(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホルダと、略柱状に形成されかつ先端側に被測定物と接触する接触部を有するスタイラスと、このスタイラスを軸方向に直接的もしくは間接的に共振状態で振動させる加振手段と、前記接触部と前記被測定物との接触に際して生じる前記スタイラスの共振状態の変化から当該接触を検出する検出手段とを含んで構成される加振型接触検出センサであって、
前記ホルダには、前記加振手段および検出手段のうちの少なくとも加振手段が装着され、前記スタイラスの略柱状外側面には、前記加振手段および検出手段のうちの少なくとも検出手段が装着され、かつ、スタイラスの軸方向重心位置が前記検出手段の略中心上に位置され、
前記ホルダと前記スタイラスとが互いに非接触な構成になっていることを特徴とする加振型接触検出センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の加振型接触検出センサにおいて、前記ホルダには前記スタイラスの軸方向へ沿う溝部が形成されるとともに、この溝部には、前記加振手段および検出手段のうちの少なくとも加振手段が橋渡しとなるように設けられ、
前記スタイラスは、前記加振手段および検出手段のうちの少なくとも検出手段に装着され、かつ、前記溝部と前記加振手段とで形成される空間内に配置されていることを特徴とする加振型接触検出センサ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の加振型接触検出センサにおいて、前記加振手段および前記検出手段は、二分割された一つの固体素子から構成されていることを特徴とする加振型接触検出センサ。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の加振型接触検出センサにおいて、前記加振手段および前記検出手段は、それぞれ別個の固体素子から構成されていることを特徴とする加振型接触検出センサ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の加振型接触検出センサにおいて、前記加振手段および前記検出手段の各々は、圧電素子、磁歪素子、形状記憶素子の何れかにより構成されていることを特徴とする加振型接触検出センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加振型接触検出センサに係り、たとえば三次元測定機等によって被測定物の形状等を測定する場合に用いられる加振型接触検出センサに関する。
【０００２】
【背景技術】
従来より、被測定物の形状や寸法の測定を行う測定機としてハイトゲージ（一次元測定機）、三次元測定機、表面性状測定機や小穴測定機等が知られている。これらの測定機には、測定機本体と被測定物との位置関係を検出するために各種プローブが使用される。これらのプローブは、非接触式プローブと接触式プローブとに、あるいは連続測定プローブとタッチトリガプローブ等に分類される。
【０００３】
上述したような測定機の接触式タッチトリガプローブとしては、図１２に示すような加振型接触検出センサ１００が知られている（特開２０００−５５６４３号公報参照）。この加振型接触検出センサ１００は、スタイラスホルダ１０１と、スタイラス１０２と、２枚の圧電素子１０３を含んで構成されている。
【０００４】
スタイラスホルダ１０１は、図示しない測定機の移動軸に取り付けるための固定部１１１と、スタイラス１０２を接着固定するためのスタイラス取付部１１２とを備えている。このうち、スタイラス取付部１１２は、二股に分かれており、この二股の先端２箇所でスタイラス１０２を軸方向に沿って２点支持している。スタイラス取付部１１２の先端は、断面コ字状に形成されており、その開口内にスタイラス１０２が位置している。
スタイラス１０２は、略柱状に形成され、その先端には被測定物と接触する接触部１２１が設けられている。
【０００５】
圧電素子１０３は、スタイラス１０２を軸方向に共振状態で加振するとともに、接触部１２１と被測定物との接触に際して生じるスタイラス１０２の共振状態の変化を検出するためのものであり、２枚の圧電素子１０３は、スタイラス取付部１１２の二股部分に跨って上面及び下面にそれぞれ取り付けられている。
図１２中上側に配置される圧電素子１０３の下面および下側に配置される圧電素子１０３の上面には、共通電極が形成され、図中上側に配置される圧電素子１０３の上面には、スタイラス取付部１１２の２つの支持点間の中央に対応した位置で、加振手段１３１および検出手段１３２に二分されている。また、図中下側に配置される圧電素子１０３の下面も同様に二分されている。
【０００６】
このような構成において、加振手段１３１でスタイラス１０２を加振すると、スタイラス１０２が軸方向に沿って共振状態で振動する。この状態で、接触部１２１が被測定物に接触すると、スタイラス１０２の共振状態に変化が生じるため、この変化を検出手段１３２で検出することで、接触部１２１と被測定物との接触を検出できるようになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したような加振型接触検出センサ１００において、圧電素子１０３は、スタイラスホルダ１０１の比較的剛性の高いスタイラス取付部１１２上面および下面に取り付けられているため、スタイラス１０２の振動およびその状態変化は、検出手段１３２に直接伝搬するのではなく、スタイラス取付部１１２を介して伝搬する。従って、スタイラス１０２の振動およびその状態変化が、検出手段１３２に伝搬される前にスタイラス取付部１１２で減衰されるので、検出手段１３２による検出感度が低下してしまうおそれがある。
【０００８】
特に、スタイラス１０２のアスペクト比が大きかったり、スタイラス１０２を軟質な材料から形成した場合、スタイラスホルダ１０１によるスタイラス１０２の振動の減衰は顕著となる。このため、スタイラス１０２の形状や材質によっては、スタイラス１０２の共振状態の変化を検出できない可能性も生じてしまう。
【００１０】
このような検出不可能となる問題を回避するため、スタイラス１０２のアスペクト比や材質等に制限を設けることが考えられる。しかしながら、たとえば小穴測定機に加振型接触検出センサ１００を用いた場合、アスペクト比が大きい小穴の測定にはアスペクト比が大きいスタイラスが必要である等、加振型接触検出センサ１００が用いられる測定機によって、測定対象がそれぞれ異なるため、求められるスタイラスの形状や材質等も異なる。このため、スタイラス１０２の形状や材質等に制限を設けると、加振型接触検出センサ１００を用いることができる測定機の種類や測定対象の種類が減ってしまうという問題がある。
【００１２】
本発明の目的は、スタイラスの形状および材質等を制限することなく、被測定物との接触を高感度に検出できる加振型接触検出センサを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の加振型接触検出センサは、上記目的を達成するために、以下の構成を備える。
請求項１に記載の発明は、ホルダと、略柱状に形成されかつ先端側に被測定物と接触する接触部を有するスタイラスと、このスタイラスを軸方向に直接的もしくは間接的に共振状態で振動させる加振手段と、前記接触部と前記被測定物との接触に際して生じる前記スタイラスの共振状態の変化から当該接触を検出する検出手段とを含んで構成される加振型接触検出センサであって、前記ホルダには、前記加振手段および検出手段のうちの少なくとも加振手段が装着され、前記スタイラスの略柱状外側面には、前記加振手段および検出手段のうちの少なくとも検出手段が装着され、かつ、スタイラスの軸方向重心位置が前記検出手段の略中心上に位置され、前記ホルダと前記スタイラスとが互いに非接触な構成になっていることを特徴とするものである。
【００１４】
この発明によれば、加振手段によってスタイラスを直接的もしくは間接的に共振状態で振動させ、接触部と被測定物との接触の際に生じるスタイラスの共振状態の変化を検出手段によって検出することで、スタイラスと被測定物との接触を検出できる。
検出手段に直接スタイラスを装着し、このような検出手段をたとえばホルダに直接装着することで、ホルダとスタイラスとを互いに非接触の状態で、かつスタイラスと検出手段とを接触の状態で加振型接触検出センサを構成している。
ホルダとスタイラスとが互いに非接触の状態にあるため、ホルダによるスタイラスの振動および状態変化（振動変化）の減衰を回避でき、検出手段によるスタイラスの振動および状態変化の検出を高感度にできる。従って、スタイラスの接触部と被測定物との接触に際して生じるスタイラスの状態変化を高感度にできるので、被測定物との接触を高感度に検出できる。
【００１５】
また、スタイラスの振動および状態変化は、ホルダによって減衰されることがないので、たとえば振動の減衰が顕著なスタイラス、アスペクト比が大きいスタイラスや、軟質材料から形成されたスタイラス等を加振型接触検出センサに用いたとしてもスタイラスの振動および状態変化を確実に検出できる。従って、測定機の種類や測定対象の種類に合わせて様々な形状や材質のスタイラスを用いることで、本発明の加振型接触検出センサの使用範囲を広めることができる。
【００１６】
一方、スタイラスと検出手段とが互いに接触の状態にあるため、スタイラスの振動および状態変化が検出手段に直接伝搬される。これにより、スタイラスと被測定物との接触の際に生じるスタイラスの振動変化がわずかであったとしても、検出手段で確実に検出できる。従って、スタイラスの接触部形状による検出感度の劣化を防止できる。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の加振型接触検出センサにおいて、前記ホルダには前記スタイラスの軸方向へ沿う溝部が形成されるとともに、この溝部には、前記加振手段および検出手段のうちの少なくとも加振手段が橋渡しとなるように設けられ、前記スタイラスは、前記加振手段および検出手段のうちの少なくとも検出手段に装着され、かつ、前記溝部と前記加振手段とで形成される空間内に配置されていることを特徴とするものである。
この発明によれば、ホルダには、スタイラスの軸方向へ沿う溝部が形成されるとともに、この溝部には少なくとも加振手段が跨って設けられ、スタイラスは、少なくとも検出手段に装着され、かつ、溝部と加振手段とで形成される空間内に配置されている。従って、加振型接触検出センサにおいて、スタイラスをホルダと加振手段とで挟み込んだ状態で設けても、ホルダとスタイラスとを互いに非接触の状態で構成できる。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の加振型接触検出センサにおいて、前記加振手段および前記検出手段は、二分割された一つの固体素子から構成されていることを特徴とするものである。
この発明によれば、加振手段および検出手段は二分割された一つの固体素子から構成されているから、少なくとも一つの固体素子を設ければ加振型接触検出センサに加振手段および検出手段を設けることができ、安価に構成できる。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の加振型接触検出センサにおいて、前記加振手段および前記検出手段は、それぞれ別個の固体素子から構成されていることを特徴とするものである。
この発明によれば、加振手段および検出手段はそれぞれ別個の固体素子から構成されているので、たとえば圧電素子でそれぞれ構成した場合には電極構造を簡素化できる。
【００３０】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の加振型接触検出センサにおいて、前記加振手段および前記検出手段の各々は、圧電素子、磁歪素子、形状記憶素子の何れかにより構成されていることを特徴とするものである。
この発明によれば、入手、製造共容易であるとともに、経年変化が少なくて長寿命化が可能で、かつ安価で小型な加振手段および検出手段を構成することが出来る。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
図１には、本発明の第１実施形態に係る加振型接触検出センサ１が示されている。この加振型接触検出センサ１は、ベリリウム銅から形成されたホルダ１０と、スタイラス２０と、固体素子としての圧電素子３０とを備えている。ここで、スタイラス２０と圧電素子３０は加振型接触検出手段を構成している。
ホルダ１０は、図示しない三次元測定機等の移動軸に取り付けるための固定部１１と、この固定部１１から平行に延びた一対の腕部１２と、これら腕部１２と略直交して一対の腕部１２の先端の間に配置された平行板ばねとしての平行板ばね部１４とを備えている。
平行板ばね部（圧電素子支持部）１４は、スタイラス２０の軸方向と略直交する方向に沿って配列されかつ各々がスタイラス２０の軸方向へ弾性変形可能な一対の板ばね１４１から構成されている。これら一対の板ばね１４１の両端は、ばね支持部１３を介して、それぞれ一対の腕部１２の先端で支持されている。また、各板ばね１４１の略中央では、スタイラス２０および圧電素子３０からなる加振型接触検出手段を支持している。
ここで、ホルダ１０を構成する固定部１１、一対の腕部１２、ばね支持部１３、および平行板ばね部１４は、一体に形成されている。
【００３７】
スタイラス２０は、略柱状に形成され、その先端側には被測定物と接触する球状の接触部２１が設けられているとともに、後端側には必要に応じて図示しないカウンタバランスが設けられている。
【００３８】
圧電素子３０は、スタイラス２０を軸方向に共振状態で加振するとともに、接触部２１と被測定物との接触に際して生じるスタイラス２０の共振状態の変化を検出するためのものである。
この圧電素子３０は、平行板ばね部（圧電素子支持部）１４の一対の板ばね１４１に跨った状態で、接着、はんだ付け等により平行板ばね部１４に装着されている。圧電素子３０の平行板ばね部１４との装着面（図中下側の面）には、図示しない共通電極が形成され、装着面と反対側の面（図中上側の面）には、その中央で分割された２つ電極３１Ａ，３２Ａが形成されている。
【００３９】
スタイラス２０を軸方向に共振状態で加振する加振手段３１は、圧電素子３０に加振用電極３１Ａを形成し、この加振用電極３１Ａに所定周波数の電圧を印加するためのリード線（図示せず）を設けることで構成されている。
一方、接触部２１と被測定物との接触に際して生じるスタイラス２０の共振状態の変化を検出する検出手段３２は、圧電素子３０に検出用電極３２Ａを形成し、この検出用電極３２Ａに検出信号を取り出すためのリード線（図示せず）を設けることで構成されている。
【００４０】
このような圧電素子３０上面には、スタイラス２０が接着、はんだ付け等により装着されており、平行板ばね部１４とスタイラス２０とが互いに非接触の状態、つまりホルダ１０とスタイラス２０とが互いに非接触の状態で、スタイラス２０と圧電素子３０とが互いに接触の状態で加振型接触検出センサ１が構成されている。
また、スタイラス２０は、２つの電極３１Ａ，３２Ａ間に位置しており、かつ、その重心位置が圧電素子３０の略中心上に位置している。
【００４１】
加振手段３１おいて、加振用電極３１Ａに所定周波数の電圧を印加すると、スタイラス２０が軸方向に共振状態で振動する。このスタイラス２０の振動は、直接圧電素子３０に伝搬し、この圧電素子３０もスタイラス２０と同周波数で振動する。そして、この振動状態は、検出用電極３２Ａからの検出信号を観測することで検出可能となっている。つまり、検出手段３２によってスタイラス２０の振動状態の検出が可能となっている。ここにおいて、スタイラス２０が直接圧電素子３０に装着されているため、スタイラス２０の振動は、直接圧電素子３０、すなわち検出手段３２に伝搬するようになっている。
【００４２】
このような構成を備えた加振型接触検出センサ１は、三次元測定機等の接触式タッチトリガプローブとして用いられる。
具体的には、加振手段３１によってスタイラス２０が軸方向に沿って共振状態で振動する。この状態において、被測定物と加振型接触検出センサ１とを相対移動させ、接触部２１が被測定物に接触すると、スタイラス２０の振動が拘束され、スタイラス２０の共振状態（振動）に変化が生じる。この共振状態の変化を検出手段３２によって検出することで、スタイラス２０と被測定物との接触を検出できるようになる。
【００４３】
このような加振型接触検出センサ１を、たとえば、三次元測定機等のＺ軸方向へ移動可能な移動部材としてのＺ軸スライダに取り付けた場合について、以下に説明する。
スタイラス２０の軸方向がＺ軸方向に略沿った状態で、加振型接触検出センサ１をＺ軸スライダに取付け、この後に、Ｚ軸スライダをＺ軸方向へ移動させて、被測定物に略垂直にスタイラス２０を接触させれば、Ｚ軸方向の座標を測定することが可能であるが、この場合、スタイラス２０の接触部２１が被測定物に接触した瞬間にＺ軸スライダを停止させる必要がある。
ところが、実際には、Ｚ軸スライダには一定の慣性があることと、制御遅れのため、余程の低速でスタイラス２０を移動させない限り、接触部２１が接触した瞬間にＺ軸スライダを停止させることは困難である。具体的には、数ｍｍ／ｓ程度の速度でＺ軸スライダを移動させてスタイラス２０を被測定物に接触させた場合、数μｍ程度のオーバーラン（オーバートラベル）が発生する。
この時、スタイラス２０は軸方向にオーバーラン量だけ被測定物に押込まれることになり、スタイラス２０の形状、材質によっては塑性変形や折損等の損傷の原因となる。
【００４４】
図２（Ａ）において、図示しない三次元測定機のＺ軸スライダに取り付けられた加振型接触検出センサ１をＺ軸方向（図の下方向）へ移動させて、図２（Ｂ）に示すように、スタイラス２０の接触部２１を被測定物表面に接触させると、スタイラス２０および圧電素子３０からなる加振型接触検出手段は、平行板ばね部１４によって支持されているため、スタイラス２０が被測定物に押込まれることによって、スタイラス２０の軸方向に加えられた力が平行板ばね部１４に作用して平行板ばね部１４を弾性変形させる。これにより、スタイラス２０および圧電素子３０からなる加振型接触検出手段を、ホルダ１０に対して図中上方向へ変位させることができるようになる。
この結果、スタイラス２０の軸方向に無理な力が加わることを防止でき、スタイラス２０と被測定物との相対移動でオーバーラン（オーバートラベル）が発生してもスタイラス２０の塑性変形や折損などによる損傷を防止することが出来る。
【００４５】
上述のような本実施形態によれば、次のような効果がある。
（１）検出手段３２に直接スタイラス２０を装着し、圧電素子３０の加振手段３１および検出手段３２のうち、少なくとも加振手段３１をホルダ１０の平行板ばね部１４に装着することで、ホルダ１０とスタイラス２０とを互いに非接触の状態で加振型接触検出センサ１を構成している。なお、本実施形態では、圧電素子３０の加振手段３１および検出手段３２の両方をホルダ１０の平行板ばね部１４に装着している。
ホルダ１０の平行板ばね部１４とスタイラス２０とが互いに非接触の状態にあるため、ホルダ１０によるスタイラス２０の振動および状態変化（振動変化）の減衰を回避でき、検出手段３２によるスタイラス２０の振動および状態変化の検出を高感度にできる。従って、スタイラス２０の接触部２１と被測定物との接触に際して生じるスタイラス２０の状態変化を高感度にできるので、被測定物との接触を高感度に検出できる。
【００４６】
（２）スタイラス２０の振動および状態変化は、ホルダ１０の平行板ばね部１４によって減衰される割合が少ないので、たとえば振動の減衰が顕著なスタイラス、アスペクト比が大きいスタイラスや、軟質材料から形成されたスタイラス等を加振型接触検出センサ１に用いたとしてもスタイラスの振動および状態変化を確実に検出できる。従って、測定機の種類や測定対象の種類に合わせて様々な形状や材質のスタイラスを用いることで、加振型接触検出センサ１の使用範囲を広めることができる。
【００４７】
（３）スタイラス２０と圧電素子３０、すなわち検出手段３２とが互いに接触の状態にあるため、スタイラス２０の振動および状態変化が検出手段３２に直接伝搬される。これにより、スタイラス２０と被測定物との接触の際に生じるスタイラス２０の振動変化がわずかであったとしても、検出手段３２で確実に検出できる。従って、スタイラス２０の接触部２１の形状による検出感度の劣化を防止できる。
【００４８】
（４）加振手段３１および検出手段３２は二分割された一つの圧電素子３０から構成されているから、少なくとも一つの圧電素子３０を設ければ加振型接触検出センサ１に加振手段３１および検出手段３２を設けることができ、安価且つ小型に構成できる。
【００４９】
（５）スタイラス２０および圧電素子３０からなる加振型接触検出手段は、平行板ばね部１４によって支持されているため、スタイラス２０が被測定物に押込まれたことによって、スタイラス２０に加えられた力が平行板ばね部１４に作用して平行板ばね部１４を変形させる。従って、スタイラス２０に無理な力が加わることを防止でき、その結果、オーバーランが発生してもスタイラス２０の塑性変形や折損などによる損傷を防止することが出来る。
【００５０】
［第２実施形態］
図３および図４には、本発明の第２実施形態に係る加振型接触検出センサ２が示されている。ここにおいて、本実施形態と前述の第１実施形態とは、圧電素子へのスタイラスの装着位置が異なるのみで、その他の構成および作用は同一であるから、同一符号を付してそれらの説明を省略、または簡略する。
スタイラス２０は、圧電素子３０の平行板ばね部１４への装着面に装着されている。ここで、ホルダ１０の平行板ばね部１４の各板ばね１４１には、スタイラス２０の軸方向へ沿う溝部１３Ｂが切り欠いて形成されている。圧電素子３０は、図４にも示すように、この溝部１３Ｂを跨いだ状態で平行板ばね部１４に装着されており、スタイラス２０は、圧電素子３０と溝部１３Ｂとで形成される空間内に配置されている。ここにおいて、ホルダ１０の平行板ばね部１４とスタイラス２０とが互いに非接触の状態とされ、かつスタイラス２０と圧電素子３０、すなわち検出手段３２とが互いに接触の状態とされている。
【００５１】
上述のような本実施形態によれば、前述の第１実施形態の効果（１）〜（５）に加えて、次のような効果がある。
（６）ホルダ１０の平行板ばね部１４には、スタイラス２０の軸方向へ沿う溝部１３Ｂが形成されるとともに、この溝部１３Ｂには、圧電素子３０の加振手段３１および検出手段３２のうちの少なくとも加振手段３１が跨って設けられ、スタイラス２０は、加振手段３１および検出手段３２のうちの少なくとも検出手段３２に装着され、かつ、溝部１３Ｂと加振手段３１とで形成される空間内に配置されている。
具体的に、本実施形態では、溝部１３Ｂに圧電素子３０が跨って設けられ、スタイラス２０は、加振手段３１および検出手段３２に装着され、かつ、溝部１３Ｂと圧電素子３０とで形成される空間内に配置されている。従って、加振型接触検出センサ２において、スタイラス２０をホルダ１０の平行板ばね部１４と加振手段３１（圧電素子３０）とで挟み込んだ状態で設けても、ホルダ１０とスタイラス２０とを互いに非接触の状態で構成できる。
【００５２】
［第３実施形態］
図５には、本発明の第３実施形態に係る加振型接触検出センサ３が示されている。ここにおいて、本実施形態と前述の第１実施形態とは、加振手段および検出手段が一つの圧電素子で構成されるかそれぞれ別個の圧電素子で構成されるかが異なるのみで、その他の構成および作用は同一であるから、同一符号を付してそれらの説明を省略、または簡略する。
【００５３】
加振型接触検出センサ３は、加振手段３１を構成する加振用圧電素子４１と、検出手段３２を構成する検出用圧電素子４２とを備えており、二枚の圧電素子４１，４２の表裏面にはそれぞれ電極が形成されている。これら圧電素子４１，４２は、対向配置され、互いに平行板ばね部１４を挟み込んだ状態で、かつ一対の板ばね１４１にそれぞれ跨った状態でホルダ１０に装着されている。このうち、検出用圧電素子４２の平行板ばね部１４への装着面と反対側の面には、スタイラス２０が装着されている。
【００５４】
このような構成では、加振手段３１において、加振用圧電素子４１に所定周波数の電圧を印加すると、ホルダ１０の平行板ばね部１４から検出手段３２へ、検出手段３２からスタイラス２０へと加振振動が伝播し、スタイラス２０が軸方向に共振状態で振動する。つまり、加振手段３１は、間接的にスタイラス２０を振動させている。このスタイラス２０の振動は、直接検出用圧電素子４２に伝搬し、この検出用圧電素子４２もスタイラス２０と同周波数で振動する。そして、この振動状態は、検出用圧電素子４２の電極からの検出信号を観測することで検出可能となっている。つまり、検出手段３２によってスタイラス２０の振動状態の検出が可能となっている。
【００５５】
上述のような本実施形態によれば、前述の第１実施形態の効果（１）〜（３），（５）に加えて、次のような効果がある。
（７）加振手段３１および検出手段３２は、それぞれ別個の圧電素子４１，４２から構成されているので、それらの電極構造を簡素化できる。
【００５６】
［第４実施形態］
図６には、本発明の第４実施形態に係る加振型接触検出センサ４が示されており、この加振型接触検出センサ４は、第１実施形態の加振型接触検出センサ１と、平行板ばね部が３つの板ばねから構成されている点、平行板ばね部を構成する３つの板ばねの各一端がばね支持部を介して一本の腕部で支持されている点、スタイラスが直接平行板ばね部に装着されている点において異なる。
本実施形態のホルダ１０では、固定部１１から延びた一本の腕部１２の先端に、ばね支持部１３を介して平行板ばね部１４が一体に設けられている。この平行板ばね部１４は、スタイラス２０の軸方向と略直交する方向に沿って配列されかつ各々がスタイラス２０の軸方向へ弾性変形可能な３つの板ばね１４１から構成されている。
【００５７】
平行板ばね部１４の図６中上部には、スタイラス２０が直接装着され、図６中下部には、加振手段３１および検出手段３２を構成する圧電素子３０が直接装着されている。なお、加振手段および検出手段を構成するものとしては、１つの圧電素子３０に限らず、第３実施形態における加振用圧電素子４１および検出用圧電素子４２等を用いてもよい。また、スタイラスは、圧電素子３０を介して、平行板ばね部１４に間接的に装着されたものであってもよい。
平行板ばね部１４の３つの板ばね１４１によるスタイラス２０の支持部位は、スタイラス２０の軸方向振動における節２０Ａ、および、この振動の節２０Ａをはさんで略等距離ｄだけスタイラス２０の軸方向に離隔した一対の点２０Ｂ，２０Ｃの計３個所としている。
このような構成では、加振手段３１は平行板ばね部１４を加振し、その結果スタイラス２０が加振される。スタイラス２０の接触部２１が被測定物に接触してスタイラス２０の振動状態が変化すると、この状態変化は、平行板ばね部１４を経由して検出手段３２に伝えられる。
【００５８】
上述のような本実施形態によれば、前述の第１実施形態の効果（４），（５）に加えて、次のような効果がある。
（８）すなわち、平行板ばね部１４によってスタイラス２０を支持するようにし、更にスタイラス２０の支持部位を節２０Ａおよび節２０Ａを挟んで軸方向に略等距離離隔した一対の点２０Ｂ，２０Ｃの３個所にしたので、確実な支持が行える上、振動の減衰を軽減することが出来る。又、スタイラス２０が被測定物に対してオーバーランした場合でも、平行板ばね部１４においてオーバーラン量に応じた変形によってオーバーラン量を許容できるので、スタイラス２０に対して無理な力がかからず、スタイラス２０の塑性変形や折損などによる損傷を防ぐことが出来る。
【００５９】
なお、本発明は前記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での変形、改良は、本発明に含まれるものである。
たとえば、第２実施形態において、溝部１３Ｂは、ホルダ１０の平行板ばね部１４に切り欠いて形成されているが、これに限らず、図７の第１変形例に示すような溝部１３Ｃであってもよい。
具体的に、図７（Ａ）に示すように、平行板ばね部１４の各板ばね１４１には、その長手方向へ沿って所定間隔をあけて一対の突部１３Ｄが形成され、これら一対の突部１３Ｄ間に溝部１３Ｃが形成されている。圧電素子３０は、一対の平行板ばね部１４に形成された計４つの突部１３Ｄに跨って設けられ、スタイラス２０は、圧電素子３０と溝部１３Ｃとで形成される空間内に配置されている。これにより、突部１３Ｄを設けることで形成された溝部１３Ｃであっても、図７（Ｂ）にも示すように、平行板ばね部１４とスタイラス２０とを互いに非接触の状態に、つまりホルダ１０とスタイラス２０とを互いに非接触の状態にできる。
【００６０】
前記各実施形態では、スタイラス２０の接触部２１が球状に形成されていたが、本発明の接触部はこれに限定されるものではなく、本発明の加振型接触検出センサが用いられる測定機の測定対象に応じて接触部の形状を適宜決定すればよい。具体的に、たとえば小穴測定機に用いた場合には、図８（Ａ）の第２変形例に示すような円盤状の接触部２１Ａとすればよく、表面性状測定機に用いた場合には、図８（Ｂ）の第３変形例に示すような針状の接触部２１Ｂや、図８（Ｃ）の第４変形例に示すようなスタイラス２０の軸方向と略直交方向へ延びる突起状の接触部２１Ｃとすればよい。
このように用いられる測定機の測定対象に応じて、スタイラスの接触部の形状を適宜決定することで、スタイラスと被測定物とが接触した際のスタイラスの振動の変化がより顕著となり、スタイラスと被測定物との接触をより高感度に検出できる。
【００６１】
前記第１〜第３実施形態では、ホルダ１０の平行板ばね部１４は、その両端が一対の腕部１２に支持される構造となっているが、これに限らず、たとえば図９の第５変形例に示すように、一本の腕部１２で平行板ばね部１４の一端を支持する構造の加振型接触検出センサ４であってもよい。
また、平行板ばね部の板ばね、２個あるいは３個の場合を示したが、４個以上としても良い。
【００６２】
前記各実施形態では、固体素子として圧電素子３０，４１，４２を用いたが、これに限らず、磁歪素子、形状記憶素子等の固体素子であってもよい。
【００６３】
更に、スタイラスとしては、図１０の第６変形例に示すような軸非対象の形状を有するスタイラス５０とし、スタイラス５０の軸方向剛性がこの軸の直交面内において、軸を中心とした一定角度領域の剛性が低下する形状とすることにより、スタイラス５０に対してこの軸方向に力が加えられた場合に、スタイラス５０が一定角度方向へ湾曲しやすい構造としても良い。
すなわち、図１０（Ａ）のスタイラス５０に対して、オーバーランなどによって、その軸方向に過度な力が加わった場合、同図（Ｂ）のようにスタイラス５０は弾性変形して一定角度方向へ湾曲し、これにより、軸方向の過度な力を許容できるようになる。
この場合、スタイラス５０の軸の直交面内において、軸を中心とした一定角度領域（同図（Ｂ）の右方向）の剛性を低下させてあるが、スタイラス５０の軸の直交面内における、軸を中心とした全周囲に渡る質量は一定となる形状としている。これにより、軸方向に加振した場合でも、振動の偏りがなく、軸方向にのみ振動させることが出来るようにしている。
なお、部分的に剛性が異なる部分が設けられたスタイラスとしては、スタイラス軸方向の略全てに渡って軸非対称形状を有するスタイラス５０に限らず、スタイラス軸方向に渡って部分的に軸非対称形状を有するスタイラスであってもよく、要するに、一定の方向へ湾曲（弾性変形）しやすくなるように形成されたものであればよい。
【００６４】
また、スタイラスとしては、図１１の第７変形例に示すようなスタイラス６０であってもよい。
このスタイラス６０は、図１１（Ａ）にしめすように、スタイラス６０の中心軸Ｃ上に、接触部２１の被測定物と接触する接触点Ｐが配置されないように構成されている。
このような構成において、図１１（Ａ）のスタイラス６０が下降して、接触部２１の接触点Ｐが被測定物に接触した場合（図１１（Ｂ）の状態）、外力が、スタイラス６０の軸方向からオフセットされた方向にかかることとなり、スタイラス６０が湾曲（弾性変形）しやすくなる。従って、スタイラス６０と被測定物との相対移動にオーバーランが生じても、オーバーランをスタイラス６０の湾曲変形によって許容することができるから、スタイラス６０の塑性変形や折損等を防止することができる。
なお、このようなスタイラス６０においても、上述したスタイラス５０と同様に、カウンタバランスを必要に応じて設ける等して、軸を中心とした全周囲に渡る質量は一定となる形状としている。これにより、軸方向に加振した場合でも、振動の偏りがなく、軸方向にのみ振動させることが出来るようにしている。
また、上述したようなスタイラス５０，６０を加振型接触検出センサに採用した場合には、スタイラス自身の弾性変形によって、軸方向にかかる外力を許容できるので、平行板ばねを介してホルダに装着しなくともよく、比較的剛性のある支持部を介してホルダに装着しても良い。
【００６５】
さらに、本発明の加振型接触検出センサを、ホルダを介してたとえば、Ｚ軸方向へ移動可能な測定機のＺ軸スライダ等の移動部材へ装着する場合、スタイラスをＺ軸方向に対して、その軸方向がわずかに傾斜するように取り付けても良い。これによって、スタイラスがＺ軸方向へ被測定物に対して過大に押込まれた場合に、スタイラスにかかる力の成分はスタイラスの軸に対してわずかに傾斜しているため、スタイラスの湾曲が容易に発生してオーバーラン量を吸収（許容）することが容易となり、スタイラスの塑性変形や折損などのよる損傷を防止することが出来る。
【００６６】
第１および第２実施形態において、ホルダ１０の平行板ばね部１４には加振手段３１および検出手段３２（圧電素子３０）が装着され、スタイラス２０にも加振手段３１および検出手段３２が装着されており、第３実施形態において、ホルダ１０の平行板ばね部１４には加振手段３１（圧電素子４１）および検出手段３２（圧電素子４２）が装着され、スタイラス２０には検出手段３２のみが装着されているが、これに限らず、たとえば、ホルダに加振手段を装着し、この加振手段に検出手段を装着し、この検出手段にスタイラスを装着した加振型接触検出センサであってもよい。要するに、ホルダに加振手段および検出手段のうちの少なくとも加振手段が装着され、スタイラスに加振手段および検出手段のうちの少なくとも検出手段が装着され、ホルダとスタイラスとが互いに非接触な構成になっている加振型接触検出センサであればよい。
【００６７】
【発明の効果】
本発明によれば、スタイラスを直接検出手段に装着することで、スタイラスの形状および材質等を制限することなく、被測定物との接触を高感度検出できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る加振型接触検出センサを示す分解斜視図である。
【図２】前記第１実施形態における作用を説明するための模式図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る加振型接触検出センサを示す全体斜視図である。
【図４】図３のIII−III線に沿った端面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る加振型接触検出センサを示す分解斜視図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係る加振型接触検出センサを示す分解斜視図である。
【図７】本発明の第１変形例を示す図である。
【図８】本発明の第２〜第４変形例の要部を拡大して示す斜視図である。
【図９】本発明の第５変形例を示す斜視図である。
【図１０】本発明の第６変形例を示す模式図である。
【図１１】本発明の第７変形例を示す模式図である。
【図１２】従来例を説明するための図である。
【符号の説明】
１，２，３，４，５  加振型接触検出センサ
１０  ホルダ
１３Ｂ  溝部
１４  平行板ばね部
２０，５０，６０  スタイラス
２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ  接触部
３１  加振手段
３２  検出手段
３０，４１，４２  固体素子である圧電素子
【図１】
0003819250.tif 000002
【図２】
0003819250.tif 000003
【図３】
0003819250.tif 000004
【図４】
0003819250.tif 000005
【図５】
0003819250.tif 000006
【図６】
0003819250.tif 000007
【図７】
0003819250.tif 000008
【図８】
0003819250.tif 000009
【図９】
0003819250.tif 000010
【図１０】
0003819250.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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