JP2018138894A - 表面測定機用検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】任意の調節範囲における高分解能の測定力の調節、及び高い最大測定力を得ることの両立を可能とする表面測定機用検出器を提供する。【解決手段】 接触子（３４）を先端に備えたアーム（３２）、アームを回転可能に支持する回転軸（３０）、アームにおける回転軸の接触子と反対の側の位置に、一端（４２Ａ）が接続される伝達部（４２）と、伝達部の他端（４２Ｂ）に、一端（４４Ａ）が接続され、接触子に付与される測定力を発生させる弾性部（４４）、弾性部の他端（４４Ｂ）に接続され、移動方向へ弾性部の他端の位置を移動させる位置調節部（４６）、アームと接続され、伝達部と接触可能な位置に配置される接触部（５４）を備えた傾き調節部（５０）を備えている。【選択図】図３

Description

本発明は、被測定物の表面を測定する表面測定機に適用される検出器に関する。

被測定物の表面の形状、及び表面の粗さなどを測定する表面測定機として、表面性状測定機が知られている。被測定物の表面に接触子を接触させる接触式の表面性状測定用の検出器は、テコ式検出器が広く用いられている。テコ式検出器において、接触子を被測定物へ押し当てる測定力を付与する手段として、コイルばね等の弾性体が広く用いられている。

一般に、測定力をある程度大きくすることによりアームの跳ねを抑えることができ、被測定物の表面の変位を精度よく測定することが可能である。

特許文献１は、触針を有するアームを回転可能に支持し、コイルばねの付勢力を用いて触針における測定力を発生させる表面性状測定機用検出器が記載されている。特許文献１に記載の表面性状測定機用検出器は、コイルばねがアームの軸に平行に設けられている。これにより、表面性状測定機用検出器の小型化を実現している。

また、特許文献１に記載の表面性状測定機用検出器は、コイルばねの他端が固定される保持部材と、アームの軸と平行に保持部材を移動させる偏芯ピンとを備えている。そして、偏心ピンを回動させることによりコイルばねがアームの軸に平行に移動する。これにより、アームに発生する測定力は保持部材の移動量と比例し、偏芯ピンの調節量と測定力との関係を線形に近づけている。

特許第３９５９３１９号公報

しかしながら、軟らかい被測定物、細い被測定物、及び薄い被測定物などの容易に変形する可能性がある被測定物を測定する場合、測定力を小さくする調節をして、被測定物の変形を回避する必要がある。そして、測定力が小さい範囲の調節を容易にするには、測定力の調節分解能を細かくして、測定力の微調節を可能とする必要がある。

特許文献１に記載の表面性状測定機用検出器において、測定力の調節の際の入力に対して線形的に測定力を調節する場合、測定力が小さい範囲の調節分解能を細かくしようとすると、調節範囲の全範囲の調節分解能が細かくなる結果、測定力の最大値が小さくなり、測定力の調節範囲が狭くなってしまう。そうすると、必要とされる最大測定力を得ることが困難である。

一方、必要とされる測定力の最大値を得るために調節範囲を広げると、測定力の調節範囲の全範囲において調節分解能が粗くなってしまい、測定力の微調節が困難である。すなわち、任意の調節範囲における高分解能の測定力の調節、及び高い最大測定力を得ることの両立が困難である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、任意の調節範囲における高分解能の測定力の調節、及び高い最大測定力を得ることの両立を可能とする表面測定機用検出器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、次の発明態様を提供する。

第１態様に係る表面測定機用検出器は、接触子を先端に備えたアームと、アームを回転可能に支持する回転軸と、アームにおける回転軸の接触子と反対の側の位置に、一端が接続される伝達部と、伝達部の他端に、一端が接続される弾性部であり、接触子に付与される測定力を発生させる弾性部と、弾性部の他端に接続される位置調節部であり、アームの長手方向である第一方向、及び回転軸の方向である第二方向と直交する第三方向の成分を有する移動方向について、弾性部の他端の位置を移動させる位置調節部と、アームと接続される傾き調節部であり、弾性部の他端の位置を移動方向へ移動させた場合に、伝達部と接触可能な位置に配置される接触部を備えた傾き調節部と、を備えた表面測定機用検出器である。

第１態様によれば、伝達部と接触部とが非接触の場合における低測定力の傾きに対して、伝達部と接触部とが接触している場合における測定力の傾きを大きくする。伝達部と接触部とが非接触の場合は、測定力の調節分解能が高分解能とされ、伝達部と接触部とが接触している場合は、高い最大測定力が得られる。これにより、低測定力の範囲における調節分解能の高分解能、及び高い最大測定力の両立が可能である。

接触子は、被測定物の測定対象位置に接触させる触針が含まれていてもよい。

弾性部は、弾性体が含まれていてもよい。弾性体の例として、ばねが挙げられる。

接触部の構成例として、基端がアームと接続され、先端に接触部が配置される態様が挙げられる。

第２態様は、第１態様の表面測定機用検出器において、伝達部は、非弾性を有する部材であるか、又は弾性部の弾性係数未満の弾性係数を有する部材である構成としてもよい。

第２態様によれば、伝達部を介して弾性部が発生させた弾性力をアームへ伝達することが可能である。

第３態様は、第１態様又は第２態様に記載の表面測定機用検出器において、伝達部は、接触部と接触した状態において、弾性部の他端の位置を移動方向へ移動させた場合に屈曲し、かつ、接触部と非接触の状態において非屈曲となる構成としてもよい。

第３態様によれば、伝達部は、接触部と接触した場合の屈曲状態と、接触部と非接触の場合の非屈曲状態との切り替えが可能である。

第２態様、及び第３態様の伝達部の例として、金属材料を用いた鋼線が挙げられる。

第４態様は、第１態様から第３態様のいずれか一態様の表面測定機用検出器において、接触部は、第一方向について、アームと伝達部との接続位置から一定の距離を有する位置であり、第三方向について、アームの位置から一定の距離を有する位置に配置される構成としてもよい。

第４態様によれば、第三方向について、弾性部の他端を一定の距離だけ移動させることに起因して、測定力の傾きを変更することが可能である。

第５態様は、第１態様から第４態様のいずれか一態様の表面測定機用検出器において、第一方向の位置、及び第三方向の位置が異なる複数の接触部を備えた構成としてもよい。

第５態様によれば、二種類を超える測定力の傾きを用いた測定力の調節が可能である。

第６態様は、第１態様から第５態様のいずれか一態様の表面測定機用検出器において、接触部は、第一方向に沿う曲面であり、第三方向の変位を有する任意の形状の曲面を備えた構成としてもよい。

第６態様によれば、連続的に測定力の傾きを変更することが可能である。

第７態様は、第１態様から第６態様のいずれか一態様の表面測定機用検出器において、接触部は、第一方向について、アームと伝達部との接続位置の回転軸と反対側の位置に配置される構成としてもよい。

第７態様によれば、アームに作用させるトルクの減少を抑制可能である。

第８態様は、第１態様から第６態様のいずれか一態様の表面測定機用検出器において、接触部は、第一方向について、アームと伝達部との接続位置の回転軸の側の位置に配置される構成としてもよい。

第８態様によれば、測定力調節位置の変位に対してフラットな測定力の調整が可能である。

第９態様は、第１態様から第６態様のいずれか一態様の表面測定機用検出器において、アームの他端の側の第三方向における変位を検出する検出部を備えた構成としてもよい。

第９態様によれば、アームの他端の側の第三方向における変位に基づく測定力の調整が可能である。

本発明によれば、伝達部と接触部とが非接触の場合における低測定力の傾きに対して、伝達部と接触部とが接触している場合における測定力の傾きを大きくする。伝達部と接触部とが非接触の場合は、測定力の調節分解能が高分解能とされ、伝達部と接触部とが接触している場合は、高い最大測定力が得られる。これにより、低測定力の範囲における調節分解能の高分解能、及び高い最大測定力の両立が可能である。

図１は表面性状測定機の全体構成図である。 図２はテコ式検出器の概略構成図である。 図３は第一実施形態に係る測定力調節の模式図である。 図４は第一実施形態に係る測定力調節における測定力調節位置と測定力との関係を示したグラフである。 図５は比較例に係る測定力調節位置と測定力との関係を示したグラフである。 図６は第二実施形態に係る測定力調節の模式図である。 図７は第二実施形態に係る測定力調節における測定力調節位置と測定力との関係を示したグラフである。 図８は第三実施形態に係る測定力調節の模式図である。 図９は第三実施形態に係る測定力調節における測定力調節位置と測定力との関係を示したグラフである。

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施形態について説明する。本明細書では、先に説明した構成と同一の構成には同一の符号を付し、説明を適宜省略することとする。

［表面性状測定機の全体構成］
図１は表面性状測定機の全体構成図である。本明細書では、図１に示したＸ軸方向を表す矢印線が向く方向をＸ軸方向のプラス方向とする。Ｘ軸方向を表す矢印線が向く方向に反対の方向をＸ軸方向のマイナス方向とする。

また、Ｚ軸方向を表す矢印線が向く方向をＺ軸方向の上方向とする。Ｚ軸方向を表す矢印線が向く方向に反対の方向をＺ軸方向の下方向とする。図１の紙面を裏面から表面に貫く方向をＹ軸方向のプラス方向とする。

図１の紙面を表面から裏面に貫く方向をＹ軸方向のマイナス方向とする。なお、Ｘ軸方向は、Ｘ軸方向のプラス方向、及びＸ軸方向のマイナス方向の総称である。Ｙ軸方向、及びＺ軸方向についても同様である。

表面性状測定機は、表面測定機の一態様である。Ｘ軸方向はアームの長手方向である第一方向に相当する。Ｙ軸方向は第二方向に相当する。Ｚ軸方向は第一方向、及び第二方向と直交する第三方向に相当する。

表面形状測定機１０は、平板状の測定台１２、コラム１４、送り装置１６、検出器１７、及びコンピュータ２４を備えている。検出器１７は、表面測定機用検出器の一態様である。

測定台１２の上面１２Ａには、被測定物がセットされる。図１では、被測定物の図示を省略する。被測定物は図２に符号６０を付して図示する。測定台１２の上面１２Ａには、Ｚ軸方向に延びたコラム１４が立設される。コラム１４は、送り装置１６がＺ軸方向に昇降自在に取り付けられている。送り装置１６は、検出器１７がＸ軸方向に移動自在に取り付けられる。

送り装置１６をＺ軸方向について昇降させるＺ軸移動部、及び検出器１７をＸ軸方向へ移動させるＸ軸方向移動部の図示は省略する。

送り装置１６は、Ｘ軸方向検出センサ２２を備えている。Ｘ軸方向検出センサ２２は、リニアスケール２２Ａ、及び読取ヘッド２２Ｂを備えている。リニアスケール２２Ａは、Ｘ軸方向に沿って配置される。読取ヘッド２２Ｂは、Ｘ軸方向について、検出器１７と一体に移動可能に構成される。Ｘ軸方向検出センサ２２は、検出器１７のＸ方向の変位を検出する。

読取ヘッド２２Ｂは、リニアスケール２２Ａの値を読み取る。リニアスケール２２Ａの値は、検出器１７のＸ方向の変位を表している。読取ヘッド２２Ｂは、読み取ったリニアスケール２２Ａの値をコンピュータ２４へ送出する。読取ヘッド２２Ｂは、光学式でもよいし、磁気式でもよい。

検出器１７は、スタイラス１８、及びＺ軸方向検出センサ２０を備えている。スタイラス１８は、アーム３２、及び接触子３４を備えている。アーム３２の先端３２Ａは、接触子３４が取り付けられている。アーム３２は、Ｙ軸方向に沿う回転軸３０を支点としてＹ軸の周りを回転可能に支持される。なお、回転軸３０の位置におけるアーム３２の回転方向は、図２に矢印付きの曲線を用いて図示する。

Ｚ軸方向検出センサ２０は、スケール２０Ａ、及び読取ヘッド２０Ｂを備えている。スケール２０Ａは、アーム３２の基端３２Ｂの回転軌道に沿った形状を有している。読取ヘッド２０Ｂは、アーム３２の基端３２Ｂに取り付けられている。Ｚ軸方向検出センサ２０は、接触子３４のＺ軸方向の変位を検出する。

読取ヘッド２０Ｂは、スケール２０Ａの値を読み取る。読取ヘッド２０Ｂは、光学式でもよいし、磁気式でもよい。読取ヘッド２０Ｂは、読み取ったスケール２０Ａの値をコンピュータ２４へ送出する。コンピュータ２４は、スケール２０Ａの読取値を用いて接触子３４のＺ軸方向の変位を算出される。

なお、Ｚ軸方向検出センサ２０は、スケール型検出器に代わりに、又はスケール型検出器と併用して、差動変圧器型センサ、静電容量型センサ、及び渦電流型センサのいずれかを用いた変位センサを用いてもよい。

変位センサの例として、線形可変差動変圧器、スケール、及びレーザ変位計等が挙げられる。線形可変差動変圧器の例として、ＬＶＤＴが挙げられる。ＬＶＤＴは、ｌｉｎｅａｒ ｖａｒｉａｂｌｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒの省略語である。Ｘ軸方向検出センサ２２についても同様である。Ｚ軸方向検出センサ２０は検出部の一態様である。

検出器１７は、測定力調節部４０を備えている。測定力調節部４０は、紐状部材４２、弾性部材４４、位置調節部４６、及び傾き調節部５０を備えている。測定力調節部４０は、接触子３４に付与される測定力を調節する。

傾き調節部５０はアーム３２に取り付けられる。傾き調節部５０は、アーム３２からＸ軸方向のプラス方向へ延ばした構造を有している。傾き調節部５０の先端５０Ａは、接触部５４を備えている。接触部５４は、Ｘ軸方向について、アーム３２と紐状部材４２との接続位置３２Ｄから一定の距離を有する位置に配置される。接触部５４は、Ｚ軸方向について、アーム３２の位置から一定の距離を有する位置に配置される。

接触部５４は、紐状部材４２と接触する面が曲面となる形状を有している。接触部５４の形状の例として、球形状、及びＹ軸方向に一定の長さを有する円柱形状が挙げられる。接触部５４の材料の例として、金属、及び樹脂が挙げられる。

傾き調節部５０の基端５０Ｂは、アーム３２の本体３２Ｃに接続される。測定力調節部４０の詳細、及び測定力調節部４０を用いた測定力の調節は後述する。

コンピュータ２４は、データ処理装置３７、モニタ３８、並びにキーボード、及びマウス等の操作部３９を備えている。データ処理装置３７は、演算処理部、及び記憶部を備えている。コンピュータ２４は、図示しない制御部を備えている。

図示しない制御部は、表面形状測定機１０を動作させるプログラムを起動して、表面形状測定機１０を動作させ、被測定物の測定を実行する。制御部は、オペレータが入力した情報に基づいて、表面形状測定機１０を動作させてもよい。

制御部は、Ｘ軸方向移動部の動作へ指令信号を送出する。Ｘ軸方向移動部は、制御部から送出された指令信号に基づいてＸ軸方向の移動を実行する。制御部は、Ｘ軸方向検出センサ２２の検出結果を用いて、Ｘ軸方向移動部の動作をフィードバック制御してもよい。

表面形状測定機１０は、図示しないＹ軸方向移動部を備えている。制御部は、Ｙ軸方向移動部の動作へ指令信号を送出する。Ｙ軸方向移動部は、制御部から送出された指令信号に基づいて、検出器１７のＹ軸方向の移動を実行する。

制御部は、Ｚ軸方向移動部の動作へ指令信号を送出する。Ｚ軸方向移動部は、制御部から送出された指令信号に基づいてＺ軸方向の移動を実行する。

データ処理装置３７は、演算処理部を用いて、Ｚ軸方向検出センサ２０の検出結果、及びＸ軸方向検出センサ２２の検出結果を用いて、被測定物の平面形状のデータを作成する。データ処理装置３７は、被測定物の平面形状のデータを記憶部へ記憶する。

図１の符号３７Ａは、データ処理装置３７とＺ軸方向検出センサ２０とを電気接続する配線を示している。図１の符号３７Ｂは、データ処理装置３７とＸ軸方向検出センサ２２とを電気接続する配線を示している。

演算処理部はＣＰＵ等のプロセッサ、及び周辺回路を用いて構成される。記憶部は、ＲＡＭ、又はＲＯＭなどの半導体素子を用いてもよいし、ハードディスク等の磁気記憶媒体を用いてもよい。

なお、ＣＰＵは、中央演算装置を表す英語表記である、ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔの省略語である。ＲＯＭは、読取専用メモリを表す英語表記である、Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙの省略語である。ＲＡＭは、臨時書き込み読み出しメモリを表す英語表記である、Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙの省略語である。

モニタ３８は、コンピュータ２４を用いて生成された被測定物の情報を表示する表示部として機能する。コンピュータ２４は、被測定物の測定結果をモニタ３８に表示させてもよい。

操作部３９は、オペレータがデータ処理装置３７へ情報入力を行う際のインターフェースとして機能する。操作部３９を用いて入力された情報は、データ処理装置３７へ送出される。

［表面形状測定機の測定手順］
図１に示した表面形状測定機１０の測定手順は次のとおりである。測定力調節部４０は、予め決められた圧力である測定力を接触子３４へ付与し、被測定物の表面に接触子３４を押し付ける。接触子３４と被測定物とをＸ軸方向、及びＹ軸方向に沿って相対移動させる。Ｚ軸方向検出センサ２０は、被測定物の起伏に起因して生じる接触子３４の変位を電気信号に変換する。

Ｚ軸方向検出センサ２０は、接触子３４の変位を表す電気信号をコンピュータ２４へ送出する。コンピュータ２４は、接触子３４の変位を表す電気信号に基づいて、被測定物における各測定位置に各変位量を対応付けして、被測定物の表面形状のデータを作成する。

［検出器の説明］
図２はテコ式検出器の概略構成図である。図２に示した検出器１７は、測定力を調節する際に、低測定力範囲における高分解能と、高い最大測定力の両立を実現している。以下に検出器１７について詳細に説明する。

図２に示した紐状部材４２の一端４２Ａは、アーム３２に接続される。紐状部材４２の他端４２Ｂは、弾性部材４４の一端４４Ａに接続される。弾性部材４４の他端４４Ｂは、位置調節部４６と接続される。

紐状部材４２は、弾性部材４４を用いて発生させた弾性力をアーム３２へ伝達し、アーム３２に測定力を発生させる。弾性部材４４は、弾性部材４４が発生させた弾性力を紐状部材４２へ伝達する。紐状部材４２は伝達部の一態様である。弾性部材４４は弾性部の一態様である。

位置調節部４６は、Ｚ軸方向のアーム３２の位置を基準として、Ｚ軸方向の上方向に沿って弾性部材４４の他端４４Ｂを移動させる。また、Ｚ軸方向のアーム３２の位置を基準として、Ｚ軸方向の下方向に沿って弾性部材４４の他端４４Ｂを移動させる。

位置調節部４６は、Ｚ軸方向のアーム３２の位置を原点として、弾性部材４４の他端４４Ｂの位置をＺ軸方向の上方向、又は下方向へ移動させる。位置調節部４６は、測定力調節部４０の入力部として機能する。図２に符号４６Ａを付した矢印線は、弾性部材４４の他端４４Ｂの移動方向を表している。位置調節部４６の構成例として、モータ等の駆動源、及び上下移動機構を備える例が挙げられる。

位置調節部４６は、Ｚ軸方向の成分を有する移動方向について、弾性部材４４の他端４４Ｂの位置を移動させてもよい。

図２に示した検出器１７は、Ｚ軸方向の下方向へ向かう測定力を接触子３４へ付与している状態である。ここでいう測定力は、後述する低測定力の範囲の任意の測定力である。図２に符号６２を付して図示した矢印線は、アーム３２の紐状部材４２との接続位置である、紐状部材４２の一端４２Ａにおける、弾性部材４４が発生させた弾性力を表している。

また、符号６４を付して図示した矢印線は、アーム３２の紐状部材４２との接続位置である、紐状部材４２の一端４２Ａにおける、弾性部材４４が発生させた弾性力の測定力に寄与する成分を表している。

弾性力の測定力に寄与する成分は、弾性力のＺ軸方向成分である。換言すると、弾性力の測定力に寄与する成分は、アーム３２の回転方向に作用する分力である。接触子３４は、弾性力のＺ軸方向成分６４の大きさに比例する大きさを有する測定力であり、Ｚ軸方向の下方向へ向かう測定力が付与される。

換言すると、測定力の大きさは、弾性力のＺ軸方向成分６４の大きさに、回転軸３０からアーム３２と紐状部材４２との接続位置３２Ｄまでの距離を乗算した値を、回転軸３０から接触子３４までの距離で除算して算出される。なお、アーム３２と紐状部材４２との接続位置３２Ｄは、弾性力の作用点と読み替えることが可能である。

位置調節部４６を用いて弾性部材４４の他端４４Ｂの位置を、Ｚ方向の上方向へ移動させると、弾性部材４４が発生する弾性力６２のＸ軸方向に対する角度が大きくなる。これによって、弾性力のＺ軸方向成分６４の大きさも大きくなる。そして、測定力の大きさも大きくなる。

このようして、位置調節部４６を用いて弾性部材４４の他端４４Ｂの位置を変えることに起因して、接触子３４に付与される測定力の大きさの調節が可能である。図２に示した紐状部材４２が接触部５４に非接触の範囲では、弾性部材４４の他端４４Ｂの位置に対して、測定力は概ね線形に変化する。

図２には、アーム３２のＺ軸方向の位置よりもＺ軸方向の上方向へ、弾性部材４４の他端４４Ｂの位置を移動させる位置調節部４６を例示した。位置調節部４６は、アーム３２のＺ軸方向の位置よりもＺ軸方向の下方向へ、弾性部材４４の他端４４Ｂの位置を移動させてもよい。かかる態様では、接触子３４はＺ軸方向の上方向へ向かう測定力が付与される。

紐状部材４２は、柔軟性を有している。柔軟性は、紐状部材４２が接触部５４と接触した際に屈曲する紐状部材４２の性質である。柔軟性を有する紐状部材４２は接触部５４と接触した際に屈曲しやすい。

紐状部材４２は、可撓性を有している。可撓性は、屈曲した紐状部材４２が接触部５４と非接触となった状態において非屈曲となる紐状部材４２の性質である。ここでいう非屈曲には、屈曲する前の状態よりも屈曲しているものの、屈曲する前の状態と同様とみなすことができる実質的な非屈曲が含まれる。

可撓性を有する紐状部材４２は、屈曲した紐状部材４２が接触部５４と非接触となった状態において、屈曲させる前の元の形状に復元しやすい。

紐状部材４２は、非弾性を有する鋼線を適用可能である。非弾性を有する紐状部材４２は、紐状部材４２における弾性力の変動が少ないので好ましい。なお、紐状部材４２は、弾性部材４４の弾性係数未満の弾性係数を有してもよい。弾性部材４４の例としてコイルばねが挙げられる。コイルばねに代わり、板ばね、ねじりばね等の弾性体を適用してもよい。

コイルばねは、コイル部、及び線状部を備えている。線状部はコイル部の両側に備えられる。一方の線状部は、紐状部材４２と接続される。他方の線状部は、位置調節部４６と接続される。

［第一実施形態に係る測定力調節の説明］
図３は第一実施形態に係る測定力調節の模式図である。図３には、紐状部材４２が接触部５４と接触した状態が図示されている。図２に示した弾性部材４４の他端４４Ｂの位置を、更にＺ軸方向の上方向へ移動させた場合、図３に示すように、紐状部材４２と接触部５４とが接触する。

更に、弾性部材４４の他端４４ＢをＺ軸方向の上方向へ移動させた場合、紐状部材４２は、接触部５４との接触位置において屈曲する。接触部５４との接触位置において紐状部材４２が屈曲した後は、弾性部材４４は、Ｘ軸方向に対する角度が図２に示した場合よりも大きくなる。また、弾性部材４４を用いて発生させた弾性力６２Ａの作用点は、接触部５４の位置となる。

弾性部材４４のＸ軸方向に対する角度が相対的に大きくなると、弾性力のＺ軸方向成分６４Ａの大きさは、図２に示した弾性力のＺ軸方向成分６４の大きさ以上となる。すなわち、弾性力のＺ軸方向の成分は、紐状部材４２と接触部５４との接触の有無に応じて、傾きが変化する非線形となる。

本実施形態に示した測定力調節によれば、測定力調節部４０の入力に対して、非線形の測定力を得ることが可能である。測定力調節部４０の入力とは、Ｚ軸方向におけるアーム３２から弾性部材４４の他端４４Ｂまでの距離である。測定力調節部４０の入力は、アーム３２のＺ軸方向の位置を原点とした場合の、Ｚ軸方向における弾性部材４４の他端４４Ｂの位置としてもよい。

図４は第一実施形態に係る測定力調節における測定力調節位置と測定力との関係を示したグラフである。図４の横軸は測定力調節位置である。測定力調節位置は、図３に示した、Ｚ軸方向の上方向におけるアーム３２の位置から弾性部材４４の他端４４Ｂの位置まで距離である。単位はミリメートルである。図４の縦軸は、図３に示した接触子３４に付与される測定力である。測定力の単位はミリニュートンである。

図４に示したグラフでは、測定力調節位置が１２．０ミリメートルを境界として、測定力の傾きが変化している。測定力の傾きとは、測定力の値を測定力調節位置の値で除算した値である。換言すると、測定力の傾きは、測定力調節位置を単位長さ変化させた場合の測定力の変化量である。

図４に示すように、測定力調節位置が１２．０ミリメートル以下の場合は、測定力調節位置の単位長さの変化に対して、測定力の変化が相対的に小さい。測定力調節位置が１２．０ミリメートル以下の範囲は、図２に示したように、紐状部材４２が接触部５４と非接触の状態である。

測定力調節位置が１２．０ミリメートルの場合は、紐状部材４２が接触部５４と接触する位置である。

測定力調節位置が１２．０ミリメートルを超える場合は、測定力調節位置の単位長さの変化に対して、測定力の変化が相対的に大きい。測定力調節位置が１２．０ミリメートルを超える範囲は、図３に示したように、紐状部材４２が接触部５４と接触し、かつ、紐状部材４２が接触部５４と非接触の場合と比較して、Ｘ軸方向に対する弾性部材４４の角度が大きくなる状態である。

換言すると、測定力調節位置が１２．０ミリメートルを超える範囲は、位置調節部４６を用いた弾性部材４４の他端４４Ｂの変位に対して、弾性力のＺ軸方向の成分の作用角度変化が急峻となる。これにより、弾性部材４４の他端４４Ｂの変位に対して、測定力の変化が急峻になる。

測定力調節位置が１２．０ミリメートル以下の範囲は、測定力が５．０ミリニュートン以下の低測定力の範囲である。低測定力の範囲は、測定力を細かく調節することが可能な範囲である、測定力の調節分解能が高分解能の範囲である。

図５は比較例に係る測定力調節位置と測定力との関係を示したグラフである。図５は、図４に示した測定力調節位置が１２．０ミリメートル以下の範囲における測定力の傾きが、測定力調節位置が１２．０ミリメートルを超える範囲に適用される場合を示している。換言すると、図３に示した傾き調節部５０を備えていない場合である。

図５に示すように、測定力の調節分解能を高分解能化すると、測定力の上限値が制限される。図５に示した例では、測定力の最大値は１１．０ミリニュートンである。図３に示した弾性部材４４の弾性係数を変更すると、測定力の最大値を大きくすることが可能であるが、測定力調節位置の全領域にわたって、測定力の調節分解能が粗くなってしまう。

これに対して、本実施形態に示した検出器１７は、図４に示すように、検出器１７の最大測定力は４０ミリニュートンである。測定力調節位置が１２．０ミリメートル以下の範囲の測定力の傾きに対して、測定力調節位置が１２．０ミリメートルを超える範囲の測定力の傾きを大きくすることに起因して、測定力の上限値の制限を回避している。

また、測定力調節位置が１２．０ミリメートル以下の範囲では、測定力の調節分解能の高分解能を実現し、測定力の微調節を可能としている。

［第一実施形態に係る測定力調節の作用効果］
第一実施形態に係る測定力調節によれば、接触子３４に測定力を付与する測定力調節部４０は、紐状部材４２、及び弾性部材４４、及び傾き調節部５０を備える。紐状部材４２の一端４２Ａをアーム３２に取り付ける。紐状部材４２の他端４２Ｂと弾性部材４４の一端４４Ａとを接続させる。弾性部材４４の他端４４Ｂの位置をＺ軸方向に移動させる。

紐状部材４２が傾き調節部５０の先端５０Ａの接触部５４に非接触となる、弾性部材４４の他端４４Ｂの位置の範囲では、測定力の調節分解能が高分解能とされる。紐状部材４２が傾き調節部５０の先端５０Ａの接触部５４に接触する、弾性部材４４の他端４４Ｂの位置の範囲では、測定力の傾きが大きくなり、高い最大測定力の実現が可能である。

これにより、低測定力の範囲における調節分解能の高分解能、及び高い最大測定力の両立が可能である。

図４、及び図５に示した測定力調節位置と測定力との関係は一例であり、弾性部材４４の弾性係数、及び位置調節部４６の調節可能範囲等の条件を変更して、測定力調節位置、及び最大測定力を変更可能である。

また、接触部５４のＺ軸方向の位置を変更することに起因して、測定力調節位置の境界位置を変えることが可能である。更に、接触部５４のＺ軸方向の位置を変更することに起因して、Ｘ軸方向に対する弾性部材４４の角度を変えることが可能である。

接触部５４のＺ軸方向の位置を、アーム３２と紐状部材４２との接続位置３２Ｄに近づけると、Ｘ軸方向に対する弾性部材４４の角度は相対的に大きくなる。接触部５４のＺ軸方向の位置を、アーム３２と紐状部材４２との接続位置３２Ｄから遠ざけると、Ｘ軸方向に対する弾性部材４４の角度は相対的に小さくなる。

アーム３２を挟んでＺ軸方向の両側に接触部５４が配置される場合、アーム３２の上側の接触部５４の位置と、アーム３２の下側の接触部５４の位置とは、同一の位置でもよいし、異なる位置でもよい。

第一実施形態では、Ｘ軸方向について、アーム３２と紐状部材４２の接続位置３２Ｄの回転軸３０と反対の側の位置に、接触部５４、及び弾性部材４４の他端４４Ｂが配置される態様を例示した。

Ｘ軸方向について、アーム３２と紐状部材４２の接続位置３２Ｄの回転軸３０の側の位置に、接触部５４、及び弾性部材４４の他端４４Ｂが配置されてもよい。後述する第二実施形態も同様である。

［第二実施形態に係る測定力調節の説明］
図６は第二実施形態に係る測定力調節の模式図である。図６に示した測定力調節部１００は、傾き調節部１０２を備えている。傾き調節部１０２は、複数の接触部である、第一接触部１０４、及び第二接触部１０６を備えている。

第一接触部１０４と第二接触部１０６とは、Ｘ軸方向の位置、及びＺ軸方向の位置が異なる。第二接触部１０６のＸ軸方向の位置は、第一接触部１０４のＸ軸方向の位置よりも、アーム３２と紐状部材１１０との接続位置３２Ｄからの距離が離れた位置である。

第二接触部１０６のＺ軸方向の位置は、第一接触部１０４のＺ軸方向の位置よりも、アーム３２のＺ軸方向の位置からの距離が離れた位置である。紐状部材１１０は、第一接触部１０４、及び第二接触部１０６の両者と接触可能な長さを有している。

図６に符号４４Ｃを付して図示した弾性部材は、紐状部材１１０が第一接触部１０４、及び第二接触部１０６と非接触の状態である。符号４４Ｄを付して図示した弾性部材は、紐状部材１１０が第一接触部１０４と接触する状態であり、紐状部材１１０が第二接触部１０６と非接触の状態である。符号４４Ｅを付して図示した弾性部材は、紐状部材１１０が第一接触部１０４、及び第二接触部１０６と接触する状態である。

図６に図示した符号１０２Ａは、傾き調節部１０２の先端を示している。符号１０２Ｂは、傾き調節部１０２の基端を示している。第一接触部１０４、及び第二接触部１０６は、第一方向の位置、及び第三方向の位置が異なる複数の接触部の一態様である。

図７は第二実施形態に係る測定力調節における測定力調節位置と測定力との関係を示したグラフである。図７の横軸、及び縦軸は、図４、及び図５と同一である。図７に符号１０４Ａを付した測定力調節位置は、図６に示した第一接触部１０４のＺ軸方向の位置である。図７に符号１０６Ａを付した測定力調節位置は、図６に示した第二接触部１０６のＺ軸方向の位置である。

図６に示した測定力調節部１００は、図７に示すように、測定力の傾きが三段階に変更可能に構成されている。図７に符号１２０を付した測定力は、図６に示した紐状部材１１０が、第一接触部１０４、及び第二接触部１０６の両者に非接触となる測定力調節位置の範囲に対応している。本実施形態では、符号１２０を付した測定力は、低測定力と規定してもよい。

図７に符号１３０を付した測定力は、図６に示した紐状部材１１０が、第一接触部１０４と接触し、かつ、第二接触部１０６に非接触となる測定力調節位置の範囲に対応している。本実施形態では、符号１３０を付した測定力は中測定力と規定してもよい。

図７に符号１４０を付した測定力の測定力調節位置の範囲は、図６に示した紐状部材１１０が、第一接触部１０４、及び第二接触部１０６と接触する測定力調節位置の範囲である。本実施形態では、符号１４０を付した測定力は高測定力と規定してもよい。

［第二実施形態に係る測定力調節の作用効果］
第二実施形態に係る測定力調節によれば、図６に示した測定力調節部１００は、複数のＸ軸方向に対する弾性部材４４の傾斜を用いて、測定力調節位置の変位に対する測定力の複数の相関を構成することが可能である。図６に示した例では、低測定力、中測定力、及び高測定力のそれぞれにおいて、適切な測定力調節の分解能を持つ特性を得ることが可能である。

本実施形態では、傾き調節部が二つの接触部を備える態様を例示した。接触部は三つ以上でもよい。測定力の調整分解能、及び最大測定力に応じて、複数の接触部の位置は任意の位置を適用可能である。

［第三実施形態に係る測定力調節の説明］
図８は第三実施形態に係る測定力調節の模式図である。第三実施形態では、第一実施形態、及び第二実施形態に示した接触部５４を備えた傾き調節部５０に代わり、接触部２０４を備えた傾き調節部２０２を備えている。

図８に示した測定力調節部２００は、傾き調節部２０２を備えている。傾き調節部２０２は、連続的な面として構成される接触部２０４を有している。接触部２０４は、測定力調節部２００に必要とされる測定力調節位置に対する測定力の相関を得ることが可能な、任意の曲面を適用することが可能である。接触部２０４は、第一方向に沿う曲面であり、第三方向の変位を有する任意の形状を有する曲面を有する接触部の一態様である。

図８に示した符号３２Ｅは、アーム３２と紐状部材２１０との接続位置を示している。符号２０２Ａは、傾き調節部２０２の先端を示している。符号２０２Ｂは、傾き調節部２０２の基端を示している。

符号４４Ｆは、紐状部材２１０が接触部２０４の位置２２０と接触し、接触部２０４の位置２２１、及び接触部２０４の位置２２２と非接触の状態における弾性部材を示している。符号６２Ｃは、接触部２０４の位置２２０における弾性力を示している。符号６４Ｃは、弾性力６２ＣのＺ軸方向の成分である。

符号４４Ｇは、紐状部材２１０が接触部２０４の位置２２０、及び接触部２０４の位置２２１と接触し、接触部２０４の位置２２２と非接触の状態における弾性部材を示している。接触部２０４の位置２２１における弾性力、及び弾性力のＺ軸方向の成分の図示は省略する。

符号４４Ｈは、紐状部材２１０が接触部２０４の位置２２０、接触部２０４の位置２２１、及び接触部２０４の位置２２２と接触する状態における弾性部材を示している。符号６２Ｄは、接触部２０４の位置２２２における弾性力を示している。符号６４Ｄは、弾性力６２ＤのＺ軸方向の成分である。

図８には、弾性力の作用点が、アーム３２と傾き調節部２０２との接続位置よりも、回転軸３０の側の位置に配置される態様を例示した。かかる態様によれば、弾性力の作用点が、アーム３２と傾き調節部２０２との接続位置よりも、Ｚ軸方向検出センサ２０の側の位置に配置される態様と比較して、アーム３２に対して作用するトルクを減らすことが可能である。

アーム３２に対して作用するトルクは、回転軸３０から弾性力の作用点までの距離に弾性力のＺ軸方向成分を乗算して算出される。アーム３２に対して作用するトルクを相対的に減らすことに起因して、測定力調整位置の変化に対してフラットな測定力を実現することが容易となる。測定力調整位置の変化に対してフラットな測定力の一例を、図９に符号２４０を付して図示する。

なお、本実施形態においても、Ｘ軸方向における測定力調節部２００の位置は、アーム３２における傾き調節部２０２の接続位置よりも、Ｚ軸方向検出センサ２０の側の位置に配置されてもよい。

図８に示した接触部２０４は、紐状部材２１０を案内する溝を備える態様が好ましい。かかる態様によれば、紐状部材２１０が接触部２０４から外れてしまうことが防止される。

また、接触部２０４は、カムフォロア等の回転機構を備える態様が好ましい。かかる態様によれば、接触部２０４と紐状部材２１０との摩擦に起因する、接触部２０４、及び紐状部材２１０の磨耗を抑制しうる。これらの変形例は、上述した第一実施形態、及び第二実施形態に適用してもよい。

図９は第三実施形態に係る測定力調節における測定力調節位置と測定力との関係を示したグラフである。図９に示したグラフの横軸、及び縦軸は、図４、及び図５に示したグラフと同様である。

図９に符号２２０Ａを付した測定力調節位置は、図８に示した接触部２０４の位置２２０のＺ軸方向の位置である。図９に符号２２２Ａを付した測定力調節位置は、図８に示した接触部２０４の位置２２２のＺ軸方向の位置である。

符号２３０を付した測定力は、図８に示した紐状部材２１０が、接触部２０４の位置２２０と接触するまでの測定力である。図９に符号２４０を付した測定力は、図８に示した紐状部材２１０が、接触部２０４の位置２２０と接触してから接触部２０４の位置２２２と接触するまでの測定力である。

図９に符号２５０を付した測定力は、図８に示した紐状部材２１０が、接触部２０４の位置２２２と接触した後の測定力である。図８に示した接触部２０４の形状に対応して、図９に示すように、測定力の傾きを変更することが可能である。

［第三実施形態に係る測定力調節の作用効果］
第三実施形態に係る測定力調節によれば、紐状部材２１０を接触させる接触部２０４を備えた傾き調節部２０２を備えることに起因して、測定力調整位置の変位に対して測定力の相関を得る、任意の曲面の形状が採用される。任意の相関に対して、曲面の形状、及び測定力調節位置を設定することが可能である。

弾性力の作用点が、アーム３２と紐状部材２１０との接続位置よりも回転軸３０の側の位置とされる。弾性力の作用点が、アーム３２と紐状部材２１０との接続位置よりもＺ軸方向検出センサ２０の側の位置の場合と比較して、アーム３２に作用するトルクを減らすことができる。これにより、図９に符号２４０を付して図示した、測定力調整位置の変化に対してフラットな測定力を実現可能である。

かかる態様は、予め測定力が決められている場合において、測定力の微調節を行う場合に有効である。

本明細書では、表面性状測定機に適用される検出器を例示したが、本明細書に示した検出器は、粗さ測定機、輪郭測定機、及び真円度測定機などの表面測定機用検出器として適用可能である。

以上説明した本発明の実施形態は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜構成要件を変更、追加、削除することが可能である。本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で当該分野の通常の知識を有する者により、多くの変形が可能である。

１０…表面形状測定機、１７…検出器、２０…Ｚ軸方向検出センサ、３０…回転軸、３２…アーム、３４…接触子、４０，１００，２００…測定力調節部、４２，１１０，２１０…紐状部材、４４，４４Ｃ，４４Ｄ，４４Ｅ，４４Ｆ，４４Ｇ，４４Ｈ…弾性部材、４６…位置調節部、５０，１０２，２０２…傾き調節部、５４，２０４…接触部、６０…被測定物、１０４…第一接触部、１０６…第二接触部

Claims (9)

1. 接触子を先端に備えたアームと、
   前記アームを回転可能に支持する回転軸と、
   前記アームにおける前記回転軸の前記接触子と反対の側の位置に、一端が接続される伝達部と、
   前記伝達部の他端に、一端が接続される弾性部であり、前記接触子に付与される測定力を発生させる弾性部と、
   前記弾性部の他端に接続される位置調節部であり、前記アームの長手方向である第一方向、及び前記回転軸の方向である第二方向と直交する第三方向の成分を有する移動方向について、前記弾性部の他端の位置を移動させる位置調節部と、
   前記アームと接続される傾き調節部であり、前記弾性部の他端の位置を前記移動方向へ移動させた場合に、前記伝達部と接触可能な位置に配置される接触部を備えた傾き調節部と、
   を備えた表面測定機用検出器。
2. 前記伝達部は、非弾性を有する部材であるか、又は前記弾性部の弾性係数未満の弾性係数を有する部材である請求項１に記載の表面測定機用検出器。
3. 前記伝達部は、前記接触部と接触した状態において、前記弾性部の他端の位置を前記移動方向へ移動させた場合に屈曲し、かつ、前記接触部と非接触の状態において非屈曲となる請求項１又は２に記載の表面測定機用検出器。
4. 前記接触部は、前記第一方向について、前記アームと前記伝達部との接続位置から一定の距離を有する位置であり、前記第三方向について、前記アームの位置から一定の距離を有する位置に配置される請求項１から３のいずれか一項に記載の表面測定機用検出器。
5. 前記第一方向の位置、及び前記第三方向の位置が異なる複数の前記接触部を備えた請求項１から４のいずれか一項に記載の表面測定機用検出器。
6. 前記接触部は、前記第一方向に沿う曲面であり、前記第三方向の変位を有する任意の形状の曲面を備えた請求項１から５のいずれか一項に記載の表面測定機用検出器。
7. 前記接触部は、前記第一方向について、前記アームと前記伝達部との接続位置の前記回転軸と反対の側の位置に配置される請求項１から６のいずれか一項に記載の表面測定機用検出器。
8. 前記接触部は、前記第一方向について、前記アームと前記伝達部との接続位置の前記回転軸の側の位置に配置される請求項１から６のいずれか一項に記載の表面測定機用検出器。
9. 前記アームの他端の側の前記第三方向における変位を検出する検出部を備えた請求項１から８のいずれか一項に記載の表面測定機用検出器。

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