(57)【要約】【課題】リニアエンコーダのスケールとセンサユニットとのギャップ調整が困難で、特にスケールとセンサユニットとの間に接触部を持たないエンコーダにおいてギャップ調整が極めて困難である。【解決手段】スケール６と、これを収納するハウジング１ａ，１ｂと、スケール６を走査するセンサユニット５を有し、前記ハウジング１ａ，１ｂ、エンドカバー２にはスケール６とセンサユニット５とのギャップに対応する位置にギャップ調整の調整穴１１を有するリニアエンコーダと、エンコーダの（１）調整穴１１のカバー１０を取り外して調整穴１１を露出させ、（２）ギャップゲージ５０を前記調整穴１１からスケール６とセンサユニット５との間に挿入し、（３）センサユニット５の位置を調整してスケール６とセンサユニット５とのギャップｔを調整し、（４）ギャップゲージ５０を取り外して前記カバー１０を装着する構成のリニアエンコーダの調整方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スケールと、このスケールを収納するハウジングと、
前記スケールと対向配置されスケールを走査して位置情報を得るセンサユニットとを有するリニアエンコーダにおいて、
前記ハウジングまたはそのエンドカバーにはスケールとセンサユニットとのギャップに対応する位置にギャップ調整用の調整穴を有するリニアエンコーダ。
【請求項２】
前記前記スケールとセンサユニットとの間に接触部が存在しない請求項１のリニアエンコーダ。
【請求項３】
スケールと、このスケールを収納するハウジングと、前記スケールと対向配置されスケールを走査して位置情報を得るセンサユニットとを有し、前記ハウジングまたはエンドカバーのスケールとセンサユニットとのギャップに対応する位置にギャップ調整用の調整穴を有するリニアエンコーダの調整方法であって、
（１）調整穴に装着されたカバーを取り外して調整穴を露出させ、
（２）ギャップゲージを前記調整穴からスケールとセンサユニットとの間に挿入し、
（３）センサユニットの位置を調整してスケールとセンサユニットとのギャップを調整し、
（４）ギャップゲージを取り外して前記カバーを装着する
リニアエンコーダの調整方法。
【請求項４】
前記前記スケールとセンサユニットとの間に接触部が存在しない請求項３のリニアエンコーダの調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械等精密な位置測定が必要な環境において相対移動量の測定に好適なリニアエンコーダに関するものであり、特にスケールとこのスケール上に刻印された測定用パターンを読み取る読み取りヘッドとが所定のギャップを空けて移動するリニアエンコーダのギャップ調整構造と調整方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
工作機械などの加工装置では、加工精度を上回る位置決め精度が要求される。近年の加工技術においてはより高い加工精度が可能になり、それに伴い要求される位置決め精度も向上している。高精度の位置決めを行うためには高い精度を有する位置測定装置が必要であり、このような要求を満たす測定装置としてリニアエンコーダが知られている。
【０００３】
公知のリニアエンコーダの基本構成として、例えば特開２００７−４０８７３号の図９に開示される構成が知られている。このリニアエンコーダは、ガラススケールを滑走するスライダ、工作機械等の可動部に取り付けるための固定リンク等から構成されている。前記スライダは、変位を読み取るセンサ部、ガラススケールの振れを少なく滑走させるために板バネが設けられた左右の側部ガイドローラ、下部ガイドローラ等からなっている。
【０００４】
前記固定リンクは連結ピボットを介してセンサ部を有するスライダとバネの付勢力により浮遊状態に近い状態で連結され、リニアエンコーダは工作機械からの振動に対し追従性をもたせることができるようになっている。
【０００５】
しかし、近年工作機械を構成する部品の加工精度が向上し、各部の動作がより円滑になるとともに、振動やがたつき等の誤差要素のレベルも非常に小さくなっている。このため、例えば移動方向に対して垂直方向の不要な動作である振動もき極めて小さくなり、測定に与える影響が無視できるレベルにまで低下している。このような現状においては、上記固定リンクのような測定対象に装着する部材とスライダのようなセンサユニットとの間に連結ピボットのような振動吸収機構を介在させる必要性も乏しくなってきた。また、このような振動吸収機構、干渉防止構造を設けると、それ自体がたつきや、遊びがあるため、反転動作時などにおいて誤差を生じる要因となる場合があった。
【０００６】
センサユニットを振動吸収機構を介在させずに、スケールと非接触状態で配置する試みもなされている。このような非接触式のエンコーダの場合、スケールとセンサユニットとのギャップは、測定対象の固定部に取り付けられるスケール側と、測定対象の可動部に取り付けられるセンサユニット側との位置調整に依存する。このため、エンコーダ取り付け時にギャップ調整を行う必要がある。
【０００７】
しかし、スケールはハウジング内に収納されているため、前記ギャップ調整には長尺のスケールを覆うハウジングを取り外す必要があり、調整作業を非常に困難にする要因となっていた。また、ハウジングを取り外すとスケールやセンサユニットが外気に曝され、粉塵に汚染されるという問題もあった。
【０００８】
特開平７−８３６４７号公報（特許文献１）には、測長装置において検出部の交換を容易にすることを目的として、ケースの側端を開放し、脱着治具を該側端に装着し、脱着治具の内部に検出部を移動・収納する。脱着治具をケースから外し、他のケースに接続し、脱着治具を移動させて他のケース内に検出部を収納する測長装置における検出部の着脱方法および着脱治具が開示されている。この文献には、ケースの側端は蓋部材３０により開閉自在である点も記載されている。
【０００９】
しかし、この文献の技術は測長装置の検出部の交換を容易にすることを目的としていて、ギャップ調整を容易にするためのものではない。ケースの側端を開放するのは脱着治具の内部に検出部を移動・収納するためであり、解放されたケース側端には脱着治具が装着される。この文献にはギャップ調整に関する記載も示唆も一切無い。さらに、この文献のようにケースの側端を開放すると、開口が大きすぎて外気の影響を大きく受けることになる。このため、内部に収納されているスケールが粉塵に曝され、読み取り精度に悪影響を生じる恐れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平７−８３６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
解決しようとする問題点は、リニアエンコーダのスケールとセンサユニットとのギャップ調整が困難な点である。特に、スケールとセンサユニットとの間に接触部を持たないエンコーダにおいて両者のギャップ調整が極めて困難な点である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するために以下の構成とした。
（１）スケールと、このスケールを収納するハウジングと、
前記スケールと対向配置されスケールを走査して位置情報を得るセンサユニットとを有するリニアエンコーダにおいて、
前記ハウジングまたはそのエンドカバーにはスケールとセンサユニットとのギャップに対応する位置にギャップ調整用の調整穴を有するリニアエンコーダ。
（２）  前記前記スケールとセンサユニットとの間に接触部が存在しない上記（１）のリニアエンコーダ。
（３）スケールと、このスケールを収納するハウジングと、前記スケールと対向配置されスケールを走査して位置情報を得るセンサユニットとを有し、前記ハウジングまたはエンドカバーのスケールとセンサユニットとのギャップに対応する位置にギャップ調整用の調整穴を有するリニアエンコーダの調整方法であって、
（１）調整穴に装着されたカバーを取り外して調整穴を露出させ、
（２）ギャップゲージを前記調整穴からスケールとセンサユニットとの間に挿入し、
（３）センサユニットの位置を調整してスケールとセンサユニットとのギャップを調整し、
（４）ギャップゲージを取り外して前記カバーを装着する
リニアエンコーダの調整方法。
（４）前記前記スケールとセンサユニットとの間に接触部が存在しない上記（３）のリニアエンコーダの調整方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のリニアエンコーダおよびリニアエンコーダの調整方法によれば、リニアエンコーダのスケールとセンサユニットとのギャップ調整が容易になるという利点がある。特に、スケールとセンサユニットとの間に接触部を持たないエンコーダにおいて両者のギャップ調整が極めて容易になるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は本発明のリニアエンコーダの第１の態様の基本構成を示した外観斜視図である。（実施例１）
【図２】図２は本発明のリニアエンコーダの第１の態様の基本構成を示した外観斜視図で、調整穴のカバーを外した状態を示した図である。（実施例１）
【図３】図３は本発明のリニアエンコーダの第１の態様の基本構成を示した外観斜視図で、調整穴に隙間ゲージを挿入する状態を示した図である。（実施例１）
【図４】図４は本発明のリニアエンコーダの第２の態様の基本構成を示した外観斜視図である。（実施例２）
【図５】図５は本発明のリニアエンコーダの第２の態様の基本構成を示した外観斜視図で、調整穴のカバーを外した状態を示した図である。（実施例２）
【図６】図６は本発明のリニアエンコーダの第１の態様の基本構成を示した外観斜視図で、調整穴に隙間ゲージを挿入する状態を示した図である。（実施例２）
【図７】図７は図７は本発明のリニアエンコーダの基本構成を示した端部断面図である。（実施例１，２）
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明のリニアエンコーダは、スケールと、このスケールを収納するハウジングと、前記スケールと対向配置されスケールを走査して位置情報を得るセンサユニットとを有するリニアエンコーダにおいて、前記ハウジングまたはそのエンドカバーにはスケールとセンサユニットとのギャップに対応する位置にギャップ調整用の調整穴を有するものである。
【００１６】
このように、ハウジングのスケールとセンサユニットとのギャップに対応する位置にギャップ調整用の調整穴を設けることにより、ハウジングを取り外すことなくギャップ調整が可能になり、ギャップ調整が極めて容易になる。
【００１７】
調整穴はハウジングまたはハウジングのエンドカバーの何れか、あるいはその両方に形成される。また、ハウジングに調整穴を形成する場合、単独で形成しても複数形成してもよい。調整穴を形成する位置はギャップに対応した位置、つまりスケールとセンサユニットとのギャップ位置をスケール面に平行に移動した位置であり、ギャップゲージなどを挿入することでギャップ調整が可能な位置であれば、如何なる位置に形成してもよい。
【００１８】
調整穴の大きさは、ギャップ調整用の治具、道具などを挿入することが可能な大きさであれば特に限定されるものではない。しかし、大きすぎるとハウジングの密閉性、粉塵の侵入、強度などに悪影響が生じる場合があるので必要以上に大きくするべきではない。具体的には、角穴を形成する場合、縦：１０mm〜１５mm、横：２０mm〜３０mm程度である。四角以外の形状の場合には、前記大きさの面積に相当する大きさにするとよい。また、上下方向においてギャップ中心位置と調整穴中心位置とがほぼ同じ位置となるようにするとよい。
【００１９】
調整穴の形状も特に限定されるものではなく、ギャップ調整が可能な形状であれば如何なる形状でもよいが、封止の容易さ、調整の行い易さを考慮すると、四角または円形が好ましい。
【００２０】
調整穴は、通常ハウジング内の気密性を確保するためにカバーで覆われている。このカバーは、例えば板状の部材で形成され、それ自体の保持力や、ねじなどの固定具より着脱自在に固定されている。カバーには気密性を確保するために、ハウジングとの間にエラストマー、樹脂材などの弾性材料からなる封止部材を介在させてもよい。また、好ましくは調整穴周囲に形成されたハウジング段差部内に収納され、その表面がハウジング表面と同一面内に収まるようにするとよい。
【００２１】
ハウジングは、スケールおよびセンサユニットを収納し、これらを外部環境から保護する役割を有するとともに、通常動作しない機械基部など測定基準となる構造物に固定され、エンコーダの支持構造物となる。このため、ハウジングには、構造物に固定するための固定部がハウジングの長手方向に沿って一定間隔で複数形成・配置されている。固定部は一般にはねじ取り付け孔が形成され、取り付けねじにより固定できるようになっているが、他の固定方法を用いてもよい。
【００２２】
ハウジングは通常断面が四角い中空の角材であり、測定方向に長く伸びている。また、スケールを固定するためのスケール固定部を備えるとともに、下部若しくは側部にはセンサユニットと測定対象とを接続する構造物が、測定対象の移動に伴って摺動可能な開口部を備えている。
【００２３】
ハウジングの材質としては、上記のようにエンコーダの支持構造物としての機能を有することから、ある程度の剛性を有し、温度変化の影響を受け難い材質が好ましい。具体的には、鉄、ステンレス鋼、アルミニウムまたはその合金、チタンまたはその合金、銅またはその合金などの金属材料により形成することが望ましい。特に加工の容易さ、剛性と軽量性を考慮するとアルミニウムまたはその合金が好ましい。また、条件によっては炭素系材料、樹脂材料を用いることができ、上記金属材料と組み合わせて使用してもよい。
【００２４】
スケールは一般的なリニアエンコーダに用いられているスケールと同様のものを使用することができる。スケールの材質は一般にはガラス材であり、金属材料なども使用することができるが、温度変化の影響の受け難さ、高精度の実現し易さ、価格が比較的安価であるなどの点においてガラスが優れている。特に透過型のスケールにおいてはガラスが最も好ましい材料である。
【００２５】
スケールには位置情報、移動情報等を読み取るための所定のパターンが形成、刻印されている。このパターンにより、読み取り信号が生成され、インクリメンタルデータ、アブソリュートデータなどの位置／移動情報の測定信号を得ることができる。パターン形成には、通常クロムなどの金属材料被膜を表面に形成し、この金属材料被膜をパターニングすることで得ることができる。パターニングには、エッチングなど、薄膜技術、半導体技術で公知の手法を用いることができる。
【００２６】
センサユニットは、前記スケール上のパターンを読み取り電気信号に変換する。センサユニットには、光学式であれば光源となる発光素子と前記パターンにより得られる反射光または透過光を受光して電気信号に変換する受光素子を備えている。また、必要により前記発光素子、受光素子の電源回路、受光素子から出力される信号を処理する電子回路、外部回路、装置とのデータの授受を行うための通信回路等が搭載される。
【００２７】
センサユニットは前記スケールに対向して配置され、一定の間隔を置いてその表面のパターンを走査して読み取る。このとき、センサユニット、スケールとが非接触状態で走査するものと、センサユニットの一部に滑走部を備え、スケール表面を滑走して走査するタイプのものとがある。後者の場合センサユニットの滑走部によりセンサユニットとスケールとのギャップが決められるため、本発明においては前者の構造において特に有効である。
【００２８】
本発明におけるリニアエンコーダの他の基本構成は、一般的なリニアエンコーダと略同様であり、詳細な説明は省略する。
【実施例１】
【００２９】
図１〜３および図７は、本発明装置であるリニアエンコーダの１実施例を示した図であり、図１〜３は外観斜視図、図７は断面図である。
【００３０】
図１〜３および７において、本発明のリニアエンコーダは、スケール６と、このスケール６を収納するハウジング１ａ，１ｂと、ハウジング１ａ，１ｂ内に収納されたスケールを走査して測定信号を生成するセンサユニット５とを有する。
【００３１】
ハウジング１ａ，１ｂ一端部近傍の側面には、前記スケール６とセンサユニット５の間のギャップに対応する位置には調整穴１１が形成されている。この調整穴１１は、この例では長方形の角穴であり、通常は内部の気密性を保持するためにカバー１０が止めねじ１０２により着脱自在に固定されている。
【００３２】
そして図２に示すように、止めねじ１０２を外し、カバー１０を外すと、調整穴１１が露出し、この調整穴１１から隙間ゲージなどの調整治具をスケール６とセンサユニット５の間のギャップ内に挿入してギャップ調整を行うことができる。ギャップｔの調整は、この例ではスケール６に対するセンサユニット５の相対的な高さを調整することで行われる。具体的には、センサユニット５が固定されているヘッド３の取り付け位置を調整することで、センサユニット５の高さが調整され、ギャップｔが調整される。
【００３３】
次に、本発明のリニアエンコーダの基本構成について詳細に説明する。本発明のリニアエンコーダは、図７に示すように、断面縦長の長方形のハウジング１ａ，１ｂ内に、測定用のパターンが刻印されたスケール６が配置されている。このハウジング１ａ，１ｂは、スケール６および後述のハウジング外装部の支持基材となるハウジング基部１ｂと、スケール６およびセンサユニット５を覆って外部環境から保護するハウジング外装部１ａとから構成されている。
【００３４】
ハウジング基部１ｂは、装着する装置の筐体、基部など装置固定側１００に取り付けられ固定される。そして、このハウジング基部１ｂ下面に接着剤７を介してスケール６が前記下面と平行に固定されている。この接着剤７は弾性を有し、温度変化によるハウジング基部１ｂとスケール６との膨張、収縮率の差を吸収できるようになっている。
【００３５】
スケール６はガラスなどの透明な材料で形成されている。そして、前記接着面とは反対側に、測定のためのパターンが刻印されている。このパターン形成には、クロムなどの金属材料を蒸着し、その際のパターニング、あるいはその後の工程でのエッチング等により形成することができる。スケールは、金属材料で形成することも可能であるが、熱による影響の少なさ、高精度化やパターン形成の容易さ等の点においてガラス系材料が優れている。
【００３６】
スケール６の下方にはセンサユニット５が一定のギャップｔを介して配置されている。このセンサユニットには、前記スケール上に形成されてあるパターンを読み取るための光学センサおよびその光源となる発光素子、前記センサから出力される電気信号を処理するための電子回路等が搭載されている。前記スケール６の下面とセンサユニット５の表面との間の距離、つまりギャップを一定に保つことは、センサユニット５から出力される読み取り信号を安定させ、誤作動を防止したり精度を一定に保つ上で極めて重要な要素となる。
【００３７】
センサユニット５は、支持基材となるベッド４上に載置され、ねじ４２により固定されている。このベッド４下部には進行方向投影面が肉薄になるフット４１が下方に向かって植設されていて、スキャニングヘッド３と結合している。スキャニングヘッド３には図１に示すように止め孔３１が形成されていて、測定対象となる装置の可動部２００に固定できるようになっている。そして、この止め孔３１により固定する際に、前記ギャップ調整が行われる。なお、スキャニングヘッド３には、取り外しの際などに治具などを固定するため、段差部３２にねじ孔３３が形成されている。
【００３８】
ハウジング外装部１ａには、図１に示すように段差部１ｃが形成され、この段差部１ｃには長手方向にねじ孔１３０が一定間隔で形成されている。そして、ハウジング基部１ｂの対応する位置に形成されたねじ孔にねじ１３１を用いて着脱自在に固定することができるようになっている。さらに前記段差部１ｃの長手方向には前記ねじ孔１３０とは異なる位置に長手方向に一定間隔で逃げ孔１１０が形成され、ハウジング基部１ｂの対応する位置には固定用の止め孔１２０が形成されている。そして、この止め孔１２０を介して装置固定側に止めねじにより固定することができるようになっている。
【００３９】
ハウジング１ａ，１ｂ端部には、ハウジング端部を封鎖し、密封するためのエンドプレート２が着脱自在に配置されている。このエンドプレート２には止め孔２１が形成され、ハウジング１ａ、１ｂ端部の対応する位置に形成されているねじ孔１２０に止めねじ２２を用いて着脱自在に固定できるようになっている。このエンドプレート２とハウジング１ａ，１ｂ端部との間にも、密封性を確保するために封止部材を配置してもよい。
【００４０】
ハウジング外装部１ａ下部は、前記フット４１が摺動するための開口部１ｄが形成されている。そして、この開口部１ｄにおける気密性を確保するために、シール材固定部８ａ，８ｂにより固定される一対の図示しないシールリップが配置されている。このシールリップは、先細で厚膜状の樹脂または弾性部材であり、斜め下方に向けて向かい合わせに配置され、フット４１が存在する部分以外では双方のシールリップ先端部同士が会合し、密着して密封状態を確保できるようになっている。また、フット４１が存在する部分ではシールリップ先端部がフット４１周囲に密着して同様に気密性を保てるようになっている。
【００４１】
次に、本発明のエンコーダの調整方法について詳細に説明する。
（１）先ず、図２に示すように調整穴１１を封鎖しているカバー１０の止めねじ１０２を取り外し、カバー１０を取り外す。
（２）次いで、図３に示すように露出した調整穴１１から隙間ゲージ５０のゲージ部５１を挿入する。この隙間ゲージ５０は前部に形成されたゲージ部５１の厚さが、必要とされるギャップｔに対応した厚さに調整されている。また、ゲージ部５１の後部にはツバ５２と、さらにその後部に持ち手５３が形成されている。ツバ５２は、調整穴１１の周囲に形成されている段差部１２の内周とほぼ同じ大きさに形成され、カバー１０同様に段差部内にその一部が収納されることにより、段差部１２と係合して調整作業中に自己保持されるようになっている。また、ツバ５２により調整穴１１が覆われて密封されるので、調整時の外気の影響が極めて少なくなる。
【００４２】
（３）次に、スキャニングヘッド３の位置を調整して、隙間ゲージ５０のゲージ部５１にスキャニングヘッド５を押しつけるようにしてギャップｔがゲージ部５１の厚さと同じになるように調整する。そして、前記ギャップが調整された位置でスキャニングヘッド３を固定する。
【００４３】
最後に、隙間ゲージ５０を抜き取り、カバー１０を取り外し時とは逆の工程で取り付けて調整穴１１を封鎖して調整作業を終了する。
【００４４】
なお、上記例ではハウジング端部付近に調整穴１１を形成しているが、調整穴１１は必要とされる任意の位置に形成することができ、また複数の調整穴１１を形成してもよい。
【実施例２】
【００４５】
図４〜６は、本発明装置であるリニアエンコーダの第２の実施例を示した図であり、図４〜６は外観斜視図である。この例では、調整穴１１ａをエンドプレート２に形成している。また、エンドプレート２が肉厚の場合、調整穴１１ａの側面や段差１２ａの深さを深くすることができる。このため、例えばカバー１０ａ樹脂材などある程度弾性変形可能な材料で形成することにより、ねじ等の固定具を用いることなく、カバー１０ａと前記調整穴１１ａや段差１２ａの側面との圧接力、摩擦力により係合させることが可能である。
【００４６】
この例では、エンドプレート２に調整穴１１ａがあるため、調整に際しては図６に示すように、スキャニングヘッド３をハウジング１ａ，１ｂ端部まで移動させる必要がある。また、隙間ゲージ５０ａのゲージ部５１ａもセンサユニット５まで到達できるような長さに調整しなければならない。さらに、ツバ５２ａ、持ち手５３ａも最適な大きさに調整される。
【００４７】
なお、上記例ではスケール６とセンサユニット５とが縦並び、つまりスケール６の下方にセンサユニット５が配置されるエンコーダの構成を例示して説明したが、スケール６とセンサユニット５とが横並び、つまりスケール６の横方向にセンサユニット５が配置される構成においても本発明は適用可能である。この場合、実施例２に示すように、エンドプレート２に調整穴１１ａを設けることで、スケール６とセンサユニット５のギャップ位置に容易に対応できる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明のリニアエンコーダおよびエンコーダの調整方法は、図７に示すような、スケールとセンサユニットとが縦並びの非接触型のエンコーダのみならず、横並びのエンコーダにも適用可能である。さらに、ギャップ調整が必要なリニアエンコーダであれば、例えばガラススケール上をセンサユニットの一部がスケールに接触して滑走するような他のタイプのリニアエンコーダにも適用可能である。また、検出方式も光学式に限定されるものではなく、磁気式や誘導式でもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１ａ，１ｂ    ハウジング
２    エンドプレート
３    スキャニングヘッド
４    ベッド
５    センサユニット
６    スケール
７    接着剤
１０，１０ａ    カバー
１１，１１ａ    調整穴
５０，５０ａ    隙間ゲージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2014182054.tif 000006
【図５】
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【図６】
2014182054.tif 000008
【図７】
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