波の電波による
無線通信が行われる。ここで、送受信機構は、ツールホ
ルダの電気良導体部の外周部より１ｍｍ〜２０ｍｍの範
囲内だけ離間して複数周に周回されるアンテナ線と、前
記アンテナ線を保持する電波透過性部材とを備える。こ
のため、電気良導体部、すなわち、電波吸収体である鉄
系材料やアルミニウム材料等で構成されるツールホルダ
自体に影響されることがなく、送受信機構とコントロー
ラとの間で無線通信による送受信が確実に遂行される。
【０００７】その際、コントローラからツールホルダに
電波を送信し、前記ツールホルダに設けられた回路が起
動すると、該ツールホルダ内のアクチュエータが作動を
開始する。そして、アクチュエータの作動によるツール
ホルダの所定の作用状態がセンサで検出され、前記セン
サにより検出された変位量が、周波数の変化としてコン
トローラに無線通信により返信される。これにより、ツ
ールホルダとコントローラとが無線通信を使ってクロー
ズドループを組むことができ、前記ツールホルダに所定
の作用信号が供給されたことを確実に検出し、送受信の
誤動作を回避して無線通信による制御が高精度に遂行可
能になる。
【０００８】さらに、コントローラから基本波に信号波
を重ねた無線信号がツールホルダに送信されると、前記
ツールホルダにより前記無線信号が受信された時にの
み、該ツールホルダの信号確認トリガ回路が駆動され、
前記信号波に応じた所定の作用が行われる。次いで、ツ
ールホルダの所定の作用状態がセンサで検出され、前記
センサにより検出された変位量が、周波数の変化として
コントローラに無線通信により返信される。従って、誤
動作を確実に阻止するとともに、種々の作用を高精度に
遂行することができる。
【０００９】さらにまた、ツールホルダには、コントロ
ーラからの無線通信により、電源から前記ツールホルダ
内の所定の作用部に電気エネルギを供給可能にするため
の起動スイッチ回路が内蔵される。これにより、ツール
ホルダ使用中の必要な場合にのみ、電源をＯＮすること
ができ、前記電源を効率的に使用して該電源の消耗を有
効に阻止することが可能になる。ここで、ツールホルダ
には、起動スイッチ回路により駆動される状態表示手段
が装着されており、前記ツールホルダの作用状態を直接
確認することができ、信頼性の向上が図られる。
【００１０】しかも、ツールホルダには、補正ヘッドま
たは計測ヘッドが装着されており、この補正ヘッドによ
る道具の位置調整状態や、この計測ヘッドによる被加工
物の加工状態を、無線通信によりコントローラを介して
自動的に検出することが可能になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施形態
に係る作業機械１０の全体斜視説明図である。
【００１２】この作業機械１０は、工作機１４と、前記
工作機１４のスピンドル１６に着脱自在なツールホルダ
１８と、前記ツールホルダに設けられる送受信機構２０
と、この送受信機構２０と電波により無線通信を行うコ
ントローラ２２とを備える。
【００１３】スピンドル１６は、図示しない回転駆動源
に連結されて可動ベース２４に回転可能に支持されると
ともに、矢印Ａ方向（水平方向）、矢印Ｂ方向（鉛直方
向）および矢印Ｄ方向（軸方向）に移動自在である。
【００１４】図２に示すように、ツールホルダ１８は、
一端部にスピンドル１６に嵌着されるシャンク部２６を
有し、他端部にバイト（道具）２８が取着される。この
ツールホルダ１８は、バイト２８の位置をスピンドル１
６の径方向（矢印Ｃ方向）に位置調整可能な補正ヘッド
３０と、この補正ヘッド３０を駆動するための駆動機構
３２と、前記補正ヘッド３０の調整状態を検出するため
の検出機構３４と、電池（ＤＣ電源）３５とを備える。
【００１５】駆動機構３２は、ツールホルダ１８に内蔵
される正逆転可能なＤＣモータ３６を有し、このＤＣモ
ータ３６の駆動軸に減速器３８が連結される。この減速
器３８は、大きな減速比に設定されている。減速器３８
の出力軸４０には、ドライブアダプタ４２が連結され、
このドライブアダプタ４２の先端側に軸線方向（矢印Ｄ
方向）に延在して形成されたスリット４４には、ピン４
６を介して円錐状テーパドライブシャフト４８が軸方向
に進退自在に係合する。テーパドライブシャフト４８の
外周面には、複数のローラ５０が僅かな傾きを有しケー
ジ５２を介して転動自在に配設されるとともに、前記ロ
ーラ５０の外側には、パワーユニット５４が設けられて
いる。
【００１６】パワーユニット５４は、内周側にテーパド
ライブシャフト４８の外周面に対応するテーパ面５６が
形成される一方、その外周面は、軸方向に同一寸法（ス
トレート外周）に設定される。パワーユニット５４は、
両端側からそれぞれ一対のスリット（図示せず）が互い
に近接して設けられており、テーパドライブシャフト４
８が回転される際、このテーパドライブシャフト４８と
ローラ５０とが回転しながら前後に転動することによ
り、所定の範囲内で拡縮可能である。
【００１７】パワーユニット５４の外周には、ヘッドハ
ウジング５８が配設される。ヘッドハウジング５８は、
略筒状を有しており、その外周面にＳ字状のスリット６
０が形成される。ヘッドハウジング５８は、上記のよう
にパワーユニット５４が拡径する際に、直径外方向に押
圧されてＳ字状のスリット６０を介して矢印Ｃ１方向に
変位する。
【００１８】検出機構３４は、ヘッドハウジング５８の
矢印Ｃ方向の補正変位を検出する変位検出センサ（リニ
アセンサ）６２を備える。このセンサ６２は、図３に示
すように、磁気遮蔽体６４内に配設される巻線コイル６
６を有し、この巻線コイル６６が外装されるガイド部６
８に沿って測定コア７０が進退自在である。測定コア７
０は、コンタクト部７２に設けられるとともに、ガイド
部６８は、固定材７３を介してパワーユニット５４の一
方の拡縮半片にネジ止め固定される。センサ押圧部７５
が、コンタクト部７２に対向してパワーユニット５４の
他方の拡縮半片にネジ止め固定され、前記コンタクト部
７２と前記センサ押圧部７５とは、常に押圧状態を維持
してヘッドハウジング５８と一体的に矢印Ｃ方向に移動
する。
【００１９】コンタクト部７２には、金属製ベローズカ
プセル７４の一端が固定され、このベローズカプセル７
４により巻線コイル６６および磁気遮蔽体６４が覆われ
ている。ベローズカプセル７４は、検出機構３４全体を
防水する機能を有するものであり、この目的を達成し得
るものであれば、他の部材、例えば、Ｏリングを有した
筒、またはゴムカバー等を採用してもよい。
【００２０】センサ６２の巻線コイル６６は、発振変調
器７６に接続されるとともに、この発振変調器７６がツ
ールホルダ１８に内蔵された基板７８（図２参照）に設
けられている。発振変調器７６から送信機８０にＭＨＺ
（メガヘルツ）帯の高周波が送られる一方、この送信機
８０にアンテナ線８２が接続される。図２に示すよう
に、アンテナ線８２は、ツールホルダ１８の外周に電波
透過性部材８４に保持されかつカバー部材８６に囲繞さ
れて装着されており、これによって送受信機構２０が構
成される。
【００２１】具体的には、ツールホルダ１８は、鉄系材
料やアルミニウム材料等の電波反射体（電気良導体部）
で構成されており、このツールホルダ１８の外周には、
合成樹脂、合成繊維、合成ゴム、ガラス材、紙材、木材
および陶磁器等の電波を透す材料からなる電波透過性部
材８４が装着され、この電波透過性部材８４を介して前
記ツールホルダ１８の端部から一定距離Ｈ（１〜２０ｍ
ｍ、より好適には、３〜８ｍｍ）だけ離間してアンテナ
線８２が複数周に巻回（周回）される。
【００２２】図４（ａ）には、送信機として、鉄製ツー
ルホルダ１８に紙、合成樹脂および陶器材料からなる電
波透過性部材８４を種々の厚さ設定して介装した際、ア
ンテナ線８２からの電波の通達距離が示されている。こ
こで、ツールホルダ１８にアンテナ線８２を直接巻き付
けた際には、通達距離が殆ど得られない。一方、図４
（ｂ）には、受信機として、上記と同様の条件でツール
ホルダ１８に電波透過性部材８４を介装した際、アンテ
ナ線８２による受信感度が示されている。
【００２３】アンテナ線８２の外周には、電波透過性部
材８４と同様に電波を透す材料からなるカバー部材８６
が固着される。このカバー部材８６は、さらに靱性およ
び防水性に優れていることが必要であり、好ましくは、
合成樹脂類で構成される。
【００２４】図５に示すように、アンテナ線８２に受信
機９０が接続され、この受信機９０は、電池３５により
駆動されるパルス発生回路９２に接続されたパルス電源
回路９４を介して駆動される。受信機９０により受信さ
れた信号は、信号復調回路９６から信号確認トリガ回路
９８に送られ、さらに起動スイッチ回路１００に送られ
る。起動スイッチ回路１００には、起動スイッチ駆動確
認回路１０１および変調器１０３が接続され、この変調
器１０３が送信機８０に接続される。
【００２５】図３に示すように、起動スイッチ回路１０
０には、ＤＣモータ３６に正逆転信号を供給するための
第１および第２受信復調回路１０２、１０４と、前記Ｄ
Ｃモータ３６を制御するための正逆転選択回路を備えた
モータ駆動回路１０６とが接続される。モータ駆動回路
１０６には、モータ駆動確認回路１０７を介して変調器
１０３が接続される。
【００２６】図６に示すように、起動スイッチ回路１０
０には、さらにＬＥＤスイッチ回路１０８およびパルス
発生回路１１０が接続される。パルス発生回路１１０に
変調回路１１２が接続され、この変調回路１１２がＬＥ
Ｄスイッチ回路１０８に駆動信号を送るとともに、前記
ＬＥＤスイッチ回路１０８にＬＥＤ（状態表示手段）１
１４が接続される。ＬＥＤ１１４は、図２に示すよう
に、ツールホルダ１８の外周から中心方向に形成された
孔部１１５に固定され、その先端が前記ツールホルダ１
８の外周面と略同一面上に配置されている。
【００２７】図７に示すように、コントローラ２２は、
送信機８０のアンテナ線８２より送られる電波をアンテ
ナ線１１６から受信する受信機１１８を備え、この受信
機１１８が前記電波を復調器１２０に供給する。復調器
１２０には、カウント部１２２、起動スイッチ駆動確認
回路１２３およびモータ駆動確認回路１２５が接続され
る。
【００２８】起動スイッチ駆動確認回路１２３およびモ
ータ駆動確認回路１２５は、状態表示部１２７に接続さ
れる一方、カウント部１２２は、入力信号をパルス化し
て周波数を細分解し、補正量表示部１２４に補正量とし
て変換表示するとともに、演算部１２６で補正ヘッド３
０の補正変位が演算される。
【００２９】コントローラ２２には、補正指示部１２８
が設けられ、この補正指示部１２８からのプラス（正
転）およびマイナス（逆転）の信号が演算部１２６に入
力される。演算部１２６には、第１および第２スイッチ
１３０、１３２を介して第１および第２変調送信回路１
３４、１３６が接続される。第１および第２変調送信回
路１３４、１３６は、演算部１２６から送られる正転ま
たは逆転駆動信号を変調器１３８を介して送信機１４０
に供給するとともに、前記送信機１４０には、発振変調
器１４２が接続される。送信機１４０がＯＮされると、
ツールホルダ１８側の受信機９０が作用し、ＤＣモータ
３６が正転または逆転の補正指示に応じて回転駆動され
る。
【００３０】このように構成される第１の実施形態に係
る作業機械１０の動作について、以下に説明する。
【００３１】ツールホルダ１８は、スピンドル１６に装
着された状態で、工作機１４の作用下に回転しながら矢
印Ａ方向、矢印Ｂ方向および矢印Ｄ方向に選択的に移動
し、図示しないワークに所定の加工（例えば、穴加工）
を施す。そして、加工穴の径が測定され、その加工穴径
が公差内にない場合等には、バイト２８の補正が行われ
る。
【００３２】すなわち、一連の加工が終了して次のワー
ク（図示せず）の加工に移行するまでの間、スピンドル
１６が所定の待機位置に移送されてツールホルダ１８が
準備状態に至る。次いで、コントローラ２２では、図８
に示すように、キャリアである基本波ｆ０に対して識別
波である識別性を有する信号波ｆ１を乗せた変調波ｆ２
が発振変調器１４２から送信機１４０を介してアンテナ
線１１６より送信される。変調波ｆ２は、図５に示すよ
うに、ツールホルダ１８のアンテナ線８２から受信機９
０に送られる。
【００３３】ここで、信号波ｆ１が、起動スイッチ回路
１００をＯＮさせる起動スイッチＯＮ信号であれば、変
調波ｆ２が信号復調回路９６で基本波ｆ０および起動ス
イッチＯＮ信号（信号波ｆ１）と認識される。基本波ｆ
０および信号波ｆ１として双方が認識された場合にの
み、信号確認トリガ回路９８に前記基本波ｆ０および前
記信号波ｆ１が送られ、この信号確認トリガ回路９８が
駆動スイッチ回路１００に前記基本波ｆ０および前記信
号波ｆ１を送るとともに、パルス電源回路９４を滅勢し
て受信機９０を連続的に駆動させる。
【００３４】起動スイッチ回路１００は、受信した信号
波ｆ１に対応した所望の作用を行うべく、電池３５を所
定の回路に接続させる。すなわち、信号波ｆ１は、起動
スイッチ駆動確認回路１０１を動作させ、図３に示すよ
うに、発振変調器７６を駆動させ、送信機８０を介して
起動スイッチＯＮ確認信号としてアンテナ線８２からコ
ントローラ２２に返信される。図７に示すように、信号
波ｆ１は、復調器１２０を介して起動スイッチ駆動確認
回路１２３に送られる。これにより、所謂、アンサーバ
ックがなされる（図８参照）。
【００３５】一方、センサ６２を構成するガイド部６８
がパワーユニット５４の一方の拡縮半片に固定されると
ともに、センサ押圧部７５が前記パワーユニット５４の
他方の拡縮半片に固定され、コンタクト部７２と前記セ
ンサ押圧部７５とが常に押圧状態を維持している。この
ため、ヘッドハウジング５８が矢印Ｃ方向に移動する
と、コンタクト部７２およびセンサ押圧部７５を介して
測定コア７０がガイド部６４に沿って摺動する。そし
て、図９に示すように、周波数の変化として巻線コイル
６６の総合コンダクタンスが変化し、発振変調器７６よ
りセンサ可変高周波（ＭＨＺ）信号波ｆΔ（＝ｆ０＋Δ
ｓ）が得られる。なお、ｆ０は、センサ６２が動作しな
い時の高周波信号周波数となる。
【００３６】この高周波は、送信機８０からアンテナ線
８２を介してコントローラ２２のアンテナ線１１６から
受信機１１８に無線受信され、復調された後にカウント
されてセンサ６２の変位、すなわち、補正ヘッド３０の
変位が測定される。
【００３７】その際、コントローラ２２には、このコン
トローラ２２からツールホルダ１８に送信された基本波
ｆ０および信号波ｆ１に対応する変調波ｆ２が確認信号
として前記ツールホルダ１８から返信される（図８参
照）。従って、コントローラ２２からツールホルダ１８
に所定の通信が行われたことを確実に検出することがで
き、無線通信による制御が高精度に遂行可能になるとい
う効果が得られる。
【００３８】コントローラ２２では、センサ６２からの
無線通信により補正ヘッド３０の状態が検出されると、
演算部１２６を介してＤＣモータ３６を正転または逆転
させるべく、ツールホルダ１８側に無線通信が行われ
る。例えば、コントローラ２２の演算部１２６からプラ
ス補正（正転）の指示がされると、第１スイッチ１３０
がＯＮされて第１変調送信回路１３４および送信機１４
０からアンテナ線１１６を介し、ツールホルダ１８のア
ンテナ線８２から受信機９０に正転信号（正転変調信号
ｆ３）が送られる。正転信号は、第１受信復調回路１０
２からモータ駆動回路１０６に送られ、このモータ駆動
回路１０６を介してＤＣモータ３６が正転される。
【００３９】一方、コントローラ２２の演算部１２６か
らマイナス補正（逆転）の指示がされると、第２スイッ
チ１３２がＯＮされて第２変調送信回路１３６および送
信機１４０からアンテナ線１１６を介し、ツールホルダ
１８のアンテナ線８２から受信機９０に逆転信号（逆転
変調信号ｆ４）が送られる。逆転信号は、第２受信復調
回路１０４からモータ駆動回路１０６に送られ、このモ
ータ駆動回路１０６を介してＤＣモータ３６が逆転され
る。
【００４０】ＤＣモータ３６の回転は、図２に示すよう
に、減速機３８により相当に減速される。これにより、
比較的小型なＤＣモータ３６を使用しても、大きな出力
（トルク）を得ることができる。減速機３８の出力軸４
０に連接されたドライブアダプタ４２が回転すると、こ
のドライブアダプタ４２にスリット４４およびピン４６
を介して係合するテーパドライブシャフト４８が回転
し、さらに前記テーパドライブシャフト４８の外周面に
摺接する複数のローラ５０が回転する。
【００４１】従って、テーパドライブシャフト４８およ
び複数のローラ５０が前後方向（矢印Ｄ方向）に転動
し、パワーユニット５４が所定の範囲内で拡縮（矢印Ｃ
方向）される。このパワーユニット５４が、矢印Ｃ方向
に拡縮すると、上記のようにセンサ６２が駆動されてコ
ントローラ２２に前記パワーユニット５４の変位、すな
わち、補正ヘッド３０の変位が無線通信される。
【００４２】この場合、第１の実施形態では、電波反射
体（電気良導体部）で構成されるツールホルダ１８の外
周に、電波透過性部材８４が装着され、この電波透過性
部材８４を介して前記ツールホルダ１８の端部から一定
距離Ｈ（１〜２０ｍｍ、より好適には、３〜８ｍｍ）だ
け離間してアンテナ線８２が巻回されている。
【００４３】これにより、送受信機構２０は、電波反射
体であるツールホルダ１８自体に影響されることがな
く、コントローラ２２との間で無線通信による制御信号
の送受信を円滑かつ確実に行うことが可能になる。特
に、アンテナ線８２をツールホルダ１８の端部から３〜
８ｍｍだけ離間させると、３〜５ｍ程度の離間距離を有
していても、無線通信ができることが実証された（図４
参照）。なお、電波の送受信とアンテナには、一般的に
相反性があり、送信の特性は受信の場合にも同じであ
る。
【００４４】しかも、アンテナ線８２の外周には、電波
透過性部材８４と同様に電波を透す材料でかつ防水性を
有するカバー部材８６が固着される。従って、送受信機
構２０は、所望の防水性をも確保することが可能にな
る。
【００４５】さらに、ツールホルダ１８は、コントロー
ラ２２からの無線通信により、電池３５から駆動機構３
２および検出機構３４等に電気エネルギを供給可能にす
るための起動スイッチ回路１００を備える。このため、
ツールホルダ１８がスピンドル１６に装着されて使用中
でかつ必要な場合にのみ、電池３５を使用することがで
き、前記電池３５を効率的に活用することが可能にな
る。
【００４６】ここで、ツールホルダ１８は、起動スイッ
チ回路１００により駆動される状態表示手段であるＬＥ
Ｄ１１４を備えている。そして、起動スイッチ回路１０
０に信号波ｆ１が送信されると、この起動スイッチ回路
１００は、ＬＥＤスイッチ回路１０８およびパルス発生
回路１１０に信号を送る。従って、ＬＥＤスイッチ回路
１０８には、起動スイッチ回路１００からの信号の他、
パルス発生回路１１０から変調回路１１２に供給された
信号も同時に送られる。これにより、ＬＥＤスイッチ回
路１０８が、ＬＥＤ１１４を駆動する。
【００４７】ＬＥＤ１１４が駆動されることにより、ツ
ールホルダ１８の作用状態をこのツールホルダ１８自体
に表示することができ、前記ツールホルダの動作状態を
直接確認して信頼性の向上が図られる。なお、ＬＥＤ１
１４の点滅間隔や点灯色を変更することにより、ツール
ホルダ１８の種々の作用状態を識別して表示することも
可能である。
【００４８】さらにまた、ツールホルダ１８とコントロ
ーラ２２とが相互に電波による無線通信を行い、所謂、
アンサーバック方式により前記ツールホルダ１８側の検
出機構３４を構成するセンサ６２からの情報に基づい
て、前記コントローラ２２が駆動機構３２を構成するＤ
Ｃモータ３６を駆動制御する。従って、補正ヘッド３０
の補正作業が高精度かつ確実に遂行されるという効果が
ある。
【００４９】また、ツールホルダ１８では、基本波ｆ０
および信号波ｆ１（またはｆ３、ｆ４）の双方を受信し
たことが認識された場合にのみ、前記ツールホルダ１８
で前記信号波ｆ１（またはｆ３、ｆ４）に応じた所定の
作用が行われる。このため、ツールホルダ１８の誤動作
を確実に阻止するとともに、このツールホルダは、種々
の作用を高精度に遂行することができるという利点があ
る。
【００５０】図１０は、本発明の第２の実施形態に係る
作業機械１６０を構成するツールホルダ１６２の縦断面
説明図である。なお、第１の実施形態に係るツールホル
ダ１８と同一の構成要素には同一の参照符号を付してそ
の詳細な説明は省略する。
【００５１】ツールホルダ１６２に内蔵される検出機構
１６４は、光学式ロータリエンコーダ（回転角度検出セ
ンサ）を構成しており、互いに対向する光源（発光ダイ
オード等）１６６と受光素子（フォトトランジスタ等）
１６８とを備える。光源１６６と受光素子１６８との間
には、ドライブアダプタ４２を介してスロット板１７０
が配設される。このスロット板１７０には、図１１に示
すように、等角度間隔ずつ離間して複数のスリット１７
２が光源１６６の光軸上に対応して形成される。
【００５２】このように構成される作業機械１６０で
は、第１の実施形態に係るツールホルダ１８と同様に、
補正ヘッド３０を調整するためにＤＣモータ３６が駆動
されると、このＤＣモータ３６を介してドライブアダプ
タ４２とスロット板１７０とが一体的に回転する。この
ため、光源１６６から出力される検出光は、スロット板
１７０のスリット１７２を透過することにより受光素子
１６８に断続的に投射され、パルス信号が発生する。
【００５３】このパルス信号は、ツールホルダ１８から
コントローラ（図示せず）にデジタル信号として電波に
乗せて送信される。従って、ＤＣモータ３６の回転状態
から補正ヘッド３０の変位量を間接的に検出することが
でき、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００５４】図１２および図１３には、本発明の第３の
実施形態に係る作業機械を構成する検出機構（回転角度
検出センサ）１８０が示されている。この検出機構１８
０は、ドライブアダプタ４２に固定される電気導通性の
円板１８２を備え、この円板１８２には、非導通部１８
４が等角度間隔ずつ離間して複数設けられる。円板１８
２には、図示しない導通検出器に接続された固定型コン
タクト部材１８６が接触している。
【００５５】このように構成される検出機構１８０で
は、第２の実施形態と同様に、ＤＣモータ（図示せず）
を介してドライブアダプタ４２と円板１８２とが一体的
に回転する。このため、円板１８２に接触しているコン
タクト部材１８６は、非導通部１８４と前記円板１８２
自体（導通部）とに交互に接触し、図示しない導通検出
器にＯＮ／ＯＦＦ信号が発生する。このＯＮ／ＯＦＦ信
号は、コントローラ（図示せず）にデジタル信号として
電波に乗せて送信される。これにより、第３の実施形態
では、第２の実施形態と同様の効果が得られる。
【００５６】図１４は、本発明の第４の実施形態に係る
作業機械２１０を示す。作業機械２１０は、工作機２１
２と、前記工作機２１２のスピンドル２１４に着脱自在
なツールホルダ２１６と、このツールホルダ２１６に設
けられる送受信機構２１７と、この送受信機構２１７と
無線通信自在なコントローラ２１８とを備える。スピン
ドル２１４は、図示しない回転駆動源に連結されて回転
自在であるとともに、任意の方向に移動自在である。
【００５７】ツールホルダ２１６は、一端部にスピンド
ル２１４に嵌着されるシャンク部２２０を有し、他端部
に被加工物Ｗの加工状態を測定する計測ヘッド（道具）
２２２が取着される。図１５に示すように、ツールホル
ダ２１６には、計測ヘッド２２２による所定の作用状態
を検出するための検出機構２２４と、この検出機構２２
４を駆動するための電池（ＤＣ電源）２２６とが内蔵さ
れる。
【００５８】ツールホルダ２１６の中央部分には、円筒
状のスライドハウジング２２８がスプリング２３０を介
して軸方向（矢印Ｅ方向）に進退自在に嵌合する。スラ
イドハウジング２２８の外周部には、軸方向に所定の長
さを有してガイド溝２３２が形成され、このガイド溝２
３２にボール２３４が嵌合する。スライドハウジング２
２８内には、無線送受信用部品が組み込まれた基板２３
６が配設されるとともに、このスライドハウジング２２
８の前部側に検出機構２２４が収容される。
【００５９】検出機構２２４は、固定筒体２３８に保持
されるリニアセンサである変位検出センサ２４０を備え
る。このセンサ２４０は、第１の実施形態におけるセン
サ６２と同様に構成されており、同一の構成要素には同
一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００６０】図１６に示すように、センサ２４０の巻線
コイル６６は、高周波発振器（高周波発振手段）である
クリスタル発振子２４２を備えた発振変調回路２４４に
接続されるとともに、この発振変調回路２４４には、電
池２２６が起動スイッチ回路２４６を介して接続され
る。この起動スイッチ回路２４６は、第１の実施形態に
おける起動スイッチ回路１００と同様に構成されてお
り、その詳細な説明は省略する。
【００６１】発振変調回路２４４は、クリスタル発振子
２４２で発生する基本波と巻線コイル６６を含む回路イ
ンダクタンスの変化量を変調波として生成し、緩衝回路
２５４を介して送信機２５０に送る。この変調波は、送
信機２５０でセンサ信号波としてアンテナ線２５２に送
られ、コントローラ２１８に無線送信される。
【００６２】図１５に示すように、アンテナ線２５２
は、ツールホルダ２１６の外周に電波透過性部材２５６
およびカバー部材２５８に囲繞されて装着されており、
これによって送受信機構２１７が構成される。ツールホ
ルダ２１６は、ツールホルダ１８と同様に、鉄系材料や
アルミニウム材料等の電波反射体（電気良導体部）で構
成されており、このツールホルダ２１６の外周には、合
成樹脂、合成繊維、合成ゴム、ガラス材、紙材、木材お
よび陶磁器等の電波を透す材料からなる電波透過性部材
２５６が装着され、この電波透過性部材２５６を介して
前記ツールホルダ２１６の端部から一定距離Ｈ（１〜２
０ｍｍ、より好適には、３〜８ｍｍ）だけ離間してアン
テナ線２５２が復数周に巻回される。カバー部材２５８
は、さらに靱性および防水性に優れていることが必要で
あり、好ましくは、合成樹脂類で構成される。
【００６３】計測ヘッド２２２は、図１５および図１７
に示すように、軸方向に交差する径方向（矢印Ｆ方向）
に進退自在な測定ピン（測定子）２７０ａ、２７０ｂを
備え、この測定ピン２７０ａ、２７０ｂがコンタクトレ
バー２７２ａ、２７２ｂに固着される。コンタクトレバ
ー２７２ａ、２７２ｂは、矢印Ｅ方向に延在するととも
に、それぞれの端部側には、互いに対向してコンタクト
ポイント２７４ａ、２７４ｂが設けられる。
【００６４】コンタクトレバー２７２ａ、２７２ｂの間
には、シャフト２７６が進退自在に配設され、このシャ
フト２７６の一端にコンタクトポイント２７４ａ、２７
４ｂに係合する円錐面２７８が形成される。一方、シャ
フト２７６の他端端面２８０は、センサ２４０を構成す
るコンタクト部７２に当接する。
【００６５】図１６に示すように、コントローラ２１８
は、アンテナ線２５２より電波として送られる変調波を
アンテナ線２８２から受信する受信機２８４を備え、こ
の受信機２８４が復調器２８６に接続される。復調器２
８６にカウント部２８８が接続され、このカウント部２
８８によりカウントされた周波数が表示部２９０に測定
値として変換表示されるとともに、計測ヘッド２２２の
測定値、すなわち、被加工物Ｗの穴径等の加工状態が測
定される。コントローラ２１８には、基本波に信号波を
乗せた変調波をツールホルダ２１６に送信するための送
信機２９２が配設される。
【００６６】このように構成される第４の実施形態に係
る作業機械２１０の動作について、以下に説明する。
【００６７】ツールホルダ２１６は、スピンドル２１４
に装着された状態で、工作機２１４の作用下に被加工物
Ｗの所定の加工穴Ｗａに対応して移動される。そこで、
コントローラ２１８では、送信機２９２からアンテナ線
２８２を介して変調波が送信され、この変調波がツール
ホルダ２１６のアンテナ線２５２で受信される。ツール
ホルダ２１６では、第１の実施形態におけるツールホル
ダ１８と同様に信号の確認が行われ、所定の信号である
ことが確認されると、このツールホルダ２１６での作業
が開始される。
【００６８】具体的には、起動スイッチ回路２４６を介
して電池２２６から発振変調回路２４４に電力が供給さ
れ、検出機構２２４が駆動される。その際、計測ヘッド
２２２が被加工物Ｗの加工穴Ｗａに挿入されると、測定
ピン２７０ａ、２７０ｂが前記加工穴Ｗａの内壁面に当
接して矢印Ｆ方向に進退し、コンタクトレバー２７２
ａ、２７２ｂのコンタクトポイント２７４ａ、２７４ｂ
がシャフト２７６の円錐面２７８を押圧する。このた
め、加工穴Ｗａが小径であれば、シャフト２７６が、図
１７中、矢印Ｅ１方向に移動してセンサ２４０のコンタ
クト部７２を巻線コイル６６側に押圧し、第１の実施形
態と同様に、センサ可変高周波（ＭＨＺ）信号波が得ら
れる。
【００６９】この信号波は、図１６に示すように、送信
機２５０に送られ、この送信機２５０からアンテナ線２
５２を介してコントローラ２１８のアンテナ線２８２に
無線送信される。コントローラ２１８では、復調器２８
６により信号波から目的の周波数が取り出され、計測ヘ
ッド２２２の測定値が得られる。
【００７０】この場合、第４の実施形態では、送受信機
構２１７が、電波反射体であるツールホルダ２１６自体
に影響されることがなく、コントローラ２１８との間で
無線通信による測定値の送信を円滑かつ確実に行うこと
が可能になるという利点がある他、第１の実施形態と同
様の効果を得ることができる。
【００７１】なお、第４の実施形態では、被加工物Ｗの
加工穴Ｗａの径を測定する計測ヘッド２２２を使用した
が、これに限定されるものではなく、穴の深さを測定す
るヘッド（図示せず）等を用いることも可能である。
【００７２】
【発明の効果】本発明に係る作業機械およびその通信方
法では、道具が固着されるツールホルダに設けられた送
受信機構と外部のコントローラとの間で電波による無線
通信が行われるとともに、この送受信機構が、ツールホ
ルダの電気良導体部から電波透過性部材を介して一定距
離だけ離間して複数周に周回されるアンテナ線を備え
る。このため、鉄系材料やアルミニウム材料等の電気良
導体部、すなわち、電波反射体で構成されるツールホル
ダ自体に影響されることがなく、送受信機構とコントロ
ーラとの間で無線通信による送受信が確実かつ高精度に
遂行可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る作業機械の全体
斜視説明図である。
【図２】前記第１の実施形態に係る作業機械を構成する
ツールホルダの縦断面説明図である。
【図３】前記ツールホルダに内蔵される検出機構の回路
構成図である。
【図４】種々の材質で形成された絶縁部品による厚さと
通達距離および受信感度との関係図である。
【図５】前記ツールホルダに内蔵される起動スイッチ回
路の説明図である。
【図６】前記ツールホルダに内蔵されるＬＥＤ駆動回路
の説明図である。
【図７】前記第１の実施形態に係る作業機械を構成する
コントローラの回路構成説明図である。
【図８】前記コントローラと前記ツールホルダとによる
無線通信の説明図である。
【図９】前記コントローラと前記ツールホルダとによる
センサ駆動時の無線通信の説明図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る作業機械を構
成するツールホルダの縦断面説明図である。
【図１１】前記第２の実施形態に係るツールホルダに内
蔵された検出機構の一部正面説明図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る作業機械を構
成する検出機構の一部縦断側面図である。
【図１３】前記第３の実施形態に係るツールホルダに内
蔵された検出機構の一部正面説明図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態に係る作業機械の全
体説明図である。
【図１５】前記第４の実施形態に係る作業機械を構成す
るツールホルダの縦断面説明図である。
【図１６】前記ツールホルダに内蔵される検出機構の回
路構成図である。
【図１７】前記ツールホルダに装着される測定ヘッドの
縦断面説明図である。
【符号の説明】
１０、１６０、２１０…作業機械 １４、２１２…
工作機 １６、２１４…スピンドル １８、１６２、
２１６…ツールホルダ ２０、２１７…送受信機構 ２２、２１８…
コントローラ ２８…バイト ３０…補正ヘッ
ド ３２…駆動機構 ３４、１６４、１８０、２２４…検出機構 ３５、２２６…電池 ３６…ＤＣモー
タ ４８…テーパドライブシャフト ５４…パワーユ
ニット ６２、２４０…センサ ７６、１４２…
発振変調器 ８０、１４０、２５０、２９２…送信機 ８２、１１６、２５２、２８２…アンテナ線 ９０、１１８…受信機 ９６…信号復調
回路 １００、２４６…起動スイッチ回路 １０６…モータ
駆動回路 １０８…ＬＥＤスイッチ回路 １６６…光源 １６８…受光素子 １７０…スロッ
ト板 １８２…円板 １８４…非導通
部 １８６…コンタクト部材
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−305502（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−155705（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−4706（ＪＰ，Ｕ) 実開 平５−55015（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23Q 17/00 - 23/00 B23B 29/034

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】道具が固着されるツールホルダと、 前記ツールホルダに設けられ、アナログ変位量の送信が
    可能な送受信機構と、 前記送受信機構とメガヘルツ帯の高周波の電波により無
    線通信を行うコントローラと、 を備え、 前記送受信機構は、前記ツールホルダを構成する電気良
    導体部の外周部より１ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内だけ離間
    して複数周に周回されるアンテナ線と、 前記アンテナ線と前記電気良導体部との間に介装され、
    該アンテナ線を保持する電波透過性部材と、 を有することを特徴とする作業機械。
  2. 【請求項２】請求項１記載の作業機械において、前記ツ
    ールホルダには、電気エネルギを供給するための電源
    と、 前記コントローラからの無線通信により、前記電源から
    前記ツールホルダ内の所定の作用部に電気エネルギを供
    給可能にするための起動スイッチ回路と、 が内蔵されることを特徴とする作業機械。
  3. 【請求項３】請求項１記載の作業機械において、前記ツ
    ールホルダには、該ツールホルダの所定の作用状態を検
    出するための検出機構が内蔵されることを特徴とする作
    業機械。
  4. 【請求項４】請求項３記載の作業機械において、前記ツ
    ールホルダは、スピンドルに対して着脱自在に構成され
    ており、 該ツールホルダは、前記道具の位置を前記スピンドルの
    径方向に位置調整可能な補正ヘッドと、 前記補正ヘッドを駆動するための回転駆動源と、 を備え、 前記検出機構は、前記補正ヘッドの調整状態を検出する
    ためのセンサを有するとともに、前記センサにより検出
    されたアナログ量を周波数の変化として前記コントロー
    ラに無線通信可能に構成することを特徴とする作業機
    械。
  5. 【請求項５】請求項４記載の作業機械において、前記セ
    ンサは、前記補正ヘッドの位置変化量を連続したリニア
    アナログ信号として検出するリニアセンサであることを
    特徴とする作業機械。
  6. 【請求項６】請求項３記載の作業機械において、前記ツ
    ールホルダは、前記道具として被加工物の加工状態を検
    出するための計測ヘッドを備え、 前記検出機構は、前記計測ヘッドを構成する検出子の位
    置変化を検出するためのリニアセンサを有するととも
    に、前記リニアセンサにより検出されたリニアアナログ
    量を周波数の変化として前記コントローラに無線通信可
    能に構成することを特徴とする作業機械。
  7. 【請求項７】道具が固着されるとともに、電気良導体部
    の外周部より１ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内だけ離間して複
    数周にアンテナ線が周回されるツールホルダと、外部の
    コントローラとの間で無線通信を行う方法であって、 前記コントローラから前記ツールホルダにメガヘルツ帯
    の高周波の電波を送信し、前記ツールホルダに設けられ
    た回路を起動する工程と、 前記回路の起動により前記ツールホルダ内のアクチュエ
    ータを作動させる工程と、 前記アクチュエータの作動による前記ツールホルダの所
    定の作用状態をセンサで検出し、前記センサにより検出
    された変位量を周波数の変化として前記コントローラに
    無線通信により返信することによって、該ツールホルダ
    に前記所定の作用信号が供給されたことを確認する工程
    と、 を有することを特徴とする作業機械の通信方法。
  8. 【請求項８】道具が固着されるとともに、電気良導体部
    の外周部より１ｍｍ〜２０ｍｍの範 囲内だけ離間して複
    数周にアンテナ線が周回されるツールホルダと、外部の
    コントローラとの間で無線通信を行う方法であって、 前記コントローラから基本波に信号波を重ねたメガヘル
    ツ帯の高周波の無線信号を前記ツールホルダに送信する
    工程と、 前記ツールホルダにより前記無線信号が受信された時に
    のみ、該ツールホルダの信号確認トリガ回路を駆動する
    工程と、 前記信号確認トリガ回路が駆動することにより、前記信
    号波に応じた所定の作用を行う工程と、 前記ツールホルダの所定の作用状態をセンサで検出し、
    前記センサにより検出された変位量を周波数の変化とし
    て前記コントローラに無線通信により返信する工程と、 を有することを特徴とする作業機械の通信方法。
  9. 【請求項９】請求項８記載の通信方法において、前記セ
    ンサはアナログセンサであり、前記ツールホルダの所定
    の作用状態を、前記アナログセンサを介して前記コント
    ローラに無線信号により返信することを特徴とする作業
    機械の通信方法。
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