(57)【要約】【課題】  スケール部材と受光素子との間のギャップを容易に調整することができる変位測定器を提供する。【解決手段】  変位測定器は、本体ケース１０と、本体ケース１０に組み込まれ、軸方向に移動自在なスピンドル２０と、ガラススケール３２にスケールが描かれた構成を有し、スピンドル２０に装着されるスケール部材３０と、本体ケース１０内でスケール部材３０を挟んで対向位置に配設される投光素子４０および受光素子４１と、を含む構成である。  また変位測定器は、スケール部材３０に対し受光素子４１を近接又は離間する方向に移動させてこれらスケール部材３０と受光素子４１との間隔を微調整するギャップ調整機構５０を備えたことを特徴とする。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体ケースと、
前記本体ケースに組み込まれ、軸方向に移動自在なスピンドルと、
透明板にスケールが描かれた構成を有し、前記スピンドルに装着されるスケール部材と、
前記本体ケース内で前記スケール部材を挟んで対向位置に配設される投光素子および受光素子と、を含む変位測定器において、
前記スケール部材に対し前記受光素子を近接又は離間する方向に移動させてこれらスケール部材と受光素子との間隔を微調整するギャップ調整機構を備えたことを特徴とする変位測定器。
【請求項２】
前記スケール部材は、前記透明板にスケールが刻まれた構成を有し、
前記受光素子は、前記本体ケースの内部で前記スケール部材の奥側に配置され、当該スケール部材の透明板を透して視認可能であることを特徴とする請求項１の変位測定器。
【請求項３】
前記ギャップ調整機構は、前記受光素子を移動調整するための操作部を前記本体ケースの外部に露出して備えることを特徴とする請求項１又は２の変位測定器。
【請求項４】
前記投光素子及び受光素子は、ホルダに保持されており、
前記操作部は、前記本体ケースの外部から挿通して前記ホルダに螺合する調整ねじであり、当該調節ねじの回転操作をもって前記ホルダを移動させる構成であることを特徴とする請求項３の変位測定器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被測定物に当接するスピンドルの変位を光学的に検出する構成を備えた変位測定器に関する。
【背景技術】
【０００２】
変位測定器は、測長器あるいはダイヤルゲージとも称され、被測定物にスピンドルを当接し、基準に対する変位量を測定する場合などに用いられる。近年では光素子を利用した光学的な測定方法により、スピンドルの変位量をデジタル変換して検出する変位測定器も製造されている。変位測定器の従来技術としては、例えば本出願人により先に開示された特許文献１の変位測定器がある。
【０００３】
特許文献１の変位測定器は、投光素子（４０）と受光素子（４１）との間にスケール部材（３０）が配置されており、このスケール部材（３０）が固定されたスピンドル（２０）の変位を光学的に測定することで、測定対象の変位量を検出する構成となっている。スケール部材（３０）を透過してきた投光素子（４０）からの光線は、受光素子（４１）に入射して電気信号に変換される。この受光素子（４０）で発生する電気信号の強度は、変位測定器が接続される検出回路の仕様に合わせて調整する必要があり、当該検出回路の仕様に合致した強度の電気信号が受光素子（４０）から出力されるとき、検出精度がもっとも高くなる。
【０００４】
ここで、スケール部材（３０）と受光素子（４１）との間のギャップは、受光素子（４０）で発生する電気信号の強度に大きな影響を与えることが知られている。このため、特許文献１の変位測定器にあっては、構成部品の加工精度と組立精度に細心の注意を払って誤差を最小限に抑えるとともに、組立時に作業員が手作業により当該ギャップを微調整していた。
【０００５】
しかし、各構成部品の加工・組立を高精度に行う結果、従来の変位測定器は製作コストが高く生産性が悪いという問題があった。また、作業員の手作業によるギャップ調整には熟練が必要となり、作業能率が悪いという問題もあった。
特許文献２には、上記スケール部材に相当するスケール（１）と、上記受光素子（４１）に相当する検出ヘッド（２）との間のギャップ調整を簡易化するための間隔調整機構（５）が開示されている。しかし、この間隔調整機構（５）はスケール（１）に突き当てて使用する構成のため、スケール（１）を傷付けてしまうおそれがあり、しかも間隔調整機構（５）には、スケール（１）と検出ヘッド（２）とを相対的に移動調整する機能はなく、特許文献２にはそのような移動調整機構については何ら開示されていない。
【特許文献１】特開２００６−３４９４７３号公報
【特許文献２】特開平２−１１２７２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、スケール部材と受光素子との間のギャップを容易に調整することができ、組立作業を効率的に行うことのできる変位測定器の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、本体ケースと、本体ケースに組み込まれ、軸方向に移動自在なスピンドルと、透明板にスケールが描かれた構成を有し、スピンドルに装着されるスケール部材と、本体ケース内でスケール部材を挟んで対向位置に配設される投光素子および受光素子と、を含む変位測定器において、
スケール部材に対し受光素子を近接又は離間する方向に移動させてこれらスケール部材と受光素子との間隔を微調整するギャップ調整機構を備えたことを特徴とする。
【０００８】
かかる構成によれば、ギャップ調整機構によってスケール部材と受光素子との間隔をきわめて容易に微調整することができ、組立時の作業効率が飛躍的に向上する。
【０００９】
ここで、スケール部材は、透明板にスケール（目盛り）が刻まれた構成とし、
さらに、受光素子は、本体ケースの内部でスケール部材の奥側に配置され、当該スケール部材の透明板を透して視認可能な構成とすることが好ましい。
【００１０】
一般に、受光素子の検出精度を向上させるために、受光素子の受光面に対してスケールを平行に配置することはもとより、ｘｙ平面上における受光面の向きとスケールの向きとを合わせることも必要となる。上述したように、スケール部材の奥側に受光素子を配置する構成とすれば、スケール部材をスピンドルに取り付ける際に、透明板越しに受光素子の格子面を視認することができ、ｘｙ平面上における受光面の向きとスケールの向きとを容易に合わせることが可能となる。
【００１１】
また、ギャップ調整機構は、受光素子を移動調整するための操作部を本体ケースの外部に露出して備える構成とすれば、組立後においても必要に応じてスケール部材と受光素子との間のギャップ調整が可能となり、高い測定精度を長期間にわたり維持することが可能となる。
【００１２】
さらに、投光素子及び受光素子をホルダに保持させるとともに、上記操作部を、本体ケースの外部から挿通してホルダに螺合する調整ねじで構成し、この調節ねじの回転操作をもってホルダを移動させる構成とすれば、簡単な構成で組立が容易となり、しかも調整ねじの回転操作だけで、スケール部材と受光素子との間隔を微調整することができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上、本発明の変位測定器によれば、スケール部材と受光素子との間のギャップを容易に調整することができるので、組立作業に必要なギャップ管理が不必要になり、組立の効率化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１乃至図７は、本発明の実施形態に係る変位測定器の構成を示す図である。図１は、本実施形態に係る変位測定器の全体構成を示す斜視図であり、図２は、同じく変位測定器の全体構成を示す分解斜視図である。なお、以下の説明では、図２に示す配置をもって上下の方向を特定している。
【００１５】
図１及び図２に示すように、本実施形態の変位測定器は、本体ケース１０と、棒状のスピンドル２０と、スケール部材３０と、投光素子４０及び受光素子４１と、センサ位置調整部材４７と付勢ばね５４と調整ねじ５３とを有して構成されるギャップ調整機構５０とを備えている。本発明の特徴部分である、このギャップ調整機構５０の詳細については後述する。
【００１６】
本体ケース１０は、断面Ｕ字状をしたベース部材１１と、このベース部材１１の両端開口部に装着される隔壁部材１２、１３と、ベース部材１１の正面開口部に装着される蓋体１４とを含んでいる。各隔壁部材１２、１３には、ストッパゴム１５を介して軸受部材１６がそれぞれ装着される。このベース部材１１の一方の側面には、案内ピン挿入孔１７及び固定ねじ挿入孔１８が穿設されており、またベース部材１１の下面には調整ねじ挿入孔（図示せず）が穿設されている。これら各挿入孔には、後述する案内ピン５１、固定ねじ５２、調整ねじ５３がそれぞれ挿通される。
【００１７】
図３は、本実施形態に係る変位測定器のスピンドル及びスケール部材の組立状態を示した斜視図である。
スピンドル２０は、上記の各軸受部材１６によって軸方向に移動自在に支持されて、本体ケース１０へ組み込まれる。図１、図２に示すように、スピンドル２０の先端部には、被測定物と接触する測定子２１が装着される。また図３に示すように、スピンドル２０には、中間部を切り欠いて中心軸と平行な平坦部２２（図２参照）が形成してある。この平坦部２２には、スピンドル２０を貫通する位置決め孔が形成してあり、この位置決め孔に位置決めピン２３が嵌合固定される。この平坦部２２には、この位置決めピン２３に係合するように、スケール部材３０が、ねじ部材３６によってねじ止めされる。
【００１８】
スケール部材３０は、金属板で形成したスケールホルダ３１に、ガラススケール（透明板）３２を組み込んだ構成となっている。ガラススケール３２には、スケール（目盛り）となる遮光膜３３が一定間隔毎に形成してあり、この遮光膜３３の間にスリット状の光透過部３４が一定間隔で並べて形成してある。また、スケールホルダ３１の一端縁には、切欠き部３５（図２参照）が形成してあり、この切欠き部３５が前述した位置決めピン２３に係合する構成である。
【００１９】
図４は、投光素子と受光素子のセンサホルダへの組付け状態を示す斜視図である。
投光素子４０と受光素子４１は、断面略コ字状のセンサホルダ４４に装着される。このとき、投光素子４０と受光素子４１は、一定のギャップをあけて互いに対向配置される。スピンドル２０に装着されたスケール部材３０は、この対向配置された投光素子４０と受光素子４１の間で、スピンドル２０の移動方向に自在に可動できるようになっている。なお、投光素子４０と受光素子４１は、フレキシブル基板（ＦＰＣ）４２に搭載され、外部導線４３（図２参照）を介し図示しない検出回路と接続される。
【００２０】
図４に示すように、センサホルダ４４は、受光素子４１が取り付けられる受光側板部材４５と、投光素子４０が取り付けられる投光側板部材４６と、受光側板部材４５と投光側板部材４６とを連結するセンサ位置調整部材４７と、を備えた構成である。センサホルダ４４は、これら各部材を組み立てることにより略コ字状に形成される。
【００２１】
本実施形態の変位測定器は、図５、図６に示すような構成のギャップ調整機構５０を備えている。このギャップ調整機構５０は、受光素子４１とスケール部材３０との間のギャップ（隙間）を微調整するための機構である。ギャップ調整機構５０は、センサ位置調整部材４７の下面にある下面ねじ孔（図示せず）に調整ねじ５３が螺合し、さらに調整ねじ５３が螺合した位置の両側にＵ字状に形成された付勢ばね５４を備えた構成となっている。調整ねじ５３は、変位測定器の組立状態において、本体ケース１０から挿入されて、センサ位置調整部材４７の下面ねじ孔にねじ込まれる。一方、付勢ばね５４は、変位測定器の組立状態において、センサ位置調整部材４７の切欠部４７ａに配置される。
【００２２】
またセンサ位置調整部材４７の背面には、上下に二つの長孔４７ｂと、左右に二つの側面ねじ孔４７ｃが穿設されている。センサ位置調整部材４７は、変位測定器の組立時において、長孔４７ｂに案内ピン５１が挿入され、側面ねじ孔４７ｃには固定ねじ５２が螺合してある。
【００２３】
ギャップ調整機構５０による微調整は、本体ケース１０の下面に挿入した調整ねじ５３を回転操作してセンサホルダ４４を上下に摺動する。これにより受光素子４１を近接又は離間する方向に移動させて、スケール部材３０とのギャップを微調整する。このとき、位置調整部材４７の下部にある付勢ばね５４が、センサホルダ４４を上方向に付勢しているため、がたつきなく微調整が可能である。なお、この微調整は、外部導線４３を介して接続された測定装置の表示を確認しながら行われる。
【００２４】
固定ねじ５２は、ギャップ調整に際して緩められ、調整作業が完了した後、強く締結する。これによって、センサホルダ４４が本体ケース１０へ固定される。なお、固定ねじ５２を緩めた状態では、ワッシャ５５のばね力によってセンサ位置調整部材４７は、本体ケース１０におけるベース部材１１の外側に向けて引っ張られる。これにより、ギャップ調整を行っている段階であっても、センサホルダ４４は、ワッシャ５５によって本体ケース１０の内周面に密着して位置決めすることができ、スケール部材３０と受光素子４１との位置関係を変えずに、ギャップのみの調整が可能となる。
【００２５】
このように、変位測定器に上述したギャップ調整機構５０を設ければ、図２に示した各部材を組み立てて変位測定器とした後に、必要に応じてスケール部材３０と受光素子４１との間のギャップを容易に調整することができ、センサの受光精度を微調整することができるようになる。また、本発明によれば、測定器を組み立てた後に上記ギャップを調整できるので、従来の構成のように測定精度を向上させるために、予め各部品が接触する当接面の加工精度を極端に高くする必要はなくなる。これにより、変位測定器の製造コストを低く抑えることができるようになる。したがって、組立作業に必要なギャップ管理が不必要になり、組立の効率化を図ることができる。
【００２６】
また、長時間にわたって変位測定器を測定していて、測定結果に狂いが生じていると判明したら、変位測定器をわざわざ分解せずとも、ギャップ調整機構５０により容易にスケール部材３０と受光素子４１との間のギャップを調整することができる。これにより、常に安定して高い測定精度を維持することが可能となる。
【００２７】
次に、本実施形態に係る変位測定器の細部構造と各構成部材の組立手順について、図２を主に参照して説明する。
変位測定器の組立は、まず受光素子４１を取り付けてある受光側板部材４５をセンサ位置調整部材４７にねじ止めし、この状態においてセンサホルダ４４を本体ケース１０に装着する。このとき、センサ位置調整部材４７の切欠部４７ａには付勢ばね５４を組み込み、さらに調整ねじ５３を、本体ケース１０の下から調整ねじ挿入孔に挿通して、センサ位置調整部材４７の下面ねじ孔に螺合することでギャップ調整機構５０を形成する。
【００２８】
次に、本体ケース１０のベース部材１１の側面から、２本の案内ピン５１を案内ピン挿入孔１７に挿通し、センサ位置調整部材４７の長孔４７ｂに差し込む。同じくベース部材１１の側面から、２つの固定ねじ５２を弾性力を有したワッシャ５５を介して固定ねじ挿入孔１８に挿通し、センサ位置調整部材４７の側面ねじ孔４７ｃに緩く螺合して、センサホルダ４４を本体ケース１０に仮止めする。
【００２９】
ここで、本実施形態において、案内ピン挿入孔１７の孔径は案内ピン５１ががたつきなく嵌合する寸法に設定してあり、また長孔４７ｂは上下に孔径が長く形成されている。このため、案内ピン挿入孔１７及び長孔４７ｂに案内ピン５１を挿入した状態において、案内ピン５１は、案内ピン挿通孔１７に固く嵌合し、且つ長孔４７ｂの挿入部分では上下に隙間を有した状態となる。
一方、固定ねじ挿入孔１８の孔径は、固定ねじ５２のねじ部の外径より充分に大きく形成されており、また側面ねじ孔４７ｃは固定ねじ５２と螺合可能な孔径に形成されている。このため、固定ねじ挿入孔１８及び側面ねじ孔４７ｃに固定ねじ５２を挿入した状態では、固定ねじ５２が、固定ねじ挿入孔１８部分において周囲に隙間を残し、側面ねじ孔４７ｃにおいて螺合した状態となる。
したがって、センサホルダ４４は、センサ位置調整部材４７に案内ピン５１を挿入し、且つ固定ねじ５２を緩く螺合して仮止めした段階において、上下に摺動可能な状態となっている。
【００３０】
次に、スピンドル２０に対し位置決めピン２３を装着し、このスピンドル２０を本体ケース１０に組み込む。ここで、本体ケース１０のベース部材１１には、センサホルダ４４の装着箇所と隣接して、ばね配置部１９が形成してある。このばね配置部１９の両側部には、隔壁１９ａが形成してあり、この隔壁１９ａに挟まれた部分に付勢ばね６０を配置し、その一端部を係止する。またこの付勢ばね６０の他端部には、位置決めピン２３の先端を挿入する。これによりスピンドル２０は、軸方向に摺動可能となる。
【００３１】
さらに、本体ケース１０の隔壁部材１２、１３に設けられた各軸受部材１６によって、スピンドル２０を軸方向に移動自在に支持する。この状態で、隔壁部材１２、１３をベース部材１１に装着して、スピンドル２０の本体ケース１０への組み込みを行う。
【００３２】
次に、スケール部材３０を、本体ケース１０に組み込まれたスピンドル２０に対して装着する。スケール部材３０は、切欠き部３５を位置決めピン２３に係合させた状態で、スピンドル２０の平坦部２２に配置され、ねじ部材３６（図３参照）によりスピンドル２０に装着される。
スケール部材３０は、１本のねじ部材３６によって締結されているだけなので、本体ケース１０に組み込んだ後であっても、ねじ部材３６を緩めるだけで容易にスケール部材３０の平面位置を微調整することが可能である。
【００３３】
図７は、本実施形態に係る変位測定器のスケール部材と受光素子の関係を示す模式図である。
ここで、変位測定器の受光素子４１は、図７（ａ）に示すように、受光面が複数の四角形状をした格子面４１ａの配列によって形成されている。そして、変位測定器を組み立てる際には、ｘｙ平面上における格子面４１ａの向きと、スケール部材３０の遮光膜３３によって形成したスケール（目盛り）の向きとを合わせる調整作業が必要となる。
図７（ｂ）に示すように、格子面４１ａと遮光膜３３によって形成したスケール（目盛り）とが所定の位置からずれて回転して配置されてしまうと、受光素子４１の受光精度が低下するばかりでなく、測定精度の低下の原因となる。
【００３４】
本実施形態の変位測定器は、センサホルダ４４を本体ケース１０に設置した状態にあって、受光素子４１がスケール部材３０の下側に配置される。したがって、スケール部材３０のガラススケール３２を透して受光素子４１の格子面４１ａを視認することが可能である。このように視認可能とすることで、作業員は、スケール部材３０をスピンドル２０へ組み込む際に、スケール部材３０のスケール（目盛り）と格子面４１ａとの間の調整を容易かつ正確に行うことができる。
【００３５】
スピンドル２０にスケール部材３０を装着し、受光素子４１とスケール部材３０との配置関係を調整した後、センサ位置調整部材４７の上部に投光素子４０が取り付けられた投光側板部材４６を装着する。これによりセンサホルダが完成され、このときセンサホルダ４４は、投光素子４０及び受光素子４１に一定のギャップが形成されており、このギャップの間にスケール部材３０が介在した状態となる。
【００３６】
上記のように組み立てた後、ギャップ調整機構５０により受光素子４１とスケール部材３０との間のギャップを微調整する。この調整作業は既述したとおりである。
【００３７】
最後に、ベース部材１１の正面開口部に蓋体１４を装着して、変位測定器の組立が完了する。このように変位測定器を組み立てることにより、組立作業の作業効率を向上させるとともに、製造コストを低下させることができる。
【００３８】
また組立完了後において、受光素子４１の受光量を微調整したい場合は、前述したように、固定ねじ５２を緩めてセンサホルダ４４を仮止め状態とした後、調整ねじ５３を回すことでセンサホルダ４４を摺動させる。これにより、変位測定器を分解することなく、スケール部材３０と受光素子４１との間のギャップを容易に調整することができ、センサの受光精度を微調整することができる。
【００３９】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変形実施または応用実施が可能である。例えば、変位測定器における投光素子４０と受光素子４１の位置関係は、従来のように受光素子４１を上側に、投光素子４０を下側に配置することもできる。
【００４０】
また、上記説明では、スケール部材３９のスケール（目盛り）と格子面４１ａとによりスケールの位置を調整する例を示したが、これに代えて、スケール（目盛り）と受光素子４１の表面に別途設けたマークとによって調整しても構わないし、受光素子４１の表面に設けたマークとスケールの表面に設けたマークとによって調整しても構わない。
【００４１】
さらに、本実施例では、ギャップ調整機構５０における、調整ねじ５３が螺合した位置の両側に配した付勢ばね５４をＵ字状とした例を示したが、本発明で用いる付勢ばねは、一方に付勢力を与えるものであれば、コイル形状、Ｖ字状であっても本発明と同様な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本実施形態に係る変位測定器の全体構成を示す斜視図である。
【図２】本実施形態に係る変位測定器の全体構成を示す分解斜視図である。
【図３】本実施形態に係る変位測定器のスピンドル及びスケール部材の組立状態を示した斜視図である。
【図４】本実施形態に係る変位測定器のセンサホルダ及び投光素子、受光素子の組立状態を示す斜視図である。
【図５】本実施形態に係る変位測定器のセンサホルダ及び投光素子、受光素子の組立状態を別方向から見た斜視図である。
【図６】本実施形態に係る変位測定器の構成を示す正面断面図である。
【図７】本実施形態に係る変位測定器のスケール部材と受光素子の関係を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０：本体ケース、１１：ベース部材、１２、１３：隔壁部材、１４：蓋体、１５：ストッパゴム、１６：軸受部材、１７：案内ピン挿入孔、１８：固定ねじ挿入孔、１９：ばね配置部、１９ａ：隔壁、
２０：スピンドル、２１：測定子、２２：平坦部、２３：位置決めピン、
３０：スケール部材、３１：スケールホルダ、３２：ガラススケール、３３：遮光膜、３４：光透過部、３５：切り欠き部、３６：ねじ部材、
４０：投光素子、４１：受光素子、４２：フレキシブル基板、４３：外部導線、４４：センサホルダ、４５：受光側板部材、４６：投光側板部材、４７：センサ位置調整部材、４７ａ：切欠部、４７ｂ：長孔、４７ｃ：側面ねじ孔、
５０：ギャップ調整機構、５１：案内ピン、５２：固定ねじ、５３：調整ねじ、５４：付勢ばね、５５：ワッシャ
【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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