JPH05209708A - 直線測定装置 - Google Patents
直線測定装置Info
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- JPH05209708A JPH05209708A JP4304708A JP30470892A JPH05209708A JP H05209708 A JPH05209708 A JP H05209708A JP 4304708 A JP4304708 A JP 4304708A JP 30470892 A JP30470892 A JP 30470892A JP H05209708 A JPH05209708 A JP H05209708A
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- pickoff
- housing
- flat spring
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
- G01D5/24—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance
- G01D5/241—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance by relative movement of capacitor electrodes
- G01D5/2412—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance by relative movement of capacitor electrodes by varying overlap
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B3/00—Measuring instruments characterised by the use of mechanical techniques
- G01B3/002—Details
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/003—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring position, not involving coordinate determination
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ピックオフ体がスケールと摺動接触するよう
に弾力的に付勢される直線測定装置の提供。 【構成】 直線測定装置は、スピンドル52と接続さ
れ、かつ、ハウジング50内で摺動自在に保持されるス
ケール56と、平ばね60を介して板ばね62によりス
ケール56と摺動接触可能に付勢されるピックオフ体5
8とを備えている。平ばね60は、ピックオフ体58の
スケール56に対して直交する変位を吸収し、ピックオ
フ体58とスケール56との当接接触を維持する。ピッ
クオフ体58とスケール56には、静電容量格子がそれ
ぞれ設けられ、スケール56の軸方向移動により発生す
る容量変化が測定される。
に弾力的に付勢される直線測定装置の提供。 【構成】 直線測定装置は、スピンドル52と接続さ
れ、かつ、ハウジング50内で摺動自在に保持されるス
ケール56と、平ばね60を介して板ばね62によりス
ケール56と摺動接触可能に付勢されるピックオフ体5
8とを備えている。平ばね60は、ピックオフ体58の
スケール56に対して直交する変位を吸収し、ピックオ
フ体58とスケール56との当接接触を維持する。ピッ
クオフ体58とスケール56には、静電容量格子がそれ
ぞれ設けられ、スケール56の軸方向移動により発生す
る容量変化が測定される。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、固定部材およびこの固
定部材に沿って摺動する可動部材を有する直線測定装置
(ミクロンおよびサブミクロン程度の範囲の)に関し、
特に、容量型エンコーダの固定部材を、可動部材の移動
軸線に沿って移動させることなく、可動部材に対して弾
力的に付勢するための機構に関する。
定部材に沿って摺動する可動部材を有する直線測定装置
(ミクロンおよびサブミクロン程度の範囲の)に関し、
特に、容量型エンコーダの固定部材を、可動部材の移動
軸線に沿って移動させることなく、可動部材に対して弾
力的に付勢するための機構に関する。
【0002】
【背景技術】種々の装置が、正確な直線測定に利用でき
る。ハイトゲージは、物品の高さを測定するのに利用で
きる。ダイアルゲージ、デジマチツク(商標)インジケ
ータ、およびリニアゲージは、物体の厚さおよび高さを
正確に測定するのに使用されている。リニア装置および
X−Y変位測定装置は、物体の直線変位または位置を正
確に測定するのに利用できる。
る。ハイトゲージは、物品の高さを測定するのに利用で
きる。ダイアルゲージ、デジマチツク(商標)インジケ
ータ、およびリニアゲージは、物体の厚さおよび高さを
正確に測定するのに使用されている。リニア装置および
X−Y変位測定装置は、物体の直線変位または位置を正
確に測定するのに利用できる。
【0003】今日使用されている多くの直線測定装置
は、内部で摺動可能に取り付けられた測定スケールを有
したハウジングを備えている。スピンドルのような動く
部材は、スケールと連接され、変位測定対象物と関与す
る。スピンドルがハウジング内で滑らかに摺動するのを
確保するように、ハウジングに取り付けられ、かつ、ス
ピンドルを取り囲むブッシュが、一般に使用されてい
た。ハウジング内のセンサは、スケールの移動を検知す
るとともに、測定対象物の位置または動き、あるいはそ
の両方を表す出力を出す。概して、精密測定に関する従
来技術においては、このセンサは、スケールから特定の
間隔が置かれていて、また、高価な精密ベアリングが、
摩耗を無くするとともに構成要素の案内および間隔保持
のために使用されている。
は、内部で摺動可能に取り付けられた測定スケールを有
したハウジングを備えている。スピンドルのような動く
部材は、スケールと連接され、変位測定対象物と関与す
る。スピンドルがハウジング内で滑らかに摺動するのを
確保するように、ハウジングに取り付けられ、かつ、ス
ピンドルを取り囲むブッシュが、一般に使用されてい
た。ハウジング内のセンサは、スケールの移動を検知す
るとともに、測定対象物の位置または動き、あるいはそ
の両方を表す出力を出す。概して、精密測定に関する従
来技術においては、このセンサは、スケールから特定の
間隔が置かれていて、また、高価な精密ベアリングが、
摩耗を無くするとともに構成要素の案内および間隔保持
のために使用されている。
【0004】種々のタイプの検知装置、スケールおよび
懸架機構が、従来技術において知られている。サカガミ
のアメリカ合衆国特許第4,603,408号は、スケ
ールの動き限定するための光学格子および光学センサを
有する直線スケールを示している。このような装置にお
いて、センサは、ローラベアリングにより固定スケール
に沿って普通に案内されている。変位を測定するために
容量の変化を検知する容量型位置センサは、「絶対位置
測定用容量型測定装置」と題され一般譲渡されたアメリ
カ合衆国特許出願第07/372,773号に記載され
ている。特別な懸架機構は明示されてないが、現在一般
に入手できる電子式キャリパ(ノギス)が、このタイプ
の装置の一般的な案内機構を示している。そのような案
内機構は、高精度測定には適していない。また、イギリ
ス国特許第1,366,284号は、長さ測定装置にお
ける容量型センサを述べている。色々な環境に、容量型
センサは適していて、光学センサのように複雑でなく、
壊れ易くなく、また高価でない。
懸架機構が、従来技術において知られている。サカガミ
のアメリカ合衆国特許第4,603,408号は、スケ
ールの動き限定するための光学格子および光学センサを
有する直線スケールを示している。このような装置にお
いて、センサは、ローラベアリングにより固定スケール
に沿って普通に案内されている。変位を測定するために
容量の変化を検知する容量型位置センサは、「絶対位置
測定用容量型測定装置」と題され一般譲渡されたアメリ
カ合衆国特許出願第07/372,773号に記載され
ている。特別な懸架機構は明示されてないが、現在一般
に入手できる電子式キャリパ(ノギス)が、このタイプ
の装置の一般的な案内機構を示している。そのような案
内機構は、高精度測定には適していない。また、イギリ
ス国特許第1,366,284号は、長さ測定装置にお
ける容量型センサを述べている。色々な環境に、容量型
センサは適していて、光学センサのように複雑でなく、
壊れ易くなく、また高価でない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】板面内の軸線に沿う移
動を判断する平行板静電容量の変化を測定するセンサに
おける問題の1つは、静電容量が板に対しての垂直移
動、ならびに板に対しての平行な測定軸線に沿う軸方向
の動きに基づいて変化することである。スケールがその
測定軸線に沿って移動すると、それによる静電容量の変
化が検知され、電気的に処理されることにより、スケー
ルの変位が判断される。都合の悪いことに、軸線に対し
ての垂直移動は、それが原因ではない容量変化をもたら
す。この望ましくない容量変化は、被測定物の移動検知
に際して誤差を生じる。結果として、公知の容量型長さ
測定装置は、比較的高価なベアリング機構が使用されな
いと、誤差の影響を受け易い。
動を判断する平行板静電容量の変化を測定するセンサに
おける問題の1つは、静電容量が板に対しての垂直移
動、ならびに板に対しての平行な測定軸線に沿う軸方向
の動きに基づいて変化することである。スケールがその
測定軸線に沿って移動すると、それによる静電容量の変
化が検知され、電気的に処理されることにより、スケー
ルの変位が判断される。都合の悪いことに、軸線に対し
ての垂直移動は、それが原因ではない容量変化をもたら
す。この望ましくない容量変化は、被測定物の移動検知
に際して誤差を生じる。結果として、公知の容量型長さ
測定装置は、比較的高価なベアリング機構が使用されな
いと、誤差の影響を受け易い。
【0006】板面内の板の動きを判断する平行板静電容
量の変化を測定するセンサにおける他の重要な実用上の
問題は、容量信号の強さが、板寸法の減少およびギャッ
プの増加により急激に小さくなることであるが、その一
方で、コストは、ほぼエンコーダ面積に応じて減少する
(同じようなことがシリコンICのコスト性にも見られ
る)。小さい容量板面積が、実用上最も望ましい。しか
しながら、一方で十分な信号強度を維持しながら容量板
面積を減少するには、より小さい容量ギャップが維持さ
れなければならない。残念なことに、上述の懸架機構の
設計においては、小さなギャップが、非軸方向(誤差を
発生する)移動に対する上記の感度を意識し過ぎてい
て、近接して相対移動する部材間の偶発的な接触により
センサを損傷する機会を拡大している。従来技術では、
小さな作動ギャップを得るために、高価な精密ベアリン
グ機構、または、ありきたりの厳密な許容誤差組み立て
技術が利用されていた。いずれの方法も、コストをセン
サの大きさを減少したことによる種々の利点で実質上相
殺している。たとえそうであつても、光学測定装置はあ
る環境においては使用されず、使用される場合には、著
しく高価でかつよりデリケートである。
量の変化を測定するセンサにおける他の重要な実用上の
問題は、容量信号の強さが、板寸法の減少およびギャッ
プの増加により急激に小さくなることであるが、その一
方で、コストは、ほぼエンコーダ面積に応じて減少する
(同じようなことがシリコンICのコスト性にも見られ
る)。小さい容量板面積が、実用上最も望ましい。しか
しながら、一方で十分な信号強度を維持しながら容量板
面積を減少するには、より小さい容量ギャップが維持さ
れなければならない。残念なことに、上述の懸架機構の
設計においては、小さなギャップが、非軸方向(誤差を
発生する)移動に対する上記の感度を意識し過ぎてい
て、近接して相対移動する部材間の偶発的な接触により
センサを損傷する機会を拡大している。従来技術では、
小さな作動ギャップを得るために、高価な精密ベアリン
グ機構、または、ありきたりの厳密な許容誤差組み立て
技術が利用されていた。いずれの方法も、コストをセン
サの大きさを減少したことによる種々の利点で実質上相
殺している。たとえそうであつても、光学測定装置はあ
る環境においては使用されず、使用される場合には、著
しく高価でかつよりデリケートである。
【0007】
【課題を解決するための手段および作用】本発明によれ
ば、リニアゲージ内のスケールとピックオフとは、スケ
ールの軸方向の移動中互いに摺動接触して当接するよう
に付勢されている。スピンドルのような動く部材は、ス
ケールと変位測定対象物との間に挿入され、対象物が移
動するとスケールが直線的に移動するようになってい
る。
ば、リニアゲージ内のスケールとピックオフとは、スケ
ールの軸方向の移動中互いに摺動接触して当接するよう
に付勢されている。スピンドルのような動く部材は、ス
ケールと変位測定対象物との間に挿入され、対象物が移
動するとスケールが直線的に移動するようになってい
る。
【0008】ピックオフ体は、対応するスケールの移動
を測定するセンサを備えている。改良されたばね懸架機
構は、ピックオフ体およびハウジングに結合され、スケ
ールがピックオフ体の表面を摺動するときに、スケール
と当接接触するようにピックオフ体を弾力的に付勢す
る。改良されたばね部材は、スケールの軸移動方向への
ピックオフ体の動きを抑制するが、非軸方向移動を収容
するとともに、非常に小さい接触力およびその際の低摩
擦力により、ピックオフ体をスケールと当接接触するよ
うに付勢して、摩耗特性の改善、およびスケールの軸方
向移動の正確な測定といった種々の効果を達成するとと
もに、経済的なベアリング面を使用する一方で、高実用
容量信号強度と簡単な構造を提供している。スケールの
順当な非軸方向移動またはスケール面の揺動が、精密な
変位測定において誤差を発生させることはなく、また相
対的に移動するピックオフとスケールとの摩擦または摩
耗を顕著に増大させることはない。
を測定するセンサを備えている。改良されたばね懸架機
構は、ピックオフ体およびハウジングに結合され、スケ
ールがピックオフ体の表面を摺動するときに、スケール
と当接接触するようにピックオフ体を弾力的に付勢す
る。改良されたばね部材は、スケールの軸移動方向への
ピックオフ体の動きを抑制するが、非軸方向移動を収容
するとともに、非常に小さい接触力およびその際の低摩
擦力により、ピックオフ体をスケールと当接接触するよ
うに付勢して、摩耗特性の改善、およびスケールの軸方
向移動の正確な測定といった種々の効果を達成するとと
もに、経済的なベアリング面を使用する一方で、高実用
容量信号強度と簡単な構造を提供している。スケールの
順当な非軸方向移動またはスケール面の揺動が、精密な
変位測定において誤差を発生させることはなく、また相
対的に移動するピックオフとスケールとの摩擦または摩
耗を顕著に増大させることはない。
【0009】
【実施例】図14および図15は、イギリス特許第1,
550,188号に記載されている従来の光学距離測定
ゲージを示す。従来のゲージは、ハウジング12内に摺
動可能に取り付けられたスピンドル10を含んでいる。
スピンドル10は、ばね機構14を介してスケール16
に連結される。このスケール16は、表面18上に光学
格子34を備えている。ガラス部材20は、表面25上
に光学格子36を備えている。基体30は、図15に最
良に示されるように、スケール16を支持するためにガ
ラス部材20に固着されている。スケール16は傾斜面
31を有し、この傾斜面31に対して、板ばね32がス
ケール16をガラス部材20および基体30に対して押
圧するように付勢している。板ばね32は、基体30の
背部に支持アーム(図示せず)により保持される。支持
アームは、スピンドル10とともに移動し、かつ該スピ
ンドルに直接連結される。
550,188号に記載されている従来の光学距離測定
ゲージを示す。従来のゲージは、ハウジング12内に摺
動可能に取り付けられたスピンドル10を含んでいる。
スピンドル10は、ばね機構14を介してスケール16
に連結される。このスケール16は、表面18上に光学
格子34を備えている。ガラス部材20は、表面25上
に光学格子36を備えている。基体30は、図15に最
良に示されるように、スケール16を支持するためにガ
ラス部材20に固着されている。スケール16は傾斜面
31を有し、この傾斜面31に対して、板ばね32がス
ケール16をガラス部材20および基体30に対して押
圧するように付勢している。板ばね32は、基体30の
背部に支持アーム(図示せず)により保持される。支持
アームは、スピンドル10とともに移動し、かつ該スピ
ンドルに直接連結される。
【0010】スペーサレール26および28は、スケー
ル16をガラス部材20から離して置くような低摩擦摺
動面をそれぞれ提供している。同様に、スケール16に
連結されたスペーサレール24および基体30に連結さ
れたスペーサレール22は、スケール16を基体30の
上方でかつガラス部材20から間隔を置いて支持する。
カーボン、二硫化モリブデン、オイルフイルム等の他の
固体潤滑剤も、摺動ブロツクを離間および潤滑するのに
開示されている。
ル16をガラス部材20から離して置くような低摩擦摺
動面をそれぞれ提供している。同様に、スケール16に
連結されたスペーサレール24および基体30に連結さ
れたスペーサレール22は、スケール16を基体30の
上方でかつガラス部材20から間隔を置いて支持する。
カーボン、二硫化モリブデン、オイルフイルム等の他の
固体潤滑剤も、摺動ブロツクを離間および潤滑するのに
開示されている。
【0011】従来の懸架機構は、本発明に対して多くの
欠点を持っているように見受けられる。従来技術におい
て、付勢ばねはピックオフでなく、可動スケール16に
作用している。最近の構成では、可動スケールは概して
ピックオフよりも実質的に大きい。比較的大きなスケー
ルの動きを制御するために、付勢力は重力および振動の
作用によりスケールに作用する力に打ち勝つために比較
的増大されねばならない。比較的増大された付勢力は、
摺動面での早期摩耗および劣化、ならびにスケールの動
きに対する摩擦抵抗の増加の原因となる。動きに対する
このような微妙な抵抗の変化は、高精度測定およびワー
クピースの柔軟な測定において著しい誤差を生じる。加
えて、測定範囲が数十センチ以上に増大されると、更に
長く、より大きなスケールが必要とされる。
欠点を持っているように見受けられる。従来技術におい
て、付勢ばねはピックオフでなく、可動スケール16に
作用している。最近の構成では、可動スケールは概して
ピックオフよりも実質的に大きい。比較的大きなスケー
ルの動きを制御するために、付勢力は重力および振動の
作用によりスケールに作用する力に打ち勝つために比較
的増大されねばならない。比較的増大された付勢力は、
摺動面での早期摩耗および劣化、ならびにスケールの動
きに対する摩擦抵抗の増加の原因となる。動きに対する
このような微妙な抵抗の変化は、高精度測定およびワー
クピースの柔軟な測定において著しい誤差を生じる。加
えて、測定範囲が数十センチ以上に増大されると、更に
長く、より大きなスケールが必要とされる。
【0012】従来技術において、かかる大きなスケール
に要求される付勢力は、スケールの動きに対して全く実
用的でない摩擦抵抗の範囲である。これは、従来の懸架
機構の実用性および汎用性を著しく制限している。加え
て、従来技術では、摺動スケール16とガラス部材20
との間の摺動接触を維持するために、付勢ばねは、スケ
ール16およびスピンドル10を案内する部材表面の直
線性および一線に調整することの欠陥に起因するスケー
ルの動きの偏差(揺動)に打ち勝つように、ばね機構1
4を介してスケールに作用するどのような力にも打ち勝
つ必要がある。本発明の付勢装置はこれらの力に打ち勝
つ必要はなく、むしろそれらを収容する。よって、本発
明に比して、従来の付勢装置がスケールの動きに対して
同一レベルの精度および低抵抗を達成するためには、ば
ね機構14および基体30のより精密な製造公差とより
高価な設計および製作を必要とする。
に要求される付勢力は、スケールの動きに対して全く実
用的でない摩擦抵抗の範囲である。これは、従来の懸架
機構の実用性および汎用性を著しく制限している。加え
て、従来技術では、摺動スケール16とガラス部材20
との間の摺動接触を維持するために、付勢ばねは、スケ
ール16およびスピンドル10を案内する部材表面の直
線性および一線に調整することの欠陥に起因するスケー
ルの動きの偏差(揺動)に打ち勝つように、ばね機構1
4を介してスケールに作用するどのような力にも打ち勝
つ必要がある。本発明の付勢装置はこれらの力に打ち勝
つ必要はなく、むしろそれらを収容する。よって、本発
明に比して、従来の付勢装置がスケールの動きに対して
同一レベルの精度および低抵抗を達成するためには、ば
ね機構14および基体30のより精密な製造公差とより
高価な設計および製作を必要とする。
【0013】加えて、表面18と25との間のギャップ
の制御を一体の摺動面によつて達成するためには、ガラ
ス部材20および表面25が、長手方向に移動するスケ
ール16が摺動するための延長された表面を設けるとい
うだけの目的のために、備えられた格子(検知)素子の
所定の寸法を越えて「人為的」に延出されねばならな
い。可動スケールよりもむしろ固定ピックオフ素子を付
勢することにより、本発明は有効にピックオフ素子の寸
法を最小にし、かつ、従来技術の設計におけるような、
設計上の制約および人為的に延出した精密検知素子に関
連する経済的な不利益を回避することができる。
の制御を一体の摺動面によつて達成するためには、ガラ
ス部材20および表面25が、長手方向に移動するスケ
ール16が摺動するための延長された表面を設けるとい
うだけの目的のために、備えられた格子(検知)素子の
所定の寸法を越えて「人為的」に延出されねばならな
い。可動スケールよりもむしろ固定ピックオフ素子を付
勢することにより、本発明は有効にピックオフ素子の寸
法を最小にし、かつ、従来技術の設計におけるような、
設計上の制約および人為的に延出した精密検知素子に関
連する経済的な不利益を回避することができる。
【0014】図16は、スケール16とガラス部材20
との間で、接触面27および29をそれぞれ有するスペ
ーサレール26および28の拡大断面図であり、従来技
術の懸架機構、特に容量型エンコーダに関する付加的な
欠陥を図示している。スケール16は、ガラス部材20
のスペーサレール28に沿って、矢印38で示される軸
方向に動く。スケール16は、スペーサレール26の接
触面27から少なくともレールの厚さ分だけ離れた面3
5上に測定格子34を備えている。同様に、ガラス部材
20は、スペーサレール28の接触面29から少なくと
もレールの厚さ分だけ離れた面37上に検知格子36を
備えている。格子34は、前面35、レール26および
接触面27を有している。レール26は、格子34の前
面35を境に接している。よつて、面35は、必ずしも
接触面27と平行ではなく、レール26の厚さ変化に基
づいて接触面27からの距離が変化している。レール2
6の厚さに対する製造時の許容誤差は、非常に厳密なも
のとなり、また、測定を正確に行う計器を組み立てる上
での違った意味での複雑さをもたらす。
との間で、接触面27および29をそれぞれ有するスペ
ーサレール26および28の拡大断面図であり、従来技
術の懸架機構、特に容量型エンコーダに関する付加的な
欠陥を図示している。スケール16は、ガラス部材20
のスペーサレール28に沿って、矢印38で示される軸
方向に動く。スケール16は、スペーサレール26の接
触面27から少なくともレールの厚さ分だけ離れた面3
5上に測定格子34を備えている。同様に、ガラス部材
20は、スペーサレール28の接触面29から少なくと
もレールの厚さ分だけ離れた面37上に検知格子36を
備えている。格子34は、前面35、レール26および
接触面27を有している。レール26は、格子34の前
面35を境に接している。よつて、面35は、必ずしも
接触面27と平行ではなく、レール26の厚さ変化に基
づいて接触面27からの距離が変化している。レール2
6の厚さに対する製造時の許容誤差は、非常に厳密なも
のとなり、また、測定を正確に行う計器を組み立てる上
での違った意味での複雑さをもたらす。
【0015】図16におけるレール26および28の欠
点は、それらの部分的な厚さ変化が、光学格子34,3
6間の距離変化をもたらすことである。格子34,36
間の距離変化は、検知器が光学的なものなので、著しい
誤差や信号強度減少を起こすことはない。しかし、容量
型格子の場合には、これが著しい誤差を招く。面27お
よび29の起伏は、各格子の表面35および37の起伏
とは一致していない。レールが厚いところでは、スケー
ル16とガラス部材20との距離が増すが、格子面35
および37が平らな場合があるので、容量型格子が用い
られると、スケール16の軸方向移動よりむしろ、互い
に離れるように付勢された(または互いに接近するよう
に付勢された)面18および25により、容量変化が起
きる。誤差は、かようにして生じる。
点は、それらの部分的な厚さ変化が、光学格子34,3
6間の距離変化をもたらすことである。格子34,36
間の距離変化は、検知器が光学的なものなので、著しい
誤差や信号強度減少を起こすことはない。しかし、容量
型格子の場合には、これが著しい誤差を招く。面27お
よび29の起伏は、各格子の表面35および37の起伏
とは一致していない。レールが厚いところでは、スケー
ル16とガラス部材20との距離が増すが、格子面35
および37が平らな場合があるので、容量型格子が用い
られると、スケール16の軸方向移動よりむしろ、互い
に離れるように付勢された(または互いに接近するよう
に付勢された)面18および25により、容量変化が起
きる。誤差は、かようにして生じる。
【0016】図17〜19には、2つの部材の相対位置
を決定するアメリカ合衆国特許第3,138,714号
に開示された装置(’714号特許)が示されている。
を決定するアメリカ合衆国特許第3,138,714号
に開示された装置(’714号特許)が示されている。
【0017】測定スケール104は、測定軸100に沿
ってハウジング105と相対移動する(しかしながら、
案内部材の避けられない不正確性に起因して、動きは厳
密には直線とはならない)。光学検出素子111が、よ
く知られ、また本発明と関係ないので示されていない他
の光学装置の素子のように、設けられている。スケール
部材104は、その表面115内に、従来の光学測定格
子のように機能するクリツド状の部材116を有してい
る。同様に、検知板110は、表面115と対向する面
117上に、2つの格子118を有しており、それらの
位相は、光学格子116を介して適切に照射された時
に、動きと位置とに応じて従来通りの光学信号を出すよ
うに設定されている。
ってハウジング105と相対移動する(しかしながら、
案内部材の避けられない不正確性に起因して、動きは厳
密には直線とはならない)。光学検出素子111が、よ
く知られ、また本発明と関係ないので示されていない他
の光学装置の素子のように、設けられている。スケール
部材104は、その表面115内に、従来の光学測定格
子のように機能するクリツド状の部材116を有してい
る。同様に、検知板110は、表面115と対向する面
117上に、2つの格子118を有しており、それらの
位相は、光学格子116を介して適切に照射された時
に、動きと位置とに応じて従来通りの光学信号を出すよ
うに設定されている。
【0018】格子116と格子118との距離は、10
ミクロンとすることが推奨されている。格子116から
所定距離に検知板110を維持するには、それと同時
に、測定軸100の方向にハウジング105に対して検
知板110の定位置が維持されなければならず、検知板
110は、パテ等でポリフロエチレン製の長方形枠11
9に固定されている。枠119の長軸方向端部材120
は、検知板110の格子面を越えて延出し、測定スケー
ル104の格子の表面115と係合するための摺動レー
ルとされている。枠119用の材料は、摺動レール12
0に適した特別に低い摩擦係数に特徴がある。枠119
は、格子表面115に対して平行に伸びた2つのばねブ
レードアーム122によつて保持されている金属枠12
1へ、例えばパテによつて、挿入される。ばねブレード
アーム122は、ハウジング105に取り付けられてい
る。ハウジング105で支持された圧力ばね123は、
摺動レール120の格子表面115との十分な係合を可
能にしている。
ミクロンとすることが推奨されている。格子116から
所定距離に検知板110を維持するには、それと同時
に、測定軸100の方向にハウジング105に対して検
知板110の定位置が維持されなければならず、検知板
110は、パテ等でポリフロエチレン製の長方形枠11
9に固定されている。枠119の長軸方向端部材120
は、検知板110の格子面を越えて延出し、測定スケー
ル104の格子の表面115と係合するための摺動レー
ルとされている。枠119用の材料は、摺動レール12
0に適した特別に低い摩擦係数に特徴がある。枠119
は、格子表面115に対して平行に伸びた2つのばねブ
レードアーム122によつて保持されている金属枠12
1へ、例えばパテによつて、挿入される。ばねブレード
アーム122は、ハウジング105に取り付けられてい
る。ハウジング105で支持された圧力ばね123は、
摺動レール120の格子表面115との十分な係合を可
能にしている。
【0019】この構造は、図16に示されているレール
構造よりも優れた面を持つ。スケール104の面115
が、摺動面として用いられているので、レール120だ
けが、厚さと平面度に関して構成調整されていればよ
い。しかし、レールは、なお比較的狭い表面領域をカバ
ーするに過ぎず、従って面115の局所的な平面変化、
および本発明よりも高くなる動作圧力及び摩耗とに起因
する、より大きな段差変化を被りやすい。表面圧と摩耗
率に関する欠点は、設計の他の欠点を拡大する。相対移
動の間、表面115における摩擦は、レール120の表
面に作用する摩擦力124を発生させる。この摩擦力1
24は、ばねブレードアーム122の面内で作用する抵
抗力125を生じる。力124と125は、距離126
だけ離れており、蝶番点127の回りにモーメント12
8を起こす。このモーメントは、不可避的にレール12
0の長さに沿った不均一な圧力分布を生じる。レール1
20は、測定検知格子における相互に反転した動きの下
(相対移動の方向が反転する時)に急速に左右端部が摩
耗を始め、平面でなくなる。一旦、レール120がその
両端で摩耗し始めると、検知板110は反転動作中に、
中央の高い部分で前後に揺れ、揺れによる急激な摩耗
と、検知板の一端から他端にかけての段差との双方を起
こす。高精度測定では、このような急激な摩耗や間隙の
発生は、特に静電容量格子を使ったセンサーに対して、
著しい誤作をもたらす。
構造よりも優れた面を持つ。スケール104の面115
が、摺動面として用いられているので、レール120だ
けが、厚さと平面度に関して構成調整されていればよ
い。しかし、レールは、なお比較的狭い表面領域をカバ
ーするに過ぎず、従って面115の局所的な平面変化、
および本発明よりも高くなる動作圧力及び摩耗とに起因
する、より大きな段差変化を被りやすい。表面圧と摩耗
率に関する欠点は、設計の他の欠点を拡大する。相対移
動の間、表面115における摩擦は、レール120の表
面に作用する摩擦力124を発生させる。この摩擦力1
24は、ばねブレードアーム122の面内で作用する抵
抗力125を生じる。力124と125は、距離126
だけ離れており、蝶番点127の回りにモーメント12
8を起こす。このモーメントは、不可避的にレール12
0の長さに沿った不均一な圧力分布を生じる。レール1
20は、測定検知格子における相互に反転した動きの下
(相対移動の方向が反転する時)に急速に左右端部が摩
耗を始め、平面でなくなる。一旦、レール120がその
両端で摩耗し始めると、検知板110は反転動作中に、
中央の高い部分で前後に揺れ、揺れによる急激な摩耗
と、検知板の一端から他端にかけての段差との双方を起
こす。高精度測定では、このような急激な摩耗や間隙の
発生は、特に静電容量格子を使ったセンサーに対して、
著しい誤作をもたらす。
【0020】更に、片持ち梁状のスプリングブレードア
ーム122を一端で浮かせているので、材質の相違に起
因する熱膨張の相違は、温度変化中、ハウジング105
に対して検知板110を変位させ、このことが測定誤差
をもたらす。
ーム122を一端で浮かせているので、材質の相違に起
因する熱膨張の相違は、温度変化中、ハウジング105
に対して検知板110を変位させ、このことが測定誤差
をもたらす。
【0021】この従来技術を使用した格子表面のギャッ
プの設定は、精密な組み立て許容誤差と付加的な長方形
枠119の採用を必要とする。’714特許では、空ギ
ャップが必要とされている。「面15(本明細書では1
15)と面17(本明細書では117)との直接的係合
は、そのような装置による格子上のかき傷の危険性のた
めに、考えられない。」−’714特許の第3欄第12
〜第15行目。
プの設定は、精密な組み立て許容誤差と付加的な長方形
枠119の採用を必要とする。’714特許では、空ギ
ャップが必要とされている。「面15(本明細書では1
15)と面17(本明細書では117)との直接的係合
は、そのような装置による格子上のかき傷の危険性のた
めに、考えられない。」−’714特許の第3欄第12
〜第15行目。
【0022】イギリス特許第1,366,284号や、
参照文献として上げられたアメリカ合衆国特許第4,4
20,754号に開示されているタイプのような静電容
量センサは、ピックアップに対するスケールの軸方向移
動を検知するための直列の容量コンデンサを備えてい
る。よく知られているように、2つの電極間の静電容量
は、2つの電極の隙間が増大するにつれて著しく減少す
る。コンデンサの2枚の平板に挟まれた物質の誘電率も
また、静電容量に重大な影響を及ぼす。空気は、容量信
号強度障害および変位検知装置のSN比に対して非常に
誘電率が低い。同様に、格子116、118間に存在し
ているであろう接着剤、オイル等は、空気とは誘電率が
顕著に異なり、また相互にも違っている。誤動作は、こ
のように2つの容量性の格子間の空気層に存在する異物
質により引き起こされる。そのような要因が、静電容量
性のセンサを使った軸方向変位の測定精度の妨げとな
る。
参照文献として上げられたアメリカ合衆国特許第4,4
20,754号に開示されているタイプのような静電容
量センサは、ピックアップに対するスケールの軸方向移
動を検知するための直列の容量コンデンサを備えてい
る。よく知られているように、2つの電極間の静電容量
は、2つの電極の隙間が増大するにつれて著しく減少す
る。コンデンサの2枚の平板に挟まれた物質の誘電率も
また、静電容量に重大な影響を及ぼす。空気は、容量信
号強度障害および変位検知装置のSN比に対して非常に
誘電率が低い。同様に、格子116、118間に存在し
ているであろう接着剤、オイル等は、空気とは誘電率が
顕著に異なり、また相互にも違っている。誤動作は、こ
のように2つの容量性の格子間の空気層に存在する異物
質により引き起こされる。そのような要因が、静電容量
性のセンサを使った軸方向変位の測定精度の妨げとな
る。
【0023】更に、認識されているように、材質や製造
コストに依存して、表面115とレール120の表面が
完全に平坦で滑らかにすることはできない。むしろ、レ
ールとセンサ表面は、拡大した場合に見られるよう小さ
なうねり、穴、ヒビ、かけらさえも含んでいる。与えら
れた材料、表面の質、平坦さについて、制限された幅や
領域のレールは、物質の平坦さや製造時の厚さ変化に起
因して、拡大された摩耗やギャップ変動を示すであろ
う。このことは、本発明によつて予期されるように、セ
ンサの全表面を覆う連続した接触領域によって生ずる物
質および製造過程における不均一性の増加と、減少した
接触圧力と比較した時に示される。従って、従来技術
は、静電容量信号を弱めたり、変位測定中の誤動作を増
加させるといつた欠点を持つ。静電容量測定の精度は、
実際に得られる信号強度や、スケールの軸方向の変位に
対応(関係)しない容量の変化により生ずるエラーによ
つて制限される。
コストに依存して、表面115とレール120の表面が
完全に平坦で滑らかにすることはできない。むしろ、レ
ールとセンサ表面は、拡大した場合に見られるよう小さ
なうねり、穴、ヒビ、かけらさえも含んでいる。与えら
れた材料、表面の質、平坦さについて、制限された幅や
領域のレールは、物質の平坦さや製造時の厚さ変化に起
因して、拡大された摩耗やギャップ変動を示すであろ
う。このことは、本発明によつて予期されるように、セ
ンサの全表面を覆う連続した接触領域によって生ずる物
質および製造過程における不均一性の増加と、減少した
接触圧力と比較した時に示される。従って、従来技術
は、静電容量信号を弱めたり、変位測定中の誤動作を増
加させるといつた欠点を持つ。静電容量測定の精度は、
実際に得られる信号強度や、スケールの軸方向の変位に
対応(関係)しない容量の変化により生ずるエラーによ
つて制限される。
【0024】図1乃至図3は、本発明の原理による静電
容量センサを使用した高精度直線測定装置の略図であ
る。改良された静電容量センサは、ハウジング50を有
し、このハウジング50にはブッシング54を介してピ
ンドル52が摺動可能に支持されている。スピンドル5
2はハウジング50内に達し、スケール56と接触す
る。適当なブツシングとスピンドルの例は、参考文献と
して挙げられるアメリカ合衆国特許出願07−619,
365号(出願日1990年11月28日)に見られ、
従来技術として略図として示される図14に示される。
容量センサを使用した高精度直線測定装置の略図であ
る。改良された静電容量センサは、ハウジング50を有
し、このハウジング50にはブッシング54を介してピ
ンドル52が摺動可能に支持されている。スピンドル5
2はハウジング50内に達し、スケール56と接触す
る。適当なブツシングとスピンドルの例は、参考文献と
して挙げられるアメリカ合衆国特許出願07−619,
365号(出願日1990年11月28日)に見られ、
従来技術として略図として示される図14に示される。
【0025】スケール56は、摺動可能なように、矢印
55の方向へ軸の動きを許容するようにハウジング50
内に装備されていて、他の方向の動きを制限している。
スケール56は、イギリス特許第1,366,284号
で開示されるような、又は引例として提示する1991
年2月26日に出願した係属中のアメリカ合衆国特許出
願第07−661,340号に示されるような、最適タ
イプのもので、前面64に近接して配列された容量電極
を有する。
55の方向へ軸の動きを許容するようにハウジング50
内に装備されていて、他の方向の動きを制限している。
スケール56は、イギリス特許第1,366,284号
で開示されるような、又は引例として提示する1991
年2月26日に出願した係属中のアメリカ合衆国特許出
願第07−661,340号に示されるような、最適タ
イプのもので、前面64に近接して配列された容量電極
を有する。
【0026】ピックオフ体58は、平ばね60に固く結
合されていて、平ばね60は、両端部68と70でハウ
ジング50にそれぞれ固く結合されている。ピックオフ
体58は、平ばね60に結合されており、平ばね60は
接着剤などを使って適当な方法でハウジング50に結合
されている。ピックオフ体58は、ピックオフ体58に
関してスケール56の軸方向の変位を検知するために、
前面66に近接した静電容量電極59のような適当なセ
ンサを含んでいる。薄い誘電体層79と81とは、他の
場所でより詳細に説明されているように、ピックオフ体
58の前面66及びスケール56の前面64上にそれぞ
れ形成されている。(誘電体層79と81は、スケール
に絶対に必要なものではなく、所望の特性が得られるな
ら、通常はかなり薄い。)板ばね62は、平ばね60と
ハウジング50との間に配置され、ピックオフ体58の
前面66がスケール56の前面64と接触するように弾
力的に付勢している。コイルばね、くし形盤状ばね、エ
ラストマ等の適宜なばねを、希望によつて、板ばね62
の代わりに使っても良い。
合されていて、平ばね60は、両端部68と70でハウ
ジング50にそれぞれ固く結合されている。ピックオフ
体58は、平ばね60に結合されており、平ばね60は
接着剤などを使って適当な方法でハウジング50に結合
されている。ピックオフ体58は、ピックオフ体58に
関してスケール56の軸方向の変位を検知するために、
前面66に近接した静電容量電極59のような適当なセ
ンサを含んでいる。薄い誘電体層79と81とは、他の
場所でより詳細に説明されているように、ピックオフ体
58の前面66及びスケール56の前面64上にそれぞ
れ形成されている。(誘電体層79と81は、スケール
に絶対に必要なものではなく、所望の特性が得られるな
ら、通常はかなり薄い。)板ばね62は、平ばね60と
ハウジング50との間に配置され、ピックオフ体58の
前面66がスケール56の前面64と接触するように弾
力的に付勢している。コイルばね、くし形盤状ばね、エ
ラストマ等の適宜なばねを、希望によつて、板ばね62
の代わりに使っても良い。
【0027】図4は、本発明の原理に従って、摺動接触
を確保する構造の装置を、より明確に描いた投影図であ
る。図5および図6に示されるように、平ばね60は、
それぞれ端部68と70でハウジング50に結合してい
る。平ばね60は、その縦軸に沿って大変低い圧縮率を
持つ材料と形状よりなつているが、縦軸と垂直な面にお
いて、特にその表面に垂直な方向に、曲げやすい。良質
スチール帯は、平ばね60に適当な材料である。スチー
ル帯は、縦軸方向に相対的に伸びにくく圧縮しにくい性
質が期待され、一方縦軸に垂直な方向には、多少の捩
れ、端から端までの数ピツチでの変化、曲がり、縦軸方
向状態を許すよう十分にしなやかである性質が期待され
る。スケール56がピックオフ体58の表面66を横切
って摺動するとき、平ばね60は、ピックオフ58の表
面66がスケール56の表面64とと接触していること
を確実にする板ばね62により弾力的に付勢されてい
る。平ばね60は、ピックオフ58がスケール56のあ
る表面からついたり離れたりする動きに適応するように
動くことを許容しており、一方、ピックオフ58のスケ
ール56の移動軸に沿った動きは妨げている。
を確保する構造の装置を、より明確に描いた投影図であ
る。図5および図6に示されるように、平ばね60は、
それぞれ端部68と70でハウジング50に結合してい
る。平ばね60は、その縦軸に沿って大変低い圧縮率を
持つ材料と形状よりなつているが、縦軸と垂直な面にお
いて、特にその表面に垂直な方向に、曲げやすい。良質
スチール帯は、平ばね60に適当な材料である。スチー
ル帯は、縦軸方向に相対的に伸びにくく圧縮しにくい性
質が期待され、一方縦軸に垂直な方向には、多少の捩
れ、端から端までの数ピツチでの変化、曲がり、縦軸方
向状態を許すよう十分にしなやかである性質が期待され
る。スケール56がピックオフ体58の表面66を横切
って摺動するとき、平ばね60は、ピックオフ58の表
面66がスケール56の表面64とと接触していること
を確実にする板ばね62により弾力的に付勢されてい
る。平ばね60は、ピックオフ58がスケール56のあ
る表面からついたり離れたりする動きに適応するように
動くことを許容しており、一方、ピックオフ58のスケ
ール56の移動軸に沿った動きは妨げている。
【0028】図4および図5に示されるように、静電容
量電極65はスケール56の表面64上に存在し、静電
容量電極59はピックオフ58の前面66上に存在す
る。静電容量の格子65と59とは接触面ができるだけ
近接するようにしなければならないが、それらは電気的
に伝導性であるから、直接互いに接触してはならず、コ
ンデンサが短絡してはならない。
量電極65はスケール56の表面64上に存在し、静電
容量電極59はピックオフ58の前面66上に存在す
る。静電容量の格子65と59とは接触面ができるだけ
近接するようにしなければならないが、それらは電気的
に伝導性であるから、直接互いに接触してはならず、コ
ンデンサが短絡してはならない。
【0029】ピックオフ体58とスケール56は、適当
な技術によつて組み立てられる。1実施例においては、
ピックオフ体とスケールは、集積回路の製造に使用され
る工業用シリコンを使用して製造される。そのようなシ
リコン基板の物理的、化学的、電気的な性質はよく知ら
れており、そのようなシリコンから製造品を作成するた
めの装置はすぐに利用できる。代わりになるべきものと
して基板は水晶、サフアイヤ、または他の適当な物質を
使ってもよい。静電容量格子は、半導体と精密加工業で
知られている技術を使って形成される。例えば、アルミ
ニウム、クロム、タングステン、金、またはそのような
ものからなる伝導性の金属の薄膜が基板上に置かれる。
格子は、コンデンサの一枚の板に形成される格子を形作
るためにフオトレジストでマスクし、フオトレジストを
現像し、静電容量層の中にパターンをエッチングすると
いつた精密加工技術により形成される。エッチングは、
イオンエッチング反応、レーザビーム、湿式や乾式の化
学的エツチング、精密加工技術で知られている他の技術
によつて行われる。
な技術によつて組み立てられる。1実施例においては、
ピックオフ体とスケールは、集積回路の製造に使用され
る工業用シリコンを使用して製造される。そのようなシ
リコン基板の物理的、化学的、電気的な性質はよく知ら
れており、そのようなシリコンから製造品を作成するた
めの装置はすぐに利用できる。代わりになるべきものと
して基板は水晶、サフアイヤ、または他の適当な物質を
使ってもよい。静電容量格子は、半導体と精密加工業で
知られている技術を使って形成される。例えば、アルミ
ニウム、クロム、タングステン、金、またはそのような
ものからなる伝導性の金属の薄膜が基板上に置かれる。
格子は、コンデンサの一枚の板に形成される格子を形作
るためにフオトレジストでマスクし、フオトレジストを
現像し、静電容量層の中にパターンをエッチングすると
いつた精密加工技術により形成される。エッチングは、
イオンエッチング反応、レーザビーム、湿式や乾式の化
学的エツチング、精密加工技術で知られている他の技術
によつて行われる。
【0030】誘電体材料の薄いコーテイングは、電極を
カバーするための少なくとも一方の格子の表面に設けら
れ、それらは互いに絶縁されている。1つの実施例にお
いては、誘電体層はピックオフ体58かスケール56の
どちらか一方の表面上だけに形成されていて、その他の
電極はコーテイングはない。一つの格子のみを覆う誘電
体層でも、十分な誘電体強度と円滑さを示す。他の実施
例では、両表面が薄い誘電体層でコーテイングされてい
る。コーテイングは、スケール56とピックオフ58と
の間の摺動接触面であるから、できるだけ薄く、できる
だけ摩擦がないようにしている。5ミクロンの厚さで塗
布されたテフロンやセラミックで満たされたエポキシの
層は、このような誘電体、接触表面層として適当である
ことが分かった。テフロンで満たされたエポキシ層は、
それぞれ電極65と59を覆い、互いを絶縁し、摺動接
触面を与える。代わりに、格子65と59の表面を、基
板を酸化させることによる誘電体層や薄膜でコーテイン
グしても良い。シリコン基板上に形成されあるいは配置
される薄い酸化物や絶縁層は、公知の半導体技術によつ
てなされる。
カバーするための少なくとも一方の格子の表面に設けら
れ、それらは互いに絶縁されている。1つの実施例にお
いては、誘電体層はピックオフ体58かスケール56の
どちらか一方の表面上だけに形成されていて、その他の
電極はコーテイングはない。一つの格子のみを覆う誘電
体層でも、十分な誘電体強度と円滑さを示す。他の実施
例では、両表面が薄い誘電体層でコーテイングされてい
る。コーテイングは、スケール56とピックオフ58と
の間の摺動接触面であるから、できるだけ薄く、できる
だけ摩擦がないようにしている。5ミクロンの厚さで塗
布されたテフロンやセラミックで満たされたエポキシの
層は、このような誘電体、接触表面層として適当である
ことが分かった。テフロンで満たされたエポキシ層は、
それぞれ電極65と59を覆い、互いを絶縁し、摺動接
触面を与える。代わりに、格子65と59の表面を、基
板を酸化させることによる誘電体層や薄膜でコーテイン
グしても良い。シリコン基板上に形成されあるいは配置
される薄い酸化物や絶縁層は、公知の半導体技術によつ
てなされる。
【0031】それは、半導体技術を使うことによりコン
デンサ板のための、極めて小さなスケール格子が形成で
きることとして評価されるであろう。格子は、基板面か
ら測って約1000オングストローム以下の厚さしかな
い。格子はミクロンかサブミクロンの程度であり、0.
5から1ミクロン程度あるいはそれ以下の幅しかない。
それゆえに大変小さな変位も検出できる。他に、静電容
量格子59と65を、回路基板の製作技術としてよく知
られているPCボード上に形成することができる。
デンサ板のための、極めて小さなスケール格子が形成で
きることとして評価されるであろう。格子は、基板面か
ら測って約1000オングストローム以下の厚さしかな
い。格子はミクロンかサブミクロンの程度であり、0.
5から1ミクロン程度あるいはそれ以下の幅しかない。
それゆえに大変小さな変位も検出できる。他に、静電容
量格子59と65を、回路基板の製作技術としてよく知
られているPCボード上に形成することができる。
【0032】スケール56とピックオフ58の前面64
と66をピックオフ58の広い表面の全てに押し付けて
接触させることは、信号強度とギャップの均一性、そし
て容量センサによる測定精度を著しく増加させる。コン
デンサの値は、下式に述べてあるように誘電体の誘電
率、プレートの面積とその間の距離によつて決定され
る。 C=M(KA/d) ここで、Cは静電容量を、Mは比例定数を、Kは材料の
誘電率を、Aはプレートの面積を、dはプレート間の距
離を表している。大きい静電容量は、高い信号強度を得
る上で好ましい。大きい静電容量のために、誘電率は高
く、プレート間隔は小さい程よい。エポキシ層といつた
好ましい材料の誘電率は、一つの材料から別の材料に変
更しても、誘電率に関しては比較的に一定であり、他の
異なる材料(材質)の誘電率と比較して大きい。
と66をピックオフ58の広い表面の全てに押し付けて
接触させることは、信号強度とギャップの均一性、そし
て容量センサによる測定精度を著しく増加させる。コン
デンサの値は、下式に述べてあるように誘電体の誘電
率、プレートの面積とその間の距離によつて決定され
る。 C=M(KA/d) ここで、Cは静電容量を、Mは比例定数を、Kは材料の
誘電率を、Aはプレートの面積を、dはプレート間の距
離を表している。大きい静電容量は、高い信号強度を得
る上で好ましい。大きい静電容量のために、誘電率は高
く、プレート間隔は小さい程よい。エポキシ層といつた
好ましい材料の誘電率は、一つの材料から別の材料に変
更しても、誘電率に関しては比較的に一定であり、他の
異なる材料(材質)の誘電率と比較して大きい。
【0033】特に空気は、相対的には低い誘電率を有
し、静電容量の信号強度を下げる傾向がある。摺動面間
の当接を保持することによつて、僅かであつた信号強度
は増大し、ギャップの変化は最小にされるので、空気の
ような違う材料が、ピックオフ58のの静電容量センサ
とスケール56の静電容量格子との間の静電容量の著し
い変化を引き起こすことがない。互いに接触している面
に格子を形成すれば、非常に短いプレート間距離を生成
でき、この接触面において、1つの格子の上に単一の誘
電体層(またはそれぞれの格子上に薄い層)を設けれ
ば、非常に小さく、かつ、一定の距離を維持でき、その
結果大きくて高い水準の一定容量とできる。同様に、
(空気よりも)プレートの間の誘電性のために、エポキ
シや酸化物といつた絶縁層を用いることにより、静電容
量が増加し、また誘電率も増加する。
し、静電容量の信号強度を下げる傾向がある。摺動面間
の当接を保持することによつて、僅かであつた信号強度
は増大し、ギャップの変化は最小にされるので、空気の
ような違う材料が、ピックオフ58のの静電容量センサ
とスケール56の静電容量格子との間の静電容量の著し
い変化を引き起こすことがない。互いに接触している面
に格子を形成すれば、非常に短いプレート間距離を生成
でき、この接触面において、1つの格子の上に単一の誘
電体層(またはそれぞれの格子上に薄い層)を設けれ
ば、非常に小さく、かつ、一定の距離を維持でき、その
結果大きくて高い水準の一定容量とできる。同様に、
(空気よりも)プレートの間の誘電性のために、エポキ
シや酸化物といつた絶縁層を用いることにより、静電容
量が増加し、また誘電率も増加する。
【0034】ピックオフ58とスケール56とを摺動接
触させることは、均一性と同様に、より大きな信号強度
を得ることになる。たとえ、表面64、66が正確に平
らでなくても、ピックオフ58をスケール56に弾力的
に付勢することによつて、前面64、66は、常に接触
状態を維持する。表面の平面度の中にどのような起伏、
窪み、または僅かな変化があったとしても、それらは補
償される。というのも、表面64は、長い範囲の起伏は
追従し、一定の平均高さの複数の「ハイポイント」に載
ることにより、短い範囲の凹みを跨ぐ傾向があるからで
ある。これにより、常に表面68と最も均一な実際的な
接触を保つ。板ばね62による弾力的な付勢をうけて適
切な動きをしている平ばね60により、ヨーイング(首
揺れ)、ピッチング、ローリング(横揺れ)、あるいは
軸方向に垂直な動きを受けるピックオフ体(検出体)5
8によって、表面66の平面度変化が、吸収できる。
触させることは、均一性と同様に、より大きな信号強度
を得ることになる。たとえ、表面64、66が正確に平
らでなくても、ピックオフ58をスケール56に弾力的
に付勢することによつて、前面64、66は、常に接触
状態を維持する。表面の平面度の中にどのような起伏、
窪み、または僅かな変化があったとしても、それらは補
償される。というのも、表面64は、長い範囲の起伏は
追従し、一定の平均高さの複数の「ハイポイント」に載
ることにより、短い範囲の凹みを跨ぐ傾向があるからで
ある。これにより、常に表面68と最も均一な実際的な
接触を保つ。板ばね62による弾力的な付勢をうけて適
切な動きをしている平ばね60により、ヨーイング(首
揺れ)、ピッチング、ローリング(横揺れ)、あるいは
軸方向に垂直な動きを受けるピックオフ体(検出体)5
8によって、表面66の平面度変化が、吸収できる。
【0035】全表面64と66を互いに接触させること
によつて、多くの利点が得られる。表面64と66と
は、相対的に広く、かつ、平坦である。もしも不連続が
あったとしても、それは広大な表面と比較して非常に小
さい。全体として大きな表面領域での滑らかさと平面度
とが(前述の従来技術として行われているような薄いレ
ールではなく)、接触表面領域を左右する。局部的な不
連続性による影響はこのように平均化され、効果的に削
除される。また、静電容量格子間距離は、スケールが移
動しても全く一定に保たれるという効果も得られる。互
いに接触する表面は、スケールとピックオフ自体の上表
面であって、スケールに取り付けられた別個のレール部
材ではない。静電容量格子は、接触表面上にある。薄
く、高均一なエポキシ層が、一方もしくは両方の電極を
覆っても良い。しかし、これは非常に均一な厚さで完全
な平坦に作ることができ、2つの電極間距離は極めて一
定である。広く平らな接触面領域は、スケールの軸方向
の動きの結果のみによって、容量の変化が生じることを
確実にする。ミクロンおよびサブミクロンオーダの格子
にとつて、容量またはスケールとピックオフとの相対的
な位置変化が、スケールの軸方向のみの結果に基づくよ
うに確保することは、重要である。
によつて、多くの利点が得られる。表面64と66と
は、相対的に広く、かつ、平坦である。もしも不連続が
あったとしても、それは広大な表面と比較して非常に小
さい。全体として大きな表面領域での滑らかさと平面度
とが(前述の従来技術として行われているような薄いレ
ールではなく)、接触表面領域を左右する。局部的な不
連続性による影響はこのように平均化され、効果的に削
除される。また、静電容量格子間距離は、スケールが移
動しても全く一定に保たれるという効果も得られる。互
いに接触する表面は、スケールとピックオフ自体の上表
面であって、スケールに取り付けられた別個のレール部
材ではない。静電容量格子は、接触表面上にある。薄
く、高均一なエポキシ層が、一方もしくは両方の電極を
覆っても良い。しかし、これは非常に均一な厚さで完全
な平坦に作ることができ、2つの電極間距離は極めて一
定である。広く平らな接触面領域は、スケールの軸方向
の動きの結果のみによって、容量の変化が生じることを
確実にする。ミクロンおよびサブミクロンオーダの格子
にとつて、容量またはスケールとピックオフとの相対的
な位置変化が、スケールの軸方向のみの結果に基づくよ
うに確保することは、重要である。
【0036】板ばね62は、独立した部品であつても、
あるいは平ばね60と一体の部材であつてもよい。一実
施例において、独立した板ばね62の代わりに、平ばね
60の中間部分から細長いものを部分的に打ち抜いて、
帯60から一体的に延出するとともにハウジング50と
接触し、かつ、帯60をハウジング50から離れる方向
に弾力的に付勢する曲がった板ばね部として構成しても
よい。また、平板ばね60は省略できる。平ばね60の
自然なコンプライアンス(伸展性)は、ピックオフ58
をスケール56に弾力的に付勢する力を生じさせること
ができる。この伸展性は、非常に僅かな変形を得るよう
に組み込み前に僅かな変形させるか、または固定点6
8、70の適宜なオフセット(偏位)の選択により得ら
れる。
あるいは平ばね60と一体の部材であつてもよい。一実
施例において、独立した板ばね62の代わりに、平ばね
60の中間部分から細長いものを部分的に打ち抜いて、
帯60から一体的に延出するとともにハウジング50と
接触し、かつ、帯60をハウジング50から離れる方向
に弾力的に付勢する曲がった板ばね部として構成しても
よい。また、平板ばね60は省略できる。平ばね60の
自然なコンプライアンス(伸展性)は、ピックオフ58
をスケール56に弾力的に付勢する力を生じさせること
ができる。この伸展性は、非常に僅かな変形を得るよう
に組み込み前に僅かな変形させるか、または固定点6
8、70の適宜なオフセット(偏位)の選択により得ら
れる。
【0037】ピックオフ体58は、スケール56が表面
に沿って摺動する際に軸方向に移動しない。これは、平
ばね60が移動方向に対して伸びも縮みもしないからで
ある。また、このような”ピッチング”動作に係わるピ
ックオフの回転有効中心は、摺動接点に近いからであ
る。このことが接触面に沿った軸方向移動を原因とする
ピッチングを防止している。スケール56の軸方向移動
は、軸方向以外のスケールとピックオフとの動きを吸収
しながら、ピックオフ58によつて正確に検知される。
に沿って摺動する際に軸方向に移動しない。これは、平
ばね60が移動方向に対して伸びも縮みもしないからで
ある。また、このような”ピッチング”動作に係わるピ
ックオフの回転有効中心は、摺動接点に近いからであ
る。このことが接触面に沿った軸方向移動を原因とする
ピッチングを防止している。スケール56の軸方向移動
は、軸方向以外のスケールとピックオフとの動きを吸収
しながら、ピックオフ58によつて正確に検知される。
【0038】図7および図8は、ピックオフ体58とス
ケール56とが接触摺動する他の実施例を図示してい
る。平ばね60は、ハウジング50から第1の端部71
を基に延出しており、第2の端部73はハウジングと接
続されていない。平ばね60は、ハウジング50から延
出し、ピックオフ58を構造的に支持している。ばね6
2は、平ばね60を弾力的に付勢し、ピックオフ体58
とスケール56との接触を保っている。第2の端部73
を自由にしておくことは、幾つかの実施例において有効
である。何故なら、軸方向に垂直な大きな移動は、軸面
における平ばね60の過度の伸縮を起こすことなしに許
容されているからである。一端73が、ハウジング50
に対して自由に動けるならば、平ばね60の撓み、ヨー
イング、ピッチングは、それぞれに、かつ、平ばね60
の軸方向の伸縮からも効果的に切り離される。
ケール56とが接触摺動する他の実施例を図示してい
る。平ばね60は、ハウジング50から第1の端部71
を基に延出しており、第2の端部73はハウジングと接
続されていない。平ばね60は、ハウジング50から延
出し、ピックオフ58を構造的に支持している。ばね6
2は、平ばね60を弾力的に付勢し、ピックオフ体58
とスケール56との接触を保っている。第2の端部73
を自由にしておくことは、幾つかの実施例において有効
である。何故なら、軸方向に垂直な大きな移動は、軸面
における平ばね60の過度の伸縮を起こすことなしに許
容されているからである。一端73が、ハウジング50
に対して自由に動けるならば、平ばね60の撓み、ヨー
イング、ピッチングは、それぞれに、かつ、平ばね60
の軸方向の伸縮からも効果的に切り離される。
【0039】図9〜11は、ピックオフアタッチメント
で発生する反力と、摺動面64と66に沿って発生する
摩擦力に関連するモーメントアーム(回転力の腕の長
さ)をゼロまで減少するように、ピックオフ体58を装
着するための他の実施例を示す。スケール56の前表面
64がピックオフ体58の前表面66に沿って摺動する
につれて、幾らかの摩擦力の発生が認められる。摩擦力
は、ピックオフ体58の高さに比例して平ばね74に対
して回転モーメントを発生する。幾らかの実施例におい
ては、ピックオフ体58の反作用点の高さは、十分に低
く、摺動面に沿った摩擦は十分に低い。そのため、この
モーメントアームに関する力によるいかなる動きも無視
でき、かつ、測定精度に影響を及ぼさない。しかしなが
ら、非常に高精度が必要な実施例においては、反転によ
るピッチングと摩耗を抑えるために、このモーメントア
ームをゼロにすることが好ましい。
で発生する反力と、摺動面64と66に沿って発生する
摩擦力に関連するモーメントアーム(回転力の腕の長
さ)をゼロまで減少するように、ピックオフ体58を装
着するための他の実施例を示す。スケール56の前表面
64がピックオフ体58の前表面66に沿って摺動する
につれて、幾らかの摩擦力の発生が認められる。摩擦力
は、ピックオフ体58の高さに比例して平ばね74に対
して回転モーメントを発生する。幾らかの実施例におい
ては、ピックオフ体58の反作用点の高さは、十分に低
く、摺動面に沿った摩擦は十分に低い。そのため、この
モーメントアームに関する力によるいかなる動きも無視
でき、かつ、測定精度に影響を及ぼさない。しかしなが
ら、非常に高精度が必要な実施例においては、反転によ
るピッチングと摩耗を抑えるために、このモーメントア
ームをゼロにすることが好ましい。
【0040】図9に示す他の実施例において、平ばね7
4は、ピックオフ体58が配置される開口76を有して
いる。接合体72は、ピックオフ体58に堅固に固定さ
れ、更に板ばね74も堅固に固定されている。接合体7
2は、ピックオフ体58を受け入れる窪み78を有す
る。窪み78の深さは、図10および図11に最もよく
表されているように、平ばね74の中央平面と略同じ平
面に、ピックオフ体58の前面66を揃えるように選ば
れる。摺動接触面64および66は、モーメントアーム
をゼロにするため、平ばね74の軸平面に略一致する。
表面64と66の間に発生するいかなる摩擦も、平ばね
74の回転を生じさせない。それは、摩擦が平ばね74
の平面一致した面内のものだからである。摺動摩擦力に
よつてピツチを変化させるピックオフ体58によるどの
ような誤動作も、モーメントアームをゼロとするこのよ
うな構造によつて解消される。
4は、ピックオフ体58が配置される開口76を有して
いる。接合体72は、ピックオフ体58に堅固に固定さ
れ、更に板ばね74も堅固に固定されている。接合体7
2は、ピックオフ体58を受け入れる窪み78を有す
る。窪み78の深さは、図10および図11に最もよく
表されているように、平ばね74の中央平面と略同じ平
面に、ピックオフ体58の前面66を揃えるように選ば
れる。摺動接触面64および66は、モーメントアーム
をゼロにするため、平ばね74の軸平面に略一致する。
表面64と66の間に発生するいかなる摩擦も、平ばね
74の回転を生じさせない。それは、摩擦が平ばね74
の平面一致した面内のものだからである。摺動摩擦力に
よつてピツチを変化させるピックオフ体58によるどの
ような誤動作も、モーメントアームをゼロとするこのよ
うな構造によつて解消される。
【0041】図12と図13とは、摺動面64と66に
沿ったモーメントアームをゼロに減じるための他の実施
例装置を示す。図12に見られるように、一対の支持ロ
ツド80、82は、スケール56と接触状態でピックオ
フ体58を保持するキャリッジ84と堅固に結合されて
いる。キャリッジ84に取り付けられた板ばね62は、
スケール56と接触するようにピックオフ体58を弾力
的に付勢する。キャリッジ84は、適切な深さの窪み8
6を有し、ピックオフ体58の前面66が支持ロツド8
0と82の水平軸と一致させる。支持ロツド80と82
は、ハウジング50に固定され、ピックオフ体58の軸
方向の動きを規制するために、その長軸方向に沿った圧
縮性は低くされている。ピックオフ体58の前面66
は、スケール56の前面64と接触を保つので、支持ロ
ツド80と82は、ハウジング50に固定されており、
ピックオフ体58の首揺れ、ピツチ、軸方向と垂直な移
動、横揺れ、その他の動きに対して十分柔軟である。
沿ったモーメントアームをゼロに減じるための他の実施
例装置を示す。図12に見られるように、一対の支持ロ
ツド80、82は、スケール56と接触状態でピックオ
フ体58を保持するキャリッジ84と堅固に結合されて
いる。キャリッジ84に取り付けられた板ばね62は、
スケール56と接触するようにピックオフ体58を弾力
的に付勢する。キャリッジ84は、適切な深さの窪み8
6を有し、ピックオフ体58の前面66が支持ロツド8
0と82の水平軸と一致させる。支持ロツド80と82
は、ハウジング50に固定され、ピックオフ体58の軸
方向の動きを規制するために、その長軸方向に沿った圧
縮性は低くされている。ピックオフ体58の前面66
は、スケール56の前面64と接触を保つので、支持ロ
ツド80と82は、ハウジング50に固定されており、
ピックオフ体58の首揺れ、ピツチ、軸方向と垂直な移
動、横揺れ、その他の動きに対して十分柔軟である。
【0042】摺動面66と64を水平軸88に一致させ
ることにより、摺動摩擦における誤モーメントアームを
ゼロに減少させて、スケール56に関するピックオフ体
58の動きによる誤作が発生しないようにする。
ることにより、摺動摩擦における誤モーメントアームを
ゼロに減少させて、スケール56に関するピックオフ体
58の動きによる誤作が発生しないようにする。
【0043】詳述した発明構造は、静電容量センサを使
った軸方向変位を正確に検知するための多くの実施例を
包含する。センサを保持するピックオフ体とスケール5
6の間の摺動接触は、経済的に得られる実用的な最大信
号強度を可能とし、検知容量のいかなる変動も他の要因
でなく所望する軸方向の移動に基づくようにする。等価
な構造を用いて同じ機能を有するものは、ここに開示さ
れるものと異なった構造であつても本発明の範囲内のも
のである。
った軸方向変位を正確に検知するための多くの実施例を
包含する。センサを保持するピックオフ体とスケール5
6の間の摺動接触は、経済的に得られる実用的な最大信
号強度を可能とし、検知容量のいかなる変動も他の要因
でなく所望する軸方向の移動に基づくようにする。等価
な構造を用いて同じ機能を有するものは、ここに開示さ
れるものと異なった構造であつても本発明の範囲内のも
のである。
【0044】
【発明の効果】本発明によれば、ピックオフ体は、その
スケールに対する変位を平ばねにより吸収され、スケー
ルとの摺動接触状態を維持できるので、スケールの軸方
向移動に伴うスケールとピックオフ体とにそれぞれに設
けられた静電容量格子における容量変化が、正確に測定
される。
スケールに対する変位を平ばねにより吸収され、スケー
ルとの摺動接触状態を維持できるので、スケールの軸方
向移動に伴うスケールとピックオフ体とにそれぞれに設
けられた静電容量格子における容量変化が、正確に測定
される。
【図1】本発明を組み込んでいる直線測定装置の上面
図。
図。
【図2】図1の直線測定装置の側面図。
【図3】図1の線III−IIIに沿う断面図。
【図4】本発明の直線測定装置におけるピックオフ懸架
機構の拡大斜視図。
機構の拡大斜視図。
【図5】図4のピックオフ懸架機構の側面図。
【図6】図5の線VI−VIに沿う断面図。
【図7】本発明の他の実施例の側面図。
【図8】図7の線VIII−VIIIに沿う断面図。
【図9】本発明の懸架機構の他の実施例の斜視分解図。
【図10】図9の他の実施例の側面図。
【図11】図10の線XI−XIに沿う断面図。
【図12】本発明の懸架機構の他の実施例の斜視図。
【図13】図12の線XIII−XIIIに沿う断面図。
【図14】従来の距離測定装置の側面図。
【図15】図14の線XV−XVに沿う断面図。
【図16】図15の線XVI−XVIに沿う断面図。
【図17】従来懸架機構の切り欠き図側面図。
【図18】図17の一部側面図。
【図19】図17に示した懸架機構および感知格子の平
面図である。
面図である。
50 ハウジング 52 スピンドル 56 スケール 58 ピックオフ体 60 平ばね 62 板ばね
Claims (30)
- 【請求項1】 ハウジングと、 その軸方向に移動できるように摺動可能に前記ハウジン
グ内に取り付けられたスケールと、 前記スケールとの摺動接触を維持する前面を有し、それ
に対する前記スケールの動きを測定するセンサを含ん
で、前記ハウジングに取り付けられたピックオフ体と、 前記ピックオフ体と前記ハウジングに連結され、前記ス
ケールが前記ピックオフ体の表面を摺動する時に、前記
ピックオフ体を前記スケールに接触するように前記ピッ
クオフ体を弾力的に偏倚し、前記スケールの軸方向の動
きが精確に感知されるように軸方向の動きに対して直角
の動きを許容しながら、軸方向における前記ピックオフ
体の動きを抑制するばね機構と、を備えることを特徴と
する直線測定装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載の装置において、前記ば
ね機構が、 前記ピックオフ体と前記ハウジングとに堅固に連結さ
れ、前記スケールの動きの軸線に対して実質的に平行な
面に設けられている平ばねと、 前記ピックオフ体の前記前面が前記スケールと当接接触
するように保持するために、前記スケールに向けて前記
平ばねを付勢するとともに、前記平ばねおよび前記ハウ
ジングに連結される板ばねと、を有することを特徴とす
る直線測定装置。 - 【請求項3】 請求項2に記載の装置において、前記平
ばねが第1の端部と第2の端部とを有し、前記ピックオ
フ体が前記第1の端部と前記第2の端部との間の中央部
分で前記平ばねに堅固に連結されており、 前記平ばねが前記第1および第2の端部で前記ハウジン
グに堅固に連結されていることを特徴とする直線測定装
置。 - 【請求項4】 請求項3に記載の装置において、前記ピ
ックオフ体が堅固に取着される前記中央部分が前記平ば
ねの前記ハウジングへの前記第1の端部および第2の端
部取着点と略一直線となり、その結果摩擦力とその反発
力に基づく曲げモーメントが前記平ばねの平面内で実質
的にゼロとなり、かつ前記平ばねの平面内の曲げが実質
上除去され、そして摩擦力に基づく前記ピックオフ体の
軸方向の偏向が前記平ばねの軸方向緊張および圧縮特性
により制限されることを特徴とする直線測定装置。 - 【請求項5】 請求項2に記載の装置において、前記平
ばねが第1の端部と第2の端部とを含み、前記平ばねの
前記第1の端部で前記ハウジングに堅固に連結されてお
り、前記平ばねの前記第2の端部に隣接して前記ピック
オフ体が前記平ばねに堅固に連結され、かつ、前記第2
の端部が前記ハウジングに連結されないことを特徴とす
る直線測定装置。 - 【請求項6】 請求項4に記載の装置において、前記第
2の端部に近接する前記ピックオフ体の堅固な結合領域
は、前記ハウジングへの前記平ばねの前記第1の端部に
おける有効な堅固な連結点を通って延びる前記スケール
の動きの軸線に対して平行な線と略一直線となり、その
結果摩擦力とその反発力に基づく曲げモーメントが前記
平ばねの平面内で実質的にゼロとなり、かつ前記平ばね
の平面内の曲げが実質上除去され、そして摩擦力に基づ
く前記ピックオフ体の軸方向の偏向が前記平ばねの軸方
向緊張および圧縮特性により制限されることを特徴とす
る直線測定装置。 - 【請求項7】 請求項2に記載の装置において、前記平
ばねが開口を含み、前記ピックオフ体が前記開口内に取
り付けられ、前記ピックオフ体の前記前面が前記平ばね
に対してほぼゼロにするように前記ピックオフ体上の摺
動摩擦力と支持反発力との間のモーメントアームを減じ
るために前記平ばねと略同一平面内にあることを特徴と
する直線測定装置。 - 【請求項8】 請求項1に記載の装置において、前記装
置は、さらに前記ピックオフ体に堅固に結合されるピッ
クオフ支持部材と、 前記ばね部材が前記ハウジングから延出するとともに、
前記ピックオフ体の両側でピックオフ支持部材に連結さ
れる1対のロツドと、を含み、 該ロツドが各々前記ピックオフ体の前記前面とほぼ同一
平面内の軸線を有することを特徴とする直線測定装置。 - 【請求項9】 請求項1に記載の装置において、前記ば
ね機構が、組み立て前に変形されかつ次いで組み立てに
続いて前記平ばねが実質的に平らな形状に偏向されるよ
うに前記ピックオフ体および前記ハウジングに堅固に連
結される平ばねを含み、それによりばねをさらに付勢す
る必要なしに前記ピックオフ体を前記スケールに当接接
触するように弾力的に付勢し、前記平ばねが前記スケー
ルの動きの軸線に対して略平行な平面内に配置されるこ
とを特徴とする直線測定装置。 - 【請求項10】 請求項1に記載の装置において、前記
ピックオフ体および前記ばね機構は単一材料および部片
から一体形成されることを特徴とする直線測定装置。 - 【請求項11】 請求項10に記載の装置において、前
記一体のピックオフ体およびばね機構が精密加工により
形成される小型素子であることを特徴とする直線測定装
置。 - 【請求項12】 請求項1に記載の装置において、前記
摺動可能に取り付けられたスケールが非常に短い軸方向
の動きに制限されるとともに、前記ハウジングと接続す
る撓みによる動きの自由度内で実質的に制限されること
を特徴とする直線測定装置。 - 【請求項13】 請求項1に記載の装置において、前記
ピックオフ体内の前記センサが、前記ピックオフの前面
に結合された静電容量格子と、 前記スケールの前面に結合された静電容量格子と、 前記静電容量格子の少なくとも1つの上に重ねて形成さ
れる薄い絶縁誘電体層と、を含み、 前記誘電体層が前記静電容量格子全体を被覆するととも
に、前記ピックオフ体と前記スケールとの間に摺動接触
面を形成することを特徴とする直線測定装置。 - 【請求項14】 請求項13に記載の装置において、前
記誘電体層はテフロン粒子で満たされたエポキシである
ことを特徴とする直線測定装置。 - 【請求項15】 変位が測定される物体の動きに応じて
軸方向に移動し、かつ、その軸方向の動きを感知する周
期的なパターン手段を含んでいる前記ハウジング内で摺
動可能に連結されるスケール手段と、 前記スケール手段の軸方向の動きを感知するようにハウ
ジング内に設けられ、かつ、前記スケール手段と当接接
触する前面を有するピックオフ体を含むセンサ手段と、 前記スケール手段が前記ハウジング内で軸方向移動する
とき前記スケール手段と当接接触するように前記ピック
オフ体を付勢し、また、前記ピックオフ体を前記軸方向
の動きに対して垂直に移動可能とし、さらに、前記スケ
ールに対する前記ピックオフ体の非軸方向の動きにより
発生する誤差を最小にし、かつ、前記スケールの軸方向
の動きを正確に感知するために前記ピックオフ体が軸方
向に移動しないように制限し、前記ピックオフ体に連結
されたばね機構手段と、を備えたことを特徴とする直線
測定装置。 - 【請求項16】 請求項15に記載の装置において、前
記センサ手段は、前記ピックオフ体内に静電容量電極を
備え、前記スケールは該スケールが前記ピックオフ体に
対して軸方向に動くときの容量変化により前記スケール
の軸方向の動きを感知するための静電容量電極を備えて
いることを特徴とする直線測定装置。 - 【請求項17】 請求項15に記載の装置において、前
記ピックオフ体が前記ばね機構手段に堅固に連結される
ことを特徴とする直線測定装置。 - 【請求項18】 請求項17に記載の装置において、前
記ばね機構手段が前記ハウジングに堅固に連結された平
ばねと、該平ばねおよび前記ハウジングに堅固に連結さ
れ、かつ、前記ハウジングおよび前記スケール手段と当
接接触する前記ピックオフ体から離れるように前記平ば
ねを付勢する板ばねと、を含むことを特徴とする直線測
定装置。 - 【請求項19】 請求項15に記載の装置において、前
記装置が、前記ハウジングに摺動可能に連結され、か
つ、前記スケール手段へ前記測定対象物の動きを伝達す
るための前記スケール手段に接触する駆動手段を含み、 該駆動手段は前記ハウジングに摺動可能に連結されるス
ピンドルを備え、 該スピンドルは中空軸および前記スピンドルの前記中空
軸内に配設されたロツドを含み、 該ロツドは前記中空軸の先端へ接続される第1の端部お
よび前記スケール手段に接続される第2の端部を有し、
それにより、前記測定対象物の軸方向の動きが前記ロツ
ドを介して前記スケールに伝達され、かつ、前記スピン
ドルの非軸方向移動が前記スケールの軸方向移動と関係
しないようにされたことを特徴とする直線測定装置。 - 【請求項20】 請求項15に記載の装置において、前
記ばね機構手段は一端で前記ハウジングに堅固に連結さ
れ、かつ、他端が自由とされた平ばねを備えることを特
徴とする直線測定装置。 - 【請求項21】 請求項15に記載の装置において、前
記ばね手段が前記ハウジングおよび支持キャリッジに堅
固に連結される1対の支持ロツドを有し、 前記支持キャリッジが前記ピックオフ部材が位置される
凹部を有し、この凹部の深さは前記ピックオフ部材の前
面が前記1対の支持ロツドの水平軸線と揃うように選択
されて、前記前面で摺動する前記スケールにより発生す
る力のモーメントアームをほぼゼロになるように減らす
ことを特徴とする直線測定装置。 - 【請求項22】 請求項15に記載の装置において、前
記ばね機構は、その長さ全体に沿って均一な幅を有する
平ばねを備えることを特徴とする直線測定装置。 - 【請求項23】 請求項15に記載の装置において、前
記平ばねは、長手軸方向へ相対的に圧縮されることなく
前記長手方向と直交する平面内で柔軟であって、ピツ
チ、ロールおよび長手軸方向に対して垂直な直線運動し
て、前記スケールの軸方向の動きを正確に感知する一方
で前記スケールに対する前記ピックオフ体の非軸方向移
動を吸収するする材料から構成されることを特徴とする
直線測定装置。 - 【請求項24】 測定対象物の動きに応答して軸方向に
移動するとともに、前面を有し、かつ、ハウジング内に
摺動可能に連結され、その動きが測定される対象物に連
結されたスケールと、 前記スケールの前記前面内に形成された静電容量格子
と、 前面スケールの前記前面上に設けられ、前記静電容量格
子上を被覆し、前記スケールの前記誘電体層と当接接触
し、かつ、前記スケールと摺動接触のために大きな接触
面積と、低摩擦面積とを有するために略平らでかつ滑ら
かである薄い誘電体層と、 前記スケールと当接接触する前記ハウジング内に取り付
けられ、前記スケールが該スケールの軸方向の動きを検
知するために軸方向の動きを受けながら一定の軸方向の
位置を維持するように取り付けられ、かつ、前面を有す
るピックオフ部材と、 前記ピックオフ部材の前記前面に取り付けられた静電容
量格子と、 前記ピックオフ部材の前記前面上にあり、前記静電容量
格子上を被覆し、前記スケールの前記誘電体層と当接接
触し、かつ、前記スケールと摺動接触のために大きな接
触面積と、低摩擦面とを有するために略平らでかつ滑ら
かである薄い誘電体層と、 前記2つの静電容量格子がコンデンサのプレートを形成
し、かつ、前記薄い誘電体層が前記プレート間の誘電体
材料であり、前記スケールの軸方向の動きが前記スケー
ルと前記ピックオフ体との間の前記コンデンサの容量の
変化に基づいて感知するようにされ、前記コンデンサを
形成するために前記それぞれの静電容量格子に連結さ
れ、前記ハウジング内に設けられた電気回路と、を備え
ることを特徴とする直線測定装置。 - 【請求項25】 請求項24に記載の装置において、前
記各誘電体層の厚さが前記2つの誘電体層の総厚によ
り、2つのつ静電容量格子が前記コンデンサの動作電圧
を越えて電気的に不足せず、かつ、前記層が前記静電容
量格子の一定の領域に比較的高い容量を提供するように
薄いことを保証すべく選ばれることを特徴とする直線測
定装置。 - 【請求項26】 請求項25に記載の装置において、前
記各誘電体層は動作電圧範囲がゼロから5ボルトとなる
約5ミクロンの厚さを有することを特徴とする直線測定
装置。 - 【請求項27】 請求項24に記載の装置において、前
記誘電体層がテフロン粒子で満たされたエポキシである
ことを特徴とする直線測定装置。 - 【請求項28】 請求項24に記載の装置において、前
記ピックオフ部材がシリコン基盤を備え、かつ、前記ピ
ックオフ部材上の前記誘電体層が酸化物層であることを
特徴とする直線測定装置。 - 【請求項29】 請求項24に記載の装置において、前
記ピックオフと前記スケールとの接触表面積は、ほぼ前
記ピックオフの前面の面積と等しく、かつ、前記接触表
面積が前記ピックオフ部材上の静電容量格子の面積を越
えることを特徴とする直線測定装置。 - 【請求項30】 請求項24に記載の装置において、前
記装置は、さらに、前記スケールが前記ハウジング内で
軸方向に動くときに前記スケールの前面と当接接触する
前記ピックオフ部材の前面を付勢するための前記ピック
オフ部材に連結されるばね機構を含み、該ばね機構が前
記スケールの非軸方向移動により発生する誤差を最小に
とどめるように前記軸方向の動きに対して直角に前記ピ
ックオフ体を移動させることを特徴とする直線測定装
置。
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