JP5698564B2 - 接触式変位測定器 - Google Patents

Description

本発明は、接触式変位測定器に係り、特に、測定物に接触子を押圧した時の変位量を差動トランスを介して検出する接触式変位測定器に関するものである。

従来、例えば様々な加工装置において、高精度の加工を行うために被加工物の形状を高精度に測定することが重要であり、様々な変位測定器が用いられている。変位測定器には、例えば光学的に変位量を測定する非接触式の変位測定器と、接触子を被測定物に押圧して変位量を測定する接触式の変位測定器とがある。

接触式変位測定器としては、例えば特許文献１に記載されているようなペンシル型の接触式変位測定器が良く知られている。

図３に、従来の接触式変位測定器の一例を示す。図３は、接触式変位測定器の主要部である接触式変位測定ヘッド１００の断面図である。接触式変位測定ヘッド１００は、円筒状の本体１０２の下端に上下動可能な接触子１０４を有し、接触子１０４と本体１０２との間はゴム製の蛇腹１０６で包囲されている。

本体１０２の内部には接触子１０４と接続し接触子１０４と共に上下動するロッド（プローブ部材）１０８が配置されている。ロッド１０８はバネ１１０によって付勢されており、ロッド１０８が付勢されることにより接触子１０４は下方（突出する方向）に付勢されている。

また、ロッド１０８と本体１０２との間には、ロッド１０８の移動を滑らかにするためにベアリング（スチールボール）１１２が配置されており、ベアリング１１２はリテーナ１１４によって保持されている。また、ベアリング１１２とリテーナ１１４によって構成されるリニアボールブッシュの下方への移動を規制するために下降端ストッパ１１６が本体１０２の下端内側に設けられている。

特開２００５−２０１８６３号公報

しかしながら、上述したような従来の接触式変位測定器を垂直方向に設置して連続的に測定していると、リニアボールブッシュ自体の自重によってリニアボールブッシュが下方に下がり、下降端ストッパに接触して接触子が下がりきらなかったり、あるいは測定ポイントに近い位置でリニアボールブッシュの干渉があった場合には接触子の動きに影響して、測定値にバラツキが生じる虞があるという問題がある。

これに対して、図４に示すようにロッド１０８と本体１０２との間のスライドガイドを滑り軸受構造とし、精度の安定化を図ることが考えられる。またここで図３や図４に示すように、一般的なペンシル型の変位測定ヘッドの先端部には蛇腹１０６が設けられ、接触子１０４の摺動部への異物侵入を防止し、接触子１０４の摺動部を保護している。

しかし、このように蛇腹１０６を設けると、例えば図４に示すようにスライドガイドを滑りブッシュ方式とした場合には、接触子１０４が伸縮する際の蛇腹１０６内の空気はロッド１０８と本体１０２との間の僅かな摺動隙間１２０を通って移動するしかなく、接触子１０４の動きに影響し、測定値がバラつく要因となるという問題がある。

またこの時図５に本体１０２の軸方向に垂直な断面を示すように、ロッド１０８の外周部に空気の逃げ部１２２を設けて、摺動抵抗を少なくすることも考えられる。このように空気の逃げ部１２２を設けることにより、接触子１０４が伸縮する際の蛇腹１０６内の空気が移動する際の通り道は若干大きくなり摺動抵抗を少なくすることはできるが、ロッド１０８及び接触子１０４の法線方向のガタが生じて測定精度が悪化するという問題がある。

さらに、接触子１０４及びロッド（プローブ部材）１０８の伸縮速度が速いと、摺動隙間１２０からの空気の逃げが追いつかずに、防塵用の蛇腹ブーツの隙間から空気が洩れることにより、防塵及び防水性能が劣化するという問題がある。

本発明はこのような問題に鑑みて成されたものであり、プローブ部材の摺動部に滑り軸受けを用いた接触式変位測定器において、プローブ部材伸縮時の蛇腹ブーツ内の空気の移動をスムーズにして測定値バラツキを防止するとともにプローブ部材の伸縮速度が速い場合にも蛇腹ブーツでの防塵防水性能を損なわずに高精度の測定を行うことのできる接触式変位測定器を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の接触式変位測定器は、測定対象物に当接して変位可能な接触子と、前記接触子と接続し滑り軸受構造により変位するプローブ部材と、前記接触子及び前記プローブ部材の間に設けられた蛇腹部と、前記プローブ部材の変位に対応した出力を行う差動トランスを有する接触式変位測定ヘッドを備えた接触式変位測定器であって、前記プローブ部材の変位に伴って前記蛇腹部が伸縮する時の前記蛇腹部内の空気を逃がす通路を前記プローブ部材の内部に設けたことを特徴とする。

これにより、プローブ部材の摺動部に滑り軸受けを用いた接触式変位測定器において、プローブ部材伸縮時の蛇腹ブーツ内の空気の移動をスムーズにして測定値バラツキを防止するとともにプローブ部材の伸縮速度が速い場合にも蛇腹ブーツでの防塵防水性能を損なわずに高精度の測定を行うことが可能となる。

また、一つの実施態様として、前記通路は、前記プローブ部材下部の側壁に設けられた第１の開口部によって前記蛇腹部の内部と連通することが好ましい。

また、一つの実施態様として、前記接触式変位測定ヘッドは完全防水仕様であり、前記接触式変位測定ヘッド内に、前記プローブ部材の変位に伴って前記蛇腹部が伸縮する時の前記蛇腹部内の空気を貯留するように前記通路と連通し容積可変に形成された空気溜まりを備えたことが好ましい。

これにより、接触式変位測定器が完全防水仕様の場合においても、プローブ部材が変位する時の蛇腹ブーツ内の空気をプローブ部材内部に形成された通路と連通する空気溜まりで吸収することによってプローブ部材伸縮時の蛇腹ブーツ内の空気の移動をスムーズにして測定値バラツキを防止することが可能となる。

また、一つの実施態様として、前記空気溜まりと前記通路とを連通するために、前記接触式変位測定ヘッドの本体を形成する外筒内の上部の隙間と前記通路とを連通するように前記通路上部に設けられた第２の開口部と、前記外筒内の上部の隙間と前記空気溜まりとを連通する第３の開口部とを備えたことが好ましい。

また、一つの実施態様として、前記空気溜まりは、前記接触式変位測定ヘッドの本体を形成する外筒の上部に設けられた少なくとも外壁の一部が弾性部材で形成された空気貯留室であることが好ましい。

また、一つの実施態様として、前記弾性部材はゴムであることが好ましい。

このように、外壁の一部がゴム等の弾性部材で形成された空気貯留室で空気溜まりを形成することにより、接触式変位測定器が完全防水仕様の場合においても、プローブ部材が変位する時の蛇腹ブーツ内の空気を空気貯留室で吸収することによりプローブ部材伸縮時の蛇腹ブーツ内の空気の移動をスムーズにして測定値バラツキを防止することが可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、プローブ部材の摺動部に滑り軸受けを用いた接触式変位測定器において、プローブ部材の変位に伴って蛇腹部が伸縮する時の蛇腹部内の空気を逃がす通路をプローブ部材の内部に設け、このプローブ部材内部の通路により空気を移動させたことにより、プローブ部材伸縮時の蛇腹ブーツ内の空気の移動をスムーズにして測定値バラツキを防止するとともにプローブ部材の伸縮速度が速い場合にも蛇腹ブーツでの防塵防水性能を損なわずに高精度の測定を行うことが可能となる。

本発明の一実施形態に係る接触式変位測定器の接触式変位測定ヘッドの全体構成を示す断面図である。 図１の接触式変位測定ヘッドにおいてプローブ部材が収縮した状態を示す断面図である。 従来の接触式変位測定器の一例を示す断面図である。 摺動部を滑り軸受構造とした従来の接触式変位測定器の一例を示す断面図である。 摺動部に空気の逃げ道を設けた従来の接触式変位測定器の一例を示す軸方向に垂直な断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る接触式変位測定器について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る接触式変位測定器の接触式変位測定ヘッドの全体構成を示す断面図である。

図１に示すように、本実施形態の接触式変位測定ヘッド１は、円筒状の本体を形成する外筒２の下端に上下動可能な接触子４を備え、接触子４と外筒２との間にはゴム製の蛇腹（蛇腹ブーツ）６が設けられている。

外筒２の内部には接触子４と接続し接触子４と共に上下動するプローブ部材（ロッド）８が配置されている。プローブ部材８の上部にはコア軸１０が取り付けられ、コア軸１０はバネ（圧縮バネ）１１によって付勢されている。これにより、プローブ部材８が付勢され、さらに接触子４が下方（突出する方向）に付勢されている。

また、プローブ部材８と外筒２との間は、数ミクロンのクリアランス１２でガイドされ、滑り軸受けを構成している。

プローブ部材８に取り付けられたコア軸１０の他端には差動トランスを構成するコア１４が取り付けられており、コア１４に対応してその周囲の外筒２’には同じく差動トランスを構成するコイルユニット１６が組み込まれている。

蛇腹（蛇腹ブーツ）６は、滑り軸受部への埃等の異物や水の侵入を防止しプローブ部材８摺動部を保護するため防塵性、防水性を有し、気密性を有している。また、本実施形態の接触式変位測定ヘッド１は、完全防水仕様であり、上部も完全にシール構造となっている。

従って、接触子４及びプローブ部材８が伸縮する際、蛇腹６内の空気が蛇腹６内からスムーズに出入りできるように空気の逃げ場所を確保しておく必要がある。

そこで、プローブ部材８の内部を空洞にして空気を通すための通路１８が形成されるとともに、プローブ部材８の伸縮時に蛇腹６内の空気をこの通路１８内に逃がすための開口部（第１の開口部）２０が、プローブ部材８下部に設けられている。

このプローブ部材８内に設けられた空気の通路１８は、コア軸１０に設けられた開口部（第２の開口部）２２と繋がっている。そして、通路１８を通った空気はこのコア軸１０に設けられた開口部２２からコア軸１０と本体の外筒２の隙間を通りさらに上のコア１４及びコイルユニット１６の隙間を通って上へと流れて行く。

また、コア１４及びコイルユニット１６で構成される差動トランスの検出信号は、コイルユニット１６の上部に配設されたケーブル２６を通じて図示を省略した外部のコントローラに送られる。

この差動トランスの上部に配置されたケーブル接続部２８は、本実施形態の接触式変位測定器のように完全防水仕様の場合には、シール構造となっており、蛇腹６が収縮して蛇腹６内の空気が開口部２０、及び２２を介して上部に流れてきた場合に、このままでは行き場所がなくなってしまう。

そこで、本実施形態では、ケーブル接続部２８に蛇腹６より流入してくる空気を貯留するバッファエリアとしての空気貯留室（空気溜まり）３０を備えている。

空気貯留室３０は、接触式変位測定ヘッド１の本体を形成する外筒２’内に設けられ、ケーブル接続部２８の内部に開口部（第３の開口部）３４が形成されて、ケーブル２６との隙間３２を通りこの開口部３４から空気貯留室３０に空気が出入りするようになっている。

また、空気貯留室３０の外壁はゴム等の弾性部材で形成された伸縮自在な弾性壁３６となっている。空気貯留室３０内に空気を貯留する場合には、この弾性壁３６が空気の圧力で伸び、空気貯留室３０の容積が増大することによって、空気を空気貯留室３０内に吸収するようになっている。

空気貯留室３０は、ケーブル接続部２８の周囲に複数（例えば２つ）形成されるが、設置する個数は特に限定されず、例えば全周にわたって一続きの部屋として形成してもよい。また、空気貯留室３０を設置する場所も特にケーブル接続部２８に限定されず、他の場所に設置してもよい。

なお、図１は、プローブ部材８が伸張している状態を示しており、この状態においては、蛇腹６も伸びており蛇腹６内に空気が溜まっていて、空気貯留室３０の弾性壁３６も平らな状態となっている。

図２に、プローブ部材８が収縮した状態を示す。

図２に示すように、接触子４を被測定物（図示省略）に押圧することにより接触子４が上方に押され、プローブ部材８も上方に移動し、蛇腹６が収縮する。これにより、蛇腹６内の空気が開口部２０を通って、プローブ部材８の内部に形成された通路１８を介して上方に流れて行く。

プローブ部材８内の通路１８を流れた空気はその上部に設けられた開口部２２から外筒２内に流入し、差動トランス部のコア１４、コイルユニット１６の隙間をさらに上に流れ、開口部３４から空気貯留室３０に流入する。

空気貯留室３０内に空気が流入すると、その圧力によって弾性壁３６が押されて外側に伸びて膨らみ、空気貯留室３０の容積が増大し、空気を吸収する。

これにより、蛇腹６が収縮して流出した空気は、プローブ部材８の内部に形成された通路１８を移動して空気貯留室３０に貯留される。従って、蛇腹６から流出した空気はスムーズに移動することができ、プローブ部材８の摺動部の動きに影響を与えて測定精度を悪化させるようなことはない。

変位測定器は、主に機械加工中あるいは機械加工後の部品の寸法検査に用いられることが多く、高精度で高速に測定することが要求される。ここで非接触式の変位測定器は作業環境に敏感であることから、比較的劣悪な作業環境においては接触式変位測定器が用いられる。このように測定環境の悪い中で用いられる接触式変位測定器は、防塵、防水が必須となっている。

本実施形態によれば、このような完全防水仕様の接触式変位測定器において、蛇腹の収縮に伴う空気の逃げ場所を確保することにより、滑り軸受（滑りブッシュ）方式で防水対応が可能で、高精度な測定を行うことが可能となる。

すなわち、プローブ部材伸縮時の蛇腹ブーツ内の空気がプローブ部材内に形成された通路及び外筒内に形成された複数の開口部を通って空気貯留室に抵抗なく行き来できるため、プローブ部材の動きもスムーズとなり、測定精度のバラツキを抑制するとともに、蛇腹ブーツ部における防塵、防水性能の劣化を防止することができる。

なお、今まで説明してきた例は、完全防水仕様の接触式変位測定器であったが、このような完全防水仕様でない場合には、接触式変位測定ヘッドの上部が開いているため、特に空気貯留室３０を設けることなく、蛇腹６から流出した空気を、開口部２０、プローブ部材８内の通路１８及び開口部２２等を介して上方に流して、そのまま上部の開口から接触式変位測定ヘッド外に逃がしてやればよい。

このように、プローブ部材伸縮時に蛇腹内の空気を開口部を介してプローブ部材の内部に設けられた空気の通路に流し、この通路から接触式変位測定ヘッド上部の開口を通じて外部に空気を逃がすようにすることによって、完全防水仕様でない場合においても、プローブ部材摺動部の動きをスムーズにし、測定精度の悪化を防ぐことができる。

以上、本発明の接触式変位測定器について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

１…接触式変位測定ヘッド、２、２’…外筒（本体）、４…接触子、６…蛇腹（蛇腹ブーツ）、８…プローブ部材、１０…コア軸、１１…バネ、１２…クリアランス、１４…コア、１６…コイルユニット、１８…（プローブ部材内に形成された空気の）通路、２０、２２…開口部、２６…ケーブル、２８…ケーブル接続部、３０…空気貯留室、３２…隙間、３４…開口部、３６…弾性壁

Claims (6)

1. 本体を形成する外筒と、
   前記外筒の一端に備えられ、測定対象物に当接して変位可能な接触子と、
   前記外筒の内部に配置され、滑り軸受構造によって前記外筒に摺動自在に支持されると共に、前記接触子に接続されて、前記接触子と共に変位するプローブ部材と、
   前記接触子及び前記外筒の間に設けられた蛇腹部と、
   前記外筒の内部に配置され、前記プローブ部材の変位に対応した出力を行う差動トランスと、
   前記外筒の他端に備えられ、前記差動トランスの検出信号を出力するケーブルが接続されるケーブル接続部であって、シール構造を有するケーブル接続部と、
   を有する接触式変位測定ヘッドを備えた接触式変位測定器であって、
   前記プローブ部材の内部に設けられる通路と、
   前記蛇腹部の内側に形成される空間と前記通路とを連通する第１の開口部と、
   前記外筒の内部に形成される空間と前記通路とを連通する第２の開口部と、
   前記外筒の周囲に設けられ、外壁が弾性部材で形成された空気貯留室と、
   前記空気貯留室と前記外筒の内部に形成される空間とを連通する第３の開口部と、
   を備えたことを特徴とする接触式変位測定器。
2. 前記空気貯留室が、前記ケーブル接続部の周囲に形成されることを特徴とする請求項１に記載の接触式変位測定器。
3. 前記空気貯留室が、前記ケーブル接続部の周囲に複数形成されることを特徴とする請求項２に記載の接触式変位測定器。
4. 前記空気貯留室が、前記ケーブル接続部の周囲の全周にわたって一続きの部屋として形成されることを特徴とする請求項２に記載の接触式変位測定器。
5. 前記第３の開口部は、前記外筒の内壁と前記ケーブルとの間に形成される隙間と前記空気貯留室とを連通する請求項２から４のいずれか１項に記載の接触式変位測定器。
6. 前記弾性部材はゴムであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の接触式変位測定器。

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