(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対的に直線移動する第１の部材と第２の部材との相対移動位置を検出する位置検出装置において、
長手方向に沿って位置信号が記録された長尺状の記録媒体と、上記第１の部材に固定される筐体と、該筐体と該記録媒体とを固定する固定部材とを有する本体部と、
上記記録媒体の長手方向に摺動自在にこの記録媒体に取り付けられたヘッドホルダと、該ヘッドホルダに保持され該記録媒体に記録された位置信号を検出する検出ヘッドと、該記録媒体の長手方向に移動自在にこの記録媒体に取り付けられ該ヘッドホルダを該記録媒体の長手方向に付勢して挟持する一対の挟持部材と、該ヘッドホルダに固定され上記筐体と摺動して上記ヘッドホルダを支持するヘッドホルダ支持部材と、上記記録媒体の長手方向に直交する方向へ上記ヘッドホルダを付勢する付勢手段と、上記一対の挟持部材と連結され上記第２の部材に固定されるヘッドキャリアとを有するヘッドスライダとを備え、
上記一対の挟持部材は、その移動方向に対する中心軸が上記記録媒体と同軸上に設けられ、
上記ヘッドホルダは、その移動方向に対する中心軸が、上記一対の挟持部材の移動方向に対する中心軸に対して傾き可能とされて、この一対の挟持部材に挟持され、
上記付勢手段は、上記ヘッドホルダ支持部材と上記筐体との摺動部分へ向かう方向に、上記ヘッドホルダを付勢し、
上記ヘッドホルダ支持部材は、上記記録媒体の長手方向に平行に設けられる長尺状の台車支持部と、該台車支持部の両端に設けられるガイド用台車とからなり、該台車支持部の長手方向略中央において上記ヘッドホルダに固定され、該ガイド用台車を介して上記筐体と摺動する位置検出装置。
【請求項２】
上記ヘッドホルダには、上記ヘッドホルダ支持部材が２箇所設けられ、該２箇所のヘッドホルダ支持部材は、上記記録媒体の中心軸から互いに略直角をなす位置に設けられる請求項１記載の位置検出装置。
【請求項３】
相対的に直線移動する第１の部材と第２の部材との相対移動位置を検出する位置検出装置において、
長手方向に沿って位置信号が記録された長尺状の記録媒体と、上記第１の部材に固定される筐体と、上記筐体と上記記録媒体とを固定する固定部材とを有する本体部と、
上記記録媒体の長手方向に摺動自在にこの記録媒体に取り付けられたヘッドホルダと、該ヘッドホルダに保持され該記録媒体に記録された位置信号を検出する検出ヘッドと、該記録媒体の長手方向に移動自在にこの記録媒体に取り付けられ該ヘッドホルダを該記録媒体の長手方向に付勢して挟持する一対の挟持部材と、該一対の挟持部材と該ヘッドホルダとに固定された自動調芯手段と、該一対の挟持部材と連結され上記第２の部材に固定されるヘッドキャリアとを有するヘッドスライダとを備え、
上記一対の挟持部材は、その移動方向に対する中心軸が上記記録媒体と同軸上に設けられ、
上記ヘッドホルダは、その移動方向に対する中心軸が、上記一対の挟持部材の移動方向に対する中心軸に対して傾き可能とされて、この一対の挟持部材に挟持され、
上記自動調芯手段は、長尺状の弾性部材からなり、該長尺状の弾性部材の両端部が上記一対の挟持部材に、略中央部が上記ヘッドホルダに、長手方向が上記記録媒体と平行に固定され、所定の弾性力を以て該一対の挟持部材の中心軸と該ヘッドホルダの中心軸とを一致させる位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械や産業機械等の可動部の移動位置を制御する為に用いられる位置検出装置に関し、特に、直線移動動作を行う可動部の移動位置を検出する位置検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、工作機械や産業機械等では、直線移動する可動部の位置制御を行うために、いわゆる位置検出装置が用いられている。
【０００３】
以下、従来の位置検出装置について、図面を参照しながら説明する。
【０００４】
図１０に、従来の位置検出装置の斜視図を示し、図１１に、この位置検出装置の側面図を示し、図１２に、この位置検出装置の内部構造を表すための断面図を示す。
【０００５】
従来の位置検出装置１０１は、本体部１０２と、この本体部１０２に取り付けられたヘッドスライダ１０３とから構成される。
【０００６】
この位置検出装置１０１は、工作機械の一部分として構成され、相対的に直線移動する２部材の相対移動位置を検出する装置である。例えば、位置検出装置１０１は、所定の位置に固定された基準部１０４と、この基準部１０４に対して図１０中に示すＸ1方向及びＸ2方向に直線移動する可動部１０５との相対移動位置を検出する。この位置検出装置１０１は、本体部１０２或いはヘッドスライダ１０３のいずれか一方が基準部１０４に取り付けられ、他方が可動部１０５に取り付けられる。図１０及び図１１中には、基準部１０４に本体部１０２を取り付け、可動部１０５にヘッドスライダ１０３を取り付けた例を示している。
【０００７】
本体部１０２は、筐体１１１と、丸棒等の長尺状の高保磁力材料からなる記録媒体であり、この筐体１１１の内部に設けられたスケール１１２と、スケール１１２の両端部を保持してこのスケール１１２を筐体１１１内の所定の位置に固定するブラケット１１３，１１４とを有している。なお、図１０中には、図面の記載の明確化のため、このブラケット１１３，１１４を図示していない。
【０００８】
筐体１１１は、例えば、矩形の筒状の形状を有しており、一側面が切り欠かれスリット１１５が形成されている。また、この筐体１１１は、スリット１１５が形成された側面と直交する側面１１７，１１８の長手方向の端部に、略円形状の筐体取付孔１２１，１２２，１２３，１２４が形成されている。
【０００９】
スケール１１２は、ブラケット１１３，１１４によりその両端が保持され、筐体１１１内に固定されている。このスケール１１２は、筐体１１１の長手方向に平行であり、矩形の筒の中心軸上に位置されるように設けられている。また、このスケール１１２には、基準部１０４と可動部１０５との相対位置を検出するためのスケール信号が、位置信号として磁気記録されている。このスケール信号は、連続して所定の間隔で繰り返されるピットやマーク等が、スケール１１２の長手方向に記録された信号であり、例えば、所定の記録波長で極性が反転する磁気信号がスケール１１２の長手方向に連続して記録された信号である。
【００１０】
また、ヘッドスライダ１０３は、本体部１０２の内部に設けられたヘッド保持部１３１と、本体部１０２の外部に設けられたヘッドキャリア１３２と、このヘッド保持部１３１とヘッドキャリア１３２とを連結する連結部１３３とを有し、スケール１１２の長手方向に移動可能に本体部１０２に取り付けられている。
【００１１】
図１３に、このヘッド保持部１３１の要部の分解斜視図を示す。
【００１２】
ヘッド保持部１３１には、ヘッドホルダ１３４が設けられている。このヘッドホルダ１３４には、スケール１１２の挿通孔が設けられている。ヘッドホルダ１３４は、この挿通孔にこのスケール１１２が挿通されることにより、このスケール１１２に取り付けられ、このスケール１１２の長手方向に直線移動可能とされている。
【００１３】
このヘッドホルダ１３４は、ヘッドホルダケース１３６により外部が覆い包まれており、その内部に、信号検出ヘッド１３５を保持している。信号検出ヘッド１３５は、スケール１１２に記録されているスケール信号を検出する。信号検出ヘッド１３５は、ヘッドホルダ１３４に保持されていることから、このヘッドホルダ１３４の直線移動に伴いスケール１１２の長手方向に平行移動する。
【００１４】
このヘッドホルダ１３４のスケール１１２の長手方向の両端には、一対の摺動支持部材１３７，１３８が取り付けられている。この摺動支持部材１３７，１３８は、その形状が略円柱状となっており、その中心軸にスケール１１２が挿通する挿通孔が設けられている。この摺動支持部材１３７，１３８は、この挿通孔にスケール１１２が挿通されることにより、このスケール１１２に摺動自在に支持される。また、この摺動支持部材１３７，１３８は、スケール１１２に摺動自在に支持されることにより、ヘッドホルダ１３４がスケール１１２の長手方向に平行移動した場合に、このヘッドホルダ１３４を移動方向と直交する方向に位置ぶれを生じさせないようにしている。
【００１５】
また、ヘッド保持部１３１には、一対の第１のスペーサ１３９，１４０と、一対の第２のスペーサ１４１，１４２とが設けられている。
【００１６】
一対の第１のスペーサ１３９，１４０には、スケール１１２が挿通する挿通孔が設けられている。この一対の第１のスペーサ１３９，１４０は、この挿通孔にスケール１１２が挿通されることにより、スケール１１２に取り付けられ、スケール１１２の長手方向に直線移動可能とされている。また、この一対の第１のスペーサ１３９，１４０は、摺動支持部材１３７，１３８のスケール１１２の長手方向のヘッドホルダ１３４が取り付けられていない一端面に当設している。
【００１７】
また、一対の第２のスペーサ１４１，１４２は、スケール１１２が挿通する挿通孔が設けられている。この一対の第２のスペーサ１４１，１４２は、この挿通孔にスケール１１２が挿通されることにより、スケール１１２に取り付けられ、スケール１１２の長手方向に直線移動可能とされている。また、この一対の第２のスペーサ１４１，１４２は、第１のスペーサ１３９，１４０のスケール１１２の長手方向の摺動支持部材１３７，１３８が当設していない一端面に当設している。
【００１８】
また、ヘッド保持部１３１には、一対のヘッドホルダ挟持部材１４３，１４４と、バネ１４５とが設けられている。
【００１９】
ヘッドホルダ挟持部材１４３，１４４には、スケール１１２が挿通する挿通孔が設けられている。ヘッドホルダ挟持部材１４３，１４４は、この挿通孔にスケール１１２が挿通されることにより、スケール１１２に取り付けられ、スケール１１２の長手方向に直線移動可能とされている。また、このヘッドホルダ挟持部材１４３，１４４は、連結部１３３に固定されている。この一対のヘッドホルダ挟持部材１４３，１４４は、摺動支持部材１３７，１３８が取り付けられたヘッドホルダ１３４を、一対の第１のスペーサ１３９，１４０と一対の第２のスペーサ１４１，１４２を介して、スケール１１２の長手方向に平行な方向の両端から挟持している。また、ヘッドホルダ挟持部材１４３と第２のスペーサ１４１との間には、バネ１４５が設けられている。このバネ１４５は、このヘッドホルダ挟持部材１４３からヘッドホルダ挟持部材１４４に向かう方向へ、ヘッドホルダ１３４を付勢している。
【００２０】
また、ヘッドホルダ１３４には、回り止め用ピン１４６が設けられている。この周り止め用ピン１４６は、長手方向の一端がヘッドホルダ１３４に固定されており、他端が連結部１３３に設けられた回転規制穴１４７に挿入されている。そのため、ヘッドホルダ１３４のスケール１１２を中心軸とする回転が規制される。
【００２１】
このようなヘッド保持部１３１の各構成要素は、スケール１１２を中心軸とした同軸構成を有している。そのため、ヘッド保持部１３１の移動に伴う、スケール信号の検出誤差が最小限に抑えられ、高精度な位置検出を行うことができる。
【００２２】
また、このヘッド保持部１３１では、第１のスペーサ１３９，１４０と第２のスペーサ１４１，１４２とが当設するそれぞれの当設面が球面形状を有している。そして、このヘッド保持部１３１では、ヘッドホルダ１３４に直接取り付けられた摺動支持部材１３７，１３８がスケール１１２と摺動しているが、他の構成要素は、例えば、一対の第１のスペーサ１３９，１４０、一対の第２のスペーサ１４１，１４２及びヘッドホルダ挟持部材１４３，１４４は、一定の隙間を持ってスケール１１２が挿通されている。そのため、例えば、スケール１１２に微妙な軸のゆがみが存在しているときや移動方向以外の方向の力がヘッドキャリア１３２に加わったときなどの、ヘッドホルダ挟持部材１４３，１４４に対してスケール１１２の長手方向に直交する方向に位置ずれが生じた際、この球面形状の当設面が、ヘッドホルダ１３４の中心軸とヘッドホルダ挟持部材１４３，１４４との中心軸のずれを許容し、スケール１１２に与える曲げモーメントを少なくするように機能している。
【００２３】
以上のような構成のヘッド保持部１３１は、スケール１１２の長手方向に平行な方向に移動可能にこのスケール１１２に取り付けられ、この移動に応じて信号検出ヘッド３５がスケール１１２に記録されたスケール信号を検出する。
【００２４】
このヘッド保持部１３１は、連結部１３３を介してヘッドキャリア１３２と連結している。この連結部１３３は、スケール１１２の長手方向と直交する方向の一端がヘッドホルダ挟持部材１４３，１４４に固定され、他端がスリット１１５から挿出して本体部１０２の外部に設けられたヘッドキャリア１３２に固定される。
【００２５】
このようにヘッドスライダ１０３は、これらヘッド保持部１３１、ヘッドキャリア１３２、連結部１３３で構成され、スケール１１２の長手方向に移動自在に本体部１０２に取り付けられている。そして、このヘッドスライダ１０３は、本体部１０２との相対移動に応じて信号検出ヘッド１３５が検出したスケール信号を、ヘッドキャリア１３２に設けられた信号ケーブル１４８を介して図示しない制御装置に供給する。
【００２６】
以上のような構成の位置検出装置１０１は、スケール１１２が基準部１０４と可動部１０５の相対移動方向に平行となり、スリット１１５が可動部１０５側に開口するように配置される。このように配置された位置検出装置１０１の本体部１０２は、スリット１１５が形成された側面と直交する側面１１７，１１８の一方が取付面となる。そして、この取付面のスケール１１２の長手方向に平行な方向の端部に設けられた筐体取付孔１２１，１２２，１２３，１２４の位置で、本体用ボルト１５１，１５２や座金１５５等の固定部材により、基準部１０４に固定される。また、このように配置された位置検出装置１０１のヘッドスライダ１０３は、スライダ用ボルト１５３，１５４により可動部５に固定される。
【００２７】
従って、この位置検出装置１０１では、この可動部１０５の直線移動に応じて本体部１０２とヘッドスライダ１０３との相対位置が変化し、ヘッドスライダ１０３内に設けられた信号検出ヘッド１３５がこの相対位置の変化に応じて変化するスケール信号を検出することにより、この可動部１０５の移動位置を検出することができる。
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような従来の位置検出装置１０１では、筐体１１１に対してスケール１１２がどの程度平行に取り付けられたか、基準部１０４と可動部１０５との移動の直線性、基準部１０４及び可動部１０５に対する位置検出装置１の取付精度、スケール１１２の自重や製造精度等によるたわみや歪み、スケール１１２とヘッド保持部１１２の中心軸のずれや傾き等の原因により、本体部１０２とヘッドスライダ１０３との相対移動に伴い信号検出ヘッド１３５に姿勢変化（スケール１１２の長手方向に対して、スケール１１２の長手方向と直交する方向の信号検出ヘッド１３５の中心軸が傾く変化）が生じる。
【００２９】
位置検出装置１０１では、この信号検出ヘッド１３５の姿勢変化に伴い位置検出精度に誤差が生じる。
【００３０】
例えば、図１４に示すように、スケール１１２に歪み等が生じるとヘッドホルダ１３４（信号検出ヘッド１３５が内部に保持されている）に姿勢変化が生じ、信号検出ヘッド１３５の信号検出位置がスケール１１２の長手方向に対して微小にずれが生じ、誤差が生じる。この図１４には、姿勢変化が生じていない場合におけるヘッドホルダケース１３６、スケール１１２、摺動支持部材１３７、第１のスペーサ１３９、第２のスペーサ１４１を、実線で示している。また、この図１４には、姿勢変化が生じている場合におけるヘッドホルダケース１３６、スケール１１２、摺動支持部材１３７、第１のスペーサ１３９を、点線で示している。この図１４に示すように、信号検出ヘッド１３５の信号検出位置に傾きが生じると、その傾きに応じて長手方向に誤差（δ）が生じる。
【００３１】
このような信号検出ヘッド１３５の姿勢変化に伴う誤差としては、信号検出ヘッド１３５のスケール１１２の長手方向の位置の違いによる誤差と、信号検出ヘッド１３５の移動方向の違いによる誤差とがある。以下、前者を位置ずれ誤差、後者を戻り誤差と呼び、この両者が生じる原因について説明する。
【００３２】
所定量のたわみを有しているスケール１１２を図１５（Ａ）に示し、たわみを有しているこのスケール１１２上を信号検出ヘッド１３５が一方のブラケット１１４側から他方のブラケット１１３側に移動する場合（図中左端から右端方向へ移動する場合）における姿勢変化状態を図１５（Ｂ）に示し、たわみを有しているこのスケール１１２上を信号検出ヘッド１３５が他方のブラケット１１３側から一方のブラケット１１４側に移動する場合（図中右端から左端方向へ移動する場合）における姿勢変化状態を図１５（Ｃ）に示す。
【００３３】
まず、位置ずれ誤差が生じる原因について説明する。
【００３４】
始め、信号検出ヘッド１３５がスケール１１２の左端（一方のブラケット１１４側のスケール１１２の端部）に位置する場合、信号検出ヘッド１３５の姿勢（移動方向に対する傾き）は、スケール１１２のブラケット１１４からの突き出し角（θ１）とほぼ同一となる。これは、スケール１１２の端部では剛性が高いので、信号検出ヘッド１３５を保持しているヘッドホルダ１３６の中心軸がスケール１１２と平行となるためである（材料力学の両端固定梁の基本式に基づく）。続いて、信号検出ヘッド１３５がスケール１１２の左端から中心へ向かうに従い、信号検出ヘッド１３５の移動方向に対する傾きが小さくなり、スケール１１２の中心では傾きはθ２（θ１＞θ２）となる。ここで、スケール１１２の中心において信号検出ヘッド１３５の移動方向に対する傾きがスケール１１２と平行とならないのは、スケール１１２の中心での剛性が端部と比較して低くなり（材料力学の両端固定梁の基本式に基づく）、それに伴いヘッドホルダ１３４を移動方向に付勢しているバネ１４５のバネ力がこのスケール１１２の剛性に対して相対的に高くなるためである。続いて、信号検出ヘッド１３５がスケール１１２の中心から右端へ向かうに従い、信号検出ヘッド１３５の移動方向に対する傾きが更に少なくなり、ある位置で傾きが０となる。続いて、信号検出ヘッド１３５は、この傾きが０となる位置から更に右端へ向かうと、信号検出ヘッド１３５が逆方向に傾き始める。そして、信号検出ヘッド１３５がスケール１１２の右端に位置すると、信号検出ヘッド１３５の姿勢は、スケール１１２のブラケット１１３からの突き出し角（θ３）とほぼ同一となる。
【００３５】
このように、信号検出ヘッド１３５は、ヘッドホルダ１３４が第１のスペーサ１３９，１４０及び第２のスペーサ１４１，１４２に設けられた球面形状によりヘッドホルダ挟持部材１４３，１４４との中心軸のずれを許容して挟持されているため、スケール１１２の長手方向の各位置でその姿勢が異なることとなる。そして、このスケール１１２の長手方向の各位置で姿勢が異なることによる誤差が、位置ずれ誤差として現れることとなる。
【００３６】
次に、戻り誤差が生じる原因について説明する。
【００３７】
始め、信号検出ヘッド１３５がスケール１１２の右端（他方のブラケット１１３側の端部）に位置する場合、信号検出ヘッド１３５の姿勢（移動方向に対する傾き）は、スケール１１２のブラケット１１４からの突き出し角（θ３）とほぼ同一となる。続いて、信号検出ヘッド１３５がスケール１１２の左端から中心へ向かうに従い、信号検出ヘッド１３５の移動方向に対する傾きが小さくなり、スケール１１２の中心では傾きはθ４となる。続いて、信号検出ヘッド１３５がスケール１１２の中心から左端へ向かうに従い、信号検出ヘッド１３５の移動方向に対する傾きが更に少なくなり、ある位置で傾きが０となる。続いて、信号検出ヘッド１３５は、この傾きが０となる位置から更に左端へ向かうと、信号検出ヘッド１３５が逆方向に傾き始める。そして、信号検出ヘッド１３５がスケール１１２の右端に位置すると、信号検出ヘッド１３５の姿勢は、スケール１１２のブラケット１１４からの突き出し角（θ１）とほぼ同一となる。
【００３８】
ここで、図１５（Ｂ）に示すように信号検出ヘッド１３５が左端から右端へ移動する場合と、図１５（Ｃ）に示すように信号検出ヘッド１３５が右端から左端に移動する場合とでは、スケール１１２上の同位置における信号検出ヘッド１３５の姿勢が異なっている。特にスケール１１２の中央位置において、その姿勢が大きく異なり、スケール１１２の端部に向かうに従ってその姿勢の違いが小さくなる。
【００３９】
このように、信号検出ヘッド１３５は、ヘッドホルダ１３４が第１のスペーサ１３９，１４０及び第２のスペーサ１４１，１４２に設けられた球面形状によりヘッドホルダ挟持部材１４３，１４４との中心軸のずれを許容して挟持されているため、信号検出ヘッド１３５の移動方向（左端から右端へ向かう方向、又は、右端から左端へ向かう方向）で、スケール１１２上の同位置における姿勢が異なることとなる。この信号検出ヘッド１３５の移動方向の違いによる誤差が、戻り誤差として現れることとなる。
【００４０】
具体的に、左端から右端へ信号検出ヘッド１３５が移動する場合の位置ずれ誤差と、右端から左端へ信号検出ヘッド１３５が移動する場合の位置ずれ誤差とが、図１６（Ａ）に示すようになるとした場合、戻り誤差は、図１６（Ｂ）に示すように、左端から右端へ信号検出ヘッド１３５が移動する場合の位置ずれ誤差から、右端から左端へ信号検出ヘッド１３５が移動する場合の位置ずれ誤差を引いた値となる。
【００４１】
また、このヘッド保持部１３１では、第１のスペーサ１３９，１４０と第２のスペーサ１４１，１４２とが当設するそれぞれの当設面が球面形状を有している。そして、このヘッド保持部１３１では、ヘッドホルダ１３４に直接取り付けられた摺動支持部材１３７，１３８がスケール１１２と摺動しているが、他の構成要素は、例えば、一対の第１のスペーサ１３９，１４０、一対の第２のスペーサ１４１，１４２及びヘッドホルダ挟持部材１４３，１４４は、一定の隙間を持ってスケール１１２が挿通されている。そのため、例えば、スケール１１２に微妙な軸のゆがみが存在している場合や移動方向以外の方向の力がヘッドキャリア１３２に加わった場合等の、ヘッドホルダ挟持部材１４３，１４４がスケール１１２の長手方向に直交する方向にヘッドホルダ挟持部材１４３，１４４が位置ずれした場合に、この球面形状の当設面が、ヘッドホルダ１３４の中心軸と、ヘッドホルダ挟持部材１４３，１４４との中心軸のずれを許容し、スケール１１２に与える曲げモーメントを少なくするように機能している。
【００４２】
従来の位置検出装置１０１では、このような位置ずれ誤差と戻り誤差とが両者とも少なくするように、例えばバネ１４５のバネ量やスケール１１２の剛性等を調整する必要がある。
【００４３】
位置ずれ誤差を小さくするようにするには、例えばバネ１４５のバネ力を高くして、ヘッドホルダ１３４をスケール１１２の長手方向に挟持する力を強くすればよい。また、戻り誤差を小さくするようにするには、スケール１１２の剛性を高くすればよい。
【００４４】
しかしながら、この位置ずれ誤差及び戻り誤差は、一方の誤差を少なくするように、バネ量及び摩擦力と、スケール剛性との関係を調整すれば、他方の誤差が大きくなるといった、トレードオフの関係にあり、両者を同時に少なくすることは非常に困難であった。
【００４５】
また、この両者を同時に少なくするために、筐体１１１に対してスケール１１２への取付誤差をさらに少なくすること、基準部１０４と可動部１０５との移動の直線性をさらに確保すること、基準部１０４及び可動部１０５に対する位置検出装置１の取付精度をさらに高くすること、スケール１１２の自重や製造精度によるたわみや歪みが無いようにスケール１１２の真直性を高くすること等の、機械的な調整を行うことは、その分だけ作業工数が多くなり大幅なコストアップに繋がってしまっていた。
【００４６】
本発明は、このような実情を鑑みてなされたものであり、位置ずれ誤差と戻り誤差の両者を同時に少なくして、相対的に直線移動する２部材の位置を高精度に位置を検出することができる位置検出装置を提供することを目的とする。
【００４７】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明に係る位置検出装置は、相対的に直線移動する第１の部材と第２の部材との相対移動位置を検出する位置検出装置であって、長手方向に沿って位置信号が記録された長尺状の記録媒体と、上記第１の部材に固定される筐体と、該筐体と該記録媒体とを固定する固定部材とを有する本体部と、上記記録媒体の長手方向に摺動自在にこの記録媒体に取り付けられたヘッドホルダと、該ヘッドホルダに保持され該記録媒体に記録された位置信号を検出する検出ヘッドと、該記録媒体の長手方向に移動自在にこの記録媒体に取り付けられ該ヘッドホルダを該記録媒体の長手方向に付勢して挟持する一対の挟持部材と、該ヘッドホルダに固定され上記筐体と摺動して上記ヘッドホルダを支持するヘッドホルダ支持部材と、上記記録媒体の長手方向に直交する方向へ上記ヘッドホルダを付勢する付勢手段と、上記一対の挟持部材と連結され上記第２の部材に固定されるヘッドキャリアとを有するヘッドスライダとを備え、上記一対の挟持部材は、その移動方向に対する中心軸が上記記録媒体と同軸上に設けられ、上記ヘッドホルダは、その移動方向に対する中心軸が、上記一対の挟持部材の移動方向に対する中心軸に対して傾き可能とされて、この一対の挟持部材に挟持され、上記付勢手段は、上記ヘッドホルダ支持部材と上記筐体との摺動部分へ向かう方向に、上記ヘッドホルダを付勢し、上記ヘッドホルダ支持部材は、上記記録媒体の長手方向に平行に設けられる長尺状の台車支持部と、該台車支持部の両端に設けられるガイド用台車とからなり、該台車支持部の長手方向略中央において上記ヘッドホルダに固定され、該ガイド用台車を介して上記筐体と摺動する。
【００４８】
この位置検出装置では、ヘッドホルダに保持された検出ヘッドが、記録媒体の長手方向に対して傾き可能に保持されているとともに記録媒体の中心軸と同軸に設けられた一対の挟持部材により付勢して挟持されて、相対的に直線移動を行う２部材の位置検出を行う。さらに、この位置検出装置では、このヘッドホルダに保持された検出ヘッドが、筐体を摺動するヘッドホルダ支持部材により支持されるとともに付勢手段により摺動部分へ向かう方向に付勢されて、相対的に直線移動を行う２部材の位置検出を行う。
【００４９】
また、上記問題を解決するために、本発明にかかる位置検出装置は、相対的に直線移動する第１の部材と第２の部材との相対移動位置を検出する位置検出装置であって、長手方向に沿って位置信号が記録された長尺状の記録媒体と、上記第１の部材に固定される筐体と、上記筐体と上記記録媒体とを固定する固定部材とを有する本体部と、上記記録媒体の長手方向に摺動自在にこの記録媒体に取り付けられたヘッドホルダと、該ヘッドホルダに保持され該記録媒体に記録された位置信号を検出する検出ヘッドと、該記録媒体の長手方向に移動自在にこの記録媒体に取り付けられ該ヘッドホルダを該記録媒体の長手方向に付勢して挟持する一対の挟持部材と、該一対の挟持部材と該ヘッドホルダとに固定された自動調芯手段と、該一対の挟持部材と連結され上記第２の部材に固定されるヘッドキャリアとを有するヘッドスライダとを備え、上記一対の挟持部材は、その移動方向に対する中心軸が上記記録媒体と同軸上に設けられ、上記ヘッドホルダは、その移動方向に対する中心軸が、上記一対の挟持部材の移動方向に対する中心軸に対して傾き可能とされて、この一対の挟持部材に挟持され、上記自動調芯手段は、長尺状の弾性部材からなり、該長尺状の弾性部材の両端部が上記一対の挟持部材に、略中央部が上記ヘッドホルダに、長手方向が上記記録媒体と平行に固定され、所定の弾性力を以て該一対の挟持部材の中心軸と該ヘッドホルダの中心軸とを一致させる。
【００５０】
この位置検出装置では、ヘッドホルダに保持された検出ヘッドが、記録媒体の長手方向に対して傾き可能に保持されているとともに記録媒体の中心軸と同軸に設けられた一対の挟持部材により付勢して挟持されて、相対的に直線移動を行う２部材の位置検出を行う。さらに、この位置検出装置では、検出ヘッドを保持した上記ヘッドホルダの中心軸が、一対の挟持部材とヘッドホルダとに固定された自動調芯手段により、所定の弾性力をもって一対の挟持部材の中心軸と一致する。
【００５１】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の第１の実施の形態の位置検出装置について、図面を参照しながら説明する。
【００５２】
図１に、本発明を適用した第１の実施の形態の位置検出装置の斜視図を示し、図２に、この位置検出装置の側面図を示し、図３に、この位置検出装置の内部構造を表すための断面図を示す。
【００５３】
本発明を適用した第１の実施の形態の位置検出装置１は、本体部２と、この本体部２に取り付けられたヘッドスライダ３とから構成される。
【００５４】
この位置検出装置１は、工作機械の一部分として構成され、相対的に直線移動する２部材の相対移動位置を検出する装置である。例えば、位置検出装置１は、所定の位置に固定された基準部４と、この基準部４に対して図１中に示すＸ1方向及びＸ2方向に直線移動する可動部５との相対移動位置を検出する。この位置検出装置１は、本体部２或いはヘッドスライダ３のいずれか一方が基準部４に取り付けられ、他方が可動部５に取り付けられる。図１中には、基準部４に本体部２を取り付け、可動部５にヘッドスライダ３を取り付けた例を示している。
【００５５】
本体部２は、筐体１１と、丸棒等の長尺状の高保磁力材料からなる記録媒体であり、この筐体１１の内部に設けられたスケール１２と、スケール１２の両端部を保持してこのスケール１２を筐体１１内の所定の位置に固定するブラケット１３，１４とを有している。なお、図１中には、図面の記載の明確化のため、このブラケット１３，１４を図示していない。
【００５６】
筐体１１は、例えば、矩形の筒状の形状を有しており、一側面が切り欠かれスリット１５が形成されている。また、この筐体１１は、スリット１５が形成された側面と直交する側面１７，１８の長手方向の端部に、略円形状の筐体取付孔２１，２２，２３，２４が形成されている。なお、筐体１１のスリットが形成された側面を底面１９とし、この底面１９に平行な他面を上面２０とする。
【００５７】
スケール１２は、ブラケット１３，１４によりその両端が保持され、筐体１１内に固定されている。このスケール１２は、筐体１１の長手方向に平行であり、矩形の筒の中心軸上に位置されるように設けられている。また、このスケール１２には、基準部４と可動部５との相対位置を検出するためのスケール信号が、位置信号として磁気記録されている。このスケール信号は、連続して所定の間隔で繰り返されるピットやマーク等が、スケール１２の長手方向に記録された信号であり、例えば、所定の記録波長で極性が反転する磁気信号がスケール１２の長手方向に連続して記録された信号である。
【００５８】
また、ヘッドスライダ３は、本体部２の内部に設けられたヘッド保持部３１と、本体部２の外部に設けられたヘッドキャリア３２と、このヘッド保持部３１とヘッドキャリア３２とを連結する連結部３３とを有し、スケール１２の長手方向に移動可能に本体部２に取り付けられている。
【００５９】
図４に、このヘッド保持部３１の要部の分解斜視図を示す。
【００６０】
ヘッド保持部３１には、ヘッドホルダ３４が設けられている。このヘッドホルダ３４には、スケール１２の挿通孔が設けられている。ヘッドホルダ３４は、この挿通孔にこのスケール１２が挿通されることにより、このスケール１２に取り付けられ、このスケール１２の長手方向に直線移動可能とされている。
【００６１】
このヘッドホルダ３４は、ヘッドホルダケース３６により外部が覆い包まれており、その内部に、信号検出ヘッド３５を保持している。信号検出ヘッド３５は、スケール１２に記録されているスケール信号を検出する。信号検出ヘッド３５は、ヘッドホルダ３４に保持されていることから、このヘッドホルダ３４の直線移動に伴いスケール１２の長手方向に平行移動する。
【００６２】
このヘッドホルダ３４のスケール１２の長手方向の両端には、一対の摺動支持部材３７，３８が取り付けられている。この摺動支持部材３７，３８は、その形状が略円柱状となっており、その中心軸にスケール１２が挿通する挿通孔が設けられている。この摺動支持部材３７，３８は、この挿通孔にスケール１２が挿通されることにより、このスケール１２に摺動自在に支持される。また、この摺動支持部材３７，３８は、スケール１２に摺動自在に支持されることにより、ヘッドホルダ３４がスケール１２の長手方向に平行移動した場合に、このヘッドホルダ３４を移動方向と直交する方向に位置ぶれを生じさせないようにしている。
【００６３】
また、ヘッド保持部３１には、一対の第１のスペーサ３９，４０と、一対の第２のスペーサ４１，４２とが設けられている。
【００６４】
一対の第１のスペーサ３９，４０には、スケール１２が挿通する挿通孔が設けられている。この一対の第１のスペーサ３９，４０は、この挿通孔にスケール１２が挿通されることにより、スケール１２に取り付けられ、スケール１２の長手方向に直線移動可能とされている。また、この一対の第１のスペーサ３９，４０は、摺動支持部材３７，３８のスケール１２の長手方向のヘッドホルダ３４が取り付けられていない一端面に当設している。
【００６５】
また、一対の第２のスペーサ４１，４２は、スケール１２が挿通する挿通孔が設けられている。この一対の第２のスペーサ４１，４２は、この挿通孔にスケール１２が挿通されることにより、スケール１２に取り付けられ、スケール１２の長手方向に直線移動可能とされている。また、この一対の第２のスペーサ４１，４２は、第１のスペーサ３９，４０のスケール１２の長手方向の摺動支持部材３７，３８が当設していない一端面に当設している。
【００６６】
また、ヘッド保持部３１には、一対のヘッドホルダ挟持部材４３，４４と、バネ４５とが設けられている。
【００６７】
ヘッドホルダ挟持部材４３，４４には、スケール１２が挿通する挿通孔が設けられている。ヘッドホルダ挟持部材４３，４４は、この挿通孔にスケール１２が挿通されることにより、スケール１２に取り付けられ、スケール１２の長手方向に直線移動可能とされている。また、このヘッドホルダ挟持部材４３，４４は、連結部３３に固定されている。この一対のヘッドホルダ挟持部材４３，４４は、摺動支持部材３７，３８が取り付けられたヘッドホルダ３４を、一対の第１のスペーサ３９，４０と一対の第２のスペーサ４１，４２を介して、スケール１２の長手方向に平行な方向の両端から挟持している。また、ヘッドホルダ挟持部材４３と第２のスペーサ４１との間には、バネ４５が設けられている。このバネ４５は、このヘッドホルダ挟持部材４３からヘッドホルダ挟持部材４４に向かう方向へ、ヘッドホルダ３４を付勢している。
【００６８】
また、ヘッドホルダ３４には、回り止め用ピン４６が設けられている。この周り止め用ピン４６は、長手方向の一端がヘッドホルダ３４に固定されており、他端が連結部３３に設けられた回転規制穴１４７に挿入されている。そのため、ヘッドホルダ３４のスケール１２を中心軸とする回転が規制される。
【００６９】
このようなヘッド保持部３１の各構成要素は、スケール１２を中心軸とした同軸構成を有している。そのため、ヘッド保持部３１の移動に伴う、スケール信号の検出誤差が最小限に抑えられ、高精度な位置検出を行うことができる。
【００７０】
また、このヘッド保持部３１では、第１のスペーサ３９，４０と第２のスペーサ４１，４２とが当設するそれぞれの当設面が球面形状を有している。そして、このヘッド保持部３１では、ヘッドホルダ３４に直接取り付けられた摺動支持部材３７，３８がスケール１２と摺動しているが、他の構成要素は、例えば、一対の第１のスペーサ３９，４０、一対の第２のスペーサ４１，４２及びヘッドホルダ挟持部材４３，４４は、一定の隙間を持ってスケール１２が挿通されている。そのため、例えば、スケール１２に微妙な軸のゆがみが存在しているときや移動方向以外の方向の力がヘッドキャリア３２に加わったときなどの、ヘッドホルダ挟持部材４３，４４に対してスケール１２の長手方向に直交する方向に位置ずれが生じた際、この球面形状の当設面が、ヘッドホルダ３４の中心軸とヘッドホルダ挟持部材４３，４４との中心軸のずれを許容し、スケール１２に与える曲げモーメントを少なくするように機能している。
【００７１】
以上のような構成のヘッド保持部３１は、スケール１２の長手方向に平行な方向に移動可能にこのスケール１２に取り付けられ、この移動に応じて信号検出ヘッド３５がスケール１２に記録されたスケール信号を検出する。
【００７２】
また、このような構成のヘッド保持部３１には、ガイド機構５０が設けられている。このガイド機構５０を設けたヘッド保持部３１の要部斜視図を図５に示す。
【００７３】
このガイド機構５０は、ヘッドホルダ３４に取り付けられたガイド用台座５１と、このガイド用台座５１に取り付けられた第１の摺動部５２及び第２の摺動部５３と、このガイド用台座５１に取り付けられた付勢部５４とからなる。
【００７４】
ガイド用台座５１は、略コ字状に折り曲げられた薄板からなる。このガイド用台座５１は、略コ字状に折り曲げられた３面が、スリット１５が形成されている底面１９以外の筐体１１の各面と平行となるように、ヘッドホルダ３４に取り付けられている。すなわち、ガイド用台座５１は、略コ字状に折り曲げられた薄板の各面が、矩形筒状の筐体１１の側面１７と側面１８と上面２０とに平行となるように、取り付けられる。ここで、側面１７と平行な面を第１の面５１ａとし、上面２０と平行な面を第２の面５１ｂとし、側面１８と平行な面を第３の面５１ｃとする。なお、ガイド用台座５１の各面は、筐体１１の側面１７，１８及び上面２０の各面と必ずしも平行としなくても良い。
【００７５】
第１の摺動部５２は、ガイド用台座５１の第１の面５１ａに取り付けられた長尺状の台車支持部５５と、この台車支持部５５の両端部に設けられた一対の台車５６，５７とからなる。台車支持部５５は、長手方向がスケール１２と平行な方向に取り付けられる。一対の台車５６，５７は、ヘッド保持部３１の移動に応じて、その車輪が筐体１１の側面１７上を転がるように設けられる。従って、この第１の摺動部５２は、全体としてヘッドホルダ３４に固定されて、ヘッド保持部３１の移動とともにスケール１２の長手方向に平行移動して、筐体１１の側面１７上を摺動する。
【００７６】
第２の摺動部５３は、ガイド用台座５１の第２の面５１ｂに取り付けられた長尺状の台車支持部５８と、この台車支持部５８の両端部に設けられた一対の台車５９，６０とからなる。台車支持部５８は、長手方向がスケール１２と平行な方向に取り付けられる。一対の台車５９，６０は、ヘッド保持部３１の移動に応じて、その車輪が筐体１１の上面２０上を転がるように設けられる。従って、この第２の摺動部５３は、全体としてヘッドホルダ３４に固定されて、ヘッド保持部３１の移動とともにスケール１２の長手方向に平行移動して、筐体１１の上面２０上を摺動する。
【００７７】
なお、台車５６，５７，５９，６０は、車輪を２個一対で構成されるものを図５中に示しているが、その車輪の数は限定されず、例えば車輪が１個で構成されるものであってもよい。また、台車５６，５７，５９，６０のうちいずれか一つが、車輪が１個で構成されるもので、その他が車輪が２個一対で構成されるものであってもよい。
【００７８】
付勢部５４は、ガイド用台座５１の第３の面５１ｃに連続して設けられた板バネ６１と、この板バネ６１の端部に設けられた押圧摺動部６２とからなる。板バネ６１は、その一端がガイド用台座５１の第３の面５１ｃと平行に連続して設けられ、他端が約４５度折り曲げられている。押圧摺動部６２は、板バネ６１の他端の折り曲げられた部分に設けられ、筐体１１の側面１８とスリット１５が設けられた底面１９との接続部分である矩形筒上の筐体１１のコーナ部１８ａに突き当てられている。この押圧摺動部６２は、ヘッド保持部３１の移動に応じて、筐体１１の側面１８とスリット１５が設けられた底面１９との接続部分であるコーナ部１８ａを摺動する。従って、この押圧摺動部６２は、全体としてヘッドホルダ３４に固定され、コーナ部１８ａからスケール１２へ向かう方向へこのヘッドホルダ３４を付勢するとともに、筐体１１の側面１８とスリット１５が設けられた面との接続部分を摺動する。
【００７９】
このようなガイド機構５０では、図６に示すように、コーナ部１８ａから筐体１１の中心へ向かう方向へ（図６中Ｘ3方向へ）、付勢部５４がヘッドホルダ３４を付勢している。そのため、このガイド機構５０では、筐体１１の中心から側面１７へ垂直に向かう方向へ（図６中Ｘ4方向へ）、筐体１１の側面１７を押圧する力が第１の摺動部５２に対して加わる。また、このガイド機構５０では、筐体１１の中心から上面２０へ垂直に向かう方向へ（図６中Ｘ5方向へ）、筐体１１の上面２０を押圧する力が第２の摺動部５３に対して加わる。このため、このガイド機構５０では、ヘッドホルダ３４のスケール１２の長手方向の移動に応じた姿勢変化を抑えることができる。
【００８０】
このようなヘッド保持部３１は、連結部３３を介してヘッドキャリア３２と連結している。この連結部３３は、スケール１２の長手方向と直交する方向の一端がヘッドホルダ挟持部材４３，４４に固定され、他端がスリット１５から挿出して本体部２の外部に設けられたヘッドキャリア３２に固定される。
【００８１】
このようにヘッドスライダ３は、これらヘッド保持部３１、ヘッドキャリア３２、連結部３３で構成され、スケール１２の長手方向に移動自在に本体部２に取り付けられている。そして、このヘッドスライダ３は、本体部２との相対移動に応じて信号検出ヘッド３５が検出したスケール信号を、ヘッドキャリア３２に設けられた信号ケーブル６３を介して図示しない制御装置に供給する。
【００８２】
以上のような構成の位置検出装置１は、スケール１２が基準部４と可動部５の相対移動方向に平行となり、スリット１５が可動部５側に開口するように配置される。このように配置された位置検出装置１の本体部２は、スリット１５が形成された側面と直交する側面１７，１８の一方が取付面となる。そして、この取付面のスケール１２の長手方向に平行な方向の端部に設けられた筐体取付孔２１，２２，２３，２４の位置で、本体用ボルトや座金等の固定部材により、基準部４に固定される。また、このように配置された位置検出装置１のヘッドスライダ３は、ボルトにより可動部５に固定される。
【００８３】
従って、この位置検出装置１では、この可動部５の直線移動に応じて本体部２とヘッドスライダ３との相対位置が変化し、ヘッドスライダ３内に設けられた信号検出ヘッド３５がこの相対位置の変化に応じて変化するスケール信号を検出することにより、この可動部５の移動位置を検出することができる。
【００８４】
また、この位置検出装置１では、信号検出ヘッド３５を保持したヘッドホルダ３４が、ガイド機構５０により筐体１１内を摺動して移動する。そのため、この信号検出ヘッド３５の姿勢変化が少なくなり、スケール１２上の信号検出ヘッド３５の位置の違いによる誤差である位置ずれ誤差、及び、信号検出ヘッド３５の移動方向の違いによる誤差である戻り誤差との両者を、大幅にコストを上げることなく少なくすることができ、相対的に直線移動する２部材の位置を高精度に位置を検出することができる。
【００８５】
なお、この位置検出装置１では、筐体１１の中心から側面１７及び上面２０に向かう方向へ第１の摺動部５２及び第２の摺動部５３を付勢する手段は、この実施の形態の位置検出装置１では、筐体１１と摺動することによりこの筐体１１を支点としてヘッドホルダ３４を付勢する付勢部５４を用いていたが、本発明ではこのような手段に限られない。例えば、一対のヘッドホルダ挟持部材４３，４４や連結部３３に固定され、この一対のヘッドホルダ挟持部材４３，４４や連結部３３を支点としてヘッドホルダ３４を付勢する付勢手段としてもよい。また、付勢部５４は、板バネ６１のバネ力でヘッドホルダ３４を付勢しているが、このようなバネ力を用いずに、例えば、圧縮空気を筐体１１側に吹き出してヘッドホルダ３４を付勢するようにしてもよい。
【００８６】
また、この位置検出装置１では、図７に示すように、第１の摺動部５２及び第２の摺動部５３の台車支持部５５（５８）に、筐体１１の中心から側面１７（又は上面２０）へ向かう方向へ弾性変位する弾性部６４を設けても良い。
【００８７】
つぎに、本発明の第２の実施の形態の位置検出装置について、図面を参照しながら説明する。
【００８８】
図８に、本発明を適用した第２の実施の形態の位置検出装置の内部構造を表すための断面図を示す。なお、この第２の実施の形態の位置検出装置の外観は、上記第１の実施の形態の位置検出装置１と同様であるので、斜視図及び側面図はここでは省略する。また、この第２の実施の形態の位置検出装置を説明するにあたり、上記第１の実施の形態の位置検出装置１と同一の構成要素については図面中に同一の符号を付け、その詳細な説明を省略する。
【００８９】
本発明を適用した第２の実施の形態の位置検出装置７１は、本体部２と、この本体部２に取り付けられたヘッドスライダ３とから構成される。
【００９０】
この位置検出装置７１は、工作機械の一部分として構成され、相対的に直線移動する２部材の相対移動位置を検出する装置である。
【００９１】
本体部２は、筐体１１と、この筐体１１の内部に設けられたスケール１２と、スケール１２の両端部を保持してこのスケール１２を筐体１１内の所定の位置に固定するブラケット１３，１４とを有している。
【００９２】
筐体１１は、例えば、矩形の筒状の形状を有しており、一側面が切り欠かれスリット１５が形成されている。また、この筐体１１は、スリット１５が形成された側面と直交する側面１７，１８の長手方向の端部に、略円形状の筐体取付孔２１，２２，２３，２４が形成されている。
【００９３】
スケール１２は、ブラケット１３，１４によりその両端が保持され、筐体１１内に固定されている。このスケール１２は、筐体１１の長手方向に平行であり、矩形の筒の中心軸上に位置されるように設けられている。また、このスケール１２には、基準部４と可動部５との相対位置を検出するためのスケール信号が、位置信号として磁気記録されている。
【００９４】
また、ヘッドスライダ３は、本体部２の内部に設けられたヘッド保持部７２と、本体部２の外部に設けられたヘッドキャリア３２と、このヘッド保持部７２とヘッドキャリア３２とを連結する連結部３３とを有し、スケール１２の長手方向に移動可能に本体部２に取り付けられている。
【００９５】
ヘッド保持部７２には、ヘッドホルダ３４が設けられている。このヘッドホルダ３４は、ヘッドホルダケース３６により外部が覆い包まれており、その内部に、信号検出ヘッド３５を保持している。信号検出ヘッド３５は、スケール１２に記録されているスケール信号を検出する。
【００９６】
このヘッドホルダ３４のスケール１２の長手方向の両端には、一対の摺動支持部材３７，３８が取り付けられている。
【００９７】
ヘッド保持部７２には、一対の第１のスペーサ３９，４０と、一対の第２のスペーサ４１，４２とが設けられている。この一対の第１のスペーサ３９，４０は、摺動支持部材３７，３８のスケール１２の長手方向のヘッドホルダ３４が取り付けられていない一端面に当設している。また、この一対の第２のスペーサ４１，４２は、第１のスペーサ３９，４０のスケール１２の長手方向の摺動支持部材３７，３８が当設していない一端面に当設している。
【００９８】
また、ヘッド保持部７２には、一対のヘッドホルダ挟持部材４３，４４と、バネ４５とが設けられている。
【００９９】
また、ヘッドホルダ３４には、回り止め用ピン４６が設けられている。
【０１００】
このようなヘッド保持部７２の各構成要素は、スケール１２を中心軸とした同軸構成を有している。そのため、ヘッド保持部７２の移動に伴う、スケール信号の検出誤差が最小限に抑えられ、高精度な位置検出を行うことができる。
【０１０１】
また、このヘッド保持部７２では、第１のスペーサ３９，４０と第２のスペーサ４１，４２とが当設するそれぞれの当設面が球面形状を有している。そして、このヘッド保持部７２では、ヘッドホルダ３４に直接取り付けられた摺動支持部材３７，３８がスケール１２と摺動しているが、他の構成要素は、例えば、一対の第１のスペーサ３９，４０、一対の第２のスペーサ４１，４２及びヘッドホルダ挟持部材４３，４４は、一定の隙間を持ってスケール１２が挿通されている。そのため、例えば、スケール１２に微妙な軸のゆがみが存在しているときや移動方向以外の方向の力がヘッドキャリア３２に加わったときなどの、ヘッドホルダ挟持部材４３，４４に対してスケール１２の長手方向に直交する方向に位置ずれが生じた際、この球面形状の当設面が、ヘッドホルダ３４の中心軸とヘッドホルダ挟持部材４３，４４との中心軸のずれを許容し、スケール１２に与える曲げモーメントを少なくするように機能している。
【０１０２】
以上のような構成のヘッド保持部７２は、スケール１２の長手方向に平行な方向に移動可能にこのスケール１２に取り付けられ、この移動に応じて信号検出ヘッド３５がスケール１２に記録されたスケール信号を検出する。
【０１０３】
また、このような構成のヘッド保持部７２には、複数の自動調芯バネ７３が設けられている。この複数の自動調芯バネ７３を設けたヘッド保持部７２の要部斜視図を図９に示す。
【０１０４】
この各自動調芯バネ７３は、それぞれ略長尺状の形状を有しており、長手方向がスケール１２と平行となるように設けられている。この各自動調芯バネ７３は、中央部分がヘッドホルダ３４に固定されている。また、この各自動調芯バネ７３は、両端部が、一対のヘッドホルダ挟持部材４３，４４にそれぞれ固定されている。また、自動調芯バネ７３は、一対のヘッドホルダ挟持部材４３，４４と中央部との間に、弾性部位７４が形成されている。
【０１０５】
このような複数の自動調芯バネ７３は、例えば、スケール１２の長手方向への移動に伴ってヘッドホルダ３４に姿勢変化が生じた場合、弾性部位７４が持つ弾性力により、このヘッドホルダ３４を理想中心に位置するように働く。すなわち、自動調芯バネ７３は、一対のヘッドホルダ挟持部材４３，４４とヘッドホルダ３４との中心軸を一致させるように働く。
【０１０６】
このようなヘッド保持部７２は、連結部３３を介してヘッドキャリア３２と連結している。この連結部３３は、スケール１２の長手方向と直交する方向の一端がヘッドホルダ挟持部材４３，４４に固定され、他端がスリット１５から挿出して本体部２の外部に設けられたヘッドキャリア３２に固定される。
【０１０７】
このようにヘッドスライダ３は、これらヘッド保持部７２、ヘッドキャリア３２、連結部３３で構成され、スケール１２の長手方向に移動自在に本体部２に取り付けられている。そして、このヘッドスライダ３は、本体部２との相対移動に応じて信号検出ヘッド３５が検出したスケール信号を、ヘッドキャリア３２に設けられた信号ケーブル６３を介して図示しない制御装置に供給する。
【０１０８】
以上のような構成の位置検出装置７１は、スケール１２が基準部４と可動部５の相対移動方向に平行となり、スリット１５が可動部５側に開口するように配置される。このように配置された位置検出装置７１の本体部２は、スリット１５が形成された側面と直交する側面１７，１８の一方が取付面となる。そして、この取付面のスケール１２の長手方向に平行な方向の端部に設けられた筐体取付孔２１，２２，２３，２４の位置で、本体用ボルトや座金等の固定部材により、基準部４に固定される。また、このように配置された位置検出装置７１のヘッドスライダ３は、ボルトにより可動部５に固定される。
【０１０９】
従って、この位置検出装置７１では、この可動部５の直線移動に応じて本体部２とヘッドスライダ３との相対位置が変化し、ヘッドスライダ３内に設けられた信号検出ヘッド３５がこの相対位置の変化に応じて変化するスケール信号を検出することにより、この可動部５の移動位置を検出することができる。
【０１１０】
また、この位置検出装置７１では、信号検出ヘッド３５を保持したヘッドホルダ３４が、自動調芯バネ７３により中心位置が保持される。そのため、この信号検出ヘッド３５の姿勢変化が少なくなり、スケール１２上の信号検出ヘッド３５の位置の違いによる誤差である位置ずれ誤差、及び、信号検出ヘッド３５の移動方向の違いによる誤差である戻り誤差との両者を、大幅にコストを上げることなく少なくすることができ、相対的に直線移動する２部材の位置を高精度に位置を検出することができる。
【０１１１】
なお、自動調芯バネ７３は、バネ力を用いて調芯するものに限られず、例えば、空気や油などを使用した液体自動調芯構造をもつものを用いてもよい。
【０１１２】
【発明の効果】
本発明にかかる位置検出装置では、ヘッドホルダに保持された検出ヘッドが、記録媒体の長手方向に対して傾き可能に保持されているとともに記録媒体の中心軸と同軸に設けられた一対の挟持部材により付勢して挟持されて、相対的に直線移動を行う２部材の位置検出を行う。このことによりこの位置検出装置では、記録媒体と検出ヘッドの保持機構とが同軸構造とされるとともに記録媒体の中心軸とのずれが許容され、位置信号の検出誤差が最小限に抑えられるとともに記録媒体に与える曲げモーメントを少なくすることができる。
【０１１３】
さらに、この位置検出装置では、このヘッドホルダに保持された検出ヘッドが、筐体を摺動するヘッドホルダ支持部材により支持されるとともに付勢手段により摺動部分へ向かう方向に付勢されて、相対的に直線移動を行う２部材の位置検出を行う。このことによりこの位置検出装置では、記録媒体上の検出ヘッドの位置の違いによる検出誤差と、検出ヘッドの移動方向の違いによる誤差とをともに少なくすることができ、高精度に位置検出を行うことができる。
【０１１４】
また、本発明にかかる位置検出装置では、ヘッドホルダに保持された検出ヘッドが、記録媒体の長手方向に対して傾き可能に保持されているとともに記録媒体の中心軸と同軸に設けられた一対の挟持部材により付勢して挟持されて、相対的に直線移動を行う２部材の位置検出を行う。このことによりこの位置検出装置では、記録媒体と検出ヘッドの保持機構とが同軸構造とされるとともに記録媒体の中心軸とのずれが許容され、位置信号の検出誤差が最小限に抑えられるとともに記録媒体に与える曲げモーメントを少なくすることができる。
【０１１５】
さらに、この位置検出装置では、検出ヘッドを保持した上記ヘッドホルダの中心軸が、一対の挟持部材とヘッドホルダとに固定された自動調芯手段により、所定の弾性力をもって一対の挟持部材の中心軸と一致する。このことによりこの位置検出装置では、記録媒体上の検出ヘッドの位置の違いによる検出誤差と、検出ヘッドの移動方向の違いによる誤差とをともに少なくすることができ、高精度に位置検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態の位置検出装置の斜視図である。
【図２】  上記第１の実施の形態の位置検出装置の側面図である。
【図３】  上記第１の実施の形態の位置検出装置の内部構造を表すための断面図である。
【図４】  上記第１の実施の形態の位置検出装置のヘッド保持部の要部分解斜視図である。
【図５】  上記第１の実施の形態の位置検出装置のガイド機構を説明するための要部斜視図である。
【図６】  上記ガイド機構によるヘッドホルダの付勢方向を説明するための図である。
【図７】  上記ガイド機構の変形例を説明するための図である。
【図８】  本発明の第２の実施の形態の位置検出装置の内部構造を表すための断面図である。
【図９】  上記第２の実施の形態の位置検出装置の自動調心バネを説明するための要部斜視図である。
【図１０】  従来の位置検出装置の斜視図である。
【図１１】  上記従来の位置検出装置の側面図である。
【図１２】  上記従来の位置検出装置の内部構造を表すための断面図である。
【図１３】  上記従来の位置検出装置のヘッド保持部の要部分解斜視図である。
【図１４】  上記従来の位置検出装置の検出ヘッドの姿勢変化を説明するための図である。
【図１５】  たわみを有しているスケールを上記検出ヘッドが移動する場合の姿勢変化状態を説明するための図である。
【図１６】  たわみを有しているスケールを上記検出ヘッドが移動する場合の誤差量を説明するための図である。
【符号の説明】
１，７１  位置検出装置、２  本体部、３  ヘッドスライダ、４  基準部、５  可動部、１１  筐体、１２  スケール、３４，７２  ヘッドホルダ、３５  信号検出ヘッド、３６，３８  摺動支持部材、３９，４０  第１のスペーサ、４１，４２  第２のスペーサ、４３，４４  ヘッドホルダ挟持部材、４５  バネ、５０  ガイド機構、７３  自動調心バネ
【図１】
0004177519.tif 000002
【図２】
0004177519.tif 000003
【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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