JPS6222803Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は光学式の測長装置に関し、特に測長範
囲を大きくするために、スケールとスケールとを
継ぎ足したリニアエンコーダに関する。

光学式のリニアエンコーダにおいて、特に高い
分解能を必要とするものは、ガラス板に格子状の
明暗パターンを目盛帯として刻設したインクリメ
ンタル形のスケールが使われる。そこで第１図に
より、従来のリニアエンコーダの構成について一
例を説明する。第１図において、板ガラスの一側
面に目盛帯１ａを刻設したスケール１は、不図示
のケース内に固定されている。一方、このスケー
ル１の目盛帯１ａを光電検出するために、コの字
形状の検出ヘツド２が、ピアノ線４を介して移動
部材３に懸架されている。ピアノ線４の一端は移
動部材３に固着され、他端は約90゜に屈曲され
て、係合部材５と係合する。

また検出ヘツド２には、目盛帯１ａと対向する
位置に目盛帯１ａを読み取るための参照スケール
６が設けられている。さらに検出ヘツド２には、
この参照スケール６と目盛帯１ａとの間隔を所定
量に保つために、転動自在に軸支されたローラ７
ａ，７ｂ，７ｃが設けられている。

このような従来のエンコーダにおいて、スケー
ル１を保持するケースは、例えば被測長体（工作
機械の移動ステージ等）に取り付けられ、移動部
材３は、固定体に取り付けられる。このように取
り付けられた組立状態で、ピアノ線４は検出ヘツ
ド２をスケール１の一側面に付勢する力と、検出
ヘツド２を図中上方へ付勢する力とを生じてい
る。従つて、スケール１と移動部材３とが相対的
に移動すると、ローラ７ａ，７ｂが目盛帯１ａの
上側面１ｂ上を転動し、ローラ７ｃが目盛帯１ａ
の下側面１ｃ上を転動して、参照スケール６は目
盛帯１ａに沿つて所定の間隔で対向したまま移動
する。この移動に伴つて、目盛帯１ａと参照スケ
ール６との格子状のパターン（スリツト）により
生じる明暗の変化を、検出ヘツド２中に設けられ
た光源と受光素子とで検出する。

このように、参照スケール６を取り囲む少なく
とも３か所にローラ７ａ，７ｂ，７ｃを設けれ
ば、参照スケール６の面と目盛帯１ａの面とを平
行に保つことができる。

ところで、リニアエンコーダにおいて、比較的
分解能が高いスケール、すなわち、格子状パター
ンのピツチが小さいスケールは長くすればする
程、製造が困難になり、製造できたとしてもスケ
ールの湾曲やねじれが生じ、本来の分解能をそこ
なうことになる。

そこで、このように長いスケールを必要とする
場合、短いスケールを継ぎ足すことがある。例え
ば、第２図に示すように、スケール１の端面部に
別のスケール１０１の端面部を何らかの方法で固
定する。このようにすれば、湾曲やねじれの少な
い長いスケールが容易に得られる。

ところが、このように継ぎ足されたスケールを
使う場合、第１図に示した検出ヘツド２をその
まゝ用いることはできない。すなわち、第２図に
示すように、スケール１とスケール１０１との継
ぎ足し部には、かならず継目Ｇが存在し、検出ヘ
ツド２がこの継目Ｇを通過すると、ローラ７ａ，
７ｂ，７ｃのいずれか１つが継目Ｇに落ち込む。
そのため、目盛帯１ａと参照スケール６との間隔
の変化、若しくは接触を引き起し、この結果、光
電信号は極めて乱れたものとなり測定誤差を生じ
る。そこで、このような継ぎ足したスケールに対
して有用な検出ヘツドの構成が、例えば特開昭53
−125056号公報に開示されている。このことにつ
いて、第３図により簡単に説明する。第３図は、
参照スケール６を中央部に有する検出ヘツド８の
みを表わした正面図である。この検出ヘツド８
は、第１図、第２図で示したローラ７を夫々２個
ずつにした計６個のローラを備えている。すなわ
ち、ローラ７ａを設けた位置には２つのローラ９
ａ，９ｂを、ローラ７ｂを設けた位置には２つの
ローラ１０ａ，１０ｂを、そしてローラ７ｃを設
けた位置にはローラ１１ａ，１１ｂをそれぞれ対
にして軸支する。しかも、対になつているローラ
同志の軸間隔ｄはスケールの継目Ｇよりも大きく
なるように定められている。このような構成であ
るから、６つのローラ９，１０，１１のうち、い
ずれか１つが継目Ｇを通過しても他の５つのロー
ラを介して、検出ヘツド８はスケール上に当接す
る。このため、参照スケール６の面と目盛帯１ａ
とは所定の間隔を維持したまゝ、継目Ｇを通過す
ることができる。

しかしながら、この第３図に示したような検出
ヘツド８においては、６つのローラ９ａ，９ｂ，
１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂが全て同一平面
（例えば第１図に示した上側面１ｂ，下側面１
ｃ）上で接触するように製造時に調整する必要が
ある。一般に１つの平面を特定するには、３点を
決めれば事足りる訳であるから、６つのローラを
同一平面上に接触させる調整は極めて難しいもの
であり、しかも精密な加工や組立を必要とし、実
用化に際して、はなはだ手間と時間がかゝるとい
つた欠点を有する。

そこで本考案は、このような欠点を解決し、ス
ケールとスケールの継目による影響を受けない検
出ヘツドを備えた測長装置を得ることを目的とす
る。

上記目的を達成するために、本考案の測長装置
は複数のスケールを継ぎ足して構成した主スケー
ルと；該主スケールの測長方向に沿つて移動可能
な移動部材と；該移動部材と共に移動して、前記
主スケールの目盛帯を光電検出する検出部材とを
備えた測長装置において、前記主スケールの一側
面で且つ又目盛帯の両側に夫々２ケ所と３ケ所と
で当接すると共に、各当接位置の測長方向におけ
る間隔が前記主スケールの継目よりも広くなるよ
うに前記検出部材に配設した５つの接触子と；該
５つの接触子のうち、前記移動部材の移動に伴な
つて、少なくとも４つの接触子が共に前記主スケ
ールを押圧する如く前記検出部材を前記移動部材
に対して付勢する付勢部材とを有し、前記５つの
接触子は、それらのうちから任意の４つの接触子
を組み合わせた合計５つの組み合わせにおいて、
各接触子の当接位置を結んでできる領域が夫々の
組み合わせにおいて共通領域を有するように配設
され、前記付勢部材は、前記共通領域に付勢中心
が作用する如く設けてある。

以下、本考案の実施例を図面を参照して説明す
る。第４図は本実施例における検出ヘツドの構造
を示す正面図であり、第５図は第４図を下側から
見た側面図である。尚、第４，５図において、本
考案と直接関係のない光源や受光素子等について
は省略してある。また以下の説明において、第２
図で示したスケール１とスケール１０１とを継ぎ
足したものを主スケールとする。検出ヘツドの本
体２０には従来通り参照スケール６を設ける。第
４図のように、参照スケール６の上側には、第
１、第２接触子としてのローラ２１ａ，２１ｂが
スケールとスケールの継目よりも広い間隔で軸支
される。さらに参照スケール６の下側には第３接
触子としてのローラ２１ｃが軸支される。そし
て、この３つのローラ２１ａ，２１ｂ，２１ｃの
各回転軸の間隔も、継目より広くなるように定め
ると共に、各ローラ２１ａ，２１ｂ，２１ｃが、
参照スケール６の中心Ｃを重心とした二等辺三角
形の各頂点の位置になるように定める。一方、ロ
ーラ２１ｃの両脇には、本体２０の移動方向に沿
つて、ローラ２１ｄとローラ２１ｅを設ける。こ
のローラ２１ｄ，２１ｅは、夫々、主スケールに
当接する位置（目盛帯を刻設した面方向の位置）
を調整するための調整金具２２ａ，２２ｂに回転
可能に軸支される。調整金具２２ａ，２２ｂは、
ピン２４ａ，２４ｂを中心として本体２０に、回
動可能に取り付けられている。また固定ビス２３
ａ，２３ｂは、本体２０と調整金具２２ａ，２２
ｂとを締結するためのものである。尚、この５つ
のローラ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１
ｅの各回転軸は、本体２０の移動方向に沿つた間
隔がスケールとスケールの継目よりも広くなるよ
うに定められている。

次に、この検出ヘツドの本体２０の調整につい
て説明する。まずローラ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ
は本体２０に軸支されるが、このとき主スケール
の目盛帯と対向する参照スケール６の面が、ロー
ラ２１ａ，２１ｂ，２１ｃの主スケールと当接す
べき各周端部を含む面と平行になるように３つの
ローラを固定する。次に、第６図に示すように３
つのローラ２１ａ，２１ｂ，２１ｃが共に主スケ
ールのガラス面と接触した状態で、調整金具２２
ａをピン２４ａを中心に微小量揺動して、ローラ
２１ｄをガラス面に当接する。しかる後、固定ビ
ス２３ａを回して、調整金具２２ａと本体２０と
を一体に固定する。そしてその後、同様に調整金
具２２ｂを揺動してローラ２１ｅをガラス面に当
接させて固定ビス２３ｂをしめる。以上により、
５つのローラ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，
２１ｅは共にガラス面上に当接する。

そこで次に、この検出ヘツドの本体２０の動作
について第７図を用いて説明する。

本体２０がスケール１とスケール１０１とを継
ぎ足した主スケール上を図中矢印方向に移動する
ものとする。尚、この時、第１図に示したよう
に、本体２０は何らかの付勢部材で常に主スケー
ル側へ押圧する。その一例として、第８図に示す
ように、移動部材としての支持体１０３から３枚
の板バネ３０ａ，３０ｂ，３０ｃを延設し、本体
２０に付勢力を与えるようにする。この板バネ３
０ａ，３０ｂ，３０ｃは支持体１０３の測長方向
への移動に対しては剛性が高く、本体２０を支持
体１０３と一体に移動させる。一方、板バネ３０
ａ，３０ｂ，３０ｃは、その面方向、すなわち本
体２０の主スケール側への移動（測長方向に対し
て垂直な方向）に対しては弾性変形可能である。
この３枚の板バネにおいて、板バネ３０ａの一端
はローラ２１ｄの下側に固定され、板バネ３０ｂ
の一端はローラ２１ａと２１ｂの間に固定され、
そして板バネ３０ｃの一端はローラ２１ｅの下側
に固定される。また各板バネの付勢力を合成した
とき、その付勢中心がほゞ参照スケール６の中心
Ｃと一致するように定めるとよい。なお、板バネ
３０ｂは、本体２０と支持体１０３のいずれか一
方に固定し、他方を第８図の紙面に垂直な上方か
ら下方へバネ力で押圧するようになすだけで十分
であり、さらに板バネ３０ｂは必ずしも必要なも
のではない。

さて、第７図にもどつて、動作の説明を続け
る。第７図において、本体２０がスケール１とス
ケール１０１の継目Ｇを通過するとき５つのロー
ラのうちいずれか１つが順次継目Ｇを通過する。

そこでこの５つのローラについて、主スケール
（スケール１とスケール１０１）との当接の状態
を考えてみる。ローラ２１ｅが継目Ｇを通過する
ときには、ローラ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１
ｄが共にスケール１に当接する。ローラ２１ｂが
継目Ｇを通過するときには、ローラ２１ａ，２１
ｃ，２１ｄがスケール１に、ローラ２１ｅがスケ
ール１０１に当接する。ローラ２１ｃが継目Ｇを
通過するときは、ローラ２１ａ，２１ｄがスケー
ル１に、ローラ２１ｂ，２１ｅがスケール１０１
に当接する。ローラ２１ａが継目Ｇを通過すると
きは、ローラ２１ｄがスケール１に、ローラ２１
ｂ，２１ｃ，２１ｅがスケール１０１に当接す
る。そしてローラ２１ｄが継目Ｇを通過するとき
には、ローラ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｅが
共にスケール１０１に当接する。ところが第７図
に示したように、５つのローラのうちから任意の
４つのローラを組み合わせた合計５つの組み合わ
せによつて、主スケールのガラス面と当接する４
つのローラの各当接位置を結んでできる領域は５
つある。即ち、ローラ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，
２１ｄを結んでできる第１の領域、ローラ２１
ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｅを結んでできる第２
の領域、ローラ２１ａ，２１ｂ，２１ｄ，２１ｅ
を結んでできる第３の領域、ローラ２１ａ，２１
ｃ，２１ｄ，２１ｅを結んでできる第４の領域、
ローラ２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅを結んで
できる第５の領域である。そして、この５つの領
域が互いに重複している共通領域（図中斜線部）
中に参照スケール６の中心Ｃが存在する。換言す
れば、この共通領域中に付勢中心が位置するよう
に５つのローラ２１と、板バネ３０との位置が定
められている。

従つて、５つのローラ２１のうち、いずれか１
つが継目Ｇを通過しても、他の４つのローラによ
つて検出ヘツドの本体２０は、目盛帯を刻設した
ガラス面に対して何ら傾いたりすることなく支持
される。

以上のように、５つの接触子としてのローラ２
１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅが、目盛
帯の両側に夫々、２個と３個とで当接するように
配設されているから、検出ヘツドが継ぎ足し部を
通過するときに、光電信号に乱れが生じないばか
りか、製造時において本体２０の各ローラを位置
決めする作業も極めて簡素化される利点がある。

尚、接触子としてのローラを４個にして、同様
の効果を得ることはできない。それは、４個のロ
ーラのうちいずれか１つが継目を通過するように
配置したとき、残り３個のローラの当接位置を結
んでできる共通部分は、面とはならず点になつて
しまい、その一点に極めて正確に付勢中心を位置
させないかぎり、検出ヘツドは継目の通過時に傾
いてしまうからである。このように付勢中心を位
置決めすることは実用上、ほとんど不可能であ
る。

また、上述の実施例において、付勢部材として
は、第８図に示した板バネ３０ａ，３０ｂ，３０
ｃを用いたが、従来のようにピアノ線を用いても
同様の効果が得られる。また、前述の参照スケー
ル６の中心Ｃと付勢中心とは一致させるようにし
たが、かならずしもその必要はなく、付勢中心が
前述の共通領域（第７図の斜線部中）に存在すれ
ば、参照スケール６の位置は本体２０のどこに設
けてもよい。さらに、実施例では、ローラ２１
ｃ，２１ｄ，２１ｅを測長方向に沿つて直線的に
配置したが、目盛帯の下側面１ｃの幅が十分にあ
る場合は、直線的ではなく段違いに配置してもよ
く、また、ローラ２１ａと２１ｂの軸間隔をロー
ラ２１ｄと２１ｅの軸間隔よりも広くなるように
配置しても、同様の効果が得られることは言うま
でもない。

以上のように本考案によれば、スケールの目盛
帯の両側に２ケ所と３ケ所で当接するような５つ
の接触子で検出部材としての検出ヘツドを支持す
るから、５つの接触子のうち３つにより、参照ス
ケールの面と目盛帯の面とを平行に保ち、残り２
つの接触子のみを調整すればよく、極めて製造が
容易になるという効果が得られる。更に本考案に
よれば、５つの接触子（実施例ではローラ）は、
それらのうちから任意の４つの接触子の組み合わ
せた合計５つの組み合わせにおいて、各接触子の
当接位置を結んでできる領域が各々の組み合わせ
において共通領域を有するように配設され、付勢
部材（実施例では板バネやピアノ線）は、共通領
域に付勢中心が作用する如く設けたので、接触子
を主スケールに安定に当接せしめることができ、
その結果、接触子の浮上り等による信号の乱れを
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のリニアエンコーダの構成を説明
する図、第２図はスケールの継ぎ足しを説明する
図、第３図は継ぎ足したスケールに対して有用な
検出ヘツドの正面図、第４図は本考案の実施例を
示す検出ヘツドの正面図、第５図は第４図を下側
からみた側面図、第６図は３つのローラが共に主
スケールのガラス面に接触した状態でローラ２１
ｄをガラス面に当接する説明図、第７図は検出ヘ
ツドの本体の動作の説明図、第８図は本体を付勢
する付勢部材の一例としての板バネを示す。 主要部分の符号の説明、１，１０１……スケー
ル、２１ａ〜２１ｅ……ローラ、２０……検出ヘ
ツドの本体、３０ａ，３０ｂ，３０ｃ……板バ
ネ、６……参照スケール。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 複数のスケールを継ぎ足して構成した主スケ
   ールと；該主スケールの測長方向に沿つて移動
   可能な移動部材と；該移動部材と共に移動し
   て、前記主スケールの目盛帯を光電検出する検
   出部材とを備えた測長装置において、前記主ス
   ケールの一側面で且つ又目盛帯の両側に夫々２
   ケ所と３ケ所とで当接すると共に、各当接位置
   の測長方向における間隔が前記主スケールの継
   目よりも広くなるように前記検出部材に配設し
   た５つの接触子と；該５つの接触子のうち、前
   記移動部材の移動に伴なつて、少なくとも４つ
   の接触子が共に前記主スケールを押圧する如く
   前記検出部材を前記移動部材に対して付勢する
   付勢部材とを有し、前記５つの接触子は、それ
   らのうちから任意の４つの接触子を組み合わせ
   た合計５つの組み合わせにおいて、各接触子の
   当接位置を結んでできる領域が夫々の組み合わ
   せにおいて共通領域を有するように配設され、
   前記付勢部材は、前記共通領域に付勢中心が作
   用する如く設けたことを特徴とする測長装置。 ２ 検出部材は主スケールの目盛帯と対向する位
   置に設けられた参照スケールを有し、該参照ス
   ケールの中心と付勢部材の付勢中心とを略一致
   させたことを特徴とする実用新案登録請求の範
   囲第１項記載の測長装置。 ３ ５つの接触子のうち、主スケールの目盛帯の
   一側に当接する第１及び第２接触子と、目盛帯
   の他側に当接する第３接触子とは、各当接位置
   が二等辺三角形の各頂点に対応する如く配置し
   た第１、第２、第３ローラであり、他の２つの
   接触子は検出部材の移動方向に沿つて前記第３
   接触子の両側に夫々配置した第４、第５ローラ
   であることを特徴とする実用新案登録請求の範
   囲第２項記載の測長装置。 ４ 第４、第５ローラは、検出部材に対して主ス
   ケールとの当接方向に揺動可能、且つ固定可能
   に軸支されていることを特徴とする実用新案登
   録請求の範囲第３項記載の測長装置。