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【発明の名称】 三次元表面粗さ形状測定機
【発明者】 【氏名】瀬高 雅文

【氏名】冨田 登美夫
【要約】 【課題】検出器のＺ方向送りの追従性がよく、また、室温変化があっても検出器のＺ方向位置が変化しにくい検出器上下移動装置を備えた三次元表面粗さ形状測定機を提供する。

【解決手段】表面粗さの検出器１７を支持するＺスライダ１５を、ＸＹ方向にはガタツキがなく、Ｚ方向には滑らかに移動できて常にＺ下方向に移動力が発生するように構成する。また、ベース１１の嵩上げ部１１ａにＸＹ平面回転自在に送りナット２３を設け、送りナット２３に送りネジ２４を螺合して、送りナット２３を回転すると送りネジ２４がＺ方向に移動するように構成する。そして、Ｚスライダ１５の下面を送りネジ２４で支持し、送りネジ２４でＺスライダ１５を駆動するようにした。
【特許請求の範囲】
【請求項１】ベースに立設されたコラムに上下方向移動自在であるとともに、常に下方向に移動力が発生するように設けられたＺスライダと、前記ベースに水平面回転自在に設けられたナットと、そのナットに螺合し、回転を規制されて上下方向移動自在に構成されるとともに、上端が前記Ｚスライダの下面に当接するように設けられた送りネジと、前記Ｚスライダに取り付けられ、ワークの表面粗さを検出する検出器と、前記ベースに設置され、ワークを載置するとともに、互いに直交する水平２方向にワークを移動させるＸＹテーブルと、から構成されたことを特徴とする三次元表面粗さ形状測定機。
【請求項２】ベースに立設されたコラムに上下方向移動自在であるとともに、常に下方向に移動力が発生するように設けられたＺスライダと、前記ベースに水平面回転自在に設けられたナットと、そのナットに螺合し、回転を規制されて上下方向移動自在に構成されるとともに、上端が前記Ｚスライダの下面に当接するように設けられた送りネジと、前記Ｚスライダに取り付けられ、水平一方向の駆動機構を有する検出器送り装置と、その検出器送り装置の被駆動側に取り付けられ、ワークの表面粗さを検出する検出器と、前記ベースに設置され、ワークを載置するとともに、前記検出器送り装置の被駆動側の移動方向に直交する水平方向にワークを移動させるＹテーブルと、から構成されたことを特徴とする三次元表面粗さ形状測定機。
【請求項３】断面が四角形のＺガイドを前記コラムに固着し、前記Ｚスライダを前記Ｚガイドを囲うように略コの字形状とし、前記Ｚスライダの内側の３面に低摩擦係数の摺動板を固着し、略コの字形状の開放側にローラを取り付けて、前記ガイドの４面を挟むように構成したことを特徴とする請求項１に又は請求項２に記載の三次元表面粗さ形状測定機。
【請求項４】前記送りネジを低熱膨張係数の材料としたことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１に記載の三次元表面粗さ形状測定機。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ワークの表面粗さ、断面形状、うねり等（本発明ではまとめて「表面粗さ形状」という。）を求める表面粗さ形状測定機に係わり、特にワークの該当する面全体の表面粗さ形状を測定する三次元表面粗さ形状測定機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般的な三次元表面粗さ形状測定機の説明図を図８、図９、図１０に示す。図１０は全体正面図、図８は図１０の右側面図に相当し検出器上下移動装置を中心に図示したもの、図９は図８のＣ−Ｃ断面図である。図８、図９、図１０において、ベース７１に立設されたコラム７２にＺ方向（上下方向）移動自在にスライダ７６が設けられ、スライダ７６には検出器送り装置６１が取り付けられている。検出器送り装置６１からは検出器ホルダ６２が出ており、検出器ホルダ６２は測定方向（Ｘ方向）移動自在になっている。検出器ホルダ６２には触針６３ａを有し触針６３ａのＺ方向の変位量を検出する検出器６３が取り付けられている。また、ベース７１の上には、Ｙガイド６４とＹテーブル６５等から構成されたワーク送り装置が載置され、Ｙテーブル６５は検出器ホルダ６２の移動方向とほぼ直角方向（Ｙ方向）に移動自在になっている。Ｙテーブル６５の上にはワークテーブル６６が取り付けられている。ワークテーブル６６は、ワークＷを取り付けるとともに、ワークＷの測定面が検出器６１及びＹテーブル６５の移動平面とほぼ平行になるように調整する機構が備えられている（詳細は図示省略）。
【０００３】このように構成された三次元表面粗さ形状測定機でワークＷの三次元表面粗さ形状を測定する場合、ワークＷはワークテーブル３４の上にセットした後、触針６３ａがワークＷに当接した状態で検出器６３をＸ方向に移動させ、検出器６３のＸ方向移動量と触針６３ａのＺ方向変位量とからワークＷの表面粗さ形状を検出する。１ラインの測定が終わるとＹテーブル６５によってワークＷを任意のピッチだけＹ方向に送り、その後、次のラインの測定を行う。これを繰り返すことによってワークＷの多数のラインの表面粗さ形状が測定され、ワークＷの三次元表面粗さ形状が求められる。
【０００４】ところで、検出器上下移動装置は図８及び図９に示すように、次のようになっている。図８及び図９に示したものは、当出願人から特開平８−６６８４６として開示された「自動位置決め制御方法及びその装置」の中で、従来の例として説明されている「上下送り装置」と同じである（ただし、部品の番号とワークの載置状態が異なっている）ので詳細の説明は省略するが、次のような問題がある。すなわち、スライダ７６がスライドガイド７２ａと７２ｂとを前後に挟むことによって、スライダ７６がスライドガイド７２ａと７２ｂとの間に摩擦力Ｆ１、Ｆ２が発生するので、例えば、検出器送り装置６１をＺ上方に送っている場合、摩擦力Ｆ１、Ｆ２が、送りナット７５・送りネジ７４・コラム上板７３やＺスライダ７６の上部継手部７６ａ等の駆動機構部品に作用して、駆動機構部品が下方にδ量変位する。次に停止すると、摩擦力Ｆ１、Ｆ２は解消されるため、駆動機構部品は摩擦力Ｆ１、Ｆ２によって変位した量δが徐々にＺ上方に復元し、その結果、検出器送り装置６１がＺ方向に変動する。Ｚ下方に送る場合も同様である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】検出器送り装置６１のＺ方向位置は触針６３ａの変位量測定の基準であり、測定中にＺ方向位置が変動すると正確な値を求めることができない。このため、検出器送り装置６１をＺ方向に素速く移動できないとともに、移動させた後は安定するまで測定できないという問題がある。また、送りネジ７４はコラム７２によって支持されており、室温変化によってコラム７２が伸縮すると、送りネジ７４もその影響を受ける。この機構では、送りネジ７４のＺ方向基準はコラム７２の上側（コラム上板７３）であり、ベース７１から離れているため、特に、その影響が大きい。三次元表面粗さ形状の測定では時間がかかるので、測定中に室温が変化する可能性が高い。
【０００６】本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、検出器のＺ方向送りの追従性がよく、また、室温変化があっても検出器のＺ方向位置が変化しにくい検出器上下移動装置を備えた三次元表面粗さ形状測定機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成するために、三次元表面粗さ形状測定機の検出器上下移動装置を次のように構成した。
（イ）送りナットを水平面回転自在にベースに設け、送りネジを送りナットに螺合させるとともに回転しないようにして、送りナットを回転させると送りネジがＺ方向に移動するように構成する。
（ロ）ベースに立設されたコラムに、検出器を支持するＺスライダをＺ方向移動自在で、常にＺ下方向に移動力が発生するように設ける。
（ハ）Ｚスライダの下面に送りネジの上端が当接するように構成する。
【０００８】また、三次元粗さ形状測定機の構成としては、ワークと検出器との水平方向の相対移動によって、次のいずれかにすることができる。
（イ）上記の検出器上下移動装置のＺスライダにはワークの表面粗さを検出する検出器のみを取り付け、ワークをＸＹテーブルでＸＹ２方向に移動させる。
（ロ）従来の技術と同じく、Ｚスライダには検出器送り装置を取り付け、検出器送り装置で検出器をＸ方向に移動させ、ワークをＹテーブルでＹ方向に移動させる。
【０００９】また、Ｚスライダの案内機構は、種々の方法があるが、例えば、次のようにすることができる。
（イ）Ｚガイドを四角形断面とし、コラムに固着する。Ｚスライダは、形状をＺガイドを囲うように略コの字形状とし、その内側（Ｚガイド側）３面に低摩擦係数の摺動板を固着するとともに、後面にローラを取り付けて、Ｚガイドの４面を挟むように構成する。
（ロ）（イ）と反対に、Ｚスライダを四角形断面とする。Ｚガイドは、形状を略コの字形状として開放面を前にしてコラムに固着し、その内側３面に低摩擦係数の摺動板を固着するとともに前面にローラを取り付けて、Ｚスライダの４面を挟むように構成する。
（ハ）（イ）又は（ロ）の構成で、４面を全て摺動板とする。
（ニ）（イ）又は（ロ）の構成で、４面を全てローラとする。
（ホ）リニアガイドを用いる。
いずれの場合も、水平方向にはガタツキがなく下方向に常に移動力が発生するように調整する。場合によっては、下方向にバネ等による荷重をかけてもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】実施の形態１本発明に係る三次元表面粗さ形状測定機の実施の形態１を、図１から図４までに示す。図１は本発明の主要部（検出器上下移動装置等）の詳細、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図１のＢ−Ｂ断面図、図４は全体正面図である。図１に示すように、ベース１１の上面後側には嵩上げ部１１ａが形成され、嵩上げ部１１ａにハウジング２１が取り付けられて、ハウジング２１にはベアリング２２が内臓されている。ベアリング２２の内輪には送りナット２３が固着され、ベアリング２２はアンギュラベアリングでラジアル方向とスラスト方向の荷重を受けることができることから、送りナット２３は、Ｚ軸回り回転自在で、かつ、Ｚ方向には移動しないように支持されている。送りナット２３には送りネジ２４が螺合され、送りネジ２４にはピン２４ａが貫通して固着されているとともに、嵩上げ部１１ａに取り付けられた２個の回り止め１２によって挟まれていて、ネジ２４の回転が規制されている。これによって、送りナット２３を回転させると送りネジ２４がＺ方向に移動するようになっている。送りナット２３の上側にはプーリ２５が取り付けられ、モータ２７に取り付けられたプーリ２８とベルト２６で、モータ２７の回転が伝動されるようになっている。
【００１２】また、ベース１１の嵩上げ部１１ａに立設されたコラム１３に断面が四角形状（板状）のＺガイド１４がネジ１４ａで固着されている。Ｚスライダ１５は、前板１５ａの両側に側板１５ｂがネジ１５ｃで固着され、Ｚガイド１４を囲うように略コの字形状となっている。前板１５ａと側板１５ｂのＺガイド１４側には摺動板１５ｄが接着され、側板１５ｂの後側にはローラ１５ｅが取り付けられて、Ｚガイド１４の４面を挟むように構成されている。摺動板１５ｄは低摩擦係数の材料（例えばテフロン＝フッ素樹脂）で、前板１５ａと側板１５ｂともに、左側が２個、右側が１個のいわゆる３点当たりになっており、それに合わせてローラ１５ｅも左側が２個、右側が１個となっている。側板１５ｂに接着された摺動板１５ｄの左右間の距離はＺガイド１４の幅に精密に合わせて設定され、ローラ１５ｅはＺガイド１４側に微調整が可能（ローラ軸１５ｆを偏心軸にし調整する等）となっており、これらによって、Ｚスライダ１５はＺガイド１４に正確に嵌合されている。この結果、Ｚスライダ１５は、ＸＹ方向にはガタツキがなく、Ｚ方向には滑らかに移動することができ、自重で常にＺ下方向に移動力が発生するようになっている。
【００１３】Ｚスライダ１５の前板１５ａの下面にはアンビル１５ｇが固着され、アンビル１５ｇには送りネジ２４の先端２４ｂが当接している。そして、Ｚスライダ１５の前板１５ａの前面には検出器ホルダ１６が取り付けられ、検出器ホルダ１６には、触針１７ａのＺ方向の変位量を検出する検出器１７が取り付けられている。
【００１４】さらに、ベース１１の前側には、Ｘガイド３１、Ｘテーブル３２（Ｙガイド含む）、Ｙテーブル３３等から構成されたＸＹテーブルが載置されていて、Ｙテーブル３３の上にはワークテーブル３４が取り付けられている。ワークテーブル３４は、従来の技術で説明したものと同様に、ワークＷを取り付けるとともに、ワークＷの測定面がＸＹテーブルの移動平面とほぼ平行になるように調整する機構が備えられている（詳細は図示省略）。
【００１５】本発明に係る実施の形態１の三次元表面粗さ形状測定機はこのように構成されており、ワークＷをワークテーブル３４に取り付け、測定面がＸＹテーブルの移動平面とほぼ平行になるように調整した後、測定を開始する。すなわち、触針１７ａがワークＷの測定面に当接し検出器１７の測定範囲に入るまで検出器１７のＺ方向位置を移動させ、その状態でＸテーブル３２をＸ方向に移動させて、Ｘテーブル３２のＸ方向移動量と触針１９ａのＺ方向変位量とからワークＷの表面粗さ形状を検出する。１ラインの測定が終わるとＹテーブル３３によりワークＷを任意のピッチだけＹ方向に送り、その後、次のラインの測定を行う。これを繰り返すことによってワークＷの多数のラインの表面粗さ形状が測定され、ワークＷの三次元表面粗さ形状が求められる。
【００１６】この場合、検出器１７を支持しているＺスライダ１５は、Ｚ方向には滑らかに移動し常にＺ下方向に移動力が発生していて下面が送りネジ２４に当接しているので、送りネジ２４に対する追従性がよい。したがって、検出器１７をＺ方向に移動させた後すぐに測定することができる。また、通常、三次元表面粗さ形状は多数のラインの測定値を求めるので、測定に多くの時間がかかり、その間室温が変化する可能性が高いが、次の理由によりその影響が小さい。
（イ）Ｚスライダ１５を支持している送りネジ２４は、ベース１１の嵩上げ部１１ａに設けられた送りナット２３に支持されているので、コラム１３の熱変形の影響を受けない。
（ロ）送りネジ２４のＺ方向の基準はベース１１であるが、その先端２４ｂはベース１１からの距離が短いので、例え送りネジ２４の伸縮があってもその影響が小さい。
さらに、送りネジ２４を低熱膨係数の材料にすると、室温変化の影響を一層小さくすることができる。
【００１７】実施の形態２本発明に係る三次元表面粗さ形状測定機の実施の形態２の全体正面図を図５に示す。実施の形態２は、従来の技術と同じく、Ｚスライダ１５に検出器送り装置を６１取り付け、検出器送り装置６１で検出器６３をＸ方向に移動させ、ワークはＹテーブル６５でＹ方向に移動させるものである。その他は、実施の形態１と同じであるので、詳細の説明は省略する。
【００１８】また、Ｚスライダの案内機構の他の実施の形態を、図６と図７に示す。図６は、実施の形態１（図３）と反対に、Ｚスライダ４２を四角形断面とし、Ｚガイド４１が略コの字形状で、ローラ案内としたものである。つまり、Ｚガイド４１は、主板４１ａの両側に側板４１ｃをネジ４１ｄで固着して略コの字形状を形成し、開放面を前にしてコラム１３にネジ４１ｂで固着している。そして、その内側４面にローラ４１ｅを取り付けて、Ｚスライダ４２の４面を挟むように構成している。ローラ４１ｅは実施の形態１と同様、左側が２個、右側が１個である。図７は、Ｚスライダ５２をリニアガイド５１で案内した方法である。図６や図７のように転がり案内にすると、摩擦力がより小さくなるので、実施の形態２のように、Ｚスライダ１５にオフセットした荷重がかかるような場合には有利である。
【００１９】なお、これ以外に、実施の形態１で後のローラ１５ｅに代えて摺動板１５ｄにする方法、図６のローラ４１ｅの代わりに全て摺動板とする方法等、種々のものが考えられるが、いずれにしても、ＺスライダがＸＹ方向にはガタツキがなく、Ｚ方向には滑らかに移動できて常にＺ下方向に移動力が発生するようになっていれば、どのような構造でもよい。従来の技術で説明したようなＶ字形の案内でも可能である。自重のみではＺ下方向の移動力が安定しないようであれば、バネ等でＺ下方向に荷重をかけてもよい。
【００２０】また、表面粗さ形状測定用の検出器に代えて、輪郭形状測定用の検出器にすると、三次元輪郭形状を測定する場合にも本発明は適用できる。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、三次元表面粗さ形状測定機の表面粗さの検出器を支持するＺスライダを、ＸＹ方向にはガタツキがなく、Ｚ方向には滑らかに移動できて常にＺ下方向に移動力が発生するように構成し、そのＺスライダの下面を、ベースに設けられＸＹ平面に回転自在な送りナットに螺合された送りネジで支持するようにした。
【００２２】したがって、送りネジに対するＺスライダの追従性がよいので、検出器をＺ方向に移動させた後すぐに測定することができる。また、室温の変化があっても、送りネジはベースの嵩上げ部に設けられた送りナットに支持されているので、コラムの熱変形の影響を受けないとともに、送りネジの先端はベースからの距離が短いので、例え送りネジの伸縮があってもその影響が小さい。
【出願人】 【識別番号】０００１５１４９４
【氏名又は名称】株式会社東京精密
【出願日】 平成１０年７月３日（１９９８．７．３）
【代理人】
【公開番号】 特開２０００−１８９０４（Ｐ２０００−１８９０４Ａ）
【公開日】 平成１２年１月２１日（２０００．１．２１）
【出願番号】 特願平１０−２０２８６６