WO2021010304A1 - 測定装置 - Google Patents

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WO2021010304A1
WO2021010304A1 PCT/JP2020/026960 JP2020026960W WO2021010304A1 WO 2021010304 A1 WO2021010304 A1 WO 2021010304A1 JP 2020026960 W JP2020026960 W JP 2020026960W WO 2021010304 A1 WO2021010304 A1 WO 2021010304A1
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friction
rotating shaft
ball screw
plate
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裕明 上村
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株式会社東京精密
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    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D66/00—Arrangements for monitoring working conditions, e.g. wear, temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
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    • G—PHYSICS
    • G12—INSTRUMENT DETAILS
    • G12B—CONSTRUCTIONAL DETAILS OF INSTRUMENTS, OR COMPARABLE DETAILS OF OTHER APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F16D66/00—Arrangements for monitoring working conditions, e.g. wear, temperature
    • F16D2066/003—Position, angle or speed

Definitions

  • the present invention relates to a measuring device, and particularly relates to a technique for moving a detector in the vertical direction.
  • a surface roughness measuring machine that measures the surface roughness of the surface to be measured of the work and a surface shape measuring machine that measures the surface shape of the surface to be measured of the work are known.
  • a surface shape measuring machine moves a stylus that is swingably attached with a swinging fulcrum as a fulcrum, a detector having a stylus provided at the tip of the stylus, and a detector along the surface to be measured. It includes a drive unit.
  • the surface shape measuring machine traces the surface to be measured with the stylus by moving the detector and the workpiece in the horizontal direction relative to each other with the stylus of the detector in contact with the surface to be measured.
  • the displacement of the stylus (touch needle) is detected, and the surface shape of the surface to be measured is obtained based on the displacement detection result.
  • Patent Document 1 in a Z-axis assembly provided with a Z-axis spindle to which a detector for measuring the surface of an object to be measured is attached and movable in the Z-axis direction, the Z-axis spindle is fixed to one end of a suspension wire.
  • a Z-axis assembly is described in which a balance weight for balancing the weight of the Z-axis spindle is suspended at the other end of the suspension wire.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, does not require a complicated structure, requires only a rigid body with only the weight of the driving body, is driven by the moment of inertia of only the weight of the driving body, and has no limitation on acceleration. It is an object of the present invention to provide a measuring device in which the load torques when ascending and descending are close to each other by a mechanism without disturbance such as a couple.
  • One embodiment of the measuring device for achieving the above object includes a detector for detecting the surface position of the measurement target, a driving body for supporting the detector, a rotating shaft, and rotation of the rotating shaft in the first direction.
  • a movement support mechanism that lowers the drive body by rotating the drive body in a second direction opposite to the first direction of the rotation axis and raises the drive body by rotating in a direction opposite to the first direction of the rotation axis, and a rotation axis in the first direction or the second direction.
  • Measurement including a rotating motor and a loader that applies load torque to the rotating shaft and that applies a larger load torque to rotation in the first direction than rotation in the second direction of the rotating shaft. It is a device.
  • a rigid body having only the weight of the driving body is sufficient without requiring a complicated structure, and the mechanism is driven by the moment of inertia of only the weight of the driving body, has no limitation on acceleration, and has no disturbance such as couple. , The load torque when ascending and descending can be brought close to each other.
  • the loader transmits the friction disc rotatably supported together with the rotating shaft, the friction pad that abuts on the friction disc, and the rotation of the rotating shaft in the first direction to the friction disc, and is in the second direction of the rotating shaft. It is preferable to provide a one-way clutch that does not transmit rotation to the friction disc. As a result, the load torques when ascending and descending can be appropriately brought close to each other.
  • the loader is rotatably supported together with the rotating shaft, and has a magnetized disk in which N poles and S poles are alternately magnetized along the circumferential direction, a magnet that generates a magnetic force acting on the magnetized disk, and a rotating shaft. It is preferable to provide a one-way clutch that transmits the rotation of the first direction to the magnetizing disk and does not transmit the rotation of the rotation shaft in the second direction to the magnetizing disk. As a result, the load torques when ascending and descending can be appropriately brought close to each other.
  • the loader has a hysteresis plate that is rotatably supported together with the rotation shaft, a magnet that generates magnetic flux from one surface of the hysteresis plate to the other surface, and a hysteresis plate that rotates the rotation shaft in the first direction. It is preferable to provide a one-way clutch that transmits and does not transmit the rotation of the rotation shaft in the second direction to the hysteresis plate. As a result, the load torques when ascending and descending can be appropriately brought close to each other.
  • the loader is between a rotating body that rotates with a rotating shaft, a friction plate that comes into contact with the rotating body, and a friction plate that presses the rotating body against the friction plate when the rotating shaft rotates in the first direction.
  • Friction resistance variable mechanism that sets the friction resistance to the first friction resistance and sets the friction resistance between the rotating body and the friction plate to the second friction resistance smaller than the first friction resistance when the rotating shaft rotates in the second direction. And, it is preferable to provide. As a result, the load torques when ascending and descending can be appropriately brought close to each other.
  • the north and south poles are alternately magnetized along the circumferential direction
  • the first magnet plate that rotates with the rotation axis and the north and south poles are alternately magnetized along the circumferential direction.
  • the distance between the second magnet plate fixed at a position facing the first magnet plate and the distance between the first magnet plate and the second magnet plate when the rotation axis rotates in the first direction is the first. It is provided with a distance variable mechanism that makes the distance between the first magnet plate and the second magnet plate a second distance larger than the first distance when the rotation axis rotates in the second direction. Is preferable. As a result, the load torques when ascending and descending can be appropriately brought close to each other.
  • the loader includes a fluid holding portion that holds the fluid and a blade portion that is movably supported inside the fluid holding portion as the rotating shaft rotates, and the blade has a rotating shaft in the first direction.
  • the fluid resistance of the fluid received by the blade becomes the first fluid resistance
  • the axis of rotation rotates in the second direction
  • the fluid resistance of the fluid received by the blade becomes the second fluid resistance smaller than the first fluid resistance.
  • the shape is as follows. As a result, the load torques when ascending and descending can be appropriately brought close to each other.
  • the moving support mechanism is provided with a ball screw supported along the vertical direction as a rotation axis
  • the drive body is provided with a ball nut screwed with the ball screw, and the motor rotates the ball screw.
  • the drive unit can be appropriately driven.
  • the movement support mechanism includes a ball screw supported along the vertical direction as a rotation axis and a ball nut screwed with the ball screw, and the motor is a detent portion that rotates the ball screw and regulates the rotation of the ball nut. Therefore, the frictional resistance between the detent portion that comes into contact with the guide surface, the first friction member provided on the guide surface, and the detent portion provided on the guide surface is relatively smaller than that of the first friction member.
  • a second friction member is provided, and the detent portion slides with the first friction member when the rotation shaft rotates in the first direction, and the second friction member slides when the rotation shaft rotates in the second direction. It is preferable to slide with. As a result, the load torques when ascending and descending can be appropriately brought close to each other.
  • the load torque when ascending and when descending can be brought close to each other.
  • FIG. 1 Front view showing the configuration of the Z-axis drive mechanism of the shape measuring machine according to the present invention.
  • Block diagram showing the electrical configuration of the Z-axis drive mechanism of the shape measuring machine The figure which shows an example of the structure of the X-axis drive mechanism of a shape measuring machine. The figure which shows another example of the structure of the X-axis drive mechanism of a shape measuring machine.
  • FIG. 1 is a front view showing a configuration of a Z-axis drive mechanism of the shape measuring machine according to the present invention, and a part thereof is shown in a cross section.
  • the shape measuring machine 10 (an example of a measuring device) includes a motor 12, a joint 14, a loader 16, a ball screw 18, bearings 19A and 19B, a driving body 20, and a guide surface 22. And have.
  • the rotating shaft 12A is arranged parallel to the Z-axis direction (vertical direction).
  • the motor 12 is controlled by the motor control unit 102 (see FIG. 2) to rotate the rotary shaft 12A.
  • the ball screw 18 has a shaft portion 18A and a screw portion 18B.
  • the shaft portion 18A and the screw portion 18B are connected in series.
  • the threaded portion 18B has a spiral thread groove formed on the shaft rod.
  • the bearings 19A and 19B rotatably support the ball screw 18 at both ends of the screw portion 18B.
  • the ball screw 18 is supported by bearings 19A and 19B along the Z-axis direction.
  • the joint 14 connects the rotating shaft 12A and the shaft portion 18A so that the rotation of the rotating shaft 12A of the motor 12 can be transmitted to the shaft portion 18A of the ball screw 18.
  • the ball screw 18 can rotate around the Z-axis direction together with the rotation shaft 12A of the motor 12.
  • the drive body 20 is arranged in contact with the guide surface 22.
  • the guide surface 22 is arranged parallel to the Z-axis direction.
  • the drive body 20 is provided with a ball nut (not shown) inside.
  • the ball nut is screwed with the screw portion 18B
  • the drive body 20 is attached to the screw portion 18B.
  • a so-called ball screw mechanism (an example of a movement support mechanism) having a screw portion 18B of the ball screw 18 and a ball nut is configured. That is, the drive body 20 is driven in the Z-axis direction along the guide surface 22 by rotating the screw portion 18B about the Z-axis direction.
  • the drive body 20 is lowered, and the ball screw 18 is in the counterclockwise direction.
  • the drive body 20 rises when it is rotated in the clockwise direction (clockwise direction, an example of the second direction) which is the opposite direction.
  • the rotation direction of the ball screw 18 and the vertical movement direction of the drive body 20 are not limited to this example, and may be reversed. That is, the drive body 20 may be raised when the ball screw 18 is rotated counterclockwise, and the drive body 20 may be lowered when the ball screw 18 is rotated clockwise.
  • the load device 16 is provided on the shaft portion 18A of the ball screw 18.
  • the load device 16 is configured to apply a load torque to the shaft portion 18A only in one rotation direction of the ball screw 18.
  • a load torque is applied to the shaft portion 18A when the ball screw 18 is rotated in the counterclockwise direction in the top view of the shape measuring machine 10, and a load is applied to the shaft portion 18A when the ball screw 18 is rotated in the clockwise direction.
  • No torque is applied. That is, a load torque is applied to the rotation of the ball screw 18 only when the drive body 20 is lowered.
  • the load device 16 may apply a larger load torque to the rotation of the ball screw 18 in the counterclockwise direction than to the rotation in the clockwise direction. For example, by applying a relatively large load torque to the counterclockwise rotation of the ball screw 18 and a relatively small load torque to the clockwise rotation of the ball screw 18, when the drive body 20 is raised, The load torque may be close to that at the time of descent.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration of the Z-axis drive mechanism of the shape measuring machine 10. As shown in FIG. 2, the shape measuring machine 10 includes a integrated control unit 100.
  • the integrated control unit 100 is realized by a general-purpose computer such as a personal computer or a microcomputer.
  • the central control unit 100 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), an input / output interface, and the like.
  • various programs such as control programs stored in the ROM are expanded in the RAM, and the programs expanded in the RAM are executed by the CPU to realize the functions of each unit in the shape measuring machine 10. Then, various arithmetic processes and control processes are executed via the input / output interface.
  • the integrated control unit 100 controls the entire shape measuring machine 10.
  • the integrated control unit 100 includes a motor control unit 102.
  • the motor control unit 102 is connected to the motor 12.
  • the motor control unit 102 drives the motor 12 by amplifying the command value input from the integrated control unit 100 with a gain corresponding to the load torque.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the configuration of the X-axis drive mechanism of the shape measuring machine 10. As shown in FIG. 3, the shape measuring machine 10 includes an X-axis drive unit 24 and a detector 26.
  • the X-axis drive unit 24 is provided on the drive body 20 shown in FIG.
  • the X-axis drive unit 24 drives the detector 26 in the X-axis direction.
  • the detector 26 includes a contact 28.
  • the detector 26 is a sensor that detects the surface position of the work W in the Z-axis direction by bringing the contact 28 into contact with the work W (an example of a measurement target).
  • the shape measuring machine 10 performs contour tracking measurement for driving the X-axis driving unit 24 provided on the driving body 20 (not shown in FIG. 3) in the Z-axis direction along the contour of the work W.
  • the drive in the Z-axis direction is as described with reference to FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing another example of the configuration of the X-axis drive mechanism of the shape measuring machine 10. As shown in FIG. 4, the shape measuring machine 10 includes a detector 30.
  • the detector 30 is provided on the drive body 20 shown in FIG.
  • the detector 30 includes a contactor 32.
  • the detector 30 is a sensor that detects the position of the work W in the X-axis direction by bringing the contactor 32 into contact with the work W.
  • the shape measuring machine 10 detects the position of the work in the X-axis direction by the detector 30 while driving the driving body 20 (not shown in FIG. 4) in the Z-axis direction.
  • the detector 30 is capable of both measurement in the Z-axis upward direction and measurement in the Z-axis downward direction.
  • a [Nm] be the load torque due to the weight of the drive body 20
  • B [Nm] be the load torque due to the frictional resistance between the drive body 20 and the guide surface 22
  • C [Nm] be the load torque applied by the load device 16.
  • the load torque Z U [Nm] when the drive body 20 is rising and the load torque Z D [Nm] when the drive body 20 is falling can be expressed as follows.
  • the difference in load torque between ascending and descending is preferably within 10%. That is, it is preferable that the load device 16 applies the load torque so that the difference between the load torque of the rotation of the ball screw 18 in the counterclockwise direction and the load torque of the rotation in the clockwise direction is within 10%.
  • the load torque is adjusted. Is slightly tolerant, and the difference in load torque between ascending and descending is preferably within 30%. That is, it is preferable that the load device 16 applies the load torque so that the difference between the load torque of the rotation of the ball screw 18 in the counterclockwise direction and the load torque of the rotation in the clockwise direction is within 30%.
  • FIG. 5 is a top view of the load device 16 according to the first embodiment
  • FIG. 6 is a front view of the load device 16.
  • a part of FIG. 6 shows a 6-6 cross section of FIG.
  • the loader 16 includes a one-way clutch 40, a friction disc 42, friction pads 44A and 44B, a pad fixing portion 46, and compression springs 48A and 48B.
  • the one-way clutch 40 is arranged around the shaft portion 18A.
  • the one-way clutch 40 rotates about the Z-axis direction integrally with the shaft portion 18A.
  • the friction disc 42 is a metal ring plate-shaped member, and is supported around the one-way clutch 40.
  • the one-way clutch 40 when the shaft portion 18A rotates in the counterclockwise direction in FIG. 5, the rotational driving force is transmitted to the friction disk 42 via a gear (not shown), and when the shaft portion 18A rotates in the clockwise direction.
  • the transmission of the rotational driving force to the friction disk 42 is cut off. That is, the one-way clutch 40 transmits only the rotation of the shaft portion 18A in the counterclockwise direction to the friction disc 42.
  • the friction disk 42 rotates in the counterclockwise direction around the shaft portion 18A when the shaft portion 18A rotates in the counterclockwise direction, and rotates when the shaft portion 18A rotates in the clockwise direction. do not do.
  • the friction pads 44A and 44B are flat plate-shaped members made of resin.
  • the pad fixing portion 46 supports the friction pads 44A and 44B on the upper surface side and the lower surface side of the friction disc 42, respectively.
  • the upper end of the compression spring 48A is supported by the spring fixing portion 49A, and the lower end is connected to the upper surface of the pad fixing portion 46.
  • the compression spring 48A presses the friction pad 44A against the upper surface of the friction disc 42 via the pad fixing portion 46.
  • the lower end of the compression spring 48B is supported by the spring fixing portion 49B, and the upper end is connected to the lower surface of the pad fixing portion 46.
  • the compression spring 48B presses the friction pad 44B against the lower surface of the friction disc 42 via the pad fixing portion 46. As a result, the friction pads 44A and 44B come into contact with the friction disc 42 and sandwich the friction disc 42 with a predetermined pressing force.
  • the ball screw 18 when the ball screw 18 is rotated counterclockwise in a top view by the motor 12, the drive body 20 descends along the guide surface 22.
  • the one-way clutch 40 transmits the rotation of the shaft portion 18A of the ball screw 18 to the friction disc 42, and the friction disc 42 rotates together with the shaft portion 18A. Since the friction disc 42 is sandwiched between the friction pads 44A and 44B, a frictional resistance that hinders the rotation of the shaft portion 18A is generated between the friction disc 42 and the friction pads 44A and 44B. Therefore, in addition to the load torque due to the frictional resistance between the drive body 20 and the guide surface 22, a load torque corresponding to the frictional resistance between the friction disc 42 and the friction pads 44A and 44B is applied to the shaft portion 18A.
  • the one-way clutch 40 does not transmit the clockwise rotation of the shaft portion 18A of the ball screw 18 to the friction disc 42. Therefore, the frictional resistance is not transmitted to the shaft portion 18A, and the load torque by the loader 16 is not applied to the shaft portion 18A.
  • the load device 16 by applying the load torque only when the drive body 20 is lowered, the load torque when ascending and when descending can be brought close to each other. As a result, the gain of the motor drive can be brought close to each other when ascending and descending.
  • the value of the frictional resistance between the friction disc 42 and the friction pads 44A and 44B can be adjusted by changing the spring constants of the compression springs 48A and 48B, the material of the friction disc 42, the material of the friction pads 44A and 44B, and the like. can do. Therefore, the difference in load torque between ascending and descending can be set to a desired value.
  • FIG. 7 is a top view of the load device 16 according to the second embodiment
  • FIG. 8 is a front view of the load device 16.
  • a part of FIG. 8 shows a cross section of 8-8 of FIG.
  • the loader 16 includes a one-way clutch 40, a magnetizing disc 50, and a permanent magnet 52.
  • the magnetized disc 50 is an annular plate-shaped member made of a magnetic material, and is supported around the one-way clutch 40.
  • the north pole and the south pole are alternately magnetized at the same magnetizing pitch interval along the circumferential direction.
  • two N poles and two S poles are alternately arranged.
  • the permanent magnet 52 is a so-called U-shaped magnet that generates a magnetic force acting on the magnetizing disc 50.
  • the permanent magnet 52 has an N pole on the upper surface side of the magnetizing disc 50 and an S pole on the lower surface side, respectively, arranged in a non-contact state with a predetermined interval from the magnetizing disc 50, and is directed toward the magnetizing disc 50. Generates magnetic force.
  • An electromagnet may be used instead of the permanent magnet 52.
  • the ball screw 18 when the ball screw 18 is rotated counterclockwise in a top view by the motor 12, the drive body 20 descends along the guide surface 22.
  • the one-way clutch 40 transmits the rotation of the shaft portion 18A of the ball screw 18 to the magnetizing disc 50, and the magnetizing disc 50 rotates together with the shaft portion 18A.
  • a reluctance that hinders the rotation of the shaft portion 18A is generated by the attractive force or the repulsive force in the Z-axis direction of the permanent magnet 52. Therefore, in addition to the load torque due to the frictional resistance between the drive body 20 and the guide surface 22, a load torque corresponding to the magnetic flux resistance due to the permanent magnet 52 is applied to the shaft portion 18A.
  • the shape measuring machine 10 when the ball screw 18 is rotated clockwise by the motor 12 in the top view, the drive body 20 rises along the guide surface 22.
  • the one-way clutch 40 does not transmit the clockwise rotation of the shaft portion 18A of the ball screw 18 to the magnetizing disc 50. Therefore, the magnetic flux resistance is not transmitted to the shaft portion 18A, and the load torque by the loader 16 is not applied to the shaft portion 18A.
  • the load device 16 by applying the load torque only when the drive body 20 is lowered, the load torque when ascending and when descending can be brought close to each other. As a result, the gain of the motor drive can be brought close to each other when ascending and descending.
  • the value of the magnetic flux resistance of the permanent magnet 52 can be adjusted by changing the magnetic force of the magnetizing disk 50, the magnetic force of the permanent magnet 52, the distance between the magnetizing disk 50 and the permanent magnet 52, and the like. Therefore, the difference in load torque between ascending and descending can be set to a desired value.
  • FIG. 9 is a partial cross-sectional view of the loader 16 according to the third embodiment.
  • the load device 16 includes a one-way clutch 40, a hysteresis plate 54, and permanent magnets 56A, 56B, 56C, and 56D.
  • the hysteresis plate 54 is an annular plate-like member made of a magnetic material, and is supported around the one-way clutch 40.
  • the permanent magnets 56A, 56B, 56C, 56D generate magnetic flux acting on the hysteresis plate 54.
  • the permanent magnets 56A and 56C are arranged in a non-contact state with a predetermined distance from the upper surface of the hysteresis plate 54 with the north pole directed toward the upper surface side of the hysteresis plate 54, respectively.
  • the permanent magnets 56B and 56D are arranged in a non-contact state at a predetermined distance from the lower surface of the hysteresis plate 54 with the S pole directed toward the lower surface side of the hysteresis plate 54, respectively.
  • the permanent magnets 56A, 56B, 56C, 56D generate magnetic flux from the upper surface (an example of one surface) to the lower surface (an example of the other surface) of the hysteresis plate 54.
  • the permanent magnets 52 of the second embodiment may be used.
  • the ball screw 18 when the ball screw 18 is rotated counterclockwise in a top view by the motor 12, the drive body 20 descends along the guide surface 22.
  • the one-way clutch 40 transmits the rotation of the shaft portion 18A of the ball screw 18 to the hysteresis plate 54, and the hysteresis plate 54 rotates together with the shaft portion 18A.
  • the hysteresis plate 54 rotates and crosses the magnetic flux generated by the permanent magnets 56A, 56B, 56C, 56D, a first hysteresis resistance that hinders the rotation of the shaft portion 18A is generated due to the hysteresis loss. Therefore, in addition to the load torque due to the frictional resistance between the drive body 20 and the guide surface 22, the shaft portion 18A is given a load torque corresponding to the first hysteresis resistance.
  • the ball screw 18 when the ball screw 18 is rotated clockwise by the motor 12 in the top view, the drive body 20 rises along the guide surface 22.
  • the one-way clutch 40 does not transmit the clockwise rotation of the shaft portion 18A of the ball screw 18 to the hysteresis plate 54. Therefore, the hysteresis resistance is not transmitted to the shaft portion 18A, and the load torque by the loader 16 is not applied to the shaft portion 18A.
  • the load device 16 by applying the load torque only when the drive body 20 is lowered, the load torque when ascending and when descending can be brought close to each other. As a result, the gain of the motor drive can be brought close to each other when ascending and descending.
  • the value of the brake torque due to the hysteresis loss can be adjusted. .. Therefore, the difference in load torque between ascending and descending can be set to a desired value.
  • the loader 16 according to the fourth embodiment includes a friction resistance variable mechanism.
  • FIG. 10 is a perspective view of the load device 16 according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 10, the loader 16 includes a pin 18D, a friction plate 60, and a rotating body 62.
  • the pin 18D is provided so as to project from the shaft portion 18A of the ball screw 18 in a direction (horizontal direction) orthogonal to the Z axis.
  • the two pins 18D are arranged on the same straight line.
  • the pin 18D rotates with the rotation of the shaft portion 18A.
  • the friction plate 60 is a flat metal member, and is fixed to the guide surface 22 with the flat upper surface horizontal.
  • the shaft portion 18A of the ball screw 18 is inserted into the circular through hole provided in the center of the friction plate 60 in a non-contact manner. That is, the friction plate 60 is fixed at a position that does not interfere with the rotation of the ball screw 18.
  • the rotating body 62 is made of resin and is a ring plate-like member when viewed from above.
  • the shaft portion 18A of the ball screw 18 is inserted into the circular through hole provided in the center of the rotating body 62, and the rotating body 62 is rotatably placed on the friction plate 60 around the shaft portion 18A. As a result, the flat lower surface of the rotating body 62 comes into contact with the upper surface of the friction plate 60.
  • the rotating body 62 has a tapered surface 62B, a first wall 62C, and a second wall 62D, respectively, in two regions that are not adjacent to each other in the region obtained by dividing the upper surface into four equal parts by a line segment passing through the center of the upper surface.
  • the tapered surface 62B has a constant gradient in the Z-axis direction from the first wall 62C to the second wall 62D.
  • the two pins 18D are respectively arranged at an intermediate height position of the tapered surface 62B.
  • 11 to 14 are diagrams for explaining the operation of the load device 16 according to the fourth embodiment.
  • FIG. 11 is a top view of the load device 16, and FIG. 12 is a front view of the load device 16.
  • a part of FIG. 12 shows a 12-12 cross section of FIG. 11 and 12 show a case where the ball screw 18 is rotated in the counterclockwise direction when viewed from above the shape measuring machine 10.
  • FIG. 13 is a top view of the load device 16, and FIG. 14 is a front view of the load device 16.
  • a part of FIG. 14 shows a cross section of FIG. 13-14-14. 13 and 14 show a case where the ball screw 18 is rotated in the clockwise direction in the top view of the shape measuring machine 10.
  • the drive body 20 descends along the guide surface 22.
  • the shaft portion 18A and the pin 18D also rotate in the counterclockwise direction as shown in FIGS. 11 and 12.
  • the pin 18D rides on the slope of the tapered surface 62B and abuts on the first wall 62C to rotate the rotating body 62 in the counterclockwise direction. Since the pin 18D arranged at an intermediate height position of the tapered surface 62B rides on the gradient of the tapered surface 62B, the pin 18D presses the rotating body 62 against the friction plate 60.
  • the drive body 20 rises along the guide surface 22.
  • the shaft portion 18A and the pin 18D also rotate in the clockwise direction as shown in FIGS. 13 and 14.
  • the pin 18D separates upward from the tapered surface 62B and abuts on the second wall 62D to rotate the rotating body 62 in the clockwise direction. Since the pin 18D arranged at an intermediate height position of the tapered surface 62B is separated from the tapered surface 62B, no force is generated to press the rotating body 62 against the friction plate 60.
  • the load device 16 by applying a relatively large load torque when the drive body 20 is lowered, the load torques when ascending and descending can be brought close to each other. .. As a result, the gain of the motor drive can be brought close to each other when ascending and descending.
  • the values of the first frictional resistance and the second frictional resistance are adjusted by changing the material of the friction plate 60, the material of the rotating body 62, the height of the tapered surface 62B at the position of the first wall 62C, and the like. can do. Therefore, the difference in load torque between ascending and descending can be set to a desired value.
  • the load device 16 according to the fifth embodiment includes a distance variable mechanism.
  • FIG. 15 is a front view of the load device 16 according to the fifth embodiment, and a part thereof is shown in cross section. As shown in FIG. 15, the loader 16 includes a pin 18D, a wedge portion 70, a magnet plate 72, a fixing plate 74, and a magnet plate 76.
  • the pin 18D is provided so as to project from the shaft portion 18A of the ball screw 18 in a direction (horizontal direction) orthogonal to the Z axis.
  • the wedge portion 70 has a configuration in which two wedge-shaped members are arranged in the Z-axis direction (vertical direction).
  • the wedge portion 70 has a through hole (not shown).
  • the shaft portion 18A of the ball screw 18 is inserted into the through hole, and the wedge portion 70 is rotatably supported around the shaft portion 18A.
  • the wedge portion 70 includes a slit 70A corresponding to a gap between two wedge-shaped members facing each other.
  • the slit 70A communicates with the through hole in the radial direction at a constant height in the Z-axis direction.
  • the slit 70A has a gradient in the Z-axis direction from the first end 70B (see FIG. 17) above the Z-axis to the second end 70C (see FIG. 18) below the Z-axis.
  • a pin 18D is arranged in the slit 70A.
  • a magnet plate 72 (an example of a first magnet plate) is arranged on the lower surface of the wedge portion 70.
  • FIG. 16 is a plan view of the magnet plate 72.
  • the magnet plate 72 is a ring-shaped member made of a magnetic material.
  • the north pole and the south pole are alternately magnetized at the same magnetizing pitch interval along the circumferential direction.
  • four N poles and four S poles are alternately arranged.
  • the shaft portion 18A of the ball screw 18 is inserted into the circular through hole provided in the center in a non-contact manner, and is integrally supported with the wedge portion 70 so as to be rotatable around the shaft portion 18A.
  • the fixing plate 74 is a flat plate-shaped member made of resin, and is supported with a flat upper surface horizontal.
  • the shaft portion 18A of the ball screw 18 is inserted into the circular through hole provided in the center of the fixing plate 74 in a non-contact manner.
  • a magnet plate 76 (an example of a second magnet plate) is fixed to the upper surface of the fixing plate 74.
  • the configuration of the magnet plate 76 is the same as the configuration of the magnet plate 72 shown in FIG. That is, in the magnet plate 76, the north pole and the south pole are alternately magnetized along the circumferential direction at the same magnetizing pitch interval as the magnet plate 72.
  • the shaft portion 18A of the ball screw 18 is inserted into the magnet plate 76 through a circular through hole provided in the center without contact.
  • the magnet plate 76 generates a magnetic force acting on the magnet plate 72.
  • 17 and 18 are diagrams for explaining the operation of the load device 16 according to the fifth embodiment.
  • FIG. 17 is a front view of the load device 16 when the ball screw 18 is rotated in the counterclockwise direction in the top view of the shape measuring machine 10, and a part thereof is shown in cross section.
  • FIG. 18 is a front view of the load device 16 when the ball screw 18 is rotated in the clockwise direction in a top view of the shape measuring machine 10, and a part thereof is shown in a cross section.
  • the drive body 20 descends along the guide surface 22.
  • the pin 18D rides on the gradient of the slit 70A and comes into contact with the first end portion 70B, and the wedge portion 70 is turned counterclockwise. Rotate. Since the pin 18D rides on the slope of the slit 70A, the distance between the magnet plate 72 and the magnet plate 76 is a relatively small first distance, and the shaft portion 18A is between the magnet plate 72 and the magnet plate 76. A relatively large first reluctance that impedes rotation is generated. Therefore, in addition to the load torque due to the frictional resistance between the drive body 20 and the guide surface 22, a relatively large load torque corresponding to the first magnetic flux resistance is applied to the shaft portion 18A.
  • the drive body 20 rises along the guide surface 22.
  • the pin 18D descends the gradient of the slit 70A and comes into contact with the second end portion 70C to rotate the wedge portion 70 in the clockwise direction. .. Since the pin 18D descends the gradient of the slit 70A, the distance between the magnet plate 72 and the magnet plate 76 becomes a relatively large second distance, and the first magnetic flux between the magnet plate 72 and the magnet plate 76. A second reluctance smaller than the resistance is generated. Therefore, in addition to the load torque due to the frictional resistance between the drive body 20 and the guide surface 22, a relatively small load torque corresponding to the second magnetic flux resistance is applied to the shaft portion 18A.
  • the load device 16 by applying a relatively large load torque when the drive body 20 is lowered, the load torques when ascending and descending can be brought close to each other. .. As a result, the gain of the motor drive can be brought close to each other when ascending and descending.
  • the height of the slit 70A at the position of the first end 70B By changing the height of the slit 70A at the position of the first end 70B, the height of the slit 70A at the position of the second end 70C, the magnetic force of the magnet plate 72, the magnetic force of the magnet plate 76, and the like.
  • the values of the first reluctance and the second reluctance can be adjusted. Therefore, the difference in load torque between ascending and descending can be set to a desired value.
  • the loader 16 according to the sixth embodiment includes a fluid resistance variable mechanism.
  • FIG. 19 is a top view of the load device 16 according to the sixth embodiment
  • FIG. 20 is a front view of the load device 16. A part of FIG. 20 shows a cross section of FIG. 19 20-20.
  • the loader 16 includes a fixing plate 80, a fluid holding portion 82, and a propeller 84.
  • the fixing plate 80 is, for example, a flat plate-shaped member made of resin, and is supported with a flat upper surface horizontal.
  • the shaft portion 18A of the ball screw 18 is inserted into the circular through hole provided in the center of the fixing plate 80 in a non-contact manner.
  • the fluid holding portion 82 is fixed to the upper surface of the fixing plate 80.
  • the fluid holding portion 82 is provided around the shaft portion 18A, and seals and holds a fluid (for example, a liquid) inside.
  • the propeller 84 includes a rotating shaft 84A and four blades 84B.
  • the rotating shaft 84A is a tubular member.
  • a shaft portion 18A is inserted into the tubular shape of the rotating shaft 84A, and the rotating shaft 84A is rotatably fixed together with the shaft portion 18A.
  • the blade 84B is a plate-shaped member having a height in the Z-axis direction and a length in a direction away from the rotation shaft 84A.
  • One end of the blade 84B is supported by the rotation shaft 84A so as to be movable with the rotation of the rotation shaft 84A.
  • the blade 84B is bent to the left in the circumferential direction in a top view at a position separated from the rotation shaft 84A by a certain distance.
  • At least the blade 84B of the propeller 84 is provided inside the fluid holding portion 82.
  • the blade 84B moves inside the fluid holding portion 82 by receiving fluid resistance from the fluid held inside the fluid holding portion 82.
  • the rotating shaft 84A rotates at a predetermined speed in the counterclockwise direction in the top view of the shape measuring machine 10
  • the fluid resistance of the fluid received by the blade 84B becomes the first fluid resistance
  • the rotating shaft 84A rotates in the clockwise direction.
  • the fluid resistance of the fluid received by the blade 84B becomes a second fluid resistance smaller than the first fluid resistance.
  • the drive body 20 descends along the guide surface 22.
  • the rotating shaft 84A rotates in the counterclockwise direction
  • each blade 84B rotates in the counterclockwise direction inside the fluid holding portion 82
  • the propeller 84 has a shaft portion.
  • a relatively large first fluid resistance is generated that hinders the rotation of 18A. Therefore, in addition to the load torque due to the frictional resistance between the drive body 20 and the guide surface 22, a relatively large load torque corresponding to the first fluid resistance is applied to the shaft portion 18A.
  • the load device 16 by applying a relatively large load torque when the drive body 20 is lowered, the load torques when ascending and descending can be brought close to each other. .. As a result, the gain of the motor drive can be brought close to each other when ascending and descending.
  • blades 84B are used, but the number of blades is not limited to four. Further, the shape of the blade 84B is not limited as long as the fluid resistance changes depending on the rotation direction.
  • the values of the first fluid resistance and the second fluid resistance can be adjusted by changing the type of fluid held by the fluid holding unit 82, the number of blades 84B, the shape of the blades 84B, and the like. Therefore, the difference in load torque between ascending and descending can be set to a desired value.
  • FIG. 21 is a front view of the load device 88 according to the seventh embodiment
  • FIG. 22 is a side view of the load device 88.
  • the loader 88 includes a nut 90, a detent 92, a first friction member 94, and a second friction member 96.
  • the nut 90 is provided with a female screw (not shown) inside.
  • the nut 90 is attached to the screw portion 18B by screwing the female screw with the screw portion 18B of the ball screw 18.
  • a so-called ball screw mechanism is formed from the screw portion 18B of the ball screw 18 and the nut 90. That is, the nut 90 is driven in the Z-axis direction along the guide surface 22 by rotating the screw portion 18B about the Z-axis direction.
  • the detent 92 regulates the nut 90 from rotating with the ball screw 18.
  • the detent 92 is provided on the side surface of the nut 90.
  • the detent 92 includes an end face 92A and a side surface 92B.
  • the first friction member 94 and the second friction member 96 are, for example, metal elongated plate-shaped members.
  • the first friction member 94 and the second friction member 96 are respectively arranged on the guide surface 22 along the Z-axis direction in the movement range of the nut 90.
  • the end face 94A of the first friction member 94 and the end face 96A of the second friction member 96 have a constant interval wider than the width of the end face 92A of the detent 92. Are placed apart from each other.
  • FIG. 22 only a part of the first friction member 94 and the second friction member 96 is shown.
  • the lubricating oil is applied only to the end face 96A of the second friction member 96. Therefore, the frictional resistance between the side surface 92B of the detent 92 and the end surface 94A of the first friction member 94 has a relatively large third frictional resistance, and the side surface 92B of the detent 92 and the second friction member 96.
  • the frictional resistance with the end face 96A has a fourth frictional resistance that is relatively smaller than the third frictional resistance.
  • the nut 90 may be a drive body 20 (see FIG. 1).
  • the drive body 20 descends along the guide surface 22.
  • the detent 92 lowers the nut 90 along the gap between the end face 94A and the end face 96A.
  • the side surface 92B slides on the end surface 94A of the first friction member 94, and a relatively large third frictional resistance that hinders the descent of the nut 90 is generated between the side surface 92B and the end surface 94A.
  • a load torque corresponding to the third frictional resistance is applied to the shaft portion 18A.
  • the load device 88 by applying a relatively large load torque when the drive body 20 is lowered, the load torques when ascending and descending can be brought close to each other. .. As a result, the gain of the motor drive can be brought close to each other when ascending and descending.
  • the first The values of the frictional resistance of 3 and the frictional resistance of the 4th can be adjusted. Therefore, the difference in load torque between ascending and descending can be set to a desired value.
  • the load device 16 and the load device 88 do not require a complicated structure, and only a rigid body having only the weight of the drive body is required, and only the weight of the drive body has to be used. It is driven by the moment of inertia, has no limitation on acceleration, and has no disturbance such as couples, so that the gains when ascending and descending can be brought close to each other.
  • the gain of the motor drive during ascending and descending is brought closer by providing a loader on the rotating shaft of the so-called ball screw mechanism, but even if this loader is provided on the rotating shaft of the rack and pinion mechanism. Good.

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Abstract

複雑な構造を必要とせず、駆動体の重量のみの剛体ですみ、駆動体の重量のみの慣性モーメントで駆動し、加速度に制限なく、偶力などの外乱のない機構により、上昇時と下降時との負荷トルクが近い測定装置を提供する。測定対象の表面位置を検出する検出器と、検出器を支持する駆動体と、回転軸を備え、回転軸の第１の方向の回転で駆動体を下降させ、回転軸の第１の方向とは反対方向である第２の方向の回転で駆動体を上昇させる移動支持機構と、回転軸を第１の方向又は第２の方向に回転させるモータと、回転軸に負荷トルクを付与する負荷器であって、回転軸の第２の方向の回転よりも第１の方向の回転に大きい負荷トルクを付与する負荷器と、を備える測定装置によって上記課題を解決する。

Description

測定装置
　本発明は測定装置に係り、特に検出器を鉛直方向に移動する技術に関する。
　ワークの被測定面の表面粗さを測定する表面粗さ測定機や、ワークの被測定面の表面形状を測定する表面形状測定機が知られている。例えば、表面形状測定機は、揺動支点を支点として揺動自在に取り付けられたスタイラス及びスタイラスの先端に設けられた触針等を有する検出器と、検出器を被測定面に沿って移動させる駆動部と、を備える。表面形状測定機は、検出器の触針を被測定面に接触させた状態で、駆動部により検出器とワークとを水平方向に相対移動させることにより、触針で被測定面をトレースしながらスタイラス（触針）の変位を検出し、変位検出結果に基づいて被測定面の表面形状を得る。
　このような測定機において、駆動部により検出器を鉛直方向に移動させる際に、上昇時と下降時とでゲインが異なるために、上下動のフィードバック制御が発振したり、位置決め精度に問題があったりした。このため、駆動部の重量と同等なカウンタウェイトを搭載することで、重量による負荷をキャンセルすることが行われている。
　例えば、特許文献１には、被測定物の表面を測定する検出子が取り付けられＺ軸方向に移動可能なＺ軸スピンドルを備えたＺ軸組立体において、懸架ワイヤの一端にＺ軸スピンドルが固定され、懸架ワイヤの他端にＺ軸スピンドルの重量を平衡させるバランスウエイトが懸垂されたＺ軸組立体が記載されている。
特開２００１－３５６０１２号公報
　しかしながら、カウンタウェイトを搭載する場合には、以下のような欠点があった。
・プーリや、ウェイト、ガイド機構が増えるなど複雑な構成となる。
・本来駆動したい重量の２倍分の剛性が必要となる。
・本来駆動したい重量の２倍の慣性モーメントがかかり、加減速、位置決めにも不利である。
・片側のみにプーリ機構が設けられている場合、上昇時に重力加速度以上の加速が出せない。
・加減速の際に、カウンタウェイト機構による偶力が駆動体の姿勢の外乱となる。
　本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、複雑な構造を必要とせず、駆動体の重量のみの剛体ですみ、駆動体の重量のみの慣性モーメントで駆動し、加速度に制限なく、偶力などの外乱のない機構により、上昇時と下降時との負荷トルクが近い測定装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するための測定装置の一の態様は、測定対象の表面位置を検出する検出器と、検出器を支持する駆動体と、回転軸を備え、回転軸の第１の方向の回転で駆動体を下降させ、回転軸の第１の方向とは反対方向である第２の方向の回転で駆動体を上昇させる移動支持機構と、回転軸を第１の方向又は第２の方向に回転させるモータと、回転軸に負荷トルクを付与する負荷器であって、回転軸の第２の方向の回転よりも第１の方向の回転に大きい負荷トルクを付与する負荷器と、を備える測定装置である。
　本態様によれば、複雑な構造を必要とせず、駆動体の重量のみの剛体ですみ、駆動体の重量のみの慣性モーメントで駆動し、加速度に制限なく、偶力などの外乱のない機構により、上昇時と下降時との負荷トルクを近づけることができる。
　負荷器は、回転軸と共に回転可能に支持された摩擦ディスクと、摩擦ディスクに当接する摩擦パッドと、回転軸の第１の方向の回転を摩擦ディスクに伝達し、回転軸の第２の方向の回転を摩擦ディスクに伝達しないワンウェイクラッチと、を備えることが好ましい。これにより、上昇時と下降時との負荷トルクを適切に近づけることができる。
　負荷器は、回転軸と共に回転可能に支持され、周方向に沿ってＮ極及びＳ極が交互に着磁された着磁ディスクと、着磁ディスクに作用する磁力を発生させる磁石と、回転軸の第１の方向の回転を着磁ディスクに伝達し、回転軸の第２の方向の回転を着磁ディスクに伝達しないワンウェイクラッチと、備えることが好ましい。これにより、上昇時と下降時との負荷トルクを適切に近づけることができる。
　負荷器は、回転軸と共に回転可能に支持されたヒステリシス板と、ヒステリシス板の一方の面から他方の面に向けて磁束を発生させる磁石と、回転軸の第１の方向の回転をヒステリシス板に伝達し、回転軸の第２の方向の回転をヒステリシス板に伝達しないワンウェイクラッチと、を備えることが好ましい。これにより、上昇時と下降時との負荷トルクを適切に近づけることができる。
　負荷器は、回転軸と共に回転する回転体と、回転体と当接する摩擦板と、回転軸が第１の方向に回転すると回転体を摩擦板に押圧して回転体と摩擦板との間の摩擦抵抗を第１の摩擦抵抗にし、回転軸が第２の方向に回転すると回転体と摩擦板との間の摩擦抵抗を第１の摩擦抵抗より小さい第２の摩擦抵抗にする摩擦抵抗可変機構と、を備えることが好ましい。これにより、上昇時と下降時との負荷トルクを適切に近づけることができる。
　負荷器は、周方向に沿ってＮ極及びＳ極が交互に着磁され、回転軸と共に回転する第１のマグネット板と、周方向に沿ってＮ極及びＳ極が交互に着磁され、第１のマグネット板に対向する位置に固定される第２のマグネット板と、回転軸が第１の方向に回転すると第１のマグネット板と第２のマグネット板との間の距離を第１の距離にし、回転軸が第２の方向に回転すると第１のマグネット板と第２のマグネット板との間の距離を第１の距離よりも大きい第２の距離にする距離可変機構と、を備えることが好ましい。これにより、上昇時と下降時との負荷トルクを適切に近づけることができる。
　負荷器は、流体を保持する流体保持部と、回転軸の回転に伴って流体保持部の内部を移動可能に支持された羽根部と、を備え、羽根は、回転軸が第１の方向に回転すると羽根部が受ける流体の流体抵抗が第１の流体抵抗となり、回転軸が第２の方向に回転すると羽根部が受ける流体の流体抵抗が第１の流体抵抗より小さい第２の流体抵抗となる形状であることが好ましい。これにより、上昇時と下降時との負荷トルクを適切に近づけることができる。
　移動支持機構は、回転軸として鉛直方向に沿って支持されるボールネジを備え、駆動体は、ボールネジと螺合するボールナットを備え、モータは、ボールネジを回転させることが好ましい。これにより、駆動部を適切に駆動させることができる。
　移動支持機構は、回転軸として鉛直方向に沿って支持されるボールネジと、ボールネジと螺合するボールナットと、を備え、モータは、ボールネジを回転させ、ボールナットの回転を規制する廻り止め部であって、案内面に当接する廻り止め部と、案内面に設けられる第１の摩擦部材と、案内面に設けられ、廻り止め部との摩擦抵抗が第１の摩擦部材よりも相対的に小さい第２の摩擦部材と、を備え、廻り止め部は、回転軸が第１の方向に回転すると第１の摩擦部材と摺動し、回転軸が第２の方向に回転すると第２の摩擦部材と摺動することが好ましい。これにより、上昇時と下降時との負荷トルクを適切に近づけることができる。
　本発明によれば、上昇時と下降時との負荷トルクを近づけることができる。
本発明に係る形状測定機のＺ軸駆動機構の構成を示す正面図 形状測定機のＺ軸駆動機構の電気的構成を示すブロック図 形状測定機のＸ軸駆動機構の構成の一例を示す図 形状測定機のＸ軸駆動機構の構成の他の例を示す図 第１の実施形態に係る負荷器の上面図 第１の実施形態に係る負荷器の正面図 第２の実施形態に係る負荷器の上面図 第２の実施形態に係る負荷器の正面図 第３の実施形態に係る負荷器の一部断面図 第４の実施形態に係る負荷器の斜視図 第４の実施形態に係る負荷器の下降時の上面図 第４の実施形態に係る負荷器の下降時の正面図 第４の実施形態に係る負荷器の上昇時の上面図 第４の実施形態に係る負荷器の上昇時の正面図 第５の実施形態に係る負荷器の正面図 マグネット板の平面図 第５の実施形態に係る負荷器の下降時の正面図 第５の実施形態に係る負荷器の上昇時の正面図 第６の実施形態に係る負荷器の上面図 第６の実施形態に係る負荷器の正面図 第７の実施形態に係る負荷器の正面図 第７の実施形態に係る負荷器の側面図
　＜形状測定機＞
　図１は、本発明に係る形状測定機のＺ軸駆動機構の構成を示す正面図であり、一部を断面で示している。図１に示すように、形状測定機１０（測定装置の一例）は、モータ１２と、継手１４と、負荷器１６と、ボールネジ１８と、軸受１９Ａ及び１９Ｂと、駆動体２０と、案内面２２と、を備えている。
　モータ１２は、回転軸１２ＡがＺ軸方向（鉛直方向）に平行に配置される。モータ１２は、モータ制御部１０２（図２参照）によって制御されて回転軸１２Ａを回転させる。
　ボールネジ１８は、軸部１８Ａ及びネジ部１８Ｂを有する。軸部１８Ａ及びネジ部１８Ｂは、直列に接続される。ネジ部１８Ｂは、軸棒に螺旋状のねじ溝が形成される。
　軸受１９Ａ及び１９Ｂは、ネジ部１８Ｂの両端において、ボールネジ１８を回転可能に支持する。ボールネジ１８は、軸受１９Ａ及び１９Ｂにより、Ｚ軸方向に沿って支持される。
　継手１４は、モータ１２の回転軸１２Ａの回転をボールネジ１８の軸部１８Ａに伝達可能に回転軸１２Ａと軸部１８Ａとを接続する。これにより、ボールネジ１８は、モータ１２の回転軸１２ＡとともにＺ軸方向を中心に回転可能となる。
　駆動体２０は、案内面２２に当接して配置される。案内面２２はＺ軸方向に平行に配置される。
　駆動体２０は、内部に不図示のボールナットが設けられる。このボールナットがネジ部１８Ｂと螺合することで、駆動体２０はネジ部１８Ｂに取り付けられる。ボールネジ１８のネジ部１８Ｂとボールナットとを有する、いわゆるボールネジ機構（移動支持機構の一例）が構成される。即ち、ネジ部１８ＢがＺ軸方向を中心に回転することで、駆動体２０は案内面２２に沿ってＺ軸方向に駆動される。ここでは、形状測定機１０の上面視でボールネジ１８を反時計回り方向（左回り方向、第１の方向の一例）に回転させると駆動体２０は下降し、ボールネジ１８を反時計回り方向とは反対方向である時計回り方向（右回り方向、第２の方向の一例）に回転させると駆動体２０は上昇する。
　なお、ボールネジ１８の回転方向と駆動体２０の上下動方向はこの例に限定されず、逆でもよい。即ち、ボールネジ１８を反時計回り方向に回転させると駆動体２０が上昇し、ボールネジ１８を時計回り方向に回転させると駆動体２０が下降するように構成してもよい。
　負荷器１６は、ボールネジ１８の軸部１８Ａに設けられる。負荷器１６は、ボールネジ１８の一回転方向のみに軸部１８Ａに負荷トルクを付与するように構成される。ここでは、形状測定機１０の上面視でボールネジ１８を反時計回り方向に回転させる場合に軸部１８Ａに負荷トルクを付与し、ボールネジ１８を時計回り方向に回転させる場合には軸部１８Ａに負荷トルクを付与しない。即ち、駆動体２０が下降する場合にのみボールネジ１８の回転に負荷トルクがかかる。
　なお、負荷器１６は、ボールネジ１８の時計回り方向の回転よりも反時計回り方向の回転に大きい負荷トルクを付与すればよい。例えば、ボールネジ１８の反時計回り方向の回転に相対的に大きい負荷トルクを付与し、ボールネジ１８の時計回り方向の回転に相対的に小さい負荷トルクを付与することで、駆動体２０の上昇時と下降時との負荷トルクを近づけてもよい。
　図２は、形状測定機１０のＺ軸駆動機構の電気的構成を示すブロック図である。図２に示すように、形状測定機１０は、統括制御部１００を備える。
　統括制御部１００は、例えばパーソナルコンピュータやマイクロコンピュータ等の汎用のコンピュータによって実現されるものである。
　統括制御部１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及び入出力インターフェース等を備えている。統括制御部１００では、ＲＯＭに記憶されている制御プログラム等の各種プログラムがＲＡＭに展開され、ＲＡＭに展開されたプログラムがＣＰＵによって実行されることにより、形状測定機１０内の各部の機能が実現され、入出力インターフェースを介して各種の演算処理や制御処理が実行される。
　統括制御部１００は、形状測定機１０の全体を統括制御する。統括制御部１００は、モータ制御部１０２を備える。モータ制御部１０２は、モータ１２に接続される。モータ制御部１０２は、統括制御部１００から入力された指令値を負荷トルクに応じたゲインで増幅してモータ１２を駆動する。
　図３は、形状測定機１０のＸ軸駆動機構の構成の一例を示す図である。図３に示すように、形状測定機１０は、Ｘ軸駆動部２４と、検出器２６と、を備える。
　Ｘ軸駆動部２４は、図１に示した駆動体２０に設けられる。Ｘ軸駆動部２４は、検出器２６をＸ軸方向に駆動させる。検出器２６は、接触子２８を備える。検出器２６は、接触子２８をワークＷ（測定対象の一例）に接触させることでワークＷのＺ軸方向の表面位置を検出するセンサである。
　形状測定機１０は、ワークＷの輪郭に沿って、駆動体２０（図３では不図示）に設けられたＸ軸駆動部２４をＺ軸方向に駆動させる輪郭追従測定を行う。Ｚ軸方向の駆動は、図１を用いて説明した通りである。
　図４は、形状測定機１０のＸ軸駆動機構の構成の他の例を示す図である。図４に示すように、形状測定機１０は、検出器３０を備えている。
　検出器３０は、図１に示した駆動体２０に設けられる。検出器３０は、接触子３２を備える。検出器３０は、接触子３２をワークＷに接触させることでワークＷのＸ軸方向の位置を検出するセンサである。
　形状測定機１０は、駆動体２０（図４では不図示）をＺ軸方向に駆動させながら、検出器３０によってワークのＸ軸方向の位置を検出する。検出器３０は、Ｚ軸上方向への測定とＺ軸下方向への測定との両方が可能である。
　＜負荷器の作用＞
　駆動体２０の重量による負荷トルクをＡ［Ｎｍ］、駆動体２０と案内面２２との摩擦抵抗による負荷トルクをＢ［Ｎｍ］、負荷器１６によって付与される負荷トルクをＣ［Ｎｍ］とすると、駆動体２０の上昇時の負荷トルクＺＵ［Ｎｍ］と下降時の負荷トルクＺＤ［Ｎｍ］とは、以下のように表すことができる。
　ＺＵ＝Ａ＋Ｂ
　ＺＤ＝－Ａ＋Ｂ＋Ｃ
　したがって、負荷器１６を用いることで、上昇時と下降時の負荷トルクを近づけることができる。その結果、上昇時と下降時とのモータ駆動のゲインを近づけることができる。
　図３に示した形状測定機１０の場合は、ワークＷの１回の測定でＺ軸方向の上昇及び下降の両方向の駆動を繰り返すため、負荷トルクの調整はシビアになる。このため、上昇時と下降時との負荷トルクの差は１０％以内であることが好ましい。即ち、負荷器１６は、ボールネジ１８の反時計回り方向の回転の負荷トルクと時計回り方向の回転の負荷トルクとの差が１０％以内となるように負荷トルクを付与することが好ましい。
　また、図４に示した形状測定機１０の場合は、ワークＷの１回の測定でのＺ軸方向の駆動の方向が上昇又は下降のいずれか一方向に決まっているため、負荷トルクの調整は若干寛容であり、上昇時と下降時との負荷トルクの差は３０％以内であることが好ましい。即ち、負荷器１６は、ボールネジ１８の反時計回り方向の回転の負荷トルクと時計回り方向の回転の負荷トルクとの差が３０％以内となるように負荷トルクを付与することが好ましい。
　また、Ｃ＝２Ａとすることで、ＺＵ＝ＺＤとすることができる。即ち、負荷器１６は、ボールネジ１８の反時計回り方向の回転の負荷トルクと時計回り方向の回転の負荷トルクとが等しくなるように負荷トルクを付与してもよい。これにより、上昇時と下降時の負荷トルクを均等にすることができる。したがって、上昇時と下降時とのモータ駆動のゲインを均等にすることができる。
　この場合、ＺＤ＞０となり、駆動体２０の自由落下を防止することも可能となる。
　＜負荷器の具体的構成：第１の実施形態＞
　図５は、第１の実施形態に係る負荷器１６の上面図であり、図６は負荷器１６の正面図である。なお、図６の一部は図５の６－６断面を示している。図５及び図６に示すように、負荷器１６は、ワンウェイクラッチ４０と、摩擦ディスク４２と、摩擦パッド４４Ａ及び４４Ｂと、パッド固定部４６と、圧縮バネ４８Ａ及び４８Ｂと、を備えている。
　ワンウェイクラッチ４０は、軸部１８Ａの周囲に配置される。ワンウェイクラッチ４０は、軸部１８Ａと一体的にＺ軸方向を中心に回転する。摩擦ディスク４２は、金属製の円環板状部材であり、ワンウェイクラッチ４０の周囲に支持される。
　ワンウェイクラッチ４０は、軸部１８Ａが図５において反時計回り方向に回転する際に回転駆動力を不図示のギアを介して摩擦ディスク４２に伝達し、軸部１８Ａが時計回り方向に回転する際に回転駆動力の摩擦ディスク４２への伝達を遮断する。即ち、ワンウェイクラッチ４０は、軸部１８Ａの反時計回り方向の回転のみを摩擦ディスク４２に伝達する。これにより、摩擦ディスク４２は、軸部１８Ａが反時計回り方向に回転する場合には軸部１８Ａを中心に反時計回り方向に回転し、軸部１８Ａが時計回り方向に回転する場合には回転しない。
　摩擦パッド４４Ａ及び４４Ｂは、樹脂製の平板状部材である。パッド固定部４６は、摩擦パッド４４Ａ及び４４Ｂをそれぞれ摩擦ディスク４２の上面側及び下面側に支持する。
　圧縮バネ４８Ａは、上端がバネ固定部４９Ａに支持され、下端がパッド固定部４６の上面に接続される。圧縮バネ４８Ａは、パッド固定部４６を介して摩擦パッド４４Ａを摩擦ディスク４２の上面に押圧する。また、圧縮バネ４８Ｂは、下端がバネ固定部４９Ｂに支持され、上端がパッド固定部４６の下面に接続される。圧縮バネ４８Ｂは、パッド固定部４６を介して摩擦パッド４４Ｂを摩擦ディスク４２の下面に押圧する。これにより、摩擦パッド４４Ａ及び４４Ｂは、摩擦ディスク４２に当接し、所定の押圧力で摩擦ディスク４２を挟持する。
　第１の実施形態に係る負荷器１６を備える形状測定機１０において、モータ１２によりボールネジ１８を上面視で反時計回り方向に回転させると、駆動体２０は案内面２２に沿って下降する。ここで、ボールネジ１８が反時計回り方向に回転すると、ワンウェイクラッチ４０は、ボールネジ１８の軸部１８Ａの回転を摩擦ディスク４２に伝達し、摩擦ディスク４２は軸部１８Ａとともに回転する。摩擦ディスク４２は、摩擦パッド４４Ａ及び４４Ｂによって挟持されているため、摩擦ディスク４２と摩擦パッド４４Ａ及び４４Ｂとの間には軸部１８Ａの回転を妨げる摩擦抵抗が発生する。したがって、軸部１８Ａには駆動体２０と案内面２２との摩擦抵抗による負荷トルクに加えて、摩擦ディスク４２と摩擦パッド４４Ａ及び４４Ｂとの間の摩擦抵抗に応じた負荷トルクが付与される。
　一方、形状測定機１０において、モータ１２によりボールネジ１８を上面視で時計回り方向に回転させると、駆動体２０は案内面２２に沿って上昇する。ここで、ワンウェイクラッチ４０は、ボールネジ１８の軸部１８Ａの時計回り方向の回転を摩擦ディスク４２に伝達しない。したがって、摩擦抵抗は軸部１８Ａに伝達されず、軸部１８Ａには負荷器１６による負荷トルクは付与されない。
　以上のように、第１の実施形態に係る負荷器１６によれば、駆動体２０の下降時にのみ負荷トルクを付与することで、上昇時と下降時の負荷トルクを近づけることができる。その結果、上昇時と下降時とのモータ駆動のゲインを近づけることができる。
　なお、圧縮バネ４８Ａ及び４８Ｂのばね定数、摩擦ディスク４２の材質、摩擦パッド４４Ａ及び４４Ｂの材質等を変更することで、摩擦ディスク４２と摩擦パッド４４Ａ及び４４Ｂとの間の摩擦抵抗の値を調整することができる。したがって、上昇時と下降時との負荷トルクの差を所望の値にすることができる。
　＜第２の実施形態＞
　図７は、第２の実施形態に係る負荷器１６の上面図であり、図８は負荷器１６の正面図である。なお、図８の一部は図７の８－８断面を示している。図７及び図８に示すように、負荷器１６は、ワンウェイクラッチ４０、着磁ディスク５０、永久磁石５２を備えている。
　着磁ディスク５０は、磁性体製の円環板状部材であり、ワンウェイクラッチ４０の周囲に支持される。着磁ディスク５０は、周方向に沿ってＮ極及びＳ極が同一の着磁ピッチ間隔で交互に着磁される。図７に示す例では、２ヶ所のＮ極と２ヶ所のＳ極とが交互に配置される。
　永久磁石５２は、着磁ディスク５０に作用する磁力を発生させるいわゆるＵ字磁石である。永久磁石５２は、着磁ディスク５０の上面側にＮ極、下面側にＳ極が、それぞれ着磁ディスク５０から所定の間隔を開けて非接触な状態に配置され、着磁ディスク５０に向けた磁力を発生させる。永久磁石５２に代えて、電磁石を用いてもよい。
　第２の実施形態に係る負荷器１６を備える形状測定機１０において、モータ１２によりボールネジ１８を上面視で反時計回り方向に回転させると、駆動体２０は案内面２２に沿って下降する。ここで、ボールネジ１８が反時計回り方向に回転すると、ワンウェイクラッチ４０は、ボールネジ１８の軸部１８Ａの回転を着磁ディスク５０に伝達し、着磁ディスク５０は軸部１８Ａとともに回転する。着磁ディスク５０には、永久磁石５２のＺ軸方向の吸引力又は反発力により軸部１８Ａの回転を妨げる磁束抵抗が発生する。したがって、軸部１８Ａには駆動体２０と案内面２２との摩擦抵抗による負荷トルクに加えて、永久磁石５２による磁束抵抗に応じた負荷トルクが付与される。
　一方、形状測定機１０において、モータ１２によりボールネジ１８を上面視で時計回り方向に回転させると、駆動体２０は案内面２２に沿って上昇する。ここで、ワンウェイクラッチ４０は、ボールネジ１８の軸部１８Ａの時計回り方向の回転を着磁ディスク５０に伝達しない。したがって、磁束抵抗は軸部１８Ａに伝達されず、軸部１８Ａには負荷器１６による負荷トルクは付与されない。
　以上のように、第２の実施形態に係る負荷器１６によれば、駆動体２０の下降時にのみ負荷トルクを付与することで、上昇時と下降時の負荷トルクを近づけることができる。その結果、上昇時と下降時とのモータ駆動のゲインを近づけることができる。
　なお、着磁ディスク５０の磁力、永久磁石５２の磁力、着磁ディスク５０と永久磁石５２との間隔等を変更することで、永久磁石５２による磁束抵抗の値を調整することができる。したがって、上昇時と下降時との負荷トルクの差を所望の値にすることができる。
　＜第３の実施形態＞
　図９は、第３の実施形態に係る負荷器１６の一部断面図である。図９に示すように、負荷器１６は、ワンウェイクラッチ４０、ヒステリシス板５４、永久磁石５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ、５６Ｄを備えている。
　ヒステリシス板５４は、磁性体製の円環板状部材であり、ワンウェイクラッチ４０の周囲に支持される。
　永久磁石５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ、５６Ｄは、ヒステリシス板５４に作用する磁束を発生させる。永久磁石５６Ａ及び５６Ｃは、それぞれヒステリシス板５４の上面側にＮ極を向けて、ヒステリシス板５４の上面から所定の間隔を開けて非接触な状態に配置される。また、永久磁石５６Ｂ及び５６Ｄは、それぞれヒステリシス板５４の下面側にＳ極を向けて、ヒステリシス板５４の下面から所定の間隔を開けて非接触な状態に配置される。永久磁石５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ、５６Ｄは、ヒステリシス板５４の上面（一方の面の一例）から下面（他方の面の一例）に向けて磁束を発生させる。永久磁石５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ、５６Ｄに代えて、第２の実施形態の永久磁石５２を用いてもよい。
　第３の実施形態に係る負荷器１６を備える形状測定機１０において、モータ１２によりボールネジ１８を上面視で反時計回り方向に回転させると、駆動体２０は案内面２２に沿って下降する。ここで、ボールネジ１８が反時計回り方向に回転すると、ワンウェイクラッチ４０は、ボールネジ１８の軸部１８Ａの回転をヒステリシス板５４に伝達し、ヒステリシス板５４は軸部１８Ａとともに回転する。ヒステリシス板５４が回転して永久磁石５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ、５６Ｄによって発生する磁束を横切ると、ヒステリシス損により軸部１８Ａの回転を妨げる第１のヒステリシス抵抗が発生する。したがって、軸部１８Ａには駆動体２０と案内面２２との摩擦抵抗による負荷トルクに加えて、第１のヒステリシス抵抗に応じた負荷トルクが付与される。
　一方、形状測定機１０において、モータ１２によりボールネジ１８を上面視で時計回り方向に回転させると、駆動体２０は案内面２２に沿って上昇する。ここで、ワンウェイクラッチ４０は、ボールネジ１８の軸部１８Ａの時計回り方向の回転をヒステリシス板５４に伝達しない。したがって、ヒステリシス抵抗は軸部１８Ａに伝達されず、軸部１８Ａには負荷器１６による負荷トルクは付与されない。
　以上のように、第３の実施形態に係る負荷器１６によれば、駆動体２０の下降時にのみ負荷トルクを付与することで、上昇時と下降時の負荷トルクを近づけることができる。その結果、上昇時と下降時とのモータ駆動のゲインを近づけることができる。
　なお、永久磁石５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ、５６Ｄの磁力、永久磁石５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ、５６Ｄとヒステリシス板５４との間隔等を変更することで、ヒステリシス損によるブレーキトルクの値を調整することができる。したがって、上昇時と下降時との負荷トルクの差を所望の値にすることができる。
　＜第４の実施形態＞
　第４の実施形態に係る負荷器１６は、摩擦抵抗可変機構を備える。図１０は、第４の実施形態に係る負荷器１６の斜視図である。図１０に示すように、負荷器１６は、ピン１８Ｄと、摩擦板６０と、回転体６２と、を備える。
　ピン１８Ｄは、ボールネジ１８の軸部１８Ａから、Ｚ軸に対して直交する方向（水平方向）に突出して設けられる。２本のピン１８Ｄは、同一直線上に配置される。ピン１８Ｄは、軸部１８Ａの回転と共に回転する。
　摩擦板６０は、金属製の平板状部材であり、平坦な上面を水平にして案内面２２に固定される。摩擦板６０の中央に設けられた円形の貫通孔には、ボールネジ１８の軸部１８Ａが非接触で挿通される。即ち、摩擦板６０は、ボールネジ１８の回転を干渉しない位置に固定される。
　回転体６２は、樹脂製であり、上面視で円環板状部材である。回転体６２の中央に設けられた円形の貫通孔には、ボールネジ１８の軸部１８Ａが挿通され、回転体６２は軸部１８Ａを中心に回転可能に摩擦板６０に載置される。これにより、回転体６２の平坦な下面は摩擦板６０の上面と当接する。
　回転体６２は、上面の中心を通る線分で上面を４等分した領域のうち互いに隣接しない２つの領域に、それぞれテーパ面６２Ｂと、第１の壁６２Ｃと、第２の壁６２Ｄと、を備える。テーパ面６２Ｂは、第１の壁６２Ｃから第２の壁６２Ｄまで、Ｚ軸方向に一定の勾配を有する。２本のピン１８Ｄは、それぞれテーパ面６２Ｂの中間の高さの位置に配置される。
　図１１～図１４は、第４の実施形態に係る負荷器１６の動作を説明するための図である。
　図１１は負荷器１６の上面図であり、図１２は負荷器１６の正面図である。なお、図１２の一部は図１１の１２－１２断面を示している。図１１及び図１２は、形状測定機１０の上面視でボールネジ１８を反時計回り方向に回転させる場合を示している。
　図１３は負荷器１６の上面図であり、図１４は負荷器１６の正面図である。なお、図１４の一部は図１３の１４－１４断面を示している。図１３及び図１４は、形状測定機１０の上面視でボールネジ１８を時計回り方向に回転させる場合を示している。
　第４の実施形態に係る負荷器１６を備える形状測定機１０において、モータ１２によりボールネジ１８を上面視で反時計回り方向に回転させると、駆動体２０は案内面２２に沿って下降する。ここで、ボールネジ１８が反時計回り方向に回転すると、図１１及び図１２に示すように、軸部１８Ａとピン１８Ｄも反時計回り方向に回転する。その結果、ピン１８Ｄはテーパ面６２Ｂの勾配を乗り上げて第１の壁６２Ｃに当接し、回転体６２を反時計回り方向に回転させる。テーパ面６２Ｂの中間の高さの位置に配置されたピン１８Ｄがテーパ面６２Ｂの勾配を乗り上げているため、ピン１８Ｄは回転体６２を摩擦板６０に押圧する。これにより、固定された摩擦板６０の上面と反時計回りに回転する回転体６２の下面との間には軸部１８Ａの回転を妨げる第１の摩擦抵抗が発生する。したがって、軸部１８Ａには駆動体２０と案内面２２との摩擦抵抗による負荷トルクに加えて、第１の摩擦抵抗に応じた相対的に大きい負荷トルクが付与される。
　一方、形状測定機１０において、モータ１２によりボールネジ１８を上面視で時計回り方向に回転させると、駆動体２０は案内面２２に沿って上昇する。ここで、ボールネジ１８が時計回り方向に回転すると、図１３及び図１４に示すように、軸部１８Ａとピン１８Ｄも時計回り方向に回転する。その結果、ピン１８Ｄはテーパ面６２Ｂから上方向に離れて第２の壁６２Ｄに当接し、回転体６２を時計回り方向に回転させる。テーパ面６２Ｂの中間の高さの位置に配置されたピン１８Ｄは、テーパ面６２Ｂから離れているため、回転体６２を摩擦板６０に押圧する力は発生しない。このため、固定された摩擦板６０の上面と時計回りに回転する回転体６２の下面との間には第１の摩擦抵抗よりも小さい第２の摩擦抵抗しか発生しない。したがって、軸部１８Ａには駆動体２０と案内面２２との摩擦抵抗による負荷トルクに加えて、第２の摩擦抵抗に応じた相対的に小さい負荷トルクが付与される。
　以上のように、第４の実施形態に係る負荷器１６によれば、駆動体２０の下降時に相対的に大きい負荷トルクを付与することで、上昇時と下降時の負荷トルクを近づけることができる。その結果、上昇時と下降時とのモータ駆動のゲインを近づけることができる。
　なお、摩擦板６０の材質、回転体６２の材質、第１の壁６２Ｃの位置におけるテーパ面６２Ｂの高さ等を変更することで、第１の摩擦抵抗及び第２の摩擦抵抗の値を調整することができる。したがって、上昇時と下降時との負荷トルクの差を所望の値にすることができる。
　＜第５の実施形態＞
　第５の実施形態に係る負荷器１６は、距離可変機構を備える。図１５は、第５の実施形態に係る負荷器１６の正面図であり、一部を断面で示している。図１５に示すように、負荷器１６は、ピン１８Ｄと、くさび部７０と、マグネット板７２と、固定板７４と、マグネット板７６と、を備えている。
　ピン１８Ｄは、ボールネジ１８の軸部１８Ａから、Ｚ軸に対して直交する方向（水平方向）に突出して設けられる。
　くさび部７０は、２つのくさび状部材をＺ軸方向（鉛直方向）に並べた構成を有する。くさび部７０は、不図示の貫通孔を有する。貫通孔にはボールネジ１８の軸部１８Ａが挿通され、くさび部７０は軸部１８Ａを中心に回転可能に支持される。
　また、くさび部７０は、互いに対向する２つのくさび状部材の隙間に相当するスリット７０Ａを備える。スリット７０ＡはＺ軸方向に一定の高さで貫通孔から径方向に連通している。スリット７０Ａは、Ｚ軸方向上方の第１の端部７０Ｂ（図１７参照）からＺ軸方向下方の第２の端部７０Ｃ（図１８参照）まで、Ｚ軸方向に勾配を有する。スリット７０Ａにはピン１８Ｄが配置される。
　くさび部７０の下面には、マグネット板７２（第１のマグネット板の一例）が配置される。図１６は、マグネット板７２の平面図である。マグネット板７２は、磁性体製の円環板状部材である。マグネット板７２は、周方向に沿ってＮ極及びＳ極が同一の着磁ピッチ間隔で交互に着磁される。図１６に示すように、ここでは、４ヶ所のＮ極と４ヶ所のＳ極とが交互に配置されている。マグネット板７２は、中央に設けられた円形の貫通孔にボールネジ１８の軸部１８Ａが非接触で挿通され、軸部１８Ａを中心に回転可能にくさび部７０と一体的に支持される。
　固定板７４は、樹脂製の平板状部材であり、平坦な上面を水平にして支持される。固定板７４の中央に設けられた円形の貫通孔には、ボールネジ１８の軸部１８Ａが非接触で挿通される。
　固定板７４の上面には、マグネット板７６（第２のマグネット板の一例）が固定される。マグネット板７６の構成は、図１６に示したマグネット板７２の構成と同様である。即ち、マグネット板７６は、周方向に沿ってＮ極及びＳ極がマグネット板７２と同一の着磁ピッチ間隔で交互に着磁される。マグネット板７６は、中央に設けられた円形の貫通孔にボールネジ１８の軸部１８Ａが非接触で挿通される。マグネット板７６はマグネット板７２に作用する磁力を発生させる。
　図１７及び図１８は、第５の実施形態に係る負荷器１６の動作を説明するための図である。
　図１７は、形状測定機１０の上面視でボールネジ１８を反時計回り方向に回転させる場合の負荷器１６の正面図であり、一部を断面で示している。また、図１８は、形状測定機１０の上面視でボールネジ１８を時計回り方向に回転させる場合の負荷器１６の正面図であり、一部を断面で示している。
　第５の実施形態に係る負荷器１６を備える形状測定機１０において、モータ１２によりボールネジ１８を上面視で反時計回り方向に回転させると、駆動体２０は案内面２２に沿って下降する。ここで、ボールネジ１８が反時計回り方向に回転すると、図１７に示すように、ピン１８Ｄがスリット７０Ａの勾配を乗り上げて第１の端部７０Ｂに当接し、くさび部７０を反時計回り方向に回転させる。ピン１８Ｄがスリット７０Ａの勾配を乗り上げているため、マグネット板７２とマグネット板７６との距離は相対的に小さい第１の距離となり、マグネット板７２とマグネット板７６との間には軸部１８Ａの回転を妨げる相対的に大きい第１の磁束抵抗が発生する。したがって、軸部１８Ａには駆動体２０と案内面２２との摩擦抵抗による負荷トルクに加えて、第１の磁束抵抗に応じた相対的に大きい負荷トルクが付与される。
　一方、形状測定機１０において、モータ１２によりボールネジ１８を上面視で時計回り方向に回転させると、駆動体２０は案内面２２に沿って上昇する。ここで、ボールネジ１８が時計回り方向に回転すると、図１８に示すように、ピン１８Ｄがスリット７０Ａの勾配を下って第２の端部７０Ｃに当接し、くさび部７０を時計回り方向に回転させる。ピン１８Ｄがスリット７０Ａの勾配を下っているため、マグネット板７２とマグネット板７６との距離は相対的に大きい第２の距離となり、マグネット板７２とマグネット板７６との間には第１の磁束抵抗よりも小さい第２の磁束抵抗が発生する。したがって、軸部１８Ａには駆動体２０と案内面２２との摩擦抵抗による負荷トルクに加えて、第２の磁束抵抗に応じた相対的に小さい負荷トルクが付与される。
　以上のように、第５の実施形態に係る負荷器１６によれば、駆動体２０の下降時に相対的に大きい負荷トルクを付与することで、上昇時と下降時の負荷トルクを近づけることができる。その結果、上昇時と下降時とのモータ駆動のゲインを近づけることができる。
　なお、第１の端部７０Ｂの位置におけるスリット７０Ａの高さ、第２の端部７０Ｃの位置におけるスリット７０Ａの高さ、マグネット板７２の磁力、マグネット板７６の磁力等を変更することで、第１の磁束抵抗及び第２の磁束抵抗の値を調整することができる。したがって、上昇時と下降時との負荷トルクの差を所望の値にすることができる。
　＜第６の実施形態＞
　第６の実施形態に係る負荷器１６は、流体抵抗可変機構を備える。図１９は、第６の実施形態に係る負荷器１６の上面図であり、図２０は負荷器１６の正面図である。なお、図２０の一部は図１９の２０－２０断面を示している。図１９及び図２０に示すように、負荷器１６は、固定板８０、流体保持部８２、プロペラ８４を備えている。
　固定板８０は、例えば樹脂製の平板状部材であり、平坦な上面を水平にして支持される。固定板８０の中央に設けられた円形の貫通孔には、ボールネジ１８の軸部１８Ａが非接触で挿通される。
　流体保持部８２は、固定板８０の上面に固定される。流体保持部８２は、軸部１８Ａの周囲に設けられ、内部に流体（例えば液体）を封止して保持する。
　プロペラ８４は、回転軸８４Ａと、４枚の羽根８４Ｂを備える。
　回転軸８４Ａは、筒形状部材である。回転軸８４Ａは、筒形状の内部に軸部１８Ａが挿通され、軸部１８Ａと共に回転可能に固定される。羽根８４Ｂは、Ｚ軸方向に高さを有し、回転軸８４Ａから離れる方向に長さを有する板状部材である。羽根８４Ｂは、回転軸８４Ａの回転に伴って移動可能に一端が回転軸８４Ａに支持される。羽根８４Ｂは、回転軸８４Ａから一定距離だけ離れた位置で、上面視において周方向に向かって左側に折れ曲がっている。
　プロペラ８４は、少なくとも羽根８４Ｂが流体保持部８２の内部に設けられる。プロペラ８４が回転すると、羽根８４Ｂは流体保持部８２の内部に保持された流体から流体抵抗を受けて流体保持部８２の内部を移動する。羽根８４Ｂは、回転軸８４Ａが形状測定機１０の上面視で反時計回り方向に所定の速度で回転すると羽根８４Ｂが受ける流体の流体抵抗が第１の流体抵抗となり、回転軸８４Ａが時計回り方向に同様の速度で回転すると羽根８４Ｂが受ける流体の流体抵抗が第１の流体抵抗より小さい第２の流体抵抗となる形状である。
　第６の実施形態に係る負荷器１６を備える形状測定機１０において、モータ１２によりボールネジ１８を上面視で反時計回り方向に回転させると、駆動体２０は案内面２２に沿って下降する。ここで、ボールネジ１８が反時計回り方向に回転すると回転軸８４Ａが反時計回り方向に回転し、各羽根８４Ｂが流体保持部８２の内部を反時計回り方向に回転し、プロペラ８４には軸部１８Ａの回転を妨げる相対的に大きい第１の流体抵抗が発生する。したがって、軸部１８Ａには駆動体２０と案内面２２との摩擦抵抗による負荷トルクに加えて、第１の流体抵抗に応じた相対的に大きい負荷トルクが付与される。
　一方、形状測定機１０において、モータ１２によりボールネジ１８を上面視で時計回り方向に回転させると、駆動体２０は案内面２２に沿って上昇する。ここで、ボールネジ１８が時計回り方向に回転すると、回転軸８４Ａが反時計回り方向に回転し、各羽根８４Ｂが流体保持部８２の内部を時計回り方向に回転し、プロペラ８４には相対的に小さい第２の流体抵抗が発生する。したがって、軸部１８Ａには駆動体２０と案内面２２との摩擦抵抗による負荷トルクに加えて、第２の流体抵抗に応じた相対的に小さい負荷トルクが付与される。
　以上のように、第６の実施形態に係る負荷器１６によれば、駆動体２０の下降時に相対的に大きい負荷トルクを付与することで、上昇時と下降時の負荷トルクを近づけることができる。その結果、上昇時と下降時とのモータ駆動のゲインを近づけることができる。
　本実施形態では４枚の羽根８４Ｂを用いたが、羽根の数は４枚に限定されない。また、羽根８４Ｂの形状も、回転方向によって流体抵抗が変化する形状であれば限定されない。
　なお、流体保持部８２の保持する流体の種類、羽根８４Ｂの数、羽根８４Ｂの形状等を変更することで、第１の流体抵抗及び第２の流体抵抗の値を調整することができる。したがって、上昇時と下降時との負荷トルクの差を所望の値にすることができる。
　＜第７の実施形態＞
　ここまでは、ボールネジ１８の軸部１８Ａに負荷器１６を設けていたが、第７の実施形態では、ナットの廻り止めに負荷器を設ける。図２１は、第７の実施形態に係る負荷器８８の正面図であり、図２２は負荷器８８の側面図である。図２１及び図２２に示すように、負荷器８８は、ナット９０と、廻り止め９２と、第１の摩擦部材９４と、第２の摩擦部材９６と、を備えている。
　ナット９０は、内部に不図示の雌ネジが設けられる。この雌ネジがボールネジ１８のネジ部１８Ｂと螺合することで、ナット９０はネジ部１８Ｂに取り付けられる。ボールネジ１８のネジ部１８Ｂとナット９０とから、いわゆるボールネジ機構が構成される。即ち、ネジ部１８ＢがＺ軸方向を中心に回転することで、ナット９０は案内面２２に沿ってＺ軸方向に駆動される。
　廻り止め９２は、ナット９０がボールネジ１８と共に回転することを規制する。廻り止め９２は、ナット９０の側面に設けられる。廻り止め９２は、端面９２Ａと、側面９２Ｂと、を備える。
　第１の摩擦部材９４及び第２の摩擦部材９６は、例えば金属製の細長板状部材である。第１の摩擦部材９４及び第２の摩擦部材９６は、それぞれナット９０の移動範囲においてＺ軸方向に沿って案内面２２に配置される。第１の摩擦部材９４及び第２の摩擦部材９６は、第１の摩擦部材９４の端面９４Ａと第２の摩擦部材９６の端面９６Ａとが、廻り止め９２の端面９２Ａの幅より広い一定の間隔だけ離間して配置される。なお、図２２では、第１の摩擦部材９４及び第２の摩擦部材９６を一部のみ図示している。
　第１の摩擦部材９４の端面９４Ａ及び第２の摩擦部材９６の端面９６Ａのうち、第２の摩擦部材９６の端面９６Ａにのみ潤滑油が塗布されている。このため、廻り止め９２の側面９２Ｂと第１の摩擦部材９４の端面９４Ａとの摩擦抵抗は相対的に大きい第３の摩擦抵抗を有し、廻り止め９２の側面９２Ｂと第２の摩擦部材９６の端面９６Ａとの摩擦抵抗は第３の摩擦抵抗より相対的に小さい第４の摩擦抵抗を有する。
　なお、ナット９０は、駆動体２０（図１参照）であってもよい。
　第７の実施形態に係る負荷器８８を備える形状測定機１０において、モータ１２によりボールネジ１８を上面視で反時計回り方向に回転させると、駆動体２０は案内面２２に沿って下降する。ここで、ボールネジ１８が反時計回り方向に回転すると、廻り止め９２が端面９４Ａと端面９６Ａとの隙間に沿ってナット９０が下降する。この下降の際に、側面９２Ｂが第１の摩擦部材９４の端面９４Ａに摺動し、側面９２Ｂと端面９４Ａとの間にはナット９０の下降を妨げる相対的に大きい第３の摩擦抵抗が発生する。したがって、軸部１８Ａには駆動体２０と案内面２２との摩擦抵抗による負荷トルクに加えて、第３の摩擦抵抗に応じた負荷トルクが付与される。
　一方、形状測定機１０において、モータ１２によりボールネジ１８を上面視で時計回り方向に回転させると、駆動体２０は案内面２２に沿って上昇する。この場合、廻り止め９２が端面９４Ａと端面９６Ａとの隙間に沿ってナット９０が上昇する。この上昇の際に、側面９２Ｂが第２の摩擦部材９６の端面９６Ａに摺動し、側面９２Ｂと端面９６Ａとの間にはナット９０の上昇を妨げる相対的に小さい第４の摩擦抵抗が発生する。したがって、軸部１８Ａには駆動体２０と案内面２２との摩擦抵抗による負荷トルクに加えて、第４の摩擦抵抗に応じた負荷トルクが付与される。
　以上のように、第７の実施形態に係る負荷器８８によれば、駆動体２０の下降時に相対的に大きい負荷トルクを付与することで、上昇時と下降時の負荷トルクを近づけることができる。その結果、上昇時と下降時とのモータ駆動のゲインを近づけることができる。
　なお、廻り止め９２の材質、第１の摩擦部材９４の材質、第２の摩擦部材９６の材質、第２の摩擦部材９６の端面９６Ａに塗布する潤滑油の種類等を変更することで、第３の摩擦抵抗及び第４の摩擦抵抗の値を調整することができる。したがって、上昇時と下降時との負荷トルクの差を所望の値にすることができる。
　第１の実施形態～第７の実施形態のように、負荷器１６及び負荷器８８によれば、複雑な構造を必要とせず、駆動体の重量のみの剛体ですみ、駆動体の重量のみの慣性モーメントで駆動し、加速度に制限なく、偶力などの外乱のない機構により、上昇時と下降時とのゲインを近づけることができる。
　＜その他＞
　上記の実施形態では、いわゆるボールネジ機構の回転軸に負荷器を設けることによって上昇時と下降時とのモータ駆動のゲインを近づけたが、ラックアンドピニオン機構の回転軸にこの負荷器を設けてもよい。
　本発明の技術的範囲は、上記の実施形態に記載の範囲には限定されない。各実施形態における構成などは、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各実施形態間で適宜組み合わせることができる。
１０…形状測定機
１２…モータ
１２Ａ…回転軸
１４…継手
１６…負荷器
１８…ボールネジ
１８Ａ…軸部
１８Ｂ…ネジ部
１８Ｄ…ピン
１９Ａ…軸受
１９Ｂ…軸受
２０…駆動体
２２…案内面
２４…Ｘ軸駆動部
２６…検出器
２８…接触子
３０…検出器
３２…接触子
４０…ワンウェイクラッチ
４２…摩擦ディスク
４４Ａ…摩擦パッド
４４Ｂ…摩擦パッド
４６…パッド固定部
４８Ａ…圧縮バネ
４８Ｂ…圧縮バネ
４９Ａ…バネ固定部
４９Ｂ…バネ固定部
５０…着磁ディスク
５２…永久磁石
５４…ヒステリシス板
５６Ａ…永久磁石
５６Ｂ…永久磁石
５６Ｃ…永久磁石
５６Ｄ…永久磁石
６０…摩擦板
６２…回転体
６２Ｂ…テーパ面
６２Ｃ…第１の壁
６２Ｄ…第２の壁
７０…くさび部
７０Ａ…スリット
７０Ｂ…第１の端部
７０Ｃ…第２の端部
７２…マグネット板
７４…固定板
７６…マグネット板
８０…固定板
８２…流体保持部
８４…プロペラ
８４Ａ…回転軸
８４Ｂ…羽根
９０…ナット
９２Ａ…端面
９２Ｂ…側面
９４…第１の摩擦部材
９４Ａ…端面
９６…第２の摩擦部材
９６Ａ…端面
１００…統括制御部
１０２…モータ制御部

Claims (9)

  1. 　測定対象の表面位置を検出する検出器と、
    　前記検出器を支持する駆動体と、
    　回転軸を備え、前記回転軸の第１の方向の回転で前記駆動体を下降させ、前記回転軸の前記第１の方向とは反対方向である第２の方向の回転で前記駆動体を上昇させる移動支持機構と、
    　前記回転軸を前記第１の方向又は前記第２の方向に回転させるモータと、
    　前記回転軸に負荷トルクを付与する負荷器であって、前記回転軸の前記第２の方向の回転よりも前記第１の方向の回転に大きい負荷トルクを付与する負荷器と、
    　を備える測定装置。
  2. 　前記負荷器は、
    　前記回転軸と共に回転可能に支持された摩擦ディスクと、
    　前記摩擦ディスクに当接する摩擦パッドと、
    　前記回転軸の前記第１の方向の回転を前記摩擦ディスクに伝達し、前記回転軸の前記第２の方向の回転を前記摩擦ディスクに伝達しないワンウェイクラッチと、
    　を備える請求項１に記載の測定装置。
  3. 　前記負荷器は、
    　前記回転軸と共に回転可能に支持され、周方向に沿ってＮ極及びＳ極が交互に着磁された着磁ディスクと、
    　前記着磁ディスクに作用する磁力を発生させる磁石と、
    　前記回転軸の前記第１の方向の回転を前記着磁ディスクに伝達し、前記回転軸の前記第２の方向の回転を前記着磁ディスクに伝達しないワンウェイクラッチと、
    　を備える請求項１に記載の測定装置。
  4. 　前記負荷器は、
    　前記回転軸と共に回転可能に支持されたヒステリシス板と、
    　前記ヒステリシス板の一方の面から他方の面に向けて磁束を発生させる磁石と、
    　前記回転軸の前記第１の方向の回転を前記ヒステリシス板に伝達し、前記回転軸の前記第２の方向の回転を前記ヒステリシス板に伝達しないワンウェイクラッチと、
    　を備える請求項１に記載の測定装置。
  5. 　前記負荷器は、
    　前記回転軸と共に回転可能に支持された回転体と、
    　前記回転体と当接する摩擦板と、
    　前記回転軸が前記第１の方向に回転すると前記回転体を前記摩擦板に押圧して前記回転体と前記摩擦板との間の摩擦抵抗を第１の摩擦抵抗にし、前記回転軸が前記第２の方向に回転すると前記回転体と前記摩擦板との間の摩擦抵抗を前記第１の摩擦抵抗より小さい第２の摩擦抵抗にする摩擦抵抗可変機構と、
    　を備える請求項１に記載の測定装置。
  6. 　前記負荷器は、
    　周方向に沿ってＮ極及びＳ極が交互に着磁され、前記回転軸と共に回転する第１のマグネット板と、
    　周方向に沿ってＮ極及びＳ極が交互に着磁され、前記第１のマグネット板に対向する位置に固定される第２のマグネット板と、
    　前記回転軸が前記第１の方向に回転すると前記第１のマグネット板と前記第２のマグネット板との間の距離を第１の距離にし、前記回転軸が前記第２の方向に回転すると前記第１のマグネット板と前記第２のマグネット板との間の距離を前記第１の距離よりも大きい第２の距離にする距離可変機構と、
    　を備える請求項１に記載の測定装置。
  7. 　前記負荷器は、
    　流体を保持する流体保持部と、
    　前記回転軸の回転に伴って前記流体保持部の内部を移動可能に支持された羽根と、
    　を備え、
    　前記羽根は、前記回転軸が前記第１の方向に回転すると前記羽根が受ける前記流体の流体抵抗が第１の流体抵抗となり、前記回転軸が前記第２の方向に回転すると前記羽根が受ける前記流体の流体抵抗が第１の流体抵抗より小さい第２の流体抵抗となる形状である請求項１に記載の測定装置。
  8. 　前記移動支持機構は、前記回転軸として鉛直方向に沿って支持されるボールネジを備え、
    　前記駆動体は、前記ボールネジと螺合するボールナットを備え、
    　前記モータは、前記ボールネジを回転させる請求項１から７のいずれか１項に記載の測定装置。
  9. 　前記移動支持機構は、前記回転軸として鉛直方向に沿って支持されるボールネジと、前記ボールネジと螺合するボールナットと、を備え、
    　前記モータは、前記ボールネジを回転させ、
    　さらに、
    　前記ボールナットの回転を規制する廻り止め部であって、案内面に当接する廻り止め部と、
    　前記案内面に設けられる第１の摩擦部材と、
    　前記案内面に設けられ、前記廻り止め部との摩擦抵抗が前記第１の摩擦部材よりも相対的に小さい第２の摩擦部材と、
    　を備え、
    　前記廻り止め部は、前記回転軸が前記第１の方向に回転すると第１の摩擦部材に摺動し、前記回転軸が前記第２の方向に回転すると第２の摩擦部材に摺動する請求項１に記載の測定装置。
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