(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の点（Ｂ１）で測定方向（Ｘ）に不動に、かつ複数の他方の点（Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５）で測定方向（Ｘ）に移動可能に支持枠（１）に結合された、目盛（３）を有する目盛板（２）を備えた長さ測定装置において、
不動の結合点（Ｂ１）が、支持枠（１）の中立軸線（Ｎ）を含む支持枠（１）の中立面（Ｎ１）内にあり、支持枠（１）の前記中立面（Ｎ１）に対して平行に向いている目盛板（２）の面内に目盛（３）が設けられていること、
目盛板（２）が他方の点（Ｂ２）で測定方向（Ｘ）に移動可能に、支持枠（１）に結合されており、両方の点（Ｂ１，Ｂ２）が、支持枠（１）の中立軸線（Ｎ）を含む支持枠（１）の前記中立面（Ｎ１）内にあること、
目盛板（２）が、前記他方の点（Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５）において、前記目盛板が前記他方の点（Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５）に当接していることにより、支持枠（１）に沿って移動可能に結合されており、これらの当接点（Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５）が目盛（３）に対して１つの平面内に設けられていること、そして
支持枠（１）が固定部材（４１，４２）を備えており、この固定部材により、前記支持枠が測定すべき機械部品に不動に、測定方向Ｘにおいて不動の結合点（Ｂ１）が設けられている位置に固定可能であることを特徴とする長さ測定装置。
【請求項２】
不動の結合点（Ｂ１）が目盛板（２）の中立面を含む目盛板（２）の中立面（Ｎ２）内にあり、目盛（３）が目盛板（２）の前記中立面（Ｎ２）に対して平行に向いている目盛板（２）の面内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の長さ測定装置。
【請求項３】
不動の結合点（Ｂ１）が目盛板（２）の一端から目盛板の長さｌの少なくとも約０．２２倍に間隔を保って配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の長さ測定装置。
【請求項４】
不動の結合点（Ｂ１）が接着個所であることを特徴とする請求項１に記載の長さ測定装置。
【請求項５】
不動の結合点（Ｂ１）は点支持部（４）であり、支持枠（１）と目盛板（２）の支持部品（４．１，４．３）は磁力で互いに押し合っていることを特徴とする請求項１に記載の長さ測定装置。
【請求項６】
点支持部がボール（４．１）を切欠（４．３）の中で回転可能に支承するボール支持部（４）であることを特徴とする請求項５に記載の長さ測定装置。
【請求項７】
移動可能な結合点（Ｂ２）では、弾性的な接着層（３１）または粘性の液体フィルム（３２）が支持枠（１）と目盛板（２）の間に装着されていて、目盛板（２）を支持枠（１）に接着で保持していることを特徴とする請求項１および４〜６の何れか１項に記載の長さ測定装置。
【請求項８】
移動可能な結合点（Ｂ２）が点支持部（７）であり、前記支持枠（１）と前記目盛板（２）の支持部品（７．１，７．２）が、磁力で互いに押し合っていることを特徴とする請求項１および４〜６の何れか１項に記載の長さ測定装置。
【請求項９】
点支持部がボール支持部（７）であり、ボール（７．２）が平坦な板（７．１）上で移動可能でかつ回転可能に支承されていることを特徴とする請求項８に記載の長さ測定装置。
【請求項１０】
両方の結合点（Ｂ１，Ｂ２）の一方を測定方向（Ｘ）に対して垂直に移動させることができる装置（７．３）が支持枠（１）に設けられていることを特徴とする請求項１および４〜９の何れか１項に記載の長さ測定装置。
【請求項１１】
前記当接点（Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５）が目盛板（２）の端部から目盛板の長さｌの少なくとも約０．２２倍離して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の長さ測定装置。
【請求項１２】
前記当接点（Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５）が三点支持部を形成することを特徴とする請求項１または１１に記載の長さ測定装置。
【請求項１３】
目盛板（２）が測定方向（Ｘ）に延びる湾曲した表面を備えた部材（１０．１１，１２）を介して支持枠（１）に載っていて、前記表面の曲率半径（Ｒ）が支持枠（１）の中立軸線（Ｎ）を含む中立面（Ｎ１）と当接点（Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５）の間の距離に相当することを特徴とする請求項１，１１および１２の何れか１項に記載の長さ測定装置。
【請求項１４】
目盛板（２）が当接点（Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５）において磁力により支持枠（１）に押し付けられていることを特徴とする請求項１および１１〜１３の何れか１項に記載の長さ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、一方の点で測定方向に不動に、かつ他方の点で測定方向に移動可能に支持枠に結合された、目盛を有する目盛板を備えた長さ測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の長さ測定装置は欧州特許出願公告第０２６４８０１号明細書に開示されている。目盛板やその保持枠の熱的な長さ膨張が異なるためおよび目盛板の固定のタイプと方法により生じる力による目盛板の変形を防止するため、目盛板をベッセル点に保管する。この保管はロール移動するように保持されたボールによりボール保持と、他のボールによる横方向の長手案内により行われる。その場合、これ等の他のボールの一つが目盛板を保持枠に対して測定方向に固定する。目盛板とボールの間および保持枠とボールの間の接触圧力を維持するためバネが設けてある。
【０００３】
上記の処置により目盛板をその保持枠に強制力なしに保持することは保証されていない。保持枠の曲がりを目盛板に伝えることは排除されていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
それ故、この発明の課題は、目盛板をその保持枠にできる限り力の加わらない状態で保持し、保持枠の変形が目盛板や測定精度にできる影響を与えない長さ測定装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、この発明により、一方の点（Ｂ１）で測定方向（Ｘ）に不動に、かつ複数の他方の点（Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５）で測定方向（Ｘ）に移動可能に支持枠（１）に結合された、目盛（３）を有する目盛板（２）を備えた長さ測定装置において、
不動の結合点（Ｂ１）が、支持枠（１）の中立軸線（Ｎ）を含む支持枠（１）の中立面（Ｎ１）内にあり、支持枠（１）の前記中立面（Ｎ１）に対して平行に向いている目盛板（２）の面内に目盛（３）が設けられていること、
目盛板（２）が他方の点（Ｂ２）で測定方向（Ｘ）に移動可能に、支持枠（１）に結合されており、両方の点（Ｂ１，Ｂ２）が、支持枠（１）の中立軸線（Ｎ）を含む支持枠（１）の中立面（Ｎ１）内にあること、
目盛板（２）が、前記他方の点（Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５）において、前記目盛板が前記他方の点（Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５）に当接していることにより、支持枠（１）に沿って移動可能に結合されており、これらの当接点（Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５）が目盛（３）に対して１つの平面内に設けられていること、そして
支持枠（１）が固定部材（４１，４２）を備えており、この固定部材により、前記支持枠が測定すべき機械部品に不動に、測定方向Ｘにおいて不動の結合点（Ｂ１）が設けられている位置に固定可能であることによって解決されている。
【０００６】
この発明による他の有利な構成は、特許請求の範囲の従属請求項に記載されている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
【０００８】
【実施例】
以下、実施例を示す模式図に基づきこの発明をより詳しく説明する。
【０００９】
図１〜６には、この発明の実施例が詳しく示してある。保持枠１に保持されている目盛板２は、特に膨張係数が充分無視できるガラスセラミックスのガラス目盛板である。目盛板２の上側には、数ｎｍの目盛周期の線条格子で形成された増分目盛３が付けてある。目盛３は反射位相格子で構成されているか、あるいは測定方向Ｘに交互に配置されている反射領域と非反射領域で構成されている。これ等の領域は目盛板２の長手方向Ｘの位置を測定するため、それ自体周知で図示していない光電走査ユニットにより走査される。
【００１０】
目盛板２の保持枠１への結合は、測定方向Ｘに見て、位置Ｂ１のところで不動にして行われる。この不動の固定点Ｂ１は、Ｚ方向に見て、保持枠１の平面Ｎ１の中にある。この平面Ｎ１は目盛３を担持する目盛板２の表面に平行である。つまり目盛面に平行に延びている。そして、この平面Ｎ１は保持枠１の中立軸線Ｎを含む。中立軸線Ｎは曲がりがあるとき長さの変化のない本体の領域（線分）である。平面Ｎ１は保持枠１の面であり、力が作用すると、この平面Ｎ１に垂直にＺ方向に向いているので、保持枠１がこの方向に曲がると、測定方向Ｘの長さの変化をしない。それ故、平面Ｎ１は以下では中立面Ｎ１と称する。
【００１１】
固定点Ｂ１は目盛板２の平面Ｎ２の中にあり、この平面Ｎ２は目盛板２の表面に平行に延び、つまり、目盛面に平行に延びていて、目盛板２の中立軸線を含む。この平面Ｎ２は以下では中立面Ｎ２と称する。
【００１２】
不動の結合点Ｂ１は固い接着部として形成されている。このため、固い硬化接着剤３０を使用する（図７）。
【００１３】
不動の結合点Ｂ１を、図１〜６に図示する実施例のようなボール軸受４で構成すると有利である。このボール軸受４は、ボール４．１と、ボール４．１を固定するため支持枠１にある穴４．２と、目盛板２上のボール４．１に対する直線案内部とで構成されている。この直線案内部はＺ方向に延びるプリズム状の切欠４．３である。この切欠４．３は目盛板２に直接形成されているか、あるいは独立した構造部品４．４として目盛板２上に不動に固定されている。その場合、捩じれを防止するため、構造部品４．４は目盛板２と同じ熱膨張係数を持つ材料で形成されていると有利である。点Ｂ１のこの結合により、支持枠１と目盛板２の間の測定方向ｘへの固い結合が保証される。
【００１４】
目盛板２を点Ｂ１でできる限り遊びがないが強制力を働かせないで支承するため、磁石５と６で目盛板２を支持枠１に押し込む。これ等の磁石５，６は、例えば目盛板２に接着されている。磁力によりテコの力が生じないように、磁石５と６を結合点Ｂ１に対して点対称に配置する。図示していないが、例えばボール４．１に対して中心に配置されたただ一つの磁石を使用してもよい。
【００１５】
目盛板２は固定点Ｂ１から離れている少なくとも一つの他の個所Ｂ２で支持枠１に押し込まれている。この個所Ｂ２では目盛板２は支持枠１に摺動可能に接触している。この種の装置は全く摩擦なしに形成できるので、そして、支持枠１と目盛板２の間に摩擦がある時、目盛板２の撓みを防止すべきであるので、支持点Ｂ２を支持枠１の中立面Ｎ１に、そして好ましくは目盛板２の中立面Ｎ２にも配置し、その場合、Ｎ１とＮ２は共通の平面を形成している。
【００１６】
例えば、点Ｂ２の装置はボール軸受７でも形成できる。この軸受はボール７．２が転がる目盛板２の板７．１で構成されている。その場合、板７．１は捩じれを防止するため、目盛板２と同じ熱膨張係数の材料で形成されていると有利である。ボール７．２は支持枠１のホルダー７．３の中に転動可能に支承されている。目盛板２を調整するため、ボール７．２が支持枠１に対してＹ方向に移動可能であれば有利である。このため、ホルダー７．３はネジとして形成され、支持枠１の中で回転によりＹ方向に移動できる。
【００１７】
点Ｂ２でも目盛板２は磁石８と９によりボール７．２に、従って支持枠１に押し込まれている。磁石８と９は結合点Ｂ２に対して再び点対称に配置されているので、これにより生じる力は点Ｂ２で中心に働き、テコの力を与えない。図示していないが、ただ一つの磁石を再び使用してもよい。
【００１８】
支持点Ｂ２は支持枠１を目盛板２に対して測定方向Ｘに自由に移動できる可能性を保証する。この支持点Ｂ２で摩擦が発生しても、テコの力は作用しないので、撓み力が目盛板２に加わらない。何故なら、付着摩擦は目盛板２の中性面Ｎ２で加わらないからである。
【００１９】
点Ｂ２で目盛板２を測定方向Ｘにできる限り摩擦なしにしかも力の加わらないように支持することは接着でも実現できる。接着材料としては測定方向Ｘに延びる弾性的な薄い接着層３１を点Ｂ２の支持枠１と目盛板２の間に使用する（図８）。接着層３１の代わりに、粘性の液体フィルム３２、例えばシリコーン油も使用できる（図８）。
【００２０】
二つの結合点Ｂ１とＢ２が少なくともほぼ目盛板２のベッセル点にあると、つまり両方の端部の間隔ａが全長の約０．２２倍であっても有利である。
【００２１】
目盛板２はできる限り安定であり、振動に強く、加わる力にできる限り大きい抵抗を与えるべきである。このため、目盛板２は比較的安定で重く形成され、これは支援を必要とする。この支援は目盛板２のベッセル点の領域、つまり端部からそれぞれ０．２２×ｌ離れている測定方向Ｘに互いに間隔を設けた二つの位置で行われる。この支援では、目盛板２の曲がりと長さ変化が目盛３の領域で最小である。支援は三点支持部として形成されていてもよい。支援のための支持個所Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５は目盛板を支持枠１に対してできる限り摩擦なしに力が加わらないように測定方向Ｘに自由に移動可能に支承すべきである。これ等の支持個所Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５では、ボールが支持枠１と目盛板２の間に転動可能に装着されているか、図８の実施例のように、弾性的な接着層または粘性液体層が設けてある。図示する実施例では、支持枠１の一方の面に載る一つの部材１０，１１，１２が三つの支持個所Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５にそれぞれ設けてある。支持枠１と部材１０，１１，１２との間の接触領域では、部材１０，１１，１２がそれぞれ半径Ｒの表面曲率を有し、ここでＲは接触面と中立面Ｎ１の間の間隔に対応する。支持枠１が曲がると、接触面（載置面）はその長さが変化するため、中立面Ｎ１に対して半径Ｒだけ移動し、そのため、摩擦のない転動が行われる。
【００２２】
これに加えて、支持個所Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５は、支持枠１と部材１０，１１，１２の接触面の間、および／または、特に測定方向Ｘに平行に延びる支持部材１０，１１，１２の平坦な面と目盛板２の間に弾性接着層３３あるいは粘性の液体フィルム３４が付けて（図９），Ｘ方向に摩擦なしに作用する長さ案内部としても形成されている。この処置により、温度変化による目盛板２の支持枠に対する異なる長さ変化も摩擦なしに相殺される。これは、図示する実施例の場合、目盛板２と支持枠１が異なった材料で形成されているので、つまりガラスとスチールで形成されているので有利である。
【００２３】
支持個所Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５の各々には、目盛板２を支持枠１に押しやる少なくとも一つの磁石１３が付属している。支持個所Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５毎にただ一つの磁石を使用する場合には、この磁石が支持個所に対して対称に配置されていると有利で、その結果、磁場は支持個所Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５に対して対称に進んでいる。支持個所Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５の各々に対して、多数の磁石１３を支持個所Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５の一つに対してそれぞれ対称に配置することもできる。
【００２４】
説明した例は、目盛板２をガラスで、また支持枠１をガラスとは異なる膨張係数の材料で、特に鋼鉄で形成しているなら、最適化された配置である。点Ｂ１で切欠４．３の形のＺ方向に作用する直線案内部は簡単な組立に有利で、目盛板２を装着する時、目盛板２や支持枠１のＺ方向に異なる長さの熱変化も相殺する。
【００２５】
プリズム状の切欠を円錐穴もしくは四面体またはピラミッド形状の切欠に置き換えることもでき、これは目盛板２を支持枠１に対してＺ方向にも固定し、場合によっては、点Ｂ１で目盛板２を支持枠１に対する回転運動を摩擦なしに許す。回転に対するこの自由度は、支持枠の目盛板２に対する曲がりが目盛板２へ伝えるべきでない結合点Ｂ１の支持枠１の捩じれの原因になるので有利である。
【００２６】
目盛板２と支持枠１が同じ熱膨張係数の材料で形成されていると、一方で目盛板２は点Ｂ１でＸ，ＹとＺ方向に不動に結合している。更に、この構成では、目盛板２のこのような固い結合が点Ｂ２でも可能である。Ｙ方向に延びる回転軸の周りの回転運動は原則的に二つの点Ｂ１とＢ２でできる限り摩擦なしに可能となるべきである。結合点Ｂ１とＢ２で旋回運動も可能であると有利である。
【００２７】
通常の動作期間中では最適な結合を保証するため磁力は充分である。しかし、例えば輸送中に目盛板２が支持枠１から脱落することを防止するため、目盛板２にストッパー１４と１５が設けてあり、これ等のストッパーは目盛板２が支持枠１に対して所定の移動をしたら初めて働く。通常の動作位置ではストッパー１４と１５は働かず、支持枠１に間隔を保って配置されている。この間隔は、磁力が未だ充分であるため、極端な変位でも上に説明した結合が未だ自動的に生じるように選択されている。
【００２８】
支持個所Ｂ２〜Ｂ５の磁石は、ボール２２が磁石２０と２１の間で自動的に中心合わせされるようにも構成できる。この配置を図１０に模式的に示す。磁石２０と２１は望む力作用の方向に順次配置され、その間にボール２２が回転するように挟持されている。この挟持は一方で磁石２０と２１の引力により、他方でボール２２が磁力線の変化により最適に中心合わせされる。ボール２２は強磁性材料で形成されている筈であるから、磁束がボール２２で中心合わせされ、この磁束の集中がボール２２の偏心時に復帰力を発生する。一定の復帰力は、磁石２０，２１の一方のみがボール２２と支持枠１の間に、またはボール２２と目盛板２の間に設けてある時でも得られる。
【００２９】
支持枠１には穴のある固定部材４１，４２，４３があり、この固定部材により支持枠１を測定すべき機械部品に不動に固定でき、特にネジ止めできる。固定部材４１，４２，４３は支持枠１を支持枠１のベッセル点で張り渡す（固定する）ことが行われるように配置されている。固定部材の一つ４３は長さバランス部材として形成され、穴の領域が二つのウェブ４３．１と４３．２により測定方向Ｘに移動可能に支持枠１に結合されている。不均一性を均すため、球面ワッシャ４４が支持枠１と機械部品のネジ止め面の間に配置されている。固定部材４１，４２，４３は支持枠１中の目盛板２に対する三点支持部支持枠を形成する。
【００３０】
支持枠１は、図示していないが、例えば封止平板の形状あるいはスチールベルトの形状の目盛板２用のカバーも含む。
【００３１】
目盛３は容量的、誘導的あるいは磁気的に走査可能にも形成できる。目盛３は増分目盛あるいは単一トラックまたは多重トラックの絶対符号目盛であってもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、この発明の長さ測定装置では目盛板がその保持枠から充分分離されている。目盛板の保持枠への必要な固定が最適にされている。目盛板は、温度変動があっても、その保持枠に対して充分力を働かせないで移動し、保持枠の変形は目盛板に伝わらない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  長さ測定装置の平面図、
【図２】  図１の長さ測定装置の線分ＩＩ−ＩＩから見た断面図、
【図３】  図１の長さ測定装置の線分ＩＩＩ−ＩＩＩから見た断面図、
【図４】  長さ測定装置の目盛板の下面図、
【図５】  領域Ｂ１での長さ測定装置の拡大横断面図、
【図６】  領域Ｂ２での長さ測定装置の拡大横断面図、
【図７】  固定の結合点Ｂ１の構成の模式断面図、
【図８】  柔軟な結合点Ｂ１の構成の模式断面図、
【図９】  目盛板を載置する構成の模式断面図、
【図１０】  ボール支持の詳細を示す模式断面図である。
【符号の説明】
１                    支持枠
２                    目盛板
３                    目盛
４                    ボール支持部
４．１                ボール
４．２                穴
４．３                切欠
４．４                構造部品
５，６                磁石
７                    ボール支持部
７．１                板
７．２                ボール
７．３                ホルダー
８，９                磁石
１０，１１，１２        部材
１４，１５              ストッパー
２０，２１              磁石
２２                    ボール
３１                    接着層
３２                    液体フィルム
４１，４２，４３        固定部材
４３．１，４３．２      ウェブ
４４                    球面ワッシャ
Ｘ                      測定方向
Ｂ１                    不動の結合個所
Ｂ２〜Ｂ５              移動可能な結合個所
Ｎ                      中立軸線
Ｎ１                    支持枠の中立面
Ｎ２                    目盛板の中立面
ｌ                      目盛板の長さ
【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】
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【図１０】
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