JP6593862B2 - ハイトゲージ - Google Patents

Description

本発明は、上下方向へ昇降可能に設けられた測定子を備え、この測定子を被測定物の測定部位に当接させて、被測定物の寸法、たとえば、高さ、段差、穴、軸などの寸法を測定する測定機に関する。

上下方向へ昇降可能に設けられた測定子を備え、この測定子を被測定物の測定部位に当接させて、被測定物の寸法、たとえば、高さ、段差、穴、軸などの寸法を測定する測定機としてハイトゲージが知られている（特許文献１、２）。
図１、図２、図３、図４を参照して、従来のハイトゲージの構造を簡単に説明する。
図１はハイトゲージの全体斜視図である。
ハイトゲージ１００は、概略、ベース１１０に立設された支柱１２０と、支柱１２０に沿って上下方向に昇降する測定子１３１と、備えている。

さらに詳細にハイトゲージ１００の内部構造を説明する。
図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。
ただし、構造が判りやすいように、図２においては、連結機構１５０およびスイッチ手段２００を省略した。
図３は、カバー１０１を外して、内部構造を示す図である。
図４は、図１中のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。

ハイトゲージ１００は、キャリッジ１３０と、原動スライダ１４０と、連結機構１５０と、駆動機構１８０と、スイッチ手段２００と、変位検出手段１９０と、を備える。

キャリッジ１３０は、支柱１２０に昇降可能に設けられかつ測定子１３１を有する。キャリッジ１３０は、支柱１２０を受け入れるように（支柱１２０の３面を囲むように開口部分が設けられた状態で）、略コ字状に形成されている（図２参照）。キャリッジ１３０は、複数のローラ１３２を有し、これらローラ１３２を支柱１２０の前後左右の側面に当接させることで、支柱１２０に沿って上下方向へ摺動自在になっている。さらに、キャリッジ１３０は、支柱１２０に取り付くのとは反対側の面（キャリッジ１３０の開口部分と対向する面）において、原動スライダ１４０を上下方向にガイドする複数のローラ１３３を有する。

原動スライダ１４０は、平板矩形状に形成されており、キャリッジ１３０の開口部分と対向する面側に配置されて、キャリッジ１３０に設けられた複数のローラ１３３によって側面がガイドされている（図２、図３参照）。すなわち、原動スライダ１４０は、キャリッジ１３０の移動可能方向と同じ方向（上下方向）に移動できるように、キャリッジ１３０によってガイドされている。キャリッジ１３０と原動スライダ１４０とにより、いわゆる二重スライダが構成されている。

連結機構１５０は、原動スライダ１４０とキャリッジ１３０とを連結するものであり、原動スライダ１４０に対してキャリッジ１３０を釣り下げ状態に保持する（図３参照）。連結機構１５０は、原動スライダ１４０とキャリッジ１３０との間に力が掛かった場合には原動スライダ１４０とキャリッジ１３０との相対変位を許容し、前記力が解除されたときには、キャリッジ１３０と原動スライダ１４０との相対位置を初期位置に復帰させる。連結機構１５０は、釣り下げ手段１６０と、中立保持手段１７０と、を有する。釣り下げ手段１６０は、比較的大きなバネ（第１バネ）であり、原動スライダ１４０からキャリッジ１３０を弾性的に釣り下げている。

中立保持手段１７０は、二つのピン１７１Ａ、１７１Ｂと、二つのレバー１７２Ａ、１７２Ｂと、係合突起１７３と、二つのバネ（第２バネ）１７４Ａ、１７４Ｂと、を有する。
二つのピン１７１Ａ、１７１Ｂは、原動スライダ１４０の上端側と下端側とにそれぞれ突設されている。二つのレバー１７２Ａ、１７２Ｂは、原動スライダ１４０の上下略中央において、上下方向に間隔を隔てて配置されている。なお、二つのレバー１７２Ａ、１７２Ｂは回動可能に設けられている。係合突起１７３は、キャリッジ１３０に突設され、原動スライダ１４０を挿通して前記二つのレバー１７２Ａ、１７２Ｂに挟まれるように配設されている。二つのバネ（第２バネ）１７４Ａ、１７４Ｂは、ピン１７１Ａ、１７１Ｂとレバー１７２Ａ、１７２Ｂとに掛止されている。一つのバネ１７４Ａは、上側のピン１７１Ａと下側のレバー１７２Ｂとに掛止されている。他方のバネ１７４Ｂは、下側のピン１７１Ｂと上側のレバー１７２Ａとに掛止されている。

駆動機構１８０は、原動スライダ１４０を上下に引き上げまたは引き下げる（図４参照）。
駆動機構１８０は、２つのプーリー１８１Ａ、１８１Ｂと、ベルト１８２と、ハンドル１８３と、を備える。
２つのプーリー１８１Ａ、１８１Ｂは、支柱１２０の上下端に回転可能に設けられている。ベルト１８２は、これらプーリー１８１Ａ、１８１Ｂの回転方向に沿って掛け回されている。ベルト１８２の一端は原動スライダ１４０の上端に接続され、ベルト１８２の他端は原動スライダ１４０の下端に接続されている。ハンドル１８３は、下端側のプーリー１８１Ｂに直結されている。ユーザがハンドル１８３を回すと、その力はベルト１８２を介して原動スライダ１４０に伝わり、原動スライダ１４０が支柱１２０に沿って上下方向へ引き上げまたは引き下げされる。

スイッチ手段２００は、原動スライダ１４０がキャリッジ１３０に対して所定量だけ相対変位したことを検出する（図３参照）。
スイッチ手段２００は、二つの接点ピン２１０、２２０と、スイッチピン２３０と、を備える。
二つの接点ピン２１０、２２０は、原動スライダ１４０の側面において上下方向に間隔を隔てて配置されている。スイッチピン２３０は、キャリッジ１３０に突設され、二つの接点ピン２１０、２２０の間に位置するように配置されている。キャリッジ１３０に対して原動スライダ１４０が相対的に上下いずれかに変位すると、第１接点ピン２１０および第２接点ピン２２０のいずれかがスイッチピン２３０に接触する。
これにより、原動スライダ１４０がキャリッジ１３０に対して所定量だけ相対変位したことが検出される。
接点ピン２１０、２２０とスイッチピン２３０との接触が検知されると、スイッチ手段２００から変位検出手段１９０に電気信号が送られる。以後の説明のため、この電気信号をトリガー信号と称することにする。接点ピン２１０、２２０とスイッチピン２３０との接触を検知するにあたっては、電気的導通を検出するようにしてもよいし、接触応力を歪みゲージで検出するようにしてもよい。

変位検出手段１９０は、スイッチ手段２００からのトリガー信号をトリガーとしてキャリッジ１３０の高さ位置を検出する（図２参照）。
変位検出手段１９０は、スケール１９１と、検出ヘッド１９２と、を有する。
スケール１９１は、支柱１２０に沿って設けられている。検出ヘッド１９２は、スケール１９１に対向した状態でキャリッジ１３０に配設されている。スイッチ手段２００からのトリガー信号が検出ヘッド１９２に入ると、検出ヘッド１９２はスケール１９１に対する相対位置を検出して出力する。すなわち、キャリッジ１３０の高さ位置が出力される。

測定にあたっては、測定子１３１を昇降させるため、ハンドル１８３を回す。すると、ハンドル１８３、プーリー１８１Ａ、１８１Ｂ、ベルト１８２を介して力が伝達され、ベルト１８２に繋がった原動スライダ１４０が引き上げまたは引き下げられる。原動スライダ１４０とキャリッジ１３０とは連結機構１５０で連結されているので、原動スライダ１４０の移動に追従してキャリッジ１３０も支柱１２０に沿って上昇または下降する。そして、測定子１３１が被測定物に当接する。このとき、測定子１３１と直結しているキャリッジ１３０はその位置で移動が止まる。一方、原動スライダ１４０は、駆動機構１８０の力によって移動を続ける。すなわち、停止しているキャリッジ１３０に対して原動スライダ１４０が相対変位する。すると、スイッチ手段２００が作動し、変位検出手段１９０から検出値が出力される。つまり、測定子１３１が被測定物に当接したときのキャリッジ１３０の高さ位置が検出される。

ここで、スイッチ手段２００が作動するのは、原動スライダ１４０とキャリッジ１３０とが所定量相対変位したときである。原動スライダ１４０とキャリッジ１３０とが所定量相対変位したということは、原動スライダ１４０とキャリッジ１３０との間に所定の力が掛かって、連結機構１５０のバネ力に抗して両者が相対変位したということである。したがって、連結機構１５０のバネ力を予め調整しておくことで測定力を所望の値に設定することができる。

特開平６−１２３６０２号公報 特開２００１−９９６０４号公報

上記に説明したように、スイッチ手段２００によって原動スライダ１４０とキャリッジ１３０とが所定量相対変位したことを検知し、これによって測定力を所定の値に保っている。しかしながら、接点ピン２１０、２２０とスイッチピン２３０とのメカニカルな接触が繰り返される結果、わずかながらも接触部分の劣化が生じることがある。あるいは、接触部分に汚れ（塵埃や油）が付着することも考えられる。すると、スイッチ手段２００の作動タイミングが測定ごとに違ってきてしまい、その結果、測定力にバラツキが生じる。測定力に差が生じてしまうと、ワークの変形や測定機自身の変形が生じ、測定精度の劣化に繋がる虞がある。

本発明の目的は、経年変化や悪条件の測定環境に関わらず、測定力が安定するハイトゲージを提供することにある。

本発明のハイトゲージは、
被測定部に接触する測定子を有するキャリッジと、
前記キャリッジの位置を検出する変位検出手段と、
前記キャリッジと同方向に移動可能に設けられ、かつ、駆動機構によって引き上げまたは引き下げされる原動スライダと、
前記原動スライダに対して前記キャリッジを保持するとともに、前記原動スライダと前記キャリッジとの間に力が掛かった場合には前記原動スライダと前記キャリッジと相対変位を許容し、かつ、前記力が解除されたときには前記原動スライダと前記キャリッジとの相対位置を初期位置に復帰させる連結機構と、
前記キャリッジに対して前記原動スライダが所定量相対変位したことを検出し、前記変位検出手段に検出値の出力を指令するスイッチ手段と、を備え、
前記スイッチ手段は、
前記原動スライダおよび前記キャリッジのいずれか一方に配設された磁性体と、
前記原動スライダおよび前記キャリッジのいずれか他方に配設された磁気検出素子と、を有する
ことを特徴とする。

本発明では、
前記スイッチ手段は、
前記原動スライダに取り付けられるブラケットと、
前記ブラケットに螺入され、先端が前記キャリッジに対して進退でき、この先端に前記磁性体を保持する雄ネジと、
前記磁性体に対向するように前記キャリッジに配設された回路基板と、
前記回路基板に上下に間隔をあけて実装された二つの磁気検出素子と、を備える
ことが好ましい。

本発明では、
前記ブラケットには上下方向に長さをもつ長孔が穿設され、
前記長孔を通して前記ブラケットを前記原動スライダにネジ止めするにあたって、上下方向に関して前記磁性体が前記二つの磁気検出素子の中間にくるように、前記ブラケットの取り付け位置を上下方向に微調整する
ことが好ましい。

本発明では、
前記磁性体は、上下に間隔をあけて二つ設けられ、
前記磁気検出素子は、上下方向に関して前記二つの磁性体の中間にくるように配設されている
ことが好ましい。

ハイトゲージの全体斜視図。 図１中のＩＩ−ＩＩ線における断面図。 カバー１０１を外して、ハイトゲージの内部構造を示す図。 図１中のＩＶ−ＩＶ線における断面図。 ハイトゲージの内部構造を示す図。 スイッチ手段の取り付け部分を拡大した図。 スイッチ手段のブラケットおよび緩み止めナットを断面した部分断面図である。 変形例を示す例示した図。

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）
本第１実施形態の基本的構成は、背景技術で説明した構造とほぼ同様であり、本第１実施形態の特徴は、スイッチ手段を非接触式にしたことにある。
そこで、図５、図６、図７を参照して、本実施形態に係るスイッチ手段の構成を説明する。
図５は、図３に対応する図であり、ハイトゲージ１００の内部構造を示す図である。
図６は、スイッチ手段３００の取り付け部分を拡大した図である。
図７は、スイッチ手段の部分断面図である。
背景技術の説明と同じ要素には同じ符号を付す。
ベルト１８２がワイヤー１８４になっている点を除けば、基本的には同じであるので、要素ごとの詳しい説明は割愛する。

本実施形態においては、スイッチ手段３００は、マグネット（磁性体）３３０とホール素子（磁気検出素子）３６１、３６２との組み合わせで構成されている（図７参照）。
具体的に説明する。
スイッチ手段３００は、ブラケット３１０と、雄ネジ３２０と、マグネット３３０と、緩み止めナット３４０と、回路基板３５０と、二つのホール素子３６１、３６２と、を備える。

ブラケット３１０は、原動スライダ１４０に取り付け固定される。ブラケット３１０は、原動スライダ１４０の上辺や下辺ではなく、左右いずれかの辺（ブラケット３１０の移動方向と直交する方向に沿った辺）に近いところに固定される。図５中においては、ブラケット３１０は、原動スライダ１４０の右側辺に取り付けられている。ブラケット３１０は薄板であって、その一辺は原動スライダ１４０に固定され、他辺は原動スライダ１４０の外側に突き出てキャリッジ１３０の面に対向した状態になっている。ブラケット３１０の一辺側には上下方向に長さを有する長孔３１１が穿設されている。この長孔３１１を通してネジ３１３、３１３が原動スライダ１４０に螺入されることで、ブラケット３１０は原動スライダ１４０にネジ止めされる。このとき、長孔３１１を利用して、原動スライダ１４０に対するブラケット３１０の上下方向の位置は微調整可能となっている。

このブラケット３１０の長孔３１１により、マグネット３３０とホール素子３６１、３６２との上下方向の相対位置を調整する上下位置調整機構が構成されている。

ブラケット３１０の他辺側には、雌ネジ孔３１２が設けられている（図７参照）。この雌ネジ孔３１２には、雄ネジ３２０が螺入される。

雄ネジ３２０には、その先端に浅い穴３２１が凹設されており、この穴３２１にマグネット３３０が固定されている。マグネット３３０は、例えば、直径３ｍｍ程度の平たい円柱状であり、雄ネジ３２０の先端に固定されている。マグネット３３０付きの雄ネジ３２０は、ブラケット３１０の雌ネジ孔３１２に螺入され、マグネット３３０がキャリッジ１３０の面に対向した状態となる。雄ネジ３２０のねじ込み量によって、マグネット３３０とキャリッジ１３０との距離（詳しくは、マグネット３３０と回路基板３５０との距離）が調整できるようになっている。

雄ネジ３２０がねじ込み方向に進退できることにより、マグネット３３０とホール素子３６１、３６２とのギャップ調整機構が構成されている。

緩み止めナット３４０は、ブラケット３１０の雌ネジ孔３１２に螺合した雄ネジ３２０のガタを排して、雄ネジ３２０を堅固に固定するものである。

回路基板３５０は、キャリッジ１３０に取り付け固定されている。回路基板３５０は、ブラケット３１０と対向し、より具体的には、マグネット３３０と対向する。回路基板３５０は、上下方向にある程度の長さを有し、上辺側と下辺側とにそれぞれホール素子３６１、３６２が実装されている。

二つのホール素子３６１、３６２のうちのいずれかが磁界を検出した場合には、変位検出手段１９０にトリガー信号が送られる。例えば、二つのホール素子３６１、３６２をＯＲ回路３５１の入力端に接続し、ＯＲ回路３５１の出力信号をゲイン３５２を介して検出ヘッド１９２に入力するようにすればよい。

スイッチ手段３００の組み付けについて説明する。
図７は、原動スライダ１４０とキャリッジ１３０との間に力が掛かっておらず、原動スライダ１４０に対してキャリッジ１３０が中立位置を保っている状態とする。この状態で、上下方向に関してマグネット３３０が二つのホール素子３６１、３６２の中間に位置するようにブラケット３１０の位置を調整する。（ちなみに、本実施形態では、マグネット３３０とホール素子３６１、３６２との上下方向の間隔Ｌ１、Ｌ２はそれぞれ４ｍｍであり、バネ力との兼ね合いから、これにより測定力が１．５Ｎになるようにしてある。）マグネット３３０の上下方向の位置は、ブラケット３１０の長孔３１１によって微調整可能である。

また、マグネット３３０と回路基板３５０との距離（ギャップ）Ｇが総ての製品で略同じになるようにする。マグネット３３０と回路基板３５０とのギャップＧは雄ネジ３２０の進退によって微調整可能である。例えば、所定の厚みを持った治具（スペーサ）を使って、回路基板３５０とマグネット３３０との距離（ギャップ）Ｇが同じになるようにする。

設計通りに各部品が製造されたとしても、それらを組み合わせたときに累積公差がある程度生じるのは仕方無い。さらに、連結機構１５０はバネ力でキャリッジ１３０を釣り下げ状態に保持するので、中立位置がどこになるかは現物を組み立ててみないと厳密にはわからない。累積公差の影響で、例えば、１ｍｍから２ｍｍ程度のズレは十分に予想される。この点、長孔３１１によってブラケット３１０の上下位置を微調整でき、これにより、マグネット３３０が二つのホール素子３６１、３６２の中間にくるようにできる。同じく、原動スライダ１４０とキャリッジ１３０とのギャップが製品ごとに違っているとしても、雄ネジ３２０を進退させることで回路基板３５０（より具体的にはホール素子３６１、３６２）とマグネット３３０との距離（Ｇ）を一定にすることができる。

このような構成によれば、原動スライダ１４０とキャリッジ１３０との所定量相対変位を検知するにあたって非接触式の検知手段とできる。メカニカルな接触を排することができたので、経年劣化は殆どなくなる。また、仮に汚れ（塵埃や油）が付着したとしても検知能力には何ら影響しないので、（塵埃や油が多いなど）過酷な測定環境であっても安定した測定が可能になる。

（変形例１）
例えば、図８のように、二つのマグネット３３１、３３２と一つのホール素子３６１とでスイッチ手段３００を構成することもできる。

（変形例２）
信号を出力するホール素子はキャリッジ１３０側についていた方が好ましいと言える。なぜならば、検出ヘッド１９２もキャリッジ１３０についているからである。
ただし、本発明の技術的範囲としては、ホール素子を原動スライダ側に設け、マグネットをキャリッジ側に設ける態様を含む。

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することが可能である。
マグネットを雄ネジの先端に保持するとしたが、雄ネジでなくても回路基板に対して進退できるものであればよい。
本明細書では、測定子を有するキャリッジが支柱に摺動可能に設けられ、駆動機構に直結した原動スライダが上下方向移動可能にキャリッジにガイドされているとした。
この関係はもちろん逆になってもよい。駆動機構に直結した原動スライダが支柱に摺動可能に設けられ、測定子を有するキャリッジが上下方向移動可能に原動スライダにガイドされていてもよい。

ホール素子に代えてホールICを用いてももちろんよい。つまり、ホール素子に更に信号処理回路を組み込んで、磁気検出に応じてON／OFF信号が出るようにしたホールICを用いてもよい。

１００…ハイトゲージ、１０１…カバー、１１０…ベース、１２０…支柱、１３０…キャリッジ、１３１…測定子、１３２、１３３…ローラ、１４０…原動スライダ、１５０…連結機構、１６０…釣り下げ手段、１７０…中立保持手段、１７１Ａ、１７１Ｂ…ピン、１７２Ａ、１７２Ｂ…レバー、１７３…係合突起、１７４Ａ、１７４Ｂ…バネ、１８０…駆動機構、１８１Ａ、１８１Ｂ…プーリー、１８２…ベルト、１８３…ハンドル、１８４…ワイヤー、１９０…変位検出手段、１９１…スケール、１９２…検出ヘッド、２００…スイッチ手段、２１０、２２０…接点ピン、２３０…スイッチピン、３００…スイッチ手段、３１０…ブラケット、３１１…長孔、３１２…雌ネジ孔、３１３…ネジ、３２０…雄ネジ、３２１…穴、３３０、３３１、３３２…マグネット、３４０…緩み止めナット、３５０…回路基板、３５１…ＯＲ回路、３６１…ホール素子。

Claims (3)

1. 被測定部に接触する測定子を有するキャリッジと、
   前記キャリッジの位置を検出する変位検出手段と、
   前記キャリッジと同方向に移動可能に設けられ、かつ、駆動機構によって引き上げまたは引き下げされる原動スライダと、
   前記原動スライダに対して前記キャリッジを保持するとともに、前記原動スライダと前記キャリッジとの間に力が掛かった場合には前記原動スライダと前記キャリッジと相対変位を許容し、かつ、前記力が解除されたときには前記原動スライダと前記キャリッジとの相対位置を初期位置に復帰させる連結機構と、
   前記キャリッジに対して前記原動スライダが所定量相対変位したことを検出し、前記変位検出手段に検出値の出力を指令するスイッチ手段と、を備え、
   前記スイッチ手段は、
   前記原動スライダおよび前記キャリッジのいずれか一方に配設された磁性体と、
   前記原動スライダおよび前記キャリッジのいずれか他方に配設されたホール素子と、を有し、
   さらに、
   前記スイッチ手段は、
   前記原動スライダおよび前記キャリッジのいずれか一方に取り付けられるブラケットと、
   前記ブラケットに螺入され、先端が前記原動スライダおよび前記キャリッジのいずれか他方に対して進退でき、この先端に前記磁性体を保持する雄ネジと、
   前記磁性体に対向するように前記原動スライダおよび前記キャリッジのいずれか他方に配設された回路基板と、
   前記回路基板に上下に間隔をあけて実装された二つの前記ホール素子と、を備え、前記雄ネジがねじ込み方向に進退できることにより前記磁性体と前記ホール素子とのギャップ調整機構が構成されている
   ことを特徴とするハイトゲージ。
2. 請求項１に記載のハイトゲージにおいて、
   前記ブラケットには上下方向に長さをもつ長孔が穿設され、
   前記長孔を通して前記ブラケットを前記原動スライダおよび前記キャリッジのいずれか一方にネジ止めするにあたって、上下方向に関して前記磁性体が前記二つのホール素子の中間にくるように、前記ブラケットの取り付け位置を上下方向に微調整する
   ことを特徴とするハイトゲージ。
3. 請求項１に記載のハイトゲージにおいて、
   前記磁性体は、上下に間隔をあけて二つ設けられ、
   前記ホール素子は、上下方向に関して前記二つの磁性体の中間にくるように配設されている
   ことを特徴とするハイトゲージ。

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