JP3443054B2 - 表面性状測定機用検出器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被測定物の表面粗
さ、うねり、形状等を測定する表面性状測定機に用いら
れ、先端に触針を有する検出器に関する。

【０００２】

【背景技術】表面性状測定機は、触針を先端に有する検
出器を備え、この触針を測定表面に沿って移動させるこ
とで触針の変位をデータとして取り込む測定機である。
この表面性状測定機で用いられる検出器は、略筒状のケ
ーシングの内部に長尺状のアーム部材が回動自在に取り
付けられ、このアーム部材の先端部に触針が備えられた
スタイラスアームが取り付けられている。触針の変位は
アーム部材に設けられた検出部で検出される。

【０００３】アーム部材をケーシング内に回動自在に支
持するため、従来では、アーム部材の回動中心にピボッ
ト軸を固定し、このピボット軸の先端を底部軸孔で係止
する有底円筒状の軸受をケーシングに固定した構造があ
る（特開平11-248404号）。また、従来では、測定に際
して、触針が測定表面に押圧されなければならないの
で、アーム部材を付勢するばねがケーシング内に設けら
れている（特開平11-190605号）。測定によっては、異
なる種類のスタイラスアームを用いなければならないた
め、スタイラスアームは、アーム部材の端部に形成され
た凹部に挿抜自在とされる。

【０００４】一般に、表面性状測定機を用いて、スキッ
ド付き測定とスキッドレス測定とが行われる。そのた
め、表面性状測定機用検出器では、触針を覆うように、
スキッドがケーシングに取り付けられている。このスキ
ッドのケーシングへの取り付けはボルトで行われ、スキ
ッドが検出器本体に対して着脱自在とされる。

【０００５】スキッドをケーシングに固定して測定を行
う，スキッド付き測定は、測定表面にうねりと粗さがあ
る場合に、うねりの成分を取り除いて粗さの成分のみの
データを検出するために用いられる。測定にあたり、触
針とスキッドとの双方を測定表面に接触させながら検出
器を移動する。スキッドを検出器本体から取り外して測
定を行う，スキッドレス測定は、うねり等を含め、測定
表面の全ての凹凸データを検出して被測定物の断面形状
や真直度等の測定を行うために用いられる。測定にあた
り、触針のみを測定表面に接触させながら検出器を移動
する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】表面性状測定機、特
に、表面粗さ測定機において、測定力が0.75mNという微
少な値を実現することが望まれているが、従来では、微
少測定圧の実現は、測定条件に応じた測定姿勢やスタイ
ラスアームの交換時に生じる不具合に起因して制約され
るという問題点がある。つまり、特開平11-248404号で
示される従来例では、微少圧測定に対応できるものの、
スタイラスアームの挿抜に際してアーム部材に固定され
たピボット軸の先端と軸受の軸孔との間に力がかかるた
め、軸受の耐久性に問題がある。さらに、スタイラスア
ームの交換時に大きな挿抜力が加えられると、この挿抜
力に耐えられないため、特別な機構を別途設ける必要が
ある。

【０００７】軸受の耐久性を向上させるため、一般に、
軸受として玉軸受を使用することがある。表面性状測定
機で適用される検出器では、玉軸受を用いるにあたり、
アーム部材の回動中心の両側にピボット軸をそれぞれ固
定し、これらのピボット軸にそれぞれ係合する玉軸受を
ケーシングの内部に配置することが考えられる。ここ
で、互いに対向する玉軸受でピボット軸を十分に係合す
るため、一方の玉軸受をケーシング側に固定し、他方の
玉軸受を一端がケーシングに固定された板ばねの他端に
押し当てることが好ましい。しかし、玉軸受を単に板ば
ねの他端部で押し当てる構造では、スタイラスアームの
挿抜によって板ばねと当接する玉軸受がずれる虞れがあ
り、玉軸受の位置ずれに伴って測定圧が変化するという
不都合が生じる。特に、微少測定圧の表面性状測定機用
検出器においては、この玉軸受の位置ずれに伴って生じ
る測定圧変化によって、スタイラスアームが固定してし
まい、回動不能となる不都合を生じる。

【０００８】また、特開平11-190605号で示される従来
例では、触針の測定表面に対する押圧力はアーム部材を
付勢するばねのばね力によって決定されるため、スタイ
ラスアームを交換する際に必要とされる測定圧の微少な
変更を十分に行えるものではなかった。

【０００９】さらに、従来例では、スキッド付き測定と
スキッドレス測定とはスキッドを検出器のケーシングに
対して取り付け、あるいは、取り外すことによって行わ
れるが、いずれの場合も、検出器から出力されたデータ
の処理にあたって、スキッド取付の有無に応じて真直度
補正の有効／無効の切り換えや、表面粗さ計算と表面形
状の切り換え等を行う必要があり、煩雑且つ間違いを生
じやすいという問題があった。さらに、検出器から出力
されたデータを保存した後に再計算を行おうとする際
に、そのデータがスキッド付きかスキッドレスのいずれ
で収集したデータであるかの区別がつきにくいという問
題があった。

【００１０】本発明の目的は、測定条件に応じた微少な
値の測定力でも正確で精度の高い測定を行える表面性状
測定機用検出器を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の表面性状測定機
用検出器は、先端に触針を有するスタイラスアームが着
脱自在に取り付けられたアーム部材を回動自在にケーシ
ングに支持した表面性状測定機用検出器において、前記
アーム部材の回動中心の両側にピボット軸をそれぞれ取
り付け、これらのピボット軸のうち一方のピボット軸の
先端部と係合する玉軸受を前記ケーシングに固定し、他
方のピボット軸の先端部と係合する玉軸受を板ばねを介
して前記ケーシングに取り付け、この板ばねは、前記玉
軸受を前記ピボット軸に付勢するとともに、その一端部
を前記ケーシングに固定し、その他端部を前記玉軸受に
固定し、この玉軸受は前記板ばねに追随して可動する構
造としたことを特徴とする。

【００１２】この発明において、触針を測定表面に接触
させながら検出器を移動させると、触針は測定表面の凹
凸表面に沿って変位され、この変位はスタイラスアーム
及びアーム部材の回動（揺動）運動として伝達される。
アーム部材では、その両側の回動中心にピボット軸がそ
れぞれ取り付けられおり、これらのピボット軸は、その
両側から玉軸受で支持される。本発明では、軸受として
玉軸受を使用することで、回動トルクを低減することが
でき、しかも、幅広く軸を支持することで、スタイラス
交換が可能となり、ヒステリシスの微量化、低測定力が
可能となる。

【００１３】しかも、２個の玉軸受のうち１つは板ばね
の端部に固定され、板ばねに追随して可動する構造とし
たため、高精度のピボット玉軸受のスライド摺動が不要
となり、低コスト化が図れる。その上、アーム部材から
スタイラスアームを挿抜する際に、軸受部分に力がかか
っても、玉軸受はピボット軸に対してずれることがない
ので、回動トルクの変動が抑えられ、測定圧が変化する
ことがない。

【００１４】また、本発明の表面性状測定機用検出器
は、前記構成に加え、前記スタイラスアーム及び前記ア
ーム部材の重量を前記アーム部材の回動中心で釣り合わ
せるバランスウェイトを、前記スタイラスアーム及び前
記アーム部材の少なくとも一方で軸方向移動可能に取り
付けたことを特徴とする。この発明において、スタイラ
スアームを種類の異なるものに交換すると、アーム部材
及びスタイラスアームの重量中心が変わるが、この場
合、バランスウェイトを軸方向にスライドさせること
で、測定圧の微少な調整が可能となる。

【００１５】ここで、前記バランスウェイトは、前記ア
ーム部材の端部に配置されるウェイト本体と、このウェ
イト本体に基端が固定され前記アーム部材の長手方向に
延びて形成された雌ねじ部に螺合されるねじ部と、を備
えた構成が好ましい。この構成では、バランスウェイト
がウェイト本体とねじ部とから構成されるため、ウェイ
ト本体を回動してねじ部のねじ込み量を調整すること
で、バランスウェイトを簡単にスライドさせることがで
きる。

【００１６】さらに、本発明の表面性状測定機用検出器
は、前記構成に加え、前記ケーシングに先端部が前記触
針の近傍に配置されるスキッドを着脱自在に取り付け、
前記スキッドの前記ケーシングへの着脱の有無を検知す
る検知スイッチを備えたことを特徴とする。

【００１７】この発明において、スキッドの装着の有無
を検知スイッチで検知することで、検出器から出力され
たデータの処理にあたって、スキッド取付の有無の応じ
た、真直度補正有効／無効の切り換えや、表面粗さ計算
と表面形状計算の切り換え等を自動的に行うことが可能
となるため、操作が容易になるとともに、間違いを回避
することができる。さらに、検出器から出力されたデー
タを保存する際に、前記検知スイッチから出力された出
力信号を合わせて保存することで、そのデータがスキッ
ド付きかスキッドレスのいずれで収集したデータである
かの区別が容易となり、再計算時にも真直度補正有効／
無効の切り換えや、表面粗さ計算と表面形状計算の切り
換え等を自動的に行うことが可能となるため、操作が容
易となるとともに間違いを回避することができる。

【００１８】ここで、前記検知スイッチとしては、リミ
ットスイッチ、圧電素子を用いた圧感スイッチを例示す
ることができる。検知スイッチとしてリミットスイッチ
を用いれば、検知スイッチの構造を簡易なものにするこ
とができる。

【００１９】

【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は、本発明の一実施形態にか
かる検出器が用いられた表面性状測定機の概略斜視図で
ある。図１において、表面性状測定機は、被測定物の測
定表面の性状を測定する検出器１０と、この検出器１０
を測定表面に沿って進退させる駆動部２０とを備えて構
成されている。駆動部２０は、箱形のケーシング２１内
に断面略門型のスライダガイド２２を長手方向に沿って
固定し、このスライダガイド２２に検出器１０が取り付
けられたスライダ２３を長手方向に摺動自在に設け、こ
のスライダ２３を前記長手方向に沿って進退させる進退
機構２４を設けた構造である。

【００２０】進退機構２４は、ケーシング２１内に配置
された送りねじ軸２５と、この送りねじ軸２５に螺合さ
れスライダ２３と連結部材２６を介して連結されたナッ
ト部材２７と、送りねじ軸２５を回転駆動する回転駆動
機構２８とを備えて構成されている。送りねじ軸２５
は、スライダガイド２２の長手方向と平行に配置され、
その両端部が軸受を介して回動自在にケーシング２１に
固定されている。回転駆動機構２８は、送りねじ軸２５
と平行に配置されたモータ２９と、このモータの正逆方
向の回転を送りねじ軸２５に伝達する第１及び第２の歯
車３０，３１とから構成されている。送りねじ軸２５及
びモータ２９は、ケーシング２１の内部に設けられた取
付ブロック２１Ａに取り付けられている。

【００２１】スライダ２３は、その内側面が断面コ字形
に形成されており、互いに対向する内側面の一側面が第
１基準面とされる。この第１基準面は、スライダガイド
２２の一の外側面（第１基準面２２Ａ）に当接される。
これらの第１基準面同士でスライダ２３とスライダガイ
ド２２とが位置決めするために、スライダ２３の一側部
には２枚の位置決め用板ばね３２が取り付けられられて
いる。この位置決め用板ばね３２の開放端部にはスライ
ダ２３とスライダガイド２２との円滑な摺動を確保する
ためのパッド３３が取り付けられている。このパッド３
３はテフロン等の摩擦係数の小さい素材を用いて形成さ
れる。

【００２２】スライダ２３は、断面コ字形の内側面のう
ち前記第１基準面と直交する面が第２基準面２３Ｂとさ
れ、この第２基準面２３Ｂは、スライダガイド２２の第
１基準面２２Ａと直交する外側面（第２基準面２２Ｂ）
に当接される。図２において、スライダ２３の開口端部
（図２では一側のみ示す）にはスライダ２３の抜け止め
をする保持ブロック３４がねじ３５で取り付けられ、こ
の保持ブロック３４にはスライダ２３の第２基準面をス
ライダガイド２２の第２基準面に当接させるための位置
決め用板ばね３６がねじ３７で取り付けられている。こ
の位置決め用板ばね３６にはスライダ２３とスライダガ
イド２２との円滑な摺動を確保するためのパッド３８が
取り付けられている。このパッド３８はテフロン等の摩
擦係数の小さい素材を用いて形成される。

【００２３】検出器１０と駆動部２０との連結構造が図
３に示されている。図３において、検出器１０は、スラ
イダガイド２２の開口部に長手方向に沿って収納されて
おり、その先端側が駆動部２０の端面から露出されてい
る。検出器１０は、略筒状のケーシング１１を有する検
出器本体１２の内部に表面性状測定用の触針１３を揺動
自在に支持し、この触針１３の先端部の周囲を覆うスキ
ッド１４をケーシング１１に取り付けた構造である。検
出器本体１２は、その基端に略円筒状のコネクタ１２Ａ
を備え、このコネクタ１２Ａがコネクタ取付部材４０に
着脱自在に取り付けられている。コネクタ取付部材４０
は、第１の板ばね４１、第２の板ばね４２及びコイルば
ね４３を介して駆動部側取付部材４４に連結され、この
駆動部側取付部材４４は保持ブロック３４に取り付けら
れている。駆動側取付部材４４を中心としてコネクタ取
付部材４０及び検出器１０が回動自在とされ、コネクタ
取付部材４０及び検出器１０の回動範囲が保持ブロック
３４に取り付けられたストッパ５０で規制される。

【００２４】コネクタ取付部材４０と駆動部側取付部材
４４との連結構造が図４及び図５に拡大して示されてい
る。図４において、第１の板ばね４１及び第２の板ばね
４２は、スキッド１４を測定表面に押圧するために検出
器１０を一方向Ｐに回転付勢するものである。このう
ち、第１の板ばね４１は、検出器側の一端部がコネクタ
取付部材４０に固定され、その他端側が駆動部側取付部
材４４に固定されるものであって、主に、検出器１０を
保持する保持用付勢手段として機能する。

【００２５】第２の板ばね４２は、第１の板ばね４１と
所定間隔をもって並んで配置され、検出器１０側の一端
部がコネクタ取付部材４０に取付ねじ４５で取り付けら
れている。第１の板ばね４１と第２の板ばね４２との一
端部同士にはスペーサ４６が介装されており、これらの
一端部は互いに所定間隔離されている。この第２の板ば
ね４２は、検出器１０を測定表面側に加圧する加圧用付
勢手段として機能するものであり、第２の板ばね４２の
他端部が第１の板ばね４１の他端部に近接することで第
２の板ばね４２の一端部にばね力が生じ、検出器１０が
付勢される力が大きくなる。

【００２６】第２の板ばね４２の他端部は、付勢力制御
手段としての調整ねじ部材４７が駆動部側取付部材４４
に取り付けられている。この調整ねじ部材４７は、その
頭部４７Ａと駆動部側取付部材４４との間で第１の板ば
ね４１の他端部と第２の板ばね４２の他端部とを挟持す
る構成であり、そのねじ込み量を調整することで第２の
板ばね４２の他端部と第１の板ばね４１の他端部とを近
接離隔させるものである。

【００２７】調整ねじ部材４７のねじ込み量を最大限に
大きくすると、第２の板ばね４２の他端部が第１の板ば
ね４１の他端部に最も近接（当接）して検出器１０に所
定の付勢力が付与される。すると、検出器１０は前記一
方向に回動するが、その回動がストッパ５０で規制され
る（図５参照）。ここで、ストッパ５０は、検出器１０
の付勢方向の移動（前記一方向の回動）を規制してスキ
ッドレス測定を行う規制手段として機能する。調整ねじ
部材４７のねじ部先端には抜け止め用のリング４７Ｂが
設けられている。

【００２８】コイルばね４３は、その一端部がコネクタ
取付部材４０の凹部４０Ａに支持され、その他端部が駆
動部側取付部材４４の孔部４４Ａに支持された圧縮ばね
である。このばね４３は、常時、コネクタ取付部材４０
を駆動部側取付部材４４から離隔する方向（検出器１０
を前記一方向に回動する方向）に付勢する補助付勢手段
として機能する。駆動部側取付部材４４の孔部４４Ａに
は、ばね力調整ねじ４８が螺合されており、このばね力
調整ねじ４８の頭部がコイルばね４３の他端部に当接さ
れる。このばね力調整ねじ４８のねじ込み量を調整する
ことで、コイルばね４３は、その長さが変更されて付勢
力の調整が行われる。

【００２９】本実施形態の検出器１０の内部構造が図６
から図８に示されている。全体構成を示す図６におい
て、検出器本体１２は、ケーシング１１の内部に軸受部
５１を介して回動（揺動）自在に略角柱状のアーム部材
５２を支持し、触針１３を先端に有するスタイラスアー
ム５３をアーム部材５２に着脱自在に取り付け、触針１
３の上下方向の進退量を検出する検出部５４をケーシン
グ１１の内部に設けた構造である。ケーシング１１の先
端部にはスキッド１４がボルト５５によって着脱自在に
取り付けられており、このスキッド１４は、その先端部
分が触針１３を覆うとともに中央部から基端にかけてス
タイラスアーム５３を収納するための凹部１４Ａが形成
されている。

【００３０】スタイラスアーム５３は、略軸状の本体の
先端部分に触針１３を備え、その基端部分がスタイラス
取付具５６でアーム部材５２に取り付けられている。ア
ーム部材５２の長手方向に沿ってスタイラスアーム５３
が取り付けられている。スタイラス取付具５６は、アー
ム部材５２の先端部に形成された凹部５２Ａとの間でス
タイラスアーム５３の基端部を挟持するばね部材５６Ａ
を備えて構成され、スタイラスアーム５３はアーム部材
５２に対して挿抜可能とされる。

【００３１】ケーシング１２は、筒状部材１２Ａと、こ
の筒状部材１２Ａの内部に設けられた取付ブロック５７
とを備えており、この取付ブロック５７に対して筒状部
材１２Ａは取り外し可能とされる。取付ブロック５７
と、この取付ブロック５７において互いに所定間隔離れ
て埋設された２個の検出コイル５８と、これらの検出コ
イル５８にそれぞれ対応するようにアーム部材５２に埋
設された２個のコア蓋５９とを備えて検出部５４が構成
され、この検出部５４は、触針１３の進退に伴うアーム
部材５２の変位量を触針１３の変位量として検出する。

【００３２】アーム部材５２の先端部と取付ブロック５
７との間には、触針１３を常時測定表面側に付勢するた
めのコイルばね６０が介装されている。触針１３は、コ
イルばね６０によって、常時、その先端がスキッド１４
の先端部より突出するようにされている。このコイルば
ね６０の一端部には、ばね力調整ねじ６１が当接され、
このばね力調整ねじ６１は、取付ブロック５７に螺合さ
れている。このばね力調整ねじ６１のねじ込み量を調整
することで、コイルばね６０は、その長さが変更されて
付勢力の調整が行われる。

【００３３】取付ブロック５７のスキッド１４に対向し
た部分には、リミットスイッチ６２が取り付けられてい
る。このリミットスイッチ６２は、スキッド１４のケー
シング１２への着脱の有無をボルト５５を介して検知す
るものであり、ボルト５５の先端部に当接可能とされる
検知板６２Ａと、この検知板６２Ａをボルト５５が押し
たことを検知するスイッチ本体６２Ｂとを備えて構成さ
れる。

【００３４】スイッチ本体６２Ｂは、図示しないデータ
処理回路と接続されており、ボルト５５の先端部が検知
板６２Ａに当接した場合には、スキッド付き測定を行う
ため、駆動部２０の真直度補正機能を無効にする信号を
データ処理回路に送り、ボルト５５の先端部が検知板６
２Ａに当接していない場合には、スキッドレス測定を行
うため、駆動部２０の真直度補正機能を有効とする信号
をデータ処理回路に送る。なお、図６は、ボルト５５で
スキッド１４がケーシング１１に取り付けられた状態を
示すものであり、検知板６２Ａは、スイッチ本体６２Ｂ
に当接されている。

【００３５】アーム部材５２の基端側には第１のバラン
スウェイト６３が設けられ、スタイラスアーム５３には
第２のバランスウェイト６４が設けられている。これら
のバランスウェイト６３，６４は、スタイラスアーム５
３及びアーム部材５２の重量を軸受部５１を中心として
釣り合わせるものである。第１のバランスウェイト６３
は、アーム部材５２の基端部と取付ブロック５７との間
のスペースに配置される略円柱状のウェイト本体６５
と、このウェイト本体６５の端面軸芯部に同軸上に固定
されたねじ部６６とから構成され、このねじ部６６は、
アーム部材５２の長手方向に延びて形成された雌ねじ部
５２Ｂに螺合される。第１のバランスウェイト６５は、
そのねじ込み量を調整することで、軸方向移動自在とさ
れる。

【００３６】第１のバランスウェイト６３の軸方向での
位置決めをする位置決めねじ６７がアーム部材５２に取
り付けられている。この位置決めねじ６７は、雌ねじ部
５２Ｂと直交する方向に延びて配置されている。第２の
バランスウェイト６４は、内周部がスタイラスアーム５
３に係合され、かつ、軸方向移動自在とされた筒状部材
である。

【００３７】軸受部５１の詳細な構造が図７及び図８に
示されている。これらの図において、アーム部材５２の
両側にはピボット軸６８がそれぞれ取り付けられてい
る。図では、ピボット軸６８は、両端に円錐部が形成さ
れアーム部材５２を貫通した１本の円柱部材から形成さ
れており、回り止めねじ６９で回り止めされているが、
本実施形態では、２本のピボット軸をアーム部材５２の
両側面に接着等で固定したものでもよい。

【００３８】これらのピボット軸６８の先端部には、そ
れぞれ玉軸受７０が係合されている。これらの玉軸受７
０は、それぞれ筒状ケーシング７１と、複数のボールを
有する軸受機構７２とを備えて構成されており、このう
ち、一方の玉軸受７０は取付ブロック５７に止めねじ７
３に固定され、他方の玉軸受７０は取付ブロック５７に
軸方向摺動自在に設けられている。他方の玉軸受７０
は、ピボット軸６８とは反対側の端面にキャップ７４が
設けられ、このキャップ７４には、玉軸受７０をピボッ
ト軸６８に向けて付勢する板ばね７５の一端部が接着剤
等によって固定されている。この板ばね７５の他端部
は、２本のねじ７６で取付ブロック５７に固定されてい
る。

【００３９】このように構成された本実施形態の作用を
説明する。まず、スキッドレス測定を行うには、スキッ
ド１４をケーシング１２から取り外す。これにより、ボ
ルト５５の先端部が検知板６２Ａに当接することがない
から、リミットスイッチ６２からスキッドレスの信号が
出力され、これによって図示しないデータ処理回路にお
いて、駆動部２０の真直度補正機能が「有効」に切り換
えられるとともに、計算処理が表面粗さ計算ではなく、
表面形状計算に切り換えられる。さらに、検出器１０か
ら出力されたデータの保存時には、スキッドレスの信号
が合わせて保存される。次に、調整ねじ部材４７によっ
て所定の付勢力を検出器１０に付与する。

【００４０】調整ねじ部材４７を最大限ねじ込むと、第
２の板ばね４２の他端部が第１の板ばね４１の他端部に
最も近接（当接）することになり、第２の板ばね４２の
一端部が第１の板ばね４１の一端部から離隔する方向に
付勢される。コネクタ取付部材４０及び検出器１０は、
所定の付勢力をもって一方向Ｐに回動されるが、コネク
タ取付部材４０が保持ブロック３４に設けられたストッ
パ５０に当接して検出器１０が当該一方向に動かなくな
る。この際、コネクタ取付部材４０及び検出器１０は、
第１の板ばね４１、第２の板ばね４２及びコイルばね４
３をもって大きな付勢力で付勢されているため、前記一
方向Ｐとは逆方向にも回動できなくなる。

【００４１】この状態で検出器１０による測定を行う。
被測定物に表面性状測定機をセットし、駆動部２０を操
作して測定表面に触針１３の先端を接触させて検出器１
０を移動させる。駆動部２０を操作するにあたり、モー
タ２９を作動させると、モータ２９の回転が第１及び第
２の歯車３０，３１を介して送りねじ軸２５に伝達され
る。送りねじ軸２５が回転すると、ナット部材２７が送
りねじ軸２５の軸線に沿って移動し、このナット部材２
７の移動に伴ってスライダ２３がスライダガイド２２の
上を移動する。

【００４２】スライダ２３に駆動部側取付部材４４及び
コネクタ取付部材４０等を介して取り付けられた検出器
１０は、スライダ２３と一体になって移動する。この
際、検出器１０の触針１３は、被測定物の測定表面の凹
凸に応じて変位することになり、この変位はスタイラス
アーム５３及びアーム部材５２の回動運動として伝達さ
れる。

【００４３】アーム部材５２の回動運動を検出部５４が
検知して触針１３の変位量としてデータ処理回路に送ら
れる。このデータ処理回路では、駆動部２０の真直度補
正機能が「有効」に切り換えられるとともに、計算処理
が表面粗さ計算ではなく、表面形状計算に切り換えられ
る。さらに、検出器１０から出力されたデータの保存時
には、スキッドレスの信号が抱き合わせで保存される。
アーム部材５２では、その両側の回動中心に設けられた
ピボット軸６８がそれぞれ玉軸受で円滑に支持されるた
め、回動トルクが低減される。

【００４４】これに対して、スキッド付き測定を行うに
は、スキッド１４をボルト５５によってケーシング１１
に取り付ける。これにより、ボルト５５の先端部が検知
板６２Ａに当接するため、リミットスイッチ６２からス
キッド有りの信号が出力され、これによって図示しない
データ処理回路において、駆動部２０の真直度補正機能
が「無効」に切り換えられるとともに、計算処理が表面
形状計算ではなく、表面粗さ計算に切り換えられ。さら
に、検出器１０から出力されたデータの保存時には、ス
キッド有りの信号が抱き合わせで保存される。

【００４５】次に、調整ねじ部材４７のねじ込み量を緩
くして所定未満の付勢力を検出器１０に付与する。する
と、スキッド１４は、検出器１０に生じる付勢力によっ
て付勢されるが、検出器１０の付勢方向の移動がストッ
パ５０では規制されることがない。この状態において、
被測定物に表面性状測定機をセットし、駆動部２０を操
作して測定表面に触針１３の先端及びスキッド１４を接
触させて検出器１０を移動させる。

【００４６】スキッド１４は測定表面のうねりに沿って
変位され、この変位はスタイラスアーム５３及びアーム
部材５２の回動運動として伝達される。アーム部材５２
の回動運動を検出部５４が検知して触針１３のスキッド
１４に対する相対変位量としてデータ処理回路に送られ
る。このデータ処理回路では、駆動部２０の真直度補正
機能を無効として処理されるので、スキッド１４に対す
る触針１３の変位が表面粗さ等のデータとして検出され
る。

【００４７】ここで、スタイラスアーム５３を種類の異
なるものに交換する場合があるが、この場合には、スタ
イラスアーム５３をアーム部材５２から抜き、新しいス
タイラスアーム５３をアーム部材５２のスタイラス取付
具５６に挿入する。このスタイラスアーム５３の挿抜に
際に、軸受部５１に力がかかっても、一方の玉軸受７０
は板ばね７５に固定されているため、この玉軸受７０は
板ばね７５に対してずれることがなく、以降、測定圧が
変化することがない。さらに、新しいスタイラスアーム
５３を装着したら、バランスウェイト６４で釣り合いを
とる。通常、第１のバランスウェイト６３は、基準とす
るスタイラスアームを装着した時にバランスがとれるよ
うに前もって調整・固定しておき、一般的なスタイラス
アームの装着時には、第２のバランスウェイト６４での
みバランス調整を行う。一方、例えば、特に、軽量で特
殊なスタイラスアームを装着する必要が生じた場合に
は、第１のバランスウェイト６３によりバランス調整が
必要となるが、この場合には、取付ブロック５７に対し
て筒状部材１２Ａを取り外す。

【００４８】前述のような本実施形態によれば、次のよ
うな効果がある。即ち、本実施形態では、スタイラスア
ーム５３が着脱自在に取り付けられたアーム部材５２を
回動自在にケーシング１１に支持し、アーム部材５２の
回動中心の両側にピボット軸６８をそれぞれ取り付け、
これらのピボット軸６８を玉軸受７０で係合したから、
軸受としてピボット軸受を使用することで、軸受部分の
回動トルクが低減され、幅広く軸を支持することで、ス
タイラス交換が可能となり、ヒステリシスの微量化、低
測定力が可能となる。

【００４９】しかも、これらのピボット軸６８のうち一
方のピボット軸６８の先端部と係合する玉軸受７０をケ
ーシング１１に固定し、他方のピボット軸６８の先端部
と係合する玉軸受７０を板ばね７５を介してケーシング
１１に取り付け、この板ばね７５は、玉軸受７０をピボ
ット軸６８に付勢するとともに、その一端部をケーシン
グ１１に固定し、その他端部を玉軸受７０に固定したか
ら、板ばね７５に固定された玉軸受７０は板ばね７５に
追随して可動する構造としたため、高精度のピボット玉
軸受のスライド摺動が不要となり、低コスト化が図れ
る。その上、アーム部材５２からスタイラスアーム５３
を挿抜する際に、軸受部分に力がかかっても、玉軸受７
０は板ばね７５に対してずれることがないので、測定圧
が変化することがない。

【００５０】また、本実施形態では、スタイラスアーム
５３及びアーム部材５２の重量を軸受部５１で釣り合わ
せるバランスウェイト６３，６４を設けたから、スタイ
ラスアーム５３を種類の異なるものに交換する際に、ア
ーム部材５２及びスタイラスアーム５３の重量中心が変
わっても、バランスウェイト６３，６４を軸方向にスラ
イドさせることで、測定圧の微少な調整が行える。従っ
て、本実施形態では、高精度測定を達成することができ
る。

【００５１】さらに、バランスウェイトを第１のバラン
スウェイト６３と、第２のバランスウェイト６４との２
種類用意したので、これらのバランスウェイト６３，６
４を調整することで、測低圧の微調整が容易に行える。
第１のバランスウェイト６３は、アーム部材５２の端部
側に配置されるウェイト本体６５と、このウェイト本体
６５に基端が固定されアーム部材５２の長手方向に延び
て形成された雌ねじ部５２Ｂに螺合されるねじ部６６
と、を備えて構成されたので、ウェイト本体６５を回動
してねじ部６６のねじ込み量を調整することで、第１の
バランスウェイト６３を簡単にスライドさせることがで
きる。

【００５２】しかも、第１のバランスウェイト６３の軸
方向での位置決めをする位置決めねじ６７をアーム部材
５２に取り付けたから、位置決めされた後では、第１の
バランスウェイト６３が誤って動くことがなく、この点
からも、微少測定圧を確保して高精度の測定を行うこと
ができる。第２のバランスウェイト６４は、内周部がス
タイラスアーム５３に係合され、かつ、軸方向移動自在
とされた筒状部材から構成したから、その構造が簡易で
あるだけでなく、ケーシング１１の筒状部材１１Ａを取
り外すことなく簡単に操作できる。

【００５３】さらに、本実施形態は、スキッド１４のケ
ーシング１１への着脱の有無を検知する検知スイッチ６
２を備えたから、検知スイッチ６２でスキッド１４が装
着されていないことを確認した場合には、検出されるデ
ータに対して真直度補正が行われるとともに、表面形状
研鑽が行われ、スキッド１４が装着されていることを確
認した場合には、検出されたデータに対して真直度補正
が行われずに表面粗さ計算が行われることで、スキッド
１４の装着有無に伴う複雑な計算指定の間違いを回避す
ることができる。検知スイッチ６２として、リミットス
イッチを用いたため、検知スイッチ６２の構造を簡易な
ものにすることができる。

【００５４】さらに、表面性状測定機において、触針１
３とスキッド１４とを先端に有する検出器１０と、この
検出器１０を測定表面に沿って移動させる駆動部２０
と、スキッド１４を測定表面に押圧するために検出器１
０を付勢する付勢手段４１,４２と、この付勢手段４
１，４２の付勢力を調整する付勢力制御手段４７と、を
備えて表面性状測定機を構成したので、付勢力制御手段
４７を制御することで、スキッド１４の押圧力を容易に
制御することができる。そのため、スキッドを種類の異
なるスキッドに交換する場合では、交換したスキッドに
合わせてスキッド１４の押圧力を制御することができ
る。

【００５５】しかも、本実施形態の表面性状測定機は、
付勢力制御手段４７で所定の付勢力を検出器１０に付与
した際に検出器１０の付勢方向の移動を規制する規制手
段５０を備えて構成したので、付勢力制御手段４７を操
作することで、スキッド付き測定とスキッドレス測定と
の切り替えを容易に行える。

【００５６】また、付勢手段は、検出器１０を主に保持
する保持用付勢手段４１と、検出器１０を測定表面側に
加圧する加圧用付勢手段４２とを備えて構成したから、
必要最低限の付勢力を保持用付勢手段４１で確保し、調
整用の付勢力を加圧用付勢手段４２で調整することで、
検出器１０の付勢力の調整が容易に行える。

【００５７】さらに、保持用付勢手段４１と加圧用付勢
手段４２とは、第１及び第２の板ばねから構成したか
ら、付勢手段自体の構造を簡易なものにできる。板ばね
は測定機等で汎用される部材であり、比較的安価に手に
入れることができるので、測定機の製造コストを低くす
ることができる。その上、付勢力制御手段は、第２の板
ばね４２の他端部を第１の板ばね４１の他端部側に近接
離隔する調整ねじ部材から構成したので、調整ねじ部材
４７のねじ込み量を調整することで、検出器１０の付勢
力を簡単に制御することができる。しかも、規制手段５
０は、調整ねじ部材４７をねじ込んで検出器１０の付勢
力が大きくなった際に検出器１０の付勢方向の移動を規
制するストッパであるため、その構造自体を簡易なもの
にできる。

【００５８】また、検出器１０の先端側を測定表面側に
付勢する補助付勢手段４３を備えて表面性状測定機が構
成されたから、付勢手段４１，４２に加えて補助付勢手
段４３によって、検出器１０に与える付勢力を微調整す
ることができる。その上、この補助付勢手段４３を、検
出器側と駆動部側との間に設けられたコイルばねとした
から、装置の構造を簡単なものにできる。

【００５９】さらに、コイルばね４３は、その端部がば
ね力調整ねじ４８に当接しているため、このばね力調整
ねじ４８のねじ込み量を変えることで、コイルばね４３
の付勢力の微調整が容易にできる。

【００６０】また、検出器１０を保持したスライダ２３
は、スライダガイド２２に沿って進退され、このスライ
ダガイド２２は、スライダ２３と当接する面に第１及び
第２の基準面が形成されているため、スライダガイドを
丸軸の棒状部材から形成した場合に比べて、高い剛性を
保持できる。このため、スライダガイド２２に沿って進
退される検出器１０の移動方向の真直度を得ることがで
きる。

【００６１】また、スライダ２３は、位置決め用板ばね
３２，３６により、常にスライダガイド２２の基準面に
付勢されているから、スライダ２３とスライダガイド２
２との間にクリアランスがあっても、そのスライダ２３
の位置を一定に保持することができる。そのため、摺動
部のクリアランスによってスライダ２３、つまり、検出
器１０の姿勢が変わることを防止できる。スライダガイ
ド２２及びスライダ２３は、断面略コ字状に形成されて
いるので、剛性を高く保持できる。スライダガイド２２
がケーシング２１に一体的に固定されているため、ケー
シング２１の剛性をスライダガイド２２によって強化で
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。例えば、前
記実施形態では、検知スイッチ６２をリミットスイッチ
から構成したが、本発明では、検知スイッチを圧電素子
を用いたスイッチ等としてもよい。さらに、バランスウ
ェイト６３，６４を２種類用意したが、これらのバラン
スウェイト６３，６４のうち一方のみを用いてもよく、
あるいは、第３のバランスウェイトとして第２のバラン
スウェイト６４と同様構造のものを用いてもよい。さら
に、バランスウェイト６３は、アーム部材５２から長手
方向に突出した雄ねじに螺合したナット部材から構成し
てもよい。

【００６３】また、前記付勢手段は、検出器１０を主に
保持する保持用付勢手段４１と、検出器１０を測定表面
側に加圧する加圧用付勢手段４２とを備えて構成した
が、本発明では、付勢手段を１つとしてもよく、あるい
は、設けないものでもよい。仮に、付勢手段を保持用付
勢手段４１と加圧用付勢手段４２とから構成した場合で
も、これらの付勢手段を必ずしも板ばねから構成するこ
とを要しない。例えば、板ばねに代えてコイルばねを用
いてもよい。その上、付勢力制御手段として調整ねじ部
材４７を用いたが、本発明では、モータ及び歯車機構を
用いて自動的に付勢手段の付勢力を調整するものでもよ
い。

【００６４】さらに、補助付勢手段４３を必ずしも設け
ることを要しないが、補助付勢手段４３を設ける場合に
あっては、コイルばねに代えて板ばねを用いてもよい。
また、本実施形態では、検出器１０を保持したスライダ
２３を、丸軸の棒状部材からなるスライダガイドで進退
させる構成でもよい。

【００６５】また、検出器１０を負の付勢方向に付勢
し、コネクタ取付部材４０に押し当てることにより、検
出器１０の移動を規制してもよい。さらに、付勢力調整
手段は、コネクタ取付部材４０と駆動側取付部４４を相
互に締結あるいは固定するものであってもよい。

【００６６】

【発明の効果】本発明によれば、測定条件に応じた微少
な値の測定力でも正確で精度の高い測定を行うことがで
きる。即ち、本発明は、先端に触針を有するスタイラス
アームが着脱自在に取り付けられたアーム部材を回動自
在にケーシングに支持し、前記アーム部材の回動中心の
両側にピボット軸をそれぞれ取り付け、これらのピボッ
ト軸のうち一方のピボット軸の先端部と係合する玉軸受
を前記ケーシングに固定し、他方のピボット軸の先端部
と係合する玉軸受を板ばねを介して前記ケーシングに取
り付けたから、軸受として玉軸受を使用することで、回
動トルクを低減することができ、しかも、幅広く軸を支
持することで、スタイラス交換が可能となり、ヒステリ
シスの微量化、低測定力が可能となる。しかも、２個の
玉軸受のうち１つは板ばねの端部に固定され、板ばねに
追随して可動する構造としたため、高精度のピボット玉
軸受のスライド摺動が不要となり、低コスト化が図れ
る。その上、アーム部材からスタイラスアームを挿抜す
る際に、軸受部分に力がかかっても、玉軸受は板ばねに
対してずれることがないので、測定圧が変化することが
ない。

【００６７】また、本発明は、前記構成に加え、前記ス
タイラスアーム及び前記アーム部材の重量を前記アーム
部材の回動中心で釣り合わせるバランスウェイトを、前
記スタイラスアーム及び前記アーム部材の少なくとも一
方で軸方向移動可能に取り付けたから、スタイラスアー
ムを種類の異なるものに交換した際に、アーム部材及び
スタイラスアームの重量中心が変わっても、バランスウ
ェイトを軸方向にスライドさせることで、測定圧の微少
な調整が可能となる。

【００６８】さらに、本発明は、前記構成に加え、前記
ケーシングに先端部が前記触針の近傍に配置されるスキ
ッドを着脱自在に取り付け、前記スキッドの前記ケーシ
ングへの着脱の有無を検知する検知スイッチを備えたか
ら、スキッドの装着の有無を検知スイッチで検知するこ
とで、検出されるデータの計算処理を自動化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態が適用された表面性状測定
機の概略構成を示す斜視図である。

【図２】図１中IIで示す矢示図である。

【図３】前記表面性状測定機の断面図である。

【図４】検出器を付勢するための構造を示す断面図であ
る。

【図５】図４と同様の図であって、スキッドレス測定を
行う状態を示す断面図である。

【図６】前記実施形態の断面図である。

【図７】前記実施形態の要部を示す断面図である。

【図８】図７中、VIII-VIII線に沿った矢示断面図であ
る。

【符号の説明】

１０ 検出器 １１ ケーシング １３ 触針 １４ スキッド ２０ 駆動部 ５２ アーム部材 ５３ スタイラスアーム ５４ 検出部 ５５ ボルト ６２ 検知スイッチ（リミットスイッチ） ６３ 第１のバランスウェイト ６４ 第２のバランスウェイト ６５ ウェイト本体 ６６ ねじ部 ６８ ピボット軸 ７０ 玉軸受 ７５ 板ばね

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平11−248404（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−258004（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−190621（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−151254（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−122308（ＪＰ，Ｕ) 国際公開96／12929（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 21/30 G01B 5/28 G01B 7/34

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端に触針を有するスタイラスアームが
   着脱自在に取り付けられたアーム部材を回動自在にケー
   シングに支持した表面性状測定機用検出器において、 前記アーム部材の回動中心の両側にピボット軸をそれぞ
   れ取り付け、これらのピボット軸のうち一方のピボット
   軸の先端部と係合する玉軸受を前記ケーシングに固定
   し、他方のピボット軸の先端部と係合する玉軸受を板ば
   ねを介して前記ケーシングに取り付け、この板ばねは、
   前記玉軸受を前記ピボット軸に付勢するとともに、その
   一端部を前記ケーシングに固定し、その他端部を前記玉
   軸受に固定し、この玉軸受は前記板ばねに追随して可動
   する構造としたことを特徴とする表面性状測定機用検出
   器。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の表面性状測定機用検出
   器において、 前記スタイラスアーム及び前記アーム部材の重量を前記
   アーム部材の回動中心で釣り合わせるバランスウェイト
   を、前記スタイラスアーム及び前記アーム部材の少なく
   とも一方で軸方向移動可能に取り付けたことを特徴とす
   る表面性状測定機用検出器。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の表面性状測定機用検出
   器において、前記バランスウェイトは、前記アーム部材
   の端部に配置されるウェイト本体と、このウェイト本体
   に基端が固定され前記アーム部材の長手方向に延びて形
   成された雌ねじ部に螺合されるねじ部と、を備えたこと
   を特徴とする表面性状測定機用検出器。
4. 【請求項４】 請求項１から３のいずれかに記載の表面
   性状測定機用検出器において、 前記 ケーシングに先端部が前記触針の近傍に配置される
   スキッドを着脱自在に取り付け、前記スキッドの前記ケ
   ーシングへの着脱の有無を検知する検知スイッチを備え
   たことを特徴とする表面性状測定機用検出器。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の表面性状測定機用検出
   器において、前記検知スイッチは、リミットスイッチを
   備えて構成されていることを特徴とする表面性状測定機
   用検出器。
6. 【請求項６】 請求項４又は５に記載の表面性状測定機
   用検出器において、前記検知スイッチから出力された出
   力信号が、真直度補正機能の有効あるいは無効を切り換
   える指示信号として使用されることを特徴とする表面性
   状測定機用検出器。
7. 【請求項７】 請求項４又は５に記載の表面性状測定機
   用検出器において、前記検知スイッチから出力された出
   力信号が、表面粗さ計算と表面形状計算を切り換える指
   示信号として使用されることを特徴とする表面性状測定
   機用検出器。