JP3946868B2 - スケール装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械、産業機械等において、直線の位置検出(相対位置検出)に使用されるスケール装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般にこの種のスケール装置は、目盛が記録されたスケールをベース体に固定してなるベースユニットと、このベースユニットに対し相対的にスライド可能に設けられ、上記スケールに記録された目盛を検出するセンサを備えたスライダユニットと、により構成されている。
【0003】
従来のこの種のスケール装置では、ベースユニット側のスケールとして棒状のスケールが用いられ、一方スライドユニット側には、目盛を検出するセンサを有する検出ヘッド部が設けられて、この検出ヘッド部に上記スケールが摺動自在に挿通嵌合された構造となっており、さらに検出ヘッド部には、取り付け公差や部品公差を許容するために姿勢変化が可能な自在機構が設けられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のスケール装置の場合、スケールに対する検出ヘッド部の抜き差しはスケールの端面側からしか行なえず、組み立て性及びメンテナンス性が悪いという欠点があった。また、検出ヘッド部には取り付け公差や部品公差を許容するために姿勢変化に対応する複雑な自在機構を備える必要があるため、コストアップの原因となっていた。
本発明はこのような問題点を解消し、検出ヘッド部がスケールの幅方向に抜き差し可能であり、かつ複雑な自在機構を設けずに姿勢変化に対応するスケール装置を提供することを目的としてなされたものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、
目盛が記録されたスケールをベース体に固定してなるベースユニットと、
このベースユニットに対し相対的にスライド可能に設けられ、スケールに記録された目盛を検出するセンサを備えたスライダユニットと、
により構成されるスケール装置において、
スケールを薄板状に形成し、かつこの薄板状のスケールを、中間部を浮かせた状態で両端部においてベース体に固着すると共に、
スライダユニット側に、センサが設けられ、かつこのセンサとスケールの目盛記録面との間の距離を一定に保つための基準摺動部材と、この基準摺動部材にスケールの目盛記録面が常に接するように圧力を加える加圧摺動部材と、を有してなる検出ヘッド部を設け、
スケールに対し検出ヘッド部を、スケールの幅方向に抜き差し可能な構造としたものである。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
尚、ここでは磁気式リニアスケール装置の場合を例示して説明する。
【0007】
図1〜図11に本発明の第1の実施例を示す。
図において1は本発明によるスケール装置を全体として示し、このスケール装置1は、ベースユニット2と、このベースユニット2に対し相対的にスライド可能に設けられるスライダユニット10とにより構成されている。
【0008】
ベースユニット2は、ベース体としての長尺状の筺体3の内部に、磁気目盛が記録された長尺のスケール4を固定してなり、筺体3に形成された固定穴5においてボルト止め等によって被測定物の一方に固定される。
【0009】
一方スライダユニット10は、スケール4に記録された磁気目盛を検出するセンサ15を備え、スライダ11に形成された固定穴12においてボルト止め等によって被測定物の他方に固定される。
【0010】
そして被測定物の直線移動動作と一体にスライダユニット10がベースユニット2に対しスケール4に沿う方向(矢印a方向)に相対的にスライドすることにより、センサ15で検出されたスケール4の磁気目盛が電気信号としてケーブル13に出力され、移動位置の検出(測定)が行なわれる構造となっている。
【0011】
上記の如く構成される本例のスケール装置において、先ずベースユニット2の構造について詳しく説明する。
ベースユニット2においてベース体としての筺体3は略コ字形の断面形状を有する長尺の部材であり、そのコ字形の開放面を下に向けた状態で固定穴5において被測定物に固定される。この筺体3は所要の剛性を有する金属材によりなり、例えば板金を折り曲げて成形したものでもよいし、あるいはアルミニウムを押し出し成形したものでもよい。勿論、機械加工によって製作されたものでもよい。
【0012】
この筺体3の内部に固定される長尺のスケール4は、薄板状の金属材で形成されており、このスケール(以下薄板状スケールという)4のセンサと対向する面に長手方向に沿って磁気目盛が記録されている。この磁気目盛は、磁界N極と磁界S極が例えばN−S,S−N,N−Sのように所定の間隔で記録されたインクレメント型でも、絶対位置を記録したアブソリュート型であってもよい。
尚、この磁気目盛は、予め記録しておいてもよいし、薄板状スケール4を筺体3に固定した後に記録するようにしてもよい。
【0013】
この薄板状スケール4は、中間部を浮かせた状態で左右両端部において筺体3に固着されている。即ち、図2に示すように筺体3の内部には左右両側にブラケット6が固定されており、このブラケット6に薄板状スケール4の両端部が溶接によって固着されている(図2中×印で示す部分が溶接部である)。
また、この薄板状スケール4は、磁気目盛の記録面が断面略コ字状の筺体3の開放面と略直角となるような配置でブラケット6に固着されている。
【0014】
ブラケット6は所要の剛性を有する板金によりなるもので、図4に示す如く筺体3の上側板部3aと後側板部3cの内面側に溶接によって固定されており、このブラケット6の中央の支持板部6aに薄板状スケール4の端部が支持される状態で溶接によって固着される。
【0015】
尚、薄板状スケール4は、所定の張力を加えられた状態でブラケット6に溶接される。また、この薄板状スケール4の溶接手段としては抵抗溶接が用いられ、筺体3にはこの抵抗溶接用の電極が入る挿入穴7が形成されている。
【0016】
次にスライダユニット10の構造について説明する。
このスライダユニット10は、筺体3の下方に設けられるスライダ11と、薄板状スケール4に記録された磁気目盛を検出するセンサ15を有する検出ヘッド部14と、から構成されており、このスライダ11と検出ヘッド部14とは支板11aによって連結されている。即ち、スライダ11にはその上面部中央から支板11aが突出され、この支板11aの上端部に検出ヘッド部14が取り付けられた構造となっている。
【0017】
スライダ11は固定穴12において被測定物に固定されるようになっており、またこのスライダ11からは、検出ヘッド部14のセンサ15で検出された電気信号が出力されるケーブル13が導出されている。
【0018】
検出ヘッド部14のセンサ15には磁気抵抗素子(MRセンサ)が用いられ、このセンサ15は接着、嵌め合いによるかしめ、板ばねによる押し付けなどの固定手段によりスライダ11の支板11aに固定されている。
【0019】
さらに検出ヘッド部14には、センサ15と薄板状スケール4の磁気目盛の記録面との間の距離を一定に保つための基準摺動部材16と、この基準摺動部材16に薄板状スケール4の磁気目盛の記録面が常に接するように圧力を加える加圧摺動部材17とが設けられている。
【0020】
この基準摺動部材16と加圧摺動部材17は、何れも潤滑性の樹脂材(例えばジュラコン、テフロンなど)や含有メタル等を材料として成形されるブロック状部材であり、基準摺動部材16は固定螺子18によってスライダ11の支板11aに固定され、また加圧摺動部材17は固定螺子19で基準摺動部材16に固定される板ばね20によって基準摺動部材16に圧接するように支持されている。
【0021】
そしてこの基準摺動部材16と加圧摺動部材17とで薄板状スケール4を挟む構造となされており、加圧摺動部材17によって薄板状スケール4が常に基準摺動部材16に圧接されることでセンサ15と薄板状スケール4の磁気目盛の記録面との間の距離が常に一定に保たれるようになっている。
【0022】
そしてスライダ11が筺体3に対し相対的にスライドされることで検出ヘッド部14が薄板状スケール4に沿って移動し、そのときセンサ15で検出された薄板状スケール4の磁気目盛が電気信号としてケーブル13に出力されることによって移動位置の検出が行なわれる。
【0023】
上記構成において、センサ15の検出面と薄板状スケール4の磁気目盛の記録面との間の距離即ちクリアランスbは、センサ15に磁気抵抗素子を用いた場合、再生波長0.5mmで使用可能なクリアランス範囲は例えば0.35±0.25mmである。よって、クリアランスを使用範囲の中心に設定し、センサ15の検出面を基準として基準摺動部材16を設置する場合は、基準摺動部材16の厚みを0.35mmにすればよい。
【0024】
尚、基準摺動部材16は、図7(A)に示す如くセンサ15の検出面を開放する構造としても、あるいは同図(B)のようにセンサ15の検出面を完全に覆う構造としてもよい。
【0025】
以上の如く構成される本例のスケール装置1では、薄板状スケール4に対し検出ヘッド部14を、薄板状スケール4の幅方向に抜き差しすることができる。
即ちこのスケール装置1では、薄板状スケール4を磁気目盛の記録面が筺体3の開放面と略直角となるように配置してあり、かつ、図3に示す如く検出ヘッド部14の厚み寸法cよりも筺体3の開放面の開口寸法dを大きく形成することで、この筺体3の開放面から検出ヘッド部14を薄板状スケール4の幅方向に抜き差し可能な構造としてある。
【0026】
このように検出ヘッド部14を薄板状スケール4の幅方向に抜き差し可能な構造としたことにより、薄板状スケール4の位置検出方向即ち長さ方向のどの部分からも検出ヘッド部14を組み付けることができ、また取り外すこともできるので、組み付け性及びメンテナンス性が良好である。
【0027】
尚、検出ヘッド部14を薄板状スケール4に組み付けた後に、図5に示す如く筺体3の開放面を塞ぐゴム製のダストリップ21a,21bを取り付けることにより、筺体3内への塵埃や油、その他の異物の侵入が防止され、検出ヘッド部14を保護できると共に、筺体3からの検出ヘッド部14の抜け落ちが防止される。メンテナンス等で検出ヘッド部14を外す場合は、ダストリップ21a,21bを取り外せばよい。
【0028】
また、通常この種のスケール装置では、筺体3やスライダ11を被測定物に取り付ける際に、必ず取り付け誤差が発生し、この誤差の許容量が大きいほど取り付け易いことになるが、本例のスケール装置1においては、充分な許容量を確保することができる。
【0029】
即ち、先ず図8に示すように、薄板状スケール4の磁気目盛4aは薄板状スケール4の幅方向に長いトラックで記録されており、この磁気目盛4aのトラック長さeをセンサ15のトラック方向長さfより大きくすれば、その差がトラック方向(位置検出方向と直交する方向)gの取り付け誤差の許容量となる。また、検出ヘッド14は、基準摺動部材16と加圧摺動部材17とで薄板状スケール4を挟んでいる構造のため、トラック方向への位置ずれは自在である。
【0030】
ここで例えば薄板状スケール4の幅hが9mm、磁気目盛4aのトラック長さeが7mm、センサ15のトラック方向長さfが3mmとすると、許容範囲は±2mmとなり、非常に許容範囲が広くなる。
【0031】
また、図9に示すように、スライダ11が傾き角度θ1 で傾き、磁気目盛に対しセンサ15がアジマスずれを起こした場合、センサ15の傾き許容度は±1°程度のため、例えばθ1 を1°とし、スライダ11の位置検出方向の幅iを50mmとすると、傾き量jは0.8mmにもなり、充分な許容量である。また、検出ヘッド部14は、基準摺動部材16と加圧摺動部材17とで薄板状スケール4を挟んでいる構造のため、アジマス方向への位置ずれは自在である。
【0032】
また、スライダ11が図10に示すような傾きθ2 で姿勢変化を起こしたときには、検出ヘッド部14の基準摺動部材16と加圧摺動部材17に挟まれた薄板状スケール4が図示の如くねじれることにより、磁気目盛の記録面が常に基準摺動部材16に押し付けられた状態で追従する。
【0033】
さらに図11に示すような傾きθ3 での姿勢変化に対しては、検出ヘッド部14の基準摺動部材16と加圧摺動部材17に挟まれた薄板状スケール4が図示の如く撓むことにより、磁気目盛の記録面が常に基準摺動部材16に押し付けられた状態で追従する。
【0034】
このように本例のスケール装置1では、姿勢変化に対応するための複雑な自在機構を設けることなく簡単な構成で如何なる姿勢変化においても許容でき、しかもその許容量を大きくとることができる。
【0035】
図12及び図13は本発明の第2の実施例を示している。
ここで前述した第1の実施例と対応する部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【0036】
この第2の実施例が上記第1の実施例と異なる部分は検出ヘッド部14の構造であり、即ちこの第2の実施例のスケール装置1における検出ヘッド部14では、第1の実施例の基準摺動部材16及び加圧摺動部材17に代えて、薄板状スケール4が通る凹溝23を有する摺動部材22が設けられている。
【0037】
この摺動部材22は、第1の実施例における基準摺動部材16や加圧摺動部材17と同様の潤滑性の樹脂材や含有メタル等を材料として成形されるブロック状部材であり、その中央部に形成される凹溝23は、センサ15と薄板状スケール4の磁気目盛の記録面との間の距離即ちクリアランスをセンサ15による磁気目盛の検出が可能な範囲内に保つためのものである。
【0038】
即ち、本例の構造ではセンサ15が凹溝23に面して設けられており、この構成において摺動部材22の凹溝23の溝幅kは、薄板状スケール4の厚みmより大きく、かつ薄板状スケール4の厚みmと、センサ15による磁気目盛の検出が可能な最大クリアランスとを合わせた寸法以下に設定されている。
【0039】
例えば、センサ15に磁気抵抗素子を用いた場合、再生波長0.5mmで磁気目盛の検出が可能な最大クリアランスを0.6mmとし、薄板状スケール4の厚みmを0.15mmとすると、凹溝23の溝幅kは0.15<k≦0.75mmに設定し、この凹溝23に薄板状スケール4を通せば、常にセンサ15による磁気目盛の検出が可能な範囲内のクリアランスに保たれるので、正常な位置検出信号が得られることになる。尚、必要に応じてセンサ15に保護手段を設けてもよい。
【0040】
そしてこの第2の実施例においても、第1の実施例と同様に、検出ヘッド部14を薄板状スケール4の幅方向に抜き差しすることができる。また、取り付け誤差の許容についても、第1の実施例と同様の効果が得られる。
【0041】
尚、この第2の実施例において、検出ヘッド部14の摺動部材22は、図14に示すように主摺動部材22aと副摺動部材22bの二部品で構成し、これをビス24によって一体化したものとしてもよい。
【0042】
さらに検出ヘッド部14の摺動部材22は、図15に示すような構造としてもよい。
即ちこの図15の例の摺動部材22は、主摺動部材22aに対し副摺動部材22bが板ばね20によって支持されている。そしてこの副摺動部材22bにはセンサ15の上下において主摺動部材22aに当接する突出部23a,23bが形成されており、この上下の突出部23aと23bの間に薄板状スケール4の通る凹溝23が形成されている。
【0043】
ここで、摺動部材22は、検出ヘッド部14を小型化するために薄くすると剛性が小さくなり、上述の図10のようにスライダ11が傾きθ2 の姿勢変化を起こしたときに溝幅kが開いてクリアランスを所定範囲に保つことができなくなるおそれがあるので、例えば図16に示すような構造とすることによって補強するとよい。
【0044】
即ち、図16に示す検出ヘッド部14では、スライダ11の支板11aの先端に設けた金属製の取付基板22Aの基端部にビス止めにより片持ち支持された副摺動部材22bが、薄くすると剛性を確保できなくなるので、金属補強板22Bとともに上記基端部にビス止めすることによって補強されている。なお、上記取付基板22Aには、副摺動部材22bを取り外した状態の正面図を図17に示してあるように、平面形状がU字状に成形された主摺動部材22aがセンサ15を囲む状態でビス止めされている。
【0045】
この図16に示した検出ヘッド部14では、摺動部材22における凹溝23の溝幅kは、Y寸法を形成する主摺動部材22a及び取付基板22Aの各部品寸法で設定され、副摺動部材22b及び金属補強板22Bがビス止めされることで所望の溝幅kとなる凹溝23が設定される。各部品寸法のみで所望の溝幅kを得られない場合、取付基板22Aの基端部と上記副摺動部材22bの間に介在させるスペーサ25によって溝幅kを調整することができる。
【0046】
また、この図16に示した検出ヘッド部14では、薄板状スケール4が抜き差しされる摺動部材22の凹溝23を形成している上記主摺動部材22a及び副摺動部材22bの先端部22a1 ,22b1 に面取り加工を施しておくことにより、上記凹溝23に薄板状スケール4を簡単に挿入することができるようになっている。
尚、上記主摺動部材22a及び副摺動部材22bの先端部22a1 ,22b1 の少なくとも一方に面取り加工を施しておくことにより、上記凹溝23に薄板状スケール4を簡単に挿入することができる。
【0047】
この構造においては、必要に応じてセンサ15の左右方向に塵埃等を除去するためのワイパーを設けてもよい。
【0048】
即ち、検出ヘッド部14には、図18及び図19に示すように、弾性を有する金属板などで形成されたワイパーホルダ26により摺動部材22の両端部分にワイパー27を取り付けることができる。この場合、ワイパー27は、薄板状スケール4を表裏両面側から挟むように設けられる。
【0049】
このワイパー27は、フェルトやスポンジなどからなり、油を含浸させることにより潤滑性が高められている。またこのワイパー27の材質としては、ゴムを使用してもよい。
またワイパー27は、ワイパーホルダ26を弾性変形させることによって簡単に交換できるようになっている。
【0050】
このようにワイパー27が取り付けられた検出ヘッド部14では、凹溝23に通される薄板状スケール4の表面及び裏面に付着される塵埃などを上記ワイパー27で除去することができる。
【0051】
ここで、図20に示すように上記ワイパー27の側縁を薄板状スケール4の長さ方向に対して傾斜させた形状にしておくことにより、摺動によって薄板状スケール4の表面から除去した塵埃などを薄板状スケール4の表面外に案内して排除することができる。
【0052】
この場合、ワイパー27の傾斜は、塵埃などが筺体3の開放面側にいくようにするとよい。
即ち本例においては、塵埃などが筺体3の開放面側(下面側)に案内されるように、ワイパー27の傾斜は逆台形状の傾斜となっており、これによって塵埃などが筺体3の開放面から筺体3の外へ効果的に排出されるようになっている。
尚、このワイパー27は、他の実施例にも使用できることはもちろんである。
【0053】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
例えば、以上の実施例ではベース体として断面略コ字形の筺体3を使用しているが、この筺体3に代えてベース体を平板体や断面L字形の折り曲げ板体で形成したオープンタイプのスケール装置にも本発明を適用できることはもちろんである。
【0054】
さらに以上の実施例では、本発明を磁気スケール装置に適用した例について説明したが、本発明は磁気スケール装置の他にも光学式スケール装置や静電容量式スケール装置においても適用することができ、方式は問わない。
【0055】
【発明の効果】
以上に説明した如く本発明のスケール装置は、検出ヘッド部を薄板状スケールの幅方向に抜き差し可能な構造としたことにより、薄板状スケールのどの部分からも検出ヘッド部を組み付けることができ、また取り外すこともできるので、組み付け性及びメンテナンス性が非常に良好となる。
また本発明のスケール装置では、スライダの姿勢変化に対応するための複雑な自在機構を設ける必要がないので、部品点数が少なく抑えられ、ローコストなスケール装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるスケール装置の第1の実施例を示す一部切り欠いた斜視図である。
【図2】同、一部切り欠いた正面図である。
【図3】同、側面図である。
【図4】同、筺体ユニットの要部の縦断側面図である。
【図5】同、筺体にダストリップを取り付けた状態の説明図である。
【図6】同、検出ヘッド部の上面図である。
【図7】同、基準摺動部材の構造例を示す横断面図である。
【図8】同、取り付け誤差の許容の説明図である。
【図9】同、取り付け誤差の許容の説明図である。
【図10】同、取り付け誤差の許容の説明図である。
【図11】同、取り付け誤差の許容の説明図である。
【図12】本発明によるスケール装置の第2の実施例を示す一部切り欠いた斜視図である。
【図13】同、側面図である。
【図14】第2の実施例の変形例の側面図である。
【図15】第2の実施例の他の変形例の側面図である。
【図16】検出ヘッド部を補強した例の側面図である。
【図17】同、副摺動部材を取り外した状態の正面図である。
【図18】検出ヘッド部にワイパーを設けた例の側面図である。
【図19】同、副摺動部材を取り外した状態の正面図である。
【図20】ワイパーの側縁が傾斜した形状例である。
【符号の説明】
1…スケール装置、2…ベースユニット、3…筺体(ベース体)、4…薄板状スケール、10…スライダユニット、11…スライダ、14…検出ヘッド部、15…センサ、16…基準摺動部材、17…加圧摺動部材、22…摺動部材、23…凹溝
Claims (2)
- 目盛が記録されたスケールをベース体に固定してなるベースユニットと、
このベースユニットに対し相対的にスライド可能に設けられ、上記スケールに記録された目盛を検出するセンサを備えたスライダユニットと、
により構成されるスケール装置において、
上記スケールを薄板状に形成し、かつこの薄板状のスケールを、中間部を浮かせた状態で両端部において上記ベース体に固着すると共に、
上記スライダユニット側に、上記センサが設けられ、かつこのセンサと上記スケールの目盛記録面との間の距離を一定に保つための基準摺動部材と、この基準摺動部材に上記スケールの目盛記録面が常に接するように圧力を加える加圧摺動部材と、を有してなる検出ヘッド部を設け、
上記スケールに対し上記検出ヘッド部を、上記スケールの幅方向に抜き差し可能な構造としたことを特徴とするスケール装置。 - 目盛が記録されたスケールをベース体に固定してなるベースユニットと、
このベースユニットに対し相対的にスライド可能に設けられ、上記スケールに記録された目盛を検出するセンサを備えたスライダユニットと、
により構成されるスケール装置において、
上記スケールを薄板状に形成し、かつこの薄板状のスケールを、中間部を浮かせた状態で両端部において上記ベース体に固着すると共に、
上記スライダユニット側に、上記センサが設けられ、かつこのセンサと上記スケールの目盛記録面との間の距離を上記センサによる目盛検出が可能な範囲内に保つ凹溝を有する摺動部材を有してなる検出ヘッド部を設け、
上記スケールに対し上記検出ヘッド部を、上記スケールの幅方向に抜き差し可能な構造としたことを特徴とするスケール装置。
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