JP3390971B2 - 穴の内径測定方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワークに形成され
た穴の内径を測定する穴の内径測定方法及び装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ワークに形成された穴の内径を測定する
測定装置の一つとして、空気マイクロメータがある。従
来の空気マイクロメータは、図２６及び図２７に示すよ
うに、測定ヘッド１をワーク２の穴３に挿入し、測定ヘ
ッド１のノズル４、４から圧縮空気を噴射し、ノズル４
の背圧を検出する。ノズル４の背圧は、ノズル４と穴３
の内壁との間隔に依存するので、予め求めたマスターの
基準値と比較することによって、前記検出値を穴３の内
径の寸法に換算することができる。このような空気マイ
クロメータは、ワーク２と非接触で、高精度に穴３の内
径を測定できる利点がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
空気マイクロメータは、図２６に示すように、測定ヘッ
ド１の中心が穴３の中心からずれた場合、穴３の内径か
らずれた位置を測定することになり、偏心誤差が発生し
て測定精度が低下するという欠点があった。また、従来
の空気マイクロメータは、図２７に示すように、測定ヘ
ッド１が穴３に傾いて挿入された場合、穴３の半径を斜
めに測定することになり、角度誤差が発生して測定精度
が低下するという欠点があった。

【０００４】また、従来の空気マイクロメータは、測定
精度を向上させるために、複数のノズル４、４を小径
で、且つ均等に精度良く加工しなければならず、測定ヘ
ッド１の加工費が高くなる欠点もあった。また、測定精
度を向上させるために、ガイドクリアランス（ワークと
測定ヘッドとの隙間）を小さくする必要があり、測定ヘ
ッド１の挿入時に測定ヘッド１がワーク２に接触してワ
ーク２を傷付ける欠点もあった。

【０００５】本発明はこのような事情に鑑みて成された
もので、ワークに傷を付けることなく、ワークの穴を精
度良く測定することができ、且つ低コストである穴の内
径測定方法及び装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために、ワークに形成された穴の内径を測定する穴
の内径測定方法において、浮子を挿入した前記穴に流体
を供給し、供給した流体が穴内壁と前記浮子との隙間を
通過する際の流体の背圧、流量、又は前記浮子が受ける
抗力、或いは前記浮子の変位量を検出し、該検出値を基
準値と比較して前記穴の内径に換算することを特徴とす
る。

【０００７】また、本発明は前記目的を達成するため
に、ワークに形成された穴の内径を測定する穴の内径測
定装置において、前記穴に挿入される浮子と、該浮子が
挿入された穴に流体を供給する流体供給手段と、該流体
供給手段で供給した流体が穴内壁と前記浮子との隙間を
通過する際の流体の背圧、流量、又は前記浮子が受ける
抗力、或いは前記浮子の変位量を検出する検出手段と、
該検出手段で検出した検出値を基準値と比較して前記穴
の内径に換算する換算手段と、を備えたことを特徴とす
る。

【０００８】本発明によれば、ワークに形成された穴に
浮子を挿入して流体を供給し、供給した流体が穴内壁と
浮子との隙間を通過すると、浮子は穴の中心に位置しよ
うとし（自動求心作用）、これによって穴の中心に自動
的に配置される。したがって、従来装置のような偏心誤
差や角度誤差が発生せず、穴の内径を常に精度良く測定
することができる。また、流体供給手段の供給口の中心
を穴の中心に精度良く合わせる必要がないので、測定を
短時間で容易に行うことができる。

【０００９】また、本発明によれば、空気マイクロメー
タと同様に、ワークと非接触で穴の内径を計測すること
ができるので、ワークに傷を付けることを防止すること
ができる。

【００１０】さらに、本発明によれば、従来装置のよう
に精度の高い加工が要求されるノズルや測定ヘッドを必
要とせず、低コストで測定できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下添付図面に従って本発明に係
る穴の内径測定方法及び装置の実施の形態について説明
する。

【００１２】図１は、第１の実施の形態の測定装置１０
の構成を示すブロック図である。

【００１３】図１に示すように、空気源１２から供給さ
れる圧縮空気は、フィルタ１４で除塵され、レギュレー
タ１６で一定圧力に調整された後、Ａ／Ｅ変換器１８
（空気／電気変換器）内に設置された絞りを通り、コネ
クタ３３を介して測定台２８内の送気路２８Ｂに送気さ
れる。

【００１４】測定台２８の上面には、送気路２８Ｂに連
通される供給口２８Ａが形成されるとともに、ワーク２
２が載置される。ワーク２２には、円柱状の穴２２Ａが
形成されており、この穴２２Ａに測定球３０が挿入され
る。

【００１５】前記測定台２８の送気路２８Ｂに供給され
た圧縮空気は、供給口２８Ａから穴２２Ａに噴射され、
穴２２Ａの内壁と測定球３０との隙間を通って外部に吹
き出される。Ａ／Ｅ変換器１８は、このときの圧力を、
内蔵するベローズと差動変圧器とによって電気信号に変
換し、管制部２０に出力する。穴２２Ａの径が異なる場
合、圧力が微小変化し、管制部２０は、後述するよう
に、変化した電気信号に基づいてワーク２２の内径を算
出し、算出したデータを例えば管制部２０のモニタ上に
表示する。

【００１６】図２は、図１に示した測定装置１０の特徴
部分の構造を示す断面図である。同図に示すように、供
給口２８Ａの周囲にはエア漏れ防止シール（Ｏリング）
３４が配設され、このエア漏れ防止シール３４によって
測定台２８とワーク２２との隙間から空気が洩れること
が防止される。

【００１７】測定球３０は、高い加工精度で球状に形成
され、その材質は、例えば、セラミック、樹脂、鋼、軽
合金等が使用される。測定球３０の直径ｄは、穴２２Ａ
の直径Ｄよりも若干小さく形成されている。この測定球
３０の直径ｄは、穴２２Ａの直径Ｄの値に近いほど感度
が良くなり、穴２２Ａと測定球３０との隙間が少し変化
しただけでも背圧が大きく変化するようになる。しか
し、測定球３０の直径ｄが穴２２Ａの直径Ｄに近すぎる
と測定球３０を穴２２Ａに挿入しづらくなる。そこで、
測定球３０とワーク２２との隙間（Ｄ−ｄ）を、測定す
る穴径Ｄと要求される感度により、例えば１０〜１００
μｍ程度を目安として設定する。これにより、測定球３
０を穴２２Ａにスムーズに挿入でき、且つ穴２２Ａの寸
法を精度良く測定することができる。なお、測定球３０
の直径ｄを、供給口２８Ａよりも大きな径で形成する
と、測定球３０が供給口２８Ａ内に落下することが防止
される。

【００１８】支持部材３２は、円柱状に形成され、測定
球３０よりも小さい径で形成される。この支持部材３２
は、図１のアーム３６を介して支柱３８に支持され、穴
２２Ａと同じ方向、例えば鉛直方向に支持される。この
支持部材３２は、下端面が穴２２Ａの軸と垂直に形成さ
れ、この下端面が平滑に加工されている。

【００１９】次に上記の如く構成された測定装置１０の
作用について説明する。

【００２０】まず、図３（ａ）に示すように、測定台２
８の上面にワーク２２を載置する。このとき、ワーク２
２の穴２２Ａが供給口２８Ａ上に配置されるようにす
る。次いで、ワーク２２の穴２２Ａに測定球３０を挿入
する。このとき、測定球３０が球状に形成されているの
で、測定球３０が穴２２Ａの内壁に接触しても内壁が傷
付くことがない。

【００２１】次に、図３（ｂ）に示すように、支持部材
３２を穴２２Ａに挿入した後、図１に示した空気源１２
から圧縮空気を供給し、供給口２８Ａから圧縮空気を噴
射する。このとき、噴射した圧縮空気は、ワーク２２と
測定台２８との隙間から洩れることなく、穴２２Ａに噴
射される。

【００２２】供給口２８Ａから圧縮空気を噴出したこと
によって、測定球３０は、図３（ｃ）に示すように、噴
射された圧縮空気を受けて浮上する。浮上する際、測定
球３０は球状に形成されているので、測定球３０が穴２
２Ａの内壁に接触しても内壁が傷付くことはない。浮上
した測定球３０は、支持部材３２の下端面に当接し、浮
上した状態に維持される。前記圧縮空気は、測定球３０
と穴２２Ａの内壁との隙間を通り抜けて上部開口から外
部に吹き出す。このときの背圧は、測定球３０と穴２２
Ａの内壁との隙間の大きさに依存するので、背圧をＡ／
Ｅ変換器１８で検出し、管制部２０でこの検出値をマス
ターの基準値と比較して穴２２Ａの内径に換算すること
により、穴２２Ａの内径を求めることができる。なお、
マスターの基準値とは、測定に先立って、測定時と同じ
条件でマスターを測定した値であり、測定条件を変える
度に行われる。

【００２３】測定時における測定球３０には、測定球３
０と穴２２Ａの内壁との隙間を通り抜ける圧縮空気によ
って自動求心作用（又は自動調心作用）が働き、測定球
３０が穴２２Ａの中心に自動的に移動する。即ち、図２
に二点鎖線で示すように、支持部材３２に当接した測定
球３０が穴２２Ａの中心からずれていた場合、球状の測
定球３０が、支持部材３２の平滑な下端面を転がり、図
２中実線で示すように中心に移動する。したがって、圧
縮空気は、測定球３０の回りに略均等に形成された隙間
を通り抜けることになり、このときの背圧を検出するこ
とによって穴２２Ａの内径を精度良く求めることができ
る。

【００２４】このように本実施の形態の測定装置１０に
よれば、供給口２８Ａの中心と穴２２Ａの中心とを正確
に中心位置合わせしなくても穴２２Ａの内径を測定する
ことができるので、偏心誤差や角度誤差が発生せず、穴
２２Ａの内径を常に精度良く測定することができる。特
に、測定装置１０は、測定球３０が自動求心作用によっ
て自動的に穴２２Ａの中心に位置するので、穴２２Ａの
内径を精度良く測定することができる。

【００２５】また、測定装置１０は、穴２２Ａに測定球
３０を挿入し、圧縮空気を噴射するだけなので、操作が
容易であり、短時間で精度良く測定することができる。

【００２６】また、測定装置１０は、従来の空気マイク
ロメータと同様に、ワーク２２と非接触で測定すること
ができるので、ワーク２２に傷を付けることなく、測定
することができる。

【００２７】さらに、測定装置１０によれば、小径の穴
を測定する場合であっても、小径の穴に応じて小径の測
定球３０を準備すればよく、測定球３０だけの準備で済
むので、装置全体のコストを削減することができる。即
ち、測定装置１０によれば、従来の空気マイクロメータ
では、ノズルや測定ヘッドの加工上、低コストで精度良
く測定することが困難だった小径の穴、例えば直径２ｍ
ｍ以下の穴であっても、小径の測定球３０を用いること
によって、穴の内径を低コストで精度良く測定すること
ができる。

【００２８】なお、上述した実施の形態は、測定球３０
を穴２２Ａに挿入した後、圧縮空気を供給口２８Ａから
噴射したが、圧縮空気を噴射しながら測定球３０を挿入
してもよい。

【００２９】また、上述した実施の形態は、Ａ／Ｅ変換
器１８で背圧を検出したが、これに限定するものではな
く、圧縮空気が穴２２Ａの内壁と測定球３０との隙間を
通過する際の圧縮空気の流量を検出してもよい。この場
合も上述した測定装置１０と同様に、管制部２０が、検
出値をマスターの基準値と比較することによって、穴２
２Ａの内径を精度良く求めることができる。

【００３０】さらに、本発明は、圧縮空気の背圧や流量
の検出に限定されるものではなく、以下に示すように、
圧縮空気が穴２２Ａの内壁と測定球３０との隙間を通過
する際の、測定球３０の受ける抗力や測定球３０の変位
量を検出してもよい。

【００３１】図４は第２の実施の形態の測定装置４０の
構造を示すブロック図であり、図１に示した第１の実施
の形態の測定装置１０と同一又は類似の部材については
同一の符号を付してその説明は省略する。

【００３２】同図に示す測定装置４０は、測定球３０の
受ける抗力を検出する装置であり、支持部材３２が圧電
ピックアップ４２を介してアーム３６に取り付けられて
いる。圧電ピックアップ４２は、圧縮空気が穴２２Ａの
内壁と測定球３０との隙間を通過する際に、測定球３０
が圧縮空気から受ける抗力を検出し、その検出信号を管
制部２０に出力する。管制部２０は、圧電ピックアップ
４２から検出信号を受信すると、その検出値を、前記同
様、マスターの基準値と比較して穴２２Ａの内径に換算
する。

【００３３】なお、測定装置４０では、測定球３０が受
ける抗力を検出する手段として圧電ピックアップ４２を
挙げて説明したがこれに限定するものではなく、次に述
べるように、例えば歪みゲージ等で検出してもよい。

【００３４】図５に示す測定装置４６は、圧電ピックア
ップ４２の代わりに、アーム３６に歪みゲージ４８が取
り付けられ、この歪みゲージ４８によってアーム３６の
歪みを検出する。管制部２０は、圧縮空気が穴２２Ａの
内壁と測定球３０との隙間を通過する際に、歪みゲージ
４８から検出信号を受信し、アーム３６の歪み特性から
測定球３０の変位量を求め、さらにこの値をマスターの
基準値と比較して穴２２Ａの内径に換算する。

【００３５】なお、上述した測定装置１０、４０、４６
では、浮上する測定球３０を支持部材３２で受け止めて
支持したが、これに限定するものではなく、以下に示す
ように、磁力で吸着支持したり、弾性体を介して支持し
てもよい。

【００３６】図６に示す測定装置は、支持部材３２の下
端に永久磁石５２が取り付けられ、この永久磁石５２
に、鋼等の金属から成る測定球３０が吸着支持されてい
る。また、永久磁石５２の下端面は、穴２２Ａの軸と略
垂直な面上に形成され、鏡面仕上げされて平滑に加工さ
れている。これにより、供給口２８Ａから圧縮空気を供
給すると、測定球３０は、永久磁石５２の吸着力にもか
かわらず、自動求心作用によって永久磁石５２の下端面
を転がり、中心に配置される。

【００３７】このような測定装置によれば、測定球３０
が磁力によって永久磁石５２に吸着されるので、測定球
３０を浮上させる必要がなく、穴２２Ａの内径測定を迅
速に行うことができる。また、測定球３０が永久磁石５
２を介して支持部材３２に吸着されているので、穴２２
Ａの測定開始時や測定終了時に、測定球３０と支持部材
３２を同時に穴２２Ａに出し入れすることができ、作業
を簡単に行うことができる。さらに、測定球３０が永久
磁石５２に吸着されているので、測定球３０の紛失も防
止することができ、且つ、測定球３０の交換を容易に行
うことができる。

【００３８】なお、上述した測定装置では、永久磁石５
２によって測定球３０を吸着したが、図７に示すよう
に、電磁石５４によって吸着してもよい。電磁石５４
は、支持部材３２を強磁性体の心（磁心）として、支持
部材３２の上部にコイル５６を設けることにより構成さ
れる。この場合も、永久磁石５２を用いた場合と同様
に、測定球３０及び支持部材３２の穴２２Ａへの出入操
作、及び穴２２Ａの内径測定操作を迅速に行うことがで
きる。また、電磁石５４を用いた方法では、供給口２８
Ａから圧縮空気を噴射した際にコイル５６への電流を停
止することにより、測定球３０に働く磁力が無くなり、
測定球３０がより滑らかに穴２２Ａの中心に移動する。

【００３９】図８に示す測定装置は、測定球３０が、水
平方向に変形可能な、ゴムやスプリング等の弾性体６０
を介して支持部材３２に連結されている。この測定装置
では、供給口２８Ａから圧縮空気を噴射すると、測定球
３０が自動求心作用を受け、弾性体６０が変形して、測
定球３０が穴２２Ａの中心に移動する。即ち、弾性体６
０を測定球３０と支持部材３２との間に介在させたこと
により、測定球３０と支持部材３２とを完全に連結しな
がらも、測定球３０の自動求心作用の効果を得ることが
できる。したがって、この測定装置によれば、測定球３
０と支持部材３２が完全に連結されているので、測定球
３０及び支持部材３２の穴２２Ａへの出入操作、及び穴
２２Ａの内径測定操作をより迅速に行うことができると
ともに、測定球３０の自動求心作用によって穴２２Ａの
内径を精度良く測定することができる。

【００４０】なお、測定球３０と支持部材３２とを弾性
体６０で連結する代わりに、図９に示すように、支持部
材３２にエアベアリング等を用いたフローティング機構
を設けてもよい。即ち、水平面上でスライドするように
支持された移動駒６２を介して、剛体で構成された支持
部材３２とアーム３６とを連結する。これにより、測定
球３０が自動求心作用を受けると移動駒６２が水平面上
を移動し、測定球３０が穴２２Ａの中心に配置され、穴
２２Ａの内径を精度良く求めることができる。なお、支
持部材３２と測定球３２との間に弾性体６０を設けなが
ら、支持部材３２にフローティング機構を設けてもよ
い。

【００４１】図１０は、ワークの閉止穴２２Ｂを測定す
るための、第３の実施の形態の測定装置の構造を示すブ
ロック図であり、図１１は、図１０に示した測定装置の
特徴部分の構造を示す断面図である。

【００４２】第３の実施の形態の測定装置６４は、測定
球６６に供給口６６Ａ（図１１参照）が形成され、この
供給口６６Ａから圧縮空気が噴射されるように構成され
ている。即ち、図１１に示すように、支持部材６８の下
端面の中央には、円柱状の突出部６８Ａが形成され、こ
の突出部６８Ａの下端面が平滑に加工されている。支持
部材６８と測定球６６は、水平方向に変形可能な円筒状
の弾性体７０を介して連結され、この弾性体７０によっ
て測定球６６が上方に付勢されて突出部６８Ａの下端面
に当接されている。

【００４３】また、支持部材６８は、中空状に形成され
ており、内部に圧縮空気の流路６８Ｂが形成される。流
路６８Ｂは、図１０に示すコネクタ７２を介してＡ／Ｅ
変換器１８に接続されており、空気源１２からの圧縮空
気が供給される。また、流路６８Ｂは、支持部材６８の
下端部分において分岐し、下端面に形成された複数の開
口６８Ｃに連通される。複数の開口６８Ｃは、同じ径で
形成され、さらに支持部材６８の軸を中心に均等に配置
される。これにより、Ａ／Ｅ変換器１８から供給された
圧縮空気は、支持部材６８内の流路６８Ｂを通って、複
数の開口６８Ｃから均等に吹き出される。複数の開口６
８Ｃから吹き出された圧縮空気は、測定球６６の送気路
６６Ｂを通り、外部に洩れることなく、支持部材６８、
弾性体７０及び測定球６６で囲まれた円筒状の空間７４
に供給される。

【００４４】円筒状の空間７４に供給された圧縮空気
は、測定球６６内の送気路６６Ｂを介して供給口６６Ａ
から噴射される。なお、送気路６６Ｂは、支持部材６８
の軸を中心として均等に形成されている。

【００４５】上記の如く構成された測定装置６４では、
供給口６６Ａから噴射された圧縮空気は、閉止穴２２Ｂ
の下端が封止されているため、測定球６６と閉止穴２２
Ｂの内壁との隙間を通って上方に流出する。このとき、
測定球６６には自動求心作用が働き、球形の測定球６６
が支持部材６８の平面上をスムーズに転がること、測定
球６６が弾性体７０を介して支持部材６８に支持されて
いることから、測定球６６が確実に中心に移動する。し
たがって、Ａ／Ｅ変換器１８で背圧（又は圧縮空気の流
量）を測定することによって閉止穴２２Ｂの内径を精度
良く測定することができる。

【００４６】このように第３の実施の形態の測定装置６
４によれば、測定球６６に供給口６６Ａを形成したの
で、閉止穴２２Ｂであっても、閉止穴２２Ｂの内径を精
度良く測定することができる。

【００４７】また、測定装置６４によれば、測定球６６
が支持部材６８に連結されているので、測定球６６及び
支持部材６８を閉止穴２２Ｂに出入操作を簡単に行うこ
とができ、また、測定球６６の紛失も防止することがで
きる。

【００４８】さらに、測定装置６４によれば、測定球６
６に供給口６６Ａが形成されているので、測定球６６及
び支持部材６８を閉止穴２２Ｂに挿入するだけで閉止穴
２２Ｂの内径を測定することができる。したがって、閉
止穴２２Ｂの方向やワーク２２の大きさに影響されるこ
となく、測定することができる。

【００４９】なお、図１０には、Ａ／Ｅ変換器１８で、
圧縮空気の背圧又は流量を検出する例を示したが、図４
に示したように測定球６６の受ける抗力を検出したり、
図５に示したように測定球６６の変位を検出してもよ
い。

【００５０】また、測定装置６４は、閉止穴２２Ｂの内
径の測定だけに限定されず、多方向に開口された穴であ
っても、一方向を除いて全ての開口を栓等の封止部材で
封止することによって、残りの一方向の穴の内径を測定
することができる。

【００５１】また、測定装置６４は、アーム３６を支柱
３８に連結せず、作業者がアーム３６（又は支持部材３
２）を手に持って測定するようにしてもよい。

【００５２】さらに、測定装置６４は、測定球６６が弾
性体７０を支持部材６８に介して支持され、さらに、測
定球６６よりも先端側に圧縮空気を噴射できる構造であ
ればよい。例えば、図２４に示す測定装置は、球形の測
定球７５が円筒状の支持部材７６に貫通された状態で固
定され、この支持部材７６が円筒状の弾性体７７を介し
てパイプ７８に連結されている。パイプ７８には、図１
０に示した空気源１２からの圧縮空気が供給され、支持
部材７６を介して測定球７５の奥側に噴射される。噴射
された圧縮空気は、測定球７５と穴２２Ｂとの隙間から
上方に吹き出し、測定球７５に自動求心作用を与える。
測定球７５は弾性体７７を中心に揺動し、穴２２Ｂの中
心に配置される。これにより、穴２２Ｂの内径を精度良
く測定することができる。なお、支持部材７６を弾性体
７７を介してパイプ７８に連結する代わりに、支持部材
７６にフローティング機構を設けてもよい。

【００５３】なお、第３の実施の形態の測定装置６４
は、閉止穴２２Ｂを測定する装置であるが、複数の測定
球を設けることによって、貫通された穴２２Ａを測定す
ることもできる。以下にその例を示す。

【００５４】図１２に示す測定装置は、供給口８０Ａが
形成された測定球８０と、供給口の無い測定球８２とを
備えている。測定球８０は、支持部材６８に弾性体７０
を介して連結され、支持部材６８の突出部６８Ａに当接
される。測定球８０の下端には、水平方向に弾性変形可
能なゴム等の弾性体８４を介して測定球８２が連結され
ている。測定球８０と測定球８２は等しい外径で形成さ
れ、穴２２Ａの直径Ｄよりも僅かに小さい径で形成され
る。

【００５５】前記測定球８０には、複数の供給口８０
Ａ、８０Ａ…が形成されている。複数の供給口８０Ａ、
８０Ａ…は、それぞれ径方向に形成され、円筒状の空間
７４に連通されている。また、複数の供給口８０Ａ、８
０Ａ…は、同じ径で形成されるとともに、支持部材６８
の軸に対して均等に配置されている。これにより、円筒
状の空間７４に供給された圧縮空気は、複数の供給口８
０Ａ、８０Ａ…から均等に吹き出される。

【００５６】上記の如く構成された測定装置は、測定球
８０と測定球８２との間に圧縮空気が吹き出される。し
たがって、吹き出された圧縮空気は、測定球８０と穴２
２Ａとの隙間から上方に流出するとともに、測定球８２
と穴２２Ａとの隙間から下方に流出する。測定球８０が
支持部材６８に弾性体７０を介して支持され、さらに、
測定球８２が弾性体８４を介して測定球８０に支持され
ているので、測定球８０、８２はそれぞれ、自動求心作
用によって穴２２Ａの中心に配置される。このときの背
圧は、測定球８０と穴２２Ａとの隙間の大きさ、及び測
定球８２と穴２２Ａとの隙間の大きさに依存しているの
で、背圧をＡ／Ｅ変換器１８で検出し、マスターの基準
値と比較することにより、穴２２Ａの内径を精度良く測
定することができる。

【００５７】このように上記測定装置によれば、複数の
測定球８０、８２を設け、この測定球８０、８２の間に
圧縮空気を噴射するようにしたので、支持部材６８と逆
方向から圧縮空気を噴射する必要がない。即ち、穴２２
Ａの一方側から測定球８０、８２及び支持部材６８を挿
入するだけで、測定を行うことができる。したがって、
この測定装置は、大型のワークに形成された穴２２Ａの
測定に適している。

【００５８】さらに、この測定装置は、支持部材６８の
軸を中心として圧縮空気の流れが均等になるように構成
されている。したがって、圧縮空気によって測定球６６
が傾くことがなく、穴２２Ｂの内径を精度良く測定する
ことができる。

【００５９】なお、上記測定装置は、２つの測定球８０
と測定球８２との間に圧縮空気を噴射する構造であれば
よく、例えば、弾性体８４に供給口を形成したり、図２
５に示すように、２つの測定球を連結する部材に供給口
を形成してもよい。図２５に示す測定装置は、球形の測
定球８５が円筒状の支持部材８７に貫通された状態で固
定される。支持部材８７は、基端側が円筒状の弾性体８
８を介してパイプ８９に連結され、先端側が弾性体から
成る栓８３によって封止されている。栓８３の下端に
は、測定球８６が接着されて支持される。また、支持部
材８７の下端部の外周面には、供給口８７Ａ、８７Ａ…
が均等に形成されている。したがって、パイプ８９に圧
縮空気を供給すると、支持部材８７を介して供給口８７
Ａ、８７Ａ…から測定球８５と測定球８６との間に噴射
され、噴射された圧縮空気は、測定球８５と穴２２Ａと
の間、測定球８６と穴との間から流出する。測定球８５
は、弾性体８８を介して支持されているので、自動求心
作用によって穴２２Ａの中心に配置され、また、測定球
８６は、測定球８５に弾性体の栓８３を介して連結され
ているので、自動求心作用によって穴２２Ａの中心に配
置される。これにより、穴２２Ａの内径を精度良く測定
することができる。なお、支持部材８７を弾性体８８を
介して連結する代わりに、支持部材８７にフローティン
グ機構を設けてもよい。

【００６０】なお、上述した第１、２、３の実施の形態
では、ワーク２２の穴２２Ａ（又は２Ｂ）に空気を噴射
して穴２２Ａの内径を測定したが、流体を噴射するので
あればよく、空気以外の気体や液体であってもよい。ま
た、その流体の温度を制御する温度制御手段を設けても
よい。

【００６１】また、上述した第１、２、３の実施の形態
では、浮子として球形の測定球３０、６６、８０、８２
を使用したが、これに限定するものではない。例えば、
図１３〜図２３に示したような浮子や、これ以外にも穴
の軸心に対して穴を対象に狭窄できる形状であればよ
い。

【００６２】図１３に示す浮子９０は、球体を円周状に
切削することによって形成される形状であり、切削した
部分の直径ｄ１が穴２２Ａの直径Ｄよりも若干小さく形
成される。この浮子９０は、球体を切削加工することに
よって簡単に加工することができるので、測定する穴２
２Ａに適した径の球体を入手しにくい場合に効果的であ
る。

【００６３】図１４に示す浮子９２は、円柱部９２Ａと
半球部９２Ｂ、９２Ｂとから成るカプセル型に形成され
ている。この浮子９２は、中央部９２Ａを長くすること
によって浮子９２の姿勢が安定し、測定誤差の小さい安
定した測定結果が得られる。

【００６４】図１５に示す浮子９４は、楕円形型、即
ち、楕円形を長径（又は短径）を中心に１８０°回転さ
せることによって得られる形状に形成されている。ま
た、図１６に示す浮子９６は、径差コロ型（又はたる
型）に形成されている。このように形成された浮子９
４、９６は、穴２２Ａに挿入しやすく、また、安定した
測定結果が得られる。

【００６５】図１７に示す浮子９８は、円錐型に形成さ
れている。この浮子９８は、頂点側９８Ａが流体の吹出
側を向くように穴２２Ａに挿入することによって、浮子
９８の空気抵抗を小さくすることができる。したがっ
て、供給する流体の圧力を低下させることができる。

【００６６】図１８に示す浮子１００は、円錐上下型で
あり、２つの円錐の底面を貼り合わせた形状に形成され
る。このように形成された浮子１００は、浮子１００の
後方に渦が発生しないので、空気抵抗をさらに小さくす
ることができる。

【００６７】図１９に示す浮子１０２は、流線形型に形
成されている。したがって、浮子１０２の空気抵抗を最
も小さくすることができる。

【００６８】図２０に示す浮子１０４は、低重心型、即
ち、浮子１０４全体の重心が下方に配置され、浮上姿勢
が安定する。

【００６９】図２１に示す浮子１０６は、挿入ガイド付
き型であり、下部に径の小さいガイド部１０６Ａが設け
られており、穴２２Ａに挿入し易く構成されている。ま
た、浮子１０６は、ガイド部１０６Ａの下端が半球状に
形成されており、自動求心作用が得られやすいように構
成されている。

【００７０】図２２（ａ）及び図２２（ｂ）は、スプラ
イン型の浮子１０８の平面断面図及び側面断面図であ
る。浮子１０８は、スプライン型、即ち、歯車形状をし
た柱状部１０８Ａと、半球状に形成された求心作用部１
０８Ｂとから構成される。この浮子１０８を、柱状部１
０８Ａと相似形状をしたスプライン形状の穴２２Ｄに挿
入すると、浮子１０８は、求心作用部１０８Ｂによって
自動求心作用が働き、穴２２Ｄの中心に配置されるの
で、柱状部１０８Ｂの周囲には均等な隙間が形成され
る。したがって、スプライン状のマスターの基準値とを
比較することにより、穴２２Ｄの寸法を測定することが
できる。なお、求心作用部１０８Ｂの形状は、半球状に
限定するものではなく、円錐状であってもよい。

【００７１】図２３に示す浮子１１０は、ダイヤ型、即
ち、２個の四角錐を底面で合わせた形状に形成されてい
る。この浮子１１０は、角穴２２Ｃの測定に適してい
る。

【００７２】なお、浮子の形状は、穴に流体を供給した
際に自動求心作用が効果的に働く形状であることが好ま
しく、例えば、流体が供給される側を半球状や円錐状に
形成する。または、これらの浮子形状の組み合わせでも
よい。

【００７３】また、浮子は、穴の軸と直交する方向にお
ける断面形状が、穴の形状に相似していることが好まし
い。例えば、多角形状の穴が形成されていた場合には、
その形状の多角錐、または、その多角錐を底面で合わせ
た形状にするとよい。これにより、浮子の回りに隙間が
均等に形成され、精度良く穴の寸法を測定することがで
きる。したがって、本発明は、浮子の断面形状を変える
ことによってあらゆる断面形状の穴の寸法を精度良く計
測することができる。

【００７４】また、上述した実施の形態では、測定球３
０を上方から支持部材３２によって抑えることにより、
測定球３０が穴２２Ａの外部に抜けることを防止した
が、これに限定するものではなく、下方から紐状部材等
によって支持してもよい。また、その紐状部材の張力や
伸びを測定してもよい。

【００７５】また、図１に示した測定装置１０におい
て、測定球３０が中空に浮いた状態のまま、測定を行っ
てもよい。即ち、測定球３０が流体の噴射によって受け
る浮力と、測定球３０の自重とが釣り合うことにより、
測定球３０が支持部材３２に当接せずに中空に維持され
る状態で背圧や流量を検出する。この場合、同じ条件に
おけるマスターの基準値と比較することにより、穴２２
Ａ〜２２Ｄの寸法を精度良く求めることができる。

【００７６】また、上述した第１の実施の形態におい
て、ワーク２２は、穴２２Ａの中心が供給口２８Ａの中
心とできるだけ一致するように測定台２８上に設置する
ことが好ましい。したがって、ワーク２２を測定台２８
に簡単に位置決めできるように測定台２８に位置決め手
段を設けてもよい。

【００７７】また、測定台２８は、ワーク２２の穴２２
Ａの大きさの変更に伴い、供給口２８Ａの径の異なるも
のに交換するようにしてもよい。

【００７８】また、上述した実施の形態では、鉛直方向
に形成された穴２２Ａに下方から流体を噴射して測定を
行ったが、穴２２Ａに上方から流体を噴射し、下方から
支持部材３２で支持することによって測定してもよい。
また、鉛直方向に形成された穴２２Ａだけでなく、斜め
方向や水平に形成された穴を測定してもよい。

【００７９】また、上述した実施の形態において、Ａ／
Ｅ変換器１８から出力された検出信号を、管制部２０で
Ａ／Ｄ変換し、高周波成分を除去することにより、測定
球３０の振動成分を除去してもよい。これにより、穴２
２Ａ（又は２２Ｂ）の内径の測定精度をさらに向上させ
ることができる。

【００８０】また、上述した実施の形態は、直線状に形
成された穴２２Ａ〜２２Ｄの内径を測定する例で説明し
たが、本発明は、例えばＴ字状やＬ字状に形成された穴
の内径を測定してもよい。

【００８１】また、上述した実施の形態において、アー
ム３６を支柱３８に対して上下方向スライド自在に設け
ると、支持部材３２、６８を簡単に穴２２Ａ〜２２Ｄへ
出し入れすることができる。

【００８２】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る穴の内
径測定方法及び装置によれば、ワークに形成された穴に
浮子を挿入して流体を供給し、供給した流体の背圧、流
量、又は浮子が受ける抗力、或いは浮子の変位を検出す
ることによって穴の内径を測定するので、偏心誤差や角
度誤差を発生することなく、穴の内径を精度良く測定す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る穴の内径測定装置の第１の実施の
形態の構造を示すブロック図

【図２】図１に示した穴の内径測定装置の特徴部分を示
す断面図

【図３】図１に示した穴の内径測定装置の作用を示す説
明図

【図４】本発明に係る穴の内径測定装置の第２の実施の
形態の構造を示すブロック図

【図５】図４と検出方法が異なる測定装置の構造を示す
ブロック図

【図６】図１と異なる測定球の支持構造を示す断面図

【図７】図１と異なる測定球の支持構造を示す断面図

【図８】図１と異なる測定球の支持構造を示す断面図

【図９】図１と異なる測定球の支持構造を示す断面図

【図１０】本発明に係る穴の内径測定装置の第３の実施
の形態の構造を示すブロック図

【図１１】図１０に示した穴の内径測定装置の特徴部分
を示す断面図

【図１２】図１０に示した穴の内径測定装置の応用例を
示す断面図

【図１３】丸穴に適した浮子の一例を示す断面図

【図１４】丸穴に適した浮子の一例を示す断面図

【図１５】丸穴に適した浮子の一例を示す断面図

【図１６】丸穴に適した浮子の一例を示す断面図

【図１７】丸穴に適した浮子の一例を示す断面図

【図１８】丸穴に適した浮子の一例を示す断面図

【図１９】丸穴に適した浮子の一例を示す断面図

【図２０】丸穴に適した浮子の一例を示す断面図

【図２１】丸穴に適した浮子の一例を示す断面図

【図２２】丸穴に適した浮子の一例を示す説明図

【図２３】角穴に適した浮子の一例を示す断面図

【図２４】図１１と異なる測定球の支持構造を示す断面
図

【図２５】図１２と異なる測定球の支持構造を示す断面
図

【図２６】従来装置の構造を示す平面断面図

【図２７】従来装置の構造を示す縦断面図

【符号の説明】

１０…測定装置、１２…空気源、１６…レギュレータ、
１８…Ａ／Ｅ変換器、２０…管制部、２２…ワーク、２
２Ａ…穴、２８…測定台、２８Ａ…供給口、３０…測定
球、３２…支持部材、４２…圧電ピックアップ、４８…
歪みゲージ、５２…永久磁石、５４…電磁石、６０…弾
性体

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークに形成された穴の内径を測定する
   穴の内径測定方法において、 浮子を挿入した前記穴に流体を供給し、供給した流体が
   穴内壁と前記浮子との隙間を通過する際の流体の背圧、
   流量、又は前記浮子が受ける抗力、或いは前記浮子の変
   位量を検出し、該検出値を基準値と比較して前記穴の内
   径に換算することを特徴とする穴の内径測定方法。
2. 【請求項２】 ワークに形成された穴の内径を測定する
   穴の内径測定装置において、 前記穴に挿入される浮子と、 該浮子が挿入された穴に流体を供給する流体供給手段
   と、 該流体供給手段で供給した流体が穴内壁と前記浮子との
   隙間を通過する際の流体の背圧、流量、又は前記浮子が
   受ける抗力、或いは前記浮子の変位量を検出する検出手
   段と、 該検出手段で検出した検出値を基準値と比較して前記穴
   の内径に換算する換算手段と、 を備えたことを特徴とする穴の内径測定装置。
3. 【請求項３】 前記浮子は、球状に形成されることを特
   徴とする請求項２記載の穴の内径測定装置。
4. 【請求項４】 前記浮子の支持手段を設けたことを特徴
   とする請求項２又は３記載の穴の内径測定装置。
5. 【請求項５】 前記浮子は、前記支持手段に弾性体を介
   して取り付けられていることを特徴とする請求項４記載
   の穴の内径測定装置。
6. 【請求項６】 前記浮子は、磁力によって前記支持部材
   に支持されることを特徴とする請求項４記載の穴の内径
   測定装置。
7. 【請求項７】 前記浮子に前記流体の供給口が形成され
   ていることを特徴とする請求項２、３、４又は５記載の
   穴の内径測定装置。
8. 【請求項８】 前記穴に複数の浮子が挿入されることを
   特徴とする請求項２、３、４、５、６又は７記載の穴の
   内径測定装置。
9. 【請求項９】 前記流体は、空気であることを特徴とす
   る請求項２、３、４、５、６、７又は８記載の穴の内径
   測定装置。
10. 【請求項１０】 前記浮子は、前記穴の軸と直交する方
    向における断面形状が、前記穴に相似した形状であるこ
    とを特徴とする請求項２、３、４、５、６、７、８又は
    ９記載の穴の内径測定装置。