JP4179774B2 - 加振型接触検出センサ - Google Patents

Description

【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、例えば、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、測定機本体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１１２とを備えている。このうち、スタイラス取付部１１２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１１２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から出力される電気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では、圧電素子１０３に所定周波数の電圧をかけるために、加振用電極１０３Ａおよび共通電極１０３Ｃのそれぞれに対して銅線からなるリード線がハンダ付け等によって取り付けられている。また、圧電素子１０３から電気信号を取り出すために、検出用電極１０３Ｂおよび共通電極１０３Ｃのそれぞれに対して銅線からなるリード線がハンダ付け等によって取り付けられている。
つまり、共通電極１０３Ｃを含めて、銅線からなる４本のリード線が圧電素子１０３にハンダ付け接続されている。
【０００８】
しかしながら、このような加振型接触検出センサ１００は、圧電素子１０３に４本のリード線がハンダ付け接続されているが、銅線の径が４０μｍ程度であるので、ハンダ付けによる接続の安定性に不安が残る。このため、圧電素子１０３の振動変化によって被測定物との接触状態を検知する加振型接触検出センサ１００の感度を良好にすることが困難であるという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、感度を良好にでき、かつ、材料コストを削減す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。
【００１０】
【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、
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、を備え、
前記加振手段および前記検出手段は、
前記スタイラスが取り付けられた電気信号変換手段としての一枚の圧電素子と、
前記圧電素子に形成された加振用電極および検出用電極と、を有し、
前記スタイラスホルダの圧電素子支持部に前記圧電素子が設置されているとともに前記スタイラスの重心位置が前記圧電素子の略中心上に配置され、
前記加振用電極に所定周波数の電気信号を加えると前記圧電素子が振動して前記スタイラスが振動されるとともに、この振動する前記スタイラスの前記接触部が前記被測定物と接触した際の振動変化が前記圧電素子に伝達されて前記検出用電極から当該スタイラスの振動状態の変化を検知する電気信号が取り出し可能であって、
前記圧電素子は、前記スタイラスホルダに装着され、
前記加振用電極および前記検出用電極は、ワイヤーボンディングによるリード線を介して接続され、
前記リード線は、金線であることを特徴とする。
【００１１】
ここで、電気信号変換手段の電極が、ワイヤーボンディングによるリード線を介して接続される先は、例えば、接地や所定位置に設けられた回路のランドである。
電気信号変換手段としては、加振手段および検出手段の両方の役割を有するものでもよくまた、加振手段の役割のみを有するものでもよく、もしくは、検出手段の役割のみを有するものでもよい。
【００１２】
ワイヤーボンディングとは、固相拡散による金属同士の接合であり、ワイヤーボンディングとしては、ワイヤー（リード線）を接着面に押しつけて、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ワイヤーを接着面に接合する超音波方式と、ワイヤーを接着面に押しつけた状態で、加熱することでワイヤーを接着面に接合する熱圧着方式とのいずれも採用できる。
【００１３】
この発明によれば、電気信号変換手段としての圧電素子は、その電極である加振用電極および検出用電極がワイヤーボンディングによるリード線を介して、他の電気回路と電気的に接続されることが可能となる。
従来は、ハンダ付けによる接続であったため、接続の安定性に問題を有していた。しかしながら、ワイヤーボンディングによる接続としたので、断線の可能性を低減し、接続が安定されるので確実に電気信号を入出力することができる。
また、例えば、スタイラスホルダを導電性材料で形成して、電気信号変換手段としての圧電素子とスタイラスホルダをリード線で接続すれば、リード線を電気回路まで引くことを要せず、リード線を短くすることができる。
したがって、電気信号変換手段としての圧電素子の振動の変化に基づいて、被測定物との接触状態を検知する加振型接触検出センサの感度を良好にできる。
また、リード線を短くできるので、材料コストを削減することができる。
これは、特に、リード線として金線を用いる場合などに利点を有する。
また、硬度が銅線より低く、延性および展性に富む金線をリード線として採用することで、リード線の接続による電気信号変換手段の振動の減衰をさらに小さくでき、電気信号変換手段の振動の変化に基づいて、被測定物との接触状態を検知する加振型接触検出センサの感度をさらに良好にできるようになる。
【００１４】
本発明では、前記圧電素子の一面には前記加振用電極と前記検出用電極とが設けられているとともにこの圧電素子の他面には一枚の共通電極が設けられ、前記スタイラスホルダは、固定部と、前記固定部の両側端から互いに平行に伸びる一対の腕部と、これら腕部と略直交しかつ一対の腕部の先端の間に配置された圧電素子支持部と、を有し、前記スタイラスは、前記圧電素子に取り付けられ、前記スタイラスが取り付けられた前記圧電素子は、前記スタイラスが前記圧電素子支持部に直交して前記腕部に平行になる状態で前記圧電素子支持部に装着され、前記圧電素子の一面には前記スタイラスを間にして両側にそれぞれ前記加振用電極と前記検出用電極が配置されており、前記スタイラスホルダの固定部、一対の腕部および圧電素子支持部にて囲まれた空間内に回路の端子領域が配設され、前記加振用電極および前記検出用電極にワイヤーボンディングにて接続されたリード線は、前記スタイラスと略平行に引き出されて前記端子領域に接続されていることが好ましい。
また、本発明では、前記スタイラスホルダには、前記電気信号変換手段が装着される装着面と略直交し、かつ前記電気信号変換手段の端面と接触する位置決め面が形成されていることが好ましい。
このようにすれば、電気信号変換手段をスタイラスホルダに装着する際、位置決め面により、スタイラスホルダに対する電気信号変換手段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、各加振型接触検出センサにおける、電気信号変換手段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】
このような場合、前記スタイラスホルダには、前記電気信号変換手段の一部が内部に配置される凹部が形成され、前記位置決め面は、前記凹部の内壁面であることが望ましい。
本発明では、スタイラスホルダに凹部を形成し、この凹部内に電気信号変換手段の一部を配置することとしたので、加振型接触検出センサのコンパクト化が図れる。
【００１６】
このような場合、電気信号変換手段は導電性を有する導電性材料で形成され、前記凹部の前記内壁面の前記装着面と略直交する方向に沿う寸法は、前記電気信号変換手段の前記端面の前記装着面と略直交する方向に沿う寸法の略１／２以下であることが望ましい。
電気信号変換手段には、電気信号変換手段を振動させる加振電圧を受信するための受信電極や、電気信号変換手段の圧電変化を発信するための送信電極や、受信電極および送信電極と対になる電極等が設けられる。このとき、スタイラスホルダが導電性を有しているので、例えば、受信電極と受信電極と対になる電極が共にスタイラスホルダに接触されると短絡が生じる。そこで、一方の電極が装着面に設けられ、他方の電極が装着面と反対側に設けられる場合、凹部の凹み寸法が電気信号変換手段の装着面に略直交する方向の１／２以下であれば、装着面と反対側に設けられた電極が共にスタイラスホルダに接触される事態は十分に防ぐことができるので、加振型接触検出センサを利用した測定の信頼性が向上されるとともに故障を未然に防止することができる。
【００１８】
本発明では、前記電気信号変換手段は圧電素子であり、一枚の圧電素子が前記加振手段および前記検出手段の役割を有し、この圧電素子の一面には加振用電極と検出用電極が設けられ、圧電素子の他面は導電性を有する導電性接着剤を介して前記スタイラスホルダに接続されていることが好ましい。
【００１９】
例えば、電気信号変換手段のスタイラスホルダとの接着面側を共通電極とし、この共通電極とスタイラスホルダを導電性接着剤を介して接続すれば、加振手段へ所定周波数の電気信号を送るためのリード線および検出手段からの電気信号を取り出すためのリード線の２本のみを電気信号変換手段に接続すればよく、電気信号変換手段に接続されるリード線の本数を減らすことができる。
従来は、電気信号変換手段に対して４本のリード線が接続されていた。このリード線の接続は、電気信号変換手段がスタイラスの振動を受けるのに抵抗として働く問題が生じていた。
しかしながら、本発明によれば、リード線の接続による電気信号変換手段の振動の減衰を最小限にとどめることができるから、スタイラスの振動変化を電気信号変換手段に確実に反映させることができるようになる。
【００２０】
本発明の加振型接触検出センサにおいて、前記電気信号変換手段は圧電素子であることが望ましい。
圧電素子であれば、所定の周期信号を印加されると、所定の周期で振動され、また、振動に応じて圧電を発し、電圧変化を発信することができる。よって、一枚の圧電素子に対して、電極として、加振信号の電圧が印加される受信電極と、圧電変化を外部に送信する送信電極と、受信電極および送信電極のそれぞれと対になる電極が設けられると、電気信号変換手段としての働きをすることができる。
【００２１】
ここで、電気信号変換手段としては、圧電素子の他に、磁歪素子や形状記憶素子等の固体素子を用いることもできるが、電気的に制御可能であることから、圧電素子を用いることによって、感度の良好な加振型接触検出センサが構成される。
本発明においては、受信電極および送信電極と対になる電極は共通の一電極として、導電性接着剤で導電性を有するスタイラスホルダに接続する、または、共通の電極にリード線を接続することで、リード線の本数を削減することができる。
【００２２】
【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には、本発明の一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、例えば、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。
【００２３】
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。
【００２４】
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２１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。
【００２５】
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、例えば、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。
【００２６】
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電気信号変換手段としての圧電素子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２２３Ａの略中央には、図４にも示すように、圧電素子２５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。
【００２７】
各板ばね２２３Ａにおいて、スタイラス２１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２２３Ｃ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。
【００２８】
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２２３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の端面と略一致していればよい。
【００２９】
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２２３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。
【００３０】
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）には、圧電素子２５の加振手段と検出手段との共通の電極としての役割を有する共通電極２６が設けられ（図３および図４参照）、接着剤２６１によってスタイラスホルダ２２に固定されている。共通電極２６とスタイラスホルダ２２はワイヤーボンディングされた金線のリード線２８３によって接続されている。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２５Ａおよび検出用電極２５Ｂが形成されている。
【００３１】
このような構成を有する圧電素子２５では、加振用電極２５Ａに所定周波数の電気信号を加えると、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から出力される電気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。
【００３２】
押さえ板２３は、金属等の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２２の固定部２２１が、図示しないねじ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。
【００３３】
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２３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、および共通電極２６がそれぞれ電気的に接続されている。
【００３４】
具体的に説明すると、共通電極２６は、リード線２８３によってスタイラスホルダ２２に接続され、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２３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。なお、押さえ板２３がアース接続されることにより、押さえ板２３がシールド板としての機能も有し、内部に対する外部の電場や磁場の影響を小さくすることが可能となっている。
【００３５】
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、共通電極２６のリード線２８３は、直径２０μｍの金線から構成されている。このように、やわらかい金線による直径の細いリード線２８１、２８２、共通電極のリード線２８３を採用することで、リード線２８１、２８２、共通電極のリード線２８３の接続による圧電素子２５の振動の減衰を最小限にとどめることが可能となる。
【００３６】
リード線２８１、２８２、共通電極２６のリード線２８３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２８１、２８２を加振用電極２５Ａ、検出用電極２５Ｂ、または端子領域２４Ａ、また、共通電極２６のリード線２８３をスタイラスホルダ２２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、共通電極２６のリード線２８３を加振用電極２５Ａ、検出用電極２５Ｂ、または端子領域２４Ａ、スタイラスホルダ２２に接合する超音波方式と、リード線２８１、２８２、共通電極２６のリード線２８３を加振用電極２５Ａ、検出用電極２５Ｂ、または端子領域２４Ａ、スタイラスホルダ２２に押しつけた状態で、加熱することでリード線２８１、２８２、共通電極２６のリード線２８３を加振用電極２５Ａ、検出用電極２５Ｂ、または端子領域２４Ａ、スタイラスホルダ２２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。
【００３７】
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、例えば、加振用電極２５Ａへ出力される所定周波数の電気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。
【００３８】
回路部３０は、上述した回路側接続手段３１、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。
【００３９】
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２０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。
【００４０】
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。
【００４１】
加振回路は、例えば、交流電気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、例えば、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。
【００４２】
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３１１は、回路部用プリント基板３３の加振回路と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気信号を圧電素子２５に印加することが可能となる。
【００４３】
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から出力される電気信号に基づいて、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。
【００４４】
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。
【００４５】
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を圧電素子に取り付けても良い。
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。
【００４６】
次いで、回路部３０を、図５中二点鎖線示すように、例えば、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。
【００４７】
ここで、例えば、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。
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。
【００４８】
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。
本実施形態では、圧電素子２５をワイヤーボンディングによるリード線によってスタイラスホルダ２２に接続して、当該スタイラスホルダ２２を介して圧電素子２５をスタイラスユニット用プリント基板２４と電気的に接続しているため、スタイラスユニット用プリント基板２４と圧電素子２５とを接続するためのリード線を短くすることができる。これにより、リード線の材料コストを低減することができる。
本実施形態では、圧電素子２５をスタイラス２１の振動方向に沿って弾性変形可能な一対の板ばね２２３Ａ上に配置しているから、スタイラス２１および圧電素子２５の振動に応じて一対の板ばね２２３Ａが弾性変形することによって、圧電素子２５をスタイラスホルダ２２に装着しても圧電素子２５の振動の減衰を最小限にとどめることができる。
【００４９】
本実施形態では、スタイラスホルダ２２にＸ方向位置決め面２２３ＤおよびＹ方向位置決め面２２３Ｅを設けたので、スタイラスホルダに対する圧電素子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、複数の加振型接触検出センサ１における、圧電素子２５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。また、圧電素子２５の取り付け作業性を向上させることができるので、不良品の発生率を低減させることができる。
【００５０】
スタイラスホルダ２２に凹部２２３Ｃを形成し、この凹部２２３Ｃ内に圧電素子２５の一部を配置したので、加振型接触検出センサ１のコンパクト化を図ることができる。
【００５１】
スタイラスホルダ２２において、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以下となっているので、加振用電極２５Ａおよび検出用電極２５Ｂがスタイラスホルダ２２に接触することを防ぐことができる。よって、加振用電極２５Ａおよび検出用電極２５Ｂと共通電極２６がスタイラスホルダ２２に対して共に接触することがないので、圧電素子２５の短絡を防止することが可能となる。
【００５２】
スタイラスユニット２０において、接続の信頼性が高いワイヤーボンディングにより、リード線２８１、２８２、共通電極２６のリード線２８３を圧電素子２５に取り付けているので、断線の可能性を小さくできる。
【００５３】
また、リード線２８１、２８２、共通電極２６のリード線２８３として、従来のリード線より細く、かつ、延性および展性に富む金線を採用しているので、リード線２８１、２８２、共通電極２６のリード線２８３の接続による圧電素子２５の振動の減衰をさらに小さくでき、圧電素子２５の振動の変化に基づいて、被測定物との接触状態を検知する加振型接触検出センサ１の感度をさらに良好にできる。
【００５４】
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、共通電極２６はリード線２８３がスタイラスホルダ２２に接続され、このスタイラスホルダ２２がプリント基板２４に接続されているが、このリード線２８３はスタイラスホルダ２２を介さずに、直接プリント基板２４に接続されていてもよい。
【００５５】
圧電素子２５とスタイラスホルダ２２はリード線２８３で接続されず、図６に示されるように、圧電素子２５とスタイラスホルダ２２を導電性接着剤によって接着し、この導電性接着剤を共通電極２６２としてもよい。このとき、導電性接着剤としては、例えば、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。
このように導電性接着剤を共通電極２６２とし、スタイラスホルダ２２に電気的に接続することで、リード線を削減することができるので、圧電素子２５の振動を阻害する要因を減らすことができ、加振型接触検出センサ１による測定の信頼性を向上させることができる。
接触部としては、針状に形成された接触部に限らず、例えば、円盤形状や、球形状等の種々の形状を採用できる。
【００５６】
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、例えば、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。
【００５７】
【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、感度を良好にでき、かつ、材料コストを削減できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一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】共通電極として導電性接着剤を用いた場合を示す図である。
【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
２１ スタイラス
２２ スタイラスホルダ
２５ 加振手段および検出手段である圧電素子
２１１ 接触部
２２３Ｃ 凹部
２２３Ｄ Ｘ方向位置決め面
２６２ 導電性接着剤
２８１、２８２、２８３ リード線
Ｄ５ 装着面と略直交する方向に沿う寸法であるＺ方向に沿う寸法（圧電素子）
Ｄ６ 装着面と略直交する方向に沿う寸法であるＺ方向に沿う寸法（凹部）

Claims (6)

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、を備え、
   前記加振手段および前記検出手段は、
   前記スタイラスが取り付けられた電気信号変換手段としての一枚の圧電素子と、
   前記圧電素子に形成された加振用電極および検出用電極と、を有し、
   前記スタイラスホルダの圧電素子支持部に前記圧電素子が設置されているとともに前記スタイラスの重心位置が前記圧電素子の略中心上に配置され、
   前記加振用電極に所定周波数の電気信号を加えると前記圧電素子が振動して前記スタイラスが振動されるとともに、この振動する前記スタイラスの前記接触部が前記被測定物と接触した際の振動変化が前記圧電素子に伝達されて前記検出用電極から当該スタイラスの振動状態の変化を検知する電気信号が取り出し可能であって、
   前記圧電素子は、前記スタイラスホルダに装着され、
   前記加振用電極および前記検出用電極は、ワイヤーボンディングによるリード線を介して接続され、
   前記リード線は、金線である
   ことを特徴とする加振型接触検出センサ。
2. 請求項１に記載の加振型接触検出センサにおいて、
   前記圧電素子の一面には前記加振用電極と前記検出用電極とが設けられているとともにこの圧電素子の他面には一枚の共通電極が設けられ、
   前記スタイラスホルダは、固定部と、前記固定部の両側端から互いに平行に伸びる一対の腕部と、これら腕部と略直交しかつ一対の腕部の先端の間に配置された圧電素子支持部と、を有し、
   前記スタイラスは、前記圧電素子に取り付けられ、
   前記スタイラスが取り付けられた前記圧電素子は、前記スタイラスが前記圧電素子支持部に直交して前記腕部に平行になる状態で前記圧電素子支持部に装着され、
   前記圧電素子の一面には前記スタイラスを間にして両側にそれぞれ前記加振用電極と前記検出用電極が配置されており、
   前記スタイラスホルダの固定部、一対の腕部および圧電素子支持部にて囲まれた空間内に回路の端子領域が配設され、
   前記加振用電極および前記検出用電極にワイヤーボンディングにて接続されたリード線は、前記スタイラスと略平行に引き出されて前記端子領域に接続されている
   ことを特徴とする加振型接触検出センサ。
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、
   前記スタイラスホルダには、前記電気信号変換手段が装着される装着面と略直交し、かつ前記電気信号変換手段の端面と接触する位置決め面が形成されている
   ことを特徴とする加振型接触検出センサ。
4. 請求項３に記載の加振型接触検出センサにおいて、
   前記スタイラスホルダには、前記電気信号変換手段の一部が内部に配置される凹部が形成され、
   前記位置決め面は、前記凹部の内壁面である
   ことを特徴とする加振型接触検出センサ。
5. 請求項４に記載の加振型接触検出センサにおいて、
   前記スタイラスホルダは、導電性を有する導電性材料で形成され、
   前記凹部の前記内壁面の前記装着面と略直交する方向に沿う寸法は、前記電気信号変換手段の前記端面の前記装着面と略直交する方向に沿う寸法の略１／２以下である
   ことを特徴とする加振型接触検出センサ。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の加振型接触検出センサにおいて、
   前記圧電素子の一面には加振用電極と検出用電極が設けられ、
   前記圧電素子の他面は導電性を有する導電性接着剤を介して前記スタイラスホルダに接続されている
   ことを特徴とする加振型接触検出センサ。

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