JPS59187203A - デジタル表示マイクロメ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はデジタル表示マイクロメータ、特に静電型エン
コーダを用いたデジタル表示マイクロメータに関する。

背景技術 従来よシ被測定物の測定値をデジタル表示するデジタル
表示マイタロメータが周知であり、このデジタル表示マ
イクロメータは測定値の読取シ個人誤差を除去すること
が可能であり、かつ当該測定値の読取シを迅速に行うこ
とができることから、各種製造部門の測定に幅広く利用
されている。

一般に、この種の測定装置１ｄ１装置本体に移動可能に
設けられ被測定物に接触するスピンドルと、該スピンド
ルの移動量を検出し電気信号パルスに変換出力するエン
コーダと、を含み、エンコーダの出力する電気信号パル
スを計数回路にて計数し、その計数値をデジタル表示器
上にデジタル表示している。

このようにすることによシ、表示器上に表示される表示
値を一読することにより、被測定物の測定値を瞬時に求
めることができる。

ところで、この種の測定装置に用いられるエンコーダと
して従来より光電型エンコーダ、接点型エンコーダ、静
電型エンコーダ等が周知である。

光電型エンコーダでは、回転円板の表面に等間隔に設け
られたスリットと、該回転円板のスリットを介して光路
を形成する発光器及び受光器と、を含み、スピンドルの
変位量に応じて円板を回転し発受光器間に形成される光
路をオンオフし被測定物の変位量を検出している。

しかし、との光電型エンコーダでは、発光器の消費電力
が大きく、使用する電池の交換回数が増加し、また容量
の大きな電池を使用した場合には装置全体が大型となる
という欠点があった。さらに、測定精度を上げるために
は、回転円板上に数ミクロン間隔でスリットを設けると
とが必要となり、その製造が難しくしかも運転中にクリ
アランス変化に起因するミスカウントを生じやすいとい
う問題があった。

また、接点型エンコーダでは、測定子の変位量検出にス
リット、ブラシなどを用いるため、これらスリット、ブ
ラシの消耗が激しく、マた測定信号にノイズが混入しや
すいという問題があった。

これに対し、静電型エンコーダは、光電型エンコーダの
ように消費電力が大きくなく、接点型エンコーダのよう
にブラシ、スリット等の消耗及びノイズの混入という問
題がないため、近年各種のデジタル表示測定装置に採用
することが提案されている。

従来技術 このような提案されたデジタル表示マイクロメータに用
いられる静電型エンコーダでは、少くとも一対の電極板
を対向配置してコンデンサを形成し、両電極板をスピン
ドルの変位量に対応して相対的に移動させ、このときの
機械的変位量をコンデンサの静電容量変化として電気的
に検出する構成としている。

たとえば、マイクロメータ本体に固定されたステータに
一方の電極板を等間隔に複数個整列配置し、このステー
タと一定間隔をおいて対向配置されたロータ上に他方の
電極板を配置し、ロータをスピンドルの変位に応じてス
テータと平行に回転移動させ、この時両電極板により形
成されるコンデンサの容量変化によりスピンドルの変位
量を検出している。

しかし、提案装置における静電型エンコーダでは、前記
移動電極板から成るコンデンサを用い分圧回路を形成し
、コンデンサの静電容量に応じて変化する分圧比を検出
してスピンドルの変位量を検出する構成とするため、提
案の測定装置では、コンデンサを形成する移動電極板の
板面間距離が何らかの原因で変化しコンデンサの静電容
量が変化した場合や、分圧回路に印加する電源電圧が変
化したような場合には、その分圧出力がスピンドルの変
位量に正確に対応しなくなり、正確な測定ができないと
いう欠点がある。

また、近年、装置の携帯性、操作性を図る観点から、装
置の小型化が望まれており、これに応えて装置の小型化
を図る場合には、前記ステータ及びロータに配設される
電極板の極面積が小さくなり、この結果、電極板が微小
配役ずれした場合にはスピンドルの変位量を高精度で検
出できないという問題があり、このため装置の小型化を
図る場合には、電極板の組み込みを極めて精巧に行わな
ければならず、更に電極板の加工精度をあげるため超精
密加工を要する等、その製作が極めて煩雑化するという
問題があり、このため静電型エンコーダを採用したマイ
クロメータはまだ実用化されていない。

発明の目的 本発明は、前述した課題に鑑み為されたものであり、そ
の目的は、容易に装置の小型化を図ることができ、また
、被測定物を高精度にて測定することができるデジタル
表示マイクロメータを提供することにある。

発明の構成 上記目的を達成するために、本発明は、本体に移動可能
に設けられ被測定物に当接するスピンドルと、スピンド
ルの変位量を検出し電気信号に変換出力するエンコーダ
とを含み、エンコーダの出力する電気信号をデジタル表
示するデジタル表示マイクロメータにおいて、前記エン
コーダは、装置の基台側に設けられた固定円筒体と、固
定円筒体の内周又は外周に一定間隔を介して嵌挿されス
ピンドルの移動に応じ回動する回転体とを含み、固定円
筒体と回転体とが対向するいずれか一方の円周壁には等
間隔に配列された複数の送信電極と、該送信電極に並列
された帯状の受信電極とが設け　　　　。

られ、他方の円周ｑにはで信電極及び受信電極にまたが
って対向配置され両電極間を静電給金する結合電極と、
送信電極及び受信電極にまたがって対向配置されたアー
ス電極とが円周方向に沿って設けられ、前記各送信電極
にそれぞれ位相の異なる交流電圧を印加し、回転体の回
動により変化する受信電極の出力信号に基づいてスピン
ドルの変位量を検出することを特徴とする。

実施例 つぎに本発明の好適な実施例を図面に基づき説明する。

第１図には本発明に係るデジタル表示マイクロメータの
機械的構成が示されており、この実施例の装置は、Ｕ字
型フレームｌＯの一端内面側にその測定面１２ａを内側
に向けて設けられたアンビル１２と、該Ｕ字型フレーム
ｌＯの他端側にアンビル１２の測定面１２ａに向は対向
配置されたスピンドルエ４と、を含み、該スピンドル１
４と同軸上に設けられたシンプル１６を回転操作してス
ピンドル１４をアンビル１２に向は進退させている。

すなわち、シンプル１６はスピンドル１４と一体に形成
されており、このシンプル１６の内周面にはネジが形成
されており、このネジはスピンドル１４に被嵌されフレ
ーム１０に保持部材１８を介して固定されたスリーブ２
０に螺合されている。

従って、シンプル１６を回転操作することにより、スピ
ンドルｊ４はシンプル１６の回転に連動してアンビル１
２に向けて進退することとなる。

実施例の装置は、このようなスピンドル１４の機械的な
変位量をエンコーダを用いて検出し検出変位量に応じた
電気信号パルスを計数回路に入力している。計数回路は
、エンコーダの出力する電気信号パルスを計数し、その
計数値をフレーム１０の側面に設けられたデジタル表示
器２２上にデジタル表示している。

従って、実施例の装置によれば、アンビル１２及びスピ
ンドル１４の両側定面１２１１，１４！ｌに挾まれた被
測定物の寸法を表示器２２上にデジタル表示することが
可能となる。

本発明の特徴的事項は、前記エンコーダとして所定の電
極構造を持つ静電型エンコーダを用い、スピンドル１４
の機械的変位量を簡単な構成で正確に測定可能とするこ
とにある。

このため、本発明の装置に用いられるエンコーダは、ス
ピンドル１４に摺動自在に被嵌された保持筒２６を有し
ており、この保持筒２６に円筒状の回転体２８が嵌合固
定されている。そして前記保持筒２６はバネ３０によっ
て軸方向に付勢されておシ、これによシ回転体２８のガ
タ付きが防止されている。

なお、前記保持筒２６はビン３２によってスピンドル１
４と連結されている。すなわち、スピンドル１４にはキ
ー溝３４が形成されており、−力保持筒２６にはビン穴
が設けられており、仁のビン穴にビン３２を挿通するこ
とによりビン３２の下端部がキー溝３４に摺動自在に係
合し前記スピンドル１４と保持筒２６、すなわち回転体
２８との連結が行われる。

したがってスピンドル１４の回転に連動して回転体２８
が回転を行うこととなる。

この場合において、回転体２８の回転を円滑に行うため
、保持筒２６は本体の基台２４に軸受３８にて軸支され
ている。

一方、本実施例において、固定円筒体４０は装置基台２
４に固定される。

すなわち、前記固定円筒体４０は一定の間隔を介して回
転体２８に被嵌されており、この固定円筒体４０の一端
は基台２４に係止されておシ、他端は基台２４の壁部に
固定された保持アーム４２に保合固定されている。

本実施例において、前記回転体２８と固定円筒体４０と
の円周面上にはスピンドル１４の変位を検出する電極が
配設される。

第２図には、回転体２８と固定円筒体４０の電極配設円
周面の展開図が示され、固定円筒体４０には絶縁部４１
を介して、円周方向に溢って等間隔に配列された複数の
送信電極４４と、該送信電極に並列されたリング帯状の
受信電極４６と、が設けられている。また、前記回転体
２８には、送信電極４４及び受信電極４６にまたがって
対向配置され両電極間を静電結合する結合電極４８と、
送信電極４４及び受信電極４６にまたがって対向配置さ
れたアース電極５０と、が絶縁部４９を介してその円周
方向に沿って設けられている。

以上の構成とすることにより、本発明によれば、前記各
送信電極４４に位相の異なる矩形波或いは正弦波からな
る交流電圧を印加した状態で回転体２８を回転すれば、
受信電極４６から回転体２８の回転変位量に応じた位相
の出力信号を得る。ことができる。

従って、受信電極４６から出力される信号の位相を所定
の基準位相と比較することにより、スピンドル１４の変
位量を電源電圧の変動等に影響されることなく正確に測
定することが可能となる。

実施例において、前記送信電極４４は固定円筒体４０上
にｎ個を１組とする２以上のユニット電極組、本実施例
にあっては８個を１組とする２組のユニット電極組が配
設されており、受信電極４６はこの送信電極４４に並列
してリング帯状に配置されている。そして、各群の送信
電極４４のそれ３６０°　　　　　　　　　　　　　３
６０゜それに□、すなわち、７　＝　４５°ずつ位相の
異なる交流電圧が印加されている。また前記結合電極４
８−１．４８−２及びアース電極５０−１．５０−２は
それぞれ２組設けられ、回転体２８上にその円周方向に
沿って交互′に対称的に配置されている。これら各結合
電極４８及びアース電極５０け固定円筒体４０上に設け
られた送信電極４４及び受信電極４６の４分の１の範囲
、すなわち４個の送信電極４４及びリング帯状に形成さ
れた受信電極４６の４分の１の範囲と対向するように配
置されている。

以上の構造とすることにより、本実施例の装置では、回
転円筒体２８の回転により変化する受信電極４６の出力
信号に基づき、スピンドル１４の変位量を正確に検出す
ることが可能となる。

第３図には前記各電極を用いてスピンドル１４の変位量
を検出するエンコーダの電気回路が示されておシ、実施
例の電気回路では、所定のクロックパルスを出力する発
信器５２と、そのクロックパルスに同期して各送信電極
４４にそれぞれ４５゜ずつ位相の異なる８相の交流電圧
を印加するパルス変調発生器５４と、を含み、回転体２
８の回動によシ変化する受信電極４６の出力信号を積分
回路５６を介して位相比較器５８に入力している。

位相比較器５８は、このようにして入力される信号の位
相と基準となる位相とを比較し、回転体２８の固定円筒
体４０に対する相対回転変位量を基準位相に対する入力
信号の位相ずれとして検出し、その検出信号を計数回路
６０に入力する。計数回路６０は、このようにして入力
された検出信号に基づき発信器５２から出力されるクロ
ックパルスをカウントし、表示器２２上にスピンドル１
４の変位量をデジタル表示する。

本実施例の装置は、以上の構成からなシ次にその作用を
説明する。

実施例の装置において、シンプル１６を回転操作しスピ
ンドル１４を進退させると、これに同期して回転体２８
が回転し結合電極４８によシ静電結合される受信電極４
６と送信電極４４との組み合わせが変化する。

実施例において、送信電極４４は８個ずつ２組設けられ
これら各電極４４には４５°位相の異なる電圧がそれぞ
れ印加されているため、回転体２８を１回転すると、受
信電極４６から出力される信号は４５°Ｘ１６＝７２０
°位相が変わるととになる。従って、例えば回転体２８
が１回転するとスピンドル１４が５００ミクロン変位す
るようスピンドル１４の進退用ネジピッチが形成されて
いれば、受信電極４６の出力信号が１０位相角度が変わ
るたびｌｃ５００／７２０　＃０．７ミクロンなるスピ
ンドル１４の変位を検出することができる。

従って、本実施例の装置によれば、固定円筒体４δ」二
に８個２組の送信電極４４を配列し、これら各送信電極
４４に位相の異なる電圧を印加するという簡単な構造で
スピンドル１４の変位、すなわち、被測定物の測定を正
確に行うことが可能となる。

なお、スピンドルの送シネジピッチが５００ミクロンの
マイクロメータにおいて、２列配置又は２ブラシ型構造
の従来の接点型エンコーダと本実施例のエンコーダとを
比較すれば、従来のエンコーダでは回転体上に形成する
スリットの数ｎは、−列あたＪｎ＝ｓ　ＯＯ／４＝１２
５、すなわち電気角３６０°あだ９１２５個スリットを
形成する必要があシ、本実施例に比しその構造が極めて
精密かつ複雑になることが理解される。

また、同様に本実施例の装置と、従来の光電型４分割方
式のエンコーダとを比較すると、前記接点型エンコーダ
の場合と同様この従来の装置では回転体上に設けるスリ
ットの数ｎがｎ＝５ｏｏ／４＝１２５、すなわち電気角
３６（１’あたり１２５個のスリットを設ける必要があ
り、その構造は非常に精密かつ複雑となることが理解さ
れる。

このように、本発明の装置では、スピンドル１４の変位
量の検出を極めて簡単な構造の装置で行うことが可能と
なる。

また、本実施例においては、各電極は回転体２８と固定
円筒体４０の円周面上に配設される結果、装置全体を小
型化するにもかかわらず電極面積を比較的大きくするこ
とが可能であり、これにより各電極を円板上に配設する
従来装置に比較して測定精度を高めることが可能である
。そして本実施例においては、前述したように各電極を
円周面上に配設する結果、装置部品を軸基準勇武により
加工組立することが可能であり、これによ′り装置の組
立てが容易化されるとともに、これら部品の組立精度を
高めることが可能である。

そして、本実施例において、保持筒２６はバネ３０によ
って軸方向に常時付勢され、回転体２８のガタ付きが防
止される結果、回転体２８と固定円筒体４０との間隔、
すなわち送・受信電極４４．４６と結合電極４８との間
隔が一定に保たれ高精度の測定が行われる。

なお、前記実施例に赴いては、固定円筒体４０上に８個
２組の送信電極４４を配設しこれら各送信電極に４５°
位相の異なる交流電圧を印加する装置を例にとり説明し
たが、本実施例の装置はこれに限らず、固定円筒体４０
上に任意の数ｎの送信電極４４を配列し、これら各＠極
４４にそれぞれ所定各位相３６０’の異なる交流電圧を
印加してもよい。

また、本発明の実施例において、固定円筒体４０の受信
電極４６をリング帯状に形成することなく、例えば第４
図に示すように複数の送信電伊の幅、第４図においては
４個の送信電極の幅に対応した長さの帯状の受信電極４
６を複数個送信電極４４に並列配置し、各受信電極４６
からの信号を処理してスピンドル１４の変位量を求める
構成とすることも可能である。

更に、本実施例において、回転体２８に送信電極４４及
び受信電極４６を配設し、固定円筒体４０に結合電極４
８及びアース電極５０を配設することも可能であるが、
回転体２８に結合電極４８及びアース電極５０を設け、
固定円筒体４０に送信電極４４及び受信電極４６を配設
することによシ、固定円筒体４０側に設けられた送信電
極４４及び受信電極４６にリード線等を接続するのみで
よく、可動側である回転体２８上に設けられた結合電極
４８及びアース電極５０にはリード線等の接続を必要と
しないため、電気回路等の配線を全て固定側において行
うことができ、その結実装置全体を簡単な構造でかつ小
形なものとすることが可能となる。さらに、回転体２８
等の可動側に電気配線を必要とし々いため、装置全体を
極めて信頼性の高いものとすることが可能となる。

発明の詳細 な説明したよう姉、本発明によれば、受信電極からスピ
ンドルの変位量に応じた位相を有する信号が出力される
だめ、この出力信号に基づき被測定物の寸法を正確に測
定することができる。

寸だ、測定用の各電極を円周面上に配設する結果、装置
を小型化する場合においても電極面積を比較的大きくす
ることが可能であり、装置の小型化による測定精度の低
下を防止することが可能となる。

更に前述したごとく、電極を円周面上に配設する結果、
装置の各部品を軸基準方式により加工組立てすることが
可能であシ、部品の加工精度の向上及び装置組立ての容
易化を図ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明デジタル表示マイクロメータの構成図、 第２図は本発明の装置に用いられる回転体及び固定円筒
体の展開説明図、 第３図は本発明の装置に用いられる電気回路の一例を示
すブロック図、 第４図は本発明装置において、受信電極を断続的帯状に
形成した場合を示す第３図の変形説明図である。 １４・・・スピンドル、　　２８・・・回転体、４０・
−・固定円筒体、　　４４・・・送信電極、４６・・・
受信電極、　　４８・・・結合電極、５０・・・アース
電極。 代理人　　弁理士　　吉　１）研　二 （ほか１名）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　本体に移動可能に設けられ被測定物に当接す
   るスピンドルと１．スピンドルの変位量を検出し電気信
   号に変換出力するエンコーダとを含み、エンコーダの出
   力する電気信号をデジタル表示するデジタル表示マイク
   ロメータにおいて、前記エンコーダは、装置の基台側に
   設けられた固定円筒体と、固定円筒体の内周又は外周に
   一定間隔を介して嵌挿されスピンドルの移動に応じ回動
   する回転体とを含み、固定円筒体と回転体とが対向する
   いずれか一方の円周壁には等間隔に配列された複数の送
   信電極と、該送信電極に並列された帯状の受信電極とが
   設けられ、他方の円周壁には送信電極及び受信電極に寸
   たがって対向配置され両電極間を静電給金する結合電極
   と、送信電極及び受信電極にまたがって対向配置された
   アース電極とが円周方向に沼って設けられ、前記各送信
   電極にそれぞれ位相の異なる交流電圧を印加し、回転体
   の回動により変化する受信電極の出力信号に基づいてス
   ピンドルの変位量を検出することを特徴とするデジタル
   表示マイクロメータ。 （２、特許請求の範囲（１）記載の装置において、送信
   電極はｎ個を１組とする２以上のユニット’を極３６０
   ゜ 組に分割され、各電極組の送信電極には順次−バーの等
   位相ずれを有する交流電圧が印加されることを特徴とす
   るデジタル表示マイクロメータ。