JP2022070010A - Holding force sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、保持力センサに関する。 The present invention relates to a holding force sensor.
機械加工においては、回転可能なチャックによって被加工物（ワーク）を把持し、回転するワークを固定工具に接触させて切削等を行う。あるいは、回転可能なチャックによって工具（ツール）を把持し、これを固定された被加工物に接触させて穿孔等を行う。 In machining, a work piece (workpiece) is gripped by a rotatable chuck, and the rotating work piece is brought into contact with a fixing tool for cutting or the like. Alternatively, a tool is gripped by a rotatable chuck and brought into contact with a fixed workpiece to perform drilling or the like.
ここで、チャックの把持力を測定するために、チャックの外筒にひずみゲージを取り付けることが提案されている（特許文献１）。 Here, in order to measure the gripping force of the chuck, it has been proposed to attach a strain gauge to the outer cylinder of the chuck (Patent Document 1).
特許文献１では、回転体であるチャックにひずみゲージを取り付けているため、ひずみゲージに対する環境的な負荷が大きい。即ち、ひずみゲージは高速回転や振動にさらされ、且つ切削油にもさらされる。そのため、ひずみゲージの精度が損なわれることもある。 In Patent Document 1, since the strain gauge is attached to the chuck which is a rotating body, the environmental load on the strain gauge is large. That is, the strain gauge is exposed to high speed rotation and vibration, and is also exposed to cutting oil. Therefore, the accuracy of the strain gauge may be impaired.
本発明は、チャックの保持力をより容易に測定でき、且つ測定の信頼性が高い保持力センサを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a holding force sensor capable of measuring the holding force of a chuck more easily and having high measurement reliability.
本発明の第１の態様に従えば、
チャックに把持されて該チャックの保持力を測定する保持力センサであって、
ベース部と、
前記ベース部の一方側に配置された複数の起歪体であって、各々が前記ベース部により片持ち支持されて自由端を有する起歪体と、
前記複数の起歪体の少なくとも１つに取り付けられたひずみゲージとを備え、
前記保持力の測定のために、前記複数の起歪体の前記ひずみゲージよりも前記自由端側が前記チャックにより一体として把持される保持力センサが提供される。
According to the first aspect of the present invention,
A holding force sensor that is gripped by a chuck and measures the holding force of the chuck.
With the base part
A plurality of strain-causing bodies arranged on one side of the base portion, each of which is cantilevered and supported by the base portion and has a free end.
With a strain gauge attached to at least one of the plurality of strain generators,
For the measurement of the holding force, a holding force sensor is provided in which the free end side of the strain gauges of the plurality of strain generating bodies is integrally gripped by the chuck.
第１の態様の保持力センサにおいて、前記複数の起歪体の各々は、前記ひずみゲージよりも前記自由端側に、前記保持力センサを把持するために前記チャックが当接される被当接部を有してもよく、前記保持力センサは前記チャックに把持された状態において前記チャックの中心軸に一致するセンサ中心軸を有してもよく、前記被当接部が、前記センサ中心軸を中心とする仮想円上に位置してもよい。 In the holding force sensor of the first aspect, each of the plurality of strain-causing bodies is abutted against the free end side of the strain gauge with which the chuck is abutted in order to grip the holding force sensor. The holding force sensor may have a sensor central axis that coincides with the central axis of the chuck in a state of being gripped by the chuck, and the contacted portion may have the sensor central axis. It may be located on a virtual circle centered on.
第１の態様の保持力センサにおいて、前記複数の起歪体の前記被当接部は、前記仮想円に沿って等間隔で設けられていてもよい。 In the holding force sensor of the first aspect, the contacted portions of the plurality of strain-causing bodies may be provided at equal intervals along the virtual circle.
第１の態様の保持力センサにおいて、前記複数の起歪体の各々が、前記保持力センサが前記チャックを把持するときに前記チャックの先端に当接する位置合わせ面を有してもよく、該位置合わせ面が前記被当接部よりも前記ひずみゲージ側において前記センサ中心軸に直交する面内に延びていてもよい。 In the holding force sensor of the first aspect, each of the plurality of strain-causing bodies may have an alignment surface that abuts on the tip of the chuck when the holding force sensor grips the chuck. The alignment surface may extend in a plane orthogonal to the sensor center axis on the strain gauge side of the contacted portion.
第１の態様の保持力センサにおいて、前記複数の起歪体の各々の前記被当接部は、前記センサ中心軸を中心とする仮想円に沿って延びる曲面であってもよい。 In the holding force sensor of the first aspect, the contacted portion of each of the plurality of strain-causing bodies may be a curved surface extending along a virtual circle centered on the sensor central axis.
第１の態様の保持力センサにおいて、前記複数の起歪体の各々は、前記センサ中心軸を中心として弧状に湾曲する第１曲面、前記センサ中心軸を中心として第１曲面よりも小さい曲率半径で弧状に湾曲する第２曲面、及び前記センサ中心軸に直交する面内に延びて第１曲面と第２曲面とを連結する連結面を含んでもよく、前記複数の起歪体の少なくとも１つの第１曲面に、前記ひずみゲージが取り付けられていてもよく、前記複数の起歪体の各々の第２曲面が前記被当接部を有してもよい。 In the holding force sensor of the first aspect, each of the plurality of strain-causing bodies has a first curved surface that curves in an arc shape about the sensor central axis, and a radius of curvature smaller than that of the first curved surface about the sensor central axis. It may include a second curved surface curved in an arc shape and a connecting surface extending in a plane orthogonal to the sensor center axis to connect the first curved surface and the second curved surface, and at least one of the plurality of strain-causing bodies. The strain gauge may be attached to the first curved surface, and the second curved surface of each of the plurality of strain-causing bodies may have the contacted portion.
第１の態様の保持力センサにおいて、前記複数の起歪体はスリット又は隙間を介して隣接していてもよく、前記ひずみゲージから延びる配線が、前記スリット又は前記隙間を通って前記ベース部へと延びてもよい。 In the holding force sensor of the first aspect, the plurality of strain-causing bodies may be adjacent to each other through a slit or a gap, and wiring extending from the strain gauge passes through the slit or the gap to the base portion. May be extended.
第１の態様の保持力センサにおいて、前記複数の起歪体の厚さが、前記ひずみゲージが取り付けられた位置において他の位置よりも小さくてもよい。 In the holding force sensor of the first aspect, the thickness of the plurality of strain-causing bodies may be smaller at the position where the strain gauge is attached than at other positions.
第１の態様の保持力センサは、前記ベース部に取り付けられた温度補償用ひずみゲージを更に備えてもよい。 The holding force sensor of the first aspect may further include a temperature compensating strain gauge attached to the base portion.
第１の態様の保持力センサにおいて、前記複数の起歪体は少なくとも２つの起歪体であってもよい。 In the holding force sensor of the first aspect, the plurality of straining elements may be at least two straining elements.
第１の態様の保持力センサにおいて、前記複数の起歪体の各々に前記ひずみゲージが取り付けられていてもよい。 In the holding force sensor of the first aspect, the strain gauge may be attached to each of the plurality of strain-causing bodies.
本発明の保持力センサは、チャックの保持力をより容易に測定でき、且つ測定の信頼性が高い。 The holding force sensor of the present invention can measure the holding force of the chuck more easily and has high measurement reliability.
＜第１実施形態＞
第１実施形態の保持力センサユニット（把持力センサユニット）１０００について、保持力センサユニット１０００を用いてコレットチャック２０００（図４）の保持力（把持力）を測定する場合を例として説明する。説明においては、図１～図６を参照する。
<First Embodiment>
The holding force sensor unit (grip force sensor unit) 1000 of the first embodiment will be described as an example in which the holding force (grip force) of the collet chuck 2000 (FIG. 4) is measured by using the holding
図１に示す通り、保持力センサユニット１０００は、保持力センサ１００と、保持力センサ１００に着脱可能に取り付けられるリングアダプタ（環状アダプタ）５００とを含む。保持力センサ１００は中心軸（センサ中心軸）Ｘ１００を有する略筒状である。リングアダプタ５００は中心軸Ｘ５００を有する環状である。リングアダプタ５００は保持力センサ１００に同軸状に取り付けられる。
As shown in FIG. 1, the holding
以下の説明においては、中心軸Ｘ１００の延びる方向を保持力センサ１００の軸方向と呼び、保持力センサ１００に対してリングアダプタ５００が取り付けられる側を軸方向の前側とする。軸方向を中心とする放射方向を保持力センサ１００の径方向、軸方向回りの方向を保持力センサ１００の周方向と呼ぶ。
In the following description, the extending direction of the central axis X 100 is referred to as the axial direction of the holding
以下の説明においては、中心軸Ｘ５００の延びる方向をリングアダプタ５００の軸方向と呼び、保持力センサ１００に取り付けた際に保持力センサ１００に対向する側を軸方向の後ろ側とする。軸方向を中心とする放射方向をリングアダプタ５００の径方向、軸方向回りの方向をリングアダプタ５００の周方向と呼ぶ。
In the following description, the extending direction of the central axis X 500 is referred to as the axial direction of the
保持力センサ１００は、図１、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す通り、ベース部１１と、起歪部１２と、起歪部１２に取り付けられた３つの測定用ひずみゲージＧと、ベース部１１に取り付けられた３つの温度補償用ひずみゲージＣＧとを主に含む。ベース部１１と起歪部１２とは、金属（一例としてステンレス）等により一体に形成されていてもよい。
As shown in FIGS. 1, 2 (a) and 2 (b), the holding
ベース部１１は保持力センサ１００の土台となる部分であり、測定対象のチャックの保持力を測定する際に変形（ひずみ）を生じない部分である。ベース部１１は、ディスク部１１１と畝部１１２とを含む。
The
ディスク部１１１は円板状であり、前面１１１ｆと後面１１１ｒとを有する。ディスク部１１１の径方向の中央部には、中心軸Ｘ１００を中心として軸方向に延びる円形の貫通穴１１１ｈが設けられている。
The
畝部１１２は、ディスク部１１１の後面１１１ｒから後方に起立している。畝部１１２は、後面１１１ｒの外周近傍において、周方向の全域にわたって延びている。第１実施形態では、畝部１１２の高さ（軸方向の寸法）はディスク部１１１の厚さ（軸方向の寸法）に略等しい。
The ridge portion 112 stands rearward from the
起歪部１２はベース部１１に支持された部分であり、測定対象のチャックの保持力を測定する際に、保持力の大きさに応じた変形（ひずみ）を呈する部分である。
The strain-causing
概略として、起歪部１２は、図１、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す通り、径の異なる２つの円筒を軸方向に沿って同軸状に連結し、これを周方向において３つに分割した形状を有する。
As a general rule, the
具体的には、起歪部１２は、周方向に沿って第１起歪体Ｆ１、第２起歪体Ｆ２、及び第３起歪体Ｆ３を有する。第１起歪体Ｆ１、第２起歪体Ｆ２、及び第３起歪体Ｆ３は互いに同一の形状を有する。
Specifically, the strain-causing
第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３の各々は、大径曲板部１２０と、連結部１２１と、小径曲板部１２２とを含む。
Each of the first strain-causing body F1 to the third strain-causing body F3 includes a large-diameter
大径曲板部１２０は、中心軸Ｘ１００を中心として弧状に湾曲した曲板である。大径曲板部１２０の後端（固定端）１２０Ｅｒは、ベース部１１のディスク部１１１の前面１１１ｆに固定的に支持されている。
The large-diameter
大径曲板部１２０の外面（第１曲面）１２０ｏの周方向中央部には凹部Ｒが設けられている。凹部Ｒの底面Ｒｂは、径方向に直交する平坦面である。
A recess R is provided in the central portion in the circumferential direction of the outer surface (first curved surface) 120o of the large-diameter
連結部１２１は、径方向に沿って放射状に延びる扇形の平板である。連結部１２１の外側端部１２１Ｅｏにおいて、連結部１２１の後面１２１ｒに、大径曲板部１２０の前端１２０Ｅｆが固定されている。なお、本明細書及び本発明において「扇形」は、円弧とその両端を通る半径で囲まれた形状のみならず、同心である大径円弧及び小径円弧とそれらの両端を通る半径で囲まれた形状（円環の周方向の一部分を切り出した形状）も含む。
The connecting
小径曲板部１２２は、中心軸Ｘ１００を中心として弧状に湾曲した曲板である。小径曲板部１２２の後端１２２Ｅｒは、連結部１２１の内側端部１２１Ｅｉにおいて、連結部１２１の前面１２１ｆに固定されている。
The small-diameter
第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３はそれぞれ、上記の構成を有する。第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３はそれぞれ、大径曲板部１２０の後端１２０Ｅｒを固定端、小径曲板部１２２の前端１２２Ｅｆを自由端とする片持ち状の起歪体である。
Each of the first strain-causing body F1 to the third strain-causing body F3 has the above-mentioned configuration. The first strain-generating body F1 to the third strain-causing body F3 are cantilevered strain-forming bodies having the rear end 120Er of the large-diameter
第１起歪体Ｆ１と第２起歪体Ｆ２との間、第２起歪体Ｆ２と第３起歪体Ｆ３との間、及び第３起歪体Ｆ３と第１起歪体Ｆ１との間にはそれぞれ、スリットＳＬが画定されている。スリットＳＬはそれぞれ、軸方向に沿って小径曲板部１２２の前端１２２Ｅｆから大径曲板部１２０の後端１２０Ｅｒの近傍まで伸びている。
Between the first strain F1 and the second strain F2, between the second strain F2 and the third strain F3, and between the third strain F3 and the first strain F1. A slit SL is defined between them. Each of the slits SL extends from the front end 122Ef of the small diameter
なお、図１に示す通り、第１実施形態ではスリットＳＬの後端が大径曲板部１２０の後端１２０Ｅｒよりも前側にあり、第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３の大径曲板部１２０は、後端１２０Ｅｒの近傍において周方向に連結している。しかしながらこれには限られず、軸方向におけるスリットＳＬの後端の位置と大径曲板部１２０の後端１２０Ｅｒの位置とが同じであってもよい。
As shown in FIG. 1, in the first embodiment, the rear end of the slit SL is on the front side of the rear end 120Er of the large-diameter
第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３の大径曲板部１２０は周方向に沿って互いに隣接している。第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３の大径曲板部１２０をそれぞれ、中心軸Ｘ１００を中心軸とする仮想大径円筒の一部とみなすこともできる。大径曲板部１２０の外面１２０ｏは、仮想大径円筒の外周面に沿って延びている。即ち、第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３の大径曲板部１２０の外面１２０ｏは、中心軸Ｘ１００を中心とする大径仮想円に沿って延びる曲面である。
The large-diameter
第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３の連結部１２１は周方向に沿って互いに隣接している。第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３の連結部１２１をそれぞれ、中心軸Ｘ１００を中心軸とする仮想円板の一部とみなすこともできる。連結部１２１の前面１２１ｆは、仮想円板の前面に沿って延びている。即ち、第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３の連結部１２１の前面１２１ｆは、中心軸Ｘ１００に直交する平面に沿って延びる平坦面である。
The connecting
第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３の連結部１２１の前面１２１ｆは、チャックの先端及び／又はリングアダプタ５００の後面が当接される位置合わせ面として機能する（詳細後述）。
The
第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３の小径曲板部１２２は周方向に沿って互いに隣接している。第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３の小径曲板部１２２をそれぞれ、中心軸Ｘ１００を中心軸とする仮想小径円筒の一部とみなすこともできる。小径曲板部１２２の外面（第２曲面）１２２ｏは、仮想小径円筒の外周面に沿って延びている。即ち、第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３の小径曲板部１２２の外面１２２ｏは、中心軸Ｘ１００を中心とする小径仮想円に沿って延びる曲面である。小径仮想円の直径は大径仮想円（大径曲板部１２０の外面１２０ｏが沿う面）の直径よりも小さい。
The small-diameter
第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３の小径曲板部１２２の外面（第２曲面）１２２ｏは、リングアダプタ５００を取り付ける際にはリングアダプタ５００の内周面が当接され、チャックにより保持力センサ１００を直接把持する際にはチャックが当接される被当接面として機能する（詳細後述）。
When the
３つの測定用ひずみゲージＧはそれぞれ、第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３の大径曲板部１２０において、凹部Ｒの底面Ｒｂに貼り付けられている。測定用ひずみゲージＧの構造は任意であるが、一例として４つのひずみ受感素子を備えるひずみゲージを用いてよい。
Each of the three measurement strain gauges G is attached to the bottom surface Rb of the recess R in the large-diameter
３つの温度補償用ひずみゲージＣＧは、ベース部１１のディスク部１１１の後面１１１ｒに、周方向に等間隔に離間して貼り付けられている。温度補償用ひずみゲージＣＧの構造は任意であるが、測定用ひずみゲージＧと同一のひずみゲージを使用し得る。
The three temperature compensation strain gauges CG are attached to the
３つの測定用ひずみゲージＧの１つ、３つの温度補償用ひずみゲージＣＧの１つ、及び２つの固定抵抗（不図示）が配線Ｗ（図１）により接続されてホイートストンブリッジ回路が構成されている。即ち、保持力センサ１００は、３つの測定用ひずみゲージＧと、３つの温度補償用ひずみゲージＣＧと６つの固定抵抗（不図示）とにより構成された３つのホイートストンブリッジ回路を含む。測定用ひずみゲージＧから延びる配線Ｗは、スリットＳＬを通る。
One of the three measurement strain gauges G, one of the three temperature compensation strain gauges CG, and two fixed resistors (not shown) are connected by wiring W (FIG. 1) to form a Wheatstone bridge circuit. There is. That is, the holding
３つのホイートストンブリッジ回路はそれぞれ、第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３に加えられた荷重の測定に用いられる。３つのホイートストンブリッジ回路はそれぞれ、１つの温度補償用ひずみゲージＣＧを含むため、温度誤差が抑制されている。固定抵抗や、ホイートストンブリッジ回路の出力に基づいて荷重値を算出する算出部は外部に設けられていてもよく、ベース部１１に設けられていてもよい。
Each of the three Wheatstone bridge circuits is used to measure the load applied to the first strain F1 to the third strain F3. Since each of the three Wheatstone bridge circuits includes one temperature compensating strain gauge CG, the temperature error is suppressed. A calculation unit that calculates the load value based on the fixed resistance or the output of the Wheatstone bridge circuit may be provided externally, or may be provided in the
リングアダプタ５００は、測定対象のチャックの把持可能範囲（チャックが把持可能なワーク／工具の直径の範囲）の下限が保持力センサ１００の第２曲板部１２２の外面１２２ｏが沿う小径仮想円の直径よりも大きく、チャックが保持力センサ１００を直接把持できない場合に、チャックと保持力センサ１００との間に配置されるアダプタである。
In the
リングアダプタ５００は、図３に示す通り、３つの本体部５０１を３つの弾性連結部５０２により連結した環形状を有する。
As shown in FIG. 3, the
３つの本体部５０１は、チャックの爪と保持力センサ１００の第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３との間に配置されて、チャックの保持力を保持力センサ１００に伝える部分である。３つの本体部５０１はそれぞれ、金属（一例としてＳＵ材やＳＵＳ材）等の弾性率の大きい材料で形成される。
The three
３つの本体部５０１は互いに同一の構成を有する。３つの本体部５０１はそれぞれ、角柱をその中心軸に沿って円弧上に湾曲させた形状を有する。
The three
３つの本体部５０１はそれぞれ、前面５０１ｆ、後面５０１ｒ（図１）、内面５０１ｉ、外面５０１ｏ、及び一対の側面５０１ｓを有する。前面５０１ｆと後面５０１ｒとは同一形状であり、軸方向に見て扇形である。内面５０１ｉ、外面５０１ｏはそれぞれ、周方向に沿って延びる曲面である。一対の側面５０１ｓはそれぞれ、略矩形である。内面５０１ｉの曲率半径は、保持力センサ１００の第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３の小径曲板部１２２の外面１２２ｏの曲率半径に等しい。
Each of the three
３つの弾性連結部５０２は、３つの本体部５０１を相対移動可能に連結する部分である。３つの弾性連結部５０２はそれぞれ、樹脂（一例としてＮＢＲなどのゴム）等の弾性率の小さい材料で形成される。
The three elastic connecting
３つの弾性連結部５０２は互いに同一の構成を有する。３つの弾性連結部５０２はそれぞれ、角柱をその中心軸に沿って円弧上に湾曲させた形状を有する。
The three elastic connecting
３つの弾性連結部５０２はそれぞれ、前面５０２ｆ、後面５０２ｒ（図１）、内面５０２ｉ、外面５０２ｏ、及び一対の側面５０２ｓを有する。前面５０２ｆと後面５０２ｒとは同一形状であり、軸方向に見て扇形である。内面５０２ｉ、外面５０２ｏはそれぞれ、周方向に沿って延びる曲面である。一対の側面５０２ｓはそれぞれ、略矩形である。
Each of the three
弾性連結部５０２の一対の側面５０２ｓは、弾性連結部５０２の周方向の両側に位置する本体部５０１の側面５０１ｓに、それぞれ固定されている。本体部５０１と弾性連結部５０２との固定は例えば接着剤によりなし得る。
The pair of
保持力センサユニット１０００を用いたコレットチャック２０００の保持力の測定は、次のようにして行う。
The holding force of the
コレットチャック２０００は、図４に示す通り、本体部Ｍと、３つの爪Ｎとを有する。３つの爪Ｎはそれぞれ、コレットチャック２０００の中心軸Ｘ２０００を中心とする周方向に湾曲した曲板である。コレットチャック２０００は、３つの爪Ｎを中心軸Ｘ２０００を中心とする放射方向（径方向）に移動させて、３つの爪Ｎの内面Ｎｉ（図５（ａ））により保持対象を保持（把持）する。保持対象は具体的には例えば、被加工材（ワーク）又は工具（ツール）である。
As shown in FIG. 4, the
まず、コレットチャック２０００把持可能範囲（チャックが把持可能なワーク／工具の直径の範囲）の下限が保持力センサ１００の第２曲板部１２２の外面１２２ｏが沿う小径仮想円の直径よりも小さい場合について説明する。この場合は、コレットチャック２０００により保持力センサ１００を直接把持できるため、リングアダプタ５００は使用しない。
First, when the lower limit of the
コレットチャック２０００の保持力を計測する際には、図４に示す通り、コレットチャック２０００の３つの爪Ｎの内側に、保持力センサ１００の第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３の小径曲板部１２２を挿入する。
When measuring the holding force of the
この時、保持力センサ１００の中心軸Ｘ１００がコレットチャック２０００の中心軸Ｘ２０００と平行となるように位置合わせをする。この位置合わせは、コレットチャック２０００の爪Ｎの前面Ｎｆ（保持力センサ１００に対向する面、図６（ａ））を保持力センサ１００の第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３の連結部１２１の前面（位置合わせ面）１２１ｆに当接させることにより、容易に行うことができる（図６（ａ））。
At this time, the center axis X 100 of the holding
また、保持力センサ１００の周方向の位置を、コレットチャック２０００の３つの爪Ｎの各々が、保持力センサ１００の第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３のいずれか１つの小径曲板部１２２の外面（被当接面、第２曲面）１２２ｏにのみ当接するように調節する（図５（ａ））。
Further, the position of the holding
保持力センサ１００を挿入した状態でコレットチャック２０００を作動させて３つの爪Ｎを径方向内側に移動させると、３つの爪Ｎの内面Ｎｉが第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３の小径曲板部１２２の外面１２２ｏに当接し、コレットチャック２０００が第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３を一体として（まとめて）把持する（図５（ａ）、図６（ａ））。この状態において、保持力センサ１００の中心軸Ｘ１００はコレットチャック２０００の中心軸Ｘ２０００に一致する。なお、本明細書及び本発明において、チャックの中心軸と保持力センサの中心軸が一致するとは、両者が完全に一致する場合のみならず、両者がほぼ一致しているものの測定の精度を保ち得る範囲内でわずかにずれている場合も含むものとする。
When the
その後、コレットチャック２０００の３つの爪Ｎを径方向内側に更に移動させると、第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３の自由端側が径方向内側に押圧され、第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３にひずみが生じる。
After that, when the three claws N of the
第１起歪体Ｆ１に貼り付けられた測定用ひずみゲージＧを含むホイートストンブリッジを介して、第１起歪体Ｆ１に当接した爪Ｎにより第１起歪体Ｆ１に付加される荷重（保持力）の大きさを求めることができる。同様に、第２、第３起歪体Ｆ２、Ｆ３に貼り付けられた測定用ひずみゲージＧを含むホイートストンブリッジを介して、第２、第３起歪体Ｆ２、Ｆ３に当接した爪Ｎにより第２、第３起歪体Ｆ２、Ｆ３に付加される荷重（保持力）の大きさを求めることができる。 A load (holding) applied to the first strain F1 by a claw N in contact with the first strain F1 via a Wheatstone bridge including a measurement strain gauge G attached to the first strain F1. The magnitude of the force) can be calculated. Similarly, by the claw N abutting on the second and third strain elements F2 and F3 via the Wheatstone bridge including the measurement strain gauge G attached to the second and third strain elements F2 and F3. The magnitude of the load (holding force) applied to the second and third strain generating bodies F2 and F3 can be obtained.
第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３に付加された荷重の合計から、コレットチャック２０００の保持力（把持力）を算出することができる。また、第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３に付加された荷重のバランスに基づいて、コレットチャック２０００の各爪による保持力のバランスを把握することができる。第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３に付加された荷重の大きさが互いに同一であれば、コレットチャック２０００は周方向においてバランスよくワークやツールを保持できることがわかる。反対に、第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３に付加された荷重の大きさにばらつきがあれば、コレットチャック２０００の３つの爪Ｎの保持力にばらつきがあることがわかる。
The holding force (grip force) of the
次に、コレットチャック２０００の把持可能範囲の下限が保持力センサ１００の第２曲板部１２２の外面１２２ｏが沿う小径仮想円の直径よりも大きい場合について説明する。この場合は、コレットチャック２０００により保持力センサ１００を直接把持することができないため、リングアダプタ５００を使用する。
Next, a case where the lower limit of the grippable range of the
コレットチャック２０００の保持力を測定する際には、図５（ｂ）、図６（ｂ）に示す通り、保持力センサ１００の第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３の小径曲板部１２２の周囲にリングアダプタ５００を配置する。上記の通り、リングアダプタ５００の本体部５０１の内面５０１ｉの曲率半径が小径曲板部１２２の外面１２２ｏの曲率半径に等しい。そのためリングアダプタ５００を保持力センサ１００に取り付けて、リングアダプタ５００の本体部５０１の内面５０１ｉを小径曲板部１２２の外面１２２ｏに当接させ、リングアダプタ５００の本体部５０１の後面５０１ｒを第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３の連結板部１２１の前面（位置合わせ面）１２１ｆに当接させると、リングアダプタ５００の中心軸Ｘ５００は保持力センサ１００の中心軸Ｘ１００に一致する。
When measuring the holding force of the
また、リングアダプタ５００の周方向の位置を、リングアダプタ５００の３つの本体部５０１の各々が、保持力センサ１００の第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３のいずれか１つの小径曲板部１２２にのみ当接するように調整する。
Further, the position of the
次に、コレットチャック２０００の３つの爪Ｎの内側に、保持力センサ１００の第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３の小径曲板部１２２、及びリングアダプタ５００を挿入する。この時、保持力センサ１００の中心軸Ｘ１００がコレットチャック２０００の中心軸Ｘ２０００と平行となるように位置合わせをする。この位置合わせは、コレットチャック２０００の爪Ｎの前面Ｎｆを保持力センサ１００の第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３の連結部１２１の前面（位置合わせ面）１２１ｆに当接させることにより、容易に行うことができる（図６（ｂ））。第１実施形態では、リングアダプタ５００の本体部５０１の径方向の寸法が連結部１２１の前面１２１ｆの径方向の寸法より小さいため、リングアダプタ５００を保持力センサ１００に取り付けた状態でも、前面１２１ｆを用いた位置合わせを行うことができる。
Next, the small-diameter
また、保持力センサ１００及びリングアダプタ５００の周方向の位置を、コレットチャック２０００の３つの爪Ｎの各々が、リングアダプタ５００のいずれか１つの本体部５０１の外面５０１ｏにのみ当接するように調節する（図５（ｂ））。
Further, the positions of the holding
保持力センサ１００及びリングアダプタ５００を挿入した状態でコレットチャック２０００を作動させて３つの爪Ｎを径方向内側に移動させると、３つの爪Ｎの内面Ｎｉがリングアダプタ５００の３つの本体部５０１の外面５０１ｏに当接し、コレットチャック２０００が、リングアダプタ５００を介して、第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３を一体として（まとめて）把持する（図５（ｂ）、図６（ｂ））。この状態において、保持力センサ１００の中心軸Ｘ１００はコレットチャック２０００の中心軸Ｘ２０００に一致する。
When the
その後、コレットチャック２０００の３つの爪Ｎを径方向内側に更に移動させると、リングアダプタ５００の本体部５０１を介して第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３の自由端側が径方向内側に押圧され、第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３にひずみが生じる。リングアダプタ５００の３つの本体部５０１は弾性連結部５０２を介して相対移動可能に連結されている。そのため、３つの本体部５０１は、コレットチャック２０００の爪Ｎの移動に応じて、径方向内側に互いに対して実質的に独立して移動する。
After that, when the three claws N of the
これにより、リングアダプタ５００を使用しない場合と同様に、コレットチャック２０００の保持力を算出することができ、コレットチャック２０００の各爪による保持力のバランスを把握することができる。
As a result, the holding force of the
第１実施形態の保持力センサ１００、及び保持力センサユニット１０００の効果を以下にまとめる。
The effects of the holding
第１実施形態の保持力センサ１００では、チャックとは別体である保持力センサ１００に測定用ひずみゲージＧを設けている。したがって、チャックにより保持力センサ１００を把持するだけで容易にチャックの保持力を測定できる。また、回転体であり、切削油等がかかる恐れのあるチャックに測定用ひずみゲージを設ける場合に比較して、測定の信頼性が高い。
In the holding
第１実施形態の保持力センサ１００は、第１起歪体Ｆ１、第２起歪体Ｆ２、第３起歪体Ｆ３を有し、コレットチャック２０００が有する３つの爪Ｎを、第１起歪体Ｆ１、第２起歪体Ｆ２、第３起歪体Ｆ３にそれぞれ当接させて、３つの爪Ｎによる荷重を独立して測定する。したがって、チャック全体としての保持力のみではなく、周方向におけるチャックの保持力のバランスも測定することができる。ワークに対して高精度の仕上げを行う際には、ワークを周方向にバランスよく保持することが重要となる。そのため、チャックの保持力の周方向のバランスを測定できることは有利である。
The holding
第１実施形態の保持力センサ１００は、測定用ひずみゲージＧが、第１起歪体Ｆ１、第２起歪体Ｆ２、第３起歪体Ｆ３の大径曲板部１２０に取り付けられている。したがって、大径曲板部１２０の厚さを調節するだけで荷重測定の感度を調節することができる。例えば、大径曲板部１２０の厚さを小さくするだけで、精密仕上げ用のチャックの保持力測定に用い得る高感度の保持力センサを容易に得ることができる。
In the holding
第１実施形態の保持力センサ１００は、第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３の連結部１２１の前面１２１ｆにより構成される位置合わせ面を有する。そのため、チャックにより保持力センサ１００を把持する際に、保持力センサ１００の中心軸Ｘ１００がチャックの中心軸と平行となった適切な姿勢に容易に調整することができる。
The holding
第１実施形態の保持力センサユニット１０００は、リングアダプタ５００を含む。したがって、測定対象のチャックの把持可能範囲に応じてリングアダプタ５００を用いることで、把持可能範囲が異なる多種類のチャックの保持力を測定することができる。
The holding
第１実施形態の保持力センサユニット１０００において、次の変形態様を用いることもできる。
In the holding
第１実施形態の保持力センサ１００は、周方向に配置された３つの起歪体を有しているが、これには限られない。保持力センサ１００が有する起歪体の数は２つ以上の任意の数であってよく、例えば５個、８個、１１個等であってよい。より具体的には例えば、周方向の寸法が第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３よりも大きい点を除いて第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３と同様の構造を有する起歪体を周方向に２つ配置してもよい。あるいは、周方向の寸法が第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３よりも小さい点を除いて第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３と同様の構造を有する起歪体を周方向に４つ以上配置してもよい。任意の数の起歪体は、周方向に等間隔に配置されてもよい。チャックの保持力の周方向のバランスは、起歪体の数が３以上である場合に良好に測定することができ、起歪体の数が４以上である場合により良好に測定することができる。
The holding
ｎ個（ｎは２以上の整数）の起歪体を有する保持力センサユニット１００は、ｎ個の爪を有するチャックに対して好適に使用し得る。図７には、８個の起歪体を有する保持力センサ１０１を用いて、８個の爪を有するダイアフラムチャック２００１の保持力を測定する様子を示す。
The holding
第１実施形態の保持力センサ１００においては、第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３はそれぞれ大径曲板部１２０、連結部１２１、及び小径曲板部１２２を有するが、これには限られない。保持力センサ１００の起歪部１２が有する起歪体は、ベース部１１により片持ち支持されて自由端を有する任意の形状とし得る。
In the holding
具体的には例えば、大径曲板部１２０の軸方向の寸法を大きくして、連結部１２１及び小径曲板部１２２を除いた形状を採用し得る。この場合は、大径曲板部１２０の前端１２０Ｅｆが自由端となり、前端１２０Ｅｆの近傍の外面１２０ｏがチャックの爪が当接する被当接面として機能する。
Specifically, for example, it is possible to increase the axial dimension of the large-diameter
起歪部１２が有する起歪体は、角棒や丸棒をベース部１１により片持ち支持した梁状の起歪体であってもよい。この場合は、梁状起歪体の自由端近傍の径方向外側の面が被当接面となる。
The strain-causing body of the strain-causing
被当接面は、必ずしも保持力センサ１００の中心軸Ｘ１００を中心とする仮想円に沿った曲面である必要はなく、起歪体の形状に応じた任意の態様とし得る。例えば各棒が片持ち支持された梁状の起歪体を備える態様では、被当接面は径方向に直交して延びる平坦面である。即ち被当接面は、測定対象のチャックの爪が当接し得る任意の態様とし得る。
The contacted surface does not necessarily have to be a curved surface along a virtual circle centered on the central axis X 100 of the holding
起歪体の形状にかかわらず、被当接面は、それぞれが保持力センサ１００の中心軸Ｘ１００から等距離の位置にあってもよい。即ち、複数の起歪体の各々の被当接面は、保持力センサ１００の中心軸Ｘ１００を中心とする仮想円上に位置していてもよい。例えば被当接面が平坦面である場合は、その一部又は中心部が仮想円上にある場合に、当該被当接面が仮想円上にあるとみなし得る。これにより、測定対象のチャックの爪が複数の当接面に均等に当接し、測定の精度が向上する。
Regardless of the shape of the strain-causing body, the contacted surfaces may be equidistant from the central axis X 100 of the holding
なお、チャックの爪は、一般的に、チャックの中心軸回りに等間隔で配置されている。したがって、保持力センサ１００の複数の起歪体が有する被当接面も、保持力センサ１００の中心軸Ｘ１００を中心とする仮想円に沿って等間隔で配置されていてもよい。
The chuck claws are generally arranged at equal intervals around the central axis of the chuck. Therefore, the contacted surfaces of the plurality of strain-causing bodies of the holding
起歪体がどのような形状である場合も、測定用ひずみゲージＧが取り付けられた領域において起歪体の径方向の厚さを、当該起歪体の他の領域における厚さよりも小さくすることにより、保持力測定の感度を高めることができる。 Regardless of the shape of the strain-causing body, the radial thickness of the strain-causing body in the region where the measuring strain gauge G is attached shall be smaller than the thickness in the other regions of the strain-causing body. Therefore, the sensitivity of the holding force measurement can be increased.
第１実施形態の保持力センサ１００においては、第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３のそれぞれに測定用ひずみゲージＧが取り付けられているが、これには限られない。測定用ひずみゲージＧを第１起歪体Ｆ１～第３起歪体Ｆ３の少なくとも１つに取り付けた態様を用いることもできる。同様に、ｎ個（ｎは２以上の整数）の起歪体を有する保持力センサ１００において、少なくとも１つの起歪体にひずみゲージＧを貼り付けてもよい。この場合も、把持力の強弱を容易に且つ高い信頼性をもって求めることができる。
In the holding
第１実施形態の保持力センサ１００において、温度補償用ひずみゲージＣＧを省略してもよい。
In the holding
第１実施形態のリングアダプタ５００においては、ゴム等の樹脂により形成された湾曲柱状の弾性連結部５０２を用いているが、これには限られない。例えば、弾性連結部５０２としてコイルバネを用いることもできる。
In the
なお、上記の通り、チャックの爪は、一般的に、チャックの中心軸回りに等間隔で配置されている。したがってリングアダプタ５００の本体部５０１も、周方向に等間隔で設けられていてもよい。
As described above, the chuck claws are generally arranged at equal intervals around the central axis of the chuck. Therefore, the
第１実施形態のリングアダプタ５００は、周方向の一部が除去されたＣ環状であってもよい。この場合は、Ｃ環状のリングアダプタ５００をＣ環状の本体部５０１のみにより構成してもよい。或いは、Ｃ環状のリングアダプタ５００を、複数の本体部５０１と、１つ又は複数の弾性連結部５０２により構成してもよい。
The
＜第２実施形態＞
第２実施形態の保持力センサ（把持力センサ）２００について、保持力センサ２００を用いてコレットチャック２０００（図４）の保持力（把持力）を計測する場合を例として説明する。説明においては、図８～図１１を参照する。
<Second Embodiment>
The case where the holding force sensor (grip force sensor) 200 of the second embodiment is measured by using the holding
保持力センサ２００は、図８、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示す通り、中心軸（センサ中心軸）Ｘ２００を有する円環状のベース部２１と、起歪部２２と、起歪部２２に取り付けられた３つの測定用ひずみゲージＧと、ベース部２１に取り付けられた３つの温度補償用ひずみゲージＣＧとを主に含む。ベース部２１と起歪部２２とは、金属（一例としてステンレス）等により一体に形成されていてもよい。
As shown in FIGS. 8, 9 (a) and 9 (b), the holding
以下の説明においては、中心軸Ｘ２００の延びる方向を保持力センサ２００の軸方向と呼び、起歪部２２が位置する側を前側、ベース部２１が位置する側を後側とする。軸方向を中心とする放射方向を保持力センサ２００の径方向、軸方向回りの方向を保持力センサ２００の周方向と呼ぶ。
In the following description, the extending direction of the central axis X 200 is referred to as the axial direction of the holding
ベース部２１は保持力センサ２００の土台となる部分であり、測定対象の保持力を測定する際に変形（ひずみ）を生じない部分である。
The
ベース部２１は円環状であり、前面２１ｆと後面２１ｒとを有する。ベース部２１の径方向の中央部には、中心軸Ｘ２００を中心として軸方向に延びる円形の貫通穴２１ｈが設けられている。
The
起歪部２２はベース部２１に支持された部分であり、測定対象の保持力を測定する際に、保持力の大きさに応じた変形（ひずみ）を呈する部分である。
The strain-causing
概略として、起歪部２２は、図８、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示す通り、外径の異なる４つの円筒を中心軸Ｘ２００に沿って同軸状に連結し、これを周方向において６つに分割して、１つおきに計３つを除去した形状を有する。
As a general rule, as shown in FIGS. 8, 9 (a) and 9 (b), the
具体的には、起歪部２２は、周方向に沿って第１起歪体ＦＦ１、第２起歪体ＦＦ２、及び第３起歪体ＦＦ３を有する。第１起歪体ＦＦ１、第２起歪体ＦＦ２、及び第３起歪体ＦＦは互いに同一の形状を有する。
Specifically, the strain-causing
第１起歪体ＦＦ１～第３起歪体ＦＦ３の各々は、大径曲板部２２０、第１扇状板部２２１、第２扇状板部２２２、第３扇状板部２２３、及び第４扇状板部２２４を含む。
Each of the first strain-generating body FF1 to the third strain-causing body FF3 has a large-diameter
大径曲板部２２０は、中心軸Ｘ２００を中心として湾曲した曲板である。大径曲板部２２０の後端２２０Ｅｒは、ベース部２１の前面２１ｆに固定されている。
The large-diameter
大径曲板部２２０の外面２２０ｏの周方向中央部には凹部Ｒが設けられている。凹部Ｒの底面Ｒｂは、径方向に直交する平坦面である。
A recess R is provided at the center of the outer surface 220o of the large-diameter
第１扇状板部２２１、第２扇状板部２２２、第３扇状板部２２３、及び第４扇状板部２２４はそれぞれ、径方向に沿って放射状に延びる扇形の平板である。第１扇状板部２２１、第２扇状板部２２２、第３扇状板部２２３、及び第４扇状板部２２４の外径は、この順番で小さくなっている。一方で、第１扇状板部２２１、第２扇状板部２２２、第３扇状板部２２３、及び第４扇状板部２２４の内径は互いに等しい。
The first fan-shaped
第１扇状板部２２１の外面２２１ｏに沿って、第１扇状板部２２１の後面２２１ｒに大径曲板部２２０の前端２２０Ｅｆが固定されている。
Along the outer surface 221o of the first fan-shaped
第１扇状板部２２１の外径（半径）は、大径曲板部２２０の外面２２０ｏの曲率半径に等しい。即ち、第１扇状板部２２１の外面２２１ｏと大径曲板部２２０の外面２２０ｏとは段差なく接続されて一連の曲面を構成している。
The outer diameter (radius) of the first fan-shaped
第２扇状板部２２２の後面が第１扇状板部２２１の前面２２１ｆに固定されている。第２扇状板部２２２と第１扇状板部２２１とは、周方向の両端面がそれぞれ面一となり、且つ内周側の面が面一となるように位置合わせされている。この状態において、第２扇状板部２２２の外面２２２ｏと第１扇状板部２２１の外面２２１ｏとは中心軸Ｘ２００を中心として同軸状に延びる。
The rear surface of the second fan-shaped
第３扇状板部２２３の後面が第２扇状板部２２２の前面２２２ｆに固定されている。第３扇状板部２２３と第２扇状板部２２２とは、周方向の両端面がそれぞれ面一となり、且つ内周側の面が面一となるように位置合わせされている。この状態において、第３扇状板部２２２の外面２２３ｏと第２扇状板部２２２の外面２２２ｏとは中心軸Ｘ２００を中心として同軸状に延びる。
The rear surface of the third fan-shaped
第４扇状板部２２４の後面が第３扇状板部２２３の前面２２３ｆに固定されている。第４扇状板部２２４と第３扇状板部２２３とは、周方向の両端面がそれぞれ面一となり、且つ内周側の面が面一となるように位置合わせされている。この状態において、第４扇状板部２２４の外面２２４ｏと第３扇状板部２２３の外面２２３ｏとは中心軸Ｘ２００を中心として同軸状に延びる。
The rear surface of the fourth fan-shaped
第１起歪体ＦＦ１～第３起歪体ＦＦ３の大径曲板部２２０は周方向に沿って等間隔で配置されている。第１起歪体ＦＦ１～第３起歪体ＦＦ３の大径曲板部２２０をそれぞれ、中心軸Ｘ２００を中心軸とする仮想大径円筒の一部とみなすこともできる。大径曲板部２２０の外面２２０ｏは、仮想大径円筒の外周面に沿って延びている。即ち、第１起歪体ＦＦ１～第３起歪体ＦＦ３の大径曲板部２２０の外面２２０ｏは、中心軸Ｘ２００を中心とする大径仮想円に沿って延びる曲面である。
The large-diameter
第１起歪体ＦＦ１～第３起歪体ＦＦ３の第１扇状板部２２１、第２扇状板部２２２、第３扇状板部２２３、及び第４扇状板部２２４はそれぞれ、周方向に沿って等間隔で配置されている。第１起歪体ＦＦ１～第３起歪体ＦＦ３の第１扇状板部２２１を、中心軸Ｘ２００を中心軸とする第１仮想円板の一部とみなすこともできる。同様に、第１起歪体ＦＦ１～第３起歪体ＦＦ３の第２扇状板部２２２、第３扇状板部２２３、第４扇状板部２２４を、中心軸Ｘ２００を中心軸とする第２仮想円板、第３仮想円板、第４仮想円板の一部とみなすこともできる。
The first fan-shaped
即ち、第１扇状板部２２１の外面２２１ｏ、第２扇状板部２２２の外面２２２ｏ、第３扇状板部２２３の外面２２３ｏ、及び第４扇状板部２２４の外面２２４ｏはそれぞれ、中心軸Ｘ２００を中心とする第１仮想円、第２仮想円、第３仮想円、第４仮想円に沿って延びる曲面である。第１仮想円、第２仮想円、第３仮想円、第４仮想円の直径は、この順番で小さくなる。
That is, the outer surface 221o of the first fan-shaped
第１起歪体ＦＦ１～第３起歪体ＦＦ３の第２扇状板部２２２の外面２２２ｏ、第３扇状板部２２３の外面２２３ｏ、及び第４扇状板部２２４の外面２２４ｏはそれぞれ、チャックにより保持力センサ２００を把持する際にチャックが当接される被当接面として機能する（詳細後述）。
The outer surface 222o of the second fan-shaped
また、第１扇状板部２２１の前面２２１ｆ、第２扇状板部２２２の前面２２２ｆ、及び第３扇状板部２２３の前面２２３ｆはそれぞれ、中心軸Ｘ２００に直交する平面に沿って延びる平坦面である。
Further, the
第１起歪体ＦＦ１～第３起歪体ＦＦ３の第１扇状板部２２１の前面２２１ｆ、第２扇状板部２２２の前面２２２ｆ、及び第３扇状板部２２３の前面２２３ｆはそれぞれ、チャックの先端が当接される位置合わせ面として機能する（詳細後述）。
The
３つの測定用ひずみゲージＧは、第１起歪体ＦＦ１～第３起歪体ＦＦ３の大径曲板部２２０において、凹部Ｒの底面Ｒｂに貼り付けられている。測定用ひずみゲージＧの構造は任意であるが、一例として４つのひずみ受感素子を備えるひずみゲージを用いてよい。
The three measurement strain gauges G are attached to the bottom surface Rb of the recess R in the large-diameter
３つの温度補償用ひずみゲージＣＧは、ベース部２１の後面２１ｒに、周方向に等間隔に離間して貼り付けられている。温度補償用ひずみゲージＣＧの構造は任意であるが、測定用ひずみゲージＧと同一のひずみゲージを使用し得る。
The three temperature compensating strain gauges CG are attached to the
３つの測定用ひずみゲージＧ、３つの温度補償用ひずみゲージＣＧ、及び６つの固定抵抗（不図示）を用いて、第１実施形態の保持力センサ１００と同様に３つのホイートストンブリッジが構成されている。測定用ひずみゲージＧから延びる配線Ｗ（図８）は第１起歪体ＦＦ１～第３起歪体ＦＦ３の間の隙間を通る。
Using three measurement strain gauges G, three temperature compensation strain gauges CG, and six fixed resistances (not shown), three Wheatstone bridges are configured as in the holding
３つのホイートストンブリッジ回路はそれぞれ、第１起歪体ＦＦ１～第３起歪体ＦＦ３に加えられた荷重の計測に用いられる。固定抵抗や、ホイートストンブリッジ回路の出力に基づいて荷重値を算出する算出部は外部に設けられていてもよく、ベース部２１に設けられていてもよい。
Each of the three Wheatstone bridge circuits is used to measure the load applied to the first strain FF1 to the third strain FF3. The calculation unit that calculates the load value based on the fixed resistance and the output of the Wheatstone bridge circuit may be provided externally or may be provided in the
保持力センサ２００を用いたコレットチャック２０００（図４）の保持力の計測は、次のようにして行う。
The holding force of the collet chuck 2000 (FIG. 4) using the holding
保持力センサ２００を用いてコレットチャック２０００の保持力を計測する場合には、コレットチャック２０００の３つの爪Ｎの内側に、保持力センサ２００の第１起歪体ＦＦ１～第３起歪体ＦＦ３を挿入する。そして第２扇状板部２２２の外面２２２ｏ、第３扇状板部２２３の外面２２３ｏ、及び第４扇状板部２２４の外面２２４ｏのうち、コレットチャック２０００の把持可能範囲（チャックが把持可能なワーク／工具の直径の範囲）に応じた最適な部位をコレットチャック２０００の爪Ｎにより保持する。
When the holding force of the
まず、コレットチャック２０００の把持可能範囲が、保持力センサ２００の第４仮想円板（即ち、第１起歪体ＦＦ１～第３起歪体ＦＦ３の第４扇状板部２２４を含む仮想円板）の外径を含む場合は、コレットチャック２０００の３つの爪Ｎの内側に第１起歪体ＦＦ１～第３起歪体ＦＦ３の第４扇状板部２２４を挿入する。
First, the grippable range of the
この時、保持力センサ２００の中心軸Ｘ２００がコレットチャック２０００の中心軸Ｘ２０００と平行となるように位置合わせをする。この位置合わせは、コレットチャック２０００の爪Ｎの前面Ｎｆを第１起歪体ＦＦ１～第３起歪体ＦＦ３の第３扇状板部２２３の前面（位置合わせ面）２２３ｆに当接させることにより、容易に行うことができる（図１１（ａ））。
At this time, the center axis X 200 of the holding
また、保持力センサ２００の周方向の位置を、コレットチャック２０００の３つの爪Ｎの各々が、保持力センサ２００の第１起歪体ＦＦ１～第３起歪体ＦＦ３のいずれか１つの第４扇状板部２２４の外面（被当接面）２２４ｏにのみ当接するように調節する（図１０（ａ））。
Further, the position of the holding
コレットチャック２０００の把持可能範囲が、保持力センサ２００の第３仮想円板（即ち、第１起歪体ＦＦ１～第３起歪体ＦＦ３の第３扇状板部２２３を含む仮想円板）の外径を含む場合は、コレットチャック２０００の３つの爪Ｎの内側に第１起歪体ＦＦ１～第３起歪体ＦＦ３の第４扇状板部２２４及び第３扇状板部２２３を挿入する。
The grippable range of the
この時、保持力センサ２００の中心軸Ｘ２００とコレットチャック２０００の中心軸Ｘ２０００との位置合わせには、第１起歪体ＦＦ１～第３起歪体ＦＦ３の第２扇状板部２２２の前面（位置合わせ面）２２２ｆを用いる（図１１（ｂ））。
At this time, in order to align the central axis X 200 of the holding
また、保持力センサ２００の周方向の位置を、コレットチャック２０００の３つの爪Ｎの各々が、保持力センサ２００の第１起歪体ＦＦ１～第３起歪体ＦＦ３のいずれか１つの第３扇状板部２２３の外面（被当接面）２２３ｏにのみ当接するように調節する（図１０（ｂ））。
Further, the position of the holding
コレットチャック２０００の把持可能範囲が、保持力センサ２００の第２仮想円板（即ち、第１起歪体ＦＦ１～第３起歪体ＦＦ３の第３扇状板部２２３を含む仮想円板）の外径を含む場合は、コレットチャック２０００の３つの爪Ｎの内側に第１起歪体ＦＦ１～第３起歪体ＦＦ３の第４扇状板部２２４、第３扇状板部２２３、及び第２扇状板部２２２を挿入する。
The grippable range of the
この時、保持力センサ２００の中心軸Ｘ２００とコレットチャック２０００の中心軸Ｘ２０００との位置合わせには、第１起歪体ＦＦ１～第３起歪体ＦＦ３の第１扇状板部２２１の前面（位置合わせ面）２２１ｆを用いる。また、保持力センサ２００の周方向の位置を、コレットチャック２０００の３つの爪Ｎの各々が、保持力センサ２００の第１起歪体ＦＦ１～第３起歪体ＦＦ３のいずれか１つの第２扇状板部２２２の外面（被当接面）２２２ｏにのみ当接するように調節する。
At this time, in order to align the central axis X 200 of the holding
保持力センサ２００を挿入した状態でコレットチャック２０００を作動させて３つの爪Ｎを径方向内側に移動させると、３つの爪Ｎの内面Ｎｉが第１起歪体ＦＦ１～第３起歪体ＦＦ３の第４扇状板部２２４の外面２２４ｏ（又は第３扇状板部２２３の外面２２３ｏ、又は第２扇状板部２２２の外面２２２ｏ）に当接し、コレットチャック２０００が第１起歪体ＦＦ１～第３起歪体ＦＦ３を一体として（まとめて）把持する（図１０（ａ）、図１０（ｂ）、図１１（ａ）、図１１（ｂ））。この状態において、保持力センサ２００の中心軸Ｘ２００はコレットチャック２０００の中心軸Ｘ２０００に一致する。
When the
その後、コレットチャック２０００の３つの爪Ｎを径方向内側に更に移動させると、第１起歪体ＦＦ１～第３起歪体ＦＦ３の自由端側が径方向内側に押圧され、第１起歪体ＦＦ１～第３起歪体ＦＦ３にひずみが生じる。これにより、第１実施形態の保持力センサ１００と同様に、コレットチャック２０００の保持力の算出や、コレットチャック２０００の各爪による保持力のバランスの測定を行うことができる。
After that, when the three claws N of the
第２実施形態の保持力センサ２００の効果を以下にまとめる。
The effects of the holding
第２実施形態の保持力センサ２００は、第１起歪体ＦＦ１～第３起歪体ＦＦ３の各々が、互いに外径の異なる第２扇状板部２２２～第４扇状板部２２４を有し、測定対象のチャックの把持可能範囲に応じて、第２扇状板部２２２の外面２２２ｏ、第３扇状板部２２３の外面２２３ｏ、及び第４扇状板部２２４の外面２２４ｏのいずれかに、測定対象のチャックを当接させることができる。したがって、把持可能範囲が異なる多種類のチャックの保持力を測定することができる。
In the holding
第２実施形態の保持力センサ２００は、第１起歪体ＦＦ１～第３起歪体ＦＦ３の第１扇状板部２２１の前面２２１ｆ、第２扇状板部２２２の前面２２２ｆ、及び第３扇状板部２２３の前面２２３ｆにより構成される位置合わせ面を有する。そのため、チャックにより保持力センサ２００を把持する際に、保持力センサ２００の中心軸Ｘ２００がチャックの中心軸と平行となった適切な姿勢に容易に調整することができる。
The holding
第２実施形態の保持力センサ２００は、第１実施形態の保持力センサ１００と同様に、測定が容易であり、測定の信頼性が高く、且つチャック全体としての保持力のみではなく、周方向におけるチャックの保持力のバランスも測定することができる。
Like the holding
第２実施形態の保持力センサ２００は、第１実施形態の保持力センサ１００と同様に、大径曲板部２２０の厚さを小さくするだけで荷重測定の感度を高めることができ、精密仕上げ用のチャックの保持力測定に用い得る高感度の保持力センサを容易に得ることができる。
Similar to the holding
第２実施形態の保持力センサ２００において、次の変形態様を用いることもできる。
In the holding
第２実施形態の保持力センサ２００は、周方向に配置された３つの起歪体を有しているが、これには限られない。保持力センサ２００が有する起歪体の数は２つ以上の任意の数であってよく、例えば５個、９個、１１個等であってよい。より具体的には例えば、周方向の寸法が第１起歪体ＦＦ１～第３起歪体ＦＦ３よりも大きい点を除いて第１起歪体ＦＦ１～第３起歪体ＦＦ３と同様の構造を有する起歪体を周方向に２つ配置してもよい。あるいは、周方向の寸法が第１起歪体ＦＦ１～第３起歪体ＦＦ３よりも小さい点を除いて第１起歪体ＦＦ１～第３起歪体ＦＦ３と同様の構造を有する起歪体を周方向に４つ以上配置してもよい。任意の数の起歪体は、周方向に等間隔に配置されてもよい。
The holding
ｎ個（ｎは２以上の整数）の起歪体を有する保持力センサ２００は、ｎ個の爪を有するチャックに対して好適に使用し得る。
The holding
第２実施形態の保持力センサ２００においては、第１起歪体ＦＦ１～第３起歪体ＦＦ３はそれぞれ大径曲板部２２０、及び第１扇状板部２２１～第４扇状板部２２４を有するが、これには限られない。保持力センサ２００の起歪部２２が有する起歪体は、ベース部２１により片持ち支持されて自由端を有し、且つ中心軸Ｘ２００を中心とする第１仮想円上の被当接部、及び当該被当接部の自由端側において中心軸Ｘ２００を中心とし第１仮想円より直径の小さい第２仮想円上に位置する被当接部を有する任意の形状とし得る。
In the holding
具体的には例えば、第２実施形態の第１起歪体ＦＦ１～第３起歪体ＦＦ３から第４扇状板部２２４を除いた形状を採用し得る。この場合は、第３扇状板部２２３の前面２２３ｆが自由端となり、第３扇状板部２２３の外面２２３ｏ及び第２扇状板部２２２の外面２２２ｏが被当接面となる。
Specifically, for example, a shape obtained by removing the fourth fan-shaped
起歪部２２が有する起歪体は、角棒や丸棒を２回直角に折り曲げた略Ｚ字状の部材や、角棒や丸棒を複数回直角に折り曲げて階段状とした部材を、ベース部２１により片持ち支持した構成であってもよい。この場合は、自由端近傍の径方向外側の面が最も小さい仮想円上の被当接面として機能し、段部をまたいで固定端側の領域における径方向外側の面が次に小さい仮想円上の被当接面として機能する。段部の前面は位置合わせ面として機能する。
The strain-causing body of the strain-causing
第２実施形態の起歪部２２の第１起歪体ＦＦ１～第３起歪体ＦＦ３は、互いに直径が異なる３つの仮想円上に位置する３つの被当接部を有しているが、これには限られない。起歪体の軸方向に沿って設けられ、且つ互いに直径の異なる仮想円上に位置する被当接面の数は、２つ以上の任意の数とし得る。起歪体が有する被当接面の数が多いほど、保持力センサの汎用性が高まる。
The first strain-causing body FF1 to the third strain-causing body FF3 of the strain-causing
被当接面の数を増やすためには、具体的には例えば、第１起歪体ＦＦ１～第３起歪体ＦＦ３の第４扇状板部２２４の前面に、第４扇状板部２２４よりも外径の小さい扇状板部の後面を接続する。これにより、当該扇状板部の外面が、中心軸Ｘ２００を中心とし、第４仮想円よりも小さい直径を有する仮想円上に位置する被当接面となる。
In order to increase the number of contacted surfaces, specifically, for example, on the front surface of the fourth fan-shaped
被当接面は、必ずしも保持力センサ２００の中心軸Ｘ２００を中心とする仮想円に沿った曲面である必要はなく、起歪体の形状に応じた任意の態様とし得る。例えば各棒を折り曲げた形状の起歪体を備える態様では、被当接面は径方向に直交して延びる平坦面である。即ち被当接面は、測定対象のチャックの爪が当接し得る任意の態様とし得る。例えば被当接面が平坦面である場合は、その一部又は中心部が仮想円上にある場合に、当該被当接面が仮想円上にあるとみなし得る。 The contacted surface does not necessarily have to be a curved surface along a virtual circle centered on the central axis X200 of the holding force sensor 200 , and may be in any form depending on the shape of the strain-causing body. For example, in the embodiment provided with a strain-causing body in which each rod is bent, the contacted surface is a flat surface extending orthogonally in the radial direction. That is, the contacted surface may have any aspect in which the claws of the chuck to be measured can come into contact with each other. For example, when the contacted surface is a flat surface, it can be considered that the contacted surface is on the virtual circle when a part or the center thereof is on the virtual circle.
なお、上記の通り、チャックの爪は一般的に、チャックの中心軸回りに等間隔で配置されている。したがって、保持力センサ２００の複数の起歪体が有する被当接面も、保持力センサ２００の中心軸Ｘ２００を中心とする仮想円に沿って等間隔で配置されていてもよい。
As described above, the chuck claws are generally arranged at equal intervals around the central axis of the chuck. Therefore, the contacted surfaces of the plurality of strain-causing bodies of the holding
起歪体がどのような形状である場合も、測定用ひずみゲージＧが取り付けられた領域において起歪体の径方向の厚さを、当該起歪体の他の領域における厚さよりも小さくすることにより、保持力測定の感度を高めることができる。 Regardless of the shape of the strain-causing body, the radial thickness of the strain-causing body in the region where the measuring strain gauge G is attached shall be smaller than the thickness in the other regions of the strain-causing body. Therefore, the sensitivity of the holding force measurement can be increased.
第２実施形態の保持力センサ２００においては、第１起歪体ＦＦ１～第３起歪体ＦＦ３のそれぞれに測定用ひずみゲージＧが取り付けられているが、これには限られない。測定用ひずみゲージＧを第１起歪体ＦＦ１～第３起歪体ＦＦ３の少なくとも１つに取り付けた態様を用いることもできる。同様に、ｎ個（ｎは２以上の整数）の起歪体を有する保持力センサ２００において、少なくとも１つの起歪体にひずみゲージＧを貼り付けてもよい。この場合も、把持力の強弱を容易に且つ高い信頼性をもって求めることができる。
In the holding
第２実施形態の保持力センサ２００において、温度補償用ひずみゲージＣＧを省略してもよい。
In the holding
上記の各態様は、互いに矛盾が生じない限り、組み合わせて適用し得る。例えば、第２実施形態の保持力センサ２００と第１実施形態のリングアダプタ５００とを組み合わせて保持力センサユニットを構成してもよい。
Each of the above embodiments may be applied in combination as long as they do not conflict with each other. For example, the holding
上記の説明では、チャックの例としてコレットチャック及びダイアフラムチャックに言及したが、チャックはこれらには限られない。例えばスクロールチャックであってもよい。 In the above description, collet chucks and diaphragm chucks are mentioned as examples of chucks, but chucks are not limited thereto. For example, it may be a scroll chuck.
本発明の特徴を維持する限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。 As long as the features of the present invention are maintained, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and other embodiments considered within the scope of the technical idea of the present invention are also included within the scope of the present invention. ..
１１，２１ ベース部、２１，２２ 起歪部、１００，２００ 保持力センサ、１０００ 保持力センサユニット、２０００ コレットチャック、２００１ ダイアフラムチャック、Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，ＦＦ１，ＦＦ２，ＦＦ３ 起歪体、Ｇ 測定用ひずみゲージ、ＣＧ 温度補償用ひずみゲージ
11,21 Base part, 21,22 Strain gauge, 100,200 Holding force sensor, 1000 Holding force sensor unit, 2000 Collet chuck, 2001 Diaphragm chuck, F1, F2, F3, FF1, FF2, FF3 Distortion body, G Strain gauge for measurement, strain gauge for CG temperature compensation
Claims (11)
ベース部と、
前記ベース部の一方側に配置された複数の起歪体であって、各々が前記ベース部により片持ち支持されて自由端を有する起歪体と、
前記複数の起歪体の少なくとも一つに取り付けられたひずみゲージとを備え、
前記保持力の測定のために、前記複数の起歪体の前記ひずみゲージよりも前記自由端側が前記チャックにより一体として把持される保持力センサ。 A holding force sensor that is gripped by a chuck and measures the holding force of the chuck.
With the base part
A plurality of strain-causing bodies arranged on one side of the base portion, each of which is cantilevered and supported by the base portion and has a free end.
With a strain gauge attached to at least one of the plurality of strain generators,
A holding force sensor in which the free end side of the plurality of strain-causing bodies is integrally gripped by the chuck for measuring the holding force.
前記保持力センサは前記チャックに把持された状態において前記チャックの中心軸に一致するセンサ中心軸を有し、
前記被当接部が、前記センサ中心軸を中心とする仮想円上に位置する請求項１に記載の保持力センサ。 Each of the plurality of strain-causing bodies has a contacted portion on the free end side of the strain gauge with which the chuck is abutted in order to grip the holding force sensor.
The holding force sensor has a sensor central axis that coincides with the central axis of the chuck in a state of being gripped by the chuck.
The holding force sensor according to claim 1, wherein the contacted portion is located on a virtual circle centered on the sensor central axis.
前記複数の起歪体の少なくとも１つの第１曲面に、前記ひずみゲージが取り付けられており、
前記複数の起歪体の各々の第２曲面が前記被当接部を有する請求項２～５のいずれか一項に記載の保持力センサ。 Each of the plurality of strain-causing bodies has a first curved surface that curves in an arc shape around the sensor center axis, a second curved surface that curves in an arc shape around the sensor center axis with a radius of curvature smaller than that of the first curved surface, and A connecting surface extending in a plane orthogonal to the sensor center axis and connecting the first curved surface and the second curved surface is included.
The strain gauge is attached to at least one first curved surface of the plurality of strain-causing bodies.
The holding force sensor according to any one of claims 2 to 5, wherein the second curved surface of each of the plurality of strain-causing bodies has the contacted portion.
前記ひずみゲージから延びる配線が、前記スリット又は前記隙間を通って前記ベース部へと延びる請求項１～６のいずれか一項に記載の保持力センサ。 The plurality of strain-causing bodies are adjacent to each other via a slit or a gap, and are adjacent to each other.
The holding force sensor according to any one of claims 1 to 6, wherein the wiring extending from the strain gauge extends to the base portion through the slit or the gap.
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