特許 6548908 測定力を示す変位センサを有するノギス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6548908

(24)【登録日】2019年7月5日

(45)【発行日】2019年7月24日

(54)【発明の名称】測定力を示す変位センサを有するノギス

(51)【国際特許分類】

   G01B 3/20 20060101AFI20190711BHJP

   G01B 7/02 20060101ALI20190711BHJP

【ＦＩ】

   G01B3/20 101B

   G01B7/02 Z

【請求項の数】19

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2015-34209(P2015-34209)

(22)【出願日】2015年2月24日

(65)【公開番号】特開2015-165232(P2015-165232A)

(43)【公開日】2015年9月17日

【審査請求日】2018年1月12日

(31)【優先権主張番号】14/194,320

(32)【優先日】2014年2月28日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】000137694

【氏名又は名称】株式会社ミツトヨ

(74)【代理人】

【識別番号】100104215

【弁理士】

【氏名又は名称】大森 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100196575

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 満

(74)【代理人】

【識別番号】100117330

【弁理士】

【氏名又は名称】折居 章

(74)【代理人】

【識別番号】100160989

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 正好

(74)【代理人】

【識別番号】100168181

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 哲平

(74)【代理人】

【識別番号】100168745

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 彩子

(74)【代理人】

【識別番号】100170346

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 望

(74)【代理人】

【識別番号】100176131

【弁理士】

【氏名又は名称】金山 慎太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100197398

【弁理士】

【氏名又は名称】千葉 絢子

(74)【代理人】

【識別番号】100197619

【弁理士】

【氏名又は名称】白鹿 智久

(72)【発明者】

【氏名】テッド ステイトン クック

(72)【発明者】

【氏名】ビヨン ヤンソン

【審査官】 河内 悠

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００３／００４７００９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０９−０４９７２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０４０８３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０３０８３６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ ３／００− ３／０８

３／１１− ３／５６

Ｇ０１Ｂ ７／００− ７／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定時に測定対象物に対向する第１の測定面を有するスケール部材と、
測定時に測定対象物に対向する第２の測定面を有するスライダと、
前記スライダに設置された回路基板に作製された導電性信号検知素子を有し、前記スライダの前記スケール部材に沿った位置変化に応じて位置信号を供給するスライダ変位センサと、
前記スライダに設置された測定力検知機構であって、
前記回路基板に対して移動する圧力アクチュエータと、
圧力素子変位センサと、
圧力検知回路とを有し、
前記圧力素子変位センサは、
前記回路基板に対して固定された少なくとも１つの導電性信号検知素子と、
前記圧力アクチュエータと連結し、前記少なくとも１つの導電性信号検知素子の近傍に配置される少なくとも１つの信号変調素子とを有し、
前記圧力検知回路は、前記回路基板に設置され、前記少なくとも１つの導電性信号検知素子と接続する、前記測定力検知機構と
を具備し、
前記圧力アクチュエータは、コイルばねと連結する剛性素子を有し、ユーザが前記圧力アクチュエータを介して前記コイルばねの寸法を変化させると、測定時に前記第１及び第２の測定面の少なくとも何れか一方を介してユーザから測定対象物に印加された測定力が変化する
ノギス。

【請求項2】

請求項１に記載のノギスであって、
前記測定力検知機構は、前記測定力の変化に応じて圧力信号を供給する
ノギス。

【請求項3】

請求項１又は２に記載のノギスであって、
前記少なくとも１つの信号変調素子は、前記圧力アクチュエータと連結し、前記少なくとも１つの導電性信号検知素子の近傍で前記変化した寸法に応じて移動する
ノギス。

【請求項4】

測定時に測定対象物に対向する第１の測定面を有するスケール部材と、
測定時に測定対象物に対向する第２の測定面を有するスライダと、
前記スライダに設置された回路基板に作製された導電性信号検知素子を有し、前記スライダの前記スケール部材に沿った位置変化に応じて位置信号を供給するスライダ変位センサと、
前記スライダに設置された測定力検知機構であって、
前記回路基板に対して移動する圧力アクチュエータと、
圧力素子変位センサと、
圧力検知回路とを有し、
前記圧力素子変位センサは、
前記回路基板に対して固定された少なくとも１つの導電性信号検知素子と、
前記圧力アクチュエータと連結し、前記少なくとも１つの導電性信号検知素子の近傍に配置される少なくとも１つの信号変調素子とを有し、
前記圧力検知回路は、前記回路基板に設置され、前記少なくとも１つの導電性信号検知素子と接続する、前記測定力検知機構と
を具備し、
前記少なくとも１つの導電性信号検知素子は、前記スライダに設置された前記回路基板の金属層に作製される
ノギス。

【請求項5】

請求項１乃至４の何れか一項に記載のノギスであって、
前記圧力検知回路は、前記少なくとも１つの導電性信号検知素子に対する前記少なくとも１つの信号変調素子の位置に反応する
ノギス。

【請求項6】

請求項５に記載のノギスであって、
前記少なくとも１つの導電性信号検知素子は、前記少なくとも１つの信号変調素子の前記位置に依存するインダクタンスをもつ可変インダクタンス素子を有する
ノギス。

【請求項7】

請求項６に記載のノギスであって、
前記圧力素子変位センサは、前記少なくとも１つの可変インダクタンス素子と誘導結合した少なくとも１つの電磁誘導式駆動素子をさらに有し、
前記誘導結合は、前記少なくとも１つの信号変調素子の前記位置に依存する
ノギス。

【請求項8】

請求項７に記載のノギスであって、
前記少なくとも１つの信号変調素子は、非鉄導体及びフェライト材の少なくとも何れか一方を含む
ノギス。

【請求項9】

請求項７に記載のノギスであって、
前記少なくとも１つの可変インダクタンス素子は、前記スライダに設置された前記回路基板の金属層に作製された少なくとも２つの平面コイルを有する
ノギス。

【請求項10】

請求項９に記載のノギスであって、
前記少なくとも２つの平面コイルは、互いに対称である
ノギス。

【請求項11】

請求項１０に記載のノギスであって、
前記少なくとも１つの信号変調素子は、静止位置にあるとき、前記少なくとも２つの平面コイルのそれぞれの略半分を覆う
ノギス。

【請求項12】

請求項７に記載のノギスであって、
前記少なくとも１つの可変インダクタンス素子は、平面信号コイルを有し、
前記少なくとも１つの電磁誘導式駆動素子は、前記スライダに設置された前記回路基板の金属層に作製された平面駆動コイルを有する
ノギス。

【請求項13】

請求項１２に記載のノギスであって、
前記平面信号コイル及び前記平面駆動コイルは、共通領域を取り囲み、
前記回路基板は、２つの層を有し、
前記平面信号コイル及び前記平面駆動コイルは、前記回路基板の同一の金属層に作製される
ノギス。

【請求項14】

請求項１２に記載のノギスであって、
前記平面信号コイル及び前記平面駆動コイルは、共通領域を取り囲み、
前記回路基板は、４つの層を有し、
前記平面信号コイル及び前記平面駆動コイルは、前記回路基板の異なる金属層にそれぞれ作製される
ノギス。

【請求項15】

測定時に測定対象物に対向する第１の測定面を有するスケール部材と、
測定時に測定対象物に対向する第２の測定面を有するスライダと、
前記スライダに設置された回路基板に作製された導電性信号検知素子を有し、前記スライダの前記スケール部材に沿った位置変化に応じて位置信号を供給するスライダ変位センサと、
前記スライダに設置された測定力検知機構であって、
前記回路基板に対して移動する圧力アクチュエータと、
圧力素子変位センサと、
圧力検知回路とを有し、
前記圧力素子変位センサは、
前記回路基板に対して固定された少なくとも１つの導電性信号検知素子と、
前記圧力アクチュエータと連結し、前記少なくとも１つの導電性信号検知素子の近傍に配置される少なくとも１つの信号変調素子とを有し、
前記圧力検知回路は、前記回路基板に設置され、前記少なくとも１つの導電性信号検知素子と接続する、前記測定力検知機構と
を具備し、
前記スライダに設置された前記回路基板は、前記回路基板の実装領域が前記スライダに当接し、
前記スライダ変位センサの前記導電性信号検知素子は、前記実装領域から遠ざかる方向である第１の横方向に位置するスケール領域内の前記スケール部材と重なり合い、
前記圧力素子変位センサの前記少なくとも１つの導電性信号検知素子は、前記実装領域から遠ざかる方向の逆方向である横方向に位置する領域に配置される
ノギス。

【請求項16】

測定時に測定対象物に対向する第１の測定面を有するスケール部材と、
測定時に測定対象物に対向する第２の測定面を有するスライダと、
前記スライダに設置されたプリント回路基板の金属層に作製された少なくとも１つの変位センサ部品を有し、前記スライダの前記スケール部材に沿った位置変化に応じて位置信号を供給するスライダ変位センサと、
前記スライダに設置された測定力検知機構であって、測定時に前記第１及び第２の測定面の少なくとも何れか一方を介してユーザから測定対象物に印加された測定力の変化に応じて圧力信号を供給し、前記測定力検知機構は圧力素子変位センサを有し、前記圧力素子変位センサは、前記スライダに設置された前記プリント回路基板の金属層に作製された少なくとも１つの変位センサ部品を有する前記測定力検知機構と
を具備するノギス。

【請求項17】

請求項１６に記載のノギスであって、
前記測定力検知機構は、
コイルばねと連結する剛性素子を有する圧力アクチュエータであって、ユーザが前記圧力アクチュエータを介して前記コイルばねの寸法を変化させると、前記測定力が変化する前記圧力アクチュエータと、
前記圧力アクチュエータと連結し、前記プリント回路基板の前記金属層に作製された前記圧力素子変位センサの少なくとも１つの変位センサ部品の近傍で前記変化した寸法に応じて移動する少なくとも１つの信号変調素子と、を有する
ノギス。

【請求項18】

請求項１６に記載のノギスであって、
前記スライダに設置された前記回路基板は、前記回路基板の実装領域が前記スライダに当接し、
プリント回路基板の金属層に作製された前記スライダ変位センサの前記少なくとも１つの変位センサ部品は、前記実装領域から遠ざかる方向である第１の横方向に位置するスケール領域内の前記スケール部材と重なり合い、
プリント回路基板の金属層に作製された前記圧力素子変位センサの前記少なくとも１つの変位センサ部品は、前記実装領域から遠ざかる方向の逆方向である横方向に位置する領域に配置される
ノギス。

【請求項19】

請求項１６に記載のノギスであって、
前記測定力検知機構は、前記回路基板に設置され、前記プリント回路基板の前記金属層に作製された前記圧力素子変位センサの前記少なくとも１つの変位センサ部品に接続する圧力検知回路を有する
ノギス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、概して、精密測定器に関し、具体的には、対象物の寸法を測定するための可動ジョウ付ノギスに関する。

【背景技術】

【0002】

電子式位置エンコーダを使用する各種電子ノギスが知られている。一般に、このエンコーダは、低電力の電磁誘導式、静電容量式、又は磁気式の位置検知技術に基づくものである。一般に、エンコーダは、読取ヘッドとスケールとを有してもよい。一般に、読取ヘッドは、読取ヘッドセンサと読取ヘッド電装部とを有してもよい。読取ヘッドは、信号を出力する。この信号は、スケールに対する読取ヘッドセンサの測定軸に沿った位置に応じて変化する。電子ノギスにおいて、一般に、スケールは、第１の測定ジョウを有する長尺状のスケール部材に設けられる。読取ヘッドは、第２の測定ジョウを有するスライダに設けられる。スライダは、スケール部材に沿って移動可能である。従って、読取ヘッドからの信号に基づいて、２つの測定ジョウの間の距離測定値を求めることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国再発行特許第３７４９０号

【特許文献2】米国登録特許第５５７４３８１号

【特許文献3】米国登録特許第５９７３４９４号

【特許文献4】米国公開特許第２００３／００４７００９号

【特許文献5】米国登録特許第５９０１４５８号

【特許文献6】米国登録特許第６４００１３８号

【特許文献7】米国特許出願第１３／７０６２２５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

同一出願人による特許文献１、特許文献２及び特許文献３には、典型的な電子ノギスが開示される。特許文献４には、圧力（測定力）を測定可能な電子ノギスの先行技術が開示される。特許文献４に記載のように、従来技術に係るノギスの使用上の欠陥の一つは、測定ジョウが印加する圧力（測定力）が変動することである。その結果、測定値にバラツキが生じるおそれがある。とりわけ、柔軟性を有する対象物を測定する場合、この対象物の測定値は、信頼性が低いものであったり、再現性（反復性）が無かったりすることがある。なぜなら、ユーザがノギスのジョウに印加する圧力が高いと柔軟な対象物の「圧縮量が大きく」なったり、圧力が低いと柔軟な対象物の「圧縮量が小さく」なったりすることがあるからである。解決策として、特許文献４に開示されるノギスは、対象物のサイズと対象物に印加される圧力との両方を測定可能である。これらの値を解析することで、再現性の高い測定値が得られるとされる。この圧力は、歪みゲージセンサにより測定される。歪みゲージセンサは、ブラケットを用いて読取ヘッドに取り付けられる。歪みゲージセンサは、ノギスでの測定時に対象物に印加される加圧量を示す信号を出力する。そして、この信号は、プリント回路基板に送信される。特許文献４には圧力の測定が確かに開示されてはいるが、圧力を測定するための構成として、歪みゲージセンサを設置し使用しなければならない。加えて、信号を何らかの手段でプリント回路基板に送信する必要があるため、配線やその他の連結技術がさらに必要となる。さらに、歪みゲージセンサからの信号を、ノギスが利用可能な圧力測定値に変換するために、特殊な処理が必要になることもある。

【0005】

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、必要とされるプリント回路基板の実装部品や取付部品が最小限であり、典型的なノギス使用環境において確実に動作する、ノギスに印加される圧力のレベルを示すためのより効率的な構成を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この「課題を解決するための手段」では、以下の「発明を実施するための形態」に詳細に記載された各構想のなかから選択した構想を単純化したものを紹介する。この「課題を解決するための手段」は、「特許請求の範囲」の内容の重要な特徴を特定するためのものではなく、「特許請求の範囲」の範囲を特定するのに用いられるものでもない。

【0007】

電動ノギスは、スケール部材と、スライダと、スライダ変位センサと、測定力検知機構とを具備する。スケール部材は、測定時に測定対象物に対向する第１の測定面を有する。スライダは、測定時に測定対象物に対向する第２の測定面を有する。スライダ変位センサは、スライダに設置された回路基板に作製された導電性信号検知素子を有し、スライダのスケール部材に沿った位置変化に応じて位置信号を供給する。

【0008】

測定力検知機構は、スライダに設置され、圧力アクチュエータと、圧力素子変位センサと、圧力検知回路とを有する。圧力アクチュエータは、回路基板に対して移動する。圧力素子変位センサは、少なくとも１つの導電性信号検知素子と、少なくとも１つの信号変調素子とを有する。少なくとも１つの導電性信号検知素子は、回路基板に対して固定される。少なくとも１つの信号変調素子は、圧力アクチュエータと連結し、少なくとも１つの導電性信号検知素子の近傍に配置される。圧力検知回路は、回路基板に設置され、少なくとも１つの導電性信号検知素子と接続する。測定力検知機構は、測定時に第１及び第２の測定面の少なくとも何れか一方を介してユーザから測定対象物に印加された測定力の変化に応じて圧力信号を供給する。

【0009】

各実装形態において、圧力アクチュエータは、コイルばねと連結する剛性素子を有してもよく、ユーザが圧力アクチュエータを介してコイルばねの寸法を変化させると、測定力が変化する。少なくとも１つの信号変調素子は、圧力アクチュエータと連結し、少なくとも１つの導電性信号検知素子の近傍で変化した寸法に応じて移動してもよい。少なくとも１つの導電性信号検知素子は、スライダに設置された回路基板の金属層に作製されてもよい。圧力検知回路は、少なくとも１つの導電性信号検知素子に対する少なくとも１つの信号変調素子の位置に反応してもよい。

【0010】

各実装形態において、少なくとも１つの導電性信号検知素子は、少なくとも１つの信号変調素子の位置に依存するインダクタンスをもつ可変インダクタンス素子を有してもよい。圧力素子変位センサは、少なくとも１つの可変インダクタンス素子と誘導結合した少なくとも１つの電磁誘導式駆動素子をさらに有してもよく、誘導結合は、少なくとも１つの信号変調素子の位置に依存する。少なくとも１つの信号変調素子は、非鉄導体及びフェライト材の少なくとも何れか一方を含んでもよい。

【0011】

各実装形態において、少なくとも１つの可変インダクタンス素子は、スライダに設置された回路基板の金属層に作製された少なくとも２つの平面コイルを有してもよい。一実装形態において、少なくとも２つの平面コイルは、互いに対称であってもよい。信号変調素子は、静止位置にあるとき、少なくとも２つの平面コイルのそれぞれの略半分を覆ってもよい。

【0012】

各実装形態において、少なくとも１つの可変インダクタンス素子は、平面信号コイルを有してもよく、少なくとも１つの電磁誘導式駆動素子は、スライダに設置された回路基板の金属層に作製された平面駆動コイルを有してもよい。平面信号コイル及び平面駆動コイルは、共通領域を取り囲んでもよい。一実装形態において、回路基板は、２つの層を有してもよく、平面信号コイル及び平面駆動コイルは、回路基板の同一の金属層に作製されてもよい。別の実装形態において、回路基板は、４つの層を有してもよく、平面信号コイル及び平面駆動コイルは、回路基板の異なる金属層にそれぞれ作製されてもよい。

【0013】

各実装形態において、スライダ変位センサは、駆動回路から位置駆動信号を受信してもよい。駆動回路はまた、圧力素子変位センサに圧力駆動信号を供給してもよい。一実装形態において、位置駆動信号及び圧力駆動信号は、駆動回路用の異なるクロックサイクルで供給すればよい。

【0014】

各実装形態において、スライダに設置された回路基板は、回路基板の実装領域がスライダに当接してもよい。加えて、スライダ変位センサの導電性信号検知素子は、実装領域から遠ざかる方向である第１の横方向に位置するスケール領域内のスケール部材と重なり合ってもよい。さらに、圧力素子変位センサの少なくとも１つの導電性信号検知素子は、実装領域から遠ざかる方向の逆方向である横方向に位置する領域に配置されてもよい。なお、本構成において、金属製スライダは、通常のスライダ機能に加えて、一方の変位センサへの信号を他方の変位センサに対して遮蔽しつつ、他方の変位センサへの信号を一方の変位センサに対して遮蔽してもよい。

【発明の効果】

【0015】

本開示によれば、外部電子部品の必要性やプリント回路基板への接続の必要性が最小限であり、典型的なノギス使用環境において確実に動作する、ノギスに印加される圧力のレベルを示すためのより効率的な構成が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】第１の実施形態に係る圧力アクチュエータ機構に設けられた圧力素子変位センサの信号変調素子を有する、スライダ及びスケールを有する手工具式ノギスを示す分解図である。

【図2】信号変調素子が設けられた図１の圧力アクチュエータ機構を示す分解図である。

【図3】第２の実施形態に係る、信号変調素子が設けられた圧力アクチュエータ機構を示す図であり、図２と等尺である。

【図4A】第１の実施形態に係る、信号変調素子に反応する圧力素子変位センサを示す図である。

【図4B】第１の実施形態に係る、信号変調素子に反応する圧力素子変位センサを示す図である。

【図5A】第２の実施形態に係る、信号変調素子に反応する圧力素子変位センサを示す図である。

【図5B】第２の実施形態に係る、信号変調素子に反応する圧力素子変位センサを示す図である。

【図5C】第２の実施形態に係る、信号変調素子に反応する圧力素子変位センサを示す図である。

【図5D】第２の実施形態に係る、信号変調素子に反応する圧力素子変位センサを示す図である。

【図6】圧力素子変位センサの各種の動作原理を示す回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

図１は、第１の実施形態に係る圧力アクチュエータ機構１８２に設けられた信号変調素子２５０を有する、手工具式ノギス１００を示す分解図である。本例において、ノギス１００は、スライダ変位センサ１５８（例えば、磁気式又は電磁誘導式のセンサ機構）と、スケール基板１２５とを有する。スケール基板１２５は、スケールトラック１２６（それぞれ一部断面図として図示）を有し、長尺状のスケール部材１０２に沿う溝１２７内に配置される。なお、別の実施形態において、別の方式のスライダ変位センサ１５８を使用してもよい（例えば、静電容量式等）。スライダ機構１７０は、スライダ１３０に設けられた電装部１６０を有する。スライダ変位センサ１５８は、電装部１６０に設けられる。ノギス１００の一般的な機械構造及び物理的操作は、同一出願人による特許文献５等、特定の先行技術に係る電子ノギスの機械構造及び物理的操作と同様である。スケール部材１０２は、剛体又は半剛体の棒であり、一般に矩形断面に含まれる各種の溝及び／又は他の特徴を有してもよい。スケール基板１２５は、溝１２７に強固に接着されてもよい。スケールトラック１２６は、電装部１６０に含まれるスライダ変位センサ１５８の対応する構成要素と協働する、スケール構成要素を有してもよい（図示せず）。その方法は、公知の電子ノギスで用いられる方法と同様であり、特許文献１及び特許文献５や、同一出願人による特許文献６に記述されるとおりである。

【0018】

一組のジョウ１０８、１１０は、スケール部材１０２の第１の端部の近傍に一体的に形成される。対応して、１組のジョウ１１６、１１８は、スライダ１３０に形成される。ジョウ１０８、１１６の１組の係合面（測定面）１１４の間に測定対象物を配置して、測定対象物の外寸を測定する。同様に、ジョウ１１０、１１８の１組の係合面１２２（測定面）を、測定対象物の相反する各内壁面に対して配置して、測定対象物の内寸を測定する。ある位置（ゼロ位置と称することもある）においては、各係合面１１４が互いに当接し、係合面１２２が一直線になる。このとき、ノギス１００により測定される外寸及び内寸は、ゼロを指してもよい。

【0019】

寸法測定値は、デジタル表示装置１４４に表示されてもよい。このデジタル表示装置１４４は、ノギス１００の電装部１６０のカバー１４０内に実装されている。電装部１６０はまた、押しボタンスイッチ１４１（例えば、「原点」スイッチ）と、圧力ステータスインジケータ１４２（例えば、２色又は３色のライト）と、信号処理／表示回路基板１５０とを有してもよい。圧力閾値設定動作は、同一出願人による同時係属中の特許文献７（発明の名称「System and Method for Setting Measurement Force Thresholds in a Force Sensing Caliper（圧力検知ノギスにおける測定力閾値の設定システム及び方法）」、出願日２０１２年１２月５日）に詳細に記載される。特許文献７に記載のように、一実装形態において、押しボタンスイッチ１４１は圧力閾値を設定するのに用いられてもよく、圧力ステータスインジケータ１４２は圧力閾値信号を供給するのに用いられてもよい（例えば、圧力が所望の測定範囲内のとき「緑色」に点灯し、圧力が所望の測定範囲外のとき「赤色」に点灯する）。

【0020】

信号処理／表示回路基板１５０は、読取ヘッド信号処理／制御回路１５９を有してもよい。図１に示すように、信号処理／表示回路基板１５０の下面がスケール部材１０２の片側に位置するスライダ１３０の上面に当接するように、信号処理／表示回路基板１５０を取り付けてもよい。

【0021】

圧力測定機構１８０が有する各種の部品は、スライダ１３０に設置される。後でより詳細に説明するが、圧力測定機構１８０は、圧力検知機構を有する。本実施形態において、圧力検知機構は、第１の実施形態に係る圧力アクチュエータ機構１８２と、圧力素子変位センサ２００とを有する。圧力素子変位センサ２００は、複数の変位信号素子２０５の配列と、信号変調素子２５０と、圧力アクチュエータ素子２５２とを有する。後で図６を参照してより詳細に説明するが、配列された複数の変位信号素子２０５は、回路基板１５０の一以上の金属層に作製されたものであり、信号変調素子２５０の位置を示す電気信号を生成する。読取ヘッド信号処理／制御回路１５９は、圧力検知回路を有する。この圧力検知回路は、複数の変位信号素子２０５の配列から、圧力測定値を決定するための圧力検知信号を受信する。後で図６を参照してより詳細に説明するが、読取ヘッド信号処理／制御回路１５９は、複数の変位信号素子２０５の配列に駆動信号を供給してもよい。

【0022】

一実施形態において、信号変調素子２５０は、圧力アクチュエータ素子２５２に取り付けられた所望の材料からなる。この圧力アクチュエータ素子２５２は、圧力アクチュエータ機構１８２に機械的に連結するか、圧力アクチュエータ機構１８２の一部である。別の実施形態において、信号変調素子２５０は、圧力アクチュエータ素子２５２と同じ材料で構成されてもよく、部分的に圧力アクチュエータ素子２５２と同じ材料で構成されてもよい。圧力アクチュエータ機構１８２は、サムローラ（サムホイール）１９１と、圧力アクチュエータ本体１９２と、ガイドロッド／ベアリング１９４と、圧力アクチュエータ用コイルばね１９６とを有する。ユーザがサムローラ１９１を押圧すると、スライダ１３０は、スケール部材１０２の第１の端部に向かって移動する。すると、圧力アクチュエータ素子２５２及びそれに取り付けられた信号変調素子２５０が前進し、ノギスの測定軸方向に沿って誘導されるように、複数の変位信号素子２０５の配列に対して移動する。信号変調素子２５０は、複数の変位信号素子２０５の近傍に、相対的に小さな空隙を介して配置される。このため、後で図６を参照してより詳細に説明するが、複数の変位信号素子２０５は、信号変調素子２５０の測定軸方向における相対位置を検知する。なお、信号変調素子２５０の位置は、圧力アクチュエータ用コイルばね１９６の圧縮又は伸長に相当する。このため、信号変調素子２５０の位置により、相当する測定時の圧力が示される。

【0023】

各実装形態において、回路基板１５０の一以上の実装領域がスライダ１３０に当接してもよい。より具体的には、図１に示すように、回路基板１５０の実装領域１５７Ａ、１５７Ｂは、それぞれ、スライダ１３０の実装領域１３７Ａ、１３７Ｂに当接する。加えて、スライダ変位センサ１５８の導電性信号検知素子（図示せず）は、第１の横方向Ｄ１（実装領域１５７Ａから遠ざかる方向）に位置するスケールトラック１２６のスケール部材１０２と重なり合ってもよい。さらに、圧力素子変位センサ２００の複数の変位信号素子２０５の配列の少なくとも１つの導電性信号検知素子（後で図４Ａ、４Ｂ、５Ａ〜５Ｄを参照してより詳細に説明する）は、逆方向である横方向Ｄ２（実装領域１５７Ａから遠ざかる方向）に位置する領域に配置されてもよい。なお、本構成において、金属製スライダ１３０は、通常のスライダ機能に加えて、スライダ変位センサ１５８への信号を圧力素子変位センサ２００に対して遮蔽しつつ、圧力素子変位センサ２００への同時信号をスライダ変位センサ１５８に対して遮蔽してもよい。

【0024】

各実装形態において、圧力アクチュエータ用コイルばね１９６は、単一のばねでもよいし、後で図２を参照してより詳細に説明するように、独立した複数の圧力アクチュエータ用コイルばね部材１９６Ａ、１９６Ｂからなるものであってもよい。図１に示すように、圧力アクチュエータ用コイルばね１９６は、ガイドロッド／ベアリング１９４に通される。ガイドロッド／ベアリング１９４は、スライダ１３０のガイドロッド／ベアリング穴１９５に挿入される。ユーザがサムローラ１９１を押圧すると、スライダ１３０は、スケール部材１０２の第１の端部に向かって移動する。すると、圧力アクチュエータ用コイルばね１９６（あるいは、図２のばね部材１９６Ａ）が圧縮する。後でより詳細に説明するが、圧力アクチュエータ用コイルばね１９６（あるいは、ばね部材１９６Ａ、１９６Ｂ）を用いることで、スライダ１３０の可動位置の範囲全域に亘って、圧力の増加又は減少が緩やかになる。重要な点としては、これにより、測定プロセス中に、所望の加圧量を付与するためにユーザが加圧量をコントロールしようとするとき、より確実に加圧量をコントロールすることができるとともに、より「直感的な判断」をすることが可能となる。

【0025】

図２は、図１の圧力アクチュエータ機構１８２を示す分解図である。図２に示すように、一実装形態において、圧力アクチュエータ用コイルばね１９６の２つのばね部材１９６Ａ、１９６Ｂは、ガイドロッド／ベアリング１９４により連結されてもよい。別の実施形態において、ばね部材１９６Ａ、１９６Ｂは、２つの独立したばねであってもよい。圧力アクチュエータ用コイルばねの２つの圧力アクチュエータ用コイルばね部材１９６Ａ、１９６Ｂは、ガイドロッド／ベアリング１９４に通され、ガイドロッド／ベアリング１９４に固定された仕切り片１９６Ｃ（例えば、Ｃ型クリップリング）に当接する。本構成において、ユーザがサムローラ１９１を押圧すると、スライダ１３０は、スケール部材１０２の第１の端部に向かって移動する。すると、図１の圧力アクチュエータ用コイルばね１９６の動作と同様に、圧力アクチュエータ用コイルばね部材１９６Ａが圧縮する（例えば、測定対象物の外寸測定の際）。一方、ユーザがサムローラ１９１を逆方向に押圧すると（すなわち、スライダ１３０の進行方向を、スケール部材１０２の他端部に向かう方向に変更すると）、ばね部材１９６Ｂが圧縮する（例えば、測定対象物の内寸測定の際）。このように、ばね部材１９６Ａ、１９６Ｂを用いることで、双方向測定構成が実現される。

【0026】

一構成例において、ノギス１００の一般的な動作は以下の通りである。最初ノギスはゼロセット位置Zero-setにある。ゼロセット位置Zero-setにあるとき、ノギスは通常、双方向測定範囲の中央に位置する。このとき、圧力アクチュエータ用コイルばね部材１９６Ａ、１９６Ｂは略均等に付勢され、信号変調素子２５０は複数の変位信号素子２０５の配列の範囲の略中央に位置する（後で図６を参照してより詳細に説明する）。ユーザがサムローラ１９１を押圧すると、ばね部材１９６Ａが圧縮する。すると、限界位置L-extmeasに到達し得る。限界位置L-extmeasは、外側測定力限度（例えば、測定対象物の外寸測定時）に対応してもよい。例えば、ばね部材１９６Ａが圧縮すると、密着高さに到達することがあり、その場合、印加圧力が増加しても信号変調素子２５０がこれ以上撓まなくなる。これにより、有意な圧力測定ができなくなる。限界位置L-extmeasは、信号変調素子２５０が変位信号素子２０５の検知範囲の第１の端部に到達する場合に対応してもよい。限界位置L-extmeasは、外側測定力限度と検知範囲の第１の端部とのうち、何れか一方と対応してもよいし、両方と対応してもよい。

【0027】

同様に、ユーザがサムローラ１９１を逆方向に押圧すると、限界位置L-intmeas に到達し得る。限界位置L-intmeasは、内側測定限度（例えば、測定対象物の内寸測定時）に対応してもよい。限界位置L-intmeasは、信号変調素子２５０が変位信号素子２０５の検知範囲の第２の端部に到達する場合に対応してもよい。限界位置L-intmeasは、内側測定限度と検知範囲の第２の端部とのうち、何れか一方と対応してもよいし、両方と対応してもよい。複数の変位信号素子２０５の配列の検知範囲の上限及び下限は、得られる検知信号が所望の線形性を有する範囲の上限及び下限により定められてもよいし、別の基準に基づいて定められてもよい。ばね部材１９６Ａ、１９６Ｂの圧縮／伸長範囲は、密着高さにほぼ到達して圧力に対する応答性が相対的に低くなる範囲や、検知信号の非線形性が許容できないレベルとなる範囲を排除するのが望ましい。

【0028】

具体的な一実装例において、信号変調素子２５０が限界位置L-extmeas又はL-intmeasに相当する位置に到達すると、配列された複数の変位信号素子２０５は、信号変調素子２５０の位置を検知する。すると、読取ヘッド信号処理／制御回路１５９は、圧力ステータスインジケータ（ライト）１４２を「赤色」すなわち「範囲外」に点灯してもよい。一般に、通常動作中、読取ヘッド信号処理／制御回路１５９は、信号変調素子２５０の位置を検知し、この位置を圧力測定値に変換するよう構成されてもよい。各実装形態において、得られた圧力測定値を、様々な形式でユーザに提示してもよい（例えば、圧力測定値をディスプレイに表示する、圧力上限値及び下限値に到達したことを他の各種のインジケータにより示す、等）。

【0029】

なお、図２の双方向測定構成は２つの圧力アクチュエータ用コイルばね部材１９６Ａ、１９６Ｂにより実現されると説明したが、特許文献７に詳細に記載されるように、他の構成により実現してもよい。例えば、別の実施形態においては、両端部が取り外し不可能に取り付けられた単一の圧力アクチュエータ用コイルばねを使用してもよい。この構成によれば、一つのばねを引いたり押したりすることで、必要となる圧力が発生する。一具体例によれば、測定対象物の外寸を測定する際、３〜５Ｎの範囲の圧力が掛かると、この種のばねは２〜４ｍｍ圧縮することがある。測定対象物の内寸を測定する際、３〜５Ｎの範囲の圧力が掛かると、この種のばねは２〜４ｍｍ伸長することがある。一般に、このような実施形態及び／又は図２の実施形態に関して、具体的な実装形態において、特定の人間工学的特性を付与するには、ばね定数が０．２５Ｎ／ｍｍ〜６Ｎ／ｍｍであるばねを用いるのが望ましいと実験的に判明している。なお、ノギス使用時には、一般に、印加圧力をコントロールしながら、手指を何本か使ってノギススケールを把持し（これにより手の大部分がノギスに対して固定され）、同時に１本の指でスライダを包み込み、手に対して親指を動かして圧力アクチュエータをスライダに対して調整すればよい。このため、親指が手の親指以外の部分に対して不自由なく移動する量が制限される。一般に、下限である０．２５Ｎ／ｍｍにおいて、親指が手の親指以外の部分に対して不自由なく快適に移動する範囲内で、加圧量が有意に変動し得る。一方、上限である６Ｎ／ｍｍにおいては、親指を少し動かしただけでは印加圧力は少ししか変化せず、測定力によって撓んだり変形したりするおそれのある測定対象物に対してでも、容易且つ安定して印加圧力をコントロールするのに感度が高すぎるとユーザが感じることはない。。言い換えれば、このばね定数範囲であれば、ユーザが直感的に測定することができて望ましいと、実験的に判明している。別の実施形態において、信号変調素子２５０及び複数の変位信号素子２０５の配列も、ばねの設計に応じて設計すればよい。なお、別の実施形態において、レバー、ギヤ又は他の公知の機械要素を用いて指の変位と圧力との関係を変更し、他のばね定数（例えば、０．０５〜２０Ｎ／ｍｍの範囲）を用いてもよい。別の実施形態において、別の種のばね（例えば、弾性ポリマー材）を用いて、圧力アクチュエータ用のばねとしてもよい。

【0030】

図３は、第２の実施形態に係る圧力アクチュエータ機構３８２と、圧力アクチュエータ機構３８２に取り付けられた圧力素子変位センサ３００の信号変調素子３５０とを示す分解図である。なお、圧力アクチュエータ機構３８２、圧力素子変位センサ３００及び関連するノギス１００'における各種の部品は、図１、２の圧力アクチュエータ機構１８２、圧力素子変位センサ２００及び関連するノギス１００において同様の参照符号が付与された部品と同様であってもよく、特に断りのない限り、同様に機能すると理解されたい。図３に示すように、圧力測定機構３８０は、圧力素子変位センサ３００と、圧力アクチュエータ機構３８２とを有してもよい。図３に示すように、圧力測定機構３８０の各種の部品は、ノギス１００'のスライダ１３０'に取り付けられる。

【0031】

圧力素子変位センサ３００は、複数の変位信号素子３０５の配列と、信号変調素子３５０と、圧力アクチュエータ素子３５２と、移動制限ピン３９８とを有する。圧力アクチュエータ素子３５２は、内壁面３５２Ａ、３５２Ｂを有する。内壁面３５２Ａ、３５２Ｂは、移動制限ピン３９８に接触可能であり、接触時に、圧力アクチュエータ素子３５２の移動の限界となる。後で図６を参照してより詳細に説明するが、複数の変位信号素子３０５の配列は、スライダ１３０'上にある回路基板１５０'の一以上の金属層に作製されたものであり、信号変調素子３５０の位置を示す電気信号を生成する。圧力検知回路（例えば、読取ヘッド信号処理／制御回路１５９の一部）は、複数の変位信号素子３０５の配列から、圧力測定値を決定するための圧力検知信号を受信する。

【0032】

信号変調素子３５０は、圧力アクチュエータ素子３５２に取り付けられる。圧力アクチュエータ素子３５２は、圧力アクチュエータ機構３８２に機械的に連結するか、圧力アクチュエータ機構３８２の一部である。圧力アクチュエータ機構３８２は、サムローラ３９１と、圧力アクチュエータ本体３９２と、平行四辺形ばね式サスペンション３９６とを有する。コイルばね１９６を用いる図１、２の実装形態との一番の違いは、この平行四辺形ばね式サスペンション３９６である。図３の構成において、ユーザがサムローラ３９１を押圧すると、スライダ１３０'は、ノギス１００'のスケール部材の第１の端部に向かって移動する。すると、圧力アクチュエータ素子３５２及びそれに取り付けられた信号変調素子３５０が前進し、複数の変位信号素子３０５の配列に対して移動する。後で図６を参照してより詳細に説明するが、配列された複数の変位信号素子３０５は、このときの信号変調素子３５０の位置を検知する。

【0033】

平行四辺形ばね式サスペンション３９６の動作を説明する。ユーザがサムローラ３９１を押圧すると、スライダ１３０'は、ノギス１００'のスケール部材の第１の端部に向かって移動する。すると、平行四辺形ばね式サスペンション３９６は、前方に屈曲する（例えば、測定対象物の外寸測定の際）。ユーザがサムローラ３９１を逆方向に押圧すると（すなわち、スライダ１３０'の進行方向を、ノギス１００'のスケール部材の他端部に向かう方向に変更すると）、平行四辺形ばね式サスペンション３９６は、後方に屈曲する（例えば、測定対象物の内寸測定の際）。一実装形態において、移動制限ピン３９８が圧力アクチュエータ素子３５２の内壁面３５２Ａ、３５２Ｂに接触すると、移動の限界となる。この移動の限界は、図２を参照して上述した限界位置L-extmeas、L-intmeasと同様に機能してもよい。このように、平行四辺形ばね式サスペンション３９６を用いることで、ガイドベアリング等を用いる必要もなく、双方向測定構成を実現できる。

【0034】

図１、２を参照して上述したコイルばね１９６を用いたときと同様に、平行四辺形ばね式サスペンション３９６を用いることで、より広いスライダ１３０の可動位置範囲の全域に亘って、圧力の増加又は減少がより緩やかになる。重要な点としては、これにより、測定プロセス中に、所望の加圧量を付与するためにユーザが加圧量をコントロールしようとするとき、より確実に加圧量をコントロールすることができるとともに、より直感的な判断をすることが可能となる。加えて、平行四辺形ばね式サスペンション３９６を用いることで、必要となる部品点数を削減可能であり、スライダ１３０'とのより一体的な感覚を得ることができる。

【0035】

図４Ａ、４Ｂは、第１の実施形態に係る、信号変調素子に反応する圧力素子変位センサ４００を示す図である。図４Ａに示すように、圧力素子変位センサ４００は、複数の変位信号素子４０５の配列と、信号変調素子４５０とを有する。後で詳細に説明するが、一実装形態において、複数の変位信号素子４０５の配列は、複数の共平面（コプラナー）電磁誘導式コイルを有してもよい。共平面電磁誘導式コイルは、プリント回路基板（例えば、スライダ機構１７０のプリント回路基板１５０）の金属層に作製される。一実装形態において、プリント回路基板は、少なくとも２層の金属層を有してもよい。図４Ａに示すように、第１の層すなわち上層に、一連のノードＮ１〜Ｎ４と圧力検知／駆動回路（例えば、読取ヘッド信号処理／制御回路１５９に含まれてもよい）とを接続する複数の配線を設けてもよい。

【0036】

図４Ａに示すように、ノードＮ１は信号線ＳＬ１と接続し、信号線ＳＬ１は検知信号ＳＥＮ１を供給してもよい。ノードＮ２は信号線ＳＬ２と接続し、信号線ＳＬ２は検知信号ＳＥＮ２を供給してもよい。ノードＮ３Ａ、Ｎ３Ｂは互いに接続し、コモンノードＮ３と称することもある。コモンノードＮ３は信号線ＳＬ３と接続し、信号線ＳＬ３は駆動信号ＤＲＶを受信してもよい。ノードＮ４は信号線ＳＬ４と接続し、信号線ＳＬ４はグラウンドＧＮＤと接続する。

【0037】

信号変調素子４５０は、変位信号素子４０５の近傍に生じる電界を増強又は妨害するために、複数の変位信号素子４０５の配列の下方の範囲ＲＧ内を移動可能な所望の材料（例えば、非鉄導体、フェライト材等）で構成すればよい。範囲ＲＧは、第１の端部Ｅ１及び第２の端部Ｅ２を有してもよい。後で図６を参照してより詳細に説明するが、信号変調素子４５０が範囲ＲＧの第１の端部Ｅ１に接近するとき、信号変調素子４５０は主に検知信号ＳＥＮ１に影響を及ぼすことができる。一方、信号変調素子４５０が範囲ＲＧの第２の端部Ｅ２に接近するとき、信号変調素子４５０は主に検知信号ＳＥＮ２に影響を及ぼすことができる。これも後で図６を参照してより詳細に説明するが、検知信号ＳＥＮ１と検知信号ＳＥＮ２との差異を用いて、隣の複数の変位信号素子４０５の配列の下方に位置する信号変調素子４５０の位置を測定してもよい。差異を用いることで、線形性やコモンモードエラーからのロバスト性が向上する。

【0038】

図４Ｂに示すように、プリント回路基板の第２の金属層すなわち下層の金属層に、複数の変位信号素子４０５の配列（例えば、複数のプリント共平面電磁誘導式コイル）を設けてもよい。複数の変位信号素子４０５の配列は、第１の信号検知素子４１０と、第２の信号検知素子４２０と、信号駆動素子４３０Ａ、４３０Ｂ（まとめて信号駆動素子４３０と称する）とを有する。第１の信号検知素子４１０の一端は、ノードＮ１と接続する（すなわち、検知信号ＳＥＮ１を供給する）。一方、第１の信号検知素子４１０の他端は、ノードＮ４と接続する（すなわち、グラウンドＧＮＤと接続する）。第２の信号検知素子４２０の一端は、ノードＮ２と接続する（すなわち、検知信号ＳＥＮ２を供給する）。一方、第２の信号検知素子４２０の他端は、ノードＮ４と接続する（すなわち、グラウンドＧＮＤと接続する）。信号駆動素子４３０Ａの一端は、ノードＮ３Ａと接続する（すなわち、駆動信号ＤＲＶを受信する）。一方、信号駆動素子４３０Ａの他端は、ノードＮ４と接続する（すなわち、グラウンドＧＮＤと接続する）。信号駆動素子４３０Ｂの一端は、ノードＮ３Ｂと接続する（すなわち、駆動信号ＤＲＶを受信する）。一方、信号駆動素子４３０Ｂの他端は、ノードＮ４と接続する（すなわち、グラウンドＧＮＤと接続する）。複数の変位信号素子４０５の配列及び信号変調素子４５０の動作は、後で図６を参照してより詳細に説明する。

【0039】

図５Ａ〜５Ｄは、第２の実施形態に係る、信号変調素子に反応する圧力素子変位センサ５００を示す図である。図５Ａに示すように、圧力素子変位センサ５００は、複数の変位信号素子５０５の配列と、信号変調素子５５０とを有する。なお、複数の変位信号素子５０５の配列の具体的な態様は、図４Ａ、４Ｂの複数の変位信号素子４０５の配列の態様と同様であってもよく、特に断りのない限り、同様に動作してもよい。図５Ａ〜５Ｄの実装として、一実装形態において、複数の変位信号素子５０５の配列は、プリント回路基板（例えば、スライダ機構１７０のプリント回路基板１５０）の４層の金属層に作製される。図５Ａに示すように、第１の金属層すなわち上層の金属層に、一連のノードＮ１〜Ｎ４と圧力検知／駆動回路（例えば、読取ヘッド信号処理／制御回路１５９に含まれてもよい）とを接続する複数の配線を設けてもよい。

【0040】

図５Ａに示すように、図４Ａの構成と同様の構成として、ノードＮ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４は、信号ＳＥＮ１、ＳＥＮ２、ＤＲＶ、ＧＮＤに関する信号線ＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３、ＳＬ４とそれぞれ接続する。ノードＮ３は、互いに接続したノードＮ３Ａ、Ｎ３Ｂの結合ノードである。図５Ａに示すように、信号変調素子５５０は、複数の変位信号素子５０５の配列の下方の範囲ＲＧ内を移動可能である。後で図６を参照してより詳細に説明するが、検知信号ＳＥＮ１と検知信号ＳＥＮ２との差異に基づき、信号変調素子５５０の位置を測定してもよい。

【0041】

図５Ｂ、５Ｃ、５Ｄは、プリント回路基板の第２、第３及び第４の金属層に作製され得る複数の変位信号素子５０５の配列の各部品をそれぞれ示す。図５Ｂ、５Ｃに示すように、第１の信号検知素子部５１０Ａ、５１０Ｂは、それぞれ、プリント回路基板の第２及び第３の金属層に作製された平面コイル部であってもよい。信号検知素子部５１０Ａ、５１０Ｂの一端は、それぞれ、各層を貫通して延在するコモンノードＮ１Ｘと接続する。信号検知素子部５１０Ａの他端は、ノードＮ１と接続する（すなわち、検知信号ＳＥＮ１を供給する）。信号検知素子部５１０Ｂの他端は、ノードＮ４と接続する（すなわち、グラウンドＧＮＤと接続する）。

【0042】

図５Ｂ、５Ｃに示すように、第２の信号検知素子部５２０Ａ、５２０Ｂは、それぞれ、プリント回路基板の第２及び第３の金属層に作製された平面コイル部であってもよい。信号検知素子部５２０Ａ、５２０Ｂの一端は、それぞれ、各層を貫通して延在するコモンノードＮ２Ｘと接続する。信号検知素子部５２０Ａの他端は、ノードＮ２と接続する（すなわち、検知信号ＳＥＮ２を供給する）。信号検知素子部５２０Ｂの他端は、ノードＮ４と接続する（すなわち、グラウンドＧＮＤと接続する）。

【0043】

図５Ｄに示すように、一組の信号駆動素子５３０Ａ、５３０Ｂは、プリント回路基板の第４の金属層に作製された平面コイルであってもよい。各実装形態において、プリント回路基板の第４の金属層は、動作中に信号変調素子５５０の最も近くに位置する層であってもよい。また、最も厚い金属層に信号駆動素子５３０Ａ、５３０Ｂを作製することが望ましいこともある。これにより、抵抗が減少し、信号駆動素子５３０Ａ、５３０Ｂを駆動するのに必要な電力もまた減少する。信号駆動素子５３０Ａの一端は、ノードＮ３Ａと接続する（すなわち、駆動信号ＤＲＶを受信する）。一方、信号駆動素子５３０Ａの他端は、ノードＮ４と接続する（すなわち、グラウンドＧＮＤと接続する）。同様に、信号駆動素子５３０Ｂの一端は、ノードＮ３Ｂと接続する（すなわち、駆動信号ＤＲＶを受信する）。一方、信号駆動素子５３０Ｂの他端は、ノードＮ４と接続する（すなわち、グラウンドＧＮＤと接続する）。複数の変位信号素子５０５の配列及び信号変調素子５５０の動作は、後で図６を参照してより詳細に説明する。

【0044】

図６は、圧力素子変位センサ６００の各種の動作原理を示す回路図であり、図１〜５Ｄの圧力素子変位センサ２００〜５００の動作原理を示してもよい。図６に示すように、一実装形態において、圧力素子変位センサ６００は、複数の変位信号素子６０５の配列と、信号変調素子６５０とを有してもよい。複数の変位信号素子６０５の配列は、第１及び第２の信号検知素子６１０、６２０と、信号駆動素子６３０Ａ、６３０Ｂとを有してもよい。具体的な一実装例において、第１及び第２の信号検知素子６１０、６２０と、信号駆動素子６３０Ａ、６３０Ｂとは、すべて、プリント回路基板（例えば、スライダ機構１７０のプリント回路基板１５０）にプリントされた平面らせんコイルであってもよい。各実装形態において、信号検知素子及び信号駆動素子は、プリント回路基板の同一の金属層に作製されてもよいし、異なる金属層に作製されてもよい。例えば、２層の金属層を有するプリント回路基板において、信号検知素子及び信号駆動素子は、すべて、同一の金属層に作製されてもよい（例えば、図４Ａ、４Ｂの構成に示す）。別の例としては、４層の金属層を有するプリント回路基板において、信号検知素子及び信号駆動素子は、異なる金属層に作製されてもよい（例えば、図５Ａ〜５Ｄの構成に示す）。信号変調素子６５０は、コア（例えば、アルミニウムや銅等の非鉄導体や、フェライト材等）から成ってもよい。図１、２を参照して上述したように、信号変調素子６５０は、プリント回路基板平面に平行な直線に沿って機械的に変位してもよい。この変位量は、対象物測定時にユーザが印加した測定力量と相関する。

【0045】

具体的な一実装例において、信号駆動素子６３０Ａ、６３０Ｂを、特定の波形パターン（例えば、パルス固有回路が発する正弦波、準正弦波等）で駆動してもよい（例えば、ノードＮ３への駆動信号ＤＲＶにより）。信号駆動素子６３０Ａ、６３０Ｂを駆動することで、それぞれ、第１及び第２の信号検知素子６１０、６２０の電圧を誘起してもよい。具体的な一実装例において、信号変調素子６５０の渦電流は、それぞれ、信号変調素子６５０の線形位置に応じて、信号駆動素子６３０Ａ、６３０Ｂと第１及び第２の信号検知素子６１０、６２０との誘導結合に影響を及ぼすことがある。従って、特定の実装形態において、第１及び第２の信号検知素子６１０、６２０を、可変インダクタンス素子と称してもよい。このとき、インダクタンスは、信号変調素子６５０の位置に依存する。

【0046】

具体例として、信号変調素子６５０が範囲の第１の端部に位置する（信号変調素子６５０が主に信号駆動素子６３０Ａと第１の信号検知素子６１０との間に位置する）場合、信号変調素子６５０は、主にその誘導結合に影響を及ぼす。反対に、信号変調素子６５０が範囲の第２の端部に位置する（信号変調素子６５０が主に信号駆動素子６３０Ｂと第２の信号検知素子６２０との間に位置する）場合、信号変調素子６５０は、主にその誘導結合に影響を及ぼす。誘導結合が影響を受けることにより、検知信号ＳＥＮ１、ＳＥＮ２の大きさにも影響が及ぶ。このように、検知信号ＳＥＮ１、ＳＥＮ２（すなわち、ノードＮ１、Ｎ２で測定される）の差によって、信号変調素子６５０の位置を示して、対象物を測定する際にユーザが印加した測定力量を示してもよい。なお、誘導結合を利用する構成の具体的な利点であるが、一般に、混入物質（切削油、水、他の液体、塵埃、強磁性粒子等）に対して反応しにくいようにセンサを構成することができる。加えて、本開示の構成によれば、ノギスの測定力を測定するのに用いられうる他のセンサ構成に比べて、使用電力をより少なくすることができ、より安価に製造することができる。

【0047】

一実装形態において、信号駆動素子６３０Ａ、６３０Ｂは、共通電源（例えば、ノードＮ３への駆動信号ＤＲＶ）及び共通グラウンド（例えば、ノードＮ４）を共用する、左右対称の２つの隣り合う共平面コイルからなってもよい。このような実装形態において、電流は、それぞれ、信号駆動素子６３０Ａ、６３０Ｂ中を逆方向（すなわち、それぞれ左回り、右回り）に流れてもよい。これにより、総インダクタンスが最大となる。信号駆動素子６３０Ａ、６３０Ｂを左右対称に作製することで、検知信号ＳＥＮ１、ＳＥＮ２もまた相対的に対称となる。信号駆動素子６３０Ａ、６３０Ｂは、プリント回路基板の最も厚い金属層に作製してもよい。これにより、抵抗が最小となり、信号駆動素子６３０Ａ、６３０Ｂを駆動するのに必要な電力もまた最小となる。一実装形態において、信号駆動素子６３０Ａ、６３０Ｂは、動作中に信号変調素子６５０の最も近くに位置する金属層に作製されてもよい。

【0048】

各実装形態において、複数の変位信号素子６０５の配列は、ノギス１００の関連する部分（例えば、親指を当てる部分）内の利用可能な領域によって決まる設置面積内に納まるように作製すればよい。具体的な一実装例において、その寸法は比較的小さい（例えば、１２ｍｍ×６ｍｍ）こともある。図４Ａ、４Ｂ、５Ａ〜５Ｄに示す構成は、その寸法に収まるようなサイズに製造すればよい。

【0049】

各実装形態において、信号変調素子６５０の幅は、複数の変位信号素子６０５の配列の幅よりわずかに大きくすればよい。これにより、発生し得る各種のズレが調整される。加えて、信号変調素子６５０の長さは、複数の変位信号素子６０５の配列の合計長さの略半分とすればよい。これにより、応答信号（例えば、検知信号ＳＥＮ１、ＳＥＮ２の差異により決まる）の範囲及び線形性が最大となる。具体的な一実装例において、複数の変位信号素子６０５の配列の全体の寸法を略１２ｍｍ×６ｍｍとする。この場合、信号変調素子６５０は、６ｍｍ×６ｍｍよりわずかに大きく形成すればよい。加えて、信号変調素子６５０の移動範囲は、おおよそ、−３ｍｍ位置（すなわち、信号変調素子６５０が主に第１の信号検知素子６１０と信号駆動素子６３０Ａとの間に位置する）〜＋３ｍｍ位置（すなわち、信号変調素子６５０が主に第２の信号検知素子６２０と信号駆動素子６３０Ｂとの間に位置する）とすればよい。

【0050】

信号変調素子６５０は、各種の材料（例えば、非鉄導体、フェライト材等）により製造してもよい。鉄鋼材を用いることで、誘導結合が増加することがある。一方、特定の実装形態においては、鉄鋼材を用いることで、検知信号ＳＥＮ１、ＳＥＮ２の差の大きさに関して全体的な効果が低下する（検知信号ＳＥＮ１、ＳＥＮ２の差が小さくなる）と実験的に判明している。従って、特定の実装形態においては、非鉄導体（例えば、アルミニウム、銅等）を用いることが望ましい場合もある。非鉄導体を用いることで、誘導結合が減少するものの、検知信号ＳＥＮ１、ＳＥＮ２の差は大きくなる。具体的な一実装例において、コアの厚みは、伝導率及び駆動周波数に応じて、表皮厚みの数倍とすればよい。

【0051】

各実装形態において、圧力素子変位センサ６００は、主要なスライダ変位センサ（例えば、スライダ変位センサ１５８）にスライダ駆動信号を供給する同一の駆動回路（例えば、読取ヘッド信号処理／制御回路１５９の一部）から圧力駆動信号ＤＲＶを受信してもよい。一実装形態において、スライダ駆動信号及び圧力駆動信号は、駆動回路用の異なるクロックサイクルで供給すればよい。これにより、各信号が互いに干渉するのが防止される。なお、本開示の構成によれば、通常、複数の変位信号素子６０５の配列及びスライダ変位センサ１５８の必要部品及び関連する制御回路を、すべて、単一の回路基板（例えば、回路基板１５０）に収めることが可能となる。

【0052】

図６の実装形態によれば、第１及び第２の信号検知素子６１０、６２０は、別々の信号を供給する。なお、これに対して、別の実装形態では、第１及び第２の信号検知素子６１０、６２０は、単一のコイルとして一体化され、単一の出力としてもよい。さらに別の実装形態では、単一の導電性信号検知素子が、駆動素子及び検知素子として機能してもよい。この信号検知素子の複素インピーダンスが変化することで、変位信号を供給してもよい。

【0053】

上記各実施形態を組み合わせて、さらに別の実施形態を提供することができる。本明細書に記載した全ての特許文献の開示を参照することにより、本発明の一部を構成する。必要に応じて、各特許文献の構想を採用して本実施形態の各態様を変更することができる。これにより、さらに別の実施形態を提供することができる。

【0054】

上記説明に照らして本実施形態を多様に変更することが可能である。一般に、特許請求の範囲において使用する語句は、特許請求の範囲を、明細書及び特許請求の範囲に開示される具体的な実施形態に限定するものであると解釈されるべきでない。むしろ、考え得る全ての実施形態に加えて、特許請求の範囲の均等物の全範囲をも含むと解釈されるべきである。

【符号の説明】

【0055】

１００…ノギス
１０２…スケール部材
１３０…スライダ
１５０…回路基板
１５８…スライダ変位センサ
１５９…制御回路
１８０…圧力測定機構
１８２…圧力アクチュエータ機構
２００…圧力素子変位センサ
２０５…変位信号素子
２５０…信号変調素子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図6】