JP4982032B2 - 分割支持体の保持部 - Google Patents

Description

この発明は、位置測定装置の分割支持体の保持部に関する。その保持部では、分割支持体は耐屈曲性に形成されている。

広く普及された種類の分割支持体を保持部に固定するのは接着である。しかし、接着は分割支持体を保持部に位置決めする良好な安定性を保証しないことが明らかである。時間中の接着剤の収縮、接着剤の高い温度係数と湿度の容量変更に基づいて分割支持体の偏流(Drift) が確認できる。

それ故に、高精度の位置測定装置においては、接着を断念して、締め付けによって保持部に分割支持体を固定する。この種の分割支持体の保持部は、欧州特許出願公開第２６４８０１号明細書（特許文献１）から知られている。分割支持体を長時間安定で再生可能に固定するために、この分割支持体は狭面に作用するばねを介して保持部の面に押し進められる。保持部の球面と分割支持体の間の球は、保持部に対する分割支持体の転がり移動性支持を可能とする。

それにもかかわらず、この配列は温度変更の際には測定誤差を導くことが明らかであった。その原因は保持部と分割支持体との間に温度変更の際に生じる摩擦力である。
欧州特許出願公開第２６４８０１号明細書

この発明の課題は、分割支持体が長時間にわたって安定に且つ温度について安定に固定される保持部を創作することである。

この課題は、請求項１の特徴部分、即ち分割支持体（２、２０）が分割支持体（２、２０）の周面（６、６０）に作用する弾性要素（１１ー１６、１１０−１８０）を介して保持部（３、３０）に固定され、分割支持体（２、２０）が弾性要素（１１ー１６、１１０−１８０）により複数の方向Ｘ、Ｙにしっかりとつかまれるので、分割支持体（２、２０）上に一方向に力を及ぼす各弾性要素（１１ー１６、１１０−１８０）には少なくとも一つの他の弾性要素（１１ー１６、１１０−１８０）が付属されており、その弾性要素が分割支持体（２、２０）上に反対方向に力を及ぼし、分割支持体（２、２０）を均衡に保つことよって解決される。

この発明により構成された保持部は、保持部と分割支持体との異なる温度変更の際に保持部と分割支持体との間の摩擦を導かないという利点を有する。分割支持体の変更或いは置換を導き、それにより測定誤差を導き得る強制力は生じない。

この発明の好ましい実施態様は、従属請求項に列挙されている。

図面に基づいて、この発明の実施例は詳細に説明される。図１はスケールを備える保持部を平面図で示し、図２は図１によるスケールを備える保持部を横断面II−IIで示し、図
３は図２による拡大断面図Ａを示し、図４は走査板を備える他の保持部を平面図で示し、図５は図４による保持部を横断面Ｖ−Ｖで示し、図６は図５による拡大断面図Ｂを示す。

図１〜３には、この発明の第一実施例が図示されている。第二機械部材１０に対する第一機械部材１（図５に示された）の変位を測定するためには、スケール２の形態の分割支持体は保持部３によって第一機械部材１に固定されている。スケール２はガラスから成る耐屈曲性の板状物体であり、その表面には測定方向Ｘに延びる増大区分４並びに区分４の経過に関連して中心に配置された基準マーク５を有する。増大区分４は貫通光で走査できる位相グリットである。

スケール２は円形周面６を有する。保持部３は少なくとも三つの弾性要素１１〜１６を有し、それら弾性要素はスケール２の周面６に作用してこのスケールを固定する。すべての弾性要素１１〜１６のばね力は同じ大きさであり、スケール２の質量重心Ｍ１へ向けられる。このスケールは弾性要素１１〜１６により複数の方向Ｘ、Ｙにしっかりとつかまれるので、スケール２はＸ−Ｙ平面に中心合せ的に締め付けられる。中心合せ締め付け力を発生するために、弾性要素１１〜１６は半径方向に偏向できる。偏向の方向は、スケール２の重心Ｍ１の結合線及びそれぞれの弾性要素１１〜１６とスケール２の周面６との間の接触面により決定されている。

図示された例では、六個の弾性要素１１〜１６はスケール２の周面６にわたり均一に分布されて配置されており、各弾性要素１１、１３、１５には、他の弾性要素１４、１６、１２が半径方向に対抗位置して付属されている。それぞれに半径方向に対抗位置する弾性要素１１〜１６は同じ締め付け力をスケール２に及ぼし、このスケール２を中心合せ的に均衡に保持される。

力均衡を発生するためには、二つの他の弾性要素が必要に応じて生じる反力を発生するように弾性要素に挿入され得る。このための最小配列は、スケールの周辺には三つの１２０度だけ互いにずれて配置された弾性要素の配列である。

弾性要素１１〜１６を簡単に仕上げるためにこれら弾性要素に切れ口が設けられるから、これら弾性要素は僅かな材料厚さの中空シリンダから製造される。切れ口の間のウエブは半径方向弾力舌片の形態の弾性要素１１〜１６を形成する。保持部３へのスケール２の中心合せ的固定は、中空シリンダのチューブへの押し込みにより行われる。それにより弾性要素１１〜１６は半径方向に拡張されてスケール２を締め付けて保持する。押し込み後に、弾性要素１１〜１６のばね力を介しての均衡は力と反力の行使に基づいてスケール２に適応する。弾性要素１１〜１６の変形は押し込みの際や後になってからの運転の際に温度変更に際して弾性範囲にあるからであるから、この均衡は得られたままである。

保持部３とスケール２との異なる膨張係数の場合にも、弾性要素１１〜１６は温度変更の際に半径方向にのみ移動する。スケールの周辺６における弾性要素１１〜１６の間の接触面が小さい、特に点状に構成されているならば、スケール２の接触面と弾性要素１１〜１６の間の相対運動を生じない。それによりこの発明により温度変更におけるスケール２と保持部３の異なる膨張に基づいてスケール２と保持部３の間の摩擦力は発生されないことが保証される。 スケール２の位置変位を奏し得る力は生じない。

図３に拡大して図示される如く、これら弾性要素は内方に向く凸状面Ｏ１を有するから凸状接触面を創作するために、弾性要素１１〜１６は球状に構成される。弾性要素１１〜１６の凸状に湾曲した面Ｏ１はスケール２をそれぞれにその厚さの中心に接触させるので、接触面又は点はスケール２の重心Ｍ１を通して延びるＸーＹ平面にある。

スケール２は例えばガラス或いはガラスセラミックスから成り、保持部３は金属、特に鋼から成る。

図１において、スケール２の上方へ向く表面には、光電的に走査可能な増分区分４は測定方向Ｘにおいて延びて配置されていることが平面図に図示されている。追加的に絶対的位置決めのために、基準マーク５が測定範囲の中心に設けられている。保持部３には測定すべき対象１に保持部３を固定する固定面Ｆが設けられており、その保持部はスケール２の重心Ｍ１並びに基準マーク５を含有する平面に固定する。この平面は測定方向Ｘに対して垂直に延びている。

示されていない形式では、例えば基準マーク５が増分区分４に一体化されるか、又は単線絶対的コードが使用されるから、位置が区分跡(Teilungspur) によって検索されるならば、スケール表面の面重心がこの一つの区分跡の中心に位置する場合には好ましい。

第二機械部材１０に対する第一機械部材１の位置の測定では、スケール２は走査ユニットにより走査される。走査ユニットは増分区分４と基準マーク５に適合した走査構造体４０を備える走査板２０を有する。この発明は、位置測定装置のスケール２の保持部３の構成及び／又は走査板２０の保持部３０の構成とを包含する。

図４〜６には、走査板２０を備える保持部３０のこの発明による構成が図示されている。弾性要素１１０〜１８０はスケール２の保持部３の弾性要素１１〜１６に一致して形成されている。図６には、走査板２０がその厚さの中心に点状に接触するように弾性要素１３０の点状表面０２は拡大して図示されている。

半径方向弾性要素１１０〜１８０によって走査板２０は中心に均衡に保持される。好ましくは、保持部３０は結像レンズ８を収容するのにも役立つ。結像レンズ８の光軸はＺ方向において走査板２０の重心Ｍ２を通って延びている。結像レンズ８はソケットに保持され、このソケットは保持部３０の中空シリンダの一部分に押し込まれる、この一部分には弾性要素１１０〜１８０を形成する切り口は存在しない。

スケールを備える保持部を平面図で示し、 図１によるスケールを備える保持部を横断面II−IIで示し、 図２による拡大断面図Ａを示し、 走査板を備える他の保持部を平面図で示し、 図４による保持部を横断面Ｖ−Ｖで示し、 図５による拡大断面図Ｂを示す。

符号の説明

１..... 第一機械部材
２..... スケール
３..... 保持部
４..... 増分区分
５..... 基準マーク
６..... スケールの周面
８..... 結像レンズ
１０..... 第二機械部材
１１〜１６... 弾性要素
２０..... 走査板
３０..... 保持部
４０..... 走査構造体
６０..... スケールの周面
１１０〜１８０... 弾性要素
Ｏ１..... 凸状面
Ｏ２..... 凸状面
Ｍ１..... 重心
Ｍ２..... 重心

Claims (8)

1. 位置測定装置のスケール或いは走査板である耐屈曲性の分割支持体（２、２０）を備える保持部において、前記分割支持体（２、２０）は弾性要素（１１−１６、１１０−１８０）により複数の方向（Ｘ、Ｙ）に挟み付けられるので、前記分割支持体（２、２０）は前記分割支持体（２、２０）の周面（６、６０）に作用する前記弾性要素（１１−１６、１１０−１８０）を介して前記保持部（３、３０）に固定され、前記弾性要素（１１−１６、１１０−１８０）の前記分割支持体（２、２０）上に一方向に力を及ぼす各弾性要素（１１−１３、１１０−１４０）には、前記弾性要素（１１−１６、１１０−１８０）の少なくとも一つの他の弾性要素（１４−１６、１５０−１８０）が付属されており、前記他の弾性要素は前記分割支持体（２、２０）上に反対方向に力を及ぼし、前記分割支持体（２、２０）を均衡に保ち、前記分割支持体（２、２０）が一つの円形周面（６、６０）を有し、前記弾性要素（１１−１６、１１０−１８０）が周囲に渡って同じ間隔をおいて配置されていて、前記各弾性要素（１１−１６、１１０−１８０）が半径方向に偏向できることを特徴とする保持部。
2. 前記弾性要素（１１−１６、１１０−１８０）は個々に、前記分割支持体（２、２０）の重心（Ｍ１，Ｍ２）とそれぞれに前記弾性要素（１１−１６、１１０−１８０）と前記分割支持体（２、２０）の周面（６、６０）との接点との間の結合線によって決定される一方向に偏向できることを特徴とする請求項１に記載の保持部。
3. 前記分割支持体（２、２０）の周面（６、６０）は、前記接点において、前記結合線に対して正接に延びていることを特徴とする請求項２に記載の保持部。
4. 前記弾性要素（１１−１６、１１０−１８０）の前記各弾性要素（１１−１３、１１０−１４０）には、前記弾性要素（１１−１６、１１０−１８０）の一つの前記他の弾性要素（１４−１６、１５０−１８０）が半径方向に対抗位置して配置されており、各それぞれに互いに半径方向に対抗位置する前記弾性要素（１１−１６、１１０−１８０）は、同じだが、しかし反対に向いた力を前記分割支持体（２、２０）に及ぼすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の保持部。
5. 前記弾性要素（１１−１６、１１０−１８０）は、中空シリンダに切り込みを入れて形成されている弾性的舌片であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の保持部。
6. 前記弾性要素（１１−１６、１１０−１８０）は前記分割支持体（２、２０）の周面（６、６０）と接触する凸状に湾曲したそれぞれ一つの表面（Ｏ１、Ｏ２）を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の保持部。
7. 前記凸状に湾曲したそれぞれ一つの表面（Ｏ１、Ｏ２）は前記分割支持体（２、２０）の厚さの中心に接触させることを特徴とする請求項６のいずれか一項に記載の保持部。
8. 前記保持部（３、３０）は金属、特に鋼から成り、前記分割支持体（２、２０）はガラス或いはガラスセラミックから成ることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の保持部。

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