| 【発明の名称】 |
変位検出装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】寺口 幹也
【氏名】高橋 哲人
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| 【要約】 |
【課題】取付対象となる固定部と可動テーブルとの一方が発熱体を構成する場合でも、この発熱体による熱の影響を排除して高精度に測定が行える変位検出装置を提供する。
【解決手段】固定部１が発熱体を構成する駆動装置に取り付けられ、固定部１に対して往復動する可動テーブル２の直線上の変位を検出するリニアエンコーダ１０であって、固定部１に取り付けられる本体１１と、可動テーブル２に取り付けられる検出器１２とを備える。本体１１は、固定部１から伝達される熱を強制的に吸収する熱吸収手段９を備える。固定部１が発熱しても、熱吸収手段９を通じて固定部１の熱が外部に逃がされる。そのため、この熱が本体１１の内部に伝わることがない。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 固定部とこの固定部に対して往復動する可動テーブルとの一方が発熱体を構成する駆動装置に取り付けられ、この可動テーブルの直線上の変位を検出する変位検出装置であって、前記固定部及び前記可動テーブルの一方に取り付けられる本体と、前記固定部及び前記可動テーブルの他方に取り付けられる検出器とを備え、前記発熱体に取り付けられる本体又は検出器は、前記発熱体から伝達される熱を強制的に吸収する熱吸収手段を備えていることを特徴とする変位検出装置。
【請求項２】 請求項１に記載の変位検出装置において、前記熱吸収手段は、前記発熱体に取り付けられる本体又は検出器に形成される流路と、この流路の内部に冷却された流体を送る流体供給手段とを備えたことを特徴とする変位検出装置。
【請求項３】 請求項２に記載の変位検出装置において、前記流路は前記本体又は前記検出器の内部に形成されていることを特徴とする変位検出装置。
【請求項４】 請求項１に記載の変位検出装置において、前記熱吸収手段はペルチェ素子であることを特徴とする変位検出装置。
【請求項５】 請求項１から４のいずれかに記載の変位検出装置において、前記駆動装置はリニアモータであり、前記発熱体には励磁用コイルが取り付けられていることを特徴とする変位検出装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固定部に対して可動テーブルが往復動する駆動装置に取り付けられ、可動テーブルの直線上の変位を検出する変位検出装置に関する。
【０００２】
【背景技術】従来より、工作機械や搬送装置等には、固定部に対して可動テーブルを往復動させる駆動装置が組み込まれている。この駆動装置では、可動テーブルが高精度に位置決め制御されるものがある。この場合、駆動装置の固定部に対する可動テーブルの直線変位を検出するために変位検出装置が用いられている。
【０００３】図７は、駆動装置に変位検出装置が取り付けられた状態を示す従来例の概略図である。図７において、可動テーブル１００は、物品やワークを載置する機械テーブル１０１の下面にナット１０２が固定された基本構造を備え、このナット１０２はボールねじ１０３に螺合されている。このボールねじ１０３は、その両端部が図示しない固定部に回動自在に取り付けられており、その一端がサーボモータから構成されるロータリモータ１０４と連結されている。このロータリモータ１０４が正逆方向に回転することで、可動テーブル１００はボールねじ１０３の軸方向に沿って往復動される。
【０００４】可動テーブル１００が高精度に位置決め制御される必要から、ロータリモータ１０４には可動テーブル１００の速度を検出するロータリエンコーダ１０５が取り付けられ、可動テーブル１００と固定部とには可動テーブル１００の直線上の移動量を検出する変位検出装置１０６が設けられている。この変位検出装置１０６は、固定部に取り付けられた本体１０７と、可動テーブル１００に取り付けられた検出器１０８とを備えたリニアエンコーダから構成される。検出器１０８から送られる検出信号は位置・速度制御装置（コントローラ）１０９に送られ、位置指令の制御信号をサーボアンプ１１０を介してロータリモータ１０４に送る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】一般に、ロータリモータ１０４等のモータは熱源となるため、この熱が変位検出装置や可動テーブル１００等に伝達されると、可動テーブル１００の位置決め制御の精度が低下する。前述の従来例では、ロータリモータ１０４は、１カ所に固定されており、しかも、その配置箇所が可動テーブル１００や変位検出装置１０６から離れているため、ロータリモータ１０４で発生する熱が可動テーブル１００や変位検出装置１０６に影響を及ぼさないようにするための発熱対策は容易である。
【０００６】最近、可動テーブル１００を高速で、あるいは、高加速・高減速で移動させるため、ロータリモータに代えてリニアモータが駆動装置に利用されつつある。このリニアモータを利用して可動テーブル１００を移動させるには、可動テーブルと固定部との一方に励磁用コイルを取り付け、可動テーブルと固定部との他方に磁石を取り付ける。これらのコイルや磁石は、可動テーブルや固定部に比較的広い範囲に取り付けられる。
【０００７】一般に、可動テーブルに励磁用コイルを一体化したムービングコイルタイプのリニアモータが多く利用されるが、このタイプのリニアモータを駆動装置に組み込んだ場合、可動テーブルには熱源となる励磁用コイルが広い範囲で配置されているため、可動テーブル自体が発熱体となる。モータの発熱は、負荷によって相違するものの、１００℃程度まで上昇する。この発熱がリニアエンコーダから構成される変位検出装置に直接伝達されることになり、変位検出装置の精度、電子部品の劣化、故障の原因ともなる。
【０００８】本発明の目的は、取付対象となる固定部と可動テーブルとの一方が発熱体を構成する場合でも、この発熱体による熱の影響を排除して電子部品の劣化を抑え、高精度に測定が行える変位検出装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】そのため、本発明は、発熱体で発生する熱を強制的に吸収することで前記目的を達成しようとするものである。具体的には、本発明の変位検出装置は、固定部とこの固定部に対して往復動する可動テーブルとの一方が発熱体を構成する駆動装置に取り付けられ、この可動テーブルの直線上の変位を検出する変位検出装置であって、前記固定部及び前記可動テーブルの一方に取り付けられる本体と、前記固定部及び前記可動テーブルの他方に取り付けられる検出器とを備え、前記発熱体に取り付けられる本体又は検出器は、前記発熱体から伝達される熱を強制的に吸収する熱吸収手段を備えていることを特徴とする。
【００１０】この構成の本発明では、発熱体を構成する固定部又は可動テーブルが発熱しても、発熱体に取り付けられる本体又は検出器は、熱吸収手段を備えているため、この熱吸収手段を通じて発熱体の熱が外部に逃がされる。そのため、本体又は検出器は、冷却されて内部に熱が伝わることが少ないので、本体や検出器の内部に設けられた電子部品等に悪影響を及ぼすことがなく、高精度の測定を行うことができる。
【００１１】ここで、本発明では、前記熱吸収手段は、前記発熱体に取り付けられる本体又は検出器に形成される流路と、この流路の内部に冷却された流体を送る流体供給手段とを備えた構成でもよい。この構成では、冷却された流体、例えば、冷却水、冷却空気、液体窒素等を流路内に流通することで、この冷却された流体が発熱体からの熱を奪うことになり、効率的に冷却することができる。
【００１２】さらに、前記流路は前記本体又は前記検出器の内部に形成されることが好ましい。この構成では、本体や検出器の大きさを今までと同じにすることができるだけでなく、電子部品が配置される部分の近傍を冷却することで、電子部品への熱の伝達を確実に阻止することができる。
【００１３】また、本発明では、前記熱吸収手段はペルチェ素子であってもよい。この構成では、冷却流体の本体又は検出器の内部への漏出を防止するための構造を採用しなくてもよいので、構造を簡易なものにできる。以上において、本発明では、前記駆動装置はリニアモータであり、前記発熱体には励磁用コイルが取り付けられている。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の変位検出装置について好適な実施形態を挙げ、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明にあたって、同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
［第１実施形態］第１実施形態が図１から図４に示されている。図１は本実施形態の変位検出装置を駆動装置に組み込んだ状態を示す概略構成図である。
【００１５】図１において、駆動装置は、工作機械や搬送装置等の装置に組み込まれたもので、固定部１と、この固定部１に対して往復動する可動テーブル２とから構成され、この可動テーブル２は、図示しない物品やワークを載置するためのものである。固定部１には励磁用コイル群３が可動テーブル２の往復動方向に沿って設けられ、可動テーブル２の励磁用コイル群３と対向する部分には磁石４が設けられている。これらの励磁用コイル群３と磁石４とからリニアモータ５が構成され、励磁用コイル群３に通電することで磁石４が設けられた可動テーブル２が往復動する。第１実施形態では、励磁用コイル群３が通電されることで発熱するため、固定部１が発熱体を構成することになる。
【００１６】固定部１にはリニアエンコーダ本体１１が取り付けられ、可動テーブル２には検出器１２が取り付けられている。本体１１と検出器１２とから可動テーブル２の直線上の変位を検出する変位検出装置としてのリニアエンコーダ１０が構成される。検出器１２から送られる検出信号は、位置・速度制御装置６に送られ、この位置・速度制御装置６は、この検出信号に基づいて作成した制御信号をサーボアンプ７を介して励磁用コイル群３に送って可動テーブル２を位置決め制御する。
【００１７】図２及び図３にはリニアエンコーダ１０の詳細な構成が示されている。図２は、リニアエンコーダ１０の正面図であり、図３は、リニアエンコーダ１０の一部を破断した斜視図である。なお、図１では本体１１の上に検出器１２が配置されているが、図２及び図３では本体１１の下に検出器１２が配置されている。図２及び図３において、本体１１は、アルミニウムから成形され励磁用コイル群３が配列された方向に長手方向が一致した略箱状のケーシング１３と、このケーシング１３の内部にそれぞれ設けられたメインスケール１４及び図示しない電子部品と、ケーシング１３の上部に固定され固定部１の正面に本体１１を取り付けるための複数の取付部１１Ａとから構成されている。
【００１８】ケーシング１３は、その開口した両端面に蓋１１Ｂが取り付けられており、その固定部１側に近接した内部には流路１３Ａが本体１１の長手方向に延びて形成されている。この流路１３Ａは、上部の幅が広く下部の幅が狭い断面Ｌ形状とされた１本の流路である。
【００１９】流路１３Ａは、その一端部が流体供給管１５Ａと連通され、その他端部が流体排出管１５Ｂと連通されている。流体供給管１５Ａにはタンク１６Ａに収納された冷却流体を流路１３Ａに供給するポンプ１７が設けられている。流体排出管１５Ｂは、その下流側端部がタンク１６Ｂに開口されている。流体供給管１５Ａ及び流体排出管１５Ｂは、それぞれその端部が蓋１１Ｂに貫通して取り付けられている。これらのタンク１６Ａ，１６Ｂを１つにして冷却流体を循環使用するものでもよい。この場合、タンクに冷却装置を設置しておき、ポンプ１７から供給される流体が常時冷却されている構成とすることが好ましい。
【００２０】第１実施形態では、流体供給管１５Ａ、ポンプ１７及びタンク１６Ａから流路１３Ａの内部に冷却流体を送る流体供給手段８が構成されている。さらに、流体供給手段８、流路１３Ａ、流体排出管１５Ｂ及びタンク１６Ｂから発熱体から伝達される熱を強制的に吸収する熱吸収手段９が構成されている。第１実施形態で用いられる冷却流体は、水、空気、油、液体窒素等であり、その温度は固定部１の発熱温度より低ければよく、例えば、室温（２０℃程度）でもよく、室温以下０℃以上であってもよく、あるいは、０℃以下であってもよい。冷却効果を考慮すると、冷却温度が低い程よいが、電子部品等が結露する等という不都合があるので、１０℃から２０℃の範囲が好ましい。なお、冷却空気を冷却流体として使用する場合には、流体排出管１５Ｂ及びタンク１６Ｂは必ずしも設けることを要しない。
【００２１】第１実施形態では、流路１３Ａは、図２に示される断面形状に限定されるものではなく、本体１１の内部を冷却する構造であれば、その具体的断面形状は問われない。例えば、図４に示される通り、流路１３Ａを複数本の流通孔１３Ｂから形成してもよい。流路１３Ａを複数本の流通孔１３Ｂから形成すれば、冷却流体が流通する流通孔１３Ｂの数を選択することで、冷却能力を調整することができる。なお、図４では、流通孔１３Ｂは断面円形であるが、その断面の具体的な形状は問われるものではなく、例えば、断面三角形状、半円形状、矩形状等の形状であってもよい。
【００２２】図２において、検出器１２は、可動テーブル２に取り付けられたケーシング１２Ａと、このケーシング１２Ａの内部にそれぞれ設けられたインデックススケール２７（図４参照）及び電子部品（図示せず）とから構成されている。検出器１２のインデックススケール２７は、本体１１のメインスケール１４を挟むように断面コ字形に形成されており、これらのスケールの相対位置がケーブル１８を通じて図示しない位置・速度制御装置に送られる。
【００２３】従って、(1)第１実施形態では、固定部１が発熱体を構成する駆動装置に取り付けられ、固定部１に対して往復動する可動テーブル２の直線上変位を検出するリニアエンコーダ１０であって、固定部１に取り付けられる本体１１と、可動テーブル２に取り付けられる検出器１２とを備え、発熱体である固定部１に取り付けられる本体１１は、固定部１から伝達される熱を強制的に吸収する熱吸収手段９を備えている構成としたので、固定部１が発熱しても、熱吸収手段９を通じて固定部１の熱が外部に逃がされる。そのため、この熱が本体１１の内部に伝わることが少ないので、本体１１や検出器１２の内部に設けられた電子部品等に悪影響を及ぼすことがなく、高精度の測定を行うことができる。
【００２４】さらに、(2)熱吸収手段９は、本体１１に形成される流路１３Ａと、この流路１３Ａの内部に対して冷却された流体を送る流体供給手段８とを備えて構成したから、冷却流体が固定部１から伝達される熱を確実に奪うことになり、冷却を効率的に行うことができる。また、(3)流路１３Ａは本体１１の内部に形成されているので、本体１１の大きさを通常のリニアスケールのものと同じにすることができるだけでなく、電子部品が配置される部分の近傍を冷却することで、電子部品への熱の伝達を確実に阻止することができる。さらに、(4)固定部１に取り付けられた本体１１に熱吸収手段９を設けたから、測定に際して検出器１２が移動しても、熱吸収手段９を構成する流体供給管１５Ａ及び流体排出管１５Ｂが移動しない。そのため、検出器１２の移動が妨げられないので、測定誤差が生じることがない。
【００２５】［第２実施形態］次に、本発明の第２実施形態について、図５に基づいて説明する。第２実施形態は可動テーブル２が発熱体を構成するとともに、流路の形成箇所検出器である点で第１実施形態と構成が異なるもので、他の構成は第１実施形態と同じである。第２実施形態のリニアエンコーダ２０は図１で示されるリニアエンコーダ１０と同様に可動テーブル２の位置決めを制御するために使用される。
【００２６】図５には第２実施形態のリニアエンコーダ２０の詳細な構成が示されている。図５は、図３に対応したものであって、リニアエンコーダ２０の一部を破断した斜視図である。図５において、リニアエンコーダ２０は固定部１に取り付けられた本体２１と、可動テーブル２に取り付けられた検出器２２とから構成される。第２実施形態では、励磁用コイル群３と磁石４とが第１実施形態とは逆に取り付けられている。つまり、可動テーブル２には励磁用コイル群３が設けられ、固定部１の励磁用コイル群３と対向する部分には磁石４が設けられている。可動テーブル２が発熱体を構成する。
【００２７】本体２１は、励磁用コイル群３が配列された方向に長手方向が一致した略箱状のケーシング２３と、このケーシング２３の内部にそれぞれ設けられたメインスケール１４及び図示しない電子部品とを備えた従来構造を有する。検出器２２は、可動テーブル２に取り付けられたケーシング２２Ａと、このケーシング２２Ａの内部にそれぞれ設けられたインデックススケール２７及び電子部品（図示せず）とから構成されている。
【００２８】検出器２２のインデックススケール２７は、本体２１のメインスケール１４を挟むように断面コ字形に形成されており、これらのスケールの相対位置がケーブル１８を通じて図示しない位置・速度制御装置に送られる。ケーシング２２Ａの可動テーブル２側に近接した内部には流路２２Ｂが貫通して形成されている。この流路２２Ｂは、断面が矩形状とされた１本の流路であり、その一端部が流体供給管１５Ａと連通され、その他端部が流体排出管１５Ｂと連通されている。第２実施形態では、流体供給手段８、流路２２Ｂ、流体排出管１５Ｂ及びタンク１６Ｂから発熱体から伝達される熱を強制的に吸収する熱吸収手段２９が構成されている。
【００２９】従って、(5)第２実施形態では、可動テーブル２が発熱体を構成する駆動装置に取り付けられ、固定部１に対して往復動する可動テーブル２の直線上変位を検出するリニアエンコーダ２０であって、固定部１に取り付けられる本体２１と、可動テーブル２に取り付けられる検出器２２とを備え、発熱体である可動テーブル２に取り付けられる検出器２２は、可動テーブル２から伝達される熱を強制的に吸収する熱吸収手段２９を備えている構成としたので、可動テーブル２が発熱しても、熱吸収手段２９を通じて可動テーブル２の熱が外部に逃がされる。そのため、この熱が検出器２２の内部に伝わることが少ないので、本体１１や検出器１２の内部に設けられた電子部品等に悪影響を及ぼすことがなく、高精度の測定を行うことができる。
【００３０】さらに、(6)熱吸収手段２９は、検出器２２に形成される流路２２Ｂと、この流路２２Ｂの内部に対して冷却された流体を送る流体供給手段８とを備えて構成したから、冷却流体が可動テーブル２から伝達される熱を確実に奪うことになり、冷却を効率的に行うことができる。また、(7)流路２２Ｂは検出器２２の内部に形成されているので、検出器２２の大きさを通常のリニアスケールのものと同じにすることができるだけでなく、電子部品が配置される部分の近傍を冷却することで、電子部品への熱の伝達を確実に阻止することができる。
【００３１】［第３実施形態］次に、本発明の第３実施形態について、図６に基づいて説明する。第３実施形態は熱吸収手段の基本構成並びに本体が第１実施形態と異なるもので、他の構成は第１実施形態と同じである。第３実施形態のリニアエンコーダ３０は図１で示されるリニアエンコーダ１０と同様に可動テーブル２の位置決めを制御するために使用される。
【００３２】図６には第３実施形態のリニアエンコーダ３０の詳細な構成が示されている。図６は、図３に対応したものであって、リニアエンコーダ３０の一部を破断した斜視図である。図６において、リニアエンコーダ３０は固定部１に取り付けられた本体３１と、可動テーブル２に取り付けられた検出器１２とから構成される。本体３１は、アルミニウムから成形され励磁用コイル群３が配列された方向に長手方向が一致した略箱状のケーシング３３と、このケーシング３３の内部それぞれ設けられたメインスケール１４及び図示しない電子部品とを備えて構成されている。
【００３３】ケーシング３３の固定部１と対向する面及び上面にはペルチェ素子３９がそれぞれケーシング３３の長手方向に延びて帯状に設けられている。固定部１と対向する面に設けられたペルチェ素子３９は、ケーシング３３に形成された複数の嵌合溝３３Ａにそれぞれ嵌合された複数本から構成されている。上面に設けられたペルチェ素子３９は上面から突出形成された１本から構成されている。これらのペルチェ素子３９は図示しない制御手段で通電量が制御されてケーシング３３を冷却する熱吸収手段を構成する。
【００３４】従って、第３実施形態では、第１実施形態の(1)と同様の作用効果を奏する他に、次の作用効果を奏することができる。つまり、(8)第３実施形態では、熱吸収手段３９はペルチェ素子から形成されたので、第１及び第２実施形態のように冷却流体の本体１１又は検出器２２の内部への漏出を防止するための構造を採用しなくてもよいので、構造を簡易なものにできる。さらに、ペルチェ素子３９の通電量を制御することで、冷却温度を簡単に制御することができる。また、(9)ペルチェ素子３９を本体３１のケーシング３３の固定部１に面した箇所に設けたので、最も熱の高い部分をペルチェ素子３９で集中して冷却することになり、冷却効率を高いものとすることができる。
【００３５】以上、本発明において好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並びに設計変更が可能である。前記各実施形態では、リニアエンコーダ１０，２０，３０は、可動テーブルの相対位置を光学的に検出するものであったが、可動テーブルの相対位置を磁力で検出するものであってもよい。
【００３６】さらに、前記各実施形態では、固定部１や可動テーブル２が励磁用コイルで発熱する場合について適用されたが、本発明では、この場合に限らず、他の原因で固定部１や可動テーブル２が発熱する場合についても適用される。また、本体１１，２１，３１が可動テーブル２に取り付けられ、検出器１２，２２が固定部１に取り付けられる構造でもよい。さらに、熱吸収手段をヒートパイプ等から構成してもよい。
【００３７】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、取付対象となる固定部と可動テーブルとの一方が発熱体を構成する場合でも、発熱体で発生する熱を強制的に吸収する構成としたので、発熱体による熱の影響を排除して高精度に測定が行えるという効果がある。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１３７６９４
【氏名又は名称】株式会社ミツトヨ
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| 【出願日】 |
平成１１年１２月１６日（１９９９．１２．１６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７９０８３
【弁理士】
【氏名又は名称】木下 實三 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１７４２４７（Ｐ２００１−１７４２４７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年６月２９日（２００１．６．２９） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３５７５１４ |
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