JP2003014500A - エンコーダの摺動機構 - Google Patents
エンコーダの摺動機構Info
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/347—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using displacement encoding scales
- G01D5/34746—Linear encoders
- G01D5/34761—Protection devices, e.g. caps; Blowing devices
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- Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 微小なギャップを簡単なプロセスにより得る
ことができ、大量生産への対応も可能なエンコーダの摺
動機構を提供する。 【解決手段】スケール１０とインデックススケール４０
とは、それぞれ摺動レール１２、摺動膜４２を備えてい
る。摺動レール４１、摺動膜４２は、ＰＴＦＥ樹脂粉末
等の自己潤滑性物質を分散させた複合めっきにより形成
される。
ことができ、大量生産への対応も可能なエンコーダの摺
動機構を提供する。 【解決手段】スケール１０とインデックススケール４０
とは、それぞれ摺動レール１２、摺動膜４２を備えてい
る。摺動レール４１、摺動膜４２は、ＰＴＦＥ樹脂粉末
等の自己潤滑性物質を分散させた複合めっきにより形成
される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、相対的に移動可能
に構成された２つの物体間の変位を検出するエンコーダ
の摺動機構に関するものである。
に構成された２つの物体間の変位を検出するエンコーダ
の摺動機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】エンコーダとしては、光電式エンコー
ダ、静電容量式エンコーダ、磁気式エンコーダなど様々
な方式のものが提供されているが、いずれの方式をとる
にしても、スケールと、そのスケールの変位を検出する
検出部との間には、磨耗を防ぐため一定のギャップを設
ける必要がある。このギャップは、より大きな信号を得
るためにできるだけ微小にすることが望まれる。従来
は、このような微小ギャップを形成する方法として、ベ
アリング機構や摺動こま機構を採用していた。
ダ、静電容量式エンコーダ、磁気式エンコーダなど様々
な方式のものが提供されているが、いずれの方式をとる
にしても、スケールと、そのスケールの変位を検出する
検出部との間には、磨耗を防ぐため一定のギャップを設
ける必要がある。このギャップは、より大きな信号を得
るためにできるだけ微小にすることが望まれる。従来
は、このような微小ギャップを形成する方法として、ベ
アリング機構や摺動こま機構を採用していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ベアリング機
構など機械的な構成は、組み立ての作業が複雑になり、
大量生産に対応するのは困難である。特に、近年はスケ
ールの分解能はサブミクロンオーダにまで低下してお
り、これに伴いスケール−検出部間のギャップの大きさ
も数十μｍ以下まで低下させる必要が生じており、こう
した微小ギャップをベアリング機構などの機械的構成に
より得るのは非常に困難である。本発明は、この点に鑑
みてなされたものであり、微小なギャップを簡単なプロ
セスにより得ることができ、大量生産への対応も可能な
エンコーダの摺動機構を提供することを目的とする。
構など機械的な構成は、組み立ての作業が複雑になり、
大量生産に対応するのは困難である。特に、近年はスケ
ールの分解能はサブミクロンオーダにまで低下してお
り、これに伴いスケール−検出部間のギャップの大きさ
も数十μｍ以下まで低下させる必要が生じており、こう
した微小ギャップをベアリング機構などの機械的構成に
より得るのは非常に困難である。本発明は、この点に鑑
みてなされたものであり、微小なギャップを簡単なプロ
セスにより得ることができ、大量生産への対応も可能な
エンコーダの摺動機構を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明に係るエンコーダ
の摺動機構は、所定の基準格子が形成されたスケール
と、このスケールに対し相対変位可能に構成され該スケ
ールに対する変位量又は変位方向を検出する検出部とを
所定の間隔に保持しつつ摺動させるエンコーダの摺動機
構において、前記検出部の変位方向に沿って前記スケー
ル上に形成される摺動レールと、この摺動レールと接触
するように前記検出部側に形成され前記検出部が変位す
る際前記摺動レール上を摺動する摺動めっき膜とを備
え、前記摺動レール及び前記摺動めっき膜は、無電解複
合めっきの方法により、自己潤滑性物質を分散させた複
合めっき膜とされたことを特徴とする。ここにいう自己
潤滑性物質は、ポリテトラフルオエチレン樹脂、炭化け
い素、窒化ほう素の少なくとも１つから選ぶのが好適で
ある。この発明によれば、自己潤滑性物質の自己潤滑性
により、摺動レールと摺動めっき膜との間の摩擦係数が
低くなり、これにより、検出部はスケールに対しスムー
ズに摺動され得る。しかも、摺動レール、摺動めっき膜
は無電解めっき技術により生成されるので、めっき浴時
間を適当に調整することにより、その厚みを正確に制御
することができる。このため、微小なギャップの調整が
従来の機械的構成（ベアリング機構、摺動こま機構）に
比し極めて容易になる。また、潤滑油をさすなどのケア
が不要となり、メンテナンスが容易となる。
の摺動機構は、所定の基準格子が形成されたスケール
と、このスケールに対し相対変位可能に構成され該スケ
ールに対する変位量又は変位方向を検出する検出部とを
所定の間隔に保持しつつ摺動させるエンコーダの摺動機
構において、前記検出部の変位方向に沿って前記スケー
ル上に形成される摺動レールと、この摺動レールと接触
するように前記検出部側に形成され前記検出部が変位す
る際前記摺動レール上を摺動する摺動めっき膜とを備
え、前記摺動レール及び前記摺動めっき膜は、無電解複
合めっきの方法により、自己潤滑性物質を分散させた複
合めっき膜とされたことを特徴とする。ここにいう自己
潤滑性物質は、ポリテトラフルオエチレン樹脂、炭化け
い素、窒化ほう素の少なくとも１つから選ぶのが好適で
ある。この発明によれば、自己潤滑性物質の自己潤滑性
により、摺動レールと摺動めっき膜との間の摩擦係数が
低くなり、これにより、検出部はスケールに対しスムー
ズに摺動され得る。しかも、摺動レール、摺動めっき膜
は無電解めっき技術により生成されるので、めっき浴時
間を適当に調整することにより、その厚みを正確に制御
することができる。このため、微小なギャップの調整が
従来の機械的構成（ベアリング機構、摺動こま機構）に
比し極めて容易になる。また、潤滑油をさすなどのケア
が不要となり、メンテナンスが容易となる。
【０００５】
【発明の実施の形態】次に、本発明を光学式エンコーダ
に適用した実施の形態を、図１、２に基づいて説明す
る。図１は、本発明の第一の実施の形態の構成を示す斜
視図であり、図２はそのＢ−Ｂ'断面図である。図1に示
すように、本実施の形態に係る光学式エンコーダは、ス
ケール１０と、このスケール１０に光束を投影する半導
体レーザ２０と、スケール１０からの光束を受光して検
出信号を生成する検出器３０と、インデックススケール
４０とから大略構成されている。インデックススケール
４０は、半導体レーザ２０、検出器３０と一体に移動す
るようになっていて、半導体レーザ２０、検出部３０、
インデックススケール４０とでスケール１０に対する変
位量又は変位方向を検出する検出部として機能する。
に適用した実施の形態を、図１、２に基づいて説明す
る。図１は、本発明の第一の実施の形態の構成を示す斜
視図であり、図２はそのＢ−Ｂ'断面図である。図1に示
すように、本実施の形態に係る光学式エンコーダは、ス
ケール１０と、このスケール１０に光束を投影する半導
体レーザ２０と、スケール１０からの光束を受光して検
出信号を生成する検出器３０と、インデックススケール
４０とから大略構成されている。インデックススケール
４０は、半導体レーザ２０、検出器３０と一体に移動す
るようになっていて、半導体レーザ２０、検出部３０、
インデックススケール４０とでスケール１０に対する変
位量又は変位方向を検出する検出部として機能する。
【０００６】スケール１０は、フォトリソグラフィーな
どの手法により形成された基準格子としての回折格子１
１を備えており、測長方向（図中の矢印Ｘ）と垂直に伸
びる多数の格子を所定の間隔に形成して構成される。こ
の回折格子１１上には、図２に示すように、回折格子１
１を磨耗や腐食から保護するための保護膜１０Ｇが形成
されている。なお、保護膜１０Ｇは、図１では図示を省
略している。
どの手法により形成された基準格子としての回折格子１
１を備えており、測長方向（図中の矢印Ｘ）と垂直に伸
びる多数の格子を所定の間隔に形成して構成される。こ
の回折格子１１上には、図２に示すように、回折格子１
１を磨耗や腐食から保護するための保護膜１０Ｇが形成
されている。なお、保護膜１０Ｇは、図１では図示を省
略している。
【０００７】さらに、この保護膜１０Ｇの上には、測長
方向Ｘに伸びる摺動レール１２が形成されている。摺動
レール１２は、インデックススケール４０を摺動させつ
つ移動させるためのものであり、例えば、図１に示すよ
うに、２本の帯状の摺動レール１２Ｒ、１２Ｌを、回折
格子１１を中央に挟むような形で形成することができ
る。この摺動レール１２Ｒ、１２Ｌは、無電解ニッケル
めっき膜に自己潤滑性を有するポリテトラフルオエチレ
ン樹脂（ＰＴＦＥ樹脂）粉末を分散させた複合めっき層
からなっている。ＰＴＦＥ樹脂の代わりに、他の自己潤
滑物質、例えば炭化けい素（ＳｉＣ）、窒化ほう素（Ｂ
Ｎ）等を使用してもよい。
方向Ｘに伸びる摺動レール１２が形成されている。摺動
レール１２は、インデックススケール４０を摺動させつ
つ移動させるためのものであり、例えば、図１に示すよ
うに、２本の帯状の摺動レール１２Ｒ、１２Ｌを、回折
格子１１を中央に挟むような形で形成することができ
る。この摺動レール１２Ｒ、１２Ｌは、無電解ニッケル
めっき膜に自己潤滑性を有するポリテトラフルオエチレ
ン樹脂（ＰＴＦＥ樹脂）粉末を分散させた複合めっき層
からなっている。ＰＴＦＥ樹脂の代わりに、他の自己潤
滑物質、例えば炭化けい素（ＳｉＣ）、窒化ほう素（Ｂ
Ｎ）等を使用してもよい。
【０００８】インデックススケール４０の下面、すなわ
ちスケール１０と対向する側には、フォトリソグラフィ
ーなどの手法により形成された回折格子４１を備えてい
る。回折格子４１は、回折格子１１と同様、測長方向Ｘ
と垂直に伸びる多数の格子を所定の間隔に形成して構成
される。この回折格子４１は、半導体レーザ２０から出
射された光束Iを所定の方向に透過又は回折させて回折
格子１１に入射せしめる発光側格子として機能するとと
もに、回折格子１１からの光束を所定の方向に透過又は
回折させて検出器３０に入射せしめる受光側格子として
の機能をも有する。また、この回折格子４１の下面に
は、図１に示すように、回折格子１１を磨耗や腐食から
保護するための保護膜４０Ｇが形成されている。なお、
保護膜４０Ｇは、図１では図示を省略している。
ちスケール１０と対向する側には、フォトリソグラフィ
ーなどの手法により形成された回折格子４１を備えてい
る。回折格子４１は、回折格子１１と同様、測長方向Ｘ
と垂直に伸びる多数の格子を所定の間隔に形成して構成
される。この回折格子４１は、半導体レーザ２０から出
射された光束Iを所定の方向に透過又は回折させて回折
格子１１に入射せしめる発光側格子として機能するとと
もに、回折格子１１からの光束を所定の方向に透過又は
回折させて検出器３０に入射せしめる受光側格子として
の機能をも有する。また、この回折格子４１の下面に
は、図１に示すように、回折格子１１を磨耗や腐食から
保護するための保護膜４０Ｇが形成されている。なお、
保護膜４０Ｇは、図１では図示を省略している。
【０００９】この保護膜４０Ｇの更に下部には、前述し
た摺動レール１２上を摺動させるための摺動膜４２が形
成されている。摺動膜４２は、例えばインデックススケ
ール４０を３点支持するように配置された４２Ｒ、４２
Ｌ１、４２Ｌ２とすることができるが、摺動レール１２
のような帯形状としてもよい。また、摺動膜４２は、摺
動レール１２R、１２Ｌと同様、無電解ニッケルめっき
膜に自己潤滑性を有するポリテトラフルオエチレン樹脂
（ＰＴＦＥ樹脂）粉末を分散させた複合めっき層からな
っている。ＰＴＦＥ樹脂の代わりに、他の自己潤滑物
質、例えば炭化けい素（ＳｉＣ）、窒化ほう素（ＢＮ）
等を使用してもよい。
た摺動レール１２上を摺動させるための摺動膜４２が形
成されている。摺動膜４２は、例えばインデックススケ
ール４０を３点支持するように配置された４２Ｒ、４２
Ｌ１、４２Ｌ２とすることができるが、摺動レール１２
のような帯形状としてもよい。また、摺動膜４２は、摺
動レール１２R、１２Ｌと同様、無電解ニッケルめっき
膜に自己潤滑性を有するポリテトラフルオエチレン樹脂
（ＰＴＦＥ樹脂）粉末を分散させた複合めっき層からな
っている。ＰＴＦＥ樹脂の代わりに、他の自己潤滑物
質、例えば炭化けい素（ＳｉＣ）、窒化ほう素（ＢＮ）
等を使用してもよい。
【００１０】次に、このスケール１０、インデックスス
ケール１２の製造方法を、摺動レール１２、摺動膜４２
の形成方法を中心に、図３に基づき説明する。摺動レー
ル１、摺動膜４２とも形成方法は同じなので、摺動レー
ル１２の形成方法について説明する。
ケール１２の製造方法を、摺動レール１２、摺動膜４２
の形成方法を中心に、図３に基づき説明する。摺動レー
ル１、摺動膜４２とも形成方法は同じなので、摺動レー
ル１２の形成方法について説明する。
【００１１】ガラス基板１０´上に、周知のフォトリソ
グラフィーなどの方法で回折格子１１を形成し、これを
保護膜１0Ｇで覆った後（図３（ａ））、これをめっき
溶液中に入れて無電解複合めっきを行なう。めっき溶液
の中には、ＰＴＦＥ樹脂を粉末にして入れる。この溶液
中でＰＴＦＥ樹脂粉末を均一に懸濁させるため、エア吹
き上げ用のポンプを使用して溶液を十分に攪拌する。ポ
ンプの代わりに、溶液内でプロペラを回転させることに
より攪拌を行なってもよい。
グラフィーなどの方法で回折格子１１を形成し、これを
保護膜１0Ｇで覆った後（図３（ａ））、これをめっき
溶液中に入れて無電解複合めっきを行なう。めっき溶液
の中には、ＰＴＦＥ樹脂を粉末にして入れる。この溶液
中でＰＴＦＥ樹脂粉末を均一に懸濁させるため、エア吹
き上げ用のポンプを使用して溶液を十分に攪拌する。ポ
ンプの代わりに、溶液内でプロペラを回転させることに
より攪拌を行なってもよい。
【００１２】こうして、所定時間スケール１０をめっき
溶液中に浸した後これを溶液から取り出す。保護膜１０
Ｇ上には、無電解ニッケルめっき層１２´が形成され
（図３（ｂ））、このニッケルめっき層の中には共析し
たＰＴＦＥ樹脂が均一な分散層を形成している。また、
めっき皮膜の表面近傍の粒子は、その一部分が金属中に
埋め込まれ、残りが被膜の表面に露出した状態になって
いる。
溶液中に浸した後これを溶液から取り出す。保護膜１０
Ｇ上には、無電解ニッケルめっき層１２´が形成され
（図３（ｂ））、このニッケルめっき層の中には共析し
たＰＴＦＥ樹脂が均一な分散層を形成している。また、
めっき皮膜の表面近傍の粒子は、その一部分が金属中に
埋め込まれ、残りが被膜の表面に露出した状態になって
いる。
【００１３】次に、このニッケルめっき層１２´上の全
面にレジストＦＲを塗布し、形成すべき摺動レール層の
形状を現像し（図３（ｃ））、エッチングを行なう。こ
れにより、摺動レール１２Ｒ、１２Ｌがスケール１０上
に形成される（図３（ｄ））。同様にして、インデック
ススケール４０上にも摺動膜４２を形成させる。
面にレジストＦＲを塗布し、形成すべき摺動レール層の
形状を現像し（図３（ｃ））、エッチングを行なう。こ
れにより、摺動レール１２Ｒ、１２Ｌがスケール１０上
に形成される（図３（ｄ））。同様にして、インデック
ススケール４０上にも摺動膜４２を形成させる。
【００１４】ＰＴＦＥ樹脂の自己潤滑性により、摺動レ
ール１２と摺動膜４２との間の摩擦係数は低くなり、こ
れにより、インデックススケール４０はスケール１０に
対しスムーズに相対移動され得る。しかも、摺動レール
１２、摺動膜４２はめっき技術により生成されるので、
めっき浴時間を適当に調整することにより、その厚みを
正確に制御することができる。このため、微小なギャッ
プの調整が従来の機械的構成（ベアリング機構、摺動こ
ま機構）に比し極めて容易になる。また、潤滑油をさす
などのケアが不要となり、メンテナンスが容易となる。
ール１２と摺動膜４２との間の摩擦係数は低くなり、こ
れにより、インデックススケール４０はスケール１０に
対しスムーズに相対移動され得る。しかも、摺動レール
１２、摺動膜４２はめっき技術により生成されるので、
めっき浴時間を適当に調整することにより、その厚みを
正確に制御することができる。このため、微小なギャッ
プの調整が従来の機械的構成（ベアリング機構、摺動こ
ま機構）に比し極めて容易になる。また、潤滑油をさす
などのケアが不要となり、メンテナンスが容易となる。
【００１５】以上、回折格子を利用した光学式エンコー
ダに本発明を適用した例を説明したが、本発明は他の方
式のエンコーダ、例えば磁気式エンコーダ、静電容量式
エンコーダにも適用され得ることはいうまでもない。
ダに本発明を適用した例を説明したが、本発明は他の方
式のエンコーダ、例えば磁気式エンコーダ、静電容量式
エンコーダにも適用され得ることはいうまでもない。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るエン
コーダの摺動機構によれば、微小なギャップを簡単なプ
ロセスにより得ることができ、大量生産への対応も容易
となる。
コーダの摺動機構によれば、微小なギャップを簡単なプ
ロセスにより得ることができ、大量生産への対応も容易
となる。
【図１】本発明に係るエンコーダの摺動機構の構造を示
す。
す。
【図２】図１に示すエンコーダのＢ−Ｂ´断面図を示
す。
す。
【図３】図１に示すエンコーダの製造方法を示す。
１０・・・スケール
１０Ｇ・・・・・・保護膜
１１・・・・・・回折格子
１２・・・・・・摺動レール
２０・・・半導体レーザ
３０・・・検出器
４０・・・インデックススケール
４０Ｇ・・・・・・保護膜
４１・・・・・・回折格子
４２・・・・・・摺動膜
Claims (2)
- 【請求項１】 所定の基準格子が形成されたスケール
と、このスケールに対し相対変位可能に構成され該スケ
ールに対する変位量又は変位方向を検出する検出部とを
所定の間隔に保持しつつ摺動させるエンコーダの摺動機
構において、 前記検出部の変位方向に沿って前記スケール上に形成さ
れる摺動レールと、 この摺動レールと接触するように前記検出部側に形成さ
れ前記検出部が変位する際前記摺動レール上を摺動する
摺動めっき膜とを備え、 前記摺動レール及び前記摺動めっき膜は、無電解複合め
っきの方法により、自己潤滑性物質を分散させた複合め
っき膜とされたことを特徴とするエンコーダの摺動機
構。 - 【請求項２】 前記自己潤滑物質は、ポリテトラフルオ
エチレン樹脂、炭化けい素、窒化ほう素の少なくとも１
つから選ばれたものである請求項１に記載のエンコーダ
の摺動機構。
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