JP7106735B2 - Whirl-stop for optical measuring instruments - Google Patents
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Description
本発明は光学式のリニア・エンコーダを有する測定器に係り、被測定物に当接して使用するペンシル型の光学式測定器に用いて好適な回り止めに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a measuring instrument having an optical linear encoder, and more particularly to a detent suitable for use in a pencil-type optical measuring instrument that is used in contact with an object to be measured.
従来のリニア・エンコーダの例が、特許文献1に記載されている。この公報では、小型のアクチュエータを実現できる信頼性の高い小型のリニア・エンコーダを得るために、可動シャフトの端部に形成した平坦部に、フォトリソグラフィーで高反射率と低反射率の縞模様を形成したテープ状のスケール部を、取り付けている。そしてシャフトの平坦部とは異なる位置の周方向複数個所に永久磁石を取り付け、その外側に三相コイルを有する固定子を配置している。固定子の前記スケール部に対応する位置には、スケール部に対向して複数層を有する光学式センサを配置している。なお、スケール部の固定子内での回転を防ぐために、固定子端部に設けるガイド部材に、シャフトの平坦部形状に対応した矩形の開口部が形成されている。 An example of a conventional linear encoder is described in US Pat. In this publication, in order to obtain a highly reliable compact linear encoder that can realize a compact actuator, a flat portion formed at the end of a movable shaft is photolithographically patterned with high reflectance and low reflectance stripe patterns. A formed tape-like scale is attached. Permanent magnets are attached to a plurality of positions in the circumferential direction different from the flat portion of the shaft, and a stator having a three-phase coil is arranged outside the permanent magnets. An optical sensor having a plurality of layers is arranged at a position corresponding to the scale portion of the stator so as to face the scale portion. In order to prevent the scale portion from rotating within the stator, a rectangular opening corresponding to the shape of the flat portion of the shaft is formed in the guide member provided at the end of the stator.
特許文献2には、接触式変位測定器が開示されている。この公報では、プローブ部材の摺動部に滑り軸受を用い、接触子とともに上下動するプローブ部材の一端に差動トランスを構成するコアが取り付けられている。プローブを取り囲む外筒には、コアに対応する位置に差動トランスを構成するコイルユニットが組み込まれている。さらに特許文献3には、半導体製造装置等で部品吸着に用いる往復動装置において、往復動する可動部材の回転を防止する構成が開示されている。 Patent Literature 2 discloses a contact-type displacement measuring instrument. In this publication, a slide bearing is used in the sliding portion of the probe member, and a core constituting a differential transformer is attached to one end of the probe member that moves up and down together with the contactor. An outer cylinder surrounding the probe incorporates a coil unit forming a differential transformer at a position corresponding to the core. Furthermore, Patent Document 3 discloses a configuration for preventing rotation of a reciprocating movable member in a reciprocating device used for picking up parts in a semiconductor manufacturing apparatus or the like.
プローブを被測定物に当接させて変位を測定する、小型の接触式センサが多くの用途に用いられている。その中でもいわゆるペンシル型の光学式測定器は、小型であるので取り付け自由度が高いこと、及び対候性、耐環境性に富むので、アクチュエータ等の計測具に用いることが可能であり、例えば上記特許文献1では、光学式リニア・エンコーダを持つアクチュエータとして実現されている。 2. Description of the Related Art Small contact sensors that measure displacement by bringing a probe into contact with an object to be measured are used in many applications. Among them, the so-called pencil-type optical measuring instrument is compact and has a high degree of mounting flexibility, and is highly resistant to weather and environment. In Patent Document 1, it is realized as an actuator having an optical linear encoder.
光学式リニア・エンコーダでは、特にペンシル型の場合には、センサの取り付け易さから、センサは円柱状に形成したプローブを持つのが一般的である。一方、光源からの光がスケール面で透過または反射して受光部に到達するので、センサのスケール面は平面であることが検出強度を一定に保つために望ましい。 In optical linear encoders, particularly in the case of a pencil type encoder, it is common for the sensor to have a cylindrically formed probe for ease of attachment of the sensor. On the other hand, since the light from the light source is transmitted or reflected by the scale surface and reaches the light receiving section, it is desirable that the scale surface of the sensor be flat in order to keep the detection intensity constant.
そのため、特許文献1では円柱面を面落としして平面を形成し、摺動抵抗をできるだけ減らすため固定子に非接触で固定子内で回転可能に形成した円柱状のプローブを、スケール面と検出部とが常に同じ関係を維持できるよう、固定子側に設けた矩形穴でその回転を規制している。 Therefore, in Patent Document 1, the cylindrical surface is chamfered to form a flat surface, and in order to reduce the sliding resistance as much as possible, a cylindrical probe formed to be rotatable within the stator without contacting the stator is detected as the scale surface. A rectangular hole provided on the stator side regulates the rotation so that the parts can always maintain the same relationship.
その結果、矩形穴とスケール面の面落とし形状とには、挿入及びプローブの軸方向移動のために微小な隙間があり、相互の接触による摩耗の発生や摺動抵抗による摩擦の発生の恐れがある。 As a result, there is a small gap between the rectangular hole and the chamfered shape of the scale surface for insertion and axial movement of the probe, which may cause wear due to mutual contact and friction due to sliding resistance. be.
特許文献2に記載のものは小型化したリニア・エンコーダが記載されているが、作動トランス型であって、光学式ではないため、プローブの回転は許容するので、光学式センサにおけるスケール面と検出部の相対関係を保つ必要は必ずしもない。なおこの特許文献2に記載のものは、リニア・エンコーダの耐環境性を保持するため蛇腹を用いて外部汚染源からの油等の異物の混入を防止している。 The one described in Patent Document 2 describes a miniaturized linear encoder, but since it is a working transformer type and not an optical type, the rotation of the probe is allowed, so the scale surface and detection in the optical sensor It is not always necessary to maintain the relative relationship of the parts. In addition, in the apparatus disclosed in Patent Document 2, a bellows is used to prevent foreign matter such as oil from entering from an external contamination source in order to maintain the environmental resistance of the linear encoder.
異物混入は、検出部の劣化を引き起こすので避けなければならないが、蛇腹を使用するとプローブの移動とともに内部空気がダンパ作用を起こして摺動抵抗の一因となるので、蛇腹等を使用せずに摺動抵抗を低減したプローブの密封及び回転支持方法が望まれている。 Contamination with foreign matter causes deterioration of the detection part and must be avoided. A probe sealing and rotational support method with reduced sliding resistance is desired.
また特許文献3では、往復動する可動部材の往復動方向に沿って、可動磁石と固定磁石を対向配置し、往復動の戻り力を発生させるとともに、可動部材の周方向運動を規制している。しかしながらこの公報に記載の装置も、可動部材の回り止めは、本体ケース端部に設けたすべり軸受の形状を円形とは異なる形状として物理的に回動を規制することであり、可動部材と軸受が接触して回動を防止するので、スティック・スリップにより軸受で摩耗が発生することについては、考慮されていない。 In Patent Document 3, a movable magnet and a fixed magnet are arranged to face each other along the reciprocating direction of the reciprocating movable member, thereby generating a return force for the reciprocating motion and restricting the circumferential motion of the movable member. . However, in the device described in this publication as well, the rotation of the movable member is prevented by physically restricting rotation by making the shape of the slide bearing provided at the end of the main body case different from the circular shape. Wear on the bearings due to stick-slip is not taken into account since the contact prevents rotation.
本発明は上記従来技術の不具合または従来技術では未考慮の事項に鑑みなされたものであり、その目的は、スリーブ内に基本的に非接触に保持した測定プローブを有する小型ペンシル型の光学式変位測定器において、測定プローブとスリーブの周方向位置関係を常時一定に保ちながら、測定プローブの往復動に起因する、測定プローブとスリーブを含む固定部材間での摩擦及び摩耗発生を抑制することにある。本発明の他の目的は、上記目的に加え、小型のペンシル型の光学式変位測定器の構成を簡素化して、プローブの往復動による測定器内空気のダンパ作用を無くすまたは低減することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above deficiencies or unconsidered considerations of the prior art, and its object is to provide a miniature pencil-type optical displacement sensor having a measurement probe held essentially contactlessly within a sleeve. To suppress the occurrence of friction and wear between fixed members including a measuring probe and a sleeve caused by reciprocating motion of the measuring probe while always maintaining a constant circumferential positional relationship between the measuring probe and the sleeve in a measuring instrument. . Another object of the present invention, in addition to the above object, is to simplify the configuration of a small pencil-type optical displacement measuring instrument and to eliminate or reduce the damping action of the air inside the measuring instrument caused by the reciprocating motion of the probe. .
上記目的を達成する本発明の特徴は、一端側に被測定物に当接する測定子が配設され、他端側にスケールが配設された棒状の可動部と、前記可動部の反測定子側を収容する筒状部材を有し、前記可動部を支持する軸受部を有し、前記スケールに対向して配設された検出部を有する固定部と、を備えた変位測定器において、前記可動部は、前記固定部に対して回動を防止する可動部回り止め手段を有し、前記固定部は、前記可動部回り止め手段と係合する固定部回り止め手段を有し、前記可動部回り止め手段は、前記可動部の外周面に形成された突起を有し、前記固定部回り止め手段は、前記突起と係合して前記可動部の移動をガイドするガイド部を有し、前記突起と前記ガイド部とは、前記移動方向に沿って配設された永久磁石と、前記移動方向に対向して配設された永久磁石と、をそれぞれ有し、前記可動部側の永久磁石と、前記可動部側の永久磁石に対向する前記固定部側の永久磁石との磁極を同極とすることにある。 The present invention for achieving the above object is characterized in that a rod-shaped movable part having a probe contacting an object to be measured arranged on one end side and a scale arranged on the other end side, and a non-measurement probe of the movable part a fixed part having a cylindrical member that accommodates the side, a bearing part that supports the movable part, and a detection part arranged to face the scale, wherein: The movable part has a movable part anti-rotation means for preventing rotation with respect to the fixed part, the fixed part has a fixed part anti-rotation means that engages with the movable part anti-rotation means, The anti-rotation means has a projection formed on the outer peripheral surface of the movable part, the anti-rotation means for the fixed part has a guide part that engages with the projection and guides the movement of the movable part, The projection and the guide section each have a permanent magnet arranged along the movement direction and a permanent magnet arranged facing the movement direction, and the permanent magnet on the movable section side and the magnetic poles of the permanent magnets on the stationary part side facing the permanent magnets on the movable part side are the same.
また、前記固定部に設けた前記軸受部に、周方向に複数個に分割形成された永久磁石を配設し、前記可動部の外周であって前記軸受部に対応する位置に、前記軸受部の永久磁石に対応する磁極数を有する周方向に分割された複数個の永久磁石を配置してもよい。 Further, a plurality of permanent magnets divided in the circumferential direction are arranged in the bearing portion provided in the fixed portion, and the bearing portion is provided at a position corresponding to the bearing portion on the outer circumference of the movable portion. A plurality of permanent magnets divided in the circumferential direction having the number of magnetic poles corresponding to the number of permanent magnets may be arranged.
また、前記可動部のスケールは、反射部と透過部が前記移動方向に規則的に多数形成された光学リニアスケールであり、前記固定部の検出部は、前記スケールに投射した光の反射光または透過光を検出するフォトダイオードを含んでもよい。
また、前記ガイド部は溝であってもよい。
Further, the scale of the movable part is an optical linear scale in which a large number of reflecting parts and transmitting parts are regularly formed in the moving direction, and the detecting part of the fixed part receives reflected light of light projected on the scale or A photodiode may be included to detect transmitted light.
Also, the guide portion may be a groove.
また、別の形態として、一端側に被測定物に当接する測定子が配設され、他端側にスケールが配設された棒状の可動部と、この可動部の反測定子側を収容する円筒状部材を含み、前記可動部の中間部を支持する軸受部を一端側に有し、前記スケールに対向して配設された検出部を有する固定部を備えた変位測定器において、前記可動部がその長手軸周りに前記固定部に対して回動するのを防止する、可動部回り止め手段を前記可動部に、固定部回り止め手段を前記固定部にそれぞれ設け、前記可動部回り止め手段と前記固定部回り止め手段は、ともに磁石手段を含んでもよい。 Further, as another form, a rod-shaped movable part having one end provided with a probe that abuts on the object to be measured and a scale provided at the other end, and the opposite side of the probe to this movable part are accommodated. A displacement measuring instrument comprising a fixed part having a cylindrical member, a bearing part supporting an intermediate part of the movable part on one end side, and a detecting part disposed facing the scale, a movable portion anti-rotation means and a fixed portion anti-rotation means are provided on the movable portion and fixed portion anti-rotation means for preventing the portion from rotating about its longitudinal axis with respect to the fixed portion; The means and said fixed portion anti-rotation means may both comprise magnet means.
そしてこの特徴において、前記可動部回り止め手段は前記軸受部よりも前記スケール側に設けられた長円形または矩形の突起とこの突起の周囲面であって長手方向に配設された永久磁石を有し、前記固定部回り止め手段は前記突起の前記長手方向の移動範囲に応じて形成された長円形または矩形の溝とこの溝の長手方向内周面に配設した永久磁石を有し、前記可動部側の永久磁石と前記可動部側永久磁石に対向する前記固定部側の永久磁石の磁極を、同極とするのが好ましく、また、前記固定部側の永久磁石は前記溝の長手方向内面に間隔を置いて複数個配設されており、前記間隔を置いた永久磁石間にコイル磁石を配設してもよい。 In this feature, the movable portion anti-rotation means has an oval or rectangular projection provided closer to the scale than the bearing portion and a permanent magnet arranged on the peripheral surface of the projection in the longitudinal direction. and the fixing portion anti-rotation means has an oval or rectangular groove formed according to the longitudinal movement range of the projection and a permanent magnet disposed on the longitudinal inner peripheral surface of the groove, It is preferable that the magnetic poles of the permanent magnet on the movable part side and the permanent magnet on the fixed part side facing the permanent magnet on the movable part side have the same polarity, and the permanent magnet on the fixed part side is arranged in the longitudinal direction of the groove. A plurality of permanent magnets may be arranged at intervals on the inner surface, and coil magnets may be arranged between the permanent magnets at intervals.
上記特徴において、前記固定部の一端側に設けた軸受部に、周方向に複数極に分割形成された永久磁石を配設し、前記可動部の外周であって前記軸受部に対応する位置に、前記軸受部の永久磁石に対応する磁極数を有する周方向に分割された複数個の永久磁石を配置してもよく、前記可動部のスケールは、反射部と透過部が前記長手方向に規則的に多数形成された光学リニアスケールであり、前記固定部の検出部は、前記スケールに投射した光の反射光または透過光を検出するフォトダイオードを含むものであってもよい。また、前記可動部の前記回り止めと前記固定部の前記検出部間にばねを配設するとともに、長円形または矩形の前記回り止めの前記長手方向側両端面および前記固定部の長円形または矩形の前記溝の長手方向両内側端面にそれぞれ永久磁石を配設し、対向する永久磁石の磁極を同極としてもよい。 In the above feature, a permanent magnet divided into a plurality of poles in the circumferential direction is arranged in a bearing portion provided on one end side of the fixed portion, and a permanent magnet is provided at a position corresponding to the bearing portion on the outer periphery of the movable portion. , a plurality of circumferentially divided permanent magnets having a number of magnetic poles corresponding to the number of magnetic poles of the permanent magnets of the bearing portion may be arranged, and the scale of the movable portion has a reflective portion and a transmissive portion arranged in the longitudinal direction. The optical linear scale may be formed in large numbers, and the detection section of the fixed section may include a photodiode for detecting reflected light or transmitted light of light projected onto the scale. Further, a spring is provided between the detent of the movable portion and the detection portion of the fixed portion, and both end surfaces of the detent of the detent in the oval or rectangular shape in the longitudinal direction and the oval or rectangular shape of the fixed portion are provided. Permanent magnets may be disposed on both inner end surfaces of the groove in the longitudinal direction, and the magnetic poles of the opposing permanent magnets may be the same.
本発明によれば、プローブの周方向変位を防止する回り止めを永久磁石で構成したので、光学式の変位測定器において、測定プローブが、測定プローブに対向して配置される検出部及び測定部を内蔵するスリーブに対する非接触の状態を維持できるので、測定プローブと固定部材間の摩擦や摩耗の発生を抑制できる。また、従来使用されてきた蛇腹やばね等の部品を省くことが可能になり、変位測定器の構成が簡素化するとともに、測定器内の空気の圧縮が低減され、測定器内部空気によるダンパ作用が無くなるまたは低減される。 According to the present invention, the detent for preventing the circumferential displacement of the probe is composed of a permanent magnet. Since it is possible to maintain a non-contact state with respect to the sleeve containing the measurement probe, it is possible to suppress the occurrence of friction and wear between the measurement probe and the fixed member. In addition, it is possible to omit conventionally used parts such as bellows and springs, simplifying the configuration of the displacement measuring instrument and reducing the compression of the air inside the measuring instrument. is eliminated or reduced.
以下、本発明に係る小型ペンシル型の変位測定器100の一実施例を、図面を用いて説明する。小型ペンシル型の変位測定器100は、光学式スケールを採用したエンコード方式の高精度接触式デジタル測長機であり、隣接した多点計測に好適で様々な形状の測定を正確に実行可能である。また、測定子10側に蛇腹ブーツ14を備えること等により、防水性や耐環境性を向上でき、一般的なクーラントや油に対しても耐性を持たせることが可能になる。
An embodiment of a small-sized pencil-type displacement measuring
図1に、本発明に係る小型ペンシル型の変位測定器100の縦断面図(同図(b))とそのA部上面図(同図(a))を示す。変位測定器100は、大別して測定子10を一端側に有する可動部20と、この可動部20の一部を収納する外形ほぼ円筒状の固定部62とから構成される。可動部20の一部を図2(a)に、固定部62の一部を分解斜視図で図2(b)に示す。
FIG. 1 shows a vertical cross-sectional view (FIG. 1(b)) and a top view of a portion A thereof (FIG. 1(a)) of a small-sized pencil-type
図1(b)において、可動部20は、図示しない被測定物に当接するほぼ半球状の接触子12とこの接触子を保持する測定子10を一端側に有する。測定子10の反接触子側には、丸棒状の軸部30が取り付けられている。軸部30の反測定子側には、詳細を後述する本発明の特徴的構成である回り止め80を有する。
In FIG. 1(b), the
可動部20には段付き軸部32が形成されており、その周方向1か所に軸方向に延び、段付き軸部32から外径側に突出した回り止め80が設けられている。段付き軸部32よりもさらに反測定子側には、後述するコイルばね38を巻回するために、段付き軸部32よりも小径の保持部34が形成されている。保持部34は、図2(a)に示すように、段付き軸部32側から軸方向中間部までは円柱形状(中実軸状)であるが、中間部から他方の軸端までは、水平面で切断した断面半円形状の切り落とし部35を形成している。
A stepped
切り落とし部35の軸端側には、さらに光学スケール76の厚さだけ半円形状から水平面で切り込まれたスケール取り付け部36が形成されている。すなわち、接着剤等を用いて光学スケール76をスケール取り付け部36に取り付けたときに、スケール76の上面がほぼ切り落とし部35の上面と一致する、円の2分割面になるようにその切込み深さを調整している。
On the axial end side of the cut-off
光学スケール76はリニアスケールとして知られているものであり、ガラス等の透明基板に反射部をエッチング等で長手方向に等間隔に構成しており、基板の地の部分を透過部として利用している。透過部と反射部の幅は実質的に等しく、透過部と反射部の対がなすピッチは、例えば20μmである。すなわち、透過部と反射部の幅はそれぞれほぼ10μmである。
The
40は可動部が図1(b)中で左右方向(X方向)に移動するのを低摩擦及び低コンタミで支持する軸受(軸受部とも称する)であり、含油軸受や非接触型の軸受を採用している。軸受(軸受部)40の一実施例では、軸受40は周方向に複数個に分割されて交互にS極とN極が配列された永久磁石からなる磁気軸受を有し、この軸受40に対向する可動部20の軸部30外周には、軸受40に構成されたのと同磁極で同数の永久磁石が周方向に分割配列されている。可動部20の軸部30が軸受40に相対的にX方向に移動するので、可動部20の軸受40に対向する面の長手方向長さは、軸受40の長さより長くなる。したがって、軸受40を永久磁石で構成する場合には、軸部30に設ける永久磁石の長さは、軸受40の長さに可動部20のX方向変位を加えた長さ以上とすることが望ましい。
固定部62の先端側(図1(b)で左側)と測定子10の反接触子端面間には、蛇腹ブーツ14が気密に取り付けられており、可動部20が固定部62に対して動いても、変位測定器100の周囲環境に含まれる油やクーラント等の外部の塵埃が、固定部62の内部に侵入するのを防止している。蛇腹ブーツ14は測定子10の測定に影響を与えないよう低剛性に形成されているとともに、耐環境性材料から構成されている。
A bellows
固定部62の軸受40より反蛇腹ブーツ側(図1(b)で右側)には、変位測定器100の外径をほぼ円筒状に気密に構成するために、軸受40への接続側を円筒状に形成され、多くの切り欠き部を有するケース42と、このケース42のカバー案内部44の外周に沿う薄肉円筒状のカバー60が設けられている。カバー60は、ケース42のほぼ全長手方向を覆う。カバー60がケース42に嵌合する側の反対端には、本変位測定器100の電子部品に延びる信号線92や電線94が接続されるターミナル部90が配設されており、ターミナル部90とカバー60はOリング等の機械的な封止手段もしくは接着等の方法で、気密化されている。ターミナル部90には、本変位測定器100を制御する制御器に接続するケーブルが接続されているが、図示を省略している。
On the side opposite to the bellows boot from the bearing 40 of the fixing portion 62 (on the right side in FIG. 1(b)), the connection side to the
図2(b)は、カバー60と軸受40を取り除いた固定部62を示す。図2(b)を参照して、ケース42及びその周りをさらに説明する。ケース42には、ワイヤ放電加工等で複雑形状の複数の切り欠き部を有するように形成されている。すなわち、図2(b)のほぼ左半分の部分は、ばね当接部45まで中空円筒形上に形成されて、可動部20を受け入れる形状になっている。そして、上面には、長円形の溝50が形成されており、可動部20の回り止め80が長手方向に移動できる回り止め用溝となっている。溝50の周縁部には、溝縁部磁石82が接着等で取り付けられている。可動部20の回り止め80と溝縁部磁石82は、回り止め部84を構成する。
FIG. 2(b) shows the
下側にも穴48が形成されており、調整等に使用される。ばね当接部45はほぼ上半分にのみ形成された壁であり、可動部20の段付き軸部32の壁面との間で、コイルばね38を保持する。コイルばね38は、本変位測定器100を使用した後の、測定子10をX方向に左側へ戻すためのものである。なおカバー案内部44の内面とばね当接部45につながるばね保持部46の内面が、コイルばね38を保持及びガイドする。
A
ばね当接部45の右側には台状に基板受け部52が形成されており、固定部62の反軸受部端に形成した基板受け部56とで、光学式エンコーダを形成する受光部72が搭載された電子基板70を搭載する。したがって両基板受け部52、56は同一平面を形成しており、端部の基板受け部56は半円よりやや大きな切頭円柱である。電子基板70は、下面に受光部72や回路素子74が搭載されて基板受け部52、56に載置され、一端側が基板受け部52に形成したねじ穴52aと電子基板70に形成した取り付け穴70aを用いて止めねじ78で固定される。同様に、他端側が基板受け部56に形成したねじ穴56aと電子基板70に形成した取り付け穴70bを用いて、止めねじ78で固定される。受光部72は、フォトダイオードなどの受光素子を有し、受光素子がリニアスケールを構成する反射部、透過部に投射された光の反射光または透過光を検出する。
A
電子基板70を基板受け部52、56に固定した状態で、受光部72の下面と可動部20に取り付けた光学スケール76の上面との間の距離が、光学式測定に適切な距離となるよう、基板受け部52、56の水平面高さが設定されている。電子基板70に搭載した受光部72や回路素子74を固定部62内に収容するため、固定部には半円型の切り欠き部59が形成されており、さらにこの半円型の切り欠き部59の下側部分には、組み立て等の便のために切り欠き部58が長手方向に延びて形成されている。上述したように、電子基板70には、図示しないターミナル部から信号線92や電力用の電線94が複数本(図1(b)では簡便のためそれぞれ1本のみ記載)取り付けられている。
With the
このように構成した本変位測定器100の回り止め部84の詳細を、図3及び図4を用いて説明する。図3(a)は回り止め部84の周方向展開図であり、図1(a)に対応する図であり、図3(b)は図3(a)のB‐B断面図である。図4は可動部20と固定部62の相対変位を説明する図であり、同図(a)はヨー動とロール動を説明する図、同図(b)はロール動による可動部20と固定部62の相対変位を示す図、同図(c)はヨー動による可動部20と固定部62の相対変位を示す図である。
Details of the
固定部62のカバー案内部44とばね保持部46にわたって、長手方向に長円形の溝50(図3(a)にはその一部を記載)が形成されている。溝50の内周面では溝50の全周にわたって、最内側に永久磁石(N極)822が、その外側に永久磁石(S極)821が積層されて形成されている。一方、可動部20の段付き軸部32には長円形の溝が形成されており、この溝に回り止め80が嵌合されている。回り止め80は長円形柱であり、断面矩形の高剛性の金属製固定軸806が中心に配置され、その周りであって長辺側には順に永久磁石(S極)802、永久磁石(N極)801が積層されて、接着等で取り付けられている。一方固定軸806の短辺側では、内側から順に永久磁石(N極)803、永久磁石(S極)804が積層されて、接着等で取り付けられている。各磁石801~804の角部は、樹脂等で固められた後丸み付処理されて回り止め80が完成する。上記各磁石の材料は高磁力を発生できる材料が好ましく、例えば希土類磁石のネオジムやサマリウムコバルトやフェライト磁石を使用する。
An oval groove 50 (part of which is shown in FIG. 3A) is formed in the longitudinal direction across the
磁石821、822からなり溝50の内周に配設される溝縁部磁石82、および回り止め80に配置される磁石801~804の磁極をこのように構成したので、溝縁部磁石82を備えた固定部62と回り止め80とは常時互いに反発する反発力を生じており、可動部20が長手方向に移動する際に、たとえその長手方向軸周りに回動(ロール動)するような力が加えられても、上記回り止め部84の磁石822、801の相互作用により復元力が発生し、その回転方向位置を一定に保つ。したがって、回り止め80が固定部62に接触するのも防止され、可動部20の移動に伴うコンタミの発生を防止できる。また、回り止め80が長円形であり、磁石801、802も長手方向に所定長さを有しているので、可動部20のある点周りの変位(ヨー動)を防止できる。さらに、回り止め80の角部に丸みを形成したので、溝50の端部に万一回り止め80が当接しても、塵埃等のコンタミが発生するのが防止される。
Since the
一方、測定を終えて測定子10が被測定物から解放されると、可動部20はコイルばね38の復元力により初期位置に戻るが、その際回り止め80の短辺部に設けた磁石804と溝50の内面の磁石822の相互作用により、その復元動作が緩衝され溝50の端部円弧部との当接が回避され、この場合にもコンタミの発生を防止できる。
On the other hand, when the measurement is finished and the
また、磁石804、822の相互作用により磁気ばねが生成され、測定時に可動部20の絶対変位量の変化による影響を緩和し、被測定物に対してほぼ一定の接触応力を付与することが可能になり、計測精度が向上する。さらに、磁気ばねにより重力のない環境や空気のない真空環境等での計測時にも接触応力をほぼ一定にすることが可能になる。さらにまた、蛇腹ブーツ14やケース54で気密化したことにより、可動部20が変位すると内部空気が空気ばねとして作用し、これは計測時の抵抗になるが、そのような場合にも所定の速さで可動部20を長手方向(X方向)に動かすことが可能になる。
In addition, a magnetic spring is generated by the interaction of the
溝50の磁石822と回り止めの磁石801の相互作用によりロール動を抑制する結果、図4(b)に示すように、何らかの要因で可動部20に取り付けた光学スケール76が破線で示した位置76aに変化しても位置は即座に復元され、光学スケール76と受光部72間は適正隙間dに戻され、高精度な測定を可能にする。同様に何らかの要因で可動部20が長手方向からΔθだけ傾いて、図4(c)に示すように光学スケール76が位置76bへ変化しても、上述した磁石の相互作用により光学スケール76の位置は即座に復元され、光学スケール76と受光部72の相対位置が一定に保たれる。
As a result of the interaction between the
図5に本発明に係る回り止め部84の変形例を示す。本変形例が上記実施例と異なるのは、固定部62に形成した溝50の内周面に取り付ける永久磁石を分割形状とし、分割した磁石を所定間隔を置いて配置し、各隣り合う磁石間にコイル磁石を配置したことにある。なお溝50の円弧部の磁石は分割せずに、図3に示した実施例と同様の構成である。
FIG. 5 shows a modification of the
具体的には、長手方向長さを所定長さとした分割磁石822、821を溝50の長手部内面に積層して接着等で配設し、隣り合う分割磁石822、821の間にコイル磁石825を配設している。コイル磁石825は、芯811の周りにコイル812が巻回された磁石であり、コイル812は図示しない電線により電子基板70に接続されている。コイル812の端部への印加電流を制御することにより、発生する磁力を変化させる。その場合、各コイル812ごとの印加電流の大きさや流れる方向を制御すると、可動部20の長手方向位置に応じてコイル812の発生する磁力の強さや方向を変化させることができ、測定子10の測定位置に応じて可動部20の移動速さを変化させることができ、一定なまたは変化する可動部20の最適長手方向移動速度を得ることができる。また、上記印加電流の向きや方向を制御することにより、測定子10による被測定物への測定圧(押圧力)を調整することもできる。
Specifically, split
以上説明したように本実施例及び変形例によれば、接触して計測するペンシル型の変位測定器において、可動部の回り止めと固定部の溝の双方に永久磁石を配置したので、可動部と固定部の接触を極力回避でき、変位測定器内部でのコンタミの発生を防止できる。また万一コンタミが発生しても磁性金属粉であれば磁石に吸着することができ、光学式変位測定部に対するコンタミによる測定精度劣化の悪影響を防止できる。さらに、可動部の固定部に対する相対ヨー動、ロール動を磁石が復元するので、光学スケールと受光部の相対姿勢を一定に保持できる。 As described above, according to the present embodiment and the modified example, in the pencil-type displacement measuring instrument for contact measurement, permanent magnets are arranged in both the anti-rotation of the movable part and the grooves of the fixed part. Contact with the fixed part can be avoided as much as possible, and the occurrence of contamination inside the displacement measuring instrument can be prevented. In addition, even if contamination occurs, the magnetic metal powder can be attracted to the magnet, thereby preventing adverse effects of deterioration of measurement accuracy due to contamination on the optical displacement measuring unit. Furthermore, since the magnet restores the relative yaw motion and roll motion of the movable portion with respect to the fixed portion, the relative posture between the optical scale and the light receiving portion can be kept constant.
10…測定子、12…接触子、14…蛇腹ブーツ、20…可動部、30…軸部、32…段付き軸部、32a…ばね当接面、34…保持部、34a…ばね巻回面、35…切り落とし部、36…スケール取り付け部、38…コイルばね、40…軸受(部)、42…ケース、43…ケース端部、44…カバー案内部、45…ばね当接部、46…ばね保持部、48…穴、50…(回り止め用)溝、52…基板受け部、52a…取り付けねじ穴、54…ケース、56…基板受け部、56a…取り付けねじ穴、58、59…切り欠き部、60…カバー、62…固定部、70…電子基板、70a、70b…取り付け穴、72…受光部、74…回路素子、76…(光学)スケール、76a…(ロール変位後の)スケール、76b…(ヨー変位後の)スケール、78…止めねじ、80…回り止め、82…溝縁部磁石、84…回り止め部、90…ターミナル部、92…信号線、94…電線、100…(ペンシル型)変位測定器、801、803…永久磁石(N極)、802、804…永久磁石(S極)、806…固定軸、811…芯、812…コイル、821…永久磁石(S極)、822…永久磁石(N極)、825…コイル磁石、d…隙間、Δθ…ヨー変位量
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記可動部は、前記固定部に対して回動を防止する可動部回り止め手段を有し、
前記固定部は、前記可動部回り止め手段と係合する固定部回り止め手段を有し、
前記可動部回り止め手段は、前記可動部の外周面に形成された突起を有し、
前記固定部回り止め手段は、前記突起と係合して前記可動部の移動をガイドするガイド部を有し、
前記突起と前記ガイド部とは、前記移動方向に沿って配設された永久磁石と、前記移動方向に対向して配設された永久磁石と、をそれぞれ有し、
前記可動部側の永久磁石と、前記可動部側の永久磁石に対向する前記固定部側の永久磁石との磁極を同極とすることを特徴とする変位測定器。 A rod-shaped movable part having a probe contacting an object to be measured arranged on one end side and a scale arranged on the other end side; A displacement measuring instrument comprising: a fixed portion having a bearing portion that supports the movable portion;
the movable part has a movable part anti-rotation means for preventing rotation with respect to the fixed part;
The fixed part has a fixed part anti-rotation means that engages with the movable part anti-rotation means,
the movable portion detent means has a projection formed on the outer peripheral surface of the movable portion;
The fixed portion anti-rotation means has a guide portion that engages with the projection and guides the movement of the movable portion,
The projection and the guide part each have a permanent magnet arranged along the movement direction and a permanent magnet arranged facing the movement direction,
A displacement measuring instrument, wherein the magnetic poles of the permanent magnet on the movable part side and the permanent magnet on the fixed part side facing the permanent magnet on the movable part side are the same.
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