JP5163526B2 - スケールの製造方法、およびスケール - Google Patents

Description

本発明は、スケールの製造方法、およびスケールに関し、特に、耐摩耗性を向上させたスケールの製造方法、およびスケールに関する。

リニアエンコーダーは、長尺帯状のスケール基材の表面に一定間隔で複数形成されたパターン部を、検出ヘッド（センサー）で読み取ることにより、測定対象物の位置や移動距離の測定を行う。例えば、液体噴射装置の一種であるインクジェット式記録装置（プリンター）で用いられるリニアエンコーダーは、キャリッジに搭載されたインクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッドの一種。以下、記録ヘッドという。）の主走査方向の移動位置や速度を検出するように構成されている（例えば、特許文献１参照）。また、記録紙などの記録媒体を無端ベルト（搬送ベルト）などで搬送する構成の場合（例えば、特許文献２参照）、この無端ベルトに添設されたリニアエンコーダーによって記録媒体の搬送量を検出する。さらに、リニアエンコーダーの検出信号は、記録ヘッドで液体を吐出する駆動源（圧力発生手段）を駆動するための駆動信号の発生タイミングを規定する。

特開２００６−１９２８９２号公報 特開２００６−１８７８７２号公報

従来のリニアスケールは、スケール基材の表面に印刷や蒸着等でパターン部を形成するのが一般的であった。このような従来のリニアエンコーダーでは、リニアスケールのパターン部印刷面にセンサーや制御信号を送るためのケーブル等が接触するなどしてパターン部が磨耗したり剥がれたりする虞があった。これにより、パターン部をセンサーが検出できなくなり、その結果、正常な検出動作が阻害されるおそれがあった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、耐摩耗性を向上させることが可能なスケールの製造方法、およびスケールを提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、スケール基材の表面上にパターン基材を積層した状態でパターン基材をスケール基材に向けてプレス加工で打ち抜き、打ち抜いたパターン基材の少なくとも一部をスケール基材の肉厚内に埋め込み保持させることでパターン部を形成したことを特徴とする。
また、本発明は、前記パターン部を一定間隔で複数列設して検出用パターンを形成する構成に好適である。
そして、前記打ち抜きは、前記スケール基材の位置に応じて、少なくとも互いに異なる２通りの打ち抜きを所定の順序で行うこともできる。

上記構成によれば、スケール基材の表面上にパターン基材を積層した状態でパターン基材をスケール基材に向けてプレス加工で打ち抜き、打ち抜いたパターン基材をスケール基材の肉厚内に埋め込み保持させることでパターン部を形成するので、従来よりもパターン部の耐摩耗性を向上させることが可能となる。即ち、例えば、検出用パターンが他の部品等に接触した場合におけるパターン部の磨耗や剥離を抑制することができる。その結果、エンコーダーの検出精度の低下を防止することが可能となる。また、耐久性をより確実に向上させることができる。

また、上記構成において、パターン部の全体をスケール基材の肉厚内に埋め込むことが望ましい。

この構成によれば、パターン部の全体をスケール基材の肉厚内に埋め込むことで、耐摩耗性を一層向上させることが可能となる。

そして、前記スケール基材の表面からパターン部の表面までの深さが複数種類異なり、且つこの複数種類の深さが所定の順番で繰り返されて深さが異なるパターン部から構成されてもよい。

この様に、検出用パターンを、深さが異なる複数種類のパターン部を所定の順番で配置し、この配置を繰り返して構成すると、パターン部の種類に適合したセンサーを使用できるので、センサーの特性を加味して使用環境に応じて適合するものを使用できる。また、例えば、３種類以上のパターン部を所定の順番で配置すれば、スケールの相対的移動の方向が判別可能となる。

プリンターの構成を説明する概略平面図である。 プリンターの構成を説明する概略側面図である。 図１における領域Ａの拡大図である。 図１におけるＢ−Ｂ線断面図である。 プレス機構の構成を説明する要部断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、パターン部の形成工程を説明する模式図である。 パターン部の深さを異ならせて検出用パターンを構成したリニアスケールの他の実施形態の一部欠截平面図である。 パターン部の金属素材を異ならせて検出用パターンを構成したリニアスケールの他の実施形態の一部欠截平面図である。 パターン部の色彩を異ならせて検出用パターンを構成したリニアスケールの他の実施形態の一部欠截平面図である。 パターン部を磁性体と非磁性体として両者を交互に配置して検出用パターンを構成したリニアスケールの他の実施形態の一部欠截平面図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下の説明では、本発明におけるスケール（リニアスケール）およびこれを備えるエンコーダー装置（リニアエンコーダー）を、インクジェット式記録装置（以下、単にプリンターという）に適用した場合の構成を例示する。

図１は、プリンター１の構成を説明する概略平面図、図２は、プリンター１の構成を説明する概略側面図である。また、図３は、図１における領域Ａの拡大図、図４は、図１におけるＢ−Ｂ線断面図である。このプリンター１は、記録紙１４（記録媒体の一種）の搬送方向に沿って複数配設された記録ヘッド２（２ａ〜２ｄ）と、記録紙１４を搬送ベルト３に供給する給紙ローラー１０と、給紙ローラー１０を駆動する給紙モーター９と、搬送ベルト３によって記録紙１４を搬送する搬送機構１６と、リニアスケール１３と検出ヘッド７（本発明におけるセンサに相当）からなるリニアエンコーダーと、を備えて概略構成されている。本実施形態におけるプリンター１は、記録の際に記録紙１４の搬送のみを行い、記録ヘッド２の移動を伴わない所謂ラインヘッド型インクジェット記録装置である。

給紙ローラー１０は、搬送機構１６の上流側に配設され、図示しない給紙部から給紙された記録紙１４を挟持した状態で互いに反対方向に同期回転可能な上下一対のローラー１０ａ，１０ｂ（図２参照）により構成されている。この給紙ローラー１０は、給紙モーター９からの動力で駆動され、図示しないスキュー補正ローラーと共働して記録紙１４の搬送方向に対する傾き及び搬送方向に直交する方向の位置ずれを補正してから、この記録紙１４を搬送機構１６側に供給するように構成されている。

搬送機構１６は、搬送ベルト３の駆動源である搬送モーター１２と、搬送モーター１２から動力が伝達される駆動ローラー４と、駆動ローラー４よりも上流側に配設された従動ローラー５と、駆動ローラー４及び従動ローラー５の間に張設される無端状の搬送ベルト３と、搬送ベルト３に張力を付与するテンションローラー６（図２参照）と、記録紙１４を搬送ベルト３側に押圧する圧接ローラー１１（図２参照）と、搬送ベルト３を帯電させるベルト帯電部２０（図２参照）とにより構成されている。テンションローラー６は、駆動ローラー４と、従動ローラー５との間に配設され、搬送ベルト３に内接し、ばね等の付勢部材の付勢力により搬送ベルト３に張力を付与している。また、圧接ローラー１１は、搬送ベルト３を挟んで従動ローラー５の直上に配設され、搬送ベルト３に当接している。

ベルト帯電部２０は、帯電ローラー８と、帯電用電源１５とを備えている。帯電ローラー８は搬送ベルト３を挟んで従動ローラー５の上流側下方に配設され、搬送ベルト３に当接している。帯電用電源１５は、帯電ローラー８と導通接続されており、帯電ローラー８に交流電圧を印加する。なお、従動ローラー５は、図２に示すように、接地されており、搬送ベルト３を挟んで対向する帯電ローラー８に対する対向電極となっている。このベルト帯電部２０は、帯電用電源１５が帯電ローラー８を介して搬送ベルト３に電荷を供給し搬送ベルト３を帯電させる。そして、帯電された搬送ベルト３に載置される記録紙１４には、誘電分極が発生し、搬送ベルト３との間に静電吸着力が作用する。さらに、圧接ローラー１１は、帯電された搬送ベルト３に載置される記録紙１４を搬送ベルト３に押し付けて、記録紙１４の搬送ベルト３に対する密着性を高める。

図１および図４に示すように、搬送ベルト３の外周面には、リニアスケール１３がベルト全周に渡って配設されている。このリニアスケール１３は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の合成樹脂からなるスケール基材１７に検出用パターン１９をスケール基材１７の長手方向に沿って配列して構成されている。図３に示すように、検出用パターン１９は、後述する検出ヘッド７の検出光を反射する材質からなるパターン部１８を記録紙搬送方向に一定間隔で複数列設して構成されている。なお、本実施形態において、各パターン部１８は、例えばステンレス鋼等の金属製の薄手の板材（後述するパターン基材１８´）から作製されており、記録紙搬送方向に１８０ＬＰＩ（Lines Per Inch）のピッチで配列されている。また、パターン部１８の厚さは、スケール基材１７よりも薄く、例えば、スケール基材１７の厚みの１／３〜１／２程度となっている。

図４に示すように、スケール基材１７は、その幅が搬送ベルト３の幅に揃えられており、搬送ベルト３の全面を覆うように設けられている。検出用パターン１９は、スケール基材１７の幅方向一端部（図１において下側、図４において左側）であって、最大サイズの記録紙１４から外れた位置に形成されている。そして、この検出用パターン１９を構成する各パターン部１８は、スケール基材１７の肉厚内に埋め込まれている。この点については後述する。

検出ヘッド７は、発光素子及び受光素子を備えた反射型の光学式センサーで構成され、搬送ベルト３のスケール基材１７の検出用パターン１９に対向する位置でスケール基材１７との間に隙間を保って配設されている。この検出ヘッド７は、発光素子から搬送ベルト３に向けて出力された検出光がパターン部１８によって反射され、反射された検出光が受光素子に入力されることによりパターン部１８を検出する。つまり、検出ヘッド７からの出力信号（以下、エンコーダー信号と呼ぶ）は、検出光が受光素子に入力されると、ＬｏレベルからＨｉレベルにパルス状に変化してＯＮ状態となる。そして、検出光がパターン部１８から外れてスケール基材１７で乱反射したり、スケール基材１７に吸収されたりすると、エンコーダー信号は、ＨｉレベルからＬｏレベルにパルス状に変化してＯＦＦ状態となる。そして、このエンコーダー信号は、プリンター１の図示しない制御部に出力される。したがって、制御部は、このエンコーダー信号に基づいて、搬送機構１６（搬送ベルト３）による記録紙１４の搬送量を把握することができる。また、このエンコーダー信号は、記録ヘッド２の圧力発生手段を駆動するための駆動信号の発生タイミングを規定する。

記録ヘッド２は、図１に示すように、イエロー（Ｙ）色のインクを吐出（噴射）するイエロー記録ヘッド２ａと、マゼンタ（Ｍ）色のインクを吐出するマゼンタ記録ヘッド２ｂと、シアン（Ｃ）色のインクを吐出するシアン記録ヘッド２ｃと、ブラック（Ｋ）色のインクを吐出するブラック記録ヘッド２ｄとから構成されている。各色の記録ヘッド２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄのノズル面２１（図２参照）には、複数のノズル（図示せず）が記録紙１４の紙幅以上の長さに亘って配列形成されている。これらの記録ヘッド２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、ノズル面２１を記録紙１４に向けて、且つノズル面２１と記録紙１４との間に一定の隙間を保って配設されている。ここで、記録ヘッド２のインク吐出方式には、静電アクチュエーター方式、ピエゾ方式、膜沸騰方式などを採用することができる。

次に、リニアスケール１３の製造方法について説明する。
図５は、スケール基材１７に検出用パターン１９を形成するためのプレス機２５の構成を説明する要部断面図である。例示したプレス機２５は、台座（定盤）２６、ストリッパープレート２７、パンチホルダー２８、及び、パンチ２９等を備えて構成されている。パンチ２９は、パターン部１８の形成間隔の整数倍（例えば、２倍）の間隔で複数設けられている。ストリッパープレート２７は、コイルスプリングなどの付勢部材を巻装したストリッパーボルト（図示せず）によって下方、即ち、台座２６側に付勢された状態でパンチホルダー２８に対して相対的に近接・離隔可能に取付けられている。

ストリッパープレート２７には、パンチ２９が挿通されるガイド穴３０が開設されている。このストリッパープレート２７のガイド穴３０に胴部２９ｂを挿通し、パンチ先端部２９ａを下方に向けた状態で、複数のパンチ２９がパンチホルダー２８に取付けられている。このパンチホルダー２８は、台座２６に対して上下動可能に構成されている。

スケール基材１７に検出用パターン１９を形成するには、まず、台座２６の上面にスケール基材１７を配置する。このスケール基材１７の上面に、パターン部１８の材料であるパターン基材１８´を載置する。このパターン基材１８´は、上述したように薄手の金属製板材である。そして、この状態でパンチホルダー２８を台座２６側に向けて下降させる。すると、まずストリッパープレート２７の下面がパターン基材１８´の表面（上面）に当接する。その後、コイルスプリングの付勢力に抗しながらパンチホルダー２８をさらに下方に押し下げると、ストリッパープレート２７のガイド穴３０に案内されつつ、図６（ａ）に示すように、パンチ２９（パンチ先端部２９ａ）がパターン基材１８´の表面側から裏面側に向けて押し込まれる。この際、パンチ２９は、パターン基材１８´の素材の一部を流動させながら内部に進入し、このパンチ２９からの押圧力を受けたパターン基材１８´の一部が、スケール基材１７の弾性力に抗しつつパターン基材１８´の裏面側に押し出されて膨隆部３３となる。

続いて、図６（ｂ）に示すように、スケール基材１７の弾性力に抗しながら、パンチ２９をスケール基材１７の肉厚方向の奥側（下側）へさらに押し込む。このときのパターン基材表面からパンチ下死点までの距離、即ち、スケール基材内へのパンチ２９の押し込み量は、パターン基材１８´の厚さの２倍以上であることが望ましい。これにより、膨隆部３３がパターン基材１８´の本体から完全に離脱して打ち抜かれ、スケール基材１７の肉厚内に埋め込まれる。

その後、パンチホルダー２８を上昇させる。すると、下方に付勢されたストリッパープレート２７がパターン基材１８´に圧接したまま、パンチ２９がスケール基材１７およびパターン基材１８´から引き抜かれる。その後、パンチホルダー２８が上死点に戻るにつれて、ストリッパープレート２７がパターン基材１８´の表面から上方に離れる。そして、図６（ｃ）に示すように、スケール基材１７の肉厚内には、膨隆部３３だった部分がパターン部１８として埋め込まれて保持される。これにより、接着や蒸着によらずスケール基材１７にパターン部１８を形成することができる。また、雌型（ダイ）を用いる必要がないので、プレス機を簡素化することができる。

以上のようにして、パターン基材１８´とスケール基材１７とを積層状態で順次送りながらスケール基材１７にパターン部１８を規定間隔Ｈ（本実施形態においては１８０ＬＰＩ）で形成していく。これにより、図３に示すように、スケール基材１７に複数のパターン部１８が規定間隔Ｈで一列に列設されてストライプ状の検出用パターン１９が形成される。

このように、スケール基材１７の表面上にパターン基材１８´を積層した状態でパターン基材１８´をスケール基材１７に向けてプレス加工で打ち抜き、打ち抜いたパターン基材１８´をスケール基材１７の肉厚内に埋め込み保持させることでパターン部１８を形成するので、検出用パターン１９を構成するパターン部１８の耐摩耗性を従来よりも向上させることが可能となる。即ち、例えば、制御信号を伝送するためのケーブルや帯電ローラー８等のプリンター１の構成部品に検出用パターン１９が接触した場合におけるパターン部１８の磨耗や剥離を抑制することができる。これにより、リニアエンコーダーの検出精度の低下を防止することが可能となる。

なお、パターン部１８の全体がスケール基材１７の肉厚内に埋め込まれることが望ましい。これにより、耐摩耗性を一層向上させることができる。しかしながら、必ずしもパターン部１８の全体がスケール基材１７の肉厚内に埋め込まれていなくても良く、パターン部１８の少なくとも一部がスケール基材１７の肉厚内に埋め込まれていれば、従来よりも耐摩耗性を向上させることができる。

また、上記実施形態においては、スケール基材１７とパターン部１８との間で光学反射率を変えた反射型光学スケールを例示したが、これには限られない。例えば、スケール基材１７の表面（上面）に対してパターン部１８を窪ませる又は突出させることによる凹凸を利用したスケール、或いは、パターン部１８を着磁させることによる磁気スケール、又は、スケール基材１７を透光性とする一方、パターン部１８を遮光性とする透過型光学スケール等を採用することができる。また、リニアスケール１３の構成に応じて、検出ヘッド７として接触式、磁気式、光学式など運用条件に合わせていずれかの方式のものを選択することができる。
要するに、パターン部１８を検出することができるセンサーを適宜に選択して両者を組み合わせれば、使用目的に適した使用形態となる。以下、パターン部１８の他の実施形態と併せて説明する。

まず、パターン部１８の全体をスケール基材１７の肉厚内に埋め込む場合に、検出用パターン１９は、スケール基材１７の表面からパターン部１８の表面までの深さを複数種類異ならせ、且つこの複数種類の深さを所定の順番で１つずつ設定し、この順番通りに繰り返して深さを異ならせたパターン部１８から構成してもよい。例えば、図７に示すように、スケール基材１７の表面からパターン部１８の表面までの深さｄが０．１ミリ、０．２ミリ、０．３ミリというように異なる３つのパターン部１８ｄ１，１８ｄ２，１８ｄ３を深さの小さいものから大きいものへ順に所定の間隔Ｈで配置し、この順番を繰り返すことにより検出用パターン１９を構成してもよい。なお、異なる深さの種類は、前記した３種類に限定されるものではないし、深さの数値も適宜設定することができる。

この様に、深さを異ならせたパターン部１８を所定の順番で配置して検出用パターン１９を構成すると、光学式センサーによりパターン部１８を検出することができると共に各パターン部１８の深さｄを検出することができ、検出したパターン部１８の深さｄの順番に基づいてセンサーとの相対的移動方向を検出することができる。即ち、固定したセンサーにより移動中の検出用パターン１９のパターン部１８を検出して、その検出信号が深さの浅いものから深いものへと順に検出した場合には、図７（ａ）中の矢印で示す左側方向に移動していると判断することができ、深いものから浅いものへと順に検出した場合には逆方向であると判断することができる。

センサーとの相対的移動方向を検出可能とするには、前記した深さを３種類異ならせたパターン部１８を埋め込むものに限らず、３種類以上の異なる情報を持たせたパターン部１８を使用すればよく、４種類や１０種類などでもよい。例えば、図８に示す検出用パターン１９の他の実施形態は、組成（素材）が異なる複数種類の金属製のパターン部１８を所定の順番で１つずつ選択し、この順番通りに繰り返して配置することにより構成されている。具体的には、ステンレス製のパターン部１８ｓｕｓ、その右隣に銅製のパターン部１８ｃｕ、その右隣にアルミニューム製のパターン部１８ａｌというように３種類の異なる金属製のパターン部１８を前記した所定の順番で繰り返して配置する。この様に構成しても、前記した実施形態と同様に、移動方向を判別することができる。なお、金属の組成は前記したものに限定されるものではなく、また、種類の数も３種類に限らず適宜設定することができる。

また、検出用パターン１９は、色彩が異なる複数種類のパターン部１８を所定の順番で１つずつ選択し、この順番通りに繰り返して配置してもよい。具体的には、図９に示すように、赤色のプラスチック製パターン部１８ｒ、その右隣に白色のプラスチック製パターン部１８ｗ、その右隣に黄色のプラスチック製パターン部１８ｙというように３種類の異なる色彩のプラスチック製のパターン部１８を前記した所定の順番で繰り返して配置する。この様に構成しても、前記した実施形態と同様に、移動方向を判別することができる。なお、色彩は前記したものに限定されるものではなく、また、色彩の種類の数も３色に限定されずに適宜設定することができる。

さらにまた、図１０に示すように、鉄やニッケル等の磁性体からなるパターン部１８ｍとアルミニューム等の非磁性体からなるパターン部１８ｕとを所定の間隔Ｈで交互に配置して検出用パターン１９を構成してもよい。この様な検出用パターン１９では、高速時には磁気センサーで磁性体製のパターン部１８ｍを検出し、低速時には光学式センサーで両方の検出用パターン部１８ｍ，１８ｕを検出するなどして速度に応じて使い分けても良い。

また、パターン部１８の形状は、図３に例示したスリット状には限定されない。例えば、円形状や正方形状等、種々の形状のものを採用することができる。

そして、以上では、搬送ベルト３による記録紙の搬送量を検出するリニアエンコーダーを例に挙げて説明したが、勿論、本発明に係るリニアエンコーダー（リニアスケール）を他の用途に用いることができる。例えば、記録ヘッドを往復移動させながら記録を行う構成のプリンターの場合、この記録ヘッドの主走査方向の移動位置や速度を検出するためのリニアエンコーダーとして用いることも可能である。
また、スケールの形状も長尺状に限られるものではなく、円盤状などその他の形状であっても良い。
さらに、エンコーダーを備えたエンコーダー装置は、プリンターでなくても、移動を行う移動部を備え、その移動部の位置や速度を測定する必要がある装置であればよい。

１…プリンター，２…記録ヘッド，３…搬送ベルト，７…検出ヘッド，１３…リニアスケール，１４…記録紙，１６…搬送機構，１７…スケール基材，１８…パターン部，１９…検出用パターン，２５…プレス機，２６…台座，２７…ストリッパープレート，２８…パンチホルダー，２９…パンチ，３０…ガイド穴，３３…膨隆部

Claims (5)

1. スケール基材の表面上にパターン基材を積層した状態でパターン基材をスケール基材に向けてプレス加工で打ち抜き、打ち抜いたパターン基材の少なくとも一部をスケール基材の肉厚内に埋め込み保持させることでパターン部を形成したことを特徴とするスケールの製造方法。
2. 前記パターン部を一定間隔で複数列設して検出用パターンを形成したことを特徴とする請求項１に記載のスケールの製造方法。
3. 前記パターン部の全体を、スケール基材の肉厚内に埋め込んだことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスケールの製造方法。
4. 前記打ち抜きは、前記スケール基材の位置に応じて、少なくとも互いに異なる２通りの打ち抜きを所定の順序で行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のスケールの製造方法。
5. スケール基材と、前記スケール基材の肉厚内に埋め込まれたパターン部と、を有し、複数の前記パターン部を一定間隔で列設して検出用パターンを形成し、
   前記パターン部の全体が、スケール基材の肉厚内に埋め込まれ、
   前記検出用パターンは、前記スケール基材の表面からパターン部の表面までの深さが複数種類異なり、且つこの複数種類の深さが所定の順番で繰り返されていることを特徴とするスケール。

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