(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
メインスケールが収容されている測長方向に延びる枠体を、測長方向端部に配した端部固定具により、対象物に固定するようにされたユニット型直線変位測定装置において、
前記端部固定具に、前記枠体の熱膨張を吸収可能な平行板ばね機構が設けられ、
該端部固定具で固定される前記枠体の端部に、該枠体端部の熱膨張と垂直な方向への曲がりを吸収可能な板ばね機構が設けられていることを特徴とするユニット型直線変位測定装置。
【請求項２】
メインスケールが収容されている測長方向に延びる枠体を、測長方向端部で対象物に固定するためのユニット型直線変位測定装置の端部固定具であって、
前記枠体の熱膨張を吸収可能な平行板ばね機構が設けられていることを特徴とするユニット型直線変位測定装置の端部固定具。
【請求項３】
請求項２に記載の端部固定具と剛性の高い固定具により、メインスケールが収容されている測長方向に延びる枠体を、対象物に固定することを特徴とするユニット型直線変位測定装置の固定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メインスケールが収容されている枠体に対して、該メインスケールに沿って移動するインデックススケールの相対移動量から長さ方向の移動量を検出する検出ヘッドが一体的に形成されているユニット型直線変位測定装置、その端部固定具、及び、これを用いた固定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械や産業機械等において、例えば制御に用いるために、相対移動する対象物（移動体）の直線変位を検出する装置として、メインスケールが収容されている長尺状の枠体と、該枠体に対して相対移動可能なインデックススケール等の検出部が収容されている検出ヘッドが一体的に形成されているユニット型リニアスケールが一般に用いられている。
【０００３】
このユニット型リニアスケールにおいては、一般的に、メインスケールをアルミニウム製の枠体に内蔵している。この枠体は、工作機械や産業機械等の主にステージ摺動部に、図１に示す如く、ねじ１２を用いて直接、多点で固定（多点固定タイプと称する）されたり、あるいは、図２に示す如く、ねじ１２により、取付け用の固定ブロック１４を介して、主に両端で固定（両端固定タイプと称する）される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、枠体１０がアルミニウム製であるのに対し、枠体が固定される相手部材は、主に鉄製であるため、周囲温度の変化により、次のような問題が発生する。
【０００５】
即ち、一般論として、相手部材の鉄は、線膨張係数１１×１０-6であるのに対し、アルミニウムの線膨張係数は、２３×１０-6である。鉄に対しアルミニウムが固定された状態では、この線膨張係数の違いにより、アルミニウムの伸びが規制され、熱応力が発生する。この熱応力により枠体に曲がりやねじりが発生し、更に、枠体内部のメインスケールがこれに倣うことで、精度が劣化する可能性がある。
【０００６】
特に、図２の両端固定タイプにおいては、枠体１０の曲がりやねじれが起こり易い構造となっているため、上記の傾向が顕著に発生する。
【０００７】
図３に、図２に示した両端固定タイプの固定機構と、周囲温度が上昇した場合の枠の曲がりの挙動の一例を示す。図３では、枠体１０と固定ブロック１４をねじ１６で完全に結合し、その固定ブロック１４をねじ１２（図２参照）で相手面（鉄）８に固定している。
【０００８】
この状態で周囲温度が上昇すると、枠体１０は、図の左右方向（Ｚ方向とする）に伸びようとし、その伸び量は相手面８よりも大きい。このとき、枠体１０の断面の、図の上方向（＋Ｙ方向とする）の位置は、比較的延び易いが、図の下方向（−Ｙ方向とする）は、固定ブロック１４により伸びを規制され、熱応力が発生する。更に、この熱応力は、断面のＹ方向に対し等分布な力では無いため、断面に対する曲げモーメントに変換され、＋Ｙ方向に枠体１０が曲がる。逆に周囲温度が下降した場合は、同じ理由で−Ｙ方向に枠体１０が曲がる。
【０００９】
このように枠体１０が曲がると、その内部のメインスケールも曲がり、精度劣化に繋がる。更に、熱応力が枠体１０と固定ブロック１４の締結力を越えると、結合部のずれが発生し、相手面８との相対的な位置変化が変化する。これは原点の不安定要因となって、温度に対する測定値の再現性が劣化する等の問題点を有していた。
【００１０】
このような枠体の延びを吸収する機構として、特開平８−１４８１９には、図４に示すような端部固定具１８を両端に設けることが記載されている。この端部固定具１８において、Ｚ方向の剛性を求める重要な寸法は、ｔとＬである。最近の小型化の要求に伴い、Ｌの寸法を小さくする必要があり、その状態で熱応力の発生を小さくするためには、ｔも小さくする必要がある。この場合、振動などの外力に耐える十分な剛性が得られない。
【００１１】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、剛性を確保しつつ、周囲温度の変化による枠体の伸びを確実に吸収して、熱応力の発生を低減させることを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、メインスケールが収容されている測長方向に延びる枠体を、測長方向端部に配した端部固定具により、対象物に固定するようにされたユニット型直線変位測定装置において、前記端部固定具に、前記枠体の熱膨張を吸収可能な平行板ばね機構を設けると共に、該端部固定具で固定される前記枠体の端部に、該枠体端部の熱膨張と垂直な方向への曲がりを吸収可能な板ばね機構を設けることにより、前記課題を解決したものである。
【００１３】
又、メインスケールが収容されている測長方向に延びる枠体を、測長方向端部で対象物に固定するためのユニット型直線変位測定装置の端部固定具であって、前記枠体の熱膨張を吸収可能な平行板ばね機構が設けられていることを特徴とする端部固定具を提供するものである。
【００１４】
本発明、又、前記端部固定部と剛性の高い固定具により、メインスケールが収容されている測長方向に延びる枠体を、対象物に固定することを特徴とするユニット型直線変位測定装置の固定方法を提供するものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１６】
本実施形態は、図５に示す如く、枠体１０の中央部を、剛性の高い中間固定ブロック２０で相手面（図示省略）に固定し、測長方向両端部を端部固定ブロック２２で固定する際に、該端部固定ブロック２２に、図６に詳細に示す如く、前記枠体１０のＺ方向への熱膨張を吸収可能な平行板ばね機構２４を設けると共に、該端部固定ブロック２２で固定される前記枠体１０の端部に、該枠体端部の熱膨張と垂直なＹ方向への曲がりを吸収可能な板ばね機構１１を設けたものである。
【００１７】
前記端部固定ブロック２２の平行板ばね機構２４は、端部固定ブロック２２に切欠き２２Ａ及び空所２２Ｂを設けて、上下方向に伸びる２枚の板ばね２４Ａ、２４Ｂを形成することにより構成されている。
【００１８】
又、前記枠体１０の板ばね機構１１は、枠体１０の端部を薄くして、左右方向に伸びる板ばね１１Ａを形成することにより構成されている。
【００１９】
前記中間固定ブロック２０としては、端部固定ブロック２２の平行板ばね機構２４や枠体１０の板ばね機構１１よりも圧倒的に剛性の高いものが使用される。
【００２０】
前記枠体１０は、その両端に前記端部固定ブロック２２をねじで固定し、中央に前記中間固定ブロック２０をねじで固定し、この３個のブロック２０、２２を、図５に示す如く、相手面（図示省略）に固定することによって固定される。
【００２１】
以下、図７を参照して、本実施形態の作用を説明する。
【００２２】
例えば周囲温度が上昇した場合、次のような機械的挙動が起こる。即ち、両端に対し中央部の方が圧倒的に剛性が高いため、枠体１０は中央に対し左右均等に延びる。従って、枠体１０の延びの基点が設定され、温度変化に対する原点の安定性が向上し、挙動の再現性が向上する。これは、左右の板ばね機構１１、２４のばね定数のばらつき等により、左右両端の相対的な剛性が違った場合でも有効である。
【００２３】
又、枠体１０の延びを、端部固定ブロック２２に配置した平行板ばね機構２４の板ばね２４Ａ、２４Ｂの撓みで吸収するため、熱応力の発生を低減させることができる。端部固定ブロック２２の平行板ばね機構２４は、平行板ばねであるため、枠体１０の伸びが発生すると、測長方向以外の方向（図７の上方向）にも変位が発生する。しかし、その変位は、枠体１０両端の板ばね機構１１の板ばね１１Ａの撓みで吸収されるので、枠体１０の中央を基点とした曲がりは発生しない。従って、温度変化による枠の曲がりや歪発生が低減され、温度変化による精度劣化や枠体のずれが低減し、原点の安定性が向上する。
【００２４】
又、前記端部固定ブロック２２の板ばね２４Ａ、２４Ｂは、平行板ばねの構造であるため、測長方向以外の方向に対する剛性低下を最小限に抑えることができる。従って、耐振動特性等、外力に対する特性を維持した上で、更に温度特性を向上させることができる。
【００２５】
なお、中間固定ブロック２２の配設位置は枠体１０の中央に限定されず、任意の位置に設定して、その位置を枠体１０の伸びの基点に設定することができる。
【００２６】
【実施例】
相手部材の材質が鉄であり、周囲温度が２０℃から４０℃に変化したとき、全長Ｌ0＝５３０ｍｍの枠体１０の延びを吸収し、その曲がりを低減させるために、枠体１０の端部固定ブロック２２の材質はアルミニウムとし、図６の寸法Ｌ1＝４．５ｍｍ、Ｔ1＝２ｍｍ、Ｌ2＝１３ｍｍ、Ｔ2＝１．２ｍｍとした。
【００２７】
鉄の相手面８に固定した状態で、周囲温度を２０℃→３０℃→４０℃に変化させたときの、枠体１０の曲がりの変化を調査した結果を図８及び図９に示す。従来の固定機構を用いた図８では、周囲温度の上昇により、図３の＋の方向の曲がりが８０〜９０μｍ発生している。これに対して、本発明の実施形態を用いた図９では、曲がりの変化が１０〜２０μｍ程度であり、従来の１／４程度まで向上していることが確認できた。
【００２８】
以上、本発明について具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に示したものに限られるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００２９】
例えば、枠体や固定ブロックの材質はアルミニウムに限定されない。又、剛性の高い中間固定ブロックで中間を固定し、本発明に係る端部固定ブロックで両端を固定するのではなく、剛性の高い固定ブロックで一端を固定し、本発明に係る端部固定ブロックで他端を固定しても良い。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、周囲温度の変化による枠体の曲がりや歪の発生を低減すると共に、相手面との相対的な位置関係のずれを低減することができる。従って、周囲温度の変化による精度劣化を低減すると共に、機械的な挙動に関する信頼性を向上することができる等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ユニット型リニアスケールの従来の取付け法の一例である多点固定タイプを示す斜視図
【図２】同じく他の例である両端固定タイプを示す斜視図
【図３】従来の問題点を説明するための正面図
【図４】特開平８−１４８１９で提案された端部固定具を示す正面図
【図５】本発明の実施形態における固定方法を示す斜視図
【図６】前記実施形態の要部構成を示す拡大正面図
【図７】同じく作用を示す拡大正面図
【図８】従来の固定機構を用いた場合で周囲温度が変化したときの枠体の曲がり変化の例を示す線図
【図９】本発明の実施形態を用いた場合で周囲温度が変化したときの枠体の曲がり変化の例を示す線図
【符号の説明】
８…相手面
１０…枠体
１１…板ばね機構
１１Ａ、２４Ａ、２４Ｂ…板ばね
１２、１６…ねじ
２０…中間固定ブロック
２２…端部固定ブロック
２４…平行板ばね機構
【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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