JP2015072233A - リニアゲージセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】リニアゲージセンサにおける修理交換において、直動部と検出部とのそれぞれの修理交換が容易なリニアゲージセンサを提供する。【解決手段】リニアゲージセンサは、可動機構部２と検出機構部とを備える。可動機構部２は、一軸方向の変位にしたがって直動する直動部３０と、直動部の変位を示すスケール部２０とが組み込まれ、検出機構部は、可動機構部２を把持する把持部と、把持部に組み込まれて、スケール部２０の変位を検出し、検出した変位に基づく信号を出力する変位検出部とを有する。そして、把持部は、変位検出部がスケール部２０の変位を検出できるように、スケール用窓２１１と、検出用窓とが対応するように把持する。【選択図】図１

Description

本発明は、リニアゲージセンサに関する。

従来より、各種寸法や変位等を検出するリニアゲージセンサの構造は、接触子と一体になって直動する目盛と、目盛りを検知する検出機能との全体が筐体の中に納まっている構造である。このような一体構造のため、リニアゲージセンサの取り付け場所からの振動や、測定対象物から受ける測定中の振動、測定環境中の粉塵等により直動する部分が破損した場合、リニアゲージセンサ全体として修理・交換せざるを得なかった。このようなリニアゲージセンサについて、小型化や部品の交換を容易にするための技術を開示する特許文献１及び２が知られている。

特許文献１は、測定レンジの異なるリニアゲージを小型かつ簡易に構成可能とする技術を開示する。リニアゲージは、シャフトをボールスプラインでフレームに支持し、直動可能にした可動機構アッセンブリと、可動機構アッセンブリのスリット板ホルダにスリット板を固定し、直動するスリット板の変位を非接触で検出するための光学、電気部材を固定した変位検出アッセンブリとを備え、可動機構アッセンブリと変位検出アッセンブリとが連結部材を用いて連結され、ケースに収容して構成されている。連結部材とスリット板の長さは、構成するリニアゲージの測定レンジに応じたスリット板のストローク量が確保され、かつ、変位検出ブロックの変位検出範囲内にスリット板が位置するように設定される。

特許文献２は、リニアエンコーダにおいて、エンコーダヘッドの交換を容易にする技術を開示する。リニアエンコーダは、測定用スケールを収納するハウジングとこのハウジングを対象物に固定するエンドブロックと、ハウジングに収納されたスケールを走査して位置情報を得るセンサユニットが接続されているエンコーダヘッドとを有し、エンドブロックの一部又は全部がハウジング内に収納され、ハウジングのエンドブロック収納部とスケール収納部との間に封止部材を有し、ハウジングがエンドブロックを介して固定具により対象物に固定される。

特開２０１０−２５８７４号公報 特開２０１０−２４９６０２号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術は、可動機構アッセンブリと変位検出アッセンブリとが連結部材を用いて連結されているので、リニアゲージセンサとしては一体であり、例えば、可動機構アッセンブリのみを修理点検する場合であっても、リニアゲージセンサを分解する必要がある。また、特許文献２に開示された技術は、測定用スケールと、測定対象に固定するためのエンドブロックとにおいて、測定用スケールの交換を容易にする技術である。いずれの技術も、リニアゲージセンサの直動部と検出部とをそれぞれ容易に交換できるようにする技術ではない。

本発明は、リニアゲージセンサにおける修理交換において、直動部と検出部とのそれぞれの修理交換が容易なリニアゲージセンサを提供することを目的とする。

本発明では、以下のような解決手段を提供する。
（１） 測定対象物の一軸方向の変位を検出するリニアゲージセンサであって、前記一軸方向の変位にしたがって直動する直動部と、前記直動部の変位を示すスケール部とが組み込まれた可動機構部と、前記可動機構部を把持する把持部と、前記把持部に組み込まれて、前記スケール部の変位を検出し、検出した変位に基づく信号を出力する変位検出部とを有する検出機構部と、を備え、前記把持部は、前記変位検出部が前記スケール部の変位を検出できるように把持する、リニアゲージセンサ。

（１）の構成によれば、本発明に係るリニアゲージセンサは、可動機構部と検出機構部とを備え、可動機構部は、一軸方向の変位にしたがって直動する直動部と、直動部の変位を示すスケール部とが組み込まれ、検出機構部は、可動機構部を把持する把持部と、把持部に組み込まれて、スケール部の変位を検出し、検出した変位に基づく信号を出力する変位検出部とを有する。そして、検出機構部の把持部は、変位検出部がスケール部の変位を検出できるように可動機構部を把持する。

すなわち、（１）に係るリニアゲージセンサは、可動機構部と検出機構部とが分離されて構成されているので、当該リニアゲージセンサにおける修理交換において、それぞれの機構部ごとに、修理交換が可能である。さらに、可動機構部及び検出機構部のそれぞれに直動部及び検出部を組み込むことによって、可動機構部及び検出機構部ごとに小型化を図ることができる。
したがって、（１）に係るリニアゲージセンサは、直動部と検出部とのそれぞれの修理交換が容易なリニアゲージセンサである。

（２） 前記可動機構部は、前記スケール部の変位を検出できるようにするためのスケール用窓を有し、前記検出機構部は、前記スケール部の変位を検出するための検出用窓を有し、前記把持部は、前記スケール用窓と、前記検出用窓とが対応するように把持する、（１）に記載のリニアゲージセンサ。

すなわち、（２）に係るリニアゲージセンサは、可動機構部と検出機構部とが分離されて構成され、それぞれの機構部に設けられた窓を介して、測定対象物の変位を確実に検出することができる。したがって、（１）に係るリニアゲージセンサは、測定対象物の変位を確実に検出することができ、直動部と検出部とのそれぞれの修理交換が容易なリニアゲージセンサである。

（３） 前記検出機構部は、前記把持部を固定する固定機構を備える、（１）又は（２）に記載のリニアゲージセンサ。

すなわち、（３）に係るリニアゲージセンサは、複数のリニアゲージセンサが設置される場合に、設置間隔が従来より短くできるような固定機構を備えている。
したがって、（３）に係るリニアゲージセンサは、測定対象物の位置の違いによる変位を従来より短い間隔で検出するように設置することができ、設置された複数のリニアゲージセンサごとに直動部と検出部とのそれぞれの修理交換が容易なリニアゲージセンサである。

本発明によれば、リニアゲージセンサは、直動部と検出部とに分離することができるため、直動部又は検出部ごとに、点検や修理交換することができ、メンテナンス性が向上する。さらに、本発明によれば、リニアゲージセンサは、固定機構を備え、従来より短い設置間隔で設置することが可能である。

本発明の一実施形態に係る光学式反射型のリニアゲージセンサにおける可動機構部の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る光学式反射型のリニアゲージセンサにおける検出機構部の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る光学式反射型のリニアゲージセンサにおいて、可動機構部と検出機構部とが組み合わせられたことを示す図である。 本発明の一実施形態に係る光学式透過型のリニアゲージセンサにおける可動機構部の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る光学式透過型のリニアゲージセンサにおける検出機構部の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る光学式透過型のリニアゲージセンサにおいて、可動機構部と検出機構部とが組み合わせられたことを示す図である。 本発明の一実施形態に係る光学式透過型のリニアゲージセンサにおける、移動するスリット板と固定スリット板との関係を示す図である。 本発明の一実施形態に係るリニアゲージセンサを利用した計測の例を示す図である。

［実施形態１］
以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。
実施形態１におけるリニアゲージセンサ１の変位検出部４０は光学式反射型である。光学式反射型では、光源（例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ））から投光された光が移動するスリット板により反射され、反射された光を受光素子が受信する。リニアゲージセンサ１は、可動機構部２と、検出機構部４とを備えている。それぞれ、図にしたがって説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る光学式反射型のリニアゲージセンサ１における可動機構部２の構成を示す図である。可動機構部２は、一軸方向の変位にしたがって直動する直動部３０と、直動部３０の変位を示すスケール部２０とが組み込まれている。

図１が図示するように、直動部３０は、フレーム３１と、測定子３２と、シャフト３３と、シャフト３３の軸回りの回動を抑止し軸方向の直動を案内する軸受３４と、ステム３５と、スリット板ホルダ３８と、バネ３９とを有する。

測定子３２はシャフト３３の一端に固定される。また、測定子３２が固定されたシャフト３３が挿入された軸受３４は、ステム３５内に収容され、ステム３５は、フレーム３１に設けられた孔に、測定子３２が設けられている側と反対側の端が挿入された形態でフレーム３１に固定される。
また、シャフト３３の測定子３２が固定された端と逆側の端に、スリット板ホルダ３８が接着剤等により固定されると共に、バネ３９の両端が、フレーム３１とスリット板ホルダ３８とに各々固定され、これにより、スリット板ホルダ３８は、測定子３２方向に付勢される。

このような可動機構部２の構成によれば、バネ３９は、一端に測定子３２が他端にスリット板ホルダ３８が固定されたシャフト３３を、測定子３２方向へ付勢力を与えつつ、シャフト３３の軸方向の直動のみが許容されるようにフレーム３１に固定することができる。

スケール部２０はケース２０１に覆われ、ケース２０１には、スケール部２０の変位を検出できるようにするためのスケール用窓２１１が設けられている。
スケール部２０において、スリット板２１は、スリット板ホルダ３８に固定され、シャフト３３の軸方向の移動と共に移動する。

スリット板２１の長さは、測定レンジに合わせて調整される。すなわち、シャフト３３の直動に伴ってスリット板２１が直動し、光源部４１から放射された光を反射できるように、スリット板２１の長さは、測定レンジが大きいほど長いものが用いられる。

ここで、スリット板２１には複数のスリットが設けられている。複数のスリットは、光を反射するように、金属（クロム等）のような光を反射する材料で作成されている。なお、スリット板２１は、光を回折させるための光回折体としての機能を有して、光を反射させてもよい。なお、この場合、光を回折させるための光回折体は、スリットである必要はなく、鋸刃状、矩形状等の凹凸であってもよい。

光源部４１から放射された光は、スケール用窓２１１を通過してスケール部２０に入射する。スリット板２１は、入射された光を反射する。反射された光は、光源部４１と一体となっている受光部４２によって受光される。なお、光源部４１及び受光部４２については、図２において説明する。

図２は、本発明の一実施形態に係る光学式反射型のリニアゲージセンサ１における検出機構部４の構成を示す図である。
検出機構部４は、可動機構部２を把持する把持部５０と、スケール部２０の変位を検出し、検出した変位に基づく信号を出力する変位検出部４０とを有する。把持部５０には、スケール部２０の変位を検出するための検出用窓５１１が設けられ、把持部５０は、変位検出部４０がスケール部２０の変位を検出できるように把持する。
図２が図示するように、変位検出部４０は、光源としてのＬＥＤや、光をコリメートするためのレンズ等を有する光源部４１と、受光素子や信号処理回路を搭載した回路基板を有し、光源部４１と一体となっている受光部４２と、を有する。

把持部５０は、変位検出部４０がスケール部２０の変位を計測できるように可動機構部２を把持する。図２が図示するように、把持部５０は、可動機構部２が設置される設置用穴５０１を有し、第１面５０２と第２面５０３との間に締め付け用隙間が設けられている。可動機構部２が設置用穴５０１に設置された後に、第１面５０２と第２面５０３とは、締められる。例えば、把持部５０に埋め込まれたネジ（図示せず）によって、第１面５０２と第２面５０３とが締められ、把持部５０は、可動機構部２を締め付けて把持する。
このような機構は、可動機構部２に対する一箇所集中締め付けを緩和し、シャフト３３の動きに支障をきたさないようにする。

さらに、把持部５０は、突起（リブ）又はくぼみを有し、可動機構部２は、把持部５０の突起（リブ）又はくぼみに対応するくぼみ又は突起（リブ）を有するとしてもよい。把持部５０は、突起（リブ）又はくぼみが互いに対応するように可動機構部２を把持することにより、変位検出部４０がスケール部２０の変位を検出できるようにすることができる。

可動機構部２が設置用穴５０１に設置されていると、光源部４１から放射された光は、検出用窓５１１から可動機構部２のスケール用窓２１１を通過してスケール部２０に入射し、スリット板２１で反射されて、スケール用窓２１１から検出用窓５１１を通過して、受光部４２の受光素子に入射する。

そして、受光部４２に搭載された信号処理回路は、受光素子で検出した光によりスリット板２１の移動量や移動方向を示す変位を検出し、検出した変位に基づく信号を所定の規格で出力部５２１から出力する。

図３は、本発明の一実施形態に係る光学式反射型のリニアゲージセンサ１において、可動機構部２と検出機構部４とが組み合わせられたことを示す図である。
図３が図示するように、検出機構部４の把持部５０は、変位検出部４０が可動機構部２のスケール部２０の変位を検出できるように、スケール用窓２１１と検出用窓５１１とが対応するように可動機構部２を把持する。このように、移動するスリット板２１を有する可動機構部２と、光源部４１と受光部４２とを有する検出機構部４とを光が通過するように把持することによってリニアゲージセンサ１の全体が一体として構成される。
そして、リニアゲージセンサ１は、可動機構部２の測定子３２が測定対象物の測定箇所に接触するように、スタンド（図示せず）等によって検出機構部４の把持部５０やステム３５等が位置設定されることにより、測定子３２が当接する箇所についての物理量（例えば、測定対象物の移動量や厚み等）を測定することができる。

［実施形態２］
実施形態２におけるリニアゲージセンサ１の変位検出部４０は光学式透過型である。光学式透過型では、光源と受光素子とが移動するスリット板を挟んで向かい合い、光源から放射された光が、移動するスリット板を透過し、透過した光を受光素子が受信する。

図４は、本発明の一実施形態に係る光学式透過型のリニアゲージセンサ１における可動機構部２の構成を示す図である。
図４が図示するように、可動機構部２は図１と同様であるので、説明を省略する。

スリット板２１は、スリット板ホルダ３８に固定され、シャフト３３の軸方向の移動と共に移動する。固定スリット板２２は、移動するスリット板２１に対して近接した状態で、フレーム３１に固定される。

スリット板２１の長さは、測定レンジに合わせて調整される。すなわち、シャフト３３の直動に伴ってスリット板２１が、固定スリット板２２と光源部４１ａ，４１ｂとの間で直動するように、スリット板２１の長さは、測定レンジが大きいほど長いものが用いられる。

ここで、スリット板２１には複数のスリットが設けられており、当該スリットで、スリット板２１を透過する光を、スリット板２１の変位量に応じて空間的にエンコードすることによりゲージの役割を果たす。また、固定スリット板２２には、スリット板２１で空間的にエンコードされた後に固定スリット板２２を透過する光を、スリット板２１の変位量を強度で、スリット板２１の移動方向を位相で表す光にデコードするための複数のスリットが設けられている。
そして、受光部４２ａ，４２ｂは、光源部４１ａ，４１ｂから放射され、スリット板２１と、固定スリット板２２とを透過した光を、検出する。なお、光源部４１ａ，４１ｂ及び受光部４２ａ，４２ｂについては、図５において説明する。

図４が図示するように、スケール部２０は、ケース２０１に覆われ、ケース２０１は、スケール用窓２１１ａ，２１１ｂを有する。

図５は、本発明の一実施形態に係る光学式透過型のリニアゲージセンサ１における検出機構部４の構成を示す図である。
図５が図示するように、検出機構部４は、光源としてのＬＥＤや、光をコリメートするためのレンズ等を有する光源部４１ａ，４１ｂと、受光素子や信号処理回路を搭載した回路基板を有する受光部４２ａ，４２ｂとを有する変位検出部４０と、可動機構部２を把持する把持部５０とを備える。把持部５０は図２と同様であるので、説明を省略する。

可動機構部２が設置用穴５０１に設置されていると、光源部４１ａ，４１ｂから放射された光は、検出用窓５１１ａから可動機構部２のスケール用窓２１１ａを通過してスケール部２０に入射し、スリット板２１と固定スリット板２２とを順次通過し、スケール用窓２１１ｂから検出用窓５１１ｂを通過して受光部４２ａ，４２ｂの受光素子に入射する。

そして、受光部４２ａ，４２ｂに搭載された信号処理回路は、光源部４１ａ，４１ｂから放射され、スリット板２１、固定スリット板２２を透過した光を、受光部４２ａ，４２ｂの受光素子で検出し、検出した光によりスリット板２１の移動量や移動方向を示す変位を検出し、検出した変位に基づく信号を出力部５２１から出力する。

図６は、本発明の一実施形態に係る光学式透過型のリニアゲージセンサ１において、可動機構部２と検出機構部４とが組み合わせられたことを示す図である。
図６が図示するように、検出機構部４の把持部５０は、変位検出部４０が可動機構部２のスケール部２０の変位を検出できるように、スケール用窓２１１ａ，２１１ｂと検出用窓５１１ａ，５１１ｂとが対応するように可動機構部２を把持する。このように、移動するスリット板２１を有する可動機構部２と、光源部４１ａ，４１ｂと受光部４２ａ，４２ｂとを有する検出機構部４とを光が透過するように把持することによってリニアゲージセンサ１の全体が一体として構成される。
そして、リニアゲージセンサ１は、可動機構部２の測定子３２が測定対象物の測定箇所に接触するように、スタンド（図示せず）等によって検出機構部４の把持部５０やステム３５等が位置設定されることにより、測定子３２が当接する箇所についての物理量（例えば、測定対象物の移動量や厚み等）を測定することができる。

図７は、本発明の一実施形態に係る光学式透過型のリニアゲージセンサ１における、移動するスリット板２１と固定スリット板２２との関係を示す図である。
図７が図示するように、シャフト３３と一体になって移動するスリット板２１と、一定位置に固定された固定スリット板２２とは、対向して配置されている。スリットには一定間隔で明暗の目盛が印刷されている。計数するためにはスリット板２１の移動方向（＋、−方向）を判別する必要があるため、固定スリット板２２にはＡ、Ｂの２種類のスリットが配置されており、スリットＡに対してスリットＢは、１／４Ｐ（ピッチ）ずれた位置に配置されている。これ等のスリットを挟んで、光源部４１ａ，４１ｂと受光部４２ａ，４２ｂとが向かい合っている。

このような構成において、移動するスリット板２１が固定スリット板２２に対して移動すると、固定スリット板２２のスリットＡ及びスリットＢをそれぞれ通過する光は、明暗を繰り返す。この明暗に基づいて、同じ周期で９０度の位相差を持つ２つの方形波信号が受光部４２ａ，４２ｂの信号処理回路から出力される。方形波信号を受信するデータ処理装置（例えば、カウンタ）は、その位相の進み又は遅れから方向判別し、加算又は減算を行って計数し、変位量を算出する。

図８は、本発明の一実施形態に係るリニアゲージセンサ１を利用した計測の例を示す図である。図８が図示するように、リニアゲージセンサ１における可動機構部２と検出機構部４との構成により、リニアゲージセンサ１ａ，１ｂを並べて設置した場合の間隔６０１は、従来より短い距離である。
さらに、リニアゲージセンサ１は、複数のリニアゲージセンサ１が設置される場合に、設置間隔が従来より短くできるような固定機構７００を備えている。具体的には、図８に示すように、固定機構７００は、固定穴７０１（例えば、固定穴７０１ａ，７０１ｂ）と、測定基準台７０２とから構成される。リニアゲージセンサ１ａの検出機構部４ａは、例えば、ボルト等により、固定穴７０１ａを介して測定基準台７０２に固定され、リニアゲージセンサ１ｂの検出機構部４ｂも、固定穴７０１ｂを介して測定基準台７０２に固定される。
すなわち、複数のリニアゲージセンサ１ａ、１ｂは従来より短い設置間隔で設置されることが可能である。
このようなリニアゲージセンサ１を利用すれば、複数のリニアゲージセンサ１ａ，１ｂを従来より短い距離間隔で並べて測定対象物を測定し、例えば、部品に一定の荷重を徐々に加えた時の変位を、間隔距離が従来より短い多チャンネルで測定することができる。

本実施形態によれば、リニアゲージセンサ１は、可動機構部２と検出機構部４とを備え、可動機構部２は、一軸方向の変位にしたがって直動する直動部３０と、直動部の変位を示すスケール部２０とが組み込まれ、検出機構部４は、可動機構部２を把持する把持部５０と、把持部５０に組み込まれて、スケール部２０の変位を検出し、検出した変位に基づく信号を出力する変位検出部４０とを有する。そして、把持部５０は、変位検出部４０がスケール部２０の変位を検出できるように、スケール用窓２１１と、検出用窓５１１とが対応するように把持する。さらに、検出機構部４は、把持部５０を固定する固定機構７００を備え、複数のリニアゲージセンサ１が従来より短い設置間隔で設置されることを可能にする。
したがって、リニアゲージセンサ１は、可動機構部２と検出機構部４とのそれぞれの修理交換が容易なリニアゲージセンサ１であり、検出機構部４が固定機構７００を備えることによって、複数のリニアゲージセンサ１が従来より短い設置間隔で設置されることを可能にする。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限るものではない。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

本実施形態では、光学式の実施形態を説明したが、本発明は光学式に限定されるものではない。移動するスリット板の変位を磁気によって検出する磁気式や、移動するスリット板の変位を静電容量によって検出する静電容量式でもよい。可動機構部２に組み込まれた直動部３０の変位を、可動機構部２から分離された検出機構部４によって検出するという構成のリニアゲージセンサ１により、それぞれの機構部ごとに、修理交換が可能である。

１，１ａ，１ｂ リニアゲージセンサ
２，２ａ，２ｂ 可動機構部
２０ スケール部
２１ スリット板
２２ 固定スリット板
３０ 直動部
３１ フレーム
３２ 測定子
３３ シャフト
３４ 軸受
３５ ステム
３８ スリット板ホルダ
３９ バネ
２０１ ケース
２１１，２１１ａ，２１１ｂ スケール用窓
４，４ａ，４ｂ 検出機構部
４０ 変位検出部
４１，４１ａ，４１ｂ 光源部
４２，４２ａ，４２ｂ 受光部
５０ 把持部
５０１，５０１ａ，５０１ｂ 設置用穴
５０２ 第１面
５０３ 第２面
５１１，５１１ａ，５１１ｂ 検出用窓
５２１ 出力部
７００ 固定機構
７０１，７０１ａ，７０１ｂ 固定穴
７０２ 測定基準台

Claims (3)

1. 測定対象物の一軸方向の変位を検出するリニアゲージセンサであって、
   前記一軸方向の変位にしたがって直動する直動部と、前記直動部の変位を示すスケール部とが組み込まれた可動機構部と、
   前記可動機構部を把持する把持部と、前記把持部に組み込まれて、前記スケール部の変位を検出し、検出した変位に基づく信号を出力する変位検出部とを有する検出機構部と、を備え、
   前記把持部は、前記変位検出部が前記スケール部の変位を検出できるように把持する、
   リニアゲージセンサ。
2. 前記可動機構部は、前記スケール部の変位を検出できるようにするためのスケール用窓を有し、
   前記検出機構部は、前記スケール部の変位を検出するための検出用窓を有し、
   前記把持部は、前記スケール用窓と、前記検出用窓とが対応するように把持する、
   請求項１に記載のリニアゲージセンサ。
3. 前記検出機構部は、前記把持部を固定する固定機構を備える、請求項１又は２に記載のリニアゲージセンサ。

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