絶対位置測定装置
【課題】スパイラルキー溝方式の絶対位置測定装置において、キーおよびキー溝間のがたつきを低減することができ、測定精度を向上させることができる絶対位置測定装置を提供すること。
【解決手段】スピンドル３には、外周にリード角の異なる第１のキー溝３２と第２のキー溝３３とが形成され、位相信号発信手段４は、スピンドル３が挿通された板状のステータ４０と、スピンドル３を中心に回転可能に支持されて第１のキー溝３２に係合する第１のキー５１を有する筒状の第１のロータ５０と、第１のロータ５０の外側でスピンドル３を中心に回転可能に支持されて第２のキー溝３３に係合する第２のキー６１を有する筒状の第２のロータ６０と、第１のロータ５０および第２のロータ６０を相反する回転方向に与圧する与圧手段としてのコイルばね７０とを有する。
【解決手段】スピンドル３には、外周にリード角の異なる第１のキー溝３２と第２のキー溝３３とが形成され、位相信号発信手段４は、スピンドル３が挿通された板状のステータ４０と、スピンドル３を中心に回転可能に支持されて第１のキー溝３２に係合する第１のキー５１を有する筒状の第１のロータ５０と、第１のロータ５０の外側でスピンドル３を中心に回転可能に支持されて第２のキー溝３３に係合する第２のキー６１を有する筒状の第２のロータ６０と、第１のロータ５０および第２のロータ６０を相反する回転方向に与圧する与圧手段としてのコイルばね７０とを有する。
【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。こ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知られている。
【０００３】
図６は、特許文献１に開示される従来の絶対位置測定装置を示す図である。
この絶対位置測定装置は、マイクロメータヘッド１０１であり、貫通孔１０２を有する本体１０３と、貫通孔１０２に螺合され、回転しながら軸方向に移動するスピンドル１０４と、スピンドル１０４の回転に応じて異なる周期の位相信号を出力する位相信号発信手段１０５とを備える。
【０００４】
位相信号発信手段１０５は、１枚のステータ１０６と、このステータ１０６に対向しながらスピンドル１０４の軸周りを回転する２つのロータ１０７，１０８とを有し、二組のロータリエンコーダが構成されている。第１のロータ１０７は、スピンドル１０４に形成された２本のキー溝のうち、直線状の第１のキー溝１０９に係合するキー１１０を有し、スピンドル１０４の回転に応じて回転する。また、第２のロータ１０８は、スパイラル状の第２のキー溝１１１に係合するキー１１２を有し、第１のロータ１０７とは異なる速度で回転する。そして、各ロータ１０７，１０８の回転に応じた異なる周期の位相信号が出力される。
図７に、スピンドル１０４の回転数と二組のロータリエンコーダの位相信号との関係を示す。図に示すように、スピンドル１０４の移動範囲内で第１のロータ１０７から１００周期の位相変化が得られるとき、第２のロータ１０８からは９９周期の位相変化が得られるようになっている。このように位相信号の位相差（図中のθ１とθ２の差）がスピンドル１０４の移動範囲内において常に異なることを利用して、その位相差に一対一対応するスピンドルの回転数Ｎからスピンドル１０４の軸方向の絶対位置が算出されるようになっている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２０７３０７号公報（図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、スピンドルの回転をキーおよびキー溝によってロータに伝達する方式のマイクロメータでは、キーおよびキー溝間に円滑な摺動のための隙間（バックラッシュ）が設けられるため、この隙間分だけキーおよびキー溝間のがたつきが発生してしまう。このがたつきが、スピンドルに対するロータの回転方向の位置決め精度を低下させ、マイクロメータの測定精度に影響を与えるという問題がある。
特に、特許文献１に記載のスパイラルキー溝を含む２本のキー溝１０９，１１１を有する方式のマイクロメータヘッド１０１では、二つのロータ１０７，１０８にそれぞれがたつきが発生するため、各ロータ１０７，１０８の位置決め精度の低下が強め合う方向にがたつきが発生する場合には、位相差が過大となってしまう。すると、過大となった位相差に対応するスピンドルの回転数が、本来の回転数Ｎを飛び越したＮ＋１として誤検出されてしまう、いわゆるＡＢＳ飛びが生じる可能性もある。
【０００７】
本発明の目的は、スパイラルキー溝方式の絶対位置測定装置において、キーおよびキー溝間のがたつきを低減することができ、測定精度を向上させることができる絶対位置測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の絶対位置測定装置は、本体と、この本体に螺合されているとともに軸周りに回転しながら軸方向に移動自在に設けられるスピンドルと、前記スピンドルの回転量に応じて異なる周期で変化する二つの位相信号を発信する位相信号発信手段と、前記二つの位相信号に基づいて前記スピンドルの軸方向の絶対位置を演算処理する演算処理手段と、を備え、前記スピンドルには、外周にリード角の異なる第１のキー溝と第２のキー溝とが形成され、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る板状のステータと、前記スピンドルを中心に回転可能に支持されて前記第１のキー溝に係合する第１のキーを有する筒状の第１のロータと、前記第１のロータの外側で前記スピンドルを中心に回転可能に支持されて前記第２のキー溝に係合する第２のキーを有する筒状の第２のロータと、前記ステータの内周側部分に対向する前記第１のロータと、前記ステータの外周側部分に対向する前記第２のロータとを相反する回転方向に与圧する与圧手段と、を有することを特徴とする。
【０００９】
ここで、与圧手段としては、第１のロータをスピンドルに対して一方の回転方向に与圧できるとともに、第２のロータをスピンドルに対して第１のロータとは反対の回転方向に与圧できるものであればよい。
この構成において、第１のロータの第１のキーがスピンドルの第１のキー溝に係合しているので、スピンドルの回転によって、第１のロータが回転する。すると、第１のロータとステータとの間で、スピンドルの回転量に応じて第１の周期で変化する位相信号が発信される。また、第２のロータについても、第２のキーと第２のキー溝との係合により、スピンドルの回転が伝達され、第２のロータとステータとの間で、スピンドルの回転量に応じて第２の周期で変化する位相信号が発信される。この際、第１のキー溝と第２のキー溝とでリード角が異なるので、第１のロータおよび第２のロータの各回転速度に差が生じ、位相信号発信手段から異なる周期で変化する二つの位相信号が発信される。これらの位相信号に基づいてスピンドルの軸方向の絶対位置が算出される。
【００１０】
この構成によれば、第１のロータと、第２のロータとをそれぞれ相反する回転方向に与圧する与圧手段が設けられているので、二つのロータの各キーがそれぞれ反対の回転方向に絶えず押し付けられて、第１のキーおよび第２のキーの遊び（バックラッシュ）による第１のロータおよび第２のロータのがたつきを極めて小さくすることができる。従って、測定精度の悪化およびＡＢＳ飛びの防止が望める。
【００１１】
本発明の絶対位置測定装置では、前記与圧手段は、弾性部材であり、前記第１のロータおよび前記第２のロータよりも反ステータ側において前記スピンドルの周方向に沿って配置されるとともに、予め弾性変形した状態で周方向の一端部が、前記第１のロータに接続され、他端部が、前記第２のロータに接続されていることが好ましい。
【００１２】
ここで、スピンドルの周方向に沿って配置可能な弾性部材からなる与圧手段としては、ねじりばね（コイルばねまたはトーションバー）やぜんまいばねが好適である。
この構成によれば、第１のロータおよび第２のロータの相対回転移動に応じて、付与手段がさらに弾性変形し、弾性部材の反発力により、その一端部が第１のロータを与圧し、他端部が第２のロータを第１のロータとは反対方向に与圧する。このようにして、各ロータのがたつきを一つの弾性部材で同時に抑えることができ、部品点数が削減されるので、与圧手段の構成をコンパクトにできる。
【００１３】
また、与圧手段がスピンドルの周方向に沿って配置されているので、与圧手段としてコイルばねやぜんまいばね等の弾性部材を使用する場合に、スピンドルの軸の形状に合わせてこれらの弾性部材を容易に形成することができるとともに、スピンドルの軸周りの空間にコンパクトに収めることができる。
従来の２重筒構造のロータにおいて、与圧手段を両ロータのステータ側に配置したり、両ロータ間の隙間に配置したりすると、各ロータの形状を大きく変更する必要が生じる。これに対して、本発明の与圧手段は、第１のロータおよび第２のロータの反ステータ側に配置されるので、２重筒構造のロータの形状を維持して位相信号の特性を確保しつつ、両ロータに与圧を加えることができる。
【００１４】
本発明の絶対位置測定装置では、前記第１のキー溝および前記第２のキー溝のいずれか一方は、直線状に形成され、前記第１のキー溝および前記第２のキー溝のいずれか他方は、前記スピンドルを略一周する螺旋状に形成され、前記第２のロータは、前記第１のロータよりも反ステータ側に延設される円筒状の延設部を有するとともに、この延設部の内径が前記スピンドルの外径に略等しく設定され、前記延設部には、前記スピンドルの軸方向に貫通する貫通孔が形成され、前記貫通孔が前記スピンドルの軸周りを略一周するＣ字状に形成され、前記第１のロータは、反ステータ側に突出されかつ前記貫通孔に挿通される突起部を有するとともに、前記突起部には前記延設部から突出した部分に前記与圧手段の一端部が接続されていることが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、一方のキー溝がスピンドルの外周を略一周する螺旋状に形成されていれば、他方のキー溝が直線状に形成されても、両ロータの位相差を略一回転（約３６０度）分確保することができ、両方のキー溝を螺旋状に形成するのと比べて溝部の加工が容易となる。
また、第２のロータに延設部が形成され、この延設部によって第２のロータがスピンドルの軸回りに回転するので、第２のロータが第１のロータの外側を回転する場合と比べて、回転時の第２のロータの軸に直交する方向のずれを生じにくくすることができる。
【００１６】
ここで、両ロータの位相差を略一回転分確保するためには、与圧手段の両端がスピンドルの外周方向に略一周分だけ相対移動できるように構成する必要がある。その際、第１のロータの突起部も、第２のロータの延設部に対して略一回転分だけ相対移動できるようにする必要がある。本発明によれば、延設部の貫通孔がスピンドルの軸周りにＣ字状に形成されているので、突起部が貫通孔に沿って移動できる。従って、突起部を設けても、両ロータを円滑に相対移動させることができる。また、突起部に与圧手段の一端部が接続されているので、第２のロータが延設部を有していても、第２のロータよりも反ステータ側に配置される与圧手段によって第１のロータを与圧することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の絶対位置測定装置に係る一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、絶対位置測定装置の一実施形態としてのマイクロメータヘッド１の構成を示す断面図である。
【００１８】
＜全体構成の説明＞
マイクロメータヘッド１は、本体２と、本体２に対して螺合され回転によって軸方向に移動自在に設けられたスピンドル３と、スピンドル３の回転量に応じて異なる周期で変化する二つの位相信号を発信する位相信号発信手段４と、これらの位相信号に基づいてスピンドル３の軸方向の絶対位置を演算処理する演算処理手段５と、演算されたスピンドル３の絶対位置を表示する表示手段６とを備える。
【００１９】
本体２は、貫通孔２１を有する円筒状で、貫通孔２１の内周にはスピンドル３と螺合する雌ねじ２２が設けられる。本体２の前端側（図中の左側）の外周は、２点鎖線で示す外側フレーム７によって覆われている。
【００２０】
スピンドル３は、本体２の貫通孔２１に挿通され、両端が本体から突出する状態に配設されている。スピンドル３の後端側の外周には本体２の雌ねじ２２に螺合する送りねじ３１が設けられ、回転操作により軸方向に移動可能である。スピンドル３の後端には、本体２の外部からスピンドル３を回転操作するつまみ部８が設けられる。
【００２１】
スピンドル３の中央部の外周には、リード角が異なる２本のキー溝３２，３３が設けられており、第１のキー溝３２はスピンドル３の軸と平行に設けられ、第２のキー溝３３はスピンドル３に対して螺旋状に設けられている。第１のキー溝３２と第２のキー溝３３との始点および終点の位置はスピンドル３の軸方向において略一致しており、第２のキー溝３３は、スピンドル３を略一周するスパイラルキー溝である。
【００２２】
＜位相信号発信手段の構成の説明＞
図２および図３は、位相信号発信手段４の構成を示す斜視図および分解斜視図である。
位相信号発信手段４は、本体２よりも前端側のスピンドル３の外周に配設され、外側フレーム７（図１）に覆われている。位相信号発信手段４は、スピンドル３が挿通された状態で本体２の前端側に固定された円板状のステータ４０と、第１のキー溝３２に係合する第１のキー５１を有しスピンドル３を中心にして回転可能に設けられた円筒状の第１のロータ５０と、第２のキー溝３３に係合する第２のキー６１を有し第１のロータ５０の外側でスピンドル３を中心にして回転可能に設けられた円筒状の第２のロータ６０と、これらのロータ５０，６０を相反する回転方向に与圧する与圧手段としてのコイルばね７０とを備える。
【００２３】
二つのロータ５０，６０はともに、ステータ４０に対して同じ側（本実施形態ではスピンドル３の前端側）に配設され、第１のロータ５０がステータ４０の内周側部分４１に対向し、第２のロータ６０がステータ４０の外周側部分４２に対向した状態に配設されている。すなわち、両ロータ５０，６０はスピンドル３を中心とする２重構造を形成しており、第１のロータ５０は、スピンドル３のすぐ外側に配設され、第２のロータ６０は、第１のロータ５０の外側に配設されている。このようなロータ５０，６０とステータ４０とにより２組の磁気式のロータリエンコーダが構成されている。
【００２４】
第１のロータ５０は、ステータ４０に対向する第１のロータ板５２（図３）と、ステータ４０と対向した状態で第１のロータ板５２を回転可能に保持する第１の回転円筒５３と、第１のキー溝３２に係合する第１のキー５１とを備える。
第１のロータ板５２は、スピンドル３が挿通される孔（不図示）を有する小円板である。第１の回転円筒５３は、スピンドル３に外嵌する円筒状であり、第１のロータ板５２の背面に接続され第１のロータ板５２を回転可能に支持する。第１の回転円筒５３には、軸に直交する方向で貫通形成された第１のキー孔５３１（図１）が設けられ、第１のキー孔５３１には第１のキー５１が螺合されている。
第１の回転円筒５３には、スピンドル３の前端側（反ステータ側）に突出された棒状の第１の突起部５４（本発明の突起部）が形成され、この第１の突起部５４にはコイルばね７の一端部７１が接続されている。
【００２５】
第２のロータ６０は、第１のロータ５０と同様に、ステータ４０に対向する第２のロータ板６２と、ステータ４０と対向した状態で第２のロータ板６２を回転可能に保持する第２の回転円筒６３と、第２のキー溝３３に係合する第２のキー６１とを備える。
【００２６】
第２のロータ板６２は、第１のロータ板５２を内側に遊嵌する程度の内孔（不図示）を有する環状板であり、第１のロータ板５２の外側に配置されている。
第２の回転円筒６３は、第２のロータ板６２の背面に接続され、内側に第１の回転円筒５３を遊嵌する孔６３１（図１）を有する円筒状で、第１の回転円筒５３の外側に配置されている。第２の回転円筒６３の外周には、周方向に長さを有する第１の長孔６３２が形成されている。この第１の長孔６３２は、内部に遊嵌された第１の回転円筒５３の第１のキー５１の位置調整をするためのものである。
【００２７】
また、第２の回転円筒６３には、第１の回転円筒５３よりも前端側に円筒状の延設部６４が一体形成されている。この延設部６４の内径は、スピンドル３の外径に略等しく設定され、スピンドル３が直接挿通されている。延設部６４には、さらに前端側に円筒状の張出部６５が形成され、この張出部６５の外周にはコイルばね７０が軸回りに回転自在に配設されている。
【００２８】
延設部６４には、スピンドル３の軸方向に貫通する貫通孔６４１が形成されている。この貫通孔６４１により、延設部６４の前端側の面から第１の回転円筒５３が遊嵌される孔６３１までが連通する。また、貫通孔６４１は、スピンドル３の軸周りを略一周するＣ字状の長孔として形成されている。このような貫通孔６４１には、第１のロータ５０の突起部５４が挿通され、Ｃ字状の長孔に沿って移動できるようになっている。
また、延設部６４には、スピンドル３の前端側に突出された棒状の第２の突起部６６が形成され、この第２の突起部６６にはコイルばね７０の他端部７２が接続されている。
延設部６４の外周には、第２のキー孔６４２が軸に直交する方向から貫通形成され、この第２のキー孔６４２に第２のキー６１が螺合されている。なお、第２のキー孔６４２は、Ｃ字状の長孔である貫通孔６４１以外の部分に形成されている。
【００２９】
コイルばね７０は、第２のロータ６０よりも前端側において張出部６５の外周をスピンドル３の周方向に沿って複数回巻かれた状態で配置されている。コイルばね７０は、予め弾性変形した状態で、その一端部７１が、第１のロータ５０の第１の突起部５４に係止され、他端部７２が、第２のロータ６０の第２の突起部６６に係止されている。
本実施形態では、与圧手段としてコイルばね７０を使用するが、コイルばね７０以外の与圧手段として、例えば、ねじりばねの一つであるトーションバーやぜんまいばねを使用してもよい。すなわち、与圧手段としては、スピンドル３の周方向に沿って配置可能な弾性部材であればよい。
【００３０】
＜マイクロメータヘッドの動作についての説明＞
図１にて、つまみ部８によってスピンドル３を回転操作すると、本体２の雌ねじ２２とスピンドル３の送りねじ３１との螺合によってスピンドル３が軸方向に移動する。
また、図２および図３にて、スピンドル３が回転すると、第１のロータ５０の第１のキー５１がスピンドル３の第１のキー溝３２に係合しているので、スピンドル３の回転によって、第１のロータ５０が回転する。すると、第１のロータ５０とステータ４０との間で、スピンドル３の回転量に応じて第１の周期で変化する位相信号が発信される。
同様に、第２のロータ６０についても、第２のキー６１と第２のキー溝３３との係合により、スピンドル３の回転が伝達される。このとき、第２の回転円筒６３は延設部６４によってスピンドル３を軸受けしているので、第２の回転円筒６３はスピンドル３を基準にして回転する。すると、第２のロータ６０とステータ４０との間で、スピンドル３の回転量に応じて第２の周期で変化する位相信号が発信される。
【００３１】
この際、直線状の第１のキー溝３２と螺旋状の第２のキー溝３３とは、互いにリード角が異なるので、スピンドル３が一回転するに当たって第１の回転円筒５３と第２の回転円筒６３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３の回転によって第１および第２の回転円筒５３，６３が回転されると、第１の回転円筒５３とともに第１のロータ板５２が回転され、第２の回転円筒６３とともに第２のロータ板６２が回転される。このようにして、第１のロータ板５２および第２のロータ板６２の各回転位相に差が生じ、各ロータ板５２，６２とステータ４０との相対的な位置関係より、異なる周期で変化する二つの位相信号が発信される。
【００３２】
ここで、第１の回転円筒５３と第２の回転円筒６３とは、コイルばね７０を介して連結され、互いに相反する回転方向にそれぞれ与圧された状態となっている。すなわち、コイルばね７０によって、第１のロータ５０はスピンドル３に対して一方の回転方向に与圧され、第２のロータ６０はスピンドル３に対して第１のロータ５０とは反対の回転方向に与圧されている。
【００３３】
図４は、スピンドル３の断面を示す図であり、各キー溝３２，３３に対する各キー５１，６１の位置関係を概念的に示す。
各キー溝３２，３３に対して各キー５１，６１が係合しながら円滑に摺動するためには所定の遊び（バックラッシュ）を設ける必要があるが、図４に示すように、この遊びによって各キー５１，６１がスピンドル３の軸周りに自由に移動してしまい、スピンドル３の回転中に遊びによる各キー５１，６１のがたつきが生じてしまうという問題があった。
これに対して、本実施形態では、コイルばね７０の与圧によって、図４の矢印で示す向きに各キー５１，６１が絶えず付勢されるので、各キー５１，６１と各キー溝３２，３３との遊びによるがたつきを生じにくくしている。
【００３４】
図５は、位相信号発生手段４を前端側から見た図であり、この図に基づいてコイルばね７０の作用を具体的に説明する。
コイルばね７０は、コイル径が拡大する方向にばねの両端７１，７２を広げた状態で、その一端部７１が第１の突起部５４に接続され、他端部７２が第２の突起部６６に接続されている。これによって、第１のロータ５０と第２のロータ６０とは互いにコイルばね７０の径が収縮する方向に回転する与圧される（図中の矢印の方向に与圧される）。
このような状態で、２つの回転円筒５３，６３が異なる回転位相で回転すると、コイルばね７０の一端部７１が接続される第１の突起部５４は、Ｃ字状の長孔である貫通孔６４１に沿って移動するが、この際、第１の突起部５４がどの位置に移動しても、コイルばね７０が絶えず２つの回転円筒５３，６３を同じ回転方向に与圧するようにコイルばね７０を設定しておけばよい。
なお、本実施形態では、コイルばね７０の径が収縮する向きに弾性力が作用するようにコイルばね７０を取り付けた場合を説明するが、反対にコイルばね７０の径が拡大する向きに弾性力が作用するようにコイルばね７０を取り付けてもよい。
【００３５】
このように、第１のロータ板５２の回転位相と第２のロータ板６２の回転位相とに基づいてスピンドル３の回転数および回転角が演算処理手段５（図１）にて求められ、スピンドル３の回転数にスピンドル３一回転あたりの進退ピッチを乗算してスピンドル３の軸方向の絶対位置が算出される。そして、スピンドル３の絶対位置は表示手段６に表示される。
以上のような動作によりスピンドル３の軸方向の絶対位置を算出することができる。
【００３６】
＜実施形態の効果＞
本実施形態によれば、次のような効果を奏することができる。
（１）第１のロータ５０と、第２のロータ６０とをそれぞれ相反する回転方向に与圧するコイルばね７０が設けられているので、二つのロータ５０，６０の各キー５１，６１がそれぞれ反対の回転方向に絶えず押し付けられて、各キー５１，６１の遊び（バックラッシュ）による第１のロータ５０および第２のロータ６０のがたつきを極めて小さくすることができる。従って、測定精度の悪化およびＡＢＳ飛びの防止が望める。
【００３７】
（２）第１のロータ５０および第２のロータ６０の相対回転移動に応じて、コイルばね７０がさらに弾性変形し、その反発力により、その一端部７１が第１のロータ５０を与圧し、他端部７２が第２のロータ６０を第１のロータ５０とは反対方向に与圧する。このようにして、各ロータ５０，６０のがたつきを一つのコイルばね７０で同時に抑えることができ、部品点数が削減されるので、与圧手段の構成をコンパクトにできる。
【００３８】
（３）コイルばね７０がスピンドル３の周方向に沿って複数回巻かれた状態で配置されているだけなので、与圧手段を容易に形成することができるとともに、スピンドル３の軸周りの空間にコンパクトに収めることができる。
【００３９】
（４）図６に示す従来の２重筒構造のロータにおいて、コイルばねを両ロータのステータ側に配置したり、両ロータ間の隙間に配置したりすると、各ロータの形状を大きく変更する必要が生じる。これに対して、本発明の与圧手段であれば、コイルばね７０が第１のロータ５０および第２のロータの反ステータ４０側に配置されるので、２重筒構造のロータ５０，６０の形状を維持して位相信号の特性を確保しつつ、両ロータ５０，６０に与圧を加えることができる。
【００４０】
（５）第２のキー溝３３がスピンドル３の外周を略一周する螺旋状に形成されていれば、第１のキー溝３２が直線状に形成されても、両ロータ５０，６０の位相差を略一回転（約３６０度）分確保することができ、両方のキー溝３２，３３を螺旋状に形成するのと比べて溝部の加工が容易となる。
【００４１】
（６）第２のロータ６０に延設部６４が形成され、この延設部６４によって第２のロータ６０がスピンドル３の軸回りに回転するので、第２のロータ６０が第１のロータ５０の外側を回転する場合と比べて、回転時の第２のロータ６０の軸に直交する方向のずれを生じにくくすることができる。
【００４２】
（７）両ロータ５０，６０の位相差を略一回転分確保するためには、コイルばね７０の両端がスピンドル３の外周方向に略一周分だけ相対移動できるとともに、第１のロータ５０の突起部５４が第２のロータ６０の延設部６４に対して略一回転分だけ相対移動できるように構成しなければならないが、延設部６４の貫通孔６４１がスピンドル３の軸周りにＣ字状に形成されているので、突起部５４が貫通孔６４１に沿って移動できる。従って、突起部５４を設けても両ロータ５０，６０が円滑に相対移動できる。本実施形態では、この突起部５４にコイルばね７０の一端部７１が接続されているので、第２のロータ６０が延設部６４を有していても、第２のロータ６０よりも反ステータ側に配置されるコイルばね７０によって第１のロータ５０を与圧することができるようになっている。
【００４３】
＜本発明の変形例＞
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、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ものである。
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４０でロータ５０，６０の回転位相を検出する構成として磁気式のロータリ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。
【００４４】
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１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３の絶対位置を検出する測定装置であればよい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の絶対位置測定装置の一実施形態に係るマイクロメータヘッドを示す断面図。
【図２】前記マイクロメータヘッドの位相信号発信手段を示す斜視図。
【図３】前記マイクロメータヘッドの位相信号発信手段を示す分解斜視図。
【図４】前記マイクロメータヘッドにおけるキーに対する与圧の方向を説明する図。
【図５】前記位相信号発生手段を前端側から見た図。
【図６】従来の絶対位置測定装置を示す断面図。
【図７】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。
【符号の説明】
【００４７】
１…マイクロメータヘッド（絶対位置測定装置）
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
３２…第１のキー溝
３３…第２のキー溝
４０ ステータ
５０ 第１のロータ
５１ 第１のキー
５４ 第１の突起部（突起部）
６０ 第２のロータ
６１ 第２のキー
６４ 延設部
７０…コイルばね（与圧手段）
７１…一端部
７２…他端部
６４１…貫通孔。
【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。こ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知られている。
【０００３】
図６は、特許文献１に開示される従来の絶対位置測定装置を示す図である。
この絶対位置測定装置は、マイクロメータヘッド１０１であり、貫通孔１０２を有する本体１０３と、貫通孔１０２に螺合され、回転しながら軸方向に移動するスピンドル１０４と、スピンドル１０４の回転に応じて異なる周期の位相信号を出力する位相信号発信手段１０５とを備える。
【０００４】
位相信号発信手段１０５は、１枚のステータ１０６と、このステータ１０６に対向しながらスピンドル１０４の軸周りを回転する２つのロータ１０７，１０８とを有し、二組のロータリエンコーダが構成されている。第１のロータ１０７は、スピンドル１０４に形成された２本のキー溝のうち、直線状の第１のキー溝１０９に係合するキー１１０を有し、スピンドル１０４の回転に応じて回転する。また、第２のロータ１０８は、スパイラル状の第２のキー溝１１１に係合するキー１１２を有し、第１のロータ１０７とは異なる速度で回転する。そして、各ロータ１０７，１０８の回転に応じた異なる周期の位相信号が出力される。
図７に、スピンドル１０４の回転数と二組のロータリエンコーダの位相信号との関係を示す。図に示すように、スピンドル１０４の移動範囲内で第１のロータ１０７から１００周期の位相変化が得られるとき、第２のロータ１０８からは９９周期の位相変化が得られるようになっている。このように位相信号の位相差（図中のθ１とθ２の差）がスピンドル１０４の移動範囲内において常に異なることを利用して、その位相差に一対一対応するスピンドルの回転数Ｎからスピンドル１０４の軸方向の絶対位置が算出されるようになっている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２０７３０７号公報（図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、スピンドルの回転をキーおよびキー溝によってロータに伝達する方式のマイクロメータでは、キーおよびキー溝間に円滑な摺動のための隙間（バックラッシュ）が設けられるため、この隙間分だけキーおよびキー溝間のがたつきが発生してしまう。このがたつきが、スピンドルに対するロータの回転方向の位置決め精度を低下させ、マイクロメータの測定精度に影響を与えるという問題がある。
特に、特許文献１に記載のスパイラルキー溝を含む２本のキー溝１０９，１１１を有する方式のマイクロメータヘッド１０１では、二つのロータ１０７，１０８にそれぞれがたつきが発生するため、各ロータ１０７，１０８の位置決め精度の低下が強め合う方向にがたつきが発生する場合には、位相差が過大となってしまう。すると、過大となった位相差に対応するスピンドルの回転数が、本来の回転数Ｎを飛び越したＮ＋１として誤検出されてしまう、いわゆるＡＢＳ飛びが生じる可能性もある。
【０００７】
本発明の目的は、スパイラルキー溝方式の絶対位置測定装置において、キーおよびキー溝間のがたつきを低減することができ、測定精度を向上させることができる絶対位置測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の絶対位置測定装置は、本体と、この本体に螺合されているとともに軸周りに回転しながら軸方向に移動自在に設けられるスピンドルと、前記スピンドルの回転量に応じて異なる周期で変化する二つの位相信号を発信する位相信号発信手段と、前記二つの位相信号に基づいて前記スピンドルの軸方向の絶対位置を演算処理する演算処理手段と、を備え、前記スピンドルには、外周にリード角の異なる第１のキー溝と第２のキー溝とが形成され、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る板状のステータと、前記スピンドルを中心に回転可能に支持されて前記第１のキー溝に係合する第１のキーを有する筒状の第１のロータと、前記第１のロータの外側で前記スピンドルを中心に回転可能に支持されて前記第２のキー溝に係合する第２のキーを有する筒状の第２のロータと、前記ステータの内周側部分に対向する前記第１のロータと、前記ステータの外周側部分に対向する前記第２のロータとを相反する回転方向に与圧する与圧手段と、を有することを特徴とする。
【０００９】
ここで、与圧手段としては、第１のロータをスピンドルに対して一方の回転方向に与圧できるとともに、第２のロータをスピンドルに対して第１のロータとは反対の回転方向に与圧できるものであればよい。
この構成において、第１のロータの第１のキーがスピンドルの第１のキー溝に係合しているので、スピンドルの回転によって、第１のロータが回転する。すると、第１のロータとステータとの間で、スピンドルの回転量に応じて第１の周期で変化する位相信号が発信される。また、第２のロータについても、第２のキーと第２のキー溝との係合により、スピンドルの回転が伝達され、第２のロータとステータとの間で、スピンドルの回転量に応じて第２の周期で変化する位相信号が発信される。この際、第１のキー溝と第２のキー溝とでリード角が異なるので、第１のロータおよび第２のロータの各回転速度に差が生じ、位相信号発信手段から異なる周期で変化する二つの位相信号が発信される。これらの位相信号に基づいてスピンドルの軸方向の絶対位置が算出される。
【００１０】
この構成によれば、第１のロータと、第２のロータとをそれぞれ相反する回転方向に与圧する与圧手段が設けられているので、二つのロータの各キーがそれぞれ反対の回転方向に絶えず押し付けられて、第１のキーおよび第２のキーの遊び（バックラッシュ）による第１のロータおよび第２のロータのがたつきを極めて小さくすることができる。従って、測定精度の悪化およびＡＢＳ飛びの防止が望める。
【００１１】
本発明の絶対位置測定装置では、前記与圧手段は、弾性部材であり、前記第１のロータおよび前記第２のロータよりも反ステータ側において前記スピンドルの周方向に沿って配置されるとともに、予め弾性変形した状態で周方向の一端部が、前記第１のロータに接続され、他端部が、前記第２のロータに接続されていることが好ましい。
【００１２】
ここで、スピンドルの周方向に沿って配置可能な弾性部材からなる与圧手段としては、ねじりばね（コイルばねまたはトーションバー）やぜんまいばねが好適である。
この構成によれば、第１のロータおよび第２のロータの相対回転移動に応じて、付与手段がさらに弾性変形し、弾性部材の反発力により、その一端部が第１のロータを与圧し、他端部が第２のロータを第１のロータとは反対方向に与圧する。このようにして、各ロータのがたつきを一つの弾性部材で同時に抑えることができ、部品点数が削減されるので、与圧手段の構成をコンパクトにできる。
【００１３】
また、与圧手段がスピンドルの周方向に沿って配置されているので、与圧手段としてコイルばねやぜんまいばね等の弾性部材を使用する場合に、スピンドルの軸の形状に合わせてこれらの弾性部材を容易に形成することができるとともに、スピンドルの軸周りの空間にコンパクトに収めることができる。
従来の２重筒構造のロータにおいて、与圧手段を両ロータのステータ側に配置したり、両ロータ間の隙間に配置したりすると、各ロータの形状を大きく変更する必要が生じる。これに対して、本発明の与圧手段は、第１のロータおよび第２のロータの反ステータ側に配置されるので、２重筒構造のロータの形状を維持して位相信号の特性を確保しつつ、両ロータに与圧を加えることができる。
【００１４】
本発明の絶対位置測定装置では、前記第１のキー溝および前記第２のキー溝のいずれか一方は、直線状に形成され、前記第１のキー溝および前記第２のキー溝のいずれか他方は、前記スピンドルを略一周する螺旋状に形成され、前記第２のロータは、前記第１のロータよりも反ステータ側に延設される円筒状の延設部を有するとともに、この延設部の内径が前記スピンドルの外径に略等しく設定され、前記延設部には、前記スピンドルの軸方向に貫通する貫通孔が形成され、前記貫通孔が前記スピンドルの軸周りを略一周するＣ字状に形成され、前記第１のロータは、反ステータ側に突出されかつ前記貫通孔に挿通される突起部を有するとともに、前記突起部には前記延設部から突出した部分に前記与圧手段の一端部が接続されていることが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、一方のキー溝がスピンドルの外周を略一周する螺旋状に形成されていれば、他方のキー溝が直線状に形成されても、両ロータの位相差を略一回転（約３６０度）分確保することができ、両方のキー溝を螺旋状に形成するのと比べて溝部の加工が容易となる。
また、第２のロータに延設部が形成され、この延設部によって第２のロータがスピンドルの軸回りに回転するので、第２のロータが第１のロータの外側を回転する場合と比べて、回転時の第２のロータの軸に直交する方向のずれを生じにくくすることができる。
【００１６】
ここで、両ロータの位相差を略一回転分確保するためには、与圧手段の両端がスピンドルの外周方向に略一周分だけ相対移動できるように構成する必要がある。その際、第１のロータの突起部も、第２のロータの延設部に対して略一回転分だけ相対移動できるようにする必要がある。本発明によれば、延設部の貫通孔がスピンドルの軸周りにＣ字状に形成されているので、突起部が貫通孔に沿って移動できる。従って、突起部を設けても、両ロータを円滑に相対移動させることができる。また、突起部に与圧手段の一端部が接続されているので、第２のロータが延設部を有していても、第２のロータよりも反ステータ側に配置される与圧手段によって第１のロータを与圧することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の絶対位置測定装置に係る一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、絶対位置測定装置の一実施形態としてのマイクロメータヘッド１の構成を示す断面図である。
【００１８】
＜全体構成の説明＞
マイクロメータヘッド１は、本体２と、本体２に対して螺合され回転によって軸方向に移動自在に設けられたスピンドル３と、スピンドル３の回転量に応じて異なる周期で変化する二つの位相信号を発信する位相信号発信手段４と、これらの位相信号に基づいてスピンドル３の軸方向の絶対位置を演算処理する演算処理手段５と、演算されたスピンドル３の絶対位置を表示する表示手段６とを備える。
【００１９】
本体２は、貫通孔２１を有する円筒状で、貫通孔２１の内周にはスピンドル３と螺合する雌ねじ２２が設けられる。本体２の前端側（図中の左側）の外周は、２点鎖線で示す外側フレーム７によって覆われている。
【００２０】
スピンドル３は、本体２の貫通孔２１に挿通され、両端が本体から突出する状態に配設されている。スピンドル３の後端側の外周には本体２の雌ねじ２２に螺合する送りねじ３１が設けられ、回転操作により軸方向に移動可能である。スピンドル３の後端には、本体２の外部からスピンドル３を回転操作するつまみ部８が設けられる。
【００２１】
スピンドル３の中央部の外周には、リード角が異なる２本のキー溝３２，３３が設けられており、第１のキー溝３２はスピンドル３の軸と平行に設けられ、第２のキー溝３３はスピンドル３に対して螺旋状に設けられている。第１のキー溝３２と第２のキー溝３３との始点および終点の位置はスピンドル３の軸方向において略一致しており、第２のキー溝３３は、スピンドル３を略一周するスパイラルキー溝である。
【００２２】
＜位相信号発信手段の構成の説明＞
図２および図３は、位相信号発信手段４の構成を示す斜視図および分解斜視図である。
位相信号発信手段４は、本体２よりも前端側のスピンドル３の外周に配設され、外側フレーム７（図１）に覆われている。位相信号発信手段４は、スピンドル３が挿通された状態で本体２の前端側に固定された円板状のステータ４０と、第１のキー溝３２に係合する第１のキー５１を有しスピンドル３を中心にして回転可能に設けられた円筒状の第１のロータ５０と、第２のキー溝３３に係合する第２のキー６１を有し第１のロータ５０の外側でスピンドル３を中心にして回転可能に設けられた円筒状の第２のロータ６０と、これらのロータ５０，６０を相反する回転方向に与圧する与圧手段としてのコイルばね７０とを備える。
【００２３】
二つのロータ５０，６０はともに、ステータ４０に対して同じ側（本実施形態ではスピンドル３の前端側）に配設され、第１のロータ５０がステータ４０の内周側部分４１に対向し、第２のロータ６０がステータ４０の外周側部分４２に対向した状態に配設されている。すなわち、両ロータ５０，６０はスピンドル３を中心とする２重構造を形成しており、第１のロータ５０は、スピンドル３のすぐ外側に配設され、第２のロータ６０は、第１のロータ５０の外側に配設されている。このようなロータ５０，６０とステータ４０とにより２組の磁気式のロータリエンコーダが構成されている。
【００２４】
第１のロータ５０は、ステータ４０に対向する第１のロータ板５２（図３）と、ステータ４０と対向した状態で第１のロータ板５２を回転可能に保持する第１の回転円筒５３と、第１のキー溝３２に係合する第１のキー５１とを備える。
第１のロータ板５２は、スピンドル３が挿通される孔（不図示）を有する小円板である。第１の回転円筒５３は、スピンドル３に外嵌する円筒状であり、第１のロータ板５２の背面に接続され第１のロータ板５２を回転可能に支持する。第１の回転円筒５３には、軸に直交する方向で貫通形成された第１のキー孔５３１（図１）が設けられ、第１のキー孔５３１には第１のキー５１が螺合されている。
第１の回転円筒５３には、スピンドル３の前端側（反ステータ側）に突出された棒状の第１の突起部５４（本発明の突起部）が形成され、この第１の突起部５４にはコイルばね７の一端部７１が接続されている。
【００２５】
第２のロータ６０は、第１のロータ５０と同様に、ステータ４０に対向する第２のロータ板６２と、ステータ４０と対向した状態で第２のロータ板６２を回転可能に保持する第２の回転円筒６３と、第２のキー溝３３に係合する第２のキー６１とを備える。
【００２６】
第２のロータ板６２は、第１のロータ板５２を内側に遊嵌する程度の内孔（不図示）を有する環状板であり、第１のロータ板５２の外側に配置されている。
第２の回転円筒６３は、第２のロータ板６２の背面に接続され、内側に第１の回転円筒５３を遊嵌する孔６３１（図１）を有する円筒状で、第１の回転円筒５３の外側に配置されている。第２の回転円筒６３の外周には、周方向に長さを有する第１の長孔６３２が形成されている。この第１の長孔６３２は、内部に遊嵌された第１の回転円筒５３の第１のキー５１の位置調整をするためのものである。
【００２７】
また、第２の回転円筒６３には、第１の回転円筒５３よりも前端側に円筒状の延設部６４が一体形成されている。この延設部６４の内径は、スピンドル３の外径に略等しく設定され、スピンドル３が直接挿通されている。延設部６４には、さらに前端側に円筒状の張出部６５が形成され、この張出部６５の外周にはコイルばね７０が軸回りに回転自在に配設されている。
【００２８】
延設部６４には、スピンドル３の軸方向に貫通する貫通孔６４１が形成されている。この貫通孔６４１により、延設部６４の前端側の面から第１の回転円筒５３が遊嵌される孔６３１までが連通する。また、貫通孔６４１は、スピンドル３の軸周りを略一周するＣ字状の長孔として形成されている。このような貫通孔６４１には、第１のロータ５０の突起部５４が挿通され、Ｃ字状の長孔に沿って移動できるようになっている。
また、延設部６４には、スピンドル３の前端側に突出された棒状の第２の突起部６６が形成され、この第２の突起部６６にはコイルばね７０の他端部７２が接続されている。
延設部６４の外周には、第２のキー孔６４２が軸に直交する方向から貫通形成され、この第２のキー孔６４２に第２のキー６１が螺合されている。なお、第２のキー孔６４２は、Ｃ字状の長孔である貫通孔６４１以外の部分に形成されている。
【００２９】
コイルばね７０は、第２のロータ６０よりも前端側において張出部６５の外周をスピンドル３の周方向に沿って複数回巻かれた状態で配置されている。コイルばね７０は、予め弾性変形した状態で、その一端部７１が、第１のロータ５０の第１の突起部５４に係止され、他端部７２が、第２のロータ６０の第２の突起部６６に係止されている。
本実施形態では、与圧手段としてコイルばね７０を使用するが、コイルばね７０以外の与圧手段として、例えば、ねじりばねの一つであるトーションバーやぜんまいばねを使用してもよい。すなわち、与圧手段としては、スピンドル３の周方向に沿って配置可能な弾性部材であればよい。
【００３０】
＜マイクロメータヘッドの動作についての説明＞
図１にて、つまみ部８によってスピンドル３を回転操作すると、本体２の雌ねじ２２とスピンドル３の送りねじ３１との螺合によってスピンドル３が軸方向に移動する。
また、図２および図３にて、スピンドル３が回転すると、第１のロータ５０の第１のキー５１がスピンドル３の第１のキー溝３２に係合しているので、スピンドル３の回転によって、第１のロータ５０が回転する。すると、第１のロータ５０とステータ４０との間で、スピンドル３の回転量に応じて第１の周期で変化する位相信号が発信される。
同様に、第２のロータ６０についても、第２のキー６１と第２のキー溝３３との係合により、スピンドル３の回転が伝達される。このとき、第２の回転円筒６３は延設部６４によってスピンドル３を軸受けしているので、第２の回転円筒６３はスピンドル３を基準にして回転する。すると、第２のロータ６０とステータ４０との間で、スピンドル３の回転量に応じて第２の周期で変化する位相信号が発信される。
【００３１】
この際、直線状の第１のキー溝３２と螺旋状の第２のキー溝３３とは、互いにリード角が異なるので、スピンドル３が一回転するに当たって第１の回転円筒５３と第２の回転円筒６３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３の回転によって第１および第２の回転円筒５３，６３が回転されると、第１の回転円筒５３とともに第１のロータ板５２が回転され、第２の回転円筒６３とともに第２のロータ板６２が回転される。このようにして、第１のロータ板５２および第２のロータ板６２の各回転位相に差が生じ、各ロータ板５２，６２とステータ４０との相対的な位置関係より、異なる周期で変化する二つの位相信号が発信される。
【００３２】
ここで、第１の回転円筒５３と第２の回転円筒６３とは、コイルばね７０を介して連結され、互いに相反する回転方向にそれぞれ与圧された状態となっている。すなわち、コイルばね７０によって、第１のロータ５０はスピンドル３に対して一方の回転方向に与圧され、第２のロータ６０はスピンドル３に対して第１のロータ５０とは反対の回転方向に与圧されている。
【００３３】
図４は、スピンドル３の断面を示す図であり、各キー溝３２，３３に対する各キー５１，６１の位置関係を概念的に示す。
各キー溝３２，３３に対して各キー５１，６１が係合しながら円滑に摺動するためには所定の遊び（バックラッシュ）を設ける必要があるが、図４に示すように、この遊びによって各キー５１，６１がスピンドル３の軸周りに自由に移動してしまい、スピンドル３の回転中に遊びによる各キー５１，６１のがたつきが生じてしまうという問題があった。
これに対して、本実施形態では、コイルばね７０の与圧によって、図４の矢印で示す向きに各キー５１，６１が絶えず付勢されるので、各キー５１，６１と各キー溝３２，３３との遊びによるがたつきを生じにくくしている。
【００３４】
図５は、位相信号発生手段４を前端側から見た図であり、この図に基づいてコイルばね７０の作用を具体的に説明する。
コイルばね７０は、コイル径が拡大する方向にばねの両端７１，７２を広げた状態で、その一端部７１が第１の突起部５４に接続され、他端部７２が第２の突起部６６に接続されている。これによって、第１のロータ５０と第２のロータ６０とは互いにコイルばね７０の径が収縮する方向に回転する与圧される（図中の矢印の方向に与圧される）。
このような状態で、２つの回転円筒５３，６３が異なる回転位相で回転すると、コイルばね７０の一端部７１が接続される第１の突起部５４は、Ｃ字状の長孔である貫通孔６４１に沿って移動するが、この際、第１の突起部５４がどの位置に移動しても、コイルばね７０が絶えず２つの回転円筒５３，６３を同じ回転方向に与圧するようにコイルばね７０を設定しておけばよい。
なお、本実施形態では、コイルばね７０の径が収縮する向きに弾性力が作用するようにコイルばね７０を取り付けた場合を説明するが、反対にコイルばね７０の径が拡大する向きに弾性力が作用するようにコイルばね７０を取り付けてもよい。
【００３５】
このように、第１のロータ板５２の回転位相と第２のロータ板６２の回転位相とに基づいてスピンドル３の回転数および回転角が演算処理手段５（図１）にて求められ、スピンドル３の回転数にスピンドル３一回転あたりの進退ピッチを乗算してスピンドル３の軸方向の絶対位置が算出される。そして、スピンドル３の絶対位置は表示手段６に表示される。
以上のような動作によりスピンドル３の軸方向の絶対位置を算出することができる。
【００３６】
＜実施形態の効果＞
本実施形態によれば、次のような効果を奏することができる。
（１）第１のロータ５０と、第２のロータ６０とをそれぞれ相反する回転方向に与圧するコイルばね７０が設けられているので、二つのロータ５０，６０の各キー５１，６１がそれぞれ反対の回転方向に絶えず押し付けられて、各キー５１，６１の遊び（バックラッシュ）による第１のロータ５０および第２のロータ６０のがたつきを極めて小さくすることができる。従って、測定精度の悪化およびＡＢＳ飛びの防止が望める。
【００３７】
（２）第１のロータ５０および第２のロータ６０の相対回転移動に応じて、コイルばね７０がさらに弾性変形し、その反発力により、その一端部７１が第１のロータ５０を与圧し、他端部７２が第２のロータ６０を第１のロータ５０とは反対方向に与圧する。このようにして、各ロータ５０，６０のがたつきを一つのコイルばね７０で同時に抑えることができ、部品点数が削減されるので、与圧手段の構成をコンパクトにできる。
【００３８】
（３）コイルばね７０がスピンドル３の周方向に沿って複数回巻かれた状態で配置されているだけなので、与圧手段を容易に形成することができるとともに、スピンドル３の軸周りの空間にコンパクトに収めることができる。
【００３９】
（４）図６に示す従来の２重筒構造のロータにおいて、コイルばねを両ロータのステータ側に配置したり、両ロータ間の隙間に配置したりすると、各ロータの形状を大きく変更する必要が生じる。これに対して、本発明の与圧手段であれば、コイルばね７０が第１のロータ５０および第２のロータの反ステータ４０側に配置されるので、２重筒構造のロータ５０，６０の形状を維持して位相信号の特性を確保しつつ、両ロータ５０，６０に与圧を加えることができる。
【００４０】
（５）第２のキー溝３３がスピンドル３の外周を略一周する螺旋状に形成されていれば、第１のキー溝３２が直線状に形成されても、両ロータ５０，６０の位相差を略一回転（約３６０度）分確保することができ、両方のキー溝３２，３３を螺旋状に形成するのと比べて溝部の加工が容易となる。
【００４１】
（６）第２のロータ６０に延設部６４が形成され、この延設部６４によって第２のロータ６０がスピンドル３の軸回りに回転するので、第２のロータ６０が第１のロータ５０の外側を回転する場合と比べて、回転時の第２のロータ６０の軸に直交する方向のずれを生じにくくすることができる。
【００４２】
（７）両ロータ５０，６０の位相差を略一回転分確保するためには、コイルばね７０の両端がスピンドル３の外周方向に略一周分だけ相対移動できるとともに、第１のロータ５０の突起部５４が第２のロータ６０の延設部６４に対して略一回転分だけ相対移動できるように構成しなければならないが、延設部６４の貫通孔６４１がスピンドル３の軸周りにＣ字状に形成されているので、突起部５４が貫通孔６４１に沿って移動できる。従って、突起部５４を設けても両ロータ５０，６０が円滑に相対移動できる。本実施形態では、この突起部５４にコイルばね７０の一端部７１が接続されているので、第２のロータ６０が延設部６４を有していても、第２のロータ６０よりも反ステータ側に配置されるコイルばね７０によって第１のロータ５０を与圧することができるようになっている。
【００４３】
＜本発明の変形例＞
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、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ものである。
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４０でロータ５０，６０の回転位相を検出する構成として磁気式のロータリ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。
【００４４】
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１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３の絶対位置を検出する測定装置であればよい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の絶対位置測定装置の一実施形態に係るマイクロメータヘッドを示す断面図。
【図２】前記マイクロメータヘッドの位相信号発信手段を示す斜視図。
【図３】前記マイクロメータヘッドの位相信号発信手段を示す分解斜視図。
【図４】前記マイクロメータヘッドにおけるキーに対する与圧の方向を説明する図。
【図５】前記位相信号発生手段を前端側から見た図。
【図６】従来の絶対位置測定装置を示す断面図。
【図７】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。
【符号の説明】
【００４７】
１…マイクロメータヘッド（絶対位置測定装置）
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
３２…第１のキー溝
３３…第２のキー溝
４０ ステータ
５０ 第１のロータ
５１ 第１のキー
５４ 第１の突起部（突起部）
６０ 第２のロータ
６１ 第２のキー
６４ 延設部
７０…コイルばね（与圧手段）
７１…一端部
７２…他端部
６４１…貫通孔。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体と、この本体に螺合されているとともに軸周りに回転しながら軸方向に移動自在に設けられるスピンドルと、前記スピンドルの回転量に応じて異なる周期で変化する二つの位相信号を発信する位相信号発信手段と、前記二つの位相信号に基づいて前記スピンドルの軸方向の絶対位置を演算処理する演算処理手段と、を備え、
前記スピンドルには、外周にリード角の異なる第１のキー溝と第２のキー溝とが形成され、
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る板状のステータと、
前記スピンドルを中心に回転可能に支持されて前記第１のキー溝に係合する第１のキーを有する筒状の第１のロータと、
前記第１のロータの外側で前記スピンドルを中心に回転可能に支持されて前記第２のキー溝に係合する第２のキーを有する筒状の第２のロータと、
前記ステータの内周側部分に対向する前記第１のロータと、前記ステータの外周側部分に対向する前記第２のロータとを相反する回転方向に与圧する与圧手段と、を有する
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、
前記与圧手段は、弾性部材であり、前記第１のロータおよび前記第２のロータよりも反ステータ側において前記スピンドルの周方向に沿って配置されるとともに、予め弾性変形した状態で周方向の一端部が、前記第１のロータに接続され、他端部が、前記第２のロータに接続されていることを特徴とする絶対位置測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の絶対位置測定装置において、
前記第１のキー溝および前記第２のキー溝のいずれか一方は、直線状に形成され、
前記第１のキー溝および前記第２のキー溝のいずれか他方は、前記スピンドルを略一周する螺旋状に形成され、
前記第２のロータは、前記第１のロータよりも反ステータ側に延設される円筒状の延設部を有するとともに、この延設部の内径が前記スピンドルの外径に略等しく設定され、
前記延設部には、前記スピンドルの軸方向に貫通する貫通孔が形成され、前記貫通孔が前記スピンドルの軸周りを略一周するＣ字状に形成され、
前記第１のロータは、反ステータ側に突出されかつ前記貫通孔に挿通される突起部を有するとともに、
前記突起部には前記延設部から突出した部分に前記与圧手段の一端部が接続されている
ことを特徴とする絶対位置測定装置。
【請求項１】
本体と、この本体に螺合されているとともに軸周りに回転しながら軸方向に移動自在に設けられるスピンドルと、前記スピンドルの回転量に応じて異なる周期で変化する二つの位相信号を発信する位相信号発信手段と、前記二つの位相信号に基づいて前記スピンドルの軸方向の絶対位置を演算処理する演算処理手段と、を備え、
前記スピンドルには、外周にリード角の異なる第１のキー溝と第２のキー溝とが形成され、
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る板状のステータと、
前記スピンドルを中心に回転可能に支持されて前記第１のキー溝に係合する第１のキーを有する筒状の第１のロータと、
前記第１のロータの外側で前記スピンドルを中心に回転可能に支持されて前記第２のキー溝に係合する第２のキーを有する筒状の第２のロータと、
前記ステータの内周側部分に対向する前記第１のロータと、前記ステータの外周側部分に対向する前記第２のロータとを相反する回転方向に与圧する与圧手段と、を有する
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、
前記与圧手段は、弾性部材であり、前記第１のロータおよび前記第２のロータよりも反ステータ側において前記スピンドルの周方向に沿って配置されるとともに、予め弾性変形した状態で周方向の一端部が、前記第１のロータに接続され、他端部が、前記第２のロータに接続されていることを特徴とする絶対位置測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の絶対位置測定装置において、
前記第１のキー溝および前記第２のキー溝のいずれか一方は、直線状に形成され、
前記第１のキー溝および前記第２のキー溝のいずれか他方は、前記スピンドルを略一周する螺旋状に形成され、
前記第２のロータは、前記第１のロータよりも反ステータ側に延設される円筒状の延設部を有するとともに、この延設部の内径が前記スピンドルの外径に略等しく設定され、
前記延設部には、前記スピンドルの軸方向に貫通する貫通孔が形成され、前記貫通孔が前記スピンドルの軸周りを略一周するＣ字状に形成され、
前記第１のロータは、反ステータ側に突出されかつ前記貫通孔に挿通される突起部を有するとともに、
前記突起部には前記延設部から突出した部分に前記与圧手段の一端部が接続されている
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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−１８６３１３（Ｐ２００９−１８６３１３Ａ）
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６２２４（Ｐ２００８−２６２２４）
【出願日】平成２０年２月６日（２００８．２．６）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月６日（２００８．２．６）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
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