JP2005147808A - クランプ装置を有する測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 測定装置において、簡単で安価な構成により外部の振動が測定値に悪影響を及ぼすことを防止する。
【解決手段】 クランプ装置１０７が固定用部材を挟み込むことにより、センサ部１０３がコラム１０４に固定される。こうして、ＸＹステージ１０２上の測定対象物とセンサ部１０３の高さ方向の位置関係が固定された状態で、センサ部１０３が測定対象物の大きさを測定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、測定対象物の大きさを測定する測定装置に関する。

今日、測定対象物をステージ上に載置して、センサによりその長さ、高さ等の大きさを測定する測定装置が様々な用途で用いられている。このような測定装置の一種として、対象物を拡大して観察もしくは測定を行う顕微鏡が挙げられる。
図１４は、このような測定装置の外観図である。図１４の測定装置では、ベース１４０１の上面に測定対象物を載せて水平面内で移動するＸＹステージ１４０２が設置されてお
り、測定用のセンサを有するセンサ部１４０３が、直線案内機構によって上下方向に移動可能となるように設けられている。この直線案内機構は、べ一ス１４０１に固定されたコラム１４０４に設けられたガイド１４０５、図示しないラックおよびピニオン、そのピニオンと共軸の駆動ハンドル１４０６により構成される。また、駆動ハンドル１４０６には、センサ部１４０３の自重で回転しないように、回転防止機構が設けられている。

また、処置機械の線形案内に使用され、スピンドルによって互いの間隔を変えることのできる２つの独立したクランプ顎部を有するクランプ装置も知られている（例えば、特許文献１参照）。
ドイツ実用新案第２９７００３１１Ｕ１号

しかしながら、上述した測定装置には、次のような問題がある。
一般に、測定対象物毎に高さが異なり、例えば、同じ対象物でも測定部位によって高さが異なるため、測定対象物を測定装置で測定する場合、高さ合わせを行わなければならない。このとき、センサ部１４０３をコラム１４０４に沿って上下に移動させて測定対象物の高さに合わせてから、測定が行われる。

しかし、センサ部１４０３は、ラックとピニオンで上下方向に固定されているだけであり、外部からの振動がベース１４０１とコラム１４０４からラックとピニオンへと伝わり、最終的にはセンサ部１４０３へ伝わっていく。センサ部１４０３は、ラック上にピニオンの歯で載っているだけなので、充分な固定ができていないため、ＸＹステージ１４０２上の測定対象物とセンサ部１４０３との間の相対的な位置関係を維持できず、測定値に悪影響を及ぼす。

この問題は、ベース１４０１、コラム１４０４、ＸＹステージ１４０２、およびガイド
１４０５の剛性を向上させても解決されず、一般的には、測定装置を除振台等の高価な台上に設置することで問題の解決が図られている。

また、特許文献１に開示のクランプ装置は構造が複雑であった。
本発明の課題は、簡単で安価な構成により外部の振動が測定値に悪影響を及ぼすことを防止する測定装置を提供することである。

本発明の第１の局面における測定装置は、ステージ手段、測定手段、調整手段、固定用部材、およびクランプ手段を備え、測定対象物の大きさを測定する。ステージ手段は、測定対象物を載置し、測定手段は、測定を行い、調整手段は、ステージ手段と測定手段の高さ方向の位置関係を調整する。クランプ手段は、弾性変形により固定用部材を挟み込むことで、ステージ手段と測定手段の高さ方向の位置関係を固定する。

本発明の第２の局面において、第１の局面における測定装置のクランプ手段は、弾性を有する断面コの字形状のクランプ部材と、クランプ部材のコの字形状の開口部側を弾性変形させて固定用部材を挟み込むように作用するネジ手段とから構成されている。
本発明の第３の局面において、第１の局面における測定装置の測定手段は、測定対象物を拡大して測定するための光学系を含む。

本発明の第４の局面において、第１の局面における測定装置のクランプ手段は、曲面形状の接触部により固定用部材を挟み込む。
本発明の第５の局面における測定装置は、ベース手段、ベース手段上に設置されたステージ手段、ベース手段に固定されたコラム手段、および測定手段を備え、測定対象物の大きさを測定する。ステージ手段は、測定対象物を載置し、コラム手段は、高さ方向の直線案内を行うガイドレールを有し、測定手段は、ガイドレール上を高さ方向に移動可能であって、測定を行う。測定手段は、弾性変形によりガイドレールを挟み込むことで、ステージ手段と測定手段の高さ方向の位置関係を固定するクランプ手段を有する。

本発明の第６の局面における測定装置は、ベース手段、ベース手段上に設置されたステージ手段、ベース手段に固定されたコラム手段、および測定手段を備え、測定対象物の大きさを測定する。ステージ手段は、測定対象物を載置し、測定手段は、コラム手段上を高さ方向に移動可能であって、測定を行う。測定手段は、固定用部材を有し、コラム手段は、弾性変形により固定用部材を挟み込むことで、ステージ手段と測定手段の高さ方向の位置関係を固定するクランプ手段を有する。

上記ベース手段、ステージ手段、測定手段、およびコラム手段は、例えば、後述するベース１０１、ＸＹステージ１０２、センサ部１０３、およびコラム１０４にそれぞれ対応し、上記調整手段は、例えば、後述する駆動ハンドル１０６、ピニオン３０１、およびラック３０２に対応する。また、上記固定用部材は、例えば、後述するガイドレール１０５ａ、バー１０３ａ、および移動レール７０１ａに対応し、上記クランプ手段は、例えば、後述するクランプ装置１０７、４０１、および７０２に対応する。

本発明によれば、クランプ装置が部材の弾性変形によりガイドレール等の固定用部材を挟み込むため、測定対象物とセンサ部の高さ方向の位置関係を高剛性に固定することができる。したがって、簡単で安価な構成で、外部の振動が測定値に悪影響を及ぼさないようにセンサ部を固定することが可能となる。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
図１および図２は、第１の実施形態の測定装置を示す左斜視図および右斜視図である。図１および図２の測定装置は、ベース１０１、ＸＹステージ１０２、センサ部１０３、コラム１０４、ガイド１０５、駆動ハンドル１０６、およびクランプ装置１０７を備える。クランプ装置１０７以外の構成部分の機能は、図１４に示した測定装置と同様である。測定装置が顕微鏡である場合、センサ部１０３は、測定対象物を拡大して観察もしくは測定を行うための光学系を含んでいる。

図３は、図１および図２の測定装置のクランプ装置１０７を含む要部の断面図である。ガイド１０５は、ガイドレール１０５ａ、１０５ｂとガイドブロック１０５ｃ、１０５ｄから構成され、その内部にはボールベアリングが内蔵されている。センサ部１０３をコラム１０４に沿って移動させる際、ガイドブロック１０５ｃ、１０５ｄが上下に移動すると、内部でボールベアリングが循環する仕組みになっている。

クランプ装置１０７は、クランプハンドル１０７ａ、軸１０７ｂ、およびクランプ部材１０７ｃから構成され、クランプハンドル１０７ａは軸１０７ｂに固定されている。クランプ部材１０７ｃは弾性を有し、その断面はコの字形状になっている。軸１０７ｂの先端にはオスネジ部が形成されており、軸１０７ｂはクランプ部材１０７ｃの孔に挿入され、そのオスネジ部がクランプ部材１０７ｃに形成されたメスネジ部と螺合している。また、クランプ部材１０７ｃはセンサ部１０３側に固定されており、ガイドレール１０５ａをクランプ部材１０７ｃのコの字形状の開口部側が挟み込む形状になっている。

測定時は、ＸＹステージ１０２上の測定対象物の高さに合わせて駆動ハンドル１０６を回すことにより、ピニオン３０１が回転し、ラック３０２に上下方向の力が加わり、ガイドブロック１０５ｃ、１０５ｄがガイドレール１０５ａ、１０５ｂに沿って移動する。その結果、センサ部１０３は上下方向に移動し、測定対象物の高さに合わせて位置決めされる。

ここで、クランプハンドル１０７ａを回すと、軸１０７ｂが回転してメスネジ部にねじ込まれるので、クランプ部材１０７ｃのコの字形状の開口部側が弾性により変形してガイドレール１０５ａを挟み込む。これにより、センサ部１０３はコラム１０４と固定されるため、センサ部１０３と測定対象物の上下方向の位置関係が固定されることになる。

このようなクランプ装置１０７によれば、クランプ部材１０７ｃの弾性変形を利用してセンサ部１０３を固定するため、簡単で安価な構成でセンサ部１０３とコラム１０４を高剛性に固定することができる。また、クランプ部材１０７ｃは既存のガイドレール１０５ａを挟み込むため、クランプ部材１０７ｃで挟み込まれる新たな固定用部材を設ける必要がない。

ここでは、構成が簡単になるように直線案内機構のガイドレール１０５ａを固定用部材として利用しているが、その代わりにクランプ用のバーをコラム１０４側に設けても構わない。
図４および図５は、第２の実施形態の測定装置を示す外観図である。図４および図５の測定装置は、ベース１０１、ＸＹステージ１０２、センサ部１０３、コラム１０４、ガイド１０５、駆動ハンドル１０６、およびクランプ装置４０１を備える。

図６は、図４および図５の測定装置のクランプ装置４０１を含む要部の断面図である。ガイド１０５は、図３と同様の構成を有し、クランプ装置４０１は、クランプハンドル４０１ａ、軸４０１ｂ、およびクランプ部材４０１ｃから構成され、図３のクランプ装置１０７と同様のクランプ機能を有する。ただし、この場合、クランプ部材４０１ｃはセンサ部１０３側ではなくコラム１０４側に固定されており、センサ部１０３側に形成されたクランプ用のバー１０３ａを挟み込む形状になっている。

クランプハンドル４０１ａを回すと、軸４０１ｂが回転してメスネジ部にねじ込まれるので、クランプ部材４０１ｃが弾性により変形してクランプ用のバー１０３ａを挟み込む。これにより、センサ部１０３はコラム１０４と固定されるため、センサ部１０３と測定対象物の上下方向の位置関係が固定される。

図７および図８は、第３の実施形態の測定装置を示す外観図である。図７および図８の測定装置は、ベース１０１、ＸＹステージ１０２、センサ部１０３、コラム１０４、駆動ハンドル１０６、ガイド７０１、およびクランプ装置７０２を備える。
図９は、図７および図８の測定装置のクランプ装置７０２を含む要部の断面図である。ガイド７０１は、断面がＶ字形状の溝を有する移動レール７０１ａ、７０１ｂおよび固定レール７０１ｃ、７０１ｄと、ボールベアリングから構成されている。固定レール７０１ｃ、７０１ｄと移動レール７０１ａ、７０１ｂはボールベアリングを介して向き合っており、センサ部１０３をコラム１０４に沿って移動させる際、ボールベアリングが回転することにより移動レール７０１ａ、７０１ｂが固定レール７０１ｃ、７０１ｄ上を移動する仕組みになっている。

クランプ装置７０２は、クランプハンドル７０２ａ、軸７０２ｂ、およびクランプ部材７０２ｃから構成され、図３のクランプ装置１０７と同様のクランプ機能を有する。ただし、この場合、クランプ部材７０２ｃは、図６のクランプ部材４０１ｃと同様にコラム１０４側に固定されており、移動レール７０１ａを挟み込む形状になっている。

測定時は、ＸＹステージ１０２上の測定対象物の高さに合わせて駆動ハンドル１０６を回すことにより、ピニオン３０１が回転し、ラック３０２に上下方向の力が加わり、移動レール７０１ａ、７０１ｂが固定レール７０１ｃ、７０１ｄ上を移動する。その結果、センサ部１０３は上下方向に移動し、測定対象物の高さに合わせて位置決めされる。

ここで、クランプハンドル７０２ａを回すと、軸７０２ｂが回転してメスネジ部にねじ込まれるので、クランプ部材７０２ｃが弾性により変形して移動レール７０１ａを挟み込む。これにより、センサ部１０３はコラム１０４と固定されるため、センサ部１０３と測定対象物の上下方向の位置関係が固定される。

ここでは、クランプ部材７０２ｃをコラム１０４側に固定して移動レール７０１ａを挟み込むようにしているが、その代わりに、クランプ部材７０２ｃをセンサ部１０３側に固定して固定レール７０１ｃを挟み込むようにしても構わない。また、移動レール７０１ａや固定レール７０１ｃの代わりに、図６と同様のクランプ用のバーを設けてもよく、ガイド７０１のボールベアリングをローラベアリングに置き換えてもよい。

次に、図１０から図１３までを参照しながら、クランプ部材が固定用部材に接触する部分の表面形状について説明する。
図１０に示すように、図３のクランプ部材１０７ｃの先端の接触部の形状が平面である場合、固定用部材とどこで接触するかが必ずしも明確でなく、傾き線による片あたりの接触となって安定しない可能性がある。そこで、クランプ部材１０７ｃの接触部の形状を曲面や刃物形状（三角）にして、点接触や線接触により確実に接触させる方法が考えられる。

図１１および図１２は、接触部の断面形状を半円形にした例を示しており、図１３は、接触部の形状を凸面にした例を示している。このような接触部の形状を採用することで、クランプ時にクランプ部材１０７ｃと固定用部材の安定した接触が得られる。また、あらかじめクランプ部材１０７ｃの変形を見越して、接触部の形状を傾きを持たせた平面にしておいても構わない。

図６のクランプ部材４０１ｃおよび図９のクランプ部材７０２ｃの接触部の形状についても、クランプ部材１０７ｃと同様の形状を採用することにより、クランプ時に安定した接触を得ることができる。
以上説明した実施形態において、クランプ部材の材料としては、耐久性に優れたばね鋼を用いることが好ましく、接触部の表面には、摩擦力を持たせるために、ゴム、樹脂、磁性体等を用いて表面加工を施しておくことが好ましい。また、クランプ部材はコの字形状の断面を有する単一の部品でなくてもよく、各々別々の部品、例えば、３点の部品を一体的に構成し弾性を利用するようにしても構わない。

本発明の第１の測定装置の左斜視図である。 本発明の第１の測定装置の右斜視図である。 第１の測定装置の断面図である。 本発明の第２の測定装置の外観図（その１）である。 本発明の第２の測定装置の外観図（その２）である。 第２の測定装置の断面図である。 本発明の第３の測定装置の外観図（その１）である。 本発明の第３の測定装置の外観図（その２）である。 第３の測定装置の断面図である。 クランプ装置の第１の形状を示す図である。 クランプ装置の第２の形状を示す図である。 クランプ装置の第２の形状の断面図である。 クランプ装置の第３の形状を示す図である。 測定装置の外観図である。

符号の説明

１０１、１４０１ ベース
１０２、１４０２ ＸＹステージ
１０３、１４０３ センサ部
１０３ａ バー
１０４、１４０４ コラム
１０５、７０１、１４０５ ガイド
１０５ａ、１０５ｂ ガイドレール
１０５ｃ、１０５ｄ ガイドブロック
１０６、１４０６ 駆動ハンドル
１０７、４０１、７０２ クランプ装置
１０７ａ、４０１ａ、７０２ａ クランプハンドル
１０７ｂ、４０１ｂ、７０２ｂ 軸
１０７ｃ、４０１ｃ、７０２ｃ クランプ部材
３０１ ピニオン
３０２ ラック
７０１ａ、７０１ｂ 移動レール
７０１ｃ、７０１ｄ 固定レール

Claims (6)

1. 測定対象物の大きさを測定する測定装置であって、
   前記測定対象物を載置するステージ手段と、
   測定を行う測定手段と、
   前記ステージ手段と測定手段の高さ方向の位置関係を調整する調整手段と、
   固定用部材と、
   弾性変形により前記固定用部材を挟み込むことで、前記ステージ手段と測定手段の高さ方向の位置関係を固定するクランプ手段と
   を備えることを特徴とする測定装置。
2. 前記クランプ手段は、弾性を有する断面コの字形状のクランプ部材と、前記クランプ部材のコの字形状の開口部側を弾性変形させて前記固定用部材を挟み込むように作用するネジ手段とから構成されていることを特徴とする請求項１記載の測定装置。
3. 前記測定手段は、前記測定対象物を拡大して測定するための光学系を含むことを特徴とする請求項１記載の測定装置。
4. 前記クランプ手段は、曲面形状の接触部により前記固定用部材を挟み込むことを特徴とする請求項１記載の測定装置。
5. 測定対象物の大きさを測定する測定装置であって、
   ベース手段と、
   前記ベース手段上に設置され、前記測定対象物を載置するステージ手段と、
   高さ方向の直線案内を行うガイドレールを有し、前記ベース手段に固定されたコラム手段と、
   前記ガイドレール上を高さ方向に移動可能であって、測定を行う測定手段とを備え、
   前記測定手段は、弾性変形により前記ガイドレールを挟み込むことで、前記ステージ手段と測定手段の高さ方向の位置関係を固定するクランプ手段を有することを特徴とする測定装置。
6. 測定対象物の大きさを測定する測定装置であって、
   ベース手段と、
   前記ベース手段上に設置され、前記測定対象物を載置するステージ手段と、
   前記ベース手段に固定されたコラム手段と、
   前記コラム手段上を高さ方向に移動可能であって、測定を行う測定手段とを備え、
   前記測定手段は、固定用部材を有し、前記コラム手段は、弾性変形により該固定用部材を挟み込むことで、前記ステージ手段と測定手段の高さ方向の位置関係を固定するクランプ手段を有することを特徴とする測定装置。
   
   

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