JP4024600B2 - 枠多点固定タイプのユニット型直線変位測定装置、及び、その固定方法 - Google Patents
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Description
【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測長方向に延びる枠体を、３点以上の多点で対象物に固定するようにされた、枠多点固定タイプのユニット型直線変位測定装置、及び、その固定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械や産業機械等において、例えばフィードバック制御に用いるため、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、図１に示す如く、例えばガラス製のメインスケールが内部に収容されている、例えばアルミニウム製の長尺状の枠体１０と、該枠体１０に対して相対移動可能な、前記メインスケールを走査するインデックススケールを含むスライダを連結した検出ヘッド１４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のうち、図１に示したように、アルミニウム製の枠体１０を、例えば固定ねじ１２で相手機械に直接固定する、いわゆる枠多点固定タイプがある。
【０００４】
この枠多点固定タイプにおいては、枠体１０が相手面（図示省略）に接した状態で、３点以上（例えば５点）の多点で固定を行なうため、振動や衝撃等の外力に対して有利である。又、固定ねじ１２を一定ピッチで配置し、更に、枠体１０の全長に渡って例えばピッチ１００〜２５０ｍｍで固定位置を増やすことで、枠体１０の共振周波数の長さへの依存性を小さくできるという利点を有する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、主に鉄で構成された工作機械に、上記の全ての点を固定ねじ１２で完全に固定する固定方法を用いた場合、鉄とアルミニウムの線膨張係数の違いにより、ねじ固定部に温度変化に伴う熱応力が発生する。この熱応力により、枠体１０や内部のメインスケールに変形や歪みが発生し、精度を劣化させる。又、同じくねじ固定部に発生する熱応力により、相手面に対する枠体１０の位置に微小なずれが発生し、測長方向に対し位置の原点安定性が劣化する等の問題点を有していた。
【０００６】
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、振動や衝撃等の外力に対する優れた特性を維持しつつ、熱応力の発生を軽減することを課題とする。
【０００７】
【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、３点以上の多点で対象物に固定するようにされた、枠多点固定タイプのユニット型直線変位測定装置において、測長方向の一部を、対象物に完全に固定し、測長方向の他の部分を、枠体との間に弾性層が設けられ、該弾性層の厚みが、完全固定部から離れるほど、厚くなるようにされたブッシュを用いて、対象物に弾性的に固定するようにして、前記課題を解決したものである。
【０００８】
又、前記測長方向の一部を、複数の固定具を用いて、対象物に完全に固定するようにしたものである。
【００１０】
本発明は、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、３点以上の多点で対象物に固定するようにされた、枠多点固定タイプのユニット型直線変位測定装置の固定方法であって、測長方向の一部を、対象物に完全に固定し、測長方向の他の部分を、枠体との間に弾性層が設けられ、該弾性層の厚みが、完全固定部から離れるほど、厚くなるようにされたブッシュを用いて、対象物に弾性的に固定することを特徴とする枠多点固定タイプの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。
【００１１】
【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。
【００１２】
本発明の第１実施形態は、図２（正面図）、図３（図２のIII−III線に沿う横断面図）、図４（側面図）に示す如く、従来例と同様の枠多点固定タイプのユニット型リニアスケールにおいて、測長方向の中央部を、固定ねじ１２を用いて対象物に完全に固定する完全固定部２０とすると共に、測長方向の両端部を、図５に詳細に示す如く、枠体１０との間に弾性層３４が設けられたブッシュ３２を用いて、固定ねじ１２により固定する弾性固定部３０とするようにしたものである。
【００１３】
前記ブッシュ３２は、例えばステンレス等の金属製とされ、前記弾性層３４は、例えばシリコン接着剤やゴム系の樹脂で形成されている。
【００１４】
温度変化が発生した場合、従来通りの固定を行なう中央の完全固定部２０を基準にし、左右均等に枠体１０が伸縮する。このとき、弾性固定部３０では、枠体１０の長手方向の伸縮部分を弾性層３４の変化により吸収するため、熱応力の発生が低減される。
【００１５】
又、固定ねじ１２の締め付け力は、ブッシュ３２に発生しているため、枠体１０の相手接触面に発生する摩擦力が低減する。従って、温度変化による枠体１０の延びの挙動が安定し、精度劣化を低減することができる。
【００１６】
この際、枠体中央部は、固定ねじ１２による完全固定となるため、温度変化による相手機械と枠体１０の位置ずれが低減し、測長方向に対する機械的な原点安定性が向上する。なお、完全固定部を中央以外の任意の位置に設定することで、機械的な原点を任意に設定できる。
【００１７】
前記弾性固定部３０の弾性層３４は、その厚みｔ及び長さＬや材質、長手方向の配置数で、温度特性（延びの吸収量）や外力に対する強度を調節できる。
【００１８】
例えば図６に示す第２実施形態のように、完全固定部２０からの距離が異なる位置に複数の弾性固定部３０、３１が設けられている場合には、長手方向の吸収量が多くなる位置（即ち、完全固定部２０からより離れた位置）ほど、弾性層３４の厚みｔを厚くすることも可能である。
【００１９】
又、全長が例えば１ｍ以上の長いものについては、図７に示す第３実施形態のように、長手方向以外の方向の強度を考慮して、中央２点を完全固定部２０、２１とすることもできる。このとき、中央２点のピッチｐは、温度特性に対する実用上の影響を小さくできる範囲（相手が鉄であれば、最大３０ｍｍ程度）であれば問題ない。あるいは、図８に示す第４実施形態のように、上下方向の２点２０、２１で完全に固定したり、図９に示す第５実施形態のように、斜め方向の２点２０、２１で完全に固定することもできる。この第３乃至第５実施形態のように、２点で完全固定した場合には、枠体１０の回転を防ぐこともできる。
【００２０】
又、前記弾性層３４に、外力を減衰させる機能（ダンパー効果）を持たせることが可能となる。
【００２１】
又、固定ピッチを一定（例えばピッチ１００〜２５０ｍｍ）にし、枠体１０の長さに合わせて固定箇所を増やすことで、共振周波数の長さへの依存性を低減することができる。
【００２２】
更に、相手面８が図１０に示す如く、うねっていた場合、多点を完全固定してしまうと、枠体１０が相手面８に沿ってうねってしまう恐れがあるが、図１１に示す如く、弾性層３４の変形により、この相手面８のうねりも吸収して、枠体１０がうねらないようにすることができる。
【００２３】
【実施例】
アルミニウム製の枠体１０の全長が５００ｍｍであるリニアスケールにおいて、図１２に示すような温度変化があった場合の原点（中央部）の測長方向への位置変化を図１３に示す。温度変化による原点の位置変化は０であることが望ましい。しかしながら、全てを完全固定した従来例では、図１３に破線Ａで示すような原点の値の変動が発生する。これに対して、枠体の中央部１箇所を完全固定し、他の部分は、厚さｔ＝０．１５ｍｍ、長さＬ＝１４ｍｍの弾性層３４とステンレス製のブッシュ３２を用いて弾性固定した本発明の実施例では、図１３に実線Ｂで示す如く、完全固定部（中央部）が明確な原点となり、更に、弾性層による延びの吸収や相手面との間の摩擦の低減が可能となり、原点の位置変化が小さくなることが確認できた。
【００２４】
更に、振動数と振動による出力変動の関係の実験結果を図１４に示す。破線Ａで示す従来例、及び、実線Ｂで示す本発明の実施例、共に１０００〜１２５０Ｈｚ周辺に共振帯域が存在している。しかしながら、実施例の場合には、弾性層３４のダンパー効果により力が減衰されるため、アルミニウム枠体１０の振幅成分が小さくなり、結果として、出力の変動幅が問題の無いレベルまで小さくなっている。又、共振帯域についても、弾性固定部３０、３１の配置の長手方向ピッチを変えることで、調節が可能である。
【００２５】
なお、前記実施形態においては、枠体１０の材質がアルミニウムとされ、ブッシュ３２の材質がステンレスとされ、メインスケールがガラス製とされていたが、枠体やブッシュやメインスケールの材質は、これらに限定されない。又、弾性層３４も、シリコン接着剤やゴム系の樹脂に限定されない。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、振動、衝撃等の外力に対する強度を維持しつつ、熱応力を緩和することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】枠多点固定タイプのユニット型リニアスケールを示す斜視図
【図２】本発明の第１実施形態の全体構成を示す正面図
【図３】図２のIII−III線に沿う横断面図
【図４】同じく側面図
【図５】図３のＶ部拡大断面図
【図６】本発明の第２実施形態における完全固定部と弾性固定部の配置を示す平面図
【図７】同じく第３実施形態における完全固定部と弾性固定部の配置を示す平面図
【図８】同じく第４実施形態における完全固定部の配置を示す正面図
【図９】同じく第５実施形態における完全固定部の配置を示す正面図
【図１０】枠多点固定タイプの他の問題を説明するための縦断面図
【図１１】本発明より図１０の問題が解消される様子を示す拡大断面図
【図１２】実施例における温度変化を示すタイムチャート
【図１３】図１２に示した温度変化があった場合の、従来例と本発明の実施例における原点（中央部）の位置変化を比較して示すタイムチャート
【図１４】従来例と本発明の実施例における振動数と振動による出力変動の関係を比較して示す線図
【符号の説明】
１０…枠体
１２…固定ねじ
１４…検出ヘッド
２０、２１…完全固定部
３０、３１…弾性固定部
３２…ブッシュ
３４…弾性層
【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測長方向に延びる枠体を、３点以上の多点で対象物に固定するようにされた、枠多点固定タイプのユニット型直線変位測定装置、及び、その固定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械や産業機械等において、例えばフィードバック制御に用いるため、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、図１に示す如く、例えばガラス製のメインスケールが内部に収容されている、例えばアルミニウム製の長尺状の枠体１０と、該枠体１０に対して相対移動可能な、前記メインスケールを走査するインデックススケールを含むスライダを連結した検出ヘッド１４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のうち、図１に示したように、アルミニウム製の枠体１０を、例えば固定ねじ１２で相手機械に直接固定する、いわゆる枠多点固定タイプがある。
【０００４】
この枠多点固定タイプにおいては、枠体１０が相手面（図示省略）に接した状態で、３点以上（例えば５点）の多点で固定を行なうため、振動や衝撃等の外力に対して有利である。又、固定ねじ１２を一定ピッチで配置し、更に、枠体１０の全長に渡って例えばピッチ１００〜２５０ｍｍで固定位置を増やすことで、枠体１０の共振周波数の長さへの依存性を小さくできるという利点を有する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、主に鉄で構成された工作機械に、上記の全ての点を固定ねじ１２で完全に固定する固定方法を用いた場合、鉄とアルミニウムの線膨張係数の違いにより、ねじ固定部に温度変化に伴う熱応力が発生する。この熱応力により、枠体１０や内部のメインスケールに変形や歪みが発生し、精度を劣化させる。又、同じくねじ固定部に発生する熱応力により、相手面に対する枠体１０の位置に微小なずれが発生し、測長方向に対し位置の原点安定性が劣化する等の問題点を有していた。
【０００６】
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、振動や衝撃等の外力に対する優れた特性を維持しつつ、熱応力の発生を軽減することを課題とする。
【０００７】
【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、３点以上の多点で対象物に固定するようにされた、枠多点固定タイプのユニット型直線変位測定装置において、測長方向の一部を、対象物に完全に固定し、測長方向の他の部分を、枠体との間に弾性層が設けられ、該弾性層の厚みが、完全固定部から離れるほど、厚くなるようにされたブッシュを用いて、対象物に弾性的に固定するようにして、前記課題を解決したものである。
【０００８】
又、前記測長方向の一部を、複数の固定具を用いて、対象物に完全に固定するようにしたものである。
【００１０】
本発明は、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、３点以上の多点で対象物に固定するようにされた、枠多点固定タイプのユニット型直線変位測定装置の固定方法であって、測長方向の一部を、対象物に完全に固定し、測長方向の他の部分を、枠体との間に弾性層が設けられ、該弾性層の厚みが、完全固定部から離れるほど、厚くなるようにされたブッシュを用いて、対象物に弾性的に固定することを特徴とする枠多点固定タイプの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。
【００１１】
【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。
【００１２】
本発明の第１実施形態は、図２（正面図）、図３（図２のIII−III線に沿う横断面図）、図４（側面図）に示す如く、従来例と同様の枠多点固定タイプのユニット型リニアスケールにおいて、測長方向の中央部を、固定ねじ１２を用いて対象物に完全に固定する完全固定部２０とすると共に、測長方向の両端部を、図５に詳細に示す如く、枠体１０との間に弾性層３４が設けられたブッシュ３２を用いて、固定ねじ１２により固定する弾性固定部３０とするようにしたものである。
【００１３】
前記ブッシュ３２は、例えばステンレス等の金属製とされ、前記弾性層３４は、例えばシリコン接着剤やゴム系の樹脂で形成されている。
【００１４】
温度変化が発生した場合、従来通りの固定を行なう中央の完全固定部２０を基準にし、左右均等に枠体１０が伸縮する。このとき、弾性固定部３０では、枠体１０の長手方向の伸縮部分を弾性層３４の変化により吸収するため、熱応力の発生が低減される。
【００１５】
又、固定ねじ１２の締め付け力は、ブッシュ３２に発生しているため、枠体１０の相手接触面に発生する摩擦力が低減する。従って、温度変化による枠体１０の延びの挙動が安定し、精度劣化を低減することができる。
【００１６】
この際、枠体中央部は、固定ねじ１２による完全固定となるため、温度変化による相手機械と枠体１０の位置ずれが低減し、測長方向に対する機械的な原点安定性が向上する。なお、完全固定部を中央以外の任意の位置に設定することで、機械的な原点を任意に設定できる。
【００１７】
前記弾性固定部３０の弾性層３４は、その厚みｔ及び長さＬや材質、長手方向の配置数で、温度特性（延びの吸収量）や外力に対する強度を調節できる。
【００１８】
例えば図６に示す第２実施形態のように、完全固定部２０からの距離が異なる位置に複数の弾性固定部３０、３１が設けられている場合には、長手方向の吸収量が多くなる位置（即ち、完全固定部２０からより離れた位置）ほど、弾性層３４の厚みｔを厚くすることも可能である。
【００１９】
又、全長が例えば１ｍ以上の長いものについては、図７に示す第３実施形態のように、長手方向以外の方向の強度を考慮して、中央２点を完全固定部２０、２１とすることもできる。このとき、中央２点のピッチｐは、温度特性に対する実用上の影響を小さくできる範囲（相手が鉄であれば、最大３０ｍｍ程度）であれば問題ない。あるいは、図８に示す第４実施形態のように、上下方向の２点２０、２１で完全に固定したり、図９に示す第５実施形態のように、斜め方向の２点２０、２１で完全に固定することもできる。この第３乃至第５実施形態のように、２点で完全固定した場合には、枠体１０の回転を防ぐこともできる。
【００２０】
又、前記弾性層３４に、外力を減衰させる機能（ダンパー効果）を持たせることが可能となる。
【００２１】
又、固定ピッチを一定（例えばピッチ１００〜２５０ｍｍ）にし、枠体１０の長さに合わせて固定箇所を増やすことで、共振周波数の長さへの依存性を低減することができる。
【００２２】
更に、相手面８が図１０に示す如く、うねっていた場合、多点を完全固定してしまうと、枠体１０が相手面８に沿ってうねってしまう恐れがあるが、図１１に示す如く、弾性層３４の変形により、この相手面８のうねりも吸収して、枠体１０がうねらないようにすることができる。
【００２３】
【実施例】
アルミニウム製の枠体１０の全長が５００ｍｍであるリニアスケールにおいて、図１２に示すような温度変化があった場合の原点（中央部）の測長方向への位置変化を図１３に示す。温度変化による原点の位置変化は０であることが望ましい。しかしながら、全てを完全固定した従来例では、図１３に破線Ａで示すような原点の値の変動が発生する。これに対して、枠体の中央部１箇所を完全固定し、他の部分は、厚さｔ＝０．１５ｍｍ、長さＬ＝１４ｍｍの弾性層３４とステンレス製のブッシュ３２を用いて弾性固定した本発明の実施例では、図１３に実線Ｂで示す如く、完全固定部（中央部）が明確な原点となり、更に、弾性層による延びの吸収や相手面との間の摩擦の低減が可能となり、原点の位置変化が小さくなることが確認できた。
【００２４】
更に、振動数と振動による出力変動の関係の実験結果を図１４に示す。破線Ａで示す従来例、及び、実線Ｂで示す本発明の実施例、共に１０００〜１２５０Ｈｚ周辺に共振帯域が存在している。しかしながら、実施例の場合には、弾性層３４のダンパー効果により力が減衰されるため、アルミニウム枠体１０の振幅成分が小さくなり、結果として、出力の変動幅が問題の無いレベルまで小さくなっている。又、共振帯域についても、弾性固定部３０、３１の配置の長手方向ピッチを変えることで、調節が可能である。
【００２５】
なお、前記実施形態においては、枠体１０の材質がアルミニウムとされ、ブッシュ３２の材質がステンレスとされ、メインスケールがガラス製とされていたが、枠体やブッシュやメインスケールの材質は、これらに限定されない。又、弾性層３４も、シリコン接着剤やゴム系の樹脂に限定されない。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、振動、衝撃等の外力に対する強度を維持しつつ、熱応力を緩和することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】枠多点固定タイプのユニット型リニアスケールを示す斜視図
【図２】本発明の第１実施形態の全体構成を示す正面図
【図３】図２のIII−III線に沿う横断面図
【図４】同じく側面図
【図５】図３のＶ部拡大断面図
【図６】本発明の第２実施形態における完全固定部と弾性固定部の配置を示す平面図
【図７】同じく第３実施形態における完全固定部と弾性固定部の配置を示す平面図
【図８】同じく第４実施形態における完全固定部の配置を示す正面図
【図９】同じく第５実施形態における完全固定部の配置を示す正面図
【図１０】枠多点固定タイプの他の問題を説明するための縦断面図
【図１１】本発明より図１０の問題が解消される様子を示す拡大断面図
【図１２】実施例における温度変化を示すタイムチャート
【図１３】図１２に示した温度変化があった場合の、従来例と本発明の実施例における原点（中央部）の位置変化を比較して示すタイムチャート
【図１４】従来例と本発明の実施例における振動数と振動による出力変動の関係を比較して示す線図
【符号の説明】
１０…枠体
１２…固定ねじ
１４…検出ヘッド
２０、２１…完全固定部
３０、３１…弾性固定部
３２…ブッシュ
３４…弾性層
Claims (3)
- 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、３点以上の多点で対象物に固定するようにされた、枠多点固定タイプのユニット型直線変位測定装置において、
測長方向の一部が、対象物に完全に固定され、
測長方向の他の部分が、枠体との間に弾性層が設けられ、該弾性層の厚みが、完全固定部から離れるほど、厚くなるようにされたブッシュを用いて、対象物に弾性的に固定されていることを特徴とする枠多点固定タイプのユニット型直線変位測定装置。 - 前記測長方向の一部が、複数の固定具を用いて、対象物に完全に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の枠多点固定タイプのユニット型直線変位測定装置。
- 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、３点以上の多点で対象物に固定するようにされた、枠多点固定タイプのユニット型直線変位測定装置の固定方法であって、
測長方向の一部を、対象物に完全に固定し、
測長方向の他の部分を、枠体との間に弾性層が設けられ、該弾性層の厚みが、完全固定部から離れるほど、厚くなるようにされたブッシュを用いて、対象物に弾性的に固定することを特徴とする枠多点固定タイプのユニット型直線変位測定装置の固定方法。
Priority Applications (3)
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