JP7109298B2

JP7109298B2 - 測長器

Info

Publication number: JP7109298B2
Application number: JP2018143002A
Authority: JP
Inventors: 祐一森川; 健司 ▲桑▼山; 哲也水越
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd; Citizen Fine Device Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd; Citizen Fine Device Co Ltd
Priority date: 2018-07-30
Filing date: 2018-07-30
Publication date: 2022-07-29
Anticipated expiration: 2038-07-30
Also published as: JP2020020613A

Description

本発明は、測定対象物に当接するスピンドルを備えた接触式の測長器に関する。

従来より、スケールが設けられた軸線方向に移動可能なスピンドルを測定対象物に当接させ、スピンドルの軸線方向に生じた基準位置からの変位をスケール部から読み取ることで測長する測長器が知られている。このような測長器は、特許文献１のようにスピンドルに一体的に設けられたスケール部を備えている。

このように軸線方向に生じた基準位置からの変位をスケール部から読み取るためには、スピンドルにスケール部がしっかりと固定されている必要があり、その手段としては、接着剤を用いることがある。

特開２０１５－７５３９７号

特許文献１に記載された発明のように、スピンドルに一体的に設けられたスケール部とスピンドルは、使用環境の温度変化により、熱変形する。

スピンドルの材質は、ステンレスやアルミなどの金属、スケール部の材質は、ガラスなどの非金属で構成されている。その材質の違いによって、それぞれの線膨張係数は、異なる。スピンドルに接着剤で固定されているスケール部には、スピンドルとの線膨張係数の違いによる寸法変化量の差によって、圧縮応力や引っ張り応力が生じる。それらの応力によってスケール部が変形してしまい、寸法の読み取りの誤差やエラーが発生することがあり、正確な測定ができなくなる。

そこで、本発明は、上記問題を解消することを可能とした測長器を提供することにある。

上記目的を実現するために、本発明の測長器は、測定対象物に当接し、前記測定対象物に応じて軸線方向に移動するスピンドルと、前記スピンドルに第１接着剤および前記第１接着剤よりも弾力性を有する第２接着剤にて一体的に固定されたスケール部を読み取ることによって、前記スピンドルの軸線方向の変位を算出し、測定対象物の長さを計測する測長器において、前記第１接着剤は、前記スピンドルの軸線方向における前記スケール部の読み取り有効範囲外を固定領域として、前記固定領域の少なくとも一部を固定し、前記第２接着剤は、前記第１接着剤の固定領域以外のうち少なくとも一部を固定することを特徴とする。

本発明の測長器は、前記第１接着剤は、前記スケール部の前記スピンドルの軸線方向の先端側端部を固定することが好ましい。

本発明の測長器は、前記第１接着剤は、前記スケール部の前記スピンドルの軸線方向の後端側端部を固定することが好ましい。

本発明の測長器は、前記第１接着剤はエポキシ系の接着剤であり、前記第２接着剤は湿気硬化型弾性接着剤であることが好ましい。

本発明によれば、第１接着剤および第１接着剤よりも弾力性を有する第２接着剤にてスピンドルに一体的に固定されたスケール部は、スピンドルとスケール部との線膨張係数の違いによる熱変形での寸法の変化量に差があったとしても、スケール部への圧縮応力や引っ張り応力の影響を抑えることができる。これにより、圧縮応力や引っ張り応力によるスケール部の変形を抑えることができ、寸法の読み取りの誤差やエラーが発生することなく正確な測定を行うことができる。

本発明の実施形態による測長器の斜視図。本発明の実施形態による測長器の軸線方向の断面図。本発明の実施形態による測長器におけるスピンドルを示す上面図。本発明の実施形態による測長器におけるスピンドルを示す側面図。本発明の別の実施形態による測長器におけるスピンドルを示す上面図。本発明の別の実施形態による測長器におけるスピンドルを示す側面図。

以下、添付図面を参照して、本発明の様々な実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。また、異なる図面において同じ参照符号が付されたものは同じ機能を有する構成要素であることを意味する。

図１は、本発明の実施形態による測長器１の斜視図であり外観を表すものである。本体ケース３１の先端側にはキャップ３２が設けられている。キャップ３２によって測定子軸１１－２の基端部側がおおわれており、先端部側には測定子１５が設けられ、測定対象物に当接する。

図２は、本発明の実施形態による測長器１の軸線方向の断面図である。スピンドル１１は、スケールホルダ１１－１と測定子軸１１－２からなり、スケールホルダ１１－１が、軸線方向に離間した２つの軸受１２によって本体ケース３１に軸線方向に移動可能に支持されており、スケールホルダ１１－１にはスケール部１３が設けられている。スケールホルダ１１－１の先端に測定子軸１１－２の基端部が固定されている。

スケールホルダ１１－１の両軸受１２の間には、スケールホルダ１１－１の外周面から凹んだ凹部２２と、凹部２２の底面からスピンドル１１の軸線方向に直交した方向へ貫通した開口部２１と、が形成される。

スケール部１３は、スケール（図示せず）が形成された板状の光透過型スケールとして構成している。スケール部１３は、スケールホルダ１１－１の外周面から突出せず、かつ開口部２１を塞ぐように、凹部２２内に設置される。

スケール読み取り部１４は、スケール部１３に向けて光を照射するＬＥＤなどの発光素子１４－１と、スケール部１３を間に挟むように発光素子１４－１と対向し、スケール部１３を透過した光を受光する受光素子１４－２とを備え、発光素子１４－１と受光素子１４－２とは本体ケース３１側に固定されている。発光素子１４－１から発せられた光は、開口部２１を通ってスケール部１３を透過した後、受光素子１４－２に到達して受光素子１４－２により受光される。スケール読み取り部１４は、受光素子１４－２が受光した光を用いて、スケール部１３に描かれたスケールを読み取り、外部計算装置（図示せず）へ出力する。スピンドル１１が軸線方向に移動すると、スケール部１３もスピンドル１１と一体に移動するので、スケール読み取り部１４が読み取るスケールが変化する。外部計算装置は、スケール読み取り部１４から得られたスケールの変化情報を用いて、スピンドル１１の軸線方向の変位を算出する。

バネ１６は、スケールホルダ１１－１の後端側（図２において左向き）と本体ケース３１との間に、スピンドル１１を先端側（図２において右向き）に移動する方向に付勢するように設けられている。スピンドル１１の後端側への移動は、バネ１６の付勢力に抗して弾力的に行われる。

図３から図６は、スピンドル１１のスケールホルダ１１－１近傍を拡大した図である。図４と図６は開口部２１およびスケール部１３の近傍が断面図となっている。スケール部１３は、スケールホルダ１１－１に設けられた開口部２１を覆うように凹部２２内の固定領域２７内に配置され、読み取り有効範囲内２５と先端側読み取り有効範囲外２６－１と後端側読み取り有効範囲外２６－２を有する。軸線方向の読み取り有効範囲内２５は、図２のスケール読み取り部１４が開口部２１内にて相対的に移動する範囲に相当する。

固定領域２７は、凹部２２内に存在し、先端側固定領域２７－１と後端側固定領域２７－２と側面側固定領域２７－３により構成される。固定領域２７は、スケール部１３のスケール（図示せず）に干渉しない範囲で構成される。

スケール部１３の先端側読み取り有効範囲外２６－１側の先端側端部１３－１周囲を先端側固定領域２７－１とし、スケール部１３の後端側読み取り有効範囲外２６－２側の後端側端部１３－２周囲を後端側固定領域２７－２とし、スケール部１３の読み取り有効範囲内２５の範囲内の側面側端部１３－３周囲を側面側固定領域２７－３としている。

図３は、本発明の実施形態による測長器１におけるスピンドル１１を示す上面図であり、図４は、本発明の実施形態による測長器１におけるスピンドル１１を示す側面図である。

スケール部１３の先端側端部１３－１の少なくとも一部を第１接着剤２３でスピンドル１１に強固に固定する。スケール部１３の後端側端部１３－２のうち少なくとも一部を第２接着剤２４でスピンドル１１に弾性的に保持されるように固定する。

以上説明したように、本発明の実施形態によれば、スケール部１３の先端側端部１３－１を第１接着剤２３でスピンドル１１に強固に固定することで、スピンドル１１とスケール部１３の熱変形の基点を設けることができる。したがって、スピンドル１１とスケール部１３の熱変形はこの基点から起こり、基点部分の位置ずれを防ぐことができる。さらに、スケール部１３の後端側端部１３－２を第２接着剤２４でスピンドル１１に弾性的に保持するように固定することで、その弾力性により、スケール部１３をスピンドル１１に保持しつつも線膨張係数の違いによる熱変形の寸法変化量の差を吸収することができる。したがって、熱変形によるスピンドル１１とスケール部１３の位置ずれの防止、応力でのスケール部１３の変形の抑制ができ、寸法の読み取りの誤差やエラーが発生することなく測定を行うことができる。

図５は、本発明の別の実施形態による測長器１におけるスピンドル１１を示す上面図であり、図６は、本発明の別の実施形態による測長器１におけるスピンドル１１を示す側面図である。

スケール部１３の先端側端部１３－１の少なくとも一部を第１接着剤２３でスピンドル１１に強固に固定する。スケール部１３の後端側端部１３－２及び、側面側端部１３－３のうち少なくとも一部を第２接着剤２４でスピンドル１１に弾性的に保持されるように固定する。

以上説明したように、本発明の別の実施形態によれば、スケール部１３の先端側端部１３－１の少なくとも一部を第１接着剤２３でスピンドル１１に強固に固定することで、スピンドル１１とスケール部１３の熱変形の基点を設けることができる。したがって、スピンドル１１とスケール部１３の熱変形はこの基点から起こり、基点部分の位置ずれを防ぐことができる。さらに、スケール部１３の後端側端部１３－２及び側面側端部１３－３のうち少なくとも一部を第２接着剤２４でスピンドル１１に弾性的に保持するように固定することで、その弾力性により、スケール部１３をスピンドル１１に保持しつつも線膨張係数の違いによる熱変形での寸法変化量の差を吸収することができる。したがって、熱変形によるスピンドル１１とスケール部１３の位置ずれの防止、応力でのスケール部１３の変形を抑制でき、寸法の読み取りの誤差やエラーが発生することなく測定を行うことができる。

なお、図示した実施形態及び、別の実施形態では、スケール部１３の先端側端部１３－１の少なくとも一部を第１接着剤２３で強固に固定し、スケール部１３の後端側端部１３－２の少なくとも一部または、スケール部１３の後端側端部１３－２及び、側面側端部１３－３のうち少なくとも一部を第２接着剤２４で弾性的に保持するように固定する構成であるが、後端側端部１３－２の少なくとも一部を第１接着剤２３で強固に固定し、先端側端部１３－１の少なくとも一部または、先端側端部１３－１及び側面側端部１３－３のうち少なくとも一部を第２接着剤２４で弾性的に保持するように固定する構成でもよい。

さらに、第１接着剤２３及び第２接着剤２４は、それぞれの固定領域内であれば、線状、面状、スポット状などどのような形態で塗布してもよい。

さらに、第１接着剤２３及び第２接着剤２４は、それぞれスケール部１３の先端側読み取り有効範囲外２６－１側の先端側固定領域２７－１内及び、後端側読み取り有効範囲外２６－２側の後端側固定領域２７－２内であればスケール部１３の上下面にかかっても構わない。また、スケール部１３の側面側端部１３－３を保持する場合も、スケール部１３のスケール（図示せず）に干渉しなければ上下面にかかってもよい。これにより各端部のみを固定した場合よりも固定力が増し、スケール部１３の位置ずれや浮き等を抑制できる。

さらに、スケール部１３、第１接着剤２３、第２接着剤２４はスケールホルダ１１－１の外周面から外側に突出しないようにする。これにより、移動時に軸受１２や他部材との干渉を避けることができる。

さらに、図示した測長器１はバネ１６により、スピンドル１１を先端側に付勢するものであるが、スピンドル１１を後端側に付勢し、エアなどの手段によりスピンドル１１を突出さることにより、測定対象物に当接させる構成でも良い。

さらに、第１接着剤２３にて固定する箇所は、測定の待機点側であるとよい。例えば、待機時にスピンドル１１を先端側に付勢しているものであれば、後端側端部１３－２を、待機時にスピンドル１１を後端側に付勢しているものであれば、先端側端部１３－１を、第１接着剤２３で固定するとよい。これにより、待機点（測定の０点）側を基点にすることができる。したがって、待機点（測定の０点）側が基点となり熱変形が起こる為、待機点（測定の０点）への熱変形の影響を抑えることができるため、より効果が発揮されやすい。

さらに、開口部２１をスケールホルダ１１－１の中間部分付近に設けたが、軸受１２に干渉しない構成であれば中間部分よりもずれた位置にあってもよい。これにより、第１接着剤２３で先端側端部１３－１を固定する場合、開口部２１をスケールホルダ１１－１の中間部分よりも先端側にすることで、基点がより先端側に位置することとなり、基点よりも先端側からの熱変形の影響を小さくすることができる。また、後端側端部１３－２を固定する場合、開口部２１をスケールホルダ１１－１の中間部分よりも後端側にすることで、基点がより後端側に位置することとなり、基点よりも後端側からの熱変形の影響を小さくすることができる。

さらに、スピンドル１１は、スケールホルダ１１－１と測定子軸１１－２の二体構成となっているが、同一部材で一体構成されていてもよく、この場合、スピンドル１１内において線膨張係数が同じであるため、スピンドル１１内での変形量の差はない。また、三体以上の構成となっていてもよく、この場合、測長器１の組み立て時の組み込み性、組み立て性の向上を図ることができる。

さらに、第１接着剤２３は、硬化することにより強固に固定できるものであればよく、例えばエポキシ系の接着剤が適している。第２接着剤２４は、硬化しても弾力性があり、弾性的に固定できる湿気硬化型弾性接着剤がよく、例えばシリコン系、シリコーン系、シリル基末端ポリマー系、ウレタン系、ゴム系などの接着剤が適している。

さらに、図２に示したように両軸受１２の間には、スケール部１３が形成されているが、両軸受１２の間にスケール部１３が形成されていなくてもよく、スケール部１３よりもスピンドル１１の軸線方向の先端側で、互いに軸線方向に離間した位置にて両軸受１２が構成されていてもよい。

さらに、図示した実施形態では、スケール部１３を光透過型スケールとして構成したが、スケール部１３を光反射型スケールとして構成してもよい。この場合は例えば光を反射可能な金属板上に、立体的に彫られたスケールや、金属板とは異なる色に着色されたスケールなどを凹部２２内に設ければよい。ただし光を透過させる必要がないため、開口部２１は不要であり、スケール（図示せず）のある部分を読み取り有効範囲内２５とし、スケール（図示せず）の先端側以降を先端側読み取り有効範囲外２６－１、スケール（図示せず）の後端側以降を後端側読み取り有効範囲外２６－２とすればよい。スケール部１３を光反射型スケールとして構成する場合、受光素子を、発光素子と同じ側に設置すればよい。

１測長器
１１スピンドル
１１－１スケールホルダ
１１－２測定子軸
１２軸受
１３スケール部
１３－１先端側端部
１３－２後端側端部
１３－３側面側端部
１４スケール読み取り部
１４－１発光素子
１４－２受光素子
１５測定子
１６バネ
２１開口部
２２凹部
２３第１接着剤
２４第２接着剤
２５読み取り有効範囲内
２６－１先端側読み取り有効範囲外
２６－２後端側読み取り有効範囲外
２７固定領域
２７－１先端側固定領域
２７－２後端側固定領域
２７－３側面側固定領域
３１本体ケース
３２キャップ

Claims

測定対象物に当接し、前記測定対象物に応じて軸線方向に移動するスピンドルと、前記スピンドルに第１接着剤および前記第１接着剤よりも弾力性を有する第２接着剤にて一体的に固定されたスケール部とを備え、前記スケール部を読み取ることによって、前記スピンドルの軸線方向の変位を算出し、測定対象物の長さを計測する測長器において、
前記スピンドルの軸線方向における前記スケール部の一端部は、前記スピンドルの軸線方向の一端側における前記スケール部の読み取り有効範囲外に位置する前記スピンドルの表面に前記第１接着剤にて固定されており、
前記スピンドルの軸線方向における前記スケール部の他端部は、前記スピンドルの軸線方向の他端側における前記スケール部の読み取り有効範囲外に位置する前記スピンドルの表面に前記第２接着剤にて固定されており、
前記スケール部の前記一端部と前記他端部との間の中間部のうち、前記スピンドルの軸線方向と直交する方向の一端側に位置する第１側端部の少なくとも一部、および、前記スピンドルの軸線方向と直交する方向の他端側に位置する第２側端部の少なくとも一部は、それぞれ、前記スピンドルの軸線方向と直交する方向において前記スケール部の読み取り有効範囲と隣接する前記スピンドルの表面に配置されているとともに当該表面に固定されていない、
ことを特徴とする測長器。
前記スケール部の前記一端部は、前記スピンドルの軸線方向における前記スケール部の待機点側の端部である、ことを特徴とする請求項１に記載の測長器。
前記第１側端部の一部および前記第２側端部の一部は、それぞれ、前記スピンドルの軸線方向と直交する方向において前記スケール部の読み取り有効範囲と隣接する前記スピンドルの表面に配置されているとともに当該表面に固定されておらず、前記第１側端部のその他の一部および前記第２側端部のその他の一部は、それぞれ、前記スピンドルの軸線方向と直交する方向において前記スケール部の読み取り有効範囲と隣接する前記スピンドルの表面に配置されているとともに当該表面に前記第２接着剤にて固定されている、ことを特徴とする請求項１または２に記載の測長器。
前記スピンドルは、開口部を有し、前記スケール部は、前記開口部を覆うように配置されている、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の測長器。