JPS6091201A - 接触プロ−ブ接点用被覆 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、物体、例えば、加工物との接触を検出するだ
めのプローブに関する。より詳細には、本発明は、斯か
るプローブが物体に接触した結果として電気的特徴の変
化を発生せしめる斯かるプローブに用いられる接点の構
造に関する。

背景技術 自動機械加ニジステム及び調整測定システムは。

加工物の表面の位置を突き止めるだめの精密な手段を必
要とする。斯かる測定の１つの方法として。

いわゆる「接触プローブ」を利用する方法が挙げられる
。この接触プローブでは、針が表面に接触したある位置
に移動して、その結果針のその静止位置からのある運動
をおこすようになっている。

このプローブは、その電気的特徴、即ち一般的には抵抗
が、針の移動の結果変化する１つ以上の点接触を含んで
いる。斯かる電気的特徴の変化は、これらの点接触を開
き、その結果化ずる電気抵抗の変化を適当な電気回路に
よって検出することによシ生ずるのが一般的である。こ
のプローブからの信号は、テーブル即ち機械スピンドル
のＸ軸。

Ｙ軸及びＺ軸の位置の決定と共に用いられ、これにより
検査対象の加工物表面の位置を計算する。

これらの接触プローブの有用性は、それらの極限反復性
に依存する。その測定を約１ミクロン以下の範囲内で反
復する能力を有するプローブを提供することがしばしば
要求でれる。言い換えると、このプローブを、同一の加
工物表面で数回の測定に用いる場合、その表面の計算さ
れた位置は、約１ミクロン以上の範囲にわたって逸脱し
てはならないのである。

ある期間にわたってこのような反復性を有する接触プロ
ーブを提供し且つ維持するために、２つの基本的な要求
条件を満たさなければならない。

最初の要求条件は、外部接触力がプローブの針から除去
された時は必ずこれらの接点は全く同じ位置に戻らなけ
ればならないということである。この要求条件は、機械
的位置反復性と呼ばれる。第２の要求条件は、針が実質
的にその静止位置に戻る時は必ず接触点間の電気抵抗が
一定に保たれるということである。

この機械的反復性要求条件は、１つ以上の点接触を用い
ることを必要とするのが一般的である。

本発明に係る接触プローブは、点接触を定めるために平
坦面に対して球状面を用いている。（例えば、米国特許
第３８８，１８７号を参照）。他の型式の接触プローブ
は、２つの収束する球状又は平坦面によって捕捉てれた
球状面を用いている（例えば、米国特許第４，１５５，
１７１号、第４，２７０，２７５号及び第４．３０１，
３３８号を参照）。

これらの接点の材料として、セメント接合カーバイトが
用いられるのが一般的である。不幸にして、バインダ金
属の粒子は、カーノてイド粒子と全く同じ電気的特徴を
有していない。従って、点接触の位置がバインダ金属の
領域からカーノミイドの領域に変化するとその電気的特
徴も変化を来すことになる。更に、このバインダ金属は
、酸化する傾向を有しているため、例え研磨した後でも
凹凸の表面を形成することになる。この酸化速度は、電
流が接点を通ると更に増加する。表面のざらつきが酸化
あるいは他の理由で形成するにも関わらず、この表面の
ざらつきはこれらの接点を用いているプローブの機械的
反復性に影響する。

これらの問題の解消を図るために、過去においてこれら
の接点は中性のｐＨ値を持つオイル、例えばベビーオイ
ル、ミネラルオイルとによって被覆された。しかしなが
ら、これらのオイルはある使用期間を過ぎると接点から
変位する傾向を有するため、これらの接点は再び空気及
び他の汚染源に対して露出することになる。更に、これ
らのオイルは少しだらだらしており、プローブ中の他の
部品に流れることがある。従ってその結果、斯力Ｓる方
法は、上に述べた問題を解消するという点においては完
全に満足するものとはいえな７５１つだ。

発明の要約 本発明によると、これらの接点は、均質の化学的に不活
性の導電材料によって被覆される。これらの接点は、炭
化タングステンによって作られ、被覆イオ料は、窒（ヒ
チタン及び炭化チタンから選択するのがｆｆ、−４しい
。これらの被覆は、窒化タングステンより？Ｌ’Ｊ、ｌ
質であり−１つこれに適合し得る。この被ｍ材料は、不
活性であるため、接点は腐蝕することがなく上記の機械
的反復性の問題は防止される。更に、これらの被覆の均
質性によって、これらのプローブを長い間使用した後で
も接点の電気抵抗のＩｔＮｊ性は一定に保たれる。従っ
てこの結果従来の方法に見られた問題は実質的に解消さ
れ、同時に、従来のオイルを接点に適合する方法から生
ずる＠捷しくない副作用を防止することができる。

好捷しい実施例の説明 第１図及び第３図（ｄ、本発明の改良により特定の実用
性を見い出しでいる型式の接触プローブ１０を示してい
る。ゾロ−〕１０の構造の詳細については、米国特許第
３８８．１．８７号に開示されている。

従って、本発明の坤）今イに必要な詳細事項のみを説明
することにする。

プローブ１０は、ハウジング１４の一端からそこに形成
されたアバ〜チュアを通して突き出ている釧１２を含ん
でいる。このプローブ１０はまた、例えば、工作機械ス
ピンド９ルの相補的々ソケットに収容するように構成て
れているＴ作機械工業標準テーパを含むアダプタ部分】
５を含んでいる。他の様々なアダプタ構成は、当業者の
知識の範囲内にある。

内部部品を汚染から保護するために、このア・ξ−チュ
アの領域内の針１２をダイアフラム】−６が包囲してい
る。針１２の後方端は、打上１８によって全体を示して
いるスイッチアセンブリに接続をれている。このスイッ
チアセンブリ比の目的は、針１２が′物体に接触し、そ
の静止位置から移動する時、即ち、針１２が物体に接触
する時は必ず電気的特性を変化するためである。図示で
れた実施例の場合、斯かる作用は、これらの点接触の内
の３つによって達成される。その内の２つは参照符号２
０及び２２を有ｊ−でいる。各点接触は、球面を有する
第１−導電部材及び第１導電部材に対抗する第２導電部
材によって画成される。勘かる実施例の場合、これらの
接点２０及び２２は、それぞれボール２４及び・ξツ）
パ２６によって画成される。これらのボール２４は、針
１２の後方端に接続烙７Ｉ７ているピボットプレート３
０に固定てれている。−力、これらの・ミツド２６は、
部材３２によって与えられる固定烙れた基準面に取り伺
けられている。

１）−１−゛スプリング３４が、その一端をピボットプ
１／　−ｈ　３０に且つ他方娼１を部材３２に接続せし
めている。このリートゝスゾリンダ３４の目的は、第１
図に示すように針１２にかけられている接触力がない時
にこれらの接点を一緒に付勢することにある。針１２の
縦軸に平行に相加的な偏倚力を与え、これによりこれら
の接点の係合を通してプレート３０及び部材３２を静１
Ｆ１位置に倒勢するためにスプリング３６も配設されて
いる。

第３図に示すように、針１２が撓むと、ピボットプレー
ト３０が撓むため、これにより、これらの接点の１つが
針移動の方向に応じて変位を起こす。

第３図では、接点２０が、変位てれて、ボー）し２４と
バソｌ’２６によって画成されている電気的接続を開い
ている状態に示てれている。期かる電気的特徴の変化は
、当業者の知識の範囲内にある種々の方法によって検出
することができる。助かる技術の１つとして、米国特許
第２５９，２５７号に開示でれているものが挙げられる
。基本的には、回路４０を用いることにより、これらの
接点の１つの接点の開きを検出し、赤外発光グイオー１
’４２をｊｆｌ　ｌ−て行う光信号の伝達を行う。グイ
オーｌ−゛４２からの信号を機械の制＠装置に用いると
、プローブの位置、従ってプローブが接触した表面の位
置を計算することができる。−に記の！特許出願ｄ゛、
本明細書に引例として挙げられている。しかしながら、
ここで了解すへさことは、他の種々のプローブ接触装貿
及び検出技術も利用することができることである。

ここで理解できることは、斯かる一般的な方法の制度は
機械的反復性を必要とし月つ接点間の一定した電気的特
性を必要とすることである。第４図を参照すると、従来
技術の接点構造につける問題の幾つかを理解するのに役
立つ。第４図を見ると、従来技術の点接触を構成する・
ξラドとボールはダッシュ記号を有している。ノξソド
２６′は誇張きれた形で、凹凸の表面を有する状態に示
されている。上に述べたように、このでこぼこの表面は
、酸化等の原因によりプローブをある期間使用すると凹
凸が増大する傾向（にある。ボール２４’が、第４Ａ図
に示すようにパット″′２６′の表面の突出部に接触し
た場合、針１２は距離Ｙの関数で、ある与えられた静止
位置に置かれる。ボール２４′が、バラ）’２６’の突
出部を構成するカーバイド粒子に接触する場合は、その
間にある電気的抵抗が発生する。第４Ｂ図は、ボール２
４′がバット’２６’のでこぼこな表面の谷の中に落ち
込んだ状態を示している。斯かる状態の場合、針１２の
静止位置は第４Ａ図に示す位置とは異なる。これは、距
離Ｙ及びＹ′の差によって表わぢれる。従って、プロー
ブ１０は、同一の結果でもって同一の測定を反復するこ
とができず、これによりその精度を乱してしまうことに
なる。

更に、ボール２４がバイング金属等の異類の物質と接触
すると、その電気的特性も異なるため、不正確な測定の
可能性を更に増すことになる。

本発明によると、上記及び他の諸問題は、これらの接触
部材を均質な化学的に不活性の導電材料で被覆すること
により解決きれる。これらの接触部材の本体は、セメン
ト接合カーバイトゝ、例えば強力な比較的柔らかいノミ
インダ金属、例えばコバルトによって結合即ちセメント
接合された炭化タングステンの微粒子肴のセメント接合
カーバイトによって形成されるのが好捷しい。ここで理
解すべきことは、本明細書に用いられている「セメント
接合カーバイド」と言う用語は、炭化タングステンに加
えて、市販されている材料、即ち、チタン、タンタル、
ニオビウム、クロム、バナジウム、モリブデン又はハフ
ニウムの独立あるいはこれらの組合せの炭化物によって
タングステンが補足あるいは置換きれていることが多い
市販材料ケ含むことであり、一方コバルトバインダが同
様にして、ニッケル又はニッケルーモリブデンによって
合金化あるいは置換され得るということである。本発明
の諸口的に好適と見られるセメント接合カーバイトの１
つとして、ミシガン州トロイのＴｈｅ　Ｖａｌｅｒｏｎ
Ｃｏｒｐｏｒαｔｉｏｎ市販のＶＣ−２級が挙げられる
。

これらのセメント接合カーバイド接触本体は、窒化チタ
ン及び炭化チタンから選択された１つの層で被覆するの
が好捷しい。窒化チタンは、その導電性が良好であるだ
めに好ましい。第５図に示すように、ボール接点２４の
本体４０は、被覆４２を含み、パッド２６の本体４４は
、被覆４６を含んでいる。

被覆４２及び４６はロックウェル硬度のＣスケールを呈
する極嬬に固い導電面を特徴としている。これらの被覆
４２及び４６は、酸化に耐えるため、その平滑表面を維
持することができる。加うるに、これらの被覆の均質性
によって、被覆間の電気抵抗特性が確実に一定になる。

これらの接触部材を製造するに当り、炭化タングステン
本体は、その所望の最高表面仕上げの約９５％をラップ
仕上げすることが好ましい。例えば、約２−２−３Ｒの
最高表面仕上げをすることが好ましく、従って、炭化物
本体は、約５ＲＭＳ仕上けにラップ仕上げすることが好
ましい。これらの接点本体は、約２−３ミクロンの厚さ
の層で被覆てれる。これらの接小本体は、化学的又は物
理的蒸着法を用いて被覆するのが好ましい。これらの被
覆が適用された後、被覆された接点部材は、必要に応じ
て、その最終仕上げ迄ラップ仕上げすることができる。

物理的蒸着法を用いると、斯かる最終ラップ仕上げ工程
を省略することができる。

従って、当業者は、本発明が機械的反復性及び接点に対
する一定の電気的特徴の２重要求を達成することにより
非常に長い有効寿命を有する上記の型式のプローブを提
供することができることを了解されよう。本発明は、完
全には満足したものではないと証明きれている方法であ
るプローブへの従来のオイル使用を省略している。

【図面の簡単な説明】

第１図（ｄ、本発明の教示を利用している接触プローブ
の部分断面平面図、第２図は、第１図の線２−２につい
ての断面図、第３図は、接触力を受けた変位位置にある
プローブ針を示す第１図の部分断面に類似した図、第４
図（Ａ−Ｂ）は、従来技術の２つのプローブ接触部材の
拡大断面図、第５図は、本発明の好ましい実施例に従っ
て作成された防融部材を示す断面図。 １０・・・プローブ　１２・・針 １８・スイッチアセンブリ手段　２０　、２２・・点接
触２４・・ボール　２６・・・ノξットゝ手続補正書 昭和ツク年り月／夕日 特許庁λ宿志　４゛？　学殿　。 ２、発明の名称 ｆＥ献フ・ローフ′≠良象梗山ネ翫Δ１６、補正をする
者 事件との関係　特♂１−出願人 住所 洛７坏゛　ジ゛−ブイ−イー・へ゛イルロー／・ツづｆ
″に−４・７４代　理　人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）物体との接触を検出するためのプローブであって、
   その−ｉ／ｉ１１から突き出ている針であって、上記物
   体に接触し静ＩＩ−位置からの針の移動を生ずるように
   構成された先端を有する針、及び上記針の他方端に接続
   されているスイッチアセンブリ手段であって、上記針が
   その静止位置から移動した時に電気的特徴の変化を起す
   だめのスイッチアセンブリ手段を含むプローブにおいて
   、上記スイッチアセンブリ手段が、非平面表面を有する
   第Ｊ、導電部材及び」二記第１部材の非平面表面の表面
   に全体的に対抗するように配置烙れている表面を有する
   第２導電部材によって画成された少なくとも１つの点接
   点を含み、上記の部材の１つが上記針と共に移動可能で
   あり、他方の部材が固定されており、に記部材の表面が
   均質の化学的に不活性な導電被覆材料によって被覆され
   、これにより精密な機械的反復性及びプローブの一定し
   た電気的！１を徴を保持することを特徴とするプローブ
   。 ２）上記部材が、バインダ金属中の七メント接合カーバ
   イト８粒子を含む本体を有し、上記被覆材料が、窒化チ
   タン及び炭化チタンから選択系れることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載のプローブ。 ３）一方の部材が、ボールの形をとり他方の部材の表面
   が全体的に平坦であることを特徴とする特許請求の範囲
   第２項に記載のプローブ。 ４）上記部材が、約２乃至３ミクロンの厚さまで上記被
   覆材料によって被覆されることを特徴とする特許請求の
   範囲第２項に記載のプローブ。 ５）接触プローブに使用される接点部材を形成する方法
   において、七メント接合カーバイ］・カラなる本体に窒
   化チタン又は炭化チタンの被罹を蒸着する工程を含むこ
   とを特徴とする方法。 ６）接触プローブに使用される接点部材を形成する方法
   において、導電本体に均質な化学的に不活性の導電被覆
   材料を蒸着する工程を含むことを特徴とする方法。