(57)【要約】【課題】マイクロマシンを構成するマイクロパーツやマイクロレンズアレイのような微細形状測定に適し、高い分解能を実現することができる接触式変位センサのスタイラス及びその製造装置並びに接触式変位センサを提供する。【解決手段】スタイラス軸１の先端にボール２を取り付けた接触式変位センサのスタイラスであって、スタイラス軸１の先端部１ａが先端に向かって細くなる錐状であって、ボール２がガラス、カーボン、セラミックあるいは金属から成り、直径１００μmないし０．０２μmである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スタイラス軸の先端にボールを取り付けた接触式変位センサのスタイラスであって、前記スタイラス軸の先端部が先端に向かって細くなる錐状であって、前記ボールがガラス、カーボン、セラミックあるいは金属から成り、直径１００μmないし０．０２μmであることを特徴とする接触式変位センサのスタイラス。
【請求項２】
前記スタイラス軸が、接着剤の充填が可能な中空のチューブであって、スタイラス軸先端の内径が前記ボールの直径より小さいことを特徴とする請求項１記載の接触式変位センサのスタイラス。
【請求項３】
前記スタイラス軸がガラスからなることを特徴とする請求項１または２記載の接触式変位センサのスタイラス。
【請求項４】
請求項１ないし３記載の接触式変位センサのスタイラスの製造装置であって、前記スタイラス軸を支持し、前記スタイラス軸の先端位置を制御可能な第１ＸＹＺステージと、前記ボールを載せ、前記ボールの位置を制御可能な第２ＸＹＺステージと、互いに光軸が交差し、前記ボールの中心位置及びその近傍部を観察する２つのＣＣＤカメラとを備えたことを特徴とする接触式変位センサのスタイラスの製造装置。
【請求項５】
請求項１ないし３記載の接触式変位センサのスタイラスを備えたことを特徴とする接触式変位センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査型形状測定等に用いられる接触式変位センサのスタイラスに関し、特に、スタイラス軸先端にマイクロボールを取り付けたマイクロボールスタイラスに関する。
【背景技術】
【０００２】
接触式変位センサによる走査型測定は、細いスタイラス軸を使用し、その先端と測定面とを接触させ、測定面に追従させることによって形状を測定するものである。接触式変位センサによる形状測定は、外乱に強く、真空などの特別な条件でなく、測定対象に油などが付着していても高い精度の測定が可能なため、産業分野において重要な手段となっている。また、接触式変位センサは、光を使った顕微鏡等では、光が散乱してしまうことにより測定できないような急な傾斜を持つ形状も測定できるといった特徴を持つ。
【０００３】
このような特徴をもつ接触式変位センサの形状測定精度を保証するために、スタイラス軸となるワイヤ先端に真球度の高いボールを取り付けたボールスタイラスが一般的に用いられている。通常、ボールスタイラスのボールとしては、ルビーの球が使用されている。ルビーの球は、その結晶性から、硬くて長寿命であるという特徴を有するものの、加工性に難があり、最小でも直径が数百μmとなっている。そのため、マイクロマシンを構成するマイクロパーツやマイクロレンズアレイのような１００μmないし０．０２μmのサイズの微細形状を測定するには、大きすぎて適切でないという問題点がある。
この問題点を解決するために、金属ワイヤ先端に取り付けたガラス棒の先端を溶かして丸めることで、先端のガラスボールの直径が30μm程度となるスタイラスも開発されている（例えば、非特許文献１参照）。しかしこの場合、ボールの真球度が低く、ボールの全接触面に対しては精度が保証されていないといった問題点がある。
【０００４】
また、微細形状の高アスペクト比を持つ測定対象に対応するためには、ボールスタイラスの先端ボールのサイズを小さくするとともに、スタイラス軸を細長くする必要がある。しかし、これら従来のスタイラス軸に使用されているワイヤは、太さ２０μm程度が限界である。そのため、ボールの直径がそれより小さいものでは、ワイヤ先端の周縁部が測定対象に接触する恐れがあり、微細形状の高アスペクト比を持つ測定対象に適さないといった問題点がある。
【０００５】
更に、ダイヤモンド結晶の先端部に曲率半径が2μm程度の丸み加工を施し、それを用いてスタイラスを実現したものもある（例えば、非特許文献２参照）。ダイヤモンドは、ルビー以上に加工性に難があり、真球度の高いボールを得ることが困難なので、極めて狭い範囲のみに丸み加工が施される。そのために測定に利用できるダイヤモンドの部位は限られ、測定対象の形状が限られるといった問題点がある。しかも、丸み加工が施された部分であっても真球度の確保が容易でない。これらの欠点をカバーするための工夫もあるが、それらは構成が複雑になる、あるいは複雑な校正システムを要するといった問題がある。
【０００６】
【非特許文献１】Ichiro Inasaki、“INITIATIVES OF PRECISION ENGINEERING AT THE BEGINNING OF A MILLENNIUM”、Kluwer Academic Publishers、2001年、pp675〜pp678
【非特許文献２】「超高精度三次元測定器  UA3P商品情報」、パナソニックファクトリーソリューションズ（株）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような従来の問題点を解消し、マイクロマシンを構成するマイクロパーツやマイクロレンズアレイのような微細形状測定に適し、高い分解能を実現することができる接触式変位センサのスタイラス及びその製造装置並びに接触式変位センサの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、スタイラス軸の先端にボールを取り付けた接触式変位センサのスタイラスであって、前記スタイラス軸の先端部が先端に向かって細くなる錐状であって、前記ボールがガラス、カーボン、セラミックあるいは金属から成り、直径１００μmないし０．０２μmであることを特徴とする接触式変位センサのスタイラスが得られる。
【０００９】
本発明によれば、スタイラス軸の先端部が先端に向かって細くなる錐状であるので、錐状部の先端角を鋭角とすることにより、先端部を任意に細くかつ長い形状とすることができるとともに、スタイラス軸先端の径を任意に小さくできる。従って、測定対象に合わせてボール直径を小さくし、またスタイラス軸の先端部を細く長い形状とすることによりマイクロマシンを構成するマイクロパーツやマイクロレンズアレイのような微細形状を測定することが可能である。しかもスタイラス軸先端の周縁部が測定対象に接触する恐れを解消して、高アスペクト比の微細形状も容易に測定することができる。スタイラス軸の先端部は円錐状が望ましい。スタイラス軸の材料としては、ガラス、カーボン、セラミックあるいはステンレス等の金属が、加工性の点で望ましい。
【００１０】
ガラス、カーボン、セラミックあるいは金属からなる直径１００μmないし０．０２μmのボールは、対向させた２枚の平行研削板の間にガラス、カーボン、セラミックあるいはステンレス等金属の小片を配置し、これら２枚の平行研削板により繰り返し研削することによって製作でき、高い真球度が保証されたものにすることが可能である。例えば、ソーダライムガラスあるいはホウケイ酸塩ガラスのマイクロボールであれば、液晶のスペーサーなどに用いられており、容易に入手できる。高い真球度を持つマイクロボールを用いれば、簡素な構成で測定精度の保証が容易である。直径１００μm以下のボールであれば、ピッチ100μm以下のマイクロレンズアレイなどを高精度に測定することが可能であり、直径0.02μmのボールであれば、数十nm幅の配線が用いられているCPUなどの微細形状を高精度に計測することが可能である。
【００１１】
また、本発明は、前記スタイラス軸が、接着剤の充填が可能な中空のチューブであって、スタイラス軸先端の内径が前記ボールの直径より小さいことを特徴とする接触式変位センサのスタイラスを提供する。この場合、チューブ先端に充填した接着剤面にボールを吸着させることによりチューブ先端面にマイクロボールを正確に接着固定することができる。チューブ先端の中空部にボールの入り込む量が多ければ、それだけボールの接着面積が大きく取れ、大きな接触力に耐えるものとなる。接着剤は、熱硬化性樹脂、紫外線硬化樹脂等が、粘性が弱く、チューブ内に充填しやすいといった点で望ましい。
【００１２】
さらに、本発明は、前記スタイラス軸がガラスからなることを特徴とする接触式変位センサのスタイラスを提供する。この場合、ガラス棒あるいはガラスチューブに熱を与えて軟化させ、引っ張りを与えることで、先端サイズを任意に細くすることができる。ガラスチューブであれば細くする前と、細くした後の、内径と外径との比が変わらないといった特徴を持つので、スタイラス軸先端のサイズ設定が容易である。ガラス材は、ボロシリケイト、ホウ珪酸ガラスなどが、先端サイズを細くできる点で好ましい。
【００１３】
また、本発明によれば、これら接触式変位センサのスタイラスの製造装置であって、前記スタイラス軸を支持し、前記スタイラス軸の先端位置を制御可能な第１ＸＹＺステージと、前記ボールを載せ、前記ボールの位置を制御可能な第２ＸＹＺステージと、互いに光軸が交差し、前記ボールの中心位置及びその近傍部を観察する２つのＣＣＤカメラとを備えたことを特徴とする接触式変位センサのスタイラスの製造装置が得られる。
【００１４】
第１ＸＹＺステージによりスタイラス軸を支持してスタイラス軸先端位置を制御するとともに、第２ＸＹＺステージにボールを載せてボール位置を制御することによって、スタイラス軸先端とボールとを接近させ、位置決めすることができる。しかも、スタイラス軸先端とボールとを位置決めする際、互いに光軸が交差する２台のCCDカメラによりその画像を見ながら２つのＸＹＺステージを操作することによって、スタイラス軸の中心とボールの中心との位置を正確に合わせることができる。２台のCCDカメラの光軸は、９０度の角度で交差することが、スタイラス軸の中心とボールの中心とのずれを正確に見ることができる点で望ましい。
【００１５】
さらに本発明によれば、前記接触式変位センサのスタイラスを備えたことを特徴とする接触式変位センサが得られる。
【００１６】
これら接触式変位センサのスタイラスを備えた接触式変位センサであれば、マイクロマシンを構成するマイクロパーツやマイクロレンズアレイのような微細形状を測定することが可能である。しかも、高アスペクト比の微細形状も容易に測定することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、マイクロマシンを構成するマイクロパーツやマイクロレンズアレイのような微細形状測定に適し、高い分解能を実現することができる接触式変位センサのスタイラス及びその製造装置並びに接触式変位センサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照にして、本発明の実施の形態を説明する。
図１に示すように、本発明の実施の形態の接触式変位センサのスタイラスは、スタイラス軸１と、マイクロボール２とを有している。スタイラス軸１は、直径Φ１の超鋼棒を加工して製作されたもので、長さL１の先頭部１ａが円錐状で、先頭部１ａの先端が直径Φ２の端面となっている。直径Φ２の端面には、マイクロボール２が接着固定されている。スタイラス軸１の中央部１ｂは長さL2、直径Φ１の超鋼棒であり、スタイラス軸１の後方端には、中央部１ｂと一体の超鋼棒を加工して長さL3のねじ１ｃが形成されており、このねじ１ｃを使って接触式変位センサ（図示せず）に取り付けることができる。
【００１９】
マイクロボール２は、直径が１００μmないし５μmのガラスボールで、液晶のスペーサーなどに用いられているものである。マイクロボール２は、研削によって製作されており、２０nm程度の高い真球度を持っている。マイクロボール２のサイズに対して、スタイラス軸１の先端直径Φ２は、８０μmないし５μmが好ましい。
【００２０】
図２に示すように、本発明の他の実施の形態の接触式変位センサのスタイラスは、スタイラス軸１１と、マイクロボール１２と、スタイラス軸１１を支持するホルダ１３とを有している。スタイラス軸１１は、外形Φ１２ａ、内形Φ１２ｂのガラスチューブを加工して製作したもので、図３に示すように、長さL１１の先頭部１１ａが中空の円錐状で、先頭部１１ａの先端直径が３０μmないし０．１μmである。先頭部１１ａの中空先端には接着剤１４が充填され、接着剤１４により先頭部１１ａの先端にマイクロボール１２が接着固定されている。スタイラス軸１１の基部１１ｂは、長さL１２、外形Φ１２ａ、内形Φ１２ｂのガラスチューブである。
【００２１】
ホルダ１３は、直径Φ１３の超鋼棒を加工して製作されたもので、ホルダ１３の中心部１３ａが長さL１３、直径Φ１３の超鋼棒であり、中心部１３ａの前方端面の中心にはスタイラス軸１１の基部１１ｂが垂直に取り付けられている。ホルダ１３の後方端面には、中心部１３ａと一体の超鋼棒を加工して長さL１４のねじ１３ｂが形成されており、このねじ１３ｂを使って接触式変位センサ（図示せず）に取り付けることができる。マイクロボール１２は、直径が５０μmないし０．１μmのガラスボールである。接着剤１４は熱硬化性樹脂である。
【００２２】
続いて、中空のガラスチューブを用いたスタイラス軸１１の製造方法について説明する。図４は、スタイラス軸１１を製造するための装置の模式図で、ガラスチューブ１６の先端を細くして円錐状に加工するためのものである。電熱線１７には電源１８より電流が流れ、外形Φ１２ａ、内形Φ１２ｂのガラスチューブ１６には電熱線１７より熱が与えられる。ガラスチューブ１６は、上端が保持部材（図示せず）により固定され、電熱線１７により、熱を与えられながら軟化し、重り（図示せず）により下に引っ張りの力が与えられる。これにより、先端の細くなったスタイラス軸１１を製造できる。スタイラス軸１１は、先端角を１０度以下にすることが可能である。ガラスチューブ１６の先端角は、電源１８の電流量、及び重りの重さにより調節する。即ち、電流量を少なくし、重りを重くすることで、短く、先の細いガラスチューブが得られる。このような製造装置は、例えば、（株）成茂科学器械研究所より「プーラー」、モデル名「PC-10」として市販されている。
【００２３】
次に、図１に示したスタイラスを組み立てる装置について、図５乃至図７を用いて説明する。図５乃至図７に示すように、本発明の実施の形態の接触式変位センサのスタイラスの製造装置は、スタイラス軸１の位置決めをするためのＸＹＺステージ９と、ＸＹＺステージ９に取り付けられたくの字型のアーム８と、マイクロボール２並びに接着剤の位置決めをするためのＸＹＺステージ３と、ＸＹＺステージ３の上に載せられたアルミ板４と、それぞれ光軸が９０度離れた位置に設置されたＣＣＤカメラ６，７とを有している。スタイラス軸１のねじ１ｃ側は、くの字型のアーム８に取り付けられており、ＸＹＺステージ９を手動操作することによって、スタイラス軸１の先端を任意の空間に移動することができる。マイクロボール２あるいは接着剤は、アルミ板４の上に載せられる。ＸＹＺステージ９とＸＹＺステージ３とを手動操作することによって、スタイラス軸１の先端とマイクロボール２あるいは接着剤との位置合わせができる。また、ＣＣＤカメラ６，７で、スタイラス軸１の先端、およびマイクロボール２あるいは接着剤の様子を見ることができる。ＣＣＤカメラ６およびＣＣＤカメラ７の画像を見ながらスタイラス軸１の先端とマイクロボール２あるいは接着剤との位置を合わせることによって、スタイラス軸１の先端の中心の位置とマイクロボール２の中心の位置とを正確に合わせることができる。
【００２４】
スタイラス軸１の先端にマイクロボール２を接着固定する方法は、まず、スタイラス軸１の先端に接着剤を付着させるために、アルミ板４の上に熱硬化性の接着剤を置く。熱硬化性の接着剤は、例えばエポキシ系等の樹脂でできており、常温では液状になっている。ＣＣＤカメラ６およびＣＣＤカメラ７の画像を見ながら、ＸＹＺステージ９を操作してスタイラス軸１の先端に接着剤を付着させる。次に、アルミ板４の上にマイクロボール２を乗せて、ＣＣＤカメラ６およびＣＣＤカメラ７の画像を見ながら、ＸＹＺステージ９とＸＹＺステージ３とを操作して、スタイラス軸１の先端とマイクロボール２との位置合わせを行う。位置を合わせた後、ＸＹＺステージ９を使って、スタイラス軸１をマイクロボール２に近づけていく。スタイラス軸１の先端に付着させた熱硬化性の接着剤にマイクロボール２が触れると、熱硬化性の接着剤の表面張力で、スタイラス軸１の先端にマイクロボール２が添付される。マイクロボール２が添付されたスタイラス軸１をヒーターの中に入れ、熱を与えて、接着剤を硬化させる。以上により、先端にマイクロボール２の付いたマイクロボールスタイラスが製作される。
【００２５】
また、同じ装置を図２に示したスタイラスの組み立てに使うこともできる。スタイラス軸１１の先端にマイクロボール１２を接着固定する方法は、スタイラス軸１にマイクロボール２を接着固定する方法と同様に、まず、アーム８に図２で示したガラスチューブを用いたスタイラス軸１１を取り付ける。次に、アルミ板４の上に液状の熱硬化性の接着剤を置き、ＣＣＤカメラ６およびＣＣＤカメラ７の画像を見ながらＸＹＺステージ９を操作して、ガラスチューブを用いたスタイラス軸１１の先端に接着剤を付ける。このとき、接着剤は、表面張力により、図３に示す接着剤１４のように、中空のガラスチューブの中に充填される。続いて、アルミ板４の上にマイクロボール１２を載せて、ＣＣＤカメラ６およびＣＣＤカメラ７の画像を見ながら、ＸＹＺステージ９とＸＹＺステージ３とを操作して接着剤１４が充填されたスタイラス軸１１の先端とマイクロボール１２との位置合わせを行う。位置を合わせた後、ＸＹＺステージ９を使ってスタイラス軸１１をマイクロボール１２に近づけていく。スタイラス軸１１の先端にマイクロボール１２が触れると、ガラスチューブに充填されている熱硬化性の接着剤１４の表面張力で、スタイラス軸１１の先端にマイクロボール１２が添付される。マイクロボール１２が添付されたスタイラス軸１１をヒーターの中に入れ、熱を与えて、接着剤を硬化させる。以上により、スタイラス軸１１の先端にマイクロボール１２が接着固定される。ガラスチューブを用いたマイクロボールスタイラスは、マイクロボール１２の上部がスタイラス軸１１の中に入り込むため、接着する面積が大きくなり、より大きな接触力に耐えることができる。
【００２６】
次に、本発明の実施の形態の接触式変位センサについて説明する。図８に示すように、図２に示したものと同様なマイクロボールスタイラスを使用した接触式変位センサ２５で、接触式変位センサ２５のアーム部２５ａにはガラスチューブを用いたマイクロボールスタイラス２４がホルダ２３を介して取り付けられている。接触式変位センサ２５は、アーム部２５aの動きを内蔵のリニアエンコーダで読み取るものであり、アーム部２５aを支えるためにエアベアリングを採用しており、１ｍＮ以下の低測定圧を実現している。マイクロボールスタイラス２４のスタイラス軸２１は、図９に示すように、先頭部２１ａが中空の円錐状で、先頭部２１ａの中空先端に接着剤によりマイクロボール２２が接着固定されたものである。
【００２７】
図９に示すように、ギア３１は、波長λに対する振幅ｄの比が約２/３ないし１/２、最大斜度θ３が７０度ないし３０度の高アスペクト比の形状を持っている。図８および図９に示すように、接触式変位センサ２５のスタイラス軸２１は、ギア３１の歯形状を測定することができるように、ギア３１の回転面に沿ってその中心軸に垂直に接触している。ギア３１は、スピンドル３２に取り付けられており、スピンドル３２を回転させ、その時の回転角と、接触式変位センサ２５の出力とを取ることで、ギア３１の歯形状が測定できる。このような接触式変位センサ２５を用いると、マイクロボール２２の直径が５０μmないし２μmで、先頭部２１ａが円錐状であるので、スタイラス軸２１の先端円周部がギア３１に接触する恐れがなく、高アスペクト比の形状を持つギア３１の歯形状を正確に測定できる。
【００２８】
以上の実施の形態において、マイクロボールにガラス球を用いたが、マイクロボールの材料は、ガラスに限られるものではなく、カーボン、セラミックあるいは金属であっても良い。これらの材料の小片を繰り返し研削することによって製作したマイクロボールは、真球度が２０ｎｍ以下の高い真球度を持つ。また、スタイラス軸に超鋼棒あるいはガラスチューブを用いたが、スタイラス軸の材料は、カーボン、セラミックあるいはステンレス等の金属であっても良い。特に、円錐状のカーボンナノチューブであるカーボンナノホーンを使ったスタイラス軸は、先端直径が数nmのものが得られる。従って、この先端に0.02μmのマイクロボールを接着し、微細なスタイラスとすることができる。
このようなマイクロボールスタイラスは、走査式の接触式変位センサだけでなく、タッチング式の接触式変位センサにも使用することができる。
【実施例１】
【００２９】
図１０は、図１に示したスタイラスの実施例の要部観察図であり、マイクロボールスタイラスをＳＥＭ(Scanning Electron Microscope)で観察した画像である。この実施例において、マイクロボール４２は、直径が５０μmのマイクロガラス球を用いて製作したもので、スタイラス軸４１の先端にマイクロボール４２が熱硬化性の接着剤４４により接着されている。直径５０μmのマイクロボール４２は、ソーダライムガラスでできており、１gあたり約５.４×１０６個入っている。スタイラス軸４１は、先端径が約５０μm、先端角が約５０度の超鋼でできている。
【実施例２】
【００３０】
図１１は、図１に示したスタイラスの他の実施例の要部観察図であり、マイクロボールスタイラスをＳＥＭ(Scanning Electron Microscope)で観察した画像である。マイクロボール５２は、直径が1０μmのマイクロガラス球を用いて製作したもので、図１０と同様に、スタイラス軸５１の先端にマイクロボール５２が熱硬化性の接着剤５４により接着されている。直径１０μmのマイクロガラス球は、ホウケイ酸塩ガラスでできており、１gあたり約１.８×１０９個入っている。スタイラス軸５１は、先端径が約２０μm、先端角が約５０度の超鋼でできている。
【実施例３】
【００３１】
図１２は、図２に示したスタイラスの実施例の要部観察図であり、マイクロボールスタイラスをＳＥＭ(Scanning Electron Microscope)で観察した画像である。マイクロボール６２は、直径が５０μmのマイクロガラス球を用いて製作したもので、ガラスチューブを用いたスタイラス軸６１の先端にマイクロボール６２が熱硬化性の接着剤６４により接着されている。スタイラス軸６１は、先端径約５０μmのボロシリケイトでできたガラスチューブである。
【００３２】
図１３は、マイクロボールスタイラスの耐久性を調べるための実験装置の概略図である。実験装置は、図５に示した製造装置と同様、２台のＸＹＺステージ７３，７９を使用しており、ＸＹＺステージ７９には、くの字型のアーム７８が取り付けられている。アーム７８の先には、マイクロボールスタイラスのスタイラス軸４１あるいはスタイラス軸５１が取り付けられる。ＸＹＺステージ７３には、アルミ板７４を介してひずみセンサ７５が取り付けられており、ＸＹＺステージ７９を操作してひずみセンサ７５にスタイラス軸４１あるいはスタイラス軸５１を接触させることにより、スタイラス軸４１あるいはスタイラス軸５１の接触圧を検出できる。この実験の様子は、ＣＣＤカメラ７７で観察しながら行う。図１４は、この実験状況を説明するための説明図であり、マイクロボールスタイラスとひずみセンサ７５が接触する様子を表したものである。スタイラス軸４１あるいはスタイラス軸５１は、ひずみセンサ７５に対して３０度傾けた状態で押し付けられる。これは、実際の高アスペクト比の形状を測定する際のマイクロボールスタイラスと測定面との接触角を考慮した角度である。
【００３３】
図１５は、図１０に示したスタイラスの実施例の実験結果を示すグラフであり、直径５０μmのマイクロボール４２を接着したマイクロボールスタイラスを、図１４のように傾けた状態で、ひずみセンサ７５に接触させた時のひずみセンサ７５の出力を示すグラフである。曲線４５に示すようにマイクロボールスタイラスにかかる接触力を徐々に増やし、約４０ｍＮまでの接触力をマイクロボールスタイラスに与えたが、直径５０μmのマイクロガラス球４２はスタイラス軸４１から取れることはなかった。
【００３４】
図１６は、図１１に示したスタイラスの実施例の実験結果を示すグラフであり、直径１０μmのマイクロボール５２を接着したマイクロボールスタイラスを、図１４のように傾けた状態で、ひずみセンサ７５に接触させた時のひずみセンサ７５の出力を示すグラフである。曲線５５に示すようにマイクロボールスタイラスにかかる接触力を徐々に増やし、約6ｍＮまでの接触力をマイクロボールスタイラスに与えたが、直径１０μmのマイクロボール５２はスタイラス軸５１から取れることはなかった。
【００３５】
次に、図１２に示したスタイラスの実施例の実験結果について説明する。この場合、実験装置は、図１３に示したものと同様の装置を用い、マイクロボールスタイラスのスタイラス軸４１あるいはスタイラス軸５１の代わりに、ガラスチューブを用いたマイクロボールスタイラスのスタイラス軸６１を取り付ける。ＸＹＺステージ７９を操作してひずみセンサ７５にスタイラス軸６１を接触させる。図１７は、この実験状況を説明するための説明図であり、ガラスチューブを用いたマイクロボールスタイラスのスタイラス軸６１とひずみセンサ７５の接触の様子を示したものである。ガラスチューブを用いたマイクロボールスタイラスのスタイラス軸６１は、ひずみセンサ７５に対し、４５度傾けて接触させている。この実験では、ガラスチューブを用いたマイクロボールスタイラスのスタイラス軸６１に約１００ｍＮの接触圧をかけて、ＸＹＺステージ７９を操作して、左右に走査させた。直径５０μmのマイクロガラス球６２は、ガラスチューブを用いたスタイラス軸６１から取れることはなかった。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明に係る接触式変位センサのスタイラス及び接触式変位センサは、マイクロマシンを構成するマイクロパーツやマイクロレンズアレイ等、１００μmないし０．０２μmのサイズの微細形状測定など、様々な微細形状測定分野に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態の接触式変位センサのスタイラスを示す要部斜視図である。
【図２】本発明の他の実施の形態の接触式変位センサのスタイラスを示す要部斜視図である。
【図３】図２に示すスタイラスのスタイラス軸およびマイクロボールの要部拡大断面図である。
【図４】図２に示すスタイラスのスタイラス軸を製造するための装置の模式図である。
【図５】本発明の実施の形態の接触式変位センサのスタイラスの製造装置を示す要部斜視図である。
【図６】図５に示すスタイラスの製造装置の要部平面図である。
【図７】図５に示すスタイラスの製造装置の要部正面図である。
【図８】本発明の実施の形態の接触式変位センサの使用状態を示す要部斜視図である。
【図９】図８に示す接触式変位センサの使用状態を示す要部断面図である。
【図１０】図１に示すスタイラスの実施例の要部を示す電子顕微鏡写真である。
【図１１】図１に示すスタイラスの他の実施例の要部を示す電子顕微鏡写真である。
【図１２】図２に示すスタイラスの実施例の要部を示す電子顕微鏡写真である。
【図１３】マイクロボールスタイラスの耐久性を調べるための実験装置を示す概略図である。
【図１４】マイクロボールスタイラスの耐久性を調べるための実験状況を説明するための説明図である。
【図１５】図１０に示すスタイラスの実施例の耐久性を調べるための実験結果を示すグラフである。
【図１６】図１１に示すスタイラスの実施例の耐久性を調べるための実験結果を示すグラフである。
【図１７】マイクロボールスタイラスの耐久性を調べるための他の実験状況を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００３８】
１、１１、２１、４１、５１、６１    スタイラス軸
２、１２、２２、４２、５２、６２    マイクロボール
３、９、７３、７９    ＸＹＺステージ
４、７４    アルミ板
６、７、７７    ＣＣＤカメラ
８、７８    アーム
１４、４４、５４、６４    接着剤
１６    ガラスチューブ
１７    電熱線
１８    電源
２５    接触式変位センサ
３１    ギア
３２    スピンドル
７５    ひずみセンサ
【図１】
2008180557.tif 000003
【図２】
2008180557.tif 000004
【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】
2008180557.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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