(57)【要約】【課題】測定分解能を容易に調整可能なリニアゲージセンサを提供すること。【解決手段】リニアゲージセンサ１は、スピンドル４に固定され、所定のピッチ距離Ｐでスリットが連続したパターンで設けられたスケール部材８と、スリットの向きに対して所定の相対方向に固定され、パターンの移動量のうちスリットの向きと垂直な方向への移動量を検出する検出素子９と、を備え、スリットのパターンは、スケール部材８の移動方向に対して垂直な方向から角度θ（０°＜θ＜９０°）傾けた向きに設けられる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に固定され、所定のピッチ距離Ｐでスリットが連続したパターンで設けられたスケール部材と、
前記スリットの向きに対して所定の相対方向に固定され、前記パターンの移動量のうち前記スリットの向きと垂直な方向への移動量を検出する検出素子と、を備えたリニアゲージセンサであって、
前記スリットのパターンは、前記スケール部材の移動方向に対して垂直な方向から角度θ（０°＜θ＜９０°）傾けた向きに設けられたリニアゲージセンサ。
【請求項２】
前記スリットは、要求された測定分解能Ｌに対して、角度θ＝ａｒｃｃｏｓ（Ｐ／Ｌ）の向きに設けられる請求項１に記載のリニアゲージセンサ。
【請求項３】
前記測定分解能Ｌは、前記移動体の可動域の長さ以上に設定される請求項２に記載のリニアゲージセンサ。
【請求項４】
前記スケール部材は、前記スリットとして、前記所定のピッチ距離で光の反射部及び非反射部が交互に連続したパターンが設けられ、
前記検出素子は、前記スケール部材からの反射光の移動量を、前記所定のピッチ距離の単位で検出する請求項１から請求項３のいずれかに記載のリニアゲージセンサ。
【請求項５】
前記スケール部材は、前記スリットとして、前記所定のピッチ距離で光の透過部及び非透過部が交互に連続したパターンが設けられ、
前記検出素子は、前記スケール部材からの透過光の移動量を、前記所定のピッチ距離の単位で検出する請求項１から請求項３のいずれかに記載のリニアゲージセンサ。
【請求項６】
前記スケール部材は、前記スリットとして、前記所定のピッチ距離で磁気出力パターンが設けられ、
前記検出素子は、前記スケール部材からの磁気縞の移動量を、前記所定のピッチ距離の単位で検出する請求項１から請求項３のいずれかに記載のリニアゲージセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニアゲージセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スピンドルに固定されたスリットガラス等のスケール部材に照射した光の透過光を検出素子が検出することにより、スピンドルの変位を測定するリニアゲージセンサが知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、スケール部材に反射部と非反射部のパターンを交互に形成し、照射した光の反射光を検出素子で検出することでスピンドルの変位を測定するリニアゲージセンサも知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１２３０２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、スケール部材に設けられるスリットのパターンは、検出素子が定める仕様によりピッチ距離が限定されていた。このため、リニアゲージセンサの測定分解能は、このピッチ距離、又はこのピッチ距離を整数で割った値、若しくは整数倍した値となっていた。
したがって、分解能の調整には制限があり、例えば整数倍ではない任意の倍率になる、単位系の異なる分解能等を実現することは難しかった。
【０００５】
本発明は、測定分解能を容易に調整可能なリニアゲージセンサ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】
【０００６】
本発明に係るリニアゲージセンサは、移動体に固定され、所定のピッチ距離Ｐでスリットが連続したパターンで設けられたスケール部材と、前記スリットの向きに対して所定の相対方向に固定され、前記パターンの移動量のうち前記スリットの向きと垂直な方向への移動量を検出する検出素子と、を備え、前記スリットのパターンは、前記スケール部材の移動方向に対して垂直な方向から角度θ（０°＜θ＜９０°）傾けた向きに設けられる。
【０００７】
前記スリットは、要求された測定分解能Ｌに対して、角度θ＝ａｒｃｃｏｓ（Ｐ／Ｌ）の向きに設けられてもよい。
【０００８】
前記測定分解能Ｌは、前記移動体の可動域の長さ以上に設定されてもよい。
【０００９】
前記スケール部材は、前記スリットとして、前記所定のピッチ距離で光の反射部及び非反射部が交互に連続したパターンが設けられ、前記検出素子は、前記スケール部材からの反射光の移動量を、前記所定のピッチ距離の単位で検出してもよい。
【００１０】
前記スケール部材は、前記スリットとして、前記所定のピッチ距離で光の透過部及び非透過部が交互に連続したパターンが設けられ、前記検出素子は、前記スケール部材からの透過光の移動量を、前記所定のピッチ距離の単位で検出してもよい。
【００１１】
前記スケール部材は、前記スリットとして、前記所定のピッチ距離で磁気出力パターンが設けられ、前記検出素子は、前記スケール部材からの磁気縞の移動量を、前記所定のピッチ距離の単位で検出してもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、リニアゲージセンサにおける測定分解能を容易に調整可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係るリニアゲージセンサの構造を示す第１の図である。
【図２】第１実施形態に係るリニアゲージセンサの構造を示す第２の図である。
【図３】第１実施形態に係るスケール部材の移動量を検出素子が検出する原理を説明する模式図である。
【図４】従来のスリットパターンを設けたスケール部材、及び検出素子の配置を示す図である。
【図５】第１実施形態に係るスリットパターンを設けたスケール部材、及び検出素子の配置を示す図である。
【図６】第１実施形態に係る検出素子において検出される移動量と、スケール部材の移動量との関係を示す図である。
【図７】第２実施形態に係るスリットパターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について説明する。
本実施形態では、光学式反射型のリニアゲージセンサ１について説明する。
【００１５】
図１及び図２は、本実施形態に係るリニアゲージセンサ１の構造を示す図である。
リニアゲージセンサ１は、本体２と、本体２に固定された製品保持部３と、製品保持部３によって軸受され軸方向に移動可能なスピンドル４と、スピンドル４の一端に固定された測定対象物接触部５と、スピンドル４の他端に固定されたスリット固定部６と、一端が本体２に他端がスリット固定部６に固定されスリット固定部６を測定対象物接触部５の方向に付勢するスプリング７とを備えている。
【００１６】
さらに、リニアゲージセンサ１は、スリット固定部６に固定されたスケール部材８と、検出素子９と、検出素子９を含む基板１０と、基板１０から信号を出力する出力ケーブル１１とを備えている。
【００１７】
また、製品保持部の端部には、スピンドル４を覆うように防塵・防水カバー１２が備えられている。リニアゲージセンサ１は、カバー１３で覆われ、製品固定穴１４によって固定治具に取り付けられる。
【００１８】
このような構成において、測定対象物接触部５が対象物に当接された状態で、スピンドル４が本体２に対して軸方向に移動すると、スピンドル４にスリット固定部６を介して固定されたスケール部材８も軸方向に移動する。リニアゲージセンサ１は、このスケール部材８の移動量を検出素子９が検出することにより、対象物の変位を測定する。
【００１９】
図３は、本実施形態に係るリニアゲージセンサ１においてスケール部材８の移動量を検出素子９が検出する原理を説明する模式図である。
【００２０】
検出素子９は、単体のＩＣによって実現され、光源９１（例えば、ＬＥＤ：  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）と、固定スリット９２と、固定スリット９２を透過した光を受光する受光部９３（例えば、ＰＤ：  Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）とを備える。
【００２１】
スケール部材８には、光の反射部と非反射部とが交互に連続したスリット状のパターンが設けられている。このため、光源９１から発せられた光の一部は、スケール部材８の反射部で反射し、固定スリット９２に達する。
【００２２】
固定スリット９２には、スケール部材８のスリットパターンと同一のピッチ距離で反射部と非反射部（透過部）とが交互に連続して設けられている。したがって、固定スリット９２に対してスケール部材８が図の左右方向に相対的に移動すると、受光部９３において検出される光量は、周期的に変化して明暗が繰り返される。
【００２３】
具体的には、スケール部材８が（ａ）の位置では、受光部９３に光が届かないが、（ｂ）の位置まで１／２ピッチ（Ｐ）移動すると、受光部９３に光が届く。この繰り返しの回数をカウントすることにより、ピッチ距離を分解能とする移動量の測定が可能となる。
【００２４】
図４は、従来のスリットパターンを設けたスケール部材８、及び検出素子９の配置を示す図である。
スケール部材８の移動方向に対して垂直方向に反射部及び非反射部のスリットパターンが設けられている。また、検出素子９は、スケール部材８のスリットの向きに対して所定の相対方向、すなわちスケール部材８のスリットの向きと固定スリット９２の向きとが略一致するように固定される。略一致とは、スケール部材８の移動に伴う反射光の光量変化を検出可能な精度での一致であり、所定の角度（例えば１０°）以内の誤差を含んでよい。
【００２５】
この場合、スケール部材８の移動方向へのスリットパターンの繰り返しの距離Ｌ１は、固定スリット９２のピッチ距離Ｐと等しいため、検出素子９において検出される移動量は、スケール部材８の移動量と一致し、ピッチ距離Ｐが測定分解能となる。
【００２６】
図５は、本実施形態のスリットパターンを設けたスケール部材８、及び検出素子９の配置を示す図である。
従来のスリットパターン（図４）と比較して、本実施形態のスリットの方向は、スケール部材８の移動方向と垂直な方向に対して角度θ傾いた方向に設けられている。
【００２７】
このとき、反射部と非反射部とが繰り返すスリットと垂直方向のピッチ距離Ｐは従来と等しい。この結果、スケール部材８の移動方向へのスリットパターンの繰り返しの距離Ｌ２は、ピッチ距離Ｐより長くなる。
【００２８】
なお、説明の簡略化のため、検出素子９における固定スリット９２の大きさとピッチ距離（＝Ｐ）とを等しく図示しているが、これには限られない。検出素子９の大きさに比較してピッチ距離はさらに短く、固定スリット９２のスリットは、多数（例えば数十）設けられてよい。
【００２９】
本実施形態のスリットパターンを用いる場合、検出素子９は、スケール部材８のスリットの向きに対して所定の相対方向、すなわちスリットの方向と同一の角度θだけ傾けて固定される。なお、スケール部材８の移動に伴う反射光の光量変化を検出可能な精度での誤差（例えば１０°）は許容される。
【００３０】
この配置により、検出素子９から見たスリットパターンは、検出素子９の仕様が求める従来と同一の方向及びピッチ距離になる。さらに、スケール部材８が軸方向に移動した場合、検出素子９から見たスリットパターンの描く模様、すなわち検出素子９が検出する反射光の動きは従来と同一になる。これにより、検出素子９は、スケール部材８の移動に伴うスリットパターンの移動量のうち、スリットの向きと垂直な方向への移動量を検出する。
【００３１】
図６は、本実施形態に係る検出素子９において検出される移動量と、スケール部材８の移動量との関係を示す図である。
【００３２】
図６（ａ）において、検出素子９からスケール部材８を見たとき、スケール部材８上の点Ａは、スケール部材８の移動に伴って図中の水平方向から角度θ傾いた矢印の方向へ移動する。
このため、図６（ｂ）において、点Ａがスリットパターンの繰り返し距離Ｌ２だけ移動した場合、実際には点Ａは点Ｂへ移動している。ところが、全ての点が平行移動してスリットの方向は変化しないため、見かけ上、点Ａは従来と同一の移動方向（水平方向）の点Ｃに移動し、スリットパターンは、スリットの方向と垂直に移動する。このため、検出素子９は、従来と同様に、スリットパターンの移動量を検出できる。
【００３３】
検出素子９において１ピッチ距離（＝Ｐ）の移動量を検出した場合、スケール部材８の移動量は、従来のＬ１（＝Ｐ）及び本実施形態のＬ２の関係が「Ｌ１＝Ｌ２×ｃｏｓθ」となる。すなわち、角度θが０°から９０°の間に調整されることにより、スケール部材８の移動量の検出分解能は、従来よりも長い距離（Ｌ１＜Ｌ２）となる。
【００３４】
測定分解能をＬ２に設定したい場合、スリットの傾き角度θは、アークコサイン関数を用いて、
θ＝ａｒｃｃｏｓ（Ｌ１／Ｌ２）
と求められる。
例えば、検出素子９の測定分解能であるピッチ距離がＰ＝２０μｍの場合に、スケール部材８の移動量Ｌ２＝４０μｍの分解能を実現するためには、傾きの角度θ＝ａｒｃｃｏｓ（２０／４０）＝６０°のスリットパターンを設ければよい。
【００３５】
本実施形態によれば、リニアゲージセンサ１において、スケール部材８のスリットが、移動方向に対して垂直な方向から角度θ傾けた向きに設けられ、検出素子９は、スリットの傾き角度θと同じ角度に合わせて固定された。
したがって、リニアゲージセンサ１は、検出素子９の仕様を変更することなく、ピッチ距離Ｐよりも長い任意な測定分解能Ｌ２を実現できる。これにより、リニアゲージセンサ１における測定分解能が容易に調整可能である。
【００３６】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について説明する。
なお、第１実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略又は簡略化する。
【００３７】
本実施形態のリニアゲージセンサ１は、検出素子９の仕様が求めるピッチ距離の範囲で反射光の移動量を検出することにより、スケール部材８の可動域における絶対位置を検出する。
【００３８】
図７は、本実施形態のスリットパターンを設けたスケール部材８、及び検出素子９の配置を示す図である。
【００３９】
本実施形態では、スケール部材８に設けられるスリットの角度θは、９０°近くに設定される。具体的には、スケール部材８の移動方向における反射部と非反射部との現れる周期（測定分解能）がスケール部材８の可動域Ｌ３以上になるように設定される。この場合、スケール部材８の最大移動量Ｌ３に対して、検出素子９が検出する反射光の移動量は、検出素子９の仕様が求めるピッチ距離Ｐ以下になる。
【００４０】
ここで、検出素子９が互いに９０度の位相差を持つＡ相及びＢ相の２信号を出力可能な場合、リニアゲージセンサ１は、ｓｉｎα及びｃｏｓαの２つの信号を取得できる。リニアゲージセンサ１は、これらの信号からｔａｎ−１（−１８０°≦α≦１８０°）を求めることにより、初期位置からの移動量だけでなく、スケール部材８の可動域内での絶対位置を検出できる。
また、上記の周期がスケール部材８の可動域Ｌ３に近付くほど、すなわち、スケール部材８の最大移動量に対する検出素子９が検出する反射光の移動量がピッチ距離Ｐに近付くほど、絶対位置の検出精度の向上が期待できる。
【００４１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限るものではない。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。
【００４２】
前述の実施形態では、光学式反射型のリニアゲージセンサ１を説明したが、本実施形態における測定分解能を調整する構成は、他の方式のセンサにも適用可能である。
【００４３】
例えば、リニアゲージセンサは、スケール部材のスリットとして、所定のピッチ距離で光の透過部及び非透過部が交互に連続したパターンが設けられ、検出素子においてスケール部材からの透過光の移動量を、ピッチ距離の単位で検出する光学式透過型であってもよい。
【００４４】
また、リニアゲージセンサは、スケール部材のスリットとして、所定のピッチ距離で磁気出力パターンが設けられ、検出素子においてスケール部材からの磁気縞の移動量を、ピッチ距離の単位で検出する磁気式であってもよい。
【００４５】
前述の実施形態では、検出素子９は、固定スリット９２を備える構成としたが、これには限られない。例えば、受光部が固定スリットの非反射部に相当するピッチ距離で櫛形に配置され、固定スリットを備えない検出素子であってもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１  リニアゲージセンサ
４  スピンドル
８  スケール部材
９  検出素子
【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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