JPH11257905A - 接触型直径測定器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 広い測定可能範囲を有し、測定可能範囲内で
は測定圧の変化が小さい接触型直径測定器の実現。 【解決手段】 支点4 で回転可能に支持され、測子3a,3
b を有する測定用アーム2a,2b と、測定用アームの回転
に伴う変位を検出する変位検出手段6,7 とを有する測定
機構を少なくとも２組、及びリトラクト機構10,11,12を
備える接触型直径測定器であって、支点4 は、付勢手段
として働く十字ばねで構成され、測定用アームの回転位
置に応じて測定用アームに対する付勢方向が変化するば
ね16を有し、測定用アームの回転位置による十字ばねの
付勢力の変化を相殺して測定用アームにかかるモーメン
トがほぼ一定であるようにする圧変化相殺手段を備え、
変位検出手段6,7 は、測定範囲の広いディジタルスケー
ルであり、リトラクト機構10,11,12は、測定用アームの
回転位置を低速で変更可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、円柱の外径や穴の
内径を測定する接触型内径測定器に関し、特に測定でき
る径の範囲が広く、各種の直径を高精度で測定できる接
触型直径測定器に関する。

【０００２】

【従来の技術】円柱の外径や円筒穴の直径を測定するに
は、被測定物（ワーク）に接触する測子が設けられ、測
子とワークの接触位置に応じた測定用アームの変位を検
出する測定機構を少なくと２組設け、測子を直径部分に
接触させて、２組の測定機構の検出結果を合計する。こ
のような測定器は、一般に相対値を検出するので、直径
の判明しているマスタを測定した時の測定値を基準と
し、それとの差で測定値を求める。

【０００３】接触型直径測定器は、例えば、支点で回転
自在に支持された測定用アームの一端に測子を設け、他
端の変位を差動トランスなどで検出する。測定用アーム
は、ばねなどの付勢手段でワークの表面に押し付けられ
る。この押し付け力を測定圧と呼んでいる。測定用アー
ムの変位機構は、他に平行移動機構なども使用される
が、本発明は測定用アームが回転変位する測定器に関係
する。測定用アームの他端の変位を検出する変位検出手
段には、上記の差動トランスがもっとも広く使用される
が、他にもマグネスケールや光学的にスケールを読み取
る方式などが使用される。

【０００４】ワークの加工ラインではこのような測定器
を使用して加工精度を向上することが行われるが、その
際測定を全自動で行うことが望まれる。そこで、このよ
うな目的で使用する測定器には、測子がワークの表面に
当たらないように測定用アームを退避位置に変位させた
上で測定部分まで移動させ、その後測定用アームを退避
位置から測定状態にするリトラクト機構が設けられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】差動トランスは小型
で、変位を高精度に検出できるという特徴を有するが、
一般に測定範囲が狭く、測定範囲を広くするには大きな
差動トランスを使用する必要がある。また、付勢手段は
ばねなどで構成されるが、測定用アームの回転位置が変
化すると、それに応じてばねの状態が変化して付勢力も
変化する。

【０００６】そのため、変位検出手段として差動トラン
スを使用し、ばねで付勢手段を構成した従来の接触型直
径測定器は、測定できる直径の範囲（測定可能範囲）が
狭いという問題があった。そのため、異なる直径を測定
する場合には、直径に対応した多数の接触型直径測定器
を用意し、測定する直径に応じて接触型直径測定器を選
択する必要があった。従って、異なる直径のワークが流
れる加工ラインで測定を全自動で行うためには、多数の
接触型直径測定器を用意し、直径毎に適合した接触型直
径測定器で測定を行う必要があり、コストが高くなると
いう問題があった。そのため、広い測定可能範囲を有す
る接触型直径測定器が望まれていた。

【０００７】本発明はこのような問題を解決するための
もので、広い測定可能範囲を有し、測定可能範囲内では
測定圧の変化が小さい接触型直径測定器の実現を目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を実現するた
め、本発明の接触型直径測定器は、測定用アームの支点
を付勢手段としても機能する十字ばねで構成し、測定用
アームの回転位置に応じて測定用アームに対する付勢方
向が変化するばねを設けて、測定用アームの回転位置に
よる十字ばねの付勢力の変化を相殺するようにして、測
定用アームにかかるモーメントがほぼ一定であるように
する圧変化相殺手段を備え、変位検出手段として測定範
囲の広いディジタルスケールを使用し、リトラクト機構
は測定用アームの回転位置を低速で変更可能にすること
を特徴とする。

【０００９】以上のような構成により、広い測定可能範
囲を有し、測定圧がほぼ一定で、高精度の測定が行える
接触型直径測定器が実現される。モータの発熱による影
響を低減するため、測定部とモータは離して間に熱隔壁
を設けることが望ましい。更に、十字ばねの代わりにベ
アリングを使用して支点とし、圧変化相殺手段を使用し
て常に一定の測定圧が得られるようにすることも可能で
ある。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施例の接触型
内径測定器の断面図である。図１に示すように、測定用
アーム２ａは、筐体１００に固定された十字ばね４を支
点として回転自在に保持されており、先端には測子３ａ
が設けられている。同様に、測定用アーム２ｂの先端に
も測子３ｂが設けられており、測定用アーム２ａと同様
の機構が設けられているが、ここでは説明を簡単にする
ために図示を省略してある。参照番号１で示す部材は保
護ガイド部材で、測定用アーム２ａ、２ｂを閉じた状態
で穴に挿入する時に、測定用アーム２ａ、２ｂの先端が
穴の縁や底に当たるのを防止する。

【００１１】測定用アーム２ａからは、第１の補助アー
ム５と第２の補助アーム８が伸びている。第１の補助ア
ーム５の先端部は、変位検出器６の変位部材７に接触し
ており、測定用アーム２ａの回転に応じて第１の補助ア
ーム５の先端部の位置が変位し、第１の補助アーム５の
先端部の変位に応じて変位部材７が平行移動するので、
変位検出器６でその変位を検出する。すなわち、変位検
出器６で測定用アーム２ａの回転に応じた変位が検出さ
れる。変位検出器６は、光学式モアレスケールであり、
大きな変位を高精度に測定できる。従って、差動トラン
スを使用して変位を検出するのに比べて測定可能範囲が
広い。ただし、測定可能範囲の広い差動トランスであれ
ば、光学式モアレスケール６の代わりに使用することが
可能であり、また測定可能範囲が広ければ他の検出器を
使用してもよい。

【００１２】第２の補助アーム８には、後述する圧変化
相殺手段を構成するばね１６を収容する枠１４と共に、
リトラクト機構を構成するカムフォロワ９が設けられて
いる。モータ１２から延びるシャフト１１の先端には駒
１０が設けられており、モータ１２を駆動することによ
りシャフト１１が軸方向に移動し、駒１０の位置が変位
する。駒１０は斜面を有し、その斜面がカムフォロワ９
に接触し、駒１０の位置変化に応じてカムフォロワ９と
の接触位置が変化して、測定用アーム２ａの開閉状態を
変化させる。図の実線の状態では、駒１０はもっとも左
側に移動しており、測定用アーム２ａは実線で示した閉
じた状態にある。また、駒１０が右方向に移動すると測
定用アーム２ａが開く。測定時、測子３ａと３ｂを穴の
内部に挿入する時には、駒１０を左方向に移動させて測
定用アーム２ａと２ｂを閉じた状態にして挿入し、測定
する深さまで挿入した後、駒１０を右方向に移動させて
測定用アーム２ａと２ｂを開く。開く途中で測子３ａと
３ｂは内径に接触して停止するので、更に駒１０を右方
向に移動させると、駒１０とカムフォロワ９は接触しな
い状態になる。

【００１３】リトラクト機構の駆動源としてモータを使
用した場合、モータが発熱して、測定器の内部に温度分
布を生じて測定精度を低下させる恐れがある。そこで、
本実施例では、シャフト１１を長くしてモータ１２は測
定部分から離して配置し、測定部分とモータ１２の間に
熱を遮断する熱隔壁１３を設けて、モータ１２の発熱に
よる影響を低減している。

【００１４】従来の接触型直径測定器（内径用も外径用
も）では、リトラクト機構はエアーシリンダを使用して
いた。エアーシリンダは移動速度が速く、移動時に測定
用アームや測子に衝撃を与えるため、高精度の直径測定
器に使用する上では問題があった。これに対して、本実
施例のように、モータ１２を使用することにより、移動
速度を任意に設定できるため、移動時に測定用アームや
測子に衝撃を与えることがない。更に、移動量も任意に
設定できるため、測定するワークの直径に応じて必要な
量だけ退避できるので、移動速度を遅くしても、移動に
要する時間を比較的短くできるという利点がある。

【００１５】次に、支点４を構成する十字ばねについて
簡単に説明する。十字ばねは、例えば、米国特許第3,18
1,851 号、第3,807,029 号などに開示されており、図２
を参照して十字ばねについて簡単に説明する。図２の
（１）は、構造を示す斜視図であり、（２）は断面図で
ある。図２の（１）に示すように、第１の円筒部材３３
と第２の円筒部材３５は、その外径より小さい外径の延
長円筒部３４、３６をそれぞれ有する。延長円筒部３
４、３６は、円筒のうちの１８０°より小さい、例えば
１５０°の部分のみを残して切り欠いた形状をしてい
る。第１の円筒部材３３と第２の円筒部材３５は、延長
円筒部３４、３６が挿入できるように、２１０°の部分
は内筒の径が大きく、１５０°の部分は延長円筒部３
４、３６の内径と同じである。このような構造により、
第１の円筒部材３３と第２の円筒部材３５は、延長円筒
部３４、３６を相互に挿入して、６０°の範囲で回転で
きる。第１の円筒部材３３の延長円筒部と同じ内径の１
５０°の部分と延長円筒部３６の部分の内面には、溝３
７〜４０が設けられている。ばね部材３１と３２を図示
のように組み合わせた状態で、エッジ３７’〜４０’を
溝３７〜４０に嵌め合わせるように挿入して、接着剤な
どでエッジ３７’〜４０’を溝３７〜４０に固定する。
この状態が図２の（２）である。

【００１６】以上のような構造により、第１の円筒部材
３３と第２の円筒部材３５は、上記の６０°の範囲で相
互に同軸で回転可能であり、平衡状態から回転変位する
に従って逆方向に回転位置を戻そうとする力が働く。測
定用アーム２ａ、２ｂがもっとも開いた状態を平衡状態
から若干回転した状態に設定し、測定用アームが閉じる
に従って逆方向に回転させようとする力が増加するよう
に設定してある。

【００１７】従来の測定器においては、支点としてベア
リングが使用されていたが、ベアリングではがたがその
まま精度に影響したが、本実施例のように十字ばねを使
用することによりこのような問題は生じなくなる。更
に、十字ばねは、平衡状態から回転した状態では、それ
自体で逆方向に回転力を生じるので、これを利用して測
定圧を生じさせることができる。従って、従来設けてい
た付勢のためのばねは必要なくなる。ただし、測定用ア
ームの回転位置により十字ばねの逆方向の回転力が変化
して測定圧が変化するので、その変化を圧変化相殺手段
によりキャンセルして測定圧を一定にする。

【００１８】図３は、圧変化相殺手段の構造と動作原理
を説明する図である。図３を参照して圧変化相殺手段に
ついて説明する。図１及び図３の（１）に示すように、
圧変化相殺手段は、第２の補助アーム８の先端に軸１７
を中心として回転自在に設けられた枠１４と、筐体１０
０に軸１８を中心として回転自在に設けられた枠１５
と、枠１４と１５の間に保持された圧縮ばね１６で構成
される。図３の（２）に示すように、測定用アーム２ａ
の回転に伴って第２の補助アーム８が回転して軸１７の
位置が変化すると、ばね１６が軸１７と１８を結ぶ直線
上に位置するように枠１４と１５が回転する。実線で示
した状態は、測定用アーム２ａが閉じた状態で、破線で
示す状態は測定用アーム２ａが開いた状態に対応する。

【００１９】軸１８は筐体１００に固定されており、ば
ね１６は、枠１４を矢印ａ、ａ’の方向に押す。すなわ
ち軸１７にａ、ａ’の力が働く。この力ａ、ａ’は、第
２の補助アーム８の軸方向、すなわち支点４に向かう力
ｂ、ｂ’と、それに垂直な力ｃ、ｃ’に分解される。力
ｂ、ｂ’は支点４にかかるので測定用アーム２ａの回転
モーメントには影響せず、力ｃ、ｃ’のみが測定用アー
ム２ａの回転モーメントとして働く。この力ｃ、ｃ’
は、測定用アーム２ａを広げる方向に働き、支点４を構
成する十字ばねによる測定用アーム２ａを広げる方向の
回転力と同じ方向に働く。従って、測定圧は十字ばねに
よる回転力と圧変化相殺手段による力ｃ又はｃ’との合
計である。

【００２０】図示のように、ばね１６の伸縮により実線
で示した状態の力ａは破線で示す状態の力ａ’より大き
いが、その方向は実線で示した状態の方が破線で示す状
態より力ｂ、ｂ’の方向に近い。そのため、力ｃ’の方
が力ｃより大きくすることができる。上記のように、十
字ばねによる回転力は、閉じた状態の方が大きいので、
ばね１６の長さとばね定数、及び軸１７の軸１８に対す
る軌跡を適当に選択することにより、測定用アームの回
転位置による十字ばねの回転力の変化と圧変化相殺手段
による力ｃ（ｃ’）の変化を等しくして、キャンセルす
ることができる。そのように設定すれば、測定圧はほぼ
一定である。

【００２１】以上本発明の実施例の接触型内径測定器を
説明したが、外径測定器についても類似の構成が適用可
能である。更に、上記の実施例では、測定用アームが２
本であったが、９０°異なる方向に回転する４本の測定
用アームを設けて２方向の直径を同時に測定する接触型
直径測定器に適用することも可能である。

【００２２】また、上記の圧変化相殺手段は、ばね１６
の長さとばね定数、及び軸１７の軸１８に対する軌跡を
適当に選択することにより、測定用アームに一定の回転
モーメントがかかるようにすることもできる。支点とし
て十字ばねの代わりにベアリングを使用した従来の構成
に、この圧変化相殺手段を適用して、付勢手段として利
用してもよい。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
測定可能範囲が広く、測定圧もほぼ一定である接触型直
径測定器が得られ、各種の直径を１個の測定器で測定で
きるので、測定に要するコストを低減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の接触型内径測定器の構造を示
す図である。

【図２】実施例で使用する十字ばねを説明する図であ
る。

【図３】実施例の圧変化相殺手段を説明する図である。

【符号の説明】

１…保護ガイド部材 ２ａ、２ｂ…測定用アーム ３ａ、３ｂ…測子 ４…支点 ６…変位検出器（光学式モアレスケール） １０…駒 １１…シャフト １２…モータ １３…熱隔壁 １４、１５…枠 １６…ばね

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 支点（４）で回転可能に支持され、測定
   部分に接触する測子（３ａ，３ｂ）を有する測定用アー
   ム（２ａ，２ｂ）と、前記測子を被測定物の表面に接触
   するように付勢する付勢手段と、前記測定用アームの回
   転に伴う変位を検出する変位検出手段（６，７）とを有
   する測定機構を少なくとも２組、及び前記測定用アーム
   の回転位置を規制するリトラクト機構（１０，１１，１
   ２）を備える接触型直径測定器であって、 前記支点（４）は、付勢手段として働く十字ばねで構成
   され、 前記測定用アームの回転位置に応じて前記測定用アーム
   に対する付勢方向が変化するばね（１６）を有し、前記
   測定用アームの回転位置による前記十字ばねの付勢力の
   変化を相殺して、前記測定用アームにかかるモーメント
   がほぼ一定であるようにする圧変化相殺手段を備え、 前記変位検出手段（６，７）は、測定範囲の広いディジ
   タルスケールであり、 前記リトラクト機構（１０，１１，１２）は、前記測定
   用アームの回転位置を低速で変更可能であることを特徴
   とする接触型直径測定器。