JP2009013001A - 先端球形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】極細のステムの先端に先端球を形成することができる先端球形成方法を提供すること。
【解決手段】炭素繊維からなる極細のステムの先端を、ステム１周りの酸素を排除した状態で先端球材料２に入れる。すなわち、ステム１の先端１１が酸化により細くなることを防ぎながら、当該先端１１を先端球材料２に入れるので、当該先端１１を先端球材料２に入れ過ぎることを防止できる。従って、当該先端１１のみに先端球材料２を付着させることができ、当該先端１１に先端球４を形成することができる。また、当該ステム１を用いて測定子を製作すれば、先端球４を被測定物に当接させることができて正確な測定を行うことができる極細の測定子とすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、極細のステムの先端に先端球を形成する先端球形成方法に関する。

従来、移動軸の先端に取り付けられた測定子を被測定物に接触させることにより、被測定物の形状や寸法の測定を行う三次元測定機、表面形状測定機、および小穴測定機等の測定機が知られている。これらの測定機に用いられる測定子は、例えば特開平６−２２１８０６号公報に開示されているように、柱状のステム（振動子）と、ステムの先端に形成された先端球（接触球）とを備えて構成されている。

ところで、近年、測定のニーズが多様化し、例えば直径が２０μｍ以下の穴の内壁面等の微細な被測定物の測定に対するニーズが高まっており、このような微細な被測定物を測定できる極細（例えば直径５μｍ）の測定子の開発が求められている。
ところが、従来、極細で、かつ剛性のあるステムがなかった。例えば、超合金やタングステン等の超硬材を放電加工することにより極細のステムを形成することが考えられるが、超硬材を放電加工すると外周面が梨地状となってしまうため、超硬材を放電加工によって極細にしたものは、剛性が著しく低くステムとして用いることはできなかった。

そこで、本件出願人は、炭素繊維から極細（例えば直径５μｍ）のステムを形成することを考えついた。この場合、当該炭素繊維からなるステムの先端に先端球を形成する方法として、作業員が当該ステムの先端を、光学顕微鏡で見ながら、例えば約７００℃に熱せられて溶融状態となったガラス等の先端球材料に、僅かに入れた後に引き上げ、当該先端に付着した先端球材料を自然冷却して固まらせることで、当該先端に先端球を形成することが考えられる。

図３の（Ａ）〜（Ｅ）は、前述の方法による問題点を説明するための図である。
しかしながら、ステム１は、炭素繊維から構成されているために、加熱されると酸化されて二酸化炭素となり、空気中に飛散していってしまう。そのため、前述のような方法では、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、ステム１は、先端球材料２に入れられる前に、当該先端球材料２の熱により先端１１側から加熱されて酸化してしまい、先細り形状となってしまう。そして、先端球材料２に入れられる寸前には、図３（Ｃ）において一点鎖線で示すように、先端１１が光学顕微鏡の観測限界以下にまで細くなってしまう。

従って、前述のような方法では、作業員がステム１の先端１１を僅かに先端球材料２に入れたと思っていても、実際には、図３（Ｄ）に示すように、入れ過ぎてしまうこととなるので、ステム１を引き上げた際に、図３（Ｅ）に示すように、先端球材料２が表面張力によってステム１の先端１１から若干根元側で固まって先端球４を形成してしまうという問題がある。しかも、先端球４は、表面張力により、ラグビーボール状に形成されてしまう。

このため、このようなステム１を用いて製作した測定子では、先端球４から飛び出た部分１３が被測定物に当たってしまうので、正確な測定を行うことができない。また、たとえ先端球４が被測定物と接触したとしても、先端球４がラグビーボール状に形成されているので、やはり正確には測定できない。

本発明の目的は、極細のステムの先端に先端球を形成することができる先端球形成方法を提供することにある。

本発明の先端球形成方法は、柱状のステムの先端に先端球を形成する先端球形成方法であって、炭素繊維からなる前記ステムの先端を、前記ステム周りの酸素を排除した状態で、溶融状態の先端球材料に入れ、引き上げることで、前記ステムの先端に先端球を形成することを特徴とする。

なお、先端球材料としては、ガラスを例示することができる。「溶融状態」とは、ガラスが例えば約７００度に熱せられて溶けている状態を指す。
このような構成によれば、炭素繊維からなる極細（例えば直径５μｍ）のステムの先端を、ステム周りの酸素を排除した状態で先端球材料に入れる。すなわち、ステムの先端が酸化により細くなることを防ぎながら、当該先端を先端球材料に入れるので、当該先端を先端球材料に入れ過ぎることを防止できる。従って、当該先端のみに先端球材料を付着させることができ、当該先端に先端球を形成することができる。また、当該ステムを用いて測定子を製作すれば、先端球を被測定物に当接させることができて正確な測定を行うことができる極細の測定子とすることができる。

本発明では、前記ステムに対して不活性ガスを吹きかけることで、前記ステム周りの酸素を排除することが好ましい。
このような構成によれば、ステムに対して不活性ガスを吹きかけることのできる噴射ノズル等を用いて、ステムの先端に先端球を形成するので、先端球の形成に掛かるコストを抑えることができる。

本発明では、略真空中で、前述の方法で前記ステムの先端に先端球を形成することが好ましい。
このような構成によれば、略真空中でステムの先端を先端球材料に入れるので、ステムの先端が酸化して細くなることを確実に防止することができる。従って、当該先端を先端球材料に入れ過ぎることを確実に防止でき、当該先端に確実に先端球を形成することができる。

本発明では、前記ステムは略円柱状に形成され、先端には略平坦な端面が形成されていることが好ましい。
このような構成によれば、ステムの先端には略平坦な端面が形成されているので、ステムの先端を先端球材料から引き上げた際に、先端球材料は、表面張力により、前記端面で先端球を形成する。この際、端面は非常に表面積が小さいので、先端球を真球度の高い球状に形成することができる。また、当該ステムを用いることで、より正確な測定を行うことができる極細の測定子を製作することができる。

以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１の（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第１実施形態に係る先端球形成方法を説明するための図である。
本実施形態の先端球形成方法では、先端球材料２と噴射ノズル３とを用いてステム１の先端１１に先端球４を形成する。

ステム１は、図１の（Ａ）に示すように、直径が例えば５μｍの円柱状の炭素繊維から構成されている。ステム１の先端１１には略平坦な端面１２が形成されている。
先端球材料２はガラスから構成されている。先端球材料２は、容器２１に入れられており、図示しない加熱手段によって約７００℃に加熱され、溶融状態となっている。
噴射ノズル３は、開口３１をステム１に向けた状態で配置されている。噴射ノズル３は、コンプレッサを有する図示しない気体供給手段に接続され、当該気体供給手段から供給される二酸化炭層や窒素、アルゴン等の不活性ガスを、ステム１の先端１１に向かって噴射する。

以下に本実施形態の先端球形成方法を説明する。なお、作業員は、光学顕微鏡を見ながら以下の作業を行うものとする。
本実施形態の先端球形成方法では、図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、作業員が噴射ノズル３でステム１の先端１１に不活性ガスを吹きかけながら、当該先端１１を先端球材料２に入れる。すなわち、ステム１の周囲の酸素（空気）を不活性ガスによって排除し、当該先端１１が酸化により細くなることを防止しながら、当該先端１１を先端球材料２に入れるので、当該先端１１を先端球材料２に入れ過ぎることを防止できる。

従って、図１（Ｃ）に示すように、ステム１を引き上げた際に、当該先端１１のみに先端球材料２を付着させることができ、前記先端球材料２を自然冷却することで、当該先端１１に先端球４を形成することができる。具体的には、この際、先端１１に略平坦な端面１２が形成されているので、先端球材料２は、表面張力により、当該端面１２で先端球４を形成する。そして、先端球４は、表面積の小さい端面１２で形成されるので、表面張力により、真球度の高い球状となる。なお、先端１１に先端球４が形成されたこのようなステム１を適宜な長さに切断し、当該ステム１に適宜の加工を施すことにより、測定子を製作することができる。

以上のような本実施形態の先端球形成方法によれば、以下のような効果を奏することができる。
（１）ステム１の先端１１に不活性ガスを吹きかけ、先端１１が酸化により細くなることを防ぎながら当該先端１１を先端球材料２に入れるので、当該先端１１を先端球材料２に入れ過ぎることを防止できる。従って、当該先端１１のみに先端球材料２を付着させることができ、当該先端１１に先端球４を形成することができる。また、当該ステム１を用いて測定子を製作すれば、先端球４を被測定物に当接させることができて正確な測定を行うことができる極細の測定子とすることができる。

（２）ステム１の先端１１には略平坦な端面１２が形成されているので、先端球材料２は、表面張力により、当該端面１２で先端球４を形成する。この際、端面１２は非常に表面積が小さいので、先端球４を真球度の高い球状に形成することができる。よって、当該ステム１を用いることで、より正確な測定を行うことができる極細の測定子を製作することができる。

（３）気体供給手段に接続された噴射ノズル３を用いて先端球４を形成するので、先端球４の形成に掛かるコストを抑えることができる。

〔第２実施形態〕
図２の（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第２実施形態に係る先端球形成方法を説明するための図である。なお、ステム１および先端球材料２は、前記第１実施形態と同一のものを使用するものとする。また、本実施形態以降、前記第１実施形態と同一機能部位には同一符号を付し、それらの説明を省略若しくは簡略化する。

前記第１実施形態では、ステム１の先端１１を先端球材料２に入れる際に、ステム１の周囲の酸素を不活性ガスで排除することにより、ステム１の先端１１が酸化して細くなることを防止した。これに対し、本実施形態では、真空ポンプ５１により略真空とされた真空チャンバ５２内で、ステム１の先端１１を先端球材料２に入れる。これにより、本実施形態では、当該先端１１を先端球材料２に入れる際に、ステム１の先端１１が酸化して細くなることを防止する。

このような本実施形態でも、ステム１を先端球材料２に入れる際に、ステム１の先端１１が酸化して細くなることを防止できるので、当該先端１１を先端球材料２に入れ過ぎることを防止でき、当該先端１１に先端球４を形成することができる。従って、本実施形態でも、前記実施形態と同様の効果（１），（２）を奏することができるうえ、以下のような効果を奏することができる。

（４）略真空中でステム１の先端１１を先端球材料２に入れるので、ステム１の先端１１が酸化して細くなることを確実に防止することができる。従って、当該先端１１を先端球材料２に入れ過ぎることを確実に防止でき、当該先端１１に確実に先端球４を形成することができる。

なお、本発明は前述の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、改良等は本発明に含まれるものである。
前記第１，２実施形態では、先端球材料２はガラスから構成されていたが、金属から構成されていてもよく、ガラスから構成されることに限定されない。ただし、金属を溶かすためには非常に高温にしなければならないが、ガラスは約７００度で溶かすことができるので、ガラスを先端球材料２として用いることが好ましい。

本発明は、三次元測定機、表面形状測定機、および小穴測定機等の測定機に用いられる測定子のステムの先端に先端球を形成することができる。

本発明の第１実施形態に係る先端球形成方法を説明するための図。 本発明の第２実施形態に係る先端球形成方法を説明するための図。 先端球を形成する方法例の問題点を説明するための図。

符号の説明

１…ステム、２…先端球材料、３…噴射ノズル、４…先端球、１１…先端、１２…端面、２１…容器、３１…開口、５１…真空ポンプ、５２…真空チャンバ。

Claims (4)

1. 柱状のステムの先端に先端球を形成する先端球形成方法であって、
   炭素繊維からなる前記ステムの先端を、前記ステム周りの酸素を排除した状態で、溶融状態の先端球材料に入れ、引き上げることで、前記ステムの先端に先端球を形成することを特徴とする先端球形成方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   前記ステムに対して不活性ガスを吹きかけることで、前記ステム周りの酸素を排除することを特徴とする先端球形成方法。
3. 略真空中で、請求項１に記載の方法で前記ステムの先端に先端球を形成することを特徴とする先端球形成方法。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の先端球形成方法において、
   前記ステムは略円柱状に形成され、先端には略平坦な端面が形成されていることを特徴とする先端球形成方法。

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