JP2010025908A - リニアスケールとリニアエンコーダとアブソリュート型リニアエンコーダとアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 コンパクト化が容易で、低コストの信頼性の高いアブソリュート型リニアエンコーダとリニアスケールとリニアエンコーダとそれらアブソリュート型リニアエンコーダとリニアスケールとリニアエンコーダを使用したアクチュエータを提供すること。
【解決手段】 高反射率の長尺部材又は高反射率のテープを主構成とするリニアスケールにおいて、インク塗布或いはレーザー光加工にて低反射域を形成することにより製造を容易化したアブソリュートリニアスケール、及びそれを用いたエンコーダ、アクチュエータ。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、精密位置決めシステムに用いられるリニアスケールとリニアエンコーダとアブソリュート型リニアエンコーダとアクチュエータに係り、特に、装置のコンパクト化が容易で、信頼性も確保されて、低コスト化できるように工夫したものに関する。

精密位置決め装置において、位置決めフィードバック用のセンサーとして、例えば、リニアエンコーダが使用される。これはリニアエンコーダが高精度であって低コストであることに起因する。ところが、現在多く用いられているリニアエンコーダは原点復帰動作の必要なインクリメンタル型である。この種のインクリメンタル型のリニアエンコーダの場合には、装置立ち上げ時或いはトラブル発生時には原点復帰動作を行わせる必要がある。その為、装置の稼働率が低下してしまうという問題があった。

そこで、インクリメンタル型のリニアエンコーダに代わってアブソリュート型のリニアエンコーダの使用が提案されている。この種のアブソリュート型のリニアエンコーダの場合には原点復帰動作が不要になるからである。

上記アブソリュート型のリニアエンコーダを開示するものとして、例えば、特許文献１、特許文献２等がある。
特開平５−８０８４９号公報 特開２００３−８３７６６号公報

上記従来の構成によると次のような問題があった。
まず、特許文献１及び特許文献２に開示されているアブソリュート型リニアエンコーダの場合には、何れもその構成が複雑であり、且つ、コストが高いという問題があった。又、リニアスケール部及び検出ヘッド部のコンパクト化が困難であるという問題があった。さらに、信号の伝送が複雑であるという問題があった。
例えば、特許文献１に開示されているアブソリュート型リニアエンコーダの場合には、静電容量式と光電式を併用することにより少ないトラック数で高分解能と広い測長範囲を実現している。しかしながら、検出手段、コードパターンともに２系統必要であり、そのためコンパクト化は不可能であった。
又、特許文献２に記載されたアブソリュート型リニアエンコーダの場合には、位相差の異なるリニアスケールを用いることにより２組のリニアスケールまで減少させることができるが、その精度確保にはやや複雑な信号処理を必要としており、やはりコンパクト化を実現することは困難であった。
このような問題に対して、本件特許本出願人は、特願２００７−５４９７２号を出願している（未だ未公開）。そこにはバッテリーバックアップを用いたアブソリュート型リニアエンコーダが開示されている。しかしながら、その場合には、バッテリーバックアップを用いなければならず、そのバッテリーバックアップ時間があまり長くないという問題があるとともに、バッテリーの設置スペースが必要になってしまうという問題があった。

本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、コンパクト化が容易で、低コストの信頼性の高いリニアスケールとリニアエンコーダとアブソリュート型リニアエンコーダとそれらリニアスケールとリニアエンコーダとアブソリュート型リニアエンコーダを使用したアクチュエータを提供することにある。

上記目的を達成するべく本願発明の請求項１によるリニアスケールは、レーザー光を用いて加工したことを特徴とするものである。
又、請求項２によるリニアスケールは、請求項１記載のリニアスケールにおいて、レーザー光の波長が略１０６４ｎｍより短いことを特徴とするものである。
又、請求項３によるリニアスケールは、請求項２記載のリニアスケールにおいて、レーザー光の波長が略６５０ｎｍより短いことを特徴とするものである。
又、請求項４によるリニアスケールは、 請求項２記載のリニアスケールにおいて、レーザー光の波長が略７５０〜９００ｎｍであることを特徴とするものである。
又、請求項５によるリニアスケールは、請求項１〜請求項４の何れかに記載のリニアスケールを用いたことを特徴とするものである。
又、請求項６によるアブソリュート型リニアエンコーダは、一つのインクリメンタルリニアスケールと略９０度の位相差間隔を持つ２種類の信号の検出器とを主構成とするインクリメンタルリニアスケール部と、ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケールと１つ又は複数の検出器を主構成とするアブソリュートリニアスケール部と、を具備してなるアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、上記リニアスケールはレーザー光を用いて加工したものであることを特徴とするものである。
又、請求項７によるリニアスケールは、高反射率の長尺部材又は高反射率のテープを主構成とすることを特徴とするものである。
又、請求項８によるリニアスケールは、 請求項７記載のリニアスケールにおいて、 上記高反射率の長尺部材が鏡面仕上げされている圧延材であることを特徴とするものである。
又、請求項９によるリニアスケールは、 請求項８記載のリニアスケールにおいて、 圧延により鏡面仕上げされていることを特徴とするものである。
又、請求項１０によるリニアスケールは、請求項７記載のリニアスケールにおいて、 アルミが蒸着されている高反射率のテープを用いることを特徴とするものである。
又、請求項１１によるリニアスケールは、インク塗布にて低反射部を形成することを特徴とするものである。
又、請求項１２によるリニアスケールは、請求項１１記載のリニアスケールにおいて、インク塗布をインクジェット或いはディスペンサー或いは転写にて行うことを特徴とするものである。
又、請求項１３によるリニアスケールは、高反射率の長尺部材又は高反射率のテープを主構成とするリニアスケールにおいて、インク塗布或いはレーザー光加工にて低反射部を形成することを特徴とするものである。
又、請求項１４によるアブソリュート型リニアエンコーダは、請求項７又は請求項１１又は請求項１３に記載されたリニアスケールを用いたことを特徴とするものである。
又、請求項１５によるアクチュエータは、請求項６又は請求項１４記載のアブソリュート型リニアエンコーダを用いたことを特徴とするものである。

以上述べたように本発明の請求項１によるリニアスケールは、レーザー光を用いて加工したことを特徴とするものであり、それによって、リニアスケールの製造を容易化することができる。
又、請求項２によるリニアスケールは、請求項１記載のリニアスケールにおいて、レーザー光の波長が略１０６４ｎｍより短いことを特徴とするものであり、それによって、多数のスケール素材におけるレーザー光の吸収率（％）を高めることができ{特に、鉄（Ｆｅ）やニッケル（Ｎｉ）}、精度の高い良品質のリニアスケールを容易に得ることができる。
又、請求項３によるリニアスケールは、請求項２記載のリニアスケールにおいて、レーザー光の波長が略６５０ｎｍより短いことを特徴とするものであり、それによって、多数のスケール素材に関してレーザー光の吸収率（％）を高めることができ{特に、鉄（Ｆｅ）やニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）}、上記効果をより確実なものとすることができる。
又、請求項４によるリニアスケールは、請求項１記載のリニアスケールにおいて、レーザー光の波長が略７５０〜９００ｎｍであることを特徴とするものであり、それによって、多数のスケール素材｛特に、アルミニウム（Ａｌ）｝に関してレーザー光の吸収率（％）を高めることができ、上記効果をより確実なものとすることができる。
又、請求項５によるリニアエンコーダは、請求項１〜請求項４の何れかに記載のリニアスケールを用いたことを特徴とするものであり、リニアエンコーダの製造を容易化することができる。
又、請求項６によるアブソリュート型リニアエンコーダは、一つのインクリメンタルリニアスケールと略９０度位相差を持つ２種類の信号の検出器を主構成とするインクリメンタルリニアスケール部と、ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケールと１つ又は複数の検出器を主構成とするアブソリュートリニアスケール部と、よりなるアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、レーザー光を用いて加工したリニアスケールを用いたことを特徴とするものであり、それによって、アブソリュート型リニアエンコーダの製造を容易化することができる。
又、請求項７によるリニアスケールは、高反射率の長尺部材又は高反射率のテープを主構成とすることを特徴とするものであり、それによって、リニアスケールの製造を容易化することができる。
又、請求項８によるリニアスケールは、 請求項７記載のリニアスケールにおいて、 上記高反射率の長尺部材が鏡面仕上げされている圧延材であることを特徴とするものであり、それによって、上記効果をより確実なものとすることができる。
又、請求項９によるリニアスケールは、 請求項８記載のリニアスケールにおいて、 圧延により鏡面仕上げされていることを特徴とするものであり、それによって、上記効果をより確実なものとすることができる。
又、請求項１０によるリニアスケールは、請求項７記載のリニアスケールにおいて、 アルミが蒸着されている高反射率のテープを用いることを特徴とするものであり、それによって、上記効果をより確実なものとすることができる。
又、請求項１１によるリニアスケールは、インク塗布にて低反射部を形成することを特徴とするものであり、それによって、上記効果をより確実なものとすることができる。
又、請求項１２によるリニアスケールは、請求項１１記載のリニアスケールにおいて、インク塗布をインクジェット或いはディスペンサー或いは転写にて行うことを特徴とするものであり、所望のリニアスケールを容易に製造することができる。
又、請求項１３によるリニアスケールは、高反射率の長尺部材又は高反射率のテープを主構成とするリニアスケールにおいて、インク塗布或いはレーザー光加工にて低反射部を形成することを特徴とするものであり、それによって、所望のリニアスケールを容易に製造することができる。
又、請求項１４によるアブソリュート型リニアエンコーダは、請求項７又は請求項１１又は請求項１３に記載されたリニアスケールを用いたことを特徴とするものであり、所望のアブソリュート型リニアエンコーダを容易に製造することができる。
又、請求項１５によるアクチュエータは、請求項６又は請求項１４記載のアブソリュート型リニアエンコーダを用いたことを特徴とするものであり、所望の構成のアクチュエータを容易に製造することができるものである。

以下、図１乃至図５を参照して本発明の第１の実施の形態を説明する。この第１の実施の形態は本願発明を一軸アクチュエータに適用した例を示すものである。図１は本実施の形態によるアクチュエータの全体の構成を示す平面図である。まず、ハウジング1があり、このハウジング１にはスライダ３が図１中左右方向（矢印ａ方向）に移動可能な状態で取り付けられている。上記ハウジング１内にはボールねじ５が内装されているとともに駆動モータ７が設置されている。上記ボールねじ５は上記駆動モータ７の出力軸に連結されていて、駆動モータ７によって回転駆動されるように構成されている。
尚、ボールねじ５と駆動モータ７の出力軸が一体化されたものもある。

上記ボールねじ５には図示しないボールナットがその回転を規制された状態で螺合・配置されている。既に説明したスライダ３はこのボールナットに固着されている。上記ハウジング１にはガイド９、１１が設置されていて、これらガイド９、１１によって上記スライダ３の図１中左右方向への移動をガイドする。そして、駆動モータ７を適宜の方向に回転させることによりボールねじ５が同方向に回転し、それによって、ボールナットを介してスライダ３が上記ガイド９、１１によってガイドされながら適宜の方向（図１中左右方向）に移動する。

上記ガイド１１側にはリニアスケール部２１が設置されており、一方、上記スライダ３には検出ヘッド部２３が取り付けられている。又、アクチュエータに対して離間した場所にはコントローラ部２５が設置されている。

次に、上記リニアスケール部２１、検出ヘッド部２３、コントローラ部２５の構成について詳しく説明する。図２は図１の中から上記リニアスケール部２１、検出ヘッド部２３、コントローラ部２５を抽出して示す図である。まず、リニアスケール部２１は、インクリメンタルリニアスケール３１、ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール３３とから構成されている。上記インクリメンタルリニアスケール３１は縞状をなしていて、例えば、８０μｍピッチの光学反射式のものとして構成されている。すなわち、上記インクリメンタルリニアスケール３１は、４０μｍの高反射率領域３１ａと、４０μｍの低反射領域３１ｂが交互に配置されて連なった構成をなしている。

一方、上記ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール３３は１ビットが８０μｍに構成されていて、高反射率領域３３ａと低反射領域３３ｂがＰＮ符号系列に基づいて配置された構成になっている。上記ＰＮ符号系列とは擬似ランダム系列であり、この擬似ランダム系列とは、例えば、スペクトラム拡散通信、白色雑音生成、暗号化、エラー訂正等に広く使われているものである。上記ＰＮ符号系列の生成にはＬＦＳＲ（Ｌｉｎｅａｒ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｓｈｉｆｔ Ｒｅｇｉｓｔｅｒ）と称されるシフトレジスタが使用される。このシフトレジスタは、図３に示すような構成になっており、ＸＯＲゲート（又は、ＸＮＯＲゲート）５１によって帰還をかける構成になっている。
尚、このＬＦＳＲについては追って詳細に説明する。

図２に戻って検出ヘッド部２３側の構成をみてみると、まず、上記インクリメンタルリニアスケール３１に対応する二つの検出器、すなわち、Ａ相検出器３５とＢ相検出器３７が設置されている。これら二つのＡ相検出器３５とＢ相検出器３７は、インクリメンタルリニアスケール３１のピッチ間隔を３６０°としたとき、９０°の位相差間隔で配置されている。そして、上記インクリメンタルリニアスケール３１と二つのＡ相検出器３５、Ｂ相検出器３７とによってインクリメンタルスケール部を構成している。

上記Ａ相検出器３５、Ｂ相検出器３７は光学式のものであり、上記インクリメンタルリニアスケール３１に対してＬＥＤ光を投射し、インクリメンタルリニアスケール３１にて反射した光をフォトダイオードによって受光する構成のものである。又、これらＡ相検出器３５、Ｂ相検出器３７は既に説明したように９０°の位相差間隔をおいて配置されており、又、その検出領域がスケールの１／２ピッチより広くなっている。又、これらＡ相検出器３５、Ｂ相検出器３７からの出力信号は略正弦波である。すなわち、Ａ相検出器３５からは正弦波の信号が出力され、Ｂ相検出器３７からは余弦波の信号が出力されるように構成されている。

又、上記検出ヘッド部２３には、上記ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール３３に対応する一つのＺ相検出器３９が設置されている。このＺ相検出器３９も既に説明したＡ相検出器３５及びＢ相検出器３７と同様に光学式のものであり、上記ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール３３に対してＬＥＤ光を投射し、ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール３３にて反射した光をフォトダイオードによって受光する構成のものである。上記ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール３３と一つのＺ相検出器３９とによってアブソリュートリニアスケール部を構成している。
尚、本実施の形態では一つのＺ相検出器３９を使用するように構成しているが、二つ以上のＺ相検出器を使用する構成も考えられる。

又、上記検出ヘッド部２３には、分割器４１と同期回路４３が設けられている。上記Ａ相検出器３５、Ｂ相検出器３７からの検出信号は上記分割器４１と同期回路４３に夫々入力される。又、上記Ｚ相検出器３９からの検出信号も上記同期回路４３に入力される。そして、上記分割器４１と同期回路４３からの信号、すなわち、分割器４１からのＡ相信号とＢ相信号、同期回路４３からのＺ相信号はラインドライバ４５及びコントローラ部２５のラインレシーバ４７を介してコントローラ４９に入力されるものである。又、このコントローラにはエラー判定手段６１が設けられている。
以上が本実施の形態によるアクチュエータ及びそこに使用されているアブソリュート型リニアエンコーダの概略の構成である。以下、各部の構成をその作用・効果を交えながらさらに詳細に説明していく。

上記インクリメンタルリニアスケール３１は、既に説明したように、８０μｍピッチにて構成されていて比較的粗い構成になっている。上記分割器４１はそのような粗い構成のインクリメンタルリニアスケール３１の分解能を向上させるために設けられているものである。本実施の形態においては、上記分割器４１として、比較的安価な抵抗分割器を使用する構成になっている。
因みに、この実施の形態では１６分割することにより分解能を５μｍまで向上させるようにしている。

すなわち、Ａ相検出器３５とＢ相検出器３７から略９０度の位相差を持った略正弦波の２つの出力信号を出力させ、それらを上記分割器４１によって位相分割する。又、分割された９０度位相差のＡ相信号とＢ相信号は原信号の１／４倍の２０μｍピッチの９０度位相差信号として出力することにより、進行方向の情報を含み、且つ、信号周波数を上げないようにできている。この２０μｍピッチのＡ相信号とＢ相信号はコントローラ４９で受信された後さらに１／４倍に分割され、結局、５μｍの高分解能を達成されることになる。
因みに、インクリメンタルリニアスケール３１側の出力信号の分割数を上げると原信号の信号品質要求が高くなる。さらに、上記分割器４１として安価な抵抗分割器を使用することはできなくなり、かなり高価なＤＳＰタイプの分割器を使用することになる。

次に、前述したＬＦＳＲについて詳細に説明する。ＬＦＳＲは、図３に示されているように、１５個（０〜１４の１５ビット）のシフトレジスタによって構成されている。このような構成をなすＬＦＳＲにおいて、発生可能なＰＮ符号系列の周期長（ＰＮ符号系列長、Ｌ）は次の式（Ｉ）に示すようなものである。
Ｌ＝２^ｍ−１―――（Ｉ）
但し、
Ｌ：ＰＮ符号系列長
ｍ：ビット数（検出連続信号数）
である。
ＰＮ符号系列は二値（０／１、ここでは白黒）の擬似ランダム系列の一つであって、比較的短い連続したｍ個の信号によって長大な信号周期（Ｌ）を得ることができる信号系列である。例えば、ｍ＝１５個であればＰＮ符号系列長（Ｌ）は、既に説明した式（Ｉ）によれば、次の式（ＩＩ）に示すようなものとなる。
Ｌ ＝２^１５−１＝３２７６７―――（ＩＩ）
又、本実施の形態における上記ＬＦＳＲの場合には、前述したように、０ビットと１ビットの信号がＸＯＲゲート５１を介して１４ビットへフィードバックされるように構成されている。

又、図２に示したインクリメンタルリニアスケール３１は、既に説明したように、８０μｍピッチである。又、アブソリュートリニアスケール３３も１ビットが８０μｍであり、よって、ｍ＝１５でのアブソリュートスケール３３のストローク（Ｓ）は次の式（ＩＩＩ）に示すようなものとなる。
Ｓ＝８０μｍ×３２７６７＝約２．６ｍ―――（ＩＩＩ）
尚、式（Ｉ）、（ＩＩ）から明らかなように、アブソリュートリニアスケール部側のＰＮ符号系列の上記検出連続信号数ｍを増加させることにより長いストロークが実現できる。

既に説明したように、本実施の形態ではアブソリュートリニアスケール３３のＺ相検出器３９は１個であり、この１個のＺ相検出器３９によって必要連続信号数ｍを走査することによりアブソリュート位置データ検出信号を得るようにしている。その為、検出連続信号数ｍが増大するとより長い距離の走査が必要となる。
因みに、この実施の形態では次の式（ＩＶ）に示すような移動範囲で済む構成になっている。
８０μｍ×１５＝１．２ｍｍ―――（ＩＶ）
すなわち、インクリメンタルリニアスケール３１の比較的粗いスケールピッチ８０μｍとアブソリュートリニアスケール３３の比較的短い検出連続信号数（ｍ＝１５）とを組合せることにより、高分解能（５ｕｍ）と長ストローク（約２．６ｍ）が同時に得られる構成になっている。

このように、ＰＮ符号系列をアブソリュートリニアスケール３３に適用すれば長ストロークのアブソリュート型リニアスケールを得ることが可能になるが、多数の連続信号（本実施の形態の場合には１５個）を読み取る必要があり、その為通常であれば多数個（１５個）の検出器を必要としてしまう。この点、本実施の形態では、上記したように、Ｚ相検出器３９を一つとし該一つのＺ相検出器を１５ビット分動かすことによって１５個の連続信号を得て、それをレジスタあるいはメモリーに蓄積することによって１５個の検出連続信号を得るようにしている。よって、多数の検出器を要することなく装置の小型化と低コスト化を図ることができるものである。

次に、同期回路４３による同期に関して説明する。図２に示すように、ＰＮ符号系列における「１１１１」や「００００」等の連続信号では１ビットずつの区別が困難である。そこで、本実施の形態では、インクリメンタルリニアスケール３１とアブソリュートリニアスケール３３を同期させた配置とし、併せて夫々のＡ相検出器３５、Ｂ相検出器３７、Ｚ相検出器３９を同期・配置することにより、インクリメンタルリニアスケール部の信号に同期してアブソリュートリニアスケール部の信号を１ビットずつ分離して取り込むように構成している。

さらに詳しく説明すると、この実施の形態では、インクリメンタルリニアスケール３１のピッチ８０μｍがアブソリュートリニアスケール３３の１ビットに対応するような配置とし、インクリメンタルリニアスケール部のＡ相検出器３５がアブソリュートリニアスケール部のＺ相検出器３９と同位相になるように配置している。それによって、図４に示すように、Ｂ相検出器３７の「立上り」又は「立下り」変化時であって、且つ、Ａ相検出器３５が「Ｈｉｇｈ（１）」である時にアブソリュートリニアスケール３３の信号を読み込めば１ビットずつ分離して検出することができる。

又、インクリメンタルリニアスケール部のＡ相検出器３５及びＢ相検出器３７の出力信号は、前述したように、分割器４１によりその分解能が向上されるようになっている。仮に、分割後の高分解能信号によってアブソリュートリニアスケール部の信号を同期させて得ようとすると、信号が安定せず読取エラーが発生することが懸念される。すなわち、高分解能信号ではインクリメンタル信号の位相を特定することができず、よって、アブソリュートリニアスケール３３の信号反転境界近傍にて信号を検出するような場合も生じるからである。その為、信号が安定しないケースが発生して読取エラーが生じてしまうものである。

そこで、本実施の形態では、分割器４１によって分割される前のＡ相検出器３５とＢ相検出器３７からのインクリメンタル信号を同期回路４３に取り込むように構成しており、それによって、Ａ相検出器３５が４０μｍ幅の「Ｈｉｇｈ（１）」信号の真ん中直上にいる時に読み込むことができ、最も短い１ビット信号でも、Ｚ相検出器３９が信号反転境界より２０μｍだけ離れた信号スケールの直上にて同期して読み込むことができ、安定した信号検出が可能になる。

インクリメンタルリニアスケール部の出力信号と同期してアブソリュートリニアスケール部の出力信号を出力させる同期回路４３は、上記の通りＢ相検出器３７の「立上り」又は「立下り」変化時であって、且つ、Ａ相検出器３５が「Ｈｉｇｈ（１）」である時にアブソリュートリニアスケール部のＺ相検出器３９の信号を取り込みラッチする回路である。したがって、この同期回路４３によりＺ相検出器３９の出力信号は単相のデジタル信号に変換されることになり、通常のインクリメンタルリニアエンコーダの原点信号と同様の単相デジタル信号となる。つまり、Ａ相検出器３５、Ｂ相検出器３７からのインクリメンタル出力信号と共に通常のインクリメンタルリニアエンコーダの出力信号と同様の出力となる。その結果、一般のアブソリュートエンコーダのように各社各様の複雑な信号伝送は不要となり信号の伝送も容易化されることになる。

又、上記分割器４１及び同期回路４３を検出ヘッド部２３に組込むことにより、検出ヘッド部２３より出力される信号がＡ相デジタル信号、Ｂ相デジタル信号、Ｚ相デジタル信号のみとなり（ラインドライバ４５利用時は＋Ａ、−Ａ、＋Ｂ、−Ｂ、＋Ｚ、−Ｚ）、その結果、信号間の伝送遅延も少なくて信頼性も確保できるとともにコントローラ４９における入力も容易となり低コスト化を図ることができる。

ここで、図２に示すアブソリュート型リニアエンコーダとしての作用を整理すると、検出ヘッド部２３にて生成された２０μｍピッチの９０度位相差を持つＡ相信号とＢ相信号及びＰＮ符号系列信号であるＺ相信号がラインドライバ４５、ラインレシーバ４７を介してコントローラ４９に入力される。電源立ち上げ直後の絶対位置検出はスライダ３を一方向に駆動させることによって、検出ヘッド部２３をリニアスケール部２１に対して相対運動させる。その時、インクリメンタル信号であるＡ相信号とＢ相信号の８０μｍカウント毎（５μｍ分解能パルスの１６カウント毎）にＺ相信号をコントローラ４９の１６ビットレジスタ（又はメモリー）に取り込んでいく。１５ビット目に最初のＺ相信号を入れ、次の信号が入力されると次々に若いビットの方に信号（データ）をシフトして取り込んでいく。０ビットから１４ビットまで１５個のデータが取得されたら、そのデータと対応する絶対位置（アブソリュートデータ）を予め作成されている対応表から得るものである。
尚、ＬＦＳＲの演算により求めてもよい。

そのようにして得られた絶対位置をアップダウンカウンタのオフセット値としてセットする、それによって、電源立ち上げ直後の位置検出が完了する。これらのプロセスはいずれもコントローラ４９のソフトシーケンスで行うようになっており、それによって、コンパクト化と低コスト化を図ることができる。

尚、絶対位置が一旦アップダウンカウンタにセットされれば、その後はインクリメンタル信号であるＡ相信号とＢ相信号のみによってアップダウンカウンタにおいてカウントすることによって位置情報を得ることができる。

又、図１に示すアクチュエータとしてその作用をみると、上記したように、コントローラ４９におけるソフト処理によりＰＮ符号系列に対応する絶対位置を検出し、コントローラ４９の内部のアップダウンカウンタに初期値として設定し、アップダウンカウンタを作動させることによって位置情報を得る。コントローラ４９はその位置情報に基づいて駆動モータ７を制御してスライダ３を指令位置に位置決めするものである。

次に、既に説明したインクリメンタルリニアスケール３１、ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール３３をどのようにして製造するかについて説明する。
一般に、この種のリニアスケールは、例えば、リソグラフィーやエッチングによって製作される。そのようなリソグラフィーやエッチングを行うためにはリニアスケールと同様のパターン加工が施されたマスクが必要となる。そして、リニアスケールの長さが短い場合には一枚のマスクで、且つ、一度の露光で済む。これに対して、リニアスケールが長い場合には、リニアスケールを一定距離移動させながら同一のマスクを繰り返し使用しながら多数回の露光を行うことになる。

しかしながら、図２に示すＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール３３の場合のようにパターンが不規則な場合には、繰り返しパターンがないので、同一のマスクを繰り返し使用することはできず、ストローク全長にわたる長いマスクが必要となる。或いは、多数枚のマスクをリニアスケールを一定距離移動させる度に交換して露光を行わなければならない。そのため製作工程が複雑になるとともに製造コストが上昇してしまうという問題があったる。

そこで、本実施の形態の場合には、レーザー光を用いてスケール素材を加工することにより直接所望のスケールを製造するようにしており、それによって、複雑なスケール製作工程を単純化して製作を容易にするとともに製造コストの低減を図るようにしている。すなわち、反射率の高い表面を備えた金属製スケール素材又は表面に反射率の高い金属薄膜を備えたスケール素材に対してレーザー光を照射し、そのレーザー光の照射部位の表面を粗として低反射率領域を形成する。そして、レーザー光未照射部位の高反射率領域との組合せによって所望のスケールパターンを形成するものである。

例えば、図２に示すＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール３３に関しては、信号「１」の領域のみレーザー光を照射して低反射率領域とし、信号「０」の領域はレーザー光未照射領域として高反射率領域とするものである。又、このようなリニアスケール製作方法の場合には、例えば、スケール素材を長手方向に移動させながらレーザー光照射をスケールパターンに合わせて制御するだけで実現されるものであり、よって、リニアスケールの長さが長くても容易に製造することができる。

又、金属或いは金属薄膜は反射率が高いので、最も一般的に用いられているＣＯ_２レーザー光の場合には殆どのレーザー光が反射されてしまい繊細に加工することができない。そこで、本実施の形態の場合には、より短波長のレーザー光を用いることにより繊細な加工を可能にしている。すなわち、本実施の形態の場合には、ＹＡＧレーザー光或いはＹＶＯ４レーザー光等を用いるようにしている。これらＹＡＧレーザー光或いはＹＶＯ４レーザー光等は、ＣＯ_２レーザー光の波長が約１０μｍと長いのに対して、その波長を約１μｍ（例えば、１０６４ｎｍ）まで短くすることができる。それによって、レーザー光の吸収率（％）を大幅に改善させることができレーザー光照射部位のみの表面を粗とすることができるものである。

又、波長１μｍ以下のレーザー光の吸収率は鉄（Ｆｅ）やニッケル（Ｎｉ）が高く、例えば、ステンレス鋼やニッケル鍍金膜、ニッケルクロム鍍金膜等のスケール材料が好適である。
尚、図５に波長約１μｍ（１０００ｎｍ）以下での各種金属のレーザー光吸収率のデータを示す。図５は縦軸にレーザー光吸収率（％）をとり横軸に波長（ｎｍ）をとり、各種金属、すなわち、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）のレーザー光吸収率（％）を示している。図５中線図ａが銅（Ｃｕ）、線図ｂが金（Ａｕ）、線図ｃがニッケル（Ｎｉ）、線図ｄが鉄（Ｆｅ）、線図ｅがアルミニウム（Ａｌ）のレーザー光吸収率（％）を夫々示している。

図５に示すように、波長６５０ｎｍ以下では大部分の金属においてそのレーザー光吸収率（％）が波長１０００ｎｍでのレーザー光吸収率（％）より大幅に向上している。よって、波長６５０ｎｍ以下のレーザー光を照射することにより繊細な加工が可能となり、高精度のリニアスケールを製作ができる。波長６５０ｎｍ以下のレーザー光としては、例えば、波長１０６４ｎｍ基本波のＹＶＯ４レーザー光をＳＨＧ結晶を用いて半分の５３２ｎｍに変換するグリーンレーザーを用いることが考えられる。

この波長６５０ｎｍ以下のレーザー光照射では、鉄（Ｆｅ）やニッケル（Ｎｉ）系等に加え、金（Ａｕ）や銅（Ｃｕ）の加工性が大幅に改善される。又、図５に示されているように、アルミニウム（Ａｌ）では波長７５０〜９００ｎｍ辺りにレーザー光吸収率（％）のピークがあり、アルミニウム（Ａｌ）やアルミニウム薄膜等のスケールを用いる場合は波長８００ｎｍ近傍のレーザー光を照射することが繊細なスケール作成に好ましい。波長８００ｎｍのレーザー光としては赤色のレーザーダイオード等を用いることが考えられる。

次に、図１乃至図４、図６乃至図９を参照して本発明の第２の実施の形態を説明する。前記第１の実施の形態の場合には、レーザー光を用いてスケール素材を加工することにより、所望のスケール、例えば、図２に示すンクリメンタルリニアスケール３１、ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール３３を直接製造するようにしており、それによって、複雑なスケール製作工程を単純化して製作を容易にするとともに製造コストの低減を図るようにしている。

これに対して、この第２の実施の形態の場合には、高反射率の長尺のスケール素材又は高反射率のテープ素材に、インクを部分的に塗布することによって低反射率領域を形成し、この低反射領域とインクが塗布されていない高反射領域との組み合わせによって、所望のスケール、例えば、図２に示すインクリメンタルリニアスケール３１、ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール３３を直接製造するようにしたものであり、それによって、複雑なスケール製作工程を単純化して製作を容易にすることによって製造コストの低減を図るようにしたものである。例えば、図２に示すインクリメンタルリニアスケール３１、ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール３３のスケールパターンにおいて、信号「１」の領域のみにインクを塗布して低反射率領域とし、信号「０」の領域はインク未塗布部として高反射率領域とするものである。

上記高反射率のスケール素材としては、例えば、ステンレス鋼又はアルミニウムの圧延板が考えられる。これはステンレス鋼又はアルミニウムの圧延板の場合には長尺の細長い材料が安価で入手できるからである。又、それらステンレス鋼又はアルミニウムの圧延材の表面に高い反射率を付与するには、例えば、バフ研磨等による鏡面研磨が一般的である。しかしながら、バフ研磨等では圧延で形成された良好な平面に研磨によるダレが生じ平面性が劣化することが懸念される。そこで、より鏡面に仕上げた圧延ロールによって圧延のままでも鏡面の得られる圧延材を用いるのが最も望ましい。

又、上記高反射率のスケール素材としては、他に、アルミ蒸着テープが考えられる。すなわち、平滑な樹脂テープの上にアルミニウムを蒸着で着けて高反射率のスケール素材としたものである。
因みに、この実施の形態の場合にはステンレス鋼を例に挙げて説明するものとする。

次に、上記高反射率のスケール素材にインクを部分的に塗布する手段であるが、例えば、長尺のスケール素材を長手方向にステップ送りで移動させながら、インク塗布ヘッドをスケール素材の短手方向にスケールパターンに合わせ走査・制御する構成が考えられる。このような構成であればスケール素材の長さが長くても容易に製造することができる。

この実施の形態の場合には、図６及び図７に示すようなインクジェット法を採用するようにしている。インクジェット法の場合には微細な塗布が可能であると共にインク噴出方向の制御又は多点噴出が可能であるので好都合である。図６及び図７に示すように、スケール素材であるステンレス鋼帯６１の短手方向（Ｘ方向）に沿ってインクジェットヘッド６３を走査する。すなわち、ステンレス鋼帯６１を図中左方向（Ｙ方向）に４０ミクロンステップで送り、且つ、スケールパターンに合わせてインクジェットヘッド６３をＸ方向に捜査して４０ミクロン幅の線引きを行う。これを４０ミクロンステップ送りにて繰り返すことによって、図８及び図９に示すようなインクリメンタルリニアスケール３１とＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール３３の所望のスケールパターンを長尺で形成することができる。
尚、本実施の形態ではインクリメンタルリニアスケール３１は線幅４０ミクロンであり、ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール３３は線幅８０ミクロンである。

又、図８及び図９に示すように、インク塗布部６５にはインクが塗布されており低反射率領域となっており、それ以外の領域はインク未塗布部６７であって、高反射率の鏡面仕上げステンレス鋼帯そのものであり高反射率領域となってする。これら低反射領域と高低反射率領域の組合せによって、所望のスケールパターン、すなわち、図２に示すインクリメンタルリニアスケール３１とＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケール３３が形成されることになる。

尚、本発明は前記第１、第２の実施の形態に限定されるものではない。
例えば、前記第１、第２の実施の形態の場合には、検出連続信号数ｍを「１５」としたが、アブソリュートリニアエンコーダの必要な分解能およびストロークで最適な検出連続信号数ｍの値は変わってくるので、例えば、より長いストロークでは検出連続信号数ｍとして「１７〜１８」が適している場合もある。
又、前記第１、第２の実施の形態の場合にはＺ相検出器を一つとしたが、それに限定されるものではない。例えば、二個用いることも考えられ、その場合にはＺ相信号は二つになるが、二つのＺ相検出器を約ｍ／２ビットだけ離間させた設置することにより連続信号検出のための移動距離を約半分にすることができる。
又、前記第２の実施の形態では、インクジェット法を例に挙げて説明したが、少なくともＸ方向に線引きできるものであればその他の方法でも構わない。例えば、多点化するか或いはＸ方向に走査できるアクチュエータを付与することによってＸ方向の線引きが可能なディスペンサーを使用することも考えられ、さらに、転写でも良い。
その他、図示した構成はあくまで一例であり、様々な変形が考えられる。

本発明は、例えば、リニアスケールとリニアエンコーダとアブソリュート型リニアエンコーダとアクチュエータに係り、特に、装置のコンパクト化、信号の伝送の単純化を図ることができるように工夫したものに関し、例えば、精密位置決めシステムに用いられるアブソリュート型リニアエンンコーダと該アブソリュート型リニアエンンコーダを使用したアクチュエータに好適である。

本発明の第１、第２の実施の形態を示す図で、アクチュエータの構成を示す平面図である。 本発明の第１、第２の実施の形態を示す図で、アクチュエータに使用されているアブソリュートリニアエンンコーダの構成を示すブロック図である。 本発明の第１、第２の一実施の形態を示す図で、ＬＳＦＲの構成を示すブロック図である。 本発明の第１、第２の実施の形態を示す図で、インクリメンタルリニアスケール部の信号とアブソリュートリニアスケール部の信号の同期を説明するための図である。 本発明の第１の実施の形態を示す図で、各種金属のレーザ光吸収率（％）を示す特性図である。 本発明の第２の実施の形態を示す図で、インクジェットによるインク塗布を示す平面図である。 本発明の第２の実施の形態を示す図で、インクジェットによるインク塗布を示す側面図である。 本発明の第２の実施の形態を示す図で、図６のＶＩＩＩ部を拡大して示す一部平面図である。 本発明の第２の実施の形態を示す図で、図８のＩＸ−ＩＸ断面図である。

符号の説明

１ ハウジング
３ スライダ
５ ボールねじ
７ 駆動モータ
９ ガイド
１１ ガイド
２１ リニアスケール部
２３ 検出ヘッド部
２５ コントローラ部
３１ インクリメントリニアスケール
３３ アブソリュートリニアスケール
３５ Ａ相検出器
３７ Ｂ相検出器
３９ Ｚ相検出器
４１ 分割器
４３ 同期回路
４５ ラインドライバ
４７ ラインレシーバ
４９ コントローラ
６１ ステンレス鋼帯
６３ インクジェットヘッド

Claims (15)

1. レーザー光を用いて加工したことを特徴とするリニアスケール。
2. 請求項１記載のリニアスケールにおいて、
   レーザー光の波長が略１０６４ｎｍより短いことを特徴とするリニアスケール。
3. 請求項２記載のリニアスケールにおいて、
   レーザー光の波長が略６５０ｎｍより短いことを特徴とするリニアスケール。
4. 請求項２記載のリニアスケールにおいて、
   レーザー光の波長が略７５０〜９００ｎｍであることを特徴とするリニアスケール。
5. 請求項１〜請求項４の何れかに記載のリニアスケールを用いたことを特徴とするリニアエンコーダ。
6. 一つのインクリメンタルリニアスケールと略９０度の位相差間隔を持つ２種類の信号の検出器とを主構成とするインクリメンタルリニアスケール部と、ＰＮ符号系列アブソリュートリニアスケールと１つ又は複数の検出器を主構成とするアブソリュートリニアスケール部と、を具備してなるアブソリュート型リニアエンコーダにおいて、
   上記リニアスケールはレーザー光を用いて加工したものであることを特徴とするアブソリュート型リニアエンコーダ。
7. 高反射率の長尺部材又は高反射率のテープを主構成とすることを特徴とするリニアスケール。
8. 請求項７記載のリニアスケールにおいて、
   上記高反射率の長尺部材が鏡面仕上げされている圧延材であることを特徴とするリニアスケール。
9. 請求項８記載のリニアスケールにおいて、
   圧延により鏡面仕上げされていることを特徴とするリニアスケール。
10. 請求項７記載のリニアスケールにおいて、
    アルミが蒸着されている高反射率のテープを用いることを特徴とするリニアスケール。
11. インク塗布にて低反射部を形成することを特徴とするリニアスケール。
12. 請求項１１記載のリニアスケールにおいて、
    インク塗布をインクジェット或いはディスペンサー或いは転写にて行うことを特徴とするリニアスケール。
13. 高反射率の長尺部材又は高反射率のテープを主構成とするリニアスケールにおいて、インク塗布或いはレーザー光加工にて低反射部を形成することを特徴とするリニアスケール。
14. 請求項７又は請求項１１又は請求項１３に記載されたリニアスケールを用いたことを特徴とするアプソリュート型リニアエンコーダ。
15. 請求項５記載のリニアエンコーダ又は請求項６又は請求項１４記載のアブソリュート型リニアエンコーダを用いたことを特徴とするアクチュエータ。

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