JP7246886B2

JP7246886B2 - 測定器

Info

Publication number: JP7246886B2
Application number: JP2018187175A
Authority: JP
Inventors: 浩一足立
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2018-10-02
Filing date: 2018-10-02
Publication date: 2023-03-28
Anticipated expiration: 2038-10-02
Also published as: JP2020056669A

Description

本発明は測定器に関する。具体的には、指針式表示部を有する測定器、例えば、ダイヤルゲージに関する。

ダイヤルゲージが知られている。ダイヤルゲージは、主にマスタあるいはブロックゲージと測定対象物（ワーク）とを比較測定し、加工誤差の有無や誤差が公差内におさまっているかどうかを検査するものである。ダイヤルゲージによる比較測定は、製品の寸法精度の検査において極めて重要な役割を担っている。

ダイヤルゲージは、測定子の変位を指針の回転量として表示するものである。測定子の直線移動量は回転運動に変換され、かつ、内蔵の歯車輪列で拡大されて、指針に伝達される。すると、指針が回転する。

ダイヤルゲージの使用にあたっては、ダイヤルゲージをスタンド等に設置しておく。ユーザが手で測定子を上方に持ち上げ、測定子の直下にマスタまたはワークをセットする。そして、ユーザが測定子から手を離すと、測定子が自重と内蔵のバネの付勢力とによって下方に下がり、測定子がマスタまたはワークに当接する。測定子がマスタまたはワークに当接したところで指針が指している目盛板の目盛（測定値）を読み取る。

さて、ダイヤルゲージの使用にあたっては、ユーザが手で測定子を上げ下げしたりするし、自重とバネの付勢力で測定子が急に下がったりする。この際、指針は急に高速回転を始め、急に停止する、という動作になる。急に回転したり、急に停まったりといった動きのなかで、指針には上下方向や左右方向にかなりの力が作用する。そこで、このような力にも耐えうるように、ダイヤルゲージの指針は、鉄合金または銅合金といった金属系の材料（金属材料）で製作されている。

特許３６７５５８７特許４３９９１８６

指針を金属材料で形成すれば、指針はある程度の力に耐えうる。しかし、金属材料で作成した指針にはそれなりの重量がある。すると、測定子が急に停止した際には、金属製指針に大きな慣性力が生じ、これが歯車輪列に掛かって、ラック、ピニオン、歯車列の歯面を変形させ、精度劣化や破損に繋がる恐れがあった。
また、金属製指針には、指針１回転における測定力の差をなくすためにバランサーを有するものもある。すなわち、バランサーを有する指針は、目盛を指す指針部とは回転軸を挟んで反対側に釣り合いをとるためのバランサーを有する。このようなバランサーを有する金属製指針は、重量が増加する分さらに慣性力が大きくなり、歯車輪列に掛かる負荷はかなり大きなものとなっていた。

そこで本発明の目的は、指針の慣性力を低減して、精度劣化が低減する測定器を提供することにある。

本発明の測定器は、
測定対象物に当接する測定子を有し、この測定子の変位を拡大機構で拡大して指針の回転量に変換して表示する指針式表示部を備えた測定器であって、
前記指針は、樹脂で形成されている
ことを特徴とする。

本発明の一実施形態では、
前記指針は、基端側の厚みが先端側の厚みよりも厚い
ことが好ましい。

本発明の一実施形態では、
前記指針は、目盛板から遠い側の面であるおもて面は回転軸に垂直な面であり、
目盛板に近い側の面であるうら面が基端から先端に向かうにつれて目盛板から離れるように傾斜した面になっている
ことが好ましい。

本発明の一実施形態では、
前記指針は、目盛板に近い側の面であるうら面は回転軸に垂直な面であり、
目盛板から遠い側の面であるおもて面が基端から先端に向かうにつれて目盛板に近付くように傾斜した面になっている
ことが好ましい。

本発明の一実施形態では、
さらに、指針軸を嵌入する円筒部を有する金属製の指針ホルダーを有し、
前記指針は、前記指針ホルダーをインサートした状態で成形されている
ことが好ましい。

本発明の一実施形態では、
前記円筒部は、その外周に、平面または凹凸を有する
ことが好ましい。

本発明の一実施形態では、
前記指針は、指針軸を嵌入する円筒部を有する形状に一体成形されている
ことが好ましい。

本発明の一実施形態では、
前記指針軸は、ローレットを有する
ことが好ましい。

本発明の一実施形態では、
当該測定器は、てこ式ダイヤルゲージまたはダイヤルゲージである
ことが好ましい。

ダイヤルゲージ１０（測定器）の正面図である。ダイヤルゲージ１０（測定器）の分解図である。樹脂製指針１００の平面図（Ａ）と側面図（Ｂ）である。樹脂製指針１００の平面図（Ａ）と側面図（Ｂ）である。指針ホルダー２００を例示する図である。指針ホルダー２００を例示する図である。円筒部を含めて一体成形した指針を例示する図である。指針を最終段のピニオンの軸に取り付けた状態の断面図である。バランサー１２０を設けた指針１００を例示する図である。樹脂製指針１００の平面図（Ａ）と側面図（Ｂ）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）
図１は、ダイヤルゲージ１０（測定器）の正面図である。
図２は、ダイヤルゲージ１０（測定器）の分解図である。
ダイヤルゲージ１０は、測定子５１の変位を指針１００の回転量として表示するものである。

ダイヤルゲージ１０は、本体ケース４０と、スピンドル５０と、拡大機構３０と、本体カバー２０と、を備える。
本体ケース４０は、一端面が開口した短円筒状のケース体である。本体ケース４０の側面にステム６０と上部ブッシュ（７０）が突設され、ステム６０と上部ブッシュ（７０）とによりスピンドル５０が軸受けされている。

スピンドル５０は、先端に測定子５１を有し、基端側が本体ケース４０に収容されている。スピンドル５０は、ステム６０と上部ブッシュ（７０）で軸受けされ、軸方向に進退可能に支持されている。

拡大機構３０は、測定子５１の直線的変位を拡大して指針１００の回転量に変換する複数の歯車の組み合わせであり、本体ケース４０の内側に収容されている。
ここで、スピンドル５０に設けられたラック（不図示）と噛合するピニオン（不図示）により、スピンドル５０の直線的変位がピニオンの回転に変換され、このピニオンの回転を複数の歯車列で拡大していく。

本体カバー２０は、外枠部２１と、覆い板２２と、を有する。
外枠部２１は、両端が開口した短筒であり、例えばＯリング４１を介して本体ケース４０の開口側の端面に取り付けられる。外枠部２１には目盛板４２が取り付けられる。さらに、目盛板４２の上には指針１００が配置され、指針１００は、拡大機構３０の最終段であるピニオン３２に連結される。

ここで、指針１００と目盛板４２とにより指針式表示部が構成されている。

外枠部２１は本体ケース４０に対して回転できるようになっており、外枠部２１を回転させると外枠部２１と一緒に目盛板４２も回転するようになっている。

覆い板２２は、透明な円板状の薄板である。ガラスであってもよく、アクリル等の透明樹脂で形成されてもよい。覆い板２２は、外枠部２１の開口面を塞ぐように外枠部２１の端面に固定されている。

指針１００は、樹脂で形成されている。
図３は、樹脂製指針１００の平面図（Ａ）と側面図（Ｂ）である。
樹脂製指針１００は、平面図（Ａ）でみると、基端側が幅広であり、先端に向けて徐々に細くなっている。また、側面図（Ｂ）でみると、基端側が肉厚であり、先端に向けて徐々に肉薄になっている。

従来の金属製指針も平面図でみると基端から先端に向けて先細る形状を有している。
ただし、厚みに関していうと、従来の金属製指針は、金属薄板の打ち抜きで製作されるので、側面図でみたときの厚みは基端側と先端側と同じであった。金属製指針であれば、金属材料の特性によって薄板でも剛性が保たれる。そこで、軽量化のために基端側も先端側も同じ厚みで薄くしていた。
一方、樹脂製指針１００では、全体を肉薄にしていると剛性が保てない。そこで、基端側を肉厚にして剛性を保つようにする。
ただし、先端も肉厚にすると、指針１００が急回転（高速回転）する際および急停止する際に大きな慣性力が発生することになるので、先端側は肉薄にしている。

いま、指針の長さとして、回転軸から指針の先端までの長さをＬとし、基端における厚みをＨｒとし、先端における厚みをＨｅとする。さらに、中点での厚みをＨｈとする。
Ｈｒ／Ｌは、厚みをやや薄くしてもよいなら０．０３－０．０９の範囲とすることが好ましく、厚みをやや厚くした方がよいなら０．０３－０．１５の範囲とするのが好ましい。
Ｈｈ／Ｌは、０．０２－０．０５の範囲とすることが好ましい。
Ｈｅ／Ｌは０．００５－０．０１の範囲とすることが好ましい。

また、先端における幅をＷｅとし、中点での幅をＷｈとする。
このとき、幅が広ければ薄くしても剛性が保たれるので、例えば次のようにしてもよい。
Ｈｈ≦｛Ｈｒ／（Ｌ／２＋Ｗｈ）｝
Ｈｅ≦｛Ｈｒ／（Ｌ＋Ｗｅ）｝

ここで、指針１００の基端側から先端側に向けて肉薄にする場合、図３では、おもて面（目盛板から遠い側の面）は平坦とし、うら面が基端から先端に向かうにつれて目盛板４２から離れるように傾斜した面になっている。
別の言い方として、指針１００の回転軸線Ａｘを基準に考えると、指針１００のおもて面は回転軸線Ａｘに垂直な平面であり、うら面は回転軸線Ａｘに対して傾斜した面となっている。指針１００が急回転（高速回転）する際あるいは急停止する際に指針１００の先端が上下に振れるが、このような場合でも指針１００の先端が目盛板４２に触れないようにするためである。

この他、例えば、図４に例示のように、指針１００のうら面が（上に凸の）曲面になっていてもよい。

指針１００を最終段のピニオン３２の軸に取り付けるにあたっては、図５に例示する指針ホルダー２００が用いられる。（最終段のピニオン３２の軸を指針軸とする。）指針ホルダー２００は、円板状のヘッド板部２１０と、ヘッド板部２１０のうら面に突設された円筒部２２０と、を有している。
ここでは、指針ホルダー２００は金属製である。円筒部２２０の筒孔にピニオン３２の軸（指針軸）を圧入することで指針ホルダー２００はピニオン３２の軸（指針軸）に取り付け固定される。

ここで、本実施形態では指針１００を樹脂製にするので、指針ホルダー２００をインサートした状態で樹脂製指針１００を射出成型（インサート成形）することができる。これにより、後工程で指針ホルダー２００と指針１００とを取り付ける工程を削減できる。（なお、従来の金属製指針のときには指針と指針ホルダーとは圧入とカシメによって結合されていた。）

このとき、指針ホルダー２００と樹脂性指針１００との間ですべりが生じないように、指針ホルダー２００にすべり止めになる凹凸あるいは平面を設けておくとよい。図５では、円筒部２２０の付け根の一部を平面２２１としている。つまり、円筒部２２０の全周を円形とするのではなく平面部２２１を設けている。
ここでは、平面部２２１は中心軸を間にして対向するように二面設けられているが、一面でもよいし、もっと多角形にしてもよいだろう。また、図６は、円筒部２２０の付け根に凹凸（ローレット）２２２を設けている例である。

図５、図６の例では、金属製の指針ホルダー２００を樹脂製指針１００にインサート成形したが、指針ホルダー２００の円筒部２２０に相当する円筒部を含めて指針１００を樹脂で一体成形してもよい。つまり、図７に例示するように、指針１００の全体を樹脂で形成し、ピニオン３２の軸（指針軸）を受け入れる円筒部２２０を基端部に設けておく。
ピニオン３２の軸（指針軸）を円筒部２２０に挿入して指針１００をピニオン３２の軸（指針軸）に取り付けるのであるが、円筒部２２０とピニオン３２の軸（指針軸）との間ですべりが生じないように、ピニオン３２の軸（指針軸）には回転止めの凹凸（ローレット）３３を設けておくのがよい。
図８に、指針１００をピニオン３２の軸（指針軸）に取り付けた状態の断面図を示す。

本実施形態では、指針１００を樹脂としたので、指針１００が急回転（高速回転）したり急停止したりする際でも指針１００に生じる慣性力が小さくなり、その結果、歯車輪列に掛かる力が小さくなる。これにより、ラック、ピニオン、歯車列の精度劣化や破損が防がれ、ダイヤルゲージ（測定器）１０の測定精度が維持される。
また、樹脂製指針１００の形状として、基端を十分に肉厚にするとともに先端に向けて肉薄となる形状としたので、指針１００の剛性を十分に保ち、かつ、指針１００の軽量化を図ることができる。

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した構成は本発明の技術的範囲に属する。

上記実施形態では、指針１００の基端側から先端側に向けて肉薄にする場合に、おもて面（目盛板から遠い側の面）は平坦とし、うら面が基端から先端に向かうにつれて目盛板４２から離れるように傾斜した面とした（図３）。
これとは逆に、例えば図１０に例示するように、おもて面（目盛板から遠い側の面）は傾斜面とし、うら面が平坦面（目盛板と平行な面）になっていてもよい。目盛板４２と指針１００の先端との距離が近い方が指針１００が示す目盛を読み取りやすい。

上記実施形態ではダイヤルゲージ１０を例示したが、本発明は、てこ式ダイヤルゲージや、指針表示式のノギスあるいはマイクロメータにも有効である。すなわち、指針表示式の小型測定器であれば本発明は有効である。

図９に例示のように、指針１００にバランサー１２０を設けてもよい。すなわち、指針１００には、目盛を指す指針部１１０とは回転軸を挟んで反対側に釣り合いをとるためのバランサー１２０を設ける。もちろん、バランサー１２０を含めて指針１００は樹脂で成形される。指針１００を樹脂で製作するので、指針部１１０は色付き（例えば、黒や赤）とし、バランサー１２０は透明にすることもできる。

１０ダイヤルゲージ
２０本体カバー
２１外枠部
２２覆い板
３０拡大機構
３２最終段のピニオン
４０本体ケース
４１Ｏリング
４２目盛板
５０スピンドル
５１測定子
６０ステム
１００指針
１１０指針部
１２０バランサー
２００指針ホルダー
２１０ヘッド板部
２２０円筒部
２２１平面部

Claims

測定対象物に当接する測定子を有し、この測定子の変位を拡大機構で拡大して指針の回転量に変換して表示する指針式表示部を備えた測定器であって、
前記指針は、樹脂で形成されており、
回転軸から指針の先端までの長さをLとし、
指針の基端における厚みをHrとし、
指針の先端における厚みをHeとし、
指針の中点での厚みをHhとするとき、
前記指針は、基端側の厚みが先端側の厚みよりも厚く、He<Hh<Hr、であり、
さらに、前記指針は、
0.03≦Hr/L、0.02≦Hh/L、および、0.005≦He/L、の関係を満たし、
さらに、
前記指針の先端における幅をWeとし、
前記指針の中点での幅をWhとするとき、
前記指針は、平面視で基端から先端に向けて先細る形状で、We＜Wh、であり、
さらに、Hh≦{Hr/(L/2+Wh)}、および、He≦{Hr/(L+We)}、の関係を満たす形状である
ことを特徴とする測定器。
請求項1に記載の測定器において、
さらに、
0.03≦Hr/L≦0.15
0.02≦Hh/L≦0.05
0.005≦He/L≦0.01
である
ことを特徴とする測定器。
請求項1または請求項2に記載の測定器において、
前記指針は、目盛板から遠い側の面であるおもて面は回転軸に垂直な面であり、
目盛板に近い側の面であるうら面が基端から先端に向かうにつれて目盛板から離れるように傾斜した面になっている
ことを特徴とする測定器。
請求項1または請求項2に記載の測定器において、
前記指針は、目盛板に近い側の面であるうら面は回転軸に垂直な面であり、
目盛板から遠い側の面であるおもて面が基端から先端に向かうにつれて目盛板に近付くように傾斜した面になっている
ことを特徴とする測定器。
請求項1から請求項4のいずれかに記載の測定器において、
さらに、指針軸を嵌入する円筒部を有する金属製の指針ホルダーを有し、
前記指針は、前記指針ホルダーをインサートした状態で成形されている
ことを特徴とする測定器。
請求項5に記載の測定器において、
前記指針ホルダーは、
円板状のヘッド板部と、前記ヘッド板部のうら面に突設された円筒部と、を有し、
前記ヘッド板部および前記円筒部は、平面視において、回転軸を回転対称軸とする回転対称である
ことを特徴とする測定器。
請求項6に記載の測定器において、
前記ヘッド板部および前記円筒部は、平面視において、回転軸を回転対称軸とする実質的に円形である
ことを特徴とする測定器。
請求項1から請求項7のいずれかに記載の測定器において、
前記指針は、目盛を指す指針部と、前記指針部とは回転軸を挟んで反対側にあって釣り合いをとるためのバランサーと、を有し、
前記バランサーを含めて当該指針は樹脂で一体的に成形されている
ことを特徴とする測定器。
請求項8に記載の測定器において、
前記指針部は色付きであり、
前記バランサーは透明である
ことを特徴とする測定器。
請求項6に記載の測定器において、
前記円筒部は、その外周に、平面または凹凸を有する
ことを特徴とする測定器。
請求項1から請求項4のいずれかに記載の測定器において、
前記指針は、指針軸を嵌入する円筒部を有する形状に一体成形されている
ことを特徴とする測定器。
請求項11に記載の測定器において、
前記指針軸は、ローレットを有する
ことを特徴とする測定器。
請求項1から請求項12のいずれかに記載の測定器において、
当該測定器は、てこ式ダイヤルゲージまたはダイヤルゲージである
ことを特徴とする測定器。