JP5095739B2 - 機械部品の長さ寸法をチェックするためのヘッド - Google Patents

Description

本発明は、長手方向の幾何学的な軸を規定する支持要素と、支持要素に対して移動することができ且つフィーラを支持するアームを有する可動アームセットと、アームおよび支持要素に結合され、支持要素に対するアームの回転変位を制限できるようにするための支点と、支持要素に対して移動可能なピストンとシール要素とを含み、ピストンが可動アームと協働して可動アームを明確な不作動位置へと移動させるようになっている引き込み装置と、支持要素に対するアームの位置に応じて信号を供給するためのトランスデューサとを含む、機械部品の長さ寸法をチェックするためのヘッドに関する。

作業台で、移送ラインで、または、工作機械での機械加工の過程における所謂“インプロセス”用途で機械部品を検査するため、そのような特徴を含む既知の多くのタイプのゲージヘッドまたは測定ヘッドが存在する。

特許文献１はこの種のヘッドに言及している。当該米国特許は、多くの特徴のうち、ヘッドと工作物との間の互いの方へ向かう／互いに離れる変位の過程でのフィーラの不測の衝突及び／又は望ましくない摺動を回避するべく、いわゆるフィーラ引き込みを実現するための、すなわち、チェックされるべき工作物の表面から離れる位置へとフィーラを移動させるための２つの異なるシステムを開示している。

前記米国特許の図２に簡略化された形態で示される第１のシステムは、空気圧回路に結合されるピストンを有する装置を含む。該装置が作動されると、ピストンは、適切な制限当接によって規定される不作動位置へとアームを推し進める。ヘッドが検査位置に達すると、空気供給が遮断される。すなわち、バネの作用によってピストンが元の位置へ戻り、フィーラは、チェックされるべき表面へ向けて自由に移動できる。

前述した米国特許の図９に示される第２のシステムでは、ピストンがベローズ−空気圧回路によっても供給される−に置き換えられ、このベローズは、開放され且つケーシングに結合される一端と、閉じられ且つアームを引き込み位置へと自由に付勢できる他端とを含んでいる。

長い間にわたって知られる第１のシステムは、特にケーシング内の液体のダンピングのケースで幾つかの問題を与える。実際に、ピストンと関連するシリンダの内面との間のシールガスケットは、２つの部品間の適切な相互変位を可能にしなければならず、それにより、例えば、ピストンの初期位置への正確な戻りを妨げないようにしなければならない。結果として、湿式シール作用が一部だけであり、流体が空気圧回路のダクトを通じて徐々に解放される。したがって、シール作用と摩擦制限とを同時に組み合わせて、正確な動作と信頼性とを合わせて確保することは難しい。

特許文献１の図９に示されるベローズを有する装置は、簡易さ及び摩擦消失に関して注目すべき利点を与えることができる。

ベローズは、非常に応力を受け、大きな変形に晒される。このため、解決策の信頼性を確保できる材料の選択がしばしば困難である

米国特許（ＵＳ−Ｂ１）第６２６９５４６号

本発明の目的は、機械部品の長さ寸法をチェックするためのヘッドであって、既に知られた解決策よりも簡単で且つ高い信頼性を確保する引き込み装置を含むヘッドを提供することである。

この目的は請求項１に係るヘッドによって達成される。

本発明に係る解決策が与える利点の中には、以下の注目すべき利点がある。既知の引き込みピストン装置では、摺動変位の過程において、少量の空気がガスケットとシリンダ壁との間で必然的に漏れ、また、可動部品間での（例えば、ガスケットによって部分的にのみ満たされるピストン座部での）流れが装置の正確な動作を妨げる。この問題を解決するため、既知の装置は、漏れた空気を排出パイプを通じて排出するのに適したダクトを備える。既知の解決策が図１に簡単な形態で示されている。ヘッドの電気的および空圧的な接続に加えて、機械内に存在する流体が吸引されるのを防止するように正確に位置されなければならない排出パイプがある。本発明に係る解決策は、後述するように排出パイプを排除することができる。

ここで、非限定的な例として与えられる添付図面を参照して、本発明を更に詳しく説明する。

簡単且つ明確にするために一部の詳細が正面図で示された従来技術に係るヘッドの長手方向断面図である。 引き込み装置を示す本発明に係るヘッドの部分長手方向拡大断面図である。

図１は、前述した米国特許（ＵＳ−Ｂ１）第６２６９５４６号に概説されたヘッドとほぼ同じタイプの既知のタイプのゲージヘッドを示しており、更に詳しい説明に関しては前記特許を参照されたい。

簡単に言えば、図１に示されるヘッドは、スチールから形成されて略平行六面体形状を成すとともに長手方向の幾何学的な軸を規定するケーシング１を有する支持要素を含む。可動アームセットは、ケーシング１の長手方向の幾何学的な軸と略平行な方向に沿って配置されるアーム４を含む。アーム４は、ケーシング１の内側に配置される内側部分と、ケーシング１の外側に配置され且つフィーラ７を支持する外側部分とを含む。図１に示される配置に関して、フィーラ７は、図の上側部分に配置される機械的な表面と接触するようになっている。アーム変位の速度を減少させるため、適当な開口を通じて、ケーシング１の内側中空部を、特定の粘性特性を有する油などのダンピング流体で満たすことができる。この特徴は、溝付き表面をチェックする場合に特に重要である。支点１０が、ケーシング１およびアーム４の表面に対して結合されるとともに、変形可能要素を含んでいる。支点１０により、アーム４は、制限されるが正確な回転変位を、ケーシング１の長手方向の幾何学的な軸に対して垂直な軸を中心に行なう。これらの変位は、既知の方法で得られる機械的な制限装置によって制限される。例えば、図１は、アーム４の穴を通過し且つケーシング１に捩じ込まれるネジ１２を示している。そのようなネジ１２の頭部に対するアーム４の内側部分の領域の当接は、チェックされるべき工作物の表面から離れるフィーラ７の変位に対応する図１の反時計周り方向でのアーム４の上方回転を制限する。図１の断面で見えない他の機械要素は、アーム４の回転を反対方向で制限するために協働する。チェックされるべき機械部品の表面に対してフィーラ７を押し付けるための付勢装置は、適当な座部内に挿入され且つアーム４に結合される一端とセッティング要素に結合される他端とを有する戻しバネ１４を含み、前記セッティング要素はケーシング１に結合される。

一般にネジ１２の機械的なリミットストッパによって規定される明確な不作動位置へとアーム４を移動させるための空気圧作動の引き込み装置１８は、以下のように形成される。

ケーシング座部内にはシリンダ２０が位置されている。シリンダ２０内ではピストン２２がスライド可能であり、ピストン２２は、ピストン２２とシリンダ２０の内壁との間でシールを実現するようになっているガスケット２５，２７を有するシール要素を収容するための２つの円形座部２４，２６を含んでいる。より具体的には、ガスケット２５は、“リップシール”タイプに属しており、ピストン２２の２つの変位方向のうちの一方で有力なシール作用を与える。ガスケット２７は、略対称であり、例えば、環の形状を有する所謂“Ｏリング”である。ピストンは、中央中空領域２８と、スラスト面を形成する軸方向に配置されたボール３０とを有する。

圧縮バネ３３の端部は、ピストン２２およびシリンダ２０のそれぞれに対して結合される。ケーシング１から突出するシリンダ２０の端部の軸方向開口３５は、圧縮空気源（図１には図示せず）を含む既知の空気圧回路からくる空気の吸い込みのためのチューブ３７に結合される。空気排出システムは、シリンダ２０の壁によって画定される空間またはチャンバ４０を含む。チャンバ４０の一方側は、２つのガスケット２５，２７間のピストン２２の壁に面する内部開口によってシリンダ２０の内面と連通し、チャンバ４０の他方側は、図１に示されない対応する排出パイプに結合される排出ダクト４４と連通する。排出システムは、相互変位の過程でシリンダ２０とピストン２２との間の空間内に必然的に漏れる空気を排気するために必要である。なお、空気は大部分がガスケット２５の側でシリンダ２０の中空部から漏れる。これは、正確な摺動変位を可能にするために、ガスケット２５をあまり圧縮することができないからである。

位置決めステム４６が調整可能な方法でアーム４に結合される一端を有しており、一方、他端は、自由であり、ピストン２２に面する略平らな当接面４８、より具体的にはボール３０のスラスト面を形成する。

既知のタイプの差動誘導トランスデューサ５０は、ケーシング１に固定される巻線と、ステムによってアーム４に結合される強磁性体から形成されるコアとを含む。

通常の作業状態下では、ヘッドとチェックされるべき工作物とを既知の方法で検査相互配置へと互いの方へ移動させる前に、そのような移動中にフィーラ７が工作物または他の障害物に対して激突するのを防止するため、フィーラ７が検査位置から離れる明確な不作動位置へとアーム４が移動される。この目的のため、チューブ３７を通じて圧縮空気流を内側に形成することによって引き込み装置１８が作動される。空気がピストン２２に対して印加される圧力により、ピストン２２は、バネ３３の付勢力に抗して上方へ移動する（図１の配置を基準にして）。ボール３０のスラスト面が位置決めステム４６の当接面４８に接触すると、アーム４の内側部分がネジ１２の頭部に当接するまでアーム４が反時計周り方向（図１を基準にして）に移動させられ、したがって、アーム４の不作動位置が規定される。

検査相互配置に達し、工作物が検査位置に存在すると、空気流を遮断して既知の適当な装置によって圧力を解放することによって引き込み装置１８が排除され、バネ３３がピストン２２を下方へ引き戻す。その後、バネ１４がアーム４に対して加える牽引力が、フィーラ７をチェックされるべき工作物と接触させる。更に、フィーラ７および結果としてアーム４がそのような接触を行なう位置が、関連する信号を図１に示されないディスプレイおよび処理ユニットへ送信するトランスデューサ５０により既知の方法で検出される。

図２は、本発明に係るヘッドにおける、図１に示される装置１８に代わる引き込み装置６８を異なるスケールで示している。

装置１８と同様に、引き込み装置６８は、空気圧で作動され、適当な座部でケーシング１に対して結合されるシリンダ７０を含んでいる。シリンダ７０内ではピストン７２がスライドでき、また、ピストン７２とシリンダ７０との間にシール要素が設けられる。特に、ピストン７２の円形座部７４内に摺動ガスケットまたは“リップシール”ガスケット７５が収容される。ピストン７２は、中央中空領域７８と、軸方向に配置されてスラスト面を形成するボール８０とを有する。戻し圧縮バネ８３の端部がピストン７２およびシリンダ７０のそれぞれに対して結合される。ケーシング１から突出するシリンダ７０の端部領域の軸方向開口８５は、圧縮空気源（図２には図示せず）を含む既知の空気圧回路からくる空気の吸い込みのためのチューブ８７に結合される。

シール要素は、互いに対向するシリンダ７０およびピストン７２の表面に固定（例えば、接着）され且つシリンダ７０内に収容されて部分的にピストン７２の中央中空領域７８内に受け入れられるベローズガスケット８８を更に含む。このように、シールガスケット８８の端部は、（シリンダが結合される）ケーシング１およびピストン７２に対して固定されている。

本発明に係るヘッドは、装置６８によって達成されるアーム４の引き込み段階に関する限りにおいて、図１を参照して説明されたように動作する。

ベローズガスケット８８の存在および配置は、図１の既知の解決策に対して様々な利点を与える。第１に、ベローズガスケットは、２つの摺動シールガスケットのうちの一方（図１に示される“Ｏリング”２７）を排除でき、そのため、摩擦のマイナスの効果がかなり制限され、その結果、高度なシールと、ピストン−シリンダ間の正確な変位の妨げの低減との間の困難な歩み寄りがかなり制限される。また、ベローズガスケット８８は、ケーシング１の内側中空部と接触するシリンダ７０の領域を、ピストン７２とシリンダ７０との間の摺動領域から分離し、それにより、ヘッド内に位置されるダンピング流体が外側に漏れるのがかなり防止される。

また、ガスケット、すなわち、“リップシール”ガスケット７５だけが実質的に一方向である（すなわち、当該ガスケットは、ピストンの２つの変位方向のうちの一方に沿って有力なシール作用を与え、つまり、１つの変位方向に沿ってのみシールを確保する）ため、図１の実施形態において必要な排出回路を省くことができる。実際に、ピストン７２がアーム４の引き込みを行なうために（図１を基準にして上方へ）移動するときにガスケット７５を通じて漏れ得る空気は、ベローズガスケット８８によって保持されて元の開口８５へと流れることができ、その結果、空気供給が遮断され且つ回路が既知の方法で排出するために正規の過程を経る際、同じガスケット７５を通じてチューブ８７へ流れることができる。

このように、本発明に係る解決策は、更なる注目すべき利点を有する。すなわち、ケーシングの外部と連通するカップリングを省くことができ、それにより、コストを低減できるとともに、ヘッドおよび関連する用途の両方を更に簡略化できる。

図２に係る実施形態は、一端が閉じられ且つ圧縮空気によって作動されるベローズによって引き込み装置が専ら達成される前述した米国特許（ＵＳ−Ｂ１）第６２６９５４６号の図９に示される構造に対して更なる利点を有する。実際に、本発明の場合、移動する部品間の摩擦に起因する問題がかなり制限されても、シリンダ７０内に受け入れられるベローズガスケットは、確実に保護されて、応力を殆ど受けず、その結果、信頼性が更に高くなり、寿命が延びる。

好ましくは、ベローズガスケット８８は、ゴムから形成することができ、あるいは、ポリウレタンなどのプラスチック材料または金属から形成することができる。

スラスト面（ボール８０）および当接面４８は、支点１０によって規定される回転軸を含む長手方向平面またはその近傍でほぼそれらが互いに接触するように配置される。このようにすれば、ステム４８とボール８０との間の横方向の摺動がかなり避けられる。

本発明に係るヘッドは、本明細書中でこれまで説明されて図示されるものと異なってもよい。例えば、ピストン７２のスラスト面は、ボール８０の部分と異なる凸部を含むことができ、あるいは、略平面となることができる。当接面４８は、球状部分、または、一般的には凸部を更に含むことができる。

本発明に係るヘッドでは、図１を参照して簡単に説明したヘッド特徴を異なる方法で実現することができる。そのような特徴としては、例えば、ケーシング１、アーム４、支点１０、付勢装置（バネ１４）、機械的な制限装置（ネジ１２）、トランスデューサ５０、および、他の構成要素の性質、形状、結合が挙げられる。

Claims (14)

1. 長手方向の幾何学的な軸を規定する支持要素（１）と、
   支持要素（１）に対して移動することができ、フィーラ（７）を支持するアーム（４）を有する可動アームセットと、
   アーム（４）および支持要素（１）に結合され、前記支持要素（１）に対する前記アーム（４）の回転変位を制限できるようにするための支点（１０）と、
   支持要素（１）に対して移動可能なピストン（７２）とシール要素（７５，８８）とを含み、ピストン（７２）が可動アーム（４）と協働して可動アーム（４）を明確な不作動位置へと移動させるようになっている引き込み装置（６８）と、
   前記支持要素（１）に対する前記アーム（４）の位置に応じて信号を供給するためのトランスデューサ（５０）と、
   を含む、機械部品の長さ寸法をチェックするためのヘッドであって、
   引き込み装置（６８）の前記シール要素は、その端部が支持要素（１）およびピストン（７２）に対して固定されるベローズガスケット（８８）を含み、
   前記引き込み装置（６８）が支持要素（１）に結合されるシリンダ（７０）を含み、前記ピストン（７２）が前記シリンダ（７０）内に収容されて該シリンダ内でスライドし、前記ベローズガスケット（８８）の前記端部のうちの一方が前記シリンダ（７０）に固定され、
   前記ベローズガスケット（８８）は前記シリンダ（７０）内に収容され、
   前記ピストン（７２）が前記シリンダ（７０）の円筒面に沿って摺動領域をスライドし、
   前記ベローズガスケット（８８）は、前記シリンダ（７０）の内側領域内のダンピング流体が前記摺動領域へ漏れることを防止するように、前記摺動領域を前記シリンダ（７０）の前記内側領域から分離する
   ことを特徴とするヘッド。
2. 前記引き込み装置（６８）が圧縮空気源を有する空気圧回路を含み、シリンダ（７０）が前記空気圧回路に結合される請求項１に記載のヘッド。
3. 前記引き込み装置（６８）は、前記シリンダ（７０）と前記ピストン（７２）との間に配置される戻しバネ（８３）を含む請求項１から請求項２のいずれか一項に記載のヘッド。
4. 前記ピストン（７２）は、アーム（４）と一体の当接面（４８）と協働するようになっているスラスト面（８０）を含む請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のヘッド。
5. 前記スラスト面（８０）および当接面（４８）のうちの少なくとも一方が凸部を含む請求項４に記載のヘッド。
6. 前記スラスト面（８０）が略球状部を含む請求項５に記載のヘッド。
7. 引き込み装置（６８）がアーム（４）に結合される位置決めステム（４６）を含み、位置決めステムが前記当接面（４８）を形成する自由端を含む請求項４から請求項６のいずれか一項に記載のヘッド。
8. 前記位置決めステム（４６）が調整可能な方法でアーム（４）に結合される請求項７に記載のヘッド。
9. 前記可動アーム（４）の回転変位を制限し且つ可動アーム（４）の前記明確な不作動位置を規定するための機械的な制限装置（１２）を含む請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のヘッド。
10. ベローズガスケット（８８）がプラスチックから形成される請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のヘッド。
11. ベローズガスケット（８８）がポリウレタンから形成される請求項１０に記載のヘッド。
12. ベローズガスケット（８８）が金属から形成される請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のヘッド。
13. ベローズガスケット（８８）がゴムから形成される請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のヘッド。
14. ピストン（７２）が２つの変位方向に沿って移動でき、引き込み装置（６８）のシール要素は、ピストン（７２）に結合され且つピストン（７２）の前記２つの変位方向のうちの一方に沿って有力なシール作用を果たすようになっている摺動ガスケット（７５）を更に含む請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載のヘッド。

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