(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に電気回路が設けられたケース本体と、スピンドルと、前記ケース本体に設けられ前記スピンドルを軸方向摺動自在に支持する軸受部とを備え、
前記ケース本体および前記軸受部は、ナノスケール物質を含む合成樹脂により一体成形され、
前記ケース本体は、導電性を有することを特徴とするダイヤルゲージ。
【請求項２】
請求項１に記載のダイヤルゲージにおいて、
前記ケース本体および前記軸受部は、射出成形によって形成されていることを特徴とするダイヤルゲージ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のダイヤルゲージにおいて、
前記スピンドルは、ナノスケール物質を含む合成樹脂の射出成形によって形成されていることを特徴とするダイヤルゲージ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のダイヤルゲージにおいて、
前記スピンドルは、軸方向に沿って導電部と非導電部が交互に形成された電極パターンを有するスケールを備え、
前記スケールは、ナノスケール物質を含む合成樹脂の射出成形によって形成されていることを特徴とするダイヤルゲージ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のダイヤルゲージにおいて、
前記ケース本体は、内部に前記スピンドルの変位運動を伝達する動力伝達部材を備え、
前記動力伝達部材は、ナノスケール物質を含む合成樹脂の射出成形によって形成されていることを特徴とするダイヤルゲージ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のダイヤルゲージにおいて、
前記ナノスケール物質は、カーボンナノファイバまたはカーボンナノチューブに代表されるカーボンナノスケール物質のいずれかであることを特徴とするダイヤルゲージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイヤルゲージに関する。
【０００２】
【背景技術】
一般的なダイヤルゲージとして、スピンドルの変位量を指針の回転角によって表示する指針式のダイヤルゲージと、スピンドルの変位量をデジタル表示するデジタル式のダイヤルゲージとが知られている。
指針式ダイヤルゲージは、ケース本体と、ケース本体の外周壁を貫通して軸方向摺動自在に支持されたスピンドルと、スピンドルの摺動量を指針の回転角に拡大して伝達する動力伝達機構とを備えて構成されている。
ケース本体は、スピンドルを軸方向に摺動案内する軸受としてブッシュを備えている。動力伝達部材は、ラックアンドピニオン等を備えた歯車列である。
一方、デジタル式ダイヤルゲージは、前記動力伝達機構に換えて、スピンドルの摺動量を検出する静電容量式エンコーダと、エンコーダの検出値を演算処理する電気回路とを備えている。
【０００３】
このようなダイヤルゲージの製造工程においては、ケース本体を亜鉛鋳造により成形し、これとは別個にブッシュを摺動性、耐摩耗性の良好な材料、例えば、真鍮などで形成する。さらに、ケース本体にブッシュを組み付ける。スピンドルは円筒研削によって形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ケース本体とブッシュとを別個に形成し、これを組み付けるので、部品点数の増加と、組立工程の増加を避けられず、製作効率の低減と高コスト化に繋がる。
金属を所望の形態に機械加工するには、大変な時間と費用を必要とする。さらに、スピンドルとブッシュの摺動性を良好にするためにラッピングなどの加工によって摺動面の仕上がりを精密にしなければならない。このような精密加工を必要とするため、生産ラインの複雑化や高コスト化に繋がるという問題がある。
【０００５】
ブッシュとスピンドルとの摺動を繰り返すことにより、やはり、摩耗するという問題がある。スピンドルとブッシュとの間に潤滑剤などを使用した場合には、ゴミが付着しやすいという問題がある。
スピンドルが金属、例えば、ステンレス等で形成されて重量が大きくなると、被測定物およびスピンドルが荷重によって変形するため測定誤差に繋がるという問題がある。
測定精度を維持するためには、スピンドルを始めとするダイヤルゲージの構成部品の線膨張を一定の範囲内に抑える必要がある。そこで、従来は測定条件として、例えば、温度を２０±１０度に制限することによって線膨張による誤差を抑えている。しかしながら、高温や低温など過酷な測定環境においては測定誤差を生じるという問題がある。
【０００６】
動力伝達部材に使用される歯車などは、一定の剛性を維持しなければならないため、一定の厚みと大きさを必要とする。そのため、ダイヤルゲージ自体の大きさを小型化することが難しいという問題がある。
デジタル式ダイヤルゲージの場合、内部の電気回路が周囲の磁界および電界によって誤作動もしくは破損されるという問題が生じる。
【０００７】
本発明の目的は、従来の問題を解消し、簡便に製造でき、測定精度が向上され、かつ、耐用年数が長いダイヤルゲージを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のダイヤルゲージは、内部に電気回路が設けられたケース本体と、スピンドルと、前記ケース本体に設けられ前記スピンドルを軸方向摺動自在に支持する軸受部とを備え、前記ケース本体および前記軸受部は、ナノスケール物質を含む合成樹脂により一体成形され、前記ケース本体は、導電性を有することを特徴とする。
【０００９】
一般に合成樹脂は、脆弱で線膨張率が大きいものであるが、ナノスケール物質（例えば、カーボンナノファイバ)を合成樹脂の母材（例えば、ポリスチレン)に添加すると、剛性の強化、線膨張の抑制、耐磨耗性能の向上、摩擦係数の低下、熱伝導率の向上などの効果が得られる。さらに、ナノスケール物質を添加し、適宜諸条件を設定することにより、合成樹脂に導電性または絶縁性を付与することができる。この理由は正確には分かっていないが、ナノスケール物質が合成樹脂内でネットワークを築くことに基づくとされている。
【００１０】
よって、ナノスケール物質を含む合成樹脂によって軸受部を形成することができる。さらに、この軸受部をケース本体とともに一体成形することにより、ダイヤルゲージの組立に要する部品点数を削減することができる。よって、ケース本体および軸受部の製造工程が簡略化され、低コスト化を図ることができる。
ナノスケール物質を含む合成樹脂で形成されたケース本体および軸受部は、線膨張係数が小さいので、線膨張による誤差を排除することができる。線膨張係数が小さいので、測定の温度に制限を受けることなく高温や低温など過酷な条件でも精密な測定を行うことができる。例えば、軸受部の線膨張が低減されれば、スピンドルの摺動を常に正確に案内することができる。
【００１１】
摩擦係数が小さいことから、摺動性がよく、スピンドルと軸受部とを潤滑剤なしでも円滑に摺動させることができる。よって、汚れやゴミがつきにくいものとできる。耐摩耗性能が向上することから、軸受部とスピンドルの繰り返しの摺動によっても摩耗することがなく、測定精度を維持することができる。
剛性が強化されることから、ケース本体を薄型化、小型化することも可能である。
合成樹脂であるのでケース本体を軽いものとし、ダイヤルゲージ自体の重量を軽量化することができる。よって、持ち運びを始め、スタンドにダイヤルゲージをセットする場合など取り扱いの便が向上される。
合成樹脂であるので、金属に比べて手になじみやすく金属アレルギーなどの心配もない。
【００１２】
ナノスケール物質を含んだ合成樹脂によって、ケース本体を導電性に形成することができる。すると、デジタル表示式のダイヤルゲージでケース本体内に電気回路を備えている場合には、ケース本体が磁気シールドとして機能し内部の電気回路を保護することができる。よって、電気回路の誤作動や破損を防止することができ、その結果、測定精度を向上させることができる。
【００１３】
前記ケース本体および前記軸受部は、射出成形によって形成されていることが好ましい。
【００１４】
射出成形によって成形することにより、機械加工を必要としないため簡便に製造することができる。よって、生産ラインや製造工程を簡略化することができ、コストを削減することができる。ナノスケール物質を含んだ合成樹脂は、成形性能にすぐれ、型からの転写性がよく、射出成形であっても精密な成形が可能である。型転写性が良いので、射出成形後に軸受部に表面仕上げなどの加工を施す必要もない。
【００１５】
前記スピンドルは、ナノスケール物質を含む合成樹脂の射出成形によって形成されていることが好ましい。
【００１６】
このようにスピンドルがナノスケール物質を含む合成樹脂により形成されることにより、スピンドルについて、剛性の強化、線膨張の抑制、耐磨耗性能の向上、摩擦係数の低下、熱伝導率の向上などの効果が得られる。
剛性を強化しつつ、合成樹脂による軽量化を図ることができるので、スピンドルを被測定物に当接させた際に、スピンドルおよび被測定物が荷重で変形することがなく、測定精度を向上させることができる。
耐摩耗性の向上、摩擦係数の低下により、潤滑剤なしでスピンドルと軸受部との間の摺動を円滑にできるとともに、耐用年数を伸ばすことができる。
線膨張率が小さいことから、スピンドルの熱膨張を抑えることができ、高温あるいは低温などの過酷な測定条件でも精密に測定することができる。
【００１７】
型転写性がよいので、射出成形によってスピンドルを精密に形成することができ、射出成形後に研削や表面仕上げを必要としない。よって、製造工程を簡略化することができ、低コスト化を図ることができる。
【００１８】
デジタル表示式のダイヤルゲージの場合には、ケース本体に軸方向摺動自在に支持されたスピンドルを備えるダイヤルゲージにおいて、前記スピンドルは、軸方向に沿って導電部と非導電部が交互に形成された電極パターンを有するスケールを備え、前記スケールは、ナノスケール物質を含む合成樹脂の射出成形によって形成されていることが好ましい。
【００１９】
ナノスケール物質を添加し、適宜諸条件を設定することにより、合成樹脂に導電性または絶縁性を付与することができる。そこで、例えば、スピンドルをナノスケール物質を含む合成樹脂で絶縁体として射出成形した後、さらに、ナノスケール物質を含んだ合成樹脂で導電性を有する電極を二重成形してもよい。すると、スケールを簡便に、かつ、低コストで製造することができる。スピンドルとは別個に形成したスケールを貼り付ける場合に比べて、スピンドルにスケールを直接設ける構成であれば、電極が剥離したり、電極にそりが生じることがないので、測定精度を精密に保つことができる。
【００２０】
前記ケース本体が、内部に前記スピンドルの変位運動を伝達する動力伝達部材を備える場合には、前記動力伝達部材は、ナノスケール物質を含む合成樹脂の射出成形によって形成されていることが好ましい。
【００２１】
動力伝達部材として、例えば、ラックや歯車列などがナノスケール物質を含む合成樹脂で形成されることにより、動力伝達部材の剛性、耐摩耗性が向上する。よって、繰り返しの使用に耐えることができる動力伝達部材とすることができる。剛性が強化されることから、剛性を維持しつつ動力伝達部材を小型化、薄型化することができ、その結果、ダイヤルゲージ自体を小型化、軽量化することができる。
射出成形であれば、成形が簡便であり、製造工程を簡略化することにより低コスト化を図ることができる。
【００２２】
以上において、前記ナノスケール物質は、カーボンナノファイバまたはカーボンナノチューブに代表されるカーボンナノスケール物質のいずれかであることが好ましい。
【００２３】
カーボンナノスケール物質とは、カーボンナノファイバを代表として、カーボンナノチューブ、フラーレンなどの炭素原子によって構成されるナノスケール物質を意味する。このようなカーボンナノスケール物質を合成樹脂（例えば、ポリスチレン)などの母材に添加すると、剛性の強化、線膨張の抑制、耐摩耗性能の向上、摩擦係数の低下、熱伝導率の向上などの効果が得られる。その他、導電性、絶縁性を付与することもできる。よって、このようなカーボンナノスケール物質を含んだ合成樹脂を用いて、ダイヤルゲージの構成部材、例えば、ケース本体、軸受部、スピンドル等を形成することにより、ダイヤルゲージの性能を向上させることができる。合成樹脂であるので、射出成形によって成形することができる。その結果、製造工程を簡略化することができ、低コスト化に繋げることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
（第１実施形態)
図１に本発明のダイヤルゲージとして、指針式のダイヤルゲージを示す。図１は、ダイヤルゲージの裏蓋をはずした図である。
このダイヤルゲージ１は、ケース本体１１と、このケース本体１１の外周壁を貫通して軸方向摺動自在に支持されたスピンドル１２と、このスピンドル１２の変位を動力伝達する動力伝達部１３と、動力伝達部１３によって伝達された動力をスピンドル１２の変位量として表示する表示部（不図示)とを備えて構成されている。
【００２５】
ケース本体１１は、内部に空間を有する短円筒状であり、外側面には図１中下方に突出する筒状のステム１１１が設けられている。外側面にはスピンドル１２が摺動する貫通孔が形成され、この貫通孔がスピンドル１２の軸を摺動案内する軸受部１１２となっている。ケース本体１１は軸受部１１２およびステム１１１を含んで、カーボンナノファイバを含む合成樹脂によって一体成形されている。この成形は、射出成形による。
【００２６】
スピンドル１２は、軸方向に沿って設けられたラック１２１と、先端に螺合された接触部１２２とを備えて構成されている。このスピンドル１２は、ラック１２１を含めてカーボンナノファイバを含んだ合成樹脂によって一体成形されている。この成形は射出成形による。
【００２７】
動力伝達部１３は、スピンドル１２のラック１２１から動力を伝達を伝達する動力伝達部材としての歯車列によって構成されている。歯車列は、スピンドル１２のラック１２１に噛合したピニオン１３１と、このピニオン１３１と一体回転する大歯車１３２と、この大歯車１３２に噛合して表示部の指針１４１を回転させる指針軸１３３と、指針軸１３３に噛合してバックラッシュを防ぐバックラッシュ防止歯車１３４とを備えて構成されている。この歯車列の各歯車は、カーボンナノファイバを含んだ合成樹脂によって形成されている。この形成は射出成形による。
【００２８】
このようなダイヤルゲージ１によれば、次の効果を奏することができる。
（１)ケース本体１１、スピンドル１２、動力伝達部１３が、カーボンナノファイバを含む合成樹脂によって形成されているので、剛性が強化され、線膨張係数が小さく、摺動性がよく、耐摩耗性能が向上される。よって、測定精度が向上されるとともに、耐用年数が伸びる。
（２)カーボンナノファイバを含んだ合成樹脂は、摺動性がよく、耐摩耗性が向上されることから、ケース本体１１に軸受部１１２を一体的に形成することができる。よって、軸受としてブッシュなどを別個に要する場合に比べて、部品点数を削減し、製造工程の簡略化することができる。その結果、製造効率の向上および低コスト化を図ることができる。この際、摩擦係数が小さく摺動性がよいので、スピンドル１２と軸受部１１２との間に潤滑剤などを必要としないので、ゴミなどが付着しにくい。さらに、耐摩耗性が優れていることから、スピンドル１２の摺動を繰り返しても軸受部１１２およびスピンドル１２が摩耗することがなく、耐用年数が長く、かつ測定精度を長きに渡って維持することができる。
【００２９】
（３)カーボンナノファイバを含んだ合成樹脂は、型転写性が良いので、ケース本体１１、スピンドル１２および動力伝達部材１３を射出成形によって形成することができる。この際、ケース本体１１は軸受部１１２を含んで形成される。スピンドル１２はラック１２１を含んで形成することができ、射出成形後に機械加工や表面仕上げなどの加工を施す必要がない。より高度な表面仕上げをする場合でも、その仕上げ工程を従来よりも短縮することができる。よって、製造工程を簡略化し、低コスト化を図ることができる。
【００３０】
（４)動力伝達部１３の各歯車が、カーボンナノファイバを含んだ合成樹脂によって形成されているので、剛性を維持したまま歯車（ピニオン１３１、大歯車１３２、指針軸１３３、バックラッシュ防止歯車１３４)を小型化、薄型化することができる。よって、ダイヤルゲージ１自体を小型化、軽量化することができる。
（５)ケース本体１１は、カーボンナノファイバを含んだ合成樹脂によって形成されているので、剛性を維持したまま薄型化できる。よって、ダイヤルゲージ１を小型化、軽量化することができる。
【００３１】
（６)スピンドル１２が、カーボンナノファイバを含んだ合成樹脂で形成されているので、剛性を維持したままスピンドル１２が軽量化される。よって、スピンドル１２が被測定物に当接した場合でも、被測定物およびスピンドル１２が荷重で変形することがなく、測定精度が向上される。ケース本体１１もカーボンナノファイバを含んだ合成樹脂で形成されるので、ケース本体１１も軽量化される。その結果、ダイヤルゲージ１を軽量化することができ、持ち運びなど取り扱いに優れたものとできる。
【００３２】
（７)線膨張係数が小さいので、高温または低温などの過酷な測定条件下でもスピンドル１２等が変形することがなく、精密な測定を行うことができる。
（８)ケース本体１１およびスピンドル１２が合成樹脂で形成されているので、手で握った場合でも手になじみ易く、また、金属アレルギーなどの心配もない。
【００３３】
（第２実施形態)
図２に、本発明のダイヤルゲージの第２実施形態としてデジタル式のダイヤルゲージ２を示す。基本的な構成は第１実施形態と同様であるが、第２実施形態が第１実施形態と異なるのは次の点である。
スピンドル１２には、軸方向に沿って静電容量式のスケール１２３が設けられている。このスケール１２３は、電極パターンとして導電部１２３Ａと絶縁部１２３Ｂがスピンドル１２の軸に沿って所定のピッチで形成されている。図３に、スピンドル１２を一部破断した拡大図を示す。絶縁部１２３Ｂは、スピンドル１２自体であり、すなわち、カーボンナノファイバを含んだ合成樹脂でスピンドル１２が絶縁体として形成されたものである。導電部１２３Ａは、スピンドル１２を射出成形した後、カーボンナノファイバを含む合成樹脂で導電性が付与されたものが、スピンドル１２の上に二重成形されたものである。
【００３４】
ケース本体１１の内部には、スケール１２３の電極パターンと静電結合してスピンドル１２の変位量を検出する検出ヘッド１５と、検出ヘッド１５からの検出値を演算処理する電気回路１６とが設けられている。演算処理された検出値は測定値として図示しない表示部に表示される。ここで、ケース本体１１は、カーボンナノファイバを含んだ合成樹脂で導電性を有するものが使用される。
【００３５】
このような構成によれば、第１実施形態の効果（１)（２)（５)（６)（７)（８)と同様の効果に加えて、次の効果を奏することができる。
（９)ケース本体１１が導電性を有するので、ケース本体１１が電磁シールドとなり、内部の電気回路１６が外部の磁界および電界から遮蔽される。その結果、ケース本体１１内部の電気回路１６が保護されるので、破損や誤作動を防ぐことができ、測定精度を精密に保つことができる。
（１０)スピンドル１２が絶縁体であるので、外部から静電気がスピンドル１２を伝わってケース本体１１内に浸入することがない。例えば、帯電した被測定物にこのスピンドル１２を当接させても、電気がスピンドル１２を伝わって内部の電気回路１６に侵入することがない。よって、電気回路１６の破損や誤作動を防ぎ、測定精度を精密に保つことができる。
（１１)スケール１２３の電極パターンを、直接スピンドル１２に形成している。つまり、ナノスケール物質を含む合成樹脂で絶縁体としてスピンドル１２を射出成形した後、さらに、ナノスケール物質を含んだ合成樹脂で導電性を有する電極を二重成形している。よって、電極パターンを簡便に、かつ、低コストで製造することができる。
（１２)スピンドル１２の軸を中心としてぐるりと電極パターンが形成されているので、スピンドル１２が軸中心に回転しても、検出ヘッド１５と静電結合することができる。よって、スピンドル１２の回り止めなどを設ける必要がない。その結果、製造工程を簡略化できるとともに、ダイヤルゲージ２を小型化することができる。
【００３６】
尚、本発明のダイヤルゲージは、上記実施形態にのみ限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
第２実施形態において、スピンドル１２は、軸を中心に周囲全体に電極パターンが形成されているが、例えば、図４に示されるようにスピンドル１２の一部を軸に沿って平面状に切り欠いて、この平面部分に電極パターンを形成してもよい。このような構成によれば、検出ヘッド１５とスケール１２３とのギャップ保持を確実にできるなど、検出ヘッド１５とスケール１２３との静電結合を確実にすることができる。
【００３７】
上記実施形態においては、ケース本体１１のみならず、スピンドル１２、動力伝達部１３もカーボンナノファイバを含んだ合成樹脂によって形成されているが、スピンドル１２、動力伝達部１３は、カーボンナノファイバを含んだ合成樹脂ではなく、例えば金属で形成されていてもよい。ケース本体１１が軸受部１１２を含んでカーボンナノファイバを含んだ合成樹脂で射出成形により一体成形されていれば、部品点数の削減や製造ラインの簡略化により低コスト化を図ることができる。
上記実施形態において、軸受部１１２はケース本体１１に形成されているが、スピンドル１２の先端側（接触部１２２側)を支持する軸受部は、ステム１１１に設けられてもよい。
【００３８】
上記実施形態においては、ケース本体１１、スピンドル１２および動力伝達部１３は、カーボンナノファイバを含んだ合成樹脂によって射出成形した後、機械加工や表面仕上げを行わないとしたが、射出成形後に機械加工や表面仕上げを行ってもよいことはもちろんである。カーボンナノファイバを含む合成樹脂は、鋼材と同等の硬度を有しているため、従来の合成樹脂に比較して機械加工が容易である。
【００３９】
第２実施形態において、スピンドル１２のスケール１２３はケース本体１１内に収まるように形成されているが、スピンドル１２が摺動されたときにスケール１２３がケース本体１１の外部へ露出する構成でもよい。スケール１２３がカーボンナノファイバを含む合成樹脂で形成されていれば、耐摩耗性、摺動性に優れるので、スケール１２３が摺動部となってもよいからである。このような構成によれば、スピンドル１２の長さを短くすることができ、その結果、ダイヤルゲージ２を小型化することができる。
【００４０】
ナノスケール物質としては、カーボンナノファイバに限らず、カーボンナノチューブ、フラーレンなど炭素を主要構成要素とするナノスケール物質を用いることができる。
合成樹脂の母材としては、ポリスチレンやポリカーボネイトなどを用いることができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明のダイヤルゲージによれば、簡便に製造でき、測定精度が向上され、かつ、耐用年数を長くすることができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のダイヤルゲージの第１実施形態として指針式ダイヤルゲージの裏蓋をはずした図である。
【図２】本発明のダイヤルゲージの第２実施形態としてデジタル式ダイヤルゲージを示した図である。
【図３】前記第２実施形態において、スピンドルのスケールを示す一部破断図である。
【図４】第２実施形態のスピンドルの変形例を示す図である。
【符号の説明】
１、２  ダイヤルゲージ
１１      ケース本体
１２      スピンドル
１３      動力伝達部
１６      電気回路
１１２      軸受部
１２１      ラック（動力伝達部材)
１２３      スケール
１２３Ａ      導電部
１２３Ｂ      絶縁部
１３１      ピニオン（動力伝達部材)
１３２      大歯車（動力伝達部材)
１３３      指針軸（動力伝達部材)
１３４      バックラッシュ防止歯車（動力伝達部材)
【図１】
0003924497.tif 000002
【図２】
0003924497.tif 000003
【図３】
0003924497.tif 000004
【図４】
0003924497.tif 000005