スタイラスの素材はより軽く、より硬く、より硬くなりました

Sep 01, 2023

三次元測定機 (CMM) や工作機械のスタイラスのカタログを参照すると、選択できるさまざまな材料が表示されます。 もちろん、ルビー ボール、超硬シャフト、ステンレス鋼ベースなどの古いスタンバイはまだ存在します。 しかし現在では、窒化ケイ素、ジルコニア、スチール、ダイヤモンド、カーボンファイバー、セラミック、チタンなどが見つかります。 このため、その仕事に最適な素材について多くの疑問が生じます。 この記事では、素材とそのメリットとデメリットについて説明します。

市場の進化に対応して、CMM と工作機械のスタイラスは軽量化、剛性化、耐摩耗性の向上が進んでいます。

現在、CMM や工作機械のプローブ用のスタイラスを選択する際には、材料の選択肢が豊富にあります。

特定の用途に最適な選択がわからない場合は、スタイラスの製造元に問い合わせてアドバイスを求めてください。

最初の CMM では、硬化鋼製の手動位置決めスタイラスが使用されていました。 当時、スタイラスのデザインは、スチール製のステムにろう付けされたスチール製のボール、スチール製のシリンダーの半分、そして中心点を素早く見つけるために穴に押し込まれるように設計されたスチール製のコーンに限定されていました。 オペレータはスタイラスを表面や端に当てて保持するか、穴に押し込み、フット スイッチを踏んでその位置を記録します。

プローブ システムは急速に改良され、スタイラスも同様に改良されました。 初期のタッチトリガープローブは、現在使用されているものと同様のボールスタイラスを使用していました。 ボールはスチール製で、シャフトにはネジがありませんでした。 ネジ山の代わりに、止めネジがシャフトを所定の位置に固定しました。 今日よく知られている、ボール、ステム、ネジ付きベースで構成される 3 ピースのスタイラスは、CMM や工作機械でのタッチ トリガー プローブ ヘッドの普及に伴って 1980 年代に登場しました。

ルビーは今でも、ほとんどの CMM および工作機械用途で選ばれるボール材料です。 ルビーボールは比較的安価で、耐摩耗性に優れています。 炭化タングステンは、その固有の剛性により、スタイラスのシャフトまたはステムに最もよく使用されます。 ステンレス鋼はねじベースの最も一般的な材料です。

では、新しい素材は一体何なのでしょうか？

測定およびプローブ システムが進化するにつれて、スタイラスの要件も進化しました。 今日のプローブ システムの多くは、スタイラスの長さと重量に制限を設けています。 これらの制限により、十分な剛性を備えた軽量化材料の必要性が生じます。 特定の CMM は工場現場で動作するように設計されています。 これらには、温度変動に強い工具が必要です。 手動式の CMM「アーム」は、今日の製造および検査分野で一般的です。 これらの手動 CMM には、手動での使用に耐えられる素材で作られた頑丈なスタイラスが必要です。

一方、工作機械のスタイラスには、いわゆる「メカニカルヒューズ」が組み込まれています。 ほとんどの工作機械のスタイラスは、機械やプローブ ヘッドの損傷を避けるために、衝突時に壊れるように設計されています。

医療部品や電子部品のサイズが縮小するにつれて、スタイラスも縮小します。 少し前までは、1.5 mm 未満のボールを備えたスタイラスは珍しいものと考えられていました。 それらは壊れやすく、調整が難しいと考えられていました。 今日ではそれらは当たり前のことになっています。 この拡大する分野に対応するために、直径 0.2 mm (0.008 インチ) のボールを備えたスタイラスが最近導入されました。 つまり、0.2 mm のボールはこの文の最後にあるピリオドよりも小さいことになります。

これらの変化は、進化する要件を満たすために新しい材料の導入を引き起こしました。 ここでは、スタイラスの主要コンポーネントを構成する材料の概要を示します。1) ボール、2) ステム、3) ネジ付きベースです。

ボール

合成ルビー製のボールは業界標準です。 ルビーはダイヤモンドに次いで硬度が高く、耐摩耗性に優れています。 ルビーは摩擦係数が比較的低いため、連続接触プローブまたは「スキャン」を伴うアプリケーションに適しています。 ただし、未処理のアルミニウムをスキャンすると、ボールの表面にアルミニウムが蓄積する傾向があり、それ以上の使用には適さなくなります。 さらに、研磨面によりルビー ボールに平らな部分が摩耗する可能性があります。 このような用途には窒化ケイ素ボールをお勧めします。