JP2009020005A

JP2009020005A - 電気マイクロメータ用検出器製造方法、及び電気マイクロメータ用検出器

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Publication number: JP2009020005A
Application number: JP2007183073A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Ozeki; 敏治尾関
Original assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Priority date: 2007-07-12
Filing date: 2007-07-12
Publication date: 2009-01-29
Anticipated expiration: 2027-07-12
Also published as: JP5269357B2

Abstract

【課題】本発明の目的は、高品質で安価な電気マイクロメータ用検出器を提供することにある。
【解決手段】コイル３４ａ（３４ｂ）が磁性体フタ３０ａ（３０ｂ）に対し所定の軸方向位置及びその直交方向位置に配置されるように、該磁性体フタ３０ａ（３０ｂ）に対するコイル３４ａ（３４ｂ）の軸方向位置及びその直交方向位置が位置決め固定されたコイル部分組立品１４ａ（１４ｂ）を含み、２つの前記コイル部分組立品１４ａ，１４ｂが磁性体ケース１２内に該磁性体ケース中心位置Ｐ_０を中心にして対称に配置されるように、該各コイル部分組立品１４ａ，１４ｂのそれぞれの磁性体フタ３０ａ，３０ｂに対する磁性体ケース１２の軸方向位置及びその直交方向位置が位置決め固定されていることを特徴とする電気マイクロメータ用検出器１０。
【選択図】図１

Description

本発明は電気マイクロメータ用検出器製造方法および電気マイクロメータ用検出器、特にその差動変圧器の組立手法の改良に関する。

従来、変位量の測定を行う変位測定器として、電気マイクロメータが用いられている。
電気マイクロメータは、被測定物と接触するスピンドルの微小変位を電気的量に変換する検出器と、検出器からの微小変位信号を増幅し変位量を表示する指示管制器とを備える。
電気マイクロメータ用検出器は、精度が高い、直線性が広い、外乱に強いなどの特徴を持つ差動変圧器が良く用いられている。

従来の差動変圧器は、ボビンに２段等に巻かれたコイルと、その中心部に置かれ、軸方向に可動なコアとを含む（例えば、特許文献１参照）。
そして、差動変圧器では、１次コイルに交流電流を印加し励磁すると、交番界磁が発生する。発生した交番界磁は、２次コイルの巻線と交錯してコイルに起電力を生じる。コアが中央にある場合、２つの２次コイルに誘起する電圧は等しく、コアが中央から変位すると、一方のコイルでは誘起電圧は増加する。他方のコイルでは誘起電圧は減少する。このように差動出力電圧は、コアの軸方向変位量とともに増加するので、差動出力電圧から、スピンドルの微小変位を知ることができる。
特開平８−２８５５０８号公報（段落０００２、図６）

ところで、従来の差動変圧器においては、ボビンにコイルを巻いて使用していた。
例えばコイルを２つ使用した差動変圧器では、それぞれのコイルを巻くために形成された二箇所のスペースを持つボビンを使用している。しかしながら、ボビンスペースの加工精度やボビンにコイルを巻く精密さによって、２つのコイルの特性に、ばらつきが発生しやすい。
このため、従来の差動変圧器では、コアを中心位置から軸方向に等距離移動させた際に得られるマイナス側とプラス側のそれぞれの２次電圧が同じになり難い。
したがって、従来の差動変圧器では、２次電圧の確認を行いながら、磁性体部品の位置調整をすることにより、コアを中心位置から軸方向に等距離移動させた際に得られるマイナス側とプラス側のそれぞれの２次電圧を同じにする調整が必要である。

しかしながら、前記２次電圧の調整は、非常に難しく、手間や時間がかかるので、コストがかかる。
また、磁性体部品の位置調整だけでは、満足のゆく２次電圧の調整が行えないこともあった。この結果、従来の差動変圧器においては、２つのコイルの特性にばらつきが残り、差動変圧器の指示誤差が大きくなるので、品質も改善の余地が残されていた。
このように電気マイクロメータ用検出器の品質、及びコストは未だ改善の余地が残されていたものの、従来は、これらを解決することのできる適切な技術が存在しなかった。
本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、高品質で安価な電気マイクロメータ用検出器製造方法、及び電気マイクロメータ用検出器を提供することにある。

本発明者が前記課題について鋭意検討を重ねた結果、予め同じ特性を持つ複数のコイルを選んでから、該コイルを磁性体フタに対し位置決め固定したコイル部分組立品を複数、作っておき、２つのコイル部分組立品を磁性体ケースに対称に組み立てることにより、従来、極めて困難であった２次電圧の調整を排除することができるので、高品質で安価な電気マイクロメータ用検出器を提供することができることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、前記目的を達成するために本発明にかかる電気マイクロメータ用検出器製造方法は、軸方向において対向配置された２つのコイルを含む差動変圧器の軸方向中心位置を基準にして、コアの軸方向変位に応じた電圧を出力する差動変圧器式の電気マイクロメータ用検出器の製造方法において、コイル部分組立工程と、ケース組立工程と、を備えることを特徴とする。
ここで、前記コイル部分組立工程では、コイルが磁性体フタに対し所定の軸方向位置及びその直交方向位置に配置されるように、該磁性体フタに対するコイルの軸方向位置及びその直交方向位置を位置決め固定し、少なくとも該磁性体フタ及び該コイルを一つのコイル部分組立品に組み立てる。
また、前記ケース組立工程では、前記コイル部分組立工程で組み立てられた２つの前記コイル部分組立品が磁性体ケース内に該磁性体ケース中心位置を中心にして対称に配置されるように、該各コイル部分組立品のそれぞれの磁性体フタに対する該磁性体ケースの軸方向位置及びその直交方向位置を位置決め固定する。

また、前記目的を達成するために本発明にかかる電気マイクロメータ用検出器は、軸方向において対向配置された２つのコイルを含む差動変圧器の軸方向中心位置を基準にして、コアの軸方向変位に応じた電圧を出力する差動変圧器式の電気マイクロメータ用検出器において、
コイルが磁性体フタに対し所定の軸方向位置及びその直交方向位置に配置されるように、該磁性体フタに対するコイルの軸方向位置及びその直交方向位置が位置決め固定されたコイル部分組立品を含み、
２つの前記コイル部分組立品が磁性体ケース内に該磁性体ケース中心位置を中心にして対称に配置されるように、該各コイル部分組立品のそれぞれの磁性体フタに対する磁性体ケースの軸方向位置及びその直交方向位置が位置決め固定されていることを特徴とする。

なお、本発明において、前記コイル部分組立品は、さらに前記磁性体フタと前記コイル間に非磁性体スペーサが設けられており、該非磁性体スペーサが該磁性体フタに対し所定の軸方向位置及びその直交方向位置に配置されるように、該磁性体フタに対する非磁性体スペーサの軸方向位置及びその直交方向位置が位置決め固定されていることが好適である。

本発明においては、前記コイルが、ボビンレスコイルであることが好適である。

本発明にかかる電気マイクロメータ用検出器製造方法によれば、予め磁性体フタに対しコイルを位置決め固定しておいたコイル部分組立品を複数、作っておくコイル部分組立工程と、２つの前記コイル部分組立品を磁性体ケースに対称に組み立てるケース組立工程とを備えることとしたので、従来、極めて困難であった、２次電圧の調整を排除することができるので、高品質で安価な電気マイクロメータ用検出器を得ることができる。

本発明にかかる電気マイクロメータ用検出器によれば、予め位置決め固定しておいた２つの前記コイル部分組立品が磁性体ケースに対称に配置されているので、従来、極めて困難であった２次電圧の調整を排除することができるので、高品質で安価なものを得ることができる。
本発明において、コイル部分組立品は、さらに磁性体フタとコイル間に非磁性体スペーサが設けられることにより、コイルと磁性体フタ間の電気絶縁性を確実に確保することができるので、より高品質な電気マイクロメータ用検出器を提供することができる。
本発明においては、ボビンレスコイルを採用することにより、より高品質の電気マイクロメータ用検出器を得ることができる。

以下、図面に基づき本発明の好適な一実施形態について説明する。
図１には本発明の一実施形態にかかる電気マイクロメータ用検出器の概略構成が示されている。
同図に示す電気マイクロメータ用検出器１０は、差動変圧器式のものであり、円筒状の磁性体ケース１２と、コイル部分組立品１４ａ，１４ｂと、棒状のコア１６と、棒状のスピンドル１８とを備える。
コア１６は、被測定物２０と接触するスピンドル１８の微小変位に応じて軸方向に変位する。
スピンドル１８は、コア軸の延長線上に設けられ、コア１６と共に軸方向に変位する。
そして、検出器１０は、スピンドル１８の先端を被測定物２０に当接した際のコア１６の中心位置Ｐ_０からの変位に応じた変位信号（電圧）２４を出力する。検出器１０からの変位信号２４は、指示管制器２６により増幅され、変位量が表示される。

本発明において特徴的なことは、高品質で安価な電気マイクロメータ用検出器を実現するため、予め同じ特性を持つ複数のコイルを選んでから、該コイルを磁性体フタに対し位置決め固定したコイル部分組立品（同じもの）を複数、作っておき、２つの前記コイル部分組立品を磁性体ケース１２に対称に配置したことである。

このために本実施形態においては、コイル部分組立品１４ａ，１４ｂは、リング状の磁性体フタ３０ａ，３０ｂ、リング状の非磁性体スペーサ３２ａ，３２ｂ、及び円筒状に巻かれたボビンレスコイル３４ａ，３４ｂを含む。
コイル部分組立品１４ａ，１４ｂは、非磁性体スペーサ３２ａ，３２ｂ及びコイル３４ａ，３４ｂが磁性体フタ３０ａ，３０ｂに対し所定の軸方向位置及びラジアル方向位置（軸方向に対する直交方向位置）に配置されるように、磁性体フタ３０ａ，３０ｂに対する非磁性体スペーサ３２ａ，３２ｂ及びボビンレスコイル３４ａ，３４ｂの軸方向位置及びラジアル方向位置が位置決め固定されている。

コイル部分組立品１４ａ，１４ｂでは、予めボビンレスコイル３４ａ，３４ｂの特性が同じものを選んでいる。このようなコイル部分組立品１４ａ，１４ｂが、磁性体ケース１２内に磁性体ケース中心位置Ｐ_０を中心にして対称に配置されるように、各コイル部分組立品１４ａ，１４ｂのそれぞれの磁性体フタ３０ａ，３０ｂに対する磁性体ケース１２の軸方向位置及びラジアル方向位置が位置決め固定されている。

なお、本実施形態においては、各コイル部分組立品１４ａ，１４ｂ間には、微小ギャップを設けている。
また、本実施形態においては、コア１６は、コイル３４ａ，３４ｂの中空部に、スピンドル１８と共に軸方向に可動自在に挿入されている。
ボビンレスコイル３４ａ，３４ｂは、それぞれの上下に１次コイル及び２次コイルを巻いた２段形を用いている。
本実施形態においては、磁性体フタ３０ｂに基板４０が設けられている。基板４０は前記１次コイルに一定交流電圧を供給し、また、前記２次コイルから変位信号２４（２次電圧）を取り出すためのものとする。

以下、本実施形態にかかる電気マイクロメータ用検出器１０の製造方法について、図２を参照しつつ説明する。
本実施形態にかかる電気マイクロメータ用検出器製造方法は、同図（Ａ）に示されるコイル巻き工程（Ｓ１０）と、同図（Ｂ）に示されるコイル接着工程（コイル部分組立工程）（Ｓ１２）と、同図（Ｃ）に示されるケース組立工程（Ｓ１４）と、同図（Ｄ）に示されるコア組立工程（Ｓ１６）とを備える。
すなわち、コイル巻き工程（Ｓ１０）では、コイルを円筒状に巻いてボビンレスコイル３４ａを作る。このようにして同じコイル３４ａ，３４ｂを複数個作っておく。

コイル接着工程（Ｓ１２）では、磁性体フタ３０ａに対し、非磁性体スペーサ３２ａ、及びコイル巻き工程（Ｓ１０）で得られたコイル３４ａが所定の軸方向位置及びラジアル方向位置に配置されるように、磁性体フタ３０ａに対する非磁性体スペーサ３２ａ及びコイル３４ａの軸方向位置及びラジアル方向位置を位置決め固定する。
この結果、磁性体フタ３０ａ、非磁性体スペーサ３２ａ及びコイル３４ａを、一つのコイル部分組立品１４ａに組み立てることができる。このようにして同じコイル部分組立品１４ａ，１４ｂを、複数、作っておく。
ここで、コイル３４ａ，３４ｂ…の特性は予め分かるので、予め同じ特性を持つ複数のコイル３４ａ，３４ｂ等を選んでおいてから、コイル接着工程（Ｓ１２）を行うこと好ましい。

ケース組立工程（Ｓ１４）では、２つの前記コイル部分組立品１４ａ，１４ｂが磁性体ケース１２内に磁性体ケース１２中心位置Ｐ_０を中心にして対称に配置されるように、各コイル部分組立品１４ａ，１４ｂのそれぞれの磁性体フタ３０ａ，３０ｂに対する磁性体ケース１２の軸方向位置及びラジアル方向位置を位置決め固定する。

コア組立工程（Ｓ１６）では、コイル３４ａ，３４ｂの中空部に、コア１６を軸方向に可動自在に挿入する。
また、磁性体フタ３０ｂに基板１４を接着する。

このように本実施形態によれば、磁性体フタ３０ａ，３０ｂ、スペーサ３２ａ，３２ｂ、及びコイル３４ａ，３４ｂで構成されるコイル部分組立品１４ａ，１４ｂを、磁性体ケース１２に組付けるだけで、磁性体ケース１２の中心位置と、コイル３４ａ，３４ｂの中心位置及び２次電圧のゼロ位置（２次電圧の最小値となるコアの中心位置）とを、一致することができる。

すなわち、図３の分解図に示されるように、２つのコイル部分組立品１４ａ，１４ｂは、それぞれ予め磁性体フタ３０ａ，３０ｂに対し、スペーサ３２ａ，３２ｂ及びコイル３４ａ，３４ｂの軸方向位置及びラジアル方向位置が位置決め固定されている。

本実施形態においては、所定の厚み（Ｈ_０）を持つ磁性体フタ３０ａ（３０ｂ）に、所定の厚み（Ｈ_１）を持つ非磁性体スペーサ３２ａ（３２ｂ）を密着して設け、さらに非磁性体スペーサ３２ａ（３２ｂ）に、所定の高さ（Ｈ_２）を持つコイル３４ａ（３４ｂ）を密着して設けることで、非磁性体スペーサ３２ａ（３２ｂ）及びコイル３４ａ（３４ｂ）が、磁性体フタ３０ａ（３０ｂ）に対し、所定の軸方向位置に配置される。
また、本実施形態においては、磁性体フタ３０ａ（３０ｂ）の中心軸Ｘ_０に対し、非磁性体スペーサ３２ａ（３２ｂ）の中心軸Ｘ_１、コイル３４ａ（３４ｂ）の中心軸Ｘ_２を一致させることで、非磁性体スペーサ３２ａ（３２ｂ）及びコイル３４ａ（３４ｂ）が、磁性体フタ３０ａ（３０ｂ）に対し、所定のラジアル方向位置に配置される。

また、２つのコイル部分組立品１４ａ，１４ｂでは、予め同じ特性を持つコイル３４ａ，３４ｂを用いている。
このため、２つのコイル部分組立品１４ａ，１４ｂをケース１２に対し対称に組み立てる際に、同図に示されるように、磁性体フタ３０ａ，３０ｂに対する磁性体ケース１２の軸方向位置及びラジアル方向位置の位置決めを行うだけで、コイル３４ａの特性とコイル３４ｂの特性とが同じになる。

すなわち、本実施形態においては、同図に示されるように磁性体ケース１２の短面に、コイル部分組立品１４ａ，１４ｂを密着して設けることで、コイル部分組立品１４ａ，１４ｂが磁性体ケース１２に対し所定の軸方向位置に配置される。
また、本実施形態においては、各コイル部分組立品１４ａ，１４ｂの中心軸に対し磁性体ケース１２の中心軸を一致させることで、つまり磁性体フタ３４ａ，３４ｂの中心軸Ｘ_０に対し磁性体ケース１２の中心軸Ｘ_３を一致させることで、各部分組立品１４ａ，１４ｂが磁性体ケース１２に対し所定のラジアル方向位置に配置される。

この結果、本実施形態においては、各コイル部分組立品１４ａ，１４ｂの位置関係は磁性体ケース１２の中心位置Ｐ_０を中心にして対称（同じ）である。しかも、各コイル３４ａ，３４ｂは、特性が厳密に同じものを選んでいるので、磁路形成は各コイル部分組立品１４ａ，１４ｂとの間で同じになる。
したがって、本実施形態は、従来方式に必要な各コイル特性の調整が不要になる。これにより、前述のようにして電気マイクロメータ用検出器１０を組み立てるだけで、確実に同じ特性のコイルが構成されるので、従来方式に比較し、電気マイクロメータ用検出器の高品質化を図ることができる。また、本実施形態は、従来方式で必要な２次電圧調整が不要となるので、従来方式に比較し、電気マイクロメータ用検出器が安価になる。

すなわち、本実施形態によれば、コア１６を中心位置Ｐ_０から軸方向に等距離移動させた際に得られるマイナス側とプラス側のそれぞれの２次電圧の値を同じにすることが容易になり、直線性の向上を無調整で実現することができる。
また、本実施形態によれば、コア１６の機械的な位置調整を、従来方式、つまりねじによる方法に比較し、簡単となる。また、組立冶具による調整をしない方法でも、組立を行うことができる。

また、本実施形態においては、発熱による差動変圧器の熱膨張が測定誤差になるので、これを低減することが非常に重要である。
すなわち、従来方式においては、コイルをボビンに巻いており、検出器の発熱でボビンが熱膨張し、２次電圧のゼロ位置がずれることがあり、高精度な変位測定が困難なことがあった。
これに対し、本実施形態では、ボビンレスコイル３４ａ，３４ｂを用いているので、前述のような熱の影響を排除することができる。すなわち、本実施形態では、樹脂が熱膨張しても、２つのコイル３４ａ，３４ｂ間のギャップは変わるが、２つのコイル３４ａ，３４ｂの中心位置は変わらないので、従来方式、つまりボビンにコイルを巻いたものに比較し、高精度な変位測定が行える。

なお、本実施形態においては、コイル部分組立品１４ａ，１４ｂが非磁性体スペーサ３２ａ，３２ｂを含むことが、コイル３４ａ，３４ｂと磁性体フタ３０ａ，３０ｂ間の電気絶縁性を確実に得るためには特に好ましいが、コイル３４ａ，３４ｂが確実に接着剤等の絶縁体で覆われており、コイル３４ａ，３４ｂと磁性体フタ３０ａ，３０ｂとの間の電気絶縁性を確実に得ることができるのであれば、非磁性体スペーサ３２ａ，３２ｂを用いることなく、コイル３４ａ，３４ｂを磁性体フタ３０ａ，３０ｂに直接、設けることも可能である。

また、前記構成では、磁性体ケース１２の短面に、コイル部分組立品１４ａ，１４ｂを密着した例について説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、コイル部分組立品１４ａ，１４ｂの磁性体フタ３０ａ，３０ｂの短面ないし非磁性体スペーサ３２ａ，３２ｂの短面を、磁性体ケース１２の内周面に密着することも好ましい。

本発明の一実施形態にかかる電気マイクロメータ用検出器の概略構成の説明図である。本実施形態にかかる電気マイクロメータ用検出器製造方法のコイル巻き工程の説明図である。本実施形態にかかる電気マイクロメータ用検出器製造方法において特徴的なコイル部分組立工程（コイル接着工程）の説明図である。本実施形態にかかる電気マイクロメータ用検出器製造方法において特徴的なケース組立工程の説明図である。本実施形態にかかる電気マイクロメータ用検出器製造方法のコア組立工程の説明図である。本実施形態において特徴的な電気マイクロメータ用検出器の各構成部材間の位置決め手法の説明図である。

符号の説明

１０電気マイクロメータ用検出器
１２磁性体ケース
１４ａ，１４ｂコイル部分組立品
１６コア
１８スピンドル
３０ａ，３０ｂ磁性体フタ
３２ａ，３２ｂ非磁性体スペーサ
３４ａ，３４ｂボビンレスコイル

Claims

軸方向において対向配置された２つのコイルを含む差動変圧器の軸方向中心位置を基準にしてコアの軸方向変位に応じた電圧を出力する差動変圧器式の電気マイクロメータ用検出器の製造方法において、
コイルが磁性体フタに対し所定の軸方向位置及びその直交方向位置に配置されるように、該磁性体フタに対するコイルの軸方向位置及びその直交方向位置を位置決め固定し、少なくとも該磁性体フタ及び該コイルを一つのコイル部分組立品に組み立てるコイル部分組立工程と、
前記コイル部分組立工程で組み立てられた２つの前記コイル部分組立品が磁性体ケース内に該磁性体ケース中心位置を中心にして対称に配置されるように、該各コイル部分組立品のそれぞれの磁性体フタに対する該磁性体ケースの軸方向位置及びその直交方向位置を位置決め固定するケース組立工程と、
を備えたことを特徴とする電気マイクロメータ用検出器製造方法。
軸方向において対向配置された２つのコイルを含む差動変圧器の軸方向中心位置を基準にしてコアの軸方向変位に応じた電圧を出力する差動変圧器式の電気マイクロメータ用検出器において、
コイルが磁性体フタに対し所定の軸方向位置及びその直交方向位置に配置されるように、該磁性体フタに対するコイルの軸方向位置及びその直交方向位置が位置決め固定されたコイル部分組立品を含み、
２つの前記コイル部分組立品が磁性体ケース内に該磁性体ケース中心位置を中心にして対称に配置されるように、該各コイル部分組立品のそれぞれの磁性体フタに対する磁性体ケースの軸方向位置及びその直交方向位置が位置決め固定されていることを特徴とする電気マイクロメータ用検出器。
請求項２記載の電気マイクロメータ用検出器において、
前記コイル部分組立品は、さらに、前記磁性体フタと前記コイル間に、非磁性体スペーサが設けられており、
該非磁性体スペーサが該磁性体フタに対し所定の軸方向位置及びその直交方向位置に配置されるように、該磁性体フタに対する非磁性体スペーサの軸方向位置及びその直交方向位置が位置決め固定されていることを特徴とする電気マイクロメータ用検出器。
請求項２又は３記載の電気マイクロメータ用検出器において、
前記コイルは、ボビンレスコイルであることを特徴とする電気マイクロメータ用検出器。