(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｕ字状のアームを有するフレームと、前記フレームの一端に設けられたアンビルと、前記フレームの他端に前記アンビルに対して進退可能に設けられたスピンドルとを備えたマイクロメータにおいて、
前記アンビルは、前記フレームとともにナノスケール物質を含む合成樹脂によって一体成形されていることを特徴とするマイクロメータ。
【請求項２】
Ｕ字状のアームを有するフレームと、前記フレームの一端に設けられたアンビルと、前記フレームの他端に前記アンビルに対して進退可能に設けられたスピンドルとを備えたマイクロメータにおいて、
前記フレームに螺合されて回転により軸方向進退可能なスピンドルと、前記フレームに前記スピンドルの進退方向に沿って設けられた主尺目盛と、前記フレームの外側に設けられ前記スピンドルと一体回転するシンブルと、前記シンブルの回転円周に沿って設けられた副尺目盛とを備え、
前記主尺目盛および前記副尺目盛の少なくともいずれか一方は、前記フレームまたは前記シンブルとともにナノスケール物質を含む合成樹脂による射出成形によって形成されていることを特徴とするマイクロメータ。
【請求項３】
フレームに軸方向進退自在に設けられたスピンドルを備えるマイクロメータにおいて、
前記スピンドルは、軸方向に沿って導電部と非導電部が交互に形成された電極パターンを有するスケールを備え、
前記スケールは、ナノスケール物質を含む合成樹脂の射出成形によって形成されていることを特徴とするマイクロメータ。
【請求項４】
Ｕ字状のアームを有するフレームと、前記フレームの一端に設けられたアンビルと、前記フレームの他端に前記アンビルに対して進退可能に設けられたスピンドルとを備えたマイクロメータにおいて、
前記アンビルは、前記フレームとともにナノスケール物質を含む合成樹脂によって一体成形され、
前記フレームに螺合されて回転により軸方向進退可能なスピンドルと、前記フレームに前記スピンドルの進退方向に沿って設けられた主尺目盛と、前記フレームの外側に設けられ前記スピンドルと一体回転するシンブルと、前記シンブルの回転円周に沿って設けられた副尺目盛とを備え、
前記主尺目盛および前記副尺目盛の少なくともいずれか一方は、前記フレームまたは前記シンブルとともにナノスケール物質を含む合成樹脂による射出成形によって形成され、
前記スピンドルは、軸方向に沿って導電部と非導電部が交互に形成された電極パターンを有するスケールを備え、
前記スケールは、ナノスケール物質を含む合成樹脂の射出成形によって形成されていることを特徴とするマイクロメータ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のマイクロメータにおいて、
前記フレームは、ナノスケール物質を含む合成樹脂の射出成形によって形成されていることを特徴とするマイクロメータ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のマイクロメータにおいて、
内部に電気回路を有するケース体を備え、
前記ケース体は、ナノスケール物質を含む合成樹脂により形成されていることを特徴とするマイクロメータ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のマイクロメータにおいて、前記ナノスケール物質は、カーボンナノファイバまたはカーボンナノチューブに代表されるカーボンナノスケール物質のいずれかであることを特徴とするマイクロメータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロメータに関する。
【０００２】
【背景技術】
被測定物の被測定部位の長さを測定する測定器としてマイクロメータが知られている。
このマイクロメータは、Ｕ字状のアームを有するフレームと、フレームの一端に設けられたアンビルと、フレームの他端に螺合されてアンビルに対して進退可能に設けられたスピンドルとを備えて構成されている。このような構成において、アンビルとスピンドルとの間に被測定物を挟持するときのスピンドル進退量から被測定物の大きさを測定することができる。
測定精度を維持するため、一般にマイクロメータにおいては、被測定物をアンビルとスピンドルとで挟持した際、フレーム、アンビルおよびスピンドルがスピンドルの押圧力で変形しない剛性を有していなければならない。剛性を有する材料として鋳物などの合金によりフレーム、アンビルおよびスピンドルが形成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、金属を所望の形態に機械加工するには大変な時間と費用を必要とする。フレーム、アンビルおよびスピンドルは精密加工を経て製造されるため、生産ラインの複雑化や高コストなどの問題が生じる。
【０００４】
測定精度を維持するためには、線膨張を一定の範囲内に抑える必要がある。例えば、フレームやスピンドルの熱膨張は測定誤差に繋がる。そこで、従来のマイクロメータでは測定条件として、例えば、温度を２０±１０度に制限することによって線膨張による誤差を抑えている。しかしながら、過酷な測定環境においては、線膨張による測定誤差を生じるという問題がある。
マイクロメータは手で握って操作する測定器である。そのため、手の熱による温度分布によって線膨張の差異が生じ、測定誤差に繋がりやすいという問題がある。
【０００５】
アンビルとスピンドルで被測定物を挟持した場合、スピンドルの押圧力が強いと、やはりアンビル、フレームおよびスピンドルが変形され、測定誤差が生じるという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、従来の問題を解消し、簡便に製造でき、測定精度が向上され、軽量で、かつ、耐用年数が長いマイクロメータを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のマイクロメータは、Ｕ字状のアームを有するフレームと、前記フレームの一端に設けられたアンビルと、前記フレームの他端に前記アンビルに対して進退可能に設けられたスピンドルとを備えたマイクロメータにおいて、前記アンビルは、前記フレームとともにナノスケール物質を含む合成樹脂によって一体成形されていることを特徴とする。
【０００８】
一般に合成樹脂は、脆弱で線膨張率が大きいものであるが、ナノスケール物質（例えば、カーボンナノファイバ）を合成樹脂の母材（例えば、ポリスチレン）に添加し、適宜諸条件を設定すると、剛性の強化、線膨張の抑制、耐摩耗性能の向上、摩擦係数の低下、熱伝導率の向上などの効果が得られる。この理由は正確には分かっていないが、ナノスケール物質が合成樹脂内でネットワークを築くことに基づくとされている。
【０００９】
よって、このナノスケール物質を含んだ合成樹脂でフレームを形成すると、フレームの剛性が強化される。よって、被測定物をアンビルとスピンドルとで挟持した場合でも、スピンドルの押圧力でフレームが変形することがない。その結果、マイクロメータの測定精度を向上させることができる。剛性が強化されることから、フレームを薄型化することができる。
【００１０】
線膨張係数を小さくすることが可能なので、線膨張による誤差を排除し精密な測定を行うことができる。線膨張係数が小さければ、測定の温度に制限を受けることなく過酷な条件でも精密な測定を行うことができる。
熱伝導率がよいので、フレームを手で握って測定する場合でも、手の熱が瞬時に拡散し、場所による膨張の差異を生じることがない。よって、手で握って使用しても手の熱による測定誤差を生じることがなく、精密な測定を行うことができる。
【００１１】
摩擦係数が小さく、耐摩耗性が向上されれば、例えば、フレームとスピンドルとが螺合されていた場合でも、摩耗が少なく耐用年数の長いマイクロメータとすることができる。
合成樹脂であるので、フレームを軽くすることができる。よってマイクロメータを軽くすることができるので、持ち運び易く操作しやすいマイクロメータとすることができる。合成樹脂であるので、金属に比べて手になじみやすく金属アレルギーなどの心配もない。
【００１２】
アンビルがフレームとともにナノスケール物質を含む合成樹脂によって一体成形されることにより、部品点数および組立工程を削減し低コスト化を図ることができる。また、アンビルがフレームと一体成形されることにより、取り付け誤差が排除され、測定精度が向上される。
アンビルがナノスケール物質を含んだ合成樹脂で形成されると、剛性が強化される。よって、被測定物をアンビルとスピンドルとで挟持した場合でも、アンビルが押圧力で変形することがない。その結果、アンビルの変形による測定誤差を排除し、測定精度を向上させることができる。
【００１３】
マイクロメータが目盛式である場合には、前記フレームに螺合されて回転により軸方向進退可能なスピンドルと、前記フレームに前記スピンドルの進退方向に沿って設けられた主尺目盛と、前記フレームの外側に設けられ前記スピンドルと一体回転するシンブルと、前記シンブルの回転円周に沿って設けられた副尺目盛とを備え、前記主尺目盛および前記副尺目盛の少なくともいずれか一方は、前記フレームまたは前記シンブルとともにナノスケール物質を含む合成樹脂による射出成形によって形成されていることが好ましい。
【００１４】
このように、主尺目盛および副尺目盛が射出成形によって、フレームやシンブルとともに形成されることにより、簡便に目盛を形成することができる。ナノスケール物質を含む合成樹脂は、型転写性がよく成形性能に優れているため、射出成形でも精密な目盛を形成することができる。よって、製造工程を簡略化し、低コスト化を図ることができる。従来は、フレームやシンブルを形成したのち、機械加工によって目盛を刻んでいたために、フレームやシンブルに歪みが生じる可能性もあった。しかし、フレームやシンブルがナノスケール物質を含む合成樹脂で目盛とともに射出成形されれば、射出成形後に、目盛の加工を含めてフレームやシンブルに機械加工を施す必要がない。よって、歪みのない精密なフレーム、シンブルとすることができ、測定精度を向上させることができる。
【００１５】
デジタル式のマイクロメータである場合には、フレームに軸方向進退自在に設けられたスピンドルを備えるマイクロメータにおいて、前記スピンドルは、軸方向に沿って導電部と非導電部が交互に形成された電極パターンを有するスケールを備え、前記スケールは、ナノスケール物質を含む合成樹脂の射出成形によって形成されていることが好ましい。
【００１６】
ナノスケール物質を添加し、適宜諸条件を設定することにより、合成樹脂に導電性または絶縁性を付与することができる。そこで、例えば、スピンドルをナノスケール物質を含む合成樹脂で絶縁体として射出成形した後、さらに、ナノスケール物質を含んだ合成樹脂で導電性を有する電極を二重成形してもよい。すると、スケールを簡便に、かつ、低コストで製造することができる。スピンドルとは別個に形成したスケールを貼り付ける場合に比べて、スピンドルにスケールを直接設ける構成であれば、電極が剥離したり、電極にそりが生じることがないので、測定精度を精密に保つことができる。
【００１７】
本発明のマイクロメータは、Ｕ字状のアームを有するフレームと、前記フレームの一端に設けられたアンビルと、前記フレームの他端に前記アンビルに対して進退可能に設けられたスピンドルとを備えたマイクロメータにおいて、前記アンビルは、前記フレームとともにナノスケール物質を含む合成樹脂によって一体成形され、前記フレームに螺合されて回転により軸方向進退可能なスピンドルと、前記フレームに前記スピンドルの進退方向に沿って設けられた主尺目盛と、前記フレームの外側に設けられ前記スピンドルと一体回転するシンブルと、前記シンブルの回転円周に沿って設けられた副尺目盛とを備え、前記主尺目盛および前記副尺目盛の少なくともいずれか一方は、前記フレームまたは前記シンブルとともにナノスケール物質を含む合成樹脂による射出成形によって形成され、前記スピンドルは、軸方向に沿って導電部と非導電部が交互に形成された電極パターンを有するスケールを備え、前記スケールは、ナノスケール物質を含む合成樹脂の射出成形によって形成されていることを特徴とする。
【００１８】
前記フレームは、ナノスケール物質を含む合成樹脂の射出成形によって形成されることが好ましい。
【００１９】
ナノスケール物質を含んだ合成樹脂は、成形性能が優れ、型転写性がよく、射出成形であっても精密な成形ができる。さらに、射出成形後に機械加工や表面仕上げなども必要ない。より精密な表面仕上げを行う場合でも、その仕上げ工程を短縮することができる。よって、フレームを射出成形で形成すれば、簡便に製造することができる。その結果、生産ラインや製造工程を簡素化することができ、低コスト化を図ることができる。
このとき、フレームに雌ねじを刻むような場合には、この雌ねじも射出成形によって形成してもよい。ナノスケール物質を含む合成樹脂であれば、精密なねじ状を形成することができる。
【００２０】
デジタル式マイクロメータである場合には、内部に電気回路を有するケース体を備え、前記ケース体は、ナノスケール物質を含む合成樹脂により形成されていることが好ましい。
【００２１】
このような構成によれば、ナノスケール物質を含んだ合成樹脂で形成された導電性を有するケース体に電気回路を収納することによって、このケース体が電磁シールドとなる。よって、内部の電気回路を外部磁界および外部電界から遮蔽することができる。その結果、電気回路の損傷や誤作動を防止することができ、測定精度を精密に保つことができる。
【００２２】
以上において、前記ナノスケール物質は、カーボンナノファイバまたはカーボンナノチューブに代表されるカーボンナノスケール物質のいずれかであることが好ましい。
【００２３】
カーボンナノスケール物質とは、カーボンナノファイバを代表として、カーボンナノチューブ、フラーレンなどの炭素原子によって構成されるナノスケール物質を意味する。このようなカーボンナノスケール物質を合成樹脂（例えば、ポリスチレン）などの母材に添加すると、剛性の強化、線膨張の抑制、耐摩耗性能の向上、摩擦係数の低下、熱伝導率の向上などの効果が得られる。その他、適宜諸条件を設定すると、導電性、絶縁性を付与することもできる。よって、このようなカーボンナノスケール物質を含んだ合成樹脂を用いて、マイクロメータの構成部材、例えば、フレーム、アンビル、スピンドル等を形成することにより、マイクロメータの性能を向上させることができる。合成樹脂であるので、射出成形によって成形することができる。その結果、製造工程を簡略化することができ、低コスト化に繋げることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
図１に、本発明のマイクロメータの第１実施形態として目盛式のマイクロメータを示す。
このマイクロメータ１は、Ｕ字状のアーム１１１を有するフレーム１１と、フレーム１１の一端側に設けられたアンビル１１２に向かって軸方向に進退可能にフレーム１１の他端側に設けられたスピンドル１２と、このスピンドル１２と一体回転可能にフレーム１１の外側に設けられたシンブル１３とを備えて構成されている。
【００２５】
フレーム１１は、Ｕ字状のアーム１１１の一端に設けられたアンビル１１２と、アーム１１１の他端側に設けられ内部にスピンドル１２が挿通されるスリーブ１１３とを備えて構成されている。このスリーブ１１３の内周には雌ねじ（不図示）が設けられスピンドル１２と螺合されている。スリーブ１１３の外表面にはスピンドル１２が進退する軸方向に沿って主尺目盛１１４が設けられている。フレーム１１は、Ｕ字状のアーム１１１、アンビル１１２およびスリーブ１１３を含めてナノスケール物質としてカーボンナノファイバを含んだポリスチレンによる合成樹脂によって射出成形されている。射出成形の際に、スリーブ１１３の主尺目盛１１４および雌ねじも同時に形成される。
【００２６】
スピンドル１２は、スリーブ１１３の雌ねじに螺合する雄ねじ（不図示）を有し、スリーブ１１３に螺合されている。スピンドル１２は螺合回転によってアンビル１１２に向かって進退する。スピンドル１２は、雄ねじを含めてカーボンナノファイバを含んだ合成樹脂によって射出成形される。
シンブル１３は、スリーブ１１３の外側を筒状に覆う円筒形状である。シンブル１３の一端側外表面には円周を等分する副尺目盛１３１が設けられている。シンブル１３の他端側はスピンドル１２に固定され、シンブル１３とスピンドル１２は一体回転する構成である。
シンブル１３は、副尺目盛１３１を含めてカーボンナノファイバを含む合成樹脂によって射出成形される。
【００２７】
このような構成によれば、次の効果を奏することができる。
（１)フレーム１１、スピンドル１２およびシンブル１３は、カーボンナノファイバを含んだ合成樹脂によって形成されているので、剛性の強化、線膨張の抑制、耐摩耗性の向上、摩擦係数の低下、熱伝導率の向上などの効果がある。
【００２８】
（２)フレーム１１およびアンビル１１２がカーボンナノファイバを含んだ合成樹脂で一体成形され、スピンドル１２がカーボンナノファイバを含んだ合成樹脂で形成されている。よって、フレーム１１、アンビル１１２およびスピンドル１２の剛性が強化される。その結果、被測定物をアンビル１１２とスピンドル１２で挟持したときに、フレーム１１、アンビル１１２およびスピンドル１２が変形することがなく、測定精度が向上される。また、フレーム１１、アンビル１１２およびスピンドル１２の剛性が強化されるので、強度を維持したまま、フレーム１１を薄くしたり、アンビル１１２およびスピンドル１２の径を小さくすることができる。よって、マイクロメータを小型化することができる。
【００２９】
（３）線膨張係数を小さくできれば、フレーム１１、アンビル１１２およびスピンドル１２の線膨張による誤差を排除し精密な測定を行うことができる。線膨張係数が小さいので、測定の温度に制限を受けることなく高温や低温など過酷な条件でも精密な測定を行うことができる。
（４）熱伝導率がよいので、フレーム１１やシンブル１３を手で握って測定する場合でも、手の熱が瞬時に拡散し、場所による膨張の差異を生じることがない。よって、手で握って使用しても手の熱による測定誤差を生じることがなく、精密な測定を行うことができる。
【００３０】
（５）合成樹脂であるので、フレーム１１、スピンドル１２およびシンブル１３を軽くすることができる。よってマイクロメータ１を軽くすることができるので、持ち運び易く操作しやすいマイクロメータ１とすることができる。合成樹脂であるので、金属に比べて手になじみやすく金属アレルギーなどの心配もない。
【００３１】
（６）アンビル１１２をフレーム１１と一体成形することにより、部品点数を削減することができる。また、アンビル１１２をフレーム１１に一体成形することにより、取り付け誤差などを生じることがなく、測定精度を向上させることができる。
（７）カーボンナノファイバを含んだ合成樹脂は、成形性能に優れ、型転写性がよい。よって、アンビル１１２、主尺目盛１１４および雌ねじを含めて射出成形によりフレーム１１を一体成形することができる。シンブル１３の副尺目盛１３１を射出成形によって一体成形することができる。スピンドル１２を雄ねじを含めて射出成形によって形成することができる。このとき、射出成形後に機械加工などを施す必要がない。よって、製造工程が簡略化され、低コスト化を図ることができる。さらに、主尺目盛１１４、副尺目盛１３１、スピンドル１２の雄ねじおよびスリーブ１１３の雌ねじを精密に形成することができる。その結果、測定精度を向上させることができる。
【００３２】
（８）カーボンナノファイバを含んだ合成樹脂は、摩擦係数が小さく、耐摩耗性に優れている。よって、フレーム１１の雌ねじとスピンドル１２の雄ねじとの螺合が摩耗されることを抑えることができる。よって、耐用年数が長く、測定精度を維持することができる。
【００３３】
（第２実施形態)
本発明のマイクロメータの第２実施形態としてデジタル式のマイクロメータについて説明する。基本的な構成は、第１実施形態と同様であるが、第２実施形態が第１実施形態と異なるのは次の点である。
図２に、第２実施形態のスピンドル１２を示す。このスピンドルには、軸方向に沿って静電容量式のスケール１２１が設けられている。このスケール１２１は、電極パターンとして導電部１２１Ａと絶縁部１２１Ｂがスピンドル１２の軸方向に沿って所定のピッチで形成されている。絶縁部１２１Ｂは、スピンドル１２自体であり、すなわち、カーボンナノファイバを含む合成樹脂でスピンドル１２が絶縁体として射出成形により形成されたものである。導電部１２１Ａはスピンドル１２を射出成形した後、カーボンナノファイバを含む合成樹脂で導電性が付与されたものが、スピンドル１２上の面一に二重成形されたものである。
【００３４】
フレーム１１のスリーブ１１３内には、スピンドル１２のスケール１２１と静電容量結合してスピンドル１２の進退量を検出する検出ヘッド１４と、この検出ヘッドからの検出値を演算処理する電気回路１５とが設けられている。ここで、フレーム１１は電気回路１５に対してケース体となり、カーボンナノファイバを含んだ合成樹脂で形成され導電性を有する。
【００３５】
このような構成によれば、第１実施形態の効果（１）（２）（３）（４）（５）（６）（７）（８）と同様の効果に加えて、次の効果を奏することができる。（９）フレーム１１が導電性を有するので、フレーム１１が電磁シールドとなり、内部の電気回路１５が外部の磁界および電界から遮蔽される。その結果、フレーム１１内の電気回路１５が保護されるので、破損や誤作動を防ぐことができ、測定精度を精密に保つことができる。
【００３６】
（１０）スピンドル１２が絶縁体であるので、外部から静電気がスピンドル１２を伝わってフレーム１１内に浸入することがない。例えば、帯電した被測定物にこのスピンドル１２を当接させても、電気がスピンドル１２を伝わって内部の電気回路１５に侵入することがない。よって、電気回路１５の破損や誤作動を防ぎ、測定精度を保つことができる。
（１１）スケール１２１の電極パターンを、直接スピンドル１２に形成している。つまり、カーボンナノファイバを含む合成樹脂で絶縁体としてスピンドル１２を射出成形した後、さらに、カーボンナノファイバを含んだ合成樹脂で導電性を有する電極を二重成形している。よって、スケール１２１を簡便に、かつ、低コストで製造することができる。さらに、スピンドル１２とは別個に形成したスケールを貼り付ける場合に比べて、電極が剥離したり、電極にそりが生じることがなく、測定精度を精密に保つことができる。
【００３７】
尚、本発明のマイクロメータは、上記実施形態にのみ限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
例えば、上記実施形態においては、フレーム１１、シンブル１３およびスピンドル１２がすべてカーボンナノファイバを含んだ合成樹脂によって形成されているが、必ずしもすべてカーボンナノファイバを含んだ合成樹脂で形成される必要はない。例えば、フレーム１１のみがカーボンナノファイアバを含んだ合成樹脂で形成されていてもよい。さらに、アンビル１１２をフレーム１１と別体として設けてもよい。この場合でも、カーボンナノファイバを含んだ合成樹脂の性質によりマイクロメータの性能を向上させることができる。
【００３８】
上記第１実施形態において、フレーム１１の主尺目盛１１４およびシンブル１３の副尺目盛１３１はいずれもフレーム１１、シンブル１３とともに射出成形によって形成されたが、必ずしも射出成形によって主尺目盛１１４、副尺目盛１３１を形成する必要はない。例えば、フレーム１１、シンブル１３を射出成形したのち、レーザーマーキングで目盛を形成してもよい。カーボンナノファイバを含んだ合成樹脂は、金属的な剛性を備えているので、射出成形後に機械加工することができるからである。
スピンドル１２の雄ねじ、スリーブ１１３の雌ねじは、射出成形によって形成されなくても、機械加工によって形成されてもよい。
【００３９】
第２実施形態において、スピンドル１２のスケール１２１はフレーム１１内に収まるように形成されているが、スクール１２１が形成された部分を摺動部として用いて、スピンドル１２が摺動されたときにスケール１２１がフレーム１１の外部へ露出する構成でもよい。スケール１２１がカーボンナノファイバを含む合成樹脂で形成されていれば、耐摩耗性、摺動性に優れるので、スケール１２１が摺動部となってもよいからである。このような構成によれば、スピンドル１２の長さを短くすることができ、その結果、マイクロメータ１を小型化することができる。
【００４０】
ナノスケール物質としては、カーボンナノファイバに限らず、カーボンナノチューブ、フラーレンなど炭素原子を主要構成要素とするナノスケール物質を用いることができる。
合成樹脂の母材としては、ポリスチレンやポリカーボネイトなどを用いることができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明のマイクロメータによれば、簡便に製造でき、測定精度が向上され、軽量で、かつ耐用年数が長いという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマイクロメータの第１実施形態を示す図である。
【図２】本発明のマイクロメータの第２実施形態におけるスピンドルを示す図である。
【符号の説明】
１      マイクロメータ
１１      フレーム
１２      スピンドル
１３      シンブル
１５      電気回路
１１１      アーム
１１２      アンビル
１１３      スリーブ
１１４      主尺目盛
１２１      スケール
１２１Ａ      導電部
１２１Ｂ      絶縁部
１３１      副尺目盛
【図１】
0003924498.tif 000002
【図２】
0003924498.tif 000003