(57)【要約】  少なくとも１つの特徴を有する工具を使用するスケール基板の電気化学的加工によって、計測スケールを製作するための装置および方法が提供される。この方法は、工具とスケール基板の間に電解液を通すステップと、スケール基板と工具の間に電気接続を形成するステップとを有する。スケール基板の電気化学的溶解が工具の特徴に隣接して起こって、少なくとも１つのスケールマーキングが製作される。これは、直線スケール、回転スケール、および２次元スケールの製作に適している。
2008508510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの特徴を有する工具を使用するスケール基板の電気化学的加工によって、計測スケールを製作するための方法であって、
前記工具と前記スケール基板の間に電解液を通すステップと、
前記スケール基板の電気化学的溶解が前記工具の前記特徴に隣接して起こって、少なくとも１つのスケールマーキングが製作されるように、前記スケール基板と前記工具の間に電気接続を形成するステップとを、任意の適切な順序で含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記工具およびスケール基板は、互いに移動されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記工具によって作り出されたスケールマーキングを感知するために、１つまたは複数のセンサが設けられる方法であって、
前記１つまたは複数のセンサのうち少なくとも１つのセンサを使用して、前記スケール基板上に形成された前記スケールマーキングを感知するステップと、
システムパラメータを制御するために、その情報をシステム制御装置にフィードバックするステップとを含むことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の方法。
【請求項４】
前記１つまたは複数のセンサのうち少なくとも１つは、前記スケールマーキングのピッチを感知することを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記１つまたは複数のセンサのうち少なくとも１つは、前記スケールマーキングの深さを感知することを特徴とする請求項３から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記１つまたは複数のセンサのうち少なくとも１つは、前記スケールマーキングの幅を感知することを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記１つまたは複数のセンサのうち少なくとも１つは、任意のスケールマーキングが検出できるかどうかを決定するのに使用されることを特徴とする請求項３から６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記フィードバックは、後続のスケールマーキングを形成するために、前記工具および前記スケール基板を相対的に配置するのに使用されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項９】
前記スケールマーキングの反射率は、前記システムパラメータを調整することによって選択されることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
研磨面を製作するために、前記電気化学的溶解は、スケールマーキングとスケールマーキングの間で行われることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記方法は、工具一新ステップを含むことを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記工具一新ステップは、電気化学的加工方法を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも１つの特徴が前記工具から突き出す程度は、調整可能であることを特徴とする請求項１１または１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの特徴は、テーパ状であることを特徴とする請求項１１から１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記工具の移動が、前記電解液を流す助けとなるように、前記工具は前記スケール基板に対して可動であることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
前記工具は、スケールマーキングの繰返しパターンを製作するために、前記スケール基板に対して段階的に移動されることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
前記工具は、スケールマーキングの繰返しパターンを製作するために、前記スケール基板に対して連続して移動されることを特徴とする請求項１から１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
前記スケール基板と前記工具の間の前記電気接続は、パルス状にされることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
前記電気接続のパルスレートは、前記工具と前記スケール基板の相対移動に同期されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記１つまたは複数のセンサからのフィードバックに応答して、パルスパラメータを制御するステップを含むことを特徴とする請求項１８または１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
前記スケール基板と前記工具の間の前記電気接続は、連続電流であることを特徴とする請求項１から１７のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
スケール基板の電気化学的加工によって計測スケールを製作するための装置であって、
少なくとも１つの特徴を有する工具と、
前記工具と前記スケール基板の間の電解液と、
前記工具の前記特徴に隣接する前記スケール基板上で電気化学的溶解が起こって、少なくとも１つのスケールマーキングが製作されるような、前記スケール基板と前記工具の間の電気接続とを備えることを特徴とする装置。
【請求項２３】
前記スケールは、位相スケールを備えることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記スケールは、振幅スケールを備えることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項２５】
前記工具および前記スケール基板は、互いに可動であることを特徴とする請求項２２から２４のいずれかに記載の装置。
【請求項２６】
前記工具によって作り出されたスケールマーキングを感知するために、１つまたは複数のセンサが設けられ、
システムパラメータを制御するために、前記１つまたは複数のセンサからシステム制御装置に情報をフィードバックするためのフィードバックシステムが設けられることを特徴とする請求項２２から２５のいずれかに記載の装置。
【請求項２７】
前記１つまたは複数のセンサのうち少なくとも１つは、前記スケールマーキングのピッチを感知することを特徴とする請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記１つまたは複数のセンサのうち少なくとも１つは、前記スケールマーキングの深さを感知することを特徴とする請求項２６から２７のいずれかに記載の装置。
【請求項２９】
前記１つまたは複数のセンサのうち少なくとも１つは、前記スケールマーキングの幅を感知することを特徴とする請求項２６から２８のいずれかに記載の装置。
【請求項３０】
前記１つまたは複数のセンサのうち少なくとも１つは、任意のスケールマーキングが検出できるかどうかを決定するのに使用されることを特徴とする請求項２６から２９のいずれかに記載の装置。
【請求項３１】
前記工具および前記スケール基板は、互いに可動であり、前記フィードバックシステムは、後続のスケールマーキングを形成するために、前記工具および前記スケール基板を相対的に配置するのに使用されることを特徴とする請求項２６に記載の装置。
【請求項３２】
前記システムパラメータは、前記スケールマーキングの反射率を選択するように調整されることを特徴とする請求項２２から３１のいずれかに記載の方法。
【請求項３３】
前記システムパラメータは、研磨面を製作するために、電気化学的溶解がスケールマーキングとスケールマーキングの間で行われるように選択されることを特徴とする請求項１から３２のいずれかに記載の方法。
【請求項３４】
前記方法は、工具一新ステーションを含むことを特徴とする請求項２２から３３のいずれかに記載の装置。
【請求項３５】
前記工具一新ステーションは、電気化学的加工ステーションを備えることを特徴とする請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記少なくとも１つの特徴が前記工具から突き出す程度は、調整可能であることを特徴とする請求項３４または３５のいずれかに記載の装置。
【請求項３７】
前記少なくとも１つの特徴は、テーパ状であることを特徴とする請求項３４から３６のいずれかに記載の装置。
【請求項３８】
前記工具の移動が、前記電解液を残らず流す助けとなるように、前記工具は前記スケール基板に対して可動であることを特徴とする請求項２２から３７のいずれかに記載の装置。
【請求項３９】
前記工具および前記スケール基板は、スケールマーキングの繰返しパターンを製作するために、前記工具が前記スケール基板に対して段階的に可動であるように、互いに可動であることを特徴とする請求項２２から３８のいずれかに記載の装置。
【請求項４０】
前記工具および前記スケール基板は、スケールマーキングの繰返しパターンを製作するために、前記工具が前記スケール基板に対して連続して可動であるように、互いに可動であることを特徴とする請求項２２から３８のいずれかに記載の装置。
【請求項４１】
前記スケール基板と前記工具の間の前記電気接続は、パルス状にされることを特徴とする請求項２２から４０のいずれかに記載の装置。
【請求項４２】
前記電気接続のパルスレートは、前記工具と前記スケール基板の相対移動に同期されることを特徴とする請求項４１に記載の装置。
【請求項４３】
前記１つまたは複数のセンサからのフィードバックに応答して、パルスパラメータを制御するための制御装置を含むことを特徴とする請求項４１または４２のいずれかに記載の装置。
【請求項４４】
前記スケール基板と前記工具の間の前記電気接続は、連続電流であることを特徴とする請求項２２から４０のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スケール読取り装置用の計測スケールを製作する方法に関する。より詳細には、本発明は、電気化学的加工によってスケールを製作する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２つの部材の相対変位を測定するためのスケール読取り装置の公知の形態では、その部材の一方上に、パターンを画定するスケールマークを有するスケールと、他方の部材上に設けられた読取りヘッドとを備える。光学スケール読取り装置は、スケールを照射するための手段と、得られる光パターンに応答して、スケールと読取りヘッドの相対変位を測定する読取りヘッド内の検出手段とを有する。周期的なパターン内にそのマークを有するスケールは、インクリメンタルスケールとして知られ、上下に計数した出力がもたらされる。スケールには、読取りヘッドによって検出されたとき、読取りヘッドの正確な位置を決定することが可能になる基準マークを設けることができる。スケールは、スケール上のどこででも読取りヘッドの絶対位置を決定することが可能になる、絶対コードマークを有することができる。
【０００３】
スケールシステムおよび読取りヘッドシステムは、光学システムに限定されない。磁気読取りシステム、静電容量読取りシステム、および誘導性読取りシステムも公知である。
【０００４】
計測スケールは、例えば、直線状でも、回転式でも、２次元でもよい。回転スケールは、回転部の面上に径方向に、またはその円周上に軸方向に設けられたスケールマーキング（ｓｃａｌｅ  ｍａｒｋｉｎｇ）を有することができる。
【０００５】
スケールは、振幅スケールでもよく、位相スケールでもよい。
【０００６】
振幅スケールでは、スケールパターンが、２つの異なるタイプの部分から形成される。第１のタイプの部分は、入射光を読取りヘッドに反射し、第２のタイプの部分は反射しない。例えば、インクリメンタル振幅スケールは、クロムオンガラススケール（ｃｈｒｏｍｅ  ｏｎ  ｇｌａｓｓ  ｓｃａｌｅ）などの、交互に並ぶ反射線および無反射線を備えることができる。
【０００７】
位相スケールは、異なる部分からの光が読取りヘッドで検出されたとき、それを異なる位相で反射する形状を有する。
【０００８】
細長いスケール部材を、一方のローラが平面を有し、他方のローラが、輪郭が描かれた表面を有する、１対の円筒形のローラ間に通すことによって、スケールを製作する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。スケール部材がこれらのローラを通過して圧力が印加されるとき、スケール部材の表面が、輪郭が描かれたローラのパターンによって変形される。
【０００９】
指定の形状寸法を有し、指定の表面に仕上げられた加工物を形成するための公知の技法が、電気化学的加工である。これは、電解槽内での工具（カソード）を用いた加工品（アノード）の電解過程中の、制御されたアノード電気化学的溶解過程である。
【００１０】
【特許文献１】欧州特許ＥＰ０２７４４９２
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の態様では、少なくとも１つの特徴（ｆｅａｔｕｒｅ）を有する工具を使用するスケール基板の電気化学的加工によって、計測スケールを製作するための方法であって、
工具とスケール基板の間に電解液を通すステップと、
スケール基板の電気化学的溶解が工具の特徴に隣接して起こって、少なくとも１つのスケールマーキングが製作されるように、スケール基板と工具の間に電気接続を形成するステップと、を任意の適切な順序で含む方法が提供される。
【００１２】
好ましくは、工具およびスケール基板は、互いに移動される。
【００１３】
工具によって作り出されたスケールマーキングを感知するために、１つまたは複数のセンサを設けることができ、その方法は、
１つまたは複数のセンサのうち、少なくとも１つのセンサを使用して、スケール基板上に形成されたスケールマーキングを感知するステップと、
システムパラメータを制御するために、その情報をシステム制御装置にフィードバックするステップとを含む。
【００１４】
１つまたは複数のセンサのうち少なくとも１つが、スケールマーキングのピッチ、深さ、または幅を感知する。１つまたは複数のセンサのうち少なくとも１つを、任意のスケールマーキングが検出できるかどうかを決定するのに使用することができる。フィードバックは、後続のスケールマーキングを形成するために、工具およびスケール基板を相対的に配置するのに使用することもできる。
【００１５】
スケールマーキングの反射率は、システムパラメータを調整することによって、選択することができる。研磨面を製作するために、電気化学的溶解をスケールマーキングとスケールマーキングの間で行うことができる。これを別のステップで行ってもよい。
【００１６】
一実施形態では、この方法は、工具一新（ｔｏｏｌ  ｒｅｆｕｒｂｉｓｈｍｅｎｔ）ステップを含む。工具一新ステップは、電気化学的加工方法を含むことができる。少なくとも１つの特徴が工具から突き出す程度を、調整することが可能である。この少なくとも１つの特徴は、テーパ状でよい。
【００１７】
工具の移動が、電解液を残らず流す助けとなるように、工具をスケール基板に対して可動にすることができる。
【００１８】
スケールマーキングの繰返しパターンを製作するために、工具をスケール基板に対して段階的に移動させることができる。スケールマーキングの繰返しパターンを製作するために、工具をスケール基板に対して連続して移動させる。
【００１９】
スケール基板と工具の間の電気接続を、パルス状にすることができる。電気接続のパルスレートを、工具とスケール基板の相対移動に同期させることができる。この方法には、１つまたは複数のセンサからのフィードバックに応答してパルスパラメータを制御するステップを含むことができる。
【００２０】
スケール基板と工具の間の電気接続は、連続電流でもよい。
【００２１】
本発明の第２の態様では、
少なくとも１つの特徴を有する工具と、
工具とスケール基板の間の電解液と、
工具の特徴に隣接するスケール基板上で電気化学的溶解が起こって、少なくとも１つのスケールマーキングが製作されるような、スケール基板と工具の間の電気接続とを備える、スケール基板の電気化学的加工によって計測スケールを製作するための装置が提供される。
【００２２】
スケールは、位相スケールを含んでもよく、振幅スケールを含んでもよい。
【００２３】
次に、本発明を、添付の図面を参照して説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１は、本発明の第１の実施形態の側面図を示す。この装置は、電解槽１０を備え、その中ではスケール基板１２がアノードであり、工具１４がカソードである。工具１４には、基板１８内に埋め込まれた一連の金属要素１６が備えられる。工具１４は、非導電性基板を含むことができる。金属要素１６は、所望のスケールの特徴の幅に等しい、またはそれよりも小さな幅２０を有する。例えば、各金属フィンガは、４μｍ未満の幅を有することができる。金属要素１６は、スケールの所望のピッチに等しいピッチ２２を有する。あるいは、金属要素１６は、スケールの所望のピッチのｎ倍に等しいピッチ２２を有してもよい。電解液２４が、スケール基板１２と工具１４の間を流れるように強制される。
【００２５】
直流がスケール基板１２（アノード）と工具１４（カソード）の間に通され、直流は、連続のものでもよく、パルス状でもよい。アノードのスケール基板１２の表面で、めっき解除反応（ｄｅ−ｐｌａｔｉｎｇ  ｒｅａｃｔｉｏｎ）によって、金属が金属イオンに溶解する。したがって、工具１４の形状が、スケール基板１２上に実質的にコピーされる。
【００２６】
工具１４を、スケール基板１２に沿って移動し、各位置で、スケール基板１２内にトレンチが選択的にエッチングされるように、アノードとカソードの間に電流を印加する。工具の金属要素の形状がスケール内に実質的にコピーされ、したがって所望の形状を選択することができる。要素の形状を、スケール基板上に単に粗くコピーすることができる。工具およびスケール基板のうち一方をサーボ位置決めすることによって、工具をスケール基板に対してステップ状に進ませることができる。サーボ位置決めは、速度制御することができる。
【００２７】
スケールのトレンチも上面も反射型である場合、位相スケールがもたらされる。しかし、スケール基板が、トレンチおよび上面のうち一方が反射型で、他方が無反射型であるように処理される、または製造される場合、振幅格子がもたらされる。
【００２８】
工具をスケールに沿って移動させるとき、電流印加時に工具が正しい位置にあることが重要である。このことは、エンコーダ２８を設けて、スケール基板と工具の相対位置を測定することによって実現することができる。あるいは、次のスケールマーキングを前のスケールマーキングと正しい関係で製作するために、読取りヘッドシステムを工具に接続し、したがって製作されたスケールマーキングの上をシステムが通過するとき、読取りヘッドの出力を工具の位置決めをするためのフィードバックとして使用することもできる。スケールマーキングを読み取るのに、他のセンサ、例えばカメラまたは表面プロファイラを使用することもできる。
【００２９】
これらのセンサは、スケールマーキングが検出されるのに十分に良好な品質であるかどうかを決定するのに使用することもできる。スケールマーキングのこの品質は、めっき解除反応によって生成されて電解液の流れによって十分に除去されない、金属水酸化物などの破片（ｄｅｂｒｉｓ）によって影響を受けることがある。
【００３０】
工具の金属要素が、スケールのピッチで離隔されている場合、スケールの一部分が一度に形成されるように工具を移動させる。しかし、金属要素のピッチが、スケールのピッチの倍数である場合、スケールが所望のピッチで製作されるように、工具を小さな刻みで移動しなくてはならない。あるいは、工具をスケール基板に沿って移動させるときに、金属要素からの連続パルスでトレンチがスケール基板上に蓄積されるように、平均技法を使用することもできる。
【００３１】
いくつかのシステムパラメータが、この方法によって製作されるスケールマーキングの寸法および品質に影響を及ぼす。例えば、スケール基板と工具の間に、一般に５０〜３００μｍの小さなギャップがあるのが有利である。ギャップが小さいほど、スケール基板上の特徴が一層画定されることになる。しかし、ギャップが小さいと、電解液が沸騰し、アノードで水素ガスが発生し、したがって、めっき解除反応が抑制される。
【００３２】
この問題は、スケールマーキングを監視し、かつその情報を使用してシステムパラメータを調整し、したがってスケール基板上に明確な特徴を製作するための最適な条件を維持することによって、克服される。
【００３３】
アノードとカソードの間の使用電圧および電流、電解液の流量および温度、工具とスケール基板の間の間隔、ならびに電気パルスと電気パルスの間の間隔などのパラメータを、スケール基板から一貫した深さの材料が除去されるように、かつスケールマーキングが所望の寸法（例えば、特徴の幅、深さおよび形状）を有するように、スケールマーキングを読み取るセンサからのフィードバックによって閉ループ制御することができる。
【００３４】
図１８は、フィードバックシステムを示す。工具１２０およびスケール基板１２２が、Ｘ方向に互いに可動である。工具１２０は、Ｚ方向にも可動である。工具１２０によって製作されたスケールマーキングを感知するために、１つまたは複数のセンサ１２４を設ける。１つまたは複数のセンサ１２４からの出力が、システムパラメータ１２８を調整することのできる制御装置１２６に送られる。
【００３５】
システムパラメータは測定され、ほとんどのものが、直接的であろうと間接的であろうと、従来の手段によって測定される。図１９および２０はそれぞれ、スケール基板と工具の間のギャップを、直接的および間接的方法によって測定する方法を示す。図１９は、スケール基板１３２からの距離ｄを直接検出するセンサ１３４を備えた工具１３０を示し、このセンサは、例えばインダクタンスまたは超音波検出器を含むことができる。
【００３６】
図２０は、工具１４０とスケール基板１４２の間のギャップを検出するのに間接的手段を使用する、工具１４０を示す。例えば光源１４６および検出器１４８を含む、光学的手段１４４を使用して、スケール基板１４０と固定された関係で表面１４９からの距離を検出することができる。
【００３７】
ギャップのこうした測定は、工具をスケール基板に対して接触させ、したがってギャップの値をゼロにすることによって、確認することができる。いつ工具がスケール基板に接触しているかは、工具とスケール基板が接触するときに増大する、システムに流れる電流を測定することによって決定することができる。あるいは、図２１に示すように、工具１５０と支持構造１５６の間に、マイクロスイッチ１５４を設けることもできる。工具１５０の下向きの移動と同時にばね１５８が圧縮されて、マイクロスイッチが、工具がスケール基板と接触するときをトリガーするように、工具１５０と支持構造１５６の間にばね１５８も設ける。図２、３、および９に示す回転工具は、現時点では、その表面の一部分上に、工具がスケール基板に接触することを可能にするための要素をもたなくてよい。
【００３８】
図２０は、システムに入りシステムを出る、電解液１４７の流量を測定するための流量計１５９を示す。
【００３９】
本発明の第２の実施形態では、工具は、図１において説明したものと同じ輪郭を有するが、工具をスケールに沿ってステップ状に進ませる代わりに、工具をスケール基板に対して連続して移動させる。この実施形態では、スケール基板上の正しい位置にトレンチを加工するために、アノードとカソードの間の電流をパルス状にする。要素は、個々に、または全て一緒にパルスを与えることができる。電流を正しい位置でパルス状にすることができるように、基準エンコーダを使用して、スケール基板と工具の相対位置を決定する。上述のように、センサを設けて、このプロセスによって製作されたスケールマーキングを読み取ることができる。センサからのフィードバックを使用して、パルスのタイミングを制御することができる。
【００４０】
この方法では、スケール上の各トレンチが、複数の工具要素によって加工される。しかし、単一の工具フィンガを使用して、スケールマーキングを製作することが可能である。
【００４１】
要素は、工具の残りの部分から必ずしも分離されるわけではない。図１４は、一体型要素１６２を含む、輪郭が描かれた工具１６０示す。この実施形態では、２つの隣接する要素１６２の間の陥凹１６４の深さが、陥凹に隣接するスケール基板上でめっき解除反応が起こらないのに十分なほど大きい。工具は、陥凹１６４の深さを低減し、したがってスケール基板上のめっき解除反応が、工具の突出要素１６２にも陥凹１６４にも隣接して起こることが可能になるように、改変することができる。しかし、工具の陥凹部分および突出部分とスケール基板との間のギャップが異なれば、異なる量のめっき解除が生じる。工具上の突出要素１６２に隣接するスケール基板の部分には、比較的多量の材料が除去されてスケールの谷部が形成され、工具の陥凹部分１６４に隣接するスケール基板の部分には、比較的少量の材料が除去されてスケールの山部が形成される。スケールの谷部でも山部でも材料を除去することには、スケール基板を研磨して、スケールの山部にも谷部にも高度な反射面をもたらす効果があり、これは位相スケールに適している。スケールの山部および谷部のこの研磨は、他の手段によって実現することもできる。
【００４２】
研磨は、個別のステップで行うことができ、例えば、スケールを（例えば、電気化学的加工によって）第１のステップで研磨し、スケールマークを第２のステップで形成することができる（または、その逆も同様である）。システムパラメータを調整することによって、さまざまなレベルの反射率を実現することができる。例えば、除去速度が遅いほど、より反射する仕上りがもたらされる。したがって、この技法を振幅スケールにも位相スケールにも適したものにすることによって、反射率を調整することができる。
【００４３】
本発明の第３の実施形態を、図２を参照して説明する。この実施形態では、工具は、金属要素３６がその円周上に設けられた、回転工具ホイール（ｒｏｔａｔｉｎｇ  ｔｏｏｌ  ｗｈｅｅｌ）３４である。スケール基板３２が、回転工具ホイールがスケールの上を連続して転がされるとき、回転工具ホイール３４に対して移動させる移動ステージ３３上に取り付けられる。このプロセス中、電解液４４が、回転工具ホイール３４とスケール基板３２の間に通される。
【００４４】
回転工具ホイール３４が、スケール基板３２の上を連続して転がされるとき、カソード（回転工具ホイール３４）とアノード（スケール基板３２）の間の電流をパルス状にする。基準エンコーダを設けて、電流パルスレートとスケール基板３２および回転工具ホイール３４の移動とを同期させる。基準エンコーダは、例えば回転工具ホイール３４上に設けられ移動ステージ３３上のリニアエンコーダにリンクされた回転エンコーダ４６を備えることができる。
【００４５】
あるいは、図３に示すように、スケール基板３２を一対のローラ５０、５２を通して供給して、連続したリボンを製作してから、それを回転工具ホイール３４と接触させることができる。この場合、回転工具ホイール３４上のエンコーダ４６が、供給ローラ５０、５２上のエンコーダ４８，４９にロックされる。スケール基板３２の位置が、回転工具ホイールの円周速度に対してサーボ制御される場合、連続電流を使用することができる。
【００４６】
図２および３に示す実施形態では、センサが、スケール基板上に製作されたスケールマーキングを検出することができ、このセンサからのフィードバックを使用して、スケール基板と回転工具ホイールの相対速度を調整し、それによってスケールマーキングのピッチを調整することができる。
【００４７】
スケールマーキングのピッチを調整することが可能であることが望ましい場合がある。図４は、不完全な球面を有する工具７０を示す。工具の表面上の要素７２が、湾曲した輪郭を有し、したがって２本の線のピッチが領域Ｒ１およびＲ２で異なる。この結果、工具がその軸Ａの周りで回転する場合、領域Ｒ１内の特徴がスケール基板に隣接し、第１のピッチのスケールマーキングが形成される。ただし、工具の軸がスケール基板に対してある角度になるように、工具を傾けることができる。このことが、新しい領域Ｒ２の特徴をスケール基板に隣接させ、したがって、スケールマーキングのピッチが調整される。
【００４８】
図５は、要素のピッチ（したがって、スケールマーキングのピッチ）を調整することを可能にする工具の、別の実施形態を示す。工具７４は、弾性を有する基板製である。開口７６が、工具の中央に設けられる。テーパマンドレル７８を開口に挿入し、それにより工具の円周を弾性的に広げさせ、したがって特徴８０のピッチを増大させることができる。所望のピッチが小さいとき（例えば２０μｍ）、工具は、小さな範囲にわたってしか弾性的挙動を示さない材料を含むことができる。
【００４９】
先の諸実施形態のいずれも、連続したスケールおよび短い長さのスケールを製作するのに適している。
【００５０】
これらの実施形態では、スケールに対して工具を移動させることについて説明しているが、ステージ上のスケールを移動させ、工具を固定することも可能である。
【００５１】
次に、工具の設計をさらに詳細に説明する。図６は、金属要素の１つを表した、工具の第１の実施形態の断面を示す。金属フィンガが、非導電性工具基板６２のトラック６１内に埋め込まれた金属６０を含む。スケール基板１２に隣接して配置される金属６０の表面が、凹んでいる。したがって、使用中には、工具をスケール基板と実質上接して配置することができる。工具がスケール基板と接触するとき、非導電性工具基板６２がスケール基板１２に接触するが、スケール基板１２とトラック６１内に埋め込まれた金属６０の間にはギャップ６４がある。このギャップ６４が流路を形成し、その流路を通って電解液が流れることができる。したがって、工具がスケール基板１２に接触して配置されるとき、埋め込みトラック６１内の金属６０の表面が、スケール基板１２からある一定距離のところにあり、電解液がアノードとカソードの間にある。
【００５２】
図７は、工具の第２の実施形態を示す。この図は、非導電性工具基板６２内のトラック６１内に埋め込まれた金属６０を表した工具の一部分を示す。スケール基板１２に隣接して配置される、埋め込みトラック６１内の金属６０の表面が、非導電性工具基板６２から突き出ている。この実施形態では、工具が使用中であるとき、工具とスケール基板の間に接触が行われない。工具は、スケール基板から制御された距離のところに保持されなければならず、電解液が、金属トラックと金属トラックの間を流れる。
【００５３】
工具は、電解液がそれを通ってスケール基板に供給される流路を含むことができる。
【００５４】
電気化学的加工は、２次元スケールを形成するのにも適している。小さなスケールの場合、工具には、所望のスケールパターン内の要素を備えることができ、スケールは一度の段階で形成される。
【００５５】
より大きなスケールの場合、ステップアンドリピート方法が適している。図８は、２次元スケールの一部分を形成するのに適切な工具８２を示す。この工具を使用して、前述のようにスケール基板上にスケールマーキングを形成することができる。次いで工具を、ステップアンドリピート方式で移動させて、より大きな２次元パターンのスケールマーキングを蓄積する。この例における工具は、面積が４スケールピッチ掛ける４スケールピッチの要素８４からなるパターンを有する。工具を一度に４スケールピッチごとに移動させて、スケールパターンを蓄積することができる。あるいは、工具を一度に１ピッチごとに移動させ、したがってスケールマーキングを段階的に蓄積することもできる。こうすることには、工具内の個々の要素を位置決めする上での誤差があればその影響が、平均化によって低減されるという利点がある。工具を半ピッチごとに移動させて、実線（工具の幅）を形成することができる。これは、基準マークの形成に使用することができる。
【００５６】
工具とスケール基板の間の正しい位置決めは、エンコーダを、工具およびスケール基板上にそれぞれに対応する部品を載せた状態で使用することによって、実現することができる。
【００５７】
電気化学的加工は、回転スケールの製造にも適している。回転スケールは、縁部上に軸方向のスケールマーキングを有してもよく、面上に径方向のマーキングを有してもよい。
【００５８】
図９は、回転スケールを製造するための第１の実施形態を示す。この実施形態では、工具は、要素８６をその外面上に有するホイール８８を備える。スケール基板は、円板９０を含む。スケール円板および工具ホイールは、それらの間にギャップがある状態で、縁部と縁部を寄せて位置決めされる。電解液９２が、スケール円板と工具ホイールの間のギャップ内を流れる。これは、工具ホイールまたはスケール円板を、電解液中に浸漬することによって、実現することができる。
【００５９】
工具ホイール８８およびスケール円板９０を回転させると、工具ホイール上の要素８６に隣接するスケール円板の縁部上にスケールマーキングが形成される。
【００６０】
工具ホイールとスケール円板の相対速度を制御することが重要であるが、そうした速度は必ずしも同じとは限らない。
【００６１】
工具ホイール上の要素８６の数が、スケールピッチをもたらす要因でない場合、有利である。すなわち、スケールマーキングが数回の回転にわたって蓄積されるとき、各回転中に、異なる工具要素が各スケールマーキングに作用することになる。したがって、スケールマーキングの間隔によるどんな誤差も、平均化される。
【００６２】
工具を、スケールピッチごとに離隔されていない要素を有し（例えば、要素を２０番目または５０番目のスケールマーキングごとに離隔することができる）、したがって、介在するスケールマーキングが、後続の回転中に埋められるように構成することができる。こうすることには、指標付け（すなわち、スケール円板および工具ホイールの回転の相対位置）によって生じる誤差が平均化されるという利点がある。
【００６３】
スケール円板は、例えば図１０に示すような、重要な誤差トレースを有することがある。工具ホイール中に、例えば正弦波状の速度変動を与えることによって、この誤差を大幅に除去することができる。
【００６４】
スケール円板にも工具ホイールにも、それらの相対速度を決定することができるように、符号化手段を備える。
【００６５】
図１１に示すように、読取りヘッドを設けて、回転円板上に製作されたスケールマーキングを読み取ることができる。読取りヘッド９４は、このプロセス中に製作されたスケールマーキングのピッチを決定するのに使用することができる。スケールマーキングがわずかに誤った位置に製作された場合、後続の回転と同時にスケールマーキングを調整することができる。例えば、スケールマーキングの重心を正しい位置に移動させるために、スケールマーキングがより幅広くなることがある。
【００６６】
スケールマーキングを、スケール円板面上に製作することもできる。図１２は、回転円板面上に径方向のスケールマーキングを形成するための装置を示す。工具ホイール９６には、その外縁部の円周にぐるりと要素９８が備えられている。これらの要素は、互いに平行である。工具ホイールの軸１００が、スケール円板１０４の軸１０２に垂直である。工具ホイールおよびスケール円板を、工具ホイールの外縁部の表面がスケール円板の上面の縁部に隣接し、それらの間に、電解液がそこを流れる小さなギャップがある状態で配置する。
【００６７】
スケール円板および工具ホイールの回転と同時に、スケールマーキングが製作される。それらは、テーパ状のギャップを有する平行線である。
【００６８】
直線スケールにも回転スケールにも適した一代替実施形態では、工具が、圧電ステージ上に取り付けられた単一要素を有する。スケール基板が工具に対して移動するとき、製作されているスケールマーキングに対して要素が固定のままであるように、圧電ステージが鋸歯状の輪郭を描いて移動する。次いで要素は、その元の位置に戻り、次のスケールマーキング用にこのプロセスを繰り返す。ステージは、要素が減る場合、要素をスケール基板の方へ送るためのフィーダを含むことができる。
【００６９】
上記の諸実施形態では、インクリメンタルスケールパターンについて説明しているが、それらの方法は、基準マークまたは絶対スケールパターンなど、他のパターンを提供するのにも適している。この場合、スケール要素を所望のパターン内に配置し、したがってそのパターンをスケール上に刻印することができる。
【００７０】
いくつかの方法によって、スケール中に基準マークを設けることができる。第１の方法では、工具は、スケール基板のある領域の上に配置されたとき、電気パルスを受け取ってはならず、その結果、その領域内にスケールマーキングが形成されない。図１３は、インクリメンタルパターン１１０を形成するスケールマーキング１０８および基準マーク１１２を有する、スケール１０６の一部分を示す。別の方法では、工具の相対移動が停止され、その結果スケールのある領域が工具上の要素と接したままとなり、したがって連続したスケールマーキング領域が形成される。例えば、図２、３、および９に示す実施形態では、これは、工具ホイールの回転を停止させることによって実現される。
【００７１】
（さまざまなピッチの）チャープスケール（ｃｈｉｒｐ  ｓｃａｌｅ）を、図２、３、および９に示す実施形態を使用し、スケール基板に対して工具ホイールの速度を変動させることによって形成することができる。このチャープスケールは、基準マークとして使用することができる。
【００７２】
絶対スケールパターンを、さまざまな技法によって、スケール基板上に形成することができる。単純な一技法は、スケール基板上にコピーすべきパターン内に配置した要素を工具に備えることである。
【００７３】
絶対パターンは、図２、３、および９に示す実施形態を使用し、工具ホイールを連続して回転させて、スケールマーキングが所望されるときにだけ工具にパルスを与えることによって、スケール基板上に形成することができる。スケール円板の２倍の回転レートで工具ホイールを回転させることによって、スケール円板上にスケールマーキングを隣り合わせに配置し、したがって連続したスケールマーキングの領域を製作することができる。
【００７４】
鉄ベースのスケール基板を形成する場合、適切な電解液は、塩化物水溶液、例えば１０％のＮａＣｌ溶液である。工具材料は、一般に、銅、黄銅、または鋼を含むことができる。この方法の利点は、工具の磨耗が非常に少ないことである。工具の特徴とスケール基板の間のギャップは一般に、５０〜３０００μｍである。
【００７５】
このシステムは一般に、電圧範囲が５〜３００Ｖ、電流範囲が５０〜４０、０００Ａであるとき、動作する。
【００７６】
電解液は一般に、流量が一般に１Ｌ／分／１００Ａ、速度が１５００〜３０００Ｍ／分、入口圧力が０．１５〜３Ｍｐａ、および出口圧力が０．１〜０．３Ｍｐａである場合、２０〜５０℃の温度である。
【００７７】
説明したこれらの実施形態における工具は、小さな要素を有するので、工具要素を最適な条件に保つために、工具再生プロセスを設けることが有利である。
【００７８】
図１５は、テーパ状の工具要素１６９を示す。通常の使用では、この要素は、カソードとなる。この工具要素を、要素がＺ方向に移動することを可能にするステージ上に取り付け、したがって、要素１６９が磨耗したときにそれが下方に移動することができる。要素１６９は、めっき解除反応を使用して、形を作り直すことができる。この時、要素１６９はアノードになり、工具内の隣接する特徴１６８がカソードである。スケールのめっき解除方法でのものと同じ電解液を使用する。電解液がアノードとカソードの間を循環することを可能にするために、工具内に流路を設ける。
【００７９】
図２、３、および９を参照して説明したタイプの回転工具ホイールは、各回転中に要素を一新することができるように、工具一新ステーションを含むことができる。図１６は、工具一新ステーション１６６を伴う図９の実施形態を示す。工具一新ステーション１６４は、上述のようでよい。好ましくは、工具一新ステーションを、スケール基板および工具一新ステーションでのめっき解除反応が位相外れであり、したがってスケール基板でのめっき解除反応と工具一新ステーションでのめっき解除反応との間で電流を逆にすることができるように配置する。レーザ整形、めっき、研削、エッチングなど、工具を一新する他の方法も可能である。
【００８０】
図１７は、さらなる一実施形態を示し、この実施形態では、例えば工具または個々の要素をサーボモータ、圧電システム、またはリニアモータ上に取り付けることによって、あるいはスケール基板をサーボモータ上に取り付けることによって、工具がスケール基板に対して上下に移動することができる。図１７は、圧電システム１７２上に取り付けられた個々の要素１７０を示す。工具が上下に振動されると、そのことが、工具とスケール基板の間のギャップを通って電解液を流す助けとなる。このことは、電極のところで生じる気泡を除去し、破片（例えば、めっき解除プロセス中に形成される不溶性金属水酸化物）を流して除去するという点で利点がある。
【００８１】
この実施形態には、スケール基板と工具の間のギャップを調整することによって、スケール基板でのめっき解除量を制御し、したがって、スケール基板の形状を制御することができるというさらなる利点がある。すなわち、所望のスケールの輪郭を形成するために、スケール基板が工具に対して移動するとき、工具をＺ方向にサーボ制御することができる。
【００８２】
したがって、工具が大きく正弦波状に相対移動することによって、電解液が流れ、小さく移動することによって、スケール基板と工具の間のギャップを調整することが可能になる。工具とスケール基板が上下するこの相対移動は、閉ループフィードバックまたは開ループ運動（ｏｐｅｎ  ｌｏｏｐ  ｍｏｔｉｏｎ）によって制御することができる。
【００８３】
電気化学的加工は、くぼみのある粗い表面を残す傾向がある化学エッチングなどの方法とは違い、良好な表面仕上げを形成する。電気化学的加工は、表面を研磨するための良い方法である。電気化学的加工は、スケールの山部にも谷部にも高度な反射面をもたらすために使用することができ、したがって位相スケールの製作に適している。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】スケール製造装置の第１の実施形態の側面図である。
【図２】スケール製造装置の第２の実施形態の側面図である。
【図３】ローラを使用する、図２の実施形態の一変形形態の側面図である。
【図４】不完全な球面を有する工具を示す図である。
【図５】中央の開口、および関連するマンドレルを有する工具を示す図である。
【図６】工具設計の第１の実施形態の一部分の側面図である。
【図７】工具設計の第２の実施形態の一部分の側面図である。
【図８】２Ｄの側面を形成するための工具の平面図である。
【図９】回転スケールを形成するための装置の側面図である。
【図１０】角度位置に対するピッチを示すグラフである。
【図１１】追加のセンサを備える図９の装置を示す図である。
【図１２】回転スケールの縁部上にスケールマーキングを形成するための装置を示す図である。
【図１３】スケール内の基準マークを示す図である。
【図１４】一体型要素を有する工具を示す図である。
【図１５】要素を一新させるための装置を示す図である。
【図１６】工具一新ステーション（ｓｔａｔｉｏｎ）を備える図９の実施形態を示す図である。
【図１７】可動要素を備える工具を示す図である。
【図１８】フィードバックシステムの流れ図である。
【図１９】直接的なギャップ測定システムの側面図である。
【図２０】第１の間接的なギャップ測定システムの側面図である。
【図２１】第２の間接的なギャップ測定システムの側面図である。
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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