(57)【要約】【課題】低摩擦化された微小な先端球を有するスタイラスの製造方法を提供する。【解決手段】接触式プローブのスタイラス１を製造するスタイラス製造方法であって、スタイラスシャフト２の先端部２２に設けられるガラス球４１を、溶融ガラスの表面張力により形成する球体形成工程と、ガラスの融点よりも低い温度で、ガラス球４１上にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜４２を形成する成膜工程と、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接触式プローブのスタイラスを製造するスタイラス製造方法であって、
スタイラスシャフトの先端部に設けられる球体の少なくとも表層部を、溶融した形成材の表面張力により形成する球体形成工程と、
前記形成材の融点よりも低い温度で、前記球体上にダイヤモンドライクカーボン膜を形成する成膜工程と、を含むことを特徴とするスタイラス製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のスタイラス製造方法であって、
前記球体形成工程は、
前記スタイラスシャフトの前記先端部にベース球を形成するベース球形成工程と、
前記ベース球に溶融した前記形成材を付着させ、当該形成材の表面張力により、前記球体の前記表層部を形成する表層部形成工程とを含むことを特徴とするスタイラス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接触式プローブのスタイラスを製造するスタイラス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、接触式プローブを有する三次元測定機では、当該プローブに装着されたスタイラスの先端を被測定物の表面に接触させ、当該表面に追従させることにより、被測定物の表面性状等を測定する。このような三次元測定機に用いられるスタイラスとしては、一般に、スタイラスシャフトの先端に高硬度のルビー球を取り付けたものが存在する。例えば特許文献１には、被測定物との摩擦抵抗を低減させるために、スタイラスシャフトの先端のルビー球にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）成膜処理を施したスタイラスが開示されている。
【０００３】
ところで、近年、小型微細化された機械部品を測定可能な微細形状測定機が開発されており、当該測定機に利用できる微細スタイラスとして、微小な先端球（例えば直径が１００μｍ以下）を有するスタイラスが望まれている。しかし、特許文献１に記載されたスタイラスのルビー球は、加工が困難であるため、最小であっても数百μｍの直径を有している。そこで、ルビー球以外の微小な先端球を有するスタイラスの製造方法が提案されている。
例えば、スタイラスシャフトの先端部分に溶融した形成材（例えばガラス）を付着させて凝固させる方法（以下、形成材付着法）では、スタイラスシャフトの先端部分に付着した形成材が、その表面張力により微小な球状となり、そのまま凝固することにより、先端球を形成する（例えば特許文献２参照）。
また、スタイラスの母材に対して放電加工またはレーザー加工を行う方法（以下、放電・レーザー加工法）では、スタイラスシャフトおよび微小な先端球を母材から一体に形成することができる（例えば特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２０１１０５号公報
【特許文献２】特開２００３−１１４１１８号公報
【特許文献３】特開２００６−２５８５５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した微小な先端球を有するスタイラスにおいても、被測定物との摩擦抵抗を低減させることが望ましいが、以下の問題点が存在する。
例えば、特許文献２に記載されるスタイラスの先端球の融点は、形成材付着法という先端球の形成方法の性質に起因し、ルビー球の融点（約２０５０℃）と比べて融点が大幅に低い。例えば先端球の形成材がガラスである場合、その融点は６００〜７００℃である。このため、従来のルビー球に対するＤＬＣ成膜処理をそのまま適用した場合、その処理温度が先端球の融点よりも高くなり、先端球が変形する可能性がある。
【０００６】
また、特許文献３等に記載されるスタイラスの先端球は、放電・レーザー加工法により形成されるため、その表面粗さが大きくなる。このため、先端球上に直接ＤＬＣ膜を形成した場合、先端球の表面粗さがＤＬＣ膜の表面に現れてしまい、被測定物との摩擦抵抗を低減させることができない。
そこで、本発明者らは、放電・レーザー加工法により形成された先端球の表面粗さを改善することを検討している。具体的には、放電・レーザー加工法により形成されたベース球に溶融した形成材を付着させ、当該形成材の表面張力によってベース球上に表層部を形成することを検討している。しかし、上述した形成材付着法と同様、従来のルビー球に対するＤＬＣ成膜処理をそのまま適用した場合、その処理温度が表層部の融点よりも高くなり、表層部が変形する可能性がある。
【０００７】
本発明は、低摩擦化された微小な先端球を有するスタイラスを製造するスタイラス製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、接触式プローブのスタイラスを製造するスタイラス製造方法であって、スタイラスシャフトの先端部に設けられる球体の少なくとも表層部を、溶融した形成材の表面張力により形成する球体形成工程と、前記形成材の融点よりも低い温度で、前記球体上にダイヤモンドライクカーボン膜を形成する成膜工程と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明の球体形成工程は、スタイラスシャフトの先端部に溶融した形成材を付着させ、溶融した形成材の表面張力を利用することにより、球体の全部を形成してもよい。あるいは、本発明の球体形成工程は、放電・レーザー加工法を用いてスタイラスシャフトの先端部にベース球を形成した後、当該ベース球に溶融した形成材を付着させ、溶融した形成材の表面張力を利用することにより、球体の表層部を形成してもよい。このような球体形成工程によれば、スタイラスシャフトの先端部に微小な球体を形成することができる。
なお、球体の少なくとも表層部を構成する形成材は、スタイラスシャフトの融点よりも低い融点を有する材料であればよく、例えばガラスが好適に用いられる。
【００１０】
また、本発明の成膜工程では、球体形成工程により形成された球体上に、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜を形成する。ＤＬＣ膜は、高硬度でありかつ高耐摩耗性を有する硬質炭素膜である。成膜工程の一例としては、低温プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、化学気相成長法）法が挙げられる。成膜工程が、球体の少なくとも表層部を構成する形成材の融点よりも低い温度、例えば２００℃以下で行なわれることにより、球体が熱で変形する恐れがない。
以上の方法によれば、低摩擦化された微小な先端球を有するスタイラスを製造することができる。
【００１１】
本発明のスタイラス製造方法において、前記球体形成工程は、前記スタイラスシャフトの前記先端部にベース球を形成するベース球形成工程と、前記ベース球に溶融した前記形成材を付着させ、当該形成材の表面張力により、前記球体の前記表層部を形成する表層部形成工程とを含むことが好ましい。
本発明の球体形成工程では、放電・レーザー加工法を利用することにより、極小のベース球を形成できる。また、本発明の表層部形成工程によれば、放電・レーザー加工法により形成されるベース球の表面粗さが大きい場合であっても、ベース球上に表層部が形成された球体の表面粗さを低減できる。これにより、球体に形成されるＤＬＣ膜の表面粗さを低減でき、先端球をより低摩擦化できる。さらに、ベース球の研磨を必要としないため、球体形成工程にかかる時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るスタイラスを模式的に示す図。
【図２】図１のスタイラスの一部を示す断面図。
【図３】本発明の第２実施形態に係るスタイラスの一部を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
まず、図１を参照して、本実施形態のスタイラス１の構成について説明する。スタイラス１は、三次元測定機等の接触式プローブに装着されて使用されるものである。
【００１４】
図１に示すように、スタイラス１は、スタイラスシャフト２と、スタイラスシャフト２の基端側に設けられたプローブ連結部３と、スタイラスシャフト２の先端側に設けられた先端球４と、を有している。
スタイラスシャフト２は、例えば、直径が数μｍ〜数十μｍ程度であり、長さが数ｍｍ程度であり、全体として極細の棒形状を有する。
プローブ連結部３は、スタイラスシャフト２と一体に形成され、スタイラスシャフト２よりも径が大きい大径部３１と、大径部３１からスタイラスシャフト２の基端部２１に向かって縮径するテーパ部３２とを有する。
スタイラスシャフト２およびプローブ連結部３の材料は、例えば超硬金属である。
【００１５】
図２は、スタイラスシャフト２の軸を通るスタイラス１の断面を示している。図２に示すように、先端球４は、スタイラスシャフト２の先端部２２に設けられたガラス球４１と、ガラス球４１上に形成されたダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜４２とを有している。
ガラス球４１は、本発明の球体に相当するものであり、ガラス球４１の直径は、１００μｍ以下であり、例えば数十μｍ〜１００μｍである。ガラス球４１の材料（球体の形成材）は、スタイラスシャフト２の融点よりも低い融点（例えば６００〜７００℃）のガラスであればよい。また、ガラス球４１の材料は、スタイラスシャフト２と熱膨張係数が概ね同一なガラスであることが好ましい。
ＤＬＣ膜４２は、高硬度でありかつ高耐摩耗性を有する硬質炭素膜である。ＤＬＣ膜４２の膜厚は、先端球４の径に大きく影響しない程度であることが好ましく、例えば０．２〜１０μｍである。
【００１６】
次に、スタイラス１の製造方法について説明する。
まず、放電・レーザ加工法を用いて母材を加工することにより、スタイラスシャフト２およびプローブ連結部３を一体的に形成する。
次に、スタイラスシャフト２の先端部２２を溶融ガラスに浸漬した後、引き上げる。スタイラスシャフト２の先端部２２に付着した溶融ガラスは、自身の表面張力によって球状に形成され、そのまま凝固する。これにより、スタイラスシャフト２の先端部２２にガラス球４１が形成される（球体形成工程）。
なお、溶融ガラスは、スタイラスシャフト２の先端部２２に付着する体積が小さいほど、その表面張力によって真球に近い球体を形成する。
【００１７】
次に、ガラス球４１上に直接、ＤＬＣ膜４２を形成する（成膜工程）。成膜工程の一例として、低温プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、化学気相成長）法が挙げられる。成膜工程は、ガラス球４１の融点よりも低い温度、例えば２００℃以下で行なわれる。
【００１８】
以上に説明した本実施形態のスタイラス製造方法によれば、以下の効果を奏する。
本実施形態の球体形成工程では、スタイラスシャフト２の先端部２２に溶融ガラスを付着させ、溶融ガラスの表面張力を利用することにより、ガラス球４１を極小に形成できる。また、本実施形態の成膜工程では、ガラス球４１の融点よりも低い温度で、ガラス球４１上にＤＬＣ膜４２を形成するため、ガラス球４１が熱で変形する恐れがない。したがって、本実施形態によれば、低摩擦化された微小な先端球４を有するスタイラス１を製造することができる。
【００１９】
本実施形態の成膜工程では、ガラス球４１が１００μｍ以下という極小であるため、特殊な装置や条件を必要とせず、かつ、チタンやシリコン等による中間層を形成せずに、ガラス球４１上にＤＬＣ膜４２を形成することができる。すなわち、本実施形態の成膜工程では、ガラス球４１に直接、ＤＬＣ膜４２を形成しており、成膜工程を簡易化することができる。
【００２０】
〔第２実施形態〕
第２実施形態のスタイラス１Ａを製造する方法について、図３を参照して説明する。なお、第２実施形態において、第１実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。
【００２１】
図３に示すように、スタイラス１Ａが有する先端球５は、スタイラスシャフト２の先端部２２に設けられた球体５１と、球体５１上に形成されたＤＬＣ膜５４とを有している。
【００２２】
球体５１は、第１実施形態のガラス球４１とは異なり、スタイラスシャフト２と一体に形成されたベース球５２と、ベース球５２上に形成されたガラス層５３とを有する。
ベース球５２は、スタイラスシャフト２と同様、超硬金属から構成されている。ベース球５２の直径は、例えば数十μｍである。
ガラス層５３は、ベース球５２を被覆することにより、球体５１の表層部を構成している。ガラス層５３の膜厚は、少なくとも、ベース球５２の表面粗さが当該ガラス層５３の表面に現れない程度の厚みを有する。
ベース球５２およびガラス層５３により構成される球体５１の直径は、１００μｍ以下であり、例えば数十μｍ〜１００μｍである。
ガラス層５３の材料は、スタイラスシャフト２の融点よりも低い融点（例えば６００〜７００℃）のガラスであればよい。また、ガラス層５３の材料は、スタイラスシャフト２と熱膨張係数が概ね同一なガラスであることが好ましい。
ＤＬＣ膜５４は、第１実施形態のＤＬＣ膜４２と同様の構成を有している。
【００２３】
次に、スタイラス１Ａの製造方法について説明する。なお、第２実施形態の球体形成工程は、第１実施形態とは異なり、以下のベース球形成工程および表層部形成工程を含んでいる。
まず、放電・レーザ加工法を用いて母材を加工することにより、スタイラスシャフト２、プローブ連結部３およびベース球５２を一体的に形成する（ベース球形成工程）。
次に、ベース球５２を溶融ガラスに浸漬した後、溶融ガラスから引き上げる。ベース球５２に付着した溶融ガラスは、表面張力によって表面が球状になるようにベース球５２を被覆し、その状態のまま凝固する。これにより、球体５１の表層部を構成するガラス層５３が形成される（表層部形成工程）。
【００２４】
次に、球体５１の直上、すなわちガラス層５３の直上にＤＬＣ膜５４を形成する（成膜工程）。ＤＬＣ膜５４を形成する成膜工程は、第１実施形態と同様である。すなわち、低温プラズマＣＶＤ法等を用いて、ガラス層５３の融点よりも低い温度、例えば２００℃以下でＤＬＣ膜５４を形成する。
【００２５】
以上の第２実施形態では、放電・レーザ加工法を利用することにより、極小のベース球５２を形成できる。また、放電・レーザ加工法によりベース球５２の表面粗さが大きい場合であっても、ベース球５２上にガラス層５３が形成された球体５１の表面粗さを低減できる。これにより、球体５１に形成されるＤＬＣ膜５４の表面粗さを低減でき、先端球５をより低摩擦化できる。また、ベース球５２の研磨を必要としないため、球体形成工程にかかる時間を短縮できる。
また、第２実施形態においても、第１実施形態と同様、ガラス層５３の融点よりも低い温度、例えば２００℃以下でＤＬＣ膜５４を形成することにより、ガラス層５３が熱で変形する恐れがない。
【００２６】
〔変形例〕
本発明は、前述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は、本発明に含まれる。
【００２７】
例えば、前記第１実施形態では、ガラス球４１が本発明の球体を構成しているが、これに限られない。すなわち、スタイラスシャフト２の先端部２２には、ガラス以外の形成材によって構成された球体が設けられてもよく、当該形成材としては、アモルファス金属、ゴム等の有機材料、または、ハンダ等の結晶材質などが挙げられる。
【００２８】
また、前記第２実施形態では、ガラス層５３が本発明の球体の表層部を構成しているが、これに限られない。すなわち、ベース球５２上には、ガラス以外の形成材によって構成された表層部が設けられてもよく、当該形成材としては、アモルファス金属、ゴム等の有機材料、または、ハンダ等の結晶材質などが挙げられる。
【００２９】
前記各実施形態では、ガラス球４１または球体５１の直径が１００μｍ以下であるが、これより大きくてもよい。
前記各実施形態では、ガラス球４１またはガラス層５３の直上にＤＬＣ膜４２，５４を形成しているが、これらの間にチタンやシリコン等を材料とする中間層を形成することにより、ＤＬＣ膜４２，５４の密着性を向上させてもよい。特に、ガラス球４１の直径または球体５１の直径が１００μｍよりも大きい場合には、チタンやシリコン等を材料とする中間層を形成することにより、ＤＬＣ膜４２，５４を安定して密着させることができる。
【００３０】
前記各実施形態では、成膜工程の一例として、低温プラズマＣＶＤ法を挙げているが、これに限られず、ガラスの融点よりも低い温度でＤＬＣ膜４２，５４を形成する方法であればよい。
【符号の説明】
【００３１】
１，１Ａ…スタイラス、２…スタイラスシャフト、２１…基端部、２２…先端部、３…プローブ連結部、３１…大径部、３２…テーパ部、４…先端球、４１…ガラス球、４２…ＤＬＣ膜、５…先端球、５１…球体、５２…ベース球、５３…ガラス層、５４…ＤＬＣ膜。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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