JP2006208239A - Absolute position measurement apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、絶対位置測定装置に関する。例えば、マイクロメータヘッド、マイクロメータ、ホールテスト等において、スピンドルの位置をアブソリュート型で測定する絶対位置測定装置に関する。 The present invention relates to an absolute position measuring apparatus. For example, the present invention relates to an absolute position measuring apparatus that measures the position of a spindle in an absolute type in a micrometer head, a micrometer, a hall test, or the like.
従来、長さ、大きさまたは角度等を測定する小型測定器、例えば、マイクロメータやマイクロメータヘッドにおいては、固定部材に対する可動部材の相対移動量に関する情報を検出することによって、被測定対象の測定が行われる。
この固定部材に対する可動部材の相対移動量を検出する構成として、例えば、特許文献1に開示される構成がある。
Conventionally, in a small measuring instrument that measures length, size, angle, etc., for example, a micrometer or a micrometer head, measurement of the measurement target is performed by detecting information on the relative movement amount of the movable member with respect to the fixed member. Is done.
As a configuration for detecting the relative movement amount of the movable member with respect to the fixed member, for example, there is a configuration disclosed in
図6は、特許文献1に開示される一実施形態を示す図である。
この実施形態は、マイクロメータヘッド1であり、貫通孔21の内周に雌ねじ22を有する本体2と、本体2の貫通孔21内に挿通され前記雌ねじ22に螺合する送りねじ31を有する可動部材としてのスピンドル3と、スピンドル3の移動に応じて二つの異なる周期の位相信号を出力する位相信号発信手段4と、位相信号発信手段4からの出力信号に基づいてスピンドル3の絶対位置を算出する演算処理手段5と、演算処理手段5にて算出されたスピンドル3の絶対位置を表示する表示手段6と、を備えている。
FIG. 6 is a diagram showing an embodiment disclosed in
This embodiment is a
スピンドル3は前後に進退可能であるところ、スピンドル3の後端にはつまみ部32が設けられ、このつまみ部32によりスピンドル3が本体2に対して回転操作されると、雌ねじ22と送りねじ31との螺合によってスピンドル3が軸方向に進退される。
スピンドル3には、2本のキー溝33、34が設けられていて、第1キー溝33はスピンドル3の軸と平行に直線状に設けられ、第2キー溝34は、スピンドル3に対して螺旋状に設けられている。
The spindle 3 can be moved back and forth. A
The spindle 3 is provided with two
位相信号発信手段4は、二組のロータリーエンコーダによって構成されており、本体2に固定された一枚のステータ41と、このステータ41を間にしてステータ41の両側にそれぞれ配置された二枚のロータ42、45と、を備えている。
The phase signal transmission means 4 is composed of two sets of rotary encoders. One
ステータ41およびロータ42、45は、スピンドル3を挿通する孔を有し、二枚のロータ42、45はスピンドル3に対して独立回転可能な回転円筒43、46の外側にそれぞれ設けられている。回転円筒43、46の内周にはスピンドル3のキー溝33、34にそれぞれ係合するキー44、47が設けられている。ここで、第1ロータ42は、第1回転円筒43に設けられ、第1回転円筒43のキー44は第1キー溝33に係合しているとする。第2ロータ45は、第2回転円筒46に設けられ、第2回転円筒46のキー47は第2キー溝34に係合しているとする。
The
また、二つの回転円筒43、46と本体2の内壁との間にはそれぞれ図示しないコイルバネが配設され、二枚のロータ42、45がステータ41に向けて付勢されることにより、ステータ41とロータ42、45とが近接した状態でギャップが保持される。
In addition, coil springs (not shown) are disposed between the two rotating
なお、二つのキー溝33、34は、スピンドル3の可動範囲において二つのロータ42、45から得られる回転位相の差が常に異なるように設けられており、例えば、スピンドル3の可動範囲内で第1ロータ42から100周期の位相変化が得られるとき、第2ロータ45からは99周期の位相変化が得られるようになっている。図7に、スピンドル3の回転数と二つのロータ42、45から得られる位相信号との関係の例を示す。
The two
このような構成において、スピンドル3が回転されると、スピンドル3が軸方向に進退される。
また同時に、スピンドル3が回転されると、二つの回転円筒43、46のキー44、47がそれぞれスピンドル3のキー溝33、34に係合しているので、それぞれの回転円筒43、45がキー溝33、34の回転に従って回転される。そして、回転円筒43、46とともにそれぞれのロータ42、45が回転される。
二つのロータ42、45から得られる位相信号の差はスピンドル3の可動範囲において常に異なっているので、逆に、二つのロータ42、45の位相差からスピンドル3の絶対位置が算出される。
In such a configuration, when the spindle 3 is rotated, the spindle 3 is advanced and retracted in the axial direction.
At the same time, when the spindle 3 is rotated, the
Since the difference between the phase signals obtained from the two
なお、二つのロータ42、45の位相差からスピンドル3の絶対位置を算出する方法については、演算処理手段5に予め二つのロータ42、45の位相差とスピンドル3の絶対位置との関係を記憶したテーブルを格納しておいて、ロータ42、45の位相差からスピンドル3の絶対位置を算出するようにしてもよい。あるいは、検出された二つのロータ42、45の位相差をスピンドル3の一回転によって生じる位相差で除算してスピンドル3の回転数を算出し、スピンドル3の一回転あたりのピッチに算出されたスピンドル回転数を乗算してスピンドル絶対位置を算出してもよい。
As for the method of calculating the absolute position of the spindle 3 from the phase difference between the two
また、図8は、特許文献1に開示される他の実施形態である。
この実施形態では、二枚のステータ41A、41Bが設けられ、二枚のステータ41A、41Bの間に二枚のロータ42、45が設けられている。すなわち、第1ステータ41Aに対向して第1ロータ42が設けられ、第2ステータ41Bに対向して第2ロータ45が設けられ、第1ロータ42および第2ロータ45は第1ステータ41Aと第2ステータ41Bとの間に挟まれるようにして設けられている。
FIG. 8 shows another embodiment disclosed in
In this embodiment, two
しかしながら、図6に開示される構成では、一枚のステータ41を間にして二枚のロータ42、45を配置することになるので、ロータ42、45を回転させるために回転円筒43、46にそれぞれ設けられる二つのキー44、47の位置がスピンドル3の軸方向で離れてしまうことになる(図6中のL1)。
However, in the configuration disclosed in FIG. 6, two
このようにスピンドル軸方向に離れた二つのキー44、47に対してそれぞれ係合可能な二つのキー溝33、34をスピンドル3に刻まなければならないので、各キー溝33、34の始点が大きくずれることになり、結果としてキー溝33、34を刻む範囲L2がスピンドル軸方向で広範囲に及ぶことになってしまう。そして、マイクロメータヘッド1内に塵埃が進入するなどの不都合を防止するために、スピンドル3が進退したときでもスピンドル3のキー溝33、34が外部に露出しないようにスピンドル3をフレーム24で覆わなければならないので、その分、フレーム24から突出するスピンドル3の長さL3が短くなり、その結果、測長範囲が狭くなるという問題が生じる。
Since the two
その一方、測長範囲を大きくとるには、キー溝33、34が露出しないようにスピンドル3をフレーム24で覆ったうえで、さらにフレーム24からスピンドル3を長く突出させなければならないので、マイクロメータヘッド1が非常に大型化されてしまうという問題が生じる。
On the other hand, in order to increase the length measurement range, the spindle 3 must be further projected from the
また、二枚のロータ42、45をステータ41に向けて付勢するためには二つのコイルバネ(不図示)が必要となるところ、一枚のステータ41の両側からステータ41とのギャップを保つように二本のコイルバネ(不図示)で二枚のロータ42、45をそれぞれ付勢するのは難しく、組立て作業が非常に複雑になってしまうという問題が生じる。
Further, in order to urge the two
また、図8に開示される構成では、二枚のステータ41A、41Bの間に二枚のロータ42、45を配置するので、二枚のロータ42、45の位置を接近させることができる。その結果、二つの回転円筒43、46にそれぞれ設けられるキー44、47の位置を近づけて、スピンドル3にキー溝33、34を刻む範囲を狭くすることはできる。
しかしながら、ステータ41A、41Bが二枚必要となるので部品点数が多くなるとともに、二枚のステータ41A、41Bの間に二枚のロータ42、45を配置する組込み作業が複雑となり、製造コストの増大に繋がるという問題がある。
Further, in the configuration disclosed in FIG. 8, since the two
However, since two
本発明の目的は、小型であり、かつ、組立てが容易な絶対位置測定装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an absolute position measuring device that is small in size and easy to assemble.
本発明の絶対位置測定装置は、本体と、前記本体に対して螺合されているとともに回転によって軸方向進退自在であって外周にリード角の異なる複数のキー溝を有するスピンドルと、前記スピンドルの移動量に応じて異なる周期の複数の位相信号を発信する位相信号発信手段と、前記位相信号を演算処理し前記スピンドルの絶対位置を求める演算処理手段と、前記絶対位置を表示する表示手段と、を備え、前記位相信号発信手段は、前記スピンドルが挿通された状態で前記本体に固定されたステータと、前記キー溝に係合するキーを有し前記スピンドルを中心にして回転可能であって前記ステータに対向配置された複数のロータと、を備え、前記複数のロータの総てが前記ステータの片面側に配置され、かつ、前記複数のロータはスピンドルを中心としてスピンドルの軸と直交する方向に積層され、前記複数のキー溝は、スピンドルの軸方向において略同じ領域に形成されていることを特徴とする。 An absolute position measuring device of the present invention includes a main body, a spindle screwed to the main body and capable of moving forward and backward in the axial direction by rotation and having a plurality of key grooves with different lead angles on the outer periphery, and Phase signal transmitting means for transmitting a plurality of phase signals having different periods according to the amount of movement; arithmetic processing means for calculating the phase signal to determine the absolute position of the spindle; and display means for displaying the absolute position; The phase signal transmitting means includes a stator fixed to the main body in a state where the spindle is inserted, a key that engages with the key groove, and is rotatable about the spindle. A plurality of rotors opposed to the stator, all of the plurality of rotors being disposed on one side of the stator, and the plurality of rotors being spindles Center are stacked in a direction perpendicular to the axis of the spindle as, a plurality of key grooves is characterized in that it is formed substantially in the same region in the axial direction of the spindle.
このような構成において、スピンドルが回転操作されると、本体との螺合によってスピンドルが軸方向に進退される。
また、同時に、スピンドルが回転されると、スピンドルの複数のキー溝とそれぞれ係合したキーによって複数のロータがそれぞれ回転される。これら複数のロータの回転位相がステータによって検出されて、各ロータの回転位相に応じて異なる位相信号が発信される。
これら位相信号が演算処理部で演算処理されて各ロータの回転位相差に基づいてスピンドルの絶対位置が算出され、算出されたスピンドル絶対位置が表示手段に表示される。
In such a configuration, when the spindle is rotated, the spindle is advanced and retracted in the axial direction by screwing with the main body.
At the same time, when the spindle is rotated, the plurality of rotors are rotated by the keys respectively engaged with the plurality of key grooves of the spindle. The rotational phases of the plurality of rotors are detected by the stator, and different phase signals are transmitted according to the rotational phases of the rotors.
These phase signals are arithmetically processed by the arithmetic processing unit, the absolute position of the spindle is calculated based on the rotational phase difference of each rotor, and the calculated spindle absolute position is displayed on the display means.
ここで、複数のロータは、スピンドルを中心としてスピンドルの軸に直交する方向に積層されて配設されているから、スピンドルの軸方向においてロータが配設される範囲としては一つのロータを設ける場合と同じであって非常に狭くなる。このように複数のロータがスピンドル軸方向で狭い範囲に設けられることにより、それぞれのロータに設けられるキーの位置をスピンドル軸方向において非常に近接させることができ、場合によってはスピンドル軸方向で同じ位置に複数のキーを設けることもできる。 Here, since the plurality of rotors are stacked and disposed in a direction perpendicular to the spindle axis with the spindle as the center, the range in which the rotor is disposed in the axial direction of the spindle is provided with one rotor Is very narrow. By providing a plurality of rotors in a narrow range in the spindle axis direction in this way, the positions of the keys provided in the respective rotors can be very close to each other in the spindle axis direction. A plurality of keys can also be provided.
複数のキーがスピンドル軸方向で近接した位置に設けられることにより、スピンドルに設けられる複数のキー溝のそれぞれの始点および終点が近接することとなり、結果として、スピンドルにキー溝を刻む範囲を狭くすることができる。 By providing a plurality of keys close to each other in the spindle axis direction, the start point and the end point of each of the plurality of key grooves provided on the spindle are close to each other. be able to.
特に、ロータが三つ以上になった場合、従来技術のように複数のロータをスピンドルの軸に沿って並列に並べると二つのロータについては二枚のステータで挟んで近接させることができても残りのロータは離れた位置に配置されることになり、キーの位置がスピンドル軸方向に離間せざるを得ないのでスピンドルに刻まれるキー溝の範囲が広くなる。この点、本発明のごとく複数のロータをスピンドルの軸方向に直交する方向に積層することによって総てのキーの位置を近接させてスピンドルにキー溝が刻まれる範囲を狭くすることができる。 In particular, when there are three or more rotors, if a plurality of rotors are arranged in parallel along the spindle axis as in the prior art, the two rotors can be held close together by two stators. The remaining rotors are arranged at distant positions, and the key positions must be separated in the spindle axial direction, so that the range of the key grooves engraved on the spindle is widened. In this respect, by stacking a plurality of rotors in a direction perpendicular to the axial direction of the spindle as in the present invention, it is possible to reduce the range in which the key groove is engraved on the spindle by bringing all the key positions close to each other.
このように、スピンドルにキー溝を刻む範囲を狭くできることから測定装置を小型化できる。
また、スピンドルからキー溝が形成された部分を除いた領域が測長範囲として利用可能であるところ、スピンドルにキー溝を刻む範囲を狭くできるので、測長範囲として利用できるスピンドルの長さを長くでき、測長範囲を広くすることができる。
In this way, the measuring device can be miniaturized because the range in which the keyway is cut into the spindle can be narrowed.
In addition, the area excluding the part where the keyway is formed from the spindle can be used as the length measurement range. However, the range in which the keyway is engraved on the spindle can be narrowed, so the length of the spindle that can be used as the length measurement range is increased. The length measurement range can be widened.
また、複数の異なる位相信号を得るにあたってステータの数は一枚でよいので、総てのロータと対にしてステータを設ける場合に比べて部品点数を削減することができる。そして、一枚のステータの片側において総てのロータが配置されているので、ステータの両側からロータを付勢する場合に比べて組立て作業が簡便となる。その結果、部品コストおよび組立てコストを削減でき、製造コストを低減することができる。 Further, since a single stator is sufficient for obtaining a plurality of different phase signals, the number of parts can be reduced as compared with the case where the stators are provided in pairs with all the rotors. Since all the rotors are arranged on one side of one stator, the assembling work becomes simpler than when the rotor is urged from both sides of the stator. As a result, component costs and assembly costs can be reduced, and manufacturing costs can be reduced.
本発明では、前記複数のロータのそれぞれは、前記ステータと対になって前記ステータと対向した状態で回転されるロータ板と、前記スピンドルを中心とする前記ロータ板の回転を支持する回転円筒と、を備え、すべての前記回転円筒は、前記スピンドルの外周面を基準面として回転することが好ましい。 In the present invention, each of the plurality of rotors includes a rotor plate that is paired with the stator and is rotated in a state of facing the stator, and a rotating cylinder that supports rotation of the rotor plate around the spindle. It is preferable that all the rotating cylinders rotate with the outer peripheral surface of the spindle as a reference surface.
この構成において、一般にスピンドルは真直に形成されその外周面も真円に仕上げられているので、各回転円筒がスピンドルの外周面を基準として回転することにより各回転円筒の回転軸ぶれが防止されて各回転円筒は安定した回転をする。すると、回転円筒によって支持されるロータ板の回転も安定するので、スピンドルの回転量が正確に各ロータ板に伝達される。そして、ステータにより各ロータ板の回転位相が検出されることにより、スピンドルの絶対位置が正確に検出される。 In this configuration, the spindle is generally formed straight and the outer peripheral surface thereof is also finished in a perfect circle, so that each rotating cylinder rotates with respect to the outer peripheral surface of the spindle as a reference to prevent rotation of the rotating cylinder from rotating. Each rotating cylinder rotates stably. Then, since the rotation of the rotor plate supported by the rotating cylinder is also stabilized, the rotation amount of the spindle is accurately transmitted to each rotor plate. Then, the absolute position of the spindle is accurately detected by detecting the rotational phase of each rotor plate by the stator.
本発明では、前記複数のロータとして、第1ロータ板および第1回転円筒を有する第1ロータと、第2ロータ板および第2回転円筒を有し前記第1ロータの外側で回転可能に設けられた第2ロータと、が設けられていることが好ましい。 In the present invention, as the plurality of rotors, a first rotor having a first rotor plate and a first rotating cylinder, and a second rotor plate and a second rotating cylinder are provided so as to be rotatable outside the first rotor. It is preferable that a second rotor is provided.
このような構成によれば、第1ロータの第1回転円筒がスピンドルを基準として回転できることはもちろん、第2回転円筒もスピンドルを基準として回転する。その結果、第1ロータおよび第2ロータの回転が安定し、スピンドルの回転量が正確に各ロータ板に伝達される。そして、ステータにより各ロータ板の回転位相が検出されることにより、スピンドルの絶対位置が正確に検出される。 According to such a configuration, the first rotating cylinder of the first rotor can rotate on the basis of the spindle, and the second rotating cylinder also rotates on the basis of the spindle. As a result, the rotation of the first rotor and the second rotor is stabilized, and the rotation amount of the spindle is accurately transmitted to each rotor plate. Then, the absolute position of the spindle is accurately detected by detecting the rotational phase of each rotor plate by the stator.
以下、本発明の実施の形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
(第1実施形態)
本発明の絶対位置測定装置に係る第1実施形態について説明する。
図1は、絶対位置測定装置の第1実施形態としてのマイクロメータヘッドの構成を示す断面図である。
このマイクロメータヘッド100は、本体110と、本体110に対して螺合され回転によって軸方向進退自在に設けられたスピンドル200と、スピンドル200の移動量に応じて異なる周期の複数の位相信号を発信する位相信号発信手段300と、位相信号を演算処理しスピンドル200の絶対位置を求める演算処理手段700と、算出されたスピンドル200の絶対位置を表示する表示手段800と、を備えている。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be illustrated and described with reference to reference numerals attached to respective elements in the drawings.
(First embodiment)
A first embodiment according to the absolute position measuring apparatus of the present invention will be described.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a micrometer head as a first embodiment of an absolute position measuring apparatus.
This
本体110は、貫通孔120を有する円筒状で、貫通孔120の内周には雌ねじ121が設けられている。
貫通孔120内には、収納空間123を区画形成する中仕切り板122が設けられている。また、本体110の前端側の外周は外側フレーム130によって覆われている。
The
In the through
スピンドル200は、本体110の貫通孔120を挿通し、両端が本体110から突出する状態に配設されている。スピンドル200の後端側の外周には本体110の雌ねじ121に螺合する送りねじ210が設けられ、回転操作により軸方向進退可能である。スピンドル200の後端には、本体110の外部からスピンドル200を回転操作するつまみ部220が設けられている。
The
スピンドル200の中央部には、リード角が異なる2本のキー溝230、240が設けられており、第1キー溝230はスピンドル200の軸と平行に直線状に設けられ、第2キー溝240はスピンドル200に対して螺旋状に設けられている。第1キー溝230と第2キー溝240との始点および終点の位置はスピンドル200の軸方向において略一致しており、すなわち、第1キー溝230と第2キー溝240とはスピンドル200の軸方向において略同じ範囲に形成されている。
Two
なお、スピンドル200が進退する際にキー溝230、240はスピンドル200ととともに本体110の外部に出ることになるが、スピンドル200が最大限に前進した場合でもキー溝230、240が外部に露出しないように外側フレーム130が設けられている。
When the
位相信号発信手段300について説明する。
まず、位相信号発信手段300の構成について説明する。
図2は、位相信号発信手段300の分解斜視図である。
位相信号発信手段300は、本体110の収納空間123内に配設されており、スピンドル200が挿通された状態で収納空間123の前端側内壁140に固定されたステータ400と、キー溝230、240に係合するキー530、630を有しスピンドル200を中心にして回転可能に設けられた二つのロータ500、600と、を備えている。
The phase signal transmission means 300 will be described.
First, the configuration of the phase signal transmission means 300 will be described.
FIG. 2 is an exploded perspective view of the phase signal transmission means 300.
The phase signal transmission means 300 is disposed in the
二つのロータ500、600はともに、ステータ400に対して同じ側に配設され、ステータ400に対向した状態に配設されている。そして、二つのロータ500、600はスピンドル200を中心としてスピンドル200の軸と直交する方向に積層されており、第1ロータ500は、スピンドル200のすぐ外側に配設され、第2ロータ600は、第1ロータ500の外側に積層されている。
The two
第1ロータ500は、ステータ400と対になってステータ400と対向した状態で回転される第1ロータ板510と、スピンドル200を中心とする第1ロータ板510の回転を支持する第1回転円筒520と、第1キー溝230に係合する第1キー530と、を備える。
第1ロータ板510は、スピンドル200が挿通される孔を有する小円板である。
第1回転円筒520は、スピンドル200に外嵌する円筒状であって第1ロータ板510の背面に接続され第1ロータ板510の回転を支持している。第1回転円筒520には、軸に直交する方向で貫通形成された二つの孔が設けられ、第1孔521には第1キー530が螺合されている。また、第2孔522は、第1回転円筒520の周方向に長さを有する長孔状に形成されている。
The
The
The first
第2ロータ600は、第1ロータ500と同様に、ステータ400と対になってステータ400と対向した状態で回転される第2ロータ板610と、スピンドル200を中心とする第2ロータ板610の回転を支持する第2回転円筒620と、第2キー溝240に係合する第2キー630と、を備える。
Similarly to the
第2ロータ板610は、第1ロータ板510を内側に遊嵌する程度の内孔を有する環状板である。
第2回転円筒620は、第2ロータ板610の背面に接続され、内側に第1回転円筒520を遊嵌する孔を有する円筒状である。
第2回転円筒620には、軸に直交する方向から貫通形成された孔621を有し、この孔621に第2キー630が螺合されている。なお、第2キー630は、第1回転円筒520の長孔である第2孔522を通過して第2キー溝240に係合している。
The
The second
The second
そして、第2回転円筒620は、第1ロータ500を間にしてステータ400と反対側においてスピンドル200を軸受けする軸受部622を有する。
また、スピンドル軸方向において、第2キー630の位置は第1回転円筒520に設けられた第1キー530の位置と略同じである。
The second
In the spindle axis direction, the position of the
なお、ステータ400が固定されている収納空間123の前端側内壁140においてスピンドル軸受け141がステータ400よりも後端側にわずかに延設されており、また、第1回転円筒520のスピンドル軸受け523が第1ロータ板510よりステータ400側にわずかに延設されており、第1回転円筒520のスピンドル軸受け523が本体110のスピンドル軸受け141に当接することにより、ステータ400と第1ロータ板510とのギャップが適切に確保される。
Note that a
また、第2回転円筒620と中仕切り板122と間に図示しないコイルバネ(付勢手段)が介装されて、第2ロータ600がステータ400側に向けて付勢されているとともに、第1ロータ500が第2回転円筒620の内壁にて押されることで第1ロータ500もステータ400に向けて付勢されている。
In addition, a coil spring (biasing means) (not shown) is interposed between the second
次に、位相信号発信手段300において、ステータ400によって第1ロータ500および第2ロータ600の回転位相を検出する構成について簡単に説明する。
図3は、ステータ400とロータ板(第1ロータ板510、第2ロータ板610)との互いの対向面を示す図である。
図3(A)は、ステータ400の一面を示す図あり、図3(B)は第1ロータ板510および第2ロータ板610の一面を示す図である。
Next, in the phase
FIG. 3 is a diagram showing the opposing surfaces of the
FIG. 3A is a diagram illustrating one surface of the
ステータ400においてロータ板(第1ロータ板510、第2ロータ板610)に対向する面には、内側と外側とで二重に配された電極部が設けられ、すなわち、内側に第1ステータ電極部410が設けられ、第1ステータ電極部410の外側に第2ステータ電極部440が設けられている(図3(A)参照)。
第1ロータ板510においてステータ400に対向する面には第1ステータ電極部410と電磁カップリングする第1結合電極部511が設けられ、第2ロータ板610においてステータ400に対向する面には第2ステータ電極部440と電磁カップリングする第2結合電極部611が設けられている(図3(B)参照)。
On the surface of the
A surface of the
第1ステータ電極部410は、リング状に配置された一本の電極線からなる第1送信電極部420と、第1送信電極部420の内側において所定ピッチで連続する菱形コイルをそれぞれ形成する3本の電極線431、432、433で構成され全体としてリング状に配置された第1受信電極部430と、を備えている。同様に、第2ステータ電極部440は、リング状に配置された一本の電極線からなる第2送信電極部450と、第2送信電極部450の内側において所定ピッチで連続する菱形コイルをそれぞれ形成する3本の電極線461、462、463で構成され全体としてリング状に配置された第2受信電極部460と、を備えている。
The first
このような構成において、第1ロータ500および第2ロータ600がそれぞれ回転したとき、結合電極部(511、611)と受信電極部(430、460)との重なりパターンに基づいてそれぞれの回転位相が演算処理手段700における演算処理によって決定されることとなる。
In such a configuration, when the
このような構成を備える第1実施形態の動作について説明する。
つまみ部220によってスピンドル200が回転操作されると、本体110の雌ねじ121とスピンドル200の送りねじ210との螺合によってスピンドル200が軸方向に進退される。
The operation of the first embodiment having such a configuration will be described.
When the
また、スピンドル200が回転されると、スピンドル200の第1キー溝230および第2キー溝240に第1回転円筒520の第1キー530と第2回転円筒620の第2キー630とがそれぞれ係合されているので、スピンドル200の回転に伴って第1回転円筒520と第2回転円筒620とが回転される。このとき、第1回転円筒520はスピンドル軸受け523によってスピンドル200を軸受けしているので、第1回転円筒520はスピンドル200を基準にして回転する。また、第2回転円筒620は軸受部622によってスピンドル200を軸受けしているので、第2回転円筒620もスピンドル200を基準として回転する。
When the
そして、第1キー溝230と第2キー溝240とは互いにリード角が異なっているので、スピンドル200が一回転するに当たって第1回転円筒520と第2回転円筒620とでは互いに異なる回転量(回転位相)で回転される。スピンドル200の回転によって第1および第2回転円筒520、620が回転されると、第1回転円筒520とともに第1ロータ板510が回転され、第2回転円筒620とともに第2ロータ板610が回転される。
Since the first
第1ロータ板510および第2ロータ板610のそれぞれの回転位相は、ステータ電極部410、440と結合電極部511、611との重なりパターンに基づいて検出され、第1ロータ板510の回転位相と第2ロータ板610の回転位相がそれぞれ位相信号として検出される。
第1ロータ板510の回転位相と第2ロータ板610の回転位相とに基づいてスピンドル200の回転数および回転角が演算処理手段700にて求められ、スピンドル200の回転数にスピンドル一回転あたりの進退ピッチを乗算してスピンドル200の絶対位置が算出される。そして、スピンドル200の絶対位置は表示手段800に表示される。
The rotational phases of the
Based on the rotational phase of the
このような構成を備える第1実施形態によれば、次の効果を奏することができる。
(1)第1ロータ500と第2ロータ600とはスピンドル200を中心としてスピンドル200の軸に直交する方向に積層されているので、スピンドル200の軸方向においてロータ(500、600)が配設される範囲を一致させることができる。第1ロータ500および第2ロータ600がスピンドル軸方向で一致した範囲に設けられることにより、それぞれのロータ(500、600)に設けられるキー(530、630)の位置をスピンドル軸方向において一致させることができる。すると、スピンドル200に設けられる第1キー溝230および第2キー溝240のそれぞれの始点および終点を一致させ、結果として、スピンドル200にキー溝(230、240)を刻む範囲を狭くすることができる。
According to 1st Embodiment provided with such a structure, there can exist the following effects.
(1) Since the
(2)スピンドル200にキー溝(第1キー溝230、第2キー溝240)を刻む範囲を狭くできることからキー溝230、240が外部に露出しないように外側を覆う外側フレーム130を小さくすることができ、結果としてマイクロメータヘッド100を小型化できる。また、キー溝230、240が形成された部分を除き、測長範囲として利用できるスピンドル200の長さを長くできるので、測長範囲を広くすることができる。
(2) Since the range in which the key groove (the first
(3)二つの異なる位相信号を得るにあたってステータ400の数は一枚でよいので、第1ロータ500と第2ロータ600とのそれぞれに対して対となるステータ400を設ける場合に比べて部品点数を削減することができる。さらに、一枚のステータ400の片側において第1ロータ500および第2ロータ600が配置されているので、ステータ400の両側から2枚のロータをそれぞれ付勢する場合に比べて組立て作業が簡便となる。その結果、部品コストおよび組立てコストを削減でき、製造コストを低減することができる。
(3) Since the number of
(4)第2回転円筒620に軸受部622が設けられており、第1回転円筒520はもちろん第2回転円筒620もスピンドル200を基準として回転するので、第1回転円筒520も第2回転円筒620も回転が安定する。すなわち、スピンドル200は真直に形成され、その外周面も真円に仕上げられているので、各回転円筒(520、620)がスピンドル200の外周面を基準として回転することにより各回転円筒(520、620)の回転軸ぶれが防止されて各回転円筒(520、620)は安定した回転をする。すると、回転円筒520、620によって支持されるロータ板510、610の回転も安定するので、スピンドル200の回転量が正確に各ロータ板510、610に伝達される。そして、ステータ400により各ロータ板510、610の回転位相が検出されることにより、スピンドル200の絶対位置が正確に検出される。
(4) Since the bearing
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について図4を参照して説明する。
第2実施形態の基本的構成は、第1実施形態に同様であるが、第2回転円筒620において第2キー630が設けられる位置が異なっている。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The basic configuration of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, but the position where the
すなわち、図4において、第2回転円筒620は内側に遊嵌した第1回転円筒520を挟んでステータ400とは反対側に軸受部622を有しているところ、この軸受部622に第2キー630が螺合されている。
この構成によれば、上記第1実施形態と同様の効果を奏することができる。さらに、第2キー630は第1回転円筒520を通過していないので、第1回転円筒520に第2キー630を挿通させるための長孔(第2孔522)を形成しなくてもよく、製造コストを低減させることができる。
That is, in FIG. 4, the second
According to this configuration, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. Further, since the
なお、この第2実施形態では、第2キー630を設ける位置を第1回転円筒520の第1キー530とは別の位置にしなければならないので、第1キー530が設けられる位置と第2キー630が設けられる位置とをスピンドル軸方向において若干ずらすことになるが、図6(従来技術)のように二つのロータを並設することに比べれば二つのキー530、630の位置を近接させることができ、また、図8(従来技術)のようにステータを二枚使用する場合に比べれば部品点数を削減することができる。
In the second embodiment, the position where the
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について図5を参照して説明する。
第3実施形態の基本的構成は、第1実施形態に同様であるが、第2回転円筒620がスピンドル200ではなく第1回転円筒520の外周を基準として回転する点が異なっている。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The basic configuration of the third embodiment is the same as that of the first embodiment, except that the second
この構成では、第2回転円筒620に軸受部(622)を設けなくてもよいので、加工コストを低減させることができ、また、第2回転円筒620に軸受部(622)を設けない分だけマイクロメータヘッドを小型化することができる。
In this configuration, since it is not necessary to provide the bearing portion (622) in the second
なお、第2回転円筒620がスピンドル200ではなく第1回転円筒520の外周を基準として回転するので、第2回転円筒620の回転精度が若干悪くなる可能性がある。
しかしながら、第1ロータ500と第2ロータ600とのそれぞれの回転量に基づいて位相信号発信手段300から出力される二つの位相信号のうち、スピンドル200の絶対位置に反映される位相信号がどちらか一方であるならば、必ずしも二つの信号がともに高精度である必要はない。
In addition, since the
However, of the two phase signals output from the phase signal transmission means 300 based on the respective rotation amounts of the
たとえば、第1ロータ500の位相と第2ロータ600の位相との差からスピンドル200の回転周期を算出してスピンドル200の大まかな位置を求めたうえで、第1ロータ500の位相に基づいてスピンドル200の細密な位置を算出する場合、第2ロータ600の回転位相は、スピンドル200の大まかな回転周期を限定できる程度の精度を有していれば多少の誤差は問題ではない。
従って、第2回転円筒620の回転精度をそれほど高く維持する必要がない場合、第2回転円筒620は第1回転円筒520を基準とする回転であってもよく、この第3実施形態の構成によれば、加工コストを低減させることができるとともに、マイクロメータヘッドを小型化することができる。
For example, after calculating the rotation period of the
Therefore, when it is not necessary to maintain the rotation accuracy of the second
なお、本発明は前述の実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
例えば、前記実施形態では、位相信号発信手段においてステータでロータの回転位相を検出する構成として磁気式のロータリーエンコーダを用いる場合を例にして説明したが、ステータでロータの回転位相を検出する構成としては、静電容量式エンコーダや光学式エンコーダなどでもよく、その構成は特に限定されない。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
For example, in the above-described embodiment, the case where the magnetic rotary encoder is used as the configuration for detecting the rotational phase of the rotor by the stator in the phase signal transmission unit has been described as an example. However, the configuration for detecting the rotational phase of the rotor by the stator is described. The capacitance encoder or the optical encoder may be used, and the configuration is not particularly limited.
本発明の絶対位置測定装置としては、マイクロメータヘッドに限らず内側測定用あるいは外側測定用マイクロメータでもよいのはもちろんであり、さらに、回転によって進退するスピンドルの絶対位置を検出する測定装置であればよい。 The absolute position measuring device of the present invention is not limited to a micrometer head, and may be an inner measuring or outer measuring micrometer, and may be a measuring device that detects the absolute position of a spindle that moves forward and backward by rotation. That's fine.
上記実施形態では、ロータが二つである場合を例にして説明したが、ロータは三つでも四つでもそれ以上でもよい。
特に、ロータが三つ以上になった場合、従来技術のように複数のロータをスピンドルの軸に沿って並列に並べるとキーの位置がスピンドル軸方向に離間せざるを得ないのでスピンドルに刻まれるキー溝の範囲が広くなるが、本発明のごとく複数のロータをスピンドルの軸方向に直交する方向に積層することによって総てのキーの位置を近接させてスピンドルにキー溝が刻まれる範囲を狭くすることができる。
In the above embodiment, the case where there are two rotors has been described as an example. However, the number of rotors may be three, four, or more.
In particular, when there are three or more rotors, if a plurality of rotors are arranged in parallel along the spindle axis as in the prior art, the key position must be separated in the spindle axis direction, so that it is engraved on the spindle. The key groove range is widened, but by stacking multiple rotors in a direction perpendicular to the axial direction of the spindle as in the present invention, the key groove is engraved on the spindle by making all the key positions close to each other. can do.
本発明は、マイクロメータヘッド、マイクロメータ等の小型測定器に利用できる。 The present invention can be used for small measuring instruments such as a micrometer head and a micrometer.
1…マイクロメータヘッド、2…本体、3…スピンドル、4…位相信号発信手段、5…演算処理手段、6…表示手段、21…貫通孔、24…フレーム、31…送りねじ、32…つまみ部、33…第1キー溝、34…第2キー溝、41…ステータ、41A…ステータ、41B…ステータ、42…第1ロータ、43…第1回転円筒、44…キー、45…第2ロータ、46…第2回転円筒、47…キー、100…マイクロメータヘッド、110…本体、120…貫通孔、122…中仕切り板、123…収納空間、130…外側フレーム、140…前端側内壁、200…スピンドル、210…送りねじ、220…つまみ部、230…第1キー溝、240…第2キー溝、300…位相信号発信手段、400…ステータ、410…第1ステータ電極部、420…第1送信電極部、430…第1受信電極部、440…第2ステータ電極部、450…第2送信電極部、460…第2受信電極部、500…第1ロータ、510…第1ロータ板、511…第1結合電極部、520…第1回転円筒、521…第1孔、522…第2孔、530…第1キー、600…第2ロータ、610…第2ロータ板、611…第2結合電極部、620…第2回転円筒、622…軸受部、630…第2キー、700…演算処理手段、800…表示手段。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記位相信号発信手段は、
前記スピンドルが挿通された状態で前記本体に固定されたステータと、
前記キー溝に係合するキーを有し前記スピンドルを中心にして回転可能であって前記ステータに対向配置された複数のロータと、を備え、
前記複数のロータの総てが前記ステータの片面側に配置され、かつ、前記複数のロータはスピンドルを中心としてスピンドルの軸と直交する方向に積層され、
前記複数のキー溝は、スピンドルの軸方向において略同じ領域に形成されている
ことを特徴とする絶対位置測定装置。 A main body, a spindle that is screwed to the main body and is axially movable back and forth by rotation and has a plurality of key grooves with different lead angles on the outer periphery, and a plurality of cycles having different periods according to the amount of movement of the spindle Phase signal transmitting means for transmitting the phase signal, arithmetic processing means for calculating the phase signal and calculating the absolute position of the spindle, and display means for displaying the absolute position,
The phase signal transmitting means is
A stator fixed to the main body in a state where the spindle is inserted;
A plurality of rotors that have a key that engages with the keyway and that can rotate around the spindle and are arranged to face the stator;
All of the plurality of rotors are disposed on one side of the stator, and the plurality of rotors are stacked in a direction perpendicular to the spindle axis with the spindle as the center,
The absolute position measuring device, wherein the plurality of key grooves are formed in substantially the same region in the axial direction of the spindle.
前記複数のロータのそれぞれは、前記ステータと対になって前記ステータと対向した状態で回転されるロータ板と、前記スピンドルを中心とする前記ロータ板の回転を支持する回転円筒と、を備え、
すべての前記回転円筒は、前記スピンドルの外周面を基準面として回転する
ことを特徴とする絶対位置測定装置。 The absolute position measuring device according to claim 1,
Each of the plurality of rotors includes a rotor plate that is paired with the stator and rotated in a state of facing the stator, and a rotating cylinder that supports rotation of the rotor plate around the spindle,
All the rotating cylinders rotate with the outer peripheral surface of the spindle as a reference plane.
前記複数のロータとして、第1ロータ板および第1回転円筒を有する第1ロータと、第2ロータ板および第2回転円筒を有し前記第1ロータの外側で回転可能に設けられた第2ロータと、が設けられている
ことを特徴とする絶対位置測定装置。 The absolute position measuring device according to claim 2,
As the plurality of rotors, a first rotor having a first rotor plate and a first rotating cylinder, and a second rotor having a second rotor plate and a second rotating cylinder and rotatably provided outside the first rotor. And an absolute position measuring device.
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