JP6537841B2

JP6537841B2 - 内側測定器

Info

Publication number: JP6537841B2
Application number: JP2015027800A
Authority: JP
Inventors: 弘行渡邊; 哲平大野
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2015-02-16
Filing date: 2015-02-16
Publication date: 2019-07-03
Anticipated expiration: 2035-02-16
Also published as: CN105890495A; US9932822B2; JP2016151441A; US20160237808A1; CN105890495B; DE102016001448A1

Description

本発明は内側測定器に関する。

穴の内径や溝の内幅寸法などを測定する内側測定器として、たとえば、シリンダゲージが知られている。
シリンダゲージは、測定子の変位をこれと直角方向のロッドの変位に変換して測定する。
シリンダゲージとしては、浅穴や有底の穴（盲穴）の底部近辺を測定するのに適した薄底タイプのシリンダゲージが知られている（特許文献１：実公昭６２−４４３２７）。

薄底タイプのシリンダゲージを簡単に説明する。
図１は、シリンダゲージ１００の外観図である。
図２は、ヘッド部２００を拡大した図である。
ここでは、本発明の背景技術として、主として、シリンダゲージ１００のヘッド部２００を中心に説明する。

図３は、ヘッド部２００の断面図である。
図４は、ヘッド部２００の分解斜視図である。
シリンダゲージ１００のヘッド部２００は、ヘッド本体部３００と、下部ロッド２１０と、測定子４００と、アンビル２４０と、ガイド部材２３０と、を備える。
ヘッド本体部３００の上端に外径ネジ部３１０が形成されている。この外径ネジ部３１０には筒体１１０の一端がねじ込み固定される。筒体１１０内には、軸方向移動自在に内装されたスピンドル（不図示）が挿入されている。筒体１１０の他端にはクランプホルダ１１１が取り付けられ、クランプホルダ１１１によりダイヤルゲージ（不図示）のステム（不図示）が保持される。ダイヤルゲージ（不図示）はスピンドル（不図示）の移動量を検出する。

ヘッド本体部３００には、その外径ネジ部３１０の軸線に沿った第１孔３２１が穿設されている。
この第１孔３２１内には下部ロッド２１０が挿入されており、下部ロッド２１０と前記スピンドル（不図示）とは同軸であって、同じ軸線に沿って移動可能となっている。そして、下部ロッド２１０の上端２１１が前記スピンドル（不図示）の下端に点接触で接しており、下部ロッド２１０と前記スピンドル（不図示）とは連動するようになっている。
なお、下部ロッド２１０またはスピンドル（不図示）には、筒体１１０との間に第１圧縮コイルバネ（不図示）が介装され、下部ロッド２１０またはスピンドル（不図示）は下方向（筒体１１０の下端側）に向けて付勢されている。

ヘッド本体部３００の底面３０２は平面になるように加工されている。また、ヘッド本体部３００の内側であって底面３０２寄りには、第１孔３２１と連通しかつ第１孔３２１と直交する第２孔３２２が穿設されている。第２孔３２２内には測定子４００が進退自在に挿入されている。測定子４００の進退方向は、スピンドル（不図示）および下部ロッド２１０の移動方向に対して直交している。

第１孔３２１と第２孔３２２との交差部において、直角三角形状のカム３３０が回動可能に軸支されている。カム３３０の一方のカム面には測定子４００の基端が当接し、これと直交する他方のカム面には下部ロッド２１０の下端が当接している。このカム３３０により、測定子４００の進退量が直角方向に変換されて下部ロッド２１０に伝えられる。

測定子４００の外側面において軸線に沿って所定の長さを有する長溝４２０が設けられ、この長溝４２０内にはヘッド本体部３００の底面３０２から圧入された係止板３４０の先端が係合する。
係止板３４０と長溝４２０とにより測定子４００の前進限および後退限のストッパが構成されている。

下部ロッド２１０またはスピンドル（不図示）が第１圧縮コイルバネ（不図示）によって下方向に付勢されているので、測定子４００は常にヘッド本体部３００から突出する方向に付勢されている。

ヘッド本体部３００において測定子４００とは反対側の部分にはアンビル２４０がネジ込まれている。

ヘッド本体部３００の図中右側には、測定子４００の進退方向に摺動自在とされたガイド部材２３０が設けられている。ヘッド本体部３００は、その測定子４００側の端面中央部に開口部が水平とされた溝３０４を有し、側面からみて略コ字形になっている。ガイド部材２３０は、開口部が垂直な第１溝２３１を有していて平面視略コ字形になっており、さらに、この第１溝２３１と直交し下面が開放した第２溝２３２をガイド部材２３０の下部に有する。

ガイド部材２３０は、ヘッド本体部３００の前方側（一方側）からヘッド本体部３００の溝３０４に嵌まり、このとき、ガイド部材２３０の第１溝２３１および第２溝２３２はヘッド本体部３００の側面に外嵌する。
これにより、ガイド部材２３０はヘッド本体部３００の側面に案内されて進退自在となっている。

ガイド部材２３０とヘッド本体部３００との間には第２圧縮コイルバネ２３３が介装されている。
第２圧縮コイルバネ２３３の作用によりガイド部材２３０は常時ヘッド本体部３００から突出する方向に付勢されている。
ヘッド本体部３００に前方側（一方側）からネジ３０６がネジ込まれ、このネジ３０６の頭部がガイド部材２３０の前端に引っ掛かることで、ガイド部材２３０のストッパになっている。

ガイド部材２３０がヘッド本体部３００に嵌まった状態で、ガイド部材２３０は、測定子４００を上方から覆うように測定子４００の中心軸線に対し左右対称の略門形になっている。そして、ガイド部材２３０の図中右側面には略半円形状の凸部である半円凸部２３６が一体的に形成されている。半円凸部２３６は、その中心が測定子４００の軸線と一致するようになっており、半円凸部２３６の周縁部は滑らかにＲ面取りされている。半円凸部２３６が孔などの被測定面にしっかり当たった状態になったとき、測定子４００が被測定面に対して垂直に当接するようになっている。このときの測定子４００の進退量が下部ロッド２１０、スピンドル（不図示）を介してダイヤルゲージ（不図示）に伝わり、ダイヤルゲージ（不図示）の表示値から内径の測定値が得られる。

このような構成において、ヘッド部２００の構成部品のほとんどが測定子４００の軸線より上側に設けられている。
その分、測定子４００の軸線とヘッド本体部３００の底面３０２との間の寸法が短くなり、このシリンダゲージ１００は浅穴や盲穴などの底部近辺の直径を測定するのに好適となる。
特に、測定子４００にはバネ等の付勢手段が直接設けられておらず、第１圧縮コイルバネ（不図示）の力を下部ロッド２１０またはスピンドル（不図示）を介して間接的に測定子４００に伝えて付勢するようにしたから、この点からも測定子４００中心軸から底面３０２までの寸法が短くなっている。

実公昭６２−４４３２７

このシリンダゲージ１００で孔の内径を測定するとき、測定子４００は被測定面によって内側に押し返された状態にある。この状態からヘッド部２００を孔から引き抜くと、第１圧縮コイルバネ（不図示）の力によって測定子４００は突出方向に進出することになる。ストッパ（係止板３４０）があるので測定子４００が抜け落ちるということはない。
しかしながら、測定子４００がストッパ（係止板３４０）に衝突すると、ストッパ（係止板３４０）や測定子４００、ヘッド本体部３００に大きな衝撃が掛かり、続いて、反作用がカム３３０、下部ロッド２１０およびスピンドル（不図示）に掛かることになる。
数万回、数十万回という繰り返しの測定を行うことを考えると、部品の損傷が大きく、寿命に影響がでてくる。

このように、製品寿命の問題があったりするのであるが、薄底の構成を維持するため、測定子４００とヘッド本体部３００との間に緩衝手段を設けるということはこれまで採用されてこなかった。

本発明の目的は、測定子とヘッド本体部との間に緩衝手段を設け、長寿命化を達成できる薄底タイプのシリンダゲージを提供することにある。

本発明の内側測定器のヘッド部は、
被測定物の内側を測定する内側測定器のヘッド部であって、
前記ヘッド部は、
ヘッド本体部と、
一端面に測定球面を有し、前記ヘッド本体部の内外を貫通して移動可能に設けられた測定子と、を有し、
前記測定子は、その他端寄りにおいて、周方向に彫られたバネ受け溝を有し、
前記バネ受け溝と前記ヘッド本体部の内側端面との間に圧縮コイルバネが介装されている
ことを特徴とする。

本発明では、
前記圧縮コイルバネは、
その内側に前記測定子を受け入れる径を有するとともに、前記測定子の他端側に対応する座巻きは前記バネ受け溝に外嵌するように他の部分よりも径小になっている
ことが好ましい。

本発明では、
当該ヘッド部は、さらに、
前記測定子の移動方向と直交する方向に移動可能なロッドと、
前記測定子の他端と前記ロッドとの間において、前記ヘッド本体部に回動可能に軸支されたカムと、を備え、
前記測定子および前記ロッドは、端面またはその全体がセラミックスである
ことが好ましい。

本発明の内側測定器のヘッド部は、
被測定物の内側を測定する内側測定器のヘッド部であって、
前記ヘッド部は、
ヘッド本体部と、
一端面に測定球面を有し、前記ヘッド本体部の内外を貫通して移動可能に設けられた測定子と、
前記測定子の移動方向と直交する方向に移動可能なロッドと、
前記測定子の他端と前記ロッドとの間において、前記ヘッド本体部に回動可能に軸支されたカムと、を備え、
前記測定子および前記ロッドは、端面またはその全体がセラミックスである
ことを特徴とする。

本発明の内側測定器は、前記ヘッド部を具備したことを特徴とする。

本発明では、
当該ヘッド部は、さらに、
前記測定子の移動方向と直交する方向に移動可能なロッドと、
前記測定子の他端と前記ロッドとの間において、前記ヘッド本体部に回動可能に軸支されたカムと、を備え、
当該内側測定器は、さらに、前記ロッドを前記カムに向かう方向に付勢する付勢手段を備え、
前記圧縮コイルバネの付勢力は、前記付勢手段の付勢力と同じかそれ以上である
ことが好ましい。

シリンダゲージの外観図。ヘッド部を拡大した図。ヘッド部の断面図。ヘッド部の分解斜視図。課題を説明するための図。本実施形態の断面図。本実施形態の測定子を示す図。第３圧縮コイルバネを示す図。

本発明の第１の特徴は、ヘッド本体部３００と測定子４００との間に第３圧縮コイルバネを介装した点にある（図６参照）のであるが、本発明の具体的構成を説明する前に、図５を参照しながら、単純に通常のコイルバネ５０を設けようとした場合の課題を説明しておく。
図５のように、単純にヘッド本体部３００と測定子４００との間にコイルバネ５０を介装しようとすると次のような問題が生じてくる。
ヘッド本体部３００と測定子４００との間にコイルバネ５０を介装するとすれば、例えば図５に示すように、測定子４００にバネ受けの鍔４１０を設けることが考えられる。そうすると、鍔４１０を設ける分だけ測定子４００の径が大きくなり、測定軸より下側に余計なスペースを確保しなければならなくなってくる。これは浅孔測定という目的に鑑みると好ましくない。

また、仮に、ヘッド本体部３００と測定子４００との間にコイルバネ５０を介装したとすると、コイルバネ５０が入る分、測定子４００の保持部３５０が短くなることになる。そうすると、測定子４００の作動が不安定になる虞がある。
また、測定子４００に鍔４１０のような部分的な出っ張りを設けるとなると、加工工数がかなり増加する（切削量が多くなる）。測定子４００やヘッド本体部３００をもっと複雑に加工することが許されるなら、いろいろな工夫があるかもしれないが、価格下落の風潮にあって加工の手間やコストを大幅に増やすようなことは望めない。

このような事情から、薄底タイプのシリンダゲージ１００にあっては、寿命の問題があったりしても、測定子４００とヘッド本体部３００との間に緩衝手段を設けるということはこれまで採用されてこなかった。

本発明の実施形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を説明する。
本実施形態の第１の特徴は、図６に示すように、ヘッド本体部３００と測定子４００との間に第３圧縮コイルバネ５００（図６参照）を介装した点にある。
本実施形態を図６、図７、図８に示す。
図６において、ヘッド本体部３００は、第１孔３２１に直交する第２孔３２２を有している。第１孔３２１と第２孔３２２との交差部において第１孔３２１が径大になっており、これによってできたスペースにカム３３０が配設されている。このスペースをカム配置スペース３２５と称することにする。

第２孔３２２のうち、カム３３０を間にして一方側には測定子４００がスライド可能に挿入されている。そこで、第２孔３２２のうち測定子４００が配置された側の孔を測定子孔３２３と称することにする。なお、測定子孔３２３の内面が測定子４００を保持する保持部３５０に相当することになる。

ヘッド本体部３００において、測定子孔３２３の他方側の開口の縁部は、測定子孔３２３の軸線に対して垂直な端面３２４になっている。この端面３２４は、後の説明で明らかになるように、バネ受けの端面になるので、バネ受け端面３２４と称することにする。

図７は、本実施形態の測定子４００を示す図である。
測定子４００は、全体的には円柱状であり、一方の端面に測定球面４３０を有しており、他方の端面はカム３３０に当接するためのカム当接面４４０になっている。測定子４００は、その他方側寄りにおいて、周方向に彫られた溝条４５０を有する。この溝条４５０は、後の説明で明らかになるように、バネ受けの溝になるので、バネ受け溝４５０と称することにする。

なお、係止板３４０と係合するための長溝４２０のようなものは本実施形態では必要ない。

測定子４００が測定子孔３２３に挿入されたとき、バネ受け溝４５０はバネ受け端面３２４よりも他方側に突き出る。そして、バネ受け溝４５０とバネ受け端面３２４との間に第３圧縮コイルバネ５００が装着される。
図８は、第３圧縮コイルバネ５００を示す図である。図８中、右側（一方側）の座巻きがバネ受け端面３２４に当接し、左側（他方側）の座巻きがバネ受け溝４５０に嵌まる。右側（一方側）の座巻きを第１座巻き５１０とし、左側（他方側）の座巻きを第２座巻き５２０とする。

第３圧縮コイルバネ５００の径は、測定子４００の径よりもわずかに大きい程度であり、測定子４００が第３圧縮コイルバネ５００の内側にちょうど入る。ただし、第２座巻き５２０だけは、他の部分より径小になっており、第２座巻き５２０はバネ受け溝４５０に外嵌する。

このような構成において、第３圧縮コイルバネ５００は、バネ受け端面３２４からの反力を受けて、測定子４００を他方側に付勢する。言い換えると、第３圧縮コイルバネ５００は、測定子４００を突出方向とは反対側、つまり、測定子４００が引っ込む方向に測定子４００を付勢している。第１圧縮コイルバネ（不図示）は、スピンドル（不図示）または下部ロッド２１０を突出方向（下方向）に付勢しているのに対し、第３圧縮コイルバネ５００は、第１圧縮コイルバネ（不図示）の力とは反対の方向に測定子４００を付勢していることになる。

なお、第１圧縮コイルバネ（不図示）と第３圧縮コイルバネ５００とでは、第１圧縮コイルバネ（不図示）の方が強いとする。

このような構成において、薄底タイプを維持しながら測定子４００とヘッド本体部３００との間に第３圧縮コイルバネ５００を介装することができた。第３圧縮コイルバネ５００としては、径が一定のものではなく、第２座巻き５２０が径小になっているものを採用している。例えば、径が一定のコイルバネを使うと、図５に示したように、測定子４００にバネ受け鍔４１０を設けなければならないので薄底タイプを維持できない。この点、本実施形態では、第２座巻き５２０が径小になっているコイルバネを採用したことで、測定子４００側のバネ受けを周溝（バネ受け溝）４５０にすることができた。したがって、薄底タイプを維持しながら測定子４００とヘッド本体部３００との間に緩衝手段を設けることに成功した。

また、座巻き（第２座巻き５２０）の部分はバネ受け溝４５０に嵌めるようにしている。このことは、例えばバネ受け鍔（４１０、図５参照）でバネ受けすることに比べてスペース効率に優れており、結果として保持部３５０の長さを確保することに繋がっている。従って、測定子４００の作動が安定する。

測定子４００の飛び出しは第３圧縮コイルバネ５００によって止められるので、本実施形態では係止板（ストッパ）のようなものは必要無い。測定子４００の作動距離のリミットは第３圧縮コイルバネ５００という弾性部材で規制されるので、部品同士（係止板３４０や測定子４００）が衝突するようなこともなくなり、長寿命化、測定精度向上に繋がる。

係止板３４０が不要になる分、ヘッド本体部３００の底面３０２で大きな力を受ける必要は無くなる。その分、ヘッド本体部３００の底面３０２を薄化することも可能である。

（変形例１）
上記実施形態では、第１圧縮コイルバネ（不図示）の方が第３圧縮コイルバネ５００よりも強いとした。
逆に、第３圧縮コイルバネ５００の方が第１圧縮コイルバネ（不図示）よりも強くてもよい。この場合、通常状態では測定子４００は引っ込んでいる。したがって、被測定物Ｗとなる孔や溝にヘッド部２００を差し入れた後、ゆっくりとスピンドル（不図示）（または下部ロッド）を押し下げて、測定球面４３０を被測定物Ｗに当接させればよい。

あるいは、第３圧縮コイルバネ５００と第１圧縮コイルバネ（不図示）とはほぼ同じ強さであってもよい。

あるいは、第１圧縮コイルバネ（不図示）は無くてもよい。第３圧縮コイルバネ５００があれば、スピンドル（不図示）、下部ロッド２１０および測定子４００の動きは連動する。

（変形例２）
測定子４００のカム当接面４４０および下部ロッド２１０のカム当接面２２０は、例えば、セラミックスのように硬度の高いものにすることが好ましい。端面だけではなく、測定子４００の全体および下部ロッド２１０の全体をセラミックスにしてもよい。上記実施形態のように第３圧縮コイルバネ５００を設けると、下部ロッド２１０と測定子４００とはカム３３０を間にして互いに押し合う関係になる。したがって、測定子４００および下部ロッド２１０のカム当接面４４０、２２０に掛かる力がその分大きくなる。そこで、測定子４００のカム当接面４４０および下部ロッド２１０のカム当接面２２０については、硬度が高く、耐摩耗性に優れた材料で形成されていることが好ましい。また、下部ロッド２１０および測定子４００の全体が硬度の高い材料（例えばセラミックス）で形成されていれば、摺動面全体の摩耗が軽減し、シリンダゲージ１００の寿命がその分さらに長くなる。

なお、ここでいうセラミックスというのは、高硬度で耐摩耗性に優れたものであればよく、構成材料そのものは特に限定されない。
例示するならば、ジルコニア（ZrO₂）またはアルミナ（Al₂O₃）を主成分とした焼結体であり、硬度がHV1200以上あるものが好ましい。

なお、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したものは本発明の技術的範囲に属する。

５０…コイルバネ、１００…シリンダゲージ、１１０…筒体、１１１…クランプホルダ、２００…ヘッド部、２１０…下部ロッド、２１１…下部ロッドの上端、２２０…カム当接面、２３０…ガイド部材、２３１…第１溝、２３２…第２溝、２３３…第２圧縮コイルバネ、２３６…半円凸部、２４０…アンビル、３００…ヘッド本体部、３０２…底面、３０４…溝、３０６…ネジ、３１０…外径ネジ部、３２１…第１孔、３２２…第２孔、３２３…測定子孔、３２４…バネ受け端面、３２５…カム配置スペース、３３０…カム、３４０…係止板、３５０…保持部、４００…測定子、４１０…バネ受け鍔、４２０…長溝、４３０…測定球面、４４０…カム当接面、４５０…バネ受け溝、５００…第３圧縮コイルバネ、５１０…第１座巻き、５２０…第２座巻き。

Claims

被測定物の内側を測定する内側測定器のヘッド部であって、
前記ヘッド部は、
ヘッド本体部と、
全体的に円柱状であって、一端面に測定球面を有し、前記ヘッド本体部の内外を貫通して軸方向に移動可能に設けられた測定子と、
前記ヘッド本体部に案内されて、前記測定子の進退方向に摺動自在とされたガイド部材と、
前記測定子の移動方向と直交する方向に移動可能なロッドと、
前記測定子の他端と前記ロッドとの間において、前記ヘッド本体部に回動可能に軸支されたカムと、
前記ロッドを前記カムに向かうように付勢する第１圧縮コイルバネと、
前記ヘッド本体部と前記ガイド部材との間に介装された第２圧縮コイルバネと、
前記ヘッド本体部と前記測定子との間に介装された第３圧縮コイルバネと、を有し、
前記ヘッド本体部は、側面からみて略コ字形になるように、端面中央部に開口部が水平とされた溝を有しており、
前記ガイド部材は、平面視略コ字形になるように第１溝を有していて、さらに、この第１溝と直交し下面が開放した第２溝を当該ガイド部材の下部に有していて、
前記ヘッド本体部の前記溝と前記ガイド部材の前記第１溝とが嵌まるようにして、前記ガイド部材の前記第２溝が前記ヘッド本体部の側面に外嵌しており、
さらに、前記ヘッド本体部の前記溝と前記ガイド部材の前記第１溝との間には、前記ガイド部材を前記ヘッド本体部から突出する方向に付勢するように前記第２圧縮コイルバネが介装されており、
前記測定子は、その他端寄りにおいて、周方向に彫られたバネ受け溝を有し、
前記第３圧縮コイルバネは、その内側に前記測定子を受け入れる径を有するとともに、前記測定子の他端側に対応する座巻きは前記バネ受け溝に外嵌するように他の部分よりも径小になっていて、
前記座巻きが前記バネ受け溝に入ることで前記測定子に前記第３圧縮コイルバネが取り付けられた状態になり、さらに、前記バネ受け溝と前記ヘッド本体部の内側端面との間に前記第３圧縮コイルバネが介装されて、前記第３圧縮コイルバネが前記測定子をその他端側に付勢している
ことを特徴とする内側測定器のヘッド部。
請求項１に記載の内側測定器のヘッド部において、
前記測定子は、端面またはその全体がセラミックスである
ことを特徴とする内側測定器のヘッド部。
請求項１または請求項２に記載の内側測定器のヘッド部において、
前記ロッドは、端面またはその全体がセラミックスである
ことを特徴とする内側測定器のヘッド部。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の内側測定器において、
前記第３圧縮コイルバネの付勢力は、前記第１圧縮コイルバネの付勢力と同じかそれ以上である
ことを特徴とする内側測定器。
請求項１から請求項４のいずれかに記載のヘッド部を具備した内側測定器。