JPS6128281B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、表面形状の計測、さらには接触す
る表面間の荷重の分布の測定をするための容量計
測装置に関するものである。

多くの回転装置は、正確に機械加工されかつみ
がかれるスラスト軸受のパツドを持つている。互
に対向して接触する軸受表面のパツドとランナー
は、動摩擦を少なくし従つてパツドが平らである
か大体平らである場合利用装置の効率を上げる。
接触する表面の平らさを確保するために、軸受の
パツドは周期的に検査されてその平らさを求め
る。過去の検査法では、普通、長に直線縁を有す
る定規およびフイーラ紙を使つている。そのよう
な測定装置には固有の欠点がある。すなわち、直
線縁は検査されるべき区域の極く一部にしか及ば
ないので検査時間が長くかゝりかつ結果が検査員
の熟練度に依存すること、およびフイーラ紙を使
つて軸受とランナーの間の空隙の大きさを決める
には入による莫大な判断が必要なことである。

特願昭52―110019号明細書（特開昭53―37453
号公報）には、導電性表面の組織を計測するため
の装置が開示されている。組織計測装置のプロー
ブは、問題の表面の仕上げまたは組織を分単位で
決定するが、一般の表面状態、形状または輪郭を
決するためにはむしろ望ましくない。上記特願昭
52―110019号明細書の第２図は、組織計測装置の
プローブに組み入れられた変形可能なエラストマ
ーによつて可能にされた詳しい表面測定特色をグ
ラフで示す。

ワークピースの表面仕上げがしばしば重要視さ
れるが、接触する表面の一般的な性質または形状
もまた重要である。そのような一般的な表面の特
性を正確に測定しようとする従来の試みには、高
度に熱練したオペレータを要すること、読みにし
ばしばあいまいさが伴なうので判断が必要なこ
と、大きな研究所、機械工場または製造工場でな
ければとても払えない高額の費用などの欠点があ
る。

この発明は、硬質の電導性ワークピース表面の
どんな起伏も計測するための、さらには互いに対
向して接触する２つのワークピース表面間での荷
重の分布を測定するための装置を提供する。電気
絶縁物質内に配置された複数個の電極を持つたコ
ンデンサ・パツドは、導電性の基準表面とワーク
ピース表面の間または接触するワークピース表面
の間に挿入されるべく設けられる。容量パツドの
諸電極には、各電極毎の表面間容量を測定するリ
ード線が個別に接続される。ワークピース表面と
基準表面の間または各電極の両端間の接触するワ
ークピース表面間の容量を測定し、もつてそれぞ
れ空隙の大きさ、荷重の分布を定めるための手段
が設けられる。

第１図は、第１の導電部材１４の表面１２と第
２の導電部材１８の表面１６との間に配置された
コンデンサ・パツド１０を示す。これらの導電部
材１４および１８は電気的にアースされ、そして
コンデンサ・パツド１０は容量測定装置２０へ電
気的に接続される。表面１６の形状を測定したい
場合、第１の導電部材１４は基準表面の役目を引
き受ける。基準表面は標準の金属製マーキング・
テーブルまたはわざわざみがかれた平板で良く、
その表面不ぞろいはこのようなマーキング・テー
ブルに対する測定によつて知られる。表面記録か
つ連続接触が表面１２および１６の絶対的な平ら
さよりもむしろ主として重要である場合、コンデ
ンサ・パツド１０は表面１２と１６の間隔を計測
し、これに従つて荷重の分布を測定するのに使用
される。

この発明の極めて重要な用途は軸受用、特にス
ラスト軸受およびこれに関連したランナー用であ
る。従つて、実施例においてはこのスラスト軸受
およびこれに関連したランナーの場合について説
明を行うが、この発明はこれに限定されるもので
はない。スラスト軸受のパツド例えばキングスベ
リイ・リング（Kingsberry Ring）形式のパツド
を製造することは、正確に機械加工されかつみが
かれた表面を確保することを意味する。しばしば
バビツト合金を張られるそのような表面を持つ完
全なリングは幾つもの扇形のセグメントすなわち
シユーに分けられ、各シユーはきさげ仕上げされ
（きさげを使用して、工作物の表面の微小な凸部
を削り取つて、所望の形状の面に仕上げるこ
と）、かつ所望の平らさの許容値をチエツクされ
る。各スラスト軸受のシユーの平らさ許容値をチ
エツクするために、基準になる第１の導電部材１
４は、第１図に示したような第２の導電部材１８
の役目を引き受ける各スラスト軸受のシユーと一
緒に使用される。各スラスト軸受のシユーの表面
が処理されかつ個別に検査されるので、幾つかの
シユーが軸受を支える土台に組立てられる時スラ
スト軸受アセンプリは完全に平らであるべきこと
が暗黙のうちに了解される。しかしながら、バビ
ツト合金が張られた軸受シユーの相対的な不整
列、軸受土台部材の正しくない整列、軸受ランナ
ー上の平らでない表面の不整列および回転可能部
材が軸受土台構造上の適所にセツトされる時の軸
受土台構造のひずみのような軸受表面の最終の平
らさに誤差をもたらし得る多くの要因がある。従
つて、スラスト軸受が完全に組立てられかつ回転
可能部材がこれに適合される時、通常対になつて
使える軸受表面にかゝる荷重の分布も測定するこ
とがしばしば望ましい。そのような場合、スラス
ト軸受のランナーは第１の導電部材１４の役目を
引き受け、そしてスラスト軸受のパツドは第２の
導電部材１８の役目を引き受ける。コンデンサ・
パツド１０（第２図に良く示される）が薄いの
で、スラスト軸受のアセンプリまたは他の対にな
つて使える表面の整列はその動作形状と殆ど変ら
ない。スラスト軸受のランナーが付着される回転
子の種々の角度位置に対してスラスト軸受のラン
ナーとスラスト軸受の各パツドとの間の容量を測
定することにより、各スラスト軸受のパツドに
かゝる荷重の分布を得るために、コンデンサ・パ
ツド１０を使える。

第２Ａ図は、複数個の電極２２を含むコンデン
サ・パツド１０の平面図を示す。複数個の電極２
２はコンデンサ・パツド１０の一縁へリード線２
４によつて個々にかつ電気的に接続される。コン
デンサ・パツド１０の形状は普通のスラスト軸受
の扇形をしたパツドに大体一致するとして第２Ａ
図に示されるが、そのようなコンデンサ・パツド
１０の形状および電極２２の分布は適切にかつ所
望に応じて変える（例えば長方形、或いは正方形
に）ことができる。所定数の電極２２（この場合
は４個）からのリード線２４は、電気的な端子グ
ループを提供するように、コンデンサ・パツド１
０の縁沿いに都合の良い場所２６，２８，３０お
よび３２でグループ化される。端子グループの各
構成部材は容量測定装置２０へ選択的に接続でき
る。

第２Ｂ図は、コンデンサ・パツド１０の断面図
を示すと共にこのようなコンデンサ・パツド１０
のための可能な製造技術をも示す。電極２２のア
レイは、電極２２を誘電体板３４へ被着して印刷
回路板を構成するための印刷回路製造技術によつ
て製造されることができる。得られた印刷回路板
を誘電体板３６に重ねると、完全に絶縁されたコ
ンデンサ・パツド１０を形成することができる。
普通に使用される電極材料は、厚さ0.051mm（２
ミル）程度の銅を含む。誘電体板３４および３６
は、普通ポリエチレン・テレフタレート樹脂すな
わちカプトン（商品名）Ｒで作られ、かつ0.025
mm〜0.076mm（１ミル〜３ミル）程度の厚さを持
つている。このようなコンデンサ・パツド１０の
全厚は従つた0.102mm〜0.203mm（４ミル〜８ミ
ル）程度である。

第３図は、第１図に示した容量測定装置を示
す。スイツチ３８はリード線２４を測定用発振器
４０へ選択的に接続し、測定用発振器４０の出力
周波数は得られた回路容量値に反比例する。カウ
ンタ４２は測定用発振器４０からの出力パルスの
数を測定し、カウンタ４２は周期発振器４４によ
つて周期的に始動される。カウンタ４２を始動す
る直前に、周期発振器４４はカウンタ４２の内容
をラツチ回路４６へゲートする。このようにラツ
チ回路４６へゲートされた内容はデイジタル表示
器４８で表示される。

第４図は、第１図に示した容量測定装置２０の
他の例である。マルチプレクサ３８ａを使つてリ
ード線２４を測定用発振器４０へ選択的に接続す
る。周期発振器４４はカウンタ４２を周期的に始
動しかつその内容をデマルチプレクサ５０で選ば
れたラツチ回路４６へゲートする。走査用カウン
タ５２は、各リード線２４と各表示器４８の間に
１：１の関係を形成するように、マルチプレクサ
３８ａおよびデマルチプレクサ５０へ適切なアド
レスを供給する。第４図に示したように、走査用
カウンタ５２は周期発振器４４によつてステツプ
される。

実際にワークピースの表面不ぞろいを計測する
場合には、一方でコンデンサ・パツド１０とワー
クピースの表面１６との間の容量が選択的に測定
され、同じように他方でコンデンサ・パツド１０
と基準表面１２との間の容量が計測される。そし
て、両者を比較することにより基準に対するワー
クピースの表面不ぞろいが求まる。なお、第２Ａ
図および第２Ｂ図に示されたこの実施例における
扇形のコンデンサ・パツド１０では、各電極２２
の面積すなわち容量が異なるが、上述した基準表
面１２側の容量との比較は、これを打ち消す効果
がある。

第５図の容量測定装置は、主として荷重の分布
計測用に利用される。マルチプレクサ３８ａは選
ばれたリード線２４を測定用発振器４０へ電子的
に接続する。測定用発振器４０の出力はテバイド
バイＮカウンタ５４によつて監視される。Ｎの値
は、適当に選ばれ、かつ周囲のたいていの60サイ
クル雑音との干渉を排除すると共に表示器４８に
適当なデイメンジヨンの単位を生じるのに有用で
ある。荷重の分布は、容量測定装置中に置かれた
測定用発振器４０の発振周期と関連付けられる。
所定回数の発振Ｎ毎に、テバイドバイＮカウンタ
５４はパルス発生器５６をトリガし、このパルス
発生器５６は高速カウンタ５８を始動しかつその
内容を適切なラツチ回路４６へゲートする。ラツ
チ回路４６へゲートされた内容は個々の表示器４
８で表示できる。荷重の分布が発振周期と関連付
けられるので、高速カウンタ５８はクロツク回路
６０からの時間の経過を記録する。パルス発生器
５６は走査用カウンタ５２を動作させて適当なデ
ータ・アドレスを供給させる。これは、リード線
２４と表示器４８の間に１：１の対応関係をもた
らすことになる。

この発明は、0.000254mm（0.01ミル）の間隔を
区別するのに必要な精度を維持しながら、機械工
場などで使用するために、適切にパツケージされ
ても良い。更に、この発明は明隙でかつ最終的に
は瞬時的であるが、それでも熟練したオペレータ
は最少の人員しか要らないし、また判断も行なう
必要がない。この発明は、自動検査および記録保
存のためのデータ・ロガーまたはプログラマブル
計算器のインターフエイスとしても容易に用いら
れる。この発明で知られるゼロ・オフセツト読み
は、マーキング・テーブルのような基準表面を利
用することによりかつゼロ読みを得るために適切
な調節を行なうことにより、適切に補正されるこ
とができる。そのようなゼロ・オフセツト調節
は、検査のための合格／不合格の一線を定めるた
めにも利用される。そのような場合、正、負の読
みをそれぞれ合格、不合格にするか、或はその逆
にしても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の略図、第２Ａ
図、第２Ｂ図は第１図に示した容量性パツドのそ
れぞれ平面図、断面図、第３図は第１図に示した
容量測定装置の一例のブロツク図、第４図は容量
測定装置の他の例のブロツク図、第５図は容量測
定装置の更に他の例のブロツク図である。 １０はコンデンサ・パツド、１２は基準表面に
なる第１の導電部材１４の表面、１６はワークピ
ース表面になる第２の導電部材１８の表面、２０
は測定装置になる容量測定装置、２２は電極、２
４はリード線、３４および３６は２つの電気絶縁
層になる誘電体板、４０は測定用発振器、４２は
計数手段になるカウンタ、４４は計数手段を始動
する手段および計数手段の内容をゲートする手段
になる周期発振器４４，４６はデータ記憶手段に
なるラツチ回路、４８はデータ記憶手段の内容を
表示する手段になる表示器、３８ａはマルチプレ
クサ、５２はアドレス情報を供給する手段または
アドレス・カウンタになる走査用カウンタ、５４
はパルスを計数し信号を供給する手段になるデバ
イドバイＮカウンタ、５６は時間々隔測定手段を
始動する手段および時間々隔測定手段の内容をゲ
ートする手段になるパルス発生器、５８は時間々
隔測定手段になる高速カウンタ、５０はデマルチ
プレクサである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 硬質の導電性のワークピース表面の表面不ぞ
   ろいおよび表面組織を計測するための装置であつ
   て、既知の表面組織を持ち上記ワークピース表面
   に整合して対向させられる硬質の導電性基準表面
   と、２つの電気絶縁層およびこれらの電気絶縁層
   間に単一の層として配置された複数個の不連続は
   く状電極からなり、上記ワークピース表面と上記
   基準表面の間に挿入できるコンデンサ・パツド
   と、上記基準表面、ワークピーク表面およびコン
   デンサ・パツドの各電極に接続され上記コンデン
   サ・パツドの各電極に関して、電極と上記ワーク
   ピース表面または上記基準表面との間の容量をそ
   れぞれ選択的に測定するための容量測定装置とを
   備え、上記電極とワークピース表面との間の容量
   と上記電極と基準表面との間の容量との比較に基
   づいて表面不ぞろいおよび表面組織を計測するこ
   とを特徴とする表面計測装置。 ２ 複数個の電極は所定の不連続関係で配設さ
   れ、各電極にはコンデンサ・パツドの一縁に延び
   出るリード線が接続されており、選ばれた電極か
   らの何本かのリード線は上記コンデンサ・パツド
   の一縁沿いに複数の端子グループにまとめられる
   特許請求の範囲第１項記載の表面計測装置。 ３ 測定装置は、ワークピース表面および基準表
   面へ電気的に接続される第１端子を有すると共に
   第２端子を有し出力周波数がコンデンサ・パツド
   における被測定容量に反比例する測定用発振器
   と、この測定用発振器の上記第２端子を選ばれた
   電極の何本かのリード線へ電気的に接続するため
   の手段と、上記測定用発振器によつて取り出され
   る発振回数を計数するための手段と、所定の時間
   間隔で上記計数手段を始動するための手段と、上
   記計数手段からのデータを記憶するための手段
   と、所定の時間上記計数手段の内容を上記データ
   記憶手段へゲートするための手段と、上記データ
   記憶手段の内容を表示するための手段とを含む特
   許請求の範囲第１項記載の表面計測装置。 ４ 電気的接続手段はマルチプレクサを含み、こ
   れにより所望の電極を容量測定のために接続でき
   る特許請求の範囲第３項記載の表面計測装置。 ５ 測定装置は、適切なアドレス情報をマルチプ
   レクサへ供給するための手段を含む特許請求の範
   囲第４項記載の表面計測装置。 ６ アドレス情報供給手段は、ゲート手段の動作
   回数に応答してアドレス情報を変更するための手
   段を含む特許請求の範囲第５項記載の表面計測装
   置。 ７ 表面不ぞろいがある可能性がありかつ上記表
   面に垂直に荷重を受ける対向してもしくは組合わ
   されて接触し得る２つの硬質の導電性表面間の荷
   重の分布を測定するための装置であつて、２つの
   電気絶縁層およびこれらの電気絶縁層間に単一層
   として配置された複数個の不連続はく状電極から
   なり、上記２つの導電性表面間に上記電気絶縁層
   が上記２つの導電性表面に接する位置で挿入でき
   るコンデンサ・パツドと、このコンデンサ・パツ
   ドの各電極およびそれぞれの導電性表面に接続さ
   れコンデンサ・パツドの各電極に関して隣接する
   上記導電性表面との間のそれぞれの容量を測定す
   るための手段と、測定された容量に応答して上記
   表面不ぞろいで生じさせられた種々の場所での空
   隙の値を決定し、もつて上記２つの導電性表面間
   の荷重の分布を決定するための手段とを備えた表
   面計測装置。 ８ 複数個の電極は不連続関係で配設され、各電
   極にはコンデンサ・パツドの一縁に延び出るリー
   ド線が接続されており、所定の電極からの何本か
   のリード線は上記コンデンサ・パツドの一縁沿い
   に複数の端子グループにまとめられる特許請求の
   範囲第７項記載の表面計測装置。 ９ 測定装置は、対になつて使える２つの導電性
   表面へ電気的に接続される第１端子を有すると共
   に第２端子を有し出力周波数が被測定容量に反比
   例する測定用発振器と、この測定用発振器の上記
   第２端子を選ばれた電極へ電気的に接続するため
   の手段と、時間間隔を測定するための手段と、上
   記測定用発振器によつて取り出されるパルスを計
   数し選ばれた発振回数毎に信号を供給する手段
   と、この計数手段の上記信号に応答して上記時間
   間隔測定手段を始動するための手段と、多数のデ
   ータを記憶するための手段と上記計数手段の上記
   信号に応答し上記時間間隔測定手段の内容を上記
   データ記憶手段へゲートするための手段と、上記
   データ記憶手段の内容を表示するための手段とを
   含む特許請求の範囲第７項記載の表示計測装置。 １０ 電気的接続手段は測定用発振器へ接続され
   るべき電極を選択するアドレス決定信号に応答す
   るマルチプレクサを含み、そして測定装置は計数
   手段の信号に応答し上記アドレス決定信号を供給
   するアドレス・カウンタを含む特許請求の範囲第
   ９項記載の表面計測装置。 １１ 測定装置は、時間間隔測定手段とデータ記
   憶手段の電気的な接続を行いかつ上記データ記憶
   手段を選択する際にアドレス・カウンタのアドレ
   ス決定信号に応答するデマルチプレクサを含む特
   許請求の範囲第１０項記載の表面計測装置。