JP4509483B2 - リニアエンコーダ及びリニアガイドユニット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニアエンコーダと、このようなリニアエンコーダを有するリニアガイドユニットとに関する。
【０００２】
【従来の技術】
加工機械及び測定機械においては、硬化及び研磨されたガイドレールと、このガイドレールにローラ又はボール要素を介して案内される走行機構とから成る予め取り付けられたガイドユニットの使用が増々浸透してきている。この場合、ガイドユニットは、ガイドレールが取付け面によって機械のベッドに、また走行機構が機械のキャリッジに取付け可能である様式をした独立したコンポーネントユニットである。
【０００３】
ガイドレールに対する走行機構の相対位置を測定するため、例えば国際公開第９１／１６５９４号パンフレットからは、直接ガイドレールの面にスケールを貼り付けることが既に公知である。走行機構は作動中にスケールを越えて走行するので、故障した場合、スケールの交換をやっと可能であるに過ぎない。従って、欧州特許第０ ７０９ ６５５号明細書では、ガイドレールに、予め組み立てられた比較的容易に交換可能なケース内のスケールと走査ヘッドとから成るリニアエンコーダを取り付けることが提案された。リニアエンコーダのケースを取り付けるため、このケースは、形状閉塞的に、特別にこのために収容されたガイドレールの切欠き部内へと係合する。即ち、リニアエンコーダの組立ては、比較的複雑に構成されたガイドレール内の保持及び収容要素を介して行なわれ、このガイドレールのために、案内面と並んで、全長にわたって場所が使用可能でなければならない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の基本である課題は、特に簡単に交換可能で場所を節約するようにリニアガイドユニットのガイドレールに組み立てることができるリニアエンコーダを使用可能にすることである。この場合、ガイドレールに沿ったリニアエンコーダのスケールの平行な整向は簡単に達成されるべきである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題は、独立請求項の特徴によって解決される。
【０００６】
有利な構成は、従属請求項に記載されている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の構成の詳細及び利点を、以下に、図面を基にして説明する。
【０００８】
図１〜３には、本発明の第１の実施例が図示されており、これらの図を基にして本発明の特徴を明らかにする。リニアガイドユニット１０は、長手方向Ｘに延在する案内面を有するガイドレール１１から成り、この案内面には、走行機構１２が、ローラ又はボール要素１３を介して摺動可能に支承されている。走行機構１２を有するガイドレール１１は、予め製造された独立したコンポーネントユニット１０である。ガイドレール１１は、その取付け面１４によって機械ベッド１と、例えばネジによって、結合されている。走行機構１２は、機械キャリッジ２と結合されている。
【０００９】
機械ベッド１に対する機械キャリッジ２の相対位置を測定するため、リニアエンコーダ２０が使用される。リニアエンコーダ２０は、本質的に、ガイドレール１１に固定されているスケール２１と、走行機構１２に固定されている走査ヘッド２２とから成る。光電的、容量的、磁気的、又は誘導的にスケール２１の寸法現示体を走査する際、走査ヘッド２２は、機械ベッド１に対して相対的な機械キャリッジ２のコントロールされた位置決めのための位置に依存した電気的な走査信号を発生させる。
【００１０】
正確な位置測定のため、スケール２１が、ガイドレール１１の長手方向Ｘに対して平行に延在することが必要である。ガイドレール１１にスケール２１を平行に整向するため、長手方向Ｘに互いに間隔を置いた複数の組立て要素３０が設けられている。これらの組立て要素３０のそれぞれは、長手方向Ｘに対して垂直に作用する当接面３１，３２によって、対応するガイドレール１１の基準面１５，１６に支持される。ガイドレール１１の基準面１５，１６は、走行機構１２を案内するためのガイドレール１１を製造する際に高精度で加工された均質に長手方向Ｘに延在する外面である。基準面１５は、取付け面１４に対して平行に延在し、ガイドレール１１の上面を構成し、これに対して、別の基準面１６は、基準面１５に対して横断するように延在するガイドレール１１の側面である。
【００１１】
組立て要素３０は、Ｕ字形に形成されており、その際、側面脚部３５は当接面３１を、また、接続脚部３６は当接面３２を構成する。別の側面脚部３８は、ガイドレール１１に組立て要素３０を取外し可能に締め付けるための締付け要素３７を担持する。組立て要素３０は、ガイドレール１１を把持し、また、締付け要素３７は、一方で組立て要素３０に、他方で基準面１６に向かい合って位置するガイドレール１１の側面１７に支持される。これにより、当接面３１，３２は基準面１５，１６に圧迫される。
【００１２】
組立て要素３０はスケール２１を担持する。このため、複数の可能性が存在する。１つの可能性は、スケール２１を製造する際に、このスケールが、当接面３１，３２に向かって整向されるように組立て要素３０に固定される点にある。第２の可能性は、図１〜３に図示されている。この場合、リニアエンコーダ２０は、封止されたリニアエンコーダ２０であり、このリニアエンコーダにおいては、スケール２１及び走査ヘッド２２がケース２３内で保護されるように収容されている。走査ヘッド２２は、この走査ヘッドがスケール２１及び／又はケース２３の面に支持され、この面に沿って滑動するか、又はローラもしくはボールベアリングを介してこの面に沿って案内されていることによって、スケール２１及び／又はケース２３に案内される。走査ヘッド２２は、カップリング２４を介してキャリヤ２５に固定されている。カップリング２４は、長手方向Ｘに、即ち、測定方向に剛性があり、この方向に対して横断する方向には柔軟であり、従って、もっぱらキャリヤ２５の動作は、測定方向Ｘに延在する走査ヘッド２２に伝達される。
【００１３】
キャリヤ２５は、弾性的な屋根状のシールリップ２６を完全に掴む領域内では、剣状に形成されており、別の経過内では、走行機構１２に取り付けるための安定した部分を構成する。
【００１４】
組立て要素３０に対するスケール２１の取付けにおけるこの第２の特に有利な可能性においては、組立て要素３０が外側の当接面３３及び３４を備え、これらの当接面は、互いに横断するように長手方向Ｘに延在する。これらの当接面３３及び３４は、長手方向Ｘに対して横断する方向のケース２３の側面２３１及び２３２と協働する。ケース２３は、当接面３３，３４を基にして、内側の当接面３１，３２に対して限定されるように、従ってまたガイドレール１１に対して平行に限定されるように整向されている。
【００１５】
封止されたリニアエンコーダ２０においては、ケース２３が通常はアルミニウム成形体であり、このアルミニウム成形体は、端部部材２７を介して、測定すべき部分にネジ２８によって固定される。図１において明らかであるように、この端部部材２７は、ネジ２８を介して組立て要素３０にネジ留めされる。その際、当接面２３１，２３２は、端部部材２７に配設されている。
【００１６】
図５には、概略的に組立て要素３０にスケール２１を固定するための第３の可能性が図示されている。スケール２１は、更にまた、図２に示されているようにケース２３内に統合されている。ケース２３自体又はケース２３の端部領域を閉鎖するための端部部材２７には、組立て要素３０が一体的に成形されている。
【００１７】
ガイドレール１１に対する組立て要素３０の取外し可能な固定は、第１の実施例によれば、ガイドレール１１の側面１７に支持されるネジ３７によって行われる。
【００１８】
図３に概略的に図示されているように、ネジ３７が、互いに垂直に存在する２つの方向の圧縮力が長手方向Ｘに対して垂直に生じるように側面１７に支持される場合は有利である。これは、結果として、組立て要素３０がその内側の当接面３１，３２によって、良好に、対応するガイドレール１１の基準面１５，１６に圧迫されることを伴う。
【００１９】
図４は、ネジ３７が、直接にではなく、中間部材３７１を介して、ガイドレール１１の側面１７に支持される例を示す。この中間部材３７１は、有利なことに、ガイドレール１１の案内面に適合させられている。
【００２０】
図５によれば、中間部材は組立て要素３０に成形されたウェブ３７２である。
【００２１】
図６によれば、組立て要素３０は、遊びなく形状閉塞的にガイドレール１１内へと係合する。突出部３７３は、全面に作用する形状閉塞部を、ガイドレール１１、即ち長手方向Ｘの切欠き部によって構成する。
【００２２】
図示された例から、本発明の利点を明らかにする。国際公開第９１／１６５９４号パンフレットによる装置に対して、スケール２１は容易に交換可能である。何故なら、このスケールは、走行機構１２の動作軌道の横に並んで外側に配設されているからである。欧州特許第０ ７０９ ６５５号明細書による装置に対して、ガイドレール１１の横断面は、十分完全に走行機構１２を安定して案内するために使用することができる。リニアエンコーダ２０を取り付けるため、使用可能にすべき、ガイドレール１１及び走行機構１２の動作軌道の横に並んだ空間が利用される。この空間は、通常は使用可能である。何故なら、機械キャリッジ２を案内するため、互いに間隔を置いて相対して平行に配設された２つのガイドレール１１が使用されているからである。組立て要素３０は、組立ての際は均質な長手方向面のガイドレール１１に沿って、任意に位置決め可能かつ固定可能である。通常、ガイドレール１１の端部領域には、十分に組立て要素３０のためのスペースがある。組立て要素３０が走行機構１２の動作を制限するので、これらの組立て要素は、移動経路の限界に配設することができる。
【００２３】
走査ヘッド２２を取り付けるため、この走査ヘッドが、スケール２１の下、もしくは、ケース２３の下で保護されるように配設されている場合が有利である。これにより、封止された図２によるリニアエンコーダ２０においては、ケース２３内への液体の侵入が回避される。工作機械内で使用する際は、冷却液が、やっとシールリップ２６を通過できるに過ぎず、冷却液は、位置測定に不利な影響を与えることなく、良好に流出することができる。
【００２４】
走査ヘッド２２は、走行機構１２に取り付けられている。このため、走行機構１２には、下に向かって整向されたアーム４０が配設されており、これらのアームは、組立て要素３０の外側の当接面３３に対して平行な組立て面４１を提供し、この組立て面には、走査ヘッド２２がキャリヤ２５によってネジ留めされる。キャリヤ２５を平行に整向するため、従って、方向Ｘに沿って走査ヘッド２２も平行に整向するため、下のストッパ４２も設けられている。
【００２５】
非常に長いスケール２１もしくはケース２３のために、２つの組立て要素３０の間にスケール２１もしくはケース２３を支持することは有効である。その際、これらの支持部は、スケール２１と機械キャリッジ２との間に配設することができる。
【００２６】
重い機械キャリッジは、しばしば、ガイドレール１１における複数の走行機構１２，１２０によっても担持され、これらの走行機構は、長手方向Ｘに互いに間隔を置いて共通のガイドレール１１に配設されている。このような配設の場合、組立て要素３００は、このような２つの走行機構１２，１２０の間にも配設することができる。組立て要素３００は、容易な組立てのために分割されて構成されており、従って、両方の側面脚部３５及び２８は、互いに依存せずに、組立て及び解体をすることができる。これに関する例は、図７に図示されている。その際、組立て要素３００は、両方の部分３０１，３０２から成り、従って、解体は、機械キャリッジ２が取り付けられている場合でも可能である。両方の部分３０１，３０２は、有利なことに、ネジで互いに結合されている。
【００２７】
図示されてない方法では、リニアエンコーダは、スケール２１が、直接、又は、いかなるケースも構成しない担持体を介して組立て要素３０，３００に配設されている開放したリニアエンコーダとすることもできる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明により、特に簡単に交換可能で場所を節約するようにリニアガイドユニットのガイドレールに組み立てることができるリニアエンコーダが得られる。この場合、ガイドレールに沿ったリニアエンコーダのスケールの平行な整向は簡単に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 リニアエンコーダを有するリニアガイドユニットの透視図を示す。
【図２】 走行機構の領域内の図１によるリニアガイドユニットの横断面図を示す。
【図３】 組立て要素の領域内のリニアガイドユニットの横断面図を示す。
【図４】 第２の実施例の横断面図を示す。
【図５】 第３の実施例の横断面図を示す。
【図６】 第４の実施例の横断面図を示す。
【図７】 複数の走行機構及びリニアエンコーダを有する別のリニアガイドユニットの透視図を示す。
【符号の説明】
１ 機械ベッド
２ 機械キャリッジ
１０ リニアガイドユニット
１１ ガイドレール
１２ 走行機構
１３ ローラ又はボール要素
１４ 取付け面
１５，１６ 基準面
１７ 側面
２０ リニアエンコーダ
２１ スケール
２２ 走査ヘッド
２３ ケース
２４ カップリング
２５ キャリヤ
２６ シールリップ
２７ 端部部材
２８ ネジ
３０ 組立て要素
３１，３２ 当接面
３３，３４ 当接面
３５ 側面脚部
３６ 接続脚部
３７ 締付け要素
３８ 側面脚部
４０ アーム
４１ 組立て面
４２ ストッパ
１２０ 走行機構
２３１，２３２ 側面
３００ 組立て要素
３０１，３０２ 部分
３７１ 中間部材
３７２ ウェブ
３７３ 突出部
Ｘ 長手方向

Claims (13)

1. 走査ヘッド（２２）によって走査可能であるスケール（２１）と、ガイドレール（１１）と走行機構（１２）から成るリニアガイドのガイドレール（１１）にスケール（２１）を取外し可能に連結するための組立て手段（３０）とを有し、リニアガイドが、独立したコンポーネントユニット（１０）として、機械のベッド又はキャリッジに取付け可能であり、走行機構（１２）が、ガイドレール（１１）の上部と両側面を把持するように形成され、ガイドレール（１１）の側面に支持されるように、ガイドレール（１１）の案内面に案内されているリニアエンコーダにおいて、
   組立て手段（３０）が、ガイドレール（１１）の上部と両側面を把持するように、ガイドレール（１１）の基準面（１５，１６）を利用して、このガイドレール（１１）に固定されており、スケール（２１）が、走行機構（１２）の移動のために必要な空間を確保しつつガイドレール（１１）に対して間隔を置いて走行機構（１２）の横に並んで延在するように、組立て手段（３０）の側面に固定されており、組立て手段（３０）が、ガイドレール（１１）の長手方向に互いに間隔を置いて配設されており、これにより、リニアガイドの走行機構（１２）が組立て手段（３０）の間を移動可能であることを特徴とするリニアエンコーダ。
2. 組立て手段（３０）が、ガイドレール（１１）に沿ってスケール（２１）を平行に整向するためにガイドレール（１１）の長手方向（Ｘ）に対して垂直に作用する当接面（３１，３２）を備え、また、組立て手段（３０）が、当接面（３１，３２）によってガイドレール（１１）を把持し、ガイドレール（１１）の基準面（１５，１６）に当接面（３１，３２）を当接させるために形成され、これら基準面（１５，１６）が、走行機構（１２）を案内するためのガイドレール（１１）を製造する際に高精度で加工された均質に長手方向（Ｘ）に延在する外面であることを特徴とする請求項１に記載のリニアエンコーダ。
3. 組立て手段が、Ｕ字形に形成されている少なくとも１つの組立て要素（３０）を備え、側面脚部（３５）が、その内面によって当接面の一方（３１）を構成し、接続脚部（３６）が、その内面によって別の当接面（３２）を構成することを特徴とする請求項２に記載のリニアエンコーダ。
4. 別の側面脚部（３８）に、締付け要素（３７）が作用し、この締付け要素によって、組立て手段（３０）がガイドレール（１１）に締付け可能であることを特徴とする請求項３に記載のリニアエンコーダ。
5. 締付け要素（３７）が、組立て要素（３０）の当接面（３１，３２）をガイドレール（１１）の基準面（１５，１６）に圧迫するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載のリニアエンコーダ。
6. 組立て手段（３０）の当接面（３１，３２）が、互いに垂直に、かつガイドレール（１１）の長手方向（Ｘ）に対して平行に延在することを特徴とする請求項２〜５のいずれか１つに記載のリニアエンコーダ。
7. 締付け要素が、ネジ（３７）であることを特徴とする請求項４又は５に記載のリニアエンコーダ。
8. ネジ（３７）によって、中間部材（３７１，３７２）が移動可能であり、この中間部材が、締付けのためにガイドレール（１１）に支持され、中間部材が、挿入部分（３７１）、又は、組立て要素（３０）に取り付けられた、特に成形された偏向可能な部分（３７２）であることを特徴とする請求項７に記載のリニアエンコーダ。
9. 組立て手段（３０）が、ガイドレール（１１）に沿ってスケール（２１）を平行に整向するためにガイドレール（１１）の長手方向（Ｘ）に対して垂直に作用する別の当接面（３３，３４）を備え、これらの当接面が、対応するスケール（２１）又はスケール担持体（２３）の当接面（２３１，２３２）と協働するように構成されていることを特徴とする請求項２〜８のいずれか１つに記載のリニアエンコーダ。
10. ガイドレール（１１）が、取付け面（１４）によって機械の組立て面（１００）に取付け可能であり、走行機構（１２）が、この機械の組立て面に対して相対的に可動な部分（２）に取付け可能であるような独立したコンポーネントユニット（１０）としてのガイドレール（１１）及びこのガイドレールに摺動可能に支承された走行機構（１２）と、請求項１〜９のいずれか１つに記載のリニアエンコーダ（２０）とを有するリニアガイドユニット。
11. 組立て手段（３０）が、ガイドレール（１１）に沿ってスケール（２１）を平行に整向するためにガイドレール（１１）の長手方向（Ｘ）に対して垂直に作用する当接面（３１，３２）を備え、組立て手段（３０）が、ガイドレール（１１）を把持し、その当接面（３１，３２）によって、ガイドレール（１１）の基準面（１５，１６）に当接し、これら基準面（１５，１６）が、走行機構（１２）を案内するためのガイドレール（１１）を製造する際に高精度で加工された均質に長手方向（Ｘ）に延在する外面であることを特徴とする請求項１０に記載のリニアガイドユニット。
12. スケール（２１）及び走査ヘッド（２２）が、ケース（２３）内に配設されており、このケースが、長手方向（Ｘ）に延在するシール要素（２６）を介してシールされたスリットを備え、このスリットが、下に向かって組立て面（１００）に向いていることを特徴とする請求項１１に記載のリニアガイドユニット。
13. 走行機構（１２）に、ケース（２３）と組立て面（１００）との間にキャリヤ（２５）を取り付けるための面（４１）を備える、組立て面（１００）の方向に向いた担持体（４０）が配設されていることによって、走査ヘッド（２２）が、キャリヤ（２５）を介して走行機構（１２）に固定されていることを特徴とする請求項１２に記載のリニアガイドユニット。

Images