(57)【要約】      （修正有）【課題】探針の取付けや交換を他の構成要素を損傷させることなく容易に実施でき、装置の搬送時に支点やその部品の損傷を防ぐことができ、しかも探針の取付けや交換を容易に実施できる触針式表面形状測定器及びその探針取付け方法を提供する。【解決手段】本発明の触針式表面形状測定器は、支持体が、変位センサの測定子と針圧発生装置の磁性体コアとを一端及び他端に支持する第１の支持部材と探針を一端に支持する第２の支持部材とで構成され、第１の支持部材の支点の近くにおいてその下側に、磁石を埋め込んだホルダーが取付けられ、第２の支持部材の他端が高透磁率部材で形成され、第２の支持部材の他端における高透磁率部材が、第１の支持部材の支点の近くにおいてその下側に取付けたホルダーにおける磁石による吸着力でホルダーに当接させて第１の支持部材に同一軸線に沿って固定される。【選択図】図１
2007017296.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
探針と、探針の垂直方向変位を検出する変位センサの測定子と、探針に針圧を加える針圧発生装置の磁性体コアとを取付けた支持体を支点で支持し、探針が捉えた試料の表面形状を支持体の支点回りの回転運動により変位センサで測定する触針式表面形状測定器の探針取付け方法において、
変位センサの測定子と針圧発生装置の磁性体コアとを一端及び他端に支持する第１の支持
部材と、探針を一端に支持する第２の支持部材とで前記支持体を構成し、第２の支持部材を磁石により第１の支持部材に同一軸線に沿って固定することを特徴とする触針式表面形状測定器の探針取付け方法。
【請求項２】
第１の支持部材を支点で支持し、第２の支持部材の他端を高透磁率部材で形成し、第１の支持部材に装着した磁石に第２の支持部材の他端を吸着させることにより、第２の支持部材を第１の支持部材に固定することを特徴とする請求項１に記載の触針式表面形状測定器の探針取付け方法。
【請求項３】
磁石が第１の支持部材に固着されたホルダー内に埋め込まれ、ホルダーが第２の支持部材の他端における高透磁率部材を受け、ガイドする長手方向溝を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の触針式表面形状測定器の探針取付け方法。
【請求項４】
第２の支持部材の他端における高透磁率部材の長手方向両端に、磁石のホルダーを受け、ガイドする上向きにのびたガイド突起を形成していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の触針式表面形状測定器の探針取付け方法。
【請求項５】
磁石のホルダーの長手方向溝が外方に向って開いた長手方向に沿った側部傾斜ガイド面を備え、第２の支持部材の他端における高透磁率部材の長手方向両端のガイド突起が外方に向って開いた傾斜ガイド面を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の触針式表面形状測定器の探針取付け方法。
【請求項６】
磁石のホルダーが支点の近くに位置決めされることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の触針式表面形状測定器の探針取付け方法。
【請求項７】
磁石がホルダー内に互いに極性を逆にして配置された二つの磁石から構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の触針式表面形状測定器の探針取付け方法。
【請求項８】
第２の支持部材の他端における高透磁率部材の下側に、第２の支持部材の高透磁率部材を第１の支持部材に固着されたホルダー内に埋め込まれた磁石に吸着させて固定する際に第２の支持部材の傾きを修正する板状部材を設けることを特徴とする請求項２〜７のいずれか一項に記載の触針式表面形状測定器の探針取付け方法。
【請求項９】
探針と、探針の垂直方向変位を検出する変位センサの測定子と、探針に針圧を加える針圧発生装置の磁性体コアとを取付けた支持体を支点で支持し、探針が捉えた試料の表面形状を支持体の支点回りの回転運動により変位センサで測定する触針式表面形状測定器の探針取付け方法において、
前記支持体を、変位センサの測定子と針圧発生装置の磁性体コアとを一端及び他端に支持
し、支点で揺動自在に支持される第１の支持部材と探針を一端に支持する第２の支持部材とで構成し、第１の支持部材の磁力利用固定保持用冶具を用いて第１の支持部材を支点から離して静止状態に保持し、そして、第２の支持部材の磁力利用取外し用治具を用いて第２の支持部材を第１の支持部材から取外し、その後、新しい探針を備えた第２の支持部材を、磁力利用取付け用治具を用いて第１の支持部材に同一軸線に沿って固定することを特徴とする触針式表面形状測定器の探針取付け方法。
【請求項１０】
第２の支持部材の磁力利用取外し用治具及び磁力利用取付け用治具が同一の着脱用治具として構成されることを特徴とする請求項９に記載の触針式表面形状測定器の探針取付け方法。
【請求項１１】
第１の支持部材の固定保持用冶具と第１の支持部材との吸着力が、第１の支持部材と第２の支持部材との吸着力より大きいことを特徴とする請求項９に記載の触針式表面形状測定器の探針取付け方法。
【請求項１２】
第２の支持部材の磁力利用取外し用治具及び磁力利用取付け用治具と第１の支持部材との吸着力が、第１の支持部材と第２の支持部材との吸着力より大きいことを特徴とする請求項９に記載の触針式表面形状測定器の探針取付け方法。
【請求項１３】
第１の支持部材の固定保持用冶具、第２の支持部材の磁力利用取外し用治具及び磁力利用取付け用治具が、触針式表面形状測定器の枠体に取付けられることを特徴とする請求項９に記載の触針式表面形状測定器の探針取付け方法。
【請求項１４】
第１の支持部材の固定保持用冶具が、筒状ガイド本体と、筒状ガイド本体の中央孔に挿入でき、先端に磁石を埋め込んだ操作棒とを有し、操作棒を筒状ガイド本体の中央孔に挿入して操作棒の先端に埋め込んだ磁石により、第１の支持部材の重心の直上付近に設けた高透磁率部材を吸着させることにより第１の支持部材を支点から離して静止状態に保持することを特徴とする請求項９〜１３のいずれか一項に記載の触針式表面形状測定器の探針取付け方法。
【請求項１５】
固定保持用冶具において、第１の支持部材の重心の直上付近に設けた高透磁率部材及び操作棒の先端に埋め込んだ磁石が円形であることを特徴とする請求項１４に記載の触針式表面形状測定器の探針取付け方法。
【請求項１６】
第１の支持部材の固定保持用冶具の操作棒の先端にテーパー部を形成し、第１の支持部材の上側に設けた高透磁率部材に対して第１の支持部材の固定保持用冶具を位置決めすることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の触針式表面形状測定器の探針取付け方法。
【請求項１７】
第２の支持部材の取付け用治具が、第２の支持部材における高透磁率部材の下面と平行にのびる当接面と、該当接面に垂直に設けられガイド孔と、該ガイド孔内を上下に移動でき、先端に磁石を備えた操作棒とを有し、取付け用治具を第２の支持部材における高透磁率部材の下側に移動し、先端に磁石を備えた操作棒をガイド孔に下から挿入し、第２の支持部材における高透磁率部材に吸着させた後、操作棒を下方へ引くことにより、第２の支持部材を第１の支持部材から取外すことを特徴とする請求項９に記載の触針式表面形状測定器の探針取付け方法。
【請求項１８】
第２の支持部材の取付け用治具の当接面に、交換用の探針を備えた第２の支持部材を載せ、先端に磁石を備えた操作棒をガイド孔に下から挿入し、第２の支持部材における高透磁率部材に吸着させた状態で、第１の支持部材の下側に移動して位置決めし、操作棒をガイド孔から下方へ引くことにより、第２の支持部材を第１の支持部材に吸着固定することを特徴とする請求項９に記載の触針式表面形状測定器の探針取付け方法。
【請求項１９】
探針交換時の第１の支持部材に対する交換用の探針を備えた第２の支持部材の位置決めが、第２の支持部材の取付け用治具の当接面の一端に設けた段状傾斜面によって行われることを特徴とする請求項１８に記載の触針式表面形状測定器の探針取付け方法。
【請求項２０】
探針と、探針の垂直方向変位を検出する変位センサの測定子と、探針に針圧を加える針圧発生装置の磁性体コアとを取付けた支持体を支点で支持し、探針が捉えた試料の表面形状を支持体の支点回りの回転運動により変位センサで測定する触針式表面形状測定器の固定方法において、
前記支持体を、変位センサの測定子と針圧発生装置の磁性体コアとを一端及び他端に支持
する第１の支持部材と探針を一端に支持する第２の支持部材とで構成し、触針式表面形状測定器の枠体に設けた支点受けに支点で支持される第１の支持部材を、枠体に固定される磁力利用固定保持用冶具を用いて第１の支持部材の支点を支点受けから離して静止状態に保持することを特徴とする触針式表面形状測定器の固定方法。
【請求項２１】
探針と、探針の垂直方向変位を検出する変位センサの測定子と、探針に針圧を加える針圧発生装置の磁性体コアとを取付けた支持体を支点で支持し、探針が捉えた試料の表面形状を支持体の支点回りの回転運動により変位センサで測定する触針式表面形状測定器において、
支持体が、変位センサの測定子と針圧発生装置の磁性体コアとを一端及び他端に支持する第１の支持部材と探針を一端に支持する第２の支持部材とで構成され、
第１の支持部材の支点の近くにおいてその下側に、磁石を埋め込んだホルダーが取付けられ、
第２の支持部材の他端が高透磁率部材で形成され、
第２の支持部材の他端における高透磁率部材を、第１の支持部材の支点の近くにおいてその下側に取付けたホルダーにおける磁石による吸着力でホルダーに当接させて第１の支持部材に同一軸線に沿って固定するように構成した
ことを特徴とする触針式表面形状測定器。
【請求項２２】
第１の支持部材の支点の近くにおいてその下側に取付けたホルダーが、第２の支持部材の他端における高透磁率部材を受け、ガイドする長手方向溝を備えていることを特徴とする請求項２１に記載の触針式表面形状測定器。
【請求項２３】
第１の支持部材における磁石を埋め込んだホルダーの長手方向溝の長さが、支点と探針との間の距離の約数分の一であることを特徴とする請求項２１に記載の触針式表面形状測定器。
【請求項２４】
第２の支持部材の他端における高透磁率部材の長手方向両端に、磁石のホルダーを受け、ガイドする上向きにのびたガイド突起が形成されていることを特徴とする請求項２１に記載の触針式表面形状測定器。
【請求項２５】
磁石のホルダーの長手方向溝が外方に向って開いた長手方向に沿った側部傾斜ガイド面を備え、第２の支持部材の他端における高透磁率部材の長手方向両端のガイド突起が外方に向って開いた傾斜ガイド面を備えていることを特徴とする請求項２１〜２４のいずれか一項に記載の触針式表面形状測定器。
【請求項２６】
第１の支持部材に第２の支持部材を吸着固定する際に、第２の支持部材の他端における高透磁率部材が第１の支持部材における磁石のホルダーに当接するように構成したことを特徴とする請求項２１〜２５のいずれか一項に記載の触針式表面形状測定器。
【請求項２７】
磁石のホルダーが支点の近くに位置決めされていることを特徴とする請求項２１〜２６のいずれか一項に記載の触針式表面形状測定器。
【請求項２８】
磁石がホルダー内に互いに極性を逆にして配置された二つの磁石で構成されていることを特徴とする請求項２１〜２７のいずれか一項に記載の触針式表面形状測定器。
【請求項２９】
第２の支持部材の他端における高透磁率部材の下側に、第２の支持部材の高透磁率部材を第１の支持部材に固着されたホルダー内に埋め込まれた磁石に吸着させて固定する際に第２の支持部材の傾きを修正する板状部材が設けられていることを特徴とする請求項２１〜２８のいずれか一項に記載の触針式表面形状測定器。
【請求項３０】
変位センサが差動トランスから成り、その測定子がコアから成ることを特徴とする請求項２１〜２９のいずれか一項に記載の触針式表面形状測定器。
【請求項３１】
変位センサが光学式変位センサであることを特徴とする請求項２１〜２９のいずれか一項に記載の触針式表面形状測定器。
【請求項３２】
探針と、探針の垂直方向変位を検出する変位センサの測定子と、探針に針圧を加える針圧発生装置の磁性体コアとを取付けた支持体を支点で支持し、探針が捉えた試料の表面形状を支持体の支点回りの回転運動により変位センサで測定する触針式表面形状測定器において、
変位センサの測定子と針圧発生装置の磁性体コアとを一端及び他端に支持し、支
点で支持された第１の支持部材と、
一端に探針を備え、他端を高透磁率部材で構成した第２の支持部材と、
第１の支持部材の下側に設けられ、第２の支持部材の他端の高透磁率部材と共動して第２の支持部材を吸着固定する磁石内臓ホルダーと、
触針式表面形状測定器の搬送時又は探針の交換時に、第１の支持部材の重心の直上付近に設けた高透磁率部材と共動して第１の支持部材を支点から離して静止状態に保持する磁力利用固定保持用冶具と、
を有することを特徴とする触針式表面形状測定器。
【請求項３３】
第１の支持部材の固定保持用冶具が、触針式表面形状測定器の枠体に取付けられていることを特徴とする請求項３２に記載の触針式表面形状測定器。
【請求項３４】
第１の支持部材の固定保持用冶具が、筒状ガイド本体と、筒状ガイド本体の中央孔に挿入でき、先端に磁石を埋め込んだ操作棒とを有し、操作棒を筒状ガイド本体の中央孔に挿入して操作棒の先端に埋め込んだ磁石により、第１の支持部材の重心の直上付近に設けた高透磁率部材を吸着させることにより第１の支持部材を支点から離して静止状態に保持できるように構成したことを特徴とする請求項３２に記載の触針式表面形状測定器。
【請求項３５】
第１の支持部材の固定保持用冶具は、第１の支持部材の重心の直上付近に設けた高透磁率部材及び操作棒の先端に埋め込んだ磁石が円形であることを特徴とする請求項３４に記載の触針式表面形状測定器。
【請求項３６】
第１の支持部材の固定保持用冶具の操作棒の先端にテーパー部を備え、第１の支持部材の上側に設けた高透磁率部材に対して第１の支持部材の固定保持用冶具を位置決めするように構成したことを特徴とする請求項３４又は３５に記載の触針式表面形状測定器。
【請求項３７】
第１の支持部材の固定保持用冶具と第１の支持部材との吸着力が、第１の支持部材と第２の支持部材との吸着力より大きくなるように第１の支持部材の固定保持用冶具を構成したことを特徴とする請求項３１〜３６のいずれか一項に記載の触針式表面形状測定器。
【請求項３８】
探針と、探針の垂直方向変位を検出する変位センサの測定子と、探針に針圧を加える針圧発生装置の磁性体コアとを取付けた支持体を支点で支持し、探針が捉えた試料の表面形状を支持体の支点回りの回転運動により変位センサで測定する触針式表面形状測定器において、
変位センサの測定子と針圧発生装置の磁性体コアとを一端及び他端に支持し、支点で支持された第１の支持部材と、
一端に探針を備え、他端を高透磁率部材で構成した第２の支持部材と、
第１の支持部材の下側に設けられ、第２の支持部材の他端の高透磁率部材と共動して第２の支持部材を吸着固定する磁石内臓ホルダーと、
触針式表面形状測定器の搬送時又は探針の交換時に、第１の支持部材の重心の直上付近に設けた高透磁率部材と共動して第１の支持部材を支点から離して静止状態に保持する磁力利用固定保持用冶具と、
探針の交換時に、第２の支持部材の他端の高透磁率部材と共動して第２の支持部材を第１の支持部材から引き離したり、第２の支持部材を第１の支持部材に同一軸線に沿って固定する磁力利用治具と、
を有することを特徴とする触針式表面形状測定器。
【請求項３９】
第１の支持部材の固定保持用冶具及び第２の支持部材の着脱用治具が、触針式表面形状測定器の枠体に取付けられていることを特徴とする請求項３８に記載の触針式表面形状測定器。
【請求項４０】
第１の支持部材の固定保持用冶具が、筒状ガイド本体と、筒状ガイド本体の中央孔に挿入でき、先端に磁石を埋め込んだ操作棒とを有し、操作棒を筒状ガイド本体の中央孔に挿入して操作棒の先端に埋め込んだ磁石により、第１の支持部材の重心の直上付近に設けた高透磁率部材を吸着させることにより第１の支持部材を支点から離して静止状態に保持できるように構成したことを特徴とする請求項３８に記載の触針式表面形状測定器。
【請求項４１】
第１の支持部材の固定保持用冶具は、第１の支持部材の重心の直上付近に設けた高透磁率部材及び操作棒の先端に埋め込んだ磁石が円形であることを特徴とする請求項４０に記載の触針式表面形状測定器。
【請求項４２】
第１の支持部材の固定保持用冶具の操作棒の先端にテーパー部を備え、第１の支持部材の上側に設けた高透磁率部材に対して第１の支持部材の固定保持用冶具を位置決めするように構成したことを特徴とする請求項４０又は４１に記載の触針式表面形状測定器。
【請求項４３】
第２の支持部材の着脱用の治具が、第２の支持部材における高透磁率部材の下面と平行にのびる当接面と、該当接面に垂直に設けられガイド孔と、該ガイド孔内を上下に移動でき、先端に磁石を備えた操作棒とを有し、着脱用の治具を第２の支持部材における高透磁率部材の下側に移動し、先端に磁石を備えた操作棒をガイド孔に下から挿入し、第２の支持部材における高透磁率部材に吸着させた後、操作棒を下方へ引くことにより、第２の支持部材を第１の支持部材から取外すように構成されていることを特徴とする請求項３８に記載の触針式表面形状測定器。
【請求項４４】
第２の支持部材の着脱用の治具の当接面の一端に、探針交換時の第１の支持部材に対して交換用の探針を備えた第２の支持部材の位置決めするための段状傾斜面が設けられていることを特徴とする請求項４３に記載の触針式表面形状測定器。
【請求項４５】
第２の支持部材の着脱用の治具と第１の支持部材との吸着力が、第１の支持部材と第２の支持部材との吸着力より大きくなるように第２の支持部材の着脱用の治具を構成したことを特徴とする請求項３８〜４４のいずれか一項に記載の触針式表面形状測定器。
【請求項４６】
第２の支持部材の着脱用の治具が取外し用治具と取付け用治具とから成ることを特徴とする請求項３８〜４５のいずれか一項に記載の触針式表面形状測定器。
【請求項４７】
第２の支持部材の着脱用の治具が第２の支持部材を取外し及び取付ける両用の治具として構成されることを特徴とする請求項３８〜４５のいずれか一項に記載の触針式表面形状測定器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料の表面形状を測定する触針式表面形状測定器及びそれの探針の取付け方法
に関するものである。
【０００２】
本明細書において、用語“試料の表面形状”は試料の段差、膜厚、表面粗さの概念を包含して意味するものとする。
【背景技術】
【０００３】
従来技術による触針式表面形状測定器の一例を添付図面の図１３及び図１４に示す。これらの図面において、Ａは棒状の支持体で、この棒状の支持体Ａはその左右両横方向にのびる支点用針取付け部材Ｂを備え、支点用針取付け部材Ｂの両端には二つの支点用針Ｃが取付けられている。これら二つの支点用針Ｃは二つの支点受け部材Ｄ（図１３に一方のみを示している）で支持され、それにより棒状の支持体Ａは支点受け部材Ｄに支点用針Ｃを介して揺動自在に支持される。支持体Ａの一端には探針Ｅが取付けられ、他端には変位センサＦのコアＧが取付けられている。この変位センサＦは探針Ｅの垂直方向変位に応じて電気信号を発生する差動トランスから成っている。
【０００４】
また、支点の探針側には探針Ｅに針圧を加える針圧発生装置Ｈが設けられている。針圧発生装置Ｈは、コイルＩと、コイルＩの中心から軸方向にずれた位置に配置した高透磁率材のコアＪとを備え、コアＪは棒状の支持体Ａに取付けられている。コイルＪに流す電流の大きさに応じて、コアＪをコイルＩの中心へ引き込む力が発生され、それにより探針Ｅを試料に押し当てるように構成されている。試料又は検出系を走査することで探針Ｅは試料表面をなぞり、その表面形状に応じて、固定された支点のまわりに棒状の支持体Ａが微小に回転運動し、コアＧの変位を差動トランスＦが検出し、それを探針先の変位に換算して試料の表面形状や段差が測定される。
【０００５】
このように構成した従来の触針式表面形状測定器においては、探針Ｅの先が摩耗した場合には探針Ｅを交換するために、交換可能な構造が必要となる。そのような探針の固定方法としては、例えば、棒状の支持体の先端付近に穴をあけ、探針を通し、それに対して垂直方向にねじ穴を設け、ねじで探針を横から押さえて固定する方法が知られている。他に、棒状の支持体の先端付近で磁石を用いて探針を棒状の支持体に固定する方法も知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
表面形状測定器の応答性、即ち、探針の表面形状への追随を速くするためには、支点のまわりの慣性モーメントを小さくする必要があり、そのことから探針の質量は小さい方がよく、探針の直径は0.5から1ｍｍと細く、長さは数ｍｍと短い。従って、探針交換の経験がなく、クリーンルーム内で手袋をはめた者にとっては、探針のねじ止め等の交換作業は非常に困難である。探針を磁石で棒状物の先端につける場合も部品は小さくやはり交換作業は難しい。また、上記棒状の支持体の太さも１ｍｍ程度しかなく、その先端での交換作業は、棒状の支持体等を破損しないように注意する必要がある。さらに、棒状の支持体は支点用針を介して支点受け部材に乗っているだけの不安定な状態なので、その先端での交換作業は非常に難しい。支点まわりの回転を滑らかにするために支点用針の先端は尖り、それを受ける支点受け部材の面は滑らかに研磨されており、不用意に力を加えると支点を傷める可能性もある。
【０００７】
磁石で棒状の支持体の先端に探針を取付ける方法では、試料によっては磁石からの磁場を遮蔽する必要があるが、高透磁率材で遮蔽する構造にすると、その分だけ棒状の支持体の先端部の質量が増し、慣性モーメントが大きくなるという欠点がある。
【０００８】
また、支点のまわりの回転を滑らかにするために、支点用針の先は鋭く研磨されており、また支点受けの底も滑らかに研磨されている。従って、探針の交換時には、その部分に力がかかることは極力避けたいが、支点受けに置いた状態で探針又は探針を含む交換部品を取外す際に支点部分に力がかかり、そこを傷める可能性がある。それを避けるために相手側部品すなわち非交換部品を作業者が手で保持すればよいが、装置すなわちセンサヘッドの枠組の幅が30ｍｍ程度と狭く、枠組内に２つのコイルもあるために指は入らない。
【０００９】
また、無理に探針又は探針を含む交換部品を下に引くと、センサコアなどを支える棒状の支持体の部分を破損する恐れもある。しかもこれらの棒状の支持体は、支点まわりの慣性モーメントを小さくするために、軽くなるように作られており、強度は大きくない。
【００１０】
さらに、触針式表面形状測定器におけるセンサヘッドの取付け位置によっては、下からヘッド内部を覗き込めない。従って、目で見ながらの交換ができない場合がある。
【００１１】
さらにまた、支点上の可動部は、支点受けに支点用針が乗っているだけで固定されておらず、そのままでは輸送できない。
【００１２】
そこで、本発明は、探針の取付けや交換を他の構成要素を損傷させることなく容易に実施できる触針式表面形状測定器及びその探針取付け方法を提供することを第１の目的としている。
【００１３】
また、本発明の別の目的は、探針の交換時や装置の搬送時に支点やその部品の損傷を防ぐことができ、しかも探針の取付けや交換を容易に実施できる触針式表面形状測定器及びその探針取付け方法を提供することにある。
【００１４】
上記の第１の目的を達成するために、本発明の第１の発明によれば、探針と、探針の垂直方向変位を検出する変位センサの測定子と、探針に針圧を加える針圧発生装置の磁性体コアとを取付けた支持体を支点で支持し、探針が捉えた試料の表面形状を支持体の支点回りの回転運動により変位センサで測定する触針式表面形状測定器の探針取付け方法において、
支持体を、変位センサの測定子と針圧発生装置の磁性体コアとを一端及び他端に支持する第
１の支持部材と探針を一端に支持する第２の支持部材とで構成し、第２の支持部材を磁石により第１の支持部材に同一軸線に沿って固定することを特徴としている。
【００１５】
支持体を、変位センサの測定子と針圧発生装置の磁性体コアとを一端及び他端に支持する
第１の支持部材と探針を一端に支持する第２の支持部材とで構成することにより、探針を含む部品のサイズを、クリーンルーム内で手袋をした作業者でも簡単に扱えるサイズにすることができる。
【００１６】
本発明の第１の発明による方法においては、第１の支持部材を支点で支持し、第２の支持部材の他端を高透磁率部材で形成し、第１の支持部材に装着した磁石に第２の支持部材の他端を吸着させることにより、第２の支持部材を第１の支持部材に固定し得る。
【００１７】
本発明の第１の発明による方法においては、磁石は第１の支持部材に固着されたホルダー内に埋め込まれ、ホルダーは第２の支持部材の他端における高透磁率部材を受け、ガイドする長手方向溝を備え得る。
【００１８】
本発明の第１の発明による方法においては、第２の支持部材の他端における高透磁率部材の長手方向両端に、磁石のホルダーを受け、ガイドする上向きにのびたガイド突起が形成され得る。
【００１９】
本発明の第１の発明による方法においては、磁石のホルダーの長手方向溝は外方に向って開いた長手方向に沿った側部傾斜ガイド面を備え、第２の支持部材の他端における高透磁率部材の長手方向両端のガイド突起が外方に向って開いた傾斜ガイド面を備え得る。
【００２０】
磁石のホルダー側と高透磁率部材側の両方にそれぞれガイド突起及び傾斜ガイド面を設けることにより、交換による探針位置の変化を小さくでき、互いの位置関係を決め、かつ、ずれを防ぐことができる。またガイド突起及び傾斜ガイド面が取り付け時にガイドとなり、探針を含む第２の支持部材の取付けが簡単になる。取付け用治具を用いて探針を含む部品すなわち第２の支持部材を取付ける場合は、その部品は離れた所から磁力により磁石に飛びつくが、その際にもガイド突起及び傾斜ガイド面の働きで正しい位置に収めることができる。
【００２１】
本発明の第１の発明による方法においては、磁石のホルダーは支点の近くに位置決めされ得る。
【００２２】
質量の大きい部品すなわち磁石のホルダーを支点の近くに配置することにより、支点まわりの慣性モーメントの増大を抑えることができ、表面形状測定器の応答性、即ち、探針の表面形状への追随の速さを損なわないようにできる。
【００２３】
本発明の第１の発明による方法においては、磁石はホルダー内に互いに極性を逆にして配置された二つの磁石で構成され得る。
【００２４】
二つの磁石の極性を逆にして配置することにより、磁石から離れた場所での磁場は小さくでき、磁石の磁場がセンサ、針圧発生装置、及び被測定物の試料に与える影響を小さくできる。また、磁力線は、磁石が吸着する第２の支持部材におけるパーマロイ等の高透磁率部材（強磁性体）の中に集中し、被測定物の試料に与える影響を小さくできる。
【００２５】
本発明の第１の発明による方法においては、第２の支持部材の他端における高透磁率部材の下側に、第２の支持部材の高透磁率部材を第１の支持部材に固着されたホルダー内に埋め込まれた磁石に吸着させて固定する際に第２の支持部材の傾きを修正する板状部材が設けられ得る。
【００２６】
第１の支持部材における磁石に飛びつく途中に第２の支持部材が傾いても、板状部材により傾きは修正され正しい位置に収めることができる。また吸着した後は、板状部材は相手側部品すなわち第１の支持部材とは隙間があり、接触しないので、微細な位置決めに悪影響を及ぼすことがないようにできる。
【００２７】
本発明の第２の発明によれば、探針と、探針の垂直方向変位を検出する変位センサの測定子と、探針に針圧を加える針圧発生装置の磁性体コアとを取付けた支持体を支点で支持し、探針が捉えた試料の表面形状を支持体の支点回りの回転運動により変位センサで測定する触針式表面形状測定器において、
支持体が、変位センサの測定子と針圧発生装置の磁性体コアとを一端及び他端に支持
する第１の支持部材と探針を一端に支持する第２の支持部材とで構成され、
第１の支持部材の支点の近くにおいてその下側に、磁石を埋め込んだホルダーが取付けられ、
第２の支持部材の他端が高透磁率部材で形成され、
第２の支持部材の他端における高透磁率部材を、第１の支持部材の支点の近くにおいてその下側に取付けたホルダーにおける磁石に吸着させて第１の支持部材に同一軸線に沿って固定するように構成した
ことを特徴としている。
【００２８】
本発明の第２の発明による触針式表面形状測定器においては、第１の支持部材の支点の近くにおいてその下側に取付けたホルダーは、第２の支持部材の他端における高透磁率部材を受け、ガイドする長手方向溝を備え得る。
【００２９】
本発明の第２の発明による触針式表面形状測定器においては、第１の支持部材における磁石を埋め込んだホルダーの長手方向溝の長さは、支点と探針との間の距離の約数分の一に設定され得る。
【００３０】
磁石はホルダーに埋め込み、ホルダーに第１の支持部材の長さ方向に溝を設け、その溝の長さを支点と探針との間の距離の約数分の一に構成することにより、探針を含む部品すなわち第２の支持部材は溝にはまり込み、従って簡単な機械加工で可能な寸法精度の部品でも、交換による探針の位置変化を小さくでき、探針の位置決め精度を上げることができる。
【００３１】
本発明の第２の発明による触針式表面形状測定器においては、第２の支持部材の他端における高透磁率部材の長手方向両端に、磁石のホルダーを受け、ガイドする上向きにのびたガイド突起が形成され得る。
【００３２】
本発明の第２の発明による触針式表面形状測定器においては、磁石のホルダーの長手方向溝は外方に向って開いた長手方向に沿った側部傾斜ガイド面を備え、第２の支持部材の他端における高透磁率部材の長手方向両端のガイド突起は外方に向って開いた傾斜ガイド面を備え得る。
【００３３】
本発明の第２の発明による触針式表面形状測定器においては、第１の支持部材に第２の支持部材を吸着固定する際に、第２の支持部材の他端における高透磁率部材は第１の支持部材における磁石のホルダーに当接するように構成され得る。
【００３４】
磁石の表面はホルダーの表面より奥に位置し、相手部品すなわち第２の支持部材に接触するのはホルダーの表面であり、磁石の工作精度（寸法精度、真直度、平面度）は相手部品との相対位置精度に影響しないので、大量生産で安い市販の既製磁石を使用できる。
【００３５】
本発明の第２の発明による触針式表面形状測定器においては、磁石のホルダーは支点の近くに位置決めされ得る。
【００３６】
本発明の第２の発明による触針式表面形状測定器においては、磁石はホルダー内に互いに極性を逆にして配置された二つの磁石で構成され得る。
【００３７】
本発明の第２の発明による触針式表面形状測定器においては、第２の支持部材の他端における高透磁率部材の下側に、第２の支持部材の高透磁率部材を第１の支持部材に固着されたホルダー内に埋め込まれた磁石に吸着させて固定する際に第２の支持部材の傾きを修正する板状部材が設けられ得る。
【００３８】
本発明の第２の発明による触針式表面形状測定器においては、変位センサは差動トランスから成り、その測定子がコアから成り得る。代わりに、変位センサは光学式変位センサであってもよい。
【００３９】
すなわち、本発明の第１の発明による方法及び本発明の第２の発明による触針式表面形状測定器においては、磁石による着脱部を支点近くに設けることにより、探針を含む交換部品を、手袋をはめた手でも簡単に扱えるサイズにできる。また探針を取付ける第２の支持部材の先端部のねじや磁石及びそれらを保持する部品等の余分なものが不要となるので、その分、慣性モーメントが小さくなる。また着脱部の質量増加は支点の近くなので、慣性モーメントの増大は小さい。
【００４０】
また、二つの磁石の極性を逆にして配置することにより、変位センサ、針圧発生装置、及び被測定物の試料での磁場を小さくできる。また、磁力線は磁石の相手側の探針を含む交換部品すなわち第２の支持部材における高透磁率部材の中を通るので、試料での磁場は小さくなる。
【００４１】
上記の別の目的を達成するために、本発明の第３の発明によれは、探針と、探針の垂直方向変位を検出する変位センサの測定子と、探針に針圧を加える針圧発生装置の磁性体コアとを取付けた支持体を支点で支持し、探針が捉えた試料の表面形状を支持体の支点回りの回転運動により変位センサで測定する触針式表面形状測定器の探針取付け方法において、
支持体を、変位センサの測定子と針圧発生装置の磁性体コアとを一端及び他端に支持し、支点で揺動自在に支持される第１の支持部材と探針を一端に支持する第２の支持部材とで構成し、第１の支持部材の磁力利用固定保持用冶具を用いて第１の支持部材を支点から離して静止状態に保持し、そして、第２の支持部材の磁力利用取外し用治具を用いて第２の支持部材を第１の支持部材から取外し、その後、新しい探針を備えた第２の支持部材を、取付け用治具を用いて第１の支持部材に同一軸線に沿って固定することを特徴としている。
【００４２】
本発明の第３の発明による方法においては、第１の支持部材の固定保持用冶具と第１の支持部材との吸着力は、第１の支持部材と第２の支持部材との吸着力より大きくされ得る。
【００４３】
本発明の第３の発明による方法においては、第２の支持部材の磁力利用取外し用治具及び取付け用治具と第１の支持部材との吸着力は、第１の支持部材と第２の支持部材との吸着力より大きくされ得る。
【００４４】
本発明の第３の発明による方法においては、第１の支持部材の固定保持用冶具及び第２の支持部材の取外し用治具及び取付け用治具は、触針式表面形状測定器の枠体に取付けられ得る。
【００４５】
本発明の第３の発明による方法においては、第１の支持部材の固定保持用冶具は、筒状ガイド本体と、筒状ガイド本体の中央孔に挿入でき、先端に磁石を埋め込んだ操作棒とを有し、操作棒を筒状ガイド本体の中央孔に挿入して操作棒の先端に埋め込んだ磁石により、第１の支持部材の重心の直上付近に設けた高透磁率部材を吸着させることにより第１の支持部材を支点から離して静止状態に保持するようにされ得る。
【００４６】
本発明の第３の発明による方法においては、固定保持用冶具は、第１の支持部材の重心の直上付近に設けた高透磁率部材及び操作棒の先端に埋め込んだ磁石を円形に形成され得る。
【００４７】
本発明の第３の発明による方法においては、第１の支持部材の固定保持用冶具の操作棒の先端にテーパー部を形成し、第１の支持部材の上側に設けた高透磁率部材に対して第１の支持部材の固定保持用冶具を位置決めするようにされ得る。
【００４８】
本発明の第３の発明による方法においては、第２の支持部材の取外し用治具は、第２の支持部材における高透磁率部材の下面と平行にのびる当接面と、該当接面に垂直に設けられガイド孔と、該ガイド孔内を上下に移動でき、先端に磁石を備えた操作棒とを有し、治具を第２の支持部材における高透磁率部材の下側に移動し、先端に磁石を備えた操作棒をガイド孔に下から挿入し、第２の支持部材における高透磁率部材に吸着させた後、操作棒を下方へ引くことにより、第２の支持部材を第１の支持部材から取外すことができる。
【００４９】
本発明の第３の発明による方法においては、第２の支持部材の取付け用治具の当接面に、交換用の探針を備えた第２の支持部材を載せ、先端に磁石を備えた操作棒をガイド孔に下から挿入し、第２の支持部材における高透磁率部材に吸着させた状態で、第１の支持部材の下側に移動して位置決めし、操作棒をガイド孔から下方へ引くことにより、第２の支持部材を第１の支持部材に吸着固定することができる。
【００５０】
本発明の第３の発明による方法においては、探針交換時の第１の支持部材に対する交換用の探針を備えた第２の支持部材の位置決めは、第２の支持部材の治具の当接面の一端に設けた段状傾斜面によって行うことができる。
【００５１】
本発明の第４の発明によれば、探針と、探針の垂直方向変位を検出する変位センサの測定子と、探針に針圧を加える針圧発生装置の磁性体コアとを取付けた支持体を支点で支持し、探針が捉えた試料の表面形状を支持体の支点回りの回転運動により変位センサで測定する触針式表面形状測定器の特に搬送時の固定方法において、
支持体を、変位センサの測定子と針圧発生装置の磁性体コアとを一端及び他端に支持する第
１の支持部材と探針を一端に支持する第２の支持部材とで構成し、触針式表面形状測定器の枠体に設けた支点受けに支点で支持される第１の支持部材を、枠体に固定される磁力利用固定保持用冶具を用いて第１の支持部材の支点を支点受けから離して静止状態に保持することを特徴としている。
【００５２】
ヘッドの輸送時には磁力利用固定保持用冶具により第１の支持部材を吸着固定し、磁力利用固定保持用冶具をねじ等で枠体に固定することにより、支点部を離した状態で可動部すなわち第１の支持部材が固定され、輸送時の振動や揺れに耐え、支点部品の破損を未然に防ぐことができる。
【００５３】
本発明の第５の発明によれば、探針と、探針の垂直方向変位を検出する変位センサの測定子と、探針に針圧を加える針圧発生装置の磁性体コアとを取付けた支持体を支点で支持し、探針が捉えた試料の表面形状を支持体の支点回りの回転運動により変位センサで測定する触針式表面形状測定器において、
変位センサの測定子と針圧発生装置の磁性体コアとを一端及び他端に支持し、支点で支持された第１の支持部材と、
一端に探針を備え、他端を高透磁率部材で構成した第２の支持部材と、
第１の支持部材の下側に設けられ、第２の支持部材の他端の高透磁率部材と共動して第２の支持部材を吸着固定する磁石内臓ホルダーと、
触針式表面形状測定器の搬送時又は探針の交換時に、第１の支持部材の重心の直上付近に設けた高透磁率部材と共動して第１の支持部材を支点から離して静止状態に保持する磁力利用固定保持用冶具と、
を有することを特徴としている。
【００５４】
本発明の第５の発明による装置においては、第１の支持部材の固定保持用冶具は、触針式表面形状測定器の枠体に取付けられ得る。
【００５５】
本発明の第５の発明による装置においては、第１の支持部材の固定保持用冶具は、筒状ガイド本体と、筒状ガイド本体の中央孔に挿入でき、先端に磁石を埋め込んだ操作棒とを有し、操作棒を筒状ガイド本体の中央孔に挿入して操作棒の先端に埋め込んだ磁石により、第１の支持部材の重心の直上付近に設けた高透磁率部材を吸着させることにより第１の支持部材を支点から離して静止状態に保持できるように構成され得る。
【００５６】
本発明の第５の発明による装置においては、第１の支持部材の固定保持用冶具は、第１の支持部材の重心の直上付近に設けた高透磁率部材及び操作棒の先端に埋め込んだ磁石が円形であり得る。
【００５７】
本発明の第５の発明による装置においては、第１の支持部材の固定保持用冶具の操作棒の先端にテーパー部を備え、第１の支持部材の上側に設けた高透磁率部材に対して第１の支持部材の固定保持用冶具を位置決めするように構成され得る。
【００５８】
本発明の第５の発明による装置においては、第１の支持部材の固定保持用冶具と第１の支持部材との吸着力が第１の支持部材と第２の支持部材との吸着力より大きくなるように第１の支持部材の固定保持用冶具は構成され得る。
【００５９】
本発明の第６の発明によれば、探針と、探針の垂直方向変位を検出する変位センサの測定子と、探針に針圧を加える針圧発生装置の磁性体コアとを取付けた支持体を支点で支持し、探針が捉えた試料の表面形状を支持体の支点回りの回転運動により変位センサで測定する触針式表面形状測定器において、
変位センサの測定子と針圧発生装置の磁性体コアとを一端及び他端に支持し、支
点で支持された第１の支持部材と、
一端に探針を備え、他端を高透磁率部材で構成した第２の支持部材と、
第１の支持部材の下側に設けられ、第２の支持部材の他端の高透磁率部材と共動して第２の支持部材を吸着固定する磁石内臓ホルダーと、
触針式表面形状測定器の搬送時又は探針の交換時に、第１の支持部材の重心の直上付近に設けた高透磁率部材と共動して第１の支持部材を支点から離して静止状態に保持する磁力利用固定保持用冶具と、
探針の交換時に、第２の支持部材の他端の高透磁率部材と共動して第２の支持部材を第１の支持部材から引き離したり、第２の支持部材を第１の支持部材に同一軸線に沿って固定する磁力利用治具と、
を有することを特徴としている。
【００６０】
本発明の第６の発明による装置においては、第１の支持部材の固定保持用冶具及び第２の支持部材の着脱用の治具は、触針式表面形状測定器の枠体に取付けられ得る。
【００６１】
本発明の第６の発明による装置においては、第１の支持部材の固定保持用冶具は、筒状ガイド本体と、筒状ガイド本体の中央孔に挿入でき、先端に磁石を埋め込んだ操作棒とを有し、操作棒を筒状ガイド本体の中央孔に挿入して操作棒の先端に埋め込んだ磁石により、第１の支持部材の重心の直上付近に設けた高透磁率部材を吸着させることにより第１の支持部材を支点から離して静止状態に保持できるように構成され得る。
【００６２】
本発明の第６の発明による装置においては、第１の支持部材の固定保持用冶具は、第１の支持部材の重心の直上付近に設けた高透磁率部材及び操作棒の先端に埋め込んだ磁石が円形であり得る。
【００６３】
本発明の第６の発明による装置においては、第１の支持部材の固定保持用冶具の操作棒の先端にテーパー部を備え、第１の支持部材の上側に設けた高透磁率部材に対して第１の支持部材の固定保持用冶具を位置決めするように構成され得る。
【００６４】
本発明の第６の発明による装置においては、第２の支持部材の着脱用の治具は、第２の支持部材における高透磁率部材の下面と平行にのびる当接面と、該当接面に垂直に設けられガイド孔と、該ガイド孔内を上下に移動でき、先端に磁石を備えた操作棒とを有し、治具を第２の支持部材における高透磁率部材の下側に移動し、先端に磁石を備えた操作棒をガイド孔に下から挿入し、第２の支持部材における高透磁率部材に吸着させた後、操作棒を下方へ引くことにより、第２の支持部材を第１の支持部材から取外すように構成され得る。
【００６５】
本発明の第６の発明による装置においては、第２の支持部材の着脱用の治具の当接面の一端に、探針交換時の第１の支持部材に対して交換用の探針を備えた第２の支持部材の位置決めするための段状傾斜面が設けられ得る。
【００６６】
本発明の第６の発明による装置においては、第２の支持部材の着脱用の治具と第１の支持部材との吸着力が第１の支持部材と第２の支持部材との吸着力より大きくなるように第２の支持部材の着脱用の治具が構成され得る。
【００６７】
本発明の第３の発明による方法及び本発明の第５、第６の発明による装置においては、支点上の可動部すなわち第１の支持部材の重心の直上付近に高透磁率部材を配置し、それを第１の支持部材の固定保持用冶具における上方から挿入した操作棒の磁石により上方に持ち上げ吸着し固定し、それにより支点用針先が支点受けから離れるので、探針交換作業中に支点を傷めることがなくなる。
【００６８】
第１の支持部材の固定保持用冶具による第１の支持部材の持ち上げは０．５mm程度と低く、しかも支点上の可動部の質量が数ｇと軽いので、持ち上げた可動部を交換作業後に元の位置に戻す際にも支点部は傷まない。
【００６９】
第１の支持部材の固定保持用冶具を用いて第１の支持部材を持ち上げて固定した後、枠体に対して位置決めされる第２の支持部材の着脱用の治具を下方から枠体に挿入し固定する。この着脱用治具を通して下方から磁石を備えた操作棒を挿入し、探針交換部品すなわち第２の支持部材の高透磁率部材に吸着させ、下方に引くことで交換部品とホルダー内磁石間の固定を外し、交換部品を外すことができる。
【００７０】
次に第２の支持部材の着脱用の治具に交換部品を載せ、下方から磁石を挿入し交換部品を固定する。こうして準備した着脱用の治具を枠体に挿入、固定し、磁石を下方に引くと交換部品はホルダー内の磁石に吸着され、ホルダーに収まる。
【００７１】
第２の支持部材の着脱用の治具に傾斜面を設けることにより、交換部品が上方に行くに従い、横方向へも動けるので、交換部品とホルダーにおけるガイドに沿って動くことができ、その結果、交換部品とホルダーの間に当初あった位置ずれを吸収し正しい位置に収めることができる。そして第２の支持部材の着脱用の治具を取外し、上方の第１の支持部材の固定保持用冶具における磁石を抜くことにより、探針の交換は完了する。
【００７２】
また、第１の支持部材の上側の高透磁率部材と上方の第１の支持部材の固定保持用冶具における操作棒の先端の磁石とを円形にし、該磁石の下部にテーパーを設けることにより、第１の支持部材の固定時の位置決め精度が上がり、交換部品すなわち第２の支持部材を第１の支持部材におけるホルダーに吸着させる前段階での位置ずれが小さくなり、所定位置へのはまり込みが確実になる。
【００７３】
操作棒の先端をテーパー構造にすることより、第１の支持部材の固定時の位置決め精度が上がるが、これは操作棒を引き抜いて第１の支持部材の支点用針を支点受けに戻したときの位置決め精度が上がることを意味している。つまり支点の位置決め精度が上がり、それによって探針先の位置決め精度が上がる。この位置決め精度は、探針先をカメラでモニターする際の視野範囲の問題で重要である。
【００７４】
従って、下方から内部を目視できない位置にセンサヘッドがあっても、支点を傷めることなく簡単に探針を交換できるようになる。
【発明の効果】
【００７５】
本発明の第１及び第２の発明によれば、磁石による第１の支持部材に対する第２の支持部材の固定を支点の近くで行うように構成しているので、探針を含む交換部品が大きくなり扱いやすい。また、探針を取付ける第２の支持部材の先端部ねじ等の部品を使用する必要がなくなり、その分慣性モーメントが小さくなり、探針の表面形状への追随性能を増すことができる。また着脱部に用いる磁石を備えたホルダーと高透磁率部材を支点の近くに位置決めすることに、それらの部品による慣性モーメントの増大を最小限に押さえることができる。
【００７６】
二つの磁石を、極性を逆にしてホルダーに埋め込んだ構成にした場合には、変位センサ、針圧発生装置、試料での磁場が小さくなり、計測、制御の安定性が増し、磁場を嫌う試料での測定が可能になる。
【００７７】
また、ホルダーにおける上記の磁石構成では、それら磁石を結ぶ形態で第２の支持部材の高透磁率部材が吸着するので、磁力線は高透磁率材の中を通り、その下に位置する試料における磁場を小さくすることができる。
【００７８】
また、交換部品側（第２の支持部材の他端における高透磁率部材）とその相手側（第１の支持部材における磁石内蔵ホルダー）の双方に傾斜ガイド面をつけて、互いにはめ合いの構造にした場合には、第１、第２の支持部材の相対位置決め精度を高くすることができるだけでなく、傾斜ガイド面は交換部品を取付ける際のガイドにもなっているので、取付けが簡単になる。
【００７９】
探針を含む交換部品すなわち第２の支持部材の下側に板状部材を設けた場合には、第１の支持部材におけるホルダー内の磁石に第２の支持部材の他端における高透磁率部材が吸着する途中で第２の支持部材が傾いても正しい位置に収めることができる。
【００８０】
本発明の第３の発明によれば、探針の交換時に可動部すなわち第１の支持部材を持ち上げた状態で交換するので、支点を傷めることがない。また、第１の支持部材の持ち上げを磁石で行うので、持ち上げ、固定、取外しの操作が簡単にできる。また、下方から着脱用の治具を用いて磁石を備えた操作棒を挿入し、それで交換部品すなわち第２の支持部材を吸着して外すので、下方から目視できなくても簡単に部品を外すことができる。探針の取付けも同様に、目視が不可能でも簡単に取付けることができる。
【００８１】
本発明の第４の発明によれば、輸送時には可動部を磁石で上方に持ち上げ固定するので、搬送時に支点を傷めることがなく、しかも磁石による吸着を利用しているので、固定、外しを簡単に行うことができる。
【００８２】
本発明の第５、６の発明によれば、取付け用治具の交換部品を置く凹部の側面に傾斜を設けたので、交換部品の高透磁率部材とホルダーの間に位置ずれがあっても、両者に設けてあるガイドに沿って部品が動くことができ、正しい位置に収めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８３】
以下添付図面の図１〜図１２を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１〜図６には、本発明の一つの実施形態を概略的に示し、１は棒状の第１の支持部材であり、この第１の支持部材１はその中間部位に左右両横方向にのびる支点用針取付け部材２を備え、支点用針取付け部材２の両端には二つの支点用針３が取付けられている。これら二つの支点用針３は二つの支点受け部材４（図６）で支持され、それにより第１の支持部材１は支点受け部材４に支点用針３を介して揺動自在に支持される。第１の支持部材１の一端には、変位センサ５の測定子すなわちコア６が取付けられている。この変位センサ５は探針の垂直方向変位に応じて電気信号を発生する差動トランスから成り、コイル７を備えている。
【００８４】
また、第１の支持部材１の他端には、探針に針圧を加える針圧発生装置８のコア９が設けられ、針圧発生装置８はコイル１０を備えている。コア９は、コイル１０の中心から軸方向にずれた位置に配置した高透磁率部材から成っている。
【００８５】
また、第１の支持部材１における支点用針取付け部材２の両端の二つの支点用針３を結ぶ線上を中心として、第１の支持部材１の下面には、二つの磁石１１を埋め込んだホルダー１２が取付けられている。ホルダー１２は図３に示すように断面台形の長手方向溝１３を備え、この長手方向溝１３の両側壁は下方へ向ってテーパー状に開いており、水平平面と約６３°の角度を成す傾斜面を構成している。ホルダー１２に埋め込まれた二つの磁石１１は、図１に示すように極性が互いに逆向きになるように配置されている。二つの磁石１１を内蔵したホルダー１２は軽くするためにカーボンで構成されている。長手方向溝１３の底部の幅は約２ｍｍ、それの入り口の幅は約4ｍｍ、それの深さは約2ｍｍ、それの長さは２０ｍｍであり、また二つの磁石１１はそれぞれ直径２ｍｍ、長さ２ｍｍのネオジム磁石から成っている。各磁石１１の端面はホルダー１２の溝１３の底部の面より０．１ｍｍ奥に位置決めされている。
【００８６】
また図１、図２、図４及び図６において、１４は棒状の第２の支持部材でありその先端には探針１５が下向きに取付けられ、他端は高透磁率部材１６で構成されている。高透磁率部材１６の長手方向の両端には上向きにのびるガイド突起１７が形成され、これらガイド突起１７の対向側面は上方に向って開いた傾斜面として形成され、各傾斜面の水平平面と成す角度は約６３°である。この高透磁率部材１６の傾斜面はホルダー１２における長手方向溝１３の両側壁の傾斜面と共に、第１の支持部材に第２の支持部材を取付ける際の互いの位置決めを確保すると共にガイドの役割を果たしている。第２の支持部材１４の他端における高透磁率部材１６は第１の支持部材１におけるホルダー１２の溝１３に嵌るようにされ、その際に第２の支持部材１４の他端における高透磁率部材１６はホルダー１２の溝の底面に接触し、二つの磁石１１には接触しないように構成されている。また溝と高透磁率材部品には図２に示したような約６３度の傾斜面を設け、互いの位置決めの確保と取付け時のガイドの役割を果たしている。
【００８７】
一端に探針１５を備え、他端に高透磁率部材１６を備えた第２支持部材１４から成る交換部品において、第２支持部材１４の長さは約５０ｍｍである。また、高透磁率部材１６の幅は、第１の支持部材１におけるホルダー１２の溝１３の底部の幅より３０μｍ程度小さく形成され、それにより探針先の横方向（図２において紙面に垂直方向）の位置の範囲は、「溝１３の長さ」と「溝１３＋第１の支持部材１の長さ」の比から、±３０μｍ×（２０mm ＋ ５０ｍｍ）／２０ｍｍ＝±１０５μmとなる。探針１５の位置は測定時にカメラでモニターするために、その視野範囲の問題から、探針交換による針先位置の変化は小さくする必要がある。
【００８８】
また、第１の支持部材１及び第２支持部材１４は慣性モーメントを小さくするために軽いカーボンで構成され、探針１５の付近での第２支持部材１４の断面は１mm×1ｍｍである。一方、密度が高く質量が大きい第２支持部材１４における高透磁率部材１６及び第１の支持部材１におけるホルダー１２内の磁石１１は、支点まわりの慣性モーメントを小さくするために、支点の近くに配置している。
【００８９】
さらに図３に示すように、第２支持部材１４における高透磁率部材１６の下側には厚さ０．２ｍｍの板状部材１８が設けられ、この板状部材１８は磁場遮蔽効果を高めるため、高透磁率の材料で構成され、この板状部材１８により交換部品を第１の支持部材１におけるホルダー１２の溝１３に傾けて近づけても正しい位置に収まるようにしている。
【００９０】
上述のように第１の支持部材１におけるホルダー１２に埋め込まれた磁石１１は極性が逆になるように配置したことにより、磁気双極子が離れた場所に作る磁場が小さくなるので、差動トランス５、針圧発生装置８及び試料での磁場を小さくできる。また、この配置により磁石１１の下部では磁力線が第２の支持部材１４における高透磁率部材１６の中を通るので、その下方及び探針位置の試料での磁場が小さくなる。
【００９１】
ところで、探針１５の先端に作用する力をF、探針１５の先端のz方向（上下方向）の位置をz、支点のまわりの慣性モーメントをI、支点から探針１５までの距離をrとし、支点回りの運動方程式を回転角が小さいとして変形すると、力Ｆは
F = Ｉ／ｒ2 d2z/dt2 
表される。つまり針先の運動は、質量Ｉ／ｒ2の質点の運動と等価であり、針先の表面形状への追随をよくする（段差上昇に伴う針のとびを小さくする）にはＩ／ｒ2を小さくすればよい。そのためには支点から探針１５までの距離ｒを大きくするのが効果的である。その分支点のまわりの慣性モーメントIも増すが、他の部分からの慣性モーメントIへの寄与が元々あるので、Ｉ／ｒ2は小さくなる。差動トランス５と針圧発生装置８は相互干渉の問題からあまり近づけることはできず、それらの慣性モーメントIを小さくするには限界がある。結局、支点から探針１５までの距離ｒをある程度大きくとることになる。そうすると、磁石１１の吸着力によるホルダー１２における第２の支持部材１４の高透磁率部材１６の位置のガタツキが探針１５では増大して表れることになる。そこで本発明では、このガタツキの増大を抑えるために、ホルダー１２における長手方向溝１３の長さを支点から探針１５までの距離ｒの１／３程度と長くしている。ここで、長手方向溝１３の長さを長くすると、探針１５の位置精度は上がるが、慣性モーメントが増大するので、それらのバランスを考慮して長手方向溝１３の長さを決めるべきである。  
【００９２】
図５には、支点用針３を受ける支点受け部材４の構造を拡大して示している。支点受け部材４は図示したように支点用針３を受ける凹面４ａを備え、この凹面は逆円錐形状に構成され、支点用針３を精度よく位置決めして受けるようにされている。
【００９３】
図６には図１に示す触針式表面形状測定器を枠体１９に組込んだ状態を示し、二つの支点受け部材４は枠体１９の下部枠部材１９ａに固定されている。
【００９４】
このように構成した図示触針式表面形状測定器においては、両端にそれぞれ変位センサ及び針圧発生装置８を備え、二つの支点受け部材４に支点用針３を介して揺動自在に支持された第１の支持部材１のホルダー１２に、両端にそれぞれ探針１５及び高透磁率部材１６を備えた第２の支持部材１４を磁石の吸着力によって固定する。この場合、ホルダー１２における長手方向溝１３の両側壁の傾斜面と第２の支持部材１４の高透磁率部材１６におけるガイド突起１７の対向傾斜面とにより、第２の支持部材１４は第１の支持部材１のホルダー１２に対して予定の位置に正確に位置決めして簡単に固定できる。
【００９５】
そして、針圧発生装置８のコイル１０に所定の電流を流すことにより、その電流の大きさに応じて力が発生され、この力により針圧発生装置８のコア９はコイル１０の中心へ引き込まれる。それにより第１及び第２の支持部材１、１４は支点用針３を介して揺動し、探針１５を試料に押し当てる。試料又は検出系を走査することにより、探針１５は試料表面をなぞり、その表面形状に応じて、固定された支点のまわりに第１及び第２の支持部材１、１４が微小に回転運動し、差動トランス５のコア６の変位が検出され、このコア６の変位を探針１５の針先の変位に換算することにより試料の表面形状や段差が測定される。
【００９６】
図７〜図１２には本発明の別の実施形態を示し、探針の交換手順が例示されている。図１の触針式表面形状測定器に相応した部分は同じ符号で示し、図面を簡潔にするため支点部分の構成部品は省略している。第１の支持部材１の下面に取付けられたホルダー２１には、それぞれ直径２ｍｍ、長さ２ｍｍの二つのネオジム磁石２２が互いに極性を逆にして埋め込まれている。各磁石２２の下端面はホルダー２１の下面より０．１ｍｍ上方に位置するように構成されている。すなわち、ホルダー２１の下面は、高い平面度、高い真直度、高い寸法精度で加工され、このホルダー２１の下面に第２の支持部材１４が接触することにより、第２の支持部材１４の先端の探針１５の位置精度を上げることができる。第２の支持部材１４の基端に設けた高透磁率部材２３はパーマロイPBで図１に示したものと同様な構造であるが、両端の突起傾斜部を除くと長さ約20ｍｍ、断面が２ｍｍ×２ｍｍの角柱である。
【００９７】
一端に変位センサ５の測定子すなわちコア６をまた他端に針圧発生装置８のコア９をそれぞれ取付けた第１の支持部材１において、支点の近傍に設けられたホルダー１２に対応した第１の支持部材１の上側部位には非磁性体２４を介して高透磁率部材２５が取付けられている。この高透磁率部材２５は、第２の支持部材１４の基端に設けた高透磁率部材２３と同様に、パーマロイPBで直径４ｍｍ、厚さ0.5ｍｍの円板形である。
【００９８】
また、２６は第１の支持部材の固定保持用冶具の一部を構成している筒状ガイド本体であり、この筒状ガイド本体２６は中央孔２６ａを備え、そして円形の高透磁率部材２５と同心に図６に示す枠体１９と同様な枠体（図示していない）に固定される。また、筒状ガイド本体２６の下方端２６ｂは第１の支持部材１の上面から一定の間隔、例えば０．５ｍｍ離して位置決めされる。
【００９９】
第１の支持部材の固定保持用冶具はまた中央孔２６ａに挿入できる操作棒２７（例えば図８参照）を備え、この操作棒２７の先端に断面台形状の凹部２７ａを備え、その底部内に磁石２８が埋め込まれ、操作棒２７の先端の凹部２７ａにおける側壁はテーパー状にされ、その内側面が第１の支持部材１の上側部位における高透磁率部材２５に対する位置決めガイドとして機能するようにされている。磁石２８は直径４ｍｍ、長さ４ｍｍのネオジム磁石から成っている。図８で可動部すなわち第１の支持部材１が持ち上げられる高さは０．５ｍｍとしている。この持ち上げ高さが低いので、図１２の段階後に第１の支持部材の固定保持用冶具における操作棒２７を引き抜いて可動部の支点用針先を支点受け部材に落としても、支点部分は傷まない。また、支点上の可動部は約４ｇと軽く構成していることでも、支点部分の損傷は避けられる。
【０１００】
さらに、図９及び図１０において、２９は第２の支持部材１４の取外し用冶具の本体であり、図６に示す枠体１９と同様な枠体（図示していない）に軸線方向に移動可能に取付けられる。第２の支持部材１４の取外し用冶具の本体２９は、第２の支持部材１４を受ける実質的に水平な受け面すなわち当接面２９ａと、探針交換時に第１の支持部材１に対して位置決めするための段部２９ｂと、当接面２９ａに垂直に設けられたガイド孔２９ｃとを備えている。第２の支持部材１４の取外し用冶具はまたガイド孔２９ｃ内を上下に移動できる操作棒３０を有し、この操作棒３０はその先端に磁石３１を備え、取外し用治具を第２の支持部材１４における高透磁率部材２３の下側に移動し、先端に磁石３１を備えた操作棒３０をガイド孔２９ｃに下から挿入し、第２の支持部材１４における高透磁率部材２３に吸着させた後（図９参照）、操作棒を下方へ引くことにより、第２の支持部材１４を第１の支持部材１から取外すことができる（図１０参照）。取外し用冶具の操作棒３０の先端における磁石３１は直径３ｍｍ、長さ２ｍｍのネオジム磁石から成る。
【０１０１】
さらにまた、１１及び図１２において、３２は、第２の支持部材１４の取付け用治具の本体であり、図６に示す枠体１９と同様な枠体（図示していない）に軸線方向に移動可能に取付けられる。第２の支持部材１４の取付け用冶具の本体３２は、第２の支持部材１４を受ける実質的に水平な受け面すなわち当接面３２ａと、探針交換時に第１の支持部材１に対して第２の支持部材１４の基端の高透磁率部材２３を位置決めするための段状傾斜面３２ｂと、当接面３２ａに垂直に設けられたガイド孔３２ｃとを備えている。第２の支持部材１４の取付け用冶具はまたガイド孔３２ｃ内を上下に移動できる操作棒３３を有し、この操作棒３３はその先端に磁石３４を備え、新しい探針１５を先端に装着した第２の支持部材１４をのせ、操作棒３３の先端の磁石３４で保持した取付け用冶具の本体３２を第１の支持部材１におけるホルダー２１の下方へ移動し（図１１参照）、操作棒３３をガイド孔３２ｃから下方へ引き抜くことにより、第２の支持部材１４の高透磁率部材２３はホルダー２１内の磁石２２に引き付けられ、ホルダー２１に取付けられる（図１２参照）。この構成では、第２の支持部材１４の高透磁率部材２３はホルダー２１内の磁石２２に３．５ｍｍまで近づくと吸着するようにようにされる。また、図１１の状態においては、第２の支持部材１４の高透磁率部材２３とホルダー２１内の磁石２２との間の距離は2ｍｍとしている。なお取付け用冶具の操作棒３３の先端における磁石３４は磁石３１と同様に直径３ｍｍ、長さ２ｍｍのネオジム磁石から成る。
【０１０２】
以下探針の交換方法を説明する。
図７は、第１の支持部材１のホルダー１２に第２の支持部材１４が固定されている探針交換前の状態を示している。図７において、一端に変位センサ５の測定子すなわちコア６をまた他端に針圧発生装置８のコア９をそれぞれ取付けた第１の支持部材１において、支点の近傍に設けられたホルダー１２に対応した第１の支持部材１の上側部位には非磁性体２４を介して高透磁率部材２５が取付けられている。
【０１０３】
図８に示す第１の支持部材１の固定保持段階では、第１の支持部材１の固定保持用冶具における中央孔２６ａに操作棒２７が挿入され、第１の支持部材１の上側に設けた高透磁率部材２５が操作棒２７の磁石２８に吸着され固定される。それにより第１の支持部材１は上に持ち上げられ、支点用針は支点受け部材から離れる。この場合、磁石２８を内蔵した操作棒２７の先端の凹部２７ａにおけるテーパー状の内側面により、磁石２８と第１の支持部材１との間の位置決めがなされる。
【０１０４】
図９には、取外し用治具の本体２９を枠体に挿入固定し、取外し用治具の本体２９のガイド孔２９ｃに下から操作棒３０を通し、この操作棒３０の先端の磁石３１を、第１の支持部材１のホルダー２１に吸着されている第２の支持部材１４の高透磁率部材２３に吸着固定した段階を示している。
【０１０５】
図１０には、操作棒３０を下方へ引き下げて、第２の支持部材をホルダー２１から取外して、取外し用治具の本体２９の当接面２９ａ上に保持する段階を示している。この後、取外し用治具は枠体から外され、古い交換部品すなわち第２の支持部材１４を回収する。この際に第２の支持部材１４は磁石３１により吸着保持された状態であるので、第２の支持部材１４を落とす恐れはない。図示したように第２の支持部材１４は滑り落ちないようにされている。そして操作棒３０を下に引き抜けば、古い交換部品は回収される。
【０１０６】
図１１には、新しい交換部品すなわち新しい第２の支持部材１４をのせた取付け用治具を、枠体に挿入固定した段階を示す。新しい第２の支持部材１４は治具を通して下から挿入された操作棒３３の磁石３４に吸着固定されており、落ちる恐れはない。このとき、ホルダー２１内の磁石２２と第２の支持部材１４の高透磁率部材２３との距離は近く互いに引き合っているが、操作棒３３の下端のフランジ３３ａが冶具本体３２の底面に係止する構造であるため、第２の支持部材１４の上方への動きは止められている。
【０１０７】
図１２には、治具本体３２に挿入された操作棒３３を引き抜いて新しい第２の支持部材１４の高透磁率部材２３がホルダー２１内の磁石２２に吸着固定された段階を示す。その後、治具本体３２は枠体から外し、そして第１の支持部材１の固定保持用冶具における操作棒２７を引き抜くことにより探針の交換作業は完了する。
【０１０８】
このようにして目視できない場所にある探針を含む交換部品を、支点部品を傷めることなく高い位置決め精度で簡単に交換することができる。
【０１０９】
また触針式表面形状測定器を輸送する際には、図８に示す状態で第１の支持部材１の固定保持用冶具における操作棒２７を枠体に対してねじ止めすることにより第１の支持部材１を支点受け部材から外した状態に固定すればよく、それにより輸送時における支点部品の損傷は避けることができる。
【０１１０】
ところで、図示実施形態では、第１の支持部材は二箇所で支点支持されているが、当然一つの支点で揺動自在に支持する構成にしてもよい。また、図示実施形態では、探針の交換時に、古い第２の支持部材を取外す冶具と新しい第２の支持部材を取付ける冶具は別個のものを使用しているが、必要により、取外す用冶具と取付け用冶具は着脱用の単一冶具として構成することもできる。さらに、本発明は、第１の支持部材の両端に設けられる変位センサの測定子と針圧発生装置のコアとの位置関係を逆にした触針式表面形状測定器にも同等に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明を実施している触針式表面形状測定器の構成を概略図。
【図２】図１における触針式表面形状測定器の要部を下から見た概略線図。
【図３】図１における触針式表面形状測定器のホルダー部分の構成を示す拡大部分断面図。
【図４】図１における触針式表面形状測定器のホルダー部分の構成を示すＡ−Ｂ線に沿った拡大部分断面図。
【図５】図１における触針式表面形状測定器の支点部の構造を示す拡大断面図。
【図６】触針式表面形状測定器を枠体に組み込んだ構造を示す概略斜視図。
【図７】本発明の別の実施形態による探針の交換前の状態を示す触針式表面形状測定器の要部の概略正面図。
【図８】固定保持用冶具により触針式表面形状測定器の第１の支持部材を固定保持した段階を示す概略正面図。
【図９】第２の支持部材の取外し用冶具を交換すべき第２の支持部材に装着した段階を示す概略正面図。
【図１０】第２の支持部材の取外し用冶具により交換すべき第２の支持部材を第１の支持部材から外した段階を示す概略正面図。
【図１１】新しい第２の支持部材をのせて保持した取付け用冶具を第１の支持部材に対して位置決めした段階を示す概略正面図。
【図１２】取付け用冶具によって新しい第２の支持部材を第１の支持部材に固定した段階を示す概略正面図。
【図１３】従来の触針式表面形状測定器の一例を概略図。
【図１４】図１３に示す触針式表面形状測定器の要部を下から見た概略線図。
【符号の説明】
【０１１２】
１：第１の支持部材
２：支点用針取付け部材
３：支点用針
４：支点受け部材
５：変位センサ
６：測定子すなわちコア
７：コイル
８：針圧発生装置
９：針圧発生装置８のコア
１０：針圧発生装置８はコイル
１１：磁石
１２：ホルダー
１３：長手方向溝
１４：第２の支持部材
１５：探針
１６：高透磁率部材
１７：ガイド突起
１８：板状部材
１９：枠体
１９ａ：下部枠部材
２１：ホルダー
２２：磁石
２３：高透磁率部材
２４：非磁性体
２５：高透磁率部材
２６：第１の支持部材の固定保持用冶具の一部を構成している筒状ガイド本体
２６ａ：筒状ガイド本体２６は中央孔
２６ｂ：筒状ガイド本体２６の下方端
２７：操作棒
２７ａ：凹部
２８：磁石
２９：取外し用冶具の本体
２９ａ：当接面
２９ｂ：段部
２９ｃ：ガイド孔
３０：操作棒
３１：磁石
３２：取付け用冶具の本体
３２ａ：当接面
３２ｂ：段状傾斜面
３２ｃ：ガイド孔
３３：操作棒
３４：磁石
【図１】
2007017296.tif 000003
【図２】
2007017296.tif 000004
【図３】
2007017296.tif 000005
【図４】
2007017296.tif 000006
【図５】
2007017296.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
2007017296.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2007017296.tif 000012
【図１１】
2007017296.tif 000013
【図１２】
2007017296.tif 000014
【図１３】
2007017296.tif 000015
【図１４】
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