特許 6209054 エアマイクロメータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6209054

(24)【登録日】2017年9月15日

(45)【発行日】2017年10月4日

(54)【発明の名称】エアマイクロメータ

(51)【国際特許分類】

   G01B 13/12 20060101AFI20170925BHJP

   G01B 13/10 20060101ALI20170925BHJP

【ＦＩ】

   G01B13/12

   G01B13/10

【請求項の数】3

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2013-224609(P2013-224609)

(22)【出願日】2013年10月29日

(65)【公開番号】特開2015-87179(P2015-87179A)

(43)【公開日】2015年5月7日

【審査請求日】2016年2月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】390003665

【氏名又は名称】株式会社日進製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000280

【氏名又は名称】特許業務法人サンクレスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山田 正良

【審査官】 眞岩 久恵

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−１９５５２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０５８２１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ １３／００−１３／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

空気源から供給される空気を測定ヘッドのノズルから測定対象物に向けて噴出して、前記ノズルと前記測定対象物との間の隙間寸法を測定するエアマイクロメータであって、
前記空気源から前記測定ヘッドのノズルに至る空気流路中に介在し且つ一部に絞り部が設けられてなる空気配管と、
前記空気配管内部における、前記絞り部よりも前記ノズル側の圧力を検出する第１圧力センサと、
前記絞り部よりも前記空気源側の圧力を検出する第２圧力センサと、
前記第１圧力センサの第１検出値と前記第２圧力センサの第２検出値との差圧と、前記第２検出値との比率である算出値を求め、当該算出値に基づいて前記隙間寸法を算出する処理を行う計測演算処理装置と、を備える
エアマイクロメータ。

【請求項2】

前記計測演算処理装置は、前記算出値と前記隙間寸法との関係を示すテーブルデータから、前記隙間寸法を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載のエアマイクロメータ。

【請求項3】

前記第１検出値は、前記空気配管内部における、前記絞り部よりも前記ノズル側のゲージ圧力であり、
前記第２検出値は、前記空気配管内部における、前記絞り部よりも前記空気源側のゲージ圧力である
請求項１又は２に記載のエアマイクロメータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測定ヘッドに設けたノズルから空気を噴出してワークの内径などの寸法を高精度に測定するエアマイクロメータに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、筒状のワークの内径寸法などを測定するエアマイクロメータとして、下記の非特許文献１に示す背圧方式や特許文献１に示す背圧・差圧方式、および、特許文献２に示す背圧制御方式などのエアマイクロメータが提案されている。
非特許文献１に記載された背圧方式のエアマイクロメータは、空気源から供給される空気を、レギュレータ（調整バルブ）により圧力を安定化した後、絞り（オリフィス）により仕切られた流路を介してノズルからワークに噴出し、ノズルの背圧を測定する構造を備える。

【0003】

特許文献１に記載された背圧・差圧方式の空気エアマイクロメータは、空気源から供給される空気を、固定絞り付きの２系統の流路に供給し、一方の流路を測定ヘッド用流路とし、他方の流路には別の固定絞りを設けて排気流路とし、測定ヘッド用流路と排気用流路との間の差圧を測定する構造を備える。

【0004】

特許文献２に記載された背圧制御方式のエアマイクロメータは、空気源から供給される空気を、制御バルブを通した後、多孔質部材により仕切られた流路を介して測定ヘッドのノズルから噴出し、制御バルブから多孔質部材への流路での空気圧力と、ノズルの背圧とを測定する構造を備える。そして、測定演算部が、制御バルブの開度を制御するバルブ制御手段により背圧が一定値となるようにした状態での多孔質部材への入出力流路間の圧力差と、ノズルの背圧と、空気の温度から、測定ヘッドのノズルから噴出する単位時間当たりの空気流量とワークの内径寸法との関係を示す直線式またはテーブルデータに基づいてワークの内径寸法を算出する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００５−１１４５１１号公報

【特許文献2】特開２０１２−５８２１３号公報

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】藤沼 良夫、外２名，「インプロセス計測の研究」，茨城県工業技術センター，平成２年度研究報告書，第１９号，ｐ.１−６

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、エアマイクロメータは、一般に、空気回路部と電気回路部とで構成される。空気回路部に関して、非特許文献１では、流体力学に基づいてオリフィス（絞り）とノズルを通過する空気流量を示す理論式を求め、非特許文献１の図２に示すように、理論値と実験値は概ね一致することを示している。

【0008】

しかし、後述するように、隙間寸法がオリフィス入口部の絶対圧力や大気圧の変動に大きく影響されるという課題があった。また、隙間寸法と絶対背圧が比例する部分は極めて少なく、隙間寸法を正確に測定できる範囲が極めて狭いという課題もあった。

【0009】

従来の背圧方式のエアマイクロメータで絶対背圧でなく、ゲージ背圧（絶対背圧と大気圧との差圧）を測定する場合でも同様の課題があった。非特許文献１に記載されているように、調整バルブにより絞り入口部圧力の安定化を図っても、理論式が示すように、大気圧や空気温度の変動により隙間寸法が影響されるので、長時間に亘り高精度な測定ができないという課題があった。

【0010】

特許文献１に記載された背圧・差圧方式のエアマイクロメータでは、差圧を測定するために、空気源圧力の変動の影響は少なくなるものの、特許文献１の図２に記載されるように、線形な範囲が狭く、非線形な範囲で使用した場合、測定精度が悪化する。また、差圧を測定する圧力センサのセンサ特性（例えば、温度特性）が測定結果に直接影響し、高精度な測定ができないという課題があった。

【0011】

背圧方式や背圧・差圧方式のエアマイクロメータで、線形な範囲が調整できるように、測定時に手動の摘み調整による感度調整や零調整ができるものが市販されているが、煩雑な作業を必要とし、機械加工ラインのインプロセス計測に用いるには多くの課題があった。

【0012】

特許文献２に記載された背圧制御方式のエアマイクロメータでは、電気回路で構成される測定演算部のバルブ制御手段により、制御バルブを動かして背圧が一定になるようにした後、流量算出手段と寸法算出手段によって加工物の寸法測定を行うために、測定時間が長くなるという課題があった。

【0013】

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、空気源の供給圧の変動、ならびに、大気圧の変動に起因した測定精度の低下を抑制でき、特に、機械加工ラインでのインプロセス計測において、取り扱いが容易で、測定時間が短く、長時間に亘り高精度な測定ができるエアマクロメータを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

（１）本発明に係るエアマイクロメータは、空気源から供給される空気を測定ヘッドのノズルから測定対象物に向けて噴出して、ノズルと測定対象物との間の隙間寸法を測定するエアマイクロメータであって、空気源から測定ヘッドのノズルに至る空気流路中に介在し且つ一部に絞り部が設けられてなる空気配管と、空気配管内部における、絞り部よりも前記ノズル側の圧力を検出する第１圧力センサと、絞り部よりも空気源側の圧力を検出する第２圧力センサと、前記第１圧力センサの第１検出値と前記第２圧力センサの第２検出値との差圧と、前記第２検出値との比率である算出値を求め、当該算出値に基づいて隙間寸法を算出する処理を行う計測演算処理装置と、を備えることを特徴とする。

【0015】

本構成によれば、第１圧力センサの第１検出値と第２圧力センサの第２検出値との比率に応じた算出値に基づいて、測定対象物の寸法を算出するので、空気源の供給圧の変動ならびに大気圧の変動を考慮せずに隙間寸法を算出する構成に比べて、空気源の供給圧の変動ならびに大気圧の変動に起因した隙間寸法の測定精度の低下を抑制できる。

【0017】

また、上記算出値は、上記第１検出値と上記第２検出値との差圧と、上記第２検出値との比率であるので、第１検出値（背圧）のみに基づいて上記寸法を算出する構成に比べて、空気源の供給圧の変動ならびに大気圧の変動の影響を受けにくい。また、電源電圧や温度の変動による圧力センサの感度変化の影響を受けにくい。従って、長時間に亘り高精度な測定ができる。

【0018】

（２）本発明に係るエアマイクロメータは、上記計測演算処理装置が、上記算出値と上記隙間寸法との関係を示すテーブルデータから、上記隙間寸法を算出するものであってもよい。

【0019】

本構成によれば、上記計測演算処理装置がテーブルデータを用いることにより、計測演算処理装置の処理負担の軽減を図ることができる。

【0020】

（３）また、本発明に係るエアマイクロメータは、上記第１検出値が、上記空気配管内部における、上記絞り部よりも上記ノズル側のゲージ圧力であり、上記第２検出値が、上記空気配管内部における、上記絞り部よりも上記空気源側のゲージ圧力であってもよい。

【0021】

本構成によれば、上記算出値として、上記空気源側のゲージ圧力と、上記ノズル側のゲージ圧力の圧力比率に応じた値なので、上記ノズル側の圧力のみに基づいて上記隙間寸法を算出する構成に比べて、大気圧の変動の影響を受けにくい。従って、高精度な測定ができる。

【発明の効果】

【0022】

本発明のエアマイクロメータによれば、計測演算処理装置が、圧力比率に基づいて、測定対象物とノズルとの間の隙間寸法を算出する。従って、空気源の供給圧を用いずに上記隙間寸法を算出する構成に比べて、空気源の供給圧の変動、ならびに、大気圧の変動に起因した隙間寸法の測定精度の低下を抑制できる。温度や電源電圧の変化による圧力センサの感度変化の影響を受けにくい。さらに、調整箇所がなく、取り扱いが容易で、測定時間が短く、長時間に亘り高安定な測定ができるので、機械加工ラインでのインプロセス計測に適している。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】実施の形態に係るエアマイクロメータ本体および測定ヘッドの概略図である。

【図2】実施の形態に係る計測演算処理装置の構成図である。

【図3】背圧方式のエアマイクロメータに関して、供給圧ｐｓが１０％変動した場合、ゲージ背圧ＰＬに対して、隙間寸法Ｚとその変化率が、どのように変化するかを表したグラフをまとめたものである。

【図4】実施の形態に係るエアマイクロメータについて、第１の圧力比率に対して、規格化隙間寸法（Ｚ／Ｚｏ）とその変化率が、どのように変化するかを表したグラフをまとめたものである。

【図5】実施の形態に係るエアマイクロメータについて、第２の圧力比率に対して、規格化隙間寸法（Ｚ／Ｚｏ）とその変化率が、どのように変化するかを表したグラフをまとめたものである。

【図6】実施の形態にエアマイクロメータについて、テーブルデータとして記憶する校正データと登録データとの関係を示したグラフである。

【図7】実施の形態に係るエアマイクロメータについて、登録設定動作を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0024】

＜実施の形態＞
＜１＞構成
図１に、本実施の形態に係るエアマイクロメータの概略図を示す。
本実施の形態に係るエアマイクロメータは、エアコンプレッサや調整バルブ等の空気源（図示せず）から供給される空気を、後述の測定ヘッド３のノズル２２ａから円筒状のワークＷの内壁に向けて噴出する。そして、エアマイクロメータは、ノズル２２ａとワークＷの内壁との間の隙間寸法を測定する。

【0025】

このエアマイクロメータは、メータ本体１と、測定ヘッド３とを備える。そして、メータ本体１は、空気回路部１０と、圧力センサ１５、１７と、計測演算処理装置２０とを備える。

【0026】

空気回路部１０は、ノズル２２ａとワークＷの内壁との間の隙間寸法を算出するのに必要な圧力値を得るためのものである。空気回路部１０は、チューブＰ１２を介して測定ヘッド３に接続され、チューブＰ１１を介して空気源に接続されている。空気回路部１０には、空気源から調整バルブ（図示せず）を経て、チューブＰ１１を通じて空気が供給される。そして、空気回路部１０は、空気源から供給された空気を、チューブＰ１２を通じて測定ヘッド３に供給する。また、空気回路部１０には、圧力センサ１５、１７が設けられ、これらの圧力センサは、計測演算処理装置２０と信号線を介して接続されている。

【0027】

空気回路部１０は、空気配管１３と、オリフィス（絞り部）１４と、を備える。そして、空気配管１３には、２つの圧力センサ１５，１７が設けられている。
空気配管１３は、空気源から測定ヘッド３のノズル２２ａに至る空気流路中に介在する。

【0028】

オリフィス１４は、空気配管１３の管軸方向における略中央部に設けられている。オリフィス１４は、例えば、金属板からなり且つ一部に厚み方向に貫通する貫通孔１４ａが設けられた部材からなる。ここで、空気源から上記調整バルブを通って空気配管１３内部に流れた空気は、オリフィス１４の貫通孔１４ａを通って測定ヘッド３に流れていく（図１の白矢印Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５参照）。

【0029】

圧力センサ１５は、オリフィス１４よりも上流側（空気源側）の空気のゲージ圧力ＰＨを検出する。また、圧力センサ１７は、空気配管１３内部におけるオリフィス１４よりも下流側（測定ヘッド３のノズル２２ａ側）の空気のゲージ圧力であるゲージ背圧ＰＬを検出する。

【0030】

図２に計測演算処理装置２０の構成図を示す。
計測演算処理装置２０は、アナログデジタル変換器２４と、記憶部２５と、演算処理部２６と、入出力部２７とを備える。

【0031】

アナログデジタル変換器２４は、２つの圧力センサ１５，１７から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するものである。
記憶部２５は、圧力比率と隙間寸法との関係を示す校正データと、ノズルの断面積などの登録データとをテーブルデータとして記憶するものである。

【0032】

演算処理部２６は、アナログデジタル変換器２４から入力されるデジタル信号から圧力比率を算出する機能を有する。また、演算処理部２６は、入出力部２７から入力される校正データと登録データをテーブルデータとして記憶部２５に記憶させる機能を有する。
更に、演算処理部２６は、算出した圧力比率を示すデータと、テーブルデータとして記憶している校正データおよび登録データとから、ワーク寸法を算出する機能と、その算出した結果を入出力部２７に出力する機能とを有する。

【0033】

入出力部２７は、演算処理部２６にテーブルデータとして校正データや登録データを入力したり、動作指令信号を入力したりする機能を有する。また、入出力部２７は、演算処理部２６により算出されたワーク寸法をアナログ信号あるいはデジタル信号として出力する機能も有する。

【0034】

なお、計測演算処理装置２０は、アナログデジタル変換器、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＭＰＵ、デジタルアナログ変換器などの個別ＩＣで構成したものでも良いし、また、これらの機能を集積したワンチップマイコンで構成したものでもよい。

【0035】

また、計測演算処理装置２０は、圧力センサ１５，１７に信号線を介して接続されている。計測演算処理装置２０は、入出力部２７を介して、ＬＥＤ表示器やスイッチ、タッチパネル付き液晶パネルなどのユーザインターフェース１０１に接続されている。

【0036】

なお、計測演算処理装置２０は、ユーザインターフェース１０１に接続されておらず、入出力部２７を介してワーク寸法を示すアナログ信号やデジタル信号を出力するだけのものであってもよい。更に、計測演算処理装置２０は、入出力部２７を介して、ネットワーク（図示せず）に接続されるものであってもよい。

【0037】

図１に戻って、測定ヘッド３は、ノズル２２ａを備える。測定ヘッド３は、チューブＰ１２を介して、空気配管１３に接続されている。図１に示すように、測定ヘッド３のノズル２２ａから放出される空気は、ノズル２２ａとワークＷの内壁と間の隙間を通っていく（図１の白矢印Ａ５参照）。

【0038】

＜２＞エアマイクロメータにおける空気流量と隙間寸法の関係
発明者は、従来方式のエアマイクロメータが抱えている課題を明確にしてその課題を解決するために、流体力学における連続の式と圧縮性流体に対するベルヌーイの式に基づいて、流路断面積変化に伴う空気流量の理論式を導出した。

【0039】

流路断面積をＡ、流量損失等を補正する流量係数をα、入口部の絶対圧力と絶対温度を、それぞれ、pｏとＴｏ、出口部の絶対圧力をpとすれば、空気流量Ｑは下記の式（１）で表される。

【数1】

ここで、ρは空気の密度、γは比熱比、Ｒは気体定数、αは流量係数である。式（１）は非特許文献１に記載の理論式と同等の理論式となった。

【0040】

背圧方式のエアマイクロメータのオリフィス１４の貫通孔１４ａの直径をｄ₁とすれば、その流路断面積は（πｄ₁^２）／４となる。また、測定ヘッド３のノズル２２ａの穴径をｄ₂とし、ノズル２２ａと被測定対象物との隙間寸法をＺとすれば、ノズル２２ａと被測定対象物が形成する流路断面積はπｄ₂Ｚとなる。絞り入口部の絶対圧力をｐｓ、絞り出口部の絶対圧力（ノズルの絶対背圧）をｐｎ（＝ＰＬ）、大気圧をｐａとして、式（１）を適用し、オリフィス１４を通過する空気流量とノズル２２ａを通過する流量が等しいことから、ノズル２２ａと被測定対象物との隙間寸法を表す下記の式（２）が導出できる。

【数2】

【0041】

ここで、Ｚｏ（α₁，α₂，ｄ₁，ｄ₂)、Ｑ（ρｎ，ρａ，Ｔｓ，Ｔｎ）、Ｐ（ｐｓ，ｐｎ，ｐａ)は、下記式（３）〜（５）のように表され、それぞれ、オリフィス１４とノズル２２ａの形状による関数、空気の絶対温度による関数、空気の絶対圧力による関数に分けて記述できる。

【数3】

ここで、α₁とα₂は、それぞれ、オリフィス１４部分とノズル２２ａ部分の流量係数である。

【数4】

ここで、ρｎとρａは、それぞれ、背圧部と大気圧部の空気の密度である。

【数5】

式（２）は、隙間寸法がオリフィス１４の入口部の絶対圧力、ノズル２２ａの絶対背圧、大気圧、空気の絶対温度などに依存していることを示している。すなわち、従来の背圧方式のエアマイクロメータにおいて絶対背圧のみを測定する場合、絶対背圧から算出される隙間寸法は、オリフィス入口部の絶対圧力や大気圧の変動に影響されることを示している。

【0042】

これらの影響がどの程度であるかを明らかにするために、式（２）に基づいて、ｐｓとｐａがそれぞれ１０％変動したときのノズルの背圧（絶対背圧）ｐｎと隙間寸法Ｚとの関係を表すグラフを算出した。

【0043】

図３は、背圧方式のエアマイクロメータに関して、供給圧（絶対供給圧）ｐｓと大気圧ｐａがそれぞれ１０％変動した場合、ゲージ背圧ＰＬに対して、隙間寸法Ｚとその変化率が、どのように変化するかを表したグラフをまとめたものである。ここで、ゲージ背圧ＰＬとは、絶対背圧ｐｎと大気圧ｐａとの差圧（ｐｎ−ｐａ）に相当する圧力である。

【0044】

図３（ａ）および（ｂ）は、供給圧（絶対供給圧）ｐｓを０．３０ＭＰａに固定して、大気圧ｐａを０．０９，０．１０，０．１１［ＭＰａ］と変化させた場合における、ゲージ背圧ＰＬに対する隙間寸法Ｚとその変化率（ΔＺ／ΔＰＬ）を表すグラフである。
また、図３（ｃ）および（ｄ）は、大気圧ｐａを０．１０ＭＰａに固定して、供給圧ｐｓを０．２７，０．３０，０．３３［ＭＰａ］と変化させた場合のゲージ背圧ＰＬに対する隙間寸法Ｚとその変化率を表すグラフである。

【0045】

図３から、隙間寸法Ｚがオリフィス１４の入口部の絶対圧力や大気圧の変動に大きく影響されるという課題があるのは明らかである。また、隙間寸法と絶対背圧が比例する部分は極めて少なく、隙間寸法を正確に測定できる範囲が極めて狭いという課題があるのも明らかである。従来の背圧方式のエアマイクロメータで絶対背圧でなく、ゲージ背圧（絶対背圧と大気圧との差圧）を測定する場合でも同様の課題がある。

【0046】

非特許文献１に記載されているように、調整バルブにより絞り入口部圧力の安定化を図っても、大気圧や空気温度の変動により隙間寸法が影響されるので、長時間に亘り高精度な測定ができないという課題があるのも理論式から明らかである。

【0047】

発明者は、上記式（２）〜（５）に示すように、隙間寸法Ｚに関する式（２）が、空気回路部１０のオリフィス１４の貫通孔１４ａの直径と測定ヘッド３のノズル２２ａの穴径に依存する式（３）と、空気の比重量と温度に依存する式（４）と、絶対供給圧ｐｓと絶対背圧ｐｎと大気圧ｐａに依存する式（５）に分解できることを見出している。

【0048】

式（４）おいて、空気配管１３内部と外部とでは空気重量が略同じである。また、空気配管１３内部全体に亘って温度が略一定であるとすると、式（４）は定数Ｃとなる。また、式（３）は空気回路部１０のオリフィス１４とノズル２２ａとで決まる形状関数Ｚｏであるので、式（２）は下記式（６）のように変形できる。

【数6】

ここで、空気の比熱比γは、一定（γ＝１，４０３０７）であるので、Ｚｏで規格化した式（６）は、絶対供給圧ｐｓ、絶対背圧ｐｎ、大気圧ｐａのみに依存することが分かる。これら３つの圧力値を測定して、式（６）に基づいて隙間寸法を算出することは可能ではある。しかし、理論値と実測値とは完全に一致するわけではないので、実測値に基づいて校正するのが好ましい。この場合、校正データは、３つの圧力値をパラメータにしたものとなり、膨大なデータ量になるので、少ないパラメータで校正できる方法の創出を必要としている。

【0049】

＜３＞隙間寸法を算出するためのパラメータの検討
ここで、絶対圧力（第１圧力、第２圧力）ｐｓ，ｐｎに加えて、大気圧との差圧であるゲージ圧力（第１ゲージ圧力、第２ゲージ圧力）という概念を導入し、供給圧力のゲージ圧力、すなわち、ゲージ供給圧（第２検出値）をＰＨ（＝ｐｓ−ｐａ）、背圧のゲージ圧力、すなわち、ゲージ背圧（第１検出値）をＰＬ（＝ｐｎ−ｐａ）とする。
発明者は、絶対背圧ｐｎ、ゲージ背圧（第１検出値）ＰＬ（＝ｐｎ−ｐａ）、差圧（ｐｓ−ｐｎ，ＰＨ−ＰＬ）、さらに、いくつかの圧力比率について、隙間寸法Ｚを算出するためのパラメータとしての妥当性を検討した。
その結果、第１の圧力比率（算出値）［ＰＬ／ＰＨ］、ならびに、第２の圧力比率（算出値）［（ＰＨ−ＰＬ）／ＰＨ］が、最適なパラメータであることを見出した。以下、この経緯について詳細に説明する。

【0050】

図４は、実施の形態に係るエアマイクロメータについて、第１の圧力比率に対して、規格化隙間寸法（Ｚ／Ｚｏ）とその変化率が、どのように変化するかを表したグラフをまとめたものである。

【0051】

図４（ａ）および（ｂ）は、供給圧ｐｓを０．３０ＭＰａに固定して、大気圧ｐａを０．０９，０．１０，０．１１［ＭＰａ］と変化させた場合の第１の圧力比率に対する規格化隙間寸法とその変化率を表すグラフである。
また、図４（ｃ）および（ｄ）は、大気圧ｐａ＝０．１０ＭＰａに固定して、ｐｓ＝０．２７，０．３０，０．３３ＭＰａと変化させた場合の第１の圧力比率に対する規格化隙間寸法とその変化率を表すグラフである。

【0052】

図４を図３と比較すれば、圧力比率［ＰＬ／ＰＨ］をパラメータにすれば、絶対供給圧や大気圧の変動に影響され難いことが判る。また、第１の圧力比率に対する規格化隙間寸法の変化率は、［ＰＬ／ＰＨ］が０．３から０．９の範囲で略平坦、すなわち、この範囲で、圧力比率に対して規格化隙間寸法が略直線的になる。この略直線的な範囲は、図３のそれよりも充分に広い。

【0053】

図５は、実施の形態に係るエアマイクロメータについて、第２の圧力比率に対して、規格化隙間寸法（Ｚ／Ｚｏ）とその変化率が、どのように変化するかを表したグラフをまとめたものである。
図５（ａ）および（ｂ）は、供給圧ｐｓを０．３０［ＭＰａ］に固定して、大気圧ｐａを０．０９，０．１０，０．１１［ＭＰａ］と変化させた場合の第２の圧力比率に対する規格化隙間寸法とその変化率を表すグラフである。また、図５（ｃ）および（ｄ）は、大気圧ｐａを０．１０［ＭＰａ］に固定して、供給圧ｐｓを０．２７，０．３０，０．３３［ＭＰａ］と変化させた場合の、第２の圧力比率に対する規格化隙間寸法とその変化率を表すグラフである。

【0054】

図５を図３と比較すれば、第２の圧力比率をパラメータにすれば、絶対供給圧や大気圧の変動に影響され難いことが判る。また、第２の圧力比率に対する規格化隙間寸法の変化率は、［（ＰＨ−ＰＬ）／ＰＨ］が０．１５から０．７の範囲で略平坦、すなわち、この範囲で、圧力比率に対して規格化隙間寸法は略直線的になる。この略直線的な範囲は、図３のそれよりも充分に広い。
図４および図５と図３との比較から、第１の圧力比率あるいは第２の圧力比率をパラメータにすれば、校正データに関するパラメータは一つで良いこととなり、その結果、校正データ量も少なり、校正データを生成し易くなる。

【0055】

＜４＞校正データと登録データ
第１の圧力比率［ＰＬ／ＰＨ］をパラメータにした場合おける、計測演算処理部２０の記憶部２５に予めテーブルデータとして記憶しておく校正データと登録データについて、説明する。第２の圧力比率をパラメータにした場合においても同様に説明できる。

【0056】

図６は、本実施の形態に係るエアマイクロメータについて、テーブルデータとして記憶する校正データと登録データとの関係を示したグラフである。
校正データは、絶対供給圧（ｐｓ＝０．３０ＭＰａ）と大気圧（ｐａ＝０．１０ＭＰａ）を一定にして、圧力比率（ＰＬ／ＰＨ）に対する規格化隙間寸法（Ｚ／Ｚｏ）の関係を示すグラフの略直線的な範囲に限定せず、より広い全範囲に亘って、圧力比率（ＰＬ／ＰＨ）と規格化隙間寸法（Ｚ／Ｚｏ）の関係を実測したもの（図６参照、○印が実測値）とし、記憶部２５により予め記憶しておく。すなわち、校正データは、対供給圧（ｐｓ＝０．３０ＭＰａ）と大気圧（ｐａ＝０．１０ＭＰａ）を一定値に固定した場合における、式（６）が示す関係を実測したものである。後述するが、これにより、エアマイクロメータの測定範囲は、略直線的な範囲に限定されず、より広い測定範囲に適用することができる。また、Ｚｏが異なる場合の隙間寸法Ｚでなく、規格化した規格化隙間寸法Ｚ／Ｚｏを用いるので、少ない校正データ量となる。

【0057】

登録データは、空気回路部の基準とするオリフィス１４の穴径と、基準とする基準測定ヘッドのノズルの穴径と、を記憶部２５により予め記憶しておく。これにより、オリフィス１４や測定ヘッド３を交換した場合、すなわち、Ｚｏを変化させても、式（３）の関係から、容易に隙間寸法Ｚを算出することができる。なお、図１では、ノズルが一つの場合を示しているが、ノズルが複数ある場合は、流路断面積の考え方に従い、式（３）を修正すれば良い。例えば、ノズルの穴径がｄで、２つのノズルがある場合は、式（３）のｄ２を（ｄ＋ｄ）とすれば良い。

【0058】

前節＜３＞隙間寸法を算出するためのパラメータの検討の結論から、第1の圧力比率あるいは第２の圧力比率をパラメータとすれば、節＜２＞エアマイクロメータにおける空気流量と隙間寸法の関係に記述した式（２）から式（５）を適用して、概略の隙間寸法を算出することも可能ではあるが、空気回路部１０の寸法公差（例えば、オリフィス１４の穴径の公差）や圧力センサの感度のバラツキなどがあるので、個々のエアマイクロメータ毎に校正データを予め実測しておくことが好ましい。

【0059】

そこで、本実施形態に係るエアマイクロメータのメータ本体１は、圧力センサ１５，１７と、計測演算処理装置２０とを含んで構成される。ここで、圧力センサ１７は、空気配管１３内部における、オリフィス（絞り部）１４よりもノズル２２ａ側のゲージ圧力ＰＬを検出する。圧力センサ１５は、オリフィス１４よりも空気源側のゲージ圧力ＰＨを検出する。計測演算処理装置２０は、圧力センサ１７のゲージ背圧（第１検出値）ＰＬと、圧力センサ１５のゲージ供給圧（第２検出値）ＰＨとの第１の圧力比率（算出値）を求め、当該圧力比率に基づいて隙間寸法Ｚを算出する処理を行う。
なお、本実施形態に係る計測演算処理装置２０では、例えば、ゲージ供給圧（第２ゲージ圧力）ＰＨと、ゲージ供給圧ＰＨとゲージ背圧ＰＬとの差圧（ＰＨ−ＰＬ）との、第２の圧力比率を算出し、算出した比率に基づいて隙間寸法Ｚを算出する処理を行うものであってもよい。

【0060】

ところで、圧力センサ１７のゲージ背圧（第１検出値）ＰＬと、圧力センサ１５のゲージ供給圧（第２検出値）ＰＨとの比率（圧力比率）に応じた算出値とは、前述の第１の圧力比率［ＰＬ／ＰＨ］および第２の圧力比率［（ＰＨ−ＰＬ）／ＰＨ］に限られるものではない。この算出値は、第１の圧力比率［ＰＬ／ＰＨ］を含む所定の関係式により算出されるあらゆる算出値をも含む。この算出値は、例えば［（ＰＨ＋ＰＬ）／ＰＨ］であってもよい。

【0061】

＜５＞動作
本実施形態に係る計測演算処理装置２０は、ゲージ供給圧ＰＨとゲージ背圧ＰＬとの圧力比率（ＰＬ／ＰＨ）と隙間寸法Ｚとの関係を示すテーブルデータから、隙間寸法Ｚを算出する。

【0062】

そこで、本実施の形態に係るエアマイクロメータについて、計測演算処理装置２０が登録データをテーブルデータとして登録設定を行う登録設定動作について説明する。
図７に、計測演算処理装置２０の設定動作のフローチャートを示す。
まず、計測演算処理装置２０は、マスタゲージ寸法設定を行う（ステップＳ１０１）。マスタゲージとは、筒状をした測定原器であり、ここでは内径の大きさの異なる２種類のマスタゲージを使用する場合について説明する。以下、この２種類のマスタゲージを、大マスタゲージおよび小マスタゲージと称する。ここにおいて、計測演算処理装置２０は、ユーザが入出力部２７を介して入力した大マスタゲージの実測寸法（Ｘ１とする）と小マスタゲージの実測寸法（Ｘ２とする）とを入力し、記憶部２５により登録データとして記憶する（ステップ１０１、図６参照）。

【0063】

大マスタゲージと小マスタゲージとは、その実測寸法がワークＷに許容される実測寸法の上限値および下限値に相当するものを選択すればよい。例えば、ワークＷの内径の設計寸法が２０．０００ｍｍであり、許容される寸法公差が、±０．０１ｍｍであるとする。この場合、大マスタゲージとして、内径の実測寸法がＸ１=２０．０１ｍｍのマスタゲージを選択し、小マスタゲージとして、内径の実測寸法がＸ２=１９．９９ｍｍのマスタゲージを選択すればよい。

【0064】

次に、計測演算処理装置２０は、マスタゲージの測定を行う（ステップＳ１０２）。ここでは、大マスタゲージおよび小マスタゲージそれぞれについて、アナログデジタル変換器２４が、圧力センサ１５，１７から出力される信号に基づいて、ゲージ供給圧ＰＨおよびゲージ背圧ＰＬを示す情報を取得する。そして、アナログデジタル変換器２４は、取得した情報を、ゲージ供給圧ＰＨとゲージ背圧ＰＬに対応するデジタル値に変換する。

【0065】

その後、計測演算処理部２０は、演算処理手段により、大マスタゲージに対する圧力比率（Ｐ１とする）および小マスタゲージに対する圧力比率（Ｐ２とする）を算出し、記憶部２５により、Ｐ１とＰ２を登録データとして記憶する（ステップＳ１０３、図６参照）。

【0066】

最後に、計測演算処理部２０は、演算処理手段により、大マスタゲージを測定して得られる圧力比率に対応する規格化隙間寸法（Ｚ１とする）および小マスタゲージを測定して得られる圧力比率に対応する規格化隙間寸法（Ｚ２とする）を校正データから算出し、記憶部２５により、Ｚ１とＺ２を登録データとして記憶する（ステップＳ１０４、図６参照）。なお、Ｚ１とＺ２を校正データから算出するには、隣接する２つの校正データ値を通る直線を求めて、その直線から算出してもよいし、近接する複数の校正データ値に近似する曲線を求めて、その曲線から算出してもよい。

【0067】

＜６＞まとめ
結局、本実施の形態に係るエアマイクロメータでは、圧力比率に基づいて、ワークＷとノズル２２ａとの間の隙間寸法を算出するので、空気源の供給圧（第２圧力）ｐｓの変動ならびに大気圧ｐａの変動を考慮せずに上記寸法を算出する構成に比べて、空気源の供給圧ｐｓの変動ならびに大気圧ｐａの変動に起因した寸法の測定精度の低下を抑制できる。

【0068】

また、本実施の形態に係るエアマイクロメータは、上記圧力比率として、絞り部の空気源側の空気圧力に対するノズル側の空気圧力（第１圧力）との圧力比率、あるいは、絞り部の空気源側の空気圧力（第２圧力）に対する絞り部の空気源側とノズル側の差圧との圧力比率が算出できるので、背圧ｐｓのみに基づいて上記寸法を算出する構成に比べて、空気源の供給圧の変動ならびに大気圧の変動の影響を受けにくい。また、電源電圧や温度の変動による圧力センサの感度変化の影響を受けにくい。従って、長時間に亘り高精度な測定ができる。

【0069】

更に、本実施の形態に係るエアマイクロメータによれば、上記圧力比率と上記隙間寸法との関係を示す関係式が、空気源の供給圧の変動ならびに大気圧の変動の影響を受けにくい。また、上記圧力比率は、温度や電源電圧の変化による圧力センサの感度の変化の影響を受けにくい。従って、長時間に亘り高精度な測定ができる。

【0070】

＜変形例＞
（１）実施の形態では、空気回路部１０が絞り部としてオリフィス１４を備える例について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、オリフィス１４の代わりに層流素子を用いてもよい。層流素子としては、例えば、多孔質部材やメッシュ等が挙げられる。また、多孔質部材としては、金属、セライック、ガラスなどの粉末を焼結させてなる多孔質体、或いは、フッ素樹脂などのポーラスポリマーからなる多孔質体が挙げられる。

【0071】

（２）実施の形態では、計測演算処理装置２０が、圧力センサ１５，１７から入力される計測データに対して何らの信号処理も施さずに圧力比率を算出する例について説明したが、計測データのＳＮ比の改善のための移動平均処理や計測時間を短縮するための先行予測信号処理などのデジタル信号処理を組み合わせて計測データを処理するようにしてもよい。

【0072】

（３）実施の形態に係る計測演算処理装置２０は、ＬＡＮ接続用のポート（例えばＲＳ４８５ポートなど）を備えるものとし、ＬＡＮを介して外部機器（例えば、パーソナルコンピュータ等）と接続できるものであってもよい。
本構成によれば、計測演算処理装置２０は、外部機器から設定データを取得できるとともに、測定して得られたワークＷの内径の寸法を示す数値データを外部機器に送信することができる。

【0073】

（４）実施の形態では、２種類のマスタゲージを使用する例について説明したが、使用するマスタゲージの種類は２種類に限定されるものではない。例えば、３種類以上のマスタゲージを使用してもよい。
本構成によれば、計測演算処理装置２０は、最小二乗法を用いて、前述の式（６）で表される理論曲線のうち、３種類以上のマスタゲージそれぞれを測定して得られる測定データを通る曲線を算出する。従って、算出した曲線は、２種類のマスタゲージを使用した場合に比べて、より実測データを反映したものとなるので、寸法測定精度の向上を図ることができる。

【0074】

（５）実施形態では、マスタゲージを用いて登録データを作成して隙間寸法を算出する方法を説明したが、マスタゲージを用いず、校正データから直接、隙間寸法を算出してもよい。
本構成によれば、マスタゲージを必要とせず、登録設定も行う必要がないので、簡便に隙間寸法が算出できる。すなわち、計測演算処理装置２０は、ワークＷに対するＰｘを計測し、校正データから規格化隙間寸法Ｚｘを求め、式：Ｚ＝Ｚｘ・Ｚｏから隙間寸法Ｚを算出する（図６参照）。この場合、計測演算処理装置２０は、予めＺｏを求めておき、記憶部２５に記憶しておく必要がある。

【0075】

（６）実施形態では、ゲージ供給圧（第２ゲージ圧力）ＰＨに対するゲージ背圧（第１ゲージ圧力）ＰＬの圧力比率と、隙間寸法との関係を示すテーブルデータを用いる構成について説明したが、テーブルデータはこれに限定されるものではない。例えば、圧力センサ（第２圧力センサ）１５が検出した第２圧力に対する、圧力センサ（第１圧力センサ）１７が検出した第１圧力Ｐの圧力比率と隙間寸法Ｚとの関係を示すテーブルデータを用いるものであってもよい。更には、ゲージ供給圧ＰＨに対する、ゲージ背圧ＰＬとゲージ供給圧ＰＨとの差圧（ＰＨ−ＰＬ）の圧力比率と、隙間寸法Ｚとの関係を示すテーブルデータを用いるものであってもよい。

【符号の説明】

【0076】

１ メータ本体
３ 測定ヘッド
１０ 空気回路部
１３ 空気配管
１４ オリフィス（絞り部）
１５，１７ 圧力センサ
２０ 計測演算処理装置
２２ａ ノズル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】