JP2006029973A - スケール弾性保持方法及び位置測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スケールとスケール固定具の線膨張係数の差による熱応力を低減すると共に、スケールの長手方向以外への位置変化を防止する。
【解決手段】スケールが内蔵された位置測定装置において、スケール２０を、厚さ（Ｘ）方向及び幅（Ｙ）方向にそれぞれ位置決めするための基準部材である球Ｂ、Ｂ'に押し当てた状態で、弾性層３０、３２を介してスケール固定具１０に保持すると共に、該弾性層３０、３２に収縮する方向の初期弾性力Ｆｘ、Ｆｙを付与する。又、スケール２０の長手方向の任意の一箇所を、実質上弾性がない非弾性層３４、３６により接着することで伸縮の基準を明確にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、スケール弾性保持方法及び位置測定装置に係り、特にスケールとその固定具との間で発生する熱応力を接着剤等の弾性層を用いて緩和した上で、該弾性層そのものの熱膨張によるスケールの長手方向以外の位置変化を有効に防止できるスケール弾性保持方法及び位置測定装置に関する。

長さ測定機能を有するユニット型リニアスケール等の位置測定装置では、ガラス製のメインスケールが線膨張係数の異なるスケール固定具（例えば、アルミニウム製の枠）に保持された状態で内蔵されている。

このように、スケール固定具を、スケールの素材と線膨張係数の異なる材料で製作した測定装置を使用する場合、周囲温度の変化により熱応力が発生し、スケールの位置変化につながるため、測定精度の低下を来たすことになる。

そこで、この熱応力を緩和し、低減することが重要であり、そのための手段として、スケールとスケール固定具の間に接着剤等の弾性層を配置することが有効である。

このようにスケールを接着剤で保持する方法を用いたものとしては、スケールを接着剤と弾性部材で固定したものが特許文献１に、モールド層と接着層を介して固定したものが特許文献２に開示されている。

スケールの弾性保持の一般的な目的は、熱応力によるスケールの歪みの発生を緩和し、スケールの長手方向への伸縮の自由度を確保することと、長手方向以外へのスケールの位置変化を防ぐことにある。

特開平８−４３０６８号公報 特開平７−３２４９２５号公報

しかしながら、前記特許文献１、２に開示されている例を含む従来技術では、弾性層そのものの熱膨張により、スケールが長手方向以外に位置変化を起こす可能性があり、依然として測定精度の変化や低下の原因となっている。今後、より高精度なスケールやスケールを用いた測定装置を実現するためには、この課題を解決することが重要である。

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、スケールとスケール固定具の線膨張係数の差による熱応力を低減すると共に、スケールの長手方向以外への位置変化を防止し、測定精度の向上を実現することができるスケール弾性保持方法、及びその方法を採用した位置測定装置を提供することを課題とする。

本発明は、スケールを、厚さ方向及び幅方向にそれぞれ位置決めするための基準部材に押し当てた状態で、弾性層を介してスケール固定具に保持すると共に、該弾性層に収縮する方向の初期弾性力を付与することにより、前記課題を解決したものである。

本発明は、又、スケール及びスケール固定具の温度より予め高温にした接着剤を使って、スケールとスケール固定具とを接着し、前記弾性層を形成することにより前記初期弾性力を発生させるようにしたものである。

本発明は、又、スケールの長手方向の任意の一箇所を、実質上弾性がない非弾性層により接着するようにしたものである。

本発明は、又、前記基準部材として、保持されるスケールを基準面に沿って案内する転がり案内手段を使用するようにしたものである。

本発明は、又、前記基準部材として、保持されるスケールを基準面に沿って案内する滑り案内手段を使用するようにしたものである。

本発明は、又、以上のスケール弾性保持方法のいずれかにより保持されたスケールが内蔵された位置測定装置を提供するものである。

本発明によれば、弾性層によりスケールとスケール固定具の線膨張係数の差による熱応力を低減することができると共に、該弾性層に付与した収縮方向の初期弾性力によりスケールの長手方向以外への位置変化を防止できるため、測定精度の向上を図ることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態である側長装置の概要を示す平面図、図２は、その左側面図である。

本実施形態の測長装置は、ガラススケールと線膨張係数の異なる素材（例えば、アルミニウム製）のスケール固定具１０に、弾性保持方法により保持されたガラススケール２０を内蔵している。以下、これを詳述する。

スケール２０のＸ方向（厚さ方向）及びＹ方向（幅方向）の基準面２２及び２４と、スケール固定具１０の対応する方向の各基準面１２及び１４との間に、シリコン接着剤等の接着状態で弾性を有する接着剤で形成される弾性層を配置する。但し、長手方向の任意の一箇所は、弾性層３０、３２より圧倒的に硬いエポキシ接着剤等で形成する非弾性層３４及び３６で強固に固定している。

従って、周囲温度が変化した場合、スケール固定具１０とスケール２０の各素材の線膨張係数の違いにより伸縮量に相対差が発生し、両者間に熱応力が発生することになるが、弾性層３０、３２の撓みにより熱応力が吸収され緩和・低減される。一方、このような弾性層３０、３２により長手方向の広範囲に亘って保持しながら、任意の一箇所を強固に固定しているため、スケールの伸縮の基準が明確になっている。

スケール固定具１０のＸ方向基準面１２には、弾性層３０の両側（図中上下位置）に溝１２Ａが形成され、該溝１２ＡにはＸ方向の位置決めのための基準部材として、例えばガラス製の球、又は剛球Ｂが一列に配列され、スケール２０のＸ方向基準面２２は、この球Ｂに押し当てた状態でＸ方向の弾性層３０により保持されている。

同様に、スケール固定具１０のＹ方向基準面１４には、溝１４Ａが形成され、該溝１４ＡにはＹ方向の位置決め用に球Ｂ'が要所に配置され、該球B'にスケール２０のＹ方向基準面２４を押し当てた状態でＹ方向の弾性層３２により保持されている。

このようにスケール２０を球Ｂ、Ｂ'にそれぞれ押し当てた状態で接着することにより、Ｘ方向、Ｙ方向の位置決めを行なっている。

本実施形態では、更に、この状態で接着剤により形成されるＸ方向、Ｙ方向の各弾性層３０、３２には、図中Ｆｘ、Ｆｙで示す初期弾性力を発生させることにより、温度変化時に生じる位置変化を防止することが可能となっている。

この初期弾性力Ｆｘ、Ｆｙは、スケール固定具１０にスケール２０を接着するときの工夫により発生させることができる。例えば、接着作業を２０℃の環境で行なう場合であれば、予めスケール固定具１０及びスケール２０を２０℃の温度に保持しておき、接着剤を５０℃に加熱保持して体積膨張させておく。このように膨張させた接着剤を、図中寸法ｘの基準面１２と基準面２２の間と、寸法ｙの溝１４Ａと基準面２４との間に、球Ｂ、Ｂ'を避けて充填し、接着を行なう。

接着が終了した後、接着剤の温度が２０℃に下がることにより接着時に膨張していた接着剤は熱収縮するが、球Ｂ、Ｂ'が間に介在されていることから、この収縮に伴う寸法ｘ、ｙの変化は小さいため、スケール２０の基準面２２、２４に対して引き付ける力が作用し、結果として球Ｂ、Ｂ'を押さえ付けるＦｘ、Ｆｙの初期弾性力が発生する。

実際の使用環境で周囲温度が、例えば２０℃→４０℃に変化し、接着層が膨張したとしても、５０℃の接着剤で接着したことから、過酷な使用温度である４０℃でもＦｘ＞０、Ｆｙ＞０であるため、スケールのＸ方向及びＹ方向への位置変化の発生が低減される。

この力関係は、接着時の温度差（接着剤と各部品間）をＴ1、スケール２０の使用環境で発生する温度差をＴ2とした場合、Ｔ1＞Ｔ2の関係に設定することで得ることができる。なお、特開平５−２６９６５０号公報には、硬化時に体積収縮する弾性材料で取付けることが記載されているが、この方法によっては、高温接着剤を使用する場合のような大きな収縮力が得られない上に、材料の保存状態によって性質が変化し、安定した性能が得られない。

以上のように、本実施形態では、Ｘ方向弾性層３０、Ｙ方向弾性層３２に上記初期弾性力を付与してあることからスケール２０の位置精度は向上されている。ところが、その初期弾性力のせいでスケール２０のＸ方向及びＹ方向の基準面２２、２４に摩擦が発生し、該スケール２０の長手方向の伸縮に影響を及ぼす場合が有り得る。

ところが、この対策として、前記のようにスケールのＸ方向、Ｙ方向の位置決め基準部材として球Ｂ、Ｂ'を配置したことにより、転がり案内機能を得ることができ、これにより、摩擦力の影響が低減されている。

なお、スケール２０のＸ方向、Ｙ方向の位置決め基準部材としては、ガラスビーズ等の球に限らず、テフロン（登録商標）等の低摩擦素材を配置することにより滑り案内機能が得られるようにしてもよい。その際、表面が滑らかな基準面２２が接するＸ方向の球Ｂのみをテフロン（登録商標）部材に変更し、これに比べて表面状態が粗い基準面２４が接するＹ方向を球Ｂ'のままにしてもよい。

又、位置測定装置としては、測長装置（センサ）に限らず、直線変位検出装置（スケールユニット）等のスケールを内蔵するものであれば任意である。

本発明の実施形態である測長装置を模式的に示す概略平面図 上記測長装置の概略側面図

符号の説明

１０…スケール固定具
１２…Ｘ方向基準面
１４…Ｙ方向基準面
２０…スケール
２２…Ｘ方向基準面
２４…Ｙ方向基準面
３０…Ｘ方向弾性層
３２…Ｙ方向弾性層
３４…Ｘ方向非弾性層
３６…Ｙ方向非弾性層

Claims (6)

1. スケールを、厚さ方向及び幅方向にそれぞれ位置決めするための基準部材に押し当てた状態で、弾性層を介してスケール固定具に保持すると共に、
   該弾性層に収縮する方向の初期弾性力を付与することを特徴とするスケール弾性保持方法。
2. スケール及びスケール固定具の温度より予め高温にした接着剤を使って、スケールとスケール固定具とを接着し、前記弾性層を形成することにより前記初期弾性力を発生させることを特徴とする請求項１に記載のスケール弾性保持方法。
3. スケールの長手方向の任意の一箇所を、実質上弾性がない非弾性層により接着することを特徴とする請求項１に記載のスケール弾性保持方法。
4. 前記基準部材として、保持されるスケールを基準面に沿って案内する転がり案内手段を使用することを特徴とする請求項１に記載のスケール弾性保持方法。
5. 前記基準部材として、保持されるスケールを基準面に沿って案内する滑り案内手段を使用することを特徴とする請求項１に記載のスケール弾性保持方法。
6. 前記請求項１乃至５のいずれかに記載のスケール弾性保持方法により保持されたスケールが内蔵された位置測定装置。

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