JP6634233B2

JP6634233B2 - スケール固定装置

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Publication number: JP6634233B2
Application number: JP2015140317A
Authority: JP
Inventors: 節律大塚; 将荻原
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2014-12-27
Filing date: 2015-07-14
Publication date: 2020-01-22
Anticipated expiration: 2035-07-14
Also published as: JP2016126000A

Description

本発明はスケール固定装置に関する。具体的には、長尺状のスケールを対象物に取り付け固定するにあたって、スケールの精度を保つようにできるスケールの固定装置に関する。

長さ測定器（リニアエンコーダ）のスケールとして、ガラスまたは金属製の薄いテープ状であるテープスケールが知られている（特許文献１、２、３、４）。テープスケールは、長尺化容易、運搬容易、取り付け簡便といった利点を有する。

テープスケールを対象物に取り付け固定するにあたっては、測定軸方向に張力を掛けておく。例えば、テープスケールの一端は対象物に対して不動に固定し、テープスケールの他端は滑動部材に固定して、テープスケールの他端が対象物に対して相対的に移動することを許容する。そして、テープスケールの他端を引っ張るように滑動部材にテンションを掛けておく。これにより、温度変化によってテープスケールが伸縮した場合でもテープスケールは真直を保つようになる。一般的に保証温度は０℃から５０℃に設定され、この範囲内であればテープスケールの真直が保たれるようにテンションを掛けておく。例えば、テープスケールをＳＵＳ材とした場合、１℃の変化で１ｍあたり約１０．５μｍ伸縮する。この伸縮を吸収できるようにするには、２０℃の環境でエンコーダを設置するとして、１ｍあたり２５０μｍ引っ張る必要がある。

特開２０１１−２３７３１０号公報特許４４７７４４２号特開２０１３−７７１８号公報特開昭６３−２５２２１３号公報

上記のようにテープスケールには滑動部材を介して所定のテンションが掛かっているのであるが、エンコーダを設置した後しばらくしてから検査してみると、テンションが外れてしまっていることがしばしばあった。すなわち、滑動部材を所定量、例えば、１ｍあたり２５０μｍ引っ張っていたのであるが、しばらくしてから検査してみると滑動部材の位置が当初の設置位置からずれていることがあった。エンコーダのユーザは、一旦エンコーダが設置されてしまえばテープスケールのテンションが適正かどうかを調べることはしないため、測定誤差に繋がる場合がある。

ずれてしまう場合とずれない場合とがあり、発生原因もよくわからず、エンコーダ設置時の技量の差とも思われたが、本発明者らは鋭意研究を遂行し、根本的原因の解明に成功するとともにその対策を講じ、本発明を完成させた。

本発明の目的は、スケールのテンションが外れないようにしてスケールの精度を保つことができるスケールの固定装置を提供することにある。

本発明のスケールの固定装置は、
スケールを対象物に設置固定するスケールの固定装置であって、
前記スケールの一端を前記対象物に対して不動に固定する固定ブロック部と、
前記スケールの他端を引っ張るようにしながら前記スケールの他端を対象物に固定する引張りブロック部と、を備え、
前記引張りブロック部は、
前記対象物に固定される固定台部と、
前記スケールの他端を把持するとともに、前記固定台部に対して摺動可能に設置されるスライド部と、
一端が前記スライド部に係合し、他端が前記固定台部に係止され、前記スライド部を前記固定台部に対して相対的に他端側へ引っ張る引張り手段と、を備え、
前記スライド部の前記固定台部に当接する面が面取りされている
ことを特徴とする。

本発明のスケールの固定装置は、
スケールを対象物に設置固定するスケールの固定装置であって、
前記スケールの一端を前記対象物に対して不動に固定する固定ブロックと、
前記スケールの他端を引っ張るようにしながら前記スケールの他端を対象物に固定する引張りブロック部と、を備え、
前記引張りブロック部は、
前記対象物に固定される固定台部と、
前記スケールの他端を把持するとともに、前記固定台部に対して摺動可能に設置されるスライド部と、
一端が前記スライド部に係合し、他端が前記固定台部に係止され、前記スライド部を前記固定台部に対して相対的に他端側へ引っ張る引張り手段と、を備え、
前記スライド部および前記固定台部の互いの当接面のうち少なくともいずれか一方は鏡面仕上げされている
ことを特徴とする。

本発明のスケールの固定装置は、
スケールを対象物に設置固定するスケールの固定装置であって、
前記スケールの一端を前記対象物に対して不動に固定する固定ブロックと、
前記スケールの他端を引っ張るようにしながら前記スケールの他端を対象物に固定する引張りブロック部と、を備え、
前記引張りブロック部は、
前記対象物に固定される固定台部と、
前記スケールの他端を把持するとともに、前記固定台部に対して摺動可能に設置されるスライド部と、
一端が前記スライド部に係合し、他端が前記固定台部に係止され、前記スライド部を前記固定台部に対して相対的に他端側へ引っ張る引張り手段と、を備え、
前記スライド部および前記固定台部の互いの当接面のうち一方は粗面であり、他方には樹脂膜が成膜されている
ことを特徴とする。

本発明では、
前記スライド部は、長孔を有し、この長孔を挿通して前記固定台部に螺合する第１のネジにて前記固定台部に押し付けられており、
前記第１のネジと前記長孔との間には、第１のフランジ付きスリーブが介装されている
ことが好ましい。

本発明では、
前記スケールの他端は第２のネジによって前記スライド部にネジ止めされており、
前記第２のネジと前記スケールの他端との間には、第２のフランジ付きスリーブが介装されている
ことが好ましい。

テープスケールの固定装置の分解斜視図。テープスケールの固定装置の外観図。引張りブロック部の断面図。固定台部とスライド部とを拡大した図。スライド部の面取りを例示した図。フランジ付きスリーブを例示した図。評価結果を示す図。ベース部を粗面とし、把持駒に薄膜を成膜した場合を例示した図。

本発明の実施形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１、図２、図３、図４を参照して、テープスケールの固定装置１００の主要な構成を説明する。本発明のポイントはその後に説明する。
図１は、テープスケール１０の固定装置１００の分解斜視図であり、図２は、組立てた状態の外観図である。
テープスケール１０の固定装置１００は、長尺状のスケールホルダ１１０と、スケールホルダ１１０の長手方向の一方の端部側に配置される固定ブロック部１２０と、スケールホルダ１１０の長手方向の他方の端部側に配置される引張りブロック部２００と、を備える。
スケールホルダ１１０、固定ブロック部１２０および引張りブロック部２００は、主として金属、例えばアルミニウム、アルミニウム合金あるいはＳＵＳ材で形成される。

スケールホルダ１１０は、テープスケール１０が嵌まる溝を有する。
固定ブロック部１２０は、対象物（不図示）に固定ネジ１２１で固定される。さらに、固定ブロック部１２０には、テープスケール１０の一端がネジ留め１２２される。

図３は、引張りブロック部２００の断面図であり、図４は、固定台部２１０とスライド部２４０とを拡大した図である。
引張りブロック部２００は、固定台部２１０と、スライド部２４０と、引張りネジ（引張り手段）２９０と、を備える。

固定台部２１０は、対象物に固定される。
固定台部２１０は、ベース部２２０と、引張り壁２３０と、を有する。
ベース部２２０は、測定軸方向に長さを有し、スライド部２４０を長手方向（測定軸方向）に沿って摺動可能に受ける溝２２１を有する。ベース部２２０は、長手方向の一端側から他端の途中までの長さを有する切り込み２２２を溝２２１内に有する。また、ベース部２２０は、溝２２１内の略中央から他端までの間に、長手方向に沿ってネジ孔２２３、２２３、２２４、２２４を４つ有する。４つのネジ孔のうち両端の二つ（２２３、２２３）は固定台部２１０を対象物にネジ留めするためのネジ孔である。真ん中の二つ（２２４、２２４）は、固定台部２１０の溝２２１内に設置したスライド部２４０を、固定台部２１０に押し付けるネジ２５３を螺入するためのネジ孔である。

引張り壁２３０は、ベース部２２０の長手方向の他端からＬ字状に（ベース部２２０を対象物に固定したとき、対象物に対して略垂直となるように）起立しており、スライド部２４０を引っ張るための固定側の壁である。さらに、引張り壁２３０は、引張りネジ２９０が挿通される孔２３１を有する。

スライド部２４０は、把持駒２５０と、エンドプレート２６０と、を有する。
把持駒２５０は、ベース部２２０の溝２２１に設置され、測定軸方向に沿って摺動可能とされる。把持駒２５０の一端側の上面（ベース部２２０と対向する面と反対側の面）にはテープスケール１０の他端がネジ留め（２５１）され、これにより、把持駒２５０はテープスケール１０の他端を把持する。
なお、このネジ２５１の先端はベース部２２０の切り込み２２２に入り、テープスケール１０とベース部２２０とは固定されない。
スライド部２４０が固定台部２１０に対してスライドすれば、固定台部２１０に対してテープスケール１０とスライド部２４０とは一体的にスライド移動できる。
また、把持駒２５０は、略中央から他端までの間に長手方向に沿って長孔２５２を有する。この長孔２５２は、ネジ２５３のネジ部が貫通可能で、且つ、ネジ２５３のヘッド部は貫通できないサイズの幅とされている。そして、ネジ２５３のネジ部がベース部２２０のネジ孔２２４に螺入され、ネジ２５３のヘッド部でスライド部２４０を固定台部２１０に押し付けるとともに、長孔２５２によってスライド部２４０のスライド移動を許容する。

エンドプレート２６０は、把持駒２５０の他端からＬ字状に起立し、引張りネジ２９０が螺入されるネジ孔２６１を有する。
引張り壁２３０の孔２３１を通って引張りネジ２９０をネジ孔２６１に螺入する。引張りネジ２９０を締めていくと、エンドプレート２６０が引張り壁２３０の方に引かれる。引張りネジ２９０を締めていき、所定の張力がテープスケール１０に掛かるようにする。

図３中、三角マークは電気マイクロメータによる測定ポイントを示す。第１電気マイクロメータ（４０１）は、固定台部２１０が動かないことを確認する。第２電気マイクロメータ（４０２）は、スライド部２４０の変位をモニターする。第２電気マイクロメータ（４０２）による検出値を見ながら、スライド部２４０の移動量が所定値になるまで引張りネジ２９０を締めていく。

さて、スライド部２４０に掛かっている力に注目する。
スライド部２４０は引張りネジ２９０で他端側に引っ張られている。この力を他端側引張り力Ｆ２と称することにする（図３）。
また、スライド部２４０は、テープスケール１０によって一端側に引っ張られている。この力を一端側引張り力Ｆ１と称することにする（図３）。

さらに、もう一つ、把持駒２５０の長孔２５２に挿通されたネジ２５３でスライド部２４０は固定台部２１０に押し付けられている。すなわち、把持駒２５０の裏面とベース部２２０の表面（溝２２１の底面）との間に摩擦力Ｆ３が働いている。
テープスケール１０にテンションを掛けて設置したとき、他端側引張り力Ｆ２、一端側引張り力Ｆ１、そして、摩擦力Ｆ３の三者が釣り合ってスライド部２４０の位置が止まっているわけである。（もちろん、ネジ２５３と把持駒２５０との間の摩擦など、他にも力は掛かっているが、分かりやすいように主要な三つを取り上げた。）

他端側引張り力Ｆ２や一端側引張り力Ｆ１は経時的に変化することはあまりないと考えられる。
一方、本発明者らはこれまで留意されていなかった摩擦力Ｆ３に注目し、摩擦力Ｆ３が変化してしまうことでスライド部２４０のズレが生じるということに思い至った。
例えば、０℃から５０℃に環境温度が変化すると、ベース部２２０も把持駒２５０も僅かながら熱変形し、ベース部２２０と把持駒２５０との間の摩擦力Ｆ３が変化する。例えば、摩擦力Ｆ３が小さくなったりする。すると、他端側引張り力Ｆ２、一端側引張り力Ｆ１および摩擦力Ｆ３のバランスが変わってしまって釣り合い位置がズレるということである。

このような知見から本発明者らは、解決手段として、二つの方策が有効であることを確認した。
第１の方策は、温度変化があっても摩擦力が変化しないようにすることである。
第２の方策は、もともと摩擦が無いようにすることである。
第３の方策は、極めて大きな摩擦力が生じるようにしてスライド部２４０を不動とすることである。
順に説明する。

（１）スライド部２４０の裏面を面取りする。
スライド部２４０は切削で加工されるものであるため、エッジにバリが残ることがある。バリが残っていると、このバリがベース部２２０に当接することになるので、スライド部２４０とベース部２２０との接触面積が極端に小さくなる。すると、温度変化等があったときに摩擦力Ｆ３が変化してスライド部２４０に予期せぬ滑りが生じてしまう事態が考えられる。
そこで、スライド部２４０の裏面のエッジを面取りすることが好ましい。図５に示すように、スライド部２４０の裏面には、幅方向の両サイドに凸状の脚２７０が二条ある。したがって、脚２７０の外側エッジと内側エッジを面取り（２７１）する。これにより、スライド部２４０とベース部２２０とが面と面とで接触するようになり、保証温度範囲内での摩擦力の変化が十分小さくなる。したがって、スライド部２４０がずれなくなる、もしくは、仮にズレたとしてもそのズレ量を十分に小さくできる。

（２）部品のバラツキを補う。
把持駒２５０の長孔２５２を通してネジ２５３をベース部２２０のネジ孔２２４に螺入することでスライド部２４０をベース部２２０に押し付けているわけであるが、部品のバラツキに起因してこの押し付け力にバラツキが生じることが予想される。例えば、ネジ２５３の座面から先端までの呼び長さや、首下の丸み、座面の平坦度はバラツキやすい。その結果、ネジ２５３を所定の力で締めたつもりでも、押し付け力が弱かったり強かったりする可能性がある。
そこで、図６に示すように、ネジ２５３と長孔２５２との間にフランジ付きスリーブ２５４を介装する。これにより、部品（ネジ２５３やスライド部２４０）のバラツキを補い、所定の力でネジ２５３を締めればいつも所定の押し付け力でスライド部２４０をベース部２２０に押し付けることができる。

さらに好ましくは、テープスケール１０の他端を把持駒２５０にネジ留めするにあたっても、ネジ２５１とテープスケール１０との間にフランジ付きスリーブ２５５を介装することが好ましい。テープスケール１０に穿設された孔１１の径がネジ２５１の径よりも（僅かでも）大きいと、孔１１とネジ２５１との間に隙間が生じる。この隙間は、テープスケール１０が把持駒２５０に対して相対変位する余地を生む可能性がある。そこで、孔１１とネジ２５１との間の隙間を限りなく無くし、また、ネジ２５１でテープスケール１０をしっかりと押さえ付けられるように、ネジ２５１とテープスケール１０との間にフランジ付きスリーブ２５５を介装するとよい。

なお、テープスケール１０が薄いのでフランジ付きスリーブ２５５のスリーブをかなり短く加工しなければならない。仮にテープスケール１０の厚みが０．２ｍｍだとすれば、フランジ付きスリーブ２５５のスリーブ部分の長さを０．１ｍｍ程度に加工する。あるいは、フランジ付きスリーブ２５５のスリーブ部分の長さを数ｍｍ程度（例えば１ｍｍ程度）にしたい場合には、テープスケール１０の一端側の厚みをやや厚めに残すようにしてもよいし、把持駒２５０のネジ孔２５６の周囲に浅い座刳りを設けておいてもよいだろう。

（３）片方だけ鏡面仕上げする。
ベース部２２０の溝２２１の底面と把持駒２５０の裏面とのいずれか一方を鏡面仕上げして、両者の間の摩擦を出来るだけ小さく、理想的にはゼロになるようにする。もともとベース部２２０と把持駒２５０との間に摩擦が無ければ、摩擦力Ｆ３の変化でスライド部２４０がズレるといった事象は起こらなくなる。
鏡面の定義としては、例えば、算術平均粗さＲａが数十ｎｍ以下、例えば８０ｎｍ以下、できれば１０ｎｍ以下とすることが好ましい。

（４）両方とも鏡面仕上げする。
ベース部２２０の溝２２１の底面と把持駒２５０の裏面との両方を鏡面仕上げして、両者の間の摩擦を極めて大きくする。鏡面仕上げした金属（例えばアルミニウム）同士が密着することで極めて大きな摩擦力が生じるようになる。これにより、摩擦力Ｆ３の変化でスライド部２４０がズレるといった事象は起こらなくなる。
鏡面の定義としては、例えば、算術平均粗さＲａが数十ｎｍ以下、例えば８０ｎｍ以下、できれば１０ｎｍ以下とすることが好ましい。

（評価結果）
図７に評価結果を示す。
図７は、スライド部２４０の引っ張り量が所定の値になるまで引張りネジ２９０を締めた後、第２電気マイクロメータ（４０２）でスライド部２４０の変位を測った結果である。（一端側に変位した場合を正の値としている。）
テープスケールの長さは１ｍとした。
図中に引っ張り力が６００Ｎの線を明示した。６００Ｎは、温度変化４０℃の伸縮量を吸収できる引っ張り力に相当する。
図中のＡのラインは、スライド部２４０の面取りをしていない場合の結果である。
図中の（１）のラインは、スライド部２４０の面取りをした場合の結果である。
図中の（２）のラインは、スライド部２４０の面取りをし、さらに、ネジ２５３と長孔２５２との間にフランジ付きスリーブ２５４を介装した場合の結果である。
図中の（３）のラインは、ベース部２２０の溝２２１の底面と把持駒２５０の裏面とを鏡面仕上げした場合の結果である。

図７の結果から、上記の対策は効果を発揮していることが示された。

（５）一方を粗面にし、他方に樹脂膜を成膜する。
一方を粗面にし、他方に樹脂膜を成膜すると、一方が他方に食い付くようになる。
例えば、図８に示すように、ベース部２２０の溝２２１の底面を粗面とし、把持駒２５０の裏面に樹脂等の薄膜２７２を成膜する。もちろん、逆に、把持駒２５０の裏面を粗面にして、ベース部２２０の溝２２１の底面に樹脂膜を成膜してもよい。
これにより、両者の摩擦力が維持されるようになるので、スライド部２４０のズレが防止される。
粗面の定義としては、例えば、算術平均粗さＲａが０．数μｍから数十μｍ程度、例えば０．１μｍから５０μｍ程度にすることが例として挙げられる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
例えば、引張りネジは、固定台部に対してスライド部を相対的に他端側へ引っ張れればよいのであり、例えばバネ等の弾性体に置き換えてもよい。
固定台部やスライド部の形状は一例に過ぎない。

１０…テープスケール、１００…テープスケールの固定装置、１１０…スケールホルダ、１２０…固定ブロック部、２００…引張りブロック部、２１０…固定台部、２２０…ベース部、２２１…溝、２３０…引張り壁、２３１…孔、２４０…スライド部、２５０…把持駒、２５２…長孔、２５４…フランジ付きスリーブ、２６０…エンドプレート、２７２…薄膜、２９０…引張りネジ。

Claims

スケールを対象物に設置固定するスケールの固定装置であって、
前記スケールの一端を前記対象物に対して不動に固定する固定ブロック部と、
前記スケールの他端を引っ張るようにしながら前記スケールの他端を対象物に固定する引張りブロック部と、を備え、
前記引張りブロック部は、
前記対象物に固定される固定台部と、
前記スケールの他端を把持するとともに、前記固定台部に対して摺動可能に設置されるスライド部と、
一端が前記スライド部に係合し、他端が前記固定台部に係止され、前記スライド部を前記固定台部に対して相対的に他端側へ引っ張る引張り手段と、を備え、
前記スライド部は、長孔を有し、この長孔を挿通して前記固定台部に螺合する第１のネジにて前記固定台部に押し付けられ、
前記スライド部の前記固定台部に当接する面が面取りされている
ことを特徴とするスケールの固定装置。
スケールを対象物に設置固定するスケールの固定装置であって、
前記スケールの一端を前記対象物に対して不動に固定する固定ブロックと、
前記スケールの他端を引っ張るようにしながら前記スケールの他端を対象物に固定する引張りブロック部と、を備え、
前記引張りブロック部は、
前記対象物に固定される固定台部と、
前記スケールの他端を把持するとともに、前記固定台部に対して摺動可能に設置されるスライド部と、
一端が前記スライド部に係合し、他端が前記固定台部に係止され、前記スライド部を前記固定台部に対して相対的に他端側へ引っ張る引張り手段と、を備え、
前記スライド部は、長孔を有し、この長孔を挿通して前記固定台部に螺合する第１のネジにて前記固定台部に押し付けられ、
前記スライド部および前記固定台部の互いの当接面のうち少なくともいずれか一方は鏡面仕上げされている
ことを特徴とするスケールの固定装置。
スケールを対象物に設置固定するスケールの固定装置であって、
前記スケールの一端を前記対象物に対して不動に固定する固定ブロックと、
前記スケールの他端を引っ張るようにしながら前記スケールの他端を対象物に固定する引張りブロック部と、を備え、
前記引張りブロック部は、
前記対象物に固定される固定台部と、
前記スケールの他端を把持するとともに、前記固定台部に対して摺動可能に設置されるスライド部と、
一端が前記スライド部に係合し、他端が前記固定台部に係止され、前記スライド部を前記固定台部に対して相対的に他端側へ引っ張る引張り手段と、を備え、
前記スライド部は、長孔を有し、この長孔を挿通して前記固定台部に螺合する第１のネジにて前記固定台部に押し付けられ、
前記スライド部および前記固定台部の互いの当接面のうち一方は粗面であり、他方には樹脂膜が成膜されている
ことを特徴とするスケールの固定装置。
請求項１から請求項３のいずれかに記載のスケールの固定装置において、
前記第１のネジと前記長孔との間には、第１のフランジ付きスリーブが介装されている
ことを特徴とするスケールの固定装置。
請求項１から請求項４のいずれかに記載のスケールの固定装置において、
前記スケールの他端は第２のネジによって前記スライド部にネジ止めされており、
前記第２のネジと前記スケールの他端との間には、第２のフランジ付きスリーブが介装されている
ことを特徴とするスケールの固定装置。