JP2009276306A - エンコーダスケールおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】目盛りパターン導線を備えるエンコーダスケールにおいて、それを用いるリニアエンコーダの検出分解能および検出精度を向上させることを目的とする。
【解決手段】目盛りパターン導線２０を備えるエンコーダスケールにおいて、ガラス基板１０と、ガラス基板１０の表面に設けられ、クロム原子、モリブデン原子、またはチタン原子のうちいずれかを含んで形成され、目盛りパターンを描くガラス密着金属層１２と、ガラス密着金属層１２に重ねて設けられる銅薄膜１４と、を備え、目盛りパターン導線２０は、銅薄膜１４に電気めっきによって付着した銅によって形成される。
【選択図】図２Ｂ

Description

本発明は、目盛りパターン導線を備えるエンコーダスケール、およびその製造方法に関する。

各種産業分野およびサービス業分野において用いられる製造装置、測定装置等は、処理対象物やセンサを移動させる可動部を備える。可動部の動作を制御するため、このような装置には可動部の位置を検出するリニアエンコーダが用いられる。

リニアエンコーダには、位置検出用の目盛りパターン導線が基板に設けられたエンコーダスケールと、ピックアップコイルとを備える電磁誘導式リニアエンコーダがある。電磁誘導式リニアエンコーダでは、ピックアップコイルと目盛りパターン導線との間の電磁誘導現象によって、ピックアップコイルに誘導起電力を発生させる。そして、ピックアップコイルに発生した誘導起電力に基づいてピックアップコイルの位置を検出する。

エンコーダスケールの目盛りパターン導線には、ピックアップコイルに鎖交する磁界を発生させる電流が流れる。したがって、目盛りパターン導線には電気抵抗が小さい材料を用いることが好ましい。そこで、目盛りパターン導線の材料には導電率の大きい銅を用いることが多い。そして、目盛りパターン導線を設ける基板としては、プリント配線板材料として広く知られているガラスエポキシ基板が広く用いられる。

特開２００３−２１５３８号公報

ガラスエポキシ基板には、熱膨張係数が大きい、吸湿膨張係数が大きい、製造時のガラスエポキシおよび銅の接合界面の面粗化に起因してパターン導線のエッジシャープネスが損なわれる等の欠点がある。そのため、ガラスエポキシ基板を用いたリニアエンコーダでは、検出分解能および検出精度が制限されるという問題があった。

本発明は、このような課題に対してなされたものである。すなわち、目盛りパターン導線を備えるエンコーダスケールにおいて、それを用いるリニアエンコーダの検出分解能および検出精度を向上させることを目的とする。

本発明は、目盛りパターン導線を備えるエンコーダスケールにおいて、ガラス基板と、前記ガラス基板の表面に設けられ、クロム原子、モリブデン原子、またはチタン原子のうちいずれかを含んで形成され、目盛りパターンを描くガラス密着金属層と、前記ガラス密着金属層に重ねて設けられる銅薄膜と、を備え、前記目盛りパターン導線は、前記銅薄膜に電気めっきによって付着した銅によって形成されることを特徴とする。

また、本発明に係るエンコーダスケールにおいては、前記ガラス密着金属層と同一の物質によって形成され、前記ガラス基板の表面に設けられた光電式エンコーダ用格子膜を備えることが好適である。

また、本発明は、目盛りパターン導線を備えるエンコーダスケールの製造方法において、クロム原子、モリブデン原子、またはチタン原子のうちいずれかを含んで形成されるガラス密着金属層を、ガラス基板の表面に形成するステップと、前記ガラス密着金属層上に銅薄膜を形成するステップと、電気めっきによって前記銅薄膜上に銅を付着させ、当該付着した銅によって前記目盛りパターン導線を形成するステップと、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、リニアエンコーダの検出分解能および検出精度を向上させることができる。

図１Ａおよび図１Ｂに本発明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。これらの図は、エンコーダスケールのガラス基板に垂直な平面でエンコーダスケールを切断したときの断面図である。実施形態として採り上げるエンコーダスケールは、銅で形成された目盛りパターン導線をガラス基板に配置するものである。銅はガラスに直接付着し難い性質を有する。そこで、本実施形態に係る製造工程では、ガラスに付着し易い層をガラス基板上に設け、その層の上に電気めっきにより銅層を成長させる。その後、レジストの付着およびレジストに覆われていない不要部分の除去により目盛りパターン導線を形成する。以下、製造工程について説明する。

初めに、図１Ａ（ａ）に示すように、蒸着、スパッタリング等の真空成膜法を用いて、ガラス基板１０上にガラス密着金属層１２を付着させる。ここで、ガラス密着金属層とは、十分な強度を以てガラスに付着するガラス密着金属によって形成される層をいう。ガラス密着金属としては、クロム原子、モリブデン原子、チタン原子等の単体金属、これらの単体金属を含む合金（モリブデンニオブ等）等を用いることができる。ガラス密着金属層１２の厚みは、例えば、５０ｎｍ〜１００ｎｍとする。

ガラス密着金属層１２を付着させた後、図１Ａ（ｂ）に示すように、ガラス密着金属層１２の上に銅薄膜１４を付着させる。銅薄膜１４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。銅薄膜１４を設けることによって、ガラス密着金属層１２に対する直接の電気めっきが困難である銅を積層させることができる。銅薄膜１４を付着させる工程には、真空成膜法、無電解金属めっき法等を用いることができる。銅薄膜１４の厚みは、例えば、２００ｎｍ〜５００ｎｍとする。

銅薄膜１４を付着させた後、電気めっきによって図１Ａ（ｃ）に示すように銅薄膜１４上に銅層１６を成長させる。銅層１６の厚みは、例えば、１μｍ〜１００μｍとする。

次に、図１Ａ（ｄ）に示すように、目盛りパターンを描くレジスト１８を銅層１６上に付着させる。この工程にはリソグラフィ法等を用いることができる。

レジスト１８を付着させた後、銅層１６および銅薄膜１４のレジストに覆われていない領域を除去し、さらに、その除去された領域に現れるガラス密着金属層１２の領域を除去する。図１Ｂ（ｅ）はその様子を示す。これによって、ガラス基板１０上に、ガラス密着金属層１２および銅薄膜１４を介して目盛りパターン導線２０を形成することができる。ただし、この段階では、目盛りパターン導線２０にはレジスト１８が付着している。

次に、図１Ｂ（ｆ）に示すようにレジスト１８を除去する。そして、図１Ｂ（ｇ）に示すようにプラスチック等の絶縁体の樹脂によって目盛りパターン導線２０を覆い、保護膜２２を形成する。保護膜２２が設けられることにより、目盛りパターン導線２０の酸化、マイグレーション等を防止することができる。

このような製造工程によれば、ガラス基板１０にガラス密着金属層１２および銅薄膜１４を介して目盛りパターン導線２０を配置することができる。クロム原子、モリブデン原子、チタン原子、これらの単体金属を含む合金等は、強い密着強度を以てガラスに付着する。したがって、強い密着強度を以てガラス基板１０に目盛りパターン導線２０を配置することができる。

ガラス基板は、従来用いられていたガラスエポキシ基板等に比べ、熱膨張係数が小さい、たわみ難い等の性質がある。また、吸湿性がないため、湿度変動による体積変動が生じ難い。したがって、本実施形態に係るエンコーダスケールをリニアエンコーダに用いることにより、リニアエンコーダの検出分解能および検出精度を向上させることができる。

次に、本発明の応用例に係るエンコーダスケールについて説明する。上述のガラス密着金属層１２に用いられる金属材料は、光電式リニアエンコーダ用のエンコーダスケールの格子膜に用いることができる。

光電式リニアエンコーダは、ガラス基板上に格子膜パターンが描かれたエンコーダスケール、光放射源および受光ヘッドを備える。光放射源はエンコーダスケールに光を放射し、受光ヘッドはエンコーダスケールを透過した光またはエンコーダスケールで反射した光を検出する。光電式リニアエンコーダは、受光ヘッド検出光の強度の格子膜パターンに応じた変化に基づいて、ヘッドの位置を検出する。格子膜を形成するための材料としては、光の透過率が十分小さいもの、または光の反射率が十分大きいものが好適であり、上記で例示したガラス密着金属を用いることができる。

本応用例は、電磁誘導式リニアエンコーダに用いられる上記実施形態に係るエンコーダスケールと共に、光電式リニアエンコーダ用のエンコーダスケールを構成するものである。図２Ａおよび図２Ｂに本応用例に係る製造工程を示す。図１Ａおよび図１Ｂに示される構成部と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。

初めに、図２Ａ（ａ）に示すように、ガラス基板１０上にガラス密着金属層１２を付着させ、さらに、ガラス密着金属層１２上に銅薄膜１４を付着させた後、電気めっきによって銅薄膜１４上に銅層１６を成長させる。この製造工程は、図１Ａ（ａ）〜（ｃ）に示した製造工程と同様である。

次に、図２Ａ（ｂ）に示すように、目盛りパターンを描くレジスト１８を銅層１６上に付着させた後、図２Ａ（ｃ）に示すように、銅層１６および銅薄膜１４のレジスト１８に覆われていない領域を除去する。

そして、図２Ａ（ｄ）に示すように、銅層１６および銅薄膜１４が除去された領域に現れるガラス密着金属層１２の領域に、光学式リニアエンコーダの格子膜パターンを描くレジスト２４を付着させた後、図２Ａ（ｅ）に示すように、ガラス密着金属層１２のレジスト１８および２４に覆われていない領域を除去する。

これによって、目盛りパターン導線２０および光電式リニアエンコーダの格子膜ガラス密着金属層２６をガラス基板１０上に配置することができる。ただし、この段階では、目盛りパターン導線２０および格子膜ガラス密着金属層２６には、それぞれ、レジスト１８および２４が付着している。

次に、図２Ｂ（ｆ）に示すようにレジスト１８および２４を除去した後、図２Ｂ（ｇ）に示すように格子膜ガラス密着金属層２６をレジスト２８で覆う。そして、図２Ｂ（ｈ）に示すようにプラスチック等の絶縁体の樹脂によって目盛りパターン導線２０を覆い、保護膜２２を形成した後、図２Ｂ（ｉ）に示すように格子膜ガラス密着金属層２６を覆うレジスト２８を除去する。

このような製造工程によれば、ガラス基板１０上に、電磁式リニアエンコーダの目盛りパターン導線２０、および光電式リニアエンコーダの格子膜ガラス密着金属層２６を容易に配置することができる。これによって、電磁誘導式リニアエンコーダと光電式リニアエンコーダとを組み合わせた複合型リニアエンコーダを容易に構成することができる。

電磁式リニアエンコーダは、電磁誘導現象を用いて位置検出を行うため、エンコーダスケール等に付着した埃等の異物による誤動作が生じ難い。しかし、隣接する目盛りパターン導線の間隔を十分狭くすることができない場合に、十分な検出分解能および検出精度を得ることが困難となる。

一方、光電式リニアエンコーダでは、格子膜のパターンを微細にすることで十分な検出分解能および検出精度を得ることができる。しかし、エンコーダスケールで反射する光またはエンコーダスケールを透過する光に基づく位置検出を行うため、エンコーダスケール等に付着した異物によって光が遮られ、誤動作を生ずることがある。

したがって、電磁誘導式リニアエンコーダと光電式リニアエンコーダとを組み合わせることで、各リニアエンコーダが有する問題点を解決することができる。すなわち、光電式リニアエンコーダにより高分解能および高精度での位置検出を可能とし、電磁誘導式リニアエンコーダによって、異物による誤動作によって位置検出を行うことができないという状況を回避することができる。

複合型リニアエンコーダに用いるエンコーダスケールとしては、図３に示す構成を採用してもよい。図１Ｂ（ｇ）に示す構成部と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。図３のエンコーダスケールは、図１Ｂ（ｇ）に示すエンコーダスケールの保護膜２２を透明の部材で構成し、格子膜３０を保護膜２２の上面に設けたものである。このような構成によれば、格子膜ガラス密着金属層２６を設ける図２Ａ（ｄ）および（ｅ）に示される工程を行う必要がなく、最終工程に近い工程において格子膜３０を設けることができる。

なお、上記では、ガラス基板１０上にガラス密着金属層１２、銅薄膜１４、および銅層１６を設けた後にレジストを付着させ、不要部分を除去する製造工程について説明した。このような製造工程の他、初めにガラス基板上にレジストを付着させた後に、必要部分としてガラス密着金属層、銅薄膜、および銅層を設ける製造工程を採用してもよい。この場合、初めに、レジストに覆われていない領域が目盛りパターンまたは光学式リニアエンコーダの格子膜パターンを描くよう、ガラス基板上にレジストを付着させる。そして、レジストに覆われていない部分に、真空成膜法等を用いてガラス密着金属層を付着させる。

これによって、目盛りパターンまたは光学式リニアエンコーダの格子膜パターンを描くガラス密着金属層をガラス基板上に設けることができる。この後、目盛りパターンを描くガラス密着金属層に銅薄膜を付着させ、さらに、電気めっきを行うことにより、目盛りパターン導線を形成することができる。

本発明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。 本発明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。 応用例に係るエンコーダスケールの製造工程を示す図である。 応用例に係るエンコーダスケールの製造工程を示す図である。 複合型リニアエンコーダに用いるエンコーダスケールの構成例を示す図である。

符号の説明

１０ ガラス基板、１２ ガラス密着金属層、１４ 銅薄膜、１６ 銅層、１８，２４，２８ レジスト、２０ 目盛りパターン導線、２２ 保護膜、２６ 格子膜ガラス密着金属層、３０ 格子膜。

Claims (3)

1. 目盛りパターン導線を備えるエンコーダスケールにおいて、
   ガラス基板と、
   前記ガラス基板の表面に設けられ、クロム原子、モリブデン原子、またはチタン原子のうちいずれかを含んで形成され、目盛りパターンを描くガラス密着金属層と、
   前記ガラス密着金属層に重ねて設けられる銅薄膜と、
   を備え、
   前記目盛りパターン導線は、
   前記銅薄膜に電気めっきによって付着した銅によって形成されることを特徴とするエンコーダスケール。
2. 請求項１に記載のエンコーダスケールにおいて、
   前記ガラス密着金属層と同一の物質によって形成され、前記ガラス基板の表面に設けられた光電式エンコーダ用格子膜を備えることを特徴とするエンコーダスケール。
3. 目盛りパターン導線を備えるエンコーダスケールの製造方法において、
   クロム原子、モリブデン原子、またはチタン原子のうちいずれかを含んで形成されるガラス密着金属層を、ガラス基板の表面に形成するステップと、
   前記ガラス密着金属層上に銅薄膜を形成するステップと、
   電気めっきによって前記銅薄膜上に銅を付着させ、当該付着した銅によって前記目盛りパターン導線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。

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