JP5567622B2 - stylus - Google Patents

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本発明はスタイラスに関するものである。   The present invention relates to a stylus.
軸部の先端に該軸部の太さよりも大径の球状部を備えたスタイラスとしては、従来、特許文献1に記載されたものが知られている。この従来例において、スタイライスは、シャフトの先端にルビー球を固定した後、ルビー球の表面にDLC(ダイヤモンドライクカーボン)膜をコーティングして形成される。   As a stylus having a spherical portion having a diameter larger than the thickness of the shaft portion at the tip of the shaft portion, a device described in Patent Document 1 has been known. In this conventional example, the stylus is formed by fixing a ruby ball on the tip of the shaft and then coating a surface of the ruby ball with a DLC (diamond-like carbon) film.
特開2006-201105号公報JP 2006-201105 A
しかしながら、上述した従来例は寿命があまり長くないという欠点がある。   However, the above-described conventional example has a drawback that the lifetime is not so long.
すなわち、DLC膜は耐摩耗性に優れた素材ではあるものの膜状であるために厚さが非常に薄い上に、剥離やクラックなども生じやすい。   That is, although the DLC film is a material having excellent wear resistance, the DLC film has a very thin thickness and is liable to be peeled off or cracked.
本発明は以上の欠点を解消すべくなされたものであって、より高寿命化することのできるスタイラスの提供を目的とする。   The present invention has been made to solve the above drawbacks, and an object of the present invention is to provide a stylus capable of extending the life.
スタイラスの高寿命化のためには球状部の全体を耐摩耗性に極めて優れた材料、例えばダイヤモンドで形成すれば足り、また、このように大きなサイズのダイヤモンドを得るのは、例えばCVD法により単結晶ダイヤモンドを成長させれば不可能ではないが、ダイヤモンドはそもそも加工に手間がかかり、大型化すればするほど必要な加工作業量も多くなってしまう。以上に加え、特に加工形状が曲面である場合には、平面に比べてデリケートな加工が要求されることから、このような問題を避けるために、従来においては上述のDLC膜が提案されるに至っている。   In order to extend the life of the stylus, it is sufficient to form the entire spherical portion with a material having extremely excellent wear resistance, for example, diamond, and such a large size diamond can be obtained by, for example, the CVD method. Although it is not impossible if crystal diamond is grown, diamond is troublesome in the first place, and the larger the size, the greater the amount of processing work required. In addition to the above, especially when the processing shape is a curved surface, delicate processing is required as compared with a flat surface. Therefore, in order to avoid such a problem, the above-described DLC film is conventionally proposed. Has reached.
しかしながら、本発明者は鋭意研究の結果、上述した加工上の問題の主な原因が、ダイヤモンドにおける耐摩耗性の異方性という性質にあり、かかる問題さえ解決することができれば、球状部全体をダイヤモンドにすることで期待されるスタイラスの高寿命化と比較衡量することにより、あまり大きな障害にはならないことを突き止めるに至った。すなわち、ダイヤモンドは、結晶面(100)と結晶面(111)とで耐摩耗性が大きく異なるように、単結晶であると耐摩耗性の異方性があることから、加工に際しては面方位を判別した上で、面方位に応じて加工作業量を調整しなければならない。   However, as a result of diligent research, the present inventor has found that the main cause of the above-described processing problems is the property of anisotropy of wear resistance in diamond. It has been found that it does not become a big obstacle by increasing the life of the stylus expected by making it into diamond and balancing it. That is, diamond has anisotropy in wear resistance so that the wear resistance is greatly different between the crystal face (100) and the crystal face (111). After the determination, the amount of machining work must be adjusted according to the surface orientation.
本発明は以上の知見に基づいてなされたもので、
軸部1の先端に該軸部1の太さよりも大径の球状部2を備えたスタイラスであって、
前記球状部2は、グラファイトを出発物質とした超高圧高温下の直接変換焼結により平均粒径が10nmオーダーのダイヤモンド粒子の多数を不規則方位に向けて結合して生成されたダイヤモンド単相のダイヤモンド多結晶体からなり、塊状あるいは粒状の前記ダイヤモンド多結晶体が研磨、研削により曲面加工され、かつ、前記ダイヤモンド多結晶体が軸部1の先端部に係合、ろう付け固定されて形成されるスタイラスを提供することにより上述した目的を達成するものである。
The present invention has been made based on the above findings,
A stylus comprising a spherical portion 2 having a diameter larger than the thickness of the shaft portion 1 at the tip of the shaft portion 1;
The spherical portion 2 is a single-phase diamond formed by bonding a large number of diamond particles having an average particle size of the order of 10 nm toward a random orientation by direct conversion sintering under high pressure and high temperature using graphite as a starting material . The diamond polycrystalline body is made of a polycrystalline diamond, and is formed by polishing or grinding the curved or polycrystalline diamond polycrystalline body, and engaging and brazing and fixing the diamond polycrystalline body to the tip portion of the shaft portion 1. The above-mentioned object is achieved by providing a stylus.
本発明によれば、スライラスは、軸部1の太さよりも大径の球状部2を備え、この球状部2を測定対象物の表面に点接触、あるいは摺接させることにより、測定対象物を精密にポイント測定、あるいは倣い測定可能にされる。上記球状部2は、その全体がダイヤモンドからなることにより、極めて優れた耐摩耗性を発揮することができる。   According to the present invention, the stylus includes a spherical portion 2 having a diameter larger than the thickness of the shaft portion 1, and the spherical portion 2 is brought into point contact or sliding contact with the surface of the measurement target. Precise point measurement or scanning measurement is made possible. The spherical portion 2 can exhibit extremely excellent wear resistance by being entirely made of diamond.
また、上記球状部2を構成するダイヤモンド多結晶体は、不規則方位を向くダイヤモンド粒子の多数を結合して生成されており、耐摩耗性の異方性がないために、研磨、研削加工を加えることによって上述の精密な測定に耐えうる寸法等の精度の高い曲率面、言い換えれば十分な真球度を得ることが難しくない。すなわち、上述したダイヤモンド多結晶体においては各結晶の結晶面がランダムに配置されることから、加工方向での加工作業性の難易がなく、加工作業量に応じた加工量を、その全体において均等に得ることができる。   Further, the polycrystalline diamond constituting the spherical portion 2 is formed by combining a large number of diamond particles facing irregular directions, and since there is no anisotropy of wear resistance, polishing and grinding are performed. In addition, it is not difficult to obtain a highly accurate curvature surface such as a dimension that can withstand the above-described precise measurement, in other words, sufficient sphericity. That is, in the above-mentioned diamond polycrystal, the crystal planes of the respective crystals are randomly arranged, so there is no difficulty in workability in the working direction, and the working amount corresponding to the working amount is equal throughout. Can get to.
さらに、上記球状部2は、ダイヤモンド多結晶体を軸部1の先端部に係合、ろう付け固定して形成されることから、簡単な固定作業によって上述した測定に耐えうる固定強度を得ることができる。   Furthermore, since the spherical portion 2 is formed by engaging and brazing and fixing the diamond polycrystalline body to the tip portion of the shaft portion 1, a fixing strength that can withstand the above-described measurement can be obtained by a simple fixing operation. Can do.
したがって本発明によれば、球状部2の全体がダイヤモンドからなることにより、極めて優れた耐摩耗性を長期に渡って安定して発揮することができ、スタイラスをより長寿命化することができる。また、倣い測定においては、球状部2がダイヤモンドからなることによって得られる優れた低摩擦性に加え、上述したように耐摩耗性の異方性がないために、球状部2における測定対象物との接触位置が移動しても妄りに偏摩耗することもない。   Therefore, according to the present invention, since the entire spherical portion 2 is made of diamond, extremely excellent wear resistance can be stably exhibited over a long period of time, and the life of the stylus can be further extended. In the scanning measurement, in addition to the excellent low friction obtained by the spherical portion 2 being made of diamond, there is no wear resistance anisotropy as described above. Even if the contact position moves, there is no uneven wear.
上述のダイヤモンド多結晶体は、ダイヤモンドパウダーをコバルト等の金属結合材を用いて焼結した後、酸を使って金属結合材を溶解除去して得ることも不可能ではないが、グラファイトを出発物質とした超高圧高温下の直接変換焼結により生成した場合には、粒子間結合強度をより高めることができ、これによりクラックの進展が粒界で阻止されて劈開性をより低減することができる。また、上述したようにグラファイトを出発物質とすることにより、非グラファイト状炭素を出発物質とした場合に比して高い硬度にすることができることから、スタイラスの長寿命化をより効果的に実現することができる。   It is not impossible to obtain the polycrystalline diamond described above by sintering diamond powder using a metal binder such as cobalt and then dissolving and removing the metal binder using an acid. When produced by direct conversion sintering under ultra-high pressure and high temperature, the bond strength between particles can be further increased, thereby preventing crack growth from occurring at the grain boundaries and further reducing cleavage. . In addition, by using graphite as a starting material as described above, it is possible to achieve a higher hardness than when non-graphitic carbon is used as a starting material, so that the life of a stylus can be more effectively realized. be able to.
一方、上述した軸部1は、例えばステンレス等の適宜の金属材料により形成することが可能である。この軸部1の先端部は、球状部2をなすダイヤモンド多結晶体の固定作業性を考慮して適宜形状にすることが可能であるが、後端側に行くに従って漸次縮径する回転体曲率面を形成した場合には、この回転体曲率面に対してダイヤモンド多結晶体の球面を押し当てて係合させるだけで、上述した耐摩耗性の異方性がないことを活用して得られる高い真球度を利用して、球状のダイヤモンド多結晶体の中心を回転体曲率面の回転中心軸線上に容易に位置決めすることが可能である。また、軸部1と球状部2のいずれか一方に係合凹部3を、他方に係合突起4を設け、これら係合凹部3と係合突起4を係合させれば、上述したような位置決めに加えて固定強度もより向上させることができる。   On the other hand, the shaft portion 1 described above can be formed of an appropriate metal material such as stainless steel. The tip portion of the shaft portion 1 can be appropriately shaped in consideration of the fixing workability of the diamond polycrystalline body forming the spherical portion 2, but the rotating body curvature gradually decreases in diameter toward the rear end side. When the surface is formed, it can be obtained by utilizing the above-described absence of wear resistance anisotropy simply by pressing and engaging the spherical surface of the polycrystalline diamond against the rotating body curvature surface. Using the high sphericity, it is possible to easily position the center of the spherical diamond polycrystalline body on the rotation center axis of the rotator curvature surface. Further, when the engaging recess 3 is provided in one of the shaft portion 1 and the spherical portion 2 and the engaging protrusion 4 is provided in the other, and the engaging recess 3 and the engaging protrusion 4 are engaged, In addition to positioning, the fixing strength can be further improved.
以上のスタイラスに用いることが可能な球状のダイヤモンドは、
グラファイトを出発物質とした超高圧高温下の直接変換焼結により平均粒径が10nmオーダーのダイヤモンド粒子の多数を不規則方位に向けて結合して生成されたダイヤモンド単相からなる塊状あるいは粒状のダイヤモンド多結晶体を所定の姿勢にろう付け固定して露出外表面を研磨、研削により曲面加工した後、ろう材5を溶融させてダイヤモンド多結晶体を異なる姿勢でろう付け固定し直し、露出外表面を研磨、研削により曲面加工することを繰り返して球状にするダイヤモンドの加工方法によって得ることができる。
なお、本発明によれば、
軸部1の先端に該軸部1の太さよりも大径の球状部2を備えたスタイラスであって、
前記球状部2は、ダイヤモンド粒子の多数を不規則方位に向けて結合して生成されたダイヤモンド多結晶体が曲面加工され、かつ、前記ダイヤモンド多結晶体が軸部1の先端部に係合、ろう付け固定されて形成されるスタイラス、あるいは、
ダイヤモンドを球状に加工するダイヤモンドの加工方法であって、
ダイヤモンド粒子の多数を不規則方位に向けて結合して生成されたダイヤモンド多結晶体を所定の姿勢にろう付け固定して露出外表面を曲面加工した後、ろう材5を溶融させてダイヤモンド多結晶体を異なる姿勢でろう付け固定し直し、露出外表面を曲面加工することを繰り返して球状にするダイヤモンドの加工方法を提供することも可能である。
The spherical diamond that can be used for the stylus above is
Agglomerated or granular diamond composed of a single phase of diamond formed by bonding many diamond particles with an average particle size of the order of 10 nm toward the irregular orientation by direct conversion sintering under high pressure and high temperature starting from graphite After the polycrystalline body is brazed and fixed in a predetermined position, the exposed outer surface is polished and curved by grinding, and then the brazing material 5 is melted and the diamond polycrystal is brazed and fixed in a different position to expose the outer surface. Can be obtained by a diamond processing method in which a curved surface is repeatedly polished and ground to form a spherical shape.
According to the present invention,
A stylus comprising a spherical portion 2 having a diameter larger than the thickness of the shaft portion 1 at the tip of the shaft portion 1;
In the spherical portion 2, a diamond polycrystal formed by bonding a large number of diamond particles in an irregular direction is processed into a curved surface, and the diamond polycrystal is engaged with the tip of the shaft portion 1, A stylus formed by brazing, or
A diamond processing method for processing diamond into a spherical shape,
After the diamond polycrystalline body formed by bonding a large number of diamond particles in an irregular direction is brazed and fixed in a predetermined posture and the exposed outer surface is processed into a curved surface, the brazing material 5 is melted to obtain a polycrystalline diamond. It is also possible to provide a diamond processing method in which the body is re-brazed and fixed in different postures, and the exposed outer surface is repeatedly curved to form a spherical shape.
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、より高寿命化することのできるスタイラスを提供することができ、計測作業効率をより高めたり、計測コストをより低減したりすることが可能になる。   As is clear from the above description, according to the present invention, it is possible to provide a stylus that can have a longer life, and it is possible to further increase the measurement work efficiency and reduce the measurement cost. become.
本発明に係るスタイラスを使用した三次元形状計測装置を示す図である。It is a figure which shows the three-dimensional shape measuring apparatus using the stylus which concerns on this invention. スタイラスの要部拡大図で、(a)は先端部の要部拡大断面図、(b)は(a)のB部拡大図であって模式図である。It is the principal part enlarged view of a stylus, (a) is a principal part expanded sectional view of a front-end | tip part, (b) is the B section enlarged view of (a), and is a schematic diagram. ダイヤモンドの加工作業を説明する図で、(a)は第1工程を示す図、(b)は第2工程を示す図である。It is a figure explaining the processing operation | work of a diamond, (a) is a figure which shows a 1st process, (b) is a figure which shows a 2nd process. スタイラスの変形例を示す図で、(a)は第1の変形例の要部拡大図、(b)は第2の変形例の要部拡大図、(c)は第3の変形例の要部拡大図、(d)は第4の変形例の要部拡大図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a modified example of the stylus, in which (a) is an enlarged view of a main part of the first modified example, (b) is an enlarged view of an essential part of the second modified example, and (c) is an essential part of the third modified example. (D) is a principal enlarged view of a fourth modified example.
図1に本発明に係るスタイラスを測定用の触針とする三次元形状計測装置を示す。三次元形状計測装置は、スタイラスAが取り付けられるプローブ11と、このプローブ11を水平および垂直方向に動かす送り装置12と、この送り装置12の駆動を制御する制御部13とを有する。この三次元形状測定装置は、図示省略した石定盤上の所定位置に固定された測定対象物14の輪郭形状を測定し、具体的には例えば自動車のエンジン部品の金型等を倣い測定する。   FIG. 1 shows a three-dimensional shape measuring apparatus using a stylus according to the present invention as a stylus for measurement. The three-dimensional shape measuring apparatus includes a probe 11 to which the stylus A is attached, a feeding device 12 that moves the probe 11 in the horizontal and vertical directions, and a control unit 13 that controls driving of the feeding device 12. This three-dimensional shape measuring apparatus measures the contour shape of a measurement object 14 fixed at a predetermined position on a stone surface plate (not shown), and specifically measures, for example, a mold of an automobile engine part. .
上記プローブ11は、内部に配置される図示省略したスライド機構によりスタイラスAを上下動自在に支持し、また、図示省略したプローブセンサにより上記スライド機構のスライド可能範囲内におけるスタイラスAの垂直(高さ)座標情報を取得してこれを上述した制御部13に出力する。座標情報の取得は、例えばスタイラスAの後端側に装着した図示しないミラーを用いて、プローブ11内に設置した図示しないレーザ測長装置により光干渉法を用いて行うことが可能である。   The probe 11 supports the stylus A so as to be movable up and down by a slide mechanism (not shown) disposed inside, and the probe sensor (not shown) vertically (height) the stylus A within a slidable range of the slide mechanism. ) Acquire coordinate information and output it to the control unit 13 described above. The acquisition of coordinate information can be performed using a laser length measuring device (not shown) installed in the probe 11 using a light interferometry using a mirror (not shown) mounted on the rear end side of the stylus A, for example.
上記送り装置12は、上述した制御部13により制御される図示省略したアクチュエータを動力としてプローブ11を所定の経路に従って水平方向および垂直方向に移動させる。また、送り装置12は、プローブ11の平面座標情報および垂直座標情報を取得し、これを制御部13に出力する。これら座標情報の取得は、例えば、上述した石定盤上にX座標、Y座標、Z座標に応じて設置されたミラーを用いて、送り装置12に搭載された図示しないレーザ測長装置により上述と同様にして行うことができる。   The feeding device 12 moves the probe 11 in the horizontal direction and the vertical direction along a predetermined path by using an actuator (not shown) controlled by the control unit 13 as power. Further, the feeding device 12 acquires the plane coordinate information and the vertical coordinate information of the probe 11 and outputs them to the control unit 13. The acquisition of these coordinate information is performed by, for example, a laser length measuring device (not shown) mounted on the feeding device 12 using a mirror installed on the stone surface plate according to the X, Y, and Z coordinates. It can be performed in the same way.
上記制御部13は、予め設定された三次元座標上の所定の移動経路に従ってプローブ11が移動するように上述したアクチュエータを制御する。移動経路の設定は、予め測定対象物14の設計情報を取り込めば、測定対象物14の形状に応じて行うことが可能になる。また、制御部13は、上述したプローブ11や送り装置12から座標情報が入力されると、これを出力部15に出力する。この出力部15には図示しない表示装置等が接続されており、これによりオペレータに測定結果を知らせることができるようにされる。測定結果は、例えば平面座標については送り装置12からのものにより、また、垂直座標については、送り装置12からのものとプローブ11からのものとを合算することにより、効率的に表示することが可能である。   The controller 13 controls the actuator described above so that the probe 11 moves according to a predetermined movement path on preset three-dimensional coordinates. The setting of the movement path can be performed according to the shape of the measurement object 14 if design information of the measurement object 14 is taken in beforehand. In addition, when coordinate information is input from the probe 11 or the feeding device 12 described above, the control unit 13 outputs the coordinate information to the output unit 15. A display device or the like (not shown) is connected to the output unit 15 so that the operator can be notified of the measurement result. The measurement results can be efficiently displayed by, for example, those obtained from the feeding device 12 with respect to the plane coordinates, and those obtained from the feeding device 12 and those from the probe 11 with respect to the vertical coordinates. Is possible.
上記スタイラスAは、プローブ11と連結可能に形成される連結部16と、この連結部16からプローブ11とは反対方向に延設される軸部1と、この軸部1の先端に配置される球状部2とを有する。上記連結部16は、この実施の形態においてはプローブ11に形成される図示しない雌ネジに螺合される雄ネジ16aと、この雄ネジ16aの基端側において雄ネジ16aの長手方向と直交する位置決め面16bとを有し、位置決め面16bが上述した雌ネジ周りのプローブ11の外壁面に当接することにより、雄ネジ16aの雌ネジへの螺入ストロークを位置決め可能にされる。   The stylus A is disposed at a connecting portion 16 formed to be connectable to the probe 11, a shaft portion 1 extending from the connecting portion 16 in a direction opposite to the probe 11, and a tip of the shaft portion 1. And a spherical portion 2. In this embodiment, the connecting portion 16 has a male screw 16a screwed to a female screw (not shown) formed on the probe 11, and a base end side of the male screw 16a orthogonal to the longitudinal direction of the male screw 16a. The positioning surface 16b comes into contact with the outer wall surface of the probe 11 around the female screw described above, so that the threading stroke of the male screw 16a into the female screw can be positioned.
上記軸部1は、円柱状に形成され、球状部2の測定対象物14との接触の邪魔にならないように適宜の長尺で、かつ、その断面における直径が球状部2の直径よりも適宜小さい寸法にされる。この軸部1の太さは、球状部2の測定対象物14への所定圧力での接触や、所定速度での摺接において容易には撓まない程度の剛性を考慮して決定することができる。なお、この実施の形態において軸部1は長手方向に等断面形状に形成されるが、上述したように球状部2の接触の邪魔にならないことを考慮すれば、例えば截頭円錐形状や、大径部と細径部を備えた段付き形状など、測定対象物14に対してより近接する先端側の太さをより細くするように構成することができる。以上の軸部1と上述した連結部16とはステンレス等の適宜の金属材料により一体的に成形される。   The shaft portion 1 is formed in a columnar shape, has an appropriate length so as not to obstruct contact with the measurement object 14 of the spherical portion 2, and has a diameter in a cross section that is appropriately larger than the diameter of the spherical portion 2. Small size. The thickness of the shaft portion 1 can be determined in consideration of the rigidity that does not easily bend when the spherical portion 2 contacts the measurement object 14 at a predetermined pressure or slides at a predetermined speed. it can. In this embodiment, the shaft portion 1 is formed in an equal cross-sectional shape in the longitudinal direction, but considering that it does not interfere with the contact of the spherical portion 2 as described above, for example, a frustoconical shape, A stepped shape including a diameter part and a small diameter part can be configured such that the thickness of the tip side closer to the measurement object 14 is made thinner. The shaft portion 1 and the connecting portion 16 described above are integrally formed of an appropriate metal material such as stainless steel.
上記球状部2は、ダイヤモンド多結晶体からなり、所定の真球度を備えた真球形状をなす。この球状部2は、例えば住友電気工業株式会社の商品名「スミダイヤ バインダレス」等の塊状、あるいは粒状のダイヤモンドを研磨、研削加工して形成することが可能である。   The spherical portion 2 is made of a polycrystalline diamond and has a spherical shape with a predetermined sphericity. The spherical portion 2 can be formed by polishing and grinding a lump or granular diamond such as a trade name “Sumidia Binderless” manufactured by Sumitomo Electric Industries, Ltd.
上記ダイヤモンド多結晶体は、具体的には、高純度な等方性グラファイト成形体を15GPaの圧力下で2300℃以上でダイヤモンドに変換と同時に焼結させて生成することが可能である。その機械的特性としては、ダイヤモンド単結晶を凌駕する硬度を持ち、粒子間結合力が強いためにクラックの進展が粒界で阻止されることから劈開性がなく、また、多結晶、すなわち図2に示すようにランダム方位を向くダイヤモンド粒子の多数を結合したものであるために耐摩耗性の異方性がなく、さらに、結合助剤や結合材を一切含まないダイヤモンド単相からなるために耐熱性にも優れることが挙げられる。なお、図2において2点鎖線は球状部2の外周縁を模式的に示すもので、上述したダイヤモンド粒子は平均粒径が10nmオーダーからなるものである。   Specifically, the diamond polycrystalline body can be produced by sintering a high-purity isotropic graphite molded body at a temperature of 2300 ° C. or higher at a pressure of 15 GPa at the same time as conversion to diamond. As its mechanical properties, it has hardness exceeding that of a diamond single crystal, and since the intergranular bonding force is strong, crack propagation is prevented at the grain boundary, so that there is no cleaving property. As shown in Fig. 3, it is a combination of a large number of diamond particles oriented in a random orientation, so there is no anisotropy in wear resistance, and it is heat resistant because it consists of a single phase of diamond that does not contain any binding aids or binders. It is also excellent in properties. In FIG. 2, the two-dot chain line schematically shows the outer peripheral edge of the spherical portion 2, and the above-mentioned diamond particles have an average particle size of the order of 10 nm.
以上のスタイラスAは、連結部16および軸部1を構成する支持部材19と、球状部2を構成する球状の硬質体20とをそれぞれ製作した上で、これらを組み付けて形成される。上記支持部材19は、この実施の形態においてはステンレスの削り出し品であり、例えば丸棒材から削り出されて形成される。また、支持部材19の先端部には、図2に示すように、切削等により後端側に向かって漸次縮径する円錐状をなす凹部21が形成される。この凹部21に硬質体20を押し当てれば、錐面に球状の硬質体20が係合し、錐面を位置決め部22として機能させて硬質体20の中心点が円錐状の凹部21の中心軸線上、すなわち軸部1の中心軸線上に位置決めされる。   The above stylus A is formed by fabricating the support member 19 constituting the connecting portion 16 and the shaft portion 1 and the spherical hard body 20 constituting the spherical portion 2 and then assembling them. In this embodiment, the support member 19 is a cut-out product of stainless steel, and is formed by cutting out from, for example, a round bar. Further, as shown in FIG. 2, a conical concave portion 21 is formed at the front end portion of the support member 19. The concave portion 21 has a conical shape that gradually decreases in diameter toward the rear end side by cutting or the like. When the hard body 20 is pressed against the recess 21, the spherical hard body 20 engages with the conical surface, and the conical surface functions as the positioning portion 22, so that the center point of the hard body 20 is the central axis of the conical recess 21. It is positioned on the line, that is, on the central axis of the shaft portion 1.
一方、上記硬質体20は、この実施の形態においては、円柱等の適宜形状からなるダイヤモンド多結晶体をダイヤモンド砥石等により球状に研磨、研削加工して形成される。この加工は、先ず、図3(a)に示すように、円柱形状をなすダイヤモンド多結晶体を適宜の棒状部材23の自由端に銀ろう(ろう材5)でろう付け固定した後、棒状部材23の基端側を図示しないコレットチャック等で所定位置に支持し、これにより所定位置に固定されるダイヤモンド多結晶体の周りで図示省略したダイヤモンド砥石等を所定の半球面上で移動させてなされる。これによってダイヤモンド多結晶体は、図3(a)において2点鎖線で示すように半球形状に曲面加工される。この加工を終えたら、銀ろう5を溶融させてダイヤモンド多結晶体を棒状部材23から分離する。上述したようにダイヤモンド多結晶体は耐摩耗性の異方性がないことから、上述した曲面加工によって精度に優れた曲率面を得ることができる。なお、以上のようにして得られる曲率面は、図2に拡大して示すように、微細なダイヤモンド粒子の多数の結晶面の集合のように、すなわち包絡線のような態様をなす。   On the other hand, in this embodiment, the hard body 20 is formed by grinding and grinding a diamond polycrystalline body having an appropriate shape such as a cylinder into a spherical shape with a diamond grindstone or the like. In this process, first, as shown in FIG. 3A, a cylindrical polycrystalline diamond is brazed and fixed to a free end of an appropriate rod-shaped member 23 with a silver brazing (brazing material 5), and then the rod-shaped member. The base end side of 23 is supported at a predetermined position by a collet chuck or the like (not shown), and a diamond grindstone or the like (not shown) is moved on a predetermined hemisphere around a polycrystalline diamond fixed at a predetermined position. The As a result, the diamond polycrystalline body is curved into a hemispherical shape as shown by a two-dot chain line in FIG. When this processing is completed, the silver braze 5 is melted to separate the polycrystalline diamond from the rod-shaped member 23. As described above, since the polycrystalline diamond has no wear resistance anisotropy, a curved surface with excellent accuracy can be obtained by the above-described curved surface processing. Note that the curvature surface obtained as described above has an aspect like an envelope, like an aggregate of a large number of crystal faces of fine diamond particles, as shown in an enlarged view in FIG.
次に、図3(b)に示すように、今度はダイヤモンド多結晶体を中心点周りに紙面に沿う方向に120度回転させ、上述のように加工によって形成された曲率面において棒状部材23に再度ろう付け固定した後、上述同様にダイヤモンド砥石等を半球面上で移動させてダイヤモンド多結晶体の未加工領域を曲面加工する。この加工を終えたら、また銀ろう5を溶融させてダイヤモンド多結晶体を棒状部材23から分離させ、最後にまた、ダイヤモンド多結晶体を同じように120度程度回転させて曲率面において棒状部材23に再度ろう付け固定した上で、未加工領域を曲面加工する。   Next, as shown in FIG. 3B, this time, the polycrystalline diamond is rotated 120 degrees around the center point in the direction along the paper surface, and the rod-like member 23 is formed on the curvature surface formed by processing as described above. After brazing and fixing again, a diamond grindstone or the like is moved on the hemispherical surface in the same manner as described above, and the unprocessed region of the polycrystalline diamond is curved. When this processing is completed, the silver braze 5 is melted again to separate the polycrystalline diamond from the rod-shaped member 23. Finally, the polycrystalline diamond is rotated about 120 degrees in the same manner, and the rod-shaped member 23 is curved in the curvature plane. After brazing and fixing again, the unprocessed area is processed into a curved surface.
以上によって、ダイヤモンド多結晶体の球状の加工が完了し、この後、銀ろう5を溶融させれば、棒状部材23から分離した球状のダイヤモンド多結晶体が得られる。なお、図3に示すように、既に曲率面が加工済みのダイヤモンド多結晶体に係合してダイヤモンド多結晶体を所定位置に位置決めできるように、棒状部材23の先端部には、上述した支持部材19と同様に、後端側に向かって円錐状をなす凹部24が形成される。   By the above, spherical processing of the diamond polycrystalline body is completed, and thereafter, if the silver braze 5 is melted, a spherical diamond polycrystalline body separated from the rod-shaped member 23 is obtained. As shown in FIG. 3, the above-mentioned support is provided at the tip of the rod-like member 23 so that the diamond polycrystal body can be positioned at a predetermined position by engaging with the diamond polycrystal body whose curvature surface has already been processed. Similar to the member 19, a conical recess 24 is formed toward the rear end side.
上述したスタイラスAは、以上のようにして形成された球状の硬質体20を支持部材19の先端に銀ろう5でろう付け固定して形成される。なお、以上においては加工に際してダイヤモンド多結晶体を所定位置に支持するために適宜の棒状部材23を用いる場合を示したが、これに代えて上述した支持部材19をそのまま用いることも可能である。また、ダイヤモンド多結晶体の銀ろう5溶融後の回転角度は、作業効率を考慮して決定することが可能で、この回転角度に応じてダイヤモンド多結晶体を球状に加工するために必要なろう付け、銀ろう5の溶融作業の繰り返し回数が決定される。   The above-described stylus A is formed by brazing and fixing the spherical hard body 20 formed as described above to the tip of the support member 19 with a silver solder 5. In the above description, the case where the appropriate rod-shaped member 23 is used to support the polycrystalline diamond in a predetermined position during processing has been described. However, the above-described support member 19 can be used as it is instead. In addition, the rotation angle of the diamond polycrystalline body after melting the silver solder 5 can be determined in consideration of work efficiency, and it will be necessary to process the diamond polycrystalline body into a spherical shape according to this rotation angle. In addition, the number of times the silver solder 5 is melted is determined.
以上の三次元形状計測装置は、例えば図1に示すように、測定対象物14である金型等の表面を球状部2が摺接するようにプローブ11を送り装置12で移動させ、このときのスタイラスAの三次元座標を逐次記録することにより、寸法や角度等を含む金型等の精密な輪郭形状を計測することができる。上述したようにダイヤモンド多結晶体は耐摩耗性の異方性がないことから、球状部2は摺接に伴って偏摩耗しにくく、また、測定対象物14との接触位置の変化に伴う摩擦抵抗の変動を抑えることも期待できる。   For example, as shown in FIG. 1, the above three-dimensional shape measuring apparatus moves the probe 11 with the feeding device 12 so that the spherical portion 2 is in sliding contact with the surface of a mold or the like that is the measurement object 14. By sequentially recording the three-dimensional coordinates of the stylus A, it is possible to measure a precise contour shape such as a mold including dimensions and angles. As described above, since the polycrystalline diamond has no wear resistance anisotropy, the spherical portion 2 is less likely to be unevenly worn due to sliding contact, and friction due to a change in the contact position with the measurement object 14. It can also be expected to suppress resistance fluctuations.
なお、測定に際しては、例えば基準球の表面を球状部2でなぞることにより得られる基準球の計測寸法と、その真球度との差を求めることにより、球状部2の寸法誤差を予め特定しておき、かかる寸法誤差を計測に際して座標情報の補正情報として与えることによって、より精密な測定結果を得るようにすることも可能である。   In the measurement, for example, the dimensional error of the spherical portion 2 is specified in advance by obtaining the difference between the measurement size of the reference sphere obtained by tracing the surface of the reference sphere with the spherical portion 2 and its sphericity. In addition, it is possible to obtain a more precise measurement result by giving such a dimensional error as correction information of coordinate information at the time of measurement.
なお、以上においては支持部材19をステンレスにより形成する場合を示したが、測定対象物14への球状部2の接触圧等に応じて超硬材料など適宜の材料を選択すれば足りる。また、連結部16とプローブ11に雄雌のネジを形成して両者を連結させる場合を示したが、このようなネジ止め以外に接着等の適宜の連結手段を用いても足りる。また、スタイライスAは、例えば十字スタイラス等、用途に応じて軸部1や球状部2の数を増やして構成することも可能である。   In addition, although the case where the supporting member 19 is formed of stainless steel has been described above, it is sufficient to select an appropriate material such as a cemented carbide material in accordance with the contact pressure of the spherical portion 2 to the measuring object 14 or the like. Moreover, although the case where the male and female screws are formed on the connecting portion 16 and the probe 11 to connect them is shown, an appropriate connecting means such as adhesion may be used in addition to such screwing. In addition, the stylus A can be configured by increasing the number of the shaft portions 1 and the spherical portions 2 according to applications, such as a cross stylus.
図4(a)に本発明の第1の変形例を示す。なお、この変形例、および後述する他の変形例において、上述した実施の形態と同一の要素は図中に同一の符号を付して説明を省略する。この変形例において、支持部材19の先端部には、図4(a)に示すように切削等により半球状の凹部21が形成される。この凹部21は硬質体20の曲率面と同一の曲率半径を備える。   FIG. 4A shows a first modification of the present invention. In this modified example and other modified examples described later, the same elements as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals in the drawings, and description thereof is omitted. In this modification, a hemispherical recess 21 is formed at the tip of the support member 19 by cutting or the like as shown in FIG. The recess 21 has the same radius of curvature as the curvature surface of the hard body 20.
また、支持部材19の先端部、すなわち凹部21の底部には先端側に向かって円錐状に延びる係合突起4が形成されるとともに、硬質体20には、この係合突起4に係合可能なディンプル状の係合凹部3が形成される。上記係合突起4の中心軸は軸部1の中心軸線上に位置し、また、係合凹部3をなすディンプルの中心軸線上には球状部2の中心が位置することにより、係合突起4を係合凹部3に係合させると、硬質体2の中心が軸部1の中心軸線上に位置決めされる。また、この係合によって硬質体20の支持部材19への固定強度が向上する。   In addition, an engagement protrusion 4 extending conically toward the distal end is formed at the distal end of the support member 19, that is, the bottom of the recess 21, and the hard body 20 can be engaged with the engagement protrusion 4. A dimple-like engagement recess 3 is formed. The center axis of the engaging projection 4 is located on the center axis of the shaft portion 1, and the center of the spherical portion 2 is located on the center axis of the dimple forming the engaging recess 3. Is engaged with the engaging recess 3, the center of the hard body 2 is positioned on the central axis of the shaft 1. In addition, the fixing strength of the hard body 20 to the support member 19 is improved by this engagement.
図4(b)は第2の変形例であり、この変形例において支持部材19の先端には軸部1の中心軸線上に中心軸が位置する円柱状の係合突起4が形成される。この係合突起4の基端側は、係合突起4に対して直交する平面25にされる。一方、硬質体20には、係合凹部3がその中心に向かってなされるドリル加工により形成される。   FIG. 4B shows a second modified example. In this modified example, a columnar engagement protrusion 4 whose central axis is located on the central axis of the shaft portion 1 is formed at the tip of the support member 19. The base end side of the engaging protrusion 4 is a flat surface 25 orthogonal to the engaging protrusion 4. On the other hand, the engaging recess 3 is formed in the hard body 20 by a drilling process toward the center thereof.
また、この変形例において、硬質体20は、先端側、すなわち軸部1の反対側の外表面のみが曲面加工され、軸部1側には円柱形状からなる取付部26を備える。具体的には、図4(b)に示すように、曲率面は、測定対象物14との円滑な接触を考慮して硬質体20における180度をやや越える開き角の範囲に形成される。円柱形状に形成される取付部26は硬質体20の外表面に平面からなる支持面26aを提供し、この支持面26aに対して直交方向に上述した係合凹部3が開設されることにより、係合突起4を係合凹部3に係合させると、支持面26aが係合突起4基端の平面25に合わさり、これにより硬質体20を安定して強固に支持部材19に固定することが可能になる。この変形例においては、硬質体20の曲面加工作業量を低減することも可能になる。   Further, in this modification, the hard body 20 has a curved surface only on the outer surface on the tip side, that is, on the side opposite to the shaft portion 1, and includes a mounting portion 26 having a cylindrical shape on the shaft portion 1 side. Specifically, as shown in FIG. 4B, the curvature surface is formed in an opening angle range slightly exceeding 180 degrees in the hard body 20 in consideration of smooth contact with the measurement object 14. The mounting portion 26 formed in a cylindrical shape provides a flat support surface 26a on the outer surface of the hard body 20, and the engagement recess 3 described above is opened in a direction orthogonal to the support surface 26a. When the engagement protrusion 4 is engaged with the engagement recess 3, the support surface 26 a is aligned with the flat surface 25 at the base end of the engagement protrusion 4, whereby the hard body 20 can be stably and firmly fixed to the support member 19. It becomes possible. In this modification, it is possible to reduce the amount of curved surface processing work of the hard body 20.
図4(c)は第3の変形例であり、この変形例においては、硬質体20の軸部1側に截頭円錐形状からなる係合突起4が形成される。支持部材19の先端部には、先端に行くに従って漸次縮径する頸部27が形成され、この頸部27の先端には、係合突起4の先端部に係合する截頭円錐形状からなる係合凹部3が形成される。係合凹部3に係合突起4を係合させると、硬質体20の軸部1側にはくびれ部28が形成され、これにより硬質体20を測定対象物14と接触させる際に軸部1がより測定対象物14に干渉しにくくなる。   FIG. 4C shows a third modification. In this modification, the engagement protrusion 4 having a frustoconical shape is formed on the shaft portion 1 side of the hard body 20. A neck portion 27 that gradually decreases in diameter toward the tip is formed at the tip of the support member 19, and the tip of the neck 27 has a frustoconical shape that engages with the tip of the engagement protrusion 4. An engagement recess 3 is formed. When the engagement protrusion 4 is engaged with the engagement recess 3, a constricted portion 28 is formed on the shaft portion 1 side of the hard body 20, whereby the shaft portion 1 is brought into contact with the measurement object 14. Becomes more difficult to interfere with the measurement object 14.
図4(d)は第4の変形例であり、この変形例において支持部材19には長手方向に貫通する貫通孔29が穿設される。図示省略したプローブ11には、赤色等の視覚上識別しやすい発光色を発光するLED等の適宜の発光手段30が配置され、この発光手段30の発光光が上述した貫通孔29内に挿入される光ファイバ31を介して軸部1側から硬質体20に向かって照射される。これにより、硬質体20は視覚上識別しやすい色を帯びてその外周面を見分けやすくされ、測定対象物14との接触の有無を簡単に認識しやすくなる。なお、以上においては、支持部材19に貫通孔29を設けて光ファイバ31、すなわち導光手段を挿入する場合を示したが、上述した発光手段30として発光光の拡散性の低いもの、例えばレーザ光のような直進性の高いものを用いるなどして硬質体20に入射する光強度を適宜確保できれば、導光手段を設けなくても足りる。   FIG. 4D shows a fourth modification. In this modification, the support member 19 is provided with a through-hole 29 penetrating in the longitudinal direction. The probe 11 (not shown) is provided with appropriate light emitting means 30 such as an LED that emits a light emission color such as red, which is easy to identify visually, and the light emitted from the light emitting means 30 is inserted into the through hole 29 described above. The light is irradiated from the shaft 1 side toward the hard body 20 through the optical fiber 31. As a result, the hard body 20 has a color that can be easily visually identified to easily recognize the outer peripheral surface thereof, and easily recognizes the presence or absence of contact with the measurement object 14. In the above, the case where the support member 19 is provided with the through hole 29 and the optical fiber 31, that is, the light guiding means is inserted has been described. If the light intensity incident on the hard body 20 can be appropriately ensured by using a highly linear light such as light, it is not necessary to provide the light guide means.
1 軸部
2 球状部
3 係合凹部
4 係合突起
5 ろう材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Shaft part 2 Spherical part 3 Engagement recessed part 4 Engagement protrusion 5 Brazing material

Claims (2)

  1. 軸部の先端に該軸部の太さよりも大径の球状部を備えたスタイラスであって、
    前記球状部は、グラファイトを出発物質とした超高圧高温下の直接変換焼結により平均粒径が10nmオーダーのダイヤモンド粒子の多数を不規則方位に向けて結合して生成されたダイヤモンド単相のダイヤモンド多結晶体からなり、塊状あるいは粒状の前記ダイヤモンド多結晶体が研磨、研削により曲面加工され、かつ、前記ダイヤモンド多結晶体が軸部の先端部に係合、ろう付け固定されて形成されるスタイラス。
    A stylus having a spherical portion having a diameter larger than the thickness of the shaft portion at the tip of the shaft portion,
    The spherical portion of the graphite starting material and the ultra-high pressure high temperature direct conversion sintering the average particle diameter of 10nm order diamond single phase multiple generated attached toward the irregular orientation of the diamond particles in diamond A stylus formed of a polycrystalline body , wherein the massive or granular diamond polycrystalline body is processed into a curved surface by polishing and grinding, and the diamond polycrystalline body is engaged with a tip portion of a shaft portion and fixed by brazing. .
  2. ダイヤモンドを球状に加工するダイヤモンドの加工方法であって、
    グラファイトを出発物質とした超高圧高温下の直接変換焼結により平均粒径が10nmオーダーのダイヤモンド粒子の多数を不規則方位に向けて結合して生成されたダイヤモンド単相からなる塊状あるいは粒状のダイヤモンド多結晶体を所定の姿勢にろう付け固定して露出外表面を研磨、研削により曲面加工した後、ろう材を溶融させてダイヤモンド多結晶体を異なる姿勢でろう付け固定し直し、露出外表面を研磨、研削により曲面加工することを繰り返して球状にするダイヤモンドの加工方法。
    A diamond processing method for processing diamond into a spherical shape,
    Agglomerated or granular diamond composed of a single phase of diamond formed by bonding many diamond particles with an average particle size of the order of 10 nm toward the irregular orientation by direct conversion sintering under high pressure and high temperature starting from graphite After the polycrystalline body is brazed and fixed in a predetermined posture, the exposed outer surface is polished and ground by grinding, and then the brazing material is melted and the diamond polycrystalline body is brazed and fixed again in a different posture. A diamond processing method in which a curved surface is repeatedly processed by polishing and grinding to form a spherical shape.
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