JP6239281B2 - 手持ち型マイクロメータ用の定力ばねアクチュエータ - Google Patents

Description

本開示は、一般に、手持ち型マイクロメータに関し、より具体的には、スピンドルをワークピースに接触するように移動させるための定力ばねアクチュエータを有する手持ち型マイクロメータに関する。

手持ち型機構を用いてワークピースの高精度測定を行うための様々なマイクロメータ装置が、当該技術において既知である。例えば、米国特許第１，１３２，７０４号；第３，８４９，８９０号；第４，４８５，５５６号；第４，５６１，１８５号；および第８，０９１，２５１号（本明細書中で’７０４号、’８９０号、’５５６号、’１８５号、および’２５１号特許と称される）は、マイクロメータ装置を開示している。特に、米国特許第５，４９５，６７７号（’６７７号特許）に開示されているものなどの現代のマイクロメータは、回転位置感知装置と組み合わせられた正確なマイクロメータのねじに頼るのではなく、測定値を決定するための線形デジタルセンサを含む。線形デジタルセンサを用いることにより、マイクロメータを駆動するために正確なまたは細かいピッチのねじを用いる必要性がなくなる。

手持ち測定器具において一定の力を提供するための様々な方法が既知である。例えば、米国特許第４，０３５，９２２号（’９２２号特許）は、２つのアンビルを互いに向かって駆動する定力ばねを含むデジタルマイクロメータまたはゲージを開示している。しかし、この特定の編成は、嵩張り、潜在的に短い寿命となりがちである。さらにその上、この設計をよりコンパクトにする場合、定力ばねは、アンビルを互いに向かって適正に駆動するのに十分な力を提供しないこともあり得る。

この概要は、発明を実施するための形態において以下でさらに説明する数々の概念を単純化した形態で導入する。この概要は、特許請求する主題の枢要な特長を識別することを意図するものではなく、特許請求する主題の範囲を決定する補助として用いることを意図するものでもない。

本明細書中に記載の様々な実施形態において、マイクロメータは、スピンドルをアンビルに向かって一定の力で駆動しつつ、ユーザの側における動きを制限しながらスピンドルを所望される位置に素早く移動させる。本明細書中に記載の様々な実施形態は、既知の構成に対してコンパクトな設計、定力ばね編成により提供されるより大きい力、および延長されたばねコイルの寿命を含む。本明細書中に記載の様々な実施形態は、ユーザに、人間工学的であり、速やかで、簡便な機能性を提供する。

例えば、’９２２号特許などの既知の構成に対してよりコンパクトで、より大きい力を及ぼし、延長された寿命を有する定力ばねアクチュエータ構成を含むマイクロメータが、本明細書中で開示される。様々な実施形態において、マイクロメータは、アンビルを含むフレームと、スピンドルと、スピンドルの変位を感知する線形変位センサと、スピンドルをアンビルに向かってまたはアンビルから離れるように移動させるように構成されスピンドルに取り付けられたボタンを含むアクチュエータとを含む。スピンドルは、それらの定力ばねコイルの力の和がスピンドルをアンビルに向かって一定の力で駆動するように、スピンドルに向かって平行に延在するとともにスピンドルとフレームとの間に取り付けられた少なくとも２つの定力ばねコイルを含む定力ばねアクチュエータに取り付けられている。

いくつかの実装形態において、定力ばねアクチュエータのばねコイルの各々は、少なくとも０．０５Ｎの力を提供してもよい。

いくつかの実装形態において、定力ばねコイルは、最大でも０．４ｍｍ厚の材料を含んでもよい。

いくつかの実装形態において、定力ばねアクチュエータは、スピンドルの範囲よりも長い材料を含んでもよい。

いくつかの実装形態において、定力ばねアクチュエータは、最大でも２５ｍｍの幅を有してもよい。

いくつかの実装形態において、完全に巻かれたとき、定力ばねアクチュエータは、３５ｍｍ未満の直径を有してもよい。

いくつかの実装形態において、定力ばねコイルは、スピンドルの方向に対して平行であってもよい。

いくつかの実装形態において、少なくとも２つの平行な定力ばねコイルは、スピンドルがハンドル内に退縮しているとき、スピンドルに並んでマイクロメータのハンドル内に延在してもよい。

別の実施形態において、マイクロメータは、アンビルを含むフレームと、スピンドルと、スピンドルの変位を感知する線形変位センサと、スピンドルをアンビルに向かってまたはアンビルから離れるように移動させるように構成されスピンドルに取り付けられたボタンを含むアクチュエータとを含む。スピンドルは、定力ばねコイルがスピンドルをアンビルに向かって一定の力で駆動するように、スピンドルに向かって延在するとともにスピンドルとフレームとの間に取り付けられた少なくとも１つの定力ばねコイルを含む定力ばねアクチュエータに取り付けられている。少なくとも１つの定力ばねコイルは、スピンドルがハンドル内に退縮しているとき、スピンドルに並んでマイクロメータのハンドル内に延在する。

本開示の上述の態様および付随する利点の多くが、後続の発明を実施するための形態を以下の添付の図面と併せて参照することで、より良好に理解され、より容易に評価されよう。

本明細書中で開示の原理に適合し得る基本的なマイクロメータゲージの図である。 図１に示すマイクロメータゲージの断面図であり、さらなる詳細を示す。 図１および図２に示すマイクロメータゲージの断面図であり、さらなる詳細を示す。 図３に示す一組の定力ばねコイルの図である。 図１〜図４に示すマイクロメータゲージの断面図である。 図１〜図５に示すマイクロメータゲージの分解等角図であり、さらなる詳細を示す。

図１は、本明細書中で開示の原理に適合し得る基本的なマイクロメータゲージの図である。図１のマイクロメータは、同一出願人による’６７７号特許の要素を組み込んでもよく、加えて、図３および図４に記載の要素を含むように適合されてもよい。

図１において、デジタル表示マイクロメータゲージ１は、閉じた防水／防塵構造として形成された本体２を有する。スピンドル３は、本体２から突出および本体２内に退縮するように適合されている。Ｕ字形主フレーム４の前面上に、図１に見られるカバー部材８が設けられている。カバー部材８の前面上に、デジタル表示装置９および複数の操作スイッチ１０が設けられている。

Ｕ字形主フレーム４は、開口を定義する２つの外方に延在する端部を有し、図１に見られるように、アンビル１１が一方の端部に配設されている。主フレーム４の他端に、アクチュエータボタン１７を摺動させることにより軸方向に変位させることが可能であるように、スピンドル３が支持されている。スピンドル３の一端は、アンビル１１に当接するように適合されている。ハンドル要素１６およびエンドキャップ２７が、アクチュエータボタン１７とスピンドル３との間の接続部を覆っている。

図１は、Ｃ−Ｃ線およびＤ−Ｄ線を示す。他の図面は、これらの線に沿った断面図を示す。

図２は、Ｄ−Ｄ線に沿った図１に示すマイクロメータゲージ１の断面図である。図２に示すように、カバー部材８と本体２との間に、電子装置基板８’が配置されている。電子装置基板８’は、アンビル１１に対するスピンドル３の位置を示す位置信号を処理し、この位置の指示をデジタル表示装置９上に表示するための信号を提供し、操作スイッチ１０からの入力を受信および処理するように構成されている。

図３は、さらなる詳細を示す、スピンドル３を貫通するＡ−Ａ線（図２に示す）に沿った図１および図２に示すマイクロメータゲージ１の断面図である。図２および図３に見られるように、本体２は、Ｕ字形主フレーム４と、スピンドル３を前進および後退させるためのスピンドル駆動機構５（またはスピンドル駆動装置）と、スピンドル３の変位量を検出するための位置変換器６とを含む。スピンドル駆動機構５は、アクチュエータボタン１７および定力ばねアクチュエータ２１を含む。位置変換器６は、間隙制御機構（不図示）および主スケール３１（図６参照）の介在を通じてＵ字形主フレーム４の内側に編成された線形エンコーダである。主スケール３１は、スケール装着部材３０の介在を通じてスピンドル３に取り付けられている。スケール装着部材３０およびスピンドル３は、エンドキャップ２７により閉じられたハンドル要素１６の内側を移動する。スピンドル３は、主フレーム４の端部を封止するブッシング２８により略取り囲まれている。

位置変換器６は、カウンタおよびＣＰＵ（不図示）などの従来の電気装置を通じて、図１に示すデジタル表示装置９に接続されている。位置変換器６は、図２に概略的に見られるように、光電式エンコーダを用いる。例えば、米国特許第５，０２６，１６４号に開示の光電式エンコーダを用いることが可能である。位置変換器６は、また、代替の実施形態において静電式または誘導式のエンコーダを用いてもよい。

図３を再び参照して、アクチュエータボタン１７は、スケール装着部材３０に取り付けられたブッシング１９にピン１８を介して取り付けられている。アクチュエータボタン１７は、スピンドル３をアンビル１１に向かってまたはアンビル１１から離れるように移動させるように構成されている。スケール装着部材３０は、ねじ２５により定力ばねアクチュエータ２１に取り付けられている。定力ばねアクチュエータ２１は、それらの定力ばねコイル２２の力の和がスピンドル３をアンビル１１に向かって一定の力で駆動するように、スピンドル３に向かって平行に延在するとともにスピンドル３と主フレーム４との間に取り付けられた一組の定力ばねコイル２２を含む。定力ばねアクチュエータ２１は、加えて、ハブ２３および肩付きねじ２４を含む。一組の定力ばねコイル２２は、肩付きねじ２４で主フレーム４に固定されたハブ２３の周囲に巻かれている。図３に示す実施形態において、アクチュエータボタン１７は、ユーザの親指により人間工学的に駆動されてもよい親指スライダである。いくつかの実施形態において、一組の定力ばねコイル２２は、少なくとも２つの定力ばねコイルを含む。

いくつかの実施形態において、単一の定力ばねコイルが、スピンドル３を駆動するのに十分な力を提供してもよい。何らかの材料（例えば、ベリリウム銅合金または複合材料）から作製された単一の定力ばねが、スピンドル３を駆動するために十分な量の力と容認可能な寿命とを提供してもよい。これらの材料における進歩が、単一の定力ばねコイルをより望ましいものにし得ることは言うまでもない。しかし、いくつかの実施形態において、主フレーム４により割り当てられた空間に嵌合する単一の定力ばねコイルは、スピンドル３を駆動する十分な寿命を可能にすると同時に、十分な力を提供しないこともあり得る。このため、図３および図４に示すように、十分な量の力を提供するとともに、力を複数のばねで分割することにより期待される寿命を増加させるため、２つ以上の平行な定力ばねコイルをハブ２３の周囲に同時に巻いてもよい。いくつかの実施形態において、定力ばねアクチュエータのばねコイルの各々は、少なくとも０．０５Ｎの力を提供する。ハブ２３の直径を増加させることにより、定力ばねにおける応力が減少し、それにより、寿命が増加する。マイクロメータの主フレーム４に嵌合するハブ２３および一組の定力ばねコイル２２の直径に最大値が存在することは言うまでもない。各ばねコイルが完全に巻かれると定力ばねアクチュエータ２１の直径を増加させるため、ハブ２３の周囲に巻き得る定力ばねコイルの数に、実際的な限界が存在することは言うまでもない。いくつかの実施形態において、完全に巻かれたとき、定力ばねアクチュエータ２１は、３５ｍｍ未満の直径を有する。加えて、ハブ２３の周囲の各ターンが定力ばねアクチュエータ２１の全直径を増加させるため、各ばねコイルの長さも制限要因になり得る。いくつかの実施形態において、定力ばねアクチュエータ２１は、スピンドル３の範囲よりも少なくとも５ｍｍ長い材料を含む。例えば、典型的なマイクロメータは、３０ｍｍの範囲を移動するスピンドルを含んでもよく、このため、かかる実施形態において、完全に広げられたとき、各ばねコイルは、長さ３５ｍｍ未満である。電子装置基板８’と主フレーム４との間の幅は制限されているため、各ばねコイルの幅は、空間的制約について考慮しなければならない。ばねコイルがマイクロメータの主フレーム４に嵌合することを可能にする一組の定力ばねコイル２２の幅に、実際的な限界が存在することは言うまでもない。いくつかの実施形態において、定力ばねアクチュエータ２１は、最大でも２５ｍｍの幅を有する。ばねコイルには、一般に、機械的に故障する前にそれらを巻いたり巻き戻したりできる回数について、制限された寿命が定められている。例えば、ペンシルバニア州TelfordのVulcan Spring製のシリーズＬばねは、２５，０００サイクルに定められている。ライフサイクル定格は、一般に、ばねコイルがピンなどにより方向を変えられると減少し、これは、定力ばねにさらなる応力が加えられるためである。定力ばねアクチュエータ２１の定格寿命を維持するため、いくつかの実施形態において、定力ばねコイルは、スピンドルの方向に対して平行である。このため、スピンドルの方向に対して平行な定力ばねコイルが実施形態に含まれる。

図４は、図３の一組の定力ばねコイル２２の図である。図４に示す実施形態において、一組の定力ばねコイル２２は、定力ばねコイル２２Ａ、２２Ｂ、および２２Ｃを含む。本実施形態は、例示のみのためであって限定するものではないことは言うまでもない。少なくとも２つの定力ばねコイルを含むいずれの組の定力ばねコイルも、本明細書中に記載の原理に従って用いてもよい。さらにその上、いくつかの実施形態において、かかる一組の定力ばねコイルが、図３について説明し図５についてさらに詳細に説明するパラメータに従うことが望ましい。

図５は、Ｃ−Ｃ線に沿った図１〜図４に示すマイクロメータゲージ１の断面図である。各定力ばねコイルの厚さ、より具体的には、それらの厚さの和は、マイクロメータゲージ１の設計における制限要因である。図５に示すように、一組の定力ばねコイル２２は、合計厚ｔに達する厚さを有するばねコイルを含む。合計厚ｔは、ねじ２５の端部がスケール部材３０と主フレーム４との間に嵌合するように、十分に小さくなければならない。いくつかの場合、これにより、機能的なマイクロメータを提供するための空間の公差が非常に緊密なものとなり得る。いくつかの実施形態において、一組の定力ばねコイル２２の各コイルは、最大でも０．４ｍｍ厚の材料を含んでもよい。従って、２つの平行な定力ばねコイルを有する実施形態において、合計厚ｔは０．８ｍｍ未満であり、３つのコイルを有する実施形態（例えば、図４に示す実施形態）において、合計厚ｔは１．２ｍｍ未満である。

図６は、さらなる詳細を示す、図１〜図５に示すマイクロメータゲージ１の分解等角図である。図６に示すように、アクチュエータボタン１７は、ピン１８をハンドル要素１６における溝２０を通って移動させる際にスピンドルをアンビルに向かってまたはアンビルから離れるように移動させるように構成されている。

図示および説明された特長の編成および動作の順序における数多くの変形が本開示に基づいて当業者に明らかになろう。従って、特許請求する主題の精神および範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことが可能であることは言うまでもない。

１・・・マイクロメータゲージ、２・・・本体、３・・・スピンドル、４・・・Ｕ字形主フレーム、５・・・スピンドル駆動機構、６・・・位置変換器、８・・・カバー部材、８’・・・電子装置基板、９・・・デジタル表示装置、１０・・・操作スイッチ、１１・・・アンビル、１６・・・ハンドル要素、１７・・・アクチュエータボタン、１８・・・ピン、１９・・・ブッシング、２０・・・溝、２１・・・定力ばねアクチュエータ、２２・・・定力ばねコイル、２２Ａ・・・定力ばねコイル、２２Ｂ・・・定力ばねコイル、２２Ｃ・・・定力ばねコイル、２３・・・ハブ、２４・・・肩付きねじ、２５・・・ねじ、２７・・・エンドキャップ、２８・・・ブッシング、３０・・・スケール装着部材、３１・・・主スケール、ｔ・・・合計厚、

Claims (15)

1. アンビルを含むフレームと；
   スピンドルと；
   前記スピンドルの変位を感知するように構成された線形変位センサと；
   前記スピンドルを前記アンビルに向かってまたは前記アンビルから離れるように移動させるように構成されたアクチュエータボタンと；を含み、
   前記スピンドルは、それらの定力ばねコイルの力の和が前記スピンドルを前記アンビルに向かって一定の力で駆動するように、前記スピンドルに向かって平行に延在するとともに前記スピンドルと前記フレームとの間に取り付けられた少なくとも２つの平行な定力ばねコイルを含む定力ばねアクチュエータに取り付けられている、マイクロメータ。
2. 前記定力ばねアクチュエータの前記ばねコイルの各々は、少なくとも０．０５Ｎの力を提供する、請求項１に記載のマイクロメータ。
3. 前記定力ばねコイルは、最大でも０．４ｍｍ厚の材料を含む、請求項１に記載のマイクロメータ。
4. 前記定力ばねアクチュエータは、前記スピンドルの範囲よりも長い材料を含む、請求項１に記載のマイクロメータ。
5. 前記定力ばねアクチュエータは、最大でも２５ｍｍの幅を有する、請求項１に記載のマイクロメータ。
6. 完全に巻かれたとき、前記定力ばねアクチュエータは、３５ｍｍ未満の直径を有する、請求項１に記載のマイクロメータ。
7. 前記定力ばねコイルは、前記スピンドルの方向に対して平行である、請求項１に記載のマイクロメータ。
8. 前記少なくとも２つの平行な定力ばねコイルは、前記スピンドルがハンドル内に退縮しているとき、前記スピンドルに並んで前記マイクロメータの前記ハンドル内に延在する、請求項１に記載のマイクロメータ。
9. アンビルを含むフレームと；
   スピンドルと；
   前記スピンドルの変位を感知する線形変位センサと；
   前記スピンドルを前記アンビルに向かってまたは前記アンビルから離れるように移動させるように構成されたアクチュエータボタンと；
   前記スピンドルが内側を前進及び後退するハンドルと；を含み、
   前記スピンドルは、定力ばねコイルが前記スピンドルを前記アンビルに向かって一定の力で駆動するように、前記スピンドルに向かって平行に延在するとともに前記スピンドルと前記フレームとの間に取り付けられた少なくとも１つの定力ばねコイルを含む定力ばねアクチュエータに取り付けられ；
   前記少なくとも１つの定力ばねコイルは、前記スピンドルが前記ハンドル内に退縮しているとき、前記スピンドルに並んで前記ハンドル内に延在し、
   前記定力ばねアクチュエータは、少なくとも２つの定力ばねコイルを含む、マイクロメータ。
10. 前記少なくとも１つの定力ばねコイルは、少なくとも０．０５Ｎの力を提供する、請求項９に記載のマイクロメータ。
11. 前記少なくとも１つの定力ばねコイルは、最大でも０．４ｍｍ厚の材料を含む、請求項９に記載のマイクロメータ。
12. 前記定力ばねアクチュエータは、前記スピンドルの範囲よりも長い材料を含む、請求項９に記載のマイクロメータ。
13. 前記定力ばねアクチュエータは、最大でも２５ｍｍの幅を有する、請求項９に記載のマイクロメータ。
14. 完全に巻かれたとき、前記定力ばねアクチュエータは、３５ｍｍ未満の直径を有する、請求項９に記載のマイクロメータ。
15. 前記スピンドルに取り付けられたスケールが装着され、前記スピンドルに沿って延在するスケール装着部材と、
    前記フレームに固定されたハブと、をさらに有し、
    前記定力ばねコイルの一端部は、前記ハブに巻きつけられ、前記定力ばねコイルの他端部は、前記スケール装着部材に固定されている、請求項９〜１４のいずれかに記載のマイクロメータ。

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