(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状のステムと、前記ステムに対して交叉方向へ延びるチップと、前記チップと前記ステムとを接合する接合部とを有し、前記ステムと前記チップとの間の挟み角が９０度以下であり、前記ステムの前記チップが延びる方向の側面、および前記チップの前記ステムが接合された面は、それぞれ直線的に延びていることを特徴とする接触式プローブ。
【請求項２】
請求項１に記載の接触式プローブにおいて、
前記接合部は、前記チップと前記ステムとの溶接部分であり、前記ステムはその端部の前記チップの延びる方向とは反対側に開先が形成され、前記溶接部分は前記開先が形成された側に偏って形成されていることを特徴とする接触式プローブ。
【請求項３】
棒状のステムと、前記ステムに対して交叉方向へ延びるチップと、前記チップと前記ステムとを接合する接合部とを有する接触式プローブの製造方法であって、
前記チップとなるべきチップ材料に先端側と基端側とを設定し、
前記チップ材料の基端側の側方から前記ステムとなるべきステム材料の先端を当接させ、
前記ステム材料の先端と前記チップ材料の基端側とを、前記チップ材料の基端側から溶接して接合部を形成することを特徴とする接触式プローブの製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の接触式プローブの製造方法において、
前記ステムの先端に予め開先を形成しておき、この開先を前記チップ材料の基端側に向けて配置し、この開先の側から溶接を行うことを特徴とする接触式プローブの製造方法。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の接触式プローブの製造方法において、
前記溶接を行ったのち、前記ステム材料の基端、前記チップ材料の先端側および基端側をそれぞれ切断して仕上げることを特徴とする接触式プローブの製造方法。
【請求項６】
請求項３または請求項４に記載の接触式プローブの製造方法において、
前記ステム材料および前記チップ材料として同じ棒材を用い、
前記溶接を行ったのち、前記ステム材料の基端、前記チップ材料の先端側および基端側をそれぞれ切断して仕上げたのち、前記ステム材料の基端側を前記チップ材料として配置し、このチップ材料の基端側に新たな前記ステム材料の先端を当接させ、
この後、前記溶接による前記接合部の形成を繰り返してゆくことを特徴とする接触式プローブの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接触式プローブおよびその製造方法に関し、特に直径１００μｍ未満の微細孔内の形状等を測定するために用いられるプローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高精度が求めら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、例えば高精度な座標測定機に接触式プローブを装着し、このプローブを製品表面に接触させている。このような測定に用いられる接触式プローブとしては、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（特許文献１参照）。
【０００３】
近年、例えば内燃機関の燃料噴射装置やインクジェット式プリンタ装置など、非常に微少な液体粒子の噴射を行う機器が製造されており、これらの噴射ノズルは孔径が１００ミクロン未満とされる。
このような微細形状の測定においても同様な形状をそのまま微少化したプローブが用いられている（特許文献２参照）。
また、ねじ孔内の形状を測定するために、ステムがＬ字型に形成されたプローブも用いられている（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２００４−３２５１５９号公報
【特許文献３】特開２００７−２４８２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前述した燃料噴射装置やインクジェット式プリンタ装置の噴射ノズルにおいては、ノズル孔の奥に流体通路等が形成されていることがあり、ノズル孔の奥が拡がったいわばアンダーカット形状となることがある。
このような場合、一般的なチップが球状のプローブでは十分な形状測定が行えないことがある。
【０００６】
図８において、ワーク８０は微細なノズル孔８１およびこれに連通するキャビティ８２を有する。一例として、ノズル孔８１は内径約６０μｍであり、キャビティ８２は幅約１５０μｍ、高さ約８０μｍである。ノズル孔８１とキャビティ８２の内壁との間には各々と滑らかに連続するベルマウス形状８３が形成され、その断面曲率半径は約４０μｍである。
【０００７】
このようなワーク８０の形状測定を行うための接触式プローブ８９としては、例えば直径約３０μｍのステム８８に半径２０μｍのチップ８７を有するものが利用される。
しかし、このようなプローブ８９で測定できるのは、ノズル孔８１の内面とベルマウス形状８３の一部である。これよりも奥の部分にチップ８７を接触させようとしても、ステム８８がノズル孔８１と干渉してしまうためである。
【０００８】
図９に示すように、チップ８７の半径を大きくすることで、ベルマウス形状８３のやや奥までチップ８７を送り込むことができるが、ノズル孔８１からの出し入れを行うために、チップ８７を大きくする際にはノズル孔８１の内径を超えることはできず、十分な測定ができないという問題があった。
ここで、特許文献３に記載のＬ字形ステムを有するプローブを用いれば、前述した図８の形状においても、キャビティ８２のかなり奥まで測定できると期待される。
しかし、特許文献３のプローブでも、次のような問題があった。
【０００９】
図１０において、Ｌ字形プローブ８９Ａは、ステム８８Ａが屈曲部８８ＢでＬ字形に屈曲されている。微少なＬ字形プローブ８９Ａでは、屈曲部８８Ｂは効率的な曲げ加工によることが望ましい。このような曲げ加工による屈曲部８８Ｂは一般に内側に迫り出しており、ノズル孔８１の辺縁８１Ａが角張っている場合（図８のようなベルマウス形状８３ではないか、あっても曲率が小さい場合）に干渉する可能性があった。
また、チップ８７Ａが球状であるため、キャビティ８２の入隅部分８２Ａなど、その形状を十分に測定できない可能性があった。
【００１０】
本発明の目的は、微細な孔内の形状測定が行えるとともに屈曲部分の干渉が回避できる接触式プローブおよびその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】
【００１１】
本発明の接触式プローブは、棒状のステムと、前記ステムに対して交叉方向へ延びるチップと、前記チップと前記ステムとを接合する接合部とを有し、前記ステムと前記チップとの間の挟み角が９０度以下であり、前記ステムの前記チップが延びる方向の側面、および前記チップの前記ステムが接合された面は、それぞれ直線的に延びていることを特徴とする。
このような本発明では、別体のステムとチップとを接合することで、接合部の内側に張り出す屈曲部等が生じない。そして、ステムとチップとの挟み角が９０度以下であるため、例えばノズル孔の辺縁が断面直角の出隅あるいは曲率半径の小さいベルマウス形状であっても、ステムおよびチップがノズル孔と干渉することが回避できる。
【００１２】
さらに、前記ステムの前記チップが延びる方向の側面、および前記チップの前記ステムが接合された面は、それぞれ直線的に延びている、としたので、構造が簡素化できるとともに、９０度以下とした挟み角の効果がステムおよびチップの全長にわたって得られる。
【００１３】
本発明の接触式プローブにおいて、前記接合部は、前記チップと前記ステムとの溶接部分であり、前記ステムはその端部の前記チップの延びる方向とは反対側に開先が形成され、前記溶接部分は前記開先が形成された側に偏って形成されていることが望ましい。
このような本発明では、溶接を用いることで、チップとステムとを確実かつ迅速に接合することができる。さらに、溶接にあたって、開先側から溶接を行うことで、溶接による接合部を前記チップの延びる方向とは反対側に偏位させることができる。これにより、チップとステムとで挟まれる部分に接合部が迫り出すことを回避し、ステムおよびチップのノズル孔との干渉の回避を確実なものにできる。
【００１４】
本発明の接触式プローブの製造方法は、棒状のステムと、前記ステムに対して交叉方向へ延びるチップと、前記チップと前記ステムとを接合する接合部とを有する接触式プローブの製造方法であって、前記チップとなるべきチップ材料に先端側と基端側とを設定し、前記チップ材料の基端側の側方から前記ステムとなるべきステム材料の先端を当接させ、前記ステム材料の先端と前記チップ材料の基端側とを、前記チップ材料の基端側から溶接して接合部を形成する、ことを特徴とする。
このような本発明では、別体のステムとチップとを溶接により接合することで、前述した本発明の接触式プローブを効率よくかつ確実に製造することができる。
この際、溶接する前にステムとチップとを挟み角が９０度以下に配置しておくことが望ましい。
【００１５】
本発明の接触式プローブの製造方法において、前記ステムの先端に予め開先を形成しておき、この開先を前記チップ材料の基端側に向けて配置し、この開先の側から溶接を行うことが望ましい。
このような本発明では、溶接にあたって、開先側から溶接を行うことで、溶接による接合部を前記チップの延びる方向とは反対側に偏位させることができる。これにより、チップとステムとで挟まれる部分に接合部が迫り出すことを回避し、ステムおよびチップのノズル孔との干渉の回避を確実なものにできる。
【００１６】
本発明の接触式プローブの製造方法において、前記溶接を行ったのち、前記ステム材料の基端、前記チップ材料の先端側および基端側をそれぞれ切断して仕上げることが望ましい。
この際、ステム材料の基端およびチップ材料の基端側については、通常の端面つまり材料の連続方向に直交する面となるように仕上げればよい。チップ材料の先端側は、測定対象の入隅にも確実に入り込めるように尖った形状であることが望ましい。
このような尖った形状としては、両側面および底面側を斜めに削って角錐状に尖らしたり、円錐状に削ったりしてもよい。これとは別に、チップ材料をその連続方向に大きく傾斜した断面で切断することで、先端が円弧状であるが側面形状は尖った状態とすることができる。このような斜め断面によれば、角錐状あるいは円錐状に尖らせる場合に比べて、加工を著しく簡略化することができる。
【００１７】
本発明の接触式プローブの製造方法において、前記ステム材料および前記チップ材料として同じ棒材を用い、前記溶接を行ったのち、前記ステム材料の基端、前記チップ材料の先端側および基端側をそれぞれ切断して仕上げたのち、前記ステム材料の基端側を前記チップ材料として配置し、このチップ材料の基端側に新たな前記ステム材料の先端を当接させ、この後、前記溶接による前記接合部の形成を繰り返してゆく、としてもよい。
ここで、ステム材料の基端、チップ材料の先端側および基端側に対する仕上げ形状については、前項で説明した通りである。
このような本発明では、ステム材料およびチップ材料として同じ棒材を用い、溶接されたステムおよびチップをプローブとして切り離した後、移動させてステムの基端側を次のプローブのチップとして順次利用してゆくことで、製造工程の効率化が図れるとともに、材料の共用化により材料コストの低減が図れ、かつ材料供給のための装置構成を簡略化することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態を示す側面図。
【図２】前記第１実施形態を示す底面図。
【図３】本発明の第２実施形態の変形を示す側面図。
【図４】本発明の第３実施形態を示す側面図。
【図５】前記第３実施形態の製造手順を示す側面図。
【図６】前記第３実施形態の製造手順を示す側面図。
【図７】前記第３実施形態の製造手順を示す側面図。
【図８】従来例を示す断面図。
【図９】従来例を示す断面図。
【図１０】従来例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
〔第１実施形態〕
図１および図２には、本発明の第１実施形態が示されている。
図１および図２において、接触式プローブ１０は、内径数十μｍ程度の微細なノズル孔およびその奥に拡がるキャビティの内面の形状測定を行うための微細プローブである。
接触式プローブ１０は、棒状のステム１１と、このステム１１に対して交叉方向へ延びるチップ１２と、チップ１２とステム１１とを接合する接合部１３とを有する。
【００２０】
ステム１１は、外径約３０μｍの丸棒材で形成され、測定に利用される適宜な長さに形成される。
ステム１１の材質としては、既存の接触式プローブと同様な金属材料が使用される。ステム１１の端面１１１にはチップ１２が接続される。
【００２１】
チップ１２は、全長約７０μｍ、幅約３０μｍ（ステム１１の外径に同じ）、厚さ約１５μｍの直方体状のブロックを用い、その両側面および下面側を斜めに切削して先端１２１を尖らせたものである。
チップ１２の材質としては、ステム１１と同じ材料が使用される。チップ１２において微細な先端１２１を形成するための切削には、例えば放電加工あるいはレーザ溶断が利用される。
チップ１２においては、前述した先端１２１が先端側とされ、その反対側が基端側とされる。
【００２２】
接合部１３は、チップ１２の上面１２２の基端端に、前述したステム１１の端面１１１を接合するものである。接合部１３としては、ステム１１およびチップ１２の間の溶接が利用できる。
接合部１３は、ステム１１とチップ１２との間の挟み角αが９０度となるように形成されている。このために、ステム１１の端面１１１をその軸線に直角となるように形成しておき、かつチップ１２の上面１２２を平坦に形成しておき、両者を互いに密接させた状態で溶接することで、挟み角αが９０度の状態とすることができる。
【００２３】
接合部１３の溶接を適切に行うために、ステム１１の端面１１１は、チップ１２の基端側に対応する側が斜めに切り取られ、これにより溶接用の開先１１２が形成されている。なお、開先１１２は端面１１１よりも面積比率で小さく形成され、前述した挟み角αを規定するための端面１１１の面積が確保されている。
接合部１３の溶接の後、ステム１１の基端を切断して端面を仕上げ、チップ１２の先端側および基端側の各端面もそれぞれ仕上げることが望ましい。
【００２４】
このような本実施形態においては、別体のステム１１とチップ１２とを接合することで、接合部１３の内側に張り出す屈曲部等が生じない。そして、ステム１１とチップ１２との挟み角が９０度であるため、例えばノズル孔の辺縁が断面直角の出隅あるいは曲率半径の小さいベルマウス形状であっても、ステム１１およびチップ１２がノズル孔と干渉することが回避できる。
また、ステム１１のチップ１２が延びる方向の側面、およびチップ１２のステム１１が接合された上面１２２は、それぞれ直線的に延びているため、構造が簡素にできるとともに、９０度とした挟み角αの効果がステム１１およびチップ１２の全長にわたって得られる。
【００２５】
接合部１３として溶接を用いたため、ステム１１とチップ１２と接合が強固にできる。この際、開先１１２を形成することで溶接が容易かつ確実にでき、この開先１１２を基端側つまり先端１２１とは反対側に形成したため、溶接による接合部１３をチップ１２の基端側に偏位させることができる。これにより、接合部１３の溶接材が先端側つまりチップ１２とステム１１とで挟まれる部分に迫り出すことを回避し、ステム１１およびチップ１２と測定するノズル孔との干渉の回避を確実なものにできる。
【００２６】
〔第２実施形態〕
図３には、本発明の第２実施形態が示されている。
図３において、本実施形態の接触式プローブ１０Ａは、基本的に前述した第１実施形態と同様な構成を備えている。このため共通の部分については説明を省略し、相違する部分について以下に説明する。
【００２７】
ステム１１の端面には、その全面にわたって開先１１２Ａが形成されている。
チップ１２の上面１２２には、ステム１１に対向する領域に開先１２２Ａが形成されている。
接合部１３Ａは、これらの開先１１２Ａおよび開先１２２Ａの間に溶接を行って形成されている。
【００２８】
本実施形態では、溶接の際にステム１１とチップ１２とが接触しておらず、互いの角度出しを別途行う必要がある。このため、ステム１１およびチップ１２を別途の治具により所定の挟み角αで配置し、この状態で双方の開先１１２Ａおよび開先１２２Ａの間に溶接を行い、これにより接合部１３Ａを形成する。
【００２９】
このような本実施形態によれば、前述した第１実施形態と同様な効果が得られるほか、溶接にあたってのステム１１とチップ１２との配置を微調整することで、ステム１１とチップ１２との間の挟み角αを任意の角度に設定することができる。
【００３０】
〔第３実施形態〕
図４ないし図７には、本発明の第３実施形態が示されている。
図４において、接触式プローブ３０は、内径数十μｍ程度の微細なノズル孔およびその奥に拡がるキャビティの内面の形状測定を行うための微細プローブである。
接触式プローブ３０は、棒状のステム３１と、このステム３１に対して交叉方向へ延びるチップ３２と、チップ３２とステム３１とを接合する接合部３３とを有する。
【００３１】
ステム３１は、外径約３０μｍの丸棒材で形成され、測定に利用される適宜な長さに形成される。
ステム３１の材質としては、既存の接触式と同様な金属材料が使用される。ステム３１の端面３１１にはチップ３２が接続される。
【００３２】
チップ３２は、ステム３１と同じ外径約３０μｍの丸棒材で形成される。チップ３２には先端側および基端側が設定される。
チップ３２の先端側の端面３２３は、チップ３２の軸線方向に対して斜めに形成され、その先端３２１は平面から見て円弧状であるが、側面から見ると尖った形状とされる。
チップ３２の基端側の端面３２４は、チップ３２の軸線方向に対して直交方向に形成される。
【００３３】
前述したチップ３２の端面３２３，３２４の形成およびステム３１の端面３１１の切断および仕上げには、例えば放電加工あるいはレーザ溶断が利用される。以下の説明において、チップ３２およびステム３１の切削等を行う場合、同様な放電加工あるいはレーザ溶断が用いられる。
【００３４】
接合部３３は、チップ３２の上面の基端側端に、前述したステム３１の端面３１１を接合するものである。接合部３３としては、ステム３１およびチップ３２の間の溶接が利用できる。
接合部３３は、ステム３１とチップ３２との間の挟み角αが９０度となるように形成される。
【００３５】
接合部３３の形成にあたり、ステム３１の端面３１１は、チップ３２の基端側が斜めに切り取られ、これにより溶接用の開先３１２が形成されている。
溶接は、開先３１２の側から端面３１１にかけて、チップ３２の上面との間で行われる。チップ３２の上面は円筒面であり、端面３１１とは密接することはないため、別途の治具を用いてステム３１とチップ３２とを挟み角αが９０度となる状態で保持し、この状態で溶接を行って接合部３３を形成する。
【００３６】
より詳細には、次のような手順でステム３１とチップ３２との接合を行う。
図５において、ステム３１となる材料の先端に端面３１１および開先３１２を形成し、この先端をチップ３２となる材料の基端側の上面に近接させる。
このとき、ステム３１となる材料は図中上方へ連続する棒材であり、チップ３２となる材料は図中右方へ連続する棒材であればよい。
【００３７】
図６において、互いに近接されたステム３１となる材料の先端とチップ３２となる材料の基端側とを治具で保持し、各々の間の挟み角αが９０度となるように調整したのち、ステム３１側の開先３１２側から溶接を行い、端面３１１および開先３１２とチップ３２側の上面との間に接合部３３を形成する。
この際、接合部３３の溶接材は開先３１２側から端面３１１の部分まで入り込むが、ステム３１とチップ３２とで挟まれた入隅３３１までは到達しないようにする。
【００３８】
接合部３３の溶接ができたら、チップ３２の材料の先端側を斜めに切断して端面３２３を形成し、表面を仕上げる。また、チップ３２の材料の基端側を軸線方向に直角に切断して端面３２４を形成し、表面を仕上げる。さらに、ステム３１の材料の基端を切断して端面３１４を形成し、表面を仕上げる。
これらの切断および仕上げは、同じ放電加工ワイヤ３４によって順次行う。
以上の工程により、図４に示す接触式プローブ３０が得られる。
【００３９】
なお、図６で切り取られる接触式プローブ３０のステム３１は、次工程のため、チップ３２の長さ以上に余裕をもって形成されている。
図７において、図６の工程で得られた接触式プローブ３０は９０度回転され、ステム３１の基端側がチップ３２の材料として配置される。
この状態で、前述した図５ないし図６の各工程を繰り返すことで、接触式プローブ３０が順次製造される。
【００４０】
このような本発明では、ステム３１の材料およびチップ３２の材料として同じ棒材を用いるため、材料の共用化により材料コストの低減が図れ、かつ材料供給のための装置構成を簡略化することもできる。
特に、溶接されたステム３１およびチップ３２を接触式プローブ３０として切り離した後、移動させてステム３１の基端側を次のプローブのチップ３２として順次利用してゆくことで、製造工程の効率化が図れるとともに、棒状の材料を供給する装置はステム３１側の一系統で済ますことができる。
【００４１】
さらに、本実施形態においては、前述した第１実施形態と同様の効果が得られるが、簡略化のため重複する記載は省略する。この際、第１実施形態のステム１１、チップ１２、接合部１３は、それぞれ本実施形態のステム３１、チップ３２、接合部３３に対応するものである。
【００４２】
〔他の実施形態〕
本発明は、前述した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内の変形等は本発明に含まれるものである。
前記実施形態では、それぞれ挟み角αを９０度としたが、挟み角αは９０度以下であればよい。ただし、ノズル孔内のキャビティの測定に適した形態としては、９０度以下かつ７０度以上であることが望ましい。
挟み角αが９０度より大きいと、キャビティ内の測定時にノズル孔の出隅部分が干渉することがある。７０度より小さいとチップの高さ（ステムの軸線方向の長さ）が大きくなり、導入できるノズル孔あるいはキャビティが限定される。
【００４３】
接合部１３，３３において、開先１１２，１１２Ａ，１２２Ａ，３１２は適宜省略してもよい。この場合でも、溶接はステム１１，３１の側面のうちチップ１２，３２の基端側つまり先端１２１，３２１とは反対側から行うことが好ましい。
接合部１３，３３としては、溶接以外にもろう付あるいは接着剤が利用できる。
【００４４】
第１実施形態および第２実施形態において、ステム１１は角棒材を用いてもよい。チップ１２は丸棒材などを用いてもよい。この場合、ステム１１の端面を接合するために、上面側に平坦面を予め削りだしておくことが望ましい。
第３実施形態において、先に形成された接触式プローブ３０のステム３１の一部を、次の工程のチップ３２として用いることは必須ではなく、ステム３１の材料およびチップ３２の材料をそれぞれ導入し、接合部３３が形成できるつど分離して製品としてもよい。
【００４５】
前述した各実施形態では、それぞれステム１１，３１とチップ１２，３２とを別体としておき、互いに溶接等の接合を行って一体化する方法を採用したが、他の方法によって各実施形態の接触式プローブ１０，１０Ａ，３０を製造してもよい。
例えば、溶接に替えてろう付け、接着剤を採用してもよく、完全な直角の入隅が形成できるのであればステム１１，３１の先端側を屈曲させたうえ先端を尖らせてチップ１２，３２としてもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１０，１０Ａ，３０…接触式プローブ
１１，３１…ステム
１１１，３１１，３１４，３２３，３２４…端面
１１２，１１２Ａ，１２２Ａ，３１２…開先
１２，３２…チップ
１２１，３２１…先端
１３，１３Ａ…接合部
３２…チップ
３３…接合部
α…ステムとチップとの間の挟み角
【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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