測定器
【課題】 操作性が高く、かつ、検出精度、検出分解能が高い測定器を提供する。
【解決手段】 スピンドル３００の回転に応じてスピンドル３００の異なる回転角に対して異なる値の位相信号を発信する位相信号発信手段４００と、位相信号を演算処理してスピンドルの絶対位置を求める演算処理部５００と、を備える。位相信号発信手段は、位相信号を所定のピッチで発信する。スピンドル３００の異なる回転角に対して位相信号は異なる値であるので、位相信号からスピンドル３００の回転角が一義的に決定される。インクリメンタル式と違って、位相信号の読み飛ばし等が問題とはならないので、スピンドル３００の高速回転を許容して測定器の操作性を向上させることができる。さらに、位相信号の読み飛ばしが問題とはならないので、スピンドル３００の回転に対する位相信号の変化を細密化できる。
【解決手段】 スピンドル３００の回転に応じてスピンドル３００の異なる回転角に対して異なる値の位相信号を発信する位相信号発信手段４００と、位相信号を演算処理してスピンドルの絶対位置を求める演算処理部５００と、を備える。位相信号発信手段は、位相信号を所定のピッチで発信する。スピンドル３００の異なる回転角に対して位相信号は異なる値であるので、位相信号からスピンドル３００の回転角が一義的に決定される。インクリメンタル式と違って、位相信号の読み飛ばし等が問題とはならないので、スピンドル３００の高速回転を許容して測定器の操作性を向上させることができる。さらに、位相信号の読み飛ばしが問題とはならないので、スピンドル３００の回転に対する位相信号の変化を細密化できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定器に関する。例えば、スピンドルを進退させることにより被測定物の寸法等を測定する測定器、例えば、マイクロメータやマイクロメータヘッド等に代表される測定器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スピンドルを螺合回転で進退させることにより被測定物の寸法を測定するマイクロメータあるいはマイクロメータヘッド等の測定器が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２）。
この測定器は、雌ねじを有する本体と、本体の雌ねじに螺合する送りねじを有するスピンドルと、スピンドルの回転を検出する回転検出手段と、回転検出手段から出力される信号に基づいてスピンドルの変位量を求める演算処理手段と、を備える。
【０００３】
このような測定器においては、スピンドルに設けられた送りねじのねじピッチによってスピンドルの一回転あたりの変位量が規定され、送りねじのねじピッチは、例えば、０．５ｍｍで設けられるのが一般的である。回転検出手段は、例えば、スピンドルと一体的に回転するロータと、ロータに対向した状態で本体に固定されたステータと、ロータの回転に応じてステータから出力される信号をインクリメントしてロータの回転位相を算出する位相算出手段と、を備える。
【０００４】
ロータ１およびステータ２の互いの対向面を図１１に示す。
ステータ２は、図１１（Ａ）示されるように、ロータ１との対向面において所定の円周上に等間隔に配設された複数の電極板からなる送信電極２１と、送信電極２１と同心円状に配設されたリング状の受信電極２２と、を備え、送信電極２１の各電極板には所定のパルス変調発生器から位相が変調された交流信号が送信される。送信電極２１は、１６の電極板によって構成され、各電極板には４５度ずつ位相が異なる交流信号が印加されている。ロータ１は、図１１（Ｂ）に示されるように、ステータ２との対向面においてステータ２の送信電極２１および受信電極２２にまたがって対向配置されているとともに送信電極２１の電極板のうち所定数の電極板と静電結合される結合電極１１を備えている。
【０００５】
このような構成において、スピンドルが回転すると、本体とスピンドルとの螺合回転によってスピンドルが軸方向に進退する。このときのスピンドルの回転が回転検出手段にて検出される。すなわち、スピンドルが回転すると、このスピンドルと一体的にロータ１が回転する。
【０００６】
そして、送信電極２１の各電極に所定の交流信号を与えると送信電極２１→結合電極１１→受信電極２２の順に電位が受け渡される。ロータ１が回転されている状態においては、送信電極２１と結合電極１１とで静電結合する送信電極２１の電極板の違いにより結合電極１１の電位が異なり、したがって、結合電極１１と静電結合する受信電極２２の電位も異なってくる。この受信電極２２の電位を所定のサンプリングピッチでサンプリングすることによりパルス信号が得られ、このパルス信号を位相算出手段にて計数することによりロータの回転位相が求められる。
ロータ１の回転位相はスピンドルの回転位相に等しいので、スピンドルの回転位相と送りねじのピッチ（例えば０．５ｍｍ）とに基づいて演算処理手段によりスピンドルの変位が求められる。
【０００７】
ここで、スピンドルに設けられる雄ねじのねじピッチが０．５ｍｍまたは０．６３５ｍｍであると、スピンドル一回転あたりの変位量が小さいため、測定対象が変わるたびに何回転もスピンドルを回転させなければならず、操作性に問題がある。
そこで、例えば、スピンドルの一回転あたりの変位量を大きくするために、送りねじのピッチを１ｍｍないし２ｍｍにまで大きくして、スピンドルの一回転あたりの進退量を大きくすることが考えられる。
【特許文献１】実開昭４９−８０２６０号公報
【特許文献２】特開昭５４−１３０１５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
確かに、送りねじのピッチを１ｍｍないし２ｍｍに大きくすれば、スピンドルの一回転あたりの進退量は大きくなるので、スピンドルの変位速度が大きくなって操作性は格段に向上する。
しかしながら、送りねじのピッチが大きくなる分、回転検出手段の検出精度および検出分解能も向上させなければならない。例えば、送りねじピッチが４倍になったのに、位相の検出分解能がそのままでは、スピンドル変位量の検出分解能は単純に４分の１になってしまうからである。
【０００９】
ここで、スピンドルの一回転あたりの検出分解能を上げるには、送信電極２１の電極板を微細にして数を増やし、ロータ１の微小な回転角変化を検出するようにすることが考えられる。しかしながら、送信電極２１の電極板を増加させると、ロータ１の微小回転によって結合電極１１と静電結合する送信電極２１の電極板が異なってくるので、受信電極２２における電位変化の周期が短くなる。
そのために、位相算出手段においてパルス信号を読み飛ばすなどの検出エラーが頻発して、ロータ１の角度変化を正確に追いかけられなくなるという問題が生じる。
【００１０】
ここで、受信電極２２の電位をサンプリングするサンプリング周期を短くすればよいとも考えられるが、サンプリング周期にはＩＣなどの速度によりおのずと限界がある。また、サンプリング周期を短くすると、パルス信号にノイズなどの外乱が混入しやすくなるので外部からの電気的外乱によって検出精度がかえって低下するという問題が生じる。さらに、サンプリング周期を短くすると、消費電力が増大して電池寿命が短くなるという問題が生じる。
【００１１】
このように、送りねじのハイリード化に対してスピンドルの変位を高精度かつ高分解能に検出することができなかったため、スピンドルを高速送りできる優れた操作性を有するとともに検出精度、検出分解能が高い測定器が望まれていた。
【００１２】
本発明の目的は、操作性が高く、かつ、検出精度、検出分解能が高い測定器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の測定器は、本体と、前記本体に螺合されているとともに回転によって軸方向進退自在に設けられたスピンドルと、前記スピンドルの回転に応じてスピンドルの異なる回転角に対して異なる値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て前記スピンドルの絶対位置を求める演算処理手段と、を備え、前記位相信号発信手段は、前記位相信号を所定のピッチで発信し、前記演算処理手段は、前記位相信号に基づいて前記スピンドルの回転角を算出する回転角算出部と、前記回転角算出部にて算出された前記スピンドルの回転角に基づいて前記スピンドルの回転数をカウントする回転数算出部と、前記回転数算出部にてカウントされたスピンドルの回転数と前記回転角算出部にて算出されたスピンドルの回転角に基づいて前記スピンドルの総回転位相を算出する総回転位相算出部と、前記総回転位相算出部にて算出された前記スピンドルの総回転位相に基づいて前記スピンドルの絶対位置を算出するスピンドル位置算出部と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
このような構成において、スピンドルが回転されると、スピンドルと本体との螺合によりスピンドルが本体に対して進退する。このとき、スピンドルの回転に応じて位相信号発信手段からスピンドルの回転角に応じた位相信号が発信される。この位相信号は、スピンドルの異なる回転角に対して異なる値である。なお、回転角θは０°≦θ＜３６０°の範囲であり、すなわち、一回転以内の位相をいう。そして、この位相信号に基づいてスピンドルの回転角が回転角算出部によって一義的に決定される。また、回転角算出部によってスピンドルの回転角が順次算出されるので、算出されるスピンドルの回転角に基づいてスピンドルの回転数が回転数算出部によって算出される。例えば、回転角算出部にて算出されたスピンドルの回転角が、５°→９５°→１８５°→２７５°→３６５°と変化する場合、スピンドルが一回転していることになるので、スピンドルが＋１回転したことが回転数算出部にてカウントされる。
【００１５】
回転数算出部にてカウントされるスピンドルの回転数と回転角算出部にて算出されるスピンドルの回転角に基づいてスピンドルの総回転位相が総回転位相算出部により算出される。例えば、スピンドルの回転数が２であり、回転角が４５°であれば、総回転位相は、７６５°（＝３６０°×２＋４５°）となる。そして、総回転位相算出部にて算出された総回転位相に基づいてスピンドルの絶対位置がスピンドル位置算出部により算出される。例えば、スピンドルの一回転あたりの進退ピッチが２ｍｍであり、総回転位相が７６５°である場合、スピンドルの絶対位置は、４．２５ｍｍ（＝７６５°÷３６０°×２ｍｍ）となる。
【００１６】
このような構成によれば、位相信号発信手段からの位相信号に基づいてスピンドルの回転角が求められるところ、スピンドルの異なる回転角に対して位相信号は異なる値であるので、位相信号からスピンドルの回転角が一義的に決定される。従来は、スピンドルの回転に応じたパルス信号をインクリメントすることによりスピンドルの回転位相を検出していたので、スピンドルの回転に対するパルス信号の変化が早すぎると信号の読み飛ばしが頻発して正確にスピンドルの回転位相を検出することができなかった。そのため、スピンドルの回転速度を制限するか、スピンドルの一回転あたりの信号の変化数を少なくしてインクリメントが正確に行われるようにしていた。しかし、スピンドルの回転速度を制限するとスピンドルの進退速度が制限されるので測定器の操作性が悪くなり、さらに、スピンドルの一回転あたりの信号の変化数を少なくすると、回転角の分解能が低くなるという問題が生じていた。
【００１７】
この点、本発明では、位相信号発信手段から発信される一つの位相信号からスピンドルの回転角を一義的に決定することができるので、従来のごとく信号をインクリメントする必要がない。そのため、本発明では、スピンドルの高速回転による信号の読み飛ばし等が問題とはならないので、スピンドルの回転数を制限する必要がなく、スピンドルの高速回転を許容して測定器の操作性を向上させることができる。そして、このようにスピンドルが高速に回転しても位相信号発信手段からの位相信号によりスピンドルの回転角を求めることができる。
さらに、信号の読み飛ばしが問題とはならないので、スピンドルの回転に対する位相信号の変化を細密化することができる。
【００１８】
このようにスピンドルの回転に対する位相信号の変化を細密化することにより、スピンドルの回転角に対する分解能を引き上げることができる。また、位相信号発信手段は、回転数算出部においてスピンドルの回転数を読み飛ばさない程度のピッチで位相信号を発信すればよく、従来のインクリメント式のごとく信号を総てインクリメントする必要がないので、信号発信のタイミングを少なくすることができ、結果として消費電力を低減することができる。
【００１９】
このように、本発明では、スピンドルの異なる回転角に対して異なる位相信号を発信する位相信号発信手段を備えることにより、スピンドルの高速回転を許容でき、スピンドルの回転角の分解能を向上させ、さらに、消費電力を低減できるという画期的な効果を奏する。
【００２０】
本発明では、前記位相信号発信手段は、前記スピンドルと一体的に回転するロータと、前記ロータに対向した状態で前記本体に設けられ前記ロータの回転角に応じた位相信号を発信するステータと、を備え、前記ステータは、前記ロータの回転を検出して互いに異なる信号を発信する２つの検出トラックとして第１位相信号を発信する第１トラックと第１位相信号とは異なる周期変化をする第２位相信号を発信する第２トラックとを備え、前記ロータの異なる回転角に対して前記第１位相信号と前記第２位相信号との位相差は異なり、前記回転角算出部は、前記位相差に基づいて前記ロータの回転角を算出することが好ましい。
【００２１】
このような構成において、スピンドルが回転すると、スピンドルとともにロータが回転する。すると、このロータの回転がステータによって検出される。
ここで、ステータには位相信号を発信する第１トラックと第２トラックとが設けられているところ、第１トラックから第１位相信号が出力され、第２トラックから第２位相信号が出力される。第１位相信号と第２位相信号とはロータの回転に対して異なる周期変化を示し、第１位相信号と第２位相信号との位相差は、ロータの一回転以内においては異なるロータ回転角に対して異なる値であるので、この位相差に基づいてロータの回転角が一義的に決定される。
そして、ロータとスピンドルとは一体的に回転するので、ロータの回転角はすなわちスピンドルの回転角であり、このスピンドルの回転角に基づいてスピンドルの絶対位置が求められる。
【００２２】
このような構成によれば、ロータの回転に対して異なる周期変化を示す２つの位相信号（第１位相信号、第２位相信号）の位相差に基づいて、ロータの回転角を一義的に決定することができる。そして、２つの位相信号（第１位相信号、第２位相信号）の位相差がロータの異なる回転角に対して異なる値であるので、第１位相信号と第２位相信号とをサンプリングして２つの信号の位相差を求めれば、ロータの回転角を求めることができる。よって、信号を順番にインクリメントする必要がないので、位相信号の周期変化の早さは問題とならず、スピンドルの高速回転を許容し、さらに、スピンドルの回転に対する位相信号の変化を細密化することにより、スピンドルの回転角に対する分解能を引き上げることができる。
【００２３】
なお、ロータの回転角を複数の位相信号の位相差によって特定できればよいので、第１位相信号、第２位相信号に加えて第３、第４の位相信号があってもよいことはもちろんである。
【００２４】
本発明では、前記ステータは、交流信号が印加される送信電極および一単位で一周期の位相変化に対応する検出パターンを所定数有する受信電極を備え、前記ロータは、前記送信電極および前記受信電極と電磁カップリングするとともに前記受信電極に対応する数の検出パターンを有する結合電極を備えることが好ましい。
【００２５】
このような構成において、送信電極に交流信号が印加されると、この送信電極の電流によって送信電極の周囲に誘導磁界が誘起される。この送信電極の周囲に誘起される誘導磁界によって送信電極に電磁カップリングしている結合電極に誘導電流が誘起される。そして、この結合電極の誘導電流によって結合電極の周囲に誘導磁界が誘起される。この結合電極の周囲に誘起される誘導磁界によって結合電極に電磁カップリングしている受信電極に誘導電流が誘起される。すなわち、送信電極→結合電極→受信電極の順に信号が受け渡される。このとき、結合電極と受信電極との検出パターンの重なり度合いがロータの回転角によって異なるので、ロータの回転に応じて受信電極に誘起される信号は周期的に変化する。そして、この受信電極の信号を所定ピッチでサンプリングすることにより、ロータの回転位相を検出することができる。
【００２６】
このような構成によれば、結合電極と受信電極とは、周期的に変化する検出パターンを有する電極トラックであるところ、結合電極と受信電極とは電磁カップリングにて信号の送受信を行う電極線によって構成することができる。例えば、結合電極および受信電極の検出パターンをともに複数のコイルを並べることによって構成し、結合電極のコイルパターンと受信電極のコイルパターンとの重なり度合いの違いで異なる位相の信号を得るようにできる。そして、電極線にて検出パターンを構成する場合、電極線のパターンを細密に形成することが容易であるので、コイルの一つ一つのパターンを細密にしてロータの回転に対する位相信号の変化を細密化することが容易となる。その結果、ロータの回転角に対する分解能を向上させることができる。
【００２７】
また、従来のごとくロータとステータとの対向面に静電結合する電極板をそれぞれ設けて、これら電極板の電位変化によってロータの回転角を検出する場合、ロータとステータとのギャップが変動してしまうと電極板の電位が変動してしまいロータの回転角を正確に検出できないという問題があった。
この点、本発明では、ステータの送信電極および受信電極とロータの結合電極とは、電磁カップリングにより信号の受け渡しを行うので、ステータとロータとの間のギャップ変動に影響されず、ロータの回転角を正確に検出することができる。
【００２８】
なお、ステータに送信電極および受信電極と設け、ロータに結合電極を設ける場合のみならず、逆に、ロータに送信電極および受信電極と設け、ステータに結合電極を設けてもよく、さらに、送信電極、結合電極、受信電極はそれぞれ別個の部材に設けられていてもよく、要は、送信電極、結合電極および受信電極が電磁カップリングしていればよい。
【００２９】
本発明では、前記本体は、前記スピンドルの回転を手動で操作するスピンドル操作部を備え、前記位相信号発信手段は、前記スピンドル操作部の手動操作にて可能であるスピンドルの最高回転速度でスピンドルが一回転する時間に少なくとも３回以上の前記位相信号を取得するピッチで前記位相信号をサンプリングすることが好ましい。
【００３０】
このような構成において、スピンドル操作部を手動で操作してスピンドルを回転させると、スピンドルが回転される。すると、位相信号発信手段から位相信号が出力される。この位相信号に基づいてスピンドル回転角が回転角算出部にて算出され、さらに、回転角算出部にて算出される回転角を順次監視することにより回転数算出部によりスピンドルの回転数が算出される。スピンドルの回転数を回転数算出部によってカウントするところ、回転数算出部がスピンドルの回転数を読み飛ばさない程度のピッチで位相信号発信手段は位相信号を発信する必要がある。
【００３１】
この点、本発明では、手動操作によるスピンドルの最高速でスピンドルが一回転する間に位相信号発信手段から３つの位相信号が出力されれば、スピンドルの回転を追いかけられるので、回転数算出部においてスピンドルの回転数を読み飛ばすことがない。その一方、位相信号発信手段が位相信号を発信するピッチは、回転数算出部においてスピンドルの回転数を読み飛ばさない程度でよいので、従来のインクリメント式に比べて、位相信号発信部が位相信号を発信する回数は格段に少なくてもよい。そして、スピンドルの一回転あたりに位相信号が３回出力できればよいので、逆に、スピンドルの回転速度は位相信号発信手段の位相検出速度と同程度の早さまで許容することができる。その結果、スピンドルの高速回転を許容でき、測定器の操作性を向上させることができる。
【００３２】
本発明では、前記受信電極および前記結合電極に設けられる検出パターンの数は９以上であることが好ましい。
【００３３】
このような構成において、スピンドルを回転させると、スピンドルとともにロータが回転し、このロータの回転角に応じてステータから位相信号が出力される。この位相信号に基づいてロータの回転角、すなわちスピンドルの回転角が検出される。位相信号発信手段はスピンドルの異なる回転角に対して異なる位相信号を発信するので、一の位相信号から一義的にスピンドルの回転角が回転角算出部によって算出される。ここで、従来のごとく信号をインクリメントすることによってスピンドルの回転位相を算出する場合には、信号を読み飛ばさないためにスピンドルの一回転あたりの信号の変化数を少なくしてインクリメントが正確に行われるようにしていた。そのため、スピンドルの回転角の分解能が制限されるという問題が生じていた。
【００３４】
この点、本発明では、従来のごとく信号をインクリメントする必要がないので信号の読み飛ばしは問題とならず、スピンドルの回転に対する位相信号の変化を細密化することができる。すなわち、受信電極および結合電極の検出パターンを多くして、ロータの回転に対する位相信号の変化を細密化し、スピンドルの回転角に対する分解能を向上させることができる。
【００３５】
本発明では、前記スピンドルは、一回転あたり１ｍｍ以上変位することが好ましい。
【００３６】
具体的には、前記本体は雌ねじを有し、前記スピンドルは、前記本体の雌ねじに螺合する送りねじを有し、前記雌ねじおよび前記送りねじのねじピッチが１ｍｍ以上であることが好ましい。あるいは、前記送りねじが多条ねじであることが好ましい。
【００３７】
このような構成において、スピンドルが回転されると、スピンドルは一回転あたり１ｍｍ以上進退するので、スピンドルの進退速度が速くなり、測定器の操作性が向上する。
ここで、従来は、スピンドルの回転に応じて発信される信号をインクリメントすることによってスピンドルの回転位相を算出しており、信号を読み飛ばさないためにスピンドルの一回転あたりの信号の変化数を少なくしてインクリメントが正確に行われるようにしていた。そのため、スピンドルの回転角の分解能が制限されるという問題が生じていた。
【００３８】
この点、本発明では、従来のごとく信号をインクリメントする必要がないので信号の読み飛ばしは問題とならず、スピンドルの回転に対する位相信号の変化を細密化することができる。したがって、スピンドルの一回転あたりの進退ピッチが大きくても、スピンドルの回転に対する位相信号の変化を細密化してスピンドルの回転角の分解能を引き上げることにより、スピンドルの絶対位置の検出分解能を向上させることができる。すなわち、スピンドルの進退ピッチを大きくして操作性を向上させ、かつ、スピンドル絶対位置の分解能も向上させることができるという画期的な効果を奏するができる。
【００３９】
本発明では、前記スピンドルは軸方向に沿って設けられた係合部を有し、前記位相信号発信手段は、前記ロータに設けられ前記係合部に係合する係合ピンと、前記係合ピンを前記係合部に向けて予圧する予圧力付与手段と、を備えることが好ましい。
【００４０】
このような構成において、スピンドルが回転されると、スピンドルの係合部とロータの係合ピンとの係合により、スピンドルの回転がロータに伝達される。すると、ロータがスピンドルの回転角と同じだけ回転されるとともに、ロータの回転角がステータで読み取られる。よって、スピンドルの回転角を知ることができ、スピンドルの一回転あたりのピッチから、スピンドルの変位量を知ることができる。
【００４１】
このような構成によれば、予圧力付与手段によって係合ピンが係合部に向けて予圧されているので、係合ピンと係合部とが確実に隙間なく係合し、スピンドルの回転がロータに正確に伝達される。よって、ロータの回転角をステータにて読み取ることによりスピンドルの回転角を正確に検出することができる。例えば、スピンドルの一回転あたりの進退量が大きい場合、スピンドルの回転角を高分解能で検出しなければ、スピンドル位置の検出分解能を引き上げることができないところ、係合ピンと係合部とのわずかな隙間でも測定に与える影響は大きくなる。
この点、本発明によれば、予圧力付与手段により、係合ピンと係合部とを隙間なく係合させるので、スピンドルの回転を正確にロータに伝達させることができる。その結果、測定精度を向上させることができる。
【００４２】
本発明では、前記係合ピンは、前記ロータに対して前記スピンドルの軸方向に直交する方向に摺動自在に設けられ、前記予圧力付与手段は、前記ロータに掛止されるとともに前記係合ピンを前記係合部に向けて付勢する板バネにて構成されていることが好ましい。
【００４３】
このような構成によれば、板ばねによる弾性によって、係合ピンが係合部に向けて予圧されるので、係合ピンと係合部との摺動が確保されつつ、係合ピンと係合部が隙間なく係合される。よって、スピンドルの回転が正確にロータに伝達される。その結果、スピンドル回転角の読取誤差が低減され、測定精度を向上させることができる。
【００４４】
なお、係合ピンをロータに螺入し、係合ピンの先端がスピンドルの係合部に強く当接するまで係合ピンをねじ込むことによって係合ピンを係合部に向けて予圧してもよい。
【００４５】
本発明では、前記位相信号発信手段は、前記係合ピンを前記ロータに対して抜け止めする係合ピン支持手段を備えることが好ましい。
【００４６】
このような構成によれば、係合ピン支持手段により係合ピンはロータに対して抜け止めされる。すると、スピンドルをロータから外したときでも係合ピンの位置が維持されるので、再びスピンドルをロータに対してセットするのが容易である。例えば、スピンドルをロータから外したときに係合ピンがロータから抜け落ちてしまうと、スピンドルを再びロータにセットするのに係合ピンが邪魔になったり、または、係合ピンをロータに挿し直してスピンドルの係合部に係合させなければならなくなるので、非常に手間がかかる。
【００４７】
この点、本発明では、係合ピンはロータに対して係合ピン支持手段により抜け止めされているので、スピンドルをロータから外しても係合ピンの位置はそのまま維持され、スピンドルをロータにセットするのが容易である。よって、スピンドルの交換等を簡便に行うことができる。
【００４８】
本発明では、前記本体は、前記スピンドルの回転を手動で操作するスピンドル操作部を備え、前記スピンドル操作部は、前記本体の外側面において回動可能に設けられたキャップ筒と、前記キャップ筒とスピンドルとの間に設けられこのキャップ筒と前記スピンドルとの間に作用する負荷が所定値未満のときは前記キャップ筒の回動を前記スピンドルに伝達し、かつ、前記負荷が所定値以上であるときは前記キャップ筒と前記スピンドルとの間で空転する定圧機構と、を備えることが好ましい。
【００４９】
このような構成において、キャップ筒を回転させると、所定負荷未満ではキャップ筒の回転が定圧機構を介してスピンドルに伝達され、スピンドルが回転される。すると、スピンドルが進退する。また、キャップ筒を回転させたときに所定負荷以上であるときには、定圧機構が空転してスピンドルにキャップ筒の回転が伝達されない。例えば、定圧機構の空転によりスピンドルを所定負荷以上の力で回転させることがないので、スピンドルが被測定物に接触する際の接触圧を所定圧以下に規制することができる。従って、スピンドルによって被測定物を破損することがない。
特に、スピンドルの一回転あたりの進退ピッチを大きくした場合には、スピンドルが高速で変位するので被測定物を破損するおそれもあるが、この点、本発明では、定圧機構によってスピンドルを所定負荷以上で回転させないので、被測定物をスピンドルで破損することがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
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）
本発明の測定器に係る第１実施形態について説明する。
図１は、第１実施形態としてのマイクロメータ１００の全体図である。
図２は、このマイクロメータ１００の断面図である。
図３は、スピンドル３００の送りねじ３１０の形状を示す図である。
図４は、位相信号発信手段４００の構成を示す図である。
【００５１】
マイクロメータ１００は、略Ｕ字状フレーム２１２の一端にアンビル２１３を有する本体２００と、本体２００の他端に螺合されその螺合回転に伴って軸方向に、かつ、アンビル２１３に向かって進退するスピンドル３００と、スピンドル３００の回転量に応じて位相信号を出力する位相信号発信手段４００と、位相信号を演算処理してスピンドル３００の絶対位置を算出する演算処理手段と、算出されたスピンドル絶対位置を表示する表示手段としてのデジタル表示部６００と、を備える。
【００５２】
本体２００は、一端側から順に、前部筒２１０と、後部筒２２０と、スピンドル操作部２３０と、を備える。前部筒２１０は、一端側開口部に設けられたステム２１１と、外部に設けられたＵ字状フレーム２１２と、を備える。Ｕ字状フレーム２１２は、一端側にスピンドル３００に対向配置されたアンビル２１３を有し、他端が前部筒２１０に固定され、表面にはデジタル表示部６００を備える。
後部筒２２０は、一端側が前部筒２１０に連結され、他端側内周にスピンドル３００と螺合される雌ねじ２２１を有するとともに、他端側がすり割加工２２２され、外側からナット２２３でナット止めされている。
【００５３】
スピンドル操作部２３０は、後部筒２２０に対して積層されたガイド筒２３１と、このガイド筒２３１に対して回転可能に設けられたアウタースリーブ２３２と、アウタースリーブ２３２との間に摩擦バネ２３３を介して設けられたシンブル２３４と、アウタースリーブ２３２およびシンブル２３４の他端側に設けられたキャップ筒２３５と、定圧機構２４０と、を備える。
【００５４】
キャップ筒２３５はねじの螺合によってアウタースリーブ２３２と連結されている。定圧機構２４０は、図２に示すように、一端がスピンドル３００の外端に螺合された支軸２４１と、キャップ筒２３５の内周に固定された第１ラチェット車２４２と、第１ラチェット車２４２に噛合する第２ラチェット車２４３と、第２ラチェット車２４３を第１ラチェット車２４２へ向けて付勢する圧縮コイルバネ２４５と、支軸２４１に固定されてガイド筒２３１の他端に当接したストッパ２４６と、を備える。
【００５５】
第１ラチェット車２４２および第２ラチェット車２４３には、互いに噛合するのこぎり状の歯が一定ピッチで形成されており、所定圧未満では第１ラチェット車２４２と第２ラチェット車２４３との歯が噛合した状態で第１ラチェット車２４２と第２ラチェット車２４３とが一体となって回転するが、第１ラチェット車２４２と第２ラチェット車２４３との噛合面に一定以上の負荷がかかると、第１ラチェット車２４２が第２ラチェット車２４３に対して空転する。第２ラチェット車２４３は、キー２４４によって支軸２４１に対して軸方向へ変位可能かつ軸回りに回転不可に設けられており、第２ラチェット車２４３と支軸２４１とは一体的に回転する。
【００５６】
スピンドル３００は、ステム２１１を挿通して本体２００の一端側から外部へ突出し、他端側外周に送りねじ３１０が設けられ、後部筒２２０の雌ねじ２２１と螺合されている。スピンドル３００の他端側は、テーパによって縮径し、アウタースリーブ２３２の他端に嵌設されている。スピンドル３００には軸方向に沿って係合溝（係合部）３２０が設けられている。
【００５７】
送りねじ３１０は、図３に示されるように、ピッチＰが比較的大きい一方、谷の深さｄが比較的浅い雄ねじである。つまり、送りねじ３１０のピッチＰは外径Ｒと谷径ｒとの差の２倍以上となる大ピッチであるが、外径Ｒと谷径ｒとの差は外径Ｒの５分の１以下である。ねじ軸線Ａに沿って見たとき、隣接するねじ谷条（ねじ溝条）は所定の間隔をもって形成されており、隣接するねじ谷条の間には、ねじ軸線Ａに沿った断面でねじ軸線Ａに沿った直線として現れる谷間部（溝間部）が存する。
【００５８】
送りねじ３１０の寸法は、例えば、外径Ｒが７．２５ｍｍ〜７．３２ｍｍ程度、谷径ｒが６．６６ｍｍ〜６．７４ｍｍ程度、ねじピッチＰが１ｍｍ〜２ｍｍ程度、ねじ谷の頂角θが５５°〜６５°程度で、リード角が５°程度である。
なお、送りねじ３１０の寸法は特に限定されず、スピンドル３００の一回転あたりの進退量であるリードをどの程度にするかによって適宜選択される。
例えば、送りねじ３１０のピッチＰは、外径Ｒと谷径ｒとの差の３倍、５倍、１０倍としてもよく、外径Ｒと谷径ｒとの差は外径Ｒの７分の１、１０分の１としてもよい。
【００５９】
雌ねじ２２１は、ねじ山条を送りねじ３１０に同一のピッチで有する。雌ねじ２２１をねじ軸線Ａに沿って見たとき、隣接するねじ山条は所定の間隔をもって形成されており、隣接するねじ山条の間にはねじ軸線Ａに沿った断面でねじ軸線Ａに沿った直線として現れる山間部が存する。
【００６０】
位相信号発信手段４００は、図４、図５に示されるように、本体２００に設けられたステータ４１０と、このステータ４１０に対向配置されたロータ４２０と、ステータ４１０に対する信号の送受信を制御する送受信制御部４３０と、スピンドル３００に軸方向に沿って設けられた係合溝３２０と、ロータ４２０に設けられ係合溝３２０に係合する係合ピン４２１と、係合ピン４２１を係合溝３２０に向けて予圧する予圧力付与手段４４０と、係合ピン４２１をロータ４２０に対して抜止めするように支持する係合ピン支持手段４５０と、を備えている。
なお、図４においては、構成を分かりやすく示すために、ステータ４１０とロータ４２０とを実際よりも離間させて描いている。
【００６１】
ステータ４１０は、前部筒２１０の内部であって後部筒２２０の一端側に固設され、ステータ４１０の回転は規制されている。ステータ４１０と後部筒２２０との間にはバネ４１１が介装され、ステータ４１０は一端側に向けて付勢されている。ロータ４２０は、スピンドル３００と独立回転可能に設けられたロータブッシュ４２３を備え、このロータブッシュ４２３の他端側でステータ４１０と対向配置されている。ロータブッシュ４２３は、ステム２１１に螺合された調整ねじ４２４によって他端側に付勢されている。そして、スピンドル３００は、ステータ４１０およびロータ４２０を挿通する状態に配設されている。
なお、送受信制御部４３０の構成および送受信制御部４３０によるステータ４１０への信号制御については後述する。
【００６２】
係合溝３２０は、スピンドル３００の軸と平行に直線状に設けられている。係合溝３２０は、その断面形状が略Ｖ字状であり、頂角は約６０°から約９０°である（図５参照）。
【００６３】
係合ピン４２１は、ロータブッシュ４２３に形成された貫通孔に挿入され、その先端部には球状の先端球を有する。先端球の直径は約０．８ｍｍから１．５ｍｍ程度である。先端球は、係合溝３２０に係合している。
【００６４】
予圧力付与手段４４０は、一枚の板バネが巻き回されて輪状に形成されたリング状板バネ４４１によって構成されている。なお、リング状板バネ４４１は、一端と他端とが離間した不連続なリング形状であってもよく、一端と他端とが重なっていてもよい。そして、リング状板バネ４４１は、係合ピン４２１が挿入された状態のロータブッシュ４２３の外側面に嵌設され、係合ピン４２１の基端をスピンドル３００に向けて付勢する。このとき、係合ピン４２１の基端に突設された小ピン４２２がリング状板バネ４４１に抜脱不能に差し込まれ、係合ピン４２１はリング状板バネ４４１に掛止されている。
【００６５】
このようにリング状板バネ４４１に係合ピン４２１が掛止されることにより、係合ピン支持手段４５０が構成されている。この係合ピン支持手段４５０にて係合ピンがリング状板バネ４４１に掛止されることにより、図５（Ｂ）のように、スピンドル３００がロータ４２０から引き抜かれた場合でも係合ピンはロータブッシュ４２３から抜け落ちることがなく係合ピンの位置は略維持される。
【００６６】
次に、位相信号発信手段４００において、ステータ４１０によってロータ４２０の回転位相を検出する原理について簡単に説明する。
この位相信号発信手段４００は、いわゆる一回転ＡＢＳ（アブソリュート検出）のロータリーエンコーダである。
図６は、ステータ４１０とロータ４２０との互いの対向面を示す図である。
図６（Ａ）はステータ４１０の一面を示す図あり、図６（Ｂ）はロータ４２０の一面を示す図である。
【００６７】
ステータ４１０においてロータ４２０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（第１トラック）４６０が設けられ、第１ステータ電極部４６０の外側に第２ステータ電極部（第２トラック）４７０が設けられている（図６（Ａ）参照）。
第１および第２ステータ電極部４６０、４７０は送受信制御部４３０に接続されている。ロータ４２０においてステータ４１０に対向する面には、内側と外側で二重に配された電極部が設けられ、すなわち、内側には第１ステータ電極部４６０と電磁カップリングする第１結合電極部４８０が設けられ、外側には第２ステータ電極部４７０と電磁カップリングする第２結合電極部４９０が設けられている（図６（Ｂ）参照）。
【００６８】
送受信制御部４３０は送信制御部４３１と受信制御部４３２とを備え、送信制御部４３１は、第１および第２ステータ電極部４６０、４７０に所定の交流信号を送信し、受信制御部４３２は第１および第２ステータ電極部４６０、４７０からの信号を受信する。
【００６９】
まず、図６（Ａ）を参照して、第１ステータ電極部４６０および第２ステータ電極部４７０について説明する。
第１ステータ電極部４６０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４６１と、第１送信電極部４６１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４６２Ａ〜Ｃ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４６２と、を備えている。
同様に、第２ステータ電極部４７０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４７１と、第２送信電極部４７１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４７２Ａ〜Ｃ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４７２と、を備えている。
【００７０】
第１受信電極部４６２を構成する電極線（４６２Ａ〜Ｃ）は、それぞれ９個（９周期）の菱形を構成しており、第２受信電極部４７２を構成する電極線（４７２Ａ〜Ｃ）はそれぞれ１０個（１０周期）の菱形を構成しており、各受信電極部４６２、４７２において３本の電極線が位相をずらして重なるように配置されている。
なお、図６（Ａ）中、配線が交差して見える部分は紙面に直交する方向に離れており絶縁が確保されている。
【００７１】
なお、第１受信電極部４６２および第２受信電極部４７２は、本来は一つ一つが独立したリング状のコイルを一本の電極線により繋げた構成に同等であり、すなわち、各菱形コイルが一つのコイルに等しい働きをする。
【００７２】
ここで、第１および第２送信電極部４６１、４７１の各電極線は送信制御部４３１に接続され、各電極線には送信制御部４３１から所定の交流信号が印加される。
第１および第２受信電極部４６２、４７２の各電極線は受信制御部４３２に接続され、受信制御部４３２により所定のサンプリング周期で第１および第２受信電極部４６２、４７２の信号がサンプリングされる。
【００７３】
次に、図６（Ｂ）を参照して、第１結合電極部４８０および第２結合電極部４９０について説明する。
第１結合電極部４８０は、矩形波を描きつつ全体としてリング状に配された電極線により構成されている。第２結合電極部４９０も同様に矩形波を描きつつ全体としてリング状にされた電極線により構成されている。
なお、第１結合電極部４８０は、９周期の矩形波であり、第２結合電極部４９０は、１０周期の矩形波である。そして、第１結合電極部４８０および第２結合電極部４９０の矩形波は、本来は、一つ一つが独立したリング状のコイルを一本の電極線によって繋げた構成に同等であり、すなわち、各矩形波が一つのコイルに等しい働きをする。
【００７４】
この構成において、送信制御部４３１から第１送信電極部４６１と第２送信電極部４７１とにそれぞれ電流（交流電流）（ｉ１）が通電されると、第１および第２送信電極部４６１、４７１の電極線の周囲に誘導磁界（Ｂ１）が発生する。
そして、第１ステータ電極部４６０と第１結合電極部４８０とが電磁カップリングされ、第２ステータ電極部４７０と第２結合電極部４９０とが電磁カップリングされているので、第１結合電極部４８０および第２結合電極部４９０には誘導電流（ｉ２）が生じるとともにこの誘導電流（ｉ２）による誘導磁界（Ｂ２，Ｂ３）が生じる。
【００７５】
さらに、第１結合電極部４８０と第１受信電極部４６２とが電磁カップリングしており、第２結合電極部４９０と第２受信電極部４７２とが電磁カップリングしているので、第１結合電極部４８０および第２結合電極部４９０の磁界パターンによって第１受信電極部４６２および第２受信電極部４７２の電極線に誘導電流（ｉ3）が生じる。
【００７６】
ここで、第１結合電極部４８０および第１受信電極部４６２は９周期であるのに対して、第２結合電極部４９０および第２受信電極部４７２は１０周期であるので、ロータ４２０の一回転に対して、第１受信電極部４６２による第１検出位相は１０周期の変化を示し、第２受信電極部４７２による第２検出位相は９周期の変化を示す。したがって、ロータ４２０の回転角θ（０°≦θ＜３６０°）に対して、第１受信電極部４６２による第１位相信号φ１と第２受信電極部４７２による第２位相信号φ２とは異なり、ロータ４２０が一回転する中では、異なるロータ４２０の回転角θに対して第１位相信号φ１と第２位相信号φ２との位相差Δφは異なる。よって、逆に、第１位相信号φ１と第２位相信号φ２との位相差Δφから、ロータ４２０の一回転以内の回転位相θが一義的に決定されることとなる。
【００７７】
なお、受信制御部４３２による第１受信電極部４６２および第２受信電極部４７２に対する信号のサンプリング周期は、１２．５ｍｓ程度にする。
【００７８】
演算処理部５００について説明する。
演算処理部５００は、ロータ４２０の回転角θを算出する回転角算出部５１０と、ロータ４２０の回転数をカウントして算出する回転数算出部５２０と、ロータ４２０の総回転位相を算出する総回転位相算出部５３０と、スピンドル３００の絶対位置を算出するスピンドル位置算出部５４０と、を備える。
【００７９】
回転角算出部は、受信制御部４３２によってサンプリングされた第１受信電極部４６２および第２受信電極部４７２の信号に基づいて第１受信電極部４６２による第１位相信号φ１と第２受信電極部４７２による第２位相信号φ２を求め、さらに、第１位相信号φ１と第２位相信号φ２との差Δφに基づいてロータ４２０の回転角θ（０≦θ＜３６０°）を算出する。
【００８０】
回転数算出部５２０は、回転角算出部５１０にて算出されたロータ４２０の回転角θを監視して、ロータ４２０の回転数をカウントする。例えば、回転角算出部５１０において、ロータ４２０の位相θが５°→９５°→１８５°→２７５°→５°と変化した場合、２７５°から５°に変化する過程において３６０°を通過していることになるので、ロータ４２０が＋１回転したことをカウントする。
同じように、ロータ４２０の位相θが５°→２７５°に変化した場合、逆回転によって３６０°を通過していることになるのでロータ４２０が−１回転したことをカウントする。
【００８１】
このようにして、回転数算出部５２０は、スピンドル３００が基準位置にある状態を回転数０として、そこからのロータ４２０の回転数Ｎをカウントする。総回転位相算出部５３０は、回転数算出部５２０にてカウントされたロータ４２０の回転数Ｎと回転角算出部５１０にて算出されたロータ４２０の回転角θとに基づいてロータ４２０の総回転位相を算出する。例えば、回転数算出部５２０にてカウントされたロータ４２０の回転数Ｎが２であり、回転角算出部５１０にて算出された回転角θが４５°である場合、総回転位相算出部５３０にて算出される総回転位相は、７６５°（＝３６０°×２＋４５°）となる。
【００８２】
スピンドル位置算出部５４０は、総回転位相算出部５３０にて算出されたロータ４２０の総回転位相に基づいてスピンドル３００の絶対位置を算出する。スピンドル３００の一回転あたりのピッチが２ｍｍであり、ロータ４２０の総回転位相が７６５°である場合、スピンドル３００の絶対位置は、４．２５ｍｍ（＝７６５°÷３６５°×２ｍｍ）となる。
【００８３】
ここに、位相信号発信手段４００と演算処理部５００とによりスピンドル位置を検出する検出手段が構成されている。
【００８４】
デジタル表示部６００は、スピンドル位置算出部５４０にて算出されたスピンドル３００の絶対位置を表示する。
【００８５】
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。
まず、スピンドル操作部２３０のキャップ筒２３５を回転させると、キャップ筒２３５と一体的に第１ラチェット車２４２が回転する。第１ラチェット車２４２と第２ラチェット車２４３との噛合により第１ラチェット車２４２の回転が第２ラチェット車２４３に伝達され、第２ラチェット車２４３とともに支軸２４１が回転する。この支軸２４１とともにスピンドル３００が回転し、本体２００（後部筒２２０）の雌ねじ２２１とスピンドル３００の送りねじ３１０との螺合によりスピンドル３００が軸方向に進退される。スピンドル３００が回転すると、スピンドル３００の係合溝３２０に係合した係合ピン４２１によってロータ４２０がスピンドル３００とともに回転する。
【００８６】
このロータ４２０の回転はステータ４１０によって検出され、ステータ４１０の第１受信電極部４６２および第２受信電極部４７２の各電極線からの信号が受信制御部４３２にてサンプリングされる。
そして、第１受信電極部４６２の第１位相信号φ１と第２受信電極部４７２の第２位相信号φ２との位相差に基づいて回転角算出部５１０にてロータ４２０の回転角が算出される。回転角算出部５１０にて算出された回転角θは、回転数算出部５２０にて監視され、回転数算出部５２０にてロータ４２０の回転数がカウントされる。
【００８７】
そして、回転角算出部５１０にて算出されたロータ回転角θと回転数算出部５２０にてカウントされたロータ４２０の回転数から、ロータ４２０の総回転位相が総回転位相算出部５３０にて算出される。総回転位相算出部５３０にて算出されたロータ４２０の総回転位相はスピンドル３００の総回転位相であるので、このスピンドル３００の総回転位相とスピンドル一回転あたりの進退ピッチ（例えば２ｍｍ）とから、スピンドル３００の絶対位置がスピンドル位置算出部５４０にて算出される。
このように算出されたスピンドル位置は、デジタル表示部６００に表示される。
【００８８】
ここで、スピンドル操作部２３０による操作によってスピンドル３００が変位してスピンドル３００が被測定物に当接した場合、スピンドル３００はそれ以上進まなくなる。このとき、スピンドル３００を無理に回転させようとすると、第１ラチェット車２４２と第２ラチェット車２４３との間に所定以上の負荷がかかる。すると、第１ラチェット車２４２が第２ラチェット車２４３に対して空転する。この第１ラチェット車２４２の空転により、所定負荷以上ではスピンドル操作部２３０の回転操作がスピンドル３００に伝達されないので、スピンドル３００が所定圧以上で被測定物を押圧することがなく、被測定物の破損が防止される。
【００８９】
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）位相信号発信手段４００からの位相信号に基づいてスピンドル３００の回転位相が求められるところ、スピンドル３００の一回転以内において第１位相信号φ１と第２位相信号φ２との位相差Δφは異なる回転角に対して異なる値であるので、この位相差Δφからスピンドル３００の回転角が一義的に決定される。
よって、従来のごとく信号をインクリメントする必要がなく、スピンドル３００の高速回転による信号の読み飛ばし等が問題とはならないので、スピンドル３００の回転数を制限する必要がなく、スピンドル３００の高速回転を許容してマイクロメータ１００の操作性を向上させることができる。
【００９０】
（２）位相信号発信手段４００からの位相信号によりスピンドル３００の回転角が一義的に決定され、従来のインクリメンタル式のごとく信号の読み飛ばしが問題とはならないので、スピンドル３００の回転に対する位相信号の変化を細密化することができる。このようにスピンドル３００の回転に対する位相信号の変化を細密化することにより、スピンドル３００の回転角に対する分解能を引き上げることができる。特に本実施形態では操作性を良好するためにスピンドル３００の一回転あたりの進退ピッチを大きくしているところ、スピンドル３００の回転に対する位相信号の変化を細密化することにより、スピンドル３００の回転角の分解能を引き上げてスピンドル変位を高分解能で検出することができる。
【００９１】
（３）位相信号発信手段４００は、回転数算出部５２０においてスピンドル３００の回転数を読み飛ばさない程度のピッチで位相信号を発信すればよいので、従来のインクリメント式に比べて信号発信のタイミングを少なくすることができ、結果として消費電力を低減することができる。
【００９２】
（４）第１および第２ステータ電極部４６０、４７０と第１および第２結合電極部４９０とは、電極線４６２Ａ〜Ｃ、４７２Ａ〜Ｃで構成されているので、電極線のパターンを細密に形成することが容易である。よって、ロータ４２０の回転角に対する位相信号の変化を細密化してロータ４２０の回転角の分解能を高めることができる。また、第１および第２ステータ電極部４６０、４７０と第１および第２結合電極部４９０とは電磁カップリングにより信号の受け渡しを行うので、ステータ４１０とロータ４２０との間のギャップ変動に影響されず、ロータ４２０の回転角を正確に検出することができる。
【００９３】
（５）リング状板バネ４４１（予圧力付与手段４４０）によって、係合ピン４２１が係合溝３２０に向けて予圧されているので、係合ピン４２１と係合溝３２０とを確実に隙間なく係合させ、スピンドル３００の回転をロータ４２０に正確に伝達させことができる。よって、ロータ４２０の回転角をステータ４１０にて読み取ることによりスピンドル３００の回転角を正確に検出することができる。スピンドル３００の一回転あたりの進退量が大きいと、微小な回転角の読取誤差が大きなスピンドル位置の検出誤差に繋がるところ、スピンドル３００の回転角を正確に検出することができるので、測定精度を向上させることができる。
【００９４】
（６）係合ピン支持手段４５０によりスピンドル３００をロータ４２０から外したときでも係合ピン４２１の位置が維持されるので、再びスピンドル３００をロータ４２０に対してセットするのが容易である。よって、スピンドル３００の交換等を簡便に行うことができる。
【００９５】
（７）定圧機構２４０が設けられているので、スピンドル操作部２３０のキャップ筒２３５を回転させたときに所定負荷以上であるときには、定圧機構２４０が空転してスピンドル３００にキャップ筒２３５の回転が伝達されない。よって、スピンドル３００が被測定物に接触する際の接触圧を所定圧以下に規制することができる。従って、スピンドル３００によって被測定物を破損することがない。特に、スピンドル３００の一回転あたりの進退ピッチを大きくすると、スピンドル３００が高速で変位するので被測定物を破損するおそれもあるが、この点、本実施形態では、定圧機構２４０によってスピンドル３００を所定負荷以上で回転させないので、被測定物をスピンドル３００で破損することがない。
【００９６】
（８）位相信号発信手段４００はスピンドル３００の一回転以内の回転角をアブソリュート検出するものとし、主として、スピンドル３００とともに回転するロータ４２０と、このロータ４２０の回転角を検出するステータ４１０によって構成しているので、位相信号発信手段４００を小型化することができる。例えば、スピンドル３００の絶対位置を検出するエンコーダを利用することも考えられるが、このような直線移動の絶対位置を検出するエンコーダはリニア式となるために非常に大型化され、スモールツールであるマイクロメータ１００に適用することは困難である。この点、本実施形態では、スピンドル３００の回転角θのみをアブソリュート検出するので、ロータリー型の位相信号発信手段４００とでき、非常に小型化できる。
【００９７】
（変形例）
本発明の変形例１〜変形例４について図７〜図１０を参照して説明する。
変形例１〜変形例４の基本的構成は第１実施形態に同様であるが、係合ピン４２１の形状および予圧力付与手段４４０の構成に特徴を有する。
まず、変形例１について図７を参照して説明すると、係合ピン４２１は、ロータブッシュ４２３に螺入されている。そして、係合ピン４２１の先端は、側方視で三角形に先細る形状である。
変形例２について図８を参照して説明すると、係合ピン４２１はロータブッシュ４２３に螺入されている。そして、係合ピン４２１の先端は、裁頭円錐形状である。また、スピンドル３００の係合溝３２０は、図８の断面図において、底面の両端から立設した側壁を有する形状である。
なお、変形例１および変形例２においては、係合ピン４２１がロータブッシュ４２３に螺合されることにより、係合ピン支持手段４５０が構成されている。
【００９８】
変形例３について図９を参照して説明すると、係合ピン４２１の先端は平坦面であり、スピンドル３００の係合部３２０も平坦面にて形成されている。
なお、予圧力付与手段４４０としてリング状板バネ４４１がロータブッシュ４２３の外側から嵌設されている点は第１実施形態と同様である。
【００９９】
変形例４について図１０を参照して説明する。
変形例４の基本的構成は、第１実施形態に同様であるが、予圧力付与手段４４０は、一端がロータブッシュ４２３に固定され、かつ、他端が係合ピン４２１を係合溝３２０に向けて押圧する板バネ４４２により構成されている。そして、係合ピン４２１の基端側に設けられた小ピン４２２が板バネ４４２に掛止されていることにより係合ピン支持手段４５０が構成されている。
【０１００】
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。
スピンドルの送りねじが１ｍｍ〜２ｍｍのハイリードである場合を例にして説明したが、スピンドルの送りねじが多条ねじであってもよい。
【０１０１】
位相信号発信手段は、上記の構成に限定されず、スピンドルの一回転以内の回転角をアブソリュート検出できる構成であればよい。
位相信号発信手段は、所定のサンプリングピッチでロータの回転角を検出すればよく、回転数算出部でロータの回転数を読み飛ばさない程度でロータの回転角を検出できればよい。例えば、手動操作で可能な最高回転速度でスピンドルが一回転する間にロータの回転角を３回以上検出できればよい。
【０１０２】
回転数算出部は、測定器の電源がＯＦＦになったときには回転数を記憶しておくことが好ましい。すると、再び電源がＯＮになったときに、回転数がゼロの基準位置までスピンドルを戻さなくても、スピンドルの絶対位置を継続して算出することができる。
【０１０３】
本発明の測定器としては、マイクロメータに限定されず、マイクロメータヘッド等でもよいことはもちろんであり、可動部材としてのスピンドルが回転によって軸方向に進退する測定器であればよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明は、測定器に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】第１実施形態としてのマイクロメータの全体構成を示す図。
【図２】第１実施形態の断面図。
【図３】第１実施形態において、スピンドルの送りねじの形状を示す図。
【図４】第１実施形態において、位相信号発信手段の構成を示す図。
【図５】断面図において係合ピンと係合溝との係合の状態を示す図。
【図６】第１実施形態において、ステータとロータとを示す図。
【図７】変形例１を示す図。
【図８】変形例２を示す図。
【図９】変形例３を示す図。
【図１０】変形例４を示す図。
【図１１】従来技術の説明において、静電容量式ロータリーエンコーダのステータおよびロータを示す図。
【符号の説明】
【０１０６】
１…ロータ、２…ステータ、１１…結合電極、２１…送信電極、２２…受信電極、１００…マイクロメータ、２００…本体、２１０…前部筒、２１１…ステム、２１２…Ｕ字状フレーム、２１３…アンビル、２２０…後部筒、２２２…すり割加工、２２３…ナット、２３０…スピンドル操作部、２３１…ガイド筒、２３２…アウタースリーブ、２３３…摩擦バネ、２３４…シンブル、２３５…キャップ筒、２４０…定圧機構、２４１…支軸、２４２…第１ラチェット車、２４３…第２ラチェット車、２４４…キー、２４５…圧縮コイルバネ、２４６…ストッパ、３００…スピンドル、３２０…係合溝、４００…位相信号発信手段、４１０…ステータ、４１１…バネ、４２０…ロータ、４２１…係合ピン、４２２…小ピン、４２３…ロータブッシュ、４３０…送受信制御部、４３１…送信制御部、４３２…受信制御部、４４０…予圧力付与手段、４４１…リング状板バネ、４４２…板バネ、４５０…係合ピン支持手段、４６０…第１ステータ電極部、４６１…第１送信電極部、４６２…第２受信電極部、４６２Ａ-Ｃ…電極線、４７０…第２ステータ電極部、４７１…第２送信電極部、４７２…第２受信電極部、４７２Ａ-Ｃ…電極線、４８０…第１結合電極部、４９０…第２結合電極部、５００…演算処理部、５１０…回転角算出部、５２０…回転数算出部、５３０…総回転位相算出部、５４０…スピンドル位置算出部、６００…デジタル表示部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定器に関する。例えば、スピンドルを進退させることにより被測定物の寸法等を測定する測定器、例えば、マイクロメータやマイクロメータヘッド等に代表される測定器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スピンドルを螺合回転で進退させることにより被測定物の寸法を測定するマイクロメータあるいはマイクロメータヘッド等の測定器が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２）。
この測定器は、雌ねじを有する本体と、本体の雌ねじに螺合する送りねじを有するスピンドルと、スピンドルの回転を検出する回転検出手段と、回転検出手段から出力される信号に基づいてスピンドルの変位量を求める演算処理手段と、を備える。
【０００３】
このような測定器においては、スピンドルに設けられた送りねじのねじピッチによってスピンドルの一回転あたりの変位量が規定され、送りねじのねじピッチは、例えば、０．５ｍｍで設けられるのが一般的である。回転検出手段は、例えば、スピンドルと一体的に回転するロータと、ロータに対向した状態で本体に固定されたステータと、ロータの回転に応じてステータから出力される信号をインクリメントしてロータの回転位相を算出する位相算出手段と、を備える。
【０００４】
ロータ１およびステータ２の互いの対向面を図１１に示す。
ステータ２は、図１１（Ａ）示されるように、ロータ１との対向面において所定の円周上に等間隔に配設された複数の電極板からなる送信電極２１と、送信電極２１と同心円状に配設されたリング状の受信電極２２と、を備え、送信電極２１の各電極板には所定のパルス変調発生器から位相が変調された交流信号が送信される。送信電極２１は、１６の電極板によって構成され、各電極板には４５度ずつ位相が異なる交流信号が印加されている。ロータ１は、図１１（Ｂ）に示されるように、ステータ２との対向面においてステータ２の送信電極２１および受信電極２２にまたがって対向配置されているとともに送信電極２１の電極板のうち所定数の電極板と静電結合される結合電極１１を備えている。
【０００５】
このような構成において、スピンドルが回転すると、本体とスピンドルとの螺合回転によってスピンドルが軸方向に進退する。このときのスピンドルの回転が回転検出手段にて検出される。すなわち、スピンドルが回転すると、このスピンドルと一体的にロータ１が回転する。
【０００６】
そして、送信電極２１の各電極に所定の交流信号を与えると送信電極２１→結合電極１１→受信電極２２の順に電位が受け渡される。ロータ１が回転されている状態においては、送信電極２１と結合電極１１とで静電結合する送信電極２１の電極板の違いにより結合電極１１の電位が異なり、したがって、結合電極１１と静電結合する受信電極２２の電位も異なってくる。この受信電極２２の電位を所定のサンプリングピッチでサンプリングすることによりパルス信号が得られ、このパルス信号を位相算出手段にて計数することによりロータの回転位相が求められる。
ロータ１の回転位相はスピンドルの回転位相に等しいので、スピンドルの回転位相と送りねじのピッチ（例えば０．５ｍｍ）とに基づいて演算処理手段によりスピンドルの変位が求められる。
【０００７】
ここで、スピンドルに設けられる雄ねじのねじピッチが０．５ｍｍまたは０．６３５ｍｍであると、スピンドル一回転あたりの変位量が小さいため、測定対象が変わるたびに何回転もスピンドルを回転させなければならず、操作性に問題がある。
そこで、例えば、スピンドルの一回転あたりの変位量を大きくするために、送りねじのピッチを１ｍｍないし２ｍｍにまで大きくして、スピンドルの一回転あたりの進退量を大きくすることが考えられる。
【特許文献１】実開昭４９−８０２６０号公報
【特許文献２】特開昭５４−１３０１５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
確かに、送りねじのピッチを１ｍｍないし２ｍｍに大きくすれば、スピンドルの一回転あたりの進退量は大きくなるので、スピンドルの変位速度が大きくなって操作性は格段に向上する。
しかしながら、送りねじのピッチが大きくなる分、回転検出手段の検出精度および検出分解能も向上させなければならない。例えば、送りねじピッチが４倍になったのに、位相の検出分解能がそのままでは、スピンドル変位量の検出分解能は単純に４分の１になってしまうからである。
【０００９】
ここで、スピンドルの一回転あたりの検出分解能を上げるには、送信電極２１の電極板を微細にして数を増やし、ロータ１の微小な回転角変化を検出するようにすることが考えられる。しかしながら、送信電極２１の電極板を増加させると、ロータ１の微小回転によって結合電極１１と静電結合する送信電極２１の電極板が異なってくるので、受信電極２２における電位変化の周期が短くなる。
そのために、位相算出手段においてパルス信号を読み飛ばすなどの検出エラーが頻発して、ロータ１の角度変化を正確に追いかけられなくなるという問題が生じる。
【００１０】
ここで、受信電極２２の電位をサンプリングするサンプリング周期を短くすればよいとも考えられるが、サンプリング周期にはＩＣなどの速度によりおのずと限界がある。また、サンプリング周期を短くすると、パルス信号にノイズなどの外乱が混入しやすくなるので外部からの電気的外乱によって検出精度がかえって低下するという問題が生じる。さらに、サンプリング周期を短くすると、消費電力が増大して電池寿命が短くなるという問題が生じる。
【００１１】
このように、送りねじのハイリード化に対してスピンドルの変位を高精度かつ高分解能に検出することができなかったため、スピンドルを高速送りできる優れた操作性を有するとともに検出精度、検出分解能が高い測定器が望まれていた。
【００１２】
本発明の目的は、操作性が高く、かつ、検出精度、検出分解能が高い測定器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の測定器は、本体と、前記本体に螺合されているとともに回転によって軸方向進退自在に設けられたスピンドルと、前記スピンドルの回転に応じてスピンドルの異なる回転角に対して異なる値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て前記スピンドルの絶対位置を求める演算処理手段と、を備え、前記位相信号発信手段は、前記位相信号を所定のピッチで発信し、前記演算処理手段は、前記位相信号に基づいて前記スピンドルの回転角を算出する回転角算出部と、前記回転角算出部にて算出された前記スピンドルの回転角に基づいて前記スピンドルの回転数をカウントする回転数算出部と、前記回転数算出部にてカウントされたスピンドルの回転数と前記回転角算出部にて算出されたスピンドルの回転角に基づいて前記スピンドルの総回転位相を算出する総回転位相算出部と、前記総回転位相算出部にて算出された前記スピンドルの総回転位相に基づいて前記スピンドルの絶対位置を算出するスピンドル位置算出部と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
このような構成において、スピンドルが回転されると、スピンドルと本体との螺合によりスピンドルが本体に対して進退する。このとき、スピンドルの回転に応じて位相信号発信手段からスピンドルの回転角に応じた位相信号が発信される。この位相信号は、スピンドルの異なる回転角に対して異なる値である。なお、回転角θは０°≦θ＜３６０°の範囲であり、すなわち、一回転以内の位相をいう。そして、この位相信号に基づいてスピンドルの回転角が回転角算出部によって一義的に決定される。また、回転角算出部によってスピンドルの回転角が順次算出されるので、算出されるスピンドルの回転角に基づいてスピンドルの回転数が回転数算出部によって算出される。例えば、回転角算出部にて算出されたスピンドルの回転角が、５°→９５°→１８５°→２７５°→３６５°と変化する場合、スピンドルが一回転していることになるので、スピンドルが＋１回転したことが回転数算出部にてカウントされる。
【００１５】
回転数算出部にてカウントされるスピンドルの回転数と回転角算出部にて算出されるスピンドルの回転角に基づいてスピンドルの総回転位相が総回転位相算出部により算出される。例えば、スピンドルの回転数が２であり、回転角が４５°であれば、総回転位相は、７６５°（＝３６０°×２＋４５°）となる。そして、総回転位相算出部にて算出された総回転位相に基づいてスピンドルの絶対位置がスピンドル位置算出部により算出される。例えば、スピンドルの一回転あたりの進退ピッチが２ｍｍであり、総回転位相が７６５°である場合、スピンドルの絶対位置は、４．２５ｍｍ（＝７６５°÷３６０°×２ｍｍ）となる。
【００１６】
このような構成によれば、位相信号発信手段からの位相信号に基づいてスピンドルの回転角が求められるところ、スピンドルの異なる回転角に対して位相信号は異なる値であるので、位相信号からスピンドルの回転角が一義的に決定される。従来は、スピンドルの回転に応じたパルス信号をインクリメントすることによりスピンドルの回転位相を検出していたので、スピンドルの回転に対するパルス信号の変化が早すぎると信号の読み飛ばしが頻発して正確にスピンドルの回転位相を検出することができなかった。そのため、スピンドルの回転速度を制限するか、スピンドルの一回転あたりの信号の変化数を少なくしてインクリメントが正確に行われるようにしていた。しかし、スピンドルの回転速度を制限するとスピンドルの進退速度が制限されるので測定器の操作性が悪くなり、さらに、スピンドルの一回転あたりの信号の変化数を少なくすると、回転角の分解能が低くなるという問題が生じていた。
【００１７】
この点、本発明では、位相信号発信手段から発信される一つの位相信号からスピンドルの回転角を一義的に決定することができるので、従来のごとく信号をインクリメントする必要がない。そのため、本発明では、スピンドルの高速回転による信号の読み飛ばし等が問題とはならないので、スピンドルの回転数を制限する必要がなく、スピンドルの高速回転を許容して測定器の操作性を向上させることができる。そして、このようにスピンドルが高速に回転しても位相信号発信手段からの位相信号によりスピンドルの回転角を求めることができる。
さらに、信号の読み飛ばしが問題とはならないので、スピンドルの回転に対する位相信号の変化を細密化することができる。
【００１８】
このようにスピンドルの回転に対する位相信号の変化を細密化することにより、スピンドルの回転角に対する分解能を引き上げることができる。また、位相信号発信手段は、回転数算出部においてスピンドルの回転数を読み飛ばさない程度のピッチで位相信号を発信すればよく、従来のインクリメント式のごとく信号を総てインクリメントする必要がないので、信号発信のタイミングを少なくすることができ、結果として消費電力を低減することができる。
【００１９】
このように、本発明では、スピンドルの異なる回転角に対して異なる位相信号を発信する位相信号発信手段を備えることにより、スピンドルの高速回転を許容でき、スピンドルの回転角の分解能を向上させ、さらに、消費電力を低減できるという画期的な効果を奏する。
【００２０】
本発明では、前記位相信号発信手段は、前記スピンドルと一体的に回転するロータと、前記ロータに対向した状態で前記本体に設けられ前記ロータの回転角に応じた位相信号を発信するステータと、を備え、前記ステータは、前記ロータの回転を検出して互いに異なる信号を発信する２つの検出トラックとして第１位相信号を発信する第１トラックと第１位相信号とは異なる周期変化をする第２位相信号を発信する第２トラックとを備え、前記ロータの異なる回転角に対して前記第１位相信号と前記第２位相信号との位相差は異なり、前記回転角算出部は、前記位相差に基づいて前記ロータの回転角を算出することが好ましい。
【００２１】
このような構成において、スピンドルが回転すると、スピンドルとともにロータが回転する。すると、このロータの回転がステータによって検出される。
ここで、ステータには位相信号を発信する第１トラックと第２トラックとが設けられているところ、第１トラックから第１位相信号が出力され、第２トラックから第２位相信号が出力される。第１位相信号と第２位相信号とはロータの回転に対して異なる周期変化を示し、第１位相信号と第２位相信号との位相差は、ロータの一回転以内においては異なるロータ回転角に対して異なる値であるので、この位相差に基づいてロータの回転角が一義的に決定される。
そして、ロータとスピンドルとは一体的に回転するので、ロータの回転角はすなわちスピンドルの回転角であり、このスピンドルの回転角に基づいてスピンドルの絶対位置が求められる。
【００２２】
このような構成によれば、ロータの回転に対して異なる周期変化を示す２つの位相信号（第１位相信号、第２位相信号）の位相差に基づいて、ロータの回転角を一義的に決定することができる。そして、２つの位相信号（第１位相信号、第２位相信号）の位相差がロータの異なる回転角に対して異なる値であるので、第１位相信号と第２位相信号とをサンプリングして２つの信号の位相差を求めれば、ロータの回転角を求めることができる。よって、信号を順番にインクリメントする必要がないので、位相信号の周期変化の早さは問題とならず、スピンドルの高速回転を許容し、さらに、スピンドルの回転に対する位相信号の変化を細密化することにより、スピンドルの回転角に対する分解能を引き上げることができる。
【００２３】
なお、ロータの回転角を複数の位相信号の位相差によって特定できればよいので、第１位相信号、第２位相信号に加えて第３、第４の位相信号があってもよいことはもちろんである。
【００２４】
本発明では、前記ステータは、交流信号が印加される送信電極および一単位で一周期の位相変化に対応する検出パターンを所定数有する受信電極を備え、前記ロータは、前記送信電極および前記受信電極と電磁カップリングするとともに前記受信電極に対応する数の検出パターンを有する結合電極を備えることが好ましい。
【００２５】
このような構成において、送信電極に交流信号が印加されると、この送信電極の電流によって送信電極の周囲に誘導磁界が誘起される。この送信電極の周囲に誘起される誘導磁界によって送信電極に電磁カップリングしている結合電極に誘導電流が誘起される。そして、この結合電極の誘導電流によって結合電極の周囲に誘導磁界が誘起される。この結合電極の周囲に誘起される誘導磁界によって結合電極に電磁カップリングしている受信電極に誘導電流が誘起される。すなわち、送信電極→結合電極→受信電極の順に信号が受け渡される。このとき、結合電極と受信電極との検出パターンの重なり度合いがロータの回転角によって異なるので、ロータの回転に応じて受信電極に誘起される信号は周期的に変化する。そして、この受信電極の信号を所定ピッチでサンプリングすることにより、ロータの回転位相を検出することができる。
【００２６】
このような構成によれば、結合電極と受信電極とは、周期的に変化する検出パターンを有する電極トラックであるところ、結合電極と受信電極とは電磁カップリングにて信号の送受信を行う電極線によって構成することができる。例えば、結合電極および受信電極の検出パターンをともに複数のコイルを並べることによって構成し、結合電極のコイルパターンと受信電極のコイルパターンとの重なり度合いの違いで異なる位相の信号を得るようにできる。そして、電極線にて検出パターンを構成する場合、電極線のパターンを細密に形成することが容易であるので、コイルの一つ一つのパターンを細密にしてロータの回転に対する位相信号の変化を細密化することが容易となる。その結果、ロータの回転角に対する分解能を向上させることができる。
【００２７】
また、従来のごとくロータとステータとの対向面に静電結合する電極板をそれぞれ設けて、これら電極板の電位変化によってロータの回転角を検出する場合、ロータとステータとのギャップが変動してしまうと電極板の電位が変動してしまいロータの回転角を正確に検出できないという問題があった。
この点、本発明では、ステータの送信電極および受信電極とロータの結合電極とは、電磁カップリングにより信号の受け渡しを行うので、ステータとロータとの間のギャップ変動に影響されず、ロータの回転角を正確に検出することができる。
【００２８】
なお、ステータに送信電極および受信電極と設け、ロータに結合電極を設ける場合のみならず、逆に、ロータに送信電極および受信電極と設け、ステータに結合電極を設けてもよく、さらに、送信電極、結合電極、受信電極はそれぞれ別個の部材に設けられていてもよく、要は、送信電極、結合電極および受信電極が電磁カップリングしていればよい。
【００２９】
本発明では、前記本体は、前記スピンドルの回転を手動で操作するスピンドル操作部を備え、前記位相信号発信手段は、前記スピンドル操作部の手動操作にて可能であるスピンドルの最高回転速度でスピンドルが一回転する時間に少なくとも３回以上の前記位相信号を取得するピッチで前記位相信号をサンプリングすることが好ましい。
【００３０】
このような構成において、スピンドル操作部を手動で操作してスピンドルを回転させると、スピンドルが回転される。すると、位相信号発信手段から位相信号が出力される。この位相信号に基づいてスピンドル回転角が回転角算出部にて算出され、さらに、回転角算出部にて算出される回転角を順次監視することにより回転数算出部によりスピンドルの回転数が算出される。スピンドルの回転数を回転数算出部によってカウントするところ、回転数算出部がスピンドルの回転数を読み飛ばさない程度のピッチで位相信号発信手段は位相信号を発信する必要がある。
【００３１】
この点、本発明では、手動操作によるスピンドルの最高速でスピンドルが一回転する間に位相信号発信手段から３つの位相信号が出力されれば、スピンドルの回転を追いかけられるので、回転数算出部においてスピンドルの回転数を読み飛ばすことがない。その一方、位相信号発信手段が位相信号を発信するピッチは、回転数算出部においてスピンドルの回転数を読み飛ばさない程度でよいので、従来のインクリメント式に比べて、位相信号発信部が位相信号を発信する回数は格段に少なくてもよい。そして、スピンドルの一回転あたりに位相信号が３回出力できればよいので、逆に、スピンドルの回転速度は位相信号発信手段の位相検出速度と同程度の早さまで許容することができる。その結果、スピンドルの高速回転を許容でき、測定器の操作性を向上させることができる。
【００３２】
本発明では、前記受信電極および前記結合電極に設けられる検出パターンの数は９以上であることが好ましい。
【００３３】
このような構成において、スピンドルを回転させると、スピンドルとともにロータが回転し、このロータの回転角に応じてステータから位相信号が出力される。この位相信号に基づいてロータの回転角、すなわちスピンドルの回転角が検出される。位相信号発信手段はスピンドルの異なる回転角に対して異なる位相信号を発信するので、一の位相信号から一義的にスピンドルの回転角が回転角算出部によって算出される。ここで、従来のごとく信号をインクリメントすることによってスピンドルの回転位相を算出する場合には、信号を読み飛ばさないためにスピンドルの一回転あたりの信号の変化数を少なくしてインクリメントが正確に行われるようにしていた。そのため、スピンドルの回転角の分解能が制限されるという問題が生じていた。
【００３４】
この点、本発明では、従来のごとく信号をインクリメントする必要がないので信号の読み飛ばしは問題とならず、スピンドルの回転に対する位相信号の変化を細密化することができる。すなわち、受信電極および結合電極の検出パターンを多くして、ロータの回転に対する位相信号の変化を細密化し、スピンドルの回転角に対する分解能を向上させることができる。
【００３５】
本発明では、前記スピンドルは、一回転あたり１ｍｍ以上変位することが好ましい。
【００３６】
具体的には、前記本体は雌ねじを有し、前記スピンドルは、前記本体の雌ねじに螺合する送りねじを有し、前記雌ねじおよび前記送りねじのねじピッチが１ｍｍ以上であることが好ましい。あるいは、前記送りねじが多条ねじであることが好ましい。
【００３７】
このような構成において、スピンドルが回転されると、スピンドルは一回転あたり１ｍｍ以上進退するので、スピンドルの進退速度が速くなり、測定器の操作性が向上する。
ここで、従来は、スピンドルの回転に応じて発信される信号をインクリメントすることによってスピンドルの回転位相を算出しており、信号を読み飛ばさないためにスピンドルの一回転あたりの信号の変化数を少なくしてインクリメントが正確に行われるようにしていた。そのため、スピンドルの回転角の分解能が制限されるという問題が生じていた。
【００３８】
この点、本発明では、従来のごとく信号をインクリメントする必要がないので信号の読み飛ばしは問題とならず、スピンドルの回転に対する位相信号の変化を細密化することができる。したがって、スピンドルの一回転あたりの進退ピッチが大きくても、スピンドルの回転に対する位相信号の変化を細密化してスピンドルの回転角の分解能を引き上げることにより、スピンドルの絶対位置の検出分解能を向上させることができる。すなわち、スピンドルの進退ピッチを大きくして操作性を向上させ、かつ、スピンドル絶対位置の分解能も向上させることができるという画期的な効果を奏するができる。
【００３９】
本発明では、前記スピンドルは軸方向に沿って設けられた係合部を有し、前記位相信号発信手段は、前記ロータに設けられ前記係合部に係合する係合ピンと、前記係合ピンを前記係合部に向けて予圧する予圧力付与手段と、を備えることが好ましい。
【００４０】
このような構成において、スピンドルが回転されると、スピンドルの係合部とロータの係合ピンとの係合により、スピンドルの回転がロータに伝達される。すると、ロータがスピンドルの回転角と同じだけ回転されるとともに、ロータの回転角がステータで読み取られる。よって、スピンドルの回転角を知ることができ、スピンドルの一回転あたりのピッチから、スピンドルの変位量を知ることができる。
【００４１】
このような構成によれば、予圧力付与手段によって係合ピンが係合部に向けて予圧されているので、係合ピンと係合部とが確実に隙間なく係合し、スピンドルの回転がロータに正確に伝達される。よって、ロータの回転角をステータにて読み取ることによりスピンドルの回転角を正確に検出することができる。例えば、スピンドルの一回転あたりの進退量が大きい場合、スピンドルの回転角を高分解能で検出しなければ、スピンドル位置の検出分解能を引き上げることができないところ、係合ピンと係合部とのわずかな隙間でも測定に与える影響は大きくなる。
この点、本発明によれば、予圧力付与手段により、係合ピンと係合部とを隙間なく係合させるので、スピンドルの回転を正確にロータに伝達させることができる。その結果、測定精度を向上させることができる。
【００４２】
本発明では、前記係合ピンは、前記ロータに対して前記スピンドルの軸方向に直交する方向に摺動自在に設けられ、前記予圧力付与手段は、前記ロータに掛止されるとともに前記係合ピンを前記係合部に向けて付勢する板バネにて構成されていることが好ましい。
【００４３】
このような構成によれば、板ばねによる弾性によって、係合ピンが係合部に向けて予圧されるので、係合ピンと係合部との摺動が確保されつつ、係合ピンと係合部が隙間なく係合される。よって、スピンドルの回転が正確にロータに伝達される。その結果、スピンドル回転角の読取誤差が低減され、測定精度を向上させることができる。
【００４４】
なお、係合ピンをロータに螺入し、係合ピンの先端がスピンドルの係合部に強く当接するまで係合ピンをねじ込むことによって係合ピンを係合部に向けて予圧してもよい。
【００４５】
本発明では、前記位相信号発信手段は、前記係合ピンを前記ロータに対して抜け止めする係合ピン支持手段を備えることが好ましい。
【００４６】
このような構成によれば、係合ピン支持手段により係合ピンはロータに対して抜け止めされる。すると、スピンドルをロータから外したときでも係合ピンの位置が維持されるので、再びスピンドルをロータに対してセットするのが容易である。例えば、スピンドルをロータから外したときに係合ピンがロータから抜け落ちてしまうと、スピンドルを再びロータにセットするのに係合ピンが邪魔になったり、または、係合ピンをロータに挿し直してスピンドルの係合部に係合させなければならなくなるので、非常に手間がかかる。
【００４７】
この点、本発明では、係合ピンはロータに対して係合ピン支持手段により抜け止めされているので、スピンドルをロータから外しても係合ピンの位置はそのまま維持され、スピンドルをロータにセットするのが容易である。よって、スピンドルの交換等を簡便に行うことができる。
【００４８】
本発明では、前記本体は、前記スピンドルの回転を手動で操作するスピンドル操作部を備え、前記スピンドル操作部は、前記本体の外側面において回動可能に設けられたキャップ筒と、前記キャップ筒とスピンドルとの間に設けられこのキャップ筒と前記スピンドルとの間に作用する負荷が所定値未満のときは前記キャップ筒の回動を前記スピンドルに伝達し、かつ、前記負荷が所定値以上であるときは前記キャップ筒と前記スピンドルとの間で空転する定圧機構と、を備えることが好ましい。
【００４９】
このような構成において、キャップ筒を回転させると、所定負荷未満ではキャップ筒の回転が定圧機構を介してスピンドルに伝達され、スピンドルが回転される。すると、スピンドルが進退する。また、キャップ筒を回転させたときに所定負荷以上であるときには、定圧機構が空転してスピンドルにキャップ筒の回転が伝達されない。例えば、定圧機構の空転によりスピンドルを所定負荷以上の力で回転させることがないので、スピンドルが被測定物に接触する際の接触圧を所定圧以下に規制することができる。従って、スピンドルによって被測定物を破損することがない。
特に、スピンドルの一回転あたりの進退ピッチを大きくした場合には、スピンドルが高速で変位するので被測定物を破損するおそれもあるが、この点、本発明では、定圧機構によってスピンドルを所定負荷以上で回転させないので、被測定物をスピンドルで破損することがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
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）
本発明の測定器に係る第１実施形態について説明する。
図１は、第１実施形態としてのマイクロメータ１００の全体図である。
図２は、このマイクロメータ１００の断面図である。
図３は、スピンドル３００の送りねじ３１０の形状を示す図である。
図４は、位相信号発信手段４００の構成を示す図である。
【００５１】
マイクロメータ１００は、略Ｕ字状フレーム２１２の一端にアンビル２１３を有する本体２００と、本体２００の他端に螺合されその螺合回転に伴って軸方向に、かつ、アンビル２１３に向かって進退するスピンドル３００と、スピンドル３００の回転量に応じて位相信号を出力する位相信号発信手段４００と、位相信号を演算処理してスピンドル３００の絶対位置を算出する演算処理手段と、算出されたスピンドル絶対位置を表示する表示手段としてのデジタル表示部６００と、を備える。
【００５２】
本体２００は、一端側から順に、前部筒２１０と、後部筒２２０と、スピンドル操作部２３０と、を備える。前部筒２１０は、一端側開口部に設けられたステム２１１と、外部に設けられたＵ字状フレーム２１２と、を備える。Ｕ字状フレーム２１２は、一端側にスピンドル３００に対向配置されたアンビル２１３を有し、他端が前部筒２１０に固定され、表面にはデジタル表示部６００を備える。
後部筒２２０は、一端側が前部筒２１０に連結され、他端側内周にスピンドル３００と螺合される雌ねじ２２１を有するとともに、他端側がすり割加工２２２され、外側からナット２２３でナット止めされている。
【００５３】
スピンドル操作部２３０は、後部筒２２０に対して積層されたガイド筒２３１と、このガイド筒２３１に対して回転可能に設けられたアウタースリーブ２３２と、アウタースリーブ２３２との間に摩擦バネ２３３を介して設けられたシンブル２３４と、アウタースリーブ２３２およびシンブル２３４の他端側に設けられたキャップ筒２３５と、定圧機構２４０と、を備える。
【００５４】
キャップ筒２３５はねじの螺合によってアウタースリーブ２３２と連結されている。定圧機構２４０は、図２に示すように、一端がスピンドル３００の外端に螺合された支軸２４１と、キャップ筒２３５の内周に固定された第１ラチェット車２４２と、第１ラチェット車２４２に噛合する第２ラチェット車２４３と、第２ラチェット車２４３を第１ラチェット車２４２へ向けて付勢する圧縮コイルバネ２４５と、支軸２４１に固定されてガイド筒２３１の他端に当接したストッパ２４６と、を備える。
【００５５】
第１ラチェット車２４２および第２ラチェット車２４３には、互いに噛合するのこぎり状の歯が一定ピッチで形成されており、所定圧未満では第１ラチェット車２４２と第２ラチェット車２４３との歯が噛合した状態で第１ラチェット車２４２と第２ラチェット車２４３とが一体となって回転するが、第１ラチェット車２４２と第２ラチェット車２４３との噛合面に一定以上の負荷がかかると、第１ラチェット車２４２が第２ラチェット車２４３に対して空転する。第２ラチェット車２４３は、キー２４４によって支軸２４１に対して軸方向へ変位可能かつ軸回りに回転不可に設けられており、第２ラチェット車２４３と支軸２４１とは一体的に回転する。
【００５６】
スピンドル３００は、ステム２１１を挿通して本体２００の一端側から外部へ突出し、他端側外周に送りねじ３１０が設けられ、後部筒２２０の雌ねじ２２１と螺合されている。スピンドル３００の他端側は、テーパによって縮径し、アウタースリーブ２３２の他端に嵌設されている。スピンドル３００には軸方向に沿って係合溝（係合部）３２０が設けられている。
【００５７】
送りねじ３１０は、図３に示されるように、ピッチＰが比較的大きい一方、谷の深さｄが比較的浅い雄ねじである。つまり、送りねじ３１０のピッチＰは外径Ｒと谷径ｒとの差の２倍以上となる大ピッチであるが、外径Ｒと谷径ｒとの差は外径Ｒの５分の１以下である。ねじ軸線Ａに沿って見たとき、隣接するねじ谷条（ねじ溝条）は所定の間隔をもって形成されており、隣接するねじ谷条の間には、ねじ軸線Ａに沿った断面でねじ軸線Ａに沿った直線として現れる谷間部（溝間部）が存する。
【００５８】
送りねじ３１０の寸法は、例えば、外径Ｒが７．２５ｍｍ〜７．３２ｍｍ程度、谷径ｒが６．６６ｍｍ〜６．７４ｍｍ程度、ねじピッチＰが１ｍｍ〜２ｍｍ程度、ねじ谷の頂角θが５５°〜６５°程度で、リード角が５°程度である。
なお、送りねじ３１０の寸法は特に限定されず、スピンドル３００の一回転あたりの進退量であるリードをどの程度にするかによって適宜選択される。
例えば、送りねじ３１０のピッチＰは、外径Ｒと谷径ｒとの差の３倍、５倍、１０倍としてもよく、外径Ｒと谷径ｒとの差は外径Ｒの７分の１、１０分の１としてもよい。
【００５９】
雌ねじ２２１は、ねじ山条を送りねじ３１０に同一のピッチで有する。雌ねじ２２１をねじ軸線Ａに沿って見たとき、隣接するねじ山条は所定の間隔をもって形成されており、隣接するねじ山条の間にはねじ軸線Ａに沿った断面でねじ軸線Ａに沿った直線として現れる山間部が存する。
【００６０】
位相信号発信手段４００は、図４、図５に示されるように、本体２００に設けられたステータ４１０と、このステータ４１０に対向配置されたロータ４２０と、ステータ４１０に対する信号の送受信を制御する送受信制御部４３０と、スピンドル３００に軸方向に沿って設けられた係合溝３２０と、ロータ４２０に設けられ係合溝３２０に係合する係合ピン４２１と、係合ピン４２１を係合溝３２０に向けて予圧する予圧力付与手段４４０と、係合ピン４２１をロータ４２０に対して抜止めするように支持する係合ピン支持手段４５０と、を備えている。
なお、図４においては、構成を分かりやすく示すために、ステータ４１０とロータ４２０とを実際よりも離間させて描いている。
【００６１】
ステータ４１０は、前部筒２１０の内部であって後部筒２２０の一端側に固設され、ステータ４１０の回転は規制されている。ステータ４１０と後部筒２２０との間にはバネ４１１が介装され、ステータ４１０は一端側に向けて付勢されている。ロータ４２０は、スピンドル３００と独立回転可能に設けられたロータブッシュ４２３を備え、このロータブッシュ４２３の他端側でステータ４１０と対向配置されている。ロータブッシュ４２３は、ステム２１１に螺合された調整ねじ４２４によって他端側に付勢されている。そして、スピンドル３００は、ステータ４１０およびロータ４２０を挿通する状態に配設されている。
なお、送受信制御部４３０の構成および送受信制御部４３０によるステータ４１０への信号制御については後述する。
【００６２】
係合溝３２０は、スピンドル３００の軸と平行に直線状に設けられている。係合溝３２０は、その断面形状が略Ｖ字状であり、頂角は約６０°から約９０°である（図５参照）。
【００６３】
係合ピン４２１は、ロータブッシュ４２３に形成された貫通孔に挿入され、その先端部には球状の先端球を有する。先端球の直径は約０．８ｍｍから１．５ｍｍ程度である。先端球は、係合溝３２０に係合している。
【００６４】
予圧力付与手段４４０は、一枚の板バネが巻き回されて輪状に形成されたリング状板バネ４４１によって構成されている。なお、リング状板バネ４４１は、一端と他端とが離間した不連続なリング形状であってもよく、一端と他端とが重なっていてもよい。そして、リング状板バネ４４１は、係合ピン４２１が挿入された状態のロータブッシュ４２３の外側面に嵌設され、係合ピン４２１の基端をスピンドル３００に向けて付勢する。このとき、係合ピン４２１の基端に突設された小ピン４２２がリング状板バネ４４１に抜脱不能に差し込まれ、係合ピン４２１はリング状板バネ４４１に掛止されている。
【００６５】
このようにリング状板バネ４４１に係合ピン４２１が掛止されることにより、係合ピン支持手段４５０が構成されている。この係合ピン支持手段４５０にて係合ピンがリング状板バネ４４１に掛止されることにより、図５（Ｂ）のように、スピンドル３００がロータ４２０から引き抜かれた場合でも係合ピンはロータブッシュ４２３から抜け落ちることがなく係合ピンの位置は略維持される。
【００６６】
次に、位相信号発信手段４００において、ステータ４１０によってロータ４２０の回転位相を検出する原理について簡単に説明する。
この位相信号発信手段４００は、いわゆる一回転ＡＢＳ（アブソリュート検出）のロータリーエンコーダである。
図６は、ステータ４１０とロータ４２０との互いの対向面を示す図である。
図６（Ａ）はステータ４１０の一面を示す図あり、図６（Ｂ）はロータ４２０の一面を示す図である。
【００６７】
ステータ４１０においてロータ４２０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（第１トラック）４６０が設けられ、第１ステータ電極部４６０の外側に第２ステータ電極部（第２トラック）４７０が設けられている（図６（Ａ）参照）。
第１および第２ステータ電極部４６０、４７０は送受信制御部４３０に接続されている。ロータ４２０においてステータ４１０に対向する面には、内側と外側で二重に配された電極部が設けられ、すなわち、内側には第１ステータ電極部４６０と電磁カップリングする第１結合電極部４８０が設けられ、外側には第２ステータ電極部４７０と電磁カップリングする第２結合電極部４９０が設けられている（図６（Ｂ）参照）。
【００６８】
送受信制御部４３０は送信制御部４３１と受信制御部４３２とを備え、送信制御部４３１は、第１および第２ステータ電極部４６０、４７０に所定の交流信号を送信し、受信制御部４３２は第１および第２ステータ電極部４６０、４７０からの信号を受信する。
【００６９】
まず、図６（Ａ）を参照して、第１ステータ電極部４６０および第２ステータ電極部４７０について説明する。
第１ステータ電極部４６０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４６１と、第１送信電極部４６１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４６２Ａ〜Ｃ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４６２と、を備えている。
同様に、第２ステータ電極部４７０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４７１と、第２送信電極部４７１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４７２Ａ〜Ｃ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４７２と、を備えている。
【００７０】
第１受信電極部４６２を構成する電極線（４６２Ａ〜Ｃ）は、それぞれ９個（９周期）の菱形を構成しており、第２受信電極部４７２を構成する電極線（４７２Ａ〜Ｃ）はそれぞれ１０個（１０周期）の菱形を構成しており、各受信電極部４６２、４７２において３本の電極線が位相をずらして重なるように配置されている。
なお、図６（Ａ）中、配線が交差して見える部分は紙面に直交する方向に離れており絶縁が確保されている。
【００７１】
なお、第１受信電極部４６２および第２受信電極部４７２は、本来は一つ一つが独立したリング状のコイルを一本の電極線により繋げた構成に同等であり、すなわち、各菱形コイルが一つのコイルに等しい働きをする。
【００７２】
ここで、第１および第２送信電極部４６１、４７１の各電極線は送信制御部４３１に接続され、各電極線には送信制御部４３１から所定の交流信号が印加される。
第１および第２受信電極部４６２、４７２の各電極線は受信制御部４３２に接続され、受信制御部４３２により所定のサンプリング周期で第１および第２受信電極部４６２、４７２の信号がサンプリングされる。
【００７３】
次に、図６（Ｂ）を参照して、第１結合電極部４８０および第２結合電極部４９０について説明する。
第１結合電極部４８０は、矩形波を描きつつ全体としてリング状に配された電極線により構成されている。第２結合電極部４９０も同様に矩形波を描きつつ全体としてリング状にされた電極線により構成されている。
なお、第１結合電極部４８０は、９周期の矩形波であり、第２結合電極部４９０は、１０周期の矩形波である。そして、第１結合電極部４８０および第２結合電極部４９０の矩形波は、本来は、一つ一つが独立したリング状のコイルを一本の電極線によって繋げた構成に同等であり、すなわち、各矩形波が一つのコイルに等しい働きをする。
【００７４】
この構成において、送信制御部４３１から第１送信電極部４６１と第２送信電極部４７１とにそれぞれ電流（交流電流）（ｉ１）が通電されると、第１および第２送信電極部４６１、４７１の電極線の周囲に誘導磁界（Ｂ１）が発生する。
そして、第１ステータ電極部４６０と第１結合電極部４８０とが電磁カップリングされ、第２ステータ電極部４７０と第２結合電極部４９０とが電磁カップリングされているので、第１結合電極部４８０および第２結合電極部４９０には誘導電流（ｉ２）が生じるとともにこの誘導電流（ｉ２）による誘導磁界（Ｂ２，Ｂ３）が生じる。
【００７５】
さらに、第１結合電極部４８０と第１受信電極部４６２とが電磁カップリングしており、第２結合電極部４９０と第２受信電極部４７２とが電磁カップリングしているので、第１結合電極部４８０および第２結合電極部４９０の磁界パターンによって第１受信電極部４６２および第２受信電極部４７２の電極線に誘導電流（ｉ3）が生じる。
【００７６】
ここで、第１結合電極部４８０および第１受信電極部４６２は９周期であるのに対して、第２結合電極部４９０および第２受信電極部４７２は１０周期であるので、ロータ４２０の一回転に対して、第１受信電極部４６２による第１検出位相は１０周期の変化を示し、第２受信電極部４７２による第２検出位相は９周期の変化を示す。したがって、ロータ４２０の回転角θ（０°≦θ＜３６０°）に対して、第１受信電極部４６２による第１位相信号φ１と第２受信電極部４７２による第２位相信号φ２とは異なり、ロータ４２０が一回転する中では、異なるロータ４２０の回転角θに対して第１位相信号φ１と第２位相信号φ２との位相差Δφは異なる。よって、逆に、第１位相信号φ１と第２位相信号φ２との位相差Δφから、ロータ４２０の一回転以内の回転位相θが一義的に決定されることとなる。
【００７７】
なお、受信制御部４３２による第１受信電極部４６２および第２受信電極部４７２に対する信号のサンプリング周期は、１２．５ｍｓ程度にする。
【００７８】
演算処理部５００について説明する。
演算処理部５００は、ロータ４２０の回転角θを算出する回転角算出部５１０と、ロータ４２０の回転数をカウントして算出する回転数算出部５２０と、ロータ４２０の総回転位相を算出する総回転位相算出部５３０と、スピンドル３００の絶対位置を算出するスピンドル位置算出部５４０と、を備える。
【００７９】
回転角算出部は、受信制御部４３２によってサンプリングされた第１受信電極部４６２および第２受信電極部４７２の信号に基づいて第１受信電極部４６２による第１位相信号φ１と第２受信電極部４７２による第２位相信号φ２を求め、さらに、第１位相信号φ１と第２位相信号φ２との差Δφに基づいてロータ４２０の回転角θ（０≦θ＜３６０°）を算出する。
【００８０】
回転数算出部５２０は、回転角算出部５１０にて算出されたロータ４２０の回転角θを監視して、ロータ４２０の回転数をカウントする。例えば、回転角算出部５１０において、ロータ４２０の位相θが５°→９５°→１８５°→２７５°→５°と変化した場合、２７５°から５°に変化する過程において３６０°を通過していることになるので、ロータ４２０が＋１回転したことをカウントする。
同じように、ロータ４２０の位相θが５°→２７５°に変化した場合、逆回転によって３６０°を通過していることになるのでロータ４２０が−１回転したことをカウントする。
【００８１】
このようにして、回転数算出部５２０は、スピンドル３００が基準位置にある状態を回転数０として、そこからのロータ４２０の回転数Ｎをカウントする。総回転位相算出部５３０は、回転数算出部５２０にてカウントされたロータ４２０の回転数Ｎと回転角算出部５１０にて算出されたロータ４２０の回転角θとに基づいてロータ４２０の総回転位相を算出する。例えば、回転数算出部５２０にてカウントされたロータ４２０の回転数Ｎが２であり、回転角算出部５１０にて算出された回転角θが４５°である場合、総回転位相算出部５３０にて算出される総回転位相は、７６５°（＝３６０°×２＋４５°）となる。
【００８２】
スピンドル位置算出部５４０は、総回転位相算出部５３０にて算出されたロータ４２０の総回転位相に基づいてスピンドル３００の絶対位置を算出する。スピンドル３００の一回転あたりのピッチが２ｍｍであり、ロータ４２０の総回転位相が７６５°である場合、スピンドル３００の絶対位置は、４．２５ｍｍ（＝７６５°÷３６５°×２ｍｍ）となる。
【００８３】
ここに、位相信号発信手段４００と演算処理部５００とによりスピンドル位置を検出する検出手段が構成されている。
【００８４】
デジタル表示部６００は、スピンドル位置算出部５４０にて算出されたスピンドル３００の絶対位置を表示する。
【００８５】
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。
まず、スピンドル操作部２３０のキャップ筒２３５を回転させると、キャップ筒２３５と一体的に第１ラチェット車２４２が回転する。第１ラチェット車２４２と第２ラチェット車２４３との噛合により第１ラチェット車２４２の回転が第２ラチェット車２４３に伝達され、第２ラチェット車２４３とともに支軸２４１が回転する。この支軸２４１とともにスピンドル３００が回転し、本体２００（後部筒２２０）の雌ねじ２２１とスピンドル３００の送りねじ３１０との螺合によりスピンドル３００が軸方向に進退される。スピンドル３００が回転すると、スピンドル３００の係合溝３２０に係合した係合ピン４２１によってロータ４２０がスピンドル３００とともに回転する。
【００８６】
このロータ４２０の回転はステータ４１０によって検出され、ステータ４１０の第１受信電極部４６２および第２受信電極部４７２の各電極線からの信号が受信制御部４３２にてサンプリングされる。
そして、第１受信電極部４６２の第１位相信号φ１と第２受信電極部４７２の第２位相信号φ２との位相差に基づいて回転角算出部５１０にてロータ４２０の回転角が算出される。回転角算出部５１０にて算出された回転角θは、回転数算出部５２０にて監視され、回転数算出部５２０にてロータ４２０の回転数がカウントされる。
【００８７】
そして、回転角算出部５１０にて算出されたロータ回転角θと回転数算出部５２０にてカウントされたロータ４２０の回転数から、ロータ４２０の総回転位相が総回転位相算出部５３０にて算出される。総回転位相算出部５３０にて算出されたロータ４２０の総回転位相はスピンドル３００の総回転位相であるので、このスピンドル３００の総回転位相とスピンドル一回転あたりの進退ピッチ（例えば２ｍｍ）とから、スピンドル３００の絶対位置がスピンドル位置算出部５４０にて算出される。
このように算出されたスピンドル位置は、デジタル表示部６００に表示される。
【００８８】
ここで、スピンドル操作部２３０による操作によってスピンドル３００が変位してスピンドル３００が被測定物に当接した場合、スピンドル３００はそれ以上進まなくなる。このとき、スピンドル３００を無理に回転させようとすると、第１ラチェット車２４２と第２ラチェット車２４３との間に所定以上の負荷がかかる。すると、第１ラチェット車２４２が第２ラチェット車２４３に対して空転する。この第１ラチェット車２４２の空転により、所定負荷以上ではスピンドル操作部２３０の回転操作がスピンドル３００に伝達されないので、スピンドル３００が所定圧以上で被測定物を押圧することがなく、被測定物の破損が防止される。
【００８９】
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）位相信号発信手段４００からの位相信号に基づいてスピンドル３００の回転位相が求められるところ、スピンドル３００の一回転以内において第１位相信号φ１と第２位相信号φ２との位相差Δφは異なる回転角に対して異なる値であるので、この位相差Δφからスピンドル３００の回転角が一義的に決定される。
よって、従来のごとく信号をインクリメントする必要がなく、スピンドル３００の高速回転による信号の読み飛ばし等が問題とはならないので、スピンドル３００の回転数を制限する必要がなく、スピンドル３００の高速回転を許容してマイクロメータ１００の操作性を向上させることができる。
【００９０】
（２）位相信号発信手段４００からの位相信号によりスピンドル３００の回転角が一義的に決定され、従来のインクリメンタル式のごとく信号の読み飛ばしが問題とはならないので、スピンドル３００の回転に対する位相信号の変化を細密化することができる。このようにスピンドル３００の回転に対する位相信号の変化を細密化することにより、スピンドル３００の回転角に対する分解能を引き上げることができる。特に本実施形態では操作性を良好するためにスピンドル３００の一回転あたりの進退ピッチを大きくしているところ、スピンドル３００の回転に対する位相信号の変化を細密化することにより、スピンドル３００の回転角の分解能を引き上げてスピンドル変位を高分解能で検出することができる。
【００９１】
（３）位相信号発信手段４００は、回転数算出部５２０においてスピンドル３００の回転数を読み飛ばさない程度のピッチで位相信号を発信すればよいので、従来のインクリメント式に比べて信号発信のタイミングを少なくすることができ、結果として消費電力を低減することができる。
【００９２】
（４）第１および第２ステータ電極部４６０、４７０と第１および第２結合電極部４９０とは、電極線４６２Ａ〜Ｃ、４７２Ａ〜Ｃで構成されているので、電極線のパターンを細密に形成することが容易である。よって、ロータ４２０の回転角に対する位相信号の変化を細密化してロータ４２０の回転角の分解能を高めることができる。また、第１および第２ステータ電極部４６０、４７０と第１および第２結合電極部４９０とは電磁カップリングにより信号の受け渡しを行うので、ステータ４１０とロータ４２０との間のギャップ変動に影響されず、ロータ４２０の回転角を正確に検出することができる。
【００９３】
（５）リング状板バネ４４１（予圧力付与手段４４０）によって、係合ピン４２１が係合溝３２０に向けて予圧されているので、係合ピン４２１と係合溝３２０とを確実に隙間なく係合させ、スピンドル３００の回転をロータ４２０に正確に伝達させことができる。よって、ロータ４２０の回転角をステータ４１０にて読み取ることによりスピンドル３００の回転角を正確に検出することができる。スピンドル３００の一回転あたりの進退量が大きいと、微小な回転角の読取誤差が大きなスピンドル位置の検出誤差に繋がるところ、スピンドル３００の回転角を正確に検出することができるので、測定精度を向上させることができる。
【００９４】
（６）係合ピン支持手段４５０によりスピンドル３００をロータ４２０から外したときでも係合ピン４２１の位置が維持されるので、再びスピンドル３００をロータ４２０に対してセットするのが容易である。よって、スピンドル３００の交換等を簡便に行うことができる。
【００９５】
（７）定圧機構２４０が設けられているので、スピンドル操作部２３０のキャップ筒２３５を回転させたときに所定負荷以上であるときには、定圧機構２４０が空転してスピンドル３００にキャップ筒２３５の回転が伝達されない。よって、スピンドル３００が被測定物に接触する際の接触圧を所定圧以下に規制することができる。従って、スピンドル３００によって被測定物を破損することがない。特に、スピンドル３００の一回転あたりの進退ピッチを大きくすると、スピンドル３００が高速で変位するので被測定物を破損するおそれもあるが、この点、本実施形態では、定圧機構２４０によってスピンドル３００を所定負荷以上で回転させないので、被測定物をスピンドル３００で破損することがない。
【００９６】
（８）位相信号発信手段４００はスピンドル３００の一回転以内の回転角をアブソリュート検出するものとし、主として、スピンドル３００とともに回転するロータ４２０と、このロータ４２０の回転角を検出するステータ４１０によって構成しているので、位相信号発信手段４００を小型化することができる。例えば、スピンドル３００の絶対位置を検出するエンコーダを利用することも考えられるが、このような直線移動の絶対位置を検出するエンコーダはリニア式となるために非常に大型化され、スモールツールであるマイクロメータ１００に適用することは困難である。この点、本実施形態では、スピンドル３００の回転角θのみをアブソリュート検出するので、ロータリー型の位相信号発信手段４００とでき、非常に小型化できる。
【００９７】
（変形例）
本発明の変形例１〜変形例４について図７〜図１０を参照して説明する。
変形例１〜変形例４の基本的構成は第１実施形態に同様であるが、係合ピン４２１の形状および予圧力付与手段４４０の構成に特徴を有する。
まず、変形例１について図７を参照して説明すると、係合ピン４２１は、ロータブッシュ４２３に螺入されている。そして、係合ピン４２１の先端は、側方視で三角形に先細る形状である。
変形例２について図８を参照して説明すると、係合ピン４２１はロータブッシュ４２３に螺入されている。そして、係合ピン４２１の先端は、裁頭円錐形状である。また、スピンドル３００の係合溝３２０は、図８の断面図において、底面の両端から立設した側壁を有する形状である。
なお、変形例１および変形例２においては、係合ピン４２１がロータブッシュ４２３に螺合されることにより、係合ピン支持手段４５０が構成されている。
【００９８】
変形例３について図９を参照して説明すると、係合ピン４２１の先端は平坦面であり、スピンドル３００の係合部３２０も平坦面にて形成されている。
なお、予圧力付与手段４４０としてリング状板バネ４４１がロータブッシュ４２３の外側から嵌設されている点は第１実施形態と同様である。
【００９９】
変形例４について図１０を参照して説明する。
変形例４の基本的構成は、第１実施形態に同様であるが、予圧力付与手段４４０は、一端がロータブッシュ４２３に固定され、かつ、他端が係合ピン４２１を係合溝３２０に向けて押圧する板バネ４４２により構成されている。そして、係合ピン４２１の基端側に設けられた小ピン４２２が板バネ４４２に掛止されていることにより係合ピン支持手段４５０が構成されている。
【０１００】
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。
スピンドルの送りねじが１ｍｍ〜２ｍｍのハイリードである場合を例にして説明したが、スピンドルの送りねじが多条ねじであってもよい。
【０１０１】
位相信号発信手段は、上記の構成に限定されず、スピンドルの一回転以内の回転角をアブソリュート検出できる構成であればよい。
位相信号発信手段は、所定のサンプリングピッチでロータの回転角を検出すればよく、回転数算出部でロータの回転数を読み飛ばさない程度でロータの回転角を検出できればよい。例えば、手動操作で可能な最高回転速度でスピンドルが一回転する間にロータの回転角を３回以上検出できればよい。
【０１０２】
回転数算出部は、測定器の電源がＯＦＦになったときには回転数を記憶しておくことが好ましい。すると、再び電源がＯＮになったときに、回転数がゼロの基準位置までスピンドルを戻さなくても、スピンドルの絶対位置を継続して算出することができる。
【０１０３】
本発明の測定器としては、マイクロメータに限定されず、マイクロメータヘッド等でもよいことはもちろんであり、可動部材としてのスピンドルが回転によって軸方向に進退する測定器であればよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明は、測定器に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】第１実施形態としてのマイクロメータの全体構成を示す図。
【図２】第１実施形態の断面図。
【図３】第１実施形態において、スピンドルの送りねじの形状を示す図。
【図４】第１実施形態において、位相信号発信手段の構成を示す図。
【図５】断面図において係合ピンと係合溝との係合の状態を示す図。
【図６】第１実施形態において、ステータとロータとを示す図。
【図７】変形例１を示す図。
【図８】変形例２を示す図。
【図９】変形例３を示す図。
【図１０】変形例４を示す図。
【図１１】従来技術の説明において、静電容量式ロータリーエンコーダのステータおよびロータを示す図。
【符号の説明】
【０１０６】
１…ロータ、２…ステータ、１１…結合電極、２１…送信電極、２２…受信電極、１００…マイクロメータ、２００…本体、２１０…前部筒、２１１…ステム、２１２…Ｕ字状フレーム、２１３…アンビル、２２０…後部筒、２２２…すり割加工、２２３…ナット、２３０…スピンドル操作部、２３１…ガイド筒、２３２…アウタースリーブ、２３３…摩擦バネ、２３４…シンブル、２３５…キャップ筒、２４０…定圧機構、２４１…支軸、２４２…第１ラチェット車、２４３…第２ラチェット車、２４４…キー、２４５…圧縮コイルバネ、２４６…ストッパ、３００…スピンドル、３２０…係合溝、４００…位相信号発信手段、４１０…ステータ、４１１…バネ、４２０…ロータ、４２１…係合ピン、４２２…小ピン、４２３…ロータブッシュ、４３０…送受信制御部、４３１…送信制御部、４３２…受信制御部、４４０…予圧力付与手段、４４１…リング状板バネ、４４２…板バネ、４５０…係合ピン支持手段、４６０…第１ステータ電極部、４６１…第１送信電極部、４６２…第２受信電極部、４６２Ａ-Ｃ…電極線、４７０…第２ステータ電極部、４７１…第２送信電極部、４７２…第２受信電極部、４７２Ａ-Ｃ…電極線、４８０…第１結合電極部、４９０…第２結合電極部、５００…演算処理部、５１０…回転角算出部、５２０…回転数算出部、５３０…総回転位相算出部、５４０…スピンドル位置算出部、６００…デジタル表示部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体と、
前記本体に螺合されているとともに回転によって軸方向進退自在に設けられたスピンドルと、
前記スピンドルの回転に応じてスピンドルの異なる回転角に対して異なる値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て前記スピンドルの絶対位置を求める演算処理手段と、を備え、
前記位相信号発信手段は、前記位相信号を所定のピッチで発信し、
前記演算処理手段は、
前記位相信号に基づいて前記スピンドルの回転角を算出する回転角算出部と、
前記回転角算出部にて算出された前記スピンドルの回転角に基づいて前記スピンドルの回転数をカウントする回転数算出部と、
前記回転数算出部にてカウントされたスピンドルの回転数と前記回転角算出部にて算出されたスピンドルの回転角に基づいて前記スピンドルの総回転位相を算出する総回転位相算出部と、
前記総回転位相算出部にて算出された前記スピンドルの総回転位相に基づいて前記スピンドルの絶対位置を算出するスピンドル位置算出部と、を備える
ことを特徴とする測定器。
【請求項２】
請求項１に記載の測定器において、
前記位相信号発信手段は、
前記スピンドルと一体的に回転するロータと、
前記ロータに対向した状態で前記本体に設けられ前記ロータの回転角に応じた位相信号を発信するステータと、を備え、
前記ステータは、前記ロータの回転を検出して互いに異なる信号を発信する２つの検出トラックとして第１位相信号を発信する第１トラックと第１位相信号とは異なる周期変化をする第２位相信号を発信する第２トラックとを備え、
前記ロータの異なる回転角に対して前記第１位相信号と前記第２位相信号との位相差は異なり、
前記回転角算出部は、前記位相差に基づいて前記ロータの回転角を算出する
ことを特徴とする測定器。
【請求項３】
請求項２に記載の測定器において、
前記ステータは、交流信号が印加される送信電極および一単位で一周期の位相変化に対応する検出パターンを所定数有する受信電極を備え、
前記ロータは、前記送信電極および前記受信電極と電磁カップリングするとともに前記受信電極に対応する数の検出パターンを有する結合電極を備える
ことを特徴とする測定器。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の測定器において、
前記スピンドルは、一回転あたり１ｍｍ以上変位する
ことを特徴とする測定器。
【請求項５】
請求項２に記載の測定器において、
前記スピンドルは軸方向に沿って設けられた係合部を有し、
前記位相信号発信手段は、前記ロータに設けられ前記係合部に係合する係合ピンと、
前記係合ピンを前記係合部に向けて予圧する予圧力付与手段と、を備える
ことを特徴とする測定器。
【請求項６】
請求項５に記載の測定器において、
前記係合ピンは、前記ロータに対して前記スピンドルの軸方向に直交する方向に摺動自在に設けられ、
前記予圧力付与手段は、前記ロータに掛止されるとともに前記係合ピンを前記係合部に向けて付勢する板バネにて構成されている
ことを特徴とする測定器。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の測定器において、
前記位相信号発信手段は、前記係合ピンを前記ロータに対して抜け止めする係合ピン支持手段を備える
ことを特徴とする測定器。
【請求項８】
請求項４に記載の測定器において、
前記本体は、前記スピンドルの回転を手動で操作するスピンドル操作部を備え、
前記スピンドル操作部は、前記本体の外側面において回動可能に設けられたキャップ筒と、
前記キャップ筒とスピンドルとの間に設けられこのキャップ筒と前記スピンドルとの間に作用する負荷が所定値未満のときは前記キャップ筒の回動を前記スピンドルに伝達し、かつ、前記負荷が所定値以上であるときは前記キャップ筒と前記スピンドルとの間で空転する定圧機構と、を備える
ことを特徴とする測定器。
【請求項１】
本体と、
前記本体に螺合されているとともに回転によって軸方向進退自在に設けられたスピンドルと、
前記スピンドルの回転に応じてスピンドルの異なる回転角に対して異なる値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て前記スピンドルの絶対位置を求める演算処理手段と、を備え、
前記位相信号発信手段は、前記位相信号を所定のピッチで発信し、
前記演算処理手段は、
前記位相信号に基づいて前記スピンドルの回転角を算出する回転角算出部と、
前記回転角算出部にて算出された前記スピンドルの回転角に基づいて前記スピンドルの回転数をカウントする回転数算出部と、
前記回転数算出部にてカウントされたスピンドルの回転数と前記回転角算出部にて算出されたスピンドルの回転角に基づいて前記スピンドルの総回転位相を算出する総回転位相算出部と、
前記総回転位相算出部にて算出された前記スピンドルの総回転位相に基づいて前記スピンドルの絶対位置を算出するスピンドル位置算出部と、を備える
ことを特徴とする測定器。
【請求項２】
請求項１に記載の測定器において、
前記位相信号発信手段は、
前記スピンドルと一体的に回転するロータと、
前記ロータに対向した状態で前記本体に設けられ前記ロータの回転角に応じた位相信号を発信するステータと、を備え、
前記ステータは、前記ロータの回転を検出して互いに異なる信号を発信する２つの検出トラックとして第１位相信号を発信する第１トラックと第１位相信号とは異なる周期変化をする第２位相信号を発信する第２トラックとを備え、
前記ロータの異なる回転角に対して前記第１位相信号と前記第２位相信号との位相差は異なり、
前記回転角算出部は、前記位相差に基づいて前記ロータの回転角を算出する
ことを特徴とする測定器。
【請求項３】
請求項２に記載の測定器において、
前記ステータは、交流信号が印加される送信電極および一単位で一周期の位相変化に対応する検出パターンを所定数有する受信電極を備え、
前記ロータは、前記送信電極および前記受信電極と電磁カップリングするとともに前記受信電極に対応する数の検出パターンを有する結合電極を備える
ことを特徴とする測定器。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の測定器において、
前記スピンドルは、一回転あたり１ｍｍ以上変位する
ことを特徴とする測定器。
【請求項５】
請求項２に記載の測定器において、
前記スピンドルは軸方向に沿って設けられた係合部を有し、
前記位相信号発信手段は、前記ロータに設けられ前記係合部に係合する係合ピンと、
前記係合ピンを前記係合部に向けて予圧する予圧力付与手段と、を備える
ことを特徴とする測定器。
【請求項６】
請求項５に記載の測定器において、
前記係合ピンは、前記ロータに対して前記スピンドルの軸方向に直交する方向に摺動自在に設けられ、
前記予圧力付与手段は、前記ロータに掛止されるとともに前記係合ピンを前記係合部に向けて付勢する板バネにて構成されている
ことを特徴とする測定器。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の測定器において、
前記位相信号発信手段は、前記係合ピンを前記ロータに対して抜け止めする係合ピン支持手段を備える
ことを特徴とする測定器。
【請求項８】
請求項４に記載の測定器において、
前記本体は、前記スピンドルの回転を手動で操作するスピンドル操作部を備え、
前記スピンドル操作部は、前記本体の外側面において回動可能に設けられたキャップ筒と、
前記キャップ筒とスピンドルとの間に設けられこのキャップ筒と前記スピンドルとの間に作用する負荷が所定値未満のときは前記キャップ筒の回動を前記スピンドルに伝達し、かつ、前記負荷が所定値以上であるときは前記キャップ筒と前記スピンドルとの間で空転する定圧機構と、を備える
ことを特徴とする測定器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−３３０８３（Ｐ２００７−３３０８３Ａ）
【公開日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２１３２９８（Ｐ２００５−２１３２９８）
【出願日】平成１７年７月２２日（２００５．７．２２）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月２２日（２００５．７．２２）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]