JPH10332364A - 真直度計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 測定精度が高く、しかも、構成が簡易で製造
コストが低廉な真直度計を実現する。 【解決手段】 ラップ盤２００の被測定面との間の距離
を測定するための静電容量式変位センサと、ラップ盤２
００の上方に配置された基準バー２１との間の距離を測
定するための静電容量式変位センサをそれぞれ配した距
離検出部１０を、ガイド・レール４１に沿ってモータ４
６の駆動により一軸方向において移動せしめる。センサ
３２のオン・オフを切り換えるスリット３１によって設
定される測定ステップ毎に、距離検出部１０によりそれ
ぞれ得られた測定値の加算値と所定の基準値との差分を
コンピュータ６１によって演算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は真直度計に関する。
より詳しくは、ラップ盤などの加工物の表面のあらさ、
うねり、平坦度を測定する真直度計において、測定精度
が高く、しかも、構成が簡易で製造コストが低廉な真直
度計を提供せんとするものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の真直度計の構成例（従来例１）を
図５に示し、説明する。ここで、図５は、従来例１の構
成を示す正面図であり、説明を簡単にするために、計器
各部を支持するための支持部材の図示は省略している。
また、測定対象物として、被工作物の仕上げ面を滑らか
にするとともに、寸法精度を高めるラップ仕上げに用い
られるラップ盤を例に挙げている。

【０００３】図５において、７１は、１点鎖線で示すラ
ップ盤２００の被測定面のうねりなどを測定するダイヤ
ル・ゲージ７１であり、ガイド・レール８１と嵌合した
スライダ８２に支持具７２に支えられて取り付けられて
いる。そして、スライダ８２は、各プーリ８５ａ，８５
ｂ間にエンドレスに張られたタイミング・ベルト８４と
連結具８３を介して連結されている。

【０００４】したがって、モータ８６を駆動せしめる
と、タイミング・ベルト８４が駆動されて、ダイヤル・
ゲージ７１が、ラップ盤２００の被測定面に触針が接触
しながら一軸方向において所定速度で移動する。

【０００５】そこで、ラップ盤２００の被測定面を測定
する場合は、ダイヤル・ゲージ７１を測定開始位置に移
動せしめてからモータ８６を駆動せしめ、これにより移
動するダイヤル・ゲージ７１が示す測定値を、設定され
たステップ毎に読み取ることによって、ラップ盤２００
の被測定面のうねりなどを測定している。

【０００６】しかし、ガイド・レール８１の仕上げ精度
が低かったり、あるいはスライダ８２の滑らかな移動の
ために使用されているボールの中に楕球状のものが含ま
れていたり、ボールに埃が付着しているような場合に
は、これが原因で真値を知ることができず、正確な測定
結果が得られないことになる。

【０００７】そこで、他の従来例（従来例２）では、図
６に示すような構成を用いている。ここで、図６は、従
来例２の構成を示す正面図であり、図５と同様に、説明
の簡単のため、計器各部を支持するための支持部材の図
示は省略した。

【０００８】図６において、９１は、ラップ盤２００の
被測定面のうねりなどを検出するための検出器であり、
角筒状に形成された可動体１０２に取り付けられてい
る。そして、この可動体１０２の内壁面は、太い角柱状
に形成されたガイド・バー１０１の外壁面に外接し、こ
のガイド・バー１０１にガイドされて、可動体１０２は
一軸方向において移動するようになっている。

【０００９】また、可動体１０２には、その内壁面とガ
イド・バー１０１の外壁面との間に圧縮空気を供給する
ための給気口１０３が設けられており、この給気口１０
３を介して圧縮空気を供給すると、可動体１０２の内壁
面とガイド・バー１０１の外壁面とは非接触の状態にな
る。

【００１０】この非接触の状態で、測定時には、各モー
タ１０６ａ，１０６ｂのうちの一方を駆動せしめて、可
動体１０２に連結された一方のワイヤ１０４ａ，１０４
ｂを一方のリール１０５ａ，１０５ｂに巻き取ることに
より、可動体１０２は移動する。

【００１１】他方、ガイド・バー１０１には、温度変化
による変形に起因する誤差を回避するために、石材が用
いられているとともに、その外壁面は、滑らかな仕上げ
面にし、かつ、寸法精度を高めるために、ラップ剤を用
いてのラップ盤による仕上げ加工が施されている。

【００１２】そこで、測定対象物であるラップ盤２００
の被測定面を測定する場合は、検出器９１を測定開始位
置に移動せしめてから、モータ１０６ａ，１０６ｂを駆
動して被測定面上を移動せしめ、各ステップ毎に得られ
た測定値は、電気マイクロメータなどの指示計器９２に
示されることになる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５に
示した従来例１によると、構成が簡易であり計器として
は低廉であるものの、既述したように、スライダ８２に
使用されているボールに楕球状のものが含まれていた
り、ボールに埃が付着しているような場合には、正確な
測定値が得られず、計器としての信頼性に欠けるという
解決すべき課題があった。

【００１４】他方、図６に示した従来例２によると、従
来例１に比して測定精度は高められる。しかし、可動体
１０２の移動をガイドするガイド・バー１０１に用いる
石材が高価格であることに加えて、その外壁面をラップ
仕上げするため、コスト高になるという解決すべき課題
があった。

【００１５】また、ガイド・バー１０１に石材を使用し
ていることから、計器の重量が大きくなり、取扱いが不
便であると同時に、衝撃を受けた場合には欠けやすいと
いう解決すべき課題があった。

【００１６】しかも、ガイド・バー１０１を５００ミリ
メートルを超える長さに形成しようとすると、その外壁
面のラップ仕上げに使用するラップ盤は、その直径が１
メートル程度のものが必要となるが、そのようなラップ
盤にあってはそれ自体の良好な精度を得ることは困難で
ある。そのために、ガイド・バー１０１の長さは、５０
０ミリメートル程度が限度であり、その結果、測定距離
をさほど大きくすることができないという未解決の課題
があった。

【００１７】さらに、ガイド・バー１０１は高い寸法精
度で加工されても、測定精度はガイド・バー１０１の寸
法精度によって限界付けられ、それ以上の測定精度は得
られないという解決すべき課題もあった。

【００１８】

【課題を解決するための手段】そこで、上記課題を解決
するために、本発明はなされたものである。そのため
に、本発明では、以下のような手段を用いた。すなわ
ち、測定対象物の被測定面との間の距離と測定対象物の
上方に配置された基準バーとの間の距離をそれぞれ検出
するための距離検出部を、一軸方向において移動せしめ
る。そして、距離検出部によりそれぞれ得られた測定値
の加算値と所定の基準値との差分を、設定されたステッ
プ毎に演算するようにした。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態における真直
度計の構成を、図１ないし図３に示し説明する。ここ
で、図１は、本発明に係る真直度計の一部を切欠いた正
面図、図２は一部を切欠いた平面図、図３は図１に示し
た距離検出部の構成図である。また、図１および図２で
は、説明を簡単にするため、計器各部を支持するための
支持部材の図示は省略した。なお、測定対象物の例とし
てラップ盤を挙げている。

【００２０】図１において、２１は、１点鎖線で示すラ
ップ盤２００の被測定面の真直度を測定するに当たって
の基準値を得るための板状に形成された基準バーであ
り、当該被測定面の上方に置かれる。この基準バー２１
には、ここでは、測定具の寸法検査に使用される基準ゲ
ージの一種である基準辺が用いられており、極めて高い
精度（たとえば０．０１ミクロンメートル）に仕上げら
れている。

【００２１】１０は、ラップ盤２００の被測定面との間
の距離および基準バー２１の下壁部との間の距離をそれ
ぞれ検出するための距離検出部である。この距離検出部
１０は、基準バー２１と平行かつその下方に配置された
ガイド・レール４１に沿って移動可能な可動板１８に配
設されており、その構成の詳細は、図３に示されてい
る。

【００２２】図３（ａ）において、１１ａおよび１１ｂ
は、静電容量式変位センサのプローブであり、略Ｌ字状
に形成された各支持具１２ａ，１２ｂにそれぞれ支持さ
れている。これらの支持具１２ａ，１２ｂは、図３
（ａ）のＡから見た図である図３（ｂ）に示すように、
可動板１８に鉛直方向に設けられたガイド・レール１３
に嵌合する各スライダ１５ａ，１５ｂに、コイルばね１
４によって連結された状態でそれぞれ取り付けられてい
る。

【００２３】図３（ａ）において、１６は、各ねじ１７
ａ，１７ｂを介して各支持具１２ａ，１２ｂのセット位
置を保持するための、角柱状に形成された保持部であ
り、可動板に固定されている。

【００２４】図１において、各プーリ４５ａ，４５ｂ間
にエンドレスに張られたタイミング・ベルト４４が、ガ
イド・レール４１に沿って配置されており、タイミング
・ベルト４４はモータ４６により駆動される。

【００２５】このタイミング・ベルト４４と可動板１８
とは、連結具４３（図３）によって連結されている。し
たがって、タイミング・ベルト４４が駆動されると、こ
れに伴い可動板１８は一軸方向において移動することに
なる。

【００２６】可動板１８には、上方に延びた延設部１９
が設けられており、その先端部には、発光素子と受光素
子が対向してなるセンサ（フォト・インタラプタ）３２
が取り付けられている。そして、図２に示すように、基
準バー２１の背後に配置された所定のピッチのスリット
３１を、センサ３２における発光素子と受光素子が挟む
ようになっている。

【００２７】ここにおけるスリツト３１は、センサ３２
のオン・オフを切り換えることによって、測定ステップ
すなわち距離検出部１０により得られる測定値を順次取
り込むタイミングを設定するためのものであり、そのピ
ッチは、必要に応じてたとえば１ミリメートルあるいは
２ミリメートルとする。

【００２８】図１において、４７ａおよび４７ｂは、距
離検出部１０が移動する場合の原点および終了点を検出
するためのセンサであり、リミット・スイッチ、近接ス
イッチなどが用いられる。このセンサ４７ａ，４７ｂか
らの出力を受けた制御回路５２は、モータを駆動する駆
動回路５３に制御信号を与え、この制御信号に基づき駆
動回路５３よりモータ４６に供給される電流が制御され
る。

【００２９】５１は、距離検出部１０における各プロー
ブ１１ａ，１１ｂの電極と、ラツプ盤２００の被測定面
および基準バー２１の下壁部との間にそれぞれ形成され
る静電容量を電圧に変換して測定値を得るため測定回路
である。この測定回路５１で得られた、ラツプ盤２００
の被測定面との間および基準バー２１の下壁部との間の
それぞれの距離を示す各測定値は、コンピュータ６１に
送出される。コンピュータ６１は、各測定値の加算値を
演算するとともに、得られた加算値を所定の基準値より
減算してその差分を演算する。その際、センサ３２から
の出力が、測定値をコンピュータ６１に取り込むための
トリガ信号として、測定回路５１に順次与えられる。な
お、図１では、測定回路５１により得られた測定値のコ
ンピュータ６１への送出を制御するためのコントローラ
の図示は、説明を簡単にするために省略した。

【００３０】つぎに、以上のように構成された真直度計
を用いてラップ盤２００の被測定面のうねりを測定する
方法について、図４を併用して説明する。

【００３１】まず、距離検出部１０における各プローブ
１１ａ，１１ｂ（図３（ａ））と、ラップ盤２００の被
測定面との間および基準バー２１の下壁部との間のそれ
ぞれの距離が、たとえば１００ミクロンメートルとなる
ように、各ねじ１７ａ，１７ｂを回して各プローブ１１
ａ，１１ｂのセット位置を調整する。ここで、各１００
ミクロンメートルを加算した２００ミクロンメートル
が、被測定面の真直度を測定するための基準値となる。

【００３２】ついで、ラップ盤２００（図１）のたとえ
ば図面上で左端の測定開始位置まで、距離検出部１０が
配設された可動板１８を移動せしめる。そこで、センサ
４７ａからの出力を受けた制御回路５２が送出する制御
信号に基づいてモータ４６が駆動されて、タイミング・
ベルト４４と連結した可動板１８上の距離検出部１０
は、所定の速度で図面上で右側に移動する。移動速度
は、測定距離がたとえば３８０ミリメートルであれば、
測定時間が６０〜１２０秒程度となるように設定する。

【００３３】距離検出部１０が移動すると、スリット３
１により設定されたステップ毎に、ラツプ盤２００の被
測定面との間および基準バー２１の下壁部との間のそれ
ぞれの距離を示す各測定値は、コンピュータ６１により
加算されたうえで、その加算値が所定の基準値より減算
されてその差分が演算される。

【００３４】図４は、このようにして得られる測定値お
よび加算値のデータ例を、説明の便宜上簡略に示したも
のであり、図４（ａ）中の「測定値Ａ」は、ラツプ盤２
００の被測定面との間の距離を示し、「測定値Ｂ」は基
準バー２１の下壁部との間の距離をそれぞれ示してい
る。

【００３５】そこで、たとえば、測定点Ｍ１において
は、測定値Ａおよび測定値Ｂはそれぞれ１００ミクロン
メートルであって、その加算値は２００ミクロンメート
ルであるので、基準値である２００ミクロンメートルと
の差分はゼロである。したがって、図４（ｂ）に示すよ
うに、測定点Ｍ１は基準レベルである「０」として表さ
れることになる。

【００３６】これに対して、測定点Ｍ２においては、加
算値は１９０ミクロンメートルであり、基準値との差分
は１０ミクロンメートルであるので、測定点Ｍ１は、図
４（ｂ）に示すように、高さが１０ミクロンメートルの
凸部であることになる。

【００３７】また、測定点Ｍ４における測定値Ａは、１
２０ミクロンメートルで、測定値Ｂは８０ミクロンメー
トルであるが、その加算値は２００ミクロンメートルで
あって、基準値との差分はゼロである。これは、たとえ
ば埃の付着が原因で測定値Ａは１２０ミクロンメートル
であるが、その誤差の分だけ測定値Ｂが減少したことに
よるものである。したがって、測定点Ｍ４は、図４
（ｂ）に示すように、「０」となる。

【００３８】さらに、測定点Ｍ５においては、測定値Ａ
と測定値Ｂとの加算値は２２０ミクロンメートルであっ
て、基準値との差分はマイナス２０ミクロンメートルで
あるので、測定点Ｍ４は、図４（ｂ）に示すように、深
さが２０ミクロンメートルの凹部であることになる。

【００３９】このようにして、各ステップ毎の測定点に
おける測定値が、コンピュータ６１に順次取り込まれ、
演算結果は、測定データとして図示されてはいないディ
スプレイ上に表示され、あるいはプリンタを介してプリ
ント・アウトされることになる。

【００４０】既に述べたように、基準バー２１（図１）
に用いる基準辺は、０．０１ミクロンメートル程度の仕
上げ精度を有し、また、静電容量式変位センサは、０．
１ミクロンメートル程度の高い分解能を有するものであ
る。したがって、本発明によれば、極めて高い精度で被
測定面のうねりなどを測定することが可能である。

【００４１】なお、基準バー２１に用いる基準辺に誤差
がある場合、あるいは基準辺ではない部材を基準バー２
１として用いる場合は、その有する誤差を事前に測定し
ておいて、これを誤差を補正するための補正データとし
てあらかじめコンピュータ６１に格納しておき、測定時
において測定値を補正データにより補正するようにすれ
ばよい。

【００４２】以上においては、ラツプ盤２００の被測定
面との間および基準バー２１の下壁部との間のそれぞれ
の距離を検出する手段として、静電容量式変位センサを
使用する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明は
これに限定されるものではなく、その他に、レーザ光を
利用したセンサを用いるようにしてもよい。

【００４３】また、測定対象物として、ラップ盤２００
を例として挙げたが、本発明の適用対象はこれに限られ
るものではなく、シリコン・ウェーハ、液晶、ガラス板
などの表面うねりなどを測定する場合にも、本発明は適
用し得るものである。

【００４４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によるならば、距離検出部を移動せしめるためのガイド
・レールやスライダに測定誤差となる原因があったとし
ても、常に極めて高い精度で測定対象物の被測定面のう
ねりなどを測定することができる真直度計を、簡易な構
成したがって低コストで実現することができる。

【００４５】また、精度を高めるためにガイド・バーに
重量の大きい石材を用いている従来例２に比して、本発
明に係る真直度計は、その重量が従来例２の２分の１程
度であって取扱いが容易であるとともに、欠けやすい石
材は用いていないので、耐衝撃性にも優れている。

【００４６】しかも、距離検出部の移動距離を長くして
も、高精度の測定が可能であることから、従来例２とは
異なり測定距離を５００ミリメートル以上とすることも
可能である。

【００４７】そのうえ、従来例１・２とは異なって、測
定対象物の被測定面に非接触でその表面うねりなどを測
定するため、被測定面に傷を付けることもなく、測定対
象物の品質を損なうことがないという効果も得ることが
できる。したがって、本発明によりもたらされる効果
は、実用上極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す一部を切欠いた正面
図である。

【図２】本発明の実施の形態を示す一部を切欠いた平面
図である。

【図３】図１に示した距離検出部の構成を示す構成図で
ある。

【図４】図１に示した真直度計により得られるデータを
説明するためのデータ表示図である。

【図５】従来例の構成を示す正面図である。

【図６】他の従来例の構成を示す正面図である。

【符号の説明】

１０ 距離検出部 １１ａ，１１ｂ プローブ １２ａ，１２ｂ 支持具 １３ ガイド・レール １４ コイルばね １５ａ，１５ｂ スライダ １６ 保持部 １７ａ，１７ｂ ねじ １８ 可動板 １９ 延設部 ２１ 基準バー ３１ スリット ３２ センサ ４１ ガイド・レール ４２ スライダ ４３ 連結具 ４４ タイミング・ベルト ４５ａ，４５ｂ プーリ ４６ モータ ４７ａ，４７ｂ センサ ５１ 測定回路 ５２ 制御回路 ５３ 駆動回路 ６１ コンピュータ ７１ ダイヤル・ゲージ ７２ 支持具 ８１ ガイド・レール ８２ スライダ ８３ 連結具 ８４ タイミング・ベルト ８５ａ，８５ｂ プーリ ８６ モータ ９１ 検出器 ９２ 指示計器 １０１ ガイド・バー １０２ 可動体 １０３ 給気口 １０４ａ，１４０ｂ ワイヤ １０５ａ，１０５ｂ リール １０６ａ，１０６ｂ モータ ２００ ラツプ盤

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動手段（４４，４５ａ，４５ｂ，４
   ６，５３）により駆動されて一軸方向において移動可能
   な可動手段（１８）と、 測定対象物（２００）の被測定面との間の距離を検出す
   るための、前記可動手段（１８）に配設された第１の距
   離検出手段（１１ａ，５１）と、 前記測定対象物の上方に置かれる基準バー手段（２１）
   との間の距離を検出するための、前記可動手段に配設さ
   れた第２の距離検出手段（１１ｂ，５１）と、 前記第１および第２の距離検出手段によりそれぞれ得ら
   れた測定値の加算値と所定の基準値との差分を演算する
   ための演算手段（６１）と、 前記第１および第２の距離検出手段によりそれぞれ得ら
   れた測定値を前記演算手段に順次送出するステップを設
   定するためのステップ設定手段（３１，３２）とを具備
   した真直度計。