JP2000024860A - 接触プロ―ブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工作機械用プローブのスタイラス支持に用い
られる支持構造を構成するボールの配置および電気的接
続を簡略化する。 【解決手段】 半径方向内方に延在するフランジ１４上
において、ボール２０の対と支持ローラ２４とを具備す
る支持構造でスタイラスホルダ１６を支持するにあた
り、接着剤を使用せず、フランジ上の凹部２２内にボー
ルを位置づけてクランプする。クランプ圧力は、ハウジ
ング上端部のリップ５４によりフランジに向けプラグを
付勢することで発生できる。ボールを介してトリガ信号
を発生する電気回路は、導電性要素４４が形成された可
撓性部材４０を含む。この部材は凹部を覆ってフランジ
上に位置づけられ、クランプ力の作用時に凹部内に変形
する。このようにクランプ力を利用することでボールお
よび導電性エレメント間の良好な電気的接続が確保され
るとともに、ボールに対する配線が不要となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プローブ内の受座
（seat）に取り付けられ、受座内にばね付勢されるスタ
イラスを有する形態の接触プローブに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】プローブは機械のアームに取り付け可能
なものであり、ワークピースに接触させるべくスタイラ
スを駆動するために、ワークピースに向けて移動可能で
ある。ワークピースとの接触に応じて、スタイラスはそ
の受座から付勢手段の作用に抗して変位（deflect）
し、この動きによって信号が発生して機械に伝えられ、
信号が着信した時点で、プローブが取り付けられている
機械のアームの瞬間位置を機械が記録することができ
る。

【０００３】かかる接触プローブの一形態として、本出
願人の米国特許第4,143,998号に開示されたものが知ら
れている。ここでは、特に、スタイラスホルダにスタイ
ラスがねじ込まれているプローブが開示されており、ス
タイラスホルダはスタイラス軸の周りに120度の角度を
もって半径方向に延在する３つのアームにより受座内に
支持されている。受座は近接配置された１対のボールに
よって形成される略Ｖ字状ノッチで構成され、それらボ
ールはプローブのハウジング上のソケット内に接着（gl
ue）されており、当該接着剤がボールとハウジングとの
間の絶縁バリアを形成するようになっている。それらボ
ールは電気回路内に直列接続され、３本のアームすべて
がそれぞれ１対のボールによって形成されるＶ字状（ve
e）ノッチに着座し、ボール間のギャップをブリッジし
ているときにのみ電気回路が閉成される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ソケット内へのボール
の接着および電気回路内での各ボールの接続は時間のか
かる作業であり、プローブのコスト上昇につながるほ
か、他の問題も生じ得る。例えば、プローブの作動中に
何らかの大きな温度変化が生じた場合、接着剤の存在に
よって正確な作動が阻害されうる。また、個々の配線が
断線したり、使用中にボールから外れたりすることもあ
るので、配線はプローブの誤動作の原因ともなりうる。

【０００５】本発明は、プローブにおける上記問題の少
なくとも一つを改善するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そのために、本発明は、
ワークピースと接触するためのスタイラス（１８）を接
続可能なスタイラスホルダ（１６）と、プローブ内の受
座エレメント（２０）と、前記受座エレメントと協働し
て前記スタイラスホルダを前記プローブ内に配置するた
めに前記スタイラスホルダに設けた支持エレメント（２
４）と、前記受座エレメントを含む電気回路であって、
前記支持エレメント（２４）が前記受座エレメントのす
べてと接触しているときに閉成され、前記支持エレメン
トの一つと前記受座エレメントの一つとの接触が解かれ
たときに遮断される当該電気回路と、を含む接触プロー
ブであって、前記電気回路の一部をなし、前記受座エレ
メント間を相互に接続するべく位置づけられた導電性エ
レメント（４４;５０）と、クランプ力を作用して前記
受座エレメントを適切な位置にクランプさせるととも
に、前記受座エレメントおよび前記導電性エレメントを
付勢して互いに電気的に接続させるためのクランプ（３
０，５４）と、をさらに具えたことを特徴とする。

【０００７】ここで、ハウジング（１２）およびそこか
ら内方に張り出したフランジ（１４）を有し、前記受座
エレメントおよび前記支持エレメントが協働して前記フ
ランジ上に前記スタイラスホルダを位置させ、前記クラ
ンプが前記フランジに向かって押圧されるプラグ（３
０）を具備することができる。

【０００８】これらにおいて、前記フランジ（１４）は
導電性の表面を有し、前記導電性エレメントは絶縁性の
支持体層（４２）上に部分的に環状に形成された金属製
のストリップ（４４）を具備し、前記支持体層が前記フ
ランジの導電性表面と接触するよう前記フランジ上に位
置づけられているものとすることができる。そして、前
記受座エレメント（２０）は導電性材料で作成され、前
記フランジ（１４）の導電性表面には当該受座エレメン
トを配置するための凹部（２２）が設けられ、該凹部を
覆って前記導電性エレメント（４４）が位置づけられる
とともに、前記クランプによってクランプ力が作用した
ときの前記凹部内への前記受座エレメントの変位により
変形するものとすることができる。

【０００９】あるいは、前記フランジは非導電性の表面
を有し、前記導電性エレメントは前記フランジの非導電
性表面に当接する部分的に環状の金属製のストリップ
（４０）を具備するものとすることができる。そして、
前記受座エレメント（２０）は導電性材料で作成され、
前記フランジ（１４）の非導電性表面には当該受座エレ
メントを配置するための凹部（２２）が設けられ、前記
導電性エレメントは、非導電性コネクタ（５２ａ，５２
ｂ，５２ｃ，５２ｄ）で接続されたセクション（５０
ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ）を持つ部分的環状の金属
製ストリップ（５０）を具備し、前記セクションは前記
受座エレメントを少なくとも部分的に覆っているものと
することができる。

【００１０】また、前記受座エレメント（２０）は導電
性材料で作成され、前記プラグ（３０）は非導電性材料
で作成されるとともに、前記受座エレメントを配置する
ための凹部（３２）を有し、前記フランジは非導電性の
表面を有し、前記導電性エレメントは前記フランジの表
面に当接する部分的環状の金属製ストリップ（４０）を
具備するものとすることができる。

【００１１】また、前記プラグ（３０）のクランプ圧力
は、前記ハウジング端部上のリップ（５４）がロールオ
ーバして前記フランジに向けて前記プラグを付勢するこ
とで発生するものとすることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明に係るプローブの諸実施形態を説明する。

【００１３】添付図面の図１および図２を参照するに、
プローブは好適には鋼製の外側ハウジング１２を有して
おり、該ハウジング１２は半径方向内方に向いた環状の
フランジ１４を有している。ハウジング内にはスタイラ
スホルダ１６が取り付けられ、このホルダに、ハウジン
グの長手方向の軸に一致する軸１８Ａをもって延在する
スタイラス１８が接続される。

【００１４】スタイラスおよびスタイラスホルダの一部
は、ハウジングの一端の開口２０を介して軸１８Ａの方
向にハウジングから突出し、プローブとワークピースま
たは工具との間の相対移動が生じたときに、ワークピー
スまたは工具との接触または被接触が可能となる。

【００１５】フランジ１４には６つの凹部２２が設けら
れ、開口２０から遠ざかる方向に向かって開いている。
これら凹部は２つを一組として配設され、各組は軸１８
Ａの周りに120度の角度をもって配置されている。凹部
はボール２０を受容するべく構成されたものであり、円
錐状や三角形状など、その形状は適切に定めることがで
きる。これによって、ボールが凹部に受容されたときに
安定位置にとどめられる。各組内のボール間隔は、スタ
イラスホルダ１６によって搬送されるローラ２４がブリ
ッジ可能で、かつローラ２４に対し安定な受座を形成す
るように定められる。

【００１６】ローラ２４はスタイラスホルダ１６の穴２
６に嵌入しており、軸１８Ａの周りに120度間隔で配置
されている。そして穴に沿ってまずプラスチック製の挿
入体２８（長さ方向に沿って割れ目を付けたものとする
ことができる）が取り付けられ、そこにローラが圧入さ
れる。

【００１７】双方のボールは、開放端を有する硬質プラ
スチック製の円筒状プラグ３０により、それぞれ凹部内
に配置およびクランプされる。当該開放端の環状表面に
おいて、プラグ３０は適切な間隔をもって配設された６
つの凹部３２を有し、プローブを組み立てた状態で、凹
部３２はボールに被さってフィットする。また、この開
放端において、プラグ３０には延長スロット３４が形成
され、スタイラスの端部に作用する力によってスタイラ
スホルダはチルトし、鉛直方向に移動するので、ローラ
に対するガイドとして機能作用する。

【００１８】スタイラスに力が加わらないときには、ス
タイラスホルダはばね３６によって中立位置に付勢され
る。このばね３６は、軸１８Ａの方向の力を発生して、
ボール２０間に形成される受座内方にローラを付勢する
ものである。

【００１９】チルトおよび鉛直方向移動によるいずれの
スタイラスの変位時にもプローブが信号を発生できるよ
うにするために、各組のボールの双方にローラが接触す
ることによって閉成される回路形成されるよう、ボール
は電気的に接続される。

【００２０】ボールは導電性のある硬質材料、例えば鋼
あるいはタングステンカーバイドなどで形成され、そし
てそれ故に、凹部２２内の鋼製の本体と接触するのであ
れば当該鋼製の本体と絶縁されていなければならない。

【００２１】本体からのボールの絶縁および電気回路へ
のボールの相互直列接続は、２層構成の薄い可撓性導電
エレメント４０を用いる本発明の一実施形態に係る新規
な手法によって達成される。一方の層４２は絶縁性材料
で形成され、他方の層４４は部分的に環状とした導電性
材料で形成される。可撓性エレメントを作成するには多
くの材料の組み合わせが可能であるが、ここで述べる好
適実施例においては、図３に示すように、一方の面に薄
く銅をコーティングして部分的に環状の導電領域４４を
形成した薄いプラスチック４２からなるエレメントとし
てある。

【００２２】プローブの組立に際して、環状の薄いエレ
メントはその絶縁側がフランジに接触し、導電領域が凹
部２２の上に配置されるよう、環状フランジ１４上に位
置決めされる。ボールはプラグ内の凹部３２に受容さ
れ、そしてプラグはその他端にクランプ力を作用させる
位置に圧入される。

【００２３】ボールに作用するクランプ力によって、ボ
ールの下にある可撓性部材の導電領域は凹部２２内方に
変形し、ボールの良好な電気的接続と安定した着座とが
行われる。凹部内において部材４０上でのボールの安定
した着座状態を補助するために、図４に示すように、可
撓性部材に適切な形状の６つの切り込み部を設け、クラ
ンプ圧力の作用に伴って凹部内に折れ曲がるそれぞれ３
つフラップ４８が形成されるようにしてもよく、これに
よれば各ボールは各凹部内で３点支持されることにな
る。

【００２４】本発明は図１ないし図４を参照して説明し
た実施形態に限定されるものではない。他の実施形態に
おいては、本体部分１２または少なくともそのフランジ
１４はアルミニウムで作成され、これを陽極酸化して絶
縁層を形成し、その上に適切な導電材料を直接保持また
は付着（deposit）させることができる。あるいは、本
体部分１２または少なくともそのフランジ１４は、比較
的硬質の非導電性プラスチックまたはセラミック材料で
作成することもできる。これらの他の実施形態ととも
に、薄い部分的に環状の導電部材をボールの上部に配置
し、ボールの安定した位置決めと所要の電気的接続力と
がクランプ力によって維持されるように構成することも
可能である。かかる実施形態では、ボールの十分な領域
がさらされるようにしてローラ２４との間の電気的接続
がなされるようにするべきである。

【００２５】図５はこの構成の一例を示すものであり、
前図までと同様の各部には同一の参照符号を付してあ
る。可撓性金属エレメント５０は、４つの主ピース５０
ａ，５０ｂ，５０ｃおよび５０ｄとして示され、これら
はローラ２４端部をバイパスする４つの絶縁コネクタ５
２ａ，５２ｂ，５２ｃおよび５２ｄで接続されている。
金属エレメント５０はボール２２の上部に配置され、ク
ランピングプラグ３０により押圧されてそれらの良好な
電気的接続が行われる。

【００２６】クランプ力は様々な方法で作用させること
ができるが、本例においては、ハウジング端部上のリッ
プ５４がロールオーバし、プローブハウジング内でプラ
グを下方に付勢している。

【００２７】またその他、例えば本体にねじ込まれてプ
ラグ３０に押圧力を作用するねじ付き端部キャップを設
けたり、プラグとハウジングの端部壁との間のばねによ
りばね力を作用させるようにしたり、あるいはプラグを
押圧するねじを用いてハウジング上に端部プレートを取
り付けるようにしたものでもよい。

【００２８】プローブ外部に対して電気回路が形成され
るようにするために、硬質のプラスチックプラグ３０を
通して２本の接触ピン５６が圧入され、それらの導通端
は金属製の導通エレメントの他端に圧接される。

【００２９】図６および図７は本発明のさらなる実施形
態を示し、部材３０内の凹部３２の形状を適切に定める
ことボール２０の正確な配置が行われるようにしたもの
である。例えば、図６に示すように、凹部を円錐状とす
ることによって、クランプ力が各ボールに作用したとき
に各ボールは正確かつ反復的に位置決めされる。

【００３０】ローラ２４が緩く案内される部材３０にお
けるスロット３４内に各ボールの一部が突出することよ
って、プローブがボール表面に着座する動作およびボー
ル表面から外れる動作を通じてローラが移動可能とな
る。この実施形態においては、導電性エレメントには、
クランプ圧力の作用下でボールとの良好な電気的接続を
確保するのに十分な変形性を持たせれば足り、またそれ
が適用されるフランジの表面は非導電性であれば足り
る。

【００３１】従ってもう一度クランプ力が作用すれば、
ボールは案内無しに正確に位置決めされ、配線の必要無
しに導電性エレメントとボールとの良好な電気的接続が
行われる。

【００３２】導電性エレメントは図１ないし図４におい
て示したような変形を要することなく、多くの形態をと
ることができる。例えば、図５の実施形態および図６の
実施形態においては、導電性エレメントはボール用凹部
内に変形する必要がないので、より薄くすることがで
き、かつ可撓性も小さいものとすることができる。従っ
て導電性エレメントの他の形態には、ボール間の短絡を
防ぐための切り欠きを持つ単純な金属製のストリップも
含まれ、プローブ組立体の絶縁部に接触するか否かに応
じて、絶縁層を持つもの、または持たないものとするこ
とができる。

【００３３】受座エレメントおよび支持エレメントはそ
れぞれボール２０およびローラ２４として例示したが、
この代わりにボールまたはローラの公知の組み合わせを
用いることができる。

【００３４】上述した組み立て方法は、どのような目的
のプローブを構成する場合にも用いることができるが、
好適な本実施形態は特に工具セッティングプローブに関
する。かかるプローブは図８および図９に示されてお
り、スタイラスがその自由端にねじ込まれた方形チップ
を有している。このプローブは工具セッティングアーム
６０に取り付けるのに適したものである。

【００３５】図８および図９を参照するに、プローブは
アーム端部のボア６２に圧入され、ボア内の端フランジ
６４に当接する。ボア６２は直径方向の線７０を挟んで
対向する側に２つの表面６６，６８を有するよう形状が
定められており、プローブ本体がこれら表面に接触して
横方向に支持される。それら表面は適当な手法で形成す
ることができ、Ｖ溝の側部として形成された平坦な表面
でもよい。あるいは、図８の好適な実施形態に示すよう
に、ボア壁から側面部分（profiled section）６５を切
り欠いた結果として形成されるエッジでもよい。表面６
６，６８はボアのほぼ全長にわたって延在し、後述する
プローブチップの調整を通じてプローブの傾斜を阻止す
る。

【００３６】プローブの外表面にはほぼ直角をなす側面
７６，７８および８０，８２をそれぞれ有する２つのＶ
字状ノッチ７２，７４が設けられる。これらＶ字状ノッ
チは直径方向の線７０を挟んで対向する側に対称に設け
られ、それぞれが持つ表面の一つ７６および８２は直径
方向線７０の法平面内で整列している。

【００３７】平坦な端部を持つ無頭ねじ８４，８６がア
ーム６０の本体のねじ穴８８，９０にねじ込まれ、それ
らの平坦な端部がＶ字状ノッチ７２，７４の表面７６，
８２に接する。

【００３８】機械のアームにプローブを組み込むときに
は、アーム上のマークとプローブ上のアライニングマー
クとを用い、スタイラスの方形チップ５８の側部が機械
のｘ軸およびｙ軸にできるだけ整列した状態となるよう
プローブをまず位置決めする。そして機械に取り付けた
ダイヤルゲージインジケータを用いつつ、無頭ねじ８
４，８６を平坦面７６および８２の一方または他方に対
してねじ込み、プローブをその長手方向の軸１８Ａの回
りの双方向に回動させながらスタイラス先端を機械の軸
に整列させることで、微調整が行なわれる。この回動を
通じてプローブ本体は傾くこと（tipping）なく表面６
６，６８上を摺動する。

【００３９】スタイラス先端のアライメントが正確に行
なわれたことをダイヤルゲージが示したとき、無頭ねじ
の双方は締め付けられて表面６６，６８に対する位置に
プローブをロックする。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
工作機械用プローブのスタイラス支持に用いられる支持
構造を構成するボール等の部材の取付けが簡略かつ確実
なものとなり、かつ煩雑な配線を不要としつつも良好な
電気的接続を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るプローブの一実施形態を示す立断
面図である。

【図２】図１のII−II線断面図であり、組み立てられた
プローブを示すものである。

【図３】プローブ内で用いるための可撓性導通エレメン
トの平面図である。

【図４】他の形態による可撓性導通エレメントの平面図
である。

【図５】図２と同様の図であり、他の形態による可撓性
導通エレメントを内蔵したプローブを示すものである。

【図６】本発明の更なる実施形態を特徴づけるプローブ
を示す立断面図である。

【図７】図６のＡ−Ａ線断面図である。

【図８】工具セッティングアーム内に組み立てられた本
発明プローブの平面図である。

【図９】図６に示すプローブの側面図である。

【符号の説明】

１２ ハウジング １４ フランジ １６ スタイラスホルダ ２０ ボール ２２ 凹部 ２４ ローラ ３０ プラグ ３６ ばね ４０ 可撓性導電エレメント

フロントページの続き (72)発明者 ヘリアー， ピーター ケンネス イギリス ジーエル11 ６ディーエックス グロスターシャー ノース ニブレイ ハイランズ ドライブ ６

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークピースと接触するためのスタイラ
   スを接続可能なスタイラスホルダと、 プローブ内の受座エレメントの複数と、 前記受座エレメントと協働して前記スタイラスホルダを
   前記プローブ内に配置するために前記スタイラスホルダ
   に設けた支持エレメントの複数と、 前記受座エレメントを含む電気回路であって、前記支持
   エレメントが前記受座エレメントのすべてと接触してい
   るときに閉成され、前記支持エレメントの一つと前記受
   座エレメントの一つとの接触が解かれたときに遮断され
   る当該電気回路と、を含む接触プローブであって、 前記電気回路の一部をなし、前記受座エレメント間を相
   互に接続するべく位置づけられた導電性エレメントと、
   クランプ力を作用して前記受座エレメントを適切な位置
   にクランプさせるとともに、前記受座エレメントおよび
   前記導電性エレメントを付勢して互いに電気的に接続さ
   せるためのクランプと、をさらに具えたことを特徴とす
   る接触プローブ。
2. 【請求項２】 ハウジングおよびそこから内方に張り出
   したフランジを有し、前記受座エレメントおよび前記支
   持エレメントが協働して前記フランジ上に前記スタイラ
   スホルダを位置させ、前記クランプが前記フランジに向
   かって押圧されるプラグを具備することを特徴とする請
   求項１に記載の接触プローブ。
3. 【請求項３】 前記フランジは導電性の表面を有し、前
   記導電性エレメントは絶縁性の支持体層上に部分的に環
   状に形成された金属製のストリップを具備し、前記支持
   体層が前記フランジの導電性表面と接触するよう前記フ
   ランジ上に位置づけられていることを特徴とする請求項
   ２に記載の接触プローブ。
4. 【請求項４】 前記フランジは非導電性の表面を有し、
   前記導電性エレメントは前記フランジの非導電性表面に
   当接する部分的に環状の金属製のストリップを具備する
   ことを特徴とする請求項２に記載の接触プローブ。
5. 【請求項５】 前記受座エレメントは導電性材料で作成
   され、前記フランジの導電性表面には当該受座エレメン
   トを配置するための凹部が設けられ、該凹部を覆って前
   記導電性エレメントが位置づけられるとともに、前記ク
   ランプによってクランプ力が作用したときの前記凹部内
   への前記受座エレメントの変位により変形することを特
   徴とする請求項３に記載の接触プローブ。
6. 【請求項６】 前記受座エレメントは導電性材料で作成
   され、前記フランジの非導電性表面には当該受座エレメ
   ントを配置するための凹部が設けられ、前記導電性エレ
   メントは、非導電性コネクタで接続されたセクションを
   持つ部分的環状の金属製ストリップを具備し、前記セク
   ションは前記受座エレメントを少なくとも部分的に覆っ
   ていることを特徴とする請求項４に記載の接触プロー
   ブ。
7. 【請求項７】 前記受座エレメントは導電性材料で作成
   され、前記プラグは非導電性材料で作成されるととも
   に、前記受座エレメントを配置するための凹部を有し、
   前記フランジは非導電性の表面を有し、前記導電性エレ
   メントは前記フランジの表面に当接する部分的環状の金
   属製ストリップを具備することを特徴とする請求項２に
   記載の接触プローブ。
8. 【請求項８】 前記プラグのクランプ圧力は、前記ハウ
   ジング端部上のリップがロールオーバして前記フランジ
   に向けて前記プラグを付勢することで発生することを特
   徴とする請求項２に記載の接触プローブ。