KR100358595B1 - 휴대용 전자식 정밀 캘리퍼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 죠오(10, 20)가 각각 구비된 슬라이드(2) 및 로드(1)를 포함하는 휴대용 정밀 캘리퍼(1)에 관한 것이다. 또한 상기 슬라이드에는 죠오들(10, 20) 사이의 거리를 전자표시부(12)상에 디스플레이하기 위한 전자수단(11)이 구비된다. 상기 전자수단은 배터리(110, 111)에 의해 전력이 공급된다. 상기 로드(2)에는 자화사이클λ을 가진 자화된 자(magnetized ruler)가 구비된다. 상기 전자수단(11)에는 상기 자(21)에 대향되게 정렬된 자기저항성 전극의 네트웍(network)이 설치된다. 상기 자기저항성 전극의 저항값은 상기 자(21)를 따르는 길이방향 위치의 센서(112)의 사인함수를 갖는다. 상기 자기저항성 전극 네트웍은 연속적으로 연결된 적어도 8개의 전극으로 이루어진 적어도 소정 개수의 전극세트를 포함하여 상기 세트의 전기저항을 증가시키고 전체 장치의 전력소모를 감소시킨다.

Description

휴대용 전자식 정밀 캘리퍼{PORTABLE PRECISION ELECTRONIC CALLIPER}

종래의 버어니어 캘리퍼스는 가격면에서 좀더 경쟁력이 있는 전자 캘리퍼스로 점차 대체되어지는 경향이 있다. 통상적으로 요즈음에 사용되는 대부분의 전자식 캘리퍼스(electronic calipers)는 용량성 센서들을 구비하고 있다. 캘리퍼스 축상의 전극 어레이와 캘리퍼스 슬라이드상에 대향되게 배치된 전극 어레이 사이에서 발생되는 용량 변화량들은 상기 축을 따르는 슬라이드의 위치에 의존하는 정보를 제공하기 위하여 측정된다. 이러한 정보는 보통 상기 슬라이드와 결합된 스크린상에 디스플레이된다. 이러한 타입의 회로들은 예를 들면 Brown Sharpe TESA S.A. 명의의 유럽특허출원 제96810686호에 개시되어 있다.

상기 용량성 측정의 원리는 한편으로 우수한 분해능과 정밀도를 제공하고, 다른 한편으로는 이들 장치의 전력소모가 매우 낮기 때문에, 예를 들면 배터리에 의해 전력이 공급되어질 수 있다. 그러나, 이러한 용량성 타입의 센서 캘리퍼스는 정확하게 기능하기 위해서는 청결을 유지해야만 한다. 따라서, 이들 기기는 예를 들면 습기있는 환경이나 윤활유 또는 먼지가 튀기기 쉬운 환경에서 기능하기에 적합하지 않다. 그러므로 이러한 곤란한 조건하에서는 수동 버어니어 캘리퍼스나 회중 캘리퍼스가 전자식 캘리퍼스보다 바람직하다.유럽 특허 제286820호는 자화된 부분들이 구비된 스케일을 포함하는 캘리퍼를 개시한다. 자기판독헤드는 상기 슬라이드 상에 구비되어 슬라이드의 변위에 의해 야기되는 자계의 변화량을 기록한다. 그러나, 이러한 자기헤드는 비교적 값이 싸고 부피가 크기 때문에, 부피가 감소된 캘리퍼에서는 상기 자기헤드를 결합하기가 어렵다. 치수측정의 정밀도는 스케일에 대한 헤드의 정확한 위치뿐만 아니라, 자기헤드내에서의 정밀도와 잡음에 직접적으로 의존한다. 또한, 이 장치에 의해 부여된 분해능은 제한적이다.

본 발명은 직선 치수들을 측정하기 위해 사용되는 휴대용 정밀 캘리퍼 또는 슬라이드 게이지에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 전자타입의 휴대용 정밀 캘리퍼에 관한 것이다.

도1은 본 발명에 따른 휴대용 전자식 캘리퍼의 분해사시도.

도2는 본 발명의 캘리퍼내에 채용된 전자수단의 확대도.

도3은 본 발명에 따른 캘리퍼에서, 스케일위의 자기저항센서를 원근법에 의하여 도시한 개략도.

도4는 측정 브리지(measuring bridge)를 구성하기 위한 자기저항성 전극의 연결부의 일예를 나타낸 회로구성도.

그러므로, 본 발명의 목적은 종래의 장치에 관련하여 개선된 휴대용 전자식 캘리퍼를 제공함에 있다. 특히, 먼지와 윤활유에 대해 낮은 감응도를 갖는 센서를 포함하며, 100분의 1 밀리미터 정도의 분해능과 100분의 수 밀리미터 정도의 정밀도를 제공하는 캘리퍼를 제공함에 있다. 즉, 유사한 비용으로 용량성 캘리퍼스에 부여되는 성능에 필적하는 성능을 가지며, 간단한 배터리, 예를 들면 리튬 배터리에 의해 전력이 제공되어질 수 있도록 전기소모가 충분히 감소된 캘리퍼를 제공함에 있다.

본 발명에 따르면, 이들 목적들은 자화주기(period of magnetization)λ를 가지는 자화된 스케일(scale)이 구비된 축과, 상기 축을 따라 길이방향으로 변위되어질 수 있는 슬라이드 - 상기 슬라이드와 축에 각각 죠오(jaw)가 구비됨- 와, 상기 슬라이드 상에 설치되어 자가 전력공급(self-powered)되며 단일의 센서를 포함하는 전자회로를 포함하는 휴대용 전자정밀 캘리퍼 수단에 의해 달성된다. 여기서, 상기 센서에는 상기 자기저항성 전극의 저항값이 스케일을 따르는 길이방향 위치의 함수가 되도록 상기 스케일에 대향되게 배치된 n개(여기서 n은 2보다 큼)의 자기저항성 전극 어레이가 설치되며, 상기 전자회로는 자기저항성 전극의 저항값으로부터 상기 죠오 사이의 틈새에 의존하는 정보를 결정하고, 이 정보를 전자표시부상에 디스플레이하는 것을 가능하게 한다.

본 발명에 따른 캘리퍼의 축에는 자화주기λ를 가지는 자화된 스케일이 구비된다. 상기 센서에는 저기저항성 전극의 저항값이 상기 스케일을 따르는 센서의 길이방향 위치의 주기적인 함수가 되도록 스케일에 대향되게 배치되는 자기저항성 전극 어레이가 설치된다. 상기 자기저항성 전극의 개수는 어떠한 경우에서도 2보다 크다. 잔자수단은 자기저항성 전극의 저항값으로부터 상기 캘리퍼스의 죠오들 사이의 틈새에 의존하는 정보를 결정하는 것을 가능하게 하며, 이 정보는 전자표시부상에 디스플레이된다.

직선 치수나 각도치수를 측정하기 위한 자기저항성 전극을 가진 센서가 알려져 있다. 그러나, 공지된 센서들의 자기저항성 전극의 저항은 배터리에 의해 전력이 공급되어질 수 있도록 하기에는 너무 약하다. 그러므로, 고전력을 소모하는 이들 센서를 전기적으로 자가 전력공급하는 장치, 예를 들면 휴대용 전자식 캘리퍼스에서, 사용하는 것은 고려되지 않았었다.

자기저항성 재질의 특성을 이용하는 캘리퍼스는 예를 들면 미국 특허 제5029402호, 제4226024호 및 제5174041호에 이미 개시되어 있다. 이들 특허에는 하나의 자기저항성 전극을 각각 포함하는 두 개의 별도의 센서가 설치된 캘리퍼스를 개시하고 있다. 상기 두 개의 센서 사이의 거리가 중요하며, 획득된 측정정밀도를 결정한다. 두 개의 자기저항성 전극만을 사용하여 적용되는 이 원리가 정밀 캘리퍼스의 구조, 즉 정밀도와 0.1mm이하의 분해능을 가지고 길이를 측정할 수 있는 캘리퍼스의 구조를 가능하게 하는 것은 아니다. 이러한 이유들 때문에, 이들 캘리퍼는 고기조각 또는 나무줄기 직경의 측정과 같이 요구되는 정밀도가 별로 중요하지 않는 특정한 적용분야에 사용된다. 그러나 이들 특허에 개시된 기술내용이 전혀 다른 기술 영역의 정밀측정으로 바뀌어 질 수는 없는 것이다.

본 발명은 하기의 첨부된 도면을 참조하여 더욱 용이하게 이해될 수 있을 것이다.

도1은 본 발명에 따른 휴대용 전자캘리퍼의 분해사시도를 나타낸다. 이러한 캘리퍼스의 구조는 공지되었고, 예를 들면 본원 출원인에 의해 출원된 유럽 특허출원 제719999호에 제시되어 있으며, 그 내용은 여기서 참조로 포함되었다. 상기 특허는 특히 죠오를 조절하기 위한 수단뿐만 아니라, 축을 따르는 슬라이드 가이드수에 관한 가능하고 바람직한 실시예를 포함한다.

본 발명의 캘리퍼는 축(2)과, 상기 축을 따라 길이방향으로 변위될 수 있는 슬라이드(1)를 포함한다. 상기 축은 캘리퍼의 의도된 사용에 따라 다른 길이를 가질 수 있다; 전형적인 길이는 이를테면 15, 20 또는 40센티미터이다. 상기 슬라이드에는 이동가능한 죠오(jaw)(10)가 구비되는 반면에, 상기 축에는 고정된 죠오(20)가 설치되며; 액정표시장치와 같은 표시부(12)는 두 개의 죠오 사이의 틈새(gap)에 의존하는 정보를 디스플레이한다. 예를 들면 상기 표시부(12)는 두 개의 죠오(10, 20)사이의 거리를 소수점 이하가 두자리인 다섯 자리의 숫자로 밀리미터로 표시할 수 있다.

자화된 스케일(21)은 예를 들면 접착제와 같은 공지된 수단에 의해 축상에 부착된다. 상기 스케일은 축(2)의 전체길이에 걸쳐 연장되는 것이 바람직하다. 다른 실시예에서는 상기 스케일은 센서(하기에 설명됨)(112)가 그 위에서 변위될 수 있는 축의 부분에만 걸쳐 길이방향으로 연장된다.

축(2)과 슬라이드(1)는 바람직하기로는 금속으로 제조되는데, 예를 들면, 경제적인 강도를 실현하기 위해서는 알루미늄으로 제조될 수 있고 좀더 강한 강도를 실현하기 위해서는 강(steel)으로 제조될 수 있다. 스케일(21)은 반드시 영구자석재질로 제조되는데, 예를 들면, 연강의 지지체나 고자기의 보자력(保磁力)을 가지는 페라이트층으로 코팅된 유리재질로 제조된다. 상기 스케일은 특히 도2 및 도3에도시되어진 바와 같이, 자화주기 λ를 가지고 자화된다. 도면에 도시된 예에서, 상기 자화주기는 본질적으로 수평(horizontal)이다. 즉 스케일(21)의 길이방향 축을 따르는 수평이다. 그러나, 수직 즉 스케일 축에 수직인 자화주기를 갖는 스케일로 역시 구성되어질 수 있어, 이웃하는 자기영역의 안정성을 좀더 낫게 하는 잇점을 제공하므로 기생자계(parasite magnetic field)에 의해 보다 작게 변위될 수 있다.

비록 본 발명의 바람직한 실시예에서의 상기 축과 스케일이 두 개의 분리편으로 조립된다 하더라도, 그것이 단일소자내에 일체화된 스케일과 축을 가지는 적당한 재질로 제조되었을 경우에는, 상기 축을 직접 자화시킬 수 있다는 것을 주목해야만 한다.

스케일(21)에는 비자성 재질의 보호층(22)이 코팅된다. 이 보호코팅부는 예를 들면, 표시부(12)를 판독하지 않고서도 측정치수를 직접 사용자가 평가할 수 있도록 하는 마킹부(220)를 구비하는 자동접착 합성시트 수단으로 이루어 질 수 있다.

일예로서, 상기 슬라이드(1)는 세 개의 측면, 즉 하부와 측면들 상에서 축(2)을 둘러싼다. 인쇄회로기판(115)은 바람직하게 스크류에 의해 슬라이드의 상부에 직접 부착된다. 상기 슬라이드와 기판(115)의 기계가공은 충분히 정밀하게 이루어짐으로써 스케일(21)과 인쇄회로기판(115) 사이의 간격 설정이 우수한 정밀도를 가지고 취급될 수 있게 된다. 만일 필요하다면, 적절한 수단이 이 거리를 조절하기 위해 제공되어질 수 있다.

참조번호 "11"로 표기된 전자수단은 캘리퍼의 죠오들(10, 20) 사이의 틈새에의존하는 정보를 전자액정표시장치(12)상에 표시하는 것을 가능하게 한다. 이들 전자수단은 인쇄회로기판(115)상에 직접 조립된다. 상기 전자수단은 주로 도3에 개략적으로 도시되어진 단일 자기저항성 센서(112)를 포함하며, 자화된 스케일(21)에 대향하는 인쇄회로기판(115) 하부에 조립된다. 센서(112)는 그룹(1120)내에 다수의 자기저항성 전극 어레이(1121)를 포함하며(도2 참조), 상기 어레이의 차분저항(different resistance)값은 슬라이드(1)의 축(2)상의 위치의 주기함수(periodic-function)이다. 에폭시 코팅부(116)는 상기 자기저항 경로(1121)가 상기 축상의 먼지미립자에 의해 긁혀져 떨어지는 것을 방지하기 위하여 자기저항성 센서(112)를 보호한다. 또한 상기 전자수단(11)은 자가 전력공급(self-powered)되는 전기공급수단을 포함하는데, 대표되는 예로서 배터리(110)를 포함한다. 배터리(110)는 평평한 리튬 배터리(lithium battery)로 구성되는 것이 바람직하며, 장치가 몇시간동안 자율적인 기능을 하는 것을 보증하여야만 한다. 전기공급수단은 상기 슬라이드의 하우징상의 광전지로 구성되거나, 그를 포함할 수도 있다. 선택적으로, 상기 전기공급수단은 스케일(21)에 대향하는 인쇄회로기판(115)의 하부에 구비된 선형 발전기(linear generator)(111)를 포함한다. 상기 선형 발전기(111)는 예를 들면 유도성 코일 타입 소자를 포함한다. 슬라이드(1)가 스케일을 따라 변위될 경우, 상기 전도성 코일 소자를 가로지르는 가변 자계는 축전지(accumulator)나 재충전이 가능한 배터리(110)를 재충전하는데 사용할 수 있는 이들 소자에 전류를 발생시킨다. ASIC 타입 집적회로(113)는 상기 센서(112)상의 자기저항성 전극의 저항값으로부터 상기 죠오들(10, 20) 사이의 틈새상에 의존하는 정보를 결정하며, 이 거리를 표시하기 위한 표시부(12)를 제어한다. 상기 전자수단(11)은 상기 인쇄회로기판(115)의 측상부에 설치되고 상기 센서(112)에 대향하는 선택적인 영구자석(114)을 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 영구자석 때문에 센서(112)의 자기저항성 전극(1121)은 요구되는 특성을 부여하도록 극성이 주어질 수 있다.

상기 전자수단(111)은 하우징(13)에 의해 보호되며, 이 하우징은 합성의 내진재질(shockproof material)로 제조되는 것이 바람직하다. 상기 하우징의 형상은 인간공학적으로 이루어져서, 슬라이드를 양방향으로 용이하게 변위시킬 수 있으며; 이러한 취지로 하우징(13)에는 돌출된 미끄러지지 않는 부분(nonslip portion)(130)이 구비되기 때문에, 상기 슬라이드가 매우 쉽게 조작될 수 있다. 상기 하우징(13)을 관통하는 개구부(131)는 상기 표시부(12)의 관측을 가능하게 한다. 스위치(132)는 예를 들면 캘리퍼의 시작, 리셋(reset)과 같은 다른 기능을 명령하거나, 연속하는 측정값 등을 더하거나 평균한다. 상기 하우징은 배터리(110)를 교체하기 위하여 제거되거나 적어도 부분적으로 개방되어질 수 있다. 임의의 광전자 커넥터(133)는 캘리퍼(1)와 외부 장치 예를 들면 프린터, 개인용 컴퓨터 또는 기계장치사이의 인터페이스로서 제공된다.

상기 자기저항성 센서(112)는 도3에 개략적으로 도시한 바와 같이 다수의 자기저항성 전극(1121)을 포함한다. 상기 전극(1121)은 평행한 전극배열로 배치된다. 상기 전극의 길이는 0.1과 10밀리미터 사이의 간격내에 포함되되, 칩(112)의 폭 이하로 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 센서(112)의 폭이 1.4밀리미터인 경우, 상기 자기저항성 전극의 길이는 예를 들면 1밀리미터에 근접하게 선택되어질 것이다. 상기 전극의 폭은 현재 센서 제조기술이 허락하는 만큼 예를 들면 5㎛만큼 가늘며, 40㎛이하로 하는 것이 바람직하다. 그들의 두께는 100㎚보다 작으며, 50㎚이하로 하는 것이 바람직하다. 이들 치수에 의해, 고저항을 가지는 집적화된 전극을 이루는 것이 가능하며, 이에 따라 종래의 센서의 전력소모를 감소시키는 방법 이상으로 상기 센서의 전력소모를 감소시킬 수 있기 때문에, 그것은 간단한 배터리(110)에 의해 전력이 공급되어질 수 있다. 또한 이들 치수는 상기 스케일 자계에 대한 감도를 얻는 것을 가능하게 함으로써 전극의 저항에서의 변화량이 과도한 어려움없이 상기 센서의 전극에 의해 충분히 측정되어질 수 있다.

상기 가변 자기저항성 전극(1121)은 상기 스케일(2)에 의해 발생되는 주기 λ의 자계 H_x(x)에 대한 다양한 위상 위치를 점유하기 위하여 센서(112)상에 길이방향으로 전개된다. 스케일(2)로부터 충분한 거리(a)에서, 상기 자계는 대략적으로 x의 사인함수(sinusoidal function)를 갖는다. 이에 따라 스케일(21)에 의해 각각의 자기저항성 전극(1121)상에 발생된 상기 자계는 이 전극의 길이방향 위치의 사인함수를 가지며; 각 전극(1121)의 저항은 상기 슬라이드(1)가 축을 따라 변위될 경우, 사인곡선 방식으로 전개된다. 집적회로(113)는 가변 저항(1121)값으로부터 슬라이드의 위치를 결정하고, 표시부(112)상에 이러한 정보를 디스플레이한다.

도4는 상기 전극(1121)의 바람직한 연결모드를 개략적으로 도시한 것이다. 일예로서, 상기 자기저항성 전극은 두 개의 측정 브리지(휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge))를 형성하도록 연결된다. 각 브리지의 상응하는 전극은90°로 즉, λ/4로 위상전이된다. 각각의 브리지는 4개의 자기저항성 전극 ABCD와 A'B'C'D' 각각을 포함한다(또는 하기에 나타낸 바와 같이 4개의 자기저항성 전극 세트로 하는 것이 바람직하다). 상기 전극 또는 전극 세트 A와 A' 각각은 상기 전극 또는 전극 세트 C와 C' 각각에 대하여 180°로 위상전이된다. 이와 유사하게, 상기 전극 또는 전극세트 B와 B' 각각은 상기 전극 또는 전극세트 D와, D' 각각에 대하여 180°로 위상전이된다.

상기 전극 A,A',B,B'는 상기 각 전극 C,C',D,D'와 동일한 위상 위치를 점유한다. 그러나, 상기 각 쌍의 자기저항성 전극 AB, A'B', CD, C'D'에는 대향하는 방위 예를 들면 +45°와 -45°의 이발소 간판 기둥(barber-pole) 구조가 제공된다. 동일한 자계 H_x는 +45°에서 방위가 맞춰진 이발소 간판기둥 구조가 제공된 자기저항성 전극상에 -45°에서 방위가 맞춰진 이발소 간판기둥 구조가 제공된 자기저항성 전극상에 산출되는 저항 변화량에 반대되는 저항변화량 Δr을 산출하는 것을 알 수 있다. 따라서, 상기 자기저항성 전극상에 대향하는 방위의 이발소 간판기둥 구조를 제공하는 것은 180°로 위상이 전이하는 것과 같은 동일한 효과를 가진다. 이발소 간판기둥 구조를 이용함으로써 자계 H_x에 의해 각 자기저항성 전극(1121)상에 산출된 저항변화량 Δr이 확실하게 제어될 수 있다. 다른 방위를 가진 이발소 간판기둥 구조 예를 들면 동일한 센서상에 +45° 및 -45°에서 방위가 맞춰진 이발소 간판기둥 구조를 이용함으로써 전극을 정렬하기 위한 추가적인 자유도가 달성되며, 그것에 의해 전극들의 밀도를 증가시키고 기하학상의 에러를 좀더 보상하는 것을 가능하게 한다.

상기 두 개의 브리지는 전압 UP와 UN 사이에 공급된다. 상기 브리지의 출력에서 인가받은 신호들은 위치점 S위치와 S'위치 사이, C위치와 C' 위치사이 각각에 모아진다. 상기 출력 CC'에서 인가받은 신호는 출력SS'에서 인가받은 신호에 대하여 90°로 위상전이된다. 측정브리지를 사용함으로써 예를 들면 스케일과 센서 사이의 간격으로 인한 에러를 보상할 수 있다. 이에 따라 치수정밀도를 10㎛ 이하로 달성할 수 있으며, 전술한 타입의 전형적인 캘리퍼내에서 발견되는 것과 같은 간단한 안내메카니즘의 경우 조차도 5㎛ 정도로 달성할 수 있다.

상기 센서(112)는 도시되지 않은 적어도 하나의 보상저항을 더 포함하는데, 이 보상저항값은 어떠한 자계도 인가되지 않았을 경우, 상기 측정 브리지의 균형을 맞추도록 제조공정 동안에 레이져에 의해 조절되어질 수 있다. 이러한 저항에 의해 측정 브리지를 교정(calibrated)할 수 있다.

상기 센서의 전력소비를 더욱더 감소시키기 위하여, 전극세트 A 내지 D'는 연속하여 연결된 몇개의 자기저항성 전극(1121)으로 구성되는 것이 바람직하다. 세트당 자기저항성 전극의 수는 4보다 큰 것이 바람직하지만, 그것은 칩(112)의 크기에 의해 제한되며; 본 발명의 실시예에서 세트당 자기저항성 전극의 수는 72이다. 각 4세트의 72전극으로 구성되는 두 개의 측정 브리지를 가진 이러한 비제한적인 예에 있어서, 센서(112)상의 전체 자기저항성 전극의 수는 576개이다. 상기 각 세트의 저항과 UP위치와 UN위치사이의 각 측정 브리지 ABCD와 A'B'C'D'의 저항은 10㏀보다 크게 되되, 50㏀만큼 크게 하는 것이 바람직하며, 이것은 한정된 용량의 단일 리튬 배터리에 의해 몇시간 동안 상기 캘리퍼에 전력이 공급되는 것을 가능하게 한다.

각 세트를 구성하는 상기 전극은 동일한 모든 위상위치 즉, 주기λ의 거리에서의 위치들을 점유할 수 있다. 첫 번째 바람직한 실시예로서는, 상기 각 세트의 전극들은 근접한 위상위치 예를 들면, [kλ- w/2와 kλ+ w/2]사이에 전개된 위치를 점유하기 위하여 전개된다. 여기서 k는 전체 개수이고, w는 각 세트의 전극의 전개를 가리키는 하나의 파라메타이다. 일례로서, w는 λ/4와 같다. w에 의해 일정한 간격이 유지되고 동일한 세트로부터 인접하는 전극 유니트는 도3에서 참조번호 "1120"으로 표기되고 하나의 그룹으로 불려진다. 이러한 배열에 의해, w폭의 간격으로 전개되는 전극의 저항을 평균하는 세트 전극 A 내지 D'의 파생저항값(resulting value of the resistance)을 달성하는 것이 가능하다. 첫 번째 실시예와 결합되어질 수 있는 두 번째 바람직한 실시예에서, 각 세트는 180°로 위상전이되지만, 대향하는 방위를 가지는 이발소 간판기둥 구조를 가진 전극을 포함한다.

본 시스템의 기하학상 에러의 최적의 보상을 달성하기 위하여, 상기 자기저항성 센서(112)의 전극(1121)은 k주기 λ로 전개되되, 적어도 2주기 λ, 예를 들면 6주기상으로 전개되며, 칩(112)의 치수에 의해서만 상위 한계값이 결정되어지는 것이다.

상기 스케일의 표면에서의 자계H0는 10 내지 100kA/m의 간격내에 포함되는 것이 바람직하며, 비율(ratio)에 따라 상기 표면의 거리(a)에 대하여 지수함수적으로 감소한다.

H_x(a) = H₀·e^-2πa/λ

휴대용 캘리퍼스의 경우, 200㎛보다 작은 상기 스케일(21)과 자기저항성 센서(1121) 사이의 거리(a)가 장치의 비용을 상당히 증가시키지 않고서는 달성될 수 없다. 따라서, 이 거리는 바람직하게 200㎛와 700㎛사이가 포함되는 것을 선택하여야만 하며, 이 거리(a)가 증가한 후에는 더 이상 어떠한 중대한 경제적 잇점도 초래되지 않을 것이다. 본 발명의 실시예에서, 상기 선택된 거리(a)는 500㎛ 즉, 통상적인 자기저항성 센서의 성능보다 상당히 큰 값이다.

상기 비율은 스케일의 거리(a)에서 자계 H_x(X)는 a=λ/2인 스케일의 주기λ에 의해 빠르게 증가하며 상기 자계H(a)는 스케일 표면에서의 자계값 H0의 4%만을 이미 나타내는 것을 보여준다. 그러므로, 이것은 λ=2a를 초과하는 것이 어려우며, 다른 한편으로, 파생자계(resulting field)는 자기저항성 전극의 저항에 민감한 영향을 발휘하기에는 너무 약하다. 그러나, H_x(x, a)의 n=1과 다른 고조파(harmonics)는 λ가 감소할 경우, 감소되어 정밀도의 증가를 보증한다. λ가 2a에 근접할 경우, 바람직하기로는 λ가 1.6과 2.2a 사이에 포함되는 경우 λ에 의해 달성되는 것이 최적의 절충이라고 경험적인 실험으로 나타났다. 요구되는 정밀도가 예를 들면 0.5와 1.5밀리미터 사이의 λ값, 바람직하기로는 1밀리미터인 값에 의해 달성되어질 수 있다는 것이 실험으로 나타났다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 축을 자화시킬 수 있도록 자화주기 λ를 가지고 자화된 스케일과, 상기 자화된 스케일에 대향하여 정렬된 자기저항성 전극어레이를 포함하는 전자수단를 구비하되, 상기 자기저항성 전극의 저항값이 상기 스케일을 따르는 길이방향 위치의 센서의 사인함수를 갖도록 함으로써 상기 전극 세트의 전기저항을 증가시키고 전체 장치의 전력소모를 감소시키는 효과를 가진다.

Claims (54)

1. 축(2)을 따라 길이방향으로 변위될 수 있는 슬라이드(1)를 포함하며, 상기 슬라이드와 축에 각각 죠오(10, 20)가 구비되며, 상기 슬라이드에 상기 죠오(10, 20) 사이의 틈새에 의존하는 정보를 전자표시부(12)상에 디스플레이하기 위한 전자수단(11)이 더 구비되며, 상기 전자수단이 자가 전력공급되는(self-powered) 전기공급수단(110, 111)을 포함하는 휴대용 전자식 정밀 캘리퍼에 있어서,

   상기 축(2)에는 자화주기λ를 가진 자화된 스케일이 구비되며,

   상기 전자수단(11)은 자기저항성 전극의 저항값이 스케일(21)을 따르는 길이방향 위치의 함수를 가지도록 상기 스케일(21)에 대향하게 배치된 n 개-여기서, n은 2보다 큼-의 자기저항성 전극 어레이로 구성된 단일센서(112)를 포함하며,

   상기 전자수단(11)이 상기 자기저항성 전극(1121)의 저항값으로부터 상기 죠오들 사이의 틈새에 의존하는 정보를 결정하고, 상기 전자표시부(12)상에 이 정보를 디스플레이하기 위한 수단(112, 113)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는

   휴대용 전자식 정밀 캘리퍼.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 자기저항성 전극 어레이(1121)는 연속하여 연결된 자기저항성 전극(1121)의 적어도 소정개수의 세트(A 내지 D')를 포함하며, 상기 각 자기저항성 전극 세트의 파생저항(resulting resistance)이 상기 스스로 전력을 공급할 수 있는 전기공급수단(110, 111)만으로 상기 캘리퍼에 전력을 공급하기에 충분한 정도로 된 것을 특징으로 하는

   휴대용 전자식 정밀 캘리퍼.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 각 세트(A 내지 D')에서 연속하여 연결된 자기저항성 전극의 수는 8보다 큰 것을 특징으로 하는

   휴대용 전자식 정밀 캘리퍼.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 자기저항성 전극의 두께는 100㎚보다 작으며, 길이는 0.1과 10밀리미터 사이에 포함되며, 폭은 40㎛ 이하인 것을 특징으로 하는

   휴대용 전자식 정밀 캘리퍼.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 자기저항성 전극의 각 세트(A 내지 D')의 파생저항(resulting resistance)이 10㏀보다 크게 되도록 상기 자기저항성 전극(1121)의 치수, 재질 및 세트당 수가 선택된 것을 특징으로 하는

   휴대용 전자식 정밀 캘리퍼.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 자기저항성 전극의 각 세트의 파생저항이 50㏀보다 크게 되도록 상기 자기저항성 전극(1121)의 치수, 재질 및 세트당 수가 선택된 것을 특징으로 하는

   휴대용 전자식 정밀 캘리퍼.
7. 제 3 항에 있어서,

   상기 자기저항성 전극(1121)이 스케일의 적어도 k=2인 자화주기 λ를 초과하여 길이방향으로 전개되는 것을 특징으로 하는

   휴대용 전자식 정밀 캘리퍼.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 자기저항성 전극(1121)의 세트(A 내지 D')가 kλ- w/2 와 kλ+ w/2 사이에 전개된 위치들을 점유하는 전극으로 구성된 것을 특징으로 하는

   휴대용 전자식 정밀 캘리퍼.
9. 제 2 항에 있어서,

   연속하여 연결된 상기 자기저항성 전극(1121)의 세트(A 내지 D')는 적어도 하나의 측정 브리지를 형성하기 위하여 연결되며, 상기 전자수단(11)은 상기 죠오들(10,20) 사이의 거리를 결정하기 위한 상기 측정브리지 또는 브리지들의 출력에서의 신호 또는 신호들(S,S',C,C')을 사용하는 것을 특징으로 하는

   휴대용 전자식 정밀 캘리퍼.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 세트(A 내지 D')당 자기저항성 전극의 수는 8보다 큰 것을 특징으로 하는

    휴대용 전자식 정밀 캘리퍼.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 자기저항성 전극의 두께는 100㎚보다 작으며, 길이는 0.1보다 크며, 폭은 40㎛ 이하인 것을 특징으로 하는

    휴대용 전자식 정밀 캘리퍼.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 자기저항성 전극의 각 세트(A 내지 D')의 파생저항이 10㏀보다 크게 되도록 상기 자기저항성 전극(1121)의 치수, 재질 및 세트당 수가 선택된 것을 특징으로 하는

    휴대용 전자식 정밀 캘리퍼.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 자기저항성 전극의 각 세트의 파생저항이 50㏀보다 크게되도록 상기 자기저항성 전극(1121)의 치수, 재질 및 세트당 수가 선택된 것을 특징으로 하는

    휴대용 전자식 정밀 캘리퍼.
14. 제 8 항에 있어서,

    연속하여 연결된 상기 전극의 세트(A 내지 D')는 두개의 측정 브리지를 형성하기 위하여 연결되며, 상기 전자수단(11)은 상기 죠오들(10,20) 사이의 거리를 결정하기 위하여 상기 측정브리지들의 출력에서의 신호들을 사용하는 것을 특징으로하는

    휴대용 전자식 정밀 캘리퍼.
15. 제 14 항에 있어서,

    두 개의 브리지 출력에서의 신호들(S,S'; C,C')이 90°로 위상전이되도록, 제2 측정 브리지를 구성하는 상기 자기저항성 전극(1121)은 제1 측정 브리지를 구성하는 자기저항성 전극에 대하여 λ/4로 위상전이되는 것을 특징으로 하는

    휴대용 전자식 정밀 캘리퍼.
16. 제 15 항에 있어서,

    상기 자기저항성 전극(1121)은 x개 그룹(1120)의 자기저항성 전극을 구성하기 위하여 길이방향으로 전개되되, 상기 그룹은 λ/4씩 간격이 띄어지며, 연속하여 연결된 동일한 세트(A 내지 D')의 적어도 두 개의 자기저항성 전극(1121)을 포함하는 것을 특징으로 하는

    휴대용 전자식 정밀 캘리퍼.
17. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서,

    상기 자화된 스케일(21)와 자기저항성 전극(1121)사이의 거리(a)는 0.2와 0.7밀리미터 사이의 간격내에 포함되며, 상기 스케일 주기는 0.5 와 1.5 밀리미터 사이의 간격내에 포함되는 것을 특징으로 하는

    휴대용 전자식 정밀 캘리퍼.
18. 제 17 항에 있어서,

    상기 자기저항성 전극이 스케일의 적어도 k=2인 자화주기λ를 초과하여 길이방향으로 전개되는 것을 특징으로 하는

    휴대용 전자식 정밀 캘리퍼.
19. 제 18 항에 있어서,

    상기 자기저항성 전극이 적어도 3 밀리미터를 초과하여 길이방향으로 전개되는 것을 특징으로 하는

    휴대용 전자식 정밀 캘리퍼.
20. 제 1 항 내지 제 16 항중 어느 한 항에 있어서,

    적어도 소정개수의 자기저항성 전극(1121)에 이발소 간판 기둥(barber-pole)구조가 제공되는 것을 특징으로 하는

    휴대용 전자식 정밀 캘리퍼.
21. 제 20 항에 있어서,

    적어도 소정개수의 자기저항성 전극(1121)에 몇 개의 다른 방위를 가진 이발소 간판 기둥 구조가 제공되는 것을 특징으로 하는

    휴대용 전자식 정밀 캘리퍼.
22. 제 9 항에 있어서,

    상기 센서(112)는 상기 측정 브리지 또는 브리지들의 적어도 하나의 보상 저항을 더 포함하며, 어떠한 자계도 인가되지 않을 경우, 상기 측정 브리지의 균형을 유지하도록 제조공정 동안 레이져에 의해 보상저항값이 조절되어질 수 있는 것을 특징으로 하는

    휴대용 전자식 정밀 캘리퍼.
23. 제 1 항 내지 제 16 항중 어느 한 항에 있어서,

    상기 전자수단(11)이 인쇄회로기판(115)상에 배열되며, 상기 자기저항성 센서(112)가 상기 스케일(21)에 대향하는 인쇄회로(115)의 측부상에 배치된 것을 특징으로 하는

    휴대용 전자식 정밀 캘리퍼.
24. 제 23 항에 있어서,

    상기 전자수단(11)은, 상기 자기저항성 전극(1121)상에 야기되는 자계의 방위 및 진폭을 수정하기 위하여, 상기 자기저항성 전극(1121)에 근접하며 상기 스케일(21)에 대향하는 인쇄회로기판의 측부상에 설치된 영구자석(114)을 포함하는 것을 특징으로 하는

    휴대용 전자식 정밀 캘리퍼.
25. 제 24 항에 있어서,

    상기 자기저항성 센서(1121)가 상기 스케일(21)에 대향하는 합성 보호층(116)으로 도포된 것을 특징으로 하는

    휴대용 전자식 정밀 캘리퍼.
26. 제 24 항에 있어서,

    상기 슬라이드는 금속으로 이루어지며, 상기 인쇄회로기판(115)은 상기 자기저항성 센서(112)의 자기저항성 전극이 상기 스케일(2)의 소정 거리(a)에 위치하도록 상기 슬라이드상에 직접 부착되며, 상기 슬라이드에는 상기 인쇄회로 위쪽에 합성 재질인 내진 코팅부(117)가 더 제공되며, 개구부가 상기 전자표시부를 끼우기 위하여 상기 내진 코팅부(117)를 관통하여 제공되어지는 것을 특징으로 하는

    휴대용 전자식 정밀 캘리퍼.
27. 제 1 항 내지 제 16 항중 어느 한 항에 있어서,

    상기 전자수단(11)은 축전지(110)와 선형 발전기(111)를 포함하며, 상기 자화된 스케일(21)을 따르는 슬라이드의 변위는 상기 선형 발전기(111)에 전류를 발생시키며, 상기 전류는 상기 축전지가 재충전되도록 이용되어지며, 상기 축전지는 전자수단(11)에 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는

    휴대용 전자식 정밀 캘리퍼.
28. 제 1 항 내지 제 16 항중 어느 한 항에 있어서,

    상기 축(2)과 슬라이드(1)는 알루미늄으로 이루어지며, 상기 스케일은 강(steel)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는

    휴대용 전자식 정밀 캘리퍼.
29. 제 28 항에 있어서,

    상기 스케일(21)은 비자기보호층(22)으로 도포된 것을 특징으로 하는

    휴대용 전자식 정밀 캘리퍼.
30. 제 29 항에 있어서,

    상기 보호코팅부(22)는 상기 축(2)을 따르는 상기 슬라이드(1)의 위치를 적어도 대략적으로 지시하는 마킹부(220)를 구비한 것을 특징으로 하는

    휴대용 전자식 정밀 캘리퍼.
31. 제 1 항에 있어서,

    상기 자기저항성 전극 어레이(1121)는, 자기저항성 전극의 각 세트(A 내지 D')의 파생저항이 10㏀보다 크고 상기 캘리퍼가 자가 전력공급되는 전기공급수단(110, 111)에 의해 간단히 전력이 공급되어질 수 있도록, 연속하여 연결된 적어도 8개의 전극으로 구성된 자기저항성 전극(1121)의 적어도 소정개수의 세트(A 내지 D')로 이루어지며, 상기 자기저항성 전극(1121)의 두께는 100㎚보다 작으며, 길이는 0.1과 10밀리미터 사이에 포함되어지며, 폭은 40㎛ 이하인 것을 특징으로 하는

    휴대용 전자식 정밀 캘리퍼.
32. 제 31 항에 있어서,

    상기 자기저항성 전극(1121)은 상기 스케일의 적어도 2인 자화주기λ를 초과하여 전개되며,

    상기 자기저항성 전극의 각 세트(A 내지 D')의 파생저항은 50㏀보다 크며,

    연속하여 연결된 자기저항성 전극(1121)의 각 세트(A 내지 D')는 두 개의 측정 브리지를 형성하기 위하여 연결되며,

    상기 전자수단은 상기 죠오들(10, 20) 사이의 거리를 결정하기 위하여 상기 측정 브리지들의 출력에서의 신호들(S,S';C,C')을 사용하는 것을 특징으로 하는

    휴대용 전자식 정밀 캘리퍼.
33. 제 32 항에 있어서,

    상기 자기저항성 전극은 x개 그룹(1120)의 자기저항성 전극(1121)을 구성하기 위하여 길이방향으로 전개되며, 상기 그룹은 λ/4씩 간격이 띄어지며 연속하여 연결된 동일한 세트(A 내지 D')의 적어도 두 개의 자기저항성 전극을 포함하며,

    두 개의 브리지 출력에서의 신호들이 λ/4로 위상전이되도록, 제2 측정 브리지를 구성하는 자기저항성 전극(1121)은 제1 측정 브리지를 구성하는 자기저항성 전극(1121)에 대하여 λ/4로 위상전이되는 것을 특징으로 하는

    휴대용 전자식 정밀 캘리퍼.
34. 제 31 항에 있어서,

    상기 자화된 스케일(21)와 자기저항성 전극(1121)사이의 거리(a)는 0.2와 0.7밀리미터 사이의 간격내에 포함되며,

    상기 스케일의 자화주기λ는 0.5와 1.5 밀리미터 사이에 포함되며,

    상기 자기저항성 전극(1121)은 스케일의 k=2인 자화주기λ이상이고, 3밀리미터 이상의 길이를 초과하여 길이방향으로 전개되는 것을 특징으로 하는

    휴대용 전자식 정밀 캘리퍼.
35. 제 31 항에 있어서,

    적어도 소정 개수의 자기저항성 전극(1121)에는 몇 개의 다른 방위를 가진 이발소 간판기둥구조가 제공되는 것을 특징으로 하는

    휴대용 전자식 정밀 캘리퍼.
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