JPS5930001A - プロ−ブ軸の姿勢保持構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はプローブ軸の姿勢保持構造に係シ、更に詳しく
は、先端に測定子を有するプローブ軸を揺動可能に備え
た測定ヘッドにおける前記プローブ軸を所定の姿勢（中
立姿勢）に保持するプローブ軸の姿勢保持構造に関する
。

形状測定機は一般に、先端に測定子を有す乞プローブ軸
を揺動可能に備えた測定ヘッドを、前記測定子が測定面
に当接状態で移動するように操作して、測定ヘッドの軌
跡及び測定ヘッド内における前記測定子の変位を把握す
ることにより、測定面の形状を測定しようとするもので
ある。このような形状測定機の測定ヘッドにおいては、
前記グローブ軸が所定の姿勢（中立姿勢）に常に復帰さ
れる構造であることが、測定面の向きが様々に変化して
もその変化に対応して測定子の測定面への当接状態を維
持するうえで、便宜である。また、三次元測定機では、
プローブ軸先端の測定子を測定箇所に当接させて尚接待
の電気信号を得ることによシ描接箇所を三次元的座標位
置として把え、これによｐ測定物の位置、形状、寸法等
を測定しようとするものである。このような三次元測定
機では、プローブ軸先端の、測定子を種々の方向から測
定箇所に画壁させて電気信号を得るためには、当接待以
外はプローブ軸は常に所定の姿勢（中立姿勢）に保持さ
れるものである必要がある。

ところで、プローブ軸を中立姿勢に保持させる構造とし
てプローブ軸の周囲に複数のばねを設けて、これらのば
ねによりプローブ軸を互に径方向中心側に向って付勢さ
せ、グローブ軸の姿勢が前記中立姿勢よシ揺動じて傾き
状態に変化しても、前記複数のばねにより中立姿勢へと
常に復帰可能であるような構造が考えられる。すなわち
、第１図において、プローブ軸１の周囲には９０度間隔
毎に合計４個のはね２が設けられ、これらのばね２の先
端側はベアリングばね受け３を介して前記プローブ軸１
をグローブ軸１の径方向に沿って外側より中心に向って
互いに等しい力ＩＦＩにより押圧しており、また、各ば
ね２の基端は測定ヘッド４側に固定され、所謂片持状態
にて前記測定ヘンド４に固定されている。第２図には、
前記プローブ軸ｌがばね２により中立姿勢に保持されて
いる状態が示されているが、この状態からプローブ軸１
が第１図中２点鎖線で示される状態に傾けられると、第
３図に示されるように、図中左右のばね２のそれぞれの
ばね力は、Ｆ−Δｆ１及びＦ＋Δｆ１となり、従って、
プローブ軸１は第３図中左方側へ（ｌ＝′＋Δｆｘ　）
　−（Ｆ−Δｆｘ、）＝２Δｆ１　　の刀で付勢される
こととなる。この２Δｊｘ　という力の大きさが、プロ
ーブ軸１の支点における摩擦力の大きさや第３図中プロ
ーブ軸工の上下方向に位置する２゜つのはね２とベアリ
ングばね受け３との摩擦力等のグローブ軸１に作用する
全ての摩擦力よシも太きいものであれば、グローブ軸１
は第２図に示される中立姿勢へと復帰されることとなる
が、μｍオーダの測定を可能とするためにはプローブ軸
１が極めて微弱な力によっても敏感に揺動するものでな
ければならず、従ってばね２のばね力ｆｐ）を強大にさ
せることはできず、前記２Δｆｌも微弱なもの゛とせざ
るを得す、プローブ軸１を第３図に示される傾き姿勢か
ら第２図に示される中立姿勢へとは容易には復帰させ得
ないものであった。プローブ軸１の中立姿勢への復帰を
妨げる摩擦要素のうち最も大きなものは、本発明者らが
鋭意研究した結果、第３図中プローブ細工の上下方向の
２つのばね２とばね受け３を介してのプローブ軸１との
当接点における摩擦力であることが判明した。本発明は
このような知見に基づきなされたものである。なお、第
３図中プローブ軸１の上下方向に位置する２つのばね２
は、第２図に示される中立姿勢よシもそれぞれプローブ
軸ｌ側に向って第３図中符号αで示される長さだけ進出
しており、従って、プローブ軸１を中立姿勢に復帰させ
るためには前記プローブ軸１の上下に配置された２つの
ばね２をそれぞれ図中符号αで示される距離だけ押し拡
げなければならず、このためグローブ軸１の中立姿勢へ
の復帰を一層困難なものとさせていた。

本発明の目的は、高精度測定が可能な測定ヘンドに採用
しても、プローブ軸をあらゆる傾き状態から確実に中立
姿勢へと復帰させることのできるプローブ軸の姿勢保持
構造を提供するにある。

本発明は、プローブ軸にその周方向に沿って複数の第１
保合体を設け、これら第１保合体のそれぞれには第２保
合体をプローブ軸の径方向外側よシ尚接可能に配置し、
各第２保合体をそれぞれ前記径方向に沿って第１係合体
に押圧当接させる付勢手段を設け、更に、前記第１保合
体または第２保合体のいずれか一方をプローブ軸の軸線
方向と平行な軸線を中心として回転可能に構成し、すな
わら、プローブ軸が傾き姿勢から中立姿勢へと復帰しよ
うとする際の、プローブ軸に働らく復帰を妨げる摩擦力
を減少さ、せて前記目的を達成しようとするものである
。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第４〜７図には本発明によるプローブ軸の姿勢保持構造
が適用される測定ヘッドの一実施例が示されておシ、こ
れらの図においてシャンク１１の上端側には図示しない
形状測定機、三次元測定機等の測定機の可動部あるいは
数値制御工作機械等の加工機械の可動部が連結されるよ
うになっている。

シャンク１１の下端側には厚肉円盤状の上蓋部１２を介
して円筒状のケース本体１３が固定され、ケース本体Ｊ
３内にはプローブ軸１４がケース本体１３の中心線に沿
って収納されている。プローブ軸１４の先端には測定子
１５が設けられ、測定子１５はケース本体１３の下端側
よシ所定長だけ突出している。また、グローブ軸１４の
中心軸線は前記シャ／り１１の中心軸線と１９合って一
致できるようになっておシ、ここにおいて、前記２つの
中心軸線が互いに重り合って一致した状態におけるプロ
ーブ軸１４の姿勢を中立姿勢とする。

プローブ軸１４の長手方向中間部には球体１６が設けら
れている。球体１６の中心点はプローブ軸１４の軸線上
に配置されるとともに、球体１６の局面により球体周面
部１６Ａが構成されている。

また、グローブ軸１４は前記球体１６の厚肉円盤状の軸
受部材１７の中心部に挿通されている。軸受部材１７の
上端面側には半球状の球状受面１７Ａが形成され、球状
受面１７Ａは前記球状周面１６Ａと同心上に配置されて
いる。

球状受面１７Ａと球状周面１６Ａとの間にはころがシ装
置１８が介装され、このころがシ装置１８は、入角錐台
状のりテーナ１９と、リテーナ１９の台形板状の各周面
のそれぞれに３個ずつ保持されたベアリングボール状の
転動球２０を有している。

このころがり装置１８を介して軸受部材１７に支持され
るプローブ軸１４は前記球体１６の中心点を揺動中心と
してあらゆる方向に揺動自在とされている。

前記球体１６は下半分側が球体受面１７Ａ内に嵌入保持
される一方、プローブ軸１４の軸受部材１７の下方側の
所定位置にばばね受け２１が被嵌固定されるとともに、
ばね受け２１と軸受部材１７との間にはプローブ軸１４
を下方側に付勢する比較的微弱な圧縮コイルばね２２が
プローブ軸１４を囲繞した状態で介装されておシ、球状
局面部１６Ａ及びころがシ装置１８、ころがり装置１８
及び球状受面１７Ａのそれぞれは互いに離隔不能とされ
ている。また、軸受部材１７の上端面上には、比較的短
寸の円管体２３が球体１６の上半分側を囲繞するように
して固定されておシ、この円管体２３により前記ころが
シ装置１８が適正位置に維持されるよう構成されている
。

前記軸受部材１７は略リング状の下部支持体３１を介し
て前記ケース本体１３に支持されており、下部支持体３
１は、下端側の略半分が上端側の略半分に比して小径な
段付円筒状に形成され、下部支持体３１の内周側の水平
面３１Ａ上には前記軸受部材１７が載置された状態とな
っている。

下部支持体３１は、ケース本体１３の下端開口部に嵌合
されてボルトによシ固定されるとともに、下部支持体３
１の下端側の小径部３１Ｂには略リング状の下部リング
３４が被嵌固定されている。

下部リング３４の下端縁には中央に挿通孔３６が穿設さ
れた円盤状の下蓋部３７が固定され、この下蓋部３７の
前記挿通孔３６にはプローブ軸１４が遊挿通されている
。

プローブ軸１４の、下蓋部３７よ如上方側であってばね
受け２１よシ下方側の所定の位置には、第６，７図に拡
大して示されるように、第１保合体としての丸軸材５１
がグローブ軸１４の周方向に沿って互いに９０度の等間
隔に合計４個設けられている。これらの丸軸材５１は、
それぞれプローブ軸１４の外周部にプローブ軸１４の局
面の接線方向に沿って形成された所定の深さの保持溝５
２に内に一側面側が所定の深さまで圧入され且つ他側面
側がプローブ軸１４０局面より外側に突出された状態で
保持固定されておシ、これにより各丸軸材５１はグロー
ブ軸１４の外周部にグローブ軸１４の周面の接線方向に
沿って配置された状態となっている。

これら丸軸材５１のそれぞれには第２保合体としてのロ
ーラ体５３がそれぞれプローブ軸１４の径方向に沿って
外側よ沙当接されている。各ローラ体５３は、先端側に
回転軸５４Ａがグローブ軸１４の軸線方向と平行な方向
に沿って一体的に形成されたローラ支持体５４の前記回
転軸５４Ａに軸受５５を介して回転自在に支持されてお
シ、各ローラ体５３はそれぞれプローブ軸１４の軸線方
向と平行な軸線を中心として回転可能に配置されている
。前記ローラ支持体５４の下端部には付勢手段としての
片持ちばね５６の上端部が嵌入固定され℃いる。片持ら
ばね５６は所定の幅の板ばね状に形成されておシ、下端
側は取付板５７および取付ねじ５８を介して前記下蓋部
３７に固定されておシ、また、プローブ軸１４の周囲に
前記丸軸材５１の取付位置と各々対応する位置において
互いに９０度の等間隔に配置されている。

また、軸受部材１７上には、ケース本体１３に対する測
定子１５の前記中立姿勢からの移動変位量を互いに直交
する２成分の移動変位量として検出する２個の変位検出
器６１及び６２が設けられている（第５図参照）。これ
ら変位検出器６１゜６２を併わせて説明すれば、変位検
出器６１．６２は差動トランス型検出器よシなシ、軸受
部材１７に台ブロック６３を介して垂設された支持杆６
４により所定の高さに固定されたコイル６５と、コイル
６５内をプローブ軸１４の径方向に漬って移動変位する
コア６６と、コア６６の移動変位方向すなわらプローブ
軸１４の径方向に治ってコア６６の中心部を貫通するス
ピンドル６７と、により構成されている。

スピンドル６７の一端はプローブ軸１４側に突出し、こ
の突出端には略り字状の可動片６８の一端側が固定され
ている。可動片６８は、互いに平行に配された２枚の板
はねよりなる平行はね６９により前記台ブロック６３を
介して軸受部材１７上に支持されている。平行ばね６９
のそれぞれの板ばねにはスピンドル６７が挿通する小孔
が穿設されるとともに、前記各板はねにはそれぞれ両側
より保形部材７０が取シ付けられている。保形部材７０
は中央に丸穴７１を有する所定の厚さの角型板状に形成
され、また、保形部材７０によシ両側から挾持された前
記板はねの撓み具合が調整されており、前記板ばね６９
によシ互いに連結されるスピンドル６７と可動片６８と
は水平方向すなわらプローブ軸１４の径方向に沿って互
いに平行且つ同じ向きに同時に移動変位するよう構成さ
れている。

可動片６８の一端縁にはプローブ軸１４の径方向に沿っ
て当接ビン７２が係合片７３に向って突設されている。

保合片７３はグローブ軸１４の上端に設けられた小球体
よシなシ、一方、可動片６８の上端に突設された取付ビ
ン７４と前記係合片７３の上端側にグローブ軸１４の軸
方向に沿って設けられた固定ビン７５との間には比較的
微弱な引張コイルはね７６が介装され、前記スピンドル
６７は可動片６８及び当接ビン７２を介して常に保合片
７３に当接するよう構成されている。

次に、本実施例の動作につき説明する。

手動によっであるいは自動送シによって、プローブ軸１
４の測定子１５が測定箇所に常に当接するように前記測
定ヘッド全体を移動させる。測定子１５を測定箇所に浴
って移動させると、測定箇所゛の向きの変化、換言すれ
ば測定子１５が測定箇所に当接する方向の変化に伴い、
グローブ軸１４は球体１６を揺動中心として種々の方向
に傾けられることとなる。この際の前記測定子１５の測
定ヘッドに対する変位量は、２つの変位検出器６１゜６
２により互いに直交する２軸方向の成分として検出され
る。

測定箇所の向きが種々に変化しても常に測定子１５が当
接するようにさせるためには、グローブ軸１４がいずれ
Ｑ方向に傾いた場合にも常に中立姿勢へと復帰可能であ
ることが必要であるが、ここにおいて、プローブ軸１４
が例えば第７図中水平方向右側に傾けられると、図中プ
ローブ軸１４の左右両側のローラ体５３によシブロープ
軸１４は中立姿勢すなわち図中水平方向左側へと移動さ
れるような付勢力を受けることとなる。このとき、グロ
ーブ軸１４０図中上下方向の２つのローラ体５３は丸軸
材５１を介してプローブ軸１４に回転自在に当接してお
シ、従って、プローブ軸】４の中立姿勢への復帰を妨げ
るような摩擦力は生ぜずプローブ軸１４は速やかに中立
姿勢へと復帰されることとなる。また、前記第３図に示
される場合と異なシ、プローブ軸１４の図中上下方向の
２つの丸軸材５１はそれぞれグローブ軸】４の接線方向
に沿って設けられておシ、グローブ軸１４は中立姿勢に
復帰するに際して前記上下方向２つのローラ体５３を押
し拡げるようにする必要がなく、従ってこの点からもプ
ローブ軸１４の中立姿勢への復帰が迅速、確実になされ
ることとなる。

プローブ軸１４が前記以外の方向に傾けられたときにも
、各ローラ体５３は丸軸材５１を介して回転自在にグロ
ーブ軸１４に当接しているところから、プローブ軸１４
の中立姿勢への復帰を妨げるような摩擦力は生ぜず、グ
ローブ軸１４は速やかに中立姿勢へと復帰される。また
、丸軸材５１はプローブ軸１４の局面の接線方向に沿っ
て配置されているところから、グローブ軸１４はいずれ
の方向に傾けられても、丸軸材５１とローラ体５３との
当接箇所は常に点接触状態となっておシ、すなわちプロ
ーブ軸１４がどのような傾き状態となっていても当接箇
所の摩擦が極小な状態となっておシ、従って、プローブ
軸１４の傾き方向に係わらず常にプローブ軸１４は確実
に中立姿勢へと復帰されることとなる。

このような本実施例によれば、次のような効果がある。

プローブ軸１４を中立姿勢へと復帰させるように作用す
る各片持ばね５６はそれぞれローラ体５３を介してプロ
ーブ軸１４に当接しているものであるため、グローブ軸
１４の中立姿勢への復帰を妨げるような摩擦力が中立姿
勢への復帰の際に生ぜず、従ってプローブ軸１４が確実
に中立姿勢へと復帰されるという効果がある。また、前
記ロー２体５３はそれぞれ丸軸材５１を介してプローブ
軸１４に当接されておシ、丸軸材５１はプローブ軸１４
の周面の接線方向に沿って配置されているものであるた
め、プローブ軸１４が中立姿勢へと復帰する際にプロー
ブ軸１４の互いに対向する両側に設けられた２つのロー
ラ体５３を大きく押し拡げるよ−うにしなければならな
いということはなく１．この点からも、プローブ軸１４
は確実に中立姿勢へと復帰されるという効果がある。

更に、丸軸材５１はプローブ軸１４の接線方向に沿って
設けられているものであるため、プローブ軸１４がいず
れの方向に傾けられている場合にも、丸軸材５１とロー
ラ体５３とは常に点接触状態となっておシ、換言すれば
、当接箇所の摩擦が極小な状態となっているため、プロ
ーブ軸１４がいずれの方向に傾けられても常に確実に中
立状態へと復帰されるという効果がある。

また、丸軸材５１にローラ体５３を当接させる付勢手段
として片持ばね５６が採用されているため、構造が極め
て簡易であり容易に実施することができるという効果が
ある。

さらに、各片持ばね５６のばね力が極めて小さなもので
あってもグローブ軸１４が中立姿勢に確実に復帰される
ものであるため、測定子１５が測定箇所に当接するとプ
ローブ軸１４が敏感に反応して揺動するようにさせるこ
とができ、したがって、μｍオーダの高精度測定を容易
に可能なものとさせることができる。

なお、実施に当シ、第８図に示されるように、丸軸材５
１及びローラ体５３はグローブ軸１４の周囲に等間隔に
３個ずつ設けられているものであってもよく、更に、５
個以上設けられていてもよく、要するにプローブ軸１４
の周囲に互いに等間隔に複数設けられていればよい。さ
らに、丸軸材５１、ローラ体５３が等間隔に配置される
場合には各片持ばね５６のばね力が互いに等しいもので
あることを要するが、各片持ばね５６のはね力はそれぞ
れ別個に調整可能とされて互いに異なるばね力を有する
とともに丸軸材５１、ローラ体５３が等間隔に設けられ
ていないよう構成されるものでもよい。

また、第１の係合体は丸軸材５１よシなるとともに第２
の係合体はローラ体５３よりなるものとしたが、例えば
第９，１０図に示されるように、プローブ軸１４に取シ
付けられる第１の係合体としてローラ体８１が採用され
るとともに、これら第１の係合体としてのローラ体８１
にはそれぞれ片持ばね５６の先端部にプローブ軸１４の
接線方向と平行な方向に溢って取シ付けられた丸軸材８
２が当接されるよう構成されているものであってもよい
。

更に、前記実施例においてはロー２体５３は丸軸材５１
を介してプローブ軸１４の周面に当接するものとしたが
、丸軸材５１は設けられておらず、例えば、プローブ軸
１４の外周部を囲繞する１つのリング状の部材を第１保
合体とし、このリング状の第１保合体を介してローラ体
５３がプローブ軸１４に回転自在に当接するものであっ
てもよい。

このような場合にあっても、ローラ体５３が回転自在に
プローブ軸１４に接するものであるため、プローブ軸１
４が傾き状態から中立姿勢へと復帰するに際してプロー
ブ軸１４の中立姿勢への復帰の妨げとなるよう、な摩擦
力は生ぜず、従ってプローブ軸１４の中立姿勢への復帰
を確実なものとさせることができる。

また、本発明によるプローブ軸の保持構造が適用される
のは、前述の如き測定子１５の変位を変位検出器６１．
６２によりアナログ信号として検出する測定ヘッドに限
らず、オン・オフのみのタッチ信号だけを発するような
測定ヘンドに適用されらずしも微弱なものである必要は
なく、前記ばね力を大きくしてプローブ軸１４が速い速
度で中立姿勢へと復帰されるよう構成されていてもよく
、このような場合にあってもプローブ軸１４を確実に中
立姿勢へと復帰させることができる。

上述のように本発明によれば、高精度測定が可能な測定
ヘッドに採用しても、プローブ軸をあらゆる傾き状態か
ら確実に中立姿勢へと復帰させることのできるグローブ
軸の姿勢保持構造を提供することができるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図はそれぞれプローブ軸が中立姿勢へと復
帰することの困難な構造のプローブ軸の姿勢保持構造を
示す説明図、第４図は本発明によるプローブ軸の姿勢保
持構造が適用される測定ヘッドの一実施例の全体構成を
示す断面図、第５図は前記実施例の上蓋部を取り外した
状態での平面図、第６図は前記実施例の要部の拡大断面
図、第７図は第６図の■−■線に従う矢視断面図、第８
図及び第９図はそれぞれ前記以外の互いに異なる実施例
の要部を示す断面図及び正面図、第１０図は第９図のＸ
−Ｘ線に従う矢視断面図である。 １３・・・ケース本体、１４・・・グローブ軸、１５・
・・測定子、１６・・・球体、１７・・・軸受部材、１
８・・・ころがシ装置、５１・・・第１保合体としての
丸軸材、５３・・・第２保合体としてのローラ体、５６
・・・付勢手段としての片持ばね、６１．６２・・・変
位検出器、８１・・・第１保合体としてのローラ体、８
２・・・第２保合体としての丸軸材。 代理人　弁理士　木　下　實　三 （ほか１名） 第２図　　　　　　第３図 第５図 Ｌ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）、先端に測定子を有するプローブ軸を揺動可能に
   備えた測定ヘッドにおいて前記プローブ軸を所定の姿勢
   に保持するプローブ軸の姿勢保持構造であって、前記プ
   ローブ軸にはプローブ軸の周方向に沿って複数の第１保
   合体が設けられ、これら第１係合体の各々には第２保合
   体がプローブ軸の径方向外側より当接可能に配置される
   とともに、第２保合体を各々前記径方向に沿って第１係
   合体ｅｃ＃庄°ｄ遣ぎざ＼ぜχ６＃努′手政ガζホ２吃
   ｒられ、　ざらＫ、第１係合体または第２保合体のいず
   れか一方は前記プローブ軸の軸線方向と平行な軸線を中
   心として回転可能に構成されていることを特徴とするグ
   ローブ軸の姿勢保持構造。 （２、特許請求の範囲第１項において、前記第１保合体
   はプローブ軸の外周部にプローブ軸の局面の接線方向に
   漬って配置される丸軸材よシなるとともに、前記第２保
   合体はプローブ軸の軸線方向と平行な軸線を中心と、し
   て回転可能なロー２体よシなシ、さらに、前記付勢手段
   は先端側に前記ローラ体が取シ付けられ且つ基端側か測
   定ヘッドの本体側に固定された片持ばねよシなることを
   特徴とするプローブ軸の姿勢保持構造。