JP4703376B2 - Linear encoder - Google Patents

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Description

本発明は、工作機械等の加工時における相対移動量を測定する際に好適な光学式のリニアエンコーダに関するものであり、特に熱膨張の影響による測定誤差を防止する構造を有する光学式リニアエンコーダに関するものである。   The present invention relates to an optical linear encoder suitable for measuring a relative movement amount during machining of a machine tool or the like, and more particularly to an optical linear encoder having a structure for preventing a measurement error due to the influence of thermal expansion. Is.

工作機械等において、被加工物に対する工具の相対移動量を正確に測定することは、精密加工を行う上で極めて重要であり、このための測定装置が種々製品化されている。   In a machine tool or the like, it is extremely important to accurately measure the relative movement amount of a tool with respect to a workpiece, and various measuring apparatuses for this purpose have been commercialized.

その1つとして、光学格子を2枚重ね合わせることにより得られるモアレ縞を利用した光学式スケールが従来から知られている。この光学式スケールは、反射性のガラススケールの一面に透光部と非透光部が所定のピッチで配列するよう格子(刻線)を設けたメインスケールと、センサ部の表面に設けた透明ガラスの一面に透光部と非透光部が所定のピッチで配列するよう格子(刻線)を設けたインデックススケールを有し、このメインスケールとインデックススケールを微小な間隔を置いて対向させるとともに、メインスケールの格子に対し微小角度傾けられるようにインデックススケールの格子を配置している。   As one of them, an optical scale using moire fringes obtained by superposing two optical gratings is conventionally known. This optical scale has a main scale provided with a grid (marked line) on one surface of a reflective glass scale so that a transparent portion and a non-transparent portion are arranged at a predetermined pitch, and a transparent surface provided on the surface of the sensor portion. It has an index scale with a grid (scribing line) on one surface of the glass so that the light transmitting and non-light transmitting portions are arranged at a predetermined pitch, and the main scale and the index scale are opposed to each other with a minute interval. The index scale grating is arranged so as to be tilted at a minute angle with respect to the main scale grating.

そして、格子が1ピッチP移動すると、モアレ縞は縞の間隔だけ変位することになり、間隔内のスリットの透過光や反射光の変化を読み取ることにより、1ピッチ内の移動量を精密に測定することができるようになる。   When the grating moves by 1 pitch P, the moire fringes are displaced by the interval of the stripes, and the amount of movement within 1 pitch is accurately measured by reading the changes in the transmitted light and reflected light of the slits within the interval. Will be able to.

このような従来の光学式スケール、つまりリニアエンコーダの具体的構成を図6,7に示す。図6は従来のリニアエンコーダ1の正面図、図7はそのA−A’断面矢視図をそれぞれ示している。図示例のリニアエンコーダ1は、ガラススケール3を滑走するスライダユニット4、工作機械等の可動部(図示せず)に取り付けるためのヘッドキャリア6等から構成されている。   A specific configuration of such a conventional optical scale, that is, a linear encoder is shown in FIGS. FIG. 6 is a front view of the conventional linear encoder 1, and FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line A-A '. The illustrated linear encoder 1 includes a slider unit 4 that slides on a glass scale 3 and a head carrier 6 that is attached to a movable part (not shown) such as a machine tool.

スライダユニット4は、前記のようにガラススケール3と対向配置され格子(刻線)が設けられたインデックススケールと光学センサとを有するセンサ部41と、ガラススケール3の振れを少なく滑走させるための左右の側部ガイドローラ42、下部ガイドローラ43、および側部下ガイドローラ45とを有する。使用する際は、図7に示されるように、ガラススケール3とスライダユニット4をスケールベース11の内部に収納し、その開口部は第1のシール部材14および第2のシール部材15によって密封して油や埃等が侵入しないような構造となっている。   As described above, the slider unit 4 includes a sensor unit 41 having an index scale and an optical sensor that are arranged opposite to the glass scale 3 and provided with a lattice (scribing line), and a left and right for sliding the glass scale 3 with less vibration. Side guide roller 42, lower guide roller 43, and side lower guide roller 45. When used, as shown in FIG. 7, the glass scale 3 and the slider unit 4 are accommodated in the scale base 11 and the opening thereof is sealed by the first seal member 14 and the second seal member 15. The structure prevents oil and dust from entering.

ヘッドキャリア2は、被測定物である工作機械等の可動部に取り付けられ、連結支柱21を介してスライダユニット4と接続されると共に、被測定物の動作にある程度追従できるような自由度をもつ構造になっている。   The head carrier 2 is attached to a movable part such as a machine tool, which is the object to be measured, and is connected to the slider unit 4 via the connection column 21 and has a degree of freedom that can follow the operation of the object to be measured to some extent. It has a structure.

ヘッドキャリア2本体に支柱21を介して保持されるスライダ保持部22には、スライダ保持バネ44の一端側が固定され、その他端側がスライダユニット4に固定されている。このスライダ保持バネ44は、ピアノ線等のような弾性を有する針金状のバネであって、スライダ保持部22からスライダユニット4をガラススケール3側に押しつけるように付勢し保持している。このため、スライダユニット4のセンサ部41は、ガラススケール3に対して恒に一定の距離を保って対向しながら移動することができ、しかも工作機械からの振動に対し追従性をもたせることもできる。   One end side of the slider holding spring 44 is fixed to the slider holding portion 22 held by the head carrier 2 body via the column 21, and the other end side is fixed to the slider unit 4. The slider holding spring 44 is a wire-like spring having elasticity such as a piano wire and urges and holds the slider unit 4 from the slider holding portion 22 toward the glass scale 3 side. For this reason, the sensor unit 41 of the slider unit 4 can move while facing the glass scale 3 at a constant distance, and can also follow the vibration from the machine tool. .

ガラススケール3は、図7に示されるように、ひも状ないし円柱状の丸ゴム5と接着剤6とにより、スケールベース11内部の取付溝11aに装着されている。すなわち、図示例の構造では、ガラススケール3を取付溝11aの図面左側面に押しつけるようにして収納し、その余った空間部分に接着剤6とひも状ないし円柱状の丸ゴム5とをそれぞれ埋め込むことで、ガラススケール3を前記右側面方向にゴムの弾性により付勢しながら接着・保持し、振動や熱膨張の影響にも適応できるようになっている。このとき、ガラススケール3はスケールベース11に対して真直性を維持した状態で取り付けられることが前提となる。   As shown in FIG. 7, the glass scale 3 is mounted in a mounting groove 11 a inside the scale base 11 with a string-like or cylindrical round rubber 5 and an adhesive 6. That is, in the structure of the illustrated example, the glass scale 3 is housed so as to be pressed against the left side of the mounting groove 11a in the drawing, and the adhesive 6 and the string-like or columnar round rubber 5 are embedded in the remaining space. Thus, the glass scale 3 is bonded and held while being urged by the elasticity of rubber in the right side surface direction, and can be adapted to the influence of vibration and thermal expansion. At this time, it is assumed that the glass scale 3 is attached to the scale base 11 while maintaining straightness.

この、ガラススケール3の取り付けは、通常製品の工場出荷時、工作機械、測長装置に装着後、振動や衝撃などにより、ガラススケール3が真直性を維持し、取付溝11aから脱落しないように取り付けられる。   The glass scale 3 is usually attached to the machine tool and the length measuring device at the time of shipment from the factory, and the glass scale 3 is kept straight by vibrations or shocks so that the glass scale 3 is not dropped from the mounting groove 11a. It is attached.

ひも状ないし円柱状の丸ゴム5は、この例ではガラススケール3の中央部と両端部の3箇所にそれぞれ埋め込まれ、その間の空間部分に接着剤が塗布され接着固定される。丸ゴムの取り付け位置や個数は、ガラススケール3の大きさや形状などにより異なる。   In this example, the string-like or columnar round rubber 5 is embedded in the central portion and both end portions of the glass scale 3, respectively, and an adhesive is applied to the space portion between them to be bonded and fixed. The mounting position and number of round rubbers vary depending on the size and shape of the glass scale 3.

リニアエンコーダ1は、図示しない工作機械の固定部にスケールベース11が中間サポート12、および両端の取付部13をネジ止め等することにより取り付けられ、また工作機械の可動部にはヘッドキャリア2が取り付けられる。そして、この可動部の移動量(変位)がガラススケール3とスライダユニット4のセンサ部41の相対移動量として検出される。   The linear encoder 1 is attached to a fixed part of a machine tool (not shown) by screwing a scale base 11 with an intermediate support 12 and attachment parts 13 at both ends, and a head carrier 2 is attached to a movable part of the machine tool. It is done. Then, the movement amount (displacement) of the movable part is detected as the relative movement amount of the glass scale 3 and the sensor unit 41 of the slider unit 4.

しかし、このような構成のリニアエンコーダ1は、その構成部材であるスケールベース11、ガラススケール3、ひも状ないし円柱状の丸ゴム5、および接着剤6がそれぞれ異なった熱膨張係数を有している。このため、リニアエンコーダ1の取付環境の温度変化に伴い、各部材でそれぞれ異なった温度係数による伸縮が生じる。そして、この各部材毎の異なる伸縮は、以下のような問題を生じることとなる。   However, in the linear encoder 1 having such a configuration, the scale base 11, the glass scale 3, the string-like or cylindrical round rubber 5, and the adhesive 6 that are constituent members thereof have different thermal expansion coefficients. Yes. For this reason, along with the temperature change of the installation environment of the linear encoder 1, each member causes expansion and contraction due to different temperature coefficients. The different expansion / contraction for each member causes the following problems.

すなわち、スケールベースの構成部材には、通常アルミニウムが用られるが、このアルミニウムは剛性が低く、温度変化による収縮を抑える機構もないため温度変化の影響を極めて受けやすい。このため、温度変化により、ガラススケールは熱膨張係数の大きなスケールベースの伸縮に引っ張られることになる。   In other words, aluminum is usually used for the constituent members of the scale base, but this aluminum has low rigidity and is not easily affected by temperature changes because there is no mechanism for suppressing shrinkage due to temperature changes. For this reason, the glass scale is pulled by the expansion and contraction of the scale base having a large thermal expansion coefficient due to the temperature change.

一方、ガラススケール3を面圧接固定する丸ゴムは、取付溝とガラススケールとの間に挿入される際にねじれてしまうことが多く、これが不要な応力を内部に蓄えることになる。そして、上記のようなスケールベースとガラススケールの温度係数の違いによる挙動の際、この内部応力により摩擦抵抗やストレスをより多く受けてしまう。   On the other hand, the round rubber for fixing the glass scale 3 to the surface pressure contact is often twisted when inserted between the mounting groove and the glass scale, which accumulates unnecessary stress inside. And, in the behavior due to the difference in temperature coefficient between the scale base and the glass scale as described above, the internal stress causes more frictional resistance and stress.

その結果、温度変化域から安定域に移行した場合でも、ガラススケールが不規則な位置に挙動してしまうことがある。つまり、一旦温度が変化した後、元の温度に戻った場合でも、同じ精度を示さないという不具合を生じることがあった。また、ガラススケールの精度誤差が温度変化時に大きくなる場合もあり、精度誤差が安定しないといった問題もあった。   As a result, even when the temperature change region shifts to the stable region, the glass scale may behave irregularly. That is, even when the temperature once changes and then returns to the original temperature, there is a problem that the same accuracy is not exhibited. In addition, there is a problem that the accuracy error of the glass scale increases when the temperature changes, and the accuracy error is not stable.

なお、上記のようなひも状ないし円柱状の丸ゴムを用いてガラススケールを固定する構造は、例えば実開昭55−157713号公報(特許文献1)、特開昭58−174806号公報(特許文献2)、特開昭59−226807号公報(特許文献3)、特開昭59−226809号公報(特許文献4)等に開示されている。   The structure for fixing the glass scale using the string-like or columnar round rubber as described above is disclosed in, for example, Japanese Utility Model Laid-Open No. 55-157713 (Patent Document 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-174806 (patent). Document 2), Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-226807 (Patent Document 3), Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-226809 (Patent Document 4), and the like.

しかし、何れの文献も、上記丸ゴムのねじれによるストレスの影響について言及したものはなく、これを示唆する記述もない。
実開昭55−157713号公報 特開昭58−174806号公報 特開昭59−226807号公報 特開昭59−226809号公報
However, none of the documents mentions the influence of stress due to the twist of the round rubber, and there is no description suggesting this.
Japanese Utility Model Publication No. 55-157713 JP 58-174806 A JP 59-226807 A JP 59-226809 A

本発明の目的は、上記ガラススケール固定用の弾性部材が内在する応力による不具合を解消し、温度変化による測定誤差、あるいは測定精度のばらつきの少ないリニアスケールを提供することである。   An object of the present invention is to provide a linear scale that eliminates the problems caused by the stress inherent in the elastic member for fixing the glass scale and has little measurement error due to temperature change or variation in measurement accuracy.

すなわち上記目的は、以下の本発明の構成により達成される。
(1) ガラススケールと、このガラススケールを走査して位置測定値を得るスライダユニットと、これらのガラススケールとスライダユニットとを収納する中空状のスケールベースとを有し、
前記ガラススケールの一部がスケールベースの取付溝内に収納され、
この収納されたガラススケールと取付溝側面とが対向する空間の一部領域に弾性部材が配置され、かつその他の空間領域には接着剤が配置されてガラススケールが固定されており、
前記弾性部材は、球状または扁平な球状であり、これが複数並べて配置されているリニアエンコーダ。
(2) 前記弾性部材は、球状のNBRゴムである上記(1)のリニアエンコーダ。
That is, the above object is achieved by the following configuration of the present invention.
(1) a glass scale, a slider unit that scans the glass scale to obtain a position measurement value, and a hollow scale base that accommodates the glass scale and the slider unit,
A part of the glass scale is stored in a mounting groove of the scale base,
The elastic member is arranged in a partial region of the space where the stored glass scale and the mounting groove side face, and the glass scale is fixed by arranging an adhesive in the other space region,
The elastic member is a linear encoder in which a plurality of the elastic members are arranged in a spherical shape or a flat spherical shape.
(2) The linear encoder according to (1), wherein the elastic member is a spherical NBR rubber.

本発明によれば、ガラススケール固定用の弾性部材が内在する応力を極力少なくして、それによる不具合を解消し、温度変化による測定誤差、あるいは測定精度のばらつきの少ないリニアスケールを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a linear scale in which the stress inherent in the elastic member for fixing the glass scale is reduced as much as possible to eliminate the problems caused thereby, and the measurement error due to temperature change or the variation in measurement accuracy is small. it can.

本発明のリニアエンコーダは、例えば図1に示すように、ガラススケール3と、このガラススケール3を走査して位置測定値を得るスライダユニット(図示せず)と、これらのガラススケール3とスライダユニットとを収納する中空状のスケールベース11とを有し、前記ガラススケール3の一部がスケールベース11の取付溝内11aに収納され、この収納されたガラススケール3と取付溝側面11aとが対向する空間の一部領域に弾性部材7が配置され、かつその他の空間領域には接着剤が配置されてガラススケール3が固定されており、前記弾性部材7は、球状または扁平な球状であって、これが複数並べて配置されている。また、好ましくは前記弾性部材は、球状のNBRゴムである。ここで、図1は、本発明のリニアエンコーダの基本構成を示す概略断面斜視図である。   As shown in FIG. 1, for example, the linear encoder of the present invention includes a glass scale 3, a slider unit (not shown) that scans the glass scale 3 to obtain a position measurement value, and the glass scale 3 and the slider unit. And a part of the glass scale 3 is stored in the mounting groove 11a of the scale base 11, and the stored glass scale 3 and the mounting groove side surface 11a face each other. The elastic member 7 is disposed in a partial region of the space to be operated, and the adhesive is disposed in the other space region and the glass scale 3 is fixed. The elastic member 7 has a spherical shape or a flat spherical shape. A plurality of these are arranged side by side. Preferably, the elastic member is a spherical NBR rubber. Here, FIG. 1 is a schematic sectional perspective view showing the basic configuration of the linear encoder of the present invention.

このように、ガラススケール3を固定する弾性部材の形状を球状または扁平な球状とすることで、装着時に不要な応力を内在することなく、容易に装着でき、しかも熱膨張係数の違いによるガラススケールとスケールベースのずれ応力を円滑に解放することができ、所定の温度サイクル条件下でもスケールベース11とガラススケール3の位置関係を安定して維持することができる。このため、温度変化による測定誤差、あるいは測定精度のばらつきの少ないリニアエンコーダを提供することができる。   As described above, the elastic member for fixing the glass scale 3 has a spherical shape or a flat spherical shape, so that it can be easily mounted without any unnecessary stress at the time of mounting, and the glass scale has a different thermal expansion coefficient. Therefore, the displacement stress between the scale base 11 and the glass scale 3 can be stably maintained even under a predetermined temperature cycle condition. Therefore, it is possible to provide a linear encoder with little measurement error due to temperature change or variation in measurement accuracy.

本発明では、スケールベースの取付溝側面と収納されたガラススケールとが対向する空間領域の一部に弾性部材が配置される。このような弾性部材としては、金属板を折り曲げたようなバネやコイルバネなどの金属バネを用いることも可能であるが、本発明では価格や取り扱いの面からエラストマー等の弾性部材を用いる。またその形状としては球状または扁平な球状である。   In this invention, an elastic member is arrange | positioned in a part of space area where the attachment groove side surface of a scale base and the accommodated glass scale oppose. As such an elastic member, a metal spring such as a spring obtained by bending a metal plate or a coil spring can be used. However, in the present invention, an elastic member such as an elastomer is used from the viewpoint of cost and handling. The shape is spherical or flat.

ここで、球状とは弾性体の何れの方向からの断面が全て円形となる球体であり、真球度が好ましくは10〜200μm、より好ましくは10〜100μm程度のものがよい。ここで、真球度は、球1個を真円度測定器で互いに90度をなす2または3赤道表面の輪郭を測定し、それぞれの最小外接円から鋼球表面までの半径方向の距離の最大の値として求めることができる。あるいは、球1個を90度および120度のV溝とこれに垂直な測定子との間に置き、方向を変えて測定したときの測定子の動きの最大の値を2で除した値としてもよい。なお、半径法の真円度は、最大半径−最小半径で求められる。l   Here, the spherical shape is a sphere having a circular cross section from any direction of the elastic body, and the sphericity is preferably 10 to 200 μm, more preferably about 10 to 100 μm. Here, the sphericity is measured by measuring the contours of two or three equator surfaces that form one sphere at 90 degrees with a roundness measuring instrument, and the radial distance from each minimum circumscribed circle to the steel ball surface. It can be obtained as the maximum value. Alternatively, one ball is placed between the 90-degree and 120-degree V-grooves and a probe perpendicular thereto, and the maximum value of the movement of the probe when measured in a different direction is divided by 2. Also good. In addition, the roundness of the radius method is obtained by the maximum radius-minimum radius. l

なお、本発明では一見して球状と認められる程度のものでもよく、さらには扁平な球状のものでもよい。ここで扁平な球状とは、例えばラグビーボールのように、断面が円形の部分と断面が楕円形の部分を有するような形状のものをいう。つまり、これらの弾性部材を用いることで、従来線状の接点であったものが点状の接点となり、接触している部材と、弾性部材自体の移動の自由度が増し、移動の際の抵抗も少なくなって、余分な応力を蓄積し難くなる。   In addition, in the present invention, it may be recognized as spherical at first glance, and may be flat spherical. Here, the flat spherical shape means a shape having a circular section and an elliptic section, such as a rugby ball. In other words, by using these elastic members, what has been a linear contact point in the past becomes a point-like contact point, which increases the degree of freedom of movement between the contacting member and the elastic member itself, and resistance during movement. It becomes difficult to accumulate extra stress.

このような弾性部材としては、所定の弾性率を有する樹脂などの材料であれば特に限定されるものではないが、特にエラストマーとして分類されるものが好ましい。このようなエラストマーとしては、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ニトリルブタジエンゴム(NBR)、ネオプレンゴム(NR)、オレフィン系エラストマー、ナイロン系エラストマー、ウレタンゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、フッソゴム(FPM)、エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)、クロロプレンゴムまたは少なくともこれらと同等程度の弾性力を有するものが挙げられる。これらの中でも特にエンコーダの固有振動数に対しかけ離れた固有振動数をもち減衰性に優れたものがよく、特にニトリルブタジエンゴム(NBR)が好ましい。   Such an elastic member is not particularly limited as long as it is a material such as a resin having a predetermined elastic modulus, but is preferably classified as an elastomer. Such elastomers include natural rubber, styrene butadiene rubber (SBR), nitrile butadiene rubber (NBR), neoprene rubber (NR), olefin elastomer, nylon elastomer, urethane rubber, acrylic rubber, silicone rubber, and fluoro rubber (FPM). ), Ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), chloroprene rubber, or at least an elastic force equivalent to these. Among these, particularly those having a natural frequency far from the natural frequency of the encoder and excellent in damping properties are preferable, and nitrile butadiene rubber (NBR) is particularly preferable.

弾性部材の断面(最小断面)の大きさは、隙間に挿入したときに有る程度変形して、その弾性によりガラススケールを固定できるだけの押圧力を生じる程度の大きさとすればよい。また、一箇所に配置される弾性部材の個数やその間隔は、ガラススケールの大きさや、ガラススケールを保持する上で必要な押圧力等を考慮して、最適な数、間隔に決めればよい。具体的な間隔としては、弾性部材同士が接触する程度の間隔または接触しない程度の間隔から弾性部材1個分までの間隔の間で選択することが望ましい。   The size of the cross-section (minimum cross-section) of the elastic member may be set to such a size that the elastic member is deformed to the extent that it is inserted into the gap and that the elasticity can generate a pressing force enough to fix the glass scale. Further, the number of elastic members arranged at one place and the interval between them may be determined to be the optimum number and interval in consideration of the size of the glass scale, the pressing force necessary for holding the glass scale, and the like. As a specific interval, it is desirable to select between an interval at which the elastic members are in contact with each other or an interval at which the elastic members are not in contact with an interval from one elastic member to another.

本発明では、スケールベースの取付溝側面と収納されたガラススケールとが対向する空間領域の弾性部材が配置される以外の領域には、少なくともその一部に接着剤が配置される。このような接着剤としては、スケールベースとガラススケールとのずれをある程度吸収するために接着強度が低いものが好ましい。具体的にはJIS K6850に準拠する引張せん断力が、好ましくは11Mpa(N/mm2)以下であり、より好ましくは10Mpa(N/mm2)以下であり、特に6Mpa(N/mm2)以下、場合によっては3Mpa(N/mm2)以下であることが望ましい。またその下限としてはスケールを規制し、保持できる強度を要求されるが、最低限0.6Mpa(N/mm2)程度であれば使用可能である。 In the present invention, an adhesive is disposed in at least a part of the region other than the region where the elastic member in the space region where the side surface of the mounting groove of the scale base and the accommodated glass scale face each other. As such an adhesive, an adhesive having a low adhesive strength is preferable in order to absorb the deviation between the scale base and the glass scale to some extent. Specifically, the tensile shear force according to JIS K6850 is preferably 11 Mpa (N / mm 2 ) or less, more preferably 10 Mpa (N / mm 2 ) or less, and particularly 6 Mpa (N / mm 2 ) or less. In some cases, it is desirable that the pressure be 3 Mpa (N / mm 2 ) or less. In addition, the lower limit is required to have a strength that regulates and maintains the scale, but it can be used if it is at least about 0.6 Mpa (N / mm 2 ).

また、その硬さ(ショアD硬度)としては、好ましくは70未満10以上であり、より好ましくは50以下20以上である。接着剤が硬すぎるとガラススケールとスケールベースとの熱膨張の差を吸収することが困難になり、内部に応力が蓄積されやすくなる。   Further, the hardness (Shore D hardness) is preferably less than 70 and 10 or more, and more preferably 50 or less and 20 or more. If the adhesive is too hard, it becomes difficult to absorb the difference in thermal expansion between the glass scale and the scale base, and stress tends to accumulate inside.

このような接着剤としては、例えばシリコーン系接着剤がある。シリコーン系接着剤としては、例えばセメダイン株式会社(CEMEDINE CO.,LTD.)の「PM100」、「PM155」、「PM165」、「PM300」、「PM200」、「PM155」、「EP001」等が挙げられ、さらにThree・Bond・Co,Ltd.の「1220」、「1221」、「1230」、GE東芝シリコーン株式会社「TSE392」、「TSE3925」、「TSE397」「TSE3971」、「TSE3972」、「TSE3975」、「TSE399」等が挙げられる。   An example of such an adhesive is a silicone-based adhesive. Examples of silicone adhesives include “PM100”, “PM155”, “PM165”, “PM300”, “PM200”, “PM155”, “EP001”, etc., manufactured by CEMEDINE CO., LTD. Furthermore, Three Bond Co, Ltd. “1220”, “1221”, “1230”, GE Toshiba Silicone Corporation “TSE392”, “TSE3925”, “TSE397” “TSE3971”, “TSE3972”, “TSE3975”, “TSE399” and the like.

このような光学式スケール、つまりリニアエンコーダのより具体的な構成を図2,3に示す。図2は本発明のリニアエンコーダ1の正面図、図3はそのA−A’断面矢視図をそれぞれ示している。図示例のリニアエンコーダ1は、ガラススケール3を滑走するスライダユニット4、工作機械等の可動部(図示せず)に取り付けるためのヘッドキャリア6等から構成されている。   A more specific configuration of such an optical scale, that is, a linear encoder is shown in FIGS. FIG. 2 is a front view of the linear encoder 1 according to the present invention, and FIG. The illustrated linear encoder 1 includes a slider unit 4 that slides on a glass scale 3 and a head carrier 6 that is attached to a movable part (not shown) such as a machine tool.

スライダユニット4は、周知のようにガラススケール3と対向配置され格子(刻線)が設けられたインデックススケールおよび光学センサを有するセンサ部41と、ガラススケール3を滑らかに滑走させるための左右の側部ガイドローラ42、下部ガイドローラ43、および側部下ガイドローラ45とを有する。使用する際は、図3に示されるように、ガラススケール3とスライダユニット4をスケールベース11の内部に収納し、その開口部は第1のシール部材14および第2のシール部材15によって密封して油や埃等が侵入しないような構造となっている。   The slider unit 4 is, as is well known, a sensor unit 41 having an index scale and an optical sensor disposed opposite to the glass scale 3 and provided with a lattice (engraving line), and left and right sides for smoothly sliding the glass scale 3. A part guide roller 42, a lower guide roller 43, and a side lower guide roller 45. When used, as shown in FIG. 3, the glass scale 3 and the slider unit 4 are accommodated in the scale base 11, and the opening is sealed by the first seal member 14 and the second seal member 15. The structure prevents oil and dust from entering.

ヘッドキャリア2は、被測定物である工作機械等の可動部に取り付けられ、連結支柱21を介してスライダユニット4と接続されると共に、被測定物の動作にある程度追従できるような自由度をもつ構造になっている。   The head carrier 2 is attached to a movable part such as a machine tool, which is the object to be measured, and is connected to the slider unit 4 via the connection column 21 and has a degree of freedom that can follow the operation of the object to be measured to some extent. It has a structure.

ヘッドキャリア2本体に支柱21を介して保持されるスライダ保持部22には、スライダ保持バネ44の一端側が固定され、その他端側がスライダユニット4に固定されている。このスライダ保持バネ44は、ピアノ線等のような弾性を有する針金状のバネであって、スライダ保持部22からスライダユニット4をガラススケール3側に押しつけるように付勢し保持している。このため、スライダユニット4のセンサ部41は、ガラススケール3に対して恒に一定の距離を保って対向しながら移動することができ、しかも工作機械からの振動に対し追従性をもたせることもできる。   One end side of the slider holding spring 44 is fixed to the slider holding portion 22 held by the head carrier 2 body via the column 21, and the other end side is fixed to the slider unit 4. The slider holding spring 44 is a wire-like spring having elasticity such as a piano wire and urges and holds the slider unit 4 from the slider holding portion 22 toward the glass scale 3 side. For this reason, the sensor unit 41 of the slider unit 4 can move while facing the glass scale 3 at a constant distance, and can also follow the vibration from the machine tool. .

ガラススケール3は、図3に示されるように、球状の弾性部材7と接着剤6とにより、スケールベース11内部の取付溝11aに装着されている。すなわち、図示例の構造では、ガラススケール3を取付溝11aの図面左側面に押しつけるようにして収納し、その余った空間部分に接着剤6と球状の弾性部材7とをそれぞれ埋め込むことで、ガラススケール3を前記右側面方向にゴムの弾性により付勢しながら接着・保持し、振動や熱膨張の影響にも適応できるようになっている。このとき、ガラススケール3はスケールベース11に対して真直性を維持した状態で取り付けられることが前提となる。   As shown in FIG. 3, the glass scale 3 is mounted in a mounting groove 11 a inside the scale base 11 with a spherical elastic member 7 and an adhesive 6. That is, in the structure of the illustrated example, the glass scale 3 is housed so as to be pressed against the left side of the mounting groove 11a in the drawing, and the adhesive 6 and the spherical elastic member 7 are embedded in the remaining space portions, respectively. The scale 3 is adhered and held while being urged by the elasticity of rubber in the right side surface direction, so that it can be adapted to the effects of vibration and thermal expansion. At this time, it is assumed that the glass scale 3 is attached to the scale base 11 while maintaining straightness.

この、ガラススケール3の取り付けは、通常製品の工場出荷時、工作機械、測長装置に装着後、振動や衝撃などにより、ガラススケール3が真直性を維持し、取付溝11aから脱落しないように取り付けられる。   The glass scale 3 is usually attached to the machine tool and the length measuring device at the time of shipment from the factory, and the glass scale 3 is kept straight by vibrations or shocks so that the glass scale 3 is not dropped from the mounting groove 11a. It is attached.

球状の弾性部材である球ゴムは、この例ではガラススケール3の両端部と中央部の3箇所にそれぞれ適当な間隔を置いて複数個埋め込まれ、その間の空間部分にはシリコーン系などの低接着強度で比較的硬度の低い接着剤が塗布され接着固定される。球ゴムの取り付け位置や個数は、上記のようにガラススケール3の大きさや形状などにより異なる。   In this example, a plurality of spherical rubbers, which are spherical elastic members, are embedded at appropriate intervals in both ends and the center of the glass scale 3, and a space between them is made of a low adhesive such as silicone. An adhesive having a low strength and a relatively low hardness is applied and fixed. The mounting position and number of the ball rubbers vary depending on the size and shape of the glass scale 3 as described above.

このようなリニアエンコーダ1は、例えば図示しない工作機械の固定部にスケールベース11が中間サポート12、および両端の取付部13をネジ止め等することにより取り付けられ、また工作機械の可動部にはヘッドキャリア6が取り付けられる。そして、この可動部の移動量(変位)がガラススケール3とスライダユニット4のセンサ部41の相対移動量として検出される。   Such a linear encoder 1 is attached to a fixed part of a machine tool (not shown) by, for example, a scale base 11 being screwed to an intermediate support 12 and attachment parts 13 at both ends, and a head is attached to a movable part of the machine tool. A carrier 6 is attached. Then, the movement amount (displacement) of the movable part is detected as the relative movement amount of the glass scale 3 and the sensor unit 41 of the slider unit 4.

発明サンプルとして図2,3に示すような構成のリニアエンコーダと、比較サンプルとして、図6,7に示すような構成のリニアエンコーダを用意した。ガラススケールの長さは公称読み取り長320mmとし、弾性部材には、NBRゴムの球状のもの(真球度:150〜100μm 以下)を用い、約3mm間隔で、3個をそれぞれ図示例の位置に収納した。接着剤として、シリコーン系接着剤〔1成分型シリコーンシーラント(アルコール型)〕、東レダウコーニング株式会社(旧東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社)製、商品名SE 9176 CLEARを用いた。比較サンプルでは、円柱状のNBR丸ゴムを用いた。   A linear encoder configured as shown in FIGS. 2 and 3 was prepared as an inventive sample, and a linear encoder configured as shown in FIGS. 6 and 7 was prepared as a comparative sample. The glass scale has a nominal reading length of 320 mm, and the elastic member is a spherical NBR rubber (sphericity: 150 to 100 μm or less). Stowed. As the adhesive, a silicone-based adhesive [one-component type silicone sealant (alcohol type)], manufactured by Toray Dow Corning Co., Ltd. (former Toray Dow Corning Silicone Co., Ltd.) and trade name SE 9176 CLEAR were used. In the comparative sample, cylindrical NBR round rubber was used.

これら発明サンプルと比較サンプルを20℃→50℃→20℃→0℃→20℃の温度サイクル下において、スケールの位置ずれを調べた。ずれに検出には、ガラススケールの両端部と中央部にそれぞれスライダユニットを配置し、この3つのスライダユニットでスケールベースに対するガラススケールのずれを検出した。結果を図4,5に示す。   These inventive samples and comparative samples were examined for scale displacement under a temperature cycle of 20 ° C. → 50 ° C. → 20 ° C. → 0 ° C. → 20 ° C. For detection of displacement, slider units were arranged at both ends and the center of the glass scale, respectively, and the displacement of the glass scale relative to the scale base was detected by these three slider units. The results are shown in FIGS.

図4,5から明らかなように、従来のサンプルの図4では、基準温度である20℃から50℃に上昇させたとき、スケール右側の変化量が左側に比べて大きく、中央部分も右側に10μm 以上変化している。また、再び20℃に戻した場合、特に左センサ部からの出力は元の位置から左側に十ミクロン程度ずれてしまっていることが判る。さらに、温度を0℃に下降させたときには、スケール右側の変化量が40ミクロン以上と大きいのに対し、左側では十数ミクロン程度でアンバランスであることが判る。また、中央部分も左側に数ミクロンずれている。そして、元の温度に戻したときには、全体的に数ミクロン〜20ミクロン左側にずれてしまっていることが判る。このように、従来の構成では、熱サイクルが加わった場合、スケールベースに対してガラススケールが位置ずれを起こしてしまって、元の状態には再現できない。   As is apparent from FIGS. 4 and 5, in FIG. 4 of the conventional sample, when the reference temperature is raised from 20 ° C. to 50 ° C., the amount of change on the right side of the scale is larger than that on the left side, and the central portion is also on the right side. It has changed by 10 μm or more. In addition, when the temperature is returned to 20 ° C. again, it can be seen that the output from the left sensor part has shifted by about 10 microns to the left from the original position. Furthermore, when the temperature is lowered to 0 ° C., the amount of change on the right side of the scale is as large as 40 microns or more, whereas on the left side, it is understood that the balance is unbalanced at about a dozen microns. The central part is also shifted to the left by several microns. And when it returns to the original temperature, it turns out that it has shifted | deviated to the left of several microns-20 microns as a whole. Thus, in the conventional configuration, when a thermal cycle is applied, the glass scale is displaced with respect to the scale base and cannot be reproduced in the original state.

これに対し、図5の発明サンプルでは、20℃→50℃→20℃→0℃→20℃の熱サイクル中およびサイクル後の変化量は、温度変化時には左右とも同程度の変化量であり、基準温度である20℃の位置では数ミクロン程度のずれしかなく、しかもずれの量は左右で略均等であり、極めて再現性に優れていることが判る。   On the other hand, in the invention sample of FIG. 5, the amount of change during and after the thermal cycle of 20 ° C. → 50 ° C. → 20 ° C. → 0 ° C. → 20 ° C. is the same amount of change on both the left and right when the temperature changes. At the reference temperature of 20 ° C., there is only a deviation of about several microns, and the amount of deviation is substantially equal on the left and right, indicating that the reproducibility is extremely excellent.

本発明は、工作機械等の加工時における相対移動量を測定するリニアエンコーダのみならず、種々の直線距離、移動量、変位量の測定が必要なリニアエンコーダに応用することが可能であり、スライダユニットも上記実施例等の構造に限定されることなく、種々の構造、方式に応用可能である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied not only to a linear encoder that measures a relative movement amount during machining of a machine tool or the like, but also to a linear encoder that requires measurement of various linear distances, movement amounts, and displacement amounts. The unit is not limited to the structure of the above-described embodiments, and can be applied to various structures and systems.

本発明のリニアエンコーダの具体的構成を示す正面図である。It is a front view which shows the specific structure of the linear encoder of this invention. 本発明のリニアエンコーダの具体的構成を示す正面図である。It is a front view which shows the specific structure of the linear encoder of this invention. 図1のA−A断面矢視図である。It is an AA cross-sectional arrow view of FIG. 比較サンプルの熱サイクルにおける左右検出ヘッドのずれを示したグラフである。It is the graph which showed shift | offset | difference of the right-and-left detection head in the thermal cycle of a comparative sample. 発明サンプルの熱サイクルにおける左右検出ヘッドのずれを示したグラフである。It is the graph which showed shift | offset | difference of the right-and-left detection head in the thermal cycle of an invention sample. 従来のリニアエンコーダの具体的構成を示す正面図である。It is a front view which shows the specific structure of the conventional linear encoder. 図6のA−A断面矢視図である。It is an AA cross-sectional arrow view of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 リニアエンコーダ
3 ガラススケール
4 スライダユニット
5 丸ゴム(ひも状ないし円柱状)
6 接着剤
7 弾性部材(球ゴム)
11 スケールベース
11a 取り付け溝
1 Linear encoder 3 Glass scale 4 Slider unit 5 Round rubber (string or cylindrical)
6 Adhesive 7 Elastic member (ball rubber)
11 Scale base 11a Mounting groove

Claims (2)

ガラススケールと、このガラススケールを走査して位置測定値を得るスライダユニットと、これらのガラススケールとスライダユニットとを収納する中空状のスケールベースとを有し、
前記ガラススケールの一部がスケールベースの取付溝内に収納され、
この収納されたガラススケールと取付溝側面とが対向する空間の一部領域に弾性部材が配置され、かつその他の空間領域には接着剤が配置されてガラススケールが固定されており、
前記弾性部材は、球状または扁平な球状であり、これが複数並べて配置されているリニアエンコーダ。
A glass scale, a slider unit that scans the glass scale to obtain a position measurement value, and a hollow scale base that houses the glass scale and the slider unit,
A part of the glass scale is stored in a mounting groove of the scale base,
The elastic member is arranged in a partial region of the space where the stored glass scale and the mounting groove side face, and the glass scale is fixed by arranging an adhesive in the other space region,
The elastic member is a linear encoder in which a plurality of the elastic members are arranged in a spherical shape or a flat spherical shape.
前記弾性部材は、球状のNBRゴムである請求項1のリニアエンコーダ。   The linear encoder according to claim 1, wherein the elastic member is a spherical NBR rubber.
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