JP2007285814A - デジタル式変位測定器 - Google Patents

Abstract

【課題】係合キーの深さ位置調整を容易かつ微細に行うことができ、スピンドルの円滑な進退を確保しつつ、回転伝達誤差を低減することができるデジタル式変位測定器を提供する。
【解決手段】係合キー４１３を、係合キー４１３の軸線がスピンドル２の軸線と鋭角で交わるように、スピンドル２に対して斜めに配置する。これにより、係合キー４１３がその先端方向へ移動する距離に対して、係合キー４１３の先端部４１４がキー溝２３へ接近する距離が短くなり、係合キー４１３の深さ位置を、容易かつ微細に調整することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、スピンドルの軸方向の変位量から、被測定物の寸法などを測定するデジタル式変位測定器に関する。

一般的なデジタル式変位測定器の一つであるデジタル式マイクロメータは、本体と、この本体に摺動自在に設けられたスピンドルと、このスピンドルの変位量を検出するエンコーダと、このエンコーダの検出値から求めたスピンドルの変位量をデジタル表示する表示部とから構成されている。

エンコーダは、本体に固定されたステータと、スピンドルと同期回転可能に設けられたロータとが対向配置され、本体に対するスピンドルの変位量を、ステータに対するロータの回転角として検出する構造である。

一般的なデジタル式マイクロメータのロータ部の構成を図５および図６に示す。ロータ４１１は、係合キー４１３を有するロータ支持部材４１２に支持されている。スピンドル２の外周面軸方向にはキー溝２３が形成されており、このキー溝２３には係合キー４１３が係合されている。これにより、ロータ４１１は、スピンドル２の軸方向への移動にかかわらず定位置に保持され、ステータ４２とのギャップが一定に保持されている。

スピンドル２は、デジタル式マイクロメータ本体に対し周方向に回転しながら軸方向へ進退される。すると、スピンドル２に同期してロータ支持部材４１２も回転されるから、ステータ４２に対するロータ４１１の回転角が、エンコーダにより検出され、スピンドル２の変位量に変換されてデジタル表示される。

このように、デジタル式マイクロメータにおいて、ステータとロータとのギャップを一定に保ちつつ、スピンドルの回転をロータに伝達する回転伝達機構として、スピンドルの外周面軸方向に形成されたキー溝と、キー溝に係合可能な係合キーと、この係合キーを備えるロータ支持部材とを組み合わせた機構が用いられている。

しかし、このような回転伝達機構においては、係合キーの深さ位置によって回転伝達誤差が生じるおそれがある。
たとえば、係合キーの先端とキー溝との間に隙間がある場合、この隙間の分だけ、スピンドルの回転が係合キーに伝達されない遊び領域が生じ、回転伝達誤差が発生する。そこで、係合キーをキー溝に向かって板ばねで与圧し、係合キーとキー溝とを隙間なく係合させるデジタル式変位測定器が考え出されている（たとえば、特許文献１）。

特開２００３−２０２２０１号公報

しかし、特許文献１においては、係合キーをキー溝に向かって与圧する与圧力付与機構を設ける必要があるため、部品点数が増え、組み立てが煩雑になる。また、板ばねの与圧力が大きすぎると、係合キーがキー溝に強く押し付けられ、スピンドルの円滑な進退が妨げられる。
このような問題を回避するためには、係合キーの先端とキー溝とが接触し、なおかつ係合キーがキー溝に過度の圧力を掛けないような位置に、係合キーの深さ位置を調整する方法が有効である。しかし、このような調整は非常に精密に行う必要があり、困難を伴う。

本発明の目的は、係合キーの深さ位置調整を容易かつ微細に行うことができ、スピンドルの円滑な進退を確保しつつ、回転伝達誤差を低減することができるデジタル式変位測定器を提供することである。

本発明のデジタル式変位測定器は、本体と、この本体に摺動自在に設けられたスピンドルと、このスピンドルの変位量を検出するエンコーダとを備え、
前記エンコーダは、前記スピンドルの周方向に回転するロータと、このロータと所定間隔あけて対向し、前記本体に固定されているステータとを有し、
前記ロータは、前記スピンドルの外周面軸方向に形成されたキー溝に係合可能な係合キーを有するロータ支持部材に支持され、前記ステータとのギャップが一定に保持されているデジタル式変位測定器において、
前記係合キーの軸線が前記スピンドルの軸線と鋭角で交わるように、前記係合キーが、前記ロータ支持部材に設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、係合キーの軸線がスピンドルの軸線と鋭角で交わるように配置したので、係合キーがその先端方向へ移動する距離に対して、係合キーの先端がキー溝へ接近する距離が短くなる。このため、係合キーがその先端方向へ移動する距離と、係合キーの先端がキー溝へ接近する距離とが等しい従来のデジタル式マイクロメータよりも、係合キーの深さ位置調整を容易かつ微細に行うことができ、スピンドルの円滑な進退を確保しつつ、回転伝達誤差を低減することができる。

本発明において、前記係合キーの軸線と前記スピンドルの軸線との交わる角度は、３０〜６０度に設定されていることが好ましい。
角度が３０度未満では、スピンドルの回転をロータ支持部材に伝達しにくい。一方、角度が６０度を超えると、係合キーがその先端方向へ移動する距離と、係合キーの先端がキー溝へ接近する距離との差が小さくなるので、係合キーの深さ位置調整の容易さ、微細さは、従来のデジタル式マイクロメータに近いものとなる。

本発明において、前記係合キーは、外周面に雄ねじを備え、前記ロータ支持部材に設けられたねじ孔に螺合されていることが好ましい。
このような構成によれば、係合キーを回転させて深さ位置調整を行うとき、係合キーの一回転あたりの、係合キーの先端がキー溝へ接近する距離が短くなるので、容易かつ微細に係合キーの深さ位置調整を行うことができる。

本発明において、前記係合キーの先端部は略円錐形状に形成され、前記キー溝は断面Ｖ形に形成されていることが好ましい。
このような構成によれば、係合キーの軸方向への進退量に比例して、係合キーの先端とキー溝とのクリアランスの調整ができる。

本発明において、前記ロータ支持部材は、略円筒形状に形成され、前記ロータを支持している端面と反対の端部に前記ロータから離れるほど径が小さくなるテーパ部を備え、このテーパ部の外周面に略垂直に前記ねじ孔が設けられ、このねじ孔に前記係合キーが螺合されていることが好ましい。
このような構成によれば、たとえば、ドライバなどで係合キーを回転させて、係合キーの深さ位置を調整する場合、ドライバをロータから離れる方向に斜めに挿入するため、ロータが邪魔になることがなく、容易に係合キーの深さ位置を調整することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
＜図１，２の説明＞
図１は、本実施形態のデジタル式マイクロメータ１００の正面図である。図２はデジタル式マイクロメータ１００の部分断面図である。図１および図２において、デジタル式マイクロメータ１００は、略Ｕ字形の本体１０と、この本体１０に摺動自在に設けられたスピンドル２と、本体１０の内部においてスピンドル２の変位量を検出するエンコーダ４０と、測定値を表示するディスプレイ６１とを有している。

本体１０の一端にアンビル１０Ａが固定され、他端にスピンドル２を摺動自在に支持する支持部材である軸受筒１１が設けられている。軸受筒１１は略円筒形状に形成されていて、この軸受筒１１の内周にスピンドル２が挿通されて支持されている。また軸受筒１１の内周面には、軸方向に沿ってクランプカラー１６１が設けられている。本体１０の外部に設けられたクランプねじ１６を操作することで、クランプカラー１６１がスピンドル２を締め付け、スピンドル２の摺動を規制することができる。また本体１０には、略円筒形状の内筒１３が設けられ、この内筒１３の外周に設けられているシンブル３を回転操作することで、スピンドル２をアンビル１０Ａに対して進退させるようになっている。

スピンドル２は、一直線上に配置されたスピンドル本体２１と、ねじ軸２２と、スピンドル本体２１の外周面軸方向に形成されたキー溝２３とを備えている。このスピンドル２は、一本の円柱状部材から形成されていてもよく、また、それぞれ別部材で形成されていてもよい。キー溝２３は断面Ｖ形に形成されている。スピンドル２の軸方向に沿って設けられている内筒１３は、その一端部が本体１０に保持され、他端部は内周側に雌ねじが螺刻されており、スピンドル２のねじ軸２２と螺合されている。

また、内筒１３の他端部の外周部には雄ねじが螺刻されていて、テーパナット１４が螺合されている。この内筒１３の雄ねじが螺刻されている所定箇所には、三本の切欠きが設けられ、三つ割部１５が形成されている。テーパナット１４は、スピンドル２と内筒１３との嵌合を調整する部材である。すなわち、テーパナット１４を回転させて、内筒１３の軸方向に進退させると、三つ割部１５の締め付け具合が変化して、内筒１３の内径が変化する。このように、内筒１３の内径を変化させ、スピンドル２と内筒１３との嵌合を調整することが可能となる。

なお、スピンドル２の端部には、スピンドル２を進退させてアンビル１０Ａとともに被測定物を狭持する際、被測定物を加圧しすぎて破損させないように、被測定物を定圧で把持するためのラチェット１７が設けられている。

エンコーダ４０は、静電容量式エンコーダであって、スピンドル２の周方向に回転するロータ部４１と、このロータ部４１と所定間隔あけて対向し、本体に固定されているステータ４２とを備えている。
ステータ４２は、スピンドル２の外周部に設けられ略ドーナツ形板状のステータ環状部と、このステータ環状部の外周に設けられ本体１０の内部側へ伸びる板状のステータ長手部とを備えている。このステータ長手部は、本体１０の内部において本体１０に固定されている。

＜図３，４の説明＞
本実施形態のデジタル式マイクロメータ１００のロータ部４１の構成を図３および図４に示す。図３において、ロータ部４１は、スピンドル２の外周に設けられるロータ支持部材４１２と、このロータ支持部材４１２に支持されステータ４２とのギャップが一定に保持されているロータ４１１とから構成される。ロータ支持部材４１２とロータ４１１とは、一体成形されていてもよく、また、別部材で成形されていてもよい。

ロータ４１１は、ドーナツ形板状に形成されている。ロータ支持部材４１２は略円筒形状に形成され、ロータ４１１を支持している端面と反対の端部に、ロータ４１１から離れるほど径が小さくなるテーパ部４１６を備えている。このテーパ部４１６の外周面に略垂直にねじ孔４１５が設けられ、このねじ孔４１５には、係合キー４１３が螺合されている。この係合キー４１３は、外周面に雄ねじを備え、先端部４１４が略円錐形状に形成されている。

係合キー４１３の先端部４１４は、スピンドル２のキー溝２３に係合されている。本実施形態では、キー溝２３の角度は６０度、先端部４１４の角度は４０度に形成されており、これらは隙間なく当接されている。よって、係合キー４１３は、スピンドル２の軸方向への移動にかかわらずロータ支持部材４１２を定位置に安定して保持しつつ、スピンドル２の回転をロータ支持部材４１２に確実に伝達することができる。

係合キー４１３は、図４に示すように、係合キー４１３の軸線とスピンドル２の軸線とが４５°の角度で交わるように、スピンドル２に対して斜めに配置されている。

＜使用方法＞
シンブル３を回転操作することでスピンドル２をアンビル１０Ａに対して進退させ、スピンドル２の端面とアンビル１０Ａとを被測定物の被測定部位間に当接させる。このとき、スピンドル２の回転が、キー溝２３、係合キー４１３およびロータ支持部材４１２を介してロータ４１１に伝達される。エンコーダ４０により検出されたロータ４１１の回転角が、スピンドル２の軸方向の変位量に変換されてディスプレイ６１に表示される。

係合キー４１３の深さ位置は、ドライバなどで係合キー４１３を回転させて調整する。この時、ドライバをロータ４１１から離れる方向に斜めに挿入するので、ロータ４１１が邪魔になることがなく、容易に係合キー４１３の深さ位置を調整することができる。
係合キー４１３は、係合キー４１３の軸線とスピンドル２の軸線とが４５°の角度で交わるように、スピンドル２に対して斜めに配置されているので、係合キー４１３の先端部４１４がキー溝２３へ接近する距離は、係合キー４１３がその先端方向へ移動する距離の０．７１倍となる。このため、従来のデジタル式マイクロメータよりも、容易かつ微細に係合キー４１３の深さ位置調整を行うことができ、スピンドル２の円滑な進退を確保しつつ、回転伝達誤差を低減することができる。

＜変形例＞
なお、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は、本発明に含まれるものである。
（i）係合キー４１３の軸線とスピンドル２の軸線とが交わる角度は、鋭角であればよく、本実施形態で述べた角度に限定されない。
係合キー４１３の軸線とスピンドル２の軸線との交わる角度は、３０〜６０度に設定されていることが好ましい。

たとえば、角度は３０度でもよい。この場合、係合キー４１３の先端部４１４がキー溝２３へ接近する距離は、係合キー４１３がその先端方向へ移動する距離の０．５０倍となり、より容易かつ微細に係合キー４１３の深さ位置調整を行うことができる。ただし、係合キー４１３の先端部４１４をキー溝２３に隙間なく当接させるために、係合キー４１３の先端部４１４の角度を３３度に変更する必要がある。
角度は６０度でもよい。この場合、係合キー４１３の先端部４１４がキー溝２３へ接近する距離は、係合キー４１３がその先端方向へ移動する距離の０．８７倍となる。よって、本実施例ほど容易かつ微細に係合キー４１３の深さ位置調整を行うことはできないが、従来のデジタル式マイクロメータよりは容易かつ微細に調整を行うことができる。ただし、係合キー４１３の先端部４１４をキー溝２３に隙間なく当接させるために、係合キー４１３の先端部４１４の角度を４７度に変更する必要がある。

（ii）また、本実施形態では、ロータ支持部材４１２に設けられる係合キー４１３を一つとし、スピンドル２にはこれに対してキー溝２３が一本設けられているものとしたが、これに限定されない。たとえば、ロータ支持部材４１２に複数の係合キー４１３が設けられ、これに対応してスピンドル２の外周面軸方向に複数のキー溝２３が設けられていてもよい。この場合、複数の係合キー２３がスピンドル２に摺動自在に係合されているので、スピンドル２に対するロータ部４１の位置決めがより確実にでき、スピンドル２とロータ部４１との間にがたが発生することがない。

（iii）エンコーダ４０は、ステータ４２とロータ４１１の相対的な回転量を検出するデジタル式エンコーダであればよく、本実施形態で述べた静電容量式エンコーダに限定されない。たとえば、光学式や電磁式などでもよい。

（iv）本実施形態では、デジタル式変位測定器としてデジタル式マイクロメータ１００を例示したが、これに限定されない。たとえば、デジタル式マイクロメータヘッドなどであってもよく、本体１０に摺動自在に設けられたスピンドル２と、このスピンドル２の変位量を検出するエンコーダ４０とを備える構造であればよい。

本発明は、スピンドルの軸方向の変位量から、被測定物の寸法などを測定するデジタル式変位測定器として利用できる。

本実施形態のデジタル式マイクロメータの正面図。 本実施形態のデジタル式マイクロメータの部分断面図。 本実施形態のデジタル式マイクロメータのロータ部の一部を切欠いた斜視図。 本実施形態のデジタル式マイクロメータのロータ部の断面図。 従来のデジタル式マイクロメータのロータ部の一部を切欠いた斜視図。 従来のデジタル式マイクロメータのロータ部の断面図。

符号の説明

２ スピンドル
１０ 本体
２３ キー溝
４０ エンコーダ
４２ ステータ
１００ デジタル式マイクロメータ
４１１ ロータ
４１２ ロータ支持部材
４１３ 係合キー
４１４ 係合キー先端部
４１５ ねじ孔
４１６ テーパ部

Claims (5)

1. 本体と、この本体に摺動自在に設けられたスピンドルと、このスピンドルの変位量を検出するエンコーダとを備え、
   前記エンコーダは、前記スピンドルの周方向に回転するロータと、このロータと所定間隔あけて対向し、前記本体に固定されているステータとを有し、
   前記ロータは、前記スピンドルの外周面軸方向に形成されたキー溝に係合可能な係合キーを有するロータ支持部材に支持され、前記ステータとのギャップが一定に保持されているデジタル式変位測定器において、
   前記係合キーの軸線が前記スピンドルの軸線と鋭角で交わるように、前記係合キーが、前記ロータ支持部材に設けられていることを特徴とするデジタル式変位測定器。
2. 請求項１に記載のデジタル式変位測定器において、
   前記係合キーの軸線と前記スピンドルの軸線との交わる角度が、３０〜６０度に設定されていることを特徴とするデジタル式変位測定器。
3. 請求項１または２に記載のデジタル式変位測定器において、
   前記係合キーは、外周面に雄ねじを備え、前記ロータ支持部材に設けられたねじ孔に螺合されていることを特徴とするデジタル式変位測定器。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のデジタル式変位測定器において、
   前記係合キーの先端部は略円錐形状に形成され、前記キー溝は断面Ｖ形に形成されていることを特徴とするデジタル式変位測定器。
5. 請求項３に記載のデジタル式変位測定器において、
   前記ロータ支持部材は、略円筒形状に形成され、前記ロータを支持している端面と反対の端部に前記ロータから離れるほど径が小さくなるテーパ部を備え、このテーパ部の外周面に略垂直に前記ねじ孔が設けられ、このねじ孔には前記係合キーが螺合されていることを特徴とするデジタル式変位測定器。

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