JP2009276137A - デジタル表示式変位測定器 - Google Patents

Abstract

【課題】１種類のねじで、ミリメートル単位での読取機種やインチ単位での読取機種も製作可能なデジタル表示式変位検出器を提供する。
【解決手段】スピンドル４の変位量をエンコーダ５によって検出したのち、デジタル表示手段６にデジタル表示するデジタル表示式変位検出器。スリーブ７の外周面軸方向に沿った仮想基線を中心として、一方側にスピンドル４の変位量をミリメートル単位で表示するミリメートル目盛１３が設けられているとともに、他方側にスピンドル４の変位量をインチ単位で表示するインチ目盛１４が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、スピンドルの軸方向の変位量から、被測定物の寸法などを測定するデジタル表示式変位測定器に関する。たとえば、デジタル表示式マイクロメータやデジタル表示式マイクロメータヘッドなどに関する。

従来、目盛読取式マイクロメータ（例えば、特許文献１参照）と、デジタル表示式マイクロメータ（例えば、特許文献２参照）とが知られている。
目盛読取式マイクロメータにおいては、ミリメートル単位での読取機種ではミリメートル仕様のねじ（例えば、０．５ｍｍピッチのねじ）が、インチ単位での読取機種ではインチ仕様のねじ（例えば、０．６３５ｍｍピッチのねじ）が使用され、スピンドルの変位は、スリーブの外周面軸方向に沿って設けられたスリーブ目盛と、シンブルの外周面周方向に沿って設けられたシンブル目盛とから読み取ることができる。

デジタル表示式マイクロメータにおいては、スピンドルの変位をロータリセンサなどで検出し、この検出値をミリメートル単位やインチ単位に換算して、デジタル表示しているため、目盛読取式マイクロメータのような目盛を必要としない。従って、デジタル表示式マイクロメータにおいては、メートル仕様のねじのみにより、ミリメートル単位での読取機種、インチ単位での読取機種を実現できる。

実開昭５４−１１７１６８号公報 特開平１１−２８７６０２号公報

しかしながら、デジタル表示式マイクロメータにおいては、使用環境などにより電気的外部ノイズなどによる誤表示が潜在的に存在するため、デジタル表示式マイクロメータにおいても、確認用の目盛を搭載する要望が多い。
昨今では、センサの信頼性が向上してきたことから、目盛読取式マイクロメータと同じ分解能での読取りの必要性は少なく、確認用として数ポイントにおいて、デジタル表示とシンブルの移動量（スピンドルの移動量）が合致しているかどうかを確認できれば事足りる場合がほとんどである。

このような状況のなか、従来は、デジタル表示式マイクロメータでも、目盛を搭載するためには、ミリメートル単位での読取機種にはミリメートル仕様のねじが、インチ単位での読取機種ではインチ仕様のねじが使用されてきたため、作り分けによるコスト高が課題であった。
また、目盛についても、ミリメートル単位での読取機種にはミリメートル目盛が、インチ単位での読取機種ではインチ目盛がスリーブの外周面軸方向に沿って形成されていたため、同様に、作り分けによるコスト高が課題であった。

更に、デジタル表示式マイクロメータにおいて、デジタル表示をミリメートル単位表示とインチ単位表示に切り替えられるタイプの場合、一方の目盛のみしか搭載していないと、スピンドルの移動量を目盛から確認できない場合があるため、操作性に欠けるという課題もあった。

本発明の目的は、１種類のねじで、ミリメートル単位での読取機種や、インチ単位での読取機種も製作でき、コスト低減が可能で、しかも、操作性も向上させることができるデジタル表示式変位検出器を提供することにある。

本発明のデジタル表示式変位測定器は、本体と、この本体に螺合されるねじ部を有し軸方向に変位するスピンドルと、このスピンドルの変位量を検出するエンコーダと、デジタル表示手段と、前記エンコーダによって検出された前記スピンドルの変位量をミリメートル単位およびインチ単位のいずれかに変換して前記デジタル表示手段に表示する表示制御手段と、前記本体に固定され前記スピンドルを内部に収容したスリーブと、このスリーブの外側に被嵌され前記スピンドルに連結されたシンブルとを備えたデジタル表示式変位検出器において、前記スリーブの外周面軸方向に沿って、前記スピンドルの変位量をミリメートル単位で表示するミリメートル目盛と、前記スピンドルの変位量をインチ単位で表示するインチ目盛とがそれぞれ設けられている、ことを特徴とする。

この構成によれば、シンブルを回転させると、これと連結されたスピンドルが回転され、軸方向へ変位される。スピンドルのねじ部には、ミリメートルピッチのねじが用いられているから、スピンドルが１回転すると、スピンドルはねじ部のミリメートルピッチだけ軸方向へ変位される。
スピンドルが変位すると、スピンドルの変位量がエンコーダによって検出されたのち、デジタル表示手段に表示される。スピンドルの軸方向の変位量をデジタル表示手段にミリメートル単位で表示する読取機種の場合、スピンドルの変位量がデジタル表示手段にミリメートル単位で表示される。スピンドルの軸方向の変位量をデジタル表示手段にインチ単位で表示する読取機種の場合、スピンドルの変位量がデジタル表示手段にインチ単位で表示される。

また、スピンドルの変位に伴って、シンブルもスリーブの軸方向へ移動される。スリーブの外周面軸方向には、ミリメートル目盛とインチ目盛とがそれぞれ設けられているから、これらの目盛から、スピンドルの変位量をミリメートル単位またはインチ単位で読み取ることができる。つまり、ミリメートル単位読取機種の場合、シンブルが位置するスリーブ上のミリメートル目盛から、スピンドルの変位量をミリメートル単位で読み取ることができる。インチ単位読取機種の場合、シンブルが位置するスリーブ上のインチ目盛から、スピンドルの変位量をインチ単位で読み取ることができる。

従って、いずれの読取機種、あるいは、表示切り替えタイプの機種であっても、スリーブの外周面軸方向に沿って設けられたミリメートル目盛とインチ目盛とから、スピンドルの変位量をミリメートル単位またはインチ単位で読み取ることができるから、これら目盛から読み取った値と、デジタル表示手段に表示された表示値とが一致するか否かによって、デジタル表示手段の誤表示の有無を確認できる。そのため、１種類のねじで、ミリメートル単位での読取機種やインチ単位での読取機種、あるいは、表示切り替えタイプの機種も製作可能であるから、コスト低減が図れるとともに、操作性も向上させることができる。

本発明のデジタル表示式変位測定器において、前記スリーブの外周面軸方向に沿った仮想基線を中心として、一方側に前記ミリメートル目盛が設けられ、他方側に前記インチ目盛が設けられている、ことが好ましい。
とくに、スリーブの外周面のうち、デジタル表示手段が設けられた面と同じ側において、ミリメートル目盛とインチ目盛とが設けられている、ことが好ましい。

この構成によれば、スリーブの外周面軸方向に沿った仮想基線を中心として、一方側にミリメートル目盛が形成され、他方側にインチ目盛が設けられているから、これらの目盛を識別しやすい。とくに、これらのミリメートル目盛とインチ目盛とがデジタル表示手段が設けられた面と同じ側であれば、より見やすい。

本発明のデジタル表示式変位測定器において、前記スピンドルが軸方向へ所定のインチピッチで変位したときの前記スピンドルの回転数のうち、整数回転数未満の小数桁に相当する基準位置からの前記シンブルの回転角度位置がインチ読取用シンブル目盛として、前記シンブルの外周面周方向に沿って形成されている、ことが好ましい。

この構成によれば、スピンドルが軸方向へ所定のインチピッチ分変位すると、例えば、０．１インチ分（ミリ換算値：２．５４ｍｍ）変位すると、スピンドルの軸方向変位に相当する分だけスピンドルが回転する。
いま、スピンドルのねじ部に、例えば０．５ｍｍピッチのねじが用いられているとすると、スピンドルは「５．０８」回転する。シンブルの外周面周方向には、スピンドルの回転数のうち、整数回転数未満の小数桁「０．０８」に相当する、基準位置からのシンブルの回転角度位置「２８．８度位置」にインチ読取用シンブル目盛が形成されているから、インチ目盛の「０．１」インチ付近にシンブルを移動させたのち、シンブルの基準位置から「２８．８度位置」に相当するインチ読取用シンブル目盛をスリーブの基線に合致させれば、スピンドルは０．１インチ移動したことになる。
従って、このようにして、インチ目盛とインチ読取用シンブル目盛とを用いて、スピンドルを所定のインチピッチ移動させたときに、デジタル表示手段の表示値が、目盛で設定した移動量を表示しているか否かによって、デジタル表示手段の誤表示を正確に確認できる。

本発明のデジタル表示式変位測定器において、前記シンブルの外周面には、前記シンブルが整数回転したとき、前記仮想基線と一致する基点マークが形成されている、ことが好ましい。
この構成によれば、基点マークをスリーブの外周面上の仮想基線上に一致させた状態で、ミリメートル目盛を読み取れば、スピンドルの変位量を、ミリメートル目盛から正確に読み取ることができる。つまり、シンブルの基点マークがない構成に比べ、読み取り精度を向上させることができる。

本発明のデジタル表示式変位測定器において、前記ミリメートル目盛およびインチ目盛のうち少なくとも一方は、数個おきに変位量を表す数字が付され、この数字が付された目盛の間に長さが次第に長くなる数本の目盛が等間隔に配置されている、ことが好ましい。
この構成によれば、ミリメートル目盛およびインチ目盛の少なくとも一方は、数個おきに変位量を表す数字が付されているから、例えば、この数字が付された目盛にシンブル位置を一致させて、デジタル表示手段の誤表示の有無を確認する際、数字が付された目盛に向かうに従って、目盛の長さが次第に長くなっているから、数字が付された目盛にシンブル位置を一致させやすい。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
＜全体構成（図１，２参照）＞
図１は、本実施形態のデジタル表示式マイクロメータの正面図、図２は同デジタル表示式マイクロメータの部分断面図である。
図１において、デジタル表示式マイクロメータ１は、略Ｕ字形の本体２と、この本体２の一端に固定されたアンビル３と、本体２の他端に螺合されアンビル３に対して接近・離間する方向へ変位するスピンドル４と、このスピンドル４の変位量を検出するエンコーダ５と、デジタル表示手段６と、エンコーダ５によって検出された変位量をミリメートル単位またはインチ単位のいずれかに変換してデジタル表示手段６に表示する表示制御手段１０と、本体２に固定されスピンドル４を内部に収容したスリーブ７と、このスリーブ７の外側に被嵌されスピンドル４に連結されたシンブル８とを備える。

図２に示すように、スピンドル４は、本体２に挿入された側にねじ部４Ａを一体的に有する。ねじ部４Ａには、ミリメートルピッチのねじが用いられている。本実施形態では、０．５ｍｍピッチのねじが用いられている。
エンコーダ５は、静電容量式エンコーダであって、スピンドル４と一体的に回転するロータ５Ａと、このロータ５Ａと所定間隔あけて対向し本体２に固定されたステータ５Ｂとを備える。ステータ５Ｂは、本体２の内部において本体２に固定されている。
デジタル表示手段６には、エンコーダ５によって検出されたスピンドル４の変位量がミリメートル単位またはインチ単位でデジタル表示される。

＜スリーブ目盛（図３参照）＞
スリーブ７の外周面には、図３に示すように、スリーブ目盛１１が軸方向に沿って形成されている。スリーブ目盛１１は、スリーブ７の外周面のうち、デジタル表示手段６が設けられた本体２の表面側と同じ側において、外周面軸方向に沿った仮想基線１２を中心として、一方側（スリーブ７を正面から見て上側）に軸方向に沿って所定ｍｍピッチで形成されたミリメートル目盛１３と、他方側（スリーブ７を正面から見て下側）に軸方向に沿って所定インチピッチで形成されたインチ目盛１４とを含んで構成されている。なお、外周面軸方向に沿った仮想基線１２とは、ミリメートル目盛１３とインチ目盛１４の間に形成される仮想線で、実際には線として表現されていない。

ミリメートル目盛１３は、スピンドル４が偶数回転したときのシンブル位置に対応して
目盛が刻まれている。つまり、スリーブ７の外周面軸方向に沿って、ミリメートル目盛１３が１ｍｍピッチで形成されている。ミリメートル目盛１３には、基準位置「０」から数個おき、ここでは５本おきに、変位量をミリメートルで表す数字が付されている。つまり、基準位置「０」から５本目、１０本目、１５本目、２０本目…の目盛に数字「５」「１０」「１５」「２０」…が付されている。この数字が付された目盛の間に等間隔に配置される目盛は、長さが次第に長くなるように階段状になっている。

インチ目盛１４は、スピンドル４が軸方向へ所定のインチピッチで移動したときのシンブル位置に対応して目盛が刻まれている。ここでは、スリーブ７の外周面軸方向に沿って、インチ目盛１４が、０．１インチピッチで形成されている。インチ目盛１４には、基準位置「０」から０．２インチピッチで変位量をインチで表す数字が付されている。つまり、基準位置「０」から２本目、４本目、６本目、８本目…の目盛に数字「.２」「.４」「.６」「.８」…が付されている。

＜インチ読取用シンブル目盛（図３〜図５参照）＞
シンブル８の外周面には、図３に示すように、インチ読取用シンブル目盛１５が周方向に沿って形成されている。インチ読取用シンブル目盛１５は、スピンドル４が軸方向へ所定のインチピッチで変位したときのスピンドル４の回転数のうち、整数回転数未満の小数桁に相当する基準位置からのシンブル８の回転角度位置を表す。
デジタル表示手段６の表示値と目盛（インチ目盛１４およびインチ読取用シンブル目盛１５）の読取値とを一致させるためのインチ読取用シンブル目盛１５の分割角度は、次式により得られる。
シンブル目盛位置（基準位置からの回転数）＝
インチ読取位置（ミリ換算値）／スピンドルのねじ部ピッチ（ミリ）
この計算式により、スピンドル４のねじ部４Ａのねじピッチが「０．５ｍｍ」の場合、インチ目盛位置のインチ読取用シンブル目盛位置（基準位置からの角度）を図４に示す。

本実施形態では、上述した関係を基に、図５に示すように、シンブル８の外周面周方向に沿って、インチ読取用シンブル目盛１５が２８．８度角度ピッチで形成されている。インチ読取用シンブル目盛１５には、基準位置「０」から２８．８度角度ピッチで整数の数字が１から順番に、つまり、「１」「２」「３」…のように付されている。

＜ミリメートル表示の確認方法（図６および図７参照）＞
デジタル表示手段６にミリメートル表示された表示値の誤表示を確認するには、スピンドル４を軸方向へ変位させた数点で確認作業を行う。
例えば、図６に示すように、シンブル８を２回転させ、インチ読取用シンブル目盛１５の「０」をミリメートル目盛１３の「１」位置に対応する仮想基線１２に一致させる。つまり、スピンドル４を１ｍｍ変位させる。このとき、デジタル表示手段６の表示値が「１．０００」ｍｍを表示していれば、誤表示がないと判定できる。そうでなければ、誤表示であると判定できる。

また、図７に示すように、シンブル８を１０回転させ、インチ読取用シンブル目盛１５の「０」をミリメートル目盛１３の「５」位置に対応する仮想基線１２に一致させる。つまり、スピンドル４を５ｍｍ変位させる。このとき、デジタル表示手段６の表示値が「５．０００」ｍｍを表示していれば、誤表示がないと判定できる。そうでなければ、誤表示であると判定できる。

＜インチ表示の確認方法（図８，図９参照）＞
デジタル表示手段６にインチ表示された表示値の誤表示を確認するには、同様に、スピンドル４を軸方向へ変位させた数点で確認作業を行う。
例えば、図８に示すように、シンブル８を５回転させたのち、更に、シンブル８を所定角度回転させ、インチ読取用シンブル目盛１５の「１」をインチ目盛１４の「０．１」位置に対応する仮想基線１２に一致させる。つまり、スピンドル４を０．１インチ変位させる。このとき、デジタル表示手段６の表示値が「０．１００００」インチを表示していれば、誤表示がないと判定できる。そうでなければ、誤表示であると判定できる。

また、図９に示すように、シンブル８を１０回転させたのち、更にシンブル８を所定角度回転させ、インチ読取用シンブル目盛１５の「２」をインチ目盛１４の「０．２」位置に対応した仮想基線１２に一致させる。つまり、スピンドル４を０．２インチ変位させる。このとき、デジタル表示手段６の表示値が「０．２００００」インチを表示していれば、誤表示がないと判定できる。そうでなければ、誤表示であると判定できる。

従って、１種類のねじ（ミリメートルピッチねじ）で、ミリメートル単位での読取機種やインチ単位での読取機種も製作できる。また、ミリメートル単位の目盛を刻んだスリーブと、インチ単位の目盛を刻んだスリーブとを別々に作成しておかなくてもよいので、コストダウンが可能である。

＜変形例＞
なお、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は、本発明に含まれるものである。

前記実施形態では、シンブル８の外周面周方向に沿って、インチ単位を読み取るインチ読取用シンブル目盛１５を付したが、これに代えて、図１０に示す基点マーク１６を付してもよい。この基点マーク１６は、三角形状で、インチ読取用シンブル目盛１５の「０」の位置に付されている。従って、この基点マーク１６がスリーブ７の仮想基線１２に一致すると、シンブル８が整数回転したことになるため、ミリメートル目盛１３の読み取りを高精度に行うことができる。

あるいは、図１１に示すように、シンブル８の外周面には、インチ読取用シンブル目盛１５や基点マーク１６などを一切付さない構成としてもよい。この場合、シンブル８の端面が位置するスリーブ目盛１１（ミリメートル目盛１３およびインチ目盛１４）から、スピンドル４の変位量を、ミリメートル単位またはインチ単位で読み取る。

前記実施形態では、スピンドル４のねじ部４Ａに０．５ｍｍピッチのねじを用いたが、これに限らず、他のピッチであってもよい。例えば、０．２５ｍｍピッチや１ｍｍピッチのねじを用いてもよい。

前記実施形態では、スリーブ目盛１１のうち、ミリメートル目盛１３を１ｍｍピッチで、インチ目盛１４を０．１インチピッチで、それぞれスリーブ７の外周面軸方向に沿って形成したが、これに限らず、他のピッチであってもよい。例えば、ミリメートル目盛１３を０．５ｍｍピッチ、インチ目盛１４を０．２インチピッチとしてもよい。

前記実施形態では、インチ読取用シンブル目盛１５をシンブル８の外周面周方向に沿って２８．８度間隔で形成したが、インチ読取用シンブル目盛１５のピッチは、これに限らず、他のピッチであってもよい。

前記実施形態では、スピンドル４のねじ部４Ａにメートルねじ（０．５ｍｍピッチのメートルねじ）を用いたが、メートルねじに限らず、インチねじを用いてもよい。
例えば、０．０２５インチピッチのインチねじを用いた場合、ミリ目盛位置（５ｍｍ、１０ｍｍ，１５ｍｍ…）のミリ読取用シンブル目盛の基点からの角度は、図１２のようになる。
従って、シンブル８の基点から「３１４．６５°」の角度位置にミリ読取用シンブル目盛と符号「５」を、シンブル８の基点から「２６９．２９°」の角度位置にミリ読取用シンブル目盛と符号「１０」を……付すようにすれば、ミリメートル表示の誤表示を確認できる。例えば、図１３に示すように、シンブル８を７回転させたのち、更に、シンブル８を所定角度回転させ、ミリ読取用シンブル目盛の「５」をミリメートル目盛１３の「５」位置に対応する仮想基線１２に一致させる。このとき、デジタル表示手段６の表示値が「５．０００」ｍｍを表示していれば、誤表示がないと判定できる。そうでなければ、誤表示であると判定できる。
ちなみに、インチ表示の誤表示を確認するには、例えば、シンブル８の端面をいずれかのスリーブ目盛（インチ目盛１４）に一致させ、このときのデジタル表示値を確認して判定すればよい。

前記実施形態において、エンコーダ５は、ロータ５Ａとステータ５Ｂの相対的な回転量を検出するデジタル式エンコーダであればよく、本実施形態で述べた静電容量式エンコーダに限定されない。たとえば、光学式や電磁式などでもよい。

前記実施形態では、デジタル表示式変位測定器としてデジタル表示式マイクロメータ１を例示したが、これに限定されない。たとえば、デジタル表示式マイクロメータヘッドなどであってもよい。

本発明は、スピンドルの軸方向の変位量から、被測定物の寸法などを測定するデジタル表示式変位測定器として利用できる。

本実施形態のデジタル表示式マイクロメータの正面図。 同上実施形態の部分断面図。 同上実施形態において、スリーブ目盛およびシンブル目盛を示す図。 同上実施形態において、インチ目盛位置を示す図。 同上実施形態において、シンブル目盛の説明図。 同上実施形態において、スピンドルが１ｍｍ変位したときの図。 同上実施形態において、スピンドルが５ｍｍ変位したときの図。 同上実施形態において、スピンドルが０．１インチ変位したときの図。 同上実施形態において、スピンドルが０．２インチ変位したときの図。 本発明の他の実施形態に係るスリーブ目盛およびシンブル目盛を示す図。 本発明の更に他の実施形態に係るスリーブ目盛およびシンブル目盛を示す図。 本発明において、ねじ部にインチねじを用いたときの図４に対応する図。 本発明において、ねじ部にインチねじを用いたときの誤表示確認を示す図。

符号の説明

１…デジタル表示式マイクロメータ、
２…本体、
３…アンビル、
４…スピンドル、
４Ａ…ねじ部、
５…エンコーダ、
６…デジタル表示手段、
７…スリーブ、
８…シンブル、
１０…表示制御手段、
１１…スリーブ目盛、
１２…基線、
１３…ミリメートル目盛、
１４…インチ目盛、
１５…インチ読取用シンブル目盛、
１６…基点マーク。

Claims (5)

1. 本体と、この本体に螺合されるねじ部を有し軸方向に変位するスピンドルと、このスピンドルの変位量を検出するエンコーダと、デジタル表示手段と、前記エンコーダによって検出された前記スピンドルの変位量をミリメートル単位およびインチ単位のいずれかに変換して前記デジタル表示手段に表示する表示制御手段と、前記本体に固定され前記スピンドルを内部に収容したスリーブと、このスリーブの外側に被嵌され前記スピンドルに連結されたシンブルとを備えたデジタル表示式変位検出器において、
   前記スリーブの外周面軸方向に沿って、前記スピンドルの変位量をミリメートル単位で表示するミリメートル目盛と、前記スピンドルの変位量をインチ単位で表示するインチ目盛とがそれぞれ設けられている、
   ことを特徴とするデジタル表示式変位検出器。
2. 請求項１に記載のデジタル表示式変位測定器において、
   前記スリーブの外周面軸方向に沿った仮想基線を中心として、一方側に前記ミリメートル目盛が設けられ、他方側に前記インチ目盛が設けられている、
   ことを特徴とするデジタル表示式変位測定器。
3. 請求項２に記載のデジタル表示式変位測定器において、
   前記スピンドルが軸方向へ所定のインチピッチで変位したときの前記スピンドルの回転数のうち、整数回転数未満の小数桁に相当する基準位置からの前記シンブルの回転角度位置がインチ読取用シンブル目盛として、前記シンブルの外周面周方向に沿って形成されている、
   ことを特徴とするデジタル表示式変位検出器。
4. 請求項２に記載のデジタル表示式変位測定器において、
   前記シンブルの外周面には、前記シンブルが整数回転したとき、前記仮想基線と一致する基点マークが形成されている、
   ことを特徴とするデジタル表示式変位検出器。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載のデジタル表示式変位測定器において、
   前記ミリメートル目盛およびインチ目盛のうち少なくとも一方は、数個おきに変位量を表す数字が付され、この数字が付された目盛の間に長さが次第に長くなる数本の目盛が等間隔に配置されている、
   ことを特徴とするデジタル表示式変位測定器。

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