JP2673849B2 - Linear motion guide device with force detection means - Google Patents

Linear motion guide device with force detection means

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JP2673849B2
JP2673849B2 JP4115297A JP11529792A JP2673849B2 JP 2673849 B2 JP2673849 B2 JP 2673849B2 JP 4115297 A JP4115297 A JP 4115297A JP 11529792 A JP11529792 A JP 11529792A JP 2673849 B2 JP2673849 B2 JP 2673849B2
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linear motion
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村 洋 太 郎 畑
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畑村 洋太郎
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば半導体製造装
置,工作機械,各種検査装置等に広く用いられる直線運
動用案内装置に関し、特に力検出手段付きの直線運動用
案内装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a linear motion guide device which is widely used in, for example, semiconductor manufacturing equipment, machine tools, various inspection devices and the like, and more particularly to a linear motion guide device with force detecting means.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体技術に代表されるように微
細加工の高精度化の要求が高まっている。NC(数値制
御)が開発されて以来、位置制御により加工精度は飛躍
的に向上した。このような位置制御を高精度にするため
に、従来は工作機械の剛性を上げることに力がそそがれ
てきた。
2. Description of the Related Art In recent years, there has been an increasing demand for higher precision in fine processing as represented by semiconductor technology. Since NC (Numerical Control) was developed, position control has dramatically improved the machining accuracy. In order to make such position control highly accurate, conventionally, efforts have been made to increase the rigidity of the machine tool.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし工作機械の剛性
を高めるといってもおのずと限界があり、近年の微細加
工に要求される加工精度を得るのが困難になってきてい
る。
However, increasing the rigidity of a machine tool has its limits, and it has become difficult to obtain the machining accuracy required for recent micromachining.

【0004】一方、機械加工においては、力を測って機
械,工具,ワークの変形量等を知り、それによってワー
クの加工精度のみならず、ツールの形状変化や異常検
出、外乱への対処、さらには過大な力がワークあるいは
ツールにかかることの回避、加工能率等を考慮すること
も必要になる。力をモニタすると加工の状態を的確に把
握できる。
On the other hand, in machining, the force is measured to know the amount of deformation of the machine, the tool, the work, etc., so that not only the machining accuracy of the work but also the change in shape of the tool, abnormality detection, coping with disturbance, It is also necessary to consider that excessive force is not applied to the work or tool, and the machining efficiency is taken into consideration. By monitoring the force, the processing status can be grasped accurately.

【0005】自動化の技術が進んだ今日では、工作機械
や加工システムの無人化や省力化はかなり進んでいるも
のの、24時間完全無人化運転を実際に行っているシス
テムはなかなか見当たらない。
Nowadays, with the advance of automation technology, machine tools and machining systems are considerably unmanned and labor-saving, but it is difficult to find a system that actually performs unmanned operation for 24 hours.

【0006】その原因は、実際の加工での予期せぬ工具
の折損、あるいは周囲環境の変化により設定した条件と
は異なったことが起きた時に、それを検出する有効な手
段がないために対処できないからである。また、熟練加
工者が、経験から加工時のワークに与えている力を判断
し、微妙に調整して、安全にそして精密に加工する技術
が現行の工作機械には欠落しているためである。
The cause thereof is dealt with because there is no effective means for detecting when a condition different from the set condition occurs due to an unexpected tool breakage in actual machining or a change in the surrounding environment. Because you can't. In addition, it is because the skill of skilled workers judges the force applied to the work at the time of processing from the experience and finely adjusts it to safely and precisely process the current machine tool. .

【0007】そこで、従来の位置制御に欠けていた加工
の重要な要素である力を検出し、力情報をフィードバッ
クして工作機械を制御する必要性が生じてきている。
Therefore, it has become necessary to detect a force, which is an important element of machining, which is lacking in conventional position control, and to feed back force information to control a machine tool.

【0008】本発明は上記した従来技術の課題を解決す
るためになされたもので、その目的とするところは、半
導体製造装置や工作機械等の直線案内部に広く用いられ
る転がり接触形の直線運動用案内装置に力検出手段を組
み込むことにより、実際に加わる力に高精度に検出して
力の情報をモニタし得る力検出手段付きの直線運動用案
内装置を提供することにある。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art. The object of the present invention is to provide a rolling contact type linear motion widely used for a linear guide portion of a semiconductor manufacturing apparatus, a machine tool or the like. It is an object of the present invention to provide a linear motion guide device with force detection means that can detect force that is actually applied with high accuracy and monitor force information by incorporating force detection means into the guide device.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明にあっては、軌道レールと、多数の転動体
と、前記転動体を介して軌道レールに沿って直線方向に
摺動自在に設けられる摺動台と、を備え、摺動台にはワ
ークが装着されるテーブルが取り付けられる直線運動用
案内装置において、前記テーブル側から直線運動用案内
装置に作用している力を検出可能な力検出手段を前記摺
動台に設け、 前記力検出手段は、力の作用方向に弾性変
形可能な弾性部材と、該弾性部材の荷重に応じて変化す
る変位または歪みを電気信号に変換する変位または歪み
検出とを具備しており、 前記力検出手段によって検出す
る力の方向が、軌道レールの長さ方向と、軌道レールと
摺動台間の疑似摺動面に対して直交する方向と、軌道レ
ールに対して直交しかつ疑似摺動面と平行方向の三方向
のうち、少なくとも一方向であることを特徴とする。
In order to achieve the above object, according to the present invention, a track rail, a large number of rolling elements, and a linear slide along the track rail via the rolling elements. A guide for linear motion, comprising a slide base freely provided, and a table on which a workpiece is mounted is attached to the slide base.
The force detection means that can detect the force acting on the device
Provided on the moving table, the force detecting means elastically changes in the acting direction of the force.
Shapeable elastic member and changes according to the load of the elastic member
Displacement or strain that converts the displacement or strain into an electrical signal
And the detection by the force detection means.
The direction of the force is
The direction perpendicular to the pseudo sliding surface between the slides and the track
Direction orthogonal to the base and parallel to the pseudo sliding surface
Of these, at least one direction is characterized.

【0010】弾性部材を力の作用方向にのみ弾性変形可
能でかつ他の方向には剛な構造としたことを特徴とす
る。
Elastic members can be elastically deformed only in the direction of force application.
It is characterized by having a structure that is functional and rigid in other directions .

【0011】[0011]

【0012】弾性部材は、力の作用方向に弾性変形可能
な薄肉部を備えた構造とすることが好ましい。
It is preferable that the elastic member has a structure having a thin portion that is elastically deformable in the direction in which the force acts.

【0013】また、薄肉部に歪み検出手段として歪みゲ
ージを貼着した構造とすることが効果的である。
Further, it is effective to have a structure in which a strain gauge is attached as a strain detecting means to the thin portion.

【0014】摺動台は複数設けられていることを特徴と
する。
A plurality of slides are provided.
I do.

【0015】[0015]

【作用】上記構成の力検出手段付き直線運動用案内装置
にあっては、直線運動用案内装置に実際に作用する力を
直接検出することができる。特に、直線運動用案内装置
特有の転動体に作用する荷重を検出することができる。
たとえば、軌道レールの長さ方向にかかる力の検出は、
摺動台と軌道レール間の転動体の転がり抵抗を検出する
ことになる。転がり抵抗は転動体に作用する荷重に比例
する。また、軌道レールと摺動台間の疑似摺動面に対し
て直交する方向にかかる力あるいは軌道レールに対して
直交しかつ疑似摺動面と平行方向にかかる力の検出は、
転動体に作用する荷重そのものを検出することになる。
In the linear motion guide device with force detecting means having the above structure, the force actually acting on the linear motion guide device can be directly detected. Especially, a guide device for linear motion
The load acting on the specific rolling element can be detected.
For example, to detect the force applied in the length direction of a track rail,
Detects rolling resistance of rolling elements between slide and track rail
Will be. Rolling resistance is proportional to the load acting on the rolling elements
I do. Also, for the pseudo sliding surface between the track rail and the sliding base,
Force applied in the direction orthogonal to
The detection of the force applied at right angles and in the direction parallel to the pseudo sliding surface is
The load itself acting on the rolling element will be detected.

【0016】また、力の変化に応じて弾性変形する弾性
部材の変位または歪みを検出することによって、力を精
密に検出することができる。
Further, the force can be accurately detected by detecting the displacement or strain of the elastic member which is elastically deformed according to the change of the force.

【0017】さらに、弾性部材を力の作用方向に弾性変
形可能でかつ力の作用方向とは異なる方向に剛な構造と
しておくことによって、必要な剛性を得ることができ
る。
Further, by providing the elastic member so as to be elastically deformable in the force acting direction and rigid in the direction different from the force acting direction, the required rigidity can be obtained.

【0018】また、薄肉部に歪みゲージを貼着する構成
とすることにより、力をより感度よく検出することがで
きる。
Further, the force can be detected with higher sensitivity by adopting a structure in which the strain gauge is attached to the thin portion.

【0019】[0019]

【実施例】以下に本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments.

【0020】図1(a) は本発明の力検出手段付き直線運
動用案内装置の概念的な構成を示している。この直線運
動用案内装置は、直線的に延びる軌道レール1と、この
軌道レール1に転動体としての多数のボール2を介して
組みつけられる摺動台3と、から構成されている。この
摺動台3は、例えば可動テーブル7等の被案内部材が取
付けられる取付部4と、ボール2が転動する部分を有す
るスライド部5と、取付部4とスライド部5との間に設
けられる力検出手段6とから構成される。力検出手段6
により検出された検出信号は力情報として各種コントロ
ーラ部100に送られる。
FIG. 1 (a) shows a conceptual configuration of a linear motion guide device with force detecting means of the present invention. This linear motion guide device is composed of a track rail 1 that extends linearly and a slide base 3 that is mounted on the track rail 1 via a number of balls 2 as rolling elements. This sliding base 3 is provided between a mounting portion 4 to which a guided member such as a movable table 7 is mounted, a slide portion 5 having a portion on which the ball 2 rolls, and between the mounting portion 4 and the sliding portion 5. And a force detection means 6 that is provided. Force detection means 6
The detection signal detected by is transmitted to various controller units 100 as force information.

【0021】図1(b) はこのような直線運動用案内装置
の基本的な使用例を示している。すなわち、一対の軌道
レール1,1を互いに平行に敷設し、軌道レール1,1
上を摺動する左右一対づつの計4個の摺動台3,3,
3,3上に可動テーブル7が取りつけられる。この可動
テーブル7上でワーク8が加工される。加工時に工具9
からワーク8に作用する力は、可動テーブル7を通じて
直線運動用案内装置の摺動台3に伝達される。
FIG. 1 (b) shows a basic use example of such a linear motion guide device. That is, a pair of track rails 1, 1 are laid parallel to each other, and
A total of four sliding bases 3, 3, one on each side sliding on the top
The movable table 7 is mounted on the surfaces 3 and 3. The work 8 is processed on the movable table 7. Tool 9 during processing
The force acting on the work 8 from the work is transmitted to the slide base 3 of the linear motion guide device through the movable table 7.

【0022】そして、力検出手段6によって検出された
力情報はコンピュータ等を用いて記憶される。この力情
報のデータと加工に関する経験的知識を活用すること
で、加工状態をモデル化でき、将来の加工状態の予測,
予知が可能になり、予測,予知した将来の加工状態に基
づいて現在の加工状態に補正をかけるフィードフォファ
ード制御が可能となる。
The force information detected by the force detecting means 6 is stored by using a computer or the like. By using this force information data and empirical knowledge about machining, the machining state can be modeled, and future machining state prediction,
Prediction becomes possible, and feed-forward control that corrects the current machining state based on the predicted and predicted future machining state becomes possible.

【0023】すなわち、工具9に作用する力は可動テー
ブル7を通じて摺動台3に伝達されており、摺動台3に
設けられた力検出手段6によって工具9に実際に作用す
る力を検出することができる。この力を検出することに
よって、工具9の形状変化と異常検出及びワーク8の形
状認識、さらに予め設定した値以上の力がワーク8や工
具9にかかった時の対処が可能となる。
That is, the force acting on the tool 9 is transmitted to the slide base 3 through the movable table 7, and the force detecting means 6 provided on the slide base 3 detects the force actually acting on the tool 9. be able to. By detecting this force, it is possible to detect the shape change and abnormality of the tool 9, recognize the shape of the work 8, and deal with the case where the work 8 or the tool 9 is applied with a force equal to or more than a preset value.

【0024】また、ワーク8に与える力を情報とするこ
とにより、加工力によるワーク8の変形のモデル化も可
能になる。
Further, by using the force applied to the work 8 as information, it becomes possible to model the deformation of the work 8 due to the processing force.

【0025】直線運動用案内装置に作用する力として
は、摺動台3に対して上下方向に作用するラジアル荷重
と、摺動台3の前後方向に作用するスラスト荷重と、摺
動台3の左右横方向に作用する横方向荷重の三方向の力
と、三方向それぞれの軸回りの回転モーメントの6つの
力がある。説明の都合上、図1(c) に示すように、軌道
レール1を下に摺動台3を上にした状態で、互いに直交
するXYZ直交座標系のY軸を摺動台3が摺動する方向
である軌道レール1の長さ方向にとり、X軸を摺動台3
と軌道レール1との疑似摺動面と平行でかつ摺動台3の
摺動する方向に対して直交する方向にとり、Z軸を軌道
レール1の疑似摺動面に対して直交する上下方向にとっ
て説明するものとすると、上記したラジアル荷重はZ軸
方向荷重に、スラスト荷重はY軸方向の荷重に、横方向
荷重がX方向荷重にそれぞれ対応する。さらに、三軸回
りのモーメントは、X軸,Y軸,Z軸回りのモーメント
に対応する。ここで、疑似摺動面とは左右のボール2,
2を結ぶ仮想の平面である。力検出手段6は、X軸,Y
軸,Z軸方向のすべての力を検出するように構成しても
よく、また、ある特定の方向の力のみを検出するような
構成としてもよく、図2は、力検出手段6の基本的な構
成を示す模式図である。すなわち、この力検出手段6
は、軸方向に弾性変形可能な弾性部材11と、この弾性
部材11の軸方向変位または歪みを電気信号に変換して
検出する検出手段12と、を具備しており、弾性部材1
1は固定部材13と可動部材14の間に介在され、固定
部材13と可動部材14を連結するようになっている。
そして、力の変化に応じて弾性部材11が弾性変形し、
この弾性部材11の歪みや変位が検出手段12によって
電気信号に変換されて軸力が検出される。
The forces acting on the linear motion guide device are a radial load acting vertically on the slide base 3, a thrust load acting in the front-back direction of the slide base 3, and the slide load of the slide base 3. There are three forces of lateral load acting in the left and right lateral directions, and six forces of rotational moments about each of the three directions. For convenience of explanation, as shown in FIG. 1 (c), the slide table 3 slides on the Y axes of the XYZ orthogonal coordinate system which are orthogonal to each other with the track rail 1 below and the slide table 3 above. In the longitudinal direction of the track rail 1, which is the direction of
The Z axis is parallel to the pseudo sliding surface of the track rail 1 and orthogonal to the sliding direction of the slide base 3, and the Z-axis is perpendicular to the pseudo sliding surface of the track rail 1. To explain, the radial load corresponds to the Z-axis load, the thrust load corresponds to the Y-axis load, and the lateral load corresponds to the X-direction load. Further, the moments about the three axes correspond to the moments about the X axis, the Y axis, and the Z axis. Here, the pseudo sliding surface means the left and right balls 2,
It is a virtual plane connecting two. The force detection means 6 has X-axis and Y-axis.
The force detecting means 6 may be configured to detect all the forces in the axial and Z-axis directions, or may be configured to detect only the force in a specific direction. It is a schematic diagram which shows a simple structure. That is, the force detecting means 6
Is provided with an elastic member 11 that is elastically deformable in the axial direction, and a detection means 12 that detects the axial displacement or strain of the elastic member 11 by converting it into an electric signal and detects the elastic member 1.
1 is interposed between the fixed member 13 and the movable member 14 to connect the fixed member 13 and the movable member 14.
Then, the elastic member 11 elastically deforms according to the change in force,
The strain or displacement of the elastic member 11 is converted into an electric signal by the detection means 12 to detect the axial force.

【0026】図3(a) 〜(e) には、上記力検出手段10
の変位または歪み検出手段12の各種変形例が示されて
いる。
3A to 3E, the force detecting means 10 is shown.
Various modifications of the displacement or strain detection means 12 are shown.

【0027】図3(a) に示すものは、検出手段として歪
みゲージ等の抵抗式センサ12aを用いて弾性部材11
の歪みを検出するようにしたものである。
FIG. 3A shows an elastic member 11 using a resistance type sensor 12a such as a strain gauge as a detecting means.
The distortion of is detected.

【0028】図3(b) に示すものは、検出手段として圧
電素子や電歪素子等を用いて変位を電圧変化として検出
する電圧式センサ12bを用いて弾性部材11の変位を
検出するようにしたものである。
The one shown in FIG. 3 (b) detects the displacement of the elastic member 11 by using a voltage type sensor 12b which detects the displacement as a voltage change by using a piezoelectric element or an electrostrictive element as the detecting means. It was done.

【0029】図3(c) に示すものは、検出手段として差
動トランスやうず電流センサ等の電磁誘導式センサ12
cを利用して弾性部材11の変位を検出するようにした
ものである。
FIG. 3C shows an electromagnetic induction type sensor 12 such as a differential transformer or an eddy current sensor as a detecting means.
The displacement of the elastic member 11 is detected by using c.

【0030】図3(d) に示すものは、検出手段として静
電容量式ギャップセンサ12dを用い弾性部材11の変
位を電気容量に変換して検出するようにしたものであ
る。
In FIG. 3 (d), an electrostatic capacity type gap sensor 12d is used as a detecting means to detect the displacement of the elastic member 11 by converting it into an electric capacity.

【0031】図3(e) に示すものは、検出手段として光
り干渉方式の光ファイバ式センサ12eを利用して弾性
部材11の変位を検出するようにしたものである。
The one shown in FIG. 3 (e) is one in which the displacement of the elastic member 11 is detected by using a light interference type optical fiber sensor 12e as the detecting means.

【0032】この他、図示例のものに限られず、弾性部
材11の変位を検出するための各種センサを用いること
ができる。図4は、図2の力検出手段6を適用した場合
の直線運動用案内装置の各種構成例を示している。
Other than the illustrated example, various sensors for detecting the displacement of the elastic member 11 can be used. FIG. 4 shows various structural examples of the linear motion guide device when the force detection means 6 of FIG. 2 is applied.

【0033】図4(a) は、力検出手段6によってZ軸方
向、すなわち上下方向の力を検出する場合を示し、図4
(b) は、力検出手段6よってX軸方向、すなわち左右横
方向の力を検出する場合を示し、図4(c) は、力検出手
段6によってY軸方向、すなわち前後方向の力を検出場
合を示している。
FIG. 4A shows the case where the force detecting means 6 detects the force in the Z-axis direction, that is, the vertical direction.
4B shows a case where the force detection means 6 detects a force in the X-axis direction, that is, the lateral direction, and FIG. 4C shows a case where the force detection means 6 detects a force in the Y-axis direction, that is, the front-back direction. The case is shown.

【0034】もちろん、一方向の力だけでなく、これら
を組み合わせて2方向,3方向の力を検出する構成とす
ることもできる。
Of course, not only the force in one direction but also the force in two or three directions can be detected by combining them.

【0035】図4(d) は、X軸とZ軸の2方向の力を検
出する場合を示しており、その他図示しないが図4(b)
(c) を組み合わせてXY軸の二方向の力を検出すること
もできるし、図4(a) ,(c) を組合わせればYZ軸の二
方向の力を検出することができ、さらに図4(a) 〜(c)
を組み合わせればXXYZ軸の三方向の力を検出する構
成をとることができる。
FIG. 4 (d) shows the case of detecting the forces in the two directions of the X-axis and the Z-axis. Although not shown, FIG. 4 (b)
It is possible to detect the forces in the two directions of the XY axes by combining (c), and to detect the forces in the two directions of the YZ axes by combining Fig. 4 (a) and (c). 4 (a)-(c)
If combined with each other, it is possible to adopt a configuration in which forces in three directions of the X, Y, Z axes are detected.

【0036】図5は、図4(a) に示されるモデル構成を
より具体化した直線運動用案内装置を示すものである。
この直線運動用案内装置はZ軸方向の力のみを検出する
もので、基本的には図4に示す装置と同様の構成で、力
検出手段6の弾性部材11Aとして薄肉の板ばねを用
い、スライド部5および取付部4と一体構造としたもの
である。
FIG. 5 shows a linear motion guide device in which the model configuration shown in FIG. 4 (a) is further embodied.
This linear motion guide device detects only the force in the Z-axis direction, and basically has the same configuration as the device shown in FIG. 4, and uses a thin leaf spring as the elastic member 11A of the force detection means 6, The structure is integrated with the slide portion 5 and the attachment portion 4.

【0037】すなわち、取付部4は環状部材で、また力
検出手段6の弾性部材11Aを薄肉の環状平板形状と
し、環状平板状の弾性部材11Aの外端を取付部4内端
に固定し、弾性部材11Aの内端をスライド部5に固定
してZ軸方向に弾性変形可能に構成したものである。
That is, the mounting portion 4 is an annular member, and the elastic member 11A of the force detecting means 6 has a thin annular flat plate shape, and the outer end of the annular flat plate elastic member 11A is fixed to the inner end of the mounting portion 4. The inner end of the elastic member 11A is fixed to the slide portion 5 so as to be elastically deformable in the Z-axis direction.

【0038】この例では、摺動台3を構成する四角形の
ブロック体を加工することによって取付部4と弾性部材
11Aとスライド部5とを一体構成としてある。すなわ
ち、摺動台3の前後左右の側面に全周的にスリット15
を形成し、一方、摺動台3の上面中央にスリット15の
奥端の直径よりも大径の円形の凹部16を形成し、凹部
16底面とスリット15の間を薄肉にして弾性部材11
Aを構成している。この摺動台3の凹部16の開口部は
蓋体17によって閉塞されている。
In this example, the mounting portion 4, the elastic member 11A, and the slide portion 5 are integrally formed by processing a rectangular block body that constitutes the slide base 3. That is, slits 15 are formed on the front, rear, left, and right side surfaces of the slide base 3 all around.
On the other hand, a circular concave portion 16 having a diameter larger than the diameter of the rear end of the slit 15 is formed in the center of the upper surface of the sliding base 3, and the elastic member 11 is made thin between the bottom surface of the concave portion 16 and the slit 15.
A. The opening of the recess 16 of the slide base 3 is closed by a lid 17.

【0039】弾性部材11Aを環状平板構造とすること
により、弾性部材11AはZ軸方向には弾性変形可能で
かつZ軸以外のX,Y軸方向には剛な構成となってお
り、X軸,Y軸方向の剛性を高剛性に保つことができ
る。
By forming the elastic member 11A into an annular flat plate structure, the elastic member 11A is elastically deformable in the Z-axis direction and is rigid in the X- and Y-axis directions other than the Z-axis. , The rigidity in the Y-axis direction can be kept high.

【0040】そして、弾性部材11Aの表面には、弾性
部材11Aの弾性変形に対応する変位量を検出するため
の検出手段としての歪みゲージ12aが貼着されてい
る。この歪みゲージ12aはもっとも歪みの大きい弾性
部材11Aの付けね部に貼着することによって、感度が
高められている。
A strain gauge 12a is attached to the surface of the elastic member 11A as a detecting means for detecting the amount of displacement corresponding to the elastic deformation of the elastic member 11A. The strain gauge 12a is attached to the base of the elastic member 11A having the largest strain to increase the sensitivity.

【0041】図示例では、歪みゲージ12aを円環状の
弾性部材11Aの外径端部に4枚等配し、一方、内径端
部に外径端側とは45度位相をずらして4枚等配し、合
計8枚の歪みゲージ12aが用いられている。
In the illustrated example, four strain gauges 12a are equally distributed on the outer diameter end of the annular elastic member 11A, while four strain gauges 12a are displaced on the inner diameter end by 45 degrees from the outer diameter end. A total of eight strain gauges 12a are used.

【0042】また、この実施例では、歪みゲージ12a
を弾性部材11Aの凹部16側の表面に取付け、歪みゲ
ージ12aからの信号線は取付部4に固定される接続端
子18を通じて取り出される。歪みゲージ12aからの
検出信号は、ストレインアンプ101によって増幅さ
れ、さらにA/D変換器102によってディジタル信号
に変換され、力情報としてコントローラ103で処理判
断される。
Further, in this embodiment, the strain gauge 12a is used.
Is attached to the surface of the elastic member 11A on the concave portion 16 side, and the signal line from the strain gauge 12a is taken out through the connection terminal 18 fixed to the attaching portion 4. The detection signal from the strain gauge 12a is amplified by the strain amplifier 101, further converted into a digital signal by the A / D converter 102, and processed and judged by the controller 103 as force information.

【0043】この実施例では、弾性部材11Aが円環状
となっているので、あらゆる方向に均一のばね特性でも
って傾動可能である。したがって、各歪みゲージ12a
が貼着されたそれぞれの位置の荷重に比例して弾性部材
11Aの各部が弾性変形することになり、各歪みゲージ
12aからの出力情報を読むことで摺動台3上面に作用
するZ軸方向の力の円周方向の分布がわかる。この円周
方向のZ軸方向力の分布を知ることにより、力の大きさ
だけでなくその方向性等についても精密に検出すること
ができる。
In this embodiment, since the elastic member 11A has an annular shape, it can be tilted in all directions with uniform spring characteristics. Therefore, each strain gauge 12a
Since each part of the elastic member 11A is elastically deformed in proportion to the load at each position where is attached, by reading the output information from each strain gauge 12a, the Z-axis direction that acts on the upper surface of the slide base 3 is read. You can see the distribution of the force in the circumferential direction. By knowing the distribution of the force in the Z-axis direction in the circumferential direction, it is possible to accurately detect not only the magnitude of the force but also its directionality and the like.

【0044】図6は弾性部材11Aの各種形状を示すも
ので、図6(a) に示すような単なる環状平板構造の他
に、図6(b) 〜(e) に示すように孔11Bを開けた形状
に成形することもできる。
FIG. 6 shows various shapes of the elastic member 11A. In addition to the simple annular flat plate structure shown in FIG. 6 (a), a hole 11B is formed as shown in FIGS. 6 (b) to 6 (e). It can also be formed into an open shape.

【0045】図7は、取付部4とスライダ部5の間に介
在される弾性部材11Bを円筒形として、XYZ軸方向
の力を検出可能としたものである。
In FIG. 7, the elastic member 11B interposed between the mounting portion 4 and the slider portion 5 has a cylindrical shape so that forces in the XYZ axis directions can be detected.

【0046】すなわち、図6と同様、取付部4が環状部
材であり、この環状の取付部4に円筒状の弾性部材11
Bの上端を固定し、スライダ部5に弾性部材11Bの下
端を固定している。
That is, as in FIG. 6, the mounting portion 4 is an annular member, and the annular elastic member 11 is attached to the annular mounting portion 4.
The upper end of B is fixed, and the lower end of the elastic member 11B is fixed to the slider portion 5.

【0047】この円筒状の弾性部材11Bの場合、歪み
ゲージ12aを図7(a) に示すように弾性部材11Bの
上下方向中途部位に貼着すれば主としてZ軸方向の力検
出に有効であり、図7(c) に示すように弾性部材11B
の付け根部位に貼着すればXY軸方向の力検出に有効で
ある。また、せん断ゲージを弾性部材11B表面に貼着
してもXY軸方向の力検出に有効である。
In the case of this cylindrical elastic member 11B, if the strain gauge 12a is attached to a part of the elastic member 11B in the vertical direction as shown in FIG. 7 (a), it is mainly effective for detecting the force in the Z-axis direction. , The elastic member 11B as shown in FIG. 7 (c).
It is effective to detect the force in the XY axis directions if it is attached to the base part of the. Further, even if the shear gauge is attached to the surface of the elastic member 11B, it is effective for detecting the force in the XY axis directions.

【0048】なお、上記実施例では、いずれも力検出手
段6を取付部4およびスライダ部5と一体構造としてい
るが、図8に示すように力検出手段6を別体構造とする
こともできる。
In each of the above embodiments, the force detecting means 6 has an integral structure with the mounting portion 4 and the slider portion 5, but the force detecting means 6 may have a separate structure as shown in FIG. .

【0049】この実施例は、力検出手段6とスライド部
5の間で分割して、力検出手段6と取付部4とを一体構
成したものである。すなわち、力検出手段6はスライド
部5にボルト51によって固定される固定部61と、非
案内部材を取りつけるための取付部4と、この固定部6
1と取付部4とを一体的に連結する弾性部材11Aと、
この弾性部材11A表面に貼着された変位検出手段とし
ての歪ゲージ12aと、から構成されている。この弾性
部材11Aは、図5と同様の環状平板構造で、Z軸方向
に弾性変形可能でX軸,Y軸方向には剛な構造となって
いる。
In this embodiment, the force detecting means 6 and the slide portion 5 are divided and the force detecting means 6 and the mounting portion 4 are integrally formed. That is, the force detecting means 6 includes a fixing portion 61 fixed to the slide portion 5 with bolts 51, a mounting portion 4 for mounting a non-guide member, and the fixing portion 6.
1A and the elastic member 11A integrally connecting the mounting portion 4,
It is composed of a strain gauge 12a as a displacement detecting means attached to the surface of the elastic member 11A. The elastic member 11A has an annular flat plate structure similar to that shown in FIG. 5, is elastically deformable in the Z-axis direction, and has a rigid structure in the X-axis and Y-axis directions.

【0050】このように別体構成とすれば、力検出手段
6を複数種類用意しておいて、検出すべき力の種類に応
じて力検出手段6のみをアタッチメントとして取り替え
ることができる。
With such a separate structure, it is possible to prepare a plurality of types of force detecting means 6 and replace only the force detecting means 6 as an attachment according to the type of force to be detected.

【0051】図8(b) (c) には、取り替え可能の力検出
手段の各種変形例を示している。すなわち、図8(b) は
環状平板構造の弾性部材を平行に二枚設けた平行平板構
造としたもので、このようにすれば、Z軸方向にのみ選
択的に検出することが可能である。
FIGS. 8B and 8C show various modifications of the replaceable force detecting means. That is, FIG. 8B shows a parallel plate structure in which two elastic members having an annular plate structure are provided in parallel. By doing so, it is possible to selectively detect only in the Z-axis direction. .

【0052】また、図8(c) はX軸方向にのみ弾性変形
可能な平行平板構造の弾性部材11Cと、Y軸方向にの
み弾性変形可能な平行平板構造の弾性部材11Dを組み
合わせた構造である。このようにすれば、XY軸方向の
力と、さらにZ軸回りのモーメントについて検出するこ
とが可能である。
Further, FIG. 8 (c) shows a structure in which an elastic member 11C having a parallel plate structure elastically deformable only in the X-axis direction and an elastic member 11D having a parallel plate structure elastically deformable only in the Y-axis direction are combined. is there. By doing so, it is possible to detect the force in the XY axis directions and the moment about the Z axis.

【0053】[0053]

【発明の効果】本発明は以上の構成および作用を有する
もので、直線運動用案内装置に実際に作用する力を直接
検出することができる。特に、軌道レールの長さ方向に
かかる力、軌道レールと摺動台間の疑似摺動面に対して
直交する方向にかかる力、軌道レールに対して直交しか
つ疑似摺動面と平行方向にかかる力のうち少なくとも一
方向の力を検出するようにすれば、直線運動用案内装置
特有の転動体に作用する荷重を検出することができる。
According to the present invention having the above-mentioned structure and operation, it is possible to directly detect the force actually applied to the linear motion guide device. Especially in the longitudinal direction of the track rail
This force, against the pseudo sliding surface between the track rail and the slide
Force applied in the orthogonal direction, only orthogonal to the track rail
At least one of the forces applied in the direction parallel to the pseudo sliding surface
If the force in the direction is detected, the guide device for linear motion
The load acting on the specific rolling element can be detected.

【0054】また、力の変化に応じて弾性変形する弾性
部材の変位または歪みを検出することによって、力を高
精度に検出することができる。
Further, the force can be detected with high accuracy by detecting the displacement or strain of the elastic member which is elastically deformed according to the change of the force.

【0055】さらに、弾性部材を力の作用方向以外の方
向に剛な形状にすることにより、直線運動用案内装置の
無用の剛性低下を防止することができる。
Further, by forming the elastic member into a rigid shape in a direction other than the force acting direction, it is possible to prevent an unnecessary reduction in rigidity of the linear motion guide device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1(a) は本発明の力検出手段付き直線運動用
案内装置の概念構成を示す図、同図(b) は直線運動用案
内装置の使用例を示す概略斜視図、同図(c) は直線運動
用案内装置の荷重作用方向を説明するための斜視図であ
る。
FIG. 1 (a) is a diagram showing a conceptual configuration of a linear motion guide device with force detecting means of the present invention, and FIG. 1 (b) is a schematic perspective view showing a usage example of the linear motion guide device. FIG. (C) is a perspective view for explaining a load acting direction of the linear motion guide device.

【図2】図2は力検出手段を模式的に示す構成図であ
る。
FIG. 2 is a configuration diagram schematically showing force detection means.

【図3】図3(a) 〜(e) は図2の力検出手段の各種変形
例を示す構成図である。
3 (a) to 3 (e) are configuration diagrams showing various modifications of the force detecting means of FIG.

【図4】図4(a) 〜(d) は図2の基本構成の力検出手段
を用いて表現した本発明の力検出手段付き直線運動用案
内装置の各種構成例を示す概略図である。
4 (a) to 4 (d) are schematic views showing various structural examples of the linear motion guide device with force detecting means of the present invention expressed by using the force detecting means of the basic configuration of FIG. .

【図5】本発明の第1の具体例を示すもので、同図(a)
は縦断面図、同図(b) は平面図、同図(c) および(d) は
作動状態を説明するための弾性部材近傍の断面図であ
る。
FIG. 5 shows a first specific example of the present invention and is shown in FIG.
Is a longitudinal sectional view, (b) is a plan view, and (c) and (d) are sectional views in the vicinity of the elastic member for explaining the operating state.

【図6】図6(a) 〜(e) は図5の装置の弾性部材の各種
変形例を示す平面図である。
6 (a) to 6 (e) are plan views showing various modifications of the elastic member of the apparatus shown in FIG.

【図7】図7は本発明の第2の具体例を示すもので、同
図(a) は縦断面図、同図(b) は平面図、同図(c) はXY
軸方向の力検出に有効な歪みゲージの貼着位置を示す要
部断面図である。
7A and 7B show a second specific example of the present invention. FIG. 7A is a vertical sectional view, FIG. 7B is a plan view, and FIG. 7C is XY.
It is a principal part sectional view which shows the attachment position of the strain gauge effective for the force detection of an axial direction.

【図8】図8(a) は本発明の第3の具体例に係る力検出
手段が分割タイプの直線運動用案内装置の概略断面図、
同図(b) ,(c) は同図(a) の分割タイプの力検出手段の
各種変形例を示す概略断面図である。
FIG. 8 (a) is a schematic cross-sectional view of a linear motion guide device in which a force detecting means according to a third embodiment of the present invention is a split type;
6B and 6C are schematic cross-sectional views showing various modifications of the split type force detecting means shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 軌道レール 2 ボール(転動体) 3 摺動台 4 取付部 5 スライド部 6 凹部 7 可動テーブル(被案内部材) 11,11A,11B 弾性部材 12,12a,12b,12c,12d,12e 変位
検出手段 13 固定部材 14 可動部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Track rail 2 Ball (rolling element) 3 Sliding table 4 Mounting part 5 Sliding part 6 Recessed part 7 Movable table (guided member) 11, 11A, 11B Elastic member 12, 12a, 12b, 12c, 12d, 12e Displacement detection means 13 Fixed member 14 Movable member

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】軌道レールと、多数の転動体と、前記転動
体を介して軌道レールに沿って直線方向に摺動自在に設
けられる摺動台と、を備え、摺動台にはワークが装着さ
れるテーブルが取り付けられる直線運動用案内装置にお
いて、 前記テーブル側から直線運動用案内装置に作用している
力を検出可能な力検出手段を前記摺動台に設け、 前記力検出手段は、力の作用方向に弾性変形可能な弾性
部材と、該弾性部材の荷重に応じて変化する変位まはた
歪みを電気信号に変換する変位または歪み検出とを具備
しており、 前記力検出手段によって検出する力の方向が、軌道レー
ルの長さ方向と、軌道レールと摺動台間の疑似摺動面に
対して直交する方向と、軌道レールに対して直交しかつ
疑似摺動面と平行方向の三方向のうち、少なくとも一方
向であることを特徴とする直線運動用案内装置。
1. A track rail, a large number of rolling elements, and a slide base slidably provided in a linear direction along the track rail via the rolling elements, wherein a work is mounted on the slide base. In the linear motion guide device to which the table to be mounted is attached, the slide base is provided with force detection means capable of detecting a force acting on the linear motion guide device from the table side, and the force detection means is An elastic member that is elastically deformable in the direction of force application, and a displacement or strain detection that converts a displacement or strain that changes according to the load of the elastic member into an electrical signal are provided. The direction of the force to be detected is the length direction of the track rail, the direction orthogonal to the pseudo sliding surface between the track rail and the slide, the direction orthogonal to the track rail and parallel to the pseudo sliding surface. In at least one of the three directions Linear motion guide apparatus according to claim Rukoto.
【請求項2】弾性部材を力の作用方向にのみ弾性変形可
能でかつ他の方向には剛な構造とした請求項1に記載の
力検出手段付き直線運動用案内装置。
2. The linear motion guide device with force detecting means according to claim 1, wherein the elastic member is elastically deformable only in the force acting direction and is rigid in other directions.
【請求項3】弾性部材は、力の作用方向に弾性変形可能
な薄肉部を備えている請求項1または2に記載の力検出
手段付き直線運動用案内装置。
3. The linear motion guide device with force detecting means according to claim 1, wherein the elastic member has a thin portion that is elastically deformable in the direction in which the force acts.
【請求項4】薄肉部に歪み検出手段として歪みゲージを
貼着してなる請求項3に記載の力検出手段付き直線運動
用案内装置。
4. The linear motion guide device with force detecting means according to claim 3, wherein a strain gauge is attached to the thin portion as strain detecting means.
【請求項5】摺動台は複数設けられている請求項1,
2,3または4のいずれか一項に記載の力検出手段付き
直線運動用案内装置。
5. A plurality of sliding bases are provided.
The guide device for linear movement with force detection means according to any one of 2, 3, and 4.
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