JP5540308B2 - ロータリーエンコーダ - Google Patents

Description

本発明は、ステータに対するロータの回転に伴う物理量の変化を検出し、その変化に基づき物体の回転角を測定するロータリーエンコーダに関する。

誘導検出型ロータリーエンコーダは、送信巻線及び受信巻線が配置されたステータと、これらと磁束結合された磁束結合巻線が配置されたロータとを備える（例えば、特許文献１参照）。ロータリーエンコーダでは、それが搭載されるマイクロメータ等の小型化の要請、高精度化の要請により、受信巻線のピッチをさらに微細化することが求められる。

さらに、２トラックをもつロータリーエンコーダは、以下に示す課題を有する。すなわち、ロータリーエンコーダの精度の向上には、２トラックの精度を同時に向上させる必要がある。また、測長全域にわたる絶対位置測定のための許容が小さい。また、その許容を増やすと、ロータリーエンコーダの精度は劣化する。

特開平１０−２１３４０７号公報

本発明は、高精度で絶対位置測定可能なロータリーエンコーダを提供する。

本発明の一態様に係るロータリーエンコーダは、ステータと、回転軸に係合されて前記回転軸と共に回転し前記ステータと軸方向に対向する第１のロータと、前記第１のロータの外周側に配置され前記第１のロータに対して回転可能で前記ステータと軸方向に対向する第２のロータと、前記回転軸の回転を伝達して前記第２のロータを前記第１のロータとは異なる速度で回転させる回転伝達手段と、前記ステータの前記第１のロータの対向面、及び前記第１のロータの前記ステータの対向面に内側から順に前記回転軸に対して同軸的に形成された第１の角度検出トラック、及び第２の角度検出トラックと、前記ステータの前記第２のロータの対向面、及び前記第２のロータの前記ステータの対向面に内側から順に前記回転軸に対して同軸的に形成された第３の角度検出トラック、及び第４の角度検出トラックとを備え、前記第１の角度検出トラックは、前記第１のロータの１回転でＮ_１回の周期的変化を生成し、前記第２の角度検出トラックは、前記第１のロータの１回転でＮ_２回の周期的変化を生成し、前記第３の角度検出トラックは、前記第２のロータの１回転でＮ_３回の周期的変化を生成し、前記第４の角度検出トラックは、前記第２のロータの１回転でＮ_４回の周期的変化を生成し、Ｎ_１は、Ｎ_２と異なり、Ｎ_３は、Ｎ_４と異なることを特徴とする。

本発明は、高精度で絶対位置測定可能なロータリーエンコーダを提供することが可能となる。

第１実施形態に係るマイクロメータヘッド１を示す断面図である。 第１実施形態の誘導検出型ロータリーエンコーダ４の斜視図である。 第１実施形態の誘導検出型ロータリーエンコーダ４の分解斜視図である。 第１実施形態のステータ４１上の構成を示す図である。 第１実施形態の第１のロータ４２、及び第２のロータ５１上の構成を示す図である。 第１実施形態の送受信制御部６および演算処理部７の構成を示すブロック図である。 比較例の第１のロータ４２、及び第２のロータ５１上の構成を示す図である。 第２実施形態に係るマイクロメータヘッド１ａを示す断面図である。 第２実施形態の誘導検出型ロータリーエンコーダ４ａの分解斜視図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る誘導検出型ロータリーエンコーダの一実施形態について説明する。

［第１実施形態］
[構成]
先ず、図１を参照して、第１実施形態に係る誘導検出型ロータリーエンコーダ４を搭載したマイクロメータヘッド１の全体構成について説明する。図１は、第１実施形態に係るマイクロメータヘッド１を示す断面図である。

マイクロメータヘッド１は、本体２、本体２から延びるスピンドル３、スピンドル３を中心に設けられた誘導検出型ロータリーエンコーダ４を有する。また、マイクロメータヘッド１は、送受信制御部６、演算処理部７、及び表示部８を有する。送受信制御部６は、誘導検出型ロータリーエンコーダ４との間の送受信を制御する。演算処理部７は、送受信制御部６（誘導検出型ロータリーエンコーダ４）からの信号に基づき演算処理を実行する。表示部８は、演算処理部７による演算結果を表示する。

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のスピンドル先端側（図中、左側）の壁および中仕切り板２３には、それぞれスピンドル３が貫通する貫通孔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。

スピンドル３は、略円柱状に形成され、先端部に被測定物（不図示）との接触面３１を有し、基端部につまみ部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。

続いて、図１〜図３を参照して、誘導検出型ロータリーエンコーダ４の構成について説明する。図２は、誘導検出型ロータリーエンコーダ４の斜視図である。図３は、誘導検出型ロータリーエンコーダ４の分解斜視図である。誘導検出型ロータリーエンコーダ４は、図２及び図３に示すように、第１のロータリーエンコーダ４０と、第２のロータリーエンコーダ５０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４０は、ステータ４１と、第１のロータ４２と、第１の回転円筒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。

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に軸方向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。

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。

第２のロータリーエンコーダ５０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４０のステータ４１であり、ロータリーエンコーダ４０、５０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のロータ４２の外周に、それを取り囲むように配置されている。また、第２のロータ５１は、第１のロータ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に軸方向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。

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、第１、第２のロータリーエンコーダ４０，５０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。

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。

また、第１のロータリーエンコーダ４０および第２のロータリーエンコーダ５０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。

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周期の変化を示す。

次に、図４及び図５を参照して、ステータ４１、第１のロータ４２、及び第２のロータ５１上の構成について詳細に説明する。図４は、ステータ４１上の構成を示す図である。図５は、第１のロータ４２、及び第２のロータ５１上の構成を示す図である。

図４に示すように、第１、第２のロータ４２、５１に対向するステータ４１上には、第１の送信巻線４１１、第２の送信巻線４１２、第３の送信巻線４１３、及び第４の送信巻線４１４がスピンドル３と同軸に設けられている。第１の送信巻線４１１は、スピンドル３（回転軸）から第１の径をもって略円形状に形成されている。第２の送信巻線４１２は、スピンドル３（回転軸）から第１の径よりも大きい第２の径をもって略円形状に形成されている。第３の送信巻線４１３は、スピンドル３（回転軸）から第２の径よりも大きい第３の径をもって略円形状に形成されている。第４の送信巻線４１４は、スピンドル３（回転軸）から第３の径よりも大きい第４の径をもって略円形状に形成されている。

また、図４に示すように、第１、第２のロータ４２、５１に対向するステータ４１上には、第１の受信巻線４１５、第２の受信巻線４１６、第３の受信巻線４１７、及び第４の受信巻線４１８がスピンドル３と同軸的に設けられている。第１〜第４の受信巻線４１５〜４１８は、スピンドル３（回転軸）からの距離が周期的に変化するように形成されている。第１の受信巻線４１５は、第１の送信巻線４１１と第２の送信巻線４１２との間であって、第１の送信巻線４１１側に形成されている。第２の受信巻線４１６は、第１の送信巻線４１１と第２の送信巻線４１２との間であって、第２の送信巻線４１２側に形成されている。第３の受信巻線４１７は、第３の送信巻線４１３と第４の送信巻線４１４との間であって、第３の送信巻線４１３側に形成されている。第４の受信巻線４１８は、第３の送信巻線４１３と第４の送信巻線４１４との間であって、第４の送信巻線４１４側に形成されている。第１の受信巻線４１５は、後述する第１の磁束結合巻線４２１により生じた磁束を検出する。第２の受信巻線４１６は、後述する第２の磁束結合巻線４２２により生じた磁束を検出する。第３の受信巻線４１７は、後述する第３の磁束結合巻線５１１により生じた磁束を検出する。第４の受信巻線４１８は、後述する第４の磁束結合巻線５１２により生じた磁束を検出する。

第１の受信巻線４１５は、回転方向に位相の異なる３つの受信巻線４１５ａ〜４１５ｃにて構成されている。受信巻線４１５ａ〜４１５ｃは、各々、ループ状（菱型状）に配置された電線から構成されている。受信巻線４１５ａ〜４１５ｃは、交差部が短絡しないように、互いに交差する部分が基板の上下に配列され、相互がビアホール４１５ｄにて接続されることにより各々絶縁分離されて配置されている。なお、第２の受信巻線４１６〜第４の受信巻線４１８も、第１の受信巻線４１５と同様に構成されている。

図５に示すように、ステータ４１と対向する第１のロータ４２上には、磁束結合体である第１の磁束結合巻線４２１、及び第２の磁束結合巻線４２２がスピンドル３と同軸的に設けられている。第１の磁束結合巻線４２１、及び第２の磁束結合巻線４２２は、第１のロータ４２の１回転でスピンドル３（回転軸）からの距離がＮ_１回及びＮ_２回それぞれ周期的に変化するように凹凸をもって歯車形状に形成されている。第１の磁束結合巻線４２１は、第１の送信巻線４１１と磁束結合可能とされている。第２の磁束結合巻線４２２は、第２の送信巻線４１２と磁束結合可能とされている。

第１の磁束結合巻線４２１は、例えば９個（Ｎ_１）の凹凸をもって歯車形状に形成されている。第２の磁束結合巻線４２２は、例えば１０個（Ｎ_２）の凹凸をもって歯車形状に形成されている。すなわち、第２の磁束結合巻線４２２の凹凸の数は、第１の磁束結合巻線４２１の凹凸の数と１つだけ異なる。

また、図５に示すように、ステータ４１と対向する第２のロータ５１上には、磁束結合体である第３の磁束結合巻線５１１、及び第４の磁束結合巻線５１２がスピンドル３と同軸的に設けられている。第３の磁束結合巻線５１１、及び第４の磁束結合巻線５１２は、第２のロータ５１の１回転でスピンドル３（回転軸）からの距離がＮ_３回及びＮ_４回それぞれ周期的に変化するように凹凸をもって形成されている。第３の磁束結合巻線５１１は、第３の送信巻線４１３と磁束結合可能とされている。第４の磁束結合巻線５１２は、第４の送信巻線４１４と磁束結合可能とされている。

第３の磁束結合巻線５１１は、例えば９個（Ｎ_１）の凹凸をもって歯車形状に形成されている。第４の磁束結合巻線５１２は、例えば１０個（Ｎ_２）の凹凸をもって歯車形状に形成されている。すなわち、第４の磁束結合巻線５１２の凹凸の数は、第３の磁束結合巻線５１１の凹凸の数と１つだけ異なる。

次に、図６を参照して、送受信制御部６および演算処理部７の構成について詳細に説明する。図６は、送受信制御部６および演算処理部７の構成を示すブロック図である。

先ず、送受信制御部６について説明する。送受信制御部６は、第１のロータリーエンコーダ４０に対する信号の送受信を制御する第１の送受信制御部６１と、第２のロータリーエンコーダ５０に対する信号の送受信を制御する第２の送受信制御部６２とを備える。

第１の送受信制御部６１は、第１の送信制御部６３と第１の受信制御部６４とを備える。第１の送信制御部６３は、ステータ４１に第１のロータ４２用（第１の送信巻線４１１、及び第２の送信巻線４１２用）の所定の交流信号を送信する。第１の受信制御部６４は、ステータ４１（第１の受信巻線４１５、及び第２の受信巻線４１６）から第１のロータ４２の位相信号を受信する。ここで、位相信号は、第１の磁束結合巻線４２１に基づく信号と、及び第２の磁束結合巻線４２２に基づく信号との位相差を示す信号である。

同様に、第２の送受信制御部６２は、第２の送信制御部６５と第２の受信制御部６６とを備える。第２の送信制御部６５は、ステータ４１に第２のロータ５１用（第３の送信巻線４１３用）の所定の交流信号を送信する。第２の受信制御部６６は、ステータ４１（第３の受信巻線４１７、及び第４の受信巻線４１８）から第２のロータ５１の位相信号を受信する。ここで、位相信号は、第３の磁束結合巻線５１１に基づく信号と、及び第４の磁束結合巻線５１２に基づく信号との位相差を示す信号である。第１の受信制御部６４および第２の受信制御部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。

次に、演算処理部７について説明する。演算処理部７は、回転角算出部７１、回転位相算出部７２、及びスピンドル位置算出部７３を備える。回転角算出部７１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。回転位相算出部７２は、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。スピンドル位置算出部７３は、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。

回転角算出部７１は、第１の回転角算出部７４、及び第２の回転角算出部７５を備える。第１の回転角算出部７４は、第１の受信制御部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２の回転角算出部７５は、第２の受信制御部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１の回転角算出部７４は、第１の受信制御部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。ここで、第１の受信制御部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、同一の位相を生じない。第１の回転角算出部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。これにより、第１の受信制御部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の回転角算出部７５は、第１の回転角算出部７４と同様に、第２の受信制御部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。

回転位相算出部７２は、差分算出部７６、及び総回転位相算出部７７を備える。差分算出部７６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。総回転位相算出部７７は、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。

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。

［マイクロメータヘッド１の動作]
次に、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。

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の受信制御部６４に送られる。続いて、第１の回転角算出部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。

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の中継歯車５３Ａが回転する。さらに、中継歯車５３の第２の中継歯車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の受信制御部６６に送られる。続いて、第２の回転角算出部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。

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。

［効果]
次に、図７を参照して、比較例を参照して、本実施形態の効果を説明する。図７は、比較例に係る第１のロータ４２、及び第２のロータ５１上の構成を示す図である。比較例は、図７に示すように、第４の磁束結合巻線５１２を有していない点で、本実施形態と異なる。なお、比較例は、図示は省略するが、第４の送信巻線４１４、及び第４の受信巻線４１８を有していない。また、比較例において、第３の磁束結合巻線５１１は、２個（Ｎ_３）の凹凸をもって歯車形状に形成されている。

例えば、上記のような比較例において、ねじピッチ０．５ｍｍで２５ｍｍを側長する（第１のロータ４２は５０回転する）場合、以下のように厳しい精度が要求される。

第１のロータ４２に対する第２のロータ５１の回転角の利用範囲は、１８０°（＝３６０°／２）となり、第１のロータ４２の１回転あたりの、第１のロータ４２に対する第２のロータ５１の回転角は、最大１８０°／５０＝３．６°となる。回転位置を検出するために必要な第２のロータリーエンコーダ５０の精度（メカの誤差など全てを含む）は、その半分の３．６°／２＝１．８°以下が必要となる。一方、第２のロータリーエンコーダ５０の精度（メカの誤差を含まない）は、１８０°／３００＝０．６°程度である。よって、１．８°−０．６°＝１．２°以内が第２のロータ５１の機構部の回転精度の許容（第２のロータ５１の機構部の部品精度や組立精度の合計許容値）となり、機構部の厳しい精度が要求される。

なお、上記比較例において、第１のロータ４２と第２のロータ５１の回転位置の利用範囲を広くするために、第３の磁束結合巻線５１１の歯車形状の凹凸をさらに小さくすると（例えば、１個（Ｎ３））、第２のロータリーエンコーダ５０の精度は悪化する。一方、第３の磁束結合巻線５１１の歯車形状の凹凸を大きくすると、第２のロータリーエンコーダ５０の精度（メカの誤差を含まない）は向上するが、第１のロータ４２に対する第２のロータ５１の回転角の利用範囲は狭くなる。よって、第２のロータリーエンコーダ５０の機構部の回転精度をよりいっそう厳密に設定する必要が生じる。

これに対して、本実施形態においては、内側にピッチが１つだけ異なる２トラックが形成され、さらに外側にピッチが１つだけ異なる２トラックが形成されているので、内側及び外側において十分な精度で１回転内での絶対位置検出を可能にすることができる。加えて、本実施形態に係る構成によれば、比較例と異なり、機構部に要求される部品精度や組立精度を低減でき、製造上の負担を低減することができる。

また、本実施形態においては、第１のロータリーエンコーダ４０に対する第２のロータリーエンコーダ５０の回転角は、１回転まで利用することができる。したがって、本実施形態によれば、スピンドル３の側長範囲を拡大することができる。また、本実施形態と同等の側長範囲をもつ装置に、本実施形態の構成を適用すれば、構成部に要求される部品精度、組立て許容精度を低減することができる。

［第２実施形態］
[構成]
次に、図８を参照して、第２実施形態に係る誘導検出型ロータリーエンコーダ４ａを搭載したマイクロメータヘッド１ａの全体構成について説明する。図８は、第２実施形態に係るマイクロメータヘッド１ａを示す断面図である。なお、第２実施形態において、第１実施形態と同様の構成については、同一符号を付し、その説明を省略する。

マイクロメータヘッド１ａは、図８に示すように、第１実施形態と異なるスピンドル３ａ、及びスピンドル３ａを中心に設けられた誘導検出型ロータリーエンコーダ４ａを有する。なお、マイクロメータヘッド１ａは、その他、第１実施形態と同様の構成を有する。

スピンドル３ａは、第１実施形態と同様に、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。

スピンドル３ａの中央部には、第１実施形態と異なり、リード角が異なる２本のキー溝３４ａ、３４ｂが設けられている。第１のキー溝３４ａは、スピンドル３ａの軸と平行に直線状に設けられている。第２のキー溝３４ｂは、スピンドル３ａに対して螺旋状に設けられている。第１のキー溝３４ａと第２のキー溝３４ｂとの始点および終点の位置は、スピンドル３ａの軸方向において略一致している。すなわち、第１のキー溝３４ａと第２のキー溝３４ｂとは、スピンドル３ａの軸方向において略同じ範囲に形成されている。

なお、スピンドル３ａが進退する際に、キー溝３４ａ、３４ｂは、スピンドル３ａと共に本体２の外部に出ることになるが、スピンドル３ａが最大限に前進した場合でもキー溝３４ａ、３４ｂが外部に露出しないように外側フレーム１１が設けられている。

続いて、誘導検出型ロータリーエンコーダ４ａについて説明する。図９は、誘導検出型ロータリーエンコーダ４ａの分解斜視図である。誘導検出型ロータリーエンコーダ４ａは、図９に示すように、第１のロータリーエンコーダ４０ａと、第２のロータリーエンコーダ５０ａとから構成され、本体２の収納空間２２内に配設されている。

第１のロータリーエンコーダ４０ａは、ステータ４１ａ、及びキー溝３４ａに係合するキー４７ａを有しスピンドル３ａを中心にして回転可能に設けられた第１のロータ４２ａを有する。

ステータ４１ａは、スピンドル３ａが挿通された状態で収納空間２２の前端側内壁２８に固定されている。

第１のロータ４２ａは、スピンドル３ａのすぐ外側に配設されている。第１のロータ４２ａは、ステータ４１ａと所定距離だけ離れた位置に、ステータ４１ａに軸方向に対向して配置されている。第１のロータ４２ａは、ステータ４１ａと対になってステータ４１ａと対向した状態で回転される第１のロータ板４８ａと、スピンドル３ａを中心とする第１のロータ板４８ａの回転を支持する第１の回転円筒４３ａと、第１のキー溝３４ａに係合する第１のキー４７ａとを備える。第１のロータ板４８ａは、スピンドル３ａが挿通される孔を有する小円板である。

第１の回転円筒４３ａは、スピンドル３ａに外嵌する円筒状であって第１のロータ板４８ａの背面に接続され第１のロータ板４８ａの回転を支持している。第１の回転円筒４３ａには、軸に直交する方向で貫通形成された二つの孔４３ａａ、４３ａｂが設けられ、第１の孔４３ａａには第１のキー４７ａが螺合されている。また、第２の孔４３ａｂは、第１の回転円筒４３ａの周方向に長さを有する長孔状に形成されている。

第２のロータリーエンコーダ５０ａは、ステータ４１ａ、及びキー溝３４ｂに係合するキー４７ｂを有しスピンドル３ａを中心にして回転可能に設けられた第２のロータ５１ａを有する。

第２のロータ５１ａは、第１のロータ４２ａの外側に、それを取り囲むように配置されている。第２のロータ５１ａは、ステータ４１ａと所定距離だけ離れた位置に、ステータ４１ａに軸方向に対向して配置されている。第２のロータ５１ａは、第１のロータ４２ａと同様に、ステータ４１ａと対になってステータ４１ａと対向した状態で回転される第２のロータ板５５ａと、スピンドル３ａを中心とする第２のロータ板５５ａの回転を支持する第２の回転円筒５２ａと、第２のキー溝３４ｂに係合する第２のキー４７ｂとを備える。

第２のロータ板５５ａは、第１のロータ板４８ａを内側に遊嵌する程度の内孔を有する環状板である。第２の回転円筒５２ａは、第２のロータ板５５ａの背面に接続され、内側に第１の回転円筒４３ａを遊嵌する孔を有する円筒状である。

第２の回転円筒５２ａには、軸に直交する方向から貫通形成された孔５２ａａを有し、この孔５２ａａに第２のキー４７ｂが螺合されている。なお、第２のキー４７ｂは、第１の回転円筒４３ａの長孔である第２の孔４３ａｂを通過して第２のキー溝３４ｂに係合している。

そして、第２の回転円筒５２ａは、第１のロータ４２ａを間にしてステータ４１ａと反対側においてスピンドル３ａを軸受けする軸受部５２ａｂを有する。また、スピンドル軸方向において、第２のキー４７ｂの位置は第１の回転円筒４３ａに設けられた第１のキー４７ａの位置と略同じである。

なお、ステータ４１ａが固定されている収納空間２２の前端側内壁２８においてスピンドル軸受け２７ａがステータ４１ａよりも後端側にわずかに延設されており、また、第１の回転円筒４３ａのスピンドル軸受け４３ａｃが第１のロータ板４８ａよりステータ４１ａ側にわずかに延設されており、第１の回転円筒４３ａのスピンドル軸受け４３ａｃが本体２のスピンドル軸受け２７ａに当接することにより、ステータ４１ａと第１のロータ板４８ａとのギャップが適切に確保される。

また、第２の回転円筒５２ａと中仕切り板２３と間に図示しないコイルバネ（付勢手段）が介装されて、第２のロータ５１ａがステータ４１ａ側に向けて付勢されているとともに、第１のロータ４２ａが第２の回転円筒５２ａの内壁にて押されることで第１のロータ４２ａもステータ４１ａに向けて付勢されている。

［マイクロメータヘッド１ａの動作]
次に、このような構成を備える第２実施形態に係るマイクロメータヘッド１ａ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３ａが回転操作されると、本体２の雌ねじ２６とスピンドル３ａの送りねじ３３との螺合によってスピンドル３ａが軸方向に進退される。

また、スピンドル３ａが回転されると、スピンドル３ａの第１のキー溝３４ａおよび第２のキー溝３４ｂに第１の回転円筒４３ａの第１のキー４７ａと第２の回転円筒５２ａの第２のキー４７ｂとがそれぞれ係合されているので、スピンドル３ａの回転に伴って第１の回転円筒４３ａと第２の回転円筒５２ａとが回転される。このとき、第１の回転円筒４３ａはスピンドル軸受け４３ａｃによってスピンドル３ａを軸受けしているので、第１の回転円筒４３ａはスピンドル３ａを基準にして回転する。また、第２の回転円筒５２ａは軸受部６２２によってスピンドル３ａを軸受けしているので、第２の回転円筒５２ａもスピンドル３ａを基準として回転する。

そして、第１のキー溝３４ａと第２のキー溝３４ｂとは互いにリード角が異なっているので、スピンドル３ａが一回転するに当たって第１の回転円筒４３ａと第２の回転円筒５２ａ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３ａの回転によって第１および第２の回転円筒４３ａ、５２ａが回転されると、第１の回転円筒４３ａとともに第１のロータ板４８ａが回転され、第２の回転円筒５２ａとともに第２のロータ板５５ａが回転される。すなわち、第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、第１のロータ４２ａは、第２のロータ５１ａと異なる回転速度で回転する。

なお、第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、ステータ４１と対向する第１のロータ４２ａ上には、第１、第２の磁束結合巻線４２１、４２２が形成されている。ステータ４１と対向する第２のロータ５１ａ上には、第３、第４の磁束結合巻線５１１、５１２が形成されている。第１、第２のロータ４２ａ、５１ａと対向するステータ４１ａ上には、第１〜第４の送信巻線４１１〜４１４、及び第１〜第４の受信巻線４１５〜４１８が形成されている。

[効果]
第２実施形態に係るマイクロメータヘッド１ａは、第１実施形態と略同様に構成されているので、第１実施形態と同様の効果を奏する。

［その他実施形態］
以上、本発明に係る誘導検出型ロータリーエンコーダの一実施形態を説明してきたが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、追加、置換等が可能である。例えば、第１〜第３の磁束結合体は、上記実施形態のように第１〜第４の磁束結合巻線４２１、４２２、５１１、５１２ではなく、電極、導電板に形成された穴、凹部などでも良い。

また、上記実施形態は、第１のロータ４２と第２のロータ５１の位置関係に基づき、第１のロータ４２が何回転目であるかを検出するものである。しかしながら、本発明は、第１のロータ４２と第２のロータ５１の位置関係に基づき、第２のロータ５１が何回転目であるかを検出するものであってもよい。

また、上記実施形態においては、Ｎ_１＝Ｎ_３、Ｎ_２＝Ｎ_４、及びＮ_４−Ｎ_３＝Ｎ_２−Ｎ_１＝１であるが、Ｎ_１≠Ｎ_３、Ｎ_２≠Ｎ_４、及びＮ_４−Ｎ_３≠Ｎ_２−Ｎ_１≠１であっても、また、Ｎ_１＝Ｎ_４、Ｎ_２＝Ｎ_３であってもよい。

また、上記実施形態は、電磁誘導型ロータリーエンコーダであるが、本発明は、静電容量型や光電式のロータリーエンコーダにも適用可能である。

１，１ａ…マイクロメータヘッド、 ２…本体、 ３，３ａ…スピンドル、４，４ａ…誘導検出型ロータリーエンコーダ、 ４０…第１のロータリーエンコーダ、 ５０…第２のロータリーエンコーダ、 ７…演算処理部、 ４１，４１ａ…ステータ、 ４２，４２ａ…第１のロータ、 ５１，５１ａ…第２のロータ、 ４３…第１の回転円筒、 ４８…第１の歯車、 ５２…第２の回転円筒、 ５３…中継歯車、 ５３Ａ…第１の中継歯車、 ５３Ｂ…第２の中継歯車、 ５３Ｃ…中継歯車の軸部、 ５５…第２の歯車、 ４１１〜４１４…第１〜第４の送信巻線、 ４１５〜４１８…第１〜第４の受信巻線、 ４２１，４２２…第１，第２の磁束結合巻線、 ５１１，５１２…第３，第４の磁束結合巻線。

Claims (5)

1. ステータと、
   回転軸に係合されて前記回転軸と共に回転し前記ステータと軸方向に対向する第１のロータと、
   前記第１のロータの外周側に配置され前記第１のロータに対して回転可能で前記ステータと軸方向に対向する第２のロータと、
   前記回転軸の回転を伝達して前記第２のロータを前記第１のロータとは異なる速度で回転させる回転伝達手段と、
   前記ステータの前記第１のロータの対向面、及び前記第１のロータの前記ステータの対向面に内側から順に前記回転軸に対して同軸的に形成された第１の角度検出トラック、及び第２の角度検出トラックと、
   前記ステータの前記第２のロータの対向面、及び前記第２のロータの前記ステータの対向面に内側から順に前記回転軸に対して同軸的に形成された第３の角度検出トラック、及び第４の角度検出トラックとを備え、
   前記第１の角度検出トラックは、前記第１のロータの１回転でＮ_１回の周期的変化を生成し、
   前記第２の角度検出トラックは、前記第１のロータの１回転でＮ_２回の周期的変化を生成し、
   前記第３の角度検出トラックは、前記第２のロータの１回転でＮ_３回の周期的変化を生成し、
   前記第４の角度検出トラックは、前記第２のロータの１回転でＮ_４回の周期的変化を生成し、
   Ｎ_１は、Ｎ_２と異なり、Ｎ_３は、Ｎ_４と異なり、Ｎ _３ とＮ _４ の差分は、“１”である
   ことを特徴とするロータリーエンコーダ。
2. 前記第１の角度検出トラックは、
   前記ステータの前記第１のロータの対向面に前記回転軸に対して同軸的に形成された第１の送信巻線と、
   前記ステータの前記第１のロータの対向面に前記第１の送信巻線と対応させて前記回転軸に対して同軸的に形成された第１の受信巻線と、
   前記第１のロータの前記ステータとの対向面に前記回転軸に対して同軸的に形成されて前記第１の送信巻線及び前記第１の受信巻線と磁束結合する第１の磁束結合体とを備え、
   前記第２の角度検出トラックは、
   前記ステータの前記第１のロータの対向面に前記回転軸に対して同軸的に形成され且つ前記第１の送信巻線の外側に位置する第２の送信巻線と、
   前記ステータの前記第１のロータの対向面に前記第２の送信巻線と対応させて前記回転軸に対して同軸的に形成され且つ前記第１の送信巻線の外側に位置する第２の受信巻線と、
   前記第１のロータの前記ステータとの対向面に前記回転軸に対して同軸的に形成されて前記第２の送信巻線及び前記第２の受信巻線と磁束結合し且つ前記第１の磁束結合巻線の外側に位置する第２の磁束結合体とを備え、
   前記第３の角度検出トラックは、
   前記ステータの前記第２のロータの対向面に前記回転軸に対して同軸的に形成され且つ前記第２の送信巻線の外側に位置する第３の送信巻線と、
   前記ステータの前記第２のロータの対向面に前記第３の送信巻線と対応させて前記回転軸に対して同軸的に形成され且つ前記第２の送信巻線の外側に位置する第３の受信巻線と、
   前記第２のロータの前記ステータとの対向面に前記回転軸に対して同軸的に形成されて前記第３の送信巻線及び前記第３の受信巻線と磁束結合し且つ前記第２の磁束結合巻線の外側に位置する第３の磁束結合体とを備え、
   前記第４の角度検出トラックは、
   前記ステータの前記第２のロータの対向面に前記回転軸に対して同軸的に形成され且つ前記第３の送信巻線の外側に位置する第４の送信巻線と、
   前記ステータの前記第２のロータの対向面に前記第４の送信巻線と対応させて前記回転軸に対して同軸的に形成され且つ前記第３の送信巻線の外側に位置する第４の受信巻線と、
   前記第２のロータの前記ステータとの対向面に前記回転軸に対して同軸的に形成されて前記第４の送信巻線及び前記第４の受信巻線と磁束結合し且つ前記第３の磁束結合巻線の外側に位置する第４の磁束結合体とを備える
   ことを特徴とする請求項１記載のロータリーエンコーダ。
3. Ｎ_１とＮ_２の差分は、“１”である
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のロータリーエンコーダ。
4. Ｎ_１＝Ｎ_３であり、Ｎ_２＝Ｎ_４である
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のロータリーエンコーダ。
5. Ｎ_１＝Ｎ_４であり、Ｎ_２＝Ｎ_３である
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のロータリーエンコーダ。

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