(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
目盛が記録されたスケールをベース体に固定してなるベースユニットと、
このベースユニットに対し相対的にスライド可能に設けられ、上記スケールに記録された目盛を検出するセンサを備えたスライダユニットと、
により構成されるスケール装置において、
上記スケールを薄板状に形成し、かつこの薄板状のスケールを、中間部を浮かせた状態で両端部において上記ベース体に固着すると共に、
上記スライダユニット側に、上記センサが設けられ、かつこのセンサと上記スケールの目盛記録面との間の距離を一定に保つための基準摺動部材と、この基準摺動部材に上記スケールの目盛記録面が常に接するように圧力を加える加圧摺動部材と、を有してなる検出ヘッド部を設け、
上記スケールに対し上記検出ヘッド部を、上記スケールの幅方向に抜き差し可能な構造としたことを特徴とするスケール装置。
【請求項２】
目盛が記録されたスケールをベース体に固定してなるベースユニットと、
このベースユニットに対し相対的にスライド可能に設けられ、上記スケールに記録された目盛を検出するセンサを備えたスライダユニットと、
により構成されるスケール装置において、
上記スケールを薄板状に形成し、かつこの薄板状のスケールを、中間部を浮かせた状態で両端部において上記ベース体に固着すると共に、
上記スライダユニット側に、上記センサが設けられ、かつこのセンサと上記スケールの目盛記録面との間の距離を上記センサによる目盛検出が可能な範囲内に保つ凹溝を有する摺動部材を有してなる検出ヘッド部を設け、
上記スケールに対し上記検出ヘッド部を、上記スケールの幅方向に抜き差し可能な構造としたことを特徴とするスケール装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械、産業機械等において、直線の位置検出（相対位置検出）に使用されるスケール装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にこの種のスケール装置は、目盛が記録されたスケールをベース体に固定してなるベースユニットと、このベースユニットに対し相対的にスライド可能に設けられ、上記スケールに記録された目盛を検出するセンサを備えたスライダユニットと、により構成されている。
【０００３】
従来のこの種のスケール装置では、ベースユニット側のスケールとして棒状のスケールが用いられ、一方スライドユニット側には、目盛を検出するセンサを有する検出ヘッド部が設けられて、この検出ヘッド部に上記スケールが摺動自在に挿通嵌合された構造となっており、さらに検出ヘッド部には、取り付け公差や部品公差を許容するために姿勢変化が可能な自在機構が設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のスケール装置の場合、スケールに対する検出ヘッド部の抜き差しはスケールの端面側からしか行なえず、組み立て性及びメンテナンス性が悪いという欠点があった。また、検出ヘッド部には取り付け公差や部品公差を許容するために姿勢変化に対応する複雑な自在機構を備える必要があるため、コストアップの原因となっていた。
本発明はこのような問題点を解消し、検出ヘッド部がスケールの幅方向に抜き差し可能であり、かつ複雑な自在機構を設けずに姿勢変化に対応するスケール装置を提供することを目的としてなされたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、
目盛が記録されたスケールをベース体に固定してなるベースユニットと、
このベースユニットに対し相対的にスライド可能に設けられ、スケールに記録された目盛を検出するセンサを備えたスライダユニットと、
により構成されるスケール装置において、
スケールを薄板状に形成し、かつこの薄板状のスケールを、中間部を浮かせた状態で両端部においてベース体に固着すると共に、
スライダユニット側に、センサが設けられ、かつこのセンサとスケールの目盛記録面との間の距離を一定に保つための基準摺動部材と、この基準摺動部材にスケールの目盛記録面が常に接するように圧力を加える加圧摺動部材と、を有してなる検出ヘッド部を設け、
スケールに対し検出ヘッド部を、スケールの幅方向に抜き差し可能な構造としたものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
尚、ここでは磁気式リニアスケール装置の場合を例示して説明する。
【０００７】
図１〜図１１に本発明の第１の実施例を示す。
図において１は本発明によるスケール装置を全体として示し、このスケール装置１は、ベースユニット２と、このベースユニット２に対し相対的にスライド可能に設けられるスライダユニット１０とにより構成されている。
【０００８】
ベースユニット２は、ベース体としての長尺状の筺体３の内部に、磁気目盛が記録された長尺のスケール４を固定してなり、筺体３に形成された固定穴５においてボルト止め等によって被測定物の一方に固定される。
【０００９】
一方スライダユニット１０は、スケール４に記録された磁気目盛を検出するセンサ１５を備え、スライダ１１に形成された固定穴１２においてボルト止め等によって被測定物の他方に固定される。
【００１０】
そして被測定物の直線移動動作と一体にスライダユニット１０がベースユニット２に対しスケール４に沿う方向（矢印ａ方向）に相対的にスライドすることにより、センサ１５で検出されたスケール４の磁気目盛が電気信号としてケーブル１３に出力され、移動位置の検出（測定）が行なわれる構造となっている。
【００１１】
上記の如く構成される本例のスケール装置において、先ずベースユニット２の構造について詳しく説明する。
ベースユニット２においてベース体としての筺体３は略コ字形の断面形状を有する長尺の部材であり、そのコ字形の開放面を下に向けた状態で固定穴５において被測定物に固定される。この筺体３は所要の剛性を有する金属材によりなり、例えば板金を折り曲げて成形したものでもよいし、あるいはアルミニウムを押し出し成形したものでもよい。勿論、機械加工によって製作されたものでもよい。
【００１２】
この筺体３の内部に固定される長尺のスケール４は、薄板状の金属材で形成されており、このスケール（以下薄板状スケールという）４のセンサと対向する面に長手方向に沿って磁気目盛が記録されている。この磁気目盛は、磁界Ｎ極と磁界Ｓ極が例えばＮ−Ｓ，Ｓ−Ｎ，Ｎ−Ｓのように所定の間隔で記録されたインクレメント型でも、絶対位置を記録したアブソリュート型であってもよい。
尚、この磁気目盛は、予め記録しておいてもよいし、薄板状スケール４を筺体３に固定した後に記録するようにしてもよい。
【００１３】
この薄板状スケール４は、中間部を浮かせた状態で左右両端部において筺体３に固着されている。即ち、図２に示すように筺体３の内部には左右両側にブラケット６が固定されており、このブラケット６に薄板状スケール４の両端部が溶接によって固着されている（図２中×印で示す部分が溶接部である）。
また、この薄板状スケール４は、磁気目盛の記録面が断面略コ字状の筺体３の開放面と略直角となるような配置でブラケット６に固着されている。
【００１４】
ブラケット６は所要の剛性を有する板金によりなるもので、図４に示す如く筺体３の上側板部３ａと後側板部３ｃの内面側に溶接によって固定されており、このブラケット６の中央の支持板部６ａに薄板状スケール４の端部が支持される状態で溶接によって固着される。
【００１５】
尚、薄板状スケール４は、所定の張力を加えられた状態でブラケット６に溶接される。また、この薄板状スケール４の溶接手段としては抵抗溶接が用いられ、筺体３にはこの抵抗溶接用の電極が入る挿入穴７が形成されている。
【００１６】
次にスライダユニット１０の構造について説明する。
このスライダユニット１０は、筺体３の下方に設けられるスライダ１１と、薄板状スケール４に記録された磁気目盛を検出するセンサ１５を有する検出ヘッド部１４と、から構成されており、このスライダ１１と検出ヘッド部１４とは支板１１ａによって連結されている。即ち、スライダ１１にはその上面部中央から支板１１ａが突出され、この支板１１ａの上端部に検出ヘッド部１４が取り付けられた構造となっている。
【００１７】
スライダ１１は固定穴１２において被測定物に固定されるようになっており、またこのスライダ１１からは、検出ヘッド部１４のセンサ１５で検出された電気信号が出力されるケーブル１３が導出されている。
【００１８】
検出ヘッド部１４のセンサ１５には磁気抵抗素子（ＭＲセンサ）が用いられ、このセンサ１５は接着、嵌め合いによるかしめ、板ばねによる押し付けなどの固定手段によりスライダ１１の支板１１ａに固定されている。
【００１９】
さらに検出ヘッド部１４には、センサ１５と薄板状スケール４の磁気目盛の記録面との間の距離を一定に保つための基準摺動部材１６と、この基準摺動部材１６に薄板状スケール４の磁気目盛の記録面が常に接するように圧力を加える加圧摺動部材１７とが設けられている。
【００２０】
この基準摺動部材１６と加圧摺動部材１７は、何れも潤滑性の樹脂材（例えばジュラコン、テフロンなど）や含有メタル等を材料として成形されるブロック状部材であり、基準摺動部材１６は固定螺子１８によってスライダ１１の支板１１ａに固定され、また加圧摺動部材１７は固定螺子１９で基準摺動部材１６に固定される板ばね２０によって基準摺動部材１６に圧接するように支持されている。
【００２１】
そしてこの基準摺動部材１６と加圧摺動部材１７とで薄板状スケール４を挟む構造となされており、加圧摺動部材１７によって薄板状スケール４が常に基準摺動部材１６に圧接されることでセンサ１５と薄板状スケール４の磁気目盛の記録面との間の距離が常に一定に保たれるようになっている。
【００２２】
そしてスライダ１１が筺体３に対し相対的にスライドされることで検出ヘッド部１４が薄板状スケール４に沿って移動し、そのときセンサ１５で検出された薄板状スケール４の磁気目盛が電気信号としてケーブル１３に出力されることによって移動位置の検出が行なわれる。
【００２３】
上記構成において、センサ１５の検出面と薄板状スケール４の磁気目盛の記録面との間の距離即ちクリアランスｂは、センサ１５に磁気抵抗素子を用いた場合、再生波長０．５ｍｍで使用可能なクリアランス範囲は例えば０．３５±０．２５ｍｍである。よって、クリアランスを使用範囲の中心に設定し、センサ１５の検出面を基準として基準摺動部材１６を設置する場合は、基準摺動部材１６の厚みを０．３５ｍｍにすればよい。
【００２４】
尚、基準摺動部材１６は、図７（Ａ）に示す如くセンサ１５の検出面を開放する構造としても、あるいは同図（Ｂ）のようにセンサ１５の検出面を完全に覆う構造としてもよい。
【００２５】
以上の如く構成される本例のスケール装置１では、薄板状スケール４に対し検出ヘッド部１４を、薄板状スケール４の幅方向に抜き差しすることができる。
即ちこのスケール装置１では、薄板状スケール４を磁気目盛の記録面が筺体３の開放面と略直角となるように配置してあり、かつ、図３に示す如く検出ヘッド部１４の厚み寸法ｃよりも筺体３の開放面の開口寸法ｄを大きく形成することで、この筺体３の開放面から検出ヘッド部１４を薄板状スケール４の幅方向に抜き差し可能な構造としてある。
【００２６】
このように検出ヘッド部１４を薄板状スケール４の幅方向に抜き差し可能な構造としたことにより、薄板状スケール４の位置検出方向即ち長さ方向のどの部分からも検出ヘッド部１４を組み付けることができ、また取り外すこともできるので、組み付け性及びメンテナンス性が良好である。
【００２７】
尚、検出ヘッド部１４を薄板状スケール４に組み付けた後に、図５に示す如く筺体３の開放面を塞ぐゴム製のダストリップ２１ａ，２１ｂを取り付けることにより、筺体３内への塵埃や油、その他の異物の侵入が防止され、検出ヘッド部１４を保護できると共に、筺体３からの検出ヘッド部１４の抜け落ちが防止される。メンテナンス等で検出ヘッド部１４を外す場合は、ダストリップ２１ａ，２１ｂを取り外せばよい。
【００２８】
また、通常この種のスケール装置では、筺体３やスライダ１１を被測定物に取り付ける際に、必ず取り付け誤差が発生し、この誤差の許容量が大きいほど取り付け易いことになるが、本例のスケール装置１においては、充分な許容量を確保することができる。
【００２９】
即ち、先ず図８に示すように、薄板状スケール４の磁気目盛４ａは薄板状スケール４の幅方向に長いトラックで記録されており、この磁気目盛４ａのトラック長さｅをセンサ１５のトラック方向長さｆより大きくすれば、その差がトラック方向（位置検出方向と直交する方向）ｇの取り付け誤差の許容量となる。また、検出ヘッド１４は、基準摺動部材１６と加圧摺動部材１７とで薄板状スケール４を挟んでいる構造のため、トラック方向への位置ずれは自在である。
【００３０】
ここで例えば薄板状スケール４の幅ｈが９ｍｍ、磁気目盛４ａのトラック長さｅが７ｍｍ、センサ１５のトラック方向長さｆが３ｍｍとすると、許容範囲は±２ｍｍとなり、非常に許容範囲が広くなる。
【００３１】
また、図９に示すように、スライダ１１が傾き角度θ1 で傾き、磁気目盛に対しセンサ１５がアジマスずれを起こした場合、センサ１５の傾き許容度は±１°程度のため、例えばθ1 を１°とし、スライダ１１の位置検出方向の幅ｉを５０ｍｍとすると、傾き量ｊは０．８ｍｍにもなり、充分な許容量である。また、検出ヘッド部１４は、基準摺動部材１６と加圧摺動部材１７とで薄板状スケール４を挟んでいる構造のため、アジマス方向への位置ずれは自在である。
【００３２】
また、スライダ１１が図１０に示すような傾きθ2 で姿勢変化を起こしたときには、検出ヘッド部１４の基準摺動部材１６と加圧摺動部材１７に挟まれた薄板状スケール４が図示の如くねじれることにより、磁気目盛の記録面が常に基準摺動部材１６に押し付けられた状態で追従する。
【００３３】
さらに図１１に示すような傾きθ3 での姿勢変化に対しては、検出ヘッド部１４の基準摺動部材１６と加圧摺動部材１７に挟まれた薄板状スケール４が図示の如く撓むことにより、磁気目盛の記録面が常に基準摺動部材１６に押し付けられた状態で追従する。
【００３４】
このように本例のスケール装置１では、姿勢変化に対応するための複雑な自在機構を設けることなく簡単な構成で如何なる姿勢変化においても許容でき、しかもその許容量を大きくとることができる。
【００３５】
図１２及び図１３は本発明の第２の実施例を示している。
ここで前述した第１の実施例と対応する部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００３６】
この第２の実施例が上記第１の実施例と異なる部分は検出ヘッド部１４の構造であり、即ちこの第２の実施例のスケール装置１における検出ヘッド部１４では、第１の実施例の基準摺動部材１６及び加圧摺動部材１７に代えて、薄板状スケール４が通る凹溝２３を有する摺動部材２２が設けられている。
【００３７】
この摺動部材２２は、第１の実施例における基準摺動部材１６や加圧摺動部材１７と同様の潤滑性の樹脂材や含有メタル等を材料として成形されるブロック状部材であり、その中央部に形成される凹溝２３は、センサ１５と薄板状スケール４の磁気目盛の記録面との間の距離即ちクリアランスをセンサ１５による磁気目盛の検出が可能な範囲内に保つためのものである。
【００３８】
即ち、本例の構造ではセンサ１５が凹溝２３に面して設けられており、この構成において摺動部材２２の凹溝２３の溝幅ｋは、薄板状スケール４の厚みｍより大きく、かつ薄板状スケール４の厚みｍと、センサ１５による磁気目盛の検出が可能な最大クリアランスとを合わせた寸法以下に設定されている。
【００３９】
例えば、センサ１５に磁気抵抗素子を用いた場合、再生波長０．５ｍｍで磁気目盛の検出が可能な最大クリアランスを０．６ｍｍとし、薄板状スケール４の厚みｍを０．１５ｍｍとすると、凹溝２３の溝幅ｋは０．１５＜ｋ≦０．７５ｍｍに設定し、この凹溝２３に薄板状スケール４を通せば、常にセンサ１５による磁気目盛の検出が可能な範囲内のクリアランスに保たれるので、正常な位置検出信号が得られることになる。尚、必要に応じてセンサ１５に保護手段を設けてもよい。
【００４０】
そしてこの第２の実施例においても、第１の実施例と同様に、検出ヘッド部１４を薄板状スケール４の幅方向に抜き差しすることができる。また、取り付け誤差の許容についても、第１の実施例と同様の効果が得られる。
【００４１】
尚、この第２の実施例において、検出ヘッド部１４の摺動部材２２は、図１４に示すように主摺動部材２２ａと副摺動部材２２ｂの二部品で構成し、これをビス２４によって一体化したものとしてもよい。
【００４２】
さらに検出ヘッド部１４の摺動部材２２は、図１５に示すような構造としてもよい。
即ちこの図１５の例の摺動部材２２は、主摺動部材２２ａに対し副摺動部材２２ｂが板ばね２０によって支持されている。そしてこの副摺動部材２２ｂにはセンサ１５の上下において主摺動部材２２ａに当接する突出部２３ａ，２３ｂが形成されており、この上下の突出部２３ａと２３ｂの間に薄板状スケール４の通る凹溝２３が形成されている。
【００４３】
ここで、摺動部材２２は、検出ヘッド部１４を小型化するために薄くすると剛性が小さくなり、上述の図１０のようにスライダ１１が傾きθ2 の姿勢変化を起こしたときに溝幅ｋが開いてクリアランスを所定範囲に保つことができなくなるおそれがあるので、例えば図１６に示すような構造とすることによって補強するとよい。
【００４４】
即ち、図１６に示す検出ヘッド部１４では、スライダ１１の支板１１ａの先端に設けた金属製の取付基板２２Ａの基端部にビス止めにより片持ち支持された副摺動部材２２ｂが、薄くすると剛性を確保できなくなるので、金属補強板２２Ｂとともに上記基端部にビス止めすることによって補強されている。なお、上記取付基板２２Ａには、副摺動部材２２ｂを取り外した状態の正面図を図１７に示してあるように、平面形状がＵ字状に成形された主摺動部材２２ａがセンサ１５を囲む状態でビス止めされている。
【００４５】
この図１６に示した検出ヘッド部１４では、摺動部材２２における凹溝２３の溝幅ｋは、Ｙ寸法を形成する主摺動部材２２ａ及び取付基板２２Ａの各部品寸法で設定され、副摺動部材２２ｂ及び金属補強板２２Ｂがビス止めされることで所望の溝幅ｋとなる凹溝２３が設定される。各部品寸法のみで所望の溝幅ｋを得られない場合、取付基板２２Ａの基端部と上記副摺動部材２２ｂの間に介在させるスペーサ２５によって溝幅ｋを調整することができる。
【００４６】
また、この図１６に示した検出ヘッド部１４では、薄板状スケール４が抜き差しされる摺動部材２２の凹溝２３を形成している上記主摺動部材２２ａ及び副摺動部材２２ｂの先端部２２ａ1 ，２２ｂ1 に面取り加工を施しておくことにより、上記凹溝２３に薄板状スケール４を簡単に挿入することができるようになっている。
尚、上記主摺動部材２２ａ及び副摺動部材２２ｂの先端部２２ａ1 ，２２ｂ1 の少なくとも一方に面取り加工を施しておくことにより、上記凹溝２３に薄板状スケール４を簡単に挿入することができる。
【００４７】
この構造においては、必要に応じてセンサ１５の左右方向に塵埃等を除去するためのワイパーを設けてもよい。
【００４８】
即ち、検出ヘッド部１４には、図１８及び図１９に示すように、弾性を有する金属板などで形成されたワイパーホルダ２６により摺動部材２２の両端部分にワイパー２７を取り付けることができる。この場合、ワイパー２７は、薄板状スケール４を表裏両面側から挟むように設けられる。
【００４９】
このワイパー２７は、フェルトやスポンジなどからなり、油を含浸させることにより潤滑性が高められている。またこのワイパー２７の材質としては、ゴムを使用してもよい。
またワイパー２７は、ワイパーホルダ２６を弾性変形させることによって簡単に交換できるようになっている。
【００５０】
このようにワイパー２７が取り付けられた検出ヘッド部１４では、凹溝２３に通される薄板状スケール４の表面及び裏面に付着される塵埃などを上記ワイパー２７で除去することができる。
【００５１】
ここで、図２０に示すように上記ワイパー２７の側縁を薄板状スケール４の長さ方向に対して傾斜させた形状にしておくことにより、摺動によって薄板状スケール４の表面から除去した塵埃などを薄板状スケール４の表面外に案内して排除することができる。
【００５２】
この場合、ワイパー２７の傾斜は、塵埃などが筺体３の開放面側にいくようにするとよい。
即ち本例においては、塵埃などが筺体３の開放面側（下面側）に案内されるように、ワイパー２７の傾斜は逆台形状の傾斜となっており、これによって塵埃などが筺体３の開放面から筺体３の外へ効果的に排出されるようになっている。
尚、このワイパー２７は、他の実施例にも使用できることはもちろんである。
【００５３】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
例えば、以上の実施例ではベース体として断面略コ字形の筺体３を使用しているが、この筺体３に代えてベース体を平板体や断面Ｌ字形の折り曲げ板体で形成したオープンタイプのスケール装置にも本発明を適用できることはもちろんである。
【００５４】
さらに以上の実施例では、本発明を磁気スケール装置に適用した例について説明したが、本発明は磁気スケール装置の他にも光学式スケール装置や静電容量式スケール装置においても適用することができ、方式は問わない。
【００５５】
【発明の効果】
以上に説明した如く本発明のスケール装置は、検出ヘッド部を薄板状スケールの幅方向に抜き差し可能な構造としたことにより、薄板状スケールのどの部分からも検出ヘッド部を組み付けることができ、また取り外すこともできるので、組み付け性及びメンテナンス性が非常に良好となる。
また本発明のスケール装置では、スライダの姿勢変化に対応するための複雑な自在機構を設ける必要がないので、部品点数が少なく抑えられ、ローコストなスケール装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるスケール装置の第１の実施例を示す一部切り欠いた斜視図である。
【図２】同、一部切り欠いた正面図である。
【図３】同、側面図である。
【図４】同、筺体ユニットの要部の縦断側面図である。
【図５】同、筺体にダストリップを取り付けた状態の説明図である。
【図６】同、検出ヘッド部の上面図である。
【図７】同、基準摺動部材の構造例を示す横断面図である。
【図８】同、取り付け誤差の許容の説明図である。
【図９】同、取り付け誤差の許容の説明図である。
【図１０】同、取り付け誤差の許容の説明図である。
【図１１】同、取り付け誤差の許容の説明図である。
【図１２】本発明によるスケール装置の第２の実施例を示す一部切り欠いた斜視図である。
【図１３】同、側面図である。
【図１４】第２の実施例の変形例の側面図である。
【図１５】第２の実施例の他の変形例の側面図である。
【図１６】検出ヘッド部を補強した例の側面図である。
【図１７】同、副摺動部材を取り外した状態の正面図である。
【図１８】検出ヘッド部にワイパーを設けた例の側面図である。
【図１９】同、副摺動部材を取り外した状態の正面図である。
【図２０】ワイパーの側縁が傾斜した形状例である。
【符号の説明】
１…スケール装置、２…ベースユニット、３…筺体（ベース体）、４…薄板状スケール、１０…スライダユニット、１１…スライダ、１４…検出ヘッド部、１５…センサ、１６…基準摺動部材、１７…加圧摺動部材、２２…摺動部材、２３…凹溝
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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