光编码器制造技术

一种光编码器，其环境抵抗性能通过增加对树脂制光编码盘材料选择的多样性而得以改进。用作制造光编码器编码盘的至少一个编码光栅的材料要满足条件“在半透明区关于检测光具有７０％或更高的光谱传输率，关于可见光波长范围的一部分光（例如兰光）具有５０％或更低的光谱传输率”。如果采用波长在８００毫微米和１０００毫微米之间的红外光作为检测光，采用作为有色树脂材料的聚醚酰亚胺，聚醚砜或聚苯砜是更优越的。与惯常使用的透明无色的材料（聚甲基丙烯酸甲酯，聚碳酸酯，玻璃等）相比，这些材料的抗热、抗油等性能良好，并且在恶劣的环境中几乎不会引起变软，变形，白混浊等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光编码器，用于与诸如马达的旋转轴或类似的装置组合使用，尤其涉及一种采用由树脂材料做成编码盘的光编码器。
技术介绍
通常，以透明玻璃制造的、配备以用铬沉积和蚀刻技术制成的光栅的编码盘，被用作要求高精度的光编码器的编码盘。但是，近年来，由于成型和转换(transfering)技术的改进，非常有可能采用无色透明的光树脂来取代玻璃材料。其主要理由是，一般而言，与玻璃相比，在大量生产中树脂材料由于易于成型是极优秀的，它具有制造成本低的优点。透明树脂制编码盘的众所周知的结构有许多不同的种类。在图1中示出了这样的结构的一个实例。如图1所示，一由树脂制成的编码盘的编码光栅包括平板部分和具有一组V形沟槽的部分，平板部分用作直接传输从光源(未示出)来的光的半透明区，V形沟槽部分用作不透明区(反射区)。将沟槽部分的每个V形沟槽制造成具有一斜角，该斜角能引起从编码盘内部射入的光全反射。同样可将具有这样的编码光栅的树脂制编码盘用在一类用检测单元检测传输光或反射光的光编码器中。倘若用检测单元检测的是传输光，传输光形成所谓的“光亮区”，对应于具有一组V形沟槽的部分(反射区)，形成了所谓的“黑暗区”。反之，倘若用检测单元检测的是反射光，反射光形成了所谓的“光亮区”，而对应于半透明的部分，形成了所谓的“黑暗区”。红外发光二极管被广泛地用作发射供检测用光的光源。在这种情况下，采用波长在大约800毫微米到1000毫微米之间、并具有高的敏感度的红外线光作为供检测的光接收要素。通常采用的透明树脂是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)或类似的材料。正如以后将阐述的，这些材料在从兰光延伸到红外光的很宽的波长范围内，具有高的光谱透射率。这些材料是相当透明无色的，在模压性和可转换性(transferability)上也是很出色的。由于这样的材料特性，这些材料不但被广泛地用来制造树脂编码盘，而且被广泛地用来制造其它光学元件，如光盘CD和数字化视频光盘DVD的光学盘片。但是，通常用来制造编码盘的树脂，例如聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸酯，在抗热性和抗油性(抵抗油性物质的性能)上是有很大的缺陷的。由于光编码器最典型地是被使用在工业马达的旋转轴的外围，很容易达到相当高的温度，因此这种缺陷是不可忽略的。在这种地方，光编码器很可能会接触到高温蒸气和切削油。假如在这样恶劣的环境下，使用由聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯制成的光编码盘，高温蒸气和切削油脂引起光编码盘表面状态恶化和白混浊、光编码盘表面软化造成V形沟槽表面形状改变从而不能得到满意的光影对比度这样的问题和类似的问题就会产生。采用树脂制编码盘的光编码器的已公开实例包括日本专利JP7-270185A、JP 10-170308A、JP 10-239108A和JP 11-201779A。专利JP7-270185A描述了一种旋转盘片(编码盘)，它是这样形成的将两张基材为塑胶树脂的透明薄膜盘片相互粘合在一起，将一种感光材料施加到其一侧形成在圆周方向具有一组裂缝的裂缝侧，而在另一侧上用与裂缝侧相同的材料形成透明侧以防止旋转盘片(编码盘)的变形。专利JP 10-170308A公开了一种旋转的编码器，这种编码器采用的编码盘是通过在光传输合成树脂制成的盘片上提供一组凹进凸出的部分、并采用在凹进部分填满不传输光物质的结构形成的。专利JP 10-239108A描述了一种编码盘，它的由一排透镜元件组成的转换部分(编码光栅)是通过塑胶模注型法形成的。专利JP 11-201779A公开了一种丙烯酸树脂制编码盘，这种编码盘被分成第一类条形区域和第二类条形区域，以产生具有互相不同的光路径的第一类输出光和第二类输出光，在这种编码盘中，至少第一类区域或第二类区域中的一个区域具有光路径变换功能。虽然上面所描述的现有技术实例的每一个都采用了塑胶作为编码盘的结构材料，但是他们中没有一个教授了采用有色树脂材料的技术。这意味着，在现有技术的水平上，还没有意识到，只要有色材料关于检测光波长具有足够的光谱传输率，编码盘也可以用有色材料制成，而且，在现有技术的水平上，以为用于制造光编码器编码盘的材料必须是透明无色的。这样的固定了的概念阻碍了自由地选用具有对高温蒸气、切削油等有高的抵抗性能的材料。至于专利JP 7-270185A，虽然采用了一种防变形的反措施，但其文件中所公开的观念并不是基于这样的概念的，即假如编码盘材料关于检测光波长具有足够的光谱传输率，编码盘也可以是有色的。因此，公开在其文件中的专利技术旨在以两个薄膜盘片相互粘合在一起的结构形成编码盘来解决问题。但是，这样的粘合结构在成本上是不利的，此外，粘合的部分也可能脱落。
技术实现思路
本专利技术使我们有可能抛弃“用于制造光编码器编码盘的材料必须是透明无色的”这样一种固定的观念来选择树脂材料，从而自由地将具有对高温蒸气、切削油和类似物质具有优秀抵抗性能的材料用于光编码器的编码盘(尤其是编码光栅)。本专利技术的光编码器包含有一用于发射光的光发射单元；一光接收单元，用于检测从光发射单元发出的、波长在预定检测范围内的光；一编码盘，安置在光发射单元和光接收单元之间，并具有树脂材料制成的、由半透明区和不透明区构成的编码光栅。在编码光栅的半透明区，树脂材料关于波长在预定检测范围内的光具有不小于70％的光谱传输率，树脂材料关于波长在预定检测范围外的光具有不大于50％的光谱传输率，而且，不大于50％的光谱传输率的范围至少是可见光波长范围的一部分。波长在预定检测范围内的一种典型的光是红外光。树脂材料关于兰色可见光可具有不大于50％的光谱传输率。树脂材料可从聚醚酰亚胺(Polyetherimide)，聚醚砜(Polyethersulfone)和聚苯砜(Polyphenylsulfone)中选取。这些材料在800毫微米到1000毫微米的范围内显示了高的光谱传输率并对于高温蒸气，切削油和类似的物质具有极好的抵抗性能。但是，用肉眼看来，这些材料塑成的物品呈现类似琥珀那样的黄色。因此，由于上述传统固定的观念，上面所列出的材料曾经是不在选择之列的。即使这些材料看来具有不适合用于要求高精度的光学元件的特性，只要这些材料满足上面的条件，就没有什么问题。本专利技术的意义在于加宽了材料的选择范围，并实现了如上所列具有优秀环境抵抗性能的特定材料(聚醚酰亚胺，聚醚砜或聚苯砜)的实际应用。在本专利技术中，指定“关于检测光其光谱传输率为70％或更高”是考虑了切实际可用的、关于检测光的光谱传输率条件的结果。此外，指定“关于波长与用于检测的波长不同、且属于可见光波长范围的光的至少一部分其光谱传输率为50％或更低”是基于树脂材料可以是例如黄色的这样的概念。附图说明图1为一视图，用以说明采用透明树脂的编码盘结构的一个实例；图2为一示意性的视图，用以说明本专利技术所采用的光编码器结构的一个实施例；图3为一局部的横截面视图，用以说明图2中光编码器编码盘的编码光栅，和一固定裂缝构件及一光接收单元；图4为一横截面视图，用以说明从图2的光编码器编码盘的编码光栅所摘出的一部分；和图5为一曲线图，用以说明聚醚酰亚胺和聚甲基丙烯酸甲酯的光谱传输率曲线，以及通常采用的透明无色材料(磷酯胆碱，玻璃等)的一般光谱传输率曲线。具体实施例方式图2是一示意性的视图，用以说明本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光编码器，其特征为，包括：一发射光的光发射单元；一光接收单元，用于检测波长在预先确定的检测范围内并从所述光发射单元发出的检测光；和一安置在所述光发射单元和所述光接收单元之间、具有用树脂材料形成并由半透明区和不透明 区组成的编码光栅的编码盘；其中：在所述的半透明区，所述树脂材料关于波长在预定的检测范围内的光具有不小于７０％的光谱传输率，关于波长在预定的检测范围外的光具有不大于５０％的光谱传输率，而且，不大于５０％的光谱传输率的范围至少是可见光波 长范围的一部分。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：今井圭介，寺嶋洋也，
申请(专利权)人：发那科株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]