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【発明の名称】 測定スケール用軌道を具えた測定装置並びにこのスケールに張力を与える装置
【発明者】 【氏名】ジェームズ レイノルズ ヘンショウ

【氏名】ピーター ジェフリー ホールデン

【氏名】リチャード ジョン フードレス

【氏名】トーマス イアン マッキントッシュ

【氏名】デービッド ロバーツ マクマートリー
【要約】 【課題】スケールに使用される測定スケールを担持するための軌道配列、そのためのスケール、及び測定スケールに張力を与える装置と方法。

【解決手段】変位を求めるためのスケール読取装置と共に使用するのに適した測定用スケール５と、このスケール５を保持する種々の軌道６，であって、スケール５を磁気的に吸着するチャンネルを有する軌道と、使用時に、基板６６にスケールが固定される前にプリロードを解放することによってスケールに張力を付与し、その後に取り外されるスケール引張り装置４０，６０とが開示されている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 測定スケール（５）を保持するための、チャンネル（９，９ａ，２６，３２）を有する細長い軌道（６，６ａ，２０，３０）であって、該軌道は前記スケールを磁気的に前記チャンネルに吸着するように構成されていることを特徴とする細長い軌道。
【請求項２】 前記スケールを前記軌道の前記チャンネルに磁気的に吸着する磁性材料（１１，３０）を有していることを特徴とする請求項１に記載の細長い軌道。
【請求項３】 前記磁性材料がフェライトゴムであることを特徴とする請求項２に記載の細長い軌道。
【請求項４】 前記磁性材料が前記チャンネル内に設けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載の細長い軌道。
【請求項５】 前記チャンネルが、スケールの縁部分のみで該スケールを保持するように構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の細長い軌道。
【請求項６】 前記軌道がアルミニウムで形成され、製造の際に機械加工及び／又は押出加工されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の細長い軌道。
【請求項７】 前記軌道がフェライトゴムで形成され、該ゴムがそれに形成された前記チャンネルを有していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の細長い軌道。
【請求項８】 請求項１〜７のいずれか１項に記載の細長い軌道（６，６ａ，２０，３０）を使用していることを特徴とする磁性体製の又は磁化可能な測定スケール（５）。
【請求項９】 測定スケール（５）と該スケールを保持するためのチャンネル（９，９ａ，２６，３２）を有する細長い軌道（６，６ａ，２０，３０）とを具え、該軌道は前記スケールを前記チャンネルに磁気的に吸着していることを特徴とする測定装置。
【請求項１０】 更に、前記軌道上で前記スケールに張力を付与するスケール引張り装置を具えていることを特徴とする請求項９に記載の測定装置。
【請求項１１】 前記装置が、前記スケール（５）に張力を与えるように作用するプリロード付与部材（５４，５６）を具えていることを特徴とする測定スケール引張り装置。
【請求項１２】 前記プリロード付与部材が弾性部分５４を具え、前記引張り装置が、前記部材にプリロードを付与しそして該プリロードを解放する荷重付与部分（５０，５２）も具えていることを特徴とする請求項１１に記載の測定スケール引張り装置。
【請求項１３】 前記荷重付与部分が偏心した回転可能な部分（５２）であり、プリロードを付与すると共に、該プリロードを解放することを特徴とする請求項１２に記載の測定スケール引張り装置。
【請求項１４】 測定スケールとスケール引張り装置とを準備し、前記スケールを基板に装着し、前記スケールの一端を前記基板に固定するステップを含む測定スケールに張力を与える方法であって、該方法は、前記スケール引張り装置にプリロードを付与し、前記引張り装置を前記スケールの他端に隣接する前記基板に固定し、前記引張り装置の前記プリロードを解放して前記スケールに張力を付与し、前記スケールの張力を維持しながら前記スケールの他端を前記基板に固定し、前記引張り装置の固定を解除する各ステップを含むことを特徴とする測定スケールに張力を与える方法。
【請求項１５】 更に、前記スケール引張り装置に再びプリロードを付与し、前記引張り装置を前記スケールの前記他端に隣接する前記基板に再固定し、前記引張り装置の前記プリロードを解放し、前記他端における前記スケールの固定を解放し、それによって前記スケールに更に張力を付与し、前記スケールの前記他端を前記基板に再固定すると共に、前記スケールに更に付与された張力を維持し、前記引張り装置の固定を解放し、更に張力が加えられて前記スケールが実質的にそれ以上伸びなくなるまで、この請求項の前記ステップを繰り返すことを特徴とする請求項１４に記載の測定スケールに張力を与える方法。
【請求項１６】 前記スケールを前記他端に固定或いは再固定した後で、前記基板から前記引張り装置を取り外すステップを含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】 前記スケールを前記基板に固定するステップが、前記スケールを前記基板に保持するための軌道を準備するステップを含むことを特徴とする請求項１４、１５、１６のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スケールに使用される測定スケールを担持するための軌道配列、そのためのスケール、及び測定スケールに張力を与える装置と方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】二つの部材の相対変位を測定する光電式スケール読取装置の公知の形態は、これらの部材の一方に設けられたある長さのスケールであって、周期的なパターンを規定するスケールマークを有するスケールと、他方の部材に設けられた読取ヘッドと、前記スケールを照明する手段と、スケールマークからの光との相互作用によって前記読取ヘッドに対して動く干渉縞を生じる周期的回折手段と、前記干渉縞に呼応して変位の指標を発生する前記読取ヘッドに設けられた検出手段とを具えている。
【０００３】このような装置の例は、EP-A-0 207 121及びUS-A-4,974,962に開示されている。代表的なものとしては、前記スケールは、表面に銅の層を有するばね鋼で作られている。US-A-4,926,566はスケールの製造法を開示し、このスケールは圧延によって作られた可撓性のテープの形態をなし、スケールマークのピッチは例えば２０〜４０μm となっている。
【０００４】従来は、この長さのスケールは軌道に受け入れられて担持され得、この軌道は、例えばアルミニウムの押出加工品であり、軌道の下部が例えばねじやボルト等によって表面に取付けられ、軌道の上部はスケールを受け入れるように形成されている。軌道１の長手方向を横切る断面図である図１を参照すると、この軌道は、その長さ及びクランプ用ストリップ４の長さに沿って所定の間隔で設けられたねじ３によって表面２に取付けられ、該軌道１の上部はその中に滑り込んだスケール５を受け入れている。
【０００５】この軌道１の上部は、スケールを所定位置に維持するスケール保持エレメント１ａを有している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この構成は製造及び設置するのが困難である。多くの読取ヘッドはその取付け高さの許容差が小さく、これは軌道１が正確に作られなければならないことを意味する。スケール５を軌道１にスライド可能に適合させるのに必要なクリアランスは、スケールを更に正確に製造してこのクリアランスを補償することを要求している。
【０００７】特に異なる金属を使用した場合には、スケールと軌道との間に熱に起因する相対運動が生じるので、スケール５を軌道１にしっかりと固定することは望ましくない。この理由のために、図１に示されている従来技術の軌道は、スケールがスライドできるようになっている。スケールが長さ方向と幅方向の両方において定位置に保持されているならば、更に正確な読取りができるであろうが、スケールを軌道に対して固定してはならず、且つこれを所定位置に保持する力に偏りがあってはならない。
【０００８】また、スケールは圧縮された状態で軌道その他の支持部材から持ち上がることが判っている。一つのスケール引張り装置が、米国特許第４，５５９，７０７号(Heidenhain)に記載されている。しかし、このスケール引張り装置及びその他のスケール引張り装置は、持ち上がりを防止するよりも、むしろスケールのピッチの誤差を修正することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】かくして、従来技術はチャンネルを具えた細長い軌道を開示し、このチャンネルはその中に測定用スケールを保持するように構成されている。第１の態様による本発明は、軌道がスケールを該軌道のチャンネル内に磁気的に吸着するように構成されていることを特徴とする。
引張り引張り引張りこれらの従来技術の引張り装置の構造的な細部は、第２態様による本発明とは異なる。本発明は、スケールを引張るようにプリロードを与える弾性部材を具えた測定スケール引張り装置を設けることを特徴としている。
【００１０】更に別の態様による本発明は、測定スケールとスケール引張り装置とを準備し、前記スケールを基板に装着し、前記スケールの一端を前記基板に固定するステップを含む測定スケールに張力を与える方法であって、該方法は、前記スケール引張り装置にプリロードを付与し、前記引張り装置を前記スケールの他端に隣接する前記基板に固定し、前記引張り装置の前記プリロードを解放して前記スケールに張力を付与し、前記スケールの張力を維持しながら前記スケールの他端を前記基板に固定し、前記引張り装置の固定を解除する各ステップを含むことを特徴とする測定スケールに張力を与える方法を提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明を添付の図面を参照して、例示によって説明する。
【００１２】図２〜図５を参照するに、アルミニウムの押出加工品によってある長さの軌道６が準備され、これは、この軌道６の長さ方向に沿って間隔を空けて（例えば１０cmのピッチで）設けられた孔８に挿入されるねじ７によって表面に取付け可能である。この長さの軌道６はその長さに沿って中央を延びるチャンネル９を具え、前記孔８はこのチャンネル９の底に設けられている。また、チャンネル９の両側に沿って、軌道６の上面より下に縁部１０が存在している。
【００１３】ねじ７によって表面に取付けられたある長さの軌道６には、孔８の各対の間に可撓性の磁性材料のストリップ１１が置かれ、両面接着テープのストリップ１２によってチャンネルの底に保持されている。一例として、このストリップ１１は、英国の Northbridge Road, Berkhamsted, Hertfordshire HP41EHの Magnet Applications Limitedから提供されているフェライトゴムのストリップであってもよい。そして、スケール５（例えば光電式スケール読取装置に使用されているもの）が前記縁部１０の上に載せられ、可撓性磁性材料のストリップ１１によって軌道６上の所定位置に磁気的に保持される。
【００１４】図６は、図７の配列に使用される軌道６の長さ方向を横切る断面を示し、この配列はばねで付勢された読取ヘッド・キャリッジ１３に担持された読取ヘッドが軌道６の上を走行するように構成されている。ホィール１４がブラケットを介して読取ヘッド・カートリッジ１３に固定され、アセンブリはスケール５の方にばねによって付勢されている。このホィールは軌道６上を走行し、この軌道６はこれが取付けられている表面の凹凸や段差に実質的に無関係に、スケールと読取ヘッドの間隙を正しく維持する。
【００１５】上の実施例においては、軌道６はその中央を延びるチャンネル９を具えている。図８、図９、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）を参照するに、別の形態の軌道６ａは、ねじによって表面に軌道６ａを取付けるために長さに沿って間隔を空けて設けられた孔８ａを具えたアルミニウムの押出成形品で作られ、これらの孔は軌道６ａの長手方向の中心線からずれている。チャンネル９ａもこの中心線からずれており、その両側に沿って縁部１０ａが設けられている。使用の際に、軌道６ａは表面に取付けられ、可撓性の磁性材料のストリップが両面接着テープのストリップによってチャンネル９ａの底に保持され、スケールが縁部１０ａの上に載せられ、可撓性磁性材料のストリップによって所定位置に磁気的に保持される。図７の実施例と同様に、この構造は、ホィールが取付けられてばねで付勢された読取ヘッド・キャリッジを具え、このホィールはチャンネル９ａに沿って軌道６の表面を走行する。
【００１６】かかる長さの軌道６或いは６ａは小さい隙間（〜0.5 mm)を以て端同士を衝合させて設置され得る。軌道が取付けられる表面が不均一でなければ、これは満足すべきものである。解決策は，図１１に示されているように、こうした軌道の各端を突起１５と孔１６によって互いに嵌合させることである。実際には底に二つのキー孔状スロットを空け、その一方に適宜な突出ピンを固定することによって、これが可能となる。ばねで付勢された読取ヘッド・キャリッジと連携して使用される場合に、この構成は特に役立つ。
【００１７】スケールは図１２に示されたような形状であってもよい。この実施例では、図示の輪郭を有するアルミニウムの押出加工品２０が、スケールを支持する軌道として用いられる。この押出成形品２０は固定用ねじの頭等を収容するためのチャンネル２２を有し、これらのねじは孔２４を貫通しているが詳細は省略されている。もう一つのチャンネル２６が示されている。他の実施例と同じく、このチャンネル２６はスケール５とこのスケールを所定位置に保持するための磁性ストリップ１１とを収容している。このストリップは接着剤によって所定の位置に保持されている。
【００１８】この軌道の下面には僅かな凹み２８が存していることに留意されたい。凹ませる目的は、軌道が装着される表面にこの下面がぴったりと一致し、凸面を形成しないようにするためである。凸面は軌道を表面上で揺動させるであろう。
【００１９】上述の実施例では、スケールと軌道との間の滑り摩擦力を小さくするためには、ある長さのスケールを所定の位置に保持する磁力は必要以上に大きくてはならない。これは、スケールと磁性材料との間のエアギャップを選ぶことで可能である。
【００２０】図１３は、軌道の更に別の実施例を示す。この実施例では、スケール５を保持するのに可撓性の磁性ストリップ３０が用いられている。このストリップは前述のタイプのフェライトゴムで形成されている。軌道３０にはスケール５を保持するためのチャンネル３２が形成され、スケールを横方向から支えている。この軌道は磁力によって鋳鉄製の工作機械のベッド等の鉄製基板に保持される。使用に当たっては、この軌道は機械の使用等のために一時的に取付けられ、その後で取り外すことができる。
【００２１】図１３に示された軌道の一変形（図示しない）は、スケールより僅かに幅の広いチャンネルを有し、チャンネルの内側の角部分の半径がどのようなものであってもスケールを持ち上げることなく、スケールが捩じれてその高さが変わることがないようにしている。
【００２２】図１２と図１３に示された軌道は、前述の他の軌道と同じように使用される。
【００２３】本発明は光電式以外のスケール及びスケール読取装置、例えば磁気或いは電気容量的な検出によって作動するスケールと読取装置と共に使用できることに留意されたい。当業者であれば、その他の変形や改変も可能であろう。例えば、前述の磁性材料を電磁エレメントに置き換えて、スケールを軌道に吸着してもよい。
【００２４】スケールは磁化され或いは磁性ストリップを固定されてもよく、軌道の磁性部分又は磁化された部分と協働する。スケールはその磁気的吸引力を軌道が取付けられている基板から得ることができ、例えば、スケールは磁性を有し、使用の際に鋳鉄等の鉄製基板の近傍（チャンネル内の）に位置決めされる。
【００２５】図１４、図１５、図１６及び図１７には、前述の全てのスケールに張力を付与するのに使用されるスケール引張り装置が示されている。この引張り装置は、図８、図９、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示された軌道と共に示されているが、どんなタイプの軌道でも使用でき、最も広い意味では、第２態様による発明は軌道を必要としない。スケールに張力が与えられると、スケールの圧縮や持ち上がりが防止される。
【００２６】ある長さの軌道６とスケール５が示されている。スケールはその各端で工作機械のベッド等の基板６６に固定されている。スケールの各端に一つずつ設けられている二つのクランプは二つの部分４２と４４を有している。これら二つのクランプはねじによって基板６６に固定されている。図示の軌道６も、軌道６の貫通孔４６を通るねじによって基板に固定されている。
【００２７】引張り装置は本体４０を具え、その中にはコイルスプリング５４が内蔵されている。このスプリング５４は本体４０の内部で圧縮されてプリロードを提供し、プランジャ５６の動きを防ぐように働く偏心ピン５２によって圧縮された状態で保持される。この偏心ピン５２はシャフト５０と共に回転可能である。このシャフト５０は、ドライバ等でシャフトを手動で回すためのスロット６２を有する。
【００２８】本体４０は、クランプねじ６８を調節的に用いることによって支持体６０に固定され、この支持体６０はボルト７０を用いて、通常は軌道を基板６６に固定するのに使用される孔４６の一つを介して、基板に固定可能となっている。支持体６０に対する本体４０の位置の調節は、本体のスロット４８にクランプねじ６８を通すことで行われる。
【００２９】使用に際し、スケールと軌道が基板６６に装着され、二つの端部クランプ４２と４４がスケールに取付けられる。（スケールを保持している）一方の端部クランプが基板に固定され、（再度、スケールを保持している）他方の端部クランプが基板に緩く取付けられる。支持体６０は軌道装着孔４６を介して基板に固定され、引張り装置の本体４０は支持体６０に取付けられて緩い方の端部クランプ、即ちこれらの図に示されているクランプの方にスライドされる。そこで、プリロードがかけられた状態にある本体４０が支持体６０に締付けられる。
【００３０】本体は初期には図１６に示されている状態にあり、ピン５２がスプリング５４の力に抗してプランジャ５６を後方に押して保持している。シャフト５０のスロット６２が１８０度回されると、ピンを偏心的にプランジャ５６から遠ざける。この作用によって、圧縮されたスプリングの張力は解放され、プランジャを（図１６に示された当接点６４において）クランプ部分４２に対して押し付ける。
【００３１】クランプ部分４２はスケール５に取付けられているので、スケールには張力が与えられる。緩いクランプは基板に締付けられ得、そして本体４０と支持体６０とが取り外され得る。今は空になった軌道固定用孔を用いて軌道を固定することができる。
【００３２】スプリングのプリロードは、例えば正しく較正された張力を与えるように調節可能である。ねじ６７が使用されてスプリングの張力を調節し、プランジャが解放されるときに、スケールに正しい張力を与える。スプリングは１０〜４０Ｎ程度の張力を生み出すように企図されている。
【００３３】特に、長いスケールに張力を与える場合には、スケールに張力を付与するプロセスは繰り返して行う必要がある。同じ張力を受けても、長いスケールは短いものに比べて多く伸び、したがってピン５２のストロークは、スケールに必要な張力を引き出すのに不充分なものとなる場合がある。
【００３４】そのような状況下では、スプリング５４がシャフト５０を回転させることによって再び圧縮され得、本体４０は再位置決めされて、当接部６４においてもう一度クランプ部分４２に当接する。スケールのクランプが緩められる。そして、シャフト５０を回すことによってスプリング５４のプリロードは解放され、それによってスケールは再び張力を付与される。
【００３５】次にクランプが基板に締め付けられる。
【００３６】このプロセスは、スプリングが解放された時に伸長が観察されなくなるまで繰り返される。
【００３７】引張られたスケールの上で使用されるマーク等の周期は、非引張り状態のスケール上のマークの周期よりも短くなければならない。なぜならば、スケールが伸びるからである。したがって、この引張り装置と共に使用されるのに、細かいピッチを有するスケールが提供される。
【００３８】当業者であれば、この引張り装置のその他の改変や修正は自明であろう。例えば、スプリング５４をガス作動型のピストンに置き換えてもよく、この場合にはプリロードはピストンの背後に捕捉されているガスの圧縮或いは加圧ガス源によって得られる。いずれの場合にも、ピストンは、前記ピン５２と同様なピン等の拘束機構によってプリロードを与えられて保持されている。
【出願人】 【識別番号】３９１００２３０６
【氏名又は名称】レニショウ パブリック リミテッド カンパニー
【氏名又は名称原語表記】ＲＥＮＩＳＨＡＷ ＰＵＢＬＩＣ ＬＩＭＩＴＥＤ ＣＯＭＰＡＮＹ
【出願日】 平成１２年１１月３０日（２０００．１１．３０）
【代理人】 【識別番号】１０００７７４８１
【弁理士】
【氏名又は名称】谷 義一 （外２名）
【公開番号】 特開２００１−１９４１０１（Ｐ２００１−１９４１０１Ａ）
【公開日】 平成１３年７月１９日（２００１．７．１９）
【出願番号】 特願２０００−３６５８４４（Ｐ２０００−３６５８４４）