JP5184046B2

JP5184046B2 - 基準器

Info

Publication number: JP5184046B2
Application number: JP2007276147A
Authority: JP
Inventors: 俊雄木村
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2007-10-24
Filing date: 2007-10-24
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2027-10-24
Also published as: JP2009103599A

Description

本発明は、基準器、例えば、直定規、四直角マスターなどの基準器に関する。

従来、真直度の基準面（使用面）を有する直定規が知られ、ＪＩＳとして規格化されている（JIS B 7514）。この直定規は、基準面が水平および鉛直の２姿勢にて用いられ、水平面内および鉛直面内における真直度の基準として、機械加工されたワークの仕上げ精度や、工作機械等の幾何運動精度の確認などに用いられている。特に、工作機械等の校正などに用いられる直定規は、真直度の原器としての役目を果たすために基準面がさらに精度よく仕上げられる必要がある（例えば、特許文献１）。

図７は、特許文献１に記載の従来の直定規２０の斜視図である。
直定規２０は、断面Ｉ型形状に形成され、互いに平行な一対の基準面２１（図７中の上下一対の面）を備えている。基準面２１は、ラップ仕上げまたはこれと同等以上の仕上げ方法によって真直度が所定の許容差内となるように仕上げられている。

図８は、直定規２０の基準面２１のラッピング仕上げを模式的に説明する図である。
基準面２１の仕上げ作業では、まず、研磨砥粒９を含んだラッピング剤８を定盤７の表面７１上に塗布する。次に、基準面２１が下向きとなるように直定規２０を定盤７上に載置する。そして、直定規２０を、定盤７に対して図８中の矢印Ａの方向に押圧させながら表面７１に沿ってスライド移動させる、つまり、密着させた状態で摺動させればよい。すると、研磨砥粒９が、表面７１と基準面２１との間に挟まれながら回転して、基準面２１を研磨する。このように、直定規２０の基準面２１の仕上げ作業では、以上のような定盤ラッピング仕上げ法が採用されている。

実開昭６１−８８０１号公報

特許文献１に記載の直定規２０では、基準面２１の仕上げ作業において、図８に示すように、ラッピング剤８を塗布した定盤７上に直定規２０を載置して摺動させる。このようにすると、表面７１と基準面２１との間に介在する研磨砥粒９が、直定規２０の自重および直定規２０に対する押圧力によって、基準面２１の端部２２に向かって移動して、この端部２２付近に他の位置よりも多く溜まった状態となる。これに加えて、定盤７に垂直に加わる直定規２０の自重および押圧力と、直定規２０を摺動させる力と、の合力が基準面２１の端部２２に集中して作用する状態となっている。

このような状態で、直定規２０を摺動させると、端部２２付近の研磨効率が他の部分よりも高くなり、端部２２付近での研磨量が増え、端部２２付近と基準面２１の中央付近とが同一平面とならず、いわゆる面ダレが生じてしまう。このため、基準面２１の真直度を所定の許容差内となるまでラッピング仕上げする時間が長くなってしまうとともに、真直度の精度をさらに高めることが困難となっていた。具体的には、従来の真直度の許容差の限界値は、例えば、有効長さ１０００mmの場合に０．５μmであった。そのため、発明者は、この限界値を更に小さくする高精度化を鋭意研究してきた。

本発明の目的は、基準面を従来よりも効率的、かつ、高精度に仕上げることができる基準器を提供することである。

本発明の基準器は、真直度が所定の許容差内となるように仕上げられた基準面を有する基準器であって、長尺状の本体と、この本体に、当該本体の長尺方向に沿って略平行に伸びる少なくとも一つの平坦面と、この平坦面に形成され、長尺方向の両端を結ぶ互いに略平行な複数の溝部と、を備えて構成され、平坦面は、複数の溝部によって、少なくとも三つの範囲に区分され、基準面は、平坦面の隣り合う溝部で挟まれた範囲に形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、平坦面が複数の溝部によって、少なくとも３つの範囲に区分され、そのうちの隣り合う溝部によって挟まれた範囲が基準面となり、この基準面の幅方向の両側に溝部を介して、基準面とされない範囲が形成される。これにより、基準面をラッピング仕上げする際の基準器に付加される押圧力が、平坦面の幅方向の両端部において均等に付加されず、押圧力に僅かな差が生じたとしても、その差による面ダレ等の影響を基準面の両側に形成された範囲が受けるようにすることができる。従って、押圧力に僅かな差があったとしても、基準面の幅方向には均質な押圧力が作用するので、基準面の真直度を高精度に仕上げることができるとともに、仕上げ作業の効率化を図ることができる。

また、平坦面が複数の溝部を備えているので、基準面をラッピング仕上げ法で仕上げる際に、基準器の自重および押圧力によりラッピング剤の研磨砥粒が、基準面の端部だけでなく、溝部に向かっても移動するようになる。これによって、溝部が研磨砥粒の逃げ場となり、従来のように研磨砥粒が平坦面の幅方向の端部付近に多く溜まることがなくなり、平坦面の端部付近の面ダレが生じるのを抑制することができる。従って、基準面の真直度を高精度に仕上げることができるとともに、仕上げ作業の効率化を図ることができる。

本発明の基準器は、真直度が所定の許容差内となるように仕上げられた基準面を有する基準器であって、所定の厚さ寸法を有し全体矩形に形成された板状の本体と、この本体の厚さ方向に平行な側面で、かつ互いに直交する四つの長尺状の平坦面と、平坦面にそれぞれ形成され、長尺方向の両端を結ぶ互いに平行な複数の溝部と、を備えて構成され、各平坦面は、複数の溝部によって、少なくとも三つの範囲に区分され、基準面は、各平坦面の隣り合う溝部で挟まれた範囲に形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、前述の発明と略同じ作用効果を奏することができるとともに、互いに直交する四つの基準面を備えているので、各基準面の真直度だけでなく、互いに直交する基準面同士の直角度、または、互いに平行な基準面同士の平行度についても従来よりも効率的、かつ、高精度に仕上げることができる。

本発明の基準器では、溝部は、平坦面の長尺方向に沿って略平行な当該平坦面の一対の縁辺から略等しい距離の位置に二条形成されていることが好ましい。
この構成によれば、平坦面の長尺方向に沿って略平行な一対の縁辺から略等しい距離の位置に溝部が二条形成されているので、平坦面の幅方向の両端部に加わる押圧力の差を抑えることができる。これによって、平坦面の幅方向の両端部付近に生じる面ダレを小さくすることができる。

本発明の基準器では、長尺方向に直交する基準面の幅方向の寸法は、平坦面の幅方向の寸法の２０％以上、５０％以下に設定されていることが好ましい。
この構成によれば、長尺方向に直交する基準面の幅方向の寸法が、平坦面の幅方向の寸法の２０％以上、５０％以下に設定されているので、平坦面に複数の溝部および平坦面の幅方向の両端部の範囲を大きく設定することができ、確実に精度を向上させ、作業効率を高めることができる。

以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１および図２は、本実施形態の基準器である直定規（超精密直定規）１を示す斜視図および縦断面図である。
直定規１は、断面が矩形枠状に形成された長尺状の本体２、すなわち、中空柱形状の本体２を備えている。本体２は、例えば合金工具鋼鋼材（SKD）から形成され、長尺方向の有効長さ寸法が１０００mmに設定されている。本体２の断面矩形枠状の各外側面は、四つの平坦な面（平坦面）３，４，５，６となっており、これらの平坦面３〜６は、それぞれ本体２の長尺方向に沿って略平行に伸びる略長方形状に形成されている。このうち一つは、二条の溝部３１が形成された溝付き平坦面３である。

溝部３１は、平坦面３の長尺方向の両端を結んで互いに略平行に設けられている。また、溝部３１は、略長方形状の平坦面３の長い方の一対の縁辺３２、つまり、長尺方向に沿って略平行な一対の縁辺３２から、略等しい距離の位置に形成されている。
これらの溝部３１によって、溝付き平坦面３は、三つの範囲に区分され、このうち、二条の溝部３１で挟まれた範囲は、真直度の基準となる基準面３３に設定されている。すなわち、溝付き平坦面３は、基準面３３と、この基準面３３の両側に溝部３１を介して設けられた二つのガイド面３４，３５とから構成されている。

以下、溝付き平坦面３の具体的な形状について詳しく説明する。
図２にて、基準面３３の幅方向の寸法（平坦面３の長尺方向に直交する方向の寸法）Ｗ１は、平坦面３の幅方向の寸法Ｗ２の２０％以上、５０％以下に設定され、例えば、本実施形態では、平坦面３の幅方向の寸法Ｗ２は、５０mmに設定され、基準面３３の幅方向の寸法Ｗ１は、１８mm（寸法Ｗ２の３６％）に設定されている。この寸法Ｗ１には、端部の面取り（各１mm）部分Ｃの寸法が含まれているので、寸法Ｗ１から面取り部分Ｃの寸法を差し引いた寸法（１６mm）が、基準面３３の真直度を保証する有効範囲の幅方向の寸法となっている。

溝部３１の幅方向の寸法Ｗ３は、６mmに設定され、深さ寸法Ｈは、２mmに設定されている。ガイド面３４，３５の幅方向の寸法Ｗ４は、それぞれ１０mmに設定されている。
このような構成の平坦面３における基準面３３は、真直度の許容差が０．１μm（有効長さ１０００mm、有効幅１６mm）となるように仕上げられている。

次に、基準面３３のラッピング仕上げ法について図面に基づいて説明する。
図３は、直定規１の基準面３３の仕上げ作業を説明する図であり、図４は、基準面３３のラッピング仕上げの概念図である。
まず、本体２の素材としての鋼材を工作機械によって所定の寸法および形状に加工し、平坦面３および溝部３１を形成する。
次に、ラッピング仕上げ用の定盤７の表面７１に、研磨砥粒（図４）９を含むラッピング剤８を刷毛などで塗布する。そして、ラッピング剤８の上方から溝付き平坦面３が下向きとなるように、直定規１を定盤７に載置する。
このような状態で、直定規１を、定盤７に押圧しながら、表面７１に沿って摺動させ、基準面３３を研磨する。適宜、図示しないオートコリメータなどで基準面３３の真直度を測定し、真直度が所定の許容差内となるまで、研磨を行う。このようにして、真直度の許容差が０．１μmに仕上げられる。

ここで、ラッピング仕上げについて詳しく説明する。
図４にて、定盤７上に塗布されたラッピング剤８には、所定の径寸法の研磨砥粒９が混入されており、この研磨砥粒９が表面７１と平坦面３との間に介在して、基準面３３を含む平坦面３を研磨するようになっている。図４中の矢印Ａは、直定規１の自重および直定規１に加える押圧力の方向を示す。ここで、直定規１の自重および押圧力によってラッピング剤８の研磨砥粒９が、平坦面３の縁辺３２に向かってだけでなく、溝部３１に向かっても移動する。すると、溝部３１が研磨砥粒９の逃げ場となり、研磨砥粒９が縁辺３２付近に多く溜まることがなくなり、縁辺３２付近の面ダレが生じるのを抑制することができる。
また、平坦面３は、基準面３３と、この基準面３３の両側にガイド面３４，３５とを備えるので、基準面３３をラッピング仕上げする際の直定規１に付加される押圧力が、平坦面３の幅方向の両端部において均等に付加されず、押圧力に僅かな差が生じたとしても、その差による面ダレ等の影響をガイド面３４，３５が受ける。これにより、押圧力に僅かな差が生じても、基準面３３の幅方向には均質な押圧力が作用する。

本実施形態によれば、次のような効果を奏することができる。
（１）平坦面３が、二条の溝部３１によって挟まれた基準面３３と、この基準面３３の幅方向の両側に溝部３１を介してガイド面３４，３５を備えるので、ラッピング仕上げする際の押圧力が、平坦面３の幅方向の両端部において均等に付加されず、押圧力に僅かな差が生じたとしても、その差による面ダレ等の影響をガイド面３４，３５が受けるようにすることができる。従って、基準面３３の幅方向には均質な押圧力が作用するので、真直度を高精度に仕上げることができるとともに、仕上げ作業の効率化を図ることができる。

（２）平坦面３に２条の溝部３１が形成され、これらの溝部３１で挟まれた部分を基準面３３とすることによって、基準面３３をラッピング仕上げする際に、直定規１の自重および押圧力によってラッピング剤８の研磨砥粒９が、平坦面３の縁辺３２に向かってだけでなく、溝部３１に向かっても移動する。よって、溝部３１が研磨砥粒９の逃げ場となり、研磨砥粒９が縁辺３２付近に多く溜まることがなくなり、縁辺３２付近の面ダレが生じるのを抑制することができる。従って、基準面３３の真直度を高精度に仕上げることができるとともに、仕上げ作業の効率化を図ることができる。

（３）平坦面３には、基準面３３の幅方向の両側に溝部３１を介して、ガイド面３４，３５が形成されるので、平坦面３の幅方向の両端である一対の縁辺３２付近での押圧力の差が生じにくくなる。従って、基準面３３の真直度をさらに高精度に仕上げることができるとともに、仕上げ作業の効率化をさらに図ることができる。

（４）平坦面３の一対の縁辺３２から略等しい距離の位置に溝部３１が二条形成されているので、平坦面３の一対の縁辺３２付近での押圧力の差をさらに抑えることができ、面ダレを小さくすることができる。

（５）基準面３３の幅方向の寸法Ｗ１が、平坦面３の幅方向の寸法Ｗ２の２０％以上、５０％以下の範囲に設定されているので、溝部３１の幅方向の寸法Ｗ３およびガイド面３４，３５の幅方向の各寸法Ｗ４を大きく設定することができ、確実に精度を向上させ、作業効率を高めることができる。

次に、本発明の第２実施形態の基準器である四直角マスター１Ａについて図面に基づいて説明する。図５および図６は、四直角マスター１Ａの斜視図および部分縦断面図である。
この四直角マスター１Ａは、全体矩形に形成された板状の本体２Ａを備え、この本体２Ａは、四つの平坦面３Ａ，４Ａ，５Ａ，６Ａを有し、各平坦面３Ａ〜６Ａには、２条の溝部３１が形成されている構成が、第１実施形態の直定規１に対して相違するもので、これらの平坦面３Ａ〜６Ａにおける溝部３１および基準面３３の構成は略同様である。

図５にて、本体２Ａは、４つの貫通孔１１を有し、所定の厚さ寸法に形成されている。平坦面３Ａ〜６Ａは、本体２Ａの厚さ方向に平行な略長方形状の外側面であり、互いに直交している。これらの平坦面３Ａ〜６Ａの長尺方向の有効長さ寸法は、３００mmに設定されている。
溝部３１は、平坦面３Ａ〜６Ａの長尺方向の両端を結んで互いに略平行に設けられている。また、溝部３１は、平坦面３Ａ〜６Ａの長尺方向に沿って略平行な一対の縁辺３２、つまり、略長方形状の平坦面３Ａ〜６Ａの長い方の縁辺３２から略等しい距離の位置に形成されている。これらの溝部３１によって、各平坦面３Ａ〜６Ａは、三つの範囲に区分され、これら三つ範囲のうちの二条の溝部３１で挟まれた範囲は、真直度の基準面３３とされている。図６にて、各平坦面３Ａ〜６Ａにおける溝部３１および基準面３３、ガイド面３４，３５の形状および寸法は、第１実施形態の平坦面３と略同様である。

このような構成の四直角マスター１Ａにおける４つの基準面３３は、真直度の許容差が０．１μm（有効長さ３００mm、有効幅１６mm）となるように、ラッピング仕上げ法により仕上げられている。
また、互いに直交する隣り合う平坦面３Ａ〜６Ａの基準面３３同士は、直角度交差が０．２μmとなるように仕上げられている。
さらに、互いに平行な一対の平坦面３Ａ，５Ａの各基準面３３、および、他の一対の平坦面４Ａ，６Ａの各基準面３３同士は、平行度交差が０．２μmとなるように仕上げられている。

従って、本実施形態によれば、前記第１実施形態の効果（１）〜（５）に加えて、以下の効果を奏することができる。
（６）互いに直交する四つの基準面３３を備えているので、各基準面３３の真直度だけでなく、互いに直交する基準面３３同士の直角度、または、互いに平行な基準面３３同士の平行度についても、従来よりも効率的、かつ、高精度に仕上げることができる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態の直定規１は、断面矩形枠状の各外側面が四つの平坦面３〜６となっており、そのうちの一つの平坦面３に、溝部３１および基準面３３が形成されているものとして説明したが、これに限られず、四つの平坦面３〜６のうちの例えば、互いに平行な一対の平坦面にそれぞれ溝部３１および基準面３３が形成されていてもよく、または、互いに直交する１組の平坦面にそれぞれ溝部３１および基準面３３が形成されていてもよく、あるいは、四つの平坦面のすべてに溝部３１および基準面３３が形成されていてもよい。

また、直定規１の本体２としては、四つの平坦面３〜６を備えるものに限られず、少なくとも一つの溝部３１を有する平坦面３を備えていればよく、例えば、互いに平行な一対の平坦面、または、互いに直交する１組の平坦面を備えているものでもよい。
また、本体２は中空柱形状に形成された場合を説明したが、本体としては中空でない柱形状に形成されてもよい。また、本体の断面形状が多角形に形成された中空柱形状または中空柱形状でもよい。

また、前記各実施形態の本体２，２Ａは、合金工具鋼鋼材製と説明したが、これに限られず、例えば、セラミック製でも、アルミナ製でもよい。
また、前記各実施形態の溝付き平坦面３，３Ａ〜６Ａに二条の溝部３１を有する場合を説明したが、平坦面３，３Ａ〜６Ａに３条以上の溝部３１が形成されていてもよい。その場合、基準面としては、隣り合う一対の溝部３１で挟まれた範囲であれば、どの範囲であっても基準面として設定することができる。すなわち、一つの平坦面に３条以上の溝部３１によって、複数の基準面が形成されているものであってもよい。
また、前記第２実施形態の四直角マスター１Ａは、本体２Ａの厚さ方向に沿って平行に四つの貫通孔１１を備えているが、このような貫通孔１１の数量や貫通孔の有無については特に制限されない。

本発明は、直定規や四直角マスター等に利用できる。

本発明の第１実施形態に係る基準器を示す斜視図。前記基準器を示す縦断面図。前記基準器の基準面のラッピング仕上げを説明する図。前記基準面のラッピング仕上げの概念図。本発明の第２実施形態に係る基準器を示す斜視図。前記基準器を示す部分縦断面図。従来の基準器を示す斜視図。前記基準器の基準面のラッピング仕上げの概念図。

符号の説明

１…基準器である直定規
１Ａ…基準器である四直角マスター
２，２Ａ…本体
３，３Ａ，４Ａ，５Ａ，６Ａ…平坦面
３１…溝部
３２…一対の縁辺
３３…基準面
Ｗ１…基準面の幅方向の寸法
Ｗ２…平坦面の幅方向の寸法。

Claims

真直度が所定の許容差内となるように仕上げられた基準面を有する基準器であって、
長尺状の本体と、
この本体に、当該本体の長尺方向に沿って略平行に伸びる少なくとも一つの平坦面と、
この平坦面に形成され、長尺方向の両端を結ぶ互いに略平行な複数の溝部と、を備えて構成され、
前記平坦面は、前記複数の溝部によって、少なくとも三つの範囲に区分され、
前記基準面は、前記平坦面の隣り合う溝部で挟まれた範囲に形成されていることを特徴とする基準器。
真直度が所定の許容差内となるように仕上げられた基準面を有する基準器であって、
所定の厚さ寸法を有し全体矩形に形成された板状の本体と、
この本体の厚さ方向に平行な側面で、かつ互いに直交する四つの長尺状の平坦面と、
前記平坦面にそれぞれ形成され、長尺方向の両端を結ぶ互いに平行な複数の溝部と、を備えて構成され、
前記各平坦面は、前記複数の溝部によって、少なくとも三つの範囲に区分され、
前記基準面は、前記各平坦面の隣り合う溝部で挟まれた範囲に形成されていることを特徴とする基準器。
請求項１または請求項２に記載の基準器において、
前記溝部は、前記平坦面の長尺方向に沿って略平行な当該平坦面の一対の縁辺から略等しい距離の位置に二条形成されていることを特徴とする基準器。
請求項３に記載の基準器において、
前記長尺方向に直交する基準面の幅方向の寸法は、前記平坦面の幅方向の寸法の２０％以上、５０％以下に設定されていることを特徴とする基準器。