JP6519784B2 - 真円度測定装置及びその測定対象物固定治具 - Google Patents

Description

本発明は真円度測定装置及びその測定対象物固定治具に係り、特に球形の測定対象物（ワーク）の真円度を高精度に測定することができる真円度測定装置及びその測定対象物固定治具に関する。

真円度測定装置により球形のワークの真円度を測定する場合、通常は、ワークの母線の位置を測定する。そのため、母線以外の部分でワークを固定する必要がある。

特許文献１には、真円度測定装置において、球形のワークを保持する被検球体保持手段を回転テーブル上に設置して球形のワークの真円度を測定可能にする技術が開示されている。これによれば、回転テーブル上に設置される設置台と、設置台から斜め上方に延設された回転アームであって、先端部において球形のワークを保持する回転アームとから構成される。

特開２０１２−６３３３８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の被検球体保持手段では、ワークが斜め上に延びるアームのみで支持されており、ワークに対して測定子を接触させたときの測定子からの測定圧（測定力）がワークに加わると、被検球体保持手段に対するワークの位置に変動が生じ、測定精度の低下を招くおそれがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、球形の測定対象物の真円度を高精度に測定することができる真円度測定装置及びその測定対象物固定治具を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一の態様に係る真円度測定装置は、球形の測定対象物に対して測定子を母線の位置に接触させながら母線に沿って相対的に移動させて測定対象物の真円度を測定する真円度測定装置であって、測定対象物の母線を含む平面に垂直な方向であって、相反する第１方向及び第２方向のうちの第１方向側の半球の範囲に接触して測定対象物の第１方向側への移動を規制する規制部材と、測定対象物に対して規制部材の接触位置よりも第１方向側の範囲において連結される連結部材と、測定対象物に対して連結部材を着脱可能に連結する連結手段と、測定対象物に対して連結部材を介して第１方向への力を加える荷重手段と、を備える。

本態様によれば、球形の測定対象物は、荷重手段により連結部材を介して加えられる第１方向への力により、規制部材に押圧され、測定対象物が軽い場合でも測定子からの測定圧にかかわらず位置の変動が抑止される。従って、高精度な測定が可能となる。

本発明の他の態様に係る真円度測定装置において、連結部材は、吸着パッドであり、連結手段は、負圧を発生させる負圧発生手段と、吸着パッドと負圧発生手段とを接続する配管と、からなる態様とすることができる。

本態様によれば、測定対象物に対して規制部材への力を加える荷重手段を容易に着脱することができる。

本発明の更に他の態様に係る真円度測定装置において、配管は、負圧発生手段を着脱可能に接続する接続部と、吸着パッドと接続部との間に配置され、管路を開閉するバルブと、吸着パッドとバルブとの間に配置された負圧を維持するタンクと、を備えた態様とすることができる。

本態様によれば、タンクを負圧にした後、バルブを閉じることで、配管から負圧発生手段を取り外しても連結部材を測定対象物に連結させておくことができ、荷重手段による力を測定対象物に付加させておくことができる。したがって、負圧発生手段により阻害されることなく、規制部材、連結部材、荷重手段と共に測定対象物を回転させて真円度を測定することができる。

本発明の更に他の態様に係る真円度測定装置において、荷重手段は、連結部材に連結されたウエイト部材である態様とすることができる。

本態様によれば、ウエイト部材の重さに応じた重力を測定対象物に付加することができる。

本発明の更に他の態様に係る真円度測定装置において、規制部材は、測定対象物の中心を通り、第１方向に平行な軸の周りの３点において接触する支点部材である態様とすることができる。

本態様によれば、測定対象物を３点で決まる位置に安定して固定することができる。

本発明の更に他の態様に係る真円度測定装置において、母線は測定対象物の中心を通る水平断面における輪郭曲線であり、第１方向は、鉛直下向きの方向である態様とすることができる。

また、上記目的を達成するため、本発明の他の態様に係る真円度測定装置の測定対象物固定治具は、真円度測定装置に着脱可能に装着され、球形の測定対象物を固定する測定対象物固定治具であり、かつ、測定対象物に対して真円度測定装置の測定子を母線の位置に接触させながら母線に沿って相対的に移動させて測定対象物の真円度を測定するための真円度測定装置の測定対象物固定治具であって、測定対象物の母線を含む平面に垂直な方向であって、相反する第１方向及び第２方向のうちの第１方向側の半球の範囲に接触して測定対象物の第１方向側への移動を規制する規制部材と、測定対象物に対して規制部材の接触位置よりも第１方向側の範囲において連結される連結部材と、測定対象物に対して連結部材を着脱可能に連結する連結手段と、測定対象物に対して連結部材を介して第１方向への力を加える荷重手段と、を備える。

本態様によれば、球形の測定対象物は、荷重手段により連結部材を介して加えられる第１方向への力により、規制部材に押圧され、測定対象物が軽い場合でも測定子からの測定圧にかかわらず位置の変動が抑止される。従って、高精度な測定が可能となる。

本発明の他の態様に係る真円度測定装置の測定対象物固定治具において、連結部材は、吸着パッドであり、連結手段は、負圧を発生させる負圧発生手段と、吸着パッドと負圧発生手段とを接続する配管と、からなる態様とすることができる。

本態様によれば、測定対象物に対して規制部材への力を加える荷重手段を容易に着脱することができる。

本発明の更に他の態様に係る真円度測定装置の測定対象物固定治具において、配管は、負圧発生手段を着脱可能に接続する接続部と、吸着パッドと接続部との間に配置され、管路を開閉するバルブと、吸着パッドとバルブとの間に配置された負圧を維持するタンクと、を備えた態様とすることができる。

本態様によれば、タンクを負圧にした後、バルブを閉じることで、配管から負圧発生手段を取り外しても連結部材を測定対象物に連結させておくことができ、荷重手段による力を測定対象物に付加させておくことができる。したがって、負圧発生手段により阻害されることなく、規制部材、連結部材、荷重手段と共に測定対象物を回転させて真円度を測定することができる。

本発明の更に他の態様に係る真円度測定装置の測定対象物固定治具において、荷重手段は、連結部材に連結されたウエイト部材である態様とすることができる。

本態様によれば、ウエイト部材の重さに応じた重力を測定対象物に付加することができる。

本発明の更に他の態様に係る真円度測定装置の測定対象物固定治具において、規制部材は、測定対象物の中心を通り、第１方向に平行な軸の周りの３点において接触する支点部材である態様とすることができる。

本態様によれば、測定対象物を３点で決まる位置に安定して固定することができる。

本発明の更に他の態様に係る真円度測定装置の測定対象物固定治具において、母線は測定対象物の中心を通る水平断面における輪郭曲線であり、第１方向は、鉛直下向きの方向である態様とすることができる。

本発明の更に他の態様に係る真円度測定装置の測定対象物固定治具において、真円度測定装置が有する載物台であって、円筒状又は円柱状の測定対象物が載置される載物台に対して規制部材、連結部材、及び、荷重手段が着脱可能に装着される態様とすることができる。

本発明によれば、球形のワークの真円度を高精度に測定することができる。

本発明に係る真円度測定装置の全体構成を示した斜視図 図１の状態における球形ワーク固定治具を水平方向から示した部分断面図 図１の状態における球形ワーク固定治具の図２と垂直な方向であって水平方向から示した断面図 図１の状態における球形ワーク固定治具を上方から示した平面図 図３におけるワーク載置部を拡大して示した断面図 測定時における球形ワーク固定治具の状態を示した平面図 球形ワーク固定治具におけるワーク載置部を上方から示したイメージ図 球形ワーク固定治具におけるワーク載置部を側方から示したイメージ図 球形ワーク固定治具におけるワーク載置部を上方から示したイメージ図であって、測定子が図７、図８とは反対側の位置でワークに接触している状態を示した図 球形ワーク固定治具におけるワーク載置部を側方から示したイメージ図であって、測定子が図７、図８とは反対側の位置でワークに接触している状態を示した図 他の実施の形態の球形ワーク固定治具を示した断面図であって図５に対応した図

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。

図１は、本発明に係る真円度測定装置の全体構成を示した斜視図である。

同図に示す真円度測定装置１は、真円度を測定する周知で既存の真円度測定装置に対して、球形の測定対象物（ワークＷ）の真円度を測定するために、着脱可能な測定対象物固定治具として球形ワーク固定治具５０が取り付けられたものである。

まず、既存の真円度測定装置として周知の構成部分について簡易に説明する。

真円度測定装置１において、下端部には装置全体を支持する台状のベース１０が配置され、ベース１０の上面には、上下方向（鉛直方向）に沿った回転軸（θ軸）周り方向に回転可能な載物台１２が設けられる。なお、図中、上下方向をＺ軸方向として表す。

載物台１２の上面には、同図では簡素化した示された詳細を後述する球形ワーク固定治具５０が着脱可能に固定され、その球形ワーク固定治具５０の上面に測定対象物となる球形のワークＷが支持される。また、ワークＷは、その中心が載物台１２の回転軸（θ軸）上となるように支持される。

ベース１０の内部には、載物台１２に連結されるモータ等を備え、載物台１２を回転駆動する回転駆動部１１が設けられる。

この回転駆動部１１により、載物台１２に固定された球形ワーク固定治具５０及びワークＷが、載物台１２と共にθ軸周り方向に回転する。

なお、載物台１２は手動により回転するものであってもよい。また、載物台１２は、θ軸に垂直な方向であって、互いに直交する左右方向及び前後方向に対してもつまみの回転操作等によって移動可能なものであってもよい。

ベース１０の上面側には、コラム１４、キャリッジ１６、径方向移動アーム１８、旋回アーム２０、検出器ホルダ２２を有する検出器支持機構１３を介して検出器２４（測定プローブ）が支持される。

検出器２４は、例えば円筒状の検出器本体２４Ａの下端から棒状に延びる測定子２４Ｂ（スタイラス）と、検出器本体２４Ａの内部に設けられ、測定子２４Ｂの変位量を作動トランス等により検出して電気信号（検出信号）として出力する不図示の変位検出部と、を有する。

測定子２４Ｂは、一平面内において測定子２４Ｂの軸線がその軸線に直交する方向（変位方向）に変位可能に検出器本体２４Ａに支持されると共に、その変位方向のうちの一方の向き（付勢方向）にバネなどにより付勢される。

測定時においてはワークＷの周面に対して、測定子２４Ｂの先端部（先端球）がその付勢方向に押圧されて当接が維持される。そして、回転駆動部１１によるワークＷのθ軸周りの回転とともに、測定子２４Ｂの変位量を示す検出器２４からの検出信号が不図示の演算処理装置に読み取られ、その検出信号に基づいて真円度等の算出が実施される。

なお、本実施の形態では、球形のワークＷの母線の位置、即ち、ワークＷの中心を通る水平断面におけるワークＷの輪郭曲線の位置に測定子２４Ｂの先端部が当接され、その母線に沿って測定子２４Ｂが移動することにより真円度の測定が行われる。

検出器支持機構１３について説明すると、ベース１０の上面において載物台１２の右側には、上下方向に沿って延在するコラム１４が立設される。そして、コラム１４には、コラム１４に沿って上下方向に移動可能なキャリッジ１６が支持される。キャリッジ１６は、例えばモータの駆動により上下方向に移動するが、つまみの回転操作等によって手動で移動するものであってもよい。

このキャリッジ１６の上下方向への移動機構により、検出器支持機構１３は、検出器２４を上下方向の位置を変更可能に支持する。

キャリッジ１６には、径方向に延びる径方向移動アーム１８が径方向に移動可能に支持される。径方向移動アーム１８は、例えばモータの駆動により径方向に移動するが、つまみの回転操作等によって手動で移動するものであってもよい。

この径方向移動アーム１８の径方向への移動機構により、検出器支持機構１３は、検出器２４の径方向の位置を変更可能に支持する。

なお、径方向は、載物台１２の回転軸（θ軸）を中心とする径方向（Ｒ軸方向）を示し、径方向移動アーム１８が移動する方向を左右方向（Ｘ軸方向）とし、Ｚ軸方向とＸ軸方向とに垂直な方向を前後方向（Ｙ軸方向）とする。

径方向移動アーム１８の左側（載物台１２側）の端部には、旋回アーム２０の一端（基端）が径方向に沿った旋回軸の周りに旋回可能に連結される。旋回アーム２０は、ネジにより径方向移動アーム１８に固定されており、つまみ３０の回転操作によりネジを緩めることで、旋回アーム２０が旋回軸周りに旋回可能となり、旋回アーム２０の向きの変更が可能となる。

この旋回アーム２０の旋回機構により、検出器支持機構１３は、検出器２４を径方向に沿った旋回軸周りの旋回角度を変更可能に支持する。

旋回アーム２０の先端部には径方向（左右方向）に延びる検出器ホルダ２２の基端部が固定される。

検出器ホルダ２２の先端部にはつまみ３２の回転操作により着脱可能に検出器２４が装着される。

検出器ホルダ２２は、検出器２４の先端側（測定子２４Ｂが設けられる側）が旋回アーム２０の旋回軸の軸線上に向う方向となるように、かつ、検出器本体２４Ａの軸線が旋回アーム２０の軸線と平行となるように検出器２４の基端側を固持する。

また、検出器ホルダ２２は、検出器２４の取付角度、即ち、検出器本体２４Ａの軸線周りの回転角度を変えて固持することができる。この検出器ホルダ２２における検出器２４の取付角度の調整機構により、測定子２４Ｂの変位方向及び付勢方向を調整することができる。

なお、図１の真円度測定装置１は、ワークＷが回転することで、検出器２４がワークＷの周りを相対的に周方向に回転移動するワーク回転型の測定装置であるが、検出器２４がワークＷの周りを回転移動する検出器回転型の測定装置であってもよい。

図２、図３、図４は、各々、載物台１２上に設置される図１の状態の球形ワーク固定治具５０に関して、水平方向から示した部分断面図、図２と垂直な方向であって水平方向から示した断面図、及び、上方から示した平面図である。

これらの図に示すように球形ワーク固定治具５０は、最下部に円板状のベース部材５２を有し、そのベース部材５２がネジ５４（図４参照）により載物台１２の上面に着脱可能に固定される。

これにより、既存の真円度測定装置に対して球形ワーク固定治具５０を簡易に着脱することができ、既存の真円度測定装置を用いて球形のワークＷの真円度の測定を行うことができるようになる。ワーク固定治具５０を載物台１２から取り外せば、通常の真円度測定装置として球形以外の形状のワークの真円度を通常通りに測定することができる。なお、球形ワーク固定治具５０を載物台１２に着脱可能に固定する手段は本実施の形態に限らない。

ベース部材５２の上面側には円筒状の真空タンク部材５６がネジ５８（図２、図３参照）により固定される。真空タンク部材５６は、円筒状の側壁部６０の内側に空洞部６２（図２、図３参照）を有する。

空洞部６２は、空洞部６２に接続された管路の真空状態（負圧状態）を長く保持するためのものであり、下端側がベース部材５２により閉塞され、上端側が側壁部６０から径方向に延設された上壁部６４により中央の開口部６４Ａを除いた部分が閉塞される。

側壁部６０には、空洞部６２と真空タンク部材５６の外部とを連通する２つの貫通孔６０Ａ、６０Ｂがθ軸周りの略反対方向（略１８０度をなす方向）となる位置に形成される。

一方の貫通孔６０Ａには、真空（負圧）を発生させる負圧発生手段である不図示の真空エジェクタと真空タンク部材５６とを接続する配管６６の管路が連通する。他方の貫通孔６０Ｂには真空圧力計６８が取り付けられる。

配管６６は、真空タンク部材５６に固定される配管６６Ａと、配管６６Ａから分離可能であって一端が真空エジェクタに接続される配管６６Ｂとからなる。

配管６６Ａは、レバー７０Ａの回転により内部の管路を開閉するバルブ７０を有する。

また、配管６６Ａと配管６６Ｂとが着脱可能に装着されて接続される接続部７２の構成要素として、配管６６Ｂの端部には真空パッド７４が取り付けられる。真空パッド７４は真空エジェクタの作動により配管６６Ａの端部に真空吸着して配管６６Ａと配管６６Ｂとを連結する。

真空タンク部材５６の上壁部６４の上面には円板状の固定部材７６がネジ７８により固定される。固定部材７６は、下面側に円柱状に突出する突出部７６Ａを有し、その突出部７６Ａが上壁部６４の開口部６４Ａに略隙間なく嵌合する。

また、固定部材７６には、空洞部６２に面する突出部７６Ａの下面から固定部材７６の上面まで貫通する貫通孔７６Ｂが形成される。

一方、固定部材７６の上面には、３つに分岐した管路を有し、３つの接続端８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃを有するＴ字型の継手８０が取り付けられる。

接続端８０Ｃは、固定部材７６に接続され、固定部材７６の貫通孔７６Ｂと継手８０の内部の管路とが連通する。その管路は接続端８０Ａと接続端８０Ｂへと２つの管路に分岐される。

継手８０の２つの接続端８０Ａ、８０Ｂの各々には、可撓性を有する２つのチューブ８２Ａ、８２Ｂの各々の一端が接続され、継手８０により分岐された２つの管路の各々がチューブ８２Ａ、８２Ｂの各々の管路に連通する。

チューブ８２Ａ、８２Ｂの各々の他端は、硬質の接続端８３Ａ、８３Ｂを介して後述のウエイト部材８４に接続される。

固定部材７６の上面側には、θ軸に沿って延びる円筒状の支持部材８６が配置される。

支持部材８６の下端には径方向外側に突出するフランジ部８８が形成され、そのフランジ部８８がネジ９０により固定部材７６に固定される。

支持部材８６は、内部に空洞部８６Ａを有すると共に、下端部分と上端部分とに上下方向に延びる切込み９２Ａ、９２Ｂ、９４Ａ、９４Ｂを有する。なお、切込み９２Ａと切込み９２Ｂ、切込み９４Ａと切込み９４Ｂの各々はθ軸周りの略反対方向となる位置、即ち、θ軸を挟んで正反対となる位置に形成される。

上述の継手８０は、接続端８０Ｃが支持部材８６の内部の空洞部８６Ａに配置され、接続端８０Ａと接続端８０Ｂの各々が切込み９２Ａと切込み９２Ｂの各々に配置される。そして、支持部材８６の外部に配置されるチューブ８２Ａ、８２Ｂの各々の一端が切込み９２Ａ、９２Ｂにおける接続端８０Ａ、８０Ｂの各々に接続される。

支持部材８６の空洞部８６Ａには、重りとして作用する円柱状のウエイト部材８４が上下方向に移動可能に配置される。

ウエイト部材８４には、その中心軸を挟んで正反対となる側面（周面）の２箇所と上面の略中心とに管路端８５Ａ、８５Ｂ、８５Ｃとしての開口を有する管路８５であって、それらの管路端８５Ａ、８５Ｂ、８５Ｃを互いに連通させるＴ字状の管路８５が形成される。

そして、管路端８５Ａと管路端８５Ｂとに、チューブ８２Ａ、８２Ｂの各々の接続端８３Ａ、８３Ｂが切込み９４Ａ、９４Ｂを挿通して接続される。

これによって、ウエイト部材８４は、上下方向の移動範囲に関して、少なくとも接続端８３Ａ、８３Ｂが切込み９４Ａ、９４Ｂに対して移動可能な範囲に制限される。特に、ウエイト部材８４の下側への移動範囲は、チューブ８２Ａ、８２Ｂが切込み９４Ａ、９４Ｂの下側端部に当接する位置に制限される。

ウエイト部材８４の上面には、円筒状の吸着パッド９６が立設され、吸着パッド９６の下端から上端まで貫通する管路がウエイト部材８４の管路端８５Ｃに接続される。

吸着パッド９６の上端は、円形状の開口を有し、後述のようにこの開口に働く吸引力によりワークＷが吸着保持される。

支持部材８６の上端には円板状のテーブル部材９８がネジ等により固定されて支持される。テーブル部材９８の中央部には、ワークＷを載置するワーク載置部１００が設けられる。

ワーク載置部１００は、図３におけるワーク載置部１００を拡大して示した図５に示すように、テーブル部材９８において、θ軸と略同軸上となる中心軸に沿って上面から下面まで貫通する円柱状のワーク載置孔１０１を有する。

球状のワークＷは、下側の一部分がこのワーク載置孔１０１の内部に没入した状態に置かれると共に、ワーク載置孔１０１の下側から挿入された吸着パッド９６に吸着される。

また、ワーク載置部１００は、テーブル部材９８の上面側のワーク載置孔１０１の周辺部において、ワーク載置孔１０１の円形の周縁に沿って等間隔（θ軸周りの約１２０度の回転角度間隔ごと）に設置され３つの支持点ボール１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃを有する（図４、図５参照）。

支持点ボール１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃは、ルビーなどの硬質材料により球状に形成され、各々、ネジ部材１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃ（ネジ部材１０４Ａのみ図５に図示）の先端に取り付けられる。そして、ネジ部材１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃがテーブル部材９３に形成されたネジ孔に螺合されることによって、テーブル部材９８の上面に支持点ボール１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃが固定される。

ワークＷは、これらの支持点ボール１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃに当接することで、３点により支持される。

なお、ワークＷの直径が例えば８ｍｍのとき、支持点ボール１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃの直径を１ｍｍとした場合、ワークＷの中心は支持点ボール１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃの中心に対して約１．５ｍｍ高い位置に支持される。

続いて、上記球形ワーク固定治具５０の作用について説明する。

球状のワークＷの真円度を測定する場合に、操作者は、上述のように球形ワーク固定治具５０を載物台１２に固定する。そして、球形のワークＷを球形ワーク固定治具５０のテーブル部材９８におけるワーク載置孔１０１の位置に置き、ワークＷを支持点ボール１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃに載せる。

続いて、バルブ７０のレバー７０Ａを操作してバルブ７０を開き（バルブ７０の内部管路を開放し）、真空エジェクタを作動させる。そして、真空エジェクタに接続された配管６６Ｂの端部の真空パッド７４を、バルブ７０を含む配管６６Ａの端部に真空吸着させて配管６６Ａと配管６６Ｂとを連結する（図４の状態）。

これにより、真空タンク部材５６と真空エジェクタとが配管６６により接続され、真空タンク部材５６の内部の空洞部６２の空気が配管６６を介して真空エジェクタにより吸引されて空洞部６２が負圧状態となる。

そして、空洞部６２が負圧状態になると、固定部材７６、チューブ８２Ａ、８２Ｂ、ウエイト部材８４の各々の管路を介して吸着パッド９６の上端の開口に吸引力が発生する。

続いて、操作者は、例えば、チューブ８２Ａ、８２Ｂとウエイト部材８４との接続部分である接続端８３Ａ、８３Ｂを把持して上方に動かし、ウエイト部材８４と共に吸着パッド９６を上方に移動させる。そして、ワークＷの下側部分に吸着パッド９６を真空吸着させる。

これにより、ワークＷには、ウエイト部材８４の重さに対応した下方への重力が加えられる。そして、ワークＷにウエイト部材８４の重力が付加されることで、ワークＷが軽い場合であっても、ワークＷが支持点ボール１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃに強く圧接し、水平方向及び上下方向への変動が規制される。

次に、真空タンク部材５６に接続された真空圧力計６８により空洞部６２の内部圧力が予め決められている適正圧力まで低下したことを確認して、バルブ７０のレバー７０Ａを操作してバルブ７０を閉じる（バルブ７０の内部管路を閉鎖する）。

そして、真空エジェクタを停止させて、配管６６Ｂの真空パッド７４を配管６６Ａの端部から引き離して図６のように配管６６Ｂを配管６６Ａから取り外す。

これにより、球形ワーク固定治具５０は配管６６Ｂ及び真空エジェクタによって阻害されることなく、θ軸周りに回転することが可能となる。

また、真空タンク部材５６の空洞部６２によって、真空エジェクタによる吸引が行われない状態であっても、かつ、ワークＷと吸着パッド９６との隙間などからのリークが生じても、負圧状態を長く維持して吸着パッド９６のワークＷへの吸着状態を保持することができる。そのため、測定中にワークＷからウエイト部材８４が離脱することなくそれらが連結された状態に維持される。

次に、検出器２４の測定子２４Ｂの先端をワークＷの母線の位置に当接させる。このとき、例えば、検出器本体２４Ａの軸心をＺ軸方向（図１の状態）、測定子２４Ｂの変位方向をＸ軸方向（径方向）、検出器本体２４Ａに対する測定子２４Ｂの付勢方向をワークＷ側として後述する図８のように測定子２４Ｂの先端をワークＷの母線の位置に当接させる。また、測定子２４ＢをワークＷとの接触によって付勢力に抗して付勢方向と反対向きに変位させた状態に設定し、ワークＷには測定子２４Ｂから所定の測定圧（測定力）が加えられた状態とする。

続いて、回転駆動部１１により載物台１２を回転させて球形ワーク固定治具５０と共にワークＷをθ軸周りに回転させながら測定子２４Ｂの変位量を示す検出信号を検出器２４から出力させる。

これによって、検出器２４からの検出信号を取得した演算処理装置において真円度等の算出が行われる。

以上のような球形ワーク固定治具５０によれば、ワークＷがθ軸周りに回転した際に、測定子２４ＢはワークＷに対して所定の測定力を加えながらワークＷの母線に沿ってワークＷの周りを相対的に回転移動する。

これによりワークＷは、測定子２４Ｂからの測定力により水平方向への力を受ける。ワークＷが軽い場合、自重だけではワークＷが測定力により水平方向又は上方向に動いてしまい、精度の高い測定ができない。

これに対して、上記の球形ワーク固定治具５０では、ワークＷにウエイト部材８４を吸着パッド９６を介して連結することによってワークＷに対して自重による下向きの力の他に、ウエイト部材８４の重さによる下向きの力を付加している。

そのため、ワークＷが軽い場合であっても、ワークＷが支持点ボール１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃに強く圧接して、測定力に対するワークＷの水平方向及び上下方向への動きが規制される。したがって、精度の高い測定が可能となる。

ここで、測定力によってワークＷが動かないための条件について詳説する。

図７は、球形ワーク固定治具５０におけるワーク載置部１００を上方から示したイメージ図であり、図８は、ワーク載置部１００を側方から示したイメージ図である。

これらの図に示すようにワークＷは、ワークＷの中心を通る上下方向の軸であるθ軸の周りに等間隔（１２０度間隔）に配置された３つの支持点ボール１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃにより支持される。

また、ワークＷの中心と各支持点ボール１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃの中心とを結ぶ直線と、θ軸とのなす角がα度であるとする。

更に、検出器２４の測定子２４Ｂがθ軸と１つの支持点ボール（例えば支持点ボール１０２Ａとする）の中心とを含む平面と、ワークＷの母線（ワークＷの中心を通る水平断面の輪郭線）との交点位置に測定子２４Ｂの先端が接触している状況を想定する。

そして、測定子２４ＢがワークＷに加える測定力をＦｍとし、ワークＷの重さとウエイト部材８４の重さによりワークＷに働く重力による下向きの力をＦｗとし、ワークＷが各支持点ボール１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃに与える分力をＦａとする。各支持点ボール１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃに与えられる分力Ｆａは測定力Ｆｍが与えられていない状態においては等分配されるものとする。また、分力Ｆａの水平成分をＦａｈ、鉛直成分（上下成分）をＦａｖとする。

このような前提において、測定力Ｆｍによって、ワークＷが動かないための条件は、次の条件式（１）により表される。

Ｆａｈ＞Ｆｍ ・・・（１）
即ち、ワークＷから支持点ボール１０２Ａに加わる分力Ｆａの水平成分Ｆａｈが測定力Ｆｍよりも大きければ、少なくともワークＷが支持点ボール１０２Ａから離間する可能性がなく、条件式（１）を満たせばワークＷが動く可能性はない。

ここで、各支持点ボール１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃが受ける分力Ｆａの鉛直成分Ｆａｖは、
Ｆａｖ＝Ｆｗ／３ ・・・（２）
である。

そして、鉛直成分ＦａｖはＦａ・cosαであり、かつ、水平成分ＦａｈはＦａ・sinαであることから、上式（２）も考慮すると、分力Ｆａの水平成分Ｆａｈは、次式（３）となる。

Ｆａｈ＝Ｆａ・sinα＝（Ｆａｖ／cosα）・sinα
＝Ｆw・tanα／３ ・・・（３）
したがって、上述の条件式（１）は、次の条件式（４）により表される。

Ｆw・tanα／３＞Ｆｍ ・・・（４）
例えば、Ｆｍ＝０．１Ｎ（≒１０ｇｆ）、α＝３０°とした場合、上記の条件式（１）により、
Ｆｗ＞３・Ｆｍ／tanα＝３・０．１／tan６０°
＝０．１７Ｎ（≒１７ｇｆ）
したがって、ワークＷとウエイト部材８４とで１７ｇ以上となるようにすれば、測定力ＦｍによってワークＷが動かないようにすることができる。

一方、ワークＷの回転により、測定子２４Ｂが、図７、図８の状態とは反対側の位置でワークＷの母線に接触している状態となった場合を図９、図１０に示す。なお、図９は、ワーク載置部を上方から示したイメージ図であり、図１０は、ワーク載置部を側方から示したイメージ図である。

この状態では、各支持点ボール１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃのうち、測定力Ｆｍの向きにワークＷが動くとワークＷが離間する支持点ボールが２つ存在する。例えば、同図の例では支持点ボール１０２Ｂ、１０２Ｃがこれに相当する。

そして、それらに加わる分力Ｆａの水平成分Ｆａｈのうち、測定力Ｆｍと反対向きとなる成分を合成したときの力をＦｂｈとする。

このとき、力Ｆｂｈが測定力Ｆｍよりも大きければ、少なくともワークＷが２つの支持点ボール１０２Ｂ、１０２Ｃから離間する可能性がなく、ワークＷが動く可能性はない。

したがって、測定力Ｆｍによって、ワークＷが動かないための条件は、次の条件式（５）により表される。

Ｆｂｈ＞Ｆｍ ・・・（５）
ここで、各支持点ボール１０２Ｂ、１０２Ｃの各々に加えられる分力Ｆａの水平成分Ｆａｈに対して、測定力Ｆｍと反対向きとなる成分はＦａｈ・sin３０°＝Ｆａｈ／２となる。したがって、各支持点ボール１０２Ｂ、１０２Ｃについての成分Ｆａｈ／２を合成した力Ｆｂｈは、Ｆａｈと等しくなり、上記の条件式（５）は条件式（１）と等しくなる。

このことから、この状態においても条件式（４）を満たすことで測定力Ｆｍによって、ワークＷが動かないようにすることができる。

以上、上記実施の形態では、吸着パッド９６と真空エジェクタとの間を接続する配管６６がワークＷの回転を阻害するために、ワークＷの回転時には、吸着パッド９６に対して真空エジェクタを切り離すようにした。

しかしながら、例えば、吸着パッドに接続された配管であってワークＷと共に回転する配管と、真空エジェクタに接続された配管であって固定された配管とをロータリジョイントを用いて連結する構成とすることもできる。この場合は、ワークＷの回転時（測定時）において上記実施の形態のように真空エジェクタを切り離す必要がなく、測定時においても真空エジェクタを作動させておくことができる。また、真空タンク部材５６の空洞部６２のような真空を保持するための空洞部も不要とすることができる。

ただし、このようなロータリジョイントは、回転しない部分、例えば、載物台１２の下の回転駆動部１１に配置する必要があるため、真円度測定装置に対して球体ワーク固定治具の全ての構成要素を完全には着脱可能とすることは難しい。

したがって、既存の真円度測定装置をそのまま用いることはできず、一部の構成を事前に変更する必要がある。

これに対して、図３〜図５に示した球形ワーク固定治具５０は、真円度測定装置に対して球体ワーク固定治具の全ての構成要素を完全には着脱可能とすることができ、既存の真円度測定装置をそのまま使用することができるという利点がある。

なお、検出器２４がワークＷの周りを回転移動する検出器回転型の真円度測定装置の場合は、検出器の回転時（測定時）において上記実施の形態のように真空エジェクタを切り離す必要がなく、測定時においても真空エジェクタを作動させておくことができる。また、真空タンク部材５６の空洞部６２のような真空を保持するための空洞部も不要とすることができる。

また、上記実施の形態では、ワークＷに対す下向きの力をウエイト部材８４により付加したが、図１１のようにバネのような付勢部材１２０により部材１２２及び吸着パッド９６を介してワークＷに下向きの力を付加するようにしてもよい。部材１２２は、上記実施の形態のウエイト部材８４に対応するが、その重さによる重力をワークＷに付加することを目的とするものでなく軽いものであってもよい。

また、上記実施の形態では、ワークＷをテーブル部材９８における支持点ボール１０２Ａ〜１０２Ｃにより３点で支持するものとしたが、これに限らない。ワークＷの下向きへの移動を規制する規制部材によりワークＷを支持するものであればよい。

また、上記実施の形態では、ワークＷに対してウエイト部材８４や図１１の付勢部材１２０等の荷重手段により下向きの力を加え、テーブル部材９８における支持点ボール１０２Ａ〜１０２Ｃのような規制部材によりワークＷの下向きへの移動を規制してワークＷを支持するものとしたが、これに限らない。

たとえば、測定子２４ＢをワークＷに接触させながら移動させる母線を含む平面に垂直な方向であって、相反する第１方向及び第２方向のうちの第１方向側の半球の範囲に接触してワークＷの第１方向側への移動を規制する規制部材と、ワークＷに対して第１方向への力を加える荷重手段とを備えた構成であればよく、第１方向は、下向き以外の方向とすることができる。

また、上記実施の形態では、ウエイト部材８４等の荷重手段を、吸着パッド９６を介してワークＷに連結したが、吸着以外の手段、例えば、磁力や接着剤によりワークＷに連結部材を着脱可能に連結してもよい。

即ち、ワークＷに対して上述の規制部材の接触位置よりも上述の第１方向側の範囲において連結される連結部材と、ワークＷに対して連結部材を着脱可能に連結する連結手段であって、吸着手段以外の任意の手段と、ワークＷに対して連結部材を介して第１方向への力を加える荷重手段と、を備えた構成とすることができる。

１…真円度測定装置、１１…回転駆動部、１２…載物台、２４…検出器、２４Ｂ…測定子、５０…球形ワーク固定治具、５６…真空タンク部材、６２…空洞部、６６…配管、７０…バルブ、８４…ウエイト部材、９６…吸着パッド、９８…テーブル部材、１００…ワーク載置部、１０１…ワーク載置孔、１０２Ａ〜１０２Ｃ…支持点ボール

Claims (11)

1. 球形の測定対象物に対して測定子を母線の位置に接触させながら母線に沿って相対的に移動させて測定対象物の真円度を測定する真円度測定装置であって、
   前記測定対象物の母線を含む平面に垂直な方向であって、相反する第１方向及び第２方向のうちの第１方向側の半球の範囲に接触して前記測定対象物の第１方向側への移動を規制する規制部材と、
   前記測定対象物に対して前記規制部材の接触位置よりも前記第１方向側の範囲において連結される連結部材と、
   前記測定対象物に対して前記連結部材を着脱可能に連結する連結手段と、
   前記測定対象物に対して前記連結部材を介して前記第１方向への力を加える荷重手段と、
   を備え、
   前記荷重手段は、前記連結部材に連結されたウエイト部材である真円度測定装置。
2. 前記連結部材は、吸着パッドであり、
   前記連結手段は、
   負圧を発生させる負圧発生手段と、
   前記吸着パッドと前記負圧発生手段とを接続する配管と、
   からなる請求項１に記載の真円度測定装置。
3. 前記配管は、
   前記負圧発生手段を着脱可能に接続する接続部と、
   前記吸着パッドと前記接続部との間に配置され、管路を開閉するバルブと、
   前記吸着パッドと前記バルブとの間に配置された負圧を維持するタンクと、
   を備えた請求項２に記載の真円度測定装置。
4. 前記規制部材は、前記測定対象物の中心を通り、前記第１方向に平行な軸の周りの３点において接触する支点部材である請求項１〜３のいずれか１項に記載の真円度測定装置。
5. 前記母線は前記測定対象物の中心を通る水平断面における輪郭曲線であり、前記第１方向は、鉛直下向きの方向である請求項１〜４のいずれか１項に記載の真円度測定装置。
6. 真円度測定装置に着脱可能に装着され、球形の測定対象物を固定する測定対象物固定治具であり、かつ、前記測定対象物に対して真円度測定装置の測定子を母線の位置に接触させながら母線に沿って相対的に移動させて測定対象物の真円度を測定するための真円度測定装置の測定対象物固定治具であって、
   前記測定対象物の母線を含む平面に垂直な方向であって、相反する第１方向及び第２方向のうちの第１方向側の半球の範囲に接触して前記測定対象物の第１方向側への移動を規制する規制部材と、
   前記測定対象物に対して前記規制部材の接触位置よりも前記第１方向側の範囲において連結される連結部材と、
   前記測定対象物に対して前記連結部材を着脱可能に連結する連結手段と、
   前記測定対象物に対して前記連結部材を介して前記第１方向への力を加える荷重手段と、
   を備え、
   前記荷重手段は、前記連結部材に連結されたウエイト部材である真円度測定装置の測定対象物固定治具。
7. 前記連結部材は、吸着パッドであり、
   前記連結手段は、
   負圧を発生させる負圧発生手段と、
   前記吸着パッドと前記負圧発生手段とを接続する配管と、
   からなる請求項６に記載の真円度測定装置の測定対象物固定治具。
8. 前記配管は、
   前記負圧発生手段を着脱可能に接続する接続部と、
   前記吸着パッドと前記接続部との間に配置され、管路を開閉するバルブと、
   前記吸着パッドと前記バルブとの間に配置された負圧を維持するタンクと、
   を備えた請求項７に記載の真円度測定装置の測定対象物固定治具。
9. 前記規制部材は、前記測定対象物の中心を通り、前記第１方向に平行な軸の周りの３点において接触する支点部材である請求項６〜８のいずれか１項に記載の真円度測定装置の測定対象物固定治具。
10. 前記母線は前記測定対象物の中心を通る水平断面における輪郭曲線であり、前記第１方向は、鉛直下向きの方向である請求項６〜９のいずれか１項に記載の真円度測定装置の測定対象物固定治具。
11. 前記真円度測定装置が有する載物台であって、円筒状又は円柱状の測定対象物が載置される載物台に対して前記規制部材、前記連結部材、及び、前記荷重手段が着脱可能に装着される請求項６〜１０のいずれか１項に記載の真円度測定装置の測定対象物固定治具。
    

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