JP2014109580A - 電子ノギス - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリ交換を省略又は先延ばしすることができる電子ノギスを提供する。
【解決手段】本発明の一形態に係る電子ノギス１００は、測定用電力を発電する電子ノギスであって、スケール部材１０２と、スライダ１３０と、スケール部材１０２とスライダ１３０との相対移動量を測定するために構成された信号処理部と、スライダ１３０に搭載された発電機構２０５と、を含む。発電機構２０５は、ユーザーの操作に応じて駆動するギヤ機構２３２と、ギヤ機構２３２に接続されており、駆動するギヤ機構２３２によって供給される力に応じて発電し、且つ信号処理部に電力を供給する発電部２３１と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、概して計測システムに関し、特に使用時に要求される通常操作から発電することができる電子ノギスに関する。

電子位置エンコーダを用いた種々の電子ノギスが知られている。これらのエンコーダは、一般的に低電力の電磁誘導方式、静電容量方式又は磁気方式の位置検出技術に基づくものである。一般的に、エンコーダは、読取ヘッド及びスケールを含む。読取ヘッドは、一般的に読取ヘッドセンサ及び読取ヘッド電子機器を含む。読取ヘッドは信号を出力し、当該信号は測定軸に沿ったスケールに対する読取ヘッドセンサの位置の関数として変化する。電子ノギスにおいて、スケールは、一般的に第１の測定ジョウを含む長いスケール部材に設けられている。読取ヘッドは、スケール部材に沿って移動可能であって、第２の測定ジョウを含むスライダに設けられている。即ち、２つの測定ジョウの間の距離の測定値は、読取ヘッドからの信号に基づいて決定される。例えば、電子ノギスは、特許文献１乃至３に開示されている。低電力消費の必要性が強調されたノギスの技術としては、例えば特許文献２にノギスの電力消費を低減する構成が開示されている。

米国再発行特許第３７４９０号明細書 米国特許第５５７４３８１号明細書 米国特許第５９７３４９４号明細書

低電力構成であっても、バッテリは周期的に交換する必要がある。これは、ユーザーが望まない不便さ及び／又は労力である。バッテリの交換を省略、又は交換時期を大きく延ばすノギスが望ましい。

この要約は、簡易化した形で概念の選択を紹介することで提供され、以下の詳細な説明においても開示されている。この要約は、クレームされた対象における重要な特徴を特定することを意図するものでなく、また、クレームされた対象の範囲を決定するのに役立つものとして用いることを意図するものでもない。

ノギスにおけるバッテリ交換を省略又は先延ばしするために発電するとき、ノギス操作の既存の望ましい態様を変更することをユーザーは望まない。そのため、種々の形態において、ノギスを用いるために要求される通常操作に起因して発電することが望ましく、最も便利である。また、通常操作の感覚が既存のノギスと比較して変化しないことが望ましい。例えば、ユーザーが精密にノギスを操作できワークピースの変形を防ぐようにワークピースに接触する力の良好な制御も実現でき、再現性の高い測定値を得ることができるように、ジョウの開閉に要求される力が比較的低いままが望ましい。

電力を動力源とするノギスは、測定用電力を発電するために構成されており、スケール部材；スライダ；スケール部材とスライダとの相対移動量を測定するために構成された信号処理部；ユーザーがノギスを開く又は閉じることによって、スケール部材を介して与えられる力に応じて駆動するギヤ機構を備え、スライダに固定された発電機構；ギヤ機構に接続され、ギヤ機構が駆動することによって与えられる力に応じて発電するように構成され、信号処理部に電力を供給する発電部を含む。

発電機構は、ユーザーがノギスを開く又は閉じるときに発電する。種々の形態において、発電機構は、ユーザーが最大手動加速度以下でノギスを開く又は閉じる間に、最大２０Ｎ、又は他の形態において１０Ｎ、又はそれ以下の動作抵抗力成分を与えるように構成されている。種々の形態において、発電機構は、ユーザーが最大手動速度以下でノギスを開く又は閉じる間に、最大２０Ｎ、又は他の形態において１０Ｎ、又はそれ以下の動作抵抗力成分を与えるように構成されている。動作抵抗力成分は、慣性成分及び発電部作業成分を含む。発電機構によって与えられる動作抵抗力成分は、スライダの移動によって駆動するように、発電機構に接続されたスライダ機構の動作抵抗力と、スライダの移動が発電機構の幾つかの部材を動作させないように、発電機構から解放されたスライダ機構の動作抵抗力と、の差を決定することによって測定することができる。最大手動加速度及び速度は、ユーザーがノギスを開く又は閉じるときの一般的なノギスによって実現可能な最大手動加速度及び速度を参照する。

幾つかの形態において、ギヤ機構は、ユーザーの操作に応じて力が入力される入力部材と、入力部材と接続された、入力部材よりも大径の第１のアウターギヤと、第１のアウターギヤに駆動される、第１のアウターギヤよりも小径のインナーギヤと、インナーギヤと接続された、インナーギヤよりも大径の第２のアウターギヤと、を含み、第２のアウターギヤは、少なくとも１つの追加ギヤを介して発電部を駆動する。幾つかの形態において、入力部材は、スケール部材に固定されたラックによって駆動する、より小さい又はインナーギヤである。幾つかの形態において、入力部材は、スケール部材の端部で駆動する、より小さな摩擦ローラである。幾つかの形態において、摩擦ローラは、スケール部材の端部に接続する楔状の凹み部を含む。幾つかの形態において、ノギスは、摩擦ローラをスケール部材に付勢するスプリング部材を含む。幾つかの形態において、スプリング部材は、ユーザーによって、アクティブな発電状態に対応する第１の位置と、発電を意図しない非アクティブ状態に対応する第２の位置とに移動可能であり、第１の位置では、スケール部材の端部に摩擦ローラを付勢し、第２の位置では、スケール部材の端部に摩擦ローラを付勢しないように構成されている。

幾つかの形態において、ギヤ機構は、動作抵抗力成分を制限する力制限クラッチを含む。幾つかの形態において、力制限クラッチは、ギヤ機構の入力部材とギヤとの間に配置されており、当該ギヤは力制限クラッチを介して入力部材に接続されている。幾つかの形態において、信号処理部は、発電機構によって生成された電力を蓄積するためのバッテリ及びキャパシタの少なくとも１つを含む。幾つかの形態において、ギヤ機構は、直径ピッチが少なくとも１２０のギヤを含む。幾つかの形態において、発電機構の少なくとも幾つかのギヤは、スケール部材の上側と信号処理部を囲むカバーの内側との間の空間に配置されている。幾つかの形態において、発電機構の少なくとも幾つかのギヤは、スケール部材の下側とスライダにおけるスケール部材の下側の周辺を囲む部分の内側面との間の空間に配置されている。

別の形態において、電力を動力源とするノギスは、測定用電力を発電するために構成されており、スケール部材；スライダ；スケール部材とスライダとの相対移動量を測定するために構成された信号処理部；ユーザーが発電ハンドルを移動させることによって、発電ハンドルを介して与えられた力に応じて駆動し、発電機構を発電させるギヤ機構を含む。発電機構は、ユーザーが発電ハンドルを移動させたときに発電し；発電機構は、ユーザーが最大手動加速度で発電ハンドルを移動させたとき、最大２０Ｎの動作抵抗力成分を与えるように構成されている。

種々の形態において、発電機構は、ユーザーが最大手動速度以下で発電ハンドルを移動させる間、最大２０Ｎ、又は他の形態において１０Ｎ、又はそれ以下の動作抵抗力成分を与えるように構成されている。動作抵抗力成分は、慣性成分及び発電部作業成分を含む。発電機構によって与えられる動作抵抗力成分は、発電ハンドルの移動によって発電するように発電機構と接続された発電ハンドルの動作抵抗力成分と、発電ハンドルが発電機構の任意の部材を動作させないように発電機構から解放された発電ハンドルの動作抵抗力と、の差を決定することによって測定することができる。最大手動加速度及び速度は、ユーザーが発電ハンドルを移動させたときの一般的なノギスによって実現可能な最大手動加速度及び速度を参照する。

幾つかの形態において、ギヤ機構は、動作抵抗力成分を制限する力制限クラッチを含む。幾つかの形態において、ギヤ機構は、発電ハンドルを介して与えられる力によって駆動する入力部材を含み、力制限クラッチは、入力部材とギヤとの間に配置され、当該ギヤは、力制限クラッチによって入力部材に接続されている。幾つかの形態において、力制限クラッチは、最大１０Ｎに動作抵抗力成分を制限するために構成されている。

幾つかの形態において、ギヤ機構は、発電ハンドルを介して与えられる力によって駆動するギヤ及び摩擦ローラのいずれかを有する入力部材を含む。幾つかの形態において、入力部材は、発電ハンドルに接続されたラックによって駆動するギヤを含む。幾つかの形態において、発電ハンドルの平面によって駆動する摩擦ローラを含む。幾つかの形態において、ノギスは、発電ハンドルに摩擦ローラを付勢するスプリング部材を含む。

幾つかの形態において、ギヤ機構は、ユーザーの操作に応じて力が入力される入力部材と、入力部材と接続された、入力部材よりも大径の第１のアウターギヤと、第１のアウターギヤに駆動される、第１のアウターギヤよりも小径のインナーギヤと、インナーギヤと接続された、インナーギヤよりも大径の第２のアウターギヤと、を含み、第２のアウターギヤは、少なくとも１つの追加ギヤを介して発電部を駆動する。

幾つかの形態において、ギヤ機構は、最大で６個のギヤを含む。
幾つかの形態において、発電ハンドルは、スライダに拘束されている。
幾つかの形態において、ギヤ機構は、単位インチあたり少なくとも８０の直径ピッチを有するギヤを含む。
幾つかの形態において、発電ハンドルの動作範囲は、最大２．５インチ、又は他の形態において１．２５インチ、又はそれ以下に制限されている。
幾つかの形態において、ギヤ機構は、最大０．１５インチの歯幅を有するギヤを含む。

幾つかの形態において、発電ハンドルは、対向するいずれの方向にユーザーが発電ハンドルを移動させても、同じ方向に入力部材を駆動させる往復部材に接続されている。幾つかの形態において、往復部材は、異なる時に同じギヤを互いに駆動し、発電ハンドルの移動方向に依存する上側及び下側のラックを含む。

幾つかの形態において、発電機構の少なくとも幾つかのギヤは、スケール部材の上側と信号処理部を囲むカバーの内側との間の空間に配置されている。

幾つかの形態において、発電機構の少なくとも幾つかのギヤは、スケール部材の下側とスライダにおけるスケール部材の下側の周囲を囲む部分の内側面との間の空間に配置されている。

幾つかの形態において、ノギスは、復帰スプリングを含み、復帰スプリングは、復帰スプリングが力を蓄積する方向にユーザーが発電ハンドルを移動させてから当該発電ハンドルを離したときに、発電ハンドルのスタート位置に当該発電ハンドルを復帰させるための力を蓄積する。

上述の態様及び本発明の付随する多くの効果は、以下の詳細な説明を参照することによって、よく理解される。
図１は、本明細書に開示の原理に適用することができる、ハンドツールタイプのノギスの分解図である。 図２は、ノギスに組み込まれた発電機構の第１の実施の形態の図である。 図３Ａは、ノギスに組み込まれた発電機構の第２の実施の形態の図である。 図３Ｂは、ノギスに組み込まれた発電機構の第２の実施の形態の異なる図である。 図４Ａは、ノギスに組み込まれた発電機構の第３の実施の形態の一部を示す図である。 図４Ｂは、ノギスに組み込まれた発電機構の第３の実施の形態の一部を示す異なる図である。 図５は、ノギスに組み込まれた発電機構の第４の実施の形態の一部を示す図である。 図６は、ノギスに組み込まれた発電機構の第５の実施の形態の図である。 図７は、図６の発電機構の詳細な分解図である。 図８Ａは、ノギスに組み込まれた発電機構の第６の実施の形態の詳細図である。 図８Ｂは、ノギスに組み込まれた発電機構の第６の実施の形態の異なる詳細図である。 図９Ａは、ノギスに組み込まれた発電機構の第７の実施の形態の図である。 図９Ｂは、ノギスに組み込まれた発電機構の第７の実施の形態の図である。 図１０は、ノギスに組み込まれた発電機構の第８の実施の形態の図である。 図１１は、ユーザーが発電機構のハンドルを移動させたとき、同じ回転方向に入力ギヤが回転するように構成され、ノギスに組み込まれた発電機構に組み込むことができる往復部材の一部を示す図である。 図１２は、ノギスに組み込まれた発電機構の第９の実施の形態の図である。

＜第１の実施の形態＞
図１は、本明細書に開示された発電原理を適用することができるハンドツールタイプのノギス１００の一実施の形態の分解図である。この例において、ノギス１００は、磁気方式又は電磁誘電方式のセンサアセンブリ１５８、及び細長いスケール部材１０２に沿って溝１２７内に配置されたスケールトラック１２６（部分的に切り取った部分に示されている。）を含むスケール基板１２５を含む。スライダ機構１７０は、スライダ１３０に固定された電装部１６０を含む。磁気方式又は電磁誘電方式のセンサアセンブリ１５８は、電装部１６０内に組み込まれている。

ノギス１００の全体的な機械構造及びユーザーによる操作は、同一出願人による米国特許第５９０１４５８号明細書に説明されている。スケール部材１０２は、種々の溝及び／又は略矩形断面内に組み込まれた他の機構を含む剛体又は半剛体の棒体である。スケール基板１２５は、溝１２７に接合され、スケールトラック１２６は、電装部１６０に含められたセンサアセンブリ１５８の関連する部材（図示を省略）と協働するスケール部材を含み、例えば、米国再発行特許第３７４９０号明細書、米国特許第５９０１４５８号明細書及び米国特許第６４００１３８号明細書に開示された既に公知の電子ノギスに用いられているスケール部材と同様である。一組のジョウ１０８及び１１０は、スケール部材１０２の第１の端部近傍に一体的に形成されている。対応する一組のジョウ１１６及び１１８は、スライダ１３０に形成されている。ワークピースの外形寸法は、ジョウ１０８と１１６との一組の対向面１１４の間に当該ワークピースを配置することによって測定される。同様に、ワークピースの内形寸法は、当該ワークピースの対向する内側面にジョウ１１０と１１８との一組の対向面１２２を配置することによって測定される。参照されるゼロ位置において、対向面１１４は互いに隣接し、対向面１２２は揃えられ、そして、ノギス１００によって測定される外形及び内形の寸法は、ゼロを指す。

測定された寸法は、ノギス１００の電装部１６０のカバー１４０に搭載されたデジタルディスプレイ１４４に表示される。電装部１６０は、押しボタンスイッチ１４３、１４１及び１４２（即ち、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ、モードスイッチ、及びゼロセットスイッチ）を含み、信号処理及び表示回路基板１５０は、読取ヘッド信号処理及び制御回路１５９を含む。図１に示す一形態において、信号処理及び表示回路基板１５０の下面は、スケール部材１０２のいずれか一方の側で、スライダ１３０の上面に隣接するように固定されている。

図１に示すタイプと似た幾つかのノギスは、電装部１６０に接続される一以上のバッテリを動力源としている。例えば、米国特許第４９６３８１１号明細書（以下、８１１特許という。）は、ソーラーセルを有する類似のノギスに電力が供給されることが開示されている。当該“８１１特許”には、ソーラーコレクター、蓄積装置（即ち、蓄積容量）、及び電力制御回路を含む電力マネージメントシステムが開示されている。ソーラーコレクターがノギスを動作させるために要求される電力より大きな電力を供給すると、電力制御回路は、予備エネルギーを蓄積するために、蓄積装置にソーラーコレクターを接続する。ノギスは、時々、蓄積されたエネルギーだけで動作することができる。

本開示の目的のために、電装部１６０は、“８１１特許”の電力マネージメントシステムと類似の電力マネージメント部１５６を含むことができる。電力マネージメント部１５６は、エネルギー蓄積装置１５６ｅｓ、及び電力調整及び制御回路１５６ｐｃを含む。エネルギー蓄積装置１５６ｅｓは、例えば、ノギス１００を操作するための電力を蓄積するバッテリ又はキャパシタである。電力調整及び制御回路１５６ｐｃは、本明細書に開示のように生成された電力を蓄積及び使用するために、上述した及び／又は“８１１特許”と同様の電力及びエネルギーマネージメント機能を提供し、交流電流及び交流電圧の形で供給する。そのため、電力調整及び制御回路１５６ｐｃは、ブースト及び以降の図に示される発電部からのＡＣ電圧を上昇及び整流する整流回路も含むことができ、ＡＣ電圧は、エネルギー蓄積装置１５６ｅｓによって蓄積され、ノギス１００を動作させるために用いられる。ブースト及び整流回路としては、例えば、“環境発電出願のための高効率が実現される整流器及び電圧上昇回路”（Adv．Radio Sci.,6:219-225,2008）に開示されている。幾つかの形態において、幾つかの、又はすべての電力整流及び制御回路１５６ｐｃは、信号処理及び制御回路１５９と統合され、及び／又は信号処理及び制御回路１５９から区別できない。

当然のことながら、上記では磁気方式又は電磁誘導方式のノギスについて説明したが、図２乃至５に記載されている原理は如何なる検出方式のノギスにも適用することができる。例えば、静電容量方式の検出技術を用いたノギスに、図２乃至５に記載されている特徴を利用することもできる。

図２は、ノギス２００に組み込まれた発電機構２０５の第１の実施の形態の図である。ノギス２００は、ノギス１００と略等しく、そのため、相違点のみを図２を参照して説明する。スケール部材２０２の幾つかの部材は、発電機構２０５の種々の部材がより明確に示されるように、図２から省略している。ラック２２０は、スケール部材２０２に接続されるギヤ歯を含み、又は、スケール部材２０２の一部として組み上がられたギヤ歯を含む。図２に示す本形態において、ラック２２０は、スケール２０２の内側において溝２０２２ｒｇに配置されている。溝２０２ｒｇは、ラックによって駆動するギヤ２０１Ａｉ（後述）のための隙間を与えるのに十分な大きさである。

図２で示されるように、発電機構２０５は、（図１に示すように、スライダ機構１７０に用いられた）スライダ２３０に一体化されて共に移動する。発電機構２０５は、ギヤ機構２３２及び発電部２３１を含む。ギヤ機構２３２は、スケール部材によって駆動する入力部材を含み、本形態の入力部材は、ラック２２０によって駆動し、大径ギヤ２３２Ａに接続又は一体化されたインナーギヤ２３２Ａｉである。また、入力部材は、ギヤ２３２Ａによって駆動し、大径ギヤ２３２Ｂに接続又は一体化されたギヤ２３２Ｂｉを含む。当然のことながら、ギヤ２３２Ｂのギヤ歯の速度は、測定を実行するためにノギスを開く及び／又は閉じる通常操作の間で、ユーザーがノギス２００のスケール部材２０２及びラック２２０を移動させたとき、高いＲＰＭで良好に発電部２３１が発電するように、本構成によってラック２２０の速度よりも速い。

ギヤ機構２３２は、また、発電部２３１の軸に接続され、ギヤ２３２Ｂによって（直接又は遊びギヤ等を介して）駆動するギヤ２３１ｇｇを含む。ギヤ機構２３２の種々のギヤは、スライダ２３０に位置付けされた軸で回転する。幾つかの形態において、発電部２３１の軸は、電装部１６０の適切な位置に片持ち支持されている。スライダ２３０は、本開示に基づいて当業者にとって明らかな発電機構２０５に適用する必要がある他の機能を含めることができる。

要約すると、操作中、ジョウ１１６及び１１８に対してジョウ１０８及び１１０を移動させて測定を実行するために、ユーザーがスライダ機構１７０を移動させると、スライダ２３０がラック２２０に対して移動し、それによって、駆動するギヤ機構２３２は、ノギス２００の通常操作から発電するために発電部２３１の回転部（例えば、磁気回転子）が回転する。

発電部２３１は、商業的に腕時計に用いられる発電部と略等しい。例えば、発電部としては、Kinetronのマイクロジェネレータ、及び／又は米国特許第５９２３６１９号明細書及び／又は米国特許第６１２４６４９号明細書に開示されているマイクロジェネレータを用いることができる。発電部２３１は、破線で概略的に示された導線２３１ｗを有し、導線２３１ｗは上述した電力マネージメント部１５６に接続されている。

上述した形態において、ギヤ機構２３２は、操作中にユーザーがスライダ２３０を移動させるであろうと想定される速度において、比較的高効率な発電を実現できる回転レート（例えば、１０００〜１００００ＲＰＭ）で発電部２３１を回転させるようなギヤ比を有する。これは、比較的高いギヤ比である。しかしながら、種々の形態において、ユーザーがノギスを開く又は閉じた時に発電機構２０５が発電することが好ましく、ユーザーがノギスを開く又は閉じる間に略２０Ｎの動作抵抗力成分を与える。出願人は、当該力成分が約２０Ｎを超えると、通常操作力（例えば、摺動抵抗）と当該力との組み合わせが、ノギスを扱い辛く及び／又は疲労させたり、測定中にユーザーに感覚の不明確又は低下を頻繁に生じさせたりすることを見出した。そのため、抵抗力成分が最大約２０Ｎであるノギスをユーザーは好み、それより高い抵抗力成分を好まない。さらに、抵抗力成分が２０Ｎよりもむしろ最大約１０Ｎであるノギスをユーザーは好む。

当然のことながら、動作抵抗力成分は、スケール部材とギヤ機構の入力部材との間、本形態ではラック２２０と入力ギヤ２３２Ａｉとの間で与えられる。動作抵抗力成分は、主としてギヤ機構２３２と発電部２３１との慣性に起因して生じ、例えば、発電部２３１で生じる磁気力及び発電機構２０５での摩擦に起因して生じ、種々のギヤの半径関係によっても影響を受ける。つまり、幾つかの形態において、ギヤ慣性、ギヤ半径等の適当な組み合わせは、ユーザーが最大加速度及び／又は速度でスケール部材２０２に対してスライダ機構１７０を移動させたとき、発電機構２０５によって与えられる動作抵抗力成分が最大約２０Ｎ又は他の形態において１０Ｎ、又はそれ以下になるように、本開示に基づいて決定（例えば、解析又は実験によって）される。当然のことながら、図２に示され、上述した個々のギヤは、一例であって限定されない。例えば、遊星ギヤ機構が他の形態で用いることができる。これら及び代替手段は、本開示の教示に基づいて当業者によって明確である。

＜第２の実施の形態＞
図３Ａ及び３Ｂは、ノギス３００に組み込まれた発電機構３０５の第２の実施の形態を示す。ノギス３００は、ノギス２００と略等しく、符号３ＸＸが付された各部材は、ノギス２００の部材２ＸＸと同様又は類似である。そのため、相違点のみを図３Ａ及び３Ｂに基づいて説明する。特に、ギヤ機構３３２は、図３Ａ及び拡大された図３Ｂに示され、また、以下に説明する力制限クラッチ３３２Ｃを含む点で、ギヤ機構２３２と相違する。

上述したように、ユーザーがノギスを開く又は閉じた時に発電機構３０５が発電すると、ノギスをユーザーが開く又は閉じる間に最大略２０Ｎの動作抵抗力成分を生成する。出願人は、当該力成分が略２０Ｎを超えると、通常操作力（例えば、摺動抵抗）及び当該力の組み合わせが、ノギスを扱い辛く及び／又は疲労させたり、測定中にユーザーに感覚の不明確又は低下を頻繁に生じさせたりすることを見出した。抵抗力成分が最大約２０Ｎであるノギスをユーザーは好み、それより大きな抵抗力成分を好まない。さらに、抵抗力成分が２０Ｎよりもむしろ最大約１０Ｎであるノギスをユーザーは好む。即ち、種々の形態において、力制限クラッチ３３２Ｃは、最大加速度及び／又は速度でスケール部材に対してスライダ機構をユーザーが手動によって移動させたときに、最大２０Ｎ又は他の形態では１０Ｎ、又はそれ以下で動作抵抗力成分が発電機構３０５によって生成されるように、本形態に基づいて構成されている。言い換えると、発電機構３０５が約２０Ｎ（他の実施形態では、１０N、またはそれ以下）を超える動作抵抗力成分をラック３２０に沿って生成するようにスライダ機構が移動されると、ギヤ機構３３２及び発電部３３１の部材の損傷や過剰な摩擦を避けるような所望レベルに動作抵抗力成分を制限するために、ラック３２０からギヤ機構３３２（及び発電部３３１）の少なくとも一部が滑る及び／又は効果的に離れる又は切り離れるように、力制限クラッチ３３２Ｃは設定される。

当然のことながら、これは発電部３３１の駆動を効果的に切り離すことができ、動作抵抗力成分を完全に制限するために発電が犠牲になる。しかしながら、動作抵抗力成分がクラッチ３３２Ｃによって決定された制限を下回れば、ギヤ機構３３２（及び発電部３３１）はラック３２０に効果的に再係合又は接続し、再び発電する。

さらに、クラッチの存在は、望ましい設計トレードオフを与える。例えば、幾つかの形態において、クラッチを備えていない発電機構２０５と比較して、クラッチが制限を与えるので、動作抵抗力成分を制限するために発電機構３０５の全体のギヤ比を構成する必要がない。それどころか、例えば、低いスライダ速度で発電部の高いＲＰＭが得られるように、ギヤ比を高くし、低いスライダ速度でより有利に発電するようにできる。ギヤ比を控えめに制限する必要がないので、最も一般的なノギスの操作動作において、発電機構２０５でより多くの電力を生成することができる。

力制限クラッチ３３２Ｃの一つの単純化された形態を図３Ｂに拡大して示す。力制限クラッチ３３２Ｃは、インナーギヤ３３２Ａｉに接続された上側クラッチ部材３３２Ｃｔ、及びアウターギヤ３３２Ｂに接続された下側クラッチ部材３３２Ｃｂを含む。これらの部材の向かい合う凸凹(ridged surface)は、クラッチインターフェース３３２Ｃｉｎｔで交わる。図では、互いの対向面が離れている状態でこれらの部材を示しているが、これは分かりやすくするためである。操作中において、これらの部材は、留め具３３２Ｃｆによってインナーギヤ３３２Ａｉに対して圧縮されたクラッチプレロードスプリング３３２Ｃｐｓの力によって、互いに噛み合うように付勢されている。留め具３３２Ｃｆは、下側クラッチ部材３３２Ｃｂ及び／又はアウターギヤ３３２Ａに接続された軸（図示を省略）を締め付ける。

通常の操作において、クラッチプレロードスプリング３３２Ｃｐｓは、軸に沿って下方に摺動するように、上側クラッチ部材３３２Ｃｔを押し込み、クラッチ部材の向かい合う凹凸をクラッチインターフェース３３２Ｃｉｎｔで噛み合わせる。トルクは当該インターフェースを介して伝達され、インナーギヤ３３２Ａｉがアウターギヤ３３２Ａを駆動させる。クラッチプレロードスプリング３３２Ｃｐｓは、インナーギヤ３３２Ａｉでのラックの力が所望の動作抵抗力成分を超えると、クラッチインターフェース３３２Ｃｉｎｔでの向かい合う凹凸の力／トルクによって、上側クラッチ部材３３２Ｃｔが下側クラッチ部材３３２Ｃｂの凹凸を滑って乗り越えるように、設定及び／又は調整される（例えば、留め具３３２Ｃｆを調整することによって）。これにより、効果的にインナーギヤ３３２Ａｉがアウターギヤ３３２Ａから離れて、インナーギヤ３３２Ａｉがより自由に回転でき、且つラック３２０の動作抵抗力成分が所望レベルに低減する。

当然のことながら、図３Ａ並びに３Ｂに示され、上述のような特定の簡略化されたクラッチ構成は、一例であって限定されない。例えば、平面の抵抗板を凹凸部材の代わりに用いることができ、及び／又は円錐部材又は円柱部材をクラッチインターフェースに形成することができ、及び／又はベアリング又は、磨耗を低減するための他の部材を種々の支持部に加えることができ、及び／又はクラッチ部材の直径及び種々の他の部材を代えることができ、又はクラッチは適切なギヤを用いた異なる平面を向かい合わせることなどで構成できる。これら及び代替手段は、本開示の教示に基づいて当業者によって明確である。

図３Ａは、発電部３３１の一形態の詳細を加えて示す。発電部３３１は、ギヤ３３１ｇｇ（本形態では、遊びギヤを含む。）によって駆動するコイル３３１ｃ、固定子３３１ｓ及び磁気ロータ３３１ｍｒを含む。磁気ロータ３３１ｍｒは、ギヤ３３１ｇｇに接続された軸（図示を省略）に接続されている。幾つかの形態において、磁気ロータ３３１ｍｒは、米国特許第５２２９７３８号明細書に開示されているようなマルチ−ポールSmCo合金磁石でもよい。アウターギヤ３３２Ｂは、ギヤ３３１ｇｇを回転させ、それにより、コイル３３１ｃに対して磁気ロータ３３１ｍｒの回転を生じさせ、隣接信号処理及び表示回路基板（例えば、回路基板１５０）に接続される結線３３１ｗを介して電力マネージメント部１５６にＡＣ電源として伝送される電力を生成する。

当然のことながら、ノギス３００の発電機構３０５の部材がノギス２００の部材と略等しい構成に示されているが、各々の部材の形態は、本開示の教示に基づいて当業者が理解できるように、幾つもの適切なノギス構成に適用することができる。

＜第３の実施の形態＞
図４Ａ及び４Ｂは、ノギス４００に組み込まれた発電機構４０５の第３の実施の形態の一部を示す図である。ノギス４００は、ノギス２００又は３００と略等しく、発電機構４０５は、発電機構２０５又な３０５と略等しく、符号４ＸＸが付された各部材は、ノギス２００の部材２ＸＸ又はノギス３００の部材３ＸＸに類似している。そのため、相違点のみを図４Ａ及び４Ｂを参照して詳細に説明する。特に、ギヤ機構４３２は、ギヤ機構２３２及び３３２と異なり、既に説明された入力ギヤ（例えば、ギヤ２３２Ａｉ又は３３２Ａｉ）の機能を提供する入力部材が、アウターギヤ４３２Ａに接続された摩擦ローラ４３２Ａｉである。摩擦ローラ４３２Ａｉは、摩擦を介してスケール部材４０２の端部に接続されており、それにより、アウターギヤ４３２Ａを駆動させるために回転する。即ち、ノギス２００及び３００と比較して、ラック（例えば、ラック２２０又は３２０）及びスケール部材の関連した溝は、省略することができる。

その他の点においては、ギヤ機構４３２をギヤ機構２３２又は３３２と同様又は類似にすることができること、そして、摩擦ローラの構成に対応させるために種々のギヤ、軸、孔、凹み部の配置が調整されることを除いては、スライダ４３０をスライダ２３０又は３３０と略等しくできることが理解されるであろう。一形態において、摩擦ローラ４３２Ａｉ及びアウターギヤ４３２Ａは、スライダ４３０に支持された軸４３２Ａａ（図４Ｂを参照）で回転するように搭載される。

図示された形態において、軸４３２Ａａは、スライダ４３０の係合溝内で短い距離摺動可能であって、且つ摩擦ローラ４３２Ａｉの位置から自由度を提供する軸支持４３２Ａａｓに搭載されている。スケール部材４０２に対する摩擦力は、図４Ａ及び４Ｂによって理解されるように、摩擦ローラ４３２Ａｉで回転するベアリング４３２Ａｉｂに対して圧縮スプリング４３２Ａｉｐｓを接続又は離間することによって、提供又は解除することができる。

図４Ｂに示す本形態において、摩擦ローラ４３２Ａｉは、圧縮スプリング４３２Ａｉｐｓから力が与えられることによって、スケール部材４０２に対して増加する摩擦力を生じさせる楔状の凹み部４３２Ａｉｗを含む。同様の楔状の凹みローラは、同一出願人による米国特許第７５３３４７４号明細書に説明されている。

一形態において、圧縮スプリング４３２Ａｉｐｓからカバー（例えば、カバー１４０）まで延びる、又はカバーを通って延びるボタン又はスライダを介して、ユーザーは、圧縮スプリング４３２Ａｉｐｓを移動させることができる（例えば、図４Ａの両端矢印によって示すように）。圧縮スプリング４３２Ａｉｐｓが摩擦ローラ４３２Ａｉに向かって動作すると、圧縮スプリング４３２Ａｉｐｓが摩擦ローラ４３２Ａｉによって歪むような位置関係であり、摩擦ローラ４３２Ａｉが高い摩擦力でスケール部材４０２に接続するような力を発現する。圧縮スプリング４３２Ａｉｐｓが摩擦ローラ４３２Ａｉから離れる方向に撤退すると、スケール部材４０２への摩擦力が実質的になくなるように摩擦ローラ４３２Ａｉが離れて、圧縮スプリング４３２Ａｉｐｓが摩擦ローラ４３２Ａｉに力を付与しない。これは、ユーザーに“アクティブ”と“非アクティブ”発電状態とを切り替えさせる。

図４Ａ及び４Ｂは、“アクティブ”状態を示す。“非アクティブ”状態は、スライダ機構の動作に対する摩擦量を減少させるときに、好都合である。ノギス４００は、ユーザーがノギス４００に供給する電力のこれ以上の蓄積を必要としない場合、“アクティブ”から“非アクティブ”状態に切り替わる。当該状態は、ユーザーの入力によって切り替わり、又は幾つかの形態において、当該状態は、ノギス４００が十分なレベルに蓄積された電力を有する場合、自動的に切り替わる。

当然のことながら、上述の切り替え機構は、任意である。幾つかの形態において、圧縮スプリング４３２Ａｉｐｓは、摩擦ローラ４３２Ａｉが常に接続されるような位置に固定されている。幾つかの形態において、十分にタイトな組立公差は維持され、圧縮スプリング４３２Ａｉｐｓ及び摺動する軸支持４３２Ａａｓは省略され、軸４３２Ａａは、摩擦ローラ４３２Ａｉとスケール部材４０２との間で所望の摩擦力を生成する位置で、スライダ４３０に直接に搭載される。当然のことながら、図４Ａ及び４Ｂに示され、上述した特定の簡略化された圧縮スプリングの構成は、一例であって限定されない。力制限クラッチは、必要に応じてギヤ機構４３２（例えば、一形態において、ギヤ４３２Ｂｉとアウターギヤ４３２Ｂとの間）に組み込むことができる。これら及び代替手段は、本開示の教示に基づいて当業者によって明確である。

＜第４の実施の形態＞
図５は、ノギス５００に組み込まれた発電機構５０５の第４の実施の形態の一部を示す図である。ノギス５００は、ノギス２００又は３００と略等しく、発電機構５０５は、発電機構２０５又は３０５と略等しく、符号５ＸＸが付された各部材は、ノギス２００の各部材２ＸＸ又はノギス３００の３ＸＸと同様又は類似する。そのため、相違点のみを図５を参照して詳細に説明する。

特に、ギヤ機構５０５は、ギヤ機構２３２及び３３２と異なり、ギヤ機構５０５の少なくとも幾つかのギヤがスケール部材５０２の上側と信号処理部を囲むカバー（例えば、図１に示すカバー１４０）の内側との間の空間に配置されている。加えて、上述した入力ギヤ（例えば、ギヤ２３２Ａｉ又は３３２Ａｉ）の機能を提供する入力部材は、摩擦ローラ５３２Ａｉであり、アウターギヤ５３２Ａに接続されている。摩擦ローラ５３２Ａｉは、上述した摩擦ローラ４３２Ａｉと同様又は類似し、摩擦を介してスケール部材５０２の端部に接続されており、アウターギヤ５３２Ａを駆動させるために回転する。加えて、摩擦ローラ５３２Ａｉは、クラッチ３３２Ｃと類似した方法で力制限機能を与えることもできる。

図示された形態において、軸５３２Ａａは、スケール部材５０２への自由度を有するように、軸支持スロット５３２Ａｓｌｏｔで保持されたベアリングを含み、図５で理解されるように、所望の摩擦力を与えるための圧縮スプリング（図示を省略）によってスケール部材５０２の端部に対して付勢されている。摩擦ローラ５３２Ａｉは、高い抵抗係数を有するポリマースリーブ又はコーティングを含み、スケール部材５０２を付勢する。

上述のように、ギヤ機構５０５の少なくとも幾つかのギヤは、スケール部材５０２の上側と信号処理部を囲むカバーの内側との間の空間に配置されている。図示された形態において、例えば、ギヤ５３２Ａ、５３２Ｂｉ及び５３２Ｂだけでなく発電部５３１も当該空間に配置されることで、効率的な機構である利点を有する。この特定の形態において、ギヤ及び発電部は、回路基板５５０（破線で示す）とカバーとの間にある。ギヤ５３２Ｂ及び発電部５３１のための軸は、回路基板内又は上に（例えば、嵌め込まれ、又は回路基板５５０に搭載された搭載フレーム上に）固定されている。軸及び／又は搭載フレームは、ギヤ及び発電部に対する種々の電子部材のための空隙を提供するために構成する。

その他の点においては、ギヤ機構５３２をギヤ機構２３２又は３３２と同様又は類似にできること、そして、種々の回路部材、ギヤ、軸、孔及び凹み部の配置が上述のように調整されることを除いては、ノギス５００をノギス２００又は３００と略等しくできることが理解されるであろう。力制限クラッチは、必要に応じてギヤ機構５３２（例えば、一形態において、摩擦ローラ４３２Ａｉとアウターギヤ４３２Ａとの間）に組み込むことができる。これら及び代替手段は、本開示の教示に基づいて当業者によって明確である。

＜第５の実施の形態＞
図６は、ノギス６００に組み込まれた発電機構６０５の第５の実施の形態の図である。ノギス６００は、ノギス１００等と略等しく、そのため、相違点のみを図６を参照して説明する。スケール部材６０２の幾つかの部材は、発電機構６０５の種々の部材が明確に示されるように、図６から省略している。図６に示すように、発電機構６０５は、（図１に示すように、スライダ機構１７０に用いられた）スライダ６３０に一体化されて共に移動する。発電機構６０５は、ギヤ機構６３２、発電部６３１及び発電ハンドル６１０を含む。本形態において、発電ハンドル６１０は、ギヤ歯を含むラック６１０Ｒに接続されている。ユーザーによって（即ち、ユーザーの右手の親指によって他の指でノギスを保持しながら）操作された発電ハンドル６１０は、ラック６１０Ｒを駆動させる。発電ハンドル６１０は、サポートガイド６１０Ｇの溝に拘束されることによって直接、又は図示するように当該溝に拘束されることによって案内されるラック６１０Ｒに固定されることで案内される。サポートガイド６１０Ｇは、スライダ６３０に固定又は一体化されている。幾つかの形態において、発電ハンドル６１０は、ノギスカバー（即ち、カバー１４０）に組み込まれた代替又は嵌合ハンドルサポートで拘束されることによって案内されることもできる。

ギヤ機構６３２は、入力部材を含み、本形態の入力部材は、ラック６１０Ｒによって駆動し、大径ギヤ６３２Ａに接続又は一体化されたインナーギヤ６３２Ａｉである。また、入力部材は、ギヤ６３２Ａによって駆動するギヤ６３２Ｂを含む。また、入力部材は、ギヤ６３２Ｂによって駆動し、大径ギヤ６３２Ｃに接続又は一体化されたインナーギヤ６３２Ｃｉ（図６に示されておらず、図７に示されている。）を含む。また、入力部材は、ギヤ６３２Ｃ（図６に示されておらず、図７に示されている。）によって駆動し、大径ギヤ６３２Ｄに接続又は一体化されたインナーギヤ６３２Ｄｉ（図６に示されておらず、図７に示されている。）を含む。また、入力部材は、ギヤ６３２Ｄによって駆動し、大径ギヤ６３２Ｅに接続又は一体化されたインナーギヤ６３２Ｅｉを含む。ギヤ６３２Ｅのギヤ歯の速度は、ユーザーが発電ハンドル６１０及びラック６１０Ｒを移動させたとき、高いＲＰＭで良好に当該発電部６３１が駆動するように、本構成によってラック６１０Ｒの速度よりも速い。

ギヤ機構６３２は、また、発電部６３１の軸に接続され、ギヤ６３２Ｅによって（直接又は遊びギヤ等を介して）駆動するギヤ６３１ｇｇ（図６に示されておらず、図７に示されている。）を含む。ギヤ機構６３２の種々のギヤは、スライダ６３０の孔（図示を省略）に位置付けされた軸で回転する。または、幾つかの形態において、発電部６３１の軸は、電装部１６０の適切な位置に片持ち支持される。スライダ６３０は、本開示に基づいて当業者にとって明らかな発電機構６０５に適用する必要がある他の機能を含めることができる。

要約すると、操作中、ユーザーが発電ハンドル６１０を移動させると、それによって、ギヤ機構６３２が駆動し、ギヤ機構６３２の各部材が発電部６３１の回転部分（例えば、磁気回転子）を回転させて、発電する。幾つかの形態において、発電ハンドル６１０及び／又はラック６１０Ｒは、スライダに端部が直接的又は間接的に接続された復帰スプリング６１０ＲＳに接続されている。ユーザーが発電ハンドル６１０を移動させると、発電ハンドル６１０が戻る間に追加の発電を行うために、復帰スプリング６１０ＲＳが伸長又は圧縮し、当該復帰スプリング６１０ＲＳは、そのスタート位置に（ユーザーが発電ハンドル６１０を離した時に）発電ハンドル６１０を戻すためのエネルギーを蓄積する。または、復帰スプリング６０１ＲＳは省略することができ、ユーザーが両方向にハンドルを操作するための力を単に与えてもよい。

上述した形態において、ギヤ機構６３２は、操作中にユーザーが発電ハンドル６１０を移動させるであろうと想定される速度において、比較的高効率な発電を実現できる回転レート（例えば、１０００〜１００００ＲＰＭ）で発電部６３１を回転させるようなギヤ比を有する。しかしながら、種々の形態において、ユーザーが発電ハンドル６１０を移動させた時に発電機構６０５が発電することが好ましく、最大略２０Ｎの動作抵抗力成分を与える。

図６に示す本形態では、便利に且つ人間工学的な方法で、ユーザーが親指で発電ハンドル６１０を移動させることができる。発電ハンドル６１０をスライダ６３０に対して親指で移動させるために、発電ハンドル６１０のための操作距離が短いことが好ましい。それにもかかわらず、ギヤ機構６３２は、高いＲＰＭを可能にするための発電部の動きを維持するために、複数の回転子を介して駆動する。幾つかの形態において、発電ハンドル６１０の操作範囲は、最大２．５インチ、又は他の形態において１．２５インチ、又はそれ以下に制限される。

上述のように、望ましい人間工学のために発電ハンドル６１０の動作範囲が制限される本形態においては、十分な時間、十分な回転速度で発電部６３１を駆動させるために高いギヤ比を用いることが望ましい。ギヤの歯幅のために許容できる限られた空間内で高いギヤ比を得るために、少なくとも４個のギヤ部材を含むギヤ機構のための幾つかの形態が必要である。しかしながら、経済的及び人間工学的な理由のためにギヤの数を制限することも望ましい。そのため、幾つかの形態において、ギヤ機構６３２は、最大で６個のギヤを含む。比較的大きい直径ピッチを有するギヤは、発電部６３１において十分な回転速度を達成するためにより少ないギヤを実現する。すなわち、幾つかの形態において、少なくとも８０以上の直径ピッチを有するギヤを含むギヤ機構が望ましい。

高いギヤ比は、早期の故障又は摩耗に繋がるギヤ歯に伝達される動作抵抗力に対する設計検討によって制限される。本明細書に開示された幾つかの形態で決定され、ギヤ機構が少なくとも０．０７５インチ（例えば少なくとも比較的小さい直径のギヤ）の歯幅を有するギヤを含むことが望ましい。また、本明細書に開示された幾つかの形態で決定され、ノギスの大きさ及び他の設計検討を小型化するために、ギヤ機構が最大０．１５インチの歯幅を有するギヤを含むことが望ましい。

動作抵抗力成分は、ギヤ機構の発電ハンドル６１０と入力部材との間、本形態ではラック６１０Ｒと入力ギヤ６３２Ａｉとの間で生じる。動作抵抗力成分は、ギヤ機構６３２と発電部６３１との慣性、発電部６３１で生じた磁気力、及び発電機構６０５の摩擦力を主として生じ、種々のギヤの半径相互の関連性によっても影響される。即ち、種々の形態において、ギヤの慣性、ギヤの半径等の適切な組み合わせは、期待される最大の加速度及び／又は速度で発電ハンドル６１０が移動するように、ユーザーが発電ハンドル６１０を移動させたとき、発電機構６０５によって与えられる動作抵抗力成分が最大で略２０Ｎ、又は他の形態において１０Ｎ、又はそれ以下になるように、本開示（例えば、解析及び／又は実験）に基づいて決定される。

当然のことながら、図６に示され、上述した詳細なギヤ構造は、一例であって限定されない。例えば、図１２は、発電機構のギヤがスケール部材の上側と信号処理部を囲むカバーの内側との間の空間に配置されている、異なるギヤ機構実装構成を含む形態を示す。または、幾つかの形態において、発電機構の少なくとも幾つかのギヤは、スケール部材の下側とスライダにおけるスケール部材の下側の周辺を囲む部分の内側面との間の空間に配置することができる。遊星ギヤ機構は、さらに他の形態で用いることができる。これら及び代替手段は、本開示の教示に基づいて当業者によって明確である。

図７は、図６に示されなかった部材の詳細を加えて示し、図６のノギス６００の発電機構６０５の分解図である。特に、図７は、ギヤ６３２Ｃに固定されたインナーギヤ６３２Ｃｉ、ギヤ６３２Ｄに固定されたインナーギヤ６３２Ｄｉ、及び発電部６３１の軸に固定されたギヤ６３２ｇｇを示す。

＜第６の実施の形態＞
図８Ａは、本明細書に開示された原理に基づいてノギスに組み込まれた発電機構８０５の第６の実施の形態に組み込まれるギヤ機構８３２の一部を詳細に示す図である。図８Ｂは、ノギスに組み込まれる発電部８３１の一形態の詳細をさらに示す。ギヤ機構８３２は、ギヤ機構６３２と略等しく、符号８ＸＸが付された各部材は、ノギス６００の部材６ＸＸと同様又は類似である。そのため、相違点のみを図８Ａに基づいて説明する。ギヤ機構８３２は、図８Ａに示され、以下に説明するように、力制限クラッチ８３２Ｃを含む点で、ギヤ機構６３２と相違する。なお、力制限クラッチ８３２Ｃは、例えば、図３Ｂに示した力制限クラッチ３３２Ｃと同じように構成することができる。

上述したように、ユーザーが発電ハンドル８１０を移動させることによって発電機構８０５が発電したとき、最大で略２０Ｎの動作抵抗力成分が生じることが望ましい。幾つかの形態において、力制限クラッチ８３２Ｃは、ユーザーが最大の加速力及び／速度以下で発電ハンドル８１０を手動で移動させると、発電機構８０５によって与えられる動作抵抗力成分が最大で略２０Ｎ、又は他の形態において１０Ｎ、又はそれ以下になるように、本開示に基づいて構成されている。言い換えれば、発電機構８０５が略２０Ｎ（又は幾つかの形態において１０Ｎ以下）を上回る動作抵抗力成分をラック８１０Ｒに沿って生成するように発電ハンドル８１０が移動されると、ギヤ機構８３２及び発電部８３１の部材の損傷や過剰な摩擦を避けるような所望レベルに動作抵抗力成分を制限するために、ラック８１０Ｒからギヤ機構８３２（及び発電部８３１）の少なくとも一部が滑る及び／又は効果的に離れる又は切り離れるように、力制限クラッチ８３２Ｃは設定されている。

当然のことながら、これは発電部８３１の動作を効果的に切り離すことができ、動作抵抗力成分を完全に制限するために発電が犠牲になる。しかしながら、動作抵抗力成分はクラッチ８３２Ｃによって決定された制限を下回れば、ギヤ機構８３２（及び発電部８３１）はラック８１０Ｒに効果的に再係合又は接続し、再び発電する。

さらに、クラッチの存在は、望ましい設計トレードオフを与える。例えば、幾つかの形態において、クラッチを備えていない発電機構８０５と比較すると、クラッチが制限を与えるので、動作抵抗力成分を制限するために発電機構８０５の全体のギヤ比を構成する必要がない。それどころか、例えば、発電ハンドル８１０の低い移動速度で発電部８３１の高いＲＰＭを得られるように、ギヤ比を高くし、発電ハンドル８１０の低い移動速度で効率的に発電するようにできる。ギヤ比を控えめに制限する必要がないので、発電機構８０５でより多くの電力を生成することができる。

上述のように、図８Ｂは、発電部８３１の一形態の詳細を加えて示す。発電部８３１は、ギヤ８３１ｇｇによって駆動するコイル８３１ｃ、固定子８３１ｓ及び磁気ロータ８３１ｍｒを含む。磁気ロータ８３１ｍｒは、ギヤ８３１ｇｇに接続された軸（図示を省略）に接続されている。幾つかの形態において、磁気ロータ８３１ｍｒは、米国特許第５２２９７３８号明細書に開示されているようなマルチ−ポールSmCo合金磁石でもよい。アウターギヤ８３２Ｅは、ギヤ８３１ｇｇを回転させ、それにより、コイル８３１ｃに対して磁気ロータ８３１ｍｒに回転を生じさせ、隣接信号処理及び表示回路基板（例えば、回路基板１５０）に接続される結線８３１ｗを介して電力マネージメント部１５６にＡＣ電源として伝送される電力を生成する。

当然のように、発電機構８０５の部材がノギス６００等の部材と略等しい構成に示されているが、各々の部材の形態は、本開示の教示に基づいて当業者が理解できるように、幾つもの適切なノギス構成に適用することができる。

＜第７の実施の形態＞
図９Ａ及び９Ｂは、ノギス９００に組み込まれた発電機構９０５の第７の実施の形態の一部を示す図である。ノギス９００は、ノギス２００等と略等しく、発電機構９０５は、発電機構６０５又は８０５と略等しく、そして、符号９ＸＸが付された各部材は、ノギス６００の部材６ＸＸ又は発電機構８０５の部材８ＸＸと同様又は類似している。そのため、相違点のみを図９Ａ及び９Ｂを参照して詳細に説明する。

特に、ギヤ機構９３２は、ギヤ機構６３２及び８３２と異なり、既に説明された入力ギヤ（例えば、ギヤ６３２Ａｉ又は８３２Ａｉ）の機能を提供する入力部材が、アウターギヤ９３２Ａに接続された摩擦ローラ９３２Ａｉである。摩擦ローラ９３２Ａｉは、発電ハンドル９１０に接続された平面ブロック９１０ＳＢの少なくとも一端に摩擦を介して接続されており、それにより、アウターギヤ９３２Ａを駆動させるために回転する。即ち、ノギス６００と比較して、ラック（例えば、ラック６１０Ｒ）を省略することができる。

それ以外の点においては、ギヤ機構９３２をギヤ機構６３２又は８３２と同様又は類似にすることができること、そして、摩擦ローラの構成に対応するように、種々のギヤ、軸、孔及び凹み部の配置が調整されることを除いては、スライダ９３０をスライダ６３０と略等しくできることが理解されるであろう。一形態において、摩擦ローラ９３２Ａｉ及びアウターギヤ９３２Ａは、スライダ９３０に支持された軸９３２Ａａ（図９Ｂを参照）で回転するように搭載される。

図示された形態において、軸９３２Ａａは、ピボット９３２Ａａｐの周囲においてスライダ９３０上で短い距離回転し、摩擦ローラ９３２Ａｉの位置に対して自由度を提供する軸支持９３２Ａａｓに搭載されている。軸支持９３２Ａａｓは、図９Ｂに概略的に示すように圧縮スプリング９３２Ａｉｐｓに接続することによって、平面ブロック９１０ＳＢに対する摩擦力が提供される。一形態において、圧縮スプリング９３２Ａｉｐｓは、ピボット９３２Ａａｐの周囲に固定されたねじりバネである。

当然のことながら、図９Ａ及び９Ｂに示され、上述したように、特定の簡略化された圧縮スプリングの構成は、一例であって限定されない。力制限クラッチも必要に応じてギヤ機構９３２（例えば、一形態において、ギヤ９３２Ａｉとアウターギヤ９３２Ａとの間）に組み込むことができる。これら及び代替手段は、本開示の教示に基づいて当業者によって明確である。

＜第８の実施の形態＞
図１０は、ノギス１０００に組み込まれた発電機構１００５の第８の実施の形態の図である。ノギス１０００は、ノギス２００又は９００等と略等しく、発電機構１００５は、発電機構６０５、８０５又は９０５と略等しく、符号１０ＸＸが付された各部材は、ノギス６００の部材６ＸＸ、ノギス８００の部材８ＸＸ又はノギス９００の部材９ＸＸと同様又は類似する。そのため、相違点のみを図１０を参照して詳細に説明する。

特に、ギヤ機構１０３２は、ギヤ機構６３２、８３２及び９３２と異なり、入力部材は、アウターギヤ１０３２Ａを動作させるために、アウターギヤ１０３２Ａに接続され、発電ハンドル１０１０に接続された平面ブロック１０１０ＳＢの表面に摩擦を介して接続された摩擦ローラ１０３２Ａｉが、既に開示された入力ギヤ（例えば、ギヤ６３２Ａｉ、８３２Ａｉ又は９３２Ａｉ）の機能を提供する。図示された形態において、軸１０３２Ａａは、所望の摩擦力を提供するために、圧縮スプリングによって平面ブロック１０１０ＳＢの方向に付勢される（例えば、既に上述した図９の軸支持９３２Ａａｓを参照することでスプリング負荷軸支持を用いる。）。摩擦ローラ１０３２Ａｉは、高い摩擦係数を有するポリマースリーブ又はコーティングを含み、発電ハンドル１０１０を押圧する。力制限クラッチは、必要に応じてギヤ機構１０３２（例えば、一形態において、ノギス８００と略同様に、摩擦ローラ１０３２Ａｉとアウターギヤ１０３２Ａとの間）に組み込むことができる。これら及び代替手段は、本開示の教示に基づいて当業者によって明確である。

図１１は、発電機構１１０５の一部の図である。ノギス（例えば、ノギス６００における発電機構６０５と略等しい）の発電機構１１０５は、ユーザーが発電ハンドル１１１０を対向するいずれの方向に移動させたときも、同じ回転方向に入力ギヤ１１３２Ａｉを回転させるように構成された往復部材１１１０ｒｅを含む。符号１１ＸＸが付された各部材は、ノギス６００の各部材６ＸＸと同様又は類似する。そのため、相違点のみを図１１を参照して詳細に説明する。

図１１に示す本形態は、発電ハンドル１１１０が往復部材１１１０ｒｅ、上側ラック１１１０Ｒｕ、及び下側ラック１１１０Ｒｌに接続されている。往復部材１１１０ｒｅは、ユーザーがＸ軸に沿って互いに逆方向となるいずれの方向に発電ハンドル１１１０を移動させても、同じ回転方向に入力部材を駆動させるように構成されている。操作中に、ユーザーがＸ軸の負の方向に向かって発電ハンドル１１１０を移動させると、インナーギヤ１１３２Ａｉを反時計回りに回転させる上側ラック１１１０Ｒをインナーギヤ１１３２Ａｉの上部と接続するために、往復部材の傾斜面ＩＳｕが上側ラック１１１０Ｒｕを（Ｘ−Ｙ平面で）下方に押し込む。反対に、ユーザーがＸ軸の正の方向に向かって発電ハンドル１１１０を移動させると、インナーギヤ１１３２Ａｉを反時計回りに回転させる下側ラック１１１０Ｒｌをインナーギヤ１１３２Ａｉの下部と接続するために、往復部材の傾斜面ＩＳｌが下側ラック１１１０Ｒｌを上方に押し込む。このように、ユーザーは、同じ方向にインナーギヤ１１３２Ａｉを断続的に駆動させるためには、Ｘ方向に沿った両方向に交互に発電ハンドル１１１０を移動させればよい。この構成は、ギヤ機構の回転方向を逆向きにすることを取り除き、角運動量が保存され、効率が良くなり、発電操作が人間工学的である。

＜第９の実施の形態＞
図１２は、ノギス１２００に組み込まれた発電機構１２０５の第９の実施の形態の図である。ノギス１２００は、ノギス６００と略等しく、発電機構１２０５は、発電機構６０５と略等しく、符号１２ＸＸが付された各部材は、ノギス６００の各部材６ＸＸに略等しい。そのため、相違点のみを図１２を参照して詳細に説明する。

特に、ギヤ機構１２０５は、ギヤ機構６３２と異なる。ギヤ機構１２０５の少なくとも幾つかのギヤは、スケール部材１２０２の上側と信号処理部を囲むカバー（例えば、図１のカバー１４０）の内側との間に配置されている。入力部材は、アウターギヤ１２３２Ａに接続されたインナーギヤ１２３２Ａｉが既に上述した入力ギヤ（例えば、ギヤ６３２Ａｉ）の機能を提供する。本形態では、ギヤ機構１２３２は、入力部材としてラック１２１０Ｒによって駆動するインナーギヤ１２３２Ａｉを含み、当該インナーギヤ１２３２Ａｉは大径ギヤ１２３２Ａに接続又は一体化されている。また、ギヤ機構１２３２は、ギヤ１２３２Ａによって駆動し、大径ギヤ１２３２Ｂに接続又は一体化されているインナーギヤ１２３２Ｂｉを含む。ギヤ機構１２３２は、また、発電部１２３１の軸に接続され、ギヤ１２３２Ｂによって（直接又は遊びギヤなどを介して）駆動するギヤ１２３１ｇｇを含む。即ち、ギヤ機構１２３２は、既に説明した形態より全体のギヤが少ないが、その以外は既に上述した原理を実行する。

上述したように、ギヤ機構１２０５の少なくとも幾つかのギヤは、スケール部材１２０２の上側と信号処理部を囲むカバーの内側との間の空間に配置されている。図示した形態において、例えば、ギヤ１２３２Ａ、１２３２Ｂｉ及び１２３２Ｂだけでなく発電部１２３１も、当該空間に配置されており、例えば効率的な機構である利点を有する。この特定の形態において、ギヤ及び発電部は、回路基板１２５０（破線で示す）とカバーとの間にある。

ギヤ１２３２Ｂ及び発電部１２３１の軸は、回路基板１２５０内又は上に（例えば、嵌め込まれ、回路基板１２５０に固定された搭載フレーム上に）搭載されている。軸及び／又は搭載フレームは、ギヤ及び発電部に関連する種々の電子部材のための隙間を与えるために構成されている。ラック１２１０Ｒは、スライダの溝１２３０Ｇで規定され、断面図に示された一部の保持板１２３０ＲＰによって溝に保持されている。

ギヤの向きに違いがあっても、ギヤ機構１２３２におけるわずかな構成の違いによって、ギヤ機構６３２と同様又は類似の機能及び原理を異なる方法で満足することができること、そして、種々の回路部材、ギヤ、軸、孔及び凹み部の配置が上述したように調整されることを除いては、ノギス１２００をノギス６００と略等しくできることが理解されるであろう。力制限クラッチは、必要に応じてギヤ機構１２３２（例えば、一形態において、摩擦ローラ１２３２Ａｉとアウターギヤ１２３２Ａとの間）に組み込むことができる。これら及び代替手段は、本開示の教示に基いて当業者によって明確である。

本発明の種々の形態を図示及び説明し、図示及び説明した特徴の変更及び動作の順番における種々の変更は、本開示に基いて当業者によって明確である。即ち、種々の変更は、本発明の精神及びスコープから逸脱しない範囲において可能である。

１００ ノギス、１０２ スケール部材、１０８、１１６ ジョウ、１１０、１１８ ジョウ、１１４、１２２ 対向面、１２５ スケール基板、１２６ スケールトラック、１２７ 溝、１３０ スライダ、１４０ カバー、１４１、１４２、１４３ ボタンスイッチ、１４４ デジタルディスプレイ、１５０ 回路基板、１５６ 電力マネージメント部、１５６ｅｓ エネルギー蓄積装置、１５６ｐｃ 電力調整及び制御回路、１５８ センサアセンブリ、１５９ 信号処理及び制御回路、１６０ 電装部、１７０ スライダ機構

２００ ノギス、２０１Ａｉ ギヤ、２０２ スケール部材、２０２ｒｇ 溝、２０５ 発電機構、２１０Ｒ ラック、２２０ ラック、２３０ スライダ、２３１ 発電部、２３１ｇｇ ギヤ、２３１ｗ 導線、２３２ ギヤ機構、２３２Ａ 大径ギヤ（インナーギヤ、入力ギヤ）、２３２Ｂ 大径ギヤ、２３２Ｂｉ ギヤ、

３００ ノギス、３０５ 発電機構、３２０ ラック、３３１ 発電部、３３１ｃ コイル、３３１ｇｇ ギヤ、３３１ｍｒ 磁気ロータ、３３１ｓ 固定子、３３１ｗ 結線、３３２ ギヤ機構、３３２Ａ アウターギヤ、３３２Ａｉ インナーギヤ、３３２Ｂ アウターギヤ、３３２Ｃ 力制限クラッチ、３３２Ｃｂ 下側クラッチ部材、３３２Ｃｆ 留め具、３３２Ｃｉｎｔ クラッチインターフェース、３３２Ｃｐｓ クラッチプレロードスプリング、３３２Ｃｔ 上側クラッチ部材、３３３ 磁気ロータ

４００ ノギス、４０２ スケール部材、４０５ 発電機構、４３０ スライダ、４３２ ギヤ機構、４３２ アウターギヤ、４３２ ギヤ機構、４３２Ａ アウターギヤ、４３２Ａａ 軸、４３２Ａａｓ 軸支持、４３２Ａｉ 摩擦ローラ、４３２Ａｉｂ ベアリング、４３２Ａｉｐｓ 圧縮スプリング、４３２Ａｉｗ 凹み部、４３２Ｂ アウターギヤ、４３２Ｂｉ ギヤ

５００ ノギス、５０２ スケール部材、５０５ 発電機構、５０５ ギヤ機構、５３１ 発電部、５３２ ギヤ機構、５３２Ａ アウターギヤ、５３２Ａａ 軸、５３２Ａｉ 摩擦ローラ、５３２Ａｓｌｏｔ 軸支持スロット、５３２Ｂ ギヤ、５５０ 回路基板

６００ ノギス、６０１ＲＳ 復帰スプリング、６０２ スケール部材、６０５ 発電機構、６１０ 発電ハンドル、６１０Ｇ サポートガイド、６１０Ｒ ラック、６１０ＲＳ 復帰スプリング、６３０ スライダ、６３１ 発電部、６３１ｇｇ ギヤ、６３２ ギヤ機構、６３２Ａ 大径ギヤ、６３２Ａｉ インナーギヤ（入力ギヤ）、６３２Ｂ ギヤ、６３２Ｃ 大径ギヤ、６３２Ｃｉ インナーギヤ、６３２Ｄ 大径ギヤ、６３２Ｄｉ インナーギヤ、６３２Ｅ 大径ギヤ、６３２Ｅｉ インナーギヤ、６３２ｇｇ ギヤ

８００ ノギス、８０５ 発電機構、８１０ 発電ハンドル、８１０Ｒ ラック、８３１ 発電部、８３１ｃ コイル、８３１ｇｇ ギヤ、８３１ｍｒ 磁気ロータ、８３１ｓ 固定子、８３１ｗ 結線、８３２ ギヤ機構、８３２Ｃ 力制限クラッチ、８３２Ｅ アウターギヤ、８３４ ギヤ機構

９００ ノギス、９０５ 発電機構、９１０ 発電ハンドル、９１０ＳＢ 平面ブロック、９３０ スライダ、９３２ ギヤ機構、９３２ アウターギヤ、９３２ ギヤ機構、９３２Ａ アウターギヤ、９３２Ａａ 軸、９３２Ａａｐ ピボット、９３２Ａａｓ 軸支持、９３２Ａｉ 摩擦ローラ、９３２Ａｉ ギヤ、９３２Ａｉｐｓ 圧縮スプリング

１０００ ノギス、１００５ 発電機構、１０１０ 発電ハンドル、１０１０ＳＢ 平面ブロック、１０３２ ギヤ機構、１０３２Ａ アウターギヤ、１０３２Ａａ 軸、１０３２Ａｉ 摩擦ローラ

１１０５ 発電機構、１１１０ 発電ハンドル、１１１０Ｒｌ 下側ラック、１１１０Ｒｕ 上側ラック、１１１０ｒｅ 往復部材、１１３２Ａｉ 入力ギヤ、１１３２Ａｉ インナーギヤ

１２００ ノギス、１２０２ スケール部材、１２０５ 発電機構、１２０５ ギヤ機構、１２１０Ｒ ラック、１２３０Ｇ 溝、１２３０ＲＰ 保持板、１２３１ 発電部、１２３１ｇｇ ギヤ、１２３２ ギヤ機構、１２３２Ａ アウターギヤ（大径ギヤ）、１２３２Ａｉ インナーギヤ（摩擦ローラ）、１２３２Ｂ 大径ギヤ、１２３２Ｂｉ インナーギヤ、１２５０ 回路基板、２０２２ｒｇ 溝
ＩＳｌ、ＩＳｕ 傾斜面

Claims (24)

1. 測定用電力を発電する電子ノギスであって、
   スケール部材と、
   スライダと、
   前記スケール部材と前記スライダとの相対移動量を測定するために構成された信号処理部と、
   前記スライダに搭載された発電機構と、を含み、
   前記発電機構は、
   ユーザーの操作に応じて駆動するギヤ機構と、
   前記ギヤ機構に接続されており、駆動する前記ギヤ機構によって供給される力に応じて発電し、且つ前記信号処理部に電力を供給する発電部と、
   を含む電子ノギス。
2. 前記ギヤ機構は、ユーザーが前記電子ノギスを開く又は閉じることによって、前記スケール部材を介して与えられる力に応じて駆動し、前記発電機構に発電させる請求項１に記載の電子ノギス。
3. 前記ギヤ機構は、ユーザーが前記電子ノギスを開く又は閉じるときの動作抵抗力成分を制限する力制限クラッチを含む請求項２に記載の電子ノギス。
4. 前記ギヤ機構は、前記スケール部材を介して与えられる力によって駆動する入力部材を含み、
   前記力制限クラッチは、前記入力部材とギヤとの間に配置され、前記ギヤは、前記力制限クラッチによって前記入力部材に接続されている請求項３に記載の電子ノギス。
5. 前記ギヤ機構は、前記スケール部材を介して与えられる力によって駆動する入力部材を含み、
   前記入力部材は、ギヤ及び摩擦ローラのいずれかを含む請求項２又は３に記載の電子ノギス。
6. 前記ギヤは、前記スケール部材に固定されたラックによって駆動する請求項５に記載の電子ノギス。
7. 前記摩擦ローラは、前記スケール部材の端部で駆動する請求項５に記載の電子ノギス。
8. 前記電子ノギスは、前記スケール部材に前記摩擦ローラを付勢するスプリング部材を含む請求項７に記載の電子ノギス。
9. 前記スプリング部材は、ユーザーによって、アクティブな発電状態に対応する第１の位置と、発電を意図しない非アクティブ状態に対応する第２の位置とに移動可能であり、前記第１の位置では、前記スケール部材の端部に前記摩擦ローラを付勢し、前記第２の位置では、前記スケール部材の端部に前記摩擦ローラを付勢しないように構成されている、請求項８に記載の電子ノギス。
10. 前記発電機構は、前記ギヤ機構を駆動させるためにユーザーによって操作される発電ハンドルを更に含み、
    前記ギヤ機構は、ユーザーが前記ギヤ機構に対して前記発電ハンドルを移動させることによって、前記発電ハンドルを介して与えられた力に応じて駆動し、前記発電機構に発電させる請求項１に記載の電子ノギス。
11. 前記ギヤ機構は、ユーザーが前記発電ハンドルを移動させたときの動作抵抗力成分を制限する力制限クラッチを含む請求項１０に記載の電子ノギス。
12. 前記ギヤ機構は、前記発電ハンドルを介して与えられる力によって駆動する入力部材と、力制限クラッチと、を含み、
    前記力制限クラッチは、前記入力部材とギヤとの間に配置され、前記ギヤは、前記力制限クラッチを介して前記入力部材に接続されている請求項１０又は１１に記載の電子ノギス。
13. 前記ギヤ機構は、前記発電ハンドルを介して与えられる力によって駆動するギヤ及び摩擦ローラのいずれかを有する入力部材を含む請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の電子ノギス。
14. 前記ギヤは、前記発電ハンドルに接続されたラックによって駆動する請求項１３に記載の電子ノギス。
15. 前記摩擦ローラは、前記発電ハンドルに接続された平面によって駆動する請求項１３に記載の電子ノギス。
16. 前記電子ノギスは、前記発電ハンドルに接続された前記平面に前記摩擦ローラを付勢するスプリング部材を含む請求項１５に記載の電子ノギス。
17. 前記発電ハンドル及び前記発電ハンドルに接続された入力部材の少なくとも１つは、支持ガイドの経路に沿って案内されるように規制されており、
    前記経路は、前記スケール部材と略平行である請求項１０に記載の電子ノギス。
18. 前記発電ハンドルは、対向するいずれの方向にユーザーが前記発電ハンドルを移動させても、同じ方向に入力部材を駆動させる往復部材を含む請求項１０乃至１７のいずれか１項に記載の電子ノギス。
19. 前記ユーザーが第１の方向に前記発電ハンドルを移動させてから前記発電ハンドルを離したときに前記発電ハンドルをスタート位置に戻す力を蓄積する復帰スプリングを含む請求項１０乃至１８のいずれか１項に記載の電子ノギス。
20. 前記信号処理部は、前記発電機構によって生成された電力を蓄積するバッテリ及びキャパシタのいずれかを少なくとも有する電力蓄積部材を含む請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の電子ノギス。
21. 前記ギヤ機構は、ユーザーの操作に応じて力が入力される入力部材と、
    前記入力部材と接続された、前記入力部材よりも大径の第１のアウターギヤと、
    前記第１のアウターギヤに駆動される、前記第１のアウターギヤよりも小径のインナーギヤと、
    前記インナーギヤと接続された、前記インナーギヤよりも大径の第２のアウターギヤと、を含み、
    前記第２のアウターギヤは、少なくとも１つの追加ギヤを介して前記発電部を駆動する、請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の電子ノギス。
22. 前記発電機構の少なくとも幾つかのギヤは、前記スケール部材の上側と前記信号処理部を囲むカバーの内側との間の空間に配置されている請求項１乃至２１のいずれか１項に記載の電子ノギス。
23. 前記発電機構の少なくとも幾つかのギヤは、前記スケール部材の下側と前記スライダにおける前記スケール部材の下側の周囲を囲む部分の内側面との間の空間に配置されている請求項１乃至２１のいずれか１項に記載の電子ノギス。
24. 前記発電機構は、ユーザーが最大手動加速度又は最大手動速度で前記操作したとき、最大２０Ｎの動作抵抗力成分を与える請求項１乃至２３のいずれか１項に記載の電子ノギス。

Images