絶対位置測定装置
【課題】小型化を容易に図れ、製造上の負担を軽減でき、スピンドルの絶対位置を測定可能な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の回転量を第１の周期で変化する位相信号として検出する第１のロータリーエンコーダと、スピンドル３の回転量を第２の周期で変化する位相信号として検出する第２のロータリーエンコーダとを備える。第１のロータリーエンコーダの第１のロータ４２の回転は、第１の回転円筒４３の外周に形成された第１の歯車４８と、第２の回転円筒５２の外周に形成された第２の歯車５５とに噛合する中継歯車５３によって、第２のロータ５１に伝達される。従って、二つの異なる周期の位相信号に基づいてスピンドルの絶対位置を算出できる。また、従来のようなスピンドルの螺旋状のキー溝を設ける必要がなく、小型化を容易に図れる。また、製造上の負担を軽減させることができる。
【解決手段】スピンドル３の回転量を第１の周期で変化する位相信号として検出する第１のロータリーエンコーダと、スピンドル３の回転量を第２の周期で変化する位相信号として検出する第２のロータリーエンコーダとを備える。第１のロータリーエンコーダの第１のロータ４２の回転は、第１の回転円筒４３の外周に形成された第１の歯車４８と、第２の回転円筒５２の外周に形成された第２の歯車５５とに噛合する中継歯車５３によって、第２のロータ５１に伝達される。従って、二つの異なる周期の位相信号に基づいてスピンドルの絶対位置を算出できる。また、従来のようなスピンドルの螺旋状のキー溝を設ける必要がなく、小型化を容易に図れる。また、製造上の負担を軽減させることができる。
【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、ホールテスト等のように、回転しながら軸方向に移動するスピンドルを有する測定装置であって、スピンドルの絶対位置を測定する絶対位置測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、長さまたは大きさ等を測定する小型測定器として、例えば、マイクロメータやマイクロメータヘッドが知られ、固定部材に対する可動部材の相対移動量を検出することによって、被測定対象の測定が行われてきた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１に記載の小型測定器における、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について、図面に基づいて以下に説明する。
図６は、特許文献１に開示される小型測定器としての従来のマイクロメータヘッド１０１を示す図である。
このマイクロメータヘッド１０１は、貫通孔１２１を有する本体１０２と、この貫通孔１２１に挿通され当該貫通孔１２１に沿って進退自在に支持されたスピンドル１０３と、スピンドル１０３の進退移動に応じて位相信号を発信する位相信号発信手段１０４と、この位相信号に基づいてスピンドル１０３の絶対位置を算出する演算処理手段１０５と、算出されたスピンドル１０３の絶対位置を表示する表示手段１０６とを備えている。
【０００４】
本体１０２に対してスピンドル１０３が進退移動する構成について説明する。本体１０２の貫通孔１２１の内周には、雌ねじ１２２が形成されている。また、スピンドル１０３には、本体１０２の雌ねじ１２２と螺合する送りねじ１３１が形成され、端部につまみ部１３２が設けられている。従って、つまみ部１３２によりスピンドル１０３を回転操作すると、雌ねじ１２２と送りねじ１３１との螺合によって、スピンドル１０３が本体１０２に対して軸方向に進退する。
【０００５】
位相信号発信手段１０４は、二つのロータリーエンコーダによって構成され、スピンドル１０３の進退移動に応じて二つの異なる周期の位相信号を発信する機能を備えている。これらのロータリーエンコーダは、本体１０２に固定された一枚のステータ１４１と、このステータ１４１を挟んで両側にそれぞれ配置された二枚のロータ１４２、１４５とから構成される。
【０００６】
これらステータ１４１およびロータ１４２、１４５について、以下に詳しく説明する。
ステータ１４１には、スピンドル１０３の軸方向に貫通孔１４８が形成され、この貫通孔１４８にスピンドル１０３が挿通されている。このスピンドル１０３の外周には、２本のキー溝１３３、１３４が形成されている。第１のキー溝１３３は、スピンドル１０３の軸に沿って直線状に設けられ、第２のキー溝１３４は、スピンドル１０３の軸に対して螺旋状に設けられている。この第１のキー溝１３３と係合する第１のキー１４４を内周に有する第１の回転円筒１４３と、第２のキー溝１３４と係合する第２のキー１４７を内周に有する第２の回転円筒１４６とが、スピンドル１０３の軸の外周に配設されている。回転円筒１４３、１４６は、ステータ１４１の位置からスピンドル１０３の軸に沿って両方向に並んでいる。
【０００７】
ロータ１４２、１４５は、それぞれスピンドル１０３の軸方向に貫通する孔１４９，１５０を有し、回転円筒１４３、１４６にそれぞれ設けられている。すなわち、第１のロータ１４２は、第１の回転円筒１４３の外周に嵌合され、第１のロータ１４２は、第１の回転円筒１４３の外周に嵌合されている。このようにして、ロータ１４２、１４５は、ステータ１４１の両面にそれぞれ対向して配置される。
【０００８】
このような構成において、スピンドル１０３の絶対位置を測定する手順を説明する。
まず、スピンドル１０３を回転させると、スピンドル１０３が軸方向に進退移動する。同時に、第１の回転円筒１４３は、第１のキー１４４と第１のキー溝１３３との係合により回転し、第２の回転円筒１４６は、第２のキー１４７と第２のキー溝１３４との係合により回転する。
【０００９】
第１の回転円筒１４３が回転する場合、第１のキー溝１３３がスピンドル１０３の軸に沿って直線状に設けられているので、第１の回転円筒１４３は、スピンドル１０３と同期して回転する。一方、第２の回転円筒１４６が回転する場合、第２のキー溝１３４がスピンドル１０３の軸に対して螺旋状に設けられているので、第２の回転円筒１４６は、スピンドル１０３より遅れて回転する。これによって、二つのロータ１４２、１４５の回転速度の差が生じて、二つのロータリーエンコーダから、二つの異なる周期の位相信号が発信される。
【００１０】
従って、二つのロータリーエンコーダからそれぞれ検出される位相信号の位相差が、常に異なり、図７に示されるようなスピンドル１０３の回転数と二つのロータリーエンコーダの位相信号との関係が得られる。図７に示されるこれらの関係は、一例であるが、スピンドル１０３の移動範囲内で第１のロータ１４２から１００周期の位相変化が得られるとき、第２のロータ１４５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、二つのロータリーエンコーダから得られる位相信号の位相差がスピンドル１０３の可動範囲において常に異なっていることを利用して、当該位相差からスピンドル１０３の軸方向の絶対位置が算出される。
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−２０７３０７号公報（図１、図４）
【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、特許文献１に記載の図６に示される構成では、一枚のステータ１４１を間にして二枚のロータ１４２、１４５を配置することになるので、ロータ１４２、１４５を回転させるために回転円筒１４３、１４６にそれぞれ設けられる二つのキー１４４、１４７の位置がスピンドル１０３の軸方向で離れてしまうことになる（図６中のＬ１）。
【００１３】
このようにスピンドル１０３の軸方向に離れた二つのキー１４４、１４７に対してそれぞれ係合可能な二つのキー溝１３３、１３４をスピンドル１０３に刻まなければならないので、各キー溝１３３、１３４の始点が互いに大きくずれることになり、結果としてキー溝１３３、１３４を刻む範囲Ｌ２がスピンドル１０３の軸方向の移動範囲Ｌ３に対して長くなってしまい、小型化を図る上での障害となっている。
また、スピンドル１０３の外周に螺旋状のキー溝１３４を精度よく加工する必要があり、製造上の負担が大きくなるという問題もある。
【００１４】
本発明の目的は、小型化を容易に図ることができ、製造上の負担を軽減できるとともに、スピンドルの絶対位置を測定可能な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】
【００１５】
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、軸周りに回転しながら進退自在に設けられたスピンドルと、このスピンドルの回転量を第１の周期で変化する位相信号として検出する第１のロータリーエンコーダと、スピンドルの回転量を第２の周期で変化する位相信号として検出する第２のロータリーエンコーダと、これらのロータリーエンコーダからそれぞれ出力される位相信号に基づいてスピンドルの絶対位置を演算処理する演算処理手段とを備え、第１のロータリーエンコーダは、第１のロータと、この第１のロータをスピンドルの軸周りに回転可能に保持するとともにスピンドルの回転によって回転され、外周に第１の歯車が形成された第１の保持体と、本体に支持されるとともに第１のロータと所定の隙間を介して対向配置された第１のステータとを含んで構成され、第２のロータリーエンコーダは、第２のロータと、この第２のロータをスピンドルの軸周りに回転可能に保持するとともに外周に第２の歯車が形成された第２の保持体と、本体に支持されるとともに第２のロータと所定の隙間を介して対向配置された第２のステータと、第１の歯車から第２の歯車に回転を伝達する中継歯車とを含んで構成され、第１の歯車、中継歯車、および、第２の歯車の各歯数は、第１歯車および第２歯車の各回転速度に差が生じるように設定されていることを特徴とする。
【００１６】
ここで、第１の歯車、中継歯車、および、第２の歯車の各歯数を、第１歯車および第２歯車の各回転速度に差が生じるように設定する方法としては、例えば、第１の歯車を第２の歯車の歯数と異なる歯数に設定する方法、または、中継歯車を複数の歯車で構成して第１の歯車の回転を変速させて第２の歯車に伝達する方法等を採用できる。
本発明によれば、第１のロータリーエンコーダについては、スピンドルの回転によって第１の保持体が回転され、同時に第１のロータが回転される。すると、第１のロータと第１のステータとの間で、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検出される。また、第２のロータリーエンコーダについては、中継歯車によって第１の歯車の回転が第２の歯車に伝達されるので、第１の保持体の回転によって第２の保持体が回転され、同時に第２のロータが回転される。すると、第２のロータと第２のステータとの間で、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検出される。この際、第１の歯車、中継歯車、および、第２の歯車の各歯数が、第１歯車および第２歯車の各回転速度に差が生じるように設定されているので、第１のロータリーエンコーダで検出される位相信号の第１の周期と、第２のロータリーエンコーダで検出される位相信号の第２の周期とを、互いに異なった周期とすることができ、これらの異なる２つの周期で変化する位相信号に基づいてスピンドルの絶対位置を算出することができる。
【００１７】
また、中継歯車によって第１の歯車から第２の歯車に回転が伝達されるので、従来のように、スピンドルに直線状のキー溝と螺旋状のキー溝とを両方設けなくてもよい。従って、スピンドルの軸方向の移動範囲に対してスピンドルの長さ寸法を短くすることができ、小型化を容易に図ることができるとともに、製造上の負担を軽減させることができる。
【００１８】
本発明の絶対位置測定装置では、第１の保持体は、スピンドルの外周に沿った円筒状に形成され、第１のロータは、第１の保持体の一端部に固定され、第２の保持体は、第１の保持体の外周に沿った円筒状に形成され、第２のロータは、第２の保持体の一端部に固定されるとともに、第１のロータの外周位置に設けられ、第１のステータの第１のロータに対向する面と、第２のステータの第２のロータに対向する面とは、同一平面上に配置されていることが好ましい。
【００１９】
本発明によれば、第１の保持体および第２の保持体によって、スピンドルの外周に二重円筒構造が形成されているので、従来のように第１の保持体および第２の保持体をスピンドルの軸に沿って並べて配設する場合と比べて、第１の保持体および第２の保持体の占めるスピンドルの軸方向のスペースを小さくすることができる。
また、第１のロータおよび第２のロータを、第１の保持体および第２の保持体の各一端部に固定して、第２のロータを第１のロータの外周位置に設けることによって、第１のステータの第１のロータに対向する面と、第２のステータの第２のロータに対向する面とを同一平面上に配置することができる。これによって、第２のステータを第１のステータの外周位置に設けて２重構造としたり、第１のステータおよび第２のステータを一体形成したりすることができ、二つのステータの占めるスペースを小さくすることができる。また、第１のステータおよび第２のステータを一体形成すれば、部品点数が少なくなり、組み立て作業の負担を軽減させることもできる。
【００２０】
本発明の絶対位置測定装置では、第１の歯車は、第１の保持体の他端部に形成され、第２の歯車は、第２の保持体の他端部に形成されるとともに、第１の歯車とスピンドルの軸方向に並んで配置され、中継歯車は、第１の歯車に噛合する第１の中継歯車と、第２の歯車に噛合する第２の中継歯車と、これらの第１の中継歯車および第２の中継歯車を同一軸上に軸支する軸部とを有することが好ましい。
【００２１】
本発明によれば、第１の保持体の他端部に形成された第１の歯車と、第２の保持体の他端部に形成された第２の歯車とが、スピンドルの軸方向に並んで配置されているので、第１の中継歯車と、第２の中継歯車と、これらの第１の中継歯車および第２の中継歯車を同一軸上に軸支する軸部とを有する中継歯車を用いて第１の歯車の回転を第２の歯車に伝達することができる。すなわち、中継歯車を１つの回転軸からなる１段の歯車で構成することができる。従って、中継歯車を多段の歯車で構成する場合と比べて、中継歯車の占めるスペースが小さくなって、小型化をさらに図ることができるとともに、部品点数が少なくなり、組み立て作業の負担を軽減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の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を図面に基づいて説明する。
図１は、マイクロメータヘッドの構成を示す断面図である。図２および図３は、ロータリーエンコーダの要部を示す斜視図および分解斜視図である。
このマイクロメータヘッド１は、本体２と、スピンドル３と、位相信号発信手段としてのロータリーエンコーダ４，５と、送受信制御部６と、演算処理手段としての演算処理部７と、表示手段としての表示部８とを備え、ロータリーエンコーダ４，５で検出され、演算処理部７で算出されるスピンドル３の絶対位置を表示部８に表示するように構成されている。
【００２３】
以下、図１〜図３に基づいて、マイクロメータヘッド１の各要素を詳しく説明する。
本体２は、略円筒状に形成され、内部に収納空間２１，２２を備えている。収納空間２１，２２は、中仕切り板２３で仕切られている。この略円筒状の本体２の先端側（図中、左側）の端部および中仕切り板２３には、それぞれ貫通孔２４，２５が形成され、本体２の基端側（図中、右側）の端部には、雌ねじ２６が形成されている。これらの貫通孔２４，２５および雌ねじ２６は、同軸上に配置されている。
【００２４】
スピンドル３は、略円柱状に形成され、先端側の端部に被測定物（不図示）との接触面３１を有し、基端側の端部につまみ部３２を有する。このつまみ部３２は、スピンドル３を外部から回転操作するためのものである。そして、スピンドル３は、本体２の貫通孔２４，２５に挿通され、本体２から両端が突出した状態となっている。また、スピンドル３の外周には送りねじ３３が形成され、本体２の雌ねじ２６に螺合されている。このようにして、つまみ部３２が回転されると、送りねじ３３と雌ねじ２６との螺合によって、スピンドル３が貫通孔２４，２５に沿って進退するようになっている。送りねじ３３は、例えば、０．５ｍｍピッチで４０回転分形成され、スピンドル３を２０ｍｍ進退させることができる。また、スピンドル３の略中央部には、軸方向に沿って直線状のキー溝３４が形成されている。
【００２５】
ロータリーエンコーダ４，５は、第１のロータリーエンコーダ４と、第２のロータリーエンコーダ５とから構成され、本体２の収納空間２２に収納されている。
第１のロータリーエンコーダ４は、ステータ４１と、第１のロータ４２と、第１の回転円筒（保持体）４３とを備えている。
ステータ４１は、円板の中央にスピンドル３が挿通される挿通孔４４を有し、中仕切り板２３に固定されている。具体的には、ステータ４１は、中仕切り板２３の貫通孔２５周りに形成された縁部材２７に外嵌されている。
【００２６】
第１のロータ４２は、円板の中央にスピンドル３が挿通される挿通孔４５を有し、ステータ４１と所定寸法だけ離れた位置に、ステータ４１に対向して配置されている。
第１の回転円筒４３は、当該第１の回転円筒４３にスピンドル３が挿通された状態で、ステータ４１よりもスピンドル３の先端側に配設され、第１のロータ４２をスピンドル３の軸周りに回転可能に支持している。すなわち、第１の回転円筒４３のステータ４１側の端部には、スピンドル３の外周に沿ってロータ支持部４６が形成され、このロータ支持部４６の外周に第１のロータ４２が外嵌されている。
【００２７】
また、第１の回転円筒４３は、外周から中心に向かって螺入されたねじ状のキー４７を備えている。このキー４７の先端は、第１の回転円筒４３の内周から突出し、スピンドル３の外周のキー溝３４と係合している。すなわち、スピンドル３が回転すると、スピンドル３のキー溝３４にキー４７が係合していることから、第１の回転円筒４３はスピンドル３と同期して回転するようになっている。
また、第１の回転円筒４３の外周には、第１の歯車４８が形成されている。この歯車４８は、第１の回転円筒４３においてスピンドル３の先端側の端部に設けられ、回転円筒４３の他の部分の外周よりも大きい外径寸法を有している。第１の歯車４８の歯数は、例えば、４０枚に設定されている。
【００２８】
第２のロータリーエンコーダ５は、前述のステータ４１と、第２のロータ５１と、第２の回転円筒（保持体）５２と、中継歯車５３とを備えている。
ステータ４１は、第１のロータリーエンコーダ４のステータ４１であり、ロータリーエンコーダ４，５に共通する部品となっている。
第２のロータ５１は、円板の中央に第１のロータ４２を配置可能な孔５４を有し、当該第１ロータ４２の外周に配置されている。また、第２のロータ５１は、第１ロータ４２と同様に、ステータ４１と所定寸法だけ離れた位置に、ステータ４１に対向して配置されている。このように、各ロータ４２，５１のステータ４１と対向する面同士が略同一平面を形成している。
【００２９】
第２の回転円筒５２は、第１の回転円筒４３（第１の歯車４８を除く部分）が内部に挿通された状態で、当該第１の回転円筒４３に支持されている。この第２の回転円筒５２のステータ４１側の端部に、第２のロータ５１が貼付されている。このようにして、第２のロータ５１がスピンドル３の軸周りに回転可能に支持されている。すなわち、ロータリーエンコーダ４，５は、内側と外側の２重円筒構造となっている。
また、第２の回転円筒５２の外周には、第２の歯車５５が形成されている。この歯車５５は、第２の回転円筒５２においてスピンドル３の先端側の端部に設けられ、第１の回転円筒４３の歯車４８と略同じ外径寸法を有している。第２の歯車５５の歯数は、例えば、４１枚に設定され、第１の歯車４８の歯数より１枚だけ大きくなっている。
【００３０】
中継歯車５３は、本体２に回転可能に支持され、第１の歯車４８と第２の歯車５５との両方に噛合した状態で配置されている。すなわち、中継歯車５３は、第１の歯車４８に噛合する第１の中継歯車５３Ａと、第２の歯車５５に噛合する第２の中継歯車５３Ｂと、これらの中継歯車５３Ａ，５３Ｂを同一軸上に軸支する軸部５３Ｃとを有して構成されている。中継歯車５３Ａ，５３Ｂの各歯数は同数に設定され、例えば１２枚となっている。ここで、一対の歯車となる第１の歯車４８および第１の中継歯車５３Ａの各モジュールは一致しており、他の一対の歯車となる第２の歯車５５および第２の中継歯車５３Ｂの各モジュールも一致しており、これによって、第１の回転円筒４３が回転すると、中継歯車５３を介して、第２の回転円筒５２が円滑に回転できるようになっている。
この際、歯車４８と歯車５５との歯数の違いによって、各ロータ４２，５１は、異なる速さで回転する。例えば、本実施形態のように歯車４８の歯数を４０枚として、歯車５５の歯数を４１枚とした場合には、スピンドル３が進退移動範囲内で４０回転する間に、第１のロータ４２は４０回転し、第２のロータ５１は３９回転する。
【００３１】
また、第１のロータリーエンコーダ４および第２のロータリーエンコーダ５は、それぞれのロータ４２、５１の一回転以内の絶対角度を検出可能となっている。
すなわち、ステータ４１は、第１のロータ４２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、第１のロータ４２はスピンドル３と同期して回転するので、第１のロータ４２に関する位相信号は、スピンドル３の一回転によって本発明の第１の周期の変化を示す。例えば、スピンドル３が４０回転する間に４０周期の変化を示す。
【００３２】
ステータ４１は、第２のロータ５１についても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、第２のロータ５１はスピンドル３が４０回転する間に３９回転するので、第２のロータ５１に関する位相信号は、スピンドル３の４０回転によって３９周期（本発明の第２の周期）の変化を示す。
【００３３】
図４は、送受信制御部６および演算処理部７の構成を示す図である。
送受信制御部６は、第１ロータリーエンコーダ４に対する信号の送受信を制御する第１送受信制御部６１と、第２ロータリーエンコーダ５に対する信号の送受信を制御する第２送受信制御部６２とを備える。
【００３４】
第１送受信制御部６１は、第１送信制御部６３と第１受信制御部６４とを備え、第１送信制御部６３はステータ４１に第１のロータ４２用の所定の交流信号を送信し、第１受信制御部６４はステータ４１から第１のロータ４２の位相信号を受信する。
同様に、第２送受信制御部６２は、第２送信制御部６５と第２受信制御部６６とを備え、第２送信制御部６５はステータ４１に第２のロータ５１用の所定の交流信号を送信し、第２受信制御部６６はステータ４１から第２のロータ５１の位相信号を受信する。
第１受信制御部６４および第２受信制御部６６は、ステータ４１から受信した各ロータ４２，５１の位相信号を演算処理部７に出力する。
【００３５】
演算処理部７について説明する。
演算処理部７は、第１のロータ４２および第２のロータ５１の回転角θ１，θ２をそれぞれ算出する回転角算出部７１と、回転角算出部７１にて算出された各ロータ４２，５１の回転角θ１，θ２に基づいてスピンドル３の回転位相を算出する回転位相算出部７２と、この回転位相算出部７２にて算出されたスピンドル３の回転位相に基づいてスピンドル３の絶対位置を算出するスピンドル位置算出部７３とを備える。
【００３６】
回転角算出部７１は、第１受信制御部６４からの位相信号に基づいて第１のロータ４２の回転角θ１を算出する第１回転角算出部７４と、第２受信制御部６６からの位相信号に基づいて第２のロータ５１の回転角θ２を算出する第２回転角算出部７５とを備える。
【００３７】
第１回転角算出部７４は、第１受信制御部６４からの位相信号に基づいて第１のロータ４２の回転角θ１を一回転内の絶対角度（０°＜θ１＜３６０°）として算出する。すなわち、第１受信制御部６４からの位相信号は、第１のロータ４２の一回転内においては、同一の位相を生じず、第１回転角算出部７４には、第１のロータ４２の回転角θ１と位相信号とが一対一の関係で設定記憶されている。このようにして、第１受信制御部６４から出力される位相信号に応じて、第１のロータ４２の回転角θ１が一義的に決まり、第１のロータ４２の一回転以内の絶対角度が算出される。
また、第２回転角算出部７５は、第１回転角算出部７４と同様に、第２受信制御部６６からの位相信号に基づいて第２のロータ５１の回転角θ２を一回転内の絶対角度として算出する。
【００３８】
回転位相算出部７２は、回転角算出部７１で算出された各ロータ４２，５１の回転角θ１，θ２の差分θ３を算出する差分算出部７６と、この差分θ３に基づいてスピンドル３の総回転位相を算出する総回転位相算出部７７とを備える。
【００３９】
総回転位相算出部７７には、差分θ３とスピンドル３の総回転位相とが一対一の関係で設定記憶されている。すなわち、スピンドル３が進退移動範囲内で４０回転する間に各ロータ４２，５１の回転角θ１，θ２の差が１回転となるように設定されているので、差分θ３が０°〜３６０°の範囲内で算出され、この差分θ３に応じてスピンドル３の総回転位相θＴが一義的に算出される。
【００４０】
スピンドル位置算出部７３には、スピンドル３の一回転当たりの移動ピッチ（０．５ｍｍ）が予め設定記憶されている。そして、スピンドル位置算出部７３において、移動ピッチ（０．５ｍｍ）と総回転位相θＴとが乗算されることにより、スピンドル３の総移動量、すなわち、スピンドル３の絶対位置が算出される。
表示部８は、例えば、デジタル表示によってスピンドル３の絶対位置を表示する。
【００４１】
このような構成を備える本実施形態の動作について説明する。
つまみ部３２によってスピンドル３を回転させると、本体２の雌ねじ２６とスピンドル３の送りねじ３３との螺合によりスピンドル３が軸方向に進退される。スピンドル３が回転すると、スピンドル３のキー溝３４に係合したキー４７によって第１の回転円筒４３がスピンドル３とともに回転する。
【００４２】
第１の回転円筒４３が回転すると、第１の回転円筒４３とともに第１のロータ４２が回転する。第１のロータ４２の回転がステータ４１によって検出されて第１受信制御部６４に送られる。続いて、第１回転角算出部７４において第１のロータ４２の一回転以内の回転角θ１が算出される。
ここで、第１のロータ４２はスピンドル３と同期して回転するので、第１のロータ４２の一回転内の回転角θ１とは、スピンドル３の一回転内の回転角を示している。
【００４３】
また、第１の回転円筒４３が回転すると、第１の回転円筒４３の歯車４８に噛み合った中継歯車５３の第１中継歯車５３Ａが回転する。さらに、中継歯車５３の第２中継歯車５３Ｂに噛み合った第２の回転円筒５２の歯車５５が回転し、第２の回転円筒５２とともに第２のロータ５１が回転する。
第２のロータ５１の一回転以内の位相信号がステータ４１によって検出されて第２受信制御部６６に送られる。続いて、第２回転角算出部７５において第２のロータ５１の一回転以内の回転角θ２が算出される。
【００４４】
続いて、回転位相算出部７２において、各ロータ４２，５１の回転角θ１，θ２の差分θ３が算出され、この差分θ３に基づいてスピンドル３の総回転位相θＴが算出される。最後に、スピンドル位置算出部７３において、総回転位相θＴとスピンドル３の送りピッチ（０．５ｍｍ）とに基づいてスピンドル３の絶対位置が算出され、表示部８に表示される。
【００４５】
このような構成を備える本実施形態によれば、次の効果を奏することができる。
（１）第２のロータ５１は、第１のロータ４２の回転によって中継歯車５３を介して回転されるので、第１の歯車４８の歯数を４０枚、第２の歯車５５の歯数を４１枚に設定することによって、第１のロータ４２の回転速度と第２のロータ５１の回転速度との差を容易につけることができる。従って、各ロータリーエンコーダ４，５から出力される各位相信号の周期を互いに異なった周期とすることができ、これら二つの位相信号に基づいてスピンドル３の絶対位置を算出することができる。
【００４６】
（２）中継歯車５３によって第１の歯車４８から第２の歯車５５に回転が伝達されるので、二つのロータリーエンコーダ４，５から得られる各位相信号に位相差を設けるために、従来のようなスピンドルの螺旋状のキー溝を設ける必要をなくすことができる。従って、スピンドル３の軸方向の移動範囲に対してスピンドル３の長さ寸法を短くすることができ、小型化を容易に図ることができるとともに、製造上の負担を軽減させることができる。
【００４７】
（３）第１の回転円筒４３および第２の回転円筒５２によって、スピンドル３の外周に二重円筒構造が形成されているので、従来のように各回転円筒をスピンドルの軸に沿って並べて配設する場合と比べて、両回転円筒４３，５２の占めるスピンドル３の軸方向のスペースを小さくすることができる。
【００４８】
（４）第１のロータ４２および第２のロータ５１を、各回転円筒４３，５２の各一端部に固定して、第２のロータ５１を第１のロータ４２の外周位置に設けることによって、ステータ４１を各ロータリーエンコーダに共通する部品として設けることができ、ステータ４１の占めるスペースを小さくすることができるとともに、部品点数が少なくなり、組み立て作業の負担を軽減させることもできる。
【００４９】
（５）第１の回転円筒４３の第１の歯車４８と、第２の回転円筒５２の第２の歯車５５とが、スピンドル３の軸方向に並んで配置され、かつ、それぞれ略等しい外径寸法を有しているので、中継歯車５３の歯車を第１の歯車４８と第２の歯車５５とに同時に噛み合わせることができる。従って、中継歯車５３を多段の歯車で構成する場合と比べて、中継歯車５３の占めるスペースが小さくすることができる。
【００５０】
なお、本発明は前述の各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、第１の歯車４８と第２の歯車５５の歯数を異なる歯数に設定することによって、第１のロータ４２の回転速度と第２のロータ５１の回転速度とに差を設けると説明したが、各ロータ４２，５１の回転速度に差を設ける方法としては、これに限らない。例えば、図５に示すように、第１の中継歯車５６Ａと、第２の中継歯車５６Ｂと、これらの中継歯車５６Ａ，５６Ｂを同一軸上に軸支する軸部５６Ｃとを有する中継歯車５６を用いてもよく、第１の中継歯車５６Ａおよび第２の中継歯車５６Ｂの各歯数を異なる枚数に設定してもよい。例えば、第１の中継歯車５６Ａの歯数を１２枚として、第２の中継歯車５６Ｂの歯数を１３枚として、第１ロータ４２よりも第２ロータ５１を早く回転させるようにしてもよい。あるいは、複数の回転軸を有する多段の歯車から構成される中継歯車を用いてもよい。このようにすれば、第１の歯車４８Ａと第２の歯車５５Ａとの各歯数を同じにしても、各ロータ４２，５１の回転速度に差を設けることができる。
【００５１】
また、前記実施形態では、各ロータリーエンコーダに共通するステータ４１を用いると説明したが、これに限らず、第１のロータリーエンコーダ４の第１のステータと、第２のロータリーエンコーダ５の第２のステータと、別体で設けてもよい。第２のステータを第１のステータの外周位置に設けて２重構造としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、マイクロメータヘッド、マイクロメータ、ホールテスト等のように、回転しながら軸方向に移動するスピンドルを有する測定装置であって、スピンドルの絶対位置を測定する絶対位置測定装置に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施形態に係る絶対位置測定装置を示す断面図。
【図２】前記絶対位置測定装置の内部構成を部分的に示す斜視図。
【図３】前記絶対位置測定装置の内部構成を部分的に示す分解斜視図。
【図４】前記絶対位置測定装置の回路構成を説明するブロック図。
【図５】本発明の変形例に係る絶対位置測定装置の内部構成を部分的に示す斜視図。
【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、スピンドルの回転数と二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】
【００５４】
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…第１のロータリーエンコーダ
５…第２のロータリーエンコーダ
７…演算処理部（演算処理手段）
４１…ステータ（第１のステータ、第２のステータ）
４２…第１のロータ
５１…第２のロータ
４３…第１の回転円筒（第１の保持体）
４８，４８Ａ…第１の歯車
５２…第２の回転円筒（第２の保持体）
５３，５６…中継歯車
５３Ａ，５６Ａ…第１の中継歯車
５３Ｂ，５６Ｂ…第２の中継歯車
５３Ｃ，５６Ｃ…中継歯車の軸部
５５，５５Ａ…第２の歯車。
【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、ホールテスト等のように、回転しながら軸方向に移動するスピンドルを有する測定装置であって、スピンドルの絶対位置を測定する絶対位置測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、長さまたは大きさ等を測定する小型測定器として、例えば、マイクロメータやマイクロメータヘッドが知られ、固定部材に対する可動部材の相対移動量を検出することによって、被測定対象の測定が行われてきた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１に記載の小型測定器における、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について、図面に基づいて以下に説明する。
図６は、特許文献１に開示される小型測定器としての従来のマイクロメータヘッド１０１を示す図である。
このマイクロメータヘッド１０１は、貫通孔１２１を有する本体１０２と、この貫通孔１２１に挿通され当該貫通孔１２１に沿って進退自在に支持されたスピンドル１０３と、スピンドル１０３の進退移動に応じて位相信号を発信する位相信号発信手段１０４と、この位相信号に基づいてスピンドル１０３の絶対位置を算出する演算処理手段１０５と、算出されたスピンドル１０３の絶対位置を表示する表示手段１０６とを備えている。
【０００４】
本体１０２に対してスピンドル１０３が進退移動する構成について説明する。本体１０２の貫通孔１２１の内周には、雌ねじ１２２が形成されている。また、スピンドル１０３には、本体１０２の雌ねじ１２２と螺合する送りねじ１３１が形成され、端部につまみ部１３２が設けられている。従って、つまみ部１３２によりスピンドル１０３を回転操作すると、雌ねじ１２２と送りねじ１３１との螺合によって、スピンドル１０３が本体１０２に対して軸方向に進退する。
【０００５】
位相信号発信手段１０４は、二つのロータリーエンコーダによって構成され、スピンドル１０３の進退移動に応じて二つの異なる周期の位相信号を発信する機能を備えている。これらのロータリーエンコーダは、本体１０２に固定された一枚のステータ１４１と、このステータ１４１を挟んで両側にそれぞれ配置された二枚のロータ１４２、１４５とから構成される。
【０００６】
これらステータ１４１およびロータ１４２、１４５について、以下に詳しく説明する。
ステータ１４１には、スピンドル１０３の軸方向に貫通孔１４８が形成され、この貫通孔１４８にスピンドル１０３が挿通されている。このスピンドル１０３の外周には、２本のキー溝１３３、１３４が形成されている。第１のキー溝１３３は、スピンドル１０３の軸に沿って直線状に設けられ、第２のキー溝１３４は、スピンドル１０３の軸に対して螺旋状に設けられている。この第１のキー溝１３３と係合する第１のキー１４４を内周に有する第１の回転円筒１４３と、第２のキー溝１３４と係合する第２のキー１４７を内周に有する第２の回転円筒１４６とが、スピンドル１０３の軸の外周に配設されている。回転円筒１４３、１４６は、ステータ１４１の位置からスピンドル１０３の軸に沿って両方向に並んでいる。
【０００７】
ロータ１４２、１４５は、それぞれスピンドル１０３の軸方向に貫通する孔１４９，１５０を有し、回転円筒１４３、１４６にそれぞれ設けられている。すなわち、第１のロータ１４２は、第１の回転円筒１４３の外周に嵌合され、第１のロータ１４２は、第１の回転円筒１４３の外周に嵌合されている。このようにして、ロータ１４２、１４５は、ステータ１４１の両面にそれぞれ対向して配置される。
【０００８】
このような構成において、スピンドル１０３の絶対位置を測定する手順を説明する。
まず、スピンドル１０３を回転させると、スピンドル１０３が軸方向に進退移動する。同時に、第１の回転円筒１４３は、第１のキー１４４と第１のキー溝１３３との係合により回転し、第２の回転円筒１４６は、第２のキー１４７と第２のキー溝１３４との係合により回転する。
【０００９】
第１の回転円筒１４３が回転する場合、第１のキー溝１３３がスピンドル１０３の軸に沿って直線状に設けられているので、第１の回転円筒１４３は、スピンドル１０３と同期して回転する。一方、第２の回転円筒１４６が回転する場合、第２のキー溝１３４がスピンドル１０３の軸に対して螺旋状に設けられているので、第２の回転円筒１４６は、スピンドル１０３より遅れて回転する。これによって、二つのロータ１４２、１４５の回転速度の差が生じて、二つのロータリーエンコーダから、二つの異なる周期の位相信号が発信される。
【００１０】
従って、二つのロータリーエンコーダからそれぞれ検出される位相信号の位相差が、常に異なり、図７に示されるようなスピンドル１０３の回転数と二つのロータリーエンコーダの位相信号との関係が得られる。図７に示されるこれらの関係は、一例であるが、スピンドル１０３の移動範囲内で第１のロータ１４２から１００周期の位相変化が得られるとき、第２のロータ１４５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、二つのロータリーエンコーダから得られる位相信号の位相差がスピンドル１０３の可動範囲において常に異なっていることを利用して、当該位相差からスピンドル１０３の軸方向の絶対位置が算出される。
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−２０７３０７号公報（図１、図４）
【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、特許文献１に記載の図６に示される構成では、一枚のステータ１４１を間にして二枚のロータ１４２、１４５を配置することになるので、ロータ１４２、１４５を回転させるために回転円筒１４３、１４６にそれぞれ設けられる二つのキー１４４、１４７の位置がスピンドル１０３の軸方向で離れてしまうことになる（図６中のＬ１）。
【００１３】
このようにスピンドル１０３の軸方向に離れた二つのキー１４４、１４７に対してそれぞれ係合可能な二つのキー溝１３３、１３４をスピンドル１０３に刻まなければならないので、各キー溝１３３、１３４の始点が互いに大きくずれることになり、結果としてキー溝１３３、１３４を刻む範囲Ｌ２がスピンドル１０３の軸方向の移動範囲Ｌ３に対して長くなってしまい、小型化を図る上での障害となっている。
また、スピンドル１０３の外周に螺旋状のキー溝１３４を精度よく加工する必要があり、製造上の負担が大きくなるという問題もある。
【００１４】
本発明の目的は、小型化を容易に図ることができ、製造上の負担を軽減できるとともに、スピンドルの絶対位置を測定可能な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】
【００１５】
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、軸周りに回転しながら進退自在に設けられたスピンドルと、このスピンドルの回転量を第１の周期で変化する位相信号として検出する第１のロータリーエンコーダと、スピンドルの回転量を第２の周期で変化する位相信号として検出する第２のロータリーエンコーダと、これらのロータリーエンコーダからそれぞれ出力される位相信号に基づいてスピンドルの絶対位置を演算処理する演算処理手段とを備え、第１のロータリーエンコーダは、第１のロータと、この第１のロータをスピンドルの軸周りに回転可能に保持するとともにスピンドルの回転によって回転され、外周に第１の歯車が形成された第１の保持体と、本体に支持されるとともに第１のロータと所定の隙間を介して対向配置された第１のステータとを含んで構成され、第２のロータリーエンコーダは、第２のロータと、この第２のロータをスピンドルの軸周りに回転可能に保持するとともに外周に第２の歯車が形成された第２の保持体と、本体に支持されるとともに第２のロータと所定の隙間を介して対向配置された第２のステータと、第１の歯車から第２の歯車に回転を伝達する中継歯車とを含んで構成され、第１の歯車、中継歯車、および、第２の歯車の各歯数は、第１歯車および第２歯車の各回転速度に差が生じるように設定されていることを特徴とする。
【００１６】
ここで、第１の歯車、中継歯車、および、第２の歯車の各歯数を、第１歯車および第２歯車の各回転速度に差が生じるように設定する方法としては、例えば、第１の歯車を第２の歯車の歯数と異なる歯数に設定する方法、または、中継歯車を複数の歯車で構成して第１の歯車の回転を変速させて第２の歯車に伝達する方法等を採用できる。
本発明によれば、第１のロータリーエンコーダについては、スピンドルの回転によって第１の保持体が回転され、同時に第１のロータが回転される。すると、第１のロータと第１のステータとの間で、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検出される。また、第２のロータリーエンコーダについては、中継歯車によって第１の歯車の回転が第２の歯車に伝達されるので、第１の保持体の回転によって第２の保持体が回転され、同時に第２のロータが回転される。すると、第２のロータと第２のステータとの間で、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検出される。この際、第１の歯車、中継歯車、および、第２の歯車の各歯数が、第１歯車および第２歯車の各回転速度に差が生じるように設定されているので、第１のロータリーエンコーダで検出される位相信号の第１の周期と、第２のロータリーエンコーダで検出される位相信号の第２の周期とを、互いに異なった周期とすることができ、これらの異なる２つの周期で変化する位相信号に基づいてスピンドルの絶対位置を算出することができる。
【００１７】
また、中継歯車によって第１の歯車から第２の歯車に回転が伝達されるので、従来のように、スピンドルに直線状のキー溝と螺旋状のキー溝とを両方設けなくてもよい。従って、スピンドルの軸方向の移動範囲に対してスピンドルの長さ寸法を短くすることができ、小型化を容易に図ることができるとともに、製造上の負担を軽減させることができる。
【００１８】
本発明の絶対位置測定装置では、第１の保持体は、スピンドルの外周に沿った円筒状に形成され、第１のロータは、第１の保持体の一端部に固定され、第２の保持体は、第１の保持体の外周に沿った円筒状に形成され、第２のロータは、第２の保持体の一端部に固定されるとともに、第１のロータの外周位置に設けられ、第１のステータの第１のロータに対向する面と、第２のステータの第２のロータに対向する面とは、同一平面上に配置されていることが好ましい。
【００１９】
本発明によれば、第１の保持体および第２の保持体によって、スピンドルの外周に二重円筒構造が形成されているので、従来のように第１の保持体および第２の保持体をスピンドルの軸に沿って並べて配設する場合と比べて、第１の保持体および第２の保持体の占めるスピンドルの軸方向のスペースを小さくすることができる。
また、第１のロータおよび第２のロータを、第１の保持体および第２の保持体の各一端部に固定して、第２のロータを第１のロータの外周位置に設けることによって、第１のステータの第１のロータに対向する面と、第２のステータの第２のロータに対向する面とを同一平面上に配置することができる。これによって、第２のステータを第１のステータの外周位置に設けて２重構造としたり、第１のステータおよび第２のステータを一体形成したりすることができ、二つのステータの占めるスペースを小さくすることができる。また、第１のステータおよび第２のステータを一体形成すれば、部品点数が少なくなり、組み立て作業の負担を軽減させることもできる。
【００２０】
本発明の絶対位置測定装置では、第１の歯車は、第１の保持体の他端部に形成され、第２の歯車は、第２の保持体の他端部に形成されるとともに、第１の歯車とスピンドルの軸方向に並んで配置され、中継歯車は、第１の歯車に噛合する第１の中継歯車と、第２の歯車に噛合する第２の中継歯車と、これらの第１の中継歯車および第２の中継歯車を同一軸上に軸支する軸部とを有することが好ましい。
【００２１】
本発明によれば、第１の保持体の他端部に形成された第１の歯車と、第２の保持体の他端部に形成された第２の歯車とが、スピンドルの軸方向に並んで配置されているので、第１の中継歯車と、第２の中継歯車と、これらの第１の中継歯車および第２の中継歯車を同一軸上に軸支する軸部とを有する中継歯車を用いて第１の歯車の回転を第２の歯車に伝達することができる。すなわち、中継歯車を１つの回転軸からなる１段の歯車で構成することができる。従って、中継歯車を多段の歯車で構成する場合と比べて、中継歯車の占めるスペースが小さくなって、小型化をさらに図ることができるとともに、部品点数が少なくなり、組み立て作業の負担を軽減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の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を図面に基づいて説明する。
図１は、マイクロメータヘッドの構成を示す断面図である。図２および図３は、ロータリーエンコーダの要部を示す斜視図および分解斜視図である。
このマイクロメータヘッド１は、本体２と、スピンドル３と、位相信号発信手段としてのロータリーエンコーダ４，５と、送受信制御部６と、演算処理手段としての演算処理部７と、表示手段としての表示部８とを備え、ロータリーエンコーダ４，５で検出され、演算処理部７で算出されるスピンドル３の絶対位置を表示部８に表示するように構成されている。
【００２３】
以下、図１〜図３に基づいて、マイクロメータヘッド１の各要素を詳しく説明する。
本体２は、略円筒状に形成され、内部に収納空間２１，２２を備えている。収納空間２１，２２は、中仕切り板２３で仕切られている。この略円筒状の本体２の先端側（図中、左側）の端部および中仕切り板２３には、それぞれ貫通孔２４，２５が形成され、本体２の基端側（図中、右側）の端部には、雌ねじ２６が形成されている。これらの貫通孔２４，２５および雌ねじ２６は、同軸上に配置されている。
【００２４】
スピンドル３は、略円柱状に形成され、先端側の端部に被測定物（不図示）との接触面３１を有し、基端側の端部につまみ部３２を有する。このつまみ部３２は、スピンドル３を外部から回転操作するためのものである。そして、スピンドル３は、本体２の貫通孔２４，２５に挿通され、本体２から両端が突出した状態となっている。また、スピンドル３の外周には送りねじ３３が形成され、本体２の雌ねじ２６に螺合されている。このようにして、つまみ部３２が回転されると、送りねじ３３と雌ねじ２６との螺合によって、スピンドル３が貫通孔２４，２５に沿って進退するようになっている。送りねじ３３は、例えば、０．５ｍｍピッチで４０回転分形成され、スピンドル３を２０ｍｍ進退させることができる。また、スピンドル３の略中央部には、軸方向に沿って直線状のキー溝３４が形成されている。
【００２５】
ロータリーエンコーダ４，５は、第１のロータリーエンコーダ４と、第２のロータリーエンコーダ５とから構成され、本体２の収納空間２２に収納されている。
第１のロータリーエンコーダ４は、ステータ４１と、第１のロータ４２と、第１の回転円筒（保持体）４３とを備えている。
ステータ４１は、円板の中央にスピンドル３が挿通される挿通孔４４を有し、中仕切り板２３に固定されている。具体的には、ステータ４１は、中仕切り板２３の貫通孔２５周りに形成された縁部材２７に外嵌されている。
【００２６】
第１のロータ４２は、円板の中央にスピンドル３が挿通される挿通孔４５を有し、ステータ４１と所定寸法だけ離れた位置に、ステータ４１に対向して配置されている。
第１の回転円筒４３は、当該第１の回転円筒４３にスピンドル３が挿通された状態で、ステータ４１よりもスピンドル３の先端側に配設され、第１のロータ４２をスピンドル３の軸周りに回転可能に支持している。すなわち、第１の回転円筒４３のステータ４１側の端部には、スピンドル３の外周に沿ってロータ支持部４６が形成され、このロータ支持部４６の外周に第１のロータ４２が外嵌されている。
【００２７】
また、第１の回転円筒４３は、外周から中心に向かって螺入されたねじ状のキー４７を備えている。このキー４７の先端は、第１の回転円筒４３の内周から突出し、スピンドル３の外周のキー溝３４と係合している。すなわち、スピンドル３が回転すると、スピンドル３のキー溝３４にキー４７が係合していることから、第１の回転円筒４３はスピンドル３と同期して回転するようになっている。
また、第１の回転円筒４３の外周には、第１の歯車４８が形成されている。この歯車４８は、第１の回転円筒４３においてスピンドル３の先端側の端部に設けられ、回転円筒４３の他の部分の外周よりも大きい外径寸法を有している。第１の歯車４８の歯数は、例えば、４０枚に設定されている。
【００２８】
第２のロータリーエンコーダ５は、前述のステータ４１と、第２のロータ５１と、第２の回転円筒（保持体）５２と、中継歯車５３とを備えている。
ステータ４１は、第１のロータリーエンコーダ４のステータ４１であり、ロータリーエンコーダ４，５に共通する部品となっている。
第２のロータ５１は、円板の中央に第１のロータ４２を配置可能な孔５４を有し、当該第１ロータ４２の外周に配置されている。また、第２のロータ５１は、第１ロータ４２と同様に、ステータ４１と所定寸法だけ離れた位置に、ステータ４１に対向して配置されている。このように、各ロータ４２，５１のステータ４１と対向する面同士が略同一平面を形成している。
【００２９】
第２の回転円筒５２は、第１の回転円筒４３（第１の歯車４８を除く部分）が内部に挿通された状態で、当該第１の回転円筒４３に支持されている。この第２の回転円筒５２のステータ４１側の端部に、第２のロータ５１が貼付されている。このようにして、第２のロータ５１がスピンドル３の軸周りに回転可能に支持されている。すなわち、ロータリーエンコーダ４，５は、内側と外側の２重円筒構造となっている。
また、第２の回転円筒５２の外周には、第２の歯車５５が形成されている。この歯車５５は、第２の回転円筒５２においてスピンドル３の先端側の端部に設けられ、第１の回転円筒４３の歯車４８と略同じ外径寸法を有している。第２の歯車５５の歯数は、例えば、４１枚に設定され、第１の歯車４８の歯数より１枚だけ大きくなっている。
【００３０】
中継歯車５３は、本体２に回転可能に支持され、第１の歯車４８と第２の歯車５５との両方に噛合した状態で配置されている。すなわち、中継歯車５３は、第１の歯車４８に噛合する第１の中継歯車５３Ａと、第２の歯車５５に噛合する第２の中継歯車５３Ｂと、これらの中継歯車５３Ａ，５３Ｂを同一軸上に軸支する軸部５３Ｃとを有して構成されている。中継歯車５３Ａ，５３Ｂの各歯数は同数に設定され、例えば１２枚となっている。ここで、一対の歯車となる第１の歯車４８および第１の中継歯車５３Ａの各モジュールは一致しており、他の一対の歯車となる第２の歯車５５および第２の中継歯車５３Ｂの各モジュールも一致しており、これによって、第１の回転円筒４３が回転すると、中継歯車５３を介して、第２の回転円筒５２が円滑に回転できるようになっている。
この際、歯車４８と歯車５５との歯数の違いによって、各ロータ４２，５１は、異なる速さで回転する。例えば、本実施形態のように歯車４８の歯数を４０枚として、歯車５５の歯数を４１枚とした場合には、スピンドル３が進退移動範囲内で４０回転する間に、第１のロータ４２は４０回転し、第２のロータ５１は３９回転する。
【００３１】
また、第１のロータリーエンコーダ４および第２のロータリーエンコーダ５は、それぞれのロータ４２、５１の一回転以内の絶対角度を検出可能となっている。
すなわち、ステータ４１は、第１のロータ４２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、第１のロータ４２はスピンドル３と同期して回転するので、第１のロータ４２に関する位相信号は、スピンドル３の一回転によって本発明の第１の周期の変化を示す。例えば、スピンドル３が４０回転する間に４０周期の変化を示す。
【００３２】
ステータ４１は、第２のロータ５１についても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、第２のロータ５１はスピンドル３が４０回転する間に３９回転するので、第２のロータ５１に関する位相信号は、スピンドル３の４０回転によって３９周期（本発明の第２の周期）の変化を示す。
【００３３】
図４は、送受信制御部６および演算処理部７の構成を示す図である。
送受信制御部６は、第１ロータリーエンコーダ４に対する信号の送受信を制御する第１送受信制御部６１と、第２ロータリーエンコーダ５に対する信号の送受信を制御する第２送受信制御部６２とを備える。
【００３４】
第１送受信制御部６１は、第１送信制御部６３と第１受信制御部６４とを備え、第１送信制御部６３はステータ４１に第１のロータ４２用の所定の交流信号を送信し、第１受信制御部６４はステータ４１から第１のロータ４２の位相信号を受信する。
同様に、第２送受信制御部６２は、第２送信制御部６５と第２受信制御部６６とを備え、第２送信制御部６５はステータ４１に第２のロータ５１用の所定の交流信号を送信し、第２受信制御部６６はステータ４１から第２のロータ５１の位相信号を受信する。
第１受信制御部６４および第２受信制御部６６は、ステータ４１から受信した各ロータ４２，５１の位相信号を演算処理部７に出力する。
【００３５】
演算処理部７について説明する。
演算処理部７は、第１のロータ４２および第２のロータ５１の回転角θ１，θ２をそれぞれ算出する回転角算出部７１と、回転角算出部７１にて算出された各ロータ４２，５１の回転角θ１，θ２に基づいてスピンドル３の回転位相を算出する回転位相算出部７２と、この回転位相算出部７２にて算出されたスピンドル３の回転位相に基づいてスピンドル３の絶対位置を算出するスピンドル位置算出部７３とを備える。
【００３６】
回転角算出部７１は、第１受信制御部６４からの位相信号に基づいて第１のロータ４２の回転角θ１を算出する第１回転角算出部７４と、第２受信制御部６６からの位相信号に基づいて第２のロータ５１の回転角θ２を算出する第２回転角算出部７５とを備える。
【００３７】
第１回転角算出部７４は、第１受信制御部６４からの位相信号に基づいて第１のロータ４２の回転角θ１を一回転内の絶対角度（０°＜θ１＜３６０°）として算出する。すなわち、第１受信制御部６４からの位相信号は、第１のロータ４２の一回転内においては、同一の位相を生じず、第１回転角算出部７４には、第１のロータ４２の回転角θ１と位相信号とが一対一の関係で設定記憶されている。このようにして、第１受信制御部６４から出力される位相信号に応じて、第１のロータ４２の回転角θ１が一義的に決まり、第１のロータ４２の一回転以内の絶対角度が算出される。
また、第２回転角算出部７５は、第１回転角算出部７４と同様に、第２受信制御部６６からの位相信号に基づいて第２のロータ５１の回転角θ２を一回転内の絶対角度として算出する。
【００３８】
回転位相算出部７２は、回転角算出部７１で算出された各ロータ４２，５１の回転角θ１，θ２の差分θ３を算出する差分算出部７６と、この差分θ３に基づいてスピンドル３の総回転位相を算出する総回転位相算出部７７とを備える。
【００３９】
総回転位相算出部７７には、差分θ３とスピンドル３の総回転位相とが一対一の関係で設定記憶されている。すなわち、スピンドル３が進退移動範囲内で４０回転する間に各ロータ４２，５１の回転角θ１，θ２の差が１回転となるように設定されているので、差分θ３が０°〜３６０°の範囲内で算出され、この差分θ３に応じてスピンドル３の総回転位相θＴが一義的に算出される。
【００４０】
スピンドル位置算出部７３には、スピンドル３の一回転当たりの移動ピッチ（０．５ｍｍ）が予め設定記憶されている。そして、スピンドル位置算出部７３において、移動ピッチ（０．５ｍｍ）と総回転位相θＴとが乗算されることにより、スピンドル３の総移動量、すなわち、スピンドル３の絶対位置が算出される。
表示部８は、例えば、デジタル表示によってスピンドル３の絶対位置を表示する。
【００４１】
このような構成を備える本実施形態の動作について説明する。
つまみ部３２によってスピンドル３を回転させると、本体２の雌ねじ２６とスピンドル３の送りねじ３３との螺合によりスピンドル３が軸方向に進退される。スピンドル３が回転すると、スピンドル３のキー溝３４に係合したキー４７によって第１の回転円筒４３がスピンドル３とともに回転する。
【００４２】
第１の回転円筒４３が回転すると、第１の回転円筒４３とともに第１のロータ４２が回転する。第１のロータ４２の回転がステータ４１によって検出されて第１受信制御部６４に送られる。続いて、第１回転角算出部７４において第１のロータ４２の一回転以内の回転角θ１が算出される。
ここで、第１のロータ４２はスピンドル３と同期して回転するので、第１のロータ４２の一回転内の回転角θ１とは、スピンドル３の一回転内の回転角を示している。
【００４３】
また、第１の回転円筒４３が回転すると、第１の回転円筒４３の歯車４８に噛み合った中継歯車５３の第１中継歯車５３Ａが回転する。さらに、中継歯車５３の第２中継歯車５３Ｂに噛み合った第２の回転円筒５２の歯車５５が回転し、第２の回転円筒５２とともに第２のロータ５１が回転する。
第２のロータ５１の一回転以内の位相信号がステータ４１によって検出されて第２受信制御部６６に送られる。続いて、第２回転角算出部７５において第２のロータ５１の一回転以内の回転角θ２が算出される。
【００４４】
続いて、回転位相算出部７２において、各ロータ４２，５１の回転角θ１，θ２の差分θ３が算出され、この差分θ３に基づいてスピンドル３の総回転位相θＴが算出される。最後に、スピンドル位置算出部７３において、総回転位相θＴとスピンドル３の送りピッチ（０．５ｍｍ）とに基づいてスピンドル３の絶対位置が算出され、表示部８に表示される。
【００４５】
このような構成を備える本実施形態によれば、次の効果を奏することができる。
（１）第２のロータ５１は、第１のロータ４２の回転によって中継歯車５３を介して回転されるので、第１の歯車４８の歯数を４０枚、第２の歯車５５の歯数を４１枚に設定することによって、第１のロータ４２の回転速度と第２のロータ５１の回転速度との差を容易につけることができる。従って、各ロータリーエンコーダ４，５から出力される各位相信号の周期を互いに異なった周期とすることができ、これら二つの位相信号に基づいてスピンドル３の絶対位置を算出することができる。
【００４６】
（２）中継歯車５３によって第１の歯車４８から第２の歯車５５に回転が伝達されるので、二つのロータリーエンコーダ４，５から得られる各位相信号に位相差を設けるために、従来のようなスピンドルの螺旋状のキー溝を設ける必要をなくすことができる。従って、スピンドル３の軸方向の移動範囲に対してスピンドル３の長さ寸法を短くすることができ、小型化を容易に図ることができるとともに、製造上の負担を軽減させることができる。
【００４７】
（３）第１の回転円筒４３および第２の回転円筒５２によって、スピンドル３の外周に二重円筒構造が形成されているので、従来のように各回転円筒をスピンドルの軸に沿って並べて配設する場合と比べて、両回転円筒４３，５２の占めるスピンドル３の軸方向のスペースを小さくすることができる。
【００４８】
（４）第１のロータ４２および第２のロータ５１を、各回転円筒４３，５２の各一端部に固定して、第２のロータ５１を第１のロータ４２の外周位置に設けることによって、ステータ４１を各ロータリーエンコーダに共通する部品として設けることができ、ステータ４１の占めるスペースを小さくすることができるとともに、部品点数が少なくなり、組み立て作業の負担を軽減させることもできる。
【００４９】
（５）第１の回転円筒４３の第１の歯車４８と、第２の回転円筒５２の第２の歯車５５とが、スピンドル３の軸方向に並んで配置され、かつ、それぞれ略等しい外径寸法を有しているので、中継歯車５３の歯車を第１の歯車４８と第２の歯車５５とに同時に噛み合わせることができる。従って、中継歯車５３を多段の歯車で構成する場合と比べて、中継歯車５３の占めるスペースが小さくすることができる。
【００５０】
なお、本発明は前述の各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、第１の歯車４８と第２の歯車５５の歯数を異なる歯数に設定することによって、第１のロータ４２の回転速度と第２のロータ５１の回転速度とに差を設けると説明したが、各ロータ４２，５１の回転速度に差を設ける方法としては、これに限らない。例えば、図５に示すように、第１の中継歯車５６Ａと、第２の中継歯車５６Ｂと、これらの中継歯車５６Ａ，５６Ｂを同一軸上に軸支する軸部５６Ｃとを有する中継歯車５６を用いてもよく、第１の中継歯車５６Ａおよび第２の中継歯車５６Ｂの各歯数を異なる枚数に設定してもよい。例えば、第１の中継歯車５６Ａの歯数を１２枚として、第２の中継歯車５６Ｂの歯数を１３枚として、第１ロータ４２よりも第２ロータ５１を早く回転させるようにしてもよい。あるいは、複数の回転軸を有する多段の歯車から構成される中継歯車を用いてもよい。このようにすれば、第１の歯車４８Ａと第２の歯車５５Ａとの各歯数を同じにしても、各ロータ４２，５１の回転速度に差を設けることができる。
【００５１】
また、前記実施形態では、各ロータリーエンコーダに共通するステータ４１を用いると説明したが、これに限らず、第１のロータリーエンコーダ４の第１のステータと、第２のロータリーエンコーダ５の第２のステータと、別体で設けてもよい。第２のステータを第１のステータの外周位置に設けて２重構造としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、マイクロメータヘッド、マイクロメータ、ホールテスト等のように、回転しながら軸方向に移動するスピンドルを有する測定装置であって、スピンドルの絶対位置を測定する絶対位置測定装置に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施形態に係る絶対位置測定装置を示す断面図。
【図２】前記絶対位置測定装置の内部構成を部分的に示す斜視図。
【図３】前記絶対位置測定装置の内部構成を部分的に示す分解斜視図。
【図４】前記絶対位置測定装置の回路構成を説明するブロック図。
【図５】本発明の変形例に係る絶対位置測定装置の内部構成を部分的に示す斜視図。
【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、スピンドルの回転数と二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】
【００５４】
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…第１のロータリーエンコーダ
５…第２のロータリーエンコーダ
７…演算処理部（演算処理手段）
４１…ステータ（第１のステータ、第２のステータ）
４２…第１のロータ
５１…第２のロータ
４３…第１の回転円筒（第１の保持体）
４８，４８Ａ…第１の歯車
５２…第２の回転円筒（第２の保持体）
５３，５６…中継歯車
５３Ａ，５６Ａ…第１の中継歯車
５３Ｂ，５６Ｂ…第２の中継歯車
５３Ｃ，５６Ｃ…中継歯車の軸部
５５，５５Ａ…第２の歯車。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体と、この本体に螺合されて、軸周りに回転しながら進退自在に設けられたスピンドルと、このスピンドルの回転量を第１の周期で変化する位相信号として検出する第１のロータリーエンコーダと、前記スピンドルの回転量を第２の周期で変化する位相信号として検出する第２のロータリーエンコーダと、これらのロータリーエンコーダからそれぞれ出力される位相信号に基づいて前記スピンドルの絶対位置を演算処理する演算処理手段とを備え、
前記第１のロータリーエンコーダは、第１のロータと、この第１のロータを前記スピンドルの軸周りに回転可能に保持するとともに前記スピンドルの回転によって回転され、外周に第１の歯車が形成された第１の保持体と、前記本体に支持されるとともに前記第１のロータと所定の隙間を介して対向配置された第１のステータとを含んで構成され、
前記第２のロータリーエンコーダは、第２のロータと、この第２のロータを前記スピンドルの軸周りに回転可能に保持するとともに外周に第２の歯車が形成された第２の保持体と、前記本体に支持されるとともに前記第２のロータと所定の隙間を介して対向配置された第２のステータと、前記第１の歯車から前記第２の歯車に回転を伝達する中継歯車とを含んで構成され、
前記第１の歯車、前記中継歯車、および、前記第２の歯車の各歯数は、前記第１歯車および前記第２歯車の各回転速度に差が生じるように設定されてい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、
前記第１の保持体は、前記スピンドルの外周に沿った円筒状に形成され、
前記第１のロータは、前記第１の保持体の一端部に固定され、
前記第２の保持体は、前記第１の保持体の外周に沿った円筒状に形成され、
前記第２のロータは、前記第２の保持体の一端部に固定されるとともに、前記第１のロータの外周位置に設けられ、
前記第１のステータの前記第１のロータに対向する面と、前記第２のステータの前記第２のロータに対向する面とは、同一平面上に配置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１または請求項２に記載の絶対位置測定装置において、
前記第１の歯車は、前記第１の保持体の他端部に形成され、
前記第２の歯車は、前記第２の保持体の他端部に形成されるとともに、前記第１の歯車と前記スピンドルの軸方向に並んで配置され、
前記中継歯車は、前記第１の歯車に噛合する第１の中継歯車と、前記第２の歯車に噛合する第２の中継歯車と、これらの第１の中継歯車および第２の中継歯車を同一軸上に軸支する軸部とを有す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、軸周りに回転しながら進退自在に設けられたスピンドルと、このスピンドルの回転量を第１の周期で変化する位相信号として検出する第１のロータリーエンコーダと、前記スピンドルの回転量を第２の周期で変化する位相信号として検出する第２のロータリーエンコーダと、これらのロータリーエンコーダからそれぞれ出力される位相信号に基づいて前記スピンドルの絶対位置を演算処理する演算処理手段とを備え、
前記第１のロータリーエンコーダは、第１のロータと、この第１のロータを前記スピンドルの軸周りに回転可能に保持するとともに前記スピンドルの回転によって回転され、外周に第１の歯車が形成された第１の保持体と、前記本体に支持されるとともに前記第１のロータと所定の隙間を介して対向配置された第１のステータとを含んで構成され、
前記第２のロータリーエンコーダは、第２のロータと、この第２のロータを前記スピンドルの軸周りに回転可能に保持するとともに外周に第２の歯車が形成された第２の保持体と、前記本体に支持されるとともに前記第２のロータと所定の隙間を介して対向配置された第２のステータと、前記第１の歯車から前記第２の歯車に回転を伝達する中継歯車とを含んで構成され、
前記第１の歯車、前記中継歯車、および、前記第２の歯車の各歯数は、前記第１歯車および前記第２歯車の各回転速度に差が生じるように設定されてい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、
前記第１の保持体は、前記スピンドルの外周に沿った円筒状に形成され、
前記第１のロータは、前記第１の保持体の一端部に固定され、
前記第２の保持体は、前記第１の保持体の外周に沿った円筒状に形成され、
前記第２のロータは、前記第２の保持体の一端部に固定されるとともに、前記第１のロータの外周位置に設けられ、
前記第１のステータの前記第１のロータに対向する面と、前記第２のステータの前記第２のロータに対向する面とは、同一平面上に配置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１または請求項２に記載の絶対位置測定装置において、
前記第１の歯車は、前記第１の保持体の他端部に形成され、
前記第２の歯車は、前記第２の保持体の他端部に形成されるとともに、前記第１の歯車と前記スピンドルの軸方向に並んで配置され、
前記中継歯車は、前記第１の歯車に噛合する第１の中継歯車と、前記第２の歯車に噛合する第２の中継歯車と、これらの第１の中継歯車および第２の中継歯車を同一軸上に軸支する軸部とを有す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２００９−３６７１８（Ｐ２００９−３６７１８Ａ）
【公開日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２０３２９９（Ｐ２００７−２０３２９９）
【出願日】平成１９年８月３日（２００７．８．３）
【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２月１９日（２００９．２．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月３日（２００７．８．３）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
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