JP4766509B2 - 変位測定器 - Google Patents

Description

この発明は、被測定物に当接するスピンドルの変位を光学的に検出する構成を備えた変位測定器に関する。

この種の変位測定器は、測長器あるいはダイヤルゲージとも称され、従来、例えば特許文献１に開示されたような構成のものが知られている。
特許文献１に開示されたデジタルダイヤルゲージの概要は、次のとおりである。なお、括弧付きの符号は、同文献に付された各部材の符号である。
デジタルダイヤルゲージは、被測定物に接触して軸方向へ移動可能なスピンドル（４）を有しており、このスピンドル（４）に、移動スケール（１１）がネジや接着剤などを用いて装着されている。一方、この移動スケール（１１）を挟んで対向する位置には、発光素子（１４）と受光素子（１６）とが設けられている。移動スケール（１１）には、一定間隔毎の光透過部が形成してある。
上述した構成において、スピンドル（４）が軸方向へ移動すると、移動スケール（１１）の光透過部を透して、発光素子（１４）からの光線が周期的に受光素子（１６）に入射し、電気信号に変換される。この電気信号を処理して、スピンドル（４）の移動量（変位量）が検出される。
実公昭６２−２１９２５号公報

さて、移動スケール（１１）は、一定間隔毎の光透過部がスピンドル（４）の移動方向に沿って正確に配列されている必要がある。この配列にずれがあった場合、光透過部の間隔が既定値とならず、その結果、スピンドル（４）の移動量と受光素子（１６）への光線の入射との間の関係にずれが生じて、スピンドル（４）の移動量を正確に検出できない。
このため、移動スケール（１１）は高精度に位置決めしてスピンドル（４）に装着されなければならない。特許文献１にはこの位置決めについて明確に記載されていないが、移動スケール（１１）をスピンドル（４）に装着する際は、専用治具を使用して位置決めが行われ、この位置決め後にネジや接着剤などによって固定されていた。したがって、移動スケール（１１）とスピンドル（４）の装着には時間がかかり、しかも一度固定した後は組立時などに位置ずれがあっても微調整ができなかった。

さらに、移動スケール（１１）は、発光素子（１４）と受光素子（１６）とを結ぶ光路に直交する状態にてそれらの素子の間隙に配置する必要がある。もし、スピンドル（４）が中心軸周りに回転した場合、移動スケール（１１）の姿勢が発光素子（１４）と受光素子（１６）とを結ぶ光路に対し傾いてしまい、その結果、光透過部を透過して受光素子（１６）に入射する光線の特性（例えば、スリット状の光透過部を透過した際の光の回折）が変化し、受光素子（１６）に入射する光量や入射間隔などがあらかじめ設定したものと変わってしまい、その後の演算処理に誤差を生む原因となるおそれがあった。さらには、スピンドル（４）の回転量が大きい場合は、移動スケール（１１）が発光素子（１４）または受光素子（１６）のいずれかに接触してしまうおそれもあった。
このため、スピンドル（４）は、中心軸周りの回転を規制する必要があり、特許文献１のデジタルダイヤルゲージでは、スピンドル（４）の周面に突出して設けたガイド棒（９）を、枠体（１）のガイド溝（１ａ）に係合させて、スピンドル（４）の回転が規制されていた。

上述した従来技術では、スピンドル（４）に対する移動スケール（１１）の位置決めをネジや接着剤で行い、一方、スピンドル（４）の回転規制はガイド棒（９）によって実現していた。すなわち、それぞれ別個の基準をもって位置決めや回転規制のための調整が行われていた。このため、相互の調整基準自体にずれがあった場合、移動スケール（１１）の姿勢が発光素子（１４）と受光素子（１６）とを結ぶ光路に対し傾いてしまう等、総合的な位置合わせが困難であった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、スピンドルに対するスケール部材の位置決めと、本体ケースに対するスピンドルの回転規制とを、共通の基準をもって容易に調整することができる変位測定器の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の変位測定器は、
本体ケースと、
本体ケースに組み込まれ、軸方向に移動自在なスピンドルと、
スピンドルに装着されるスケール部材と、
本体ケース内でスケール部材を挟んで対向位置に配設される投光素子及び受光素子と、を含む変位測定器であって、
更に、スピンドルに対するスケール部材の位置決めと、本体ケースに対するスピンドルの回転規制とを行う位置決め部材を備えたことを特徴とする。

このように、スピンドルに対するスケール部材の位置決めと、本体ケースに対するスピンドルの回転規制とを、位置決め部材という共通の基準をもって行う構成としたので、それらの調整が容易となり、発光素子と受光素子とを結ぶ光路に対しスケール部材を高精度に位置決めすることができる。言うまでもなく、発光素子と受光素子とを結ぶ光路に対するスケール部材の相対位置と姿勢は、スピンドルの変位量を検出する精度に大きな影響を与える。本発明によれば、これを高精度且つ容易に調整することが可能となる。

また、本体ケースには、スピンドルの軸方向に沿って回転規制用案内部が形成してあり、位置決め部材は、スピンドルに設けられているととともに、その先端部が本体ケースの回転規制用案内部に係合する構成とすることができる。ここで、回転規制案内部は、スピンドルの軸方向に沿った溝部とすることもできる。位置決め部材は、スピンドルに固定されるととともに、本体ケースの回転規制用案内部の溝部に先端部が係合する。このようにすることで、構成の簡素化を図ることが可能となり、変位測定器をいっそう小型化することができる。

さらに、スピンドルの先端部に、被測定物と接触する測定子を設けるとともに、
位置決め部材と本体ケースとの間に、スピンドルを被測定物側へ付勢する付勢ばねを設けた構成とすることもできる。
このように、位置決め部材を多機能化することで、部品点数を削減し小形化を図ることができる。また、部品点数が削減されることで、個々の部品精度のバラツキを合算した全体のバラツキが軽減されることとなり、より高精度に測定を行うことができる。

具体的には、本発明は次のように構成することができる。
例えば、スケール部材に切欠き部を形成し、この切欠部を位置決め部材に係合させることでスピンドルに対するスケール部材の位置決めを行うことができる。また、位置決め部材は、スピンドルと別体に構成された位置決めピンであるとともに、スピンドルを貫通するように穿設した位置決め孔に嵌合固定される構成としてもよい。
この構成により、煩雑な調整作業を必要とせず、容易にスピンドルに対するスケール部材の位置決めを実現することができる。

また、スピンドルには、中間部を切り欠いてこのスピンドルの中心軸と平行な平坦部が形成され、且つこの平坦部の一部に位置決め孔が穿設されており、
位置決め孔に嵌合した位置決めピンにより、スケール部材がこの平坦部に位置決めされる構成とすることができる。
平坦部にスケール部材を配置することで、スケール部材が安定し、しかもスピンドルに対するスケール部材の位置決めがいっそう容易となる。

さらに、スピンドルには、平坦部にねじ穴が形成してあり、ねじ部材をこのねじ穴に螺合することでスケール部材が固着される構成とすることができる。ねじ部材でスケール部材を固着することにより、このねじ部材を緩めることで容易にスケール部材の平面位置を微調整することができる。

以上説明したように、本発明によれば、スピンドルに対するスケール部材の位置決めと、本体ケースに対するスピンドルの回転規制とを、共通の基準をもって容易に調整することができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１乃至図３は本発明の実施形態に係る変位測定器の全体構成を示す図であり、図１は外観斜視図、図２は分解斜視図、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）はＡ−Ａ線断面図、図３（ｃ）はＢ−Ｂ線断面図である。

本実施形態に係る変位測定器は、本体ケース１０と、棒状のスピンドル２０と、スケール部材３０と、投光素子４０及び受光素子４１と、付勢ばね６０とを備えている。

本体ケース１０は、断面Ｕ字状をしたベース部材１１と、このベース部材１１の両端開口部に装着される隔壁部材１２、１３と、ベース部材１１の正面開口部に装着される蓋体１４とを含んでいる。各隔壁部材１２、１３には、ストッパゴム１５を介して軸受部材１６、１６がそれぞれ装着される。

スピンドル２０は、上記の各軸受部材１６、１６によって軸方向に移動自在に支持されて、本体ケース１０へ組み込まれる。スピンドル２０の先端部には、被測定物と接触する測定子２１が装着される。
図４は、スピンドルを拡大して示す斜視図である。
同図に示すように、スピンドル２０には、中間部を切り欠いて中心軸と平行な平坦部２２が形成してある。この平坦部２２には、スピンドル２０を貫通する位置決め孔２３が形成してあり、この位置決め孔２３に後述する位置決めピン５０が嵌合固定される。また、平坦部２２には、後述するスケール部材３０をねじ止めするために、ねじ孔２４が形成してある。これら位置決め孔２３およびねじ孔２４は、スピンドル２０の中心軸上に中心を合わせて形成してある。このように中心軸上に中心を合わせて形成することで、位置決め孔２３及びねじ孔２４を加工するときの作業性が良好となる。

図５は、スケール部材を示す斜視図である。
同図に示すように、スケール部材３０は、金属板で形成したスケールホルダ３１に、ガラススケール３２を組み込んだ構成となっている。ガラススケール３２には、一定間隔に遮光膜３３が形成してあり、この遮光膜３３の間にスリット状の光透過部３４が一定間隔で並べて形成してある。
また、スケールホルダ３１には、一端縁に切欠き部３５が形成してある。後述するように、切欠き部３５は位置決めピン５０と係合してスピンドル２０に対しスケール部材３０を位置決めする機能を有しており、よって切欠き部３５の形成位置は、位置決めピン５０の位置やスケール部材３０の配置などを考慮して決められる。
さらに、スケールホルダ３１には、ねじ挿通孔３６が形成してある。

図６は、位置決めピンを示す斜視図である。
同図に示すように、位置決めピン５０には、頭部側の一端から他端に向かって、スケール位置決め部５１、嵌合部５２、ばね支持部５３、回転規制部５４の各機能部分が形成されている。スケール位置決め部５１は、位置決めピン５０の頭部を断面Ｄ字状に切り欠いて形成されている。嵌合部５２は、頭部から段差をつけ連続する部分に形成してあり、この嵌合部５２がスピンドル２０に形成した位置決め孔２３に嵌め込まれる。この嵌合部５２は、位置決め孔２３にがたつきなく嵌合できる外径寸法に設定してある。ばね支持部５３は、嵌合部５２と連続する部分に位置し、断面Ｄ字状に切り欠いて平坦に形成されている。回転規制部５４は、位置決めピン５０の先端部分に形成されている。この回転規制部５４は、後述する回転規制用案内部１７にがたつきなく係合する外径寸法に設定されている。

図７は、スピンドルに位置決めピンおよびスケール部材を組み付けた状態を示す斜視図である。
まず、スピンドル２０の位置決め孔２３に、位置決めピン５０が嵌め込まれる。このとき、位置決めピン５０のスケール位置決め部５１は、スピンドル５０の平坦部２２に露出しており、一方、ばね支持部５３と回転規制部５４は、スピンドル２０の裏側に突き出している。
ここで、スピンドル２０には、位置決めピン５０のスケール位置決め部５１が面接触する湾曲部２２ａが形成してある。すなわち、スピンドル２０に嵌め込んだ位置決めピン５０は、スケール位置決め部５１のＤ字形状の円弧面５１ａがこの湾曲部２２ａに面接触する。このように面接触させることで、各部２２ａ，５１ａの相互間における摩擦力が大きくなり、組み込み時に位置決めピン５０が不用意に回転してしまう不都合を抑制でき、作業性の向上を図ることができる。

スケール部材３０は、切欠き部３５を位置決めピン５０のスケール位置決め部５１に係合させた状態で、スピンドル２０の平坦部２２に配置され、ねじ部材３７によりスピンドル２０に装着される。ねじ部材３７は、スケール部材３０のねじ挿通孔３６を通してスピンドル２０のねじ孔２４に螺合してある。
このようにして、スケール部材３０は、位置決めピン５０とねじ部材３７により、スピンドル２０に対し位置決め固定される。なお、スケール部材５０は、１本のねじ部材３７によって締結されているだけなので、本体ケース１０に組み込んだ後であっても、ねじ部材３７を緩めるだけで容易にスケール部材３０の平面位置を微調整することが可能である。

図８は、投光素子と受光素子を構成を説明するための図である。
同図（ａ）に示すように、投光素子４０と受光素子４１は、あらかじめフレキシブル基板（ＦＰＣ）に半田付けされている。投光素子４０としては、例えば、ＬＥＤを適用することができる。これら投光素子４０と受光素子４１は、同図（ｂ）に示すような状態で、断面コ字状をしたセンサホルダ４２に装着される。このとき、投光素子４０と受光素子４１は、一定の間隔をあけて互いに対向配置される。

次に、本実施形態に係る変位測定器の細部構造と各構成部材の組付け方法について、図２を主に参照して説明する。
スピンドル２０には、既述したように位置決めピン５０があらかじめ装着され、この状態で本体ケース１０に組み込まれる。スケール部材３０は、本体ケース１０に組み込まれたスピンドル２０に対して装着される。本発明では、従来技術のように専用治具を必要としないため、本体ケース１０にスピンドル２０を組み込んだ後、スケール部材３０を後付けすることができる。

また、図２には示されていないが、センサホルダ４２には、あらかじめ投光素子４０と受光素子４１が装着されている。センサホルダ４２は、本体ケース１０のベース部材１１に組付けられる。

本体ケース１０のベース部材１１には、センサホルダ４２の装着箇所と隣接して、ばね配置部１８が形成してある。このばね配置部１８の両側部には、隔壁１９が形成してあり、この隔壁１９に挟まれた部分に付勢ばね６０が配置される。
図９は、位置決めピンと付勢ばねの接合状態を示す拡大側面図である。
同図に示すように、ばね配置部１８の基端部には、ばね受け金具６１が組み込まれ、このばね受け金具６１に、付勢ばね６０の一端部分が係止される。

さらに、本体ケース１０のベース部材１１には、ばね配置部１８の底面部分に、長溝状をした回転規制用案内部１７が形成されている。ばね配置部１８およびこの回転規制用案内部１７は、本体ケース１０に組み込まれるスピンドル２０の軸方向に沿って延在している。

スピンドル２０は、本体ケース１０の隔壁部材１２、１３に設けられた各軸受部材１６、１６によって軸方向に移動自在に支持される。この状態で、隔壁部材１２、１３がベース部材１１に装着されて、スピンドル２０の本体ケース１０への組み込みが行われる。このとき、スケール部材３０のガラススケール３２は、投光素子４０と受光素子４１の中間部に配置される。

また、位置決めピン５０のばね支持部５３に、付勢ばね６０の他端部が係止される。すなわち、付勢ばね６０は、その一端部がばね受け金具６１に差し込まれた状態で、他端部が当接した状態で係止される（図９参照）。この付勢ばね６０により、スピンドル２０は先端に装着した測定子２１が突き出す方向へ常に付勢されている。このような形態で付勢ばね６０の両端部を係止することで、例えば、係止フックなどを付勢ばね６０両端に設ける必要がなくなり、付勢ばね６０の小形化を図ることが可能となる。
さらに、位置決めピン５０の回転規制部５４は、ベース部材１１の回転規制用案内部１７に係合配置される。

このような組付け状態において、スケール部材３０は、位置決めピン５０との係合によってスピンドル２０に対し位置決めされている。また、付勢ばね６０は、ばね受け金具６１と位置決めピン５０のばね支持部５３との間で圧縮され、位置決めピン５０（すなわち、スピンドル２０）に対して測定子２１を突き出す方向へ付勢する。さらに、位置決めピン５０の回転規制部５４が、変位測定器の回転規制用案内部１７に係合することで、スピンドル２０の中心軸周りの回転が阻止される。
このように、本実施形態の変位測定器では、位置決めピン５０が、スピンドル２０に対するスケール部材３０を位置決めするとともに、本体ケース１０に対するスピンドル２０の回転規制手段としても機能している。さらに、位置決めピン５０は、付勢ばね６０からの付勢力を受けるばね受け６１としての機能も有している。

各構成部材を本体ケース１０に組み込んだ後、ベース部材１１の正面開口部に蓋体１４を装着して、変位測定器の組立が完了する。
本実施形態に係る変位測定器は、本体ケース１０を固定するとともに、スピンドル２０の先端に装着した測定子２１を被測定物に当接させて、被測定物の変位量（長さを含む）を測定することができる。
例えば、基準面に接触子２１を当接させた際のスピンドル２０の位置に対する、被測定物の任意点に接触子２１を当接させた際のスピンドル２０の相対変位は、スケール部材３０の移動量に対応する。スケール部材３０の移動量は、投光素子４０と受光素子４１とを含む変位センサによって検出される。この検出結果に基づいて、図示しない演算回路により被測定物の変位量が算出される。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変形実施または応用実施が可能である。例えば、付勢ばね６０を引張り状態で位置決めピン５０に係止する構成とすることもできる。
また、回転規制案内部は、長溝状の形態に限定されるものではなく、位置決め部材と係合してこれの回転を規制する各種形態に形成することができる。
さらに、位置決め部材は、スピンドルと別体の構成に限定されず、これらを一体形成することもできる。

本発明の実施形態に係る変位測定器の全体構成を示す外観斜視図である。 本発明の実施形態に係る変位測定器の全体構成を示す分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る変位測定器の全体構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ線断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ線断面図である。 スピンドルを拡大して示す斜視図である。 スケール部材を示す斜視図である。 位置決めピンを示す斜視図である。 スピンドルに位置決めピンおよびスケール部材を組み付けた状態を示す斜視図である。 投光素子と受光素子を構成を説明するための図である。 位置決めピンと付勢ばねの接合状態を示す拡大側面図である。

符号の説明

１０：本体ケース、１１：ベース部材、１２、１３：隔壁部材、１４：蓋体、
１５：ストッパゴム、１６：軸受部材、１７：回転規制用案内部、１８：ばね配置部、
１９：隔壁、
２０：スピンドル、２１：測定子、２２：平坦部、２３：位置決め部、２４：ねじ孔、
３０：スケール部材、３１：スケールホルダ、３２：ガラススケール、３３：遮光膜、
３４：光透過部、３５：切り欠き部、３６：ねじ挿通孔、３７：ねじ部材、
４０：投光素子、４１：受光素子、４２：センサホルダ、
５０：位置決めピン、５１：スケール位置決め部、５２：嵌合部、５３：ばね支持部、
５４：回転規制部、
６０：付勢ばね、６１：ばね受け金具

Claims (7)

1. 本体ケースと、
   前記本体ケースに組み込まれ、軸方向に移動自在なスピンドルと、
   前記スピンドルに装着されるスケール部材と、
   前記本体ケース内で前記スケール部材を挟んで対向位置に配設される投光素子及び受光素子と、を含み、
   更に、前記スピンドルに対する前記スケール部材の位置決めと、前記本体ケースに対する前記スピンドルの回転規制とを行う位置決め部材を備えた変位測定器において、
   前記本体ケースには、前記スピンドルの軸方向に沿って回転規制用案内部が形成してあり、
   前記位置決め部材は、前記スピンドルに設けられているとともに、その先端部が前記本体ケースの回転規制用案内部に係合することを特徴とする変位測定器。
2. 前記回転規制案内部は、前記スピンドルの軸方向に沿った溝部であることを特徴とする請求項１に記載の変位測定器。
3. 前記スピンドルの先端部に、被測定物と接触する測定子を設けるとともに、
   前記位置決め部材と前記本体ケースとの間に、前記スピンドルを被測定物側へ付勢する付勢ばねを設けたことを特徴とする請求項１又は２の変位測定器。
4. 前記スケール部材に切欠き部を形成し、この切欠き部を前記位置決め部材に係合させることで前記スピンドルに対する前記スケール部材の位置決めを行う構成としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の変位測定器。
5. 前記位置決め部材は、前記スピンドルと別体に構成された位置決めピンであるとともに、前記スピンドルを貫通するように穿設した位置決め孔に嵌合固定される構成であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の変位測定器。
6. 前記スピンドルには、中間部を切り欠いてこのスピンドルの中心軸と平行な平坦部が形成され、且つこの平坦部の一部に前記位置決め孔が穿設されており、
   前記位置決め孔に嵌合した前記位置決めピンにより、前記スケール部材が前記平坦部に位置決めされる構成としたことを特徴とする請求項５に記載の変位測定器。
7. 前記スピンドルには、前記平坦部にねじ穴が形成してあり、このねじ穴にねじ部材を螺合することで前記スケール部材が固着されることを特徴とする請求項６に記載の変位測定器。

Images