JP7697698B2 - 空気マイクロメータの測定ヘッドおよび該測定ヘッドを備えた空気マイクロメータ - Google Patents

Description

本発明は空気マイクロメータの測定ヘッドおよび該測定ヘッドを備えた空気マイクロメータに係る。特に、本発明は測定対象物の形状に応じた測定ヘッドの改良に関する。

従来、特許文献１や特許文献２に開示されているような空気マイクロメータが知られている。この空気マイクロメータは、一定圧に制御された圧縮空気を測定ヘッドの空気吹出孔から吹き出し、この空気吹出孔の前に測定対象物を置いた場合に、該空気吹出孔と測定対象物との間隔の大小によって吹き出される空気量や背圧が変化することを利用して、その流量変化や圧力変化に応じてガラス管内を上下動するフロートを利用したアナログ表示を行ったり、前記変化を電気信号に変換して演算処理し、前記間隔の測定結果のデジタル表示を行ったりするものである。

特開２００１－３４９７１９号公報 特開２００１－１６５６４２号公報

従来の空気マイクロメータは、一般的に測定対象物に形成されている単一内径の開口部の内径を測定するものとして開発が進められてきた。このため、測定ヘッドとしては、測定対象物の開口部の内径に対応する外径（開口部の内径よりも僅かに小さい外径）を有し、その外周面における周方向に亘る複数箇所に空気吹出孔が設けられた構成となっている。

ところで、空気マイクロメータとして、複雑な形状の測定対象物に対しても開口部の内径を測定可能とするものの需要が高まっている。その一例として、測定対象物に、略同軸上に小径開口部と大径開口部とが軸心（中心線）に沿う方向で連続して成る開口部が形成されている場合に、これら小径開口部および大径開口部の各内径を同時に測定できる空気マイクロメータに対する需要がある。このように小径開口部および大径開口部の各内径を同時に測定できるようにすれば、各開口部の内径を測定するための測定作業の高効率化や測定に要する時間の短縮化を図ることができる。

この要求に応えるために、小径開口部に挿入されて該小径開口部の内径を測定するための小径測定ヘッドと、大径開口部に挿入されて該大径開口部の内径を測定するための大径測定ヘッドとを、互いの軸心同士を位置合わせして一体成形した測定ヘッドを採用することが考えられる。

しかしながら、小径開口部と大径開口部とは必ずしも同軸上に形成されている保証はなく、製造誤差等に起因してこれら開口部には心ズレが生じている場合がある。このような心ズレが生じている場合、小径開口部に対して小径測定ヘッドを挿入しようとする際に、大径測定ヘッドの端面が大径開口部の開口縁に干渉してしまって各開口部に各測定ヘッドを挿入することができない可能性がある。この場合、各内径を同時に測定することが不可能となる。また、仮に各開口部に各測定ヘッドを挿入できたとしても、前記心ズレに起因して何れかの測定ヘッドの外周面と開口部の内周面とが摺接する状態となる可能性があり、この場合、測定精度に悪影響を与えてしまう可能性がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、小径開口部および大径開口部の各内径を高い精度で同時に測定することを可能にする空気マイクロメータの測定ヘッドを提供することにある。

前記の目的を達成するための本発明の解決手段は、測定対象物の開口部に挿入されて該開口部の内面に向けて圧縮空気を吹き出すことにより前記開口部の内側の寸法を測定する構成とされた空気マイクロメータの測定ヘッドを前提とする。そして、前記測定対象物に、内径寸法が互いに異なる複数種類の開口部が連続して形成されている場合に、この空気マイクロメータの測定ヘッドは、前記各開口部のうち小径の開口部に挿入される小径測定ヘッドおよび大径の開口部に挿入される大径測定ヘッドを備え、前記小径測定ヘッドに対し前記大径測定ヘッドが第１のフローティング機構によって径方向への相対変位が可能に支持されていることを特徴とする。

この特定事項により、測定対象物の製造誤差等に起因して小径の開口部（以下、単に小径開口部という場合もある）と大径の開口部（以下、単に大径開口部という場合もある）との間に心ズレが生じている場合であっても、第１のフローティング機構による大径測定ヘッドと小径測定ヘッドとの径方向での相対変位によって、小径開口部に対する小径測定ヘッドの挿入および大径開口部に対する大径測定ヘッドの挿入を行うことが可能になる。これにより、小径測定ヘッドの空気吹出孔から小径開口部の内面に向けての空気の吹き出しによる当該小径開口部の内径の測定、および、大径測定ヘッドの空気吹出孔から大径開口部の内面に向けての空気の吹き出しによる当該大径開口部の内径の測定を高い精度で同時に行うことが可能になる。

また、前記大径測定ヘッドの軸心部分には当該軸心に沿って貫通する貫通孔が設けられ、前記小径測定ヘッドが前記貫通孔に挿通されており、前記第１のフローティング機構は、前記小径測定ヘッドの外面と前記大径測定ヘッドの内面との間にパッキンが介在されて構成されている。

この構成によれば、パッキンの弾性変形に伴って各測定ヘッド同士の間での径方向での相対変位が可能であるばかりでなく、小径測定ヘッドの外面と大径測定ヘッドの内面との間をパッキンによってシールすることも可能である。これにより、小径測定ヘッドと大径測定ヘッドとの間で測定用の空気を流通させる構成となっている場合、小径測定ヘッドの外面と大径測定ヘッドの内面との間の空間を経て測定用の空気が外部に漏れ出てしまうといったことを抑制でき、高い測定精度を得ることが可能である。また、パッキンによって第１のフローティング機構を構築していることにより、この第１のフローティング機構の小型化による省スペース化および低コスト化を図ることもできる。

また、前記小径測定ヘッドはヘッドベース部材に支持されており、前記ヘッドベース部材に対し前記小径測定ヘッドが第２のフローティング機構によって径方向への相対変位が可能に支持されている。

この構成によれば、ヘッドベース部材に対する小径測定ヘッドの径方向での相対変位によって、小径開口部に対する小径測定ヘッドの挿入を容易に行うことが可能になる。これにより、各測定ヘッドを各開口部それぞれに挿入することがより確実に可能となり、小径開口部の内径および大径開口部の内径の同時測定を確実に行うことが可能になる。

この場合の第２のフローティング機構としては、一対のレースを備え、一方のレースが前記小径測定ヘッドに固定され、他方のレースが前記ヘッドベース部材に固定されたスラストベアリングを備えて構成されている。

小径測定ヘッドの第２のフローティング機構としてスラストベアリングを採用したことにより、小径測定ヘッドのフローティング支持状態を長期間に亘って安定的に維持することができる。

また、前述した構成の測定ヘッドを構成する小径測定ヘッドおよび大径測定ヘッドそれぞれの内部に設けられている空気通路の構成としては以下のものが挙げられる。つまり、前記小径測定ヘッドには、前記小径の開口部の内面に向けて空気を吹き出す小径測定用空気吹出孔が形成されており、前記大径測定ヘッドには、前記大径の開口部の内面に向けて空気を吹き出す大径測定用空気吹出孔が形成されている。また、前記小径測定ヘッドには、前記小径の開口部への挿入方向に沿う方向に延在して前記小径測定用空気吹出孔に繋がる小径測定用空気通路と、前記挿入方向に沿う方向に延在して前記大径測定用空気吹出孔に向けて測定用の空気を供給するための大径測定用上流側空気通路とが設けられている。また、前記大径測定ヘッドには、前記挿入方向に沿う方向に延在して前記大径測定用空気吹出孔に繋がる大径測定用下流側空気通路が設けられており、前記小径測定ヘッドおよび前記大径測定ヘッドそれぞれには、前記大径測定用上流側空気通路と大径測定用下流側空気通路とを連通させるように前記挿入方向に対して交差する方向に延在する連絡通路が設けられている。そして、前記パッキンは、前記挿入方向に沿う方向における前記連絡通路の両側にそれぞれ配設されている。

この構成によれば、大径測定用上流側空気通路と大径測定用下流側空気通路とを連通させる連絡通路は、小径測定ヘッドの外面と大径測定ヘッドの内面との間の空間にも連通することになるが、この連絡通路の両側にパッキンが設けられていることにより、連絡通路から各測定ヘッド同士の間の空間を経て空気が外部に漏れ出てしまうといったことを抑制できる。つまり、パッキンに、第１のフローティング機構としての機能と、空気が外部に漏れ出てしまうことを抑制するシール機能とを兼用させることができ、これら機能を省スペース化を図りながら実現することができる。

また、前述した構成の測定ヘッドを備えた空気マイクロメータも本発明の技術的思想の範疇である。つまり、前記小径測定ヘッドから前記小径の開口部の内面に向けて圧縮空気を吹き出すことにより得られた前記小径の開口部の内側の寸法の測定結果、および、前記大径測定ヘッドから前記大径の開口部の内面に向けて圧縮空気を吹き出すことにより得られた前記大径の開口部の内側の寸法の測定結果をそれぞれ表示可能な表示部を備えた空気マイクロメータである。

これにより、小径開口部および大径開口部の各内径を高い精度で同時に測定することを可能にする空気マイクロメータを実現することができる。

本発明では、測定対象物に形成されている複数種類の開口部（内径寸法が互いに異なり且つ連続する複数種類の開口部）のうち小径開口部に挿入される小径測定ヘッドに対し、大径開口部に挿入される大径測定ヘッドを第１のフローティング機構によって径方向への相対変位を可能に支持している。このため、測定対象物の製造誤差等に起因して小径開口部と大径開口部との間に心ズレが生じている場合であっても、小径開口部に対する小径測定ヘッドの挿入および大径開口部に対する大径測定ヘッドの挿入を行うことが可能になる。その結果、小径測定ヘッドの空気吹出孔から小径開口部の内面に向けての空気の吹き出しによる当該小径開口部の内径の測定、および、大径測定ヘッドの空気吹出孔から大径開口部の内面に向けての空気の吹き出しによる当該大径開口部の内径の測定を高い精度で同時に行うことが可能になる。

実施形態に係る空気マイクロメータの全体構成を示す図である。 実施形態に係る空気マイクロメータの制御系の概略を示すブロック図である。 実施形態に係る空気マイクロメータの測定ヘッドおよびその周辺を示す断面図である。 実施形態に係る小径測定ヘッドにおける小径測定ヘッドゲージ部の基端部およびその周辺を示す断面図である。 図５（ａ）は図３におけるａ－ａ線に沿った断面図であり、図５（ｂ）は図３におけるｂ－ｂ線に沿った断面図であり、図５（ｃ）は図３におけるｃ－ｃ線に沿った断面図であり、図５（ｄ）は図３におけるｄ－ｄ線に沿った断面図であり、図５（ｅ）は図３におけるｅ－ｅ線に沿った断面図である。 図６（ａ）は図５（ａ）におけるｆ－ｆ線に対応した位置での断面図であり、図６（ｂ）は図５（ａ）におけるｇ－ｇ線に対応した位置での断面図であり、図６（ｃ）は図５（ａ）におけるｈ－ｈ線に対応した位置での断面図である。 図７（ａ）は上下方向に空気を吹き出す上下方向吹き出し系の空気供給経路を説明するための概略図であり、図７（ｂ）は水平方向に空気を吹き出す水平方向吹き出し系の空気供給経路を説明するための概略図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、２種類の測定ヘッドを備え、各測定ヘッドが共にフローティング機構によって支持されている構成を例に挙げて説明する。尚、本発明の技術的思想は、３種類以上の測定ヘッドを備え、各測定ヘッドが共にフローティング機構によって支持されている構成も含む。

－空気マイクロメータの全体構成－
先ず、本発明に係る測定ヘッドを備えた空気マイクロメータの全体構成について簡単に説明する。図１は、本実施形態に係る空気マイクロメータ１の全体構成を示す図である。この図１に示すように、本実施形態に係る空気マイクロメータ１は、コンプレッサ等の空気圧発生源（図示せず）と、空気圧発生源より吐出された圧縮空気中のミストを捕集するミストセパレータ２と、空気圧発生源より吐出された圧縮空気を設定圧力に調整するレギュレータ３と、レギュレータ３を経て設定圧力の空気が供給される測定ヘッド４と、測定ヘッド４が測定対象物Ｗの開口部Ｈ１，Ｈ２に挿入された際に該測定ヘッド４を介して測定された圧力変化を電気信号に変換するとともに、変換された電気信号に基づいて演算処理し、演算結果を表示する制御装置５とを備えた構成となっている。

測定ヘッド４は、自動機の測定ステージに固定された測定対象物Ｗに対して図示しない移動機構を介して進退するように設けられている。

また、制御装置５は、図２に示すように、測定対象物Ｗの開口部Ｈ１，Ｈ２に測定ヘッド４を挿入した際に測定された圧力変化を電気信号に変換する空気電気変換手段５１と、空気電気変換手段５１によって変換された電気信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換手段５２と、アナログデジタル変換手段５２によって変換されたデジタル信号が入力されるとともに、入力されたデジタル信号を、予め組み込まれたプログラムにしたがって演算処理するＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭを含む測定データ演算手段５３と、測定データ演算手段５３において演算処理された結果を測定値として表示するＬＥＤなどの測定データ表示手段５４とを含んだ構成となっている。

なお、詳細には図示しないが、制御装置５には、液晶モニタなどの表示装置や、キーボードなどの入力装置を別途接続することができ、入力装置を通して各種データなどを入力し、演算結果などを表示装置に表示することもできる。

－測定ヘッドの構成－
次に、本実施形態の特徴である測定ヘッド４の構成について説明する。本実施形態に係る測定ヘッド４は、内径寸法が互いに異なる２種類の開口部Ｈ１，Ｈ２を有する測定対象物Ｗにおける前記各内径寸法の同時測定を可能に構成されたものである。

ここで測定対象物Ｗについて説明する。図１に示すように、本実施形態に係る測定ヘッド４を利用して測定される測定対象物Ｗは、中央部に２種類の開口部Ｈ１，Ｈ２を有している。具体的には、図１に示すように、右側（測定ヘッド４が挿入される奥側）に位置する小径開口部Ｈ１と、該小径開口部Ｈ１の左側（測定ヘッド４が挿入される手前側）に連続し、該小径開口部Ｈ１の内径寸法よりも大径とされた大径開口部Ｈ２とを備えている。これら小径開口部Ｈ１および大径開口部Ｈ２は、略同軸上において軸心に沿う方向で連続して形成されたものである。言い換えると、これら小径開口部Ｈ１および大径開口部Ｈ２は、その内面形状（各開口部Ｈ１，Ｈ２の中心線に直交する鉛直方向に沿う方向での断面の内縁形状）における中心線が略一致した同軸上に形成されたものである。

図３は、本実施形態に係る空気マイクロメータ１の測定ヘッド４およびその周辺を示す断面図である。この図３では、中心線Ｏの上側が測定ヘッド４の上下方向での断面を示しており、中心線Ｏの下側が測定ヘッド４の水平方向での断面を示している。尚、この図３では、必要に応じて（内部に形成されている空気通路等の見やすさ等を考慮して）断面を表すハッチングを部分的に省略している。

尚、以下の説明では、測定対象物Ｗの開口部Ｈ１，Ｈ２に対して水平方向から測定ヘッド４を挿入することを前提とし、図３における右側（測定対象物Ｗの開口部Ｈ１，Ｈ２に対して測定ヘッド４を挿入していく側）を先端側と呼び、該先端側とは反対側（図３における左側）を基端側と呼ぶこととする。また、図３に示すように測定ヘッド４を横置きとした場合（中心線Ｏの延在方向を水平方向とした場合）における鉛直方向上側を単に上側と呼び鉛直方向下側を単に下側と呼ぶこととする。更に、測定ヘッド４を横置きとした場合における当該測定ヘッド４の軸心周り（中心線Ｏ周り）の方向を周方向と呼ぶこととする。

測定ヘッド４は、ヘッドベース部材６（図３では、このヘッドベース部材６の先端側部分のみを示している）の先端部にスラストベアリング６１，６１を介して支持された小径測定ヘッド７と、該小径測定ヘッド７に対し、外周側において後述するフローティング機構９を介して支持された大径測定ヘッド８とを備えている。以下、ヘッドベース部材６、小径測定ヘッド７および大径測定ヘッド８それぞれについて具体的に説明する。

（ヘッドベース部材）
ヘッドベース部材６は、基端側（図３における左側）に位置する第１シャフト部材６２と、該第１シャフト部材６２の先端側にボルト締結された第２シャフト部材６３とを有している。これらシャフト部材６２，６３の内部には、各測定ヘッド７，８に向けて測定用の空気（以下、単に空気という場合もある）を供給するための配管が挿通される空間Ｓが設けられている。

第２シャフト部材６３の外周部の２箇所（中心線Ｏに沿う方向で所定間隔を存した２箇所）にはスラストベアリング６１，６１が装着されている。これらスラストベアリング６１，６１は、ヘッドベース部材６に対して小径測定ヘッド７を支持するためのものである。具体的には、例えば各スラストベアリング６１，６１の各レースのうち、相手側のスラストベアリング６１に対向する位置にあるレースが第２シャフト部材６３に固定されている。

（小径測定ヘッドの構成）
小径測定ヘッド７は、ヘッドベース部材６の第２シャフト部材６３に対してスラストベアリング６１，６１を介して支持されており、複数の部材が一体的に組み付けられてユニット化された構成となっている。

具体的に、小径測定ヘッド７は、基端側（ヘッドベース部材６に支持される側であって図３における左側）から順に、被支持部７１、円筒部７２、小径測定ヘッド本体部７３が一体的に組み付けられて構成されている。

被支持部７１は、スラストベアリング６１，６１のレースに固定されている。例えば各スラストベアリング６１，６１の各レースのうち、相手側のスラストベアリング６１に対向する位置とは反対側の位置にあるレースに被支持部７１は固定されている。このように各スラストベアリング６１，６１にあっては各レースのうち、一方のレースがヘッドベース部材６の第２シャフト部材６３に固定され、他方のレースが小径測定ヘッド７の被支持部７１に固定されている。一般にスラストベアリング６１，６１は、レース同士が径方向に僅かに相対移動（ガタによる相対変位）が可能となっている。このため、ヘッドベース部材６に対して小径測定ヘッド７は径方向に僅かに相対移動が可能（ヘッドベース部材６の軸心に対して小径測定ヘッド７の軸心が僅かに変位可能）となっている。これにより、スラストベアリング６１，６１はフローティング機構としての機能を有し、小径測定ヘッド７はヘッドベース部材６に対してフローティング状態で支持されていることになる。

円筒部７２は、被支持部７１の先端側の端面にボルトＢ１によって締結された円筒形状の部材である。

小径測定ヘッド本体部７３は、基端側から順に、第１円柱部７４、第２円柱部７５、第３円柱部７６、小径測定ヘッドゲージ部７７が一体的に設けられている。

第１円柱部７４は、円筒部７２の先端側の端面にボルトＢ２によって締結されている。この第１円柱部７４は、円筒部７２の外径と略同一の外径を有する大径部７４ａと、円筒部７２の内径と略同一の外径を有する小径部７４ｂとを備えている。小径部７４ｂが円筒部７２の内側に嵌め込まれ、大径部７４ａが円筒部７２の先端側の端面にボルトＢ２によって締結されている。

第２円柱部７５は、第１円柱部７４の先端側に連続し、該第１円柱部７４の外径よりも僅かに小さい外径を有する円柱形状の部分である。

第３円柱部７６は、第２円柱部７５の先端側に連続し、該第２円柱部７５の外径よりも僅かに小さい外径を有する円柱形状の部分である。また、この第３円柱部７６は、その先端側において僅かに大径に形成された円柱形状の係合円柱部７６ａを備えている。この係合円柱部７６ａは、小径測定ヘッド７に大径測定ヘッド８を係合するために利用される部分である。この係合状態については後述する。

小径測定ヘッドゲージ部７７は、第３円柱部７６の先端側に連続し、該第３円柱部７６の外径よりも小さい外径を有する円柱形状の部分である。この小径測定ヘッドゲージ部７７は、基端側に位置する基端部７８と、該基端部７８の先端側に連続し且つ基端部７８よりも僅かに小径とされた先端部７９とを備えている。

図４は、基端部７８およびその周辺を示す断面図である。この図４にあっても、中心線Ｏの上側が測定ヘッド４の上下方向での断面を示しており、中心線Ｏの下側が測定ヘッド４の水平方向での断面を示している。

図４に示すように、基端部７８には、小径測定ヘッドゲージ部７７の軸心に沿う方向における２箇所に、全周囲に亘る凹陥部７８ａ，７８ｂが形成されている。以下では、これら凹陥部７８ａ，７８ｂのうち、基端側の凹陥部を第１凹陥部７８ａと呼び、先端側の凹陥部を第２凹陥部７８ｂと呼ぶこととする。

図３に示すように、小径測定ヘッドゲージ部７７の先端部７９の先端付近には、水平方向および上下方向それぞれに向けて空気を吹き出すための空気吹出孔（小径測定用空気吹出孔）７Ｘ，７Ｙが設けられている。図３では、これら４方向の空気吹出孔のうち水平方向の一方側に空気を吹き出すための空気吹出孔７Ｘおよび上方向に空気を吹き出すための空気吹出孔７Ｙのみが現れている。つまり、小径測定ヘッドゲージ部７７の先端部７９の先端付近には、この図３に現れている空気吹出孔７Ｘ，７Ｙ以外に、水平方向の他方側に空気を吹き出すための空気吹出孔および下方向に空気を吹き出すための空気吹出孔も設けられている。これら空気吹出孔７Ｘ，７Ｘ，７Ｙ，７Ｙに向けて空気を供給する空気供給通路については後述する。

（大径測定ヘッドの構成）
図３および図４に示すように、大径測定ヘッド８は、軸心部分に当該軸心（中心線Ｏ）に沿って貫通する貫通孔８１が設けられている。この貫通孔８１の内径寸法は、小径測定ヘッドゲージ部７７の外径寸法よりも僅かに大きく設定されている。つまり、この貫通孔８１としては、図４に示すように、小径測定ヘッドゲージ部７７の基端部７８に対応し且つ該基端部７８の外径寸法よりも僅かに大きな内径寸法を有する基端側貫通孔８１ａと、小径測定ヘッドゲージ部７７の先端部７９に対応し且つ該先端部７９の外径寸法よりも僅かに大きな内径寸法を有する先端側貫通孔８１ｂとを有している。

そして、このように構成された貫通孔８１に小径測定ヘッドゲージ部７７が挿通されている。これにより、小径測定ヘッドゲージ部７７の基端部７８は基端側貫通孔８１ａの内部に僅かな隙間を存した状態で挿入され、小径測定ヘッドゲージ部７７の先端部７９は先端側貫通孔８１ｂ内部に僅かな隙間を存した状態で挿入されていることになる。また、小径測定ヘッドゲージ部７７の長さ寸法（中心線Ｏに沿う方向での長さ寸法）は大径測定ヘッド８の長さ寸法よりも所定寸法だけ長く（例えば２倍程度の長さに）設定されている。このため、図３に示すように、大径測定ヘッド８の貫通孔８１に小径測定ヘッドゲージ部７７が挿通された状態にあっては、小径測定ヘッドゲージ部７７の先端部分が大径測定ヘッド８よりも先端側に位置しており、空気吹出孔７Ｘ，７Ｙは、大径測定ヘッド８から外れた位置にある。これら小径測定ヘッドゲージ部７７および大径測定ヘッド８の長さ寸法は、測定対象物Ｗの開口部Ｈ１，Ｈ２の形状に応じて予め設定されたものである。

また、図３に示すように、大径測定ヘッド８は、外径寸法が前記係合円柱部７６ａの外径寸法に略一致した大径測定ヘッド本体部８２と、該大径測定ヘッド本体部８２の先端側に連続し且つ大径測定ヘッド本体部８２よりも僅かに大径とされたノズル部８３とを備えている。

図４に示すように、大径測定ヘッド本体部８２における基端部近傍には、その周方向の全体に亘って凹陥されて成る係合溝８２ａが形成されている。

小径測定ヘッド７と大径測定ヘッド８との係合状態としては、小径測定ヘッド７における係合円柱部７６ａの先端側の端面と、大径測定ヘッド８の基端側の端面とが当接され、小径測定ヘッド７の係合円柱部７６ａと大径測定ヘッド８の係合溝８２ａとに跨がって係合リング部材８４が外装されて成る。つまり、係合リング部材８４には、基端側の端部において内周側に向かって突出する基端側係止突起８４ａ、および、先端側の端部において内周側に向かって突出する先端側係止突起８４ｂがそれぞれ周方向の全体に亘って設けられており、基端側係止突起８４ａが係合円柱部７６ａの基端側の端面に当接し、先端側係止突起８４ｂが係合溝８２ａに係合することにより、小径測定ヘッド７と大径測定ヘッド８とを係合している。

また、大径測定ヘッド８の貫通孔８１（より具体的には基端側貫通孔８１ａ）の内面には、大径測定ヘッド８の中心線Ｏに沿う方向における２箇所に、全周囲に亘る凹陥部８１ｃ，８１ｄが形成されている。以下では、これら凹陥部８１ｃ，８１ｄのうち、基端側の凹陥部を第１凹陥部８１ｃと呼び、先端側の凹陥部を第２凹陥部８１ｄと呼ぶこととする。第１凹陥部８１ｃは、小径測定ヘッド７と大径測定ヘッド８との係合状態において、小径測定ヘッドゲージ部７７における第１凹陥部７８ａに対向した位置（径方向で対向した位置）に形成されている。また、第２凹陥部８１ｄは、小径測定ヘッド７と大径測定ヘッド８との係合状態において、小径測定ヘッドゲージ部７７における第２凹陥部７８ｂに対向した位置（径方向で対向した位置）に形成されている。

図３に示すように、ノズル部８３の先端付近には、水平方向および上下方向それぞれに向けて空気を吹き出すための空気吹出孔（大径測定用空気吹出孔）８Ｘ，８Ｙが設けられている。図３では、これら４方向の空気吹出孔のうち水平方向の一方側に空気を吹き出すための空気吹出孔８Ｘおよび上方向に空気を吹き出すための空気吹出孔８Ｙのみが現れている。つまり、ノズル部８３の先端付近には、この図３に現れている空気吹出孔８Ｘ，８Ｙ以外に、水平方向の他方側に空気を吹き出すための空気吹出孔および下方向に空気を吹き出すための空気吹出孔も設けられている。これら空気吹出孔８Ｘ，８Ｘ，８Ｙ，８Ｙに向けて空気を供給する空気供給通路については後述する。

そして、図４に示すように、大径測定ヘッド８の貫通孔８１（より具体的には基端側貫通孔８１ａ）の内面には、大径測定ヘッド８の軸心に沿う方向における４箇所に全周囲に亘るパッキン装着溝８５ａ～８５ｄが形成されている。このパッキン装着溝８５ａ～８５ｄの形成位置は、第１凹陥部８１ｃの両側（軸心に沿う方向での両側）および第２凹陥部８１ｄの両側（軸心に沿う方向での両側）となっている。以下では、これらパッキン装着溝８５ａ～８５ｄのうち、第１凹陥部８１ｃの基端側のパッキン装着溝を第１パッキン装着溝８５ａと呼び、第１凹陥部８１ｃの先端側のパッキン装着溝を第２パッキン装着溝８５ｂと呼ぶこととする。また、第２凹陥部８１ｄの基端側のパッキン装着溝を第３パッキン装着溝８５ｃと呼び、第２凹陥部８１ｄの先端側のパッキン装着溝を第４パッキン装着溝８５ｄと呼ぶこととする。

これらパッキン装着溝８５ａ～８５ｄそれぞれには、フローティング機構９を構成するゴム製のパッキン９１～９４が装着されている。各パッキン９１～９４としてはＵ字パッキン（断面がＵ字型のパッキン）が適用されている。各パッキン９１～９４は、凹陥部８１ｃ，８１ｄの配設位置に向けて開放するように（断面のＵ字形状の開放方向が凹陥部８１ｃ，８１ｄの配設位置に向かうように）装着されている。つまり、第１パッキン装着溝８５ａおよび第３パッキン装着溝８５ｃにそれぞれ装着されているパッキン９１，９３は先端側に向けて開放するように配置されている。逆に、第２パッキン装着溝８５ｂおよび第４パッキン装着溝８５ｄにそれぞれ装着されているパッキン９２，９４は基端側に向けて開放するように配置されている。各パッキン９１～９４の内周面は小径測定ヘッド７の小径測定ヘッドゲージ部７７の外周面の周方向の全体に亘って当接している。また、各パッキン９１～９４の外周面は大径測定ヘッド８の内周面の周方向の全体（パッキン装着溝８５ａ～８５ｄの底面の周方向の全体）に亘って当接している。また、前述したように、大径測定ヘッド８の貫通孔８１の内径寸法は、小径測定ヘッド７の小径測定ヘッドゲージ部７７の外径寸法よりも僅かに大きく設定されている。このため、大径測定ヘッド８は、各パッキン９１～９４によって小径測定ヘッド７に弾性的に支持され、小径測定ヘッド７に対してフローティングされた状態で支持されている。つまり、小径測定ヘッド７に対し大径測定ヘッド８が径方向への相対変位が可能に支持された構成となっている。

－空気通路の構成－
次に、各測定ヘッド７，８の内部に形成されている空気通路について説明する。

前述したように、小径測定ヘッド７の小径測定ヘッドゲージ部７７の先端部分には上下方向および左右方向に向けてそれぞれ空気を吹き出す４個の空気吹出孔７Ｘ，７Ｙが形成されている。また、大径測定ヘッド８のノズル部８３にも上下方向および左右方向に向けてそれぞれ空気を吹き出す４個の空気吹出孔８Ｘ，８Ｙが形成されている。本実施形態に係る空気マイクロメータ１では、各空気吹出孔７Ｘ，７Ｙ，８Ｘ，８Ｙに個別に空気が供給され、それぞれから空気を吹き出した状態において測定された圧力変化に基づいて小径開口部Ｈ１の内径および大径開口部Ｈ２の内径それぞれを測定するようになっている。以下、各空気吹出孔７Ｘ，７Ｙ，８Ｘ，８Ｙに空気を供給する空気通路について具体的に説明する。

ヘッドベース部材６の内部に設けられている空間Ｓには、小径測定ヘッド７に対する２系統（上下方向に空気を吹き出す系統および水平方向に空気を吹き出す系統）それぞれに空気を供給するための配管、および、大径測定ヘッド８に対する２系統（上下方向に空気を吹き出す系統および水平方向に空気を吹き出す系統）それぞれに空気を供給するための配管が挿通されている。そして、これら配管が継手部材１００Ｘ，１００Ｙを介して各空気通路に接続されている。

図５（ａ）は図３におけるａ－ａ線に沿った断面図であり、図５（ｂ）は図３におけるｂ－ｂ線に沿った断面図であり、図５（ｃ）は図３におけるｃ－ｃ線に沿った断面図であり、図５（ｄ）は図３におけるｄ－ｄ線に沿った断面図であり、図５（ｅ）は図３におけるｅ－ｅ線に沿った断面図である。また、図６（ａ）は図５（ａ）におけるｆ－ｆ線に対応した位置での断面図であり、図６（ｂ）は図５（ａ）におけるｇ－ｇ線に対応した位置での断面図であり、図６（ｃ）は図５（ａ）におけるｈ－ｈ線に対応した位置での断面図である。これら図５および図６にあっても、内部に形成されている空気通路等の見やすさ等を考慮して断面を表すハッチングを省略している。更に、図７（ａ）は上下方向に空気を吹き出す上下方向吹き出し系の空気供給経路を説明するための概略図であり、図７（ｂ）は水平方向に空気を吹き出す水平方向吹き出し系の空気供給経路を説明するための概略図である。

以下、小径測定ヘッド７の空気通路（空気吹出孔７Ｘ，７Ｙに向けて空気を供給するための通路）および大径測定ヘッド８の空気通路（空気吹出孔８Ｘ，８Ｙに向けて空気を供給するための通路）それぞれについて説明する。

（小径開口部測定用の空気通路）
図５（ａ）および図７（ａ）に示すように、各継手部材１００Ｘ，１００Ｙ，２００Ｘ，２００Ｙのうち、上側の継手部材１００Ｙが、小径測定ヘッド７において上下方向に空気を吹き出す空気吹出孔７Ｙ，７Ｙに向けて空気を供給するためのものである。また、図５（ａ）および図７（ｂ）における左側の継手部材１００Ｘが、小径測定ヘッド７において水平方向に空気を吹き出す空気吹出孔７Ｘ，７Ｘに向けて空気を供給するためのものである。

上側の継手部材１００Ｙに繋がる空気通路（小径測定用空気通路）１１０は、第２円柱部７５の内部において該第２円柱部７５の中心部に向かって延在し、上下方向で２系統に分岐されている（図５（ｂ）、図６（ａ）および図７（ａ）を参照）。そのうち上側の空気通路１１１は、第３円柱部７６の内部および小径測定ヘッドゲージ部７７の内部を先端側に向かって延在し（図３、図５（ｃ）～（ｅ）および図７（ａ）を参照）、上側に開放する空気吹出孔７Ｙに繋がっている（図３および図７（ａ）を参照）。

一方、下側の空気通路１１２は、第３円柱部７６の内部および小径測定ヘッドゲージ部７７の内部を先端側に向かって延在し（図５（ｃ）～（ｅ）および図７（ａ）を参照）、下側に開放する空気吹出孔７Ｙに繋がっている（図７（ａ）を参照）。これにより、この上側の継手部材１００Ｙに繋がる空気通路１１０は、他の空気通路に連通されることなく空気吹出孔７Ｙ，７Ｙに空気を供給することが可能となっている。

また、左側の継手部材１００Ｘに繋がる空気通路（小径測定用空気通路）１２０は、第２円柱部７５の内部において該第２円柱部７５の中心部に向かって延在し、水平方向で２系統に分岐されている（図５（ｂ）、図６（ｂ）および図７（ｂ）を参照）。具体的には、空気通路１１０の分岐位置よりも先端側の位置において分岐されている。そのうち水平方向の一方側の空気通路１２１は、第３円柱部７６の内部および小径測定ヘッドゲージ部７７の内部を先端側に向かって延在し（図３、図５（ｃ）～（ｅ）および図７（ｂ）を参照）、水平方向の一方側に開放する空気吹出孔７Ｘに繋がっている（図３および図７（ｂ）を参照）。

一方、水平方向の他方側の空気通路１２２は、第３円柱部７６の内部および小径測定ヘッドゲージ部７７の内部を先端側に向かって延在し（図５（ｃ）～（ｅ）および図７（ｂ）を参照）、水平方向の他方側に開放する空気吹出孔７Ｘに繋がっている（図７（ｂ）を参照）。これにより、この左側の継手部材１００Ｘに繋がる空気通路１２０は、他の空気通路に連通されることなく空気吹出孔７Ｘ，７Ｘに空気を供給することが可能となっている。

（大径開口部測定用の空気通路）
図５（ａ）および図７（ａ）に示すように、各継手部材１００Ｘ，１００Ｙ，２００Ｘ，２００Ｙのうち、下側の継手部材２００Ｙが、大径測定ヘッド８において上下方向に空気を吹き出す空気吹出孔８Ｙ，８Ｙに空気を供給するためのものである。また、図５（ａ）および図７（ｂ）における右側の継手部材２００Ｘが、大径測定ヘッド８において水平方向に空気を吹き出す空気吹出孔８Ｘ，８Ｘに空気を供給するためのものである。

下側の継手部材２００Ｙに繋がる空気通路（大径測定用上流側空気通路）２１０は、先端側に向かって延在すると共に、第２円柱部７５の内部において該第２円柱部７５の中心部に向かって延在し（図５（ｂ）および図７（ａ）を参照）、その後、小径測定ヘッドゲージ部７７の基端部７８の内部まで達している。また、この基端部７８には、内周側が空気通路２１０に連通し、外周側が第１凹陥部７８ａに開放する内側連絡通路２１１が設けられている（図５（ｄ）および図７（ａ）を参照）。また、大径測定ヘッド８の内部における上部には、一端が上側の空気吹出孔８Ｙに連通し、他端が大径測定ヘッド８の基端部近傍まで達する空気通路（大径測定用下流側空気通路）２１２が形成されている（図５（ｅ）および図７（ａ）を参照）。そして、この大径測定ヘッド８の内部には、外周側が空気通路２１２に連通し、内周側が第１凹陥部８１ｃに開放する外側連絡通路２１３が形成されている（図４、図５（ｄ）および図７（ａ）を参照）。これにより、空気通路２１０と上側の空気吹出孔８Ｙとが、内側連絡通路２１１、第１凹陥部７８ａと第１凹陥部８１ｃとの間の空間、外側連絡通路２１３、および、空気通路２１２によって連通されている。

一方、大径測定ヘッド８の内部における下部には、一端が下側の空気吹出孔８Ｙに連通し、他端が大径測定ヘッド８の基端部近傍まで達する空気通路（大径測定用下流側空気通路）２１４が形成されている（図５（ｅ）および図７（ａ）を参照）。そして、この大径測定ヘッド８の内部には、外周側が空気通路２１４に連通し、内周側が第１凹陥部８１ｃに開放する外側連絡通路２１５が形成されている（図５（ｄ）および図７（ａ）を参照）。これにより、空気通路２１０と下側の空気吹出孔８Ｙとが、内側連絡通路２１１、第１凹陥部７８ａと第２凹陥部８１ｃとの間の空間、外側連絡通路２１５、および、空気通路２１４によって連通されている。

また、右側の継手部材２００Ｘに繋がる空気通路（大径測定用上流側空気通路）２２０は、先端側に向かって延在すると共に、第２円柱部７５の内部において該第２円柱部７５の中心部に向かって延在し（図５（ｂ）および図７（ｂ）を参照）、その後、小径測定ヘッドゲージ部７７の基端部７８の内部まで達している。また、この基端部７８には、内周側が空気通路２２０に連通し、外周側が第２凹陥部７８ｂに開放する内側連絡通路２２１が設けられている（図５（ｅ）および図７（ｂ）を参照）。また、大径測定ヘッド８の内部における水平方向の一方側には、一端が水平方向の一方側の空気吹出孔８Ｘに連通し、他端が大径測定ヘッド８の基端部近傍まで達する空気通路（大径測定用下流側空気通路）２２２が形成されている（図７（ｂ）を参照）。そして、この大径測定ヘッド８の内部には、外周側が空気通路２２２に連通し、内周側が第２凹陥部８１ｄに開放する外側連絡通路２２３が形成されている（図４、図５（ｅ）および図７（ｂ）を参照）。これにより、空気通路２２０と水平方向の一方側の空気吹出孔８Ｘとが、内側連絡通路２２１、第２凹陥部７８ｂと第２凹陥部８１ｄとの間の空間、外側連絡通路２２３、および、空気通路２２２によって連通されている。

一方、大径測定ヘッド８の内部における水平方向の他方側には、一端が水平方向の他方側の空気吹出孔８Ｘに連通し、他端が大径測定ヘッド８の基端部近傍まで達する空気通路（大径測定用下流側空気通路）２２４が形成されている（図７（ｂ）を参照）。そして、この大径測定ヘッド８の内部には、外周側が空気通路２２４に連通し、内周側が第２凹陥部８１ｄに開放する外側連絡通路２２５が設けられている（図５（ｅ）および図７（ｂ）を参照）。これにより、空気通路２２０と水平方向の他方側の空気吹出孔８Ｘとが、内側連絡通路２２１、第２凹陥部７８ｂと第２凹陥部８１ｄとの間の空間、外側連絡通路２２５、および、空気通路２２４によって連通されている。

以上の構成により、各空気吹出孔７Ｘ，７Ｙ，８Ｘ，８Ｙに個別に空気が供給され、それぞれから空気を吹き出した状態において測定された圧力変化に基づいて小径開口部Ｈ１の内径および大径開口部Ｈ２の内径それぞれが測定されることになる。具体的には、前記測定データ表示手段５４には、小径測定ヘッド７の空気吹出孔７Ｘ，７Ｙから小径開口部Ｈ１の内面に向けて圧縮空気を吹き出すことにより得られた該小径開口部Ｈ１の内径寸法の測定結果、および、大径測定ヘッド８の空気吹出孔８Ｘ，８Ｙから大径開口部Ｈ２の内面に向けて圧縮空気を吹き出すことにより得られた該大径開口部Ｈ２の内径寸法の測定結果をそれぞれ表示可能な表示部が備えられており、この表示部に、測定結果としての小径開口部Ｈ１の内径寸法および大径開口部Ｈ２の内径寸法がそれぞれ表示されることになる。

－実施形態の効果－
以上説明したように、本実施形態では、測定対象物Ｗに形成されている小径開口部Ｈ１に挿入される小径測定ヘッド７に対し、大径開口部Ｈ２に挿入される大径測定ヘッド８を複数のパッキン９１～９４で構成されるフローティング機構９によって径方向への相対変位を可能に支持している。このため、測定対象物Ｗの製造誤差等に起因して小径開口部Ｈ１と大径開口部Ｈ２との間に心ズレが生じている場合であっても、小径開口部Ｈ１に対する小径測定ヘッド７の挿入および大径開口部Ｈ２に対する大径測定ヘッド８の挿入を行うことが可能になる。その結果、小径測定ヘッド７の空気吹出孔７Ｘ，７Ｙから小径開口部Ｈ１の内面に向けての空気の吹き出しによる当該小径開口部Ｈ１の内径の測定、および、大径測定ヘッド８の空気吹出孔８Ｘ，８Ｙから大径開口部Ｈ２の内面に向けての空気の吹き出しによる当該大径開口部Ｈ２の内径の測定を高い精度で同時に行うことが可能になる。

また、本実施形態では、小径測定ヘッド７の外面と大径測定ヘッド８の内面との間をパッキン９１～９４によってシールすることも可能である。具体的には、図４に示すように、第１凹陥部７８ａと第１凹陥部８１ｃとの間の空間は、その両側に位置するパッキン９１，９２によってシールされ、第２凹陥部７８ｂと第２凹陥部８１ｄとの間の空間は、その両側に位置するパッキン９３，９４によってシールされ、各空間は外部から遮断されている。これにより、小径測定ヘッド７の外面と大径測定ヘッド８の内面との間の空間を経て測定用の空気が外部に漏れ出てしまうといったことを抑制でき、高い測定精度を得ることが可能である。また、パッキン９１～９４によってフローティング機構９を構築していることにより、このフローティング機構９の小型化による省スペース化および低コスト化を図ることもできる。

－他の実施形態－
尚、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲および該範囲と均等の範囲で包含される全ての変形や応用が可能である。

例えば、前記実施形態では、ヘッドベース部材６に対する小径測定ヘッド７のフローティング機構としてスラストベアリング６１を利用していた。本発明はこれに限らず、この小径測定ヘッド７のフローティング機構についてもパッキンを利用してもよい。

また、前記実施形態では、測定対象物Ｗの開口部Ｈ１，Ｈ２に対して水平方向から測定ヘッド４を挿入するものとしていた。本発明はこれに限らず、測定対象物Ｗの開口部Ｈ１，Ｈ２に対して鉛直方向から測定ヘッド４を挿入するものであってもよい。

また、前記実施形態では、各パッキン９１～９４としてはＵ字パッキンを適用していた。本発明はこれに限らず、種々の形状のパッキンを適用することが可能である。例えば、Ｖ型やＬ型のパッキンや、所謂ラビリンスシール型のパッキンを適用するようにしてもよい。また、前記実施形態では、第１凹陥部８１ｃの両側（中心線Ｏに沿う方向での両側）および第２凹陥部８１ｄの両側それぞれにパッキンを１個ずつ配設するようにしていた。本発明はこれに限らず、各凹陥部８１ｃ，８１ｄの両側それぞれに複数個のパッキンを配設するようにしてもよい。

また、本発明に係るフローティング機構（パッキン９１～９４を利用してフローティング状態で測定ヘッドを支持する機構）９については、複数種類の測定ヘッド７，８を備えた空気マイクロメータ１に限らず、単一の測定ヘッドを備えた空気マイクロメータ（単一内径の開口部の内径を測定するための空気マイクロメータ）に対しても適用が可能である。

本発明は、測定対象物に形成された小径開口部および大径開口部それぞれの内径の測定を同時に行うことが可能な空気マイクロメータの測定ヘッドに適用可能である。

１ 空気マイクロメータ
４ 測定ヘッド
６ ヘッドベース部材
６１ スラストベアリング
７ 小径測定ヘッド
７Ｘ，７Ｙ 空気吹出孔（小径測定用空気吹出孔）
８ 大径測定ヘッド
８１ 貫通孔
８Ｘ，８Ｙ 空気吹出孔（大径測定用空気吹出孔）
９ フローティング機構
９１～９４ パッキン
１１０，１２０ 空気通路（小径測定用空気通路）
２１０，２２０ 空気通路（大径測定用上流側空気通路）
２１２，２１４，２２２，２２４ 空気通路（大径測定用下流側空気通路）
２１１，２２１ 内側連絡通路（連絡通路）
２１３，２１５，２２３，２２５ 外側連絡通路（連絡通路）
Ｗ 測定対象物
Ｈ１ 小径開口部
Ｈ２ 大径開口部

Claims (6)

1. 測定対象物の開口部に挿入されて該開口部の内面に向けて圧縮空気を吹き出すことにより前記開口部の内側の寸法を測定する構成とされた空気マイクロメータの測定ヘッドにおいて、
   前記測定対象物には、内径寸法が互いに異なる複数種類の開口部が連続して形成されており、
   前記各開口部のうち小径の開口部に挿入される小径測定ヘッドおよび大径の開口部に挿入される大径測定ヘッドを備え、前記小径測定ヘッドに対し前記大径測定ヘッドが第１のフローティング機構によって径方向への相対変位が可能に支持されていることを特徴とする空気マイクロメータの測定ヘッド。
2. 請求項１記載の空気マイクロメータの測定ヘッドにおいて、
   前記大径測定ヘッドの軸心部分には当該軸心に沿って貫通する貫通孔が設けられ、前記小径測定ヘッドが前記貫通孔に挿通されており、
   前記第１のフローティング機構は、前記小径測定ヘッドの外面と前記大径測定ヘッドの内面との間にパッキンが介在されて構成されていることを特徴とする空気マイクロメータの測定ヘッド。
3. 請求項１または２記載の空気マイクロメータの測定ヘッドにおいて、
   前記小径測定ヘッドはヘッドベース部材に支持されており、
   前記ヘッドベース部材に対し前記小径測定ヘッドが第２のフローティング機構によって径方向への相対変位が可能に支持されていることを特徴とする空気マイクロメータの測定ヘッド。
4. 請求項３記載の空気マイクロメータの測定ヘッドにおいて、
   前記第２のフローティング機構は、一対のレースを備え、一方のレースが前記小径測定ヘッドに固定され、他方のレースが前記ヘッドベース部材に固定されたスラストベアリングを備えて構成されていることを特徴とする空気マイクロメータの測定ヘッド。
5. 請求項２記載の空気マイクロメータの測定ヘッドにおいて、
   前記小径測定ヘッドには、前記小径の開口部の内面に向けて空気を吹き出す小径測定用空気吹出孔が形成されており、前記大径測定ヘッドには、前記大径の開口部の内面に向けて空気を吹き出す大径測定用空気吹出孔が形成されていて、
   前記小径測定ヘッドには、前記小径の開口部への挿入方向に沿う方向に延在して前記小径測定用空気吹出孔に繋がる小径測定用空気通路と、前記挿入方向に沿う方向に延在して前記大径測定用空気吹出孔に向けて測定用の空気を供給するための大径測定用上流側空気通路とが設けられており、
   前記大径測定ヘッドには、前記挿入方向に沿う方向に延在して前記大径測定用空気吹出孔に繋がる大径測定用下流側空気通路が設けられており、
   前記小径測定ヘッドおよび前記大径測定ヘッドそれぞれには、前記大径測定用上流側空気通路と大径測定用下流側空気通路とを連通させるように前記挿入方向に対して交差する方向に延在する連絡通路が設けられており、
   前記パッキンは、前記挿入方向に沿う方向における前記連絡通路の両側にそれぞれ配設されていることを特徴とする空気マイクロメータの測定ヘッド。
6. 請求項１記載の測定ヘッドを備えた空気マイクロメータであって、
   前記小径測定ヘッドから前記小径の開口部の内面に向けて圧縮空気を吹き出すことにより得られた前記小径の開口部の内側の寸法の測定結果、および、前記大径測定ヘッドから前記大径の開口部の内面に向けて圧縮空気を吹き出すことにより得られた前記大径の開口部の内側の寸法の測定結果をそれぞれ表示可能な表示部を備えていることを特徴とする空気マイクロメータ。

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