(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定目盛（２１）を走査するためのエンコーダの走査ユニットであって、前記走査ユニットは、熱を発生する少なくとも１つの電気構成要素（１３）を有するキャリア本体（１４）と、このキャリア本体（１４）が保持されているベース本体（１１）と、前記キャリア本体（１４）から前記ベース本体（１１）に向かう熱伝導路を形成するための手段とを備える当該走査ユニットにおいて、
前記手段は、前記キャリア本体（１４）上に被覆された半田材（４１，４２）を有し、  押圧構成要素（７１，７２，８２，９２）が設けられていて、この押圧要素（７１，７２，８２，９２）は、前記半田材（４１，４２）と前記ベース本体（１１）とを互いに押圧するために又は前記半田材（４１，４２）と前記ベース本体（１１）に接合されている中間構成要素（６１，６２）とを互いに押圧するために設置されていること、及び
前記ベース本体（１１）に対する前記キャリア本体（１４）の、温度に起因した膨張が可能である程度に、前記押圧構成要素（７１，７２，８２，９２）が、前記キャリア本体（１４）を前記ベース本体（１１）に対して摩擦接合で保持するように、この押圧構成要素（７１，７２，８２，９２）が構成されていることを特徴とする走査ユニット。
【請求項２】
前記キャリア本体（１４）は、前記ベース本体（１１）の１つの位置だけで移動不可能に保持されていて且つ少なくとも１つのその他の位置で移動可能に保持されていて、当該移動可能な保持は、前記半田材（４２）と前記ベース本体（１１）とを弾性に互いに押圧することによって又は前記半田材（４２）と前記中間構成要素（６２）とを弾性に互いに押圧することによって実現されていることを特徴とする請求項１に記載の走査ユニット。
【請求項３】
前記押圧構成要素は、ボルト（７２）と弾性構成要素（８２）とから構成された配置を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の走査ユニット。
【請求項４】
前記熱を発生する電気構成要素は、光源（１３）であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の走査ユニット。
【請求項５】
前記光源（１３）のハウジング（１３０）が、半田材（４０）によって前記キャリア本体（１４）に接合されている結果、前記半田材（４０）が、前記ハウジング（１３０）と前記キャリア本体（１４）との間の熱伝導を可能にすることを特徴とする請求項４に記載の走査ユニット。
【請求項６】
前記光源（１３）は、前記キャリア本体（１４）の凹部（１５）内に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の走査ユニット。
【請求項７】
前記キャリア本体（１４）は、導体基板であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の走査ユニット。
【請求項８】
前記導体基板（１４）は、セラミック製であることを特徴とする請求項７に記載の走査ユニット。
【請求項９】
複数の半田パッド（５０，５１，５２，５３）が、前記キャリア本体（１４）上に配置されていて、これらの半田パッド（５３）のうちの複数の半田パッドが、電気構成要素又はリード線を半田付けするために利用され、これらの半田パッド（５１，５２）のうちの少なくとも１つの別の半田パッドは、前記キャリア本体（１４）から前記ベース本体（１１）に向かう前記熱伝導路を形成するための前記半田材（４１，４２）を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の走査ユニット。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の走査ユニット（１０）を有するエンコーダにおいて、
前記エンコーダは、スケール（２０）をさらに有する当該エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載のエンコーダの走査ユニット及び請求項１１に記載のこの走査ユニットを有するエンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
走査ユニットは、インクリメンタル式の測定目盛又はアブソリュート式の測定目盛を走査するために使用される、すなわち長さ、変位及び角度を測定するために使用される。スケール、巻尺テープ、目盛盤又はドラムとしての走査ユニット及び測定目盛キャリアから構成されたエンコーダが、加工すべき加工物に対する工具の相対移動を測定するための特に加工機械で使用され、座標測定機で使用され、特にウェハを位置決めするための半導体産業でも増々使用される。
【０００３】
エンコーダに対する要求は、常により高くなっている。すなわち、位置測定の、より高い分解能並びにより高い精度及びより高い再現性能が要求される。この場合、機械構造をコンパクトにしなければならず、測定値の発生を簡単に且つノイズに強くしなければならない。
【０００４】
コンパクトな構造の結果として、複数の電気構成要素が、走査ユニット内に最小空間で統合される。これらの電気構成要素は、熱を発生させる。この熱は、一方ではこれらの電気構成要素自体に悪影響を及ぼして、当該寿命が低下する。他方では、高すぎる温度が、走査ユニットの機構にも悪影響を及ぼして、走査ユニットの部品が任意に膨張する。当該膨張は、機械的な応力を発生させる。その結果、電気構成要素内の亀裂及び電気構成要素の移動を引き起こし、最終的に測定誤差を生じさせ得る。
【０００５】
走査ユニットが、真空中で稼働される場合、走査ユニットの電気構成要素の熱の発生に起因するこれらの問題は悪化する。何故なら、真空中では、熱が対流しないからである。
【０００６】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０  ２００７  ０５８  ６４３号明細書は、走査ユニットを有するエンコーダを記す。このエンコーダの場合、熱を発生させる電気構成要素の熱が、熱伝導要素によって接触要素に向かって伝導される。走査ユニットを測定すべき物体に取り付ける場合、この接触要素が、この測定すべき物体の面に密接する。したがって、熱が、この測定すべき物体中に放散される。
【０００７】
熱伝導要素としては、伸縮性で且つ電気絶縁性の熱伝導膜、ソフトサーモ膜として提供される特にポリマー膜が挙げられる。この熱伝導膜の場合、このような熱伝導膜が真空用途に向いていないことが欠点である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０  ２００７  ０５８  ６４３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、高い測定精度が達成可能であり且つ真空用途に向いている走査ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題は、本発明にしたがって請求項１に記載の特徴によって解決される。
【００１１】
したがって、特に、熱を発生する電気構成要素によって発生された熱をヒートシンクとして機能するベース本体に向けてさらに伝導させるために、エンコーダの走査ユニットが構成されている。このため、当該走査ユニットは、熱を発生する少なくとも１つの電気構成要素を有するキャリア本体と、このキャリア本体が保持されている当該ベース本体と、当該キャリア本体から当該ベース本体に向かう熱伝導路を形成するための手段とを備える。この場合、この手段は、当該キャリア本体上に被覆された半田材を有する。押圧構成要素が設けられている。この押圧要素は、当該半田材と当該ベース本体とを互いに押圧するために又は当該半田材と当該ベース本体に接合されている中間構成要素とを互いに押圧するために設置されている。
【００１２】
光電式エンコーダの場合、熱を発生する電気構成要素は特に、損失熱が光源のハウジングから出発して半田材を経由してキャリア本体に向かって伝導されるように、このキャリア本体に半田付けされている光源である。
【００１３】
キャリア本体中に流入された熱をヒートシンクに向けてさらに伝導させるため、半田材が、溶融によってこのキャリア本体の半田パッド上に被覆されている。この半田材は、摩擦接合又は挟持によってベース本体と結合される。当該結合によって半田材に作用する押圧力が、この半田材を平坦に押圧することによって、対向する部材に最適に適合する。この対向する部材は、ベース本体自体でもよく又は熱を良好に伝導するようにベース本体に接合されている中間構成要素でもよい。
【００１４】
特にキャリア本体の任意の機械的な固定を阻止するため、キャリア本体が、ベース本体に対して可能な限り力の反作用なしに移動可能であるように、このキャリア本体が、ベース本体に対して摩擦接合で保持されている。
【００１５】
このような移動は、異なる膨張係数及び／又は温度勾配に基づくキャリア本体及びベース本体の温度に起因した異なる膨張によって引き起こされる。キャリア本体が、ベース本体の（測定方向Ｘに関する）１つの位置だけで移動不可能に保持されていて且つ少なくとも１つのその他の位置で移動可能に保持されていることが特に好ましい。
【００１６】
半田材とベース本体とが密接する押圧又は半田材と中間構成要素とが密接する押圧を可撓性に弾性に実現するため、ボルトと弾性構成要素とから成る配置から構成された当該押圧構成要素は、キャリア本体がベース本体に対して移動可能に保持されている位置に形成される。
【００１７】
本発明のその他の好適な構成が、従属請求項に記載されている。
【００１８】
半田パッドは、キャリア本体上の電気伝導性の接触面、特に電気伝導性の材料から成る被膜である。当該キャリア本体は、電気伝導性の材料ではないものの熱を良好に伝導する特にセラミック製の材料から成る。
【００１９】
半田材は、複数の金属、特に鉛、錫、銀及び銅の混合物から成る合金である。当該半田が、溶融過程後に凝固する。特別な半田、特に錫はんだが、本発明に対して適している。何故なら、錫はんだは、凝固した状態ではその可撓性のために中間構成要素又はベース本体自体に特に良好に密着し且つ良好な平面接触を生じるからである。小さい熱伝導抵抗が、当該密着及び当該平面接触から得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】走査ユニット及びスケールを有するリニアエンコーダの投影図である。
【図２】蓋が取り外されている図１のリニアエンコーダの走査ユニットの投影図である。
【図３】図２の走査ユニットのＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面図である。
【図４】図２の走査ユニットの導体基板の正面図である。
【図５】走査ユニットの第２の実施の形態の断面図である。
【図６】第３の実施の形態の走査ユニットの正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明を実施の形態によって詳しく説明する。
【００２２】
図１〜４は、本発明の第１の実施の形態の様々な方向から見た構造及び詳細を示す。本発明を図１〜４の光学式リニアエンコーダの例に基づいて説明する。測定方向Ｘに相対移動可能な２つの物体の相対位置が、光学式リニアエンコーダによって測定されなければならない。
【００２３】
図１は、走査ユニット１０とスケール２０とから構成されたエンコーダを示す。互いに相対移動する２つの部品の位置を測定するため、走査ユニット１０は、これらの部品の一方の部品に取り付けられ、スケール２０は、これらの部品の他方の部品に取り付けられる。走査ユニット１０は、ベース本体１１から構成される。このベース本体１１は、走査構成要素、特に電気構成要素用の内部空間を形成し、蓋１２によって密閉されている。図２には、光源１３が、これらの電気構成要素のうちの１つの電気構成要素として示されている。当該エンコーダの場合、スケール２０の測定目盛２１が、このスケール２０に対して測定方向Ｘに相対移動可能な走査ユニット１０によって走査される。さらに、この走査ユニット１０は、（図２中に示された）光源１３を有する。この光源１３は、光束を放射する。この光束が、スケール２０上に当たり、このスケール２０で反射され、走査ユニット１０に戻り、最後に光を感知する走査センサ上に当たる。この場合、光束が、スケール２０の測定目盛２１によって位置に応じて変調され、当該走査センサが、位置に応じた走査信号を供給する。これらの走査信号は、接続ケーブル３０を通じて外部に伝送される。
【００２４】
図２は、走査ユニット１０の投影図である。走査ユニット１０の構造をより良好に説明するため、走査ユニット１０が、蓋１２を取り外して示されている。走査ユニット１０は、キャリア本体１４を有する。電気構成要素１３が、このキャリア本体１４に取り付けられている。また、このキャリア本体１４は、ベース本体１１に固定されている。
【００２５】
この走査ユニット１０の場合、光源１３は、最も多い熱を発生する電気構成要素である。それ故に、この光源１３だけを示し、この光源１３の熱の伝導を詳しく説明する。当該熱を伝導させるため、特に構造上の措置が取られる。以下に、当該措置を図２〜４に基づいてさらに説明する。
【００２６】
特に図２〜４中に示されているように、光源１３が、キャリア本体１４の貫通孔としての凹部１５内に存在し且つこの凹部１５内で半田付けによって固定されている。半田材４０が、一方では光源１３のハウジング１３０に可能な限り広い面積で接触し、他方ではキャリア本体１４に接触する。当該半田付けは、光源１３のハウジング１３０をキャリア本体１４に機械的に接合させると同時に、半田材４０を介在させて光源１３からキャリア本体１４に向かう熱伝導路を形成する。この熱伝導路を形成するため、キャリア本体１４上には、半田パッド５０が、凹部１５の周りに設けられている。半田材４０が、この半田パッド５０上に被覆されている。
【００２７】
光源１３からキャリア本体１１中に流入された熱は、さらに伝導される必要がある。当該さらなる伝導を可能な限り損失なしに可能にするため、熱を良好に伝導させる材料が、キャリア本体１４に対して選択される。このため、このキャリア本体は、セラミック材料、特にアルミナセラミックから成る特に導体基板である。
【００２８】
熱をさらに伝導させるため、熱伝導路をキャリア本体１４からベース本体１１に向けて形成するための手段が設けられている。当該手段は、一方では半田材４１，４２をキャリア本体１４上に有し、他方ではこの半田材４１，４２に接触する中間構成要素６１，６２をキャリア本体１４上に有する。複数の半田パッド５３が、電気構成要素を電気接触させるためのキャリア本体１４上に配置されているので、半田材４１，４２をキャリア本体１４上で使用することが特に好ましい。若干の半田パッド５３が、電気構成要素又はリード線の半田付けのために−電気接触の目的で−利用され、これらの半田パッド５１，５２のうちの少なくとも１つの半田パッドが、熱伝導路を形成するために利用される。見やすさの理由から、半田パッド５３上に搭載される電気構成要素は図示されていない。
【００２９】
半田材４１，４２は、図示された例では中間構成要素６１，６２によってベース本体１１に熱伝導性に接合される。当該半田材４１，４２は、一方では中間構成要素６１，６２に対して押圧されていて、他方ではベース本体１１に熱伝導性に接触している。半田材４１と中間構成要素６１との当該相互の押圧は、ボルト７１としての押圧構成要素によって実現される。半田材４２と中間構成要素６２との当該相互の押圧は、ボルト７２とばね８２との組み合わせである押圧構成要素によって実現される。
【００３０】
熱伝導路が同時に、摩擦接合によるキャリア本体１４の、ベース本体１１に対する機械的な固定も実施するように、この熱伝導路は構成されている。このため、キャリア本体１４が、ベース本体１１の一箇所だけに対しては移動不可能に固定されていて且つベース本体１１のその他の少なくとも一箇所に対しては移動可能に固定されている。図３では、移動不可能な固定箇所は、左側に示されていて、移動可能な固定箇所は、右側に示されている。
【００３１】
移動不可能な固定箇所は、ボルト７１によって形成される。このボルト７１は、中間構成要素６１をキャリア本体１４の半田材４１に不動に押圧する。
【００３２】
移動可能な固定箇所は、ボルト７２によって形成される。このボルト７２は、中間構成要素６２をキャリア本体１４の半田材４２に弾性に押圧する。当該弾性機能は、螺旋ばね８２としてのばねによって実現されます。
【００３３】
螺旋ばね８２の代わりに、図５中に示されているように、ウェーブワッシャー９２が使用され得る。図５では、その他の部品は変更されていないので、第１の実施の形態の符合が、同じ部品に対して使用されている。
【００３４】
移動可能な固定箇所Ｐ２は、温度による膨張、すなわちベース本体１１に対するキャリア本体１４の移動を可能にする。ベース本体１１は、キャリア本体１４と異なる材料から成り、それ故に、温度の変化時に、弾性の押圧構成要素７２，８２又は７２，９２によって、キャリア本体１４とベース本体１１との間の相対的な反作用力なしに生じ得る相対移動が起こるので、当該移動可能性は特に有益である。
【００３５】
導体基板１４からベース本体１１に向かう熱伝導路を形成するための半田材４１，４２は、図示された例では導体基板１４の上面に配置されている。当該配置に追加して又は当該配置の代わりに、このような半田材４１，４２が、導体基板１４の下面に取り付けられてもよい。当該半田材４１，４２は、ボルト７１，７２によってベース本体に摩擦接合で接合されている。その結果、当該半田材は、ベース本体に直接接触し且つこのベース本体に対して押圧されている。
【００３６】
半田材４１，４２は、特に鉛、錫、銀及び銅から成る複数の金属を混合した合金である。この半田材４１，４２は、溶融過程後に凝固する。本発明の場合、溶融して凝固した半田材４１，４２の可撓性が利用される。場合によってはばね８２，９２に接合している押圧構成要素７１，７２が、押圧力を半田材４１，４２に及ぼす。この押圧力が、この半田材４１，４２を可塑性に変形させることによって理想的な接触平面を形成する。この接触平面は、極めて小さい熱伝導抵抗を有する。半田材４１，４２が、広がって搭載されている部品と馴染む。この場合、この部品は、中間構成要素６１，６２でもよいし又はベース本体１１自体でもよい。特別な半田、特に錫はんだが、本発明に対して適している。何故なら、錫はんだは、凝固した状態ではその可撓性のために中間構成要素６１，６２又はベース本体１１自体に特に良好に密着し且つ良好な平面接触を生じるからである。小さい熱伝導抵抗が、当該密着及び当該平面接触から得られる。
【００３７】
光源１３のハウジング１３０から出発して半田材４０を経由してキャリア本体１４に向かい、次いで熱を良好に伝導する当該キャリア本体１４をさらに経由して半田パッド５１，５２に向かい、そして半田材４１，４２に向かい、次いで場合によっては押圧構成要素７１，７２と一緒に作用しながら熱を良好に伝導するように形成された中間構成要素６１，６２をさらに経由してベース本体１１に向かう熱伝導路が、説明した措置によって提供される。
【００３８】
図６は、交差格子とも呼ばれる、２次元の測定目盛を走査するための走査ユニット１０．１を示す。キャリア本体１４．１，１４．２，１４．３，１４．４が、両測定方向Ｘ及びＹの各々に対して２つずつ設けられている。すなわち、キャリア本体１４．１及びキャリア本体１４．２が、測定方向Ｘに対して設けられていて、キャリア本体１４．３及びキャリア本体１４．４が、測定方向Ｙに対して設けられている。全ての４つのキャリア本体１４．１〜１４．４が、共通の中間構成要素６１．１によってベース本体１１．１に対して移動不可能に固定され得、その他の中間構成要素６２．１，６２．２，６２．３，６２．４によってベース本体１１．１に対して移動可能に固定され得るように、これらのキャリア本体１４．１〜１４．４は構成されていて且つ配置されている。熱伝導路は、第１の実施の形態と同様に固定されていて且つ構成されている。
【符号の説明】
【００３９】
１０    走査ユニット
１１    ベース本体
１２    蓋
１３    光源
１４    キャリア本体
１５    凹部
２０    スケール
２１    測定目盛
３０    接続ケーブル
４０    半田材
４１    半田材
４２    半田材
５０    半田パッド
５１    半田パッド
５２    半田パッド
５３    半田パッド
６１    中間構成要素
６２    中間構成要素
７１    ボルト
７２    ボルト
８２    螺旋ばね
９２    ウェーブワッシャー
１３０    ハウジング
１１．１    ベース本体
１４．１    キャリア本体
１４．２    キャリア本体
１４．３    キャリア本体
１４．４    キャリア本体
６１．１    共通の中間構成要素
６２．１    別の中間構成要素
６２．２    別の中間構成要素
６２．３    別の中間構成要素
６２．４    別の中間構成要素
【図１】
0005442860.tif 000002
【図２】
0005442860.tif 000003
【図３】
0005442860.tif 000004
【図４】
0005442860.tif 000005
【図５】
0005442860.tif 000006
【図６】
0005442860.tif 000007