(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部の先端に、前記軸部の直径よりも大径の球状部を備えるスタイラスであって、
前記軸部と前記球状部とが一つの部材で形成されるとともに、前記軸部の外周面であって、前記軸部と前記球状部との接続部に凹凸部を備える、スタイラス。
【請求項２】
前記凹凸部は溝部である、請求項１に記載のスタイラス。
【請求項３】
前記溝部は螺旋状の溝部である、請求項２に記載のスタイラス。
【請求項４】
前記溝部は、ピッチが０．０２ｍｍ、深さが０．２μｍである、請求項３に記載のスタイラス。
【請求項５】
前記スタイラスは、超硬合金を素材とする、請求項１〜４のいずれか１つに記載のスタイラス。
【請求項６】
前記スタイラスは、ダイヤモンド又は焼結ダイヤモンドを素材とする、記請求項１〜４のいずれか１つに記載のスタイラス。
【請求項７】
前記スタイラスは、セラミックスを素材とする、請求項１〜４のいずれか１つに記載のスタイラス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸部と該軸部の直径より大径の球状部を有するスタイラスを製造するスタイラスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
軸部の先端に、該軸部の直径よりも大径の球状部を備えたスタイラスとしては、従来、特許文献１に記載されたものが知られている。この従来例において、スタイラスは、軸部の先端に多結晶ダイヤモンドをロウ付けにて固定した状態で、研磨及び研削されて形成される。
【０００３】
ここで、図５を使用して、従来例の詳しい説明を行う。軸部１０１の先端に、前記軸部１０１の直径よりも大径の球状部１０２を備えたスタイラスであって、その構成は、軸部１０１にステンレスを使用し、球状部１０２に多結晶ダイヤモンドを使用している。球状部１０２を加工するにあたり、多角形のチップを軸部１０１にロウ材３１によりロウ付けで固定した後、研磨を行い、先端部を球形状に加工する。その後、加工した部位を軸部１０１と再度ロウ材３１によりロウ付けし、先端部の研磨加工を繰り返すことにより、軸部１０１の先端に球状部１０２を形成する。なお、軸部１０１は球状部１０２と嵌合させるための、すり鉢形状３２を備えており、球状部１０２との精密な位置決めを実施している。従来例の更に詳細な説明は、特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５５６７６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来例は、球状部に多結晶ダイヤモンドを使用した事で球状部の耐摩耗性に優れているが、軸部との接続は、ロウ付けもしくは接着等で行われている。このため、微細な穴の内面形状を測定するためのスタイラスとして球状部の径を小さくした場合において、軸部と球状部とが別の部材から構成されることになり、球状部の径を小さくしたことに併せて、軸部の径も細くなり、十分な嵌合結合が行えず、それぞれの中心軸がずれてしまい、微細な穴の内面に軸部が接触し、正確な形状が測定出来ないという問題点があった。また、軸部の径が細くなることで、ロウ付け等による、球状部と軸部との接続強度が十分に得られないという問題点があった。
【０００６】
本発明は、従来例の問題点に鑑み、微細な穴の内面形状をより正確に測定することができるスタイラスの提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの態様にかかるスタイラスは、軸部先端に、前記軸部の直径よりも大径の球状部を備えるスタイラスであって、
前記軸部と前記球状部とが一つの部材で形成されるとともに、前記軸部の外周面であって、前記軸部と前記球状部との接続部に凹凸部を備える。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、本発明の１つの態様にかかるスタイラスによれば、微細な穴の内面形状を測定する場合において、微細な穴の内面に接触することなく、微細な穴の内面形状を正確に測定することが出来る、より高寿命のスタイラスを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に於いて製造されるスタイラスの形状図
【図２】本発明の実施形態に於いて用いた加工装置とスタイラスの配置を示す側面図
【図３Ａ】本発明の実施形態における回転工具とスタイラスの位置を示す側面図
【図３Ｂ】本発明の実施形態における回転工具とスタイラスの位置を示す上面図
【図４】本発明の実施形態により製造されるスタイラスのＳＥＭ観察写真
【図５】従来例で用いたスタイラスの形状図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（実施形態）
以下、本発明の実施形態について、図１から図３Ｂを参照して説明する。
【００１２】
図１に、本発明の実施形態に於いて製造されるスタイラス４０の形状を示す。このスタイラス４０は、軸部１と、球状部２とで構成されている。球状部２は、軸部１の先端に一体的に、かつ、前記軸部１の直径よりも大径に形成されている。
【００１３】
少なくとも前記球状部２の近傍の軸部１の外周面には、螺旋状の溝部３を備えている。
【００１４】
なお、図示しないスタイラス４０の後端部は、角度３０度のテーパー形状となっている。
【００１５】
図２に示すように、実施形態のスタイラス４０を製造するための加工装置４は、
工具スピンドル６と、工具スピンドル取り付け部８と、Ｙ方向駆動ステージ１２と、Ｘ方向駆動ステージ１１と、Ｚ方向駆動ステージ１３と、制御装置５０とを備えて構成されている。
【００１６】
工具スピンドル６は、前記加工装置４に備えられた回転工具５を保持して回転させている。
【００１７】
工具スピンドル取り付け部８は、加工装置４のＹ方向駆動ステージ１２上に配置して、前記工具スピンドル６を任意の角度で取り付けられている。
【００１８】
定盤４１上にＸ方向駆動ステージ１とＺ方向駆動ステージ１３とが間隔をあけて配置されている。
【００１９】
前記Ｙ方向駆動ステージ１２は、Ｘ方向駆動ステージ１１上に配置されている。
【００２０】
Ｚ方向駆動ステージ１３は、前記Ｙ方向駆動ステージ１２に対向する位置に、回転軸１４を回転させる回転装置１４Ａを搭載している。回転軸１４は、回転装置１４ＡにＸＹ平面沿いの横方向に回転自在に支持されている。回転軸１４に対して、回転工具５は所定の角度で交差するように配置されている。
【００２１】
制御装置５０は、加工装置４の製造動作を制御するものであり、工具スピンドル６と、Ｙ方向駆動ステージ１２と、Ｘ方向駆動ステージ１１と、Ｚ方向駆動ステージ１３と、回転装置１４Ａとに接続されて、それぞれ独立して動作制御する。
【００２２】
図３Ａは、本発明の実施形態における回転工具５とスタイラス４０との位置関係を示す側面図である。図３Ａにおいて、加工軌跡２０は、球状部２における回転工具５の移動位置を示し、波形の加工軌跡２１は、軸部１における回転工具５の移動位置を示している。また、角度７は、軸部１の半径と球状部２の半径との接続点９と、軸部１の回転軸芯４２と球状部２の先端との接続点１０とを結んだ直線４３を考え、この直線４３と軸部１の回転軸芯４２との角度を示している。この角度７は、図２の工具スピンドル取り付け部８の傾斜角度８ａと同一である。図３Ｂは、本発明の実施形態における回転工具５とスタイラス４０との位置関係を示す上面図である。
【００２３】
本実施形態では、製造するスタイラス４０の形状は、図１と図３Ａと図３Ｂに示すような、軸部１と、前記軸部１の先端に前記軸部１の直径よりも大径な球状部２とを備える形状である。前記軸部１と前記球状部２との接続部４４とは、回転工具５の先端部の円弧半径で接続されている。軸部１の外周面には、螺旋状に連続した溝部３を備えている。溝部３は、凹凸部の一例として機能し、凹凸部が無い場合と比較して、凹凸部を有することにより、軸部１の表面積を増加させて、排熱効果を向上させるようにしている。また、一例として、球状部２の半径は０．０３ｍｍであり、軸部の半径は０．０２ｍｍであり、軸部１の長さは０．５ｍｍとなっている。一例として、溝部３の幅又はピッチ、深さなどを例示すれば、ピッチは０．０２ｍｍ、深さ０．２μｍである。
【００２４】
一例として、本実施形態における回転工具５には、多結晶ダイヤモンドを円柱形状に形成したものを用い、前記多結晶ダイヤモンドの粒径は、２μｍとなっている。また、一例として、本実施形態で製造されるスタイラス４０の素材は、粒子径０．２μｍ以下の超微粒子超硬合金を用いた。
【００２５】
図１から図３Ｂにおいて、スタイラス４０の製造方法について詳しく説明する。この製造方法の各工程は、制御装置５０の制御の下に各装置又は部材を駆動することにより達成できる。
【００２６】
図２において、回転工具５を工具スピンドル６に取り付けた状態で、一例として、７０，０００ｒｐｍにて回転工具５を回転させる。このとき、前記工具スピンドル６は、軸部１の直径と球状部２の先端部とからの角度７（図３Ａ参照）に合わせて、工具スピンドル取り付け部８により、加工装置４に取り付けられている。スタイラス４０は、回転軸１４に取り付けられ、一例として、回転軸１４の中心軸と軸部１の中心軸とは、０．２μｍ以下の誤差範囲内に合わせた状態（ほぼ完全に一致した状態）で、回転装置１４ａにより、６０ｒｐｍの回転数にて回転軸１４と共にスタイラス４０を回転させている。なお、一例として、予め、スタイラス４０には、直径Φ１．０ｍｍの円体形状を用い、Φ１．０ｍｍ直径から角度３０度の円錐形状の先に連続する形で、Φ０．１ｍｍの直径の円柱形状を長さ０．６ｍｍにて加工したものを用いた。
【００２７】
次いで、直径Φ１．０ｍｍの円柱形状素材を用いて、粗加工により直径Φ１．０ｍｍから角度３０度の円錐形状の先端に直径Φ０．１ｍｍの直径でかつ長さ０．６ｍｍの円柱形状の加工を行い、本製造方法に適用するスタイラス４０の素材を準備した。回転工具５の先端部の回転軸１４に対する相対的な高さと回転軸１４の中心軸の高さとは、加工を実施した際に、球状部２の先端に、所謂へそと呼ばれる回転工具５の先端部の回転軸１４に対する相対的な高さと回転軸１４の中心軸高さとの不一致による形状が発生しないように、予め合わせている。
【００２８】
まず、第１の加工工程として、一例として、加工装置４のＹ方向駆動ステージ１２をスタイラス４０の先端部の太さ０．１ｍｍの距離だけ、回転軸１４の中心から上方向に移動させた後、加工装置４のＸ方向駆動ステージ１１及びＹ方向駆動ステージ１２及びＺ方向駆動ステージ１３を制御装置５０の制御の下に駆動させ、回転工具５を球状部２の先端から球状部２に対して、図３Ａの加工軌跡２０に示す移動を相対的に行い、球状部２の球状形状を形成する。
【００２９】
その後、軸部１と球状部２との接続部４４から軸部１の後端部まで、軸部１の上部を図３Ａの加工軌跡２１に示す移動を行い、軸部１に対して螺旋状の溝部３を加工しつつ、軸部１を形成する。この際、回転工具５は、球状部２に対して、軸部１の直径と球状部２の先端とからの角度７によって球状部２の斜面上を移動することになり、球状部２と軸部１との接続部４４の図３Ａにおける接続円弧は、回転工具５の先端部の半径で加工されて、回転工具５の先端部の円弧半径で接続されることになる。
【００３０】
次に、第２の加工工程として、一例として、加工装置４のＹ方向駆動ステージ１２を回転軸１４の下方向に０．００１ｍｍだけ移動させ、第１の加工工程を繰り返し行い、回転工具５の先端部と回転軸１４の中心軸との高さが一致する高さまで、スタイラス４０の加工を行う。
【００３１】
以上により、図４に示すように、軸部１の中心軸（回転軸芯４２）と球状部２の中心軸とが一致し、軸部１に螺旋状の溝部３を備えたスタイラス４０を製造することが出来る。
【００３２】
なお、本実施形態では、球状部２の先端部から軸部１の後端部に向けて加工を実施しているが、軸部１の後端部から球状部２の先端部に向けて加工を実施しても、何ら問題は無い。
【００３３】
なお、本実施形態では、スタイラス４０の素材は、一例として、超硬合金を用いたが、他の素材、例えば、ダイヤモンド、焼結ダイヤモンド、又は、セラミックスなどを用いてもよい。
【００３４】
本実施形態にて製造されるスタイラス４０は、微細な穴の内面形状を測定することを目的としている。特に、微細な穴の内部は排熱が容易でないことから、スタイラス４０に測定時の摩擦熱が伝搬し、正確な測定を妨げることがある。このような場合において、螺旋状の溝部３により、軸部１の表面積を増大させることができて、排熱を容易にし、より正確な測定が可能となる。また、溝部３を螺旋状に形成することで、軸部１の径が細くなる事を抑えるという効果もある。ここで微細な穴とは、一例として、直径Φ０．１ｍｍ程度程度の穴を指している。
【００３５】
なお、本実施形態で、軸部１に対して螺旋状の溝部３を加工し、軸部１の表面積を増加させたが、同心円状の溝部を加工しても同様の測定時の摩擦熱に対する効果を得られるが、軸部１の径は溝部の底部で細くなるため、軸部１の強度が落ちる可能性がある。
【００３６】
前記実施形態にかかるスタイラス４０の製造方法及びスタイラス４０によれば、微細な穴の内面形状を正確に測定する場合において、微細な穴の内面に接触することなく、微細な穴の内面形状を正確に測定することが出来る、より高寿命のスタイラス４０の製造を実現できる。
【００３７】
すなわち、前記したスタイラス４０の構成により、微細な穴の内面形状を測定する場合において、軸部１と球状部２との中心軸がほぼ完全に一致しているため、微細な穴の内壁とスタイラス４０とのクリアランスが保たれ、微細な穴の内面形状にスタイラス４０が接触することなく、スタイラス４０で微細な穴の内面形状を測定することが出来る。
【００３８】
前記したスタイラス４０の製造方法により、軸部１と球状部２との中心軸がほぼ完全に一致したスタイラス４０を製造することが出来る。また、軸部１と球状部２との接続部４４において接続円弧が無くなるため、軸部１の直径を最大化出来るため、スタイラス４０の強度を改善し、高寿命化する事が出来る。
【００３９】
また、軸部１を加工する段階において、同心円状又は螺旋状の溝部３を形成するように回転工具５を軸部１に対して相対的に移動させるような構成により、軸部１の表面積が増加し、測定環境の熱変位に対して安定するスタイラス４０を得る事が出来る。
【００４０】
また、スタイラス４０の素材において、寿命の観点から、超硬合金又はダイヤモンド又は焼結ダイヤモンド又はセラミックス等の硬度の高い材料を素材とすることが望ましい。
【００４１】
なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明にかかるスタイラスは、例えば、穴の内面形状を正確に測定するスタイラスに適用できる。
【符号の説明】
【００４３】
１・・・軸部
２・・・球状部
３・・・溝部
４・・・加工装置
５・・・回転工具
６・・・工具スピンドル
７・・・工具傾斜角度
８・・・工具スピンドル取り付け部
８ａ・・・傾斜角度
９・・・軸部の半径と球状部の半径との接続点
１０・・・軸部の回転軸芯と球状部先端との接続点
１１・・・Ｘ方向駆動ステージ
１２・・・Ｙ方向駆動ステージ
１３・・・Ｚ方向駆動ステージ
１４・・・加工装置回転軸
２０・・・球状部加工時の回転工具移動軌跡
２１・・・軸部加工時の回転工具移動軌跡
３１・・・ロウ材
３２・・・すり鉢形状
４０・・・スタイラス
４１・・・定盤
４２・・・回転軸芯
４３・・・接続点９と接続点１０とを結んだ直線
４４・・・軸部と球状部との接続部
５０・・・制御装置
１０１・・・軸部
１０２・・・球状部
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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