JP6189153B2

JP6189153B2 - 梃子式測定器

Info

Publication number: JP6189153B2
Application number: JP2013192798A
Authority: JP
Inventors: 康則森; 山本　武; 武山本; 敦島岡; 智之宮崎; 日高　和彦; 和彦日高
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2013-09-18
Filing date: 2013-09-18
Publication date: 2017-08-30
Anticipated expiration: 2033-09-18
Also published as: JP2015059793A; US9303968B2; US20150075020A1

Description

本発明は梃子式測定器に関する。

工作機械により成形されたワークの形状や表面粗さを測定するための梃子式測定器が知られている。梃子式測定器は、対象物の形状を測定するため、対象物の表面に対して略垂直に当てられる測定子と、測定子が固定されたアームと、アームを支持するためのバランサと、を有する。

例えば、特許文献１に記載の技術は、ワークに形成された周面に検出器の触針を接触し、検出器を回転させることにより、ワークの周面の粗さを測定するものである。特許文献１に記載の検出器は、駆動部材によって回転駆動される回転軸部材に揺動可能に支持されるとともに、支点を中心に検出器と釣り合うバランスウェイトが設けられている。

接触式の測定器は、支点を中心にして触針が上下に揺動するよう構成される。よって接触式の測定器の精度を向上させるためには、対象物の表面の凹凸に対する触針の揺動の応答性をより良くする必要がある。

より応答性を高める梃子式の測定器として、アームをセラミックで構成されたものが知られている。図６は従来のアーム部分をセラミックで構成した梃子式測定器の概要を示す図である。梃子式測定器２００は、触針２０１と、アーム２０２、バランサ２０３と、を有する。バランサ２０３は、加工が容易なアルミ等の金属で構成されている。

特開２００１−２４１９０５号公報

梃子式測定器２００では、アーム２０２はセラミックで構成されており、金属や金属化合物で構成されたものと比較して軽量化されている。これに応じて、アーム２０２に接続されたバランサ２０３も釣り合いのために軽量化される。金属等で構成されるバランサ２０３は、長手方向に対しての厚みが薄くなるように加工されることが多い。

しかしながら、バランサ２０３の厚みを薄くすると、薄くされた方向に対して、振動が発生しやすくなってしまう。バランサ２０３に振動が発生すると、バランサ２０３からアーム２０２へ、アーム２０２から触針２０１へと伝達され、測定に影響するという問題があった。

本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、より精密な測定が可能な梃子式測定器を提供することを課題とする。

本発明にかかる梃子式測定器は、
支点を中心に揺動する梃子式測定器であって、
測定対象の形状を測定する触針と、
一端に前記触針が接続され、他端は前記支点に接続されたアームと、
一端が前記支点に接続されたバランサと、を有し、
前記バランサは高比曲げ剛性の材質で構成されたものである。
これにより、バランサに発生する振動を抑制することができる。

また、本発明にかかる梃子式測定器において、高比曲げ剛性の材質とは、アルミ以上の比曲げ剛性を有する材質であることがのぞましい。これにより、より振動を抑制することができる。

さらにまた、本発明にかかる梃子式測定器において、
前記バランサは、セラミック、炭素樹脂、及びマグネシウム合金のうちいずれか１で構成されたものであることが望ましい。これにより、より振動を抑制することが可能である。

また、本発明にかかる梃子式測定器において、
前記アームは、セラミック、炭素樹脂、及びマグネシウム合金のうちいずれか１で構成されたものであることが望ましい。これにより、より正確に測定を行うことができる。

また、本発明にかかる梃子式測定器は、
前記アームと前記バランサとは１の部材で一体成型されたものであるようにしてもよい。これにより、より構成部材を少なくすることができる。

また、本発明にかかる梃子式測定器は、
前記支点に、バランス調整機構を更に有することが望ましい。これにより、より梃子式測定器を高精度化させることができる。

さらにまた、前記バランス調整機構は、
前記支点の鉛直上方向に、前記アームと略直角を成すように連結されて設けられた支柱部と、
前記支柱部の中間部分に設けられたおもりと、
を備える、構成であることが望ましい。これにより、より触針を適正な測定力で被測定対象に当てることができる。

また、本発明にかかる梃子式測定器は、
前記アームの中間部分におもりを更に有する、ことがより望ましい。これにより、より梃子式測定器を高精度化させることができる。

本発明にかかる梃子式測定器によれば、より精密な測定が可能である。

実施の形態１にかかる梃子式測定器の側面を示す図である。実施の形態２にかかる梃子式測定器の側面を示す図である。実施の形態３にかかる梃子式測定器の側面を示す図である。実施の形態４にかかる梃子式測定器の側面を示す図である。実施の形態３にかかる梃子式測定器の変形例の側面を示す図である。従来のアーム部分をセラミックで構成した梃子式測定器の概要を示す図である。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。本発明にかかる梃子式測定器は、測定装置の一部として適用されるものである。

図１は、本実施の形態にかかる梃子式測定器の側面を示す図である。梃子式測定器１は、触針１１と、アーム１２と、バランサ１３と、変位検出器１４とを有する。梃子式測定器１は、被測定対象に触針１１を接触させることにより、被測定対象の形状を測定する。なお、ここでは図１の紙面に対して奥に向かう方向をＹ軸の正方向として説明する。また、図１の紙面右側に向かう方向がＸ軸の正方向である。適宜Ｚ軸の正方向側を上とし、Ｚ軸の負方向側を下として記載する。

梃子式測定器１は、接合部１６の回転支点１５を支点にして揺動可能に構成され、回転支点１５を支点にして、一方側にアーム１２が設けられ、他方側にバランサ１３が設けられている。

アーム１２は高比曲げ剛性な部材により構成される。ここでの高比曲げ剛性とは、アルミの比曲げ剛性である、0.015(MPa)^1/3(kg/m³)以上のの比曲げ剛性を有する部材である。本実施の形態においてはアーム１２はセラミックで構成される。アーム１２は、一端に触針１１が連結され、他端は接合部１６に接合される。アーム１２は触針１１と直角を成すように構成され、図１に示すように、触針１１の長手方向がＺ軸と平行になるようにおかれているとき、アーム１２はＸ軸と略平行になる。また、アーム１２はセラミックで構成される。

バランサ１３は、高比曲げ剛性な部材により構成される。ここでの高比曲げ剛性な部材とは、アルミの比曲げ剛性である、0.015(MPa)^1/3(kg/m³)以上の比曲げ剛性を有する部材である。本実施の形態においてはセラミックで構成される。バランサ１３は、回転支点１５を中心として、アーム１２に対して反対側に設けられ、一端は接合部１６に接合される。バランサ１３の他端には変位検出器１４が接続される。

変位検出器１４は、アーム１２の円弧運動量（Ｚ軸方向の変位量）を検出する。変位検出器１４は、アーム１２の円弧運動の方向に沿って湾曲したスケール目盛り（不図示）を有するスケール１４Ａと、スケール１４Ａに対向してバランサ１３の他端側に設けられた不図示の検出ヘッド１４Ｂと、を有する。アーム１２の円弧運動は検出ヘッド１４Ｂにより検出され、検出ヘッド１４Ｂは、アーム１２の円弧運動量に対応した数のパルス信号（変位検出パルス信号）を、図示しない測定装置に出力する。

梃子式測定器１は、アーム１２をセラミックで構成することで、触針１１の被測定物への応答性をより高めているが、一方で、アーム１２の自重がアルミ等の金属製のものと比べて軽量化してしまう。

従来、バランサ１３は金属で構成されるため、肉厚を薄くする等の処置により、アームとバランサとの釣り合いをとるようにしていた。しかしながら、金属製のバランサの肉厚を薄くすると、肉厚を薄くした方向に振動が生じやすくなる。バランサに振動が生じることにより、触針１１の応答性が低下する。測定器の性能を向上させるためには、できるだけバランサの振動を抑えることが望ましい。また、振動を抑えるために、バランサの長手方向の長さを短くする変形も可能であるが、バランサを短くすると、触針１１の変位に対して、バランサ１３の他端側の変位が小さくなり、変位検出器１４での検出が難しくなる。

本実施の形態にかかる梃子式測定器１は、アーム１２とバランサ１３とをいずれも高比曲げ剛性の部材で構成したため、バランサをアルミ等の金属で構成した場合に発生する振動や応答性の低下といった問題を抑制することができ、これにより、より精密な測定を可能とする。

また、梃子式測定器１においては、触針１１を被測定物に対して付勢するための磁気式の付勢装置（不図示）をバランサ１３に設けることがある。本実施の形態にかかる梃子式測定器１において、特にバランサ１３をセラミックで構成すると、磁気式の付勢装置に影響を与える恐れがない。さらに、バランサ１３が磁気式の付勢装置に与える影響を緩和するための構造を設ける必要がなくなる。そのため、より精密な測定が可能であって、より簡易な構造の梃子式測定器１を提供することができる。

さらにまた、梃子式測定器１に設けられる変位検出器は、磁気または電気誘導式のエンコーダが適用されることもある。このような場合、特にバランサ１３をセラミックで構成すると、変位検出器１４の測定結果に与える影響を低減できる。従って本実施の形態にかかる梃子式測定器１はより正確な測定を行うことが可能である。

なお、上記の梃子式測定器１においてはバランサ１３がセラミックで構成されたものを説明したが、バランサ１３の素材は、高比曲げ剛性のものであればよい。例えば、マグネシウム合金や炭素樹脂等で構成されていてもよい。また、アーム１２についても、セラミックに限らず、マグネシウム合金や炭素樹脂で構成されていてもよい。さらに、アーム１２の素材とバランサ１３の素材とが異なっていてもよい。

実施の形態２
本実施の形態にかかる梃子式測定器２は、実施の形態１に記載の梃子式測定器１に加えて、さらにおもり１８を有することを特徴とする。図２は、本実施の形態にかかる梃子式測定器２の側面を示す図である。なお、以下の説明においては冗長を避けるため、実施の形態１と同一の要素には同一の記号を付し、適宜説明を省略する。

本実施の形態にかかる梃子式測定器２は、アーム１２の中間部分におもり１８を有する。ここではおもり１８は厚みのある円筒形状であり、おもり１８の孔にアーム１２が挿入され、ねじ１８１によりアーム１２に固定されている。なお、おもり１８の形状はこれに限られるものではなく、アーム１２の中間部分に設けられていればよい。

本実施の形態にかかる梃子式測定器２は、おもり１８を有することにより、アーム１２とバランサ１３との釣り合いの調整が容易に可能であり、より正確な測定力を発生させることができる。

実施の形態３
次に、梃子式測定器の変形例について説明する。本実施の形態にかかる梃子式測定器３は、実施の形態１の梃子式測定器１の構造に加えて、更にバランス調整機構を有するものである。

図３（ａ）は梃子式測定器３の側面を示す図である。梃子式測定器３は、実施の形態１にかかる梃子式測定器１に加えて、更にバランス調整機構１７を有することを特徴とする。梃子式測定器３は、触針１１と、アーム１２と、バランサ１３と、変位検出器１４と、バランス調整機構１７と、を有する。

バランス調整機構１７は、アーム１２がＸ軸と平行のとき重心が回転支点１５の鉛直上に位置するように設けられる。バランス調整機構１７は、ピン１７１とおもり１７２とを有する。ピン１７１は、接合部１６の上面に接合され、アーム１２と直角を成すように設けられている。すなわち、アーム１２がＸ軸と平行のときＺ軸方向に平行方向に平行となるように設けられる。おもり１７２は、ピン１７１の中間部分に、上下に移動可能に構成される。

ピン１７１は具体的にはおねじであり、おもり１７２は厚みのある円筒であって、内周部分にめねじが形成されている。おもり１７２を上下に移動させることにより、バランス調整機構１７の重心の微調整が可能である。

本実施の形態にかかる梃子式測定器３は、バランス調整機構１７を有することにより、より梃子式測定器３のアーム１２とバランサ１３とをつりあわせることが容易になり、より正確に測定を行うことが可能となる。

また、例えば、回転支点１５の揺動の支持に、図示されていない十字ばねを用いた場合には、アーム１２及びバランサ１３のＸ軸に対する傾きが大きくなると、十字ばねの復元力も大きくなる。つまり、アーム１２及びバランサ１３の復元力は傾きにより変動する。しかし、バランス調整機構１７を設けることにより、十字ばねの復元力変動分を打ち消して、一定の測定力を付与し、高精度化を図ることが可能となる。

図３（ｂ）は、梃子式測定器３が傾いた状態を示す側面図である。梃子式測定器３が傾くと、バランス調整機構１７のピン１７１が傾く。このとき、回転支点１５と、バランス調整機構１７の重心Ｏとが、鉛直方向から見てずれる。そのため、バランス調整機構１７の自重により、アーム１２の傾きがＸ軸方向に対してなす角度がより深くなるように、回転支点１５を中心としてアーム１２にトルクがかかる。このバランス調整機構１７の自重で発生するトルクにより、揺動支点の十字ばねの復元力変位分を打ち消すことができる。

なお、梃子式測定器２はおもり１８を有し、梃子式測定器３はバランス調整機構１７と有するものとしたが、図４に示すように、両方を有するようにしてもよい。梃子式測定器４はバランス調整機構１７とおもり１８とを有する。これにより、アーム１２とバランサ１３との釣り合いをとることがより容易で、かつ被測定面に対して応答性のよい梃子式測定器とすることができる。

また、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。上記の実施の形態ではアームとバランサは別の部材で構成されているが、図５に示す梃子式測定器５のように、アーム１２とバランサ１３とを１つの部材で一体化して形成するようにしてもよい。また、アームとバランサの長さの比は１対１でなくともよく、例えばアームの長さに対してバランサの長さを半分程度にするようにしてもよい。

さらにまた、上記の形態においては、触針１１はアーム１２に対して鉛直した方向に設けられていたが、触針１１はアーム１２に対して垂直であればよく、また複数設けられていてもよい。

１梃子式測定器
２梃子式測定器
３梃子式測定器
４梃子式測定器
５梃子式測定器
１１触針
１２アーム
１３バランサ
１４変位検出器
１４Ａスケール
１４Ｂ検出ヘッド
１５回転支点
１６接合部
１７バランス調整機構
１７１ピン
１７２おもり
１８おもり
１９接合部
２０揺動支点

Claims

支点を中心に揺動する梃子式測定器であって、
測定対象の形状を測定する触針と、
一端に前記触針が接続され、他端は前記支点に接続されたアームと、
一端が前記支点に接続されたバランサと、
前記支点の鉛直上方向に前記アームと略直角を成すように連結されて設けられた支柱部と、前記支柱部の中間部分に設けられたおもりと、を有するバランス調整機構と、を有し、
前記バランサはアルミ以上の比曲げ剛性を有する材質で構成された、梃子式測定器。
支点を中心に揺動する梃子式測定器であって、
測定対象の形状を測定する触針と、
一端に前記触針が接続され、他端は前記支点に接続されたアームと、
一端が前記支点に接続されたバランサと、
前記支点の鉛直上方向に前記アームと略直角を成すように連結されて設けられた支柱部と、前記支柱部の中間部分に設けられたおもりと、を有するバランス調整機構と、を有し、
前記バランサは、セラミック、炭素樹脂、及びマグネシウム合金のうちいずれか１で構成された、梃子式測定器。
前記バランサは、セラミック、炭素樹脂、及びマグネシウム合金のうちいずれか１で構成されたものである、請求項１記載の梃子式測定器。
前記アームは、セラミック、炭素樹脂、及びマグネシウム合金のうちいずれか１で構成されたものである、請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の梃子式測定器。
前記アームと前記バランサとは１の部材で一体成型されたものである、請求項１乃至４のうちいずれか１項記載の梃子式測定器。
前記アームの中間部分におもりを更に有する、請求項１乃至５のうちいずれか１項記載の梃子式測定器。