JP2003156324A - 加振型接触検出センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】感度を良好にでき、かつ、材料コストを削減で
きる加振型接触検出センサを提供すること。 【解決手段】圧電素子２５をワイヤーボンディングによ
るリード線２８３により導電性材料製のスタイラスホル
ダ２２に接続し、当該スタイラスホルダ２２を介して圧
電素子２５をスタイラスユニット用プリント基板２４と
電気的に接続した。これにより、スタイラスユニット用
プリント基板２４と圧電素子２５との接続を安定させる
とともに、リード線２８３を短くすることができる。従
って、圧電素子２５の振動の変化に基づいて、被測定物
との接触状態を検知する加振型接触検出センサ１の感度
を良好にできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加振型接触検出セ
ンサに係り、例えば、一次元測定機や、三次元測定機、
輪郭測定機等の測定機の接触式プローブとして用いられ
る加振型接触検出センサに関する。

【０００２】

【背景技術】従来より、被測定物の形状や寸法の測定を
行う測定機としてハイトゲージ（一次元測定機）や、三
次元測定機、表面性状測定機や小穴測定機等が知られて
いる。これらの測定機には、測定機本体と被測定物との
位置関係を検知するために各種プローブが使用され、こ
れらのプローブとしては、被測定物に対して非接触で検
知可能な非接触式プローブと、被測定物に接触すること
で検知可能な接触式プローブとがある。

【０００３】上述したような測定機の接触式プローブと
しては、図７に示すような加振型接触検出センサ１００
が知られている（特開２０００−５５６４３号公報、特
願２００１−１２６４１０号（本出願人によるもの）等
参照）。この加振型接触検出センサ１００は、スタイラ
スホルダ１０１と、スタイラス１０２と、２枚の圧電素
子１０３を含んで構成されている。

【０００４】スタイラスホルダ１０１は、図示しない測
定機の移動軸に取り付けるための固定部１１１と、スタ
イラス１０２を接着固定するためのスタイラス取付部１
１２とを備えている。このうち、スタイラス取付部１１
２は、二股に分かれており、この二股の先端２箇所でス
タイラス１０２を軸方向に沿って２点支持している。ス
タイラス取付部１１２の先端は、断面コ字状に形成され
ており、その開口内にスタイラス１０２が配置され、固
定されている。スタイラス１０２は、略柱状に形成さ
れ、その先端には被測定物と接触する接触部１２１が設
けられている。

【０００５】圧電素子１０３は、スタイラス１０２を軸
方向に共振状態で加振するとともに、接触部１２１と被
測定物との接触に際して生じるスタイラス１０２の共振
状態の変化を検出するためのものであり、２枚の圧電素
子１０３は、スタイラス取付部１１２の二股部分にまた
がって上面および下面にそれぞれ取り付けられている。
２枚の圧電素子１０３において、スタイラス取付部１１
２に取り付けられる面とは反対側の面は、二分割され、
加振用電極１０３Ａおよび検出用電極１０３Ｂがそれぞ
れ形成されている。また、２枚の圧電素子１０３におい
て、スタイラス取付部１１２に取り付けられる面には、
一つの共通電極１０３Ｃが形成されている。

【０００６】このような構成において、圧電素子１０３
の加振用電極１０３Ａに所定周波数の電圧を加えて圧電
素子１０３を振動させると、スタイラス１０２が振動し
始めて軸方向に沿って共振状態で振動する。この状態
で、接触部１２１が被測定物に接触すると、スタイラス
１０２の共振状態に変化が生じて、圧電素子１０３の振
動にも変化が生じる。この圧電素子１０３の振動変化
を、検出用電極１０３Ｂから出力される電気信号に基づ
いて検知することで、接触部１２１と被測定物との接触
を検出できるようになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな加振型接触検出センサ１００では、圧電素子１０３
に所定周波数の電圧をかけるために、加振用電極１０３
Ａおよび共通電極１０３Ｃのそれぞれに対して銅線から
なるリード線がハンダ付け等によって取り付けられてい
る。また、圧電素子１０３から電気信号を取り出すため
に、検出用電極１０３Ｂおよび共通電極１０３Ｃのそれ
ぞれに対して銅線からなるリード線がハンダ付け等によ
って取り付けられている。つまり、共通電極１０３Ｃを
含めて、銅線からなる４本のリード線が圧電素子１０３
にハンダ付け接続されている。

【０００８】しかしながら、このような加振型接触検出
センサ１００は、圧電素子１０３に４本のリード線がハ
ンダ付け接続されているが、銅線の径が４０μｍ程度で
あるので、ハンダ付けによる接続の安定性に不安が残
る。このため、圧電素子１０３の振動変化によって被測
定物との接触状態を検知する加振型接触検出センサ１０
０の感度を良好にすることが困難であるという問題があ
る。

【０００９】本発明の目的は、感度を良好にでき、か
つ、材料コストを削減することができる加振型接触検出
センサを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の加振型接触検出
センサは、上記目的を達成するために、被測定物と接触
する接触部を有するスタイラスと、前記スタイラスを保
持するスタイラスホルダと、前記スタイラスを軸方向に
共振状態で振動させる加振手段と、前記スタイラスの前
記接触部と被測定物との接触に際して生じる当該スタイ
ラスの共振状態の変化を検出する検出手段とを備え、前
記加振手段および前記検出手段のうちの少なくとも一方
は、電気信号によって振動を発生するとともに、振動に
よって電気信号を発信する電気信号変換手段を含んで形
成され、前記電気信号変換手段は、前記スタイラスホル
ダに装着され、前記電気信号変換手段の電極がワイヤー
ボンディングによるリード線を介して接続されているこ
とを特徴とするものである。

【００１１】ここで、電気信号変換手段の電極が、ワイ
ヤーボンディングによるリード線を介して接続される先
は、例えば、接地や所定位置に設けられた回路のランド
である。電気信号変換手段としては、加振手段および検
出手段の両方の役割を有するものでもよくまた、加振手
段の役割のみを有するものでもよく、もしくは、検出手
段の役割のみを有するものでもよい。

【００１２】ワイヤーボンディングとは、固相拡散によ
る金属同士の接合であり、ワイヤーボンディングとして
は、ワイヤー（リード線）を接着面に押しつけて、所定
周波数の超音波振動でこすりつけ、その時発生する摩擦
熱でワイヤーを接着面に接合する超音波方式と、ワイヤ
ーを接着面に押しつけた状態で、加熱することでワイヤ
ーを接着面に接合する熱圧着方式とのいずれも採用でき
る。

【００１３】この発明によれば、電気信号変換手段は、
その電極がワイヤーボンディングによるリード線を介し
て、他の電気回路と電気的に接続されることが可能とな
る。従来は、ハンダ付けによる接続であったため、接続
の安定性に問題を有していた。しかしながら、ワイヤー
ボンディングによる接続としたので、断線の可能性を低
減し、接続が安定されるので確実に電気信号を入出力す
ることができる。また、例えば、スタイラスホルダを導
電性材料で形成して、電気信号変換手段とスタイラスホ
ルダをリード線で接続すれば、リード線を電気回路まで
引くことを要せず、リード線を短くすることができる。
したがって、電気信号変換手段の振動の変化に基づい
て、被測定物との接触状態を検知する加振型接触検出セ
ンサの感度を良好にできる。また、リード線を短くでき
るので、材料コストを削減することができる。これは、
特に、リード線として金線を用いる場合などに利点を有
する。

【００１４】本発明の加振型接触検出センサでは、前記
スタイラスホルダには、前記電気信号変換手段が装着さ
れる装着面と略直交し、かつ前記電気信号変換手段の端
面と接触する位置決め面が形成されていることが望まし
い。このようにすれば、電気信号変換手段をスタイラス
ホルダに装着する際、位置決め面により、スタイラスホ
ルダに対する電気信号変換手段の取付位置を常に略同一
位置とすることができる。これにより、各加振型接触検
出センサにおける、電気信号変換手段の位置のばらつき
を最小限にとどめることができ、本発明に係る加振型接
触検出センサを利用した測定の信頼性が向上する。

【００１５】このような場合、前記スタイラスホルダに
は、前記電気信号変換手段の一部が内部に配置される凹
部が形成され、前記位置決め面は、前記凹部の内壁面で
あることが望ましい。本発明では、スタイラスホルダに
凹部を形成し、この凹部内に電気信号変換手段の一部を
配置することとしたので、加振型接触検出センサのコン
パクト化が図れる。

【００１６】このような場合、電気信号変換手段は導電
性を有する導電性材料で形成され、前記凹部の前記内壁
面の前記装着面と略直交する方向に沿う寸法は、前記電
気信号変換手段の前記端面の前記装着面と略直交する方
向に沿う寸法の略１／２以下であることが望ましい。電
気信号変換手段には、電気信号変換手段を振動させる加
振電圧を受信するための受信電極や、電気信号変換手段
の圧電変化を発信するための送信電極や、受信電極およ
び送信電極と対になる電極等が設けられる。このとき、
スタイラスホルダが導電性を有しているので、例えば、
受信電極と受信電極と対になる電極が共にスタイラスホ
ルダに接触されると短絡が生じる。そこで、一方の電極
が装着面に設けられ、他方の電極が装着面と反対側に設
けられる場合、凹部の凹み寸法が電気信号変換手段の装
着面に略直交する方向の１／２以下であれば、装着面と
反対側に設けられた電極が共にスタイラスホルダに接触
される事態は十分に防ぐことができるので、加振型接触
検出センサを利用した測定の信頼性が向上されるととも
に故障を未然に防止することができる。

【００１７】本発明の加振型接触検出センサにおいて、
前記リード線は、金線であることが望ましい。このよう
に、硬度が銅線より低く、延性および展性に富む金線を
リード線として採用することで、リード線の接続による
電気信号変換手段の振動の減衰をさらに小さくでき、電
気信号変換手段の振動の変化に基づいて、被測定物との
接触状態を検知する加振型接触検出センサの感度をさら
に良好にできるようになる。

【００１８】前記目的を達成するために、他の構成によ
る加振型接触検出センサは、被測定物と接触する接触部
を有するスタイラスと、前記スタイラスを保持するスタ
イラスホルダと、前記スタイラスを軸方向に共振状態で
振動させる加振手段と、前記スタイラスの前記接触部と
被測定物との接触に際して生じる当該スタイラスの共振
状態の変化を検出する検出手段とを備え、前記スタイラ
スホルダは、導電性を有する導電性材料から形成され、
前記加振手段および前記検出手段のうちの少なくとも一
方は、電気信号によって振動を発生するとともに、振動
によって電気信号を発信する電気信号変換手段を含んで
形成され、前記電気信号変換手段は、前記スタイラスホ
ルダに装着され、前記電気信号変換手段は、導電性を有
する導電性接着剤を介して前記スタイラスホルダに接続
されていることを特徴とする。

【００１９】例えば、電気信号変換手段のスタイラスホ
ルダとの接着面側を共通電極とし、この共通電極とスタ
イラスホルダを導電性接着剤を介して接続すれば、加振
手段へ所定周波数の電気信号を送るためのリード線およ
び検出手段からの電気信号を取り出すためのリード線の
２本のみを電気信号変換手段に接続すればよく、電気信
号変換手段に接続されるリード線の本数を減らすことが
できる。従来は、電気信号変換手段に対して４本のリー
ド線が接続されていた。このリード線の接続は、電気信
号変換手段がスタイラスの振動を受けるのに抵抗として
働く問題が生じていた。しかしながら、本発明によれ
ば、リード線の接続による電気信号変換手段の振動の減
衰を最小限にとどめることができるから、スタイラスの
振動変化を電気信号変換手段に確実に反映させることが
できるようになる。

【００２０】本発明の加振型接触検出センサにおいて、
前記電気信号変換手段は圧電素子であることが望まし
い。圧電素子であれば、所定の周期信号を印加される
と、所定の周期で振動され、また、振動に応じて圧電を
発し、電圧変化を発信することができる。よって、一枚
の圧電素子に対して、電極として、加振信号の電圧が印
加される受信電極と、圧電変化を外部に送信する送信電
極と、受信電極および送信電極のそれぞれと対になる電
極が設けられると、電気信号変換手段としての働きをす
ることができる。

【００２１】ここで、電気信号変換手段としては、圧電
素子の他に、磁歪素子や形状記憶素子等の固体素子を用
いることもできるが、電気的に制御可能であることか
ら、圧電素子を用いることによって、感度の良好な加振
型接触検出センサが構成される。本発明においては、受
信電極および送信電極と対になる電極は共通の一電極と
して、導電性接着剤で導電性を有するスタイラスホルダ
に接続する、または、共通の電極にリード線を接続する
ことで、リード線の本数を削減することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１には、本発明の一実施形態に
係る加振型接触検出センサ１が示されている。このセン
サ１は、図示は省略するが、例えば、一次元測定機（ハ
イトゲージ）や、三次元測定機、輪郭測定機、表面性状
測定機、小孔測定機等の測定機において、当該測定機と
被測定物との位置関係を検出するための接触式プローブ
として使用されるものである。

【００２３】具体的に、センサ１は、被測定物や、被測
定部位に接触するスタイラス２１を含んで構成されたス
タイラスユニット２０と、このスタイラスユニット２０
が着脱可能に設けられた回路部３０とを備えている。ま
た、スタイラスユニット２０および回路部３０には、ス
タイラスユニット２０が回路部３０に取り付けられた
際、スタイラスユニット２０と回路部３０とを電気的に
接続するためのスタイラス側接続手段２７および回路側
接続手段３１がそれぞれ設けられている。なお、これら
スタイラス側接続手段２７および回路側接続手段３１に
ついては、後に詳細に説明する。

【００２４】スタイラスユニット２０は、図２にも示す
ように、上述したスタイラス２１と、このスタイラス２
１を保持するスタイラスホルダ２２と、このスタイラス
ホルダ２２を間に挟持する押さえ板２３および回路基板
としてのスタイラスユニット用プリント基板２４と、こ
のプリント基板２４に取り付けられたスタイラス側接続
手段２７とを備えている。スタイラス２１は、略柱状に
形成され、その先端には被測定物と接触する針状の接触
部２１１が設けられ、後端には必要に応じて図示しない
カウンタバランスが設けられている。

【００２５】スタイラスホルダ２２は、押さえ板２３お
よびスタイラスユニット用プリント基板２４間に挟持さ
れる固定部２２１と、この固定部２２１から平行に延び
た一対の腕部２２２と、これら腕部２２２と略直交しか
つ一対の腕部２２２の先端の間に配置された圧電素子支
持部２２３とを有している。このうち、圧電素子支持部
２２３は、略平行配置された一対の板ばね２２３Ａと、
これら一対の板ばね２２３Ａの両端を、それぞれ一対の
腕部２２２の先端へ接続する板ばね支持部２２３Ｂとを
有している。一対の板ばね２２３Ａは、スタイラス２１
の軸方向と略直交する方向に沿って配列されている。各
板ばね２２３Ａは、スタイラス２１の軸方向へ弾性変形
可能とされている。なお、スタイラスホルダ２２を構成
する固定部２２１、一対の腕部２２２、および圧電素子
支持部２２３は、一体に形成されている。このようなス
タイラスホルダ２２は、弾性能力の高い導電性材料から
形成され、例えば、ステンレス（特にばね用ステンレ
ス）や、ばね用りん青銅、ばね用洋白、ベリリウム銅等
の材料から形成されている。

【００２６】圧電素子支持部２２３の各板ばね２２３Ａ
の略中央には、図３にも示すように、スタイラス２１が
取り付けられた略板状の電気信号変換手段としての圧電
素子２５が設置されている。なお、スタイラス２１は、
その重心位置が圧電素子２５の略中心上に配置されてい
る。ここで、各板ばね２２３Ａの略中央には、図４にも
示すように、圧電素子２５の設置位置に対応して凹部２
２３Ｃが形成され、この凹部２２３Ｃの底面上に圧電素
子２５が配置されている。つまり、圧電素子２５の一部
（図４中では下部）が凹部２２３Ｃの内部に配置されて
いる。

【００２７】各板ばね２２３Ａにおいて、スタイラス２
１を挟んで対向配置される凹部２２３Ｃの一対の内壁面
のうち、一方の内壁面（本実施形態では図３中手前側に
配置された内壁面）は、圧電素子２５のＸ方向における
位置決めを行うＸ方向位置決め面２２３Ｄとしての役割
を有している。また、一対の板ばね２２３Ａの凹部２２
３Ｃにおいて、２つのＸ方向位置決め面２２３ＤはＸ方
向における位置が略一致している。

【００２８】また、各板ばね２２３Ａにおいて、当該一
対の板ばね２２３Ａが互いに対向する対向面とは反対側
の面（以下、外側面という）は、それぞれ圧電素子２５
の端面とＹ方向における位置が略一致しており、圧電素
子２５のＹ方向における位置決めを行うＹ方向位置決め
面２２３Ｅとしての役割を有している。つまり、圧電素
子２５のＹ方向に沿う寸法Ｄ１が、圧電素子支持部２２
３のＹ方向に沿う寸法Ｄ２と略一致している。なお、本
実施形態では、両方の板ばね２２３Ａの外側面のＹ方向
における位置が、圧電素子２５の端面と略一致するよう
にしているが、少なくともいずれか一方の板ばね２２３
Ａの外側面のＹ方向における位置が、圧電素子２５の端
面と略一致していればよい。

【００２９】さらに、一対の板ばね２２３Ａにおいて、
図４に示すように、各凹部２２３ＣのＺ方向に沿う寸法
Ｄ６は、圧電素子２５のＺ方向に沿う寸法Ｄ５の略１／
２以下となっている。また、一対の板ばね２２３Ａにお
いて、各凹部２２３ＣのＸ方向に沿う寸法Ｄ４は、圧電
素子のＸ方向に沿う寸法Ｄ３よりも大きく、これによ
り、凹部２２３の底面上に圧電素子２５が確実に配置さ
れるようになる。なお、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向
は、互いに略直交する方向を示している。

【００３０】圧電素子２５は、スタイラス２１を軸方向
に共振状態で加振する加振手段としての役割と、スタイ
ラス２１の接触部２１１と被測定物との接触に際して生
じるスタイラス２１の振動状態の変化を検出する検出手
段としての役割との２つの役割を有している。具体的
に、圧電素子２５の圧電素子支持部２２３との装着面
（図中下面）には、圧電素子２５の加振手段と検出手段
との共通の電極としての役割を有する共通電極２６が設
けられ（図３および図４参照）、接着剤２６１によって
スタイラスホルダ２２に固定されている。共通電極２６
とスタイラスホルダ２２はワイヤーボンディングされた
金線のリード線２８３によって接続されている。また、
装着面と反対側の面（図中上面）には、中央で分割され
た加振用電極２５Ａおよび検出用電極２５Ｂが形成され
ている。

【００３１】このような構成を有する圧電素子２５で
は、加振用電極２５Ａに所定周波数の電気信号を加える
と、当該圧電素子２５が振動して、スタイラス２１が軸
方向に共振状態で振動するようになる。このスタイラス
２１の振動は、当該圧電素子２５に伝わり、検出用電極
２５Ｂから出力される電気信号を取り出すことで、スタ
イラス２１の振動状態を検知することが可能となる。

【００３２】押さえ板２３は、金属等の導電性材料から
形成されている。この押さえ板２３には、スタイラスユ
ニット用プリント基板２４との間に挟持するスタイラス
ホルダ２２の固定部２２１が、図示しないねじにより固
定されている。なお、本実施形態では、スタイラスホル
ダ２２と押さえ板２３とを別々に製作しているが、一体
ものとして製作してもよい。

【００３３】スタイラスユニット用プリント基板２４
は、樹脂等でできた絶縁性基板の上に銅箔等で配線パタ
ーンを描いた電子回路基板であり、プリント基板２４の
一方の面には、スタイラスホルダ２２および押さえ板２
３等が取り付けられ、他方の面には、前述したスタイラ
ス側接続手段２７が取り付けられている。スタイラスユ
ニット用プリント基板２４には、圧電素子２５の加振用
電極２５Ａ、検出用電極２５Ｂ、および共通電極２６が
それぞれ電気的に接続されている。

【００３４】具体的に説明すると、共通電極２６は、リ
ード線２８３によってスタイラスホルダ２２に接続さ
れ、導電性材料から形成されたスタイラスホルダ２２お
よび押さえ板２３を介して、プリント基板２４に電気的
に接続されている。ここで、押さえ板２３は、プリント
基板２４上に押さえつけられて、当該プリント基板２４
に形成されたアースの配線パターンに電気的に接続され
ている。これにより、共通電極２６は、スタイラスホル
ダ２２および押さえ板２３を介してアース接続されてい
る。なお、押さえ板２３がアース接続されることによ
り、押さえ板２３がシールド板としての機能も有し、内
部に対する外部の電場や磁場の影響を小さくすることが
可能となっている。

【００３５】一方、加振用電極２５Ａおよび検出用電極
２５Ｂは、それぞれリード線２８１、２８２を介して、
プリント基板２４に電気的に接続されている。各リード
線２８１、２８２の一端は、ワイヤーボンディング、接
着剤、はんだ付け等の種々の固定手段により、それぞれ
加振用電極２５Ａおよび検出用電極２５Ｂに取り付けら
れ、他端は、前述の固定手段により、スタイラスユニッ
ト用プリント基板２４の端子領域２４Ａ（いわゆるラン
ド）に取り付けられている。これらのリード線２８１、
２８２、共通電極２６のリード線２８３は、直径２０μ
ｍの金線から構成されている。このように、やわらかい
金線による直径の細いリード線２８１、２８２、共通電
極のリード線２８３を採用することで、リード線２８
１、２８２、共通電極のリード線２８３の接続による圧
電素子２５の振動の減衰を最小限にとどめることが可能
となる。

【００３６】リード線２８１、２８２、共通電極２６の
リード線２８３の固定手段としてワイヤーボンディング
を採用した場合には、リード線２８１、２８２を加振用
電極２５Ａ、検出用電極２５Ｂ、または端子領域２４
Ａ、また、共通電極２６のリード線２８３をスタイラス
ホルダ２２に押しつけて、所定周波数の超音波振動でこ
すりつけ、その時発生する摩擦熱でリード線２８１、２
８２、共通電極２６のリード線２８３を加振用電極２５
Ａ、検出用電極２５Ｂ、または端子領域２４Ａ、スタイ
ラスホルダ２２に接合する超音波方式と、リード線２８
１、２８２、共通電極２６のリード線２８３を加振用電
極２５Ａ、検出用電極２５Ｂ、または端子領域２４Ａ、
スタイラスホルダ２２に押しつけた状態で、加熱するこ
とでリード線２８１、２８２、共通電極２６のリード線
２８３を加振用電極２５Ａ、検出用電極２５Ｂ、または
端子領域２４Ａ、スタイラスホルダ２２に接合する熱圧
着方式とのいずれも採用できる。このようにしてリード
線２８１、２８２がそれぞれ取り付けられた端子領域２
４Ａは、スタイラスユニット用プリント基板２４の配線
パターンを介して、スタイラス側接続手段２７と電気的
に接続されている。

【００３７】スタイラス側接続手段２７は、３つのコイ
ル２７１、２７２、２７３を有している。これら３つの
コイル２７１〜２７３のうち、一つのコイル２７１は、
スタイラスユニット用プリント基板２４およびリード線
２８１を介して加振用電極２５Ａに電気的に接続され、
他の一つのコイル２７２は、スタイラスユニット用プリ
ント基板２４およびリード線２８２を介して検出用電極
２５Ｂに電気的に接続され、残りの一つのコイル２７３
は、図示は省略するが、例えば、加振用電極２５Ａへ出
力される所定周波数の電気信号を増幅するアンプや、検
出用電極２５Ｂから出力される検出信号を増幅するアン
プ等に電気的に接続されている。

【００３８】回路部３０は、上述した回路側接続手段３
１、およびこの回路側接続手段３１を支持する回路部用
プリント基板３３を備えている。回路側接続手段３１
は、スタイラス側接続手段２７の３つのコイル２７１〜
２７３とそれぞれ電磁結合可能な３つのコイル３１１、
３１２、３１３を有している。ここで、回路側接続手段
３１の３つのコイル３１１〜３１３の略中央部分には、
図１および図５に示すように、スタイラスユニット２０
側へ向かって突出した位置決めピン３２が設けられ、ス
タイラス側接続手段２７の３つのコイル２７１〜２７３
の略中央部分には、各位置決めピン３２が挿入される位
置決め穴２９が設けられている。なお、本発明に係る位
置決め手段は、位置決めピン３２および位置決め穴２９
を含んで構成されている。

【００３９】スタイラスユニット２０を回路部３０に取
り付ける際、位置決めピン３２を位置決め穴２９に挿入
することで、回路部３０に対するスタイラスユニット２
０の位置決めがなされ、回路部３０に対するスタイラス
２１の位置のばらつきを最小限とすることができるよう
になる。また、スタイラス側接続手段２７の３つのコイ
ル２７１〜２７３と、回路側接続手段３１の３つのコイ
ル３１１〜３１３との位置決めもなされるので、スタイ
ラスユニット２０を回路部３０に取り付けた際に、コイ
ル２７１〜２７３、３１１〜３１３同士を確実に電磁結
合させることが可能となる。

【００４０】回路部用プリント基板３３は、スタイラス
ユニット用プリント基板２４と同様に、樹脂等でできた
絶縁性基板の上に銅箔等で配線パターンを描いた電子回
路基板である。この回路部用プリント基板３３には、ス
タイラス側接続手段２７および回路側接続手段３１によ
り、圧電素子２５の加振用電極２５Ａおよび検出用電極
２５Ｂにそれぞれ電気的に接続される図示しない加振回
路および検出回路が設けられている。

【００４１】加振回路は、例えば、交流電気信号を出力
する交流電圧源と電気的に接続され、交流電圧源から出
力される信号を、圧電素子２５で利用可能な信号に変換
するものとなっている。検出回路は、例えば、加振型接
触検出センサ１を移動させる移動機構の動作を制御する
制御装置と電気的に接続され、検出用電極１０３Ｂから
出力される信号を、制御装置で利用可能な信号に変換す
るものとなっている。

【００４２】ここで、回路側接続手段３１において、加
振用電極２５Ａと電気的に接続されているスタイラス側
接続手段２７のコイル２７１と電磁結合可能なコイル３
１１は、回路部用プリント基板３３の加振回路と電気的
に接続されている。これにより、スタイラス側接続手段
２７のコイル２７１と、回路側接続手段３１のコイル３
１１とが電磁結合することで、スタイラスユニット２０
の加振用電極２５Ａと、回路部３０の加振回路とが電気
的に接続され、加振回路から所定周波数の電気信号を圧
電素子２５に印加することが可能となる。

【００４３】回路側接続手段３１において、検出用電極
２５Ｂと電気的に接続されているスタイラス側接続手段
２７のコイル２７２と電磁結合可能なコイル３１２は、
回路部用プリント基板３３の検出回路と電気的に接続さ
れている。これにより、スタイラス側接続手段２７のコ
イル２７２と、回路側接続手段３１のコイル３１２とが
電磁結合することで、スタイラスユニット２０の検出用
電極２５Ｂと、回路部３０の検出回路とが電気的に接続
され、検出用電極２５Ｂから出力される電気信号に基づ
いて、加振型接触検出センサ１を移動させる移動機構を
制御することが可能となる。

【００４４】回路側接続手段３１において、スタイラス
ユニット２０に設けられたアンプ等と電気的に接続され
ているスタイラス側接続手段２７のコイル２７３と電磁
結合可能なコイル３１３は、電源に電気的に接続されて
いる。これにより、スタイラス側接続手段２７のコイル
２７３と、回路側接続手段３１のコイル３１３とが電磁
結合することで、スタイラスユニット２０に設けられた
アンプ等と、電源とが電気的に接続され、アンプ等に電
力を供給することが可能となる。

【００４５】次に、上述した加振型接触検出センサ１の
組立手順について説明する。まず、予めスタイラスユニ
ット２０および回路部３０を製作しておく。スタイラス
ユニット２０を製作する際には、まず圧電素子２５にス
タイラス２１を取り付けた後に、圧電素子２５をスタイ
ラスホルダ２２に装着する。ただし、この順番は、圧電
素子２５をスタイラスホルダ２２に装着してからスタイ
ラス２１を圧電素子に取り付けても良い。ここで、圧電
素子２５のスタイラスホルダ２２に対する位置決めを、
スタイラスホルダ２２に設けられたＸ方向位置決め面２
２３ＤおよびＹ方向位置決め面２２３Ｅに基づいて行え
ば、スタイラスホルダ２２に対して圧電素子２５を常に
略一定の位置に取り付けることが可能となる。

【００４６】次いで、回路部３０を、図５中二点鎖線示
すように、例えば、絶縁板４１を介して、断面略コ字状
のハウジング４２内に組み付けた後、位置決めピン３２
および位置決め穴２９により、回路部３０にスタイラス
ユニット２０を取り付ける。そして、ハウジング４２の
開口を塞ぐカバー４３を、ねじ止め等でハウジング４２
に固定する。このカバー４３により、スタイラスユニッ
ト２０が回路部３０側に押さえつけられた状態となり、
スタイラスユニット２０の回路部３０への取り付けが完
了する。

【００４７】ここで、例えば、スタイラス２１が損傷し
た場合や、測定物や測定部位に合わせてスタイラス２１
の種類を変更したい場合には、カバー４３をハウジング
４２から取り外してスタイラスユニット２０を交換した
後、再びカバー４３をハウジング４２に取り付けること
で、スタイラス２１の交換が可能となる。加振型接触検
出センサ１を測定機に装着する場合、センサ１のハウジ
ング４２を測定機に取り付ける。

【００４８】上述のような本実施形態によれば、次のよ
うな効果がある。本実施形態では、圧電素子２５をワイ
ヤーボンディングによるリード線によってスタイラスホ
ルダ２２に接続して、当該スタイラスホルダ２２を介し
て圧電素子２５をスタイラスユニット用プリント基板２
４と電気的に接続しているため、スタイラスユニット用
プリント基板２４と圧電素子２５とを接続するためのリ
ード線を短くすることができる。これにより、リード線
の材料コストを低減することができる。本実施形態で
は、圧電素子２５をスタイラス２１の振動方向に沿って
弾性変形可能な一対の板ばね２２３Ａ上に配置している
から、スタイラス２１および圧電素子２５の振動に応じ
て一対の板ばね２２３Ａが弾性変形することによって、
圧電素子２５をスタイラスホルダ２２に装着しても圧電
素子２５の振動の減衰を最小限にとどめることができ
る。

【００４９】本実施形態では、スタイラスホルダ２２に
Ｘ方向位置決め面２２３ＤおよびＹ方向位置決め面２２
３Ｅを設けたので、スタイラスホルダに対する圧電素子
の取付位置を常に略同一位置とすることができる。これ
により、複数の加振型接触検出センサ１における、圧電
素子２５の位置のばらつきを最小限にとどめることがで
き、加振型接触検出センサ１を利用した測定の信頼性を
向上させることができる。また、圧電素子２５の取り付
け作業性を向上させることができるので、不良品の発生
率を低減させることができる。

【００５０】スタイラスホルダ２２に凹部２２３Ｃを形
成し、この凹部２２３Ｃ内に圧電素子２５の一部を配置
したので、加振型接触検出センサ１のコンパクト化を図
ることができる。

【００５１】スタイラスホルダ２２において、凹部２２
３ＣのＺ方向に沿う寸法Ｄ６は、圧電素子２５のＺ方向
に沿う寸法Ｄ５の略１／２以下となっているので、加振
用電極２５Ａおよび検出用電極２５Ｂがスタイラスホル
ダ２２に接触することを防ぐことができる。よって、加
振用電極２５Ａおよび検出用電極２５Ｂと共通電極２６
がスタイラスホルダ２２に対して共に接触することがな
いので、圧電素子２５の短絡を防止することが可能とな
る。

【００５２】スタイラスユニット２０において、接続の
信頼性が高いワイヤーボンディングにより、リード線２
８１、２８２、共通電極２６のリード線２８３を圧電素
子２５に取り付けているので、断線の可能性を小さくで
きる。

【００５３】また、リード線２８１、２８２、共通電極
２６のリード線２８３として、従来のリード線より細
く、かつ、延性および展性に富む金線を採用しているの
で、リード線２８１、２８２、共通電極２６のリード線
２８３の接続による圧電素子２５の振動の減衰をさらに
小さくでき、圧電素子２５の振動の変化に基づいて、被
測定物との接触状態を検知する加振型接触検出センサ１
の感度をさらに良好にできる。

【００５４】なお、本発明は前記実施形態に限定される
ものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変
形、改良は、本発明に含まれるものである。例えば、共
通電極２６はリード線２８３がスタイラスホルダ２２に
接続され、このスタイラスホルダ２２がプリント基板２
４に接続されているが、このリード線２８３はスタイラ
スホルダ２２を介さずに、直接プリント基板２４に接続
されていてもよい。

【００５５】圧電素子２５とスタイラスホルダ２２はリ
ード線２８３で接続されず、図６に示されるように、圧
電素子２５とスタイラスホルダ２２を導電性接着剤によ
って接着し、この導電性接着剤を共通電極２６２として
もよい。このとき、導電性接着剤としては、例えば、エ
ポキシ樹脂等の樹脂に銀粉等の導電性物質を混合した接
着剤等が採用できる。このように導電性接着剤を共通電
極２６２とし、スタイラスホルダ２２に電気的に接続す
ることで、リード線を削減することができるので、圧電
素子２５の振動を阻害する要因を減らすことができ、加
振型接触検出センサ１による測定の信頼性を向上させる
ことができる。接触部としては、針状に形成された接触
部に限らず、例えば、円盤形状や、球形状等の種々の形
状を採用できる。

【００５６】加振手段および検出手段としては、一体に
形成されたものに限定されず、それぞれ別に形成された
ものであってもよく、例えば、加振手段および検出手段
をそれぞれ一枚の圧電素子を含んで構成してもよい。ま
た、加振手段または検出手段としては、スタイラスに直
接装着されるもの、およびスタイラスに間接的に装着さ
れるもの（図７参照）のいずれを採用してもよく、この
ような場合も本発明に含まれる。

【００５７】

【発明の効果】本発明に係る加振型接触検出センサによ
れば、感度を良好にでき、かつ、材料コストを削減でき
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る加振型接触検出セン
サを示す分解斜視図である。

【図２】前記実施形態におけるスタイラスユニットを示
す斜視図である。

【図３】前記実施形態におけるスタイラスユニットの要
部を示す分解斜視図である。

【図４】図３のIV−IV線に沿った断面図である。

【図５】図１のV−V線に沿った断面図である。

【図６】共通電極として導電性接着剤を用いた場合を示
す図である。

【図７】従来例を示す分解斜視図である。

【符号の説明】

１ 加振型接触検出センサ ２１ スタイラス ２２ スタイラスホルダ ２５ 加振手段および検出手段である圧電素子 ２１１ 接触部 ２２３Ｃ 凹部 ２２３Ｄ Ｘ方向位置決め面 ２６２ 導電性接着剤 ２８１、２８２、２８３ リード線 Ｄ５ 装着面と略直交する方向に沿う寸法であるＺ
方向に沿う寸法（圧電素子） Ｄ６ 装着面と略直交する方向に沿う寸法であるＺ
方向に沿う寸法（凹部）

フロントページの続き (72)発明者 宮崎 智之 神奈川県川崎市高津区坂戸１−20−１ 株 式会社ミツトヨ内 Ｆターム(参考） 2F063 AA04 AA41 DA02 DC08 EB02 EB07 JA01 LA05 2F069 AA02 AA04 AA60 AA61 DD26 GG01 GG06 GG11 GG62 HH01 LL03 MM04 MM32

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物と接触する接触部を有するスタ
   イラスと、 前記スタイラスを保持するスタイラスホルダと、 前記スタイラスを軸方向に共振状態で振動させる加振手
   段と、 前記スタイラスの前記接触部と被測定物との接触に際し
   て生じる当該スタイラスの共振状態の変化を検出する検
   出手段とを備え、 前記加振手段および前記検出手段のうちの少なくとも一
   方は、電気信号によって振動を発生するとともに、振動
   によって電気信号を発信する電気信号変換手段を含んで
   形成され、 前記電気信号変換手段は、前記スタイラスホルダに装着
   され、 前記電気信号変換手段の電極がワイヤーボンディングに
   よるリード線を介して接続されていることを特徴とする
   加振型接触検出センサ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の加振型接触検出センサ
   において、 前記スタイラスホルダには、前記電気信号変換手段が装
   着される装着面と略直交し、かつ前記電気信号変換手段
   の端面と接触する位置決め面が形成されていることを特
   徴とする加振型接触検出センサ。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の加振型接触検出センサ
   において、 前記スタイラスホルダには、前記電気信号変換手段の一
   部が内部に配置される凹部が形成され、 前記位置決め面は、前記凹部の内壁面であることを特徴
   とする加振型接触検出センサ。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の加振型接触検出センサ
   において、 前記スタイラスホルダは、導電性を有する導電性材料で
   形成され、 前記凹部の前記内壁面の前記装着面と略直交する方向に
   沿う寸法は、前記電気信号変換手段の前記端面の前記装
   着面と略直交する方向に沿う寸法の略１／２以下である
   ことを特徴とする加振型接触検出センサ。
5. 【請求項５】 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の
   加振型接触検出センサにおいて、前記リード線は、金線
   であることを特徴とする加振型接触検出センサ。
6. 【請求項６】被測定物と接触する接触部を有するスタイ
   ラスと、前記スタイラスを保持するスタイラスホルダ
   と、前記スタイラスを軸方向に共振状態で振動させる加
   振手段と、前記スタイラスの前記接触部と被測定物との
   接触に際して生じる当該スタイラスの共振状態の変化を
   検出する検出手段とを備え、前記スタイラスホルダは、
   導電性を有する導電性材料から形成され、前記加振手段
   および前記検出手段のうちの少なくとも一方は、電気信
   号によって振動を発生するとともに、振動によって電気
   信号を発信する電気信号変換手段を含んで形成され、前
   記電気信号変換手段は、前記スタイラスホルダに装着さ
   れ、前記電気信号変換手段は、導電性を有する導電性接
   着剤を介して前記スタイラスホルダに接続されているこ
   とを特徴とする加振型接触検出センサ。
7. 【請求項７】請求項１〜請求項６のいずれかに記載の加
   振型接触検出センサにおいて、前記電気信号変換手段
   は、圧電素子であることを特徴とする加振型接触検出セ
   ンサ。