(57)【要約】【課題】変位の計測精度を低下させることなく、筐体の大きさを可能な限り小型化することができる接触式変位計を提供する。【解決手段】発光素子で発せられた光がレンズにて平行光へ変換され、プリズムにより所定の方向へ偏向して幅広な平行光へ変換する。複数の基準パターンと該基準パターンごとの固有情報とを含む所定のパターンが、透過部及び遮光部の組み合わせとして所定の方向と略直交する方向に形成され、変換された平行光の照射範囲に配置された板状のスケール部材、又はリニアセンサのいずれかが取り付けられた接触子の変位を、リニアセンサの複数の受光信号に基づいて求めた基準パターンの投影位置及び固有情報から算出する。【選択図】図２
2009236499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、
該発光素子で発せられた光を平行光へ変換するレンズと、
該レンズにより変換された平行光を所定の方向へ偏向して幅広な平行光へ変換するプリズムと、
板状の部材であり、複数の基準パターンと該基準パターンごとの固有情報とを含む所定のパターンが、光を透過する透過部及び遮光する遮光部の組み合わせとして前記所定の方向と略直交する方向に形成され、変換された平行光の照射範囲に配置されたスケール部材と、
該スケール部材に照射された前記プリズムにて変換された幅広な平行光の透過光を受光する、前記所定の方向と略直交する方向に沿って略等間隔で配列された複数の受光素子からなるリニアセンサと、
前記発光素子、前記レンズ、前記プリズム、前記スケール部材、及び前記リニアセンサを収容し、前記スケール部材又は前記リニアセンサのいずれか一方が固着されている筐体と、
前記スケール部材又は前記リニアセンサの他方が固着されており、該筐体に対して前記所定の方向と略直交する方向に移動することが可能に取り付けてある接触子と、
前記リニアセンサの前記複数の受光素子で受光した受光信号に基づいて、基準パターンのリニアセンサ上での投影位置と、該基準パターンの固有情報とを求め、該投影位置及び固有情報に基づいて前記接触子の変位を算出する演算部と
を備えることを特徴とする接触式変位計。
【請求項２】
前記発光素子及び前記レンズは一体化された略方形の素子ホルダに組み込まれており、
該素子ホルダは、前記筐体に対し前記プリズムに最も近接した角部を回転中心として回転するための回転機構を有することを特徴とする請求項１記載の接触式変位計。
【請求項３】
前記接触子には、前記所定の方向に対し略平行な方向に延伸しており、先端がピン状である片持部材を設けてあり、
該片持部材のピン状の先端が移動することが可能な前記所定の方向と略直交する方向に沿って長い溝部を備えた固定部が前記筐体に固着してあることを特徴とする請求項１又は２記載の接触式変位計。
【請求項４】
前記片持部材はステンレスの焼入れ鋼又は鉄の焼入れ鋼であり、前記固定部はガラス繊維を包含するポリフェニレルサルファイドであることを特徴とする請求項３記載の接触式変位計。
【請求項５】
前記筐体は、前記レンズからの平行光のうち前記プリズムの入射表面で反射した光が該プリズムへ再度入射しない方向へ反射させる形状を有するボイド壁部を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の接触式変位計。
【請求項６】
前記筐体は、内部の空気が外部へ漏れ出ることがないよう密閉されており、
外部の配線と接続するコネクタ部を備え、
該コネクタ部は、複数の接続用ピンと、前記筐体の内部へ貫通された孔部とを有し、該孔部を介して空気が出入りするようにしてあることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の接触式変位計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＭＯＳやＣＣＤ等のイメージセンサを内蔵し、当該イメージセンサにより光学スケールの相対変位を読取ることで筐体に対する接触子の変位を測定する接触式変位計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光学式透過型リニアセンサは、一定の方向へ移動することが可能な接触子に光学格子が設けられており、固定スケールの格子と重なり合うか否かによって透過光量が変動する。変動する光量に応じて、接触子の移動量を算出することで、変位を計測することができる。
【０００３】
例えば特許文献１では、一定間隔ごとに設けた絶対位置パターンを検出することにより、変位を算出するための基準位置を正確に特定することができる絶対位置測長装置が開示されている。しかし、正確な計測を行うためには光学格子へ投射される光は、光学格子のパターンの配列方向に沿って所定の幅をもつ平行光で光量分布が一定である必要がある。光量分布を一定にするためには、発光手段からの光のうち光軸付近の光のみを採用する必要がある一方、光学格子のパターンの配列方向に沿って所定の幅を有する光とする必要もあるため、発光素子とレンズとの距離を所定量離す必要があり、光学手段が比較的大型となり、測長装置全体を小型化することが困難であるという問題点があった。
【０００４】
それに対して特許文献２では、固定スケールを用いることなく、光源を小さくすることにより、小型化されたリニアセンサが開示されている。特許文献２では、単一の光源であるＬＥＤから発せられた光をレンズにより幅広な平行光へ変換しており、リニアセンサへ平行光を供給することにより小型でありながら計測精度を高く維持している。
【特許文献１】特開２０００−２４１１１５号公報
【特許文献２】特開２００３−１０６８７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献２のようにレンズで平行光を生成する場合、レンズの周縁部では中央部に比べ光量が小さくなりやすく正確な計測を行うことが困難になる。また、光学格子のパターン以外に照射される計測に使用されない光も多く、十分な受光光量を得るためには発光素子の大型化、発熱等の問題が生じ、リニアセンサを小型化するにも限界があるという問題点があった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、変位の計測精度を低下させることなく、筐体の大きさを可能な限り小型化することができる接触式変位計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】
【０００７】
上記目的を達成するため、第１発明に係る接触式変位計は、発光素子と、該発光素子で発せられた光を平行光へ変換するレンズと、該レンズにより変換された平行光を所定の方向へ偏向して幅広な平行光へ変換するプリズムと、板状の部材であり、複数の基準パターンと該基準パターンごとの固有情報とを含む所定のパターンが、光を透過する部分及び遮光する部分の組み合わせとして前記所定の方向と略直交する方向に形成され、変換された平行光の照射範囲に配置されたスケール部材と、該スケール部材に照射された前記プリズムにて変換された幅広な平行光の透過光を受光する、前記所定の方向と略直交する方向に沿って略等間隔で配列された複数の受光素子からなるリニアセンサと、前記発光素子、前記レンズ、前記プリズム、前記スケール部材、及び前記リニアセンサを収容し、前記スケール部材又は前記リニアセンサのいずれか一方が固着されている筐体と、前記スケール部材又は前記リニアセンサの他方が固着されており、該筐体に対して前記所定の方向と略直交する方向に移動することが可能に取り付けてある接触子と、前記リニアセンサの前記複数の受光素子で受光した受光信号に基づいて、基準パターンのリニアセンサ上での投影位置と、該基準パターンの固有情報とを求め、該投影位置及び固有情報に基づいて前記接触子の変位を算出する演算部とを備えることを特徴とする。
【０００８】
第１発明では、発光素子で発せられた光を比較的小型のレンズで平行光へ変換した後、リニアセンサへはプリズムを介して幅広な平行光へ変換して供給する。このようにすることで、レンズを大型化する必要が無く、またレンズの方向も固定されることが無いことから、発光素子、レンズ等の配置自由度が増大し、全体として筐体を小型化することが可能となる。
【０００９】
また、第２発明に係る接触式変位計は、第１発明において、前記発光素子及び前記レンズは一体化された略方形の素子ホルダに組み込まれており、該素子ホルダは、前記筐体に対し前記プリズムに最も近接した角部を回転中心として回転するための回転機構を有することを特徴とする。
【００１０】
第２発明では、発光素子及びレンズを一体化して組み込んだ略方形の素子ホルダが、プリズムに最も近接した角部を回転中心として回転可能に取り付けられている。素子ホルダの角度調整は、薄板材の介装枚数を変えることにより行われ、薄板介装位置までの回転半径を大きくすることにより、介装枚数の変更に伴う角度変化をより細かくすることが可能となる。
【００１１】
また、第３発明に係る接触式変位計は、第１又は第２発明において、前記接触子には、前記所定の方向に対し略平行な方向に延伸しており、先端がピン状である片持部材を設けてあり、該片持部材のピン状の先端が移動することが可能な前記所定の方向と略直交する方向に沿って長い溝部を備えた固定部が前記筐体に固着してあることを特徴とする。
【００１２】
第３発明では、接触子にピン状の片持部材を設けてあり、片持部材は、接触子の移動方向に沿った長い溝部を備えた固定部と嵌合させてある。これにより、接触子の移動に沿って片持部材も溝部に沿って移動するが、片持部材は接触子の中心軸を軸として回転することができないので、接触子が回転することはない。したがって、スケール部材の方向を常に一定に維持することができ、変位計測精度を高めることが可能となる。
【００１３】
また、第４発明に係る接触式変位計は、第３発明において、前記片持部材はステンレス又は鉄の焼入れ鋼であり、前記固定部はガラス繊維を包含するポリフェニレルサルファイドであることを特徴とする。
【００１４】
第４発明では、片持部材をステンレスの焼入れ鋼又は鉄の焼入れ鋼で構成し、固定部はガラス繊維を包含するポリフェニレルサルファイドで構成することにより、接触子の移動に伴って、片持部材が溝部に沿って移動した場合であっても、溝部に磨耗粉が生じることがなく、長期間の使用に耐えうる。
【００１５】
また、第５発明に係る接触式変位計は、第１乃至第４発明のいずれか１つにおいて、前記筐体は、前記レンズからの平行光のうち前記プリズムの入射表面で反射した光が該プリズムへ再度入射しない方向へ反射させる形状を有するボイド壁部を備えることを特徴とする。
【００１６】
第５発明では、プリズムの入射表面で反射した光が該プリズムへ再度入射しない方向へ反射させる形状を有するボイド壁部を備えることで、プリズムの入射表面で反射した光が再度プリズムへ入射する程度が小さくなり、散乱光による干渉等が生じにくい。したがって、リニアセンサでの誤検出を未然に回避することができ、変位を精度良く計測することが可能となる。
【００１７】
また、第６発明に係る接触式変位計は、第１乃至第５発明のいずれか１つにおいて、前記筐体は、内部の空気が外部へ漏れ出ることがないよう密閉されており、外部の配線と接続するコネクタ部を備え、該コネクタ部は、複数の接続用ピンと、前記筐体の内部へ貫通された孔部とを有し、該孔部を介して空気が出入りするようにしてあることを特徴とする。
【００１８】
第６発明では、外部配線と接続するコネクタ部に、筐体の内部と貫通された孔部を設けることにより、接触子が移動した場合に内部の空気が該孔部から外部へ放出されることで、接触子の移動に対する空気抵抗を減じることができ、より厳密な変位計測を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
上記構成によれば、レンズを大型化する必要が無く、またレンズの方向も固定されることが無いことから、発光素子、レンズ等の配置自由度が増大し、全体として筐体を小型化することが可能となる。また、素子ホルダは、プリズムに最も近接した角部を回転中心として回転することができるので、素子ホルダの中心部を回転中心とする場合よりも回転する半径が大きくなる。同じ力で素子ホルダを回転させようとした場合、回転モーメントが略２倍になることから、素子ホルダの角度調整をより厳密に行うことができ、小型であっても精度良く変位を計測することが可能となる。
【００２０】
さらに、接触子の移動に沿って片持部材も溝部に沿って移動するが、片持部材は接触子の中心軸を軸として回転することができないので、接触子が回転することはない。したがって、スケール部材の方向を常に一定に維持することができ、変位計測精度を高めることが可能となる。
【００２１】
加えて、プリズムの入射表面で反射した光が該プリズム方向とは異なる方向へ反射させる形状を有するボイド壁部を備えることで、プリズムの入射表面で反射した光が再度プリズムへ入射する程度が小さくなり、散乱光による干渉等が生じにくい。したがって、リニアセンサでの誤検出を未然に回避することができ、変位を精度良く計測することが可能となる。
【００２２】
また、接触子が移動した場合に内部の空気が孔部から外部へ放出されることで、接触子の移動に対する空気抵抗を減じることができ、より厳密な変位計測を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各実施の形態の説明で参照する図面を通じて、同一又は同様の構成又は機能を有する要素については、同一又は同様の符号を付して、詳細な説明を省略する。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る接触式変位計の外観を示す斜視図である。本実施の形態１に係る接触式変位計１０は、筐体１１の内部に、筐体１１との間で相対的に一の方向（図１に示されたＸ方向）に移動することが可能な接触子１２を備えており、接触子１２の筐体１１に対するＸ方向の相対変位を測定するものである。接触子１２と筐体１１との間には、移動部分に塵、埃等が侵入することを予防するための蛇腹上のカバー１３を備えている。筐体１１は略直方体の形状であり、その大きさは、Ｌ×Ｂ×Ｈが略６０ｍｍ×３０ｍｍ×１５ｍｍである。
【００２５】
筐体１１のＸ方向と直交する一面から、略円筒形状の接触子保持部１６がＸ方向に沿って筐体１１の外方に形成されている。図１に示すとおり、接触子保持部１６は第１側面１７側に偏った位置に形成されている。接触子１２は、筐体１１の接触子保持部１６にボールベアリング等を介してＸ方向に移動自在に取り付けられている。接触子１２と筐体１１との間には、接触子１２を突出方向に付勢する図示しないバネ等の弾性体が設けられている。
【００２６】
コネクタ部１５は、接触子保持部１６が形成される面と対向する筐体１１の面上に設けられている。外部の電子機器とは外部配線（図示せず）を介して電気的に接続される。外部配線は、接触子１２が設けられている部分の反対側に設けてあるコネクタ部１５により筐体１１と着脱することが可能に接続されている。外部配線は、コネクタ部１５に対応するストレート形状又はＬ字形状に形成されたコネクタと該コネクタに接続されたケーブルとを有しており、ストレート形状又はＬ字形状に形成されたコネクタは、コネクタ部１５と螺合して固定されている。
【００２７】
図２及び図３は、本発明の実施の形態１に係る接触式変位計１０の筐体１１の内部部品の配置を示す平面図である。図２は、発光素子を含む光学機構を中心とした下段の部品配置を示す平面図であり、図３は、ＣＰＵ、メモリ等を搭載した制御基板が載置された状態の上段の部品配置を示す平面図である。つまり、図２は上段側が省略された図であり、図３は下段側が省略された図となっている。
【００２８】
また、図４は、本発明の実施の形態１に係る接触式変位計１０の筐体１１の内部部品の配置を示す、図２での接触子１２の移動方向と直交する面での断面図である。図４では、上下反転しているので、紙面に対して手前側を上段、奥側を下段としてあり、プリズム２５等で構成される光学機構は筐体１１の下段側に配置されており、上段側の空間部分に上述した制御基板３３が配置される。このように光学機構と制御基板３３とが一部オーバラップすることで、筐体１１の高さＨを最小限にすることができる。
【００２９】
また、図５は、本発明の実施の形態１に係る接触式変位計１０の光学機構の概要を示す模式図である。図２に示すように本実施の形態１に係る接触式変位計１０は、レーザ、ＬＥＤ等の発光素子２１と、発光素子２１で発せられた光を平行光へ変換するレンズ２２とを保持した素子ホルダ２３を備えており、図４の光路４１に示すように、レンズ２２により変換された平行光は、ミラー２４を介してプリズム２５へ誘導される。プリズム２５へ誘導された光は、所定の方向へ偏向され、幅広な平行光として複数の受光素子、例えばＣＭＯＳ、ＣＣＤ等が所定の間隔で配列してあるラインセンサ（リニアセンサ）２６へ誘導される。
【００３０】
プリズム２５とラインセンサ２６との間には、移動する接触子１２に取り付けられている、板状のスケール部材２７が光路４１に対応するように配置されている。スケール部材２７は、複数の基準パターンと該基準パターンごとの固有情報とを含む所定のパターンが、光を透過する透過部及び遮光する遮光部の組み合わせとして、プリズム２５からの幅広な平行光と略直交する方向に取り付けられている。つまり、スケール部材２７の複数の基準パターンと該基準パターンごとの固有情報とを含む所定のパターンは、接触子１２の可動方向であるＸ方向に沿って形成されており、プリズム２５からスケール部材２７に向けて投射される平行光は、その光軸が接触子１２の可動方向であるＸ方向に直交し、Ｘ方向に沿って幅広である。
【００３１】
また、ラインセンサ２６を構成する複数の受光素子は、接触子１２の可動方向であるＸ方向に沿って配列されている。ラインセンサ２６の複数の受光素子は、スケール部材２７に照射された、プリズム２５にて変換された幅広な平行光の透過光を受光し、隣接する各受光素子の間隔が略等間隔になるよう配列されている。ラインセンサ２６は、透過部と遮光部との受光パターンを光電変換することにより得ることができる電気信号を、図３に示す制御基板（演算部）３３へ出力する。
【００３２】
図２に示すように、スケール部材２７は、接触子１２の中心軸（可動方向に沿った軸）から筐体１１の中央側にオフセットして設けられている。つまり、第１側面１７から遠ざかる方向にオフセットしている。ラインセンサ２６は、スケール部材２７がオフセットすることにより生成された空間に配置されている。つまり、ラインセンサ２６は、第１側面１７の近傍に第１側面１７に沿った状態で設けられている。
【００３３】
なお、スケール部材２７が接触子１２に取り付けられているのではなく、スケール部材２７を筐体１１に固着させ、ラインセンサ２６を接触子１２に取り付けても良い。いずれの場合であっても、接触子１２の筐体１１に対する相対移動が、スケール部材２７とラインセンサ２６との相対移動として反映される構成であれば、接触子１２の筐体１１に対する相対移動に対応した電気信号をラインセンサ２６から得られる。
【００３４】
図３に示す制御基板３３には、ＣＰＵ、メモリ等が搭載されており、ラインセンサ２６から出力された電気信号に基づいて、基準パターンのラインセンサ２６上での投影位置、及び基準パターンの固有情報を求め、投影位置及び固有情報に基づいて接触子１２の変位を算出する。制御基板３３は、上下方向に対し、発光素子２１、レンズ２２及びプリズム２５を含む光学機構の少なくとも一部とオーバーラップして設けられている。つまり、下段に発光素子２１、レンズ２２及びプリズム２５を含む光学機構が設けられ、上段に制御基板３３が設けられている。算出した変位に関する情報は、コネクタ部１５に接続される外部配線を介して、外部機器へ送信される。
【００３５】
送信される変位に関する情報が、変位に応じたアナログ電圧出力の場合、外部機器としては、アナログコントローラ、ＡＤ変換機能を備えたＰＬＣ等が該当し、送信される変位に関する情報が、独自に取り決められた信号で表される場合は、接触式変位計から送信される変位を表示したり、変位に対するしきい値を設定したり、変位が設定された閾値を超えたか否かの判定出力を出力するような専用のコントローラが該当する。
【００３６】
次に、図５を参照して、接触式変位計の光学機構について説明する。発光素子２１であるＬＥＤは、所定時間幅で所定周期のパルス光を投射する。ＬＥＤから投射された光のうち、略均一光とみなせる範囲の光はレンズ２２に向かい、他の光は図示しない遮光体により遮光される。略均一光とみなせる範囲の光は拡散光であり、この拡散光がレンズ２２により平行光に変換される。
【００３７】
レンズ２２により平行光に変換された光は、接触子１２の可動方向に沿った方向に進み、より詳細には、可動方向に沿った方向からやや接触子１２から遠ざかる方向に傾いて進む。レンズ２２により平行光に変換された光は、ミラー２４で反射し、プリズム２５に入射する。より詳しくは、レンズ２２により平行光に変換された光は、ミラー２４上のプリズム２５に対して最近傍部分で反射される。平行光が、ミラー２４とプリズム２５との間を、ミラー２４とプリズム２５との最近傍部分で反射しながら通過することで、ミラー２４をプリズム２５に近接して配置可能となる。
【００３８】
プリズム２５は、接触子１２の可動方向に対して傾いた第１の平面と、接触子１２の可動方向に沿って略平行な第２の平面とを有する。プリズム２５の第１の平面に入射した平行光は第２の平面から出射され、その結果、プリズム２５に入射された平行光は、接触子１２の可動方向に幅が拡張され接触子１２の可動方向と直交する方向に進む平行光に変換され、光路４１を形成する。
【００３９】
光路４１上には、接触子１２に接続されたスケール部材２７が配置されている。スケール部材２７には、複数の基準パターンと該基準パターンごとの固有情報とを含む所定のパターンと、各所定のパターン間に接触子１２の可動方向に略等間隔の透過部と遮光部とが所定の配列ピッチで交互に配列された格子部とが接触子１２の可動方向に沿って形成されている。透過部と遮光部とが所定の配列ピッチで交互に配列された格子部に平行光が照射される場合、格子部通過後の平行光は、回折の影響で格子部からの距離に応じた光強度分布（格子部に形成されたパターンとの相関度合い）の強弱が発生する。
【００４０】
フーリエイメージ面と呼ばれる、格子部から距離が所定の距離となる位置では、大きな光強度振幅をもつ格子部に形成されたパターンに対応した光像が形成される。このフーリエイメージ面は、格子部からの距離をＲ、隣接透過部間ピッチをｄ、平行光の波長をλとすると、Ｒ＝ｎｄ２／λ（ｎ＝１、２、・・・）で表わされる距離に形成される面である。ラインセンサ２６は、スケール部材２７上に形成された格子部に対してフーリエイメージ面が形成される位置に対応して配置されている。
【００４１】
このように本実施の形態１に係る接触式変位計は、発光素子２１、レンズ２２、ミラー２４、プリズム２５で構成される光学機構とすることにより、発光素子２１から発せられた光の光路４１の総距離を短くすることができ、光の幅を拡張する際に無駄となる光が少ない、つまり、不要光として遮光されてしまう光あるいは検出に使用されない光が少なくなることから発光強度の高い発光素子２１を選択する必要が無く、全体の容積を小さくすることができる。
【００４２】
また、従来はレンズ１枚で平行光へ変換していたが、レンズの周縁部ほど歪が大きくなることから正確な平行光へ変換することが困難となり、いきおい大口径レンズの中心部近傍の光を用いることになる。レンズの口径が大きくなった場合、収容する十分な容積が必要となることから筐体１１を小型化することが困難になる。また、表面粗度の影響を受けやすく、干渉光が生じやすいという問題もあった。
【００４３】
そこで、本実施の形態１では、レンズ２２により直接幅広な平行光へ変換するのではなく、プリズム２５により幅広な平行光へ変換している。このようにすることで、レンズ２２に大口径レンズを用いる必要がなく、収容するべき筐体１１の容積をより小さくすることができる。したがって、本実施の形態１によれば、筐体１１を可能な限り小さくすることができ、小型化された接触式変位計を提供することが可能となる。
【００４４】
なお、接触子１２は棒状であり、筐体１１に対して一方向に移動する場合に移動方向を中心軸とした回転運動が生じるおそれがある。接触子１２に回転運動が生じた場合、接触子１２に取り付けられているスケール部材２７又はラインセンサ２６の平行光に対する角度が変動することにより、正確に変位を計測することができないおそれがある。
【００４５】
斯かる問題点を解決するために、本実施の形態１に係る接触式変位計１０では、図３に示すように、接触子１２に、移動方向と略直交する方向に延伸し、先端がピン状である片持部材２９が設けてある。片持部材２９のピン状の先端は、接触子１２の移動方向に沿って設けられた長い溝部を有する固定部３０に嵌合されている。
【００４６】
図６は、本発明の実施の形態１に係る接触式変位計１０の片持部材２９及び固定部３０の構成を示す斜視図である。片持部材２９は、筐体１１の上段に配置されるように接触子１２に固定されている。片持部材２９は、接触子１２に対する回転モーメントに対抗するため、接触子１２からできるだけ離れた位置で固定部３０と摺動可能に接続されることが好ましい。したがって、固定部３０は、第１側面１７と対向する第２側面１８側に配置されている。
【００４７】
また、片持部材２９が接触子１２の移動に伴って筐体１１内を移動できるようにするため、筐体１１には片持部材２９の移動に対応した空間を設ける必要がある。この空間により、筐体１１に内蔵されるデバイスが分断されることがないよう、固定部３０は制御基板３３が形成される位置の反対側に配置されている。つまり、固定部３０は筐体１１の上段側であって制御基板３３の反対側の位置に固定され、溝部３１も筐体１１の上段側に形成されることになる。
【００４８】
さらに、固定部３０は、発光素子２１、レンズ２２及びプリズム２５を含む光学機構の少なくとも一部と上下方向にてオーバーラップするよう設けてもよく、同様に、片持部材２９の移動に対応した空間も、発光素子２１、レンズ２２及びプリズム２５を含む光学機構の少なくとも一部と上下方向にてオーバーラップするよう設けてもよい。つまり、筐体１１内は、複数段の層構成をなしており、下段に発光素子２１、レンズ２２及びプリズム２５を含む光学機構が配置され、上段に制御基板３３、片持部材２９及び固定部３０が配置されている。接触子１２と固定部３０とは、筐体１１に嵌め込むことが可能な形状となっており、片持部材２９のピン状の先端の移動を接触子１２の移動方向のみに規制することが可能な溝部３１が設けてある。溝部３１は、片持部材２９のピン状の先端が嵌合可能な幅を有しており、接触子１２の移動方向に延伸している。
【００４９】
このように、接触子１２にピン状の片持部材２９を設け、接触子１２の移動方向に沿った長い溝部３１に嵌合させることにより、接触子１２の移動に沿って片持部材２９も溝部３１に沿って移動する。一方、接触子１２に回転モーメントが付与された場合であっても、片持部材２９が溝部３１に当接することから、接触子１２は移動方向を中心軸として回転することができない。したがって、接触子１２を移動させた場合であっても接触子１２が回転することがなく、取り付けられているスケール部材２７又はラインセンサ２６の方向を常に一定方向となるよう維持することができ、ラインセンサ２６での受光精度を高めることが可能となる。
【００５０】
なお、片持部材２９の材質は、ステンレスの焼入れ鋼又は鉄の焼入れ鋼であり、本実施の形態１ではＳＵＳ４４０Ｃの焼入れ鋼を用いている。固定部３０の材質は、ガラス繊維を例えば４０％包含するポリフェニレルサルファイド（以下、ＰＰＳ）であることが好ましい。この組み合わせである場合、接触子１２の移動により片持部材２９と固定部３０の溝部３１との間で磨耗粉が発生しないが、他の組み合わせである場合には、種々の磨耗粉が発生しやすく、定期的な清掃が必要となる。
【００５１】
以上のように、片持部材２９をステンレスの焼入れ鋼又は鉄の焼入れ鋼で構成し、固定部３０はガラス繊維を包含するポリフェニレルサルファイドで構成することにより、接触子１２の移動に伴って、片持部材２９が溝部３１に沿って移動した場合であっても、溝部３１に磨耗粉が生じることがなく、内部清掃等のメンテナンスを行うことなく長期間使用することが可能となる。なお、焼入れ鋼の表面硬度はＨＲＣ５０以上であることがより好ましい。表面硬度はＨＲＣ５０以上であれば磨耗粉がほとんど生じないからである。
【００５２】
（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２に係る接触式変位計１０の光学機構近傍の配置を示す平面図である。図１乃至図３と同一の部品については同一の符号を付することにより詳細な説明は省略する。
【００５３】
図７に示すように、発光素子２１及びレンズ２２は、一体化された略方形の素子ホルダ２３に組み込まれており、素子ホルダ２３は、筐体１１に対しプリズム２５に最も近接した角部を回転中心２８として回転するための回転機構を有している。したがって、素子ホルダ２３が回転中心２８を中心として回転することにより、プリズム２５から出射される光の位置等を微調整することができる。
【００５４】
図８は、素子ホルダ２３の回転モーメントを比較するための模式図である。図８（ａ）は従来のように素子ホルダの略中心位置である対角線の交点２８'を回転中心とした場合を、図８（ｂ）は本実施の形態２のように筐体１１に対しプリズム２５に最も近接した角部を回転中心２８とした場合を、それぞれ示している。
【００５５】
素子ホルダ２３の角度調整は、薄板材を角度調整用の部材として使用し、薄板材を素子ホルダ２３と素子ホルダ左側の小突起との間に介装することにより行われる。図８（ａ）と図８（ｂ）とでは、回転中心の位置の相違によって回転半径が相違することから、回転半径Ｌ２が回転半径Ｌ１の略２倍である図８（ｂ）の方が、薄板材を１枚介装するごとに変化する角度が小さくなり、素子ホルダ２３の角度調整をきめ細かく行うことができる。薄板材の介装位置までの回転半径を大きくすることにより、薄板材の介装枚数の変更に伴う角度変化をより細かくすることが可能となる。
【００５６】
以上のように本実施の形態２によれば、プリズム２５に最も近接した角部を回転中心２８として回転することができるので、素子ホルダ２３の中心部を回転中心とする場合よりも回転する半径が大きくなり、角度調整用の薄板材を介装した場合の調整角度がちいさくなることから、素子ホルダ２３の角度調整をより厳密に行うことができる。したがって、小型であっても受光精度を高く維持するよう微妙な光路調整を行うことができ、変位を精度良く計測することが可能となる。なお、素子ホルダ２３の光出射方向に位置する２個の角部のうち、プリズム２５に最も近接した角部とは異なる角部に回転中心を設けるようにしても同様の効果を得ることができることは言うまでもない。
【００５７】
なお、光学機構としてプリズム２５を用いていることから、プリズム２５の入射側の表面にて入射光の反射光、散乱光等が生じる。斯かる反射光、散乱光等を放置しておいた場合、反射光、散乱光等が周囲の部品により反射を繰り返し、再度プリズム２５へ入射するおそれがある。再度入射する光の存在により、光の干渉等が生じるために変位が誤って計測される可能性が残されている。
【００５８】
そこで、本実施の形態２に係る接触式変位計１０では、プリズム２５の入射側の表面に向かって、反射光を収束させるための空間（ボイド）を形成するボイド壁部を設けてある。図９は、本発明の実施の形態２に係る接触式変位計１０のプリズム２５近傍に設けてあるボイド壁部の形状を示す平面図である。
【００５９】
図９に示すように、プリズム２５への入射光がプリズム２５の表面にて反射、散乱等してボイド壁部３２へ誘導される。ボイド壁部３２へ誘導された光は、ボイド壁部３２相互間で複数回反射を繰り返すよう、ボイド壁部３２の壁面の角度が設定されている。
【００６０】
ボイド壁部３２へ誘導された光は、ボイド壁部３２相互間で複数回反射を繰り返すうちに強度が減衰し、プリズム２５側へ漏れ出た場合であっても、変換されて出力される幅広な平行光との間で干渉を生じさせるまでの反射光強度を維持することができない。したがって、プリズム２５の入射側の表面で反射、散乱等した光を、プリズム２５とは異なる方向へ反射させる形状を有するボイド壁部３２を備えることで、プリズム２５の入射側の表面にて反射、散乱等した光が再度プリズム２５へ入射する程度が小さくなり、散乱光による干渉等が生じにくい。
【００６１】
例えば図９では、プリズム２５の表面に入射する光の反射光は、いずれもボイド壁部３２の第一壁部３２１へ誘導され、第一壁部３２１での反射により第二壁部３２２、第三壁部３２３等へと誘導され、直接的な反射光としてプリズム２５の入射側の表面に再度入射しないよう、壁部の角度が調整されている。すなわち、プリズム２５の反射光は、まず第一壁部３２１のいずれかの位置で反射するよう誘導され、第一壁部３２１の取付角度は、第一壁部３２１での反射光が第二壁部３２２のいずれかの位置、第三壁部３２３のいずれかの位置へ誘導される角度になるように設定されている。したがって、ラインセンサ２６にて変位が誤って計測されることを未然に防止することができ、変位を精度良く計測することが可能となる。なお、ボイド壁部３２の形状は図９に示す形状に限定されるものではなく、プリズム２５の入射表面で反射した光がプリズム２５へ直接的に再度入射するのを防止することができる形状であれば同様の効果が期待できる。
【００６２】
（実施の形態３）
図１０は、本発明の実施の形態３に係る接触式変位計１０のコネクタ部１５を含む斜視図である。接触式変位計１０の筐体１１は、内部の空気が外部へ漏れ出ることがないよう、通常は密閉されている。特に移動する接触子１２の差込部分については、円滑な移動を支持するべく、蛇腹状のカバー１３を設けることにより気密状態となっている。したがって、接触子１２が移動する場合、筐体１１の内部の空気が抵抗となって、正確な変位を計測することができない場合も生じうる。
【００６３】
そこで、図１０に示すように、外部配線と接続するコネクタ部１５に、接続用の複数の接続用ピン９１、９１、・・・に加えて、筐体１１の内部へ貫通された孔部９２を形成する。接触子１２が移動した場合には、筐体１１の内部の空気は、孔部９２を介してコネクタ部１５から外部へ排出する、又は外部の空気を取り入れることができる。
【００６４】
このように、外部配線と接続するコネクタ部１５に、筐体１１の内部と貫通された孔部９２を設けることにより、接触子１２が押し込まれた場合には、筐体１１の内部の空気が孔部９２から外部へ放出され、接触子１２が引き出された場合には、筐体１１の内部へ孔部９２から外部の空気が筐体１１の内部へ吸い込まれる。したがって、接触子１２の移動に対する空気抵抗を減じることができ、より正確に変位を計測することが可能となる。
【００６５】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内であれば多種の変形、置換等が可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る接触式変位計の外観を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る接触式変位計の筐体の内部部品の配置を示す平面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る接触式変位計の筐体の内部部品の配置を示す平面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る接触式変位計の光学機構の概要を示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る接触式変位計の筐体の内部部品の配置を示す、接触子の移動方向と直交する面での断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る接触式変位計の片持部材及び固定部の構成を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る接触式変位計の光学機構近傍の配置を示す平面図である。
【図８】素子ホルダの回転モーメントを比較するための模式図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る接触式変位計のプリズム近傍に設けてあるボイド壁部の形状を示す平面図である。
【図１０】本発明の実施の形態３に係る接触式変位計のコネクタ部を含む斜視図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０  接触式変位計
１１  筐体
１２  接触子
１３  カバー
１５  コネクタ部
２１  発光素子
２２  レンズ
２３  素子ホルダ
２４  ミラー
２５  プリズム
２６  ラインセンサ（リニアセンサ）
２７  スケール部材
２８  回転中心
２９  片持部材
３０  固定部
３１  溝部
３２  ボイド壁部
９２  孔部
【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】
2009236499.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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