JP4401847B2 - 変位測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、測定軸方向に延びる目盛りが形成された目盛板と、この目盛板を支持する支持体とを備えたスケールと、このスケールに対向して目盛りを読み取る読み取りヘッドとを備えた変位測定装置に関する。

従来より、この種の変位測定装置において、測定軸方向に延びる目盛りが形成されたスケールを、ガラスなどの低膨張材料からなる目盛板と、これを支持する支持体とで構成する場合、両者の熱膨張率の差に起因したスケールの歪みを防止するため、目盛板を支持体に対して測定軸方向に移動可能に固定することがなされている（特許文献１）。具体的には、目盛板は、一端が固定支承部を介して支持体に固定され、他端が弾性支承部を介して支持体に固定される。固定支承部は固定接着剤により実現され、弾性支承部は弾性接着剤により実現される。
特許第２９８９１４０号公報（段落０００８）、図１

上述した特許文献１に開示のスケールは、目盛板の一端が弾性支承部を介して支持体に支持されているので、目盛板と支持体との間の測定軸方向の熱的な歪みが、弾性支承部により吸収されるという効果があるものの、目盛板は、その厚み方向についても弾性接着剤により支持されることになるので、読み取りヘッドとの間のギャップ方向の精度が出し難いという問題がある。特に、シリコン等の弾性接着剤は、固化すると収縮するため、目盛板と支持体との間のギャップを正確に管理することは難しい。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、スケールの測定軸方向の熱的な歪みを防止しつつ、目盛板の厚み方向への高い取付精度も実現できる変位測定装置を提供することを目的とする。

本発明に係る変位測定装置は、測定軸方向に延びる目盛りが形成された目盛板、及びこの目盛板を支持する支持体を備えたスケールと、このスケールに対向すると共に前記スケールに対して前記測定軸方向に相対移動自在に配置されて、前記スケールの目盛りを読み取る読み取りヘッドとを備えた変位測定装置において、前記目盛板が、前記測定軸方向の一方の端部が固定支持部を介して前記支持体に支持されると共に、前記測定軸方向の他方の端部が弾性支持部を介して前記支持体に支持され、前記固定支持部が、前記支持体から前記目盛板に向けて突出し前記支持体と前記目盛板との間の距離を規定する第１のスペーサと、この第１のスペーサの周囲の前記支持体と目盛板との間に充填された固定接着剤とを備え、前記弾性支持部が、前記支持体から前記目盛板に向けて突出し前記支持体と前記目盛板との間の距離を規定する第２のスペーサと、この第２のスペーサの周囲の前記支持体と前記目盛板との間に充填された弾性接着剤とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、目盛板の一方の端部と支持体との距離が固定支持部を構成する第１のスペーサによって規定され、目盛板の他方の端部と支持体との距離が弾性支持部を構成する第２のスペーサによって規定されるので、目盛板は、測定軸方向については移動可能であるが、ギャップ方向については既定値に拘束される。このため、本発明によれば、スケールの測定軸方向の熱的な歪みを防止しつつ、目盛板の厚み方向への高い取付精度も実現することができる。

なお、例えば目盛板が、前記測定軸方向の両端部の間の一又は複数箇所で弾性支持部を介して支持体に支持されていると、スケールが長くなった場合でも、撓みによるギャップの変動を防止することができる。

また、例えば第２のスペーサが、その突出量を調整可能な可動スペーサであると、弾性接着剤が固化した後に可動スペーサを微調整することにより、弾性接着剤の収縮による目盛板と支持体とのギャップ変動が発生しても、最終的な両者のギャップを高精度に設定することが可能になる。

更に、可動スペーサは目盛板に対して点接触し、支持体は可動スペーサの測定軸方向の両側に前記測定軸方向と直交する方向に延びる突起部を備え、前記弾性接着剤が、前記可動スペーサの両側の突起部と前記目盛板との間に充填されていると、安定した支持を可能にしつつ、ギャップの精度向上を図ることができる。

以下、添付の図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。

図１は、この発明の一実施形態に係る変位測定装置（この例ではリニアエンコーダ）の外観斜視図である。

本実施形態に係る変位測定装置は、例えば反射型の光学式エンコーダで、測定軸Ｘ方向に延びるスケール１と、このスケール１に、所定のギャップを介して対向すると共に、スケール１に対して測定軸Ｘ方向に相対移動自在に配置された光学的な読み取りヘッド２とにより構成されている。スケール１は、目盛板３とこれを支持する支持体４とからなる。

目盛板３は、測定軸Ｘ方向に長く延びる矩形板状体で、例えばガラス等の低膨張材料からなり、短手方向のほぼ中央部に長手方向（測定軸Ｘ方向）に延びる光学格子による目盛り５が形成されている。

図２は、図１に示す変位測定装置から読み取りヘッドを取り除いたスケール１の部分の各方向から見た図で、同図（ａ）は、スケール１を上方から見た図で、支持体４の構造を説明するため目盛板３の一部を切欠して示している。同図（ｂ）は（ａ）の図中左側から見た側面図、同図（ｃ）は（ａ）の図中下方から見た正面図、同図（ｄ）は（ａ）の裏側から見た図である。支持体４は、目盛板３と膨張率がわずかに異なる金属板からなり、目盛板３の長手方向の一方の端部を支持する固定支持部６と、目盛板３の他方の端部を支持する弾性支持部７と、両端部のほぼ中間点を支持する弾性支持部８とを有する。

固定支持部６は、支持体４から目盛板３に向けて突出する２つの固定スペーサ（第１のスペーサ）６１，６２を有する。固定スペーサ６１，６２は、目盛板３の短手方向に離間配置され、それぞれが短手方向に延びる突条体である。これら固定スペーサ６１，６２の間に固定スペーサ６１，６２よりも高さが低い矩形状の接着台６３が形成され、この接着台６３の上面と目盛板３の下面との間にエポキシ樹脂等の固定接着剤６４が充填される。このため、支持体４と目盛板３との距離は、固定スペーサ６１，６２により規定される。これら固定スペーサ６１，６２、接着台６３及び固定接着剤６４により固定支持部６が構成される。なお、固定接着材６４としては、エポキシ系接着剤として、アラルダイト スタンダード（（株）テックジャム）、セメダイン１５００番（セメダイン（株））及びボンドＥセットＭ（コニシ（株））等を用いることができる。この他、固定接着材６４としてセメント系接着剤を用いても良い。

一方、弾性支持部７は、図３にその拡大断面図を示すように、支持体４に形成された貫通孔７１に螺合してその球状の先端部が目盛板３側に突出し、基端部にドライバ嵌合溝を形成し、先端部の突出量を調整可能な、周面にねじ溝が切られたピン型の可動スペーサ（第２のスペーサ）７２を有する。この可動スペーサ７２の測定軸Ｘ方向の両側に、目盛板３の短手方向に延びる２つの突起部７３，７４が突設されており、この突起部７３，７４の上面と目盛板３の下面との間にシリコーン接着剤等の弾性接着剤７５，７６が充填されている。従って、目盛板３は、支持体４に対して測定軸Ｘ方向には弾性接着剤７５，７６の弾性の範囲内で移動可能であるが、ギャップ方向には可動スペーサ７２により規定される。これら可動スペーサ７２、突起部７３，７４及び弾性接着剤７５，７６により弾性支持部７が構成されている。また、弾性支持部８もこれと同様に、可動スペーサ８２（貫通孔８１に螺合）、突起部８３，８４及び弾性接着剤８５，８６により構成されている。なお、弾性接着剤７５，７６，８５，８６は、固着すると収縮するので、通常は、弾性接着剤７５，７６，８５，８６には引っ張り応力が加わっている。このため、熱膨張によっても、目盛板３が可動スペーサ７２，８２の先端部から浮き上がることは無い。シリコーン系の弾性接着剤７５，７６，８５，８６としては、例えば信越シリコーンＫＥ−３４７５Ｔ、同じくＫＥ−４４１Ｔ、同じくＫＥ−４５Ｂ（いずれも信越化学工業（株））等を用いることができる。

支持体４は、更に長手方向の一端側の短手方向両側に取付孔４１，４２を有すると共に、長手方向の他端側の短手方向の一方の側に取付孔４３を有し、これら取付孔４１〜４３を介して変位測定を必要とされる装置のベース９等に固定される。但し、取付孔４２は固定的な取り付けのためのものであるが、取付孔４１は、長手方向に沿って延びる平行アーム４４の先端に形成されることにより、支持体４とベース９との間の短手方向の熱膨張差による弾性変形を吸収し、取付孔４３は短手方向に延びる平行アーム４５の先端に形成されることにより、支持体４とベース９との間の長手方向の熱膨張差による弾性変形を吸収する。

以上のように構成された変位測定装置によれば、目盛板３の一方の端部と支持体４との距離が固定スペーサ６１，６２によって規定され、目盛板３の他方の端部及び中間部と支持体４との距離が可動スペーサ７２，８２によって規定されるので、目盛板３は、測定軸Ｘ方向については移動可能であるが、ギャップ方向については固定接着剤６４や弾性接着剤７５，７６，８５，８６による接着に拘わらず既定値に拘束される。このため、スケール１の測定軸Ｘ方向の熱的な歪みを防止しつつ、目盛板３の厚み方向への高い取付精度が実現される。

また、上記実施形態においては、目盛板３が、その両端のみならず、中間部でも弾性支持部８によって支持されているので、スケール１が長い場合でも、撓みによるギャップ方向の誤差の発生を防止することができる。なお、可動支持部８は、本実施形態のように、特に測定軸Ｘ方向の両端部の間の一箇所のみではなく、更に複数箇所に設けるようにしても良い。

なお、本発明はエンコーダの形式に限定されるものではなく、磁気式エンコーダ、電磁誘導式エンコーダ、静電容量式エンコーダ等、他の形式のエンコーダのスケールにも適用可能であることは言うまでもない。

本発明の一実施形態に係る変位測定装置の概略構成を示す斜視図である。 同変位測定装置から読み取りヘッドを取り除いたスケールの各方向から見た図である。 図２のＡの部分を拡大して示す拡大断面図である。

符号の説明

１…スケール、２…読み取りヘッド、３…目盛板、４…支持板、５…目盛り、６…固定支持部、７，８…弾性支持部、９…ベース、６１…固定スペーサ、６４…固定接着剤、７２，８２…可動スペーサ、７５，７６，８５，８６…弾性接着剤。

Claims (4)

1. 測定軸方向に延びる目盛りが形成された目盛板、及びこの目盛板を支持する支持体を備えたスケールと、
   このスケールに対向すると共に前記スケールに対して前記測定軸方向に相対移動自在に配置されて、前記スケールの目盛りを読み取る読み取りヘッドと
   を備えた変位測定装置において、
   前記目盛板は、前記測定軸方向の一方の端部が固定支持部を介して前記支持体に支持されると共に、前記測定軸方向の他方の端部が弾性支持部を介して前記支持体に支持され、
   前記固定支持部は、前記支持体から前記目盛板に向けて突出し前記支持体と前記目盛板との間の距離を規定する第１のスペーサと、この第１のスペーサの周囲の前記支持体と目盛板との間に充填された固定接着剤とを備え、
   前記弾性支持部は、前記支持体から前記目盛板に向けて突出し前記支持体と前記目盛板との間の距離を規定する第２のスペーサと、この第２のスペーサの周囲の前記支持体と前記目盛板との間に充填された弾性接着剤とを備えた
   ことを特徴とする変位測定装置。
2. 前記目盛板は、前記測定軸方向の両端部の間の一又は複数箇所が前記弾性支持部を介して前記支持体に支持されていることを特徴とする請求項１記載の変位測定装置。
3. 前記第１のスペーサは固定スペーサであり、
   前記第２のスペーサは、その突出量を調整可能な可動スペーサである
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の変位測定装置。
4. 前記可動スペーサは、前記目盛板に対して点接触し、
   前記支持体は、前記可動スペーサの測定軸方向の両側に前記測定軸方向と直交する方向に延びる突起部を備え、
   前記弾性接着剤は、前記可動スペーサの両側の突起部と前記目盛板との間に充填されている
   ことを特徴とする請求項３記載の変位測定装置。

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