(57)【要約】【課題】静圧気体軸受を利用してリング体の振れを簡単で精度よく測定できるようにする。【解決手段】  フランジを有する中空シャフトの内径からシャフト外周に開口する放射状の孔を設け、測定物であるリング体を該シャフトに挿入して内径からシャフト外周に開口する放射状の孔から加圧空気を噴射してリング体を非接触状態で把持し、求心力を得るためにシャフト下部の気体の流れの為の溝を設け、リング体重量によっては求心の為に浮上させる中空シャフトの内径に連通する給気孔をフランジに設け、かつリング体によっては求心力が最大になるようにシャフト中央部に適切に大気開放溝を設け、精度の高い振れ測定を可能にする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面にシャフト受け部が設けられ、該シャフト受け部の底面に加圧空気の供給口が設けられたホルダを備える本体と、
前記ホルダのシャフト受け部に嵌挿されるシャフト基部および測定対象のリング体の載置面を有するフランジ部が一体成形され、前記ホルダに嵌挿したとき、前記供給口に接続される加圧空気供給路が設けられていると共に、フランジ部上方のシャフト周面に前記加圧空気路に連通する複数の噴射口が形成された中空シャフトとを備え、
前記載置面と前記中空シャフトとの境界に設けられた円周溝および前記円周溝よりフランジ周面に達する、少なくとも一箇所の溝とが設けられており、前記噴射口より噴射される加圧空気を前記リング体の内周面に吹きつけセンタリングし、測定することを特徴とする外径振れ測定装置。
【請求項２】
上面にシャフト受け部が設けられ、該シャフト受け部のほぼ中央に加圧空気の供給口が設けられたホルダを備える本体と、
前記ホルダのシャフト受け部に嵌挿されるシャフト基部および、測定対象のリング体の載置面を有するフランジ部が一体成形され、前記ホルダに嵌挿したとき、前記供給口に接続される加圧空気供給路が設けられていると共に、フランジ部上方のシャフト周面に前記加圧空気路に連通する複数の噴射口が形成された中空シャフトとを備え、
前記載置面と前記中空シャフトとの境界に設けられた円周溝および、前記円周溝よりフランジ周面に達する、少なくとも一箇所のラジアル溝とが設けられると共に、前記中空シャフト周面上に設けられた上方の噴射口と下方の噴射口のほぼ中間位置に設けられた環状の中央逃げ溝と、前記環状の中央逃げ溝の周面上に設けられた、少なくとも一箇所の内部への吸入口および、前記吸入口より前記中空シャフト上端面に設けられた排気口に連通される通路とが設けられた前記噴射口より噴射される加圧空気を前記リング体の内周面に吹きつけセンタリングし、測定することを特徴とする外径振れ測定装置。
【請求項３】
前記加圧空気供給路より前記載置面に開口する浮上用噴射口を備え、前記リング体を前記載置面より浮上させ、非接触に保持することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の外径振れ測定装置。
【請求項４】
前記リング体が前記中空シャフトへ挿入されたことを感知するリミットセンサと、
前記リミットセンサから信号を受け、加圧空気の供給弁を開閉制御する電磁弁と、
前記加圧空気の流路に設けられたエアフィルタと、
前記加圧空気の圧力調整をするレギュレータと、
前記加圧空気の流量調節をするスロットルバルブと、
を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の外径振れ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リング状製品として中心孔を有するリング体（以下、リング体と称す）を非接触で保持し、外径振れおよび端面振れを高精度で測定可能な外径振れ測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本件の様な振れの幾何公差測定をする際、実際のリング体のデータム形体からデータムを設定する必要がある。
リング体の振れや同心度の場合にはデータム形体は内径面、データムは、主にその中心線である。リング体のこれらの測定は、通常、市販の真円度計を使用してリングの外径を保持し、予め心出し操作で上下の内径の仮想中心を求め、前記仮想中心による仮想中心線を基準として内外径の真円度や円筒度、端面直角度を測定している。
【０００３】
また、外径振れや端面振れは、リング中央孔の内径を両方向からテーパを持ったバーを押し当て、リング形状体を手で回転させながらダイアルインジケータで測定することも知られている。
その他、中空シャフトを支持する治具内部の座ぐり孔より上端面へ向かって設けられた複数の噴出口と、リング体保持用の中空シャフト内部よりシャフト外周面に向かって設けられた複数の噴出口から、加圧空気をスラスト方向およびラジアル方向へ噴射し、空気圧によりリング体を浮上させると共に、リング体の中心孔を非接触でセンタリングし、リング体を回転させながら外径振れおよび端面振れを測定する方法は周知の技術である。
これらの先行技術は、例えば特許文献１から特許文献３に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】実開平７−８７０２号公報
【特許文献２】特開平６−２４１７０３号公報
【特許文献３】特開２００６−９８１９７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、気体膜をこの様に利用するのは良いが測定精度上、気体膜の剛性（求心力）や角剛性は、ダイヤルインジケータの測定力や、リング体の重心のずれによる傾き力、また回転させる力等に対して、十分に大きい事が必要となる。
また、測定対象であるリング体は様々な形状を有し、気体膜の剛性や角剛性を確保できず、精度上問題を生じることがある。
例えば、重量のあるリング形状体では中空シャフト下部からフランジ上面の空気の流れが滞る。
また、リング体の孔の直径が小さい場合、孔の直径に対して孔の長さが小さい場合、精度上必要な求心力や角剛性が確保し難く、問題を生じる可能性が大きい。
従って先の例は、精度を確保するための求心力や角剛性は比較的得やすい場合の例であり、特定のリング形状体固有の重量、寸法、形状の時には問題ないかも知れないが、一般的に使用される様々な形状を有するリング体では問題を生じる場合も多い。
【０００６】
本発明の目的はリング体を非接触で保持することにより、様々なリング体を高精度に外径振れを測定可能な外径振れ測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成する為、請求項１の発明に係る外径振れ測定装置は、上面にシャフト受け部が設けられ、該シャフト受け部の底面に加圧空気の供給口が設けられたホルダを備える本体と、ホルダのシャフト受け部に嵌挿されるシャフト基部および、リング体の載置面を有するフランジ部が一体成形され、ホルダに嵌挿したとき、供給口に接続される加圧空気供給路が設けられていると共に、フランジ部上方のシャフト周面に加圧空気路に連通する複数の噴射口が形成された中空シャフトとを備え、載置面と中空シャフトとの境界に設けられた円周溝および、円周溝よりフランジ周面に達する、少なくとも一箇所の溝とが設けられていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明に係る外径振れ測定装置は、上面にシャフト受け部が設けられ、該シャフト受け部のほぼ中央に加圧空気の供給口が設けられたホルダを備える本体と、ホルダのシャフト受け部に嵌挿されるシャフト基部および、リング体の載置面を有するフランジ部が一体成形され、ホルダに嵌挿したとき、供給口に接続される加圧空気供給路が設けられていると共に、フランジ部上方のシャフト周面に加圧空気路に連通する複数の噴射口が形成された中空シャフトとを備え、載置面と中空シャフトとの境界に設けられた円周溝および、中空シャフト周面上に設けられた上方の噴射口と下方の噴射口のほぼ中間位置に設けられた環状の中央逃げ溝と、円周溝よりフランジ周面に達する、少なくとも一箇所のラジアル溝とが設けられると共に、環状の中央逃げ溝の周面上に設けられた、少なくとも一箇所の内部への吸入口および、吸入口より中空シャフト上端面に設けられた排気口に連通される通路とが設けられることを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２において、加圧空気供給路より載置面に開口する浮上用噴射口を備え、リング体を載置面より浮上させ、非接触に保持することを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれかにおいて、リング体が中空シャフトへ挿入されたことを感知するリミットセンサと、前記リミットセンサから信号を受け、加圧空気の供給弁を開閉制御する電磁弁と、加圧空気の流路に設けられたエアフィルタと、加圧空気の圧力調整をするレギュレータと、加圧空気の流量調節をするスロットルバルブと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、計測に適切な気体膜を用いているので、基本的に接触を伴う近似的なデータムの設定方法よりも、リング体の表面粗さやうねりがある複雑な実際の内径面を、気体膜による非接触な方法で、接触による傷や摩耗の誤差の影響もなく、三次元空間的にも一瞬で平均化、位置決めし、またその面を直接回転する軸受面とする事で、より理想的な軸データムの設定ができ、迅速に高精度で安定した測定ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明はリング体の載置面となるフランジ部を有する中空シャフトを本体のシャフト受け部に嵌挿し、中空シャフトの内部からフランジ部上方のシャフト周面に加圧空気を噴射し、フランジ部と中空シャフトとの境界に設けられた円周溝からラジアル溝を介してフランジ周面に加圧空気を開放し、気体膜で非接触にリング体を求心することにより実現した。
【実施例１】
【００１３】
本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。図１は本発明に係る外径振れ測定装置の実施例を示す斜視図、図２は同断面図である。
【００１４】
外径振れ測定装置１はリング体２の外径振れおよび端面振れを測定する装置であって、リング体２を挿入する中空シャフト３Ａと、ホルダ４を高さ調整可能に嵌挿する本体５とから構成される。本体５は基礎台である略正方形のベース６に固定され、作業台の上へ設置される。図２に示すような周方向に溝を有するリング体２Ａの振れ測定を行う場合、接触型の変位センサとして、例えばダイアルインジケータ８の先端が溝中心に一致するようにホルダ４を軸方向に移動させて、ホルダ４の高さ調整を行う。
【００１５】
図３は中空シャフト３Ａの外観を示す斜視図、図４は中空シャフト３の断面図である。
中空シャフト３Ａはシャフト中間に円形のフランジ部３２が形成され、このフランジ部３２の上側にシャフト部３１およびフランジ部３２の下側にシャフト基部３３のそれぞれが設けられており、シャフト内部にはシャフト上端側が閉じられ、シャフト下端を開放した孔７が中心に形成されている。
【００１６】
シャフト部３１は外周面に噴出孔３ａと軸方向に所定間隔を置いて噴出孔３ｂが設けられ、且つそれぞれを円周方向に９０度回転させた位置に配置されており、全体で８個設けられている。
前記噴出孔３ａの孔径は、求心力を得る為には出来るだけ小径が望ましい。しかし、小径になるほど加工が困難になる為、またリング体の内径の寸法公差範囲が大きい場合では、孔径が小さ過ぎると求心が得られる内径の範囲が狭くなる為、測定に悪影響を及ぼさないよう考慮し孔径値を適宜選択する。
また、孔の個数に関しては、リング体の内径が比較的大きい場合には１列当たり６個又は８個とするが、内径の小さい場合には、孔数が多いと、孔径による絞り効果が低下し必要な求心力が得られないこともあり、１列当たり４個と減じた方が適切な時もある。
更に、形成位置に関し、基本的には角剛性の為にも２列給気が望ましく、孔を外力であるダイヤルインジケータの測定力に対し対向させる等、負荷が掛かる方向に配慮する。その他、軸端からの孔の位置は軸長の４分の１程度が望ましいが、これが小さ過ぎる時は消費空気量過大となるので１列給気となる。
前記を踏まえ、噴出孔３ａの孔径、形成位置、個数はリング体に合わせ適宜選択される。
【００１７】
フランジ部３２はシャフト部３１よりも大径の直径を有し、上端面に位置する載置面３２ａとシャフト部３１の境界に円周溝３２ｂが形成されている。載置面３２ａには円周溝３２ｂからフランジ部の半径方向に延び、ブランジ周側面に開放したラジアル溝３２ｃが設けられており、円周溝３２ｂとラジアル溝３２ｃはおよそ同じ深さに形成されている。円周溝３２ｂは載置面３２ａとシャフト面が交差する部分の近辺の気体の逃げ溝として作用する。
【００１８】
シャフト基部３３はフランジ部３２より小さい直径を有し、外周面にＯリング３３ａを嵌めるリング溝３３ｂが設けられており、ホルダ４に気密に装着される。
【００１９】
ホルダ４は中空シャフト３のシャフト基部３３を嵌合するための座ぐり孔４１が設けられており、この座ぐり孔４１の底面ほぼ中央部にはホルダ底面に開口する給気孔４２が形成されている。ホルダ底面側には給気孔４２に連通するエルボ４３が取り付けられ、このエルボ４３および管４４を介して加圧空気源に接続され、中空シャフト３Ａに加圧空気が供給される。
【００２０】
本体５にはエルボ４３に管４４を連結するための配管孔５１が形成されている。本体５の上面部のほぼ中央には配管孔５１に達するホルダ孔５２が形成されており、このホルダ孔５２にホルダ４が取り付けられる。本体５の側面にはボルト穴５３がホルダ孔５２に達するように設けられ、ホルダ孔５２にホルダ４を嵌装した後、ボルト５４をねじ込んでホルダ部４の高さ位置を調整し固定する。
【００２１】
ホルダ４の座ぐり孔４１には中空シャフト３Ａのシャフト基部３３を挿嵌する。シャフト基部３３にはＯリング３３ａが嵌められているので、座ぐり孔４１の内面との間の気密性が保持される。符号５５は本体５とベース６とを固定するボルトである。
【００２２】
実施例１の作用を説明する。外径振れ測定にはダイアルインジケータ８（図２参照）を適用している。ダイアルインジケータ８を用いると測定力がリング体に作用する。レーザ変位センサや静電容量式のセンサ等の非接触型センサを使用するとこの力がリング体に作用しないので、より精度の高い測定ができる。
【００２３】
リング体２Ａの中心孔を中空シャフト３Ａに貫通させてリング体２Ａをセットする。この時、リング体２Ａは載置面３２aに載置された状態である。加圧空気源から給気され、流量調整された加圧空気が中空シャフト３Ａの各噴出孔３a，３ｂより噴射され、この給気圧力の分布でリング体２Ａが中空シャフト３に対して非接触状態でセンタリングされ把持される。リング体２Ａと中空シャフト３Ａ間に給気された加圧空気のうち、上向きの気流は中空シャフト端から大気開放され、一方下向きの気流は円周溝３２ｂからラジアル溝３２ｃを通り大気開放される。本例ではリング体を浮上させない。
【００２４】
もし、この円周溝３２ｂとラジアル溝３２ｃがないと、リング体２Ａが浮上するような力が発生し、軽量な場合には浮上する。
しかし条件によって、例えばリング体の内径面と端面との交わる部分の面取りの有無、或いはその形状により、気体の溜る空間が形成される。孔絞りの後にこのような溜りがある為、気体が圧縮、膨脹することにより、リング体２Ａは浮上と接触といった軸方向の振動を繰返し発生する。給気圧力が高い場合も同様の現象が起こりやすい。これが、ニューマティックハンマーと言われる現象でこれを防止するために載置面３２ａに半径方向に開放されたラジアル溝３２ｃを設け、尚且つ、加圧空気の中空シャフト下部表面の下方向の流れが滞ることを防ぎ、より安定にセンタリング作用が働くようにしてある。
尚、この溝が無い場合で、且つリング体が著しく軽い場合は浮上し下方向流が滞る事はないが、徐々に重量が増していくと場合によって上記の様に振動(ニューマティックハンマー)し、更に重量が増すとフランジ面に密着し、下方向流が止まり求心力を損なう。
【００２５】
実施例１によれば、ダイヤルインジケータ８の測定力（数十グラム）がリング体２Ａに作用してもリング体２Ａが給気圧力分布によりラジアル方向に十分な剛性で求心される為、サブミクロンオーダの外径振れ測定ができる。フランジ面にリング体が接触しているが、軽量な為、求心は可能で、その様な比較的軽量小型のリング体に好適である。
【実施例２】
【００２６】
図５は本実施例２に係る外径振れ測定装置の断面図、図６は実施例２の中空シャフト３Ｂの断面図、図７は中空シャフト３Ｂの外観を示す斜視図である。実施例２は中空シャフト３Ｂの構造に特徴を有し、他の構成は実施例１と同じであるため説明を省略する。
【００２７】
中空シャフト３Ｂには孔７からフランジ部側面に開放した放射状の複数の横通気路３４が形成され、この横通気路３４に連通され載置面３２ａに開口した噴出孔３ｃが設けられている。横通気路３４はフランジ部３２側面の開口孔を蓋１８で閉塞されている。本例の噴出孔３ｃは円周溝３２ｂの外側のフランジ載置面３２ａに９０度間隔で４箇所設けられている。
【００２８】
実施例２の作用を説明する。図５はリング体２Ｂの外径が中空シャフト３Ｂの外径に比較し数倍以上大きく、リング体２Ｂの重量が比較的大きい歯車の歯の振れを測定する例を示したもので、ダイアルインジケータ８の先端は歯溝に当接させている。加圧空気が中空シャフト３Ｂの噴出孔３ａ，３ｂからリング体２Ｂの内径部およびフランジ載置面３２ａの噴出孔３ｃから歯車の下面に加圧空気が吹付けられると、リング体２Ｂは中空シャフト３Ｂに対して半径方向および軸方向に非接触で支持される。このようにリング体２Ｂが中空シャフト３Ｂに対して半径方向およびこの場合は軸方向も非接触状態で支持されることにより、給気圧力によって縦方向および横方向に荷重が作用してもリング体２Ｂは変位しないため、サブミクロンオーダの振れ精度の測定が可能となる。
【００２９】
歯車の振れ測定によれば、周方向にリング体２Ｂを断続的に回転させながら歯車を測定しても中空シャフト３Ｂに対しリング体２Ｂは常に同心位置に支持されているので、歯車を繰り返し測定しても振れが無ければ同じ値が得られる。
【００３０】
同様に歯車の端面は載置面３２ａに対して平行に浮上する為、リング体２Ｂの内径面に対するリング体２Ｂの端面の振れを高精度に測定できる。また、リング体２Ｂが円筒形状であれば同様にリング体２Ｂの内周面に対する振れが測定できる。またレーザ変位センサのように非接触センサを使用すると、リング体２Ｂは非接触支持され、リング体２Ｂを回転させて連続的に外径面や端面の振れ測定ができる。
【００３１】
実施例２によれば、軸方向も非接触とできるので、高重量のリング体、あるいは大径のリング体に対応した外径振れ測定に好適である。
【実施例３】
【００３２】
図８は本実施例３に係る外径振れ測定装置の中空シャフト３Ｃの上面図、図９は図８のＡ−Ａ線に沿った中空シャフト３Ｃの断面図、図１０は図８のＢ−Ｂ線に沿った中空シャフト３Ｃの断面図である。実施例３は中空シャフト３Ｃの構造に特徴を有し、他の構成は実施例１と同じであるため説明を省略する。
【００３３】
中空シャフト３Ｃは両端が開放された構造であって、上端は栓体２１で埋まっており、噴射孔３ａと３ｂの中間のシャフト周面に環状の逃げ溝２２が形成されている。栓体２１には孔７に連通する通路２１０が中心に形成されており、この通路２１０の上部が中空シャフト３Ｃの噴出孔３ａ，３ｂに連なっている。栓体２１の周面にはシャフト上端に開放される縦溝２１１が形成され、この縦溝２１１が通路２１２によりシャフト周面の逃げ溝２２に通じている。
【００３４】
実施例３の作用を説明する。噴射孔３ａ，３ｂから供給される加圧空気はリング体の内径面とシャフト外周面との間に間隙を通って中空シャフト３Ｃの上端から、またラジアル溝３２ｃから、大気に開放される。また加圧空気のシャフト中央部付近に流れたものは、逃げ溝２２から通路２１２を介して栓２１の外周の縦溝２１１を通り、シャフト上端の穴２３から大気開放される。
実施例３によれば、リング体が穴の径が比較的小さく、かつ長さが短い等、求心力が確保し難い場合に好適である。
【００３５】
実際にはリング体の穴の内径値も１０から２０μｍ位ばらつきがあり、この様な穴でも測定力に対して気体膜の剛性が問題ない様に設計しなければならないので気体の流れの確保や方法の選択は重要になる。これに関して、実施例３によれば剛性が１．５倍に向上できるケースもある。
【００３６】
リング体の外径振れ測定においては、リング体自身の内径面の真円度や円筒度が悪いとそれに伴い回転精度も悪くなるが、この様な幾何公差指定の物の場合は切削工具及び工作機械などもそれなりの物を使用しており、一般的に切削加工でも真円度も３μｍ程度、円筒度も５μｍ前後の物が多く、気体膜はこれらを平均化するので測定時のリング体の回転精度もこの数分の１の、十分の数μｍ程度に抑えることができる。
【００３７】
振れ測定装置の給気調整を説明する。図１１は本発明による振れ測定装置の給気調整を示した図である。本例は実施例３の振れ測定装置に適用したものであるが、他の実施例も同様である。
【００３８】
振れ測定装置１にリング体がセットされると矢印で示すリミットセンサにリング体の端面が接触して電磁弁が作動しエアーの流路が開く。この場合、ここに流れるエアーは過剰な給気にならないようにスロットルバルブを設け、適度の流量が中空シャフトに供給できるように流量調整を可能にしている。また、スロットルバルブの前にエアフィルタおよびレギュレ−タを配置し空気清浄化と一定圧力で給気するように給気調質調整機構が設けられている。このような給気調整手段により、常に同じ給気条件となるので繰り返し精度及び再現性のよい測定ができる。
【００３９】
本発明の実施態様によれば、次の作用効果が期待できる
ホルダ４と中空シャフトはＯリング３３ａで気密に保持された状態でねじ（図示省略）により固定されている。中空シャフトの交換時にねじを緩めた後、リミットセンサに不意に触れると給気され、中空シャフトがホルダから勢い良く飛び出し、眼球等に当たってしまうおそれがある。しかし、本発明の外径振れ測定装置１は予めスロットルバルブで流量を設定しておけば中空シャフトがホルダから僅かに飛び出す程度で常に安全な取扱いができる。
【００４０】
また、リング体は、載置面３２ａに接触しているので載置面３２ａを基準とした振れ測定もできる。
【００４１】
また、特許文献３では軸体の外径の振れを、軸体の両端をテーパのくぼみの対で挟み、回転させることで測定しようとしているが、本件の様なリング体とは逆に、段部のある軸等も振れや同心度を測定する為の、データムを設定する場合に、軸の外径面を気体膜で把持しするような構成に変形し、直接それを気体軸受の面とし、回転させて測定する方法も考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る外径振れ測定装置の実施例を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る外径振れ測定装置の断面図である。
【図３】本実施例１に係る中空シャフトの外観を示す斜視図である。
【図４】本実施例１に係る中空シャフトの断面図である。
【図５】本実施例２に係る外径振れ測定装置の断面図である。
【図６】本実施例２に係る中空シャフトの断面図である。
【図７】本実施例２に係る中空シャフトの外観を示す斜視図である。
【図８】本実施例３に係る中空シャフトの上面図である。
【図９】図８におけるＡ−Ａ断面図である。
【図１０】図８におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図１１】本発明に係る外径振れ測定装置の給気調整を示した図である。
【符号の説明】
【００４３】
１      外径振れ測定装置
２Ａ，２Ｂ  リング体
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ  中空シャフト
３ａ，３ｂ，３ｃ  噴出孔
３２ａ  載置面
３２ｂ  円周溝
３２ｃ  ラジアル溝
３３ａ  Ｏリング
４      ホルダ
４３    エルボ
５      本体
６      ベース
７      孔
８      ダイアルインジケータ
１８    蓋
２１    栓体
２１１  縦溝
２２    中央逃げ溝
【図１】
2009079943.tif 000003
【図２】
2009079943.tif 000004
【図３】
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【図４】
2009079943.tif 000006
【図５】
2009079943.tif 000007
【図６】
2009079943.tif 000008
【図７】
2009079943.tif 000009
【図８】
2009079943.tif 000010
【図９】
2009079943.tif 000011
【図１０】
2009079943.tif 000012
【図１１】
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