(57)【要約】  【課題】簡単な構成でありながら測定時の姿勢を安定することができ、高い精度の測定を行える微小体の外径測定装置を実現する。  【解決手段】円柱面Ｚａを有する微小な測定対象物Ｚを、その軸心Ｚｍを所定状態で、且つ、前記円柱面Ｚａにおける前記軸心Ｚｍをより所定側に当接して支持するＶ溝傾斜面１１と、測定対象物ＺをＶ溝傾斜面１１に引き寄せる向きに空気を吸引する空気吸引孔１ｘと、を備える支持体１と、前記空気吸引孔１ｘが空気を吸引しているときに、測定対象物Ｚの軸心Ｚｍをに垂直な面内を通る線と前記円柱面Ｚａとが交差する２点間の距離Ｋを、前記円柱面Ｚａと接触して測定する測定部３と、を具備するようにした。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
円柱面を有する微小な測定対象物を、その軸心を所定状態で、且つ、前記円柱面における前記軸心より所定側に当接して支持する当接支持部と、前記測定対象物を前記当接支持部に引き寄せる向きに空気を吸引する空気吸引孔と、を備える支持体と、
前記空気吸引孔が空気を吸引しているときに、前記軸心に垂直な面内を通る線と前記円柱面とが交差する２点間の距離を、前記円柱面と接触し又は非接触で測定する測定部と、を具備している微小体の外径測定装置。
【請求項２】
前記所定の状態が前記軸心を水平にした状態であり、前記所定側が前記円柱面における前記軸心より下側である請求項１記載の微小体の外径測定装置。
【請求項３】
微小な球体である測定対象物を、所定側に当接して支持する当接支持部と、前記測定対象物を前記当接支持部に引き寄せる向きに空気を吸引する空気吸引孔と、を備える支持体と、
前記空気吸引孔が空気を吸引しているときに、前記球体を、その中心を通る横断面内を通る線と前記円柱面とが交差する２点間の距離を、前記円柱面と接触し又は非接触で測定する測定部と、を具備している微小体の外径測定装置。
【請求項４】
前記所定側が、下半球側である請求項３記載の微小体の外径測定装置。
【請求項５】
前記測定部と前記支持体とを、前記引き寄せる向きと同一又は反対方向に相対移動可能に構成している請求項１乃至４いずれか記載の微小体の外径測定装置。
【請求項６】
前記当接支持部は、断面視略逆ハの字状に配される一対の傾斜面を備え、
前記空気吸引孔を、前記傾斜面の下端同士を接続する底面底面に開口させている請求項１乃至５いずれか記載の微小体の外径測定装置。
【請求項７】
前記空気吸引孔の近傍における前記測定対象物と前記支持体との間に形成される隙間部に、その隙間面積を小さくする遮板を設けている請求項１乃至６いずれか記載の微小体の外径測定装置。
【請求項８】
前記対を成す遮板を、前記空気吸引孔の両側に配置している請求項１乃至７いずれか記載の微小体の外径測定装置。
【請求項９】
前記測定部は、前記軸心に垂直な面内を通る線上又は測定対象物である球体の中心を通る横断面内を通る線上に一直線状に配設されるとともに、該線上方向に進退して前記測定対象物に当接し得る一対の接触子を有する接触式変位センサを備えている請求項１乃至８いずれか記載の微小体の外径測定装置。
【請求項１０】
前記測定部は、前記軸心に垂直な面内を通る線上又は測定対象物である球体の中心を通る横断面内を通る線上に一直線状に配設されるとともに、前記測定対象物の形状に関する情報を非接触で検知する一対の非接触式センサ部を有する非接触式変位センサを備えている請求項１乃至８いずれか記載の微小体の外径測定装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、例えば、微小な球体、円柱体、円筒体などの微小体の外径を高精度で測定し得る外径測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、外観視円柱形状を有する測定対象物を、円柱面の両側から接触子を押し当てて外径を測定するようにした外径測定装置が知られている。この外径測定装置では、測定対象物に、接触圧（例えば１００ｇ程度）を加えながら測定を行うようにしているため、例えば、測定対象物がＨＤＤに用いられるスピンドル（直径１ｍｍ程度）のような微小なものであると、その接触圧によって、測定対象物の姿勢が不安定になって精度の高い測定（測定対象物の加工公差±１μｍ程度）を行えなかったり、測定対象物がワークから飛び出てしまったりして測定が全くできなくなるといった不具合がある。なお、測定部が非接触式の場合には、接触式のような接触圧による問題が生じないようにも思われる。しかしながら、非接触式の場合であっても、測定対象物が微小であると、装置の振動や風等の影響を受けて測定対象物の姿勢が不安定になる場合がある。
【０００３】
そこで、係る不具合を解消した外径測定装置が提供されている。この外径測定装置は、測定対象物を、その円周面上に形成した溝部を利用して、上下方向に設置された上測定子と下測定子とで挟み込むことにより、その外径や溝部の溝径を測定している間、測定対象物の姿勢を安定させて、高い精度で測定を行うことができるように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−２４２６７６号公報
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の構成では、測定対象物の姿勢を安定させながら高い精度の測定を行うために、測定対象物の両端部側に形成した溝部と、上下の測定子にそれぞれ設けた接触端子及び下測定子の支持部材とを必要としている。
【０００５】
このため、例えば、測定対象物に溝部がない場合には、側定時の姿勢の安定と高い精度の測定とを実現することができない。また、複数の測定対象物を測定する場合において、それらの溝部の溝深さが異なる場合には、溝深さに合わせて、上下の測定子の接触端子及び下測定子の支持部材を、調整又は変更しなければならない。
【０００６】
本考案は、このような課題に着目してなされたものであって、主たる目的は、簡単な構成でありながら測定時の姿勢を安定することができ、高い精度の測定を行える微小体の外径測定装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本考案の微小体の外径測定装置は、円柱面を有する微小な測定対象物を、その軸心を所定状態で、且つ、前記円柱面における前記軸心より所定側に当接して支持する当接支持部と、前記測定対象物を前記当接支持部に引き寄せる向きに空気を吸引する空気吸引孔と、を備える支持体と、前記空気吸引孔が空気を吸引しているときに、前記軸心に垂直な面内を通る線と前記円柱面とが交差する２点間の距離を、前記円柱面と接触し又は非接触で測定する測定部と、を具備していることを特徴とする。
【０００８】
ここで、「円柱面を有する微小な測定対象物」とは、外観形状が例えば略円筒形状や略円柱形状等を成すもので、その直径が約１０ｍｍ以下、全長が５０ｍｍ以下のものをいう。
【０００９】
このようなものであれば、空気吸引孔が、当接支持部に支持された測定対象物を、測定対象物を当接支持部に引き寄せる方向へ空気を吸引するため、測定時の測定対象物の姿勢を、振動等の影響を受けることなく、その軸心を所定状態にしつつ安定して保つことができる。また、空気吸引しているため、測定部が接触式のものであっても、接触子の接触圧によって測定対象物の姿勢が不安定になることはない。このように、測定対象物の姿勢が、その軸心を所定状態でにしつつ安定して保たれた状態において、測定部が前記軸心に垂直な面内を通る線と円柱面とが交差する２点間の距離を測定するため、高い精度の測定を行うことができる。また、空気吸引により姿勢を安定するようにしているため、測定部が接触式であるか非接触式であるかにかかわらず、高い精度の測定を行うことができ、従来のような姿勢安定用の溝部が測定対象物に無くても良いうえ、溝部に入れ込む接触端子も装置側に不必要となるので装置を簡単に構成することができる。
【００１０】
すなわち、簡単な構成でありながら測定時の姿勢を安定することができ、高い精度の測定を行える微小体の外径測定装置を提供することができる。
【００１１】
なお、前記所定の状態が前記軸心を水平にした状態であり、前記所定側が前記円柱面における前記軸心より下側であれば、測定対象物を当接支持部に載せた状態で下側へ空気吸引できるため、例えば上側に空気吸引する場合と比べて装置を簡単に構成できる。
【００１２】
本考案の微小体の外径測定装置の他の望ましい態様としては、この微小体の外径測定装置が、微小な球体である測定対象物を、所定側に当接して支持する当接支持部と、前記測定対象物を前記当接支持部に引き寄せる向きに空気を吸引する空気吸引孔と、を備える支持体と、前記空気吸引孔が空気を吸引しているときに、前記球体を、その中心を通る横断面内を通る線と前記円柱面とが交差する２点間の距離を、前記円柱面と接触し又は非接触で測定する測定部と、を具備しているものが挙げられる。
【００１３】
ここで、「微小な球体である測定対象物」とは、直径が約１０ｍｍ以下のものをいう。
【００１４】
このようなものであれば、上述の微小体の外径測定装置と同様、空気吸引孔の空気吸引によって、測定時の測定対象物の姿勢を、振動等の影響を受けることなく安定して保つことができる。
【００１５】
前記測定部と前記支持体とを、前記引き寄せる向きと同一又は反対方向に相対移動可能に構成しているのであれば、前記測定部及び前記支持体をその相対移動方向に相対移動させて、測定する２点間を結ぶ線と、測定対象物の軸心に垂直な面内を通る線又は測定対象物である球体の中心を通る横断面内を通る線とを、簡単に一直線上にすることができるようになる。
【００１６】
具体的には、例えば、測定する２点間を結ぶ線が、測定対象物の軸心に垂直な面内を通る線（水平線）又は測定対象物である球体の中心を通る横断面内を通る線（水平線）の上側となり、且つその２点間の距離が所定距離となるように、前記測定部及び前記支持体を相対移動させ、このときの測定部の高さ位置を例えばダイヤルゲージで測定する。次に、同様にして、測定する２点間を結ぶ線が、前記水平線の下側となり且つその２点間の距離が所定距離となるように、前記測定部及び前記支持体を相対移動させ、このときの測定部の高さ位置を例えばダイヤルゲージで測定する。しかして、ダイヤルゲージで測定した測定部の各高さ位置の中間値に測定部を位置付ければ、測定する２点間を結ぶ線と、測定対象物の軸心に垂直な面内を通る線（水平線）又は測定対象物の中心を通る横断面内を通る線（水平線）とを一直線上にすることができる。
【００１７】
本考案の望ましい態様としては、前記当接支持部は、断面視略逆ハの字状に配される一対の傾斜面を備え、前記空気吸引孔を、前記傾斜面の下端同士を接続する底面底面に開口させているものが挙げられる。このようなものであれば、測定対象物を支持体に容易に出し入れすることができる。
【００１８】
前記空気吸引孔の近傍における前記測定対象物と前記支持体との間に形成される隙間部に、その隙間面積を小さくする遮板を設けているのであれば、遮板が、空気吸引孔が吸引する空気の通過を妨げて、いわゆる絞り効果を発揮するため、空気吸引孔の空気吸引力を無用に大きくせずに済む。
【００１９】
前記測定部が、前記軸心に垂直な面内を通る線上又は測定対象物である球体の中心を通る横断面内を通る線上に一直線状に配設されるとともに、該線上方向に進退して前記測定対象物に当接し得る一対の接触子を有する接触式変位センサを備えているのであれば、測定対象物が、例えば、光学式センサでは測定できないような光を透過する透明なものであっても、その測定を精度良く行うことができる。この接触式変位センサの具体的なものとしては、例えば、差動トランス式センサやダイヤルゲージ式センサが挙げられる。
【００２０】
前記測定部が、前記軸心に垂直な面内を通る線上又は測定対象物である球体の中心を通る横断面内を通る線上に一直線状に配設されるとともに、前記測定対象物の形状に関する情報を非接触で検知する一対の非接触式センサ部を有する非接触式変位センサを備えているのであれば、測定対象物に接触することなく測定を行うことができる。
【００２１】
前記非接触式変位センサの具体的なものとしては、例えば、レーザ光や赤外光等を利用する光式センサや、渦電流式センサや、静電容量式センサ等が挙げられる。このうち、非接触式変位センサが、渦電流式センサや静電容量式センサの場合には、金属製の測定対象物の測定に好適に用いることができる。
【考案の効果】
【００２２】
以上説明したように、本考案の微小体の外径測定装置によれば、空気吸引により、測定時の測定対象物の姿勢を、振動等の影響を受けることなく安定して保つことができる。また、空気吸引しているため、測定部が非接触式の場合には、高い精度の測定ができるのはもちろんのこと、測定部が接触式のものであっても、接触子の接触圧によって測定対象物の姿勢が不安定になることはない。このように、測定部が接触式であるか非接触式であるかにかかわらず、高い精度の測定を行うことができる。また、従来のような姿勢安定用の溝部が測定対象物に無くても良いうえ、溝部に入れ込む接触端子も装置側に不必要となるので装置を簡単に構成することができる。
【００２３】
すなわち、簡単な構成でありながら測定時の姿勢を安定することができ、高い精度の測定を行える微小体の外径測定装置を提供することができる。
【考案を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本考案の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２５】
本考案の実施形態に係る微小体の外径測定装置Ａは、例えば、ＨＤＤに用いられるスピンドルモータ等の微小な測定対象物Ｚの外径測定に使用されるものであって、図１、図２、図３に示すように、測定対象物Ｚを載置するための支持体１と、この支持体１を鉛直方向に相対移動可能に支持するベース部２と、ベース部２に取り付けた一対の接触式変位センサ３１を備える測定部３とを具備し、支持体１には、測定対象物Ｚを該支持体１に引き寄せる向き（図２矢印ｄ１）に空気を吸引する空気吸引孔１ｘを形成している。以下、各部を具体的に説明する。
【００２６】
支持体１は、いわゆるＶ字ブロックと呼ばれる金属製のものであって、断面視略逆ハの字状に配される一対のＶ溝傾斜面１１と、このＶ溝傾斜面１１の下端縁同士を接続するＶ溝底面１２と、上端がＶ溝底面１２に開口する一方下端が該支持体１の下向き面１３に開口する空気吸引孔１ｘと、を具備するものである。そして、本実施形態では、一対のＶ溝傾斜面１１が、測定対象物Ｚを、その軸心Ｚｍを水平にした状態で、且つ、軸心Ｚｍより下側の円柱面Ｚａに当接して支持するようにしている。
【００２７】
また、本実施形態では、空気吸引孔１ｘの下端側開口を、パイプＹ等を介して図示しない吸引ポンプに接続している。しかして、この吸引ポンプを動作させることにより、測定対象物Ｚを当接支持部１１に引き寄せる向き（図２矢印ｄ１）に空気を吸引することができる。
【００２８】
さらに本実施形態では、空気吸引孔１ｘの近傍における測定対象物Ｚと支持体１との間に形成される隙間部Ｐに、その隙間面積を小さくする遮板４を設けている。具体的には、空気吸引孔１ｘの両側に、略台形形状を有する一対の遮板４を、その平行する二辺４３、４４のうち短い方の辺４３を下側にして配置している（図２参照）。そして、この遮板４の両側端４１を、Ｖ溝傾斜面１１にそれぞれ密着させるとともに短い方の辺４３をＶ溝底面１２に密着させることで、隙間部Ｐの隙間面積を効果的に小さくして、いわゆる絞り効果を有効に得られるようにしている。
【００２９】
ベース部２は、対面配置した一対のベース支柱２１と、このベース支柱２１の下端部を支持するベース本体２２とを具備するものである。
【００３０】
ベース支柱２１は、略矩形状を有する金属性のものであって、本実施形態では、その内向き面２１１に、支持体１を鉛直方向（図１、図２矢印ｄＶ参照）にスライド移動して適宜位置で固定し得るスライド機構（図示せず）を設けている。そして、このスライド機構は、例えばステッピングモータ（図示せず）を利用して移動距離の制御や計測が行えるようにしている。
【００３１】
ベース本体２２は、平面視略矩形状を有する金属製のものであって、例えば、底面２２１の４隅には、振動吸収用のインシュレータ（図示せず）等を設けることができる。
【００３２】
測定部３は、空気吸引孔１ｘで空気を吸引しているときに、測定対象物Ｚの軸心Ｚｍに垂直な面内を通る水平線ＬＨと、円柱面Ｚａとが交差する２点間の距離Ｋ（図４参照）を、円柱面Ｚａと接触して測定するための接触式変位センサ３１と、この接触式変位センサ３１の出力信号に基づいて、２点間の距離Ｋを演算する演算部３２（図示せず）とを備えるものである。
【００３３】
接触式変位センサ３１は、詳細は図示しないが、水平線ＬＨ方向（図１乃至図３矢印ｄＨ参照）に進退して測定対象物Ｚに当接し得る接触子３１１やコイル等を備えた差動トランス式センサである。本実施形態では、接触子３１１のヘッドを外観視略円錐形状としているとともに、その軸心３１１ｍが、水平線ＬＨ上に一直線状になるように配設している。
【００３４】
演算部３２は、詳細は図示しないが、接触式変位センサ３１のコイルの出力電圧に基づいて、水平線ＬＨと円柱面Ｚａとが交差する２点間の距離Ｋを求めるものである。この演算部３２は、図示しないＣＰＵやメモリ、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等を有したデジタル乃至アナログ電気回路などで構成されたもので、専用のものであってもよいし、一部又は全部にパソコン等の汎用コンピュータを利用するようにしたものであってもよい。また、ＣＰＵを用いず、アナログ回路のみで前記各部としての機能を果たすように構成してもよいし、物理的に一体である必要はなく、有線乃至無線によって互いに接続された複数の機器からなるものであってもよい。
【００３５】
次に、以上のように構成される微小体の外径測定装置Ａについて、その使用方法を説明する。
【００３６】
まず、測定対象物Ｚを、支持体１のＶ溝傾斜面１１に載置する。
そして、吸引ポンプを動作し、空気吸引孔１ｘが、測定対象物Ｚを当接支持部１１に引き寄せる向きに空気を吸引するようにする。
【００３７】
すると、この空気吸引力によって、測定対象物Ｚは、当接支持部１１に引き寄せられ、一対のＶ溝傾斜面１１に挟まれた状態で、姿勢が安定する。このとき、例えば振動が測定対象物Ｚに加わったとしても、その振動によって姿勢が崩れることを防止することができる。
【００３８】
次に、支持体１を接触子３１１に対して上下方向に相対移動させて、測定対象物Ｚの軸心Ｚｍと接触子３１１の軸心３１１ｍとを、略一致する高さ関係にする（図４参照）。
【００３９】
そして、測定対象物Ｚの軸心Ｚｍを、接触子３１１の軸心３１１ｍの上方へ所定距離（例えば１００μｍ程度）移動させて（図５参照）、接触式変位センサ３１の接触子３１１を測定対象物Ｚに押し当てる。このときの押し当て力（接触圧）は、約１００ｇとしているが、実施態様に応じて適宜変更可能である。このように接触子３１１を測定対象物Ｚに押し当てた状態で、接触式変位センサ３１が出力する測定対象物Ｚの軸心Ｚｍ下側における２点間の距離Ｋ（Ｓ）を求めるとともに、接触子３１１の高さ位置（以下、「下側高さ位置ＨＳ」と呼ぶ。）を正確に測定する。なお、この高さ位置は、相対位置であるか絶対位置であるかを問わない。
【００４０】
この次に、測定対象物Ｚの軸心Ｚｍを、接触子３１１の軸心３１１ｍの下方へ移動させる（図６参照）。このときの測定対象物Ｚの軸心Ｚｍ上側における２点間の距離Ｋ（Ｕ）が、測定対象物Ｚの軸心Ｚｍ下側における２点間の距離Ｋ（Ｓ）と一致するように測定対象物Ｚを移動させる。そして一致したときの接触子３１１の高さ位置（以下、「上側高さ位置ＨＵ」と呼ぶ。）を正確に測定する。
このようにして測定した、接触子３１１の下側高さ位置ＨＳと上側高さ位置ＨＵとの平均値を示す位置に、接触子３１１を移動させれば、接触子３１１の軸心３１１ｍと測定対象物Ｚの軸心Ｚｍとを、精度よく一致することができる（図４参照）。
【００４１】
しかして、空気吸引をしながら、測定対象物Ｚの外径の測定を行うことができる。このとき、接触子３１１の接触圧やその他の振動等によって測定対象物Ｚの姿勢が不安定になることはない。
【００４２】
このように、本実施形態に係る微小体の外径測定装置Ａは、簡単な構成でありながら測定時の姿勢を安定することができ、高い精度の測定を行える微小体の外径測定装置Ａを提供することができる。
【００４３】
なお、本考案は上記した実施形態に限られるものではない。
【００４４】
例えば、本実施形態では、微小な測定対象物Ｚとして、ＨＤＤのスピンドルモータを測定するようにしているが、測定対象物Ｚはこれに限られるものではなく、例えば、ディーゼルエンジンに用いられるインジェクタを測定することもできる。
また、測定対象物Ｚが、図５に示すように、外径の異なる複数の略円柱体（又は略円筒体）を備えるものであっても良い。また、溝部Ｚｂを設けたものであってもよい。また、図６に示すように、測定対象物Ｚは、その一部が円柱体であるものでも良い。、
【００４５】
また、測定対象物Ｚを、直径が例えば約１０ｍｍ以下の球体とすることもできる。
【００４６】
また、本実施形態では、接触式変位センサ３１として、差動トランス式センサを用いているが、例えば、ダイヤルゲージ式センサ等の他の接触式変位センサ３１を用いることができる。
【００４７】
また、測定部３に、例えば、レーザや赤外光等を用いた光式センサ、渦電流式センサ、静電容量式センサ等の非接触式変位センサを用いることができる。渦電流式センサや静電容量式センサの場合には、金属製の測定対象物Ｚの測定に好適に用いることができる。
【００４８】
また、支持体１の形状は、Ｖブロック状のものに限られない。
【００４９】
また、空気吸引孔１ｘの孔径や形状は、実施態様に応じて適宜変更可能であり、又、その配置場所や設ける数なども任意でよい。
【００５０】
また、測定対象物Ｚを、その軸心Ｚｍを水平状態にして測定するようにしているが、水平状態でなくてもよい。
【００５１】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本考案の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本考案の一実施形態に係る微小体の外径測定装置を示す全体斜視図。
【図２】同実施形態における微小体の外径測定装置の正面図。
【図３】同実施形態における微小体の外径測定装置の平面図。
【図４】同実施形態における微小体の外径測定装置での測定方法を説明するための図。
【図５】同実施形態における微小体の外径測定装置での測定方法を説明するための図。
【図６】同実施形態における微小体の外径測定装置での測定方法を説明するための図。
【図７】同実施形態で測定し得る微小な測定対象体を示す全体斜視図。
【図８】同実施形態で測定し得る微小な測定対象体を示す全体斜視図。
【符号の説明】
【００５３】
Ａ・・・・・・・・・・・・・・微小体の外径測定装置
Ｋ（Ｋ（Ｕ）、Ｋ（Ｓ））・・・２点間の距離
Ｐ・・・・・・・・・・・・・・隙間部
Ｚ・・・・・・・・・・・・・・測定対象物
Ｚａ・・・・・・・・・・・・・円柱面
Ｚｍ・・・・・・・・・・・・・測定対象物Ｚの軸心
１・・・・・・・・・・・・・・支持体
１ｘ・・・・・・・・・・・・・空気吸引孔
３・・・・・・・・・・・・・・測定部
４・・・・・・・・・・・・・・遮板
１１・・・・・・・・・・・・・傾斜面（Ｖ溝傾斜面（当接支持部））
１２・・・・・・・・・・・・・底面（Ｖ溝底面）
３１・・・・・・・・・・・・・接触式変位センサ
３１１・・・・・・・・・・・・接触子
３１１ｍ・・・・・・・・・・・接触子３１１の軸心
ｄ１・・・・・・・・・・・・・引き寄せる向き
ＬＨ・・・・・・・・・・・・・軸心Ｚｍに垂直な面内を通る線（水平線）
【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】
0003132110.tif 000008
【図７】
0003132110.tif 000009
【図８】
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