(57)【要約】【課題】簡易な構成で正確な形状測定を行うことができるレバーヘッドを提供すること。【解決手段】スタイラス１が固定されたスタイラス支持部材２は、ｘ方向に延伸する。互いにｙ方向に離隔する上部梁３ａ及び下部梁３ｂは、スタイラス支持部材２に対してｘ方向に離隔して配置される。弾性体取り付け部材３の上部梁３ａ及び下部梁３ｂは、部材３ｃ及び３ｄで連結される。板バネ１１は、一端がホルダ５に固定され、他端が上部梁３ａと接合される。板バネ１２は、一端がスタイラス支持部材２の部材２ｂと接合され、他端が上部梁３ａと接合される。バネ１３は、スタイラス支持部材２の部材２ｃと接合され、他端が下部梁３ｃと接合さる。バネ１４は、一端がホルダ５に固定され、他端が下部梁３ｃと接合される。検出器４は、スタイラス支持部材２のｙ方向の変位を検出する。板バネ１１〜１４はｚ方向を回転軸とする１自由度のてこ運動を行う。【選択図】図２
2014081323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホルダと、
第１の方向に延伸するスタイラス支持部材と、
前記スタイラス支持部材に固定され、第２の方向に延伸するスタイラスと、
前記スタイラス支持部材に対して前記第２の方向に離隔して配置される第１の弾性体取り付け部材と、
前記スタイラス支持部材に対して前記第２の方向に離隔し、前記第１の弾性体取り付け部材に対して前記第１の方向に離隔して配置される第２の弾性体取り付け部材と、
前記第１及び第２の弾性体取り付け部材を連結し、前記第１及び第２の弾性体取り付け部材の相対位置を固定する連結部材と、
一端が前記ホルダに固定され、他端が前記第１の弾性体取り付け部材の第１の取付け位置と接合される第１の弾性体と、
一端が前記スタイラス支持部材の第１の接合位置に接合され、他端が前記第１の弾性体取り付け部材を介して前記第１の取付け位置と前記第１の方向で対向する第２の取り付け位置と接合される第２の弾性体と、
一端が前記スタイラス支持部材の前記第１の接合位置から前記第１の方向に離隔した第２の接合位置に接合され、他端が前記第２の弾性体取り付け部材の第３の取付け位置と接合される第３の弾性体と、
一端が前記ホルダに固定され、他端が前記第２の弾性体取り付け部材を介して前記第３の取付け位置と前記第１の方向で対向する第４の取り付け位置と接合される第４の弾性体と、
前記スタイラス支持部材の前記第１の方向の変位を検出する検出器と、を備え、
前記第１〜第４の弾性体は、前記第１及び第２の方向と直交する第３の方向を回転軸とする１自由度のてこ運動を行う、
レバーヘッド。
【請求項２】
前記第１及び第２の弾性体、前記第１の弾性体取り付け部材は、第１の折り返しヒンジを構成し、
前記第３及び第４の弾性体、前記第２の弾性体取り付け部材は、第２の折り返しヒンジを構成する、
請求項１に記載のレバーヘッド。
【請求項３】
前記スタイラス支持部材は、
前記第１の方向に延伸する第１の部材と、
前記第１の部材の一方の端部から第２の方向に突出する第２の部材と、
前記第１の部材の他方の端部から前記第２の部材と同じ方向に突出する第３の部材と、を備え、
前記第１の弾性体は、前記第２の部材の前記第３の部材側の面と接合され、
前記第３の弾性体は、前記第３の部材の前記第２の部材とは反対側の面と接合される、
請求項１又は２に記載のレバーヘッド。
【請求項４】
前記スタイラス支持部材は、
前記第１の方向に延伸する第１の部材と、
前記第１の部材の一方の端部から第２の方向に突出する第２の部材と、
前記第１の部材の他方の端部から前記第２の部材と同じ方向に突出する第３の部材と、を備え、
前記第１の弾性体は、前記第２の部材の前記第３の部材とは反対側の面と接合され、
前記第３の弾性体は、前記第３の部材の前記第２の部材とは反対側の面と接合される、
請求項１又は２に記載のレバーヘッド。
【請求項５】
前記スタイラス支持部材は、
前記第１の方向に延伸する第１の部材を備え、
前記第１の弾性体は、前記第１の部材の一端と接合され、
前記第３の弾性体は、前記第１の部材の他端と接合される、
請求項１又は２に記載のレバーヘッド。
【請求項６】
前記第１及び第２の弾性体取り付け部材は、前記第３の方向に延伸し、
前記連結部材は、前記第１の方向に延伸して前記第１及び第２の弾性体取り付け部材を連結する、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のレバーヘッド。
【請求項７】
前記連結部材である第１の連結部材を備え、
前記第１の連結部材は、前記第１の弾性体取り付け部材の第１の端部と、前記第１の端部に対応する前記第２の弾性体取り付け部材の第２の端部との間を連結する、
請求項６に記載のレバーヘッド。
【請求項８】
前記連結部材である第２の連結部材を更に備え、
前記第２の連結部材は、前記第１の端部と反対側の前記第１の弾性体取り付け部材の第３の端部と、前記第３の端部に対応する前記第２の弾性体取り付け部材の第４の端部との間を連結し、
前記第１及び第２の弾性体取り付け部材、前記第１及び第２の連結部材で囲まれた中空部が形成される、
請求項７に記載のレバーヘッド。
【請求項９】
前記検出器は、前記中空部を貫通して前記第２の方向に延伸する、前記ホルダに固定された片持ち梁として構成される、
請求項８に記載のレバーヘッド。
【請求項１０】
前記第１〜第４の弾性体は、長手方向が前記第２の方向の同一のばね定数を有する板バネである、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載のレバーヘッド。
【請求項１１】
前記第１〜第４の弾性体は、長手方向が前記第２の方向の同一の曲げ剛性を有する切欠きヒンジである、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載のレバーヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレバーヘッドに関し、例えば直動型のレバーヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象物の三次元形状測定を行う測定器の測定子として、例えばレバーヘッドが広く用いられている。レバーヘッドを用いて三次元形状の測定を行う場合、スタイラス先端を測定対象物に接触させたままレバーヘッドを走査させる。そして、走査中のスタイラス先端の変位量を検出することで、測定対象物の三次元形状の輪郭線を取得することができる。
【０００３】
このようなレバーヘッドの例として、測定方向を切り替え可能なてこ式検出器が提案されている（特許文献１）。このてこ式検出器では、レバーの基部が回転体に接合され、回転体の回転軸を中心とする回転運動を行う。そのため、スタイラス先端は、円弧状の軌道を辿って変位する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実公昭５３−１２１０４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、発明者は、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。図１２は、てこ式検出器のスタイラス先端の軌道と変位方向との関係を模式的に示す図である。上述のてこ式検出器では、スタイラス６０の先端が円弧状の軌道を辿る。そのため、被測定物の測定を行う際に、円周の接線方向の変位（Ｙ方向）及び円の径方向の変位（Ｘ方向）の変位が生じてしまう。図１２では、測定力Ｆが加えられた場合に、スタイラス６０が回転軸６１を中心として角度θだけ回転した例を示している。
【０００６】
本構成において、１方向の変位（例えば、図１２のＹ方向）のみを検出する場合には、測定対象物の正確な形状を測定できない。また、２方向の変位を検出する場合には、レバーヘッドに複雑な変位検出機構を搭載し、更に２方向の変位を元に演算処理を行わなければならない。そのため、レバーヘッドの大型化、高コスト化を招いてしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様であるレバーヘッドは、ホルダと、第１の方向に延伸するスタイラス支持部材と、前記スタイラス支持部材に固定され、第２の方向に延伸するスタイラスと、前記スタイラス支持部材に対して前記第２の方向に離隔して配置される第１の弾性体取り付け部材と、前記スタイラス支持部材に対して前記第２の方向に離隔し、前記第１の弾性体取り付け部材に対して前記第１の方向に離隔して配置される第２の弾性体取り付け部材と、前記第１及び第２の弾性体取り付け部材を連結し、前記第１及び第２の弾性体取り付け部材の相対位置を固定する連結部材と、一端が前記ホルダに固定され、他端が前記第１の弾性体取り付け部材の第１の取付け位置と接合される第１の弾性体と、一端が前記スタイラス支持部材の第１の接合位置に接合され、他端が前記第１の弾性体取り付け部材を介して前記第１の取付け位置と前記第１の方向で対向する第２の取り付け位置と接合される第２の弾性体と、一端が前記スタイラス支持部材の前記第１の接合位置から前記第１の方向に離隔した第２の接合位置に接合され、他端が前記第２の弾性体取り付け部材の第３の取付け位置と接合される第３の弾性体と、一端が前記ホルダに固定され、他端が前記第２の弾性体取り付け部材を介して前記第３の取付け位置と前記第１の方向で対向する第４の取り付け位置と接合される第４の弾性体と、前記スタイラス支持部材の前記第１の方向の変位を検出する検出器と、を備え、前記第１〜第４の弾性体は、前記第１及び第２の方向と直交する第３の方向を回転軸とする１自由度のてこ運動を行うものである。これにより、スタイラス支持部材の運動が第１の方向にのみ限定された直動型のレバーヘッドが得られる。
【０００８】
本発明の第２の態様であるレバーヘッドは、上記のレバーヘッドであって、前記第１及び第２の弾性体、前記第１の弾性体取り付け部材は、第１の折り返しヒンジを構成し、前記第３及び第４の弾性体、前記第２の弾性体取り付け部材は、第２の折り返しヒンジを構成するものである。これにより、スタイラス支持部材の運動を第１の方向にのみ限定することができる。
【０００９】
本発明の第３の態様であるレバーヘッドは、上記のレバーヘッドであって、前記スタイラス支持部材は、前記第１の方向に延伸する第１の部材と、前記第１の部材の一方の端部から第２の方向に突出する第２の部材と、前記第１の部材の他方の端部から前記第２の部材と同じ方向に突出する第３の部材と、を備え、前記第１の弾性体は、前記第２の部材の前記第３の部材側の面と接合され、前記第３の弾性体は、前記第３の部材の前記第２の部材とは反対側の面と接合されるものである。これにより、スタイラス支持部材の運動を第１の方向にのみ限定する構造を構成することができる。
【００１０】
本発明の第４の態様であるレバーヘッドは、上記のレバーヘッドであって、前記スタイラス支持部材は、前記第１の方向に延伸する第１の部材と、前記第１の部材の一方の端部から第２の方向に突出する第２の部材と、前記第１の部材の他方の端部から前記第２の部材と同じ方向に突出する第３の部材と、を備え、前記第１の弾性体は、前記第２の部材の前記第３の部材とは反対側の面と接合され、前記第３の弾性体は、前記第３の部材の前記第２の部材とは反対側の面と接合されるものである。これにより、スタイラス支持部材の運動を第１の方向にのみ限定する構造を構成することができる。
【００１１】
本発明の第５の態様であるレバーヘッドは、上記のレバーヘッドであって、前記スタイラス支持部材は、前記第１の方向に延伸する第１の部材を備え、前記第１の弾性体は、前記第２の部材の一端と接合され、前記第３の弾性体は、前記第３の部材の他端と接合されるものである。これにより、スタイラス支持部材の運動を第１の方向にのみ限定する構造を構成することができる。
【００１２】
本発明の第６の態様であるレバーヘッドは、上記のレバーヘッドであって、前記第１及び第２の弾性体取り付け部材は、前記第３の方向に延伸し、前記連結部材は、前記第１の方向に延伸して前記第１及び第２の弾性体取り付け部材を連結するものである。これにより、前記第１及び第２の弾性体取り付け部材の回転運動を防止し、スタイラス支持部材の運動を第１の方向にのみ限定する構造を構成することができる。
【００１３】
本発明の第７の態様であるレバーヘッドは、上記のレバーヘッドであって、前記連結部材である第１の連結部材を備え、前記第１の連結部材は、前記第１の弾性体取り付け部材の第１の端部と、前記第１の端部に対応する前記第２の弾性体取り付け部材の第２の端部との間を連結するものである。これにより、前記第１及び第２の弾性体取り付け部材の回転運動を防止し、スタイラス支持部材の運動を第１の方向にのみ限定する構造を構成することができる。
【００１４】
本発明の第８の態様であるレバーヘッドは、上記のレバーヘッドであって、前記連結部材である第２の連結部材を更に備え、前記第２の連結部材は、前記第１の端部と反対側の前記第１の弾性体取り付け部材の第３の端部と、前記第３の端部に対応する前記第２の弾性体取り付け部材の第４の端部との間を連結し、前記第１及び第２の弾性体取り付け部材、前記第１及び第２の連結部材で囲まれた中空部が形成されるものである。これにより、前記第１及び第２の弾性体取り付け部材の回転運動を防止し、スタイラス支持部材の運動を第１の方向にのみ限定する構造を構成することができる。
【００１５】
本発明の第９の態様であるレバーヘッドは、上記のレバーヘッドであって、前記検出器は、前記中空部を貫通して前記第２の方向に延伸する、前記ホルダに固定された片持ち梁として構成されるものである。これにより、第１の方向に運動するスタイラス支持部材の変位を検出し、測定対象物の形状測定を行うことができる。
【００１６】
本発明の第１０の態様であるレバーヘッドは、上記のレバーヘッドであって、前記第１〜第４の弾性体は、長手方向が前記第２の方向の同一のばね定数を有する板バネであるものである。これにより、前記第１及び第２の弾性体取り付け部材の回転運動を防止し、スタイラス支持部材の運動を第１の方向にのみ限定する構造を構成することができる。
【００１７】
本発明の第１１の態様であるレバーヘッドは、上記のレバーヘッドであって、前記第１〜第４の弾性体は、長手方向が前記第２の方向の同一の曲げ剛性を有する切欠きヒンジであるものである。これにより、前記第１及び第２の弾性体取り付け部材の回転運動を防止し、スタイラス支持部材の運動を第１の方向にのみ限定する構造を構成することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、簡易な構成で正確な形状測定を行うことができるレバーヘッドを提供することができる。
【００１９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】レバーヘッドが測定対象物を走査する場合のレバーヘッド先端の軌跡を模式的に示す斜視図である。
【図２】実施の形態１にかかるレバーヘッド１００の構成を模式的に示す断面図である。
【図３】実施の形態１にかかるレバーヘッド１００の弾性体取り付け部材３、検出器４及び板バネ１１〜１４の構成を模式的に示す斜視図である。
【図４】実施の形態１にかかるレバーヘッド１００の図２のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。
【図５】スタイラス１の先端１ｂに測定力が付与される場合のレバーヘッド１００を示す断面図である。
【図６】比較例にかかるレバーヘッド５００の構成を模式的に示す断面図である。
【図７】比較例にかかるレバーヘッド５００の第１の弾性体取り付け部材６ａ、第２の弾性体取り付け部材６ｂ、検出器４及び板バネ１１〜１４の構成を模式的に示す斜視図である。
【図８】スタイラス１の先端１ｂに測定力が付与される場合のレバーヘッド５００を示す断面図である。
【図９】実施の形態２にかかるレバーヘッド２００の構成を模式的に示す断面図である。
【図１０】実施の形態３にかかるレバーヘッド３００の構成を模式的に示す断面図である。
【図１１】実施の形態４にかかるレバーヘッド４００の構成を模式的に示す断面図である。
【図１２】てこ式検出器のレバー先端の軌道と変位方向との関係を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
まず、本発明を理解するための前提として、レバーヘッドの動作原理について説明する。図１２に示すように、てこ式レバーヘッドは測定時に回転運動が生じ、Ｘ方向及びＹ方向に変位する。そのため、レバーヘッド先端の押し込み量（上向きのＹ方向の変位量）が大きくなるに従って、レバーヘッド先端は図１２の紙面右方向（Ｘ方向）への変位量が大きくなる。その結果、てこ式レバーヘッドでは、凹凸を有する測定対象物の表面を走査するときに問題が生じる。
【００２３】
図１は、レバーヘッドが測定対象物を走査する場合のスタイラス先端の軌跡を模式的に示す斜視図である。図１では、てこ式レバーヘッドＳ１が凹凸を有する測定対象物の表面を走査するときの軌跡を、軌跡Ｌ１で表示している。てこ式レバーヘッドＳ１で勾配を有する測定面を走査する場合、上方向の変位ΔＹ１が大きなるに従い、右方向の変位ΔＸ１が大きくなる。そのため、図１に示すように、軌跡Ｌ１は走査の進展にともない、右方向へずれてしまう。しかし、凹凸を有する測定対象物の表面の形状を測定するには、軌跡Ｌ０のように、等高線ＬＨに垂直な経路に沿って走査してＹ方向のみの変位量ΔＹ０を得る必要がある。つまり、てこ式レバーヘッドＳ１は、本来走査したい経路からＸ方向にずれてしまうため、その分だけ測定結果に誤差が生じることとなる。このＸ方向に生じる誤差は、ΔＸ１＝ΔＹ０ｃｏｓθで表されるため、コサイン誤差と称される。
【００２４】
以上より、凹凸を有する測定対象物の表面の形状を精度よく測定するには、レバーヘッド先端がＹ方向にのみ変位する、符号Ｓ０で示す直動型レバーヘッドを用いることが望ましい。
【００２５】
実施の形態１
以下、実施の形態１にかかるレバーヘッド１００について説明する。図２は、実施の形態１にかかるレバーヘッド１００の構成を模式的に示す断面図である。図３は、実施の形態１にかかるレバーヘッド１００の弾性体取り付け部材３、検出器４及び板バネ１１〜１４の構成を模式的に示す斜視図である。なお、図２は、図３に示すＩＩ−ＩＩ線での断面を表している。図４は、実施の形態１にかかるレバーヘッド１００の図２のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。
【００２６】
レバーヘッド１００は、スタイラス１、スタイラス支持部材２、弾性体取り付け部材３、検出器４、ホルダ５、板バネ１１〜１４、弾性体固定部材１５及び１６を有する。
【００２７】
スタイラス１は、図２のｘ方向に延伸する基部１ａがスタイラス支持部材２と接合され、先端１ｂ側がホルダ５から外部に突出する。スタイラス支持部材２は、図２のｙ方向に延伸する部材２ａを有する。本実施の形態では、スタイラス１の基部１ａは、延伸する部材２ａの下部からｘ方向に延伸する片持ち梁として接合される。また、スタイラス支持部材２は、部材２ａの上端から弾性体取り付け部材３へ向けてｘ方向に延伸する部材２ｂと、部材２ａの下端から弾性体取り付け部材３へ向けてｘ方向に延伸する部材２ｃと、を有する。なお、以下では、ｘ方向、ｙ方向及びｚ方向は、互いに直交する方向として取り扱う。また、ｘ方向、ｙ方向及びｚ方向は、それぞれ第１〜第３の方向とも称する。
【００２８】
弾性体取り付け部材３は、ｘ方向を軸とする環状形状を有する部材であり、スタイラス支持部材２に対してｘ方向に離隔して配置される。弾性体取り付け部材３は、ｚ方向に延伸する上部梁３ａ及び下部梁３ｂを有する。なお、上部梁３ａ及び下部梁３ｂは、それぞれ第１及び第２の弾性体取り付け部材とも称する。上部梁３ａ及び下部梁３ｂは、平行に配置される。上部梁３ａ及び下部梁３ｂのそれぞれの端部間は、部材３ｃ及び３ｄにより接合される。なお、部材３ｃ及び３ｄは、連結部材とも称する。すなわち、上部梁３ａ、下部梁３ｂ、部材３ｃ及び３ｄは、中空部３ｅを囲むように配置される。
【００２９】
検出器４は、ホルダ５からスタイラス支持部材２へ向けてｘ方向に延伸する片持ち梁として接合される。なお、検出器４は、弾性体取り付け部材３の中空部３ｅを貫通するように配置される。つまり、中空部３ｅは、弾性体取り付け部材３と検出器４とが干渉することを防止するために設けられていることが理解できる。
【００３０】
板バネ１１〜１４は、主面がｙ方向に略垂直で、かつ、長手方向がｘ方向となるように配置される。板バネ１１〜１４は、同一の材質、同一の厚み、同一の面積を有する。すなわち、板バネ１１〜１４は、形状及びばね定数が同一である板バネが用いられる。なお、板バネは、弾性体の一例に過ぎず、板バネ以外の他の弾性体を用いることも可能である。
【００３１】
板バネ１１の一端の上面は部材２ｂの下面と接合され、他端の下面は弾性体取り付け部材３の上部梁３ａの上面と接合される。板バネ１２の一端の上面は弾性体取り付け部材３の上部梁３ａの下面と接合され、他端の下面は弾性体固定部材１５の上面と接合される。弾性体固定部材１５は、ホルダ５に固定されている。よって、板バネ１２の弾性体固定部材１５側の端部は、ホルダ５に対して位置が固定される。
【００３２】
つまり、板バネ１１と部材２ｂとの接合部は、板バネ１２と弾性体固定部材１５との接合部に対して、ｙ方向で対向している。また、板バネ１１と上部梁３ａとの接合部は、上部梁３ａを介して、板バネ１２と上部梁３ａとの接合部に対してｙ方向で対向している。これにより、板バネ１１及び１２、弾性体取り付け部材３の上部梁３ａは、上部梁３ａで折り返された１組の折り返しヒンジを構成する。
【００３３】
板バネ１３の一端の下面は弾性体取り付け部材３の下部梁３ｂの上面と接合され、他端の上面は部材２ｃの下面と接合される。板バネ１４の一端の上面は弾性体取り付け部材３の下部梁３ｂの下面と接合され、他端の下面は弾性体固定部材１６の上面と接合される。弾性体固定部材１６は、ホルダ５に固定されている。よって、板バネ１４の弾性体固定部材１６側の端部は、ホルダ５に対して位置が固定される。
【００３４】
つまり、板バネ１３と部材２ｃとの接合部は、板バネ１３と弾性体固定部材１６との接合部に対して、ｙ方向で対向している。また、板バネ１４と下部梁３ｂとの接合部は、上下部梁３ｂを介して、板バネ１４と下部梁３ｂとの接合部に対してｙ方向で対向している。これにより、板バネ１３及び１４、弾性体取り付け部材３の下部梁３ｂは、下部梁３ｂで折り返された１組の折り返しヒンジを構成する。
【００３５】
続いて、レバーヘッド１００の動作について説明する。レバーヘッド１００を用いて測定対象物の形状測定を行うと、スタイラス１の先端１ｂに測定力が付与される。図５は、スタイラス１の先端１ｂに測定力が付与される場合のレバーヘッド１００を示す断面図である。図５に示すように、紙面上向きの測定力Ｆがスタイラス１の先端１ｂに付与されると、スタイラス１の先端１ｂが上方にΔｙだけ変位する。従って、スタイラス１が固定されているスタイラス支持部材２も変位する。この際、板バネ１１〜１４のばね定数が同一であるので、板バネ１１〜１４には同じ曲げが生じる。更に、板バネ１１及び１４がホルダ５に固定され、上部梁３ａ及び下部梁３ｂの相対位置が保たれたまま、板バネ１１〜１４が変形する。よって、板バネ１１は板バネ１２に対して逆方向に変形する。また、板バネ１３は板バネ１４に対して逆方向に変形する。
【００３６】
その結果、スタイラス支持部材２は、ｙ方向にのみ変位が可能となる。よって、スタイラス支持部材２は、スタイラス１の先端１ｂと同様に、上方にのみΔｙだけ変位する。この際、弾性体取り付け部材３のｙ方向の変位は、スタイラス支持部材２の１／２である１／２Δｙとなる。
【００３７】
そして、検出器４が、例えばスタイラス支持部材２のｙ方向の変位を読み取ることで、スタイラス１の先端１ｂの変位量Δｙを求めることができる。
【００３８】
上記より、レバーヘッド１００は、スタイラス１の先端１ｂがｙ方向にのみ変位する直動型のレバーヘッドとして動作することが理解できる。しかも、レバーヘッド１００は、板バネのような弾性体を有する簡素な構成により、直動型のレバーヘッドを実現できる。これにより、作製容易で、しかも低コストのレバーヘッドを提供することが可能となる。
【００３９】
比較例１
以下、比較例にかかるレバーヘッド５００と上述のレバーヘッド１００とを比較し、レバーヘッド１００によって実現される技術的効果について検討する。図６は、比較例にかかるレバーヘッド５００の構成を模式的に示す断面図である。図７は、比較例にかかるレバーヘッド５００の第１の弾性体取り付け部材６ａ、第２の弾性体取り付け部材６ｂ、検出器４及び板バネ１１〜１４の構成を模式的に示す斜視図である。なお、図６は、図７に示すＶＩ−ＶＩ線での断面を表している。
【００４０】
レバーヘッド５００は、レバーヘッド１００の弾性体取り付け部材３を、第１の弾性体取り付け部材６ａ及び第２の弾性体取り付け部材６ｂに置換した構成を有する。第１の弾性体取り付け部材６ａは、レバーヘッド１００の弾性体取り付け部材３の上部梁３ａと同様の構成を有する。第２の弾性体取り付け部材６ｂは、レバーヘッド１００の弾性体取り付け部材３の下部梁３ｂと同様の構成を有する。すなわち、第１の弾性体取り付け部材６ａと第２の弾性体取り付け部材６ｂとは連結されておらず、それぞれ独立した部材である。レバーヘッド５００のその他の構成は、レバーヘッド１００と同様であるので、説明を省略する。
【００４１】
続いて、レバーヘッド５００の動作について説明する。レバーヘッド５００を用いて測定対象物の形状測定を行うと、スタイラス１の先端１ｂに測定力が付与される。図８は、スタイラス１の先端１ｂに測定力が付与される場合のレバーヘッド５００を示す断面図である。図８に示すように、測定力Ｆがスタイラス１の先端１ｂに付与されると、スタイラス１の先端１ｂが変位する。測定力Ｆは、水平方向の力Ｆｘと垂直方向の力Ｆｙとに分解できる。
【００４２】
また、第１の弾性体取り付け部材６ａと第２の弾性体取り付け部材６ｂとは独立しているので、図８の紙面に垂直なｚ方向を軸として回転可能である。換言すると、第１の弾性体取り付け部材６ａ及び第２の弾性体取り付け部材６ｂは、上部梁３ａ及び下部梁３ｂよりも回転方向の自由度が１つ多いことを意味する。
【００４３】
よって、第１の弾性体取り付け部材６ａは、右回りの回転が生じる。また、第２の弾性体取り付け部材６ｂは、左回りの回転が生じる。これにより、スタイラス支持部材２には右回りの回転が生じる。その結果、スタイラス１の先端１ｂは円弧状の軌道を辿るので、上述のコサイン誤差が発生し、測定精度の劣化を招く。
【００４４】
これに対し、実施の形態１にかかるレバーヘッド１００では、上部梁３ａと下部梁３ｂとが連結され、一体の部材として構成されている。これにより、上部梁３ａに加わる右回りの回転力と下部梁３ｂに加わる左回りの回転力とは、部材３ｃ及び３ｄを介して相殺される。その結果、上部梁３ａ及び下部梁３ｂは回転しない。つまり、上部梁３ａと下部梁３ｂとは、第１の弾性体取り付け部材６ａ及び第２の弾性体取り付け部材６ｂと異なり、回転方向の自由度を有しない。
【００４５】
換言すれば、レバーヘッド１００では、レバーヘッド５００の第１の弾性体取り付け部材６ａに生じるコサイン誤差を、第２の弾性体取り付け部材６ｂに生じる逆方向のコサイン誤差でキャンセルしていると理解することもできる。
【００４６】
これにより、レバーヘッド１００では、板バネ１１〜１４は、ｚ方向を回転軸とする１自由度のてこ運動を行い、スタイラス支持部材２の変位をｙ方向のみに限定することができる。
【００４７】
実施の形態２
次に、実施の形態２にかかるレバーヘッド２００について説明する。図９は、実施の形態２にかかるレバーヘッド２００の構成を模式的に示す断面図である。レバーヘッド２００は、レバーヘッド１００の弾性体固定部材１５を、弾性体固定部材１７に置換した構成を有する。
【００４８】
板バネ１１の一端の上面は弾性体固定部材１７の下面と接合され、他端の下面は弾性体取り付け部材３の上部梁３ａの上面と接合される。板バネ１２の一端の上面は部材２ｂの上面と接合され、他端の下面は弾性体取り付け部材３の上部梁３ａの下面と接合される。弾性体固定部材１７は、ホルダ５に固定されている。よって、板バネ１２の弾性体固定部材１７側の端部は、ホルダ５に対して位置が固定される。レバーヘッド２００のその他の構成は、レバーヘッド１００と同様であるので、説明を省略する。
【００４９】
本構成では、スタイラス支持部材２、板バネ１１及び１２の接合関係がレバーヘッド１００と異なるものの、板バネ１１〜１４はレバーヘッド１００と同様の動作を行うことができる。よって、本構成によれば、レバーヘッド１００と同様の動作を行うレバーヘッドを提供することができる。
【００５０】
実施の形態３
次に、実施の形態３にかかるレバーヘッド３００について説明する。図１０は、実施の形態３にかかるレバーヘッド３００の構成を模式的に示す断面図である。レバーヘッド３００は、レバーヘッド２００のスタイラス支持部材２を、スタイラス支持部材７に置換した構成を有する。
【００５１】
スタイラス支持部材２では、部材２ａからｘ方向に部材２ｂ及び２ｃが突出しているのに対し、スタイラス支持部材７は部材２ａと同様の形状を有する。そして、板バネ１１はスタイラス支持部材７の上面と接合され、板バネ１２はスタイラス支持部材７の下面と接合される。レバーヘッド３００のその他の構成は、レバーヘッド２００と同様であるので、説明を省略する。
【００５２】
本構成では、スタイラス支持部材７の形状がレバーヘッド２００のスタイラス支持部材２と異なるものの、板バネ１１〜１４はレバーヘッド２００と同様の動作を行うことができる。よって、本構成によれば、レバーヘッド２００と同様の動作を行うレバーヘッドを提供することができる。
【００５３】
実施の形態４
次に、実施の形態４にかかるレバーヘッド４００について説明する。図１１は、実施の形態４にかかるレバーヘッド４００の構成を模式的に示す断面図である。レバーヘッド４００は、レバーヘッド１００の板バネ１１〜１４を、それぞれ切欠き弾性ヒンジ４１〜４４に置換した構成を有する。
【００５４】
切欠き弾性ヒンジ４１〜４４は、２つの屈曲部にて曲げが生じる。その結果、切欠き弾性ヒンジ４１と切欠き弾性ヒンジ４２、及び、切欠き弾性ヒンジ４３と切欠き弾性ヒンジ４４とは、いわゆるパンタグラフ構造を構成する。つまり、切欠き弾性ヒンジ４１〜４４は、板バネ１１〜１４と同様に、ｚ方向を回転軸とする１自由度のてこ運動を行い、スタイラス支持部材２の変位をｙ方向のみに限定することができる。
【００５５】
以上より、本構成では、切欠き弾性ヒンジ４１〜４４は、板バネ１１〜１４と同様の効果を奏することができる。よって、本構成によれば、レバーヘッド１００と同様の動作を行うレバーヘッドを提供することができる。
【００５６】
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。例えば、上述の実施の形態では、ｚ方向を回転軸とする１自由度のてこ運動を行う弾性体として、板バネ１１〜１４と切欠き弾性ヒンジ４１〜４４とを説明したが、これは例示に過ぎない。よって、ｚ方向を回転軸とする１自由度のてこ運動を行う限り、他の弾性体を適用することが可能である。
【００５７】
レバーヘッド２００及び３００の板バネ１１〜１４を、切欠き弾性ヒンジ４１〜４４に置換することができることは勿論である。
【００５８】
上述の実施の形態では、弾性体取り付け部材３が中空部３ｅを有する場合について説明したが、これは例示に過ぎない。例えば、弾性体取り付け部材は、部材３ｃ及び３ｄの一方のみを有する構成とすることが可能である。すなわち、上部梁３ａの相当する部材及び下部梁３ｂの回転を防止できる限り、他の構成を適用することが可能である。
【符号の説明】
【００５９】
Ｌ０、Ｌ１ 軌跡
ＬＨ 等高線
１ スタイラス
１ａ スタイラス１の基部
１ｂ  スタイラス１の先端
２、７  スタイラス支持部材
２ａ〜２ｃ  部材
３  弾性体取り付け部材
３ａ  上部梁
３ｂ  下部梁
３ｃ、３ｄ  部材
３ｅ  中空部
４  検出器
５  ホルダ
６ａ  第１の弾性体取り付け部材
６ｂ  第２の弾性体取り付け部材
１１〜１４  板バネ
１５〜１７  弾性体固定部材
４１〜４４  切欠き弾性ヒンジ
１００、２００、３００、４００、５００  レバーヘッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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