JP2019082376A - エンコーダースケール、エンコーダースケールの製造方法、エンコーダー、ロボット、電子部品搬送装置、プリンターおよびプロジェクター - Google Patents

エンコーダースケール、エンコーダースケールの製造方法、エンコーダー、ロボット、電子部品搬送装置、プリンターおよびプロジェクター Download PDF

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Abstract

【課題】低コスト化を図りつつ、検出精度を高めることができるエンコーダースケールおよびその製造方法を提供すること、また、このエンコーダースケールを備えるエンコーダー、ロボット、電子部品搬送装置、プリンターおよびプロジェクターを提供する。【解決手段】板状の基材２と、基材２の一方の面に設けられ、第１領域１２１と第２領域１２２とが交互に並んでいる光学パターン１２と、を備え、第１領域１２１は、基材２上にパターニングされて配置され、感光性樹脂を含んで構成されている樹脂層３と、樹脂層３上に配置され、金属材料で構成されている金属膜４と、を有し、第１領域１２１の表面は、基材２の厚さ方向を法線とする第１面を主体に構成され、第２領域１２２の表面は、第１面に対して傾斜している第２面を主体に構成されていることを特徴とするエンコーダースケール１。【選択図】図３

Description

本発明は、エンコーダースケール、エンコーダースケールの製造方法、エンコーダー、ロボット、電子部品搬送装置、プリンターおよびプロジェクターに関する。
エンコーダーの一種として光学式のエンコーダーが知られている。例えば、特許文献１に記載の反射型光学式エンコーダーは、光源および光検出器と、光源および光検出器に対して相対的に移動する光学パターンを有するスケールと、を備え、光源がスケールに向けて光ビームを射出し、光検出器がスケールによって反射・変調された光ビームを検出する。ここで、特許文献１に記載のスケールは、ガラス基板と、ガラス基板の表面に形成された周期的な光学パターンと、を有し、光学パターンが、スケールの移動方向に一次元配列された複数の金属薄膜からなる。
特開２０１２−１５９５１８号公報
特許文献１に記載のスケールは、基材としてガラス基板を用いるため、形状の自由度が低く、また、低コスト化が難しいという課題がある。また、特許文献１に記載のスケールは、ガラス基板の金属膜の形成されていない部分の面が金属膜の面と同一方向に沿っているため、当該部分で透過せずに反射した光ビームの一部が光検出器で検出されてしまい、その結果、検出精度を高めることが難しいという課題もある。
本発明の目的は、低コスト化を図りつつ、検出精度を高めることができるエンコーダースケールおよびその製造方法を提供すること、また、このエンコーダースケールを備えるエンコーダー、ロボット、電子部品搬送装置、プリンターおよびプロジェクターを提供することにある。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例または形態として実現することが可能である。
本適用例のエンコーダースケールは、板状の基材と、
前記基材の一方の面に設けられ、第１領域と第２領域とが交互に並んでいる光学パターンと、を備え、
前記第１領域は、
前記基材上にパターニングされて配置され、感光性樹脂を含む樹脂層と、
前記樹脂層上に配置された金属膜と、を有し、
前記第１領域の表面は、前記基材の厚さ方向を法線とする第１面を主体に構成され、
前記第２領域の表面は、前記第１面に対して傾斜している第２面を主体に構成されていることを特徴とする。
このようなエンコーダースケールによれば、第１領域の表面が基材の厚さ方向を法線とする第１面を主体に構成され、第２領域の表面が第１面に対して傾斜している第２面を主体に構成されているため、第１領域および第２領域で反射した光の方向を互いに異ならせ、第１領域で反射した光のみを選択的に受光することができる。そのため、基材を透明材料で構成する必要がなく、基材の材料選択の自由度を高めることができ、その結果、より安価でかつ加工性に優れた材料を用いることができる。また、第１領域に光が照射されている状態とそうでない状態との受光量の差を大きくすることができ、その結果、検出精度を高めることができる。
また、第１領域が有する樹脂層が、基材上にパターニングされて配置され、感光性樹脂を含んで構成されているため、フォトリソグラフィ法を用いて第１領域を高精度に形成することができる。そして、第１領域が有する金属膜が、樹脂層上に配置され、金属材料で構成されているため、第１領域の光反射性を高めることができる。このように、第１領域が樹脂層および金属膜を有することにより、この点でも、検出精度を高めることができる。
本適用例のエンコーダースケールでは、前記基材は、異方性エッチングが可能な結晶材料で構成されていることが好ましい。
これにより、結晶材料の結晶面を利用して第２領域の第２面を形成することができる。
本適用例のエンコーダースケールでは、前記結晶材料は、単結晶シリコンであることが好ましい。
単結晶シリコンは、他の結晶材料に比べて安価であり、高精度な加工が容易である。そのため、エンコーダースケールの基材が単結晶シリコンで構成されていることで、エンコーダースケールの低コスト化および高精度化が容易に図れるという利点がある。
本適用例のエンコーダースケールでは、前記単結晶シリコンの面方位が（１００）であることが好ましい。
これにより、［１００］面を使用することで、第２領域１２２に形成される構造体を正四角錘とすることができる。そのため、このような単結晶シリコンを用いることで、リニアエンコーダーだけでなく、ロータリーエンコーダーに適したエンコーダースケールを形成することができる。
本適用例のエンコーダースケールでは、前記第２面は、前記結晶材料の結晶面に沿って設けられていることが好ましい。
これにより、第１面に対する傾斜角度のバラつきの少ない第２面を容易に形成することができる。
本適用例のエンコーダースケールでは、前記感光性樹脂は、ネガ型であることが好ましい。
これにより、感光性樹脂がポジ型である場合に比べて、高精度な第１領域の形成が容易となる。
本適用例のエンコーダースケールの製造方法は、板状の基材の一方の面に、異方性エッチングを行って、前記基材の厚さ方向を法線とする面に対して傾斜している面を主体に構成されている第１領域を形成する工程と、
前記一方の面上に、感光性樹脂を塗布し、パターニングすることにより樹脂層を形成した後に、前記樹脂層上に金属膜を成膜することにより、前記基材の厚さ方向を法線とする面を主体に構成されている第２領域を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
このようなエンコーダースケールの製造方法によれば、低コスト化を図りつつ、検出精度を高めることができるエンコーダースケールを得ることができる。
本適用例のエンコーダーは、本適用例のエンコーダースケールと、
前記エンコーダースケールに向けて光を出射する光出射部と、
前記エンコーダースケールで反射した前記光を検出する光検出部と、を備えることを特徴とする。
このようなエンコーダーによれば、低コスト化を図りつつ、検出精度を高めることができる。
本適用例のロボットは、本適用例のエンコーダースケールを備えることを特徴とする。
このようなロボットによれば、エンコーダースケールの低コスト化を図ることで、ロボットの低コスト化を図ることができる。また、エンコーダースケールを用いた高精度な検出結果に基づいて高精度な動作制御を行うことができる。
本適用例の電子部品搬送装置は、本適用例のエンコーダースケールを備えることを特徴とする。
このような電子部品搬送装置によれば、エンコーダースケールの低コスト化を図ることで、電子部品搬送装置の低コスト化を図ることができる。また、エンコーダースケールを用いた高精度な検出結果に基づいて高精度な動作制御を行うことができる。
本適用例のプリンターは、本適用例のエンコーダースケールを備えることを特徴とする。
このようなプリンターによれば、エンコーダースケールの低コスト化を図ることで、プリンターの低コスト化を図ることができる。また、エンコーダースケールを用いた高精度な検出結果に基づいて高精度な動作制御を行うことができる。
本適用例のプロジェクターは、本適用例のエンコーダースケールを備えることを特徴とする。
このようなプロジェクターによれば、エンコーダースケールの低コスト化を図ることで、プロジェクターの低コスト化を図ることができる。また、エンコーダースケールを用いた高精度な検出結果に基づいて高精度な動作制御を行うことができる。
本発明の第１実施形態に係るエンコーダーを示す縦断面図である。 図１に示すエンコーダーが備えるエンコーダースケールユニットの平面図である。 図２中Ａ−Ａ線断面図（エンコーダースケールの断面図）である。 図３に示す第２領域の一部（複数の凸部）を示す斜視図である。 図３に示す第２領域に設けられている凸部（第２面）の平面図である。 エンコーダースケールの一部の断面を示すＳＥＭ写真である。 エンコーダースケールの一部の表面状態を示すＳＥＭ写真である。 第２領域の光反射特性（回転角度と受光部での受光量との関係）を示すグラフである。 図３に示すエンコーダースケールの製造方法を説明するためのフローチャートである。 図９に示すエッチング工程における基材準備工程を説明するための断面図である。 図９に示すエッチング工程における異方性エッチング工程を説明するための断面図である。 図９に示す樹脂層形成工程を説明するための断面図である。 図９に示す金属膜形成工程を説明するための断面図である。 図９に示す外形形成工程におけるマスク形成工程を説明するための断面図である。 図９に示す外形形成工程における金属膜切断工程を説明するための断面図である。 図９に示す外形形成工程における基材切断工程を説明するための断面図である。 本発明の第２実施形態に係るエンコーダースケールを示す断面図である。 本発明のロボットの実施形態を示す斜視図である。 本発明の電子部品搬送装置の実施形態を示す斜視図である。 本発明のプリンターの実施形態を示す斜視図である。 本発明のプロジェクターの実施形態を示す概略図である。
以下、本発明のエンコーダースケール、エンコーダースケールの製造方法、エンコーダー、ロボット、電子部品搬送装置、プリンターおよびプロジェクターを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
（エンコーダー）
まず、本発明のエンコーダースケールの説明に先立ち、本発明のエンコーダー（本発明のエンコーダースケールを備えるエンコーダー）について簡単に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るエンコーダーを示す縦断面図である。図２は、図１に示すエンコーダーが備えるエンコーダースケールユニットの平面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１中の上側を「上」、下側を「下」という。
図１に示すエンコーダー１０は、図示しないモーター等が有する回転軸２０の端部に固定されているエンコーダースケールユニット３０と、エンコーダースケールユニット３０の回転状態を検出する光学センサー４０と、を有する。
エンコーダースケールユニット３０は、回転軸２０に固定されているハブ３０１と、ハブ３０１の支持部３０３にエポキシ系接着剤、アクリル系接着剤等の接着剤３０２により接着されているエンコーダースケール１と、を有する。
ハブ３０１は、円板状をなしている支持部３０３と、支持部３０３の一方（図１中下側）の面（下面）から突出している突出部３０４と、支持部３０３の他方（図１中上側）の面（上面）から突出している凸部３０５と、突出部３０４の先端面（図１中下側の面）に開口している凹部３０６と、を有し、これらが軸線ａｘを中心として同軸的に設けられている。ここで、凹部３０６には、回転軸２０の端部が挿入（例えば圧入）された状態で固定されている。このようなハブ３０１の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属材料が挙げられる。なお、凹部３０６に代えて、回転軸２０が挿入される貫通孔をハブ３０１に設けてもよい。また、ハブ３０１は、回転軸２０と一体で構成されていてもよい。
支持部３０３の上面は、エンコーダースケール１が設置される設置面３０７である。この支持部３０３の上面（設置面３０７）には、エンコーダースケール１の面内方向での位置決めを行うための位置決め部として機能する凸部３０５が設けられている。本実施形態では、凸部３０５の外形は、図２に示すように、軸線ａｘに沿った方向から見たとき（以下、「平面視」ともいう）、円形をなしている。この凸部３０５は、その中心軸が軸線ａｘ（回転軸２０の中心軸）に一致するように形成されている。なお、凸部３０５の平面視での外形は、円形に限定されず、例えば、四角形、五角形等の多角形でもよい。
エンコーダースケール１は、板状（円板状）をなしており、その中央部には、厚さ方向（図１中上下方向）に貫通している孔１１が形成されている。この孔１１には、前述した凸部３０５が挿通されている。本実施形態では、孔１１は、図２に示すように、平面視で円形をなしている。ここで、凸部３０５の直径（常温）は、孔１１の直径（常温）より小さく設定されている。なお、孔１１の平面視での外形は、円形に限定されず、例えば、四角形、五角形等の多角形でもよく、また、前述した凸部３０５の平面視の外形と異なっていてもよい。
また、エンコーダースケール１の上面には、図２に示すように、エンコーダースケール１の回転量（角度）、回転速度等を検出し得るパターンとして、軸線ａｘを中心とする周方向に沿って光ＬＬの反射方向の異なる第１領域１２１および第２領域１２２を周方向に沿って交互に並べた光学パターン１２が形成されている。ここで、第１領域１２１および第２領域１２２は、互いに異なる方向を法線とする面で構成されている。なお、エンコーダースケール１については、後に詳述する。
光学センサー４０は、エンコーダースケールユニット３０のエンコーダースケール１に向けて光ＬＬを出射するレーザダイオード、発光ダイオード等の発光素子を含む光源部４０２と、エンコーダースケール１からの光ＬＬ（反射光）を受光するフォトダイオード等の受光素子を含む受光部４０３と、を有し、これらが基板４０１に搭載されている。
このような光学センサー４０は、エンコーダースケール１の上面（照射面）に前述した光学パターン１２が形成されているため、エンコーダースケール１の軸線ａｘまわりの回転に伴って、光学パターン１２で反射した光ＬＬが受光部４０３に入射する状態（図１中実線で示す光ＬＬの状態）とそうでない状態（図１中破線で示す光ＬＬの状態）とを交互に繰り返す。そのため、受光部４０３からの出力信号（電流値）の波形は、エンコーダースケール１の軸線ａｘまわりの回転に伴って変化する。このような受光部４０３からの出力信号に基づいて、エンコーダースケール１の回転状態（回転角度や回転速度等）を検出することができる。
ここで、図示しないが、受光部４０３は、軸線ａｘを中心とする周方向での異なる位置に設けられている２つの受光素子を有し、一方の受光素子がＡ相信号を出力し、他方の受光素子がＡ相信号とは位相が４５°ずれたＢ相信号を出力する。なお、光源部４０２は、受光部４０３が有する２つの受光素子に対応する２つの発光素子を有していてもよいし、当該２つの受光素子に対応するようにスリット板等を用いて１つの発光素子からの光を分割してもよい。また、光源部４０２および受光部４０３は、それぞれ、レンズ等の光学素子を有していてもよい。
以上、エンコーダー１０について簡単に説明した。以下、エンコーダースケール１について詳述する。
（エンコーダースケール）
図３は、図２中Ａ−Ａ線断面図（エンコーダースケールの断面図）である。図４は、図３に示す第２領域の一部（複数の凸部）を示す斜視図である。図５は、図３に示す第２領域に設けられている凸部（第２面）の平面図である。図６は、エンコーダースケールの一部の断面を示すＳＥＭ写真である。図７は、エンコーダースケールの一部の表面状態を示すＳＥＭ写真である。図８は、第２領域の光反射特性（回転角度と受光部での受光量との関係）を示すグラフである。なお、以下では、図３中上側を「上」、下側を「下」という。
前述したように、エンコーダースケール１の上面には、軸線ａｘを中心とする周方向に沿って光ＬＬの反射方向の異なる第１領域１２１および第２領域１２２を基材２の周方向に沿って交互に並べた光学パターン１２が形成されている。この光学パターン１２の第１領域１２１および第２領域１２２は、それぞれ、エンコーダースケール１の半径方向に沿って帯状に延びている。図２では、第１領域１２１および第２領域１２２が軸線ａｘを中心として周方向に並んでいる領域において、平面視で第１領域１２１および第２領域１２２が互いに等しい形状となるように、第１領域１２１および第２領域１２２のそれぞれの幅がエンコーダースケール１の半径方向での内側から外側に向けて大きくなっている。なお、第１領域１２１および第２領域１２２の平面視形状は、図２に示す形状に限定されず、例えば、平面視で第１領域１２１または第２領域１２２の幅がエンコーダースケール１の半径方向にわたって一定となっていてもよい。
ここで、エンコーダースケール１は、板状（円板状）の基材２と、基材２の上面上にパターニングされて設けられている樹脂層３と、これらを覆うように設けられている金属膜４と、を有し、平面視で樹脂層３が設けられている領域が第１領域１２１を構成し、平面視で第１領域１２１同士の間であって樹脂層３が設けられていない領域が第２領域１２２を構成している。したがって、金属膜４の樹脂層３と重なる部分の上面が第１領域１２１の表面であって反射面４１を構成している。また、金属膜４の樹脂層３と重ならない部分の上面が第２領域１２２の表面であって反射面４２を構成している。
基材２の一方（図３中上側）の面には、複数の凸部２１が設けられている。各凸部２１は、図４に示すように、ピラミッド状（四角すい状）をなしており、基材２の板面に対して傾斜角度θで傾斜した４つの傾斜面２１１を有する。この傾斜角度θは、金属膜４の反射面４２が反射面４１と異なる方向に光ＬＬを反射することができればよく、特に限定されないが、例えば、後述するように基材２を単結晶シリコンで構成した場合、約５５°（理論値）である。なお、本実施形態では、複数の凸部２１は、基材２の一方の面の全域にわたって配置されているが、これに限定されず、例えば、樹脂層３の直下の領域では凸部２１を省略してもよい。ただし、複数の凸部２１を基材２の一方の面の全域にわたって配置することで、複数の凸部２１を形成する際、その形成領域の位置決め等が不要となり、簡便であるという利点がある。
また、図示では、複数の凸部２２は、互いに大きさが等しく、かつ、規則的に配置されているが、互いに大きさが異なっていてもよく、また、ランダムに配置されていてもよい。また、各凸部２２は、図５に示すように平面視で四角形をなしており、複数の凸部２２は、平面視での向きが揃っている。ここで、複数の凸部２２は、平面視で、いかなる方向を向いていてもよいが、本実施形態では、複数の第２領域１２２間で互いに同じ方向を向いている。したがって、ある第２領域１２２に設けられている凸部２２の平面視での各辺が当該ある第２領域１２２の延在方向Ｂに対して平行または直交である場合、当該ある第２領域１２２に対して軸線ａｘまわりに５５°異なる他の第２領域１２２に設けられている凸部２２の平面視での各辺が当該他の第２領域１２２の延在方向Ｃに対して５５°傾斜している。
このような基材２は、いかなる材料で構成されていてもよいが、単結晶シリコン、シリコンカーバイト、水晶等の異方性エッチングが可能な結晶材料で構成されていることが好ましい。これにより、前述したような傾斜面２１１を簡単かつ高精度に形成することができる。そして、結晶材料の結晶面である傾斜面２１１を利用して第２領域１２２の反射面４２（第２面）を形成することができる。
また、基材２に用いる結晶材料は、単結晶シリコンであることが好ましい。単結晶シリコンは、他の結晶材料に比べて安価であり、高精度な加工が容易である。そのため、エンコーダースケール１の基材２が単結晶シリコンで構成されていることで、エンコーダースケール１の低コスト化および高精度化が容易に図れるという利点がある。
特に、基材２に用いる単結晶シリコンの面方位は、（１００）であることが好ましい。これにより、［１００］面を使用することで、第２領域１２２に形成される構造体を正四角錘とすることができる。そのため、このような単結晶シリコンを用いることで、リニアエンコーダーだけでなく、本実施形態のようにロータリーエンコーダーに適したエンコーダースケール１を形成することができる。このように単結晶シリコンを用いて形成したエンコーダースケール１のＳＥＭ写真を図６および図７に示す。また、単結晶シリコンを用いて形成したエンコーダースケール１の第２領域１２２で反射して受光部４０３で受光される光ＬＬの量は、図８に示すように、光源部４０２からの光ＬＬの光量に対して３％以下とすることができる。
このように基材２が異方性エッチング可能な結晶材料で構成されている場合、金属膜４の反射面４２（第２面）は、基材２に用いる結晶材料の結晶面（傾斜面２１１）に沿って設けられていることが好ましい。これにより、反射面４１（第１面）に対する傾斜角度θのバラつきの少ない反射面４２（第２面）を容易に形成することができる。
樹脂層３は、基材２の一方（図３中上側）の面上に配置されている。本実施形態では、前述したように基材２の一方の面の全域にわたって複数の凸部２１が配置されているため、樹脂層３の直下には、複数の凸部２１がある。この樹脂層３は、平面視で第１領域１２１の形状に対応した形状をなしている。また、樹脂層３の上面は、基材２の板面に沿った平坦面となっている。なお、図３に示す断面において、樹脂層３の側面は、樹脂層３の上面に対して直交しているが、樹脂層３の上面に対して傾斜していてもよく、その場合、反射面４１の幅を規定しやすいという観点から、樹脂層３の幅が基材２側に向けて小さくなるように側面が形成されていることが好ましい。
このような樹脂層３は、感光性樹脂を用いて構成されている。かかる感光性樹脂としては、特に限定されず、例えば、感光性を有するポリイミド樹脂、エポキシ樹脂またはこれらのコポリマー等が挙げられる。また、かかる感光性樹脂は、ポジ型またはネガ型のいずれでもよいが、樹脂層３の上面と側面とからなる角部を直角または鋭角することで反射面４１の寸法精度を高くすることができるという観点と環境信頼性の観点から、ネガ型であることが好ましい。このように、かかる感光性樹脂がネガ型であることで、感光性樹脂がポジ型である場合に比べて、高精度な第１領域１２１の形成が容易となる。なお、樹脂層３の構成材料には、前述した感光性樹脂以外の材料、例えば、フィラー、顔料、各種添加剤等が含まれていてもよい。
また、樹脂層３の厚さｔ１は、前述した凸部２１の高さｈよりも大きいことが好ましい。これにより、樹脂層３の直下に複数の凸部２１が設けられていても、反射面４１の平坦性を高めることができる。特に、樹脂層３の厚さｔ１および凸部２１の高さｈの比ｔ１／ｈは、２以上１２以下であることが好ましく、２以上１０以下であることがより好ましく、２以上４以下であることがさらに好ましい。これにより、基材２上に樹脂層３を形成する際、複数の凸部２１上に樹脂層３を形成する場合であっても、当該複数の凸部２１の形状の影響を受け難くすることができ、ＣＭＰ（chemical mechanical polishing）等の平坦化処理を行わなくても、平坦な表面を有する樹脂層３を形成することができる。
金属膜４は、基材２上および樹脂層３上に配置されている。この金属膜４の上面（基材２とは反対側の面）は、前述したように、第１領域１２１および第２領域１２２の表面を構成する。本実施形態では、金属膜４は、樹脂層３上だけでなく、基材２の樹脂層３が配置されていない部分上にも配置されているが、基材２上には金属膜４が配置されていなくてもよい。この場合、基材２の表面（より具体的には凸部２１の傾斜面２１１）が第２領域１２２の表面を構成する。ただし、第２領域１２２の表面に金属膜４が配置されていることにより、基材２の構成材料によらず、第２領域１２２の光ＬＬの反射率を高めることができ、前述したような第２領域１２２の所望の反射特性を得やすい。また、本実施形態では、金属膜４は、樹脂層３の上面上だけでなく、樹脂層３の側面上にも配置されているが、樹脂層３の側面上には金属膜４が配置されていなくてもよい。
このような金属膜４の構成材料としては、反射面４１、４２が所望の反射特性を得られればよく、各種金属材料を用いることができるが、例えば、アルミニウム、銅、鉄、ニッケル、チタン、タングステンなどの金属またはこれらを含む合金（複合材料）が挙げられる。金属膜４の厚さｔ２（膜厚）は、特に限定されないが、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下が好ましく、２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下がより好ましい。
以上のように、エンコーダースケール１は、板状（円板状）の基材２と、基材２の一方（図１および図３中上側）の面に設けられ、第１領域１２１と第２領域１２２とが交互に並んでいる光学パターン１２と、を備える。ここで、第１領域１２１は、基材２上にパターニングされて配置され、感光性樹脂を含む樹脂層３と、樹脂層３上に配置された金属膜４と、を有する。特に、第１領域１２１の表面は、基材２の厚さ方向（軸線ａｘ方向）を法線とする第１面である反射面４１を主体に構成され、第２領域１２２の表面は、反射面４１に対して傾斜している第２面である反射面４２を主体に構成されている。
ここで、「第１領域１２１が反射面４１（第１面）を主体に構成されている」とは、平面視で第１領域１２１内における反射面４１（第１面）の面積占有率が５０％以上（好ましくは７０％以上、より好ましくは９０％以上）であることを言う。また、「第２領域１２２が反射面４２（第２面）を主体に構成されている」とは、平面視で第２領域１２２内における反射面４２（第２面）の面積占有率が５０％以上（好ましくは７０％以上、より好ましくは９０％以上）であることを言う。また、第２領域１２２は、反射面４１と同様に基材２の厚さ方向を法線とする面を含んでいてもよいが、その場合、平面視で、第２領域１２２内における当該面の面積占有率が第１領域１２１内における反射面４１（第１面）の面積占有率よりも小さければよい。
このようなエンコーダースケール１によれば、第１領域１２１が基材２の厚さ方向を法線とする反射面４１を主体に構成され、第２領域１２２が反射面４１に対して傾斜している反射面４２を主体に構成されているため、第１領域１２１および第２領域１２２で反射した光の方向を互いに異ならせ、第１領域１２１で反射した光ＬＬのみを選択的に受光部４０３で受光することができる。そのため、基材２を透明材料で構成する必要がなく、基材２の材料選択の自由度を高めることができ、その結果、より安価でかつ加工性に優れた材料を用いることができる。また、第１領域１２１に光ＬＬが照射されている状態とそうでない状態との受光部４０３での受光量の差を大きくすることができ、その結果、検出精度を高めることができる。より具体的には、第１領域１２１に光ＬＬが照射されている状態での受光部４０３の受光量を光源部４０２からの光ＬＬの光量に対して５７％以上とし、第２領域１２２に光ＬＬが照射されている状態での受光部４０３の受光量を光源部４０２からの光ＬＬの光量に対して５％以下とすることができる。
これに対し、例えば、仮に第２領域１２２が第１領域１２１（反射面４１）の法線と平行な法線の平坦面で構成されている場合、当該平坦面に光ＬＬの反射を低減する処理（例えば、光を散乱させるために主に曲面を組み合わせて構成されている凹凸面とする粗面化、光吸収率を高める黒色化等）を施したとしても、第２領域１２２での反射率を十分（５％以下）に小さくすることが難しい。そのため、第２領域１２２に光源部４０２からの光ＬＬが照射されている状態において、第２領域１２２で反射して受光部４０３に入射する光ＬＬの量を十分に小さくすることができない。
また、エンコーダースケール１によれば、第１領域１２１が有する樹脂層３が、基材２上にパターニングされて配置され、感光性樹脂を含んで構成されているため、フォトリソグラフィ法を用いて第１領域１２１を高精度に形成することができる。そして、第１領域１２１が有する金属膜４（反射面４１の部分）が、樹脂層３上に配置され、金属材料で構成されているため、第１領域１２１の光反射性を高めることができる。このように、第１領域１２１が樹脂層３および金属膜４を有することにより、この点でも、検出精度を高めることができる。
以上のように、エンコーダー１０は、前述したエンコーダースケール１と、エンコーダースケール１に向けて光ＬＬを出射する光出射部である光源部４０２と、エンコーダースケール１で反射した光ＬＬを検出する光検出部である受光部４０３と、を備える。このようなエンコーダー１０によれば、低コスト化を図りつつ、検出精度を高めることができる。
（エンコーダースケールの製造方法）
図９は、図３に示すエンコーダースケールの製造方法を説明するためのフローチャートである。図１０は、図９に示すエッチング工程における基材準備工程を説明するための断面図である。図１１は、図９に示すエッチング工程における異方性エッチング工程を説明するための断面図である。図１２は、図９に示す樹脂層形成工程を説明するための断面図である。図１３は、図９に示す金属膜形成工程を説明するための断面図である。図１４は、図９に示す外形形成工程におけるマスク形成工程を説明するための断面図である。図１５は、図９に示す外形形成工程における金属膜切断工程を説明するための断面図である。図１６は、図９に示す外形形成工程における基材切断工程を説明するための断面図である。
エンコーダースケール１の製造方法は、図９に示すように、エッチング工程Ｓ１０と、樹脂層形成工程Ｓ２０と、金属膜形成工程Ｓ３０と、外形形成工程Ｓ４０と、を有する。以下、各工程を順次説明する。なお、以下では、基材２を（１００）単結晶シリコンで構成する場合を例に説明する。
［エッチング工程Ｓ１０］
まず、図１０に示すように、（１００）単結晶シリコン基板である基材２ａを準備する。この基材２ａは、単結晶シリコン基板をそのまま用いてもよいが、必要に応じて、単結晶シリコン基板の一方の面を研削して薄肉化した基板を用いる。
次に、図１１に示すように、基材２ａの一方の面（上面）を一様に異方性エッチングする。これにより、複数の凸部２１を有する基材２ｂが得られる。ここで、基材２ａの他方の面にレジスト材料等の保護膜を設けてもよいし、基材２ａの他方の面にも複数の凸部２１を形成してもよい。
この異方性エッチング（ウェットエッチング）は、特に限定されないが、例えば、ＫＯＨやＴＭＡＨ等のアルカリエッチング液を用いる。
［樹脂層形成工程Ｓ２０］
次に、図１２に示すように、樹脂層３を形成する。より具体的には、基材２ｂの上面（複数の凸部２１を有する面）に、感光前の感光性樹脂を一様に塗布し、露光および現像することで、樹脂層３を形成する。ここで、現像後、必要に応じて、ＣＭＰ（chemical mechanical polishing）等の平坦化処理を行って、樹脂層３を形成してもよい。
［金属膜形成工程Ｓ３０］
次に、図１３に示すように、金属膜４ａを形成する。より具体的には、基材２ｂおよび樹脂層３からなる積層体の樹脂層３側の面に一様にスパッタ法等により金属材料を成膜することで、金属膜４ａを形成する。
［外形形成工程Ｓ４０］
次に、エンコーダースケール１の外形（孔１１を含む）を形成する。より具体的には、図１４に示すように、基材２ｂ、樹脂層３および金属膜４ａからなる積層体の両面にマスク（保護膜）としてレジスト層５１、５２を形成した後に、図１５に示すように、レジスト層５１の開口５１１を介したウェットエッチング等により金属膜４ａの一部を除去することで切断し、その後、図１６に示すように、開口５１１を介したドライエッチングにより基材２ｂの一部を除去することで切断する。その後、図示しないが、レジスト層５１、５２を除去する。
本工程において基材２ｂの切断に用いるドライエッチングとしては、特に限定されないが、例えば、Ｓｉ高速エッチング法、ボッシュプロセス法、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）等が挙げられる。また、エッチングガスとしては、Ｃｌ２＋ＨＢｒ、ＳＦ６等を用いることができる。
以上のようにして、エンコーダースケール１を製造することができる。
以上のように、エンコーダースケール１の製造方法は、板状の基材２ａの一方の面に、異方性エッチングを行って、基材２ａの厚さ方向を法線とする面に対して傾斜している面（傾斜面２１１）を主体に構成されている第１領域を形成する工程と、基材２ａの一方の面上に、感光性樹脂を塗布し、パターニングすることにより樹脂層３を形成した後に、樹脂層３上に金属膜４ａを成膜することにより、基材２ａの厚さ方向を法線とする面を主体に構成されている第２領域を形成する工程と、を含む。このようなエンコーダースケール１の製造方法によれば、低コスト化を図りつつ、検出精度を高めることができるエンコーダースケール１を得ることができる。
ここで、エッチング工程Ｓ１０、樹脂層形成工程Ｓ２０をこの順で行うことで、第１領域１２１および第２領域１２２の寸法精度を極めて高くすることができる。これに対し、仮に樹脂層形成工程Ｓ２０、エッチング工程Ｓ１０の順で行うと、エッチング工程Ｓ１０の際、基材２の周方向での位置によってエッチング状態（特にサイドエッチング量）が異なることに起因して、樹脂層の両端が浮いた状態となり、密着性低下による破壊のリスクが生じる。
＜第２実施形態＞
図１７は、本発明の第２実施形態に係るエンコーダースケールを示す断面図である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。
図１７に示すエンコーダースケール１Ａは、板状をなす基材２Ａを有し、その一方の面には、エンコーダースケール１Ａの図中方向Ｅでの移動量、移動速度等を検出し得るパターンとして、方向Ｅに沿って第１領域１２１および第２領域１２２を交互に並べた光学パターン１２Ａが形成されている。このようなエンコーダースケール１Ａは、リニアエンコーダーに用いることができる。
ここで、光学パターン１２Ａの第１領域１２１および第２領域１２２は、それぞれ、平面視で、方向Ｅに直交する方向Ｄに沿って延びている。また、平面視で、第１領域１２１および第２領域１２２の幅がそれぞれ方向Ｄにわたって一定となっている。また、基材２Ａの平面視での形状も、方向Ｅを長辺とする長方形となっている。
このようなエンコーダースケール１Ａは、前述した第１実施形態と同様、（１００）単結晶シリコンを用いて簡単かつ高精度に形成することができ、この場合、結晶方位（１１０）が方向Ｄに沿っていることが好ましい。これにより、第１領域１２１および第２領域１２２の寸法精度を容易に高めることができる。
以上のような第２実施形態のエンコーダースケール１Ａによっても、前述した第１実施形態と同様、低コスト化を図りつつ、検出精度を高めることができる。
（ロボット）
以下、本発明のロボットについて単腕ロボットを例に説明する。
図１８は、本発明のロボットの実施形態を示す斜視図である。
図１８に示すロボット１０００は、精密機器やこれを構成する部品（対象物）の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うことができる。このロボット１０００は、６軸ロボットであり、床や天井に固定されるベース１０１０と、ベース１０１０に回動自在に連結されたアーム１０２０と、アーム１０２０に回動自在に連結されたアーム１０３０と、アーム１０３０に回動自在に連結されたアーム１０４０と、アーム１０４０に回動自在に連結されたアーム１０５０と、アーム１０５０に回動自在に連結されたアーム１０６０と、アーム１０６０に回動自在に連結されたアーム１０７０と、これらアーム１０２０、１０３０、１０４０、１０５０、１０６０、１０７０の駆動を制御する制御部１０８０と、を有している。また、アーム１０７０にはハンド接続部が設けられており、ハンド接続部にはロボット１０００に実行させる作業に応じたエンドエフェクター１０９０が装着されている。
また、ロボット１０００が有する複数の関節部のうちの全部または一部には、エンコーダー１０が搭載されており、制御部１０８０は、このエンコーダー１０の出力に基づいて、関節部の駆動を制御する。なお、図示では、エンコーダー１０は、アーム１０４０とアーム１０５０との間の関節部に設けられている。
以上のようなロボット１０００は、エンコーダースケール１または１Ａを備える。このようなロボット１０００によれば、エンコーダースケール１または１Ａの低コスト化を図ることで、ロボット１０００の低コスト化を図ることができる。また、エンコーダースケール１または１Ａを用いた高精度な検出結果に基づいて高精度な動作制御を行うことができる。
なお、ロボット１０００が有するアームの数は、図示では６本であるが、これに限定されず、１〜５本または７本以上であってもよい。
（電子部品搬送装置）
次に、本発明の電子部品搬送装置の実施形態について説明する。
図１９は、本発明の電子部品搬送装置の実施形態を示す斜視図である。なお、以下では、説明の便宜上、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とする。
図１９に示す電子部品搬送装置２０００は、電子部品検査装置に適用されており、基台２１００と、基台２１００の側方に配置された支持台２２００と、を有している。また、基台２１００には、検査対象の電子部品Ｑが載置されてＹ軸方向に搬送される上流側ステージ２１１０と、検査済みの電子部品Ｑが載置されてＹ軸方向に搬送される下流側ステージ２１２０と、上流側ステージ２１１０と下流側ステージ２１２０との間に位置し、電子部品Ｑの電気的特性を検査する検査台２１３０と、が設けられている。なお、電子部品Ｑの例として、例えば、半導体、半導体ウェハー、ＣＬＤやＯＬＥＤ等の表示デバイス、水晶デバイス、各種センサー、インクジェットヘッド、各種ＭＥＭＳデバイス等などが挙げられる。
また、支持台２２００には、支持台２２００に対してＹ軸方向に移動可能なＹステージ２２１０が設けられており、Ｙステージ２２１０には、Ｙステージ２２１０に対してＸ軸方向に移動可能なＸステージ２２２０が設けられており、Ｘステージ２２２０には、Ｘステージ２２２０に対してＺ軸方向に移動可能な電子部品保持部２２３０が設けられている。
また、電子部品保持部２２３０は、電子部品Ｑを保持する保持部２２３３を有し、保持部２２３３のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置およびＺ軸まわりの姿勢を微調整可能に構成されている。ここで、電子部品保持部２２３０は、保持部２２３３のＺ軸まわりの姿勢を検出するエンコーダー１０を有する。
以上のような電子部品搬送装置２０００は、エンコーダースケール１または１Ａを備える。このような電子部品搬送装置２０００によれば、エンコーダースケール１または１Ａの低コスト化を図ることで、電子部品搬送装置２０００の低コスト化を図ることができる。また、エンコーダースケール１を用いた高精度な検出結果に基づいて高精度な動作制御を行うことができる。
（プリンター）
図２０は、本発明のプリンターの実施形態を示す斜視図である。
図２０に示すプリンター３０００は、インクジェット記録方式のプリンターである。このプリンター３０００は、装置本体３０１０と、装置本体３０１０の内部に設けられている印刷機構３０２０、給紙機構３０３０および制御部３０４０と、を備えている。
装置本体３０１０には、記録用紙Ｐを設置するトレイ３０１１と、記録用紙Ｐを排出する排紙口３０１２と、液晶ディスプレイ等の操作パネル３０１３とが設けられている。
印刷機構３０２０は、ヘッドユニット３０２１と、キャリッジモーター３０２２と、キャリッジモーター３０２２の駆動力によりヘッドユニット３０２１を往復動させる往復動機構３０２３と、を備えている。ヘッドユニット３０２１は、インクジェット式記録ヘッドであるヘッド３０２１ａと、ヘッド３０２１ａにインクを供給するインクカートリッジ３０２１ｂと、ヘッド３０２１ａおよびインクカートリッジ３０２１ｂを搭載したキャリッジ３０２１ｃと、を有している。往復動機構３０２３は、キャリッジ３０２１ｃを往復移動可能に支持しているキャリッジガイド軸３０２３ａと、キャリッジモーター３０２２の駆動力によりキャリッジ３０２１ｃをキャリッジガイド軸３０２３ａ上で移動させるタイミングベルト３０２３ｂと、を有している。
給紙機構３０３０は、互いに圧接している従動ローラー３０３１および駆動ローラー３０３２と、駆動ローラー３０３２を駆動する給紙モーター３０３３と、給紙モーター３０３３の回転軸の回転状態を検出するエンコーダー１０と、を有している。
制御部３０４０は、例えばパーソナルコンピュータ等のホストコンピュータから入力された印刷データに基づいて、印刷機構３０２０や給紙機構３０３０等を制御する。
このようなプリンター３０００では、給紙機構３０３０が記録用紙Ｐを一枚ずつヘッドユニット３０２１の下部近傍へ間欠送りする。このとき、ヘッドユニット３０２１が記録用紙Ｐの送り方向とほぼ直交する方向に往復移動して、記録用紙Ｐへの印刷が行なわれる。
以上のようなプリンター３０００は、エンコーダースケール１または１Ａを備える。このようなプリンター３０００によれば、エンコーダースケール１または１Ａの低コスト化を図ることで、プリンター３０００の低コスト化を図ることができる。また、エンコーダースケール１または１Ａを用いた高精度な検出結果に基づいて高精度な動作制御を行うことができる。
（プロジェクター）
図２１は、本発明のプロジェクターの実施形態を示す概略図である。
図２１に示すプロジェクター４０００は、赤色光を出射する光源４１００Ｒと、緑色光を出射する光源４１００Ｇと、青色光を出射する光源４１００Ｂと、レンズアレイ４２００Ｒ、４２００Ｇ、４２００Ｂと、透過型の液晶ライトバルブ（光変調部）４３００Ｒ、４３００Ｇ、４３００Ｂと、クロスダイクロイックプリズム４４００と、投射レンズ（投射部）４５００と、圧電駆動装置４７００と、を有している。
光源４１００Ｒ、４１００Ｇ、４１００Ｂから出射された光は、各レンズアレイ４２００Ｒ、４２００Ｇ、４２００Ｂを介して、液晶ライトバルブ４３００Ｒ、４３００Ｇ、４３００Ｂに入射する。各液晶ライトバルブ４３００Ｒ、４３００Ｇ、４３００Ｂは、入射した光をそれぞれ画像情報に応じて変調する。
各液晶ライトバルブ４３００Ｒ、４３００Ｇ、４３００Ｂによって変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム４４００に入射して合成される。クロスダイクロイックプリズム４４００によって合成された光は、投射光学系である投射レンズ４５００に入射する。投射レンズ４５００は、液晶ライトバルブ４３００Ｒ、４３００Ｇ、４３００Ｂによって形成された像を拡大して、スクリーン（表示面）４６００に投射する。これにより、スクリーン４６００上に所望の映像が映し出される。ここで、投射レンズ４５００は、圧電駆動装置４７００に支持されており、圧電駆動装置４７００の駆動により位置および姿勢の変更（位置決め）が可能となっている。これにより、スクリーン４６００に投射される映像の形状や大きさ等を調整することができる。この圧電駆動装置４７００は、その駆動状態を検出するためのエンコーダー１０を有する。
なお、上述の例では、光変調部として透過型の液晶ライトバルブを用いたが、液晶以外のライトバルブを用いてもよいし、反射型のライトバルブを用いてもよい。このようなライトバルブとしては、例えば、反射型の液晶ライトバルブや、デジタルマイクロミラーデバイス（Digital Micromirror Device）が挙げられる。また、投射光学系の構成は、使用されるライトバルブの種類によって適宜変更される。また、プロジェクターとしては、光をスクリーン上で走査させることにより、表示面に所望の大きさの画像を表示させる走査型のプロジェクターであってもよい。
以上のようなプロジェクター４０００は、エンコーダースケール１または１Ａを備える。このようなプロジェクター４０００によれば、エンコーダースケール１または１Ａの低コスト化を図ることで、プロジェクター４０００の低コスト化を図ることができる。また、エンコーダースケール１または１Ａを用いた高精度な検出結果に基づいて高精度な動作制御を行うことができる。
以上、本発明のエンコーダースケール、エンコーダースケールの製造方法、エンコーダー、ロボット、電子部品搬送装置、プリンターおよびプロジェクターを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
また、本発明は、前述した実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。
また、本発明のロボットは、アームを有していれば、単腕ロボットに限定されず、例えば、双腕ロボット、スカラーロボット等の他のロボットであってもよい。
また、前述した実施形態ではエンコーダースケールユニットおよびエンコーダーをロボットおよびプリンターに適用した構成について説明したが、エンコーダースケールユニットおよびエンコーダーは、これら以外の各種電子機器にも適用することができる。また、エンコーダーは、プリンターに用いる場合、プリンターの紙送りローラーの駆動源に限定されず、例えば、プリンターのインクジェットヘッドの駆動源等に適用することもできる。
また、本発明のエンコーダーは、ロボット以外の機器に組み込んでもよく、例えば、自動車等の移動体に搭載してもよい。
１…エンコーダースケール、１Ａ…エンコーダースケール、２…基材、２Ａ…基材、２ａ…基材、２ｂ…基材、３…樹脂層、４…金属膜、４ａ…金属膜、１０…エンコーダー、１１…孔、１２…光学パターン、１２Ａ…光学パターン、２０…回転軸、２１…凸部、２２…凸部、３０…エンコーダースケールユニット、４０…光学センサー、４１…反射面、４２…反射面、５１…レジスト層、５２…レジスト層、１２１…第１領域、１２２…第２領域、２１１…傾斜面、３０１…ハブ、３０２…接着剤、３０３…支持部、３０４…突出部、３０５…凸部、３０６…凹部、３０７…設置面、４０１…基板、４０２…光源部、４０３…受光部、５１１…開口、１０００…ロボット、１０１０…ベース、１０２０…アーム、１０３０…アーム、１０４０…アーム、１０５０…アーム、１０６０…アーム、１０７０…アーム、１０８０…制御部、１０９０…エンドエフェクター、２０００…電子部品搬送装置、２１００…基台、２１１０…上流側ステージ、２１２０…下流側ステージ、２１３０…検査台、２２００…支持台、２２１０…Ｙステージ、２２２０…Ｘステージ、２２３０…電子部品保持部、２２３３…保持部、３０００…プリンター、３０１０…装置本体、３０１１…トレイ、３０１２…排紙口、３０１３…操作パネル、３０２０…印刷機構、３０２１…ヘッドユニット、３０２１ａ…ヘッド、３０２１ｂ…インクカートリッジ、３０２１ｃ…キャリッジ、３０２２…キャリッジモーター、３０２３…往復動機構、３０２３ａ…キャリッジガイド軸、３０２３ｂ…タイミングベルト、３０３０…給紙機構、３０３１…従動ローラー、３０３２…駆動ローラー、３０３３…給紙モーター、３０４０…制御部、４０００…プロジェクター、４１００Ｂ…光源、４１００Ｇ…光源、４１００Ｒ…光源、４２００Ｂ…レンズアレイ、４２００Ｇ…レンズアレイ、４２００Ｒ…レンズアレイ、４３００Ｂ…液晶ライトバルブ、４３００Ｇ…液晶ライトバルブ、４３００Ｒ…液晶ライトバルブ、４４００…クロスダイクロイックプリズム、４５００…投射レンズ、４６００…スクリーン、４７００…圧電駆動装置、Ｂ…延在方向、Ｃ…延在方向、Ｄ…方向、Ｅ…方向、ＬＬ…光、Ｐ…記録用紙、Ｑ…電子部品、Ｓ１０…エッチング工程、Ｓ２０…樹脂層形成工程、Ｓ３０…金属膜形成工程、Ｓ４０…外形形成工程、ａｘ…軸線、ｈ…高さ、θ…傾斜角度、ｔ１…厚さ、ｔ２…厚さ

Claims (12)

  1. 板状の基材と、
    前記基材の一方の面に設けられ、第１領域と第２領域とが交互に並んでいる光学パターンと、を備え、
    前記第１領域は、
    前記基材上にパターニングされて配置され、感光性樹脂を含む樹脂層と、
    前記樹脂層上に配置された金属膜と、を有し、
    前記第１領域の表面は、前記基材の厚さ方向を法線とする第１面を主体に構成され、
    前記第２領域の表面は、前記第１面に対して傾斜している第２面を主体に構成されていることを特徴とするエンコーダースケール。
  2. 前記基材は、異方性エッチングが可能な結晶材料で構成されている請求項１に記載のエンコーダースケール。
  3. 前記結晶材料は、単結晶シリコンである請求項２に記載のエンコーダースケール。
  4. 前記単結晶シリコンの面方位が（１００）である請求項３に記載のエンコーダースケール。
  5. 前記第２面は、前記結晶材料の結晶面に沿って設けられている請求項２ないし４のいずれか１項に記載のエンコーダースケール。
  6. 前記感光性樹脂は、ネガ型である請求項１ないし５のいずれか１項に記載のエンコーダースケール。
  7. 板状の基材の一方の面に、異方性エッチングを行って、前記基材の厚さ方向を法線とする面に対して傾斜している面を主体に構成されている第１領域を形成する工程と、
    前記一方の面上に、感光性樹脂を塗布し、パターニングすることにより樹脂層を形成した後に、前記樹脂層上に金属膜を成膜することにより、前記基材の厚さ方向を法線とする面を主体に構成されている第２領域を形成する工程と、を含むことを特徴とするエンコーダースケールの製造方法。
  8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載のエンコーダースケールと、
    前記エンコーダースケールに向けて光を出射する光出射部と、
    前記エンコーダースケールで反射した前記光を検出する光検出部と、を備えることを特徴とするエンコーダー。
  9. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載のエンコーダースケールを備えることを特徴とするロボット。
  10. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載のエンコーダースケールを備えることを特徴とする電子部品搬送装置。
  11. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載のエンコーダースケールを備えることを特徴とするプリンター。
  12. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載のエンコーダースケールを備えることを特徴とするプロジェクター。
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