JPH0743101A - 三次元測定用ゲージアタッチメント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 精密測定におけるゲージの測定方向の制限を
なくした三次元測定用ゲージアタッチメントを提供す
る。 【構成】 略円盤状基盤３１の片側主面３２の中央に略
半円球の突起部３３が設けられ、該突起部３３から垂直
に測定針３４が設けられた第一の硬質部材３７と、前記
第一の硬質部材３７の略円盤状基盤３１が緩挿可能な円
形凹部４１と、底面４２の中央に前記測定針３４が挿通
可能であるとともに前記略半円球の突起部３３の径より
も小径の挿通孔４３が配設され、さらに該挿通孔４３の
円形凹部側にテーパ４４が設けられた第二の硬質部材４
７と、圧縮コイルバネ４９で付勢されつつ前記第一の硬
質部材３７の略円盤状基盤３１と接着する略同径の円盤
状の先端部５１を有する棒状の第三の硬質部材５２と、
従来のゲージ２０を係止するとともに該ゲージ２０の測
定針５に前記第三の硬質部材５２の棒状の後端部５３が
当接するように第三の硬質部材５２と第一の硬質部材３
７を第二の硬質部材４７とともに収納する第四の硬質部
材６０と、から構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は精密測定具である各種ゲ
ージの構造において、測定方向の制限をなくして３６０
度全方向及び垂直方向の三次元の測定を可能にする三次
元測定用ゲージアタッチメントに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】種々の精密加工・組立作業において、１
ｍｍ以下の精密測定が必要な場合に精密測定具として用
いられるゲージは要求精度・測定方向・測定範囲・用途
等に応じて各種のものが市販されている。

【０００３】ゲージは例えば穴の深さ、小穴の直径、厚
さ、隙間の測定には目的にあったゲージスタンドや専用
のアタッチメントを組み合わせることにより行うのが通
常である。

【０００４】上記ゲージの構造はバネ等に付勢されて無
応力時に変位ゼロとなる測定針とこれに連動もしくは一
体の棒と、測定針の変位に対応して棒と歯車機構にて係
合するダイヤル表示盤とから構成される所謂ダイヤルゲ
ージが一般的である。

【０００５】図７は上記従来のダイヤルゲージの外観を
示す斜視図であり、図中の（Ａ）は測定針１が棒２と一
体になった最も基本的なタイプのダイヤルゲージ１０で
あり、内部には棒２を付勢するうずまきバネと測定方向
Ｘ１の外部応力による棒の変位に応じて変位量をダイヤ
ル目盛盤に表示する歯車機構（または同様機能の変位伝
達機構）が配設されている。

【０００６】また、図中の（Ｂ）はてこの原理を利用し
て測定針の変位方向が変えられるタイプのダイヤルゲー
ジ２０であり、測定針５が軸Ｙで矢印方向に回転可能に
なっており、任意の角度でゼロ点設定すればＸ２方向や
Ｘ３方向の精密測定ができるようになっている。このタ
イプも内部構造は前記ダイヤルゲージ１０と同様であ
る。

【０００７】他に測定針の変位量を電気的変化に変換し
てデジタル表示するゲージも市販されている。

【０００８】一方、ゲージには属さないが似た機構を有
し、測定針の変位の有無のみが検知可能であり、変位を
検知した場合に電気的信号を出力するものとして所謂タ
ッチセンサーがある。

【０００９】これはマシニングセンタ、旋盤などにおけ
る無人化や加工精度の維持管理のための補用機器であ
り、例えば旋盤の切削可動部に取り付けて、対象物に測
定針が接触するまで加工するという目的に利用される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のゲージにおいては、全てのゲージが測定方向に制限
が有り、汎用性に欠けるという問題点があった。

【００１１】即ち、例えば図７の（Ａ）のダイヤルゲー
ジ１０の測定針１の可動方向はＸ１方向のみの一次元で
あり、また、図７の（Ｂ）のダイヤルゲージ２０ではＹ
軸を中心として測定針５の描く平面でのＸ２方向やＸ３
方向等の一次元方向のみであって、例えば図中Ｙ軸方向
の測定はゲージ本体の向きを変えない限り不可能であ
る。

【００１２】ところが、精密測定機器であるゲージは一
般に高価であり、ゲージスタンドや各種アタッチメント
共々揃えておくのは費用が掛かり、また、多様な測定内
容の寸法規格が多数ある工作対象物の工作においては、
ゲージの使用が煩雑であり、工程の増加を伴う結果とな
る。

【００１３】さらに、タッチセンサーによる工程無人化
や加工精度の維持は測定針が変位を生じた時点での検知
で制御されるのであるが、実際上は付着異物や何らかの
力によって誤動作する場合があり、単に接触の有無の検
知だけでは精密な加工制御は期待できず、どの程度接触
したかという変位量の測定が必要であるという問題点が
あった。

【００１４】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、固定されたゲージ本体に対して初期ゼロ点の測
定針と直角な３６０°全方向及び測定針方向（垂直方
向）の測定を可能にする三次元測定用ゲージアタッチメ
ントを提供するものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、略円盤状基盤の片側主面の中央に略半円
球の突起部が設けられるとともに該突起部の頂上部から
前記基盤に対して垂直に測定針が設けられた第一の硬質
部材と、前記第一の硬質部材の略円盤状基盤が緩挿可能
な円形凹部と、底面の中央に前記測定針が挿通可能であ
るとともに前記略半円球の突起部の径よりも小径の挿通
孔が配設され、さらに該挿通孔の円形凹部側にテーパが
設けられた外部と係止機構を有する第二の硬質部材と、
バネで付勢されつつ前記第一の硬質部材の略円盤状基盤
と接着する略同径の円盤状の先端部を有する棒状の第三
の硬質部材と、従来のゲージまたは専用のゲージをゼロ
点調整可能なように係止する係止機構を有するとともに
前記従来のゲージまたは専用のゲージの測定針に前記第
三の硬質部材の棒状の後端部が当接するように第三の硬
質部材と第一の硬質部材を第二の硬質部材とともに収納
する係止機構を有する第四の硬質部材と、から成ること
を特徴とする三次元測定用ゲージアタッチメントを提供
するものである。

【００１６】また、上記三次元測定用ゲージアタッチメ
ントにおいて、第一の硬質部材の略円盤状基盤の片側主
面の中央に配した略半円球の突起部に代えて円錐状の突
起部が設けられるとともに、前記第二の硬質部材の挿通
孔の円形凹部側にテーパに代えて断面が円形の面取りが
設けられたことを特徴とする三次元測定用ゲージアタッ
チメントを提供するものである。

【００１７】

【作用】本発明においては、第一の硬質部材の略円盤状
基盤は第二の硬質部材の円形凹部に緩やかに挿入される
とともに測定針が第二の硬質部材の挿通孔に嵌挿され
る。

【００１８】且つ挿通孔の径は測定針の最大径よりも十
分に大きく、第一の硬質部材の略円盤状基盤の片側主面
の中央に設けられた略半円球の突起部の径よりも小さ
い。

【００１９】したがって、上記突起部は第二の硬質部材
の挿通孔に設けられたテーパに接しつつ挿通孔の径と測
定針の径で決まる範囲内で可動することができる構成と
なる。

【００２０】さらに、第三の硬質部材の円盤状の先端部
は前記第一の硬質部材の略円盤状基盤と略同径であり、
バネで付勢されているので、常に略円盤状基盤面（突起
部のない側の主面）と接着している。

【００２１】上記バネは第二の硬質部材の底面に垂直な
方向に応力が働くので、測定針に他の応力が加わらない
状態では測定針は前記底面に対して垂直に位置し、且つ
バネは最も弛緩した状態となる。これは測定針に変位が
無い状態である。

【００２２】測定針に対して垂直な３６０°何れかの方
向の外部応力による変位が生じた場合、測定針の傾きに
応じて略円盤状基盤も第二の硬質部材の円形凹部内で傾
き、挿通孔のテーパ部を支点としてバネ応力に抗して第
三の硬質部材を押す。

【００２３】したがって、第三の硬質部材は押されて棒
状の後端部が接する従来のゲージまたは専用ゲージ装置
の測定針を測定方向に押す。

【００２４】

【実施例】以下、本発明に係わる三次元測定用ゲージア
タッチメントについて図面に基づいて詳細に説明する。

【００２５】図１は本発明に係わる三次元測定用ゲージ
アタッチメントの内部構造を示す側面図である。

【００２６】図中、三次元測定用ゲージアタッチメント
３０は、略円盤状基盤３１の片側主面３２の中央に略半
円球の突起部３３が設けられるとともに、該突起部３３
の頂上部から前記基盤に対して垂直に測定針３４が設け
られた第一の硬質部材３７と、前記第一の硬質部材３７
の略円盤状基盤３１が緩挿可能な円形凹部４１と、底面
４２の中央に前記測定針３４が挿通可能であるとともに
前記略半円球の突起部３３の径よりも小径の挿通孔４３
が配設され、さらに該挿通孔４３の円形凹部側にテーパ
４４が設けられた外部（後述の第四の硬質部材）と係止
機構であるネジ溝４５を有する第二の硬質部材４７と、
圧縮コイルバネ４９で付勢されつつ前記第一の硬質部材
３７の略円盤状基盤３１と接着する略同径の円盤状の先
端部５１を有する棒状の第三の硬質部材５２と、従来の
ゲージ（前述のダイヤルゲージ２０）をゼロ点調整可能
なように係止する係止機構としてのネジ止め機構（図示
略）を有するとともに前記ダイヤルゲージ２０の測定針
５に前記第三の硬質部材５２の棒状の後端部５３が当接
するように第三の硬質部材５２と第一の硬質部材３７を
第二の硬質部材４７とともに収納する係止機構としての
ネジ山５５を有する第四の硬質部材６０と、から構成さ
れている。

【００２７】第一の硬質部材〜第四の硬質部材の材料は
金属製またはセラミック製である。

【００２８】次に、本発明の主要部である第一の硬質部
材３７と第二の硬質部材４７及び第三の硬質部材の関係
を詳述する。

【００２９】図２の（Ａ）は上記三次元測定用ゲージア
タッチメント３０の先端部分（第一の硬質部材３７側）
の構造を示す部分拡大図であり、（Ｂ）は同三次元測定
用ゲージアタッチメント３０の測定針３４の先端に付け
た超硬チップ球３５に対象物７０が当接している測定状
態を示す部分拡大図である。尚、（Ａ）、（Ｂ）共に第
二の硬質部材４７と第四の硬質部材６０は破断線で示す
こととする。

【００３０】図中（Ａ）において、第四の硬質部材６０
は円筒形であって、圧縮コイルバネ４９内側に嵌挿した
第三の硬質部材５２が挿入され、該第三の硬質部材の円
盤状の先端部５１の端面５４と、第一の硬質部材３７の
略円盤状基盤３１の突起部３３の無い主面３２′が、第
二の硬質部材４７と第四の硬質部材６０がネジ山５５、
４５にて螺入されることにより圧入されている圧縮コイ
ルバネ４９の応力によって密着している。

【００３１】第一の硬質部材３７の略円盤状基盤３１の
主面３２と第二の硬質部材４７の底面４２との間には隙
間ｔが在り、且つ測定針３４の最大径に比べて挿通孔４
３の径は三倍程度大きいので、図２の（Ｂ）に示すよう
に、測定針３４を測定針の軸に直角な３６０°全方向に
変位させることができる。

【００３２】この際、テーパ４４に当接している略半円
球の突起部３３は球の中心Ｃを不動中心として傾くが、
同時に第一の硬質部材３７の略円盤状基盤３１の主面３
２′が圧縮コイルバネ４９の応力に抗して第三の硬質部
材５２の円盤状の先端部５１の端面５４を距離Ｓだけ押
し進めることになる。

【００３３】さらに、図２の（Ａ）から明らかなよう
に、測定針３４の軸方向（Ｚ方向と称す。）に対象物を
押し当てて、測定針３４を挿通孔４３に押し込むように
変位させることもでき、この場合は直接にＺ軸に沿って
圧縮コイルバネ４９の応力に抗して第三の硬質部材５２
を押すことになる。

【００３４】次に、図３は第一の硬質部材及び第二の硬
質部材の他の形状の実施例である。

【００３５】図中、第一の硬質部材３７ａの略円盤状基
盤３１ａの片側主面の中央に設けられた略半円球の突起
部３３ａの径を大きくし、且つ第二の硬質部材４７ａの
挿通孔４３ａの外側縁部にもテーパ６２を施すことによ
って測定針３４ａの測定範囲角度θを拡大した構造とな
っている。

【００３６】上記構造では突起部３３ａは半円球の中心
Ｃを中心に角度θａまで傾くので、略円盤状基盤３１ａ
の主面３６ａの周縁角部６３のＺ軸方向の変位量Ｘが大
きく取れることとなる。

【００３７】ところで、前述の実施例における第一の硬
質部材３７の略円盤状基盤３１の片側主面３２の中央に
設けられた略半円球の突起部３３とこれに接する第二の
硬質部材４７の挿通孔４３に設けたテーパ４４との関係
は図４の部分拡大図に示すように逆であってもよい。

【００３８】即ち、図４の（Ａ）において、第一の硬質
部材３７ｂの略円盤状基盤３１ｂの片側主面３２ｂの中
央に略半円球の突起部に代えて円錐状の突起部３３ｂを
設けるとともに、第二の硬質部材４７ｂの挿通孔４３ｂ
の円形凹部側にテーパに代えて断面が円形の面取り４４
ｂを施しても、図４の（Ｂ）に示されるように前記実施
例と同様に突起部３３ｂは挿通孔４３ｂの面取り４４ｂ
に接しつつ挿通孔の径と測定針の径、及び第一の硬質部
材の略円盤状基盤３１ｂの片側主面３２ｂと第二の硬質
部材の底面４２ｂとの距離ｔで決まる範囲内で可動する
ことができる構造となる。

【００３９】したがって、図４の実施例によっても測定
針３４ｂの変位によって第一の硬質部材３７ｂが傾き、
圧縮コイルバネ４９の応力に抗して第三の硬質部材５２
ｂを押す。

【００４０】図５は従来のダイヤルゲージ１０を第四の
硬質部材６０′に係止した実施例であるが、図から明ら
かなように、基本的構造は前記実施例と同様であるので
説明は省略する。

【００４１】尚、以上に述べた第一の硬質部材の測定針
の変位量と第四の硬質部材に取り付けられた従来のゲー
ジの測定針の変位量は、初期ゼロ点にある測定針のＺ軸
方向の変位では一致し、その他の変位では必ずしも一致
しない。

【００４２】しかし、第一の硬質部材の略円盤状基盤の
径や第三の硬質部材の棒状の後端部と従来のゲージの測
定針との接点位置を変えること等により換算することが
できる。

【００４３】図６は上記実施例を示すものであって、ア
タッチメントの測定針の変位量とゲージの変位量表示を
一致させる調整機構付きの三次元測定用ゲージアタッチ
メント８０の内部構造を示す側面図である。

【００４４】図中、従来のダイヤルゲージ２０の測定針
５の先端６１は、部材６２ａ（右上がり斜線部）の凹部
内角部６３に接しており、且つ部材６２ａの第三の硬質
部材側には、端部に球体６４を有するバー６５が配設さ
れている。上記バー６５の中間部は第三の硬質部材５２
の後端部周縁の一点Ｋと当接するとともに、バー端部Ｐ
は部材６２ｂ（右下がり斜線部）に備えられた小型コイ
ルバネ６７と切り替えレバー６８にて軽く付勢固定され
たピン６９の先端と当接している。

【００４５】したがって、本三次元測定用ゲージアタッ
チメント８０による測定時において、前記バー６５はバ
ー端部Ｐを支点、第三の硬質部材５２の後端部周縁の一
点Ｋを力点、球体６４の部材６２ａと当接する点を作用
点とする「てこ」として働く。

【００４６】その結果、上記「てこ」の支点Ｐから作用
点までの距離と力点Ｋまでの距離の比を第一の硬質部材
３７の測定針３４先端の変位量と第三の硬質部材５２の
変位量の比と等しく取れば部材６２ａの変位量を測定針
３４先端の変位量（＝測定寸法）と同じにすることがで
きる。

【００４７】なお上記部材６２ｂは位置設定ボルト７
１、位置調整ボルト７２にてピン６９の先端とバー端部
Ｐ接点位置の微調整が可能であり、固定ボルト６６で第
四の硬質部材６０″に固定されるようになっている。

【００４８】さらに、使用者は切り替えレバー６８の操
作により、ピン６９の先端とバー端部Ｐとの接点を外す
ことによって、任意に上記調整機構を解除することがで
きるようになっている。解除された場合は部材６２ａの
第三の硬質部材側周縁部は直接に第三の硬質部材５２の
後端部周縁と周接する構成となる。

【００４９】尚、本発明の三次元測定用ゲージアタッチ
メントを用いれば、変位の方向性に制限がないのでタッ
チセンサーとしても使用できることは勿論である。

【００５０】この場合、第四の硬質部材に係止する従来
のゲージはデジタル表示のゲージが電気的信号として出
力可能なので変位量の数的制御が可能となり最適であろ
う。

【００５１】尚、第四の硬質部材に係止するゲージは従
来のゲージをそのまま係止する場合に限らず、本三次元
測定用ゲージアタッチメント専用のゲージ構造を内蔵さ
せてもよい。この場合は本ゲージアタッチメント自体が
三次元測定用ゲージとなることは多言を要しない。

【００５２】

【発明の効果】本発明に係わる三次元測定用ゲージアタ
ッチメントは上記のように構成されているため以下に記
載する効果を有する。

【００５３】（１）固定されたゲージ本体に対して初期
ゼロ点の測定針と直角な３６０°全方向及び測定針方向
（垂直方向）の三次元方向の精密測定が可能になるとい
う優れた効果を有する。

【００５４】（２）変位量の数的制御が可能なタッチセ
ンサーとして利用できるという優れた効果を有する。

【００５５】（３）従来のゲージを係止するだけで測定
方向の汎用性が飛躍的に拡大するので、コスト的に安価
であるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる三次元測定用ゲージアタッチメ
ントの内部構造を示す側面図である。

【図２】（Ａ）は上記三次元測定用ゲージアタッチメン
ト３０の先端部分（第一の硬質部材３７側）の構造を示
す部分拡大図であり、（Ｂ）は同三次元測定用ゲージア
タッチメント３０の測定針３４の先端に付けた超硬チッ
プ球３５に対象物７０が当接している測定状態を示す部
分拡大図である。

【図３】第一の硬質部材及び第二の硬質部材の他の形状
の実施例である。

【図４】本発明に係わる三次元測定用ゲージアタッチメ
ントの第一の硬質部材及び第二の硬質部材の内部構造を
示す側面図であり、（Ａ）は非測定時で変位量ゼロの状
態を示し、（Ｂ）は測定時の変位した状態を示す。

【図５】従来のダイヤルゲージ１０を第四の硬質部材に
係止した他の実施例の内部構造を示す側面図である。

【図６】アタッチメントの測定針の変位量とゲージの変
位量表示を一致させる調整機構付きの三次元測定用ゲー
ジアタッチメントの内部構造を示す側面図である。

【図７】従来のダイヤルゲージの外観を示す斜視図であ
り、（Ａ）は測定針が棒と一体になった最も基本的なタ
イプであり、（Ｂ）はてこの原理を利用して測定針の変
位方向が変えられるタイプのダイヤルゲージである。

【符号の説明】

１、５ 測定針 ２ 棒 １０、２０ ダイヤルゲージ Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３ 測定方向 ３０、８０ 三次元測定用ゲージアタッチメント ３１ 略円盤状基盤 ３２、３２′ 主面 ３３ 突起部 ３４ 測定針 ３５ 超硬チップ球 ３７ 第一の硬質部材 ４１ 円形凹部 ４２ 底面 ４３ 挿通孔 ４４ テーパ ４５ ネジ溝 ４７ 第二の硬質部材 ４９ 圧縮コイルバネ ５１ 円盤状の先端部 ５２ 第三の硬質部材 ５３ 棒状の後端部 ５５ ネジ山 ６０、６０′、６０″ 第四の硬質部材 ６１ 測定針５の先端 ６２ａ、６２ｂ 部材 ６３ 凹部内角部 ６４ 球体 ６５ バー ６６ 固定ボルト ６７ 小型コイルバネ ６８ 切り替えレバー ６９ ピン ７０ 対象物 ７１ 位置固定ボルト ７２ 位置調整ボルト Ｐ バー端部（支点） Ｋ 第三の硬質部材５２の後端部周縁の一点（力
点） Ｓ 移動距離 ｔ 隙間 θａ 角度

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 略円盤状基盤の片側主面の中央に略半円
   球の突起部が設けられるとともに該突起部の頂上部から
   前記基盤に対して垂直に測定針が設けられた第一の硬質
   部材と、前記第一の硬質部材の略円盤状基盤が緩挿可能
   な円形凹部と、底面の中央に前記測定針が挿通可能であ
   るとともに前記略半円球の突起部の径よりも小径の挿通
   孔が配設され、さらに該挿通孔の円形凹部側にテーパが
   設けられた外部と係止機構を有する第二の硬質部材と、
   バネで付勢されつつ前記第一の硬質部材の略円盤状基盤
   と接着する略同径の円盤状の先端部を有する棒状の第三
   の硬質部材と、従来のゲージまたは専用のゲージ装置を
   ゼロ点調整可能なように係止する係止機構を有するとと
   もに前記従来のゲージまたは専用のゲージ装置の測定針
   に前記第三の硬質部材の棒状の後端部が当接するように
   第三の硬質部材と第一の硬質部材を第二の硬質部材とと
   もに収納する係止機構を有する第四の硬質部材と、から
   成ることを特徴とする三次元測定用ゲージアタッチメン
   ト。
2. 【請求項２】 請求項１記載の三次元測定用ゲージアタ
   ッチメントにおいて、第一の硬質部材の略円盤状基盤の
   片側主面の中央に配した略半円球の突起部に代えて円錐
   状の突起部が設けられるとともに、前記第二の硬質部材
   の挿通孔の円形凹部側にテーパに代えて断面が円形の面
   取りが設けられたことを特徴とする三次元測定用ゲージ
   アタッチメント。