(57)【要約】      （修正有）【課題】工作物を把握した状態で回転させるチャックについて、正確な把握力に基づいて、把握力の大きさのレベルを表示させるリアルタイム表示システムを提供する。【解決手段】チャックの爪に貼り付けた歪ゲージ・増幅器１５・ＡＤ変換器１６・マイコン１７を用いて、歪出力を測定し、把握力の測定値を得る。また、適切な位置に加速度センサ８を設置し、子爪等の遠心力を求める。この際、作業者がＤＩＰスイッチ２０の設定値を変えて、子爪の質量変化、子爪の半径位置変化などの作業による条件変化に、高精度で対応できる。把握力の測定値から、子爪等の遠心力を差し引き、得られる把握力の真値のレベルに基づき、ＬＥＤ１８を連続点灯・点滅・消灯させ、作業者に把握力のレベルをリアルタイムで表示する。【選択図】図２
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
工作物を把握した状態で回転させるチャックについて，歪ゲージ・小型シグナルコンディショナ・ＡＤ変換器・マイコンを用いて求めたチャック把握力の測定値に対し，生爪・親爪・ジョーの適切な位置に設置した小型加速度センサの出力を利用し，式（２）で表される，子爪等７の遠心力をリアルタイムで測定・補正し，把握力の真値を求める．
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式（２）の・［１０００・（Ｍ７／Ｍ７０）・（Ｒ７／Ｒ８）］を，ＤＩＰスイッチ２０で設定する．
・｛Ｍ７０／１０００｝を，マイコン１７のプログラムで設定する．
・（Ｒ８＊ω＊ω）は，加速度センサ８の出力である．
・上記３個の値の積は，マイコンで計算する．
［１０００・（Ｍ７／Ｍ７０）・（Ｒ７／Ｒ８）］については，
工作物半径が異なることによる（Ｒ７／Ｒ８）の変化，および
子爪の把握部を切削することによる（Ｍ７／Ｍ７０）の質量変化にも
柔軟に対応させるため，ＤＩＰスイッチを用いるという特徴を有している．
さらに，１０００倍しているので，（Ｍ７／Ｍ７０）・（Ｒ７／Ｒ８）の
１／１０００オーダーの変化
に対しても，高い精度で対応できるので，
結果として子爪等７の遠心力を高い精度で求められる．
上記の要領で求めた把握力の真値のレベルを，回転体側のＬＥＤで連続点灯・０．５秒点滅（：０．５秒点灯・０．５秒消灯）・０．１秒点滅・消灯などのパターンで，表示させる装置であって，以上の計算とＬＥＤの制御も，マイコンで行うという特徴の装置である．
ただし，本考案の装置の起動時または必要な時に，ＤＩＰスイッチの設定値をマイコンに取り込み，その値を表示させ確認させるとともに，その後はマイコン内の設定値を用いるべきである．
また，歪ゲージまたは加速度センサが存在する領域には，クーラントや切り屑の侵入を防止するため，爪の両側面にカバーを設置する．歪ゲージから増幅器（小型シグナルコンディショナ）・マイコンへの配線，および小型加速度センサからマイコンなどへの配線は，図１の例の生爪３およびマスタージョー４内に溝を設け，この中を配線すると良い．生爪とマスタージョーを一体化させると，この溝の作成と配線に都合が良い．
以上の特徴を有するチャック把握力レベルのリアルタイム表示装置．
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本考案は、主として工作物を把握した状態で回転させるチャックについて，正確な把握力に基づいて，把握力の大きさのレベルを表示させる装置に関するものである．
【背景技術】
【０００２】  工作物をチャックで，外爪により把握した状態で，加工のためチャックと工作物を高速回転させると，工作物を把握している爪の遠心力が増加し，爪から工作物に作用する真の把握力が減少する．真の把握力がゼロになると，高速回転しているチャックから工作物が放出されるので，作業者にとって危険である．【０００３】  実用になっている現状は，回転していない状態のチャックに測定器を把握させ，把握力を測定し，チャックから作用する把握力を確認・管理している．しかし，この方法では，測定器と同一直径での把握状態を確認しているが，それ以外の直径での把握状態は確認していない．即ち，チャック本体の溝とこの溝中をスライドするマスタージョーとの間の滑り易さは，切りくずの噛み込みや溝の部分的変形により大きく影響を受けるので，特定の直径位置でのみ把握力を確認する現状では，それ以外の直径位置での把握力が十分かどうかは，不明である．【０００４】  また，［０００３］に示した現状では，理論推定値による遠心力分だけ，回転中の把握力が減少するものと仮定し，作業者への安全対策としている．しかし，理論推定値を計算する際に用いた質量の値だけでなく，この質量の重心の回転半径が，作業現場の実情を適切に反映しているかどうかが明らかでないので，この現状は，あくまでも見込みであり，安全対策として十分であるとは言えない．【０００５】  この状況への対策として，［非特許文献１］においては，チャックの爪に歪ゲージを貼り付けられる構造とし，回転体内に小型シグナルコンディショナーとＡＤ変換器およびマイコンを設置し，これらを用いて歪出力を測定し，得られたデータを光学式方法で，外部静止側のパソコンに伝送している．また，Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｎｔｓ社のＬａｂＶＩＥＷシステムを用いて，作業者に使い易い計測・表示システムを開発している．上記システムの精度は十分であるが，ＬａｂＶＩＥＷおよびパソコンを用いる比較的大掛かりなシステムである．
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】横山和宏，川崎裕生，後閑哲也著「旋盤チャック把握力のモニタリング・システム」設計工学，４４巻４号（２００９年平成２１年４月）２２４〜２２９頁
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００７】  チャックから工作物に作用する把握力は，各部の遠心力により影響を受けるので，リアルタイムで真の把握力を正確にモニタリングすることは容易でない．真の把握力がゼロになると，高速で回転しているチャックから工作物が放出され，作業者に危害を及ぼす．また，過大な把握力が作用する場合は，把握力による薄肉工作物の変形が大きくなるので，チャックから取り外した工作物（：製品）の精度が悪くなり，場合によっては，オシャカにせざるを得ないという不具合が予想される．
【課題を解決するための手段】
【０００８】  対策として，［非特許文献１］に示すように，歪ゲージを用いる把握力測定システムを利用する．［非特許文献１］のシステムでは，子爪等の遠心力の効果をリアルタイムで測定していない．子爪等７の遠心力とは，図１中の右下下がりの斜線で示す部分７の遠心力である．即ち，工作物から子爪へ作用する．把握力の反力９から歪ゲージ６までの間で，歪ゲージの出力に影響を及ぼす部分の遠心力を意味し，図３（ａ）に示すように，チャック把握力の測定値と真値の差である．【０００９】  そこで本考案では，図３中の子爪等７の遠心力をリアルタイムで求めるため，例えば図１中に示すように，生爪３またはマスタージョー４の適切な半径位置に加速度センサ８を設置する．加速度センサとしては，小型でかつ十分なレンジの性能のものを選定する．
センサの出力は，センサ設置位置の回転半径×（角速度×角速度）のディジタル値であるので，これに子爪等７の質量Ｍ７と，Ｍ７の重心の回転半径Ｒ７と加速度センサ位置の回転半径Ｒ８の比を考慮した係数を掛けて，子爪等７の遠心力を求める．計算にはマイコンを用いる．センサ出力への重力の影響が無視できない場合には，１回転中に複数回の測定を行い，測定値の平均値をセンサ出力とすることにより，重力の影響を打ち消すと良い．使用する電源は，回転体側に電池を設置しても，［非特許文献１］と同様に，非接触給電としても良い．【００１０】  図３（ｂ）中の，チャック把握力の測定値から，上記子爪等７の遠心力を差し引き，チャック把握力の真値をリアルタイムで得る．この真値が十分な場合または適切な場合には，ＬＥＤを連続点灯させる．ある閾値未満になるとＬＥＤを例えば０．５秒で点滅（：０．５秒点灯・０．５秒消灯）させ，さらに小さい別の閾値未満になるとＬＥＤを０．１秒で点滅させる．さらに小さい別の閾値未満になり，危険な状態になるとＬＥＤを消灯させる．以上の計算とＬＥＤの制御も，マイコンで行えば良い．
【考案の効果】
【００１１】  作業者は，［００１０］に例示したＬＥＤの状態から把握力の状況を監視し，作業を継続する，または回転数を減少させる，または回転を停止させるなど，適切な処置をとることができるので，作業の安全を確保できる．および不必要な低回転数に伴う加工能率低下を回避し，適切な加工能率・作業能率を確保できる．また，過大な把握力による，工作物の変形と加工精度の低下を防止できる．
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は，工作物・子爪・生爪への作用力（外爪による把握の場合）・・・・［実施例１］
【図２】図２は，チャック把握力のモニタリングシステム（回転体側）・・・・［実施例１］
【図３】図３は，チャック把握力の測定値と真値・・・・・・・・［非特許参考文献１］を示す
【考案を実施するための形態】
【００１３】  爪に，小型加速度センサ８を取り付けて，その位置における遠心力に相当する加速度を測定する．この測定値を用いて，子爪等７の遠心力を計算し，チャック把握力の測定値から差し引き，チャック把握力の真値を求める．この真値に基づいて，回転体側に設置したＬＥＤ１８の連続点灯・点滅・消灯を制御し，作業環境の安全を図る．且つ［非特許参考文献１］に比べ，格安の装置を実現する．
【実施例１】
【００１４】  工作物をチャックで把握する場合，複数個の爪で把握する．その中の１個の爪を取り上げ，図１に示す［実施例１］の場合について説明する．工作物１を子爪２で把握する．子爪２と生爪３とは，回転半径の外周近くと内周近くの２箇所においてのみ接触し，ボルトで締結され，この２箇所のみで作用力を伝達させる構造にしている．【００１５】  図１に示すように，チャック外周側の締結部の直ぐ内側に，四角穴Ｂを開け，図示の薄肉部に歪ゲージを貼る．薄肉部の厚さ，幅（図１の紙面に垂直方向の寸法）は，歪を検出可能で，且つ使用時の強度が十分であるように設計する．四角穴Ｂの外周側に隣接した位置にも，四角穴Ｄを開ける．この構造は平行板ばね構造と呼ばれ，四角穴Ｂに隣接し四角穴Ｄと反対側の十分な強度の領域は変形しないので，四角穴Ｂに貼り付けた歪ゲージに生じる歪を単純引張りまたは単純圧縮の状態にすることができる．【００１６】  上記と同様に，チャック内周側の締結部付近にも四角穴を２個開け，その中の外周側の穴に歪ゲージを貼る．図１の例では，合計４枚の歪ゲージ（Ｔｉ１，Ｔｉ２，Ｃｉ１，Ｃｉ２）を貼り，図２に示すように４枚ゲージ法で歪ゲージ回路の出力を大きく取れるようにしている．歪ゲージ回路からの出力の測定などについては，［非特許文献１］を参照してください．【００１７】  図１に示す合計４個の四角穴のうち，最も外周にある，歪ゲージを貼っていない四角穴Ｄの壁に，加速度センサ８を固定する．子爪等７の遠心力を，式（１）（２）により求める．
子爪等７の実際の質量をＭ７，設計質量をＭ７０とする．
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であるので，式（２）の
・（Ｒ８＊ω＊ω）は，加速度センサ８の出力である．
・｛Ｍ７０／１０００｝  を，マイコン１７のプログラムで設定する．
・［１０００・（Ｍ７／Ｍ７０）・（Ｒ７／Ｒ８）］  を，１０ｂｉｔのＤＩＰスイッチ２０で設定する．
・上記３個の値の積は，マイコンで計算する．【００１８】［１０００・（Ｍ７／Ｍ７０）・（Ｒ７／Ｒ８）］  において，１０００倍しているので，（Ｍ７／Ｍ７０）・（Ｒ７／Ｒ８）の１／１０００オーダーの変化に対して，ＤＩＰスイッチの設定値を１だけ変更することで対応できる．その結果，子爪等７の遠心力を高い精度で求められる．【００１９】  ただし，本考案の装置の起動時または必要な時に，ＤＩＰスイッチの設定値をマイコンに取り込み，その値を表示させ確認するとともに，その後はマイコン内の設定値を用いるべきである．【００２０】  そこで，チャック把握力の測定値から，式（２）による子爪等７の遠心力を差し引き，把握力の真値をリアルタイムで計算できる．把握力の真値に基づいて，回転体側に設置してある，ＬＥＤ１８の連続点灯・点滅・消灯を制御する．例えば，把握力が十分または適切なレベルであれば，ＬＥＤを連続点灯させる．ある閾値未満になるとＬＥＤを例えば０．５秒で点滅（：０．５秒点灯・０．５秒消灯）させ，さらに小さい別の閾値未満になるとＬＥＤを０．１秒で点滅させる．さらに小さい別の閾値未満になり，危険な状態になるとＬＥＤを消灯させる．
以上の計算とＬＥＤの制御も，マイコンで行えば良い．【００２１】  歪ゲージ６が存在する四角穴Ｂ，および加速度センサ８が存在する四角穴Ｄには，クーラントや切り屑の侵入を防止するため，爪の両側面にカバー５を設置する．歪ゲージ６から増幅器（小型シグナルコンディショナ）１５への配線，および小型加速度センサ８からマイコン１７などへの配線は，図１の例の生爪３およびマスタージョー４内に溝を設け，この中を配線すると良い．生爪とマスタージョーを一体化させると，この溝の作成と配線に都合が良い．
【符号の説明】１：工作物
２：子爪
３：生爪（把握力測定用の歪ゲージ６を貼ってある．加速度センサ８も固定している．）
４：マスタージョー
５：カバー（クーラント・切りくずが歪ゲージ貼付け部および加速度センサ設置部へ侵入するのを防止）
６：歪ゲージ
７：子爪等の部分（子爪＋生爪の一部，歪ゲージ出力に影響する部分）
８：加速度センサ
（Ｒ８＊ω＊ωを測定，Ｒ８：加速度センサの取付位置の回転半径，ω：角速度）
９：Ｆｚｉ，非回転時における，チャック把握力の反力
１０：Ｆｚｉ／２
１１：Ｆｚｉ／２
１２：チャックの回転中心
１３：    ”  ”  ”    と加速度センサ８の中心との間の距離Ｒ８
１４：    ”  ”  ”    と子爪等７の重心との間の距離Ｒ７
１５：増幅器（小型シグナルコンディショナ，歪ゲージ回路用増幅器）
１６：Ａ／Ｄ変換器
１７：マイコン（：マイクロコントローラ）
１８：ＬＥＤ（把握力のレベル表示用，連続点灯，点滅，消灯）
１９：電源
２０：ＤＩＰスイッチ（１０ｂｉｔなど）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年7月20日(2012.7.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
１）生爪または親爪に固定した子爪で工作物を把握し，その状態で回転させるチャックの，把握力レベルのリアルタイム表示システム
２）生爪または親爪の一部に四角形状の溝をあけ，その溝壁で子爪側の薄肉の溝壁に貼り付けた歪ゲージを歪ゲージ用の増幅器に結線して，把握力を測定する構造のチャックの，把握力レベルのリアルタイム表示システム．
３）上記増幅器の出力部をＡ／Ｄ変換器に結線し，Ａ／Ｄ変換器をマイコンで制御し，変換結果をマイコンに入力するように結線したチャックの，把握力レベルのリアルタイム表示システム．
４）上記３）の四角形状溝に隣接する別の四角形状溝のうち最外周の溝の，厚肉の溝壁に小型加速度センサを設置し，この加速度センサの出力を上記マイコンに入力するように結線したチャックの，把握力レベルのリアルタイム表示システム．
５）上記加速度センサの出力は遠心力（Ｒ８＊ω＊ω）であるので，この出力を結線したマイコンにおいて，測定誤差である子爪等７による遠心力を計算するプログラムをインストールしたマイコンを用いるチャックの，把握力レベルのリアルタイム表示システム．
６）マイコンにインストールしたプログラムは，子爪等７による遠心力を式（２）で計算し，その際に用いる係数［１０００・（Ｍ７／Ｍ７０）・（Ｒ７／Ｒ８）］の値を，回転体側に設置したＤＩＰスイッチ２０で設定し，その値をマイコンに入力できるよう結線したチャックの，把握力レベルのリアルタイム表示システム．
子爪等７の遠心力＝［１０００・（Ｍ７／Ｍ７０）・（Ｒ７／Ｒ８）］・｛Ｍ７０／１０００｝・（Ｒ８＊ω＊ω）・・・（２）
７）式（２）の｛Ｍ７０／１０００｝の値を，マイコン１７にインストールしたプログラムで設定するようにしたチャックの，把握力レベルのリアルタイム表示システム．
ただし，
Ｍ７：子爪等７の（実際の）質量
＝子爪の質量＋子爪に連結している生爪の一部で，歪ゲージの出力に                    影響する部分の質量
Ｍ７０：Ｍ７の設計質量
Ｒ７：Ｍ７の重心の回転半径
Ｒ８：加速度センサ位置の回転半径
ω：チャックの回転角速度        である．
８）上記の式（２）で求めた把握力の真値のレベルを，回転体側のＬＥＤで連続点灯・０．５秒点滅（：０．５秒点灯・０．５秒消灯）・０．１秒点滅・消灯などのパターンで，表示させるチャックの，把握力レベルのリアルタイム表示システム．
９）上記のＬＥＤの点灯・点滅・消灯の制御も，マイコンにインストールしたプログラムで実行し，この実行が可能なようにマイコンを結線したチャックの，把握力レベルのリアルタイム表示システム．
１０）回転体側で必要な電源は，チャック内またはチャックと一緒に回転する回転体に設置しているチャックの，把握力レベルのリアルタイム表示システム．
以上の特徴を備えたチャックの，把握力レベルのリアルタイム表示システム．
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】  本考案は、主として工作物を把握した状態で回転させるチャックについて，正確な把握力に基づいて，把握力の大きさのレベルを表示させるシステムに関するものである．
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】  爪に，小型加速度センサ８を取り付けて，その位置における遠心力に相当する加速度を測定する．この測定値を用いて，子爪等７の遠心力を計算し，チャック把握力の測定値から差し引き，チャック把握力の真値を求める．この真値に基づいて，回転体側に設置したＬＥＤ１８の連続点灯・点滅・消灯を制御し，作業環境の安全を図る．且つ［非特許参考文献１］に比べ，格安のシステムを実現する．
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】  ただし，本考案のシステムの起動時または必要な時に，ＤＩＰスイッチの設定値をマイコンに取り込み，その値を表示させ確認するとともに，その後はマイコン内の設定値を用いるべきである．