JP5010487B2 - エアマイクロメータの計測ヘッド - Google Patents

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Description

本発明はエアマイクロメータの計測ヘッドに関する。
例えば、工作機械の主軸に長尺の穴開け工具を装着し、この穴開け工具でエンジンのシリンダブロックやバルブボディなどのワークに対してクランク穴やスプール穴などの同軸度の要求が厳しい穴を開ける場合には、穴開け工具の振れを抑制するためにブッシュが用いられる。この場合、主軸の軸芯（即ち穴開け工具の軸芯）とブッシュ穴の軸芯とを一致させて穴開け工具をブッシュ穴に挿入する（図１（ａ）参照：詳細後述）。
ところが、工作機械の熱変位などによって、主軸の軸芯とブッシュ穴の軸芯にずれ（偏芯）が生じることがあり、かかる偏芯状態のまま穴開け加工を継続するとブッシュ穴の内周面が偏摩耗してしまう。その結果、ブッシュが機能しなくなり、加工穴の同軸度が悪化してしまう。
従って、定期的に主軸とブッシュ穴の偏芯量を計測し、この偏芯量に応じて主軸の位置を制御する（即ち主軸とブッシュ穴の相対位置を補正する）ことより、主軸（穴開け工具）の軸芯とブッシュ穴の軸芯とを一致させてブッシュ穴の偏摩耗を防止する必要がある。
このため、従来はタッチセンサを用いて主軸とブッシュ穴の偏芯量を測定していた。図２１（ａ）はタッチセンサの側面図、図２１（ｂ）は図２１（ａ）のＷ方向矢視図である。これらの図に示すように、タッチセンサ１は計測ヘッド２の先端にスタイラス３を突設してなるものである。穴開け工具に代えて、この計測ヘッド２を工作機械の主軸４に装着した後、主軸４を動作させてスタイラス３の先端のスタイラス球３ａをブッシュ穴（図示省略）の内周面に接触させることにより、主軸４とブッシュ穴の偏芯量を計測する。
しかし、従来のタッチセンサは、接触式のセンサであることなどから、次のような問題点を有している。
（１） ブッシュ穴の内周面に付着した切削屑などの異物の噛み込みによって、計測誤差を生じ易い。
（２） スタイラス３が折れ易く、このスタイラス３の折損を防止するために主軸を低速度で動作させる必要があるため、計測に時間がかかる。
（３） スタイラス３の故障等により計測ヘッド２を交換する度にダイヤルゲージによる較正が必要であるため、計測に時間がかかる。
これに対し、短時間で且つ高精度に計測可能な非接触式のセンサとして、エアマイクロメータが知られている。図２２（ａ）は従来のエアマイクロメータの概要を示す図、図２２（ｂ）は前記エアマイクロメータ用較正装置の概要を示す図である。
図２２（ａ）に示すように、従来のエアマイクロメータの計測ヘッド１１は、計測ヘッド本体部１４と、この計測ヘッド本体部１４の先端に形成された計測ヘッド先端部１２とを有している。計測ヘッド先端部１２には計測ヘッド先端部１２の径方向に沿って互いに逆方向に第１計測用エアノズル１６Ａと第２計測用エアノズル１６Ｂとが形成されており、計測ヘッド本体部１４には第１計測用エアノズル１６Ａと第２計測用エアノズル１６Ｂとに連通する計測用エア供給路１５が形成されている。
計測時には、図示の如く計測ヘッド１１（計測ヘッド先端部１２）を被計測体１３の穴１３ａに挿入した後、計測エア供給源１７から計測用エアを、Ａ／Ｄ変換機１８を介して計測ヘッド本体部１４の計測エア供給路１５へ供給する。そして、この計測用エアが計測用エア供給路１５を流通した後、分流して第１計測用エアノズル１６Ａと第２計測用エアノズル１６Ｂとからそれぞれ噴出される。このときにＡ／Ｄ変換機１８では計測用エアの圧力（計測用エアの流量に相当）を検出し、この検出信号をデジタル信号に変換して制御装置（図示省略）へ出力する。制御装置では、Ａ／Ｄ変換機１８から出力された圧力検出信号から計測用エアの流量を求め、この計測用エア流量のデータと、予め記憶されている計測用エア流量と穴径の関係を表すデータとに基づいて被計測体穴１３ａの直径Ｄ１を求める。
また、この計測流量と穴径の関係を表すデータは図２２（ｂ）に示すようなエアマイクロメータ用較正装置（マスタゲージ）１９を用いて予め求めておく。即ち、図示の如く計測ヘッド１１（計測ヘッド先端部１２）を、所定の直径Ｄ２を有するエアマイクロメータ用較正装置１９のマスタ穴１９ａに挿入した後、エア供給源１７から計測用エアを、Ａ／Ｄ変換機１８を介して計測ヘッド本体部１４のエア供給路１５へ供給する。そして、この計測用エアが計測用エア供給路１５を流通した後、分流して第１計測用エアノズル１６Ａと第２計測用エアノズル１６Ｂとからそれぞれ噴出される。Ａ／Ｄ変換機１８では、このときの計測用エアの圧力（計測用エアの流量に相当）を検出し、デジタル信号に変換して制御装置（図示省略）へ出力する。制御装置では、Ａ／Ｄ変換機１８から出力された圧力検出信号から計測用エアの流量を求める。かかる計測を直径Ｄ２の大きさが異なる大小２種類のマスタ穴１９ａに対して行い、制御装置では、このときに計測された計測用エア流量のデータと、予め入力されている直径Ｄ２のデータとを、前述の計測用エア流量と穴径の関係を表すデータとして記憶する。
特開２００６−２８４３７６号公報 特開昭５８−１１４８３５号公報 特開平６−１８６００９号公報 特開平７−１３４０１８号公報
しかしながら、上記従来のエアマイクロメータの計測ヘッド１１では穴径Ｄ１を計測することしかできず、図２２（ａ）に示すような計測ヘッド１２の外周面１２ａと被計測体穴１３ａの内周面１３ｂとの間のギャップΔＧ１，ΔＧ２を計測することはできない。従って、この計測ヘッド１１をそのままブッシュ穴の計測に適用したとしても、ブッシュ穴の内径を計測することしかできず、計測ヘッド先端部１２の外周面１２ａとブッシュ穴の内周面との間のギャップを計測することができない。即ち、主軸とブッシュ穴の偏芯量を計測することができない。
従って本発明は上記の事情に鑑み、主軸とブッシュ穴の偏芯量を計測することができるエアマイクロメータの計測ヘッドを提供することを課題とする。
上記課題を解決する第１発明のエアマイクロメータの計測ヘッドは、計測時に工作機械の主軸に装着され、前記工作機械のワークテーブルに取り付けられたブッシュのブッシュ穴に挿入されて、前記ブッシュ穴と前記主軸の偏芯量を計測するためのエアマイクロメータの計測ヘッドであって、
計測ヘッド本体部と、この計測ヘッド本体部の先端に設けられて計測時に前記ブッシュ穴に挿入される計測ヘッド先端部とを有し、
前記計測ヘッド先端部には計測時に前記計測ヘッド先端部の外周面の噴き出し口から同外周面と前記ブッシュ穴の内周面との間のギャップに計測用エアを噴き出すための複数の計測用エアノズルが形成される一方、前記計測ヘッド本体部には各計測用エアノズルに対応した個別の計測用エア供給路が形成されており、各計測用エアノズルに対してそれぞれ個別の計測用エア供給路から計測用エアが供給される構成とし、
前記計測用エアノズルは、前記計測ヘッド先端部の径方向に沿って形成され且つ互いに前記計測ヘッド先端部の周方向に１８０度の角度を有する第１計測用エアノズルと第２計測用エアノズルであり、
前記計測用エア供給路は、前記第１計測用エアノズルに計測用エアを供給する第１計測用エア供給路と、前記第２計測用エアノズルに計測用エアを供給する第２計測用エア供給路であり、
計測用エアが、前記主軸の支持部に形成された第１計測用エア供給路と第２計測用エア供給路から、前記計測ヘッド本体部に装着されたロータリジョイントの第１計測用エア供給路と第２計測用エア供給路を介して、前記計測ヘッド本体部の第１計測用エア供給路と第２計測用エア供給路へそれぞれ供給される構成としたこと、
又は、計測用エアが、前記主軸の支持部に形成された第１計測用エア供給路と第２計測用エア供給路から、前記主軸に装着されたロータリジョイントの第１計測用エア供給路と第２計測用エア供給路及び前記主軸に形成された第１計測用エア供給路と第２計測用エア供給路を介して、前記計測ヘッド本体部の第１計測用エア供給路と第２計測用エア供給路へそれぞれ供給される構成としたことを特徴とする。
また、第２発明のエアマイクロメータの計測ヘッドは、計測時に工作機械の主軸に装着され、前記工作機械のワークテーブルに取り付けられたブッシュのブッシュ穴に挿入されて、前記ブッシュ穴と前記主軸の偏芯量を計測するためのエアマイクロメータの計測ヘッドであって、
計測ヘッド本体部と、この計測ヘッド本体部の先端に設けられて計測時に前記ブッシュ穴に挿入される計測ヘッド先端部とを有し、
前記計測ヘッド先端部には計測時に前記計測ヘッド先端部の外周面の噴き出し口から同外周面と前記ブッシュ穴の内周面との間のギャップに計測用エアを噴き出すための１つの計測用エアノズルが前記計測ヘッド先端部の径方向に沿って形成される一方、前記計測ヘッド本体部には前記計測用エアノズルに対応した１つの計測用エア供給路が形成されており、前記計測用エアノズルに対して前記計測用エア供給路から計測用エアが供給される構成とし、
計測用エアが、前記主軸の支持部に形成された計測用エア供給路から、前記計測ヘッド本体部に装着されたロータリジョイントの計測用エア供給路を介して、前記計測ヘッド本体部の計測用エア供給路へ供給される構成としたこと、
又は、計測用エアが、前記主軸の支持部に形成された計測用エア供給路から、前記主軸に装着されたロータリジョイントの計測用エア供給路と前記主軸に形成された計測用エア供給路を介して、前記計測ヘッド本体部の計測用エア供給路へ供給される構成としたことを特徴とする。
また、第３発明のエアマイクロメータの計測ヘッドは、計測時に工作機械の主軸に装着され、前記工作機械のワークテーブルに取り付けられたブッシュのブッシュ穴に挿入されて、前記ブッシュ穴と前記主軸の偏芯量を計測するためのエアマイクロメータの計測ヘッドであって、
計測ヘッド本体部と、この計測ヘッド本体部の先端に設けられて計測時に前記ブッシュ穴に挿入される計測ヘッド先端部とを有し、
前記計測ヘッド先端部には計測時に前記計測ヘッド先端部の外周面の噴き出し口から同外周面と前記ブッシュ穴の内周面との間のギャップに計測用エアを噴き出すための１つの又は複数の計測用エアノズルが形成される一方、前記計測ヘッド本体部には各計測用エアノズルに対応した個別の計測用エア供給路が形成されており、各計測用エアノズルに対してそれぞれ個別の計測用エア供給路から計測用エアが供給される構成とし、
前記計測ヘッド先端部には、計測時にその先端側周縁のテーパ面の噴き出し口から前方へ前記ブッシュ穴の内周面に向かってエアブロー用エアを噴き出すためのエアブロー用ノズルが形成され、
前記計測ヘッド本体部には、前記エアブロー用ノズルにエアブロー用エアを供給するエアブロー用エア供給路が形成されていることを特徴とする。
また、第４発明のエアマイクロメータの計測ヘッドは、第３発明のエアマイクロメータの計測ヘッドにおいて、
エアブロー用エアが、前記主軸の支持部に形成されたエアブロー用エア供給路から、直接、又は前記主軸に装着されたロータリジョイントのエアブロー用エア供給路及び前記主軸に形成されたエアブロー用エア供給路を介して、前記計測ヘッド本体部のエアブロー用エア供給路へ供給される構成としたことを特徴とする。
また、第５発明のエアマイクロメータの計測ヘッドは、計測時に工作機械の主軸に装着され、前記工作機械のワークテーブルに取り付けられたブッシュのブッシュ穴に挿入されて、前記ブッシュ穴と前記主軸の偏芯量を計測するためのエアマイクロメータの計測ヘッドであって、
計測ヘッド本体部と、この計測ヘッド本体部の先端に設けられて計測時に前記ブッシュ穴に挿入される計測ヘッド先端部とを有し、
前記計測ヘッド先端部には計測時に前記計測ヘッド先端部の外周面の噴き出し口から同外周面と前記ブッシュ穴の内周面との間のギャップに計測用エアを噴き出すための１つの又は複数の計測用エアノズルが形成される一方、前記計測ヘッド本体部には各計測用エアノズルに対応した個別の計測用エア供給路が形成されており、各計測用エアノズルに対してそれぞれ個別の計測用エア供給路から計測用エアが供給される構成とし、
前記計測ヘッド本体部は、前記計測ヘッド先端部が固定されている先端側部材と、基端側部材と、前記先端側部材と前記基端側部材との間に介設された弾性部材と、前記先端側部材に形成された計測用エア供給路と前記基端側部材に形成されている計測用エア供給路とをつないだ可撓性のホースとを有してなるものであることを特徴とする。
また、第６発明のエアマイクロメータの計測ヘッドは、第３〜第５発明の何れか１つのエアマイクロメータの計測ヘッドにおいて、
前記計測用エアノズルは、前記計測ヘッド先端部の径方向に沿って形成され且つ互いに前記計測ヘッド先端部の周方向に１８０度の角度を有する第１計測用エアノズルと第２計測用エアノズルであり、
前記計測用エア供給路は、前記第１計測用エアノズルに計測用エアを供給する第１計測用エア供給路と、前記第２計測用エアノズルに計測用エアを供給する第２計測用エア供給路であることを特徴とする。
また、第７発明のエアマイクロメータの計測ヘッドは、第３〜第５発明の何れか１つのエアマイクロメータの計測ヘッドにおいて、
前記計測用エアノズルは、前記計測ヘッド先端部の径方向に沿って形成され且つそれぞれが前記計測ヘッド先端部の周方向に９０度の角度を有する第１計測用エアノズルと第２計測用エアノズルと第３計測用エアノズルと第４計測用エアノズルであり、
前記計測用エア供給路は、前記第１計測用エアノズルに計測用エアを供給する第１計測用エア供給路と、前記第２計測用エアノズルに計測用エアを供給する第２計測用エア供給路と、前記第３計測用エアノズルに計測用エアを供給する第３計測用エア供給路と、前記第４計測用エアノズルに計測用エアを供給する第４計測用エア供給路であることを特徴とする。
また、第８発明のエアマイクロメータの計測ヘッドは、第３〜第５発明の何れか１つのエアマイクロメータの計測ヘッドにおいて、
前記計測用エアノズルは、前記計測ヘッド先端部の径方向に沿って形成され且つ互いに前記計測ヘッド先端部の周方向に９０度の角度を有する第１計測用エアノズルと第２計測用エアノズルであり、
前記計測用エア供給路は、前記第１計測用エアノズルに計測用エアを供給する第１計測用エア供給路と、前記第２計測用エアノズルに計測用エアを供給する第２計測用エア供給路であることを特徴とする。
また、第９発明のエアマイクロメータの計測ヘッドは、第３〜第５発明の何れか１つのエアマイクロメータの計測ヘッドにおいて、
前記計測用エアノズルは、前記計測ヘッド先端部の径方向に沿って形成された１つの計測用エアノズルであり、
前記計測用エア供給路は、前記１つの計測用エアノズルに計測用エアを供給する１つの計測用エア供給路であることを特徴とする。
また、第１０発明のエアマイクロメータの計測ヘッドは、第７発明のエアマイクロメータの計測ヘッドにおいて、
計測用エアが、前記主軸の支持部に形成された第１計測用エア供給路と第２計測用エア供給路と第３計測用エア供給路と第４計測用エア供給路から、前記計測ヘッド本体部の第１計測用エア供給路と第２計測用エア供給路と第３計測用エア供給路と第４計測用エア供給路へそれぞれ供給される構成としたことを特徴とする。
また、第１１発明のエアマイクロメータの計測ヘッドは、第８発明のエアマイクロメータの計測ヘッドにおいて、
計測用エアが、前記主軸の支持部に形成された第１計測用エア供給路と第２計測用エア供給路から、前記計測ヘッド本体部の第１計測用エア供給路と第２計測用エア供給路へそれぞれ供給される構成としたことを特徴とする。
また、第１２発明のエアマイクロメータの計測ヘッドは、第１又は第２発明のエアマイクロメータの計測ヘッドにおいて、
前記計測ヘッド先端部には、計測時にその先端側周縁のテーパ面の噴き出し口から前方へ前記ブッシュ穴の内周面に向かってエアブロー用エアを噴き出すためのエアブロー用ノズルが形成され、
前記計測ヘッド本体部には、前記エアブロー用ノズルにエアブロー用エアを供給するエアブロー用エア供給路が形成されていることを特徴とする。
また、第１３発明のエアマイクロメータの計測ヘッドは、第１２発明のエアマイクロメータの計測ヘッドにおいて、
エアブロー用エアが、前記主軸の支持部に形成されたエアブロー用エア供給路から、直接、又は前記主軸に装着されたロータリジョイントのエアブロー用エア供給路及び前記主軸に形成されたエアブロー用エア供給路を介して、前記計測ヘッド本体部のエアブロー用エア供給路へ供給される構成としたことを特徴とする。
また、第１４発明のエアマイクロメータの計測ヘッドは、第１又は第２発明のエアマイクロメータの計測ヘッドにおいて、
前記計測ヘッド本体部は、前記計測ヘッド先端部が固定されている先端側部材と、基端側部材と、前記先端側部材と前記基端側部材との間に介設された弾性部材と、前記先端側部材に形成された計測用エア供給路と前記基端側部材に形成されている計測用エア供給路とをつないだ可撓性のホースとを有してなるものであることを特徴とする。
第１発明のエアマイクロメータの計測ヘッドによれば、計測用エアが、前記主軸の支持部に形成された第１計測用エア供給路と第２計測用エア供給路から、前記計測ヘッド本体部に装着されたロータリジョイントの第１計測用エア供給路と第２計測用エア供給路を介して、前記計測ヘッド本体部の第１計測用エア供給路と第２計測用エア供給路へそれぞれ供給される構成としたこと、又は、計測用エアが、前記主軸の支持部に形成された第１計測用エア供給路と第２計測用エア供給路から、前記主軸に装着されたロータリジョイントの第１計測用エア供給路と第２計測用エア供給路及び前記主軸に形成された第１計測用エア供給路と第２計測用エア供給路を介して、前記計測ヘッド本体部の第１計測用エア供給路と第２計測用エア供給路へそれぞれ供給される構成としたことを特徴としているため、主軸の支持部から計測用エアを供給することができ、計測ヘッドに直接計測用エア供給用のホースなどの供給手段を接続する必要がないため、主軸への計測ヘッドの着脱などの計測操作が容易になるなどの効果が得られる。
第２発明のエアマイクロメータの計測ヘッドによれば、計測用エアが、前記主軸の支持部に形成された計測用エア供給路から、前記計測ヘッド本体部に装着されたロータリジョイントの計測用エア供給路を介して、前記計測ヘッド本体部の計測用エア供給路へ供給される構成としたこと、又は、計測用エアが、前記主軸の支持部に形成された計測用エア供給路から、前記主軸に装着されたロータリジョイントの計測用エア供給路と前記主軸に形成された計測用エア供給路を介して、前記計測ヘッド本体部の計測用エア供給路へ供給される構成としたことを特徴としているため、主軸の支持部から計測用エアを供給することができ、計測ヘッドに直接計測用エア供給用のホースなどの供給手段を接続する必要がないため、主軸への計測ヘッドの着脱などの計測操作が容易になるなどの効果が得られる。
第３，第６〜第１２発明のエアマイクロメータの計測ヘッドによれば、前記計測ヘッド先端部には、計測時にその先端側周縁のテーパ面の噴き出し口から前方へ前記ブッシュ穴の内周面に向かってエアブロー用エアを噴き出すためのエアブロー用ノズルが形成され、前記計測ヘッド本体部には、前記エアブロー用ノズルにエアブロー用エアを供給するエアブロー用エア供給路が形成されていることを特徴としているため、ブッシュ穴の内周面に切削屑などの異物が付着しても、エアブローによってブッシュ穴の内周面から当該異物を除去してから、ギャップ計測を行うことができるため、精度のよいギャップ計測を行うことができる。
第４，第６〜第１１，第１３発明のエアマイクロメータの計測ヘッドによれば、エアブロー用エアが、前記主軸の支持部に形成されたエアブロー用エア供給路から、直接、又は前記主軸に装着されたロータリジョイントのエアブロー用エア供給路及び前記主軸に形成されたエアブロー用エア供給路を介して、前記計測ヘッド本体部のエアブロー用エア供給路へ供給される構成としたことを特徴としているため、主軸の支持部からエアブロー用エアを供給することができ、計測ヘッドに直接エアブロー用エア供給用のホースなどの供給手段を接続する必要がないため、主軸への計測ヘッドの着脱などの計測操作が容易になるなどの効果が得られる。
第５〜第１１，第１４発明のエアマイクロメータの計測ヘッドによれば、前記計測ヘッド本体部は、前記計測ヘッド先端部が固定されている先端側部材と、基端側部材と、前記先端側部材と前記基端側部材との間に介設された弾性部材と、前記先端側部材に形成された計測用エア供給路と前記基端側部材に形成されている計測用エア供給路とをつないだ可撓性のホースとを有してなるものであることを特徴としているため、計測ヘッド先端部をブッシュ穴に挿入する際に計測ヘッド先端部がブッシュに接触したとしても、弾性部材が伸びて又は縮んで計測ヘッド先端部が基端側に移動することより、この接触時の衝撃が緩和される。
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて詳細に説明する。
＜実施の形態例１＞
図１（ａ）は本発明の実施の形態例１に係るエアマイクロメータの計測ヘッドが適用される工作機械の一例を示す図、図１（ｂ）は前記計測ヘッドを前記工作機械の主軸に装着した状態を示す要部拡大図である。そして、図２は前記計測ヘッドを一部破断して示す側面図、図３（ａ）は前記計測ヘッドの一部を示す断面図、図３（ｂ）は図２のＡ方向矢視図、図３（ｃ）は図２のＢ−Ｂ線矢視断面図、図３（ｄ）は図２のＣ−Ｃ線矢視断面図、図４は前記エアマイクロメータのシステム構成図、図５（ａ）は図４のＤ方向矢視図、図５（ｂ）は前記計測ヘッドを図５（ａ）の状態から９０度回転させた状態を示す図、図６は計測用エア流量とギャップの関係を表すデータの説明図である。
また、図７（ａ）は前記計測ヘッドの較正に用いるエアマイクロメータ用較正装置（マスタゲージ）の断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＥ方向矢視図、図７（ｃ）は図７（ａ）のＦ−Ｆ線矢視断面図、図８（ａ）は前記エアマイクロメータ用較正装置を用いて前記計測ヘッドを較正する様子を示す図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＧ方向矢視図である。
図１（ａ）に例示する工作機械２１はベッド２２、ベッド２２上に設けられたワークテーブル２３、コラム２４、主軸ヘッド２５、主軸２６及びブッシュ取付具２７などを有してなるものである。
コラム２４はベッド２２の上面に設けられたレール２８に沿って図１（ａ）の紙面と直交する方向（Ｘ軸方向）へ移動可能となっており、ワークテーブル２３はベッド２２の上面に設けられたレール２９に沿って図１（ａ）の左右方向（Ｚ軸方向）へ移動可能となっている。主軸２６の支持部である主軸ヘッド２５は、コラム２４の前面に設けられたレール３０に沿って上下方向（Ｙ軸方向）に移動可能となっている。図示例の工作機械は横形のものであり、主軸２６は軸方向を水平にした状態で主軸ヘッド２５内に設けられて、主軸ヘッド２５に回転可能に支持されている。コラム２４とワークテーブル２３と主軸ヘッド２６は、図示しない送りねじ機構などの各軸の駆動機構に駆動されて、Ｘ軸方向とＺ軸方向とＹ軸方向のそれぞれに直線的に移動するようになっている。主軸２６は図示しない主軸モータによって回転駆動される。
ブッシュ取付具２７は水平部２７ａと垂直部２７ｂとを有しており、ワークテーブル２３上に固定されている。ブッシュ取付具２７の水平部２７ａ上にはエンジンのシリンダブロックやバルブボディなどのワークＷが載置されて油圧などの固定手段で固定され、ブッシュ取付具２７の垂直部にはブッシュ３１が取り付けられている。ブッシュ３１は中心部に横断面が円形のブッシュ穴３１ａを有する円筒状の部材である。一方、主軸２６には長尺の穴開け工具３２が装着されている。この穴開け工具３２をブッシュ穴３１ａに挿通してその振れをブッシュ３１で抑制しつつ、主軸２６によって回転駆動することにより、同軸度の要求が厳しいクランク穴やスプール穴などの穴３３の穴開け加工を行う。
そして、工作機械２１の熱変位などで主軸２６（穴開け工具３２）の軸芯とブッシュ穴３１ａの軸芯がずれて（主軸２６とブッシュ穴３１ａが偏芯して）、ブッシュ穴３１ａの内周面３１ｂが偏摩耗してしまうのを防止するために定期的に主軸２６とブッシュ穴３１ａの偏芯量を計測する。
その際には図１（ｂ）に示すようにエアマイクロメータの計測ヘッド４１を、穴開け工具３２に代えて主軸２６に装着した後、ブッシュ穴３１ａに挿入することによってギャップ計測を（主軸２６とブッシュ穴３１ａの偏芯量の計測）をする（詳細後述）。なお、この場合のギャップ計測は、実際に穴開け加工に使用しているブッシュ３１に限らず、図１（ａ）に一点鎖線で示すようにギャップ計測専用のブッシュ３１を、ブッシュ取付具２７やその近傍などに設けて、当該ギャップ計測専用のブッシュ３１に対して行うようにしてもよい。
図２及び図３（ａ）〜図３（ｄ）に示すように、本実施の形態例１のエアマイクロメータの計測ヘッド４１は円柱状の計測ヘッド本体部４２と、この計測ヘッド本体部４２の先端に設けられた円柱状の計測ヘッド先端部４３とを有している。計測ヘッド本体部４２の先端は計測ヘッド先端部４３と一体の接続部４５（先端側部材）となっており、この接続部４５のインロー嵌合部４８が、計測ヘッド本体部４２のケース４６に嵌合されている。また、ケース４６の外周面には複数の長穴（凹部）５８が形成されており、これらの長穴５８から挿入されたねじ４７によって、接続部４５がケース４６にねじ止めされている。
計測ヘッド先端部４３の先端側周縁はテーパ面４９となっており、計測ヘッド先端部４３の基端側周縁もテーパ面５０となっている。テーパ面４９は計測ヘッド先端部４３の先端側に向かって計測ヘッド先端部４３の径方向内側へと傾斜しており、テーパ面５０は計測ヘッド先端部４３の基端側に向かって計測ヘッド先端部４３の径方向内側へと傾斜している。
そして、この計測ヘッド先端部４３には、２つの計測用エアノズル５１Ａ，５１Ｂと、４つのエアブロー用ノズル５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄが形成されている。
第１計測用エアノズル５１Ａと第２計測用エアノズル５１Ｂは計測ヘッド先端部４３の径方向に沿って形成され且つ互いに計測ヘッド先端部４３の周方向に１８０度の角度を有しており、計測時に計測ヘッド先端部４３の外周面４３ａの噴き出し口５１Ａ−１，５１Ｂ−１から、同外周面４３ａとブッシュ穴３１ａの内周面３１ｂとの間のギャップに噴き出すためのものである。エアブロー用ノズル５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄは計測ヘッド先端部４３の周方向にそれぞれ９０度の角度を有しており、先端側のテーパ面４９の噴き出し口５２Ａ−１，５２Ｂ−１，５２Ｃ−１，５２Ｄ−１から前方へブッシュ穴３１ａの内周面３１ｂに向かってエアブロー用エアを噴き出すためのものである。また、接続部４５には、第１計測用エアノズル５１Ａに接続された第１計測用エア供給路５３Ａと、第２計測用エアノズル５１Ｂに接続された第２計測用エア供給路５３Ｂと、エアブロー用ノズル５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄに接続されたエアブロー用エア供給路５６とが形成されている。
一方、計測ヘッド本体部４２は前述の接続部４５の他、先端側部材としてのケース４６と、基端側部材５４とを有している。ケース４６は円筒状の部材であり、その板厚部分に第１計測用エア供給路５５Ａと第２計測用エア供給路５５Ｂが形成されている。第１計測用エア供給路５５Ａは前述の第１計測用エア供給路５３Ａに接続され、第２計測用エア供給路５５Ｂは前述の第２計測用エア供給路５３Ｂに接続されている。
基端側部材５４は、軸部６０の先端側と基端側に軸部６０よりも大径の先端部６１と基端部５９とを備えた構成となっている。先端部６２はケース４６内に配設され、ケース４６の内周面４６ａに接して軸方向に摺動可能となっており、軸部６０はケース４６の基端側端板６２の穴６２ａに挿通されて、軸方向に移動可能となっている。そして、先端部６２と接続部４５（インロー部４８）との間には、弾性部材としてのコイルばね７４が介設されている。コイルばね７４は、常時、計測ヘッド先端部４３（接続部４５）を前方に押している。従って、計測ヘッド先端部４３をブッシュ穴３１ａに挿入する際に計測ヘッド先端部４３がブッシュ３１に接触したとしても、コイルばね７４が縮んで図３（ａ）に一点鎖線で示すように計測ヘッド先端部４３がケース４６とともに基端側に移動することより、この接触時の衝撃が緩和される。
基端側部材５４には第１計測用エア供給路６３Ａと第２計測用エア供給路６３Ｂが形成されている。軸部６０の外周面には可撓性の第１ホース６４Ａと第２ホース６４Ｂが巻き付けられており、第１ホース６４Ａはケース４６側の第１計測用エア供給路５５Ａと基端側部材５４側の第１計測用エア供給路６３Ａとをつなぎ、第２ホース６４Ｂはケース４６側の第２計測用エア供給路５５Ｂと基端側部材５４側の第２計測用エア供給路６３Ａとをつないでいる。従って、第１計測用エアノズル５１Ａには第１計測用エア供給路６３Ａ、第１ホース６４Ａ、第１計測用エア供給路５５Ａ及び第１計測用エア供給路５３Ａを介して計測用エアが供給され、第２計測用エアノズル５１Ｂには第２計測用エア供給路６３Ｂ、第２ホース６４Ｂ、第２計測用エア供給路５５Ｂ及び第２計測用エア供給路５３Ｂを介して計測用エアが供給される。
また、基端側部材５４（先端部６１、軸部６０及び基端部５９）には、エアブロー用エア供給路６５が形成されている。従って、エアブロー用ノズル５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄにはエアブロー用エア供給路６５、ケース４６内における先端部６１と接続部４５（インロー嵌合部４８）との間の空間部６６及びエアブロー用エア供給路５６を介してエアブロー用エアが供給される。
また、基端側部材５４の外周面にはロータリジョイント６７が装着されており、基端側部材５４の基端には計測ヘッド４１を、穴開け工具３２と同様に主軸２６に対して着脱可能な構造の着脱部６８が設けられている。
ロータリジョイント６７の第１計測用エア供給路６８Ａは第１カプラ６９Ａを介して、主軸ヘッド２５に形成されている第１計測用エア供給路７０Ａに接続されており、ロータリジョイント６７の第２計測用エア供給路６８Ｂは第２カプラ６９Ｂを介して、主軸ヘッド２５に形成されている第２計測用エア供給路７０Ｂに接続されている。従って、基端側部材５４の第１計測用エア供給路６３Ａへは主軸ヘッド２５の第１計測用エア供給路７０Ａから、ロータリジョイント６７の第１計測用エア供給路６８Ａを介して計測用エアが供給され、基端側部材５４の第２計測用エア供給路６３Ｂへは主軸ヘッド２５の第２計測用エア供給路７０Ｂから、ロータリジョイント６７の第２計測用エア供給路６８Ｂを介して計測用エアが供給される。
また、主軸２６にはロータリジョイント７１が装着されており、このロータリジョイント７１のエアブロー用エア供給路７２は主軸ヘッド２５に形成されたエアブロー用エア供給路７３に接続されている。従って、基端側部材５４のエアブロー用エア供給路６５へは、主軸ヘッド２５のエアブロー用エア供給路７３から、ロータリジョイント７１のエアブロー用エア供給路７２及び主軸２６に形成されたエアブロー用エア供給路７５を介してエアブロー用エアが供給される。
次に、図４、図５（ａ）、図５（ｂ）及び図６に基づき、エアマイクロメータのシステム構成及びギャップ計測操作の手順について説明する。なお、以下の操作はＮＣ装置（数値制御装置）７８で前記各軸の駆動機構の動作や主軸モータの回転などを制御することよって実施される。
ギャップ計測時には、まず、穴開け工具３２に代えて計測ヘッド４１を主軸２６に装着し、この計測ヘッド４１をブッシュ穴３１ａの入口まで移動した後、エアブロー用エア供給源７９から、計測ヘッド先端部４３のエアブロー用ノズル５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄ（主軸ヘッド２５のエアブロー用エア供給路７３）へエアブロー用エアを供給する。その結果、このエアブロー用エアが、エアブロー用ノズル５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄからブッシュ穴３１ａの内周面３１ｂに向かって噴き出される。このため、内周面３１ｂに切削屑などの異物が付着している場合には、当該異物が、エアブロー用エアで吹き飛ばされて、内周面３１ｂから除去される。
その後、図４に示すように計測ヘッド先端部４３をブッシュ穴３１ａに挿入し、ＮＣ装置７８からシーケンサ８０へ計測指令が出力されて、シーケンサ８０から制御装置８１へ計測方向選択指令及び計測開始指令がエアマイクロメータの制御装置８１へ出力されると、この制御装置８１によるＡ／Ｄ変換機７７Ａ，７７Ｂやエア供給源７６Ａ，７６Ｂの制御が開始されて、Ｙ軸方向のギャップ計測とＸ軸方向のギャップ計測が実施される。これらのギャップ計測はＹ軸方向とＸ軸方向の何れから始めてもよいが、例えば、はじめに図５（ａ）に示すようにＹ軸方向のギャップ計測を行い、次に図５（ｂ）に示すようにＮＣ装置７８による主軸２６の制御によって計測ヘッド４１（計測用エア３）を９０度回転させて、Ｘ軸方向のギャップ計測を行う。
まず、Ｙ軸方向のギャップ計測について詳述すると、第１計測用エア供給源７６Ａと第２計測用エア供給源７６Ｂのそれぞれからレギュレータなどの圧力調整手段で一定圧力に調整された計測用エアを、第１Ａ／Ｄ変換機７７Ａと第２Ａ／Ｄ変換機７７Ｂを介して、計測ヘッド先端部４３の第１計測用エアノズル５１Ａ（主軸ヘッド２５の第１計測用エア供給路７０Ａ）と第２計測用エアノズル５１Ｂ（主軸ヘッド２５の第２計測用エア供給路７０Ｂ）へ供給する。その結果、これらの計測用エアが、第１計測用エアノズル５１Ａと第２計測用エアノズル５１Ｂから、計測ヘッド先端部４３の外周面４３ａとブッシュ穴３１ａの内周面３１ｂとの間のギャップΔＹ１，ΔＹ２に噴き出される。そして、このときに第１Ａ／Ｄ変換機７７Ａと第２Ａ／Ｄ変換機７７Ｂではそれぞれの計測用エアの圧力（計測用エアの流量に相当）を検出し、これらの検出信号をデジタル信号に変換して制御装置８１へ出力する。
制御装置８１では、第１Ａ／Ｄ変換機７７Ａと第２Ａ／Ｄ変換機７７Ｂから出力された圧力検出信号から計測用エアの流量を求め、この計測用エア流量のデータと、予め記憶されている図６に例示するような計測用エア流量とギャップの関係を表すデータとに基づいて、ギャップΔＹ１とギャップΔＹ２を求める。更に制御装置８１では、これらのギャップΔＹ１，ΔＹ２の計測値に基づき、下記の（１）式によってＹ軸方向における主軸２６（穴開け工具３２）とブッシュ穴３１ａの偏芯量ΔＹを算出し、この偏芯量ΔＹをシーケンサ８０へ出力する。
ΔＹ＝（ΔＹ１−ΔＹ２）÷２ ・・・（１）
次に、Ｘ軸方向のギャップ計測について詳述すると、Ｙ軸方向のギャップ計測と同様に第１計測用エア供給源７６Ａと 第２計測用エア供給源７６Ｂのそれぞれからレギュレータなどの圧力調整手段で一定圧力に調整された計測用エアを、第１Ａ／Ｄ変換機７７Ａと第２Ａ／Ｄ変換機７７Ｂを介して、計測ヘッド先端部４３の第１計測用エアノズル５１Ａ（主軸ヘッド２５の第１計測用エア供給路７０Ａ）と第２計測用エアノズル５１Ｂ（主軸ヘッド２５の第２計測用エア供給路７０Ｂ）へ供給する。その結果、これらの計測用エアが、第１計測用エアノズル５１Ａと第２計測用エアノズル５１Ｂから、計測ヘッド先端部４３の外周面４３ａとブッシュ穴３１ａの内周面３１ｂとの間のギャップΔＸ１，ΔＸ２に噴き出される。そして、このときに第１Ａ／Ｄ変換機７７Ａと第２Ａ／Ｄ変換機７７Ｂではそれぞれの計測用エアの圧力（計測用エアの流量に相当）を検出し、これらの検出信号をデジタル信号に変換して制御装置８１へ出力する。
制御装置８１では、第１Ａ／Ｄ変換機７７Ａと第２Ａ／Ｄ変換機７７Ｂから出力された圧力検出信号から計測用エアの流量を求め、この計測用エア流量のデータと、予め記憶されている図６に例示するような計測用エア流量とギャップの関係を表すデータとに基づいて、ギャップΔＸ１とギャップΔＸ２を求める。更に制御装置８１では、これらのギャップΔＸ１，ΔＸ２の計測値に基づき、下記の（２）式によってＸ軸方向における主軸２６（穴開け工具３２）とブッシュ穴３１ａの偏芯量ΔＸを算出し、この偏芯量ΔＸをシーケンサ８０へ出力する。
ΔＸ＝（ΔＸ１−ΔＸ２）÷２ ・・・（１）
シーケンサ８０では制御装置８１から入力した偏芯量ΔＸ，ΔＹを、ＮＣ装置７８のマクロ変数に格納する。そして、ＮＣ装置７８では、この偏芯量ΔＸ，ΔＹに応じてＸ，Ｙ座標をシフトすることにより主軸２６の位置を制御する（即ち主軸２６とブッシュ穴３１ａの相対位置を補正する）ことより、主軸２６（穴開け工具３２）の軸芯とブッシュ穴３１ａの軸芯とを一致させて、ブッシュ穴３１ａの偏摩耗を防止する。
図６に例示するような計測用エア流量とギャップの関係を表すデータは、図７（ａ）〜図７（ｃ）に示すようなエアマイクロメータ用較正装置（マスタゲージ）９１でエアマイクロメータの較正を行うことによって求める。
これらの図７（ａ）〜図７（ｃ）に示すように、エアマイクロメータ用較正装置９１は格納穴９２に格納されている。エアマイクロメータ用較正装置９１の格納場所（格納穴９２を設ける場所）は任意であり、例えばブッシュ取付具２７やその近傍、或いは工具格納部やその近傍などでもよい。
エアマイクロメータ用較正装置９１は計測ヘッド進入穴９４の途中に設けられたクランピングスリーブ９３と、小径のマスタ穴（小範）９５と、大径のマスタ穴（大範）９６とを有している。小径のマスタ穴９５は直径Ｄ１を有し、大径のマスタ穴９６はＤ１よりも大きな直径Ｄ２を有している。クランピングスリーブ９３と小径のマスタ穴９５と大径のマスタ穴９６は直列に配設されており、且つ、クランピングスリーブ９３の軸芯と小径のマスタ穴９５の軸芯と大径のマスタ穴９６の軸芯は一致している。クランピングスリーブ９３は、金属材料などによって薄く円筒状に形成されたものである。
また、エアマイクロメータ用較正装置９１には、クランピングスリーブ９３の周囲を囲む円筒状の油圧室９７と、この油圧室９７に接続された圧油供給路９８とが形成されている。これらの圧油供給路９８と油圧室９７とクランピングスリーブ９３は位置決め手段を構成している。圧油供給路９８には可撓性のホース９９が接続されている。エアマイクロメータ用較正装置９１はフローティング状態となっている。即ち、エアマイクロメータ用較正装置９１の周辺にはマスタ穴９５，９６の径方向（矢印Ｔ方向）への動きを阻止するものが設けられておらず、エアマイクロメータ用較正装置９１は格納穴９２内において自由に前記径方向（矢印Ｔ方向）へ移動可能である。
次に、図４、図８（ａ）及び図８（ｂ）に基づき、較正操作の手順について説明する。なお、以下の操作はＮＣ装置（数値制御装置）７８で前記各軸の駆動機構などを制御することよって実施される。
較正時には、まず、計測ヘッド４１をエアマイクロメータ用較正装置９１（計測ヘッド進入穴９４）の入口まで移動した後、エアブロー用エア供給源７９から、計測ヘッド先端部４３のエアブロー用ノズル５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄ（主軸ヘッド２５のエアブロー用エア供給路７３）へエアブロー用エアを供給する。その結果、このエアブロー用エアが、クランピングスリーブ９３の内周面９３ａ、小径のマスタ穴９５の内周面９５ａ及び大径のマスタ穴９６の内周面９６ａに向かって噴き出される。このため、これらの内周面９３ａ，９５ａ，９６ａに切削屑などの異物が付着している場合には、当該異物が、エアブロー用エアで吹き飛ばされて、内周面９３ａ，９５ａ，９６ａから除去される。なお、エアマイクロメータ用較正装置９１の格納状態などによって、内周面９３ａ，９５ａ，９６ａに異物が付着するおそれがない場合には、エアブローを行わなくてもよい。
較正開始時には、まず、図８（ａ）に示すように計測ヘッド先端部４３を、小径のマスタ穴９５に挿入する。このとき計測ヘッド本体部４２（ケース４６）はクランピングスリーブ９３内に位置している。そして、図示しない圧油供給源から、ホース９９及び圧油供給路９８を介して油圧室９７へ供給すると、この油圧室９７の油圧がクランピングスリーブ９３全体に矢印Ｕの如く作用して、クランピングスリーブ９３の径が僅かに縮小することにより、クランピングスリーブ９３が計測ヘッド本体部４２（ケース４６）をクランプする。その結果、計測ヘッド先端部４３の軸芯と小径のマスタ穴９５の軸芯が一致する。即ち、図８（ｂ）に示すように計測ヘッド先端部４３の外周面４３ａと小径のマスタ穴９５の内周面９５ａとの間のギャップΔＧ１が、計測ヘッド先端部４３の周方向全体で一定（所定値）となる。
この状態でギャップ計測時と同様に第１計測用エア供給源７６Ａと第２計測用エア供給源７６Ｂのそれぞれからレギュレータなどの圧力調整手段で一定圧力に調整された計測用エアを、第１Ａ／Ｄ変換機７７Ａと第２Ａ／Ｄ変換機７７Ｂを介して、計測ヘッド先端部４３の第１計測用エアノズル５１Ａ（主軸ヘッド２５の第１計測用エア供給路７０Ａ）と第２計測用エアノズル５１Ｂ（主軸ヘッド２５の第２計測用エア供給路７０Ｂ）へ供給する。その結果、これらの計測用エアが、第１計測用エアノズル５１Ａと第２計測用エアノズル５１Ｂから、計測ヘッド先端部４３の外周面４３ａと小径のマスタ穴９５の内周面９５ａとの間のギャップΔＧ１に噴き出される。このときに第１Ａ／Ｄ変換機７７Ａと第２Ａ／Ｄ変換機７７Ｂではそれぞれの計測用エアの圧力（計測用エアの流量に相当）を検出し、これらの検出信号をデジタル信号に変換して制御装置８１へ出力する。
そして、制御装置８１では第１Ａ／Ｄ変換機７７Ａと第２Ａ／Ｄ変換機７７Ｂから出力された圧力検出信号から計測用エアの流量Ｑ１を求め、この計測用エア流量Ｑ１のデータと、予め入力されているギャップΔＧ１のデータとを、図６に示すような計測用エア流量Ｑ１とギャップΔＧ１の関係を表す点Ｐ１のデータとして記憶する。
次に、油圧室９７から圧油供給路９８及びホース９９を介して圧油を排出し、一旦、クランピングスリーブ９３による計測ヘッド本体部４２（ケース４６）のクランプを解除した後、計測ヘッド先端部４３を、大径のマスタ穴９６に挿入する。このときにも計測ヘッド本体部４２（ケース４６）はクランピングスリーブ９３内に位置している。そして、前述と同様に前記圧油供給源から、ホース９９及び圧油供給路９８を介して油圧室９７へ供給することにより、この油圧室９７の油圧によってクランピングスリーブ９３が計測ヘッド本体部４２（ケース４６）をクランプする。その結果、計測ヘッド先端部４３の軸芯と大径のマスタ穴９６の軸芯が一致する。即ち、図８（ｂ）に示すように計測ヘッド先端部４３の外周面４３ａと大径のマスタ穴９６の内周面９６ａとの間のギャップΔＧ２が、計測ヘッド先端部４３の周方向全体で一定（所定値）となる。
この状態で小径のマスタ穴９５の場合と同様に第１計測用エア供給源７６Ａと第２計測用エア供給源７６Ｂのそれぞれからレギュレータなどの圧力調整手段で一定圧力に調整された計測用エアを、第１Ａ／Ｄ変換機７７Ａと第２Ａ／Ｄ変換機７７Ｂを介して、計測ヘッド先端部４３の第１計測用エアノズル５１Ａ（主軸ヘッド２５の第１計測用エア供給路７０Ａ）と第２計測用エアノズル５１Ｂ（主軸ヘッド２５の第２計測用エア供給路７０Ｂ）へ供給する。その結果、これらの計測用エアが、第１計測用エアノズル５１Ａと第２計測用エアノズル５１Ｂから、計測ヘッド先端部４３の外周面４３ａと大径のマスタ穴９６の内周面９６ａとの間のギャップΔＧ２に噴き出される。このときに第１Ａ／Ｄ変換機７７Ａと第２Ａ／Ｄ変換機７７Ｂではそれぞれの計測用エアの圧力（計測用エアの流量に相当）を検出し、これらの検出信号をデジタル信号に変換して制御装置８１へ出力する。
そして、制御装置８１では第１Ａ／Ｄ変換機７７Ａと第２Ａ／Ｄ変換機７７Ｂから出力された圧力検出信号から計測用エアの流量Ｑ２を求め、この計測用エア流量Ｑ２のデータと、予め入力されているギャップΔＧ２のデータとを、図６に示すような計測用エア流量Ｑ２とギャップΔＧ２の関係を表す点Ｐ２のデータとして記憶する。また、この点Ｐ２と前述の点Ｐ１の間のデータは直線補間によって求める。
かくして、図６に実線で示すような計測用エア流量とギャップの関係を表すデータが得られる。なお、図６に一点鎖線で示すようなギャップが非常に小さい範囲や、計測ヘッドの流路面積に比べてギャップが大きい範囲では、ギャップの変化に対して計測用エア流量の変化が比例しなくなる。従って、エアマイクロメータの計測範囲は、図６に実線で示すようなギャップの変化に対して計測用エア流量の変化が比例する範囲とする必要がある。
以上のように、本実施の形態例１の計測ヘッド４１によれば、計測時に工作機械２１の主軸２６に装着され、工作機械２１のワークテーブル２３に取り付けられたブッシュ３１のブッシュ穴３１ａに挿入されて、ブッシュ穴３１ａと主軸２６の偏芯量を計測するためのエアマイクロメータの計測ヘッド４１であって、計測ヘッド本体部４２と、この計測ヘッド本体部４２の先端に設けられて計測時にブッシュ穴３１ａに挿入される計測ヘッド先端部４３とを有し、計測ヘッド先端部４３には計測時に計測ヘッド先端部４３の外周面４３ａの噴き出し口５１Ａ−１，５１Ｂ−１から同外周面４３ａとブッシュ穴３１ａの内周面３１ｂとの間のギャップに計測用エアを噴き出すための第１計測用エアノズル５１Ａと第２計測用エアノズル５１Ｂが、計測ヘッド先端部４３の径方向に沿って形成され且つ互いに計測ヘッド先端部４３の周方向に１８０度の角度を有するように形成される一方、計測ヘッド本体部４２には各計測用エアノズル５１Ａ，５１Ｂに対応した個別の計測用エア供給路（即ち第１計測用エア供給路５３Ａ，５５Ａ，６３Ａ及びホース６４Ａからなる供給路と、第１計測用エア供給路５３Ｂ，５５Ｂ，６３Ｂ及びホース６４Ｂからなる供給路）が形成されており、各計測用エアノズル５１Ａ，５１Ｂに対してそれぞれ個別の計測用エア供給路から計測用エアが供給される構成としたことを特徴としているため、ブッシュ穴３１ａの内径ではなく、主軸２６によって計測ヘッド４１を９０度回転させることにより、計測ヘッド先端部４３の直交する第１の径方向（Ｘ軸方向）の両側と第２の径方向（Ｙ軸方向）の両側において、計測ヘッド先端部４３の外周面４３ａとブッシュ穴３１ａの内周面３１ｂとの間のギャップΔＸ１，ΔＸ２とΔＹ１，ΔＹ２を計測することができる。従って、このギャップΔＸ１，ΔＸ２とΔＹ１，ΔＹ２の計測値に基づいて（上記（１），（２）式の計算により）主軸２６とブッシュ穴３１ａの偏芯量ΔＸ，ΔＹを求め、この偏芯量ΔＸ，ΔＹに応じて主軸２６の位置を制御する（即ち主軸２６とブッシュ穴３１ａの相対位置を補正する）ことより、主軸２６（穴開け工具３２）の軸芯とブッシュ穴３１ａの軸芯とを一致させてブッシュ穴３１ａの偏摩耗を防止することができる。
また、本実施の形態例１のエアマイクロメータの計測ヘッド４１によれば、計測用エアが、主軸ヘッド２５に形成された第１計測用エア供給路７０Ａと第２計測用エア供給路７０Ａから、計測ヘッド本体部４２に装着されたロータリジョイント６７の第１計測用エア供給路６８Ａと第２計測用エア供給路６８Ｂを介して、計測ヘッド本体部４２の第１計測用エア供給路６３Ａと第２計測用エア供給路６３Ｂへそれぞれ供給される構成としたことを特徴としているため、主軸ヘッド２５から計測用エアを供給することができ、計測ヘッド４１に直接計測用エア供給用のホースなどの供給手段を接続する必要がないため、主軸２６への計測ヘッド４１の着脱などの計測操作が容易になるなどの効果が得られる。
また、本実施の形態例１のエアマイクロメータの計測ヘッド４１によれば、計測ヘッド先端部４３には、計測時にその先端側周縁のテーパ面４９の噴き出し口５２Ａ−１〜５２Ｄ−１から前方へブッシュ穴３１ａの内周面３１ｂに向かってエアブロー用エアを噴き出すためのエアブロー用ノズル５２Ａ〜５２Ｄが形成され、計測ヘッド本体部４２には、エアブロー用ノズル５２Ａ〜５２Ｄにエアブロー用エアを供給するエアブロー用エア供給路５６，６５が形成されていることを特徴としているため、ブッシュ穴３１ａの内周面３１ｂに切削屑などの異物が付着しても、エアブローによってブッシュ穴３１ａの内周面３１ｂから当該異物を除去してから、ギャップ計測を行うことができるため、精度のよいギャップ計測を行うことができる。
また、本実施の形態例１のエアマイクロメータの計測ヘッド４１によれば、エアブロー用エアが、主軸ヘッド２５に形成されたエアブロー用エア供給路７３から、主軸２６に装着されたロータリジョイント７１のエアブロー用エア供給路７２及び主軸２６に形成されたエアブロー用エア供給路７５を介して、計測ヘッド本体部４２のエアブロー用エア供給路６５へ供給される構成としたことを特徴としているため、主軸ヘッド２５からエアブロー用エアを供給することができ、計測ヘッド４１に直接エアブロー用エア供給用のホースなどの供給手段を接続する必要がないため、主軸２６への計測ヘッド４１の着脱などの計測操作が容易になるなどの効果が得られる。
また、本実施の形態例１のエアマイクロメータの計測ヘッド４１によれば、計測ヘッド本体部４２は、計測ヘッド先端部４３が固定されている先端側部材（接続部４５、ケース４６）と、基端側部材５４と、先端側部材（接続部４５、ケース４６）と基端側部材５４との間に介設されたコイルばね７４と、先端側部材（ケース４６）に形成された計測用エア供給路５５Ａ，５５Ｂと基端側部材５４に形成されている計測用エア供給路６３Ａ，６３Ｂとをつないだ可撓性のホース６４Ａ，６４Ｂとを有してなるものであることを特徴としているため、計測ヘッド先端部４３をブッシュ穴３１ａに挿入する際に計測ヘッド先端部４３がブッシュ３１に接触したとしても、コイルばね７４が縮んで計測ヘッド先端部４３が基端側に移動することより、この接触時の衝撃が緩和される。
＜実施の形態例２＞
図９は本発明の実施の形態例２に係るエアマイクロメータの計測ヘッドの側面図、図１０（ａ）は前記計測ヘッドの一部を示す断面図、図１０（ｂ）は図９のＨ方向矢視図、図１０（ｃ）は図９のＩ−Ｉ線矢視断面図、図１０（ｄ）は図９のＪ−Ｊ線矢視断面図、図１０（ｅ）は図９のＫ−Ｋ線矢視断面図、図１０（ｆ）は図９のＬ−Ｌ線矢視断面図、図１１は前記エアマイクロメータのシステム構成図、図１２は図１１のＭ方向矢視図、図１３はエアマイクロメータ用較正装置を用いて前記計測ヘッドを較正する様子を示す図（図８（ｂ）と同様の図）である。
なお、本実施の形態例２の計測ヘッドを適用する工作機械例及び主軸への装着状態については、図１（ａ）及び図１（ｂ）と同様であり、ここでの図示及び詳細な説明は省略する。また、本実施の形態例２の計測ヘッドの較正には上記実施の形態例１で説明したエアマイクロメータ用較正装置９１を適用する（図７、図８参照）。従って、ここでのエアマイクロメータ用較正装置についての詳細な説明は省略する。
上記実施の形態例１の計測ヘッド４１では計測ヘッド先端部４３に２つの計測用エアノズル５１Ａ，５１Ｂが形成されているのに対して（図２、図３参照）、図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）に示すように本実施の形態例２の計測ヘッド４１は、計測ヘッド先端部４３に４つの計測用エアノズル５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄが形成されていることを特徴としており、その他の構成については上記実施の形態例１と概ね同様である。従って、本実施の形態例２の計測ヘッド４１について、上記実施の形態例１と同様の部分には同一の符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。
図９及び図１０（ａ）〜図１０（ｄ）に示すように、本実施の形態例２の計測ヘッド４１の計測ヘッド先端部４３には、４つの計測用エアノズル５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄが形成されている。これらの計測用エアノズル５１Ａ〜５１Ｄは計測ヘッド先端部４３の周方向にそれぞれが９０度の角度を有しており、計測時に計測ヘッド先端部４３の外周面４３ａの噴き出し口５１Ａ−１，５１Ｂ−１，５１Ｃ−１，５１Ｄ−１から、同外周面４３ａとブッシュ穴３１ａの内周面３１ｂとの間のギャップに噴き出すためのものである。また、計測ヘッド本体部４２の接続部４５には、第１計測用エアノズル５１Ａに接続された第１計測用エア供給路５３Ａと、第２計測用エアノズル５１Ｂに接続された第２計測用エア供給路５３Ｂと、第３計測用エアノズル５１Ｃに接続された第３計測用エア供給路５３Ｃと、第４計測用エアノズル５１Ｄに接続された第４計測用エア供給路５３Ｄとが形成されている。
計測ヘッド本体部４２のケース４６の板厚部分には、第１計測用エア供給路５５Ａと第２計測用エア供給路５５Ｂと第３計測用エア供給路５５Ｃと第４計測用エア供給路５５Ｄが形成されている。第１計測用エア供給路５５Ａは前述の第１計測用エア供給路５３Ａに接続され、第２計測用エア供給路５５Ｂは前述の第２計測用エア供給路５３Ｂに接続され、第３計測用エア供給路５５Ｃは前述の第３計測用エア供給路５３Ｃに接続され、第４計測用エア供給路５５Ｄは前述の第４計測用エア供給路５３Ｄに接続されている。
基端側部材５４には、第１計測用エア供給路６３Ａと第２計測用エア供給路６３Ｂと第１計測用エア供給路６３Ａと第２計測用エア供給路６３Ｂと第３計測用エア供給路６３Ｃと第４計測用エア供給路６３Ｄが形成されている。
軸部６０の外周面には可撓性の第１ホース６４Ａと第２ホース６４Ｂと第３ホース６４Ｃと第４ホース６４Ｄが巻き付けられており、第１ホース６４Ａはケース４６側の第１計測用エア供給路５５Ａと基端側部材５４側の第１計測用エア供給路６３Ａとをつなぎ、第２ホース６４Ｂはケース４６側の第２計測用エア供給路５５Ｂと基端側部材５４側の第２計測用エア供給路６３Ａとをつなぎ、第３ホース６４Ｃはケース４６側の第３計測用エア供給路５５Ｃと基端側部材５４側の第３計測用エア供給路６３Ｃとをつなぎ、第４ホース６４Ｄはケース４６側の第４計測用エア供給路５５Ｄと基端側部材５４側の第４計測用エア供給路６３Ｄとをつないでいる。
従って、第１計測用エアノズル５１Ａには第１計測用エア供給路６３Ａ、第１ホース６４Ａ、第１計測用エア供給路５５Ａ及び第１計測用エア供給路５３Ａを介して計測用エアが供給され、第２計測用エアノズル５１Ｂには第２計測用エア供給路６３Ｂ、第２ホース６４Ｂ、第２計測用エア供給路５５Ｂ及び第２計測用エア供給路５３Ｂを介して計測用エアが供給され、第３計測用エアノズル５１Ｃには第３計測用エア供給路６３Ｃ、第３ホース６４Ｃ、第３計測用エア供給路５５Ｃ及び第３計測用エア供給路５３Ｃを介して計測用エアが供給され、第４計測用エアノズル５１Ｄには第４計測用エア供給路６３Ｄ、第４ホース６４Ｄ、第４計測用エア供給路５５Ｄ及び第４計測用エア供給路５３Ｄを介して計測用エアが供給される。
なお、本実施の形態例２では基端側部材５４にロータリジョイントが装着されておらず、基端側部材５４の第１計測用エア供給路６３Ａが第１カプラ６９Ａを介して主軸ヘッド２５の第１計測用エア供給路７０Ａに接続され、第２計測用エア供給路６３Ｂが第２カプラ６９Ｂを介して主軸ヘッド２５の第２計測用エア供給路７０Ｂに接続され、更に第３計測用エア供給路６３Ｃが第３カプラ（図示省略）を介して主軸ヘッド２５の第３計測用エア供給路（図示省略）に接続され、第４計測用エア供給路６３Ｄが第４カプラ（図示省略）を介して主軸ヘッド２５の第４計測用エア供給路（図示省略）に接続されている。従って、基端側部材５４の第１計測用エア供給路６３Ａへは主軸ヘッド２５の第１計測用エア供給路７０Ａから計測用エアが供給され、基端側部材５４の第２計測用エア供給路６３Ｂへは主軸ヘッド２５の第２計測用エア供給路７０Ｂから計測用エアが供給され、基端側部材５４の第３計測用エア供給路６３Ｃへは主軸ヘッド２５の第３計測用エア供給路から計測用エアが供給され、基端側部材５４の第４計測用エア供給路６３Ｄへは主軸ヘッド２５の第４計測用エア供給路から計測用エアが供給される。
次に、図１１、図１２及び図６に基づき、エアマイクロメータのシステム構成及びギャップ計測操作の手順について説明する。なお、以下の操作はＮＣ装置７８で前記各軸の駆動機構の動作や主軸モータの回転などを制御することよって実施される。
ギャップ計測時には、まず、エアブローを行う。このエアブローついては上記実施の形態例１の場合と同様であるため、ここでの詳細な説明は省略する。その後、図１１に示すように計測ヘッド先端部４３をブッシュ穴３１ａに挿入した後、ＮＣ装置７８からシーケンサ８０へ計測指令が出力されて、シーケンサ８０から制御装置８１へ計測方向選択指令及び計測開始指令がエアマイクロメータの制御装置８１へ出力されると、この制御装置８１によるＡ／Ｄ変換機７７Ａ，７７Ｂやエア供給源７６Ａ，７６Ｂの制御が開始されて、Ｙ軸方向のギャップ計測とＸ軸方向のギャップ計測が実施される。これらのギャップ計測はＹ軸方向とＸ軸方向の何れから始めてもよく、同時に行ってもよい。本実施の形態例２では計測ヘッド先端部４３に４つの計測用エアノズル５１Ａ〜５１Ｄが形成されているため、上記実施の形態例１のように計測ヘッド４１を９０度回転させる必要はない。
Ｙ軸方向のギャップ計測について詳述すると、第１計測用エア供給源７６Ａと 第２計測用エア供給源７６Ｂのそれぞれからレギュレータなどの圧力調整手段で一定圧力に調整された計測用エアを、第１Ａ／Ｄ変換機７７Ａと第２Ａ／Ｄ変換機７７Ｂを介して、計測ヘッド先端部４３の第１計測用エアノズル５１Ａ（主軸ヘッド２５の第１計測用エア供給路７０Ａ）と第２計測用エアノズル５１Ｂ（主軸ヘッド２５の第２計測用エア供給路７０Ｂ）へ供給する。その結果、これらの計測用エアが、第１計測用エアノズル５１Ａと第２計測用エアノズル５１Ｂから、計測ヘッド先端部４３の外周面４３ａとブッシュ穴３１ａの内周面３１ｂとの間のギャップΔＹ１，ΔＹ２に噴き出される。そして、このときに第１Ａ／Ｄ変換機７７Ａと第２Ａ／Ｄ変換機７７Ｂではそれぞれの計測用エアの圧力（計測用エアの流量に相当）を検出し、これらの検出信号をデジタル信号に変換して制御装置８１へ出力する。
制御装置８１では、第１Ａ／Ｄ変換機７７Ａと第２Ａ／Ｄ変換機７７Ｂから出力された圧力検出信号から計測用エアの流量を求め、この計測用エア流量のデータと、予め記憶されている図６に例示するような計測用エア流量とギャップの関係を表すデータとに基づいて、ギャップΔＹ１とギャップΔＹ２を求める。更に制御装置８１では、これらのギャップΔＹ１，ΔＹ２の計測値に基づき、上記（１）式によってＹ軸方向における主軸２６（穴開け工具３２）とブッシュ穴３１ａの偏芯量ΔＹを算出し、この偏芯量ΔＹをシーケンサ８０へ出力する。
次に、Ｘ軸方向のギャップ計測について詳述すると、第３計測用エア供給源７６Ｃと 第４計測用エア供給源７６Ｄのそれぞれからレギュレータなどの圧力調整手段で一定圧力に調整された計測用エアを、第３Ａ／Ｄ変換機７７Ｃと第４Ａ／Ｄ変換機７７Ｄを介して、計測ヘッド先端部４３の第３計測用エアノズル５１Ｃ（主軸ヘッド２５の第３計測用エア供給路）と第４計測用エアノズル５１Ｄ（主軸ヘッド２５の第４計測用エア供給路）へ供給する。その結果、これらの計測用エアが、第３計測用エアノズル５１Ｃと第４計測用エアノズル５１Ｄから、計測ヘッド先端部４３の外周面４３ａとブッシュ穴３１ａの内周面３１ｂとの間のギャップΔＸ１，ΔＸ２に噴き出される。そして、このときに第３Ａ／Ｄ変換機７７Ｃと第４Ａ／Ｄ変換機７７Ｄではそれぞれの計測用エアの圧力（計測用エアの流量に相当）を検出し、これらの検出信号をデジタル信号に変換して制御装置８１へ出力する。
制御装置８１では、第３Ａ／Ｄ変換機７７Ｃと第４Ａ／Ｄ変換機７７Ｄから出力された圧力検出信号から計測用エアの流量を求め、この計測用エア流量のデータと、予め記憶されている図６に例示するような計測用エア流量とギャップの関係を表すデータとに基づいて、ギャップΔＸ１とギャップΔＸ２を求める。更に制御装置８１では、これらのギャップΔＸ１，ΔＸ２の計測値に基づき、上記（２）式によってＸ軸方向における主軸２６（穴開け工具３２）とブッシュ穴３１ａの偏芯量ΔＸを算出し、この偏芯量ΔＸをシーケンサ８０へ出力する。
シーケンサ８０では制御装置８１から入力した偏芯量ΔＸ，ΔＹを、ＮＣ装置７８のマクロ変数に格納する。そして、ＮＣ装置７８では、この偏芯量ΔＸ，ΔＹに応じてＸ，Ｙ座標をシフトすることにより主軸２６の位置を制御する（即ち主軸２６とブッシュ穴３１ａの相対位置を補正する）ことより、主軸２６（穴開け工具３２）の軸芯とブッシュ穴３１ａの軸芯とを一致させてブッシュ穴３１ａの偏摩耗を防止する。
本実施の形態例２においても、図６に例示するような計測用エア流量とギャップの関係を表すデータは、上記実施の形態例１で述べたエアマイクロメータ用較正装置９１を用いてエアマイクロメータの較正を行うことによって求める。
較正操作の手順についても上記実施の形態例１の場合と同様である。図８（ａ）、図１１及び図１３に基づいて説明すると、前述のとおりにエアマイクロメータ用較正装置９１に対してエアブロー行った後（又は行わずに）、まず、計測ヘッド先端部４３を小径のマスタ穴９５に挿入する。このとき計測ヘッド本体部４２（ケース４６）はクランピングスリーブ９３内に位置している。そして、図示しない圧油供給源から、ホース９９及び圧油供給路９８を介して油圧室９７へ供給すると、この油圧室９７の油圧がクランピングスリーブ９３全体に作用して、クランピングスリーブ９３の径が僅かに縮小することにより、クランピングスリーブ９３が計測ヘッド本体部４２（ケース４６）をクランプする。その結果、計測ヘッド先端部４３の軸芯と小径のマスタ穴９５の軸芯が一致する。即ち、図１３に示すように計測ヘッド先端部４３の外周面４３ａと小径のマスタ穴９５の内周面９５ａとの間のギャップΔＧ１が、計測ヘッド先端部４３の周方向全体で一定（所定値）となる。
この状態でギャップ計測時と同様に第１計測用エア供給源７６Ａと第２計測用エア供給源７６Ｂと第３計測用エア供給源７６Ｃと第４計測用エア供給源７６Ｄのそれぞれからレギュレータなどの圧力調整手段で一定圧力に調整された計測用エアを、第１Ａ／Ｄ変換機７７Ａと第２Ａ／Ｄ変換機７７Ｂと第３Ａ／Ｄ変換機７７Ｃと第４Ａ／Ｄ変換機７７Ｄを介して、計測ヘッド先端部４３の第１計測用エアノズル５１Ａ（主軸ヘッド２５の第１計測用エア供給路７０Ａ）と第２計測用エアノズル５１Ｂ（主軸ヘッド２５の第２計測用エア供給路７０Ｂ）と第３計測用エアノズル５１Ｃ（主軸ヘッド２５の第３計測用エア供給路）と第４計測用エアノズル５１Ｄ（主軸ヘッド２５の第３計測用エア供給路）へ供給する。その結果、これらの計測用エアが、第１計測用エアノズル５１Ａと第２計測用エアノズル５１Ｂと第３計測用エアノズル５１Ｃと第４計測用エアノズル５１Ｄから、計測ヘッド先端部４３の外周面４３ａと小径のマスタ穴９５の内周面９５ａとの間のギャップΔＧ１に噴き出される。このときに第１Ａ／Ｄ変換機７７Ａと第２Ａ／Ｄ変換機７７Ｂと第３Ａ／Ｄ変換機７７Ｃと第４Ａ／Ｄ変換機７７Ｄではそれぞれの計測用エアの圧力（計測用エアの流量に相当）を検出し、これらの検出信号をデジタル信号に変換して制御装置８１へ出力する。
そして、制御装置８１では第１Ａ／Ｄ変換機７７Ａと第２Ａ／Ｄ変換機７７Ｂと第３Ａ／Ｄ変換機７７Ｃと第４Ａ／Ｄ変換機７７Ｄから出力された圧力検出信号から計測用エアの流量Ｑ１を求め、この計測用エア流量Ｑ１のデータと、予め入力されているギャップΔＧ１のデータとを、図６に示すような計測用エア流量Ｑ１とギャップΔＧ１の関係を表す点Ｐ１のデータとして記憶する。
次に、油圧室９７から圧油供給路９８及びホース９９を介して圧油を排出し、一旦、クランピングスリーブ９３による計測ヘッド本体部４２（ケース４６）のクランプを解除した後、計測ヘッド先端部４３を、大径のマスタ穴９６に挿入する。このときにも計測ヘッド本体部４２（ケース４６）はクランピングスリーブ９３内に位置している。そして、前述と同様に前記圧油供給源から、ホース９９及び圧油供給路９８を介して油圧室９７へ供給することにより、この油圧室９７の油圧によってクランピングスリーブ９３が計測ヘッド本体部４２（ケース４６）をクランプする。その結果、計測ヘッド先端部４３の軸芯と大径のマスタ穴９６の軸芯が一致する。即ち、図１３に示すように計測ヘッド先端部４３の外周面４３ａと大径のマスタ穴９６の内周面９６ａとの間のギャップΔＧ２が、計測ヘッド先端部４３の周方向全体で一定（所定値）となる。
この状態で小径のマスタ穴９５の場合と同様に第１計測用エア供給源７６Ａと第２計測用エア供給源７６Ｂと第３計測用エア供給源７６Ｃと第４計測用エア供給源７６Ｄのそれぞれからレギュレータなどの圧力調整手段で一定圧力に調整された計測用エアを、第１Ａ／Ｄ変換機７７Ａと第２Ａ／Ｄ変換機７７Ｂと第３Ａ／Ｄ変換機７７Ｃと第４Ａ／Ｄ変換機７７Ｄを介して、計測ヘッド先端部４３の第１計測用エアノズル５１Ａ（主軸ヘッド２５の第１計測用エア供給路７０Ａ）と第２計測用エアノズル５１Ｂ（主軸ヘッド２５の第２計測用エア供給路７０Ｂ）と第３計測用エアノズル５１Ｃ（主軸ヘッド２５の第３計測用エア供給路）と第４計測用エアノズル５１Ｄ（主軸ヘッド２５の第４計測用エア供給路）へ供給する。その結果、これらの計測用エアが、第１計測用エアノズル５１Ａと第２計測用エアノズル５１Ｂと第３計測用エアノズル５１Ｃと第４計測用エアノズル５１Ｄから、計測ヘッド先端部４３の外周面４３ａと大径のマスタ穴９６の内周面９６ａとの間のギャップΔＧ２に噴き出される。このときに第１Ａ／Ｄ変換機７７Ａと第２Ａ／Ｄ変換機７７Ｂと第３Ａ／Ｄ変換機７７Ｃと第４Ａ／Ｄ変換機７７Ｄではそれぞれの計測用エアの圧力（計測用エアの流量に相当）を検出し、これらの検出信号をデジタル信号に変換して制御装置８１へ出力する。
そして、制御装置８１では第１Ａ／Ｄ変換機７７Ａと第２Ａ／Ｄ変換機７７Ｂと第３Ａ／Ｄ変換機７７Ｃと第４Ａ／Ｄ変換機７７Ｄから出力された圧力検出信号から計測用エアの流量Ｑ２を求め、この計測用エア流量Ｑ２のデータと、予め入力されているギャップΔＧ２のデータとを、図６に示すような計測用エア流量Ｑ２とギャップΔＧ２の関係を表す点Ｐ２のデータとして記憶する。また、この点Ｐ２と前述の点Ｐ１の間のデータは直線補間によって求める。かくして、図６に示すような計測用エア流量とギャップの関係を表すデータが得られる。
以上のように、本実施の形態例２の計測ヘッド４１によれば、計測時に工作機械２１の主軸２６に装着され、工作機械２１のワークテーブル２３に取り付けられたブッシュ３１のブッシュ穴３１ａに挿入されて、ブッシュ穴３１ａと主軸２６の偏芯量を計測するためのエアマイクロメータの計測ヘッド４１であって、計測ヘッド本体部４２と、この計測ヘッド本体部４２の先端に設けられて計測時にブッシュ穴３１ａに挿入される計測ヘッド先端部４３とを有し、計測ヘッド先端部４３には計測時に計測ヘッド先端部４３の外周面４３ａの噴き出し口５１Ａ−１〜５１Ｄ−１から同外周面４３ａとブッシュ穴３１ａの内周面３１ｂとの間のギャップに計測用エアを噴き出すための第１計測用エアノズル５１Ａと第２計測用エアノズル５１Ｂと第３計測用エアノズル５１Ｃと第４計測用エアノズル５１Ｄが、計測ヘッド先端部４３の径方向に沿って形成され且つそれぞれ計測ヘッド先端部４３の周方向に９０度の角度を有するように形成される一方、計測ヘッド本体部４２には各計測用エアノズル５１Ａ〜５１Ｄに対応した個別の計測用エア供給路（即ち第１計測用エア供給路５３Ａ，５５Ａ，６３Ａ及びホース６４Ａからなる供給路と、第１計測用エア供給路５３Ｂ，５５Ｂ，６３Ｂ及びホース６４Ｂからなる供給路と、第３計測用エア供給路５３Ｃ，５５Ｃ，６３Ｃ及びホース６４Ｃからなる供給路と、第４計測用エア供給路５３Ｄ，５５Ｄ，６３Ｄ及びホース６４Ｄからなる供給路）が形成されており、各計測用エアノズル５１Ａ〜５１Ｄに対してそれぞれ個別の計測用エア供給路から計測用エアが供給される構成としたことを特徴としているため、ブッシュ穴３１ａの内径ではなく、計測ヘッド先端部４３の直交する第１の径方向（Ｘ軸方向）の両側と第２の径方向（Ｙ軸方向）の両側において、計測ヘッド先端部４３の外周面４３ａとブッシュ穴３１ａの内周面３１ｂとの間のギャップΔＸ１，ΔＸ２とΔＹ１，ΔＹ２を計測することができる。従って、このギャップΔＸ１，ΔＸ２とΔＹ１，ΔＹ２の計測値に基づいて（上記（１），（２）式の計算により）主軸２６とブッシュ穴３１ａの偏芯量ΔＸ，ΔＹを求め、この偏芯量ΔＸ，ΔＹに応じて主軸２６の位置を制御する（即ち主軸２６とブッシュ穴３１ａの相対位置を補正する）ことより、主軸２６（穴開け工具３２）の軸芯とブッシュ穴３１ａの軸芯とを一致させてブッシュ穴３１ａの偏摩耗を防止することができる。
また、本実施の形態例２のエアマイクロメータの計測ヘッド４１によれば、計測用エアが、主軸ヘッド２５に形成された第１計測用エア供給路７０Ａと第２計測用エア供給路７０Ａと第３計測用エア供給路と第４計測用エア供給路から、計測ヘッド本体部４２の第１計測用エア供給路６３Ａと第２計測用エア供給路６３Ｂと第３計測用エア供給路６３Ｃと第４計測用エア供給路６３Ｄへそれぞれ供給される構成としたことを特徴としているため、主軸ヘッド２５から計測用エアを供給することができ、計測ヘッド４１に直接計測用エア供給用のホースなどの供給手段を接続する必要がないため、主軸２６への計測ヘッド４１の着脱などの計測操作が容易になるなどの効果が得られる。
また、本実施の形態例２のエアマイクロメータの計測ヘッド４１によれば、計測ヘッド先端部４３には、計測時にその先端側周縁のテーパ面４９の噴き出し口５２Ａ−１〜５２Ｄ−１から前方へブッシュ穴３１ａの内周面３１ｂに向かってエアブロー用エアを噴き出すためのエアブロー用ノズル５２Ａ〜５２Ｄが形成され、計測ヘッド本体部４２には、エアブロー用ノズル５２Ａ〜５２Ｄにエアブロー用エアを供給するエアブロー用エア供給路５６，６５が形成されていることを特徴としているため、ブッシュ穴３１ａの内周面３１ｂに切削屑などの異物が付着しても、エアブローによってブッシュ穴３１ａの内周面３１ｂから当該異物を除去してから、ギャップ計測を行うことができるため、精度のよいギャップ計測を行うことができる。
また、本実施の形態例２のエアマイクロメータの計測ヘッド４１によれば、エアブロー用エアが、主軸ヘッド２５に形成されたエアブロー用エア供給路７３から、主軸２６に装着されたロータリジョイント７１のエアブロー用エア供給路７２及び主軸２６に形成されたエアブロー用エア供給路７５を介して、計測ヘッド本体部４２のエアブロー用エア供給路６５へ供給される構成としたことを特徴としているため、主軸ヘッド２５からエアブロー用エアを供給することができ、計測ヘッド４１に直接エアブロー用エア供給用のホースなどの供給手段を接続する必要がないため、主軸２６への計測ヘッド４１の着脱などの計測操作が容易になるなどの効果が得られる。
また、本実施の形態例２のエアマイクロメータの計測ヘッド４１によれば、計測ヘッド本体部４２は、計測ヘッド先端部４３が固定されている先端側部材（接続部４５、ケース４６）と、基端側部材５４と、先端側部材（接続部４５、ケース４６）と基端側部材５４との間に介設されたコイルばね７４と、先端側部材（ケース４６）に形成された計測用エア供給路５５Ａ，５５Ｂと基端側部材５４に形成されている計測用エア供給路６３Ａ，６３Ｂとをつないだ可撓性のホース６４Ａ，６４Ｂとを有してなるものであることを特徴としているため、計測ヘッド先端部４３をブッシュ穴３１ａに挿入する際に計測ヘッド先端部４３がブッシュ３１に接触したとしても、コイルばね７４が縮んで計測ヘッド先端部４３が基端側に移動することより、この接触時の衝撃が緩和される。
＜実施の形態例３＞
図１４（ａ）は本発明の実施の形態例３に係るエアマイクロメータの計測ヘッドの要部側面図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）のＮ方向矢視図、図１４（ｃ）は図１４（ａ）のＯ−Ｏ線矢視断面図、図１４（ｄ）は図１４（ａ）のＰ−Ｐ線矢視断面図、図１４（ｅ）は図１４（ａ）のＱ−Ｑ線矢視断面図、図１５は前記計測ヘッドによってギャップ計測をする様子を示す図（図５と同様の図）、図１６はエアマイクロメータ用較正装置を用いて前記計測ヘッドを較正する様子を示す図（図８（ｂ）と同様の図）である。また、図１７には偏芯量の算出方法を示しており、図１７（ａ）は計測ヘッド先端部とブッシュ穴が偏芯していないときの状態を示す図、図１７（ｂ）は計測ヘッド先端部がブッシュ穴に対してＸ軸方向にのみ偏芯した状態を示す図、図１７（ｃ）は図１７（ｂ）の状態の要部拡大図である。
なお、本実施の形態例３の計測ヘッドを適用する工作機械例及び主軸への装着状態については、図１（ａ）及び図１（ｂ）と同様であり、ここでの図示及び詳細な説明は省略する。また、本実施の形態例３の計測ヘッドの較正には上記実施の形態例１で説明したエアマイクロメータ用較正装置９１を適用する（図７、図８参照）。従って、ここでのエアマイクロメータ用較正装置についての詳細な説明は省略する。また、本実施の形態例３の計測ヘッドについては、上記実施の形態例１と同様の部分には同一の符号を付して、重複する詳細な説明は省略し、計測ヘッド本体部の基端側部分の図示を省略している。
上記実施の形態例１の計測ヘッド４１では計測ヘッド先端部４３に形成された第１計測用エアノズル５１Ａと第２計測用エアノズル５１Ｂが、互いに計測ヘッド先端部４３の周方向に１８０度の角度を有しているのに対して（図２、図３参照）、図１４（ａ）〜図１４（ｄ）に示すように本実施の形態例３の計測ヘッド４１は、計測ヘッド先端部４３に形成された第１計測用エアノズル５１Ａと第２計測用エアノズル５１Ｂが、互いに計測ヘッド先端部４３の周方向に９０度の角度を有していることを特徴としており、接続部４５の計測用エア供給路５３Ａ，５３Ｂやケース４６の計測用エア供給路５５Ａ，５５Ｂなどの各部の計測用エア供給路やホースも、この第１及び第２計測用エアノズル５１Ａ，５１Ｂに合わせ配置になっている。
その他は、上記実施の形態例１と同様の構成である。但し、図示は省略しているが、本実施の形態例３の計測ヘッド４１では、上記実施の形態例２の計測ヘッド４１（図９参照）と同様にロータリジョイントが装着されておらず、上記実施の形態例１と比較して計測用エアの供給経路にロータリジョイント６７（第１及び第２計測用エア供給路６８Ａ，６８Ｂ）が介在していない点が異なる。
また、図示及び詳細な説明は省略するが、エアマイクロメータのシステム構成及びギャップ計測操作の手順についても、上記実施の形態例１と同様である（図４参照）。但し、図１５に示すように第１計測用エアノズル５１Ａと第２計測用エアノズル５１Ｂとが９０度の角度を成すように配置したことより、計測ヘッド４１を回転させることなく、第１計測用エアノズル５１ＡではＹ軸方向のギャップΔＹ１を計測し、第２計測用エアノズル５１ＢではＸ軸方向のギャップΔＸ１を計測することができるようになっており、この点が上記実施の形態例１と異なる。
この場合、制御装置８１（図４参照）では、これらのギャップΔＸ１，ΔＹ１の計測値を、制御装置８１に予め記憶されている偏芯していないときの計測ヘッド先端部４３の外周面４３ａとブッシュ穴３１ａの内周面３１ｂとの間のギャップ値から差し引くことによって、偏芯量ΔＸ，ΔＹを算出する。具体的には以下に説明する第１の偏芯量算出方法と第２の偏芯量算出方法の何れかによって、偏芯量ΔＸ，ΔＹを算出する。
（第１の偏芯量算出方法）
第１の偏芯量算出方法は、次の（３），（４）の連立方程式を解くことによって偏芯量ΔＸ，ΔＹを求める方法である。
ΔＸ＝ΔＸ0−ΔＸ１−Ｒ（１−cos（sin-1（ΔＹ／Ｒ）） ・・・（３）
ΔＹ＝ΔＹ0−ΔＹ１−Ｒ（１−cos（sin-1（ΔＸ／Ｒ）） ・・・（４）
上記（３），（４）式において、ΔＸ0，ΔＹ0は制御装置８１に初期値として予め入力されるＸ軸方向とＹ軸方向のギャップ値、即ち偏芯していないときの計測ヘッド先端部４３の外周面４３ａとブッシュ穴３１ａの内周面３１ｂとの間のギャップ値である。Ｒは制御装置８１に予め入力されるブッシュ穴３１ａの半径である。なお、計測ヘッド先端部４３の半径ｒも制御装置８１に予め入力して、このｒとＲの差（Ｒ−ｒ）から、初期値ΔＸ0，ΔＹ0を算出するようにしてもよい。ギャップΔＸ１，ΔＹ１は、上記実施の形態例１と同様に制御装置８１において、Ａ／Ｄ変換機７７Ａ，７７Ｂ（図４参照）から入力する計測用エアの圧力検出信号（デジタル信号）から、計測用エアの流量を求め、この計測用エア流量のデータと、予め記憶されている計測用エア流量とギャップの関係を表すデータとに基づいて求める。
図１７に基づいて詳述すると、図１７（ａ）の如く計測ヘッド先端部４３とブッシュ穴３１ａが偏芯していない状態から、図１７（ｂ）の如く計測ヘッド先端部４３がブッシュ穴３１ａに対してＹ軸方向にのみΔＹだけ偏芯して、第１計測用エアノズル５１Ａで計測されるＹ軸方向のギャップ値が、初期値のΔＹ0からΔＹ１になった場合、Ｙ軸方向の偏芯量ΔＹは、次の（５）によって求めることができる。
ΔＹ＝ΔＹ0−ΔＹ１ ・・・（５）
しかし、Ｘ軸方向については、実際には偏芯していないが、図１７（ｂ）に示すようにΔＹの影響により、第２計測用エアノズル５１Ｂで計測されるＸ軸方向のギャップ値が、ΔＸ´だけ変化して、初期値からΔＸ１となる。そこで、このΔＹの影響によるＸ軸方向のギャップの変化量ΔＸ´を考慮した場合、Ｘ軸方向の偏芯量ΔＸは、次の（６）式から求めることができる。図１７（ｂ）の場合には（６）式から、偏芯量ΔＸは０となる。
ΔＸ＝ΔＸ0−ΔＸ１−ΔＸ´ ・・・（６）
そして、図１７（ｃ）に示すとおり、変化量ΔＸ´は次の（７）式によって求めることができる。従って、この（７）式を（６）式に代入すれば（３）式が得られる。 ΔＸ´＝Ｒ−Ｒcosθ
＝Ｒ（１−cos（sin-1（ΔＹ／Ｒ）） ・・・（７）
詳細な説明は省略するが、Ｙ軸方向についても、Ｘ軸方向の場合と同様であり、計測ヘッド先端部４３がブッシュ穴３１ａに対してＸ軸方向にのみΔＸだけ偏芯したときの、このΔＸの影響によるＹ軸方向のギャップの変化量ΔＹ´を考慮した場合、Ｙ軸方向の偏芯量ΔＹは、次の（８）式から求めることができる。
ΔＹ＝ΔＹ0−ΔＹ１−ΔＹ´ ・・・（８）
そして、変化量ΔＹ´は次の（９）式よって求めることができるため、この（９）式を（８）式に代入すれば（４）式が得られる。
ΔＹ´＝Ｒ−Ｒcosθ
＝Ｒ（１−cos（sin-1（ΔＸ／Ｒ）） ・・・（９）
（第２の偏芯量算出方法）
第２の偏芯量算出方法は、上記の変化量ΔＸ´，ΔＹ´を無視して、次の（１０），（１１）式によって偏芯量ΔＸ，ΔＹを求める方法である。
ΔＸ＝ΔＸ0−ΔＸ１ ・・・（１０）
ΔＹ＝ΔＹ0−ΔＹ１ ・・・（１１）
偏芯量ΔＸ，ΔＹはブッシュ穴３１ａの半径Ｒに比べて非常に小さいため（ΔＸ，ΔＹＲ）、一方の偏芯量が他方のギャップ測定値に与える影響は少なく、変化量ΔＸ´，ΔＹ´は無視できる。即ち、ΔＹ≪Ｒのとき、ΔＹ／Ｒ≒０より、ΔＸ´≒０であり、ΔＸ≪Ｒのとき、ΔＸ／Ｒ≒０より、ΔＹ´≒０である。例えば、ΔＹ＝0.010ｍｍ，Ｒ＝10ｍｍのときには、cos(sin(0.010/10))＝0.9999995、ΔＸ´＝10(1-0.9999995)＝0.000005ｍ＝0.005μｍであり、ΔＸ´／ΔＹ＝0.000005/0.010＝0.0005＝0.05％である。また、ΔＹ＝0.010ｍｍ，Ｒ＝5ｍｍのときには、ΔＸ´＝0.00001ｍｍ＝0.01μｍであり、ΔＸ´／ΔＹ＝0.001＝0.1％である。そして、これらの変化量ΔＸ´の値0.005μｍ，0.01μｍはエアマイクロメータのくり返し測定精度1.5μｍよりも十分小さい。変化量ΔＹ´についても同様である。従って、変化量ΔＸ´，ΔＹ´は無視することができる。
本実施の形態例３の計測ヘッド４１の較正については上記実施の形態例１の場合と同様である。即ち、上記実施の形態例１で述べたエアマイクロメータ用較正装置９１を用いて図１６に示すようなギャップΔＧ１，ΔＧ２と計測用エア流量との関係を表すデータ（図６参照）を求める。
以上のように、本実施の形態例３の計測ヘッド４１によれば、計測時に工作機械２１の主軸２６に装着され、工作機械２１のワークテーブル２３に取り付けられたブッシュ３１のブッシュ穴３１ａに挿入されて、ブッシュ穴３１ａと主軸２６の偏芯量を計測するためのエアマイクロメータの計測ヘッド４１であって、計測ヘッド本体部４２と、この計測ヘッド本体部４２の先端に設けられて計測時にブッシュ穴３１ａに挿入される計測ヘッド先端部４３とを有し、計測ヘッド先端部４３には計測時に計測ヘッド先端部４３の外周面４３ａの噴き出し口５１Ａ−１，５１Ｂ−１から同外周面４３ａとブッシュ穴３１ａの内周面３１ｂとの間のギャップに計測用エアを噴き出すための第１計測用エアノズル５１Ａと第２計測用エアノズル５１Ｂが、計測ヘッド先端部４３の径方向に沿って形成され且つ互いに計測ヘッド先端部４３の周方向に９０度の角度を有するように形成される一方、計測ヘッド本体部４２には各計測用エアノズル５１Ａ，５１Ｂに対応した個別の計測用エア供給路（即ち第１計測用エア供給路５３Ａ，５５Ａ，６３Ａ及びホース６４Ａからなる供給路と、第１計測用エア供給路５３Ｂ，５５Ｂ，６３Ｂ及びホース６４Ｂからなる供給路）が形成されており、各計測用エアノズル５１Ａ，５１Ｂに対してそれぞれ個別の計測用エア供給路から計測用エアが供給される構成としたことを特徴としているため、ブッシュ穴３１ａの内径ではなく、計測ヘッド先端部４３の直交する第１の径方向（Ｘ軸方向）と第２の径方向（Ｙ軸方向）において、計測ヘッド先端部４３の外周面４３ａとブッシュ穴３１ａの内周面３１ｂとの間のギャップΔＸ１とΔＹ１を計測することができる。従って、このギャップΔＸ１，ΔＹ１の計測値に基づいて（例えばギャップΔＸ１，ΔＹ１の計測値を、偏芯していないときの計測ヘッド先端部の外周面とブッシュ穴の内周面との間のギャップ値から差し引くことにより）主軸２６とブッシュ穴３１ａの偏芯量ΔＸ，ΔＹを求め、この偏芯量ΔＸ，ΔＹに応じて主軸２６の位置を制御する（即ち主軸２６とブッシュ穴３１ａの相対位置を補正する）ことより、主軸２６（穴開け工具３２）の軸芯とブッシュ穴３１ａの軸芯とを一致させてブッシュ穴３１ａの偏摩耗を防止することができる。
また、本実施の形態例３のエアマイクロメータの計測ヘッド４１によれば、計測用エアが、主軸ヘッド２５に形成された第１計測用エア供給路７０Ａと第２計測用エア供給路７０Ａから、計測ヘッド本体部４２の第１計測用エア供給路６３Ａと第２計測用エア供給路６３Ｂへそれぞれ供給される構成としたことを特徴としているため、主軸ヘッド２５から計測用エアを供給することができ、計測ヘッド４１に直接計測用エア供給用のホースなどの供給手段を接続する必要がないため、主軸２６への計測ヘッド４１の着脱などの計測操作が容易になるなどの効果が得られる。
また、本実施の形態例３のエアマイクロメータの計測ヘッド４１によれば、計測ヘッド先端部４３には、計測時にその先端側周縁のテーパ面４９の噴き出し口５２Ａ−１〜５２Ｄ−１から前方へブッシュ穴３１ａの内周面３１ｂに向かってエアブロー用エアを噴き出すためのエアブロー用ノズル５２Ａ〜５２Ｄが形成され、計測ヘッド本体部４２には、エアブロー用ノズル５２Ａ〜５２Ｄにエアブロー用エアを供給するエアブロー用エア供給路５６，６５が形成されていることを特徴としているため、ブッシュ穴３１ａの内周面３１ｂに切削屑などの異物が付着しても、エアブローによってブッシュ穴３１ａの内周面３１ｂから当該異物を除去してから、ギャップ計測を行うことができるため、精度のよいギャップ計測を行うことができる。
また、本実施の形態例３のエアマイクロメータの計測ヘッド４１によれば、エアブロー用エアが、主軸ヘッド２５に形成されたエアブロー用エア供給路７３から、主軸２６に装着されたロータリジョイント７１のエアブロー用エア供給路７２及び主軸２６に形成されたエアブロー用エア供給路７５を介して、計測ヘッド本体部４２のエアブロー用エア供給路６５へ供給される構成としたことを特徴としているため、主軸ヘッド２５からエアブロー用エアを供給することができ、計測ヘッド４１に直接エアブロー用エア供給用のホースなどの供給手段を接続する必要がないため、主軸２６への計測ヘッド４１の着脱などの計測操作が容易になるなどの効果が得られる。
また、本実施の形態例３のエアマイクロメータの計測ヘッド４１によれば、計測ヘッド本体部４２は、計測ヘッド先端部４３が固定されている先端側部材（接続部４５、ケース４６）と、基端側部材５４と、先端側部材（接続部４５、ケース４６）と基端側部材５４との間に介設されたコイルばね７４と、先端側部材（ケース４６）に形成された計測用エア供給路５５Ａ，５５Ｂと基端側部材５４に形成されている計測用エア供給路６３Ａ，６３Ｂとをつないだ可撓性のホース６４Ａ，６４Ｂとを有してなるものであることを特徴としているため、計測ヘッド先端部４３をブッシュ穴３１ａに挿入する際に計測ヘッド先端部４３がブッシュ３１に接触したとしても、コイルばね７４が縮んで計測ヘッド先端部４３が基端側に移動することより、この接触時の衝撃が緩和される。
＜実施の形態例４＞
図１８（ａ）は本発明の実施の形態例４に係るエアマイクロメータの計測ヘッドの要部側面図、図１８（ｂ）は図１８（ａ）のＲ方向矢視図、図１８（ｃ）は図１８（ａ）のＳ−Ｓ線矢視断面図、図１８（ｄ）は図１８（ａ）のＶ−Ｖ線矢視断面図、図１９（ａ）は前記計測ヘッドによってギャップ計測をする様子を示す図（図５と同様の図）、図１９（ｂ）は前記計測ヘッドを図１９（ａ）の状態から９０度回転させた状態を示す図（図５と同様の図）、図２０はエアマイクロメータ用較正装置を用いて前記計測ヘッドを較正する様子を示す図（図８（ｂ）と同様の図）である。
なお、本実施の形態例４の計測ヘッドを適用する工作機械例及び主軸への装着状態については、図１（ａ）及び図１（ｂ）と同様であり、ここでの図示及び詳細な説明は省略する。また、本実施の形態例４の計測ヘッドの較正には上記実施の形態例１で説明したエアマイクロメータ用較正装置９１を適用する（図７、図８参照）。従って、ここでのエアマイクロメータ用較正装置についての詳細な説明は省略する。また、本実施の形態例４の計測ヘッドについては、上記実施の形態例１と同様の部分には同一の符号を付して、重複する詳細な説明は省略し、計測ヘッド本体部の基端側部分の図示を省略している。
上記実施の形態例１の計測ヘッド４１では計測ヘッド先端部４３に２つの計測用エアノズル５１Ａ，５１Ｂが形成されているのに対して（図２、図３参照）、図１８（ａ）〜図１８（ｄ）に示すように本実施の形態例４の計測ヘッド４１は、計測ヘッド先端部４３に１つの計測用エアノズル５１Ａのみが形成されていることを特徴としており、これに合わせて接続部４５の計測用エア供給路５３Ａやケース４６の計測用エア供給路５５Ａなどの各部の計測用エア供給路やホースも１つである。その他は、上記実施の形態例１と同様の構成である。
また、図示及び詳細な説明は省略するが、エアマイクロメータのシステム構成及びギャップ計測操作の手順についても、上記実施の形態例１と同様である（図４参照）。但し、計測ヘッド先端部４３に１つの計測用エアノズル５１Ａのみが形成されていることに合わせて、計測用エア供給源やＡ／Ｄ変換機も１つだけ設けられており、この点が上記実施の形態例１とは異なる。
また、ギャップ計測を行う際には、図１９（ａ）に示す状態でＹ軸方向のギャップΔＹ１を計測し、続いて図１９（ａ）に示すようにＮＣ装置７８（図４参照）による主軸２６（図１、図２参照）の制御によって計測ヘッド４１（計測ヘッド先端部４３）を９０度回転させることより、Ｘ軸方向のギャップΔＸ１を計測する。
この場合にも、上記実施の形態例３の場合と同様に制御装置８１（図４参照）では、これらのギャップΔＸ１，ΔＹ１の計測値を、制御装置８１に予め記憶されている偏芯していないときの計測ヘッド先端部４３の外周面４３ａとブッシュ穴３１ａの内周面３１ｂとの間のギャップ値から差し引くことによって、偏芯量ΔＸ，ΔＹを算出する。具体的には、上記実施の形態例３の場合と同様に上記の第１の偏芯量算出方法又は第２の偏芯量算出方法の何れかによって、偏芯量ΔＸ，ΔＹを算出する。
本実施の形態例４の計測ヘッド４１の較正については上記実施の形態例１の場合と同様である。即ち、上記実施の形態例１で述べたエアマイクロメータ用較正装置９１を用いて図２０に示すようなギャップΔＧ１，ΔＧ２と計測用エア流量との関係を表すデータ（図６参照）を求める。
以上のように、本実施の形態例４の計測ヘッド４１によれば、計測時に工作機械２１の主軸２６に装着され、工作機械２１のワークテーブル２３に取り付けられたブッシュ３１のブッシュ穴３１ａに挿入されて、ブッシュ穴３１ａと主軸２６の偏芯量を計測するためのエアマイクロメータの計測ヘッド４１であって、計測ヘッド本体部４２と、この計測ヘッド本体部４２の先端に設けられて計測時にブッシュ穴３１ａに挿入される計測ヘッド先端部４３とを有し、計測ヘッド先端部４３には計測時に計測ヘッド先端部４３の外周面４３ａの噴き出し口５１Ａ−１から同外周面４３ａとブッシュ穴３１ａの内周面３１ｂとの間のギャップに計測用エアを噴き出すための１つの第１計測用エアノズル５１Ａが、計測ヘッド先端部４３の径方向に沿って形成される一方、計測ヘッド本体部４２には計測用エアノズル５１Ａに対応した１つの計測用エア供給路（即ち第１計測用エア供給路５３Ａ，５５Ａ，６３Ａ及びホース６４Ａからなる供給路）が形成されており、１つの計測用エアノズル５１Ａに対して１つの計測用エア供給路から計測用エアが供給される構成としたことを特徴としているため、ブッシュ穴３１ａの内径ではなく、例えば主軸２６によって計測ヘッド４１を９０度回転させることにより、計測ヘッド先端部４３の直交する第１の径方向（Ｘ軸方向）と第２の径方向（Ｙ軸方向）において、計測ヘッド先端部４３の外周面４３ａとブッシュ穴３１ａの内周面３１ｂとの間のギャップΔＸ１とΔＹ１を計測することができる。従って、このギャップΔＸ１，ΔＹ１の計測値に基づいて（例えばギャップΔＸ１，ΔＹ１の計測値を、偏芯していないときの計測ヘッド先端部の外周面とブッシュ穴の内周面との間のギャップ値から差し引くことにより）主軸２６とブッシュ穴３１ａの偏芯量ΔＸ，ΔＹを求め、この偏芯量ΔＸ，ΔＹに応じて主軸２６の位置を制御する（即ち主軸２６とブッシュ穴３１ａの相対位置を補正する）ことより、主軸２６（穴開け工具３２）の軸芯とブッシュ穴３１ａの軸芯とを一致させてブッシュ穴３１ａの偏摩耗を防止することができる。
また、本実施の形態例４のエアマイクロメータの計測ヘッド４１によれば、計測用エアが、主軸ヘッド２５に形成された計測用エア供給路７０Ａから、計測ヘッド本体部４２に装着されたロータリジョイント６７の計測用エア供給路６８Ａを介して、計測ヘッド本体部４２の第１計測用エア供給路６３Ａへ供給される構成としたことを特徴としているため、主軸ヘッド２５から計測用エアを供給することができ、計測ヘッド４１に直接計測用エア供給用のホースなどの供給手段を接続する必要がないため、主軸２６への計測ヘッド４１の着脱などの計測操作が容易になるなどの効果が得られる。
また、本実施の形態例４のエアマイクロメータの計測ヘッド４１によれば、計測ヘッド先端部４３には、計測時にその先端側周縁のテーパ面４９の噴き出し口５２Ａ−１〜５２Ｄ−１から前方へブッシュ穴３１ａの内周面３１ｂに向かってエアブロー用エアを噴き出すためのエアブロー用ノズル５２Ａ〜５２Ｄが形成され、計測ヘッド本体部４２には、エアブロー用ノズル５２Ａ〜５２Ｄにエアブロー用エアを供給するエアブロー用エア供給路５６，６５が形成されていることを特徴としているため、ブッシュ穴３１ａの内周面３１ｂに切削屑などの異物が付着しても、エアブローによってブッシュ穴３１ａの内周面３１ｂから当該異物を除去してから、ギャップ計測を行うことができるため、精度のよいギャップ計測を行うことができる。
また、本実施の形態例４のエアマイクロメータの計測ヘッド４１によれば、エアブロー用エアが、主軸ヘッド２５に形成されたエアブロー用エア供給路７３から、主軸２６に装着されたロータリジョイント７１のエアブロー用エア供給路７２及び主軸２６に形成されたエアブロー用エア供給路７５を介して、計測ヘッド本体部４２のエアブロー用エア供給路６５へ供給される構成としたことを特徴としているため、主軸ヘッド２５からエアブロー用エアを供給することができ、計測ヘッド４１に直接エアブロー用エア供給用のホースなどの供給手段を接続する必要がないため、主軸２６への計測ヘッド４１の着脱などの計測操作が容易になるなどの効果が得られる。
また、本実施の形態例４のエアマイクロメータの計測ヘッド４１によれば、計測ヘッド本体部４２は、計測ヘッド先端部４３が固定されている先端側部材（接続部４５、ケース４６）と、基端側部材５４と、先端側部材（接続部４５、ケース４６）と基端側部材５４との間に介設されたコイルばね７４と、先端側部材（ケース４６）に形成された計測用エア供給路５５Ａ，５５Ｂと基端側部材５４に形成されている計測用エア供給路６３Ａ，６３Ｂとをつないだ可撓性のホース６４Ａとを有してなるものであることを特徴としているため、計測ヘッド先端部４３をブッシュ穴３１ａに挿入する際に計測ヘッド先端部４３がブッシュ３１に接触したとしても、コイルばね７４が縮んで計測ヘッド先端部４３が基端側に移動することより、この接触時の衝撃が緩和される。
なお、主軸に計測用エア供給用のロータリジョイントを設けて、ブロー用エアだけでなく計測用エアも、当該ロータリジョイントの計測用エア供給路及び主軸の計測用エア供給路を介して、計測ヘッドの計測用エア供給路に供給するようにしてもよい。
また、エアブロー用エアは、上記の如く主軸ヘッドのエアブロー用エア供給路から、ロータリジョイントのエアブロー用エア供給路及び主軸のエアブロー用エア供給路を介して計測ヘッドのエアブロー用エア供給路に供給する場合に限定するものでなく、主軸ヘッドのエアブロー用エア供給路から、直接又は計測ヘッドに装着したロータリジョイントのエアブロー用エア供給路を介して、計測ヘッドのエアブロー用エア供給路に供給するようにしてよい。
本発明はエアマイクロメータの計測ヘッドに関するものであり、工作機械におけるブッシュ穴と主軸（穴開け工具）の偏芯量を計測する場合に適用して有用なものである。
（ａ）は本発明の実施の形態例１に係るエアマイクロメータの計測ヘッドが適用される工作機械の一例を示す図、（ｂ）は前記計測ヘッドを前記工作機械の主軸に装着した状態を示す要部拡大図である。 前記計測ヘッドを一部破断して示す側面図である。 （ａ）は前記計測ヘッドの一部を示す断面図、（ｂ）は図２のＡ方向矢視図、（ｃ）は図２のＢ−Ｂ線矢視断面図、（ｄ）は図２のＣ−Ｃ線矢視断面図である。 前記エアマイクロメータのシステム構成図である。 （ａ）は図４のＤ方向矢視図、（ｂ）は前記計測ヘッドを（ａ）の状態から９０度回転させた状態を示す図である。 計測用エア流量とギャップの関係を表すデータの説明図である。 （ａ）は前記計測ヘッドの較正に用いるエアマイクロメータ用較正装置（マスタゲージ）の断面図、（ｂ）は（ａ）のＥ方向矢視図、（ｃ）は（ａ）のＦ−Ｆ線矢視断面図である。 （ａ）は前記エアマイクロメータ用較正装置を用いて前記計測ヘッドを較正する様子を示す図、（ｂ）は（ａ）のＧ方向矢視図である。 本発明の実施の形態例２に係るエアマイクロメータの計測ヘッドの側面図である。 （ａ）は前記計測ヘッドの一部を示す断面図、（ｂ）は図９のＨ方向矢視図、（ｃ）は図９のＩ−Ｉ線矢視断面図、（ｄ）は図９のＪ−Ｊ線矢視断面図、（ｅ）は図９のＫ−Ｋ線矢視断面図、（ｆ）は図９のＬ−Ｌ線矢視断面図である。 前記エアマイクロメータのシステム構成図である。 図１１のＭ方向矢視図である。 エアマイクロメータ用較正装置を用いて前記計測ヘッドを較正する様子を示す図（図８（ｂ）と同様の図）である。 （ａ）は本発明の実施の形態例３に係るエアマイクロメータの計測ヘッドの要部側面図、（ｂ）は（ａ）のＮ方向矢視図、（ｃ）は（ａ）のＯ−Ｏ線矢視断面図、（ｄ）は（ａ）のＰ−Ｐ線矢視断面図、（ｅ）は（ａ）のＱ−Ｑ線矢視断面図である。 前記計測ヘッドによってギャップ計測をする様子を示す図（図５と同様の図）である。 エアマイクロメータ用較正装置を用いて前記計測ヘッドを較正する様子を示す図（図８（ｂ）と同様の図）である。 偏芯量算出方法を説明図であって、（ａ）は計測ヘッド先端部とブッシュ穴が偏芯していないときの状態を示す図、（ｂ）は計測ヘッド先端部がブッシュ穴に対してＸ軸方向にのみ偏芯した状態を示す図、（ｃ）は（ｂ）の状態の要部拡大図である。 （ａ）は本発明の実施の形態例４係るエアマイクロメータの計測ヘッドの要部側面図、（ｂ）は（ａ）のＲ方向矢視図、（ｃ）は（ａ）のＳ−Ｓ線矢視断面図、（ｄ）は（ａ）のＶ−Ｖ線矢視断面図である。 （ａ）は前記計測ヘッドによってギャップ計測をする様子を示す図（図５と同様の図）、（ｂ）は前記計測ヘッドを（ａ）の状態から９０度回転させた状態を示す図（図５と同様の図）である。 エアマイクロメータ用較正装置を用いて前記計測ヘッドを較正する様子を示す図（図８（ｂ）と同様の図）である。 （ａ）はタッチセンサの側面図、（ｂ）は（ａ）のＷ方向矢視図である。 （ａ）は従来のエアマイクロメータの概要を示す図、（ｂ）は前記エアマイクロメータ用較正装置の概要を示す図である。
符号の説明
２１ 工作機械
２２ ベッド
２３ ワークテーブル
２４ コラム
２５ 主軸ヘッド
２６ 主軸
２７ ブッシュ取付具
２７ａ 水平部
２７ｂ 垂直部
２８，２９，３０ レール
３１ ブッシュ
３１ａ ブッシュ穴
３１ｂ 内周面
３２ 穴開け工具
４１ 計測ヘッド
４２ 計測ヘッド本体部
４３ 計測ヘッド先端部
４３ａ 外周面
４５ 接続部
４６ ケース
４６ａ 内周面
４７ ねじ
４８ インロー嵌合部
４９，５０ テーパ面
５１Ａ 第１計測用エアノズル（計測用エアノズル）
５１Ｂ 第２計測用エアノズル
５１Ｃ 第３計測用エアノズル
５１Ｄ 第４計測用エアノズル
５１Ａ−１，５１Ｂ−１，５１Ｃ−１，５１Ｄ−１ 噴き出し口
５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄ エアブロー用ノズル
５２Ａ−１，５２Ｂ−１，５２Ｃ−１，５２Ｄ−１ 噴き出し口
５３Ａ 第１計測用エア供給路，計測用エア供給路
５３Ｂ 第２計測用エア供給路
５３Ｃ 第３計測用エア供給路
５３Ｄ 第４計測用エア供給路
５４ 基端側部材
５５Ａ 第１計測用エア供給路，計測用エア供給路
５５Ｂ 第２計測用エア供給路
５５Ｃ 第３計測用エア供給路
５５Ｄ 第４計測用エア供給路
５６ エアブロー用エア供給路
５８ 長穴
５９ 基端部
６０ 軸部
６１ 先端部
６２ 基端側端板
６２ａ 穴
６３Ａ 第１計測用エア供給路
６３Ｂ 第２計測用エア供給路
６３Ｃ 第３計測用エア供給路
６３Ｄ 第４計測用エア供給路
６４Ａ，６４Ｂ，６４Ｃ，６４Ｄ ホース
６５ エアブロー用エア供給路
６６ 空間部
６７ ロータリジョイント
６８Ａ 第１計測用エア供給路
６８Ｂ 第２計測用エア供給路
６９Ａ 第１カプラ
６９Ｂ 第２カプラ
６９Ｃ 第３カプラ
６９Ｄ 第４カプラ
７０Ａ 第１計測用エア供給路
７０Ｂ 第２計測用エア供給路
７１ ロータリジョイント
７２ エアブロー用エア供給路
７３ エアブロー用エア供給路
７４ コイルばね
７５ エアブロー用エア供給路
７６Ａ 第１計測用エア供給源
７６Ｂ 第２計測用エア供給源
７６Ｃ 第３計測用エア供給源
７６Ｄ 第４計測用エア供給源
７７Ａ 第１Ａ／Ｄ変換機
７７Ｂ 第２Ａ／Ｄ変換機
７７Ｃ 第３Ａ／Ｄ変換機
７７Ｄ 第４Ａ／Ｄ変換機
７８ ＮＣ装置
７９ エアブロー用エア供給源
８０ シーケンサ
８１ 制御装置
９１ エアマイクロメータ用較正装置
９２ 格納穴
９３ クランピングスリーブ
９３ａ 内周面
９４ 計測ヘッド進入穴
９５ 小径のマスタ穴
９５ａ 内周面
９６ 大径のマスタ穴
９６ａ 内周面
９７ 油圧室
９８ 圧油供給路
９９ ホース

Claims (14)

  1. 計測時に工作機械の主軸に装着され、前記工作機械のワークテーブルに取り付けられたブッシュのブッシュ穴に挿入されて、前記ブッシュ穴と前記主軸の偏芯量を計測するためのエアマイクロメータの計測ヘッドであって、
    計測ヘッド本体部と、この計測ヘッド本体部の先端に設けられて計測時に前記ブッシュ穴に挿入される計測ヘッド先端部とを有し、
    前記計測ヘッド先端部には計測時に前記計測ヘッド先端部の外周面の噴き出し口から同外周面と前記ブッシュ穴の内周面との間のギャップに計測用エアを噴き出すための複数の計測用エアノズルが形成される一方、前記計測ヘッド本体部には各計測用エアノズルに対応した個別の計測用エア供給路が形成されており、各計測用エアノズルに対してそれぞれ個別の計測用エア供給路から計測用エアが供給される構成とし、
    前記計測用エアノズルは、前記計測ヘッド先端部の径方向に沿って形成され且つ互いに前記計測ヘッド先端部の周方向に１８０度の角度を有する第１計測用エアノズルと第２計測用エアノズルであり、
    前記計測用エア供給路は、前記第１計測用エアノズルに計測用エアを供給する第１計測用エア供給路と、前記第２計測用エアノズルに計測用エアを供給する第２計測用エア供給路であり、
    計測用エアが、前記主軸の支持部に形成された第１計測用エア供給路と第２計測用エア供給路から、前記計測ヘッド本体部に装着されたロータリジョイントの第１計測用エア供給路と第２計測用エア供給路を介して、前記計測ヘッド本体部の第１計測用エア供給路と第２計測用エア供給路へそれぞれ供給される構成としたこと、
    又は、計測用エアが、前記主軸の支持部に形成された第１計測用エア供給路と第２計測用エア供給路から、前記主軸に装着されたロータリジョイントの第１計測用エア供給路と第２計測用エア供給路及び前記主軸に形成された第１計測用エア供給路と第２計測用エア供給路を介して、前記計測ヘッド本体部の第１計測用エア供給路と第２計測用エア供給路へそれぞれ供給される構成としたことを特徴とするエアマイクロメータの計測ヘッド。
  2. 計測時に工作機械の主軸に装着され、前記工作機械のワークテーブルに取り付けられたブッシュのブッシュ穴に挿入されて、前記ブッシュ穴と前記主軸の偏芯量を計測するためのエアマイクロメータの計測ヘッドであって、
    計測ヘッド本体部と、この計測ヘッド本体部の先端に設けられて計測時に前記ブッシュ穴に挿入される計測ヘッド先端部とを有し、
    前記計測ヘッド先端部には計測時に前記計測ヘッド先端部の外周面の噴き出し口から同外周面と前記ブッシュ穴の内周面との間のギャップに計測用エアを噴き出すための１つの計測用エアノズルが前記計測ヘッド先端部の径方向に沿って形成される一方、前記計測ヘッド本体部には前記計測用エアノズルに対応した１つの計測用エア供給路が形成されており、前記計測用エアノズルに対して前記計測用エア供給路から計測用エアが供給される構成とし、
    計測用エアが、前記主軸の支持部に形成された計測用エア供給路から、前記計測ヘッド本体部に装着されたロータリジョイントの計測用エア供給路を介して、前記計測ヘッド本体部の計測用エア供給路へ供給される構成としたこと、
    又は、計測用エアが、前記主軸の支持部に形成された計測用エア供給路から、前記主軸に装着されたロータリジョイントの計測用エア供給路と前記主軸に形成された計測用エア供給路を介して、前記計測ヘッド本体部の計測用エア供給路へ供給される構成としたことを特徴とするエアマイクロメータの計測ヘッド。
  3. 計測時に工作機械の主軸に装着され、前記工作機械のワークテーブルに取り付けられたブッシュのブッシュ穴に挿入されて、前記ブッシュ穴と前記主軸の偏芯量を計測するためのエアマイクロメータの計測ヘッドであって、
    計測ヘッド本体部と、この計測ヘッド本体部の先端に設けられて計測時に前記ブッシュ穴に挿入される計測ヘッド先端部とを有し、
    前記計測ヘッド先端部には計測時に前記計測ヘッド先端部の外周面の噴き出し口から同外周面と前記ブッシュ穴の内周面との間のギャップに計測用エアを噴き出すための１つの又は複数の計測用エアノズルが形成される一方、前記計測ヘッド本体部には各計測用エアノズルに対応した個別の計測用エア供給路が形成されており、各計測用エアノズルに対してそれぞれ個別の計測用エア供給路から計測用エアが供給される構成とし、
    前記計測ヘッド先端部には、計測時にその先端側周縁のテーパ面の噴き出し口から前方へ前記ブッシュ穴の内周面に向かってエアブロー用エアを噴き出すためのエアブロー用ノズルが形成され、
    前記計測ヘッド本体部には、前記エアブロー用ノズルにエアブロー用エアを供給するエアブロー用エア供給路が形成されていることを特徴とするエアマイクロメータの計測ヘッド。
  4. 請求項３に記載するエアマイクロメータの計測ヘッドにおいて、
    エアブロー用エアが、前記主軸の支持部に形成されたエアブロー用エア供給路から、直接、又は前記主軸に装着されたロータリジョイントのエアブロー用エア供給路及び前記主軸に形成されたエアブロー用エア供給路を介して、前記計測ヘッド本体部のエアブロー用エア供給路へ供給される構成としたことを特徴とするエアマイクロメータの計測ヘッド。
  5. 計測時に工作機械の主軸に装着され、前記工作機械のワークテーブルに取り付けられたブッシュのブッシュ穴に挿入されて、前記ブッシュ穴と前記主軸の偏芯量を計測するためのエアマイクロメータの計測ヘッドであって、
    計測ヘッド本体部と、この計測ヘッド本体部の先端に設けられて計測時に前記ブッシュ穴に挿入される計測ヘッド先端部とを有し、
    前記計測ヘッド先端部には計測時に前記計測ヘッド先端部の外周面の噴き出し口から同外周面と前記ブッシュ穴の内周面との間のギャップに計測用エアを噴き出すための１つの又は複数の計測用エアノズルが形成される一方、前記計測ヘッド本体部には各計測用エアノズルに対応した個別の計測用エア供給路が形成されており、各計測用エアノズルに対してそれぞれ個別の計測用エア供給路から計測用エアが供給される構成とし、
    前記計測ヘッド本体部は、前記計測ヘッド先端部が固定されている先端側部材と、基端側部材と、前記先端側部材と前記基端側部材との間に介設された弾性部材と、前記先端側部材に形成された計測用エア供給路と前記基端側部材に形成されている計測用エア供給路とをつないだ可撓性のホースとを有してなるものであることを特徴とするエアマイクロメータの計測ヘッド。
  6. 請求項３〜５の何れか１項に記載するエアマイクロメータの計測ヘッドにおいて、
    前記計測用エアノズルは、前記計測ヘッド先端部の径方向に沿って形成され且つ互いに前記計測ヘッド先端部の周方向に１８０度の角度を有する第１計測用エアノズルと第２計測用エアノズルであり、
    前記計測用エア供給路は、前記第１計測用エアノズルに計測用エアを供給する第１計測用エア供給路と、前記第２計測用エアノズルに計測用エアを供給する第２計測用エア供給路であることを特徴とするエアマイクロメータの計測ヘッド。
  7. 請求項３〜５の何れか１項に記載するエアマイクロメータの計測ヘッドにおいて、
    前記計測用エアノズルは、前記計測ヘッド先端部の径方向に沿って形成され且つそれぞれが前記計測ヘッド先端部の周方向に９０度の角度を有する第１計測用エアノズルと第２計測用エアノズルと第３計測用エアノズルと第４計測用エアノズルであり、
    前記計測用エア供給路は、前記第１計測用エアノズルに計測用エアを供給する第１計測用エア供給路と、前記第２計測用エアノズルに計測用エアを供給する第２計測用エア供給路と、前記第３計測用エアノズルに計測用エアを供給する第３計測用エア供給路と、前記第４計測用エアノズルに計測用エアを供給する第４計測用エア供給路であることを特徴とするエアマイクロメータの計測ヘッド。
  8. 請求項３〜５の何れか１項に記載するエアマイクロメータの計測ヘッドにおいて、
    前記計測用エアノズルは、前記計測ヘッド先端部の径方向に沿って形成され且つ互いに前記計測ヘッド先端部の周方向に９０度の角度を有する第１計測用エアノズルと第２計測用エアノズルであり、
    前記計測用エア供給路は、前記第１計測用エアノズルに計測用エアを供給する第１計測用エア供給路と、前記第２計測用エアノズルに計測用エアを供給する第２計測用エア供給路であることを特徴とするエアマイクロメータの計測ヘッド。
  9. 請求項３〜５の何れか１項に記載するエアマイクロメータの計測ヘッドにおいて、
    前記計測用エアノズルは、前記計測ヘッド先端部の径方向に沿って形成された１つの計測用エアノズルであり、
    前記計測用エア供給路は、前記１つの計測用エアノズルに計測用エアを供給する１つの計測用エア供給路であることを特徴とするエアマイクロメータの計測ヘッド。
  10. 請求項７に記載するエアマイクロメータの計測ヘッドにおいて、
    計測用エアが、前記主軸の支持部に形成された第１計測用エア供給路と第２計測用エア供給路と第３計測用エア供給路と第４計測用エア供給路から、前記計測ヘッド本体部の第１計測用エア供給路と第２計測用エア供給路と第３計測用エア供給路と第４計測用エア供給路へそれぞれ供給される構成としたことを特徴とするエアマイクロメータの計測ヘッド。
  11. 請求項８に記載するエアマイクロメータの計測ヘッドにおいて、
    計測用エアが、前記主軸の支持部に形成された第１計測用エア供給路と第２計測用エア供給路から、前記計測ヘッド本体部の第１計測用エア供給路と第２計測用エア供給路へそれぞれ供給される構成としたことを特徴とするエアマイクロメータの計測ヘッド。
  12. 請求項１又は２に記載するエアマイクロメータの計測ヘッドにおいて、
    前記計測ヘッド先端部には、計測時にその先端側周縁のテーパ面の噴き出し口から前方へ前記ブッシュ穴の内周面に向かってエアブロー用エアを噴き出すためのエアブロー用ノズルが形成され、
    前記計測ヘッド本体部には、前記エアブロー用ノズルにエアブロー用エアを供給するエアブロー用エア供給路が形成されていることを特徴とするエアマイクロメータの計測ヘッド。
  13. 請求項１２に記載するエアマイクロメータの計測ヘッドにおいて、
    エアブロー用エアが、前記主軸の支持部に形成されたエアブロー用エア供給路から、直接、又は前記主軸に装着されたロータリジョイントのエアブロー用エア供給路及び前記主軸に形成されたエアブロー用エア供給路を介して、前記計測ヘッド本体部のエアブロー用エア供給路へ供給される構成としたことを特徴とするエアマイクロメータの計測ヘッド。
  14. 請求項１又は２に記載するエアマイクロメータの計測ヘッドにおいて、
    前記計測ヘッド本体部は、前記計測ヘッド先端部が固定されている先端側部材と、基端側部材と、前記先端側部材と前記基端側部材との間に介設された弾性部材と、前記先端側部材に形成された計測用エア供給路と前記基端側部材に形成されている計測用エア供給路とをつないだ可撓性のホースとを有してなるものであることを特徴とするエアマイクロメータの計測ヘッド。
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