JP2004519686A - 長さ測定接触子 - Google Patents

Abstract

比較的大きな測定領域を有する、即ち、大きな接触ピン（２）のストロークを有する長さ測定接触子において、接触ピン（２）を予緊張するため、複数の螺旋バネ（７，８）が相前後して配設されている。２つの螺旋バネ（７，８）の間には、ボールガイド（４）が存在し、このボールガイドには、一方では、接触ピン（２）が長手方向Ｘに摺動可能に支承されており、またボールガイドは、他方では、基体（１）に、長手方向Ｘに摺動可能に支承されている。

Description

【０００１】
本発明は、特許請求項１の上位概念による長さ測定接触子に関する。
【０００２】
この様式の長さ測定接触子は、製造技術において材料を測定するために使用される。例えば、厚さ、幅、長さ、深さ、並びに内径又は外径を算定することができる。
【０００３】
米国特許第５，０７２，１７４号明細書には、特許請求項の上位概念の特徴を有する長さ測定接触子が記載されている。接触ピンは、ボールガイドの形をしたガイド要素によって、基体における長手方向に摺動可能に支承されている。測定すべき材料に接触するために必要な接触圧力は、螺旋バネによって発生させられ、この螺旋バネは、一方の端部で接触ピンに、また、他方の端部で基体に固定されている。
【０００４】
螺旋バネの長さは、少なくとも接触ピンのストロークに相当しなければならないが、しかしながら、長い螺旋バネは、側方に折れ曲がる傾向がある。所望の接触ピンのストロークが大きくなればなるほど、接触の際に接触ピンによって導入される横断力をレバー作用に基づいて吸収できるようにするために、増々長くボールガイドも構成しなければならない。これにより、比較的大きな測定領域−即ち接触ピンのストローク−を有する長さ測定接触子は、比較的長く構成されている。
【０００５】
長さ測定接触子の全長を短縮するため、米国特許第４，３４７，４９２号明細書によれば、互いに間隔を置いた２つのボールガイドが設けられている。これら両方のボールガイドの間には、接触ピンの位置を検出するための検出装置が配設されている。螺旋バネは、接触ピンの孔内に存在し、これは、比較的太い接触ピンを前提とする。接触ピンの大きなストロークが必要とされる場合、また、長い螺旋バネを使用する場合、ここでも折れ曲がりの問題があり、これは、螺旋バネと接触ピンとの間の摩擦を生じさせる。
【０００６】
本発明の課題は、可能な接触ピンのストロークが比較的大きい場合でも、コンパクトで安定に構成されている、もしくは、ガイド要素が測定工程に不利な影響を与えない長さ測定接触子を提供することである。
【０００７】
この課題は、特許請求項１の特徴によって解決される。
【０００８】
本発明の利点は、螺旋バネが場所を節約するように配設されており、かつ、接触ピンが全ストロークにわたって横断力が安定するように支承されている点にある。長い螺旋バネを、その間に配設されるガイド要素を有する複数の短いバネ内に分割することによって、螺旋バネの折れ曲がりが回避される。僅かな圧縮力又は引張り力Ｆを発生させ、その細いコイル、従って僅かなバネ定数であるにもかかわらず折れ曲がらない螺旋バネを使用する可能性がある。これにより、寿命及び測定精度に影響する好ましくない接触ピンと螺旋バネのコイルとの間の摩擦が回避される。この配設は、今や、接触ピンに固定されたスケールが測定作動中に螺旋バネの少なくとも一方のコイル内に没入するように選択することもできる。
【０００９】
本発明によって得られる別の利点は、限定されたガイド要素の運動である。螺旋バネは、ガイド要素を常に限定的にバネの間に、即ち、バネ特性が同じ場合に力のつり合いに基づいてバネの間の中心に保持する。
【００１０】
本発明の有利な形態は、従属する特許請求項に記載されている。
【００１１】
実施例を、図面と関連した以下の説明で詳細に説明する。
【００１２】
図１及び２を基にして、以下に、本発明により形成された長さ測定接触子の実施例を説明する。これらの図は、概略的に基体１から成る全長さ測定接触子の横断面図を示し、この長さ測定接触子内には、棒状の接触ピン２が測定方向Ｘに摺動可能に支承されている。
【００１３】
図２に図示された材料５に接触するため、接触ピン２の端部は、球状に接触要素６として形成されている。接触工程において、接触ピン２は、その接触要素６でもって測定すべき材料５の表面に対して力Ｆで圧迫される。この力Ｆは、螺旋バネ７及び８によって発生させられ、これらの螺旋バネは、測定方向Ｘに相前後して配設されており、かつ、接触要素６は材料５を圧迫する。場所を節約する構成のために、螺旋バネ７，８のコイルは、丸い接触ピン２の周囲の周りに延在する。接触ピン２の接触運動の際に、接触ピン２と螺旋バネ７，８との間の摩擦を回避するため、周囲にわたって自由空間が接触ピン２と螺旋バネ７，８のコイルとの間に設けられている。
【００１４】
基体１に対する接触ピン２の線形の摺動を測定するため、検出装置９が設けられている。この検出装置は、公知の方法で、スケール９１と、スケール９１の測定目盛りを走査するための走査ユニット９２とから成る。スケール９１は接触ピン２に、また走査ユニット９２は向かい合って位置するように基体１に固定されている。走査ユニット９２によって、位置に依存した電気的な信号が発生させられ、これらの信号は、表示ユニット又は評価ユニットに供給される。スケール９１の測定目盛りは、光電的、容量的、磁気的、又は誘導的に走査可能に形成することができる。特に場所を節約する構成のため、スケール９１は、スケールが接触ピン２のストローク運動の際に螺旋バネ８のコイル内へと没入できるように寸法設定されている。このため、固定の走査ユニット９２と螺旋バネ８の後方の端部との間の軸方向の間隔は、可能な接触ピン２のストロークもしくは検出装置９の測定領域よりも小さい。
【００１５】
基体１内での接触ピン２のガイドは、測定方向Ｘに互いに間隔を置いて配設された複数のガイド要素によって行なわれ、これらのガイド要素は、特にボールガイド３及び４として形成されている。これらボールガイドの一方３は、基体１の接触側の端部に配設されている。接触の際に接触ピン２によって導入される横断力を良好に吸収することができるようにするため、このボールガイドから間隔を置いて少なくとも１つの別のボールガイド４が配設されている。特に場所を節約する構成のために、この別のボールガイド４は、両方の螺旋バネ７と８との間に配設されている。この場合、第１の螺旋バネ７は、一方の端部で接触ピン２に支持され、また、他方の端部でボールガイド４に支持される。このボールガイド４の向かい合って位置する側には、同様に第２の螺旋バネ８の一方の端部が支持され、その際、この螺旋バネ８の他方の端部は基体１に支持される。
【００１６】
ボールガイド３及び４のそれぞれは、その内部に回転可能に支承されたボール３２及び４２を有するボールケージ３１及び４１から成り、これらのボールは、一方の側では基体１の内面において、また、他方の側では接触ピンの表面において回転する。螺旋バネ７及び８が圧縮バネであるので、これらの螺旋バネは、これらの螺旋バネがボールケージ３１，４１に軸方向に測定方向Ｘに支持されることによって、ボールケージ３１及び４１に固定されている。支持領域内では、ボールケージ３１，４１がポット形の部分３３，４３，４４を備え、この部分は、螺旋バネ７，８を取り囲む。
【００１７】
ボールガイド４は、両方の螺旋バネ７と８との間で軸方向に緊張されており、接触ピン２並びに基体１に対して相対的に測定方向Ｘには可動に、しかしながらこの測定方向に対する横断方向には遊びなく、接触ピン２及び基体１に支承されている。測定方向Ｘにおける接触ピン２のストローク運動の際には、ボールガイド４の位置が、螺旋バネ７，８の位置に適合し、このボールガイドの位置は、これらの螺旋バネが同じバネ定数を有する場合、常に両方の螺旋バネ７，８の間の中心位置に存在する。
【００１８】
図１及び２に示された配設は、比較的短いボールガイド３，４が、接触ピン２の横断力を良好に支持するために十分であるという利点を有する。２つの螺旋バネ７と８との間のボールガイド４によって、ただ１つの長い螺旋バネと比べて、螺旋バネ７，８の折れ曲がりは回避される。何故なら、これらのバネの端部は、ボールガイド４によって良好にガイドされるからである。
【００１９】
基体１においてガイド面の位置合わせの誤差を排除するために、基体１が全てのボールガイド３及び４の全領域にわたって１部材から形成されている場合が、特に有利である。
【００２０】
ボールガイド３及び４の代わりに、他のガイド要素、例えば、滑り軸受けも使用することができる。この場合、接触側のボールガイド３を、基体１に固着された滑り軸受けによって、又は基体１に固着されたボール循環ガイドによって代替することもできる。これに反し、ボールガイド４が滑り軸受けによって代替される場合、この滑り軸受けは、基体１並びに接触ピン２に対する軸受け体の自由な可動性を軸方向Ｘに達成するため、並びに遊びがないことをこの軸方向に対する横断方向に達成するために、外側の滑り面を軸受け体と基体１との間に、並びに、内側の滑り面を軸受け体と接触ピン２との間に備えなければならない。
【００２１】
両方の螺旋バネ７，８の間で緊張されたボールガイド４又は滑り軸受け軸受け体の形をしたガイド要素は、このガイド要素が螺旋バネ７，８の位置に適合することによって、接触ピン２のストローク運動を行なう。２つの螺旋バネ７，８を使用する場合、それぞれの螺旋バネ７，８は、接触ピン２のストローク運動の２分の１だけ圧縮される。２つの螺旋バネ７，８に加えて、更にまた別の螺旋バネを相前後して配設することもでき、その際、有利なことに、これらの螺旋バネのそれぞれ２つ間に、示された方法で、ガイド要素、特にボールガイド４が配設される。
【００２２】
２つの螺旋バネ７，８の間のボールガイド４が相応に横断力が安定するように構成される場合、接触ピン２は、もっぱらこのボールガイド４によって案内することもでき、後で更に１つの例を基にして詳細に説明するように、接触側のボールガイド３が省略される。
【００２３】
接触工程を自動化するため、長さ測定接触子に、力を発生させるための空気圧−接続部を設けることができ、この力は、圧縮バネ７，８の接触力Ｆとは反対に作用し、接触ピン２を材料５から持ち上げる。
【００２４】
圧縮バネの代わりに、螺旋バネ７，８は、引張りバネとしても形成することができる。引張りバネによって、接触ピン２は、進入させられた状態ではその静止位置に存在する。接触力Ｆは、空気圧的に圧搾空気によって公知の方法で、圧搾空気が長さ測定接触子の内部空間内へと導入され、これにより接触ピン２の直線運動が導入されることによって発生させられる。接触が自動的に終了させられるべき場合は、圧搾空気が遮断され、これは、結果として、接触ピン２が引張りバネによって材料５から持ち上げられ、元のその静止位置へと進入する。圧縮バネ７，８の代わりに引張りバネを使用する場合、引張りバネの端部は、接触ピン２、基体１及びガイド要素３，４に固着によって固定されている。この固着は、接着、溶接又は形状閉塞によって行なうことができる。形状閉塞は、特に有利であり、このための例は、図３に図示されている。図３は、接触ピン２における螺旋形の引張りバネ１０の端部の固定を示す。固定のため、スリーブ１１は接触ピン２の周囲に圧入されている。このスリーブ１１は、周囲の１部分にわたって延在するカラー１２を備え、このカラーの下には、引張りバネ１０の端部がねじ込まれている。カラー１２は、同様に延在することができ、即ち、スリーブ１１に差し入れることによって製造することができるか、又は、カラー１２は、螺旋形にスリーブ１１の周囲に１ピッチと共に長手方向Ｘに延在することができる。
【００２５】
図４は、長さ測定接触子の別の実施例を示す。図１及び２による構成と違い、ここでは、接触側のボールガイド３が何ら設けられていない。接触ピン２は、両方の螺旋バネ７及び８によって予緊張されるか、もしくは、静止位置に保持され、接触運動の際に予緊張される。両方の螺旋バネ７，８の間には、ボールガイド４が配設されており、このボールガイドには、このボールガイドに付設された螺旋バネ７，８の端部が支持されるか（圧縮バネの場合）、又は、−図示されているように−引張りバネを使用する場合には、この引張りバネに固定することによって固定されている。この固定のため、ボールケージ４１の端部領域は、図３に指示されたそれぞれ１つのカラー１２を、螺旋バネ７，８を形状閉塞的に抑留するために備える。更に、螺旋バネの一方７は基体１に支持され、他方の螺旋バネ８は接触ピン２に支持される。両方の螺旋バネ７，８は、有利なことに、同じバネ特性を有し、従って、基体１に対する接触ピン２のそれぞれ位置において、ボールガイド４は、基体１における支持位置と接触ピン２における支持位置との間の中心に存在する。
【００２６】
全ての構成において、加速、衝撃又はガイド不正確さによって引き起こされるボールガイド４の永続的な移動は回避される。圧縮バネ又は引張りバネとして構成される両方の螺旋バネ７，８は、測定方向Ｘにおけるボールガイド４の望ましくないそれぞれの移動が螺旋バネ７，８の復元力によって相殺されることを保証する。これにより、長さ測定接触子の作動能力は保証されている。何故なら、ボールガイド４は、いかなるエンドストッパに対しても移動できず、これにより、接触ピンの運動の制動を生じさせることができるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
繰り出された接触ピンの最終位置にある長さ測定接触子の断面図を示す。
【図２】
接触位置にある図１による長さ測定接触子を示す。
【図３】
長さ測定接触子の切取り部分を、この長さ測定接触子に固定された引張りバネと共に示す。
【図４】
別の長さ測定接触子の断面図を示す。
【符号の説明】
１ 基体
２ 接触ピン
３，４ ボールガイド
３１，４１ ボールケージ
３２，４２ ボール
３３，４３，４４ ポット形の部分
５ 材料
６ 接触要素
７，８ 螺旋バネ
９ 検出装置
９１ スケール
９２ 走査ユニット
１０ 引張りバネ
１１ スリーブ
１２ カラー
Ｆ 力
Ｘ 測定方向

Claims (10)

1. 少なくとも１つのガイド要素（４）によって基体（１）に対して相対的に測定方向Ｘにバネ力Ｆとは反対に摺動可能に支承されている測定対象（５）に接触するための接触要素（６）を有する接触ピン（２）と、基体（１）に対する接触ピン（２）の位置を検出するための検出装置（９）とを有する長さ測定接触子において、
   接触ピン（２）が、測定方向Ｘに相前後して配設された複数のバネ要素（７，８）を介して予緊張されていること、そして、それぞれ２つのバネ要素（７，８）の間に、ガイド要素（４）が配設されており、このガイド要素に、このガイド要素に面したこれら２つのバネ要素（７，８）の端部領域が固定されており、その際、ガイド要素（４）が、接触ピン（２）及び基体（１）に、測定方向Ｘに摺動可能に支承されていることを特徴とする長さ測定接触子。
2. 接触ピン（２）が、２つのバネ要素（７，８）を介して予緊張されており、その際、バネ要素の一方（７）の一方の端部領域が接触ピン（２）に固定されており、また、このバネ要素（７）の他方の端部領域がガイド要素（４）に固定されており、そして、別のバネ要素（８）の一方の端部領域がガイド要素（４）に、また、このバネ要素（８）の他方の端部領域が基体（１）に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の長さ測定接触子。
3. ガイド要素がボールガイド（４）であることを特徴とする請求項１又は２に記載の長さ測定接触子。
4. ボールガイド（４）が、ボールケージ（４１）とこのボールケージ内に回転可能に支承されたボール（４２）とから成ること、そして、バネ要素（７，８）の端部領域が、ボールガイド（４）のボールケージ（４１）に固定されていることを特徴とする請求項３に記載の長さ測定接触子。
5. 接触ピン（２）が、少なくとも１つの別のガイド要素（３）を介して、基体（１）に測定方向（Ｘ）に摺動可能に支承されており、この基体には、バネ要素（７，８）のいずれもが固定されていないことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の長さ測定接触子。
6. 別のガイド要素が、接触ピン（２）と基体（１）との間のボールガイド（３）であることを特徴とする請求項５に記載の長さ測定接触子。
7. 別のガイド要素（３）が、強固に基体（１）に固着されていることを特徴とする請求項５に記載の長さ測定接触子。
8. バネ要素が、圧縮バネ（７，８）の形をした螺旋バネであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の長さ測定接触子。
9. バネ要素が、引張りバネ（１０）の形をした螺旋バネであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の長さ測定接触子。
10. バネ要素（７，８）が同じバネ特性を備え、従って、ガイド要素（４）が、バネ要素（７，８）の間の中心に保持されるように構成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の長さ測定接触子。