(57)【要約】【課題】強磁性の測定対象物の測定に適したデジタル式マイクロメータを提供する。【解決手段】デジタル式マイクロメータは、Ｕ字形の一端の内側にアンビルを有する本体フレームと、本体フレームの他端側において軸方向に進退可能に設けられたスピンドルと、本体フレームの他端側に設けられ、回転操作をスピンドルの直線運動に変換するシンブル部と、スピンドルと一体的に移動するメインスケールおよびメインスケールに対する相対位置を検出する検出ヘッドを有するエンコーダと、を具備する。本体フレームとスピンドルとは、非磁性体の金属材料で形成されている。【選択図】図２
2019215231.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｕ字形の一端の内側にアンビルを有する本体フレームと、
前記本体フレームの他端側において、前記アンビルに対して進退するように軸方向に進退可能に設けられ、一端面に接触子を有するスピンドルと、
前記本体フレームの他端側に設けられ、前記スピンドルの他端を受け入れるとともに、回転操作を前記スピンドルの直線運動に変換するシンブル部と、
前記スピンドルと一体的に移動するメインスケールおよび前記本体フレームに配設されて前記メインスケールに対する相対位置または相対変位量を検出する検出ヘッドを有するエンコーダと、を具備するデジタル式マイクロメータであって、
前記本体フレームと前記スピンドルとは、非磁性体の金属材料で形成され、
前記シンブル部は、
軸線に沿ったスリットを有し、前記本体フレームの他端側に固定的に設けられたインナースリーブと、
前記インナースリーブに対して周方向に回転可能な状態で外嵌し、かつ、内周面にスパイラル溝を有するアウタースリーブと、を有しており、
前記スピンドルに固定的に設けられた係合ピンが前記スリットを通して前記スパイラル溝に係合している
ことを特徴とするデジタル式マイクロメータ。
【請求項２】
請求項１に記載のデジタル式マイクロメータにおいて、
前記本体フレームは、オーステナイト系ステンレス鋼、純アルミニウムあるいは非磁性のアルミニウム合金で形成されており、
前記スピンドルは、オーステナイト系ステンレス鋼で形成されている
ことを特徴とするデジタル式マイクロメータ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のデジタル式マイクロメータにおいて、
前記アンビルおよび前記接触子は、セラミックで形成されている
ことを特徴とするデジタル式マイクロメータ。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載のデジタル式マイクロメータにおいて、
前記本体フレームの他端側において、前記アンビルに近い側には前記スピンドルを軸受けするガイドブッシュが設けられ、
前記ガイドブッシュは、黄銅で形成されている
ことを特徴とするデジタル式マイクロメータ。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載のデジタル式マイクロメータにおいて、
前記インナースリーブは、黄銅、純アルミニウム、非磁性のアルミニウム合金、あるいは、オーステナイト系ステンレス鋼で形成されている
ことを特徴とするデジタル式マイクロメータ。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載のデジタル式マイクロメータにおいて、
前記エンコーダは、静電容量式エンコーダ、光電式エンコーダ、電磁誘導式エンコーダ、あるいは、磁気式エンコーダ、である
ことを特徴とするデジタル式マイクロメータ。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載のデジタル式マイクロメータにおいて、
前記本体フレームは、オーステナイト系ステンレス鋼で形成されており、
前記スピンドルは、オーステナイト系ステンレス鋼で形成されており、
前記インナースリーブは、黄銅で形成されており、
前記エンコーダは、静電容量式エンコーダである
ことを特徴とするデジタル式マイクロメータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はデジタル式マイクロメータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハイブリッド車や電気自動車の需要の高まりもあって、永久磁石同期モータの開発および生産に拍車が掛かっている。高性能な永久磁石同期モータには強力な磁石が欠かせない。そこで、永久磁石同期モータに組み込む磁石の加工精度が問題となってくる。
【０００３】
一般に小型部品の加工精度を測定するには、マイクロメータやノギスといった小型測定器が便利で適しているが、小型測定器のフレームをはじめとする主要部品は鉄（鋳鉄）製品である。すると、強磁石である測定対象物を小型測定器に近づけるだけで両者は強力にくっついてしまい、測定できないのはもちろん、引きはがすにも苦労する。そこで、従来は、小型部品であってもそれが強磁石である場合には、三次元測定機などの大型測定機を使用しなければならなかった。このことは、生産効率や製造コストに少なくない影響を及ぼしている。
【０００４】
これまでにも磁場中での使用に適した小型測定器は種々提案されてはいる。しかし、現実的な実用に耐えるデジタル式のものはなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開昭５１−８２４８０
【特許文献２】特開昭６０−２３６００１
【特許文献３】実開昭５０−５００５３
【特許文献４】特開２００９−２４３８８３
【特許文献５】特許４０７２２８２
【特許文献６】実用新案登録第３１８４２６５
【特許文献７】特開昭５８−１１５３０１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
磁場中での使用に適した小型測定器とするには、小型測定器の主要部品を非磁性材料とすることが考えられる。しかし、強度をもつ非磁性材料は難削材料である。たとえば、マイクロメータでは、スピンドルに高精度な雄ネジをきったり、本体フレームに高精度な雌ネジをタップしたりする必要があるが、これを非磁性材料に行うことが困難であった。
強磁性の測定対象物を測定でき、かつ、実用的な精度を備えたデジタル式マイクロメータが切望されている。
【０００７】
本発明の目的は、強磁性の測定対象物の測定に適したデジタル式マイクロメータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のデジタル式マイクロメータは、
Ｕ字形の一端の内側にアンビルを有する本体フレームと、
前記本体フレームの他端側において、前記アンビルに対して進退するように軸方向に進退可能に設けられ、一端面に接触子を有するスピンドルと、
前記本体フレームの他端側に設けられ、前記スピンドルの他端を受け入れるとともに、回転操作を前記スピンドルの直線運動に変換するシンブル部と、
前記スピンドルと一体的に移動するメインスケールおよび前記本体フレームに配設されて前記メインスケールに対する相対位置または相対変位量を検出する検出ヘッドを有するエンコーダと、を具備するデジタル式マイクロメータであって、
前記本体フレームと前記スピンドルとは、非磁性体の金属材料で形成され、
前記シンブル部は、
軸線に沿ったスリットを有し、前記本体フレームの他端側に固定的に設けられたインナースリーブと、
前記インナースリーブに対して周方向に回転可能な状態で外嵌し、かつ、内周面にスパイラル溝を有するアウタースリーブと、を有しており、
前記スピンドルに固定的に設けられた係合ピンが前記スリットを通して前記スパイラル溝に係合している
ことを特徴とする。
【０００９】
本発明では、
前記本体フレームは、オーステナイト系ステンレス鋼、純アルミニウムあるいは非磁性のアルミニウム合金で形成されており、
前記スピンドルは、オーステナイト系ステンレス鋼で形成されている
ことが好ましい。
【００１０】
本発明では、
前記アンビルおよび前記接触子は、セラミックで形成されている
ことが好ましい。
【００１１】
本発明では、
前記本体フレームの他端側において、前記アンビルに近い側には前記スピンドルを軸受けするガイドブッシュが設けられ、
前記ガイドブッシュは、黄銅で形成されている
ことが好ましい。
【００１２】
本発明では、
前記インナースリーブは、黄銅、純アルミニウム、非磁性のアルミニウム合金、あるいは、オーステナイト系ステンレス鋼で形成されている
ことが好ましい。
【００１３】
本発明では、
前記エンコーダは、静電容量式エンコーダ、光電式エンコーダ、電磁誘導式エンコーダ、あるいは、磁気式エンコーダ、である
ことが好ましい。
【００１４】
本発明では、
前記本体フレームは、オーステナイト系ステンレス鋼で形成されており、
前記スピンドルは、オーステナイト系ステンレス鋼で形成されており、
前記インナースリーブは、黄銅で形成されており、
前記エンコーダは、静電容量式エンコーダである
ことが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】デジタル式マイクロメータの外観を表わす正面図である。
【図２】デジタル式マイクロメータの内部構造を表わす部分断面図である。
【図３】シンブル部の分解斜視図である。
【図４】検出部の分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
（第１実施形態）
本発明のデジタル式マイクロメータ１００に係る第１実施形態について説明する。
図１は、デジタル式マイクロメータ１００の外観を表わす正面図である。
図２は、デジタル式マイクロメータ１００の内部構造を表わす断面図である。
デジタル式マイクロメータ１００は、本体フレーム２００と、スピンドル３００と、シンブル部４００と、検出部５００と、を備える。
【００１７】
本体フレーム２００は、全体的にＵ字型であって、Ｕ字の一端の内側にはアンビル２１０が設けられている。
本体フレーム２００の他端側にはスピンドル３００が進退可能に設けられている。このとき、本体フレーム２００の他端側において、アンビル２１０に近い側にはガイドブッシュ２２０が取り付けられ、アンビル２１０から遠い側にはシンブル部４００が取り付けられている。
また、本体フレーム２００の正面側には表示パネル２０１が配設されている。表示パネル２０１には、デジタル表示部２３０と複数の操作スイッチ２４０とが配設されている。表示パネル２０１は、プラスチックや樹脂等の非磁性材料で形成されている。
【００１８】
ここで、本体フレーム２００は、オーステナイト系ステンレス鋼で形成することが好ましい。オーステナイト系ステンレス鋼は、強度があって、かつ、非磁性材料である。
【００１９】
あるいは、本体フレーム２００は、純アルミニウムあるいは非磁性のアルミニウム合金で形成されてもよい。
【００２０】
また、アンビル２１０はセラミックで形成されることが好ましい。セラミックの組成としては、ジルコニアとすることが例として挙げられる。
【００２１】
ガイドブッシュ２２０は、黄銅で形成することが好ましい。黄銅は非磁性材料であり、かつ、快削材である。
なお、ガイドブッシュ２２０をオーステナイト系ステンレス鋼で形成してもよい。
ただ、摺動する軸と穴との関係において、硬度差を持たせておくことが好ましいと考えられる。
マイクロメータの場合、スピンドルの硬度を高くし、ガイドブッシュの硬度を低く設計して耐久時にガイドブッシュが摩耗する設定とすることが好ましい。
オーステナイト系ステンレス鋼は焼き入れできない。焼き入れすると若干磁性が生じたり、軟化してしまったりするからである。そのため、オーステナイト系ステンレス鋼は、焼き入れの違いで硬度差のコントロールが出来ない。そこで、スピンドルとガイドブッシュとで異種材料を選択せざるを得ず、スピンドル３００をオーステナイト系ステンレス鋼で形成するとした場合、ガイドブッシュ２２０は黄銅とすることが好ましい。
【００２２】
スピンドル３００は、概略、長い棒状の円柱体であって、真直に製作されている。
スピンドル３００の一端面には接触子３１０が設けられている。測定対象物を測定する際には、スピンドル３００を進退させて、接触子３１０とアンビル２１０との間に測定対象物を挟む。スピンドル３００の中間部はガイドブッシュ２２０で軸受けされ、スピンドル３００の他端側はシンブル部４００に挿入される。
【００２３】
スピンドル３００の他端には、係合駒部材３３０が連結されている。
駒部材は円環状の部材であって、スピンドル３００の他端に固定的に外嵌する。具体的には、スピンドル３００の他端に縮径するテーパー３２０が設けられ、係合駒部材３３０にスピンドル３００の他端を受け入れるテーパー孔３３１が設けられている。係合駒部材３３０には、係合ピン３３２が圧入され、係合ピン３３２がスピンドル３００の軸方向に対して直角な方向に突出するように設けられる。
【００２４】
なお、本実施形態では、スピンドル３００に雄ネジが切られているわけではなく、スピンドル３００自体は回転しない。スピンドル３００は、無回転の状態で軸方向に進退するようになっている。
【００２５】
スピンドル３００は、オーステナイト系ステンレス鋼で形成することが好ましい。
【００２６】
また、接触子３１０は、アンビル２１０と同じく、セラミックで形成された薄片チップとすることが好ましい。
【００２７】
係合駒部材は、黄銅で形成することが好ましい。
【００２８】
図３は、シンブル部４００の分解斜視図である。
シンブル部４００は、本体フレーム２００の他端側に設けられた全体としては筒状のユニットである。シンブル部４００の内側にスピンドル３００の他端側を受け入れるようになっている。
ユーザーは、シンブル部４００の回転操作によってスピンドル３００を進退させる。
シンブル部４００は、インナースリーブ４１０と、アウタースリーブ４２０と、カバー部材４３０と、を有する。
【００２９】
インナースリーブ４１０は、両端が開口した円筒状部材であって、軸線に沿った１本のスリット４１１を有する。インナースリーブ４１０の一端側は、本体フレーム２００の他端側に固定的に取り付けられる。インナースリーブ４１０の一端側の開口からスピンドル３００の他端が挿入される。このとき、スピンドル３００の他端をインナースリーブ４１０に挿入し、スリット４１１を通して係合ピン３３２を係合駒部材３３０に圧入し、係合ピン３３２がスリット４１１から突出するようにする。
インナースリーブ４１０の内径は、係合駒部材３３０の外径と同じになるように設計されている。
係合駒部材３３０がインナースリーブ４１０の内周面に軸受けされた状態でスピンドル３００とともに係合駒部材３３０がインナースリーブ４１０の内側を摺動する。このとき、係合ピン３３２がスリット４１１から突き出ているので、スピンドル３００は係合ピン３３２によって回り止めされた状態で進退することになる。
【００３０】
インナースリーブ４１０の他端側の開口にはキャップ４１２が螺入されている。
【００３１】
アウタースリーブ４２０は、両端が開口した円筒状部材であって、アウタースリーブ４２０はインナースリーブ４１０の外側に外嵌するように設けられる。このとき、アウタースリーブ４２０は、インナースリーブ４１０に対して周方向に回転可能になっている。ここで、アウタースリーブ４２０の内周面には、１条のスパイラル溝４２１が形成されている。スパイラル溝４２１には係合ピン３３２が係合する。
【００３２】
カバー部材４３０は、アウタースリーブ４２０の外側に被せられたカバーであって、表面にローレット加工が施されている。カバー部材４３０とアウタースリーブ４２０との間には滑りがなく、カバー部材４３０とアウタースリーブ４２０とは一体的に回転するようになっている。
【００３３】
カバー部材４３０を周方向に回転操作すると、カバー部材４３０とともにアウタースリーブ４２０が周方向に回転する。ここで、アウタースリーブ４２０の内周のスパイラル溝４２１に係合ピン３３２が係合しており、しかも、係合ピン３３２はインナースリーブ４１０のスリット４１１によって回転規制されている。したがって、カバー部材４３０の回転操作により係合ピン３３２がスパイラル溝４２１に押されて進退する。係合ピン３３２、係合駒部材３３０およびスピンドル３００は一体的になっているので、係合ピン３３２の進退によってスピンドル３００も進退する。
【００３４】
スピンドル３００をオーステナイト系ステンレス鋼としたので、スピンドル３００を進退させる機構としてスピンドル自体にネジを切ることは難しい。この点、本実施形態では、回転規制した係合ピン３３２をアウタースリーブ４２０のスパイラル溝４２１で移動させる構成を採用したものである。
【００３５】
ここで、インナースリーブ４１０は、黄銅で形成することが好ましい。
黄銅は非磁性材料であり、かつ、快削材である。インナースリーブ４１０は軸受材であるから内径の加工精度が求められる。また、インナースリーブ４１０にはスリット４１１を形成しており、このスリット４１１によりスピンドル３００の移動の真直度を確保するとともに回り止めが実現されている。後述するようにスピンドル３００の移動をエンコーダ５１０で検出するにあたって本実施形態ではスピンドルにメインスケール５１１を直接または間接的に取り付けている。したがって、スピンドル３００がわずかでも回転したりすると、エンコーダの検出精度に影響する。この観点からオーステナイト系ステンレス鋼では加工が難しいので、インナースリーブ４１０の材料としては黄銅が好ましいと考えられる。
あるいは、インナースリーブ４１０は、純アルミニウムあるいは非磁性のアルミニウム合金で形成してもよい。純アルミニウムあるいはアルミニウム合金の場合、熱膨張が大きい（線膨張係数が大きい）ことや剛性（ヤング率）の点でやや劣る点があるが、加工がし易いことと、軽量であるという利点はある。本体フレーム２００をオーステナイト系ステンレス鋼で形成するのであれば、全体の重量バランスを考えてインナースリーブ４１０を純アルミニウムあるいはアルミニウム合金で形成してもよい。小型測定器（スモールツール）にあっては長時間片手で持っていても負担にならない程度の重さであることが望ましいし、落としたときに破損しにくいし安全でもある。
逆に、本体フレーム２００を純アルミニウムあるいは非磁性のアルミニウム合金で形成するのであれば、インナースリーブ４１０は黄銅にするのがよいであろう。
さらには、インナースリーブ４１０は、オーステナイト系ステンレス鋼で形成してもよい。オーステナイト系ステンレス鋼は、非磁性材料のなかでは熱膨張が小さいことや強度が高いという点で測定器の材料としては好ましいといえる。ただし、加工が難しいのと、重量が増す、という問題はある。
【００３６】
また、アウタースリーブは樹脂成形品（例えば液晶ポリマー）である。カバー部材は、樹脂成形品で形成することが好ましい。
【００３７】
次に、検出部５００の構成を説明する。
図４は、検出部５００の分解斜視図である。
検出部５００は、エンコーダ５１０と、ヘッド固定部５３０と、を有する。エンコーダ５１０は、リニアエンコーダ５１０であって、長手状のメインスケール５１１と、検出ヘッド５１２と、を有する。
メインスケール５１１と検出ヘッド５１２とはメインスケール５１１の長手方向に沿って相対移動可能となっており、検出ヘッド５１２はメインスケール５１１に対する位置または変位を検出する。
本実施形態では、検出ヘッド５１２は本体フレーム２００に対して固定的に設けられ、メインスケール５１１がスピンドル３００とともに進退するようになっている。
【００３８】
ここでは、リニアエンコーダ５１０は静電容量式である。すなわち、メインスケール５１１は、ガラス基板に長手方向に所定ピッチで配列された格子電極が設けられたものである。
検出ヘッド５１２は、ガラス基板に複数組の送信電極と受信電極とが設けられたものである。そして、検出ヘッド５１２の送信電極からメインスケール５１１の格子電極に所定の交流信号を送信し、この交流信号で誘起される格子電極の電位を受信電極で読み取る。これにより、検出ヘッド５１２はメインスケール５１１に対する位置または変位を検出する。
【００３９】
スピンドル３００の側面に平面が形成され、この平面がスケール台座５２０となっている。スケール台座５２０にメインスケール５１１が取り付け固定されている。これにより、メインスケール５１１がスピンドル３００とともに進退する。
【００４０】
ヘッド固定部５３０は、ヘッド保持板５３１と、押さえ板５３３と、固定板５３４と、を有する。
【００４１】
ヘッド保持板５３１の一面（うら面）に検出ヘッド５１２が取り付けられる。ヘッド保持板５３１の一面において、検出ヘッド５１２と干渉しない位置に複数（３つ）の突起５３２が形成されており、突起５３２の先端がメインスケール５１１に対して摺動可能に当接する。これにより、検出ヘッド５１２がメインスケール５１１に対して所定ギャップを位置しながら対向する。
【００４２】
押さえ板５３３は、ヘッド保持板５３１の他面（おもて面）を押してヘッド保持板５３１をメインスケール５１１に押し付ける板バネである。押さえ板５３３は、片持ち梁状の板バネでヘッド保持板５３１をおもて面から押す。
【００４３】
固定板５３４は、押さえ板５３３を片持ち梁状に保持する。さらに、固定板５３４は、本体フレーム２００に形成された取付台座２５０にネジ止めされる。
【００４４】
例えば、ヘッド固定部５３０、ヘッド保持板５３１、押さえ板５３３、固定板５３４は、オーステナイト系ステンレス鋼で形成する。
【００４５】
本体フレーム２００の内部にはフレキシブルプリント回路基板５４０が設けられ、エンコーダ５１０（メインスケール５１１、検出ヘッド５１２）、外部出力端子５４１、ＧＮＤ端子５４２、演算処理回路、デジタル表示部２３０および操作スイッチ２４０の配線がなされている。
【００４６】
本実施形態では、スピンドル３００の移動機構として、スパイラル溝４２１の回転で係合ピン３３２を移動させる構成を採用している。ただし、この構成では、スパイラル溝４２１の精度に限界があるため、シンブル部４００の回転量からスピンドル３００の変位量を精密に求めることは難しい。
この点、本実施形態では、エンコーダ５１０によってスピンドル３００の変位を検出する構成を採用したものである。
【００４７】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
エンコーダとしては、静電容量式リニアエンコーダを例示した。
この他、光電式エンコーダ、電磁誘導式エンコーダ、磁気式エンコーダが採用できる。
【００４８】
エンコーダとしては、上記実施例のように、メインスケールにも検出ヘッドにもガラス基板を使用するものがよいであろう。
ただ、演算処理回路のチップだけは磁気シールド材（例えば強磁性体の金属）で囲んでおいてもよいだろう。チップが十分に小さければ、強磁石である測定対象物（ワーク）との間に生じる力（磁力）もそれほど大きくはならない。
【符号の説明】
【００４９】
１００…デジタル式マイクロメータ、
２００…本体フレーム、
２１０…アンビル、２２０…ガイドブッシュ、２３０…デジタル表示部、２４０…操作スイッチ、２５０…取付台座、
３００…スピンドル、３１０…接触子、３２０…テーパー、
３３０…係合駒部材、３３１…テーパー孔、３３２…係合ピン、
４００…シンブル部、
４１０…インナースリーブ、４１１…スリット、４１２…キャップ、
４２０…アウタースリーブ、４２１…スパイラル溝、
４３０…カバー部材、
５００…検出部、
５１０…エンコーダ、５１１…メインスケール、５１２…検出ヘッド、
５２０…スケール台座、
５３０…ヘッド固定部、
５３１…ヘッド保持板、５３２…突起、５３３…押さえ板、５３４…固定板。
５４０…フレキシブルプリント回路基板。
【図１】
2019215231.tif 000003
【図２】
2019215231.tif 000004
【図３】
2019215231.tif 000005
【図４】
2019215231.tif 000006