(57)【要約】【課題】チップの面精度を向上することができる接触式プローブのスタイラス製造方法を提供する【解決手段】本発明は、棒状の本体２と、本体２の先端に連続する本体より小径のステム３と、ステム３の先端に連続するステム３より大径のチップ４とを有する、接触式プローブのスタイラス１を製造する方法である。当該方法は、棒状の母材８の先端部８２を放電加工することによって、チップ４と、チップに連続しかつステムと同径のステム先端部３１と、ステム先端部３１から母材８の基端部８１側に向けて拡径する仮テーパ部５とを形成する一次放電加工工程と、一次放電加工工程で形成されたチップ４を研磨するチップ研磨工程と、チップ研磨工程の後、少なくとも仮テーパ部５を含む母材８を放電加工することによって、ステム３を形成する二次放電加工工程と、を含む。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状の本体と、前記本体の先端に連続する前記本体より小径のステムと、前記ステムの先端に連続する前記ステムより大径のチップとを有する、接触式プローブのスタイラスを製造する方法であって、
棒状の母材の一端部を放電加工することによって、前記チップと、前記チップに連続しかつ前記ステムと同径のステム先端部と、前記ステム先端部から前記母材の他端部側に向けて拡径する仮テーパ部とを形成する一次放電加工工程と、
前記一次放電加工工程で形成された前記チップを研磨するチップ研磨工程と、
前記チップ研磨工程の後、少なくとも前記仮テーパ部を含む前記母材を放電加工することによって、前記ステムを形成する二次放電加工工程と、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、
前記ステム先端部の軸方向長さは、前記ステムの直径以上、かつ、当該直径の５倍以下であることを特徴とするスタイラス製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のスタイラス製造方法であって、
前記ステム先端部は、直径が２０〜３０μｍであり、かつ、軸方向長さが２０〜１５０μｍである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製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高精度な加工が行われる機械部品の製造工程では、加工後に製品の形状測定を行って加工結果を確認することが行われている。このような形状測定では、例えば三次元測定機の接触式プローブの先端にスタイラスを装着し、このスタイラスを製品表面に接触させる。スタイラスとしては、細長い棒状のステムの先端に球状のチップを形成したものが多用されている。
【０００３】
近年、機械部品の小型微細化が進んでおり、より微細な形状の加工が行われている。例えば、微細穴加工としては、直径０．１ｍｍ以下で深さ１ｍｍとかなり深い穴を加工するものがある。このような微細形状を測定するためのスタイラスとしては、前述と同様の形状を微細化したものが利用されており、そのステムとチップとは、超硬の難加工材から一体的に形成されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
超硬の難加工材を加工する方法としては、ワイヤ電極を用いた放電加工法が挙げられる。しかし、放電加工法では加工の性質から、１μｍ程度の表面粗さが生じる。形成されたチップにこのような表面粗さが存在したままでは、高精度な測定を行うことができない。そこで、形成されたチップを研磨することによって、その面精度を向上することが行われている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２３１４８１号公報
【特許文献２】特開２０１４−２３７１９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、近年の微細化されたスタイラスを製造する場合、チップを研磨するためには、以下の問題が存在する。
すなわち、近年の微細化されたスタイラスのステムは、直径が数十μｍ程度であって長さが数ｍｍ程度であるため、全体として極細の棒形状を有する。このため、スタイラスを形成した後にチップを研磨する場合、その材質が超硬であっても、研磨ツールからチップに加わる面圧力によってステムが撓み、チップに微小な反力しか発生しない。この結果、研磨加工に必要な面圧力を得る事ができない。仮に面圧力を高めようとして研磨ツールの接触位置を深めると、ステムがより大きく撓み、最終的には破損してしまう。
また、チップを回転させながら研磨ツールを接触させて研磨加工を行う場合、チップの回転周速を上昇させることによって面圧力を高めることが考えられる。しかし、直径が数十μｍ程度である極小チップの回転周速を上昇させることは困難である。あるいは、僅かな面圧力のまま加工時間を長くとることによって研磨加工を行うことが考えられるが、これは生産性の観点から望ましくない。
【０００７】
このような問題に対し、特許文献２に開示された方法では、放電加工を２回に分けて行い、１回目と２回目の放電加工の間に研磨を行っている。
具体的には、図９に示すように、１回目の放電加工として、ワイヤ電極２０９によって、棒状の母材２００の先端を加工し、チップになる粗形状部２０１と、これに続く傾斜部２０２とを形成する。
続いて、図１０に示すように、粗形状部２０１を研磨してチップ２０３に仕上げた後、２回目の放電加工を行う。２回目の放電加工として、ワイヤ電極２０９によって、傾斜部２０２ないし母材２００の未加工部分を加工し、細長い棒状のステム２０４と母材２００の残された部分である本体２０５とを形成する。
この方法では、粗形状部２０１を研磨してチップ２０３に仕上げるとき、傾斜部２０２が軸線交差方向の機械的強度を確保しているため、粗形状部２０１に面圧力を加えることができる。
【０００８】
しかし、特許文献２に開示された方法では、２回目の放電加工によってステム２０４を形成するとき、加工部位から発生する加工屑２０６が仕上げ済のチップ２０３に付着してしまう。特に、チップが平板形状である場合、球状のチップ２０３よりも、ステム２０４側に面する面積が大きいため、加工屑２０６が付着し易い。仕上げ済みのチップ２０３に加工屑２０６が付着すると、結局、チップ２０３の面精度が悪化してしまう。
【０００９】
本発明は、チップの面精度を向上させることができる接触式プローブの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】
【００１０】
本発明は、棒状の本体と、前記本体の先端に連続する前記本体より小径のステムと、前記ステムの先端に連続する前記ステムより大径のチップとを有する、接触式プローブのスタイラスを製造する方法であって、棒状の母材の一端部を放電加工することによって、前記チップと、前記チップに連続しかつ前記ステムと同径のステム先端部と、前記ステム先端部から前記母材の他端部側に向けて拡径する仮テーパ部とを形成する一次放電加工工程と、前記一次放電加工工程で形成された前記チップを研磨するチップ研磨工程と、前記チップ研磨工程の後、少なくとも前記仮テーパ部を含む前記母材を放電加工することによって、前記ステムを形成する二次放電加工工程と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明では、一次放電加工工程として、母材の一端部を放電加工し、チップと、後に形成するステムの一部となるステム先端部と、仮テーパ部とを形成する。また、チップ研磨工程として、一次放電加工工程で形成されたチップを研磨する。チップ研磨工程時、チップと母材の未加工部分とを接続するステム先端部の軸方向長さは、後に形成するステム全体の軸方向長さよりも短い。このため、従来技術のような撓みが生じ難い。すなわち、ステム先端部に軸線交差方向の機械的強度（曲げ強度）を確保することができ、研磨加工のための面圧力をチップに確実に加えることができる。
【００１２】
また、本発明では、チップ研磨工程の後、二次放電加工工程として、少なくとも仮テーパ部を含む母材を放電加工し、ステムを形成する。二次放電加工工程の開始時、加工を施される仮テーパ部は、ステム先端部の軸方向長さの分だけチップから離れており、かつ、チップ側が窄まったテーパ形状を有する。このため、仮テーパ部を加工するとき、チップに比較的近い側ではステムの軸線に近い側が加工され、チップから離れた側ではステムの軸線から離れた側が加工される。すなわち、チップに近い側を加工しているときは、ステムの軸線を中心とする加工屑の飛散範囲が狭く、加工屑の飛散範囲が広がるときには、チップから十分に離れた側を加工している。よって、二次放電加工工程による加工屑はチップに付着し難い。
【００１３】
以上の工程によれば、研磨加工のための面圧力をチップに確実に加えることが可能であり、かつ、放電加工による加工屑がチップへ付着することを抑制できる。これにより、チップの面精度を向上させることができる。
【００１４】
また、本発明のスタイラス製造方法では、前記ステム先端部の軸方向長さは、前記ステムの直径以上、かつ、当該直径の５倍以下であることが好ましい。
さらに、本発明のスタイラス製造方法では、前記ステム先端部は、直径が２０〜３０μｍであり、かつ、軸方向長さが２０〜１５０μｍであることが好ましい。
このような方法によれば、ステム先端部の軸方向長さは、チップ研磨工程に必要な軸線交差方向の機械的強度の確保と、二次放電加工工程におけるチップへの加工屑付着の抑制との両方を、より好適に実現するように設定される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態のスタイラスを示す斜視図。
【図２】本実施形態のスタイラス製造方法を示すフローチャート。
【図３】本実施形態のスタイラスの母材を示す斜視図。
【図４】本実施形態の一次放電加工工程を示す斜視図。
【図５】本実施形態のチップ研磨工程を示す斜視図。
【図６】本実施形態の二次放電加工工程を示す斜視図。
【図７】本実施形態の変形例による一次放電加工工程を示す斜視図。
【図８】本実施形態の変形例による二次放電加工工程を示す斜視図。
【図９】従来の一次放電加工工程を示す斜視図。
【図１０】従来のチップ研磨工程および二次放電加工工程を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、接触式プローブのスタイラス１を製造する方法である。
【００１７】
まず、スタイラス１の構成について、図１を参照して簡単に説明する。
本実施形態で製造するスタイラス１は、棒状の本体２と、棒状で本体２より小径のステム３と、球状で本体２より小径かつステム３より大径のチップ４とを有する。これらは、軸線Ｘを共通の中心軸として形成されている。
【００１８】
本体２は、接触式プローブに装着される丸棒状の大径部２１と、大径部２１からステム３に向かって縮径するテーパ部２２とを有する。
ステム３は、本体２のテーパ部２２の先端に連続して形成されている。ステム３の直径は、例えば数μｍ〜数十μｍ程度であり、ステム３の長さは、例えば数ｍｍ程度である。すなわち、ステム３は、全体として極細の棒形状を有する。
チップ４は、ステム３の先端に連続して形成されている。チップ４の直径は、例えば数十μｍ程度である。
以上の構成を有するスタイラス１は、同一の材料から一体に形成されている。スタイラス１の材料としては、例えば超硬の金属材料が用いられる。
【００１９】
次に、スタイラス１の製造方法について、図２のフローチャートと図３〜図６とを参照しながら説明する。なお、本実施形態では、放電加工機のワイヤ電極９を用いて母材８を切削することにより、スタイラス１を形成する。
【００２０】
まず、図３に示すように、円柱形状の母材８を準備し、母材８の一端部である基端部８１を放電加工機の固定具に固定する（図２の準備工程Ｓ１）。
次に、図４に示すように、母材８を軸線Ｘ廻りに回転させつつ、電圧を印加したワイヤ電極９を母材８の他端部である先端部８２に近接させ、形成する各部の輪郭に沿って、母材８の先端部８２側から基端部８１側へ移動させる。これにより、母材８の先端部８２を放電加工し、チップ４、ステム先端部３１、および、仮テーパ部５を形成する（図２の一次放電加工工程Ｓ２）。
【００２１】
一次放電加工工程Ｓ２によって形成されるステム先端部３１は、チップ４に連続しかつ後に形成するステム３と同径であり、ステム３の先端側の一部となる。ステム先端部３１の軸方向の長さは、後のチップ研磨工程Ｓ３を行うための軸線Ｘ交差方向の機械的強度（曲げ強度）を確保可能な範囲のうちでより長いことが好ましい。
例えば、ステム先端部３１の軸方向の長さは、軸線Ｘを中心とした直径以上、かつ、当該直径の５倍以下であり、具体的には直径が２０〜３０μｍであり、かつ、軸方向長さが２０〜１５０μｍであることが好ましい。
【００２２】
一次放電加工工程Ｓ２によって形成される仮テーパ部５は、ステム先端部３１と母材８の未加工部分８５とを接続する部分であり、ステム先端部３１から未加工部分８５に向けて拡径する。言い換えると、仮テーパ部５の軸線交差方向の断面積は、ステム先端部３１から未加工部分８５に向かって漸次増加している。
【００２３】
次に、図５に示すように、一次放電加工工程Ｓ２で形成されたチップ４に研磨剤を塗り、母材８を軸線Ｘ廻りに回転させつつ、電圧が印加されていない状態のワイヤ電極９をチップ４に接触させる。これにより、チップ４を研磨する（図２のチップ研磨工程Ｓ３）。
【００２４】
次に、図６に示すように、チップ研磨工程Ｓ３の後、母材８を軸線Ｘ廻りに回転させつつ、再び電圧を印加したワイヤ電極９を母材８に近接させ、形成する残りの各部の輪郭に沿って、母材８の先端部８２側から基端部８１側へ移動させる。これにより、仮テーパ部５から母材８の未加工部分８５を放電加工し、所期の長さのステム３を形成する（図２の二次放電加工工程Ｓ４）。
なお、本体２の大径部２１は、ステム３形成後の母材８の未加工部分８６をそのまま利用してもよいし、必要に応じて放電加工により形成してもよい。
以上の工程によって、図１で説明した接触式プローブのスタイラス１が製造される。
【００２５】
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、チップ研磨工程Ｓ３時、チップ４と母材８の未加工部分８５とを接続するステム先端部３１の軸方向長さが、後に形成するステム３全体の軸方向長さよりも短いため、従来技術のような撓みが生じ難い。すなわち、ステム先端部３１に軸線交差方向の機械的強度（曲げ強度）を確保することができ、研磨加工のための面圧力をチップ４に確実に加えることができる。
【００２６】
また、本実施形態では、二次放電加工工程Ｓ４の開始時、加工を施される仮テーパ部５は、ステム先端部３１の軸方向長さの分だけチップ４から離れており、かつ、チップ４側が窄まったテーパ形状を有する。このため、仮テーパ部５を加工するとき、チップ４に比較的近い側ではステム３の軸線Ｘに近い側が加工され、チップ４から離れた側ではステム３の軸線Ｘから離れた側が加工される。すなわち、チップ４に近い側を加工しているときは、ステム３の軸線Ｘを中心とする加工屑の飛散範囲が狭く、加工屑の飛散範囲が広がるときには、チップ４から十分に離れた側を加工している。よって、二次放電加工工程Ｓ４による加工屑はチップ４に付着し難い。
したがって、本実施形態によれば、チップ研磨加工のための面圧力をチップ４に確実に加えることが可能であり、かつ、放電加工による加工屑がチップ４へ付着することを抑制できる。これにより、チップ４の面精度を向上させることができる。
【００２７】
また、本実施形態によれば、ステム先端部３１の軸方向長さは、チップ研磨工程Ｓ３に必要な軸線交差方向の機械的強度の確保と、二次放電加工工程Ｓ４におけるチップ４への加工屑付着の抑制との両方を、より好適に実現するように設定される。
また、本実施形態によれば、チップ研磨工程Ｓ３において、チップ４の回転周速を通常範囲よりも上昇させる必要はなく、研磨時間を長く設定する必要もない。
【００２８】
本発明は、前記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。
前記実施形態では、チップ４は球状であるが、本発明はこれに限られず、チップはどのような形状であってもよい。
例えば、図７および図８に示すように、チップ４１が扁平な２つの円錐が互いに底面で合わせられた形状、いわゆる算盤玉の形状を有していてもよい。この場合、図７に示すように、一次放電加工工程Ｓ２によって、チップ４１、ステム先端部３１、および仮テーパ部５を形成した後、チップ研磨工程Ｓ３を行う。その後、図８に示すように、二次放電加工工程Ｓ４によって、ステム３全体を形成する。この変形例のチップ４１は、前記実施形態のチップ４よりも、ステム３に対面する部分が大きい。このため、従来技術では加工屑が付着しやすいが、本発明のスタイラス製造方法によれば、好適に加工屑の付着を抑制することができる。
【００２９】
また、前記実施形態では、本体２が大径部２１とテーパ部２２とを有しているが、本発明はこれに限られず、本体はステムよりも大径であれば、どのような形状でもよい。例えば、図９および図１０を参照して説明した従来技術のように、本体はテーパ部を有さず、丸棒状の本体に連続してステムが形成されていてもよい。
【００３０】
また、前記実施形態では、二次放電加工工程Ｓ４において仮テーパ部５から母材８の未加工部分８５を放電加工してステム３を形成しているが、一次放電加工工程Ｓ２で形成する仮テーパ部５の長さおよび未加工部分８５の長さは、各々の長さおよびステム先端部３１の長さの合計がステム３の所期の長さとなるように適宜設定すればよい。仮テーパ部５ないし未加工部分８５の領域における各々の長さは、前記実施形態のような３：７（図６参照）に限らず、仮テーパ部５が短い２：８あるいは未加工部分８５が短い６：４などであってもよい。さらに、未加工部分８５を省略し、仮テーパ部５の長さとステム先端部３１の長さとの合計がステム３の長さになるようにしてもよい。この場合、二次放電加工工程Ｓ４において仮テーパ部５のみを放電加工することでステム３が形成される。
【００３１】
また、前記実施形態では、チップ研磨工程Ｓ３において、ワイヤ電極９を用いてチップ４を研磨しているが、他の研磨加工ツールを用いてチップ４を研磨してもよい。
また、前記実施形態では、一次放電加工工程Ｓ２および二次放電加工工程Ｓ４の各々において、母材８を回転させつつ、ワイヤ電極９を母材８の先端部８２側から基端部８１側へ移動させているが、本発明はこれに限られない。例えば、母材８を回転させつつ、ワイヤ電極９を母材８の基端部８１側から基端部８１側へ移動させてもよい。また、母材８を回転させつつ、母材８をワイヤ電極９に対して軸線Ｘ方向に移動させてもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１…スタイラス、２…本体、３…ステム、４…チップ、８…母材、８５…未加工部分、９…ワイヤ電極、５…仮テーパ部、３１…ステム先端部。
【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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