JP2008180587A - 寸法測定ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】測定結果の安定化と、ワーク表面を傷つけないようにする。
【解決手段】接触子２０を保持するアーム部２と、アーム部２を変位可能する機構５と、アーム部２の変位量を検知するセンサ部８とを備え、アーム部２を変位し接触子２０をワークＷに当接してワークＷの寸法を測定する寸法測定ヘッドにおいて、アーム部２は、初期位置に付勢する第一付勢部材６と、第一付勢部材６の付勢力を調整する第二付勢部材３とを備え、アーム部２の変位に拘らず、ワークＷに対する接触子２０の押付力を所定範囲内に保つように構成している。
【選択図】図２

Description

本発明は、旋盤等の工作機械で加工されたワークの寸法を測定する寸法測定ヘッドに関するものである。

寸法測定ヘッドは、旋盤等の工作機械で加工されたワークが所定の加工条件を有するか否かを判定するために、ワークの外径等の寸法を測定するものである。寸法測定ヘッドは、変位可能なアーム部と、アーム部に設けられた接触子と、アーム部の変位量を検知するセンサ部とを備えている。寸法測定ヘッドは、接触子がワークに当接するようにアーム部を変位させ、このアーム部の変位量をセンサ部で検知することにより、ワークの寸法を測定する。

図１１は、従来の寸法測定ヘッドを示す正面図である。寸法測定ヘッドは、一対のアーム部１００，１００を備えている。測定対象となるワークＷは、各アーム部１００，１００の間に配置される。接触子１０１はアーム部１００，１００の下部に設けられ、それぞれ対向している。アーム部１００，１００は、上部にセンサ部１０４を備えている。

アーム部１００，１００は支持部材１０２を備えている。支点部材１０２は、３枚の鋼薄板からなる変形自在要素や（特許文献１の符号７４、第９頁２１行目〜第１０頁１６行目、図２及び図８等参照）、十字バネやＬ字バネ等（特許文献２の符号１１、第５頁３９〜４９行目、図１及び図２等参照）から構成されている。支点部材１０２は、アーム部１００の回転（変位）付勢を可能とするものである。

アーム部１００，１００はコイルバネ１０３を備えている。コイルバネ１０３は、接触子１０１がワークＷに当接する方向にアーム部１００を付勢するものである（特許文献１の符号９５、第１頁２〜３行目及び図２、特許文献２の符号１７、第５頁１３〜１５行目及び図１参照）。

アーム部１００が変位することによって、支持部材１０２の変形による反力と共に、コイルバネ１０３の付勢力が付加される。従って、アーム部１００は、支点部材１０２及びコイルバネ１０３の付勢力が組み合わされて付与される。これにより、ワークＷに対する接触子１０１の押付力は、アーム部１００の変位に応じて大幅に変化する。このように、接触子１０１の押付力が大幅に変化すると、測定結果が不安定になったり、ワークＷの表面に傷を付けたりする場合がある。
特表２００１−５０３５２３号公報 特開２００５−１６９７２号公報

そこで、本発明が解決しようとする課題は、上記の問題点に鑑み、測定結果の安定化と、ワーク表面を傷つけないようにすることである。

上記の課題を解決するために、本発明は、接触子を保持するアーム部と、アーム部を変位可能する機構と、アーム部の変位量を検知するセンサ部とを備え、アーム部を変位し接触子をワークに当接してワーク寸法を測定する寸法測定ヘッドにおいて、アーム部は、初期位置に付勢する第一付勢部材と、第一付勢部材の付勢力を調整する第二付勢部材とを備え、アーム部の変位に拘らず、ワークに対する接触子の押付力を所定範囲内に保つように構成している。

好ましくは、第一付勢部材は、二枚の板バネを平行に組み付けた平行板バネからなり、アーム部を直動変位可能に付勢するように構成されている。

更に好ましくは、第二付勢部材は、アーム部に回転可能に連結されたリンク部材と、リンク部材を付勢するスプリングとから構成されている。

更に好ましくは、第二付勢部材は、アーム部に設けられた第一磁石と、第一磁石を吸引付勢する第二磁石とから構成されている。

本発明に係る寸法測定ヘッドは、アーム部を初期位置に付勢する第一付勢部材と、第一付勢部材の付勢力を調整する第二付勢部材とを備えている。そして、各付勢部材は、ワークに対する接触子の押付力がアーム部の変位に拘らず略一定範囲内に保たれるように設定されている。接触子の押付力を所定範囲内にすることにより、安定した測定ができると共に、ワーク表面を傷付けないという効果を奏する。

以下、図面に基づいて、本発明に係る寸法測定ヘッドについて詳細に説明する。先ず、寸法測定ヘッドの第一実施形態を説明する。

図１は、寸法測定ヘッドを示す正面図である。図２は、ブロック部の内部を示すものであり、（ａ）は正面図、（ｂ）は第二付勢部材の拡大正面図である。図３は、図２（ａ）に示すＩ−Ｉ線断面図である。図４は、リトラクト機構を説明するための正面図である。図５は、センサ部を示す拡大断面図である。

図１に示すように、寸法測定ヘッドは、ベース部Ｔを備えている。ベース部Ｔは、水平方向に設けられた上板Ｔ１及び下板Ｔ２を有する。寸法測定ヘッドは、ベース部Ｔの両側に一対の測定ユニット１，１を備えている。測定ユニット１，１は、上板Ｔ１に固定され垂下されている。測定対象となるワークWは、ベース部Ｔの下板Ｔ２に載置される。ワークＷは、各測定ユニット１，１の間に配置される。

測定ユニット１は、アーム部２及びブロック部４を備えている。アーム部２は、下部に接触子２０を備えている。接触子２０は、水平方向に延設されている。各測定ユニット１，１に設けられた接触子２０，２０は、それぞれ対向している。各アーム部２，２は、それぞれワークＷに対して近接、離反する方向に変位自在な機構を備えている。そして、各アーム部２，２は、接触子２０，２０がワークＷに当接するまで移動して、各アーム部２，２の変位量を測定して合算することで、ワークＷの外径寸法を測定する。

尚、ワークＷの板厚等を測定する場合には、測定ユニット１は一つであっても良い。又、測定ユニット１は、スライドベアリングやシリンダ装置等により、昇降、水平移動可能に構成されても良い。

次に、図２及び図３に基づき、測定ユニット１のブロック部４の内部について説明する。測定ユニット１は、ブロック部４内に進退ブロック５を備えている。進退ブロック５は、下端にアーム部２が連結されている。ブロック部４は、底面に貫通孔４０を備えている。アーム部２は、貫通孔４０を通じてブロック部４から垂下している。

測定ユニット１は、垂直方向に延設された平行板バネ（第一付勢部材）６を備えている。平行板バネ６は、２枚の板バネ６０，６１を組合わせて構成されている。各板バネ６０，６１は、同一構成であって、所定間隔を置いて平行に配置されている。

平行板バネ６は、上端が板バネ支持部６ａを介してブロック部４に固定されている。平行板バネ６は、下端が進退ブロック５に連結されている。従って、平行板バネ６は、上端が固定端、下端が自由端となっている。

進退ブロック５は、平行板バネ６によって変位規制されるので、水平方向に略直動変位可能に構成されている。進退ブロック５の直動移動により、アーム部２が変位する。アーム部２は貫通孔４０を通じているので、貫通孔４０の空間が、アーム部２が移動可能な範囲となる。

測定ユニット１は、バネリンク機構（第二付勢部材）３を備えている。図３に示すように、バネリンク機構３は、ブロック部４の正面側及び背面側にそれぞれ設けられている。バネリンク機構３は、リンク部３０及びコイルバネ３１を備えている。

リンク部３０は、下部に長穴３０ａが設けられている。リンク部３０は、上部に軸３０ｂが設けられている。進退ブロック５は、ガイドピン５０を備えている。ガイドピン５０は、リンク部３０の長穴３０ａに沿って移動可能に係合されている。図３に示すように、リンク部３０の軸３０ｂは、ブロック部４に対して回転可能に軸支されている。

コイルバネ３１は、引っ張りバネで構成されている。コイルバネ３１は、上部に軸３１ａが、下部に軸３１ｂが設けられている。図３に示すように、コイルバネ３１の軸３１ａは、ブロック部４に対して回転可能に軸支されている。コイルバネ３１の軸３１ｂは、リンク部３０の中央部に回転可能に軸支されている。

測定ヘッド１は、リトラクト機構７を備えている。図４に示すように、リトラクト機構７は、押圧部７１、回転ローラ７０、アクチュエータ７２及びロッド７３を備えている。回転ローラ７０は、進退ブロック５に回転可能に支持されている。アクチュエータ７２は、ブロック部４に固定されている。押圧部７１は、ロッド７３を介してアクチュエータ７２の動作により、上下方向に移動する。

寸法測定ヘッドにワークＷを設置する際、接触子２０をワークＷから離間した待機位置に配置する。接触子２０を待機位置へ移動する時は、図４に示すように、アクチュエータ７２を作動して、押圧部７１を下方へ移動する（図４）。これにより、押圧部７１が回転ローラ７０を押圧して、進退ブロック５及びアーム部２を移動する。そして、接触子２０を測定位置へ移動する時は、図２に示すように、押圧部７１を上方へ移動し、進退ブロック５及びアーム部２を変位自在にする。

図３に示すように、測定ユニット１はセンサ部８を備えている。センサ部８は、センサロッド８０及びセンサヘッド８１を備えている。図２に示すように、センサロッド８０は、水平方向に延設されている。センサロッド８０は、両端がロッド支持部８２を介してブロック部４に固定されている。センサヘッド８１は、進退ブロック５に設けられている（図３）。センサヘッド８１は、センサロッド８０を貫通している。

図５に示すように、センサロッド８０は、非磁性化された軸本体８０ａを備えている。軸本体８０ａは、中心軸部が中空となっており、この中空部に、磁性部材８０ｂと非磁性部材８０ｃとが交互に内蔵されている。センサヘッド８１は、コイル部８１ａを備えている。

上述のように、進退ブロック５は、平行板バネ６によって水平方向に直動する。そのため、進退ブロック５に設けられたセンサヘッド８１が直動する構成であるので、センサロッド８０の軸径Ｂ１が大きくても、センサヘッド８１の内径Ｂ２と接触する虞が小さく、軸径Ｂ１を大きくすることができ、測定精度が向上する。又、繰り返しスライド移動しても、磁性部材が接触することがないので、磨耗したり損傷しない。

更に、センサロッド８０は、非磁性化された軸本体８０ａを備え、内部に磁性部材８０ｂと非磁性部材８０ｃとが交互に配置されているので、磁気結合の変化を敏感に検知でき、高精度な測定が可能となる。例えば、０．１μｍ単位の分解能を得ることができる。

次に、接触子のワークに対する押付力について説明する。図６は、接触子がワークに当接した状態を示す一部正面図である。図７は、接触子のワークに対する押付力を説明するためのグラフ図である。

上述の通り、ワークＷの寸法を測定する際、先ず、リトラクト機構７を作動して、接触子２０をワークＷから離間する待機位置に配置する。次に、リトラクト機構７を解除して、接触子２０をワークＷに当接させるべく測定位置に配置する。図６に示すように、リトラクト機構７を解除することにより、接触子２０がワークＷに当接する。

本発明に係る寸法測定ヘッドは、リトラクト機構７を解除すると、平行板バネ（第一付勢部材）及びバネリンク機構（第二付勢部材）により、接触子２０がワークＷに当接して、ワークＷに対する接触子２０の押付力Ｆが略一定となるように構成されている。以下これにつき詳述する。

尚、アーム部２の変位量について、接触子２０がワークＷに近づく方向をプラス（＋）、離れる方向をマイナス（−）とする。この変位量は、貫通孔４０の中心線（垂直線）Ｄ１とアーム部２の中心線（垂直線）Ｄ２との距離とする。

平行板バネ（第一付勢部材）６の付勢力、バネリンク機構（第二付勢部材）３の付勢力及びこれら６，３の合成付勢力について、接触子２０がワークＷに対して押し付ける力（押付力）をプラス（＋）、戻す力（戻し力）をマイナス（−）とする。

先ず、図６（ａ）の状態について説明する。この時、アーム部２が図の最左端に位置しており、接触子２０がワークｗ１に当接している。アーム部２の変位量は（−Ｘ２）である。平行板バネ６は、進退ブロック５を図右方向（ワークｗ１側）に付勢している。よって、平行板バネ６の付勢力は、接触子２０がワークｗ１を押し付ける、押付力（＋Ｆａ１）が作用する（図７）。

コイルバネ３１の両端軸３１ａ，３１ｂを結ぶ線Ｃ１に対して、リンク部３０の軸３０ｂは図右側に位置し、進退ブロック５のガイドピン５０は図左側に位置する。そして、線Ｃ１は、軸３１ａと軸３０ｂとを結ぶ直線Ｃ２に対して、角度θ１だけ反ワークｗ１側に変位している。よって、バネリンク機構３は、進退ブロック５を図左方向（反ワークｗ１側）に付勢している。従って、バネリンク機構３の付勢力は、接触子２０がワークｗ１から離れる、戻り力（−Ｆｂ１）が作用する（図７）。

図７に示すように、アーム部２の変位量が（−Ｘ２）の時、押付力（＋Ｆａ１）と戻り力（−Ｆｂ１）とが作用する。そして、平行板バネ（第一付勢部材）６の付勢力とバネリンク機構（第二付勢部材）３の付勢力との合成付勢力は、接触子２０がワークｗ１を押し付ける、押付力（＋Ｆａ１−Ｆｂ１＝＋Ｆ）が作用するように設定されている（図７）。

図６（ｂ）の状態について説明する。この時、アーム部２が図６（ａ）より図右側に位置して、接触子２０がワークｗ２に当接している。アーム部２の変位量は（−Ｘ１）である。平行板バネ６は、進退ブロック５を図右方向（ワークｗ２側）に付勢している。よって、平行板バネ６の付勢力は、接触子２０がワークｗ２を押し付ける、押付力（＋Ｆ）が作用する（図７）。

線Ｃ１及び線Ｃ２は重なる。線Ｃ１，Ｃ２には、リンク部３０の軸３０ｂ及び進退ブロック５のガイドピン５０が配置されている。よって、バネリンク機構３は、進退ブロック５を図左右方向に付勢しない。従って、バネリンク機構３の付勢力は、接触子２０のワークｗ２に対する押付力及び戻り力が作用しない（図７）。

図７に示すように、アーム部２の変位量が（−Ｘ１）の時、押付力（＋Ｆ）のみが作用する。よって、平行板バネ（第一付勢部材）６の付勢力とバネリンク機構（第二付勢部材）３の付勢力との合成付勢力は、接触子２０がワークｗ２を押し付ける、押付力（＋Ｆ−０＝＋Ｆ）が作用する（図７）。

図６（ｃ）の状態について説明する。この時、アーム部２は、貫通孔４０の中心線Ｄ１とアーム部２の中心線Ｄ２とが重なるように配置されている。アーム部２の変位量は０（ゼロ）である。平行板バネ６は、各板バネ６０，６１が垂直方向に配置されている。よって、平行板バネ６は、進退ブロック５を図左右方向に付勢しない。従って、平行板バネ６の付勢力は、接触子２０のワークｗ３に対する押付力及び戻り力が作用しない（図７）。

線Ｃ１に対して、リンク部３０の軸３０ｂは図左側に位置し、進退ブロック５のガイドピン５０は図右側に位置する。線Ｃ１は、線Ｃ２に対して角度θ２だけワークｗ３側に変位している。よって、バネリンク機構３は、進退ブロック５を図右方向（ワークｗ３側）に付勢する。従って、バネリンク機構３の付勢力は、接触子２０がワークｗ３を押し付ける、押付力（＋Ｆ）が作用する（図７）。

図７に示すように、アーム部２の変位量（０）のとき、押付力（＋Ｆ）のみが作用する。よって、平行板バネ（第一付勢部材）６の付勢力とバネリンク機構（第二付勢部材）３の付勢力との合成付勢力は、接触子２０がワークｗ３を押し付ける、押付力（＋Ｆ−０＝＋Ｆ）が作用する（図７）。

図６（ｄ）の状態について説明する。この時、アーム部２が図の最右端位置して、接触子２０がワークｗ４に当接している。アーム部２の変位量は（＋Ｘ３）である。平行板バネ６は、進退ブロック５を図左方向（反ワークｗ４側）に付勢する。よって、平行板バネ６の付勢力は、接触子２０がワークｗ４から離れる、戻り力（−Ｆａ２）が作用する（図７）。

線Ｃ１に対して、リンク部３０の軸３０ｂは図左側に位置し、進退ブロック５のガイドピン５０は図右側に位置する。線Ｃ１は、線Ｃ２に対して角度θ３だけワークｗ４側に変位している。よって、バネリンク機構３は、進退ブロック５を図右方向（ワークｗ４側）に付勢している。従って、バネリンク機構３の付勢力は、接触子２０がワークｗ４を押し付ける、押付力（＋Ｆｂ２）が作用する（図７）。

図７に示すように、アーム部２の変位量が（＋Ｘ３）のとき、押付力（＋Ｆｂ２）と戻り力（−Ｆａ２）とが作用する。平行板バネ（第一付勢部材）６の付勢力とバネリンク機構（第二付勢部材）３の付勢力との合成付勢力は、接触子２０がワークｗ４を押し付ける、押付力（＋Ｆｂ２−Ｆａ２＝＋Ｆ）が作用するように設定されている（図７）。

上述を図７に基づいてまとめる。第一実施形態の寸法測定ヘッドは、平行板バネ（第一付勢部材）６及びバネリンク機構（第二付勢部材）３の付勢力がアーム部２の変位量に応じて変化するように構成されている。即ち、平行板バネ（第一付勢部材）６の付勢力は、バネリンク機構（第二付勢部材）３の付勢力により調整される。

平行板バネ６の付勢力は、アーム部２の変位量が（−Ｘ２）の時は押付力が（＋Ｆａ１）、変位量が（−Ｘ１）の時は押付力が（＋Ｆ）、変位量が（０）の時は押付力が（０）、変位量が（＋Ｘ３）の時は戻り力が（−Ｆａ２）となる。アーム部２の変位量をＸ軸とし、平行板バネ６の付勢力をＹ軸とするグラフは、比例直線Ｆａとして近似できる。

バネリンク機構３の付勢力は、アーム部２の変位量が（−Ｘ２）の時は戻り力が（−Ｆｂ１）、変位量が（−Ｘ１）の時は押付力が（０）、変位量が（０）の時は押付力が（＋Ｆ）、変位量が（＋Ｘ３）の時は押付力が（＋Ｆｂ２）となる。アーム部２の変位量をＸ軸とし、バネリンク機構３の付勢力をＹ軸とするグラフは、比例直線Ｆｂとして近似できる。図７に示す通り、直線Ｆａと直線Ｆｂとは傾きが正反対となる。

そして、平行板バネ（第一付勢部材）６とバネリンク機構（第二付勢部材）３の合成付勢力は、アーム部２の変位量が（−Ｘ２）、（−Ｘ１）、（０）及び（＋Ｘ３）の時に常に押付力が（＋Ｆ）となるように、平行板バネ６及びコイルバネ３１の付勢力等が設定されている。アーム部２の変位量をＸ軸とし、平行板バネ６とバネリンク機構３との合成付勢力をＹ軸とするグラフは、一定直線Ｆｃとなる。直線Ｆｃは、押付合成力Ｆとなる。

第二付勢部材３は、リンク部３０とコイルバネ３１で構成され、その付勢力Ｆｂが変位に応じて直線変化するので、第一付勢部材６の付勢力Ｆａを調整し易く、これらの合成付勢力Ｆｃを略一定に保つことができる。これにより、非常に安定した測定ができると共に、ワークＷの表面を傷付けることもない。

次に、寸法測定ヘッドの第二実施形態を説明する。尚、上記した第一実施形態と同じ構成については同一符号を付して説明を省略する。図８は、ブロック部の内部を示す正面図である。図９は、接触子がワークに当接した状態を示す一部正面図である。図１０は、接触子のワークに対する押付力を説明するためのグラフ図である。

図８に示すように、この寸法測定ヘッドは、永久磁石機構３’を備えている。永久磁石機構３’は、第一永久磁石対３２及び第二永久磁石対３３からなる。上記第一実施形態では、第二付勢部材３はバネリンク機構で構成されているのに対し、第二実施形態では、第二付勢部材３’は永久磁石機構で構成されている。

第一永久磁石対３２は、永久磁石３２ａ及び３２ｂで構成されている。永久磁石３２ａは、進退ブロック５に設けられている。永久磁石３２ｂは、ブロック部４に設けられている。そして、各永久磁石３２ａ，３２ｂは、互いに吸引付勢されている。

第二永久磁石対３３は、永久磁石３３ａ及び３３ｂで構成されている。永久磁石３３ａは、進退ブロック５に設けられている。永久磁石３３ｂは、ブロック部４に設けられている。そして、各永久磁石３３ａ，３３ｂは、互いに吸引付勢されている。

この寸法測定ヘッドは、リトラクト機構７を解除すると、平行板バネ（第一付勢部材）６及び永久磁石対（第二付勢部材）３’により、接触子２０がワークＷに当接して、ワークＷに対する接触子２０の押付力Ｆｃが所定範囲となるように構成されている。以下これにつき詳述する。

先ず、図９（ａ）の状態について説明する。アーム部２の変位量が（−Ｘ２）の時、平行板バネ６は、進退ブロック５を図右方向（ワークｗ１側）に付勢している。よって、平行板バネ６の付勢力は、接触子２０がワークｗ１を押し付ける、押付力（＋Ｆａ１）が作用する（図１０）。

この時、第一永久磁石対３２の吸引力は、第二永久磁石対３３の吸引力に対して小さい。よって、永久磁石機構３’は、進退ブロック５を図左方向（反ワークｗ１側）に付勢している。永久磁石機構３’の付勢力は、接触子２０がワークｗ１から離れる、戻り力（−Ｆｂ１）が作用する（図１０）。

図１０に示すように、アーム部２の変位量（−Ｘ２）のとき、押付力（＋Ｆａ１）と戻り力（−Ｆｂ１）とが作用する。平行板バネ（第一付勢部材）６の付勢力と永久磁石機構（第二付勢部材）３’の付勢力との合成付勢力は、接触子２０がワークｗ１を押し付ける、押付力（＋Ｆａ１−Ｆｂ１＝＋Ｆ１）が作用するように設定されている（図１０）。

図９（ｂ）の状態について説明する。アーム部２の変位量が（−Ｘ１）の時、平行板バネ６は、進退ブロック５を図右方向（ワークｗ２側）に付勢している。平行板バネ６の付勢力は、接触子２０がワークｗ２を押し付ける、押付力（＋Ｆ２）が作用する（図１０）。

この時、第一永久磁石対３２の吸引力と第二永久磁石対３３の吸引力は同じになるように設定されている。よって、永久磁石機構３は、進退ブロック５を図左右方向に付勢しない。従って、永久磁石機構３の付勢力は、接触子２０のワークｗ２に対する押付力及び戻り力が作用しない（図１０）。

図１０に示すように、アーム部２の変位量が（−Ｘ１）のとき、押付力（＋Ｆ２）のみが作用する。よって、平行板バネ（第一付勢部材）６の付勢力と永久磁石機構（第二付勢部材）３の付勢力との合成付勢力は、接触子２０がワークｗ２を押し付ける、押付力（＋Ｆ２−０＝＋Ｆ２）が作用する（図１０）。

図９（ｃ）の状態について説明する。アーム部２の変位量が（０）の時、平行板バネ６は、各板バネ６０，６１が垂直方向に配置されている。よって、平行板バネ６は、進退ブロック５を図左右方向には付勢しない。従って、平行板バネ６の付勢力は、接触子２０のワークｗ３に対する押付力及び戻り力が作用しない（図１０）。

第一永久磁石対３２の吸引力は、第二永久磁石対３３の吸引力より大きい。よって、永久磁石機構３は、進退ブロック５を図右方向（ワークｗ３側）に付勢する。従って、永久磁石機構３の付勢力は、接触子２０がワークｗ３を押し付ける、押付力（＋Ｆ４）が作用する（図１０）。

図１０に示すように、アーム部２の変位量が（０）のとき、押付力（＋Ｆ４）のみが作用する。よって、平行板バネ（第一付勢部材）６の付勢力と永久磁石機構（第二付勢部材）３の付勢力との合成付勢力は、接触子２０がワークｗ３を押し付ける、押付力（＋Ｆ４−０＝＋Ｆ４）が作用する（図１０）。

図９（ｄ）の状態について説明する。アーム部２の変位量が（＋Ｘ３）の時、平行板バネ６は、進退ブロック５を図左方向（反ワークｗ４側）に付勢する。よって、平行板バネ６の付勢力は、接触子２０がワークｗ４から離れる、戻り力（−Ｆａ２）が作用する（図１０）。

第一永久磁石対３２の吸引力は、第二永久磁石対３３の吸引力に対して大きい。よって、永久磁石機構３は、進退ブロック５を図右方向（ワークｗ４側）に付勢している。従って、永久磁石機構３の付勢力は、接触子２０がワークｗ４を押し付ける、押付力（＋Ｆｂ２）が作用する（図１０）。

図１０に示すように、アーム部２の変位量が（＋Ｘ３）の時、押付力（＋Ｆｂ２）と戻り力（−Ｆａ２）とが作用する。平行板バネ（第一付勢部材）６の付勢力と永久磁石機構（第二付勢部材）３の付勢力との合成付勢力は、接触子２０がワークｗ４を押し付ける、押付力（＋Ｆｂ２−Ｆａ２＝＋Ｆ３）が作用するように設定されている（図１０）。

上述を図１０に基づいてまとめる。平行板バネ６の付勢力は、アーム部２の変位量が（−Ｘ２）の時は押付力が（＋Ｆａ１）、変位量が（−Ｘ１）の時は押付力が（＋Ｆ２）、変位量が（０）の時は押付力が（０）、変位量が（＋Ｘ３）の時は戻り力が（−Ｆａ２）となる。アーム部２の変位量をＸ軸とし、平行板バネ６の付勢力をＹ軸とするグラフは、比例直線Ｆａとして近似できる。

永久磁石機構３の付勢力は、アーム部２の変位量が（−Ｘ２）の時は戻り力が（−Ｆｂ１）、変位量が（−Ｘ１）の時は押付力が（０）、変位量が（０）の時は押付力が（＋Ｆ４）、変位量が（＋Ｘ３）の時は押付力が（＋Ｆｂ２）となる。

永久磁石対の吸引力は、近づくにつれて大きくなり、離れるにつれて小さくなる。アーム部２の変位量をＸ軸とし、第一永久磁石対３２の付勢力をＹ軸とするグラフは、曲線Ｆｂ’（一点鎖線）として近似できる。アーム部２の変位量をＸ軸とし、第二永久磁石対３３の付勢力をＹ軸とするグラフは、曲線Ｆｂ’’（一点鎖線）として近似できる。従って、アーム部２の変位量をＸ軸とし、永久磁石機構３’の付勢力をＹ軸とするグラフは、曲線Ｆｂとして近似できる。

そして、平行板バネ（第一付勢部材）６と永久磁石機構（第二付勢部材）３’との合成付勢力は、アーム部２の変位量が（−Ｘ２）、（−Ｘ１）、（０）及び（＋Ｘ３）の時に押付力が（＋Ｆ１〜＋Ｆ４）となるように、平行板バネ６の付勢力及び永久磁石対３２，３３の吸引力等が設定されている。アーム部２の変位量をＸ軸とし、平行板バネ６と永久磁石機構３’との合成付勢力をＹ軸とするグラフは、曲線Ｆｃとなる。

接触子２０のワークＷに対する押付力Ｆｃは所定範囲内（＋Ｆ１〜＋Ｆ４）となり、安定した測定ができ、ワークＷの表面を傷付けない。更に、永久磁石で第二付勢部材３’を構成することができるので、非常に簡単に組み付けることができる。尚、押付力Ｆｃの範囲（＋Ｆ１〜＋Ｆ４）は、所定の押付力Ｆに対して＋２０％〜−２０％の範囲内とすることが好ましい。

上記実施形態において、第一付勢部材は、十字バネやＬ字バネ等であっても良い。又、第二付勢部材は、第一付勢部材の付勢力を調整するものであれば良く、バネのみで組み立てた機構やダンパ機構、ゴム部材等で構成することもできる。

寸法測定ヘッドを示す正面図。 ブロック部の内部を示すものであり、（ａ）は正面図、（ｂ）は第二付勢部材の拡大正面図。 図２（ａ）に示すＩ−Ｉ線断面図。 リトラクト機構を説明するための正面図。 センサ部を示す拡大断面図。 接触子がワークに当接した状態を示す一部正面図。 接触子のワークに対する押付力を説明するためのグラフ図。 第二実施形態におけるブロック部の内部を示す正面図。 第二実施形態における接触子がワークに当接した状態を示す一部正面図。 第二実施形態におけるワークに対する接触子の押付力を説明するためのグラフ図。 従来の寸法測定ヘッドを示す正面図。

符号の説明

１ 測定ユニット
２ アーム部
２０ 接触子
３ バネリンク機構（第二付勢部材）
３０ リンク部
３１ コイルバネ
３’ 永久磁石機構（第二付勢部材）
３２ 第一永久磁石対
３３ 第二永久磁石対
５ 進退ブロック
６ 平行板バネ（第一付勢部材）
６０，６１ 板バネ
７ リトラクト機構
８ センサ部
８０ センサロッド
８１ センサヘッド
Ｗ ワーク

Claims (4)

1. 接触子を保持するアーム部と、前記アーム部を変位可能する機構と、前記アーム部の変位量を検知するセンサ部とを備え、前記アーム部を変位し前記接触子をワークに当接してワーク寸法を測定する寸法測定ヘッドにおいて、前記アーム部は、初期位置に付勢する第一付勢部材と、前記第一付勢部材の付勢力を調整する第二付勢部材とを備え、前記アーム部の変位に拘らず、前記ワークに対する前記接触子の押付力を所定範囲内に保つように構成していることを特徴とする寸法測定ヘッド。
2. 前記第一付勢部材は、二枚の板バネを平行に組み付けた平行板バネからなり、前記アーム部を直動変位可能に付勢するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の寸法測定ヘッド。
3. 前記第二付勢部材は、前記アーム部に回転可能に連結されたリンク部材と、前記リンク部材を付勢するスプリングとから構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の寸法測定ヘッド。
4. 前記第二付勢部材は、前記アーム部に設けられた第一磁石と、前記第一磁石を吸引付勢する第二磁石とから構成されていることを特徴とする請求項１乃至３に記載の寸法測定ヘッド。

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