(57)【要約】【課題】測定対象物に過度な押し付け力を及ぼすことなく測定することができ、そして、誤動作および劣化が抑制され、さらに、任意の向きに対して測定可能な変位センサを提供する。【解決手段】変位センサ５０のセンサ軸１の下端部に、触針２が取り付けられ、上端部には、変位検出ターゲット材３が取り付けられている。センサ軸１はラジアル軸受４により軸支されて、径方向の動きが拘束され、軸方向の動きが許容される。ラジアル軸受４として、静圧気体軸受が適用されている。静圧気体軸受では、ノズルから静圧気体軸受とセンサ軸１との隙間に向けて圧縮空気を送り込むことによって、センサ軸１を静圧気体軸受に接触させることなく、センサ軸１を径方向に支持することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物に押し当てることによって、測定対象物の変位を測定する変位センサであって、
センサ軸と、
前記センサ軸の一端側に設けられ、測定対象物に接触する触針と、
前記センサ軸の他端側に設けられ、前記触針の変位を検出する変位検出部と、
前記センサ軸との間に所定の隙間を介して前記センサ軸を軸支する軸受と
を備えた、変位センサ。
【請求項２】
前記軸受は静圧気体軸受である、請求項１記載の変位センサ。
【請求項３】
前記軸受は磁気軸受である、請求項１記載の変位センサ。
【請求項４】
前記センサ軸の軸方向に平行な所定の力を、前記センサ軸に付与する軸方向力付与部を備えた、請求項１〜３のいずれかに記載の変位センサ。
【請求項５】
軸方向力付与部は、
前記触針を測定対象物に近づける態様で力を付与する第１付与部と、
前記触針を測定対象物から遠ざける態様で力を付与する第２付与部と
を含む、請求項４記載の変位センサ。
【請求項６】
前記軸方向力付与部は、前記センサ軸に所定流量の気体を噴き付けることによって前記所定の力を付与する、請求項４または５に記載の変位センサ。
【請求項７】
前記変位検出部は差動変圧機である、請求項１〜６のいずれかに記載の変位センサ。
【請求項８】
前記変位検出部はリニアスケールを含む、請求項１〜６のいずれかに記載の変位センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は変位センサに関し、特に、触針を測定対象物に接触させながら測定対象物の変位を測定する変位センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から金属部材などの変位を測定する変位センサとして、図１０に示すように、接触方式の変位センサ１５０が数多く市販されている（非特許文献１および非特許文献２を参照）。この種の変位センサ１５０では、先端に触針１０２が設けられている。変位を精度良く測定するためには、この触針１０２を、ある程度大きな力（たとえば１００ｇ）で測定対象物１２０に押付ける必要があるが、一般的には、変位センサ１５０の内部に挿入されたバネ１１５の弾性力によりこの押付け力を発生させている。
【非特許文献１】株式会社キーエンス  測定器／変位センサカタログ  ２００８年版  ｐ５４０〜ｐ５４３
【非特許文献２】株式会社ミツトヨ  ミツトヨ精密測定機器・総合カタログ  ２００５年９月  ｐ３９０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の変位センサでは、次のような問題点があった。図１１に示すように、測定対象物１２０として、非常に薄い板材の表面を測定する場合等では、バネ１１５による押付け力（矢印１３０）によって板材が変形してしまい、正確な変位を測定することができないという問題があった。
【０００４】
また、このような押付け力の問題を解消しようとして、押付力を小さくするために、変位センサに内装されたバネを無くして、センサ軸１０１の重さだけで、測定対象物へ触針１０２を押付ける方式のセンサもまれに見られる。ところが、この方式では、センサ軸１０１の軸受１０４として、ころがり軸受やすべり軸受などの接触式の軸受が採用されているため、押付力が小さいと、センサ軸１０１と軸受１０４との間の摩擦によって、センサ軸１０１の動きが不安定になり、正しい精度が得られない場合がある。また、センサ軸１０１が劣化する可能性もある。
【０００５】
さらに、この場合には、センサ軸の自重で測定対象物を押すため、測定対象物が変位センサの下方に位置する場合は測定できるが、変位センサの横（側方）または上方に測定対象物が位置する場合には、変位を測定できないという問題がある。
【０００６】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、測定対象物に過度な押し付け力を及ぼすことなく測定することができ、そして、誤動作および劣化が抑制され、さらに、任意の向きに対して測定可能な変位センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る変位センサは、測定対象物に押し当てることによって、測定対象物の変位を測定する変位センサであって、センサ軸と触針と変位検出部と軸受とを備えている。触針はセンサ軸の一端側に設けられて、測定対象物に接触する。変位検出部はセンサ軸の他端側に設けられて、触針の変位を検出する。軸受はセンサ軸との間に所定の隙間を介してセンサ軸を軸支する。
【０００８】
この構成によれば、センサ軸を軸支する軸受に、センサ軸と接触しない軸受が適用されている。これにより、センサ軸と軸受との間の摩擦がなくなって、センサ軸の動きが不安定になることはなく、精度の高い測定を行うことができる。また、センサ軸と軸受との間の摩擦がなくなることで、センサ軸が劣化するのを抑制することができる。
【０００９】
そのようなセンサ軸と非接触な軸受として、静圧気体軸受または磁気軸受が好ましい。
また、センサ軸の軸方向に平行な所定の力を、センサ軸に付与する軸方向力付与部を備えていることが好ましい。
【００１０】
これにより、変位センサを傾けた状態でも測定対象物に一定の力で触針を押し当てることができ、任意の向きに対して測定対象物の変位の測定を行うことが可能になる。
【００１１】
より具体的には、軸方向力付与部は、触針を測定対象物に近づける態様で力を付与する第１付与部と、触針を測定対象物から遠ざける態様で力を付与する第２付与部とを含むことが好ましい。
【００１２】
そして、そのような力を付与する具体的な手法として、軸方向力付与部は、センサ軸に所定流量の気体を噴き付けることによって所定の力を付与することが好ましい。
【００１３】
また、測定対象物の変位を検出するには、変位検出部は差動変圧機であることが好ましい。また、変位検出部はリニアスケール方式でもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
実施の形態１
ここでは、ラジアル軸受として、非接触型の軸受を適用した変位センサについて説明する。図１に示すように、変位センサ５０のセンサ軸１の下端部（先端部）には、触針２が取り付けられている。一方、センサ軸１の上端部には、変位検出ターゲット材３が取り付けられている。センサ軸１はラジアル軸受４により軸支されて、径方向の動きが拘束され、軸方向の動きが許容される。変位検出ターゲット材３の近傍には、変位検出部（検出本体部５ａ）５が配設されている。変位検出部５は、変位検出ターゲット材３の上下方向の変位量、すなわち、センサ軸１および触針２の上下方向の変位量を検出する。
【００１５】
本変位センサ５０では、ラジアル軸受４として、非接触軸受である静圧気体軸受６（図２参照）、あるいは、磁気軸受７（図３参照）が適用されている。図２に示すように、静圧気体軸受６では、静圧気体軸受６に設けられたノズル１２から、静圧気体軸受６とセンサ軸１との隙間１１に向けて圧縮空気を送り込むことによって、センサ軸１を静圧気体軸受６に接触させることなく、センサ軸１を径方向に支持することができる。静圧気体軸受６とセンサ軸１との隙間１１は約３〜１０μｍ程度とされる。
【００１６】
一方、図３に示すように、磁気軸受７では、直径方向位置検出センサ８の信号に基づいた電流を電磁石９に流して所定の磁力を発生させることにより、センサ軸１を磁気軸受７に接触させることなく、センサ軸１を径方向に支持することができる。
【００１７】
軸方向の変位量は、差動変圧方式（図４参照）、あるいは、リニアスケール方式（図５）等によって検出することができる。図４に示すように、差動変圧方式では、変位検出ターゲット材３として磁性材料を使用し、変位検出部５の検出本体部５ａとしてのコイルによって、変位検出ターゲット材３および触針２を含めたセンサ軸１の軸方向（上下方向）の動きが検出される。
【００１８】
一方、図５に示すように、リニアスケール方式では、変位検出ターゲット材３に取り付けられたリニアスケール１０の値を検出本体部５ａによって読み取ることによって、センサ軸１の変位量が求められる。
【００１９】
上述した変位センサ５０では、センサ軸１を軸支するラジアル軸受４が、センサ軸１と接触しない静圧気体軸受６、あるいは、磁気軸受７が適用されている。これにより、センサ軸１とラジアル軸受４との間の摩擦がなくなって、センサ軸１の動きが不安定になることはなく、精度の高い測定を行うことができる。また、センサ軸１とラジアル軸受４との間の摩擦がなくなることで、センサ軸１が劣化するのを抑制することができる。
【００２０】
実施の形態２
ここでは、任意の向きに対して測定可能な変位センサについて説明する。図６に示すように、変位センサ５０には、センサ軸１の軸方向に平行な力を付与する軸方向力発生部１３ａ，１３ｂが設けられている。軸方向力発生部１３ａ，１３ｂから、センサ軸１等に気体を軸方向（矢印３１ａ，３１ｂ）に噴きつけることによって、軸方向の力がセンサ軸１に付与される。軸方向力発生部１３ａは、変位検出ターゲット材３の近傍に設けられて、触針２を測定対象物（図示せず）へ押し付ける態様で力を付与する。
【００２１】
一方、軸方向力発生部１３ｂは、センサ軸１の近傍に設けられて、触針２を測定対象物から離す態様で力を付与する。噴きつける気体の量を調節することによって、所望の力が測定対象物に付与されることになる。なお、これ以外の構成については、図１に示す変位センサと同様なので、同一部材には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００２２】
次に、上述した変位センサ５０の具体的な使い方として、はじめに、図７に示すように、変位センサ５０の下方に測定対象物２０が位置する場合について説明する。まず、センサ軸１、触針２および変位検出ターゲット材３を合わせた自重による鉛直方向に生じる力をＦとする。その力Ｆを測定対象物２０に常に及ぼしながら変位の測定を行うためには、センサ軸１、触針２および変位検出ターゲット材３を合わせた自重による鉛直方向に生じる力がＦとなるため、軸方向力発生部１３ａ，１３ｂによって付与する力を０とすればよい。すなわち、この場合には、軸方向力発生部１３ａと軸方向力発生部１３ｂから噴き出す気体の流量を０とすればよい。
【００２３】
次に、図８に示すように、変位センサ５０の側方に測定対象物２０が位置する場合について説明する。この場合、変位センサ５０が略水平に配置されることで、センサ軸１、触針２および変位検出ターゲット材３を合わせた自重は測定対象物には作用しないことになる。そのため、軸方向力発生部１３ａによって付与する力をＦとし、軸方向力発生部１３ｂによって付与する力を０とすればよい。すなわち、この場合には、軸方向力発生部１３ａから所定の流量の気体（矢印３１ａ）を噴き出し、一方、軸方向力発生部１３ｂから噴き出す気体の流量を０とすればよい。
【００２４】
次に、図９に示すように、変位センサ５０の上方に測定対象物２０が位置する場合について説明する。この場合、センサ軸１、触針２および変位検出ターゲット材３を合わせた自重による鉛直方向に生じる力は−Ｆとなる。そのため、軸方向力発生部１３ａによって付与する力を２Ｆとし、軸方向力発生部１３ｂによって付与する力を０とすればよい。すなわち、この場合には、軸方向力発生部１３ａから、力２Ｆとなる所定の流量の気体（矢印３１ａ）を噴き出し、一方、軸方向力発生部１３ｂから噴き出す気体の流量を０とすればよい。
【００２５】
上述した変位センサでは、前述した変位センサの効果に加えて、次のような効果が得られる。すなわち、センサ軸１の軸方向に平行な力を付与する軸方向力発生部１３ａ，１３ｂを設けることで、変位センサ５０の下方に測定対象物２０が位置する場合だけでなく、変位センサ５０の側方や上方に測定対象物２０が位置するような場合でも、測定対象物２０に一定の力を及ぼしながら変位を測定することができる。
【００２６】
なお、上述した変位センサ５０の使い方では、測定対象物２０に及ぼす力をＦとした場合を例に挙げて説明したが、軸方向力発生部１３ｂから所定の流量の気体を噴き出すことによって、その力Ｆをさらに小さくして測定対象物２０の変位を測定することも可能である。また、変位センサ５０を鉛直方向から斜めに傾けた状態でも、その傾きに応じて所定の流量の気体を噴き出すことによって、測定対象物２０に一定の力を及ぼしながら変位の測定を行うことが可能である。
【００２７】
今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る変位センサの断面図である。
【図２】同実施の形態において、ラジアル軸受の第１例として静圧気体軸受を示す断面図である。
【図３】同実施の形態において、ラジアル軸受の第２例として磁気軸受を示す断面図である。
【図４】同実施の形態において、変位検出部の第１例を含む変位センサの断面図である。
【図５】同実施の形態において、変位検出部の第２例を含む変位センサの断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る変位センサの断面図である。
【図７】同実施の形態において、変位センサの使い方の第１例を示す断面図である。
【図８】同実施の形態において、変位センサの使い方の第２例を示す断面図である。
【図９】同実施の形態において、変位センサの使い方の第３例を示す断面図である。
【図１０】従来の変位センサの断面図である。
【図１１】従来の変位センサの問題点を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  センサ軸、２  触針、３  変位検出ターゲット材、４  ラジアル軸受、５  変位検出部、５ａ  検出本体部、６  静圧気体軸受、７  磁気軸受、８  直径方向位置検出センサ、９  電磁石、１０  リニアスケール、１１  隙間、１２  ノズル、１３ａ，１３ｂ  軸方向力発生部、２０  測定物、５０  変位センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2010066150.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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