JP6225078B2

JP6225078B2 - リニアエンコーダ

Info

Publication number: JP6225078B2
Application number: JP2014142006A
Authority: JP
Inventors: 林　康一; 康一林; 憲之福井
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2014-07-10
Filing date: 2014-07-10
Publication date: 2017-11-01
Anticipated expiration: 2034-07-10
Also published as: CN105258712A; US20160011017A1; JP2016017894A; DE102015110256A1; CN105258712B; US9689716B2

Description

本発明は、工作機械や半導体製造装置等に組み込まれ、可動軸の位置を検出するリニアエンコーダに関する。

図３は、従来のリニアエンコーダの具体的構成を示す図である。図４は、図３のＢ−Ｂ’断面図である。図３の示す従来のリニアエンコーダのスケールユニット１は、図４の断面図に示すように、その底面と正面との角部付近が空いた構造のスケール筐体２からできており、スケール筐体２の内部にはメインスケール３が固定されている。メインスケール３は、ガラスからできており、その表面には、長手方向に一定間隔のピッチで格子状の金属薄膜の目盛が刻まれている。また、リニアエンコーダのスライダーユニット２０は、スライダー保持部２２と、検出ヘッド保持部２３と、その両者をつなぐ支柱２４から成るスライダー筐体２１とに大別される。検出ヘッド保持部２３には、発光部７とミラー８と受光部２９から成る検出ヘッドが固定されている。検出ヘッドでは、発光部７が発した光がミラー８で直角に反射して、メインスケール３の格子部に照射され、その透過した光を受光部２９で電気信号に変換する。スライダー保持部２２は、機械の可動部等にボルト固定される。また、スライダー保持部２２は、その内部に受光部２９からの電気信号を位置データ信号に変換する回路基板２７が組み込まれている。また、支柱２４と検出ヘッド保持部２３には、検出ヘッドからの電線２８を回路基板２７まで通すための貫通穴２６があけられている。回路基板２７が出力した位置データ信号は、スライダー保持部２２に設置された防水コネクタ９を介して外部へ出力される。また、スライダー保持部２２には蓋４が固定され、回路基板２７を水や油等から保護する構造となっている。

スケールユニット１とスライダーユニット２０は、図３に示すように組み合わせられ、検出ヘッドと検出ヘッド保持部２３と支柱２４の一部がスケール筐体２の内部に組み込まれている。スケール筐体２の開口部付近には、シール５，６が固定されている。シール５，６の先端部どうしが接触し、スケール筐体２の開口部を塞ぐことで、外部からの埃や水や油等の侵入を防ぐ構造となっている。また、支柱２４は、スケールユニット１の長手方向に長く、厚み方向には薄い形状をしており、その断面は船形の形状をしている。この形状により、スライダーユニット２０が可動すると、進行方向では２つのシール５，６をかき分けて進む。また、この形状により、支柱２４の進行方向の反対側では、かき分けたシール５，６の先端部が再度接触するようにできている。

スライダー保持部２２と検出ヘッド保持部２３と支柱２４とから成るスライダー筐体２１は、一般的にロストワックス鋳造やダイキャスト等により、アルミ等の金属で一体成型される。しかし、検出ヘッド保持部２３と支柱２４の貫通穴２６は、穴径が非常に小さいのに対して、その穴の長さが穴径の５倍以上と長いため、一体成型で貫通穴を製造することができなかった。また、貫通穴を後加工する場合でもドリル加工や加工コストの高い放電加工しかなく、配線数が多いと複数個の穴をあける必要があった。また、支柱が非常に薄いため、ドリル加工時に支柱の表面をドリルが突き破るような加工不良も発生し易かった。また、複数本の電線を支柱の貫通穴に通す作業や電線を通した後の電気回路と接続するための半田付け作業やコネクタ端子の圧着作業が必要であり、配線のための作業工数も問題となっていた。なお、配線作業を向上させる方法として、電線に変えてＦＣＣ（フレキシブルフラットケーブル）を使用する方法があるが、ＦＣＣを貫通穴に通すためには、支柱に長穴を設ける必要があり、これを後加工で行うには、放電加工や、ドリル加工を何度も繰り返して行う必要があった。また、支柱に長穴を設ける方法としては、スライダー筐体の支柱の一部を長穴で分割した形状の２つの成型部品で構成する方法もあるが、この方法では検出ヘッド保持部を支える支柱の強度が低下する問題があった。

本発明は、上述のような事情から成されたものであり、本発明の目的は、スライダー筐体の検出ヘッド保持部と支柱の貫通穴を一体成型又は、ミーリング加工で行うことのできるリニアエンコーダのスライダー構造を実現し、コストの安いリニアエンコーダを提供することにある。

本発明のリニアエンコーダは、スケールユニットと、当該スケールユニットに沿ってスライドするスライダーと、を備えたリニアエンコーダであって、前記スライダーは、スライダー保持部と、前記スケールユニットのスケール筐体内に配置される検出ヘッド保持部と、これら二つの保持部を繋ぐべく前記スケール筐体の内外に延びる支柱と、から構成されたスライダー筐体を備え、前記支柱のうち前記検出ヘッド保持部寄りの一部分と、前記検出ヘッド保持部の前記支柱寄りの一部分と、を前記支柱の厚みよりも大きな厚みでくり貫いている、ことを特徴とする。

この場合、前記支柱のくり貫きは、前記スケールユニットと組み合わせた場合に、スケール筐体に固定されたシールが前記支柱部に接触する位置よりも、前記検出ヘッド保持部寄りの一部分に行う、ことが望ましい。

また、前記スライダー筐体は、前記支柱のくり貫き箇所から前記スライダー保持部までの間に貫通穴を設けたスライダー筐体が一体成型により形成されてもよい。

また、前記スライダー筐体は、前記支柱部のくり貫き箇所から前記スライダー保持部までの間の貫通穴がミーリング加工により後加工されてもよい。

本発明によれば、支柱のうち検出ヘッド保持部寄りの一部分と、検出ヘッド保持部の支柱寄りの一部分と、を支柱の厚みよりも大きな厚みでくり貫いているため、貫通穴の長さを短くできる。このため、貫通穴も含めて、スライダー筐体をロストワックス鋳造やダイキャスト等により一体成型することが可能となる。また、貫通穴の長さによっては、一体成型ができない場合でも、従来のスライダー筐体よりも貫通穴の長さを短くできる上に、ミーリング工具の付け根部が支柱の厚みと同等以上に太くできるため、貫通穴のミーリング加工が容易となる。これにより、ＦＣＣ用の長穴加工をミーリング加工により、簡単に行うことができ、加工コストをアップせずに配線工数を削減することが可能となる。以上から本発明により、コストの安いリニアエンコーダのスライダーユニットを提供することが可能となる。

なお、従来のリニアエンコーダでは、本発明のように支柱部にくり貫き部を設けることは、リニアエンコーダのシール性能を劣化させるため、非常識と思われていた。しかし、実際に支柱とシールの関係を調査すると、支柱の中央部では、シールはスライダー保持部側に近い面しか接触しておらず、支柱の中央部の検出ヘッド保持部側は、シール性能に対してまったく機能していないことが判明した。以上のような分析によって、本発明を実現することが可能となった。

本発明のリニアエンコーダの具体的構成を示す図である。図１のＡ−Ａ’断面図である。従来のリニアエンコーダの具体的構成を示す図である。図３のＢ−Ｂ’断面図である。

以下、本発明について図面を参照して説明する。図１は、本発明のリニアエンコーダの具体的構成を示す図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ’断面図である。なお、図１では、分かりやすさのために、シール６や、スケール筐体２の上面（図２における右側端面）の図示は省略している。また、図１と図２で、図３と図４と同じ機能のものは同じ符号とし、その説明を省略する。スライダー筐体１１の検出ヘッド保持部１３と支柱１４の一部は、支柱１４が、シール５，６と接触する手前の検出ヘッド保持部１３側の位置までを支柱１４の厚みよりも大きな厚みでくり抜いた形状となっている。

すなわち、図面から明らかな通り、検出ヘッド保持部１３は、スケール筐体２の内部に形成された中空空間に完全に収容されている。また、スケール筐体２の角部には、内外に連通する開口が形成されており、支柱１４は、この開口を通して、スケール筐体２の内外に延びている。つまり、検出ヘッド保持部１３は、外部に露出せず、支柱１４は、その一部が外部に露出している。スケール筐体２には、シール５，６が固定されており、このシール５，６の先端は、支柱１４に接触する。支柱１４のうち、このシール５，６の支柱１４への接触位置よりも、検出ヘッド保持部１３寄りの範囲は、外部に露出しない。

本実施形態では、この支柱１４のうちシール５，６との接触位置よりも検出ヘッド保持部１３寄りの範囲、換言すれば、支柱１４のうち外部に露出しない範囲と、検出ヘッド保持部１３の前記支柱１４寄りの一部分と、にくり貫き部１５を形成している。なお、このくり貫き部１５は、図１に示すように、支柱１４のうち、スケール長手方向（図１の左右方向）の略中央部に設けることが望ましい。ただし、スケール筐体２の開口部分のシールを確保できるのであれば、くり貫き部１５は、スケール長手方向の中央に限らず、他の位置に形成されてもよい。

支柱１４のくり貫き部１５からスライダー保持部１２までの間には、長穴の貫通穴１６があけられている。また、スライダー筐体１１は、スライダー保持部１２と検出ヘッド保持部１３と支柱１４とくり貫き部１５と貫通穴１６は、ロストワックス鋳造やダイキャスト等により、アルミ等の金属で一体成型により製造される。受光部２９と接続されたＦＣＣ１８は、くり貫き部１５と長穴の貫通穴１６を通して回路基板１７に実装されたＦＰＣコネクタ１９に接続される。

図１と図２の実施例では、支柱１４の貫通穴１６を一体成型で製作する例を記したが、貫通穴１６の一体成型が困難な場合は、長穴の貫通穴１６を後で、ミーリング加工してもよい。また、一体成型時にくり貫き部１５を設けず、後加工でくり貫き部１５をミーリング加工してもよい。また、実施例では、光学式のリニアエンコーダの例について記したが、磁気式や電磁誘導式のリニアエンコーダでも実現できる。

１スケールユニット、２スケール筐体、３メインスケール、４蓋５，６シール、７発光部、８ミラー、９防水コネクタ、１０，２０スライダーユニット、１１，２１スライダー筐体、１２，２２スライダー保持部、１３，２３検出ヘッド保持部、１４，２４支柱、１５くり貫き部、１６，２６貫通穴、１７，２７回路基板、１８ＦＣＣ、１９コネクタ、２８電線、２９受光部。

Claims

スケールユニットと、当該スケールユニットに沿ってスライドするスライダーと、を備えたリニアエンコーダであって、
前記スライダーは、スライダー保持部と、前記スケールユニットのスケール筐体内に配置される検出ヘッド保持部と、これら二つの保持部を繋ぐべく前記スケール筐体の内外に延びる支柱と、から構成されたスライダー筐体を備え、
前記支柱のうち前記検出ヘッド保持部寄りの一部分と、前記検出ヘッド保持部の前記支柱寄りの一部分と、を前記支柱の厚みよりも大きな厚みでくり貫いている、
ことを特徴とするリニアエンコーダ。
前記支柱のくり貫きは、前記スケールユニットと組み合わせた場合に、スケール筐体に固定されたシールが前記支柱部に接触する位置よりも、前記検出ヘッド保持部寄りの一部分に行う、ことを特徴とする請求項１に記載のリニアエンコーダのスライダー構造。
前記スライダー筐体は、前記支柱のくり貫き箇所から前記スライダー保持部までの間に貫通穴を設けたスライダー筐体が一体成型により形成される、ことを特徴とする請求項１または２に記載のリニアエンコーダ。
前記スライダー筐体は、前記支柱部のくり貫き箇所から前記スライダー保持部までの間の貫通穴がミーリング加工により後加工される、ことを特徴とする請求項１または２に記載のリニアエンコーダ。