专利名称：编码器的滑动机构及其制造方法
技术领域：
本发明涉及用于检测两物体之间距离的编码器的滑动机构及其制造方法，两物体被设置成彼此可相对移动。
背景技术：
就编码器来说，现在已提供有各种类型的编码器，如光电型编码器，磁编码器及静电容量型编码器。在任何一种编码器中，均需要在标尺与检测标尺移动的检测部分之间形成预定间隙以防止两者间产生擦伤。为了获得高强度信号，希望尽可能地减小此间隙。通常已采用轴承机构或滑动滚子机构来作为形成上述小间隙的方法。
但是，在例如轴承机构那样的机械结构的情况下，其组装工作变得复杂。因此，该机械结构不适合于大量生产。近来，标尺的分辩率已到达如亚微米那样的极小量级。正因为如此，就需要将标尺与检测部分间形成的间隙减少至数拾微米或更小。对于例如轴承机构的机械结构来说，要获得这样小的间隙是非常困难的。
发明内容
本发明目的是提供一种编码器的滑动机构和其制造方法，可以通过简单的制作工艺获得小间隙，从而使编码器的滑动机构能适用于大量生产。
本发明编码器的滑动机构包括一标尺，标尺上形成有预定的基准光栅；一检测部分，它的安排是以一预定间隔与标尺相对置，并可相对该标尺移动，用以检测相对标尺的移动距离或移动方向；一沿检测部分移动方向制作在标尺和检测部分两者之一上的滑动导轨，以及在两者中另一个上制作的滑动镀膜，从而使此镀膜能与滑动导轨接触，在检测部分被移动时，该滑动镀膜可在滑动导轨上滑动，其中，滑动导轨和滑动镀膜是一种复合镀膜，其上用无电复合镀覆工艺散布有自润滑物质。在此情况下，优选的是在标尺上制作滑动导轨，在检测部分上制作滑动镀膜。而且还推荐自润滑物质至少是从炭化硅、氮化硼和聚四氟乙烯树脂中选出的一种。
根据本发明，由于自润滑材料的自润滑特性，可使滑动导轨和滑动镀膜间的摩擦减小。因此，该检测部分可平滑地相对标尺滑动。而且，该滑动导轨和滑动镀膜是用无电镀覆工艺产生的。因此，在合理调整无电镀覆的镀覆(槽)时间时，能够精确地控制滑动导轨和滑动镀膜的厚度。所以与例如轴承机构或滑动滚子机构那样的传统机械结构相比，根据本发明的结构，可以非常容易地对标尺与检测部分间的微小间隙进行调整。另外，无需进行如送给润滑剂等的维护工作，也就是说，其维护工作可很容易地进行。
图1表示本发明编码器的滑动机构的结构视图；图2是沿图1所示编码器的B-B′线剖切的剖视图；图3A至3D表示图1所示编码器制造方法的视图。
具体实施例方式
下面参考附图1-2对将本发明用于光学型编码器的一实施例进行详细地介绍。
图1是立体图，它表示本发明第一实施例的结构，图2则是沿图1B-B′线剖切的剖视图。
如图1所示，本发明的光学型编码器包括一标尺10，一光源20，一检测器30及一指数标尺40。光源20将一光束投入到标尺10。例如光源20可以是半导体激光器或LED照明器。检测器30接收来自标尺10的光束并产生一检测信号。指数标尺40的构成使它能与光源20及检测器整体移动。光源20、检测器30及指数标尺40的作用，是作为检测相对于标尺10的移动距离或移动方向的检测部分。
标尺10配置一衍射光栅11，光栅11是用光刻方法制作的基准光栅。衍射光栅11由大量栅格组成，栅格沿垂直于如附图中X箭头所示的长度测量方向以预定的间隔延伸。如图2所示，在衍射光栅11上配置有防止光栅11腐蚀和磨损的保护膜10G。在图1中，保护膜10G被省略。另外，在保护膜10G上配置有沿长度测量方向X延伸的一滑动导轨12。滑动导轨12的配置使指数标尺40能在滑动导轨12上滑动和运动。例如，如图1所示，滑动导轨12有两个带状滑动导轨12L、12R，它们被制作得可插入衍射光栅11。滑动导轨12L、12R由复合镀膜层构成，它们是以将聚四氟乙烯树脂(PTFE树脂)粉散布在无电镀覆镍层上的方式制作的，PTFE树脂具有自润滑性能。不采用PTFE树脂时，可以采用其他自润滑物质如炭化硅(SiC)或氮化硼(BN)。
在指数标尺40的底面上，即在相对标尺10的指数标尺侧面上，配置一用光刻方法制作的衍射光栅41。光栅41以与光栅11相同的方式由大量的栅格构成，栅格以预定间隔排列，并且沿垂直于长度测量方向X的方向延伸。衍射光栅41起到光发射侧光栅的作用，来自光源20的光束I通过此光栅沿一预定方向传送或衍射，从而使光束I可射入衍射光栅11。衍射光栅41也起到光束接收侧光栅的作用，从衍射光栅11送出的光束通过光栅41沿预定的方向传送或衍射，从而使该光束可射入检测器30。如图2所示，在衍射光栅41的底面配置有保护膜40G，保护膜40G用来保护衍射光栅11不受腐蚀和磨损，光栅保护膜40G在图1中被省略。
在保护膜40G的下部设有滑动膜42，滑动膜42在上述的滑动导轨12上滑动。例如，滑动膜42可以由滑动膜42R、42L1、42L2组成，这些膜的安排使指数标尺40能支承在三位置。滑动膜42也可以如滑动导轨12一样制成带状。
滑动膜42以与滑动导轨12R、12L同样的方式形成一复合镀覆层，该复合镀覆层是以具有自润滑性能的、PTFE树脂粉散布在无电镀覆镍层上的方式形成的。如不用PTFE树脂，也可采用如炭化硅(SiC)或氮化硼(BN)的其他自润滑物质。
在本实施例中，滑动导轨12制成如图1所示的带状。但是，滑动导轨12不局限于这一实施例。滑动导轨12也可以由如滑动膜42R、42L1和42L2那样的三段滑动膜组成。在这种情况下，滑动膜42最好制作成两条带状滑动膜，这两条带状滑动膜制作得可插放衍射光栅41。
实际上，即使滑动膜(滑动导轨)有良好的润滑性能也不可能使滑动膜(滑动轨导)的摩擦系数为零。因此，滑动膜与滑动导轨间的接触面积越小，检测部分相对标尺的滑动就越平稳。就这种观点来说，优选的是使滑动膜42和滑动导轨12中的一个由三段滑动膜组成。
此外，即使滑动膜(滑动导轨)有良好的抗磨损性能，在滑动膜(滑动导轨)上也会出现磨损。在滑动膜(滑动导轨)上出现局部磨损后，在滑动膜与滑动导轨接触的同时还相对于此滑动导轨滑动时，在检测部分与标尺之间会产生游隙。由此检测部分就不能平稳地相对标尺滑动。游隙引起微小震动而影响检测部分的输出信号。对于这种游隙来说，滑动膜的三点接触是最稳定的安置机构，因此可使游隙减小。就这一观点出发，最好使滑动膜42和滑动导轨12中的一个由三段滑动膜构成。
下面参看图3A至3D介绍标尺10和指数标尺40的制作方法，介绍的重点是制作滑动导轨12和滑动膜42的方法。在这种情况下，滑动导轨12和滑动膜42的制作方法是完全相同的。因此，下面只介绍滑动导轨12的制作方法。
衍射光栅11用公知的光刻方法制作在玻璃基片10′上。如图3A所示，在衍射光栅11的表面上覆盖了保护膜10G之后，将它放入镀覆溶液中并进行无电复合镀覆。将PTFE树脂粉放入该镀覆液中。为了使PTFE树脂粉在该溶液中均匀地悬浮，溶液用吹气泵充分地搅拌。如果不用泵，也可以通过在溶液中转动螺旋桨来搅拌溶液。
在将标尺10浸入溶液中一段预定时间之后，将其从溶液中取出。无电镀覆镍层12′就如图3B所示那样被制作在保护膜10G上。在此镍镀覆层上形成一弥散层，弥散层中均匀地弥散着共晶PTFE树脂。这些靠近镀覆膜表面安置的粉粒中的一部分嵌入金属中，其余部分则裸露在外。
接下来将保护表面的物质FR(Resist FR)涂在镍镀覆层12′的整个表面上，如图3C所示将要制作的滑动导轨的形状显示在该表面上，然后进行蚀刻。如上所述，滑动导轨12L、12R就如图3D所示被制作在标尺10上。滑动膜42也与其相同的方法被制作在指数标尺40上。
由于PTFE树脂具有自润滑性能，滑动导轨12与滑动膜42之间的摩擦系数是低的。因此，指数标尺40可相对标尺10平滑地移动。此外，滑动导轨12和滑动膜42均是用镀覆工艺制作的。因此，合适地调整镀覆工艺在镀覆槽中的时间，可以精确地控制滑动导轨12和滑动膜42的厚度。所以，与如轴承机构或滑动滚子机构的传统机械结构相比，标尺与检测部分之间的微小间隙的调整可以十分容易地进行。此外，无需进行如添加润滑剂那样的维护工作，也即是说，能很容易地进行维护。
对将本发明应用在利用衍射光栅的光学类型的编码器进行了介绍。当然，本发明也可以用于其它类型的编码器，例如用于磁类型编码器、或静电容量类型编码器。
如上所介绍的本发明的编码器滑动机构，可以提供一种简单的工艺来形成在标尺和测量部分之间的微小间隙，并可容易地用于大量生产。
权利要求
1.一种编码器滑动机构，包括一具有预定的基准光栅的标尺；一检测部分，它以一预定间隔对置于标尺安排并可相对标尺移动，用以检测其相对该标尺的移动距离和移动方向。一滑动导轨，其沿检测部分的移动方向设置在标尺和检测部分中的一个上；以及一滑动镀覆膜，其设置在检测部分和标尺中的另一个上，从而使滑动镀覆膜可与滑动导轨接触，当检测部分移动时，该滑动镀覆膜在滑动导轨上滑动；其中，滑动导轨和滑动镀覆膜均是复合镀覆膜，在复合镀覆膜上通过无电复合镀覆工艺散布了自润滑物质。
2.如权利要求1所述编码器滑动机构，其中将滑动导轨制作在标尺上，滑动镀覆膜则制作在检测部分上。
3.如权利要求1所述编码器滑动机构，其中自润滑物质至少包括聚四氟乙烯树脂、炭化硅、氮化硼三者中的一种物质。
4.如权利要求2所述编码器滑动机构，其中滑动导轨包括两条带状滑动导轨，它们的制作可使基准光栅安置在它们之间。
5.如权利要求2所述编码器滑动机构，其中滑动膜包括三个滑动镀覆膜，它们的安排使得可由它们在三个位置支承检测部分。
6.如权利要求2所述编码器滑动机构，其中标尺在预定的基准光栅和滑动导轨之间有一保护膜。
7.一种制造编码器滑动机构的方法，该编码器具有一带预定的基准光栅的标尺，和一用于检测其相对于标尺的移动距离或移动方向的检测部分，该方法包括下列步骤在第一玻璃基片上制作预定的基准光栅；制作第一复合镀覆层，在该复合镀覆层内在预定的基准光栅上，通过无电复合镀覆工艺散布一种自润滑物质于第一玻璃基片内；通过用预定模式蚀刻第一复合镀覆层来制作标尺的第一滑动镀覆层。制作一第二复合镀覆层，在该镀覆层内用无电复合镀覆工艺将一种自润滑物质散布在第二玻璃基片上；和通过用预定模式蚀刻第二复合镀覆层来制作检测器的第二滑动镀覆层。
8.如权利要求7所述的一种制造编码器滑动机构的方法，其中将第一滑动镀覆层制作成两条带状滑动导轨，两条带状导轨的制作可将基准光栅安插在它们之间，第二滑动镀覆层制成三段滑动镀覆膜，该三段镀覆膜的安置可使检测部分由它们支承在三位置。
9.如权利要求7所述的一种制造编码器滑动机构的方法，其中还包括在预定的基准光栅和第一滑动镀覆层之间制作保护膜。
10.如权利要求7所述的一种制造编码器滑动机构的方法，其中还包括在第二玻璃基片和第二滑动镀覆层之间制作衍射光栅。
全文摘要
一种编码器滑动机构，包括标尺、检测部分、滑动导轨以及滑动镀覆膜。将标尺和指数标尺分别配置滑动导轨和滑动镀覆膜。滑动导轨和滑动镀覆膜是通过复合镀覆工艺制作，其内散布有如PTFE树脂那样的自润滑物质。
文档编号C10N40/02GK1393683SQ02123178
公开日2003年1月29日 申请日期2002年6月26日 优先权日2001年6月27日
发明者小见利洋 申请人:三丰株式会社