JPH0379647B2 - - Google Patents

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測定装置、特に静電型エ
ンコーダを用いたデジタル表示測定装置の改良に
関する。

背景技術 従来より被測定物の測定値をデジタル表示する
デジタル表示測定装置が周知であり、このデジタ
ル表示測定装置は測定値の読取り個人誤差を除去
することが可能であり、かつ当該測定値の読取り
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、この種の測定装置は、装置本体に移動
可能に設けられ被測定物に接触する測定子と、該
測定子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り、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ツトと、該回転円板のスリツ
トを介して光路を形成する発光器及び受光器と、
を含み、測定子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、こ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つた。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ツトを設けることが必要とな
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
う問題があつた。

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

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り、接点型エ
ンコーダのようにブラシ、スリツト等の消耗及び
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幅広く用いられている。

従来技術 従来、このようなデジタル表示測定装置に用い
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
板を測定子の変位置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していた。

たとえば、メインスケール上に一方の電極板を
等間隔に複数個整列配置し、このメインスケール
と一定間隔をおいて対向配置されたインデツクス
スケール上に他方の電極板を配置し、メインスケ
ール又はインデツクススケールを測定子の変位に
応じて板面と平行にスライド移動させ、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
より測定子の変位量を検出している。

しかし、従来の測定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測定子の変位量
を検出していた。このため、従来の測定装置で
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、その分圧出力が測定
子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つた。

発明の目的 本発明は、このような従来の課題に鑑み為され
たものであり、その目的は、被測定物の測定を正
確に行うことが可能なデジタル表示測定装置を提
供することにある。

手 段 これに対して本発明にかかるデジタル表示測定
装置は、中心が軸着されている三枚の円形板をそ
れぞれ対向して設置し、外側の二枚を本体に固定
して固定板とし、これらの間にある円形板を軸方
向可動な回転板として、二枚の固定板の内の一枚
に位置を定める基準となる信号を発信する送信電
極を設置し、送信電極の一部と静電結合して測定
値に対応した電気信号を送信電極から拾出す結合
電極を回転板上に設置し、更に、結合電極と静電
結合して測定値に対応した電気信号を結合電極か
ら受信する受信電極を残りの固定板上に設置して
いることを特徴とする静電型ロータリエンコーダ
を含む。

すなわち、本発明にかかるデジタル表示測定装
置が有する静電型ロータリエンコーダは、固定板
上に設置され位相変調器により位相を360×１／
ｎ（ｎは自然数）度づつずらされた基準信号を受
けるｎ対の送信電極と、回転板上に設けられ対応
する円周位置にある送信電極と静電結合する二つ
の扇状形状の結合電極と、回転板上に設けられ対
応する円周位置にある送信電極と静電結合してア
ースする二つの扇状形状で前記結合電極と重なら
ないように設置されたアース電極と、回転板に対
向して設置され、結合電極上と静電結合する受信
電極と、受信電極上に生じた複数の電気信号を合
成して新たな波形の電気信号を生成し出力する積
分回路と、発信器から出力される基準信号の波形
の位相と積分回路から出力される信号の波形の位
相とを比較する位相比較回路と、位相比較回路か
ら出力されたパルス信号をカウントする計数回路
と、から構成され、軸方向可能な回転板に被測定
物に当接する軸方向可動な測定子を連動して、更
に、計数回路からの信号を受て結果を表示する表
示回路を有し、上記の静電型ロータリエンコーダ
からの信号を基にして測定子の変位量を検出し、
デジタル表示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図には本発明が適用されたデジタル表示型
のマイクロメータが示されており、実施例の装置
は、Ｕ字型フレーム１０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１０の他端側に測定子とし
て設けられアンビル１２の測定面１２ａに向け対
向配置されたスピンドル１４と、を含み、該スピ
ンドル１４に一体的に設けられたシンブル１６を
回転操作してスピンドル１４をアンビル１２に向
け進退させている。

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１
０の側面に設けられたデジタル表示器１８上にデ
ジタル表示している。

従つて、実施例の装置によれば、アンビル１２
及びスピンドル１４の両測定面１２ａ，１４ａに
挾まれた被測定物の寸法を表示器１８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、
測定子としてのスピンドル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、装置の基台２０側に設けられた固定板２２
と、この固定板２２と対向配置され測定子の移動
に応じ回動する回転板２４と、を有している。

第２図には、これら固定板２２及び回転板２４
の好適な実施例が示されており、実施例の固定板
２２は、ほぼドーナツ型に形成されその中央に設
けられた挿通穴２６にスピンドル１４が挿通され
た状態で基台２０に固定されている。

また、回転板２４も、ほぼドーナツ型に形成さ
れ、スピンドル１４の周囲に回動可能に設けられ
た回転円筒２８上に前記固定板２２と対向するよ
う配置されている。

ここにおいて、回転円筒２８は、その内周に係
合ピン２８ａが設けられ、このピン２８ａがスピ
ンドル１４の外周にその進退方向に沿つて設けら
れたキー溝２７と係合されている。更にこの回転
円筒２８は、付勢バネ２９を用いてスピンドル１
４に沿つてその先端方向へ向け付勢されている。

従つて、シンブル１６を回転操作し、スピンド
ル１４を回転させながらアンビル１２に向け進退
させると、ピン２８ａとキー溝２７との係合によ
り回転円筒２８がスピンドル１４先端方向へ向け
付勢されつつ回転され、該スピンドル１４の変位
量に応じて回転板２４が固定板２２との間に一定
のクリアランスを保つたまま回転されることにな
る。

本発明において、前記固定板２２には、円周方
向に沿つて等間隔に配列された複数の送信電極３
０と、該送信電極と同心円状に配置されたリング
状の受信電極３２と、が設けられている。また、
前記固定板２４には、送信電極３０及び受信電極
３２にまたがつて対向配置され両電極間を静電結
合する結合電極３４と、送信電極３０及び受信電
極３２にまたがつて対向配置されたアース電極３
６と、がその回動方向に沿つて設けられている。

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３０にパルス変調発生器４２
により順次位相がずらされた交流の信号を印加し
た状態で回転板２４を回転すれば、受信電極３２
から回転板２４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。

従つて、受信電極３２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、測定
子、実施例においてはスピンドル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３０は固定板２
２上に２組の８個づつの送信電極群として配列さ
れており、受信電極３２はこの送信電極３０の配
列内側に同心円状に配置されている。そして、各
群の送信電極３０のそれぞれに45゜づつ位相の異
る交流電圧が印加されている。また前記結合電極
３４−１，３４−２及びアース電極３６−１，３
６−２はそれぞれ２組設けられ、回転板２４上に
その回動方向に沿つて交互に対称的に配置されて
いる。これら各結合電極３４及びアース電極３６
は固定板２２上に設けられた送信電極３０及び受
信電極３２の４分の１の範囲、すなわち４個の送
信電極３０及びリング状に形成された受信電極３
２の４分の１の範囲と対向するよう配置されてい
る。

以上の構造とすることにより、本実施例の装置
では、回転板２４の回転により変化する受信電極
３２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
れており、実施例の電気回路では、所定のクロツ
クパルスを出力する発信器４０と、そのクロツク
パルスに同期して各送信電極３０にそれぞれ45゜
づつ位相の異なる８相の交流電圧を印加するパル
ス変調発生器４２と、を含み、回転板２４の回動
により変化する受信電極３２の出力信号を、いつ
たん積分回路４４に入力し、新たな信号を合成し
てから位相比較器４６に入力している。位相比較
器４６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、回転板２４の固定
板２２に対する相体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４８に入力する。計数回路４８は、
このようにして入力された検出信号に基づき発信
器４０から出力されるクロツクパルスをカウント
し、表示器１８上のにスピンドル１４の変位量を
デジタル表示する。

本実施例の装置は、以上の構成からなり次にそ
の作用を説明する。

実施例の装置において、シンブル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
して回転板２４が回転し結合電極３４により静電
結合される受信電極３２と送信電極３０との組み
わせが変化する。

実施例において、送信電極３０は８個づつ２組
設けられこれら各電極３０には45゜位相の異る電
圧がそれぞれ印加されているため、回転板２４を
１回転すると、受信電極３２から出力される信号
は45゜×16＝720゜位相が変わることになる。従つ
て、例えば回転板２４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
のネジピツチが形成されていれば、受信電極３２
の出力信号が1゜位相角度が変わるたびに500／720
≒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。

従つて、本実施例の装置によれば、固定板２２
上に８個２組の送信電極３０を配列し、これら各
送信電極３０に位相の異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、スピンドルの送りネジピツチが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
ダでは回転板上に形成するスリツトの数ｎは、一
列あたりｎ＝500／４＝125、すなわち電気角360゜
あたり125個スリツトを形成する必要があり、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
転板上に設けるスリツトの数ｎがｎ＝500／４＝
125、すなわち電気角360゜あたり125個のスリツト
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１
４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。

なお、前記実施例においては、固定板２２上に
８個２組の送信電極３０を配列しこれら各送信電
極に45゜位相の異る交流電圧を印加する装置を例
にとり説明したが、本発明の装置はこれに限ら
ず、パルス変調発生器４２により決定される移相
角の大きさと、移相角の大きさにより一義的に決
まる１サイクルあたりの電極数、並びに固定板２
２上に設置するサイクルの数のうち、移相角の大
きさとサイクルの数は任意であり、これら各電極
３０には、それぞれ所定角位相の交流電圧が印加
される。

また、前記実施例においては、本発明をデジタ
ル表示型のマイクロメータに適用した場合を例に
とり説明したが、本発明装置はこれに限らず、た
とえばダイヤルゲージ、ハイトゲージ等の他のデ
ジタル表示測定装置に適用することも可能であ
る。

また、本発明の装置によれば、固定板２２側に
設けられた送信電極３０及び受信電極３２にリー
ド線等を接続するのみでよく、可動側である回転
板２４上に設けられた結合電極３４及びアース電
極３６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、その結果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、
回転軸そのものをアースにとればよいため、回転
板２４等の可動側に電気配線を必要としなくな
り、装置全体をコンパクトにまとめることができ
る。

発明の効果 以上説明したように、本発明によれば、受信電
極から測定子の変位量に応じた位相を有する信号
が出力されるため、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、しかも従
来の装置に比し、装置全体の構造を極めて簡単な
ものとすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用されたデジタル表示型の
マイクロメータの説明図、第２図は本発明の装置
に用いられる回転板及び固定板の説明図、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
すブロツク図である。 １４……測定子としてのスピンドル、１８……
デジタル表示器、２２……固定板、２４……回転
板、３０……送信電極、３２……受信電極、３４
……結合電極、３６……アース電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 本体に固定された円形の固定板と、被測定物
   に当接する軸方向可動な測定子に連動して前記固
   定板と対向して回転する回転板と、を有し、測定
   子の変位量を検出して電気信号に変換出力する静
   電型ロータリエンコーダを含み、この静電型ロー
   タリエンコーダから出力される電気信号をデジタ
   ル表示するデジタル表示測定装置において、 前記静電型ロータリエンコーダは、 一定周波数の基準信号を発信する発信器から出
   力された基準信号を入力し、この基準信号の位相
   を360×１／ｎ（ｎは自然数）度ずつずらして出力
   する位相変調器と、 前記固定板の円周方向に沿つて等間隔に設置さ
   れ、位相変調器から出力される360×１／ｎ（ｎは
   自然数）度ずつ位相をずらされた基準信号を受け
   るｎ枚の送信電極と、 前記回転板上に設けられ、対応する円周位置に
   ある送信電極と静電結合する扇状形状の結合電極
   と、 前記回転板上に設けられ、対応する円周位置に
   ある送信電極と静電結合してアースする扇状形状
   で前記結合電極と重ならないように設置されたア
   ース電極と、 前記回転板に対向して設置され、結合電極と静
   電結合する受信電極と、 受信電極上に生じた複数の電気信号を合成して
   新たな波形の電気信号を生成し、これを出力する
   積分回路と、 発信器から出力される基準信号の波形の位相と
   積分回路から出力される信号の波形の位相とを比
   較する位相比較回路と、 この位相比較回路から出力されたパルス信号を
   カウントする計数回路と、 を含み、 更に、このデジタル表示測定装置は、 この計数回路からの信号を受け、その結果を表
   示する表示回路と、 から構成され、 前記静電型ロータリエンコーダからの電気信号
   を基にして測定子の変位量を検出することを特徴
   とするデジタル表示測定装置。 ２ 前記固定板の円周方向に沿つて等間隔に設置
   された送信電極は、45度ずつ位相をずらされた基
   準信号を受ける８枚の送信電極群として２組設け
   られ、 前記回転板上に設けられた結合電極は前記２組
   の送信電極群の内４個ずつの送信電極と対向する
   ２組の結合電極として設けられていることを特徴
   とする特許請求の範囲１記載のデジタル表示測定
   装置。