JP4155138B2 - 間隙測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、有底筒状体の内部穴底面と内部穴内に挿入された挿入体の先端面との間隙を測定するための間隙測定装置に関する。

従来、物体と物体の間に形成された間隙の量を求める場合には、間隙の両端の位置をそれぞれ測定したり、間隙に向かって光を投光して間隙を通過した光の量から間隙量を求めたりしていた。
一方、例えば特許文献１に開示される圧電アクチュエータのように、先端部に軸線方向に変形可能な弾性部分を有した有底筒状体の内部穴に挿入体を挿入した構造を有する装置が存在する。具体的には、特許文献１に開示される圧電アクチュエータは、ケーシングの下端部筒壁をなす伸縮可能なベローズとその下端に溶接固定された円盤状部材とからなる有底筒状体の内部穴にケーシング内に収容されたピエゾスタックと一体的に上下動するロッドを挿入した構造を有している。

特開２００２−２０２０２３号公報

しかしながら、例えば、有底筒状体の内部に挿入体を圧入したときに筒状体の内部穴の底面と挿入体の端面との間に形成された間隙の量を測定する場合には、外部から間隙部分にアクセスできないため、または間隙部分は見えないため、従来の方法では、間隙の測定を行うことができないという問題があった。

これは、先端部に軸線方向に変形可能な弾性部分を有した有底筒状体の内部穴に挿入体を挿入したときに筒状体の内部穴底面と挿入体の先端面との間隙を測定する場合でも同様であった。

よって、本発明の目的は、従来技術に存する問題を解消して、軸線方向に変形可能な有底筒状体の内部穴の底面と内部穴内に挿入された挿入体の先端面との間隙を測定できるようにすることにある。

本発明は、上記目的に鑑み、軸線方向に変形可能な筒状体の先端面を挿入体の先端面に向けて押圧することにより、筒状体の内部穴底面を挿入体の先端面に当接させて筒状体の内部穴底面と挿入体の先端面との間に形成された間隙を解消させ、このときに測定した筒状体先端面の変位量から筒状体の内部穴底面と挿入体の先端面との間隙量を求めるようにした間隙測定装置を提供する。

筒状体の先端面を軸線方向に押圧して筒状体の内部穴の底面を挿入体の先端面に当接させると、筒状体の内部穴の底面と挿入体の先端面との間隙は解消され、また、この状態からさらに筒状体の先端面を押圧しても、挿入体が障害となって弾性部分がさらに圧縮することもない。したがって、筒状体の先端面を軸線方向に押圧して間隙を解消させたときと筒状体の先端面から除圧したときとの間での筒状体の先端面の変位量は、除圧時における筒状体の内部穴底面と挿入体の先端面との間隙量と等しくなる。このことを利用して、筒状体の先端面を軸線方向に押圧して筒状体の内部穴の底面を挿入体の先端面に当接させたときと筒状体の先端面から除圧したときとの間の筒状体の先端面の変位を測定すれば、筒状体の内部穴底面と挿入体の先端面との間に形成された間隙の量を求めることができる。

挿入体が剛性部分に圧入されており且つ先端部の弾性部分に対しては変位可能な状態になっている組立体では、筒状体の剛性部分を保持しつつ弾性部分の先端面を挿入体の先端面に向けて押圧すると、筒状体の弾性部分がその軸線方向に圧縮して筒状体の内部穴底面が挿入体の端面に当接し、間隙が解消する。また、この状態からさらに弾性部分を押圧しても、剛性部分の内周面と挿入体の外周面との摩擦のため挿入体が剛性部分に対して動かないので、挿入体が障害となって弾性部分がさらに圧縮することもない。したがって、筒状体の弾性部分を押圧して間隙が解消したときと筒状体の弾性部分から除圧したときとの間での弾性部分の先端面の変位量は、除圧時に筒状体の穴の底面と挿入体の端面との間隙量と等しくなり、弾性部分の先端面の変位量から筒状体の内部穴底面と挿入体の先端面との間隙量を求めることができる。

上記間隙測定装置では、例えば、筒状体の弾性部分を押圧して弾性部分の内部穴の底面を挿入体の先端面に当接させたときの弾性部分の先端面の位置と、弾性部分から除圧したときの弾性部分の先端面の位置とを測定すれば、両測定値から弾性部分の先端面の変位量を求めることができる。

また、筒状体の弾性部分の先端面の位置を測定するための測定手段が、筒状体の軸線と平行に移動可能な支持台に支持され且つ弾性部分に向かって付勢された接触要素と、接触要素の位置を測定するための変位センサとを含むとき、測定手段の接触要素を筒状体の弾性部分に接触させた状態で押圧手段により接触手段に筒状体の弾性部分に向かう力を付与すると、接触要素は、支持台に対して前進して筒状体の弾性部分を収縮させ、筒状体弾性部分の内部穴の底面を挿入体の先端面に当接させることができる。一方、押圧手段による与圧を解除すると、弾性部分の先端面が元の位置に復帰するので、それ伴って接触要素は支持台に対して後退する。したがって、変位センサにより接触要素の位置を測定すれば、筒状体弾性部分の先端面の変位を測定することができる。

さらに、筒状体の軸線と、測定手段の接触要素の移動軸線と、押圧手段の力作用軸線とが同一軸線上に延びるように、筒状体と接触要素と押圧手段とが配置されていれば、押圧時に筒状体の弾性部分が湾曲することを防止することができ、高精度な間隙測定が可能となる。

以下、図面を参照して本発明の間隙測定装置の実施形態について説明する。

本発明の間隙測定装置１０は、軸線方向に変形可能な有底筒状体１２の内部穴内に挿入体１４を挿入することにより構成された組立体において、筒状体１２の内部穴底面と挿入体１４の先端面との間に形成された間隙１６の量を測定するためのものである。

最初に図１を参照して、被測定物となる組立体の構造について説明する。

有底筒状体１２は、先端部に設けられ且つ軸線方向に変形可能な弾性部分１２ａと、他の部分を構成する剛性部分１２ｂとを有し、剛性部分１２ｂから弾性部分１２ａまで延びる内部穴は弾性部分１２ａにおいてキャップ１２ｃで閉鎖されている。筒状体１２の剛性部分１２ｂの内部穴は、筒状体１２に挿入された挿入体１４が圧入された状態となるような寸法になっており、弾性部分１２ａの内部穴は、弾性部分１２ａが挿入体１４に対して変位可能となるような寸法になっている。また、内部穴は、筒状体１２に挿入体１４を挿入したときに内部穴の底面と挿入体１４の先端面との間に間隙１６が形成されるような長さを有している。

次に、図１を参照して、本発明の間隙測定装置１０の構成について説明する。

間隙測定装置１０は、筒状体１２の剛性部分１２ｂを保持するための筒状体保持手段と、筒状体１２の弾性部分１２ａの先端面の位置を測定するための測定手段と、筒状体１２の弾性部分１２ａの先端面を挿入体１４の先端面に向けて押圧する押圧手段とを備えている。

筒状体保持手段は、対向して配置された２つのクランプ１８によって構成されており、クランプ１８の対向面には筒状体１２の外形に対応した形状の表面を有した割治具２０が取り付けられている。筒状体保持手段は、チャックなど筒状体を保持するのに適した他の公知保持具とすることもできる。

測定手段は測定ヘッド２２によって構成されており、測定ヘッド２２は、ヘッド移動用シリンダ２４によって筒状体１２の軸線と平行な方向に移動可能な支持台２６と、支持台２６に対して移動可能に支持された接触要素２８と、接触要素２８の位置を測定するための変位センサ３０とを備えている。

接触要素２８は、支持台２６を貫通して筒状体１２の弾性部分１２ａの先端面に向かって突出しており、付勢バネ３２によって筒状体１２の弾性部分１２ａに向かって付勢されている。これにより、接触要素２８が筒状体１２の弾性部分１２ａの先端面に接触したときには、接触要素２８が支持台２６に対して後方（挿入体１４から離れる方向）に移動し、接触要素２８と筒状体１２の弾性部分１２ａの先端面とが離れると再び支持台２６に対して前方（挿入体１４に近づく方向）へ移動するようになっている。なお、接触要素２８の中間部にはリング状の止め部２８ａが設けられており、接触要素２８が一定量以上支持台２６から突出しないようになっている。また、付勢バネ３２の付勢力は、接触要素２８が筒状体１２の弾性部分１２ａを介して挿入体１４に力を作用させたときに筒状体１２の弾性部分１２ａを変形させることがない程度に弱く設定されている。

変位センサ３０は、ブラケット３４を介して支持台２６に固定されており、支持台２６に対する接触要素２８の相対的な変位を検出できるようになっている。図１に示されている実施形態では、接触要素２８と一体的に移動するプレート３６などの支持台２６に対する相対変位を検出しているが、支持台２６に対する接触要素２８自体の相対変位を検出してもよいことはもちろんである。変位センサ３０としては、接触タイプのものや光学センサ又は磁気センサなどの非接触タイプのものを使用することができる。

押圧手段は押圧用シリンダ３８によって構成されており、押圧用シリンダ３８のシリンダロッド３８ａを延伸させたときに、シリンダロッド３８ａの先端が接触要素２８の後端（筒状体１２との接触端部と反対側の端部）に当接し、接触要素２８を筒状体１２の弾性部分１２ａに向かって押し付けるようになっている。したがって、接触要素２８が筒状体１２の弾性部分１２ａの先端面に当接して接触要素２８が付勢バネ３２に抗して支持台２６に対して後方へ移動しているときに押圧用シリンダ３８のシリンダロッド３８ａを延伸させると、接触要素２８が支持台２６から延出して筒状体１２の弾性部分１２ａの先端面軸を線方向に押圧し、弾性部分１２ａの内部穴の底面を挿入体１４の先端面に向かって移動させることになる。

ヘッド移動用シリンダ２４や押圧用シリンダ３８としては、油圧シリンダや空気圧シリンダを用いることができるが、挿入体１４までも変形させ得るような大きな出力は必要としないので、空気圧シリンダを使用することが好ましい。

また、クランプ１８によって保持される筒状体１２と、測定ヘッド２２の接触要素２８と、押圧用シリンダ３８とは、筒状体１２の軸線と、接触要素２８の移動軸線と、押圧用シリンダ３８の力作用軸線とが同一の軸線上に延びるように配置されていることが好ましい。これにより、筒状体１２にモーメントを発生させてしまい弾性部分１２ａなどに撓みを生じさせることを防止し、筒状体１２の弾性部分１２ａの内部穴の底面と挿入体１４の先端面との間隙量をより正確に求めることを可能とさせ得る。

間隙測定装置１０は、さらに、挿入体１４の後端部から先端部に向けて力を作用させる脱落防止手段４０を備えてもよい。脱落防止手段４０は、押圧用シリンダ３８により接触要素２８を介して筒状体１２の弾性部分１２ａの先端面を押圧したときに、筒状体１２の剛性部分１２ｂにおいて挿入体１４が筒状体１２に対して移動することを防止する機能を果たす。しかしながら、筒状体１２の剛性部分１２ｂの内周面と挿入体１４の外周面との摩擦が十分に大きく、押圧用シリンダ３８により接触要素２８を介して挿入体１４を押圧しても挿入体１４が筒状体１２に対して移動する恐れがない場合には、脱落防止手段４０を設けなくてもよい。

次に、図１〜図３を参照して、図１に示されている間隙測定装置１０による間隙測定方法について説明する。

最初に、筒状体１２の内部穴に挿入体１４を挿入し、筒状体１２の剛性部分１２ｂに挿入体１４を圧入して、被測定物となる組立体を組み立てる。このとき、筒状体１２の先端に設けられた弾性部分１２ａの内部穴の底面と挿入体１４の先端面との間には間隙１６が形成されている。また、間隙測定装置１０の初期状態では、図１に示されているように、間隙測定装置１０のヘッド移動用シリンダ２４のシリンダロッド２４ａは収縮しており、測定ヘッド２２はクランプ１８から最も離れて位置する状態になっている。

次に、図１に示されているように、筒状体保持手段であるクランプ１８によって筒状体１２を両側から締め付けることにより筒状体１２を保持する。このとき、後述するように押圧用シリンダ３８によって筒状体１２を軸線方向に押圧するときに筒状体１２がクランプ１８に対して摺動することを防止できるような圧力で、クランプ１８によって筒状体１２を締め付けるようにする。例えば、筒状体１２とクランプ１８の割治具２０との摩擦係数が０．１であり、押圧用シリンダ３８により筒状体１２を押圧するときの力が１２５Ｎである場合には、クランプ１８は１２５０Ｎより強い力で筒状体１２を締め付ければよい。さらに、必要であれば、脱落防止手段４０によって挿入体１４の後端部から先端部に向けて力を作用させ、押圧用シリンダ３８により筒状体１２の弾性部分１２ａの先端面を押圧したときに筒状体１２の剛性部分１２ｂにおいて挿入体１４が筒状体１２に対して移動しないようにしてもよい。

次に、図２に示されているように、ヘッド移動用シリンダ２４のシリンダロッド２４ａを延伸させることにより、測定ヘッド２２の支持台２６をクランプ１８に保持される筒状体１２に向かって移動させ、支持台２６に支持された接触要素２８の先端を筒状体１２の弾性部分１２ａの先端面に接触させる。接触要素２８は、付勢バネ３２によって筒状体１２に向かって付勢された状態で支持台２６に移動可能に支持されているので、接触要素２８が筒状体１２の弾性部分１２ａの先端面に接触すると、接触要素２８は付勢バネ３２に抗して支持台２６に対して後方に移動する。なお、付勢バネ３２の付勢力は弱いので、このときに筒状体１２の弾性部分１２ａを変形させることはない。

上述した測定ヘッド２２の移動と概略同時に又はそれに続いて、図２に示されているように、押圧用シリンダ３８のシリンダロッド３８ａを延伸させて接触要素２８の後端に当接させ、接触要素２８を支持台２６に対して前方へ移動させる。これにより、押圧用シリンダ３８は、接触要素２８を介して筒状体１２の弾性部分１２ａの先端面を挿入体１４の先端面に向けて押圧し、弾性部分１２ａの内部穴の底面を挿入体１４の先端面に当接させ、その間に形成されていた間隙１６を解消させる。なお、押圧用シリンダ３８により付与される力は、挿入体１４を変形させることがないような強さに設定されており、これにより、挿入体１４の変形を回避させるようにしている。また、ロードセル（図示せず）などを使用して押圧用シリンダ３８が接触要素２８に付与する力を監視し、接触要素２８に付与される力が予め設定された値を越えたときに押圧用シリンダ３８の作動を停止させるようにしてもよい。

そして、このように押圧用シリンダ３８により弾性部分１２ａの内部穴の底面を挿入体１４の先端面に当接させたときに、変位センサ３０により支持台２６に対する接触要素２８の位置を測定することにより、支持台２６に対する弾性部分１２ａの先端面の位置を測定する。

次に、図３に示されているように、押圧用シリンダ３８のシリンダロッド３８ａを収縮させ、押圧用シリンダ３８による接触要素２８への圧力付与を解除すると、筒状体１２の弾性部分１２ａから除圧されて、弾性部分１２ａの先端面は初期位置に復帰し、弾性部分１２ａの内部穴の底面と挿入体１４の先端面との間に再び間隙１６が形成される。このときの間隙量は、接触要素２８を付勢する付勢バネ３２のバネ力が弾性部分１２ａを変形させない程度の大きさに設定されていることから、接触要素２８が弾性部分１２ａの先端面に接触していないときの間隙量ｄ（図１参照）と等しくなる。一方、この弾性部分１２ａの先端面の初期位置への復帰に伴って、接触要素２８は付勢バネ３２の付勢力に抗して支持台２６に対して後方へ移動する。そして、このときに、支持台２６に対する接触要素２８の位置を測定することにより、支持台２６に対する弾性部分１２ａの先端面の位置を測定する。

こうして測定した２つの弾性部分１２ａの先端面の位置から、支持台２６に対する弾性部分１２ａの先端面の変位量ｄ′を求めることができる。この支持台２６に対する弾性部分１２ａの先端面の変位量ｄ′は筒状体１２の弾性部分１２ａの内部穴の底面と挿入体１４の先端面との間隙量ｄに等しくなることから、除圧されて弾性部分１２ａの内部穴の底面と挿入体１４の先端面との間に間隙１６が形成された状態と押圧により弾性部分１２ａの内部穴の底面が挿入体１４の先端面に当接した状態との間での弾性部分１２ａの先端面の変位量ｄ′を求めることにより、弾性部分１２ａの内部穴の底面と挿入体１４の先端面との間隙量ｄを求めることができる。

以上、図１から図３に示されている実施形態に基づいて、本発明の間隙測定装置１０について説明したが、本発明の間隙測定装置１０は説明した実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、筒状体１２が、先端部に設けられた弾性部分１２ａと、それ以外の部分を構成する剛性部分１２ｂとからなると説明されているが、筒状体１２は、少なくとも一部に剛性部分１４を有していればよい。また、測定ヘッド２２を移動させるための手段や押圧手段としてヘッド移動用シリンダ２４や押圧用シリンダ３８が用いられているが、これらに代えて、ボールネジ機構と連動するモータなど他のアクチュエータを使用することも可能である。さらに、本発明の間隙測定装置１０を用いた間隙測定方法において、最初に測定ヘッド２２の接触要素２８を筒状体１２の弾性部分１２ａの先端面に接触させたとき、押圧用シリンダ３８による接触要素２８へ与圧を行う前には、図３に示されている状態が生じるので、このときに、筒状体１２の弾性部分１２ａの内部穴の底面と挿入体１４の先端面との間に間隙１６が形成されているときの筒状体１２の弾性部分１２ａの先端面の位置を測定するようにしてもよい。

間隙測定動作前の本発明の間隙測定装置の全体構成を示している部分断面立面図である。 図１に示されている状態から、測定ヘッドを上昇させ且つ押圧用シリンダにより筒状体の弾性部分を押圧して、筒状体の内部穴底面を挿入体の先端面に当接させたときの間隙測定装置を示している部分断面立面図である。 図２に示されている状態から、押圧用シリンダによる筒状体弾性部分の押圧を解除して、弾性部分が元の形状に戻ったときの間隙測定装置を示している部分断面立面図である。

符号の説明

１０…間隙測定装置
１２…筒状体
１４…挿入体
１６…間隙
１８…クランプ
２２…測定ヘッド
２６…支持台
２８…接触要素
３０…変位センサ
３８…押圧用シリンダ

Claims (5)

1. 軸線方向に変形可能な有底筒状体の内部穴の底面と該筒状体内に挿入された挿入体の先端面との間隙を測定するための間隙測定装置において、
   前記筒状体の先端面を前記挿入体の先端面に向けて押圧する押圧手段を備え、前記筒状体の前記内部穴の底面が前記挿入体の先端面に当接するまでの前記筒状体の先端面の変位量から、前記筒状体の内部穴の底面と前記挿入体の先端面との間隙量を求めるようにしたことを特徴とする間隙測定装置。
2. 前記筒状体は、その先端に設けられ且つ軸線方向に変形可能な弾性部分と、少なくとも一部に設けられた剛性部分とを有し、前記内部穴が前記剛性部分から前記弾性部分まで延び、前記挿入体が前記剛性部分の前記内部穴に圧入された状態となっており、
   前記間隙測定装置は、筒状体保持手段をさらに備え、該筒状体保持手段によって前記筒状体の剛性部分を保持しつつ、前記押圧手段によって前記筒状体の前記弾性部分を前記挿入体の先端面に向けて押圧し、前記弾性部分の内部穴の底面が前記挿入体の先端面に当接するまでの前記弾性部分の前記弾性部分の先端面の変位を測定する、請求項１に記載の間隙測定装置。
3. 前記間隙測定装置は、前記筒状体の弾性部分の先端面の位置を測定するための測定手段をさらに備え、前記弾性部分を押圧して前記弾性部分の内部穴の底面を前記挿入体の先端面に当接させたときに前記測定手段により測定した前記弾性部分の先端面の位置と、前記弾性部分から除圧したときに前記測定手段により測定した前記弾性部分の先端面の位置とから、前記弾性部分の先端面の変位を求める、請求項２に記載の間隙測定装置。
4. 前記測定手段は、前記筒状体の軸線と平行に移動可能な支持台と、該支持台に移動可能に支持され且つ前記筒状体の前記弾性部分に向かって付勢された接触要素と、該接触要素の位置を測定するための変位センサとを含み、前記押圧手段は、前記接触要素に圧力を付与することにより、前記接触要素を介して前記弾性部分を押圧し、前記接触要素への圧力付与を解除することにより、前記弾性部分から除圧する、請求項３に記載の間隙測定装置。
5. 前記筒状体の軸線と、前記測定手段の接触要素の移動軸線と、前記押圧手段の力作用軸線とが同一の軸線上に延びるように、前記筒状体と前記接触要素と前記押圧手段とが配置されている、請求項４に記載の間隙測定装置。

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