JP2008003032A - デジタル式変位測定器 - Google Patents

Abstract

【課題】係合キーの精密な深さ位置調整が必要なく、ロータ部のスピンドルへの組み付けが容易であるとともに、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】回転伝達部４４は、スピンドル２の外周に設けられるロータ支持部材４４０と、係合溝２３に係合可能な係合部４６を備える回転駒４５と、この回転駒４５とロータ支持部材４４０との間に設けられるコイルばね４８とを備える。回転駒４５は、ロータ支持部材４４０に、スピンドル２の軸と平行に設けられた回転軸４４１の周方向に回転可能に支持され、コイルばね４８は、回転駒４５を介して係合部４６を係合溝２３に与圧する。
【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、この本体に螺合され軸方向へ進退するスピンドルと、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。

従来のデジタル式マイクロメータにおけるロータ部４１の構成を図５および図６に示す。ロータ４３は、係合キー４７を有するロータ支持部材４４０に支持されている。スピンドル２の外周面軸方向には係合溝２３が形成されており、この係合溝２３には係合キー４７が係合されている。これにより、ロータ４３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との間隔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４４０も回転されるから、ステータ４２に対するロータ４３の回転角が検出され、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間隔を一定に保ちつつ、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係合溝と、係合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、係合キーの先端と係合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。また、係合キーが係合溝に強く押し付けられている場合、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、係合キーの先端と係合溝とが接触し、なおかつ係合キーが係合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精密に調整する必要がある。しかし、このような調整は非常に精密な作業が要求され、困難を伴う。

そこで、板ばねなどを用いて、係合キーを係合溝に向かって適度な力で与圧し、係合キーと係合溝とを隙間なく係合させる、新規なデジタル式変位測定器が提案されている（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、ロータ部および係合キーをスピンドルに組み付ける際の作業性に問題があった。

ロータ部および係合キーのスピンドルへの組み付けにあたっては、二つの方法がある。

第一の方法は、ロータ部をスピンドルに組み付けたあと、係合キーと板ばねをロータ支持部材に組み付ける。この方法では、ロータ部がスピンドルの軸方向に回転可能なので、ロータ部が回転しないように押さえながら組み付け作業を行う必要があり、非常に作業性が悪い。

第二の方法は、係合キーと板ばねをロータ支持部材に組み付けたあと、ロータ部をスピンドルに組み付ける。この方法では、組み付ける前に係合キーが抜け落ちるおそれがある。

本発明の目的は、係合キーの精密な深さ位置調整が必要なく、ロータ部のスピンドルへの組み付けが容易であるとともに、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、この本体に螺合され軸方向に進退するスピンドルと、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係合溝に係合可能な係合部を有する回転伝達部に支持され、前記ステータとの間隔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、前記回転伝達部は、前記ロータを支持するロータ支持部材と、前記係合溝に係合可能な前記係合部を有する回転駒と、この回転駒と前記ロータ支持部材との間に設けられた与圧力付与手段とを備え、前記回転駒は、前記ロータ支持部材に、前記スピンドルの軸と平行に設けられた回転軸の周方向に回転可能に支持され、前記与圧力付与手段は、前記回転駒を介して前記係合部を前記係合溝に与圧することを特徴とする。

本発明によれば、係合部が係合溝に適度な力で与圧され、係合部と係合溝が常に接している状態に保たれるので、係合キーの精密な深さ位置調整が必要なく、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。

また、回転駒を与圧力付与手段による与圧の方向と逆方向に回転することにより、係合部をスピンドルから離れる方向に動かすことができ、ロータ部のスピンドルへの組み込みを容易に行うことができる。

本発明において、前記回転軸は、前記回転駒の略中心部に設けられ、前記回転駒の一端部に前記係合部が、他端部に前記与圧力付与手段が設けられていることが好ましい。

このような構成によれば、回転駒の他端部を与圧力に抗して押すことにより、回転駒を回転させ、係合部をスピンドルから離れる方向に動かすことができるので、ロータ部のスピンドルへの組み込みをより容易に行うことができる。

本発明のデジタル式変位測定器は、前記与圧力付与手段による与圧力を調整する与圧力調整手段を有することが好ましい。

このような構成によれば、与圧力付与手段による与圧力を調整する与圧力調整手段を有するので、係合部を係合溝に与圧する与圧力を適宜調整することができる。

本発明において、前記与圧力付与手段は、コイルばねを含んで構成されることが好ましい。

このような構成によれば、与圧力付与手段が、コイルばねからなるので、回転駒とロータ支持部材との間への組み付けが容易である。また、コイルばねの長さを変化させることで与圧力を調整することができる。コイルばねは安価で入手が容易なので、コストを低減させることができる。

本発明において、前記与圧力付与手段は、コイルばねを含んで構成され、前記与圧力調整手段は、前記コイルばねを圧縮することにより与圧力を調整するばね圧調整ねじを含んで構成されていることが好ましい。

このような構成によれば、与圧力調整手段が、コイルばねを圧縮することにより与圧力を調整するばね圧調整ねじからなるので、ばね圧調整ねじを回転させることにより与圧力を容易かつ微細に調整することができる。

本発明において、前記係合部は、前記係合溝と係合される先端部が球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、係合部の先端が球形に形成され、係合部の先端と係合溝が二点で当接するので、スピンドルの回転がロータ部へ確実に伝達されるとともに、ロータ部のスピンドル軸方向への摺動が円滑に行える。

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、図２は、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に螺合され軸方向に進退するスピンドル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係合溝２３とを備えている。スピンドル本体２１とねじ軸２２とは、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。係合溝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１０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円盤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および図４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回転伝達部４４と、この回転伝達部４４に支持されステータ４２との間隔が一定に保持されている円盤状のロータ４３とを備えている。

回転伝達部４４は、ロータ４３を支持するロータ支持部材４４０と、係合溝２３に係合可能な係合部４６を有する回転駒４５と、この回転駒４５とロータ支持部材４４０との間に設けられた与圧力付与手段であるコイルばね４８とを備えている。

ロータ支持部材４４０は、略円筒形状の部材で、スピンドル２の軸を中心とする中心角１３５度の扇形板状の切欠部４４４を有する。切欠部４４４は、ロータ支持部材４４０中に、スピンドル２の軸に垂直な切欠面４４０Ａと、スピンドル２の軸に平行な切欠面４４０Ｂおよび４４０Ｃとを形成している。

ロータ支持部材４４０の切欠面４４０Ａには、スピンドル２の軸と平行な円柱形状の回転軸４４１が設けられている。回転軸４４１は、回転駒４５に設けられた中心孔４５１に挿通されており、回転駒４５を回転軸４４１の周方向に回転可能に支持している。また、回転軸４４１には、回転駒４５のアンビル１０Ａ側の面と隣接して、ストップリング４５３が弾性的に係合されており、回転駒４５をスピンドル２の軸方向に対して固定している。

切欠面４４０Ｂには、与圧力調整手段として、切欠面４４０Ｂに垂直なねじ孔４４３と、ばね圧調整ねじ４４２とが設けられている。ばね圧調整ねじ４４２は、ねじ孔４４３に螺合されるねじ軸と、回転駒４５側の端面に形成されコイルばね４８の一端と係合する円柱形状の凸部４４５とを備えている。

回転駒４５は、略直方体形状の部材で、略中心部に回転軸４４１が挿通される中心孔４５１が設けられている。回転軸４４１を中心として、回転駒４５の一端部には係合部４６を挿入、支持する係合部挿入孔４５２が、他端部にはコイルばね４８の一端と係合する円柱状の凸部４５５が設けられている。

係合部４６は、係合部挿入孔４５２に挿通される末端部４６１と、円柱状の胴部４６２と、球形に形成された先端部４６３とを有している。

末端部４６１は、その軸が胴部４６２の軸と重なるように、胴部４６２の回転駒４５側の端面に設けられている。末端部４６１は、係合部挿入孔４５２に挿通され、回転駒４５に固定されている。

胴部４６２のスピンドル２側の端部の中心には球形の先端部４６３が設けられている。先端部４６３は、スピンドル２の係合溝２３と二点で当接している。

コイルばね４８は、その一端が回転駒４５底面に設けられた凸部４５５に、他端がロータ支持部材４４０の切欠面４４０Ｂに設けられた凸部４４５に、それぞれ係合されている。これにより、回転駒４５が、回転軸４４１を中心として図４の反時計方向へ回転され、係合部４６が係合溝２３に与圧される。
＜使用方法＞
ロータ部４１のスピンドル２への組み付けにあたっては、回転駒４５の上面を指で押し、コイルばね４８が圧縮される方向に回転駒４５を回転させる。すると、係合部４６がスピンドル２から離れる方向に移動されるので、ロータ部４１をスピンドル２に容易に組み付けることができる。また、ばね圧調整ねじ４４２を回転させコイルばね４８を圧縮することによって、係合部４６を係合溝２３に与圧する与圧力を調整することができる。

測定にあたっては、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、回転伝達部４４を介してロータ４３に伝達される。エンコーダ４０により検出されたロータ４３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。

係合部４６が係合溝２３に適度な力で与圧され、係合部４６と係合溝２３が常に接している状態に保たれるので、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。また、係合部４６の先端部４６３と係合溝２３とが二点で当接するので、スピンドル２の回転がロータ４３へ確実に伝達されるとともに、ロータ部４１のスピンドル２の軸方向への摺動が円滑に行える。
＜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）本実施形態では、回転伝達部４４に設けられる係合部４６を一つとし、スピンドル２にはこれに対応して係合溝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、回転伝達部４４に複数の係合部４６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係合溝２３が設けられていてもよい。この場合、複数の係合部４６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。
（ii）エンコーダ４０は、ステータ４２とロータ４３と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。
（iii）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に螺合され軸方向に進退するスピンドル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部分断面図。 従来のデジタル式マイクロメータにおける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におけるロータ部の断面図。

符号の説明

２ スピンドル
１０ 本体
２３ 係合溝
４０ エンコーダ
４１ ロータ部
４２ ステータ
４３ ロータ
４４ 回転伝達部
４５ 回転駒
４６ 係合部
４８ コイルばね
１００ デジタル式マイクロメータ
４４０ ロータ支持部材
４４１ 回転軸
４４２ ばね圧調整ねじ
４４３ ねじ孔
４５１ 中心孔
４５２ 係合部挿入孔
４５３ ストップリング
４６３ 先端部

Claims (6)

1. 本体と、この本体に螺合され軸方向に進退するスピンドルと、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係合溝に係合可能な係合部を有する回転伝達部に支持され、前記ステータとの間隔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、
   前記回転伝達部は、前記ロータを支持するロータ支持部材と、前記係合溝に係合可能な前記係合部を有する回転駒と、この回転駒と前記ロータ支持部材との間に設けられた与圧力付与手段とを備え、
   前記回転駒は、前記ロータ支持部材に、前記スピンドルの軸と平行に設けられた回転軸の周方向に回転可能に支持され、
   前記与圧力付与手段は、前記回転駒を介して前記係合部を前記係合溝に与圧す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、
   前記回転軸は、前記回転駒の略中心部に設けられ、
   前記回転駒の一端部に前記係合部が、他端部に前記与圧力付与手段が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。
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、
   前記与圧力付与手段による与圧力を調整する与圧力調整手段を備え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、
   前記与圧力付与手段は、コイルばねを含んで構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、
   前記与圧力付与手段は、コイルばねを含んで構成され、
   前記与圧力調整手段は、前記コイルばねを圧縮することにより与圧力を調整するばね圧調整ねじを含んで構成されていることを特徴とするデジタル式変位測定器。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載のデジタル式変位測定器において、
   前記係合部は、前記係合溝と係合される先端部が球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。

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