JPH11148842A

JPH11148842A - 磁気式リニアスケール

Info

Publication number: JPH11148842A
Application number: JP31573897A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Narita; 隆行成田
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 1997-11-18
Filing date: 1997-11-18
Publication date: 1999-06-02
Anticipated expiration: 2017-11-18
Also published as: JP3403037B2

Abstract

(57)【要約】【課題】温度変化に起因する表面保護板やベース板な
どの可撓性磁石からの剥離、および温度変化に起因する
検出誤差の発生を防止することのできる磁気式リニアス
ケールを提供すること。【解決手段】磁気式リニアスケールでは、可撓性磁石
６の裏面７および表面８にベース板４と表面保護板５を
それぞれ積層してある。ベース板４は、それを装着すべ
き工作機械の基台１１と同様、鉄製である。表面保護板
５は１５〜２５％Ｃｒ−２０〜３０％Ｆｅ−６５〜４５
％Ｎｉ合金によって形成され、基台１１およびベース板
４の熱膨張係数と等しい。従って、温度変化が生じても
これらの伸縮量の差が極めて小さいので、いずれの部材
も同様に伸縮するだけで、基台１１に対する可撓性磁石
６の相対的な位置が変化しない。また、ベース板４や表
面保護板５は基台１１や可撓性磁石６から剥離すること
がない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械等の可動
部の位置や移動量の検出に用いられる磁気式リニアスケ
ールに関するものである。さらに詳しくは、磁気式リニ
アスケールの熱的安定性を向上するための材料技術に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】工作機械等の可動部の位置や移動量の検
出に用いられる磁気式リニアスケールは、工作機械の基
台（スケール装着部）等に装着される長尺のスケール部
材と、このスケール部材の長手方向に沿って工作機械の
可動部等と一体に移動する検出ユニットとを有してい
る。スケール部材は、長手方向に周期的に磁極が形成さ
れた磁石を備え、検出ユニットは、この磁石の磁極を感
知する磁気センサを備えている。

【０００３】スケール部材に用いられる磁石としては、
ゴム磁石やプラスチック磁石等の可撓性磁石が用いられ
ている。この可撓性磁石を補強するために、可撓性磁石
の裏面にはベース板が接着され、このベース板を基台に
接着することにより、スケール部材を工作機械等に固定
することができる。ベース板は、剛性のない可撓性磁石
を保持できればよく、厚みも自由に設定できる。ここ
で、可撓性磁石の長さは数十ｃｍ〜数ｍに及ぶため、ベ
ース板も数十ｃｍ〜数ｍある。従って、工作機械の基台
等とベース板との間で熱膨張係数の差が僅かでもあれ
ば、温度変化によって伸縮した後の基台とベース板との
間には長さ寸法で大きな差が生じる。この際に、可撓性
磁石はベース板の伸縮につられて変形する。その結果、
雰囲気温度によっては基台と可撓性磁石との間での相対
的な位置にずれが生じるので、位置や移動量を高い精度
では検出できず、工作機械の制御を正確に行なえなくな
る。また、温度変化が繰り返し起こると、ベース板が基
台から剥離する等の問題が発生する恐れもある。そこ
で、工作機械の基台は鉄で構成されていることが多いの
で、ベース板も基台と同様に鉄で構成し、基台とベース
板との熱膨張係数を一致させてある。

【０００４】また、スケール部材は、工作機械において
粉塵や切削油等が飛散する雰囲気中に配置されるので、
それらの飛散物質によって可撓性磁石が傷付いたり、膨
潤することを回避することを目的に、可撓性磁石の表面
には表面保護板が接着されている。この表面保護板とし
ては、従来、ＳＵＳ３０４等のステンレス板、あるいは
特開平７−１６７６０３号公報に開示されているような
樹脂テープが用いられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ここで、表面保護板に
は次の６項目の性質が求められる。

【０００６】まず第１に、表面保護板は非磁性であるこ
とが望ましい。表面保護板が強磁性体であると、表面保
護板が可撓性磁石から発生する磁束の磁路を形成してし
まい、表面保護板を通り抜けて外側に出てくる磁束の量
が減少してしまう。これでは、磁気センサによって可撓
性磁石の磁極を高い感度で感知することができないから
である。

【０００７】第２に、表面保護板によって可撓性磁石の
表面を確実に保護するには、表面保護板は高硬度である
ことが望ましい。

【０００８】第３に、表面保護板は、錆が発生しないよ
うに高い耐食性を有していることが望ましい。

【０００９】第４に、表面保護板は電気的に良導体であ
ることが望ましい。表面保護板が良導体であれば、表面
保護板は静電気で帯電しないので、表面保護板の表面に
埃などが付着しない。

【００１０】第５に、表面保護板は熱膨張係数が基台や
ベース板の熱膨張係数と同等であること、すなわち、鉄
の熱膨張係数に近いことが望ましい。表面保護板の熱膨
張係数が基台やベース板の熱膨張係数と大きく異なって
いると、温度変化によって各部材が伸縮したときに、可
撓性磁石の表面側は表面保護板に引っ張られて変形し、
可撓性磁石の裏面側はベース板に引っ張られて変形す
る。その結果、基台に対する可撓性磁石の相対的な位置
にずれが生じ、正確な位置や移動量の検出ができなくな
る。また、温度変化が繰り返し起こると、可撓性磁石か
ら表面保護板やベース板が剥離する恐れがある。

【００１１】第６に、表面保護板はできるだけ薄く形成
できることが望ましい。磁気的リニアスケールの分解能
を高めるには、可撓性磁石に着磁されている信号の波長
を短くし、可撓性磁石の表面と磁気センサとの間隔を小
さくする必要がある。しかし、表面保護板が厚くなれ
ば、その分、可撓性磁石の表面と磁気センサの間隔が広
がるので、リニアスケールの分解能を高めることができ
なくなる。

【００１２】しかしながら、従来の表面保護板は、これ
ら全ての条件を満足しているわけではなく、何れかの条
件を犠牲にしている。

【００１３】たとえば、表面保護板をＳＵＳ３０４から
構成すると、ＳＵＳ３０４の熱膨張係数は１７．３×１
０^-6／Ｋなので、鉄（熱膨張係数が１１．７×１０^-6／
Ｋ）と比較して熱膨張係数の差が大きい。これでは、表
面保護板とベース板との間において、１０℃の温度変化
で１ｍ当たり長さ寸法で５６μｍの差が生じてしまい、
可撓性磁石に偏った力が加わって基台に対する可撓性磁
石の相対的な位置にずれが生じ、正確な位置や移動量の
検出ができなくなる。また、温度変化が繰り返し起こる
と、可撓性磁石から表面保護板やベース板が剥離する恐
れがある。一方、表面保護板をＳＵＳ４３０（フェライ
ト系ステンレス）から構成すると、その熱膨張係数は鉄
の熱膨張係数と同等であるが、ＳＵＳ４３０は磁性体で
あるため、磁気センサが可撓性磁石の磁極を高い感度で
感知できないという問題点を有する。

【００１４】また、樹脂テープは強度が低く、導電性が
ない。

【００１５】そこで、本発明の課題は、温度変化に起因
する表面保護板やベース板などの可撓性磁石からの剥
離、および温度変化に起因する検出誤差の発生を防止す
ることのできる磁気式リニアスケールを提供することに
ある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、ベース板と、該ベース板上に裏面が接
着され、長手方向に周期的に磁極が形成された可撓性磁
石と、該可撓性磁石の表面に接着された表面保護板とを
有し、該表面保護板の表面側において前記可撓性磁石に
対して磁気センサを備える位置検出ユニットが相対移動
する磁気式リニアスケールにおいて、前記ベース板と前
記表面保護板とは、熱膨張係数がほぼ等しいことを特徴
とする。

【００１７】本発明では、ベース板と表面保護板の熱膨
張係数がほぼ等しいので、温度変化があってもベース板
と表面保護板とは同じ長さだけ伸縮する。従って、可撓
性磁石はベース板と表面保護板に同程度に引っ張られ
て、裏面側および表面側で同様な変形を起こす。それ
故、可撓性磁石からベース板や表面保護板が剥離するこ
とがない。

【００１８】本発明において、前記表面保護板は、以下
の組成比Ｃｒ：Ｆｅ：Ｎｉ＝１５〜２５％：２０〜３０％：６５
〜４５％を満たすＣｒ−Ｆｅ−Ｎｉ合金からなることが好まし
い。このようなＣｒ−Ｆｅ−Ｎｉ合金は、まず第１に、
Ｃｒが１５〜２５％含まれているため、キュリー温度が
−５０℃以下なので、常温では非磁性である。従って、
表面保護板は可撓性磁石から発生する磁束の磁路を形成
することがないので、表面保護板を通り抜けて外側に出
てくる磁束の量が高いレベルにある。それ故、磁気セン
サによって可撓性磁石の磁極を高い感度で感知すること
ができる。第２に、このようなＣｒ−Ｆｅ−Ｎｉ合金
は、ビッカース硬度Ｈｖが約３００であり、ＳＵＳ３０
４と同等の硬度を有しているので、可撓性磁石の表面を
確実に保護する。第３に、Ｎｉベースであり、かつ、Ｃ
ｒが加わっているので、ＳＵＳ３０４以上の耐食性を有
する。第４に、Ｃｒ−Ｆｅ−Ｎｉ合金は良導体であるた
め、静電気で帯電しないので、表面保護板の表面に埃な
どが付着しない。第５に、Ｃｒ−Ｆｅ−Ｎｉ合金のう
ち、例えば２０％Ｃｒ−２５％Ｆｅ−５５％Ｎｉは、熱
膨張係数が１２．６×１０^-6／Ｋなので、鉄の熱膨張係
数（１１．７×１０^-6／Ｋ）とほぼ等しい。従って、ベ
ース板を工作機械の基台（ベース板が固定される装置の
スケール装着部）と同様に鉄製にしても、２０％Ｃｒ−
２５％Ｆｅ−５５％Ｎｉで表されるＣｒ−Ｆｅ−Ｎｉ合
金を用いた表面保護板は、ベース板および工作機械の基
台と熱膨張係数がほぼ等しいので、温度変化があっても
各部材の相対位置に変化がない。従って、基台と可撓性
磁石との間での相対的な位置のずれに起因する検出誤
差、あるいは可撓性磁石からの表面保護板やベース板の
剥離が発生しない。第６に、Ｃｒ−Ｆｅ−Ｎｉ合金はＦ
ｅを含んでいるので、圧延性がよい。従って、表面保護
板を薄く形成できるので、可撓性磁石に着磁されている
信号の波長を短くした際でも、表面保護板が薄い分、可
撓性磁石の表面と磁気センサとの間隔を小さくできる。
それ故、磁気的リニアスケールの分解能を高めることが
できる。このように、Ｃｒ−Ｆｅ−Ｎｉ合金は、表面保
護板として求められている性質を全て満足しているの
で、熱的な安定性の高い理想的な磁気的リニアスケール
を構成することができる。

【００１９】本発明において、前記ベース板は、鉄系金
属によって構成されていることが好ましい。前記ベース
板を鉄系金属によって構成すると、前記ベース板が固定
される工作機械等の装置の基台（スケール装着部）も一
般的には鉄製なので、スケール装着部の熱膨張係数、前
記ベース板の熱膨張係数、および前記表面保護板の熱膨
張係数をほぼ等しくすることができる。従って、温度変
化があっても、各部材間で伸縮量に差が発生しないの
で、基台と可撓性磁石との間で相対的な位置にずれが発
生しない。従って、位置や移動量の検出結果に温度変化
に起因する誤差が発生しないので、工作機械の制御を正
確に行なえる。また、温度変化が繰り返し起こっても各
部材間で伸縮量に差がないので、ベース板が基台から剥
離するという不具合、あるいはベース板や表面保護板が
可撓性磁石から剥離するという不具合が発生することも
ない。

【００２０】

【発明の実施の形態】図面を参照して、本発明の実施の
形態を説明する。

【００２１】図１は、本発明の磁気式リニアスケールを
示す斜視図である。図１において、磁気式リニアスケー
ル１は、工作機械の鉄製の基台１１（スケール装着部）
に沿って長く延びているスケール部材３と、工作機械の
可動部（図示せず。）の移動に伴って、スケール部材３
の長手方向（矢印Ａで示す方向）に沿って移動可能な検
出ユニット２とを有している。検出ユニット２には、磁
気抵抗素子等の磁気センサ１２がスケール部材３に対峙
するように取り付けられている。この磁気センサ１２
は、スケール部材３に着磁されている磁極を感知し、ケ
ーブル１３を通してその信号を出力することができる。
従って、検出ユニット２の移動に伴って出力された信号
をカウントすることにより、検出ユニットの位置や移動
量、すなわち、工作機械の可動部の位置や移動量を検出
することができる。

【００２２】図２は、スケール部材３を拡大して示す斜
視図である。スケール部材３は、断面長方形に形成さ
れ、長手方向（矢印Ａの方向）に沿って周期的に磁極が
形成されたゴム磁石やプラスチック磁石等の厚さが１ｍ
ｍ程度の可撓性磁石６を備えている。

【００２３】可撓性磁石６の裏面７、表面８、および側
面９、１０のうち、裏面７は、厚さが０．５ｍｍ程度の
鉄製のベース板４にエポキシ樹脂などで接着固定されて
おり、このベース板４は基台１１に接着固定されてい
る。本形態では、基台１１およびベース板４はいずれも
鉄製なので、これらの熱膨張係数は一致している。従っ
て、温度変化が生じても、基台１１およびベース板４は
等しい寸法だけ伸縮するので、ベース板４は基台１１か
ら剥離することがない。

【００２４】また、可撓性磁石６の裏面７、表面８、お
よび側面９、１０のうち、表面８には厚さが０．５ｍｍ
程度の表面保護板５が接着され、表面保護板５は可撓性
磁石６を水分や有機溶剤から保護している。従って、磁
気センサ１２は、表面保護板５を介して可撓性磁石６の
磁極を検出することになる。

【００２５】本形態において、表面保護板５は、Ｃｒ−
Ｆｅ−Ｎｉ合金によって形成されている。この表面保護
板５を構成するＣｒ−Ｆｅ−Ｎｉ合金の組成比は、Ｃｒ：Ｆｅ：Ｎｉ＝１５〜２５％：２０〜３０％：６５
〜４５％を満たしている。

【００２６】このような組成のＣｒ−Ｆｅ−Ｎｉ合金
（１５〜２４％Ｃｒ−２０〜３０％Ｆｅ−６５〜４５％
Ｎｉ合金）は、以下に説明する全ての要求を満たしてい
るので、スケール部材３の表面保護板５を構成する材料
として最適である。

【００２７】まず第１に、表面保護板５に用いたＣｒ−
Ｆｅ−Ｎｉ合金にはＣｒが１５〜２５％含まれているた
め、キュリー温度が−５０℃以下である。従って、表面
保護板５は、常温では非磁性なので、可撓性磁石６から
発生する磁束の磁路にならない。このため、可撓性磁石
６から発生する磁束は、表面保護板５を通り抜けて外側
に出るので、磁気センサ１２で高い感度で検出される。

【００２８】第２に、表面保護板５に用いたＣｒ−Ｆｅ
−Ｎｉ合金は、ビッカース硬度Ｈｖが約３００であり、
ＳＵＳ３０４と同等の硬度を有している。従って、本形
態の磁気的リニアスケール１を工作機械等の内部で用い
ても、表面保護板５は、飛散してくる粉塵等から可撓性
磁石６を確実に保護することができる。

【００２９】第３に、表面保護板５に用いたＣｒ−Ｆｅ
−Ｎｉ合金は、Ｎｉベースであり、かつ、Ｃｒを含んで
いるので、ＳＵＳ３０４以上の耐食性を有する。従っ
て、水分等が飛散する厳しい環境で用いても錆が発生し
ないなど、十分な耐久性を有する。

【００３０】第４に、表面保護板５に用いたＣｒ−Ｆｅ
−Ｎｉ合金は、金属であるため、良導体である。従っ
て、表面保護板５は、静電気により帯電しないので、表
面に埃等が付着しにくい。

【００３１】第５に、表面保護板５に用いたＣｒ−Ｆｅ
−Ｎｉ合金の組成比と熱膨張係数との関係は、以下Ｃｒ−Ｆｅ−Ｎｉ合金の組成比熱膨張係数２０％Ｃｒ−１０％Ｆｅ−７０％Ｎｉ１３．２×１０^-6／Ｋ２０％Ｃｒ−２０％Ｆｅ−６０％Ｎｉ１２．７×１０^-6／Ｋ２０％Ｃｒ−２５％Ｆｅ−５５％Ｎｉ１２．６×１０^-6／Ｋ２０％Ｃｒ−３０％Ｆｅ−５０％Ｎｉ１２．５×１０^-6／Ｋに示すとおりである。

【００３２】このように、前記の組成比をもつＣｒ−Ｆ
ｅ−Ｎｉ合金からなる表面保護板５の熱膨張係数は、鉄
の熱膨張係数（１１．７×１０^-6／Ｋ）に非常に近い。
すなわち、工作機械の基台１１、ベース板４、および表
面保護板５は、いずれも熱膨張係数がほぼ等しい。従っ
て、これらの部材間には温度変化による伸縮量に差がほ
とんどない。例えば、１０℃の温度変化で生じる１ｍ当
たりの伸縮量（長さ寸法の変化）を鉄と比較すると、２
０％Ｃｒ−２５％Ｆｅ−５５％Ｎｉの場合は、鉄に対し
て９μｍしか伸縮長さの差が生じない。このように、２
０％Ｃｒ−２５％Ｆｅ−５５％Ｎｉは、従来のＳＵＳ３
０４を用いた場合に５６μｍもあった鉄との伸縮長さの
差を約１／６程度にまで圧縮することができる。この程
度の伸縮長さの差であれば、可撓性磁石６の弾性に吸収
されるので、表面保護板５あるいはベース板４が可撓性
磁石６と剥離するといった問題が発生しない。

【００３３】また、基台１１、ベース板４、および表面
保護板５はいずれも、熱膨張係数がほぼ等しいことか
ら、温度変化があっても、スケール部材３全体が基台１
１と同様に伸縮するだけである。すなわち、スケール部
材３の可撓性磁石６は、温度変化があっても、基台１１
と同様に伸縮するだけで、基台１１に対する相対的な位
置が変わらない。従って、雰囲気温度にかかわらず、検
出ユニット２を介して工作機械の可動部の正確な位置や
移動量を検出できるので、工作機械において温度変化に
起因する制御誤差が発生しない。

【００３４】第６に、表面保護板５に用いたＣｒ−Ｆｅ
−Ｎｉ合金は、Ｆｅを含有しているので、圧延性が良
く、薄く形成することができる。従って、磁気センサ１
２を可撓性磁石６の表面８に近付けることができるの
で、可撓性磁石６に着磁されている信号の波長を短くし
ても、この信号を磁気センサ１２は高い感度で感知する
ことができる。このため、磁気的リニアスケール１（可
撓性磁石６）の分解能を高めることができる。

【００３５】このようにＣｒ−Ｆｅ−Ｎｉ合金は、表面
保護板５として求められている性質を全て満足している
ので、熱的な安定性の高い理想的な磁気的リニアスケー
ル１を構成することができる。

【００３６】なお、本形態では、可撓性磁石６の裏面
７、表面８、および側面９、１０のうち、ベース板４が
積層されている面（裏面７）とは反対側の面（表面８）
のみに表面保護板５が積層されている構成であったが、
上面８だけでなく、側面９、１０にも表面保護板５を積
層してもよい。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の磁気式リ
ニアスケールでは、可撓性磁石の裏面側および表面にそ
れぞれ接着されたベース板および表面保護板の熱膨張係
数がほぼ等しい。従って、温度変化があってもベース板
と表面保護板とは同じ長さだけ伸縮するので、可撓性磁
石に無理な変形が発生しない。それ故、可撓性磁石から
ベース板や表面保護板が剥離することがない。

【００３８】また、表面保護板を１５〜２５％Ｃｒ−２
０〜３０％Ｆｅ−６５〜４５％Ｎｉかならる合金で構成
すると、ベース板を工作機械の基台（ベース板が固定さ
れる装置のスケール装着部）と同様に鉄製にしても、表
面保護板、ベース板および工作機械の基台は熱膨張係数
がほぼ等しくなる。従って、温度変化があっても各部材
の相対位置に変化がないので、基台と可撓性磁石との間
での相対的な位置のずれに起因する検出誤差、あるいは
可撓性磁石からの表面保護板やベース板の剥離が発生し
ない。また、Ｃｒ−Ｆｅ−Ｎｉかならる合金は、非磁性
であること、高硬度であること、高い耐食性を有してい
ること、電気的に良導体であること、圧延性に優れてい
ることなど、表面保護板に求められる性質を全て備えて
いるので、熱的に安定した理想的な磁気的リニアスケー
ルを構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した磁気式リニアスケールを示す
斜視図である。

【図２】図１に示す磁気式リニアスケールのスケール部
材を拡大して示す斜視図である。

【符号の説明】

１磁気式リニアスケール２検出ユニット３スケール部材４ベース板５表面保護板６可撓性磁石７可撓性磁石の裏面８可撓性磁石の表面９、１０可撓性磁石の側面１１基台１２磁気センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ベース板と、該ベース板上に裏面が接着
され、長手方向に周期的に磁極が形成された可撓性磁石
と、該可撓性磁石の表面に接着された表面保護板とを有
し、該表面保護板の表面側において前記可撓性磁石に対
して磁気センサを備える位置検出ユニットが相対移動す
る磁気式リニアスケールにおいて、前記ベース板と前記表面保護板とは、熱膨張係数がほぼ
等しいことを特徴とする磁気式リニアスケール。
【請求項２】請求項１において、前記表面保護板は、
以下の組成比Ｃｒ：Ｆｅ：Ｎｉ＝１５〜２５％：２０〜３０％：６５
〜４５％を満たすＣｒ−Ｆｅ−Ｎｉ合金からなることを特徴とす
る磁気式リニアスケール。
【請求項３】請求項２において、前記ベース板は鉄系
金属からなることを特徴とする磁気式リニアスケール。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれかにおいて、
前記ベース板が固定される装置のスケール装着部、前記
ベース板および前記表面保護板は、いずれも熱膨張係数
がほぼ等しいことを特徴とする磁気式リニアスケール。