JP6355349B2 - リニアエンコーダ - Google Patents

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Description

本発明は、リニアエンコーダに関する。
従来、長手方向に沿って表面に形成された目盛を有する板状のスケールと、スケールの長手方向に沿って移動するとともに、スケールに形成された目盛を読み取ることによって、スケールに対する相対的な移動量を検出する読取部を有するヘッドとを備えたリニアエンコーダが知られている。
例えば、特許文献1に記載されたスケール装置(リニアエンコーダ)は、スケールと、検出ヘッドとを備えている。この検出ヘッドは、スケールの表面に当接するようにして設けられたベアリング等からなる可動部材を備えているので、スケールの長手方向に沿って滑らかに移動することができる。
また、この可動部材は、スケールおよび検出ヘッドの間隔を保持するスペーサとしても機能している。
ここで、リニアスケールでは、ヘッドの読取部にてスケールに形成された目盛を読み取る方式として、電磁誘導式や、静電容量式や、光電式などを採用することができるが、いずれの方式を採用する場合であってもスケールに形成された目盛と、ヘッドに設けられた読取部との間隔は狭いことが望ましい。これらの間隔を狭くすることによって、スケールに対するヘッドの相対的な移動量の検出精度を向上させることができるからである。なお、特許文献1に記載されたスケール装置では、検出ヘッドにてスケールに形成された目盛を読み取る方式として電磁誘導式を採用している。
図6は、従来のリニアエンコーダを示す図である。図7は、従来のリニアエンコーダを側面側から見た図である。具体的には、図6は、リニアエンコーダをスケール側から見た図であり、図7は、図6のリニアエンコーダを紙面上側から見た図である。
従来のリニアエンコーダ100は、図6および図7に示すように、板状のスケール110と、スケール110の長手方向(紙面左右方向)に沿って移動するヘッド120とを備えている。
スケール110は、長手方向に沿って表面(ヘッド120側の面)に形成された目盛111を有している。目盛111は、スケール110の長手方向に沿って所定のピッチで配置された円環状の複数のスケールコイル111Aのパターンによって構成されている。なお、スケール110は、ガラス製である。また、スケールコイル111Aは、スケール110の短手方向に沿って3行にわたって形成されている。
ヘッド120は、スケール110に形成された目盛111を読み取ることによって、スケール110に対する相対的な移動量を検出する読取部121を有している。読取部121は、略円環状に形成された励磁コイル121Aと、励磁コイル121Aの内側に設けられた複数の検出コイル121Bとを有している。なお、励磁コイル121Aは、スケール110の長手方向に沿って長軸を有する略楕円形状に形成されている。また、励磁コイル121Aおよび検出コイル121Bは、スケール110の短手方向に沿って3行にわたって形成されている。
このようなリニアエンコーダ100は、励磁コイル121Aに電流を流すことによって、目盛111のスケールコイル111Aに起電流が発生し、次いで検出コイル121Bに起電流が発生する。そして、スケール110に対してヘッド120を移動させると、その移動量に応じて各コイル111A,121A,121Bの電磁結合が変化するので、リニアエンコーダ100は、検出コイル121Bを介してスケールコイル111Aのピッチと同周期の正弦波信号を検出することができる。この正弦波信号を参照することによって、リニアエンコーダ100は、スケール110に対するヘッド120の相対的な移動量を検出することができる。換言すれば、リニアエンコーダ100は、電磁誘導式のリニアエンコーダとして構成されている。
図8は、従来のスケールおよびヘッドを分解した状態を示す斜視図である。
また、ヘッド120は、図6〜図8に示すように、スケール110の短手方向に沿った回転軸を有する3つのベアリング122と、スケール110およびヘッド120の対向方向に沿った回転軸を有する2つのベアリング123とを備えている。そして、ヘッド120は、ベアリング122の周面をスケール110の表面に押し付けるとともに、ベアリング123の周面をスケール110の側面に押し付けるようにして配設される。
ここで、各ベアリング122は、図7に示すように、読取部121よりもスケール110側に向かって突出するようにしてヘッド120に設けられている。したがって、各ベアリング122は、スケール110の表面に当接することによって、スケール110およびヘッド120の間隔を保持するスペーサとしても機能している。
このような構成によれば、スケール110に対してヘッド120を移動させると、ベアリング122は、スケール110の表面を転動していくことになるので、リニアエンコーダ100は、図6に示すように、ベアリング122の通り道と、目盛111との間隔を離間させて配置することによって、目盛111をベアリング122にて踏まないようにしている。目盛111をベアリング122にて踏んでしまうと、目盛111を破損してしまったり、目盛111の凹凸によって、目盛111および読取部121の間隔が変化してリニアエンコーダ100の測定精度が低下してしまったりするからである。
実開平04−102423号公報
しかしながら、スケール110およびヘッド120の短手方向の長さは、ベアリング122の通り道と、目盛111とを離間させて配置すると、長くなってしまうので、リニアエンコーダ100の全体が大型化してしまうという問題がある。
本発明の目的は、スケールおよびヘッドの短手方向の長さを短くすることができ、全体を小型化することができるリニアエンコーダを提供することである。
本発明のリニアエンコーダは、長手方向に沿って表面に形成された目盛を有する板状のスケールと、スケールの長手方向に沿って移動するとともに、スケールに形成された目盛を読み取ることによって、スケールに対する相対的な移動量を検出する読取部を有するヘッドとを備えるリニアエンコーダであって、ヘッドは、スケールの表面に当接することによって、スケールおよびヘッドの間隔を保持し、円柱状に形成される転動部材からなるスペーサを備え、スケールは、目盛と、読取部との間に介在して配置される板状体を備え、スペーサは、板状体の表面とスペーサの周面とを当接させて転動することによって、ヘッドをスケールの長手方向に沿って移動させるようにしてヘッドに設けられることを特徴とする。
このような構成によれば、スペーサは、板状体の表面に当接するようにしてヘッドに設けられるので、スペーサの通り道と、目盛との間隔を近接させて配置した場合であっても、目盛をスペーサにて踏んでしまうことはない。したがって、このようなリニアエンコーダによれば、目盛を破損してしまったり、測定精度が低下してしまったりすることなく、スペーサの通り道と、目盛との間隔を近接させて配置することができるので、リニアエンコーダは、スケールおよびヘッドの短手方向の長さを短くすることができ、全体を小型化することができる。
本発明では、スペーサは、スペーサの通り道と、目盛とを重ならせるようにしてヘッドに設けられることが好ましい。
このような構成によれば、スペーサは、スペーサの通り道と、目盛とを重ならせるようにして配置されているので、リニアエンコーダは、スケールおよびヘッドの短手方向の長さを更に短くすることができ、全体を更に小型化することができる。
本発明では、目盛をスケールの一方の表面に形成するとともに、スペーサをスケールの他方の表面に当接させることによって、スケールを板状体として機能させることが好ましい。
このような構成によれば、リニアエンコーダは、スケールを板状体として機能させているので、新たな部材を追加することなく、スケールおよびヘッドの短手方向の長さを短くすることができ、全体を小型化することができる。
本発明では、目盛を覆うようにしてスケールに板状体を貼り付けることによって、目盛と、読取部との間に板状体を介在して配置することが好ましい。
このような構成によれば、リニアエンコーダは、スケールの材質と、板状体の材質とを別々に選択することができるので、設計の自由度を向上させることができる。
本発明では、板状体は、ガラスからなることが好ましい。
このような構成によれば、ガラスは、他の材質と比較して高い平面度を得ることができるので、リニアエンコーダは、スケールに対してヘッドを移動させるときに目盛および読取部の間隔の変化を安定させることができる。したがって、リニアエンコーダは、測定精度を向上させることができる。
本発明によれば、読取部は、電磁誘導を利用することによって目盛を読み取ることが好ましい。
このような構成によれば、電磁誘導式は、目盛および読取部の間隔を広くした場合であっても静電容量式や、光電式と比較して高い検出精度を維持することができる。したがって、リニアエンコーダは、測定精度を低減させることなく、スケールおよびヘッドの短手方向の長さを短くすることができ、全体を小型化することができる。
本発明の第1実施形態に係るリニアエンコーダを示す図 リニアエンコーダを側面側から見た図 スケールおよびヘッドを分解した状態を示す斜視図 本発明の第2実施形態に係るリニアエンコーダを側面側から見た図 本発明の第3実施形態に係るリニアエンコーダを側面側から見た図 従来のリニアエンコーダを示す図 従来のリニアエンコーダを側面側から見た図 従来のスケールおよびヘッドを分解した状態を示す斜視図
〔第1実施形態〕
以下、本発明の第1実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係るリニアエンコーダを示す図である。図2は、リニアエンコーダを側面側から見た図である。具体的には、図1は、リニアエンコーダをスケール側から見た図であり、図2は、図1のリニアエンコーダを紙面上側から見た図である。
リニアエンコーダ1は、図1および図2に示すように、板状のスケール2と、スケール2の長手方向(紙面左右方向)に沿って移動するヘッド3とを備えている。
スケール2は、長手方向に沿って表面(ヘッド3側とは反対側の面)に形成された目盛21を有している。目盛21は、スケール2の長手方向に沿って所定のピッチで配置された円環状の複数のスケールコイル211のパターンによって構成されている。なお、スケール2は、ガラス製である。また、スケールコイル211は、スケール2の短手方向に沿って3行にわたって形成されている。
ヘッド3は、スケール2に形成された目盛21を読み取ることによって、スケール2に対する相対的な移動量を検出する読取部31を有している。読取部31は、略円環状に形成された励磁コイル311と、励磁コイル311の内側に設けられた複数の検出コイル312とを有し、ヘッド3の表面(スケール2側の面)に設けられている。したがって、読取部31は、電磁誘導を利用することによって目盛21を読み取るように構成されている。なお、励磁コイル311は、スケール2の長手方向に沿って長軸を有する略楕円形状に形成されている。また、励磁コイル311および検出コイル312は、スケール2の短手方向に沿って3行にわたって形成されている。
図3は、スケールおよびヘッドを分解した状態を示す斜視図である。
また、ヘッド3は、図1〜図3に示すように、スケール2の短手方向に沿った回転軸を有する4つのベアリング32と、スケール2およびヘッド3の対向方向に沿った回転軸を有する2つのベアリング33とを備えている。そして、ヘッド3は、ベアリング32の周面をスケール2の表面に押し付けるとともに、ベアリング33の周面をスケール2の側面に押し付けるようにして配設される。
ここで、各ベアリング32は、図2に示すように、読取部31よりもスケール2側に向かって突出するようにしてヘッド3に設けられている。したがって、各ベアリング32は、スケール2の表面に当接することによって、スケール2およびヘッド3の間隔を保持するスペーサとしても機能している。
また、各ベアリング32は、図1に示すように、各ベアリング32の通り道と、目盛21とを重ならせるようにして配置されている。さらに、リニアエンコーダ1は、図2に示すように、目盛21をスケール2の一方の表面(ヘッド3側とは反対側の面)に形成するとともに、各ベアリング32をスケール2の他方の表面(ヘッド3側の面)に当接させている。換言すれば、リニアエンコーダ1は、目盛21と、読取部31との間に介在して配置される板状体としてスケール2を機能させている。したがって、スケール2に対してヘッド3を移動させると、各ベアリング32は、目盛21が形成されたスケール2の表面とは反対側の表面を転動していくことになる。
このような本実施形態によれば、以下の作用・効果を奏することができる。
(1)リニアエンコーダ1は、目盛21をスケール2の一方の表面に形成するとともに、各ベアリング32をスケール2の他方の表面に当接させているので、各ベアリング32の通り道と、目盛21との間隔を近接させて配置した場合であっても、目盛21を各ベアリング32にて踏んでしまうことはない。したがって、このようなリニアエンコーダ1によれば、目盛21を破損してしまったり、測定精度が低下してしまったりすることなく、各ベアリング32の通り道と、目盛21との間隔を近接させて配置することができるので、リニアエンコーダ1は、スケール2およびヘッド3の短手方向の長さを短くすることができ、全体を小型化することができる。
(2)各ベアリング32は、各ベアリング32の通り道と、目盛21とを重ならせるようにして配置されているので、リニアエンコーダ1は、スケール2およびヘッド3の短手方向の長さを更に短くすることができ、全体を更に小型化することができる。
(3)リニアエンコーダ1は、目盛21をスケール2の一方の表面に形成するとともに、各ベアリング32をスケール2の他方の表面に当接させることによって、スケール2を板状体として機能させているので、新たな部材を追加することなく、スケール2およびヘッド3の短手方向の長さを短くすることができ、全体を小型化することができる。
(4)読取部31は、電磁誘導を利用することによって目盛21を読み取るので、リニアエンコーダ1は、測定精度を低減させることなく、スケール2およびヘッド3の短手方向の長さを短くすることができ、全体を小型化することができる。
〔第2実施形態〕
以下、本発明の第2実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
図4は、本発明の第2実施形態に係るリニアエンコーダを側面側から見た図である。
前記第1実施形態では、リニアエンコーダ1は、目盛21をスケール2の一方の表面に形成するとともに、各ベアリング32をスケール2の他方の表面に当接させることによって、目盛21と、読取部31との間に介在して配置される板状体としてスケール2を機能させていた。
これに対して、本実施形態では、リニアエンコーダ1Aは、図4に示すように、長手方向に沿って表面(ヘッド3側の面)に形成された目盛21Aを有するスケール2Aを備え、目盛21Aと、読取部31との間に板状体22を介在して配置し、各ベアリング32は、板状体22の表面に当接するようにしてヘッド3に設けられている点で異なる。
板状体22は、ガラス製であり、目盛21Aを覆うようにしてスケール2Aに接着剤Bを介して貼り付けられている。
なお、スケール2Aは、目盛21Aと同一の厚さに形成された目盛21Aとは異なるパターンを目盛21Aの外側に有していてもよい。これによれば、スケール2Aと、板状体22とを安定して平行に貼り合わせることができる。
このような本実施形態においても、前記第1実施形態における(2),(4)と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
(5)各ベアリング32は、板状体22の表面に当接するようにしてヘッド3に設けられているので、各ベアリング32の通り道と、目盛21Aとの間隔を近接させて配置した場合であっても、目盛21Aを各ベアリング32にて踏んでしまうことはない。したがって、このようなリニアエンコーダ1Aによれば、目盛21Aを破損してしまったり、測定精度が低下してしまったりすることなく、各ベアリング32の通り道と、目盛21Aとの間隔を近接させて配置することができるので、リニアエンコーダ1Aは、スケール2Aおよびヘッド3の短手方向の長さを短くすることができ、全体を小型化することができる。
(6)リニアエンコーダ1Aは、スケール2Aの材質と、板状体22の材質とを別々に選択することができるので、設計の自由度を向上させることができる。
(7)板状体22は、ガラスからなるので、リニアエンコーダ1Aは、スケール2Aに対してヘッド3を移動させるときに目盛21Aおよび読取部31の間隔の変化を安定させることができる。したがって、リニアエンコーダ1Aは、測定精度を向上させることができる。
〔第3実施形態〕
以下、本発明の第3実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
図5は、本発明の第3実施形態に係るリニアエンコーダを側面側から見た図である。
前記第1実施形態では、リニアエンコーダ1は、読取部31を有するヘッド3を備え、読取部31は、ヘッド3の表面(スケール2側の面)に設けられていた。
これに対して、本実施形態では、リニアエンコーダ1Bは、読取部31Bを有するヘッド3Bを備え、読取部31Bは、目盛21が形成されたスケール2の表面と対向するように配設された板状のプレート34のスケール2側の表面に設けられている点で異なる。なお、このプレート34は、スケール2を避けるようにして設けられた支持体341を介してヘッド3Bに固定されている。
このような本実施形態においても、前記第1実施形態における(1),(2),(4)と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
(8)リニアエンコーダ1Bは、目盛21をスケール2の一方の表面に形成するとともに、各ベアリング32をスケール2の他方の表面に当接させることによって、スケール2を板状体として機能させているので、スケール2およびヘッド3の短手方向の長さを短くすることができ、全体を小型化することができる。
〔実施形態の変形〕
なお、本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記各実施形態では、各ベアリング32は、スケール2,2Aの表面に当接することによって、スケール2,2Aおよびヘッド3,3Bの間隔を保持するスペーサとして機能していた。これに対して、スペーサは、ベアリングでなくてもよく、例えば、プラスチック製の円柱などであってもよい。
前記各実施形態では、各ベアリング32は、各ベアリング32の通り道と、目盛21,21Aとを重ならせるようにして配置されていたが、重ならせるように配置されていなくてもよい。
前記各実施形態では、読取部31,31Bは、電磁誘導を利用することによって目盛21,21Aを読み取るように構成されていたが、静電容量などの他の方式を利用することによって目盛21,21Aを読み取るように構成されていてもよい。
前記第2実施形態では、板状体22は、ガラス製であったが、これとは異なる材質を採用してもよい。
以上のように、本発明は、リニアエンコーダに好適に利用できる。
1,1A,1B リニアエンコーダ
2,2A スケール
3,3B ヘッド
21,21A 目盛
22 板状体
31,31B 読取部
32 ベアリング
33 ベアリング
34 プレート
211 スケールコイル
311 励磁コイル
312 検出コイル
341 支持体
B 接着剤

Claims (6)

  1. 長手方向に沿って表面に形成された目盛を有する板状のスケールと、前記スケールの長手方向に沿って移動するとともに、前記スケールに形成された前記目盛を読み取ることによって、前記スケールに対する相対的な移動量を検出する読取部を有するヘッドとを備えるリニアエンコーダであって、
    前記ヘッドは、前記スケールの表面に当接することによって、前記スケールおよび前記ヘッドの間隔を保持し、円柱状に形成される転動部材からなるスペーサを備え、
    前記スケールは、前記目盛と、前記読取部との間に介在して配置される板状体を備え、
    前記スペーサは、前記板状体の表面と前記スペーサの周面とを当接させて転動することによって、前記ヘッドを前記スケールの長手方向に沿って移動させるようにして前記ヘッドに設けられることを特徴とするリニアエンコーダ。
  2. 請求項1に記載されたリニアエンコーダにおいて、
    前記スペーサは、前記スペーサの通り道と、前記目盛とを重ならせるようにして前記ヘッドに設けられることを特徴とするリニアエンコーダ。
  3. 請求項1または請求項2に記載されたリニアエンコーダにおいて、
    前記目盛を前記スケールの一方の表面に形成するとともに、前記スペーサを前記スケールの他方の表面に当接させることによって、前記スケールを前記板状体として機能させることを特徴とするリニアエンコーダ。
  4. 請求項1または請求項2に記載されたリニアエンコーダにおいて、
    前記目盛を覆うようにして前記スケールに前記板状体を貼り付けることによって、前記目盛と、前記読取部との間に前記板状体を介在して配置することを特徴とするリニアエンコーダ。
  5. 請求項4に記載されたリニアエンコーダにおいて、
    前記板状体は、ガラスからなることを特徴とするリニアエンコーダ。
  6. 請求項1から請求項5のいずれかに記載されたリニアエンコーダにおいて、
    前記読取部は、電磁誘導を利用することによって前記目盛を読み取ることを特徴とするリニアエンコーダ。
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