特開 2024-176851 リニアエンコーダ及びリニア搬送システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024176851

(43)【公開日】2024-12-19

(54)【発明の名称】リニアエンコーダ及びリニア搬送システム

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/245 20060101AFI20241212BHJP

   G01B 7/00 20060101ALI20241212BHJP

【ＦＩ】

G01D5/245 110W

G01B7/00 101H

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023095687

(22)【出願日】2023-06-09

(71)【出願人】

【識別番号】390029805

【氏名又は名称】ＴＨＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100141139

【弁理士】

【氏名又は名称】及川 周

(74)【代理人】

【識別番号】100161506

【弁理士】

【氏名又は名称】川渕 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100188891

【弁理士】

【氏名又は名称】丹野 拓人

(72)【発明者】

【氏名】吉野 裕之

【テーマコード（参考）】

2F063

2F077

【Ｆターム（参考）】

2F063AA02

2F063BA28

2F063BC03

2F063CA09

2F063DA01

2F063DA05

2F063DB01

2F063DB04

2F063DC08

2F063DD06

2F063EA02

2F063GA52

2F063ZA01

2F063ZA02

2F077AA46

2F077AA47

2F077CC02

2F077NN05

2F077PP05

2F077VV02

2F077VV21

2F077VV23

2F077VV31

(57)【要約】

【課題】位置検出センサとリニアスケールとのギャップ寸法を精度良く管理できるリニアエンコーダ及びリニア搬送システムの提供を目的とする。
【解決手段】リニアエンコーダ６０は、センサ基板６５と、センサ基板６５の一方の面６５Ａに設けられた位置検出センサ６４と、位置検出センサ６４に対向する部分に、窓部６２ｂが設けられた位置決めプレート６２と、位置決めプレート６２にセンサ基板６５を固定する固定部８０と、を備え、複数の位置検出センサ６４は、センサ基板６５の一方の面６５Ａが位置決めプレート６２に当接した状態で、窓部６２ｂ内に配置されている。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

センサ基板と、
前記センサ基板の一方の面に設けられた複数の位置検出センサと、
前記複数の位置検出センサに対向する部分に、複数の窓部が設けられた位置決めプレートと、
前記位置決めプレートに前記センサ基板を固定する固定部と、を備え、
前記複数の位置検出センサは、前記センサ基板の前記一方の面が前記位置決めプレートに当接した状態で、前記複数の窓部内に配置されている、
リニアエンコーダ。

【請求項2】

前記固定部は、前記複数の位置検出センサの各々の両側に設けられている、
請求項１に記載のリニアエンコーダ。

【請求項3】

前記固定部は、
前記位置決めプレートに設けられた支柱部材と、
前記支柱部材に沿って移動可能なカラー部材と、
前記カラー部材を前記支柱部材に締結固定する締結部材と、を備え、
前記センサ基板には、前記一方の面から他方の面に貫通し、前記支柱部材が挿入される貫通孔が形成され、
前記カラー部材は、前記支柱部材に締結固定された状態で、前記センサ基板の前記他方の面に当接している、
請求項１または２に記載のリニアエンコーダ。

【請求項4】

前記支柱部材は、前記位置決めプレートに対してカシメにより固定されている、
請求項３に記載のリニアエンコーダ。

【請求項5】

リニアスケールを備える移動体と、
前記移動体を案内する軌道体、及び、前記軌道体に沿って配置され、前記リニアスケールに対向可能なリニアエンコーダを備える搬送ユニットと、を備え、
前記搬送ユニットは、前記軌道体が連続するように複数台連結可能であり、
前記リニアエンコーダとして、請求項１または２に記載のリニアエンコーダを備える、
リニア搬送システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、リニアエンコーダ及びリニア搬送システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

下記特許文献１には、誘導型位置トランスデューサ素子を用いた電子スケールが開示されている。この電子スケールは、第一部材と、前記第一部材が移動可能な測定軸を有する細長いビーム部材と、駆動信号に応答し、磁束域内で変動磁束を発生する少なくとも１つの磁場発生器と、前記磁束域内に配置でき、その近傍の変調域内で前記変動磁束を変更可能な少なくとも１つの磁束変調器と、前記磁束域内に配置され、前記磁束域内の変動磁束を検出し、その検出された磁束に基づいて、それと前記少なくとも１つの磁束変調器との間の相対位置を示す出力信号を生成する少なくとも１つの磁束センサと、を含み、前記各磁場発生器および前記各磁束センサは、連続的な空間的に変調された誘導結合を形成する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平９－３２５００２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のようなリニアエンコーダにおいて、高精度の測定を行うためには、位置検出センサとリニアスケールとのギャップ寸法を精度良く管理する必要がある。

【0005】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、位置検出センサとリニアスケールとのギャップ寸法を精度良く管理できるリニアエンコーダ及びリニア搬送システムの提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るリニアエンコーダは、センサ基板と、前記センサ基板の一方の面に設けられた複数の位置検出センサと、前記複数の位置検出センサに対向する部分に、複数の窓部が設けられた位置決めプレートと、前記位置決めプレートに前記センサ基板を固定する固定部と、を備え、前記複数の位置検出センサは、前記センサ基板の前記一方の面が前記位置決めプレートに当接した状態で、前記複数の窓部内に配置されている。

【0007】

また、本発明の一態様に係るリニア搬送システムは、リニアスケールを備える移動体と、前記移動体を案内する軌道体、及び、前記軌道体に沿って配置され、前記リニアスケールに対向可能なリニアエンコーダを備える搬送ユニットと、を備え、前記搬送ユニットは、前記軌道体が連続するように複数台連結可能であり、前記リニアエンコーダとして、先に記載のリニアエンコーダを備える。

【発明の効果】

【0008】

本発明の一態様によれば、位置検出センサとリニアスケールとのギャップ寸法を精度良く管理できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】一実施形態に係るリニア搬送システムの全体図である。

【図2】一実施形態に係る移動体及び搬送ユニットの斜視図である。

【図3】一実施形態に係る移動体及び搬送ユニットをＸ軸方向から視た図である。

【図4】一実施形態に係る搬送ユニットをＹ軸方向から視た図である。

【図5】一実施形態に係るリニアエンコーダの背面側斜視図である。

【図6】一実施形態に係る取付ベース及び位置決めプレートの背面側斜視図である。

【図7】図４に示す矢視ＶＩＩ－ＶＩＩ断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

【0011】

図１は、一実施形態に係るリニア搬送システム１の全体図である。
リニア搬送システム１は、図１に示すように、移動体２と、搬送ユニット３と、を備えている。搬送ユニット３は、移動体２を案内する軌道体３０と、軌道体３０に沿って配置されたリニアエンコーダ６０と、を備えている。

【0012】

搬送ユニット３は、軌道体３０が連続するように複数台連結可能とされている。図１の例では、３台の搬送ユニット３が連結されている。各搬送ユニット３の軌道体３０の間には、連結レール３１が配設されている。移動体２は、連結レール３１によって１本に連結された軌道体３０に沿って移動可能とされている。

【0013】

なお、以下の説明において、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明することがある。Ｘ軸方向は、軌道体３０が延びる長さ方向（移動体２の移動方向）である。Ｙ軸方向は、Ｘ軸方向と直交する軌道体３０の幅方向である。Ｚ軸方向は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向と直交する軌道体３０の高さ方向である。

【0014】

図２は、一実施形態に係る移動体２及び搬送ユニット３の斜視図である。図３は、一実施形態に係る移動体２及び搬送ユニット３をＸ軸方向から視た図である。
図３に示すように、移動体２は、テーブル１０と、スライダブロック１１と、マグネット１２と、リニアスケール１３と、を備えている。

【0015】

テーブル１０は、Ｘ－Ｙ平面に沿って延びる天板部と、天板部のＹ軸方向両端部から下方に垂設される一対の側壁部と、を備えている。テーブル１０の天板部の上面側には、図示しない搬送対象物が固定可能とされている。

【0016】

テーブル１０の天板部の下面側には、スライダブロック１１が取り付けられている。スライダブロック１１は、軌道体３０に対して、Ｘ軸方向に移動可能に係合している。軌道体３０のＹ軸方向両側の側面には、凹部が形成され、スライダブロック１１は、当該凹部に係合する凸部を備えている。

【0017】

なお、軌道体３０の凹部とスライダブロック１１の凸部との間には、図示しない転動体を無端転送させる転動体転送路が形成されてもよい。当該転動体転送路は、例えば、Ｙ軸方向両側に１列ずつ計２列で設けられてもよく、またＹ軸方向両側に２列ずつ計４列で設けられてもよい。

【0018】

また、テーブル１０の天板部の下面側には、マグネット１２が取り付けられている。マグネット１２は、スライダブロック１１の－Ｙ側に配置されている。マグネット１２の磁極は、下方を向いている。マグネット１２の下向きの磁極は、Ｎ極、Ｓ極がＸ軸方向において交互に並ぶように配設されている。

【0019】

テーブル１０の＋Ｙ側の側壁部の内壁面には、リニアスケール１３が取り付けられている。リニアスケール１３は、Ｘ軸方向に延びる薄板の棒状に形成されている。リニアスケール１３は、リニアエンコーダ６０の検出部６４ａとＹ軸方向において対向している。なお、リニアスケール１３及びリニアエンコーダ６０は、光学式であっても磁気式であってもよい。

【0020】

搬送ユニット３は、ベース部材２０と、軌道体３０と、コイルユニット４０と、駆動基板５０と、リニアエンコーダ６０と、カバー７０と、を備えている。ベース部材２０は、底板部２１と、第１柱部２２と、第２柱部２３と、を備えている。底板部２１は、Ｘ－Ｙ平面に沿って延びる板状に形成されている。

【0021】

第１柱部２２は、底板部２１のＹ軸方向の中央部から上方（＋Ｚ側）に向かって立設している。第１柱部２２の頂部には、上述した軌道体３０が取り付けられている。第１柱部２２は、図２に示すように、軌道体３０と共にＸ軸方向に延在している。第１柱部２２の－Ｙ側を向く面には、第１取付部２２ａ（段差）が形成されている。

【0022】

第２柱部２３は、第１柱部２２の－Ｙ側に配置され、底板部２１から上方（＋Ｚ側）に向かって立設している。第２柱部２３も、第１柱部２２（第１取付部２２ａ）と共にＸ軸方向に延在している。第２柱部２３の頂部の高さは、第１取付部２２ａの高さと同じとされている。第２柱部２３と第１取付部２２ａとの間には、支持部材４１が架設されている。

【0023】

支持部材４１は、図３に示すように、Ｘ軸方向から視てＬ字状に形成されている。支持部材４１は、コイルユニット４０を支持している。コイルユニット４０は、Ｚ軸方向においてマグネット１２と対向している。コイルユニット４０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル群をＸ軸方向に沿って備えている。このコイルユニット４０は、例えば、Ｘ軸方向に複数台（本実施形態では４台）並んで設けられている。

【0024】

駆動基板５０は、図３に示すように、コイルユニット４０の下方（－Ｚ側）に配置され、底板部２１上に固定されている。駆動基板５０は、図示しないケーブルを介してコイルユニット４０と接続され、コイルユニット４０に電流を流して、移動体２のＸ軸方向の移動を制御する。駆動基板５０は、第１柱部２２をＹ軸方向に貫通して配置されている。

【0025】

カバー７０は、駆動基板５０の第１柱部２２より＋Ｙ側に突出した部分を覆っている。カバー７０には、駆動基板５０と、図示しない外部装置とを接続する各種コネクタが設けられている。例えば、図２に示す符号７１、７２は、通信コネクタである。また、符号７３は、電源コネクタである。また、符号７４は、ＵＳＢコネクタである。

【0026】

第１柱部２２の＋Ｙ側を向く面には、第２取付部２２ｂ（段差）が形成されている。第２取付部２２ｂには、リニアエンコーダ６０が取り付けられている。リニアエンコーダ６０は、図３に示すように、Ｘ軸方向から視てＬ字状に形成されている。リニアエンコーダ６０は、取付ベース６１と、位置決めプレート６２と、センサカバー６３と、位置検出センサ６４と、を備えている。

【0027】

取付ベース６１は、Ｘ－Ｙ平面に沿って延びる板状に形成され、第２取付部２２ｂに固定されている。取付ベース６１の＋Ｙ側の端部には、位置決めプレート６２がネジ部材６１ａによって取り付けられている。位置決めプレート６２は、取付ベース６１の＋Ｙ側の端部から上方（＋Ｚ側）に立設している。位置決めプレート６２は、Ｘ－Ｚ平面に沿って延びている。

【0028】

位置決めプレート６２は、図２に示すように、移動体２の移動方向（Ｘ軸方向）に沿って延び、リニアスケール１３とＹ軸方向で対向している。位置決めプレート６２のリニアスケール１３との対向面には、保護フィルム６２ａが貼り付けられている。位置決めプレート６２の非対向面側は、図３に示すように、センサカバー６３によって覆われている。センサカバー６３の内側には、後述するセンサ基板６５が配置されている。

【0029】

図４は、一実施形態に係る搬送ユニット３をＹ軸方向から視た図である。図５は、一実施形態に係るリニアエンコーダ６０の背面側斜視図である。図６は、一実施形態に係る取付ベース６１及び位置決めプレート６２の背面側斜視図である。図７は、図４に示す矢視ＶＩＩ－ＶＩＩ断面図である。なお、これらの図では、視認性の向上のため、位置決めプレート６２の保護フィルム６２ａは、図示していない。

【0030】

図５及び図７に示すように、リニアエンコーダ６０は、センサ基板６５を備えている。センサ基板６５の＋Ｙ側（リニアスケール１３側）を向く一方の面６５Ａには、位置検出センサ６４が設けられている。位置検出センサ６４は、センサ基板６５に対し、図４に示すように、Ｘ軸方向に間隔をあけて複数（本実施形態では４つ）設けられている。

【0031】

位置決めプレート６２は、図４及び図６に示すように、複数の位置検出センサ６４に対向する部分に、複数の窓部６２ｂを備えている。つまり、位置決めプレート６２には、Ｘ軸方向に間隔をあけて複数（本実施形態では４つ）の窓部６２ｂが設けられている。なお、本実施形態の窓部６２ｂは、位置決めプレート６２に形成された長方形状の開口であるが、位置検出センサ６４に対応する形状であれば長方形状に限定されない。

【0032】

センサ基板６５は、後述する固定部８０によって、位置決めプレート６２に固定されている。固定部８０は、図４に示すように、複数の位置検出センサ６４の各々のＸ軸方向両側に設けられている。位置検出センサ６４の素子（検出部６４ａを含む）は、図７に示すように、センサ基板６５の一方の面６５Ａが位置決めプレート６２に当接した状態で、窓部６２ｂ内に配置されている。

【0033】

図５に示すように、取付ベース６１には、第１固定孔６１ｂと、第２固定孔６１ｃと、長孔６１ｄと、が形成されている。第１固定孔６１ｂには、取付ベース６１を第２取付部２２ｂ（図２及び図３参照）に取り付ける図示しないネジ部材が配置される。第１固定孔６１ｂは、取付ベース６１の－Ｙ側の端縁に沿って、Ｘ軸方向に間隔をあけて複数形成されている。

【0034】

第２固定孔６１ｃは、取付ベース６１において第１固定孔６１ｂより＋Ｙ側に形成されている。第２固定孔６１ｃには、センサカバー６３を下方からＺ軸方向に固定するネジ部材９２が配置される。なお、センサカバー６３は、位置決めプレート６２に固定された複数の固定筒９１に対し、図示しないネジ部材によってＹ軸方向においても固定されている。

【0035】

図５に示すように、長孔６１ｄは、取付ベース６１の＋Ｙ側の端縁に沿って形成されている。長孔６１ｄには、センサ基板６５の他方の面６５Ｂに設けられたコネクタ６５ａと接続可能な図示しない接続配線が配置される。当該接続配線は、センサ基板６５と駆動基板５０とを電気的に接続する。なお、センサ基板６５の他方の面６５Ｂとは、－Ｙ側を向く面であって、＋Ｙ側（リニアスケール１３側）を向く一方の面６５Ａとは逆向きの面である。

【0036】

取付ベース６１において長孔６１ｄの＋Ｙ側には、センサ基板６５をＸ軸方向に位置決めする位置決め凸部６１ｅが形成されている。位置決め凸部６１ｅは、取付ベース６１の＋Ｙ側の端縁から上方（＋Ｚ側）に向かって立設している。センサ基板６５の下端縁には、位置決め凸部６１ｅと係合する位置決め凹部６５ｂが形成されている。位置決め凹部６５ｂは、上方（＋Ｚ側）に向かって窪んでいる。

【0037】

図７に示すように、固定部８０は、位置決めプレート６２に設けられた支柱部材８１と、支柱部材８１に沿ってＹ軸方向に移動可能なカラー部材８２と、カラー部材８２を支柱部材８１に締結固定する締結部材８３と、を備えている。なお、支柱部材８１は、上述した固定筒９１（図６参照）と位置が異なるが、同じ構成である。

【0038】

支柱部材８１は、位置決めプレート６２から－Ｙ側に延びる円筒状に形成されている。支柱部材８１の内周面には、雌ネジが形成されている。支柱部材８１は、金属製であって、図７に示すように、位置決めプレート６２に対してカシメにより固定されている。支柱部材８１の＋Ｙ側の端部には、支柱部材８１の外周面より拡径した変形部８１ａが形成されている。

【0039】

変形部８１ａは、位置決めプレート６２に対してカシメられる前は、位置決めプレート６２に形成された固定孔６２ｃよりも大きい拡張部を備えている。この変形部８１ａを固定孔６２ｃに位置決めし、拡張部を固定孔６２ｃ内にプレス機等で押し入れることで、拡張部が変形し、支柱部材８１を位置決めプレート６２に固定できる。

【0040】

カラー部材８２は、樹脂製であって、支柱部材８１の外周面に沿ってＹ軸方向に摺動可能な円筒状に形成されている。カラー部材８２の＋Ｙ側の端部には、カラー部材８２の外周面より拡径した円環状の鍔部８２ａが形成されている。鍔部８２ａは、センサ基板６５の他方の面６５Ｂに当接し、位置決めプレート６２との間でセンサ基板６５を固定（挟持）する。

【0041】

締結部材８３は、ネジ部材８３ａと、座金部材８３ｂと、を備えている。ネジ部材８３ａは、－Ｙ側から支柱部材８１に螺合している。座金部材８３ｂは、カラー部材８２の－Ｙ側の開口端縁とネジ部材８３ａの頭部との間に介在している。なお、ネジ部材８３ａの頭部の外径が、カラー部材８２の内径より大きい場合、必ずしも座金部材８３ｂは設けなくてもよい。

【0042】

センサ基板６５には、一方の面６５Ａから他方の面６５Ｂに貫通し、支柱部材８１が挿入される貫通孔６５ｃが形成されている。カラー部材８２の鍔部８２ａの外径は、貫通孔６５ｃの内径よりも大きい。締結部材８３（ネジ部材８３ａ）を締め付けると、カラー部材８２がセンサ基板６５の他方の面６５Ｂに当接し、センサ基板６５の一方の面６５Ａが位置決めプレート６２に当接した状態で固定される。

【0043】

この構成によれば、図７に示すように、位置検出センサ６４とリニアスケール１３とのギャップＧ１の寸法の誤差要因が、位置検出センサ６４の素子の高さＨ１のみとなる。すなわち、センサ基板６５の厚み等がギャップＧ１の寸法の誤差要因にならなくなるため、位置検出センサ６４とリニアスケール１３とのギャップＧ１の寸法を精度よく管理することができる。

【0044】

上述したように、本実施形態のリニアエンコーダ６０は、センサ基板６５と、センサ基板６５の一方の面６５Ａに設けられた複数の位置検出センサ６４と、複数の位置検出センサ６４に対向する部分に、複数の窓部６２ｂが設けられた位置決めプレート６２と、位置決めプレート６２にセンサ基板６５を固定する固定部８０と、を備え、複数の位置検出センサ６４は、センサ基板６５の一方の面６５Ａが位置決めプレート６２に当接した状態で、複数の窓部６２ｂ内に配置されている。この構成によれば、位置検出センサ６４とリニアスケール１３とのギャップＧ１の寸法を精度良く管理できる。

【0045】

また、本実施形態では、固定部８０は、複数の位置検出センサ６４の各々の両側に設けられている。この構成によれば、少なくとも位置検出センサ６４の両側で、センサ基板６５の一方の面６５Ａが位置決めプレート６２に当接した状態となるため、位置検出センサ６４とリニアスケール１３とのギャップＧ１の寸法をより精度良く管理できる。

【0046】

また、本実施形態では、固定部８０は、位置決めプレート６２に設けられた支柱部材８１と、支柱部材８１に沿って移動可能なカラー部材８２と、カラー部材８２を支柱部材８１に締結固定する締結部材８３と、を備え、センサ基板６５には、一方の面６５Ａから他方の面６５Ｂに貫通し、支柱部材８１が挿入される貫通孔６５ｃが形成され、カラー部材８２は、支柱部材８１に締結固定された状態で、センサ基板６５の他方の面６５Ｂに当接している。この構成によれば、固定部８０をリニアスケール１３側（＋Ｙ側）に突出させないで、センサ基板６５の一方の面６５Ａを位置決めプレート６２に密着させることができる。これにより、ギャップＧ１を小さくできる。

【0047】

また、本実施形態では、支柱部材８１は、位置決めプレート６２に対してカシメにより固定されている。この構成によれば、支柱部材８１を位置決めプレート６２に溶接等する場合と比べて、位置決めプレート６２に歪みが生じ難くなり、位置検出センサ６４とリニアスケール１３とのギャップＧ１の寸法をより精度良く管理できる。なお、カシメよりも加工コストがかかるが、位置決めプレート６２及び支柱部材８１を、例えば削り出しにより形成してもよい。

【0048】

また、本実施形態のリニア搬送システム１は、リニアスケール１３を備える移動体２と、移動体２を案内する軌道体３０、及び、軌道体３０に沿って配置され、リニアスケール１３に対向可能なリニアエンコーダ６０を備える搬送ユニット３と、を備え、搬送ユニット３は、軌道体３０が連続するように複数台連結可能である。この構成によれば、一台一台の搬送ユニット３において位置検出センサ６４とリニアスケール１３とのギャップＧ１の寸法を精度良く管理できるため、搬送ユニット３を複数台連結しても、リニア搬送システム１全体としての移動体２の位置検出精度を高めることができる。

【0049】

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

【符号の説明】

【0050】

１…リニア搬送システム、２…移動体、３…搬送ユニット、１３…リニアスケール、３０…軌道体、６０…リニアエンコーダ、６２…位置決めプレート、６２ｂ…窓部、６４…位置検出センサ、６４ａ…検出部、６５…センサ基板、６５Ａ…一方の面、６５Ｂ…他方の面、８０…固定部、８１…支柱部材、８２…カラー部材、８３…締結部材、Ｈ１…素子高さ、Ｇ１…ギャップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】