JP2004294225A

JP2004294225A - 誘導型トランスデューサ用スケール

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Publication number: JP2004294225A
Application number: JP2003085957A
Authority: JP
Inventors: Tetsuto Takahashi; 哲人高橋; Fujio Maeda; 不二雄前田; Masahiko Togashi; 理彦冨樫
Original assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2004-10-21
Anticipated expiration: 2023-03-26
Also published as: JP4202800B2

Abstract

【課題】長尺のスケールの性能品質を低下させること無く、容易かつ効率的に搬送や取り扱いを行うことのできる誘導型トランスデューサ用スケールを提供する。
【解決手段】スケール２０は、少なくともグリッドの発生する磁束に応じた誘導電流を発生するスケールコイル１４と、スケールコイル１４を表面に支持する基台２２と、基台２２の裏面に配置される金属プレート２４とで構成される巻き取り可能な長尺の薄帯積層構造であり、かつ、基台２２の金属プレート２４側には、磁性特性を有する層が形成される。この層は、金属プレート２４を磁性金属で構成することにより得られる。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導型トランスデューサ用スケール、特に長尺形状のスケールの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
物体の厚さや他の物理的寸法を測定する測定機器には、誘導型トランスデューサを用いたものがある。小型なものとしては、電子ノギス等への適用があり、大型なものとしては、工作機械や測定機器等への適用がある。この場合、誘導型トランスデューサは機器の一部として一体的に搭載される場合が多い。
【０００３】
図４には、誘導型トランスデューサの測定原理が示されている。図４（ｂ）に示されるように、グリッド（スライダ）１０及びスケール１２が対向配置される。グリッド１０には励磁コイル１０ａ，１０ｂが設けられ、この励磁コイル１０ａ，１０ｂの間に検出コイル１０ｃが配置される。一方、スケール１２にはスケールコイル１４が形成されている。グリッド１０上の励磁コイル１０ａ，１０ｂに通電することにより磁束が発生し、その結果、スケール１２上のスケールコイル１４には電磁誘導により誘導電流が流れる。そして、スケールコイル１４の誘導電流によって磁束が発生し、この磁束によりグリッド１０上の検出コイル１０ｃに誘導電流（誘起電圧）が生ずる。誘導電流（誘起電圧）は励磁コイル１０ａ，１０ｂとスケールコイル１４との相対位置に応じて変化するため、スケール１２に対してグリッド１０を図中矢印方向に移動させると、図４（ａ）に示されるように検出コイル１０ｃには周期的な誘起電圧Ｖが発生する。従って、誘起電圧値を検出することで、グリッド１０とスケール１２との相対位置を検出することができる。
【０００４】
一方、図５には、このような原理を用いてグリッド１０とスケール１２との絶対的変位位置を検出する原理が示されている。ここで、絶対的変位位置とは、ある基準点（ゼロ点）からの変位量のことである。図５（ａ）に示されるように、グリッド１０上には複数の励磁コイル１０ａを設け、またこれらの励磁コイル１０ａに対応して複数の検出コイル１０ｃが設けられている。スケール１２には中央部のピッチがλ１、端部のピッチがλ２のスケールコイル１４ａ，１４ｂが形成されている。中央部と端部でピッチが異なるため、グリッド１０上の中央部及び端部に形成された検出コイル１０ｃにもピッチがλ１、λ２の２つの誘起電圧が生じる。２つの信号の１周期は異なるため、スケール１２に対するグリッド１０の全ての位置で、ある誘起電圧値における２波長間の誘起電圧の関係は同一とならない。すなわち、図５（ｂ）に示されるように、ピッチλ１の誘起電圧における電圧値Ｖ１ａが同じとなる位置ＸａとＸｂにおいて、ピッチλ２の誘起電圧値は等しくない。よって、２波長の誘起電圧の関係から位置を換算することで、グリッド１０の絶対位置を検出することができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
ところで、通常スケール１２はガラスエポキシ基板等で構成されるが、ガラスエポキシ基板は温度や湿度の影響を受け易く、使用環境により伸縮し、スケールコイル１４のピッチが変化し、側長精度の低下を招く虞がある。そのため、通常、ガラスエポキシ基板の裏側前面には、使用環境の影響を受けにくいもの、例えば、金属プレート等を貼り付けて、強度補強を行うと共に、伸縮の発生を抑制してる。
【０００６】
ところが、誘導型トランスデューサの場合、グリッド１０上の励磁コイル１０ａで発生した磁束がスケールコイル１４ａ，１４ｂに向かい、スケールコイル１４ａ，１４ｂのおいて、誘導電流を発生させるが、この時、スケール１２の厚みが薄いと、磁束がスケール１２の裏側に存在する金属プレートや測定装置や工作機械の定盤等まで達し、そこで渦電流損が発生し、スケールコイル１４ａ，１４ｂの誘導電流による磁束強度を低下させてしまう場合がある。このような場合、グリッド１０の検出コイル１０ｃにおける感度が低下して、測定の信頼性低下を招く虞があった。そのため、従来磁束通過による渦電流損が発生しない程度にスケール１２の基台（例えばガラスエポキシ基板）の厚みを厚くしていた（例えば０．５ｍｍ以上）。
【０００７】
このような対策を施すことにより、誘導型トランスデューサの測定精度の維持を行っていた。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−２５５１０８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
誘導型トランスデューサの場合、グリッド１０とスケール１２間の電磁誘導に基づき、相対位置を検出するため、グリッド１０とスケール１２とを相対配置する場合に、その間のクリーン度合いを厳しく問わない。そのため、測定機器の組み立て現場にグリッド１０とスケール１２とが個別に搬入され、組み立て作業が行われる場合が多い。特に大型の物体を測定対象とする場合、誘導型トランスデューサのスケール１２が大型化（長尺化）し、中には、３ｍを越えるスケール１２が利用される場合がある。ところが、前述したように、スケールに１２の裏面側に金属プレートを貼り付けたり、基台の厚みを厚くした場合、長尺のスケール１２は、長い直線形状のまま搬送されることになる。この場合、取り扱いが著しく悪く、搬送コストの増加を招くと共に、取り扱い時の破損の原因にもなるという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、長尺のスケールの性能品質を低下させること無く、容易かつ効率的に搬送や取り扱いを行うことのできる誘導型トランスデューサ用スケールを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために、本発明は、移動自在に配置されるグリッドの変位量に応じた電気信号を出力する誘導型トランスデューサにおいて、前記グリッドに対向配置されるスケールであって、前記スケールは、少なくとも前記グリッドの発生する磁束に応じた誘導電流を発生する誘導コイルと、当該誘導コイルを表面に担持する基台と、当該基台の裏面に配置される金属プレートとで構成される巻き取り可能な長尺の薄帯積層構造を呈し、かつ、前記基台の金属プレート側は、磁性特性を有することを特徴とする。
【００１２】
ここで、基台は例えばガラスエポキシ、ポリイミド、液晶ポリマー等により構成される。また、金属プレートは基台の温度や湿度の変化による変形（伸縮等）を抑制可能な特性を有するものが選択される。
【００１３】
この構成によれば、基台を薄くしても、また基台の変形防止用の金属プレートを設けても、グリッド側で発生した磁束が金属プレート側に存在する透磁率の高い磁性体部分で回り、金属プレートにおける渦電流の発生を抑制する。つまり、スケールの形状を長尺の薄帯積層構造としても、変形や渦電流の発生を抑制しつつ、長尺のスケールを任意に湾曲させることができる。その結果、長尺のスケールを巻き取り状態のコンパクトな形態で搬送や取り扱いを行うことができる。
【００１４】
上記のような目的を達成するために、本発明は、上記構成において、前記薄帯積層構造のスケールの総厚は、０．６ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、長尺スケールを容易に巻き取りコンパクト化することができる。
【００１６】
上記のような目的を達成するために、本発明は、上記構成において、前記磁性特性は、金属プレートを磁性金属で形成することにより確保することを特徴とする。
【００１７】
ここで、磁性金属とは、例えば、マルテンサイト系のステンレスやフェライト系のステンレス等である。
【００１８】
この構成によれば、渦電流を回避する磁性特性を容易に得ることができると共に、基台の支持を良好に行うことができる。
【００１９】
上記のような目的を達成するために、本発明は、上記構成において、前記磁性特性は、前記金属プレートと基台との間に磁性体層を介在させることにより確保することを特徴とする。
【００２０】
ここで、磁性体層とは、例えば磁性を有するシート状のものである。
【００２１】
この構成によれば、金属プレートの種類を任意に選択することができるので、基台の伸縮特性に応じた金属プレート材料の選択を行うことができる。また、スケール全体の材料選択も任意に行うことができる。その結果、渦電流の発生を回避する磁性特性を容易に得つつ、設計の自由度を向上することができる。
【００２２】
上記のような目的を達成するために、本発明は、上記構成において、前記磁性体層は、前記金属プレートと基台とを接合する接着層であることを特徴とする。
【００２３】
ここで、接着層は、例えばエポキシ系接着剤に、磁性粉を混入したものであり、接着層の厚みは例えば、０．２ｍｍ以下、現実的には、０．１４ｍｍ程度にすることができる。
【００２４】
この構成によれば、基台や金属プレートの材料選択を自由に行えると共に、スケールの組み立て工数を増加することなく渦電流回避可能な長尺の薄帯積層構造を得ることができる。
【００２５】
上記のような目的を達成するために、本発明は、上記構成において、前記磁性体層は、前記金属プレートと基台とを接合する接着層内に磁性体を含有する層を介在させて得ることを特徴とする。
【００２６】
ここで、磁性体を含有する層とは、磁性粉の層や磁性体を含むシートを接着剤の任意の層にサンドイッチして形成することができる。
【００２７】
この構成によれば、基台や金属プレートの材料選択を自由に行えると共に、接着剤の材料選択も自由に行えるので、さらに設計の自由度を向上することができる。
【００２８】
上記のような目的を達成するために、本発明は、上記構成において、前記基台の表面側には、少なくとも前記誘導コイルを覆う保護層が形成されていることを特徴とする。
【００２９】
ここで、保護層とは、例えば紫外線硬化型の樹脂で構成される。この構成によれば、スケールの巻き取り時の相互の接触や摩擦によるスケール表面のダメージ及びスケール取り付け時の接触や摩擦によるダメージを防止することができると共に、スケール使用時には誘導コイルの酸化や腐食防止に寄与することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態（以下、実施形態という）を図面に基づき説明する。
【００３１】
図１には、本実施形態のスケール２０を長手方向に巻き取り、コンパクトに丸めた状態が示されている。なお、スケール２０上に配置されるスケールコイル１４ａ，１４ｂの構成や配列形態は、図４、図５で説明したものと同等である。また、スケール２０に対向配置されるグリッド１０も図４、図５に示すグリッド１０と同様なものが使用可能であり、グリッド１０のスライドに基づくスケールコイル１４ａ，１４ｂの挙動に関しても、図４、図５で説明したものと同一であり、その説明は省略する。
【００３２】
本実施形態の特徴的事項は、図１に示すように、スケール２０が巻き取り可能な程度に薄帯形状を呈しつつ、かつ動作時の渦電流の発生抑制や温度・湿度の変化による伸縮影響を受けない構造にするために、スケール２０の裏面側（スケールコイルの無い側）に磁性特性を有する金属プレートを有しているところである。
【００３３】
図２には、スケール２０の概略断面図が示されている。図２から明らかなようにスケール２０は積層構造を呈している。スケール２０の主たる構成物は、基台２２と、当該基台２２の上面にパターン印刷等により配置されるスケールコイル（誘導コイル）１４と、基台２２の裏面側に接着固定される金属プレート２４である。
【００３４】
基台２２は、例えば、ガラスエポキシやポリイミド、液晶ポリマー等で構成され、本実施形態において、その厚みは例えば、０．２ｍｍ以下、現実的には、０．１ｍｍ程度までとすることができる。
【００３５】
また、金属プレート２４は、基台２２が温度や湿度の変化に伴って伸縮してしまうことを防止するための裏打ち（補強）的機能を有するが、渦電流の発生原因になりスケールコイル１４が発生する磁束を低減させてしまう。そのため、本実施形態では、金属プレート２４における渦電流の発生を抑制するために、基台２２の裏面側に磁性特性を有する層を形成している。この場合、例えば、金属プレート２４をマルテンサイト系のステンレスやフェライト系のステンレス等で形成することにより、金属プレート２４自体に磁性特性を持たせ、金属プレート２４における渦電流の発生を抑制することができる。この時の金属プレート２４の厚みは、基台２２と同様に例えば、０．２ｍｍ以下、現実的には、０．１ｍｍ程度までとすることができる。なお、スケールコイル１４は、銅等で形成され、その厚みは、例えば１８μｍ程度である。
【００３６】
図２に示すように、金属プレート２４が磁性を有するステンレス等で形成される場合、基台２２と金属プレート２４は任意の接着層２６、例えばエポキシ系接着剤により接着固定され、温度や湿度が変化する場合でも、金属プレート２４により基台２２が伸縮変形しないようにしている。なお、接着層２６の厚みは、例えば、０．２ｍｍ以下、現実的には、０．１４ｍｍ程度までにすることができる。
【００３７】
従って、本実施形態において、スケール２０の総厚は、０．６ｍｍ以下とすることが可能であり、容易に巻き取り可能な薄帯積層構造とすることができる。なお、現実的には、スケール２０の総厚を０．３４ｍｍ程度まで薄くすることができる。
【００３８】
なお、図２の構成においては、スケールコイル１４の配置側である基台２２の表面側には、少なくともスケールコイル１４を覆う保護層２８が配置されている。本実施形態のような長尺のスケール２０は、加工機械や測定器械の定盤に直接貼り付ける場合が多い。前述したように、スケールコイル１４は銅等で構成されるので、酸化や腐食等が発生しないように耐環境対策を施すことが望ましい。本実施形態において、保護層２８は、例えば紫外線硬化型の樹脂を用いることができる。この場合、テープ状の基材に担持された未硬化の樹脂を基台２２に粘付し、その後硬化させることにより、ボイド等のない均一な保護層２８を形成することが可能であり、上述の耐環境対策やダメージ対策を容易に行うことができる。
【００３９】
なお、保護層２８を形成することにより、スケール２０を図１のように丸めた場合でも直接金属プレート２４とスケールコイル１４が接触することが回避され、スケールコイル１４の断線防止等も併せて行うことが可能になる。同様に、スケール２０を加工機械や測定器械の定盤に取り付ける時の接触や摩擦によるダメージを防止することが可能になり、スケール２０の品質維持にも寄与することができる。
【００４０】
図２では、金属プレート２４を磁性金属で形成することにより所望の磁性特性を得る例を示したが、図３に示すように、基台２２と金属プレート３０とを接着する接着層３２に磁性を持たせてもよい。例えば、接着層３２を構成するエポキシ系接着剤にコバルト等の強磁性粉３２ａを混ぜ込むことにより、基台２２の裏面側に磁性特性を有する層を形成し、前述したようにグリッド１０が発生する磁束が金属プレート３０に達しないようにして、渦電流の発生を抑制することができる。
【００４１】
なお、この場合、金属プレート３０は、任意の材料が使用可能となり、基台２２に使用する材料の線膨張係数に応じた金属プレート３０の選択やスケール２０全体の線膨張係数の調整等が可能になり、スケール２０の設計の自由度向上に寄与することができる。また、この場合、接着剤を変更するのみで従来のスケール製造手順に変更を加える必要がないため、製造工数の増加も伴わない。
【００４２】
また、図３において、エポキシ系接着剤に強磁性粉３２ａを混入させて、接着層全体を磁性体層とする例を示したが、接着層全体を磁性体層とする必要はなく、例えば、磁性体シートを接着層中にサンドイッチしたり、接着層中の任意の層に強磁性粉の層をサンドイッチしても図３の構成と同様な効果を得ることができる。この場合、基台２２や金属プレート３０の材料選択を自由に行えると共に、接着剤の材料選択も自由に行えるので、さらに設計の自由度を向上することができる。
【００４３】
本実施形態において、長尺のスケール２０は、誘導型トランスデューサとして使用する場合、多くの場合、直線状に延ばしてそのまま使用するが、例えば、所望の長さに適宜切断して小型の電子ノギス等に使用することもできる。また、スケールの製造効率及び搬送効率等を考慮し、予め短尺に切断することを前提に長尺のスケールを作成してもよい。
【００４４】
なお、図１におけるスケール２０の巻き取り状態は、一例であり、搬送や取り扱いに適した状態に丸めることが可能で、例えば、１巻のみでもよし、湾曲状態でもよい。また、図１は、スケール２０の巻き取りイメージを示すものであり、例えば、スケール２０が総層が０．６ｍｍ、幅が２０ｍｍ程度である場合、その巻き取り直径は、３００ｍｍ程度になる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、基台を薄くしても、また基台の変形防止用の金属プレートを設けても、グリッド側で発生した磁束が金属プレート側に存在する透磁率の高い磁性体部分で回り、金属プレートにおける渦電流の発生を抑制することができる。そのため、スケールの形状を長尺の薄帯積層構造としても、変形や渦電流の発生を抑制しつつ、長尺のスケールを任意に湾曲させることが可能になり、長尺のスケールを巻き取り状態でコンパクトな形態で搬送や取り扱いを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る誘導型トランスデューサ用スケールの巻き取り状態を説明する説明図である。
【図２】本発明の実施形態に係る誘導型トランスデューサ用スケールの断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る誘導型トランスデューサ用スケールで接着層に磁性特性を持たせる場合を説明する断面図である。
【図４】誘導型トランスデューサの原理説明図である。
【図５】誘導型トランスデューサの原理説明図である。
【符号の説明】
１０グリッド、１０ａ，１０ｂ励磁コイル、１０ｃ検出コイル、１２，２０スケール、１４スケールコイル、１４ａ，１４ｂスケールコイル、２２基台、２４，３０金属プレート、２６，３２接着層、２８保護層、３２ａ強磁性粉。

Claims

移動自在に配置されるグリッドの変位量に応じた電気信号を出力する誘導型トランスデューサにおいて、前記グリッドに対向配置されるスケールであって、
前記スケールは、少なくとも前記グリッドの発生する磁束に応じた誘導電流を発生する誘導コイルと、当該誘導コイルを表面に担持する基台と、当該基台の裏面に配置される金属プレートとで構成される巻き取り可能な長尺の薄帯積層構造を呈し、かつ、前記基台の金属プレート側は、磁性特性を有することを特徴とする誘導型トランスデューサ用スケール。
請求項１記載のスケールにおいて、
前記薄帯積層構造のスケールの総厚は、０．６ｍｍ以下であることを特徴とする誘導型トランスデューサ用スケール。
請求項１または請求項２記載のスケールにおいて、
前記磁性特性は、金属プレートを磁性金属で形成することにより確保することを特徴とする誘導型トランスデューサ用スケール。
請求項１または請求項２記載のスケールにおいて、
前記磁性特性は、前記金属プレートと基台との間に磁性体層を介在させることにより確保することを特徴とする誘導型トランスデューサ用スケール。
請求項４記載のスケールにおいて、
前記磁性体層は、前記金属プレートと基台とを接合する接着層であることを特徴とする誘導型トランスデューサ用スケール。
請求項４記載のスケールにおいて、
前記磁性体層は、前記金属プレートと基台とを接合する接着層内に磁性体を含有する層を介在させて得ることを特徴とする誘導型トランスデューサ用スケール。
請求項１から請求項６のいずれか１つに記載のスケールにおいて、
前記基台の表面側には、少なくとも前記誘導コイルを覆う保護層が形成されていることを特徴とする誘導型トランスデューサ用スケール。