JP5438924B2

JP5438924B2 - 内径測定装置

Info

Publication number: JP5438924B2
Application number: JP2008180800A
Authority: JP
Inventors: 哲也松川; 和男岡本
Original assignee: ダイセイ株式会社
Priority date: 2008-07-10
Filing date: 2008-07-10
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2028-07-10
Also published as: JP2010019706A

Description

本発明は、加工孔等、円筒形状の孔の内径を測定する内径測定装置に関する。

従来、円筒状に形成される孔の内径を測定する測定装置は公知となっている。

前記測定装置は、円筒状に形成されるとともに測定子が取り付けられたガイド部材を孔に挿入し、当該測定子をこの孔の内壁に接触させることにより、この孔の内径を測定する。

しかし、ガイド部材の大きさが固定されているので、ガイド部材の大きさが、孔の内径に適合しないとき（測定子を孔の内壁に接触させることができないとき）、ガイド部材の交換または測定ヘッド（ガイド部材、当該ガイド部材を支持する部材等）全体の交換をして、ガイド部材の大きさを被測定物の内径に適合させる必要がある。
従って、次に測定しようとしている孔の内径が今まで測定していた孔の内径と異なるときには、次の孔の測定を行う前にガイド部材や測定ヘッドを交換する作業が必要となり、測定作業が煩雑で作業効率が低下することとなっていた。

前記問題を解消する技術として、特許文献１に記載の内径測定器が挙げられる。

特許文献１に記載の内径測定器は、測定器本体に設けられたヘッドをワークへ挿入し、前記ヘッドより側方へ突出した測定子を前記ワークの内壁面に当接して内径を測定する内径測定器において、前記ヘッドの周壁を独立して径方向へ移動自在な複数の可変ガイドで構成し、各可変ガイド基端の角部を前記測定器本体の中心部に配置する一方、前記測定器本体にマイクロメータを設け、該マイクロメータより延出するスピンドルが前記測定器本体の中心線に沿って移動する位置に当該マイクロメータを固定するとともに、前記スピンドルの先端に先細りしたテーパ状のテーパピンを設け、該テーパピンのテーパ面を、前記各可変ガイド基端の前記角部に当接したことを特徴とするものである。

特許文献１に記載の内径測定器は、マイクロメータを操作することにより、各可変ガイドが構成するヘッドの直径を任意に変更し、内径の異なるワークであっても、一つの内径測定器で対応しようとするものである。
加えて、マイクロメータによってスピンドルの突出量を正確に知ることより、ヘッドの直径を正確に合わせようとするものである。

また、前記問題を解消する技術として、特許文献２に記載の内径測定装置が挙げられる。

特許文献２に記載の内径測定装置は、一端に円錐部を有し、軸方向に移動可能な移動軸と、上記移動軸の他端に連結され、この移動軸を軸方向に移動させる移動手段と、上記移動軸の周囲に該移動軸と略平行に配置された複数本の測定アームとを備え、前記測定アームは、基部側が回動可能に支持されるとともに、先端部が前記移動軸の円錐部の周面と摺接し、この測定アームの先端部には外方に突接された測定子を有する内径測定手段が設けられ、前記移動手段により移動軸が軸方向に移動するにともなって、これら測定アームの先端部が移動軸の軸心を中心にして拡張および縮小可能に構成されたことを特徴とするものである。

前記特許文献２に記載の内径測定装置は、単一の内径測定装置によって所定範囲の孔の内径を測定可能とし、被測定物の内径が変わる毎にこの内径にあった測定アームを有する測定装置にいちいち交換せずに、作業効率の向上を図ろうとするものである。

しかし、特許文献１に記載の内径測定器は、前記スピンドルを前記測定器本体の中心線に沿って移動させて前記各可変ガイドが構成するヘッドの直径を変更するとき、前記テーパピンと前記テーパピンに当接する前記各可変ガイドとの間で、摩擦（すべり摩擦）が生じる。これにより、前記スピンドルの移動による前記ヘッドの直径の変更が数多く行われると、前記テーパピン、前記各可変ガイドのうち摩耗強度の低い方が摩耗していき、ひいては摩耗していないときと比べて測定結果が異なるといったように測定精度が低下して、測定結果の信頼性が損なわれるという問題を有する。
また、特許文献２に記載の内径測定装置は、前記移動軸が軸方向に移動するにともなって、これら測定アームの先端部が移動軸の軸心を中心にして拡張および縮小するとき、前記測定アームと前記測定アームに摺接する前記移動軸の円錐部との間で、摩擦（すべり摩擦）が生じる。これにより、前記移動軸を軸方向に移動させて前記測定アームの先端部の拡張および縮小が数多く行われると、前記測定アーム、前記移動軸の円錐部のうち摩耗強度の低い方が摩耗していき、ひいては摩耗していないときと比べて測定結果が異なるといったように測定精度が低下して、測定結果の信頼性が損なわれるという問題を有する。
特開２００５−１０６６９５号公報特開昭６４−６８６０１号公報

本発明は以上の如き状況に鑑み、測定結果の信頼性に優れた内径測定装置を提供することを課題とする。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

第１発明の内径測定装置は、本体と、前記本体により軸方向に進退移動可能に支持される移動軸と、前記移動軸の軸方向へテーパ状に形成される外周面を有し、前記移動軸に設けられるテーパーコーンと、その基部側で前記本体により回動可能に支持されるとともに、前記移動軸に沿って配置される可変ガイドと、前記可変ガイドの先端側に取り付けられ、前記可変ガイドと一体的に回動する測定子と、を具備し、前記可変ガイドを孔に挿入し、前記測定子を前記孔の内壁に接触させ、前記測定子の突出量の変化量を前記測定子よりも基端側で計測することにより、前記孔の内径を測定可能であり、前記移動軸の進退移動により前記可変ガイドの先端部が前記移動軸に対して近接離間する方向へ回動する内径測定装置であって、前記可変ガイドにより回動可能に支持されるとともに、前記テーパーコーンの外周面に接触するベアリングと、前記軸方向に関して前記テーパーコーンを挟んだ両側で前記移動軸を支持する軸受部材と、を具備する。

本発明は、測定結果の信頼性に優れるという効果を奏する。

以下では、本発明に係る内径測定装置の実施の一形態である内径測定装置１０について説明する。
内径測定装置１０は、ワークに形成される加工孔等、円筒形状の孔の内径を測定するための測定装置である。
図１に示す如く、内径測定装置１０は、本体１００、移動軸２００、可変ガイド３００および変位検出器４００を具備する。

本体１００は、内径測定装置１０の主たる構造体をなす部材であり、移動軸２００および可変ガイド３００を支持する。

移動軸２００は、棒状に形成される。
本体１００は軸受１１０・１１０を具備しており、移動軸２００は中途部において、軸受１１０・１１０を介して本体１００により、移動軸２００の軸方向へ進退移動可能に支持される。
本体１００には送りユニット５００が設けられ、移動軸２００の一端は送りユニット５００に接続される。
送りユニット５００はエアシリンダ５１０を有し、当該エアシリンダ５１０を動力として移動軸２００は軸方向に進退移動する。

なお、送りユニット５００にエアシリンダ５１０を用いたが、エアシリンダ５１０に代えてモータ駆動のボールネジやリニアソレノイド等を用いてもよい。

移動軸２００の他端側にはテーパーコーン２１０が設けられ、テーパーコーン２１０の外周面２１１は、テーパ状に形成される。
テーパーコーン２１０は、移動軸２００が対称軸になる位置に配置され、テーパ状に形成される外周面２１１は移動軸２００の他端に向かって先細りする。これにより、テーパーコーン２１０の外周面２１１は、移動軸２００の軸方向に傾斜する。

可変ガイド３００は、軸部３１０、取付部３２０、および接触部３３０を具備する。

軸部３１０は、棒状に形成され、移動軸２００に沿って（移動軸２００との間に適宜間隔を設けつつ移動軸２００と平行に）配置される。
軸部３１０の一端は移動軸２００の中途部近傍に、軸部３１０の他端は移動軸２００の他端側近傍に、設けられる。

軸部３１０の一端には、取付部３２０が一体的に取り付けられる。
取付部３２０は、本体１００にピン３２１により回動可能に取り付けられ、取付部３２０および軸部３１０は一体的、かつ、所定方向（軸部３１０の他端が、移動軸２００に近接、または移動軸２００から離間する方向）に、ピン３２１を中心に回動する。また、取付部３２０および軸部３１０が一体的に回動しているとき、軸部３１０の軸芯と移動軸２００の軸芯とは同一平面上にある。
本体１００はその中途部において支持部１２０を具備し、支持部１２０と取付部３２０とは弾性部材であるガイド戻しバネ１３０により接続される。言い換えれば、可変ガイド３００はその基部側において、ガイド戻しバネ１３０により支持部１２０に接続される。
これにより、可変ガイド３００は所定方向（軸部３１０の他端が移動軸２００に近接する方向）に向かって付勢されている。

図２に示す如く、軸部３１０の他端側には、接触部３３０がねじ３３１で一体的に取り付けられ、取付部３２０、軸部３１０、および接触部３３０はピン３２１を中心に一体的に回動する。
接触部３３０は、移動軸２００側（テーパーコーン２１０側）に向かって突出している。
接触部３３０には、支持軸３４０、およびボールベアリング３５０が設けられる。
支持軸３４０は棒状の部材であり、ねじ３４１で接触部３３０に取り付けられる。
ボールベアリング３５０の内輪には支持軸３４０が挿入され、ボールベアリング３５０は支持軸３４０に回動可能に支持される。
支持軸３４０およびボールベアリング３５０は、ボールベアリング３５０の外輪がテーパーコーン２１０の外周面２１１に接触し、かつ、ボールベアリング３５０の外輪がテーパーコーン２１０の外周面２１１上を移動軸２００の軸方向に転動可能な位置に配置される。
つまり、可変ガイド３００は、ボールベアリング３５０を介してテーパーコーン２１０の外周面２１１に接触している。

なお、可変ガイド３００はガイド戻しバネ１３０により所定方向（軸部３１０の他端が移動軸２００に近接する方向）に向かって付勢されているので、ボールベアリング３５０の外輪がテーパーコーン２１０の外周面２１１に接触している姿勢が保持される。

図１に示す如く、変位検出器４００は、測定子４１０、および差動トランス４２０を具備する。
測定子４１０は、半球状に形成され、可変ガイド３００に一体的に取り付けられる。
測定子４１０は、可変ガイド３００の軸部３１０の他端側に配置され、反移動軸２００側（反テーパーコーン２１０側）に若干突出している。
測定子４１０は差動トランス４２０に接続され、差動トランス４２０は制御装置（不図示）に接続される。
測定子４１０が孔の内壁に接触したとき、このときの測定子４１０の、突出量の変化量が差動トランス４２０により電気量に変換され、ひいては前記制御装置が差動トランス４２０から信号を受信してこの孔の内径を算出する。

内径測定装置１０には、可変ガイド３００および変位検出器４００と同じ構成のものが他に３つ設けられ、可変ガイド３００・３００・３００・３００および変位検出器４００・４００・４００・４００は、移動軸２００を中心に等間隔に（移動軸２００が対称軸になる位置に）それぞれ配置される。

なお、本発明は、内径測定装置が具備する可変ガイドおよび変位検出器の数について特に限定するものではなく、複数設けられればよい。

以下では、内径測定装置１０を用いて孔の内径を測定するときについて説明する。

まず、作業者等は、内径測定装置１０において、基準となる内径Ｄ₀を設定する。
基準となる内径Ｄ₀は、作業者等が、測定結果（測定値）として所望する孔の内径より若干大きい値に設定される。

具体的には、以下のように基準となる内径Ｄ₀を設定する。
作業者等が送りユニット５００のエアシリンダ５１０を駆動すると、移動軸２００が軸方向に進退移動する。
これにより、移動軸２００のテーパーコーン２１０に接触しているボールベアリング３５０・３５０・３５０・３５０の外輪が、テーパーコーン２１０の外周面２１１上を、移動軸２００の軸方向に転動する。
このとき、テーパーコーン２１０の外周面２１１は移動軸２００の軸方向に傾斜しているので、可変ガイド３００・３００・３００・３００がピン３２１・３２１・３２１・３２１を中心に回動して、可変ガイド３００・３００・３００・３００の軸部３１０・３１０・３１０・３１０の他端が、移動軸２００に近接、または移動軸２００から離間する。
すなわち、前記移動軸２００の軸方向への進退移動により可変ガイド３００・３００・３００・３００の先端部が、ピン３２１・３２１・３２１・３２１を中心にして移動軸２００に対して近接離間する方向へ回動する。
このように、可変ガイド３００・３００・３００・３００が回動することにより、移動軸２００の軸芯と、軸部３１０・３１０・３１０・３１０に取り付けられる測定子４１０・４１０・４１０・４１０との距離（より厳密には、測定子４１０の最外郭との距離）が小さくなる、または大きくなる。これにより、内径測定装置１０による測定範囲が変更される。
以上の如く、作業者等は、送りユニット５００のエアシリンダ５１０の駆動により、移動軸２００の軸方向の位置を決定し、ひいては測定子４１０の最外郭との距離を設定、つまり内径測定装置１０において基準となる内径Ｄ₀を設定する。

つぎに、基準となる内径Ｄ₀が設定された内径測定装置１０を測定対象たる孔に挿入する。
具体的には、移動軸２００の他端側（可変ガイド３００・３００・３００・３００）をこの孔に挿入する。このとき、この孔の内径の芯と移動軸２００の軸芯とが一致する位置に、移動軸２００の他端側を挿入する。これにより、この孔の内壁に測定子４１０・４１０・４１０・４１０が接触するとともに、この孔の内壁の形状に適合するよう測定子４１０の突出量が変化する。このときの測定子４１０の突出量の変化量が差動トランス４２０により電気量に変換され、ひいては前記制御装置が差動トランス４２０から信号を受信してこの孔の内径を算出する。詳細には、前記制御装置は、前述の如く設定された基準となる内径Ｄ₀から、測定子４１０の突出量の変化量（測定子４１０の縮んだ量）を減じて、この孔の内径を算出する。

以上の如く、内径測定装置１０により孔の内径が測定される。

前述の如く、内径測定装置１０により基準となる内径Ｄ₀が設定されるとき、送りユニット５００で移動軸２００が進退移動される。このときテーパーコーン２１０の外周面２１１上をボールベアリング３５０・３５０・３５０・３５０の外輪が転動してテーパーコーン２１０とボールベアリング３５０・３５０・３５０・３５０との間に転がり摩擦が生じるが、可変ガイドがテーパーコーンの外周面上を摺動して滑り摩擦が生じるときに比べ、摩擦が小さいので、可変ガイド３００・３００・３００・３００（ボールベアリング３５０・３５０・３５０・３５０）およびテーパーコーン２１０に摩耗が生じにくい。これにより、基準となる内径Ｄ₀を設定し直すために数多く移動軸２００を進退移動させ、内径測定装置１０を長期間使用したとしても、可変ガイド３００・３００・３００・３００およびテーパーコーン２１０の摩耗により、同じ条件で測定したときの内径測定装置１０による測定結果が、測定当初のものと長期間使用したときのものとで顕著に異なることを防止できて安定した測定結果が得られ、測定結果の信頼性に優れる。

なお、図３に示す如く、ライン６００は、移動軸が進退移動して可変ガイドがテーパーコーンの外周面上を摺動することにより基準となる内径Ｄ₀が変更される内径測定装置（従来の内径測定装置）を用い、基準となる内径Ｄ₀を設定し直す作業を交えつつ、一定の大きさの内径を測定する旨の実験を行い、このときの測定回数と測定値との関係を示すものである。
ライン７００は、内径測定装置１０を用い、基準となる内径Ｄ₀を設定し直す作業を交えつつ、一定の大きさの内径を測定する旨の実験を行い、このときの測定回数と測定値との関係を示すものである。
ライン６００、ライン７００によると、従来の内径測定装置より、内径測定装置１０の方が、測定回数が増加しても測定結果が測定当初と顕著に異ならず、測定結果が安定していることがわかる。特に、従来の内径測定装置は、基準となる内径Ｄ₀を設定し直す作業を繰り返して長期間使用すると、可変ガイドおよびテーパーコーンの摩耗により、可変ガイドが、測定当初に比べて閉じる方向（移動軸に近接する方向）に移動し、測定値が測定当初より大きくなる。

また、内径測定装置１０は、作業者等が基準となる内径Ｄ₀を変更するとき、可変ガイド３００・３００・３００・３００等を交換して専用の可変ガイド３００・３００・３００・３００等を用意する必要がなく、移動軸２００を軸方向に進退移動して可変ガイド３００・３００・３００・３００を回動させればよいので、容易な手順で孔の内径を測定することができる。

また、ガイド部材の大きさが固定されている（基準となる内径Ｄ₀が固定されている）内径測定装置は、幅広い測定範囲をカバーするためにガイド径を小さくして測定子の突出量を多くしているが、一般的に、当該内径測定装置のガイド径と測定対象たる孔の内径との径差が大きくなると、当該内径測定装置により測定対象たる孔の内径の芯をひろうことが困難になり、測定誤差が生じやすいことが知られている。
内径測定装置１０は、移動軸２００を軸方向に進退移動して可変ガイド３００・３００・３００・３００を回動することにより基準となる内径Ｄ₀を変更できるので、ガイド径と測定対象たる孔の内径との径差を小さくすることができる。これにより、内径測定装置１０は、測定対象たる孔の内径の芯をひろうことが容易になり、測定誤差を低減できる。

また、ガイド部材の大きさが固定されている（基準となる内径Ｄ₀が固定されている）内径測定装置は、幅広い測定範囲をカバーするために測定子の突出量を多くし、測定子が内径の異なる様々な孔の内壁に接触しやすくしているが、一般的に、測定子の突出量が多くなる程、測定精度が犠牲になることが知られている。
内径測定装置１０は、移動軸２００を軸方向に進退移動して可変ガイド３００・３００・３００・３００を回動することにより基準となる内径Ｄ₀を変更できるので、測定子４１０・４１０・４１０・４１０の突出量を少なくしても、測定子４１０・４１０・４１０・４１０が測定対象たる孔の内壁に接触するよう調節することができ、精度良く孔の内径を測定できる。

本発明に係る内径測定装置の実施の一形態を示す概略構成図。図１の一部拡大図。従来の内径想定装置を用い、所定の条件で一定の大きさの内径を測定したときの測定回数と測定値との関係、および本発明の実施品の内径測定装置を用い、従来の内径想定装置のときと同様の条件で測定したときの測定回数と測定値との関係を示す図。

１０内径測定装置
１００本体
２００移動軸
２１０テーパーコーン
３００可変ガイド
３５０ボールベアリング
４１０測定子

Claims

本体と、
前記本体により軸方向に進退移動可能に支持される移動軸と、
前記移動軸の軸方向へテーパ状に形成される外周面を有し、前記移動軸に設けられるテーパーコーンと、
その基部側で前記本体により回動可能に支持されるとともに、前記移動軸に沿って配置される可変ガイドと、
前記可変ガイドの先端側に取り付けられ、前記可変ガイドと一体的に回動する測定子と、
を具備し、
前記可変ガイドを孔に挿入し、前記測定子を前記孔の内壁に接触させ、前記測定子の突出量の変化量を前記測定子よりも基端側で計測することにより、前記孔の内径を測定可能であり、
前記移動軸の進退移動により前記可変ガイドの先端部が前記移動軸に対して近接離間する方向へ回動する内径測定装置であって、
前記可変ガイドにより回動可能に支持されるとともに、前記テーパーコーンの外周面に接触するベアリングと、前記軸方向に関して前記テーパーコーンを挟んだ両側で前記移動軸を支持する軸受部材と、を具備する内径測定装置。