JP7016720B2

JP7016720B2 - 送り機構およびそれを備えた測定器

Info

Publication number: JP7016720B2
Application number: JP2018027146A
Authority: JP
Inventors: 和彦木村
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2018-02-19
Filing date: 2018-02-19
Publication date: 2022-02-07
Anticipated expiration: 2038-02-19
Also published as: US11041706B2; US20190257635A1; CN110170876A; DE102019000218A1; JP2019144049A; CN110170876B

Description

本発明は、スライダの送り機構に関する。
例えば、ハイトゲージのスライダを支柱に沿って昇降させるための送り機構に関する。

例えばハイトゲージのように、支柱に沿って移動可能なスライダを設け、そのスライダの移動量から測定対象物の寸法を測定する測定器がある（特許文献１：特許４３７７１５６号）。スライダを移動させるにあたっては、支柱の側面にラック（平歯車）を設け、このラックとスライダ側に軸支されたピニオンとの噛み合いによってスライダを移動させる。

特許４３７７１５６号特開２０１５－１６５２３３号公報

精度よく、しかも良好な操作感でスライダを移動させるためには、ラックとピニオンの良好な噛み合いが不可欠である。
しかしながら、測定長をカバーするだけの長いラック（平歯車）に高精度に歯を切っていくというのは、加工上の難しさもあるしコスト面の問題もある。また、ラックとピニオンとの間に金属の削り屑のような微細なゴミが挟まると、歯面が損傷してしまったり、位置決めの不安定が生じたりするおそれもある。

ここで、例えばノギスに適用されているようなサムローラが知られており、ユーザが親指でサムローラを押しながら回転させることでスライダを本尺に沿って移動させるような送り機構も知られている（例えば特許文献２：特開２０１５－１６５２３３号公報）。これであればラックアンドピニオン方式を使用しないので上記のような問題はない。

しかしながら、ハイトゲージのスライダは重量もあるので、親指で押しながらサムローラを回すというのは難しいであろうし、測定ストロークの端から端まで移動するのにサムローラだけでは測定効率という点でも使い勝手に問題がある。

なお、同様の問題はハイトゲージに留まらず、本尺とスライダとの相対移動量から測定対象物の寸法を測定する測定器に共通する問題である。

本発明の目的は、ラックアンドピニオン方式を廃することで低価格かつ耐久性に優れ、しかも使い勝手がよいスライダの送り機構を提供することにある。

本発明の送り機構は、
長手状の本尺に沿って相対移動可能に設けられたスライダを送り移動させる送り機構であって、
前記スライダに軸支された歯車である原動ギアと、
前記原動ギアと直接または間接に噛合して前記原動ギアの回転によって回転するとともに、前記本尺に当接した状態に保持された従動ローラと、
基端側が前記スライダに軸支されているとともに、前記従動ローラを受け入れ可能なカップ部を先端側に有するアームと、
前記従動ローラを受け入れた状態の前記カップ部を前記本尺側に向けて付勢する付勢手段と、を備える
ことを特徴とする。

本発明の一実施形態においては、
前記従動ローラは、
前記原動ギアと直接または間接に噛合する歯車である従動ギアと、
前記従動ギアと同軸に設けられ、前記従動ギアと対になって前記本尺を挟む挟持円板と、
前記従動ギアと前記挟持円板とを同軸に繋ぐ連結軸と、を有する
ことが好ましい。

本発明の一実施形態においては、
前記挟持円板の径は、前記従動ギアの径よりも小さい
ことが好ましい。

本発明の一実施形態においては、
前記アームは、前記原動ギアの回転軸と同軸になるように軸支されている
ことが好ましい。

また、本発明の測定器は、前記送り機構を備えることが好ましい。

ハイトゲージの正面視においてスライダの部分を大きく表わす図である。送り機構の分解斜視図である。図１中のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。送り機構の主要部の拡大図である。支柱の側面が少しうねりをもっている場合を例示する図である。送り機構を深さゲージに適用した例を示す図である。送り機構の拡大図を示す図である。

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。
図１から図５を参照して第１実施形態を説明する。
図１は、本実施形態に係るハイトゲージ１００の正面視においてスライダ１１０の部分を大きく表わす図である。
図２は、送り機構２００の構成を分かりやすく示すための分解斜視図である。
ハイトゲージ１００は、ベース１０１と、ベース１０１に立設された本尺としての支柱１０２と、支柱１０２に沿って昇降移動可能に設けられたスライダ１１０と、スライダ１１０を移動させるための送り機構２００と、を備える。

支柱１０２は、例えば金属製であって断面矩形形状をしている。
ここで、本実施形態では、支柱１０２の一側面１０３がスライダ移動のガイド基準面となるように可能な限り真直かつ平坦に仕上げられている。なお、従来は支柱１０２の側面１０３にラックが設けられていたが、本実施形態ではラックは必要ない。

スライダ１１０は、断面形状が略コ字状であって、支柱１０２を内側に抱え込むようにして支柱１０２に取り付けられる。
図１、図２においては、背面側からスライダ１１０が支柱１０２に取り付けられ、さらに、支柱１０２の正面側においてはスライダ１１０の上端と下端とにそれぞれ横方向のバー１１１が架け渡すようにしてネジ止めされている。これにより、スライダ１１０は支柱１０２に沿って上下方向にスライド可能とされ、且つ、支柱１０２から外れない構成となっている。

ここで、説明が分かりやすくなるように、図１、図２において紙面の左側をハイトゲージ１００の前方とし、紙面の右側をハイトゲージ１００の後方とする。
スライダ１１０の前方側の下端においてジョー１１２が前方側に向かって突き出すように設けられ、さらに、ジョー１１２には固定部１１３を介してスクライバ１１４が固定されている。

なお、図示は省略するが、スライダ１１０の正面側にはデジタル表示部やリニヤエンコーダの検出ヘッド等を有する電装ユニット部が取り付けられるようになっている。

さて、スライダ１１０の後方側において、送り機構２００を取り付けるための送り機構取付部１２０が設けられている。この送り機構取付部１２０に送り機構２００が配設されるのであるが、送り機構取付部１２０の構造は、送り機構２００の構成と併せて後述する。

送り機構２００は、ハンドル２１０と、原動ギア２２０と、従動ローラ２３０と、アーム２４０と、ピンプランジャ２５０と、を備える。

ハンドル２１０は、人の手で持つのにちょうどいい程度の直径を有する短円筒形であって、側面には滑り止めのローレット２１１が設けられている。
原動ギア２２０は、いわゆる歯車であり、ハンドル２１０の裏側に同軸になるように固定的にネジ止めされる。すなわち、ハンドル２１０と原動ギア２２０とは一体的に回転する。

従動ローラ２３０は、従動ギア２３１と、従動ギア２３１と同軸に設けられ、従動ギア２３１と対になって支柱１０２の側面を挟む挟持円板２３２と、従動ギア２３１と挟持円板２３２とを同軸に繋ぐ連結軸２３３と、を有する。

従動ローラ２３０の形状としては、連結軸２３３の中心を通る平面でこの従動ローラ２３０を断面したとき、Ｈ形に見える。
図３は、図１中のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。
図３において、従動ローラ２３０の断面が略Ｈ形の形状で表れている。
ただし、従動ギア２３１と挟持円板２３２とで互いに対向する側の面は極僅かにテーパーになっており、連結軸２３３から離間するに従って従動ギア２３１と挟持円板２３２と間隔が極僅かに広くなる。

従動ギア２３１は歯車であって、その外側面には、原動ギア２２０の歯と適切な噛み合いをするように歯が形成されている。挟持円板２３２は、偏平な円板であればよく、外側面に歯は無い。

ここで、挟持円板２３２の径は従動ギア２３１の径よりもやや小さい。
従動ギア２３１には歯を設ける必要があるため、従動ギア２３１の径にはある程度の大きさが求められる。
一方、挟持円板２３２は、従動ギア２３１と対になって支柱１０２の側面１０３を挟める程度の径を有していればよく、例えば歯を設けるための加工代（削り代）などはなくてよい。

従動ローラ２３０を一体成形したあとで従動ギア２３１に歯を切るような場合、従動ギア２３１と挟持円板２３２との径が違うことにより、挟持円板２３２が刃（バイト）のストロークの邪魔にならず、従動ローラ２３０だけに歯を加工しやすいという利点がある。
もちろん、高密度圧粉成形で従動ローラ２３０を成形してもよく、この場合、挟持円板２３２が小さい分だけ材料費の削減になる。

連結軸２３３は、従動ギア２３１と挟持円板２３２とを同軸に繋いでいる。
図３の断面図において連結軸２３３は中空であるが、中味が詰まっていてもよい。
また、連結軸２３３の長さとしては、図３に表れるように、支柱１０２の側面に従動ローラ２３０を押し付けたときに、従動ギア２３１と挟持円板２３２の対向面にあるテーパーが支柱１０２に当たって支柱１０２を挟むようになっていればよい。

アーム２４０は、全体的には偏平な棒状であるが、基端側に軸孔２４１を有するとともに、先端側には半割パイプのようなカップ部２４２を有する。
図４は、送り機構２００の主要部の拡大図である。
アーム２４０の軸孔２４１の中心とカップ部２４２の中心とを結んだ距離Ｌは、原動ギア２２０の径と従動ギア２３１の径との和に等しくなっている。
軸孔２４１の軸線方向とカップ部２４２の軸線方向とは平行であり、また、カップ部２４２において、カップ部２４２の口が開いた方向は、アーム２４０の長さ方向に対して直交とは言わないが、直交に近い向きである。そして、カップ部２４２は、従動ローラ２３０の連結軸２３３を受け入れ可能になっている。

ピンプランジャ２５０は、図示しない内蔵したバネで先端のピン２５１を押し出す。ピンプランジャ２５０は、スライダ１１０の側面に設けられた孔に固定的に取り付けられるとともに、カップ部２４２を後方から前方に向けて押すようにしてカップ部２４２を支柱１０２に向けて付勢する。

送り機構２００の組み立ておよび送り機構取付部１２０の構成について説明する。
まず、スライダ１１０の後方側において、支柱１０２の後方側の側面１０３に対向した面にコ字状の凹部１２１が形成されている。この凹部１２１は従動ローラ２３０を受け入れるための凹部であるので従動ローラ収容凹部１２１と称することにする。
支柱１０２の側面１０３とこの従動ローラ収容凹部１２１との間にできる隙間に従動ローラ２３０が保持される。
（どのようにして保持されるかについては後述する。）
このとき、挟持円板２３２がスライダ１１０の正面側にきて、従動ギア２３１はスライダ１１０の背面側にくるようにする。

次に、スライダ１１０の後方の背面側において、背面側から正面側に向けて切り欠いたような凹部１２２が設けられている。この凹部１２２にはアーム２４０と原動ギア２２０とが収容されるのであるが、この凹部１２２を原動ギア収容凹部１２２と称することにする。

さて、スライダ１１０において従動ローラ収容凹部１２１のやや下に孔が開いており、この孔にはスライダ１１０の正面側から背面側に貫くように軸心２６０が挿入される。
さらに、軸心２６０は、正面側から順に、アーム２４０の軸孔２４１、原動ギア２２０、ハンドル２１０を貫き、さらに、これらが抜けないようにハンドル２１０側から止めピン２６１でピン留めされる。これにより、アーム２４０の傾動中心軸、原動ギア２２０の回転中心、および、ハンドル２１０の回転中心は同じ軸心２６０になる。

なお、アーム２４０のカップ部２４２に従動ローラ２３０の連結軸２３３を入れておき、アーム２４０の取り付け時に従動ローラ２３０が従動ローラ収容凹部１２１に入るようにするとよいであろう。
最後に、ピンプランジャ２５０をスライダ１１０の後方に取り付け、ピンプランジャ２５０のピン２５１がアーム２４０のカップ部２４２を後方から前方に押すようにする。

このように送り機構２００をスライダ１１０の送り機構取付部１２０に取り付けたとき、従動ローラ２３０はアーム２４０のカップ部２４２に収容された状態で支柱１０２の側面１０３に当接する。そして、カップ部２４２がピンプランジャ２５０で押されるので、従動ローラ２３０はアーム２４０のカップ部２４２に収容された状態で支柱１０２の側面１０３に押し付けられる。さらに、原動ギア２２０と従動ローラ２３０の従動ギア２３１とが噛合する。

さて、ハイトゲージ１００のユーザがスライダ１１０の高さ調整にあたってハンドル２１０を回転操作するとする。
ユーザはハイトゲージ１００の背面側からハンドル２１０を操作し、ここではハンドル２１０を右回転させた場合を考えるが、図１、図２、図４は、ハイトゲージ１００を正面から見ている図なので、紙面上では矢印Ａは左回転になっている。

ハンドル２１０と一体的に原動ギア２２０が回転する（図４の矢印Ａ参照）。
すると、原動ギア２２０に噛合している従動ギア２３１が回転し（矢印Ｂ）、したがって、従動ローラ２３０が回転する。
従動ローラ２３０は支柱１０２の側面１０３に押し付けられているので、従動ローラ２３０が支柱１０２の側面１０３を挟んだ状態で滑り無く回転すれば、送り機構２００とともにスライダ１１０は支柱１０２に沿って移動することになる（矢印Ｃ）。いまの例では、スライダ１１０は下降する。

本実施形態の送り機構２００の作用をご理解頂くため、図５にやや誇張した例を示す。
図５においては支柱１０２の側面１０３が真直ではなく、少しうねりをもっているとする。
この場合においても本実施形態の送り機構２００の従動ローラ２３０はうねった支柱１０２の側面１０３に追随し、従動ローラ２３０が支柱１０２の側面１０３を挟んだ状態で滑り無く回転する。従動ローラ２３０の軸（連結軸２３３）はスライダ１１０に固定されているわけではなく、傾動できるアーム２４０のカップ部２４２に受け入れられた状態で保持されている。

そして、アーム２４０のカップ部２４２はピンプランジャ２５０で押されているのであるから、従動ローラ２３０はアーム２４０の傾動とともにその位置を変えながら支柱１０２の側面１０３に常に押し付けられる。
図５においては、図４の状態に比べ、アーム２４０が左に傾動し（矢印Ｄ）、ピンプランジャ２５０のピン２５１が図４に比べて突き出ている。
このように、支柱１０２の側面１０３がどんなにうねっていようとも、従動ローラ２３０が支柱１０２の側面１０３を挟んだ状態で滑り無く回転する。

また、支柱１０２の側面１０３のうねりにともなって従動ローラ２３０がその位置を変更したとしても、従動ギア２３１と原動ギア２２０との噛み合いは適切に維持される。
アーム２４０の軸孔２４１の中心とカップ部２４２の中心とを結んだ距離Ｌが原動ギア２２０の径と従動ギア２３１の径との和に等しくなっているのであるから、アーム２４０が軸孔２４１を中心に傾動したとしても従動ギア２３１と原動ギア２２０との距離は変わらない。
従動ローラ２３０がカップ部２４２に保持されているのであるから、従動ギア２３１と原動ギア２２０との噛み合いは適切に維持される。これにより、仮に支柱１０２の側面１０３の仕上がりがやや不良だとしても、スライダ１１０の送り操作の操作感は良好に維持される。

このように、本実施形態の送り機構２００を採用すれば、ラックが不要になる。測定長をカバーする長いラック（平歯車）を用意する必要がなくなるのであるから、製造コストや歯面の破損などといったラックに起因する問題はすべて解消される。また、ラックが不要なのであるから、ハイトゲージ１００のさらなる長ストローク化も簡単である。

（変形例）
上記第１実施形態の変形例について若干補足しておく。
上記実施形態では、原動ギア２２０と従動ローラ２３０の従動ギア２３１とが直接噛合しているが、原動ギア２２０と従動ギア２３１との間に他の歯車列が入っていてもよいのはもちろんである。

上記実施形態では、カップ部２４２を支柱１０２の側面１０３に向けて押す付勢手段としてピンプランジャ２５０を例示しているが、ピンプランジャ２５０に限らず、板バネ、コイルバネ、弾性ゴムなど付勢力を発揮できるものであればよいのはもちろんである。
また、カップ部２４２の後方を押すようにしたが、カップ部２４２を支柱１０２に向けて引くように付勢力を働かせても同じ作用が得られるのはもちろんである。

上記実施形態ではアーム２４０の軸孔２４１に軸心２６０を通し、アーム２４０の傾動中心と原動ギア２２０の回転中心とが同じになるようにした。
この構成であれば従動ギア２３１と原動ギア２２０との噛み合い深さが全く変わらない利点があるのはもちろんであるが、噛合が外れない程度であれば従動ギア２３１と原動ギア２２０との距離が多少変化したとしても特段大きな問題はない。したがって、アーム２４０の傾動中心が原動ギア２２０の回転中心からずれた位置にあってもよく、アーム２４０の基端がスライダ１１０のどこかに軸支されていればよい。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を説明する。
第２実施形態の基本的構成は第１実施形態と同じであるが、送り機構をより小型の測定器に適用するのに好適な例である。
図６は、深さゲージ３００の例である。ここでは深さゲージを例示しているが、いわゆるノギスでもよいことはもちろんである。
深さゲージ３００は、検出ヘッド３１０に対して本尺３２０を送り移動できるようになっている。
検出ヘッド３１０の後端に送り機構２００が付設されている。
送り機構２００の拡大図を図７に示す。第２実施形態の送り機構は、基本的には第１実施形態と同様なので、対応する要素に同じ符号を付し、重複する説明は割愛する。

第１実施形態においては、支柱１０２の側面１０３に対向したスライダ１１０の面をコ字状に凹ませて従動ローラ収容凹部１２１を形成していたので、従動ローラ２３０の真後ろにピンプランジャ２５０を取り付けることができた。
ただ、この構成だと、従動ローラ２３０の後ろにスライダ１１０の部材が何か必要になり、送り機構２００がやや大型化し易い。

この点、第２実施形態では、スライダ１１０の従動ローラ収容凹部４２１は、本尺３２０に対して離間する側から本尺側に向けて切り欠いたようになっており、従動ローラ２３０の後ろにスライダ１１０の部材が無い。
このような場合、アーム２４０の先端側に押し板２４３が延在するようにし、アーム２４０を少し長くしておく。そして、このように延在するように設けた押し板２４３を押すようにピンプランジャ２５０をスライダ１１０に取り付けるようにすればよい。
これにより、送り機構２００のより一層の小型化が可能になる。

なお、本発明は上記実施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。
原動ギアを回転させる動力は、人が手動でハンドルを回す力のみならず、モータの回転動力であってもよい。

１００…ハイトゲージ、
１０１…ベース、１０２…支柱、１０３…支柱の側面、
１１０…スライダ、１１１…バー、１１２…ジョー、１１３…固定部、１１４…スクライバ、
１２０…送り機構取付部、１２１…従動ローラ収容凹部、１２２…原動ギア収容凹部、
２００…送り機構、
２１０…ハンドル、２１１…ローレット、２２０…原動ギア、２３０…従動ローラ、２３１…従動ギア、２３２…挟持円板、２３３…連結軸、
２４０…アーム、２４１…軸孔、２４２…カップ部、２４３…押し板、
２５０…ピンプランジャ、２５１…ピン、
２６０…軸心、２６１…止めピン、
３００…深さゲージ、
３１０…検出ヘッド、３２０…本尺、４２１…従動ローラ収容凹部

Claims

長手状の本尺に沿って相対移動可能に設けられたスライダを送り移動させる送り機構であって、
前記スライダに軸支された歯車である原動ギアと、
前記原動ギアと直接または間接に噛合して前記原動ギアの回転によって回転するとともに、前記本尺に当接した状態に保持された従動ローラと、
基端側が前記スライダに軸支されているとともに、前記従動ローラを受け入れ可能なカップ部を先端側に有するアームと、
前記従動ローラを受け入れた状態の前記カップ部を前記本尺側に向けて付勢する付勢手段と、を備える
ことを特徴とする送り機構。
請求項１に記載の送り機構において、
前記従動ローラは、
前記原動ギアと直接または間接に噛合する歯車である従動ギアと、
前記従動ギアと同軸に設けられ、前記従動ギアと対になって前記本尺を挟む挟持円板と、
前記従動ギアと前記挟持円板とを同軸に繋ぐ連結軸と、を有する
ことを特徴とする送り機構。
請求項２に記載の送り機構において、
前記挟持円板の径は、前記従動ギアの径よりも小さい
ことを特徴とする送り機構。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の送り機構において、
前記アームは、前記原動ギアの回転軸と同軸になるように軸支されている
ことを特徴とする送り機構。
請求項１から請求項４のいずれかに記載の送り機構を備えた測定器。