(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体に設けられた固定スリーブと、外周面に雄ねじ部を有し、前記本体に回転可能かつ軸方向へ変位可能に設けられたスピンドルと、前記固定スリーブの外周面に被嵌され前記スピンドルに一体的に連結されたシンブルと、前記スピンドルの回転角を検出するエンコーダと、このエンコーダに基づくスピンドルの変位量をデジタル表示するデジタル表示器とを備えた変位測定器において、
前記固定スリーブと前記スピンドルとの間に、前記固定スリーブに対して回転可能にかつ軸方向へ変位不能に挿入され内周面に前記スピンドルの雄ねじ部に螺合する雌ねじ部を有する可動スリーブと、
前記固定スリーブに対する前記可動スリーブの回転角度を所定角度に規制する回転角度規制機構と、
前記可動スリーブを前記固定スリーブに対して一方向へ回転付勢する回転付勢機構とを備え、
前記エンコーダは、前記スピンドルとともに回転するロータと、前記可動スリーブに連結され前記ロータに対向して配置されたステータとを含んで構成されている、ことを特徴とする変位測定器。
【請求項２】
請求項１に記載の変位測定器において、
前記回転付勢機構は、前記固定スリーブと前記可動スリーブとの間に介装され、一端が前記固定スリーブに固定され、他端が前記可動スリーブに固定されたコイルばねによって構成されている、ことを特徴とする変位測定器。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の変位測定器において、
前記回転付勢機構は、前記固定スリーブの内周面と前記可動スリーブの外周面との間に挿入され前記可動スリーブと一体的に回転可能な第１ラチェット車と、前記固定スリーブの内周面と前記可動スリーブの外周面との間に前記固定スリーブに対して回転不能にかつ前記スピンドルの軸方向へ移動可能に挿入され前記第１ラチェット車に噛合可能な第２ラチェット車と、前記第２ラチェット車を前記第１ラチェット車に向かって付勢する付勢手段とを含んで構成されている、ことを特徴とする変位測定器。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の変位測定器において、
前記回転角度規制機構は、前記固定スリーブおよび前記可動スリーブのいずれか一方に円周方向に沿って設けられた長孔と、前記固定スリーブおよび前記可動スリーブのいずれか他方に設けられ前記長孔に摺動可能に係合する係合ピンとを含んで構成されている、ことを特徴とする変位測定器。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の変位測定器において、
前記スピンドルの軸を中心として回転可能に設けられた操作スリーブを含み、この操作スリーブの回転を前記スピンドルへ伝達するとともに、前記スピンドルに一定以上の負荷がかかったときに前記操作スリーブを前記スピンドルに対して空転させる定圧機構を備えている、ことを特徴とする変位測定器。
【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等を測定する変位測定器に関する。
【背景技術】
【０００２】
スピンドルの軸方向の変位量から被測定物の寸法等を測定する変位測定器として、マイクロメータが知られている（特許文献１参照）。
特許文献１記載のマイクロメータは、本体に固定された固定スリーブと、この固定スリーブに螺合され軸方向へ進退されるスピンドルと、固定スリーブの外周に回転可能に装着され外端部がスピンドルの外端部に連結されたシンブルと、このシンブルの外周からスピンドルの外端に掛けて回転可能に被嵌された操作スリーブを有し、この操作スリーブの回転をスピンドルに伝達するとともに、スピンドルに一定以上の負荷がかかったときに操作スリーブをスピンドルに対して空転させる定圧機構とを備える構造である。
【０００３】
このような構造のマイクロメータにおいて、測定時、操作スリーブを回転させながらスピンドルを進出させる。スピンドルの先端が被測定物に当接し、スピンドルに一定以上の負荷がかかると、定圧機構が作動し、操作スリーブが空転されるから、被測定物に対して略一定の測定力で測定を行える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１４１４０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した構造のマイクロメータにおいて、安定した測定を行うためには、スピンドルの先端を被測定物に静かに接触させたのち、定圧機構により測定力を加える必要がある。
しかし、実際の測定にあたっては、ある程度の速さで、スピンドルの先端を被測定物に接触（衝突）させてしまう場合がある。すると、スピンドルの先端が被測定物に衝突したときの運動エネルギーにより、定圧装置が想定する以上の高い測定圧が発生してしまい、その結果、測定結果にばらつきが生じる。
【０００６】
本発明の目的は、測定値のばらつきの要因を排除し、繰り返し精度を向上させることができる変位測定器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の変位測定器は、本体に設けられた固定スリーブと、外周面に雄ねじ部を有し、前記本体に回転可能かつ軸方向へ変位可能に設けられたスピンドルと、前記固定スリーブの外周面に被嵌され前記スピンドルに一体的に連結されたシンブルと、前記スピンドルの回転角を検出するエンコーダと、このエンコーダに基づくスピンドルの変位量をデジタル表示するデジタル表示器とを備えた変位測定器において、前記固定スリーブと前記スピンドルとの間に、前記固定スリーブに対して回転可能にかつ軸方向へ変位不能に挿入され内周面に前記スピンドルの雄ねじ部に螺合する雌ねじ部を有する可動スリーブと、前記固定スリーブに対する前記可動スリーブの回転角度を所定角度に規制する回転角度規制機構と、前記可動スリーブを前記固定スリーブに対して一方向へ回転付勢する回転付勢機構とを備え、前記エンコーダは、前記スピンドルとともに回転するロータと、前記可動スリーブに連結され前記ロータに対向して配置されたステータとを含んで構成されている、ことを特徴とする。
【０００８】
このような構成において、シンブルを回転させると、そのシンブルと一体的に連結されたスピンドルが回転される。スピンドルにかかる負荷が一定未満の場合には、可動スリーブの雌ねじ部にかかる力も回転付勢機構の付勢力よりも弱いので、可動スリーブは静止し、スピンドルが可動スリーブに対して回転しながら軸方向へ進退される。
スピンドルの進出によって、スピンドルが被測定物に当接する。このとき、スピンドルが被測定物に当接したときの運動エネルギーによりスピンドルは更に僅かに回転され、スピンドルに一定以上の軸方向の力がかかる。すると、その力は、スピンドルの雄ねじ部を介して可動スリーブの雌ねじ部にも加わる。可動スリーブの雌ねじ部に加わる力が、回転付勢手段の付勢力よりも強いと、スピンドルが被測定物に当接したのちの回転に伴って、可動スリーブも回転付勢機構に抗して回転され、回転角度規制機構により規制された角度まで回転される。
【０００９】
そのため、スピンドルが被測定物に当接したのちに回転しても、可動スリーブも一緒に回転するため、スピンドルの先端位置は変わらない。
また、可動スリーブには、エンコーダを構成するステータが連結されているから、ステータも一緒に回転される。その結果、エンコーダを構成するステータと、スピンドルとともに回転するロータとの相対的な回転が発生しないから、デジタル表示器の表示値も変化しない。
従って、測定操作時にスピンドルを被測定物に当接させたときに、その当接時の運動エネルギーによりスピンドルが更に回転しても、スピンドルの先端位置が変わらず、しかも、エンコーダを構成するロータとステータとの相対的な回転が発生しないから、スピンドルの当接に伴う測定値のばらつき要因を排除できる。その結、繰り返し精度を向上させることができる。
【００１０】
本発明の変位測定器において、前記回転付勢機構は、前記固定スリーブと前記可動スリーブとの間に介装され、一端が前記固定スリーブに固定され、他端が前記可動スリーブに固定されたコイルばねによって構成されている、ことが好ましい。
このような構成によれば、回転付勢機構が単一のコイルばねによって構成されているから、部品点数や組立工数の点から安価に構成できるうえ、固定スリーブと可動スリーブとの間にコイルばねを収納できるので、コンパクトに構成できる。
【００１１】
本発明の変位測定器において、前記回転付勢機構は、前記固定スリーブの内周面と前記可動スリーブの外周面との間に挿入され前記可動スリーブと一体的に回転可能な第１ラチェット車と、前記固定スリーブの内周面と前記可動スリーブの外周面との間に前記固定スリーブに対して回転不能にかつ前記スピンドルの軸方向へ移動可能に挿入され前記第１ラチェット車に噛合可能な第２ラチェット車と、前記第２ラチェット車を前記第１ラチェット車に向かって付勢する付勢手段とを含んで構成されている、ことが好ましい。
このような構成によれば、スピンドルが被測定物に当接した際の運動エネルギーにより、第２ラチェット車が第１ラチェット車に対して退避すると、そのときのクリック感をシンブルを介して測定者に認識させることができる。また、回転付勢機構を構成する第１ラチェット車、第２ラチェット車および付勢手段についても、固定スリーブの内周面と可動スリーブの外周面との間に組み込むことができるので、コンパクトに構成できる。
【００１２】
本発明の変位測定器において、前記回転角度規制機構は、前記固定スリーブおよび前記可動スリーブのいずれか一方に円周方向に沿って設けられた長孔と、前記固定スリーブおよび前記可動スリーブのいずれか他方に設けられ前記長孔に摺動可能に係合する係合ピンとを含んで構成されている、ことが好ましい。
このような構成によれば、固定スリーブおよび可動スリーブのいずれか一方に長孔を、他方に係合ピンを設けるだけでよいので、簡単な構成で回転角度規制機構を実現できる。
【００１３】
本発明の変位測定器において、前記スピンドルの軸を中心として回転可能に設けられた操作スリーブを含み、この操作スリーブの回転を前記スピンドルへ伝達するとともに、前記スピンドルに一定以上の負荷がかかったときに前記操作スリーブを前記スピンドルに対して空転させる定圧機構を備えている、ことが好ましい。
このような構成において、スピンドルが被測定物に当接したのち、シンブルから操作スリーブに持ち替えて、操作スリーブを回転操作すれば、通常の定圧機構での測定を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係るデジタル表示式マイクロメータの正面図。
【図２】同上実施形態の部分断面図。
【図３】同上実施形態のインナースリーブの正面図。
【図４】同上実施形態において、スピンドルが被測定物に当接した後の様子を示す図。
【図５】同上実施形態において、スピンドルが被測定物に当接した後の状態を説明するための図。
【図６】本発明の実施形態において、回転付勢機構の変形例を示す部分断面図。
【図７】図６の分解斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、変位測定器としてデジタル表示式マイクロメータの例について説明する。
【００１６】
＜デジタル表示式マイクロメータの構成＞
図１に示すように、本デジタル表示式マイクロメータは、略Ｕ字形の本体１と、この本体１に回転可能かつ軸方向へ変位可能に設けられたスピンドル１０と、本体１の内部においてスピンドル１０の回転角を検出するエンコーダ８０（図２参照）と、このエンコーダ８０によって検出されたスピンドル１０の回転角に基づく変位量（測定値）を表示するデジタル表示手段としてのデジタル表示器２とを備える。
本体１の一端にはアンビル３が固定され、他端にはスピンドル１０を回転可能かつ軸方向へ変位可能に支持する軸受筒４および固定スリーブ２０が設けられている。
【００１７】
図２に示すように、スピンドル１０は、内端側に形成された丸棒状の軸部１１と、この軸部１１の外端に一体的に形成された雄ねじ部１２と、この雄ねじ部１２の外端に一体的に形成された連結部１３とを有する。これらは１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。
【００１８】
固定スリーブ２０は、内端が本体１に固定されスピンドル１０の雄ねじ部１２の外周を覆う円筒状のインナースリーブ２１と、このインナースリーブ２１の外周面に固定された円筒状のアウタースリーブ２２とを含んで構成されている。
アウタースリーブ２２の外周面には、円筒状のシンブル３０が回転可能に被嵌され、かつ、連結軸１４によってスピンドル１０の連結部１３に一体的に連結されている。
連結軸１４には、スピンドル１０の軸を中心として回転可能に設けられた操作スリーブ４１を含み、この操作スリーブ４１の回転をスピンドル１０へ伝達するとともに、スピンドル１０に一定以上の負荷がかかったときに操作スリーブ４１をスピンドル１０に対して空転させる定圧機構４０が設けられている。
【００１９】
定圧機構４０は、連結軸１４に止めねじ４２を介して回転可能に設けられた操作スリーブ４１と、この操作スリーブ４１と連結軸１４との間に止めねじ４２を介して回転可能に設けられ操作スリーブ４１と一体的に回転する第１ラチェット車４３と、連結軸１４に回転不能かつ軸方向へ移動可能に設けられ第１ラチェット車４３と噛合する第２ラチェット車４４と、この第２ラチェット車４４を第１ラチェット車４３に向かって付勢する付勢手段としてのコイルばね４５とを含んで構成されている。
【００２０】
本実施形態においては、固定スリーブ２０（インナースリーブ２１）とスピンドル１０との間に、可動スリーブ５０がインナースリーブ２１に対して回転可能にかつ軸方向へ変位不能に挿入されているとともに、インナースリーブ２１に対する可動スリーブ５０の回転角度を所定角度に規制する回転角度規制機構６０と、可動スリーブ５０をインナースリーブ２１に対して一方向へ回転付勢する回転付勢機構７０とが設けられている。
【００２１】
可動スリーブ５０は、インナースリーブ２１の長さよりも長い円筒状で、外端部内周面にスピンドル１０の雄ねじ部１２に螺合する雌ねじ部５１を有する。
回転角度規制機構６０は、図３に示すように、インナースリーブ２１に円周方向に沿って設けられた長孔６１と、可動スリーブ５０に設けられ長孔６１に摺動可能に係合する係合ピン６２とを含んで構成されている。長孔６１の長さは、係合ピン６２を約１８０度以内で回転できる長さ寸法に形成されている。
回転付勢機構７０は、インナースリーブ２１と可動スリーブ５０との間に介装され、一端がインナースリーブ２１に固定され、他端が可動スリーブ５０に固定されたコイルばね７１によって構成されている。
【００２２】
エンコーダ８０は、静電容量式エンコーダであって、スピンドル１０とともに回転するロータ８１と、このロータ８１と所定間隔あけて対向配置されたステータ８５とを有する。
ロータ８１は、略ドーナツ形板状に形成され、そのステータ８５側の表面に図示しない電極パターンを有する。ロータ８１のステータ８５と逆側の表面は、ロータ保持部材８２に保持されている。ロータ保持部材８２には、スピンドル１０のキー溝１５に係合可能な係合キー８３が設けられている。従って、ロータ８１は、キー溝１５、係合キー８３およびロータ保持部材８２を介して、スピンドル１０と一緒に回転される。
ステータ８５は、スピンドル１０の外周部に設けられ、ロータ８１の電極パターンと静電結合してロータ８１の回転角を検出する略ドーナツ形板状のステータ環状部８６と、このステータ環状部８６の外周に設けられ本体１の内部側へ伸びる板状のステータ長手部８７とを備えている。ステータ環状部８６は、ステータ保持部材８８を介して可動スリーブ５０に連結されている。ステータ長手部８７は、フレキシブル状で、本体１の内部において図示省略の処理回路に接続されている。
【００２３】
＜デジタル表示式マイクロメータの使用方法＞
測定にあたって、シンブル３０を回転させると、そのシンブル３０と一体的に連結されたスピンドル１０が回転される。スピンドル１０にかかる負荷が一定未満の場合には、可動スリーブ５０の雌ねじ部５１にかかる力も回転付勢機構７０の付勢力よりも弱いので、可動スリーブ５０は静止し、スピンドル１０が可動スリーブ５０に対して回転しながら軸方向へ進退される。
【００２４】
スピンドル１０の進出によって、スピンドル１０が被測定物に当接する。このとき、スピンドル１０が被測定物に当接したときの運動エネルギーによりスピンドル１０が更に僅か回転されると、スピンドル１０に一定以上の軸方向の力がかかる。すると、その力は、スピンドル１０の雄ねじ部１２を介して可動スリーブ５０の雌ねじ部５１にも加わる。可動スリーブ５０の雌ねじ部５１に加わる力が、回転付勢機構７０の付勢力よりも強いと、スピンドル１０が被測定物に当接したのちの回転に伴って、可動スリーブ５０も回転付勢機構７０に抗して回転され、回転角度規制機構６０により規制された角度まで回転される。
【００２５】
そのため、スピンドル１０が被測定物に当接したのちに回転しても、可動スリーブ５０も一緒に回転するため、スピンドル１０の先端位置は変わらない。
また、可動スリーブ５０には、エンコーダ８０を構成するステータ８５が連結されているから、図４に示すように、ステータ８５も一緒に回転される。その結果、エンコーダ８０を構成するステータ８５と、スピンドル１０と一緒に回転するロータ８１との相対的な回転が発生しないから、デジタル表示器２の表示値も変化しない。
【００２６】
従って、測定操作時にスピンドル１０を被測定物に当接させたときに、その当接時の運動エネルギーによりスピンドル１０が更に回転しても、スピンドル１０の先端位置が変わらず、しかも、エンコーダ８０を構成するロータ８１とステータ８５との相対的な回転が発生しないから（図５参照）、スピンドル１０の当接に伴う測定値のばらつき要因を排除できる。その結果、繰り返し精度を向上させることができる。
【００２７】
また、本実施形態では、回転付勢機構７０が、インナースリーブ２１と可動スリーブ５０との間に介装され、一端がインナースリーブ２１に固定され、他端が可動スリーブ５０に固定されたコイルばね７１によって構成されているから、つまり、回転付勢機構７０が単一のコイルばね７１によって構成されているから、部品点数や組立工数の点から安価に構成できるうえ、インナースリーブ２１と可動スリーブ５０との間にコイルばね７１を収納できるので、コンパクトに構成できる。
【００２８】
また、本実施形態では、回転角度規制機構６０が、インナースリーブ２１の円周方向に沿って設けられた長孔６１と、可動スリーブ５０に設けられ長孔６１に摺動可能に係合する係合ピン６２とを含んで構成されているから、簡単な構成で回転角度規制機構６０を実現できる。
【００２９】
また、本実施形態では、操作スリーブ４１の回転をスピンドル１０へ伝達するとともに、スピンドル１０に一定以上の負荷がかかったときに操作スリーブ４１をスピンドル１０に対して空転させる定圧機構４０が設けられているから、スピンドル１０が被測定物に当接したのち、シンブル３０から操作スリーブ４１に持ち替えて、操作スリーブ４１を回転操作すれば、通常の定圧機構での測定を実現できる。
【００３０】
＜変形例＞
本発明は、上記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。
前記実施形態では、回転角度規制機構６０を、インナースリーブ２１に円周方向に沿って設けられた長孔６１と、可動スリーブ５０に設けられた係合ピン６２とを含んで構成したが、これとは逆であってもよい。つまり、可動スリーブ５０に長孔６１を、インナースリーブ２１に係合ピン６２を設けた構成であってもよい。また、長孔６１と係合ピン６２との構成に限らず、固定スリーブ２０に対する可動スリーブ５０の回転角度を所定角度に規制する機構であれば、他の構造であってもよい。
【００３１】
前記実施形態では、回転付勢機構７０を、コイルばね７１によって構成したが、これに限らず、可動スリーブ５０を固定スリーブ２０に対して一方向へ回転付勢する構造であれば、他の構造であってもよい。
例えば、図６および図７に示すように、インナースリーブ２１（固定スリーブ２０）の内周面と可動スリーブ５０の外周面との間に挿入された第１ラェット車７２と、インナースリーブ２１（固定スリーブ２０）の内周面と可動スリーブ５０の外周面との間に挿入され第１ラェット車７２と噛合する第２ラチェット車７３と、この第２ラチェット車７３を第１ラチェット車７２に向かって付勢する付勢手段としてのコイルばね７４とを含む構成でもよい。
【００３２】
第１ラチェット車７２は、可動スリーブ５０の外周に形成された雄ねじ部５２に螺合されている。従って、第１ラチェット車７２は、可動スリーブ５０の軸方向に拘束され、可動スリーブ５０と一体的に回転される。
第２ラチェット車７３は、外周面の一部に軸方向に延びるスリット７３Ａを有し、このスリット７３Ａがインナースリーブ２１の内周面の突起２１Ａに軸方向へ移動可能に係合されている。従って、第２ラチェット車７３は、インナースリーブ２１に対して回転不能にかつスピンドル１０の軸方向へ移動可能に配置されている。
コイルばね７４は、可動スリーブ５０の外周において、インナースリーブ２１と第２ラチェット車７３との間に挿入されている。
【００３３】
このような構造でも、コイルばね７４の付勢力が第２ラチェット車７３および第１ラチェット車７２を介して可動スリーブ５０に与えられるから、可動スリーブ５０は図６中矢印方向へ回転付勢される。つまり、可動スリーブ５０は、図６中矢印方向へ回転予圧が与えられている。
従って、スピンドル１０が被測定物に当接した際の運動エネルギーにより、第２ラチェット車７３が第１ラチェット車７２に対して退避すると、そのときのクリック感をシンブル３０を介して測定者に認識させることができる。また、回転付勢機構７０を構成する第１ラチェット車７２、第２ラチェット車７３およびコイルばね７４についても、インナースリーブ２１（固定スリーブの２０）内周面と可動スリーブ５０の外周面との間に組み込むことができるので、コンパクトに構成できる。
【００３４】
前記実施形態では、固定スリーブ２０を、インナースリーブ２１とアウタースリーブ２２との２部材から構成したが、これらを一体的に構成してもよい。
前記実施形態では、エンコーダ８０は静電容量式であったが、これに限らず、磁気式や光電式などでもよい。
前記実施形態では、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を例示したが、これに限られない。例えば、デジタル式マイクロメータヘッド等であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、スピンドルの軸方向の変位量から、被測定物の寸法等を測定するデジタル式変位測定器として利用できる。
【符号の説明】
【００３６】
１…本体、
２…デジタル表示器、
１０…スピンドル、
２０…固定スリーブ、
４０…定圧機構、
５０…可動スリーブ、
５１…雌ねじ部、
６０…回転角度規制機構、
６１…長孔、
６２…係合ピン、
７０…回転付勢機構、
７１…コイルばね、
７２…第１ラチェット車、
７３…第２ラチェット車、
７４…コイルばね、
８０…エンコーダ、
８１…ロータ、
８５…ステータ。
【図１】
0005426486.tif 000002
【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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