JPH03282311A - スケール装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えば工作機械等において相対変位する２部
材間の相対変位量を検出するために使用して好適なスケ
ール装置に関する。

［発明の概要］ 本発明は、互いに相対変位する２部材の一方の部材に所
定の目盛が形成されたスケールを配し、このスケールに
沿って配されその目盛を読み取る検出ヘッドを自在機構
を介してそれら２部材の他方の部材に取り付けるように
したスケール装置において、その自在機構をその検出ヘ
ッドの両端近傍で夫々独立に回動自在且つそのスケール
に垂直な面内で平行移動自在に形成すると共に、その検
出ヘッドの両端近傍にふける夫々の回動の中心を合致さ
せることにより、その回動の中心を検出中心として相対
変位量の検出における往きと帰りとの戻り誤差を解消で
きるようにしたものである。

［従来の技術］ 工作機械等において相対変位する２部材間の相対変位量
を検出するため、それら２部材の一方の部材に所定の目
盛が形成されたスケールを配し、このスケールに沿って
配されその目盛を読み取る検出ヘツ゛ドを自在機構を介
してそれら２部材の他方の部材に取り付けるようにした
スケール装置が知られている（例えば実公昭５８−４２
８９７号公報参照）。

第３図はそのような自在機構を有する従来のスケール装
置を示し、この第３図において、（１）は固定部材、（
２）はその固定部材（１）に対して２方向に移動自在な
移動部材、（３）は磁気目盛が形成されたロッド状の磁
気式のスケールが架設されたスケール収納体であり、こ
のスケール（４）が２方向に平行になるようにその移動
部材（２）上にそのスケール収納体（３）がボルトで固
定されている。

（５）はそのスケール（４）が挿通された円筒状の検出
ヘッドであり、この検出ヘッド（５）にはそのスケール
（４）の目盛を読み取って変位信号を出力する機構が設
けられ、左右の端面に夫々そのスケール（４）に沿う摺
動をガイドするためのブツシュ（６）及び（７）が固定
されている。これらプツシ、　（６）。

（７）によりその検出ヘッド（５）はそのスケール（４
）に対して一定の間隙を保って移動する。（８）及び（
９）は夫々中空の半球面部材を示し、左右のブツシュ（
６）及び（７）の端部に夫々それら半球面部材（８）及
び（９）の平坦部が摺動できるように接触している。そ
れら半球面部材（８）及び（９）はほぼ１個の球を２分
割した形状であり、それら半球面部材（８）及び（９）
の球面部の中心ａ及びｂは夫々左右のプツシ５（６）及
び（７）の外側の端部上に存在する。

（１０）及び（１１）は夫々円筒状で且つフランジ部を
有する皿状の受は部材を示し、これら受は部材（１０）
、　（１１）の内面に皿状のテーパ一部が形成されてい
る。また、（１３）は検出ヘッド（５）用のコ字状のキ
ャリッジを示し、キャリッジ（１３）の一方の端部に段
差のある穴が形成され、他方の端部に穴が形成されてい
る。そして、そのキャリッジ（１３）の一方の段差のあ
る穴に圧縮コイルばね（１２）を介して受は部材（１０
）が、他方の穴に受は部材（１１）が夫々嵌挿され、そ
のばね（１２）の付勢力によって半球面部材（８）及び
（９）の球面部に夫々受は部材（１０）及び（１１）の
皿状のテーパ一部が圧接される如（なされている。

そのキャリッジ（１３）の長手方向の端部が取付はブラ
ケッ）（１４）に固定され、この取付はブラケット（１
４）が固定部材（１）に固定されている。従って、移動
部材（２）が２方向に変位するとそれに連動してスケー
ル（４）と検出へラド（５）とが２方向に相対変位する
ので、それら２部材の相対変位量を正確に検出すること
ができる。この場合、例えばそのキャリッジ（１３）の
コ字状の中心Ｄ（第３図例ではスケール（４）の軸上の
検出ヘッド（５）の中心に合致している）を相対変位量
の検出中心とみなすことができる。

この場合、プツシ５（６）と半球面部材（８）とが２方
向に垂直な面内で平行移動自在に支持され且つ半球面部
材（８）と受は部材（１０）とがａを中心に回動自在に
支持されることにより左側の自在機構が形成され、同様
に部材（７，９，１１）により点すを中心に回動自在な
右側の自在機構が形成されている。

また、受は部材（１０）、　（１１）及び半球面部材（
８）。

（９）は夫々スケール（４）に対し充分な間隙を有する
ように中空に形成されている。従って、固定部材（１）
と移動部材（２）との相対変位のブレ等によりキャリッ
ジ（１３）が２方向に垂直な面内で平行移動したり又は
ある程度回転したとしても、左右の自在機構によってそ
のキャリッジ（１３）の動きが吸収されてその検出ヘッ
ド（５）を挟持するブツシュ（６）及び（７）がそのま
まスケール（４）に沿って移動するため、スケール（４
）に過度の応力が加わることが防止される。

尚、そのキャリッジ（１３）が回動するときの中心は半
球面部材（８）の中心ａから半球面部材（９）の中心す
の間の何れかである。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、一般に第３ｖ！Ｊ例のようなスケール装
置では移動部材（２）が２方向のプラス方向（これを例
えば「往き方向ヨとする）に移動する場合と２方向のマ
イナス方向（帰り方向）に移動する場合とでキャリッジ
（１３）の姿勢が変化するのが通例である。即ち、往き
方向ではキャリッジ（１３）の姿勢が第３図に示す如く
スケール（４）に平行であるとしても、帰り方向ではそ
のキャリッジ（１３）が第４図に示す如く半球面部材（
９）の中心ｂを釉に回動することにより、そのキャリッ
ジ（１３）がスケール（４）に対してθだけ傾くことが
ある。

これに応じて、そのスケール装置の検出中心りは往路で
は位置ＤＦに存在し復路では位置ＤＢに存在することに
なる。

この場合、そのスケール装置の検出中心りと半球面部材
（９）の中心すとの距離をＬとすると、検出中心りの往
路の位置ＤＦと復路の位！ＤＢとの２方向の差Δ２は第
４図より明かな如く、Δｚ＝Ｌ　（１−ｃｏｓθ）・（
１） で表すことができる。この差Δ２はコサイン誤差と呼ば
れているがこのような現象が生じた場合はもどり誤差と
なる。

第５図はＬ＝１３ｍｍの場合について、傾き角θに対し
てその戻り誤差Δ２をプロットしたものである。また、
ΔｙはＬθであり、このΔｙはその傾き角θをその検出
中心Ｄ　Ｏ）　Ｚ方向に垂直な面内での変位量に換算し
たものである。この第５図より傾き角θが０から１度に
変化した場合でも戻り誤差Δ２が２μｍに達することが
分かるが、最近のように測定精度として１μｍ〜０．１
μｍが要求されるようになると、その戻り誤差が所望の
精度を達成する上での大きな障害となる。

本発明は斯かる点に鑑み、そのような相対変位する２部
材の往きと帰りとにおける姿勢の変化に起因する戻り誤
差を小さくできるスケール装置を提案することを目的と
する。

［課題を解決するための手段］ 本発明によるスケール装置は、例えば第１図に示す如く
、互いに相対変位する２部材の一方の部材に所定の目盛
が形成されたスケール（４）を配し、このスケール（４
）に沿って配されその目盛を読み取る検出ヘッド（５）
を自在機構を介してそれら２部材の他方の部材に取り付
けるようにしたスケール装置において、その自在機構（
１２，１７，１５，６，７，１６゜１８）をその検出ヘ
ッド（５）の両端近傍で夫々独立に回動自在且つそのス
ケール（４）に垂直な面内で平行移動゛自在に形成する
と共に、その検出ヘッド（５）の両端近傍における夫々
の回動の中心Ｒを合致させるようにしたものである。

［作用］ 斯かる本発明によれば、その２部材が相対変位する過程
で往きと帰りとで微妙な回転の変化が発生したとしても
、その互いに合致する検出ヘッド（５）の両端近傍にお
ける回動の中心Ｒの位置はそのスケール（４）の検出方
向（長手方向）には変化しない。従って、その回動の中
心Ｒを検出中心とみなすことにより往きと帰りとの間の
戻り誤差を理論的には０にすることができる。

尚、その検出中心がそのスケール（４）に垂直な面内で
平行移動しても相対変位量の検出値は変化することがな
く、戻り誤差も発生しない。

［実施例］ 以下、本発明によるスケール装置の一実施例につき第１
図を参照して説明しよう。本例は第３図例の半球面部材
（８）、　（９）及び受は部材（１０）、　（１１）を
夫々半球面部材（１５）、　（１６）及び受は部材（１
７）　。

（１８）で置き換えたものであり、他の部分は第３図例
と同じである。従って、この第１図において第３図に対
応する部分には同一符号を付してその詳細説明を省略す
る。

第１図の本例のスケール装置において、略中空円筒状の
半球面部材（１５）及び（１６）は夫々−面を平面且つ
他面を球面に形成し、これら半球面部材（１５）及び（
１６）の平面部を夫々プツシ５（６）及び（７）の端面
に当接させる。これらブツシュ（６）及び（７）の端面
はスケール（４）の長手方向（２方向）に垂直になるよ
うに設定する。そして、それら半球面部材（１５）及び
（１６）の球面の中心を検出へラド（５）の中心Ｒで合
致させる。即ち、本例の半球面部材（１５）及び（１６
）は半球体というよりも大きな球の周辺部を切り取った
ような形状である。また、それら半球面部材（１５）、
　（１６）の球面の中心は厳密な意味では合致させる必
要はなく、共に２方向に垂直な共通な面Ｍの上に存在す
ればよい。

受は部材（１７）、　（１ｇ）は夫々従来の受は部材（
１０）　。

（１１）のテーパ面の傾斜を緩くしたものであり、これ
ら受は部材（１７）及び（１Ｂ）のテーパ面を夫々半球
面部材（１５）及び（１６）の球面部に当接させる。他
の構成は第３図例と同様である。従って、本例のキャリ
ッジ（１３）は互いに合致する半球面部材（１５）及び
（１６）の球面の中心Ｒを中心として回動するため、こ
の中心Ｒを回転中心とみなすことができる。

また、本例ではその回転中心Ｒが存在し且つ２方向に垂
直な面Ｍ上に相対変位量の検出中心りを設定する如くな
す。この場合、通常はその検出中心りをその回転中心Ｒ
に合致させるが（第１図の状態）、これらを大きく離れ
させてもよい。

上述の様に、本例によればキャリッジ（１３）は常に回
転中心Ｒを中心に回動するため、２部材が相対変位する
過程において往きと戻りとでそのキャリッジ（１３）の
回転の状態が変化してもその検出中心りの２方向の位置
が変化することはなく、理論上戻り誤差は０になる。

次に、本発明の他の実施例につき第２図を参照して説明
する。この第２図例では第１図例の皿状の受は部材（１
７）及び（１８）を夫々球状受は部材（１９）及び（２
０）によって置き換える。これら球状受は部材（１９）
及び（２０）は皿状の受は部材（１７）及び（１Ｂ）の
テーパ面を夫々球面に変えたものであり、これら球状受
は部材（１９）及び（２０）を第１図例と同様にキャリ
ッジ（１３）に取り付ける。

（２１）は球、（２２）はリングを示し、検出ヘッド（
５）の左側のブツシュ（６）と球状受は部材（１９）と
の間でスケール（４）をそのリング（２２）に挿通させ
そのリング（２２）の外縁に３個以上の球（２１）を配
し、その球状受は部材（１９）の球面部（１９ａ＞をそ
れら球（２１）を介してプツシ：Ｌ（６）の一端に当接
させる。同様に検出ヘッド（５）の右側のブツシュ（７
）と球状受は部材（２０）の球面部（２０ａ＞との間に
３個以上の球（２１）を介装し、これら球（２１）の内
面にリング（２２）を配する。このリング（２２）の中
心部をスケーノ喧４）が挿通している。

本例ではその球状受は部材（１９）及び（２０）の球面
の中心を検出ヘッド（５）の中心部の点Ｒで合致させる
如くなす。この中心Ｒがそのキャリッジ（１３）の回転
中心となり、この回転中心Ｒを通ってスケール（４）に
垂直な面内に検出中心りを設定する。また、本例におい
ても球（２１）が回転し又は滑ることによりその球状受
は部材（１９）、　（２０）とブツシュ（６）。

（７）とは２方向に垂直なＸ方向に自由に変位すること
ができるたｔｌその回転中心Ｒは必ずしもそのスケール
（４）の軸上には存在しない。

上述の如く本例においてもキャリッジ（１３）の回転中
心Ｒとスケール装置の検出中心りとがスケール（４）（
ｚ方向）に垂直な共通の面内に存在するため、２部材の
相対変位の過程において往きと帰りとでそのキャリッジ
（１３）の回転の状態が変化してもその検出中心りのス
ケール（４）上での位置が変化することはなく、戻り誤
差は理論上Ｏになる。

また、そのキャリッジ（１３）が２方向に垂直な面内で
平行移動しても、その検出中心りのスケール（４）上で
の位置は変化せず検出誤差は発生しない。

尚、本発明は上述実施例に限定されず、例えば球（２１
）の代わりに球面軸受を使用するなど本発明の要旨を逸
脱しない範囲で種々の構成を採り得ることは勿論である
。

［発明の効果］ 本発明によれば、その回動の中心を検出中心として相対
変位量の検出における往きと帰りとの戻り誤差を解消で
きる利益がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の検出部を示す断面図、第２
図は他の実施例の検出部を示す断面図、第３図は従来の
スケール装置を示す一部を切り欠いた平面図、第４図は
従来のスケール装置のキャリッジ（１３）が傾いた場合
を示す断面図、第５図は戻り誤差の理論値を示す線図で
ある。 （４）はスケール、（５）は検出ヘッド、（１２）はば
ね、（１３）はキャリッジ、（６）、　（７）は夫々ブ
ツシュ、（１５）、　（１６）は夫々半球面部材、（１
７）、　（１８）は夫々皿状の受は部材、（１９＞、　
（２０＞は夫々球状受は部材、（２１）は球、（２２）
はリングである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 互いに相対変位する２部材の一方の部材に所定の目盛が
   形成されたスケールを配し、該スケールに沿って配され
   上記目盛を読み取る検出ヘッドを自在機構を介して上記
   ２部材の他方の部材に取り付けるようにしたスケール装
   置において、 上記自在機構を上記検出ヘッドの両端近傍で夫々独立に
   回動自在且つ上記スケールに垂直な面内で平行移動自在
   に形成すると共に、上記検出ヘッドの両端近傍における
   夫々の回動の中心を合致させるようにした事を特徴とす
   るスケール装置。