JPH0553207B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は直線状の目盛を有するスケールのため
の保持装置に関する。

従来技術 中でも座標測定装置または工作機械で利用され
る測長装置は通常ガラススケールを備えており、
ガラススケールには光電式のセンサ系によつて走
査される目盛りのピツチが設けられている。最近
では本来の目盛りピツチと並んでスケールの長手
方向に延びた多数の平行な線の形状の直線性基準
具現手段を有するスケールも知られるようになつ
た。例えばヨーロツパ特許出願公開第0082441号
明細書並びに西ドイツ国特許出願P3542514.8号明
細書に記載されている。

上記のスケール上の直線性基準具現手段として
の線は測定装置もしくは工作機械のガイド誤差を
把握するために用いられるので、その担体、すな
わちスケールの形状安定性に関する要求は高い。
ここでの特別な問題はスケール、その保持装置も
しくは取付け装置の長さの熱膨張の相違および固
定の形式と方法から生じる横力によるスケールの
変形である。

熱的な負荷を回避するためには担体上のスケー
ルを弾性的な接着層を用いて固定することが既に
公知である（例えば西ドイツ国特許出願公開第
2505587号明細書）。更に一貫した弾性的な接着層
の代わりに中空間によつて中断された多数のゴム
片を使用することが提案された。該ゴム片上にス
ケールが固定され、かつゴム片がスケールと取付
け装置との間の熱的な負荷の補償を配慮する。こ
の、例えば西ドイツ国特許出願公開第3312534号
明細書および米国特許第4569137号明細書に記載
された固定の形式でもスケールを認容し得ない程
度に変形させるオーダの残留力が残る。この構成
では特に、スケールが温度補償後も再現可能に出
発位置へ戻らずに、摩擦力のために不確定の、新
しい位置を取るのが欠点である。長期間続いた強
制力の結果としてスケール材料のガラスの溶融と
して説明し得る変形も認められた。これらすべて
がスケールの縦方向における位置測定での測定誤
差を、またはるかに大きな程度で直線性基準具現
手段での減らされた並進測定値についても測定誤
差を招くことがある。

発明が解決しようとする問題点 本発明の課題は、スケールができる限り強制さ
れずに保持され、かつスケールとその取付け装置
との間の熱による負荷が回避される、測長装置に
おけるスケールのような直線状の目盛を有するス
ケールのための保持装置を見出すことである。

問題点を解決するための手段 上記の課題を解決するための本発明の手段は、
スケールを支承するための手段が設けられてお
り、この手段を介してスケールが１箇所で固定さ
れており、かつスケールの他端ないしは両端が熱
膨張により自由に変位可能に保持されており、上
記の手段が転動可能に保持されたボールであり、
ボール上にスケールが載置されていることであ
る。

発明の効果 本発明による固定の形式によつて直線状の目盛
を有するスケールとその取付け装置とは機械的に
十分に互いに分離される。直線状の目盛を有する
スケールは温度変化に際して取付け装置に対して
相対的に移動することができ、そのために熱作用
の結果としての残留する変形は生じない。

実施態様 直線状の目盛を有するスケール、例えばスケー
ルまたは定規は通常直方形を有している。したが
つて組込み位置に左右されずに確実に固定するた
めには、直線状の目盛を有するスケールをその広
幅側でのみならず狭幅側でも、転動可能に保持さ
れたボールに接触せしめると有利である。

固定自体による横力が生じないように固定その
ものを、その作用線がボールの転動に対して直角
の方向に延びているて、しかも支承ボールを貫通
して延びているばねによつて行なうと有利であ
る。更にばね力が同様に転動可能に保持されたボ
ールを介して間接的にスケールに対して適用され
ると有利である。ボールをその間で締付けている
面が充分に平行になるように配慮されている場合
には、長さの変化時にスケールはこれを締付けて
いるボール間でこのボールの転動によつて自由に
移動することができる。

スケールと取付け装置との間の長さの変化は実
地では比較的僅かであるために、ボールの転動性
を保証するためには、ボールを柔軟に撓む受容
部、例えばゴム舌片、フエルトリングまたは他
の、弾性的に撓む壁を備えたボールケージ内に保
持すれば充分である。このような受容部は、ボー
ルが所定の支承箇所で固定保持されることを保証
し、かつスケールの取付けを著しく容易にする。

支承箇所自体とその数はスケールの弾性度に関
連して、すなわち主としてスケールの長さと厚さ
に関連して選択されると有利である。短いスケー
ルについては水平の組込み位置でも２つのベツセ
ル点（Besselpunkt）での支承で充分である。そ
れとは異なりより長いスケールについては、特に
このスケールが僅かな厚さしか持つていない場合
には、自重による変形と大きすぎるたわみを避け
るために２箇所よりも多数の箇所で保持装置が必
要である。支承箇所間のたわみは、スケールとこ
れを走査するセンサ系との間の距離の変動をもた
らし、これは測定誤差の原因となる。

スケールが充分に平らである場合には、スケー
ルは直接保持装置のボール上に載置することがで
き、この場合にはボールは例えば鋼球または他の
硬質の材料、例えばサフアイヤまたはルビー製の
ものを使用することができる。取付け部材側では
ボールは硬化され、かつ研磨された鋼製挿入体上
かまたは直接測定装置の花こう岩製の基板上を転
動する。

実施例 第１ａ図から第１ｃ図には固定すべきスケール
が符号１で示されている。スケール１は上面にワ
ンピツチ16μmの線目盛りから成るピツチ８を支
持している。このピツチ８は本来の目盛りピツチ
であり、これはスケール１の縦方向における位置
測定のために光電式のセンサ系（図示せず）によ
つて走査される。スケール１の上面にはこの本来
の目盛りピツチ８の他に、スケールの縦方向へ延
びた多数の平行な線の形の修正線９が設けられて
いる。修正線９は第２のセンサ系（同様に図示せ
ず）によつて走査される。

スケール１は４つのボール２ａ，２ｂ，２ｃ，
２ｄを介して転動可能に取付け装置内の固定の部
分３上に配置されている。組込み位置に左右され
ずにより確実な固定を保証するためには４つのば
ね４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが設けられており、こ
のばねによつてスケール１はボール２ａ〜２ｄに
対して押圧されている。ばね４ａ〜４ｄの及ぼす
ばね力の作用線がスケール１の表面に対して直角
の方向に延びていて、しかも支承点を通るように
設計されており、これにより固定自体によつて惹
起されるスケール１に対する横力は回避される。

スケール１はその狭幅側でもつて同様にしてボ
ールを介して取付け装置の側面に当接している。
しかし第１ｂ図に示された２つのボール５，６の
うちボール６のみが転動可能にスケール１と取付
け装置との間に保持されており、他のボール５は
スケール１の狭幅側および取付け装置に互いに向
合つて設けられた切欠き内に配置されている。ス
ケール１はこの位置で取付け装置に対して固定的
に保持されているが、スケール材料と取付け装置
との間で熱膨張の差があつた場合にはスケールは
ボール６上および下面のボール２ｂ〜２ｄ上を転
動することができる。スケールをボール５，６へ
当付けているばね７ａ，７ｂの作用線も支承点を
通つている。

ボールによつて構成される、スケール１の支承
点も固定的に保持し、しかも同時にボールの転動
性が損なわれないことを保証するためには、第２
図に符号１２で示されたボールはボールケージ内
に保持されている。ボールケージは一番簡単な例
では取付け装置部分１３に形成された切欠き１５
から成つており、切欠きの大きさはボールが予想
される運動を行なうことができる程度である。ボ
ールの柔軟なセンタリングが４つのばね１４ａ，
１４ｂ，１４ｃ，１４ｄによつて達成される。

第１ａ図から第１ｃ図並びに第２図は本発明に
よる支承の基本原理を明らかに示すために簡単に
した略示図である。実際の構成では若干異なる形
状をもたらす副条件に留意すべきであることは明
らかである。したがつて例えば第３図に示されて
いるようにボール２２を柔軟に受容するためにボ
ールケージの代わりにゴム条片２４を使用するこ
とができる。ゴム条片は弾性材料から切断される
かまたは打抜きされ、かつねじ２３を用いて取付
け部材部分に固定されている。

更に第４図、第５図に示されているように、そ
れぞれ引張りばね３４もしくは３７を用いてスケ
ールを下面と狭幅側でボール上に固定することが
可能である。そのためには支承体３３が設けられ
ており、支承体上にスケール３１がボール３２
ａ，３２ｂを介して配置されている。スケール３
１の上面の支承点の上方に当る位置に孔３６ａ，
３６ｂが形成されており、かつこの孔３６にスケ
ールを左右からつかんでいる２つのＵ字形部材３
９ａ，３９ｂのピン３８ａ，３８ｂが係合してい
る。Ｕ字形部材の下端に引張りばね３４ａ，３４
ｂが懸吊されている。

この固定形式ではスケール３１の上面の測定ピ
ツチの走査は妨げられず、更にばね３４の作用点
がずれないように保証される。スケール３１の支
承には第４図に示された支承体を少なくとも２つ
使用する。

引張りばね３７を用いてスケール３１をボール
４２上で側方でばね負荷するためには、第５図に
示された形式が使用される。この形式ではスケー
ル３１の上面を若干覆つてつかんだクランプ４０
が、ばね３７が及ぼす力の作用点が移動しないよ
うに配慮している。

第６図と第７図には、できる限り小さな技術的
費用および簡単な取付けの観点において特に有利
である、符号１０１で示されたスケールを複数座
標測定装置の機床に機械的な連結なしに固定する
ための実施例が示されている。スケール１０１も
本来のスケールピツチ１０８の他に付加的に直線
性基準具現手段としての修正線を有している。

スケール１０１は５箇所（第６図のL₁，L₂，
L₃，L₄，L₅）で互いに向合つて配置された板ば
ね対１０４ａ，１０４ｂによつて支承ボール１０
２ａ，１０２ｂ上に押圧されている。支承ボール
は座標測定装置の花こう岩テーブル１０３上に直
接配置されており、かつ可撓性のフエルトリング
１１３ａ，１１３ｂによつて所定位置で保持され
ている。フエルトリングは第２図に示されたボー
ルケージの役目をしている、すなわちボール１０
２はフエルトリング内で全方向に転動可能に保持
されている。

板ばね１０４ａ，１０４ｂがスケール１０１を
押圧する力は板ばね１０４とスケール１０１の上
面との間のボール１２２ａ，１２２ｂを介して間
接的に伝えられる。ボール１２２もフエルトリン
グ１２３ａ，１２３ｂの形のボールケージ内に配
置されている。したがつてスケール１０１と花こ
う岩プレート１０３との間で長さの相違もしくは
形状変化が生じるときにスケール１０１は自由に
ボール１０２，１２２間で転動し、かつ常に強制
的は力がなくても静止位置へ戻る、それというの
もスケールは転動摩擦のみを克服すればいいから
である。

上述したように、スケールが自重により撓みす
ぎることおよび変形することを回避するためにス
ケール１０１は下面でもつて５つの支承箇所L₁
〜L₅上に載置されている。スケール１０１が狭
幅側でもつて接触する側方の支承部は２つのボー
ル１０５，１０６によつて構成されている。ボー
ル１０５はスケール１０１に平行に延びた、スケ
ール取付け装置の条板１１６ａ内のＶみぞ内に配
置されている。スケール１０１はこのスケール１
０１に接着された、同様にＶみぞを有する固定部
材１１１でもつてボール１０５に接触している。
押圧力は反対側から条板１１６ｂ内のばね１０７
ａによつてもう１つのボール１１７ａを用いてス
ケールに適用される。したがつてスケールはこの
箇所で取付け装置に対して相対的に位置が固定さ
れる。

スケール１０１の他方の端部では第２のばね１
０７ｂがボール１１７ｂを介してスケールをボー
ル１０６によつて構成された側方のストツパに対
して押圧している。ボール１０６は（他のボール
１０７ａ，１０７ｂも）同様にフエルトリング内
に転動可能に保持されており、かつ深さを調節可
能な挿入ピン１２６の研磨された端面に接触して
いる。ボール１０６は挿入ピン上で殆ど摩擦なし
に転動することができる。

スケールは図示の保持装置内にきわめて長期間
安定的に、かつ再現可能に固定される。測定の結
果、修正線１０９によつて与えられる直線性測定
値相互の差は数週間後であつて、中間にスケール
の熱負荷があつた後も0.2μmを下回つていた。得
られた測定図を第８図に示す。第８図には４週間
置いて実施された２つの測定の直線性測定値の相
対的な変化が△Ｙで示されており、かつスケール
長さＸに対してプロツトされている。差異は
0.2μmを下回る。

第６図、第７図に示された保持装置では、固定
平面内で強制力が発生しないようにするためには
その間をボール１０２，１２２が転動する面はで
きる限り平らで、互いに平行でなければならな
い。更に対向するボール対、例えば１１３ａ／１
２３ａがスケールの方向においてずれないことが
フエルトリング１１３，１２３によつて保証され
なければならない。この要求を満たすことは特に
高い精度を要求する用途では問題を生じることが
ある。その場合には第９図に示されているよう
に、スケール２０１のための支承点で単一ボール
の代わりにそれぞれ３点ボール機構２２２ａ，２
２２ｂを使用すると有利であり、該３点ボール機
構は孔を持つたゴム条片２１３ａ、もしくは２１
３ｂによつて所定位置で保持される。スケールの
両側に配置された板ばね２０４ａ，２０４ｂの押
圧力を伝達するためにも、単一ボールの代わりに
それぞれゴム条片２２３ａ，２２３ｂ内に保持さ
れた３点ボール機構２２２ａ，２２２ｂが使用さ
れる。更に板ばね２０４ａ，２０４ｂと３点ボー
ル機構２２２ａ，２２２ｂとの間にはそれぞれ押
圧プレート２０９ａもしくは２０９ｂが配置され
ており、この押圧プレートに点接触で導入された
押圧力は３点ボール機構の３つのボールに押圧プ
レートによつて分配される。押圧プレートの下面
は僅かにわん形に構成されている。これにより横
方向においてボール２２２ａ，２２２ｂのための
安定な静止位置が得られる、それというのもボー
ル転動時にばね力が僅かに増大するからである。

ばね２０４ａ，２０４ｂとゴム条片２２３ａ，
２２３ｂ，２１３ａ，２１３ｂは測長装置２０３
の花こう岩テーブル２０３のスケール２０１の両
側に配置された２つの条板２１６ａ，２１６ｂに
固定されている。

本発明による保持装置は単に図示されたタイプ
のスケールの固定に好適であるのみならず、直線
状の目盛を有するスケール、例えばスケールまた
は定規を再現可能に固定することが重要である、
すべてのケースで使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図、第１ｂ図、第１ｃ図はそれぞれスケ
ールを取付け装置と一緒に３種の断面図で示した
原理図、第２図は第１図の支承ボールを受容する
ために使用することができるボールケージの原理
図、第３図は第２図のボールケージの代わりに使
用可能な、支承ボールのための受容手段の斜視
図、第４図はスケールの固定に使用可能である支
承部材の断面図、第５図はスケールを側方向で当
接せしめるために使用可能である支承部材の断面
図、第６図は保持装置の優れた実施例をスケール
と一緒に詳細に示した平面図、第７図は第６図の
−線に沿つた断面図、第８図は第６図、第７
図のスケールの直線性測定値の相対変化を示した
図、第９図は第７図の保持装置を修正した実施例
の断面図である。 １，３１，１０１，２０１…スケール、２ａ，
２ｂ，２ｃ，２ｄ，５，６，２２，３２ａ，３２
ｂ，４２，１０５，１０６，１１７ａ，１１７
ｂ，１２２ａ，１２２ｂ，２２２ａ，２２２ｂ…
ボール、３…部分、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，７
ａ，７ｂ，３４，３７，１０４，１０７，２０４
…ばね、８，１０８…目盛りピツチ、９，１０９
…修正線、１３…取付け装置部分、１５…切欠
き、２３…ねじ、２４，２１３ａ，２１３ｂ，２
２３ａ，２２３ｂ…ゴム条片、３３…支承体、３
４ａ，３４ｂ…引張りばね、３６ａ，３６ｂ…
孔、３８ａ，３８ｂ…ピン、３９ａ，３９ｂ…Ｕ
字形部材、４０…クランプ、１０２ａ，１０２ｂ
…支承ボール、１０３，２０３…花こう岩テーブ
ル、１０４ａ，１０４ｂ，２０４ａ，２０４ｂ…
板ばね対、１１１…固定部材、１１３ａ，１１３
ｂ…フエルトリング、１１６ａ，１１６ｂ，２１
６ａ，２１６ｂ…条板、１２３ａ，１２３ｂ…フ
エルトリング、１２６…挿入ピン、２０２ａ，２
０２ｂ…３点ボール機構、２０９ａ，２０９ｂ…
押圧プレート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 直線状の目盛を有するスケールのための保持
   装置において該スケール１，３１，１０１，２０
   １を支承するための手段が設けられており、この
   手段を介してスケールが１箇所で固定されてお
   り、かつスケールの他端ないしは両端が熱膨張に
   より自由に変位可能に保持されており、上記の手
   段が転動可能に保持されたボールであり、ボール
   上にスケールが載置されていることを特徴とす
   る、直線状の目盛を有するスケールのための保持
   装置。 ２ 直線状の目盛を有するスケールが測長装置に
   おけるスケール１，３１，１０１，２０１であ
   る、特許請求の範囲第１項記載の保持装置。 ３ スケールが、スケールの縦方向に延びた多数
   の線から成る修正線９，１０９の形状の直線性基
   準具現手段である、特許請求の範囲第２項記載の
   保持装置。 ４ スケール１，３１，１０１がスケール１，３
   １，１０１，２０１の縦方向ガイドを構成するボ
   ールに２つの側で接触していて、しかも１箇所
   ５，１０５で取付け装置に対して固定されてい
   る、特許請求の範囲第２項記載の保持装置。 ５ スケール１，３１，１０１，２０１がばね
   ４，７；３４，３７；１０４，１０７；２０４に
   よつてボールに固定されている、特許請求の範囲
   第２項記載の保持装置。 ６ 支承ボール２，３２，１０２が転動に対して
   直角の方向の、ばね４，３４，１０４の作用線上
   に位置しており、そのためにスケールが横力を受
   けないように固定されている、特許請求の範囲第
   ５項記載の保持装置。 ７ ばね力が同様に転動可能に保持されたボール
   １２２，２２２を介して間接的にスケール１０
   １，２０１へ適用されるようになつている、特許
   請求の範囲第５項記載の保持装置。 ８ ボールが柔軟に撓む受容部としてのゴム舌片
   ２４，２１３，２２３、またはボールケージ１
   ４／１５、またはフエルトリング１１３内で全方
   向に転動するように保持されている、特許請求の
   範囲第１項から第７項までのいずれか１項記載の
   保持装置。 ９ ばねが板ばね１０４，２０４である、特許請
   求の範囲第１項から第８項までのいずれか１項記
   載の保持装置。 １０ スケール１０１がその全長にわたつて多数
   の箇所L₁〜L₅でボール１０２上で支承されてい
   る、特許請求の範囲第１項から第８項までのいず
   れか１項記載の保持装置。 １１ スケールがガラス材料製またはセラミツク
   材料製であり、かつ直接ボール２，１０２，２０
   ２上に配置されている、特許請求の範囲第１項記
   載の保持装置。 １２ 直線状の目盛を有するスケールが定規であ
   る、特許請求の範囲第１項記載の保持装置。