TWI408341B - A coding element of a pedometer and a method of manufacturing the same - Google Patents

Description

計步器的編碼元件及其製造方法

本發明係有關於一種計步器的編碼元件及其製造方法，特別是有關於一種應用電鑄製程沉積鎳鈷合金的製成的編碼光輪及製造方法。

請參照圖1所繪示的計步器使用狀態立體圖。習知的計步器(encoder disk)又稱光電編碼器(optical encoder)或稱位置感測器，係使用光電訊號轉換將輸出軸上的機械幾何位移量轉換成脈衝或數位量的感測器，所以可用來偵測機械運動的速度、位置、角度、距離或計數，常使用於檢測角度的裝置和設備中，在工業自動化領域是一個相當重要的元件，例如伺服馬達。一般在應用上，計步器10係裝設於一轉動件上，主要組成包含一個可旋轉的編碼輪11(code wheel)，設置於一轉軸13上，編碼輪11周圍邊緣開設有許多槽孔12。在編碼輪11的一側放置光發射器14，另一側放置光接收器15。當編碼輪11旋轉時，光接收器15即可接收到on-off的脈波，計算脈波的數量，即可計算出該轉動件所旋轉的角度或位移長度。

目前高精度的計步器的條件甚為嚴苛：如編碼輪直徑100mm，其周圍槽孔加工成形的槽寬為0.010mm、間距(pitch)0.01mm，整個編碼輪外周槽孔的加工孔數高達16383個。因此編碼輪的槽孔與間距的尺寸精度成形控制技術困難度高。計步器槽寬0.010±0.001 mm，變形量要求100±0.1 mm(±0.1%)。目前計步器的編碼輪成形的方式係應用電鑄製程於黃銅片表面沉積金屬，再以電射切割加工方式，完成編碼的圓盤，編碼輪外圍區域厚度僅約0.02 mm，因鎳金屬洛氏硬度HRC<25，抗拉強度<60 kgf/mm² ，機械性能相對較差，易產生變形、斷製的困擾，相對地若提高厚度可減低變形度，但電射切割加工需加大功率鑿穿槽孔，相對難以維持精度。另，已知的文獻指出，利用電鑄製程沉積鎳鈷合金的高硬度、高強度的鎳鈷合金材料特性包括：洛氏硬度值大於42、抗拉強度大於150 kgf/mm² 、變形量為±0.1%。

本發明目的係提供一種機械性能較佳之合金，施以電鑄製程沉積及雷射切割而形成計步器的編碼元件的製造方法。本發明更包括一種由上述方法製成的高精密式編碼元件。

為解決上述製程的目的，本發明提出的計步器的編碼元件的製造方法，包含應用電鑄製程沉積鎳鈷合金薄膜形成一洛氏硬度值大於42、抗拉強度大於150 kgf/mm² 、變形量為±0.1%的元件本體，再進行雷射切割加工製程，在該元件本體至少一邊緣形成複數個通孔，以形成該編碼元件。

為解決上述物品的目的，本發明提出的計步器的編碼 元件，包括一元件本體，係為電鑄鎳鈷合金所製之輪盤，該輪盤的周圍邊緣設置複數個通孔，並於該輪盤中心設置一中心組裝孔；以及至少一定位參照窗口，設置於該輪盤的該中心組裝孔與該些通孔之間。

本發明之特點係在於，本發明應用電鑄製程直接沉積鎳鈷合金，再以雷射切割加工方式完成計步器，其鎳鈷合金的洛氏硬度HRC>42、抗拉強度>150 kgf/mm² ；較先前技術之鎳金屬洛氏硬度HRC<25，抗拉強度<60 kgf/mm² ，具有較佳的機械性能，因此應用微系統類微光刻電鑄模造製程，配合精密電鑄製程，電鑄沉積鎳鈷合金薄膜方式，可改善變形問題，解決斷裂的困擾，應用微電射切割加工及精密電鑄成形的技術，可提升計步器的附加價值與使用壽命。

茲配合圖式將本發明較佳實施例詳細說明如下。

首先請參照圖2所繪示的本發明實施例之編碼光輪的製造方法流程圖、圖3至圖4繪示本發明實施例之結構流程平面圖。本實施例之計步器的編碼元件20的製造方法，包含：首先應用電鑄製程沉積鎳鈷合金薄膜製程(Thin Film Process)形成一元件本體30，該元件本體30的洛氏硬度值大於42、抗拉強度大於150 kgf/mm² 、變形量為±0.1%(步驟S10)，如圖3所示，當然，為組裝所需，該元件本體30可更形成一中心組裝孔31，且在該元件本體30上可視需 要設置至少一定位參照窗口32，以供計步器(未於圖中示出)作為角度或行程的定位基準。

進行雷射切割加工製程，在該元件本體30至少一邊緣形成複數個通孔40，以形成該編碼元件20(步驟S20)，如圖4所示。

請續參照圖4之本發明的編碼元件平面圖及圖5中所繪示的圖4之局部A放大示意圖。本實施例中，計步器的編碼元件20，包括：一電鑄鎳鈷合金所製之輪盤狀的元件本體30，該輪盤的周圍邊緣具有複數個通孔40，輪盤中心設置一中心組裝孔31，並在該輪盤的該中心組裝孔31與該些通孔40之間設置至少一定位參照窗口32，以供計步器(未於圖中示出)作為角度或行程的定位基準之用。

上述實施例中的元件本體30一般係為一輪盤，但也可為其他形態(後述)。在應用於高精度領域時，該元件本體30的輪盤直徑為100 mm、該元件本體30的邊緣，即形成複數個細縫直槽孔41形式的通孔40之處的厚度為0.02mm，且每一細縫直槽孔41之槽寬43為0.010 mm，每一細縫直槽孔41之間距44為0.01 mm，該些細縫直槽孔41的總數至少為16383個。

再請參照圖6所繪示的本發明實施例之弧槽孔狀通孔平面圖。本實施例中，與前揭實施例相異的是，其編碼元件20’在進行雷射切割加工製程時，在元件本體30至少一邊緣形成的複數個通孔40，其形態係為與該元件本體30圓心同心的弧槽孔42。

再請參照圖7所繪示的本發明再一實施例之長條薄板狀元件本體之平面圖。本實施例中，編碼元件20”係裝設於一往復運動的機構上，予以計算精確的移動行程之用，與其他實施例相異的是，該元件本體30係為一長條薄板狀。

本發明之上述實施例中所具有的特點在於本發明應用電鑄製程直接沉積鎳鈷合金，再以雷射切割加工方式完成計步器，其鎳鈷合金較先前技術之鎳金屬具有較佳的硬度、抗拉強度等機械性能，利用此特性進行微系統類微光刻電鑄模造(LIGA-like)的精密電鑄製程，以電鑄沉積鎳鈷合金薄膜(Thin-film)方式成形編碼元件，可改善編碼元件變形問題，解決斷裂的困擾，經薄化的編碼元件再輔以應用電射切割加工及精密電鑄成形的技術，可使電射穿孔所需的功率減低，相對提升所加工的槽孔精度。當然，熟知本發明技術者可在閱讀本發明說明書後，更了解本案所申請專利發明之申請專利範圍各項中所界定的其他好處或其他目的。

綜上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

步驟S10~步驟S20‧‧‧本發明之製造方法的步驟

10‧‧‧計步器

11‧‧‧編碼輪

12‧‧‧槽孔

13‧‧‧轉軸

14‧‧‧光發射器

15‧‧‧光接收器

20,20’,20”‧‧‧編碼元件

30‧‧‧元件本體

31‧‧‧中心組裝孔

32‧‧‧定位參照窗口

40‧‧‧通孔

41‧‧‧細縫直槽孔

42‧‧‧弧槽孔

43‧‧‧槽寬

44‧‧‧間距

圖1繪示先前技術之計步器使用狀態立體圖；圖2繪示本發明實施例之編碼光輪的製造方法流程圖；圖3至圖4繪示本發明實施例之結構流程平面圖；圖5繪示圖4之局部A放大示意圖；圖6繪示本發明另一實施例之弧槽孔狀通孔平面圖；以及圖7繪示本發明再一實施例之長條薄板狀元件本體之平面圖。

步驟S10~步驟S20　本發明之製造方法的步驟

Claims (11)

1. 一種計步器的編碼元件的製造方法，包含：應用電鑄製程沉積鎳鈷合金薄膜形成一元件本體，該元件本體的洛氏硬度值大於42、抗拉強度大於150 kgf/mm² 、變形量為±0.1%；以及進行雷射切割加工製程，在該元件本體至少一邊緣形成複數個通孔，以形成該編碼元件；其中該輪盤直徑為100 mm，每一通孔之寬度為0.010 mm，每一通孔之間距為0.01 mm，該些通孔的總數至少為16383個。
2. 如申請專利範圍第1項所述之計步器的編碼元件的製造方法，其中元件本體為一輪盤。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之計步器的編碼元件的製造方法，其中該元件本體邊緣形成複數個通孔處的厚度為0.02mm。
4. 如申請專利範圍第2項所述之計步器的編碼元件的製造方法，其中該些通孔為朝向該輪盤圓心開設之細縫直槽孔。
5. 如申請專利範圍第2項所述之計步器的編碼元件的製造方法，其中該應用電鑄合金製程沉積鎳鈷合金形成一元件本體步驟中，該元件本體更形成一中心組裝孔。
6. 如申請專利範圍第2項所述之計步器的編碼元件的製造方法，其中該應用電鑄合金製程沉積鎳鈷合金形成一元件本體步驟中，該元件本體更包含一定位參照窗口。
7. 如申請專利範圍第2項所述之計步器的編碼元件的製造方法，其中該些通孔為與該輪盤圓心同心的弧槽孔。
8. 如申請專利範圍第1項所述之計步器的編碼元件的製造方法，其中元件本體為一長條薄板狀。
9. 一種計步器的編碼元件，包括：一元件本體，係為電鑄鎳鈷合金所製之輪盤；複數個通孔，係設置於該輪盤的周圍邊緣；一中心組裝孔，係設置於該輪盤中心；以及至少一定位參照窗口，設置於該輪盤的該中心組裝孔與該些通孔之間；其中該輪盤直徑為100 mm，該些通孔為徑向開設的細縫槽孔，每一細縫槽孔之槽寬為0.010 mm，每一細縫槽孔之間距為0.01 mm，該些通孔的總數至少為16383個。
10. 如申請專利範圍第9項所述之計步器的編碼元件，其中該些通孔為朝向該輪盤圓心開設之細縫直槽孔。
11. 如申請專利範圍第9項所述之計步器的編碼元件，其中該些通孔為與該輪盤圓心同心的弧槽孔。