JP4533314B2 - 測定器 - Google Patents

Description

本発明は、スピンドルを螺合回転で進退させることにより被測定物の寸法等を測定する測定器、例えば、マイクロメータやマイクロメータヘッド等に代表される測定器に関する。

従来、雌ねじが設けられた本体と、雄ねじが設けられたスピンドルとを備え、スピンドルを螺合回転で進退させることにより被測定物の寸法等を測定する測定器、例えば、マイクロメータやマイクロメータヘッド等に代表される測定器が知られている。このような測定器としては、例えば文献１；実開昭４９−８０２６０号、文献２；特開昭５４−１３０１５２号がある。
このような測定器においては、スピンドルに設けられた雄ねじのねじピッチによってスピンドルの一回転あたりの変位量が規定される。
従来のスピンドルに設けられる雄ねじのねじピッチは、０．５ｍｍまたは０．６３５ｍｍで設けられるのが一般的である。
しかしながら、スピンドルに設けられる雄ねじのねじピッチが０．５ｍｍまたは０．６３５ｍｍであると、スピンドル一回転あたりの変位量が小さいため、測定対象が変わるたびに何回転もスピンドルを回転させなければならず、操作性に問題がある。
ここで、スピンドルの一回転あたりの変位量を大きくするために、スピンドルの雄ねじを多条ネジにすることが考えられる。例えば、三条ネジを採用することにより、一回転あたりの変位量を三倍にすることができる。しかしながら、多条ネジを精密に加工するためには、複数のつる巻線を正確な位相差で形成する必要がある。例えば、三条ネジであれば三本のネジのつる巻線を１２０°の位相差で形成する必要があるが、このような位相差を正確に保って多条ねじを加工形成することは困難であり、加工誤差は測定誤差に繋がる。また、多くのつる巻線を精密な単一のピッチで形成することは困難であり、またつる巻線が多い分だけ加工コストも増大するという問題が生じる。

本発明の主な目的は、従来の問題点を解消し、高精度な測定精度とスピンドルの高速移動とを兼ね備えた測定器を提供することである。このために、本発明は以下の構成を採用する。
本発明は、雌ねじを有する本体と、前記雌ねじに螺合する送りねじを有し軸中心の回転にて軸方向進退可能に設けられたスピンドルとを備えた測定器において、前記送りねじのピッチは外径と谷径との差の２倍以上であり、かつ、外径と谷径との差は外径の５分の１以下であることを特徴とする。
このような構成によれば、スピンドルを回転させると、本体とスピンドルとの螺合回転によって、スピンドルが軸方向に進退される。このときのスピンドルの回転量を計数すると、スピンドル一回転あたりの移動ピッチから、スピンドルの変位量を知ることができるので、測定値を知ることができる。
送りねじのピッチは外径と谷径との差の２倍以上となる大ピッチであるので、スピンドルの一回転あたりの移動ピッチを大きくすることができる。よって、スピンドルを高速移動させることが可能となり、測定器の操作性を向上させることができる。測定対象が変わるたびに、その測定対象に応じてスピンドルを変位させることが必要であるが、送りねじのピッチが大きければ、スピンドルを少ない回転数で高速に進退させることができ、測定に要する手間および時間を削減することができる。
また、ねじピッチを大きくするために送りねじのねじ溝を深くすると、スピンドルに刻まれる加工代が大きくなってスピンドルの強度が減少される。すると、スピンドルがたわむなどの影響によって測定精度が劣化する危険性も考えられる。しかしながら、送りねじの外径と谷径との差を外径の５分の１以下に抑えることによって、スピンドルの強度を十分に確保でき、その結果、測定精度を高精度に維持できる。
ここで、前記送りねじの隣接するねじ溝条は、ねじ軸線に沿った方向で所定の間隔をもって形成されており、隣接するねじ溝条の間には、ねじ軸線に沿った断面でねじ軸線に沿った直線として現れる溝間部が存することが好ましい。
このように、隣接するねじ溝条の間に所定の間隔を設ければ、この所定間隔だけねじピッチが大きくなる。すると、ねじ溝条を深く刻むことなく、大ピッチの送りねじにすることができる。
また、前記雌ねじは、ねじ山条を前記送りねじのねじ溝条に同一のピッチで有し、雌ねじのねじ軸線に沿った方向では、隣接するねじ山条は所定の間隔をもって形成されており、隣接するねじ山条の間にはねじ軸線に沿った断面でねじ軸線に沿った直線として現れる山間部が存することが好ましい。
このような構成によれば、雌ねじは送りねじのねじ溝条に嵌まり合う部分にのみねじ山条を有し、山間部にはねじ谷が加工されないので、送りねじの大ピッチに螺合する雌ねじであっても加工代が大きくならない。よって、本体を深く削らなくてもよいので、本体の強度を保つことができる。
本発明は、略Ｕ字状フレームの一端にアンビルを有するとともに他端に雌ねじを有する本体と、前記雌ねじに螺合する送りねじを有し前記本体の他端に螺合されその螺合回転に伴って前記アンビルに向かって進退するスピンドルと、前記スピンドルの回転量から前記スピンドルの軸方向変位量を検出する検出手段と、前記検出手段からの検出信号に基づく測定量を表示する表示手段とを備えた測定器において、前記送りねじのピッチは外径と谷径との差の２倍以上であり、かつ、外径と谷径との差は外径の５分の１以下である構成としてもよい。
このような構成によれば、アンビルとスピンドルが接した状態から、アンビルとスピンドルとの間に被測定物を挟持する際に、スピンドルがピッチの大きい送りねじを備えているので、請求項１に記載の発明と同様の作用効果を奏することができる。つまり、スピンドルの一回転あたりの移動ピッチが大きくなることにより、スピンドルを高速移動させることができ、測定に要する手間および時間を削減することができる。
本発明において、前記検出手段は、前記本体に設けられたステータと、前記ステータに対向配置されたロータと、前記スピンドルに軸方向に沿って設けられた係合溝と、前記ロータに設けられ前記係合溝に係合する係合ピンと、前記係合ピンを前記係合溝に向けて予圧する予圧力付与手段とを備えていることが望ましい。
このような構成によれば、スピンドルが回転されると、スピンドルの係合溝とロータの係合ピンとの係合により、スピンドルの回転がロータに伝達される。すると、ロータがスピンドルの回転角と同じだけ回転されるとともに、ロータの回転角がステータで読み取られる。よって、スピンドルの回転角を知ることができ、スピンドルの一回転あたりのピッチから、スピンドルの変位量を知ることができる。
予圧力付与手段によって、係合ピンが係合溝に向けて予圧されているので、係合ピンと係合溝とが確実に隙間なくかみ合わされ、スピンドルの回転がロータに正確に伝達される。よって、検出手段によるスピンドル回転角の読取誤差が低減され、測定精度を向上させることができる。
また、ピッチの大きい送りねじを有するスピンドルを用いることによって、スピンドルの一回転あたりの移動ピッチが大きくなると、検出手段の検出精度をその分引き上げる必要がある。すると、係合ピンと係合溝とのわずかな隙間でも測定に与える影響は大きくなる。しかし、予圧力付与手段により、係合ピンと係合溝とを隙間なくかみ合わせるので、係合ピンが係合溝との間の隙間で揺動することはなく、測定が安定される。
本発明において、前記係合ピンは前記スピンドルの軸方向に直交する方向へ摺動自在に設けられ、前記予圧力付与手段は、一端が前記ロータに固定されるとともに他端にて前記係合ピンを前記係合溝に向けて押圧する板ばねを備えていることが望ましい。
このような構成によれば、板ばねによる曲げ弾性によって、係合ピンが係合溝に向けて予圧されるので、係合ピンと係合溝との摺動が確保されつつ、係合ピンと係合溝が隙間なくかみ合わされる。よって、スピンドルの回転が正確にロータに伝達される。その結果、検出手段によるスピンドル回転角の読取誤差が低減され、測定精度を向上させることができる。
本発明において、前記係合溝はＶ字状に形成され、前記係合ピンの前記係合溝に当接する先端は球状に形成されていることが望ましい。
このような構成によれば、Ｖ字状の溝は、上辺が広く、下辺は狭いので、係合ピンの先端が、係合溝のＶ字の両辺に隙間なく当接される。このとき、係合ピンの先端が球状であるので、係合溝との接触面は点であり、摩擦力は小さい。よって、係合ピンと係合溝との摺動が確保されつつ、係合ピンと係合溝とが隙間なく噛み合わされる。その結果、測定器の測定精度を向上させることができる。

図１は本発明の一実施形態のマイクロメータの外観を示す図である。
図２は前記実施形態のマイクロメータの断面を示す図である。
図３は前記実施形態のスピンドルの送りねじの形状を示す図である。
図４Ａは前記実施形態のステータを示す図である。
図４Ｂは前記実施形態のロータを示す図である。
図５Ａは前記実施形態の係合ピン、係合溝および予圧力付与手段の断面を示す図である。
図５Ｂは前記図５Ａの要部を拡大して示す図である。
図５Ｃは前記図５Ａの要部を異なる方向から示す図である。
図６は本発明における送りねじと雌ねじとの嵌め合いの変形例を示す図である。
図７Ａは本発明におけるステータの変形例を示す図である。
図７Ｂは本発明におけるロータの変形例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
図１には、本発明にかかる測定器の第１実施形態として、マイクロメータが示されている。図２には、図１の断面図が示されている。
このマイクロメータ１は、略Ｕ字状フレーム２２２の一端にアンビル２２３を有する本体２と、本体２の他端に螺合されその螺合回転に伴って軸方向に、かつ、アンビル２２３に向かって進退するスピンドル３と、スピンドル３の回転量からスピンドル３の軸方向変位量を検出する検出手段４と、検出手段４からの検出信号に基づく測定量を表示する表示手段としてのデジタル表示部５とを備える。
本体２は、一端側から順に、前部筒２２と、後部筒２１と、スピンドル回動部２３とを備えて構成されている。
前部筒２２は、一端側開口部に設けられたステム２２１と、外部に設けられたＵ字状フレーム２２２とを備える。Ｕ字状フレーム２２２は、一端側にスピンドル３に対向配置されたアンビル２２３が設けられ、他端が前部筒２２に固定され、表面にはデジタル表示部５が設けられている。
後部筒２１は、一端側が前部筒２２に連結され、他端側内周にスピンドル３と螺合される雌ねじ２１１を有するとともに、他端側がすり割加工２１２され、外側からナット２１３でナット止めされている。
スピンドル回動部２３は、後部筒２１に対して順次積層された内ガイド筒２３１および外ガイド筒２３２と、この外ガイド筒２３２に対して回転可能に設けられたアウタースリーブ２３３と、アウタースリーブ２３３との間に摩擦ばね２３４を介して設けられたシンブル２３５と、アウタースリーブ２３３およびシンブル２３５の他端側に設けられたキャップ筒２３６とを備えて構成されている。キャップ筒２３６はねじの螺合によってアウタースリーブ２３３と連結されている。また、キャップ筒２３６の内側には、軸方向に沿ってガイド溝２３７が設けられている。
スピンドル３は、ステム２２１を挿通して本体２の一端側から外部へ突出し、他端側外周に送りねじ３１が設けられ、後部筒２１の雌ねじ２１１と螺合されている。スピンドル３の他端側には、キャップ筒２３６のガイド溝２３７と係合するガイドピン３２が設けられている。スピンドル３には軸方向に沿って係合溝４０が設けられている。
送りねじ３１は、図３に示されるように、ピッチＰが比較的大きい一方、谷の深さｄが比較的浅い雄ねじである。
つまり、送りねじ３１のピッチＰは外径Ｒと谷径ｒとの差の２倍以上となる大ピッチであるが、外径Ｒと谷径ｒとの差は外径Ｒの５分の１以下である。ねじ軸線Ａに沿って見たとき、隣接するねじ谷条（ねじ溝条）３１１は所定の間隔をもって形成されており、隣接するねじ谷条３１１の間には、ねじ軸線Ａに沿った断面でねじ軸線Ａに沿った直線として現れる谷間部（溝間部）３１２が存する。
送りねじ３１の寸法は、例えば、外径Ｒが７．２５−７．３２ｍｍ程度、谷径ｒが６．６６−６．７４ｍｍ程度、ねじピッチＰが１−２ｍｍ程度、ねじ谷の頂角θが５５−６５度程度で、リード角が５°程度である。なお、送りねじ３１の寸法は特に限定されず、スピンドル３の一回転あたりの進退量であるリードをどの程度にするかによって適宜選択される。例えば、送りねじ３１のピッチＰは、外径Ｒと谷径ｒとの差の３倍、５倍、１０倍としてもよく、外径Ｒと谷径ｒとの差は外径Ｒの７分の１、１０分の１としてもよい。
雌ねじ２１１は、ねじ山条２１４を送りねじ３１に同一のピッチで有する。雌ねじ２１１をねじ軸線Ａに沿って見たとき、隣接するねじ山条２１４は所定の間隔をもって形成されており、隣接するねじ山条２１４の間にはねじ軸線Ａに沿った断面でねじ軸線Ａに沿った直線として現れる山間部２１５が存する。
検出手段４は、本体２に設けられたステータ４１と、このステータ４１に対向配置されたロータ４２と、スピンドル３に軸方向に沿って設けられた係合溝４０と、ロータ４２に設けられ係合溝４０に係合する係合ピン４２２と、係合ピン４２２を係合溝４０に向けて予圧する予圧力付与手段６とを備えて構成されている。
ステータ４１は、前部筒２２の内部であって後部筒２１の一端側に設けられている。ステータ４１と前部筒２２とには回り止めピン４１１が介装され、ステータ４１の回転が規制されている。ステータ４１と前部筒２２との間にはばね４１２が介装されていて、ステータ４１は一端側に向けて付勢されている。
ロータ４２は、スピンドル３と独立回転可能に設けられたロータブッシュ４２１を備え、このロータブッシュ４２１の他端側でステータ４１と対向配置されている。
ロータブッシュ４２１は、クランプカラー４２４を介して、ステム２２１に螺合された調整ねじ４２５によって他端側に付勢されている。
ステータ４１およびロータ４２は、電磁誘導式のロータリエンコーダを構成するものである。
ステータ４１は、図４Ａに示されるように、外周に沿った送信巻線４１９とその内側に配置された受信巻線４１８とを備えている。受信巻線４１８は、それぞれ菱形が連続する３系統の巻線パターン４１８Ａ，４１８Ｂ，４１８Ｃを有し、これらの各パターンは互いに菱形のピッチの１／３づつずらして配置されている。
ロータ４２は、図４Ｂに示されるように、外周から内周におよぶ磁束結合巻線４２９を備えている。磁束結合巻線４２９は、ステータ４１の送信巻線４１９からの電磁誘導により誘導電流を発生し、この誘導電流がステータ４１の受信巻線４１８で検出される。受信巻線４１８ではロータ４２とステータ４１との相対回転に伴って各巻線パターン４１８Ａ，４１８Ｂ，４１８Ｃで検出される信号出力が変化する。この変化に基づいてロータ４２とステータ４１との相対回転角を検出することが可能である。
本実施形態においては、スピンドル３の雄ねじが大リードであることに対応して、従来の送信電極４１４が例えば８枚で構成されていたものを、本実施形態の送信電極４１４はその３倍の２４枚で構成されている。
係合ピン４２２は、図５Ａに示されるように、ロータブッシュ４２１に対して軸方向摺動自在に設けられ、スピンドル３の係合溝４０と係合されている。
図５Ｂに示されるように、係合ピン４２２は、その先端が球状に形成されている。係合溝４０は、Ｖ字状に形成されている。
図５Ｃに示されるように、予圧力付与手段６は、一端がロータブッシュ４２１に固定され、他端が係合ピン４２２を係合溝４０に向かって押圧する板ばね６１と、この板ばね６１の一端をロータブッシュ４２１に固定する留めビス６２とを備えて構成されている。
このような構成からなるマイクロメータ１において、キャップ筒２３６もしくはシンブル２３５を回転させると、ガイド溝２３７とガイドピン３２との係合によって、スピンドル３が回転される。すると、スピンドル３と後部筒２１との螺合によってスピンドル３が軸方向に進退される。スピンドル３が回転されると、係合溝４０と係合ピン４２２との係合によってロータ４２が回転される。ロータ４２の回転角がステータ４１で読み取られることによって、スピンドル３の回転角が検出される。スピンドル３の回転角と、スピンドル３の一回転あたりの移動ピッチから、スピンドル３の変位量が算出され、デジタル表示部５にスピンドル３の変位量が測定値として表示される。
従って、このような構成からなるマイクロメータ１によれば、スピンドル３の送りねじ３１が大ピッチで形成されているので、一回転あたりのスピンドル３の移動量を大きくできる。よって、スピンドル３を高速移動させることができるので、操作性のよいマイクロメータ１とすることができる。
板ばね６１が設けられ、係合ピン４２２がこの板ばね６１によって係合溝４０に予圧されているので、係合ピン４２２と係合溝４０とを隙間なく当接させることができる。また、係合ピン４２２の先端が球状に形成され、係合溝４０がＶ字状に形成されているので、Ｖ字の両辺に先端球が当接されることにより、係合ピン４２２と係合溝４０との摺動が確保されつつ、係合ピン４２２と係合溝４０とを隙間なく当接させることができる。よって、係合ピン４２２が係合溝４０との隙間で揺動することがなくなるので、マイクロメータ１の測定精度を向上させることができる。
ステータ４１の送信電極４１４が従来の送信電極４１４の３倍である２４枚設けられているので、スピンドル３の回転角を高精度に検出することができる。スピンドル３の送りねじ３１が大ピッチであるので、スピンドル３の単位回転角度あたりの移動ピッチは大きくなる。本実施形態では、ロータ４２とステータ４１の検出精度を向上させているので、スピンドル３の送りねじ３１が大ピッチであっても、測定精度が低減されることはない。
なお、本発明の測定器は、上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、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。
雌ねじ２１１は、隣接するねじ山条の間にはねじ軸線Ａに沿った断面でねじ軸線Ａに沿った直線として現れる山間部２１５を有するとして説明したが、例えば、図６に示されるように、大きなねじ山条２１４で形成されていてもよい。ねじ山条２１４を大きくすると加工代が大きくなるが、後部筒２１の厚みを十分に厚くすれば加工代が大きくなっても強度を保つことができる。そして、大ピッチの雌ねじを加工する場合には、ねじ山条２１４の高さを大きくすると加工が容易になり加工コストを低減することができる。
予圧力付与手段６は、板ばね６１に限らず、油圧など、予圧を加えられるものであればなんでも利用できる。
検出手段として、前記実施形態では電磁誘導式のロータリエンコーダを採用したが、静電容量式のロータリエンコーダ、光電式など種々のセンサが利用できる。
例えば、図７Ａに示されるように、ステータ４１に受信電極４１３および送信電極４１４を設け、図７Ｂに示されるように、ロータ４２に結合電極４２３を設け、これらの各電極の静電容量変化に基づいて相対回転角を検出することができる。
測定器としては、マイクロメータに限らず、マイクロメータヘッドなど、スピンドルの回転で、スピンドルを進退させる測定器であればよい。

本発明は、スピンドルを螺合回転で進退させることにより被測定物の寸法等を測定する測定器、例えば、マイクロメータやマイクロメータヘッド等として利用できる。

Claims (9)

1. 雌ねじを有する本体と、前記雌ねじに螺合する送りねじを有し軸中心の回転にて軸方向進退可能に設けられたスピンドルとを備えた測定器において、
   前記送りねじのピッチは外径と谷径との差の２倍以上であり、かつ、外径と谷径との差は外径の５分の１以下である
   ことを特徴とする測定器。
2. 請求項１に記載の測定器において、
   前記本体は、略Ｕ字状フレームの一端にアンビルを有するとともに他端に雌ねじを有するものであり、
   前記スピンドルは、前記雌ねじに螺合する送りねじを有し前記本体の他端に螺合されその螺合回転に伴って前記アンビルに向かって進退するものであり、
   前記測定器は、前記本体と、前記スピンドルと、前記スピンドルの回転量から前記スピンドルの軸方向変位量を検出する検出手段と、前記検出手段からの検出信号に基づく測定量を表示する表示手段とを備えている
   ことを特徴とする測定器。
3. 請求項２に記載の測定器において、
   前記検出手段は、前記本体に設けられたステータと、前記ステータに対向配置されたロータと、前記スピンドルに軸方向に沿って設けられた係合溝と、前記ロータに設けられ前記係合溝に係合する係合ピンと、前記係合ピンを前記係合溝に向けて予圧する予圧力付与手段とを備えていることを特徴とする測定器。
4. 請求項３に記載の測定器において、
   前記ステータおよびロータは、電磁誘導式の回転検出器を構成することを特徴とする測定器。
5. 請求項３に記載の測定器において、
   前記ステータおよびロータは、静電容量式の回転検出器を構成することを特徴とする測定器。
6. 請求項３から請求項５の何れかに記載の測定器において、
   前記係合ピンは前記スピンドルの軸方向に直交する方向へ摺動自在に設けられ、
   前記予圧力付与手段は、一端が前記ロータに固定されるとともに他端にて前記係合ピンを前記係合溝に向けて押圧する板ばねを備えていることを特徴とする測定器。
7. 請求項３から請求項６の何れかに記載の測定器において、
   前記係合溝はＶ字状に形成され、前記係合ピンの前記係合溝に当接する先端は球状に形成されていることを特徴とする測定器。
8. 請求項１から請求項７の何れかに記載の測定器において、
   前記送りねじの隣接するねじ溝条は、ねじ軸線に沿った方向で所定の間隔をもって形成されており、隣接するねじ溝条の間には、ねじ軸線に沿った断面でねじ軸線に沿った直線として現れる溝間部が存することを特徴とする測定器。
9. 請求項１から請求項８の何れかに記載の測定器において、
   前記雌ねじは、ねじ山条を前記送りねじのねじ溝条に同一のピッチで有し、雌ねじのねじ軸線に沿った方向では、隣接するねじ山条は所定の間隔をもって形成されており、隣接するねじ山条の間にはねじ軸線に沿った断面でねじ軸線に沿った直線として現れる山間部が存することを特徴とする測定器。

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