JP6475936B2 - エンコーダスケールおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、エンコーダスケールおよびその製造方法に関し、特に電磁誘導式リニアエンコーダに備えられたエンコーダスケールに関する。

製造装置や測定装置に取り付けられて、直線的に移動する可動部の位置を検出する装置として、リニアエンコーダが知られている。リニアエンコーダには、検出方式が互いに異なる光学式リニアエンコーダ、静電容量式リニアエンコーダあるいは電磁誘導式リニアエンコーダ等がある。このうち、従来の電磁誘導式リニアエンコーダとして、例えば特許文献１および特許文献２に記載のものが知られている。

電磁誘導式リニアエンコーダは、誘導用電極パターンを有する長尺のエンコーダスケールと、このエンコーダスケールに沿ってスライド可能なエンコーダヘッドとを有し、スケールに対してヘッドが移動することで、スケールに形成された誘導用電極に電流を誘導し、この電流をエンコーダヘッドのピックアップコイルで検出し、通過する誘導用電極をカウントする等によりスケールの移動量を検出する。

このような電磁誘導式リニアエンコーダにおいては、誘電用電極を構成する導電体に誘導される電流を稼ぐべく、導電体には電気抵抗が小さい材料を用いることが好ましい。このため、導電体の材料としては、導電率が高い金属、なかでも銅が広く用いられている。また、導電体を設ける基板としては、ガラス基板が用いられている。
この際、銅はガラスに付着しにくいので、銅製電極とガラス基板との間には、接合性を改善するための接合層が配置される。銅とガラスとのいずれにも親和性の良好な接合層としては、クロムが広く用いられている。

エンコーダヘッドをエンコーダスケールに対してスライドさせるために、エンコーダヘ
ッドにはガイド部が形成される。
ガイド部は、回転自在のローラを有するとともに、ガラス基板の表面には接合層で覆われずにガラスが露出している帯状のガイド面が形成されている。ローラがガイド面を転動することで、エンコーダヘッドはエンコーダスケールに対して一定の間隔を保持されつつ、エンコーダスケールの長手方向へ円滑にスライドすることができる。

ここで、ローラがガイド面を転動するのに伴って、ガラス基板が帯電することがある。ガラス基板の帯電は、放電やノイズの原因となるため、エンコーダヘッドにとっては好ましくない。また、ガラス基板が帯電すると、エンコーダスケールに埃が付着しやすくなり、その埃が検出不良等の原因となる。これらの不具合の原因となるガラス基板の帯電を防止するために、従来のエンコーダスケールには、ガラス基板の表面に帯電防止電極が設けられている。

図５，図６は、従来のエンコーダスケールの製造方法の一例を示すものである。
エンコーダスケール１０４の製造では、まず、ガラス製の基板１４１上に接合層１４２を成膜し、接合層１４２上に電極層１４３を形成する。次に、電極層１４３にレジスト１４４を貼付し、フォトリソグラフィ法等を用いて、所定のマスクパターンを形成する。
以上の工程まで完了した状態が図５（Ａ）に示す状態である。

次に、図５（Ｂ）に示すように、レジスト１４４をマスクとして、電極層１４３の一部をエッチングにより除去することで、導電体１４３Ａと銅マスク１４３Ｂとを形成する。次に、図５（Ｃ）に示すように、導電体１４３Ａをマスクとして、接合層１４２の一部をエッチングにより除去する。これにより、導電体１４３Ａ用の接合体１４２Ａと帯電防止電極１４２Ｂとが形成される。導電体１４３Ａをマスクとするため、接合体１４２Ａは、基板１４１の平面視において、導電体１４３Ａと同一の形状に形成される。ただし、この状態ではレジスト１４４が付着しているので、図５（Ｄ）に示すようにレジスト１４４を除去する。

次に、図６（Ｅ）に示すように、導電体１４３Ａおよびその接合体１４２Ａを新たなレジスト１４７でマスキングした上で、銅マスク１４３Ｂをエッチングにより除去する。これにより、図６（Ｆ）に示すように、帯電防止電極１４２Ｂが露出する。

そして、図６（Ｇ）に示すように、レジスト１４７を除去してから、図６（Ｈ）に示すように、導電体１４３Ａとその接合体１４２Ａを、絶縁性を有する樹脂等から成る保護膜１４５Ａで覆うとともに、露出している帯電防止電極１４２Ｂに接地線１４６を接続して、エンコーダスケール１０４が完成する。

特開２００９−２７６３０６号公報 特開２０１１−２４７６００号公報

しかし、従来のエンコーダスケール１０４の製造においては、銅製の導電体１４３Ａとクロム製の接合層１４２とではエッチングに用いる腐食剤が異なるので、別工程でエッチング処理を行う必要があった。
また、接地のための帯電防止電極１４２Ｂを基板１４１上に設ける工程が別途必要であった。このように、従来のエンコーダスケール１０４は、多くの製造工程を必要としていた。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、製造工程の少ない簡単な構成を備え、帯電を防止することができるエンコーダスケールおよびその製造方法を提供するところにある。

本発明のエンコーダスケールは、電磁誘導式エンコーダに設けられたエンコーダスケールにおいて、基板と、当該基板の一面に形成された導電性を有する導電層と、当該導電層上に形成され、誘電用電極を構成する導電体と、前記導電体を覆う保護膜と、を備え、前記導電層は、前記基板の平面視において前記導電体よりも広く形成され、かつ、前記保護膜から部分的に露出していることを特徴とする。

電磁誘導式エンコーダに設けられたエンコーダスケールの基板は、絶縁体であることが必要である。基板の材料として、例えばガラスを用いる。一方、導電体は電気を通すので電気抵抗が小さい材料を用いることが好ましい。導電体の材料として、例えば導電率が高い銅を用いる。
しかし、絶縁体である基板は帯電しやすい。基板の帯電は、放電やノイズの原因となるため好ましくない。
本発明では、導電性を有する導電層が基板の一面に形成されているので、基板の一面で電気が発生しても、静電誘導の原理により、電荷が導電層に引き寄せられて、基板と導電層とが電気的に中和される。すなわち、導電層が従来の帯電防止電極の機能を果たして基板の帯電を防止することができる。導電層の材料として、例えばクロムを用いる。
また、導電体に用いられる銅等は、腐食しやすいので、絶縁体から成る保護膜で覆う必要があるが、導電体とともに導電層も保護膜で覆ってしまうと接地のための結線ができなくなる。この点に関し、本願発明では、導電層が基板の平面視において導電体よりも広く形成されているので、導電体を保護膜で覆うときに、導電層の一部を露出させることで、導電層を容易に接地させることができる。
導電体の材料として銅を用い、導電層の材料としてクロムを用いた場合には、両者の導電性の差が大きい。このため、導電体において電磁誘導現象が発生して電流が誘導されていても、導電層においては電流がほとんど誘導されない。このように、導電体と導電層の導電性の差を大きくすることにより、従来のエンコーダスケールでは必要とされていた導電層をエッチングする工程を省略することができ、製造工程の少ない簡単な構成とすることができる。
さらに、基板の材料と導電体の材料とが接合しにくい組み合わせの場合には、導電層を従来の接合層のように用いて、基板と導電体との接合を補助することも可能である。

本発明のエンコーダスケールにおいて、前記導電層は、前記保護膜から露出している部分に接地線が接続されることにより、接地されていることが好ましい。
本発明によれば、導電層は接地されているので、導電層下の基板を導電層と同じく基準電位に維持することができる。

本発明のエンコーダスケールにおいて、前記導電層は、前記基板の一面における一の領域全体に形成されており、前記基板の一面における他の領域は露出していることが好ましい。
本発明によれば、導電層は、基板の一面における一の領域全体に形成されているので、導電層を導電体と同じ形状に形成する従来のエンコーダスケールと比較して、導電層を形成する製造工程を少なくすることができる。
また、基板の一面における他の領域は露出している。例えば基板をガラス基板とした場合には、基板の露出した面は十分な硬度を有する。したがって、ピックアップコイルをエンコーダスケールに対してスライドさせるためのガイドのローラを、基板の露出した面上で転動させることができる。

本発明のエンコーダスケールの製造方法は、電磁誘導式エンコーダに設けられたエンコーダスケールの製造方法において、基板上の所定の領域に導電層を形成するステップと、前記導電層上に誘電用電極層を形成するステップと、前記誘電用電極層の一部をレジストで覆うステップと、前記誘電用電極層の前記レジストで覆われていない部分を除去するステップと、前記レジストを除去した後、除去されることなく基板上に残される前記導電層が部分的に露出するように、前記導電体を覆う保護膜を形成するステップと、を含むことを特徴とする。

本発明では、基板上に導電層を形成し、導電層上に誘電用電極層を形成する。そして、誘電用電極層の一部を保護膜で覆い、誘電用電極層の前記保護膜に覆われていない領域を除去することでエンコーダスケールが製造される。
前述した従来のエンコーダスケールが製造方法と比較すると、本発明の製造方法には、接地のための帯電防止電極を基板上に形成することに関する数工程や、導電層の一部の領域を除去する工程を必要としていない。したがって、その分、製造工程を少なくすることができる。

本発明の一実施形態に係るリニアエンコーダの斜視図。 図１におけるII−II断面図。 エンコーダスケールの斜視図。 エンコーダスケールの製造工程を示す図。 従来のエンコーダスケールの製造工程の前半を示す図。 図５の製造工程の後半を示す図。

以下、本発明に係る実施形態について、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明のエンコーダスケール４を備える電磁誘導式リニアエンコーダ１を示す斜視図である。電磁誘導式エンコーダとしての電磁誘導式リニアエンコーダ１は、測定方向Ｘに沿って延びるメインスケール２と、このメインスケール２に対して測定方向Ｘに相対移動するように設けられたエンコーダヘッド３とを備えている。

図２に示すように、メインスケール２の内部にはエンコーダスケール４が設けられ、エンコーダヘッド３のエンコーダスケール４に対向する部分にはピックアップコイル３１が設けられている。電磁誘導式リニアエンコーダ１は、ピックアップコイル３１と誘電用電極を構成する導電体４３Ａ（図３，図４参照）との間の電磁誘導現象によって、ピックアップコイル３１に誘導起電力を発生させる。そして、ピックアップコイル３１に発生した誘導起電力に基づいてピックアップコイル３１の位置を検出する。

メインスケール２の一側面には、測定方向Ｘに沿って延びるスリット２１が形成されており、スリット２１の両縁には、例えばウレタンゴム製のリップ２２が全域にわたって設けられている。両リップ２２の合わせ目は閉じられており、メインスケール２への異物の混入を防いでいる。エンコーダヘッド３が測定方向Ｘに移動するときには、エンコーダヘッド３のかき分け部３２が、閉じていた両リップ２２の合わせ目をかき分けながら移動する。図示しないが、かき分け部３２は、両リップ２２の合わせ目をかき分けやすいように船底形の断面に形成されている。

図２に示すように、メインスケール２の内部に位置するエンコーダヘッド３のガイド部３３には、回転自在の第１ローラ３４と第２ローラ３５とが設けられている。第１ローラ３４と第２ローラ３５とは小径のボールベアリングで構成されている。エンコーダヘッド３が移動するときには、第１ローラ３４は、エンコーダスケール４の基板４１上の導電層４２に覆われていないガイド面４１Ａにおける導電層４２寄りの領域に接しながら転動し、第２ローラ３５は、基板４１の一側面４１Ｂに接しながら転動する。

エンコーダスケール４の基板４１は、例えばガラス基板である。ガラスは、熱膨張係数が小さく硬い。したがって、上述のように基板４１の表面において第１ローラ３４と第２ローラ３５とを転動させても、基板４１は変形することもなく傷むこともない。また、ガラス基板は吸湿しないため、湿度が変動しても体積が変化しない。

基板４１上には、導電体４３Ａから成るスケールパターン４７が、測定方向Ｘに所定の間隔で連続して形成されている。図３に示すように、本実施形態では、導電体４３Ａが角環状のコイルパターンに形成されており、測定方向Ｘに対して直交する方向に並ぶ一対の導電体４３Ａが１つのスケールパターン４７を形成している。各スケールパターン４７が電磁誘導式リニアエンコーダ１の目盛りとして機能する。

以下、上述の構成のエンコーダスケール４の製造工程について、図４を参照しながら説明する。図４は、測定方向Ｘに直行する平面でエンコーダスケール４を切断したときの断面図である。
初めに、蒸着、スパッタリング等の真空成膜法により、基板４１上に導電層４２を形成する。導電層４２は、例えば５０ｎｍ〜１００ｎｍの厚みを有し、導電性を有するクロムから成る。

次に、導電層４２上に銅製の電極層４３を形成する。銅はガラスに直接付着し難い性質を有するが、基板４１と電極層４３の間に、銅とガラスとのいずれに対しても良好な親和性を有するクロム製の導電層４２を設けることで、電極層４３が十分な強度で基板４１に付着する。

次に、導電層４２上に銅薄膜（図示せず）を付着させてから、銅薄膜の上に銅を積層して電極層４３を形成する。銅薄膜は、電極層４３を電気メッキによって成長させるための基礎である。銅薄膜を設けることで、電気メッキによる銅の積層が容易になる。なお、電極層４３の形成は、溶射やプリントによって行ってもよい。銅薄膜の厚みは例えば２００ｎｍ〜５００ｎｍであり、電極層４３の厚みは例えば１μｍ〜１００μｍである。

次に、所定のパターンを描くレジスト４４を電極層４３上に付着させる。この工程にはリソグラフィ法等によって行われる。
ここまでの工程が完了した状態が、図４（Ａ）に示す状態である。

次に、図４（Ｂ）に示すように、電極層４３および銅薄膜のレジスト４４に覆われていない領域をエッチングにより除去し、レジスト４４を除去すると図４（Ｃ）の状態になる。このように、電極層４３から導電体４３Ａが形成される。

そして、図４（Ｄ）に示すように、導電層４２に接地線４６を接続するとともに、紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂等の絶縁体から成る保護膜４５によって導電体４３Ａを覆い、保護膜４５を形成する。保護膜４５を設けることにより、導電体４３Ａの酸化やマイグレーションが防止される。本実施形態においては、図４（Ｄ）に示すように、保護膜４５の幅が導電層４２と同じになっている。それに対し、図３に示すように、保護膜４５の測定方向Ｘの長さは、同方向の導電層４２の長さよりも短くなっており、導電層４２の測定方向Ｘの両端が保護膜４５からはみ出している。接地線４６は、導電層４２の保護膜４５からはみ出した部分に接続されている。
なお、本実施形態では、保護膜４５が導電層４２に対してＸ方向側に短い構成で説明したが、Ｘ方向と直交する方向側に短い構成としても良い。

以上のように、本実施形態では、ガラス製の基板４１上で第１ローラ３４と第２ローラ３５とを転動させたときに電気が発生しても、接地された導電層４２が基板４１を電気的に中和するので、基板４１を基準電位に維持して帯電を防止することができる。
また、導電層４２は基板４１の一面のガイド面４１Ａを除く部分全体に形成されているので、導電層４２による基板４１の電気的な中和を広い範囲で確実に行うことができる。
一方、基板４１の導電層４２に覆われていない部分はガイド面４１Ａになっており、基板４１の一側面４１Ｂもガラス面が露出しているので、第１ローラ３４と第２ローラ３５とを基板４１に直接接した状態で転動させることができる。

腐食しにくいクロムから成る導電層４２は、保護膜４５で覆う必要がないので、導電層４２の保護膜４５からはみ出した部分において、接地線４６を容易に接続することができる。
ガラス製の基板４１と銅製の導電体４３Ａとを接合する（密着させる）導電層４２が、基板４１を電気的に中和する導体としても機能するので、従来の帯電防止電極１４２Ｂに相当する構成を省略することができ、その分、製造工程を少なくすることができる。
また、前述した従来のエンコーダスケール１０４と異なり、導電体４３Ａをマスクとして導電層４２エッチングする工程が不要であるため、その分、製造工程を少なくすることができる。

本発明は、前記実施形態に限定されるものでなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれる。
例えば、前記実施形態では、導電体４３Ａの形状が角環状のコイルパターンであったが、他の形状でもよく、例えば、中実の方形や円形であってもよく、左右に折れ曲がったジグザグ形状であってもよい。つまり、電気が通る島状のものであれば、形状は上記実施形態に限定されるものではない。

エンコーダスケール４の各構成の材料は、前記実施形態に記載したものに限られず適宜他の材料に変更することが可能である。
例えば、実施形態では、基板４１の材料がガラスであったが、硬い絶縁体であればよく、例えば、セラミック、サファイアまたは石英であってもよく、樹脂であってもよい。
また、前記実施形態では、導電体４３Ａの材料が銅であったが、電気抵抗が小さい材料であればよく、例えば、金や銀であってもよい。
前記実施形態では、導電層４２の材料がクロムであったが、電気抵抗が導電体４３Ａよりも大きく、電磁誘導の現象が発生しにくい材料であればよく、例えば、ニッケルやチタンであってもよい。

また、前記実施形態では、電磁誘導式エンコーダを、測定対象物の直線変位を検出する電磁誘導式リニアエンコーダ１として実現した例について説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、測定対象物の回動量や回転数を検出する電磁誘導式ロータリーエンコーダとして実現することが可能である。

本発明は、測定対象物の直線変位を検出する電磁誘導式リニアエンコーダに利用できる。

１…電磁誘導式リニアエンコーダ、４…エンコーダスケール、４１…基板、４２…導電層、４３Ａ…導電体。

Claims (4)

1. 電磁誘導式エンコーダに設けられたエンコーダスケールにおいて、
   基板と、
   当該基板の一面に形成された導電性を有する導電層と、
   当該導電層上に形成され、誘電用電極を構成する導電体と、
   前記導電体を覆う保護膜と、を備え、
   前記導電層は、前記基板の平面視において前記導電体よりも広く形成され、かつ、前記保護膜から部分的に露出している
   ことを特徴とするエンコーダスケール。
2. 請求項１に記載のエンコーダスケールにおいて、
   前記導電層は、前記保護膜から露出している部分に接地線が接続されることにより、接地されている
   ことを特徴とするエンコーダスケール。
3. 請求項１または請求項２に記載のエンコーダスケールにおいて、
   前記導電層は、前記基板の一面における一の領域に形成されており、前記基板の一面における他の領域は露出している。
   ことを特徴とするエンコーダスケール。
4. 電磁誘導式エンコーダに設けられたエンコーダスケールの製造方法において、
   基板上の所定の領域に導電層を形成するステップと、
   前記導電層上に電極層を形成するステップと、
   前記電極層の一部をレジストで覆うステップと、
   前記電極層の前記レジストで覆われていない部分を除去することにより導電体を形成するステップと、
   前記レジストを除去した後、除去されることなく基板上に残される前記導電層が部分的に露出するように、前記導電体を覆う保護膜を形成するステップと、を含む
   ことを特徴とするエンコーダスケールの製造方法。

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