JP2872771B2 - アブソリュート型エンコーダのスケール及びその作製方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はアブソリュート型エンコーダのスケール及び
その作製方法に関する。

［従来の技術］ 移動体の変位量や回転量を検出するエンコーダではス
ケールが移動体と一体化されて変位もしくは回転し、ス
ケールに形成されたコードパターンの変位や回転が光学
的に検知される。

アブソリュート型エンコーダとして知られるエンコー
ダのスケールには、スケールの絶対位置を検出し得るよ
うに複数のトラックが用意され、各トラック毎に形成さ
れたパターンのピッチが互いに異なっている。各トラッ
クごとに形成されたパターンの全体はコードパターンと
呼ばれる。コードパターンとしては交番２進化符号を基
本として２進化10進符号やグレーコードが知られてい
る。複数のトラックから同時に信号を検出し、検出され
た複数の信号の組合せでスケールの絶対位置が知られ
る。

このようにアブソリュート型エンコーダのスケールに
はピッチの異なる複数のパターンが形成されている。ピ
ッチの最も小さいパターンからの信号は最下位ビット信
号と呼ばれ、最下位ビット信号を与えるパターンのピッ
チが小さい程、変位量や回転量の細かい検出が可能であ
る。

アブソリュート型エンコーダのスケールに於ける最上
位ビット信号を与えるパターンのピッチは数mm程度であ
り、最下位ビット信号を与えるパターンのピッチは従来
数10μｍ程度であった。

しかし近来、極めて細かいピッチの格子パターンに光
を照射して影絵パターンを発生させ、この影絵パターン
の変位または回転を検出することにより格子パターン自
体の変位量や回転量を検出する方法が提案され、上記最
下位ビット信号を与えるパターンのピッチとして0.1μ
ｍ程度までが許容されるようになった。

即ち点状の光源や線状の光源からのコヒーレント光
や、極めて微細なスリットや楕円状もしくは円状の微細
なアパーチュアを介して取り出されたインコヒーレント
光を、所定の条件下でピッチの細かい格子パターンに照
射すると格子パターンによる透過光もしくは反射光によ
り、格子パターンを影絵的に拡大した影絵パターンが得
られるので、この影絵パターンの変位または回転を検出
することで格子パターン自体の変位量や回転量を測定で
きるのである。

［発明が解決しようとする課題］ このように細かいピッチのパターンの使用が可能にな
っても、それをアブソリュート型エンコーダにおいて実
際に実現するには、スケールとして0.1μｍピッチから
数mmピッチまでピッチ幅が大きく異なる種々のパターン
をコードパターンとして有するものが必要になる。この
ようにmm単位から0.1μｍ単位までの、ピッチ幅が大き
く異なる種々のパターンを含むコードターンを持つスケ
ールを作製することは必ずしも容易でない。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであっ
て、アブソリュート型エンコーダに於いて0.1μｍピッ
チというような極めて細かいピッチのパターンからmmオ
ーダーピッチのパターンまでを有する新規なスケールと
その簡易な作製方法との提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 以下、本発明を説明する。

請求項１の方法は「課題の表面に形成された磁化膜に
コードパターンを磁気ヘッドにより磁化パターンとして
書込み、この磁化パターンを磁性流体により顕像化し、
顕像化されたコードパターンを磁化膜上に定着してアブ
ソリュート型エンコーダのスケールを作製する方法」で
あって、以下の如き特徴を有する。

即ち、基体の表面に形成される磁化膜は「垂直磁化膜
領域と面内磁化膜領域とに分割して」構成される。

「垂直磁化膜領域」には、極めて細かいピッチのパタ
ーンが形成され「面内磁化膜領域」には、中程度の細か
さのピッチのパターンが形成される。

ピッチの大きいパターンは上記垂直磁化膜領域および
／または面内磁化膜領域に形成することができるが、
「パターンの１単位がトラック方向に交わる方向の細か
い縞状パターンにより構成される」ように形成する。

「縞状パターンの方向がトラック方向に交わる」と
は、縞状パターンの繰り返しの方向がトラック方向、即
ちパターン１単位の配列方向に有限の角を持って交わる
ように縞状パターンが形成されることを意味する。縞状
パターンが「細かい」とは、縞状パターンがパターン１
単位の広がりに於いて一定以上の面積を占め、光照射に
よりパターン１単位に対応する信号を発生させ得ること
を意味する。即ちパターン１単位を塗潰す代わりに細か
いピッチのハッチ（縞状パターン）を施すのである。

磁気ヘッドにより書込まれた磁化パターンを顕像化す
る磁性流体としては「磁性コロイド流体」を用いても良
いし、（請求項２）、「光硬化性磁性流体」（請求項
３），或は「熱硬化性磁性流体」（請求項４）を用いて
も良い。

請求項５のスケールは請求項１乃至４の何れかの方法
で作製されるスケール自体である。

上述の「磁性コロイド流体」は強磁性体を粒径50〜20
0Åの微粉末にして、界面活性剤中に分散させたもので
ある。「光硬化性磁性流体」は上記微粉末を界面活性剤
とともに光硬化性樹脂に分散したものである。「熱硬化
性磁性流体」は上記微粉末を界面活性剤とともに熱硬化
性樹脂に分散したものである。

「強磁性体」としては、鉄、Mnフェライト、Baフェラ
イト、Coフェライト、マグネタイト等を用い得る。「光
硬化性樹脂」としては、Ｎ−ビニルカルバゾル、ポリ塩
化ビニル、ポリスチレン等を用い得る。「熱硬化性樹
脂」としては、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、メラミン
樹脂等を用い得る。

光硬化性樹脂は光照射により硬化するので、光硬化性
磁性流体で磁化パターンを顕像化すると、顕像化された
コードパターンに光照射するだけでコードパターンを磁
化膜に定着できる（請求項３）。熱硬化性樹脂は加熱に
より硬化するので、熱硬化性磁性流体で磁化パターンを
顕像化すると、顕像化されたコーダパターンを加熱する
だけでコードパターンを磁化膜に定着できる（請求項
４）。

なお「基体の表面に形成された磁化膜に磁気ヘッドに
より磁化パターンを書込み、この磁化パターンを磁性コ
ロイド流体により顕像化し、顕像化されたコードパター
ンを磁化膜上に定着する」パターン形成方式は既にマグ
ネティック・リソグラフィとして知られている。

［作用］ 本発明の特徴とする所は上述したように、磁化膜を垂
直磁化膜領域と面内磁化膜領域とに分けて構成し、パタ
ーンのピッチの細かさに応じてパターン形成領域を選択
する点にある。

第３図に於いて、符号13は基体、符号12は磁化膜を示
している。基体13上に形成された磁化膜12は面内硬化膜
として形成されている。このような面内磁化膜を構成す
る材料としてはFe₂O₃やCoP等を挙げることができる。

第３図（ａ）は磁化膜12に磁気ヘッドによりパターン
を書込だ状態を示す。磁化膜12の表面に並行に、磁化の
向きが交互に反転した磁区が形成されている。この状態
に於いて磁化膜12に磁性流体を塗布すると、磁性流体中
に分散させている強磁性体の微粉末14が第３図（ｂ）に
示すように磁区の境界部に引き寄せられて、書込まれた
パターンを顕像化する。

第４図に於いて、符号13Aは基体、符号12Aは磁化膜を
示している。基体上に形成された磁化膜12Aは垂直磁化
膜として形成されている。このような垂直磁化膜を構成
する材料としてはBaフェライトやCoCr等を挙げることが
できる。

第４図（ａ）は磁化膜12Aに磁気ヘッドによりパター
ンを書込だ状態を示す。磁化膜12Aの表面に直交する磁
化の向きが交互に反転した磁区が形成されている。この
状態に於いて磁化膜12Aに磁性流体を塗布すると、第４
図（ｂ）に示すように強磁性体の微粉末14が磁区の境界
部に引き寄せられて、書込まれたパターンを顕像化す
る。

第３図（ｂ）と第４図（ｂ）とを比較すると明らかな
ように、面内磁化膜よりも垂直磁化膜の方が、より細か
いピッチのパターンを形成できる。

垂直磁化膜に格子状のパターンを形成する場合、パタ
ーンのピッチは0.1μｍ〜数10μｍの範囲が適当であ
る。面内磁化膜に格子状のパターンを形成する場合、パ
ターンのピッチは１μｍ程度以上が適当である。

形成するパターンのピッチがmmのオーダーともなると
磁化膜にパターンを書込むことは容易であるが、パター
ンの１単位が大きすぎ、パターンを磁性流体で顕像化し
た場合、パターン１単位のエッジ部分のみが顕像化され
るに留まり、パターン１単位を「１単位」として良好に
顕像化することが出来ない。そこでピッチの大きいパタ
ーンを形成する場合には、面内磁化膜領域及び／又は垂
直磁化膜領域に「パターン１単位がトラック方向に交わ
る方向の細かい縞状パターンにより構成される」ように
パターンを書込むのである。

なお垂直磁化膜領域と面内磁化膜領域とは、材料を換
えて別個に作製しても良いが、成膜時の基体温度や膜厚
によって、これらを作り分けることができるものもあ
り、このような作製方法を利用すると作製作業も容易で
ある。

［実施例］ 以下、具体的な実施例を説明する。

第２図に於いて符号７で示す回転軸は軸受け６により
支持され、図示されないモーター等の回転手段により回
転駆動されるようになっている。この回転軸自体をアブ
ソリュート型エンコーダのスケールとして構成する場合
を説明する。

回転軸７の周面の一部には磁化膜が形成されるが、こ
の磁化膜の一部は垂直磁化膜領域15Aとして、他の部分
は面内磁化膜領域15Bとして形成される。磁化膜にはコ
ードパターンが磁化パターンとして書込まれるが、垂直
磁化膜領域15Aには0.1〜10μｍの細かいピッチのパター
ンを書込み、面内磁化膜領域15Bには10μｍ程度以上の
中程度の細かさのピッチのパターンを書込む。mmオーダ
ーの大きいピッチのパターンは面内磁化膜領域15Bに、
パターン１単位が「トラック方向に交わる方向の細かい
縞状パターンにより構成される」ように書込みを行う。
コードパターンに対応して書込まれた磁化パターンを磁
性流体により顕像化し、顕像化されたパターンを定着す
れば、所望のスケールが得られる。

第１図（ａ）は、このようにして得られたスケールと
光源1,1′、光センサー11,11′により構成されたアブソ
リュート型エンコーダを示している。符号８がコードパ
ターンを示す。

第１図（ｂ）は垂直磁化膜領域に形成されたピッチの
細かいパターンの状態を示している。図には３本のトラ
ックが示されている。各矢印がトラック方向を示す。同
図（ｃ）は、面内磁化膜領域に形成されたピッチの大き
いパターンを３トラック分示している。各矢印がトラッ
ク方向を示す。各パターンの１単位は何れもトラック方
向に直交する方向の細かい縞状のパターンにより構成さ
れている。縞の細かさは、このように形成されたパター
ンの１単位から所望のビット信号を発生できるという条
件を満足する範囲で任意に設定して良い。

光源１は半導体レーザーをアレイ化したものであり、
各発光部の長手方向をコードパターンによるトラックの
方向に平行にして配備される。光源１からの光は、細か
いピッチのパターンおよび中程度の細かさのピッチのパ
ターンに照射され、これらパターンによる反射光により
光センサー11上に各パターンを影絵的に拡大する影絵パ
ターンを形成する。光センサー11は、発生する影絵パタ
ーンの種類数に等しい受光部を持ち、各受光部からは対
応する影絵パターンの移動に応じてビット信号が発せら
れる。かくして光センサー11か下位及び中位のビット信
号が得られる。

光源１′はLEDはアレイ化してなる。光源１′からの
光は第１図（ｃ）に示すような大きいピッチのパターン
を照射し、その反射光は光センサー11′により受光され
る。光センサー11′もパターンの種類数に等しい受光部
を持ち、各受光部からは対応するパターンの移動に応じ
てビット信号が発せられる。かくして光センサー11′か
らは上位のビット信号が得られる。コードパターンに対
応するビット信号の組み合わせによりスケール即ち回転
軸７の絶対位置が検出できる。

なおピッチの細かいパターンから影絵パターンを発生
させるために、LED等からのインコヒーレントな光を第
５図に示すような極細幅のスリット（ａ）、楕円形の微
細なアパーチュア（ｂ），円形のアパーチュア（ｃ）を
介して取り出してコードパターンに照射しても良い。

［発明の効果］ 以上、本発明によればアブソリュート型エンコーダの
新規なスケールおよびその作製方法を提供できる。この
スケールは極めて細かいピッチのパターンからmmオーダ
ーのピッチのパターンまでを含んだコードパターンを有
するから、変位量や回転量を極めて正確に測定できる。
またこのスケールは磁気ヘッドによる書込みと磁性流体
による顕像化、定着により極めて容易に作製できる。

なお、本発明のスケールの形状は上に説明した円筒状
のものに限らずリニアスケール、円板状のスケール、円
錐状のスケール等としても実施できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のスケールをロータリー型のアブソリュ
ート型エンコーダに適用した例を説明するための図、第
２図は第１図のスケールの作製を説明するための図、第
３図及び第４図は磁化膜へのパターンの書込と顕像化を
説明するための図、第５図はインコヒーレント光から影
絵パターンを発生させる光を得るための手段を説明する
ための図である。 ７……基体としての回転軸、８……コードパターン、 15A……垂直磁化膜領域、15B……面内磁化膜領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 明渡 純 東京都新宿区早稲田３丁目18番１号 丸 茂ハイツ203号 (72)発明者 山口 友行 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株 式会社リコー内 (56)参考文献 特開 平３−82902（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01D 5/00 - 5/62

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基体の表面に形成された磁化膜にコードパ
   ターンを磁気ヘッドにより磁化パターンとして書込み、
   この磁化パターンを磁性流体により顕像化し、顕像化さ
   れたコードパターンを磁化膜上に定着してアブソリュー
   ト型エンコーダのスケールを作製する方法であって 基体の表面の磁化膜を垂直磁化膜領域と面内磁化膜領域
   とに分割して構成し、 極めて細かいピッチのパターンを垂直磁化膜領域に形成
   し、中程度の細かさのピッチのパターンを面内磁化膜領
   域に形成し、 ピッチの大きいパターンを、上記垂直磁化膜領域および
   ／または面内磁化膜領域に、パターンの１単位がトラッ
   ク方向に交わる方向の細かい縞状パターンにより構成さ
   れるように形成することを特徴とする、スケール作製方
   法。
2. 【請求項２】請求項１に於いて、磁性流体が磁性コロイ
   ド流体であることを特徴とするスケール作製方法。
3. 【請求項３】請求項１に於いて、磁性流体が光硬化性磁
   性流体であり、コードパターンの顕像化後、光照射によ
   り定着を行うことを特徴とするスケール作製方法。
4. 【請求項４】請求項１に於いて、磁性流体が熱硬化性磁
   性流体であり、コードパターンの顕像化後、加熱により
   定着を行うことを特徴とするスケール作製方法。
5. 【請求項５】請求項１または２または３または４の方法
   で作製されるスケール。