JP2019035639A - ねじ軸測定装置、ねじ軸測定方法および調整用治具 - Google Patents

Abstract

【課題】装置および処理が簡単で高精度が得られるねじ軸測定装置、ねじ軸測定方法および調整用治具を提供する。【解決手段】ねじ軸測定装置は、測定対象のねじ軸２を支持し、垂直なＺ軸回りの回転位置の調整、水平かつＺ軸と交差するＸ軸回りの回転位置の調整、およびＸ軸と交差しかつ水平なＹ軸方向の位置調整が可能なテーブルと、ねじ２軸の表面を倣い測定するスタイラスと、を有するとともに、テーブルには、ねじ軸２に当接可能な調整用治具２０と、調整用治具２０をねじ軸２に当接させる昇降機構と、が設置され、調整用治具２０は、ねじ軸２に下側から当接可能な当接底面２１と、ねじ軸２の側方から当接可能な当接側面２３と、当接底面２１から所定高さに設置されかつ当接底面２１と平行な測定面２２と、Ｘ軸に対する傾きを検出可能な軸線マーカ２４と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、ねじ軸測定装置、ねじ軸測定方法および調整用治具に関し、ねじ軸の各種特性値の測定に関する。

従来、ねじ軸については、そのねじ形状を特定するために様々な特性値（ねじ山および谷のピッチや有効径など）が用いられており、これらの特性値はねじの種類毎にＪＩＳ（日本工業規格）に規定されている。
例えば、規格ＪＩＳＢ０２０５には一般用メートルねじの各種特性値が規定されている。ここで、ねじ形状の特性値は、ねじ軸の中心軸を通る平面による断面形状に現れるねじ山の輪郭形状として規定されている。

従来、ねじ軸の測定には、三針法が多用されてきた。三針法は、ＪＩＳＢ０２６１等にも規定された測定方法であり、ねじ軸の片側に１本、反対側に２本の測定用針を吊してねじ山の間に配置し、これらの測定用針の外側寸法をマイクロメータ等で測定することで、ねじ軸の有効径等を算出できる。
従来の三針法では、測定用針の準備からねじ軸に対する配置、測定ないし演算の手順が煩雑であった。そこで、三次元測定機あるいは一軸移動型の形状測定機を利用してねじ軸の各種特性値を測定する方法が提案されていた。

ねじ軸の測定に三次元測定機を用いる場合、倣い測定を複数箇所で繰り返し行う必要があり、装置および処理の複雑さが避けられなかった。
一方、一軸移動型の形状測定機によるねじ形状の倣い測定を、ねじ軸の中心軸線を挟んで互いに反対側となる対向位置でそれぞれ行うことで、三次元測定機による測定のような複雑な装置および処理を簡素化できる。
ただし、ねじ軸の対向位置をそれぞれ倣い測定する際には、ねじ軸の中心軸線と形状測定機の倣い軸線（倣い測定の移動軸線、トレース軌跡）とを正確に一致させるための「通り出し」調整、および「頂点出し」調整が必要となる。

「通り出し」は、レベリングとも呼ばれ、倣い軸線とねじ軸の中心軸線とが平行となるように調整する操作であり、カットアンドトライで中心軸線を割り出してゆく等の非常に煩雑な作業が必要である。
「頂点出し」は、ピーク・ボトム検出とも呼ばれ、ねじ軸の断面（中心軸線と交差する平面）でのピーク（上頂点）とボトム（下頂点）とを検出することで、中心軸線を挟んで反対側となる対向位置（直径が検出できる２位置）を割り出すものであり、やはり煩雑な処理が避けられなかった。

これに対し、ねじ軸の倣い測定を行った際に、倣い軸線上の２点において、中心軸線を挟んで互いに反対側にあるねじ山および谷の、中心軸線に沿った変位量を検出することで、ねじ軸の中心軸線に対する倣い軸線の傾き量（通り出しの調整対象）およびずれ量（頂点出しの調整対象）が計算できる、との独自の知見に基づいて、装置および処理が簡単で精度が得られるねじ形状測定方法が提案されている（特許文献１参照）。

特許文献１のねじ形状測定方法では、ねじ軸の中心軸線に沿いかつ中心軸線を挟んで対向する第１軸線および第２軸線（例えばねじ軸の上側および下側）に対し、それぞれねじ軸の倣い測定を行い、輪郭形状データを取得する。そして、中心軸線上の第１位置および第２位置の各々で、第１軸線側のねじ山と第２軸線側の谷との中心軸線に沿った変位量を検出してねじ山変位量とし、検出した第１位置および第２位置の各々におけるねじ山変位量から、第１軸線および第２軸線の中心軸線に対する傾き量およびずれ量をそれぞれ計算する。これらの傾き量およびずれ量を解消するように、倣い測定するねじ軸の姿勢を調整することで、通り出しおよび頂点出しを簡単かつ高精度に行うことができる。

特許第６０９３５３８号公報

前述した特許文献１のねじ形状測定方法では、ねじ軸の中心軸線に沿いかつ中心軸線を挟んで対向する第１軸線および第２軸線（例えばねじ軸の上側および下側）に対し、それぞれねじ軸の倣い測定を行い、輪郭形状データを取得することが必要である。
そのために、特許文献１では、上向きおよび下向きのスタイラスを有する形状測定機を用い、測定対象のねじ軸を固定したまま、ねじ軸の上側および下側の倣い測定を実現している。
ところが、上下両方向の倣い測定が可能な形状測定機は、一方向の倣い測定を行う通常の形状測定機よりも設備コストが高いなどの問題があった。
そこで、一方向の倣い測定を行う通常の形状測定機を用いて、特許文献１のねじ形状測定方法を実施することも試みられている。

例えば、形状測定機で第１軸線の倣い測定を行ったのち、ねじ軸を中心軸線回りに上下反転させ、この状態で第２軸線の倣い測定を行うことが考えられる。しかし、この方法では、ねじ軸を動かす必要があり、第１軸線および第２軸線の倣い測定での測定誤差が生じる可能性がある。また、大型のねじ軸など、回転ないし再固定の操作が煩雑となる可能性もある。
別の方法として、ねじ軸は固定しておき、２台の形状測定機で上下から倣い測定を行うことも考えられる。また、１台の形状測定機で、ねじ軸の上側から倣い測定したのち、形状測定機を移動させ、ねじ軸の下側から倣い測定させることも考えられる。
しかし、２台の形状測定機を準備することは困難が伴い、また、１台の形状測定機の姿勢を反転させることはさらに困難が伴う。
従って、一方向の倣い測定を行う通常の形状測定機を用いて、前述の特許文献１の方法を実施することは困難であり、通り出しおよび頂点出しを簡単かつ高精度に行うことができる新たな方法が求められていた。

本発明の目的は、装置および処理が簡単で高精度が得られるねじ軸測定装置、ねじ軸測定方法および調整用治具を提供することにある。

本発明のねじ軸測定装置は、測定対象のねじ軸を支持し、垂直なＺ軸回りの回転位置の調整、水平かつ前記Ｚ軸と交差するＸ軸回りの回転位置の調整、および前記Ｘ軸と交差しかつ水平なＹ軸方向の位置調整が可能なテーブルと、前記テーブルを支持するベースと、前記ベースから起立するコラムに支持されたヘッドと、前記ヘッドに支持されて水平なＸ軸方向へ移動可能なアームと、前記アームに設置されて前記ねじ軸の表面を倣い測定するスタイラスと、を有するとともに、前記テーブルには、前記ねじ軸に当接可能な調整用治具と、前記調整用治具を前記ねじ軸に当接させる昇降機構と、が設置され、前記調整用治具は、前記ねじ軸に下側から当接可能な当接底面と、前記ねじ軸の側方から当接可能な当接側面と、前記当接底面から所定高さに設置されかつ前記当接底面と平行な測定面と、前記Ｘ軸に対する傾きを検出可能な軸線マーカと、を有することを特徴とする。

本発明のねじ軸測定装置でねじ軸の測定を行う際には、テーブルにねじ軸を支持し、昇降機構により、調整用治具を上昇させる、あるいは、調整用治具に対してねじ軸を下降させることで、調整用治具とねじ軸とを近接させて、当接底面をねじ軸の下側から当接させるとともに、当接側面をねじ軸の側方から当接させる。この状態で、測定面の高さを測定するとともに、軸線マーカの複数点を測定して調整用治具の前記Ｘ軸に対する傾きを検出し、検出した傾きに基づいて通り出し調整を行う。
続いて、昇降機構により調整用治具とねじ軸とを離隔させ、ねじ軸の上側をＸ軸方向に倣い測定し、Ｙ軸方向のずれ量に基づいて頂点出し調整を行ったのち、再度倣い測定を行い、測定面の高さから計算される当接底面の高さと倣い測定の結果からねじ軸の輪郭形状データを取得する。

このような本発明では、ねじ軸に調整用治具を適用することで、下側の外径に相当する位置を、ねじ軸の上側から測定することができる。
ねじ軸は基本的に上側も下側も同じであるため、ねじ軸の上側の倣い測定により、ねじ軸の上側の輪郭形状データが得られれば、下側の外径に基づいてねじ軸の下側の輪郭形状データも確定できる。これにより、ねじ軸の倣い測定は上側だけで測定を完了することができる。
ねじ軸の測定に必要な通り出し調整については、調整用治具に形成した軸線マーカを用いて、上側からの測定のみで傾きを検出し、調整することができる。頂点出し調整については、ねじ軸の上側の倣い測定の結果からずれ量を計算し、調整することができる。
従って、本発明によれば、一方向の倣い測定が可能な形状測定機と簡素な構成の調整用治具を用い、上側からの倣い測定だけで、通り出し調整および頂点出し調整に続き、ねじ軸の測定を行うことができる。そして、上下両方向に倣い測定を行える高価な形状測定機は必要なく、簡単な装置および処理で高精度なねじ軸測定結果を得ることができる。

本発明のねじ軸測定装置において、前記調整用治具は、下側フランジ部と上側フランジ部とをウェブ部で接続した断面略Ｃ字状の部材であり、前記当接底面は前記下側フランジ部の平坦な上面で形成され、前記当接側面は前記ウェブ部の平坦な内側面で形成され、
前記測定面は前記上側フランジ部の平坦な上面で形成されることが好ましい。

本発明では、調整用治具として必要な当接底面、当接側面および測定面を、簡単な構成で実現することができる。このような部材は、断面略Ｃ字状の長尺の金属素材などから簡単に切り出すことができ、十分な剛性および精度を確保することができる。

本発明のねじ軸測定装置において、前記軸線マーカは、前記測定面に形成された凹部または凸部であり、前記凹部または前記凸部は、前記当接側面と平行な軸線（Ｘ軸方向に延びる倣い測定の軸線）に沿って連続し、または配列されていることが好ましい。

本発明において、所定の軸線方向に連続した凹部としては、例えばＶ字溝を用いることができる。連続した凸部としては、例えば断面三角形状の突条とすることができる。所定の軸線に沿って配列された凹部または凸部としては、前述したＶ字溝または突条を間欠的に少なくとも２つ形成したものとすることができる。
このような形状は、それぞれ所定の軸線方向に沿った傾斜面を有し、同じＹ軸位置であってもＸ軸位置が異なると傾斜に応じたＺ軸高さが異なることになり、これによりＸ軸方向に対する傾きを検出することができる。
このような軸線マーカのなかでも、Ｖ字溝などの連続した凹部は、切削加工などにより簡単に形成することができる。

本発明のねじ軸測定方法は、測定対象のねじ軸を支持し、垂直なＺ軸回りの回転位置の調整、水平かつ前記Ｚ軸と交差するＸ軸回りの回転位置の調整、および前記Ｘ軸と交差しかつ水平なＹ軸方向の位置調整が可能なテーブルと、前記ねじ軸に下側から当接可能な当接底面と、前記ねじ軸の側方から当接可能な当接側面と、前記当接底面から所定高さに設置されかつ前記当接底面と平行な測定面と、前記Ｘ軸に対する傾きを検出可能な軸線マーカと、を有する調整用治具と、前記テーブルに設置されて前記調整用治具を前記ねじ軸に当接させる昇降機構と、を用い、前記テーブルに前記ねじ軸を支持し、前記昇降機構により前記調整用治具と前記ねじ軸とを近接させて、前記当接底面を前記ねじ軸の下側から当接させるとともに、前記当接側面を前記ねじ軸の側方から当接させ、前記測定面の高さを測定するとともに、前記軸線マーカの複数点を測定して前記調整用治具の前記Ｘ軸に対する傾きを検出し、検出した傾きに基づいて通り出し調整を行い、前記昇降機構により前記調整用治具と前記ねじ軸とを離隔させ、前記ねじ軸の上側を前記Ｘ軸方向に倣い測定し、前記Ｙ軸方向のずれ量に基づいて頂点出し調整を行ったのち、再度前記倣い測定を行い、前記測定面の高さから計算される前記当接底面の高さと前記倣い測定の結果から前記ねじ軸の輪郭形状データを取得する、ことを特徴とする。

本発明のねじ軸測定方法によれば、前述した本発明のねじ軸測定装置で説明した作用効果を得ることができる。

本発明の調整用治具は、前述した本発明のねじ軸測定方法に用いられる調整用治具であって、前記ねじ軸に下側から当接可能な当接底面と、前記ねじ軸の側方から当接可能な当接側面と、前記当接底面から所定高さに設置されかつ前記当接底面と平行な測定面と、前記Ｘ軸に対する傾きを検出可能な軸線マーカと、を有することを特徴とする。

本発明の調整用治具によれば、前述した本発明のねじ軸測定方法で用いることにより、前述した本発明のねじ軸測定装置で説明した作用効果を得ることができる。

本発明によれば、装置および処理が簡単で高精度が得られるねじ軸測定装置、ねじ軸測定方法および調整用治具を提供することができる。

本発明の一実施形態のねじ軸測定装置を示す斜視図。 前記実施形態の調整用治具を示す斜視図。 前記実施形態でのねじ軸測定方法の処理手順を示す斜視図。 前記実施形態でねじ軸を設置する処理を示す模式図。 前記実施形態でねじ軸を調整用治具に当接させる処理を示す模式図。 前記実施形態での水平出し調整を示す模式図。 前記実施形態での通り出し調整を示す模式図。 前記実施形態での頂点出し調整を示す模式図。 前記実施形態での輪郭形状データの処理を示す模式図。 本発明の他の実施形態の調整用治具を示す斜視図。 本発明の他の実施形態の調整用治具および昇降機構を示す斜視図。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１において、ねじ軸測定装置１は、測定対象であるねじ軸２の形状測定を行うものであり、基本構成として一方向の倣い測定を行う形状測定機１０を有し、テーブル１１には調整用治具２０、昇降機構２９および支持装置２８が追加されている。

形状測定機１０は、テーブル１１を支持するベース１２と、ベース１２から起立するコラム１３を有する。コラム１３には、Ｚスライダ１４を介してヘッド１５が昇降自在に支持されている。ヘッド１５にはアーム１６が支持され、アーム１６はヘッド１５の内部の図示しない揺動機構によりＹ軸回りに揺動可能である。
アーム１６の先端にはスタイラス１７が下向きに設置され、ねじ軸２や調整用治具２０などの測定対象に上方から接触可能である。ヘッド１５はＺスライダ１４に対してＸ軸方向へ移動可能であり、スタイラス１７が測定対象に接触した状態でスタイラス１７をＸ軸方向に移動させることで、アーム１６が測定対象の表面形状に応じて揺動し、これにより測定対象の上面側を倣い測定することができる。

テーブル１１は、基台１１１の上に姿勢調整機構１１２を介して載物台１１３を支持したものであり、載物台１１３の上面が載物面１１４とされている。
姿勢調整機構１１２は、基台１１１に対して載物台１１３の各種姿勢調整を行う機構を含んでいる。姿勢調整としては、Ｘ軸と交差しかつ水平なＹ軸方向の位置調整、Ｘ軸回りの角度（Ａ軸）の調整、Ｙ軸回りの角度（Ｂ軸）の調整、垂直なＺ軸回りの角度（Ｃ軸）の調整が可能である。これらの姿勢調整により、載物面１１４に支持された測定対象は、スタイラス１７の倣い測定軸線に沿った移動方向に対する姿勢を適切に設定することができる。
なお、測定対象とスタイラス１７との相対位置のうち、Ｘ軸方向の位置は倣い測定の動作で設定され、Ｚ軸方向の高さはコラム１３に対するＺスライダ１４の昇降により設定される。

前述した通り、テーブル１１には調整用治具２０、昇降機構２９および支持装置２８が追加されている。
図２において、調整用治具２０は、下側フランジ部２０１と上側フランジ部２０２とをウェブ部２０３で接続した断面略Ｃ字状の部材である。調整用治具２０は、例えば金属あるいはセラミックス材料で形成されている。

下側フランジ部２０１の平坦な上面には当接底面２１が形成されている。当接底面２１は、調整用治具２０の内側にねじ軸２を導入した際に、ねじ軸２の下面側の各ねじ山の先端（仮想線２Ｂに沿う）に当接可能である。
上側フランジの平坦な上面には測定面２２が形成されている。測定面２２は、当接底面２１から所定の高さ位置とされ、当接底面２１と平行とされている。

ウェブ部２０３の平坦な内側面には当接側面２３が形成されている。当接側面２３は、当接底面２１に対して垂直とされている。当接側面２３は、ねじ軸２を当接底面２１に当接させた状態で側方へ移動させることで、ねじ軸２の側面の各ねじ山（当接底面２１に当接する部位から９０度ずれた位置）の先端（仮想線２Ｓに沿う）に当接可能である。

測定面２２には、当接側面２３と平行な方向へ延びるＶ字溝２０４が形成され、その内側に形成される一対の斜面により軸線マーカ２４が形成されている。軸線マーカ２４は、ねじ軸２を当接底面２１および当接側面２３に当接させた状態で、ねじ軸２の中心軸線と軸線マーカ２４の連続方向とが平行とされている。

図１に戻って、調整用治具２０は、昇降機構２９を介してテーブル１１上に支持されている。
昇降機構２９は、薄板状に形成され、例えば内部に設置された図示しない圧電素子に印加する電圧を制御することで、圧電素子の厚みを増減することで、調整用治具２０をテーブル１１の表面に対して昇降させることができる。
なお、昇降機構２９は、外部から供給される加圧流体などにより厚みを増減させる構造、モータで駆動される機械的な昇降機構などであってもよい。

テーブル１１において、測定対象のねじ軸２は、中間部分を調整用治具２０の内側に導入されるとともに、両端を一対の支持装置２８で支持されている。
支持装置２８は、テーブル１１の上面に設置されたブロック状の部材であり、上面に形成されたＶ字状の凹部によりねじ軸２の転がり防止が図られている。
支持装置２８で支持されたねじ軸２は、昇降機構２９により調整用治具２０が下降した状態で当接底面２１から分離しているが、昇降機構２９により調整用治具２０を上昇さえることで当接底面２１に所定の力で当接される。

図３には、本実施形態におけるねじ軸の測定手順が示されている。
図４から図１０には、図３の測定手順の各段階でのねじ軸２、形状測定機１０および調整用治具２０の状態が示されている。

測定にあたっては、先ず、図４に示すように、測定対象のねじ軸２をテーブル１１に設置する（図３の処理Ｓ１）。
ねじ軸２を設置する際には、ねじ軸２の中間部を調整用治具２０の側方から下側フランジ部２０１と上側フランジ部２０２との間に導入し、ねじ軸２の両端近傍を一対の支持装置２８で支持する。

次に、図５に示すように、昇降機構２９により調整用治具２０を上昇させ、ねじ軸２の中間部を当接底面２１および当接側面２３に当接させる（図３の処理Ｓ２）。
ねじ軸２と当接底面２１との当接は、調整用治具２０の上昇により自動的に行われる。ねじ軸２と当接底面２１との当接状態が一定となるように、調整用治具２０の上昇を制御することが望ましく、例えば当接部位での通電検出や、支持装置２８での負荷荷重の監視を行ってもよい。
ねじ軸２と当接側面２３との当接は、調整用治具２０の上昇によっては行われないので、作業者がねじ軸２を当接側面２３に向けて移動させる。ねじ軸２を側方へ移動させる機構などを追加してもよい。

続いて、図６に示すように、形状測定機１０を作動させ、調整用治具２０の上方にアーム１６およびスタイラス１７を接近させ、測定面２２の複数位置の高さ測定を行い、その結果に基づいて水平出し調整を行う（図３の処理Ｓ３）。
高さを測定する測定面２２の複数位置としては、Ｙ軸方向に離れた２位置を含むものとし、少なくともＹ軸方向の水平が確保されるようにする。
具体的な水平出し調整としては、Ｙ軸方向に離れた２位置の高さ測定結果から、測定面２２のＹ軸方向の傾きを計算し、これが水平になるようにテーブル１１の姿勢調整機構１１２を作動させ、載物面１１４をＸ軸回りに微小に回転（Ａ軸回転）させる。
水平出し調整にあたっては、Ｘ軸方向に離れた２位置を検出し、姿勢調整機構１１２により載物面１１４をＹ軸回りに微小に回転（Ｂ軸回転）させ、Ｘ軸方向の水平を確保してもよい。ただし、ねじ軸２の最終的な倣い測定はＸ軸方向に沿っており、形状測定機１０はＸ軸方向の傾きは測定データ処理で補正できるため、Ｘ軸方向の水平出しは省略してもよい。

図６において、水平出し調整ができた状態では、測定面２２の水平が得られるとともに、同時に当接底面２１の水平も得られる。これにより、測定面２２の任意の位置で高さを測定すれば、測定面２２の高さＨａを得ることができ、予め測定しておいた測定面２２と当接底面２１との差分ｄＨを参照して、当接底面２１の高さＨｂ＝Ｈａ−ｄＨを算出することができる。ただし、実際の処理では、測定面２２の高さＨａの測定および高さＨｂの算出は、後述する通り出し（図３の処理Ｓ４）および頂点出し（図３の処理Ｓ６）を経て、ねじ軸２の位置調整が完了した状態で行う（図３の処理Ｓ７）。

次に、図７に示すように、形状測定機１０を作動させ、測定面２２に形成された軸線マーカ２４の斜面を、スタイラス１７でＸ軸方向に測定し、その結果に基づいて通り出し調整を行う（図３の処理Ｓ４）。
軸線マーカ２４の測定は、Ｖ字溝２０４の一方の斜面のＸ軸方向の少なくとも２位置での高さ測定であればよいが、同斜面をＸ軸方向へ倣い測定してもよい。得られたＸ軸方向の高さの差から、軸線マーカ２４の水平面内（ＸＹ平面内）の傾き（Ｚ軸回りつまりＣ軸角度位置）を検出することができる。
具体的な通り出し調整としては、検出された軸線マーカ２４の水平面内の傾きに基づいて、テーブル１１の姿勢調整機構１１２を作動させ、軸線マーカ２４がＸ軸方向に沿うように載物面１１４をＺ軸回りに微小に回転（Ｃ軸回転）させる。

通り出し調整ができたら、図８に示すように、形状測定機１０を作動させ、スタイラス１７でねじ軸２の上面側をＸ軸方向に倣い測定（予備測定）を行う（図３の処理Ｓ５）。
ねじ軸２の上面側の倣い測定は、ねじ軸２の調整用治具２０で覆われていない部位に対して行えばよい。ねじ軸２の調整用治具２０で覆われている部位についても倣い測定を行う場合には、昇降機構２９を下降させ、調整用治具２０を側方に引き出して取り外し、ねじ軸２の全体の上面側を露出させればよい。調整用治具２０を引き出す際に、昇降機構２９も共に引き出してもよい。あるいは、ねじ軸２が長い場合など、昇降機構２９を下降させた状態で、ねじ軸２を軸線方向に移動させてもよい。

倣い測定ができたら、図８に示すように、倣い測定での高さＨｔとボトム高さＨｂとからずれ量ｄＳを検出し、その結果に基づいて頂点出し調整を行う（図３の処理Ｓ６）。
ここで、倣い測定がねじ軸２の頂点位置（図８に２点鎖線で表示）に対して行われていれば、その倣い測定によりねじ軸２のピーク高さＨｐが得られる。
しかし、通常は倣い測定の軸線がねじ軸２の頂点からずれており（ずれ量ｄＳ）、測定される高さＨｔはピーク高さＨｐより小さくなる（差分ｄＤ）。
これに対し、例えば、処理Ｓ５の倣い測定を複数回行い、最大高さが得られた倣い測定の軸線を選択することで、この軸線をずれ量ｄＳ＝０の状態とすることができる。あるいは、最大高さの軸線が得られるＹ軸位置、他の軸線のＹ軸位置および各々の高さの差ｄＤから幾何学的に演算することでずれ量ｄＳを算出することができる。

頂点出し調整にあたっては、テーブル１１の姿勢調整機構１１２を作動させ、スタイラス１７の倣い軸線を、ねじ軸２ないし載物面１１４に対して、Ｙ軸方向にずれ量ｄＳだけ相対移動させる。ずれ量ｄＳが０の状態では、ねじ軸２の中心軸線とスタイラス１７の倣い軸線とが一致し、ねじ軸２のピーク高さＨｐを通る倣い測定が可能な状態となる。

頂点出し調整ができたら、図８に示すように、形状測定機１０を作動させ、調整用治具２０の測定面２２の高さＨａを測定し、調整用治具２０の差分ｄＨを参照して、当接底面２１の高さＨｂ＝Ｈａ−ｄＨを算出する（図３の処理Ｓ７）。
さらに、ねじ軸２のピーク高さＨｐを通る倣い軸線に沿ってスタイラス１７を移動させ、Ｘ軸方向に倣い測定（本測定）を行う（図３の処理Ｓ８）。
図９において、ねじ軸２のピーク高さＨｐを通る倣い測定により、ねじ軸２の上面側輪郭形状データＰｐが得られる。ねじ軸２の下面側輪郭形状データＰｂは、上面側輪郭形状データＰｐを上下反転させるとともに、Ｘ軸方向に１／２ピッチずらすことで計算することができる（図３の処理Ｓ９）。

以上により、下向きのスタイラス１７によるねじ軸２の上面側の測定だけで、水平出し調整、通り出し調整および頂点出し調整を実施できるとともに、上面側輪郭形状データＰｐおよび下面側輪郭形状データＰｂを得ることができる。

本実施形態によれば、ねじ軸２に調整用治具２０を適用することで、下側の外径に相当する位置（当接底面２１の高さＨｂ）を、ねじ軸２の上側（測定面２２の高さＨａ）によって測定することができる（図６および図８参照）。
ねじ軸２の測定に必要な通り出し調整については、調整用治具２０に形成した軸線マーカ２４を用いて、上側からの測定のみで傾き（Ｃ軸角度位置）を検出し、調整することができる（図７参照）。頂点出し調整については、ねじ軸２の上側の倣い測定の結果からずれ量ｄＳを計算し、調整することができる（図８参照）。

従って、本実施形態によれば、一方向の倣い測定が可能な形状測定機１０と簡素な構成の調整用治具２０を用い、上側からの倣い測定だけで、通り出し調整および頂点出し調整に続き、ねじ軸２の測定を行うことができる。
そして、上面側輪郭形状データＰｐを用いて下面側輪郭形状データＰｂを得ることができ、上下両方向に倣い測定を行える高価な形状測定機は必要なく、簡単な装置および処理で高精度なねじ軸測定結果を得ることができる。

本実施形態では、調整用治具２０として、下側フランジ部２０１と上側フランジ部２０２とをウェブ部２０３で接続した断面略Ｃ字状の部材を用い、下側フランジ部２０１の平坦な上面で当接底面２１を形成し、上側フランジ部２０２の平坦な上面で測定面２２を形成し、ウェブ部２０３の平坦な内側面で当接側面２３を形成した。このため、調整用治具２０として必要な当接底面２１、当接側面２３および測定面２２を、簡単な構成で実現することができる。このような部材は、断面略Ｃ字状の長尺の金属素材などから簡単に切り出すことができ、十分な剛性および精度を確保することができる。

本実施形態では、測定面２２に軸線マーカ２４を形成することで、調整用治具２０およびねじ軸２のＸ軸方向に対する傾き、形状測定機１０により検出することができる。
とくに、軸線マーカ２４として、一対の傾斜面からなるＶ字溝２０４を用いたため、上側フランジ部２０２に対する切削加工などにより軸線マーカ２４を簡単に形成できる。

なお、本発明は前述した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などは本発明に含まれる。
前記実施形態では、軸線マーカ２４として当接側面２３と平行に延びるＶ字溝２０４を用いた。しかし、一対の傾斜面を有するＶ字溝に限らず、片側が垂直面とされた一方向の傾斜面であってもよく、断面円弧状の凹溝などを用いてもよい。
また、連続した凹状の溝に限らず、断面三角形の突条などであってもよい。さらに、当接側面２３に沿って連続していることは必須ではなく、当接側面２３に沿った離れた位置に間欠的に少なくとも２つ形成したものであってもよい。

さらに、軸線マーカは、測定面２２の中間に形成されるものに限らず、測定面２２の端縁など、他の部分に形成されてもよい。
要するに、軸線マーカとしては、それぞれ所定の軸線方向に沿った傾斜面を有し、同じＹ軸位置であってもＸ軸位置が異なると傾斜に応じたＺ軸高さが異なることを利用して、Ｘ軸方向に対する傾きを検出できればよい。
例えば、図１０の調整用治具２０Ａでは、上側フランジ部２０２のウェブ部２０３とは反対側の端縁に傾斜面２１４が形成され、この傾斜面により軸線マーカ２４Ａが形成されている。このような軸線マーカ２４Ａによっても前記実施形態と同様な効果を得ることができる。

前記実施形態では、ピーク高さＨｐを通る倣い測定（本測定）を行う際に、ねじ軸２の調整用治具２０で覆われていない部位に対して倣い測定を行うものとし、調整用治具２０で覆われている部位については調整用治具２０を移動させるかねじ軸２を移動させるかしていた。
これに対し、図１０の調整用治具２０Ａでは、上側フランジ部２０２に測定用開口２５が形成されており、この測定用開口２５を通してスタイラス１７をねじ軸２の上面側に接触させることができる。測定用開口２５の周囲には、測定面２２があるため、水平出し調整および高さＨａの測定は前記実施形態と同様に行うことができる。
従って、図１０の調整用治具２０Ａによれば、特段の操作をすることなく、調整用治具２０Ａに囲まれるねじ軸２の上面側の倣い測定を行うことができる。

前記実施形態では、テーブル１１に一対の支持装置２８を設置してねじ軸２の両端近傍を支持したが、ねじ軸２が長尺の場合など、形状測定機１０とは別に支持装置を設置してもよい。
図１１において、ねじ軸測定装置１Ｂは、前記実施形態と同様な形状測定機１０を備え、そのテーブル１１には同様な調整用治具２０が配置されている。ただし、調整用治具２０は昇降機構２９を用いずに、ブロック２９Ｂを介してテーブル１１に対して固定的に設置されている。

ねじ軸２は、テーブル１１を挟んで互いに反対側に設置された一対の支持装置２８Ｂ，２８Ｃで支持されている。本実施形態においては、支持装置２８Ｂ，２８Ｃが昇降機構を兼ねている。
支持装置２８Ｂは、テーブル１１の近傍に設置された支持ベース２８１と、ねじ軸２を受ける受け部材２８２とを有し、受け部材２８２は図示しないねじ軸および調整ねじ２８３により支持ベース２８１に支持されている。これにより、調整ねじ２８３を回転操作することで、支持ベース２８１に対してＺ方向位置つまり高さ調整可能とされている。
さらに、支持装置２８Ｂは、支持ベース２８１をＹ軸方向へ押す方向調整ねじ２８４を有し、方向調整ねじ２８４を回転操作することで、支持装置２８ＢをＹ軸方向へ押して移動させることができる。なお、支持ベース２８１をＹ軸方向逆向きに移動させる操作は、作業者が手動で行う。従って、精密な移動を行う際には、予め支持ベース２８１を方向調整ねじ２８４の側へ手動で移動させておき、支持ベース２８１を方向調整ねじ２８４で押してその位置を微小長さ変化させる、という操作を行う。

支持装置２８Ｃは、支持装置２８Ｂと同様な支持ベース２８１、受け部材２８２、図示しないねじ軸と調整ねじ２８３、および方向調整ねじ２８４を有し、支持装置２８Ｂと同様に受け部材２８２が高さ調整可能、かつ支持装置２８ＢをＹ軸方向へ移動可能とされている。
この際、支持装置２８Ｂ，２８Ｃの方向調整ねじ２８４を、それぞれ同量だけ回転操作することで、支持装置２８Ｂ，２８Ｃを同じ距離だけＹ軸方向へ移動させ、これによりねじ軸２をＹ軸方向へ平行移動させることができる。
さらに、支持装置２８Ｂ，２８Ｃの一方の方向調整ねじ２８４だけを移動させることで、ねじ軸２の方向を調整することができる。例えば、支持装置２８Ｃの方向調整ねじ２８４のみを回転操作することで、支持装置２８Ｂを一定位置に維持したまま、支持装置２８ＣをＹ軸方向へ移動させることができる。これにより、反対側の支持装置２８Ｂを中心にねじ軸２をＺ軸回り（Ｃ軸方向）に回動させることができる。

このような図１１のねじ軸測定装置１Ｂにおいては、支持装置２８Ｂ，２８Ｃの高さを下げることで、ねじ軸２を調整用治具２０の当接底面２１に当接させることができる（前記実施形態の処理Ｓ２に相当）。また、ねじ軸２の通り出し調整にあたっては、支持装置２８Ｂ，２８Ｃの一方または両方の方向調整ねじ２８４によりねじ軸２の方向を調整することができる（前記実施形態の通り出し処理Ｓ４に相当）。その他の手順に関しては、前記実施形態と同様な処理を行うことができる。
従って、図１１のねじ軸測定装置１Ｂによれば、長尺のねじ軸２についても、前記実施形態と同様な効果を得ることができる。

本発明は、ねじ軸測定装置、ねじ軸測定方法および調整用治具として、ねじ軸の各種特性値の測定に利用できる。

１，１Ｂ…ねじ軸測定装置、２…ねじ軸、１０…形状測定機、１１…テーブル、１１１…基台、１１２…姿勢調整機構、１１３…載物台、１１４…載物面、１２…ベース、１３…コラム、１４…Ｚスライダ、１５…ヘッド、１６…アーム、１７…スタイラス、２０，２０Ａ…調整用治具、２０１…下側フランジ部、２０２…上側フランジ部、２０３…ウェブ部、２０４…Ｖ字溝、２１…当接底面、２１４…傾斜面、２２…測定面、２３…当接側面、２４，２４Ａ…軸線マーカ、２５…測定用開口、２８…支持装置、２８Ｂ，２８Ｃ…昇降機構を兼ねる支持装置、２８１…支持ベース、２８２…受け部材、２８３…調整ねじ、２８４…方向調整ねじ、２９…昇降機構、２９Ｂ…ブロック、２Ｂ，２Ｓ…仮想線、Ｈａ，Ｈｂ，Ｈｃ，Ｈｐ，Ｈｔ…高さ、ｄＨ…調整用治具の差分、ｄＤ…ねじ軸高さの差分、ｄＳ…ずれ量、Ｐｂ…下面側輪郭形状データ、Ｐｐ…上面側輪郭形状データ。

Claims (5)

1. 測定対象のねじ軸を支持し、垂直なＺ軸回りの回転位置の調整、水平かつ前記Ｚ軸と交差するＸ軸回りの回転位置の調整、および前記Ｘ軸と交差しかつ水平なＹ軸方向の位置調整が可能なテーブルと、前記テーブルを支持するベースと、前記ベースから起立するコラムに支持されたヘッドと、前記ヘッドに支持されて水平なＸ軸方向へ移動可能なアームと、前記アームに設置されて前記ねじ軸の表面を倣い測定するスタイラスと、を有するとともに、
   前記テーブルには、前記ねじ軸に当接可能な調整用治具と、前記調整用治具を前記ねじ軸に当接させる昇降機構と、が設置され、
   前記調整用治具は、前記ねじ軸に下側から当接可能な当接底面と、前記ねじ軸の側方から当接可能な当接側面と、前記当接底面から所定高さに設置されかつ前記当接底面と平行な測定面と、前記Ｘ軸に対する傾きを検出可能な軸線マーカと、を有することを特徴とするねじ軸測定装置。
2. 請求項１に記載したねじ軸測定装置において、
   前記調整用治具は、下側フランジ部と上側フランジ部とをウェブ部で接続した断面略Ｃ字状の部材であり、
   前記当接底面は前記下側フランジ部の平坦な上面で形成され、
   前記当接側面は前記ウェブ部の平坦な内側面で形成され、
   前記測定面は前記上側フランジ部の平坦な上面で形成されることを特徴とするねじ軸測定装置。
3. 請求項１または請求項２に記載したねじ軸測定装置において、
   前記軸線マーカは、前記測定面に形成された凹部または凸部であり、前記凹部または前記凸部は、前記当接側面と平行な軸線（Ｘ軸方向に延びる倣い測定の軸線）に沿って連続し、または配列されていることを特徴とするねじ軸測定装置。
4. 測定対象のねじ軸を支持し、垂直なＺ軸回りの回転位置の調整、水平かつ前記Ｚ軸と交差するＸ軸回りの回転位置の調整、および前記Ｘ軸と交差しかつ水平なＹ軸方向の位置調整が可能なテーブルと、
   前記ねじ軸に下側から当接可能な当接底面と、前記ねじ軸の側方から当接可能な当接側面と、前記当接底面から所定高さに設置されかつ前記当接底面と平行な測定面と、前記Ｘ軸に対する傾きを検出可能な軸線マーカと、を有する調整用治具と、
   前記テーブルに設置されて前記調整用治具を前記ねじ軸に当接させる昇降機構と、を用い、
   前記テーブルに前記ねじ軸を支持し、
   前記昇降機構により前記調整用治具と前記ねじ軸とを近接させて、前記当接底面を前記ねじ軸の下側から当接させるとともに、前記当接側面を前記ねじ軸の側方から当接させ、
   前記測定面の高さを測定するとともに、前記軸線マーカの複数点を測定して前記調整用治具の前記Ｘ軸に対する傾きを検出し、検出した傾きに基づいて通り出し調整を行い、
   前記昇降機構により前記調整用治具と前記ねじ軸とを離隔させ、
   前記ねじ軸の上側を前記Ｘ軸方向に倣い測定し、前記Ｙ軸方向のずれ量に基づいて頂点出し調整を行ったのち、再度前記倣い測定を行い、前記測定面の高さから計算される前記当接底面の高さと前記倣い測定の結果から前記ねじ軸の輪郭形状データを取得する、ことを特徴とするねじ軸測定方法。
5. 請求項４に記載したねじ軸測定方法に用いられる調整用治具であって、
   前記ねじ軸に下側から当接可能な当接底面と、前記ねじ軸の側方から当接可能な当接側面と、前記当接底面から所定高さに設置されかつ前記当接底面と平行な測定面と、前記Ｘ軸に対する傾きを検出可能な軸線マーカと、を有することを特徴とする調整用治具。

Images