トップ :: G 物理学 :: G01 測定;試験

【発明の名称】 デジタル式変位測定器
【発明者】 【氏名】林田 秀二

【氏名】辻 勝三郎

【要約】 【課題】係合キーの精密な深さ位置調整が必要なく、ロータ部のスピンドルへの組み付けが容易であるとともに、スピンドルの円滑な進退を確保しつつ、回転伝達誤差を低減することができるデジタル式変位測定器を提供する。

【構成】回転伝達部44は、スピンドル2の外周に設けられるロータ支持部材440と、係合溝23に係合可能な係合部46を備える回転駒45と、この回転駒45とロータ支持部材440との間に設けられるコイルばね48とを備える。回転駒45は、ロータ支持部材440に、スピンドル2の軸と平行に設けられた回転軸441の周方向に回転可能に支持され、コイルばね48は、回転駒45を介して係合部46を係合溝23に与圧する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
本体と、この本体に螺合され軸方向に進退するスピンドルと、このスピンドルの変位量を検出するエンコーダとを備え、
前記エンコーダは、前記スピンドルの周方向に回転するロータと、このロータと所定間隔あけて対向し、前記本体に固定されているステータとを有し、
前記ロータは、前記スピンドルの外周面軸方向に形成された係合溝に係合可能な係合部を有する回転伝達部に支持され、前記ステータとの間隔が一定に保持されているデジタル式変位測定器において、
前記回転伝達部は、前記ロータを支持するロータ支持部材と、前記係合溝に係合可能な前記係合部を有する回転駒と、この回転駒と前記ロータ支持部材との間に設けられた与圧力付与手段とを備え、
前記回転駒は、前記ロータ支持部材に、前記スピンドルの軸と平行に設けられた回転軸の周方向に回転可能に支持され、
前記与圧力付与手段は、前記回転駒を介して前記係合部を前記係合溝に与圧することを特徴とするデジタル式変位測定器。
【請求項2】
請求項1に記載のデジタル式変位測定器において、
前記回転軸は、前記回転駒の略中心部に設けられ、
前記回転駒の一端部に前記係合部が、他端部に前記与圧力付与手段が設けられていることを特徴とするデジタル式変位測定器。
【請求項3】
請求項1または2に記載のデジタル式変位測定器において、
前記与圧力付与手段による与圧力を調整する与圧力調整手段を備えることを特徴とするデジタル式変位測定器。
【請求項4】
請求項1ないし3のいずれかに記載のデジタル式変位測定器において、
前記与圧力付与手段は、コイルばねを含んで構成されていることを特徴とするデジタル式変位測定器。
【請求項5】
請求項3に記載のデジタル式変位測定器において、
前記与圧力付与手段は、コイルばねを含んで構成され、
前記与圧力調整手段は、前記コイルばねを圧縮することにより与圧力を調整するばね圧調整ねじを含んで構成されていることを特徴とするデジタル式変位測定器。
【請求項6】
請求項1ないし5のいずれかに記載のデジタル式変位測定器において、
前記係合部は、前記係合溝と係合される先端部が球形に形成されていることを特徴とするデジタル式変位測定器。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、スピンドルの軸方向の変位量から、被測定物の寸法などを測定するデジタル式変位測定器に関する。
【背景技術】
【0002】
一般的なデジタル式変位測定器の一つであるデジタル式マイクロメータは、本体と、この本体に螺合され軸方向へ進退するスピンドルと、このスピンドルの変位量を検出するエンコーダと、このエンコーダの検出値から求めたスピンドルの変位量をデジタル表示する表示部とから構成されている。
【0003】
エンコーダは、本体に固定されたステータと、スピンドルと同期回転可能に設けられたロータとが対向配置され、本体に対するスピンドルの変位量を、ステータに対するロータの回転角として検出する構造である。
【0004】
従来のデジタル式マイクロメータにおけるロータ部41の構成を図5および図6に示す。ロータ43は、係合キー47を有するロータ支持部材440に支持されている。スピンドル2の外周面軸方向には係合溝23が形成されており、この係合溝23には係合キー47が係合されている。これにより、ロータ43は、スピンドル2の軸方向への移動にかかわらず定位置に保持され、ステータ42との間隔が一定に保持されている。
【0005】
スピンドル2は、デジタル式マイクロメータ本体に対し周方向に回転しながら軸方向へ進退される。すると、スピンドル2に同期してロータ支持部材440も回転されるから、ステータ42に対するロータ43の回転角が検出され、スピンドル2の変位量に変換されてデジタル表示される。
【0006】
このように、デジタル式マイクロメータにおいて、ステータとロータとの間隔を一定に保ちつつ、スピンドルの回転をロータに伝達する回転伝達機構として、スピンドルの外周面軸方向に形成された係合溝と、係合溝に係合可能な係合キーと、この係合キーを備えるロータ支持部材とを組み合わせた機構が用いられている。
【0007】
しかし、このような回転伝達機構においては、係合キーの深さ位置によって回転伝達誤差が生じるおそれがある。
【0008】
たとえば、係合キーの先端と係合溝との間に隙間がある場合、この隙間の分だけ、スピンドルの回転が係合キーに伝達されない遊び領域が生じ、回転伝達誤差が発生する。また、係合キーが係合溝に強く押し付けられている場合、スピンドルの円滑な進退が妨げられる。
【0009】
このような問題を回避するためには、係合キーの先端と係合溝とが接触し、なおかつ係合キーが係合溝に過度の圧力を掛けないような位置に、係合キーの深さ位置を精密に調整する必要がある。しかし、このような調整は非常に精密な作業が要求され、困難を伴う。
【0010】
そこで、板ばねなどを用いて、係合キーを係合溝に向かって適度な力で与圧し、係合キーと係合溝とを隙間なく係合させる、新規なデジタル式変位測定器が提案されている(特許文献1)。
【特許文献1】特開2003−202201号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
しかし、特許文献1においては、ロータ部および係合キーをスピンドルに組み付ける際の作業性に問題があった。
【0012】
ロータ部および係合キーのスピンドルへの組み付けにあたっては、二つの方法がある。
【0013】
第一の方法は、ロータ部をスピンドルに組み付けたあと、係合キーと板ばねをロータ支持部材に組み付ける。この方法では、ロータ部がスピンドルの軸方向に回転可能なので、ロータ部が回転しないように押さえながら組み付け作業を行う必要があり、非常に作業性が悪い。
【0014】
第二の方法は、係合キーと板ばねをロータ支持部材に組み付けたあと、ロータ部をスピンドルに組み付ける。この方法では、組み付ける前に係合キーが抜け落ちるおそれがある。
【0015】
本発明の目的は、係合キーの精密な深さ位置調整が必要なく、ロータ部のスピンドルへの組み付けが容易であるとともに、スピンドルの円滑な進退を確保しつつ、回転伝達誤差を低減することができるデジタル式変位測定器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0016】
本発明のデジタル式変位測定器は、本体と、この本体に螺合され軸方向に進退するスピンドルと、このスピンドルの変位量を検出するエンコーダとを備え、前記エンコーダは、前記スピンドルの周方向に回転するロータと、このロータと所定間隔あけて対向し、前記本体に固定されているステータとを有し、前記ロータは、前記スピンドルの外周面軸方向に形成された係合溝に係合可能な係合部を有する回転伝達部に支持され、前記ステータとの間隔が一定に保持されているデジタル式変位測定器において、前記回転伝達部は、前記ロータを支持するロータ支持部材と、前記係合溝に係合可能な前記係合部を有する回転駒と、この回転駒と前記ロータ支持部材との間に設けられた与圧力付与手段とを備え、前記回転駒は、前記ロータ支持部材に、前記スピンドルの軸と平行に設けられた回転軸の周方向に回転可能に支持され、前記与圧力付与手段は、前記回転駒を介して前記係合部を前記係合溝に与圧することを特徴とする。
【0017】
本発明によれば、係合部が係合溝に適度な力で与圧され、係合部と係合溝が常に接している状態に保たれるので、係合キーの精密な深さ位置調整が必要なく、スピンドルの円滑な進退を確保しつつ、回転伝達誤差を低減することができる。
【0018】
また、回転駒を与圧力付与手段による与圧の方向と逆方向に回転することにより、係合部をスピンドルから離れる方向に動かすことができ、ロータ部のスピンドルへの組み込みを容易に行うことができる。
【0019】
本発明において、前記回転軸は、前記回転駒の略中心部に設けられ、前記回転駒の一端部に前記係合部が、他端部に前記与圧力付与手段が設けられていることが好ましい。
【0020】
このような構成によれば、回転駒の他端部を与圧力に抗して押すことにより、回転駒を回転させ、係合部をスピンドルから離れる方向に動かすことができるので、ロータ部のスピンドルへの組み込みをより容易に行うことができる。
【0021】
本発明のデジタル式変位測定器は、前記与圧力付与手段による与圧力を調整する与圧力調整手段を有することが好ましい。
【0022】
このような構成によれば、与圧力付与手段による与圧力を調整する与圧力調整手段を有するので、係合部を係合溝に与圧する与圧力を適宜調整することができる。
【0023】
本発明において、前記与圧力付与手段は、コイルばねを含んで構成されることが好ましい。
【0024】
このような構成によれば、与圧力付与手段が、コイルばねからなるので、回転駒とロータ支持部材との間への組み付けが容易である。また、コイルばねの長さを変化させることで与圧力を調整することができる。コイルばねは安価で入手が容易なので、コストを低減させることができる。
【0025】
本発明において、前記与圧力付与手段は、コイルばねを含んで構成され、前記与圧力調整手段は、前記コイルばねを圧縮することにより与圧力を調整するばね圧調整ねじを含んで構成されていることが好ましい。
【0026】
このような構成によれば、与圧力調整手段が、コイルばねを圧縮することにより与圧力を調整するばね圧調整ねじからなるので、ばね圧調整ねじを回転させることにより与圧力を容易かつ微細に調整することができる。
【0027】
本発明において、前記係合部は、前記係合溝と係合される先端部が球形に形成されていることが好ましい。
【0028】
このような構成によれば、係合部の先端が球形に形成され、係合部の先端と係合溝が二点で当接するので、スピンドルの回転がロータ部へ確実に伝達されるとともに、ロータ部のスピンドル軸方向への摺動が円滑に行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【0029】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
<図1,2の説明>
図1は、本実施形態のデジタル式マイクロメータ100の正面図、図2は、部分断面図である。図1および図2において、デジタル式マイクロメータ100は、略U字形の本体10と、この本体10に螺合され軸方向に進退するスピンドル2と、本体10の内部においてスピンドル2の変位量を検出するエンコーダ40と、測定値を表示するディスプレイ61とを有している。
【0030】
本体10の一端にアンビル10Aが固定され、他端にスピンドル2を摺動自在に支持する支持部材である軸受筒11が設けられている。軸受筒11は略円筒形状に形成されていて、この軸受筒11の内周にスピンドル2が挿通されて支持されている。また軸受筒11の内周面には、軸方向に沿ってクランプカラー161が設けられている。本体10の外部に設けられたクランプねじ16を操作することで、クランプカラー161がスピンドル2を締め付け、スピンドル2の摺動を規制することができる。また本体10には、略円筒形状の内筒13が設けられ、この内筒13の外周に設けられているシンブル3を回転操作することで、スピンドル2をアンビル10Aに対して進退させるようになっている。
【0031】
スピンドル2は、一直線上に配置されたスピンドル本体21と、ねじ軸22と、スピンドル本体21の外周面軸方向に形成された係合溝23とを備えている。スピンドル本体21とねじ軸22とは、一本の円柱状部材から形成されていてもよく、また、それぞれ別部材で形成されていてもよい。係合溝23は断面V形に形成されている。スピンドル2の軸方向に沿って設けられている内筒13は、その一端部が本体10に保持され、他端部は内周側に雌ねじが螺刻されており、スピンドル2のねじ軸22と螺合されている。
【0032】
また、内筒13の他端部の外周部には雄ねじが螺刻されていて、テーパナット14が螺合されている。この内筒13の雄ねじが螺刻されている所定箇所には、三本の切欠きが設けられ、三つ割部15が形成されている。テーパナット14は、スピンドル2と内筒13との嵌合を調整する部材である。すなわち、テーパナット14を回転させて、内筒13の軸方向に進退させると、三つ割部15の締め付け具合が変化して、内筒13の内径が変化する。このように、内筒13の内径を変化させ、スピンドル2と内筒13との嵌合を調整することが可能となる。
【0033】
なお、スピンドル2の端部には、スピンドル2を進退させてアンビル10Aとともに被測定物を狭持する際、被測定物を加圧しすぎて破損させないように、被測定物を定圧で把持するためのラチェット17が設けられている。
【0034】
エンコーダ40は、静電容量式エンコーダであって、スピンドル2の周方向に回転するロータ部41と、このロータ部41と所定間隔あけて対向し、本体10に固定されているステータ42とを備えている。
【0035】
ステータ42は、スピンドル2の外周部に設けられ略円盤板状のステータ環状部と、このステータ環状部の外周に設けられ本体10の内部側へ伸びる板状のステータ長手部とを備えている。このステータ長手部は、本体10の内部において本体10に固定されている。
<図3,4の説明>
本実施形態のデジタル式マイクロメータ100のロータ部41の構成を図3および図4に示す。図3および図4において、ロータ部41は、スピンドル2の外周に設けられる回転伝達部44と、この回転伝達部44に支持されステータ42との間隔が一定に保持されている円盤状のロータ43とを備えている。
【0036】
回転伝達部44は、ロータ43を支持するロータ支持部材440と、係合溝23に係合可能な係合部46を有する回転駒45と、この回転駒45とロータ支持部材440との間に設けられた与圧力付与手段であるコイルばね48とを備えている。
【0037】
ロータ支持部材440は、略円筒形状の部材で、スピンドル2の軸を中心とする中心角135度の扇形板状の切欠部444を有する。切欠部444は、ロータ支持部材440中に、スピンドル2の軸に垂直な切欠面440Aと、スピンドル2の軸に平行な切欠面440Bおよび440Cとを形成している。
【0038】
ロータ支持部材440の切欠面440Aには、スピンドル2の軸と平行な円柱形状の回転軸441が設けられている。回転軸441は、回転駒45に設けられた中心孔451に挿通されており、回転駒45を回転軸441の周方向に回転可能に支持している。また、回転軸441には、回転駒45のアンビル10A側の面と隣接して、ストップリング453が弾性的に係合されており、回転駒45をスピンドル2の軸方向に対して固定している。
【0039】
切欠面440Bには、与圧力調整手段として、切欠面440Bに垂直なねじ孔443と、ばね圧調整ねじ442とが設けられている。ばね圧調整ねじ442は、ねじ孔443に螺合されるねじ軸と、回転駒45側の端面に形成されコイルばね48の一端と係合する円柱形状の凸部445とを備えている。
【0040】
回転駒45は、略直方体形状の部材で、略中心部に回転軸441が挿通される中心孔451が設けられている。回転軸441を中心として、回転駒45の一端部には係合部46を挿入、支持する係合部挿入孔452が、他端部にはコイルばね48の一端と係合する円柱状の凸部455が設けられている。
【0041】
係合部46は、係合部挿入孔452に挿通される末端部461と、円柱状の胴部462と、球形に形成された先端部463とを有している。
【0042】
末端部461は、その軸が胴部462の軸と重なるように、胴部462の回転駒45側の端面に設けられている。末端部461は、係合部挿入孔452に挿通され、回転駒45に固定されている。
【0043】
胴部462のスピンドル2側の端部の中心には球形の先端部463が設けられている。先端部463は、スピンドル2の係合溝23と二点で当接している。
【0044】
コイルばね48は、その一端が回転駒45底面に設けられた凸部455に、他端がロータ支持部材440の切欠面440Bに設けられた凸部445に、それぞれ係合されている。これにより、回転駒45が、回転軸441を中心として図4の反時計方向へ回転され、係合部46が係合溝23に与圧される。
<使用方法>
ロータ部41のスピンドル2への組み付けにあたっては、回転駒45の上面を指で押し、コイルばね48が圧縮される方向に回転駒45を回転させる。すると、係合部46がスピンドル2から離れる方向に移動されるので、ロータ部41をスピンドル2に容易に組み付けることができる。また、ばね圧調整ねじ442を回転させコイルばね48を圧縮することによって、係合部46を係合溝23に与圧する与圧力を調整することができる。
【0045】
測定にあたっては、シンブル3を回転操作することでスピンドル2をアンビル10Aに対して進退させ、スピンドル2の端面とアンビル10Aとを被測定物の被測定部位間に当接させる。このとき、スピンドル2の回転が、回転伝達部44を介してロータ43に伝達される。エンコーダ40により検出されたロータ43の回転角が、スピンドル2の軸方向の変位量に変換されてディスプレイ61に表示される。
【0046】
係合部46が係合溝23に適度な力で与圧され、係合部46と係合溝23が常に接している状態に保たれるので、スピンドル2の円滑な進退を確保しつつ、回転伝達誤差を低減することができる。また、係合部46の先端部463と係合溝23とが二点で当接するので、スピンドル2の回転がロータ43へ確実に伝達されるとともに、ロータ部41のスピンドル2の軸方向への摺動が円滑に行える。
<変形例>
なお、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は、本発明に含まれるものである。
(i)本実施形態では、回転伝達部44に設けられる係合部46を一つとし、スピンドル2にはこれに対応して係合溝23が一本設けられているものとしたが、これに限定されない。たとえば、回転伝達部44に複数の係合部46が設けられ、これに対応してスピンドル2の外周面軸方向に複数の係合溝23が設けられていてもよい。この場合、複数の係合部46がスピンドル2に摺動自在に係合されているので、スピンドル2に対するロータ部41の位置決めがより確実にでき、スピンドル2とロータ部41との間にがたが発生することがない。
(ii)エンコーダ40は、ステータ42とロータ43との相対的な回転量を検出するデジタル式エンコーダであればよく、本実施形態で述べた静電容量式エンコーダに限定されない。たとえば、光学式や電磁式などでもよい。
(iii)本実施形態では、デジタル式変位測定器としてデジタル式マイクロメータ100を例示したが、これに限定されない。たとえば、デジタル式マイクロメータヘッドなどであってもよく、本体10に螺合され軸方向に進退するスピンドル2と、このスピンドル2の変位量を検出するエンコーダ40とを備える構造であればよい。
【産業上の利用可能性】
【0047】
本発明は、スピンドルの軸方向の変位量から、被測定物の寸法などを測定するデジタル式変位測定器として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【0048】
【図1】本実施形態のデジタル式マイクロメータの正面図。
【図2】本実施形態のデジタル式マイクロメータの部分断面図。
【図3】本実施形態のデジタル式マイクロメータのロータ部の斜視図。
【図4】本実施形態のデジタル式マイクロメータのロータ部の部分断面図。
【図5】従来のデジタル式マイクロメータにおけるロータ部の一部を切欠いた斜視図。
【図6】従来のデジタル式マイクロメータにおけるロータ部の断面図。
【符号の説明】
【0049】
2 スピンドル
10 本体
23 係合溝
40 エンコーダ
41 ロータ部
42 ステータ
43 ロータ
44 回転伝達部
45 回転駒
46 係合部
48 コイルばね
100 デジタル式マイクロメータ
440 ロータ支持部材
441 回転軸
442 ばね圧調整ねじ
443 ねじ孔
451 中心孔
452 係合部挿入孔
453 ストップリング
463 先端部
【出願人】 【識別番号】000137694
【氏名又は名称】株式会社ミツトヨ
【出願日】 平成18年6月26日(2006.6.26)
【代理人】 【識別番号】110000637
【氏名又は名称】特許業務法人樹之下知的財産事務所

【識別番号】100079083
【弁理士】
【氏名又は名称】木下 實三

【識別番号】100094075
【弁理士】
【氏名又は名称】中山 寛二

【識別番号】100106390
【弁理士】
【氏名又は名称】石崎 剛


【公開番号】 特開2008−3032(P2008−3032A)
【公開日】 平成20年1月10日(2008.1.10)
【出願番号】 特願2006−175118(P2006−175118)