(57)【要約】【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２００に螺合され回転によって軸方向進退自在のスピンドル３００と、スピンドル３００の回転に応じて２つの互いに周期が異なる位相信号を発信する位相信号発信手段４００と、を備える。スピンドル３００には、軸線に沿ってキー溝３３０が設けられている。位相信号発信手段４００は、スピンドル３００と一体回転する第１ロータ板５２０を備える第１ロータリーエンコーダ５００と、スピンドル３００と一体回転するとともに外側面にネジ５３１を有する第１回転円筒５３０と、第１回転円筒５３０のネジ５３１に噛み合う歯を有する歯車６１１およびこの歯車６１１と一体回転する第２ロータ板６１２を有する第２ロータリーエンコーダ６００と、備える。スピンドル３００の回転に対して第１ロータ板５２０の回転周期と第２ロータ板６１２の回転周期とは異なっている。【選択図】図１
2007304052.tif 000002
【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つの互いに周期が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第１ロータ板を備える第１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ネジを有する回転円筒と、
前記回転円筒のネジに噛み合う歯を有する歯車およびこの歯車と一体回転する第２ロータ板を有する第２ロータリーエンコーダとを、備え、
スピンドルの回転に対して前記第１ロータ板の回転周期と前記第２ロータ板の回転周期とは異なっている
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ロータリーエンコーダは、前記第１ロータ板の一回転以内で異なる回転角に対しては異なる値の位相信号を出力し、
前記第２ロータリーエンコーダは、前記第２ロータ板の一回転以内で異なる回転角に対しては異なる値の位相信号を出力し、
スピンドルの可動範囲内におけるスピンドルの最大回転数に対して第２ロータ板の回転数は一回転以内である
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。
【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５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６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５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５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】
また、二枚のロータ４２、４５をステータ４１に向けて付勢するためには二つのコイルバネ（不図示）が必要となるところ、一枚のステータ４１の両側からステータ４１とのギャップを保つように二本のコイルバネ（不図示）で二枚のロータ４２、４５をそれぞれ付勢するのは難しく、組立て作業が非常に複雑になってしまうという問題が生じる。
【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つの互いに周期が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第１ロータ板を備える第１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ネジを有する回転円筒と、前記回転円筒のネジに噛み合う歯を有する歯車およびこの歯車と一体回転する第２ロータ板を有する第２ロータリーエンコーダとを、備え、スピンドルの回転に対して前記第１ロータ板の回転周期と前記第２ロータ板の回転周期とは異なってい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、第１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、第１ロータ板がスピンドルと一体的に回転される。第１ロータ板の回転が検出されて第１ロータリーエンコーダから位相信号が出力される。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。すると、回転円筒のネジに噛み合った歯車の歯が送られて歯車が回転され、この歯車と一体的に第２ロータ板が回転される。この第２ロータ板の回転が検出されて第２ロータリーエンコーダから位相信号が出力される。
【００１９】
ここで、スピンドルの回転に対して第１ロータ板と第２ロータ板とは異なる回転周期で回転し、第１ロータリーエンコーダと第２ロータリーエンコーダとからは互いに位相が異なる信号が出力される。２つの位相が異なる信号に基づいて演算処理手段によってスピンドルの回転位相が求められ、さらに、スピンドルの回転位相と進退ピッチとの関係に基づいてスピンドルの移動量、すなわち、スピンドルの絶対位置が算出される。
【００２０】
このような構成によれば、スピンドルの回転に応じた第１ロータ板と第２ロータ板との回転により２つの位相信号を得ることができ、この２つの位相信号によってスピンドルの絶対位置を求めることができる。
ここで、スピンドルの回転に伴って周期が異なる二つの位相信号を得るにあたって第１ロータ板と第２ロータ板とを回転させるところ、スピンドルには一本のキー溝を設けて、このキー溝との係合によって第１ロータ板および回転円筒をスピンドルと一体回転させる。そして、回転円筒のネジに噛み合った歯車を回転させることにより第２ロータ板を回転させる。このとき、回転円筒のネジピッチと歯車の歯数とを調整して、回転円筒の一回転に対する歯車の回転角度を任意に設定できる。よって、第２ロータ板の回転周期を第１ロータ板とは異ならせ、第１ロータ板と第２ロータ板とから互いに異なる周期の位相信号を得ることができる。このように、２つのロータ板を異なる回転周期で回転させるにあたり、スピンドルに刻むキー溝は一本としているので、加工が簡便である。
【００２１】
従来、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る場合、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、第２ロータ板の回転を第１ロータ板の回転周期と異ならせるにあたり、回転円筒のネジピッチと歯車の歯数とを調整すればよいので、回転周期の設定が簡便である。そして、回転円筒のネジピッチおよび歯車の歯は高精度に加工できるので、第２ロータ板の回転精度を高め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。
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、回転円筒のネジと歯車の歯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。
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。
【００２４】
本発明では、前記第１ロータリーエンコーダは、前記第１ロータ板の一回転以内で異なる回転角に対しては異なる値の位相信号を出力し、前記第２ロータリーエンコーダは、前記第２ロータ板の一回転以内で異なる回転角に対しては異なる値の位相信号を出力し、スピンドルの可動範囲内におけるスピンドルの最大回転数に対して第２ロータ板の回転数は一回転以内であることが好ましい。
【００２５】
このような構成において、スピンドルの回転に伴って第１ロータ板と第２ロータ板とが異なる周期で回転する。このとき、第１ロータ板はスピンドルと一体回転し、第２ロータ板は、スピンドルが可動範囲を移動する間に１回転以内の回転をする。そして、第１ロータ板の一回転内の異なる回転角に対して第１ロータリーエンコーダから異なる値の位相信号が出力される。従って、この位相信号に基づいて演算処理手段により第１ロータ板の一回転以内の回転角が一義的に決定される。第１ロータ板は、スピンドルと一体回転するので、第１ロータ板の回転角はスピンドルの回転角である。また、第２ロータ板の一回転内の異なる回転角に対して第２ロータリーエンコーダから異なる値の位相信号が出力される。従って、この位相信号に基づいて演算処理手段により第２ロータ板の一回転以内の回転角が一義的に決定される。さらに、第２ロータ板はスピンドルの可動範囲では一回転以内であるので、第２ロータ板の回転角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、演算処理手段において第２ロータ板の回転角からスピンドル回転数が一義的に求められる。そして、第１ロータ板の一回転内の回転角と第２ロータ板の回転角に基づくスピンドル回転数から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絶対位置が算出される。
【００２６】
このような構成によれば、第２ロータ板の回転角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、第１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。
【００２７】
ここで、スピンドルの可動範囲で一回転する第２ロータ板のみでもスピンドルの絶対位置を一義的に求めることは原理的に可能である。
しかしながら、例えばスピンドルの５０回転あたりで一回転しかしない第２ロータ板ではスピンドルの移動量に対する角度変化が極めて小さいので非常に高分解に回転角を検出できなければスピンドルの正確な位置を検出することはできない。
そして、第２ロータ板のみでスピンドル絶対位置を検出できる程度に第２ロータリーエンコーダを高分解能にするのは非常に困難であり現実的ではない。
【００２８】
この点、本発明では、第１ロータ板によってスピンドルの一回転以内の回転位相を検出するので、第２ロータ板はスピンドルの回転数が特定できる程度の分解能を備えていればよい。よって、分解能の高いロータリーエンコーダを必要としないので、製造コストを低減させることができる。
【００２９】
また、回転円筒から歯車を介してスピンドルの回転が第２ロータ板に伝達されるので、回転円筒のネジおよび歯車の歯の加工精度やネジと歯の噛み合いガタによっては第２ロータ板の回転精度は多少低くなる場合も考えられる。
このような場合でも、第２ロータ板はスピンドル回転数を特定できる程度の分解能と精度を有していれば第１ロータ板の回転検出によってスピンドル位置の検出は高精度に行うことができる。
【００３０】
本発明では、前記第１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。
【００３１】
このような構成によれば、第１ロータ板を回転支持する円筒と、第２ロータ板に回転を伝える回転円筒を共通にして、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
（第１実施形態）
本発明の絶対位置測定装置に係る第１実施形態について説明する。
図１は、絶対位置測定装置の第１実施形態としてのマイクロメータヘッドの構成を示す断面図である。
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、０．５ｍｍ送りで５０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。
【００３５】
位相信号発信手段４００について説明する。
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と一体回転する第１ロータ５１０を有する第１ロータリーエンコーダ５００と、第１ロータ５１０の回転に伴って回転する第２ロータ６１０を有する第２ロータリーエンコーダ６００と、を備えている。第１ロータリーエンコーダ５００および第２ロータリーエンコーダ６００はともにロータ５１０、６１０の一回転以内の絶対角度を検出可能である。
【００３６】
第１ロータリーエンコーダ５００は、スピンドル３００と一体回転する第１ロータ５１０と、第１ロータ５１０の回転を検出する第１ステータ５５０と、を備えている。
【００３７】
第１ロータ５１０は、第１ステータ５５０と対になって第１ステータ５５０と対向した状態で回転される第１ロータ板５２０と、スピンドル３００を中心とする第１ロータ板５２０の回転を支持する第１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。
【００３８】
第１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。第１回転円筒５３０は、スピンドル３００に外嵌する円筒状であって第１ロータ板５２０の背面に接続され第１ロータ板５２０の回転を支持している。第１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、第１回転円筒５３０の外周にはネジ５３１が設けられている。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、第１回転円筒５３０はスピンドル３００と一体的に回転する。また、第１回転円筒５３０の回転に伴って、第１回転円筒５３０のネジ５３１に噛み合った第２ロータ６１０が回転される。
【００３９】
第１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。第１ステータ５５０は第１ロータ５１０に対向配置され、第１ロータ５１０の一回転以内の絶対角度を検出する。すなわち、第１ステータ５５０は第１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、第１ロータ５１０はスピンドル３００とともに回転するので、第１ステータ５５０から出力される位相信号は、図２（Ａ）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５０回転する間に５０周期の変化を示す。
【００４０】
第２ロータリーエンコーダ６００は、第１回転円筒５３０のネジ５３１とかみ合って第１回転円筒５３０の回転に伴って回転する第２ロータ６１０と、第２ロータ６１０の回転位相を検出する第２ステータ（不図示）と、を備えている。
【００４１】
第２ロータ６１０は、第１回転円筒５３０のネジ５３１に噛み合う歯を外周に有する歯車６１１と、歯車６１１に貼設された第２ロータ板６１２と、を備えている。
【００４２】
歯車６１１に設けられる歯の数は５０枚であり、第１回転円筒５３０のネジ５３１に歯車６１１の歯がかみ合っている。そして、第１回転円筒５３０が一回転するときに歯車６１１の歯が一つ送られる。すなわち、スピンドル３００が５０回転する間に歯車６１１は１回転することになる。
なお、歯車６１１の回転軸方向は、スピンドル３００および第１ロータ５１０の回転軸方向に対して立体的に直交しており、すなわち、スピンドル３００の回転軸方向が図１の左右方向であるのに対し歯車６１１の回転軸方向は図１の紙面に直交する方向である。
【００４３】
第２ロータ板６１２は、歯車６１１に貼設され、歯車６１１と一体的に回転する。すなわち、スピンドル３００が５０回転する間に第２ロータ板６１２は１回転する。
【００４４】
なお、第２ステータについては、図示を省略するが、第２ロータ板６１２に対向して配置されている。第２ステータは、第２ロータ６１０の一回転以内の絶対回転角を検出する。すなわち、第２ステータは第２ロータ６１０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２ロータ６１０は、スピンドル３００が５０回転する間に一回転するので、第２ステータから出力される位相信号は、図２（Ｂ）に示されるように、スピンドル３００の５０回転によって一周期の変化を示す。
【００４５】
図３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、第１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、第２ステータ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。
【００４６】
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は第１ステータ５５０に所定の交流信号を送信し、第１受信制御部７１３は第１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は第２ステータに所定の交流信号を送信し、第２受信制御部７１６は第２ステータ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、各ステータから受信した位相信号を演算処理部７２０に出力する。
ここで、第１受信制御部７１３は第１ステータ５５０からの位相信号を出力するところ第１受信制御部７１３からの位相信号は図２（Ａ）に示すようにスピンドル３００の一回転あたり一周期の変化を示し、第２受信制御部７１６は第２ステータからの位相信号を出力するところ第２受信制御部７１６からの位相信号は図２（Ｂ）に示すようにスピンドル３００の５０回転あたり１周期の変化を示す。
【００４７】
演算処理部７２０について説明する。
演算処理部７２０は、第１ロータ５１０および第２ロータ６１０の回転角θを算出する回転角算出部７２１と、回転角算出部７２１にて算出された第１ロータ５１０および第２ロータ６１０の回転角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、回転位相算出部７２４にて算出されたスピンドル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。
【００４８】
回転角算出部７２１は、第１受信制御部７１３からの信号に基づいて第１ロータ５１０の回転角を算出する第１回転角算出部７２２と、第２受信制御部７１６からの信号に基づいて第２ロータ６１０の回転角を算出する第２回転角算出部７２３と、を備える。
【００４９】
第１回転角算出部７２２は、第１受信制御部７１３からの出力信号（図２（Ａ）参照）に基づいて第１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、第１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２（Ａ）に示されるように、第１受信制御部７１３から出力される位相信号は第１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第１ロータ５１０の一回転以内の絶対角度が算出される。
【００５０】
また、第２回転角算出部７２３は、第２受信制御部７１６からの出力信号（図２（Ｂ）参照）に基づいて第２ロータ６１０の回転角を算出する。第２回転角算出部７２３には、第２ロータ６１０の回転角と位相信号との関係が設定記憶されている。図２（Ｂ）に示されるように、第２受信制御部７１６から出力される位相信号は第２ロータ６１０の一回転において異なる位相であるので、この位相信号に基づいて第２ロータ６１０の回転角が算出される。
【００５１】
回転位相算出部７２４は、第２ロータ６１０の回転角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第１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。
【００５２】
スピンドル回転数算出部７２５には、第２ロータ６１０の回転角とスピンドル回転数との関係が設定されている。そして、スピンドル３００が５０回転する間に第２ロータ６１０は一回転以内において異なる回転角であるので、第２ロータ６１０の回転角に基づいてスピンドル回転数Ｎが一義的に算出される。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による位相θ２＝３６０°×Ｎを算出する。続いて、第１回転角算出部７２２にて算出された第１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。
【００５３】
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（０．５ｍｍ）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（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。
【００５４】
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。
【００５５】
ここで、位相信号発信手段４００において、ステータによってロータ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。
第１ロータリーエンコーダ５００と第２ロータリーエンコーダ６００は同じ構成であるので、ここでは第１ロータリーエンコーダ５００を例に説明する。
この位相信号発信手段４００は、いわゆる一回転ＡＢＳ（アブソリュート検出）のロータリーエンコーダである。図４は、第１ステータ５５０と第１ロータ５１０との互いの対向面を示す図である。図４（Ａ）は第１ステータ５５０の一面を示す図あり、図４（Ｂ）は第１ロータ５１０の一面を示す図である。
【００５６】
第１ステータ５５０において第１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４（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。
第１ロータ５１０において第１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４（Ｂ）参照）。
【００５７】
まず、図４（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。
【００５８】
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。
なお、図４（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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
次に、図４（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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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、第１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、第１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、第１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、第１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。
【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によって第１回転円筒５３０がスピンドル３００とともに回転する。
【００６６】
第１回転円筒５３０が回転すると、第１回転円筒５３０とともに第１ロータ板５２０が回転する。第１ロータ板５２０の回転が第１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、第１回転角算出部７２２において第１ロータ板５２０の一回転以内の回転角が算出される。
ここで、第１ロータ板５２０はスピンドル３００と一体回転するので、第１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、第１回転円筒５３０が回転すると、第１回転円筒５３０のネジ５３１に噛み合った歯車６１１が回転する。すると、歯車６１１とともに第２ロータ板６１２が回転する。このとき、歯車６１１は、第１回転円筒５３０の一回転で一つの歯が送られ、スピンドル３００の５０回転に対して第２ロータ板６１２は一回転する。
第２ロータ板６１２の一回転以内の位相信号が第２ステータ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、第２回転角算出部７２３において第２ロータ板６１２の一回転以内の回転角が算出される。そして、第２ロータ板６１２の回転角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】
第１回転角算出部７２２にて算出された第１ロータ板５２０の回転角（＝スピンドル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（０．５ｍｍ）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）スピンドル３００の回転に応じて異なる周期で回転する第１ロータ板５２０と第２ロータ板６１２との回転により２つの位相信号を得ることができるので、この２つの位相信号によってスピンドル３００の絶対位置を求めることができる。
【００７０】
（２）スピンドル３００の回転に伴って周期が異なる二つの位相信号を得るにあたって第１ロータ板５２０と第２ロータ板６１２とを回転させるところ、スピンドル３００には一本のキー溝３３０を設けて、このキー溝３３０との係合によって第１ロータ板５２０および第１回転円筒５３０をスピンドル３００と一体回転させて、そして、第１回転円筒５３０のネジ５３１に噛み合った歯車６１１を回転させることにより第２ロータ板６１２を回転させる。このように本実施形態では、スピンドル３００に刻む溝は一本でよいので、加工が簡便である。
【００７１】
（３）第２ロータ板６１２には第１回転円筒５３０と歯車６１１とを介してスピンドル３００の回転が伝達されるところ、第１回転円筒５３０のネジピッチと歯車６１１の歯数とを調整して、スピンドル３００の一回転に対する第２ロータ板６１２の回転角度を簡便に設定することができる。よって、加工コストを低減させることができる。
【００７２】
（４）スピンドル３００の回転は第１回転円筒５３０および歯車６１１を介して第２ロータ板６１２に伝達されるところ、第１回転円筒５３０のネジピッチおよび歯車６１１の歯は高精度に加工できるので、第２ロータ板６１２の回転精度を高め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。
【００７３】
（５）第１回転円筒５３０のネジ５３１や歯車６１１の歯のピッチは細密に加工することができるので、本マイクロメータヘッド１００を小型化することができる。
【００７４】
（６）第１ロータリーエンコーダ５００と第２ロータリーエンコーダ６００とを用いてスピンドル絶対位置を算出するにあたり、スピンドル３００の一回転以内の回転位相は第１ロータ板５２０によって検出することとしているので、第２ロータ板６１２はスピンドル３００の回転数が特定できる程度の分解能を備えていればよい。よって、分解能の高いロータリーエンコーダを必要とせず、製造コストを低減させることができる。
【００７５】
（７）第１ロータ板５２０を支持する第１回転円筒５３０に歯車６１１が噛み合う構成としているので、第１ロータ板５２０を回転支持する円筒と、第２ロータ板６１２に回転を伝える回転円筒を共通にして、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。
【００７６】
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。
異なる周期の位相信号を得てスピンドル３００の絶対位置を算出するにあたっては、第２ロータ板６１２を一回転以内にすることの他、５０回転のなかで第１ロータ５１０と第２ロータとの回転位相差が常に異なるようにするなど、異なる周期の二つの位相信号からスピンドル絶対位置を求める方法については特に限定されるものではない。
上記実施形態においては、回転円筒が第１ロータ板を支持するとともに第２ロータ板に回転を伝達するようにして第１ロータリーエンコーダと第２ロータリーエンコーダとで一つの回転円筒を共用しているが、回転円筒は第１ロータリーエンコーダとは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。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、絶対位置測定装置に利用でき、例えば、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】
【００７８】
【図１】第１実施形態において、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、第１ロータリーエンコーダと第２ロータリーエンコーダから出力される信号を示す図。
【図３】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４】第１実施形態において、第１ステータと第１ロータとの互いの対向面を示す図。
【図５】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６】従来技術おいて、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】
【００７９】
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…キー溝、３４…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１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、３００…スピンドル、３１０…ネジ、３２０…つまみ部、３３０…キー溝、４００…位相信号発信手段、５００…第１ロータリーエンコーダ、５１０…第１ロータ、５１１…内側結合電極部、５１２…外側結合電極部、５２０…第１ロータ板、５２１…挿通孔、５３０…第１回転円筒、５３１…ネジ、５４０…キー、５５０…第１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、５６２Ａ−Ｃ…電極線、５６２…内側受信電極部、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…第２ロータリーエンコーダ、６１０…第２ロータ、６１１…歯車、６１２…第２ロータ板、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、７２１…回転角算出部、７２２…第１回転角算出部、７２３…第２回転角算出部、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。
【図１】
2007304052.tif 000003
【図２】
2007304052.tif 000004
【図３】
2007304052.tif 000005
【図４】
2007304052.tif 000006
【図５】
2007304052.tif 000007
【図６】
2007304052.tif 000008