JPWO2009041682A1 - Detection device and measurement device - Google Patents
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Abstract
作用された力に関して、所定方向の力を抽出して検出を正確に行うとともに、所定方向以外の方向への歪みを小さくする。相互に所定方向に相対運動可能に構成したブロック1およびレール2と、ブロック1とレール2との所定方向に沿った相対的変位によって、一対のホール素子5近傍の磁石4が形成する磁界の変化に基づいた信号を出力するホール素子5と、ブロック1および/またはレール2に対して相対的変位量を減少させる向きに復元力を作用させる板バネ9を有する。磁石4の磁極の方向は、相対運動をする所定方向に対して角度をなして設けられている。外部からブロック1に作用される外力に伴うブロック1に対するレール2の相対的変位量に基づいて、ホール素子5が相対的変位量に基づいた信号を出力する。With respect to the applied force, a force in a predetermined direction is extracted and accurately detected, and distortion in a direction other than the predetermined direction is reduced. Changes in the magnetic field formed by the magnets 4 in the vicinity of the pair of Hall elements 5 due to the relative displacement along the predetermined direction between the block 1 and the rail 2 and the block 1 and the rail 2 that are configured to be movable relative to each other in a predetermined direction. And a leaf spring 9 that applies a restoring force in a direction that reduces the relative displacement with respect to the block 1 and / or the rail 2. The direction of the magnetic pole of the magnet 4 is provided at an angle with respect to a predetermined direction of relative movement. The Hall element 5 outputs a signal based on the relative displacement amount based on the relative displacement amount of the rail 2 with respect to the block 1 due to the external force applied to the block 1 from the outside.
Description
この発明は、例えば位置検知装置および位置計測装置、力検知装置および力計測装置、速度検知装置および速度計測装置、加速度検知装置および加速度計測装置などの力学的な物理量の検知装置または測定装置に関し、特に、微小な力の変化を検知する精密力計測装置や力覚検知センサに適用して好適なものである。
The present invention relates to a dynamic physical quantity detection device or measurement device such as a position detection device and a position measurement device, a force detection device and a force measurement device, a speed detection device and a speed measurement device, an acceleration detection device and an acceleration measurement device, and the like. In particular, the present invention is suitable for application to a precision force measuring device and a force sensor that detect minute changes in force.
例えば圧力の検知を例にとって説明すると、従来、急激に圧力を加えるような使用状況においても正確に検知可能な圧力センサとして、ダイアフラム型圧力センサが知られている。このような従来技術による圧力センサを図22に示す。
For example, the pressure detection will be described as an example. Conventionally, a diaphragm type pressure sensor is known as a pressure sensor that can be accurately detected even in a usage situation in which pressure is suddenly applied. FIG. 22 shows such a conventional pressure sensor.
図22に示すように、この圧力センサ100は、端部に薄肉のダイアフラム部101を形成した筒状の圧力受容室102内に、ダイアフラム部103の内壁103bの略全面に密接する加圧板部109を備えた受圧体108を、スプリング110を介してダイアフラム部103の内壁103bに加圧板部109を密着させた状態で収容して構成されている。そして、受圧体108を介してダイアフラム部103が圧力を受けて歪みゲージ107から圧力信号を得る構成である(特許文献2参照)。
As shown in FIG. 22, the
また、ビーム型荷重センサとして、特許文献3に記載されたものが提案されている。このビーム型荷重センサ200を図23に示す。
Moreover, what was described in
すなわち、ビーム型荷重センサ200は、基礎部に固定される固定部201、載荷部202、上下ビーム(梁)203,204、上下ビーム203,204にスペースを介してはさまれた中間部205,206、載荷部202に固定された矩形型印加荷重部207を有している。また、歪みゲージ208が中間部205と中間部206の間の薄壁の一面に設置されている。歪みゲージ208は、薄膜チップにより構成されている。
That is, the beam-
この歪みゲージ208は、ビーム203,204の長さ方向において、ビーム203,204の中央部で、矩形型印加荷重部207の中央に設けられている。また、歪みゲージ208は、ビーム203,204の厚み方向において、ビーム形荷重センサの構成要素全体の形状寸法と、中間部205と中間部206の間の薄壁の厚みおよび形状寸法との相関から求められるビーム203,204の捩れの中心となるモーメントゼロライン上に設けられている。
The
これらの圧力センサ100やビーム型荷重センサ200は、工業用以外にも応用展開として、例えば家庭用途、介護用途、または医療用途などが考えられる。そのため、市場の要請として、安価で堅牢なセンサを実現する必要がある。
The
しかしながら、上述した従来の歪みゲージを用いた圧力センサや荷重センサなどの、いわゆるロードセルと称される力覚検知装置においては、構造上の問題や歪みゲージの問題などがある。
However, a force detection device called a load cell, such as a pressure sensor or a load sensor using the above-described conventional strain gauge, has structural problems and strain gauge problems.
すなわち、構造上の問題点としては、所定の軸上の力が、他の軸に影響しないようにするために、非常に複雑な梁構造体にする必要がある。また、梁構造体の変位量が力覚検出対象となるため、S/N比が低くなってしまう。さらに、この梁構造体の変位量が力覚検出対象となるため、ひずみなどの誤差が蓄積してしまう。
That is, as a structural problem, it is necessary to make a very complicated beam structure so that a force on a predetermined axis does not affect other axes. Further, since the displacement amount of the beam structure is a force sense detection target, the S / N ratio is lowered. Furthermore, since the displacement amount of the beam structure is a force sense detection target, errors such as strain accumulate.
また、ひずみゲージ上の問題点としては、検査器に対して手作業で接着を行うため、作業者により精度が均一にならず、作業、検査、キャリブレーション工数などが必要となるため、高コスト化してしまうという問題がある。そして、これらのことに起因して、振動、衝撃、温度などの外乱に弱いという問題がある。
Also, as a problem on the strain gauge, since it is manually bonded to the inspector, the accuracy is not uniform by the operator, requiring work, inspection, calibration man-hours, etc. There is a problem of becoming. And, due to these reasons, there is a problem that it is vulnerable to disturbances such as vibration, impact, and temperature.
したがって、この発明の目的は、作用された力に関して、予め設定された方向に沿った力などの力学的な物理量のみを抽出して、検出をより正確に行うことができ、予め設定された方向に沿った以外の方向への歪みを小さくするとともに、製品の製造の低コスト化を図ることができる力学的な物理量の検知装置および計測装置を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to extract only a mechanical physical quantity such as a force along a preset direction with respect to an applied force, and to perform detection more accurately. Another object of the present invention is to provide a dynamic physical quantity detection device and a measurement device capable of reducing distortion in a direction other than that along the direction and reducing the cost of manufacturing a product.
上記目的を達成するために、本発明の第1の発明は、
相互に予め決められた方向に相対運動可能に構成された第1の移動体および第2の移動体と、
前記第1の移動体に設けられた、磁界の大きさに基づいた電圧を出力する磁電変換素子と、
前記第2の移動体に設けられた、磁界を発生可能な磁界発生手段とを有し、
前記第1の移動体に対する前記第2の移動体の相対的変位により、前記磁界発生手段により形成された磁界における前記磁電変換素子近傍の磁界の変化に応じた信号が前記磁電変換素子から出力されることにより、前記相対的変位量を計測する検知装置であって、
前記磁界発生手段は、前記磁界発生手段のS極とN極とを結ぶ磁極の方向が前記予め決められた運動方向に対して角度をなして設けられている
ことを特徴とする検知装置である。
In order to achieve the above object, the first invention of the present invention provides:
A first moving body and a second moving body configured to be able to move relative to each other in a predetermined direction;
A magnetoelectric conversion element that is provided in the first moving body and outputs a voltage based on the magnitude of a magnetic field;
Magnetic field generating means provided on the second moving body and capable of generating a magnetic field,
Due to the relative displacement of the second moving body with respect to the first moving body, a signal corresponding to a change in the magnetic field in the vicinity of the magnetoelectric conversion element in the magnetic field formed by the magnetic field generating means is output from the magnetoelectric conversion element. A detecting device for measuring the relative displacement amount,
The magnetic field generator is provided such that the direction of the magnetic pole connecting the S pole and the N pole of the magnetic field generator is at an angle with respect to the predetermined direction of motion.
This is a detection device characterized by that.
本発明の第2の発明は、
相互に予め決められた方向に相対運動可能に構成された第1の移動体および第2の移動体と、
前記第1の移動体と前記第2の移動体との前記予め決められた方向に沿った相対的変位量に基づいた信号を出力する検知手段と、
前記第1の移動体と前記第2の移動体との少なくとも一方の移動体に対して前記相対的変位量を減少させる向きに復元力を作用させる復元手段とを有し、
外部から前記第2の移動体に作用される外力に伴う前記第1の移動体に対する前記第2の移動体の相対的変位量に基づいて、前記検知手段から信号が出力される
ことを特徴とする検知装置である。
The second invention of the present invention is:
A first moving body and a second moving body configured to be able to move relative to each other in a predetermined direction;
Detecting means for outputting a signal based on a relative displacement amount of the first moving body and the second moving body along the predetermined direction;
Restoring means for applying a restoring force in a direction to reduce the relative displacement amount with respect to at least one of the first moving body and the second moving body;
A signal is output from the detection means based on a relative displacement amount of the second moving body with respect to the first moving body due to an external force applied to the second moving body from the outside.
This is a detection device characterized by that.
この発明の第3の発明は、
前記検知手段は、
前記第1の移動体に設けられた、磁界の大きさに基づいた電圧を出力する磁電変換素子と、
前記第2の移動体に設けられた、磁界を発生可能な磁界発生手段とを有し、
外部から前記第2の移動体に作用される外力に伴う前記第1の移動体に対する前記第2の移動体の相対的変位により、前記磁界発生手段により形成された磁界における前記磁電変換素子近傍の磁界の変化に応じた信号が前記磁電変換素子から出力されることにより、前記相対的変位の量に基づいた信号が、前記検知手段から出力される
ことを特徴とする請求項2に記載の検知装置である。
The third invention of the present invention is:
The detection means includes
A magnetoelectric conversion element that is provided in the first moving body and outputs a voltage based on the magnitude of a magnetic field;
Magnetic field generating means provided on the second moving body and capable of generating a magnetic field,
Due to the relative displacement of the second moving body with respect to the first moving body caused by the external force applied to the second moving body from the outside, the vicinity of the magnetoelectric conversion element in the magnetic field formed by the magnetic field generating means A signal based on the amount of relative displacement is output from the detection means by outputting a signal corresponding to a change in the magnetic field from the magnetoelectric transducer.
The detection device according to
これによって、外力の作用によって移動するいわゆる梁構造体と、梁構造体の変位量を検知する変位量検出部とを別に設けることにより、梁構造体の歪みが検知装置に影響を及ぼすことがなくなるため、歪みゲージの歪みにより外力の大きさを測定した従来技術による検知装置に比して、より堅牢で再現性の高い力学的物理量の検知装置を得ることができる。なお、本発明における力学的物理量としては、例えば、力、速度、加速度、位置などを挙げることができる。
Thus, by providing a so-called beam structure that moves by the action of an external force and a displacement amount detection unit that detects the displacement amount of the beam structure, the distortion of the beam structure does not affect the detection device. Therefore, it is possible to obtain a mechanical physical quantity detection device that is more robust and more reproducible than the conventional detection device that measures the magnitude of the external force by strain of the strain gauge. In addition, as a physical physical quantity in this invention, force, speed, acceleration, a position, etc. can be mentioned, for example.
また、本発明は、
前記復元手段は弾性部材を含み、
前記第1の移動体と前記第2の移動体とが前記弾性部材によって相互に結合され、
前記弾性部材により前記第1の移動体と前記第2の移動体とにそれぞれ互いに反対向きの復元力が作用されることによって、前記相対的変位の量が減少する向きに復元力が作用する
ようにしてもよい。
The present invention also provides:
The restoring means includes an elastic member,
The first moving body and the second moving body are coupled to each other by the elastic member,
When the elastic members apply restoring forces in opposite directions to the first moving body and the second moving body, the restoring forces act in a direction in which the amount of relative displacement decreases.
You may do it.
また、本発明は、
前記磁電変換素子が一対で設けられているとともに、前記磁界発生手段が磁石からなり、
前記磁石におけるS極とN極とを結ぶ磁極の向きが、前記一対の磁電変換素子の配置方向に対して、45°以上70°以下の角度をなしているようにしてもよい。
The present invention also provides:
The magnetoelectric transducer is provided in a pair, and the magnetic field generating means is a magnet,
The direction of the magnetic pole connecting the S pole and the N pole in the magnet may be at an angle of 45 ° to 70 ° with respect to the arrangement direction of the pair of magnetoelectric transducers.
また、本発明は、
前記第1の移動体と前記第2の移動体とが転動体を介して互いに相対運動可能に規制されているようにしてもよい。The present invention also provides:
The first moving body and the second moving body may be regulated so as to be able to move relative to each other via a rolling element.
また、本発明は、
前記第1の移動体と前記第2の移動体とが相互に連結されて規制され、前記第1の移動体と前記第2の移動体との相対運動が直線運動であるようにしてもよい。The present invention also provides:
The first moving body and the second moving body may be coupled and regulated, and the relative motion between the first moving body and the second moving body may be a linear motion. .
また、本発明は、
前記磁電変換素子がホール素子である
こととしてもよい。The present invention also provides:
The magnetoelectric conversion element is a Hall element
It is good as well.
また、本発明は、
前記検知手段が歪みゲージを有し、
前記第2の移動体の相対的変位によって前記歪みゲージが歪められ、前記歪みゲージの歪みに基づいて、前記信号が出力するように構成されているようにしてもよい。The present invention also provides:
The detecting means has a strain gauge;
The strain gauge may be distorted by the relative displacement of the second moving body, and the signal may be output based on the strain of the strain gauge.
また、本発明は、
前記復元手段は弾性部材を含み、
前記弾性部材と前記第2の移動体との間で相互に力を伝達する力伝達手段をさらに有し、
前記歪みゲージが前記弾性部材に固着されており、
前記第2の移動体の前記第1の移動体に対する相対運動に伴う相対的変位によって、前記力伝達手段を通じて前記第2の移動体から前記弾性部材に力が伝達されて前記歪みゲージが歪められるようにしてもよい。The present invention also provides:
The restoring means includes an elastic member,
Force transmission means for transmitting force between the elastic member and the second movable body;
The strain gauge is fixed to the elastic member;
Due to the relative displacement of the second moving body relative to the first moving body, a force is transmitted from the second moving body to the elastic member through the force transmitting means, and the strain gauge is distorted. You may do it.
また、本発明は、
前記復元手段は、前記第1の移動体と前記第2の移動体とに設けられ、同じ極性の磁極が対向するように各々配置された磁石の間に発生する反発力によって前記復元力を作用させるようにしてもよい。The present invention also provides:
The restoring means is provided on the first moving body and the second moving body, and acts on the restoring force by a repulsive force generated between magnets disposed so that magnetic poles of the same polarity face each other. You may make it make it.
また、本発明は、
前記第2の移動体は、前記予め定められた方向から見て複数箇所において転動ボール列を介して前記第1の移動体に相対移動可能に結合されており、
前記検知手段は、
前記複数箇所のうちの特定の2箇所における転動ボール列を含む平面に垂直で且つ前記予め定められた方向に平行な平面において、前記予め定められた方向にN極とS極が交互に並ぶように前記第1の移動体および第2の移動体の一方に配列された複数の磁界発生手段と、
前記第1の移動体および第2の移動体の他方に備えられ磁界の大きさに基づいた電圧を出力する磁電変換素子と、を有し、
前記第1の移動体に対する前記第2の移動体の相対的変位により、前記磁界発生手段により形成された磁界における前記磁電変換素子近傍の磁界に応じた信号が前記磁電変換素子から出力されるようにしてもよい。The present invention also provides:
The second moving body is coupled to the first moving body through a rolling ball train at a plurality of locations as viewed from the predetermined direction so as to be relatively movable,
The detection means includes
N poles and S poles are alternately arranged in the predetermined direction on a plane that is perpendicular to the plane including the rolling ball rows at specific two of the plurality of locations and parallel to the predetermined direction. A plurality of magnetic field generating means arranged on one of the first moving body and the second moving body,
A magneto-electric conversion element that is provided on the other of the first moving body and the second moving body and outputs a voltage based on the magnitude of the magnetic field,
A signal corresponding to the magnetic field in the vicinity of the magnetoelectric conversion element in the magnetic field formed by the magnetic field generating unit is output from the magnetoelectric conversion element by the relative displacement of the second moving body with respect to the first moving body. It may be.
また、本発明は、
前記磁電変換素子は、前記複数の磁界発生手段の配列方向に対して垂直方向に2個同じ姿勢で並べて配置されており、
前記2つの磁電変換素子からの出力の差分を前記検知手段の出力とするようにしてもよい。The present invention also provides:
Two magnetoelectric transducers are arranged in the same posture in the vertical direction with respect to the arrangement direction of the plurality of magnetic field generating means,
A difference between outputs from the two magnetoelectric transducers may be used as the output of the detection means.
また、本発明において前記検知手段は、
前記予め定められた方向に平行な平面において、前記予め定められた方向にN極とS極が交互に並ぶように前記第1の移動体および第2の移動体の一方に配列された複数の磁界発生手段と、
前記第1の移動体および第2の移動体の他方に備えられ磁界の大きさに基づいた電圧を出力する磁電変換素子と、を有し、
前記第1の移動体に対する前記第2の移動体の相対的変位により、前記磁界発生手段により形成された磁界における前記磁電変換素子近傍の磁界に応じた信号が前記磁電変換素子から出力され、
前記磁電変換素子は、前記複数の磁界発生手段の配列方向に対して垂直方向に2個同じ姿勢で並べて配置されており、
前記2つの磁電変換素子からの出力の差分を前記検知手段の出力とするようにしてもよい。
In the present invention, the detecting means is
In a plane parallel to the predetermined direction, a plurality of elements arranged on one of the first moving body and the second moving body so that the N pole and the S pole are alternately arranged in the predetermined direction. Magnetic field generating means;
A magneto-electric conversion element that is provided on the other of the first moving body and the second moving body and outputs a voltage based on the magnitude of the magnetic field,
Due to the relative displacement of the second moving body with respect to the first moving body, a signal corresponding to the magnetic field in the vicinity of the magnetoelectric conversion element in the magnetic field formed by the magnetic field generating means is output from the magnetoelectric conversion element,
Two magnetoelectric transducers are arranged in the same posture in the vertical direction with respect to the arrangement direction of the plurality of magnetic field generating means,
A difference between outputs from the two magnetoelectric transducers may be used as the output of the detection means.
また、本発明は、
上記のいずれかの検知装置と、
前記検知装置から出力される信号を増幅する増幅手段と、
前記検知装置から出力された信号に基づいて、前記力検知装置に検知された物理量の所定方向の成分の大きさを外部に出力する出力部を設けた信号検出手段とを有して構成されている
ことを特徴とする計測装置であってもよい。
The present invention also provides:
Any one of the above detection devices;
Amplifying means for amplifying a signal output from the detection device;
And a signal detection means provided with an output unit for outputting the magnitude of the component in the predetermined direction of the physical quantity detected by the force detection device based on the signal output from the detection device. Have
The measuring device characterized by this may be used.
この発明において、典型的には、第1の移動体と第2の移動体とが相互に連結されて規制され、第1の移動体と前記第2の移動体との相対運動が直線運動である。すなわち、この発明において、予め決められた方向の相対運動は相対的な直線運動であり、この場合においては、第1の移動体と第2の移動体とを有して直線運動案内装置が構成される。なお、第1の移動体と第2の移動体とを有する曲線運動案内装置を構成して、予め決められた方向の相対運動を円運動や円弧運動などの曲線運動とすることも可能である。
In the present invention, typically, the first moving body and the second moving body are coupled and regulated, and the relative movement between the first moving body and the second moving body is a linear motion. is there. That is, in the present invention, the relative motion in the predetermined direction is a relative linear motion, and in this case, the linear motion guide device is configured to include the first moving body and the second moving body. Is done. It is also possible to configure a curved motion guide device having a first moving body and a second moving body so that the relative motion in a predetermined direction is a curved motion such as a circular motion or an arc motion. .
この発明において、典型的には、第1の移動体に磁電変換素子が設けられているとともに第2の移動体に磁石が設けられて検知手段が構成され、第1の移動体と第2の移動体との相対運動に伴う、磁電変換素子の近傍における磁石による磁界の変化により、磁電変換素子から信号が出力される。また、典型的には、検知手段として磁電変換素子が用いられる場合には、典型的にホール効果を利用した磁電変換素子であるホール素子が採用されるが、例えば磁気抵抗型素子(MR素子)などのその他の磁電変換素子を採用することも可能である。この構成によれば、ホール素子などの磁電変換素子と磁石とを用いて力の検知を行っていることにより、変位量検出部と梁構造体とを分けて構成することができるので、力検知の再現性(繰返し性)を向上させることが可能となる。
In the present invention, typically, the first moving body is provided with a magnetoelectric conversion element, and the second moving body is provided with a magnet to constitute a detecting means. The first moving body and the second moving body A signal is output from the magnetoelectric conversion element due to a change in the magnetic field by the magnet in the vicinity of the magnetoelectric conversion element accompanying relative movement with the moving body. Typically, when a magnetoelectric conversion element is used as the detection means, a Hall element that is typically a magnetoelectric conversion element utilizing the Hall effect is employed. For example, a magnetoresistive element (MR element) It is also possible to employ other magnetoelectric conversion elements such as. According to this configuration, since the force detection is performed using the magnetoelectric conversion element such as the Hall element and the magnet, the displacement detection unit and the beam structure can be configured separately. It is possible to improve the reproducibility (repeatability).
この発明において、好適には、磁電変換素子が一対で設けられているとともに、磁界発生手段が磁石からなり、磁石におけるS極とN極とを結ぶ磁極の向きが、一対のホール素子などの磁電変換素子の配置方向に対して、所定角度(90°−θ)だけ傾いて設けられている。(例えば、45°以上70°以下の角度をなしている。)すなわち、予め決められた方向が磁電変換素子の配置方向に垂直な方向である構成によれば、予め決められた方向に対して、磁石の磁極が所定角度θだけ傾斜するように、磁界発生手段としての磁石が配置されることになる。この構成によれば、磁石を傾けた磁気回路と、磁気を検出する磁電変換素子を複数個用いていることにより、磁電変換素子を単体(1個)で用いる場合に比して、より大きい出力を得ることが可能となる。なお、磁石としては、通常の固定磁石や電磁石を採用することが可能である。
In the present invention, preferably, a pair of magnetoelectric conversion elements are provided, the magnetic field generating means is composed of a magnet, and the direction of the magnetic pole connecting the S pole and the N pole in the magnet is such that the magnetoelectric elements such as the pair of Hall elements. It is inclined with respect to the arrangement direction of the conversion element by a predetermined angle (90 ° −θ). (For example, the angle is not less than 45 ° and not more than 70 °.) That is, according to the configuration in which the predetermined direction is the direction perpendicular to the arrangement direction of the magnetoelectric transducer, the predetermined direction is The magnet as the magnetic field generating means is arranged so that the magnetic pole of the magnet is inclined by a predetermined angle θ. According to this configuration, by using a plurality of magnetic circuits in which the magnets are tilted and the magnetoelectric conversion elements for detecting magnetism, a larger output is obtained compared to the case where the magnetoelectric conversion elements are used alone (one). Can be obtained. In addition, as a magnet, it is possible to employ | adopt a normal fixed magnet and an electromagnet.
この発明において、典型的には、第1の移動体はリニアガイドにおけるブロックであり、第2の移動体はリニアガイドにおけるレールであるが、反対に、第1の移動体をレールとし、第2の移動体をブロックとすることも可能である。すなわち、所定間隔を隔てて互いに平行に設けられる一対の側壁を備えた第1の移動体と、第1の移動体の側壁間に挿入され第1の移動体の長手方向に往復移動自在に設けられる第2の移動体とを有する構成が望ましい。また、通常、外力を計測する場合においては、外力が作用される移動体とは異なる側の移動体を固定させるようにするのが好ましい。この発明において、好適には、第1の移動体と第2の移動体とが転動体を介して互いに相対運動可能に規制されている。
In the present invention, typically, the first moving body is a block in the linear guide, and the second moving body is a rail in the linear guide. Conversely, the first moving body is a rail, and the second moving body is a rail. It is also possible to use the moving body as a block. That is, a first moving body having a pair of side walls provided in parallel with each other at a predetermined interval and a reciprocating movement in the longitudinal direction of the first moving body inserted between the side walls of the first moving body are provided. It is desirable to have a configuration having a second moving body. In general, when measuring an external force, it is preferable to fix a moving body on a side different from the moving body to which the external force is applied. In the present invention, preferably, the first moving body and the second moving body are regulated so as to be able to move relative to each other via the rolling elements.
この発明において、他の典型的な一例は、検知手段が歪みゲージを有してなり、第2の移動体の相対的変位によって歪みゲージが歪められ、歪みゲージの歪みに基づいて、信号が出力されるように構成されている。 In the present invention, as another typical example, the detecting means has a strain gauge, the strain gauge is distorted by the relative displacement of the second moving body, and a signal is output based on the strain of the strain gauge. It is configured to be.
この発明において、好適には、第1の移動体と第2の移動体とが弾性部材によって相互に結合され、弾性部材により第1の移動体と第2の移動体とに反対向きの復元力が作用されることにより、相対的変位量が減少する向きに復元力が作用されるように構成されている。
In this invention, it is preferable that the first moving body and the second moving body are coupled to each other by the elastic member, and the restoring force in the opposite direction is applied to the first moving body and the second moving body by the elastic member. By acting, the restoring force is configured to act in a direction in which the relative displacement amount decreases.
また、本発明は、
相互に予め決められた方向に相対運動可能に構成された第1の移動体および第2の移動体と、
前記第1の移動体に設けられた、磁界の大きさに基づいた電圧を出力する磁電変換素子と、
前記第2の移動体に設けられた、磁界を発生可能な磁界発生手段とを有し、
前記第1の移動体に対する前記第2の移動体の相対的変位により、前記磁界発生手段により形成された磁界における前記磁電変換素子近傍の磁界の変化に応じた信号が前記磁電変換素子から出力されることにより、前記相対的変位量を計測する力検知装置であって、
前記磁界発生手段は、前記磁界発生手段のS極とN極とを結ぶ磁極の方向が前記予め決められた運動方向に対して角度をなして設けられている
ことを特徴とする力検知装置であってもよい。The present invention also provides:
A first moving body and a second moving body configured to be able to move relative to each other in a predetermined direction;
A magnetoelectric conversion element that is provided in the first moving body and outputs a voltage based on the magnitude of a magnetic field;
Magnetic field generating means provided on the second moving body and capable of generating a magnetic field,
Due to the relative displacement of the second moving body with respect to the first moving body, a signal corresponding to a change in the magnetic field in the vicinity of the magnetoelectric conversion element in the magnetic field formed by the magnetic field generating means is output from the magnetoelectric conversion element. A force detection device for measuring the relative displacement amount,
The magnetic field generator is provided such that the direction of the magnetic pole connecting the S pole and the N pole of the magnetic field generator is at an angle with respect to the predetermined direction of motion.
The force detection apparatus characterized by this may be sufficient.
また、本発明は、
相互に予め決められた方向に相対運動可能に構成された第1の移動体および第2の移動体と、
前記第1の移動体と前記第2の移動体との前記予め決められた方向に沿った相対的変位量に基づいた信号を出力する検知手段と、
前記第1の移動体と前記第2の移動体との少なくとも一方の移動体に対して前記相対的変位量を減少させる向きに復元力を作用させる弾性部材とを有し、
外部から前記第2の移動体に作用される外力に伴う前記第1の移動体に対する前記第2の移動体の相対的変位量に基づいて、前記検知手段から信号が出力される
ことを特徴とする力検知装置であってもよい。The present invention also provides:
A first moving body and a second moving body configured to be able to move relative to each other in a predetermined direction;
Detecting means for outputting a signal based on a relative displacement amount of the first moving body and the second moving body along the predetermined direction;
An elastic member that applies a restoring force in a direction to reduce the relative displacement amount with respect to at least one of the first moving body and the second moving body;
A signal is output from the detection means based on a relative displacement amount of the second moving body with respect to the first moving body due to an external force applied to the second moving body from the outside.
The force detection apparatus characterized by this may be sufficient.
また、本発明は、前記検知手段が、
前記第1の移動体に設けられた、磁界の大きさに基づいた電圧を出力する磁電変換素子と、
前記第2の移動体に設けられた、磁界を発生可能な磁界発生手段とを有し、
外部から前記第2の移動体に作用される外力に伴う前記第1の移動体に対する前記第2の移動体の相対的変位により、前記磁界発生手段により形成された磁界における前記磁電変換素子近傍の磁界の変化に応じた信号が前記磁電変換素子から出力されることにより、前記相対的変位の量に基づいた信号が、前記検知手段から出力される
ことを特徴とする上記の力検知装置であってもよい。In the present invention, the detecting means comprises:
A magnetoelectric conversion element that is provided in the first moving body and outputs a voltage based on the magnitude of a magnetic field;
Magnetic field generating means provided on the second moving body and capable of generating a magnetic field,
Due to the relative displacement of the second moving body with respect to the first moving body caused by the external force applied to the second moving body from the outside, the vicinity of the magnetoelectric conversion element in the magnetic field formed by the magnetic field generating means A signal based on the amount of relative displacement is output from the detection means by outputting a signal corresponding to a change in the magnetic field from the magnetoelectric transducer.
The force detection device described above may be used.
また、本発明は、
前記第1の移動体と前記第2の移動体とが前記弾性部材によって相互に結合され、
前記弾性部材により前記第1の移動体と前記第2の移動体とにそれぞれ互いに反対向きの復元力が作用されることによって、前記相対的変位の量が減少する向きに復元力が作用する
ことを特徴とする上記の力検知装置であってもよい。The present invention also provides:
The first moving body and the second moving body are coupled to each other by the elastic member,
When the elastic members apply restoring forces in opposite directions to the first moving body and the second moving body, the restoring forces act in a direction in which the amount of relative displacement decreases.
The force detection device described above may be used.
また、本発明は、
前記磁電変換素子が一対で設けられているとともに、前記磁界発生手段が磁石からなり、
前記磁石におけるS極とN極とを結ぶ磁極の向きが、前記一対の磁電変換素子の配置方向に対して、45°以上70°以下の角度をなしている
ことを特徴とする上記の力検知装置であってもよい。The present invention also provides:
The magnetoelectric transducer is provided in a pair, and the magnetic field generating means is a magnet,
The direction of the magnetic pole connecting the S pole and the N pole in the magnet forms an angle of 45 ° or more and 70 ° or less with respect to the arrangement direction of the pair of magnetoelectric transducers.
The force detection device described above may be used.
また、本発明は、
前記第1の移動体と前記第2の移動体とが転動体を介して互いに相対運動可能に規制されている
ことを特徴とする上記の力検知装置であってもよい。The present invention also provides:
The first moving body and the second moving body are regulated to be able to move relative to each other via a rolling element.
The force detection device described above may be used.
また、本発明は、
前記第1の移動体と前記第2の移動体とが相互に連結されて規制され、前記第1の移動体と前記第2の移動体との相対運動が直線運動である
ことを特徴とする上記の力検知装置であってもよい。The present invention also provides:
The first moving body and the second moving body are coupled to each other and regulated, and the relative motion between the first moving body and the second moving body is a linear motion.
The force detection device described above may be used.
また、本発明は、
前記磁電変換素子がホール素子である
ことを特徴とする上記の力検知装置であってもよい。The present invention also provides:
The magnetoelectric conversion element is a Hall element
The force detection device described above may be used.
また、本発明は、
前記検知手段が歪みゲージを有し、
前記第2の移動体の相対的変位によって前記歪みゲージが歪められ、前記歪みゲージの歪みに基づいて、前記信号が出力するように構成されている
ことを特徴とする上記の力検知装置であってもよい。The present invention also provides:
The detecting means has a strain gauge;
The strain gauge is distorted by the relative displacement of the second moving body, and the signal is output based on the strain of the strain gauge.
The force detection device described above may be used.
また、本発明は、
前記弾性部材と前記第2の移動体との間で相互に力を伝達する力伝達手段をさらに有し、
前記歪みゲージが前記弾性部材に固着されており、
前記第2の移動体の前記第1の移動体に対する相対運動に伴う相対的変位によって、前記力伝達手段を通じて前記第2の移動体から前記弾性部材に力が伝達されて前記歪みゲージが歪められる
ことを特徴とする上記の力検知装置であってもよい。The present invention also provides:
Force transmission means for transmitting force between the elastic member and the second movable body;
The strain gauge is fixed to the elastic member;
Due to the relative displacement of the second moving body relative to the first moving body, a force is transmitted from the second moving body to the elastic member through the force transmitting means, and the strain gauge is distorted.
The force detection device described above may be used.
また、本発明は、
上記の力検知装置と、
前記力検知装置から出力される信号を増幅する増幅手段と、
前記力検知装置から出力された信号に基づいて、前記力検知装置に作用された外力の所定方向の成分の大きさを表示する表示部を設けた信号検出手段とを有して構成されている
ことを特徴とする力計測装置であってもよい。
The present invention also provides:
The force detection device,
Amplifying means for amplifying the signal output from the force detection device;
And a signal detection unit provided with a display unit for displaying the magnitude of a component in a predetermined direction of the external force applied to the force detection device based on a signal output from the force detection device.
The force measuring device characterized by this may be used.
以上説明したように、この発明によれば、作用された力に関して、予め設定された方向に沿った力学的物理量のみを抽出して、より正確に検出することができ、この方向に沿った力以外の方向に対する歪みを小さくするとともに低コスト化を図ることができる。
As described above, according to the present invention, with respect to the applied force, only a mechanical physical quantity along a preset direction can be extracted and detected more accurately, and the force along this direction can be detected. It is possible to reduce distortion in directions other than the above and to reduce costs.
1 レール
1b 凹部
2 ブロック
2a 転動体
2b 溝
2c 凹部
3 保持器
3a 転動体
4 磁石
5 ホール素子
5a 出力ライン
6 コネクタ
7 弾性材
8 固定用ねじ
9 板バネ
10 力検知装置
11 スペーサ
12 ストッパ
13 弾性材
14 結合板
15 ゲージ板
16 歪みゲージ
17 球体
20 増幅器
30 外部信号検出器
30a 表示部
1 rail
1b recess
2 blocks
2a Rolling elements
2b groove
2c recess
3 cage
3a Rolling element
4 Magnet
5 Hall element
5a output line
6 Connector
7 Elastic material
8 Fixing screws
9 Leaf spring
10 Force detector
11 Spacer
12 Stopper
13 Elastic material
14 Bonding plate
15 gauge plate
16 Strain gauge
17 Sphere
20 Amplifier
30 External signal detector
30a Display section
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings of the following embodiments, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.
(第1の実施形態)
まず、この発明の第1の実施形態による力計測装置について説明する。図1に、この第1の実施形態による力計測装置の全体構成を示す。
(First embodiment)
First, a force measuring device according to a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 shows the overall configuration of the force measuring device according to the first embodiment.
(力検出装置)
図1に示すように、この第1の実施形態による力計測装置においては、外力を検知してこの外力の大きさに基づいた信号を出力する力検知装置10を有して構成されている。そして、力計測装置は、この力検知装置10から出力された信号を増幅させる増幅手段としての増幅器20と、この増幅器20によって増幅された信号の電圧値を検出する信号検出手段としての外部信号検出器30とをさらに有している。また、この外部信号検出器30には、電圧値に基づいた値として、例えば電圧値に基づいた外力の大きさを表示として外部に出力する、出力部としての表示部30aが設けられている。
(Force detection device)
As shown in FIG. 1, the force measuring device according to the first embodiment includes a
以上のように構成された力検出装置においては、力検知装置10により計測された外力が、この外力に応じた電圧値として出力され、増幅器20により増幅された後、外部信号検出器30において、例えばN(ニュートン)やkgf(kg重)の単位で表示される力の値に変換され、表示部30aに表示される。なお、後述するように力検知装置10からの出力は、磁電変換素子からの出力であるため、微弱な電流である場合が多いため、ノイズを低減するために、増幅器20や外部信号検出器30においてローパスフィルタ(LPF)を設けて、ノイズの低減を図るようにする。なお、上記において出力部は、N(ニュートン)やkgf(kg重)の単位とともに力の値を表示する表示部30aとしたが、出力部は視覚的に認識可能な形で力の大きさを出力するものに限られない。別途準備されたディスプレイやLED、別機器などに力の大きさを出力する機能を有するものを全て含んでいる。
In the force detection device configured as described above, the external force measured by the
(力検知装置10)
次に、この第1の実施形態による力検知装置について説明する。図2に、この第1の実施形態による力検知装置10を示す。
(Force detection device 10)
Next, the force detection device according to the first embodiment will be described. FIG. 2 shows the
図2に示すように、この第1の実施形態による力検知装置10においては、ブロック1、レール2、保持器3、磁石4、一対の磁電変換素子としてのホール素子5、コネクタ6および板バネ9を有して構成されている。
As shown in FIG. 2, in the
図2Cに示すように、コの字型のブロック1と矩形状のレール2とは、ブロック1の内周部と、レール2の外周部とが、レール2の側壁に設けられた転動体2aおよび保持器3に保持された転動体3aを介して相対運動可能に構成されている。すなわち、ブロック1とレール2とにより、相対的に直線運動を行うリニアガイドが構成されている。なお、この発明においては、ブロック1を第1の移動体とし、レール2を第2の移動体としているが、ブロック1を第2の移動体とし、レール2を第1の移動体としても良い。
As shown in FIG. 2C, the
また、図2Aおよび図2Bに示すように、レール2の上面には、溝2bが形成されている。この溝2bは、磁界発生手段としての磁石4をレール2の長手方向に対して傾斜させつつ保持可能に形成されている。すなわち、磁石4がレール2の運動に連動するように構成されている。そして、この第1の実施形態において、磁石4は、そのN−Sの磁極の方向がレール2の長手方向、すなわち、ブロック1とレール2との相対的な運動方向に対して角度θをなして、溝2bの内部に配置されている。ここで、この角度θは例えば30°(θ=30°)である。
Further, as shown in FIGS. 2A and 2B, a
また、ブロック1には凹部1bが形成されている。この凹部1b内に一対のホール素子5が互いに対向して配置されている。すなわち、一対のホール素子5は、ブロック1の運動に連動するように、その配置方向がブロック1の運動方向に垂直になるように配置されている。
The
また、ホール素子5からの出力は、出力ライン5aを通じてコネクタ6にそれぞれ供給される。この第1の実施形態において用いられるホール素子5の出力端子は例えば4端子であるが、言うまでもなく、このホール素子5以外のホール素子を採用することも可能である。そして、このコネクタ6に導線の端子(図示せず)を接続し、この導線を通じて図1に示す増幅器20に接続することによって、力検知装置10からの出力信号を増幅器20に供給可能になっている。
The output from the
また、弾性部材としての板バネ9は、ブロック1とレール2との移動に抗するように、ブロック1とレール2の移動方向における端面に固定用ねじ8を用いて設けられている。また、図2Cに示すように、この板バネ9は、コの字型のブロック1の両側の形状に倣った部分と、レール2の矩形状に倣った部分とが、これらの部分に比して細い部分によって連結された形状を有する。本発明者の知見によれば、板バネ9を図2Cに示す形状にすることにより、バネの復元の再現性を高く維持することが可能となる。そして、この板バネ9は、固定用ねじ8によってブロック1およびレール2に固定されている。すなわち、固定用ねじ8および板バネ9によってブロック1およびレール2が相互に固定されている。
Further, the
また、レール2の長手方向に沿った長さ、すなわち運動方向に沿った長さが、ブロック1の長手方向に沿った長さに比して長くなるように、スペーサ11が設けられている。この第1の実施形態においては、図2Aに示すように、両側に例えば約100μm程度長くなるようにスペーサ11が設けられている。なお、スペーサ11を設けることなく、レール2をブロック1より長く形成することにより、同様の構成を得ることも可能である。
In addition, the
このようにレール2をブロック1より長くなるように、例えばスペーサ11を設けることにより、レール2に対して両側の板バネ9からの移動方向に沿って内側に向かう一対の押圧力が作用する。このように両側端面における板バネ9からの押圧力がレール2に作用され、これらの作用された力の合力が0になるときに、ブロック1とレール2とが相対的な安定状態となる。
Thus, by providing, for example, the
換言すると、安定状態においては、レール2に移動方向の押圧力が両側面から作用してレール2に作用する力が0になり、レール2がブロック1に対して相対的に移動して変位した変位状態のときに、移動した向きと反対側の向きに力(復元力)が作用される。
In other words, in the stable state, the pressing force in the moving direction acts on the
このとき、安定状態であってもそれぞれの板バネ9から押圧力が作用されているように構成していることによって、レール2の移動量に基づくホール素子5からの出力乱れの発生を防止することが可能となる。
At this time, the configuration is such that a pressing force is applied from each
すなわち、スペーサ11を設けることなく、ブロック1とレール2とを同じ長さにすると、ブロック1とレール2との両端部が同一面上になった段階で板バネ9からの押圧力が作用されなくなって安定状態となるが、レール2が微小に移動されたときのホール素子5における磁電変換の反応が緩慢になることから、出力に乱れが生じる。これに対し、この第1の実施形態のようにスペーサ11を設けることにより、両側端面の板バネ9によって常にレール2に力が作用されるので、移動が微小であっても常に復元力が作用されることになるので、ホール素子5からの出力が安定される。
That is, if the
(力検知原理)
次に、以上の構成を前提とした、この力検知装置10を用いた力検知の原理について説明する。
(Force detection principle)
Next, the principle of force detection using the
すなわち、ブロック1が固定された状態でレール2に対して板バネ9による力以外の力(外力)が作用されるとする。この場合、その外力のうちで、ブロック1とレール2との相対的な移動方向に沿った力成分に沿ってレール2が移動される。これにより、磁石4の一方の極がホール素子5に近づくとともに、他方の極が遠ざかることになる。例えば、レール2が図2A中右向きに移動すると、ホール素子5に磁石4のN極が近づくとともに、S極が遠ざかる。
That is, it is assumed that a force (external force) other than the force by the
このレール2の移動によって、一対のホール素子5の周囲の磁界が変化する。この磁界の変化によってホール効果が生じ、ホール素子5からレール2の移動量(以下、送り量)に基づいた電圧値が信号として出力される。なお、移動方向に対して磁極を傾斜させた磁石4を一対のホール素子5に対して相対的に変位させた場合における、出力電圧の送り量依存性については、後述する。
As the
出力された信号は出力ライン5aを通じてコネクタ6に供給され、増幅器20に入力される。増幅器20において増幅された信号は、外部信号検出器30に供給され、この信号の電圧値に基づいて、表示部30aに、上述した外力の移動方向成分の大きさが表示される。
The output signal is supplied to the
以上のようにして、レール2に外力が作用されたときに、このレール2とブロック1との相対的な移動方向に沿った力成分を選択的に測定することが可能となる。なお、本実施例において、検知手段は、ホール素子5と磁石4とを含んで構成される。また、復元手段は板バネ9を含んで構成される。
As described above, when an external force is applied to the
(磁石の取り付け角度ごとのホール素子の出力電圧に関する送り量依存性)
次に、上述した力検知原理を想起するに至った本発明者による、磁電変換素子の一種としてのホール素子の配置方法および磁石の取り付け角度θに関する考察について説明する。図3Aおよび図3Bに、本発明者の実験および考察におけるホール素子と磁石との位置関係を示す。
(Dependence of feed amount on Hall element output voltage for each magnet mounting angle)
Next, discussion will be made on the arrangement method of the Hall element as a kind of magnetoelectric conversion element and the attachment angle θ of the magnet by the present inventor who came to recall the above-described force detection principle. 3A and 3B show the positional relationship between the Hall element and the magnet in the experiments and considerations of the present inventors.
図3Aに示すように、ホール素子5の出力電圧に関する送り量依存性の実験においては、2つのホール素子5を所定の間隔D(mm)(ここでは、D=3.2)隔てて一対に設け、この間でかつ2つのホール素子5を配置した方向から、d(mm)(ここでは、d=1.0)隔てた位置に磁石4を設ける。そして、磁石は、3種類の磁石を用いる。
As shown in FIG. 3A, in the experiment on the feed amount dependency on the output voltage of the
すなわち、第1の磁石として幅Wが10mm、長さLが10mmの矩形のラバー磁石(図3中、実線)を用い、第2の磁石として幅Wが3mmで長さLが10mmのラバー磁石(図3中、二点鎖線)を用い、第3の磁石として円柱形状で円の直径がφ3.2mmで厚さ2mmのネオジウム磁石(図3中、点線)を用いる。そして、それぞれの磁石4を、2つのホール素子5の配置方向に対して、図3B中に示す角度θ(取付角度θ)だけ傾け、図3B中矢印方向に相対的に移動させる。なお、この実験においては、磁石4(第2の磁石)の取り付け角度θを0°としたときに、出力電圧が0となるように出力が調整されている。
That is, a rectangular rubber magnet (solid line in FIG. 3) having a width W of 10 mm and a length L of 10 mm is used as the first magnet, and a rubber magnet having a width W of 3 mm and a length L of 10 mm as the second magnet. (The two-dot chain line in FIG. 3) is used, and a neodymium magnet (dotted line in FIG. 3) having a cylindrical shape, a circular diameter of φ3.2 mm, and a thickness of 2 mm is used as the third magnet. Each
以上の構成による実験において、それぞれの第1の磁石、第2の磁石および第3の磁石によって、移動量(送り量)(μm)によるホール素子5の出力電圧依存性を、それぞれの角度θを変えた結果を、それぞれ図4、図5、図6に示す。
In the experiment with the above configuration, the first magnet, the second magnet, and the third magnet are used to determine the output voltage dependence of the
図4、図5、図6における測定に併って、磁石4の両側にNS磁極の方向に対して角度(90°−θ)をなす直線状にホール素子5を2つ並べて配置することにより、単磁極でホール素子を1個用いる場合に比して、ホール素子5からの出力電圧を4倍にすることができることが確認された。すなわち、ホール素子5を2個設けるとともに、それぞれのホール素子5において、N極からの影響とS極からの影響がそれぞれ出力電圧に影響することから、(ホール素子が)2個×(N極による磁気変動+S極による磁気変動)で4倍の電圧出力が得られた。
In parallel with the measurements in FIGS. 4, 5, and 6, two
また、図4〜図6から、取り付け角度θが小さくなると、第1の磁石(ラバー磁石(W10×L10))、第2の磁石(ラバー磁石(W3×L10))および第3の磁石(ネオジウム磁石)のいずれの場合においても送り量(μm)に対する出力電圧特性の直線性が良好であることが分かる。さらに、図4および図5から、レンジの中央付近で良好な直線性が得られることが分かるとともに、さらに図4と比較することにより、ラバー磁石であってもネオジウム磁石であっても、特性が変わらないことが分かる。
4 to 6, when the mounting angle θ is reduced, the first magnet (rubber magnet (W10 × L10)), the second magnet (rubber magnet (W3 × L10)), and the third magnet (neodymium). It can be seen that the linearity of the output voltage characteristic with respect to the feed amount (μm) is good in any case of the magnet). Further, from FIGS. 4 and 5, it can be seen that good linearity is obtained near the center of the range, and by comparing with FIG. 4, the characteristics of the rubber magnet and the neodymium magnet are good. You can see that it does n’t change.
さらに、本発明者は、以上の実験結果に基づいて種々考察を行い、鋭意検討を行った。その結果、それぞれの磁石4の取り付け角度と出力電圧について、磁石4の磁力が強くなるにしたがって、または、ホール素子5と磁石の距離が近くなるにしたがって、グラフの傾きに顕著に反映されることを知見するに至った。
Furthermore, the present inventor has made various studies based on the above experimental results and has conducted intensive studies. As a result, the mounting angle and output voltage of each
また、本発明者は、磁石の形状が矩形であることから、磁力線と空隙との相関関係により出力電圧がなだらかとなり、第1の磁石や第2の磁石を45度の角度で取り付けると、出力電圧の送り量依存特性が極端になだらかな出力になることも知見するに至った。
In addition, since the magnet has a rectangular shape, the output voltage becomes gentle due to the correlation between the lines of magnetic force and the air gap, and when the first magnet or the second magnet is attached at an angle of 45 degrees, The inventors have also found that the voltage feed rate dependence characteristics are extremely gentle.
すなわち、ホール素子5を一対で設け、磁石4をブロック1の移動方向に対して角度θだけ傾斜させて設けて、一対のホール素子5と磁石4とを近接して配置することにより、出力電圧の送り量依存特性の線形性および測定範囲が向上される。そして、この線形領域を力検知に利用することにより、力の移動方向成分が送り量に反映され、この送り量が線形に出力電圧値に反映されるので、出力電圧値に基づいて、外力の移動方向成分を検出することが可能となる。
That is, a pair of
以上の本発明者の実験および検討に基づいて、この発明においては、磁石4として第2の磁石(ラバー磁石(W3×L10))を用い、出力電圧の送り量依存特性から、取り付け角度θを30°とした。なお、必要に応じて、安価なラバー磁石の第1の磁石や、ネオジウム磁石の第3の磁石を採用することも可能である。さらに、磁石の取り付け角度θを30°以外の角度、例えば0°や45°とすることも可能である。この点、本発明者の知見に基づくと、取り付け角度θは、典型的には0°以上90°以下、好適には、0°以上45°以下、より好適には、20°以上45°以下である。
Based on the above experiments and examinations of the present inventors, in the present invention, the second magnet (rubber magnet (W3 × L10)) is used as the
また、本発明者の検討によれば、計測回路として、前段の演算増幅器(オペレーション・アンプリファイア)を計測用増幅器として採用しつつ後段に低ゲイン増幅器を採用することが望ましい。さらに、電源として、リニア電源(リニアレギュレータ)を採用することにより、ホール素子5に一定電圧を供給することが望ましい。
Further, according to the study of the present inventor, it is desirable to employ a low gain amplifier in the subsequent stage while employing the operational amplifier (operation amplifier) in the previous stage as the measurement amplifier as the measurement circuit. Further, it is desirable to supply a constant voltage to the
以上説明したように、この第1の実施形態によれば、力検知装置10、ブロック1またはレール2に対して外力が作用された場合に、その外力のベクトル成分から、所望とする方向の力成分を抽出して、その大きさを測定することが可能となる。また、高い剛性のリニアガイドを用いているため、所望とする方向の以外の力成分に対する歪みを効果的に小さくすることが可能となる。
As described above, according to the first embodiment, when an external force is applied to the
(第2の実施形態)
次に、この発明の第2の実施形態による力計測装置における力検知装置10について説明する。なお、力検知装置10以外の構成については第1の実施形態におけると同様である。図7に、この第2の実施形態による力検知装置10を示す。
(Second Embodiment)
Next, a
図7Aおよび図7Bに示すように、この力検知装置10においては、第1の実施形態と異なり、ブロック1の移動方向に沿った両側端面に、板バネ9の代わりに、ストッパ12が設けられている。そして、このストッパ12の内側側面におけるレール2の移動方向両端面側に復元力を作用させる弾性部材としての弾性材7がそれぞれ設けられている。この弾性材7は、安定状態において、レール2に対して進行方向に沿った内側に向けて押圧力を作用するように設けられている。そして、図7Cに示すように、その他の構成については第1の実施形態におけると同様であるので、その説明を省略する。
As shown in FIGS. 7A and 7B, in the
この第2の実施形態においても、復元手段としての弾性部材以外は第1の実施形態と同様の構成を有していることにより、第1の実施形態におけると同様の効果を得ることができる。
Also in the second embodiment, the same effects as in the first embodiment can be obtained by having the same configuration as in the first embodiment except for the elastic member as the restoring means.
(第3の実施形態)
次に、この発明の第3の実施形態による力計測装置における力検知装置10について説明する。なお、力検知装置10以外の構成については第1の実施形態におけると同様である。図8に、この第3の実施形態による力検知装置10を示す。
(Third embodiment)
Next, a
図8Aおよび図8Bに示すように、この力検知装置10においては、第1および第2の実施形態と異なり、レール2の上面に弾性部材としての弾性材13の一面が固着されているとともに、レール2の上面に対向する位置におけるブロック1の内周部下面側に弾性材13の他面が固着されている。ここで、弾性材13の安定状態における固着位置を、レール2よりブロック1側に若干ずらして弾性材13をひずませる。これにより、安定状態において、弾性材13によりレール2には移動方向内側、ブロック1には移動方向外側に向かう力が作用されている。そして、それぞれのブロック1およびレール2における合力が安定状態で0になるように構成されている。これにより、弾性材13によりレール2に作用する力に関しては、第1および第2の実施形態におけると同様になる。その他の構成については第1の実施形態におけると同様であるので、その説明を省略する。
As shown in FIGS. 8A and 8B, in the
この第3の実施形態においても、復元手段としての弾性材13の構成以外は第1の実施形態と同様の構成を有していることにより、第1の実施形態におけると同様の効果を得ることができる。
Also in the third embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained by having the same configuration as the first embodiment except for the configuration of the
(第4の実施形態)
次に、この発明の第4の実施形態による力検知装置10について説明する。本実施形態は、レール2が安定位置に復元するような復元力を、磁気バネによってレール2に作用させる形態である。図9には、この第4の実施形態による力検知装置10を示す。図9Aは力検知装置10の上面図、図9BはY−Y矢視図、図9CはX−X矢視図を示している。なお、力検知装置10において、以下に説明する構成以外の構成については第1の実施形態と同様である。従って、図9においては、本実施形態の説明に不要な構成は省略してある。
(Fourth embodiment)
Next explained is a
図9Aおよび図9Bに示すように、この力検知装置10においては、第1の実施形態と異なり、ブロック1の移動方向に沿った両側端面に、板バネ9の代わりに、軟磁性ステンレスで形成されたヨークストッパ20が設けられている。そして、2つのヨークストッパ20におけるレール2側の面には、ブロック側磁石セット22が各々設けられている。このブロック側磁石セット22は、本実施形態においては、直径φが2mm、厚みtが1mmの円板状のネオジウム磁石22a、22bを並べて配置したものである。ここで各々のブロック側磁石セット22におけるネオジウム磁石22aと22bとは、それぞれ異なる側の磁極においてヨークストッパ20に固着されており、それぞれ異なる側の磁極がレール2と対向している。
As shown in FIGS. 9A and 9B, unlike the first embodiment, the
一方、レール2の移動方向の両端面には、軟磁性ステンレスで形成されたヨーク21が設けられており、2つのヨーク21には、レール側磁石セット23がそれぞれ設けられている。このレール側磁石セット23も、ブロック側磁石セット22と同じ円板状のネオジウム磁石23a及び23bを並べて配置したものである。そして、ネオジウム磁石23aと23bとは、それぞれ異なる側の磁極においてヨーク21に固着されている。また、ネオジウム磁石22aと23a、22bと23bとはそれぞれ異なる磁極が対向するように配置されている。
On the other hand, yokes 21 made of soft magnetic stainless steel are provided on both end surfaces of the
以下に、本実施形態の構成を採用した場合の効果について説明する。ここでまず、レール2を安定位置に復元する復元力を機械的なバネによって発生させた場合について考える。このような場合には、バネの特性がヒステリシスを持つため、レール2またはブロック1に対して移動方向から加えられる力覚情報を短いトストロークで精度良く測定することが困難な場合があった。例えば数gfの程度の微小な力を測定するような場合には、バネ特性のヒステリシスの影響で正常な力覚情報の測定ができないことがあった。
Below, the effect at the time of employ | adopting the structure of this embodiment is demonstrated. First, consider a case where a restoring force for restoring the
これに対し、本実施形態の構成によれば、相反する極の磁石による反発力を利用して復元力を得るのでヒステリシスの影響が少なく、レール2もしくはブロック1の短いストローク(例えば100μm以内)の移動量によって微小な力を測定する場合でも、より精度よく力覚情報を測定することが可能となった。また、レール2若しくはブロック1に対して移動方向と異なる方向には反発力が作用しづらいので、ころがり抵抗以外には抵抗の極めて少ない測定系を構成できる。ここで、本実施の形態における復元手段は、レール側磁石セット23、ブロック側磁石セット22を含んで構成される。
On the other hand, according to the configuration of the present embodiment, since the restoring force is obtained by utilizing the repulsive force of the magnets having the opposite poles, the influence of hysteresis is small, and the short stroke of the
なお、上記説明に係る実施形態ではブロック側磁石セット22におけるネオジウム磁石22a、22bと、レール側磁石セット23におけるネオジウム磁石23a、23bとは、図9に示したようにそれぞれ対向する磁石の中心が一致するように配置されている。これに対し、対向する磁石の中心をずらすように配置してもよい。以下、このような例について図10を用いて説明する。
In the embodiment according to the above description, the
この場合は、例えば、図10Aに示したように、レール側磁石セット23を構成するネオジウム磁石23a、23bの磁極中心はレール2の上面側にシフトさせ、ブロック側磁石セット22を構成するネオジウム磁石22a、22bの磁極中心はブロック1の内周部下面と離れる方向にシフトさせることで、各々の磁極中心を偏らせてもよい。こうすれば、ネオジウム磁石どうしの反発力によって、レール2をブロック1内周部下面側に付勢する与圧を与えることが可能となる。これにより、簡単な構造で、ブロック1とレール2とのガタツキを抑制し相対移動をより円滑にすることが可能となる。
In this case, for example, as shown in FIG. 10A, the magnetic pole centers of the
また、図10Bに示したように、ブロック側磁石セット22を構成するネオジウム磁石22a、22bの磁極中心はレール2の中心軸に対して外側にシフトさせることで、各々の磁極中心を偏らせてもよい。この場合には、ネオジウム磁石どうしの反発力によって、レール2を両側から中心軸側に付勢する与圧を与えることが可能となる。こうすれば、ブロック1とレール2との間のころがり抵抗を抑制することができ、両者の相対移動をより円滑にすることが可能となる。なお、上記のプロック側磁石セット22、レール側磁石セット23を構成する磁石はネオジウム磁石に限られない。フェライト系の磁石など他の種類の磁石でもよいことは当然である。
Further, as shown in FIG. 10B, the magnetic pole centers of the
(第5の実施形態)
次に本発明における第5の実施形態について説明する。本実施形態においては、ブロック1に対するレール2の相対位置の検出のための磁石及びホール素子の新たな配置について説明する。図11は、本実施形態における力検知装置について表示した図である。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, a new arrangement of magnets and Hall elements for detecting the relative position of the
図11Aは、力検知装置10をブロック1側から見た図、図11Bは、ブロック1及びレール2を離した上で力検知装置10の側面側から見た図。図11Cは、ホール素子25a及び25bと、磁石列26及び27の配置について説明するための図である。
11A is a diagram of the
本実施形態においては図11Cに示すように、レール2に対するブロック1の相対位置情報は、レール2に配置された磁石により発生した磁界を、ホール素子によって検出することで検知される。本実施形態においては、ホール素子25aとホール素子25bとが、取り付け姿勢を同じくして、ブロック1の進行方向に対して垂直に、水平方向に離れて並べられるように、磁気検出基板24に取り付けられている。この磁気検出基板24は、ブロック1に設けられた基板用溝1Cに嵌め込められ、固定孔24a、24bを用いてブロック1にねじ止めされる。また、ホール素子25a、25bは、それらの間に設けられた樹脂製の強化板26に固定されており、お互いの相対位置が安定し、且つ振動を抑制するように構成されている。
In this embodiment, as shown in FIG. 11C, the relative position information of the
また、レール2の上面には、磁石配置溝2cが形成されている。そして、磁石配置溝2cにおけるブロック1の進行方向に平行な側面の一方に2つの磁石27a、27bが配置されることで、磁石列27が形成されている。また、磁石配置溝2cにおけるブロック1の進行方向に平行な側面の他方には、2つの磁石28a、28bが配置されることで磁石列28が形成されている。この磁石列27、28が形成された平面は、レール2とブロック1とが結合されている2箇所における転動ボール列を含む平面に垂直で且つ本実施形態で予め定められた方向(ブロック1の進行方向)に平行な平面である。
A
そして、ブロック1に磁気検出基板24が取り付けられた状態では、ホール素子25a及び25bが磁石配置溝2c内に侵入し、ブロック1がレール2に対して相対的に移動することで、ホール素子25a及び25bが磁石配置溝2c内を、磁石列27、28に両側から挟まれた状態で、磁石の並び方向に移動する。
When the
ここで、磁石列27における磁石27aと磁石27bでは、ホール素子25bと対向する磁極が互いに逆になっている。また、磁石28aと磁石28bでは、ホール素子25aと対向した磁極が互いに逆になっている。さらに、磁石27aと磁石28aとは逆の磁極で互いに対向するようになっており、磁石27aと磁石28aも逆の磁極で互いに対向するようになっている。これにより、ブロック2に力が加えられ、レール1に対してブロック2が相対移動した場合には、ホール素子25aとホール素子25bとが、磁石列27、28から発生する磁界の変化を検出して、ブロック2の位置を精度よく検出することが可能となっている。
Here, in the
次に、本実施形態の構成を採用することによる作用、効果について図12及び図13を用いて説明する。図12には、比較例として、単一のホール素子29をブロック1に取り付けるとともに、レール2の上面において、磁極がブロック1の内周部下面に対向するように並べられた磁石30a、30bを用いて、レール2に対するブロック1の相対位置の変化を検出する場合の、ブロック1の傾きの影響について示す。図13には、本実施形態の構成を採用した場合の、ブロック1の傾きの影響について示す。
Next, operations and effects obtained by employing the configuration of the present embodiment will be described with reference to FIGS. In FIG. 12, as a comparative example, a
まず、図12に示した場合について考える。ここで、本実施形態のような力検知装置10においては、ブロック1はレール2に対して転動ボール列としての、保持器に保持された転動体によって、レール2の進行方向に対して左右両脇で結合している。このため、図12B中矢印の方向には比較的傾き易い構造となっており、矢印方向の力の成分によりミクロンレベルの変位(傾き)が生じる場合がある。ブロック1が図12Bに示すように傾いた場合には、ホール素子29と磁石30aとの距離D1は長くなり、ホール素子29と磁石30bとの距離D2は短くなるため、D1とD2との間に差が生じてホール素子29で検出される磁界強度の値が変動し易く、精度の良い検出が困難となる場合があった。
First, consider the case shown in FIG. Here, in the
また、これを抑制するためにブロック1とレール2との間の剛性を高めようとすると、ころがり抵抗が増大し、微小な力の測定や、微小な変位の測定を行う際に不感帯やヒステリシスが現れ、これにより精度の良い検出が困難となる場合があった。
In addition, if the rigidity between the
これに対し、図13に示したように、本実施形態によれば、ブロック1が傾いた場合にも、ホール素子25bは、磁石27a、27bに対する距離は維持されたまま、磁石列27に対するねじれ角θが変化する。この場合は、実際には、ホール素子25bにおいて磁界を検出する領域はごく小さい部分であるので、ねじれ角θが変化しても、ホール素子25bの出力には殆ど影響がない。また、ホール素子25bと磁石27aとの間のねじれ角θ1と、ホール素子25bと磁石27bとの間のねじれ角θ2とが等しいため、各磁石に対するホール素子25bの姿勢の変化の影響がキャンセルされ易くなる。
On the other hand, as shown in FIG. 13, according to this embodiment, even when the
このように、本実施形態のような構成をとることで、ブロック1が傾き易い方向に対して、ホール素子25a、25bの出力信号への傾きの影響度を低下させ、そのことで、レール2に対してブロック1が傾いた場合にも力の検知精度を高精度に維持することが可能である。なお、本実施形態においては、ブロック1はレール2に対して、保持器に保持された転動体によって、レール2の進行方向に対して左右両脇で結合している場合を想定して説明したが、本発明が適用される構成は、ブロックが2条の転動ボール列を介してレールと結合している構成に限られない。例えば4条または6条の転動ボール列によってブロックとレールとが結合されている構成にも適用可能である。その場合には、最も傾き易い組合せに係る特定の2条のボール列を含む平面の傾きに対して、本実施形態を適用すればよい。
As described above, by adopting the configuration as in this embodiment, the influence of the inclination on the output signals of the
次に、本実施形態におけるホール素子からの出力の検出方法について説明する。本実施形態においては、ホール素子25aとホール素子25bとは、前述のように姿勢を同じくして磁気検出基板24に並べて固定されている。また、磁石列27と、磁石列28により発生する磁界は、お互いに全く逆方向となっている。従って、ホール素子25aから発生する出力信号と、ホール素子25bから発生する出力信号とは、正負が全く逆転した信号となる。
Next, a method for detecting the output from the Hall element in the present embodiment will be described. In the present embodiment, the
そこで、本実施形態においては、図14に示すように、ホール素子25aから得られる出力信号と、ホール素子25bから得られる出力信号との差分をとり、これをレール2に対するブロック1の相対位置信号とすることにした。そうすれば、磁石列27及び磁石列28により磁界に起因して各ホール素子によって出力されるべき信号を略2倍に増大させることができ、ブロック1の位置をより精度良く検出することが可能となる。さらに、外乱としての磁場が働いた場合には、図14に示すように、外乱磁場に起因する各ホール素子からの信号をキャンセルさせることができ、より外乱に強い測定系とすることが可能になる。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 14, the difference between the output signal obtained from the
従って、装置の近くに電磁石(モータ)や永久磁石などが配置された場合でも、それらから発生する磁界によって測定精度が悪化することを抑制できる。また、上記の構成では、2つのホール素子からの差動信号によるアナログ通信を、ホール素子25a、25bと増幅器20との間で行うことで、CPUによる演算などを必要とせず、簡単な構成によって外乱磁場による影響を低減させることができる。本実施形態においては、検出する磁界強度自体に外乱磁場によるノイズが混入されることを想定しており、検出するハードウェアを2系統用意し、通信も2系統用意したことが大きな特徴と言える。
Therefore, even when an electromagnet (motor), a permanent magnet, or the like is disposed near the apparatus, it is possible to suppress deterioration in measurement accuracy due to a magnetic field generated from them. In the above configuration, analog communication based on differential signals from the two Hall elements is performed between the
なお、上記の実施形態においては、微小な移動量を検出するために各々の矩形の磁石27a、27b、28a、28bの取り付け角度をホール素子25a、25bに対して傾斜させてもよい。また、測定範囲(最大ストローク)を大きくするために、磁石27aと27bとの間及び、磁石28aと28bとの間にある程度以上の間隔を設けても良いことが発明者らの研究によって判ってきた。上記においては0.5mmの間隔を設けている。なお、本実施形態において、検知手段は、ホール素子25a、ホール素子25b、磁石列27と、磁石列28を含んで構成される。また、本実施形態においては、ホール素子25aから得られる出力信号と、ホール素子25bから得られる出力信号との差分をとり、これをレール2に対するブロック1の相対位置信号とする構成を採用するとともに、ブロック1の特に磁気検出基板24の外側に磁気シールドを施すことにより、外乱磁場の影響をさらに確実に抑制することができる。また、ホール素子25aから得られる出力信号と、ホール素子25bから得られる出力信号との差分をとり、外乱磁場の影響を抑制するという構成については、本実施形態の磁石列27、28のような磁石配列にしか適用できないということではない。例えば図14において磁石27a、27b、28a、28bの磁極方向がそれぞれ紙面に垂直方向であるような配列の磁石列に対しても適用可能である。
In the above-described embodiment, the attachment angle of each
(第6の実施形態)
次に、第6の実施形態について説明する。本実施形態は上記第5の実施形態で説明したホール素子及び、磁石の配置を変更した形態である。その他の構成については、第5の実施形態において説明した内容と同等である。
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment will be described. This embodiment is a form in which the Hall elements and magnets described in the fifth embodiment are changed. About another structure, it is equivalent to the content demonstrated in 5th Embodiment.
本実施の形態の構成例について、図15に示す。図15Aは本実施形態におけるホール素子付近の上面図、図15Bは正面図、図15Cは側面図である。本実施の形態においても、第5の実施形態と同様に、ホール素子31a及び31bが姿勢を同じくして磁界検出基板24上に固定されている。第5の実施形態では、2つのホール素子を挟むように2列の磁石列が形成されたが、本実施の形態においては、ホール素子31aと31bの間に、磁石33a、33bからなる1列の磁石列が設けられる。ここで、磁石33aと磁石33bの磁極は、ホール素子31aと31bの並び方向に平行に形成されており、互いに逆方向となっている。図15Dには、本実施形態における磁界検出基板24をブロック1に取り付けた状態を示す。
A configuration example of this embodiment is shown in FIG. 15A is a top view in the vicinity of the Hall element in the present embodiment, FIG. 15B is a front view, and FIG. 15C is a side view. Also in the present embodiment, similarly to the fifth embodiment, the
この構成によっても、第5の実施形態で説明した構成と同様、ブロック1の傾きに起因する検出精度の低下を抑制することが可能である。また、ホール素子31aの出力とホール素子31bの出力との差分をとることにより、出力信号を略2倍に増加させることができ、外乱磁場の影響をキャンセルし、外乱磁場による検出精度の低下を抑制することが可能となる。
Also with this configuration, it is possible to suppress a decrease in detection accuracy due to the inclination of the
また、この場合、磁石列を構成する磁石の数は2個以外としてもよい。また、ホール素子の数も2個以外としてもよい。例えば、図16に示すように、磁石列33を構成する磁石の数は2個でなく、さらに多くの磁石33a、33b、・・・・を並べることにより、レール2に対するブロック1の相対位置検出のストロークを増加させることが可能である。
In this case, the number of magnets constituting the magnet array may be other than two. Also, the number of Hall elements may be other than two. For example, as shown in FIG. 16, the number of magnets constituting the
また、ホール素子の数も2個ではなく、ホール素子31aの、ブロック1の進行方向にホール素子32aを、ホール素子31bの、ブロック1の進行方向にホール素子32bを設け、4個のホール素子によって磁界を検知することとしてもよい。これにより、各ホール素子の出力のばらつきを平均化できてより精度のよい位置検出を行うことができる。また、この場合の装置は、ブロック1とレール2との間の相対位置の変化を検出する磁気エンコーダとして使用することができ、力検出装置の他に、位置検出装置、速度検出装置や加速度検出装置として利用することも可能である。なお、本実施形態において、検知手段は、ホール素子31a、31b、32a、32b、磁石列33を含んで構成される。
The number of hall elements is not two, but the
(第7の実施形態)
次に本発明の第7の実施形態について説明する。本実施形態は、本発明をリニアブッシュとシャフトとからなる直動システムに適用した実施形態である。図17には、本実施形態における力検知装置40の概略構成を示す。この力検知装置40は、リニアブッシュの外筒41と、シャフト42との間を、4条のボール列43〜46で結合し、外筒41に対してシャフト42が軸方向に往復移動可能となるように構成されている。
(Seventh embodiment)
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described. The present embodiment is an embodiment in which the present invention is applied to a linear motion system including a linear bush and a shaft. In FIG. 17, schematic structure of the
4条のボール列43〜46においては43a〜46aが負荷ボール列として外筒41とシャフト42との間に介在しており、この負荷ボール列43a〜46aを通過した転動体(ボール)は逃げボール列43b〜46bで循環するようになっている。外筒41は、両端が先端カバー41aと後端カバー41bで閉塞されており、シャフト42は、後端カバー41bに対して付勢バネ49で先端カバー41a側に付勢されている。また、先端カバー41aの中央部付近には孔部41cが設けられており、孔部41cからシャフト42の検出突起42aが外部に突出するようになっている。これにより、検出突起42aに力が作用した場合には、付勢バネ49が弾性変形してシャフト42が外筒41に対して相対的に移動する。
In the four ball rows 43 to 46, 43a to 46a are interposed as load ball rows between the
シャフト42の内部には、後端カバー41bから延設された円柱状の磁石部47が挿入されている。この磁石部47は、軸方向から見た断面の中央において2分された2つの部分から形成されており、それぞれの部分は逆極性に着磁されている。また、軸方向においても中央において2分された2つの部分から形成されており、軸方向のそれぞれの部分についても各々逆極性となるように着磁されている。さらに、シャフト42の内部には、ホール素子48a〜48dが設けられており、外筒41に対するシャフト42の相対的な変位をホール素子48a〜48dの出力信号によって検知可能となっている。
A
この構成によれば、シャフト42は4条のボール列43〜46によって外筒41に対して結合されているため、モーメントに強く、磁石部47の各磁極と、ホール素子48a〜48dの距離を安定化させることができる。従って、外筒41に対するシャフト42の相対的な変位を検知することで、検出突起42aに作用する力をより精度よく検知することが可能となる。また、本実施形態によれば、外筒41によって可動部分やホール素子の駆動用の基板部分(不図示)を密閉することが可能となるので耐環境性を向上することができ、外筒41に磁気シールドを兼ねさせることができるなどの利点がある。さらに、力検知装置40全体を後端カバー41bにおいて他部材に支持固定する構成とすれば、取り付け方向とシャフト42の変位方向とを合わせることができるので、装置の変形や傾きを抑制でき、重さ測定などへの利用を容易にすることができる。また、本実施形態において検知手段は、磁石部47、ホール素子48a〜48dを含んで構成される。復元手段は付勢バネ49を含んで構成される。
According to this configuration, since the
図18A及び図18Bには、本発明をリニアブッシュとシャフトとからなる直動システムに適用した別の実施形態について示す。まず、図18Aに示した力検出装置50について説明する。この実施形態も、リニアブッシュの外筒51とシャフト52とを、4条のボール列で結合し、シャフト52が外筒51の軸方向に往復相対移動可能となっている。図18Aにおいては4条のボール列53〜56における負荷ボール列53aと55aについてのみ図示している。
18A and 18B show another embodiment in which the present invention is applied to a linear motion system including a linear bush and a shaft. First, the
外筒51は、先端が先端カバー51aで閉塞されており、先端カバー51aの中央部には検出突起51bが設けられている。また、外筒51の後端には密閉性を高めるための後端カバー51cが設けられており、シャフト52との間の隙間を少なくしている。また、本形態においては磁石部57は、先端カバー51aの中央部から後端カバー51c側に延設されている。この磁石部57が、軸方向から見た断面において、また軸方向において2つの部分から形成されており、それぞれの部分は逆極性に着磁されている点は図17で説明した形態と同様である。
The
また、シャフト52の後端はシャフト後端カバー52bによって閉塞されている。また、シャフト52の先端はシャフト先端カバー52aが設けられ、このシャフト先端カバー52aの中央部はシャフト孔部52cにおいて開口しており、このシャフト孔部52cに磁石部57が先端側から挿入されている。また、外筒51の先端カバー51aの内側と、シャフト先端カバー52aとの間には付勢バネ59が設けられており、外筒51に力が作用して外筒51がシャフト52に接近する際には付勢バネ59の弾性変形によって抵抗力が働くようになっている。シャフト52の内部にはホール素子58a〜58dが設けられており、検出突起51bに力が加えられた場合に、磁石部57から発生する磁界をホール素子58a〜58dで検出することで、シャフト52に対する外筒51の相対的な変位を検知可能となっている。
The rear end of the
この構成によっても、モーメントに強く、磁石部57の各磁極と、ホール素子58a〜58dの距離を安定化させることができるので、シャフト52に対する外筒51の相対的な変位をより精度よく検知することが可能となる。なお、この形態において検知手段は、磁石部57、ホール素子58a〜58dを含んで構成される。復元手段は付勢バネ59を含んで構成される。
Also with this configuration, the distance between each magnetic pole of the
次に、図18Bに示した力検出装置60について説明する。この実施形態も、リニアブッシュの外筒61とシャフト62とを、4条のボール列で結合し、シャフト62が外筒61の軸方向に往復相対移動可能となっている。図18Bにおいては4条のボール列63〜66における負荷ボール列63aと65aについてのみ図示している。
Next, the
外筒61は、後端が後端カバー61aで閉塞されており、先端部61bの中央部には磁石挿入孔部61cが設けられている。この磁石挿入孔部61cに対してシャフト62の磁石部67が挿入される。そして、4条のボール列63〜66の負荷ボール列63a〜66aが磁石部挿入孔部61cとシャフト62との間に介在している。シャフト62の先端側には円盤状の先端プレート62aが設けられている。この先端プレート62aの中央部には検出突起62bが外部に突出するようになっている。また、先端プレート62aは、外周部62cにおいて外筒61の先端部61bに当接している。先端プレート62aには軸方向からみて円形の溝62d及び62eが設けられている。検出突起62bに力が作用した際に、この溝62d及び62eにおいて先端プレート62aが弾性変形して抵抗力を生じるようになっている。
The
また、シャフト62の後端には、円柱状の磁石部67が設けられている。この磁石部67が、軸方向から見た断面において、また軸方向において2つの部分から形成されており、それぞれの部分は逆極性に着磁されている点は図17で説明した形態と同様である。さらに、外筒61の内周面61dにはホール素子68a〜68dが設けられている。
A
この構成によっても、シャフト62は4条のボール列63〜66によって外筒61に対して結合されているため、モーメントに強く、磁石部67の各磁極と、ホール素子68a〜68dの距離を安定化させることができる。従って、外筒61に対するシャフト62の相対的な変位を検知することで、検出突起62bに作用する力をより精度よく検知することが可能となる。なお、この形態において検知手段は、磁石部67、ホール素子68a〜68dを含んで構成される。復元手段は先端プレート62aに円形の溝62d及び62eが設けられた構造を含んで構成される。
Even with this configuration, since the
なお、本実施形態においては、シャフトと外筒とは4条のボール列によって結合された例について説明したが、ボール列の数は4条に限られない。5条、6条など、想定されるモーメントによってボール列の数を適宜変更することができる。また、磁石部が、軸方向から見た断面において、また軸方向において2つの部分から形成されており、それぞれの部分は逆極性に着磁されている例について説明したが、この着磁パターンに関しても、ホール素子の配置、数に併せて適宜定めることができる。
In the present embodiment, the example in which the shaft and the outer cylinder are coupled by four ball rows has been described, but the number of ball rows is not limited to four. The number of ball rows can be changed as appropriate depending on the assumed moments, such as 5 and 6. Moreover, although the magnet part was formed in the cross section seen from the axial direction and was formed from two parts in the axial direction, and each part was magnetized by the opposite polarity, about this magnetization pattern Also, it can be determined appropriately according to the arrangement and number of Hall elements.
(第8の実施形態)
次に本発明の第8の実施形態について説明する。本実施形態は、本発明をリニアブッシュとシャフトとからなる直動システムに適用し、加速度ピックアップを構成した形態である。図19Aには、本実施形態における加速度ピックアップ70の概略構成を示す。この加速度ピックアップ70は、リニアブッシュの外筒71と、シャフト72との間を、4条のボール列で結合し、シャフト72が軸方向に往復移動可能に取り付けられている。
(Eighth embodiment)
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the present invention is applied to a linear motion system including a linear bush and a shaft, and an acceleration pickup is configured. FIG. 19A shows a schematic configuration of the
図19Aにおいては4条のボール列のうち2つのボール列の負荷ボール列73a及び75aについて図示する。外筒71は、両端が先端カバー71aと後端カバー71bで閉塞されて密閉構造をとっている。また、先端カバー71aと後端カバー71bには、後述の付勢バネやホール素子を支持する先端側ホルダ71cと後端側ホルダ71dが設けられている。先端側ホルダ71cと後端側ホルダ71dには、付勢バネ79aと付勢バネ79bとが取り付けられている。そして、シャフト72は、後端カバー71bに対して付勢バネ79bで先端側に付勢されているとともに先端カバー71aに対しても付勢バネ79aで後端側に付勢されている。
In FIG. 19A,
また、シャフト72の先端側及び後端側には、円柱状の磁石部77a及び77bが設けられている。この磁石部77a及び77bは、軸方向から見た断面において2分割されており、分割された各々の部分は逆極性に着磁されている。また、軸方向においても2分割されており、分割された部分は各々逆極性となるように着磁されている。さらに、先端側ホルダ71cと後端側ホルダ71dにおいて、磁石部77a及び77bの各磁極に対向する部分には、ホール素子78a〜78dが設けられており、外筒71に対するシャフト72の相対的な変位をホール素子78a〜78dの出力信号によって検知することが可能となっている。
In addition,
ここで、加速度検知装置70に加速度が加わった場合に、外筒71に対してシャフト72が相対移動し、その変位をホール素子78a〜78dの出力で検出することが可能である。この構成によれば、シャフト72は4条のボール列によって外筒71に対して結合されているため、モーメントに強く、磁石部77a、77bの各磁極の、ホール素子78a〜78dに対する変位を均等化、安定化させることができ、外筒71に対するシャフト72の加速度をより精度よく検知することが可能となる。なお、この形態において検知手段は、磁石部77a、77b、ホール素子78a〜78dを含んで構成される。復元手段は付勢バネ79a、79bを含んで構成される。
Here, when acceleration is applied to the
次に、図19Bには、同じく、本発明をリニアブッシュとシャフトとからなる直動システムに適用し、加速度ピックアップを構成した別の例について示す。図19Bに示す加速度ピックアップ80は、リニアブッシュの外筒81と、シャフト82との間を、4条のボール列で結合し、シャフト82が軸方向に往復移動可能に取り付けられている。
Next, FIG. 19B shows another example in which the present invention is similarly applied to a linear motion system composed of a linear bush and a shaft to constitute an acceleration pickup. An
図19Bにおいては4条のボール列のうち2つのボール列の負荷ボール列83a及び85aについて図示する。外筒81は、両端が先端カバー81aと後端カバー81bで閉塞されて密閉構造となっている。シャフト82の先端部82aと後端部82bには先端側ボール87aと後端側ボール87bを介して先端側板バネ88a及び後端側板バネ88bが設けられている。そして、シャフト82は、後端側板バネ88bによって先端側に付勢されているとともに先端側板バネ88aによって後端側に付勢されている。先端側ボール87aと後端側ボール87bは、先端側板バネ88a及び後端側板バネ88bの変形のモードを均一化するためのものである。この先端側板バネ88a及び後端側板バネ88bに付勢されることによって、シャフト82は安定位置に停止する。また、先端側板バネ88a及び後端側板バネ88bには各々先端側圧電素子89aと後端側圧電素子89bが固着されている。
In FIG. 19B, the
ここで、加速度ピックアップ80に加速度が加わった場合に、外筒81に対してシャフト82が相対移動し、その変位に応じた先端側板バネ88a及び後端側板バネ88bの変形を先端側圧電素子89aと後端側圧電素子89bの出力で検出することが可能である。
Here, when acceleration is applied to the
この構成によれば、シャフト82は4条のボール列によって外筒81に対して結合されているため、モーメントに強く、先端側板バネ88a及び後端側板バネ88bの変形モードを均等化、安定化させることができ、先端側圧電素子89aと後端側圧電素子89bの出力によって、外筒81に対するシャフト82の加速度をより精度よく検知することが可能となる。この形態において検知手段は、先端側板バネ88a、後端側板バネ88b、先端側圧電素子89a、後端側圧電素子89bを含んで構成される。復元手段は先端側板バネ88a、後端側板バネ88bを含んで構成される。
According to this configuration, since the
なお、本実施形態においても、シャフトと外筒とは4条のボール列によって結合された例について説明したが、ボール列の数は4条に限られない。5条、6条など、想定されるモーメントによってボール列の数を適宜変更することができる。また、図19Aでは、円柱状の磁石部77a及び77bが、軸方向から見た断面においても、軸方向においても2分割されており、分割された部分は各々逆極性となるように着磁されている例について説明した。しかしながら、この着磁パターンに関しても、ホール素子の配置、数に併せて適宜定めることができる。また、シャフト72の先端部及び後端部におけるホール素子78a〜78dに対向する部分に別々の磁石を設け、それぞれ隣合う磁石の磁極を逆極性としてもよい。
In this embodiment, the example in which the shaft and the outer cylinder are coupled by four ball rows has been described, but the number of ball rows is not limited to four. The number of ball rows can be changed as appropriate depending on the assumed moments, such as 5 and 6. In FIG. 19A, the
(第9の実施形態)
次に本発明の第9の実施形態について説明する。本実施形態は、第1の実施形態における板バネを変更した形態である。図20には、本実施形態における力検知装置90の概略構成を示す。
(Ninth embodiment)
Next, a ninth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the leaf spring in the first embodiment is changed. In FIG. 20, schematic structure of the
図20Aに示すように、この第8の実施形態による力検知装置90においては、ブロック91、レール92、保持器93、保持器に保持された転動体(ボール)93a及び板バネ96を有して構成されている。他の構成は第1の実施形態と同等であるので図示及び説明は省略する。
As shown in FIG. 20A, the
本実施形態では、コの字型のブロック91と矩形状のレール92とは、ブロック91の内周部と、レール92の外周部とが、レール2の側壁に設けられた図示しない転動体および保持器93に保持された転動体(ボール)93aを介して相対運動可能に構成されている。すなわち、ブロック91とレール92とにより、相対的に直線運動を行うリニアガイドが構成されている。
In this embodiment, the
また、この力検知装置90においては、ブロック91の移動方向に沿った両側端面に、ストッパ94が設けられている。このストッパ94は固定用ねじ95によってブロック91に固定されている。そして、このストッパ94の内側側面におけるレール2の移動方向両端面側に復元力を作用させる弾性部材としての板バネ96がそれぞれ設けられている。この板バネ96の外側端面96aはストッパ94に、内側端面96bはレール92に接着されている。図20A中における2つの板バネ96は、安定状態において、レール92に対して進行方向に沿った内側に向けて互いに押圧力を作用するように設けられている。
In the
図20Bには、板バネ96の斜視図を示す。この板バネ96は、外側端面96aと内側端面96bとの間に弾性変形可能なバネ部96cが形成されたものであり、図20Aの紙面に垂直方向については断面一定となっている。
FIG. 20B shows a perspective view of the
弾性部材としての板バネ96をこのような形状にすることにより、レール92の端面全体に対して一様に押圧力を作用させることができる。これにより、レール92がブロック91に対して相対移動する際にレール92に対して図12、図13で示したようなモーメント(ピッチング方向のモーメント)が作用することを抑制でき、レール92の傾きを抑制することができる。これにより、微小な力、微小な変位量を検知する場合に、レール92をより円滑に転動体(ボール)93aの並び方向に移動させることができ、より正確に変位量を検知することができる。本実施の形態において復元手段は板バネ96を含んで構成される。なお、板バネ96の材質としては、弾性が認められれば、バネ鋼などの金属材料でも、非金属材料でも使用することができる。
By making the
(参考実施形態)
次に、この発明の参考実施形態による力計測装置における力検知装置10について説明する。なお、力検知装置10以外の構成については第1の実施形態におけると同様である。図21に、この参考実施形態による力検知装置10を示す。
(Reference embodiment)
Next, the
図21Aに示すように、この力検知装置10においては、第1乃至第3の実施形態と異なり、ホール素子5および磁石4を設けずに、歪みゲージを利用する構成である。また、レール2の長手方向に沿った両側部に凹部2cが形成され、この凹部2cに、力伝達手段としての例えばセラミックや金属からなる球体17が設けられている。
As shown in FIG. 21A, the
また、図21Bに示すように、ブロック1とレール2とを結合するために、これらの長手方向の両側端面に結合板14が設けられているとともに、さらにその外側表面に、歪みゲージ16を複数個、ここでは例えば3個並べて配置した弾性部材としてのゲージ板15が固定されている。すなわち、レール2は、力伝達手段としての球体17を介して、ゲージ板15から弾性力が作用されるように構成されている。また、これらの4個の歪みゲージ16からは出力ライン(図示せず)が接続されており、歪みゲージ16の歪みに基づいた電圧が出力される。
Further, as shown in FIG. 21B, in order to connect the
そして、この歪みゲージ16を歪ませる方法としては、第1乃至第3の実施形態と同様にブロック1とレール2との相対移動(相対運動)による移動量に基づいている。例えば、ブロック1を固定させてレール2に外力を作用させると、レール2との移動方向に沿った力成分によって、レール2が移動する。そして、このレール2の移動による力が力伝達手段としての球体17を介してゲージ板15に1点で作用することにより、歪みゲージ16が歪まされる。そして、この歪みに基づいて、複数(ここでは3個)の歪みゲージ16から電圧が出力される。この歪みゲージ16から出力される電圧に基づいて、レール2に作用される外力の特定方向(レール2の移動方向)の力成分の大きさが検出される。なお、歪みゲージ16自体を利用した力検知原理に関しては、従来公知であるので、その説明を省略する。
As a method for distorting the
以上説明した参考実施形態においても、第1乃至第3の実施形態におけると同様に、力を実際に計測する力検知のための歪みゲージ板15の構成と、作用された外力の特性方向の成分のみを変位成分として抽出するブロック1およびレール2の構成とを分けていることにより、第1乃至第3の実施形態と同様の構成となり、同様の効果を得ることができる。
Also in the reference embodiment described above, as in the first to third embodiments, the configuration of the
以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよい。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described concretely, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, The various deformation | transformation based on the technical idea of this invention is possible. For example, the numerical values given in the above embodiment are merely examples, and different numerical values may be used as necessary.
例えば、上述の実施形態による力検知装置においては、永久磁石を用いているが、電磁石を用いることも可能である。また、この発明は、この構造における相対運動をRガイドに実装することによって、回転方向のみの力を検出することも可能となる。また、高剛性かつ高感度であることから、ロボットの腕などに直接組み込ませることが可能である。また、磁石と検出部との相対的な配置によって、多軸力覚センサを構成することが可能である。また、可動部をより軽量化することによって、加速度センサとして機能させることも可能となる。これらのことから、この発明は、骨折などの整復手術の補助を行うための整復装置、直動案内装置、スプライン、ねじ、またはアクチュエータ関連製品全般に適用することが可能である。
For example, in the force detection device according to the above-described embodiment, a permanent magnet is used, but an electromagnet can also be used. Moreover, this invention can also detect the force of only a rotation direction by mounting the relative motion in this structure in R guide. Further, since it has high rigidity and high sensitivity, it can be directly incorporated into a robot arm or the like. In addition, a multi-axis force sensor can be configured by the relative arrangement of the magnet and the detection unit. Further, by making the movable part lighter, it is possible to function as an acceleration sensor. For these reasons, the present invention can be applied to reduction devices for assisting reduction operations such as fractures, linear motion guide devices, splines, screws, or actuator-related products in general.
また、例えば上述の実施形態においては、磁電変換素子としてホール効果を利用したホール素子を用いているが、その他の磁力を電力に変換する手段であれば、あらゆる素子を利用することが可能である。磁電変換素子の他の例としては、MR素子、磁歪素子などを挙げることができる。
Further, for example, in the above-described embodiment, a Hall element using the Hall effect is used as the magnetoelectric conversion element, but any element can be used as long as it is a means for converting other magnetic force into electric power. . Other examples of magnetoelectric conversion elements include MR elements and magnetostrictive elements.
例えば上述の第1の実施形態においては、レール2の長手方向に沿った長さをブロック1の長手方向に沿った長さに比して長くなるように構成しているが、逆に、ブロック1の長手方向に沿った長さを、レール2の長手方向に沿った長さに比して長くなるようにしても良い。この場合においては、レール2には、常に移動方向にそって両外側に向かう斥力が作用することになり、静止時においてレール2に作用する力が0であり、レール2がブロック1に対して相対的に移動した場合に復元力が生じるようにすることができる。なお、上記のそれぞれの実施形態においては、力検知装置、加速度ピックアップなど一種類の装置を例にとって本発明を説明した。しかし、それぞれの実施形態と同等の構成または原理によって、位置検知装置、速度検知装置、力検知装置、加速度ピックアップ(検知装置)などのいずれの力学的物理量の検知装置を構成しても構わない。
For example, in the above-described first embodiment, the length along the longitudinal direction of the
Claims (15)
相互に予め決められた方向に相対運動可能に構成された第1の移動体および第2の移動体と、
前記第1の移動体に設けられた、磁界の大きさに基づいた電圧を出力する磁電変換素子と、
前記第2の移動体に設けられた、磁界を発生可能な磁界発生手段とを有し、
前記第1の移動体に対する前記第2の移動体の相対的変位により、前記磁界発生手段により形成された磁界における前記磁電変換素子近傍の磁界の変化に応じた信号が前記磁電変換素子から出力されることにより、前記相対的変位量を計測する検知装置であって、
前記磁界発生手段は、前記磁界発生手段のS極とN極とを結ぶ磁極の方向が前記予め決められた運動方向に対して角度をなして設けられている
ことを特徴とする検知装置。
A first moving body and a second moving body configured to be able to move relative to each other in a predetermined direction;
A magnetoelectric conversion element that is provided in the first moving body and outputs a voltage based on the magnitude of a magnetic field;
Magnetic field generating means provided on the second moving body and capable of generating a magnetic field,
Due to the relative displacement of the second moving body with respect to the first moving body, a signal corresponding to a change in the magnetic field in the vicinity of the magnetoelectric conversion element in the magnetic field formed by the magnetic field generating means is output from the magnetoelectric conversion element. A detecting device for measuring the relative displacement amount,
The magnetic field generator is provided such that the direction of the magnetic pole connecting the S pole and the N pole of the magnetic field generator is at an angle with respect to the predetermined direction of motion.
A detection device characterized by that.
相互に予め決められた方向に相対運動可能に構成された第1の移動体および第2の移動体と、
前記第1の移動体と前記第2の移動体との前記予め決められた方向に沿った相対的変位量に基づいた信号を出力する検知手段と、
前記第1の移動体と前記第2の移動体との少なくとも一方の移動体に対して前記相対的変位量を減少させる向きに復元力を作用させる復元手段とを有し、
外部から前記第2の移動体に作用される外力に伴う前記第1の移動体に対する前記第2の移動体の相対的変位量に基づいて、前記検知手段から信号が出力される
ことを特徴とする検知装置。
A first moving body and a second moving body configured to be able to move relative to each other in a predetermined direction;
Detecting means for outputting a signal based on a relative displacement amount of the first moving body and the second moving body along the predetermined direction;
Restoring means for applying a restoring force in a direction to reduce the relative displacement amount with respect to at least one of the first moving body and the second moving body;
A signal is output from the detection means based on a relative displacement amount of the second moving body with respect to the first moving body due to an external force applied to the second moving body from the outside.
A detection device characterized by that.
前記検知手段は、
前記第1の移動体に設けられた、磁界の大きさに基づいた電圧を出力する磁電変換素子と、
前記第2の移動体に設けられた、磁界を発生可能な磁界発生手段とを有し、
外部から前記第2の移動体に作用される外力に伴う前記第1の移動体に対する前記第2の移動体の相対的変位により、前記磁界発生手段により形成された磁界における前記磁電変換素子近傍の磁界の変化に応じた信号が前記磁電変換素子から出力されることにより、前記相対的変位の量に基づいた信号が、前記検知手段から出力される
ことを特徴とする請求項2に記載の検知装置。
The detection means includes
A magnetoelectric conversion element that is provided in the first moving body and outputs a voltage based on the magnitude of a magnetic field;
Magnetic field generating means provided on the second moving body and capable of generating a magnetic field,
Due to the relative displacement of the second moving body with respect to the first moving body caused by the external force applied to the second moving body from the outside, the vicinity of the magnetoelectric conversion element in the magnetic field formed by the magnetic field generating means A signal based on the amount of relative displacement is output from the detection means by outputting a signal corresponding to a change in the magnetic field from the magnetoelectric transducer.
The detection device according to claim 2.
前記第1の移動体と前記第2の移動体とが前記弾性部材によって相互に結合され、
前記弾性部材により前記第1の移動体と前記第2の移動体とにそれぞれ互いに反対向きの復元力が作用されることによって、前記相対的変位の量が減少する向きに復元力が作用する
ことを特徴とする請求項2または3記載の検知装置。
The restoring means includes an elastic member,
The first moving body and the second moving body are coupled to each other by the elastic member,
When the elastic members apply restoring forces in opposite directions to the first moving body and the second moving body, the restoring forces act in a direction in which the amount of relative displacement decreases.
The detection apparatus according to claim 2 or 3, wherein
前記磁電変換素子が一対で設けられているとともに、前記磁界発生手段が磁石からなり、
前記磁石におけるS極とN極とを結ぶ磁極の向きが、前記一対の磁電変換素子の配置方向に対して、45°以上70°以下の角度をなしている
ことを特徴とする請求項1または3記載の検知装置。
The magnetoelectric transducer is provided in a pair, and the magnetic field generating means is a magnet,
The direction of the magnetic pole connecting the S pole and the N pole in the magnet forms an angle of 45 ° or more and 70 ° or less with respect to the arrangement direction of the pair of magnetoelectric transducers.
The detection device according to claim 1 or 3, wherein
前記第1の移動体と前記第2の移動体とが転動体を介して互いに相対運動可能に規制されている
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載の検知装置。
The first moving body and the second moving body are regulated to be able to move relative to each other via a rolling element.
The detection device according to claim 1, wherein
前記第1の移動体と前記第2の移動体とが相互に連結されて規制され、前記第1の移動体と前記第2の移動体との相対運動が直線運動である
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項記載の検知装置。
The first moving body and the second moving body are coupled to each other and regulated, and the relative motion between the first moving body and the second moving body is a linear motion.
The detection device according to claim 1, wherein
前記磁電変換素子がホール素子である
ことを特徴とする請求項1、3、及び5のうちのいずれか1項記載の検知装置。
The magnetoelectric conversion element is a Hall element
The detection device according to claim 1, wherein the detection device is one of the following.
前記検知手段が歪みゲージを有し、
前記第2の移動体の相対的変位によって前記歪みゲージが歪められ、前記歪みゲージの歪みに基づいて、前記信号が出力するように構成されている
ことを特徴とする請求項2記載の検知装置。
The detecting means has a strain gauge;
The strain gauge is distorted by the relative displacement of the second moving body, and the signal is output based on the strain of the strain gauge.
The detection device according to claim 2.
前記復元手段は弾性部材を含み、
前記弾性部材と前記第2の移動体との間で相互に力を伝達する力伝達手段をさらに有し、
前記歪みゲージが前記弾性部材に固着されており、
前記第2の移動体の前記第1の移動体に対する相対運動に伴う相対的変位によって、前記力伝達手段を通じて前記第2の移動体から前記弾性部材に力が伝達されて前記歪みゲージが歪められる
ことを特徴とする請求項9記載の検知装置。
The restoring means includes an elastic member,
Force transmission means for transmitting force between the elastic member and the second movable body;
The strain gauge is fixed to the elastic member;
Due to the relative displacement of the second moving body relative to the first moving body, a force is transmitted from the second moving body to the elastic member through the force transmitting means, and the strain gauge is distorted.
The detection device according to claim 9.
前記復元手段は、前記第1の移動体と前記第2の移動体とに設けられ、同じ極性の磁極が対向するように各々配置された磁石の間に発生する反発力によって前記復元力を作用させることを特徴とする請求項2に記載の検知装置。
The restoring means is provided on the first moving body and the second moving body, and acts on the restoring force by a repulsive force generated between magnets disposed so that magnetic poles of the same polarity face each other. The detection apparatus according to claim 2, wherein:
前記第2の移動体は、前記予め定められた方向から見て複数箇所において転動ボール列を介して前記第1の移動体に相対移動可能に結合されており、
前記検知手段は、
前記複数箇所のうちの特定の2箇所における転動ボール列を含む平面に垂直で且つ前記予め定められた方向に平行な平面において、前記予め定められた方向にN極とS極が交互に並ぶように前記第1の移動体および第2の移動体の一方に配列された複数の磁界発生手段と、
前記第1の移動体および第2の移動体の他方に備えられ磁界の大きさに基づいた電圧を出力する磁電変換素子と、を有し、
前記第1の移動体に対する前記第2の移動体の相対的変位により、前記磁界発生手段により形成された磁界における前記磁電変換素子近傍の磁界に応じた信号が前記磁電変換素子から出力されることを特徴とする請求項2に記載の検知装置。
The second moving body is coupled to the first moving body through a rolling ball train at a plurality of locations as viewed from the predetermined direction so as to be relatively movable,
The detection means includes
N poles and S poles are alternately arranged in the predetermined direction on a plane that is perpendicular to the plane including the rolling ball rows at specific two of the plurality of locations and parallel to the predetermined direction. A plurality of magnetic field generating means arranged on one of the first moving body and the second moving body,
A magneto-electric conversion element that is provided on the other of the first moving body and the second moving body and outputs a voltage based on the magnitude of the magnetic field,
Due to the relative displacement of the second moving body with respect to the first moving body, a signal corresponding to the magnetic field in the vicinity of the magnetoelectric conversion element in the magnetic field formed by the magnetic field generating means is output from the magnetoelectric conversion element. The detection device according to claim 2.
前記磁電変換素子は、前記複数の磁界発生手段の配列方向に対して垂直方向に2個同じ姿勢で並べて配置されており、
前記2つの磁電変換素子からの出力の差分を前記検知手段の出力とすることを特徴とする請求項12に記載の検知装置。
Two magnetoelectric transducers are arranged in the same posture in the vertical direction with respect to the arrangement direction of the plurality of magnetic field generating means,
The detection apparatus according to claim 12, wherein a difference between outputs from the two magnetoelectric conversion elements is used as an output of the detection unit.
前記検知手段は、
前記予め定められた方向に平行な平面において、前記予め定められた方向にN極とS極が交互に並ぶように前記第1の移動体および第2の移動体の一方に配列された複数の磁界発生手段と、
前記第1の移動体および第2の移動体の他方に備えられ磁界の大きさに基づいた電圧を出力する磁電変換素子と、を有し、
前記第1の移動体に対する前記第2の移動体の相対的変位により、前記磁界発生手段により形成された磁界における前記磁電変換素子近傍の磁界に応じた信号が前記磁電変換素子から出力され、
前記磁電変換素子は、前記複数の磁界発生手段の配列方向に対して垂直方向に2個同じ姿勢で並べて配置されており、
前記2つの磁電変換素子からの出力の差分を前記検知手段の出力とすることを特徴とする請求項2に記載の検知装置。
The detection means includes
In a plane parallel to the predetermined direction, a plurality of elements arranged on one of the first moving body and the second moving body so that the N pole and the S pole are alternately arranged in the predetermined direction. Magnetic field generating means;
A magneto-electric conversion element that is provided on the other of the first moving body and the second moving body and outputs a voltage based on the magnitude of the magnetic field,
Due to the relative displacement of the second moving body with respect to the first moving body, a signal corresponding to the magnetic field in the vicinity of the magnetoelectric conversion element in the magnetic field formed by the magnetic field generating means is output from the magnetoelectric conversion element,
Two magnetoelectric transducers are arranged in the same posture in the vertical direction with respect to the arrangement direction of the plurality of magnetic field generating means,
The detection apparatus according to claim 2, wherein a difference between outputs from the two magnetoelectric conversion elements is used as an output of the detection unit.
請求項1乃至14のうち、いずれか1項記載の検知装置と、
前記検知装置から出力される信号を増幅する増幅手段と、
前記検知装置から出力された信号に基づいて、前記力検知装置に検知された物理量の所定方向の成分の大きさを外部に出力する出力部を設けた信号検出手段とを有して構成されている
ことを特徴とする計測装置。
The detection device according to any one of claims 1 to 14,
Amplifying means for amplifying a signal output from the detection device;
And a signal detection means provided with an output unit for outputting the magnitude of the component in the predetermined direction of the physical quantity detected by the force detection device based on the signal output from the detection device. Have
A measuring device characterized by that.
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