JP5885409B2

JP5885409B2 - 変位検出用スケールの目盛保護構造

Info

Publication number: JP5885409B2
Application number: JP2011141011A
Authority: JP
Inventors: 川田　洋明; 洋明川田
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2011-06-24
Filing date: 2011-06-24
Publication date: 2016-03-15
Anticipated expiration: 2031-06-24
Also published as: JP2013007676A

Description

本発明は、変位検出用スケールの目盛保護構造に係り、特にスケールに起因してリニアエンコーダ、円弧エンコーダ及びロータリーエンコーダ等に発生する出力変動を低減する際に適用して好適な変位検出用スケールの目盛保護構造に関する。

従来、例えばリニアエンコーダは、図１にその概要を示すように、スケール１０と、これに対向配置された検出器２０とを備えており、該スケール１０を両矢印で示す測定方向に移動させることによりスケール１０と検出器２０の相対変位を検出している。

このようなエンコーダを構成する従来のスケール１０は、ガラス製のスケール基板１２の一主面に成膜技術により目盛部１４がパターン形成されている。

このように、主にガラスでできたスケール１０に検出器２０を対面させて使用するエンコーダには、スケール１０上の目盛部１４をキズや汚れから保護するために、図示されているようにカバーガラス１６を、該スケール１０に接着して一体化したものがある。

特開２００２−３１８１３７号公報

しかしながら、前記のようにカバーガラス１６をスケール１０に接着して一体化させるために、図２に模式的に示すように、カバーガラス１６を目盛部１４の上面部に形成した接着層（剤）１８の上に配置して接着する場合、図中幅方向とは直交する前記測定（移動）方向に存在する接着剤の厚さのむらにより、検出器２０から検出値として出力されるエンコーダ出力の変動の原因となるという問題があった。

なお、特許文献１には、基板上にパターン形成したスケール電極（目盛部）の上にコーティング層を形成することにより、有害なクーラントや油等がスケール電極側へ浸入することを防止する技術が開示されているが、このスケール構造でもコーティング層とカバーガラスに対応するスケールカバーとの接合には接着剤を使用しているため、同様の問題が存在する。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、カバーガラスを目盛部に接着する接着剤の厚さむらに起因するエンコーダの出力変動を防止することができる変位検出用スケールの目盛保護構造を提供することを課題とする。

本発明は、スケール基板上に検出器との相対移動方向に沿って形成された目盛部が、その上面側に配されたカバーガラスで保護された変位検出用スケールの目盛保護構造において、前記カバーガラスが、前記目盛部の周囲に配設された高さ規定部を介して、前記スケール基板上に支持され、前記高さ規定部が、前記カバーガラスの下面に、前記目盛部の全周囲に対応するパターンで連続した同一厚さに予め成膜形成され、且つ、その下端が前記スケール基板の上面に当接され、更に、前記スケール基板と前記カバーガラスとが、前記高さ規定部の周囲に配置した接着剤で接合されているようにしたことにより、前記課題を解決したものである。

本発明は、前記接着剤を、前記高さ規定部の全周囲に配置することができ、又、前記高さ規定部と前記目盛部を同種の金属で形成することができ、更に、前記高さ規定部を、クロム、銅又はアルミニウムからなる金属で形成することができる。

本発明によれば、カバーガラスを、その下面に形成した高さ規定部を介してスケール基板上に支持するようにしたので、目盛部とカバーガラスとの間から接着剤（層）を除外できることから、接着剤の厚さむらに起因する目盛部とスケールカバーとの間の隙間（間隔）のばらつきを排除できるため、該隙間を一定にすることが可能となり、変位検出用スケールのエンコーダ出力を安定させることが可能となる。

従来のエンコーダの概要を示す概略断面図従来のエンコーダに使用されるスケール構造を模式的に示す横断面図本発明に係る一実施形態のスケール構造を模式的に示す横断面図前記実施形態のスケール構造の製造工程の特徴を示す、図３に対応する断面図前記実施形態のスケール構造を模式的に示す、途中を省略した平面図

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図３は、本発明に係る一実施形態のスケール構造を模式的に示す、前記図２に相当する横断面図であり、図４はその製造工程の特徴を示す対応断面図である。

本実施形態のスケール１０は、前記図２に示した従来のものと同様に、ガラス製のスケール基板１２上にスパッタリングやめっき等の通常の成膜技術によりパターン形成された目盛部１４と、該目盛部１４を保護するためにその上面（表面）側に配設されたカバーガラス１６とを備えている。

本実施形態においては、前記高さ規定部３０は、支持前の状態を図４に示すように、前記カバーガラス１６の図中下面に、前記目盛部１４の周囲に対応するパターンに予め成膜形成されている。次いで、この状態のカバーガラス１６を矢印方向に下降させ、高さ規定部３０の下端をスケール基板１２の上面に当接させた該カバーガラス１６を、前記目盛部１４の周囲に配設された高さ規定部３０を介して前記スケール基板１２上に支持させる。その後、更に、前記スケール基板１２と前記カバーガラス１６とを、前記高さ規定部３０の全周囲に接着剤を封止して形成した接着層３２により接合する。

前記高さ規定部３０は、測定方向の途中を省略した図５の平面図に示すように、前記目盛部１４を取り囲む全周囲に対応する前記カバーガラス１６の下面に、連続した形状で、且つ、図示は省略するが同一高さ（厚さ）に形成されている。このように連続した同一高さにすることにより、目盛部１４に対する高い密着性を確保することができる。従って、その周囲の接着剤の封止を容易に行うことができる。

この高さ規定部３０は、前記目盛部１４が主にクロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等を成膜することで形成されている場合には、該目盛部１４を保護するための前記カバーガラス１６にも、それぞれ同種のクロム、銅、アルミニウム等の金属で、目盛部１４を若干超える厚さの成膜パターンを形成し、前記のような所定位置に配置した形状にすることが、温度変化に対する安定性を確保するうえでも有効である。

ここで、前記目盛部１４の好適な厚さとしては１００ｎｍ〜３０μｍを、前記高さ規定部３０の好適な厚さとしては、カバーガラス１６と目盛部１４との隙間が、３０ｎｍ〜０．１ｍｍ程度となる厚さを、それぞれ挙げることができる。但し、それぞれ適用するエンコーダの特性により異なる。

このように、スケール基板１２やカバーガラス１６に形成する成膜パターンの厚みむらは、一般的に１０ｎｍ〜５０ｎｍ程度であることから、目盛部１４はもとより高さ規定部３０も非常に安定した厚さで形成することができる。しかも、高さ規定部３０をスケール基板１２上に支持するために、スケール基板１２と高さ規定部３０の間及び高さ規定部３０とカバーガラス１６の間のいずれにも接着剤を使用していない。従って、測定（移動）方向における目盛部１４とカバーガラス１６との隙間のばらつきを大きく低減でき、しかも両者間から前記図２の接着層１８を排除できることから、その厚さのむらに起因するエンコーダ出力の変動を確実に防止することが可能となる。

また、前記のように接着層３２を高さ規定部３０の全周囲に配設して封止することにより、目盛部１４に対する異物侵入を防止できることから信頼性を確保するうえで好ましいが、そこまでの必要性が無い場合には、該接着層３２を周囲に部分的に配設するようにしてもよい。また、この接着層３２を形成する接着剤としては、通常のアクリル製やエポキシ製等を使用できるが、特に高さ規定部３０の全周囲を封止する場合には、更に信頼性を高めるために、水分やガス分等の目盛劣化成分の浸透を阻害するガラス、セラミック又は金属等の粉末材料を混合した接着剤を使用してもよい。

なお、前記実施形態では、スケール基板１２がガラス製である場合を示したが、これに限定されず、例えば反射型の光電式スケール等の場合はセラミック製や金属製であってもよい。

また、目盛部１４が直線的な移動を検出するリニアエンコーダ用のスケールを例に説明したが、これに限定されず、円弧上の移動を検出する円弧エンコーダ用、回転の移動を検出するロータリーエンコーダ用のいずれの目盛部が形成されているスケールであってもよい。また、光透過型の光電式スケールのみではなく、前記のように反射型であってもよく、更には静電容量式や磁気式、電磁誘導式などの各種スケールにも適用できることはいうまでもない。

１０…スケール
１２…スケール基板
１４…目盛部
１６…カバーガラス
１８…接着層（剤）
２０…検出器
３０…高さ規定部
３２…接着層（剤）

Claims

スケール基板上に検出器との相対移動方向に沿って形成された目盛部が、その上面側に配されたカバーガラスで保護された変位検出用スケールの目盛保護構造において、
前記カバーガラスが、前記目盛部の周囲に配設された高さ規定部を介して、前記スケール基板上に支持され、
前記高さ規定部が、前記カバーガラスの下面に、前記目盛部の全周囲に対応するパターンで連続した同一厚さに予め成膜形成され、且つ、その下端が前記スケール基板の上面に当接され、
更に、前記スケール基板と前記カバーガラスとが、前記高さ規定部の周囲に配置した接着剤で接合されていることを特徴とする変位検出用スケールの目盛保護構造。
前記接着剤が、前記高さ規定部の全周囲に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の変位検出用スケールの目盛保護構造。
前記高さ規定部と前記目盛部が同種の金属で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の変位検出用スケールの目盛保護構造。
前記高さ規定部が、クロム、銅又はアルミニウムからなる金属で形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の変位検出用スケールの目盛保護構造。