(57)【要約】      （修正有）【課題】手持ち型マイクロメータ用の高速回転駆動装置を提供する。【解決手段】手持ち型マイクロメータ用のマイクロメータ駆動構成は、フレームと、主軸と、主軸の変位を感知する線形変位センサと、比較的粗いねじピッチを有するとともに主軸駆動ギア３９６に取り付けられているねじ式主軸駆動装置と、主軸駆動ギア３９６と噛み合う遊星駆動ギア３９７Ａ−Ｃと、遊星駆動ギア３９７Ａ−Ｃを取り囲むとともに遊星駆動ギア３９７Ａ−Ｃと噛み合うリングギア３９８と、主軸駆動ギア３９６、遊星駆動ギア３９７Ａ−Ｃ、およびリングギア３９８を略取り囲むシンブル３１７と、を含む。シンブル３１７は、遊星駆動ギア３９７Ａ−Ｃを通じて主軸駆動ギア３９６を駆動するように連結され、遊星駆動ギア３９７Ａ−Ｃは、主軸駆動ギア３９６がシンブル３１７よりも高速で回るようにサイズ決定および装着されている。【選択図】図４
2013238596.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレームと、
主軸と、
前記主軸の変位を感知する線形変位センサと、
主軸駆動ギアに取り付けられたねじ式主軸駆動装置と、
前記主軸駆動ギアと噛み合う遊星駆動ギアと、
前記遊星駆動ギアを取り囲むとともに前記遊星駆動ギアと噛み合うリングギアと、
前記主軸駆動ギア、前記遊星駆動ギア、および前記リングギアを略取り囲むシンブルと、を含み、
前記シンブルは、前記遊星駆動ギアを通じて前記主軸駆動ギアを駆動すべく連結され、
前記遊星駆動ギアは、前記主軸駆動ギアが前記シンブルよりも高速で回るようにサイズ決定および装着されている、手持ち型マイクロメータ用のマイクロメータ駆動構成。
【請求項２】
前記リングギアは、前記シンブルに連結され、前記シンブルの速度で回転し、
前記遊星駆動ギアは、前記遊星駆動ギアの回転軸で前記フレームに固定されている、請求項１に記載のマイクロメータ駆動構成。
【請求項３】
前記シンブルおよび前記主軸駆動ギアは、５：１のギア比で動作する、請求項２に記載のマイクロメータ駆動構成。
【請求項４】
前記リングギアは前記フレームに固定され、そして
前記遊星駆動ギアの回転軸は、前記シンブルに連結され、前記シンブルの速度で回転する、請求項１に記載のマイクロメータ駆動構成。
【請求項５】
前記シンブルおよび前記主軸駆動ギアは、６：１のギア比で動作する、請求項４に記載のマイクロメータ駆動構成。
【請求項６】
前記主軸駆動装置は、リード角度λおよび法線に対して測定されたねじ角度αnを有するねじを含み、
前記主軸駆動装置のねじおよび前記主軸を駆動する係合部材は、有効静止摩擦係数μを示し、
前記リード角度λ、前記ねじ角度αn、および前記有効静止摩擦係数μは、関係式μ＞ｃｏｓαnｔａｎλを満たす、請求項１に記載のマイクロメータ駆動構成。
【請求項７】
前記主軸駆動装置は、前記主軸を駆動する雄ねじを含む、請求項１に記載のマイクロメータ駆動構成。
【請求項８】
前記主軸駆動装置は、前記主軸を駆動する雌ねじを含む、請求項１に記載のマイクロメータ駆動構成。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、主軸を工作物に接触するように移動させるための高速回転駆動装置を有する手持ち型マイクロメータに関する。
【背景技術】
【０００２】
手持ち型機構を用いて工作物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（本明細書中では’７０４号、’８９０号、’５５６号、’１８５号、および’２５１号特許と称される。また、本明細書中でこれらの文献を「参照文献」という。）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。例えば、’６７７号特許は、非常に粗い駆動ねじを用い、’２５１号特許は、駆動ねじを用いない既知のばね荷重式ゲージ設計の特徴をコピーしている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上述のマイクロメータ設計は、従来の細かいピッチのねじ駆動式マイクロメータのいくつかの望ましい特徴を欠いている。ユーザに人間工学的な、速やかな、および簡便な機能性を提供するため、ユーザの側における動きを制限しながら主軸を所望される位置まで素早く駆動するとともに、他の所望される特徴も提供する、マイクロメータの必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
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べく提供される。この概要は、特許請求する主題の枢要な特徴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。
【０００５】
先述のように、上述のマイクロメータ設計は、従来の細かいピッチのねじ駆動式マイクロメータのいくつかの望ましい特徴を欠いている。例えば、’２５１号特許の設計は、ばね荷重式であり、マイクロメータの基準面が工作物に調節されているときは良好な剛直性または抵抗を提供しない。結果として、ユーザは、例えば、マイクロメータが「最小寸法」の断面で工作物に係合していることを手動で感知することができない。例えば、カム形状の断面を有する工作物を装置において回転させる場合、マイクロメータは、ほとんど抵抗を与えず、単純にその読み取り値を現在の寸法に変更するのみである。対照的に、従来の細かいピッチのねじ駆動式マイクロメータは、工作物の特定の差し渡し寸法に調節することが可能であり、工作物を回転させると、工作物の寸法が現在のマイクロメータの間隙から逸脱するので、実質的な抵抗または実質的な開放のいずれかが生じる。これにより、例えば、マイクロメータを工作物についての最大または最小の寸法に速やかに調節するためにユーザにより感知される手動フィードバックが提供される。加えて、一旦設定されると、マイクロメータの読み取り値は安定し、電子的サンプルアンドホールド回路などの必要性はない。’６７７号特許は、マイクロメータを直接駆動する非常に粗いピッチのねじを用いている。これは、読み取り値の安定性および「感触」に関して’２５１号特許の設計よりも良好であるが、従来の細かいピッチのマイクロメータ駆動装置の望ましい「係合剛直性」または感触を提供するものではない。
【０００６】
望ましいレベルの係合剛直性または感触を、ユーザの側における動きを制限しながら主軸を所望される位置に素早く移動させる能力と組み合わせる手持ち型マイクロメータ用のマイクロメータ駆動構成を、本明細書中で開示する。様々な実施形態において、マイクロメータ駆動装置は：フレームと；主軸と；主軸の変位を感知する線形変位センサと；主軸駆動ギアに取り付けられたねじ式主軸駆動装置と；主軸駆動ギアと噛み合う遊星駆動ギアと；遊星駆動ギアを取り囲むとともに遊星駆動ギアと噛み合うリングギアと；主軸駆動ギア、遊星駆動ギア、およびリングギアを略取り囲むシンブルと；を含む。シンブルは、遊星駆動ギアを通じて主軸駆動ギアを駆動するように連結され、遊星駆動ギアは、主軸ギアがシンブルよりも高速で回るようにサイズ決定および装着されている。主軸駆動ギア、遊星駆動ギア、およびリングギアは、エピサイクリックギア駆動装置、または略してエピサイクリック駆動装置と称されてもよい。一般的に言って、本構成の１つの利点は、主軸をシンブルの回転に関して速やかに駆動するため、’６７７号特許において用いられているものなどの非常に粗い主軸駆動装置のねじピッチを必要としないことである。むしろ、エピサイクリック駆動装置は、’６７７号特許の装置において用いられるものよりも細かい主軸駆動装置のねじピッチと組み合わせられてもなお、シンブルの回転に関して同じ主軸の前進を提供し得るように、シンブルよりも高い速度で（例えば、シンブルの１回転に対して主軸駆動装置の４回転の比で）主軸駆動装置を回転させる。これにより、例えば、以下で概説する自己ロックの特徴を含む、いくつかの人間工学的または信頼性の向上を提供し得る。逆に、’６７７号特許において用いられている主軸駆動装置のねじピッチは、本明細書中で開示のエピサイクリック駆動構成と組み合わせて用いられた場合、はるかに高速な主軸の前進を提供することが可能である。いくつかの実装形態において、リングギアは、シンブルに連結されてもよく、シンブルの速度で回転してもよく、遊星駆動ギアは、遊星駆動ギアの回転軸においてフレームに固定されていてもよい。
【０００７】
いくつかの実装形態において、リングギアはフレームに固定されてもよく、遊星駆動ギアの回転軸は、シンブルに連結されてもよく、シンブルの速度で回転してもよい。
【０００８】
いくつかの実装形態において、シンブルの回転に関する主軸駆動ギアの回転は、３：１、４：１、５：１、６：１以上などの高い「ギア比」で動作してもよい。
【０００９】
いくつかの実装形態において、主軸駆動装置は、測定される工作物により主軸に印加される圧縮力に応答して主軸駆動装置が回らないように、構成されたねじを有してもよい；すなわち、主軸駆動装置は、この意味において「自己ロック」するように構成されている。いくつかの実装形態において、主軸駆動装置は、リード角度λ（ねじピッチに対応する）および駆動軸に対して平行な平面において駆動軸に対して垂直な平面に対して測定されたねじ角度αn（径方向に沿ったねじ面のテーパに対応する）を有するねじを含んでもよい。主軸駆動装置のねじは、有効静止摩擦係数μを提供する材料で作製されてもよい。リード角度λ、ねじ角度αn、および有効静止摩擦係数μは、主軸駆動装置が「自己ロック」するように、関係式μ＞ｃｏｓαnｔａｎλを満たすように設計されてもよい。
【００１０】
いくつかの実装形態において、主軸駆動装置は、主軸を主軸駆動装置上の雄ねじに沿って駆動するように係合してもよい。他の実装形態において、主軸駆動ギアは、主軸を主軸駆動装置上の雌ねじに沿って駆動するように係合してもよい。
【００１１】
本発明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。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】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の図である。
【図２】さらなる詳細を示す、図１に示すマイクロメータゲージの破断図である。
【図３】エピサイクリック主軸駆動装置の第１の実施形態を含む、本明細書中で開示の原理に適合した、図１および図２に示すものに類似のマイクロメータの第１の実施形態の一部分の断面図である。
【図４】軸方向から見たエピサイクリックギア駆動装置の第１の実施形態を示す、図３のマイクロメータの断面図である。
【図５Ａ】エピサイクリック主軸駆動装置の第２の実施形態を含む、本明細書中で開示の原理に適合したマイクロメータの一部分の断面図である。
【図５Ｂ】図５Ａに示す主軸駆動装置上のねじに関するねじパラメータを示す詳細図である。
【図６】軸方向から見たエピサイクリック駆動装置の第２の実施形態を示す、図５Ａのマイクロメータの断面図である。
【図７】エピサイクリック主軸駆動装置の第３の実施形態を含む、本明細書中で開示の原理に適合したマイクロメータの一部分の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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〜図７に記載の要素を含むように適合されてもよい。
【００１４】
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。主軸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。
【００１５】
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、シンブル１７を回す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、主軸３が支持されている。主軸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。エンドキャップ２７が、シンブル１７の端部および／または内容物を覆っていてもよい。
【００１６】
図２は、さらなる詳細を示す、図１に示すマイクロメータゲージ１の破断図である。図２に見られるように、本体２は、Ｕ字形主フレーム４と、主軸３を前進および後退させるための主軸駆動機構５（略して主軸駆動装置）と、主軸３の変位量を検出するための位置変換器６とを含む。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の介在を通じて主軸本体３Ａ上に編成されている。
【００１７】
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６Ａ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。
【００１８】
図２に示す実施形態において、主軸駆動機構５は、主軸３の摺動部材３Ｂの他端に取り付けられたストッパ１２と、ストッパ１２に取り付けられたピン状の係合部材１３と、主軸３の軸方向に沿って係合部材１３を前進および後退させるための係合部材駆動機構１４とを含む。係合部材駆動機構１４は、内側スリーブ１５および外側スリーブ１６を含む。内側スリーブ１５の一端は、Ｕ字形フレーム４に固定され、係合部材１３が挿入され主軸３の軸方向に沿って延在するスリット１５Ａを有する。外側スリーブ１６は、内側スリーブ１５の外周上に円周方向に回転可能に嵌合し、その内周部において係合部材１３に係合する螺旋状溝１６Ａを有する。螺旋状溝１６Ａは、以下でより詳細に概説する主軸駆動装置のねじの一実施形態である。外側スリーブ１６の外周面上に、シンブル１７が回転可能に嵌合している。シンブル１７と外側スリーブ１６との間に、２つの板ばね１８が編成されている。シンブル１７を一方向に回転させると、この回転のトルクが、板ばね１８、外側スリーブ１６の螺旋状溝１６Ａ、および係合部材１３を通じて主軸３に伝達される。それにより、主軸３はアンビル１１に向かって前進する。シンブル１７を他方向に回転させると、主軸３は後退する。螺旋状溝１６Ａは、比較的大きいまたは粗いピッチを有する。具体的には、螺旋状溝１６Ａのピッチは、従来のマイクロメータのねじピッチよりも大きい。
【００１９】
主軸３の摺動部材３Ｂは、内側スリーブ１５において摺動可能に支持され、主軸３の周縁の周囲で内側スリーブ１５に接触している。主軸３がアンビル１１から離れるように移動すると、図２の想像線により示すように、主スケール３１が設けられた主軸本体３Ａが内側スリーブ１５内に挿入される。
【００２０】
図２に示すように、主軸３とＵ字形フレーム４との間および内側スリーブ１５と外側スリーブ１６との間に、リング状の封止部材２６がそれぞれ設けられている。内側スリーブ１５の開放端部に、エンドキャップ２７がねじ係合されている。エンドキャップ２７は、ゲージ本体２の内部を外部の雰囲気と連通させる開口２７Ａを有する。
【００２１】
開口２７Ａを閉じる多孔質部材２８が、エンドキャップ２７の内側に取り付けられている。多孔質部材２８は、好ましくは、気体の透過を可能にするが液体または固体の透過を可能にしない合成樹脂フィルタ（例えば、GORE‐TEX製のOLEO VENTIFILTER（製品名））で構成される。それにより、主軸３が内外に移動する際のＵ字形フレーム４の内側の閉じた空間の空気圧における変化を防止することが可能である。
【００２２】
図３は、エピサイクリック主軸駆動装置の第１の実施形態を含む、本明細書中で開示の原理に適合したマイクロメータ３００の第１の実施形態の一部分の断面図である。図３に示さないマイクロメータの部分は、いくつかの実施形態において、図１および図２に関連して先に説明したように、または、参照文献に見られる他の教示に従って、および／もしくは、当業者に一般に知られる技法に従って、実装してもよいことが理解されよう。多くの場合、図３において３ＸＸと番号付けられた要素は、図１および図２においてＸＸと番号付けられた要素に類似の機能を提供してもよく、重要な差異のみが本明細書中で記載されることが類推により理解されてもよい。
【００２３】
図３に示すように、マイクロメータ３００の図示された部分は、係合部材３１３が取り付けられた主軸３０３と、フレーム３０４と、スロット３１５Ａを含むフレーム３０４に対して固定されたフレームスリーブ部３１５と、主軸３０３に装着されたスケール３３１の位置を読む線形変位センサ３０６と、雌主軸駆動ねじ３１６Ａを含むとともに主軸駆動ギア３９６に接合され主軸駆動ギア３９６により回される雌ねじ式主軸駆動装置３１６と、遊星駆動ギア３９７Ａ、３９７Ｂ、および３９８Ｃ（不可視）と、リングギア３９８と、シンブル３１７と、エンドキャップ３２７とを含む。シンブル３１７は、シンブルが保持リング３１０により保持されることを可能にするフランジ３１７’を含む。線形変位センサ３０６は、協働するスケール３３１を有する静電式、誘導式、または光学式位置センサを含んでもよい。リングギア３９８は、本実施形態において、リングギア３９８が回転せず、遊星駆動ギア３９７Ａ、３９７Ｂ、および３９７Ｃを取り囲みそれらと噛み合うように、フレーム３０４に対して固定されている。遊星ギアは、主軸駆動装置３１６の端部上で主軸駆動ギア３９６と噛み合う。遊星駆動ギア３９７Ａ、３９７Ｂ、および３９７Ｃは、本実施形態において、エンドキャップ３２７に固定されたアクスル３９９Ａ、３９９Ｂ、および３９９Ｃ上にそれぞれ装着されている。シンブル３１７は、主軸駆動装置３１６、遊星駆動ギア３９７Ａ、３９７Ｂ、および３９７Ｃ、ならびにリングギア３９８を略取り囲んでいる。エンドキャップは、シンブル３１７およびエンドキャップ３２７が回転する際に遊星駆動ギアのアクスル３９９Ａ、３９９Ｂ、および３９９Ｃならびに遊星駆動ギア３９７Ａ、３９７Ｂ、および３９７Ｃが円形経路を辿らされるように、シンブル３１７に固定されるかまたはシンブル３１７と一体的になっている。遊星駆動ギア３９７Ａ、３９７Ｂ、および３９７Ｃが固定されたリングギア３９８と噛み合っているため、これにより、遊星駆動ギアが自らのアクスル周りに回転し、この遊星駆動ギアの回転が、噛み合った主軸駆動ギア３９６を駆動し、取り付けられた主軸駆動装置３１６を回転させる。
【００２４】
主軸駆動装置３１６は、係合部材３１３と噛み合うとともに係合部材３１３を駆動することで、図２を参照して先に説明したものに類似の方法で主軸３０３を駆動する主軸駆動ねじ３１６Ａ（例えば、螺旋状溝により提供されるもの）を含む。
【００２５】
図３に示す実施形態において、主軸駆動装置３１６は、主軸３０３に取り付けられた要素（例えば、係合部材３１３）に係合するとともにかかる要素を駆動する雌主軸駆動ねじ３１６Ａを含む。以下でさらに概説するものなどの他の実施形態において、主軸駆動装置は、主軸に取り付けられた要素に係合するとともにかかる要素を駆動する雄主軸駆動ねじを含む。本明細書中で開示の様々な実施形態において、主軸駆動ねじＸ１６Ａは螺旋状溝として図示され、主軸の係合部材Ｘ１３は噛み合ったピンとして図示されているが、螺旋状溝Ｘ１６Ａは、いずれかの動作可能なねじ形態により置換されてもよく、係合部材Ｘ１３は、噛み合った動作可能なねじ形態などにより置換されてもよいことは言うまでもない。
【００２６】
図３は、図示された要素の部分的に概略的な表現であることは言うまでもない。例えば、要素の間の間隙のいくつかは、様々な要素の認識を容易くするために誇張されており；実際の装置において、正確な位置合わせ、安定性、および円滑な動作を提供するために摺動界面または軸受を要素の間に設けてもよい。同様に、本発明の新規な特徴をより良好に図示および強調するため、封止および通気の特徴、ならびに図２に示す主軸駆動機構５に含まれるいくつかの要素は含まれていない。しかし、かかる要素が実際の装置に含まれてもよいことは言うまでもない。
【００２７】
図４は、軸方向から見たエピサイクリックギア駆動装置の第１の実施形態を示す、図３のＡ−Ａ線に沿ったマイクロメータ３００の断面図４００である。リングギア３９８、遊星駆動ギア３９７Ａ、３９７Ｂ、および３９７Ｃ、ならびに主軸駆動ギア３９６は、主軸ギア３９６とその取り付けられた主軸駆動装置３１６とがシンブル３１７よりも高速で回るようにサイズ決定および装着されていることは言うまでもない。図４に示すものと同様の一実施形態において、リングギア３９８は、主軸駆動ギア３９６に対して５倍の直径を有してもよく、５倍の数の歯を含む。かかる実施形態において、シンブル３１７の１回転により、遊星ギアが円形経路を１周し、主軸駆動ギア３９６が６回転する。
【００２８】
一般に、遊星ギア３９７Ａ、３９７Ｂ、および３９７Ｃのアクスルがシンブル３１７に（例えば、エンドキャップ３２７を通じて）連結され、リングギア３９８がギア歯数ＮRを有し、主軸駆動ギア３９６がギア歯数Ｎsを有する実施形態において、シンブルに対する主軸駆動装置の回転比Ｒは、次の関係式により決定し得る：
Ｒ＝１＋ＮR／ＮS                （式１）
【００２９】
シンブルに連結された遊星ギアを含む追加の実施形態を図７に示す。
【００３０】
図５Ａは、エピサイクリック主軸駆動装置の第２の実施形態を含む、本明細書中で開示の原理に適合したマイクロメータ５００の第１の実施形態の一部分の断面図であり、図５Ｂは、本明細書中で開示の様々な実施形態における主軸駆動装置のねじに関するねじパラメータを示す詳細図である。図５Ａおよび図５Ｂに示さないマイクロメータの部分は、いくつかの実施形態において、図１および図２に関連して先に説明したように、または、参照文献に見られる他の教示に従って、および／もしくは、当業者に一般に知られる技法に従って、実装してもよいことが理解されよう。多くの場合、図５において５ＸＸと番号付けられた要素は、図１および図２においてＸＸまたは図３において３ＸＸと番号付けられた要素に類似の機能を提供してもよく、重要な差異のみが本明細書中で記載されることが類推により理解されてもよい。図５は、図示された要素の部分的に概略的な表現であることは言うまでもない。例えば、要素の間の間隙のいくつかは、様々な要素の認識を容易くするために誇張されており；実際の装置において、正確な位置合わせ、安定性、および円滑な動作を提供するために摺動界面または軸受を要素の間に設けてもよい。同様に、本発明の新規な特徴をより良好に図示および強調するため、封止および通気の特徴、ならびに図２に示す主軸駆動機構５に含まれるいくつかの要素は含まれていない。しかし、かかる要素が実際の装置に含まれてもよいことは言うまでもない。
【００３１】
図５に示すように、マイクロメータ５００の図示された部分は、係合部材５１３が取り付けられた主軸５０３と、フレーム５０４と、スロット５１５Ａと、主軸５０３に装着されたスケール５３１の位置を読む線形変位センサ５０６と、雄主軸駆動ねじ５１６Ａを含むとともに主軸駆動ギア５９６に接合され主軸駆動ギア５９６により回される雄ねじ式主軸駆動装置５１６と、遊星駆動ギア５９７Ａ、５９７Ｂ、および５９７Ｃ（不可視）と、リングギア５９８と、シンブル５１７と、エンドキャップ５２７とを含む。シンブル５１７は、シンブルが保持リング５１０により保持されることを可能にするフランジ５１７’を含む。線形変位センサ５０６は、協働するスケール５３１を有する静電式、誘導式、または光学式位置センサを含んでもよい。リングギア５９８は、本実施形態において、リングギア５９８がシンブル５１７とともに回転し、遊星駆動ギア５９７Ａ、５９７Ｂ、および５９７Ｃを取り囲みそれらと噛み合うように、シンブル５１７に固定されている。遊星ギアは、主軸駆動装置５１６の端部上で主軸駆動ギア５９６と噛み合う。遊星駆動ギア５９７Ａ、５９７Ｂ、および５９７Ｃは、本実施形態において、フレーム５０４に固定されたアクスル５９９Ａ、５９９Ｂ、および５９９Ｃ上にそれぞれ装着されている。シンブル５１７は、主軸駆動装置５１６、遊星駆動ギア５９７Ａ、５９７Ｂ、および５９７Ｃ、ならびにリングギア５９８を略取り囲んでいる。エンドキャップは、シンブル５１７に固定されてもよい。遊星駆動ギア５９７Ａ、５９７Ｂ、および５９７Ｃがリングギア５９８と噛み合っているため、シンブル５１７を有するリングギアの回転により、遊星駆動ギアが自らの固定されたアクスル周りに回転し、この遊星駆動ギアの回転が、噛み合った主軸駆動ギア５９６を駆動し、取り付けられた主軸駆動装置５１６を回転させる。
【００３２】
主軸駆動装置５１６は、係合部材５１３と噛み合うとともに係合部材５１３を駆動することで、図２および図３を参照して先に説明したものに類似の方法で主軸５０３を駆動する主軸駆動ねじ５１６Ａ（例えば、螺旋状溝により提供されるもの）を含む。図５に示す実施形態において、主軸駆動装置５１６は、主軸５０３に取り付けられた要素（例えば、係合部材５１３）に係合するとともにかかる要素を駆動する雄主軸駆動ねじ５１６Ａを含む。本明細書中で開示の様々な実施形態において、主軸駆動ねじＸ１６Ａは螺旋状溝として図示され、主軸の係合部材Ｘ１３は噛み合ったピンとして図示されているが、螺旋状溝Ｘ１６Ａは、いずれかの動作可能なねじ形態により置換されてもよく、係合部材Ｘ１３は、噛み合った動作可能なねじ形態などにより置換されてもよいことは言うまでもない。
【００３３】
主軸駆動ねじ５１６Ａは、リード角度λを含む。図５Ｂに示すように、ねじプロファイルは、法線に対して測定されたねじ角度αnを含んでもよい。主軸駆動ねじ５１６Ａおよび係合部材５１３は、有効静止摩擦係数μを有してもよい。自己ロック機能を提供するため、リード角度λ、ねじ角度αn、および有効静止摩擦係数μは、次の関係式を満たさなければならない：
μ＞ｃｏｓαnｔａｎλ            （式２）
主軸駆動ねじ５１６Ａが垂直な辺を有する（例えば、角ねじである）実施形態において、ｃｏｓαnは１であると考えてもよく、関係式は次のように簡略化される：
μ＞ｔａｎλ                      （式３）
【００３４】
上記の関係式は、リード角度が大きい（例えば、速やかな主軸の動きを提供するため）とき、リード角度の正接が大きくなり、主軸が工作物により及ぼされる測定力に対して「自己ロック」を行うために大きい摩擦係数が必要とされることを示している。しかし、大きい摩擦は、シンブルを回すことがより困難になるため、人間工学的な見地からは望ましくない。本明細書中で開示のエピサイクリック駆動構成の１つの利点は、主軸をシンブルの回転に関して速やかに駆動するため、’６７７号特許において用いられているものなどの非常に粗い主軸駆動装置のねじピッチを必要としないことであることは言うまでもない。むしろ、エピサイクリック駆動装置は、’６７７号特許の装置において用いられるものよりも細かい主軸駆動装置のねじピッチと組み合わせられてもなお、シンブルの回転に関して同じ主軸の前進を提供し得るように、シンブルよりも高い速度で（例えば、シンブルの１回転に対して主軸駆動装置の４回転の比で）主軸駆動装置を回転させる。これにより、例えば、自己ロックの特徴を含む、いくつかの人間工学的なまたは信頼性の向上が提供され得る。逆に、’６７７号特許において用いられている主軸駆動装置のねじピッチは、本明細書中で開示のエピサイクリック駆動構成と組み合わせて用いられた場合、はるかに高速な主軸の前進を提供することが可能である。
【００３５】
図３および図５Ａの実施形態の様々な特徴は、図３の主軸および主軸駆動装置（雌主軸駆動ねじを含む）が、リングギアがシンブルとともに回転し、遊星駆動ギアのアクスルがフレームに固定された図５Ａおよび図５Ｂに示すものと同様のエピサイクリックギア構成により駆動され得るように、さらなる実施形態と組み合わせてもよいことは言うまでもない。
【００３６】
図６は、軸方向から見たエピサイクリックギア駆動装置の第２の実施形態を示す、図５ＡのＡ−Ａ線に沿ったマイクロメータ５００の断面図である。リングギア５９８、遊星駆動ギア５９７Ａ、５９７Ｂ、および５９７Ｃ、ならびに主軸駆動ギア５９６は、主軸ギア５９６とその取り付けられた主軸駆動装置５１６とがシンブル５１７よりも高速で回るようにサイズ決定および装着されていることは言うまでもない。図６に示すものと同様の一実施形態において、リングギア５９８は、主軸駆動ギア５９６に対して５倍の直径を有し、５倍の数の歯を含んでもよい。かかる実施形態において、シンブル５１７の１回転により、リングギアが１回転し、主軸駆動ギア５９６が５回転する。
【００３７】
一般に、リングギアがシンブルに固定され、遊星ギア５９７Ａ、５９７Ｂ、および５９７Ｃのアクスルがフレームに固定され、リングギア５９８がギア歯数ＮRを有し、主軸駆動ギア５９６がギア歯数Ｎsを有する実施形態において、シンブルに対する主軸駆動装置の回転比Ｒは、次の関係式により決定し得る：
Ｒ＝ＮR／ＮS                    （式４）
【００３８】
マイクロメータ５００は３つの遊星駆動ギアを含むが、これ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。本明細書中で開示の原理に適合したマイクロメータの実施形態は、少なくとも１つの遊星駆動ギアを含むが、２つ以上を含んでもよい。
【００３９】
図７は、本明細書中で開示の原理に適合したマイクロメータ７００の第３の実施形態の一部分の断面図である。図７に示さないマイクロメータの部分は、いくつかの実施形態において、図１および図２に関連して先に説明したように、または、参照文献に見られる他の教示に従って、および／もしくは、当業者に一般に知られる技法に従って、実装してもよいことが理解されよう。多くの場合、図７において７ＸＸと番号付けられた要素は、図１および図２においてＸＸまたは図３において３ＸＸまたは図５において５ＸＸと番号付けられた要素に類似の機能を提供してもよく、重要な差異のみが本明細書中で記載されることが類推により理解されてもよい。図７は、図示された要素の部分的に概略的な表現であることは言うまでもない。例えば、要素の間の間隙のいくつかは、様々な要素の認識を容易くするために誇張されており；一方、実際の装置において、正確な位置合わせ、安定性、および円滑な動作を提供するために摺動界面または軸受を要素の間に設けてもよい。同様に、本発明の新規な特徴をより良好に図示および強調するため、封止および通気の特徴、ならびに図２に示す主軸駆動機構５に含まれるいくつかの要素は含まれていない。しかし、かかる要素が実際の装置に含まれてもよいことは言うまでもない。
【００４０】
図７に示すように、マイクロメータ７００の図示された部分は、係合部材７１３が取り付けられた主軸７０３と、スロット７１５Ａを含むフレーム７０４と、主軸７０３に装着されたスケール７３１の位置を読む線形変位センサ７０６と、雄主軸駆動ねじ７１６Ａを含むとともに主軸駆動ギア７９６に接合され主軸駆動ギア７９６により回される雄ねじ式主軸駆動装置７１６と、遊星駆動ギア７９７Ａ、７９７Ｂ、および７９７Ｃ（不可視）と、リングギア７９８と、シンブル７１７と、エンドキャップ７２７とを含む。シンブル７１７は、シンブルが保持リング７１０により保持されることを可能にするフランジ７１７’を含む。線形変位センサ７０６は、協働するスケール７３１を有する静電式、誘導式、または光学式位置センサを含んでもよい。リングギア７９８は、本実施形態において、リングギア７９８が回転せず、遊星駆動ギア７９７Ａ、７９７Ｂ、および７９７Ｃを取り囲みそれらと噛み合うように、フレーム７０４に対して固定されている。遊星ギアは、主軸駆動装置７１６の端部上で主軸駆動ギア７９６と噛み合う。遊星駆動ギア７９７Ａ、７９７Ｂ、および７９７Ｃは、本実施形態において、エンドキャップ７２７に固定されたアクスル７９９Ａ、７９９Ｂ、および７９９Ｃ上にそれぞれ装着されている。シンブル７１７は、主軸駆動装置７１６、遊星駆動ギア７９７Ａ、７９７Ｂ、および７９７Ｃ、ならびにリングギア７９８を略取り囲んでいる。エンドキャップは、シンブル７１７およびエンドキャップ７２７が回転する際に遊星駆動ギアのアクスル７９９Ａ、７９９Ｂ、および７９９Ｃならびに遊星駆動ギア７９７Ａ、７９７Ｂ、および７９７Ｃが円形経路を辿らされるように、シンブル７１７に固定されるかまたはシンブル７１７と一体的になっている。遊星駆動ギア７９７Ａ、７９７Ｂ、および７９７Ｃが固定されたリングギア７９８と噛み合っているため、これにより、遊星駆動ギアが自らのアクスル周りに回転し、この遊星駆動ギアの回転が、噛み合った主軸駆動ギア７９６を駆動し、取り付けられた主軸駆動装置７１６を回転させる。
【００４１】
主軸駆動装置７１６は、係合部材７１３と噛み合うとともに係合部材７１３を駆動することで、先に説明したものに類似の方法で主軸７０３を駆動する主軸駆動ねじ７１６Ａ（例えば、螺旋状溝により提供されるもの）を含む。
【００４２】
図７に示す実施形態において、主軸駆動装置７１６は、主軸７０３に取り付けられた要素（例えば、係合部材７１３）に係合するとともにかかる要素を駆動する雄主軸駆動ねじ７１６Ａを含む。本明細書中で開示の様々な実施形態において、主軸駆動ねじＸ１６Ａは螺旋状溝として図示され、主軸の係合部材Ｘ１３は噛み合ったピンとして図示されているが、螺旋状溝Ｘ１６Ａは、いずれかの動作可能なねじ形態により置換されてもよく、係合部材Ｘ１３は、噛み合った動作可能なねじ形態などにより置換されてもよいことは言うまでもない。
【００４３】
本発明の好適な実施形態を図示および説明してきたが、図示および説明された特徴の編成および動作の順序における数多くの変形形態が本開示に基づいて当業者に明らかになろう。従って、本発明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。
【符号の説明】
【００４４】
１・・・マイクロメータゲージ      ２・・・本体      ３、３０３、５０３、７０３・・・主軸      ３Ａ・・・主軸本体      ３Ｂ・・・摺動部材      ４・・・Ｕ字形主フレーム      ５・・・主軸駆動機構      ６・・・位置変換器      ６Ａ・・・光電式エンコーダ      ８・・・カバー部材      ９・・・デジタル表示装置      １０・・・操作スイッチ      １１・・・アンビル      １２・・・ストッパ      １３、３１３、５１３、７１３・・・係合部材      １４・・・係合部材駆動機構      １５・・・内側スリーブ      １５Ａ・・・スリット      １６・・・外側スリーブ      １６Ａ・・・螺旋状溝      １７、３１７、５１７、７１７・・・シンブル      １８・・・板ばね      ２６・・・封止部材      ２７、３２７、５２７、７２７・・・エンドキャップ      ２７Ａ・・・開口      ２８・・・多孔質部材      ３０・・・スケール装着部材      ３１・・・主スケール      ３００、５００、７００・・・マイクロメータ      ３０４、５０４、７０４・・・フレーム      ３０６、５０６、７０６・・・線形変位センサ      ３１０、５１０、７１０・・・保持リング      ３１５・・・フレームスリーブ部      ３１５Ａ、５１５Ａ、７１５Ａ・・・スロット      ３１６・・・雌ねじ式主軸駆動装置      ３１６Ａ・・・雌主軸駆動ねじ      ３１７’、５１７’、７１７’・・・フランジ      ３３１、５３１、７３１・・・スケール      ３９６、５９６、７９６・・・主軸駆動ギア      ３９７Ａ、３９７Ｂ、３９７Ｃ、５９７Ａ、５９７Ｂ、５９７Ｃ、７９７Ａ、７９７Ｂ、７７Ｃ・・・遊星駆動ギア      ３９８、５９８、７９８・・・リングギア      ３９９Ａ、３９９Ｂ、３９９Ｃ、５９９Ａ、５９９Ｂ、５９９Ｃ、７９９Ａ、７９９Ｂ、７９９Ｃ・・・アクスル      ４００・・・断面図      ５１６、７１６・・・雄ねじ式主軸駆動装置      ５１６Ａ、７１６Ａ・・・雄主軸駆動ねじ      ＮR、ＮS・・・ギア歯数      Ｒ・・・回転比
【図１】
2013238596.tif 000003
【図２】
2013238596.tif 000004
【図３】
2013238596.tif 000005
【図４】
2013238596.tif 000006
【図５Ａ】
2013238596.tif 000007
【図５Ｂ】
2013238596.tif 000008
【図６】
2013238596.tif 000009
【図７】
2013238596.tif 000010