特許 6872475 荷重センサおよび荷重センサ一体型多軸アクチュエータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6872475

(24)【登録日】2021年4月21日

(45)【発行日】2021年5月19日

(54)【発明の名称】荷重センサおよび荷重センサ一体型多軸アクチュエータ

(51)【国際特許分類】

   G01L 5/00 20060101AFI20210510BHJP

   G01L 1/22 20060101ALI20210510BHJP

   B25J 15/06 20060101ALI20210510BHJP

   H05K 13/04 20060101ALI20210510BHJP

【ＦＩ】

   G01L5/00 L

   G01L1/22 F

   B25J15/06

   H05K13/04

【請求項の数】6

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2017-250058(P2017-250058)

(22)【出願日】2017年12月26日

(65)【公開番号】特開2019-117066(P2019-117066A)

(43)【公開日】2019年7月18日

【審査請求日】2020年3月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000114215

【氏名又は名称】ミネベアミツミ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100135633

【弁理士】

【氏名又は名称】二宮 浩康

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】李 奎

(72)【発明者】

【氏名】江口 功太郎

【審査官】 大森 努

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０５−３０４３９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０１８０７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５４−０１２８７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３５３１１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２８８６１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０３４１２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−２７１６８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０１６０９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／００３３５８５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 中国特許出願公開第１０５３４５８３０（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ １／２２，５／００，

Ｂ２５Ｊ １５／０６，

Ｈ０５Ｋ １３／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ハウジングに収容された状態で軸線方向へ直線移動する第１の軸状部材、前記第１の軸状部材と平行に配置されて所定の対象物に対して直線移動して該対象物を吸引する中空部が形成された中空状の第２の軸状部材、および、前記第１の軸状部材および前記第２の軸状部材を連結する連結部材を有する多軸アクチュエータに用いられる荷重センサであって、
前記第２の軸状部材の先端部に取り付けられる取付部と、
中央において前記取付部とは反対側に軸線方向に窪んだ凹部が形成され、前記取付部に連結されて荷重を測定する本体部と
を備え、
前記本体部は、
前記凹部を画成する周方向側の面を有する周壁部と、
前記凹部を画成するため、前記取付部と対向する側の面を有し、前記周壁部よりも薄く形成されて起歪体部分として機能する対向壁部と、
前記対向壁部から前記取付部の側へ突出して前記第２の軸状部材の先端部を収容すると共に、前記対向壁部から前記取付部とは反対の側へ突出し、その先端部が前記対象物に押し付けられたとき前記軸線方向に沿って全体が移動可能な筒状の吸着部と、
前記吸着部の周囲で前記対向壁部に設けられたひずみゲージと
を有する、荷重センサ。

【請求項2】

前記本体部は、前記取付部を介して前記第２の軸状部材に取り付けられる、請求項１に記載の荷重センサ。

【請求項3】

前記吸着部は、前記第２の軸状部材の延長線上に位置する、請求項１または２に記載の荷重センサ。

【請求項4】

前記本体部は、前記ひずみゲージを所定のコーティング材で被覆する被覆部を有する、請求項１から３までのいずれか一項に記載の荷重センサ。

【請求項5】

前記ひずみゲージは、前記取付部に対向する前記対向壁部の面に設けられている、請求項１から４までのいずれか一項に記載の荷重センサ。

【請求項6】

ハウジングに収容された状態で軸線方向へ直線移動する第１の軸状部材と、
前記第１の軸状部材と平行に配置されて所定の対象物に対して直線移動して該対象物を吸引する中空部が形成された中空状の第２の軸状部材と、
前記第１の軸状部材および前記第２の軸状部材を連結する連結部材と、
前記第２の軸状部材の先端部に取り付けられた荷重センサと
を備え、
前記荷重センサは、
前記第２の軸状部材の先端部に取り付けられる取付部と、
中央において前記取付部とは反対側に軸線方向に窪んだ凹部が形成され、前記取付部に連結されて荷重を測定する本体部と
を有し、
前記本体部は、
前記凹部を画成する周方向側の面を有する周壁部と、
前記凹部を画成するため、前記取付部と対向する側の面を有し、前記周壁部よりも薄く形成されて起歪体部分として機能する対向壁部と、
前記対向壁部から前記取付部の側へ突出して前記第２の軸状部材の先端部を収容すると共に、前記対向壁部から前記取付部とは反対の側へ突出し、その先端が前記対象物に押し付けられたとき前記軸線方向に沿って全体が移動可能な筒状の吸着部と、
前記吸着部の周囲で前記対向壁部に設けられたひずみゲージと
を有する、荷重センサ一体型多軸アクチュエータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、荷重センサおよび荷重センサ一体型多軸アクチュエータに関し、例えば、電子部品（チップ）を基板に実装するチップマウンタとして使用される多軸アクチュエータにおいて、中空に形成された軸状部材の先端にチップを押し付けた状態で吸着して基板に実装する場合のチップに対する押付力（荷重）を検出する荷重センサおよび荷重センサ一体型多軸アクチュエータに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、チップマウンタに組み込まれる多軸アクチュエータとして、リニアモータアクチュエータがある。このリニアモータアクチュエータは、直線的な推力が得られるリニアモータを用いて軸状部材を軸線方向へ直線運動させるものである（例えば、特許文献１を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４−１８０７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上述した特許文献１に記載のリニアモータアクチュエータでは、中空に形成された軸状部材の先端にチップを押し付けた際、真空発生装置によってエアーを吸引することにより当該チップを吸着するが、押付力が不十分であると吸着し損なうおそれがあり、押付力が強すぎるとチップを破損してしまうおそれがあった。すなわち、リニアモータアクチュエータにおいては、適正な押付力でチップを押し付けられるように押付力（荷重）を正確に検出する必要があった。

【0005】

そこで、本発明は、かかる問題点に鑑み、対象物に対する押付力の荷重を正確に検出し得る荷重センサおよび荷重センサ一体型多軸アクチュエータを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明の荷重センサにおいては、ハウジングに収容された状態で軸線方向へ直線移動する第１の軸状部材、前記第１の軸状部材と平行に配置されて所定の対象物に対して直線移動する中空部が形成された中空状の第２の軸状部材、および、前記第１の軸状部材および前記第２の軸状部材と連結する連結部材を有する多軸アクチュエータに用いられる荷重センサであって、前記第２の軸状部材の先端部に取り付けられる取付部と、中央において前記取付部とは反対側に軸線方向に窪んだ凹部が形成され、前記取付部に連結される本体部とを備え、前記本体部は、前記凹部を画成する周方向側の面を有する周壁部と、前記凹部を画成するため、前記取付部と対向する側の面を有し、前記周壁部よりも薄く形成されて起歪体部分として機能する対向壁部と、前記対向壁部から前記取付部の側へ突出すると共に、前記対向壁部から前記取付部とは反対の側へ突出し、前記第２の軸状部材の前記中空部と連通された状態で、その先端部が前記対象物に押し付けられたとき前記軸線方向に沿って全体が移動可能な筒状の吸着部と、前記吸着部の周囲で前記対向壁部に設けられたひずみゲージとを有する。

【0007】

本発明において、前記本体部は、前記取付部を介して前記第２の軸状部材に取り付けられることが好ましい。

【0008】

本発明において、前記吸着部は、前記第２の軸状部材の延長線上に位置することが好ましい。

【0009】

本発明において、前記本体部は、前記ひずみゲージを所定のコーティング材で被覆する被覆部を有することが好ましい。

【0010】

本発明において、前記ひずみゲージは、前記取付部に対向する前記対向壁部の面に設けられていることが好ましい。

【0011】

本発明の荷重センサ一体型多軸アクチュエータにおいては、ハウジングに収容された状態で軸線方向へ直線移動する第１の軸状部材と、前記第１の軸状部材と平行に配置されて所定の対象物に対して直線移動する中空部が形成された中空状の第２の軸状部材と、前記第１の軸状部材および前記第２の軸状部材を連結する連結部材と、前記第２の軸状部材の先端部に取り付けられた荷重センサとを備え、前記荷重センサは、前記第２の軸状部材の先端部に取り付けられる取付部と、中央において前記取付部とは反対側に軸線方向に窪んだ凹部が形成され、前記取付部に連結される本体部とを有し、前記本体部は、前記凹部を画成する周方向側の面を有する周壁部と、前記凹部を画成するため、前記取付部と対向する側の面を有し、前記周壁部よりも薄く形成されて起歪体部分として機能する対向壁部と、前記対向壁部から前記取付部の側へ突出すると共に、前記対向壁部から前記取付部とは反対の側へ突出し、前記第２の軸状部材の前記中空部と連通された状態で、その先端が前記対象物に押し付けられたとき前記軸線方向に沿って全体が移動可能な筒状の吸着部と、前記吸着部の周囲で前記対向壁部に設けられたひずみゲージとを有する。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、対象物に対する押付力の荷重を正確に検出し得る荷重センサおよび荷重センサ一体型多軸アクチュエータを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施の形態に係る荷重センサ一体型多軸アクチュエータの全体構成を示す外観斜視図である。

【図2】本発明の実施の形態に係る多軸アクチュエータの先端部を部分的に拡大して示す略線的斜視図である。

【図3】本発明の実施の形態に係る多軸アクチュエータの先端部を部分的に拡大して断面にして示す略線的斜視図である。

【図4】本発明の実施の形態に係る連結部材の構成を示す平面図である。

【図5】本発明の実施の形態に係る荷重センサが吸引ロッドに取り付けられた状態における断面図である。

【図6】本発明の実施の形態に係る荷重センサの分解斜視図である。

【図7】図６に示すＡ−Ａ線に沿った測定部の断面図である。

【図8】本発明の実施の形態に係る荷重センサの測定部が撓んだ状態を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

＜実施の形態＞
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る荷重センサ一体型多軸アクチュエータの全体構成を示す外観斜視図である。図２は、本発明の実施の形態に係る多軸アクチュエータの先端部を部分的に拡大して示す略線的斜視図である。図３は、本発明の実施の形態に係る多軸アクチュエータの先端部を部分的に拡大して断面にして示す略線的斜視図である。図４は、本発明の実施の形態に係る連結部材の構成を示す平面図である。図５は、本発明の実施の形態に係る荷重センサが吸引ロッドに取り付けられた状態における断面図である。図６は、本発明の実施の形態に係る荷重センサの分解斜視図である。図７は、図６に示すＡ−Ａ線に沿った測定部の断面図である。図８は、本発明の実施の形態に係る荷重センサの測定部が撓んだ状態を示す断面図である。

【0015】

＜荷重センサ一体型多軸アクチュエータの全体構成＞
図１に示すように、荷重センサ一体型多軸アクチュエータ１０は、例えば電子部品（チップ）等の対象物を基板上にマウントするチップマウンタに組み込まれて用いられる。

【0016】

荷重センサ一体型多軸アクチュエータ１０は、例えば３相モータ（図示せず）を内蔵したハウジング１１と、当該３相モータによって軸線方向へ相対的に直線移動する第１の軸状部材としての駆動ロッド１２と、当該駆動ロッド１２に対して平行に配置され、チップＣ（図８参照）を吸引する第２の軸状部材としての吸引ロッド２２と、駆動ロッド１２および吸引ロッド２２を先端側で一体に連結する連結部材３０と、吸引ロッド２２の先端部２２ａに取り付けられて、先端でチップＣを押し付けたときの荷重を検出すると共に当該チップＣを吸着する荷重センサ４０と、を主に有している。

【0017】

ハウジング１１は、上述した３相モータを内蔵する金属または樹脂等からなる筐体であり、駆動ロッド１２を軸線方向に沿って相対的に直線移動させることが可能な状態で保持している。なお、ハウジング１１は、保持板２４（後述する）を介して駆動ロッド１２を保持している。

【0018】

実際上、ハウジング１１の内部において、駆動ロッド１２の周囲には、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相からなる３相コイル（図示せず）が配置されており、当該３相コイルに電流が流されると、ハウジング１１に対して駆動ロッド１２が軸線方向へ直線移動する。

【0019】

駆動ロッド１２は、軸線方向に沿って延在する円柱状からなる金属または樹脂等の棒状部材であり、保持板２４を介してハウジング１１に保持された状態において、所定のストローク範囲で直線移動する。また、駆動ロッド１２は、図２および図３に示すように、先端部１２ａの端面から軸線方向へ向かって所定径および所定深さの凹部１２ｂが形成されている。

【0020】

吸引ロッド２２は、軸線方向に沿って延在する金属または樹脂等からなる中空の円筒状部材であり、駆動ロッド１２と平行に配置されている。吸引ロッド２２は、保持板２４を介してケーシング２６に取り付けられている。吸引ロッド２２は、駆動ロッド１２に対して平行に配置されている。

【0021】

吸引ロッド２２は、その後端がホース等を介して図示しない真空ポンプ等に接続されている。吸引ロッド２２は、一端から他端にわたって延在する中空部２２ｈを有する中空状の筒状体である。また、吸引ロッド２２の先端部２２ａの外周面には雄ネジ部２２ｂが形成されている。

【0022】

図１に示したように、ケーシング２６は、金属または樹脂等からなり、吸引ロッド２２を軸線方向へ相対移動自在に支持する貫通孔２６ｈが形成されており、駆動ロッド１２の軸線方向への移動に伴って吸引ロッド２２を軸線方向へ移動可能に支持する。

【0023】

保持板２４は、金属または樹脂等からなる直方体形状を有し、ハウジング１１およびケーシング２６の双方に対して一体に取り付けられている。保持板２４は、駆動ロッド１２および吸引ロッド２２を軸線方向へ移動可能に支持すると共に、互いの位置関係を保持した状態で、かつ、駆動ロッド１２を中心として吸引ロッド２２が旋回してしまうことを抑制する。

【0024】

図２に示したように、連結部材３０は、駆動ロッド１２および吸引ロッド２２の先端部２２ａを連結して固定する金属または樹脂等からなる略直方体形状の板状部材である。連結部材３０は、駆動ロッド１２を連結部材３０に対して軸線方向へ相対移動させることを防止し、かつ、吸引ロッド２２を連結部材３０に対して軸線方向へ相対移動させることを防止する。

【0025】

図３および図４に示すように、連結部材３０は、駆動ロッド１２の先端部１２ａの端面と表面３０ａとが当接した状態で一体に連結して支持する第１連結部としての駆動ロッド連結部３１、および、吸引ロッド２２が表面３０ａから裏面３０ｂまで貫通した状態で一体に連結して支持する第２連結部としての吸引ロッド連結部３２を有している。

【0026】

駆動ロッド連結部３１は、駆動ロッド１２の軸線方向の延長線上に位置する連結部材３０の一方部分であり、吸引ロッド連結部３２は、吸引ロッド２２の軸線方向の延長線上に位置する連結部材３０の他方部分である。すなわち連結部材３０は、駆動ロッド連結部３１および吸引ロッド連結部３２が一体化された一つの剛体として形成されている。この連結部材３０は、射出成形または切削によって形成することが可能である。

【0027】

連結部材３０の駆動ロッド連結部３１および吸引ロッド連結部３２は、両者の間に境界があって分離されている訳ではなく、連結部材３０のほぼ中心で仮想的に２つに分けられた機能部である。

【0028】

なお、連結部材３０の形状は、略直方体形状に限らない。例えば、連結部材３０は、略立方体形状であってもよく、または、所定の厚さを有する平面視略円形状、平面視略楕円形状であってもよい。

【0029】

駆動ロッド連結部３１は、駆動ロッド１２と対向する部位において、表面３０ａ側から反対側の裏面３０ｂまで貫通した貫通孔３１ｈが形成されている。駆動ロッド連結部３１の貫通孔３１ｈには、駆動ロッド１２と駆動ロッド連結部３１とを連結するためのボルト３１５が挿通される。

【0030】

ボルト３１５の雄ネジ部３１５ａと、駆動ロッド１２の先端部１２ａの凹部１２ｂの内周面に形成された雌ネジ部（図示せず）とが螺合される。かくして、駆動ロッド１２は、連結部材３０の表面３０ａに当接された状態で駆動ロッド連結部３１と一体に連結されて支持され、当該連結部材３０に対して軸線方向へ相対移動することが抑制されている。

【0031】

吸引ロッド連結部３２は、吸引ロッド２２の先端部２２ａの外周面に形成された雄ネジ部２２ｂと螺合する雌ネジ部（図示せず）が内周面を有する貫通孔３２ｈが形成されている。貫通孔３２ｈは、表面３０ａから裏面３０ｂへ貫通している。また、吸引ロッド連結部３２は、貫通孔３２ｈが形成されている部位において、表面３０ａに向かって窪んで形成された凹部３２ｓが裏面３０ｂに形成されている。

【0032】

吸引ロッド連結部３２では、貫通孔３２ｈの雌ネジ部と吸引ロッド２２の雄ネジ部２２ｂとが螺合され、かつ、貫通孔３２ｈから突出した吸引ロッド２２の先端部２２ａが、後述する荷重センサ４０に連結される。かくして、吸引ロッド２２は、吸引ロッド連結部３２と一体に連結して支持され、当該連結部材３０に対して軸線方向へ相対移動することが抑制されている。

【0033】

荷重センサ４０は、連結部材３０から突出した吸引ロッド２２の先端部２２ａに取り付けられ、駆動ロッド１２の直線運動に伴って吸引ロッド２２が直線運動し、当該チップＣに押し付けられた際、当該チップＣに対する押付力の荷重を検出する。

【0034】

荷重センサ４０は、平面視円形状を有し、図５および図６に示すように、吸引ロッド２２の先端部２２ａに取り付けられる取付部４１と、連結部材３０とは反対側で当該取付部４１と一体に取り付けられて荷重を測定する測定部（本体部）４２とを有する。取付部４１と測定部４２との間にはシール部材４７が設けられている。取付部４１および測定部４２とは、複数のボルト（図示せず）により互いに連結されている。

【0035】

取付部４１は、金属または樹脂等により形成された所定の厚さを有する平面視円形状の部材であり、円板状部４１ａと円筒状部４１ｂとを備えている。円板状部４１ａは、測定部４２と同一外径の直径を有する円板状部材である。円筒状部４１ｂは、取付部４１の中心に一体に設けられており、荷重センサ４０の表面４０ａの側に、当該表面４０ａから連結部材３０の凹部３２ｓを臨むように突出した突出部分である（図３参照）。

【0036】

また、取付部４１の円板状部４１ａおよび円筒状部４１ｂの双方の中心には貫通孔４１ｈが形成されており、当該貫通孔４１ｈは、円板状部４１ａおよび円筒状部４１ｂを軸線方向に貫いて形成されている。円筒状部４１ｂの貫通孔４４ｈには、吸引ロッド２２の先端部２２ａが挿通される。

【0037】

貫通孔４１ｈの内径は、吸引ロッド２２の先端部２２ａの外径よりも僅かに小さく形成されており、吸引ロッド２２の先端部２２ａは貫通孔４１ｈに対して締まり嵌めにより固定される。ただし、これに限らず、貫通孔４１ｈの内径は、吸引ロッド２２の先端部２２ａの外径と同じであって、中間嵌めによって固定されてもよい。これにより、吸引ロッド２２が荷重センサ４０に対して軸線方向へ相対移動することが抑制されている。

【0038】

なお、取付部４１の外周側の周端部には、当該取付部４１と測定部４２とを互いに連結するためのボルト（図示せず）が挿通される複数の貫通孔４１ｃが互いに等間隔に形成されている。

【0039】

シール部材４７は、例えば、樹脂により形成されたリング状の平板部材である。シール部材４７は、取付部４１と測定部４２との間において、空気等の流体の流出または流入を防いでいる。シール部材４７には、厚さ方向に貫通した複数の貫通孔４７ａが互いに等間隔に形成されている。貫通孔４７ａには、取付部４１と測定部４２とを互いに連結するためのボルトが挿通される。

【0040】

図６および図７に示すように、測定部４２の中央部分には、表面４２１ｓから軸線方向に沿って取付部４１とは反対側へ向かって窪み、取付部４１に向かって開口した凹部（凹部空間）４２０が形成されている。

【0041】

凹部４２０は、周壁部４２１と、底壁部（対向壁部）４２２とによって画成された空間である。凹部４２０は、平面視円環形状である。ここで「軸線方向」とは、測定部４２の厚さ方向を意味する。

【0042】

測定部４２の周壁部４２１は、測定部４２の外周面４２１ａと、当該外周面４２１ａよりも内周側に位置する内周面（凹部４２０を画成する周方向側の面）４２１ｂとによって区切られた所定の厚さを有する壁部である。この周壁部４２１には、取付部４１の貫通孔４１ｃおよびシール部材４７の貫通孔４７ａを抜けたボルトが挿通される複数の挿通孔４２１ｃが互いに等間隔で形成されている。挿通孔４２１ｃの内周面にはボルトが螺合する雌ネジ部（図示せず）が形成されている。

【0043】

測定部４２の底壁部４２２は、凹部４２０の底部を画成する部分であり、取付部４１と対向した底面４２２ｂを有している。底壁部４２２は、周壁部４２１よりも軸線方向における壁厚が薄く形成された部位であり、起歪体部分として機能する。底壁部４２２は、測定部４２の他の部分、具体的には、周壁部４２１よりも容易に撓む可撓性を持っていればよく、その壁厚については特に限定されない。

【0044】

図７に示すように、周壁部４２１の内周面４２１ｂと、後述する吸着部４２３のボス部４２４の外周面４２４ａとの間を延在する底壁部４２２の径方向の長さ４２２ｌは、軸線方向に対して垂直方向に延びる周壁部４２１の径方向の長さ４２１ｌよりも長く形成されている（４２１ｌ＜４２２ｌ）。

【0045】

底壁部４２２は、後述するひずみゲージ４３〜４６を配置することが可能なスペースを持ち、かつ、測定部４２のうち底壁部４２２を除く他の部分よりもより容易に撓むことができればよい。したがって、その場合、底壁部４２２の径方向の長さ４２２ｌは、周壁部４２１の径方向の長さ４２１ｌと同じ、または周壁部４２１の径方向の長さ４２１ｌよりも短くてもよい。

【0046】

なお、測定部４２においては、周壁部４２１および底壁部４２２の間に境界があって分離されている訳ではなく、説明の便宜上、起歪体部分として機能する壁厚が薄い部分（底壁部４２２）と、起歪体部分として機能しない壁厚が厚い部分（周壁部４２１）との間を仮想的に２つに分けている。

【0047】

図５に示したように、底壁部４２２の底面４２２ｂは、後述するひずみゲージ４３〜４６が貼付される領域であり、当該ひずみゲージ４３〜４６にはシリコンのコーティング材４３０が被覆されている。これにより、ひずみゲージ４３〜４６に対する防塵性および防錆性を向上することが可能となる。

【0048】

測定部４２は、ボス部４２４および押付部４２５からなる吸着部４２３を有している。ボス部４２４および押付部４２５は、底壁部４２２の中央において吸引ロッド２２の延長線上、具体的には、吸引ロッド２２と同軸上において互いに一体に形成されている。

【0049】

ボス部４２４は、凹部４２０の開口へ向かって、つまり、取付部４１へ向かって底壁部４２２から突出した部位であり、所定内径の収容部４２４ｈを有している。ボス部４２４の収容部４２４ｈには、吸引ロッド２２の先端部２２ａの一部が収容されるようになっている。ボス部４２４の収容部４２４ｈの断面形状は、吸引ロッド２２の断面形状に対応した円形状である。

【0050】

押付部４２５は、荷重センサ４０の裏面４０ｂの側で、底壁部４２２の中央から取付部４１とは反対側へ向かって突出した部位であり、ボス部４２４の収容部４２４ｈと連通する所定内径の貫通部４２５ｈが形成されている。すなわち、押付部４２５は、吸引ロッド２２の中空部２２ｈと連通した状態で、その先端がチップＣに押し付けられたとき軸線方向に沿って全体が移動可能な円筒状部分である。なお、ボス部４２４の収容部４２４ｈおよび押付部４２５の貫通部４２５ｈは、同軸線上に形成されている。

【0051】

また、押付部４２５における貫通部４２５ｈの内径は、ボス部４２４の収容部４２４ｈの内径よりも小さく、かつ、吸引ロッド２２の外径よりも小さく、さらに、吸引ロッド２２の中空部２２ｈの内径とほぼ同じである。ただし、特にこれに限定されるものではない。なお、押付部４２５の外径は、チップＣのサイズに応じた大きさであり、ボス部４２４の外径よりも小さい。ただし、これに限るものではなく、押付部４２５の外径は、ボス部４２４の外径より大きくてもよく、また、ほぼ同じであってもよい。因みに、押付部４２５の先端には、チップＣを吸着するための吸着パッド（図示せず）が取り付けられていてもよい。

【0052】

ボス部４２４の収容部４２４ｈの内径は、吸引ロッド２２の外径よりも大きく設定されており、ボス部４２４の収容部４２４ｈの内周面と吸引ロッド２２の外周面とは接触せず、両者の間には隙間が形成されている。また、吸引ロッド２２の先端部２２ａの端面は、収容部４２４ｈを形成しているボス部４２４の内周面に接触していない。つまり、吸引ロッド２２は、取付部４１の貫通孔４１ｈにおいて荷重センサ４０に連結されているが、測定部４２とは非接触である。

【0053】

取付部４１と対向するボス部４２４の端面４２４ｓは、周壁部４２１の端面（測定部４２の表面）４２１ｓよりも僅かに低く、端面４２４ｓと端面４２１ｓとは面一ではない。ボス部４２４は、取付部４１に向かって移動した際に端面４２４ｓが取付部４１に接触して、底壁部４２２が許容範囲を超えて変形することを防止するストッパの機能を有する。なお、ボス部４２４に必ずしも取付部４１に接触するようなストッパ機能を持たせなくてもよい。

【0054】

荷重センサ４０の裏面４０ｂを基準としたボス部４２４の高さは、周壁部４２１の高さよりも少し低くなっている。これにより、取付部４１の裏面４１ｄとボス部４２４の端面４２４ｓとの間には、隙間（空間）４２３ｓが確保されている。かくして、吸着部４２３の押付部４２５の先端部がチップＣに押し付けられた際、吸着部４２３の押付部４２５は、隙間４２３ｓ分だけ軸線方向において取付部４１に向かって変位することが可能である。

【0055】

図８に示すように、駆動ロッド１２の軸線方向における直線運動に伴う吸引ロッド２２の直線運動により、荷重センサ４０の吸着部４２３の押付部４２５の先端部がチップＣに押し付けられ、チップＣからの反力（荷重）が当該押付部４２５へ伝達される。押付部４２５への反力の伝達により、吸着部４２３は、隙間４２３ｓの分だけ取付部４１に向かって移動し、その移動に伴い測定部４２の底壁部４２２が撓んで変形する（歪む）。

【0056】

ひずみゲージ４３〜４６は、吸着部４２３がチップＣからの反力によって軸線方向へ移動する際、最も強く撓む部分ｄ１、ｄ３に対して貼付されている。ここで、測定部４２の底壁部４２２のうち撓む部分の形状は断面略Ｓ字状となり、比較的大きく撓む部分ｄ１、ｄ３は、測定部４２の底壁部４２２が強く曲がった部分であり、曲がりの少ない平坦部分ｄ２よりも比較的高い応力が生じる応力集中部位である。

【0057】

ひずみゲージ４３〜４６は、内部に設置された抵抗素子が測定部４２の底壁部４２２に生じる撓み（歪み）と共に伸縮されることによって抵抗値が変化することを利用するものであり、所謂ブリッジ回路が構成されている。ブリッジ回路では、ひずみゲージ４３〜４６の抵抗素子による電圧の変化に基づいて撓み（歪み）に応じた荷重を測定することが可能である。

【0058】

荷重センサ一体型多軸アクチュエータ１０では、駆動ロッド１２を押し下げたことに連動して連結部材３０と共に吸引ロッド２２が押し下げられ、吸引ロッド２２の先端部２２ａに取り付けられた荷重センサ４０の吸着部４２３の押付部４２５をチップＣに押し付ける。このとき、チップＣからの反力により、吸着部４２３は、取付部４１に向かって隙間４２３ｓの分だけ移動し、チップＣからの反力が押付部４２５を介して底壁部４２２に負荷となって伝達される。

【0059】

このとき、チップＣからの反力によって測定部４２の底壁部４２２だけが撓むため、この撓む部分（歪む部分）ｄ１、ｄ３にひずみゲージ４３〜４６が予め貼り付けられている。この撓む部分ｄ１、ｄ３は、周壁部４２１よりも肉厚の薄くなった測定部４２の底壁部４２２の部分であり、起歪体部分として機能する。

【0060】

なお、測定部４２の底壁部４２２の底面４２２ｂにおける撓む部分（歪む部分）ｄ１、ｄ３に対してひずみゲージ４３〜４６が貼付されているが、これに限らず、底壁部４２２の底面４２２ｂとは反対側の荷重センサ４０の裏面４０ｂのうち撓む部分（歪む部分）ｄ１、ｄ３にひずみゲージ４３〜４６が貼付されていてもよく、測定部４２の吸着部４２３に対する荷重を正確に測定できれば、ひずみゲージ４３〜４６の貼付位置は特に限定されない。

【0061】

また、測定部４２の周壁部４２１には、ひずみゲージ４３〜４６に接続されたケーブルＣａを凹部４２０から外部へと側方に導出する導出孔４２１ｈが形成されている。ケーブルＣａは、図示しない線路を介してひずみゲージ４３〜４６と電気的に接続されており、当該ひずみゲージ４３〜４６からの電気信号を外部機器へ伝送する。導出孔４２１は、ケーブルＣａが通された状態において、コーティング材４３０により完全に被覆されている。これにより、導出孔４２１を通じての空気等の流体の出入りを防ぐことができる。

【0062】

以上の構成において、荷重センサ一体型多軸アクチュエータ１０に用いられる荷重センサ４０は、チップＣを吸着する吸着部４２３が設けられた測定部４２を有する。この荷重センサ４０では、ひずみゲージ４３〜４６は、チップＣに押し付けられる吸着部４２３の周囲の起歪体部分として機能する測定部４２の底壁部４２２に設けられているので、チップＣに対する吸着部４２３の押付力を正確に測定することができる。

【0063】

測定部４２は、直接的に吸引ロッド２２に連結されておらず、取付部４１を介して間接的に吸引ロッド２２に取り付けられている。かくして、例えば、吸引ロッド２２の直進運動による影響がダイレクトに測定部４２に伝達されることを回避することができ、測定部４２においてはチップＣに対する押圧力だけを純粋に測定することができるので、荷重センサ４０は正確な測定結果を得ることができる。

【0064】

吸着部４２３は、駆動ロッド１２の直進運動と連動する吸引ロッド２２の延長線上に設けられているので、荷重センサ４０では、測定部４２の吸着部４２３によるチップＣへの押圧力を正確に測定することができる。

【0065】

＜他の実施の形態＞
なお、上述した実施の形態においては、荷重センサ４０は、吸引ロッド２２の先端部２２ａに嵌め合いによって連結するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、吸引ロッド２２の先端部２２ａの外周面に雄ネジ部を設け、かつ、荷重センサ４０の取付部４１の貫通孔４１ｈの内周面に雌ネジ部を設けて、荷重センサ４０を吸引ロッド２２に螺合させるようにしてもよい。

【0066】

また、上述した実施の形態においては、吸引ロッド２２および荷重センサ４０の取付部４１を嵌め合いにより連結した場合について述べたが、荷重センサ４０を取付部４１の円筒状部４１ｂにおいて連結部材３０に直接的に連結させてもよい。

【0067】

また、上述した実施の形態においては、ひずみゲージ４３〜４６をコーティング材４３０によって被覆するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ひずみゲージ４３〜４６に対する防塵性および防錆性を向上することが不要な環境下であれば、コーティング材４３０によって被覆しなくてもよい。

【0068】

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に係る荷重センサ一体型多軸アクチュエータ１０および荷重センサ４０に限定されるものではなく、本発明の概念および特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含む。また、上述した課題および効果の少なくとも一部を奏するように、各構成を適宜選択的に組み合わせてもよい。例えば、上記実施の形態における各構成要素の形状、材料、配置、サイズ等は、本発明の具体的使用態様によって適宜変更され得る。

【符号の説明】

【0069】

１０……荷重センサ一体型多軸アクチュエータ、１１……ハウジング、１２……駆動ロッド（第１の軸状部材）、２２……吸引ロッド（第２の軸状部材）、２２ａ……先端部、２２ｈ……中空部、２４……保持板、２６……ケーシング、３０……連結部材、４０……荷重センサ、４１……取付部、４２……測定部（本体部）、４３〜４６……ひずみゲージ、４２０……凹部、４２１……周壁部、４２１ｂ……内周面（周方向側の面）、４２２……底壁部（対向壁部（起歪体部分））、４２２ｂ……底面（対向する側の面）、４２３……吸着部、４２３ｓ……隙間（空間）、４２４……ボス部、４２５……押付部、４３０……コーティング材、Ｃ……チップ（対象物）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】