(57)【要約】【課題】安価に高精度な測定を可能とするリニアスケールを提供する。【解決手段】リニアスケール１０は、変位測定に用いられる。リニアスケール１０は、低膨張セラミックスにて構成されたスケール台１１と、スケール台１１の上面に一体的に固定され測定時に読み取られる目盛り部１２と、スケール台１１をベース部材３０に取り付けるための取り付け部１３とを備える。取り付け部１３は、スケール台１１を貫通するように形成された貫通孔１３１ａ〜１３１ｃを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
変位測定に用いられるリニアスケールであって、
低膨張セラミックスにて構成されたスケール台と、
前記スケール台の上面に一体的に固定され測定時に読み取られる目盛り部と、
前記スケール台をベース部材に取り付けるための取り付け部と
を備えることを特徴とするリニアスケール。
【請求項２】
前記低膨張セラミックスは、Ｌｉ−Ｍｇ−Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｏの元素からなる固溶体結晶のみからなる酸化物系のセラミックスにて構成されている
ことを特徴とする請求項１記載のリニアスケール。
【請求項３】
前記スケール台は、前記取り付け部に近接するように形成された切り欠きを備える
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のリニアスケール。
【請求項４】
前記目盛り部は、前記スケール台の一端側の第１領域に設けられ、
前記取り付け部は、前記スケール台の他端側の第２領域に設けられ、
前記切り欠きは、前記第１領域と前記第２領域の間に設けられている
ことを特徴とする請求項３記載のリニアスケール。
【請求項５】
前記取り付け部は、
前記スケール台を貫通するように形成された貫通孔と、
前記貫通孔を介して前記ベース部材に設けられた螺子孔に螺合する螺子と
を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のリニアスケール。
【請求項６】
前記取り付け部は、
前記スケール台を貫通するように形成された貫通孔と、
前記貫通孔に嵌合するように設けられた環状の弾性部材と、
前記弾性部材に嵌合するように設けられたブッシュと、
前記ブッシュを貫通して前記ベース部材に設けられた螺子孔に螺合する螺子と
を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のリニアスケール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変位測定に用いられるリニアスケールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、変位測定には、目盛りの読み取りを行う検出器と、目盛りを配置したスケールとが用いられる。スケールは、一般的に、ガラスや鉄系の金属を用いて構成されたスケール台、及びスケール台の上面に形成された目盛りを有する。よって、スケール台の形状変化が、測定精度に悪影響をもたらす。例えば、スケールは、短時間の熱ストレスによる応力歪や長時間の応力開放によって、その寸法を経時的に変化させることがある。
【０００３】
上記のような問題に対して、例えば、特許文献１に記載のスケールが開示されている。特許文献１に係るスケールは、スケール台（スケール板）の下にホルダを有する。ホルダは、所定面に取り付け可能に構成されている。そして、ホルダは、スケール台をそのベッセル点で弾性接着材で固定している。すなわち、特許文献１に記載のスケールは、ホルダにより、スケール台の形状変化を吸収している。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に係る構成は、ホルダを必要とし、さらに接着する場所を高精度に定めなければならならず、その製造コストが問題となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１８３２５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、安価に高精度な測定を可能とするリニアスケールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかるリニアスケールは、変位測定に用いられるリニアスケールであって、低膨張セラミックスにて構成されたスケール台と、前記スケール台の上面に一体的に固定され測定時に読み取られる目盛り部と、前記スケール台をベース部材に取り付けるための取り付け部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、安価に高精度な測定を可能とするリニアスケールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態に係るリニアスケール１０の上面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’断面図である。
【図３】図１のＢ方向矢示図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るリニアスケール１０の製造工程を示す概略図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るリニアスケール１０ａのＡ−Ａ’断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係るリニアスケール１０ａのＢ方向矢示図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係るリニアスケール１０ａの製造工程を示す概略図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係るリニアスケール１０ｂの上面図である。
【図９】本発明の第４実施形態に係るリニアスケール１０ｃの上面図である。
【図１０】本発明の第５実施形態に係るリニアスケール１０ｄのＡ−Ａ’断面図である。
【図１１】本発明の第５実施形態に係るリニアスケール１０ｄのＢ方向矢示図である。
【図１２】本発明の第６実施形態に係るリニアスケール１０ｅの上面図である。
【図１３】図１２のＣ−Ｃ’断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
［第１実施形態］
［第１実施形態に係るリニアスケール１０の構成］
先ず、図１〜図３を参照して、本発明の第１実施形態に係るリニアスケール１０の構成について説明する。図１は、リニアスケール１０の上面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ’断面図であり、図３は、図１のＢ−Ｂ’断面図である。
【００１２】
リニアスケール１０は、変位測定に用いられる。具体的に、リニアスケール１０は、光電式の反射型リニアエンコーダに用いられる。リニアスケール１０は、図１に示すように、スケール台１１と、目盛り部１２と、取り付け部１３とを備える。
【００１３】
スケール台１１は、図１〜図３に示すように、略直方体状に形成されている。以下、スケール台１１の長手方向をＸ方向とし、スケール台１１の短手方向をＹ方向とする。Ｘ方向は、測定時にリニアスケール１０が検出器４０に対して相対的に移動する方向である。
【００１４】
スケール台１１は、低膨張セラミックスにて構成されている。低膨張セラミックスは、熱膨張係数αが、０．０１〜０．０４ｐｐｍ／Ｋであることが望ましく、例えば、Ｌｉ−Ｍｇ−Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｏの元素からなる固溶体結晶のみからなる酸化物系のセラミックス等を用いることができる。より具体的に、低膨張セラミックスは、新日鉄マテリアル（株）製の低膨張セラミックス（商品名：ＮＥＸＣＥＲＡ）が好適であり、これは、ＭｇａＬｉｂＦｅｃＡｌｄＳｉｅＯｆ（ａ：１．８〜１．９、ｂ：０．１〜０．３、ｃ：０〜０．２、ｄ：３．９〜４．１、ｅ：６．０〜７．０、ｆ：１９〜２３）にて構成され、熱膨張係数α＝０．０２ｐｐｍ／Ｋである。また、低膨張セラミックスは、上記固溶体に加えてα―Ｃｏｒｄｉｅｒｉｔｅと同系の結晶構造とすることにより高剛性を付与しても良い。低膨張セラミックスの比剛性は、５０ＧＰａ／ｇ／ｃｍ３以上であることが望ましい。
【００１５】
目盛り部１２は、図３に示すように、スケール台１１上のＹ方向一端側に一体的に固定され、Ｘ方向に延びるように形成されている。目盛り部１２は、測定時に検出器にて読み取られるものである。目盛り部１２は、測定時に読み取られる目盛り１２１、及び目盛り１２１が形成された基板１２２にて構成されている。
【００１６】
目盛り１２１は、スケール台１１の上面に接着されている。目盛り１２１は、Ｘ方向に所定ピッチをもってストライプ状に形成されている。目盛り１２１は、３格子原理を用いた検出器に使用する振幅格子、又は回折光学系を用いた検出器に使用する位相格子である。
【００１７】
基板１２２は、目盛り１２１の上面に設けられている。基板１２２は、測定に用いられる光を透過させるようにガラス等により構成され、Ｘ方向に延びる矩形状に形成されている。
【００１８】
取り付け部１３は、図１〜図３に示すように、スケール台１１をベース部材３０に取り付け可能に構成されている。取り付け部１３は、スケール台１１のＹ方向他端側に設けられている。取り付け部１３は、貫通孔１３１ａ〜１３１ｃ、及び螺子１３２ａ〜１３２ｃを有する。
【００１９】
貫通孔１３１ａ〜１３１ｃは、スケール台１１を貫通するように形成されている。貫通孔１３１ａ〜１３１ｃは、スケール台１１上のＹ方向他端側に、Ｘ方向に一列に形成されている。貫通孔１３１ａは、スケール台１１のＸ方向の中央に設けられている。貫通孔１３１ｂ、１３１ｃは、スケール台１１のＸ方向の両端近傍に設けられている。螺子１３２ａ〜１３２ｃは、貫通孔１３１ａ〜１３１ｃを介して、ベース部材３０に形成された螺子孔３１ａ〜３１ｃに螺合される。
【００２０】
［第１実施形態に係るリニアスケール１０ａの製造方法］
次に、図４を参照して、第１実施形態に係るリニアスケール１０の製造方法について説明する。図４に示すように、先ず、基板１２２上に目盛り１２１を形成する。続いて、スケール台１１の上面に目盛り１２１の下面を接着材５０（例えば、シリコン接着材、ＫＥ４４Ｔ（信越シリコン））にて接着させる。これにより、目盛り１２１とスケール台１１との機械的一体性は強固なものとなる。
【００２１】
［第１実施形態に係るリニアスケール１０の効果］
第１実施形態によれば、スケール台１１は、ガラス等と比較して経時変化、経年変化を生じさせない低膨張セラミックスにて構成されているので、スケール台１１に強固に固定された目盛り部１２には経時的変化は殆ど生じない。このため、高精度な測定が可能となる。さらに、第１実施形態に係るリニアスケール１０は、スケール台１１が取り付け部１３（貫通孔１３１ａ〜１３１ｃ、螺子１３２ａ〜１３２ｃ）によって、直接的にベース部材３０に固定されているため、スケール台１１を保持するホルダ等を必要としない。このため、第１実施形態に係るリニアスケール１０によれば、構成が簡素化され、安価に製造可能である。
【００２２】
また、第１実施形態において、目盛り１２１の上方に基板１２２が設けられている。よって、第１実施形態に係るリニアスケール１０は、基板１２２により目盛り１２１を物理的な衝突から保護できる。
【００２３】
［第２実施形態］
［第２実施形態に係るリニアスケール１０ａの構成］
次に、図５及び図６を参照して、第２実施形態に係るリニアスケール１０ａの構成について説明する。図５は、第２実施形態に係るリニアスケール１０ａのＡ−Ａ’断面図であり、図６は、そのＢ方向矢示図である。なお、第２実施形態において、第１実施形態と同様の構成については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００２４】
第２実施形態に係るリニアスケール１０ａは、図５及び図６に示すように、目盛り部１２ａにおいて、目盛り１２１ａが、基板１２２ａの上面に形成されている点が第１実施形態と異なる。このリニアスケール１０ａは、第１実施形態と同様に、光学式の反射型リニアエンコーダに用いられる他、静電容量式や電磁誘導式の反射型リニアエンコーダに用いられてもよい。
【００２５】
リニアスケール１０ａの目盛り１２１ａは、第１実施形態と同様に、３格子原理を用いた検出器に使用される振幅格子、又は回折光学系を用いた検出器に使用される位相格子である。また、目盛り１２１ａは、静電容量式・電磁誘導式を用いた検出器に使用されるランダムパターンであってもよい。
【００２６】
また、目盛り部１２ａにおいて、基板１２２ａは、スケール台１１の上面に接着されている。基板１２２ａは、例えば、鉄系の金属、ガラスエポキシ等のプリント基板（ＰＣＢ）である。
【００２７】
［第２実施形態に係るリニアスケール１０ａの製造方法］
次に、図７を参照して、第２実施形態に係るリニアスケール１０ａの製造方法について説明する。図７に示すように、先ず、基板１２２ａ上に目盛り１２１ａを形成する。続いて、図７に示すように、スケール台１１の上面に基板１２２ａの下面を接着材５０にて接着させる。
【００２８】
［第２実施形態に係るリニアスケール１０ａの効果］
第２実施形態に係るリニアスケール１０ａによれば、スケール台１１の剛性が、基板１２２ａの剛性よりも圧倒的に大きいため、機械的精度はスケール台１１の精度に従うことになり、第１実施形態と同様の効果を奏する。また、基板１２２ａの接着面とは反対側に目盛り１２１ａが配置されているので、静電容量式や電磁誘導式の反射型リニアエンコーダにも適用可能である。
【００２９】
［第３実施形態］
［第３実施形態に係るリニアスケール１０ｂの構成］
次に、図８を参照して、第３実施形態に係るリニアスケール１０ｂの構成について説明する。図８は、第３実施形態に係るリニアスケール１０ｂの上面図である。なお、第３実施形態において、第１及び第２実施形態と同様の構成については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００３０】
第３実施形態に係るリニアスケール１０ｂでは、図８に示すように、スケール台１１ｂに切り欠き１４１〜１４４が形成されている。
【００３１】
スケール台１１ｂの切り欠き１４１、１４２は、取り付け部１３側の端面から、貫通孔１３１ａの近傍を、貫通孔１３１ａを挟むようにして、スケール台１１ｂのＹ方向の中程まで、Ｙ方向に延びる直線状に形成されている。
【００３２】
切り欠き１４３、１４４は、スケール台１１ｂの取り付け部１３側の端面から、貫通孔１３１ｂ、１３１ｃをそれぞれ囲むようにＬ字状に形成されている。
【００３３】
［第３実施形態に係るリニアスケール１０ｂの効果］
第３実施形態に係るリニアスケール１０ｂによれば、スケール台１１ｂに切り欠き１４１〜１４４を有しているので、線膨張によりスケール台１１ｂの形状が変化した場合でも、切り欠き１４１〜１４４によって、スケール台１１ｂの形状変化による歪を吸収し、その歪みが目盛り部１２に与える影響を抑制する。したがって、第３実施形態に係るリニアスケール１０ｂは、切り欠き１４１〜１４４によって、第１及び第２実施形態よりもさらに高精度の測定を可能とする。
【００３４】
［第４実施形態］
［第４実施形態に係るリニアスケール１０ｃの構成］
次に、図９を参照して、第４実施形態に係るリニアスケール１０ｃの構成について説明する。図９は、第４実施形態に係るリニアスケール１０ｃの上面図である。なお、第４実施形態において、第１〜第３実施形態と同様の構成については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００３５】
第４実施形態に係るリニアスケール１０ｃは、図９に示すように、第３実施形態に係るリニアスケール１０ｂのＬ字状の切り欠きに代えて、スケール台１１ｃのＸ方向両端からそれぞれスケール台１１ｃの中程までＸ方向に延びる直線状の切り欠き１４５、１４６を有する。
【００３６】
この第４実施形態によれば、目盛り部１２は、Ｘ方向に延びる切り欠き１４５、１４６によって、スケール台１１ｃのＹ方向の一方側の第１領域ＡＲ１と、他方側の第２領域ＡＲ２とにほぼ分断される。
【００３７】
［第４実施形態に係るリニアスケール１０ｃの効果］
第４実施形態によれば、先に述べた効果に加え、スケール台１１ｃが切り欠き１４５、１４６によって第１領域ＡＲ１と、第２領域ＡＲ２とにほぼ分断されているので、ベース部材３０が歪む場合であっても、リニアスケール１０ｃは、切り欠き１４５、１４６にてその歪を吸収し、その歪みが目盛り部１２に与える影響を抑制することができる。したがって、第４実施形態に係るリニアスケール１０ｃは、切り欠き１４５、１４６によって、第３実施形態よりもさらに高精度の測定を可能とする。
【００３８】
［第５実施形態］
［第５実施形態に係るリニアスケール１０ｄの構成］
次に、図１０及び図１１を参照して、第５実施形態に係るリニアスケール１０ｄの構成について説明する。図１０は、第５実施形態に係るリニアスケール１０ｄのＡ−Ａ’断面図であり、図１１は、そのＢ方向矢示図である。なお、第５実施形態において、第１〜第４実施形態と同様の構成については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００３９】
第５実施形態に係るリニアスケール１０ｄは、図１０及び図１１に示すように、目盛り部１２ｄが目盛り１２１ｄのみにて構成されている点で、第１〜第４実施形態と異なる。このリニアスケール１０ｄは、光電式の反射型リニアエンコーダに用いられる他、静電容量式や電磁誘導式の反射型リニアエンコーダに用いられるものであってもよい。
【００４０】
目盛り１２１ｄは、スケール台１１の上面に直接的に形成されている。目盛り１２１ｄは、３格子原理を用いた検出器に使用される振幅格子、又は回折光学系を用いた検出器に使用される位相格子である。また、目盛り１２１ｄは、静電容量式・電磁誘導式を用いた検出器に使用されるランダムパターンであってもよい。
【００４１】
［第５実施形態に係るリニアスケール１０ｄの効果］
第５実施形態に係るリニアスケール１０ｄによれば、目盛り１２１ｄがスケール台１１の上面に直接的に形成されているので、ガラス、鉄等にて構成された基板１２２，１２２ａに形成された目盛り１２１、１２１ａ（第１、第２実施形態）と比較して、その経時変化を抑えることができる。すなわち、第５実施形態に係るリニアスケール１０ｄは、第１及び第２実施形態よりもさらに高精度の測定を可能とする。
【００４２】
［第６実施形態］
［第６実施形態に係るリニアスケール１０ｅの構成］
次に、図１２及び図１３を参照して、第６実施形態に係るリニアスケール１０ｅの構成について説明する。図１２は、第６実施形態に係るリニアスケール１０ｅの上面図であり、図１３は、図１２のＣ−Ｃ’断面図である。なお、第６実施形態において、第１〜第５実施形態と同様の構成については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００４３】
第６実施形態に係るリニアスケール１０ｅにおいて、図１２及び図１３に示すように、取り付け部１３ｅは、第１実施形態の貫通孔１３１ｂ、１３１ｃの代わりに、それらよりも径の大きい貫通孔１３１ｂｅ、１３１ｃｅを有する。さらに、取り付け部１３ｅは、その貫通孔１３１ｂｅ、１３１ｃｅ内に、弾性部材１３３ｂ、１３３ｃ、及びブッシュ１３４ｂ、１３４ｃを有する。
【００４４】
弾性部材１３３ｂ、１３３ｃは、所定の弾性率を有する樹脂（シリコンゴム等）にて構成され、環状に形成されている。弾性部材１３３ｂ、１３３ｃは、貫通孔１３１ｂｅ、１３１ｃｅに嵌合するように設けられている。
【００４５】
ブッシュ１３４ｂ、１３４ｃは、弾性部材１３３ｂ、１３３ｃに嵌合するように設けられている。ブッシュ１３４ｂ、１３４ｃは、第１の外径を有する上部１３４Ａ、及び第２の外径を有する下部１３４Ｂを有する。上部１３４Ａの第１の外径は、スケール台１１の貫通孔１３１ｂｅ、１３１ｃｅの径よりも大きい。下部１３４Ｂの第２の外径は、弾性部材１３３ｂ、１３３ｃの内径と略同一である。なお、螺子１３２ｂ、１３２ｃは、ブッシュ１３４ｂ、１３４ｃを貫通してベース部材３０に設けられた螺子孔３１ｂ、３１ｃに螺合される。
【００４６】
［第６実施形態に係るリニアスケール１０ｅの効果］
第６実施形態に係るリニアスケール１０ｅによれば、スケール台１１が貫通孔１３１ｂｅ、１３１ｃｅ、弾性部材１３３ｂ、１３３ｃ、及びブッシュ１３４ｂ、１３４ｃを介して、螺子１３２ｂ、１３２ｃにてベース部材３０に固定されているので、線膨張によりスケール台１１の形状が変化した場合でも、弾性部材１３３ｂ、１３３ｃによって、形状変化による歪を吸収し、その歪みが目盛り部１２に与える影響を抑制することができる。したがって、第６実施形態に係るリニアスケール１０ｅは、弾性部材１３３ｂ、１３３ｃ、及びブッシュ１３４ｂ、１３４ｃによって、第１実施形態よりもさらに高精度の測定を可能とする。
【００４７】
［その他の実施形態］
以上、発明の実施形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、追加等が可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１０、１０ａ〜１０ｅ…リニアスケール、  １１、１１ｃ、１１ｄ…スケール台、  １２、１２ａ、１２ｄ…目盛り部、  １３、１３ｅ…取り付け部、  １４１〜１４６…切り欠き。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2010223767.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2010223767.tif 000013
【図１２】
2010223767.tif 000014
【図１３】
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