JPH07190707A - タッチ信号プローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 組み立てが容易であるとともに性能安定性の
向上が図れるタッチ信号プローブを提供すること。 【構成】 一端に被測定物と接触する接触部２０Ａが設
けられるとともに略中央部が支持部材２２で支持された
振動子２０を水晶、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、ジ
ルコン酸鉛、ＰＺＴ等の圧電材料から形成し、この振動
子２０の略中央部に加振用電極３０及び検出用電極３２
を蒸着等により形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はタッチ信号プローブに係
り、例えば三次元測定機等によって被測定物の形状等を
測定する場合に用いられるタッチ信号プローブに関す
る。

【０００２】

【背景技術】被測定物の形状、寸法等の測定を行う測定
機としてハイトゲージ（一次元測定機）、三次元測定
機、輪郭測定機等が知られているが、その場合の座標検
出や位置検出を行うために、測定機には被測定物との接
触を検出するタッチ信号プローブが用いられる。

【０００３】このタッチ信号プローブには、一端に被測
定物と接触する接触部が設けられた振動子と、この振動
子を振動させる圧電素子とを備えたタイプのものがあ
る。そのタイプのタッチ信号プローブとして、特願平4-
324201号に示すものがあり、このタッチ信号プローブが
図７に示されている。図７において、タッチ信号プロー
ブは、スタイラスホルダ１２と、このスタイラスホルダ
１２にピン１８を介して略中央部が支持されているとと
もに一端に被接触物と接触する接触部１４Ａが設けられ
た振動子１４と、この振動子１４に配置されるとともに
溝２０に接着剤で固着した板状の圧電素子１６とを備え
た構造であり、この圧電素子１６は、振動子１４を振動
させる加振用電極１６Ａと振動子１６の振動を電気的信
号として取り出す検出用電極１６Ｂに分割されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特願平4-3242
01号に示すタッチ信号プローブでは、圧電素子１６の振
動子１４への取り付けは接着剤で行っているので、タッ
チ信号プローブの組み立てに時間を要し、しかも、接着
剤の経時的変化に伴って性能が劣化するという問題点が
ある。

【０００５】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、その目的は組み立てが容易であるとともに性能
安定性の向上が図れるタッチ信号プローブを提供すると
ころにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のタッチ信号プロ
ーブは、振動子そのものを圧電材料から形成して前記目
的を達成しようとするものである。具体的には、本発明
のタッチ信号プローブは、一端に被測定物と接触する接
触部が設けられるとともに圧電材料から形成された振動
子と、この振動子の略中央部に形成されるとともにこの
中央部を振動の節として振動子を振動させる電圧が印加
される一対の加振用電極と、前記振動子の略中央部に形
成されるとともに振動子の振動を電気的な信号として取
り出す一対の検出用電極と、前記振動子の略中央部を支
持する支持部材とを含むことを特徴とする。ここで、圧
電材料として、水晶、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、
ジルコン酸鉛、ＰＺＴ等を例示できる。

【０００７】

【作用】本発明では、圧電材料を焼結して振動子を形成
する。この振動子とともに接触部も圧電材料で一体に形
成してもよい。加振用電極及び検出用電極は振動子にメ
ッキ、蒸着あるいは焼き付け塗装等して形成する。この
タッチ信号プローブでは、加振用電極に電圧を印加する
と振動子が振動し、この振動子の振動を検出用電極が電
気的な信号として取り出す。接触部が被測定物と接触す
ると、検出用電極から取り出される信号が変化し、この
信号変化を検出することにより被測定物との接触を検出
する。

【０００８】

【実施例】次に、本発明に係るタッチ信号プローブの好
適な実施例を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説
明する。ここで、各実施例中、同一構成要素は同一符号
を付して説明を省略もしくは簡略にする。図１は第１実
施例に係るタッチ信号プローブの要部を示す斜視図、図
２は図１中、II−II線に沿う矢視断面図である。図１に
示すように、第１実施例のタッチ信号プローブは、振動
子２０と、この振動子２０を同軸となるように支持する
支持部材２２とを含み構成されている。支持部材２２は
図示しない三次元測定機等の移動軸に取付けられ、この
移動軸が移動しながら被測定物との接触を検出し、接触
時の座標を読み取ることによって形状等を測定する。

【０００９】前記支持部材２２は、中空の円筒状のスタ
イラスホルダ２４と、このスタイラスホルダ２４の下端
に取り付けられた支持リング２６と、この支持リング２
６の内周部に設けられるとともに振動子２０の中央部を
支持する一対の係合ピン２８とから構成されている。こ
の係合ピン２８と振動子２０との結合及び係合ピン２８
と支持リング２６との結合は、圧入や接着等の適宜な手
段で行われる。

【００１０】前記振動子２０は、水晶、チタン酸バリウ
ム、チタン酸鉛、ジルコン酸鉛、ＰＺＴ等の圧電材料を
焼結して両端が先細り状の円柱状に形成され、その下端
は、測定時に被測定物と当接する接触部２０Ａとされて
いる。この振動子２０の中央部には、図２に示される通
り、前記係合ピン２８を避ける位置に加振用電極３０が
２箇所形成され、これらの加振用電極３０は振動子２０
の軸芯を中心として対称である。図１に示す通り、２個
の加振用電極３０の上方には、それぞれ検出用電極３２
が隣接して２箇所形成されている。これらの加振用電極
３０及び検出用電極３２は、振動子２０にメッキ、蒸着
あるいは焼き付け塗装等することにより形成される。こ
の２箇所に形成される電極３０の両端に電圧を印加する
と振動子２０は軸方向に伸縮する。

【００１１】前記一対の加振用電極３０の一方の電極３
０は、信号線３４Ａを介して駆動回路３６の出力端子に
接続されており、接地電位に保たれた他方の加振用電極
３０との間に駆動回路３６の出力電圧が印加される。駆
動回路３６の出力電圧の周波数は、定常状態では振動子
２０の軸方向の基本固有振動数に対応する。前記一対の
検出用電極３２の一方の電極３２には、信号線３４Ｂを
介して検出回路３８の出力端子に接続されており、接地
電位に保たれた他方の検出用電極３２との間に発生する
電圧が検出回路３８により検出される。検出回路３８に
より検出された信号の一部は、前記駆動回路３６の入力
端子に印加されるとともに他の一部は信号処理回路４０
にも印加される。以上の構成は、閉ループ構成で共振状
態を励起する方法であるが、共振状態を励起する方法は
これに限定されるものではなく、外部の発振器で駆動す
ることにより共振状態を励起する方法でもよい。

【００１２】前記の如く構成した第１実施例に係るタッ
チ信号プローブの作用は以下の通りである。被測定物の
形状等を測定する際は、検出回路３８からセンサ信号を
駆動回路３６に正帰還する。すると、駆動回路３６から
加振用電極３０に信号が印加され、振動子２０は共振状
態となる。共振時には、図１に示す振動子２０の中央部
にある係合ピン２８が振動の節となり、振動子２０の端
部、つまり、接触部２０Ａが振動の腹となる。共振状態
で接触部２０Ａが被測定物に接触すると、この接触によ
る振動の拘束に対応して振動子２０にエネルギの損失が
生じるため、検出用電極３２から送られる振動子２０の
センサ信号が変化する。すると、このセンサ信号の変化
が信号処理回路４０によって検出され、測定機本体にタ
ッチ信号が出力される。その結果、そのときの座標値が
測定機本体に取り込まれ、これにより座標検出が行われ
る。

【００１３】以上、説明したように、第１実施例によれ
ば、振動子２０自体を圧電材料から形成したから、板状
の圧電素子を接着剤で振動子２０に取り付ける必要がな
い。従って、タッチ信号プローブの組み立てが容易にな
り、温度変化や湿度等による接着剤の劣化がなく性能安
定性の向上が図れ、その上、接着剤の内部損失がないの
で感度の高いタッチ信号プローブを実現できる。また、
第１実施例では、振動子２０はその中央部で支持部材２
２に支持されているので容易に共振させることができ、
従って、極めてＱ値（横軸を振動数、縦軸に振幅をとっ
た場合の共振特性曲線の鋭さを示す指標）の高い、即
ち、検出感度が高く、低接触力で測定が可能なスタイラ
スを実現することができる。更に、振動子２０は支持部
材２２に対して共振時の節の部分で支持されているの
で、外乱振動に対して鈍感な、即ち、安定性が高く誤検
出が生じないプローブが実現可能である。

【００１４】なお、前記第１実施例では、振動子２０を
その両端が先細りの略円柱状としたが、振動子２０は、
前記形状に限定されるものではない。例えば、図３に示
されるように、振動子２０の一端に球状の接触部４２を
取り付け、この接触部４２と同一重量の立方体のバラン
サ４４を振動子２０の他端に取り付けたものでもよい。
また、図４に示される通り、端部も中央部と同じ径の円
柱状の振動子４６の両端に前記接触部４２及びバランサ
４４を取り付けるものでもよい。図３及び図４で示され
るバランサー４４は、振動子２０，４６の一端に接触部
４４が取付けられているため、共振時における振動の節
が振動子２０，４６の中心から外れないように重量バラ
ンスをとり、且つタッチ信号プローブの全体が振動子２
０，４６の振動方向と交差する方向に移動して加速度を
受けた時に支持点の回りのモーメントを受けないように
するためのものである。従って、バランサー４４は接触
部４２と同一の球であっても差し支えない。

【００１５】また、接触部４２及びバランサ４４は振動
子２０，４６と同一材料で一体化されていることが好ま
しが、振動子２０，４６とは異なる材料で形成し、圧入
や接着等の適宜な手段で振動子２０，４６に取り付けて
もよい。更に、前記電極３０，３２の形成位置は図１に
示すものに限定されず、振動子２０の略中央部に形成さ
れるなら、加振用電極３０と検出用電極３２との位置を
交換してもよく、あるいは、係合ピン２８を挟んで加振
用電極３０と検出用電極３２とを対向配置してもよい。

【００１６】次に、本発明の第２実施例を図５及び図６
に基づいて説明する。第２実施例は第１実施例に比べて
振動子及び支持部材の構造が相違し、他の構造は第１実
施例と同じである。図５は第２実施例に係るタッチ信号
プローブの要部を示す斜視図、図６は図５中、VI−VI線
に沿う矢視断面図である。図５に示すように、振動子４
８は、その中央部が両端部に比べて太く形成された略円
柱状であり、その両端部には前記接触部４２及びバラン
サー４４が設けられている。この振動子４８の中央部に
はフランジ５０が設けられ、このフランジ５０の上部に
は前記スタイラスホルダ２４が設けられ、このスタイラ
スホルダ２４及びフランジ５０から振動子４８の上部を
密閉状態で支持する支持部材２２が構成されている。こ
こで、前記振動子４８、接触部４２、バランサー４４及
びフランジ５０は前記振動子２０と同様の圧電材料から
一体に形成されることが好ましいが、これらを別体で構
成し、かつ、圧入または接着剤等で結合するものでもよ
い。

【００１７】前記振動子４８には、フランジ５０を挟ん
で前記加振用電極３０及び検出用電極３２がそれぞれ形
成されている。図６に示される通り、加振用電極３０及
び検出用電極３２は互いに対向する位置で２箇所ずつ互
いに等間隔に形成されている。これらの電極３０，３２
は振動子４８の中央部に位置するフランジ５０に近接
し、かつ、対称的に形成されているので、等価値的に振
動子４８の中央部で加振及び検出していることと同じで
ある。なお、これらの電極３０，３２をフランジ５０の
片側のみ、例えば、支持部材２２で覆われる上部のみに
形成してもよい。前述の通り、これらの電極３０，３２
は振動子４８の中央部に位置するフランジ５０に近接し
て形成されていることから、振動子４８の振動の節と略
同一の位置にあるので、実用上不都合はない。

【００１８】従って、第２実施例によれば、前記第１実
施例と同様の効果を奏する他に、振動子４８の中央部に
フランジ５０を設け、このフランジ５０及びスタイラス
ホルダ２４で振動子４８の上部を密閉したから、振動子
４８の上部に形成された加振用電極３０及び検出用電極
３２が外気にさらされることがなく、湿気、汚水等によ
りこれらの電極３０，３２が劣化することを防ぐことが
できる。従って、過酷な作業環境であっても、湿気、汚
水等による影響を受けないようにした信頼性の高いタッ
チ信号プローブを実現できる。

【００１９】以上、本発明について好適な実施例を挙げ
て説明したが、本発明はこの実施例に限定されるもので
はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の
改良並びに設計の変更が可能なことは勿論である。例え
ば本実施例では、三次元測定機に適用した場合について
説明したが、これに限らずハイトゲージ（一次元測定
機）、二次元測定機、輪郭測定機等に適用することも可
能である。

【００２０】また、振動子２０，４６，４８の形状は、
その断面が円に限定されず、四角、六角等の角柱や、あ
るいは、段付やテーパ状の形状であってもよい。更に、
本実施例では、振動子２０，４６，４８をスタイラスホ
ルダ２４に対して鉛直方向に支持しているが、これに限
らず振動子２０，４６，４８を水平方向に逆Ｔ字状に支
持することも可能である。要は、振動子２０，４６，４
８の軸方向の略中央部を支持できれば、振動子の向きは
問わない。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
振動子自体を圧電材料から形成したから、板状の圧電素
子を接着剤で振動子に取り付ける必要がなく、よって、
タッチ信号プローブの組み立てが容易になり、温度変化
や湿度等による接着剤の劣化がなく性能安定性の向上が
図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るタッチ信号プローブ
の要部を示す斜視図である。

【図２】図１中、II−II線に沿う矢視断面図である。

【図３】第１実施例の変形例に係るタッチ信号プローブ
の要部を示す一部破断正面図である。

【図４】第１実施例の異なる変形例に係るタッチ信号プ
ローブの要部を示す一部破断正面図である。

【図５】本発明の第２実施例に係るタッチ信号プローブ
の要部を示す斜視図である。

【図６】図５中、VI−VI線に沿う矢視断面図である。

【図７】背景技術に係るタッチ信号プローブの要部を示
す一部破断斜視図である。

【符号の説明】

20,46,48 振動子 20A,42 接触部 ２２ 支持部材 ３０ 加振用電極 ３２ 検出用電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一端に被測定物と接触する接触部が設けら
   れるとともに圧電材料から形成された振動子と、この振
   動子の略中央部に形成されるとともにこの中央部を振動
   の節として振動子を振動させる電圧が印加される一対の
   加振用電極と、前記振動子の略中央部に形成されるとと
   もに振動子の振動を電気的な信号として取り出す一対の
   検出用電極と、前記振動子の略中央部を支持する支持部
   材とを含むことを特徴とするタッチ信号プローブ。