JPH01189533A - 力センサの過負荷保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、力センサに過大な負荷が作用した場合に、
それを抑制して力センサを保護するための装置に関する
ものである。

〔従来の技術〕

互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸に沿う力および各軸の
周りのモーメントを検知する６軸の力センサは、従来よ
り公知であり、産業用ロボットの作業工具に作用する力
ないしモーメントを検知しながらロボットを制御するの
に、しばしば用いられている。この力センサは、一般に
上下のプレート部材を薄い肉厚の複数のブリッジ部材で
連結した構造であり、両プレート部材間の相対的変位を
各ブリッジ部材に貼着した歪ゲージによって感知して、
両プレート部材間に作用する力およびモーメントを検知
するものである。

ところで、力センサに最大定格以上の負荷が加わると、
力センサの内部（特にブリッジ部材の内部）に歪が残存
したり、貼着していた歪ゲージが剥れたりすることがあ
る。このため、何らかの方法で過負荷に対する保護を講
じなければならないが、従来、この目的のための過負荷
保護装置はほとんど存在していなかった。一部には、特
開昭６２−２７４２３０号公報に開示されているように
、力センサの２つの可動部分（プレート部材）のうちの
−方に固定した平行ピンを他方に形成した孔に適当な隙
間を設けて嵌入させることにより、力センサの可動部分
が一定量以上の相対変位をするのを防止し、もって力セ
ンサを過負荷から保護するようにしだ力センサが存在す
るのみであった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記の従来の過負荷保護装置は、平行ピ
ンと孔の間の隙間が比較的大きいため、センサの可動部
分の相対的変位量がかなり大きくなくては機能しないも
のであった。このため、センサ自身の剛性が低くならざ
るを得す、これは高精度の位置決めを必要とするロボッ
トに用いる場合には、致命的な欠点であった。

また、平行ピンと孔の係合により過大な変位を阻止する
上記従来の装置では、センサの組立ておよび調整、さら
には機械加工が非常に高精度に行われる必要があり、従
って高コストとなるばかりでなく個々の製品間でバラツ
キが大きくなって再現性に欠けるという難点があった。

このような従来技術の問題点に鑑み、この発明は力セン
サの剛性を全く損うことなく過負荷より保護することが
できると共に、力センサの変形許容量の調整を簡単に行
うことができる、力センサの過負荷保護装置を提供する
ことを目的とする。

この発明の他の目的は、機械加工が比較的容易で、かつ
製品間の再現性が確保できる過負荷保護装置を提供する
ことである。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、この発明は、上記目的を達成するために次のよ
うな技術的手段を講じている。

すなわち、一対の平行なプレート部（２）　　（３）を
複数のブリッジ部（４）で連結して成る力センサく１）
の過負荷保護装置において、上記プレート部（２）（３
）間の上記力センサ（１）の中ｒＱｚ軸方向の相対的変
位を抑制する軸方向変位抑制手段（２５）と、中心軸に
直交する半径方向の相対的変位を抑制する半径方向変位
抑制手段（３３）とを備えており、 上記軸方向変位抑制手段（２５）は、上記力センサ（１
）の外側にその中心軸と同軸となるように設けられ、か
つ上記プレート部（２）（３）のいずれか一方に固定さ
れた第１の筒状の保護部材（９）と、 上記プレート部（２）（３）のうちの上記第１の保護部
材（９）が固定されていない側のプレート部（２または
３）に固定された第１の止め部材（１４）と、 上記第１の保護部材（９）に螺合されて上記力センサ（
１）の中心軸方向に移動可能な第２の筒状の保護部材（
１８）と、 上記第２の保護部材（１８）に固定された第２の止め部
材（２１）とから構成されており、上記第１の保護部材
（９）は、上記第１の止め部材（１４）の側に設けられ
たテーパ面（１２）と上記第１の止め部材（１４）との
間にクリアランス（ｄＩ）を形成しており、さらに、上
記第２の保護部材（１８）は、上記第１の止め部材（１
４）の上記第１の保護部材（９）とは反対側に設けられ
たテーパ面（１７）と上記第２の止め部材（２１）との
間にクリアランス（ｄ２）を保って固定されており、上
記半径方向変位抑制手段（３３）は、一方のプレート部
（２または３）に取り付けられた上記力センサ（１）の
中心軸方向に延びる変位抑制ピン（３４）と、 他方のプレート部（３または２）に形成された上記変位
抑制ピン（３４）が保合可能な係合孔（３５）とから構
成されており、 しかも上記変位抑制ピン（３４）は、ネジ部（３４ｂ）
によって軸方向に移動可能であると共に、先端部に先細
のテーパ部（３４ａ）を有しており、かつ当該テーパ部
（３４ａ）と上記係合孔（３５）との間にクリアランス
（ｄ１）を保って固定されていることを特徴とするもの
である。

〔作用〕

力センサ（１）の両プレート部（２）（３）（７）相対
的変位のうち、中心軸方向の変位は、第１の止め部材（
１４）が、互いに反対側にある第１の保護部材（９）と
第２の止め部材（２１）に各々当接することにより抑制
される。

また、第１の保護部材（９）と第１の止め部材（１４）
の間のクリアランス　（ｄ１）の調節は、位置決め治具
（２６）を用いて第１の保護部材（９）の位置決めをし
ながら一方のプレート部（２または３）に固定すること
により、容易に行うことができる。第１の止め部材（１
４）と第２の止め部材（２１）の間のクリアランス（ｄ
ｚ）は、位置決め治具（３０）を用いて第２の保護部材
（１８）を回転しながら位置決めをし、第１の保護部材
（９）に固定することにより、容易に調節することがで
きる。

上記の２つのクリアランス（ｄｌ）　（ｔｉｚ）は、そ
れを構成する部材のうちのいずれか一方がテーパ面（１
２）　（１７）となっているので、微小なりリアランス
（ｄｔ）　（ａｔ）を精確に設定することができ、力セ
ンサ（１）の剛性を損なうことがない。

中心軸に直交する方向すなわち半径方向の変位は、変位
抑制ピン（３４）と係合孔（３５）の係合により抑制さ
れる。変位抑制ピン（３４）は、テーパ部（３４ａ）を
介して係合孔（３５）と係合するようになっているので
、変位抑制ピン（３４）を回転させることにより、テー
パ部（３４ａ）と係合孔（３５）との間のクリアランス
（ｄ１）を容易に調節することができる。また、このた
めに、半径方向においても力センサ（１）の剛性は損な
われない。

なお、力センサ（１）の中心軸周りおよび半径方向の軸
の周りの回転変位は、変位抑制ピン（３４）と係合孔（
３５）によって抑制される。

〔実施例〕

以下、添付図面に基いてこの発明の実施例について説明
する。

第１図および第２図において、（１）は力センサで、一
対の円形のプレート部（２）（３）と両プレート部（２
）（３）を連結する４つのブリッジ部（４）から構成さ
れている。両プレート部（２）（３）の間には空間（５
）が形成されており、両プレート部（２）（３）が相対
的変位を生じると、各ブリッジ部（４）に歪が生じ、各
ブリッジ部（４）に貼着した歪ゲージ（図示せず）によ
って両プレート部（２）（３）間の力およびモーメント
を感知するようになっている。この実施例では、４つの
ブリッジ部（４）は力センサ（１）の中心軸の周りに９
０°毎に等間隔で配設されている。

なお、（６）は両プレート部（２）（３）を貫通するネ
ジ孔であり、力センサ（１）をロボットに取り付ける際
に用いるものである。この実施例では、力センサ（１）
の中心軸の周りに４つ等間隔に配設されている。また、
（７）（８）はそれぞれ、各プレート部（２）（３）に
形成されたキー溝およびキーであり、ロボットに取り付
ける際にロボットのアームおよび作業工具等と同軸心と
なるようにするためのものである。

力センサ（１）の外周には、円筒状の第１の保護部材（
９）が設けられており、一方のプレート部（３）に取付
ネジ（１０）および位置決め用テーパピン（１１）によ
って固定されている。第１の保護部材（９）のプレート
部（２）側の端面には、テーパ面（１２）が形成され、
また外側面にはネジ部（１３）が形成されている。

力センサ（１）の他方のプレート部（２）には、その外
周に円環状の第１の止め部材（１４）が固着され、プレ
ート部（３）側の平坦面（１５）に形成した凹溝（１６
）の内側に、上記第１の保護部材（９）のテーパ面（１
２）の一部が入り込んでいる。こうして、第４図に見る
ように、第１の止め部材（１４）の平坦面（１５）とテ
ーパ面（１２）の間にクリアランス（ｄ１）が形成され
ている。第１の止め部材（１４）は、平坦面（１５）と
反対側にテーパ面（１７）を有している。

上記第１の保護部材（９）の外側には、円筒状とした第
２の保護部材（１８）が設けられている。

この第２の保護部材（１８）は、その内側面に設けたネ
ジ部（１９）を第１の保護部材（９）のネジ部（１３）
に螺合することにより、取り付けられている。螺合され
た第２の保護部材（１８）は、止めネジ（２０）によっ
て適当な位置に固定されている。

上記第２の保護部材（１８）のプレート部（２）側の端
部には、円環状とした第２の止め部材（２１）が取り付
けられている。第２の止め部材（２１）は、固定ネジ（
２２）によって固定され、その内側の空間（２３）に上
記第１の止め部材（１４）のテーパ面（１７）の一部が
入り込んでいる。こうして、第６図に見るように、第２
の止め部材（２１）の第１の止め部材（１４）側の平坦
面（２４）と第１の止め部材（１４）のテーパ面（１７
）の間にクリアランス（ｄ２）を形成している。

以上述べた第１および第２の保護部材（９）（１８）と
第１および第２の止め部材（１４）　（２１）によって
、上記力センサ（１）の中心軸方向の相対的変位を抑制
する軸方向変位抑制手段（２５）が構成される。

上記の２つのクリアランス（ｄｔ）　（ｄｚ）の大きさ
は、組立時に調節されるが、それは以下のようにして行
われる。

まず、力センサ（１）のプレート部（３）に第１の保護
部材（９）を取り付ける際に、第３図に見るように、プ
レート部（２）の外周に位置決め用の治具（２６）を嵌
合・保持しておき、その片面に形成した凹溝（２７）の
内側に、プレート部（３）に嵌合した第１の保護部材（
９）のテーパ面（１２）の一部を挿入する。そして、凹
溝（２７）の角の端縁（２８）にテーパ面（１２）が当
接するまで第１の保護部材（９）を入れ込み、当接した
位置で取付ネジ（１０）によって取り付けると共に、テ
ーパピン（１１）によって固定する。

次に、位置決め治具（２６）を取り外し、代わりに第１
＠の止め部材（１４）を圧入する。第１の止め部材（１
４）は、プレート部（２）の止め面（２ａ）に当接して
位置決めされる。このときの状態は第４図に示す通りで
あり、第１の保護部材（９）と第１の止め部材（１４）
の間に所要のクリアランス（ｄｌ）が形成されている。

このときのクリアランス（ｄｌ）の大きさは、次式で決
定される。

）の角の端縁（２９）の直径、１１は位置決め治具（２
６）の角の端縁（２８）の直径、θ、は第１の保護部材
（９）のテーパ面（１２）の勾配である。

続いて、第５図に見るように、第２の保護部材（１８）
を第１の保護部材（９）にネジ込み、さらに第２の保護
部材（１８）の端部に位置決め治具（３０）を嵌合する
。位置決め治具（３０）の位置は、第２の保護部材（１
日）の端面（１８ａ）によって決められる。そして、第
１の止め部材（１４）のテーパ面（１７）が、位置決め
治具（３０）の角の端縁（３１）に当接する位置まで、
第２の保護部材（１８）をネジ込み、この位置で止めネ
ジ（２０）を締付けて位置決めをする。

最後に、位置決め治具（３０）を取り外し、代わりに第
２の止め部材（２１）を取り付けて固定ネジ（２２）に
よって固定する。このときの状態は第６図に示してあり
、第１の止め部材（１４）と第２の止め部材（２１）の
間に所要のクリアランス（ｄｚ）が形成されている。こ
のクリアランス（ｄ２）は、ここで、Ｌ２は第２の止め
部材（２１）の空間（２３）の角の端縁（３２）の直径
、１２は位置決め治具（３０）の角の端縁（３１）の直
径、θ２は第１の止め部材（１４）のテーパ面（１７）
の勾配である。

次に、上記センサ（１）の中心軸方向に直交する方向す
なわち半径方向の相対的変位を抑制する半径方向変位抑
制手段（３３）について説明する。

この手段（３３）は、第７図に見るように、力センサ（
１）の中心軸方向に延びる、プレート部（３）の内部に
挿入された変位抑制ピン（３４）と、プレート部（２）
に形成された、ピン（３４）が保合可能な係合孔（３５
）から構成されている。ピン（３４）は、先端部の先細
のテーパ部（３４ａ）、基端部のネジ部（３４ｂ）およ
びそれらの間のストレート部（３４ｃ）から成り、ネジ
部（３４ｂ）をプレート部（３）のネジ孔（３６）に螺
合すると共に、ストレート部（３４ｃ）を案内部として
上記力センサ（１）の中心軸方向に移動可能となってい
る。

テーパ部（３４ａ）の先端は、係合孔（３５）の内側に
入り込んでおり、係合孔（３５）の内面とテーパ部（３
４ａ）の間にクリアランス（ｄｚ）が形成されている。

テーパ部（３４ａ）の形状は、先端を保合孔（３５）の
中に入れていくと、テーパ部（３４ａ）のいずれかの位
置で保合孔（３５）と当接するように設計されている。

プレート部（３）のネジ孔（３６）には、ピン（３４）
の緩み止めナツト　（３７）が螺合されており、クリア
ランス（ｄｚ）の設定が狂わないようにしている。

上記クリアランス（ｄｚ）の調節は、次のようにして行
う。すなわち、プレート部（３）のネジ孔（３６）にピ
ン（３４）を螺合し、テーパ部（３４ａ）が係合孔（３
５）に接触するまでネジ込む。続いて、ピン（３４）を
反対側に回転して緩め、上記クリアランス（ｄｚ）を生
じさせるのである。このときの緩め量は次式で求めるこ
とができる。

ここに、θ３は、ピン（３４）のテーパ部（３４ａ）の
勾配である。

次に、以上の構成とした過負荷保護装置の作動状態につ
いて説明する。

力センサ（１）のプレート部（２）（３）の−方に負荷
が作用すると、両プレート部（２）　　（３）は相対的
に変位する。この負荷が定格以下のときは、力センサ（
１）の中心軸方向には第１の保護部材（９）と第１およ
び第２の止め部材（１４）（２１）の間のクリアランス
（ａ＋）　（ａｚ）のためにこれらは接触することがな
く、また半径方向にはピン（３４）と保合孔（３５）の
間のクリアランス（ｄ１）のためにこれらは接触しない
。従って、力センサ（１）は通常の感知動作を行うこと
ができる。

最大定格以上の負荷が作用すると、それに応じて相対的
変位゛が大きくなるが、上記の軸方向変位抑制手段（２
５）と半径方向変位抑制手段（３３）によって、この変
位は抑制される。すなわち、軸方向の変位は、両プレー
ト部（２）（３）が近ずく方向では第１の保護部材（９
）が第１の止め部材（工４）と接触し、両プレート部（
２）　　（３）が離れる方向では第１の止め部材（１４
）が第２の止め部材（２１）と接触するため、過大な変
位を抑制することができる。また、半径方向の変位は、
ピン（３４）が係合孔（３５）の壁面に接触するために
、過大な変位を抑制することができる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、この発明は、各クリア
ランス（ｄｔ）　（４）　（ｄｔ）を微小な値に設定す
ることができるので、力センサ（１）の剛性を全く損な
うことなく過負荷から力センサ（１）を保護することが
できる。また、各クリアランス（ａ＋）　（ａｘ）　（
ｄ３）を形成する２つの部分の一方がテーパとされてい
るので、力センサ（１）の変形許容量すなわち各クリア
ランス（ｄｔ）　（ｄｚ）　（ｄ＊）の大きさの調節を
容易かつ精確に行うことができ、従って作業時間も短く
てすむ、という優れた効果を有する。

さらに、第１および第２の保護部材（９）　　（１８）
、第１および第２の止め部材（１４）　（２１）、ピン
（３４）および保合孔（３５）等の機械加工は、従来の
ように高精度が要求されないため、精度出しが容易であ
り、従って、加工ないし組立コストの低減化が可能であ
ると共に、個々の製品間のバラツキが小さく再現性が確
保できる、という効果も有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の過負荷保護装置の１実施例を示す
半断面正面図。第２図は、同平面図。第３図〜第６図は
、軸方向変位抑制手段を組立てる工程を示す部分断面説
明図であって、第３図は第１の保護部材の位置決めをす
る工程、第４図は第１の止め部材を取り付けた状態、第
５図は第２の保護部材の位置決めをする工程、第６図は
第２の止め部材を取り付けた状態をそれぞれ示すもので
ある。第７図は、半径方向変位抑制手段を示す部分断面
図。 （１）・・・力センサ　（２）　　（３）・・・プレー
ト部（４）・・・ブリッジ部　　（９）・・・第１の保
護部材（１２）　（１７）・・・テーパ面　（１３）　
（１９）・・・ネジ部（１４）・・・第１の止め部材　
（１５）・・・平坦面（１６）・・・凹溝　（１８）・
・・第２の保護部材（２１）・・・第２の止め部材　（
２３）・・・空間（２４）・・・平坦面　（２５）・・
・軸方向変位抑制手段（２６）　（３０）・・・位置決
め治具　（２７）・・・凹溝（２８）　（２９）　（３
１）　（３２）・・・端縁（３３）・・・半径方向変位
抑制手段 （３４）・・・ピン（３４ａ）・・・テーパ部　（３４
ｂ）・・・ネジ部（３４ｃ）・・・ストレート部　　（
３５）・・・係合孔（３６）・・・ネジ孔

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一対の平行なプレート部（２）（３）を複数のブリ
   ッジ部（４）で連結して成る力センサ（１）の過負荷保
   護装置において、 上記プレート部（２）（３）間の上記力センサ（１）の
   中心軸方向の相対的変位を抑制する軸方向変位抑制手段
   （２５）と、中心軸に直交する半径方向の相対的変位を
   抑制する半径方向変位抑制手段（３３）とを備えており
   、上記軸方向変位抑制手段（２５）は、上記力センサ（
   １）の外側にその中心軸と同軸となるように設けられ、
   かつ上記プレート部（２）（３）のいずれか一方に固定
   された第一の筒状の保護部材（９）と、 上記プレート部（２）（３）のうちの上記第１の保護部
   材（９）が固定されていない側のプレート部（２または
   ３）に固定された第１の止め部材（１４）と、 上記第１の保護部材（９）に螺合されて上記センサ（１
   ）の中心軸方向に移動可能な第２の筒状の保護部材（１
   ８）と、 上記第２の保護部材（１８）に固定された第２の止め部
   材（２１）とから構成されており、上記第１の保護部材
   （９）は、上記第１の止め部材（１４）の側に設けられ
   たテーパ面（１２）と上記第１の止め部材（１４）との
   間にクリアランス（ｄ＿１）を形成しており、さらに、
   上記第２の保護部材（１８）は、上記第１の止め部材（
   １４）の上記第１の保護部材（９）とは反対側に設けら
   れたテーパ面（１７）と上記第２の止め部材（２１）と
   の間にクリアランス（ｄ＿２）を保って固定されており
   、 上記半径方向変位抑制手段（３３）は、一方のプレート
   部（２または３）に取り付けられた上記力センサ（１）
   の中心軸方向に延びる変位抑制ピン（３４）と、 他方のプレート部（３または２）に形成された上記変位
   抑制ピン（３４）が係合可能な係合孔（３５）とから構
   成されており、 しかも、上記変位抑制ピン（３４）は、ネジ部（３４ｂ
   ）によって軸方向に移動可能であると共に、先端部に先
   細のテーパ部（３４ａ）を有しており、かつ当該テーパ
   部（３４ａ）と上記係合孔（３５）との間にクリアラン
   ス（ｄ＿３）を保って固定されていることを特徴とする
   装置。 ２、上記プレート部（２）（３）が円形であり、上記第
   １および第２の保護部材（９）（１８）が円筒状である
   請求項１に記載の装置。 ３、上記第１および第２の止め部材（１４）（２１）が
   円環状である請求項２に記載の装置。 ４、上記第２の保護部材（１８）が、その内側面に、上
   記第１の保護部材（９）の外側面に設けられたネジ部（
   １３）に螺合するネジ部（１９）を有している請求項１
   ないし３のいずれかに記載の装置。 ５、上記第１の保護部材（９）のテーパ面（１２）の一
   部が、上記第１の止め部材（１４）の凹溝（１６）の内
   側に入り込んでいる請求項１ないし４のいずれかに記載
   の装置。 ６、上記第１の止め部材（１４）のテーパ面（１７）の
   一部が、上記第２の止め部材（２１）の空間（２３）の
   内側に入り込んでいる請求項４に記載の装置。