JP5280197B2 - 実質的に物質を除去しないスケールの製造方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、読取装置のための計量スケールを製造する方法および装置に関する。特に、本発明は、レーザーを使って計量スケールを製造する方法および装置に関する。

二つの部材の相対移動を測定するための既知の形態の読取装置は、模様を画定する目盛線を有する複数の部材のうちの一方のスケールと、他方の部材に設けられる読取ヘッドとを含む。光学読取装置は、そのスケールを照らすための手段と、スケールと読取ヘッドとの相対移動の測定器を作るようにリザルタントライトパターン（ｒｅｓｕｌｔａｎｔ ｌｉｇｈｔ ｐａｔｔｅｒｎ）に応答する読取ヘッドにおける検出手段とを有する。周期パターンで目盛線を有するスケールは、インクリメンタルスケールとして知られており、アップアンドダウンカウント（ｕｐ ａｎｄ ｄｏｗｎ ｃｏｕｎｔｓ）の出力をもたらす。スケールは、読取ヘッドにより検出される場合、その読取ヘッドの正確な位置が決定可能とされる基準マークを備えている。そのスケールは、スケールのいずれにおいても読取ヘッドの絶対位置が決定可能とされる絶対コードマークを有している。

スケールおよび読取ヘッドシステムは、光学システムに限られない。また、磁気、静電容量、および、電気誘導読取システムも知られている。

計量スケールは、例えば、リニアー、ロータリーまたは二次元である。ロータリースケールは、回転部分の面に半径方向に、または、回転部分の外周に軸線方向に目盛線を有している。

スケールは、アンプリチュードスケール（ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｓｃａｌｅ）またはフェーズスケール（ｐｈａｓｅ ｓｃａｌｅ）がある。アンプリチュードスケールにおいて、スケールパターンは、二つの異なる形式の部分から作られる。第１の形式の部分は、読取ヘッドに対し入射光を反射し、第２の部分は、反射しない。例えば、インクリメンタル式アンプリチュードスケールは、グラススケールにおけるクロムのように、交互に反射線および非反射線を含む場合がある。

フェーススケールは、読取ヘッドで検出される場合、異なる位相で異なる部分からの光を反射する形状を有している。

国際特許出願（第ＷＯ０３／０４１９０５号）（特許文献１）は、レーザーが、レーザー除去により、スケール基板における目盛線を作るために使用される計量スケールの製造方法を開示している。従って、目盛線の位置で物質が、沸騰、蒸発、または、固体粒子の放出により、除去される。

国際出願第ＷＯ０３／０４１９０５号

この方法は、スケール基板に非反射目盛線を作る。これは、アンプリチュードスケールに適している。

本発明に係る読取装置のための計量スケールを製造する方法は、スケール基板を供給し、レーザー光線をスケール基板に導くことを含み、レーザーパラメータが、レーザー光線が入射するスケール基板における局所が、変位され、従って、目盛り線を作るようにある。

基板物質の変位は、基板を軟化させる最初の工程と、それから、レーザーエネルギーを使って基板を変位させる工程とを含む。

好ましくは、スケール基板の局所は、物質の実質的な除去なしに変位される。好ましくは、レーザー光線は、パルス状である。

レーザーパラメータは、波長またはパルス持続時間のうちの一方、または双方を含む。

最適な波長は、そのスケール基板の反射率に依存する。一方、パルス持続時間により、そのスケール基板に加えられるピークレーザー出力がもたらされる。

スケール基板は、純金属、または、合金のような金属物質でもよい。スケール基板は、均一な金属物質、または、ガラスのような他の物質上にメタリックコーティングを含んでもよい。

スケール基板は、非金属物質、例えば、ガラス、または、熱可塑性物質のようなポリマーであってもよい。スケール基板は、均一な非金属物質または他の物質上における非金属コーティングを含んでもよい。

スケール基板におけるレーザーの作用は、基板の光学特性を実質的に変質させない。スケールにおける各箇所は、依然として反射する。
それよりむしろ、目盛り線が、スケール基板における異なる高さの部分によりもたらされる。

その方法は、反射コーティングがスケールに塗布される付加的な工程を含んでもよい。

その方法は、目盛り線が作られた場合、スケールが清浄される付加的な工程を含んでもよい。

本発明の好ましい実施例が添付図面を参照して一例として説明されるだろう。

本発明の第１実施例が、図１および図２を参照して説明されるだろう。Ｎｄ：ＹＡＧレーザーのようなレーザー１１からの光線１０が、ステンレス鋼またはアンバー（Ｉｎｖａｒ）のような金属基板１２に当てられる。その金属基板は、純金属または合金を含んでもよい。物質の選択における主な要因は、好ましくは、それが反射するもの、それがスケール用基板として適している点にある。そのレーザーパラメータは、レーザーの焦点で金属物質が実質的に溶融され、変位されるように選択される。これが、図２に示されるように、断面１４を形成する。

図２から分かるように、レーザー光線により、金属基板が、レーザーの焦点から離れるように移動され、窪み１６および周囲の隆起１８を作る。

そのレーザー光線は、図３に示されるように、隣接する目盛り線１６、２０、２２を作るように使用される。そのような断面を有する目盛りは、強い分周波を示す。しかしながら、複数の線が、図４に示されるように、隣接する隆起が結合するように十分に接近して配される場合、これらの分周波が、極小化され得る。

レーザーによる物質の変位により、形状の重なった状態が、所定の適切なスケール特性の形状を作ることができる。例えば、窪みから隆起の先端までの目盛り線の高さｈが、読取ヘッドに使用される光源の波長に対応するように選択される。

図５は、窪みの深さとレーザーの連続パルス数との間の関係を示す。連続パルス数が増大されるとき、窪みの深さが、直線２４の水平部分により示されるように、限度まで増大するだろう。この限度に到達された後、連続パルス数における増大は、その窪みの深さにおけるいかなる増大ももたらさないだろう。これについての推定される理由は、連続パルス数がある限度を超えて増大したとき、物質の溶融池が、その窪み内に作られ、それが変位される場合、その窪み内に逆流するからである。

その窪みの深さは、窪み内の溶融池がバースト間で固化できるように合間に中断をもってパルスバースト（ｐｕｌｓｅ ｂｕｒｓｔｓ）を使用することにより、この限度を超えて増大可能とされる。図５における破線２６は、パルスバースト相互間で中断がある場合、深さとパルス数との間の関係を示している。この方法は、目盛り線の生成においてより良い制御をもたらす。

この目盛り線の生成方法は、連続処理に適している。スケール基板およびレーザーが互いに対して移動されるとき、第１のパルス、即ち、一連のパルスが、浅い目盛り線を生成するように使用され、従って、一連の目盛り線を形成する。それから、これは、所望の深さが達成されるまで次のパルスが目盛り線の深さを増すように使用される状態で繰り返される。従って、例えば、第１のレーザーパルスが、目盛り線の一部における各線に照射され、それから、第２のレーザーパルスが、これらの各線等に照射される。

そのスケールの製造工程中、レーザーパルスの作用で、スケール基板の物質が溶融するとき、スプラッシング（ｓｐｌａｓｈｉｎｇ）が起き、その表面に小球体を残す場合がある。そのスケール基板の表面仕上げは、それを清浄することにより、改善され得る。それにより、異質物質のこれらの小球体を除去する。超音波洗浄は、これらの異質物質を除去するための適した方法である。

上述の説明は、金属基板における目盛り線の生成を説明したが、この方法は、また、他の基板における目盛り線を生成するために適している。

図６は、クロムコーティング３０付きのガラス板２８を含むスケール基板を示す。目盛り線３２は、上述したように、クロムコーティング３０上に形成され得る。クロム層３０の深さｄ２は、クロム層がそのガラスから吹き飛ばされる虞をもって、金属／ガラス結合がレーザーにより破壊されないようにレーザーの侵入の深さｄ１よりも実質的に厚いことが重要である。例えば、クロムの深さｄ２は、約６〜１０μｍであってもよく、そして、目盛り線の深さｄ１は、約０．２μｍの範囲である。

他の金属物質が、クロムの代わりに使用されてもよい。また、そのガラス基板は、他の物質によって置き換えられてもよい。

非金属物質、例えば、ガラスまたはポリマーがスケール基板として使用されてもよい。例えば、適切なスケール用物質は、基板上のポリマーコーティングである。ガラス上の金属の実施例のように、そのスケール断面がポリマー、例えば、熱可塑性物質で作られる。ポリマーが反射しないとき、付加的な工程には、そのポリマーに反射材（例えば、金属物質）を塗布することが必要とされるだろう。この工程には、他の非反射性のスケール基板が必要とされる。金属の代わりにポリマーを使用する利点は、低出力レーザーがその目盛り線を作るために使用され得る点にある。

そのレーザーエネルギーは、ポリマーに適合させるように選択され、所望の溶融および流れをその表面で作る。

他の適切なスケール用物質は、厚い非金属基板、例えば、上述したように、ポリマーを含むことができる。

レーザーは、そのスケール基板に適合するように選択されなければならない。レーザー出力は、スケール基板の局所を溶融させるのに十分でなければならないが、その物質が沸騰または昇華されるように強力過ぎるものではない。

レーザーの要求される波長は、スケール基板の物質の反射率次第である。さらに、その波長がレーザーの焦点に影響を及ぼすとき、その波長は、そのスケール基板に小さな形状を作るために十分に短くなるように選択される。

レーザーは、例えば、レンズを使用してスケール基板に当てられてもよい。そのレンズは、レーザーが直線に集束され、従って、目盛り線を作るように選択され得る。例えば、シリンドリカルレンズが使用可能とされる。

代替的に、マスクプロジェクションが、そのスケールの形状を作るために使用されてもよい。フラットホモジナス（ｆｌａｔ ｈｏｍｏｇｅｎｏｕｓ）光線を作るエキシマレーザーのようなレーザーは、使用され得るものであり、小さな形状を作るために真空紫外線（ｄｅｅｐ ＵＶ）において十分な短波長を有する。

上述の例は、その物質を溶融する初期段階を含めるように物質の変位についての機構を述べている。代替的に、その基板は、軟化され、それから、レーザーエネルギーによりずれる。その機構は、加熱および、熱、またはガス膨張衝撃により引き起される塑性流れを含み得る。

上述の実施例は、リニアスケールを説明したが、また、このスケール製造法は、ロータリースケールおよび二次元スケールにも適している。

基準マークのような形状が、そのスケールに設けられてもよく、これらは、フェーズスケールの基準マーク、または、代替的に、非反射型スケールの範囲でもよい。

スケール基板における入射レーザー光線を示す。 スケール基板における単一の目盛り線を示す。 スケール基板における複数の目盛り線を示す。 正弦波の形で変化する断面を形成するようにスケール基板において十分に接近して配される複数の目盛り線を示す。 レーザーパルス数に対する目盛り線の深さのグラフである。 ガラス基板上の金属被膜に形成される目盛り線を示す。

Claims (21)

1. 計量フェ−ズスケールの目盛り線が作られることになるスケール基板を用意し、
   レーザー光線を前記スケール基板に導くことを含み、
   レーザーパラメータは、前記レーザー光線が入射する前記スケール基板における部分が
   変位され、従って、交互の窪みおよび隆起からなる計量フェ−ズスケールの目盛り線を作るように選択され、前記目盛り線が、前記隣接する隆起が結合するように十分に接近している、計量フェーズスケール読取装置用の計量フェーズスケールを製造する方法。
2. 前記レーザー光線は、パルス状である請求項１記載の方法。
3. 前記レーザー光線が入射する前記スケール基板の部分は、物質の除去なしに変位される請求項１または請求項２記載の方法。
4. 前記レーザーパラメータは、前記レーザー光線が入射する前記スケール基板の部分が溶融し、変位するように選択される請求項１乃至３のうちのいずれかに記載の方法。
5. 前記スケール基板の前記変位は、前記スケール基板を軟化させる最初の工程と、それから、レーザーエネルギーを使って基板を変位させる工程とを含む請求項１乃至４のうちのいずれかに記載の方法。
6. 前記窪みの深さは、レーザー光の多数のパルス、制御される該パルス相互間の間隔を使用することにより、増大され、前記目盛り線の深さに影響を及ぼす請求項５記載の方法。
7. 前記レーザーパラメータは、少なくとも一つの波長またはパルス持続時間を含む請求項１乃至６のうちのいずれかに記載の方法。
8. 前記レーザー光線が、前記スケール基板に当てられる請求項１乃至７のうちのいずれかに記載の方法。
9. 前記レーザー光線は、レンズを使って前記スケール基板に当てられる請求項８記載の方法。
10. 前記レンズは、レーザー光線が直線となってあたるように集束させる請求項９記載の方法。
11. マスクプロジェクションが、計量フェーズスケール形状を作るように使用される請求項１乃至７のうちのいずれかに記載される方法。
12. 前記レーザーは、エキシマレーザーである請求項１１記載の方法。
13. 前記スケール基板が、金属物質である請求項１乃至１２のうちのいずれかに記載される方法。
14. 前記スケール基板が、均一な金属物質を含む請求項１３に記載される方法。
15. 前記スケール基板が、金属物質で被覆された非金属物質である請求項１３に記載される方法。
16. 前記スケール基板は、非金属物質である請求項１乃至１２のうちのいずれかに記載される方法。
17. 前記スケール基板は、均一な非金属物質である請求項１６記載の方法。
18. 前記スケール基板は、非メタリックコーティング物質とは異なる種類の物質上の非金属の被覆を含む請求項１６記載の方法。
19. 前記スケール基板は、ポリマーまたはガラスを含む請求項１６乃至請求項１８のうちのいずれかに記載の方法。
20. 反射被覆が前記スケールに塗布される付加的な工程を含む請求項１乃至１３、請求項１６のうちのいずれかに記載の方法。
21. 前記目盛り線が作られた場合、前記スケールが清浄される付加的な工程を含む請求項１乃至１３、または、請求項１６、請求項２０のうちのいずれかに記載の方法。

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