JP6326710B2 - 表面粗さ測定機 - Google Patents

Description

本発明は表面粗さ測定機に係り、特に球体、又は、円柱体や円筒体等の回転体からなる被測定物（ワーク）の表面粗さを高精度に測定する表面粗さ測定機に関する。

表面粗さ測定機は、被測定物（ワーク）表面に沿って、測定子（スタイラス）を有する検出器（測定子の先端部の変位量を検出する検出器（ピックアップ））を移動させ、測定子の先端部の変位量を電気信号に変換してコンピュータ等の演算処理装置（計算機）に読み取ることで、ワークの表面粗さや表面形状等を測定する装置である。

例えば、特許文献１、２には周知の構成の表面粗さ測定機が開示されており、その表面粗さ測定機は、ワークを載置する水平な上面（Ｘ軸及びＹ軸に平行な平面）を有するベースと、ベースに立設されたＺ軸方向に延びるコラムと、コラムに支持されてコラムのＺ駆動機構によりＺ方向に昇降移動する駆動部と、駆動部に支持されて駆動部のＸ駆動機構によりＸ軸方向に移動する検出器（ピックアップ）と、検出器から出力される測定信号を取得して各種演算処理等を行うデータ処理部と、を有する。検出器は、Ｘ軸方向に延びる測定子（スタイラス）を有し、その先端部としてＺ軸方向に延びる触針が設けられる。

このような表面粗さ測定機によれば、コラムのＺ駆動機構により検出器のＺ軸方向の位置（高さ）が調整され、ベース上に載置されたワークの表面に測定子の先端部が接触した状態に設定される。そして、駆動部のＸ駆動機構により検出器全体がＸ軸方向に一定速度で移動し、測定子の先端部がワーク表面に摺接しながらＸ軸方向に所定距離移動して停止する。

このようにして、測定子の先端部がワーク表面におけるＸ軸方向の走査ライン上を移動している際に、検出器からは、測定子の先端部のＺ軸方向への変位量を示す測定信号が出力され、データ処理部に取得される。

これにより、データ処理部において、測定子の先端部が測定開始時に接触していたワーク表面の位置（測定開始位置）から測定終了時に接触していたワーク表面の位置（測定終了位置）までの間のＸ軸方向に沿った走査ライン上の各測定点における測定子の先端部のＺ方向の変位量が各測定点におけるワーク表面のＺ軸方向の凹凸状態を示す値として取得される。そして、このようなワークの表面形状を示すデータに基づいて、表面粗さを示す各種評価値（算術平均粗さ、最大高さ等の規定のパラメータ）の算出や、取得又は算出したデータのモニタへの表示等が行われる。

このような表面粗さ測定機において、測定対象のワークが球体又は回転体の場合に、ワークの頂点（Ｘ軸方向が接線となる点）以外に対しては測定子の先端部がワーク表面に対して垂直に接触せず、ワーク表面の凹凸を垂直に検出できない。また、測定子に先端部をＸ軸方向に直線移動させるだけでは、ワークの周面の一部分しか測定できない。

そこで、ワークの周面の表面粗さを円周方向に一周に渡って測定する場合には、ワークをインデックス回転させて複数回にわたって測定する方法が提案されている（特許文献３参照）。しかしながら、この方法では、複数回の測定により得た結果を合成する必要があるため、手間がかかるという問題がある。

この問題を解決する技術として、ワークの周面上を測定子の先端部が円周方向に沿って相対的に移動するようにワークを回転させ、ワークの周面の円周方向に関する表面粗さを測定するものが特許文献４、５に提案されている。

特許文献４、５に記載のものは、球体又は回転体のワークを回転させる回転駆動装置を備えており、その回転駆動装置は、軸方向が同一水平面上において互いに平行する２つのローラと、それらのローラを回転駆動するモータ等を備える。ワークは、２つのローラの間において下側の２方向から支持された状態で載置される。一方、測定子の先端部は、ローラに載置されたワークのＺ軸方向の最上点に当接される。

これにより、ローラの回転に連動させてワークを回転させることができ、測定子の先端部をワークの周面の円周方向に沿って相対的に移動させることができるようになっている。

また、特許文献６、７には、円筒研削盤等の加工装置におけるワーク加工時にインプロセスで回転体のワークの表面粗さ（表円粗度）等を測定する装置が開示されている。

特開２００２−１０７１４４号公報 特開２００６−３００８２３号公報 特表平６−５０７７０６号公報 特開平２−１２９５０９号公報 特開平３−９２０９号公報 特開平１０−１３８０９５号公報 特開２００５−０１６９７２号公報

球体又は回転体のワークの周面の円周方向に関する表面粗さを測定する場合には、測定子の先端部がワークの周面上を円周方向に沿って相対的に移動するようにワークを回転させる回転駆動機構が必要となる。

しかしながら、特許文献４、５に記載の回転駆動装置は、特許文献１、２に記載のような表面粗さ測定機に対してワークを回転させるための回転駆動機構を新たに追加するものであり、高精度にワークを回転させる場合には高価なベアリング機構も必要となるため、表面粗さ測定機として大型化すると共にコストの増大を招く。

特許文献６、７は、加工装置に測定機を組み込むため、ワークを回転させるための回転駆動機構は加工装置の構成要素として具備されたものを利用することができるが、加工装置に組み込むことが前提となるという制限がある。また、表面粗さ測定機としてみれば、特許文献４、５と同様にワークの回転駆動機構を新たに追加するものであり、表面粗さ測定機として大型化すると共にコストの増大を招く。

また、特許文献１、２のような表面粗さ測定機により、ワークの平坦な面の表面粗さを測定する場合、上述のようにデータ処理部は、駆動部により検出器（測定子の先端部）がＸ軸方向に一定速度で移動している際の検出器からの測定信号を取得する。このとき、測定開始時からの経過時間に検出器の移動速度を乗じた値は、その経過時間までに測定子の先端部が測定開始位置（測定開始時）から走査ラインに沿って移動した移動量（移動距離）を示し、その経過時間において測定子の先端部が接触しているワーク表面上の測定点の位置を測定開始位置からの走査ラインの長さで表したものに相当する。

データ処理部は、このような関係から、検出器から順次取得したワーク表面上の各測定点における測定信号の信号値を、所定基準位置から各測定点までの走査ラインの長さに対応付けて取得している。なお、表面（測定面）が平坦なワークの場合には、走査ラインはＸ軸方向に平行しているため、所定基準位置から測定点までの走査ラインの長さは、所定基準位置から測定点までのＸ軸方向の長さに相当し、各測定点の位置は所定の原点位置に対するＸ座標値により表される。また、測定点の位置は、検出器の移動速度と経過時間とからではなく、検出器の位置（Ｘ軸方向の位置）を位置センサから取得することによっても同様に得ることができる。

また、データ処理部は、例えば、検出器からのアナログ信号の測定信号を、所定時間周期でサンプリングし、Ａ／Ｄ変換によりデジタル信号に変換して取得しており、検出器の移動速度と、サンプリング周期（時間周期）とを調整することにより、走査ライン上の所定の長さおきの測定点における測定信号の信号値を取得している。

一方、球体又は回転体のワーク周面を円周方向に測定する場合においても、平坦なワーク表面を測定する場合と同様に、ワーク周面に円周方向に沿った走査ライン上の各測定点における測定信号の信号値を、所定基準位置から各測定点までの走査ラインの長さ（測定面の周長）に対応付けて取得すると共に、走査ラインの所望の長さおきの測定点における測定信号の信号値を取得（サンプリング）できるようにすることが望ましい。これによって、測定面が球体又は回転体のワーク周面であってもその表面粗さを、平坦なワーク表面の場合と同等の評価基準で評価することができる。

しかしながら、特許文献４−７のようにワークを支持する回転駆動機構におけるローラ等の回転によってワークを回転させる場合には、ワーク周面の円周方向に沿った走査ライン上の各測定点までの走査ラインの長さは、ワーク（ワーク周面）又はローラの直径と、それらの回転速度と、測定開始時からの経過時間とを乗じた値に応じたものとなるため、ワーク又はローラの直径の情報が必要となる。これらの情報は、平坦なワーク表面の場合には不要な情報であり、これらの情報をユーザの手入力等により事前に得るものとすると、その作業に手間を要し、また、測定点の位置の実際の位置に対する誤差の増大を招く。

一方、従来では、測定点の位置は、回転速度と経過時間とを乗じて得られるワーク又はローラの回転角度により表され、各測定点での測定信号の信号値はワーク等の回転角度に対応付けて取得されることが一般的であり、これにより評価される表面粗さの良否判断は、平坦なワーク表面の場合と同等に行うことができないという問題がある。

さらに、特許文献４−７では、測定子の先端部が接触しているワーク周面の測定点の位置に対して、円周方向に１８０°反対となる位置にワークを支持する支持点が存在していない。そのため、ワーク周面の測定点における直交方向に振動が生じやすく、誤差が生じやすいという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、被測定物の平坦な表面の表面粗さを測定する場合と同等の精度及び評価基準で球体又は回転体からなる被測定物の周面の表面粗さを測定、評価することができ、かつ、装置の大型化やコストの増大が生じない表面粗さ測定機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る表面粗さ測定機は、球体又は回転体からなる被測定物の周面の一部である第１部位を支持する支持手段と、被測定物の周面の他の一部である第２部位に接触しながら被測定物の回転軸に対して直交する方向に移動することにより被測定物を回転させる回転手段と、被測定物の周面の更に他の一部である第３部位に対向する位置に配置固定され、被測定物の周面の円周方向の表面粗さを検出する検出手段と、を備える。

本発明によれば、平坦な表面の表面粗さ測定を行う場合と同様に、非測定物の周面の円周方向に沿った走査ライン上の各測定点の位置を、非測定物の直径等に関係なく、非測定物の回転軸に対して直交する方向への回転手段の移動速度と測定開始時からの経過時間とに基づいて、所定基準位置からの走査ラインの長さ（周長）により特定し、その走査ラインの長さに対応付けて、検出手段から出力される測定信号の信号値を取得することができる。

また、アナログ信号の測定信号を所定時間周期でサンプリングし、Ａ／Ｄ変換によりデジタル信号に変換する場合に、平坦な表面の表面粗さ測定を行う場合と同様に、回転手段の移動速度とサンプリング周期（時間周期）とを調整することにより、走査ライン上の所定の長さおきの測定点における測定信号の信号値を取得することができる。

したがって、測定面が球体又は回転体の周面であってもその表面粗さを、平坦な表面の場合と同等の評価基準で評価することができる。また、平坦な表面の表面粗さ測定においては不要な被測定物の直径などの情報も同様に不要であるため、その情報をユーザが事前に手入力する等の作業の手間もなく、測定結果に対する誤差の要因が増加することもない。

また、平坦な表面の表面粗さ測定を行う場合に使用する駆動手段であって検出手段を直進移動させる駆動手段を用いて回転手段を構成することができるため表面粗さ測定機としての装置の大型化とコストの増大を招かない。

本発明の一の態様に係る表面粗さ測定機において、回転手段は、回転軸に対して平行する平坦面であって被測定物に当接する当接面と、当接面を平坦面に沿った方向に直進移動させる駆動手段と、を有する態様とすることができる。

本発明の一の態様に係る表面粗さ測定機において、第３部位は、第２部位に対して円周方向に１８０度反対側となる位置である態様とすることができる。

本態様によれば、検出手段により表面粗さを測定する第３部位における振動が生じ難く、測定精度の向上に寄与する。

本発明の一の態様に係る表面粗さ測定機において、検出手段は、第３部位に先端部が当接する測定子を有する接触式の検出手段である態様とすることができる。

本発明の一の態様に係る表面粗さ測定機において、回転手段は、被測定物に当接する当接面を介して被測定物を加圧する加圧手段を備えた態様とすることができる。

本発明の一に態様に係る表面粗さ測定機において、支持手段は、被測定物が球体の場合に球体の周面の一部の範囲が入り込むテーパ状の孔を有する板状体を備える態様とすることができる。

本発明の他の態様に係る表面粗さ測定機において、支持手段は、被測定物が回転体の場合に回転体の周面の回転軸に沿った一部の範囲が入り込むテーパ状の溝を有する態様とすることができる。

本発明によれば、平坦なワーク表面の表面粗さを測定する場合と同等の精度及び評価基準で球体又は回転体からなる被測定物の周面の表面粗さを測定、評価することができ、かつ、装置の大型化やコストの増大を招かないものとすることができる。

本発明が適用された表面粗さ測定機の正面図 本発明が適用された表面粗さ測定機の右側面図 図１の検出器支持機構を拡大して示した正面図 ワーク設置台の中央部付近を拡大して示した上面図 図４における５−５矢視断面図 測定時におけるワーク、検出器、及び加圧部の配置状態を示した拡大図 円筒体のワークの周面の円周方向の表面粗さ測定を行う場合のワーク設置板を示した平面図 図７における８−８矢視断面図 図１の表面粗さ測定機を簡素化して示した概念図 表面粗さ測定機の他の実施の形態を簡素化して示した概念図 表面粗さ測定機の他の実施の形態を簡素化して示した概念図

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。

図１、図２は、本発明が適用された表面粗さ測定機の正面図及び側面図である。これらの図に示す表面粗さ測定機１は、球体のワークの周面の円周方向の表面粗さを測定する装置であり、測定面の表面形状を測定する測定部２と、測定部２により得られたデータを処理するデータ処理部３とを有する。データ処理部３は、パーソナルコンピュータ等の演算処理装置がその機能の一部として備える。以下において、単に表面粗さ測定機１という場合には主に測定部２を示すものとする。また、図２ではデータ処理部３を省略している。

表面粗さ測定機１は、水平方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に沿って配置される平坦な上面を有するベース４と、ベース４に固定されて鉛直方向（Ｚ軸方向）に沿って立設されるコラム５とを有する。ベース４の上面には、検出器３０（ピックアップとも称される検出手段）を支持する検出器支持機構１０と、測定対象である球体のワークＷ（後述の図６参照）を支持するワーク支持機構４０（支持手段）とが設けられ、コラム５には、ワーク支持機構４０に支持されたワークＷを回転させるワーク駆動機構７０（回転手段）が設けられる。

まず、検出器支持機構１０について、検出器支持機構１０のみを拡大して示した図３の正面図を用いて説明すると、ベース４の上面には、平板状で矩形状の第１固定板１２が固定され、第１固定板１２の上面には第１固定板１２よりも表面積の小さい平板状で矩形状の第２固定板１４が固定される。第１固定板１２は、図２に示すようにベース４にＸ軸方向に沿って形成された直進溝４Ａに係合した状態でネジにより固定されており、そのネジを緩めることによって第１固定板１２を直進溝４Ａに沿ってＸ軸方向に動かすことができる。これによって、検出器支持機構１０及びワーク支持機構４０のベース４におけるＸ軸方向の固定位置が全体的に調整される。

第２固定板１４の上面には、ＸＹＺステージ１６が固定され、ＸＹＺステージ１６の上部には、検出器３０が支持される。ＸＹＺステージ１６としては、周知かつ任意構造のものを使用することができ、詳細な説明については省略するが、Ｙつまみ１８Ａ（図２も参照）を回転させると、Ｙステージ１８Ｂが第２固定板１４に対してＹ軸方向に移動して検出器３０がＹ軸方向に移動する。Ｘつまみ２０Ａを回転させると、Ｘステージ２０ＢがＹステージ１８Ｂに対してＸ軸方向に移動して検出器３０がＸ軸方向に移動する。Ｚつまみ２２Ａを回転させると、Ｚステージ２２ＢがＸステージ２０Ｂに対してＺ軸方向に移動して検出器３０がＺ軸方向に移動する（昇降移動する）。なお、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は互いに直交し、Ｘ軸及びＹ軸は水平面（ベース４の上面）に対して平行する水平方向を示し、Ｚ軸は水平面に対して直交する鉛直方向を示す。

検出器３０も、周知かつ任意構造のものを使用することができ、詳細な説明については省略するが、円筒状の検出器本体３２と、検出器本体３２の先端部から延出される棒状の測定子３４（スタイラス）とを有する。ＸＹＺステージ１６のＺステージ２２Ｂの上部には、検出器ホルダ２４が固定されており、その検出器ホルダ２４に検出器本体３２が固定されることによって検出器３０がＸＹＺステージ１６上に支持される。

また、検出器３０の測定子３４は、Ｙ軸と直交する方向であって、Ｘ軸とほぼ平行に配置される。さらに、測定子３４の先端部には、測定子３４に対して直交する方向に突出してワークＷの表面（周面）に接触する触針３６が設けられており、その触針３６がＹ軸と直交する方向であって、Ｚ軸とほぼ平行に、かつ、上向きに配置される。

次に、ワーク支持機構４０について説明すると、図１及び図２に示すようにＸＹＺステージ１６が固定される第２固定板１４の上面には、ワーク設置台４６が設けられる。ワーク設置台４６は、第２固定板１４に固定されると共に鉛直方向（Ｚ軸方向）に沿って立設され、Ｙ軸方向に互いに対向して配置された２つの脚部４２と、２つの脚部４２の上端部に固定され、水平（Ｙ軸方向）に架け渡された支持部４４とを有する。

また、ワーク設置台４６は、検出器３０における測定子３４の触針３６の上側に跨がって配置され、触針３６の上側に支持部４４が配置される。

図４は、ワーク設置台４６の中央部付近を拡大して示した上面図であり、図５は、図４における５−５矢視断面図である。これらの図に示すように支持部４４の中央部には、Ｘ軸方向に延びるＺ軸方向に貫通した貫通溝４４Ａ（破線）が形成されており、支持部４４の上面において、その貫通溝４４Ａと重なる部分に円板状のワーク設置板４８がノブ付きネジ５０、５０により着脱可能に固定される。また、支持部４４の上面の２箇所に位置決めピン５２、５２が突設されており、それらの位置決めピン５２、５２にワーク設置板４８の外周縁を当接させた状態で支持部４４に固定することで、ワーク設置板４８が支持部４４の規定位置に位置決めされる。

ワーク設置板４８の中央部には、Ｚ軸方向に貫通し、かつ、上側ほど拡径されたテーパ形状のテーパ孔４８Ａが設けられる。テーパ孔４８Ａの下側の開口は、ワーク設置台４６の支持部４４の中心付近に配置され、テーパ孔４８Ａが貫通溝４４Ａに連通する。

このテーパ孔４８Ａには、図５に示すように測定対象の球体のワークＷが載置され、ワークＷの中心位置よりも下側の部分がテーパ孔４８Ａに入り込む。そして、テーパ孔４８Ａの斜面がワークＷの周面に鉛直軸周りの全周に渡って下側斜め方向から当接する。これにより、ワークＷの鉛直方向（Ｚ軸方向）の下向き、及び、水平方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）の全ての向きの移動がテーパ孔４８Ａにより規制された状態でワークＷがワーク設置板４８に支持される。また、このとき、ワークＷの周面の下側の頂点（最下点）がテーパ孔４８Ａの下側の開口付近に配置される。これによって、測定時におけるワークＷと検出器３０との配置状態が示されている図６のようにワークＷの周面の下側の頂点に対して検出器３０における測定子３４の先端部の触針３６が当接可能となる。

なお、ワーク設置板４８として、板厚、テーパ孔４８Ａの大きさや斜面の傾き等が異なる複数種類のものを用意しておき、測定対象のワークＷの直径に応じて適切な種類のものをワーク設置台４６の支持部４４に設置することが可能である。ワークＷに対して適切な種類のワーク設置板４８としては、ワークＷをテーパ孔４８Ａに載置した際に、ワークＷの周面が少なくともワーク設置板４８のテーパ孔４８Ａの上端縁又は下端縁に当接せず、望ましくは、テーパ孔４８Ａの斜面の上下方向の中央付近で当接し、また、ワークＷの周面の下側の頂点（最下点）がテーパ孔４８Ａの下端付近の高さ（ワーク設置板４８の下面付近の高さ）で、かつ、ワークＷの周面の上側の頂点（最上点）がテーパ孔４８Ａの上端（ワーク設置板４８の上面位置）よりも上側となる高さとなるものが該当する。

次にワーク駆動機構７０について説明すると、図１、図２に示すように、コラム５には、駆動部７２（駆動手段としての送り装置）がＺ軸方向に昇降移動可能に支持される。

駆動部７２には、下側にアーム７４が突設されており、アーム７４の下端部には、ワーク支持機構４０のワーク設置板４８に支持されたワークＷを上側から加圧するための加圧ユニット７６が固定される。

一方、コラム５の内部には、駆動部７２を昇降移動させるモータが搭載され、駆動部７２の内部には、アーム７４をＸ軸方向に移動させるモータが搭載されており、データ処理部３を有する演算処理装置からの制御信号にしたがって、又は、ベース４に設置されたコントローラ６からのユーザ操作に基づく制御信号にしたがって、それらのモータが駆動されて駆動部７２がコラム５に沿ってＺ軸方向に昇降移動し、アーム７４がＸ軸方向に直進移動する。

したがって、加圧ユニット７６がコラム５及び駆動部７２によりＺ軸方向に移動可能に、かつ、Ｘ軸方向に移動可能に支持される。

なお、駆動部７２として、周知のように平坦なワーク表面の表面粗さを測定する場合に、上述の検出器３０を保持して検出器３０をＸ軸方向に直進移動させる駆動部を使用することができ、本実施の形態のように球体のワークＷの周面の表面粗さ測定を行うために新たに追加する構成要素としないものとすることができる。

加圧ユニット７６は、駆動部７２のアーム７４に固定され、Ｘ軸方向に沿って延在する棒状の支持部７８を有し、その先端部に加圧部８０（加圧手段）が設けられる。

加圧部８０は、測定時におけるワークＷ、検出器３０、及び加圧部８０の配置状態を示した図６の拡大図に示されているように、支持部７８の先端部７８Ａの軸心位置からＸ軸方向に延在し、弾性変形可能な四角柱状（カンチレバー型）のバネ部８２と、バネ部８２の先端からＸ軸方向に延在する硬質で四角柱状の先端支持部８４と、先端支持部８４の下面側に固着され、Ｘ軸方向に長い長方形の平坦な当接面を下面として有するゴム部８６とを有する。このゴム部８６の当接面は、測定時において、ワーク支持機構４０のワーク設置板４８に支持されたワークＷの上側の頂点（最上点）に当接し、ワークＷを上側から加圧する。

また、先端支持部８４には、バネ部８２を介して支持部７８の先端部７８Ａの近傍まで延びる指標針８８が固定され、支持部７８の先端部７８Ａには加圧位置合わせマーク９０が記される。これらの指標針８８の指示位置と加圧位置合わせマーク９０の位置とは、ゴム部８６をワークＷに当接させて加圧した際に、バネ部８２が弾性変形して最適な加圧状態となったときに上下方向に一致する。

また、加圧部８０は、ストッパ部９２を有し、ストッパ部９２は、アーム部材９４とストッパ９６とを有する。アーム部材９４は、支持部７８の先端部７８Ａの上面側に固定され、Ｌ字状に屈曲してバネ部８２及び先端支持部８４の上側においてＸ軸方向に延在する。ストッパ９６は、アーム部材９４の先端部に取り付けられ、下向きに凸部を有して先端支持部８４の上面に隙間を有して対向配置される。ワークＷをゴム部８６により加圧した際に、バネ部８２が弾性変形して先端支持部８４が支持部７８に対して上側に一定量変位すると、先端支持部８４の上面がストッパ９６に当接してそれ以上の変位が規制される。

また、支持部７８の先端部７８Ａは、ノブ付きネジ９８を緩めることによって、支持部７８の基端部７８Ｂに対してＹ軸方向を回転軸とした回転軸周りに略９０度の範囲で回転させることができるようになっており、図６のように支持部７８の軸線方向の向きに加圧部８０を支持した状態から支持部７８の軸線方向に対して上向きに加圧部８０を支持した状態に切り替えることができる。これによって、測定開始前や測定終了後においてワークＷをワーク支持機構４０のワーク設置板４８に載置し、又は、ワーク設置板４８から取り出す作業を容易にすることができる。

以上のごとく構成された表面粗さ測定機１により、球体のワークＷの周面の円周方向の表面粗さを測定する際の動作について説明する。

図６に示すように、まず、操作者は、測定対象の球体のワークＷをワーク支持機構４０のワーク設置板４８におけるテーパ孔４８Ａの位置に置く。そして、ＸＹＺステージ１６を操作して検出器３０の位置を調整し、測定子３４の触針３６をワーク設置板４８及びワーク設置台４６の下側からワークＷの下側の頂点に接触させる。

また、コントローラ６又はデータ処理部３を有する演算処理装置の入力装置等を操作して駆動部７２のＺ軸方向の位置及び駆動部７２のアームのＸ軸方向の位置を調整し、加圧ユニット７６の加圧部８０におけるゴム部８６の下面をワークＷの上側の頂点に上側から当接させる。そして、指標針８８の支持位置が加圧位置合わせマーク９０の位置と一致するまで加圧ユニット７６を下降させる。これにより、ゴム部８６とワークＷとを摩擦係合させると共に、ワークＷを適度な圧力でワーク設置板４８に押圧する。

なお、ゴム部８６の当接面（下面）が水平であるため、そのＸ軸方向及びＹ軸方向の範囲をワークＷの上側の頂点を含む位置に設定すればワークＷの上側の頂点にゴム部８６の当接面を当接させることができ、高精度な調整は不要である。また、ゴム部８６の当接面の範囲のうち基端側（支持部７８側）の位置をワークＷに当接させたものとする。

続いて、コントローラ６又はデータ処理部３を有する演算処理装置の入力装置等を操作して測定開始の指示を与えると、駆動部７２が加圧ユニット７６の一定速度でのＸ軸方向への直進移動を開始する。ここでは、加圧ユニット７６の先端側から基端側への向き（図６において右向き）を進行方向とする。

これによって、加圧ユニット７６のゴム部８６が一定速度でＸ軸方向に移動すると、これに伴い、ワークＷがゴム部８６との間での摩擦によりＹ軸と平行な中心軸（ワークＷの中心を通り、かつ、Ｙ軸に平行な軸）周りに回転する。そして、これによって、検出器３０のワークＷのＸＺ平面に平行な中心断面（ワークＷの中心を通り、かつ、ＸＹ平面に平行な面）における周面の位置を走査ラインとしてその走査ライン上を測定子３４の触針３６が摺接しながら相対的に移動する。

このとき、検出器３０では、測定子３４の触針３６のＺ軸方向の変位量が検出され、その変位量を示す測定信号が検出器３０から出力される。

データ処理部３は、検出器３０から出力される測定信号を取得し、取得した測定信号に基づいて表面粗さを示す各種評価値（算術平均粗さ、最大高さ等の規定のパラメータ）の算出や、取得又は算出したデータのモニタへの表示等を行う。

以上の表面粗さ測定機１の構成、作用によれば、平坦なワーク表面の表面粗さ測定を行う場合に使用される駆動部であってワーク表面に対して検出器を直進移動させる駆動部を駆動部７２として用いて球体のワークＷを回転させるため、ワークＷを回転させるための回転駆動機構を一部を除いて新たに追加するものではなく、表面粗さ測定機１としての装置の大型化とコストの増大を招かないという利点がある。ただし、駆動部７２は必ずしも平坦なワーク表面の表面粗さ測定を行う場合に使用される駆動部でなくてもよい。

また、平坦なワーク表面を測定する場合と同様に、データ処理部３は、ワークＷの周面の円周方向に沿った走査ライン上の各測定点の位置を、ワークＷの直径等に関係なく、駆動部７２によるゴム部８６の移動速度と測定開始時からの経過時間とに基づいて、又は、位置センサより取得可能なゴム部８６のＸ軸方向の位置に基づいて、所定基準位置からの走査ラインの長さ（周長）により特定し、その走査ラインの長さに対応付けて、検出器３０から出力される測定信号の信号値を取得することができる。

また、データ処理部３（又は検出器３０）においてアナログ信号の測定信号を所定時間周期でサンプリングし、Ａ／Ｄ変換によりデジタル信号に変換する場合に、ゴム部８６の移動速度とサンプリング周期（時間周期）とを調整することにより、平坦なワーク表面を測定する場合と同様に、走査ライン上の所定の長さおきの測定点における測定信号の信号値を取得することができる。

したがって、測定面が球体又は回転体のワーク周面であってもその表面粗さを、平坦なワーク表面の場合と同等の評価基準で評価することができる。また、平坦なワーク表面の測定においては不要なワークＷの直径などの情報も同様に不要であるため、その情報をユーザが事前に手入力する等の作業の手間もなく、測定結果に対する誤差の要因が増加することもない。

さらに、検出器３０の測定子３４の触針３６がワークＷに接触する測定点、即ち、ワークＷの下側の頂点に対して、円周方向に１８０°反対となるワークＷの上側の頂点に加圧ユニット７６のゴム部８６が当接して支持点としてワークＷを支持するため、ワークＷの周面の測定点における直交方向に振動が生じ難くなっている。また、加圧ユニット７６のゴム部８６及びバネ部８２によってワークＷに伝達されるおそれのある振動が吸収される。そのため、ワークＷの振動による測定信号のノイズが少なく、高精度な測定が可能となる。

以上、上記実施の形態では、測定対象として球体のワークＷの表面粗さを測定する表面粗さ測定機１について説明したが、ワーク支持機構４０におけるワーク設置台４６のワーク設置板４８を円筒体や円柱体のような回転体に対応したものとすることで、球体に限らず回転体の周面の円周方向の表面粗さを上記実施の形態と同様にして測定することができる。

図７は、回転体（円柱体）のワークＷに対応したワーク設置板４８を示した平面図であり、図８は、図７における８−８矢視断面図である。これらの図に示すようにワーク設置板４８には、直線状に延びるテーパ状（Ｖ形状）のテーパ溝４８Ｂが形成され、そのテーパ溝４８Ｂの長手方向の中央部にＺ軸方向に貫通する測定用孔４８Ｃが形成される。

このワーク設置板４８をワーク設置台４６の支持部４４に固定した際には（図６参照）、テーパ溝４８Ｂの長手方向がＹ軸方向に沿って配置され、測定用孔４８Ｃの下側の開口は、支持部４４の中央付近に配置されて貫通溝４４Ａに連通する。

これによれば、回転体のワークＷをその回転軸（中心軸）がテーパ溝４８Ｂの長手方向に沿うようにして載置すると、ワークＷの回転軸位置よりも下側の部分がテーパ溝４８Ｂに入り込む。そして、テーパ溝４８Ｂの斜面が当接面としてワークＷの周面に下側２方向から斜めに当接してワークＷの回転軸がＹ軸方向となるようにしてワークＷがワーク設置板４８に支持される。

測定時には、測定用孔４８Ｃの下側から検出器３０の測定子３４の触針３６を挿入してワークＷの下側の頂点に当接させ、加圧ユニット７６のゴム部８６の当接面をワークＷの上側の頂点に当接させる。そして、加圧ユニット７６のゴム部８６をＸ軸方向に移動させることで、ワークＷとゴム部８６との間での摩擦係合によりワークＷをＹ軸と平行な回転軸周りに回転させることができ、検出器３０によりワークＷの周面の円周方向の表面粗さの測定を行うことができる。

また、本発明に係る表面粗さ測定機は、次の構成要件（１）〜（３）を備えるものであれば良く、上記実施の形態に限定されない。

（１）球体又は回転体からなる被測定物の周面の一部である第１部位を支持する支持手段
（２）前記被測定物の周面の他の一部である第２部位に接触しながら前記被測定物の回転軸に対して直交する方向に移動することにより前記被測定物を回転させる回転手段
（３）前記被測定物の周面の更に他の一部である第３部位に対向する位置に配置固定され、前記被測定物の周面の円周方向の表面粗さを検出する検出手段
即ち、上記実施の形態の表面粗さ測定機１は、図９の概念図に示すように構成要件（１）の支持手段の一形態であるワーク支持機構４０のワーク設置板４８がワークＷの周面の下側の一部を第１部位として支持する。また、構成要件（２）の回転手段の一形態であるワーク駆動機構７０のゴム部８６がワークＷの周面の上側の一部を第２部位として第２部位に接触しながら駆動部７２によりワークＷの回転軸に対して直交する方向に移動することによりワークＷを回転させる。また、構成要件（３）の検出手段の一形態である検出器３０がワークＷの周面の下側の一部である第３部位に対向する位置に検出器支持機構１０により配置固定され、ワークＷの周面の円周方向の表面粗さを検出する。

これに対して本発明に係る表面粗さ測定機は、ワークＷに対して第１部位、第２部位、及び第３部位を任意の位置に変更したものとすることができ、例えば、図１０の概念図に示すようにワーク設置板４８、ゴム部８６、及び検出器３０の位置をワークＷの回転軸の周りに１８０度回転させた位置に配置することによって、第１部位、第２部位、及び第３部位をワークＷの回転軸の周りに１８０度回転させた位置とすることができる。同様に第１部位、第２部位、及び第３部位をワークＷの回転軸周りに１８０度以外の任意の角度で回転させた配置とすることもできる。

また、図１１の概念図に示すようにゴム部８６と検出器３０の位置とを入れ替えて第２部位と第３部位の位置を入れ替えたものとすることもできる。この場合、ゴム部８６とワーク設置板４８とでワークＷからの荷重を分散して支持することができる。そして、その比率は、ゴム部８６のワークＷへの加圧力の調整（加圧部８０よる加圧の調整）により変更することができる。したがって、ワークＷの重量が大きく、ワークＷとワーク設置板４８との間の摩擦力に抗してワークＷを回転させることが難しいような場合でもゴム部８６への荷重の比率を大きくすることでワークＷを回転させることができる。

また、上記実施の形態のように測定点と支持点との位置関係において第２部位と第３部位とがワークＷの円周方向に１８０度反対側となる位置であることが、上述のようにワークＷの振動による測定信号のノイズが少ないため望ましいが、図９において破線で示すように、それとは異なる位置に検出器３０を配置してもよい。更に、検出器３０は、上記実施の形態のように測定子３４の先端部をワークＷに接触させる触針式のものではなく、レーザなどを用いた非接触式のものであってもよい。その場合においても検出器３０により表面粗さを測定する測定位置を第３部位に配置して固定すればよい。

Ｗ…ワーク、１…表面粗さ測定機、２…測定部、３…データ処理部、４…ベース、４Ａ…直進溝、５…コラム、６…コントローラ、１０…検出器支持機構、１２…第１固定板、１４…第２固定板、１６…ＸＹＺステージ、１８Ｂ…Ｙステージ、２０Ｂ…Ｘステージ、２２Ｂ…Ｚステージ、２４…検出器ホルダ、３０…検出器、３２…検出器本体、３４…測定子、３６…触針、４０…ワーク支持機構、４２…脚部、４４，７８…支持部、４４Ａ…貫通孔、４６…ワーク設置台、４８…ワーク設置板、４８Ａ…テーパ孔、５０，９８…ノブ付きネジ、５２…位置決めピン、７０…ワーク駆動機構、７２…駆動部、７４…アーム、７６…加圧ユニット、７８Ａ…先端部、７８Ｂ…基端部、８０…加圧部、８２…バネ部、８４…先端支持部、８６…ゴム部、８８…指標針、９０…加圧位置合わせマーク、９２…ストッパ部、９４…アーム部材、９６…ストッパ

Claims (7)

1. 球体又は回転体からなる被測定物の周面の一部である第１部位を支持する支持手段と、
   前記被測定物の周面の他の一部である第２部位に接触しながら前記被測定物の回転軸に対して直交する方向に移動することにより前記被測定物を回転させる回転手段と、
   前記被測定物の周面の更に他の一部である第３部位に対向する位置に配置固定され、前記被測定物の周面の円周方向の表面粗さを検出する検出手段と、
   を備えた表面粗さ測定機。
2. 前記回転手段は、前記回転軸に対して平行する平坦面であって前記被測定物に当接する当接面と、前記当接面を平坦面に沿った方向に直進移動させる駆動手段と、を有する請求項１に記載の表面粗さ測定機。
3. 前記第３部位は、前記第２部位に対して円周方向に１８０度反対側となる位置である請求項１、又は２に記載の表面粗さ測定機。
4. 前記検出手段は、前記第３部位に先端部が当接する測定子を有する接触式の検出手段である請求項１、２、又は３に記載の表面粗さ測定機。
5. 前記回転手段は、前記被測定物に当接する当接面を介して前記被測定物を加圧する加圧手段を備えた請求項１から４のうちのいずれか１項に記載の表面粗さ測定機。
6. 前記支持手段は、前記被測定物が球体の場合に該球体の周面の一部の範囲が入り込むテーパ状の孔を有する板状体を備える請求項１から５のうちのいずれか１項に記載の表面粗さ測定機。
7. 前記支持手段は、前記被測定物が回転体の場合に該回転体の周面の前記回転軸に沿った一部の範囲が入り込むテーパ状の溝を有する板状体を備える請求項１から５のうちのいずれか１項に記載の表面粗さ測定機。

Images