专利名称：位置编码器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用在编码器中的开关元件，用于检测和测量转动或线性的位移，以及这种位移的速度和方向。这类装置的一个重要用途是监控角度轴位置、方向和速度。这种类型的编码器已经知道了许多年，它们通常产生一系列脉冲，一个脉冲对应于一个特定的小角度位移或线性位移，而脉冲的速率对应于角速度或线速度。
背景技术：
脉冲通过一个或多个接触电刷沿着并贴靠着开关元件进行角运动或线性运动而产生，该开关元件具有交错的导电区和绝缘区。重要的是导电区和非导电区之间的过渡应平滑以避免电刷跳动，并使开关元件和电刷的磨损最小以延长编码器的使用寿命。
制造这种开关元件的公知技术涉及各种电镀和材料淀积工艺，这些工艺在构造元件时经常需要其一遍(pass)或两遍通过用于材料固化和其他工艺的高温炉。每个工艺需要相当长的时间(通常30～60分钟)，这增加了生产时间和成本。本发明是一种“无遍数”技术，提供了非常令人满意的开关元件，不需要在高温炉中漫长的固化时间。

发明内容
本发明的编码器元件的特征在于编码轨道(track)形成在基底上，编码轨道具有交错的导电和非导电部分，非导电部分是固化的阻焊材料。导电部分具有滑动片接触表面，其优选为金质的，并且与非导电部分精确地对齐并与其邻接。本发明还包括形成阻焊材料图案和固化材料以形成非导电部分的的工艺步骤。


图1A和图1B是在形成交错的导电和非导电区之前开关元件的前面和后面的视图；
图2是沿图1A的2-2线的局部剖面图；图3是类似于图1A的视图，其示出了在形成交错的导电和非导电区之后完工的开关元件；图4是沿图3的4-4线的局部剖面图；而图5是类似于图4的剖面图，其示出了电镀的导电区。
剖面图是不按比例的，并且为了清楚起见一些垂直尺寸是夸大的。
具体实施例方式
图1A和图1B示出了部分完工的开关元件10，其具有基底11，基底11优选为常规印制电路(PC)板所用的绝缘型材料。例如，基底可以是纤维填充的环氧树脂、亚麻布、纤维素材料或其他公知类型的材料。与常规PC板一样，基底11的上表面13和下表面14起初用大约25～40微米厚的上部和下部导电铜薄膜覆盖。上部铜薄膜受到以常规方法进行的掩模和光蚀刻处理，从而在基底的上表面形成分开的同心环或者说环形轨道16、17和18。可以依据该开关元件的最终用途形成任何数目的这类环或轨道。
在轨道阵列的中心可以有选择地形成一对开关触点20。下表面14的铜薄膜受到类似的掩模和光蚀刻处理以形成导电迹线22，以便为轨道16～18和触点20提供与接线端子23的电连接，该接线端子23处于基底一边。轨道用导电的通孔24常规地连接于轨道和触点。如图2所示，各导电表面彼此由处于它们之间的不导电的间隙25从电气上隔离，在该不导电间隙中铜薄膜经光蚀刻加工而被除去。
基底的上表面和导电铜环然后用常规的阻焊材料水平层覆盖。然后将该未固化的材料用掩模覆盖，该材料的暴露区域被固化成硬的、韧性的、平的绝缘表面27，如图4所示。然后该材料未暴露且未固化的区域被用水或酸冲洗而完全除去，留下洁净且暴露的下面导电的铜轨道部分28，如图4所示。阻焊材料的涂敷受到控制以形成大约数微米厚的覆盖铜轨道的薄绝缘膜。另一个可选择的工艺是通过图案化的网板仅仅将材料施加在要被绝缘的表面上，然后固化该图案化的材料。如果在下表面14上需要有平坦的绝缘表面，可以类似地淀积并固化阻焊材料层29，如图4所示。
然后将得到的暴露的导电铜部分用数微米厚的镍涂层电镀，接着用一薄膜在轨道17和18上形成电刷接触导电部分31并在其他暴露的铜表面上形成导电表面32，该薄膜优选是金的，具有0.25微米厚度，如图5所示。电镀工艺被控制成对侧面以紧靠关系“生长”光滑的不腐蚀的镍-金层，并且该层基本上与邻接的阻焊非导电区的上表面精确地齐平。
完工的开关元件10的上表面示于图3。环形轨道17和18现在形成一个导电部分31和非导电部分33交错的圆形图案，两个轨道的导电部分与常规的旋转编码器一样在径向不对齐。轨道的表面非常平滑，但在导电部分和非导电部分之间形成有良好边界。
本发明已经以用于旋转编码器或轴位编码器的开关元件的形式描述，但是，在交错的导电区与非导电区以线性图案设置的线性编码器中同样有用。本发明使开关元件能够快速精确地制造，在导电和非导电区之间的水平或垂直位移极小或完全没有。电刷跳动基本上消除，因而开关元件和电刷的磨损也基本消除。
权利要求
1.一种用于编码器的开关元件，其包括一基底以及至少一个在该基底上的编码轨道，该编码轨道具有顺序设置的导电部分，该导电部分被阻焊材料的非导电部分分开，所述导电部分和非导电部分的边界基本是平的和光滑的。
2.根据权利要求1的开关元件，其中该编码轨道是圆形的。
3.根据权利要求1的开关元件，其进一步包括至少一个附加的编码轨道，各所述轨道是同心和圆形的，并且从径向上间隔开。
4.根据权利要求1的开关元件，其中该导电部分具有金的暴露的电刷接触表面。
5.一种制造用于编码器的开关元件的方法，该开关元件具有顺序设置的编码轨道和交错的导电和非导电部分，所述方法包括以下步骤通过淀积可形成该非导电部分的阻焊材料的图案化的阵列而形成该非导电部分，并且随后固化该材料。
全文摘要
一种用于旋转或线性编码器的开关元件(10)，该开关元件产生指示线性或旋转位置、和这种位置的变化方向及速率的脉冲信号。本发明的特征在于利用了图案化的固化阻焊(29)材料形成导电表面(32)、绝缘或非导电表面(33)，在其之间形成导电电刷接触部分(31)，与已知的编码元件相比，本发明能够快速经济地制造开关元件。
文档编号G01P3/42GK1509411SQ02810053
公开日2004年6月30日 申请日期2002年5月15日 优先权日2001年5月16日
发明者B·G·恰尔肯, C·R·贝利, J·A·埃尔齐, B G 恰尔肯, 埃尔齐, 贝利 申请人:伯恩斯公司