絶対位置測定装置
【課題】小型であり、製造が簡便である絶対位置測定装置を提供する。
【解決手段】本体と、スピンドル３００と、ロータリーエンコーダ５００と、リニアエンコーダ６００と、演算処理手段７２０と、を備える。ロータリーエンコーダ５００は、スピンドル３００と一体回転するロータ板５２０を備える。回転円筒５３０は、スピンドル３００と一体回転するとともに雄ネジ５３１を有する。ナット部材６１０は、回り止めされた状態で回転円筒５３０の雄ネジ５３１に螺合している。リニアエンコーダ６００は、ナット部材６１０とともにスライド移動するスライダ６２０およびスライダ位置を検出する検出スケール６３０を有する。ロータリーエンコーダ５００はロータ板５２０の一回転以内の回転角をアブソリュート検出し、リニアエンコーダ６００はスライダ６２０の位置をアブソリュート検出する。
【解決手段】本体と、スピンドル３００と、ロータリーエンコーダ５００と、リニアエンコーダ６００と、演算処理手段７２０と、を備える。ロータリーエンコーダ５００は、スピンドル３００と一体回転するロータ板５２０を備える。回転円筒５３０は、スピンドル３００と一体回転するとともに雄ネジ５３１を有する。ナット部材６１０は、回り止めされた状態で回転円筒５３０の雄ネジ５３１に螺合している。リニアエンコーダ６００は、ナット部材６１０とともにスライド移動するスライダ６２０およびスライダ位置を検出する検出スケール６３０を有する。ロータリーエンコーダ５００はロータ板５２０の一回転以内の回転角をアブソリュート検出し、リニアエンコーダ６００はスライダ６２０の位置をアブソリュート検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。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。
【０００３】
図８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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。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。
【０００７】
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。
【０００８】
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９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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−２０７３０７号公報（図１、段落（００３８）〜段落（００４５））
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、図８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８中のＬ１）。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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、２つのロータの回転周期が異なるようにスピンドルには螺旋状のキー溝を加工しなければならないが、このような螺旋状のキー溝を高精度にスピンドルに刻むことは非常に困難であり、加工コストが増大するという問題がある。
【００１６】
本発明の目的は、小型であり、製造が簡便である絶対位置測定装置を提供することにあ
る。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の絶対位置測定装置は、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２つの互いに異なる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、を備え、前記スピンドルには軸線に沿ってキー溝が設けられ、前記位相信号発信手段は、前記キー溝に係合するキーを有し前記スピンドルに外嵌した状態で前記スピンドルと一体回転するロータ板を備えるロータリーエンコーダと、前記キー溝に係合するキーを有し前記スピンドルに外嵌した状態で前記スピンドルと一体回転するとともに外側面に雄ネジを有する回転円筒と、回り止めされた状態で前記回転円筒の雄ネジに螺合しこの回転円筒の回転に伴ってスライド移動するナット部材と、前記ナット部材とともにスライド移動するスライダおよびこのスライダの位置を検出する検出手段を有するリニアエンコーダと、を備え、前記ロータリーエンコーダは、前記ロータ板の一回転以内の回転角をアブソリュート検出することを特徴とする。
【００１８】
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。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に応じた位相信号が発信される。スピンドルが回転するとき、ロータ板のキーがスピンドルのキー溝に係合しているので、ロータ板がスピンドルと一体的に回転される。ロータ板の回転が検出されてロータリーエンコーダから位相信号が出力され、ロータ板の一回転以内の回転角がアブソリュート検出される。
また、スピンドルが回転するとき、回転円筒のキーがスピンドルのキー溝に係合しているので、回転円筒がスピンドルと一体的に回転される。回転円筒が回転すると、回転円筒の雄ネジに螺合したナット部材が雄ネジに送られてスライド移動する。すると、ナット部材とともにスライダがスライド移動する。
このスライダの位置が検出されてリニアエンコーダから位相信号が出力され、スライダ位置が検出される。
ここで、スライダ位置とスピンドル回転数との関係を予め設定しておくことにより、演算処理部においてスライダ位置からスピンドル回転数が一義的に求められる。そして、ロータ板の一回転以内の回転角とスピンドル回転数とによりスピンドルの総回転位相が算出される。このスピンドルの総回転位相とスピンドルの送りピッチとに基づいてスピンドルの総移動量、すなわちスピンドルの絶対位置が算出される。
【００１９】
このような構成によれば、ロータリーエンコーダとリニアエンコーダとによりスピンドルの絶対位置を求めることができる。
このとき、スライダの位置に基づいてスピンドル回転数という粗い情報を取得し、さらに、ロータ板の回転角に基づいて一回転以内の高精度な回転位相を取得することができる。従って、スピンドル絶対位置を高精度に求めることができる。
【００２０】
ここで、スピンドル位置を高精度にアブソリュート検出するにあたり、スピンドルと一体回転させるのはロータリーエンコーダのロータ板だけであり、スピンドル回転数は、スピンドルの回転をスライド移動に変換してリニアエンコーダで読み取ることとしている。そのため、本発明では、スピンドルに刻むキー溝は一本でよく、加工が簡便である。
【００２１】
従来は、スピンドルの絶対位置を検出するにあたり、スピンドルの回転に伴って２つのロータ板を異なる周期で回転させており、スピンドルにピッチが異なる二つのキー溝を加工していた。
しかしながら、ピッチが異なる二つの溝をスピンドルに刻むのは加工が難しく、また、
高コストとなっていた。
この点、本発明では、スピンドルに刻む溝は一本でよいので、加工が簡便である。
【００２２】
また、リニアエンコーダのスライダをスライド移動させるにあたり、回り止めしたナット部材を回転円筒の雄ネジに螺合させることによりナット部材とともにスライダをスライド移動させている。回転円筒の雄ネジおよびナットの雌ネジは高精度に加工が可能であるので、スピンドルの回転をスライダのスライド量に変換する精度を高めることができ、スピンドル位置の検出精度を向上させることができる。
従来は、スピンドルに螺旋状のキー溝を刻んでいたために加工が難しく螺旋のピッチを高精度にすることが困難であった。
この点、本発明では、回転円筒の雄ネジとナット部材の雌ネジを高精度に加工することで、スピンドル位置の検出精度を容易に向上させることができる。
【００２３】
また、従来ではスピンドルに２本のキー溝を刻んでいたためにスピンドルにキー溝を刻む領域が長くなり、測定装置全体としても大型化するという問題があった。
この点、本発明では、スピンドルのキー溝は一本でよいので、キー溝を刻む領域を短くして測定装置全体としても小型化することができる。
【００２４】
また、従来ではスピンドルに２本のキー溝を刻んでいたためにスピンドルにキー溝を刻む領域が長くなり、測定装置全体としても大型化するという問題があった。
この点、本発明では、スピンドルのキー溝は一本でよいので、キー溝を刻む領域を短くして測定装置全体としても小型化することができる。そして、回転円筒のネジや歯車の歯のピッチを細かくすることにより、本発明の測定装置は非常に小型化できる。
【００２５】
本発明では、前記リニアエンコーダは、前記スライダの位置をアブソリュート検出することが好ましい。
【００２６】
このような構成によれば、リニアエンコーダがアブソリュート検出したスライダの絶対位置に基づいてスピンドル回転数を高精度に算出することができる。従って、スピンドル絶対位置をより高精度に求めることができる。
例えば、リニアエンコーダは、スライダ位置に基づいてスピンドル回転数Ｎ（例えば、整数値：０、１、２、３・・）を算出する。そして、ロータリーエンコーダにより、ロータ板の一回転の回転角をアブソリュート検出する。すると、スピンドル回転数Ｎとロータ板の回転角とによりスピンドルの総回転位相が算出される。
なお、リニアエンコーダのスライダ位置に基づいて算出するスピンドル回転数Ｎは０．５、１、１．５・・・の半回転単位であってもよい。この場合、ロータリーエンコーダにより、ロータ板の半回転の回転角（０°＜θ＜１８０°）をアブソリュート検出する。すると、スピンドル回転数Ｎとロータ板の回転角とによりスピンドルの総回転位相が算出される。
【００２７】
本発明では、リニアエンコーダは、前記スライダの位置をインクリメント検出することが好ましい。
【００２８】
このような構成によれば、リニアエンコーダがインクリメント検出したスライダの位置に基づいて、スピンドル回転数を取得することができる。また、インクリメント検出のエンコーダはアブソリュート検出のエンコーダよりも構造が単純なので、絶対位置測定装置の製造工程を簡略化し、製造効率を高めることができる。
【００２９】
本発明では、前記ロータ板は前記回転円筒に支持されていることが好ましい。
【００３０】
このような構成によれば、ロータ板の回転を支持する円筒とナット部材に螺合する回転円筒とを共通にして、部品点数の削減および装置の小型化を図ることができる。
【００３１】
本発明では、前記回転円筒の雄ネジは、前記スピンドルのネジよりも細かいピッチで設けられていることが好ましい。
【００３２】
このような構成によれば、ナット部材の移動範囲はスピンドルの可動範囲よりも狭くなるので、リニアエンコーダを小型化して装置全体を小型化することができる。
例えば、スピンドルが一回転あたり２ｍｍピッチで１２．５回転する場合、スピンドルの可動範囲は２５ｍｍである。
ここで、回転円筒の雄ネジを０．１ｍｍピッチとすれば、ナット部材の移動範囲は１．２５ｍｍである。したがって、リニアエンコーダを非常に小型化できる。そして、リニアエンコーダでは、スピンドル回転数という粗い情報を取得できればよいので、リニアエンコーダを小型化して分解能が低くなった場合でも、ロータリーエンコーダの回転検出によってスピンドル位置を高精度に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
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１００の構成を示す断面図である。
マイクロメータヘッド１００は、本体２００と、本体２００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３００と、スピンドル３００の移動量に応じて位相信号を発信する位相信号発信手段４００と、位相信号発信手段４００に対する信号の送受信を制御する送受信制御部７１０と、位相信号を演算処理しスピンドル３００の絶対位置を求める演算処理部７２０と、算出されたスピンドル３００の絶対位置を表示する表示手段７３０と、を備えている。
【００３４】
本体２００は、貫通孔２１０を有する円筒状で、貫通孔２１０の内周には雌ネジ２１１が設けられている。貫通孔２１０内には、収納空間２１２を区画形成する中仕切り板２１３が設けられている。また、本体２００の前端側の外周は外側フレーム２２０によって覆われている。
【００３５】
スピンドル３００は、本体２００の貫通孔２１０を挿通し、両端が本体２００から突出する状態に配設されている。スピンドル３００の後端側の外周には本体２００の雌ねじ１２１に螺合する送りネジ３１０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３００の後端には、本体２００の外部からスピンドル３００を回転操作するつまみ部３２０が設けられている。スピンドル３００の中央部には、軸方向に沿って直線的にキー溝３３０が設けられている。
ここで、スピンドル３００の送りネジ３１０は、２ｍｍ送りで１２．５回転分が刻まれている。すなわち、スピンドル３００の可動距離は２５ｍｍである。
【００３６】
位相信号発信手段４００について説明する。
図２は、位相信号発信手段４００の構成を示す斜視図である。
位相信号発信手段４００は、スピンドル３００に外嵌した状態に配設されてスピンドル３００と一体回転するロータ５１０を有するロータリーエンコーダ５００と、ロータ５１０の回転に伴ってスライド移動するスライダ６２０を有するリニアエンコーダ６００と、を備えている。
ロータリーエンコーダ５００は、ロータ５１０の一回転以内の絶対角度を検出可能な一回転以内ＡＢＳ（アブソリュート）型ロータリーエンコーダである。
リニアエンコーダ６００は、スライダ６２０の絶対位置を検出可能なアブソリュート型リニアエンコーダである。
【００３７】
ロータリーエンコーダ５００は、スピンドル３００と一体回転するロータ５１０と、ロータ５１０の回転を検出するステータ５５０と、を備えている。
なお、図２中では、見やすいようにロータ５１０とステータ５５０とのギャップを広くして描いている。
【００３８】
ロータ５１０は、ステータ５５０と対になってステータ５５０と対向した状態で回転されるロータ板５２０と、スピンドル３００を中心とするロータ板５２０の回転を支持する回転円筒５３０と、スピンドル３００のキー溝３３０に係合するキー５４０と、を備える。
【００３９】
ロータ板５２０は、スピンドル３００が挿通される挿通孔５２１を有する小円板である。回転円筒５３０は、スピンドル３００に外嵌する円筒状であってロータ板５２０の背面に接続されロータ板５２０の回転を支持している。回転円筒５３０にはキー５４０が螺入されており、キー５４０の先端がスピンドル３００のキー溝３３０に係合している。そして、回転円筒５３０の外周には雄ネジ５３１が設けられている。雄ネジ５３１は細かいピッチで設けられ、例えば、０．１ｍｍピッチである。ここで、スピンドル３００が回転すると、スピンドル３００のキー溝３３０にキー５４０が係合していることから、回転円筒５３０はスピンドル３００と一体的に回転する。
回転円筒５３０は、本体２００の前端板２３０と中仕切り板２１３とに挟まれており、軸方向の移動が規制されている。
【００４０】
ステータ５５０は、円板の中央にスピンドル３００が挿通される挿通孔５５１を有し、中仕切り板２１３に固定されている。ステータ５５０はロータ５１０に対向配置され、ロータ５１０の一回転以内の絶対角度を検出する。すなわち、ステータ５５０はロータ５１０の一回転あたり一周期の変化を示す位相信号を出力する。そして、ロータ５１０はスピンドル３００とともに回転するので、ステータ５５０から出力される位相信号は、図３に示されるように、スピンドル３００の一回転によって一周期の変化を示し、スピンドル３００が１２．５回転する間に１２．５周期の変化を示す。
【００４１】
リニアエンコーダ６００は、回転円筒５３０の雄ネジ５３１に螺合してスライド移動するナット部材６１０と、このナット部材６１０に貼設されてナット部材６１０と一体的にスライド移動するスライダ６２０と、スライダ６２０の位置に応じた位相信号を出力する検出スケール（検出手段）６３０と、を備えている。
【００４２】
ナット部材６１０は、回転円筒５３０に螺合する雌ネジ６１１を有し、回転円筒５３０に螺合している。そして、ナット部材６１０には回転止めのガイドピン６１２が挿通されている。ナット部材６１０はガイドピン６１２によって回り止めされているので、回転円筒５３０が回転するとナット部材６１０はスライド移動する。
【００４３】
スライダ６２０は、ナット部材６１０に貼設され、ナット部材６１０とともに移動する。
ここで、スライダ６２０の移動範囲を狭くするために、回転円筒５３０の雄ネジ５３１は出来る限り細密に形成されることが好ましく、少なくともスピンドル３００の送りネジ３１０よりも細密にすることが好ましい。
例えば、スピンドル３００の送りネジ３１０を２ｍｍピッチとするとき、回転円筒５３０の雄ネジ５３１を０．１ｍｍピッチとする。すると、スピンドル３００が最大１２．５回転で２５ｍｍ移動するのに対し、ナット部材６１０およびスライダ６２０の可動範囲は、１．２５ｍｍとなる。検出スケール６３０は、スライダ６２０に対向した状態で本体２００に固定されている。そして、検出スケール６３０は、スライダ６２０の異なる位置に対しては異なる値の位相信号を出力する。従って、この位相信号に基づいてスライダ６２０の絶対位置が算出可能である。
【００４４】
図４は、送受信制御部７１０および演算処理部７２０の構成を示す図である。
送受信制御部７１０は、ステータ５５０に対する信号の送受信を制御する第１送受信制御部７１１と、検出スケール６３０に対する信号の送受信を制御する第２送受信制御部７１４と、を備える。
【００４５】
第１送受信制御部７１１は、第１送信制御部７１２と第１受信制御部７１３とを備え、第１送信制御部７１２はステータ５５０に所定の交流信号を送信し、第１受信制御部７１
３はステータ５５０からの信号を受信する。
同様に、第２送受信制御部７１４は、第２送信制御部７１５と第２受信制御部７１６とを備え、第２送信制御部７１５は検出スケール６３０に所定の交流信号を送信し、第２受信制御部７１６は検出スケール６３０からの信号を受信する。第１受信制御部７１３および第２受信制御部７１６は、ステータ５５０および検出スケール６３０から受信した位相信号を演算処理部７２０に出力する。
【００４６】
演算処理部７２０について説明する。
演算処理部７２０は、ロータ５１０の回転角θを算出する回転角算出部７２２と、スライダ６２０の絶対位置を算出する位置算出部７２３と、ロータ５１０の回転角およびスライダ６２０の位置に基づいてスピンドル３００の回転位相を算出する回転位相算出部７２４と、スピンドル３００の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位置算出部７２７と、を備える。
【００４７】
回転角算出部７２２は、第１受信制御部７１３からの信号に基づいてロータ５１０の回転角を算出する。回転角算出部７２２は、第１受信制御部７１３からの出力信号（図３参照）に基づいてロータ５１０の一回転内の絶対角度（０°＜θ＜３６０°）を算出する。第１回転角算出部７２２には、ロータ５１０の回転角と位相信号との関係が設定記憶されている。
そして、図３に示されるように、受信制御部７１３から出力される位相信号はロータ５１０の一回転以内では異なる位相であるので、この位相信号に基づいてロータ５１０の一回転以内の絶対角度が算出される。
なお、ロータ５１０はスピンドル３００と一体的に回転されるので、ロータ５１０の一回転内の回転角はスピンドル３００の一回転内の回転角と同じである。
【００４８】
位置算出部７２３には、第２受信制御部７１６からの信号とスライダ６２０の絶対位置との関係が設定されており、位置算出部７２３は、第２受信制御部７１６からの信号に基づいてスライダ６２０の絶対位置を算出する。
【００４９】
回転位相算出部７２４は、スライダ６２０の絶対位置に基づいてスピンドル３００の回転数を算出するスピンドル回転数算出部７２５と、スピンドル回転数およびロータ５１０の回転角に基づいてスピンドル３００の総回転位相を算出する総回転位相算出部７２６と、を備える。
【００５０】
スピンドル回転数算出部７２５には、スライダ６２０の絶対位置とスピンドル回転数との関係が設定されている。スピンドル３００の一回転あたりスライダ６２０は０．１ｍｍ変位するので、例えば、図５に示されるように、スライダ６２０の０．１ｍｍの変位に対してスピンドル３００の一回転を対応させる相関がスピンドル回転数算出部７２５に設定されている。
そして、スライダ位置に応じてスピンドル３００の回転数Ｎが特定される。
【００５１】
総回転位相算出部７２６は、スピンドル３００の総回転位相を算出するにあたり、まず、スピンドル回転数Ｎに基づいてスピンドル回転数Ｎによる位相θ２（＝３６０°×Ｎ）を算出する。続いて、回転角算出部７２２にて算出されたロータ５１０の回転角θ１を先に算出されたスピンドル回転数による位相θ２に加算する。すると、スピンドル３００の総回転位相θＴ（＝θ１＋θ２）が算出される。
【００５２】
スピンドル位置算出部７２７には、スピンドル３００の一回転当たりの移動ピッチ（２ｍｍ）が予め設定されている。そして、スピンドル位置算出部７２７において、移動ピッチ（２ｍｍ）と総回転位相θＴとが乗算されることにより、スピンドル３００の総移動量
、すなわち、スピンドル３００の絶対位置が算出される。
【００５３】
表示手段７３０は、例えば、デジタル表示によってスピンドル３００の絶対位置を表示する。
【００５４】
ここで、位相信号発信手段４００のロータリーエンコーダ５００において、ステータ５５０によってロータ５１０の一回転内の回転角を検出する原理について簡単に説明する。
このロータリーエンコーダ５００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５００である。図６は、ステータ５５０とロータ５１０との互いの対向面を示す図である。図６（Ａ）はステータ５５０の一面を示す図あり、図６（Ｂ）はロータ５１０の一面を示す図である。
【００５５】
ステータ５５０においてロータ５１０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、内側に内側ステータ電極部５６０が設けられ、内側ステータ電極部５６０の外側に外側ステータ電極部５７０が設けられている（図６（Ａ）参照）。ステータ電極部５６０、５７０は第１送受信制御部７１１に接続されている。ロータ５１０においてステータ５５０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、内側には内側ステータ電極部５６０と電磁カップリングする内側結合電極部５１１が設けられ、外側には外側ステータ電極部５７０と電磁カップリングする外側結合電極部５１２が設けられている（図６（Ｂ）参照）。
【００５６】
まず、図６（Ａ）を参照して、内側ステータ電極部５６０および外側ステータ電極部５７０について説明する。
内側ステータ電極部５６０は、リング状に配置された一本の電極線からなる内側送信電極部５６１と、内側送信電極部５６１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５６２Ａ〜Ｃで構成され全体としてリング状に配置された内側受信電極部５６２と、を備えている。
同様に、外側ステータ電極部５７０は、リング状に配置された一本の電極線からなる外側送信電極部５７１と、外側送信電極部５７１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５７２Ａ〜Ｃで構成され全体としてリング状に配置された外側受信電極部５７２と、を備えている。
【００５７】
内側受信電極部５６２を構成する電極線（５６２Ａ〜Ｃ）は、それぞれ９個（９周期）の菱形を構成しており、外側受信電極部５７２を構成する電極線（５７２Ａ〜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５６２、５７２において３本の電極線５６２Ａ〜Ｃ、５７２Ａ〜Ｃが位相をずらして重なるように配置されている。
ここで、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。
【００５８】
なお、内側受信電極部５６２および外側受信電極部５７２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。
【００５９】
ここで、送信電極部５６１、５７１の各電極線は第１送信制御部７１２に接続され、各電極線には第１送信制御部７１２から所定の交流信号が印加される。
受信電極部５６２、５７２の各電極線５６２Ａ〜Ｂ、５７２Ａ〜Ｃは第１受信制御部７１３に接続され、第１受信制御部７１３により所定のサンプリング周期で受信電極部５６２、５７２の信号がサンプリングされる。
【００６０】
次に、図６（Ｂ）を参照して、内側結合電極部５１１および外側結合電極部５１２につ
いて説明する。
内側結合電極部５１１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。外側結合電極部５１２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、内側結合電極部５１１は９周期の矩形波であり、外側結合電極部５１２は１０周期の矩形波である。そして、内側結合電極部５１１および外側結合電極部５１２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。
【００６１】
この構成において、第１送信制御部７１２から内側送信電極部５６１と外側送信電極部５７１とにそれぞれ電流（交流電流）（ｉ１）が通電されると、送信電極部５６１、５７１の電極線の周囲に誘導磁界（Ｂ１）が発生する。そして、内側ステータ電極部５６０と内側結合電極部５１１とが電磁カップリングされ、外側ステータ電極部５７０と外側結合電極部５１２とが電磁カップリングされているので、内側結合電極部５１１および外側結合電極部５１２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。
【００６２】
さらに、内側結合電極部５１１と内側受信電極部５６２とが電磁カップリングしており、外側結合電極部５１２と外側受信電極部５７２とが電磁カップリングしているので、内側結合電極部５１１および外側結合電極部５１２の磁界パターンによって内側受信電極部５６２および外側受信電極部５７２の電極線５６２Ａ〜Ｃ、５７２Ａ〜Ｃに誘導電流（ｉ３）が生じる。
【００６３】
ここで、内側結合電極部５１１および内側受信電極部５６２は９周期であるのに対して、外側結合電極部５１２および外側受信電極部５７２は１０周期であるので、ロータ５１０の一回転に対して、内側受信電極部５６２による第１の検出位相は１０周期の変化を示し、外側受信電極部５７２による第２の検出位相は９周期の変化を示す。したがって、ロータ５１０の回転角θ（０°≦θ＜３６０°）に対して、内側受信電極部５６２による第１の位相信号φ１と外側受信電極部５７２による第２の位相信号φ２とは互いに異なり、ロータ５１０が一回転する中では、異なるロータ５１０の回転角θに対して第１の位相信号φ１と第２の位相信号φ２との位相差Δφは異なる。よって、逆に、第１の位相信号φ１と第２の位相信号φ２との位相差Δφから、ロータ５１０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。
【００６４】
位相信号発信手段４００のリニアエンコーダ６００において、スライダ６２０の絶対位置を検出する原理についての詳細は割愛するが、例えば、図７（Ａ）（Ｂ）に示される電極のカップリングによってスライダ６２０の移動を検出できる。
図７（Ａ）に示す検出電極部６３１は、ステータ電極部５６０、５７０と類似する構成であり、送信電極部６３２と２本の電極線６３３Ａ，６３３Ｂで構成される受信電極部６３３とを備えている。また、図７（Ｂ）に示す結合電極部６２１は、ロータ５１０の結合電極部５１１、５１２と基本的に同じ構成である。そして、検出スケール６３０に検出電極部６３１を設け、スライダ６２０に結合電極部６２１を設ける。このとき、検出スケール６３０には互いに周期が異なる２本の検出電極部６３１を設け、同様にスライダ６２０には周期が異なる２本の結合電極部６２１を設ける。このように検出スケール６３０とスライダ６２０とに各電極部６３１、６２１を設けた状態で検出スケール６３０とスライダ６２０とを対向させる。すると、スライダ６２０の位置に応じて検出電極部６３１から得られる信号が変化し、スライダ６２０の絶対位置が一義的に求められる。
【００６５】
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３２０によってスピンドル３００を回転させると、本体２００の雌ネジ２１１
とスピンドル３００の送りネジ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のキー溝３３０に係合したキー５４０によって回転円筒５３０がスピンドル３００とともに回転する。
【００６６】
回転円筒５３０が回転すると、回転円筒５３０とともにロータ板５２０が回転する。ロータ板５２０の回転がステータ５５０によって検出されて第１受信制御部７１３に送られる。続いて、回転角算出部７２２においてロータ板５２０の一回転以内の回転角が算出される。ここで、ロータ板５２０はスピンドル３００と一体回転するので、ロータ板５２０の一回転内の回転角とは、スピンドル３００の一回転内の回転角である。
【００６７】
また、回転円筒５３０が回転すると、回転円筒５３０に螺合したナット部材６１０がスライド移動する。このとき、ナット部材６１０とともにスライダ６２０もスライド移動する。このスライダ６２０の絶対位置が検出スケール６３０によって検出されて第２受信制御部７１６に送られる。続いて、スライダ６２０の位置に基づいてスピンドル回転数算出部７２５によりスピンドル３００の回転数が算出される。
【００６８】
回転角算出部７２２にて算出されたロータ板５２０の回転角（＝スピンドル３００の一回転内の回転角）とスピンドル回転数算出部７２５にて算出されたスピンドル回転数とに基づいて、スピンドル３００の総回転位相が総回転位相算出部７２６にて算出される。算出された総回転位相とスピンドル３００の送りピッチ（２ｍｍ）とに基づいてスピンドル３００の絶対位置がスピンドル位置算出部７２７にて算出される。算出されたスピンドル絶対位置は表示手段７３０にて表示される。
【００６９】
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）スライダ６２０の絶対位置に基づいてスピンドル回転数という粗い情報を取得し、さらに、ロータ板５２０の回転角に基づいて一回転以内の高精度な回転位相を取得することができる。
そして、これら２つの情報を併せて、スピンドル絶対位置を高精度に求めることができる。
【００７０】
（２）スピンドル３００と一体回転するのはロータリーエンコーダ５００のロータ板５２０だけであるので、スピンドル３００に刻むキー溝３３０は一本でよい。
従って、スピンドル３００にキー溝３３０を刻む加工が簡便であり、製造コストを低減させることができる。
また、スピンドル３００に刻むキー溝３３０は一本でよいので、キー溝３３０を刻む領域を短くしてマイクロメータヘッド１００を小型化することができる。
【００７１】
（３）回り止めしたナット部材６１０を回転円筒５３０の雄ネジ５３１に螺合させることによりナット部材６１０とともにスライダ６２０をスライド移動させているところ、回転円筒５３０の雄ネジ５３１およびナット部材６１０の雌ネジ６１１は高精度に加工が可能であるので、スピンドル３００の回転をスライダ６２０のスライド量に変換する精度を高めることができる。
したがって、スピンドル位置の検出精度を向上させることができる。
【００７２】
（４）リニアエンコーダ６００がスライダ６２０の位置をアブソリュート検出するので、リニアエンコーダ６００がアブソリュート検出したスライダ６２０の絶対位置に基づいて、スピンドル回転数を高精度に取得することができる。従って、スピンドル絶対位置をより高精度に求めることができる。
【００７３】
（５）ロータ板５２０の回転を支持する円筒とナット部材６１０に螺合する回転円筒５３０とが共通であるので、部品点数の削減およびマイクロメータヘッド１００の小型化を図ることができる。
【００７４】
（６）回転円筒５３０の雄ネジ５３１は、スピンドル３００の送りネジ３１０よりも細かいピッチで設けられているので、ナット部材６１０およびスライダ６２０の移動範囲はス
ピンドル３００の可動範囲よりも狭くなる。
したがって、リニアエンコーダ６００を小型化でき、結果として装置全体を小型化することができる。
【００７５】
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。
回転円筒はロータ板を支持するとともにナット部材が螺合する雌ネジを備えており、ロータリーエンコーダとリニアエンコーダで一つの回転円筒を共用しているが、ロータ板を支持する回転円筒とナット部材が螺合する回転円筒とはそれぞれ別に設けられていてもよいことはもちろんである。
絶対位置測定装置としては、回転によって進退するスピンドルを備えていればよく、マイクロメータヘッドに限定されないのはもちろんである。
リニアエンコーダ６００は、スライダ６２０の位置を検出できればよく、スライダ６２０の位置をアブソリュート検出するものに限定されないのはもちろんである。例えば、リニアエンコーダ６００は、スライダ６２０の位置をインクリメント検出するものでもよいことはもちろんである。この場合でも、リニアエンコーダ６００が検出したスライダ６２０の移動に基づいてスピンドル回転数を取得することができる。また、インクリメント検出のエンコーダはアブソリュート検出のエンコーダよりも構造が単純なので、マイクロメータヘッド１の製造工程を簡略化し、製造効率を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、絶対位置測定装置に利用でき、マイクロメータやマイクロメータヘッド等の回転によって移動するスピンドルを有する測定装置に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】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。
【図２】第１実施形態において、位相信号発信手段の構成を示す斜視図。
【図３】第１実施形態において、ロータリーエンコーダから出力される信号を示す図。
【図４】第１実施形態において、送受信制御部および演算処理部の構成を示す図。
【図５】第１実施形態において、スライダの位置とスピンドル回転数との関係を示す図。
【図６】第１実施形態において、ステータとロータとの互いの対向面を示す図。
【図７】リニアエンコーダにおいて電磁カップリングする電極の例を示す図。
【図８】従来技術において、マイクロメータヘッドの構成を示す図。
【図９】従来技術において、スピンドルの回転数と２つのロータから得られる位相信号との関係の例を示す図。
【符号の説明】
【００７８】
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、３２…つまみ部、３３…第１キー溝、３４…第２キー溝、４１…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、２００…本体、２１０…貫通孔、２１１…雌ネジ、２１２…収納空間、２１３…中仕切り板、２２０…外側フレーム、２３０…前端板、３００…スピンドル、３１０…送りネジ、３２０…つまみ部、３３０…キー溝、４００…位相信号発信手段、５００…ロータリーエンコーダ、５１０…ロータ、５１１…内側結合電極部、５１２…外側結合電極部、５２０…ロータ板、５２１…挿通孔、５３０…回転円筒、５３１…雄ネジ、５４０…キー、５５０…ステータ、５５１…挿通孔、５６０…内側ステータ電極部、５６１…内側送信電極部、５６２…内側受信電極部、５６２Ａ-Ｃ…電極線、５７０…外側ステー
タ電極部、５７１…外側送信電極部、５７２…外側受信電極部、５７２Ａ-Ｃ…電極線、
６００…リニアエンコーダ、６１０…ナット部材、６１１…雌ネジ、６１２…ガイドピン、６２０…スライダ、６３０…検出スケール、７１０…送受信制御部、７１１…第１送受信制御部、７１２…第１送信制御部、７１３…第１受信制御部、７１４…第２送受信制御部、７１５…第２送信制御部、７１６…第２受信制御部、７２０…演算処理部、７２２…回転角算出部、７２３…位置算出部、７２４…回転位相算出部、７２５…スピンドル回転
数算出部、７２６…総回転位相算出部、７２７…スピンドル位置算出部、７３０…表示手段。
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。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。
【０００３】
図８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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。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。
【０００７】
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。
【０００８】
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９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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−２０７３０７号公報（図１、段落（００３８）〜段落（００４５））
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、図８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８中のＬ１）。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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、２つのロータの回転周期が異なるようにスピンドルには螺旋状のキー溝を加工しなければならないが、このような螺旋状のキー溝を高精度にスピンドルに刻むことは非常に困難であり、加工コストが増大するという問題がある。
【００１６】
本発明の目的は、小型であり、製造が簡便である絶対位置測定装置を提供することにあ
る。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の絶対位置測定装置は、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２つの互いに異なる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、を備え、前記スピンドルには軸線に沿ってキー溝が設けられ、前記位相信号発信手段は、前記キー溝に係合するキーを有し前記スピンドルに外嵌した状態で前記スピンドルと一体回転するロータ板を備えるロータリーエンコーダと、前記キー溝に係合するキーを有し前記スピンドルに外嵌した状態で前記スピンドルと一体回転するとともに外側面に雄ネジを有する回転円筒と、回り止めされた状態で前記回転円筒の雄ネジに螺合しこの回転円筒の回転に伴ってスライド移動するナット部材と、前記ナット部材とともにスライド移動するスライダおよびこのスライダの位置を検出する検出手段を有するリニアエンコーダと、を備え、前記ロータリーエンコーダは、前記ロータ板の一回転以内の回転角をアブソリュート検出することを特徴とする。
【００１８】
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。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に応じた位相信号が発信される。スピンドルが回転するとき、ロータ板のキーがスピンドルのキー溝に係合しているので、ロータ板がスピンドルと一体的に回転される。ロータ板の回転が検出されてロータリーエンコーダから位相信号が出力され、ロータ板の一回転以内の回転角がアブソリュート検出される。
また、スピンドルが回転するとき、回転円筒のキーがスピンドルのキー溝に係合しているので、回転円筒がスピンドルと一体的に回転される。回転円筒が回転すると、回転円筒の雄ネジに螺合したナット部材が雄ネジに送られてスライド移動する。すると、ナット部材とともにスライダがスライド移動する。
このスライダの位置が検出されてリニアエンコーダから位相信号が出力され、スライダ位置が検出される。
ここで、スライダ位置とスピンドル回転数との関係を予め設定しておくことにより、演算処理部においてスライダ位置からスピンドル回転数が一義的に求められる。そして、ロータ板の一回転以内の回転角とスピンドル回転数とによりスピンドルの総回転位相が算出される。このスピンドルの総回転位相とスピンドルの送りピッチとに基づいてスピンドルの総移動量、すなわちスピンドルの絶対位置が算出される。
【００１９】
このような構成によれば、ロータリーエンコーダとリニアエンコーダとによりスピンドルの絶対位置を求めることができる。
このとき、スライダの位置に基づいてスピンドル回転数という粗い情報を取得し、さらに、ロータ板の回転角に基づいて一回転以内の高精度な回転位相を取得することができる。従って、スピンドル絶対位置を高精度に求めることができる。
【００２０】
ここで、スピンドル位置を高精度にアブソリュート検出するにあたり、スピンドルと一体回転させるのはロータリーエンコーダのロータ板だけであり、スピンドル回転数は、スピンドルの回転をスライド移動に変換してリニアエンコーダで読み取ることとしている。そのため、本発明では、スピンドルに刻むキー溝は一本でよく、加工が簡便である。
【００２１】
従来は、スピンドルの絶対位置を検出するにあたり、スピンドルの回転に伴って２つのロータ板を異なる周期で回転させており、スピンドルにピッチが異なる二つのキー溝を加工していた。
しかしながら、ピッチが異なる二つの溝をスピンドルに刻むのは加工が難しく、また、
高コストとなっていた。
この点、本発明では、スピンドルに刻む溝は一本でよいので、加工が簡便である。
【００２２】
また、リニアエンコーダのスライダをスライド移動させるにあたり、回り止めしたナット部材を回転円筒の雄ネジに螺合させることによりナット部材とともにスライダをスライド移動させている。回転円筒の雄ネジおよびナットの雌ネジは高精度に加工が可能であるので、スピンドルの回転をスライダのスライド量に変換する精度を高めることができ、スピンドル位置の検出精度を向上させることができる。
従来は、スピンドルに螺旋状のキー溝を刻んでいたために加工が難しく螺旋のピッチを高精度にすることが困難であった。
この点、本発明では、回転円筒の雄ネジとナット部材の雌ネジを高精度に加工することで、スピンドル位置の検出精度を容易に向上させることができる。
【００２３】
また、従来ではスピンドルに２本のキー溝を刻んでいたためにスピンドルにキー溝を刻む領域が長くなり、測定装置全体としても大型化するという問題があった。
この点、本発明では、スピンドルのキー溝は一本でよいので、キー溝を刻む領域を短くして測定装置全体としても小型化することができる。
【００２４】
また、従来ではスピンドルに２本のキー溝を刻んでいたためにスピンドルにキー溝を刻む領域が長くなり、測定装置全体としても大型化するという問題があった。
この点、本発明では、スピンドルのキー溝は一本でよいので、キー溝を刻む領域を短くして測定装置全体としても小型化することができる。そして、回転円筒のネジや歯車の歯のピッチを細かくすることにより、本発明の測定装置は非常に小型化できる。
【００２５】
本発明では、前記リニアエンコーダは、前記スライダの位置をアブソリュート検出することが好ましい。
【００２６】
このような構成によれば、リニアエンコーダがアブソリュート検出したスライダの絶対位置に基づいてスピンドル回転数を高精度に算出することができる。従って、スピンドル絶対位置をより高精度に求めることができる。
例えば、リニアエンコーダは、スライダ位置に基づいてスピンドル回転数Ｎ（例えば、整数値：０、１、２、３・・）を算出する。そして、ロータリーエンコーダにより、ロータ板の一回転の回転角をアブソリュート検出する。すると、スピンドル回転数Ｎとロータ板の回転角とによりスピンドルの総回転位相が算出される。
なお、リニアエンコーダのスライダ位置に基づいて算出するスピンドル回転数Ｎは０．５、１、１．５・・・の半回転単位であってもよい。この場合、ロータリーエンコーダにより、ロータ板の半回転の回転角（０°＜θ＜１８０°）をアブソリュート検出する。すると、スピンドル回転数Ｎとロータ板の回転角とによりスピンドルの総回転位相が算出される。
【００２７】
本発明では、リニアエンコーダは、前記スライダの位置をインクリメント検出することが好ましい。
【００２８】
このような構成によれば、リニアエンコーダがインクリメント検出したスライダの位置に基づいて、スピンドル回転数を取得することができる。また、インクリメント検出のエンコーダはアブソリュート検出のエンコーダよりも構造が単純なので、絶対位置測定装置の製造工程を簡略化し、製造効率を高めることができる。
【００２９】
本発明では、前記ロータ板は前記回転円筒に支持されていることが好ましい。
【００３０】
このような構成によれば、ロータ板の回転を支持する円筒とナット部材に螺合する回転円筒とを共通にして、部品点数の削減および装置の小型化を図ることができる。
【００３１】
本発明では、前記回転円筒の雄ネジは、前記スピンドルのネジよりも細かいピッチで設けられていることが好ましい。
【００３２】
このような構成によれば、ナット部材の移動範囲はスピンドルの可動範囲よりも狭くなるので、リニアエンコーダを小型化して装置全体を小型化することができる。
例えば、スピンドルが一回転あたり２ｍｍピッチで１２．５回転する場合、スピンドルの可動範囲は２５ｍｍである。
ここで、回転円筒の雄ネジを０．１ｍｍピッチとすれば、ナット部材の移動範囲は１．２５ｍｍである。したがって、リニアエンコーダを非常に小型化できる。そして、リニアエンコーダでは、スピンドル回転数という粗い情報を取得できればよいので、リニアエンコーダを小型化して分解能が低くなった場合でも、ロータリーエンコーダの回転検出によってスピンドル位置を高精度に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
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１００の構成を示す断面図である。
マイクロメータヘッド１００は、本体２００と、本体２００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３００と、スピンドル３００の移動量に応じて位相信号を発信する位相信号発信手段４００と、位相信号発信手段４００に対する信号の送受信を制御する送受信制御部７１０と、位相信号を演算処理しスピンドル３００の絶対位置を求める演算処理部７２０と、算出されたスピンドル３００の絶対位置を表示する表示手段７３０と、を備えている。
【００３４】
本体２００は、貫通孔２１０を有する円筒状で、貫通孔２１０の内周には雌ネジ２１１が設けられている。貫通孔２１０内には、収納空間２１２を区画形成する中仕切り板２１３が設けられている。また、本体２００の前端側の外周は外側フレーム２２０によって覆われている。
【００３５】
スピンドル３００は、本体２００の貫通孔２１０を挿通し、両端が本体２００から突出する状態に配設されている。スピンドル３００の後端側の外周には本体２００の雌ねじ１２１に螺合する送りネジ３１０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３００の後端には、本体２００の外部からスピンドル３００を回転操作するつまみ部３２０が設けられている。スピンドル３００の中央部には、軸方向に沿って直線的にキー溝３３０が設けられている。
ここで、スピンドル３００の送りネジ３１０は、２ｍｍ送りで１２．５回転分が刻まれている。すなわち、スピンドル３００の可動距離は２５ｍｍである。
【００３６】
位相信号発信手段４００について説明する。
図２は、位相信号発信手段４００の構成を示す斜視図である。
位相信号発信手段４００は、スピンドル３００に外嵌した状態に配設されてスピンドル３００と一体回転するロータ５１０を有するロータリーエンコーダ５００と、ロータ５１０の回転に伴ってスライド移動するスライダ６２０を有するリニアエンコーダ６００と、を備えている。
ロータリーエンコーダ５００は、ロータ５１０の一回転以内の絶対角度を検出可能な一回転以内ＡＢＳ（アブソリュート）型ロータリーエンコーダである。
リニアエンコーダ６００は、スライダ６２０の絶対位置を検出可能なアブソリュート型リニアエンコーダである。
【００３７】
ロータリーエンコーダ５００は、スピンドル３００と一体回転するロータ５１０と、ロータ５１０の回転を検出するステータ５５０と、を備えている。
なお、図２中では、見やすいようにロータ５１０とステータ５５０とのギャップを広くして描いている。
【００３８】
ロータ５１０は、ステータ５５０と対になってステータ５５０と対向した状態で回転されるロータ板５２０と、スピンドル３００を中心とするロータ板５２０の回転を支持する回転円筒５３０と、スピンドル３００のキー溝３３０に係合するキー５４０と、を備える。
【００３９】
ロータ板５２０は、スピンドル３００が挿通される挿通孔５２１を有する小円板である。回転円筒５３０は、スピンドル３００に外嵌する円筒状であってロータ板５２０の背面に接続されロータ板５２０の回転を支持している。回転円筒５３０にはキー５４０が螺入されており、キー５４０の先端がスピンドル３００のキー溝３３０に係合している。そして、回転円筒５３０の外周には雄ネジ５３１が設けられている。雄ネジ５３１は細かいピッチで設けられ、例えば、０．１ｍｍピッチである。ここで、スピンドル３００が回転すると、スピンドル３００のキー溝３３０にキー５４０が係合していることから、回転円筒５３０はスピンドル３００と一体的に回転する。
回転円筒５３０は、本体２００の前端板２３０と中仕切り板２１３とに挟まれており、軸方向の移動が規制されている。
【００４０】
ステータ５５０は、円板の中央にスピンドル３００が挿通される挿通孔５５１を有し、中仕切り板２１３に固定されている。ステータ５５０はロータ５１０に対向配置され、ロータ５１０の一回転以内の絶対角度を検出する。すなわち、ステータ５５０はロータ５１０の一回転あたり一周期の変化を示す位相信号を出力する。そして、ロータ５１０はスピンドル３００とともに回転するので、ステータ５５０から出力される位相信号は、図３に示されるように、スピンドル３００の一回転によって一周期の変化を示し、スピンドル３００が１２．５回転する間に１２．５周期の変化を示す。
【００４１】
リニアエンコーダ６００は、回転円筒５３０の雄ネジ５３１に螺合してスライド移動するナット部材６１０と、このナット部材６１０に貼設されてナット部材６１０と一体的にスライド移動するスライダ６２０と、スライダ６２０の位置に応じた位相信号を出力する検出スケール（検出手段）６３０と、を備えている。
【００４２】
ナット部材６１０は、回転円筒５３０に螺合する雌ネジ６１１を有し、回転円筒５３０に螺合している。そして、ナット部材６１０には回転止めのガイドピン６１２が挿通されている。ナット部材６１０はガイドピン６１２によって回り止めされているので、回転円筒５３０が回転するとナット部材６１０はスライド移動する。
【００４３】
スライダ６２０は、ナット部材６１０に貼設され、ナット部材６１０とともに移動する。
ここで、スライダ６２０の移動範囲を狭くするために、回転円筒５３０の雄ネジ５３１は出来る限り細密に形成されることが好ましく、少なくともスピンドル３００の送りネジ３１０よりも細密にすることが好ましい。
例えば、スピンドル３００の送りネジ３１０を２ｍｍピッチとするとき、回転円筒５３０の雄ネジ５３１を０．１ｍｍピッチとする。すると、スピンドル３００が最大１２．５回転で２５ｍｍ移動するのに対し、ナット部材６１０およびスライダ６２０の可動範囲は、１．２５ｍｍとなる。検出スケール６３０は、スライダ６２０に対向した状態で本体２００に固定されている。そして、検出スケール６３０は、スライダ６２０の異なる位置に対しては異なる値の位相信号を出力する。従って、この位相信号に基づいてスライダ６２０の絶対位置が算出可能である。
【００４４】
図４は、送受信制御部７１０および演算処理部７２０の構成を示す図である。
送受信制御部７１０は、ステータ５５０に対する信号の送受信を制御する第１送受信制御部７１１と、検出スケール６３０に対する信号の送受信を制御する第２送受信制御部７１４と、を備える。
【００４５】
第１送受信制御部７１１は、第１送信制御部７１２と第１受信制御部７１３とを備え、第１送信制御部７１２はステータ５５０に所定の交流信号を送信し、第１受信制御部７１
３はステータ５５０からの信号を受信する。
同様に、第２送受信制御部７１４は、第２送信制御部７１５と第２受信制御部７１６とを備え、第２送信制御部７１５は検出スケール６３０に所定の交流信号を送信し、第２受信制御部７１６は検出スケール６３０からの信号を受信する。第１受信制御部７１３および第２受信制御部７１６は、ステータ５５０および検出スケール６３０から受信した位相信号を演算処理部７２０に出力する。
【００４６】
演算処理部７２０について説明する。
演算処理部７２０は、ロータ５１０の回転角θを算出する回転角算出部７２２と、スライダ６２０の絶対位置を算出する位置算出部７２３と、ロータ５１０の回転角およびスライダ６２０の位置に基づいてスピンドル３００の回転位相を算出する回転位相算出部７２４と、スピンドル３００の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位置算出部７２７と、を備える。
【００４７】
回転角算出部７２２は、第１受信制御部７１３からの信号に基づいてロータ５１０の回転角を算出する。回転角算出部７２２は、第１受信制御部７１３からの出力信号（図３参照）に基づいてロータ５１０の一回転内の絶対角度（０°＜θ＜３６０°）を算出する。第１回転角算出部７２２には、ロータ５１０の回転角と位相信号との関係が設定記憶されている。
そして、図３に示されるように、受信制御部７１３から出力される位相信号はロータ５１０の一回転以内では異なる位相であるので、この位相信号に基づいてロータ５１０の一回転以内の絶対角度が算出される。
なお、ロータ５１０はスピンドル３００と一体的に回転されるので、ロータ５１０の一回転内の回転角はスピンドル３００の一回転内の回転角と同じである。
【００４８】
位置算出部７２３には、第２受信制御部７１６からの信号とスライダ６２０の絶対位置との関係が設定されており、位置算出部７２３は、第２受信制御部７１６からの信号に基づいてスライダ６２０の絶対位置を算出する。
【００４９】
回転位相算出部７２４は、スライダ６２０の絶対位置に基づいてスピンドル３００の回転数を算出するスピンドル回転数算出部７２５と、スピンドル回転数およびロータ５１０の回転角に基づいてスピンドル３００の総回転位相を算出する総回転位相算出部７２６と、を備える。
【００５０】
スピンドル回転数算出部７２５には、スライダ６２０の絶対位置とスピンドル回転数との関係が設定されている。スピンドル３００の一回転あたりスライダ６２０は０．１ｍｍ変位するので、例えば、図５に示されるように、スライダ６２０の０．１ｍｍの変位に対してスピンドル３００の一回転を対応させる相関がスピンドル回転数算出部７２５に設定されている。
そして、スライダ位置に応じてスピンドル３００の回転数Ｎが特定される。
【００５１】
総回転位相算出部７２６は、スピンドル３００の総回転位相を算出するにあたり、まず、スピンドル回転数Ｎに基づいてスピンドル回転数Ｎによる位相θ２（＝３６０°×Ｎ）を算出する。続いて、回転角算出部７２２にて算出されたロータ５１０の回転角θ１を先に算出されたスピンドル回転数による位相θ２に加算する。すると、スピンドル３００の総回転位相θＴ（＝θ１＋θ２）が算出される。
【００５２】
スピンドル位置算出部７２７には、スピンドル３００の一回転当たりの移動ピッチ（２ｍｍ）が予め設定されている。そして、スピンドル位置算出部７２７において、移動ピッチ（２ｍｍ）と総回転位相θＴとが乗算されることにより、スピンドル３００の総移動量
、すなわち、スピンドル３００の絶対位置が算出される。
【００５３】
表示手段７３０は、例えば、デジタル表示によってスピンドル３００の絶対位置を表示する。
【００５４】
ここで、位相信号発信手段４００のロータリーエンコーダ５００において、ステータ５５０によってロータ５１０の一回転内の回転角を検出する原理について簡単に説明する。
このロータリーエンコーダ５００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５００である。図６は、ステータ５５０とロータ５１０との互いの対向面を示す図である。図６（Ａ）はステータ５５０の一面を示す図あり、図６（Ｂ）はロータ５１０の一面を示す図である。
【００５５】
ステータ５５０においてロータ５１０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、内側に内側ステータ電極部５６０が設けられ、内側ステータ電極部５６０の外側に外側ステータ電極部５７０が設けられている（図６（Ａ）参照）。ステータ電極部５６０、５７０は第１送受信制御部７１１に接続されている。ロータ５１０においてステータ５５０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、内側には内側ステータ電極部５６０と電磁カップリングする内側結合電極部５１１が設けられ、外側には外側ステータ電極部５７０と電磁カップリングする外側結合電極部５１２が設けられている（図６（Ｂ）参照）。
【００５６】
まず、図６（Ａ）を参照して、内側ステータ電極部５６０および外側ステータ電極部５７０について説明する。
内側ステータ電極部５６０は、リング状に配置された一本の電極線からなる内側送信電極部５６１と、内側送信電極部５６１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５６２Ａ〜Ｃで構成され全体としてリング状に配置された内側受信電極部５６２と、を備えている。
同様に、外側ステータ電極部５７０は、リング状に配置された一本の電極線からなる外側送信電極部５７１と、外側送信電極部５７１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５７２Ａ〜Ｃで構成され全体としてリング状に配置された外側受信電極部５７２と、を備えている。
【００５７】
内側受信電極部５６２を構成する電極線（５６２Ａ〜Ｃ）は、それぞれ９個（９周期）の菱形を構成しており、外側受信電極部５７２を構成する電極線（５７２Ａ〜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５６２、５７２において３本の電極線５６２Ａ〜Ｃ、５７２Ａ〜Ｃが位相をずらして重なるように配置されている。
ここで、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。
【００５８】
なお、内側受信電極部５６２および外側受信電極部５７２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。
【００５９】
ここで、送信電極部５６１、５７１の各電極線は第１送信制御部７１２に接続され、各電極線には第１送信制御部７１２から所定の交流信号が印加される。
受信電極部５６２、５７２の各電極線５６２Ａ〜Ｂ、５７２Ａ〜Ｃは第１受信制御部７１３に接続され、第１受信制御部７１３により所定のサンプリング周期で受信電極部５６２、５７２の信号がサンプリングされる。
【００６０】
次に、図６（Ｂ）を参照して、内側結合電極部５１１および外側結合電極部５１２につ
いて説明する。
内側結合電極部５１１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。外側結合電極部５１２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、内側結合電極部５１１は９周期の矩形波であり、外側結合電極部５１２は１０周期の矩形波である。そして、内側結合電極部５１１および外側結合電極部５１２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。
【００６１】
この構成において、第１送信制御部７１２から内側送信電極部５６１と外側送信電極部５７１とにそれぞれ電流（交流電流）（ｉ１）が通電されると、送信電極部５６１、５７１の電極線の周囲に誘導磁界（Ｂ１）が発生する。そして、内側ステータ電極部５６０と内側結合電極部５１１とが電磁カップリングされ、外側ステータ電極部５７０と外側結合電極部５１２とが電磁カップリングされているので、内側結合電極部５１１および外側結合電極部５１２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。
【００６２】
さらに、内側結合電極部５１１と内側受信電極部５６２とが電磁カップリングしており、外側結合電極部５１２と外側受信電極部５７２とが電磁カップリングしているので、内側結合電極部５１１および外側結合電極部５１２の磁界パターンによって内側受信電極部５６２および外側受信電極部５７２の電極線５６２Ａ〜Ｃ、５７２Ａ〜Ｃに誘導電流（ｉ３）が生じる。
【００６３】
ここで、内側結合電極部５１１および内側受信電極部５６２は９周期であるのに対して、外側結合電極部５１２および外側受信電極部５７２は１０周期であるので、ロータ５１０の一回転に対して、内側受信電極部５６２による第１の検出位相は１０周期の変化を示し、外側受信電極部５７２による第２の検出位相は９周期の変化を示す。したがって、ロータ５１０の回転角θ（０°≦θ＜３６０°）に対して、内側受信電極部５６２による第１の位相信号φ１と外側受信電極部５７２による第２の位相信号φ２とは互いに異なり、ロータ５１０が一回転する中では、異なるロータ５１０の回転角θに対して第１の位相信号φ１と第２の位相信号φ２との位相差Δφは異なる。よって、逆に、第１の位相信号φ１と第２の位相信号φ２との位相差Δφから、ロータ５１０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。
【００６４】
位相信号発信手段４００のリニアエンコーダ６００において、スライダ６２０の絶対位置を検出する原理についての詳細は割愛するが、例えば、図７（Ａ）（Ｂ）に示される電極のカップリングによってスライダ６２０の移動を検出できる。
図７（Ａ）に示す検出電極部６３１は、ステータ電極部５６０、５７０と類似する構成であり、送信電極部６３２と２本の電極線６３３Ａ，６３３Ｂで構成される受信電極部６３３とを備えている。また、図７（Ｂ）に示す結合電極部６２１は、ロータ５１０の結合電極部５１１、５１２と基本的に同じ構成である。そして、検出スケール６３０に検出電極部６３１を設け、スライダ６２０に結合電極部６２１を設ける。このとき、検出スケール６３０には互いに周期が異なる２本の検出電極部６３１を設け、同様にスライダ６２０には周期が異なる２本の結合電極部６２１を設ける。このように検出スケール６３０とスライダ６２０とに各電極部６３１、６２１を設けた状態で検出スケール６３０とスライダ６２０とを対向させる。すると、スライダ６２０の位置に応じて検出電極部６３１から得られる信号が変化し、スライダ６２０の絶対位置が一義的に求められる。
【００６５】
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３２０によってスピンドル３００を回転させると、本体２００の雌ネジ２１１
とスピンドル３００の送りネジ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のキー溝３３０に係合したキー５４０によって回転円筒５３０がスピンドル３００とともに回転する。
【００６６】
回転円筒５３０が回転すると、回転円筒５３０とともにロータ板５２０が回転する。ロータ板５２０の回転がステータ５５０によって検出されて第１受信制御部７１３に送られる。続いて、回転角算出部７２２においてロータ板５２０の一回転以内の回転角が算出される。ここで、ロータ板５２０はスピンドル３００と一体回転するので、ロータ板５２０の一回転内の回転角とは、スピンドル３００の一回転内の回転角である。
【００６７】
また、回転円筒５３０が回転すると、回転円筒５３０に螺合したナット部材６１０がスライド移動する。このとき、ナット部材６１０とともにスライダ６２０もスライド移動する。このスライダ６２０の絶対位置が検出スケール６３０によって検出されて第２受信制御部７１６に送られる。続いて、スライダ６２０の位置に基づいてスピンドル回転数算出部７２５によりスピンドル３００の回転数が算出される。
【００６８】
回転角算出部７２２にて算出されたロータ板５２０の回転角（＝スピンドル３００の一回転内の回転角）とスピンドル回転数算出部７２５にて算出されたスピンドル回転数とに基づいて、スピンドル３００の総回転位相が総回転位相算出部７２６にて算出される。算出された総回転位相とスピンドル３００の送りピッチ（２ｍｍ）とに基づいてスピンドル３００の絶対位置がスピンドル位置算出部７２７にて算出される。算出されたスピンドル絶対位置は表示手段７３０にて表示される。
【００６９】
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）スライダ６２０の絶対位置に基づいてスピンドル回転数という粗い情報を取得し、さらに、ロータ板５２０の回転角に基づいて一回転以内の高精度な回転位相を取得することができる。
そして、これら２つの情報を併せて、スピンドル絶対位置を高精度に求めることができる。
【００７０】
（２）スピンドル３００と一体回転するのはロータリーエンコーダ５００のロータ板５２０だけであるので、スピンドル３００に刻むキー溝３３０は一本でよい。
従って、スピンドル３００にキー溝３３０を刻む加工が簡便であり、製造コストを低減させることができる。
また、スピンドル３００に刻むキー溝３３０は一本でよいので、キー溝３３０を刻む領域を短くしてマイクロメータヘッド１００を小型化することができる。
【００７１】
（３）回り止めしたナット部材６１０を回転円筒５３０の雄ネジ５３１に螺合させることによりナット部材６１０とともにスライダ６２０をスライド移動させているところ、回転円筒５３０の雄ネジ５３１およびナット部材６１０の雌ネジ６１１は高精度に加工が可能であるので、スピンドル３００の回転をスライダ６２０のスライド量に変換する精度を高めることができる。
したがって、スピンドル位置の検出精度を向上させることができる。
【００７２】
（４）リニアエンコーダ６００がスライダ６２０の位置をアブソリュート検出するので、リニアエンコーダ６００がアブソリュート検出したスライダ６２０の絶対位置に基づいて、スピンドル回転数を高精度に取得することができる。従って、スピンドル絶対位置をより高精度に求めることができる。
【００７３】
（５）ロータ板５２０の回転を支持する円筒とナット部材６１０に螺合する回転円筒５３０とが共通であるので、部品点数の削減およびマイクロメータヘッド１００の小型化を図ることができる。
【００７４】
（６）回転円筒５３０の雄ネジ５３１は、スピンドル３００の送りネジ３１０よりも細かいピッチで設けられているので、ナット部材６１０およびスライダ６２０の移動範囲はス
ピンドル３００の可動範囲よりも狭くなる。
したがって、リニアエンコーダ６００を小型化でき、結果として装置全体を小型化することができる。
【００７５】
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。
回転円筒はロータ板を支持するとともにナット部材が螺合する雌ネジを備えており、ロータリーエンコーダとリニアエンコーダで一つの回転円筒を共用しているが、ロータ板を支持する回転円筒とナット部材が螺合する回転円筒とはそれぞれ別に設けられていてもよいことはもちろんである。
絶対位置測定装置としては、回転によって進退するスピンドルを備えていればよく、マイクロメータヘッドに限定されないのはもちろんである。
リニアエンコーダ６００は、スライダ６２０の位置を検出できればよく、スライダ６２０の位置をアブソリュート検出するものに限定されないのはもちろんである。例えば、リニアエンコーダ６００は、スライダ６２０の位置をインクリメント検出するものでもよいことはもちろんである。この場合でも、リニアエンコーダ６００が検出したスライダ６２０の移動に基づいてスピンドル回転数を取得することができる。また、インクリメント検出のエンコーダはアブソリュート検出のエンコーダよりも構造が単純なので、マイクロメータヘッド１の製造工程を簡略化し、製造効率を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、絶対位置測定装置に利用でき、マイクロメータやマイクロメータヘッド等の回転によって移動するスピンドルを有する測定装置に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】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。
【図２】第１実施形態において、位相信号発信手段の構成を示す斜視図。
【図３】第１実施形態において、ロータリーエンコーダから出力される信号を示す図。
【図４】第１実施形態において、送受信制御部および演算処理部の構成を示す図。
【図５】第１実施形態において、スライダの位置とスピンドル回転数との関係を示す図。
【図６】第１実施形態において、ステータとロータとの互いの対向面を示す図。
【図７】リニアエンコーダにおいて電磁カップリングする電極の例を示す図。
【図８】従来技術において、マイクロメータヘッドの構成を示す図。
【図９】従来技術において、スピンドルの回転数と２つのロータから得られる位相信号との関係の例を示す図。
【符号の説明】
【００７８】
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、３２…つまみ部、３３…第１キー溝、３４…第２キー溝、４１…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、２００…本体、２１０…貫通孔、２１１…雌ネジ、２１２…収納空間、２１３…中仕切り板、２２０…外側フレーム、２３０…前端板、３００…スピンドル、３１０…送りネジ、３２０…つまみ部、３３０…キー溝、４００…位相信号発信手段、５００…ロータリーエンコーダ、５１０…ロータ、５１１…内側結合電極部、５１２…外側結合電極部、５２０…ロータ板、５２１…挿通孔、５３０…回転円筒、５３１…雄ネジ、５４０…キー、５５０…ステータ、５５１…挿通孔、５６０…内側ステータ電極部、５６１…内側送信電極部、５６２…内側受信電極部、５６２Ａ-Ｃ…電極線、５７０…外側ステー
タ電極部、５７１…外側送信電極部、５７２…外側受信電極部、５７２Ａ-Ｃ…電極線、
６００…リニアエンコーダ、６１０…ナット部材、６１１…雌ネジ、６１２…ガイドピン、６２０…スライダ、６３０…検出スケール、７１０…送受信制御部、７１１…第１送受信制御部、７１２…第１送信制御部、７１３…第１受信制御部、７１４…第２送受信制御部、７１５…第２送信制御部、７１６…第２受信制御部、７２０…演算処理部、７２２…回転角算出部、７２３…位置算出部、７２４…回転位相算出部、７２５…スピンドル回転
数算出部、７２６…総回転位相算出部、７２７…スピンドル位置算出部、７３０…表示手段。
【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２つの互いに異なる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、を備え、
前記スピンドルには軸線に沿ってキー溝が設けられ、
前記位相信号発信手段は、
前記キー溝に係合するキーを有し前記スピンドルに外嵌した状態で前記スピンドルと一体回転するロータ板を備えるロータリーエンコーダと、
前記キー溝に係合するキーを有し前記スピンドルに外嵌した状態で前記スピンドルと一体回転するとともに外側面に雄ネジを有する回転円筒と、
回り止めされた状態で前記回転円筒の雄ネジに螺合しこの回転円筒の回転に伴ってスライド移動するナット部材と、
前記ナット部材とともにスライド移動するスライダおよびこのスライダの位置を検出する検出手段を有するリニアエンコーダと、を備え、
前記ロータリーエンコーダは、前記ロータ板の一回転以内の回転角をアブソリュート検出する
ことを特徴とする絶対位置測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の絶対位置測定装置において、
前記リニアエンコーダは、前記スライダの位置をアブソリュート検出する
ことを特徴とする絶対位置測定装置。
【請求項３】
請求項１に記載の絶対位置測定装置において、
前記リニアエンコーダは、前記スライダの位置をインクリメント検出する
ことを特徴とする絶対位置測定装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の絶対位置測定装置において、
前記ロータ板は前記回転円筒に支持されている
ことを特徴とする絶対位置測定装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の絶対位置測定装置において、
前記回転円筒の雄ネジは、前記スピンドルのネジよりも細かいピッチで設けられている
ことを特徴とする絶対位置測定装置。
【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２つの互いに異なる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、を備え、
前記スピンドルには軸線に沿ってキー溝が設けられ、
前記位相信号発信手段は、
前記キー溝に係合するキーを有し前記スピンドルに外嵌した状態で前記スピンドルと一体回転するロータ板を備えるロータリーエンコーダと、
前記キー溝に係合するキーを有し前記スピンドルに外嵌した状態で前記スピンドルと一体回転するとともに外側面に雄ネジを有する回転円筒と、
回り止めされた状態で前記回転円筒の雄ネジに螺合しこの回転円筒の回転に伴ってスライド移動するナット部材と、
前記ナット部材とともにスライド移動するスライダおよびこのスライダの位置を検出する検出手段を有するリニアエンコーダと、を備え、
前記ロータリーエンコーダは、前記ロータ板の一回転以内の回転角をアブソリュート検出する
ことを特徴とする絶対位置測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の絶対位置測定装置において、
前記リニアエンコーダは、前記スライダの位置をアブソリュート検出する
ことを特徴とする絶対位置測定装置。
【請求項３】
請求項１に記載の絶対位置測定装置において、
前記リニアエンコーダは、前記スライダの位置をインクリメント検出する
ことを特徴とする絶対位置測定装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の絶対位置測定装置において、
前記ロータ板は前記回転円筒に支持されている
ことを特徴とする絶対位置測定装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の絶対位置測定装置において、
前記回転円筒の雄ネジは、前記スピンドルのネジよりも細かいピッチで設けられている
ことを特徴とする絶対位置測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−２７１６０４（Ｐ２００７−２７１６０４Ａ）
【公開日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２８３６０（Ｐ２００７−２８３６０）
【出願日】平成１９年２月７日（２００７．２．７）
【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１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月７日（２００７．２．７）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
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