JP6333970B2 - 機械部品の寸法及び／又は形状を測定する機器 - Google Patents

Description

本発明は、機械部品の寸法及び／又は形状を測定するための機器に関する。この機器は、支持フレームと、当該支持フレームに対して移動可能で、測定対象の機械部品の表面と接触するように適合された１又は複数のフィーラーと、支持フレームに連結され、フィーラーを持ち、当該フィーラーと対応する１又は複数の押圧面を含むアームセットと、当該アームセットの押圧面と接触する端部当接面を画定するシャフトの当接部と、可動部を含みフィーラーの変位を検出するためのトランスデューサー及び／又は表示装置と、フィーラーに連結され、トランスデューサー及び／又は表示装置に連結され、軸を画定するシャフトを含む機械的伝達組立体と、シャフトと協働するように適合され、軸方向に沿ってシャフトの移動を案内するように適合される案内素子と、を備え、トランスデューサー及び／又は表示装置の可動部は、実質的に軸方向に沿って移動するように適合されている。

加工部品の寸法及び／又は形状のエラーを測定するための既知の機器は、測定対象の部品の表面と当接する１又は複数のフィーラーであって、それらが限定的な変位を行えるようにしたアームセットによってハウジングに連結されている１又は複数のフィーラーを備える。フィーラーの変位は、トランスデューサー及び／又は表示装置によって検出され、たとえば、典型的には公称値に対する測定された寸法の変化を示す誘導性トランスデューサーや機械計器によって検出される。機械的伝達組立体は、軸方向に移動可能なシャフトであって、１又は複数のフィーラーと接触する一方の端部と、トランスデューサー装置の移動可能な要素とともにある他方の端部とを有するシャフトを含んでいてもよい。

このような機器は、たとえば、ハウジングと、横断方向に移動可能な２つのフィーラーと、フィーラー及び球面に対して接触する適切な傾斜面をその端部で有するシャフトを含む機械的伝達組立体と、を備える、孔径を確認するための所謂「プラグ」コンパレータに対して具体的に言及する特許文献１に示されている。そのシャフトは、ハウジング内で軸方向に移動可能であって、反対側の端部における、ハウジングに対しても接続されているダイヤル・インジケータの移動可能な要素との接触が保たれている横断面を特徴とする。シャフトの軸方向の変位は、機械的特徴部によって、たとえばシャフト及びハウジングによって画定された相互に連結された円筒形状面によって、案内されており、適切なスライド式ブッシング、玉軸受、または同様の既知のデバイスを含むことができる。

シャフトの端部とフィーラーの間で正しい連結を確保しながら、シャフトを案内する機構を正確な寸法にすることは一般的に困難であった。実際、実質的に遊びが無いように軸方向の変位を限定して案内が選択される場合には、フィーラーとの連結が不適切になることがあり、またこれに加えて、フィーラーの径方向の変位に起因する、避けることのできない横方向の圧力によって、詰まりやこう着を引き起こす虞があった。他方、フィーラーとのより良好な連結が確保されるような、無視できないバックラッシュが存在する場合、軸方向の変位方向に対してシャフトの傾きが可能になる。後者の場合、ダイヤル・インジケータと接触する横断面の、不適切で気づかれない微小な角度変位ですら、ダイヤル・インジケータが誤った指示を提供するようにさせることがあった。

求められている精密さが高まる場合、たとえば、ダイヤル・インジケータがより敏感な誘導性または光学式のトランスデューサーや、異なる種類のトランスデューサーと置き換えられる場合、適切な大きさにされた機械的伝達組立体に対する需要は一層高まっている。これに加えて、簡単な構造と低コストの部品を有する機器に高精度の部品を適用することは、経済面で不利とされていた。

この問題は、３つのフィーラーを、たとえば互いに対して１２０°で配して備えるコンパレータの場合には最も深刻であり、この場合、既知のシステムを用いて、許容できる妥協策に到達することは非常に困難であった。実際、各フィーラーが他のものから独立して移動できる全ての３つのフィーラーとシャフトの端部との間で適切な連結を確保するとともに、許容可能なバックラッシュでシャフトを案内することは、特に複雑であった。

また、たとえば特許文献２に開示されているようなプラグコンパレータは既知のコンパレータであり、この例では、フィーラーが、トランスデューサーの軸方向の可動部上で直接的に作用し、これらの間に別の伝達装置や、トランスデューサーの一部としてトランスデューサーの内部にある案内部とは相違する追加される案内機構を用いていない。フィーラーの変位の伝達を容易にするために、幾つかの弾性の部分や素子がトランスデューサーと接続されていたが、このような弾性部／素子を伴うコンパレータの組立工程には、特に高い精度と注意が求められ、その結果、より時間がかかり、負担となっていた。さらに、移動の軸方向案内は、トランスデューサーの案内部に全て依拠していたが、トランスデューサーはそれ自体繊細な装置であって、詰まりと破損の双方またはいずれかを引き起こす虞のある異常な横方向の応力の影響を受け易かった。

米国特許第４，１７０，８３１号明細書 米国特許第５，７４６，００３号明細書

本発明の目的は、既知の解決策の問題を克服し、正確で、信頼性があり、堅固で、組立てが容易な測定機器を提供することである。

上記目的及び他の目的は、添付した特許請求の範囲に基づく測定機器によって達成される。

本発明による測定機器は、簡単で低コストの部品を具備する機械的伝達組立体を含み、丈夫さ、信頼性及び精度が懸念される分野で、特に良好な特徴を備える。

本発明による測定機器は、支持フレームと、当該支持フレームに対して移動可能で、測定対象の部品の表面と接触する１又は複数のフィーラーと、当該フィーラーの変位を検出するためのトランスデューサー及び／又は表示装置を含む。この機器はまた、フィーラーとトランスデューサー装置に連結される機械的伝達組立体を含み、これは軸を画定するシャフトを備え、当該シャフトは、案内素子またはブッシングに少なくとも部分的に収容される案内部と、フィーラーとともに作動する当接部と、中間の弾性変形可能部とを有し、この弾性変形可能部は、たとえば、直径を減少させて、シャフトの軸に関して回転方向に対称にされている。シャフトの案内部は端部の横断面を含み、これは、実質的に軸方向に沿って移動可能なトランスデューサー装置の可動部と接触する。シャフトの当接部は端部当接面を画定し、当該端部当接面は、支持フレームと接続されてフィーラーを具備する移動可能なアームセットの１又は複数の押圧面と接触した状態にある。好適な実施形態では、３つのフィーラーを、たとえば互いに対して１２０°で配置して含み、これらは３つの移動可能なアームを備えたアームセットと接続され、各フィーラーは、他の２つから独立して移動することができ、機械的伝達組立体と協働することができる。

本発明は、非限定的な実施例を示した添付の図面を参照の上、以下に説明される。

本発明の第１の可能な実施形態による測定機器、より詳細には「プラグ」コンパレータの長手方向の断面図である。 本発明による測定機器に用いられる機械的伝達組立体の、部分的な断面が示された側面図である。 本発明の第２実施形態による測定機器、より詳細には「プラグ」コンパレータの長手方向の断面図である。 本発明の第３の実施形態による「プラグ」型の測定機器の長手方向の断面図である。 図４のＶ−Ｖ線に沿った図４の機器の横断面図である。 本発明の第４の実施形態による測定機器、より詳細には「プラグ」コンパレータの幾つかの部品の長手方向の断面図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った図６の機器の横断面図である。 本発明の他の可能な実施形態による測定機器、より詳細には「スナップ」コンパレータの、幾つかの断面部が含まれる側面図である。

図１は、本発明による測定機器を示し、より詳細には、参照番号２が付されて、概略的に図示されている機械部分の円筒形状の孔１の寸法及び／又は形状を測定するための「プラグ」コンパレータを示す。

この機器は、ハウジングまたは支持フレーム３と、当該支持フレーム３に固定されるアームセットとを含み、アームセットはフィーラー７及び８を支持する一対のアーム４及び５を含み、これらフィーラーは相対的な自由端部で互いに対して反対側に配置されていて、直径方向に反対側の位置で測定対象の孔１の表面と当接する。アーム４、５は減少された厚み領域を含み、これによって支点１０、１１を画定し、フィーラー７、８が限定的な変位を行えるようにしている。

アーム４及び５の自由端部には、フィーラー７及び８とは反対側の位置に、押圧面１５及び１６が画定されている。押圧面１５及び１６は傾斜面であって、互いに対面し、当接面２１と接触しており、この当接面２１は実質的に球面状を有し、シャフト２２と案内素子またはブッシング３０とを含む機械的伝達組立体２０に属している。

押圧面１５及び１６は実質的に平面でもよく、または、最も一般的には、たとえばＶ字形状の輪郭・外形を有する溝を特徴としていてもよく、適切な繰り返し可能な方法で当接面２１とともに働く。

機械的伝達組立体２０は測定機器の支持フレーム３と接続されており、たとえば、案内ブッシング３０の場所で、ねじカップリングによって接続されているが、それ自体は既知であって、詳細には図示されていない。シャフト２２は、上述した当接面２１を画定する第１の端部と、横断面２３を備えた第２の端部とを有するが、後者は、支持フレーム３に固定されるトランスデューサー及び／又は表示装置、たとえば上述した米国特許第４，１７０，８３１号に開示されるもののような、既知の機械的クロックまたはダイヤル・インジケータ３３の軸方向可動部又はシャフト３４の自由端部と共に作動し、シャフト３４の軸方向移動は適切な機構を介してダイヤル３５の針に伝達される。案内ブッシング３０と、シャフト２２と一体的な適切な当接フランジ２９との間のばね２４によって、当接面２１を押圧面１５及び１６と接触させたままに保持している。

円筒形状の孔１の直径の寸法の変化の結果に基づくフィーラー７及び８と押圧面１５及び１６の変位は、機械的伝達組立体２０のシャフト２２に伝達されて、シャフト２２は軸方向に沿って移動するように押圧される。シャフト２２の横断面２３は、インジケータ３３の軸方向可動部３４を押圧し、後者によって孔１の測定された寸法の変化について情報が提供される。

図２は、シャフト２２と案内素子またはブッシング３０の２つの部品を基本的に含む機械的伝達組立体２０について大きさを拡大して示している。なお、図２では、明瞭性のためにばね２４の図示が省略されていることに注意されたい。また、図２では、案内ブッシング３０は図１に示したものと実質的に同一であるが、幾つかの構造的な詳細については異なるように示されており、これは、特定の測定機器の支持フレーム３への固定のためだけに必要とされている。

シャフト２２は軸Ａを画定し、案内部２５を含み、案内部２５の端部が横断面２３を画定し、案内部２５は少なくとも部分的に案内ブッシング３０に収容され、軸方向に沿って高精度の変位を行うように案内される。

シャフト２２は、フィーラー７、８と協働するように適合された当接部２７も含み、当接部２７の端部は当接面２１を画定しているが、この当接面２１は実質的に球面形状を有し、図１の機器において、アーム４及び５の押圧面１５及び１６と接触した状態にある。原則として、当接面２１は測定機器の可動部の適切に形作られた表面と接触した状態が保たれるようにされるが、その変位は関連するトランスデューサー及び／又は表示装置に伝達される必要がある。他の実施例については、以下に簡単に説明される。

案内部２５と当接部２７の間のシャフト２２の弾性変形可能部２６は、その特徴として、たとえば、直径を減少させた断面を有し、より詳細には、中央で直径を減少させて、シャフト２２の軸Ａに関して回転対称であり、砂時計の形状をした支点（「砂時計の支点（イタリア語で、ｆｕｌｃｒｏ ａ ｃｌｅｓｓｉｄｒａ）」、または砂時計状の支点）を構成する。

弾性変形可能部２６によって、当接部２７が軸Ａに対して限定的に傾くことが許容されており、その一方で、案内部２５は案内ブッシング３０内で軸方向のスライドに限定されている。従って、当接部２７の当接面２１が受ける押圧の横方向の成分は案内部２５には伝達されず、案内部２５はこう着の危険性が無いまま、実質的に遊びが無いように案内ブッシング３０と係合できるため、端部の横断面２３がシンプルな軸方向の移動を行うことが確保される。

弾性変形可能部２６は、図示された砂時計の形状の支点とは異なる配置を特徴としてもよく、シャフト２２の加工によって得られてもよく、または、案内部２５と当接部２７の間に介挿され案内部２５と当接部２７に固定される別の部品として達成されてもよく、軸Ａに対して横切る任意の方向で、または幾つかの所定の好適な方向でのみ（たとえば、二重矢印によって図１に示されている方向Ｘ）、たわみを確保してもよい。

当接面２１は、図示した実質的な球面形状のものとは異なる形状を有することができ、たとえば、互いに対して反対方向に傾斜する表面を有するくさび形状でもよく、または、円形の縁を有する実質的に平坦な形状でもよく、これは、機械的伝達組立体２０が用いられる特定の機器と、対応する可動部と、それと接触しながら配置される押圧面に基づく。後者は、上述した米国特許第４，１７０，８３１号によって知られ且つ示されているように、様々な形状を有することができる。

図では実質的に平面として示されている端部の横断面２３もまた、機械的伝達組立体２０が用いられる特定の機器と、用いられるトランスデューサー及び／又は表示装置とに応じて、異なる形状を有することができる。たとえば、この形状は、球面形状または略凸形状にできるが、一方で、凹形状も可能であり、より詳細には、実質的に円錐形状、球面形状または角柱状も可能である。

案内ブッシング３０は、それ自体既知な方法で得ることができ、たとえば、玉軸受のような介在型の構成要素や案内面を含んでいてもよい。

図１に示したような機器では、トランスデューサー及び／又は表示装置は、ダイヤル・インジケータ３３とは相違していてもよく、たとえば、適切な処理ユニットと接続される様々な種類（誘導性、光学的、圧縮空気式、または他の種類）のものの既知なトランスデューサーや測定ヘッドを含んでいてもよい。

図３から図６は、本発明による機械的伝達組立体２０の他の適用例を示す。

より詳細には、図３は、図１に示したものと同様のプラグコンパレータを示し、フィーラー７、８のそれぞれは、平行四辺形状の構造を有するアームセットのアーム４４、４５に固定されており、このアームセットは、相互に平行な２つの長手方向の構成要素と、４つの支点を定める減じられた断面部位の２つの対とを有する。

図４及び５は他のプラグコンパレータを示し、当該プラグコンパレータにおいてアームセットは、互いに１２０°で配置されて、径方向に移動可能な３つのフィーラー７、８及び９を備え、機械的伝達組立体２０の当接面２１と接触するように３つの傾斜した押圧面１５、１６及び１７を画定している。より詳細には、このアームセットは３つの可動アーム４、５及び６を含み、各可動アームが３つのフィーラー７、８及び９のうちの１つを持って３つの押圧面１５、１６及び１７のうちの１つを画定する。各可動アーム４、５及び６は、関連づけられるフィーラー７、８及び９と関連づけられる押圧面１５、１６及び１７とが、それぞれ他の２つのフィーラー及び押圧面から独立した状態で、実質的に径方向に変位することを可能にしている。測定対象の孔の表面との接触の結果（この孔の表面は、図４では、図１で使われたのと同じ参照番号１で示されている）、各フィーラー７、８及び９と関連づけられる押圧面１５、１６及び１７とが径方向に移動して、機械的伝達組立体２０のシャフト２２に移動を伝達し、シャフト２２は軸方向に沿って移動するように押圧される。シャフト２２の横断面２３は、インジケータ３３の軸方向可動部３４を押圧し、インジケータ３３は、孔１の測定された寸法の変化について情報を提供する。

図１の実施形態を参照して上述したように、弾性変形可能部２６は、当接部２７が軸Ａに対して限定的に傾くことを可能にし、一方で、案内部２５は、案内ブッシング３０内における軸方向のスライドに限定される。従って、当接部２７の当接面２１が受ける押圧の横方向の成分は案内部２５に伝達されず、案内部２５はこう着の虞が無いまま、実質的に遊びが無いように案内ブッシング３０と係合できるため、端部の横断面２３がシンプルに軸方向への移動を行うことが確保される。

当接部２７が受ける軸Ａに対するその限定的な傾きであって、さらに非操作状態における３つのフィーラー７、８及び９の径方向の位置について言えば一層容易な操作のセッティングを可能にするその限定的な傾きは、そのセッティングの間及びそのセッティングが完了した際に、シャフト２２の端部での当接面２１と全押圧面１５、１６及び１７との間の適切なカップリングを保つことをより一層容易にする。

図６及び図７は、図４及び図５に示したものと同様のプラグコンパレータの幾つかの部品を示し、これにおいてフィーラー７、８及び９の各々は、平行四辺形状の構造を有するアームセットのアーム４４、４５、４６に固定されており、各構造は長手方向に相互に平行な２つの構成要素と、４つの支点を画定する減じられた断面部位の２つの対とを有する。説明を簡潔にするため、図６は処理装置及び／または表示装置が示されておらず、また、支持フレーム３に固定される関連部品も示されていない。

図８は、円筒形状を有する機械部品６１の外部の形状または寸法、より詳細には直径の寸法を測定するための「スナップ」型の機器に用いられる機械的伝達組立体２０を示す。この機器は、アームセットが固定されるハウジングまたは支持フレーム６３を含み、アームセットは平行四辺形状の構造６４及び６５に接続される形づくられた構成要素５６、５７を具備するアーム５４及び５５を含み、この構造それ自体は既知であって、形づくられた構成要素５６、５７が支持フレーム６３に対して実質的に単純な直線的な移動を行えるようにしている。２つのフィーラー６７及び６８はそれぞれ、形づくられた構成要素５６、５７の端部に固定されていて、典型的には直径方向に反対側の位置で、測定対象の機械部品６１の表面と接触する。形づくられた構成要素５６、５７の他の端部は、互いに対して傾斜し且つ対向する押圧面７４及び７５を画定し、上述したように機械的伝達組立体２０の当接面２１と接触した状態で並んでいる。図８に示されている例では、押圧面７４は、たとえばＶ字形状の輪郭・外形を有し、これは視認できないが、（球面形状の）当接面２１の一部を隠している。機械的伝達組立体２０は、既知の方法で支持フレーム６３に連結され、たとえば固定機械構成要素７６に対するねじカップリングによって連結される。シャフト２２の横断面２３は、フレームに固定される（たとえばねじカップリングによって固定機械構成要素７６に固定される）トランスデューサー装置７８であってフィーラー６７、６８の変位を示す電気信号を提供するように適合されているトランスデューサー装置７８の軸方向に移動可能な構成要素７７の自由端部とともに協働する。たとえば、トランスデューサー装置７８は、自らの軸方向移動部を有する測定ヘッドや、処理及び表示装置８０に電気的に接続される誘導性トランスデューサーであって参照番号７９で図中に概略的に示された誘導性トランスデューサーを含んでいてもよい。

外径の寸法を測定するためのリング・ゲージングや測定ヘッド、軸方向のゲージング／測定ヘッド、及び他のもののような様々な種類の機器において、機械的伝達組立体２０の本発明による他の適用が可能である。

測定装置において本発明に基づく、機械的伝達組立体の利用と結び付けられたさらなる利点のうち、留意すべき点として、機器の繰り返し性を増大させるために、横断面２３を画定する案内部が、バックラッシュを実質的に無視できるように直線的に移動することで、シャフト２２が軸Ａの周りで異なる角度位置にならないことを確認することが必要ではない。この結果、回転防止機構を実現する必要がなくなり、システムの構造及び必要とされる処理を簡単にしている。

本発明を具現化する他の装置は、関連するアームセットに接続される一つのみの移動可能なフィーラーと、移動可能なアームセットに接続されて機械的伝達組立体の当接面と接触する単一の押圧面とを含んでいてもよい。

Claims (7)

1. 機械部品（２；６１）の寸法及び／又は形状を測定するための機器であって、
   支持フレーム（３；６３）と、
   前記支持フレーム（３；６３）に対して移動可能であって、測定対象の前記機械部品（２；６１）の表面と接触するように適合された１又は複数のフィーラー（７、８；９；６７、６８）と、
   前記支持フレーム（３；６３）と連結され、前記１又は複数のフィーラー（７、８；９；６７、６８）を持ち、前記１又は複数のフィーラー（７、８；９；６７、６８）に対応する１又は複数の押圧面（１５、１６；１７；７４、７５）を含むアームセットであって、シャフト（２２）の前記当接部（２７）が、前記１又は複数の押圧面（１５、１６；１７；７４、７５）と接触する端部当接面（２１）を画定するアームセットと、
   可動部（３４；７７）を含み、前記１又は複数のフィーラー（７、８；９；６７、６８）の変位を検出するためのトランスデューサー及び／又は表示装置（３３；７８）と、
   前記１又は複数のフィーラー（７、８；９；６７、６８）に連結され、前記トランスデューサー及び／又は表示装置（３３；７８）に連結される機械的伝達組立体（２０）と、を備え、
   前記機械的伝達組立体（２０）は、
   軸（Ａ）を画定するシャフト（２２）と、
   前記シャフト（２２）と協働するように適合され、軸方向に沿って前記シャフト（２２）の移動を案内するように適合される案内素子（３０）と、を含み、
   前記トランスデューサー及び／又は表示装置（３３；７８）の前記可動部（３４；７７）は、実質的に前記軸方向に沿って移動するように適合され、前記機械的伝達組立体（２０）の前記シャフト（２２）が、
   前記１又は複数のフィーラー（７、８；９；６７、６８）と協働するように適合された当接部（２７）と、
   前記案内素子（３０）に少なくとも部分的に収容され、前記トランスデューサー及び／又は表示装置（３３；７８）の前記可動部（３４；７７）と接触する端部横断面（２３）を画定する案内部（２５）と、
   前記当接部（２７）と前記案内部（２５）の間の弾性変形可能部（２６）と、を含むことを特徴とする機器。
2. ３つのフィーラー（７、８、９）を含み、
   前記アームセットは前記３つのフィーラー（７、８、９）を持って３つの押圧面（１５、１６；１７）を画定し、前記端部当接面（２１）は前記アームセットの前記３つの押圧面（１５、１６；１７）と接触する、請求項１に記載の機器。
3. 前記アームセットは３つの可動アーム（４、５、６；４４、４５、４６）を含み、
   当該３つの可動アーム（４、５、６；４４、４５、４６）の各々は、前記３つのフィーラー（７、８、９）のうちの１つを持ち、前記３つの押圧面（１５、１６；１７）のうちの１つを画定し、関連づけられるフィーラー（７、８、９）及び関連づけられる押圧面（１５、１６；１７）が、他の２つのフィーラー（７、８、９）及び押圧面（１５、１６；１７）から独立して、実質的に径方向への変位を行えるようにした、請求項２に記載の機器。
4. 前記シャフト（２２）の前記弾性変形可能部（２６）は、減少する径を有し、前記軸（Ａ）に関して回転対称である、請求項１から３のいずれか一項に記載の機器。
5. 前記トランスデューサー及び／又は表示装置（３３；７８）は、前記１又は複数のフィーラーの変位を示す電気信号を提供するように適合されるトランスデューサー（７９）を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の機器。
6. 前記アームセットの前記１又は複数の押圧面（１５、１６、１７；７４、７５）は傾斜面である、請求項１から５のいずれか一項に記載の機器。
7. 前記端部当接面（２１）は実質的に球面形状を有する、請求項１から６のいずれか一項に記載の機器。

Images