JP7286512B2

JP7286512B2 - テストインジケータ

Info

Publication number: JP7286512B2
Application number: JP2019197918A
Authority: JP
Inventors: 秀二林田
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2019-10-30
Filing date: 2019-10-30
Publication date: 2023-06-05
Anticipated expiration: 2039-10-30
Also published as: JP2021071376A

Description

本発明はテストインジケータに関する。

テストインジケータ（いわゆるてこ式ダイヤルゲージ）が知られている（例えば特許文献１～４）。テストインジケータは、円周振れ、全振れ、平面度、平行度といった微小変位測定や、マスターワーク（またはブロックゲージ）に対する加工製品の加工誤差といった精密比較検査に使用される。

テストインジケータは、本体ケースに回動可能に軸支された測定アームを有し、この測定アームの回動をてこの原理で拡大するとともに、変位を歯車輪列で伝達していく。そして、最終段の指針の回転によって微小な測定値を拡大表示するものである。

特開２００８－３０９６８７号公報特許第６４４７９９７号公報実公昭６１－０１７３６３号公報特開昭５３－１４００５３号公報

従来のテストインジケータは、てこや歯車輪列で変位を伝達する機構であるため、メカニカルな誤差の累積が不可避の問題として残っていた。また、測定アームの回動を測定子の変位量ｄに変換するのであるが、この変換比はてこ比や歯車比によって固定された値となっている。そのため、ワークに応じて測定アームの長さを変更するためには、異なる長さの測定アームのテストインジケータを複数用意しておかなければならなかった。

本発明の目的は、メカニカル累積誤差を最小に抑制し、検出精度が向上するテストインジケータを提供することにある。

本発明のテストインジケータは、
一端に測定子を有する測定アームと、
前記測定アームの軸線方向に直交する軸を回転軸として前記測定アームの他端側を軸支するヘッド部と、
前記測定アームの回動に連動して前記ヘッド部内を直線的に進退するように前記ヘッド部を挿通して設けられた伝達軸部材と、
前記伝達軸部材を回転中心として回転するように前記ヘッド部を保持する本体ハウジング部と、
前記本体ハウジング部内に設けられ、前記伝達軸部材の進退に連動して直線的に進退する可動体を有するとともに前記可動体の変位を検出するリニアエンコーダと、
前記可動体の変位を前記測定子の前記測定アームの軸線方向に垂直な方向の変位に換算する変位換算部と、
前記変位換算部で求められた前記測定子の変位を表示する表示部と、を備える
ことを特徴とする。

本発明の一実施形態では、
前記変位換算部には、前記測定アームの長さを設定記憶する測定アーム長さ記憶部が設けられており、
前記変位換算部は、前記測定アームの長さに応じて換算比を変更する
ことが好ましい。

本発明の一実施形態では、
前記リニアエンコーダは、アブソリュート式エンコーダである
ことが好ましい。

テストインジケータの第１実施形態の外観図である。テストインジケータの正面図である。テストインジケータの断面図である。図３中のＩＶ－ＩＶ線断面図を示す図である。電装部の機能ブロック図である。測定アームが変位する様子を例示した図である。テストインジケータで被測定面を測定する様子を例示した図である。測定アームと被測定面との間に角度θがある様子を例示した図である。

（第１実施形態）
図１は、本発明に係るテストインジケータ１００の第１実施形態の外観図である。
このテストインジケータ１００は、いわゆるユニバーサルタイプのテストインジケータ１００であって、図１中の丸囲み１Ａや１Ｂに例示のように、ヘッド部２００を回転させて測定子２４０の作動方向を任意の向きに変えることができるものである。そして、本第１実施形態のテストインジケータ１００は、測定子２４０の変位（測定値）を表示部４００にデジタル表示するデジタル表示式のテストインジケータ１００である。
以下図面を参照しながら本発明のテストインジケータ１００の構成を説明する。

図２は、テストインジケータ１００の正面図である。テストインジケータ１００は、ヘッド部２００と、本体ハウジング部３００と、表示部４００と、を備える。

ヘッド部２００は、本体ハウジング部３００の一端側に取り付けられている。このとき、ヘッド部２００は、測定アーム２３０の回動を許容するように測定アーム２３０を軸支しているとともに、ヘッド部２００自身も本体ハウジング部３００に対して回転するように取り付けられている。図２に表れるように、ヘッド部２００は、その一端側において一対の対向片を有し、二つの対向片の間は所定のギャップがある。ヘッド部２００の一端側にあるこの二つの対向片を外枠対向片２１０と称することにする。二つの外枠対向片２１０を貫くようにアーム支持軸２２０が渡設されている。

測定アーム２３０は、図２に表れるように、一端に測定子２４０を有している。そして、測定アーム２３０の他端側は、図２の正面側からみて、コ字状になっていて、対向する二つの対向片を有する。測定アーム２３０の他端側にあるこの２つの対向片を内枠対向片２５０と称することにする。内枠対向片２５０は、外枠対向片２１０の内側に挿入され、さらに、アーム支持軸２２０によって回動できるように軸支されている。このアーム支持軸２２０は、測定アーム２３０の軸線方向と直交する軸である。

図３は、テストインジケータ１００の断面図である。
図３の断面図に表れるように、ヘッド部２００は、一端側から他端側に貫通形成された貫通孔２６０を有している。この貫通孔２６０内には、伝達軸部材２７０が軸方向摺動自在に設けられている。伝達軸部材２７０の一端側は二股に分離していて、アーム支持軸２２０を跨ぐように２つの脚部２７５を有している。また、伝達軸部材２７０は、バネ２６１により、常に一端側に付勢されている。

なお、ヘッド部２００は、伝達軸部材２７０を回転中心として回転するように本体ハウジング部３００に取り付けられている。

図４は、図３中のＩＶ－ＩＶ線断面図を示す図である。
図３および図４に表れるように、測定アーム２３０の回動を伝達軸部材２７０に伝えるため、測定アーム２３０と伝達軸部材２７０との間にカム部材２８０が設けられている。
カム部材２８０は、略半円形の平板であって、測定アーム２３０の内枠対向片２５０の間にあって、アーム支持軸２２０に軸支されている。カム部材２８０は略半円なのであるが、もとの真円を仮想的に考えると、この仮想円の中心が回転中心となるようにアーム支持軸２２０で軸支されている。

また、略半円のカム部材２８０の直径（あるいは弦）に相当する直線部には球状または半球状の接触子２８１が設けられている。接触子２８１は、アーム支持軸２２０（回転中心）を間にして両側に設けられている。前記のように、伝達軸部材２７０の一端側にはアーム支持軸２２０を跨ぐように２つの脚部２７５が設けられている。それぞれの脚部２７５の端部が、それぞれカム部材２８０の接触子２８１に当接している。

そして、カム部材２８０と測定アーム２３０の一方の内枠対向片２５０との間には、図４に表れるように、皿バネ２８５が介装されている。この皿バネ２８５により、カム部材２８０は、測定アーム２３０の他方の内枠対向片２５０に押し付けられている。これにより、他方の内枠対向片２５０とカム部材２８０との間に摩擦が生じ、測定アーム２３０とカム部材２８０とは一体的に回動するようになっている。

いま、測定アーム２３０の軸線に垂直な方向において測定子２４０とワークとが当接し、測定子２４０がワークに押されたとする（例えば図６参照）。すると、測定アーム２３０はアーム支持軸２２０を回転中心として回動し、測定アーム２３０とともにカム部材２８０が回動する。伝達軸部材２７０の脚部２７５がカム部材２８０の接触子２８１に当接しているので、伝達軸部材２７０がカム部材２８０の接触子２８１に押され、伝達軸部材２７０がその分だけ他端側に移動する。

本体ハウジング部３００の内部において、図３に表れるように、リニアエンコーダ（直動エンコーダ）３１０と、電装部３４０と、が設けられている。
リニアエンコーダ３１０は、スケール３２０と検出部３３０とを有し、スケール３２０と検出部３３０との相対変位を検出するいわゆるリニアエンコーダ（直動エンコーダ）である。ここでは、スケール３２０が可動体となっていて、伝達軸部材２７０の他端側端面とスケール３２０の一端側端面とが当接している。伝達軸部材２７０の他端側端面とスケール３２０の一端側端面とが離れないように、両者をネジ止めや接着で固定的に結合してもよいし、バネ等でスケール３２０を一端側に付勢するようにしてもよい。

スケール３２０は、伝達軸部材２７０の進退に合わせて一体的に進退する。検出部３３０は固定体として本体ハウジング部３００内に固定的に設置されている。検出部３３０は、スケール３２０の変位（あるいは絶対位置）を検出して、電装部３４０に送る。

なお、エンコーダとしては、静電容量式、光電式、電磁誘導式など種々の方式を採用していただいてよい。
ただ、本実施形態の利点を最大限に活かすため、インクリメント方式よりは、アブソリュート式（絶対位置検出式）のリニアエンコーダ（直動エンコーダ）であることが望ましい。
本実施形態のテストインジケータ１００は、ユニバーサルタイプであって、ヘッド部２００を回転させて測定子２４０の作動方向を変えることの他、さらには、測定アーム２３０の角度を任意に設定できるという利点がある。例えば、図１中の１Ａや１Ｂのように測定アーム２３０の姿勢を９０度にした状態でワークの凹凸を測定してもよいのである。（もちろん測定アーム２３０の角度は任意であって９０度以外でもよい。）この場合、ゼロ点設定（原点設定）が必要になるので、精度よくかつ簡便に原点設定できるアブソリュート式（絶対位置検出式）のリニアエンコーダ（直動エンコーダ）が望ましいといえる。

図５は、電装部３４０の機能ブロック図である。
電装部３４０は、変位換算部３５０と、表示制御部３７０と、を備える。
変位換算部３５０は、伝達軸部材２７０の直線的変位を測定アーム２３０の軸線方向に垂直な方向における測定子２４０の変位量ｄに変換（換算）する。
いま、測定アーム２３０において、測定子２４０から回転中心までの長さをＬ１とする（図６参照）。測定アーム２３０の長さＬ１は、変位換算部３５０に付設された測定アーム長さ記憶部３６０に設定記憶されている。また、カム部材２８０において、回転中心から接触子２８１までの距離をｒとする（図６参照）。そして、リニアエンコーダ３１０による検出値をＤｓとする。（Ｄｓはすなわち伝達軸部材２７０の変位量に相当する。）
このとき、変位換算部３５０は、測定子２４０の変位量ｄを次のように求める。
ｄ＝（Ｌ１／ｒ）・Ｄｓ
この変位量ｄが測定値として表示部４００に表示される。

なお、ワークに応じて測定アーム２３０を付け替えてもよい。付け替えた測定アーム２３０の長さがＬ２であるとすれば、付け替え後の測定アーム２３０の長さがＬ２であることを測定アーム長さ記憶部３６０に設定入力しておく。このとき、測定子２４０の変位量ｄを次のように求めることになる。
ｄ＝（Ｌ２／ｒ）・Ｄｓ

また、変位換算部３５０は、被測定面と測定アーム２３０との間の角度θに応じて前記変位量ｄを被測定面に垂直な方向の値（つまり被測定面の凹凸やうねり）に補正する機能を有していてもよい。
被測定面の凹凸を正確に測定するには、図７Ａに例示のように、測定アーム２３０と被測定面とが平行になるようにテストインジケータ１００を設置することが望ましい。ただし、やむ得ない事情（例えばワークの形状が特殊であるなど）で、図７Ｂのように、測定アーム２３０と被測定面との間に角度θをつけなければならない場合も有り得る。この場合、変位換算部３５０に測定アーム２３０と被測定面との間の角度θを設定入力しておく。そして、変位換算部３５０は、測定子２４０の変位量ｄに補正係数（ｃｏｓθ）を掛けて、正しい測定値（被測定面の凹凸）とする。

表示部４００は、液晶や有機ＥＬ等の表示パネルである。表示制御部３７０は、表示部４００に測定値を表示させる。

上記構成を備える本実施形態のテストインジケータ１００によれば次の効果を奏することができる。
（１）従来のテストインジケータは、測定アーム２３０の微小な回動を歯車輪列で拡大しながら伝達していき、最終段の指針を回転させていたため、メカニカルな誤差の累積が測定値に影響を与えるという問題があった。テストインジケータにロータリーエンコーダを組み込むことは提案されているが、測定アーム２３０の微小な回動をロータリーエンコーダで検出可能な程度まで歯車輪列で拡大するとなると、やはりメカニカルな誤差の累積が問題となっていた。
この点、本実施形態では、測定アーム２３０の回動を直線変位に変換した上で、リニアエンコーダ３１０で伝達軸部材２７０の変位を検出することとしている。これにより、測定アーム２３０からエンコーダまでの変位伝達経路におけるメカニカル累積誤差は最小に抑制され、検出精度が向上する。

（２）従来のテストインジケータは、測定アーム２３０の微小な回動を歯車輪列で拡大しながら伝達していき、歯車比によって測定アーム２３０の回動を測定アーム２３０の軸線方向に垂直な方向における測定子２４０の変位量ｄに変換していた。そして、一度組み上げた歯車機構をユーザが入れ替えたりすることはできないので、測定アーム２３０の長さは個々のテストインジケータごとに長さが決められていて、変更できないものであった。しかしながら、ユーザのなかには変換率が固定されていることを認識せずに、長い測定アーム２３０と短い測定アーム２３０とをワークに応じて付け替えてしまうような誤った使用もあった。
この点、本実施形態では、変位換算部３５０に測定アーム２３０の長さＬを設定しておけば、測定アーム２３０の長さに応じて測定値は正しく換算される。したがって、ユーザは、ワークに応じて複数種類のテストインジケータ１００を用意せずとも、必要に応じて長さの違う測定アーム２３０を用意するだけでよくなる。これは、ユーザにとってコスト削減になることはもちろん、メーカにとっても製品種類を少なくして、製造、管理コストの削減ができることになる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更した構成は本発明の技術的範囲に属する。

１００…テストインジケータ、
２００…ヘッド部、
２１０…外枠対向片、２２０…アーム支持軸、
２３０…測定アーム、２４０…測定子、
２５０…内枠対向片、
２６０…貫通孔、２６１…バネ、
２７０…伝達軸部材、２７５…脚部、２８０…カム部材、２８１…接触子、２８５…皿バネ、
３００…本体ハウジング部、
３１０…リニアエンコーダ、
３２０…スケール、３３０…検出部、
３４０…電装部、
３５０…変位換算部、３６０…測定アーム長さ記憶部、３７０…表示制御部、
４００…表示部

Claims

一端に測定子を有する測定アームと、
前記測定アームの軸線方向に直交する軸を回転軸として前記測定アームの他端側を軸支するヘッド部と、
前記測定アームの回動に連動して前記ヘッド部内を直線的に進退するように前記ヘッド部を挿通して設けられた伝達軸部材と、
前記伝達軸部材を回転中心として回転するように前記ヘッド部を保持する本体ハウジング部と、
前記本体ハウジング部内に設けられ、前記伝達軸部材の進退に連動して直線的に進退する可動体を有するとともに前記可動体の変位を検出するリニアエンコーダと、
前記可動体の変位を前記測定子の前記測定アームの軸線方向に垂直な方向の変位に換算する変位換算部と、
前記変位換算部で求められた前記測定子の変位を表示する表示部と、を備える
ことを特徴とするテストインジケータ。
請求項１に記載のテストインジケータにおいて、
前記変位換算部には、前記測定アームの長さを設定記憶する測定アーム長さ記憶部が設けられており、
前記変位換算部は、前記測定アームの長さに応じて換算比を変更する
ことを特徴とするテストインジケータ。
請求項１または請求項２に記載のテストインジケータにおいて、
前記リニアエンコーダは、アブソリュート式エンコーダである
ことを特徴とするテストインジケータ。