JP2002005653A

JP2002005653A - ねじ寸法測定方法及び装置

Info

Publication number: JP2002005653A
Application number: JP2000184129A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Nobutomo; 雅弘信朝; Takashi Miyamura; 隆宮村; Tokio Ueda; 時生上田; Masaaki Suzuki; 正昭鈴木
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2000-06-20
Filing date: 2000-06-20
Publication date: 2002-01-09

Abstract

(57)【要約】【課題】ねじリード寸法、有効径などのねじ主要寸法
を簡易な測定手段でねじ溝に沿って連続的なデータとし
て正確に迅速に測定するねじ測定方法及び装置を得る。【解決手段】ねじ測定装置は、Ｘ軸テーブル４ｘ、Ｚ
軸テーブル５ｚでＸ、Ｚ軸方向に移動自在に保持される
検出器６にＸ、Ｚ軸方向の微小変位自在に連結された測
定端子の下方に測定対象物Ｎを載置する載置台７をスピ
ンドル９で回転自在に支持し、Ｘ軸テーブル４ｘ、Ｚ軸
テーブル５ｚと測定端子によるＸ、Ｚ方向移動量及び載
置台の回転による回転角度から演算によりリード寸法又
は有効径の測定を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】この発明は、ボールねじなど各種ね
じのリード寸法、有効径などを高精度で測定するねじ寸
法測定方法及び測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ねじ寸法を測定する場合、ねじのリード
寸法、有効径などねじの主要寸法を対象とする測定、及
びねじ軸方向の任意の位置でのねじ溝断面形状を表す寸
法を対象とする測定などがあり、その測定結果はそれぞ
れ形成されたねじが適正であるかを判断する際に重要な
判断資料とされる。前者の測定の例として、特開平７−
２９４２０６号公報の「めねじ有効径測定器」による測
定法が知られている。この測定法は、おねじの有効径を
測定する三針法と同等に簡便で正確な測定をめねじの有
効径の測定にも適用することをめざしてなされたもので
ある。

【０００３】上記測定器は、中心スピンドルの端に接続
された拡径部材上に円周方向に互いに等間隔に３つの球
形フィーラを設け、球形フィーラの半径方向の移動量を
スピンドルの軸方向移動量と同等に設定し、スピンドル
の他端に設けた目盛に表示されたその移動量からフィー
ラの外接円の直径を測定するように構成されている。こ
の測定器で測定されたフィーラの外接円の直径のデータ
は、手作業でコンピュータに入力され、めねじの有効径
を求める演算式に従ってめねじの有効径が算出される。
上記演算式は、おねじの有効径を求める演算式に相当す
る演算式をめねじに対して解析されたものであり、めね
じの有効径を３点フィーラが接する外接円の直径のデー
タから上記演算式に従って求めることができる。

【０００４】一方、ねじ溝断面形状の測定の例として、
特開平１１−２１１４５４号公報の「ねじ溝の形状測定
方法」が公知である。この測定方法は、先端が針状の測
定子を測定器により保持し、ねじ軸又はナットのねじ溝
の任意の位置で測定子をねじの軸方向に沿って移動させ
て溝の軸方向断面形状を測定し、この測定データに基づ
いて溝直角断面形状を所定の演算式に基づいて算出し、
ねじ溝の形状を測定するというものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した第
１の特許公開公報による測定器は、めねじ有効径を測定
する専用の測定器であり、おねじ有効径の測定には三針
法を用いた３点測定器が一般に用いられており、従って
ねじ有効径を測定する測定器は既に公知である。しか
し、これらの測定器はねじ有効径をねじ溝に沿った任意
の位置で点状のデータとして測定するものであり、ねじ
溝位置に沿って連続的にねじ有効径を測定することはで
きない。

【０００６】又、ねじ有効径を測定できたとしても、同
時に同じ測定器でリード寸法を測定できないため、リー
ド寸法は他のキャリパなどの２点測定器などにより別途
測定する必要があり、これらの測定器では測定精度の向
上は期待できない。さらに、前記第２の特許公開公報に
よる測定はねじ溝の断面形状の測定を目的とするもので
あり、溝断面形状が測定されたとしても、リード寸法や
ねじ溝の有効径を直ちに得ることはできない。

【０００７】この発明は、上記の問題に留意して、ねじ
軸やナットなどのねじ溝のリード寸法、有効径の主要寸
法を簡易な測定手段でねじ溝に沿って連続的なデータと
して正確にかつ迅速に測定し得るねじ寸法測定方法及び
装置を提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するための手段として、ねじ溝に測定端子をねじ
の中心線と平行に移動当接させてねじの主要寸法を測定
する方法において、ねじ溝を回転させながら測定端子を
Ｘ軸方向及びＺ軸方向に移動させ、ねじ溝に対し測定端
子の端子球を摺接させてねじ溝の回転角度θ、径方向位
置ｘ、及び軸方向位置ｚを測定し、これら測定データか
らねじ溝のリード寸法、又は有効径のねじ主要寸法を演
算により算出して測定することを特徴とするねじ寸法測
定方法としたのである。

【０００９】上記のねじ寸法測定方法では測定端子の端
子球をねじ溝に摺接させながらねじリード寸法又は有効
径が測定される。端子球をねじ溝に摺接させながら測定
対象物のねじを回転させると、ねじ溝開始点から溝に沿
って端子球はねじの中心線方向に移動する。端子球のＺ
軸方向（上下方向）の移動量は、ねじのリード設計値に
なるように移動させ、ねじの回転をこれと同期駆動する
と、ねじが設計値通り製作されていればリード寸法の誤
差は生じない。

【００１０】しかし、実際のねじは製作誤差を含むため
端子球はその誤差分だけ中心線方向の移動量にずれが生
じるから、そのずれを変位センサによる測定データから
演算によって求め、リード寸法が測定される。同様に端
子球のＸ軸方向の変位を変位センサによる測定データか
ら演算によって求めると有効径が測定される。有効径の
測定では定義通りの有効径がねじ溝開始位置から溝底形
成位置までは存在しないから、予め溝底形成位置を測定
することにより有効径の有効測定域を測定しておくとよ
い。

【００１１】上記の測定方法を実施する装置として、ね
じ溝に測定端子をねじの中心線と平行に移動当接させて
ねじの主要寸法を測定する測定装置において、測定対象
のねじを載置する載置台に着脱自在に回転駆動部を連結
し、この回転駆動部には回転角度を検出する回転角度セ
ンサを設け、測定端子をＸ軸方向とＺ軸方向に移動自在
とする駆動部を有し、かつ検出器を有する保持手段によ
り測定端子を保持し、検出器は測定端子のＸ軸方向とＺ
軸方向のそれぞれの微小変位を検出する変位センサを有
し、保持手段の駆動部は載置台の回転によるねじ軸のリ
ードの進みが測定端子のＺ軸方向の移動量と一致するよ
うに回転駆動部と同期駆動し、回転角度センサ及びＸ、
Ｚ軸の変位センサにより回転角度（θ）、径方向位置
（Ｘ）、及び軸方向位置（Ｚ）を測定してねじ溝のリー
ド寸法又は有効径のねじ主要寸法を測定することを特徴
とするねじ寸法測定装置を採用することができる。

【００１２】この測定装置では、回転駆動部によるねじ
の回転でねじ溝が進む中心線方向の移動量を、測定端子
をＺ軸方向へ移動させる移動量と一致するように駆動す
ることにより端子球をねじ溝に沿って進ませ、その際の
端子球にねじ溝から作用するＸ、Ｚ軸の微小変位を変位
センサで測定することによりリード寸法、有効径が高精
度で測定される。

【００１３】

【実施の形態】以下、この発明の実施の形態について図
面を参照して説明する。図１、図２は実施形態のねじ寸
法測定装置の全体概略正面図、側面図、図３は矢視III
−IIIから見た部分拡大図である。図示のように、測定
装置は地面のわずかな振動による影響で測定誤差が生じ
るのを防ぐため免震台１上に設置されている。免震台１
には門形支柱２が設置され、この門形支柱２の水平枠２
_Hに取付けられた保持手段３はＸ軸保持手段４とＺ軸保
持手段５から成り、Ｘ、Ｚ軸保持手段４、５のそれぞれ
のＸ軸テーブル４ｘとＺ軸テーブル５ｚを介して検出器
６が設けられ、検出器６の下方には被測定物Ｎを載置す
る載置台７が支持台８上に設けられ、支持台８には免震
台１に取付けたスピンドル９の出力軸が連結されてい
る。

【００１４】上記載置台７にはこれに載置される被測定
物Ｎであるねじ部品（図示の例はナット）の芯出しを行
なうためのアクチュエータ１０の先端が当接するように
設けられ、ねじ部品の芯出し状態を検出するためねじ部
品に当接して位置を検出する芯出ゲージ１１をゲージ支
持部１２により支持している。上記アクチュエータ１
０、ゲージ支持部１２は免震台１上に設けられている。
なお、載置台７には測定時にねじ部品が軽量であれば測
定圧で移動しない重量のチャックで固定して取付けてお
き又重量物であれば自重で固定され、載置台７は支持台
８に対しエアー吸引による吸着手段（図示せず）により
垂直方向に着脱自在に固定設置される。回転駆動部であ
るスピンドル９は、図示の例では静圧軸受で回転自在に
支持されるエアスピンドルが用いられている。

【００１５】Ｘ軸テーブル４ｘは、門形支柱２の水平枠
２_Hに取付けた基板４_B上にリニアガイド４_Lが設けら
れ、このリニアガイド４_Lの移動部材であるＸ軸テーブ
ル４ｘの背面に、基板４_B上に取付けたボールねじ機構
のねじロッドに係合するナット４_Nを固定し、ねじロッ
ドをモータ４_XMにより回転させてＸ軸テーブル４ｘを水
平方向（Ｘ軸方向）に移動するように設けられている。
リニアガイドの端にはＸ軸テーブル４ｘの移動量を検出
する検出センサであるリニアスケール４_LX（図７参照）
が設けられており、基準位置からの移動量が検出され
る。

【００１６】Ｚ軸テーブル５ｚは、基板であるＸ軸テー
ブル４ｘ上に設けたエアースライダの移動部材であり、
エアーで垂直ガイドに沿って垂直方向（Ｚ軸）への昇降
動を非接触に案内され、このテーブル５ｚの側方に設け
たボールねじ機構のナット５ _Nにねじロッドを係合さ
せ、ねじロッドをモータ５_ZMで回転駆動することにより
昇降駆動されるように設けられている。エアスライダの
端にはＺ軸テーブル５ｚの移動量を検出する検出センサ
であるリニアスケール５_LZ（図７参照）が設けられてお
り、基準位置からの移動量が検出される。

【００１７】図４、図５、図６、及び図１１に検出器６
付近の詳細を示す。検出器６は、上部ケース６_KUに対し
内部に設けられたリニアガイドでＸ軸方向に移動自在に
吊り下げられている下部ケース６_KDを有し、下部ケース
６_KDには上端がガイド手段で移動自在に嵌合するスタイ
ラスアーム６_Rとこのスタイラスアーム６_Rの下端に端
子球６_Qを有する測定端子が設けられている。上部ケー
ス６_KUの上部突出部材は支持ブラケットを介して前記Ｚ
軸テーブル４ｚに連結されている。又、上部ケース６_KU
は、その内部に下部ケース６_KDの上部突出部材をリニア
ガイドの移動部材に連結し、この移動部材を常にＸ軸の
基準位置方向へ押し戻す方向へ押圧するばね６ｃが当接
して設けられ、かつ移動部材の端にはＸ軸方向で基準位
置からの微小ずれ（移動量）を検出する変位センサ６_SX
を備えている。

【００１８】さらに、下部ケース６_KDはその内部上方に
スタイラスアーム６_Rの上下方向（Ｚ軸）の移動量を検
出する変位センサ６_SZを有し、スタイラスアーム６_Rの
上端部が通る空洞部に隣接する小空洞部内に測定端子の
バランス機構が設けられている。このバランス機構は、
水平に設けたバランスアームの突出端にウェイト６ｗを
ねじ係合により位置調整自在に設け、バランスアームは
支持ピンを中心に回転自在に取付けてウェイト６ｗと反
対側の内部端でスタイラスアーム６_Rの上端部に連結さ
れているピンを持上げるように形成されている。上記バ
ランス機構により測定端子の自重をウェイト６ｗと相殺
して測定端子の可動部自重より軽くして測定圧を上方向
の測定圧とし、その測定圧を常に一定とすることができ
る。

【００１９】さらに、上記バランス機構に隣接して、レ
バーアーム６ａが設けられ、測定端子の可動部を中立位
置までばね６ｂにより戻す戻し機構が並設されている。
この戻し機構は可動部自重が大きい場合ばね力を越えて
測定圧が下方向に作用する場合に用いられる。又、この
戻し機構のばね６ｂは、後で説明するように、ねじ溝の
リード寸法又は有効径を測定する際に、測定端子の端子
球６_Qがねじ溝に沿って下降する間にねじ溝の寸法に誤
差があれば、その分、検出器６が下降するＺ軸方向の移
動量より大きくなり、このとき測定端子が下方に引下げ
られるとこれを弾性的に支持する役目も有する。

【００２０】図７に上記測定装置の制御部を含む制御系
の全体概略ブロック図を示す、制御部２０へは、Ｘ軸テ
ーブル４ｘ、Ｚ軸テーブル５ｚの移動量を検出するＸ軸
センサ４_SX、Ｚ軸センサ５_SZ、検出器６内で測定端子の
Ｘ軸、Ｚ軸方向の微小変位を検出する変位センサ６_SX、
６_SZからの検出信号がそれぞれの増幅部（図示せず）を
介して入力される。さらに、載置台７を回転するスピン
ドル９（θ軸）の回転角度（θ）を検出するロータリエ
ンコーダ１３、被測定物Ｎの芯出しをする芯出しゲージ
１１からの検出信号ｇも入力される。

【００２１】図８に制御部の概略ブロック図を示す。制
御部２０はパーソナルコンピュータ又はシーケンサなど
の小形コンピュータが用いられ、前述した各種センサか
らの測定信号が入力部２０ｉから入力されると、中央演
算処理部（ＣＰＵ）による制御で、必要な演算処理を行
なって出力部２０_Tから制御信号を出力する。上記演算
処理は、固定記憶部（ＲＯＭ）にプログラムされた各種
演算部によって行なわれる。上記演算部としてＸ、Ｚ、
θ方向演算部２０ｘ、２０ｚ、２０θ及び測定値比較部
２０_Rが含まれている。演算処理された結果は表示器２
１に表示され、必要に応じてプリンタ２２によりプリン
トされる。又、出力部２０_Tからは必要な制御信号がモ
ータ４_XM、５_ZM、スピンドル９、アクチュエータ１０へ
出力される。

【００２２】上記構成の実施形態の測定装置によりねじ
の主要寸法のうちねじリード、有効径が次のように測定
される。図示の被測定物Ｎはボールねじに組合せて用い
られるナット部である。この測定は次の２段階の準備操
作を経て行なわれる。

【００２３】（１）被測定物Ｎの芯出し（２）ねじ溝開始点からの溝底検出上記（１）の被測定物の芯出しは、載置台７の中心を支
持台８の中心に支持し、載置台上に固定された被測定物
Ｎの内側ねじ溝の中心が外径部中心と同軸であるとして
その外径部に芯出しゲージ１１を当接させる。スピンド
ル９（θ軸）を駆動して外径部の外径の変位の最大値、
最小値とその位相角度を芯出しゲージ１１により測定す
る。

【００２４】この測定データから最大値−最小値を演算
し、最小値の位相角度位置でスピンドル９の回転を停止
させる。そして、この最小値の位置で（最大値−最小
値）／２の変位量に相当する距離分アクチュエータを作
動させて載置台７の外部を押す。再度、スピンドル９を
回転させ外径の変位の最大値、最小値を測定し、（最大
値−最小値）／２がほぼゼロ（２０μｍ以下）となるま
で上記操作を繰り返し、ほぼゼロ（２０μｍ以下）とな
ると芯出しが完了したものとみなして芯出し調整を終
る。そして、載置台７をスピンドル９の支持台８に真空
吸着し固定する。

【００２５】次に、（２）のねじ溝開始点からの溝底の
位置を図９に示すフローチャートに従って検出する。ね
じ溝開始点からの溝底を検出するのは、図１２（ｂ）に
示すように、ナットの始端を形成する場合、始端は軸線
と直角方向に切断されるのに対し、ねじ溝は螺旋状であ
るため始端での切口形状がねじ溝に対し小円弧状Ｃとな
り、その付近ではねじ溝が不完全のままであって溝底が
存在しないため、溝底が完全に形成される位相位置を検
出し、有効径が存在する有効測定域を知る必要があるか
らである。

【００２６】そこでまず、図９のフローチャートにおい
てステップＳ₁で被測定物Ｎの設計寸法や検出器６の測
定、端子の端子球６_Qの直径、スタイラスアーム６_Rの
長さなどの演算に必要な寸法データを図示しない入力手
段（キーボードなど）から制御部２０へ入力する。ステ
ップＳ₂でＸ軸テーブル４ｘは被測定物Ｎの内径中心位
置に検出器５の測定端子が待機することとなる上記テー
ブル４ｘの原点位置に停止させる。なお、Ｚ軸テーブル
５ｚは検出器６の測定端子が被測定物Ｎの上方適宜位置
となる原点位置に停止しているものとする。ステップＳ
₃でＺ軸テーブル５ｚのモータ５_ZMを作動させて測定端
子の下端が被測定物Ｎのナット内径端高さとなるまでＺ
軸テーブル５ｚを下降させる。

【００２７】次に、ステップＳ₄でＸ軸テーブル４ｘを
検出器６の測定端子がナット内径上端の接触位置＋０．
１ｍｍとなる位置まで移動させる。そして、ステップＳ
₅でスピンドル９をねじ溝が下方向きに移動する向きに
回転させ、ステップＳ₆で検出器６内Ｘ軸方向の変位出
力の有無をチェックする。この場合、図１２の（ｂ）図
に示すように、端子球６_Qがねじ溝の開始端より手前の
位相角度位置で内径上端に接触していれば、その位相位
置からスピンドル９が回転して端子球６_Qがねじ溝の開
始端へ進むまでは検出器６のＸ軸方向の変位出力はゼロ
であるから判定はＮＯとなるが、しかしこの場合はＮＯ
の判定から除外される。これは、Ｘ軸方向の変位出力が
出た後にＮＯの判定となる場合を探しているからであ
る。

【００２８】上記のようなＮＯの判定を除外するには、
図示していないが、例えばステップＳ₆の判定を開始す
る前に変数Ｆ＝０と設定しておき、変位出力有り（ＹＥ
Ｓ）の場合はフラッグＦ＝１としてステップＳ₆の判定
を繰り返し、ＮＯの判定の際はフラッグＦ＝１を前提条
件としてＮＯの判定が成立するものとすればよい。こう
してステップＳ₆での判定がＮＯとなると、ねじ溝の開
始点を少なくとも通過したこととなる。しかし、Ｘ軸テ
ーブル４ｘの位置は未だ端子球６_Qの外端がねじ穴内径
より＋０．１ｍｍの位置（原点はねじ穴中心）にあり、
溝底位置に端子球６_Qが接触する位置へ移動はしていな
い。

【００２９】そこで、ステップＳ₇で端子球６_Qが溝底
に接触する位置へ移動させるために、Ｘ軸テーブル４ｘ
をＸ軸方向にどれだけ移動させればよいかの移動量を溝
直径寸法、端子球径などの入力データを用いて演算によ
り算出する。上記移動量は、端子球６_Qの外端がねじ穴
内径より＋０．１ｍｍの位置に相当する位置にあるＸ軸
テーブル４ｘを測定器の端子球６_Qが溝底に接触するま
で移動させる距離であり、図示のボールねじの場合は、
（ボール中心径（有効径）＋測定端子球直径）／２で端
子球６_Qが溝底に接触する距離から上記＋０．１ｍｍま
での距離を差し引いた値である。

【００３０】従って、測定端子の端子球６_Qの直径がボ
ールねじのボール径と同じであれば端子球６_Qの中心が
ボールねじのボール中心径、即ち有効径に一致する位置
まで移動させ、端子球６_Qの直径がボールねじのボール
径より小さいか又は大きければ、そのボール径と端子球
６_Qとの径の差の１／２の距離分余分に又は手前まで移
動させる距離となる。ステップＳ₇で上記移動量を設定
した後、ステップＳ₈ではその移動量が検出器６のＸ軸
方向の変位センサ６_SXによる有効ストローク（図示の例
では５ｍｍ）の範囲内にあるかがチェックされる。これ
は、後で説明するねじの溝底開始位置の検出の際の移動
量が有効ストロークの範囲内でなければ測定できなくな
るからである。

【００３１】上記移動量のチェックの結果、有効ストロ
ークの範囲内であればステップＳ₉においてＸ軸テーブ
ル４ｘを上記設定された移動量の位置へ移動させる。
又、有効ストロークの範囲を越えている場合は有効スト
ロークの範囲内にＸ軸テーブル４ｘを移動させた後、そ
の設定位置へ移動させる。

【００３２】次に、ステップＳ₁₁でスピンドル９を回転
させてねじの溝底が完全に形成されている位置を検出す
る。この場合、スピンドル９の回転に同期して検出器６
の測定端子はＺ軸方向に進むように同期駆動されてい
る。測定端子のＺ軸方向の移動量は、ねじ溝の下向する
方向にねじ溝が回転した時に端子球６_Qが溝に沿ってＺ
軸方向に進む移動量と一致するように同期駆動される。
この検出動作ではねじ溝開始点から溝底が完全に形成さ
れている位置までは測定端子の端子球６_Qが溝底に完全
に嵌合していないから溝底のＺ軸方向のピッチ変動は存
在しない。

【００３３】従って検出器６内の変位センサ６_SZによる
Ｚ軸方向の変位は±０であり、一方Ｘ軸方向にはねじ溝
断面形状が変化するため変位センサ６_SXによるＸ軸変位
が出力される。そして、このＸ軸変位出力が最小値又は
０になった位置が溝底の開始点となる。このため、Ｘ軸
変位を検出する変位センサ６_SXの検出信号は、制御部２
０の測定値比較部でチェックされ、上記出力が最小値又
は０になると、その時のスピンドル９の回転位相角度位
置が溝底開始点であり、これによりステップＳ ₁₂でスピ
ンドル９の回転を停止させる（同時に検出器６のＺ軸方
向移動も停止）。

【００３４】その後ステップＳ₁₃でＸ軸テーブル４ｘを
端子球６_Qが溝底に嵌合接触する位置からさらに＋０．
１ｍｍ移動させる。これは端子球６_Qに一定の接触圧を
付与して測定誤差が生じないようにし、かつ＋０．１ｍ
ｍ程度の押込量では溝経路の途中に循環穴等の凹み又は
穴があっても端子球６_Qが抜けなくなる程強く嵌り込む
ことはないと見込んで設定された値である。以上の検出
動作により溝底の検出動作は終了する。

【００３５】以上の準備操作が終了すると、次にねじリ
ード寸法、及び有効径の測定を開始する。この測定は、
リード寸法と有効径の測定のいずれを先に始めてもよい
が、説明の都合上リード寸法から先に測定するものとし
て、図１０のフローチャートを参照して説明する。測定
を開始すると、ステップＳ₂₁でまず上述した前段階の操
作により測定端子に対しＸ軸テーブル４ｘを＋０．１ｍ
ｍ位置へ移動させたことによる検出器６内の変位センサ
６_SXが＋０．１ｍｍのｘ軸変位出力となっているかを確
認する。同時に検出器６内のＺ軸方向の変位センサ６_SZ
の出力が±０であることを確認する。

【００３６】上記確認が終ると、ステップＳ₂₂でスピン
ドル９を回転させ、かつＺ軸テーブル５ｚを同期駆動す
る。この同期駆動は、スピンドル９の１回転でねじ溝の
１リード分の進みとなるように制御が行なわれる。そし
て、測定開始点をスピンドル９の回転角度θ＝０度とし
て、ステップＳ₂₃で回転角度θのデータ及び検出器のＸ
軸、Ｚ軸の変位センサ６_SX、６_SZによる変位データの取
込みが始まる。この角度データの取込みは、図示の例で
はθ＝５°毎に行なわれる。取込み角度の設定は５°以
下、又は以上であってもよいが、３６０°を割切れる数
値とするのが好ましい。

【００３７】ステップＳ₂₄では予め入力されるパラメー
タ値Ｋの指示により以下の動作がリード寸法又は有効径
の測定動作であるかを指令しておき、Ｋ値によりそれぞ
れのフローへ進む。まずＫ＝１であればステップＳＬ₁
へ進み、Ｚ軸変位の補正を行なう。この補正は次の通り
である。端子球６_Qがねじ溝の溝底に正規の接触位置で
接触しながらＺ軸方向に移動したとき、ねじ溝のリード
寸法が設計値通りであればＺ軸方向への端子球６_Qの移
動量も設計値通りとなり検出器内でＺ軸方向への測定端
子の変位はなく、変位センサ６_SZの出力は０となる。

【００３８】しかし、実際にはＺ軸テーブル５ｚのＺ軸
方向の移動量には誤差があり、又ねじ溝のリード値も製
作上の誤差がある。そこで、前者のＺ軸テーブル４ｚの
移動量誤差としてＺ軸テーブル５ｚの実際の位置Ｚ₂と
真の位置Ｚ₀（リード×θ／３６０）との誤差をΔＺと
するとΔＺ＝Ｚ₀−Ｚ₂となる。一方、後者の誤差とし
て検出器６内の変位センサ６_SZによる変位（誤差）をΔ
Ｚ₁とすると、真の図形出力変位Ｚｓは、ΔＺｓ＝ΔＺ
₁−ΔＺとなる。

【００３９】従って、検出器６内の変位センサ６_SZによ
る変位ΔＺ₁をリード誤差とするのではなく、これを上
記補正式によってΔＺｓとして補正する必要があり、ス
テップＳＬ₁でこのようなＺ軸変位の補正を行なうため
ΔＺ＝Ｚ₀−Ｚ₂という補正処理を行なっておく。そし
て、ステップＳＬ₂では補正後の真のセンサ出力として
ΔＺｓ＝ΔＺ₁−ΔＺによりＺ軸の演算を行なう。これ
により得られた偏差値をステップＳＬ₃で表示し、ステ
ップＳｚ₂の先頭に戻る。そして、上記演算をθの取込
角度５°毎にその都度行なって被測定物Ｎのナットの測
定最終端まで測定端子を下降させて測定する。以上の測
定によるリード変動曲線は、例えば図１３の（ａ）図の
ようになる。

【００４０】上述したリード寸法の測定が終了すると、
パラメータＫ値として１と異なる値を与えることにより
有効径の測定に移行する。有効径とは、図１２の（ａ）
図に示すように、ボールねじでは組込まれるボールのボ
ール中心径と定義されるから、測定端子の端子球６_Qの
径がボール径と異なる場合、端子球６_Qの中心径はボー
ル中心径と異なるため、球の直径の差分だけ端子球６_Q
の中心径位置に対して加算又は減算した位置となるよう
補正する必要がある。従って、このようなＸ軸変位補正
をステップＳＤ₁でまず実行する。なお、図１２の
（ａ）図でＡはねじ溝開始位置、Ｂは溝底形成位置であ
る。

【００４１】次に、ステップＳＤ₂で有効径変動値の演
算を行なう。有効径変動値とは、ボールが循環（転送）
する溝部分の有効径変動分（最大値−最小値）をいう。
実際のねじではねじ溝が螺旋状になっているため、ねじ
溝開始位置（リード０点とする）と対向する位置は位相
角度が１８０°進んだ位置となり、従って有効径変動分
とはねじ溝開始位置で検出器６のＸ軸方向の変位センサ
６_SXで検出される変位量Ｘ₀と位相角度が１８０°進ん
だ位置での変位量Ｘ₁₈₀との差となる。

【００４２】有効径変動分 ΔＸ＝Ｘ₀−Ｘ₁₈₀ 上記有効径変動分は、取込み角度θが５°であるから、
ねじ溝開始位置（０°）から５°ずつの測定位置を１、
２、３、……と符号を付すものとすると、 ΔＸ₁＝Ｘ_1.0−Ｘ_1.180 ΔＸ₂＝Ｘ_2.5−Ｘ_2.185 ΔＸ₃＝Ｘ_3.10−Ｘ_3.190 ・・・・・・・・・となり、５°置きに上記ΔＸの値を測定する。

【００４３】上記有効径変動分の値は、ねじ溝開始位置
（０°）から測定できるが、有効径が定義上の値として
存在するのは溝底が完全に形成された位相位置（Ｂ）よ
り以降である。従って、前述した準備操作において溝底
位置を検出しているから、図１２の（ｂ）図において溝
底位置とした位相角度位置より以降が本来の有効径変動
分であり、設計値通りであれば横軸と平行な一直線とな
る。又、有効径の値は最終端より１／２リード分手前の
位置で終了となり、有効径変動分の値は溝底が完全に存
在する位置までが本来のものであり（有効測定域）、そ
の位置より最終端までの間はねじ溝開始側と同様に正規
の値としては用いられない。

【００４４】以上の変動値の測定値はステップＳＤ₃で
取込み角度５°置きに表示され、その後ステップＳ₂₃の
先頭に戻って上記動作を繰り返す。変動値の測定例を図
１３の（ｂ）図に示す。

【００４５】上記実施形態では端子球を有するスタイラ
スアームによる測定端子は微小変位を検出する検出器を
介して保持手段のＸ、Ｚ軸テーブルで移動自在に保持す
るとしたが、保持手段の機構はテーブル形式でなくとも
検出器をＸ、Ｚ軸方向に移動し得る機構であればよい。
又、微小変位を許容する機構（弾性部材により）を検出
器内に設けたが、測定端子自体に設けてもよい。さら
に、測定対象物のねじ部品を載置台に載せ、回転駆動部
のスピンドルによりねじ部品を回転させる方式に代え
て、検出器又は測定端子自体をねじ部品に対し回転させ
る方式としてもよい。

【００４６】さらに、上記実施形態ではボールねじのナ
ットを測定する例を説明したが、上記ねじ寸法測定方法
及び装置はめねじだけでなくおねじを持つ三角ねじ、台
形ねじを含む各種の螺旋溝形状を有するねじ部品にも端
子球、スタイラスアームを含む測定端子をそれぞれに適
合するように変形すれば適用可能であることは言うまで
もない。

【００４７】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、この発明
のねじ寸法測定方法及び装置では、測定端子でねじ中心
線と平行に移動させながらねじ溝に沿って端子球を摺接
させ、測定端子がねじ溝の回転による移動との間でねじ
製作誤差によるずれを生じると、そのＸ、Ｚ軸方向の微
小変位データからねじ溝のリード寸法、又は有効径を測
定するようにしたから、上記ねじの主要寸法の測定を同
時に迅速に正確に行なうことができ、かつ連続的なデー
タとして得ることができるという利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態の測定装置の正面図

【図２】同上の側面図

【図３】図１の矢視III −III から見た部分拡大図

【図４】検出器付近の拡大図

【図５】同上の側面図

【図６】同上の背面図

【図７】測定装置の制御系の概略ブロック図

【図８】制御部の概略説明図

【図９】溝底位置検出操作のフローチャート

【図１０】リード寸法、有効径変動値の測定操作のフロ
ーチャート

【図１１】作動の説明図

【図１２】作動の説明図

【図１３】（ａ）リード誤差、（ｂ）有効径誤差の測定
データのグラフ

【符号の説明】

１免震台２門形支柱３保持手段４ｘＸ軸テーブル５ｚＺ軸テーブル６検出器６_R スタイラスアーム６_Q 端子球７載置台８支持台９スピンドル１０アクチュエータ１１芯出ゲージ１２ゲージ支柱部２０制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者上田時生静岡県磐田市東貝塚1578番地エヌティエヌ株式会社内 (72)発明者鈴木正昭静岡県磐田市東貝塚1578番地エヌティエヌ株式会社内Ｆターム(参考） 2F069 SS02 SS03 SS04 SS05 SS13 SS22

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ねじ溝に測定端子をねじの中心線と平行
に移動当接させてねじの主要寸法を測定する方法におい
て、ねじ溝を回転させながら測定端子をＸ軸方向及びＺ
軸方向に移動させ、ねじ溝に対し測定端子の端子球を摺
接させてねじ溝の回転角度θ、径方向位置ｘ、及び軸方
向位置ｚを測定し、これら測定データからねじ溝のリー
ド寸法、又は有効径のねじ主要寸法を演算により算出し
て測定することを特徴とするねじ寸法測定方法。
【請求項２】前記有効径を測定する際に有効測定域を
測定するため、予めねじ溝開始点から溝底形成位置まで
の測定端子のＸ軸方向の移動距離を演算により設定し、
測定端子に移動力を付与した状態でねじ溝の回転により
測定端子の移動が最小値となる位相角度位置を溝底形成
位置として検出し、溝底形成域の有効測定域を測定する
ようにしたことを特徴とする請求項１に記載のねじ寸法
測定方法。
【請求項３】前記ねじ溝の回転によるリードの進みピ
ッチと同期させて測定端子をＺ軸方向に移動させ、測定
端子が溝に摺接移動する際の移動量と同期駆動による移
動量の差を演算してねじリード寸法の誤差を測定するこ
とを特徴とする請求項１に記載のねじ寸法測定方法。
【請求項４】前記測定端子のＸ軸方向変位から有効径
を算出する際に、ねじ溝の任意の位相角度位置と１／２
ピッチ進み位相度位置でのそれぞれの有効径の変位量の
差を任意の位相角度位置の有効径変動量とする演算によ
り有効径変動量を算出して有効径の誤差を測定すること
を特徴とする請求項１に記載のねじ寸法測定方法。
【請求項５】前記ねじ主要寸法の測定又は溝底形成域
の測定の際、測定端子に測定開始位置で半径方向にプラ
ス目の移動力を予め付与するように設定したことを特徴
とする請求項１又は２に記載のねじ寸法測定方法。
【請求項６】ねじ溝に測定端子をねじの中心線と平行
に移動当接させてねじの主要寸法を測定する測定装置に
おいて、測定対象のねじを載置する載置台に着脱自在に
回転駆動部を連結し、この回転駆動部には回転角度を検
出する回転角度センサを設け、測定端子をＸ軸方向とＺ
軸方向に移動自在とする駆動部を有し、かつ検出器を有
する保持手段により測定端子を保持し、検出器は測定端
子のＸ軸方向とＺ軸方向のそれぞれの微小変位を検出す
る変位センサを有し、保持手段の駆動部は載置台の回転
によるねじ軸のリードの進みが測定端子のＺ軸方向の移
動量と一致するように回転駆動部と同期駆動し、回転角
度センサ及びＸ、Ｚ軸の変位センサにより回転角度
（θ）、径方向位置（Ｘ）、及び軸方向位置（Ｚ）を測
定してねじ溝のリード寸法又は有効径のねじ主要寸法を
測定することを特徴とするねじ寸法測定装置。
【請求項７】前記回転角度センサ、Ｘ、Ｚ軸方向の変
位センサからの測定信号を入力し、これら測定信号から
Ｘ軸方向の変位又はＺ軸方向の変位を演算する制御部を
設け、これによりリード寸法又は有効径を測定すること
を特徴とする請求項６に記載のねじ寸法測定装置。
【請求項８】前記制御部に表示器を接続し、リード寸
法又は有効径の測定結果を表示するようにしたことを特
徴とする請求項６又は７に記載のねじ寸法測定装置。
【請求項９】前記保持手段が測定端子のＺ軸方向の移
動を浮動状態で案内する浮動案内手段を備えていること
を特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載のねじ寸
法測定装置。
【請求項１０】前記測定端子を検出器内にＸ軸方向及
びＺ軸方向に弾性部材を介して支持するようにしたこと
を特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載のねじ寸
法測定装置。
【請求項１１】前記測定端子の測定圧が上下方向に均
一となるようにバランスウェイトを介して測定端子を検
出器に支持するようにしたことを特徴とする請求項６乃
至１０のいずれかに記載のねじ寸法測定装置。
【請求項１２】前記浮動案内手段をエアースライダと
したことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれかに記
載のねじ寸法測定装置。
【請求項１３】前記保持手段がＸ軸テーブルとＺ軸テ
ーブルとを備え、Ｘ軸テーブルとＺ軸テーブルはそれぞ
れボールねじ機構により移動自在としたことを特徴とす
る請求項６乃至１３のいずれかに記載のねじ寸法測定装
置。
【請求項１４】前記回転駆動部を静圧軸受で回転自在
に支持されるエアスピンドルとしたことを特徴とする請
求項６乃至１３のいずれかに記載のねじ寸法測定装置。