円筒形状の測定方法及び測定装置
【課題】 移動手段の走査動作隙間を検出して変位検出器の値を補正し、前記走査動作の機械的正確さを追求することに負荷を必要としない高精度の測定方法を提供する。
【解決手段】 円筒体を中心軸回りに回転させ、前記中心軸直角断面上に配置され、円筒体の表面変位を計測する変位検出器を移動手段により前記中心軸方向に移動させ、前記変位検出器から得られた所定の位置での複数の検出信号を演算して円筒形状を測定する方法において、前記変位検出器は、第１の変位検出器と、前記第１の変位検出器の移動方向と反対に配置された第２の変位検出器とを有し、前記第２の変位検出器によって前記第１の変位検出器と同一の点を測定し、それぞれの測定値の差から前記移動手段の走査動作隙間を検出して前記第１の変位検出器の値を補正する。
【解決手段】 円筒体を中心軸回りに回転させ、前記中心軸直角断面上に配置され、円筒体の表面変位を計測する変位検出器を移動手段により前記中心軸方向に移動させ、前記変位検出器から得られた所定の位置での複数の検出信号を演算して円筒形状を測定する方法において、前記変位検出器は、第１の変位検出器と、前記第１の変位検出器の移動方向と反対に配置された第２の変位検出器とを有し、前記第２の変位検出器によって前記第１の変位検出器と同一の点を測定し、それぞれの測定値の差から前記移動手段の走査動作隙間を検出して前記第１の変位検出器の値を補正する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒体の円筒形状の測定方法及びこれに用いる装置に関するもので、特に、精度の良い円筒部材を得る手段として円筒部材の外表面を切削加工した際、精度測定に寄与する技術である。本発明で得られた測定技術の適用範囲は多岐にわたるが、本発明者らは、電子写真方式の複写機やレーザービームプリンタ、同ファクシミリ、又は印刷装置の画像形成部材、又はその基体である円筒部材の測定に適応し、その効果を確認したものである。
【０００２】
なお、円筒とは、中空のものだけでなく、中実のもの（円柱）も含むものとする。
【背景技術】
【０００３】
従来、電子写真方式の複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリ、印刷機等の画像形成装置における電子写真感光ドラムや現像スリーブは、形状寸法が所定の精度（マイクロメートルオーダ）に仕上げられた円筒部材を用いる。電子写真感光ドラムは所定の精度に仕上げられたドラム基体の表面に感光膜を施すことによって製造されるが、該ドラム基体の寸法精度が低いと感光膜に凹凸が生じ、このために画像形成装置の画像に欠陥が生じる。従って、精度の高い画像形成装置を得るためには、該ドラム基体のＪＩＳ Ｂ０６２１に定義されている円筒度および真円度等に高い精度が求められる。
【０００４】
一方、こうしたドラム基体を製造する工程においても、その寸法精度を保証することを目的とした高精度な測定機能が必要であり、その方法としては、回転可能な基台に被測定円筒体を立ててこれを回転させながら、表面形状を帯状レーザーその他の測定手段によって測定する方法（例えば、下記特許文献１参照。）や、円筒体の両端を何らかの治具にて把持して回転させ、帯状レーザーを遮る寸法を測定して円筒形状を測定する方法（例えば、下記特許文献２参照。）、または、回転軸を固定することなく円筒体を回転させ、円筒体の外周部に臨む変位検出器から得た測定値を近似算出させて測定する方法（例えば、下記特許文献３参照。）等が知られている。
【特許文献１】特開平６−２０１３７５号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】特開平８−５３４１号公報（特許請求の範囲）
【特許文献３】特開平６−１４７８７９号公報（特許請求の範囲）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
全ての円筒形状の測定においては、上記方法に限らず被測定円筒体の複数の円周形状を測定し、それら互いの位置関係をもって円筒度その他の測定結果としなければならないが、その互いの位置関係を正しく得るためには、円周形状を測定するセンサユニット等を被測定円筒体の軸方向に移動させる際に高精度なガイドレール等の機器を用い、またこのガイドレールと円筒体の中心軸からなる走り平行度が高くなるように調整、位置決めすることが一般的である。しかし、このような高精度なガイドレールの採用やその位置決め作業によって出された高精度な走り平行度は、長期間の機器運用に伴って発生しがちな機器の静的寸法精度、あるいは動作における精度の誤差が測定結果に反映してしまう。
【０００６】
本発明は、こうした問題に鑑み、円筒形状の寸法測定装置に発生する長期間の機器運用に伴って発生しがちな機器の静的寸法精度、あるいは動作における精度の誤差を低減し正確な測定が継続的に実現することを意図している。
【０００７】
そこで、測定された複数の円周形状同士の正しい位置関係を得るにあたって、何らかの方法を用いて、円筒体の中心軸とセンサユニットの移動軸との高い走り平行度を保つことなくこれを得ることができれば、機器製作におけるコストまたは定期的な機器メンテナンスにかかる管理コストの低減を図ることができ、ひいては製造コストの削減を期待できる。
【０００８】
本発明は、被測定円筒体を中心軸周りに回転させ、変位検出器を有するセンサユニットを中心軸と平行に移動させて円筒形状を測定する方法を前提とし、円筒体の中心軸とセンサユニットの移動軸との高い走り平行度を保つことなく、簡便な手段により高精度な測定結果を得る円筒形状の測定方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の円筒形状の測定方法は、円筒体を中心軸回りに回転させ、前記中心軸直角断面上に配置され、円筒体の表面変位を計測する変位検出器を移動手段により前記中心軸方向に移動させ、前記変位検出器から得られた所定の位置での複数の検出信号を演算して円筒形状を測定する方法において、前記変位検出器は、第１の変位検出器と、前記第１の変位検出器の移動方向と反対に配置された第２の変位検出器とを有し、前記第２の変位検出器によって前記第１の変位検出器と同一の点を測定し、それぞれの測定値の差から前記移動手段の走査動作隙間を検出して前記第１の変位検出器の値を補正することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の円筒形状の測定装置は、円筒体を中心軸回りに回転させる手段と、前記中心軸直角断面上に配置され、円筒体の表面変位を計測する変位検出器と、前記変位検出器を固定し前記中心軸に対して略平行に移動する手段と、前記変位検出器から得られた所定の位置での複数の検出信号を演算する手段とを有する円筒形状の測定装置において、前記変位検出器は、第１の変位検出器と、前記第１の変位検出器の移動方向と反対に配置された第２の変位検出器とを有し、前記第２の変位検出器によって前記第１の変位検出器と同一の点を測定し、それぞれの測定値の差から前記移動手段の走査動作隙間を検出して前記第１の変位検出器の値を補正することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、第１の変位検出器と同様に移動手段に固定されかつ移動方向と反対に配置された第２の変位検出器により、被測定円筒体の同一の点を測定し、それぞれの測定値の差から、移動手段の走査動作隙間を検出して第１の変位検出器の値を補正するので、円筒体の表面形状を測定する変位検出器が回転中心軸に対し略平行に移動する手段の走査動作の機械的正確さを追求することに負荷を要することなく、２つの変位検出器という簡便な手段により高い精度を伴って円筒形状を測定することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、円筒体の表面形状を測定する変位検出器が移動を伴う様々な測定方法において効果をなすが、以下の説明は対象となる本発明の測定方法の形態の一例であって、同様の効果は他の形態をもってしても得られる。
【００１３】
図面を参照して実施形態について説明する。
【００１４】
図１、図２に本発明にて提供する円筒体の測定方法に用いる測定装置の一例を示す。
【００１５】
図１、図２は、測定装置の平面図及び断面図である。
【００１６】
図３は、測定位置説明図である。
【００１７】
まず、実施形態における測定手段の概要について述べる。
被測定円筒体（以下、「円筒体」という）１を円筒受け治具上に載置するか、回転可能な基台に円筒体１を立てるか、図１、図２に示すように両端を何らかの治具６にて円筒体１を把持して、その円周方向に回転中心軸（以下、「中心軸」という）Ｏの回りに回転させる。該円筒体１の中心軸直角断面上に配置されかつ該中心軸Ｏに対して垂直方向から該円筒体１の表面変位を計測する変位検出器と、該変位検出器を固定し中心軸Ｏに対し略平行に移動する手段と、変位検出器から得られた所定の位置での複数の検出信号を演算する手段とを用いて、円筒体１の寸法精度、特に真円度、円筒度を測定する方法を前提としている。変位検出器は、変位検出器Ｓ（第１の変位検出器）と、変位検出器Ｓと同様に移動手段に配置されかつ移動方向と反対に移動刻み距離ｄの整数倍に配置された変位検出器Ｓ′（第２の変位検出器）を有し、変位検出器Ｓ′は変位検出器Ｓと同一の点を測定する。それぞれの測定値の差から、移動手段の走査動作隙間を検出して変位検出器Ｓの値を補正する。
【００１８】
以下、具体的に説明する。
【００１９】
図１、図２において、測定装置は、円筒体１を把持する治具６で把持して、支持台３に固定されたガイドレール４及びボールねじ５によって円筒体１の中心軸Ｏに平行に往復可能に設けられた取り付け台２に、円筒体１の中心軸Ｏに向けられ、互いに測定刻みの整数倍の間隔ｄで取り付け台２に固定された２個の変位検出器Ｓ，Ｓ′を有する。
【００２０】
次に、前記変位検出器の走査動作隙間の測定方法とその補正方法について述べる。
【００２１】
図４〜８は、走査動作隙間の算出に関する説明図であり、図９、図１０は、各被測定円の真円度算出に関する説明図である。
【００２２】
図３に示すように円筒体の中心軸方向に測定刻みｄで最大Ｎ箇所、１箇所の測定刻みにおいて円筒体を回転させ周方向に最大Ｍ箇所測定を行った場合において、２つの変位検出器Ｓ，Ｓ′の円筒体の周方向のｍ箇所目、中心軸方向のｎ箇所目での円筒体までの距離をＬｍｎ，Ｌ′ｍｎとする。なお、真円度を求める関係上Ｍは最低３である。
【００２３】
いま、変位検出器Ｓ，Ｓ′の間隔ｄが、中心軸方向の測定刻み距離の整数倍（図では１倍）として、図４に示すように測定開始位置ｎ＝１での円周形状の測定が終わり、変位検出器が測定刻みｄ移動し、ｎ＝２の位置になる。ｎ＝１での変位検出器Ｓの位置とｎ＝２での変位検出器Ｓ′の位置は同じとなり、台２が円筒体の中心軸と平行に移動したとすれば、走査動作隙間は発生せず、Ｌ１１とＬ′１２の値に差は生じない。ｍ＝１，ｎ＝２の測定を開始する際、走査動作隙間が発生し変位検出器が取り付けられている台２が円筒体の中心軸と平行に移動しなかった場合Ｌ１１とＬ′１２の値に差Ｘ２が生じる。
【００２４】
【数１】
中心軸Ｏからｍ＝１，ｎ＝１での変位検出器Ｓまでの距離をｋとする（予め計測してある）と、Ｌ１１とＬ′１２の差Ｘ２を変位検出器の走査動作隙間と捉えｎ＝２での中心軸Ｏから円筒体表面までの距離ｒ１２を求めることができる。
【００２５】
【数２】
次にｎ＋１箇所でのｒ１ｎの算出方法について述べる。図５に示すように同様にしてｎ＋１の場合の変位検出器が取り付けられている台２の走査動作隙間Ｘｎ＋１は数式（３）より求められる。
【００２６】
【数３】
しかしながら、Ｌ１ｎとＬ′１，ｎ＋１の差Ｘｎ＋１は求められるが、これはｎとｎ＋１での変位検出器の走査動作隙間の相対値であり、ｎ＝１で校正した前記中心軸Ｏからｍ＝１，ｎ＝１での変位検出器Ｓまでの距離ｋからの絶対値ではない。よってｎ＋１の場合、２からｎ＋１までのＸ２からＸｎ＋１を積算することにより中心軸Ｏからｍ＝１，ｎ＝１での変位検出器Ｓまでの距離ｋからの絶対値を数式（４）により求めることができる。
【００２７】
【数４】
ｆｎ＋１を求めて同様に数式（５）を使いｎ＋１の場合の中心軸Ｏから円筒体表面までの距離ｒ１，ｎ＋１を求めることができる。
【００２８】
【数５】
次に、中心軸と直角を成す断面上での円周形状の測定方法について述べる。まず始めに図６に示すようにｎ＝１の場合について述べる。円筒体の円周形状は変位検出器Ｓの周方向のｍ箇所目（ｍ＝１，２，３，・・・Ｍ）での円筒体の表面までの距離Ｌｍ１を中心軸Ｏまでの距離ｋから引いた値をＭ個算出することによって、円を数的に限定できる。中心軸Ｏから円筒体表面までの距離ｒｍ１は
【００２９】
【数６】
次に図７に示すようにｎ＝２の場合について述べる。先にも述べたように変位検出器Ｓ，Ｓ′が取り付けられている台２がｎ＝１から２に移動する際、走査動作隙間があった場合、その値が測定値に反映してしまうが、本発明の方法を用いれば、数式（１）に示すように該走査動作隙間を求め、数式（２）に示すように該走査動作隙間を除いた円筒体の表面形状を求めることができる。よってｎ＝２の場合、変位検出器Ｓによって求められた周方向のｍ箇所目での円筒体の表面までの距離Ｌｍ２を中心軸Ｏまでの距離ｋ及び、走査動作隙間Ｘ２から引いた値ｒｍ２を数式（７）によりＭ個算出することによって、円を数的に限定できる。
【００３０】
【数７】
次に図８に示すようにｎ＋１の場合も同様に数式（８）から変位検出器Ｓによって求められた円筒体の表面までの距離Ｌｍ，ｎ＋１を中心軸Ｏまでの距離ｋ、及び変位検出器の走査動作隙間の絶対値ｆｎ＋１から引いた値ｒｍ，ｎ＋１をＭ個算出することによって、円を数的に限定できる。
【００３１】
【数８】
続いて、表１に示すように求められた中心軸Ｏから各測定表面までの距離ｒ１１からｒＭＮまでの全ての距離から、既知の方法である最小自乗中心法を用いて、直交座標位置における円中心位置を求め、そこから各半径方向距離を算出し、該各半径の最大値と最小値の差から真円度を求める。
【００３２】
【表１】
まず、求めた円周形状から該円周の中心を求める方法について述べる。中心軸Ｏを直交座標位置における（０，０）としたｒ１ｎからｒＭｎの各距離から、円周上の測定点１からＭを直交座標位置として求める。図９に示すようにｍ箇所目での直交座標位置成分をそれぞれｒｘｍｎ，ｒｙｍｎとすれば、
【００３３】
【数９】
【００３４】
【数１０】
ここで被測定円の直交座標位置をＯｎ（Ｏｘｎ，Ｏｙｎ）とすれば最小自乗中心法により
【００３５】
【数１１】
【００３６】
【数１２】
として求めることができる。このとき両式右項の分母に与えるＭは、３６０°をθで割った数であり、この数はθによって変化する。
【００３７】
続いて真円度Ａを求める方法について述べる。
【００３８】
数式（１１），（１２）によって求めたＯｎ（Ｏｘｎ,Ｏｙｎ）を数式（９），（１０）によって求められる円周上の各測定点までの距離から引いた直交座標位置成分（Ｒｘｍｎ，Ｒｙｍｎ）は
【００３９】
【数１３】
【００４０】
【数１４】
として求めることができる（図１０）。得られたｍ箇所目での直交座標位置成分（Ｒｘｍｎ，Ｒｙｍｎ）より、真の各半径方向の変位量Ｒｍｎは、
【００４１】
【数１５】
として求めることができる。このとき中心軸直角断面円の真円度ＡはＲ１ｎからＲＭｎの最大値と最小値の差として求めることができる。
【００４２】
以上の測定と算出を円筒体１の所定の各中心軸直角断面円について求め、全ての中心軸直角断面円の円中心位置および、半径方向の変位量を得る。
【００４３】
次に、円筒体１の円筒度を求める。
【００４４】
測定された各中心軸直角断面円のうち円筒体１の両端（ｎ＝１，ｎ＝Ｎ）２つの中心軸直角断面円の両円中心同士を結ぶ直線と、その他の各中心軸直角断面円の交点の位置を、距離比例計算によって求める。続いて、数式（１３），（１４）のＯｘｎ，Ｏｙｎの代わりに前記交点の座標に置き換えて、各交点と円周上の各測定点を結ぶ直線上の変位量を半径方向の距離として算出する。ここで、得られた全ての距離の、最大値と最小値の差を円筒体の円筒度として得ることができる。
【００４５】
このように真円度、円筒度は、図示されていない演算装置により比較的簡単な演算により、精度よく求めることができる。
【００４６】
上記実施形態では、変位検出器Ｓ，Ｓ′は、一対としたが、実施形態の変形として、変位検出器Ｓ，Ｓ′は、移動方向に配置されて同一の点を測定するものを一対として中心軸回りに等間隔に複数対（ｊ個）有するものとしてもよい。すなわち、変位検出器Ｓが、円筒体の中心軸と直角を成す断面上に位置して、該円筒体の中心軸Ｏに向けられ、かつ中心軸Ｏを中心として互いに所定の角度（θ°）を挟んで扇状に配置して取り付け台に固定されたｊ個の複数の変位検出器（Ｓ１，Ｓ２，・・・Ｓｊ）から成り、該変位検出器がＭ＝３６０/θであるＭ個の距離データ、すなわちθ°ごとの該中心軸Ｏと直角を成す断面上の外周表面までの距離（Ｌ１，Ｌ２，・・・ＬＭ）を測定し、これらとは別に前記ｊ個の変位検出器（Ｓ１，Ｓ２，・・・Ｓｊ）と同様に移動手段に固定されたｊ個の変位検出器（Ｓ１′，Ｓ２′，・・・Ｓ′ｊ）によって前記ｊ個の変位検出器（Ｓ１，Ｓ２，・・・Ｓｊ）と同一の点を測定し、それぞれの測定値の差から移動手段の走査動作隙間を検出して変位検出器Ｓの値を補正する。
【００４７】
以上、図１、図２に示すように両端を何らかの治具６にて円筒体１を把持して、その円周方向に回転させ、円筒体１の外周を測定する場合について説明したが、円筒体１の内周を測定することもできる。
【００４８】
図１１は、円筒体を横置きとし、円筒の内周を測定する例を示す図である。
【００４９】
円筒体１を、両端を何らかの治具で把持せずに、下方に２箇所以上コロ８で支持し、回転ローラ７で回転させる。変位検出器Ｓ，Ｓ′を円筒体１の内部で軸方向に移動させることができる。
【００５０】
また、上記特許文献１のように円筒体１を回転可能な基台に立てて載置し、円筒体１の内部に変位検出器Ｓ，Ｓ′を移動させて円筒体１の内周を測定することもできる。
【００５１】
また、他の例として、図１１のような円筒体１を横置きにする装置、または上記特許文献１のような縦置きにする装置を用いて、円筒体１の内周と外周を別々に測定することもできる。
【００５２】
この場合、移動手段とそれに固定された変位検出器は、円筒体の内側と外側にそれぞれ配置されている。円筒体外の移動手段に変位検出器Ｓと変位検出器Ｓ′とを固定し、上記した方法により円筒体の外周を測定する。更に、円筒体内の移動手段に変位検出器Ｓと変位検出器Ｓの移動方向と反対に固定された変位検出器Ｓ′とを固定し、上記した方法と同様に、円筒体の内周を測定する。このように、４個の変位検出器により内外周の真円度、円筒度、及び円筒体の肉厚を求めることができる。
【００５３】
更に、他の例として、被測定物の円筒体は、同一の回転中心軸を有する径の異なる複数の円筒からなる複合円筒であり、回転中心軸の長さ方向に径の異なる、例えば左端部０〜１０ｍｍと右端部９０〜１００ｍｍでｒ＝２０ｍｍ、中央部１０〜９０ｍｍでｒ＝４０ｍｍのようなものである。このような複合円筒を構成する少なくとも１つの円筒に対して、上記記載の方法で測定する。測定した１つの円筒以外の円筒に対しては、移動手段の走査動作隙間を再度測定する必要がなく、それぞれ少なくとも前記第１の変位検出器と第２の変位検出器の一方を用いて円筒形状を測定し、全ての円筒において真円度、円筒度、及び同軸度を求めることができる。
【００５４】
また、この測定方法を用いることのできる変位検出手段としては多岐にわたり、例えば接触式であるダイヤルゲージ、電気マイクロメータ、又は非接触式であるレーザー式、渦電流式、静電容量式等々の手段を用いることが有効である。
【００５５】
以上述べた測定方法は、円筒体の表面形状を求める変位検出器の走査機構が例えば機器コストダウンによる変位検出器の走査精度の正確さが期待できない場合や機器の経時劣化などによる走査精度の正確さが期待できない場合においても有効である。
【実施例】
【００５６】
次に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
【００５７】
（実施例１）
円筒体として予め切削加工を施された、加工設定外径がφ８４．０ｍｍ、内径がφ７８．０ｍｍ、長さ３６０．０ｍｍのＡ３００３アルミニウム管を準備した。
【００５８】
サンプルの円筒体を図１と同様な円筒体測定器の円筒把持治具で把持した。変位検出器はＫＡＭＡＮ社製渦電流式変位検出器を使用し、ガイドレールは内製品を使用した。変位検出器Ｓ′は変位検出器Ｓと移動刻み５０ｍｍと等しい間隔で移動方向と反対に配置されており、円筒体１の一方の端から他方の端に向かって３０ｍｍ、８０ｍｍ、１３０ｍｍ、１８０ｍｍ、２３０ｍｍ、２８０ｍｍ、３３０ｍｍの７つの、円筒体の中心軸と直角を成す断面円を被測定円とし、各変位検出器Ｓ，Ｓ′と円筒体表面との距離Ｌ，Ｌ′として表２の測定値を得た。
【００５９】
【表２】
次に移動刻み５０ｍｍで変位検出器が移動した時に発生する各点での走査動作隙間を数式（３）により求め、数式（４）より前記検出器の走査動作隙間を除いた中心軸Ｏから円筒体表面までの各点の距離ｒ（ｒ１１〜ｒＭＮ）を求めたものを表３に示す。
【００６０】
【表３】
なお、測定開始位置での中心軸Ｏと変位検出器Ｓ，Ｓ′までの距離は予め計測してあり、表３における変位検出器の測定値は、円筒体の中心軸と直角を成す同一断面上の円筒体表面と中心軸までの距離を測定したものを示す。
【００６１】
次に各断面における円筒体の中心軸から各点までの距離を直交座標位置に変換した。こうして求まったｒｘｍｎ，ｒｙｍｎを用いて被測定円中心座標Ｏｎ（Ｏｘｎ，Ｏｙｎ）を最小自乗法で求め、前記各点の直交座標位置（ｒｘ１１，ｒｙ１１）〜（ｒｘＭＮ，ｒｙＭＮ）、と中心座標（Ｏｘ１，Ｏｙ１）〜（ＯｘＮ，ＯｙＮ）を得たものを表４に示す。
【００６２】
【表４】
続いて、測定した７つの被測定円のうち両端（ｎ＝１，ｎ＝Ｎ）に位置する２つの被測定円、すなわち中心軸方向の３０ｍｍ位置と３３０ｍｍ位置の両円中心同士を結ぶ直線と、その他の各被測定円との交点の位置を、距離比例計算により求めた中心ｘ，ｙ座標を表５に示す。
【００６３】
【表５】
次に、各被測定円ごとに各交点を基準とした円周上の各測定点のｘ，ｙ座標成分としての変位量を算出したものを表６上方に示す。さらに、各座標成分としての変位量から各交点を基準とした円周上の各測定点の半径方向の変位量を求めものを表６下方に示す。
【００６４】
【表６】
ここで、得られた全ての距離の、最大値（４２０４９．４μｍ）と最小値（４２０４３．９μｍ）の差をもって円筒体の円筒度５．５μｍを得た。
【００６５】
（実施例２）
円筒体として予め切削加工を施された、加工設定外径がφ３０．０ｍｍ、内径がφ２８．５ｍｍ、長さ２６０．０ｍｍのＡ３００３アルミニウム管を準備した。
【００６６】
この円筒体を図１と同様な円筒体測定器の円筒受け治具上に載置した。変位検出器Ｓ′は変位検出器Ｓと移動刻み２０ｍｍと等しい間隔で移動方向と反対に配置されており、円筒体１の一方の端から他方の端に向かって２０ｍｍ、４０ｍｍ、６０ｍｍ、８０ｍｍ、１００ｍｍ、１２０ｍｍ、１４０ｍｍ、１６０ｍｍ、１８０ｍｍ、２００ｍｍ、２２０ｍｍ、２４０ｍｍの１２の、円筒体の中心軸と直角を成す断面円を被測定円とし、これらに対してそれぞれ実施例１と同様な方法で円筒度を測定した。この結果を表７に示す。
【００６７】
【表７】
（実施例３）
円筒体として予め切削加工を施された、加工設定外径がφ８４．０ｍｍ、内径がφ７８．０ｍｍ、長さ３６０．０ｍｍのＡ３００３アルミニウム管を準備した。
【００６８】
この円筒体を図１と同様な円筒体測定器の円筒受け治具上に載置した。変位検出器はミツトヨ社製電気マイクロメータを使用し、変位検出器Ｓ′は変位検出器Ｓと移動刻み３０ｍｍと等しい間隔で移動方向と反対に配置されており、円筒体１の一方の端から他方の端に向かって３０ｍｍ、６０ｍｍ、９０ｍｍ、１２０ｍｍ、１５０ｍｍ、１８０ｍｍ、２１０ｍｍ、２４０ｍｍ、２７０ｍｍ、３００ｍｍ、３３０ｍｍの１１の、円筒体の中心軸と直角を成す断面円を被測定円とし、これらに対してそれぞれ実施例１と同様な方法で円筒度を測定した。この結果を表８に示す。
【００６９】
【表８】
（比較例１）
実施例１に記載のサンプルを変位検出器Ｓ′を使わないで同様に測定し、変位検出器Ｓから円筒体表面までの距離と、中心軸から円筒体表面までの距離として表９、表１０の測定値を得た。
【００７０】
【表９】
【００７１】
【表１０】
次に、測定値を実施例１と同様の方法を用いて求めた中心軸Ｏに対する各測定点の直交座標位置（ｘ，ｙ座標）を表１１上方に、中心座標（ｘ，ｙ座標）を表１１下方に示す。
【００７２】
【表１１】
続いて、測定した７つの被測定円のうち両端に位置する２つの被測定円、すなわち中心軸方向の３０ｍｍ位置と３３０ｍｍ位置の両円中心同士を結ぶ直線と、その他の各被測定円との交点の位置（ｘ，ｙ座標）を、距離比例計算により求めたものを表１２に示す。
【００７３】
【表１２】
次に、各被測定円ごとに各交点を基準とした円周上の各測定点のｘ，ｙ座標成分としての変位量を算出した。さらに、各座標成分としての変位量から各交点を基準とした円周上の各測定点の半径方向の変位量を求めたものを表１３に示す。
【００７４】
【表１３】
ここで、得られた全ての距離の、最大値（４２０４７．４μｍ）と最小値（４２０３８．３μｍ）の差をもって円筒体の円筒度９．１μｍを得た。
【００７５】
（比較例２）
実施例２に記載のサンプルを変位検出器Ｓ′を使わないで同様な方法で円筒度を測定した。この結果を表１４に示す。
【００７６】
【表１４】
[評価例１]
実施例１及び比較例１（従来方法）と真円度測定器として株式会社ミツトヨ製ラウンドテストＲＡ−Ｈ５０００ＡＨを用いて、同サンプルを同方式で各１０回づつ測定した各円筒度の値とそれぞれの測定値再現性を表１５及び図１２に示す。図１２は、実施例１及び比較例１で得た円筒度を比較するグラフである。
【００７７】
【表１５】
表１５及び図１２から、実施例１による測定値再現性が１．２μｍ、比較例１による測定値再現性が５．２μｍであり、本発明の方式を用いれば、測定値再現性が向上する効果が確認できる。
【００７８】
[評価例２]
実施例２及び比較例２（従来方法）と真円度測定器として株式会社ミツトヨ製ラウンドテストＲＡ−Ｈ５０００ＡＨを用いて、同サンプルを同方式で各１０回づつ測定した各円筒度の値とそれぞれの測定値再現性を表１６及び図１３に示す。図１３は、実施例２及び比較例２で得た円筒度を比較するグラフである。
【００７９】
【表１６】
表１６及び図１３から、実施例２による測定値再現性が１．７μｍ、比較例２による測定値再現性が８．８μｍであり、本発明の方式を用いれば、測定値再現性が向上する効果が確認できる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明により円筒形状の測定が容易になり、本発明は精度の良い円筒部材を作る技術として利用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】測定装置平面図（概略図）
【図２】測定装置断面図（概略図）
【図３】測定位置説明図
【図４】走査動作隙間の算出に関する説明図（１）
【図５】走査動作隙間の算出に関する説明図（２）
【図６】走査動作隙間の算出に関する説明図（３）
【図７】走査動作隙間の算出に関する説明図（４）
【図８】走査動作隙間の算出に関する説明図（５）
【図９】各被測定円の真円度算出に関する説明図（１）
【図１０】各被測定円の真円度算出に関する説明図（２）
【図１１】円筒体を横置きとし、円筒の内周を測定する例を示す図
【図１２】実施例１及び比較例１で得た円筒度を比較するグラフ
【図１３】実施例２及び比較例２で得た円筒度を比較するグラフ
【符号の説明】
【００８２】
１…被測定円筒体
２…変位検出器取り付け台
３…支持台
４…ガイドレール
５…ボールねじ
６…円筒把持治具
Ｏ…回転中心軸
Ｓ，Ｓ′…変位検出器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒体の円筒形状の測定方法及びこれに用いる装置に関するもので、特に、精度の良い円筒部材を得る手段として円筒部材の外表面を切削加工した際、精度測定に寄与する技術である。本発明で得られた測定技術の適用範囲は多岐にわたるが、本発明者らは、電子写真方式の複写機やレーザービームプリンタ、同ファクシミリ、又は印刷装置の画像形成部材、又はその基体である円筒部材の測定に適応し、その効果を確認したものである。
【０００２】
なお、円筒とは、中空のものだけでなく、中実のもの（円柱）も含むものとする。
【背景技術】
【０００３】
従来、電子写真方式の複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリ、印刷機等の画像形成装置における電子写真感光ドラムや現像スリーブは、形状寸法が所定の精度（マイクロメートルオーダ）に仕上げられた円筒部材を用いる。電子写真感光ドラムは所定の精度に仕上げられたドラム基体の表面に感光膜を施すことによって製造されるが、該ドラム基体の寸法精度が低いと感光膜に凹凸が生じ、このために画像形成装置の画像に欠陥が生じる。従って、精度の高い画像形成装置を得るためには、該ドラム基体のＪＩＳ Ｂ０６２１に定義されている円筒度および真円度等に高い精度が求められる。
【０００４】
一方、こうしたドラム基体を製造する工程においても、その寸法精度を保証することを目的とした高精度な測定機能が必要であり、その方法としては、回転可能な基台に被測定円筒体を立ててこれを回転させながら、表面形状を帯状レーザーその他の測定手段によって測定する方法（例えば、下記特許文献１参照。）や、円筒体の両端を何らかの治具にて把持して回転させ、帯状レーザーを遮る寸法を測定して円筒形状を測定する方法（例えば、下記特許文献２参照。）、または、回転軸を固定することなく円筒体を回転させ、円筒体の外周部に臨む変位検出器から得た測定値を近似算出させて測定する方法（例えば、下記特許文献３参照。）等が知られている。
【特許文献１】特開平６−２０１３７５号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】特開平８−５３４１号公報（特許請求の範囲）
【特許文献３】特開平６−１４７８７９号公報（特許請求の範囲）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
全ての円筒形状の測定においては、上記方法に限らず被測定円筒体の複数の円周形状を測定し、それら互いの位置関係をもって円筒度その他の測定結果としなければならないが、その互いの位置関係を正しく得るためには、円周形状を測定するセンサユニット等を被測定円筒体の軸方向に移動させる際に高精度なガイドレール等の機器を用い、またこのガイドレールと円筒体の中心軸からなる走り平行度が高くなるように調整、位置決めすることが一般的である。しかし、このような高精度なガイドレールの採用やその位置決め作業によって出された高精度な走り平行度は、長期間の機器運用に伴って発生しがちな機器の静的寸法精度、あるいは動作における精度の誤差が測定結果に反映してしまう。
【０００６】
本発明は、こうした問題に鑑み、円筒形状の寸法測定装置に発生する長期間の機器運用に伴って発生しがちな機器の静的寸法精度、あるいは動作における精度の誤差を低減し正確な測定が継続的に実現することを意図している。
【０００７】
そこで、測定された複数の円周形状同士の正しい位置関係を得るにあたって、何らかの方法を用いて、円筒体の中心軸とセンサユニットの移動軸との高い走り平行度を保つことなくこれを得ることができれば、機器製作におけるコストまたは定期的な機器メンテナンスにかかる管理コストの低減を図ることができ、ひいては製造コストの削減を期待できる。
【０００８】
本発明は、被測定円筒体を中心軸周りに回転させ、変位検出器を有するセンサユニットを中心軸と平行に移動させて円筒形状を測定する方法を前提とし、円筒体の中心軸とセンサユニットの移動軸との高い走り平行度を保つことなく、簡便な手段により高精度な測定結果を得る円筒形状の測定方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の円筒形状の測定方法は、円筒体を中心軸回りに回転させ、前記中心軸直角断面上に配置され、円筒体の表面変位を計測する変位検出器を移動手段により前記中心軸方向に移動させ、前記変位検出器から得られた所定の位置での複数の検出信号を演算して円筒形状を測定する方法において、前記変位検出器は、第１の変位検出器と、前記第１の変位検出器の移動方向と反対に配置された第２の変位検出器とを有し、前記第２の変位検出器によって前記第１の変位検出器と同一の点を測定し、それぞれの測定値の差から前記移動手段の走査動作隙間を検出して前記第１の変位検出器の値を補正することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の円筒形状の測定装置は、円筒体を中心軸回りに回転させる手段と、前記中心軸直角断面上に配置され、円筒体の表面変位を計測する変位検出器と、前記変位検出器を固定し前記中心軸に対して略平行に移動する手段と、前記変位検出器から得られた所定の位置での複数の検出信号を演算する手段とを有する円筒形状の測定装置において、前記変位検出器は、第１の変位検出器と、前記第１の変位検出器の移動方向と反対に配置された第２の変位検出器とを有し、前記第２の変位検出器によって前記第１の変位検出器と同一の点を測定し、それぞれの測定値の差から前記移動手段の走査動作隙間を検出して前記第１の変位検出器の値を補正することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、第１の変位検出器と同様に移動手段に固定されかつ移動方向と反対に配置された第２の変位検出器により、被測定円筒体の同一の点を測定し、それぞれの測定値の差から、移動手段の走査動作隙間を検出して第１の変位検出器の値を補正するので、円筒体の表面形状を測定する変位検出器が回転中心軸に対し略平行に移動する手段の走査動作の機械的正確さを追求することに負荷を要することなく、２つの変位検出器という簡便な手段により高い精度を伴って円筒形状を測定することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、円筒体の表面形状を測定する変位検出器が移動を伴う様々な測定方法において効果をなすが、以下の説明は対象となる本発明の測定方法の形態の一例であって、同様の効果は他の形態をもってしても得られる。
【００１３】
図面を参照して実施形態について説明する。
【００１４】
図１、図２に本発明にて提供する円筒体の測定方法に用いる測定装置の一例を示す。
【００１５】
図１、図２は、測定装置の平面図及び断面図である。
【００１６】
図３は、測定位置説明図である。
【００１７】
まず、実施形態における測定手段の概要について述べる。
被測定円筒体（以下、「円筒体」という）１を円筒受け治具上に載置するか、回転可能な基台に円筒体１を立てるか、図１、図２に示すように両端を何らかの治具６にて円筒体１を把持して、その円周方向に回転中心軸（以下、「中心軸」という）Ｏの回りに回転させる。該円筒体１の中心軸直角断面上に配置されかつ該中心軸Ｏに対して垂直方向から該円筒体１の表面変位を計測する変位検出器と、該変位検出器を固定し中心軸Ｏに対し略平行に移動する手段と、変位検出器から得られた所定の位置での複数の検出信号を演算する手段とを用いて、円筒体１の寸法精度、特に真円度、円筒度を測定する方法を前提としている。変位検出器は、変位検出器Ｓ（第１の変位検出器）と、変位検出器Ｓと同様に移動手段に配置されかつ移動方向と反対に移動刻み距離ｄの整数倍に配置された変位検出器Ｓ′（第２の変位検出器）を有し、変位検出器Ｓ′は変位検出器Ｓと同一の点を測定する。それぞれの測定値の差から、移動手段の走査動作隙間を検出して変位検出器Ｓの値を補正する。
【００１８】
以下、具体的に説明する。
【００１９】
図１、図２において、測定装置は、円筒体１を把持する治具６で把持して、支持台３に固定されたガイドレール４及びボールねじ５によって円筒体１の中心軸Ｏに平行に往復可能に設けられた取り付け台２に、円筒体１の中心軸Ｏに向けられ、互いに測定刻みの整数倍の間隔ｄで取り付け台２に固定された２個の変位検出器Ｓ，Ｓ′を有する。
【００２０】
次に、前記変位検出器の走査動作隙間の測定方法とその補正方法について述べる。
【００２１】
図４〜８は、走査動作隙間の算出に関する説明図であり、図９、図１０は、各被測定円の真円度算出に関する説明図である。
【００２２】
図３に示すように円筒体の中心軸方向に測定刻みｄで最大Ｎ箇所、１箇所の測定刻みにおいて円筒体を回転させ周方向に最大Ｍ箇所測定を行った場合において、２つの変位検出器Ｓ，Ｓ′の円筒体の周方向のｍ箇所目、中心軸方向のｎ箇所目での円筒体までの距離をＬｍｎ，Ｌ′ｍｎとする。なお、真円度を求める関係上Ｍは最低３である。
【００２３】
いま、変位検出器Ｓ，Ｓ′の間隔ｄが、中心軸方向の測定刻み距離の整数倍（図では１倍）として、図４に示すように測定開始位置ｎ＝１での円周形状の測定が終わり、変位検出器が測定刻みｄ移動し、ｎ＝２の位置になる。ｎ＝１での変位検出器Ｓの位置とｎ＝２での変位検出器Ｓ′の位置は同じとなり、台２が円筒体の中心軸と平行に移動したとすれば、走査動作隙間は発生せず、Ｌ１１とＬ′１２の値に差は生じない。ｍ＝１，ｎ＝２の測定を開始する際、走査動作隙間が発生し変位検出器が取り付けられている台２が円筒体の中心軸と平行に移動しなかった場合Ｌ１１とＬ′１２の値に差Ｘ２が生じる。
【００２４】
【数１】
中心軸Ｏからｍ＝１，ｎ＝１での変位検出器Ｓまでの距離をｋとする（予め計測してある）と、Ｌ１１とＬ′１２の差Ｘ２を変位検出器の走査動作隙間と捉えｎ＝２での中心軸Ｏから円筒体表面までの距離ｒ１２を求めることができる。
【００２５】
【数２】
次にｎ＋１箇所でのｒ１ｎの算出方法について述べる。図５に示すように同様にしてｎ＋１の場合の変位検出器が取り付けられている台２の走査動作隙間Ｘｎ＋１は数式（３）より求められる。
【００２６】
【数３】
しかしながら、Ｌ１ｎとＬ′１，ｎ＋１の差Ｘｎ＋１は求められるが、これはｎとｎ＋１での変位検出器の走査動作隙間の相対値であり、ｎ＝１で校正した前記中心軸Ｏからｍ＝１，ｎ＝１での変位検出器Ｓまでの距離ｋからの絶対値ではない。よってｎ＋１の場合、２からｎ＋１までのＸ２からＸｎ＋１を積算することにより中心軸Ｏからｍ＝１，ｎ＝１での変位検出器Ｓまでの距離ｋからの絶対値を数式（４）により求めることができる。
【００２７】
【数４】
ｆｎ＋１を求めて同様に数式（５）を使いｎ＋１の場合の中心軸Ｏから円筒体表面までの距離ｒ１，ｎ＋１を求めることができる。
【００２８】
【数５】
次に、中心軸と直角を成す断面上での円周形状の測定方法について述べる。まず始めに図６に示すようにｎ＝１の場合について述べる。円筒体の円周形状は変位検出器Ｓの周方向のｍ箇所目（ｍ＝１，２，３，・・・Ｍ）での円筒体の表面までの距離Ｌｍ１を中心軸Ｏまでの距離ｋから引いた値をＭ個算出することによって、円を数的に限定できる。中心軸Ｏから円筒体表面までの距離ｒｍ１は
【００２９】
【数６】
次に図７に示すようにｎ＝２の場合について述べる。先にも述べたように変位検出器Ｓ，Ｓ′が取り付けられている台２がｎ＝１から２に移動する際、走査動作隙間があった場合、その値が測定値に反映してしまうが、本発明の方法を用いれば、数式（１）に示すように該走査動作隙間を求め、数式（２）に示すように該走査動作隙間を除いた円筒体の表面形状を求めることができる。よってｎ＝２の場合、変位検出器Ｓによって求められた周方向のｍ箇所目での円筒体の表面までの距離Ｌｍ２を中心軸Ｏまでの距離ｋ及び、走査動作隙間Ｘ２から引いた値ｒｍ２を数式（７）によりＭ個算出することによって、円を数的に限定できる。
【００３０】
【数７】
次に図８に示すようにｎ＋１の場合も同様に数式（８）から変位検出器Ｓによって求められた円筒体の表面までの距離Ｌｍ，ｎ＋１を中心軸Ｏまでの距離ｋ、及び変位検出器の走査動作隙間の絶対値ｆｎ＋１から引いた値ｒｍ，ｎ＋１をＭ個算出することによって、円を数的に限定できる。
【００３１】
【数８】
続いて、表１に示すように求められた中心軸Ｏから各測定表面までの距離ｒ１１からｒＭＮまでの全ての距離から、既知の方法である最小自乗中心法を用いて、直交座標位置における円中心位置を求め、そこから各半径方向距離を算出し、該各半径の最大値と最小値の差から真円度を求める。
【００３２】
【表１】
まず、求めた円周形状から該円周の中心を求める方法について述べる。中心軸Ｏを直交座標位置における（０，０）としたｒ１ｎからｒＭｎの各距離から、円周上の測定点１からＭを直交座標位置として求める。図９に示すようにｍ箇所目での直交座標位置成分をそれぞれｒｘｍｎ，ｒｙｍｎとすれば、
【００３３】
【数９】
【００３４】
【数１０】
ここで被測定円の直交座標位置をＯｎ（Ｏｘｎ，Ｏｙｎ）とすれば最小自乗中心法により
【００３５】
【数１１】
【００３６】
【数１２】
として求めることができる。このとき両式右項の分母に与えるＭは、３６０°をθで割った数であり、この数はθによって変化する。
【００３７】
続いて真円度Ａを求める方法について述べる。
【００３８】
数式（１１），（１２）によって求めたＯｎ（Ｏｘｎ,Ｏｙｎ）を数式（９），（１０）によって求められる円周上の各測定点までの距離から引いた直交座標位置成分（Ｒｘｍｎ，Ｒｙｍｎ）は
【００３９】
【数１３】
【００４０】
【数１４】
として求めることができる（図１０）。得られたｍ箇所目での直交座標位置成分（Ｒｘｍｎ，Ｒｙｍｎ）より、真の各半径方向の変位量Ｒｍｎは、
【００４１】
【数１５】
として求めることができる。このとき中心軸直角断面円の真円度ＡはＲ１ｎからＲＭｎの最大値と最小値の差として求めることができる。
【００４２】
以上の測定と算出を円筒体１の所定の各中心軸直角断面円について求め、全ての中心軸直角断面円の円中心位置および、半径方向の変位量を得る。
【００４３】
次に、円筒体１の円筒度を求める。
【００４４】
測定された各中心軸直角断面円のうち円筒体１の両端（ｎ＝１，ｎ＝Ｎ）２つの中心軸直角断面円の両円中心同士を結ぶ直線と、その他の各中心軸直角断面円の交点の位置を、距離比例計算によって求める。続いて、数式（１３），（１４）のＯｘｎ，Ｏｙｎの代わりに前記交点の座標に置き換えて、各交点と円周上の各測定点を結ぶ直線上の変位量を半径方向の距離として算出する。ここで、得られた全ての距離の、最大値と最小値の差を円筒体の円筒度として得ることができる。
【００４５】
このように真円度、円筒度は、図示されていない演算装置により比較的簡単な演算により、精度よく求めることができる。
【００４６】
上記実施形態では、変位検出器Ｓ，Ｓ′は、一対としたが、実施形態の変形として、変位検出器Ｓ，Ｓ′は、移動方向に配置されて同一の点を測定するものを一対として中心軸回りに等間隔に複数対（ｊ個）有するものとしてもよい。すなわち、変位検出器Ｓが、円筒体の中心軸と直角を成す断面上に位置して、該円筒体の中心軸Ｏに向けられ、かつ中心軸Ｏを中心として互いに所定の角度（θ°）を挟んで扇状に配置して取り付け台に固定されたｊ個の複数の変位検出器（Ｓ１，Ｓ２，・・・Ｓｊ）から成り、該変位検出器がＭ＝３６０/θであるＭ個の距離データ、すなわちθ°ごとの該中心軸Ｏと直角を成す断面上の外周表面までの距離（Ｌ１，Ｌ２，・・・ＬＭ）を測定し、これらとは別に前記ｊ個の変位検出器（Ｓ１，Ｓ２，・・・Ｓｊ）と同様に移動手段に固定されたｊ個の変位検出器（Ｓ１′，Ｓ２′，・・・Ｓ′ｊ）によって前記ｊ個の変位検出器（Ｓ１，Ｓ２，・・・Ｓｊ）と同一の点を測定し、それぞれの測定値の差から移動手段の走査動作隙間を検出して変位検出器Ｓの値を補正する。
【００４７】
以上、図１、図２に示すように両端を何らかの治具６にて円筒体１を把持して、その円周方向に回転させ、円筒体１の外周を測定する場合について説明したが、円筒体１の内周を測定することもできる。
【００４８】
図１１は、円筒体を横置きとし、円筒の内周を測定する例を示す図である。
【００４９】
円筒体１を、両端を何らかの治具で把持せずに、下方に２箇所以上コロ８で支持し、回転ローラ７で回転させる。変位検出器Ｓ，Ｓ′を円筒体１の内部で軸方向に移動させることができる。
【００５０】
また、上記特許文献１のように円筒体１を回転可能な基台に立てて載置し、円筒体１の内部に変位検出器Ｓ，Ｓ′を移動させて円筒体１の内周を測定することもできる。
【００５１】
また、他の例として、図１１のような円筒体１を横置きにする装置、または上記特許文献１のような縦置きにする装置を用いて、円筒体１の内周と外周を別々に測定することもできる。
【００５２】
この場合、移動手段とそれに固定された変位検出器は、円筒体の内側と外側にそれぞれ配置されている。円筒体外の移動手段に変位検出器Ｓと変位検出器Ｓ′とを固定し、上記した方法により円筒体の外周を測定する。更に、円筒体内の移動手段に変位検出器Ｓと変位検出器Ｓの移動方向と反対に固定された変位検出器Ｓ′とを固定し、上記した方法と同様に、円筒体の内周を測定する。このように、４個の変位検出器により内外周の真円度、円筒度、及び円筒体の肉厚を求めることができる。
【００５３】
更に、他の例として、被測定物の円筒体は、同一の回転中心軸を有する径の異なる複数の円筒からなる複合円筒であり、回転中心軸の長さ方向に径の異なる、例えば左端部０〜１０ｍｍと右端部９０〜１００ｍｍでｒ＝２０ｍｍ、中央部１０〜９０ｍｍでｒ＝４０ｍｍのようなものである。このような複合円筒を構成する少なくとも１つの円筒に対して、上記記載の方法で測定する。測定した１つの円筒以外の円筒に対しては、移動手段の走査動作隙間を再度測定する必要がなく、それぞれ少なくとも前記第１の変位検出器と第２の変位検出器の一方を用いて円筒形状を測定し、全ての円筒において真円度、円筒度、及び同軸度を求めることができる。
【００５４】
また、この測定方法を用いることのできる変位検出手段としては多岐にわたり、例えば接触式であるダイヤルゲージ、電気マイクロメータ、又は非接触式であるレーザー式、渦電流式、静電容量式等々の手段を用いることが有効である。
【００５５】
以上述べた測定方法は、円筒体の表面形状を求める変位検出器の走査機構が例えば機器コストダウンによる変位検出器の走査精度の正確さが期待できない場合や機器の経時劣化などによる走査精度の正確さが期待できない場合においても有効である。
【実施例】
【００５６】
次に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
【００５７】
（実施例１）
円筒体として予め切削加工を施された、加工設定外径がφ８４．０ｍｍ、内径がφ７８．０ｍｍ、長さ３６０．０ｍｍのＡ３００３アルミニウム管を準備した。
【００５８】
サンプルの円筒体を図１と同様な円筒体測定器の円筒把持治具で把持した。変位検出器はＫＡＭＡＮ社製渦電流式変位検出器を使用し、ガイドレールは内製品を使用した。変位検出器Ｓ′は変位検出器Ｓと移動刻み５０ｍｍと等しい間隔で移動方向と反対に配置されており、円筒体１の一方の端から他方の端に向かって３０ｍｍ、８０ｍｍ、１３０ｍｍ、１８０ｍｍ、２３０ｍｍ、２８０ｍｍ、３３０ｍｍの７つの、円筒体の中心軸と直角を成す断面円を被測定円とし、各変位検出器Ｓ，Ｓ′と円筒体表面との距離Ｌ，Ｌ′として表２の測定値を得た。
【００５９】
【表２】
次に移動刻み５０ｍｍで変位検出器が移動した時に発生する各点での走査動作隙間を数式（３）により求め、数式（４）より前記検出器の走査動作隙間を除いた中心軸Ｏから円筒体表面までの各点の距離ｒ（ｒ１１〜ｒＭＮ）を求めたものを表３に示す。
【００６０】
【表３】
なお、測定開始位置での中心軸Ｏと変位検出器Ｓ，Ｓ′までの距離は予め計測してあり、表３における変位検出器の測定値は、円筒体の中心軸と直角を成す同一断面上の円筒体表面と中心軸までの距離を測定したものを示す。
【００６１】
次に各断面における円筒体の中心軸から各点までの距離を直交座標位置に変換した。こうして求まったｒｘｍｎ，ｒｙｍｎを用いて被測定円中心座標Ｏｎ（Ｏｘｎ，Ｏｙｎ）を最小自乗法で求め、前記各点の直交座標位置（ｒｘ１１，ｒｙ１１）〜（ｒｘＭＮ，ｒｙＭＮ）、と中心座標（Ｏｘ１，Ｏｙ１）〜（ＯｘＮ，ＯｙＮ）を得たものを表４に示す。
【００６２】
【表４】
続いて、測定した７つの被測定円のうち両端（ｎ＝１，ｎ＝Ｎ）に位置する２つの被測定円、すなわち中心軸方向の３０ｍｍ位置と３３０ｍｍ位置の両円中心同士を結ぶ直線と、その他の各被測定円との交点の位置を、距離比例計算により求めた中心ｘ，ｙ座標を表５に示す。
【００６３】
【表５】
次に、各被測定円ごとに各交点を基準とした円周上の各測定点のｘ，ｙ座標成分としての変位量を算出したものを表６上方に示す。さらに、各座標成分としての変位量から各交点を基準とした円周上の各測定点の半径方向の変位量を求めものを表６下方に示す。
【００６４】
【表６】
ここで、得られた全ての距離の、最大値（４２０４９．４μｍ）と最小値（４２０４３．９μｍ）の差をもって円筒体の円筒度５．５μｍを得た。
【００６５】
（実施例２）
円筒体として予め切削加工を施された、加工設定外径がφ３０．０ｍｍ、内径がφ２８．５ｍｍ、長さ２６０．０ｍｍのＡ３００３アルミニウム管を準備した。
【００６６】
この円筒体を図１と同様な円筒体測定器の円筒受け治具上に載置した。変位検出器Ｓ′は変位検出器Ｓと移動刻み２０ｍｍと等しい間隔で移動方向と反対に配置されており、円筒体１の一方の端から他方の端に向かって２０ｍｍ、４０ｍｍ、６０ｍｍ、８０ｍｍ、１００ｍｍ、１２０ｍｍ、１４０ｍｍ、１６０ｍｍ、１８０ｍｍ、２００ｍｍ、２２０ｍｍ、２４０ｍｍの１２の、円筒体の中心軸と直角を成す断面円を被測定円とし、これらに対してそれぞれ実施例１と同様な方法で円筒度を測定した。この結果を表７に示す。
【００６７】
【表７】
（実施例３）
円筒体として予め切削加工を施された、加工設定外径がφ８４．０ｍｍ、内径がφ７８．０ｍｍ、長さ３６０．０ｍｍのＡ３００３アルミニウム管を準備した。
【００６８】
この円筒体を図１と同様な円筒体測定器の円筒受け治具上に載置した。変位検出器はミツトヨ社製電気マイクロメータを使用し、変位検出器Ｓ′は変位検出器Ｓと移動刻み３０ｍｍと等しい間隔で移動方向と反対に配置されており、円筒体１の一方の端から他方の端に向かって３０ｍｍ、６０ｍｍ、９０ｍｍ、１２０ｍｍ、１５０ｍｍ、１８０ｍｍ、２１０ｍｍ、２４０ｍｍ、２７０ｍｍ、３００ｍｍ、３３０ｍｍの１１の、円筒体の中心軸と直角を成す断面円を被測定円とし、これらに対してそれぞれ実施例１と同様な方法で円筒度を測定した。この結果を表８に示す。
【００６９】
【表８】
（比較例１）
実施例１に記載のサンプルを変位検出器Ｓ′を使わないで同様に測定し、変位検出器Ｓから円筒体表面までの距離と、中心軸から円筒体表面までの距離として表９、表１０の測定値を得た。
【００７０】
【表９】
【００７１】
【表１０】
次に、測定値を実施例１と同様の方法を用いて求めた中心軸Ｏに対する各測定点の直交座標位置（ｘ，ｙ座標）を表１１上方に、中心座標（ｘ，ｙ座標）を表１１下方に示す。
【００７２】
【表１１】
続いて、測定した７つの被測定円のうち両端に位置する２つの被測定円、すなわち中心軸方向の３０ｍｍ位置と３３０ｍｍ位置の両円中心同士を結ぶ直線と、その他の各被測定円との交点の位置（ｘ，ｙ座標）を、距離比例計算により求めたものを表１２に示す。
【００７３】
【表１２】
次に、各被測定円ごとに各交点を基準とした円周上の各測定点のｘ，ｙ座標成分としての変位量を算出した。さらに、各座標成分としての変位量から各交点を基準とした円周上の各測定点の半径方向の変位量を求めたものを表１３に示す。
【００７４】
【表１３】
ここで、得られた全ての距離の、最大値（４２０４７．４μｍ）と最小値（４２０３８．３μｍ）の差をもって円筒体の円筒度９．１μｍを得た。
【００７５】
（比較例２）
実施例２に記載のサンプルを変位検出器Ｓ′を使わないで同様な方法で円筒度を測定した。この結果を表１４に示す。
【００７６】
【表１４】
[評価例１]
実施例１及び比較例１（従来方法）と真円度測定器として株式会社ミツトヨ製ラウンドテストＲＡ−Ｈ５０００ＡＨを用いて、同サンプルを同方式で各１０回づつ測定した各円筒度の値とそれぞれの測定値再現性を表１５及び図１２に示す。図１２は、実施例１及び比較例１で得た円筒度を比較するグラフである。
【００７７】
【表１５】
表１５及び図１２から、実施例１による測定値再現性が１．２μｍ、比較例１による測定値再現性が５．２μｍであり、本発明の方式を用いれば、測定値再現性が向上する効果が確認できる。
【００７８】
[評価例２]
実施例２及び比較例２（従来方法）と真円度測定器として株式会社ミツトヨ製ラウンドテストＲＡ−Ｈ５０００ＡＨを用いて、同サンプルを同方式で各１０回づつ測定した各円筒度の値とそれぞれの測定値再現性を表１６及び図１３に示す。図１３は、実施例２及び比較例２で得た円筒度を比較するグラフである。
【００７９】
【表１６】
表１６及び図１３から、実施例２による測定値再現性が１．７μｍ、比較例２による測定値再現性が８．８μｍであり、本発明の方式を用いれば、測定値再現性が向上する効果が確認できる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明により円筒形状の測定が容易になり、本発明は精度の良い円筒部材を作る技術として利用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】測定装置平面図（概略図）
【図２】測定装置断面図（概略図）
【図３】測定位置説明図
【図４】走査動作隙間の算出に関する説明図（１）
【図５】走査動作隙間の算出に関する説明図（２）
【図６】走査動作隙間の算出に関する説明図（３）
【図７】走査動作隙間の算出に関する説明図（４）
【図８】走査動作隙間の算出に関する説明図（５）
【図９】各被測定円の真円度算出に関する説明図（１）
【図１０】各被測定円の真円度算出に関する説明図（２）
【図１１】円筒体を横置きとし、円筒の内周を測定する例を示す図
【図１２】実施例１及び比較例１で得た円筒度を比較するグラフ
【図１３】実施例２及び比較例２で得た円筒度を比較するグラフ
【符号の説明】
【００８２】
１…被測定円筒体
２…変位検出器取り付け台
３…支持台
４…ガイドレール
５…ボールねじ
６…円筒把持治具
Ｏ…回転中心軸
Ｓ，Ｓ′…変位検出器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒体を中心軸回りに回転させ、前記中心軸直角断面上に配置され、円筒体の表面変位を計測する変位検出器を移動手段により前記中心軸方向に移動させ、前記変位検出器から得られた所定の位置での複数の検出信号を演算して円筒形状を測定する方法において、前記変位検出器は、第１の変位検出器と、前記第１の変位検出器の移動方向と反対に配置された第２の変位検出器とを有し、前記第２の変位検出器によって前記第１の変位検出器と同一の点を測定し、それぞれの測定値の差から前記移動手段の走査動作隙間を検出して前記第１の変位検出器の値を補正することを特徴とする円筒形状の測定方法。
【請求項２】
前記第１の変位検出器と第２の変位検出器は、移動方向と反対に移動刻み距離の整数倍に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の円筒形状の測定方法。
【請求項３】
前記第１の変位検出器と第２の変位検出器を一対として、前記中心軸回りに等間隔に複数対配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の円筒形状の測定方法。
【請求項４】
前記円筒形状の測定は、真円度及び円筒度の測定であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の円筒形状の測定方法。
【請求項５】
前記変位検出器を、円筒体の内側と外側にそれぞれ配置し前記中心軸方向に移動させ、内外周の真円度、円筒度、及び円筒体の肉厚を求めることを特徴とする請求項１に記載の円筒形状の測定方法。
【請求項６】
円筒体は、同一の回転中心軸を有する径の異なる複数の円筒からなる複合円筒であり、前記複合円筒を構成する少なくとも１つの円筒に対して、請求項１〜４に記載の方法で測定し、前記１つの円筒以外の円筒をそれぞれ少なくとも前記第１の変位検出器と第２の変位検出器の一方を用いて円筒形状を測定し、全ての円筒において真円度、円筒度、及び同軸度を求めることを特徴とする円筒形状の測定方法。
【請求項７】
円筒体を中心軸回りに回転させる手段と、前記中心軸直角断面上に配置され、円筒体の表面変位を計測する変位検出器と、前記変位検出器を固定し前記中心軸に対して略平行に移動する手段と、前記変位検出器から得られた所定の位置での複数の検出信号を演算する手段とを有する円筒形状の測定装置において、前記変位検出器は、第１の変位検出器と、前記第１の変位検出器の移動方向と反対に配置された第２の変位検出器とを有し、前記第２の変位検出器によって前記第１の変位検出器と同一の点を測定し、それぞれの測定値の差から前記移動手段の走査動作隙間を検出して前記第１の変位検出器の値を補正することを特徴とする円筒形状の測定装置。
【請求項８】
前記変位検出器が、接触式であるダイヤルゲージ、電気マイクロメータ、又は非接触式であるレーザー式、渦電流式、静電容量式であることを特徴とする請求項７に記載の円筒形状の測定装置。
【請求項１】
円筒体を中心軸回りに回転させ、前記中心軸直角断面上に配置され、円筒体の表面変位を計測する変位検出器を移動手段により前記中心軸方向に移動させ、前記変位検出器から得られた所定の位置での複数の検出信号を演算して円筒形状を測定する方法において、前記変位検出器は、第１の変位検出器と、前記第１の変位検出器の移動方向と反対に配置された第２の変位検出器とを有し、前記第２の変位検出器によって前記第１の変位検出器と同一の点を測定し、それぞれの測定値の差から前記移動手段の走査動作隙間を検出して前記第１の変位検出器の値を補正することを特徴とする円筒形状の測定方法。
【請求項２】
前記第１の変位検出器と第２の変位検出器は、移動方向と反対に移動刻み距離の整数倍に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の円筒形状の測定方法。
【請求項３】
前記第１の変位検出器と第２の変位検出器を一対として、前記中心軸回りに等間隔に複数対配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の円筒形状の測定方法。
【請求項４】
前記円筒形状の測定は、真円度及び円筒度の測定であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の円筒形状の測定方法。
【請求項５】
前記変位検出器を、円筒体の内側と外側にそれぞれ配置し前記中心軸方向に移動させ、内外周の真円度、円筒度、及び円筒体の肉厚を求めることを特徴とする請求項１に記載の円筒形状の測定方法。
【請求項６】
円筒体は、同一の回転中心軸を有する径の異なる複数の円筒からなる複合円筒であり、前記複合円筒を構成する少なくとも１つの円筒に対して、請求項１〜４に記載の方法で測定し、前記１つの円筒以外の円筒をそれぞれ少なくとも前記第１の変位検出器と第２の変位検出器の一方を用いて円筒形状を測定し、全ての円筒において真円度、円筒度、及び同軸度を求めることを特徴とする円筒形状の測定方法。
【請求項７】
円筒体を中心軸回りに回転させる手段と、前記中心軸直角断面上に配置され、円筒体の表面変位を計測する変位検出器と、前記変位検出器を固定し前記中心軸に対して略平行に移動する手段と、前記変位検出器から得られた所定の位置での複数の検出信号を演算する手段とを有する円筒形状の測定装置において、前記変位検出器は、第１の変位検出器と、前記第１の変位検出器の移動方向と反対に配置された第２の変位検出器とを有し、前記第２の変位検出器によって前記第１の変位検出器と同一の点を測定し、それぞれの測定値の差から前記移動手段の走査動作隙間を検出して前記第１の変位検出器の値を補正することを特徴とする円筒形状の測定装置。
【請求項８】
前記変位検出器が、接触式であるダイヤルゲージ、電気マイクロメータ、又は非接触式であるレーザー式、渦電流式、静電容量式であることを特徴とする請求項７に記載の円筒形状の測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００６−２６６９１０（Ｐ２００６−２６６９１０Ａ）
【公開日】平成１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−８６３６２（Ｐ２００５−８６３６２）
【出願日】平成１７年３月２４日（２００５．３．２４）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月２４日（２００５．３．２４）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]