JPH02176404A - 曲率半径測定器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、球体や円柱体、あるいは一部が部分的な球
体や円柱体によって形成されている構造体の曲率半径ａ
ｌＪ定器に関する。

（従来の技術） 球体や円柱体の曲率半径を求める方法としては、ノギス
や外側マイクロメータのような被測定物を平行な２つの
１ｉｌｌ定面で挟み込むことにより被測定物の外形の測
定を行うａｌ定器によって、測定しようとする球体や円
柱体の仮想原点を挟み込んで直径をｎ１定し、得られた
直径の値から曲率半径を求める、直径法が一般的に用い
られている。また、このような平行な２つの測定面をＨ
する１１Ｐ１定器を用いた直径法の測定位置が仮想原点
よりずれやすいという欠点を解消するために、１１か１
定面の一方を直角に隣接する２つの平面で構成した測定
器を用いて、同様に曲率半径を求めることも行われてい
る。

しかし、これら直径法は完全な球体や円柱体のの曲率半
径を求める場合には有効な方法であるが、棒状体の一端
部が半球体で構成されているような構造体や、板状体の
一端部が半円柱体で構成されているような構造体など、
球体や円柱体の一部によって曲面が形成されている構造
体の曲率半径を求めようとした場合、仮想原点を挟み込
むことができないため、測定することができない。

そこで、以下に示すようなｌｌ？３定方法が使用されて
いる。

■　触針などによって被測定物の表面を複数回トレース
することによって、球面や円柱面の形状を測定し、この
ｉｌｌ定値を演算することによって円の計算式から曲率
半径を求める方法（以下、トレース法と呼ぶ。）。

■　プローブなどによって披７１＄１定物表面の複数箇
所の座標を求め、この座標値を演算することによって円
の計算式から曲率半径を求める方法（以下、プローブ法
と呼ぶ。）。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述したようなトレース法やプローブ法
を用いたとしても、不完全な球面や円柱面の場合には、
部分的な円や球の測定から完全な円や球として一旦計算
し、この計算値より曲率半径を求めるため、僅かな測定
誤差が拡大され得られる曲率半径に誤差が生じやすいと
いう問題があった。特にプローブ法の場合には、複数点
の座標から計算によって曲率半径を求めるため、−点で
もｉ’ｌｌｊ定に誤差が生じていると、ｉ’ｌ１１定精
度が大幅に低下してしまう。また、被測定物表面の表面
粗さが大きいような場合には、特にトレース法における
測定値に誤差が生じやすく、測定精度が大幅に低下して
しまう。

また、被測定物の球形状や円形状の一部にゆがみが生じ
ているような場合には、平均的な球形状や円形状として
計算されてしまうため、部分的に実体とは合わなくなっ
てしまう。このように平均化して曲率半径を求めるため
、当然ながらゆがみのある球や円の部分的な曲率半径を
求めることはできない。

さらに、トレース法やプローブ法を適用した曲率半径測
定装置は、演算機能を必要とするとともに１１−１定部
の構成も複雑であるため、装置自体が高価であるという
難点や、その操作も複雑であるためにａｌｌ定コストが
高いというような難点もある。

この発明は、このような従来技術の課題に対処するため
になされたもので、球体や円柱体の一部によって曲面が
形成されているような構造体の曲面部においても、容品
にかつ精度よく曲率半径を求めることができ、かつ部分
的にゆがみが生じているような球面や円柱面における各
部の曲率半径をも測定可能な曲率半径＃１定器を提供す
ることを目的としている。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） すなわちこの発明の曲率半径ｎ１定器は、測定部本体と
、この測定部本体の一端部に設けられ内面が測定面とな
る所定の角度を有する円錐状またはＶ溝状の凹部と、こ
の凹部にその頂部方向から連通ずるように前記測定部本
体の他端部から穿設された測定孔と、前記凹部に当接配
置された被測定物に接触することにより曲率半径を計ａ
−１する計測手段とを具備することを特徴としている。

（作　用） この発明の曲率半径測定器においては、たとえばまず曲
率半径既知の基準球体や基準円柱体を測定部本体錐状ま
たはＶ溝状凹部に当接配置し、長さ計測手段によって基
準球体の先端位置の円錐状またはＶ溝状凹部の仮想頂点
からの距離を測定する。次いで、同様に被ａｌｌ定物の
曲面を円錐状またはＶ溝状凹部に当接配置し、曲面先端
位置の円錐状またはＶ溝状凹部の仮想頂点からの距離を
ａｌｌ定する。そして、これらの仮想頂点からの距離の
差から被４−１定物の曲面の曲率半径を求めることがで
きる。

よって、被測定物の曲面が円錐状またはＶ溝状凹部に当
接し面として固定されるものであれば、部分的な球体や
円柱体であっても正確に曲率半径の測定が可能である。

また、被測定物の曲面が部分的に曲率半径が異なる場合
　は、仮想頂点からの距離の差の変化として計ハ１でき
る。

（実施例） 次に、この発明の曲率半径測定器の実施例を図面を参照
して説明する。

第１図は、この発明の一実施例の球体用の曲率半径測定
器を示す図である。同図において、１はたとえば超硬合
金やセラミックス部材などの耐摩耗性に優れた部材によ
って形成された円筒状の測定部本体である。このΔＰ１
定部本部本体１方の端部１ａには、その面に対して所定
の角度を有する円錐状凹部１ｂが穿設されており、この
円錐状凹部１ｂの内面が測定面となる。また、測定部本
体１内には、他方の端部１ｃから円錐状凹部１ｂにその
頂部方向から連通する測定孔１ｄが形成されており、こ
の測定孔１ｄの円錐状凹部１ｂとの連通部は円錐状凹部
１ｂと逆円錐形状とされている。

ａ１定部本体１の測定孔１ｄには、測定部本体１の他方
の端部１ｃ側から長さ計測手段としてたとえばダイヤル
ゲージ２が配置されており、このダイヤルゲージ２のス
ピンドル２ａの先端に設けられた測定子２ｂが円錐状凹
部１ｂ内に到達するように、スリーブ２Ｃが測定孔ｌｄ
内に挿入され、測定部本体１側面に設けられた捩子溝１
ｅに捩子込まれた固定用捩子３によって固定されている
。

このダイヤルゲージ２は通常のダイヤルゲージであり、
測定子２ｂを被測定体に当接させてスピンドル２ａのス
トロークを指針２ｄにより、て計測するもので、回転可
能な目盛板２ｅによって零合わせが可能とされている。

また、１１−１定部本体１の外周には、円錐状凹部１ｂ
に挿入配置され曲率半径の測定が行われる被測定物５の
測定範囲を設定するサポート４が、円錐状凹部１ｂが形
成されているΔ−１定部本体１の一端部１ａより突設す
るように配置されており、このサポート４も図示を省略
した固定捩子によって測定部本体１に固定されている。

なお、このサポート４は直接曲率半径の測定に関与する
ものではなく、単に曲率半径の測定を行う場合には不必
要である。

次に、上記構成を有するこの実施例の曲率半径測定器の
測定原理について第２図を参照して説明する。

同図において、６は曲率半径が既知の基準体となる球体
で、７は被３１定物である球体であり、これらはそれぞ
れ測定部本体１錐状凹部１ｂの内面によって接触固定さ
れている。また、球体６の半径を「１、被測定球体７の
半径をｒｌ、円錐状凹部１ｂの頂部角度をθとし、円錐
状凹部１ｂの想定頂点０から基準球体６表面までの頂部
角度θの２等分線上の距離をβ１、同じく被測定球体７
表面までの距離を１２とする。

ここで、円錐状凹部１ｂの想定頂点Ｏから被測定球体７
の中心０２までの距離１１は、膳１−「２ ｓｉｎ　（θ／２） で表せるから、Ｊ２２は １１２−　＋Ｈ−ｒｌ−ｒｌ−ｒｚ ｓｌｎ　（θ／２） となる。そして、求めようとする被測定球体７の曲率半
径「２は、ｒｌと１２との比率からｒｌ：！ｚ−ｒ２：
　　　　ｒｌ−ｒｚｓｌｎ　（θ／２） 「２　′ ｒｌ　″ 「２ ・　β２ 「２ ｓｉｎ　（θ／２） 「２ 「２ ・　（２ 「２　　（１−ｓｉｎ　（θ１２）） ｓｉｎ　（θ／２） ｓｉｎ　（θ／２） ここで、ぶ１−Ｊ２ｚ−Δβとおくと、ｓｉｎ　（θ／
２） また、１１は同様に β１−ｒｌ ｓｉｎ　（θ／２） で表されるから 「１ ！ （以下余白） （以下余白） ｒｌ　　　　−ｒｌ　　　−Δ！ ｓｉｎ　（θ／２） そして、「１、θは既知であり、Δｋが４−１定部本体
１内に挿入固定されたダイヤルゲージ２による実測値と
なるため、「２が求まる。また、円錐状凹部１ｂの頂部
角度θを６０″とすると、となるため、 ｒ２＝１２椰Ｊ２＋−八β となり、被測定球体７の半径ｒ２の値を八βの実測値か
らｌ：ｌの目盛りとして直読することができ、より測定
時間を短縮することが可能となる。

実際の測定にあたっては、上述した説明のように、基準
球体６の曲率半径ｒ１が被測定球体７の曲率半径「２よ
り大きいとすると、第２図では省略したダイヤルゲージ
２としてスピンドル２ａの短縮工程によって指針２ｄが
目盛板２８のマイナス側に移動するものを使用するとと
もに、基準球体６を円錐状凹部１ｂに挿入固定し、ダイ
ヤルゲージ２のΔ−１定子２ｂが基準球体６に接した位
置を基準球体６の半径「１の値となるように目盛板２ｅ
を設定することによって、被ａ−１定球体７を円錐状凹
部１ｂに挿入固定した際に、ダイヤルゲージ２の指針２
ｄが指す値を直接被７１−１定球体７の曲率半径「２の
値として直読可能となる。

次に、上記構成の曲率半径測定器による測定方法につい
て説明する。なお、この例では被Ｊ１定物５として棒状
体の長手方向一端部が半球面で構成されている構造体を
用いて説明する。

まず、第３図（イ）に示すように、測定部本体１の円錐
状凹部１ｂに基準球体６をセットし、基準球体６が円錐
状凹部１ｂの内面によって接触固定されるように若干の
圧力を加え（図中矢印Ａで示す）、ダイヤルゲージ２の
測定子２ｂの位置を設定し、この状態におけるダイヤル
ゲージ２の指針２ｄが指す値が基準球体６の曲率半径「
１の値となるように目盛板２ｅを設定する。

次に、基準球体６を取除いた後・、被ａ−１定物５の球
面部分５ａを同様に円錐状凹部１にセットし、上述した
測定原理にしたがってダイヤルゲージ２の指針２ｄから
被ａＦＪ定物５の球面部分５ａの曲率半径ｒ２を測定す
る。

また、被測定物５の球面部分５ａが円錐状凹部１ｂの内
面に当接されている状態を維持しつつ、被測定物５を移
動させることにより、球面部分５ａの微小部分における
曲率半径「２の値を求めることができ、たとえば球面部
分５ａの加工精度などを判定することができる。

さらに、たとえば披ｉｌｌ定物５の球面部分５ａにおけ
る曲率半径の寸法精度の許容範囲が限定されている場合
には、サポート４の高さを予めそれに合せて設定してお
くことにより、容易に測定範囲を限定することが可能と
なり、たとえば品質保証のための測定などの際に、保証
範囲を容易に規定することができる。

そして、このような方法により、実際に一端部が半球面
で構成されている被ａｌｌ定物５の球面部分５ａの曲率
半径の１１−１定を行ったところ、１個あたり約０．５
分という短時間で測定を行うことができたのに対し、従
来のトレース法では約３０分〜６０分（作業者の熟練度
によって測定時間が大幅に異なる）、プローブ法では５
分〜１０分と測定時間がかかり、曲率半径の測定時間を
大幅に短縮することができた。また、従来のトレース法
やプローブ法ではハ１定結果に基づいて理論味として曲
率半径を求めてしまうため、球面の微小部分における曲
率半径を求めることができなかったのに対して、この実
施例の曲率半径Ｄ１定器によれば、被測定物５の円錐状
凹部１ｂに対する当接位置を変化させて複数回測定する
ことによって、球面の異形状態を判定することも可能で
あった。そして、測定精度もダイヤルゲージ２の測定誤
差内におさめることができるため、高精度のΔ−１定が
実現できる。

このように、この実施例の球体用曲率半径ΔＰ１定器に
よれば、部分的な球体で曲面が構成されているような被
測定物においても短時間で正確に曲率半径の測定ができ
、かつ球面の異形状態の判定も可能である。

また、第４図に示すように、円錐状凹部１ｂの内面にこ
の円錐形状を３等分する位置それぞれにスリット状凸部
１１を設けたａ１１定本体１を用いてもよい。

このように、円錐状凹部１ｂにスリット状凸部１１を設
けることによって、被測定物５の測定球面が測定面と平
行方向に異形である場合に、スリット状凸部１１に対す
る接触位置が変化し、その変化を被測定物５の曲率半径
「２の変化として読取ることができ、より正確に被測定
物５の球面の判定を行うことが可能となる。

次に、この発明の他の実施例について説明する。

第５図は、この発明の他の実施例の円柱体用曲率半径測
定器のΔ−１定部本体２１を示す図である。

この測定部本体２１には、その一端ｉ？ｊ２１ａに対し
て所定の角度を有するＶ溝２１ｂが形成されており、こ
のＶ溝２１ｂの内面が測定面となる。そして、前述の実
施例と同様にＶ溝２１ｂにその頂部方向から連通する測
定孔２１ｄが他方の端部２１ｃより形成されている。

そして、ａ−１定孔２１ｄに前述の実施例と同様に、図
示を省略した、たとえばダイヤルゲージを固定すること
によって円柱体用の曲率半径−１１定器が構成される。

この実施例の曲率半径測定器によれば、円柱体や板状体
の一端部が部分的な円柱面で構成された構造体などの曲
面の曲率半径を求めることができる。なお、測定原理は
前述の実施例と同様であり、また測定は前述の実施例に
準じてＶ溝２１ｂの長平方向に沿わせて被ａか１定物の
円柱面を当接配置することにより行うことができる。

なお、上述した各実施例においては、長さ計測手段とし
てダイヤルゲージを用いた例について説明したが、この
発明はこれに限定されるものではなく、測定条件などに
応じて各種のものを使用することが可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明の曲率半径測定器によれ
ば、たとえば部分的な球体や円柱体で球面や円柱面が構
成されているような披７１−１定物においても、短時間
で正確に曲率半径の７ｔ−１定かでき、かつ曲面の異形
状態の判定も可能である。また、基準体との比較による
ｎ１定となるため、測定精度も維持できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の曲率半径ｎ１定器を示す
図、第２図はその測定原理を示す図、第３図は第１図の
曲率半径υ１定器の使用状態を説明するための図、第４
図は第１図に示す曲率半径測定器における円錐状凹部の
変形例を示す図、第５図はこの発明の他の実施例の要部
を示す図である。 １．２１・・・・・・測定部本体、１ｂ・・・・・・円
錐状凹部、ｌｄ、２１ｄ・・・・・・測定孔、２・・・
・・・ダイヤルゲージ、２ｂ・・・・・・測定子、５・
・・・−・被測定物、６・・・・・・基準球体、１１・
・・・・・スリット状凸部、２１ｂ・・・・・・Ｖ溝状
凹部。 出願人　　　　　　株式会社　東芝 代理人　弁理士　　須　山　佐　− 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）測定部本体と、この測定部本体の一端部に設けら
   れ内面が測定面となる所定の角度を有する円錐状または
   Ｖ溝状の凹部と、この凹部にその頂部方向から連通する
   ように前記測定部本体の他端部から穿設された測定孔と
   、前記凹部に当接配置された被測定物に接触することに
   より曲率半径を計測する計測手段とを具備することを特
   徴とする曲率半径測定器。
2. （２）前記円錐状またはＶ溝状の凹部の角度が、６０°
   であることを特徴とする請求項１記載の曲率半径測定器
   。