JP2004301541A - 長さ測定装置の弾性固定具及び固定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】長手方向以外の方向に対する剛性を維持しつつ、平行板ばね機構の変形量を大きくでき、且つ、三点を超える多点固定にも対応できるようにする。
【解決手段】リニアスケール１０を被測定物（８）に取付ける際に、一端（５６）がリニアスケールに連結され、他端（５２）が被測定物（８）に固定される、リニアスケールの長手方向に弾性変形可能な平行板ばね機構５４を含む弾性固定ブロック５０を用いる。
【選択図】 図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、長さ測定装置を、線膨張係数が異なる被測定物に取付けるための弾性固定具及び固定方法に係り、特に、ガラス製のメインスケールをアルミニウム製の枠に内蔵した状態で、主に鉄製の機械本体のステージ摺動部に固定されるユニット型リニアスケールに用いるのに好適な、線膨張係数の違いによる変形量を大きくとることができ、且つ、長さ測定装置の長手方向以外の方向に対する剛性維持や三点を超える多点固定への対応を実現することが可能な、長さ測定装置の弾性固定具、及び、これを用いた長さ測定装置の固定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
比較的大型で、振動や衝撃の発生等が予測される、工作機械や産業機械等の制御用リニアスケールとして、図１に例示するような、多点固定タイプのユニット型リニアスケール（以下、単にリニアスケールと称する）が知られている。
【０００３】
このリニアスケール１０は、一般に、ガラス製のメインスケールをアルミニウム製の枠１２に内蔵した状態で、例えばねじ２０により機械本体のステージ摺動部（図示省略）に固定される。図において、１６は、前記枠１２に対して相対移動可能なインデックススケール等の検出部が収容されている検出ヘッドである。
【０００４】
従って、周囲温度が変化した場合、リニアスケール１０のアルミニウム製枠１２と、主に鉄製の機械本体の間に、線膨張係数の違いに起因する熱応力が発生する。これにより、枠１２や内部のガラススケールの曲がりや歪み、機械本体との相対的な位置ずれが発生し、精度劣化の原因となる。従って、枠１２の固定部に、熱応力を低減させるための機構が必要となる。又、この機構は、振動や衝撃等の外力に強く、更に、比較的長いスケールにも対応できる必要がある。
【０００５】
出願人が特願２００１−２９５６８３で提案した、熱応力の低減を主な目的とした枠１２の固定機構の一例を、図２（斜視図）、図３（図２のＩＩＩ部拡大正面図）及び図４（動作状態の概念図）に示す。
【０００６】
この例では、枠１２中央部の１点に、機械本体相手面８との相対的な位置関係を維持するための完全固定用中間部固定ブロック３０を配置し、枠１２の両端部に、その板ばね機構１３を介して、熱応力を低減するための平行板ばね機構３４を有する端部固定ブロック３２を配置している。この場合、周囲温度が変化して、枠１２が伸びても、図４に示す如く、板ばね機構１３の板ばね１３Ａ及び平行板ばね機構３４の板ばね３４Ａ、３４Ｂの変形により、熱応力が低減される。又、中間固定ブロック３０により、中央部が完全固定されるため、相手面８との相対的な位置ずれも発生しない。
【０００７】
又、本発明と同じ課題を解決するものとして、特許文献１には、ジグザグ状スリットを介して枠の端部を固定することが記載され、特許文献２には、特殊な形状のマウンティングスパーを用いて固定することが記載され、特許文献３には、ばねで押えて固定することが記載されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平２−２６７２５号公報
【特許文献２】
特許第２９８９１４０号公報
【特許文献３】
特開２００１−５０７７６号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図２乃至図４に示した機構を比較的長いスケールに使用する場合、図３を参照して説明する、次のような問題が生じる。
【００１０】
（１）枠全長Ｌ０が長いほど、周囲温度変化による平行板ばね機構３４の変形量が大きくなる。これに対応するためには、板ばね１３Ａ、３４Ａ、３４Ｂの板厚Ｔ１、Ｔ２の寸法を小さくしたり、長さＬ１、Ｌ２の寸法を大きくする必要がある。しかし、この場合、固定部の長手方向以外の方向に対する剛性不足の発生や、断面寸法の制約による限界があり、熱応力の低減や外力に対する強度維持等の、全ての課題を解決できる長さは、全長で１ｍ程度となる。又、このような制約は、例えば特許文献１に記載されたジグザグ状の構造や、特許文献２に記載されたような、マウンティングスパーを用いたスケールでも同様に発生する。
【００１１】
（２）図２に示した構成では、枠１２の長さに関係なく三点固定となる。従って、全長が長くなるほど、枠１２の固有振動数が低くなり、外力に対する振幅が大きくなって、剛性が不足するという実用上の問題が発生する。
【００１２】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、平行板ばね機構の変形量を大きくすることが可能で、長手方向以外の方向に対する剛性を維持すると共に、三点を超える多点固定へ対応できるようにすることを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、長さ測定装置を、線膨張係数が異なる被測定物に取付けるための弾性固定具が、一端が長さ測定装置に固定され、他端が被測定物に固定される、長さ測定装置の長手方向に弾性変形可能な平行板ばね機構を含むようにして、前記課題を解決したものである。
【００１４】
又、前記平行板ばね機構の板ばねをＵ字形状とし、同じ側で長さ測定装置と被測定物に固定されるようにしたものである。
【００１５】
本発明は、又、前記の弾性固定具を用いることを特徴とする長さ測定装置の固定方法を提供するものである。
【００１６】
又、前記の弾性固定具と、平行板ばね機構を含まない完全固定具を用いることを特徴とする長さ測定装置の固定方法を提供するものである。
【００１７】
又、前記長さ測定装置と弾性固定具の間に弾性体（弾性接着剤や板ばね）を配置して、長手方向以外の強度不足を補うようにしたものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１９】
本発明の第１実施形態は、図５（分解斜視図）及び図６（弾性固定ブロックをリニアスケールに取付けた状態を示す横断面図）に示す如く、ガラス製のメインスケール１４を内蔵したアルミニウム製枠１２の長手方向の１箇所（中央又はそれ以外の場所）に、平行板ばね機構を含まない完全固定ブロック４０を配置し、それ以外の場所に、熱応力を低減することを目的とした平行板ばね機構５４と、ねじ２０による相手面への固定部５２、及び、ねじ２２によるリニアスケール１０の枠１２への連結部５６を一体で構成した、弾性固定ブロック５０を配置したものである。
【００２０】
この構成により、周囲温度変化に対しては、完全固定ブロック４０による完全固定部を基準にした伸びの挙動が発生し、弾性固定ブロック５０の平行板ばね５４の機能により熱応力が低減されるため、枠１２の曲がりや歪み、相手面に対する相対的なずれが起こらない。
【００２１】
又、図６に詳細に示す如く、枠１２の裏面に固定ブロック４０、５０を配置し、枠１２の開口部１２Ａ付近で連結することで、図５に示す板ばね長さＬ１を比較的に大きくとれる。よって、長手方向以外の方向に対し十分な剛性を維持したまま、長いスケールへの対応が容易となる。例えば、Ｌ１＝３０ｍｍの場合、板ばね厚さＴ１＝３ｍｍで、全長３ｍに対応できる。又、全長６ｍの場合でも、Ｔ１を２．３ｍｍに変更すれば、対応が可能となり、断面寸法の変更は不要である。
【００２２】
更に、固定ブロック４０、５０は、それぞれ独立した部品で構成されるため、長手方向に対し任意のピッチ、数で配置が可能となる。よって、枠１２の固有振動数も任意に設定可能となり、例えば、相手機械本体の固有振動数や指定された固有振動数を避けるといった、特殊な対応も容易である。
【００２３】
これに対し、上記と同様の対応を、特許文献１に記載されたジグザグ状の構造や、特許文献２に記載されたマウンティングスパーを用いたリニアスケールで行なった場合、寸法Ｌ１を大きくとるために、断面寸法が大きくなる。逆に、断面寸法を維持した状態で対応する場合は、寸法Ｔ１が小さくなり、固定強度が維持できなくなる。
【００２４】
なお、図５では五点で固定されていたが、従来と同様に三点で固定してもよい。
【００２５】
図７（正面図）及び図８（弾性固定ブロックをリニアスケールに取付けた状態を示す横断面図）は、本発明の第２実施形態で用いられる弾性固定ブロック５０の形状及び枠１２との連結部５６の配置例を示したものである。図６に示した第１実施形態では、固定強度を維持するために、枠１２本体の厚みＴ２を大きくとっているが、平行板ばね機構５４の板ばねを図７に示す如くＵ字形状とし、同じ側（図の上側）で枠１２と被測定物に固定されるようにした場合には、寸法Ｔ２の固定強度に与える影響が小さくなるため、Ｔ２の大きさを小さくできる。よって、その他の特性は図６に示した第１実施形態と同様のままで、断面形状の小型化や全体の軽量化が可能となる。
【００２６】
次に、本発明の第３実施形態を図９に、第４実施形態を図１０に示す。
【００２７】
第３実施形態は、弾性固定ブロック５０と枠１２の間に、シリコン接着剤などの厚めの弾性体６０を配置したものである。第４実施形態は、弾性固定ブロック５０と枠１２の間に、図１１に示すようなＺ字形状の板ばね６２を挿入したものである。
【００２８】
枠１２の全長を更に長くして、例えば１０ｍとする場合、板ばねの板厚Ｔ１を更に小さくする必要があるが、この場合、第３実施形態や第４実施形態によれば、断面形状を変更せずに、長手方向以外の強度不足を補うことができる。
【００２９】
図１２に、弾性固定ブロック５０の形状や枠１２との連結部５６の第５実施形態を示す。
【００３０】
本実施形態においては、枠１２の下の部分の形状を変更して、長手方向に長い溝１２Ｂ内にナット２４を内蔵すると共に、固定ブロック５０の下端位置と枠１２の下端位置を揃えて位置決めを行なうようにしたものである。
【００３１】
本実施形態によれば、枠１２のタップ加工や組立時の上下（Ｙ）方向の位置決め作業が不要となり、加工、組立費用が低減される。なお、枠は押し出し加工されるので、溝１２Ｂの形成は容易である。
【００３２】
又、完全固定ブロック４０や弾性固定ブロック５０に押出材を用いることで、上記の効果を得ることもできる。
【００３３】
なお、前記実施形態においては、いずれも、メインスケール１４がガラス製、枠１２がアルミニウム製、相手機械（８）が鉄製とされていたが、材料の組合せは、これに限定されない。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、平行板ばね機構の変形量を大きくすることができ、長手方向以外の方向に対する剛性を維持すると共に、三点を超える多点固定への対応も可能となるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の多点（三点）固定タイプのユニット型リニアスケールの一例の構成を示す分解斜視図
【図２】出願人が提案した比較例における枠の固定機構の例を示す斜視図
【図３】図２のＩＩＩ部拡大正面図
【図４】図２及び図３で示した比較例の動作状態を示す概念図
【図５】本発明の第１実施形態の構成を示す分解斜視図
【図６】第１実施形態で用いられている弾性固定ブロックをリニアスケールに取付けた状態を示す横断面図
【図７】本発明の第２実施形態で用いられている弾性固定ブロックの形状を示す正面図
【図８】同じく弾性固定ブロックをリニアスケールに取付けた状態を示す横断面図
【図９】本発明の第３実施形態で用いられている弾性固定ブロックの形状を示す横断面図
【図１０】同じく第４実施形態で用いられている弾性固定ブロックの形状を示す横断面図
【図１１】第４実施形態で用いられている板ばねの形状を示す正面図
【図１２】本発明の第５実施形態で用いられている弾性固定ブロックの形状を示す横断面図
【符号の説明】
１０…リニアスケール
１２…枠
１２Ａ…開口部
２０、２２…ねじ
４０…完全固定ブロック
５０…弾性固定ブロック
５２…固定部
５４…平行板ばね機構
５６…連結部
６０…弾性体
６２…板ばね

Claims (6)

1. 長さ測定装置を、線膨張係数が異なる被測定物に取付けるための弾性固定具であって、
   一端が長さ測定装置に固定され、他端が被測定物に固定される、長さ測定装置の長手方向に弾性変形可能な平行板ばね機構を含むことを特徴とする長さ測定装置の弾性固定具。
2. 前記平行板ばね機構の板ばねがＵ字形状とされ、同じ側で長さ測定装置と被測定物に固定されることを特徴とする請求項１に記載の長さ測定装置の弾性固定具。
3. 請求項１又は２に記載の弾性固定具を用いることを特徴とする長さ測定装置の固定方法。
4. 請求項１又は２に記載の弾性固定具と、平行板ばね機構を含まない完全固定具を用いることを特徴とする長さ測定装置の固定方法。
5. 前記長さ測定装置と弾性固定具の間に弾性体を配置することを特徴とする請求項３又は４に記載の長さ測定装置の固定方法。
6. 前記弾性体が、弾性接着剤や板ばねであることを特徴とする請求項５に記載の長さ測定装置の固定方法。

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