JP2021192010A - スケールおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 信頼性を向上させることができるスケールおよびその製造方法を提供する。【解決手段】 スケールは、基板と、前記基板の一方の主面上に形成されたＮｉの金属層と、前記金属層上に形成され、所定の間隔で複数のＣｒの格子が配置された目盛格子と、を備えることを特徴とする。【選択図】 図１
Description
本件は、スケールおよびその製造方法に関する。
光電式リニヤスケールは、例えば、スケールに照射した光を反射する目盛格子を備えている。目盛格子として、格子の上面と下面の段差を利用した位相格子を用いることができる。例えば、Ｃｒの反射膜上にチタンシリサイド（ＴｉＳｉｘ）のような金属シリサイドの格子を設けた反射型位相格子が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、チタンシリサイドは比較的柔らかいため、目盛格子の表面に異物等が載ったまま擦ったりすると目盛格子を傷つけてしまうおそれがある。例えば、工作機械等は金属切削粉等を発生するため、工作機械等が設置されているような環境でスケールを使用する場合には、目盛格子が傷つき、スケールの信頼性が低下するおそれがある。
１つの側面では、本発明は、信頼性を向上させることができるスケールおよびその製造方法を提供することを目的とする。
１つの態様では、本発明に係るスケールは、基板と、前記基板の一方の主面上に形成されたＮｉの金属層と、前記金属層上に形成され、所定の間隔でＣｒの複数の格子が配置された目盛格子と、を備えることを特徴とする。
上記スケールにおいて、前記基板と前記金属層との間に、前記金属層よりも前記基板に対して密着性が高い金属によって構成された層を備えていてもよい。
上記スケールにおいて、前記金属層よりも前記基板に対して密着性が高い金属は、Ｃｒとしてもよい。
上記スケールにおいて、前記目盛格子を覆い、少なくとも一部が単分子フッ素化合物であるフッ素膜を備えていてもよい。
本発明に係るスケールの製造方法は、基板上に、Ｎｉの金属層と、Ｃｒの目盛格子層とをこの順に成膜する工程と、前記目盛格子層に対してエッチングを行うことで、所定の間隔で複数のＣｒの格子が配置された目盛格子を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
上記スケールの製造方法において、前記エッチングの際に、前記金属層をエッチングストップ層として用いてもよい。
上記スケールの製造方法において、前記エッチングの際に、硝酸第二セリウムアンモニウムを用いたウェットエッチングまたは塩素系ガスを用いたドライエッチングを行なってもよい。
信頼性を向上させることができるスケールおよびその製造方法を提供することができる。
以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。
（第１実施形態）
図１（ａ）は、第１実施形態に係るスケール１００の平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図１（ａ）および図１（ｂ）で例示するように、スケール１００は、基板１０上に密着層２０が形成され、密着層２０上に高反射層として機能する金属層３０が形成され、金属層３０上に所定の間隔で複数の金属格子が配置された目盛格子４０が形成された構造を有している。
図１（ａ）は、第１実施形態に係るスケール１００の平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図１（ａ）および図１（ｂ）で例示するように、スケール１００は、基板１０上に密着層２０が形成され、密着層２０上に高反射層として機能する金属層３０が形成され、金属層３０上に所定の間隔で複数の金属格子が配置された目盛格子４０が形成された構造を有している。
基板１０は、特に限定されるものではない。基板１０は、例えば、金属以外の材料で構成されている。例えば、金属酸化物、有機物、ガラスなどである。ガラスとして、石英ガラス（合成溶融石英）のような低膨張係数材料が用いられることもある。
密着層２０は、金属層３０よりも基板１０に対して密着性が高い金属によって構成されている。ここで、複数の金属の中で「密着性が高い金属」とは、同一の成膜法によって基板１０上に成膜したと仮定した場合に、基板１０との密着性が相対的に高い金属のことである。ただし、特定の金属について異なる複数の成膜法で成膜しても、得られる密着性の幅は小さい。したがって、複数の金属についてそれぞれ異なる成膜法で成膜しても、得られる密着性の順位に変動は生じない。密着層２０は、例えば、Ｃｒ（クロム）、Ｔｉ（チタン）、Ｔａ（タンタル）、ＴｉＳｉｘ（チタンシリサイド）のいずれかである。密着層２０にＣｒを用いれば、後述する目盛格子４０の材料と共通するため、用いる金属材料種類を減らすことができる。
金属層３０は、密着層２０よりも光に対して高い反射率を有する金属によって構成されている。本実施形態においては、金属層３０にＮｉを用いる。
目盛格子４０は、金属層３０とは異なる金属によって構成されている。本実施形態においては、目盛格子４０にＣｒを用いる。
本実施形態によれば、金属層３０と目盛格子４０とによって、位相格子が構成される。それにより、スケール１００を光学反射型スケールとして用いることができる。
次に、目盛格子４０を構成するＣｒおよび金属層３０を構成するＮｉは、チタンシリサイドよりも高い硬度を有している。それにより、カバーなどで目盛格子４０を覆わなくても、目盛格子４０の表面および金属層３０の露出面に傷が付くことを抑制することができる。したがって、高い信頼性を得ることができる。なお、ここでの硬度とは、例えば、スチールウール擦傷試験で傷が入りにくいことを意味している。
次に、金属層３０を構成するＮｉおよび目盛格子４０を構成するＣｒは、耐腐食性が高いため、薬品に対する良好な耐性が得られる。また、腐食性環境下などでも腐食を抑制することができる。なお、金属層３０や目盛格子４０としてＡｌやＡｇ等を用いることも考えられるが、ＮｉおよびＣｒほど高い耐腐食性が得られず、反射率の耐久性が低下するおそれがある。
また、金属層３０にＮｉを用い、目盛格子４０にＣｒを用いていることから、チタンシリサイド／Ｃｒ／ガラスの構造と比較して１０％程度高い反射率が得られるため、十分な回折効率（入射光に対する回折光の比率）が得られる。
図２は、スケール１００の各種寸法について例示する図である。図２で例示するように、目盛格子４０のピッチＰは、例えば、２μｍ程度である。目盛格子４０の各格子が配列される方向における幅Ｗは、例えば、０．８５μｍ〜１．０５μｍ程度である。目盛格子４０の各格子の高さＨは、例えば、１９８ｎｍ〜２１８ｎｍ程度である。目盛格子４０の各格子の側壁角度Ａは、例えば、７５°〜９０°程度である。密着層２０の厚みは、例えば、９０ｎｍ〜１１０ｎｍ程度である。密着層２０の反射率は、例えば、５８．５％〜６４．５％程度である。金属層３０の反射率は、例えば、５１％〜５７％程度である。
図３（ａ）〜図３（ｄ）は、スケール１００の製造方法を例示する図である。まず、図３（ａ）で例示するように、基板１０の一面上に、密着層２０、金属層３０および被エッチング層５０をこの順に形成する。密着層２０、金属層３０および被エッチング層５０は、例えば、化学蒸着、物理蒸着などによって形成することができる。密着層２０、金属層３０および被エッチング層５０は、真空を破らずに連続して形成することができる。被エッチング層５０は、目盛格子４０を形成するための層であるため、目盛格子４０と同じ材料からなる。
次に、図３（ｂ）で例示するように、目盛格子４０のパターンを有しているレジストパターン６０を形成する。次に、図３（ｃ）で例示するように、レジストパターン６０をマスクとして用いて、被エッチング層５０に対してエッチングを行う。それにより、図３（ｄ）で例示するように、目盛格子４０を形成することができる。なお、エッチングの際に、金属層３０をエッチングストップ層として用いる。
本実施形態に係る製造方法によれば、最表面の目盛格子４０にＣｒを用い、目盛格子４０の下層としての金属層３０にＮｉを用いることから、硝酸第二セリウムアンモニウムを用いたウェットエッチングまたは塩素系ガスを用いたドライエッチングにおいてＮｉは殆どエッチングされないので、位相格子の光学特性を決めるＣｒ格子の高さは、Ｃｒ膜厚により一義的に決まるため所望の光学特性を容易に得られる。
（第２実施形態）
図４は、第２実施形態に係るスケール１００ａを例示する模式的断面図である。図４で例示するように、スケール１００ａがスケール１００と異なる点は、フッ素膜７０が金属層３０の露出部分および目盛格子４０を覆うように設けられている点である。
図４は、第２実施形態に係るスケール１００ａを例示する模式的断面図である。図４で例示するように、スケール１００ａがスケール１００と異なる点は、フッ素膜７０が金属層３０の露出部分および目盛格子４０を覆うように設けられている点である。
フッ素膜７０の少なくとも一部は、単分子フッ素化合物である。フッ素膜７０は、金属層３０の露出部分および目盛格子４０の全体を単分子フッ素化合物によって覆っていてもよい。単分子フッ素化合物は、スプレー塗布や浸漬塗布後に乾燥と液体洗浄によって単分子層を残して除去することで形成することができる。単分子フッ素化合物は、例えば、フロロサーフ、オプツール、エスエフコート、ＳＵＢＥＲＹＮ、ＮＯＶＥＣ１７２０、ＣＳ１などによってコートすることができる。
フッ素膜７０が撥水性を有することから、結露や水滴の滞留を抑制することができる。それにより、目盛格子４０の腐食を抑制することができる。例えば、温度１２０℃、湿度１００％、２４時間といった高温多湿環境でも腐食を抑制できるようになる。また、フッ素膜７０に汚れが付着しても、容易に拭き取ることができる。例えば、アルコール類やケトン類などの溶剤を用いた拭き取りが可能となる。さらに、単分子フッ素化合物をフッ素膜７０に用いることで、フッ素膜７０が薄膜化される。この場合、フッ素膜７０にキズなどが生じても、乱反射が抑制される。また、フッ素膜７０によってスケール１００ａの表面が低摩擦化されるため、スケール１００ａが搭載されるエンコーダの摺動動作がスムーズになり、摩擦による傷は発塵が抑制される。また、低摩擦化によって、目盛格子４０に対する横方向の力に対する強度が向上する。その結果、スケール１００ａの測定精度が向上する。以上のことから、腐食を抑制しつつ、高い精度を維持することができる。
以下、第１実施形態に係るスケールを作製し、特性について調べた。
（実施例）
密着層２０にＣｒを用いた。金属層３０にはＮｉを用いた。目盛格子４０にはＣｒを用いた。金属層３０の露出部分および目盛格子４０は、保護膜などで覆わずに大気に露出させた。
密着層２０にＣｒを用いた。金属層３０にはＮｉを用いた。目盛格子４０にはＣｒを用いた。金属層３０の露出部分および目盛格子４０は、保護膜などで覆わずに大気に露出させた。
（比較例）
基板上にＣｒ薄膜を形成した。Ｃｒ薄膜上に、実施例の目盛格子４０と同様の形状を有するＴｉＳｉｘの目盛格子を形成した。
基板上にＣｒ薄膜を形成した。Ｃｒ薄膜上に、実施例の目盛格子４０と同様の形状を有するＴｉＳｉｘの目盛格子を形成した。
（分析）
実施例および比較例のそれぞれについて、目盛格子に対してスチールウールによる擦傷試験を行ない、光学顕微鏡の写真において傷の有無を確認した。比較例では表面に多数の傷が確認された一方で、実施例では表面に傷がほとんど確認されなかった。したがって、実施例では、通常使用で十分な耐久性が得られていることが確認された。
実施例および比較例のそれぞれについて、目盛格子に対してスチールウールによる擦傷試験を行ない、光学顕微鏡の写真において傷の有無を確認した。比較例では表面に多数の傷が確認された一方で、実施例では表面に傷がほとんど確認されなかった。したがって、実施例では、通常使用で十分な耐久性が得られていることが確認された。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
１０ 基板
２０ 密着層
３０ 金属層
４０ 目盛格子
５０ 被エッチング層
６０ レジストパターン
７０ フッ素膜
１００，１００ａ スケール
２０ 密着層
３０ 金属層
４０ 目盛格子
５０ 被エッチング層
６０ レジストパターン
７０ フッ素膜
１００，１００ａ スケール
Claims (7)
- 基板と、
前記基板の一方の主面上に形成されたＮｉの金属層と、
前記金属層上に形成され、所定の間隔でＣｒの複数の格子が配置された目盛格子と、を備えることを特徴とするスケール。 - 前記基板と前記金属層との間に、前記金属層よりも前記基板に対して密着性が高い金属によって構成された層を備えることを特徴とする請求項１に記載のスケール。
- 前記金属層よりも前記基板に対して密着性が高い金属は、Ｃｒであることを特徴とする請求項２に記載のスケール。
- 前記目盛格子を覆い、少なくとも一部が単分子フッ素化合物であるフッ素膜を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のスケール。
- 基板上に、Ｎｉの金属層と、Ｃｒの目盛格子層とをこの順に成膜する工程と、
前記目盛格子層に対してエッチングを行うことで、所定の間隔で複数のＣｒの格子が配置された目盛格子を形成する工程と、を含むことを特徴とするスケールの製造方法。 - 前記エッチングの際に、前記金属層をエッチングストップ層として用いることを特徴とする請求項５に記載のスケールの製造方法。
- 前記エッチングの際に、硝酸第二セリウムアンモニウムを用いたウェットエッチングまたは塩素系ガスを用いたドライエッチングを行なうことを特徴とする請求項５または請求項６に記載のスケールの製造方法。
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