JP7218415B2

JP7218415B2 - 測定器、衝突退避方法、工作機械、及び、ワークの加工方法

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Publication number: JP7218415B2
Application number: JP2021188532A
Authority: JP
Inventors: 聡志岡部
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2017-09-08
Filing date: 2021-11-19
Publication date: 2023-02-06
Anticipated expiration: 2037-09-08
Also published as: JP2022034565A

Description

本発明は、測定器、衝突退避方法、工作機械、及び、ワークの加工方法に関する。

マシニングセンタ等の工作機械において、無人化または省力化の目的から加工後におけるワークの加工部の測定を自動化することが一般的に採用されている。例えば、オートチェンジャを用いてツールが取り付けてあったスピンドル部に測定器を自動で取り付け、予めプログラミングされた手順で加工位置に測定具を自動で移動させる。その際無人測定が原則であるので、何らかの理由でワークやワークを保持する保持手段に意図せずに測定器が触れるまたは衝突することをも想定しておく必要がある。このような、ワーク等に測定器が衝突した際に測定器を迅速に退避（リリービング）させて測定器を保護する例が、特許文献１に記載されている。

特許文献１では、衝突時における測定ヘッドの破損を回避することができる内径測定器の測定ヘッド安全機構を提供するために、内径測定器がホルダに保持された状態でケーシング内に収納されている。そして、ホルダは引っ張りばねによりケーシングの先端部に取り付けられた台座に押し付けられている。測定ヘッドが前方からの衝突を受けると、ホルダが引っ張りばねの付勢力に抗して台座から退避し、これにより衝突の衝撃による測定ヘッドの破損を回避している。

特開２０００－３３７８０６号公報

上記特許文献１に記載の測定ヘッド構造においては、測定ヘッドと一体になった測定機本体をホルダに保持し、ホルダ全体を筒状のケーシング内に遊嵌している。そしてケーシングに一端側が固定されたばねの他端側を遊嵌したホルダに取り付け、ばねの引っ張り力を軸方向に作用させている。また、周方向および半径方向の位置決めを、ホルダの軸直角面に形成した周方向３個の接点の接続状態で決定している。

この公報に記載の測定ヘッドでは、一旦測定ヘッドが測定対象の穴の縁等に接触すると、ばね力にだけ抗してホルダ全体が軸方向に移動するので、小さな力しか必要としない迅速な退避動作を期待できる。しかしながら、ホルダの保持力が小さいため、ホルダが軽量の場合や短い場合には有効な方法と考えられるが、ホルダが長い場合や重い場合に高速なオートツールチェンジが困難になる。

すなわち、測定ヘッドの退避動作においてはばね力に抗してホルダ全体が動くので、衝突により測定ヘッドの軸に垂直方向の力が作用し、ホルダ全体が軸方向とともに力の作用する方向にも変位する。衝突退避動作でこのように変位した後、衝突力が喪失されると、引張ばね力によりホルダ全体に復元力が作用する。ところで、ホルダに大きな加速度が加わると、慣性力の影響でホルダが斜めに浮き上がる恐れがある。その場合、ホルダを保持することが困難になるとともに、誤検出が生じる可能性もある。この現象は、ホルダの長さが長くなればなるほど、また重くなればなるほど顕著になり、最悪の場合にはオートツールチェンジを実行できなくなる。また、接点が摩耗等によりその形状を変化させると当然ながら接点の接触状況が変化し、初期の位置決めを達成し得なくなる。

この不具合を解消するために、測定ヘッドの軸方向動を軸受で支持することも考えられる。例えば測定ヘッドを転がり軸受で支持する場合、測定ヘッドの衝突時の衝撃に耐えること及び測定時の穴との接触時に測定ヘッドの振動等を発生しないことのためには、測定ヘッドの支持部を含めた剛性を高くする必要があり、転がり軸受が大型化する。これは測定ヘッド自体の大型化や測定器の高価化を引き起こす。また、測定ヘッドを滑り軸受で支持すると、滑り軸受では軸受隙間が必要なので、この隙間がガタつきとなり、このガタつきのため通常の測定においても測定誤差が生じてしまう。

本発明は、上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、測定器に測定対象等へ衝突する等の異常事象が発生しても、測定器を損傷することなく迅速に該事象が生じた場所から測定器を退避させ、それとともに、退避後の測定において、測定器を元の位置に正確に復旧させて、測定器の傾きや偏心等を生じさせずに高精度な復帰測定を可能にすることにある。

上記目的を達成するための本発明の特徴は、以下のとおりである。

［１］接触式または非接触式の測定器において、衝突時に上記測定器を衝突位置から退避させる衝突退避機構を備え、上記衝突退避機構は入れ子構造の内側テーパ軸と外側テーパ軸とを有し、内側テーパ軸と外側テーパ軸の各々は、中間部に設けられたテーパ状の係止部とこのテーパ状の係止部の両軸方向端側に設けられた大径および小径の円筒部を有することを特徴とする測定器。
［２］上記内側テーパ軸の大径および小径の円筒部と、上記外側テーパ軸の大径および小径の円筒部とを互いに対向させ、それらをそれぞれ滑り軸受として構成したことを特徴とする［１］に記載の測定器。
［３］上記衝突退避機構は、上記内側テーパ軸と上記外側テーパ軸に対して軸方向に付勢力が作用するよう配設した圧縮ばねを備える、［１］または［２］に記載の測定器。
［４］上記内側テーパ軸、または、上記外側テーパ軸が工作機械に固定されている、［１］ないし［３］のいずれかに記載の測定器。
［５］上記内側テーパ軸のテーパ状係止部と上記小径の円筒部との接続部および上記外側テーパ軸のテーパ状係止部と上記大径の円筒部との接続部に、それぞれ軸方向に延びる逃げ部を形成したことを特徴とする［１］ないし［４］のいずれかに記載の測定器。
［６］測定器に取り付けられ、中間部に設けられたテーパ状の係止部と、上記テーパ状の係止部の両軸方向端側に設けられた大径および小径の円筒部を有する、入れ子構造の内側テーパ軸と外側テーパ軸、および上記内側テーパ軸と上記外側テーパ軸に対して軸方向に付勢力が作用するよう配設した圧縮ばねを備えた衝突退避機構を用いる衝突退避方法において、上記測定器が外部物体に接触または衝突したら、互いに対向する上記内側テーパ軸の大径および小径の円筒部と、上記外側テーパ軸の大径、小径の円筒部と、がそれぞれ滑り軸受を形成して、上記内側テーパ軸を上記外側テーパ軸側へ軸方向に退避動作させる、衝突退避方法。
［７］スピンドル部に取り付けられたツールを用いてワークを加工する工作機械であって、上記スピンドル部に取り付けられ、上記ワークの加工部の測定を行う測定器を備え、上記測定器は、衝突時に上記測定器を衝突位置から退避させる衝突退避機構を備え、上記衝突退避機構は入れ子構造の内側テーパ軸と外側テーパ軸とを有し、内側テーパ軸と外側テーパ軸の各々は、中間部に設けられたテーパ状の係止部とこのテーパ状の係止部の両軸方向端側に設けられた大径および小径の円筒部を有する、工作機械。
［８］上記内側テーパ軸の大径および小径の円筒部と、上記外側テーパ軸の大径および小径の円筒部とを互いに対向させ、それらをそれぞれ滑り軸受として構成したことを特徴とする［７］に記載の工作機械。
［９］上記衝突退避機構は、上記内側テーパ軸と上記外側テーパ軸に対して軸方向に付勢力が作用するよう配設した圧縮ばねを備える、［７］または［８］に記載の工作機械。
［１０］スピンドル部に取り付けられたツールによってワークを加工する工作機械を用いて、ワークを加工する、ワークの加工方法であって、上記ツールを用いてワークを加工するステップと、上記ワークの加工部を、上記ツールに代えて上記スピンドル部に取り付けられた測定器によって測定するステップと、を有し、上記測定器は、衝突時に上記測定器を衝突位置から退避させる衝突退避機構を備え、上記衝突退避機構は入れ子構造の内側テーパ軸と外側テーパ軸とを有し、内側テーパ軸と外側テーパ軸の各々は、中間部に設けられたテーパ状の係止部とこのテーパ状の係止部の両軸方向端側に設けられた大径および小径の円筒部を有し、さらに、上記内側テーパ軸と上記外側テーパ軸に対して軸方向に付勢力が作用するよう配設した圧縮ばねを備え、上記測定するステップにおいて、上記測定器が外部物体に接触または衝突したら、互いに対向する上記内側テーパ軸の大径および小径の円筒部と、上記外側テーパ軸の大径および小径の円筒部と、がそれぞれ滑り軸受を形成して、上記内側テーパ軸を上記外側テーパ軸側へ軸方向に退避動作させる、ワークの加工方法。

また、本発明の他の形態としては、測定対象物の少なくとも内径、外径、深さおよび厚さのいずれかを測定する測定器において、前記測定器は、測定子を有する測定部とこの測定部に近接して配設された検出部を有するセンサ・プローブ部と、該センサ・プローブ部の軸方向に延在する部分であってセンサ・プローブ部に付設された衝突退避機構を備え、前記衝突退避機構は入れ子構造の内側テーパ軸と外側テーパ軸を有し、内側テーパ軸と外側テーパ軸の各々は、中間部に設けられたテーパ状の係止部とこのテーパ状の係止部の両軸方向端側に設けられた大径および小径の円筒部を有することにある。

そしてこの特徴において、前記内側テーパ軸の大径および小径の円筒部と、前記外側テーパ軸の大径および小径の円筒部を互いに対向させ、それらをそれぞれ滑り軸受として構成することが好ましく、前記外側テーパ軸は拡大管状に形成されており、この拡大管状の大径側にベース板を取り付け、一方前記内側テーパ軸も拡大管状に形成されており、前記ベース板と前記内側テーパ軸の大径側との間に圧縮ばねを配設し、該圧縮ばねが、通常使用時に前記センサ・プローブ部を前記衝突退避機構から軸方向に離れるように付勢することが望ましい。

また上記特徴において、前記内側テーパ軸のテーパ状係止部と小径円筒部の接続部および前記外側テーパ軸のテーパ状係止部と大径円筒部の接続部に、それぞれ軸方向に延びる逃げ部を形成するのがよく、前記センサ・プローブ部に連結する接点と前記ベース板に連結する接点を有するスイッチを設け、該スイッチの動作により前記測定器の軸方向動を停止する信号をこの測定器が取り付けられた工作機械等の制御部に送信可能としてもよい。

上記目的を達成する本発明の他の特徴は、測定器のセンサ・プローブ部に取り付けられ、該センサ・プローブ部がワーク等に接触または衝突した際にセンサ・プローブ部をその軸方向に移動させて接触または衝突位置から退避させる衝突退避機構において、入れ子構造の内側テーパ軸と外側テーパ軸を有し、内側テーパ軸と外側テーパ軸の各々は、中間部に設けられたテーパ状の係止部とこのテーパ状の係止部の両軸方向端側に設けられた大径および小径の円筒部を有し、前記内側テーパ軸の係止部と前記外側テーパ軸の係止部は通常状態では実質的に密着接触して係止し、前記内側テーパ軸の大径、小径の円筒部と前記外側テーパ軸の大径、小径の円筒部は互いに対向しており、かつ退避動作時に滑り軸受を形成することにある。

上記目的を達成する本発明のさらに他の特徴は、測定器のセンサ・プローブ部に取り付けられ、中間部に設けられたテーパ状の係止部とこのテーパ状の係止部の両軸方向端側に設けられた大径および小径の円筒部を有する、入れ子構造の内側テーパ軸と外側テーパ軸、および前記内側テーパ軸と前記外側テーパ軸間に配設した圧縮ばねを備えた衝突退避機構を使用する方法において、前記センサ・プローブ部がワーク等の外部物体に接触または衝突したら、互いに対向する前記内側テーパ軸の大径、小径の円筒部と前記外側テーパ軸の大径、小径の円筒部が滑り軸受を形成して前記内側テーパ軸を前記外側テーパ軸側へ軸方向に退避動作させ、前記センサ・プローブが外部物体に接触も衝突もしないときには、前記圧縮ばねが伸長して前記内側テーパ軸を前記外側テーパ軸に対して軸方向に離れるように付勢し、前記内側テーパ軸のテーパ状の係止部を前記外側テーパ軸のテーパ状係止部に実質的に密着接触させることにある。

本発明によれば、テーパ軸の両端に滑り軸受部を有する軸を測定器に設けたので、測定器が測定対象等に衝突する等の異常事象を生じても、測定器を損傷することなく迅速に該事象が生じた場所から退避させることができる。また、退避後の復帰測定においては、テーパ軸をガイドにして測定ヘッドを軸方向移動させるので測定器の傾きや偏心等を生じさせずに、高精度な測定が可能になる。

本発明に係る測定器を取り付けた測定装置の一実施例の正面図である。本発明に係る測定器の衝突退避機構の一実施例の分解図である。図２に示した衝突退避機構の動作を説明する測定器の部分断面図である。図２に示した衝突退避機構の動作を説明する図である。測定器の測定ヘッドの一例を示す断面図である。

以下、本発明に係る測定器及びそれに用いる衝突退避機構の実施例を、図面を用いて説明する。図１は、本発明に係る測定器８０を組み込んだ工作機械５０の一実施例の正面図であり、測定器８０は内径測定器（ボアゲージ）である。なおこの実施例では内径測定器を測定器８０の例として取り上げているが、測定器８０は内径測定器に限るものではなく、外径測定器、厚さ測定器、深さ測定器、接触式の三次元測定器、レーザヘッドやカメラ等の非接触式の測定器や観測機等の各種機器に適用できる。

基礎１０上に本体１２が固定設置された工作機械５０では、スピンドル部１６にシャンクが取り付けられ、シャンクには本発明に係る内径測定器であるボアゲージ（測定器）８０が取り付けられている。ボアゲージ８０は、本体１２の上部に取り付けられたモータを含むＺ軸駆動手段２０によりスピンドル部１６とともに上下方向に移動可能になっている。ボアゲージ８０の下方には測定対象のワーク４０が配置されており、ワーク保持手段３６によりＸ－Ｙテーブル３０上に固定保持されている。

Ｘ－Ｙテーブル３０の、本実施例では上側にあるＸ軸テーブル３２がモータを含むＸ軸駆動手段２２により、下側にあるＹ軸テーブル３４がモータを含むＹ軸駆動手段２４により、それぞれＸ方向（本図では左右方向）及びＹ方向（本図では紙面垂直方向）に直線駆動される。したがってボアゲージ８０を取り付けたスピンドル部１６をＺ軸駆動手段２０でＺ方向に、ワーク４０をＸ－Ｙテーブル３０でＸ、Ｙ方向にそれぞれ駆動することにより、ボアゲージ８０とワーク４０の相対位置が位置決めされる。または図示しないが、さらにΘテーブルを備えて、回転移動も可能にする。

ここで、工作機械５０の適宜個所（図では左側上部）に、工作機械５０を制御する制御装置１４が配設されている。制御装置１４は、制御部（管制部）２６と表示部２８を備え、制御部２６は工作機械５０の始動／停止やワーク４０に形成された測定穴４２とボアゲージ８０の相対位置決め等を制御する。

表示部２８は、現在座標を表示する。制御部２６は、ボアゲージ８０の測定に関する制御を実行する内径測定装置用制御部７０を含み、この内径測定装置用制御部７０とボアゲージ８０とが組み合わされて内径測定装置１００を構成する。

次に、本発明に係る内径測定器としてのボアゲージ８０の詳細を、図２ないし図４を用いて詳細に説明する。図２（ａ）は、本発明に係るボアゲージ８０の一実施例の分解図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＡ視図である。図３は、図２に示したボアゲージ８０の動作状態時の様子を示す一部縦断面図であり、図３（ａ）は測定対応状態の図であり、図３（ｂ）は退避状態の図である。図３（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ図３（ａ）のＤ_１、Ｄ_２部の詳細を示す拡大図である。図４はボアゲージ８０の測定対応状態と退避状態の間の変遷を説明する図であり、図４（ａ）はほぼ同軸での退避状態を示す図、図４（ｂ）は曲がって、すなわち同軸ではなく退避した状態を示す図、図４（ｃ）は測定対応状態に復帰した様子を示す図である。

図２に戻り、ボアゲージ８０では測定子を有するセンサ・プローブ部１１０の反測定側であるスピンドル部への結合側に、衝突退避機構２００が設けられている。衝突退避機構２００では、センサ・プローブ部１１０に内側テーパ軸２３０を図示しない手段を用いて固定している。内側テーパ軸２３０は、センサ・プローブ部１１０側から軸方向に拡大する外形を有している。すなわち、内側テーパ軸２３０は、軸方向中間部に外形がセンサ・プローブ部１１０側から開放端部にかけて円錐状に広がるテーパ部（係止部）２１８を備え、テーパ部２１８の軸方向両端部側には小径の円筒部２２０と大径の円筒部２１６が形成されている。内側テーパ軸２３０の開放端部側であって周方向１か所に、キー溝２１４が形成されている。キー溝２１４には、キー２１２が矢印Ｂ_１のように半径方向外側から嵌合されている。

内側テーパ軸２３０の内部には貫通する穴が複数の段付きで形成されており、最小径の穴はスイッチ２８０の接点２２８を保持する台部２２６を支持する、軸方向に延びる支柱２２２を通過させるための貫通穴部２３６である。スイッチ２８０にはリード線２２４の一端部が接続されており、本測定器８０が取り付けられるマシニングセンタ等の工作機械５０が備える制御部（管制部）２６へスイッチ２８０信号を送信するのに用いられる。

貫通穴部２３６の図２において左側には、この貫通穴部２３６より外径が大であるばね嵌合穴部２３４が形成されており、さらに左側にはさらに大径のばね保持穴部２３２が形成されている。ばね嵌合穴部２３４は、圧縮ばね２６２の端部を位置決め保持するためのものであり、ばね２６２が偏心保持されるのを防止するとともに、ばね２６２が内側テーパ軸２３０から脱落するのを防止する。ばね保持穴部２３２は、ばね２６２を内側テーパ軸２３０内に保持するとともに、ばね２６２が軸方向に変位する際にばね２６２の外径がわずかに増大するのを吸収する隙間として作用する。

内側テーパ軸２３０のテーパ部（係止部）２１８に対応するテーパ部（係止部）２５６を内径側に有する外形円筒形の外側テーパ軸２５０は、内径が小径端部側に小径の円筒内面からなる円筒部２５４を、内径が大径端部側に大径の円筒内面からなる円筒部２５８を有している。大径の円筒内面の周方向１か所には、内側テーパ軸２３０のキー溝２１４に対応するキー溝２６０が形成されており、キー２１２の円滑な嵌合を可能にしている。キー２１２は外側テーパ軸２５０が内側テーパ軸２３０に対して周方向に変位するのを防止する、回り止めとして作用する。

外側テーパ軸２５０の最小内径側には、オイルシールまたはリップシール２４０を保持するためのオイルシール保持穴部２５２が形成されている。リップシール２４０は、矢印Ｂ_２のように軸方向からオイルシール保持穴部２５２に嵌合される。外側テーパ軸２５０の最左端部には、外側テーパ軸２５０の軸端部を閉塞する円板状のベース板２７０が図示しない締結具を用いて締結されている。ベース板２７０の中心部には、貫通穴２７２が形成されており、スイッチ２８０の接点２２８に一端側が電気的に接続するリード線２２４が、この貫通穴２７２を通り抜けることができるようになっている。ベース板２７０の内面側（図２で右側）には、ばね２６２の他端側を保持するためのばね嵌合穴２６８が形成されている。ばね嵌合穴２６８は、ばね２６２がベース板２７０から脱落するのを防止する。嵌合穴２６８および嵌合穴部２３４は、外側テーパ軸２５０に対して内側テーパ軸２３０が軸方向に変位するときに、ばね２６２がそれぞれから脱落するのを防止するとともに、ばね２６２の付勢力が外側テーパ軸２５０及び内側テーパ軸２３０の中心軸に沿って働くようにする。

このように構成した測定器８０の衝突退避動作を、図３及び図４を用いて説明する。図３（ａ）は、測定器８０を図示しない工作機械等に取り付けた状態で、測定を開始するため測定器８０を測定対象ワーク４０へ接近させる状態を示す図である。外側テーパ軸２５０と内側テーパ軸２３０の間には、圧縮ばね２６２が取り付けられており、圧縮ばね２６２の付勢力が軸方向に作用して、センサ・プローブ部１１０に取り付けられた内側テーパ軸２３０のテーパ部２１８を外側テーパ軸２５０のテーパ部２５６に押し付けるように付勢する。その結果、内側テーパ軸２３０のばね取付け側端面２４２とベース板２７０の端面２４４の間に退避ストロークｓｔが形成される。

この時、内側テーパ軸２３０と外側テーパ軸２５０は、それぞれのテーパ部２１８、２５６で実質的に密着接触している。なお、内側テーパ軸２３０と外側テーパ軸２５０には、本実施例ではステンレス鋼ＳＵＳ３０４を使用している。内側テーパ軸２３０と外側テーパ軸２５０が共材であるので、摺動によりかじりつきや摩擦等が発生する恐れがある。そのような不具合を防止するため、内側テーパ軸２３０の外周面及び外側テーパ軸２５０の内周面にはグリースが塗布されている。したがって上記各テーパ部２１８、２５６が実質的に密着接触しているとは、グリース膜を介した接触をも含む。なお、内側テーパ軸２３０及び外側テーパ軸２５０のそれぞれにグリースを塗布しているので、オイルシールまたはリップシール２４０を外側テーパ軸２５０の一方の端面に取付けて、グリースの外部への流出を防止している。

測定器８０を図３（ａ）の状態で測定対象のワーク４０に接近させ測定穴内に挿入したら、測定子８１ａ、８１ｂをセンサ・プローブ部１１０の軸に直角な方向へ外側に延ばし、内径を測定する。その際、衝突退避機構２００は、内側テーパ軸２３０と外側テーパ軸２５０のそれぞれのテーパ部２１８、２５６が接触し、内側テーパ軸２３０の端面２４２と外側テーパ軸２５０に取り付けたベース板２７０の端面２４４間に退避ストロークｓｔが形成されることは上述したとおりである。

ところで、測定器８０を図３（ａ）の状態でワークに接近させる際、誤ってワークの測定穴の縁部等に衝突Ｃ_１して図３（ｂ）の状態になると、センサ・プローブ部１１０の測定子８１ａ、８１ｂはセンサ・プローブ部１１０の外径を超えていないので衝突からは保護されているが、センサ・プローブ部１１０が破損する恐れがある。そこでセンサ・プローブ部１１０を迅速にワーク４０から軸方向に退避させる。

すなわち、センサ・プローブ部１１０に接続されている内側テーパ軸２３０は、衝突Ｃ１によりワーク４０から反力を受けて、内側テーパ軸２３０と外側テーパ軸２５０間に介在させた圧縮ばね２６２の付勢力に抗して図３で左側へ移動し、最大、退避ストロークｓｔの手前の位置まで変位する。
このように、退避ストロークｓｔの手前の位置にしたのは、工作機械が停止するまでの安全マージンを見込んだもので、退避ストロークｓｔまで退避させると、その直後には衝突の衝撃がボアゲージおよび工作機械の主軸に伝わり、ボアゲージの破損を生じる恐れがあるためである。
例えば、退避ストロークｓｔが５ｍｍとすれば、０．３ｍｍ程度ストロークした時点で、スイッチ２８０の接点２２８，２６６が接触して衝突を検知することが好ましい。これにより、残りのストロークは、衝突を検知してから実際に停止するまでの安全マージンとすることができる。よって、スイッチ２８０が接触を検知してから実際に停止するまでに少し移動しても退避ストロークｓｔの手前の位置で停止することができる。この時、外側テーパ軸２５０の内径側と内側テーパ軸２３０の外径側間には、隙間が形成される。

内側テーパ軸２３０が外側テーパ軸２５０に対して軸方向距離を詰めるように移動するので、それぞれに設けたスイッチ２８０の接点２２８、２６６が接触し、衝突を電気的に検出する。検出された衝突はリード線２２４を介して工作機械５０が備える制御部２６に送信され、工作機械５０は測定器８０全体、すなわちスピンドル部のワーク４０への移動を即座に停止する。その結果、内側テーパ軸２３０の端面２４２が外側テーパ軸２５０のベース板２７０の端面２４４に接触する前、すなわち退避ストロークｓｔの全ストロークを移動する前に、内側テーパ軸２３０は衝突退避動作を終了する。

衝突退避の詳細を、図４（ａ）を用いて説明する。図４（ａ）は衝突退避機構が作動した状態を示す模式図である。理解を容易にするために隙間等は誇張して図示している。上述したとおり、内側テーパ軸２３０は必ずしも最大ストロークｓｔだけ変位するわけではなく、スイッチ２８０の動作により途中で変位を停止する場合が多い。衝突退避動作においては、内側テーパ軸２３０と外側テーパ軸２５０は、それぞれのテーパ部（係止部）２１８、２５６での接触または係止を解除し、それぞれの大、小径の円筒部２１６、２２０；２５８、２５４間に隙間３０４、３０６を有する滑り軸受を形成する。

つまり、衝突退避動作においては、内側テーパ軸２３０の小径の円筒部２２０の外周面と対向する外側テーパ軸２５０の小径の円筒部２５４の内周面間に隙間３０６を有するグリースで潤滑された滑り軸受と、内側テーパ軸２３０の大径の円筒部２１６の外周面と対向する外側テーパ軸２５０の大径の円筒部２５８の内周面間に隙間３０４を有するグリースで潤滑された滑り軸受とを、それぞれ形成する。その結果、測定器８０の衝突という不測事象が発生すると、内側テーパ軸２３０は測定器８０の移動方向とは逆方向に、滑り軸受を案内として迅速に退避する。滑り軸受を有することになるので退避に伴う抵抗はほとんどなく、衝突によりばね２６２に抗する力だけ発生されればよいことになる。このとき内側テーパ軸２３０のテーパ部２１８の外周面と外側テーパ軸２５０のテーパ部２５６の内周面の間の隙間３０２は、内側テーパ軸２３０の変位により急速に軸受部の隙間３０４、３０６より大きくなるので、内側テーパ軸２３０が変位する際の抵抗にはならない。

内側テーパ軸２３０と外側テーパ軸２５０の各円筒部２１６、２２０；２５４、２５８が軸受として作用する場合があることから、それらの間の隙間３０４、３０６は滑り軸受として適正な隙間にする。通常滑り軸受では支持する軸の直径の数％以下の隙間を形成するようにしているので、本実施例でも隙間３０４、３０６は上記範囲内で可能な限り小さくしている。迅速に内側テーパ軸２３０、すなわち、センサ・プローブ部１１０を退避させるためには隙間３０４、３０６は必要であるが、この隙間が保持されたまま測定状態に入ると隙間３０４、３０６が測定器８０の剛性を低下させ、測定誤差を生じやすくなる。そのため上述したように、測定時には互いのテーパ部２１８、２５６を実質的に直接密着接触させて、内側テーパ軸２３０と外側テーパ軸２５０の間に隙間を無くしている。

図３に戻って、同図（ｃ）、（ｄ）は、図３（ａ）のＤ_１部及びＤ_２部を拡大して示す図である。図３（ｃ）は、内側テーパ軸２３０と外側テーパ軸２５０のそれぞれの大径側円筒部２１６、２５８からテーパ部２１８、２５６へ遷移する部分を示した図である。円筒部２５８からテーパ部２５６への境界部では凹面が形成される。一般的に凹面を旋削等で形成すると、加工後に境界部には刃物先端Ｒの影響（刃物先端の半径Ｒのため角度がついた部分の加工は刃物の先端半径Ｒの跡が残る）が残る。この刃物先端Ｒの影響は対応する内側テーパ軸２３０の円筒部２１６からテーパ部２１８への境界の角部と干渉する。そこで、外側テーパ軸２５０の円筒部２５８を軸方向にテーパ部２５６側まで延ばし、円筒部２５８とテーパ部２５６との接続部に逃げ部２９０を形成する。これにより内側テーパ軸２３０と外側テーパ軸２５０の干渉を回避する。

内側テーパ軸２３０のテーパ部２１８から小径の円筒部２２０への遷移部でも外表面が凹部、すなわち断面形状が１８０°未満の角部が形成されるので、旋削加工による刃物Ｒによる干渉を防止するため、当該部分で円筒部２２０を軸方向に延ばし、円筒部２２０とテーパ部２１８との接続部に逃げ部２９２を形成する。これにより、内側テーパ軸２３０と外側テーパ軸２５０の干渉を回避する。

図４に進み、同図（ａ）、（ｂ）は衝突退避機構２００が動作した図であり、同図（ａ）は上述した軸受を利用して内側テーパ軸２３０が測定器８０の長手軸にほぼ沿って退避した場合である。一方、内側テーパ軸２３０の対比動作は瞬間的な動作であるから、測定器８０とワーク４０の衝突状態により内側テーパ軸２３０は軸受隙間の範囲内で軸が傾きまたは偏心して退避することが想定される。図４（ｂ）は、そのような芯ずれして退避した例を示すものである。内側テーパ軸２３０の中心軸はもはや外側テーパ軸２５０の中心軸とは一致していない。

このような状態から、測定のために圧縮ばね２６２を伸展させた結果が同図（ｃ）である。退避時には軸受隙間の範囲内で内側テーパ軸２３０は傾いたものの、圧縮ばね２６２の伸展時に内側テーパ軸２３０のテーパ部２１８と外側テーパ軸２５０のテーパ部２５６がガイドとなり内側テーパ軸２３０の傾きが矯正され、最終的に外側テーパ軸２５０の軸心と軸心が一致した状態で、各テーパ部（係止部）２１８、２５６が実質的に密着接触する。これにより測定器８０の軸心の曲がりやずれに起因する測定時の測定誤差の発生を防止できる。

図１に示した工作機械５０で使用するボアゲージ（測定器）８０のセンサ・プローブ部１１０の一例を、図５に示す。この図はセンサ・プローブ部１１０の一部断面正面図であり、上部を省略した図である。センサ・プローブ部１１０は、内径測定用である。なお図５では、左側の部分のみを断面図で示しているが右側の部分も同様であるので、右側の部分については説明を省略する。したがって、右側の部分については、左側の部品の説明における各部品の添え字ａをｂに置き換えればよい。

センサ・プローブ部１１０は、ワーク４０の測定穴（または中空部）４２の内径に応じた外径を有し、その下部に後述の測定子８１ａ、８１ｂが半径方向に移動可能に設けられた、円筒形状の下側に長く延びた測定部７８を有する。測定部７８の上方には、測定子８１ａ、８１ｂの移動量を電気信号に変換する内径検出部７９を備える。

すなわち、測定用アーム８２ａがセンサ・プローブ部１１０の軸に沿って下方に長く延びており、検出部７９に配設された支点８３ａで回動可能に支持されている。測定用アーム８２ａの一方の先端部近傍には、円柱形であってその先端が半球面状に形成された測定子（コンタクタ）８１ａが設けられており、測定子８１ａの軸は測定用アーム８２ａの延在方向に対して直角に取り付けられている。ただし、センサ・プローブ部１１０の中心軸に直交する方向の変位が測定できるのであれば、斜めに取り付けてもよい。測定用アーム８２ａの他端側は検出用腕８４ａとなっており、検出用腕８４ａは測定子８１ａの変位を拡大するために、測定用アーム８２ａの軸線方向にほぼ直角である方向に延びている。

検出用腕８４ａのほぼ先端に対向しかつ上方に、変位部材８５ａを先端部に有するリニアセンサ等の変位検出器８６ａが配設されている。検出用腕８４ａの支点８３ａ部の上方には、支柱９３ａが配設されている。支柱９３ａは、センサ・プローブ部１１０の検出部７９の外形を構成するベース８７の下面側に設けた支柱９４ａに、ばね８８を介して接続されている。ベース８７の下面には、支柱９４ａの一端部の他に変位検出器８６ａが取り付けられている。

測定部７８および検出部７９の外周側は、有底の保護部材９２で保護されている。なお保護部材９２の底部は、測定子８１ａ、８１ｂが配設された位置の外径よりも大径に構成されている。本センサ・プローブ部１１０をワーク４０内に位置決めする際は、測定子８１ａ、８１ｂをセンサ・プローブ部１１０の内側に退避させる。これにより、測定子８１ａ、８１ｂが底部径を超えて外径側へ位置することによる、意図しないセンサ・プローブ部１１０の外部の物体との接触等を防止できる。

上記実施例においてはてこ式の内径測定器を例に取説明したが、内径測定器はこれに限るものではなく、種々の形式のものを使用できる。さらに測定器は内径測定器に限るものではなく、接触型または非接触型でワークの近傍に配設される内径測定装置、外径測定装置、深さ測定装置、厚さ測定装置、三次元測定器等の形状測定器に適用できる。また、内側テーパ軸と外側テーパ軸の間に圧縮ばねを配設して、内側テーパ軸と外側テーパ軸の間の軸方向距離を伸ばすようにしているが、軸方向距離を伸ばすのは、圧縮ばねに限らず引っ張りばねや油圧、空圧等の流体圧であってもよい。さらに、内側テーパ軸と外側テーパ軸のテーパの向きは逆向きであってもよい。その場合でも圧縮ばね等により内側テーパ軸と外側テーパ軸は、衝突事象が発生したら迅速に退避し、通常時には互いの間の軸方向距離を伸ばすよう押圧されていることが必要である。

また内側テーパ軸と外側テーパ軸間にグリースを塗布しているが、内側テーパ軸及び外側テーパ軸の双方の接触面を表面硬化処理してグリース等を省くこともできる。退避動作の発生はまれであるから、両テーパ軸間でかじりつきが起こらない表面処理をすればよい。

１０…基礎、１２…本体、１４…制御装置、１６…スピンドル部、２０…Ｚ軸駆動手段、２２…Ｘ軸駆動手段、２４…Ｙ軸駆動手段、２６…制御部（管制部）、２８…表示部、３０…Ｘ－Ｙテーブル、３２…Ｘ軸テーブル、３４…Ｙ軸テーブル、３６…ワーク保持手段、４０…ワーク（測定対象）、４２…測定穴、５０…工作機械（専用機）、７０…内径測定装置用制御部、７８…測定部、７９…検出部、８０…ボアゲージ（測定器）、８１ａ、８１ｂ…測定子（コンタクタ）、８２ａ、８２ｂ…測定用アーム、８３ａ…支点、８４ａ…検出用腕、８５ａ…変位部材、８６ａ…変位検出器、８７…ベース、８８…ばね、９１…変位検出器、９２…保護部材、１００…内径測定装置、１１０…センサ・プローブ部、２００…衝突退避機構、２１２…キー（回り止め）、２１４…キー溝、２１６…円筒部（滑り軸受）、２１８…テーパ部（係止部）、２２０…円筒部（滑り軸受）、２２２…支柱、２２４…リード線、２２６…台部、２２８…接点、２３０…内側テーパ軸、２３２…ばね保持穴部、２３４…ばね嵌合穴部、２３６…貫通穴部、２４０…オイルシール、２５０…外側テーパ軸、２５２…オイルシール保持穴部、２５４…円筒部（滑り軸受）、２５６…テーパ部（係止部）、２５８…円筒部（滑り軸受）、２６０…キー溝、２６２…圧縮ばね、２６４…支柱、２６６…接点、２６８…ばね嵌合穴、２７０…ベース板、２７２…貫通穴、２８０…スイッチ、２９０、２９２…逃げ部、３０２、３０２ａ…テーパ部隙間、３０４、３０４ａ…軸受部隙間（大径側）、３０６、３０６ａ…軸受部隙間（小径側）、ｓｔ…退避ストローク

Claims

接触式または非接触式の測定器において、
衝突時に前記測定器を衝突位置から退避させる衝突退避機構を備え、
前記衝突退避機構は入れ子構造の内側テーパ軸と外側テーパ軸とを有し、内側テーパ軸と外側テーパ軸の各々は、中間部に設けられたテーパ状の係止部とこのテーパ状の係止部の両軸方向端側に設けられた大径および小径の円筒部を有することを特徴とする測定器。
前記内側テーパ軸の大径および小径の円筒部と、前記外側テーパ軸の大径および小径の円筒部とを互いに対向させ、それらをそれぞれ滑り軸受として構成したことを特徴とする請求項１に記載の測定器。
前記衝突退避機構は、前記内側テーパ軸と前記外側テーパ軸に対して軸方向に付勢力が作用するよう配設した圧縮ばねを備える、請求項１または２に記載の測定器。
前記内側テーパ軸、または、前記外側テーパ軸が工作機械に固定されている、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の測定器。
前記内側テーパ軸のテーパ状係止部と前記小径の円筒部との接続部および前記外側テーパ軸のテーパ状係止部と前記大径の円筒部との接続部に、それぞれ軸方向に延びる逃げ部を形成したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の測定器。
測定器に取り付けられ、中間部に設けられたテーパ状の係止部と、前記テーパ状の係止部の両軸方向端側に設けられた大径および小径の円筒部を有する、入れ子構造の内側テーパ軸と外側テーパ軸、および前記内側テーパ軸と前記外側テーパ軸に対して軸方向に付勢力が作用するよう配設した圧縮ばねを備えた衝突退避機構を用いる衝突退避方法において、
前記測定器が外部物体に接触または衝突したら、互いに対向する前記内側テーパ軸の大径および小径の円筒部と、前記外側テーパ軸の大径、小径の円筒部と、がそれぞれ滑り軸受を形成して、前記内側テーパ軸を前記外側テーパ軸側へ軸方向に退避動作させる、衝突退避方法。
スピンドル部に取り付けられたツールを用いてワークを加工する工作機械であって、
前記スピンドル部に取り付けられ、前記ワークの加工部の測定を行う測定器を備え、
前記測定器は、衝突時に前記測定器を衝突位置から退避させる衝突退避機構を備え、
前記衝突退避機構は入れ子構造の内側テーパ軸と外側テーパ軸とを有し、内側テーパ軸と外側テーパ軸の各々は、中間部に設けられたテーパ状の係止部とこのテーパ状の係止部の両軸方向端側に設けられた大径および小径の円筒部を有する、工作機械。
前記内側テーパ軸の大径および小径の円筒部と、前記外側テーパ軸の大径および小径の円筒部とを互いに対向させ、それらをそれぞれ滑り軸受として構成したことを特徴とする請求項７に記載の工作機械。
前記衝突退避機構は、前記内側テーパ軸と前記外側テーパ軸に対して軸方向に付勢力が作用するよう配設した圧縮ばねを備える、請求項７または８に記載の工作機械。
スピンドル部に取り付けられたツールによってワークを加工する工作機械を用いて、ワークを加工する、ワークの加工方法であって、
前記ツールを用いてワークを加工するステップと、
前記ワークの加工部を、前記ツールに代えて前記スピンドル部に取り付けられた測定器によって測定するステップと、を有し、
前記測定器は、衝突時に前記測定器を衝突位置から退避させる衝突退避機構を備え、
前記衝突退避機構は入れ子構造の内側テーパ軸と外側テーパ軸とを有し、内側テーパ軸と外側テーパ軸の各々は、中間部に設けられたテーパ状の係止部とこのテーパ状の係止部の両軸方向端側に設けられた大径および小径の円筒部を有し、さらに、前記内側テーパ軸と前記外側テーパ軸に対して軸方向に付勢力が作用するよう配設した圧縮ばねを備え、
前記測定するステップにおいて、前記測定器が外部物体に接触または衝突したら、互いに対向する前記内側テーパ軸の大径および小径の円筒部と、前記外側テーパ軸の大径および小径の円筒部と、がそれぞれ滑り軸受を形成して、前記内側テーパ軸を前記外側テーパ軸側へ軸方向に退避動作させる、ワークの加工方法。