JP2008185376A - 荷重検出機構 - Google Patents

Abstract

【課題】荷重を検出する検出部により確実且つ安定した検出結果を得ることができると共に、前記検出部の信頼性を向上させる。
【解決手段】ワークＷを把持可能なチャック装置１０に設けられた荷重検出部２０は、磁歪素子からなる検出素子６６と、前記検出素子６６の外周部位に非接触で設けられるコイル６８とを有し、前記検出素子６６の一端部が前記ワークＷを把持する第２フィンガ６０に保持される。そして、ワークＷを把持した際に、第２フィンガ６０に付与される荷重によって検出素子６６が押圧されて変形し、その変形量に伴って磁気特性が変化する。この検出素子６６の磁気変化を電圧変化としてコイル６８で検出し、コントローラ７０へと出力することにより、電圧変化に基づいて前記ワークＷに付与される荷重が検出される。
【選択図】図４

Description

本発明は、ワークを押圧する際の荷重を検出可能な荷重検出機構に関する。

従来から、例えば、圧力流体の供給作用下に駆動するシリンダ装置において、このシリンダ装置で搬送するワークから付与される荷重を検出するための荷重検出センサが用いられている。荷重検出センサは、ロードセルからなり、前記ロードセルは、リード線によって制御部と接続され、該リード線を通じて前記荷重検出部となるロードセルからの検出信号を前記制御部へと出力している。そして、ロードセルからの検出信号に基づいてワークの荷重を算出している（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−１６３０００号公報

ところで、特許文献１に係る従来技術において、ロードセルは、シリンダ装置におけるロッドの端部に設けられているため、該シリンダ装置の駆動作用下に前記ロッドと共に移動することとなり、それに伴って、前記ロードセルに接続されたリード線も共に移動する構成としている。そのため、ロードセル及びリード線が移動することによって、該リード線に対して引張負荷が生じて断線の生じる懸念があり、このリード線の断線によってワークの荷重の検出が不安定になってしまうという問題がある。

本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、荷重を検出する検出部を変位させることなく、確実且つ安定した検出結果を得ることができると共に、前記検出部の信頼性を向上させることが可能な荷重検出機構を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、ワークに当接して押圧自在な可動部材を有する装置に設けられ、該可動部材から前記ワークに対して付与される荷重を検出する荷重検出機構において、
前記可動部材に保持され、前記荷重が付与されることにより電力を発生する素子と、
前記装置に固定されると共に前記素子に対して非接触に設けられ、該素子において発生する電力変化を検出する検出部と、
前記検出部に接続され、前記電力変化に基づいて荷重を算出するコントローラと、
を備え、
前記検出部に対して前記素子が変位自在に設けられる。

本発明によれば、ワークを押圧自在な可動部材を有する装置に設けられる荷重検出機構を、前記可動部材に保持されて荷重の付与によって電力を発生する素子と、前記装置に固定されて非接触に設けられた素子で生じる電力変化を検出する検出部と、前記検出部に接続されて前記電力変化に基づいた荷重を算出するコントローラとから構成している。そして、可動部材を変位させてワークを押圧する際、該ワークに付与される荷重によって素子が変形して電力が発生し、その電力変化を検出部によって検出し、該検出部に接続されたコントローラへと出力することによって前記ワークに対する荷重が検出される。

従って、ワークを押圧する際の荷重を検出可能な検出部を、装置に対して固定しているため、可動部材が変位した場合に該検出部が変位することがなく、前記検出部とコントローラとの接続状態が好適に保持される。換言すれば、検出部を装置に固定し、該検出部によって検出される素子を可動部材と共に変位可能な構成としている。そのため、検出部とコントローラとの接続における断線等の不具合を防止することができ、前記検出部によって確実且つ安定的な検出結果が得られ、可動部材と共に設けられたロードセル等を用いた従来の荷重検出機構と比較して信頼性を向上させることができる。

また、素子を、荷重の付与により変形する磁歪素子とし、検出部を、導線が巻回されたコイルとして、前記コイルの内部に前記素子を挿通させるとよい。これにより、可動部材によってワークを押圧する際、該可動部材に保持された磁歪素子が圧縮変形し、それに伴って生じた電力変化を該磁歪素子の外周側に設けられたコイルによって検出することができる。

さらに、ワークに荷重が付与されていない無負荷状態で、検出部で検出される電力値を基準として校正する校正手段を設けることにより、前記校正手段によって検出部で検出される電力値の基準を校正することができるため、前記検出部において常に正確な検出結果を得ることができる。

さらにまた、校正手段を、装置に配設し、可動部材に対する相対位置を該可動部材の変位方向に沿って調整自在に設けることにより、前記可動部材によって押圧するワークの形状等に応じて任意に校正手段の位置を調整し、該校正手段によって校正することが可能となる。その結果、検出部による荷重の検出をより高精度に行うことができる。

またさらに、素子を、可動部材の変位方向に沿って同軸状となるように複数設けることにより、単一の素子を設けた場合と略同等の検出精度が得られ、且つ、前記可動部材の変位量等に応じて数量を変更することにより簡便に対応することが可能となる。

また、素子に対して常に押圧力を付与する押圧手段を備え、前記押圧手段によって前記素子に圧縮荷重を付与することにより、引張荷重に弱い磁歪素子を素子として用いた場合に、前記素子の耐久性を好適に維持することが可能となる。

さらに、装置は、一組の可動部材を有するチャック装置であり、該可動部材によって前記ワークを把持する際の把持力を検出部によって検出させるとよい。これにより、素子における電力変化から検出部によってワークの把持力を検出することができるため、前記把持力に基づいて一組の可動部材の変位量を制御することによって該ワークを所望の把持力で把持することが可能となる。

本発明によれば、以下の効果が得られる。

すなわち、ワークを押圧する際の荷重を検出可能な検出部を、装置に対して固定しているため、可動部材が変位した場合に該検出部が変位することがなく、前記検出部とコントローラとの接続状態が好適に保持される。その結果、検出部とコントローラとの接続における断線等の不具合を防止することができ、前記検出部によって安定した検出結果が得られるため、可動部材と共に設けられたロードセル等を用いた従来の荷重検出機構と比較して信頼性を向上させることができる。

本発明に係る荷重検出機構について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。

図１において、参照符号１０は、本発明の第１の実施の形態に係る荷重検出機構が適用されるチャック装置を示す。

このチャック装置１０は、図１〜図５に示されるように、ボディ１２の内部に変位自在に設けられた一組のピストン１４ａ、１４ｂを有するシリンダ機構１６と、前記ピストン１４ａ、１４ｂに連結され、該ボディ１２に沿って互いに接近・離間する方向（図２中、矢印Ａ１、Ａ２方向）に変位する把持部１８と、前記把持部１８によってワークＷを把持する際の荷重を検出する荷重検出部２０と、前記荷重検出部２０の変位位置を検出可能な変位検出部２２を有し、その検出位置を任意に調整可能な調整機構（校正手段）２４とを含む。

シリンダ機構１６は、図６に示されるように、断面略長方形状に形成されるボディ１２と、前記ボディ１２に対して軸線方向（矢印Ｘ１、Ｘ２方向）に沿って変位自在に設けられる一組のピストン１４ａ、１４ｂと、一方のピストン１４ａと他方のピストン１４ｂの間に設けられ、一組のピストン１４ａ、１４ｂを互いに相対する方向に変位させるピニオン２６と、前記ピストン１４ａ、１４ｂに連結され、前記ボディ１２のガイドレール２８に沿って変位する一組のスライダ３０ａ、３０ｂとを有する。

ボディ１２には、軸線方向に沿って貫通した一対の第１及び第２貫通孔３２、３４が形成され、前記第１及び第２貫通孔３２、３４は互いに所定間隔離間して略平行に形成される。この第１及び第２貫通孔３２、３４において開口した一端部は、キャップ３６ａ、３６ｂによってそれぞれ閉塞され、前記第１及び第２貫通孔３２、３４の他端部には、圧力流体が供給・排出される第１及び第２ポート３８、４０がそれぞれ形成される。

この第１及び第２ポート３８、４０は、配管等を介して圧力流体供給源（図示せず）に接続され、前記第１及び第２ポート３８、４０を通じて圧力流体が前記第１及び第２貫通孔３２、３４の内部にそれぞれ供給される。

また、ボディ１２の略中央部には、第１貫通孔３２と第２貫通孔３４との間に略円形状のピニオン穴４２が形成され、前記ピニオン穴４２を介して前記第１貫通孔３２と第２貫通孔３４とが連通している。そして、ピニオン穴４２には、外周面に沿って複数の歯部を有するピニオン２６が回転自在に設けられている。このピニオン２６は、その外周部の一部がそれぞれ第１及び第２貫通孔３２、３４の内部に突出するように配置されている。

この第１及び第２貫通孔３２、３４の内部には、それぞれ円柱状のピストン１４ａ、１４ｂが軸線方向に沿って変位自在に設けられ、前記ピストン１４ａ、１４ｂの両端部には、外周面に形成された環状溝にピストンパッキン４４が装着されている。

ピストン１４ａ、１４ｂの外周面には、ピニオン２６の歯部に噛合されるラック部４６を有し、前記ラック部４６には、複数の歯部がピストン１４ａ、１４ｂの軸線方向に沿って一直線状に形成される。そして、一組のピストン１４ａ、１４ｂは、そのラック部４６がピニオン２６と対向するように第１及び第２貫通孔３２、３４にそれぞれ配設され、前記ラック部４６とピニオン２６とが噛合される。

すなわち、一方のピストン１４ａが第１貫通孔３２に沿って変位することにより、該ピストン１４ａと噛合されたピニオン２６が回転し、それに伴って、該ピニオン２６に噛合された他方のピストン１４ｂが第２貫通孔３４に沿って前記ピストン１４ｂとは反対方向に変位する。換言すれば、一組のピストン１４ａ、１４ｂは、ピニオン２６を中心として常に互いに相対する方向に変位する。

ボディ１２の上部には、略中央部に軸線方向に沿ってガイドレール２８が延在すると共に、前記ガイドレール２８を中心として所定間隔離間して一組のガイド溝４８が形成される。このガイドレール２８は、ボディ１２の上部に対して所定高さで突出し、一組のピストン１４ａ、１４ｂにそれぞれ連結されたスライダ３０ａ、３０ｂが変位自在にガイドされる。

また、ガイド溝４８は、ガイドレール２８と略平行に設けられ、ボディ１２の上面に対して窪んで形成されると共に、該ガイド溝４８の一部は、それぞれ第１及び第２貫通孔３２、３４と連通している。このガイド溝４８には、軸線方向に沿って長尺なジョイント５０ａ、５０ｂが変位自在に挿通され、ピストン１４ａ、１４ｂ側に向かって突出した突部５２が前記ピストン１４ａ、１４ｂの外周に設けられた窪み部５４に挿入される。これにより、ピストン１４ａ、１４ｂの変位作用下にジョイント５０ａ、５０ｂがガイド溝４８に沿って軸線方向に沿って変位する。

このジョイント５０ａ、５０ｂには、突部５２を有する一側面とは反対側の側面にスライダ３０ａ、３０ｂがボルトによって連結され、前記ジョイント５０ａ、５０ｂを介してピストン１４ａ、１４ｂ及びスライダ３０ａ、３０ｂが一体的に変位する。

また、スライダ３０ａ、３０ｂには、ガイドレール２８にガイドされる内側面に溝部を介して複数のボール５５（図５参照）が一直線状に装着される。このボールは、スライダ３０ａ、３０ｂとガイドレール２８との間に保持され、前記スライダ３０ａ、３０ｂがガイドレール２８に沿って変位する際の変位抵抗を軽減する。

把持部１８は、一方のスライダ３０ａに装着され、ボディ１２に沿って変位自在な第１フィンガ５６と、他方のスライダ３０ｂに装着された保持部材５８と、前記保持部材５８に対して変位自在に保持された第２フィンガ（可動部材）６０とを含む。この第１フィンガ５６は、断面略Ｌ字状に形成され、スライダ３０ａの上面に対して直交するように鉛直方向に延在している。

保持部材５８は、第１フィンガ５６と同様に断面略Ｌ字状に形成され、スライダ３０ｂの上面に対して直交するように鉛直方向に延在している。すなわち、第１フィンガ５６と第２フィンガ６０とが略平行となるように配置されている。そして、シリンダ機構１６を構成するピストン１４ａ、１４ｂの変位作用下にジョイント５０ａ、５０ｂ及びスライダ３０ａ、３０ｂを介して第１フィンガ５６と保持部材５８とが互いに接近・離間する方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）へと変位する。

また、保持部材５８には、一組の軸受６２ａ、６２ｂがスライダ３０ａ、３０ｂの変位方向（矢印Ｘ１、Ｘ２方向）と略平行に保持され、該軸受６２ａ、６２ｂの内部にはそれぞれガイドシャフト６４ａ、６４ｂが変位自在に挿通される。

第２フィンガ６０は、第１フィンガ５６及び保持部材５８と略平行に設けられたプレート体からなり、該保持部材５８に保持されたガイドシャフト６４ａ、６４ｂの端部が保持される。すなわち、第２フィンガ６０は、他方のスライダ３０ａ、３０ｂの変位作用下に保持部材５８と共に軸線方向（矢印Ｘ１、Ｘ２方向）に沿って変位すると共に、前記ガイドシャフト６４ａ、６４ｂを介して前記保持部材５８に対して相対変位可能に設けられている。換言すれば、第２フィンガ６０は、保持部材５８に対して接近・離間するように変位可能である。

また、第２フィンガ６０は、一組のガイドシャフト６４ａ、６４ｂのガイド作用下に前記保持部材５８に対して変位するため、常に第１フィンガ５６及び保持部材５８と略平行な状態を保ちつつ変位する。

荷重検出部２０は、第２フィンガ６０と保持部材５８との間に配設される検出素子（素子）６６と、前記検出素子６６の外周部位に配置されるコイル（検出部）６８と、前記コイル６８に接続され前記荷重検出部２０における磁気変化に基づいて荷重を算出するコントローラ７０とを含む。

この検出素子６６は、例えば、磁性材料からなる磁歪素子が用いられ、軸線方向に沿って所定長さを有する軸状に形成される。この磁歪素子は、磁気を付与することにより、その形状が変化する特性を有しているため、この特性を利用して前記磁歪素子に対して外部から圧力を付与して圧縮変形させることにより、前記圧力の大きさに応じて磁気特性（透磁率）が変化する。

検出素子６６の一端部は、第２フィンガ６０の端面に開口した第１穴７２に挿入され、他端部が保持部材５８を構成するフランジ部７４の第２穴７６に挿入されて保持される。

第１及び第２穴７２、７６は、第２フィンガ６０及びフランジ部７４の略中央部に形成されると共に、互いに対向した略同軸上となるように配置されている。そのため、第１及び第２穴７２、７６に挿入された検出素子６６は、一組のガイドシャフト６４ａ、６４ｂの間に略平行に配設される。また、検出素子６６の外周面には、円筒状のカバー部材７８が配設され、前記外周面に密着されたカバー部材７８によって前記検出素子６６が覆われる。これにより、検出素子６６がカバー部材７８によって保護される。

すなわち、第２フィンガ６０がガイドシャフト６４ａ、６４ｂのガイド作用下に保持部材５８側（矢印Ｘ２方向）に向かって変位することにより、該第２フィンガ６０によって検出素子６６が前記保持部材５８側に向かって押圧されて圧縮変形する。これにより、第２フィンガ６０から付与される荷重（押圧力）に応じて検出素子６６の磁気特性が変化することとなる。

コイル６８は、導線が軸線方向（矢印Ｘ１、Ｘ２方向）及び半径方向に複数回巻回されたリング状に形成され、その内部に検出素子６６が挿通される。そして、コイル６８は、シリンダ機構１６を構成するボディ１２の上部に固定された接続プレート８０によって保持され、前記コイル６８の内周面と検出素子６６との離間距離が一定となるように非接触に維持される。すなわち、荷重検出部２０を構成する検出素子６６は、コイル６８に対して所定間隔離間した状態を維持しつつ、第２フィンガ６０及び保持部材５８の変位作用下にコイル６８の内部を軸線方向に沿って変位自在に設けられている。

また、コイル６８は、接続プレート８０に接続されるケーブル８２を介してコントローラ７０に接続され、該ケーブル８２を通じてコントローラ７０と電気的に接続される。そして、このコイル６８には、コントローラ７０からケーブル８２を通じて微弱な電流が供給されている。詳細には、接続プレート８０は、コイル６８に接続される部位が二股状に形成され、その一方が前記コイル６８の一端部に接続され、他方が前記コイル６８の他端部に接続されている。

調整機構２４は、シリンダ機構１６を構成するボディ１２の上面に設けられた支柱８４と、前記支柱８４に臨むように保持部材５８の上面に装着される遮蔽部材８６と、前記支柱８４に設けられ発光部８８と受光部９０とを有する変位検出部２２とを含む。

この支柱８４は、ボディ１２に対して鉛直方向に延在し、荷重検出部２０の側方に配置されると共に、前記支柱８４には、前記荷重検出部２０側に臨むように開口した挿通溝９４が設けられる（図４参照）。この挿通溝９４には、遮蔽部材８６の一部が挿通される。

また、挿通溝９４には、発光部８８及び受光部９０とからなる変位検出部２２が設けられ、前記発光部８８から発光された発光光を受光部９０で受光することにより、前記変位検出部２２からコントローラ７０へと電気信号が出力される。なお、発光部８８と受光部９０は、挿通溝９４の内壁面に対向配置される。

遮蔽部材８６は、クランク状に折曲されたプレート材からなり、その下端部が保持部材５８の上面に装着されると共に、上端部の一部が支柱８４の挿通溝９４に挿通される。

この遮蔽部材８６の下端部は、保持部材５８の変位方向（矢印Ｘ１、Ｘ２方向）と略平行な長孔９６を有し、この長孔９６に挿通されたボルト９８を介して前記保持部材５８に固定される。そして、遮蔽部材８６は、ボルト９８を緩めることにより保持部材５８に対して略平行に移動可能となり、該ボルト９８を締め付けることにより固定可能に設けられる。すなわち、ボルト９８を緩めて遮蔽部材８６を所望の位置へと変位させた後、該ボルト９８によって固定することができる。

一方、遮蔽部材８６の上端部は、支柱８４側に向かって突出し、該支柱８４の挿通溝９４に挿通される凸部１００と、該凸部１００に隣接して前記支柱８４から離間する方向に窪んだ凹部１０２とを備える。この凸部１００は、挿通溝９４において発光部８８と受光部９０との間を覆うように挿通され、凹部１０２は、前記凸部１００に対して窪んでいるため挿通溝９４に挿通されることがない。

すなわち、シリンダ機構１６の駆動作用下に保持部材５８と共に遮蔽部材８６が変位することにより、その凸部１００が挿通溝９４に挿通されて発光部８８から発光された発光光の受光が遮断される。一方、遮蔽部材８６の凹部１０２が支柱８４に臨む位置へと変位した場合には、前記凹部１０２によって発光部８８からの発光光が受光部９０で受光可能となる。

このように、調整機構２４は、荷重検出部２０の保持された保持部材５８が変位した際、遮蔽部材８６における凸部１００と凹部１０２によって変位検出部２２における発光光の受光状態が切り換えられ、この受光状態に伴ってコントローラ７０へと出力される出力信号によって荷重検出部２０の位置を検出できると共に、前記遮蔽部材８６の位置を任意に調整することにより、前記荷重検出部２０の検出する位置を自在に調整可能である。

本発明の第１の実施の形態に係る荷重検出機構が適用されたチャック装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。なお、一方のピストン１４ａが第１ポート３８側（矢印Ｘ２方向）へと変位し、他方のピストン１４ｂが第２ポート４０と離間する方向（矢印Ｘ１方向）に変位して第１フィンガ５６と第２フィンガ６０とが互いに離間した開状態であるワークＷの非把持状態を初期状態とし、円筒状のワークＷを把持する場合について説明する。

先ず、図示しない圧力流体供給源から第１ポート３８に対して圧力流体を供給することにより、第１貫通孔３２に挿通されたピストン１４ａが前記第１ポート３８から離間する方向（矢印Ｘ１方向）へと変位し、その変位作用下にピニオン２６が回転することによって第２貫通孔３４に挿通されたピストン１４ｂが第２ポート４０側（矢印Ｘ２方向）に向かって変位する。すなわち、一組のピストン１４ａ、１４ｂが互いに相反する方向に変位する。この場合、第２ポート４０は大気開放状態としておく。

これにより、一組のピストン１４ａ、１４ｂの変位によってジョイント５０ａ、５０ｂを介して一組のスライダ３０ａ、３０ｂがガイドレール２８に沿って互いに接近する方向（矢印Ａ１方向）へと変位し、スライダ３０ａ、３０ｂに連結された第１及び第２フィンガ５６、６０によってワークＷが把持される。

詳細には、第１及び第２フィンガ５６、６０は、ワークＷの外面に当接した後に、さらに互いに接近する方向（矢印Ａ１方向）へ変位し、該ワークＷに対して所定の荷重（押圧力）を付与することにより把持している。この場合、ワークＷに付与される荷重は、該ワークＷの大きさ、重量等によってそれぞれ所望の値に設定される。

また、把持部１８を構成する第１及び第２フィンガ５６、６０によってワークＷが把持される際、前記ワークＷから第１及び第２フィンガ５６、６０に対してそれぞれ反発力が付与されるため、荷重検出部２０を構成する検出素子６６が、第２フィンガ６０を介して前記ワークＷから離間する方向（矢印Ａ２、Ｘ２方向）に向かって押圧される。この場合、第２フィンガ６０は、一組のガイドシャフト６４ａ、６４ｂのガイド作用下にスライダ３０ａ、３０ｂの変位方向と略平行に変位し、その変位作用下に検出素子６６が軸線方向（矢印Ｘ２方向）に沿って押圧される。

これにより、検出素子６６が圧縮変形し、その変形量に基づいて該検出素子６６の透磁率が変化する。そして、この検出素子６６における磁気特性の変化を該検出素子６６の外周部位に設けられたコイル６８によって電圧変化として検出し、ケーブル８２を通じてコントローラ７０へと出力することにより、前記コントローラ７０において前記電圧変化に基づいた荷重が算出される。その結果、ワークＷを把持する際に付与されている荷重（押圧力）を確認することが可能となる。なお、図７に示されるように、ワークＷから検出素子６６へと付与される荷重の大きさに比例し、該検出素子６６の変形作用下に出力される出力電圧が大きくなる。

一方、第１及び第２フィンガ５６、６０を含む把持部１８によるワークＷの把持状態を解除する場合には、図示しない切換弁の切換作用下に第１ポート３８に供給されていた圧力流体を第２ポート４０に対して供給する。この場合、第１ポート３８は大気開放状態としておく。

これにより、第２ポート４０から第２貫通孔３４に導入された圧力流体の押圧作用下にピストン１４ｂが前記第２ポート４０から離間する方向（矢印Ｘ１方向）へと変位し、その変位作用下にピニオン２６が前記とは反対方向に回転することによって第１貫通孔３２に挿通されたピストン１４ａが第１ポート３８側（矢印Ｘ２方向）に向かって変位する。

その結果、一組のピストン１４ａ、１４ｂの変位によってジョイント５０ａ、５０ｂを介して一組のスライダ３０ａ、３０ｂがガイドレール２８に沿って互いに離間する方向（矢印Ａ２方向）へと変位し、第１及び第２フィンガ５６、６０によって把持されていたワークＷの把持状態が解除される。

また、この場合、第２フィンガ６０を介して検出素子６６に付与されていた荷重がなくなるため、前記検出素子６６の変形が解消され、その磁気特性が無負荷状態へと戻る。そして、この検出素子６６の変形によって生じていたコイル６８の電圧変化がなくなり、略一定となる所定値に復帰することによって把持部１８による把持状態が解除されたことが確認される。

以上のように、第１の実施の形態では、荷重検出部２０を構成する検出素子６６を保持部材５８と共に可動自在とし、該検出素子６６の外周部位に設けられたコイル６８をシリンダ機構１６に対して固定している。そして、ワークＷを把持する際、該ワークＷに付与される押圧力によって検出素子６６が圧縮変形し、その変形量に基づいて該検出素子６６の磁気特性を変化させることができる。そのため、この検出素子６６の磁気特性をコイル６８によって電圧変化として検出し、コントローラ７０へと出力することによってワークＷに対する荷重を検出することが可能となる。

このように、荷重検出部２０を構成し、コントローラ７０に接続されるケーブル８２をチャック装置１０のシリンダ機構１６に対して固定することができるため、前記ケーブル８２が前記ワークＷを把持する第２フィンガ６０と共に変位することがなく、前記ケーブル８２の断線等の不具合を防止することができる。その結果、荷重検出部２０によって確実且つ安定的な検出結果が得られると共に、該荷重検出部２０の長寿命化を図ることも可能となる。

換言すれば、ロードセル等の従来の荷重検出部２０を有する検出機構と比較し、リード線の断線等の不具合を低減させることができ、信頼性を向上させて安定的な検出を行うことができる。

また、磁歪素子からなる検出素子６６と、該検出素子６６の外周側に配置されるコイル６８とから荷重検出部２０を構成しているため、その構成を簡素化することができ、前記荷重検出部２０を備えたチャック装置１０の大型化を抑制することができる。

さらに、荷重検出部２０において、荷重を検出する検出素子６６と、該検出素子６６による磁気変化を検出可能なコイル６８とを非接触としているため、ロードセル等の接触式の荷重検出部２０を用いた場合と比較し、前記荷重検出部２０の耐久性向上を図ることができる。

さらにまた、荷重検出部２０の変位位置を検出可能な変位検出部２２を有し、その検出位置を任意に調整可能な調整機構２４を設けることにより、該調整機構２４を構成する遮蔽部材８６をスライド変位させてワークＷの把持状態となる直近で変位検出部２２によって検出可能とすることができる。これにより、ワークＷが把持されておらず荷重検出部２０に荷重の付与されていない無負荷状態の電圧値を基準とし、コントローラ７０で校正することによって正確な検出を行うことができる。

またさらに、上述した調整機構２４によって荷重検出部２０が無負荷状態となる位置に応じて変位検出部２２を移動させることができるため、把持されるワークＷの形状等に応じて前記変位検出部２２による検出を所望の位置で検出可能とし、無負荷状態の電圧値を基準とするように校正することができる。その結果、ワークＷの形状にかかわらず荷重検出部２０で検出される電圧値の基準を校正して、該荷重検出部２０による検出精度の向上を図ることができる。

次に、第２の実施の形態に係る荷重検出機構が適用されるチャック装置１５０を図８に示す。なお、上述した第１の実施の形態に係る荷重検出機構が適用されるチャック装置１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。

この第２の実施の形態に係る荷重検出部１５２では、図８に示されるように、複数の検出素子１５４ａ〜１５４ｆが同軸上に配置されると共に、ガイドシャフト１５６ａ、１５６ｂに介装された一組のスプリング１６０ａ、１６０ｂによって保持部材５８及び第２フィンガ６０を介して前記検出素子１５４ａ〜１５４ｆに対して常に押圧力が付与されている点で、第１の実施の形態に係る荷重検出部２０と相違している。

この荷重検出部１５２は、円筒状のカバー部材７８の内部に複数（例えば、６個）の検出素子１５４ａ〜１５４ｆが挿入され、該カバー部材７８に沿って一直線上となるように同軸で配置される。この検出素子１５４ａ〜１５４ｆのうち、最も保持部材５８側となる検出素子１５４ａが第２穴７６を介して前記保持部材７８に当接すると共に、最も第２フィンガ６０側となる検出素子１５４ｆが第１穴７２を介して前記第２フィンガ６０に当接している。なお、カバー部材７８の両端部は、第１及び第２穴７２、７６の端面に対して軸線方向（矢印Ｘ１、Ｘ２方向）に沿って所定間隔離間して配設される。

また、ガイドシャフト１５６ａ、１５６ｂの端部には、環状溝を介して係止リング１５８ａ、１５８ｂが装着され、該係止リング１５８ａ、１５８ｂと軸受６２ａ、６２ｂとの間にスプリング１６０ａ、１６０ｂが介装され、前記係止リング１５８と軸受６２ａ、６２ｂとを離間させる方向に付勢している。

すなわち、係止リング１５８ａ、１５８ｂを介して第２フィンガ６０が検出素子１５４ａ〜１５４ｆ側（矢印Ｘ２方向）へと引張され、保持部材５８が軸受６２ａ、６２ｂと共に前記検出素子１５４ａ〜１５４ｆ側（矢印Ｘ１方向）へと押圧される。換言すれば、保持部材５８と第２フィンガ６０とは、スプリング１６０ａ、１６０ｂの弾発作用下に互いに接近する方向へと常に付勢している。換言すれば、スプリング１６０ａ、１６０ｂは、検出素子１５４ａ〜１５４ｆに押圧力を付勢する押圧手段として機能する。

その結果、複数の検出素子１５４ａ〜１５４ｆは、スプリング１６０ａ、１６０ｂの弾発作用下に保持部材５８と第２フィンガ６０とによって挟持された状態で押圧され、その軸線方向（矢印Ｘ１、Ｘ２方向）に沿って常に押圧力が付与された状態となる。

このように、第２の実施の形態に係る荷重検出部１５２では、複数からなる検出素子１５４ａ〜１５４ｆの両端に設けられた保持部材５８及び第２フィンガ６０から常に圧縮方向に所定の押圧力が付与されている。そのため、例えば、粘着性を有するワークＷ１を把持した後、第１フィンガ５６と第２フィンガ６０とを離間させた非把持状態へと切り換える際、前記第２フィンガ６０が前記ワークＷ１に張り付き、該第２フィンガ６０を介して検出素子１５４ａ〜１５４ｆに軸線方向に沿って引張力が付与されることがある。このような場合にも、スプリング１６０ａ、１６０ｂの弾発力が常に検出素子１５４ａ〜１５４ｆに対して圧縮方向に付与されているため、該検出素子１５４ａ〜１５４ｆに対して引張方向の力が付与されることを阻止でき、このような引張方向の力に弱い磁歪素子を確実に保護することができる。これにより、検出素子１５４ａ〜１５４ｆの耐久性を好適に維持することが可能となる。

また、荷重検出部１５２を構成する検出素子１５４ａ〜１５４ｆを複数個から構成し、カバー部材７８によって一直線上に配置することにより、単一の検出素子を設けた場合と略同等の検出精度が得られ、且つ、前記荷重検出部１５２の長手寸法に応じて数量を変更することにより自在に前記長手寸法を変更することが可能となる。

なお、押圧手段として機能するスプリング１６０ａ、１６０ｂを設け、検出素子１５４ａ〜１５４ｆに対して常に押圧力を付勢する構成は、第２の実施の形態に係る荷重検出部１５２に限定されるものではなく、単一の検出素子６６を有する第１の実施の形態に係る荷重検出部２０に設け、該検出素子６６に対して押圧力を付与させるようにしてもよい。

上述した第１及び第２実施の形態では、荷重検出機構が設けられるチャック装置について説明しているが、これに限定されるものではなく、例えば、ワークを押圧するシリンダ装置に対して前記荷重検出機構を設けることにより、その押圧力を検出するようにしてもよい。

また、本発明に係る荷重検出機構は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

本発明の第１の実施の形態に係る荷重検出機構を含むチャック装置の外観斜視図である。 図１に示すチャック装置の正面図である。 図１に示すチャック装置の平面図である。 図１に示すチャック装置の一部断面側面図である。 図２に示すチャック装置の縦断面図である。 図１のチャック装置を構成するシリンダ機構の横断面図である。 荷重検出機構によって検出される荷重と、該荷重が付与された検出素子の辺海により出力されてコイルで検出される出力電圧との関係を示す特性図である。 本発明の第２の実施の形態に係る荷重検出機構を含むチャック装置の縦断面図である。

符号の説明

１０、１５０…チャック装置 １２…ボディ
１４ａ、１４ｂ…ピストン １６…シリンダ機構
１８…把持部 ２０、１５２…荷重検出部
２２…変位検出部 ２４…調整機構
２６…ピニオン ３０ａ、３０ｂ…スライダ
３２…第１貫通孔 ３４…第２貫通孔
３８…第１ポート ４０…第２ポート
５６…第１フィンガ ５８…保持部材
６０…第２フィンガ ６６、１５４ａ〜１５４ｆ…検出素子
６８…コイル ７０…コントローラ
８４…支柱 ８６…遮蔽部材
１００…凸部 １０２…凹部

Claims (7)

1. ワークに当接して押圧自在な可動部材を有する装置に設けられ、該可動部材から前記ワークに対して付与される荷重を検出する荷重検出機構において、
   前記可動部材に保持され、前記荷重が付与されることにより電力を発生する素子と、
   前記装置に固定されると共に前記素子に対して非接触に設けられ、該素子において発生する電力変化を検出する検出部と、
   前記検出部に接続され、前記電力変化に基づいて荷重を算出するコントローラと、
   を備え、
   前記検出部に対して前記素子が変位自在に設けられることを特徴とする荷重検出機構。
2. 請求項１記載の荷重検出機構において、
   前記素子は、前記荷重の付与により変形する磁歪素子からなり、前記検出部は、導線が巻回されたコイルからなり、前記コイルの内部に前記素子が挿通されることを特徴とする荷重検出機構。
3. 請求項１又は２記載の荷重検出機構において、
   前記ワークに前記可動部材から前記荷重が付与されていない無負荷状態で、前記検出部で検出される電力値を基準として校正する校正手段を有することを特徴とする荷重検出機構。
4. 請求項３記載の荷重検出機構において、
   前記校正手段は、前記装置に配設され、前記可動部材に対する相対位置を該可動部材の変位方向に沿って調整自在に設けられることを特徴とする荷重検出機構。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の荷重検出機構において、
   前記素子は、前記可動部材の変位方向に沿って同軸状となるように複数設けられることを特徴とする荷重検出機構。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の荷重検出機構において、
   前記素子に対して常に押圧力を付与する押圧手段を備え、前記押圧手段によって前記素子に圧縮荷重が付与されることを特徴とする荷重検出機構。
7. 請求項１記載の荷重検出機構において、
   前記装置は、一組の可動部材を有するチャック装置であり、該可動部材によって前記ワークが把持される際の把持力を前記検出部によって検出することを特徴とする荷重検出機構。

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