JP6282517B2 - 形状測定機 - Google Patents

Description

本発明は、形状測定機に関し、例えばてこ式検出器を用いた形状測定機に関する。

今日、てこ式検出器を有する形状測定機が広く用いられている。形状測定機としては、例えば、輪郭形状測定機、表面粗さ測定機、真円度測定機などが知られている。

てこ式検出器の回転軸に十字ばねを組み込んだ場合、ヒステリシスが少なく再現性が高い測定値を得ることができる。しかし、測定位置に伴って測定力が変化するため、測定値に偏りが生じやすい。また、ワーク（被測定物）の変形やダメージを抑えるためには低測定力による測定を行うことも考えられるが、応答性（掃引した際に測定子がワーク形状に追従する速度）の点で問題が有る。ただし、低測定力では測定精度はあまり劣化しない。

これに対し、てこ式検出器の測定力の変動を抑えるため、測定力を検出して制御を行うことで、測定力を安定化する手法が知られている（特許文献１）。

また、弾性ヒンジ機構を用いた計測装置において、磁石を用いて弾性ヒンジの復元特性を調整する技術が提案されている（特許文献２）。

特開２０００−７４６１６号公報 特開平１１−１４１５３７号公報

しかし、発明者らは、上述の手法には以下で説明する問題点が有ることを見出した。特許文献１に記載の手法では、制御に伴って熱が発生するため形状測定機の熱変形などの熱による影響が生じ、測定精度が低下してしまう。かつ、制御の実施に伴う電気的ノイズも生じるので、更なる測定精度の低下を招く。また、制御装置を搭載する必要が有るので、形状測定機の高コスト化を招いてしまう。

特許文献２では、そもそも測定力の安定化が考慮されていないので、このままでは形状測定機での測定力の安定化は実現し得ない。

本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、本発明の目的は、形状測定機の測定力を簡易な構成で安定化することである。

本発明の第１の態様である形状測定機は、被測定物と接触する測定子が設けられた第１の部材と、一方の端部が前記第１の部材の端部と接合される第２の部材と、前記第１の部材及び前記第２の部材の回転運動の支点となる回転支点部と、前記第２の部材の回転運動の変位量を検出する検出部と、前記回転運動の変位量に応じて、前記回転運動の軸回りのトルクを前記第１の部材及び前記第２の部材に与える弾性部材と、対向配置された少なくとも２つの磁性部材間の磁力により生じる引力により、前記弾性部材によるトルクと反対方向のトルクを前記第１の部材及び前記第２の部材に与える測定力調整部と、を備えるものである。これにより、弾性部材と測定力調整部とで生じる互いに反対方向の２つのトルクの合成トルクが測定力となる。そして、反対方向の２つのトルクは、検出部が検出する変位量に伴って大きくなるので、合成トルクからなる測定力を変位量にかかわらず安定化することができる。

本発明の第２の態様である形状測定機は、上述の形状測定機であって、前記弾性部材は、前記回転支点部に組み込まれる十字ばねであり、前記十字ばねが前記第１の部材及び前記第２の部材にトルクを与えていない状態で、前記測定力調整部は、前記測定子を被測定物に押し付けるように第１の方向のトルクを前記第１の部材及び前記第２の部材に与えるものである。これにより、回転支点部と弾性部材を一体化させ、形状測定機の構成をコンパクトにまとめることができる。

本発明の第３の態様である形状測定機は、上述の形状測定機であって、前記十字ばねが前記第１の方向のトルクを前記第１の部材及び前記第２の部材に与える場合、前記十字ばねによるトルクは、前記測定力調整部によるトルクよりも大きく、前記十字ばねが前記第１の方向と反対の第２の方向のトルクを前記第１の部材及び前記第２の部材に与える場合、前記十字ばねによるトルクは、前記測定力調整部によるトルクよりも小さいものである。これにより、検出部が検出する変位量にかかわらず、被測定部に一定方向の測定力を加えることができる。

本発明の第４の態様である形状測定機は、上述の形状測定機であって、前記測定力調整部は、前記第２の部材に接合された第１の固定部と、前記回転支点部に対する相対位置が固定された第２の固定部と、前記第１の固定部に固定された第１の磁性部材と、前記第１の磁性部材との間で、前記回転運動の周方向の引力が働くように前記第２の固定部に固定された第２の磁性部材と、前記第１の固定部に固定された第３の磁性部材と、前記第３の磁性部材との間で、前記回転運動の周方向の引力が働くように前記第２の固定部に固定された第４の磁性部材と、を備え、前記第３の磁性部材は、前記第１の固定部を介して、前記回転運動の周方向で前記第１の磁性部材と対向して配置されるものである。これにより、対向する２つの磁性部材の引力を発生させ、かつ、引力の大きさを２つの磁性部材間の距離が変わることで変化させることができる。よって、弾性部材によるトルクと反対方向のトルクを発生させ、かつ、弾性部材によるトルクの大きさの変化に伴って反対方向のトルクの大きさを変化させることができる。

本発明の第５の態様である形状測定機は、上述の形状測定機であって、前記第１の磁性部材及び前記第２の磁性部材の一方又は両方は、他方の磁性部材に近づくに従って断面積が小さくなるテーパ形状であり、前記第３の磁性部材及び前記第４の磁性部材の一方又は両方は、他方の磁性部材に近づくに従って断面積が小さくなるテーパ形状であるものである。これにより、対向する２つの磁性部材間の引力の変化を磁性部材の形状により調整することができる。よって、例えば、対向する２つの磁性部材間の距離の変化にともなう引力の変化をより線形にすることも可能となる。

本発明の第６の態様である形状測定機は、上述の形状測定機であって、前記第１の磁性部材及び前記第２の磁性部材の一方又は両方は永久磁石であり、前記第３の磁性部材及び前記第４の磁性部材の一方又は両方は永久磁石であるものである。これにより、対向する２つの磁性部材間に引力を生じさせることができる。

本発明の第７の態様である形状測定機は、上述の形状測定機であって、前記第１の磁性部材と前記第２の磁性部材との間の距離、及び、前記第３の磁性部材と前記第４の磁性部材との間の距離の一方又は両方は、測定条件に応じて可変であり、かつ、被測定物の測定時には一定であるものである。これにより、被測定物の測定開始に先立って対向する２つの磁性部材間の距離を設定し、測定力の大きさを調整することができる。よって、求められる測定条件に対応して、測定の応答性を調整することができる。

本発明の第８の態様である形状測定機は、上述の形状測定機であって、前記測定力調整部は、前記第２の部材に接合された第５の磁性部材と、前記回転運動の周方向と交差する方向に前記第５の磁性部材と離隔して、前記第５の磁性部材との間で引力が働くように配置され、かつ、前記回転支点部に対する相対位置が固定された第６の磁性部材と、を備え、前記第５の磁性部材と前記第６の磁性部材との間の距離は、前記第６の磁性部材の前記回転運動の周方向の中央部が前記第５の磁性部材と対向する場合に最大となり、前記第６の磁性部材の前記第５の磁性部材と対向する位置が前記回転運動の周方向に遠ざかるにつれて小さくなるものである。これにより、対向する２つの磁性部材の引力を発生させ、かつ、引力の大きさを２つの磁性部材間の距離が変わることで変化させることができる。よって、弾性部材によるトルクと反対方向のトルクを発生させ、かつ、弾性部材によるトルクの大きさの変化に伴って反対方向のトルクの大きさを変化させることができる。

本発明の第９の態様である形状測定機は、上述の形状測定機であって、前記第５の磁性部材と前記第６の磁性部材との間に挿入された磁性流体を更に備えるものである。これにより、対向する２つの磁性部材間の引力を大きくすることができる。

本発明の第１０の態様である形状測定機は、上述の形状測定機であって、前記第５の磁性部材及び前記第６の磁性部材の一方又は両方は永久磁石であるものである。これにより、対向する２つの磁性部材間に引力を生じさせることができる。

本発明の第１１の態様である形状測定機は、上述の形状測定機であって、前記第５の磁性部材と前記第６の磁性部材との間の距離は、測定条件に応じて可変であり、かつ、被測定物の測定時には一定であるものである。これにより、被測定物の測定開始に先立って対向する２つの磁性部材間の距離を設定し、測定力の大きさを調整することができる。よって、求められる測定条件に対応して、測定の応答性を調整することができる。

本発明の第１２の態様である形状測定機は、上述の形状測定機であって、前記回転運動の周方向と交差する方向に前記第５の磁性部材と離隔して、前記第５の磁性部材との間で引力が働くように配置され、かつ、前記回転支点部に対する相対位置が固定された第７の磁性部材を更に備え、前記第５の磁性部材と前記第７の磁性部材との間の距離は、前記第７の磁性部材の前記回転運動の周方向の中央部が前記第５の磁性部材と対向する場合に最大となり、前記第７の磁性部材の前記第５の磁性部材と対向する位置が前記回転運動の周方向に遠ざかるにつれて小さくなり、前記第６の磁性部材と前記第７の磁性部材とは、前記第５の磁性部材を挟んで対向配置されるものである。これにより、対向する２つの磁性部材の引力を更に発生させ、かつ、引力の大きさを２つの磁性部材間の距離が変わることで変化させることができる。よって、弾性部材によるトルクと反対方向のトルクを発生させ、かつ、弾性部材によるトルクの大きさの変化に伴って反対方向のトルクの大きさを変化させることができる。

本発明の第１３の態様である形状測定機は、上述の形状測定機であって、前記第５の磁性部材と前記第７の磁性部材との間に挿入された磁性流体を更に備えるものである。これにより、対向する２つの磁性部材間の引力を大きくすることができる。

本発明の第１４の態様である形状測定機は、上述の形状測定機であって、前記第５の磁性部材及び前記第７の磁性部材の一方又は両方は永久磁石である。これにより、対向する２つの磁性部材間に引力を生じさせることができる。

本発明の第１５の態様である形状測定機は、上述の形状測定機であって、前記第５の磁性部材と前記第７の磁性部材との間の距離は、測定条件に応じて可変であり、かつ、被測定物の測定時には一定であるものである。これにより、被測定物の測定開始に先立って対向する２つの磁性部材間の距離を設定し、測定力の大きさを調整することができる。よって、求められる測定条件に対応して、測定の応答性を調整することができる。

本発明の第１６の態様である形状測定機は、上述の形状測定機であって、前記弾性部材は、一端が第２の部材に固定され、他端が前記回転支点部に対して相対位置が固定され、前記測定子を被測定物に押し込む方向のトルクを前記第２の部材に与え、前記測定力調整部は、前記第２の部材に接合された第３の固定部と、前記回転支点部に対する相対位置が固定された第４の固定部と、前記第３の固定部に固定された第８の磁性部材と、前記第８の磁性部材との間で、前記回転運動の周方向の引力が働くように前記第４の固定部に固定された第９の磁性部材と、を備えるものである。これにより、対向する２つの磁性部材の引力を発生させ、かつ、引力の大きさを２つの磁性部材間の距離が変わることで変化させることができる。よって、弾性部材によるトルクと反対方向のトルクを発生させ、かつ、弾性部材によるトルクの大きさの変化に伴って反対方向のトルクの大きさを変化させることができる。

本発明の第１７の態様である形状測定機は、上述の形状測定機であって、前記第８の磁性部材及び前記第９の磁性部材の一方又は両方は、他方の磁性部材に近づくに従って断面積が小さくなるテーパ形状である。これにより、対向する２つの磁性部材間の引力の変化を磁性部材の形状により調整することができる。よって、例えば、対向する２つの磁性部材間の距離の変化にともなう引力の変化をより線形にすることも可能となる。

本発明の第１８の態様である形状測定機は、上述の形状測定機であって、前記第８の磁性部材及び前記第９の磁性部材の一方又は両方は永久磁石であるものである。これにより、対向する２つの磁性部材間に引力を生じさせることができる。

本発明の第１９の態様である形状測定機は、上述の形状測定機であって、前記第８の磁性部材と前記第９の磁性部材との間の距離は、測定条件に応じて可変であり、かつ、被測定物の測定時には一定であるものである。これにより、被測定物の測定開始に先立って対向する２つの磁性部材間の距離を設定し、測定力の大きさを調整することができる。よって、求められる測定条件に対応して、測定の応答性を調整することができる。

本発明によれば、形状測定機の測定力を簡易な構成で安定化することができる。

本発明の上述及び他の目的、特徴、及び長所は以下の詳細な説明及び付随する図面からより完全に理解されるだろう。付随する図面は図解のためだけに示されたものであり、本発明を制限するためのものではない。

実施の形態１にかかる形状測定機の構成を模式的に示す正面図である。 実施の形態１にかかる測定力調整部近傍の拡大正面図である。 実施の形態１にかかる形状測定機の測定時の態様を示す正面図である。 実施の形態１にかかる形状測定機に作用する力（トルク）を示すグラフである。 実施の形態２にかかる形状測定機の構成を模式的に示す正面図である。 実施の形態２にかかる測定力調整部近傍の拡大正面図である。 実施の形態２にかかる形状測定機に作用する力（トルク）を示すグラフである。 実施の形態３にかかる形状測定機の構成を模式的に示す正面図である。 実施の形態３にかかる測定力調整部近傍の拡大正面図である。 実施の形態４にかかる形状測定機の構成を模式的に示す正面図である。 実施の形態４にかかる測定力調整部を図１０に表示したＡ方向から見た場合の拡大図である。 実施の形態５にかかる形状測定機の構成を模式的に示す正面図である。 実施の形態５にかかる測定力調整部を図１２に表示したＢ方向から見た場合の拡大図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面においては、同一要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。

実施の形態１
まず、実施の形態１にかかる形状測定機１００について説明する。図１は、実施の形態１にかかる形状測定機１００の構成を模式的に示す正面図である。形状測定機１００は、ステム１（第１の部材とも称する）、測定子２、アーム（第２の部材とも称する）３、検出部４、回転支点部５、測定機本体６及び測定力調整部１０を有する。図１では形状測定機１００の水平方向（左から右へ向かう方向）をＸ方向、紙面手前から奥へ向かう方向をＹ方向、形状測定機１００の鉛直方向（鉛直線上を下から上へ向かう方向）をＺ方向としている。

ステム１は、Ｘ方向に延在する部材であり、その先端にはＺ（−）側に突出する測定子２を有する。測定子２の先端（図１での測定子２のＺ（−）側の端部）は、形状測定の際に被測定物と接触する。

アーム３は、Ｘ方向に延在する部材である。アーム３の一端（図１でのアーム３のＸ（−）側の端部）にはステム１が差し込まれ、他端（図１でのアーム３のＸ（＋）側の端部）には検出部４が接合されている。また、ステム１が差し込まれた側のアーム３の端部（図１でのアーム３のＸ（−）側の端部）近傍が回転支点部５と接合されている。これにより、ステム１及びアーム３は、回転支点部５を中心として（すなわち、Ｙ方向を回転軸として）回転可能に構成されている。なお、図１では、アーム３は、測定時の被測定物との干渉を避けるため、Ｘ（＋）側に向かうにつれてアーム３が細くなるように、アーム３のＺ（−）側の面が傾斜している。しかし、これは測定時の被測定物との干渉を避けるための例であり、アーム３の必須の形状を示すものではない。

検出部４は、測定時のアーム３の回転支点部５を支点とするアーム３の基準位置からの回転変位を検出する。なお、基準位置とは、検出部４が検出するアーム３の回転変位が「０」となる位置を指すものとする。

回転支点部５は、内部に十字ばね（弾性材とも称する）が組み込まれており、測定機本体６に固定されている。これにより、測定子２が変位してステム１及びアーム３が基準位置から回転変位すると、回転支点部５の十字ばねにより、回転方向とは反対方向へのトルクが生じる。

測定力調整部１０は、アーム３と測定機本体６との間に設けられ、永久磁石によりアーム３に回転支点部５の十字ばねとは逆向きのトルクを与える機構である。測定力調整部１０は、図１では、永久磁石１１〜１４、アーム側磁石固定部１５及び本体側磁石固定部１６を有する。

アーム側磁石固定部１５（第１の固定部とも称する）は、アーム３に固定される。アーム側磁石固定部１５のＺ（＋）側の面には永久磁石１１（第１の磁性部材とも称する）が固定され、アーム側磁石固定部１５のＺ（−）側の面には永久磁石１２（第３の磁性部材とも称する）が固定される。

本体側磁石固定部１６（第２の固定部とも称する）は、測定機本体６に固定される。本体側磁石固定部１６では、永久磁石１１に対向する位置に永久磁石１３（第２の磁性部材とも称する）が固定され、永久磁石１２に対向する位置に永久磁石１４（第４の磁性部材とも称する）が固定される。

本構成では、永久磁石１１と永久磁石１３との間には、磁力による引力が作用する。永久磁石１２と永久磁石１４との間には、磁力による引力が作用する。図２は、実施の形態１にかかる測定力調整部１０近傍の拡大正面図である。この例では、永久磁石１１〜１４のＺ（＋）側の面がＮ極、Ｚ（−）側の面がＳ極である。また、永久磁石１１〜１４は、回転支点部５を軸とするアーム３の回転方向に沿うように並んで配置されることが望ましい。

次いで、形状測定機１００の動作について説明する。図３は、実施の形態１にかかる形状測定機１００の測定時の態様を示す正面図である。測定時には、測定子２は被測定物９０に接触する。

図４は、実施の形態１にかかる形状測定機１００に作用する力（トルク）を示すグラフである。図４では、測定子２の変位量について、基準位置に対して反時計回りの変位を＋、基準位置に対して時計回りの変位を−としている。また、トルクに関しては、反時計回りを＋、時計回りを−としている。また、図４では、永久磁石１１及び１３により生じるトルクをＮ１、永久磁石１２及び１４により生じるトルクをＮ２、測定力調整部１０により生じるトルク（永久磁石１１〜１４による合成トルク）をＮａ、回転支点部５の十字ばねに生じるトルクをＮｓ、測定力をＮｍとしている。この例では、基準位置において回転支点部５の十字ばねに生じるトルクＮｓを０としている。

ステム１及びアーム３が基準位置にある場合、回転支点部５の十字ばねにはトルクが生じない。この状態では、測定力調整部１０の永久磁石１１〜１４による反時計回りのトルクが生じる。よって、基準位置では、測定力調整部１０の永久磁石１１〜１４による反時計回りのトルクが測定力となる。

測定時には、測定子２が被測定物９０の形状に応じて変位することで、回転支点部５の十字ばねによりトルク及び測定力調整部１０によりトルクも変化する。

測定時には、測定子２が被測定物９０の形状に応じて変位することで、十字ばねによるトルク及び測定力調整部１０によるトルクも変化する。測定子２が＋方向（反時計回り）に変位するにつれて、十字ばねによる−方向（時計回り）のトルクが大きくなり、測定力調整部１０による＋方向（反時計回り）のトルクが大きくなる。ここで、測定子２が＋方向（反時計回り）に変位する場合には、被測定物９０に測定力が加わるように、回転支点部５の十字ばねによるトルクの大きさが測定力調整部１０によるトルクの大きさよりも小さくなるように、回転支点部５の十字ばね及び測定力調整部１０が構成される。

また、測定子２が−方向（時計回り方向）に変位するにつれて、十字ばねによる＋方向（反時計回り）のトルクが大きくなり、測定力調整部１０による−方向（時計回り）のトルクが大きくなる。この際、いずれの場合にも、測定力調整部１０によるトルクは、十字ばねによるトルクを打ち消すように作用するので、測定子２の変動を抑制し、測定力を安定化することができる。ここで、測定子２が−方向（時計回り）に変位する場合には、被測定物９０に測定力が加わるように、回転支点部５の十字ばねによるトルクの大きさが測定力調整部１０によるトルクの大きさよりも大きくなるように、回転支点部５の十字ばね及び測定力調整部１０が構成される。

以上より、測定子２の測定力は、回転支点部５の十字ばねによるトルクと測定力調整部１０によるトルクとを合成した＋方向のトルクにより生じる。この際、回転支点部５の十字ばねによるトルクは、測定力調整部１０によるトルクに対して逆向きである。したがって、本構成によれば、弾性部材（十字ばね）のみを用いる場合と比べて、測定力を軽減できることが理解できる。

また、図４に示すように、回転支点部５の十字ばねによるトルクは基準位置からの変位に伴って大きくなるのに対し、測定力調整部１０によるトルクも基準位置からの変位に伴って大きくなる。よって、本構成によれば、基準位置からの変位量にかかわらず、測定力の安定化を実現することができる。

なお、形状測定機１００で形状測定を行うにあたっては、測定力Ｎｍの変動がなるべく小さい、平坦な範囲で行うことが望ましい。このような範囲で形状測定を行うことで、測定力をほぼ一定に保つことができる。その結果、測定子２の先端と被測定物との間に生じる摩擦力をほぼ一定にすることができるので、摩擦力に起因する測定誤差を抑制し、より高精度な測定を実現することができる。これは、本実施の形態及び以降の実施の形態にかかる形状測定機において、同様である。

また、測定力Ｎｍの平坦部分を＋側にするためには、基準位置において、回転支点部５の十字ばねに生じるトルクＮｓをプラス側にシフトさせる必要がある。なお、上述の通り、基準位置とは、検出部４が検出する変位が０となる位置のことを意味する。つまり、十字ばねを用いる場合、ステム１が水平位置よりも少しＺ（＋）側に回転した位置が基準位置となる。または、基準位置において測定力調整部１０によるトルクが生じるように、測定力調整部１０の永久磁石の取付け位置を決定してもよい。換言すれば、基準位置において、被測定物に測定力を与えることができるように、十字ばね及び測定力調整部の両方又は一方によるトルクが生じるように、形状測定機の設計を行う必要が有る。これは、本実施の形態及び以降の実施の形態にかかる形状測定機の設計において、同様である。

よって、本構成によれば、磁性部材を用いて構成される測定力調整部を形状測定機に設ける簡易な構成により、形状測定機の測定力の安定化を実現できる。加えて、本構成では、制御による熱や電気的ノイズは生じないので、測定精度の低下を招かずに測定力を安定化できる。

なお、本実施の形態では、永久磁石１１〜１４が存在するものとして説明したが、これは例示に過ぎない。永久磁石１１及び１３の一方は、磁性材料からなる部材であってもよい。永久磁石１２及び１４の一方は、磁性材料からなる部材であってもよい。本実施の形態及び以降の実施の形態では、永久磁石と磁性材料からなる部材とを、磁性部材とも称するものとする。

実施の形態２
実施の形態２にかかる形状測定機２００について説明する。図５は、実施の形態２にかかる形状測定機２００の構成を模式的に示す正面図である。形状測定機２００は、ステム１、測定子２、アーム３、検出部４、測定機本体６、回転支点部７、スプリング８（弾性材とも称する）及び測定力調整部２０を有する。形状測定機２００のステム１、測定子２、アーム３、検出部４、測定機本体６は、実施の形態１にかかる形状測定機１００と同様であるので、説明を省略する。

形状測定機２００では、形状測定機１００の回転支点部５が回転支点部７に置換されている。回転支点部７は、回転支点部５と異なり、十字ばねが組み込まれておらず、トルクは生じない。

アーム３と測定機本体６との間には、アーム３に反時計回りのトルクを与えるスプリング８が取り付けられている。

図６は、実施の形態２にかかる測定力調整部２０近傍の拡大正面図である。測定力調整部２０は、アーム３と測定機本体６との間に設けられ、スプリング８によるトルクを軽減する機構である。測定力調整部２０は、永久磁石２１及び２２、アーム側磁石固定部２５（第３の固定部とも称する）及び本体側磁石固定部２６（第４の固定部とも称する）を有する。永久磁石２１及び２２（それぞれ第８の磁性部材及び第９の弾性部材とも称する）は、それぞれ形状測定機１００の測定力調整部１０における永久磁石１２及び１４に対応する。アーム側磁石固定部２５及び本体側磁石固定部２６は、それぞれ形状測定機１００の測定力調整部１０におけるアーム側磁石固定部１５及び本体側磁石固定部１６に対応する。永久磁石２１及び２２により生じるトルクは、測定力調整部１０の永久磁石１２及び１４により生じるトルクと同様であるので、説明を省略する。

図７は、実施の形態２にかかる形状測定機２００に作用する力（トルク）を示すグラフである。図７では、測定子２の変位量について、基準位置に対して反時計回りの変位を＋、基準位置に対して時計回りの変位を−としている。また、トルクに関しては、反時計回りを＋、時計回りを−としている。また、図７では、測定力調整部２０に生じるトルク（永久磁石２１及び２２によるトルク）をＮａ、スプリング８に生じるトルクをＮｓ、測定力をＮｍとしている。

ステム１及びアーム３が基準位置にある場合、スプリング８による反時計回り（＋）のトルクが生じ、かつ、測定力調整部２０による時計回り（−）のトルクが生じる。測定力Ｎｍは、これらのトルク（Ｎ３、Ｎｓ）の合成トルクで与えられ、反時計回り（＋）となる。

測定時には、測定子２が被測定物９０の形状に応じて変位することで、スプリング８によるトルク及び測定力調整部２０によるトルクが変化する。

測定子２が＋方向（反時計回り）に変位するにつれて、スプリング８による＋方向（反時計回り）のトルクが小さくなり、測定力調整部２０による−方向（時計回り）のトルクも小さくなる。測定子２が−方向（時計回り方向）に変位するにつれて、スプリング８による反時計回り（＋）のトルクが大きくなり、測定力調整部２０の−方向（時計回り）のトルクも大きくなる。

この際、いずれの場合にも、測定力調整部２０によるトルクはスプリング８によるトルクを打ち消すように作用するので、測定子２の変動を抑制し、測定力を安定化することができる。ここで、被測定物９０に測定力が加わるように、スプリング８によるトルクの大きさが測定力調整部２０によるトルクよりも小さくならないように、スプリング８及び測定力調整部２０が構成される。

以上より、測定子２の測定力は、スプリング８によるトルクと測定力調整部２０によるトルクとを合成した＋方向のトルクにより生じる。この際、スプリング８によるトルクは、測定力調整部２０によるトルクに対して逆向きである。したがって、本構成によれば、実施の形態１と同様に、弾性部材（スプリング）のみを用いる場合と比べて、測定力を軽減できることが理解できる。

また、図７に示すように、スプリング８によるトルクは基準位置からの変位に伴って変化するのに対し、測定力調整部２０によるトルクも基準位置からの変位に伴って変化する。よって、本構成によれば、基準位置からの変位量にかかわらず、測定力の安定化を実現することができる。

なお、本実施の形態では、永久磁石２１及び２１が存在するものとして説明したが、これは例示に過ぎない。永久磁石２１及び２２の一方は、磁性材料からなる部材であってもよい。

実施の形態３
実施の形態３にかかる形状測定機３００について説明する。図８は、実施の形態３にかかる形状測定機３００の構成を模式的に示す正面図である。形状測定機３００は、実施の形態１にかかる測定力調整部１０を測定力調整部３０に置換した構成を有する。形状測定機３００のその他の構成は、形状測定機１００と同様であるので、説明を省略する。

図９は、実施の形態３にかかる測定力調整部３０近傍の拡大正面図である。測定力調整部３０は、アーム３と測定機本体６との間に設けられ、永久磁石によりアーム３に回転支点部５の十字ばねとは逆向きのトルクを与える機構である。測定力調整部３０は、実施の形態１にかかる測定力調整部１０の永久磁石１３及び１４を、それぞれ永久磁石３３及び３４に置換した構成を有する。

永久磁石３３（第２の磁性部材とも称する）は、永久磁石１３と異なり、永久磁石１１に近づくにつれて幅が狭くなるテーパ形状（又は錐形状）である。永久磁石３４（第４の磁性部材とも称する）は、永久磁石１４と異なり、永久磁石１２に近づくにつれて幅が狭くなるテーパ形状（又は錐形状）である。

以上、本構成によれば、測定力調整部３０での永久磁石の形状を変更することで、磁力により生じる測定力調整部３０でのトルクを細やかに調整することができる。これにより、測定力調整部３０によるトルクを測定子２の変位対してより線形に変化させることができる。その結果、実施の形態１と比べ、基準位置からの変位量にかかわらず、測定力の更なる安定化を実現することができる。

なお、本実施の形態では、永久磁石３３及び３４がテーパ形状であるとしたが、永久磁石１１及び１２をテーパ形状としてもよい。また、永久磁石１１、１２、３３及び３４をテーパ形状としてもよい。

実施の形態４
実施の形態４にかかる形状測定機４００について説明する。図１０は、実施の形態４にかかる形状測定機４００の構成を模式的に示す正面図である。形状測定機４００は、実施の形態１にかかる測定力調整部１０を測定力調整部４０に置換した構成を有する。形状測定機４００のその他の構成は、形状測定機１００と同様であるので、説明を省略する。

図１１は、実施の形態４にかかる測定力調整部４０を図１０に表示したＡ方向から見た場合の拡大図である。測定力調整部４０は、アーム３と測定機本体６との間に設けられ、永久磁石によりアーム３に回転支点部５の十字ばねとは逆向きのトルクを与える機構である。測定力調整部４０は、永久磁石４１〜４３（それぞれ、第５〜第７の磁性部材とも称する）を有する。

永久磁石４１は、アーム３からＺ（＋）側に延びる固定部３Ａの上端（Ｚ（＋）側の端部）に取り付けられる。永久磁石４１のＹ（＋）側の面がＳ極、Ｙ（−）側の面がＮ極となる。

永久磁石４２及び４３は、測定機本体６のＺ（−）面に、Ｙ方向に離隔して取り付けられる。永久磁石４２及び４３のＹ（＋）側の面がＳ極、Ｙ（−）側の面がＮ極となる。永久磁石４２及び４３は、基準位置（図１１の永久磁石４１の位置）で永久磁石４１との間の距離が最大となり、かつ、基準位置からＺ（＋）側及びＺ（−）側に行くにつれて永久磁石４１との間の距離が徐々に小さくなるように成形されている。

以上より、測定力調整部４０では、実施の形態１と同様に、測定子２の変位に伴って、磁力により生じる測定力調整部４０によるトルクを大きくすることができる。よって、実施の形態１と同様に、測定力の低減と安定化を実現することができる。

なお、上述では、永久磁石４２及び４３が存在するものとして説明したが、永久磁石４２及び４３のいずれか一方を設ければ、実施の形態１と同様に、測定子２の変位に伴って、磁力により生じる測定力調整部によるトルクを大きくすることができる。

本実施の形態では、永久磁石４１〜４３が存在するものとして説明したが、これは例示に過ぎない。永久磁石４１及び４２の一方は、磁性材料からなる部材であってもよい。永久磁石４１及び４３の一方は、磁性材料からなる部材であってもよい。

実施の形態５
実施の形態５にかかる形状測定機５００について説明する。図１２は、実施の形態５にかかる形状測定機５００の構成を模式的に示す正面図である。形状測定機５００は、実施の形態４にかかる測定力調整部４０を測定力調整部５０に置換した構成を有する。形状測定機５００のその他の構成は、形状測定機４００と同様であるので、説明を省略する。

図１３は、実施の形態５にかかる測定力調整部５０を図１２に表示したＢ方向から見た場合の拡大図である。測定力調整部５０は、測定力調整部４０と同様に、アーム３と測定機本体６との間に設けられ、永久磁石によりアーム３に回転支点部５の十字ばねとは逆向きのトルクを与える機構である。但し、測定力調整部５０は、測定力調整部４０に磁性流体５１及び５２を追加した構成を有する。

磁性流体５１は、永久磁石４１と永久磁石４２との間に充填される。磁性流体５２は、永久磁石４１と永久磁石４３との間に充填される。磁性流体５１及び５２は、永久磁石４１が変位すると、永久磁石４１の磁力に引き寄せられ、永久磁石４１とともに移動する。

以上より、測定力調整部５０では、永久磁石の間に磁性流体が存在するので、磁力を強めることができる。その結果、実施の形態４と比べ、測定力調整部の小型化を実現することができる。

なお、上述では、磁性流体５１及び５２が存在するものとして説明したが、磁性流体５１及び５２のいずれか一方を設ければ、実施の形態４と同様に、測定子２の変位に伴って、磁力により生じる測定力調整部によるトルクを大きくすることができる。

その他の実施の形態
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。上述の実施の形態では、対向配置される磁性部材の間の距離は、測定の目的に応じて変化させることができる。すなわち、対向配置される磁性部材の間の距離を可変とする機構を上述の実施の形態にかかる測定力調整部に付加し、測定の開始に先立って、対向配置される磁性部材の間の距離を適宜変更させてもよい。すなわち、上述の実施の形態において、永久磁石１１と永久磁石１３との間の距離、及び、永久磁石１２と永久磁石１４との間の距離、永久磁石２１と永久磁石２２との間の距離、永久磁石１１と永久磁石３３との間の距離、永久磁石１２と永久磁石３４との間の距離、永久磁石４１と永久磁石４２との間の距離、永久磁石４１と永久磁石４３との間の距離は、それぞれ可変とすることができる。対向する磁性部材間の距離を変えることで、大きな測定力が必要な測定に対応したり、測定力を小さくすることで、ワーク（被測定物）の変形やダメージを抑えることが可能である。

実施の形態２にかかる形状測定機において、対向する磁性部材（永久磁石２１及び２２）の一方又は両方を、実施の形態３と同様にテーパ形状とすることができる。また、実施の形態２にかかる形状測定機に対して、実施の形態４にかかる測定力調整部４０又は実施の形態５にかかる測定力調整部５０を適用することも可能である。

上述の実施の形態では、ステム１（第１の部材）とアーム３（第２の部材）とが独立しているが、これは例示に過ぎない。よって、ステム１（第１の部材）とアーム３（第２の部材）とは、一体の部材とすることができる。

１００、２００、３００、４００、５００ 形状測定機
１ ステム
２ 測定子
３ アーム
３Ａ 固定部
４ 検出部
５ 回転支点部
６ 測定機本体
８ スプリング
１０、２０、３０、４０、５０ 測定力調整部
１１〜１４、２１、２２、３３、３４、４１〜４３ 永久磁石
１５、２５ アーム側磁石固定部
１６、２６ 本体側磁石固定部
５１、５２ 磁性流体
９０ 被測定物

Claims (19)

1. 被測定物と接触する測定子が設けられた第１の部材と、
   一方の端部が前記第１の部材の端部と接合される第２の部材と、
   前記第１の部材及び前記第２の部材の回転運動の支点となる回転支点部と、
   前記第２の部材の回転運動の変位量を検出する検出部と、
   前記回転運動の変位量に応じて、前記回転運動の軸回りのトルクを前記第１の部材及び前記第２の部材に与える弾性部材と、
   対向配置された少なくとも２つの磁性部材間の磁力により生じる引力により、前記弾性部材によるトルクと反対方向のトルクを前記第１の部材及び前記第２の部材に与える測定力調整部と、を備える、
   形状測定機。
2. 前記弾性部材は、前記回転支点部に組み込まれる十字ばねであり、
   前記十字ばねが前記第１の部材及び前記第２の部材にトルクを与えていない状態で、前記測定力調整部は、前記測定子を被測定物に押し付けるように第１の方向のトルクを前記第１の部材及び前記第２の部材に与える、
   請求項１に記載の形状測定機。
3. 前記十字ばねが前記第１の方向のトルクを前記第１の部材及び前記第２の部材に与える場合、前記十字ばねによるトルクは、前記測定力調整部によるトルクよりも大きく、
   前記十字ばねが前記第１の方向と反対の第２の方向のトルクを前記第１の部材及び前記第２の部材に与える場合、前記十字ばねによるトルクは、前記測定力調整部によるトルクよりも小さい、
   請求項２に記載の形状測定機。
4. 前記測定力調整部は、
   前記第２の部材に接合された第１の固定部と、
   前記回転支点部に対する相対位置が固定された第２の固定部と、
   前記第１の固定部に固定された第１の磁性部材と、
   前記第１の磁性部材との間で、前記回転運動の周方向の引力が働くように前記第２の固定部に固定された第２の磁性部材と、
   前記第１の固定部に固定された第３の磁性部材と、
   前記第３の磁性部材との間で、前記回転運動の周方向の引力が働くように前記第２の固定部に固定された第４の磁性部材と、を備え、
   前記第３の磁性部材は、前記第１の固定部を介して、前記回転運動の周方向で前記第１の磁性部材と対向して配置される、
   請求項３に記載の形状測定機。
5. 前記第１の磁性部材及び前記第２の磁性部材の一方又は両方は、他方の磁性部材に近づくに従って断面積が小さくなるテーパ形状であり、
   前記第３の磁性部材及び前記第４の磁性部材の一方又は両方は、他方の磁性部材に近づくに従って断面積が小さくなるテーパ形状である、
   請求項４に記載の形状測定機。
6. 前記第１の磁性部材及び前記第２の磁性部材の一方又は両方は永久磁石であり、
   前記第３の磁性部材及び前記第４の磁性部材の一方又は両方は永久磁石である、
   請求項４又は５に記載の形状測定機。
7. 前記第１の磁性部材と前記第２の磁性部材との間の距離、及び、前記第３の磁性部材と前記第４の磁性部材との間の距離の一方又は両方は、測定条件に応じて可変であり、かつ、被測定物の測定時には一定である、
   請求項４乃至６のいずれか一項に記載の形状測定機。
8. 前記測定力調整部は、
   前記第２の部材に接合された第５の磁性部材と、
   前記回転運動の周方向と交差する方向に前記第５の磁性部材と離隔して、前記第５の磁性部材との間で引力が働くように配置され、かつ、前記回転支点部に対する相対位置が固定された第６の磁性部材と、を備え、
   前記第５の磁性部材と前記第６の磁性部材との間の距離は、前記第６の磁性部材の前記回転運動の周方向の中央部が前記第５の磁性部材と対向する場合に最大となり、
   前記第６の磁性部材の前記第５の磁性部材と対向する位置が前記回転運動の周方向に遠ざかるにつれて小さくなる、
   請求項３に記載の形状測定機。
9. 前記第５の磁性部材と前記第６の磁性部材との間に挿入された磁性流体を更に備える、
   請求項８に記載の形状測定機。
10. 前記第５の磁性部材及び前記第６の磁性部材の一方又は両方は永久磁石である、
    請求項８又は９に記載の形状測定機。
11. 前記第５の磁性部材と前記第６の磁性部材との間の距離は、測定条件に応じて可変であり、かつ、被測定物の測定時には一定である、
    請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の形状測定機。
12. 前記回転運動の周方向と交差する方向に前記第５の磁性部材と離隔して、前記第５の磁性部材との間で引力が働くように配置され、かつ、前記回転支点部に対する相対位置が固定された第７の磁性部材を更に備え、
    前記第５の磁性部材と前記第７の磁性部材との間の距離は、前記第７の磁性部材の前記回転運動の周方向の中央部が前記第５の磁性部材と対向する場合に最大となり、
    前記第７の磁性部材の前記第５の磁性部材と対向する位置が前記回転運動の周方向に遠ざかるにつれて小さくなり、
    前記第６の磁性部材と前記第７の磁性部材とは、前記第５の磁性部材を挟んで対向配置される、
    請求項８乃至１１のいずれか一項に記載の形状測定機。
13. 前記第５の磁性部材と前記第７の磁性部材との間に挿入された磁性流体を更に備える、
    請求項１２に記載の形状測定機。
14. 前記第５の磁性部材及び前記第７の磁性部材の一方又は両方は永久磁石である、
    請求項１２又は１３に記載の形状測定機。
15. 前記第５の磁性部材と前記第７の磁性部材との間の距離は、測定条件に応じて可変であり、かつ、被測定物の測定時には一定である、
    請求項１２乃至１４のいずれか一項に記載の形状測定機。
16. 前記弾性部材は、一端が第２の部材に固定され、他端が前記回転支点部に対して相対位置が固定され、前記測定子を被測定物に押し込む方向のトルクを前記第２の部材に与え、
    前記測定力調整部は、
    前記第２の部材に接合された第３の固定部と、
    前記回転支点部に対する相対位置が固定された第４の固定部と、
    前記第３の固定部に固定された第８の磁性部材と、
    前記第８の磁性部材との間で、前記回転運動の周方向の引力が働くように前記第４の固定部に固定された第９の磁性部材と、を備える、
    請求項３に記載の形状測定機。
17. 前記第８の磁性部材及び前記第９の磁性部材の一方又は両方は、他方の磁性部材に近づくに従って断面積が小さくなるテーパ形状である、
    請求項１６に記載の形状測定機。
18. 前記第８の磁性部材及び前記第９の磁性部材の一方又は両方は永久磁石である、
    請求項１６又は１７に記載の形状測定機。
19. 前記第８の磁性部材と前記第９の磁性部材との間の距離は、測定条件に応じて可変であり、かつ、被測定物の測定時には一定である、
    請求項１６乃至１８のいずれか一項に記載の形状測定機。

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