JP6951183B2 - 測定器 - Google Patents

Description

本件は、測定器に関する。

筒状の筐体と、筐体の内部に挿入されるとともに、スケールが設けられ筐体の軸方向に沿って移動するスピンドルと、筐体とスピンドルとの間に介在して設けられることによって、筐体に対するスピンドルの移動をガイドする筒状のガイド機構と、スケールの変位量を検出する変位検出器と、を備えた測定器が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６−２１２０１２号公報

このような測定器においては、筐体内部の温度変化が問題となり得る。例えば、筐体内部の変位検出器などが熱源となって、筐体内に環境温度よりも高い温度の分布が生じることがある。このため、スケールおよびスピンドルの温度は熱源からの距離や部材の熱伝導率により不均一に上昇する。スケールおよびスピンドルの温度が上昇するにしたがって、測定器の測定値に誤差が生じる。また、スピンドルが移動すると熱の伝導経路が変化し、一旦温まったスケールおよびスピンドルの温度が再度低下する等、温度変化が複雑な挙動を示す。この場合、測定値が不安定となって誤差を生じる。

そこで、スケールおよびスピンドルを低熱膨張化することが考えられる。スケールについては、結晶化ガラスセラミックス等の低熱膨張材を使用することで、低熱膨張化を実現することができる。しかしながら、スピンドルは、ガイド機構によって支持されている。この場合、スピンドルがガイド機構に対して摺動するため、スピンドルに耐摩耗性が求められる。

そこで、ＳＵＳ４４０Ｃなどのマルテンサイト系ステンレスをスピンドルとして用いることが考えられる。マルテンサイト系ステンレスは、高硬度を有しているため、高い耐摩耗性を有している。しかしながら、マルテンサイト系ステンレスなどの高硬度金属材料は、線膨張係数が大きい性質を有している。したがって、高硬度材料をスピンドルに用いると、測定誤差を十分に低減することは困難である。そこで、インバー、スーパーインバー、低熱膨張鋳鉄などの低熱膨張金属材料をスピンドルとして用いることが考えられる。しかしながら、低熱膨張金属材料は、一般に、柔らかい性質を有している。例えば、スーパーインバーは、ビッカース硬さがＨＶ１７０程度である。これらの低熱膨張金属材料は、熱処理も困難であるため、高硬度化処理を行うことも困難である。したがって、低熱膨張金属材料をスピンドルに用いると、耐摩耗性が得られないおそれがある。

１つの側面では、本発明は、スピンドルの摩耗を抑制しつつ測定精度を向上させることができる測定器を提供することを目的とする。

１つの態様では、本発明に係る測定器は、筐体と、前記筐体内に挿入され、前記筐体の軸方向に沿って移動するスピンドルと、前記筐体と前記スピンドルとの間に設けられ、前記スピンドルの移動をガイドするガイド機構と、前記筐体内に収容され、前記スピンドルの変位量を検出する変位検出器と、を備え、前記スピンドルは、内スピンドルと、前記内スピンドルの外周と前記ガイド機構との間に設けられた外スピンドルとを備え、前記内スピンドルは、前記外スピンドルよりも小さい線膨張係数を有し、前記外スピンドルは、前記内スピンドルよりも高硬度を有することを特徴とする。

上記測定器において、前記内スピンドルと前記外スピンドルとは、弾性接着剤によって接着されていてもよい。

上記測定器において、前記内スピンドルは、一端側に設けられ測定対象に当接する測定子と、他端側に設けられたスケールとを接続してもよい。

上記測定器において、前記スケールは、結晶化ガラスによって構成されていてもよい。

上記測定器において、前記内スピンドルは、インバーまたはスーパーインバーによって構成されていてもよい

上記測定器において、前記外スピンドルは、マルテンサイト系ステンレスによって構成されていてもよい。

スピンドルの摩耗を抑制しつつ測定精度を向上させる測定器を提供することができる。

実施形態に係る測定器の模式的断面図である。 スピンドルの斜視図である。 内スピンドルおよび外スピンドルの一部拡大図である。

（実施形態）
以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。

図１は、実施形態に係る測定器１００の模式的断面図である。図２は、後述するスピンドル２０の斜視図である。測定器１００は、筐体１０と、筐体１０の内部に挿入されるとともに筐体１０の軸方向（長さ方向）に沿って移動するスピンドル２０と、筐体１０の内部に収容されるとともにスピンドル２０の変位量を検出する変位検出器３０と、変位検出器３０の出力信号を処理する付随回路４０と、を備えている。

筐体１０は、第１端側（紙面上側）が閉じられ、第２端側（紙面下側）に開口を有する構造を有し、内部にスピンドル２０が挿入されている。他の部材についても、紙面上側を第１端側と称し、紙面下側を第２端側と称する。筐体１０は、第２端側の開口にスピンドル保持部５０を備える。スピンドル保持部５０は、内部にスピンドル２０を収容する。スピンドル保持部５０は、筐体１０と同心となるように筒状に形成されるとともに、筐体１０の第２端側の開口から突出するように形成されている。

スピンドル２０は、第２端に、測定器１００の測定対象であるワークに当接する測定子２１を備えている。また、スピンドル２０は、第１端に、変位検出器３０に対向するように設けられたスケール２２を備えている。測定子２１とスケール２２とは、円柱状または円筒状の内スピンドル２３によって接続されている。内スピンドル２３の外周と、後述するガイド機構５１との間に、内スピンドルと同心で円筒状の外スピンドル２４が設けられている。

スピンドル保持部５０は、第２端側に、円筒状のガイド機構５１を備えている。また、スピンドル保持部５０は、第１端側に、スピンドル２０を第２端側に向かって付勢するバネ５２を備えている。なお、本実施形態においては、ガイド機構５１は、円筒状に形成されているが、角筒状などの他の筒状に形成してもよい。ガイド機構５１の外周面は、スピンドル保持部５０の内周面に当接している。それにより、ガイド機構５１は、スピンドル保持部５０に固定されている。ガイド機構５１は、例えば、ベアリングなどによって構成されている。それにより、ガイド機構５１は、筐体１０の軸方向に沿ったスピンドル２０の移動をガイドすることができる。

ワークに測定子２１を当接させて筐体１０の内部にスピンドル２０を押し込むことによって、スケール２２が変位検出器３０に対して相対的に移動する。変位検出器３０は、スケール２２の変位量を検出し、スピンドル２０の変位量（測定値）として出力する。なお、変位検出器３０として、例えば、スケール２２に向かって光を照射する発光素子を備え、スケール２２から反射する光を受光素子によって受光することによって、スケール２２の相対的な移動を検知する光学センサを採用することができる。

本実施形態においては、内スピンドル２３は、外スピンドル２４よりも小さい線膨張係数を有している。外スピンドル２４は、内スピンドル２３よりも大きい線膨張係数を有している。内スピンドル２３は、インバー（鉄およびニッケルの合金）、スーパーインバー（鉄、ニッケルおよびコバルトの合金）、低熱膨張鋳鉄などの低熱膨張金属材料によって構成されている。外スピンドル２４は、マルテンサイト系ステンレス（例えばＳＵＳ４４０Ｃ）などの高硬度金属材料によって構成されている。一例として、スーパーインバーのビッカース硬さは、ＨＶ１７０程度である。一例として、ＳＵＳ４４０Ｃのビッカース硬さは、ＨＶ７４０程度である。したがって、外スピンドル２４は、内スピンドル２３よりも高硬度を有している。言い換えれば、外スピンドル２４は、内スピンドル２３と比較して、高い耐摩耗性を有している。

図３は、内スピンドル２３および外スピンドル２４の一部拡大図であり、図１の破線の丸で囲んだ領域の拡大図である。内スピンドル２３と外スピンドル２４とは、互いに摺動可能に接触している。その一方で、図３で例示するように、内スピンドル２３と外スピンドル２４とは、弾性接着剤２５によって接着されている。したがって、内スピンドル２３と外スピンドル２４とは、互いに摺動可能である一方で、互いに分離しない構成を有している。内スピンドル２３と外スピンドル２４とは、少なくとも１箇所で接着されていればよい。接着箇所は、特に限定されないが、例えば、外スピンドル２４の第１端側および第２端側の２箇所で接着されていることが好ましい。なお、弾性接着剤４５として、シリコン系接着剤、エポキシ系接着剤などを用いることができる。

本実施形態に係る測定器１００においては、スケール２２および変位検出器３０が筐体１０内に収容されていることから、大気中の塵などがスケール２２や変位検出器３０の光源などに付着することが抑制される。それにより、測定器１００の測定精度を向上させることができる。しかしながら、変位検出器３０、付随回路４０などの熱源が筐体１０内に収容されていることから、筐体１０内に温度分布が生じ得る。この温度分布によって、スピンドル２０にも温度変化が生じ得る。しかしながら、本実施形態においては、測定子２１とスケール２２とを接続する内スピンドル２３が低熱膨張金属材料によって構成されていることから、内スピンドル２３の形状変化が抑制される。したがって、測定精度を向上させることができる。なお、スピンドル２０の移動によってスピンドル２０がガイド機構５１に対して摺動するが、内スピンドル２３はガイド機構５１とは接触せず、外スピンドル２４がガイド機構５１と接触する。外スピンドル２４は、内スピンドル２３よりも高硬度を有することから、スピンドル２０の摩耗が抑制される。以上のことから、スピンドル２０の摩耗を抑制しつつ、測定精度を向上させることができる。

なお、内スピンドル２３と外スピンドル２４とは、互い摺動可能に接しているため、筐体１０内の温度分布によって外スピンドル２４が膨張または収縮しても、内スピンドル２３に対する当該膨張または収縮の影響は小さくなる。また、内スピンドル２３と外スピンドル２４とは、弾性接着剤２５によって接着されていることから、外スピンドル２４は、内スピンドル２３と連動して移動することになる。この場合、内スピンドル２３と外スピンドル２４との相対移動量は小さくなる。それにより、内スピンドル２３と外スピンドル２４との相対移動に起因する摩耗は無視できるようになる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 筐体
２０ スピンドル
２１ 測定子
２２ スケール
２３ 内スピンドル
２４ 外スピンドル
２５ 弾性接着剤
３０ 変位検出器
４０ 付随回路
５０ スピンドル保持部
５１ ガイド機構
５２ バネ
１００ 測定器

Claims (6)

1. 筐体と、
   前記筐体内に挿入され、前記筐体の軸方向に沿って移動するスピンドルと、
   前記筐体と前記スピンドルとの間に設けられ、前記スピンドルの移動をガイドするガイド機構と、
   前記筐体内に収容され、前記スピンドルの変位量を検出する変位検出器と、を備え、
   前記スピンドルは、内スピンドルと、前記内スピンドルの外周と前記ガイド機構との間に設けられた外スピンドルとを備え、
   前記内スピンドルは、前記外スピンドルよりも小さい線膨張係数を有し、
   前記外スピンドルは、前記内スピンドルよりも高硬度を有することを特徴とする測定器。
2. 前記内スピンドルと前記外スピンドルとは、弾性接着剤によって接着されていることを特徴とする請求項１記載の測定器。
3. 前記内スピンドルは、一端側に設けられ測定対象に当接する測定子と、他端側に設けられたスケールとを接続することを特徴とする請求項１または２に記載の測定器。
4. 前記スケールは、結晶化ガラスによって構成されていることを特徴とする請求項３記載の測定器。
5. 前記内スピンドルは、インバーまたはスーパーインバーによって構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の測定器。
6. 前記外スピンドルは、マルテンサイト系ステンレスによって構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の測定器。

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