(57)【要約】【課題】従来の空気式孔径測定器でフェルールの孔径寸法を測定すると、測定時間が過大にかかり、測定誤差が大きい。【解決手段】空気式孔径測定器は、レギュレータ１４から出た空気が、径、長さが等しい二股に分かれて空気の体積を等分に分割して通過する配管３０Ｃ・・・、３０Ｄ・・・と、それらの先端に被測定物２５、ダミー測定物２４を配置してなり、被測定物２５を通過する空気流量とダミー測定物２４を通過する空気流量の差及びダミー測定物２４の各種情報に基づいて被測定物２５の貫通孔２５ａの孔径を算出することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔を有する被測定物を設置するとともに、空気源から供給される空気を上記貫通孔に通過させることで通過する流量から前記貫通孔の孔径を測定する空気式孔径測定器において、
前記空気源から出された空気を一定圧力に調整する圧力調整手段と、該圧力調整手段から出た空気が、径、長さが等しい二股に分かれて略等しい空気の体積が通過する第１、第２の配管と、前記被測定物の貫通孔に前記空気を通過させるように前記第１の配管の先端に設置した第１のホルダと、予め各種情報が測定された貫通孔を有するダミー測定物を該貫通孔に空気を通過させるように前記第２の配管の先端に設置した第２のホルダと、前記被測定物を通過する空気流量とダミー測定物を通過する空気流量の差及びダミー測定物の各種情報に基づいて前記被測定物の貫通孔の孔径を算出する算出部とから構成されたことを特徴とする空気式孔径測定器。
【請求項２】
予め前記ダミー測定物を測定する各種情報とは、貫通孔の孔径、ダミー測定物の外径、全長であることを特徴とする請求項１記載の空気式孔径測定器。
【請求項３】
前記第１の配管に、その空気の流路を閉鎖する弁機構を有した第１のバルブと、前記第２の配管に、その空気の流路を閉鎖する弁機構を有した第２のバルブとをそれぞれ形成してなり、前記算出部により算出する空気流量の差は、前記第１のバルブを閉鎖した状態で前記ダミー測定物を通過する空気流量と、第２のバルブを閉鎖した状態で前記被測定物を通過する空気流量との差により算出することを特徴とする請求項１又は２記載の空気式孔径測定器。
【請求項４】
前記第１、第２のバルブを通過する空気流量をそれぞれ測定するとともに、該第１、第２のバルブの通過する空気流量の差を算出して、該差分を補正するバルブコントローラを有したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空気式孔径測定器。
【請求項５】
被測定物を通過する空気流量とダミー測定物を通過する空気流量を空気／電気変換器で電気信号に変換して空気流量の差を算出することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の空気式孔径測定器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は貫通孔を有する被測定物の空気式孔径測定器に係り、特に繰り返し測定によるバラツキ幅が０．１μｍ以下であり、測定時間が５秒以下である高精度かつ高速な測定を行う空気式孔径測定器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信システム、光電送システム、波長多重通信等の発展に伴い種々の光モジュール等が多く使用されている。使用用途としては、光アンプ、双方向用モジュール、光センサ等、多種多様に及んでいる。そのなかで光ファイバを相互に接続する光コネクタ用フェルールは従来に増して使用量が増加しており重要な部品になっている。
【０００３】
この光コネクタ用フェルールの孔径寸法は、通常、約０．１２５ｍｍと小さく、公差も考慮するとサブミクロンレベルの管理が必要である。従来このような小孔の寸法測定は金属製のゲージが用いられているが、ひとつひとつの手作業であるため作業性が悪く、時間がかかるという問題があった。
【０００４】
この対策として最近は空気を被測定物の貫通孔に通してその背を電気信号に換算して孔径寸法を算出する空気式小孔測定器が提案されている。その一例として図３を参照として以下に説明する（特許文献１参照）。
【０００５】
特許文献１は、空気源２８から配管３０Cを介して供給される空気を一定圧力に調整するレギュレータ１４に配管３０Bを介して空気／電気変換器（以下、「Ａ／Ｅ変換器」という）１６に接続され、さらに、配管３０Aを介して空気ノズル１９に導き、この空気ノズル１９から空気を噴出して被測定物２３に対する背圧をＡ／Ｅ変換器１６で測定することにより被測定物２３の貫通孔２３ａの寸法を測定する空気マイクロメータ１０が記載されており、空気源２８から供給された空気が、レギュレータ１４に導入される間に室温と同じ温度となるように、空気源２８とレギュレータ１４とを連通する配管３０Ｃの長さが規定されていることを特徴としている。この長さにより空気源２８から供給された空気は、レギュレータ１４に導入されるまでの間に室温と同じ温度となる。これにより、供給空気の温度変化によって生じるＡ／Ｅ変換器１６の温度特性誤差や被測定物の熱変形を防止でき、常に高精度な測定が可能になる。
【特許文献１】特開２００１−９９６３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の提案では、確かに、ある程度の温度特性誤差は回避されるが、繰り返し測定によるバラツキ幅が０．１μｍ以下に抑えることは困難である。本発明者が実験した結果では０．５μｍ以上の誤差が発生する。実際行われている金属製のゲージを使用しての測定誤差は約０．１μｍ程度である為、０．５μｍ以上の誤差が生じていては実使用レベルには到達していないといえる。この現象は、そもそもＡ／Ｅ変換器１６を用いて被測定物２３の背圧変化を検出する空気式小孔測定器１０においては、Ａ／Ｅ変換器１６を通過する圧縮空気の温度が変化すると、内蔵された差動トランス固有の温度特性による誤差（熱変形による誤差やＬＶＤＴのコイルの電気抵抗変化による誤差等）が生じて精度が悪化するものである。ここでいくら配管３０Ｃを長くしても周囲環境の温度変化において配管自体の温度が変化してしまい、それが配管３０Ｃを通過する空気の温度をも変化させてしまい、完全に温度特性誤差は回避されないのである。特に夏場、冬場等でクーラーや暖房機のスイッチが常にオン、オフされ室温が常に変化している状況下では特に、配管内の温度は不安定となり配管３０Ｃを長くする効果は薄くなってしまう。
【０００７】
また、この温度特性誤差をさらに回避する手段として装置の各箇所に温度センサ、温調ユニット（図示せず）を設置し配管３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃの温度を調節して温度特性誤差を減少させようとしている。しかしながらこのセンサやユニット類、さらに制御装置を設置すると装置自体が高価なもの、かつ装置自体大きなものとなってしまい、現実性の乏しい提案である。
【０００８】
さらに、配管３０Ｃを長くした場合、測定自体に時間がかかりすぎてしまうという致命的な欠点がある。この場合被測定物２３は一回毎に取り外しをされるため、セットしてから数十秒しないと空気源から発生した空気は出力部に到達されるまで安定しない。実際行われている金属製のゲージを使用しての測定時間は一個あたり数秒以下であるため、量産レベルではまったく利用出来ない状態である。
【０００９】
さらにまた、この従来例では空気ノズル１９の先端外周部から空気が噴射されこの空気ノズル１９を被測定物２３の孔に挿入して孔径を測定することとなっているが、フェルールのような孔径が０．１２５ｍｍ程度の細い被測定物には適用出来ない。また、孔径が大きい被測定物に対しても孔径内側に空気ノズル１９を挿入すると孔径にキズがつくという欠点を有している。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記従来例の問題点に鑑み、本発明の空気式孔径測定器は、貫通孔を有する被測定物を設置するとともに、空気源から供給される空気を上記貫通孔に通過させることで通過する流量から前記貫通孔の孔径を測定する空気式孔径測定器において、前記空気源から出された空気を一定圧力に調整する圧力調整手段と、該圧力調整手段から出た空気が、径、長さが等しい二股に分かれて略等しい空気の体積が通過する第１、第２の配管と、前記被測定物の貫通孔に前記空気を通過させるように前記第１の配管の先端に設置した第１のホルダと、予め各種情報が測定された貫通孔を有するダミー測定物を該貫通孔に空気を通過させるように前記第２の配管の先端に設置した第２のホルダと、前記被測定物を通過する空気流量とダミー測定物を通過する空気流量の差及びダミー測定物の各種情報に基づいて前記被測定物の貫通孔の孔径を算出する算出部とから構成されたことを特徴とする。
【００１１】
そして、予め前記ダミー測定物を測定する各種情報とは、貫通孔の孔径、ダミー測定物の外径、全長であるのが好ましい。
【００１２】
また、本発明の空気式孔径測定器においては、前記第１の配管に、その空気の流路を閉鎖する弁機構を有した第１のバルブと、前記第２の配管に、その空気の流路を閉鎖する弁機構を有した第２のバルブとをそれぞれ形成してなり、前記算出部により算出する空気流量の差は、前記第１のバルブを閉鎖した状態で前記ダミー測定物を通過する空気流量と、第２のバルブを閉鎖した状態で前記被測定物を通過する空気流量との差により算出することを特徴とする。
【００１３】
さらに、前記第１、第２のバルブを通過する空気流量をそれぞれ測定するとともに、該第１、第２のバルブの通過する空気流量の差を算出して、該差分を補正するバルブコントローラを有したことを特徴とする。
【００１４】
またさらに、被測定物を通過する空気流量とダミー測定物を通過する空気流量を空気／電気変換器で電気信号に変換して空気流量の差を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の構成によれば、同じ体積の空気が流れる状態に形成された第１、第２の配管の先端に、測定するための被測定物及びダミー測定物を配置して、空気流量の差及びダミー測定物の各種情報に基づいて前記被測定物の貫通孔の孔径を算出できるような構成であるので、温度変化が生じた場合においても高精度に測定が可能であるとともに、温度に影響がないので配管を長く形成する必要がなく小型化が可能であり、測定時間も短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
【００１７】
図１は本発明が適用された孔径測定用の空気式孔径測定器の実施形態構成を示すブロック図である。同図に示すように空気式孔径測定器１０は空気源２８から発生した空気が配管３０Ａを通り、空気圧力を一定に調整するレギュレータ１４を通る。そこで一定圧力に調整された圧縮空気が配管３０Ｂを通り、径、長さが同一な配管３０Ｃ、配管３０Ｄを介して空気のオン、オフの機能を有するＳＯＬバルブ４１，４２を通る。
【００１８】
その後、配管３０Ｈ、３０Ｇを通りダミー測定物２４、被測定物２５をクランプするワークホルダ１２，１２’、１３，１３’を通り、さらに、配管３０Ｉ、３０Ｊを介してＡ／Ｅ変換器１６に到達し、ここで空気圧力が電気信号に変換され、アンプ１８に孔径値として出力される。
【００１９】
ここで、ダミー被測定物２４は、例えば、光ファイバの端面同士を相互に接続するための光コネクタ用フェルールの貫通孔を測定するのに用いられる。この形状としては、一般的にはジルコニアセラミックスを円筒形状に形成したものが用いられ、図１のように中心に貫通孔２４ａが形成されている。
【００２０】
また、被測定物２５としては、ダミー測定物２４と同じ材料のものが用いられ、上述の光コネクタ用フェルールとして用いる場合には、ジルコニアセラミックスを円筒形状に形成したものが用いられる。そして、被測定物２５は、ダミー測定物２４の貫通孔２４ａの孔径と略同じとなるように形成するが、一般的には製造誤差が生じる。従って、本発明の空気式孔径測定器により、製造時の製造誤差による貫通孔２５ａの孔径を測定するものである。
【００２１】
ここでワークホルダ１２、１２’、１３、１３’はダミー測定物２４、被測定物２５の両端部をクランプするホルダで、樹脂、セラミックス等で形成されている。従って、クランプ部がダミー測定物２４、被測定物２５の外径よりも少し大きめに形成されている。即ち、ダミー測定物２４、被測定物２５の両端部から長手方向に約１〜２ｍｍの長さ部分が各ワークホルダ１２、１２’、１３、１３’に嵌め込められ、図示していない空気吸引装置がＯＮされるとダミー測定物２４、被測定物２５の外周面を吸引密着して保持する構造となっている。
【００２２】
Ａ／Ｅ変換器１６は、ダミー測定物２４、被測定物２５のそれぞれの装備前後の空気圧力の変化を比較値として内蔵するベローズと差動トランスとによって電圧信号に変換し、さらに予めダミー測定物２４の貫通孔の孔径、ダミー測定物の外径、全長を測定した情報および空気圧力を基本として測定差分が被測定物２５の孔径値としてアンプ１８に出力する。この点については後述する。
【００２３】
なお、本発明に用いるＡ／Ｅ変換器１６は、空気圧力を電気信号に変換して孔径寸法を求める方式であるが、これに限定されるものではなく、電気信号に変換するＡ／Ｅ変換器を用いずに、空気流量が気体流量測定器によって測定され、その流量を基に孔径が算出できるものであってもかまわない。
【００２４】
ところで上記の空気式孔径測定器１０は、空気源２８から供給される圧縮空気が、直接レギュレータ１４を介してダミー測定物２４、被測定物２５に供給される構成となっている。このような構成の場合、従来のように測定物の背圧をＡ／Ｅ変換器で電気信号に変換し、空気源２８から供給される圧縮空気に温度変化が生じると、Ａ／Ｅ変換器１６に温度特性による誤差が生じ、被測定物２５の孔径寸法が異なる結果となってしまう。しかしながら本発明の場合、ダミー測定物２４の測定値が温度変化により誤差が生じた場合でもその値は初期にマスター登録した計算式により校正され、その変化分が補正されたかたちで被測定物２５の値が算出される為、温度変化があってもかまわない。
【００２５】
この場合、初期マスター登録として、内径寸法が異なる複数個のダミー測定物２４の温度条件を変化させ空気を流したときの空気流量、その際のダミー測定物２４の孔径の関係をデータとしてインプットしておく。また、補助的計算要素としてダミー測定物２４の外径、全長も測定結果に影響してくるためデータとしてインプットしておく。
【００２６】
ここで、その一例を図４にて示す。始めに常温を２３℃と仮定し、室温を２３℃に設定する。その温度でのダミー測定物２４の貫通孔２４ａの孔径寸法を金属製ゲージにより測定して絶対値をとらまえておく。例えば、金属製ゲージにより測定した値がφ０．１２６０ｍｍだったとする。次に、同じダミー測定物２４を空気式孔径測定器にて測定し、その時の空気流量（×１０−６ｍ３／ｓ）を基準値マスターデータとして登録させる。例えば、空気式孔径測定器にて測定した流量値は０．３０×１０−６ｍ３／ｓだったとする。この様な方法で孔径寸法の異なるダミー測定物を数個用意し、同様に空気流量をとらまえ２３℃での孔径寸法と流量との関係式を図４のように求め、この情報をデータとしてインプットする。
【００２７】
さらに、同様な方法にて室温を変化させた状態でそれぞれの温度での孔径寸法と流量との関係式を求める。例えば、図４のように２０〜２６℃の室温に対して複数の孔径寸法と流量との関係式が求められる。
【００２８】
以上の関係式に基づき、温度変化等においてダミー測定物２４での流量がその時の温度のマスターデータと異なる場合は、その都度、ダミー測定物２４による関係式により差分を補正し被測定物２５に反映させる。
【００２９】
たとえば、常温２３℃で被測定物２５の流量は０．２５×１０−６ｍ３／ｓであった場合は、図４の２３℃のダミー測定物２４による関係式から被測定物２５の孔径寸法はφ０．１２５５ｍｍとなる。ここで、室温の温度条件を任意に変化させた場合、この条件でダミー測定物２４の流量を測定すると０．３７×１０−６ｍ３／ｓであった。従って、図４の関係式から孔径寸法はφ０．１２５５ｍｍのときの流量は２１℃の室温になっていることが判る。これにより、被測定物２５の流量を測って孔径寸法を求めるのには２１℃の条件式下で求められることになる。ここで被測定物２５の流量は０．３１×１０−６ｍ３／ｓだったとする。２１℃での条件式に基づき孔径寸法はやはりφ０．１２５５ｍｍと求められ、これらの値が補正されることになる。
【００３０】
このように、初期マスター登録時に使用温度範囲と被測定物の最小、最大の孔径を網羅した範囲にて図４のような関係式をデータ化しておけばリアルタイムにダミー測定物２４と被測定物２５の孔径寸法の比較が可能となり、常に正確な測定が実現出来る。
【００３１】
以上の理由により配管全体を可能な限り短くすることが可能となり、小型化とすることが出来る。
【００３２】
また、上述のようにダミー測定物２４、被測定物２５の外径、全長は等しいことが好ましいが、異なる場合は被測定物２５の外径、全長に合わせたマスターデータを同様にダミー測定物２４に対して初期登録させる。
【００３３】
ここで、配管３０Ｃ、３０Ｄは径、長さが完全に等しい二股に分かれた配管とする必要がある。この場合、空気はレギュレータ１４を通り、配管３０Ｃ、３０Ｄに略等しい空気の体積が通過してダミー測定物２４、被測定物２５に空気が供給される。
【００３４】
配管３０Ｃ、３０Ｄは径、長さが完全に等しいことによりはじめて被測定物２５がリアルタイムにダミー測定物２４と比較され、正確な孔径寸法を得ることができる。
【００３５】
また、基準となるダミー測定物２４は常時セットされ、Ａ／Ｅ変換器１６で電気信号に変換してダミー測定物２４の孔径寸法が測定されており、もう一方の配管先に被測定物２５をその都度セットし前記基準となるダミー測定物２４の測定値と比較するだけなので、配管全体の長さを調整されていると被測定物２５の孔径が５秒以内に算出することができる。
【００３６】
さらに、ＳＯＬバルブ４１，４２は、配管３０Ｃ、３０Ｄの二股に分かれる配管部分に設けられ、弁機構を有している。スイッチングにより、例えば、一方の配管３０Ｄが塞がれ空気が他方の配管３０Ｃのダミー測定物２４を通り空気流量が測定され、その後、弁が切り替わり、配管３０Ｃが塞がれ空気が配管３０Ｄの被測定物２５を通って空気流量を測定し、ダミー測定物２４の測定値との比較により上述のようにして孔径が算出されることにより測定し易さの点で好ましい構造である。
【００３７】
被測定物２５はワークホルダ１３，１３’に装備され孔径が測定されるが、装着、脱着の際そのまま空気を流しっぱなしにしてもよいが装着、脱着操作時に被測定物２５の扱いが困難となる場合がある。空気が出たままの状態のため空気圧力により被測定物２５が装着、脱着しにくくなるためである。そこで被測定物２５の脱着時はスイッチング機能により空気はダミー測定物２４に１００％通る様にしておきダミー測定物２４の孔径を測定する。その後、被測定物２５をワークホルダ１３，１３’に装備し、スイッチング機能により空気は被測定物２５に１００％通る様にして被測定物２５の孔径を測定する。以上により操作性の良い測定が実施出来る。
【００３８】
また、各ホルダ１２、１３に空気流量が測定される機構が整備され、ワークホルダ１２、１３部の空気流量の差異分が補正されることが好ましい。即ち、配管３０Ｃ、３０Ｄは孔径、長さ等が等しく作製されているが、完全に同一とすることは困難である。従って、ダミー測定物２４、被測定物２５を装備しない状態での各ホルダ１２、１３のそれぞれの空気流量が測定され、その情報が各ホルダ１２、１３からＳＯＬバルブコントローラ１０１に出力されると、その差異分を補正するようにＳＯＬバルブコントローラ１０１は配管３０Ｆ、３０Ｅから空気を増量もしくは減少させる。これにより、より正確な測定が実施出来ることとなる。この場合、配管３０Ｈと３０Ｇ、３０Ｉと３０Ｊはそれぞれ径、長さが等しい同じ体積の空気が通過するものである。特に３０Ｉと３０Ｊとはダミー測定物２４、被測定物２５により空気流量が小さくなってしまうため、ダミー測定物２４、被測定物２５の孔径より若干大きめ程度の孔径寸法とすることが好ましい。
【００３９】
またさらに、図２に示す様にＡ／Ｅ変換器１６をレギュレータ１４のすぐあとに位置させても良い。この場合、図１のＡ／Ｅ変換器１６の方式とは異なる変換方式により空気圧力が電気信号に変換される。配管３０Ｃ、３０Ｈ及び３０Ｄ、３０Ｇとダミー測定物２４、被測定物２５間の空気圧力（背圧）の変化を電圧信号に変換する。この方式によると直接空気流量圧が検知可能な図１の方式に比べ、流量圧力の変化値を測定するため測定精度は同等もしくはごく僅か劣るが測定物をクランプするホルダ１２’、１３’が不要な分、測定時間が早くなる利点がある。
【実施例】
【００４０】
次いで、本発明の実施例を説明する。
【００４１】
図１にて本発明の空気式孔径測定器、図３にて従来例の空気式孔径測定器を作製した。まず、従来例としての図３の配管の長さとして、空気源２８からレギュレータ１４までの配管３０Ｃの長さを３ｍとした。この装置を構成する前に配管３０Ｃの長さを１ｍ、２ｍ、３ｍ、４ｍ、５ｍとして実験し、空気源２８の空気温度、レギュレータ１４地点での空気温度、室温をそれぞれ測定した結果、１ｍ、２ｍの場合は室温とレギュレータ１４地点での空気温度の差がそれぞれ５度、３度と大きかった。３ｍにした場合温度差が２度まで縮まったがそれ以上長くしても温度差は変化がなかった為３ｍとした。また、配管３０Ａ、３０Ｂの長さはそれぞれ２０ｃｍとした。
【００４２】
次に、本発明の場合は配管の長さとして、温度を考慮する必要がないため、小型化のため可能な限り配管は短く設計した。具体的には図１の空気源２８からレギュレータ１４までの配管３０Ａの長さを３０ｃｍとした。３０Ｂは１０ｃｍ、３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｇ，３０Ｈ、３０Ｉ、３０Ｊはそれぞれ５ｃｍとした。
【００４３】
ここで被測定物２５として孔径が約φ０．１２５ｍｍで、外径がφ２．４９９５ｍｍ、長さが１０．５ｍｍのフェルールを１０個ずつ用意した。
【００４４】
これら２０個のフェルールの孔径をまず金属ゲージにて測定し、そのあとそれぞれの空気式孔径測定器にて孔径を測定し、測定時間と孔径寸法を測定した。
【００４５】
これら実験の結果を表１に示す。
【表１】
2005098803.tif 000003
【００４６】
表１から明らかなように従来例と比較して、本発明でのフェルール孔径を測定した際の時間と測定精度は大幅に改善され良好な結果を得ることが出来た。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
光通信に使用される光ファイバ挿入用フェルールの孔径検査工程に使用出来る。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の空気式孔径測定器の実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の別例としての空気式孔径測定器の実施形態を示すブロック図である。
【図３】従来例の空気式孔径測定器の実施形態を示すブロック図である。
【図４】異なる温度における貫通孔の孔径寸法と通過する空気の流量の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０：空気マイクロメータ（空気式孔径測定器）
１２、１２’、１３，１３’：ホルダ
１４：レギュレータ
１６：Ａ／Ｅ（空気／電気）変換器
１８：アンプ
１９：空気ノズル
２３，２５：被測定物
２４：ダミー測定物
２８：空気源
３０Ａ〜３０Ｊ：配管
４１，４２：ＳＯＬバルブ
【図１】
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【図２】
2005098803.tif 000005
【図３】
2005098803.tif 000006
【図４】
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