JPH06100481B2

JPH06100481B2 - ロータリーエンコーダー用ディスクの製造方法

Info

Publication number: JPH06100481B2
Application number: JP60143893A
Authority: JP
Inventors: 隆上遠野; 亮平小山
Original assignee: 旭化成工業株式会社
Priority date: 1985-07-02
Filing date: 1985-07-02
Publication date: 1994-12-12
Anticipated expiration: 2009-12-12
Also published as: JPS625126A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、ロータリーエンコーダー用ディスクおよびそ
の製造方法に関する。

［従来の技術］ロータリーエンコーダーは、回転角度を検知するセンサ
ーとして幅広い分野で使用されている。

ロータリーエンコーダー、たとえば光学式ロータリーエ
ンコーダーの内部には、スリットが多数刻まれた回転デ
ィスクが組込まれている。これらのうち、高分解能エン
コーダー用のディスクは、ガラス板に金属を蒸着し、蒸
着金属をエッチングすることによりスリット等を形成す
る方法により製造されているが、その製造工程は複雑に
なり、製品は高価であり、しかもガラス板であるために
エンコーダーの組立てが容易ではない。

他方、それより安価なエンコーダーは、金属板を機械的
に打ち抜く方法や、金属板にレジストを形成し、フォト
エッチングを行う方法によって製造されているが、エン
コーダーの分解能は低いものとならざるを得ない状況に
ある。例えば、金属板にエッチングによりスリットを形
成する場合、いわゆるサイドエッチが問題となり、スリ
ット間隔を狭めることが困難となり、また、スリット幅
のバラツキも大きく、スリット部に突起（バリ）も発生
しやすいため、スリットを高密度に配列することは困難
となる。

さらにまた、パターンメッキの手法により、スリットを
形成して金属製ディスクを得ることも知られている。こ
の方法で作られたディスクのスリットにはかさ部分が全
くなく、その製法では、第３図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）
に示すように、金属薄板100上にレジストパターン200を
形成し、そのパターン200に応じてメッキを行って金属
薄板100上にエンコーダのディスクパターンをもつ金属
層300を形成し、ついで金属薄板100とレジスト層200を
除去する。

このディスクは、スリット配列の高密度化に適した方法
で作られたものであるが、メッキのためレジストパター
ン200を形成するにあたって、そのパターンのエッジ部
分は第３図（Ａ），（Ｂ）または（Ｃ）に示すように種
々の端面形状201,202または203を呈するようになり、点
線で示すような理想的な端面形状400からは程遠い。

このようにレジストパターンのエッジ部分が端面形状の
201のようにパターン内側に食い込んだり、端面形状202
のようにパターン外側に張り出すと、メッキによって形
成される金属層300のスリットパターンは一様の間隔を
持たないことになり、たとえば第４図に示すように理想
的な直線状パターン600からずれて蛇行したパターン700
が得られ、エンコーダのスリットパターンとしては好ま
しいものではなかった。

特にスリットパターンの面積が大きくなったり、スリッ
ト密度が増加するにつれて、このような不均一さは目立
ち、面全体としては均一にパターニングできない欠点が
ある。

なお、メッキ作業中に発生する内部応力を小さく管理す
ることが困難であり、メッキ作業中に内部応力が生じた
場合、ディスクに反りが生ずるが、この反りはディスク
のスリット部と固定スリット板または受光素子との間隔
を変えることになり、信号の強さやコントラストを変動
させ、誤動作の原因ともなる。そこで、この反りを可及
的小さくすることもスリットパターンを均一にする上で
は必要である。

［発明が解決しようとする問題点］そこで、本発明の目的は、パターンメッキの手法によっ
て光学式ロータリーエンコーダー用ディスクを製造する
にあたり、上述した欠点を解決し、ほぼ直線状のスリッ
トパターンを形成することのできるロータリーエンコー
ダー用ディスクおよびその製造方法を提供することにあ
る。

本発明の他の目的は、パターンメッキの手法によってロ
ータリーエンコーダー用ディスクを製造するにあたり、
上述した欠点を解決し、ほぼ直線状のスリットパターン
を形成すると共に、上述した反りをなくすことのできる
ロータリーエンコーダー用ディスクの製造方法を提供す
ることにある。

［問題点を解決するための手段］かかる目的を達成するために、本発明のロータリーエン
コーダー用ディスクは、スリットを設けたロータリーエ
ンコーダ用ディスクにおいて、スリットをNi-Pメッキに
より形成し、そのスリット断面の形状が、かさ部分と根
部分とからなり、根部分の最大幅よりもかさ部分の両縁
間の幅、すなわちかさ下端の幅を大きく定めたことを特
徴とする。

本発明製造方法は、金属薄板上において、ディスクパタ
ーン以外の部分にレジストを付着させる工程と、金属薄
板上にレジストよりも厚く金属層をメッキにより付着さ
せてディスクパターンをもつディスクを形成する工程
と、金属薄板の除去とレジストの剥離を行う工程とを具
えたことを特徴とする。

本発明製造方法の他の形態は、金属薄板上において、デ
ィスクパターン以外の部分にレジストを付着させる工程
と、金属薄板上にレジストよりも厚くNi-P合金層をメッ
キにより付着させてディスクパターンをもつディスクを
形成する工程と、金属薄板の除去とレジストの除去を行
う工程と、得られたディスクを加熱加圧処理する工程と
を具えたことを特徴とする。

［実施例］以下に、図面を参照して本発明を詳細に説明する。

本発明製造方法の一実施例における順次の工程を第１図
（Ａ）〜（Ｆ）に示す。

第１図（Ａ）において、符号１は、陰極となる金属薄板
の断面を示すものである。第１図（Ｄ）に示す後の工程
において、かかる金属薄板１の除去をエッチング除去で
行う場合には、この金属薄板１としては、電解メッキに
より析出する金属と異なるエッチング特性を持つものが
良い。その場合には、金属薄板１をエッチング除去する
際に電解メッキ金属はエッチングされず、金属薄板１の
みを高精度でエッチングして除去することが可能とな
る。これに適した金属薄板１の材質としては、アルミニ
ウム，スズ，亜鉛などがある。

第１図（Ｂ）はレジスト形成工程を示し、ここでは第１
図（Ｅ）に示すディスクのスリット部４に対応するパタ
ーンで形成したレジストパターンを示し、最終的にはこ
のレジストパターン２の部分がスリット部４になる。ス
リット部４以外の部分にレジストパターン２を形成する
方法としては、スクリーン印刷あるいはグラビア印刷な
どを用いてもよいが、ファインパターンを形成し易いフ
ォトレジストを用いるのが好ましい。フォトレジストに
よるレジストパターン２の形成法においては、フォトレ
ジストの塗布，露光，現像プロセスを経てレジストパタ
ーン２を得ることができる。フォトレジストとしては、
イーストマンコダック社のKPR,KOR,KPL,KTFR,KMER,東京
応化社のTPR,OMR81,富士薬品工業のF8Rなどのネガ型、
およびイーストマンコダック社のKADR,シプレー社のAZ-
1350などのポジ型などを用いることができる。あるいは
また、ドライフィルムレジストも使用可能であるが、解
像力の面では、液状のレジストの方が優れている。

第１図（Ｃ）は、電解メッキ工程を示し、３はレジスト
パターン２の層の厚さより厚く電析された金属を示す。
電解メッキを行う金属としては、ニッケル合金が良い。
特にNi-Pなどのように低融点で硬い金属は、スリット形
成後に低温度加熱するのみでも十分に応力をとることが
できるので好適である。メッキ法では高密度のスリット
配列が可能であり、３個/mm更には５個/mmあるいはそれ
以上のスリット密度のディスク製造に特に適している。

第１図（Ｄ）は、金属薄板１の除去工程を示す。金属薄
板１の除去は、エッチング除去または機械的に剥離除去
により行うが、ディスクの破損を避け、より信頼性の高
い工程とするためには、エッチング除去が好ましい。な
お、エッチング除去の際に、部分的エッチングを行うこ
とにより薄板の一部をディスク側に補強板として残すこ
とも可能である。エッチング液としては、前述の如く、
金属薄板１として、アルミニウム，スズまたは亜鉛を用
いた場合には、稀塩酸等酸性水溶液、水酸化ナトリウム
溶液等などのアルカリ水溶液を用いることができる。な
おエッチング除去を行った場合、第１図（Ｄ）のように
レジストパターン２はディスク側に残るが、剥離除去を
行った場合、レジストパターン２の大部分は、金属薄板
の側に残る。

第１図（Ｅ）は、レジストパターン剥離の工程を示す断
面図であり、第２図に示すように、ディスク11のスリッ
ト部４を点線y-yの位置で切ったときの端面を表わして
いる。レジストパターン２の剥離には、市販のレジスト
剥離液を使えばよく、例えば、長瀬産業社のレジストス
トリップ「J-100」，「N-500」等を用いることができ
る。第１図（Ｄ）の工程において金属薄板１の剥離除去
を行う場合にも、レジストの部分的残滓がディスクに残
るので、この場合にも第１図（Ｅ）に示すレジスト剥離
を行うことが好ましい。なお、第１図（Ｄ），（Ｅ）の
工程は、順序が逆であってもよいこと勿論である。

以上の工程により形成されたディスクには、メッキ時の
内部応力により、反りが生じていることもある。この反
りの程度は、メッキ種類、操作条件により異なるが、普
通、少なくとも100μｍ以上はみられる。なお、ここで
いう反りとは、ディスク自体の反り、すなわちディスク
の平面部分を互いに平行な２つの幾可学平面で挟んだと
き、それら両平面の間隔が最小となる場合の両平面間の
距離からディスクの厚みを差し引いた値を指す。以下で
は特に断わらない限り、反りとはかかる値を指すものと
する。

そこで、本発明では得られた金属製ディスクを更に治具
によって挟んで加熱加圧処理を施し、それによりかかる
反りを矯正する。第１図（Ｆ）は、反りを有する金属製
ディスク11を治具５および６によって挟んでから加熱加
圧処理を加えることにより、反りを矯正する工程を示
す。

この場合の加熱温度は、金属の融点、あるいは共晶温度
を絶対温度で表わした場合の0.3〜0.9倍、好ましくは0.
35〜0.7倍、更には0.37〜0.6倍が適している。適切な温
度範囲より加熱温度が低い場合には、反りは修正されな
いことが多く、高い場合には、ディスク11のスリット部
４の微細形状に変形が起こり、ディスク11の劣化を招く
ことが多い。さらにまた、空気中加熱の場合には、無用
に金属の酸化が促進される。加熱時間は１分〜３時間、
特に信頼性と作業性の点から５分〜１時間が好ましい。

ディスク11を挟む治具５および６のうち、ディスク11に
接する面の少なくとも一方の面は平面度の良い剛体であ
る必要があるが、他方の面は、フッ素樹脂等柔軟性のあ
る物質でもよい。上述の平面度は、要求されるディスク
の平面度と同等以上であることが必要であるが、本発明
に用いることができる程度の平面度を有する治具、例え
ば反りが10μｍ程度のものは比較的容易に入手できる。
加熱方式としては、治具本体にヒーターを取り付けて加
熱してもよく、あるいはディスクを治具に挟み、オーブ
ン、電気炉等に入れて加熱してもよい。治具の剛体材料
は、使用される温度で溶融、あるいは軟化しない必要が
あり、また、加熱による治具の変形を抑えることを考慮
すると、熱膨張率の小さいものがよい。特に500℃以上
の高温で使用する場合には、線膨張率が、10×10^-6以下
のものが好ましい。例として、セラミックス、磁器、石
英ガラス等があげられる。低温では、金属、ソータガラ
ス等も使用可能である。

加熱時には同時に加圧を行う。圧力は0.5g重／cm²〜100
kg重／cm²の範囲でよいが、ディスクのスリット部の変
形を避けるため、圧力はディスクの反りが矯正される程
度が好ましく、1g重／cm²〜500g重／cm²が適切である。

本発明によれば、第１図（Ｃ）に示したように、レジス
トパターン２の層厚よりも厚い電析金属３が得られるよ
うにメッキを行うので、メッキ金属３の断面形状はかさ
部分3Aと根部分3Bとから成り、そのかさ部分3Aの両縁間
の幅、すなわちかさ部分3Aの下端の幅を根部分3Bの最大
幅よりも大きく定められる。したがって、その金属３の
表面に形成されたかさ部分3Aの両縁間の幅が第４図につ
き上述した蛇行パターン700をすべて包含する直線パタ
ーン800（第４図）に形成されるので、得られるスリッ
トパターンは直線状となり、エンコーダーのスリットパ
ターンを形成するのにきわめて有効である。

なお、かさ部分3Aの周縁が直線になる理由は、つけねよ
りメッキが極めて均一に成長するからである。かさ部分
3Aの下端は幅はどこをとっても一定であり、また、その
かさの厚さも下端の幅とほぼ同一になっている。

以下に、本発明の態様を一層明確にするために、実施例
をあげて説明するが、この発明はリニアゲージ用移動ス
リット板、エンコーダー用固定スリット板の製造等にも
もちろん応用でき、したがって本発明は以下の実施例に
限定されるものではなく種々の変形が可能である。

実施例１厚さ80μｍのアルミニウム薄板上に、イーストマンコダ
ック社製ネガ型レジスト「マイクロレジスト−747-110c
St」を、膜厚が３μｍとなるように塗布してプレベーク
し、エンコーダー用ディスクパターンを通して高圧水銀
ランプで露光し、専用の現像液およびリンス液を用いて
現像し、ポストベークして、アルミ薄板の片面のディス
クパターン以外の部分にレジスト形成した。

ついで、奥野製薬工業社のニッケル−リン電解メッキ液
「ニッケリンＢ」を用いて、アルミニウム薄板を陰極と
し、表面のパターン部に、レジスト層の厚さよりも厚い
35μｍ厚のニッケル−リン合金を電解メッキにより形成
した。18重量パーセントの塩酸により、アルミニウム薄
板をエッチング除去したのち、長瀬産業社のレジストス
トリップ「N-500」を用いてレジストを剥離した。得ら
れたニッケル−リン合金製ディスクは外径24mmφ，厚さ
35μｍで、スリット数が400個であった。同様の操作で
計100枚のディスクを作製し、反りを測定したところ、
反りはいずれも150μｍ〜2mmの範囲の値であった。次い
で、これらのディスクを順に市販の板ガラスに挟み、38
g重／cm²の圧力をかけ、250℃、35分間の加熱を行い、
その後、自然空冷した。その結果、各ディスクの反りは
いずれも３〜20μｍの範囲の値まで低下した。以上によ
り、平面性に優れた光学式ロータリエンコーダー用の金
属製ディスクが100枚得られた。

比較例１厚さ80μｍのアルミニウム薄板上に、イーストマンコダ
ック社製ネガ型レジスト「マイクロレジスト−747-110c
St」を、膜厚が３μｍとなるように塗布してプレベーク
し、エンコーダー用ディスクパターンを通して高圧水銀
ランプで露光し、専用の現像液およびリンス液を用いて
現像し、ポストベークして、アルミ薄板の片面のディス
クパターン以外の部分にレジスト形成した。

ついで、奥野製薬工業社の「アナクスSX」を添加したワ
ット型ニッケル浴を用いて、アルミニウム薄板を陰極と
し、表面のパターン部に、レジスト層の厚さよりも厚い
35μｍ厚のニッケル−リン合金を電解メッキにより形成
した。18重量パーセントの塩酸により、アルミニウム薄
板をエッチング除去した後、長瀬産業社のレジストスト
リップ「N-500」を用いてレジストを剥離した。得られ
たニッケル−リン合金製ディスクは、外径24mmφ、厚さ
35μｍで、スリット数が400個であった。同様の操作で
計100枚のディスクを作成し、反りを測定したところ、
反りはいずれも150μｍ〜2mmの範囲の値であった。つい
で、これらのディスクを順に市販の板ガラスに挟み、38
g重／cm²の圧力をかけ、250℃、35分間の加熱を行い、
その後、自然空冷させた。その結果、各ディスクの反り
は100〜1500μｍの範囲の値でほとんど改善されなかっ
た。以上により、平面性に問題があり、使用に耐えない
光学式ロータリーエンコーダー用の金属製ディスクしか
得られなかった。

［発明の効果］本発明ロータリーエンコーダー用ディスクによれば、か
さの大きさはいかようにも制御でき、根部分の大きさと
メッキの成長時間を制御することにより、任意所望の厚
さ、スリット幅が得られる。したがって、場合によって
は、根の幅よりはるかに高倍率の幅をもつかさ部分を有
するディスクも構成できる。

しかもまた、本発明製造方法によれば、ほぼ直線状のス
リットパターンを形成することができ、しかも廉価な金
属を素材として、平面性に優れた高密度配列のスリット
を有する高精度、高信頼性のロータリーエンコーダー用
ディスクを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｆ）は本発明による金属製ディスクの
製造方法の順次の工程の一実施例を示す模式的断面図、第２図は光学式ロータリーエンコーダーに組み込まれる
金属製ディスクの一例を示す平面図、第３図（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）は従来のパターンメ
ッキの説明用断面図、第４図はスリットパターンの説明図である。１……金属薄板、２……レジストパターン、３……電析したNi-P、 3A……かさ部分、 3B……根部分、４……スリット部、 5,6……治具、 11……金属製ディスク、 100……金属薄膜、 200……レジストパターン、 201,202……端面形状、 300……メッキ金属層、 400……理想的パターン、 600……直線状パターン、 700……蛇行パターン、 800……本発明によるパターン。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属薄板上において、ディスクパターン以
外の部分にレジストを付着させる工程と、前記金属薄板上に前記レジストよりも厚くNi-P合金層を
メッキにより付着させて前記ディスクパターンをもつデ
ィスクを形成する工程と、前記金属薄板と前記レジストの除去を行う工程と、得られたディスクを加熱加圧処理する工程とを具えたことを特徴とするロータリーエンコーダー用デ
ィスクの製造方法。