JP2011007500A - 内側測定器 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化および測定範囲の拡大が可能で、しかも、高精度な内側測定器を提供する。
【解決手段】本体ケース１と、固定子１０と、測定子２０とを有する内側測定器において、本体ケース１内に中間部を支点として揺動可能に設けられ一端が測定子２０に当接される接触部３５を有し他端に歯車部３６を有するセクターギヤ３０と、このセクターギヤの接触部が測定子に常時接する方向へセクターギヤを付勢する付勢手段４０と、セクターギヤの歯車部に噛合し本体ケース内に回転可能に支持されたピニオン５０と、このピニオンの回転量を検出するロータリセンサ６０とを備える、
【選択図】図２

Description

本発明は、固定子に対する測定子の移動量から被測定物の内側を測定する内側測定器に関する。例えば、シリンダゲージなどに利用できる。

孔の内径や溝の内幅寸法などを測定する内側測定器として、例えば、シリンダゲージが知られている。
シリンダゲージは、例えば、特許文献１のように、本体ケースと、この本体ケースの一端に固定された固定子と、本体ケースの一端に固定子と同軸上に配置されるとともに本体ケースの内外を貫通して変位可能に設けられた測定子と、この測定子を取り付けた測定子ホルダと、この測定子ホルダを測定子の移動方向へ平行変位させる一対の平行板ばねと、測定子ホルダに測定子ホルダの平行変位方向に沿って固定されたスケールプレートと、このスケールプレートに対向して本体ケースに固定された検出ヘッドとから構成されている。

従って、被測定物の孔内にシリンダゲージの一端を挿入すると、孔の内径に応じて測定子が軸方向へ変位される。すると、一対の平行板ばねを介して測定子ホルダも測定子の移動方向に沿って平行変位するから、この測定子ホルダの変位をスケールヘッドと検出ヘッドとからなるリニアセンサによって検出すれば、固定子に対する測定子の移動量、つまり、被測定物の孔の内径などを測定することができる。

特開平１１−２５７９０６号公報

従来のシリンダゲージの構造では、次のような課題がある。
（ａ）リニアセンサのスケールプレートを測定子ホルダに測定子の変位方向と平行に配置する必要があるため、本体ケースの先端を、リニアセンサのスケールプレートの長さ以下にすることができず、被測定物の孔内に挿入する本体ケースの小型化が困難であった。
（ｂ）また、測定範囲を大きくしようとすると、測定子の移動範囲に比例してリニアセンサのスケールプレートの全長を長くする必要があるため、測定範囲を大きくすることが困難であった。
（ｃ）リニアセンサのスケールプレートは、測定子からオフセットされた位置に配置されているため、アッべ誤差が発生し、測定精度の低下を招く。

本発明の目的は、このような課題を解決すべくなされたもので、小型化および測定範囲の拡大が可能で、しかも、高精度な内側測定器を提供することにある。

本発明の内側測定器は、本体ケースと、この本体ケースの一端に固定された固定子と、前記本体ケースの一端に前記固定子と同軸上に配置されるとともに前記本体ケースの内外を貫通して変位可能に設けられた測定子とを有し、この測定子の変位量から被測定物の内側寸法を測定する内側測定器において、前記本体ケース内に中間部を支点として揺動可能に設けられ一端が前記測定子に当接される接触部を有し他端に歯車部を有するセクターギヤと、このセクターギヤの接触部が前記測定子に常時接する方向へ前記セクターギヤを付勢する付勢手段と、前記セクターギヤの歯車部に噛合し前記本体ケース内に回転可能に支持されたピニオンと、このピニオンの回転量を検出するロータリセンサとを備える、ことを特徴とする。

このような構成によれば、被測定物の内側、例えば、孔の内径を測定するには、本体ケースの一端を孔内に挿入すると、孔の内径に応じて、測定子が軸方向へ移動される。測定子にはセクターギヤの接触部が当接されているから、測定子の移動に伴ってセクターギヤが回動される。すると、そのセクターギヤの歯車部に噛合されたピニオンが回転されるから、ピニオンの回転量がロータリセンサによって検出される。検出されたピニオンの回転量は、測定子と固定子との距離、つまり、孔の内径寸法として演算されたのち、例えば、表示部などに表示される。

本発明では、測定子の移動量をセクターギヤを介してピニオンの回転量に変換し、このピニオンの回転量をロータリセンサで検出するようにしたので、従来の平行板ばねやリニアセンサで測定子の移動量を検出する構成に比べ、検出部の小型化が可能である。従って、狭い測定部位でも本体ケースの一端を挿入できるので、狭いスペースでの内側測定にも対応できる。
また、測定子の移動量をセクターギヤを介してピニオンの回転量に変換する構造であるため、測定子の移動範囲を大きくしても、ピニオンの位置やロータリセンサの位置が移動することがないため、測定範囲を拡大できる。従って、従来構造に比べ、固定子（アンビル）の交換なしに広範囲測定を実現できる。

また、測定子の軸線上にセクターギヤの接触部が配置されているから、アッベ誤差が発生せず、高精度化が可能である。しかも、セクターギヤの揺動支点から接触部までの距離と、揺動支点から歯車部までの距離との比から測定子の移動量を拡大することができるので、更なる高精度化が可能である。
従って、以上のことから、小型化および測定範囲の拡大が可能で、しかも、高精度な内側測定器を得ることができる。

本発明の内側測定器において、前記ロータリセンサは、前記ピニオンに一体的に設けられたロータと、前記本体ケースに前記ロータに隙間を隔てて対向配置されたステータとを含んで構成されている、ことが好ましい。
ここで、ロータリエンコーダは、例えば、静電容量式や磁気誘導式などいずれでもよい。
このような構成によれば、ロータリセンサは、ロータとステータとを隙間を隔てて対向配置するだけでよいから、小型化で高精度化を実現しやすい。

本発明の内側測定器において、前記セクターギヤは、一端に回動可能かつ任意の角度で固定可能な接触部取付軸を有し、この接触部取付軸の先端に接触部取付軸の回動中心から偏芯した位置に前記接触部を備えている、ことが好ましい。
このような構成によれば、セクターギヤの一端に接触部取付軸が回動可能に設けられ、この接触部取付軸の先端に、接触部取付軸の回動中心から偏芯した位置に接触部が設けられているから、接触部取付軸を回動させると、セクターギヤの揺動支点から接触部までの距離を可変できる。従って、測定子の移動に基づく機械系の伝達誤差、つまり、測定子の移動量→セクターギヤの揺動量→ピニオンの回転量などの伝達誤差を、セクターギヤの揺動支点から接触部までの距離を可変することによって調整、補正することができる。そのため、機械系の伝達誤差に基づく精度低下を補正し、高精度化を実現できる。

本発明の一実施形態に係るシリンダゲージの正面図。 同上実施形態の検出部を示す断面図。 図２のIII−III線断面図。 同上実施形態のセクターギヤの接触部構造を示す図。 同上実施形態の接触部調整時の状態を示す図。 同上実施形態の測定動作時の状態を示す断面図。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。ここでは、シリンダゲージに適用した実施形態について説明する。
＜シリンダーゲージの構成＞
本実施形態のシリンダゲージは、図１に示すように、細長管状の本体ケース１と、この本体ケース１の一端に設けられた検出部２および測定ガイド３と、本体ケース１の他端に回転可能に設けられ検出部２で検出された測定値をデジタル表示するデジタル表示器４とを備える。

デジタル表示器４には、中央に複数桁（６桁）のデジタル表示部４Ａが配置されているとともに、デジタル表示器４の外周縁に沿って複数のスイッチボタン４Ｂ〜４Ｄが配置されている。
なお、測定ガイド３は、被測定物の孔径を測定する際、検出部２を測定孔の中心を通る直線上に位置させるもので、コ字型のフレーム３Ａと、このフレーム３Ａに検出部２を挟んで両側に設けられたガイドローラ３Ｂとを含んで構成されている。

検出部２は、図２および図３に示すように、本体ケース１の一端に固定された固定子１０と、本体ケース１の一端に固定子１０と同軸上に配置されるとともに本体ケース１の内外を貫通して変位可能に設けられた測定子２０と、本体ケース１内に中間部を支点として揺動可能に設けられたセクターギヤ３０と、このセクターギヤ３０の一端（接触部３５）が測定子２０に常時接する方向へセクターギヤ３０を回動付勢する付勢手段４０と、本体ケース１内に回転可能に支持されセクターギヤ３０によって回転されるピニオン５０と、このピニオン５０の回転量を検出するロータリセンサ６０とを備える。

固定子１０は、本体ケース１の一端に本体ケース１の長手方向に対して直角に挿入固定された固定子ホルダ１１内に着脱可能に挿入されている。固定子ホルダ１１の外端部外周面には雄ねじ部１２が形成され、この雄ねじ部１２に螺合された袋ナット１３により、固定子１０が固定子ホルダ１１に対して取付可能かつ取外可能に設けられている。つまり、固定子１０が固定子ホルダ１１に対して交換可能に構成されている。

測定子２０は、本体ケース１の一端に本体ケース１の長手方向に対して直角に挿入固定された測定子ホルダ２１内に移動可能に挿入されている。測定子ホルダ２１には、中心に測定子２０を移動可能に収納する収納孔２２が貫通形成されているとともに、外周面に内端側から外端側にかけて、蛇腹シール筒係合溝２３、雄ねじ部２４、シールリング収納溝２５、頭部２６がそれぞれ形成されている。シールリング収納溝２５には、シールリング２９が収納されている。
測定子２０は、収納孔２２内に挿入される軸部２０Ａと、この軸部２０Ａの内端に軸部２０Ａの直径よりも大きい直径を有する円盤状の頭部２０Ｂとを有する。頭部２０Ｂの外周面には、蛇腹シール筒係合溝２７が形成され、この蛇腹シール筒係合溝２７と測定子ホルダ２１の蛇腹シール筒係合溝２３との間に蛇腹シール筒２８の両端部が係合されている。

セクターギヤ３０は、中間部が支軸３１を介して本体ケース１に回動可能に支持されているとともに、一端に接触部取付軸３２を介して測定子２０の内端に当接される接触部３５を有し、他端に歯車部３６を有する。
接触部取付軸３２は、図４に示すように、セクターギヤ３０の一端に回動可能に設けられた回転軸３３と、この回転軸３３に螺合され回転軸３３を任意の角度で固定するナット３４とを含んで構成されている。回転軸３３の一端には頭部３３Ａが形成され、この頭部３３Ａの先端で回転軸３３の回動中心から偏芯した位置に球状の接触部３５が設けられている。

従って、図５（Ａ）および（Ｂ）に示すように、接触部取付軸３２を回動させると、セクターギヤ３０の揺動支点（支軸３１）から接触部３５までの距離を可変できるから、測定子２０の移動に基づく機械系の伝達誤差、つまり、測定子２０の移動量→セクターギヤ３０の揺動量→ピニオン５０の回転量などの伝達誤差を、セクターギヤ３０の揺動支点から接触部３５までの距離を可変することによって調整、補正することができる。

付勢手段４０は、コイルばね４１によって構成されている。コイルばね４１は、セクターギヤ３０の中間（支軸３１と歯車部３６との間）に設けられたピン４２と、本体ケース１に固定されたピン４３との間に掛け渡されている。これにより、セクターギヤ３０は、図２中反時計方向、つまり、接触部３５が測定子２０の内端に常時接する方向へ回動付勢されている。

ピニオン５０は、本体ケース１内に軸受部材５１，５２を介して回転可能に支持されているとともに、ひげぜんまい５３により一方向へ回動付勢されている。これにより、ピニオン５０の歯車部がセクターギヤ３０の歯車部３６に隙間ない状態で接するように構成されている。つまり、ピニオン５０の歯車部がセクターギヤ３０の歯車部３６との間のバックラッシュが除かれた状態で噛合されている。

ロータリセンサ６０は、ピニオン５０に一体的に設けられたロータ６１と、本体ケース１にロータ６１に隙間を隔てて対向配置されたステータ６２とを含んで構成されている。ここで、ロータリセンサ６０は、例えば、静電容量式や電磁誘導式などいずれの形式のデバイスを用いることができ、これらに対応してロータやステータの表面には、図示しないが、その各検出形式に応じたスケールが刻印、エッチング、印刷などにより形成されている。ロータリセンサ６０で検出されたピニオン５０の回転量は、信号ケーブル６３を介して図示省略の演算部へ送られ、そこで、所定の演算が行われたのち、デジタル表示部４Ａにデジタル表示される。

＜測定方法＞
被測定物の内側、例えば、孔の内径を測定するには、本体ケース１の検出部２を孔内に挿入すると、図６に示すように、孔の内径に応じて、測定子２０が軸方向へ移動される。
測定子２０の内端にはセクターギヤ３０の接触部３５が当接されているから、測定子２０の移動に伴ってセクターギヤ３０が回動される。すると、そのセクターギヤ３０の歯車部３６に噛合されたピニオン５０が回転されるから、ピニオン５０の回転量がロータリセンサ６０によって検出される。検出されたピニオン５０の回転量は、信号ケーブル６３を介して図示省略の演算部に送られ、ここで、測定子２０と固定子１０との距離、つまり、孔の内径寸法として演算されたのち、例えば、デジタル表示部４Ａに表示される。

＜実施形態の効果＞
（１）測定子２０の移動量をセクターギヤ３０を介してピニオン５０の回転量に変換し、このピニオン５０の回転量をロータリセンサ６０で検出するようにしたので、従来の平行板ばねやリニアセンサで測定子の移動量を検出する従来構成に比べ、検出部２の小型化が可能である。従って、狭い測定部位でも本体ケース１の検出部２を挿入できるので、狭いスペースでの内側測定にも対応できる。

（２）測定子２０の移動量をセクターギヤ３０を介してピニオン５０の回転量に変換する構造であるため、測定子２０の移動範囲を大きくしても、ピニオン５０の位置やロータリセンサ６０の位置が移動することがないため、測定範囲を拡大できる。従って、従来構造に比べ、固定子１０（アンビル）の交換なしに広範囲測定を実現できる。

（３）測定子２０の軸線上にセクターギヤ３０の接触部３５が配置されているから、アッベ誤差が発生せず、高精度化が可能である。しかも、セクターギヤ３０の揺動支点（支軸３１）から接触部３５までの距離と、揺動支点（支軸３１）から歯車部３６までの距離との比から測定子２０の移動量を拡大することができるので、更なる高精度化が可能である。従って、小型化および測定範囲の拡大が可能で、しかも、高精度な内側測定器を得ることができる。

（４）ロータリセンサ６０は、ロータ６１とステータ６２とを隙間を隔てて対向配置するだけでよいから、小型化で高精度化を実現しやすい。

（５）セクターギヤ３０の一端に接触部取付軸３２が回動可能に設けられ、この接触部取付軸３２の先端に、接触部取付軸３２の回動中心から偏芯した位置に接触部３５が設けられているから、接触部取付軸３２を回動させると、セクターギヤ３０の揺動支点から接触部３５までの距離を可変できる。従って、測定子２０の移動に基づく機械系の伝達誤差、つまり、測定子２０の移動量→セクターギヤ３０の揺動量→ピニオン５０の回転量などの伝達誤差を、セクターギヤ３０の揺動支点から接触部３５までの距離を可変することによって調整、補正することができる。そのため、機械系の伝達誤差に基づく精度低下を補正し、高精度化を実現できる。

＜変形例＞
本発明は、前述の実施形態に限定されるものでなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本考案に含まれる。

前記実施形態では、測定子２０に移動に基づく機械系の伝達誤差、つまり、測定子２０の移動量→セクターギヤ３０の揺動量→ピニオン５０の回転量などの伝達誤差を、セクターギヤ３０の揺動支点から接触部３５までの距離を可変することによって調整、補正するようにしたが、これに限られない。例えば、測定子２０の移動量とロータリセンサ６０から得られた移動量の差から、ロータリセンサ６０の移動量を演算などで補正するようにしてもよい。

また、本発明は、上記実施形態で述べたシリンダゲージに限られるものでなく、溝幅などを測定する内側測定器一般に適用できる。

本発明は、固定子に対する測定子の移動量から被測定物の内側を測定する内側測定器、例えば、シリンダゲージなどに利用できる。

１…本体ケース、
１０…固定子、
２０…測定子、
３０…セクターギヤ、
３２…接触部取付軸、
３５…接触部、
３６…歯車部、
４０…付勢手段、
６０…ロータリセンサ、
６１…ロータ、
６２…ステータ。

Claims (3)

1. 本体ケースと、この本体ケースの一端に固定された固定子と、前記本体ケースの一端に前記固定子と同軸上に配置されるとともに前記本体ケースの内外を貫通して変位可能に設けられた測定子とを有し、この測定子の変位量から被測定物の内側寸法を測定する内側測定器において、
   前記本体ケース内に中間部を支点として揺動可能に設けられ一端が前記測定子に当接される接触部を有し他端に歯車部を有するセクターギヤと、
   このセクターギヤの接触部が前記測定子に常時接する方向へ前記セクターギヤを付勢する付勢手段と、
   前記セクターギヤの歯車部に噛合し前記本体ケース内に回転可能に支持されたピニオンと、
   このピニオンの回転量を検出するロータリセンサとを備える、
   ことを特徴とする内側測定器。
2. 請求項１に記載の内側測定器において、
   前記ロータリセンサは、前記ピニオンに一体的に設けられたロータと、前記本体ケースに前記ロータに隙間を隔てて対向配置されたステータとを含んで構成されている、ことを特徴とする内側測定器。
3. 請求項１または請求項２に記載の内側測定器において、
   前記セクターギヤは、一端に回動可能かつ任意の角度で固定可能な接触部取付軸を有し、この接触部取付軸の先端に接触部取付軸の回動中心から偏芯した位置に前記接触部を備えている、ことを特徴とする内側測定器。

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