JP2003202221A - 加振型接触検出センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コストダウンを図ることができる加振型接触
検出センサを提供すること。 【解決手段】 加振回路および検出回路を有する回路部
３０に対し、スタイラスユニット２０を着脱可能に設け
るとともに、スタイラスユニット２０および回路部３０
に、電磁結合可能なコイル２７１〜２７３，３１１〜３
１３を有したスタイラス側接続手段２７および回路側接
続手段３１を設けた。これにより、スタイラス２１の交
換にあたって、加振型接触検出センサ１全体を交換せず
に、スタイラスユニット２０のみを交換することができ
るから、コストダウンを図ることができる。

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、たと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、当該測定機と被測定物との
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から出力される電圧信号に基づ
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は、図示は省略する
が、圧電素子１０３の加振用電極１０３Ａおよび検出用
電極１０３Ｂにそれぞれ電気的に接続される加振回路お
よび検出回路を有している。加振回路は、たとえば交流
電圧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１０３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、
たとえば加振型接触検出センサ１００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。

【０００８】ここで、上述したような加振型接触検出セ
ンサ１００では、通常、加振用電極１０３Ａと加振回路
との間、および検出用電極１０３Ｂと検出回路との間
が、それぞれリード線によって接続されている。これに
より、加振型接触検出センサ１００は、スタイラス１０
２、スタイラスホルダ１０１、圧電素子１０３、加振回
路、および検出回路が一体となった構造を有している。
このため、たとえばスタイラス１０２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１０２の種
類を変更したい場合には、スタイラス１０２のみを交換
することができず、加振回路および検出回路を含んだ加
振型接触検出センサ１００全体の交換が要され、コスト
アップを招くという問題がある。

【０００９】また、各種測定物や各種測定部位の測定に
対応するためには、接触部の形状や、軸方向長さが異な
るスタイラスを複数種用意することが望ましいが、上述
のようにスタイラスは、スタイラスホルダ１０１、圧電
素子１０３、加振回路、および検出回路と一体に構成さ
れているので、複数種のスタイラスを用意するために
は、複数種の加振型接触検出センサを用意しなければな
らず、大幅なコストアップを招いてしまうという問題が
ある。

【００１０】本発明の目的は、コストダウンを図ること
ができる加振型接触検出センサを提供することにある。

【００１１】

【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含んで構
成されるスタイラスユニット、および、前記スタイラス
ユニットの前記加振手段と信号的に接続されて当該加振
手段へ信号を出力する加振回路と、前記スタイラスユニ
ットの検出手段と信号的に接続されて当該検出手段から
の信号が入力される検出回路とを含んで構成される回路
部を備え、前記スタイラスユニットには、前記加振手段
および前記検出手段と信号的に接続されるスタイラス側
接続手段が設けられ、前記回路部には、前記加振回路お
よび前記検出回路と信号的に接続される回路側接続手段
が設けられ、前記スタイラスユニットは、前記回路部に
着脱可能に設けられ、前記スタイラス側接続手段および
前記回路側接続手段は、前記スタイラスユニットが前記
回路部に取り付けられる際に、少なくとも信号結合およ
び電力結合のいずれか一方が互いに行われることを特徴
とするものである。

【００１２】この発明によれば、加振回路および検出回
路を有する回路部に対し、スタイラスユニットが着脱可
能に設けられているとともに、スタイラスユニットおよ
び回路部には、スタイラスユニットが回路部に取り付け
られた際に、少なくとも信号結合および電力結合のいず
れか一方が互いに行われるスタイラス側接続手段および
回路側接続手段が設けられているので、たとえばスタイ
ラスが損傷した場合や、測定物や測定部位に合わせてス
タイラスの種類を変更したい場合には、スタイラスユニ
ットの交換によりスタイラスの交換が行える。このた
め、スタイラスの交換にあたって、加振型接触検出セン
サ全体を交換する必要がなくなるから、コストダウンが
図れるようになる。また、各種測定物や各種測定部位の
測定に対応するために、接触部の形状や、軸方向長さが
異なるスタイラスを複数種用意する場合には、複数種の
スタイラスユニットを用意すればよいので、コストをあ
まりかけずに複数種のスタイラスを用意することができ
るようになる。

【００１３】本発明の加振型接触検出センサでは、前記
スタイラスユニットと前記回路部との間には、前記回路
部に対する前記スタイラスユニットの取付位置を決定す
る位置決め手段が設けられていることが望ましい。ここ
で、位置決め手段としては、スタイラスユニットおよび
回路部のいずれか一方に設けられた位置決め凸部と、他
方に設けられかつ前述の位置決め凸部と係合する位置決
め凹部とを含んで構成される位置決め手段を採用しても
よい。また、位置決め手段としては、スタイラスユニッ
トおよび回路部のいずれか一方に設けられる位置決め面
を含んで構成される位置決め手段を採用してもよく、こ
のような場合、スタイラスユニットおよび回路部の他方
が、一方に設けられた位置決め面に向かって付勢される
ことで、一方に対する他方の位置決めが行われることと
なる。

【００１４】このような本発明では、スタイラスユニッ
トを回路部に取り付ける際、位置決め手段により、回路
部に対するスタイラスユニット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、スタイラスユニ
ットの交換による、スタイラス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】本発明の加振型接触検出センサでは、前記
スタイラス側接続手段と前記回路側接続手段とは、前記
スタイラスユニットが前記回路部に取り付けられる際
に、少なくとも電磁結合および光結合のいずれか一方が
行われることが望ましい。本発明では、スタイラスユニ
ットのスタイラス側接続手段と回路部の回路側接続手段
とが電磁結合あるいは光結合することにより、加振手段
と加振回路、および検出手段と検出回路が信号的に接続
される。従って、スタイラス側接続手段および回路側接
続手段の各接触面に錆や汚れ等があった場合でも、加振
手段と加振回路、および検出手段と検出回路が確実に信
号的に接続されるから、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。

【００１６】本発明の加振型接触検出センサでは、前記
スタイラスユニットは、一方の面側に前記スタイラスホ
ルダが装着されかつ他方の面側に前記スタイラス側接続
手段が装着される回路基板を有し、前記スタイラスホル
ダに装着される前記加振手段および前記検出手段は、前
記回路基板を介して前記スタイラス側接続手段と電気的
に接続されていることが望ましい。このように、スタイ
ラスユニットを回路基板を含んで構成すれば、スタイラ
スホルダおよびスタイラス側接続手段を支持する役割
と、加振手段および検出手段とスタイラス側接続手段と
を電気的に接続する役割とを回路基板に兼用させること
ができるから、スタイラスユニットの構成を簡単にでき
るようになる。

【００１７】本発明の加振型接触検出センサでは、前記
スタイラスユニットが前記回路部に取り付けられた際
に、前記スタイラス側接続手段および前記回路側接続手
段が相互に接する方向に、これらのうちの少なくとも一
方を他方へ向かって付勢する付勢手段が設けられている
ことが望ましい。本発明では、スタイラス側接続手段お
よび回路側接続手段が相互に接する方向に、これらのう
ちの少なくとも一方を他方へ向かって付勢する付勢手段
を設けることにより、付勢させない場合と比べて、スタ
イラス側接続手段と回路側接続手段の接触面での密着性
が向上する。従って、信号や電力の伝達効率の変動を防
止できるから、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を向上させることができる。

【００１８】本発明の加振型接触検出センサでは、前記
付勢手段は、前記回路部側に設けられ、前記回路側接続
手段を前記スタイラス側接続手段へ向かって付勢する構
成であることが望ましい。このような構成にすることに
より、各種測定物や各種測定部位の測定に対応するとき
やスタイラス故障時等に交換されるスタイラスユニット
側に、付勢手段が設けられていないので、交換部品のコ
ストダウンを図ることができる。

【００１９】本発明の加振型接触検出センサでは、前記
スタイラスユニットを収容したスタイラスケースと、前
記スタイラスケースと接続、分離可能で、かつ、前記回
路部を収容した回路部ケースとを備え、前記回路部ケー
ス内に前記付勢手段が備えられた構成であることが望ま
しい。このような構成にすることにより、スタイラスユ
ニットおよび回路部に対する外部からの衝撃を抑えるこ
とができる。また、それらに対しての防塵を行うことが
できる。付勢手段が、交換部品であるスタイラスケース
内ではなく回路部ケース内に備えられているので、交換
部品のコストダウンを図ることができる。

【００２０】本発明の加振型接触検出センサでは、前記
付勢手段が、前記回路側接続手段を有するプレートを前
記スタイラス側接続手段に対して接離する方向へ移動可
能にガイドする複数のガイドピンと、前記各ガイドピン
の周囲に巻装され前記プレートを前記スタイラス側接続
手段に接する方向へ付勢するばねとを含んで構成されて
いることが望ましい。このように、付勢手段としてばね
だけではなくガイドピンを設けることにより、回路側接
続手段が、ばねによりスタイラス側接続手段へ向かって
付勢される際に、この回路側接続手段が、その付勢方向
と垂直方向への位置ずれを生じるのを最小限にとどめる
ことができる。

【００２１】

【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。 （第１実施形態）図１には、本発明の第１の実施形態に
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、たとえば一次元測定機（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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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、たとえばステンレス（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。

【００２５】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２
２３Ａの略中央には、図４にも示すように、圧電素子２
５の設置位置に対応して凹部２２３Ｃ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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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２２３Ｃ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。

【００２９】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）は、導電性を有する導電性接着剤２６（図
３および図４参照）によってスタイラスホルダ２２に固
定され、当該導電性接着剤２６は、圧電素子２５の共通
電極としての役割を有している。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２
５Ａおよび検出用電極２５Ｂが形成されている。ここ
で、導電性接着剤（共通電極）２６は、導電性材料から
形成されたスタイラスホルダ２２を介してアース接続さ
れている。なお、導電性接着剤２６としては、たとえば
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。

【００３０】このような構成を有する圧電素子２５で
は、加振用電極２５Ａに所定周波数の電圧信号を加える
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から出力される電圧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。

【００３１】押さえ板２３は、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２
２の固定部２２１が、図示しないねじ等により固定され
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。

【００３２】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、および導電性接着剤を
介して共通電極２６がそれぞれ電気的に接続されてい
る。具体的に説明すると、共通電極２６は、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２
３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。

【００３３】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は、直径２０μｍの金線から構成されている。

【００３４】リード線２８１，２８２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２
８１，２８２を加振用電極２５Ａ、検出用電極２５Ｂ、
または端子領域２４Ａ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
２８１，２８２を加振用電極２５Ａ、検出用電極２５
Ｂ、または端子領域２４Ａに接合する超音波方式と、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２４Ａに押しつけた状態で、加
熱することでリード線２８１，２８２を加振用電極２５
Ａ、検出用電極２５Ｂ、または端子領域２４Ａ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２４Ａ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。

【００３５】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、たとえば加振用電極２５Ａへ出
力される所定周波数の電圧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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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（信号的）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。

【００３９】加振回路は、たとえば交流電圧信号を出力
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、たとえば加振型接
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２５Ｂ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。

【００４０】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
（信号的）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３１１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
圧信号を圧電素子２５に印加することが可能となる。

【００４１】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（信号
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
圧信号に基づいて、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。

【００４２】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。

【００４３】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２５に取り付けてもよい。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２２３Ｄ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。

【００４４】次いで、回路部３０を、図５中二点鎖線示
すように、たとえば絶縁板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。ここで、たとえばスタイラス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。なお、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。

【００４５】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。 （１）本実施形態では、加振回路および検出回路を有す
る回路部３０に対し、スタイラスユニット２０が着脱可
能に設けられているとともに、スタイラスユニット２０
および回路部３０には、電磁結合可能なコイル２７１〜
２７３，３１１〜３１３を有したスタイラス側接続手段
２７および回路側接続手段３１が設けられているので、
スタイラスユニット２０のみを交換することができる。
このため、スタイラス２１の交換にあたって、加振型接
触検出センサ１全体を交換する必要がなくなり、コスト
ダウンを図ることができる。また、各種測定物や各種測
定部位の測定に対応するために、接触部２１１の形状
や、軸方向長さが異なるスタイラス２１を複数種用意す
る場合には、複数種のスタイラスユニット２０を用意す
ればよいので、コストをあまりかけずに複数種のスタイ
ラス２１を用意することができる。

【００４６】（２）スタイラスユニット２０に位置決め
穴２９を設けるとともに、回路部３０に位置決めピン３
２を設けたので、スタイラスユニット２０を回路部３０
に取り付ける際、回路部３０に対するスタイラスユニッ
ト２０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、スタイラスユニット２０の交換によ
る、スタイラス２１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。

【００４７】（３）スタイラスユニット２０のスタイラ
ス側接続手段２７と回路部３０の回路側接続手段３１と
が電磁結合することで、加振用電極２５Ａと加振回路、
および検出用電極２５Ｂと検出回路が電気的に接続され
るから、たとえば、接触式のコネクタを用いる場合と異
なり、錆や汚れ等による接触不良を誘発するおそれがな
いので、加振用電極２５Ａと加振回路、および検出用電
極２５Ｂと検出回路の電気的接続を確実に行うことがで
きる。

【００４８】（４）スタイラスユニット２０をスタイラ
スユニット用プリント基板２４を含んで構成し、当該プ
リント基板２４に、スタイラスホルダ２２およびスタイ
ラス側接続手段２７を支持する役割と、加振用電極２５
Ａおよび検出用電極２５Ｂとスタイラス側接続手段２７
とを電気的に接続する役割とを兼用させているため、ス
タイラスユニット２０の構成の簡素化を図ることができ
る。さらに、スタイラスホルダ２２に圧電素子２５を取
り付け、さらにステンレス等で形成された金属製の押さ
え板２３を組み合わせたので、スタイラスユニット用プ
リント基板２４の熱膨張によるスタイラス２１の位置変
動を抑制することができる。また、スタイラスユニット
用プリント基板２４の近傍にステンレス等の金属板の押
さえ板２３を組み合わせたので、スタイラスユニット用
プリント基板２４上の銅箔による回路パターンに対し
て、静電シールドの効果を生じ、雑音の混入を防止する
ことができる。

【００４９】（第２実施形態）図６には、本発明の第２
の実施形態に係る加振型接触検出センサ２が示されてい
る。なお、同図の説明にあたって、第１実施形態と同一
の構成要件については同一符号を付し、その説明を省略
もしくは簡略化する。このセンサ２は、第１実施形態に
おけるスタイラスユニット２０側のスタイラス側接続手
段２７と回路部３０側の回路側接続手段３１とが、相互
に接するように構成されている。このセンサ２は、スタ
イラスユニット２０を収容したスタイラスケース５０と
回路部３０を収容した回路部ケース６０とを備えてお
り、これらスタイラスケース５０と回路部ケース６０と
は接続、分離可能に構成されている。

【００５０】スタイラスケース５０は、樹脂等の絶縁性
材料で形成され一側面および下面が開口された箱状のス
タイラス収容体５１と、このスタイラス収容体５１の下
面に装着された蓋としての板状のスタイラスケースカバ
５２とを備えている。スタイラス収容体５１の上壁内面
には、スタイラスユニット２０のスタイラスユニット用
プリント基板２４が固定されている。スタイラスケース
カバ５２には、スタイラス側接続手段２７を突出させる
開口部５２１が形成されている。

【００５１】本実施形態のスタイラスユニット２０は、
スタイラスユニット用プリント基板２４の下面にスタイ
ラスホルダ２２を介してスタイラス２１が取り付けられ
ているとともに、スタイラス側接続手段２７が取り付け
られている。本実施形態におけるスタイラス側接続手段
２７は、２つのコイル２７１，２７２のみで構成されて
いる。各コイル２７１，２７２は、略中央部分に位置決
め穴２９を有するフェライトコア２９１と、このフェラ
イトコア２９１に巻装されたコイル素子２９２とから構
成されている。

【００５２】回路部ケース６０は、樹脂等の絶縁性材料
で形成された上面が開口された箱状の回路部収容体６１
と、この回路部収容体６１の上面に装着された蓋として
の板状の回路部ケースカバ６２とを備えている。回路部
ケースカバ６２には、回路側接続手段３１を突出させる
開口部６２１が形成されている。

【００５３】本実施形態の回路部３０は、樹脂等の絶縁
性材料で形成されたプレート６３の上面に回路側接続手
段３１が取り付けられ、下面に加振回路、検出回路を有
する電装部６４が取り付けられている。本実施形態にお
ける回路側接続手段３１は、２つのコイル３１１，３１
２のみで構成されている。コイル３１１，３１２は、略
中央部分に位置決めピン３２が備えられたフェライトコ
ア３２１と、このフェライトコア３２１に巻装されたコ
イル素子３２２とから構成されている。

【００５４】回路部３０は、この回路部３０を上方向に
付勢する付勢手段６５を介して回路部収容体６１に収容
されている。付勢手段６５は、回路側接続手段３１を有
するプレート６３を、スタイラス側接続手段２７に対し
て接離する方向へ移動可能にガイドする複数のガイドピ
ン６５１と、プレート６３と回路部収容体６１との間
で、かつ、ガイドピン６５１の周囲に巻装されプレート
６３を上方（スタイラス側接続手段２７に接する方向）
へ付勢する圧縮コイルばね６５２とを備えている。

【００５５】上述した加振型接触検出センサ２の組立手
順について説明する。スタイラスユニット２０を収容し
たスタイラス収容体５１に、スタイラスケースカバ５２
を嵌合させる。また、回路部３０を収容した回路部収容
体６１に、回路部ケースカバ６２を嵌合させる。

【００５６】スタイラスケースカバ５２および回路部ケ
ースカバ６２からそれぞれ突出されたスタイラス側接続
手段２７および回路側接続手段３１を接続させるように
スタイラスケース５０を回路部ケース６０にねじ止めな
どで固定する。このとき、スタイラス側接続手段２７と
回路側接続手段３１との位置決めは、第１実施形態と同
様にスタイラス側接続手段２７に設けられた位置決め穴
２９に、回路側接続手段３１に設けられた位置決めピン
３２が挿入されることにより行われる。

【００５７】ここで、たとえばスタイラス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、スタイラスケース５０を
取り外して所望のスタイラス２１が備えられているスタ
イラスケース５０を取り付けることで、スタイラス２１
の交換が可能となる。

【００５８】上述のような第２実施形態によれば、第１
実施形態による効果（１）〜（４）に加え、次のような
効果がある。 （５）回路部３０に設けられた回路側接続手段３１を、
スタイラスユニット２０に設けられたスタイラス側接続
手段２７に接する方向に付勢する付勢手段６５を設けた
ので、付勢手段６５を設けない場合と比べて回路側接続
手段３１とスタイラス側接続手段２７との接触面での密
着性が向上する。従って、信号や電力の伝達効率の変動
を防止でき、加振型接触検出センサ２を利用した測定の
信頼性を向上させることができる。

【００５９】（６）スタイラスユニット２０を収容した
スタイラスケース５０と、このスタイラスケース５０と
接続、分離可能で、かつ、回路部３０を収容した回路部
ケース６０とを備えた構成とすることで、スタイラスユ
ニット２０および回路部３０に対する外部からの衝撃を
抑えることができ、また、それらに対する防塵を行うこ
とができる。

【００６０】（７）回路部ケース６０内に付勢手段６５
を設けたので、各種測定物や各種測定部位に対応した測
定を行うときやスタイラス故障時等にスタイラスユニッ
ト２０を交換する場合でも、付勢手段６５がスタイラス
ケース５０内に設けられていないので、交換部品のコス
トダウンを図ることができる。

【００６１】（８）付勢手段６５として、回路側接続手
段３１を有するプレート６３をスタイラス側接続手段２
７に対して接離する方向へ移動可能にガイドする複数の
ガイドピン６５１と、プレート６３と回路部収容体６１
との間で、かつ、ガイドピン６５１の周囲に巻装されプ
レート６３を上方へ付勢する圧縮コイルばね６５２とを
含んだ構成としたので、回路側接続手段３１が圧縮コイ
ルばね６５２によりスタイラス側接続手段２７へ向かっ
て付勢される際に、この回路側接続手段３１がその付勢
方向と垂直方向への位置ずれを生じるのを最小限にとど
めることができる。従って、第１実施形態と比べて信号
の伝達効率の変動を抑えることができるので、加振型接
触検出センサ２を利用した測定の信頼性を向上させるこ
とができる。

【００６２】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。たとえば、
接触部としては、針状に形成された接触部２１１に限ら
ず、たとえば円盤形状や、球形状等の種々の形状を採用
できる。

【００６３】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、たと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、加振手段および検出手段としては、圧電素子２５に
より構成されたものに限らず、磁歪素子や、形状記憶素
子の固体素子等を採用してもよい。さらに、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。

【００６４】スタイラス側接続手段２７および回路側接
続手段３１としては、互いに電磁結合可能なものに限ら
ず、コネクタ等の電気的接続手段を利用したもの、ある
いは、光結合を行うものであって互いに信号的に接続可
能なものであってもよい。例えば、スタイラス側接続手
段２７および回路側接続手段３１のうちの信号送信側に
発光ダイオードを設け、信号受信側に受光ダイオードを
設けることによって両者間で光結合による信号授受を行
ってもよい。

【００６５】前記実施形態では、付勢手段６５を回路部
ケース６０内に設け、回路側接続手段３１をスタイラス
側接続手段２７に接する方向へ付勢する構成としたが、
付勢手段６５をスタイラスケース５０内に設け、スタイ
ラス側接続手段２７を回路側接続手段３１に接する方向
へ付勢する構成としても良い。ただし、前記実施形態の
方が、スタイラスケース５０に対するスタイラス２１の
相対位置を一義的に決定できるので、この加振型接触検
出センサ２を測定機に装着した場合に、スタイラス２１
の相対位置を定義しやすいという効果がある。また、付
勢手段６５の数および配置は任意であり、回路部収容体
６１とガイドピン６５１およびプレート６３と位置決め
ピン３２は、同一材料からなる一体化されたものを採用
することもできる。さらに、付勢手段６５としてガイド
ピン６５１と圧縮コイルばね６５２の代わりに、板ばね
とすることもできる。要は、スタイラス側接続手段２７
および回路側接続手段３１が相互に接する方向に、これ
らのうちの少なくとも一方から他方へ向かって付勢され
る構成であれば、付勢手段６５の構成、形態は任意であ
る。

【００６６】スタイラスユニット２０および回路部３０
は、それぞれスタイラスケース５０および回路部ケース
６０に収容されていたが、外部からの衝撃、塵、埃等へ
の対策が必要ない環境で使用される場合には、ケース等
に収容されていなくても良い。

【００６７】

【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、コストダウンを図ることができるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１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】本発明の第２実施形態に係る加振型接触検出セ
ンサを示す断面図である。

【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 ２０ スタイラスユニット ２１ スタイラス ２２ スタイラスホルダ ２４ 回路基板であるスタイラスユニット用プリント基
板 ２５ 加振手段および検出手段である圧電素子 ２７ スタイラス側接続手段 ２９ 位置決め手段である位置決め穴 ３０ 回路部 ３１ 回路側接続手段 ３２ 位置決め手段である位置決めピン ５０ スタイラスケース ６０ 回路部ケース ６５１ ガイドピン ６５２ 圧縮コイルばね ２１１ 接触部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新井 雅典 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 AA01 AA50 CA34 CA40 DA02 DA05 DC08 DD02 EB02 EB07 EB09 EB23 HA00 HA09 HA20 LA04 LA05 ZA01 2F069 AA01 AA98 DD26 DD27 GG01 GG06 GG19 GG62 HH01 LL03 MM04 RR03

Claims (8)

【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
   出手段とを含んで構成されるスタイラスユニット、 および、 前記スタイラスユニットの前記加振手段と信号的に接続
   されて当該加振手段へ信号を出力する加振回路と、 前記スタイラスユニットの検出手段と信号的に接続され
   て当該検出手段からの信号が入力される検出回路とを含
   んで構成される回路部を備え、 前記スタイラスユニットには、前記加振手段および前記
   検出手段と信号的に接続されるスタイラス側接続手段が
   設けられ、 前記回路部には、前記加振回路および前記検出回路と信
   号的に接続される回路側接続手段が設けられ、 前記スタイラスユニットは、前記回路部に着脱可能に設
   けられ、 前記スタイラス側接続手段および前記回路側接続手段
   は、前記スタイラスユニットが前記回路部に取り付けら
   れる際に、少なくとも信号結合および電力結合のいずれ
   か一方が互いに行われ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、 前記スタイラスユニットと前記回路部との間には、前記
   回路部に対する前記スタイラスユニットの取付位置を決
   定する位置決め手段が設けら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１または請求項２に記載の加振型
   接触検出センサにおいて、 前記スタイラス側接続手段と前記回路側接続手段とは、
   前記スタイラスユニットが前記回路部に取り付けられる
   際に、少なくとも電磁結合および光結合のいずれか一方
   が行われ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１〜請求項３のいずれかに記載の
   加振型接触検出センサにおいて、 前記スタイラスユニットは、一方の面側に前記スタイラ
   スホルダが装着されかつ他方の面側に前記スタイラス側
   接続手段が装着される回路基板を有し、 前記スタイラスホルダに装着される前記加振手段および
   前記検出手段は、前記回路基板を介して前記スタイラス
   側接続手段と電気的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。
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、 前記スタイラスユニットが前記回路部に取り付けられた
   際に、前記スタイラス側接続手段および前記回路側接続
   手段が相互に接する方向に、これらのうちの少なくとも
   一方を他方へ向かって付勢する付勢手段が設けられてい
   ることを特徴とする加振型接触検出センサ。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の加振型接触検出センサ
   において、 前記付勢手段は、前記回路部側に備えられ、前記回路側
   接続手段を前記スタイラス側接続手段へ向かって付勢す
   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６に記載の加振型接触検出センサ
   において、 前記スタイラスユニットを収容したスタイラスケース
   と、 前記スタイラスケースと接続、分離可能で、かつ、前記
   回路部を収容した回路部ケースとを備え、前記回路部ケ
   ース内に前記付勢手段が備えられていることを特徴とす
   る加振型接触検出センサ。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の加振型接触検出センサ
   において、 前記付勢手段は、前記回路側接続手段を有するプレート
   を前記スタイラス側接続手段に対して接離する方向へ移
   動可能にガイドする複数のガイドピンと、前記各ガイド
   ピンの周囲に巻装され前記プレートを前記スタイラス側
   接続手段に接する方向へ付勢するばねとを含んで構成さ
   れていることを特徴とする加振型接触検出センサ。