(57)【要約】切り替え操作を必要とせずに１８０度異なる２つの測定方向の測定が可能な変位検出器が開示されている。この変位検出器は、延伸回転支点４３に支持された接触アーム４１と、接触アームに設けられた第１及び第２接触子４２Ａ，４２Ｂと、回転支点２３に支持され、一方の端が接触アーム４１に接触する第１及び第２アーム２１Ａ，２１Ｂと、第１アームの第１検出要素２５と、第２アームの第２検出要素２６と、第１と第２検出要素の位置関係を検出する検出部と、第１アームの第１付勢手段と２４Ａ、第２アームの第２付勢手段２４Ｂと、第１アームの第１ストッパ３０Ａと、第２アームの第２ストッパ３０Ｂと、を備え、基準回転位置は第１及び第２アームが第１及び第２ストッパに接触し且つ接触アームに接触した状態で、接触アームが基準回転位置から第１又は第２方向に回転すると、第１又は第２アームが自由状態になる。
2007097135.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転支点に回転自在に支持されたアームと、
前記アームの一方の端から、略１８０度異なる方向に伸びる第１及び第２接触子と、
前記アームの他方の端から略１８０度異なる方向に伸び、前記アームの回転に応じて前記回転支点を中心とした円弧上を移動するように設けられた第１及び第２移動検出要素と、
前記第１及び第２移動検出要素の移動に応じてそれぞれ相対的な位置関係が変化するように設けられた第１及び第２固定検出要素と、
前記第１及び第２移動検出要素が、前記第１及び第２固定検出要素に対してそれぞれ所定位置関係範囲内にある時に、それぞれの位置関係に応じた検出信号を生成する検出部と、
前記アームを基準回転位置に向けて回転するように付勢する手段であって、前記基準回転位置からの回転方向に応じて前記アームを逆方向に付勢するアーム付勢手段と、を備え、
前記アームが前記基準回転位置より一方の側に回転した時には、前記第１移動検出要素が前記第１固定検出要素に対して前記所定位置関係範囲内にあり、前記検出部は、前記第１移動検出要素の前記第１固定検出要素に対する位置関係に応じた検出信号を生成し、
前記アームが前記基準回転位置より他方の側に回転した時には、前記第２移動検出要素が前記第２固定検出要素に対して前記所定位置関係範囲内にあり、前記検出部は、前記第２移動検出要素の前記第２固定検出要素に対する位置関係に応じた検出信号を生成することを特徴とする変位検出器。
【請求項２】
回転支点に回転自在に支持されたアームと、
前記アームの一方の端から、略１８０度異なる方向に伸びる第１及び第２接触子と、
前記アームの他方の端に、前記アームの回転に応じて前記回転支点を中心とした円弧上を移動するように設けられた移動検出要素と、
前記移動検出要素の移動に応じて相対的な位置関係が変化するように設けられた固定検出要素と、
前記移動検出要素が前記固定検出要素に対して所定位置関係範囲内にある時に、位置関係に応じた検出信号を生成する検出部と、
前記アームを基準回転位置に向けて回転するように付勢する手段であって、前記基準回転位置からの回転方向に応じて前記アームを逆方向に付勢するアーム付勢手段と、を備え、
前記アームが前記基準回転位置にある時に、前記移動検出要素は前記固定検出要素に対して、前記所定位置関係範囲の略中間位置することを特徴とする変位検出器。
【請求項３】
回転支点に回転自在に支持された第１及び第２アームと、
前記第１アームの一方の端から伸びる第１接触子と、
前記第２アームの一方の端から伸びる第２接触子と、
前記第１アームの他方の端に設けられ、前記第１アームの回転に応じて前記回転支点を中心とした円弧上を移動する第１検出要素と、
前記第２アームの他方の端に設けられ、前記第２アームの回転に応じて前記回転支点を中心とした円弧上を、前記第１検出要素に対して相対的な位置関係が変化するように移動する第２検出要素と、
前記第１検出要素が前記第２検出要素に対して所定位置関係範囲内にある時に、位置関係に応じた検出信号を生成する検出部と、
前記第１アームを第１接触子の伸びる方向に向けて付勢する第１付勢手段と、
前記第２アームを第２接触子の伸びる方向に向けて付勢する第２付勢手段と、
前記第１付勢手段により前記第１アームが回転する範囲を制限する第１ストッパと、
前記第２付勢手段により前記第２アームが回転する範囲を制限する第２ストッパと、を備え、
前記第１ストッパにより前記第１アームの回転が制限され、前記第２ストッパにより前記第２アームの回転が制限された状態で基準回転位置になり、
前記第２ストッパにより前記第２アームの回転が制限された状態で、前記第１アームが前記基準回転位置から回転すると、前記第１検出要素の前記第２検出要素に対する位置関係が、前記所定位置関係範囲内にあり、
前記第１ストッパにより前記第１アームの回転が制限された状態で、前記第２アームが前記基準回転位置から回転すると、前記第１検出要素の前記第２検出要素に対する位置関係が、前記所定位置関係範囲内にあることを特徴とする変位検出器。
【請求項４】
延伸回転支点に回転自在に支持された接触アームと、
前記接触アームの一方の端から、略１８０度異なる方向に伸びる第１及び第２接触子と、
回転支点に回転自在に支持され、一方の端がそれぞれ前記接触アームの他方の端に接触する第１及び第２アームと、
前記第１アームの他方の端に設けられ、前記第１アームの回転に応じて前記回転支点を中心とした円弧上を移動する第１検出要素と、
前記第２アームの他方の端に設けられ、前記第２アームの回転に応じて前記回転支点を中心とした円弧上を、前記第１検出要素に対して相対的な位置関係が変化するように移動する第２検出要素と、
前記第１検出要素が前記第２検出要素に対して所定位置関係範囲内にある時に、位置関係に応じた検出信号を生成する検出部と、
前記第１アームの一方の端を第１方向に向けて付勢する第１付勢手段と、
前記第２アームの一方の端を第２方向に向けて付勢する第２付勢手段と、
前記第１付勢手段により前記第１アームが回転する範囲を制限する第１ストッパと、
前記第２付勢手段により前記第２アームが回転する範囲を制限する第２ストッパと、を備え、
前記第１ストッパにより前記第１アームの回転が制限され、前記第２ストッパにより前記第２アームの回転が制限された状態で、前記接触アームの他方の端に前記第１及び第２アームの一方の端が接触した基準回転位置になり、
前記接触アームが前記基準回転位置から第１方向に回転すると、前記接触アームの他方の端が前記第１アームの一方の端を、第２方向に向けて回転させ、前記第１検出要素の前記第２検出要素に対する位置関係が、前記所定位置関係範囲内にあり、
前記接触アームが前記基準回転位置から第２方向に回転すると、前記接触アームの他方の端が前記第２アームの一方の端を、第１方向に向けて回転させ、前記第１検出要素の前記第２検出要素に対する位置関係が、前記所定位置関係範囲内にあることを特徴とする変位検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真円度測定機、表面粗さ／形状測定機などに使用され、被測定物（ワーク）の表面に接触する接触子の位置（変位）を検出する変位検出器に関し、特に接触子が異なる方向に伸び、切り替え動作などを行わずに方向が異なる面の位置を検出可能な変位検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
真円度測定機、表面粗さ／形状測定機などでは、回転自在に支持されたアームの一方の端に接触子を設け、接触子がワークの表面に接触するようにアームを付勢し、アームの他方の端の変位を検出することにより、ワークの表面位置を検出することが行われている。アームの他方の端の変位は、例えば、アームの他方の端に設けた円筒状の鉄心（コア）と、回転に伴ってコアが内部を移動するように連続して配置された２つのトランスと、を設け、一方のトランスに交流信号を印加した時に他方のトランスに誘起される交流信号がコアの位置により変化することを利用して変位を検出する差動トランス方式や、アームの他方の端に設けた光学格子の回転に伴う移動を干渉計で検出する格子干渉方式などで検出することが広く知られている。本発明は、回転自在に支持されたアームの一方の端に接触子を設け、他方の端の変位を検出する方式であれば、どのような方式にも適用可能である。以下の説明では、差動トランス方式を使用した場合を例として説明を行うが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１Ａは、従来の差動トランス方式を使用した変位検出器の基本構成を示す図である。図１Ａに示すように、従来の差動トランス方式を使用した変位検出器は、回転支点１３に回転自在に支持されたアーム１１と、アーム１１の一方の端から伸びる部分に設けられた接触子１２と、接触子１２が左側に回転するようにアーム１１を付勢するバネ１４と、アーム１１の他方の端からアームの回転に応じて回転支点を中心とした円弧上を移動するように設けられたコア１５と、内部をコア１５が移動するように設けられた円筒状のボビン１６と、ボビン１６に信号を印加してコア１５の位置により変化する信号を検出する検出部１７と、を有する。なお、参照番号１８は、変位検出器の筐体を示し、回転支点１３は筐体１８に設けられ、バネ１４及びボビン１６は筐体１８に固定される。検出部１７も筐体１８に設けられる。なお、以下の図では、簡単にするために、筐体は図示しない。
ボビン１６は、少なくとも２つのコイルを有する。検出部１７が、少なくとも１つのコイルに交流信号を印加すると、鉄心（コア）１５の位置により残りのコイルに誘起される交流信号の強度が単純変化するので、検出部１７はこの誘起交流信号の強度を検出してボビン１６におけるコア１５の位置を検出する。差動トランス方式の変位検出器については、特許文献１及び２などに記載されているので、これ以上の説明は省略する。
図１Ｂは、図１Ａの変位検出器を使用してワークＷの右側の面Ａの表面粗さなどを測定する場合の様子を示す図である。図示のように、変位検出器をワークＷの右側に移動し、接触子１２がワークＷの右側の面Ａに接触するように配置する。この状態で、アーム１１はバネ１４により接触子１２が左側に移動するように付勢されており、接触子１２はバネ１４により規定される測定圧でワークＷの右側の面Ａに接触する。そして、ワークＷ又は変位検出器を上下方向に移動すると、ワークＷの右側の面Ａの表面形状に応じて接触子１２が変位し、それに応じてコア１５が変位するのでその変位を検出する。
ボビン１６におけるコア１５の位置が検出できる検出範囲は、コア１５がボビン１６に対して所定の位置関係にある範囲である。従って、検出できるワークＷの表面位置を最大にするには、ワークＷの表面の平均位置がこの所定位置関係範囲の中間に対応するように設定する。例えば、図１Ｂにおいて接触子１２が接触しているワークＷの右側の面Ａが表面の平均位置と予測される時には、図示のように、コア１５がボビン１６に対して所定位置関係範囲の中間に位置するようにする。
図１Ｃは、図１Ａの変位検出器を使用してワークＷの左側の面Ｂを測定する場合を説明する図である。図１Ａの変位検出器は、検出可能な方向が、接触子１２の左側がワークに接触する一方向だけであるため、ワークＷの左側の面Ｂを測定する場合には、図１Ｃに示すように、変位検出器全体の向きを１８０度変えて測定方向を反転させた上で、接触子１２をワークＷの左側の面Ｂに接触させる。このような動作は、ワークの左右の面を測定する場合だけでなく、表面と裏面、上下面、内径と外径を測定する場合にも必要である。
真円度測定機、表面粗さ／形状測定機などで図１Ａに示したような変位検出器を使用して測定を行う場合、接触子１２のワークの表面との接触位置を調整するため、ワークを保持して移動するワーク移動台、又は変位検出器を保持して移動する変位検出器を移動機構、すなわち変位検出器をワークに対して相対的に移動する移動機構を設けるのが一般的である。そのため、変位検出器をワークに対して移動することは容易であるが、上記のように１８０度異なる面を測定するために変位検出器を回転させるのは煩雑な作業である。例えば、測定位置は、移動機構による移動を自動制御することにより、自動的に変更することも可能であるが、変位検出器を回転させる機構を設けるので１つ制御系が増える。そのため、変位検出器を回転させることなく、１８０度異なる面を測定可能な変位検出器が求められている。
図２Ａは、このような要望を満たす従来の変位検出器の基本構成を示す図であり、図２Ｂ及び図２Ｃは、ワークＷの左右の面を測定する場合を説明する図である。
図１Ａと比較して明らかなように、図２Ａの変位検出器は、図１Ａの基本構成において、アーム１１の一方の端から、略１８０度異なる方向に伸びる第１及び第２接触子１２Ａ及び１２Ｂを設けると共に、アーム１１を付勢するバネ１４の回転機構を設けて、バネ１４によるアーム１１の付勢方向を１８０度変更できるようにした点が異なる。具体的には、アーム１１にバネ１４の一端を係止する部材１９を設け、バネ１４の他端を係止する部材２０を回転させる機構を筐体に設ける。
図２Ｂに示すように、ワークＷの右側の面Ａを測定する時には、バネ１４がアーム１１の右側に位置するように回転機構を設定し、接触子１２Ａが左側に移動するようにアーム１１を付勢した上で、接触子１２ＡがワークＷの右側の面Ａに接触するように設定して測定を行う。
図２Ｃに示すように、ワークＷの左側の面Ｂを測定する時には、バネ１４がアーム１１の左側に位置するように回転機構を設定し、接触子１２Ｂが右側に移動するようにアーム１１を付勢した上で、接触子１２ＢがワークＷの左側の面Ｂに接触するように設定して測定を行う。
検出範囲については、図１Ａの例と同じである。
【特許文献１】特開平８−２１０８０４号公報
【特許文献２】特開２００５−１００１９号公報
【発明の開示】
【０００３】
しかし、図２Ａに示した変位検出器においては、測定方向の切り替えは、回転機構を操作してバネ１４の方向を変更する必要があり、オペレータの操作又は自動で操作する機構が必要であるという問題があった。
また、回転機構は複雑で大きなスペースを必要とするという問題もある。
本発明は、このような問題を解決して、切り替え操作を必要とせずに異なる２つの測定方向の測定が可能な変位検出器を、実現することを目的とする。
本発明の第１の態様の変位検出器は、回転支点に回転自在に支持されたアームと、前記アームの一方の端から、略１８０度異なる方向に伸びる第１及び第２接触子と、前記アームの他方の端から略１８０度異なる方向に伸び、前記アームの回転に応じて前記回転支点を中心とした円弧上を移動するように設けられた第１及び第２移動検出要素と、前記第１及び第２移動検出要素の移動に応じてそれぞれ相対的な位置関係が変化するように設けられた第１及び第２固定検出要素と、前記第１及び第２移動検出要素が、前記第１及び第２固定検出要素に対してそれぞれ所定位置関係範囲内にある時に、それぞれの位置関係に応じた検出信号を生成する検出部と、前記アームを基準回転位置に向けて回転するように付勢する手段であって、前記基準回転位置からの回転方向に応じて前記アームを逆方向に付勢するアーム付勢手段と、を備え、前記アームが前記基準回転位置より一方の側に回転した時には、前記第１移動検出要素が前記第１固定検出要素に対して前記所定位置関係範囲内にあり、前記検出部は、前記第１移動検出要素の前記第１固定検出要素に対する位置関係に応じた検出信号を生成し、前記アームが前記基準回転位置より他方の側に回転した時には、前記第２移動検出要素が前記第２固定検出要素に対して前記所定位置関係範囲内にあり、前記検出部は、前記第２移動検出要素の前記第２固定検出要素に対する位置関係に応じた検出信号を生成することを特徴とする。
また、本発明の第２の態様の変位検出器は、回転支点に回転自在に支持されたアームと、前記アームの一方の端から、略１８０度異なる方向に伸びる第１及び第２接触子と、前記アームの他方の端に、前記アームの回転に応じて前記回転支点を中心とした円弧上を移動するように設けられた移動検出要素と、前記移動検出要素の移動に応じて相対的な位置関係が変化するように設けられた固定検出要素と、前記移動検出要素が前記固定検出要素に対して所定位置関係範囲内にある時に、位置関係に応じた検出信号を生成する検出部と、前記アームを基準回転位置に向けて回転するように付勢する手段であって、前記基準回転位置からの回転方向に応じて前記アームを逆方向に付勢するアーム付勢手段と、を備え、前記アームが前記基準回転位置にある時に、前記移動検出要素は前記固定検出要素に対して、前記所定位置関係範囲の略中間位置することを特徴とする。
本発明の第１及び第２の態様では、アームを基準回転位置に向けて回転するように付勢し、アームが基準回転位置から回転するとその回転方向に応じてアームを逆方向に付勢するアーム付勢手段を設ける。これにより、アームを基準回転位置に対してどちらに回転させた状態で接触子をワーク表面に接触させるかで、測定方向を設定することができるようになる。
そして第１の態様では、コアに相当する移動検出要素とボビンに相当する固定検出要素の組を２組設け、一方の組で一方の測定方向の時のアームの他方の端の変位を検出し、他方の組で他方の測定方向の時のアームの他方の端の変位を検出する。また、第２の態様では、１組の移動検出要素と固定検出要素を設け、１組の移動検出要素と固定検出要素で検出できる移動検出要素の固定検出要素に対する所定位置関係範囲の略中間位置がアームの基準回転位置に対応するように設定し、所定位置関係範囲の半分で一方の測定方向の時のアームの他方の端の変位を検出し、所定位置関係範囲の残りの半分で他方の測定方向の時のアームの他方の端の変位を検出する。従って、第１の態様と第２の態様で、同じ移動検出要素（コア）と固定検出要素（ボビン）を使用した時には、第２の態様の検出可能範囲は、第１の態様の検出可能範囲の半分以下となる。
更に、本発明の第３の態様の変位検出器は、回転支点に回転自在に支持された第１及び第２アームと、前記第１アームの一方の端から伸びる第１接触子と、前記第２アームの一方の端から伸びる第２接触子と、前記第１アームの他方の端に設けられ、前記第１アームの回転に応じて前記回転支点を中心とした円弧上を移動する第１検出要素と、前記第２アームの他方の端に設けられ、前記第２アームの回転に応じて前記回転支点を中心とした円弧上を、前記第１検出要素に対して相対的な位置関係が変化するように移動する第２検出要素と、前記第１検出要素が前記第２検出要素に対して所定位置関係範囲内にある時に、位置関係に応じた検出信号を生成する検出部と、前記第１アームを第１接触子の伸びる方向に向けて付勢する第１付勢手段と、前記第２アームを第２接触子の伸びる方向に向けて付勢する第２付勢手段と、前記第１付勢手段により前記第１アームが回転する範囲を制限する第１ストッパと、前記第２付勢手段により前記第２アームが回転する範囲を制限する第２ストッパと、を備え、前記第１ストッパにより前記第１アームの回転が制限され、前記第２ストッパにより前記第２アームの回転が制限された状態で基準回転位置になり、前記第２ストッパにより前記第２アームの回転が制限された状態で、前記第１アームが前記基準回転位置から回転すると、前記第１検出要素の前記第２検出要素に対する位置関係が、前記所定位置関係範囲内にあり、前記第１ストッパにより前記第１アームの回転が制限された状態で、前記第２アームが前記基準回転位置から回転すると前記第１検出要素の前記第２検出要素に対する位置関係が、前記所定位置関係範囲内にあることを特徴とする。
更に、本発明の第４の態様の変位検出器は、延伸回転支点に回転自在に支持された接触アームと、前記接触アームの一方の端から、略１８０度異なる方向に伸びる第１及び第２接触子と、回転支点に回転自在に支持され、一方の端がそれぞれ前記接触アームの他方の端に接触する第１及び第２アームと、前記第１アームの他方の端に設けられ、前記第１アームの回転に応じて前記回転支点を中心とした円弧上を移動する第１検出要素と、前記第２アームの他方の端に設けられ、前記第２アームの回転に応じて前記回転支点を中心とした円弧上を、前記第１検出要素に対して相対的な位置関係が変化するように移動する第２検出要素と、前記第１検出要素が前記第２検出要素に対して所定位置関係範囲内にある時に、位置関係に応じた検出信号を生成する検出部と、前記第１アームの一方の端を第１方向に向けて付勢する第１付勢手段と、前記第２アームの一方の端を第２方向に向けて付勢する第２付勢手段と、前記第１付勢手段により前記第１アームが回転する範囲を制限する第１ストッパと、前記第２付勢手段により前記第２アームが回転する範囲を制限する第２ストッパと、を備え、前記第１ストッパにより前記第１アームの回転が制限され、前記第２ストッパにより前記第２アームの回転が制限された状態で、前記接触アームの他方の端に前記第１及び第２アームの一方の端が接触した基準回転位置になり、前記接触アームが前記基準回転位置から第１方向に回転すると、前記接触アームの他方の端が前記第１アームの一方の端を、第２方向に向けて回転させ、前記第１検出要素の前記第２検出要素に対する位置関係が、前記所定位置関係範囲内にあり、前記接触アームが前記基準回転位置から第２方向に回転すると、前記接触アームの他方の端が前記第２アームの一方の端を、第１方向に向けて回転させ、前記第１検出要素の前記第２検出要素に対する位置関係が、前記所定位置関係範囲内にあることを特徴とする。
本発明の第３の態様では、回転支点に回転自在に支持された第１及び第２アームに第１検出要素（コア）と第２検出要素（ボビン）がそれぞれ設けられるので、第１アームが回転しても第２アームが回転しても、第１検出要素と第２検出要素の相互位置関係が変化する。第１及び第２アームの一方の端にそれぞれ検出方向が逆の接触子を設ければ、測定方向が１８０度異なる測定系が実現できる。第１ストッパが第１アームに接触して回転を制限し、第２ストッパが第２アームに接触して回転を制限した状態を基準回転位置として、第２ストッパが第２アームの回転を制限した状態で、第１アームが基準回転位置から回転すると、第１の測定系のみが回転可能で測定可能な状態になり、第１ストッパが第１アームの回転を制限した状態で、第２アームが基準状態から回転すると、第２の測定系のみが回転可能で測定可能な状態になる。
本発明の第４の態様では、第３の構成において、延伸回転支点に回転自在に支持された接触アームが設けられ、第１及び第２接触子は接触アームの一方の端に設けられ、接触アームの他方の端には第１及び第２アームの一方の端が接触する。そして、第１及び第２アームの一方の端が両方とも接触アームの他方の端に接触した状態を基準回転位置とする。接触アームが基準回転位置から第１方向に回転すると、第１アームが回転して第１ストッパから離れて自由状態になり、第１の測定系のみが測定可能な状態になり、接触アームが基準回転位置から第２方向に回転すると、第２アームが回転して第２ストッパから離れて自由状態になり、第２の測定系のみが測定可能な状態になる。
本発明によれば、第１又は第２接触子をワークの表面に接触させることにより、測定方向を設定することが可能であり、切り替え操作を必要とせずに異なる２つの測定方向の測定が可能な変位検出器が実現される。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
図１Ａから図１Ｃは、変位検出器の従来例の概略構成図及び使用方法の説明図である。
図２Ａから図２Ｃは、変位検出器の別の従来例の概略構成図及び使用方法の説明図である。
図３Ａから図３Ｃは、本発明の第１実施例の変位検出器の概略構成図及び使用方法の説明図である。
図４は、第１実施例の変位検出器の変形例を示す図である。
図５Ａから図５Ｃは、本発明の第２実施例の変位検出器の概略構成図及び使用方法の説明図である。
図６は、本発明の第３実施例の変位検出器の概略構成図である。
図７Ａ及び図７Ｂは、第３実施例の変位検出器の使用方法の説明図である。
図８は、第３実施例の変位検出器の変形例の概略構成図である。
図９Ａ及び図９Ｂは、第３実施例の変位検出器の変形例の使用方法の説明図である。
図１０は、本発明の第４実施例の変位検出器の概略構成図である。
図１１Ａ及び図１１Ｂは、第４実施例の変位検出器の使用方法の説明図である。
２１    アーム
２２Ａ    第１接触子
２２Ｂ    第２接触子
２３    回転支点
２４    バネ（付勢手段）
２５、２５Ａ、２５Ｂ    コア（検出要素）
２６、２６Ａ、２６Ｂ    ボビン（検出要素）
２７    検出部
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
図３Ａは本発明の第１実施例の変位検出器の概略構成を示す図であり、図３Ｂ及び図３Ｃはその使用の様子を示す図である。
図３Ａに示すように、第１実施例の変位検出器は、回転支点２３に回転自在に支持されたアーム２１と、アーム２１の一方の端から１８０度異なる方向に伸びるように設けられた第１接触子２２Ａ及び第２接触子２２Ｂと、アーム２１の他方の端から略１８０度異なる方向に伸び、アーム２１の回転に応じて回転支点２３を中心とした円弧上を移動するように設けられた第１コア（第１移動検出要素）２５Ａ及び第２コア（第２移動検出要素）２５Ｂと、第１コア２５Ａ及び第２コア２５Ｂが内部を移動するように設けられた円筒状の第１ボビン（第１固定検出要素）２６Ａ及び第２ボビン（第２固定検出要素）２６Ｂと、アーム２１の他方の端に係止されたバネ２４と、第１ボビン２６Ａ内の第１コア２５Ａの位置に応じた信号及び第２ボビン２６Ｂ内の第２コア２５Ｂの位置に応じた信号を生成する検出部２７と、を有する。第１及び第２コア２５Ａ及び２５Ｂは従来例と同じ鉄心であり、第１及び第２ボビン２６Ａ及び２６Ｂは従来例と同じように複数のコイルで構成され、検出部２７は従来例と同様の原理で第１ボビン２６Ａ内の第１コア２５Ａの位置及び第２ボビン２６Ｂ内の第２コア２５Ｂの位置を検出する。
ここでは、図３Ａに示した状態を基準回転位置と称する。バネ２４は、基準回転位置において、アーム２１の他方の端の係止された部分と回転支点２３とを結ぶ直線上に位置するように配置される。したがって、アーム２１が基準回転位置から回転すると、バネ２４は、アーム２１を基準回転位置に戻すように付勢する。例えば、接触子２２Ａが右側に移動するように回転すると、バネ２４は接触子２２Ａが左側に移動するような回転を行うようにアーム２１に力を加える。また、接触子２２Ｂが左側に移動するように回転すると、バネ２４は接触子２２Ｂが右側に移動するような回転を行うようにアーム２１に力を加える。言い換えれば、バネ２４は、基準回転位置からの回転方向に応じてアーム２１を逆方向に付勢する。
コア（鉄心）とボビン（複数のコイル）による差動トランス方式の変位検出器は、ボビン内のコアの位置を検出できる検出可能範囲を有する。例えば、ボビンが２個のコイルで構成される場合には、コアの少なくとも一部が両方のコイル内に位置することが必要である。格子干渉計方式など他の検出方式も、同様に検出可能範囲を有する。第１コア２５Ａと第１ボビン２６Ａによる第１差動トランスは、基準回転位置にある時に検出可能範囲の一方の限界に近く（検出可能範囲外でもよい）、接触子２２Ａが右側に移動するようにアーム２１が回転すると検出可能範囲の中心になるように設定する。そして、第２コア２５Ｂと第２ボビン２６Ｂによる第２差動トランスは、基準回転位置にある時に検出可能範囲の一方の限界に近く（同様に検出可能範囲外でもよい）、接触子２２Ｂが左側に移動するようにアーム２１が回転すると検出可能範囲の中心になるように設定する。
第１実施例の変位検出器を使用してワークＷの右側の面Ａの表面粗さ又は表面形状を測定する時には、図３Ｂに示すように、接触子２２Ａが基準回転位置から右側に移動するようにアーム２１が回転した状態で、接触子２２ＡがワークＷの右側の面Ａに接触するように設定する。この時、バネ２４は、接触子２２Ａが左側に移動するようにアーム２１を付勢する。この付勢力が、接触子２２Ａの面Ａに対する接触圧になる。この状態は、第１コア２５Ａと第１ボビン２６Ａによる第１差動トランスの検出可能範囲内にあり、第１差動トランスにより、第１コア２５Ａの第１ボビン２６Ａ内の位置、すなわち、アーム２１の回転角度、更にいえば接触子２２Ａの位置（変位）が検出される。この時、第２コア２５Ｂと第２ボビン２６Ｂによる第２差動トランスは検出可能範囲外の状態であり、その信号は無視される。
ワークＷの左側の面Ｂの表面粗さ又は表面形状を測定する時には、図３Ｃに示すように、接触子２２Ｂが基準回転位置から左側に移動するようにアーム２１が回転した状態で、接触子２２ＢがワークＷの左側の面Ｂに接触するように設定する。この時、バネ２４は、接触子２２Ｂが右側に移動するようにアーム２１を付勢する。この付勢力が、接触子２２Ｂの面Ｂに対する接触圧になる。この状態は、第２コア２５Ｂと第２ボビン２６Ｂによる第２差動トランスの検出可能範囲内にあり、第２差動トランスにより、第２コア２５Ｂの第２ボビン２６Ｂ内の位置、すなわち、アーム２１の回転角度、更にいえば接触子２２Ｂの位置（変位）が検出される。この時、第１コア２５Ａと第２ボビン２６Ａによる第１差動トランスは検出可能範囲外の状態であり、その信号は無視される。
以上説明したように、第１実施例の変位検出器は、アーム２１を基準回転位置に対してどちらに回転させた状態で接触子をワーク表面に接触させるかで、測定方向を設定することができる。なお、アーム２１が基準回転位置の時に、２個の差動トランスが検出可能範囲外である時には、アーム２１が基準回転位置付近にある状態は、測定に使用されないことになり、アーム２１をどちらの方向に回転する場合でも、アーム２１を基準回転位置からある程度回転させた位置から、検出可能範囲が始まる。この場合には、検出可能範囲であれば、接触子２２Ａ又は２２Ｂはかならずある程度以上の接触圧で測定する面に接触する。
図３Ａの第１実施例の変位検出器は、アーム２１を基準回転位置に戻すように付勢する付勢手段を、基準回転位置においてアーム２１の他方の端の係止された部分と回転支点２３とを結ぶ直線上に位置するように配置したバネ２４で実現したが、他の構成で実現することも可能である。図４は、このような付勢手段を別の構成で実現した変形例を示す。
図４に示した変形例では、バネ２４の代わりに、２個の同じ特性のバネ２４Ａ及び２４Ｂを使用し、バネ２４Ａは横（右）方向に回転モーメントを印加するようにアーム２１に係止され、バネ２４Ｂは逆（左）方向に回転モーメントを印加するようにアーム２１の同じ部分に係止される。基準回転位置では、２個のバネ２４Ａ及び２４Ｂによる回転モーメントが均衡する。アーム２１が、基準回転位置から接触子２２Ａが右側に移動するように回転すると、バネ２４Ａが伸びて印加する回転モーメントが増加し、バネ２４Ｂが縮んで印加する回転モーメントが減少するので、接触子２２Ａが左側に移動するようにアーム２１を回転させる付勢力が働く。アーム２１が、基準回転位置から接触子２２Ｂが左側に移動するように回転すると、バネ２４Ｂが伸びて印加する回転モーメントが増加し、バネ２４Ａが縮んで印加する回転モーメントが減少するので、接触子２２Ｂが右側に移動するようにアーム２１を回転させる付勢力が働く。
図５Ａは本発明の第２実施例の変位検出器の概略構成を示す図であり、図５Ｂ及び図５Ｃはその使用の様子を示す図である。
第１実施例の変位検出器は２個の差動トランスを使用したのに対して、第２実施例の変位検出器は１個の差動トランスのみを使用する点が異なる。具体的には、第２実施例の変位検出器は、回転支点２３に回転自在に支持されたアーム２１と、アーム２１の一方の端から１８０度異なる方向に伸びるように設けられた第１接触子２２Ａ及び第２接触子２２Ｂと、アーム２１の他方の端から伸び、アーム２１の回転に応じて回転支点２３を中心とした円弧上を移動するように設けられたコア２５と、コア２５が内部を移動するように設けられたボビン２６と、アーム２１の他方の端に係止されたバネ２４と、を有する。検出部は図示を省略している。
第１実施例と同様に、バネ２４は、基準回転位置において、アーム２１の他方の端の係止された部分と回転支点２３とを結ぶ直線上に位置するように配置され、アーム２１が基準回転位置から回転すると、アーム２１を基準回転位置に戻すように付勢する。コア２５とボビン２６による差動トランスは、アーム２１が基準回転位置にある時に、検出可能範囲の中間に位置するように設定される。
ワークＷの右側の面Ａを測定する時には、図５Ｂに示すように、接触子２２Ａが基準回転位置から右側に移動するようにアーム２１が回転した状態で、接触子２２ＡがワークＷの右側の面Ａに接触するように設定する。この時、バネ２４は、接触子２２Ａが左側に移動するようにアーム２１を付勢する。この付勢力が、接触子２２Ａの面Ａに対する接触圧になる。この状態は、差動トランスの検出可能範囲の中間から一方にずれた範囲内にあり、差動トランスにより、コア２５のボビン２６内の位置、すなわち、アーム２１の回転角度、更にいえば接触子２２Ａの位置（変位）が検出される。
ワークＷの左側の面Ｂを測定する時には、図５Ｃに示すように、接触子２２Ｂが基準回転位置から左側に移動するようにアーム２１が回転した状態で、接触子２２ＢがワークＷの左側の面Ｂに接触するように設定する。この時、バネ２４は、接触子２２Ｂが右側に移動するようにアーム２１を付勢する。この付勢力が、接触子２２Ｂの面Ｂに対する接触圧になる。この状態は、差動トランスの検出可能範囲の中間から他方にずれた範囲内にあり、差動トランスにより、コア２５のボビン２６内の位置、すなわち、アーム２１の回転角度、更にいえば接触子２２Ｂの位置（変位）が検出される。
以上説明したように、第２実施例の変位検出器は、アーム２１を基準回転位置に対してどちらに回転させた状態で接触子をワーク表面に接触させるかで、測定方向を設定することができる。しかし、１個の差動トランスによる検出可能範囲を２つに分割して、分割した一方の範囲を、アーム２１を基準回転位置から一方に回転した時の変位検出に使用し、分割した他方の範囲を、アーム２１を基準回転位置から他方に回転した時の変位検出に使用するので、差動トランスの検出可能範囲が同じであれば、検出可能範囲は第１実施例の半分以下になる。
図６は本発明の第３実施例の変位検出器の概略構成を示す図であり、図７Ａ及び図７Ｂはその使用の様子を示す図である。
図６に示すように、本発明の第３実施例の変位検出器は、回転支点２３に回転自在に支持された第１及び第２アーム２１Ａ及び２１Ｂと、第１アーム２１Ａの一方の端から、回転支点２３を中心とした円弧の接線方向に伸びる第１接触子２２Ａと、第２アーム２１Ｂの一方の端から、回転支点２３を中心とした円弧の接線方向に、第１接触子２２Ａと逆方向に伸びる第２接触子２２Ｂと、第１アーム２１Ａの他方の端に設けられ、第１アーム２１Ａの回転に応じて回転支点２３を中心とした円弧上を移動するボビン（第１検出要素）２６と、第２アーム２１Ｂの他方の端に設けられ、第２アーム２１Ｂの回転に応じて回転支点２３を中心とした円弧上を移動するコア（第２検出要素）２５と、第１アーム２１Ａを第１接触子２２Ａの伸びる方向に向けて付勢する第１バネ２４Ａと、第２アーム２１Ｂを第２接触子２２Ｂの伸びる方向に向けて付勢する第２バネ２４Ｂと、第１バネ２４Ａにより第１アーム２１Ａが回転する範囲を制限する第１ストッパ３０Ａと、第２バネ２４Ｂにより第２アーム２１Ｂが回転する範囲を制限する第２ストッパ３０Ｂと、を備える。コア２５とボビン２６により構成される差動トランスにおいてコア２５のボビン２６に対する位置を検出する信号を生成する検出部は、図示を省略している。
第１アーム２１Ａと第２アーム２１Ｂは交差しているが、これは接触子２２Ａ及び２２Ｂがそれぞれ外側に向かって伸びているためであり、内側に向かって伸びる場合には交差する必要はない。
第３実施例では、図６に示した第１アーム２１Ａが第１ストッパ３０Ａに接触し、第２アーム２１Ｂが第２ストッパ３０Ｂに接触した状態を、基準回転位置とする。第１アーム２１Ａは、この基準回転位置から、接触子２２Ａが右側に移動するように回転することが可能である。また、第２アーム２１Ｂは、この基準回転位置から、接触子２２Ｂが右側に移動するように回転することが可能である。
コア２５とボビン２６により構成される差動トランスは、アーム２１Ａ及び２１Ｂが基準回転位置にある時に、検出可能範囲の端に近い状態にあり、アーム２１Ａ又はアーム２１Ｂが基準回転位置から回転すると検出可能範囲の中間に向かうように設定する。
第３実施例の変位検出器を使用してワークＷの右側の面Ａの表面粗さ又は表面形状を測定する時には、図７Ａに示すように、接触子２２Ａが基準回転位置から右側に移動するように第１アーム２１Ａが回転した状態で、接触子２２ＡがワークＷの右側の面Ａに接触するように設定する。この時、バネ２４Ａは、接触子２２Ａが左側に移動するように第１アーム２１Ａを付勢する。この付勢力が、接触子２２Ａの面Ａに対する接触圧になる。この時、第２アーム２１Ｂは、ストッパ３０Ｂに接触しており、基準回転位置のまま移動しない状態である。この状態は、コア２５とボビン２６による差動トランスの検出可能範囲内にあり、差動トランスにより、コア２５に対するボビン２６の位置、すなわち、第１アーム２１Ａの回転角度、更にいえば接触子２２Ａの位置（変位）が検出される。
ワークＷの左側の面Ｂの表面粗さ又は表面形状を測定する時には、図７Ｂに示すように、接触子２２Ｂが基準回転位置から左側に移動するように第２アーム２１Ｂが回転した状態で、接触子２２ＢがワークＷの左側の面Ｂに接触するように設定する。この時、バネ２４Ｂは、接触子２２Ｂが右側に移動するように第２アーム２１Ｂを付勢する。この付勢力が、接触子２２Ｂの面Ｂに対する接触圧になる。この時、第１アーム２１Ａは、ストッパ３０Ａに接触しており、基準回転位置のまま移動しない状態である。この状態も、コア２５とボビン２６による差動トランスの検出可能範囲内にあり、差動トランスにより、コア２５のボビン２６内の位置、すなわち、第２アーム２１Ｂの回転角度、更にいえば接触子２２Ｂの位置（変位）が検出される。
以上説明したように、第３実施例の変位検出器は、第１アーム２１Ａと第２アーム２１Ｂの一方を基準回転位置に保持したまま、他方を基準回転位置に対して所定の方向に回転させた状態で接触子をワーク表面に接触させることにより、測定方向を設定することができる。なお、第３実施例の変位検出器の検出可能範囲は、第１アーム２１Ａと第２アーム２１Ｂのいずれを使用する場合も、コア２５とボビン２６による差動トランスの検出可能範囲である。
図８は、第３実施例の変位検出器の変形例の概略構成を示す図である。図８に示すように、この変形例は、第３実施例の変位検出器において、第２アーム２１Ｂの一方の端を若干伸ばした上で第１接触子２２Ａが伸びる方向に曲げ、更にその先端から第１接触子２２Ａが伸びる方向に垂直な方向に第２接触子２２Ｂを伸ばした点が異なり、他の部分は第３実施例と同じである。この変形例では、ワークの右側の面と上面が、変位検出器の方向を変えることなく測定できる。
図９Ａ及び図９Ｂは、図８の変形例の使用方法を説明する図である。図９Ａに示すように、ワークＷの右側の面Ａの表面粗さ又は表面形状を測定する時には、図７Ａと同じように測定を行う。ワークＷの上側の面Ｃの表面粗さ又は表面形状を測定する時には、図９のＢに示すように、第２接触子２２Ｂを面Ｃに接触させる。動作は、図７Ｂの場合と同じであるので、説明は省略する。
図１０は本発明の第４実施例の変位検出器の概略構成を示す図であり、図１１Ａ及び図１１Ｂはその使用の様子を示す図である。
図１０に示すように、本発明の第４実施例の変位検出器は、延伸回転支点４３に回転自在に支持された接触アーム４１と、接触アーム４１の一方の端から、略１８０度異なる方向に伸びる第１及び第２接触子４２Ａ及び４２Ｂと、回転支点２３に回転自在に支持され、一方の端２２Ａ及び２２Ｂがそれぞれ接触アーム４１の他方の端に接触する第１及び第２アーム２１Ａ及び２１Ｂと、第１アーム２１Ａの他方の端に設けられ、第１アーム２１Ａの回転に応じて回転支点２３を中心とした円弧上を移動するコア（第１検出要素）２５と、第２アーム２１Ｂの他方の端に設けられ、第２アーム２１Ｂの回転に応じて回転支点２３を中心とした円弧上を、コア２５を内部に収容しながら移動するように配置されたボビン（第２検出要素）２６と、第１アーム２１Ａを付勢する第１バネ２４Ａと、第２アーム２１Ｂを付勢する第２バネ２４Ｂと、第１バネ２４Ａにより第１アーム２１Ａが回転する範囲を制限する第１ストッパ３０Ａと、第２バネ２４Ｂにより第２アーム２１Ｂが回転する範囲を制限する第２ストッパ３０Ｂと、を備える。コア２５とボビン２６により構成される差動トランスにおいてコア２５のボビン２６に対する位置を検出する信号を生成する検出部は、図示を省略している。また、延伸回転支点４３も、図示していない筐体内に設けられる。
第４実施例では、図１０に示した第１アーム２１Ａが第１ストッパ３０Ａに接触し、第２アーム２１Ｂが第２ストッパ３０Ｂに接触して、第１アーム２１Ａの先端２２Ａ及び第２アーム２１Ｂの先端２２Ｂの両方が接触アーム４１の他方の端に接触した状態を、基準回転位置とする。この基準回転位置から、接触子４２Ａが右側に移動するように接触アーム４１が回転すると、第１アーム２１Ａは先端２２Ａが左側に移動するように回転する。また、接触子４２Ｂが左側に移動するように接触アーム４１が回転すると、第２アーム２１Ｂは、第２アーム２１Ｂは先端２２ＢＡが右側に移動するように回転する。
コア２５とボビン２６により構成される差動トランスは、接触アーム４１、アーム２１Ａ及び２１Ｂが基準回転位置にある時に、検出可能範囲の端に近い状態にあり（検出可能範囲内でも検出可能範囲にあり、接触アーム４１がどちらかに回転して、アーム２１Ａ又はアーム２１Ｂが基準回転位置から回転すると検出可能範囲の中間に向かうように設定する。
第４実施例の変位検出器を使用してワークＷの右側の面Ａの表面粗さ又は表面形状を測定する時には、図１１Ａに示すように、接触子４２Ａが基準回転位置から右側に移動するように接触アーム４１を回転し、これに応じて第１アーム２１Ａが回転した状態で、接触子４２ＡがワークＷの右側の面Ａに接触するように設定する。この時、バネ２４Ａは、先端２２Ａが右側に移動するように第１アーム２１Ａを付勢し、それにより接触アーム４１は接触子４２Ａが左側に移動するように付勢される。この付勢力が、接触子４２Ａの面Ａに対する接触圧になる。この時、第２アーム２１Ｂは、ストッパ３０Ｂに接触しており、基準回転位置のまま移動しない状態である。この状態は、コア２５とボビン２６による差動トランスの検出可能範囲内にあり、差動トランスにより、コア２５のボビン２６に対する位置、すなわち、第１アーム２１Ａの回転角度、更にいえば接触アーム４１の回転角度、そして接触子４２Ａの位置（変位）が検出される。
ワークＷの左側の面Ｂの表面粗さ又は表面形状を測定する時には、図１１Ｂに示すように、接触子４２Ｂが基準回転位置から左側に移動するように接触アーム４１を回転し、これに応じて第２アーム２１Ｂが回転した状態で、接触子４２ＢがワークＷの右側の面Ｂに接触するように設定する。この時、バネ２４Ｂは、先端２２Ｂが左側に移動するように第２アーム２１Ｂを付勢し、それにより接触アーム４１は接触子４２Ｂが右側に移動するように付勢される。この付勢力が、接触子４２Ｂの面Ｂに対する接触圧になる。この時、第１アーム２１Ａは、ストッパ３０Ａに接触しており、基準回転位置のまま移動しない状態である。この状態は、コア２５とボビン２６による差動トランスの検出可能範囲内にあり、差動トランスにより、コア２５のボビン２６に対する位置、すなわち、第２アーム２１Ｂの回転角度、更にいえば接触アーム４１の回転角度、そして接触子４２Ｂの位置（変位）が検出される。
以上説明したように、第４実施例の変位検出器は、接触アーム４１を基準回転位置からどちらかの方向に回転させた状態で接触子をワーク表面に接触させることにより、測定方向を設定することができる。なお、第４実施例の変位検出器の検出可能範囲は、接触アーム４１をどちらの方向に回転させた場合も、コア２５とボビン２６による差動トランスの検出可能範囲である。
以上、本発明の実施例を説明したが、各種の変形例が可能であるのはいうまでもなく、前述のように、格子干渉計などの差動トランス以外の各種の検出方式を使用した変位検出器にも適用可能であり、アームの形状、バネ及びストッパの配置などについては、当業者であれば、各種の変形を想到することができる。
【産業上の利用可能性】
【０００６】
本発明は、測定方向の切り替えをマニュアル操作無しに行うことができるので、測定を完全自動で行う場合に使用される変位検出器に適用すると特に効果的である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
2007097135.tif 000019
【図９Ａ】
2007097135.tif 000020
【図９Ｂ】
2007097135.tif 000021
【図１０】
2007097135.tif 000022
【図１１Ａ】
2007097135.tif 000023
【図１１Ｂ】
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【国際調査報告】
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