JP5993870B2 - エンコーダ読取りヘッド装置 - Google Patents

Description

本発明は、関連するエンコーダスケール（ｅｎｃｏｄｅｒ ｓｃａｌｅ）を読み取るエンコーダ読取りヘッドに関し、特に、略円形の横断面を有するロッドを含む関連するエンコーダスケールにより容易に取り付けられ、かつ／またはそれからより容易に除去され得る改良されたエンコーダ読取りヘッドに関する。

ピストンロッドの形でエンコーダスケールの位置、または位置の変化を測定するエンコーダ読取りヘッドが既知である。通常、そのようなエンコーダ読取りヘッドが、中心円形開口部または通路を有する矩形ハウジングを含む。設置中、ピストンロッドの一端がハウジングの円形開口部を通過し、読取りヘッドは、次いで、装置の静止部に固定される。使用中、ピストンロッドが延出され、格納されると、ロッドはハウジングの開口部を通って前後に動く。読取りヘッド（例えば、配列状のホールセンサ）が、ハウジングの内部の円形開口部の近傍に配置されており、ピストンロッドの表面上またはその付近に設けられている（例えば、一連の磁気マーキングにより形成されている）エンコーダスケールを読み取るようになされている。関連するピストンロッドに対する読取りヘッドの位置、または位置の変化は、次いで判定され、この情報は装置を制御するのに使用される。

本発明者は、そのような既知の装置の欠点が、読取りヘッドを設置または除去するためにピストンロッドの少なくとも一端が自由である必要性であることを見出した。詳細には、これは、読取りヘッドが修理または交換される必要がある場合にピストンを組み込んでいる機械装置を分解する必要があることを意味する。

工作機械の分野では、滑動ガイドが取り付けられるＩ形軌道レールを設けることが既知である。滑動ガイドに重い機械部品が取り付けられ、該レールに沿って前後に動かされる。特許文献１は、軌道の中間部に取り付けられてもよい滑動ガイド装置を記載している。エンコーダ分野では、エンコーダテープおよび関連するテープレコーダが既知である。例えば、特許文献２が、読取り装置と、テープが読み取られている間にそれを支持するシュー（ｓｈｏｅ）とを含むエンコーダテープ読取り装置システムを記載している。テープは、テープ読取り装置システムの側面開口部内へ滑り込まされてもよく、シュー装置により支持されていてもよい。

欧州特許第１８７８９３１号明細書 米国特許出願公開第２００５／０２４６９１６号明細書

本発明によれば、略円形の横断面を有する細長いロッドを含むエンコーダスケールを捕捉する開口部を有するハウジングであり、該開口部は、捕捉されたエンコーダスケールが沿って前後に滑動することができる軸方向を画定している、ハウジングと、開口部内に配置されているエンコーダスケールの一部分を読み取るスケール読取り装置とを含み、ハウジングは、非軸方向（すなわち軸方向でない方向）のハウジングとエンコーダスケールとの間の相対運動により、エンコーダスケールが開口部内に挿入されかつ／またはそこから除去されることを可能にするアクセス部を含む、エンコーダ読取りヘッドが提供されている。

したがって、本発明は、ハウジングを含むエンコーダ読取りヘッドを提供する。ハウジングは、円形横断面を有するロッドの形のエンコーダスケールを捕捉し、それによりエンコーダ読取りヘッドをエンコーダスケールに取り付けることができる、開口部または通路を画定している。開口部は、捕捉されたエンコーダスケールが沿って前後に滑動することができる軸方向を画定している細長い通路またはチャネル（例えば、略円筒形のチャネル）であることが好ましい。関連するエンコーダスケールの長手方向軸は、開口部内に捕捉されると、開口部の軸方向と実質的に一致することが好ましい。したがって、ハウジングは、読取りヘッドに対するエンコーダスケールの横方向（左右）運動を実質的に妨げるが、捕捉されたエンコーダスケールが読取りヘッドに対して前後に滑動することができるようにする（すなわち軸方向運動が可能である）ように、エンコーダスケールを開口部内に捕捉する。

また、本発明の読取りヘッドは、開口部内に配置されているエンコーダスケールの一部分を読み取るスケール読取り装置を含む。スケール読取り装置およびエンコーダスケールは任意の適切な種類であってもよい。例えば、エンコーダスケールは、磁気スケール読取り装置を使用して測定することができる一連の磁気マーキングを含んでいてもよい。スケール読取り装置およびエンコーダスケールの好適な種類のさらなる詳細が、以下により詳細に記載されている。

また、本発明のエンコーダ読取りヘッドは、エンコーダスケールが非軸方向に開口部内に挿入されかつ／またはそこから除去されることを可能にするアクセス部を備えたハウジングを含む。アクセス部は、軸方向に略直角の方向の（すなわち径方向からの）ハウジングとエンコーダスケールとの間の相対運動により、エンコーダスケールが開口部内に挿入されかつ／またはそこから除去されることを可能にすることが好ましい。換言すれば、開口部の軸方向に直角な部分のハウジングの形状が、読取りヘッドが径方向からエンコーダスケールのロッドに取り付けられることを可能にする。

本発明のエンコーダ読取りヘッドの使用は、先行技術の読取りヘッドと対照的に、エンコーダ読取りヘッドをエンコーダスケールに取付けるかまたはそれをエンコーダスケールから除去するために、エンコーダスケール（例えば、ピストンロッド）の端部を越えてハウジングに形成されている開口部を通過する必要がないことを意味する。代わりに、アクセス部は、エンコーダ読取りヘッドがエンコーダスケールの側面に取り付けられかつ／またはそこから除去されることを可能にする。本発明のエンコーダ読取りヘッドは、このように、そのエンコーダスケールの各端部が、エンコーダスケールが設置されている任意の機械装置に機械的に結合されたままでありながら、エンコーダ読取りヘッドをエンコーダスケールに取り付ける（かつ／またはそこから取り外す）ことができるという利点を有する。このことは、エンコーダ読取りヘッドの設置、修理、および点検をより実施し易くするという利点を有する。詳細には、本発明のエンコーダ読取りヘッドは、機械を分解してピストンロッドを機械的に取り外す必要なく、機械のピストンロッドに取り付け、それから取り外すことが可能である。

本明細書における、エンコーダ読取りヘッドまたはエンコーダスケールの運動についての全ての言及は、それとは反対のことが明示的に記載されている場合を除き、そのような構成要素の相対運動を記載することを目的としていることを理解すべきである。例えば、読取りヘッドの開口部を通って滑動するエンコーダスケールに、またはエンコーダスケールに沿って移動する読取りヘッドに言及することは、それとは反対のことが明示的に記載されている場合を除き、構成要素の選択された１つが固定されていることを示唆することを目的としておらず、代わりに、エンコーダスケールと読取りヘッドとの間の相対運動に言及しているものである。

アクセス部は種々の方法で設けられていてもよい。例えば、開閉されて開口部へのアクセスを実現することができるヒンジ部がハウジングに取り付けられてもよい。また、ハウジングは、複数の部品または部分として形成されていてもよく、アクセス部が、これらの部品の１つまたは複数を取り外して開口部への必要なアクセスを実現するための手段を含んでいてもよい。アクセス部には、ハウジングの側壁に形成されている間隙または切込みが含まれることが好ましい。間隙は、開口部の長さに沿って延在していることが好ましい。有利に、間隙は開口部への側面（径方向）アクセスを実現し、それによりスケール部材が間隙を通って開口部内へ挿入されかつ／またはそこから除去されることが可能になる。したがって、間隙がエンコーダスケールの側面上を通過するかまたは滑動し、それにより開口部がエンコーダスケールを捕捉することを可能にすることおよび／またはエンコーダスケールがハウジングから除去されることを可能にすることができる。

有利に、ハウジングは、少なくとも１つの弾性的に変形可能な壁部（弾性変形可能壁部）を有する間隙を画定している。間隙は、そこを通過するエンコーダスケール部の関連する寸法より若干小さくてもよい。少なくとも１つの弾性変形可能壁部は、（例えば、エンコーダスケールと係合させられた場合に）間隙が拡張することを可能にし、それによりエンコーダスケールが間隙を通過することを可能にすることが好ましい。間隙は、有利に、押圧されてエンコーダスケールと係合させられた場合に間隙を拡張させる溝付きの入口を含む。このようにして、エンコーダスケールを間隙内に押し込む動作により、（すなわち前記少なくとも１つの弾性変形可能壁部の弾性変形により）間隙を拡張させることができる。有利に、エンコーダスケールが一定の力で間隙内に押し込まれた場合、（例えば、間隙の弾性拡張に従って）エンコーダスケールは間隙を通過する。エンコーダスケールが間隙を通過したら、エンコーダスケールは開口部内に捕捉されることが好ましい。この捕捉過程は、有利に、スナップ嵌め式作用またはクリップ留め式作用により生じる。エンコーダスケールはまた、同様の方法で読取りヘッドから取り外されてもよい。例えば、横方向の取外し力が、間隙の方向に、読取りヘッドとエンコーダスケールとの間にかけられてもよい。横方向の力がある閾値を超過した後、間隙は弾性的に拡張し、エンコーダスケールは開口部から開放される。

有利に、ハウジングは、弾性変形可能壁部を有する開口部を画定している。ハウジングが少なくとも１つの弾性変形可能壁部を有する間隙を画定している場合、間隙および開口部は、１つまたは複数の共通の弾性的に変形可能な部分（弾性変形可能部分）を共有していてもよい。換言すれば、単一の弾性変形可能部分が、間隙の弾性変形可能壁および開口部の弾性変形可能壁を実現してもよい。開口部の少なくとも１つの弾性変形可能壁部は、開口部の内部に配置されているエンコーダスケールと係合するように付勢され、それによりエンコーダスケールを捕捉することが好ましい。

エンコーダ読取りヘッドは、エンコーダスケールに接触する（すなわち細長いロッドとの転がり接触を提供する）１つまたは複数のローラを含んでいてもよい。好適な実施形態では、エンコーダ読取りヘッドは、開口部を画定している１つまたは複数の表面を有する滑動部（例えば、プラスチック滑動部）を含む。滑動部は、このように、ロッドとの滑り接触を実現する。また、ばね、例えば板ばね、が含まれていてもよい。ばねは、滑動部の１つまたは複数の表面がエンコーダスケールと接触するように付勢し、それによりエンコーダスケールを開口部内に捕捉するようになされていることが好ましい。滑動部は、前述されている１つまたは複数の弾性変形可能壁部を含んでいてもよい。そのような場合、ばねは、そのような弾性変形可能壁部に作用し、それらの内面がエンコーダスケールと接触するように付勢してもよい。

有利に、捕捉されたエンコーダスケールが、開口部の内部にしっかりまたはぴったり嵌合するようになされている。例えば、開口部は、エンコーダスケールを形成するロッドの半径と略同一のまたは若干小さい半径を有していてもよい。従来、捕捉されたエンコーダスケールは、開口部の内部に、横方向運動を最小化するのに十分にしっかりと、しかしエンコーダ読取りヘッドとエンコーダスケールとの間の必要な滑り運動を妨げる程きつくないように保持される。エンコーダスケールが開口部の内部に保持される力は実質的に一定であることが好ましく、それにより、使用しても滑り摩擦が実質的に不変のままであることを確実にする。エンコーダスケールは、スケール読取り装置に対して定位置を有する、開口部の１つまたは複数の表面に接触して開口部内に保持されることが好ましい。都合よく、そのような定位置の表面は、スケール読取り装置に隣接している可能性がある。前述の通り、１つまたは複数の付勢表面によりエンコーダスケールが定位置の表面と係合させられることが好適であり、付勢表面（単数または複数）によりエンコーダスケールにかけられる力は、実質的に一定であることが好ましい。

このようにして、スケール読取り装置と関連するエンコーダスケールとが互いに対して前後に滑動する際に、それらの間の実質的に一定のライドハイト（ｒｉｄｅ−ｈｅｉｇｈｔ）を維持することができる。このことは、装置に取り付けられている読取りヘッドケーシングがスケール読取り装置を担持し、それをエンコーダスケールと係合させるブッシングを含む典型的な先行技術の読取りヘッド装置と対照的であるはずである。したがって、ブッシングの公差は、必要なライドハイトの公差を定め、通常、この種の先行技術の読取りヘッドを使用する場合、本発明の装置を使用する場合に必要なものに比べて、実質的により大きなライドハイトの公差を与える必要があることを意味する。

前段で説明されている通り、開口部は、エンコーダスケールに係合し、それを捕捉する１つまたは複数の表面により画定されていてもよい。有利に、少なくとも１つのそのような表面は、低摩擦係数を有する材料を含む。例えば、エンコーダスケールに係合する表面の少なくともいくつかが、ＰＡ６などの低摩擦プラスチック材料から形成されていてもよい。油などの潤滑剤または表面コーティングが、摩擦を低減するために都合よく設けられてもよい。このように、これらの表面は前述の滑動部をもたらす可能性がある。

本発明は、略円形の横断面を有するロッドまたはロッド様要素を含む任意の種類のエンコーダスケールと共に使用することができる。エンコーダスケールは細長く、リニアエンコーダの一部を形成していることが好ましい。また、有利に、エンコーダスケールは耐荷重機能を果たす。例えば、エンコーダスケールは、油圧アクチュエータまたは空気圧式アクチュエータで使用するためにピストンロッドを含んでいてもよい。開口部は、必要なエンコーダスケールと共に使用するために構成されていることが好ましい。例えば、開口部の形状および寸法（例えば、直径）は、開口部が共に使用されることになるエンコーダスケールに適合されていることが好ましい。開口部の横断面は、略円形、部分的に円形であってもよく、かつ／または円形配置で離間されている複数の表面を含んでいてもよい。開口部は、捕捉されたエンコーダスケールの部分を完全に取り巻いていてもよい。有利に、開口部は、捕捉されたエンコーダスケールを部分的に取り巻いており、例えば、前述のタイプの１つまたは複数の間隙またはスロットが設けられていてもよい。

読取りヘッドに設けられているスケール読取り装置は、任意の適切な種類であってもよい。スケール読取り装置は、関連する光学スケール上の光学マーキングを読み取る光学スケール読取り装置であってもよい。有利に、スケール読取り装置は磁気スケール読取り装置である。例えば、スケール読取り装置は、少なくとも１つの磁気センサを含んでいてもよい。有利に、スケール読取り装置は、直線配列で配列されていてもよい複数の磁気センサ（例えば、ホールセンサ）を含む。そのような例では、スケール読取り装置は、関連するエンコーダスケール上に設けられている磁気スケールマーキングを読み取ることができる。関連するエンコーダスケールは、いわゆる能動的磁気マーキング、例えばＮ極とＳ極が交互の状態で配列されている一連の磁石、を含んでいてもよい。エンコーダスケールは、スケールが、一連のマーキングまたは周囲の材料とは異なる透磁率を有する領域を含むいわゆる受動型の磁気スケールを含むことが好ましい。そのような受動的磁気システムでは、磁石が読取りヘッド内に設けられていてもよく、次いで、磁気センサを使用して、エンコーダスケールの異なる透磁率の領域の存在下で、磁石により生成された磁場の変化を感知することができる。硬質の保護被覆（例えば、クロム）が、エンコーダスケールの表面に適用されていてもよい。スケール読取り装置は、インクリメンタルエンコーダスケール（ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ ｅｎｃｏｄｅｒ ｓｃａｌｅ）および／またはアブソリュートエンコーダスケール（ａｂｓｏｌｕｔｅ ｅｎｃｏｄｅｒ ｓｃａｌｅ）を読み取るようになされていてもよい。

エンコーダ読取りヘッドは、有利に、エンコーダ読取りヘッドを関連する機械に取り付ける台部を含む。台部は、軸方向に平行な方向に堅いことが好ましい。有利に、台部は、軸方向に平行でない１つまたは複数の方向（または全ての方向に）に柔軟である。このように、台部は、エンコーダ読取りヘッドが取り付けられる機械の内部の機械的応力および機械的歪みの原因となるいくらかの遊びを導入する。しかし、重要なことに、軸方向の運動が実質的に防止され、それによりエンコーダ読取りヘッドにより測定される位置情報に対するそのような遊びの影響が最小化されることを確実にする。読取りヘッドの台部は、単に読取りヘッドの機械的負荷を担持するだけであることが好ましい。換言すれば、読取りヘッドおよび台部は、それが設置されている機械の耐荷重経路の一部を成さないように配置されることが好ましい。エンコーダスケールはピストンロッドであってもよく、この場合、機械力がピストンロッドを通して送られてもよいが、この力は、読取りヘッドを通して伝達されない（すなわち読取りヘッドが、機械的負荷を担持する機械の部分とは分離されたままである）ことが好ましい。

また、本発明は、前述のエンコーダ読取りヘッドおよびエンコーダスケールの両方を含むエンコーダ装置に及ぶ。エンコーダスケールは、前段で概説されている特性のいずれかを有していてもよい。また、本発明は、エンコーダ装置を含む機械に及ぶ。該機械は、エンコーダスケールを形成するピストンロッドを含んでいてもよい。使用中、ピストンロッドは、やはり機械的負荷を担持してもよい。

また、本発明は、略円形の横断面を有する細長いロッドを含むエンコーダスケールにエンコーダ読取りヘッドを取り付ける方法に及び、エンコーダ読取りヘッドは、エンコーダスケールを捕捉する開口部を有するハウジングを含み、エンコーダスケールは、開口部の内部に保持されるような寸法に作製されており、エンコーダスケールは、軸方向でない方向の（例えば、径方向からの）ハウジングとエンコーダスケールとの間の相対的運動により、開口部内に挿入されかつ／またはそこから除去されることが可能である。エンコーダ読取りヘッドおよび／またはエンコーダスケールは、前述の特徴のいずれかを有していてもよい。

また、エンコーダ読取りヘッドを関連するエンコーダスケールに取り付ける開口部を有するハウジングであり、開口部は、使用中、エンコーダスケールを捕捉し、エンコーダスケールが開口部を通って前後に滑動することを可能にする、ハウジングと、開口部内に配置されているエンコーダスケールの一部分を読み取るスケール読取り装置とを含み、ハウジングは、ハウジングがその側面から関連するエンコーダスケールに取り付けられかつ／またはそれから取り外されることを可能にするアクセス部を含む、エンコーダ読取りヘッドが本明細書に記載されている。エンコーダ読取りヘッドおよび／またはエンコーダスケールは、前述の特徴のいずれかを有していてもよい。

また、関連するエンコーダスケールに取付け可能なケーシングと、ケーシングに隣接して配置されているエンコーダスケールの一部分を読み取るスケール読取り装置とを含むエンコーダ読取りヘッドであり、前記ケーシングは、エンコーダスケールを滑動可能に捕捉するための手段を含み、前記手段は、読取りヘッドが、その側面から関連するエンコーダスケールに取り付けられかつ／またはそこから取り外されることを可能にする、エンコーダ読取りヘッドが本明細書に記載されている。

また、エンコーダスケールを捕捉する開口部を有するハウジングであり、開口部が、捕捉されたエンコーダスケールが沿って前後に滑動することができる軸方向を画定している、ハウジングと、開口部内に配置されているエンコーダスケールの一部分を読み取るスケール読取り装置とを含み、ハウジングは、非軸方向（すなわち軸方向でない方向）のハウジングとエンコーダスケールとの間の相対運動により、エンコーダスケールが開口部内に挿入されかつ／またはそこから除去されることを可能にするアクセス部を含む、エンコーダ読取りヘッドが本明細書に記載されている。ハウジングは、適切に特定の寸法に作製されたエンコーダスケール（例えば、円形横断面を有するロッドの形のエンコーダスケール）を捕捉することができ、それによりエンコーダ読取りヘッドをエンコーダスケールに取り付ける、開口部または通路を画定している。任意の種類のエンコーダスケールが設けられていてもよい。エンコーダスケールは細長く、リニアエンコーダの一部を成していてもよい。エンコーダスケールは、正方形、円形、または長方形の横断面を有していてもよい。

ここで、本発明は、添付図面を参照して、単に例として説明される。

ピストンロッドに取り付けられている本発明の読取りヘッドの斜視図を示す。 図１の読取りヘッドおよびピストンロッドを通る横断面図を示す。 図１および図２に示されている読取りヘッドの内部に設けられているセンサのライドハイトを示す図である。 ピストンロッドにスナップ嵌めされる前の、読取りヘッドを示す。 ピストンロッドにスナップ嵌めされた後の、図４の読取りヘッドを示す。 スナップ嵌め式取付けを提供する弾性変形を示す図である。 読取りヘッドを機械の静止部にどのように固定することができるかを示す図である。 コイルばねを含み、ピストンロッドを握持するための付勢を与える、代替的読取りヘッドを示す。 滑動部が、ころ軸受を含むキャリッジに置き換えられている、読取りヘッドを示す。 図９の読取りヘッドを通る断面図である。

図１を参照すると、円形横断面を有するロッド２の形のエンコーダスケールを含む、本発明のリニアエンコーダシステムの概略図が示されている。エンコーダ読取りヘッド４はロッド２に取り付けられており、それに沿って前後に滑動することができる。ロッド２は、その長さに沿って形成されているスケールマーキング（図示せず）を有し、エンコーダ読取りヘッド４は、スケールマーキングを読み取るスケール読取り装置（図示せず）を含む。

図２は、図１のリニアエンコーダシステムを通る横断面図を示す。エンコーダ読取りヘッド４は、複数のホールセンサを含むスケール読取り装置１０を担持する第１のプリント基板（ＰＣＢ）８を含むハウジング６を含む。また、ハウジングは、スケール読取り装置により生成される信号を処理するプロセッサを含む第２のＰＣＢ１２を含む。図示されていないケーブルが、読取りヘッドの第２のＰＣＢ１２から関連するインターフェースまたはコントローラまで位置情報を搬送するために設けられている。

ハウジング６は外側Ｕ形板ばね１４を含む。可撓性プラスチック材料から作製されている滑動部１６が、板ばね１４の（下部）自由端間で圧縮される。滑動部１６は、第１の内面対２０および２２と、第２の内面対２４および２６とを含む。内面２０、２２、２４および２６は部分的に円形で、関連する円形ロッド２を捕捉する寸法に作製されている、読取りヘッドを貫通する細長いチャネルまたは開口部１８を共に画定する。また、スロット２８および２９が、滑動部１６の向かい合った第１の内面対と第２の内面対との間に設けられている。取り囲んでいるＵ形板ばね１４によりかけられるばね力が第２の内面対２４および２６の各々をロッド２の方へ付勢するように、スロット２８および２９は、滑動部の（弾性）弱部としての機能を果たす。該付勢力は、滑動部１６がロッド２をしっかり捕捉することを確実にする（すなわち通常の使用中にロッド２が読取りヘッド４に取り付けられたままであることを確実にする）のに十分であるが、ロッド２が開口部１８を通って前後に滑動することを可能にするのに十分に小さいように選択される。

以下により詳細に説明されるであろうように、アクセス部が、開口部１８の長さに沿って形成されている間隙３０の形で設けられている。間隙３０は、第２の内面対２４と２６との間に配置されており、ロッド２が開口部に（すなわち間隙３０を通って）挿入されかつそこから除去されることを可能にする。第２の内面対２４および２６は、前段で説明されている通りばね付勢されており、ロッド２の挿入／除去を可能にするのに十分な量で分離されていることが可能である。外部角度付縁部３２が、滑動部１６の外側に向いた表面上に設けられており、開口部１８内へのロッド挿入中に、内面２４および２６のそのような分離を補助する。読取りヘッド４の間隙３０は、このように、ロッド２の側面に押し付けられることが可能であり、それにより、内面２４および２６は、ロッドが開口部１８に進入することができると分離する。開口部１８内に配置されると、内面２４および２６は跳ね返り、ロッドに係合し、それによりロッドを捕捉する。

図３は、図２を参照して前述されているロッド２およびスケール読取り装置１０の拡大図を示す。詳細には、ここでやはり図３を参照して、ロッド２上に形成されているスケールと読取りヘッドの内部のスケール読取り装置１０との間に実質的に不変の間隙が維持されていることを、読取りヘッド４がどのように可能にするかが記載される。

当業者に理解されるであろうように、読取りヘッドのスケール読取り装置１０とロッド２上に形成されているスケールとの間の分離（そのような分離は、以後、検出距離４０と呼ばれる）は、様々な種類のセンサによって、かつ異なるピッチまたは格子周期のスケールを読み取る時によって異なる。より高精度のスケールのために、スケールピッチは小さく、検出距離の公差が非常に小さい可能性がある。

複数のホールセンサを含む前述の磁気スケール読取り装置１０では、検出距離は、ロッド２内にまたはその上に形成されている関連するスケールの格子周期の０．２から０．４倍と定義されていてもよい。したがって、０．５ｍｍの格子周期が、０．１から０．２ｍｍまでの検出距離を画定する。検出距離はスケール読取り装置のホールセンサとロッド上に形成されている磁気マーキングとの間の距離であることに留意すべきである。スケール保護層と読取りヘッドとの間の実際の物理的間隙（またはライドハイト４２）は、（読取りヘッドの縁部、およびロッド上に設けられている、硬質クロムなどの任意の頑丈な表面コーティングなどの）ホールセンサとスケールマーキングとの間に配置されている付加的な材料を考慮した場合、０．０２ｍｍと小さい必要があり得る。

信頼できる位置情報を提供することができる安定した信号を供給するために、最適なライドハイトがロッドの全長に沿って維持されることが好適である。また、スケール読取り装置１０を担持する第１のＰＣＢ８とロッド２との間に接触がないようにして、損傷を防止することが好適である。すなわち、ライドハイトはゼロより大きく設定されることが好ましい。また、エンコーダシステムが振動、衝撃、および温度変化に晒されている場合の過酷な環境において、正確なライドハイトが維持されることが重要である。

前述の通り、読取りヘッドは、滑動部１６を介してＵ形板ばね１４によってかけられるクランプ力によりロッドに取り付けられている。本装置は、ロッド２を、第１のＰＣＢ８に対して実質的に不変の位置を有する第１の内面対２０および２２と堅く係合させる。このようにして、滑動部１６は、ロッド２と第１のＰＣＢ８上に設けられているホールセンサとの間の距離を固定または設定する。所望のライドハイトは、第１のＰＣＢ８と滑動部１６との組立て中に事前に定めることができる。

滑動部１６はロッドとの滑り接触の状態で維持され、したがって、良好な滑動特性を有する材料で作製されていることが好ましい。例えば、それには、分散油を有するプラスチックＰＡ６が含まれる。これにより低摩擦係数がもたらされ、ロッド２の保護クロム層に接触して滑動する場合に少量の磨耗に見舞われる。ロッド２が滑動部１６により開口部１８内に捕捉される場合、ロッド２の唯一の自由な移動方向が軸方向である。

本発明者は、設置された読取りヘッドを保守し、点検する簡単な方法を持つという機械オペレータのニーズを認識した。これは特に、アクチュエータ内のピストンロッドの形をとると前述されているエンコーダスケールの場合である。ロッドの端部を越えて設置され、除去されなければならない先行技術の読取りヘッドを使用するのではなく、本発明は、ロッド上での径方向から（すなわちロッドの側面から）の、読取りヘッドの設置または交換を可能にする。これは、設置されている機械設備からロッドを取り外す必要が除かれ、それにより交換手順または点検手順が大幅に簡易化されることを意味する。しかし、必要に応じて、読取りヘッドはロッドの端部を越えて（すなわち軸方向から）設置され、除去されることが依然として可能であろうことに留意すべきである。

ここで図４から図６までを参照すると、前述のエンコーダ読取りヘッド４をロッド２に取り付け、それから取り外す特定の能力が示されている。

図４は、ロッド２に取り付けられる前の読取りヘッド４の切断図を示す。滑動部１６は、ロッド２を捕捉する（図４では空の）開口部１８を設けている。開口部１８は、挿入されたロッドのない状態で、ロッドの半径よりわずかに小さい半径を有する寸法に作製されている第１の内面対２０および２２ならびに第２の内面対２４および２６により画定されている。第２の内面対２４と２６との間に配置されている間隙３０は、ロッド２が開口部内に挿入されることを可能にする。滑動部１６の外側に向いた表面上に設けられている外部角度付縁部３２は、挿入前にロッドに係合するように配置されている。

ロッドを外部角度付縁部３２に接触させることにより、第２の内面対２４と２６とが互いから離れ（すなわち板ばねにより与えられる付勢が克服され）、ロッド２は拡張された間隙３０を通過する。ロッド２が開口部１８に進入すると、第２の内面対２４および２６が跳ね返り、ロッド２に係合し、それにより該ロッドを開口部内に捕捉する。これは、クリップ留め式作用およびスナップ嵌め式作用をもたらすと思われ得る。

図５は、滑動部１６の開口部１８内に捕捉されているロッド２を示す。図６は、明確にするために関連するロッド２が省かれた状態で、滑動部１６の間隙３０がどのようにして拡張し、ロッド２が開口部１８に入る（またはそこから外へ出戻る）ことを可能にすることができるかを示す。

アクチュエータ内のピストンロッドが、一般に、いくらかの遊びを有し、それは通常、検出距離の公差より大きい。図７は、前述の読取りヘッド４を、どのようにして、使用されることになる機械システムの固定本体（例えば、アクチュエータフランジ）に取り付けることができるかを示す。

図７は、図５に示されている平面Ｉ−Ｉにおいて読取りヘッド４およびロッド２を通る図である。読取りヘッド４と固定本体との間の結合または取付けは、滑動部１６上のあるポイントに固定されている第１の端部４２と、アダプタ要素４６を担持する第２の端部４４とを有する細い可撓性ロッド４０を含む。アダプタ要素４６は、機械の固定本体（例えば、アクチュエータフランジまたはシリンダ本体）に取り付けることができる。細い可撓性ロッド４０は、その細長い軸に沿った方向を除く全ての方向に曲げることができる（すなわち、軸方向に堅い）。この装置は、軸方向に（すなわち、読取りヘッド４とロッド２との相対運動が判定される方向に沿って）、読取りヘッド４の任意の実質的な運動を防止すると同時に、依然として径方向の読取りヘッドの運動を可能にする（すなわち、システムにより行われる測定に影響を及ぼさない）。このように、ロッドの運動における任意の遊びが、検出距離に影響を及ぼさない。

当業者は、上記教示に基づいて、種々の代替的装置が、本発明を実施するのに使用可能であることを理解するであろう。そのような代替案のいくつかの例が、ここで、図８から図１０までを参照して記載される。

図８を参照すると、スケール読取り装置を含む第１のＰＣＢ８４を含む剛性ハウジング８２を含む代替的エンコーダ読取りヘッド８０が示されている。また、プロセッサを含む第２のＰＣＢ８６が設けられている。また、前段で概説されている例に記載されている滑動部１６に類似しているプラスチック滑動部８８が含まれている。しかし、読取りヘッド８０は、表面９２および９４がピストンロッド９６と接触するように付勢するように作用するコイルばね９０を含み、これらのコイルばね９０は、前述の実施形態におけるＵ形板ばね１４により与えられる付勢力を与える。

図９はさらなるエンコーダ読取りヘッド１１０を示し、図１０は、読取りヘッド１１０を通る断面を示す。読取りヘッド１１０は、キャリッジ１１２により画定されているハウジングおよび開口部と、種々の離間されたローラとを含む。詳細には、キャリッジ１１２は、第２のローラ対１１６と径方向に分離されている第１のローラ対１１４を含む。また、スケール読取り装置ユニット１１８がキャリッジに取り付けられている。ばね荷重アーム部材１２０が、キャリッジから突出しており、その遠位端で単一のローラ１２２を担持している。ピストンロッド１２４が、第１のローラ対１１４と第２のローラ対１１６とローラ１２２との間に形成されている開口部内に捕捉されている。ばね荷重アーム部材１２０は、読取りヘッド１１０が必要に応じてピストンロッド１２４にクリップ留めされ、それからクリップ式に外され、それによりアクセス部を形成することを可能にするのに十分に曲げることができる。ピストンロッドにクリップ留めされると、読取りヘッド１１０は、やはり、ピストンロッド１２４に滑動可能に取り付けられたままであるクラッチワッシャ（ｃｌｕｔｃｈ ｗａｓｈｅｒ）１２６に取り付けられ（例えば、ねじで留められ）てもよい。また、第１のローラ対１１４および第２のローラ対１１６およびローラ１２２を形成しているローラの任意の１つまたは複数は、１つまたは複数の滑動面に置き換えることができるであろうことに留意すべきである。

磁気エンコーダシステムが前述されているが、本発明は、任意の種類のエンコーダシステムに適用することが可能であろう。例えば、本発明は、光学エンコーダシステムの一部として使用することが可能であろう。

Claims (15)

1. 略円形の横断面を有する細長いロッドを含むエンコーダスケールを捕捉する開口部を有するハウジングであって、前記開口部は、捕捉されたエンコーダスケールに沿って前後に滑動することができる軸方向を画定している、ハウジングと、
   前記開口部内に配置されているエンコーダスケールの一部分を読み取るスケール読取り装置と
   を含み、
   前記ハウジングが、非軸方向の前記ハウジングと前記エンコーダスケールとの間の相対運動により、前記エンコーダスケールが前記開口部内に挿入されかつ／またはそこから除去されることを可能にするアクセス部を含む、エンコーダ読取りヘッド。
2. 前記アクセス部は、前記エンコーダスケールが、前記軸方向に対して略直角な方向の前記ハウジングと前記エンコーダスケールとの間の相対運動により、前記開口部内に挿入されかつ／またはそこから除去されることを可能にする、請求項１に記載のエンコーダ読取りヘッド。
3. 前記アクセス部は、前記ハウジングの側壁に形成されている間隙を含み、前記間隙は、前記エンコーダスケールが前記間隙を通って前記開口部内に挿入されかつ／またはそこから除去されることを可能にする前記開口部への側面アクセスを提供する、請求項１または２に記載のエンコーダ読取りヘッド。
4. 前記ハウジングは間隙を画定し、該間隙は、前記間隙が拡張することを可能にし、それにより前記エンコーダスケールがそこを通過することを可能にする少なくとも１つの弾性変形可能壁部を有する、請求項３に記載のエンコーダ読取りヘッド。
5. 前記間隙は、エンコーダスケールと係合するように押圧されると前記間隙を拡張させる溝付きの入口を含む、請求項４に記載のエンコーダ読取りヘッド。
6. 前記エンコーダスケールが前記間隙と係合させられると、前記エンコーダスケールは前記間隙を通過し、スナップ嵌め式作用により前記開口部内に捕捉される、請求項４または５のいずれか一項に記載のエンコーダ読取りヘッド。
7. 前記ハウジングは、少なくとも１つの弾性変形可能壁部を有する開口部を画定しており、前記開口部の前記少なくとも１つの弾性変形可能壁部は、前記開口部内に配置されているエンコーダスケールと係合するように付勢され、それにより前記エンコーダスケールを捕捉する、請求項１から６のいずれかに記載のエンコーダ読取りヘッド。
8. 板ばねと、前記開口部を画定している１つまたは複数の表面を有する内部滑動部とを含み、前記板ばねは、前記１つまたは複数の表面をエンコーダスケールと接触するように付勢し、それにより前記エンコーダスケールを前記開口部内に捕捉するようになされている、請求項７に記載のエンコーダ読取りヘッド。
9. 捕捉されたエンコーダスケールが前記開口部の内部にぴったり嵌合し、前記スケール読取り装置に対して定位置を有する１つまたは複数の表面に保持され、それにより前記スケール読取り装置と関連するエンコーダスケールとが互いに対して前後に滑動する際にそれらの間に実質的に一定のライドハイトを維持する、請求項１から８のいずれかに記載のエンコーダ読取りヘッド。
10. 前記開口部は、捕捉されたエンコーダスケールに係合する少なくとも１つの表面を含み、前記少なくとも１つの表面は、低摩擦係数を有する材料を含む、請求項１から９のいずれかに記載のエンコーダ読取りヘッド。
11. 前記開口部は捕捉されたエンコーダスケールを部分的にのみ取り囲む、請求項１から１０のいずれかに記載のエンコーダ読取りヘッド。
12. 前記スケール読取り装置は、一連の磁気マーキングを含むエンコーダスケールを読み取る少なくとも１つの磁気センサを含む、請求項１から１１のいずれかに記載のエンコーダ読取りヘッド。
13. 前記エンコーダ読取りヘッドをデバイスに取り付ける台部を含み、前記台部は、前記軸方向に平行な方向に実質的に堅く、前記軸方向に平行でない１つまたは複数の方向に柔軟である、請求項１から１２のいずれかに記載のエンコーダ読取りヘッド。
14. 請求項１から１３のいずれかに記載のエンコーダ読取りヘッドと、略円形の横断面を有する細長いロッドを含むエンコーダスケールとを含む、エンコーダ装置。
15. 前記エンコーダスケールを形成するピストンロッドを含み、使用中、前記ピストンロッドもまた機械的負荷を担持する、請求項１４に記載のエンコーダ装置を含む機械。

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