(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定器具においてプローブを選択的に延出し後退させるためのアクチュエータであって、
アクチュエータ本体と、
上記アクチュエータ本体内に配置された送りねじと、
上記送りねじと噛み合う送りねじナットと、
上記アクチュエータ本体とスライド可能に係合する第一開口部を有するキャリッジと、
上記第一開口部の内周に配置された第一の複数の磁石と、
上記送りねじナットの外周に、上記第一の複数の磁石とほぼ位置を揃えて配置された第二の複数の磁石と、を備え、
上記キャリッジは、上記プローブが取り付けられたプローブホルダーに係合する第二開口部をさらに含み、
上記第一、第二の複数の磁石は、上記キャリッジが上記アクチュエータ本体に対して十分変位できるように、この変位量において上記第一、第二の複数の磁石が上記キャリッジの上記アクチュエータ本体に対する動きを大きく制限しないように、配置され、
さらに、相互に係合し合う第一、第二の動的据付部材を備え、これら第一、第二の据付部材は、上記キャリッジと上記アクチュエータ本体にそれぞれ取り付けられ、上記キャリッジが延出位置にある時、上記キャリッジを上記アクチュエータ本体に対して正確に位置付けるようになっており、
上記相互に係合し合う第一、第二動的据付部材の一方が、半球をなしており、
上記送りねじナットが上記送りねじに沿う移動限界に達する前に、上記第一、第二動的据付部材が係合し合い、それによって上記磁石が、上記動的据付部材をくっつき合わせるように付勢する軸線方向の力を生成することを特徴とする、プローブを選択的に延出し後退させるためのアクチュエータ。
【請求項２】
上記半球が半球型のベアリングを含むことを特徴とする、請求項１に記載の、プローブを選択的に延出し後退させるためのアクチュエータ。
【請求項３】
上記第一、第二動的据付部材の他方が、上記半球と係合するスロットを含むことを特徴とする請求項１に記載の、プローブを選択的に延出し後退させるためのアクチュエータ。
【請求項４】
上記動的据付部材が、３つの半球と３つのスロットで構成されていることを特徴とする、請求項３に記載の、プローブを選択的に延出し後退させるためのアクチュエータ。
【請求項５】
上記アクチュエータ本体がベースを備え、上記第１、第２の動的据付部材の一方がこのベースに配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の、プローブを選択的に延出し後退させるためのアクチュエータ。
【請求項６】
上記第一、第二の複数の磁石がそれぞれ３つの磁石で構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の、プローブを選択的に延出し後退させるためのアクチュエータ。
【請求項７】
上記第一、第二の複数の磁石が、等間隔に、１２０度離れて、一列に配置されていることを特徴とする、請求項６に記載の、プローブを選択的に延出し後退させるためのアクチュエータ。
【請求項８】
上記アクチュエータ本体が非鉄製の管で構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の、プローブを選択的に延出し後退させるためのアクチュエータ。
【請求項９】
上記アクチュエータ本体の内面に設けられた、鉄製の位置合わせ用ストリップを備えたことを特徴とする、請求項１に記載の、プローブを選択的に延出し後退させるためのアクチュエータ。
【請求項１０】
上記送りねじに連結されたモーターを備えたことを特徴とする、請求項１に記載の、プローブを選択的に延出し後退させるためのアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニアアクチュエータに関し、特に、電動式の送りねじまたはボールねじ（本明細書において、「送りねじ」という言葉は、両者および類似の機構を含むものとする）を有するリニアアクチュエータに関する。この送りねじは、磁石によってプローブホルダーに結合された位置決め要素（positioning element）を動かす。本発明はこのようなリニアアクチュエータにおいて、分離機能の向上と、移動終端における位置決め精度の向上を提供する。
【背景技術】
【０００２】
測定器具に用いられるタイプのプローブは、公知である。非使用時にはプローブを後退させる機構を有するタイプのプローブが、好ましい。公知の機構のとして、レール・キャリッジ組立体等があるが、この組立体は、キャリッジに取り付けられたプローブ取付ブロックを有している。この取付ブロックはキャリッジによって運搬され、レールに沿って移動する。モーターによって駆動される送りねじが、この取付ブロックを動かすことが多い。
【０００３】
本発明が関係するタイプのプローブは、通常、完全に後退している(fully retracted)か、使用時に完全に延出されている（fully extended）か、のいずれかである。通常、中間位置は用いられない。
【０００４】
公知のアクチュエータが、特許第６，０８４，３２６号に示されている。この公知の機構においては、送りねじがモーターによって駆動されている。送りねじが回動すると、この送りねじに連結された送りねじナット等の変位部材が長手方向に移動する。複数の磁石がこの変位部材を、内周に同様の磁石を配置してなるキャリッジに連結し、キャリッジは送りねじナットと一緒に移動する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のタイプの公知の機構は広く用いられているが、いくつか欠点がある。磁石による結合のため、スライダーまたはキャリッジとプローブが、変位機構に対して一時的に長手方向に変位して、非係合状態になることがある。ただし、従来でも回動方向の変位と非係合は生じなかった。さらに、公知の装置は、移動終端においてそれなりに正確ではあるが、移動終端において繰り返し位置決めするためには、送りねじのねじ山が正確であること、汚染物質がないこと、等に依存している。
【０００６】
本発明の目的は、公知のアクチュエータの上述した欠点等を解決することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
簡単に、本発明の一態様に従って述べると、測定器具においてプローブを選択的に延出し後退させるためのアクチュエータは、アクチュエータ本体とキャリッジを備えている。このキャリッジは、上記本体にスライド可能に取り付けられた第一開口部と、プローブを有するプローブホルダーを収容する第二開口部を有している。上記アクチュエータ本体を取り囲んでいる上記キャリッジの上記第一開口部は、その内周に沿って配置された第一の複数の磁石を有している。
【０００８】
上記アクチュエータ本体は、上記アクチュエータ本体の内周の内側に配置された送りねじと、上記送りねじと噛み合う丸い送りねじナットと、この送りねじナットの外周に上記第一の複数の磁石とほぼ位置を合わせて配置された第二の複数の磁石を有している。上記第一、第二の複数の磁石は、上記キャリッジが上記アクチュエータ本体に対して長手方向または回転方向に十分変位されるように、第一、第二の複数の磁石が上記アクチュエータ本体に対する上記キャリッジの更なる移動を大きく制限しないように、配置されている。上記キャリッジおよび上記アクチュエータ本体のベース部（基部：base portion）は、相互に係合し合う第一、第二の動的据付部材を有している。これら動的据付部材は、上記アクチュエータ本体のベースと上記キャリッジにそれぞれ取り付けられ、上記プローブホルダーが完全延出位置にある時、上記キャリッジを上記アクチュエータ本体に対して正確に位置づけるようになっている。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、第一の複数の磁石と第二の複数の磁石は、それぞれ、３つの磁石で構成されている。
【００１０】
本発明のさらに他の態様によれば、上記第一、第二の複数の磁石は、１２０度離れて等間隔に離間され、一列に配置されている。
【００１１】
本発明のさらに他の態様によれば、上記相互に係合し合う第一、第二の動的据付部材の一方の端部は、半球を有している。好ましくは、上記相互に係合し合う第一、第二動的据付部材の一方が、半球型のベアリングで構成されている。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明によるアクチュエータとプローブを、一部断面で示す図である。
【図２】図１の２−２線に沿う断面図である。
【図３】相互に係合する第一、第二の動的据付部材の詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明の一態様によるアクチュエータ１０を一部断面にして示している。このアクチュエータ１０は、プローブ２０を選択的に延出し、後退させるためのものである。このアクチュエータ１０は、略円筒形のアクチュエータ本体またはハウジング１００を含み、この円筒形の本体１００にはモーター１１４がモーターユニット１１２によって連結されている。軸継手１１６が、比例送りねじ（proportional lead screw）１０６の軸にモーター軸を連結する。この送りねじは、上記ハウジングの上端と下端にそれぞれ配置されたベアリング１１０間に設けられている。好ましくは、このベアリングはボールベアリング等であり、上記送りねじを正確に位置づけ、送りねじがモーターによって回転されるように支持する。
【００１４】
ハウジング１００は、好ましくは円筒形であるが必ずしもその必要はない。またハウジング１００は鉄を含まず、プラスチックや炭素繊維等、アクチュエータの正確な動作のための十分な堅牢さを提供するさまざまな素材から作られている。
【００１５】
移動可能な送りねじナット１０４は、上記送りねじ１０６により移動される。この送りねじナット１０４は、送りねじの雄ねじに対応する雌ねじを有している。図示されている送りねじナットは円形であるが、別の形状であってもよい。
【００１６】
送りねじナットは、後述のように、複数の磁石によって回動を抑制されており、送りねじ１０６がモーター１１４によって回動されると、円筒形の本体内で、送りねじに沿って昇降する。好ましくは、送りねじナット１０４は、複数好ましくは３つの磁石２００を有し、これらの磁石は送りねじナットの外周に等間隔に離間して配置されている。例えば図２に詳細に示すように、１２０度離れた角度位置で配置されている。
【００１７】
磁石２００の北極と南極は、送りねじナットの中央を通って延びる径方向の直線上に配置されている。磁石は、好ましくは送りねじナットの外周に等間隔で配置されているが、必ずしもその必要はない。
【００１８】
プローブホルダー１１８は、キャリッジ１０２によってアクチュエータ本体１００に連結されている。キャリッジ１０２（図２も参照）は、これを貫通する２つの開口部を有している。第一開口部２０６はアクチュエータ本体１００をスライド可能かつ回動可能に収容する。第二開口部１０３（図３参照）はプローブホルダー１１８を着脱可能（解放可能）に収容し保持する。図示のキャリッジ１０２は四角形であるが、他の形状であってもよい。
【００１９】
好ましくは、図２に示すように、第二の同様の複数の磁石２０４が、アクチュエータ本体１００を取り囲むキャリッジ１０２の開口部２０６の内周に沿って配置されているが、必ずしもその必要はない。磁石２００と磁石２０４の組み合わせにより、送りねじナット１０４の回動を抑止する。図２に示すように、３つの磁石２０４が、開口部２０６の内周に沿って配置されている。送りねじナット１０４の外周に配置された磁石２００と、開口部２０６の内周に配置された磁石２０４の、逆の極同士が対向し、引き付け合っている。つまり、図２に示すように、磁石２００の南極が磁石２０４の北極に近接して配置されている。
【００２０】
本発明のアクチュエータにおいて、磁石の数と大きさの選択により、プローブホルダーを送りねじナットから、長手方向にも径方向にも分離（break away）させることができる。これにより、プローブにかかる力が所定の分離力（breakaway force）を超えた時に、プローブの損傷を防止することができる。
【００２１】
アクチュエータの本体１００を取り囲んでいるキャリッジの第一開口部２０１は、キャリッジを本体１００に対してスライド可能かつ回動可能に支持するベアリング１０８等を含んでいてよく、あるいは、単にハウジング本体の上をスライド可能であってもよい。
【００２２】
プローブホルダー１１８は、キャリッジ１０２の第二開口部１０３内に固定されている。ねじ１２０がプローブホルダーをキャリッジ１０２の開口部１０３内で実質的に固定状態で締め付けている。好ましくは図１、図３に示すように、開口部１０３はねじ１２０等による調節可能な力でプローブホルダー１１８と摩擦係合している。これにより、必要に応じてプローブを点検修理するためにプローブホルダー１１８を取り外すことができ、また、プローブホルダー１１８をキャリッジ１０２に対して垂直方向および回動方向に調節することができる。
【００２３】
図２は、図１の２−２線に沿う断面図である。図２には、キャリッジおよびアクチュエータ本体１００での磁石の径方向の位置がより明確に示されている。プローブホルダーを固定する開口部１０３および締め付けねじは、図２には示されていない。
【００２４】
好ましくは、アクチュエータ本体１００とキャリッジ１０２の相対的配向を維持するために、鉄製ストリップ２０２（帯鉄：ferrous strip）好ましくは鋼製ストリップ（鋼帯：steel strip）が、円筒形のハウジングの内面に、１つの磁石対と位置を揃えて配置され、これによりハウジングに対する送りねじナットとプローブホルダーの相対的配向を維持する。
【００２５】
図２に見られるように、プローブホルダーと送りねじナットを位置合わせする鉄製ストリップ２０２は、従来技術に対して有利な点を提供している。すなわち、プローブホルダー（キャリッジ）と円筒形の本体との間に摩擦を加えることなく、不要な回動を制御し、同時に所望の回動分離の特徴を提供するのである。
【００２６】
図３は、キャリッジとアクチュエータ本体の底部にそれぞれ設けられた、互いに係合し合う、第一、第二の動的据付部材（kinematic mount members）の詳細図である。複数、好ましくは３つの調節ねじ３０２の各端部に設けられた半球形のボール３０４が、アクチュエータハウジング部材のベース３００に形成された、対応する位置付け部（位置付け用フィーチャー；locating feature)と係合し、これによりアクチュエータが完全延出位置にあるとき、プローブホルダーをアクチュエータ本体に対して正確に位置づける。この位置付け部は、スロット３０５、平面、円錐型フィーチャ等からなる。上記ベース３００は、必ずしもその必要はないがリング形状であることが好ましい。図には３つの据付部材が示され、それが好ましいが、より少数であってもよい。
【００２７】
上記動的据付部材は、送りねじに沿う送りねじナットの移動終端（travel end）のわずかに手前で係合し、しっかりと正確な位置づけを保証する。複数磁石２００と対応する磁石２０４のわずかな相対的位置ずれによって生じたこれら磁石間の磁力が、調節ねじの端部のボール３０４を、エンドキャップのそれぞれの位置付け部に保持する。
【００２８】
本発明を現時点において好ましい数々の実施例と関連させて説明してきたが、当業者には、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、ある種の変形や変更が可能であることが理解されるであろう。したがって、本発明の真の精神および範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ定義される。
【図１】
0005389254.tif 000002
【図２】
0005389254.tif 000003
【図３】
0005389254.tif 000004