(57)【要約】【課題】変位測定器においてスピンドルに対するスケールの位置決めと、本体ケースに対するスピンドルの回転規制とを共通の基準をもって容易に調整可能にしながら構成部品数も削減する。【解決手段】ガラススケールの位置決めを目的とする切り欠き部３５を持つスケールホルダ３０は、スピンドル２０に形成された位置決め部２３に固定勘合される。また、このスケールホルダ３０のばね支持部３８はスピンドルの回転規制部３９を有し、組み立て時にベース部材１１の回転規制用案内部１７に挿入される。その結果、スケールホルダ３０は、スピンドル２０に対するガラススケール３１の位置決め機構とともに、本体ケース１０に対するスピンドル２０の回転規制手段としての機能を有している。【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、軸方向に摺動自在なスピンドルと、前記スピンドルに装着されガラススケールを有するスケールホルダと、前記本体ケース内で前記スケールホルダを挟んで対向位置に配設される発光素子及び受光素子とを含む光学式の変位測定器であって、
更に、前記スケールホルダは、前記スピンドルに対する前記ガラススケールの位置決めを行う切欠き部と、前記本体ケースに対する前記スピンドルの回転規制を行う回転規制部とを備えたことを特徴とする変位測定器。
【請求項２】
前記本体ケースには、前記スピンドルの軸方向に沿って回転規制用案内部が形成してあり、前記スケールホルダの回転規制部が前記本体ケースの回転規制用案内部に係合することを特徴とする請求項１に記載の変位測定器。
【請求項３】
前記本体ケースの回転規制案内部は、前記スピンドルの軸方向に沿った溝部であることを特徴とする請求項２に記載の変位測定器。
【請求項４】
前記スピンドルの先端部に、被測定物と接触する測定子を設けるとともに、前記スケールホルダと前記本体ケースとの間に、前記スピンドルを被測定物側へ付勢する付勢ばねを設け、前記スケールホルダに、前記付勢ばねの一端を係止する機構を持たせたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の変位測定器。
【請求項５】
前記スピンドルは位置決め部を有し、該位置決め部に前記スケールホルダの切欠き部を嵌合させることで、前記スピンドルに対する前記ガラススケールの位置決めを行う構成としたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の変位測定器。
【請求項６】
前記位置決め部は、前記スピンドルに一体に構成されたことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の変位測定器。
【請求項７】
前記スピンドルには、中間部を切り欠いてこのスピンドルの中心軸と平行な平坦部が形成され、且つこの平坦部の一部に前記位置決め部が形成されており、前記位置決め部に前記スケールホルダに設ける切欠き部を嵌合させることにより、前記スケールホルダが前記平坦部に位置決めされる構造としたことを特徴とする請求項６に記載の変位測定器。
【請求項８】
前記スピンドルには、前記平坦部にねじ孔が形成してあり、ねじ部材を当該ねじ孔に螺合することで前記スケールホルダが固着されることを特徴とする請求項７に記載の変位測定器。
【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】
この種の変位測定器は、測長器あるいはダイヤルゲージとも称され、従来、例えば特許文献１に開示されたような構成のものが知られている。
特許文献１に開示されたダイヤルゲージの概要は、次のとおりである。なお、括弧付きの符号は、同文献に付された各部材の符号である。
デジタルダイヤルゲージは、被測定物に接触して軸方向へ移動可能なスピンドル（４）を有しており、このスピンドル（４）に、移動スケール（１１）がネジや接着剤などを用いて装着されている。一方、この移動スケール（１１）を挟んで対向する位置には、発光素子（１４）と受光素子（１６）とが設けられている。移動スケール（１１）には、一定間隔毎の光透過部が形成してある。
上述した構成において、スピンドル（４）が軸方向へ移動すると、移動スケール（１１）の光透過部を透して、発光素子（１４）からの光線が周期的に受光素子（１６）に入射し、電気信号に変換される。この電気信号を処理して、スピンドル（４）の移動量（変位量）が検出される。
【特許文献１】実公昭６２−２１９２５号公報（第２頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
さて、移動スケール（１１）は、一定間隔毎の光透過部がスピンドル（４）の移動方向に沿って正確に配列されている必要がある。この配列にずれがあった場合、光透過部の間隔が既定値とならず、その結果、スピンドル（４）の移動量と受光素子（１６）への光線の入射との間の関係にずれが生じて、スピンドル（４）の移動量を正確に検出できない。
このため、移動スケール（１１）は高精度に位置決めしてスピンドル（４）に装着されなければならない。特許文献１にはこの位置決めについて明確に記載されていないが、移動スケール（１１）をスピンドル（４）に装着する際は、専用治具を使用して位置決めが行われ、この位置決め後にネジや接着剤などによって固定されていた。したがって、移動スケール（１１）とスピンドル（４）の装着には時間がかかり、しかも一度固定した後は組立時などに位置ずれがあっても微調整ができなかった。
【０００４】
さらに、移動スケール（１１）は、発光素子（１４）と受光素子（１６）とを結ぶ光路に直交する状態にてそれらの素子の間隙に配置する必要がある。もし、スピンドル（４）が中心軸周りに回転した場合、移動スケール（１１）の姿勢が発光素子（１４）と受光素子（１６）とを結ぶ光路に対し傾いてしまい、その結果、光透過部を透過して受光素子（１６）に入射する光線の特性（例えば、スリット状の光透過部を透過した際の光の回折）が変化し、受光素子（１６）に入射する光量や入射間隔などがあらかじめ設定したものと変わってしまい、その後の演算処理に誤差を生む原因となるおそれがあった。さらには、スピンドル（４）の回転量が大きい場合は、移動スケール（１１）が発光素子（１４）または受光素子（１６）のいずれかに接触してしまうおそれもあった。
このため、スピンドル（４）は、中心軸周りの回転を規制する必要があり、特許文献１のデジタルダイヤルゲージでは、スピンドル（４）の周面に突出して設けたガイド棒（９）を、枠体（１）のガイド溝（１ａ）に係合させて、スピンドル（４）の回転が規制されていた。
【０００５】
上述した従来技術では、スピンドル（４）に対する移動スケール（１１）の位置決めをネジや接着剤で行い、一方、スピンドル（４）の回転規制はガイド棒（９）によって実現していた。すなわち、それぞれ別個の基準をもって位置決めや回転規制のための調整が行われていた。このため、相互の調整基準自体にずれがあった場合、移動スケール（１１）の姿勢が発光素子（１４）と受光素子（１６）とを結ぶ光路に対し傾いてしまう等、総合的な位置合わせが困難であった。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、スピンドルに対するスケールホルダの位置決めと、本体ケースに対するスピンドルの回転規制とを、共通の基準をもって容易に調整することができる変位測定器の提供を目的とする。また、スケールホルダの一部が、付勢ばねを係合する構造も備えることで、構成部品数の削減が可能となる。
【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の変位測定器は本体ケースと、本体ケースに組み込まれ軸方向に摺動自在なスピンドルと、スピンドルに装着されるスケールホルダと、本体ケース内でスケールホルダを挟んで対向位置に配設される発光素子及び受光素子とを含む変位測定器であって、更に、スピンドルに対するガラススケールの位置決めと、本体ケースに対するスピンドルの回転規制とを行うスケールホルダを備えたことを特徴とする。
【０００８】
このように、スピンドルに対するガラススケールの位置決めと、本体ケースに対するスピンドルの回転規制とを、スケールホルダという共通の基準をもって行う構成としたので、それらの調整が容易となり、発光素子と受光素子とを結ぶ光路に対しガラススケールを高精度に位置決めすることができる。言うまでもなく、発光素子と受光素子とを結ぶ光路に対するガラススケールの相対位置と姿勢は、スピンドルの変位量を検出する精度に大きな影響を与える。本発明によれば、これを高精度且つ容易に調整することが可能となる。
【０００９】
また、本体ケースには、スピンドルの軸方向に沿って回転規制用案内部が形成してあり、ここで、回転規制案内部は、スピンドルの軸方向に沿った溝部とすることもできる。スケールホルダは、スピンドルに固定されるとともに、本体ケースの回転規制用案内部の溝部に回転規制が係合する。このようにすることで、構成の簡素化を図ることが可能となり、変位測定器をいっそう小型化することができる。
【００１０】
さらに、スピンドルの先端部に、被測定物と接触する測定子を設けるとともに、スケールホルダと本体ケースとの間に、スピンドルを被測定物側へ付勢する付勢ばねを設けた構成とすることもできる。このように、スケールホルダを多機能化することで、部品点数を削減し小形化を図ることができる。また、部品点数が削減されることで、個々の部品精度のバラツキを合算した全体のバラツキが軽減されることとなり、より高精度に測定を行うことができる。
【００１１】
具体的には、本発明は次のように構成することができる。例えば、移動スケールを保持するスケールホルダに切欠き部を形成し、この切欠部をスピンドルに設けられた位置決め部に嵌合させることでスピンドルに対するガラススケールの位置決めを行うことができる。この構成により、煩雑な調整作業を必要とせず、容易にスピンドルに対するガラススケールの位置決めを実現することができる。
【００１２】
また、スピンドルには、中間部を切り欠いてこのスピンドルの中心軸と平行な平坦部が形成され、且つこの平坦部の一部に位置決め部が形成されており、スケールホルダの切り欠き部をこの平坦部に位置決めされる構成とすることができる。平坦部にスケールホルダを配置することで、スケールホルダが安定し、しかもスピンドルに対するガラススケールの位置決めがいっそう容易となる。
【００１３】
さらに、スピンドルには、平坦部にねじ穴が形成してあり、ねじ部材をこのねじ穴に螺合することでスケールホルダが固着される構成とすることができる。ねじ部材でスケールホルダを固着することにより、このねじ部材を緩めることでスケールホルダの平面位置を微調整することが可能である。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば、スピンドルに対するガラススケールの位置決めと、本体ケースに対するスピンドルの回転規制とを、共通の基準をもって容易に規定、調整することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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から図３は本発明の実施形態に係る変位測定器の全体構成を示す図であり、図１は外観斜視図、図２は分解斜視図、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）はＡ−Ａ線断面図である。
【００１６】
本実施形態に係る変位測定器は、本体ケース１０と、棒状のスピンドル２０と、スケールホルダ３０と、発光素子４０及び受光素子４１と、付勢ばね６０とを備えている。
【００１７】
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、１６がそれぞれ装着される。
【００１８】
スピンドル２０は、上記の各軸受部材１６、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。このとき、スケールホルダ３０のガラススケール３１は、発光素子４０と受光素子４１の中間部に配置される。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。
【００１９】
図４は、スピンドルを拡大して示す斜視図である。図４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が形成してある。この平坦部２２には、後述するスケールホルダ３０の切り欠き部３５と嵌合するための位置決め部２３としての突起が形成してあり、この位置決め部２３に後述するスケールホルダ３０が嵌合固定される。また、平坦部２２には、後述するスケールホルダ３０をねじ止めするために、ねじ孔２４が形成してある。これら位置決め部２３およびねじ孔２４は、スピンドル２０の中心軸上に中心を合わせて形成してある。このように中心軸上に中心を合わせて形成することで、位置決め部２３及びねじ孔２４を加工するときの作業性が良好となる。
【００２０】
図５は、スケールホルダを示す斜視図である。図５に示すように、スケールホルダ３０は、金属板で形成した枠板に、ガラススケール３１を組み込んだ構成となっている。ガラススケール３１には、一定間隔に遮光膜３３が形成してあり、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３０には、一端縁に切欠き部３５が形成してある。後述するように、切欠き部３５はスピンドルの位置決め部２３と係合してスピンドル２０に対しスケールホルダ３０を位置決めする機能を有しており、よって切欠き部３５の形成位置は、位置決め部２３の位置やスケールホルダ３０の配置などを考慮して決められる。
また、スケールホルダ３０には、後述する付勢ばねを係止するためのばね支持部３８と、スピンドル２０の回転規制を行うための回転規制部３９が形成されている。
さらに、スケールホルダ３０には、ねじ挿通孔３６が形成してある。
【００２１】
図６は、スケールホルダ３０と本体ケースの係合を示す斜視図である。図６に示すように、スケールホルダ３０には切り欠き部３５、スピンドル２０の回転規制部３９、付勢ばね支持部３８の各機能部分が形成されている。スピンドルに設けられたスケールホルダの位置決め部２３は、スピンドル２０の頭部側から一端に向かって形成されている。この位置決め部２３と切り欠き部３５との嵌合部はがたつきなく嵌合できる外径寸法に設定してある。
【００２２】
ばね支持部３８と回転規制部３９は、スピンドル２０から後述する本体ケースの回転規制用案内部１７側に突き出している。ばね支持部３８の切り欠き形状は、ばねの一端を保持できる形状であればよい。回転規制部３９は、ばね支持部３８の先端に形成され、後述する本体ケースの回転規制用案内部１７にがたつきなく係合する外径寸法に設定されている。
【００２３】
スケールホルダ３０は、切欠き部３５を位置決め部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３７によりスピンドル２０に嵌合される。ねじ部材３７は、スケールホルダ３０のねじ挿通孔３６を通してスピンドル２０のねじ孔２４に螺合してある。
このようにして、スケールホルダ３０は、位置決め部２３とねじ部材３７により、スピンドル２０に対し位置決め固定される。なお、スケールホルダ３０は、１本のねじ部材３７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３７を緩めるだけで容易にスケールホルダ３０の平面位置を微調整することが可能である。
【００２４】
図７は、発光素子と受光素子の構成を説明するための図である。図７（ａ）に示すように、発光素子４０と受光素子４１は、あらかじめフレキシブル基板（ＦＰＣ）に半田付けされている。発光素子４０としては、例えば、ＬＥＤを適用することができる。これら発光素子４０と受光素子４１は、図７（ｂ）に示すような状態で、断面コ字状をしたセンサホルダ４２に装着される。このとき、発光素子４０と受光素子４１は、一定の間隔をあけて互いに対向配置される。
【００２５】
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付け方法について、図２を主に参照して説明する。
既述したように位置決め部２３を備えたスピンドル２０は、この状態で本体ケース１０に組み込まれる。スケールホルダ３０は、回転規制部３９を本体ケース１０の回転規制用案内部１７に係合するとともに、本体ケース１０に組み込まれたスピンドル２０に対して装着される。本発明では、従来技術のように専用治具を必要としないため、本体ケース１０にスピンドル２０を組み込んだ後、スケールホルダ３０を後付けすることができる。
【００２６】
また、図２には示されていないが、センサホルダ４２には、あらかじめ発光素子４０と受光素子４１が装着されている。センサホルダ４２は、本体ケース１０のベース部材１１に組付けられる。
【００２７】
図８は、スケールホルダのばね支持部と付勢ばねの接合状態を示す拡大側面図である。図８に示すように、本体ケース１０のベース部材１１には、ばね受け部６１が形成され、このばね受け部６１に、付勢ばね６０の一端部分が係止される。
【００２８】
スピンドル２０は、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、１６によって軸方向に移動自在に支持される。この状態で、隔壁部材１２、１３がベース部材１１に装着されて、スピンドル２０の本体ケース１０への組み込みが行われる。
【００２９】
また、スケールホルダ３０のばね支持部３８に、付勢ばね６０の他端部が係止される。すなわち、付勢ばね６０は、その一端部がばね受け部６１に差し込まれた状態で、他端部がスケールホルダ３０に当接した状態で係止される（図８参照）。この付勢ばね６０により、スピンドル２０は先端に装着した測定子２１が突き出す方向へ常に付勢されている。さらに、スケールホルダ３０の回転規制部３９は、本体ケース１０の回転規制用案内部１７に係合配置される。この回転規制用案内部１７は、本体ケース１０のベース部材１１に長溝状に形成されており、本体ケース１０に組み込まれるスピンドル２０の軸方向に沿って延在している（図２参照）。
【００３０】
このような組付け状態において、スケールホルダ３０は、位置決め部２３との係合によってスピンドル２０に対し位置決めされている。また、付勢ばね６０は、ばね受け部６１とスケールホルダ３０のばね支持部３８との間で圧縮され、スケールホルダ３０（すなわち、スピンドル２０）に対して測定子２１を突き出す方向へ付勢する。さらに、スケールホルダ３０の回転規制部３９が、本体ケース１０の回転規制用案内部１７に係合することで、スピンドル２０の中心軸周りの回転が阻止される。
このように、本実施形態の変位測定器では、スケールホルダ３０が、スピンドル２０に対するガラススケール３１を位置決めするとともに、本体ケース１０に対するスピンドル２０の回転規制手段としても機能している。さらに、スケールホルダ３０は、付勢ばね６０からの付勢力を受けるばね受けとしての機能も有している。
【００３１】
各構成部材を本体ケース１０に組み込んだ後、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。
本実施形態に係る変位測定器は、本体ケース１０を固定するとともに、スピンドル２０の先端に装着した測定子２１を被測定物に当接させて、被測定物の変位量（長さを含む）を測定することができる。
例えば、基準面に測定子２１を当接させた際のスピンドル２０の位置に対する、被測定物の任意点に測定子２１を当接させた際のスピンドル２０の相対変位は、スケールホルダ３０の移動量に対応する。スケールホルダ３０の移動量は、発光素子４０と受光素子４１とを含む変位センサによって検出される。この検出結果に基づいて、図示しない演算回路により被測定物の変位量が算出される。
【００３２】
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、付勢ばね６０を引張り状態でスケールホルダ３０に係止する構成とすることもできる。
また、本体ケースに設ける回転規制案内部は、長溝状の形態に限定されるものではなく、スケールホルダの回転規制部と係合してこれの回転を規制する各種形態に形成することができる。
さらに、回転規制部は、スケールホルダと別体の構成でもよく、例えば、円筒形のピン状のものでもよい。
また、スピンドルに形成されている位置決め部は、スピンドルと別体に構成された位置決めピンであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態に係る変位測定器の全体構成を示す外観斜視図である。
【図２】本発明の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】本発明の実施形態に係る変位測定器の全体構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ線断面図である。
【図４】スピンドルを拡大して示す斜視図である。
【図５】スケールホルダを示す斜視図である。
【図６】スピンドルにスケールホルダを組み付けた状態を示す斜視図である。
【図７】発光素子と受光素子の構成を説明するための図である。
【図８】スピンドルとスケールホルダおよび付勢ばねの接合状態を示す拡大側面図である。
【符号の説明】
【００３４】
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：回転規制用案内部、
１９：隔壁、
２０：スピンドル、２１：測定子、２２：平坦部、２３：位置決め部、２４：ねじ孔、
３０：スケールホルダ、３１：ガラススケール、３２、３３：遮光膜、３４：光透過部
３５：切り欠き部、３６：ねじ挿通孔、３７：ねじ部材、３８：ばね支持部、
３９：回転規制部  
４０：発光素子、４１：受光素子、４２：センサホルダ、
６０：付勢ばね、６１：ばね受け部
【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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【図８】
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