JP4533165B2

JP4533165B2 - 絶対位置測定装置

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Publication number: JP4533165B2
Application number: JP2005021896A
Authority: JP
Inventors: 康二佐々木
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2005-01-28
Filing date: 2005-01-28
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2025-01-28
Also published as: JP2006208239A

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

特開２００３−２０７３０７号公報（図１、図６、段落（００３８）〜段落（００４５）、段落（００５７））

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Ｌ_１）。

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Ｌ_２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Ｌ_３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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

（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。

（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。

（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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の絶対位置測定装置としてのマイクロメータヘッドに係る第１実施形態を示す図。前記第１実施形態において、位相信号発信手段の分解斜視図。前記第１実施形態において、位相信号発信手段のステータとロータとの対向面を示す図。（Ａ）はステータの一面を示す図であり、（Ｂ）は第１ロータおよび第２ロータの一面を示す図である。本発明の絶対位置測定装置としてのマイクロメータヘッドに係る第２実施形態を示す図。本発明の絶対位置測定装置としてのマイクロメータヘッドに係る第３実施形態を示す図。従来の絶対位置測定装置の構成を示す図。従来の絶対位置測定装置において二つの位相信号とスピンドルの位置との関係を示す図。従来の絶対位置測定装置の他の実施例を示す図。

符号の説明

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。

Claims

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
ことを特徴とする絶対位置測定装置。
請求項１に記載の絶対位置測定装置において、
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。
請求項２に記載の絶対位置測定装置において、
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。