JP5484791B2 - 表面性状測定機用検出器 - Google Patents

Description

本発明は、表面性状測定機用検出器に関する。

従来、測定子を測定対象の表面に沿って移動させ、測定子の変位から測定対象の表面性状を測定する表面性状測定機が利用されている。このような表面性状測定機に用いられる表面性状測定機用検出器（以下、検出器と記載）として、例えば特許文献１に記載のものが知られている。

図３は、特許文献１に記載の検出器１を模式的に示す平面図である。
特許文献１に記載の検出器１は、玉軸受２１を有するケーシング２（固定部材）と、ピボット軸３１を有し玉軸受２１に回動自在に支持された可動片３と、可動片３から延出し先端に測定子４１が設けられたスタイラス４とを備えている。可動片３は、測定対象表面の凹凸に対応して回動し紙面垂直方向に変位する。この変位が図示しないセンサにより検出される。このような検出器１において、玉軸受２１の一方は、ケーシング２において軸方向に摺動自在に設けられ、板ばね２２により可動片３側に向かって付勢されている。これにより、特許文献１に記載の検出器１では、玉軸受２１に支持されるピボット軸３１の軸方向のガタを抑え、横剛性（測定方向に直交する方向における可動片３のガタの生じにくさ）を向上させている。

特願平１１−３１０９４１号（特開２００１−１３３２４８号公報）

しかしながら、特許文献１に記載の検出器１では、横剛性を向上させることはできるが、ピボット軸３１と玉軸受２１との接触により僅かとはいえ摩擦抵抗が生じてしまうので、可動片３を回動可能とし、かつ測定子４１に測定対象表面の凹凸への追従性を付与するために、測定子４１の先端にある程度の力（測定力）を付与しなければならず、低測定力化、すなわち高精度化に限界があった。

本発明の目的は、十分な横剛性と低測定力とを同時に実現することができ、高精度化を図ることができる表面性状測定機用検出器を提供することにある。

本発明の表面性状測定機用検出器は、一対の軸受部材と、両側面に前記軸受部材に回動可能に支持される支軸が設けられた可動片と、前記可動片から延出するとともに先端に測定子が設けられたスタイラスとを備えた表面性状測定機用検出器であって、前記各軸受部材は、前記支軸と所定の隙間を介して配置される軸受面と、前記側面と所定の隙間を介して対向配置される対向面とを備え、前記軸受面には、前記軸受面と前記支軸との前記隙間に加圧気体を噴出する噴出口が形成され、前記対向面には、前記対向面と前記側面との前記隙間に加圧気体を噴出する噴出口が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、可動片の各側面と、これら各側面に対向配置される軸受部材の対向面との隙間には、対向面に形成された噴出口から加圧気体が噴出され、気体膜が形成される。従って、これら気体膜を介して軸受部材の対向面間で可動片を挟み込むことで、軸受部材間における可動片のガタを抑えることができ、十分な横剛性を得ることができる。
また、各軸受面と支軸との隙間にも、軸受面に形成された噴出口から加圧気体が噴出され、気体膜が形成されるので、支軸を非接触で支持することができ、玉軸受等の転がり軸受で支軸を支持する場合に比べ、摩擦抵抗を大幅に抑えることができる。そのため、より測定力を低減させることができ、高精度化を図ることができる。
従って、本発明によれば、十分な横剛性と低測定力とを同時に実現することができ、高精度化を図ることができる。

本発明の表面性状測定機用検出器では、前記軸受部材は、多孔質材であり、前記軸受面で開口する多数の前記噴出口、および前記対向面で開口する多数の前記噴出口を備えていることが好ましい。

本発明によれば、軸受部材は、内部に多数の孔を有し、軸受面および対向面に多数の噴出口が開口する多孔質材である。多数の噴出口は、軸受面および対向面において均等な分布で開口するので、これらの噴出口から加圧気体を各隙間に噴出することで、各隙間全体に亘って均一な厚さの気体膜を形成することができ、摩擦抵抗を確実に抑えることができる。
また、軸受部材は、外部から供給される加圧気体を内部の多数の孔を通過させた後に各噴出口から各隙間に噴出するので、加圧気体中の粉塵を濾過することができ、各隙間に粉塵が侵入していわゆる噛み込みが発生してしまうことを防ぐことができる。

本発明の表面性状測定機用検出器では、前記軸受部材を有する固定部材と、前記固定部材および前記可動片間に設けられた気体ダンパとを備え、前記気体ダンパは、前記固定部材および前記可動片のうちいずれか一方に接続され、内部に気体を供給する気体供給口および外部に前記気体を排出する気体排出口を備える筒状のシリンダと、前記固定部材および前記可動片のうち他方に接続され、前記シリンダ内に摺動可能に設けられたピストンとを備え、前記可動片を介して前記測定子に測定力を付与することが好ましい。

本発明によれば、ピストンにより区画されるシリンダ内部の密閉空間に気体を供給することで、ピストンに圧力を加えることができ、ピストンが接続される可動片を介して測定子に測定力を付与することができる。従って、気体ダンパに供給する気体流量を調整することにより、極めて微小な測定力を実現することができ、確実に高精度化を図ることができる。また、本発明では、軸受部材にも気体を供給するので、同一の装置から各部材に気体を供給することで、コストを低減させることができる。

本発明の一実施形態に係る検出器を模式的に示す平面図。 図１のii線−ii線矢視図。 従来の検出器を模式的に示す平面図。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、背景技術において説明した従来の表面性状測定機用検出器１（以下、検出器１と記載）と同一機能部位には同一符号を付し、その説明を省略若しくは簡略化する。

図１は、本実施形態に係る検出器１を模式的に示す平面図、図２は、図１のii線−ii線矢視図であり、検出器１を示す側面図である。
検出器１は、一対の軸受部材５を有する固定部材２（図２）と、略矩形に形成され、両側面３２に前記軸受部材５に回動可能に支持される円柱状の支軸３１が設けられた可動片３と、可動片３から延出し先端に測定子４１が設けられたスタイラス４とを備えている。なお、支軸３１は、本実施形態では、可動片３を貫通する一本の円柱状のピンの両端部からなるが、支軸３１は、それぞれ可動片３の各側面３２に接着等により固定された円柱状のピンからなっていてもよい。

固定部材２は、可動片３の両側方に垂下する一対の腕部２３を備えている。腕部２３の下部は、可動片３側が開いた箱状のハウジング部２４となっている。ハウジング部２４内部には、円柱状の収納空間２４１が形成され、この収納空間２４１内に軸受部材５が収納されている。具体的には、軸受部材５は、収納空間２４１内に嵌め込まれ、接着等により収納空間２４１の壁面（底面および側壁面）に固定されている。収納空間２４１の底面には、支軸３１が挿通する挿通孔２４２が形成され、収納空間２４１の側壁面には、気体供給口２４３が形成されている。気体供給口２４３には、図示しない気体供給装置から加圧空気等の適宜の加圧気体が供給される。

軸受部材５は、多孔質材からなり、円筒状に形成されている。このような軸受部材５は、気体供給口２４３と連通する１条の気体供給溝５２が形成された外周面５１と、支軸３１より若干径大に形成され支軸３１と所定の隙間を介して配置される軸受面５３と、軸受面５３の軸方向に直交し、可動片３の側面３２と所定の隙間を介して対向配置される対向面５４とを備えている。この軸受部材５は、前述したように多孔質材からなり、内部に多数の孔を備えるとともに、軸受面５３および対向面５４の全面に均等な分布で開口する多数の噴出口を備えている。

このような軸受部材５は、気体供給溝５２に供給される加圧気体を軸受面５３および対向面５４からそれぞれ軸受面５３と支軸３１との隙間、および対向面５４と側面３２との隙間に噴出し、各隙間に気体膜を形成する。この際、軸受部材５は、加圧気体を、軸受部材５内部の多数の孔に通過させた後、各面５３，５４に亘って均一な分布で開口する多数の噴出口から各隙間に噴出することで、気体膜を各隙間全体に亘って均一な厚さに形成する。

以上のようにして本実施形態では、軸受面５３と支軸３１との間に気体膜を形成するので、支軸３１を非接触で支持することができ、摩擦抵抗を大幅に抑えることができる。そのため、より測定力を低減させることができ、高精度化を図ることができる。また、本実施形態では、可動片３の各側面３２と、軸受部材５の対向面５４との隙間にも気体膜を形成するので、該気体膜を介して可動片３を軸受部材５の対向面５４間に挟み込むことができる。そのため、軸受部材５間における可動片３のガタを抑えることができ、十分な横剛性を得ることができる。なお、各隙間に噴出された加圧気体は、気体膜を形成した後、ハウジング部２４と側面３２との隙間、および支軸３１と挿通孔２４２との隙間からハウジング部２４外部へ排出される。

可動片３において、スタイラス４が設けられた側とは反対側にはバランスウェイト３３が設けられている。バランスウェイト３３は、後述する気体ダンパ６による力が可動片３にかかっていない状態で、支軸３１を中心としてスタイラス４と重量が釣り合うようにその重みおよび位置が設定され、可動片３に付与される図２中反時計回りの力である測定力を０とする。
一方、可動片３において、スタイラス４が設けられた側と固定部材２との間には気体ダンパ６が設けられている。気体ダンパ６は、固定部材２２に接続された筒状のシリンダ６１と、可動片３に接続され、シリンダ６１内に摺動可能に設けられたピストン６２とを備えている。

シリンダ６１は、ピストン６２によって区画されたシリンダ６１内部の密閉空間内に気体を供給する気体供給口６１１と、シリンダ６１外部に気体を排出する気体排出口６１２とを備えている。気体供給口６１１には、本実施形態では、軸受部材５に気体を供給する図示しない気体供給装置から気体が供給されるものとする。なお、各部材６，５には、それぞれ別の気体供給装置から気体が供給されるようになっていてもよい。
ピストン６２は、シリンダ６１内に摺動可能に設けられたピストン本体６２１と、一端がピストン本体６２１に連結されるとともに他端が可動片３に回動自在に連結されたロッド６２２とを備えている。

このような気体ダンパ６は、内部に供給される気体流量が調整されることにより、測定力０とされた状態の測定子４１に極めて微小な測定力を付与し、測定対象表面の凹凸に測定子４１を追従させる。測定対象表面の凹凸に測定子４１が追従することにより図２中上下方向に変位する可動片３の変位は、図示しないセンサにより検出される。

以上のような本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
可動片３の各側面３２と軸受部材５の対向面５４との隙間に加圧気体が噴出され、気体膜が形成されるので、これらの気体膜を介して対向面５４間で可動片３を挟み込むことで可動片３のガタを抑えることができ、十分な横剛性を得ることができる。
また、各軸受面５３と支軸３１との隙間にも加圧気体が噴出され、気体膜が形成されるので、支軸３１を非接触で支持することができ、玉軸受等の転がり軸受により支軸３１を支持する場合に比べ、摩擦抵抗を大幅に抑えることができる。そのため、より測定力を低減させることができ、高精度化を図ることができる。
従って、本実施形態によれば、十分な横剛性と低測定力とを同時に実現することができ、高精度化を図ることができる。

軸受部材５は、多孔質材からなり、軸受面５３および対向面５４に多数の噴出口が均等な分布で開口している。そのため、これらの噴出口から加圧気体を各隙間に噴出することで、各隙間全体に亘って均一な厚さの気体膜を形成することができ、摩擦抵抗を確実に抑えることができる。
また、軸受部材５は、内部に多数の孔を有し、外部から噴出される加圧気体を内部の多数の孔を通過させた後に前記各噴出口から各隙間に噴出するので、加圧気体中の粉塵を濾過することができ、各隙間に粉塵が侵入していわゆる噛み込みが発生してしまうことを防ぐことができる。

気体ダンパ６により測定子４１に測定力を付与するので、極めて微小な測定力を実現することができ、確実に高精度化を図ることができる。また、同一の装置から各部材６，５に気体を供給するので、コストを低減させることができる。

〔実施形態の変形〕
なお、本発明は前述の各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、改良等は本発明に含まれるものである。
前記実施形態では、軸受部材５の噴出口の絞り形式がいわゆる多孔質絞りである例を説明したが、軸受部材の噴出口の絞り形式は、いわゆる表面絞りやオリフィス絞り、自成絞りであってもよい。

前記実施形態では、気体ダンパ６により測定子４１に測定力を付与していたが、ばね等の適宜の手段により測定子４１に測定力を付与してもよい。また、気体ダンパ６を設けず、バランスウェイト３３のみにより測定子４１に測定力を付与してもよい。そして、バランスウェイト３３の重みおよび位置を調整することのみにより、測定力を調整するように構成してもよい。
前記実施形態では、シリンダ６１が固定部材２に接続され、ピストン６２が可動片３に接続されていたが、シリンダ６１が可動片３に接続され、ピストン６２が固定部材２に接続されていてもよい。

本発明は、表面粗さ測定機、輪郭形状測定機、真円度測定機、および三次元測定機等の表面性状測定機に用いられる表面性状測定機用検出器に利用できる。

１ 表面性状測定機用検出器
２ 固定部材
３ 可動片
４ スタイラス
５ 軸受部材
６ 気体ダンパ
３１ 支軸
３２ 側面
４１ 測定子
５３ 軸受面
５４ 対向面
６１ シリンダ
６２ ピストン
６１１ 気体供給口
６１２ 気体排出口

Claims (3)

1. 一対の軸受部材と、両側面に前記軸受部材に回動可能に支持される支軸が設けられた可動片と、前記可動片から延出するとともに先端に測定子が設けられたスタイラスとを備えた表面性状測定機用検出器であって、
   前記各軸受部材は、前記支軸と所定の隙間を介して配置される軸受面と、前記側面と所定の隙間を介して対向配置される対向面とを備え、
   前記軸受面には、前記軸受面と前記支軸との前記隙間に加圧気体を噴出する噴出口が形成され、
   前記対向面には、前記対向面と前記側面との前記隙間に加圧気体を噴出する噴出口が形成されている
   ことを特徴とする表面性状測定機用検出器。
2. 請求項１に記載の表面性状測定機用検出器において、
   前記軸受部材は、多孔質材であり、前記軸受面で開口する多数の前記噴出口、および前記対向面で開口する多数の前記噴出口を備えている
   ことを特徴とする表面性状測定機用検出器。
3. 請求項１または請求項２に記載の表面性状測定機用検出器において、
   前記軸受部材を有する固定部材と、
   前記固定部材および前記可動片間に設けられた気体ダンパとを備え、
   前記気体ダンパは、前記固定部材および前記可動片のうちいずれか一方に接続され、内部に気体を供給する気体供給口および外部に前記気体を排出する気体排出口を備える筒状のシリンダと、前記固定部材および前記可動片のうち他方に接続され、前記シリンダ内に摺動可能に設けられたピストンとを備え、前記可動片を介して前記測定子に測定力を付与する
   ことを特徴とする表面性状測定機用検出器。

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