JPH06160075A - スクロール羽根の形状測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スクロール羽根表面に傷を付けることなく高
速・高精度の測定を可能にする。 【構成】 スクロール羽根１が取付けられるエアスピン
ドル２と、その回転角度を検知するロータリエンコーダ
３と、エアスピンドル２の回転角度にほぼ比例した距離
を直線移動するように駆動される移動台５と、移動台５
の移動量を検知するリニアスケール８と、移動台５に取
付けられた板ばね９の先端部に取付けられてスクロール
羽根１に接触するスタイラス１０と、板ばね９のたわみ
量を検知するたわみ量検知手段１１とを備え、形状測定
時に板ばね９が形状誤差分だけたわむようにして可動部
質量を極めて小さくし、測定圧を小さくして傷を付ける
ことなく高精度の測定を高速にて行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエアコン用スクロールコ
ンプレッサにおけるインボリュート曲線或いはアルキメ
デス曲線になっているスクロール羽根の形状を高速・高
精度に測定する形状測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のエアコン用スクロールコンプレッ
サにおけるスクロール羽根の形状測定装置は、スクロー
ル羽根が取付けられる回転台と、回転台の回転角度を検
知する角度検知手段と、スクロール羽根の側面に押し当
てるスタイラスが一体的に取付けられ、その押し当て力
の反力を駆動力としてスクロール羽根の半径方向に直線
移動する移動台と、移動台の移動量を検知する移動量検
知手段とから構成されている。

【０００３】この装置におけるスクロール羽根に対する
スタイラスの押し当て力は約２００ｇｗ、移動台の質量
は約１Ｋｇである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の測定装置に
は次の２つの問題がある。１つは、後で詳しく説明する
ように、スクロール羽根に対するスタイラスの押し当て
力の反力で質量の大きい移動台を移動させて測定するた
め測定速度が遅いことである。２つは、スタイラスの押
し当て力、即ち測定圧が大きいため、測定面にスタイラ
スのすじが入る事と、そのため先端の曲率半径の小さな
スタイラスを使用できず、測定面の細かな粗さが測定で
きないことである。

【０００５】上記測定速度の決定要因について説明す
る。スタイラスは測定面に沿って動く必要があり、測定
面のうねり、凹凸にスタイラスが追従しなくなると正確
な測定ができなくなるため、測定速度はスタイラスの応
答加速度によって決まる。スタイラスの応答加速度ａ
は、スタイラスを含む可動部の質量Ｍと測定圧Ｆとの
比、つまりａ＝Ｆ／Ｍで与えられる。したがって、応答
加速度を上げるためには、測定圧を増やし、質量Ｍを減
らす必要がある。ところが、測定圧Ｆは測定面に傷を付
けるので小さくしなければならない。そこで、可動部の
質量を小さくするしかないが、従来の構成では限界があ
る。

【０００６】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、スク
ロール羽根表面に傷を付けることなく高速・高精度の測
定が可能なスクロール羽根の形状測定装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のスクロール羽根
の形状測定装置は、スクロール羽根が取付けられる回転
台と、回転台の回転角度を検知する角度検知手段と、回
転台の回転角度にほぼ比例した距離を直線移動するよう
に駆動される移動台と、移動台の移動量を検知する移動
量検知手段と、移動台に取付けられた板ばねの先端部に
取付けられてスクロール羽根に接触するスタイラスと、
板ばねのたわみ量を検知するたわみ量検知手段とを備え
たことを特徴とする。

【０００８】たわみ量検知手段としては、発光手段から
放射された光を板ばねのスタイラスが取付けられた先端
部の反対側側面に照射する光照射手段とその反射光の位
置を検知する光位置検知手段から成る光学式や、板ばね
のスタイラスが取付けられた先端部の反対側側面に対向
して配設された静電容量センサから成る静電容量式等を
適用できる。

【０００９】

【作用】本発明の上記構成によれば、スクロール羽根の
半径方向に直線移動する移動台をスクロール羽根の設計
形状にほぼ応じて移動させることにより、移動台に小さ
い板ばねを介して取付けたスタイラスがスクロール羽根
に沿って動き、板ばねが設計形状に対するスクロール羽
根の形状誤差にほぼ対応する分だけたわみ、そのたわみ
量を検出することにより移動台の移動量との和からスク
ロール羽根の形状を測定することができ、かつその測定
時に板ばねが形状誤差分だけたわめばよいので、可動部
質量を極めて小さくすることができ、そのため測定圧を
小さくしても高い応答加速度が得られ、小さい曲率半径
のスタイラスを用いた高精度の測定を傷を付けることな
く高速にて行うことができる。

【００１０】なお、スクロール羽根の測定位置を非接触
で検出する光式の位置検出手段や静電容量式の位置検出
手段を移動台に直接設けることも考えられるが、光式の
場合はスクロール羽根の表面性状によって光が散乱する
恐れがあって適正な位置検出ができず、静電容量式では
位置検出するのに一定の面積が必要であるため横方向の
分解能が低く、微小な凹凸などを高精度に検出すること
ができない。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例のスクロール羽根の
形状測定装置について図１〜図４を参照しながら説明す
る。

【００１２】図１において、被測定物であるスクロール
羽根１はエアスピンドル２上に取付けられる。エアスピ
ンドル２はモータ４により一定角速度で回転駆動され、
その回転角Ａはロータリエンコーダ３により高精度に測
定され、その測定値はコンピュータに転送される。

【００１３】エアスピンドル２の軸芯に対して垂直に交
差するＹ軸方向の移動台５は、スクロール羽根１の回転
速度に比例した速度で送りねじ６とモータ７にて移動駆
動され、その移動量Ｂはリニアスケール８により高精度
に測定され、その測定値はコンピュータに転送される。

【００１４】移動台５に取付けられた板ばね９の先端に
は直径１mm程度のルビー球のスタイラス１０が付いてい
る。このスタイラス１０はスクロール羽根１の測定位置
に軽く接触し、スクロール羽根１の形状誤差に応じて板
ばね９のたわみ量Ｃが変化する。そのたわみ量Ｃは、図
２に示すたわみ量検知手段１１により検出される。

【００１５】移動台５はエアスピンドル２の軸芯と平行
なＺ軸方向に移動可能な昇降台１２に取付けられ、昇降
台１２はＹ軸及びＺ軸方向に対して直交するＸ軸方向に
位置調整可能な可動ベース１３に装着されている。１４
は昇降台１２の駆動用モータ、１５は可動ベース１３の
駆動用モータである。

【００１６】図２に示すたわみ量検知手段１１におい
て、半導体レーザ１６からの出射光がコリメートレンズ
１７で集光され、反射鏡１８にて板ばね９の先端部のス
タイラス１０とは反対側側面に向けて照射され、その反
射光が反射鏡１８を介して光半導体位置検出器１８に照
射される。板ばね９は測定圧に応じて円弧状にたわみ、
たわみ量に比例して反射面の角度と位置が変化し、反射
光の光路が変化する。光半導体位置検出器１９でこの光
路変化を検出することにより、たわみ量Ｃを測定でき
る。

【００１７】尚、たわみ量の検出には、図３に示すよう
に静電容量センサ２０を用いてもよい。ただし、静電容
量センサ２０を用いる場合には板ばね９との間隔を０．
１mm程度に小さくしなければならないため、光学式の方
が使い易い。

【００１８】たわみ量Ｃの測定値はＡＤ変換器を通して
コンピュータに転送される。リニアスケール８による測
定値Ｂとたわみ量Ｃの和が測定面のＹ座標となる。

【００１９】コンピュータは回転角ＡとＹ座標（Ｂ＋
Ｃ）の測定値の列を出力する。横軸に回転角Ａ、縦軸に
変位（Ｂ＋Ｃ）を取ってグラフ化すると、測定面が完全
なインボリュート曲線になっていれば、グラフは図４に
示すような直線（ａ）になる。

【００２０】しかし、測定面には形状誤差があるので、
測定値は誤差を誇張して示すと、直線（ａ）からずれた
曲線（ｂ）に示すようになる。なお、Ｙ座標の範囲は数
十mmだが、誤差は数μｍと一般的には極めて小さい。そ
して、測定値から図４（ａ）に示すような設計値を引い
たものが測定したい形状誤差である。

【００２１】具体構成例の数値を示すと、板ばね９は長
さ１５mm、幅４mm、厚さ０．１mmのステンレスばねを、
スタイラス１０は直径１mmのルビー球を使用した。板ば
ね９は測定圧Ｆ＝１５ｍＮ（〜１．５ｇｗ）で、ｘ＝
０．３４mmだけたわむ。これから板ばね９のばね定数ｋ
＝Ｆ／ｘ＝４４（Ｎ／ｍ）である。

【００２２】測定面の形状誤差は概略１０μｍ以下なの
で、板ばね９のたわみ量の最大値は±５０μｍとした。
光半導体位置検出器１９の検出リニアリティは千分の一
程度なので、測定範囲１００μｍに対し、測定精度は
０．１μｍが得られる。

【００２３】また、このスタイラスの応答加速度は（測
定圧／可動部質量）で得られ、その可動部質量は共振周
波数ｆとばね定数ｋから次式より得られる。

【００２４】ｆ＝（ｋ／Ｍ）^1/2 ／２π このスタイラスの共振周波数の実測値は２６０Ｈｚであ
った。

【００２５】これより、可動部質量は１６ｍｇとなり、
スタイラスの応答加速度は９００ｍ／ｓ² となる。

【００２６】一方、従来装置では、可動部質量１Ｋｇ、
測定圧２００ｇｗなので、応答加速度は２ｍ／ｓ² であ
った。従って、本実施例の装置では従来比４５０倍の応
答加速度を持つことになる。

【００２７】測定速度はスタイラスの応答加速度の平方
根だけ速くできるので、４５０^1/2、つまり約２０倍測
定速度を速くできることになる。その理由は、測定面を
スタイラスが走査する速度の上限は、測定面のうねりや
凹凸にスタイラスが所定の測定精度で追随できる速度で
決まるからで、測定面のうねりや凹凸により測定面のＹ
座標が変化する加速度は走査速度の二乗に比例するから
である。

【００２８】以上のように、本実施例によればスクロー
ル羽根１の一面を測定する時間は、従来４０秒であった
ものが２秒で済むことになる。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、以上のようにスクロー
ル羽根の形状測定時に板ばねが形状誤差分だけたわめば
よいので、可動部質量を極めて小さくすることができ、
そのため測定圧を小さくしても高い応答加速度が得ら
れ、小さい曲率半径のスタイラスを用いた高精度の測定
を傷を付けることなく高速にて行うことができ、従って
スクロール羽根の製造工程においてインラインで測定す
ることができ、産業上大なる効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるスクロール羽根の形
状測定装置の斜視図である。

【図２】同実施例の板ばねのたわみ量検知手段の構成図
である。

【図３】同実施例に適用可能な他のたわみ量検知手段の
構成図である。

【図４】同実施例の測定値の説明図である。

【符号の説明】

１ スクロール羽根 ２ エアスピンドル ３ ロータリエンコーダ ５ 移動台 ８ リニアスケール ９ 板ばね １０ スタイラス １１ たわみ量検知手段 １６ 半導体レーザ １７ コリメートレンズ １８ 反射鏡 １９ 光半導体位置検出器 ２０ 静電容量センサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スクロール羽根が取付けられる回転台
   と、回転台の回転角度を検知する角度検知手段と、回転
   台の回転角度にほぼ比例した距離を直線移動するように
   駆動される移動台と、移動台の移動量を検知する移動量
   検知手段と、移動台に取付けられた板ばねの先端部に取
   付けられてスクロール羽根に接触するスタイラスと、板
   ばねのたわみ量を検知するたわみ量検知手段とを備えた
   ことを特徴とするスクロール羽根の測定装置。
2. 【請求項２】 たわみ量検知手段は、発光手段と、発光
   手段から放射された光を板ばねのスタイラスが取付けら
   れた先端部の反対側側面に照射する照射手段と、その反
   射光の位置を検知する光位置検知手段から成ることを特
   徴とする請求項１記載のスクロール羽根の形状測定装
   置。
3. 【請求項３】 たわみ量検知手段は、板ばねのスタイラ
   スが取付けられた先端部の反対側側面に対向して配設さ
   れた静電容量式位置検知手段から成ることを特徴とする
   請求項１記載のスクローネ羽根の形状測定装置。