(57)【要約】      （修正有）【課題】測定子トップの算術表面粗さが極小の測定子とコンタクトゲージを提供する。【解決手段】測定子は、基板２６と基板面２７を成長開始面２１としてＣＶＤにより成長させて最外表面を成長面２２とする多結晶ＣＶＤダイヤモンド２０からなる素材２４を原料とし、その結晶子２３の粒径は成長開始面２１から成長面２２に向けての増大特性を有し、基板２６から多結晶ＣＶＤダイヤモンド２０を分離し、前結晶ＣＶＤダイヤモンドチップ１４は多結晶ＣＶＤダイヤモンド２０から切り出され、多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップ１４を成長開始面２１から研磨し、最終の研磨面２８が測定面１６になるように多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップ１４を構成する。【選択図】図３
2016011912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の測定に使用されるコンタクトゲージの測定子であり、対象物を測定する測定面が多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップの測定面から構成されることを特徴とする測定子。
【請求項２】
前記測定面の中で対象物に当接する測定面トップの算術平均粗さＲａは０．１（μｍ）以下であり、且つ十点平均粗さＲｚは０．５（μｍ）以下である請求項１に記載の測定子。
【請求項３】
基板とその基板面を成長開始面としてＣＶＤにより成長させて最外表面を成長面とする多結晶ＣＶＤダイヤモンドからなる素材を原料とし、前記多結晶ＣＶＤダイヤモンドを構成する結晶子の粒径は成長開始面から成長面に向けて次第に増大する特性を有し、前記基板から多結晶ＣＶＤダイヤモンドを分離し、前記多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップは前記多結晶ＣＶＤダイヤモンドから切り出され、前記多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップをその成長開始面から研磨し、最終の研磨面が前記測定面になるように前記多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップを構成する請求項１又は２に記載の測定子。
【請求項４】
前記測定面の測定面トップは結晶子の粒径が２０μｍ以下の領域に配置される請求項３に記載の測定子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の測定子と、前記測定子をアーム先端部に固定したアームから構成され、前記測定子では前記多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップの測定面が突設されていることを特徴とするコンタクトゲージ。
【請求項６】
請求項５に記載のコンタクトゲージを１本以上用意して、前記多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップの測定面で計測するコンタクトゲージ装置と、
前記コンタクトゲージ装置により測定されながら所定形状にまで加工される対象物と、
前記対象物を所定形状に加工する加工装置と、
前記加工装置による加工と前記コンタクトゲージ装置による測定を制御するコンピュータ装置と、
前記コンピュータ装置は加工と測定を制御する加工測定制御プログラムを内蔵することを特徴とする加工測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の寸法を計測する測定子（接触子とも云う）及びコンタクトゲージに関し、更に詳細には、対象物を測定しながら加工して所定の形状にまで正確に仕上げる加工測定装置に使用される測定子及びコンタクトゲージ関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のコンタクトゲージとしては、特開２００４−５３４１８（特許文献１）に記載される「ダイヤルゲージ用測定子及びその製造方法」が知られている。本願の図１０は当該ダイヤルゲージ用測定子の概略図である。
測定子１０１では、凹所を有した先端部材１０２を上面に突設した基部材１０３を配置し、他方、超硬合金層１０２ａの先端に人造ダイヤモンド層１０２ｂを一体形成した部材を配置し、前記部材の前記超硬合金層１０２ａを前記凹所に嵌合してロウ付けして、人造ダイヤモンド層１０２ｂが突出するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−５３４１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、人造ダイヤモンド層１０２ｂの先端面を湾曲に研磨して測定面とし、計測される対象物に当接する測定面トップを前記測定面の頂上とする測定子１０１が図示されている。
しかしながら、特許文献１のどこを見ても人造ダイヤモンド層１０２ｂの記載しかなく、人造ダイヤモンド層の特性については一切記載されていない。この特許文献１の出願日は２００２年７月１９日であり、この当時の人造ダイヤモンドは天然ダイヤモンドに替わる単結晶ダイヤモンドを目指して開発されており、上記人造ダイヤモンド層１０２ｂは単結晶ダイヤモンドから形成されると考えるのが当業者としての常識である。
【０００５】
周知のように、単結晶ダイヤモンドは結晶の単位となる単位胞が規則正しく積み上げられて構成されている。この単結晶ダイヤモンドの表面を湾曲に研磨して測定面に加工する場合、単結晶の表面は大きく劈開しながら階段状に湾曲面が形成されることになる。階段の各ステップは劈開面からなり、無数の劈開面が階段状に連なって湾曲した測定面を構成する。ミクロにみれば劈開面の段差は結構大きく、単結晶ダイヤモンドの場合には劈開面の段差がかなり大きくなることは自明の理である。従って、単結晶ダイヤモンドの測定面の表面粗さはかなり大きい結果となる。本発明との比較例として後述するが、単結晶ダイヤモンドを本発明と同条件で研磨した場合、算術表面粗さＲａ＝０．３７３１（μｍ）であり、十点平均粗さＲｚ＝１．８５７７（μｍ）となった。
【０００６】
対象物の表面に当接する測定面トップの表面粗さが小さい程、対象物の加工表面の精密測定が可能になることは当然である。上述したように、単結晶ダイヤモンドを測定子として用いると、測定面トップの算術表面粗さＲａが０．３（μｍ）を超えてしまい、精密測定用の測定子及びコンタクトゲージとしては弱点を有していると言わざるを得ない。
【０００７】
従って、本発明は、多結晶ＣＶＤダイヤモンドを測定子の素材として用い、多結晶ＣＶＤダイヤモンドの結晶子の粒径が極めて小さいことを利用して研磨により形成される測定子トップの算術表面粗さＲａを０．１（μｍ）以下に設定できる測定子の開発に成功し、この測定子を使用したコンタクトゲージを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するために為されたものであり、本発明の第１の形態は、対象物の測定に使用されるコンタクトゲージの測定子であり、対象物を測定する測定面が多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップの測定面から構成される測定子である。
【０００９】
本発明の第２の形態は、前記測定面の中で対象物に当接する測定面トップの算術平均粗さＲａは０．１（μｍ）以下であり、且つ十点平均粗さＲｚは０．５（μｍ）以下である測定子である。
【００１０】
本発明の第３の形態は、基板とその基板面を成長開始面としてＣＶＤにより成長させて最外表面を成長面とする多結晶ＣＶＤダイヤモンドからなる素材を原料とし、前記多結晶ＣＶＤダイヤモンドを構成する結晶子の粒径は成長開始面から成長面に向けて次第に増大する特性を有し、前記基板から多結晶ＣＶＤダイヤモンドを分離し、前記多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップは前記多結晶ＣＶＤダイヤモンドから切り出され、前記多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップをその成長開始面から研磨し、最終の研磨面が前記測定面になるように前記多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップを構成する測定子である。
【００１１】
本発明の第４の形態は、前記測定面の測定面トップは結晶子の粒径が２０μｍ以下の領域に配置される測定子である。
【００１２】
本発明の第５の形態は、前記形態の測定子と、前記測定子をアーム先端部の側面に固定したアームから構成され、前記測定子では前記多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップの測定面が突設されているコンタクトゲージである。
【００１３】
本発明の第６の形態は、前記形態のコンタクトゲージを１本以上用意して、前記多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップの測定面で計測するコンタクトゲージ装置と、前記コンタクトゲージ装置により測定されながら所定形状にまで加工される対象物と、前記対象物を所定形状に加工する加工装置と、前記加工装置による加工と前記コンタクトゲージ装置による測定を制御するコンピュータ装置と、前記コンピュータ装置は加工と測定を制御する加工測定制御プログラムを内蔵する加工測定装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の第１の形態によれば、対象物の測定に使用されるコンタクトゲージの測定子であり、対象物を測定する測定面が多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップの測定面から構成される測定子が提供される。
本発明では、測定子の測定突部を多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップで構成する。多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップは多結晶ＣＶＤダイヤモンドから切り出されて形成される。多結晶ＣＶＤダイヤモンドは、基板の基板面にＣＶＤ（化学気相成長法）により層状に形成される。基板面が成長開始面となり、成長開始面から上方へと積層形成され、最上面の成長面が上方へと成長しながら積層厚が順次増大する。多結晶ＣＶＤダイヤモンドは無数の単結晶からなる結晶子が積み上がって形成されてゆくが、成長開始面の結晶子粒径が最も小さくて０．１μｍ〜１μｍ程度であり、上方に行くに従って結晶子粒径が１μｍ〜５μｍ、５μｍ〜１０μｍ、１０μｍ〜２０μｍになり、更に上方に行くと結晶子粒径が２０μｍ〜１００μｍになり、積層厚がｍｍオーダーになると最上面である成長面の結晶子粒径が１００μｍ〜５００μｍにも達する。
【００１５】
本発明では、積層された多結晶ＣＶＤダイヤモンドを基板から分離し、分離された状態の多結晶ＣＶＤダイヤモンドは底面が成長開始面で上面が成長面である。そこで、この多結晶ＣＶＤダイヤモンドを上下反転させ、底面が成長面で上面が成長開始面であるように配置する。この多結晶ＣＶＤダイヤモンドから所定形状の多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップを切り出すと、上面である成長開始面の結晶子粒径は極めて小さく、この多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップの成長開始面を研磨して測定面にする。上に凸の様に研磨すると、中央の測定面トップが最も成長開始面に近いから、測定面トップの結晶子粒径が最も小さくなり、測定面トップの表面粗さを極限にまで小さく設定することができる。表面を研磨すると、結晶子が微細に劈開しながら測定面が形成されて行き、測定面の算術平均粗さＲａは極めて小さく設定でき、中でも上に凸面である頂上の測定面トップの算術平均粗さＲａ（μｍ）はもっとも小さく設定することが可能になる。
【００１６】
また、多結晶ＣＶＤダイヤモンドの破砕靭性は８．２（ＭＰａｍ１／２）もあり、単結晶ダイヤモンドの破砕靭性が３．６（ＭＰａｍ１／２）であるのと比較すると、本形態の測定子は単結晶ダイヤモンドよりはるかに耐久性を有する特徴がある。
更に、多結晶ＣＶＤダイヤモンドの２０℃熱伝導性及び２００℃熱伝導性は夫々１０５０〜１１５０（Ｗ／ｍＫ）及び９５０〜１０５０（Ｗ／ｍＫ）であるのに対し、単結晶ダイヤモンドで６５０〜２２５０（Ｗ／ｍＫ）及び６５０〜１１５０（Ｗ／ｍＫ）であり、熱伝導性は単結晶ダイヤモンドと殆ど同等であるから、本形態の測定子は回転状態にある対象物の表面に測定子トップを当接させても、多結晶ＣＶＤダイヤモンドの熱伝導率が高いため熱の影響を受けにくい利点がある。
これらの特徴は、第１形態〜第４形態を通して本発明の測定子の利点として共通性を有する。
【００１７】
本発明の第２の形態によれば、前記測定面の中で対象物に当接する測定面トップの算術平均粗さＲａは０．１（μｍ）以下であり、且つ十点平均粗さＲｚは０．５（μｍ）以下である測定子である。
上述したように、本発明では、多結晶ＣＶＤダイヤモンドを基板から分離し、分離された状態の多結晶ＣＶＤダイヤモンドを上下反転させて底面が成長面で上面が成長開始面であるように配置する。この多結晶ＣＶＤダイヤモンドから所定形状の多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップを切り出すと、上面である成長開始面側の結晶子粒径は、０．１μｍ〜１μｍ、下方に行くに従って１μｍ〜５μｍ、５μｍ〜１０μｍ、１０μｍ〜２０μｍになり、更に下方に行くと２０μｍ〜１００μｍ、最下部の成長面側では１００μｍ〜５００μｍに達する。そこで、上面の成長開始面側を上に凸状に研磨して測定面を形成すると、最頂部である測定面トップを上記のような結晶子粒径領域に調整することにより、測定面トップの算術表面粗さＲａを任意に調整することができる。従って、測定する対象物の表面と当接する測定面トップの算術平均粗さＲａを容易に０．１（μｍ）以下に設定でき、且つ十点平均粗さＲｚを０．５（μｍ）以下に調整することも可能であり、高精細度の測定子を提供することができる。
【００１８】
本発明の第３の形態によれば、基板とその基板面を成長開始面としてＣＶＤにより成長させて最外表面を成長面とする多結晶ＣＶＤダイヤモンドからなる素材を原料とし、前記多結晶ＣＶＤダイヤモンドを構成する結晶子の粒径は成長開始面から成長面に向けて次第に増大する特性を有し、前記基板から多結晶ＣＶＤダイヤモンドを分離し、前記多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップは前記多結晶ＣＶＤダイヤモンドから切り出され、前記多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップをその成長開始面から研磨し、最終の研磨面が前記測定面になるように前記多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップを構成する測定子が提供できる。
前述したように、成長開始面側の結晶子粒径は、０．１μｍ〜１μｍ、更に１μｍ〜５μｍ、５μｍ〜１０μｍ、１０μｍ〜２０μｍへと増大し、更に離れると２０μｍ〜１００μｍになり、成長面側では１００μｍ〜５００μｍに達する。従って、成長開始面から研磨して測定面を形成すると、測定面全体の算術表面粗さを任意に小さくでき、特に、対象物の計測表面に当接する測定面トップは最も成長開始面に近い側に存在するから、測定面トップの算術表面粗さＲａを極限にまで小さくでき、高精細・高精度の測定子を提供することが可能になった。
【００１９】
本発明の第４の形態によれば、前記測定面の測定面トップは結晶子の粒径が２０μｍ以下の領域に配置される測定子が提供できる。
上述のように、対象物の計測表面に当接する測定面トップは最も成長開始面に近い側に存在するように形成できる。成長開始面側の結晶子粒径は、０．１μｍ〜１μｍ、更に１μｍ〜５μｍ、５μｍ〜１０μｍ、１０μｍ〜２０μｍへと順次増大するから、結晶子粒径が２０μｍ以下の結晶子粒径領域に測定面トップを配置するように研磨すれば、測定面トップの算術平均粗さＲａを容易に０．１（μｍ）以下に設定でき、且つ十点平均粗さＲｚを０．５（μｍ）以下に調整することも可能であり、高精細度の測定子を実現することができる。
【００２０】
本発明の第５の形態によれば、前記形態の測定子と、前記測定子をアーム先端部に固定したアームから構成され、前記測定子では前記多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップの測定面が突設されているコンタクトゲージが提供できる。
本形態では、多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップの測定面が突設されており、測定される対象物の測定表面は多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップの測定面により計測されるから、対象物の測定が高精細度に実行できる利点を有する。特に、測定面の中でも最も突出した測定面トップが対象物の測定表面に当接するから、本発明のコンタクトゲージは、測定面トップの算術表面粗さＲａが極めて小さく形成されているため、対象物が高精細度に決定できる効果を有する。
【００２１】
前述したように、多結晶ＣＶＤダイヤモンドの破砕靭性は８．２（ＭＰａｍ１／２）もあり、単結晶ダイヤモンドの破砕靭性が３．６（ＭＰａｍ１／２）であるのと比較すると、本発明のコンタクトゲージは、単結晶ダイヤモンドよりはるかに耐久性を有する特徴がある。
また、多結晶ＣＶＤダイヤモンドの２０℃熱伝導性及び２００℃熱伝導性は夫々１０５０〜１１５０（Ｗ／ｍＫ）及び９５０〜１０５０（Ｗ／ｍＫ）であるのに対し、単結晶ダイヤモンドで６５０〜２２５０（Ｗ／ｍＫ）及び６５０〜１１５０（Ｗ／ｍＫ）であり、熱伝導性は単結晶ダイヤモンドと殆ど同等であるから、本発明のコンタクトゲージは、回転状態にある対象物の表面に測定子トップを当接させても、多結晶ＣＶＤダイヤモンドの熱伝導率が高いため熱の影響を受けにくい利点がある。
【００２２】
本発明の第６の形態によれば、前記形態のコンタクトゲージを１本以上用意して、前記多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップの測定面で計測するコンタクトゲージ装置と、前記コンタクトゲージ装置により測定されながら所定形状にまで加工される対象物と、前記対象物を所定形状に加工する加工装置と、前記加工装置による加工と前記コンタクトゲージ装置による測定を制御するコンピュータ装置と、前記コンピュータ装置は加工と測定を制御する加工測定制御プログラムを内蔵する加工測定装置である。
本発明のコンタクトゲージ装置は、本発明である第５形態のコンタクトゲージを使用しているから、本発明のコンタクトゲージが有する利点を全て併有している。即ち、測定される対象物の測定表面は多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップの測定面により計測されるから、対象物の測定が高精細度に実行できる利点を有する。また、多結晶ＣＶＤダイヤモンドの破砕靭性は８．２（ＭＰａｍ１／２）もあるから、本発明のコンタクトゲージ装置は、単結晶ダイヤモンドよりはるかに耐久性を有する特徴がある。更に、多結晶ＣＶＤダイヤモンドの熱伝導性は単結晶ダイヤモンドと殆ど同等であるから、本発明のコンタクトゲージ装置は、回転状態にある対象物の表面に測定子トップを当接させても、多結晶ＣＶＤダイヤモンドの熱伝導率が高いため熱の影響を受けにくい利点がある。
【００２３】
本発明の加工測定装置は、加工と測定を制御する加工測定制御プログラムを内蔵するコンピュータ装置により制御されるから、加工測定を自動制御で行うことができる。
特に、加工測定制御プログラムが、対象物がセットされたかどうかの判別ステップと、加工してよいかどうかの判別ステップと、加工装置がオンされたときに加工時間が経過したかどうかの判別ステップと、コンタクトゲージ装置がセットされたときに加工が目的値に達したかどうかの判別ステップと、加工が目的値に達しないときにコンタクトゲージ装置をリセットして加工を継続するステップを少なくとも含むから、加工と測定を反復して加工測定を自動化することができる利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図1は、本発明に係るコンタクトゲージの先端側の要部断面図である。
【図２】図２は、本発明に係るコンタクトゲージの全体を示す側面図と平面図である。
【図３】図３は、本発明に係る測定子を構成する多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップの概略説明図である。
【図４】図４は、本発明において、多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップを切り出してホルダに接合して測定子を製造する工程説明図である。
【図５】図５は、本発明において、多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップの成長開始面をホルダと共に研磨することにより測定面を形成して測定子を完成し、コンタクトゲージを製造する工程説明図である。
【図６】図６は、本発明において、一対のコンタクトゲージを有するコンタクトゲージ装置を用いて、対象物の内周面の直径を計測しながら対象物の内周面を所定値に到達するまで加工装置により加工する加工測定装置の加工測定部の概略構成図である。
【図７】図７は、本発明に係る加工測定装置のブロック図である。
【図８】図８は、本発明に係るコンタクトゲージ装置で計測しながら対象物を駆動しないで加工装置により加工する加工測定装置の加工制御プログラムのフロー図である。
【図９】図９は、本発明に係るコンタクトゲージ装置で計測しながら対象物を駆動させて加工装置により加工する加工測定装置の加工制御プログラムのフロー図である。
【図１０】図１０は、従来技術である特開２００４−５３４１８号公報（特許文献１）のダイヤルゲージ用測定子の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、本発明に係る測定子、コンタクトゲージ及び加工測定装置の実施形態を図面と表に従って詳細に説明する。
図1は、本発明に係るコンタクトゲージの先端側の要部断面図である。コンタクトゲージ１のアーム先端部３には嵌合孔４が開孔されており、この嵌合孔４の内周面に測定子１０が測定子接合層６により嵌着されている。前記測定子接合層６はロウ材によりロウ付け形成すれば強固な接合層になるが、接着剤等の他の接合手段やカシメ等の機械的手段を用いてもよい。測定子１０は、ホルダ１２の凹部１３に多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップ１４を嵌合し、チップ接合層１８により多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップ１４を凹部１３の内面に嵌着されている。前記チップ接合層１８はロウ材によりロウ付け形成すれば強固な接合層になるが、接着剤等の他の接合手段やカシメ等の機械的手段を用いてもよいことは云うまでもない。
多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップ１４は、外方に突出して湾曲形成された測定面１６を有し、測定面１６の最頂点が測定面トップ１７であり、この測定面トップ１７が計測されるべき対象物の計測表面に当接されて前記対象物の計測表面を測定する。従って、測定面トップ１７を含めて測定面１６の表面粗さは極めて小さく形成され、特に測定面トップ１７の近傍の算術表面粗さＲａは０．１μｍ以下に設定され、且つ十点平均粗さＲｚも０．５（μｍ）以下に調整される。
【００２６】
図２は、本発明に係るコンタクトゲージの全体を示す側面図と平面図である。（２Ａ）はコンタクトゲージ１の側面図である。コンタクトゲージ１はアーム２とそのアーム先端部３に装着固定された測定子１０から構成され、測定子１０の多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップ１４の測定面１６が平面から突設されている。また、アーム２の後端部には連結孔７が開孔されており、後述するコンタクトゲージ装置Ｇに連結孔７を介して固定するように構成されている。
（２Ｂ）はコンタクトゲージ１の平面図であり、アーム２のアーム先端部３から多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップ１４の測定面１６が突設されている。このコンタクトゲージ１は種々のコンタクトゲージ装置Ｇに連結固定される。
【００２７】
図３は、本発明に係る測定子を構成する多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップの概略説明図である。（３Ａ）は、基板２６の基板面２７にＣＶＤ（化学気相成長法）により多結晶ＣＶＤダイヤモンド２０を形成した素材２４の摸式図である。多結晶ＣＶＤダイヤモンド２０は、基板面２７側の成長開始面２１から上方に向けて成長し、最終的に最上面である成長面２２にまで成長する。多結晶ＣＶＤダイヤモンド２０は無数の単結晶粒子である結晶子２３が積層して形成されており、成長開始面２１から成長面２２に到るまで結晶子粒径は次第に増大する特性を有する。成長開始面２１の近傍では、結晶子粒径は０．１μｍ〜１μｍ程度であり、成長面２２の方へ近づくに従って、結晶子粒径は１μｍ〜５μｍ、５μｍ〜１０μｍ、５μｍ〜２０μｍへと増大し、更に離れると２０μｍ〜１００μｍになり、成長面側では１００μｍ〜５００μｍに達する。つまり、成長面２２に近づくほど単結晶になろうとするために結晶子の粒径は急激に増大してゆく。（３Ａ）には、結晶子粒径として２０μｍと５００μｍの領域が図示されている。
【００２８】
（３Ｂ）は、成長を終了した多結晶ＣＶＤダイヤモンド２０を基板２６から分離し、この多結晶ＣＶＤダイヤモンド２０から所定サイズに切り出された直後の多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップ１４が上下反転して図示されている。従って、多結晶ＣＶＤダイヤモンド２０と多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップ１４の両者の符号が記載されている。上下反転しているため、上面が成長開始面２１であり、下面が成長面２２に対応する。成長開始面２１から成長面２２へと下方に行くに従って結晶子粒径は増大し、結晶子粒径が２０μｍと５００μｍが付記されている。
【００２９】
本発明では、成長開始面２１から研磨を開始し、成長開始面２１側に凸になるように研磨され、研磨面２８が最終研磨面となり、この最終研磨面が測定面１６を形成する。特に、研磨面２８の頂点が対象物の測定表面に当接する測定面トップ１７になり、少なくとも測定面トップ１７ができるだけ成長開始面２１に近づくほど測定面トップ１７の近傍の算術表面粗さＲａと十点表面粗さＲｚは小さく設定できる。この実施形態では、測定面トップ１７が少なくとも結晶子粒径が２０μｍ以下の領域、即ち２０μｍ以内領域２９に入るように研磨を行う。その結果、測定面トップ１７の近傍の算術表面粗さＲａは０．１μｍ以下で、且つ十点表面粗さＲｚは０．５μｍ以下に設定することが可能になった。勿論、測定面トップ１７をできるだけ成長開始面２１に接近するように研磨すれば、更に測定面トップ１７の近傍の算術表面粗さＲａは０．１μｍよりかなり小さくでき、且つ十点表面粗さＲｚは０．５μｍよりかなり小さく設定することができることは云うまでもない。
【００３０】
図４は、本発明において、多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップを切り出してホルダに接合して測定子を製造する工程説明図である。
（４Ａ）は、多結晶ＣＶＤダイヤモンド２０から多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップ１４を切り出す工程図を示し、この多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップ１４が（３Ｂ）に図示されていると考えればよい。上面が成長開始面２１であり、下面が成長面２２である。
（４Ｂ）は、成長開始面２１を上面にして多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップ１４をホルダ１２の凹部１３の中に嵌合する工程図である。多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップ１４の形状はホルダ１２の凹部１３の形状より僅かに小さくなる寸法に形成されている。
（４Ｃ）は、ホルダ１２の凹部１３に多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップ１４を嵌合し、上からロウ材粉３１を投入した工程図である。ロウ材粉３１の材質はホルダ１２の材質と多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップ１４の材質に依存するが、例えばホルダ１２がステンレス製であればロウ材粉として銅合金などが利用できるが、他種のロウ材でも構わないことは云うまでもない。
（４Ｄ）は、加熱により多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップ１４をホルダ１２の凹部１３にロウ付けした工程図であり、チップ接合層１８が多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップ１４の外周面と底面を覆って凹部１３に固く接合される。
【００３１】
図５は、本発明において、多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップの成長開始面をホルダと共に研磨することにより測定面を形成して測定子を完成し、コンタクトゲージを製造する工程説明図である。本発明のコンタクトゲージ１は以下の手順（５Ａ）〜（５Ｄ）に従って形成される。
（５Ａ）は、ホルダ１２を実線Ａに沿って切削し、多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップ１４の成長開始面２１を一点鎖線Ｂになるまで研磨して測定子１０を形成する工程図である。
（５Ｂ）は、完成された測定子１０の概略図である。測定子１０はホルダ１２と、このホルダ１２の凹部１３にチップ接合層１８により固く結合された研磨完了済みの多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップ１４から構成されている。
（５Ｃ）は、測定子１０をアーム先端部３の嵌合孔４に嵌合する工程図である。アーム先端部３は、コンタクトゲージ１のアーム２の先端部であり、コンタクトゲージ１やアーム２やアーム先端部３の形状は、コンタクトゲージの種類ごとに異なることは云うまでもない。
（５Ｄ）は、測定子１０がロウ付けにより測定子接合層６により嵌合孔４に接合されてコンタクトゲージ１が完成された工程図である。測定面１６がコンタクトゲージ１の平面から突設されており、測定面１６の頂点が測定面トップ１７であり、この測定面トップ１７が対象物の測定表面に当接されて計測が行われる。
【００３２】
［実施例１〜６：各種の多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップ］
図４及び図５に従って、６種類の多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップ１４を作成し、夫々の測定面トップ１７の近傍の算術平均粗さＲａ（μｍ）と十点平均粗さＲｚ（μｍ）を測定した。６種類の多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップ１４を実施例１〜実施例６とし、夫々の平均（Ｘ）と全体の標準偏差（ｓ）及び９５％信頼区間（Ｘ±２ｓ）を算出した。それらの結果を、単結晶ダイヤモンドの一例を比較例として相互に比較検討した。
【００３３】
【表１】
2016011912.tif 000003
【００３４】
実施例１〜６の算術平均粗さＲａは０．０４９８（μｍ）〜０．０９４３（μｍ）に分布し、平均値ＸはＸ＝０．０６９８（μｍ）であった。バラツキを与える標準偏差ｓはｓ＝０．０１７２（μｍ）であった。そのバラツキの９５％信頼区間ＩＴは２×ｓで算出され、２ｓ＝０．０３４４（μｍ）であるから、ＩＴ＝Ｘ±２ｓ＝０．０６９８±０．０３４４（μｍ）で与えられることが分かった。
また、十点平均粗さＲｚは０．２７４（μｍ）〜０．５２６（μｍ）に分布し、平均値ＸはＸ＝０．３８９（μｍ）であった。バラツキを与える標準偏差ｓはｓ＝０．０９４（μｍ）であった。そのバラツキの９５％信頼区間ＩＴは２×ｓで算出され、２ｓ＝０．１８８（μｍ）であるから、ＩＴ＝Ｘ±２ｓ＝０．３８９±０．１８８（μｍ）（μｍ）で与えられることが分かった。
他方、比較例として、単結晶ダイヤモンドの一例を、本発明の多結晶ＣＶＤダイヤモンドと同じ方法で研磨して、を測定したところ、Ｒａ＝０．３７３１（μｍ）、Ｒｚ＝１．８５８（μｍ）が得られた。
本発明の多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップの算術平均粗さＲａと十点平均粗さＲｚの値は、単結晶ダイヤモンドの夫々の測定値の約１／５に相当し、本発明の実施例が単結晶を使用したよりも格段に表面粗さが小さく、高精細度において特段に向上していることが分かった。
【００３５】
［比較：破砕靭性と２０℃熱伝導性と２００℃熱伝導性］
表面粗さとは異なる物理量として、破砕靭性（ＭＰａｍ１／２）と２０℃熱伝導性（Ｗ／ｍＫ）と２００℃熱伝導性（Ｗ／ｍＫ）について、本発明に係る多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップと従来の単結晶ダイヤモンドの値を比較した。
【００３６】
【表２】
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【００３７】
破砕靭性は、本発明に係る多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップが従来の単結晶ダイヤモンドに対して２．５倍もあり、耐久性が格段に向上することが分かった。他方、２０℃熱伝導性と２００℃熱伝導性については、本発明に係る多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップが従来の単結晶ダイヤモンドとほぼ同等の性能を有しており、測定される対象物が回転状態にあっても、測定面トップを対象物の測定表面に接触させた場合に発生熱の熱伝導が効率よくなされることが分かった。
従って、総合特性として本発明の多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップが従来の単結晶ダイヤモンドよりも格段に優れていることが証明された。
【００３８】
図６は、本発明において、一対のコンタクトゲージを有するコンタクトゲージ装置を用いて、対象物の内周面の直径を計測しながら対象物の内周面を目的値に到達するまで加工装置により加工する加工測定装置の加工測定部の概略構成図である。
加工測定部ＭＭＰは、加工測定装置ＭＭＡからコンピュータ装置Ｃを省いた部分を意味する。加工測定部ＭＭＰは、コンタクトゲージ装置Ｇと加工測定される対象物Ｗと加工装置ＭＴから構成されている。
コンタクトゲージ装置Ｇは、一対のコンタクトゲージ１、１がその測定面トップ１７、１７が相互に反対方向を向くように腕３０、３０に連結して配置され、腕３０、３０はコンタクトゲージ駆動機構３２に駆動自在に連結されている。このコンタクトゲージ駆動機構３２は腕３０、３０を左右に伸縮自在に制御し、図示の状態でコンタクトゲージ１、１は対象物Ｗの内周面４０の直径を計測する状態、即ちコンタクトゲージ装置セットの状態にある。腕３０、３０を左方向に短縮すると、コンタクトゲージ１、１が内周面４０から離脱して、コンタクトゲージ装置リセットの状態に移行する。
【００３９】
この例では、対象物Ｗは内周面４０を研磨して直径が目的値となるまで研磨加工される素材であり、矢印Ｄ方向にゆっくりと回転される。加工装置ＭＴは、この例では砥石５０から構成され、矢印Ｃ方向に高速回転される。砥石５０が内周面４０に接触するように挿入されるときにはコンタクトゲージ１はリセットされて研磨が進行し、砥石５０が内周面４０から離脱するときにはコンタクトゲージ１がセットされて測定が行われる。研磨と測定が交互に進行することによって内周面４０の直径が目的値に達するまで研磨が進行し、目的値に到達すると研磨と測定が終了する。
【００４０】
一対のコンタクトゲージ１、１は、測定面トップ１７、１７が相互に内方に向くように配置される場合もあり、このときには対象物Ｗの外周面を測定しながら研磨することができる。また、内周面４０を研削する場合には、加工装置ＭＴとしてバイトが選定され、対象物Ｗが平面である場合には、平面研削するために加工装置ＭＴとしてフライス盤が用いられる等種々の形態がある。
【００４１】
図７は、本発明に係る加工測定装置のブロック図である。本発明の加工測定装置ＭＭＡは加工測定部ＭＭＰと制御用のコンピュータ装置Ｃから構成されている。加工測定部ＭＭＰは、前述したように、コンタクトゲージ装置Ｇと対象物Ｗと加工装置ＭＴから構成される。他方、コンピュータ装置Ｃは、中央演算処理装置ＣＰＵと入力装置Ｉと出力装置ＯとメモリＭから構成され、一時データはランダムアクセスメモリＲＡＭに入出力可能に記憶され、加工測定制御プログラムはリードオンリメモリＲＯＭに出力可能に記憶される。
加工測定制御プログラムの各ステップに従って、ＣＰＵは加工測定部ＭＭＰに信号を入出力し、コンタクトゲージ装置Ｇのセットとリセットを行い、加工装置ＭＴのオンとオフを行い、対象物Ｗの駆動のオンとオフを行う。
【００４２】
図８は、本発明に係るコンタクトゲージ装置で計測しながら対象物を駆動しないで加工装置により加工する加工測定装置の加工制御プログラムのフロー図である。
ステップＳ１では対象物Ｗが所定の場所に配置、即ちセットされたかどうかが判定され、セットされた場合には、ステップＳ２で加工を実行してよいかどうかが判定され、加工してよい場合には、ステップＳ３で加工装置ＭＴがオン（駆動）される。ステップＳ４では、加工装置ＭＴが連続運転される加工時間が経過したかどうかが判定され、加工時間が経過した場合には、ステップＳ５で加工装置ＭＴがオフ（停止）され、ステップＳ６でコンタクトゲージ装置Ｇがセットされる。コンタクトゲージ装置Ｇの測定により、ステップＳ７で加工が目的値に到達したかどうかが判定され、目的値にまだ到達していない場合には、ステップＳ８でコンタクトゲージ装置がリセットされ、ステップＳ３で加工装置ＭＴがオンされる。
ステップＳ３〜ステップＳ８の反復により加工と測定が交互に行われ、その内にステップＳ７により加工が目的値に到達した場合には、ステップＳ９でコンタクトゲージ装置Ｇをリセットし、ステップＳ１０により対象物Ｗを加工位置から排出する。
【００４３】
図９は、本発明に係るコンタクトゲージ装置で計測しながら対象物を駆動させて加工装置により加工する加工測定装置の加工制御プログラムのフロー図である。
ステップＴ１では対象物Ｗが所定の場所に配置、即ちセットされたかどうかが判定され、セットされた場合には、ステップＴ２で加工を実行してよいかどうかが判定され、加工してよい場合には、ステップＴ３でまず対象物Ｗの駆動がオンされて対象物Ｗが所定の駆動状態に入り、ステップＴ４で加工装置ＭＴがオン（駆動）される。ステップＴ５では、加工装置ＭＴが連続運転される加工時間が経過したかどうかが判定され、加工時間が経過した場合には、ステップＴ６で加工装置ＭＴがオフ（停止）され、ステップＴ７でコンタクトゲージ装置Ｇがセットされる。コンタクトゲージ装置Ｇの測定により、ステップＴ８で加工が目的値に到達したかどうかが判定され、目的値にまだ到達していない場合には、ステップＴ９でコンタクトゲージ装置がリセットされ、ステップＴ４で加工装置ＭＴがオンされる。
ステップＴ４〜ステップＴ９の反復により加工と測定が交互に行われ、その内にステップＴ８により加工が目的値に到達した場合には、ステップＴ１０で対象物Ｗの駆動がオフされて対象物Ｗが停止し、ステップＴ１１でコンタクトゲージ装置Ｇをリセットし、ステップＴ１２により対象物Ｗを加工位置から排出する。
【００４４】
本発明は、上記実施形態や実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々変形例、設計変更などをその技術的範囲内に包含するものであることは云うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上詳述したように、本発明は、多結晶ＣＶＤダイヤモンドを測定子の素材として用い、多結晶ＣＶＤダイヤモンドの結晶子の粒径が極めて小さいことを利用して研磨により形成される測定子トップの算術表面粗さＲａを０．１（μｍ）以下に設定でき、且つ十点平均粗さＲｚを０．５（μｍ）以下に設定できる測定子の開発に成功し、この測定子を使用したコンタクトゲージを提供することを実現した。また、このコンタクトゲージを用いた加工測定装置を完成したものである。従って、コンタクトゲージ業界や加工測定業界に新技術を提供して産業の発展に貢献するものである。
【符号の説明】
【００４６】
１        コンタクトゲージ
２        アーム
３        アーム先端部
４        嵌合孔
６        測定子接合層
７        連結孔
１０      測定子
１２      ホルダ
１３      凹部
１４      多結晶ＣＶＤダイヤモンドチップ
１６      測定面
１７      測定面トップ
１８      チップ接合層
２０      多結晶ＣＶＤダイヤモンド
２１      成長開始面
２２      成長面
２３      結晶子
２４      素材
２６      基板
２７      基板面
２８      研磨面
２９      １０μｍ以内領域
３０      腕
３１      ロウ材粉
３２      コンタクトゲージ駆動機構
４０      内周面
５０      砥石
１０１    測定子
１０２    先端部材
１０２ａ  超硬合金層
１０２ｂ  人造ダイヤモンド層
１０３    基部材
Ｃ        コンピュータ装置
ＣＰＵ    中央演算処理装置
Ｇ        コンタクトゲージ装置
Ｉ        入力装置
Ｍ        メモリ
ＭＭＡ    加工測定装置
ＭＭＰ    加工測定部
ＭＭＰ    加工測定部
ＭＴ      加工装置
Ｏ        出力装置
ＲＯＭ    リードオンリメモリ
ＲＡＭ    ランダムアクセスメモリ
Ｗ        対象物
【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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