JP3534296B2 - 表面性状測定機 - 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、表面粗さに代表さ
れる表面性状測定用の触針（スタイラスとも称する）
が、先端近傍に配設された触針アームを備えた検出器を
含む表面性状測定装置に係り、特に、微小表面性状を低
測定力で測定することが可能な検出器を含む表面性状測
定機に関する。

【０００２】

【従来の技術】被測定物の表面に粗さ測定用の触針を関
与させ、該触針を備えた検出器を、測定表面に沿って進
退させながら、前記触針の表面粗さ方向の変位を検出し
て電気信号に変換し、該電気信号を所定処理して表面粗
さを測定する表面粗さ測定機が広く利用されている。

【０００３】該表面粗さ測定機は、種々提案されてお
り、例えば、特公平４−６０５２３には、図２１に示す
如く、駆動部３０のフレーム３２に配設された軸受３３
に保持され、検出器１０の進退方向（矢印Ａ方向）に滑
動する滑動軸３４と、該滑動軸３４に、移動ブロック３
６及び板ばね３８を介して取り付けられた駆動側コネク
タ４０と、前記滑動軸３４を矢印Ａ方向に進退させるた
めの、連結部４２により前記滑動軸３４に固定された送
り駒４４と、該送り駒４４と係合する送りねじ４６と、
カップリング４８を介して該送りねじ４６と連結された
減速機５０と、該減速機５０を回転駆動するためのモー
タ５２とを備えたものが記載されている。

【０００４】図において、１４は、検出器１０のケース
１２の後端（図の右端）に取り付けられた、前記駆動側
コネクタ４０と係合する検出器側のコネクタピン、１８
は、先端（図の左端）に、測定面に追従して上下動する
触針１６が配設された、ケース１２内を支点（２０）を
中心として揺動する触針アーム、２０は、該触針アーム
１８の支点を構成する略Ｌ字状の板ばね、２２は、前記
触針アーム１８の後端近傍に配設され、該触針アーム１
８の後端の上下動を検出するためのインダクタンス型変
位検出器、２４は、触針１６近傍の細かな凹凸を吸収し
て、安定した測定値が得られるようにするためのスキッ
ド、２６は、触針１６や触針アーム１８を保護するため
のノーズである。

【０００５】又、前記検出器１０内で触針アーム１８を
支持し、測定力を付与する構成としては、特公平４−６
０３２３のように、１枚の板ばね２０で支点の機能と測
定力付与の機能を兼ね備えさせるものの他、特公平３−
３００８４や、その改良技術とみられる特開平６−２５
８００３で提案されているように、図２２に示す如く、
触針アーム１８を保持するアームホルダ６０の軸受部６
２よりわずかに離れた位置と、ケース１２に進退可能に
取り付けた測定力調整用ねじ６４（特公平３−３００８
４）、又は、ねじ棒によって位置調整されるスライダ
（特開平６−２５８００３）との間にコイルばね６６を
張架して、一端が、前記測定力調整用ねじ６４又はスラ
イダによって矢印Ｂ方向に位置調整される前記コイルば
ね６６により、軸受部６２のガタを吸収しつつ、測定力
を付与することが提案されている。

【０００６】又、出願人は、実開平１−１０４５０４
で、図２３に示す如く、十字ばね７０で支持された触針
アーム１８に対して、２本のコイルばね７２、７４によ
り、微小な測定力を付与することを提案している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特公平
３−３００８４のように軸受を用いるものや、実開平１
−１０４５０４のように、２本のコイルばねを用いるも
のは、部品点数が多くなり、組立調整も難しいという問
題点を有する。特に、特公平３−３００８４のように、
１本のコイルばねで支点のガタの解消と測定力の調整を
行うものは、両者の最適点を設定することが困難であ
る。

【０００８】一方、特公平４−６０５２３や実開平１−
１０４５０４のように、板ばねを支点に用いるものは、
板ばねにより支点が固定されるため、支点軸のずれがな
く、精度が安定しているが、特公平４−６０５２３のよ
うに、板ばねを単独で使用する場合には、板厚の変化や
曲がりによって、測定力が変化し、調整が困難であると
いう問題点を有する。

【０００９】又、触針が長い深溝用検出器のような特殊
検出器で、触針アームの重量が変化すると、測定力も変
化してしまうという問題もあった。

【００１０】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、簡単な構成で、微少な測定力を高精
度で付与可能とすることを課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、表面性状測定
用の触針が先端近傍に配設された触針アームを備えた検
出器を含む表面性状測定機において、前記触針アームの
支点を板ばねで構成すると共に、該板ばねと別体のコイ
ルばねにより、前記触針を測定表面に接触させる方向の
力を、前記触針アームに付与し、更に、前記板ばねによ
り、前記コイルばねによる付勢力に逆らう反力を付与
し、該反力と前記コイルばねによる付勢力とのバランス
で、前記触針に測定力を付与するようにして、前記課題
を解決したものである。

【００１２】又、前記板ばねの支点近傍の弾性力を、例
えば弱めることによって、他の部分と異なるようにし
て、支点位置の変動を抑えたものである。

【００１３】又、前記板ばねを十字形状として、その両
端部を検出器のフレームに固定し、中央部に触針アーム
を固定することにより、支点位置の変動を防止したもの
である。

【００１４】更に、前記コイルばねによる付勢力を調整
可能としたものである。

【００１５】

【００１６】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して、載置型の携
帯型表面粗さ測定機に適用した本発明の実施形態を詳細
に説明する。

【００１７】図１は、本発明の第１実施形態の要部構成
を示す斜視図、図２は、図１の矢印II方向から見た側面
図、図３は、検出器が取り付けられた駆動部を正面から
見た縦断面図、図４は、同じく上面から見た縦断面図、
図５は、同じく底面から見た縦断面図、図６は、図４の
VI−VI線に沿う横断面図、図７は、同じくVII −VII線
に沿う横断面図、図８は、同じくVIII−VIII線に沿う横
断面図である。

【００１８】第１実施形態の駆動部１００は、そのフレ
ーム１０２に固定されたメインシャフト１０４及びサブ
シャフト１０６と、該シャフト１０４、１０６上を滑動
する、検出器進退方向（矢印Ａ方向）に長い略Ｏ字状と
され、その前後端２箇所に前記メインシャフト１０４が
挿通するようにされたスライドブロック１０８と、該ス
ライドブロック１０８を前記シャフト１０４、１０６に
沿って進退させるための連動ロッド１１０及び送りナッ
ト１１２と、該送りナット１１２と螺合する送りねじ１
１４と、フレキシブルカップリング１１６を介して該送
りねじ１１４を回動するためのギヤモータ１１８とを備
えている。

【００１９】図２に詳細に示す如く、前記スライドブロ
ック１０８の後端には検出器取付台１０８Ａが形成され
ており、その下側には、検出器２００を収容するための
コネクタハウジング１５０の後端に取付けられた、スキ
ッド圧を付与するための板ばね１５２が、サブシャフト
１０６の下面を押えるためのシャフト支持板１２０と共
に、ボルト１２２で固定されている。又、該検出器取付
台１０８Ａの上側には、前記サブシャフト１０６の上側
を押えるためのすべり板１２４を固定した板ばね１２６
が、ボルト１２８で固定されている。

【００２０】図において、１０１は、駆動部のケース、
１３０は、前記スライドブロック１０８に植立されたス
イッチピン、１３２、１３４は、該スイッチピン１３０
と係合して、前記ギヤモータ１１８を停止又は反転する
ための前端／後端スイッチ、１４０は、検出器２００の
後退限界位置近傍で、前記コネクタハウジング１５０の
外側に形成された山形状の膨らみ１５０Ａと係合して、
検出器２００の先端を持ち上げて、触針２０２とスキッ
ド２０４が駆動部１００の底面より下方に突出しないよ
うにするための、ボルト１４２でフレーム１０２に固定
された検出器リフト板、１５４は、前記コネクタハウジ
ング１５０に収容された駆動側コネクタ、２０６は、該
駆動側コネクタ１５４に挿入される検出器側のコネクタ
ピン、２０８は、検出器のコネクタハウジング、２１０
はノーズである。

【００２１】前記駆動部１００は、後出図１２乃至図１
４に示す如く、電装部３００に収容可能とされている。
該駆動部１００の後端には、前記電装部３００と電気的
に接続するための電装側コネクタ１３６が設けられてお
り、該電装側コネクタ１３６と前記駆動側コネクタ１５
４間は、例えば厚みが０．２ｍｍ程度の、薄く屈曲自在
なフレキシブル印刷回路基板（ＦＰＣ）１３８で配線さ
れている。このフレキシブル印刷回路基板１３８は、駆
動部１００内に、図９に示す如く、Ｕ字状にたるみを持
たせた状態で収容されており、コネクタ１５４の移動に
伴う配線長の変化を吸収して、コネクタハウジング１５
０（検出器２００）が移動しても張力がかからないよう
にされている。

【００２２】前記検出器２００は、図９（縦断面図）及
び図１０（斜め下方から見た分解斜視図）に示す如く、
後端近傍に変位検出用のボビン２１４が配設された本体
フレーム２１２と、先端近傍に表面粗さ測定用の触針２
０２が配設され、後端近傍に変位検出用のコア２２２が
配設された触針アーム２２０と、該触針アーム２２０の
例えば中央部を、前記本体フレーム２１２に固定するた
めの、図１１に示すような平面形状の支点板ばね２３０
と、前記触針２０２を測定表面（図９の下方）に接触さ
せる方向の力を、前記触針アーム２２０に付与するため
のコイルばね２４０と、該コイルばね２４０による付勢
力を調整するためのばね押えねじ２４２とから主に構成
されている。

【００２３】前記支点板ばね２３０は、ねじ２３２によ
り本体フレーム２１２に固定され、ねじ２３４により触
針アーム２２０に固定されている。

【００２４】図において、２１６はカバーである。

【００２５】前記電装部３００は、図１２（正面図）、
図１３（平面図）、図１４（底面図）及び図１５（ブロ
ック線図）に示す如く、前記電装側コネクタ１３６と接
続されるケーブル３０２を介して、前記駆動部１００に
収容された検出器２００から与えられた信号を処理する
信号処理回路３０４と、該信号処理回路３０４からの信
号を基に、各種パラメータに対応した表面粗さを求める
測定回路３０６と、該測定回路３０６で得られた測定値
を表示するデジタル表示器３０８と、前記ケーブル３０
２を介して駆動部１００内のギヤモータ１１８を駆動す
る駆動回路３１０と、該駆動回路３１０、測定回路３０
６及びデジタル表示器３０８を制御する制御回路３１２
と、これら各回路に電力を供給する電源回路３１４とを
主に含んでいる。

【００２６】図中の実線は、測定時における検出器２０
０の先端位置、破線は、電装部３００内に退避した状態
での検出器２００の先端位置を示す。

【００２７】図において、３２０は電源スイッチ、３２
２はスタートスイッチ、３２４はパラメータ選択スイッ
チである。

【００２８】測定に際しては、測定対象に応じて、ばね
押えねじ２４２の挿入量を調整して、触針２０２に、必
要な測定力を付与する。又、測定対象に応じて、図１２
乃至図１４に示す如く、駆動部１００を電装部３００に
収容した状態で使用するか、又は、駆動部１００を電装
部３００から分離して単独で使用するか、選択する。例
えば、小さな穴の内面等を測定する際には、電装部３０
０が邪魔になるので、駆動部１００を外して測定し、そ
れ以外の状況では、一体とした状態で使用することがで
きる。

【００２９】具体的には、検出器２００の触針２０２を
測定面に接触させ、電源スイッチ３２０をオンとし、ス
タートスイッチ３２２を押す。すると、制御回路３１２
は、駆動回路３１０を通じてギヤモータ１１８を回転さ
せる。ギヤモータ１１８の回転に伴って送りねじ１１４
が回転すると、スライドブロック１０８が送りねじ１１
４の軸方向へ移動するので、検出器２００の触針２０２
は被測定物の表面粗さに応じて上下に変位する。

【００３０】触針２０２の変位は、検出器２００で電気
信号に変換された後、ケーブル３０２を通じて信号処理
回路３０４へ与えられ、そこで処理され測定回路３０６
へ与えられる。測定回路３０６は、信号処理回路３０４
からの信号を基に、制御回路３１２から指令されたパラ
メータに従って表面粗さを求め、これをデジタル表示器
３０８に表示させる。

【００３１】本実施形態においては、支点板ばね２３０
が単純な四角形とされていたので、構成が簡略である。
なお、測定対象に応じて、支点板ばねの板厚を変更した
り、あるいは、図１６に示す変形例の如く、中央部の支
点位置に板幅方向の切込み２３０Ａを入れて幅を狭くし
たり、図１７に示す他の変形例の如く、薄肉部２３０Ｂ
を設けたり、図１８に示す更に他の変形例の如く、穴２
３０Ｃを開けて、支点近傍の弾性力を、他の部分より弱
めても良い。

【００３２】更に、板ばね２３０を、コイルばね２４０
を押す方向に曲げることにより、該板ばね２３０によ
り、コイルばね２４０による付勢力に逆らう反力が付与
されるようにして、該反力と前記コイルばねによる付勢
力とのバランスで、触針２０２に測定力が付与されるよ
うにしているので、特に、微小な測定力の調整が容易で
あり、触針の先端曲率半径による測定力の違いや、深溝
用検出器等のオプションでの触針アーム重量の違いに容
易に対応できる。

【００３３】又、前記板ばねを、図１９（縦断面図）及
び図２０（触針アームの底面図）に示す第２実施形態の
如く、十字形状板ばね２５０とし、その両端部を、ねじ
２５２で本体フレーム２１２に固定し、中央部を、ねじ
２５４で触針アーム２２０に固定してもよい。

【００３４】本実施形態においては、板ばね２５０の両
端がフレーム２１２に固定されるので、特に支点位置の
安定性が高い。

【００３５】前記実施形態においては、いずれも、本発
明が、載置型の携帯型表面粗さ測定機に適用されていた
が、本発明の適用対象はこれに限定されず、例えば輪郭
形状測定機や、三次元座標測定機に使用される表面粗さ
プローブにも同様に適用可能である。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、軸受を使用していない
ので、部品点数が少なく、組立調整も容易であり、コス
トが低減される。又、薄板の使用により支点が固定され
るため、支点軸のずれがなく、精度が安定化する。更
に、板ばねを単独で使用する場合には、板厚の変化や曲
がりにより測定力が変化して、調整が困難であったが、
本発明によれば、設計時点で測定力を設定でき、測定力
の調整が容易である。更に、支点のガタ解消と測定力の
調整を１本の板ばねで行う場合には、板厚変化や曲り等
の影響による変動が大きく、両者の最適点を設定するこ
とが難しいが、本発明によれば、もともと支点のガタの
無いため、最適測定力のみを考慮してコイルばねの調整
を行えばよく、測定力の調整が容易である。

【００３７】又、触針が長い深溝用検出器等の特殊検出
器において、触針アームの重量が変化しても、板ばねの
厚みや形状の変更と、コイルばねによる付勢力調整を併
用して、製品間の測定力のばらつきを抑えることが容易
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態における要部構成を示す
斜視図

【図２】図１の矢印II方向から見た側面図

【図３】第１実施形態の検出器が取付けられた駆動部を
正面から見た縦断面図

【図４】同じく上面から見た縦断面図

【図５】同じく底面から見た縦断面図

【図６】図４のVI−VI線に沿う横断面図

【図７】同じくVII −VII 線に沿う横断面図

【図８】同じくVIII−VIII線に沿う横断面図

【図９】第１実施形態の検出器の構成を示す縦断面図

【図１０】同じく内部構成を示す、斜め下方から見た分
解斜視図

【図１１】第１実施形態で用いられている支点板ばねの
形状を示す平面図

【図１２】第１実施形態の駆動部を電装部に収納した状
態を示す正面図

【図１３】同じく平面図

【図１４】同じく底面図

【図１５】前記電装部の構成を示すブロック線図

【図１６】支点板ばねの変形例を示す平面図及び断面図

【図１７】支点板ばねの他の変形例を示す平面図及び断
面図

【図１８】支点板ばねの更に他の変形例を示す平面図

【図１９】本発明の第２実施形態の検出器の構成を示す
縦断面図

【図２０】第２実施形態の触針アームを示す底面図

【図２１】特公平４−６０５２３で提案されている載置
型表面粗さ測定機の構成を示す断面図

【図２２】特公平３−３００８４で提案されている表面
粗さ測定機用検出装置の構成を示す縦断面図

【図２３】出願人が実開平１−１０４５０４で提案した
触針式表面粗さ測定装置の構成を示す縦断面図

【符号の説明】

１００…駆動部 １０２…フレーム １０４…メインシャフト １０６…サブシャフト １０８…スライドブロック １０８Ａ…検出器取付台 １１０…連動ロッド １１２…送りナット １１４…送りねじ １１８…ギヤモータ １２６、１５２…板ばね １３６…電装側コネクタ １５０…コネクタハウジング １５４…駆動側コネクタ ２００…検出器 ２０２…触針 ２０４…スキッド ２０６…コネクタピン ２１０…ノーズ ２１２…本体フレーム ２１４…ボビン ２２０…触針アーム ２２２…コア ２３０…支点板ばね ２３０Ａ…切込み ２３０Ｂ…薄肉部 ２３０Ｃ…穴 ２４０…コイルばね ２４２…ばね押えねじ ２５０…十字形状板ばね ３００…電装部 ３０２…ケーブル ３０４…信号処理回路 ３０６…測定回路 ３０８…デジタル表示器 ３１０…駆動回路 ３１２…制御回路 ３１４…電源回路 ３２０…電源スイッチ ３２２…スタートスイッチ ３４４…パラメータ選択スイッチ

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−14874（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−165703（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−161503（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 3/00 - 5/30 G01B 21/00 - 21/32

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表面性状測定用の触針が先端近傍に配設さ
   れた触針アームを備えた検出器を含む表面性状測定機に
   おいて、 前記触針アームの支点を板ばねで構成すると共に、 該板ばねと別体のコイルばねにより、前記触針を測定表
   面に接触させる方向の力を、前記触針アームに付与し、 更に、前記板ばねにより、前記コイルばねによる付勢力
   に逆らう反力を付与し、 該反力と前記コイルばねによる付勢力とのバランスで、
   前記触針に測定力を付与 するようにしたことを特徴とす
   る表面性状測定機。
2. 【請求項２】請求項１において、前記板ばねの支点近傍
   の弾性力が、他の部分と異なるようにされていることを
   特徴とする表面性状測定機。
3. 【請求項３】請求項２において、前記板ばねの支点近傍
   の弾性力が、他の部分より弱められていることを特徴と
   する表面性状測定機。
4. 【請求項４】請求項１において、前記板ばねが十字形状
   とされ、その両端部が検出器のフレームに固定され、中
   央部に触針アームが固定されていることを特徴とする表
   面性状測定機。
5. 【請求項５】請求項１乃至４のいずれか一項において、
   前記コイルばねによる付勢力が調整可能とされているこ
   とを特徴とする表面性状測定機。