(57)【要約】【課題】製造工程の複雑化を招く事がなく、高い精度を確保できるエンコーダスケール及びその製造方法を提供する。【解決手段】エンコーダスケールは、基体と、前記基体上に形成された第１のスケールパターンと、前記第１のスケールパターン及び基体を被覆する保護膜と、前記保護膜を覆うように配置された薄板と、前記薄板に配置された第２のスケールパターンとを備える。【選択図】図２
2011247600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
前記基体上に形成された第１のスケールパターンと、
前記第１のスケールパターン及び基体を被覆する保護膜と、
前記保護膜を覆うように配置された薄板と、
前記薄板に配置された第２のスケールパターンと
を備えたことを特徴とするエンコーダスケール。
【請求項２】
前記第２のスケールパターンは、
所定間隔で配置された複数の反射板からなる回折格子などの反射型光電式エンコーダ用スケールパターンである
ことを特徴とする請求項１記載のエンコーダスケール。
【請求項３】
前記第２のスケールパターンは、
所定間隔で凹凸が形成されその上に反射膜から形成された回折格子である
ことを特徴とする請求項１記載のエンコーダスケール。
【請求項４】
前記第２のスケールパターンは前記薄板上に設けられている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項目記載のエンコーダスケール。
【請求項５】
前記第２のスケールパターンは前記薄板と前記保護膜の間に設けられている
ことを特徴とする請求項１または２記載のエンコーダスケール。
【請求項６】
エンコーダスケールの製造方法において、
基体表面上に第１のスケールパターンを形成するステップと、
基体表面及び第１のスケールパターンを保護膜で被覆するステップと、
前記保護膜を薄板にて覆うステップと、
前記薄板に第２のスケールパターンを形成するステップと
を含むことを特徴とするエンコーダスケールの製造方法。
【請求項７】
前記保護膜を薄板にて覆うステップは、
前記保護膜の上に前記薄板を配置するステップと、
前記薄板を前記基体側に押しつけながら前記保護膜を硬化させるステップと
を含むことを特徴とする請求項６記載のエンコーダスケールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置、変位、角度、速度、角速度等の検出を行うエンコーダに関し、特に、複数種類のスケールパターンを有するエンコーダスケール及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数種類のスケールパターンを有する複合型エンコーダとして、例えば反射型光電式リニアエンコーダと電磁誘導式リニアエンコーダの特徴を併せ持つ複合型リニアエンコーダが知られている（例えば特許文献１）。このエンコーダのスケールは、図６に示すように、基板１０と、この基板１０上に所定間隔で形成された電磁誘導式のエンコーダに用いる第１のスケールパターン２０と、この第１のスケールパターン２０を被覆する保護膜２２と、保護膜２２上に形成された反射型光電式のエンコーダに用いる第２のスケールパターン３０とを備えて構成されている。
【０００３】
このような構成によれば、位置検出に電磁誘導を用いているためスケールに埃などが付着した場合でも誤作動を生じにくい電磁誘導式リニアエンコーダの特徴と、目盛り間隔を狭めることで高分解能、高検出精度を実現する反射型光電式リニアエンコーダの特徴を併せ持つ事が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１１５８０１、段落００３３、図３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の複合型リニアエンコーダのスケールでは、基板の上に配置された電磁誘導式リニアエンコーダスケールを保護膜で覆い、この保護膜の上面に反射型光電式リニアエンコーダスケールを配置している。しかしながら、このような構成においては、基板上の電磁誘導式リニアエンコーダスケールが形成する段差が原因となり、保護膜表面の平坦度が著しく劣化してしまう。このため、このような構成において、電磁誘導式リニアエンコーダスケールに光電式のリニアエンコーダスケールを重ねて製造するには、保護膜上面の平坦化処理が必要であり、製造工程が複雑化するという問題があった。
【０００６】
また、上述した従来技術では、保護膜上に直接反射型光電式の目盛りを形成しているので、目盛り形成のためにナノインプリント技術等の転写技術が必要となり、製造工程が更に複雑化すると共に、歩留まりが低下してしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたもので、製造工程の複雑化を招くことがなく、高い精度を確保できるエンコーダスケール及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係るエンコーダスケールは、基体と、前記基体上に形成された第１のスケールパターンと、前記第１のスケールパターン及び基体を被覆する保護膜と、前記保護膜を覆うように配置された薄板と、前記薄板に配置された第２のスケールパターンとを備えたことを特徴としている。
【０００９】
本発明の一つの実施形態において、前記第２のスケールパターンは、所定間隔で配置された複数の反射板からなる回折格子であることを特徴としている。
【００１０】
本発明の他の実施形態において、前記第２のスケールパターンは、所定間隔で凹凸が形成されその上に反射膜が形成された回折格子などの反射型光電式エンコーダ用スケールパターンであることを特徴としている。
【００１１】
本発明の更に他の実施形態において、前記第２のスケールパターンは前記薄板上に設けられているその他の反射型光電式エンコーダ用スケール格子であることを特徴としている。
【００１２】
また、本発明の更に別の実施形態においては、前記第２のスケールパターンは前記薄板と前記保護膜の間に設けられていることを特徴としている。
【００１３】
本発明に係るエンコーダスケールの製造方法は、基体表面上に第１のスケールパターンを形成するステップと、基体表面及び第１のスケールパターンを保護膜で被覆するステップと、前記保護膜を薄板にて覆うステップと、前記薄板に第２のスケールパターンを形成するステップとを含むことを特徴としている。
【００１４】
また、前記スケールパターンの製造方法一つの実施形態において、前記保護膜を薄板にて覆うステップは、前記保護膜の上に前記薄板を配置するステップと、前記薄板を前記基体側に押しつけながら前記保護膜を硬化させるステップとを含むことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、第１のスケールパターン及び基体を覆う保護膜を覆うように薄板を配置し、この薄板に第２のスケールパターンを配置するようにしているので、第２のスケールパターンの支持面が平坦な薄板となる。このため、本発明によれば、製造工程の複雑化を招くことなしに高い精度のエンコーダスケールを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の第１の実施形態によるリニアエンコーダの構成を示す斜視図である。
【図２】図１の要部の断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るエンコーダスケールの製造工程を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る複合型リニアエンコーダの要部の断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る複合型リニアエンコーダの要部の断面図である。
【図６】従来の複合型リニアエンコーダの要部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら、本発明に係るリニアエンコーダの実施の形態について詳細に説明する。
【００１８】
［第１の実施形態］
図１は、この発明の第１の実施形態に係る複合型リニアエンコーダの概略構成を示す斜視図である。この複合型リニアエンコーダは、測定軸Ｘに沿って延びるメインスケール１と、このメインスケール１に対して相対的に移動するように設けられたエンコーダヘッド２とを備えて構成されている。メインスケール１の内部には電磁誘導式スケールの目盛りとして機能する第１のスケールパターン２０が形成され、メインスケール１の上面には、反射型光電式スケールの目盛りとして機能する第２のスケールパターン３０が形成されている。これら第１および第２のスケールパターンをエンコーダヘッドによって検出する事により、メインスケール１とエンコーダヘッド２の相対的な位置を検出している。
【００１９】
図２は、図１におけるメインスケール１を長手方向に切断したときの部分的な断面図を示している。基体としての基板１０は例えばガラス基板であり、この基板１０上にはガラス金属密着層１２、銅薄膜１４及び目盛りパターン導線１６が基板１０側から順次積層された３層構造の第１のスケールパターン２０が所定のパターンで形成されている。この第１のスケールパターン２０が、電磁誘導式スケールの目盛りとして機能する。なお、基板１０はセラミック等、他の材料で形成されていてもよい。更に、基板１０及び第１のスケールパターン２０を覆うように保護膜２２が形成されている。保護膜２２の上面には、ガラス薄板４０が配置されている。ガラス薄板４０の上側には、所定間隔で複数の格子膜３１からなる第２のスケールパターン３０が形成されている。第２のスケールパターン３０は、反射型光電式エンコーダのスケールとして機能する。
【００２０】
以上のように構成された第１の実施形態に係るメインスケール１によれば、ガラス薄板４０のように平坦な面に対して格子膜３１を形成しているので、精巧な光電式エンコーダのスケールを製造する事が可能である。
【００２１】
尚、本実施例において、格子膜３１はクロム等の材料から形成されており、その膜厚は１００〜２００ｎｍ程度である。このような構成において、目盛りパターン導線１６と格子膜３１の導電性を比較すると、格子膜３１の導電性はほぼ無視できる程度の値となる。従って、電磁誘導式エンコーダの動作においては、格子膜３１は検出されず、精度良く目盛りパターン１６を検出する事が可能である。
【００２２】
このような構成においては、電磁誘導式リニアエンコーダスケールと反射型光電式リニアエンコーダスケールの特徴を併せ持つ、複合型リニアエンコーダの製造が可能となる。すなわち、電磁誘導式リニアエンコーダは、電磁誘導を利用してインデックススケールとメインスケールとの相対位置を検出しているため、スケールに埃などのゴミが付着しても影響を受けにくい。しかしながら、構造上の問題からスケールの微細化が困難であり、測定精度、分解能の改善が困難であった。これに対して、反射型光電式リニアエンコーダは、高精度、高分解能であるが、測定精度がスケールの汚れや損傷等の影響を受けやすかった。本実施形態では、電磁誘導式及び光電式エンコーダを組み合わせることにより、かかる問題を解決し、双方の利点を併せ持つ複合型リニアエンコーダを精度良く製造する事が可能となる。
【００２３】
次に、本実施形態に係るメインスケール１の製造方法の一例について説明する。図３（ａ）〜（ｉ）はこれを説明するための工程図であり、図１の断面図と対応する。まず、電磁誘導式リニアエンコーダ用のスケールとして使用する、第１のスケールパターン２０の形成について説明する。図３（ａ）に示す通り、本実施形態においては、ガラスの基板１０上に、ガラス密着金属層１２Ａを成膜する。ガラス密着金属１２Ａとしては、例えばチタンやクロム、モリブテン、またはその合金等、吸着効果を有し、ガラスの基板１０と金属を接着させる機能を有するものを使用する。ガラス密着金属層１２Ａの厚みは、例えば、５０ｎｍ〜１００ｎｍとする。銅はガラスに直接付着し難い性質を有するが、このプロセスを経ることによって充分な強度で付着される。
【００２４】
次に、図３（ｂ）に示すように、ガラス密着金属層１２Ａの上に銅薄膜１４Ａを２００ｎｍ〜５００ｎｍ付着させる。銅薄膜１４Ａは、銅層を電気めっきによって成長させるための薄膜である。前述の通り、銅薄膜１４Ａによって、ガラス密着金属層１２Ａに対して銅を積層させることが可能となる。
【００２５】
銅薄膜１４Ａを付着させた後、電気めっきによって図３（ｃ）に示すように銅薄膜１４Ａ上に銅層１６Ａを成長させる。この銅層１６Ａが、電磁誘導式リニアエンコーダの目盛りパターン導線１６となる。銅は電気抵抗率が低いため、電磁誘導を利用する為の材質として優れている。尚、銅層１６Ａの厚みは、１μｍ〜１００μｍ程度とする。
【００２６】
次に、図３（ｄ）に示すように、レジストを塗布し、フォトリソグラフィ法等を用いて、突条を形作るマスクパターン１８を形成する。尚、マスクによって保護される部分が電磁誘導式リニアエンコーダスケールの目盛りとして動作する。従って、マスクパターンは電磁誘導式の所定パターンとなる。
【００２７】
図３（ｅ）に示すように、レジストパターン１８をマスクにして銅層１６Ａ、銅薄膜１４Ａ及びガラス密着金属層１２Ａをエッチングにより除去する。そして、図３（ｆ）に示すようにレジスト１８を除去することにより、所定パターンの第１のスケールパターン２０を形成する。
【００２８】
次に、図３（ｇ）に示すように紫外線硬化樹脂又は熱硬化樹脂等からなる保護膜２２によって第１のスケールパターン２０を覆う。保護膜２２が設けられることにより、第１のスケールパターン２０の酸化、損傷、汚染等を防止し、良好な状態に保持することができる。
【００２９】
更に、図３（ｈ）に示すように保護膜２２の上にガラス薄板４０を配置し、真空加圧等の方法によってガラス薄板４０をガラスの基板１０に均一な圧力で押しつけ、この状態を保持したまま保護膜２２の樹脂を紫外線照射又は加熱などにより硬化させる。これによって、保護膜２２の樹脂がガラス薄板４０の接着層として機能し、第１のスケールパターン２０の保護がより強化されることになる。尚、本実施例においては真空加圧法を採用しているが、ガラス薄板４０上のどの位置に対しても均等に加圧できる方法であれば、それ以外の方法で本工程を行うことも可能である。また、本実施形態においてはガラスの薄板を採用しているが、これもセラミック薄板等、ガラス以外の材質を使用してもよい。いずれにしても、基板１０と薄板４０とは、熱膨張係数が近い同種材料であることが望ましい。また、薄板４０の厚さは、電磁誘導式エンコーダの検出能力にもよるが、例えば３０μｍ〜１ｍｍが好ましく、５０μｍ〜１００μｍがより好ましい。
【００３０】
次に、図３（ｉ）に示す通り、ガラス薄板４０上に格子膜３１を形成する。従来技術では電磁誘導式スケールの保護膜２２上に直接反射型光電式スケールを配置していたのに対し、本実施形態では、保護膜２２を接合剤としてベースのガラスの基板１０と接合されたガラス薄板４０の片面に反射型光電式エンコーダの目盛りとなる第２のスケールパターン３０を形成している。これに対し、従来技術においては、電磁誘導式スケールの段差の影響により、保護膜２２の上面に平坦な面を形成するのは非常に困難であり、保護膜上に反射型光電式スケールを配置しようとすると、製造工程が非常に複雑化してしまい、また、歩留まりも悪化するという問題があった。しかし、本実施形態においては保護膜２２の上面にガラス薄板４０を配置することで、容易に反射型光電式エンコーダ用目盛りを形成するために必要な平坦度の面を得ることを可能としている。従来技術では、電磁誘導式エンコーダ用パターンの影響を受け、未処理の状態では数ｍｍ以下の周期で少なくとも数μｍ〜１０数μｍのうねりが保護膜２２の表面に生じたのに対し、たとえばガラス薄板４０を使用した場合には、同程度の範囲のうねりをサブμｍ以下にすることが可能である。
【００３１】
尚、本実施例においては保護膜２２上にガラス薄板４０を配置した後に格子膜３１を形成しているが、ガラス薄板４０上に格子膜３１を形成した後にガラス薄板４０を保護膜２２上に配置してもよい。
【００３２】
［第２の実施形態］
図４に、本発明の第２の実施形態を示す。図４の基本構成は図１と同じであるが、本実施例においては、格子膜３１がガラス薄板４０と保護膜２２の間に形成されている。このような構成においては、反射型光電式のスケール上にガラス薄板４０が配置されているため、電磁誘導式のスケールだけでなく反射型光電式のスケールをも保護する事が可能となる。その結果、光電式のスケールパターンに対しても酸化、損傷、埃などによる誤動作の防止が可能となり、耐環境性の飛躍的な向上が期待できる。更にガラス薄板により覆われているために、スケールパターンを傷つけることなくスケールの清掃を行うことが可能になる。尚、本実施例のようなスケールを製造する場合、製造工程において、ガラス薄板４０上に予め格子膜３１を形成し、その後ガラス薄板４０を保護膜２２上に配置することが望ましい。前述の通り、保護膜２２上よりもガラス薄板４０上のほうが平坦度が高く、比較的容易に反射型光電式のスケールパターンを形成できるためである。
【００３３】
［第３の実施形態］
図５に、本発明の第３の実施形態を示す。図５の基本構成は図１と同じであるが、本実施例においては、更にガラス薄板４０及び格子膜３１の上に、反射膜４１が成膜されている。このような構成においては、入射光が格子膜３０のみならず、反射膜４１においても反射されるため、光の反射効率を上げ、光学式エンコーダにおけるＳ／Ｎ比を改善する事が可能となる。尚、この場合には格子膜３１の膜厚を調整し、反射効率を調整する必要がある。具体的には、格子膜３１により形成されている反射膜４１の段差をｄ、光電式エンコーダにおいて使用する検出用の光の波長をλ、スケールに対する入射角をθとすると、ｄ＝λ／（４ｃｏｓθ）となっていることが望ましい。段差ｄがこのような値となる場合には、光の反射効率が最大となり、検出精度の改善が期待できるためである。また、格子膜３１及び反射膜４１の膜厚は、導電性が無視できる程度に充分薄い必要がある。電磁誘導式エンコーダの動作対する影響を抑えるためである。
【符号の説明】
【００３４】
１・・・メインスケール、２・・・エンコーダヘッド、１０・・・基板、１２・・・ガラス密着金属層、１４・・・銅薄膜、１６・・・目盛りパターン銅線、１８、・・・レジスト、２０・・・第１のスケールパターン、２２・・・保護膜、３０・・・第２のスケールパターン、３１・・・格子膜、４０・・・ガラス薄板、４１・・・反射膜
【図１】
2011247600.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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