JP5442174B2 - スケール読み取り装置およびその回転リング - Google Patents

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Description

【発明の属する技術分野】
本発明は、スケール読み取り装置およびその回転リングに関する。
２つの部材の相対的な変位を測定するための光電子スケール読み取り装置の既知の形態は、その構成要素の一方として、周期的なパターンを画成する目盛線を持ったスケールと、この構成要素の他方として装備される読み取りヘッドと、スケールを照明するための手段と、読み取りヘッドに関して移動する干渉縞を生じさせるため、目盛線によって光と相互作用する周期的な回折手段と、変位の測定を生じさせるため、干渉縞に応答する読み取りヘッド内の検出手段とを具えている。
このようなスケール読み取り装置の一例が欧州特許出願第０ ２０７ １２１号と、アメリカ合衆国特許出願第４，９７４，９６２号に同じく開示されており、これらはそれぞれ照明手段と読み取りヘッドの周期的な回折手段とを示している。アメリカ合衆国特許出願第４，９２６，５６６号は、スケールの製造方法を圧延によって製造される可撓性テープの形態で開示しており、その目盛線のピッチは、例えば２０μmまたは４０μｍである。照明手段，回折手段および干渉縞に応答する検出手段は、アメリカ合衆国特許出願第５，３０２，８２０号に記述された方法で読み取りヘッドに統合されることができる。
 発明が解決しようとする課題
上述したスケール読み取り装置の形態は、直線変位を基本的に測定する。しかしながら、回転変位を測定するため、このようなスケールは、読み取りヘッドに関して軸または他の回転部品を用いて回転する円筒状表面の周りに保持される必要がある 例えばドイツ国特許出願第１９７ ５１ ０１９号を参照されたい。このような装置は、例えば回転または角度または軸エンコーダと一般的に呼ばれている。
図１を参照すると、周期的なパターンを画成する目盛線を持ったループスケール１が概略的に図示されており、このループスケール１は、例えば接着剤によって回転リング（図１に図示されず）の外周面に固定されている。参照符号２は、読み取りヘッドを示しており、この読み取りヘッド２には、目盛線を照明するための手段と、読み取りヘッド２に関して移動する干渉縞を生じさせるため、目盛線によって光と相互作用するための周期的な回折手段と、使用中に回転リングが装着される軸または他の回転部品の回転変位の測定を生じさせるため、干渉縞に応答する読み取りヘッド２内の検出手段がある。
しかしながら、回転リングはこれが取り付けられる回転要素に同軸に置かれていない可能性があるという問題がある。
発明の目的
【発明の目的】
本発明の目的は、スケール読み取り装置の回転要素に対し、同軸に取り付けることが可能な回転リングおよびこの回転リングを用いたスケール読み取り装置を提供することにある。
課題を解決するための手段
【課題を解決するための手段】
本発明によるスケール読み取り装置の回転リングは、スケール読み取り装置にて用いられ、周期的なパターンを画成する目盛線がその表面に設けられた回転リングであって、前記目盛線はスケール読み取り装置の読み取りヘッドによって読み取り可能であり、テーパ部を有する軸に取り付けられる前記回転リングの内周面がこの回転リングの軸線に関して傾斜すると共に前記軸のテーパ部に対応したテーパ面を有し、前記回転リングが前記軸の回転軸線に対して同軸となるように、前記回転リングの周方向に沿った任意の位置を前記軸の回転軸線に沿って調整し、これによって前記軸の回転軸線に対する前記回転リングの偏心が補正されることを特徴とするものである。
本発明はまた、本発明による回転リングと、スケールに形成された目盛を読み取るための読み取りヘッドとを具えたことを特徴とするスケール読み取り装置を他の形態として具える。
本発明において、１本のスケールは、回折手段が目盛線によって光と干渉する光電子スケール読み取り装置において使用するためのものであってよく、あるいはスケール読み取り装置が例えば磁気タイプまたは静電容量タイプのものであってよい。
回転リングは、傾斜していない、すなわち回転リングの軸線と平行な内周面をさらに有することができる。
回転リングの傾斜面と軸線とのなす角は、例えば１５°であってよい。
複数の取り付けねじがこれらと対応して回転リングの円周に沿って形成されたねじ挿通穴に装備され、回転リングが軸に取り付けられた場合、軸に関するその位置が取り付けねじを調整することによって変更されるものであってよい。この場合、取り付けねじおよびねじ挿通穴は、回転リングの回転軸線に対してほぼ平行であることが好ましい。
本発明によるスケール読み取り装置の回転リングの一実施例について、図２〜図９を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこのような実施例に限らず、この明細書の特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるべき他の技術にも応用することができる。
まず図２, 図３および図４を参照すると、例えば金属製の回転リング３は、回転エンコーダの回転部を形成するように、等間隔に置かれた光学的コントラストの目盛線を持つ金属テープの形態の１本のスケール１３を受け入れる外周面を有する。回転エンコーダは、回転部と共に読み取りヘッド（例えば図１の参照符号２を参照のこと）を具えている。一例として、回転リング３の外周面には、スケール１３を受け入れるために溝４が形成されている。スケール１３は、このスケール１３と回転リング３との間に介在する硬化可能な接着剤と共に溝４に配置され、１本のスケール１３の２つの端部が接続する部分において、これら２つの端部が一致するように、これら端部の位置が調整され、その後、接着剤が硬化される。あるいは、１本のスケール１３を回転リング３に例えば溶接することも可能である。
回転リング３が取り付けられる回転部に対し、同軸に位置しない上記回転リング３によってもたらされる誤差を少なくするため、この回転リング３は、当該回転リング３を軸テーパ部１４に取り付けるためのテーパ面５をその内周面に有する 図５および図６を参照のこと。これは、回転リング３および回転軸６の直径の狭い公差に対する必要性を排除する。回転リング３を取り付ける間、この回転リング３は良好な嵌合が得られるまで軸テーパ部１４に沿って押圧される。
回転リング３と軸フランジ部７との間の距離を多数の点（図５）で測定することにより、軸テーパ部１４に対する回転リング３の直角度を容易に調べることができる。回転リング３の軸線に関するテーパ角αは、半径方向の小さな誤差をより大きな軸線方向の誤差に拡大するのに役立つ。これは、軸テーパ部１４に関して回転リング３の正確なセンタリングを可能とする。１５°のテーパ角αに対し、その拡大率はおよそ３．７である。
回転リング３が回転軸６とではなく、この回転軸６の回転軸線と同軸となるように、回転リング３を取り付けることより、回転軸６の偏心に対する補正を行うことができる。これは、回転リング３が回転軸６に対して直角に位置しないように、図７および図８に見られる回転リング３のねじ挿通穴８にある取り付けねじ１５の調整によって達成可能である。取り付けねじ１５およびそのねじ挿通穴８は、回転軸線に対してほぼ平行である。図６において、ｙ＞ｘの場合、この場合には回転リング３の軸線が回転軸６の軸線のわずかに上方にある。これの効果は、回転リング３がそのテーパ軸線と同心にはないということである。
回転リング３は、これが肉薄であって可撓性を有するため、容易に正しい形状に引っ張られることができる。テーパ角αは、特定の取り付けねじ１５を締め付けることが、回転リング３の特定個所をそのテーパに沿って引っ張ると共にその中心から半径方向外側に引っ張ることを意図している。順番にすべての取り付けねじ１５を順番に調整することにより、回転リング３を極めて正確に心合わせすることが可能である。
ダイヤルゲージ（または検査のための顕微鏡）のような測定手段１０は、回転リング３の外径または各取り付けねじ１５の位置（以下、ねじ取り付け位置と記述する）におけるスケール１３の表面の位置を決定するために用いられる。それぞれ取り付けねじ１５が順番に測定手段１０と並ぶように回転リング３を回転することにより、同一の読み取りが各取り付けねじ１５における回転リング３の全周に亙って得られるように、それぞれ取り付けねじ１５を調整することが可能である。これは、取り付けねじ１５が締め付けられるので、回転リング３が部分的に軸テーパ部１４に沿って引っ張られ、それによって半径方向外側に引っ張られるためである。取り付けねじ１５を緩めることは、回転リング３が半径方向内側に部分的に移動するという結果をもたらす。測定手段１０がそれぞれの取り付けねじ１５に対して±２μｍに対応する場合、その場合には回転リング３は１μｍよりも良好に一般的に心合わせされよう。
取り付けねじ１５の間にある回転リング３は、半径方向内側または外側に変形を受けている可能性があり、これは高次のうねり誤差の一因となる。この誤差は小さく、かつ周期的であって取り付けねじ１５の数と等しい頻度を持つ。この周期的な変調の大きさは、ねじ取り付け位置の数が増大するに連れて減少しよう。
図９は、ゲージ読み取りで２μｍ以内に対応する６つのねじ取り付け位置１１を持った回転リング３を図示している。一般的に、これは１μｍよりも良好に心合わせさせられる回転リング３と、±１０μｍのその端縁の振れの値１２という結果を生ずる。従って、回転リング３の端縁の振れが±１０μｍのように高い可能性があるけれども、偏心を極めて小さな値に減じることが可能である。
回転リング３はまた、この回転リング３が必要に応じて回転要素の非傾斜回転部に嵌合するように、傾斜していない内周面９を有することも例えば図３から特に言及されよう。
 発明の効果
【発明の効果】
本発明によると、テーパ部を有する軸に取り付けられる回転リングの内周面を回転リングの軸線に関して傾斜すると共に前記軸のテーパ部に対応したテーパ面で形成し、この回転リングが軸の回転軸線に対して同軸となるように、回転リングの周方向に沿った任意の位置を軸の回転軸線に沿って調整し、これによって軸の回転軸線に対する回転リングの偏心を補正するようにしたので、スケール読み取り装置の回転要素に対する回転リングの偏心を容易に調整することができる。
また、このような回転リングを組み込むことによって、高精度なスケール読み取り装置を低コストにて得ることができる。
本発明の対象となった回転エンコーダの概略図である。 図１に示した回転エンコーダに使用可能な本発明による回転リングの一実施例の外観を表す平面図である。 図２中のIII−III矢視断面図である。 図２に示した回転リングの側面図である。 図６と共に回転リングを回転軸に取り付けた状態を示す断面図であり、回転リングと回転軸のフランジ部との間の隙間が一定である状態を示す。 図５と共に回転リングを回転軸に取り付けた状態を示す断面図であり、回転リングと回転軸のフランジ部との間の隙間が一定でない状態を示す。 回転リングを回転軸に固定する取り付けねじの部分の断面図である。 である。 回転リングを回転軸に固定する取り付けねじが装着されるねじ挿通穴の部分の断面図である。 回転リングの調整原理を表す模式図である。
１ ループスケール
２ 読み取りヘッド
３ 回転リング
４ 溝
５ テーパ面
６ 回転軸
７ 軸フランジ部
８ ねじ挿通穴
９ 内周面
１０ 測定手段
１１ ねじ取り付け位置
１２ 回転リングの端縁の振れ
１３ スケール
１４ 軸テーパ部
１５ 取り付けねじ
α テーパ角

Claims (8)

  1. スケール読み取り装置にて用いられ、周期的なパターンを画成する目盛線がその表面に設けられた回転リング(３)であって、
    前記目盛線はスケール読み取り装置の読み取りヘッドによって読み取り可能であり、
    テーパ部(１４)を有する軸(６)に取り付けられる前記回転リングの内周面がこの回転リングの軸線に関して傾斜すると共に前記軸のテーパ部に対応したテーパ面(５)を有し、
    前記回転リングが前記軸の回転軸線に対して同軸となるように、前記回転リングの周方向に沿った任意の位置を前記軸の回転軸線に沿って調整し、これによって前記軸の回転軸線に対する前記回転リングの偏心が補正されることを特徴とするスケール読み取り装置の回転リング。
  2. 周期的なパターンを画成する前記目盛線が前記回転リングの外面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のスケール読み取り装置の回転リング。
  3. 前記内周面は、前記テーパ面(５)に加えて傾斜していない内周面(９)をさらに有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスケール読み取り装置の回転リング。
  4. 前記回転リングの前記傾斜面と前記軸線とのなす角が１５°であることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載のスケール読み取り装置の回転リング。
  5. 複数の取り付けねじがこれらと対応して前記回転リング(３)の円周によって形成されたねじ挿通穴(８)に装備され、前記回転リングが前記軸の回転軸線に対して同軸となるように前記軸に関する前記回転リングの位置が前記取り付けねじによって調整されることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載のスケール読み取り装置の回転リング。
  6. 前記取り付けねじおよび前記ねじ挿通穴(８)は、前記回転リング(３)の回転軸線に対してほぼ平行であることを特徴とする請求項５に記載のスケール読み取り装置の回転リング。
  7. 前記回転リングは、前記軸の偏心を補正するための調整後に前記軸に対して直角に位置しないように装着されていることを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載のスケール読み取り装置の回転リング。
  8. 請求項１から請求項７の何れかに記載の回転リングと、前記スケールの目盛線を読み取るための読み取りヘッドとを具えていることを特徴とするスケール読み取り装置。
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