JPS60104217A - 磁気計測器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は導電性の合金又は強磁性の材料からなる直線
状又は円板状のスケール基台にレーザ等のエネルギビー
ムをドツト状又はスリット状に照射して所定の微小間隔
をもってさん孔又はくぼみを設け、それを磁気ヘッドで
検出してスケール基台と磁気ヘッドとが相対的に移動す
る移動距離、或いは移動角度を計測する磁気計測器に関
する。

レーザビームのような電磁波、イオンビーム、電子ビー
ム等の粒子線により被加工物表面を走査して表面処理を
行なうビーム加工方法は既に一般に行なわれている。例
えば強いレーザ光をレンズで細く絞って孔あけや凹部等
のくぼみ加工、或いは溶接等に利用されており、ダイヤ
モンドの線引きやダイスの孔あけ等の加工にはその実用
化が相当進んでいる。このレーザビームやイオンビーム
等による加工原理は、レーザビームや光エネルギのよう
にきわめて大きな運動エネルギ、又は光エネルギを微小
部分に集束させて、被加工体に射突することにより、こ
れらのエネルギが熱エネルギに変換し、被加工体の微小
部分を溶融沸騰、蒸発させるためである。

この発明はこのような加工原理に伴う加工が目盛状等の
微細格子状の加工に適していることに着目してなされた
ものである。かかるレーザビーム、イオンビーム等の大
きな運動エネルギ、又は光エネルギのビームを、繰り返
し速度の早いパルス的なエネルギとして所定の時間間隔
をもってオン・オフする所定の周波数をもって放出させ
、この放出パルスエネルギの周波数とスクール基台のパ
ルスエネルギ放出部に対する相対的移動速度を関連制御
させてスケール基台の加工を行なうようにしたものであ
る。

このようにして導電性合金又は強磁性材料のスケール基
台に微小間隔をもって微小径のさん孔又はくぼみを等間
隔に、しかも等径に設けたスケール基台を製造し、又か
かるパルスビームで前記スケール基台が熱処理されるこ
とにより、熱処理されたところと、処理されないところ
とで、磁気的特性の変化や形状変化をもたらすことによ
り、スケール基台の表面に磁気的特性が変化した部分と
そうでない部分とが生じる。このスケール基台の加工部
分をスク−ル基台の長さ方向や回転方向に磁気ヘッドを
用いて順次に検出し距離、又は角度を検出する磁気ｈ１
測器に適用できるようにしたものである。

第１図はこの発明のスケール基台に微小径のさん孔又は
くぼみを等間隔に、しかも等径に設（プる実施例装置を
ブロック構成図にしたものである。

１はシー１１発生器、２はシー１１発生器用電源、３は
レーＩＪ’発生器用冷却器、４はレーザ光の径路変更用
反射鏡、５は集束レンズ、６は移動用の被加工台、１は
被加工台６に固定した導電性合金又は強磁性体材から成
るスケール基台である。又８，９は被加工台６のＸ　、
Ｙ軸方向の送りモータ、１０はスケール基台７の送りと
レーザ発生器１のパルス周波数とを関連づけて精密に被
加工台６の送りを制御する制御回路、２−はモータ用電
源である。

レーザ発生器１としては高速で繰り返し発振しうるＹ　
Ａ　Ｑ　（Ｙ　ｔｔｒｉｕｍ　Ａ　Ｉｕｍｉｎｕｍ　Ｑ
ｏｒｎｃｔ　）　Ｌ、ｔ　−ザ、つまり結晶母体として
のＹＡＧにＮ（１”＋イオンをドープしたレーザ材料が
主として使われるが、この他固体レーザ、気体レーザ、
半導体レーザ等が任意に用いられる。かくて、レーザ発
生器１を後述する制御回路で制御することにより、所定
周波数のパルスとして発生するレーザ光は、反ＩＪＪ　
８１４で径路を変更されて集束レンズ５で集束され、そ
して必要に応じてマスクを併用することにより、所定微
小径状のスボッ１へ、又は短い線状等の所望形状及び１
法でスケール基台７にレーＩＪ″光のパルス間歇として
照射される。一方スケール基台７は被加工台６上に固定
され、この被加工台６はＸ　。

Ｙ軸方向の送りモータ　８．９で夫々制御されて移動す
る。この被加工台６の移動によってスケール基台７は所
定速度での移動が行なわれ、スケール基音７の表面に照
射するパルスエネルギによって一宅間隔一定ピッチ、或
いはビ、ツチを変化させて微小径のさん孔又はくぼみを
加工するものである。

又制御回路１０を用いてレーザ発生器１により発生す゛
るレーザ光を所定間隔をもった特開でＡン・Ａフするこ
とによってパルスエネルギとし、そのパルス−［ネルギ
の周波数に関連させて、スケール基台１の移動速度を精
密に制御する。今２Ｋ）−１２の周波数で５０ＷのＹＡ
Ｇレーザ光をパルス的に放出させ、他方１２００ｍｍ＋
／　ｍｉｎで約５０μｍ厚のステンレス薄板から成るス
ケール基台１の移動を行なわせて加工を行なった場合、
該ステンレス薄膜に５μの径の孔を５μの間隔で加工す
ることができた。

同様に２ＫＨｚの周波数のＹＡＧレーザ１００Ｗのパル
スエネルギ出力で０．０６　ａｍの厚さにパーマロイ薄
膜を被着したスケール基台７を１２００ｍ１／　ｏｋｉ
ｎの送り速度どして加工した場合、パーマロイ薄膜に５
μの径の孔を５μの間隔で加工することができた。

かくてスケール基台７には定間隔等径の孔の多数列が１
ｑられることにより、目盛板（エンコーダ）等微小孔径
の孔の多数を微小等間隔でもつものの加］二に使用でき
る。

尚以上はレーザ光線を用いた場合を示したが、パルスエ
ネルギのエネルギ源として電子ビーム装置、イオンビー
ム装置等を用いることもできる。

第２図ａ、ｂにはスケール基台１として磁気エンコーダ
等磁気的な変化で磁気格子等の目盛を検出する磁気格子
板、例えば目盛板を作成づるもので、ステンレスのよう
な通常の金属板１に第１図の装置を用いて等間隔−列に
等径のくほみ１１を施し、くぼみ１１には必要に応じて
磁性体の粒子や粉末等を充填固着せしめ、等間隔に磁気
的状態を形状又は性状変化によって得、これを従来通常
の検出用磁気ヘッド負、ボール素子又は磁気抵抗効果素
子を用いた検出ヘッドを用いてくぼみ１１形成方向に順
次に検出することにより目盛として作用ｕしめ得るもの
で、検出ヘッド又はくぼみ１１を形成した金属板を有す
るスケール基台１を被測定物に取り（ｄけて相対的に移
動させてくほみ１１を検出覆ることにより、被測定物の
長さの検出をなさしめるものである。又スケール基台１
は金属板舌の代りに磁性板、例えば強磁性体又は半硬質
乃至硬質磁石材等を用いてパルスエネルギにより孔やく
ぼみ１１を加工したものにおいても、孔やくぼみ１１の
６１１分で磁気抵抗や磁性が表面形状の変化で変化する
ので、これを磁気的に検出することにより、目盛として
の使用が可能である。スケール基台７の磁性体としては
パーマロイ、アモルファス磁性合金、鉄−クロム−」バ
ルト磁石、その他各種の強磁性材や磁石材等がある。こ
こで加工されるスケール基台７の板厚が５０μ程度では
貫通孔加工とし、板厚が約１５０μ以上のときは、くぼ
みをつくる加工とするが有効で、上記の加工方法によれ
ば、１０μの間隔で１０μ程度の孔径の加工をすること
ができる。

又スケール基台としては、基材としてインバ材やステン
レス材、或いは熱膨張の小さなガラス材を用い、該ガラ
ス材の端面や一般的には表面に１０〜１００μ程度の厚
さのＴｉ　、　Ｃｒ　、　Ｎｉ　、　Ｑｕ　。

１”ｅ等の金属、合金、さらにこれ等の合金やパーマロ
イ等の磁性材や磁石材、或いはアモルファス合金の蒸着
膜を成形したものを用いるが、場合によっては厚い１１
〜１５ｍｍ程度の合金基材を用いるにうにしてもよい。

第３図は基台７を円板として周辺に円周方向に治って５
μ〜１０μ程瓜の等間隔等径の孔又はくぼみ１１をあ番
）でおいて回転せしめ、例えばモータの回転を検出する
ロータリエンコーダ等にすることができる。

第４図は導電性の合金のスケール基台７に孔又はくぼみ
１１を数列設けたものであって、図示したように各列の
孔又はくぼみ１１の位置は隣りの列の孔各はくぼみ１１
の位置よりずれている。そのずれるｍは、孔又はくぼみ
１１のピッチＰを列の数で除した値である。この数列の
孔又はくぼみ１１を夫々磁気ヘッドで順次４測すること
によってピッチＰを列の数で除した値だけ微細な計測を
可能にするものである。このスケール基台１の両端に電
源１２の正負の端子を連結して電流を流すと、孔又はく
ほみ１１のところで電流が迂回して流れるので、周りの
部分に対し発生する磁界に変化が生じるので、その変化
を磁気ヘッド１５で検出する。そし゛Ｃ１スケール基台
７と磁気ヘッドの相対移動によって検出した孔又はくぼ
み１１の数を図示していないｈ１数装置でｇ１数するこ
とにより、スケール基台１と磁気ヘッド１５からなる検
出器との相対的な移動距離を計測することができる。

第５図は第４図をＡ矢視した図であり、スケール基台７
を磁性体で作り、その両端には、第４図において説明し
た電源１２に代って、磁石のＮ極１３とＳ極１４とを対
向させたものである。これによって、孔又はくぼみ１１
のところは、その周りの部分と磁場の状態が変化してお
り、この磁性の変化を磁気ヘッド１５で検出し、それに
基づいて、図示していない計数装置により孔又はくほみ
１１の数を計数することによって、スケール基台１と磁
気ヘッド１５とが相対的に移動した距離を計測する。第
６図は第５図を側面から視た図である。

第７図は円形のスケール基台１の円周面に孔又はくほみ
１１を設けたもので、磁石のＮ極１３とＳ　４＠１４と
をスケール基台７に対向させて設けたものである。その
際に、孔又はくぼみ１１のところで生じる磁性の変化を
磁気ヘッド１５で検出し、イの数を図示していない翳１
数装置で計数することによって、スケール基台７の回転
角度を計測する。

第８図は第４図で示した電源１２の電圧を印加するのに
当って、その回路にスイッチ１６を挿入し、そのスイッ
チ１６を制御装置１１で制御することによって磁気ヘッ
ド１５がスケール基台１と相対的に移動するときに、孔
又はくぼみ１１のピッチＰを正数で分割することができ
る数のパルス１８を発生ずる。

これによって、磁気ヘッド１５とスケール基台７とが相
対的に移動した距離を磁気ヘッド１５が検出した孔又は
くぼみ１１の数を、計数装置で計測した距離に、孔又は
くほみ１１のピッチ２間に磁気ヘッド１５が停止するま
でに発したパルス数と、ピッチ２間で発するパルス数と
で、ピッチＰを案分した距離を加えることによって、よ
り正確な距離を計測することができるものである。

第９図はスケール基台７に電圧を印加する電源に極性の
向きを変えた２つの電源１９．２０と、スイッチ２１．
２２とを設け、そのスイッチ２１．２２を制御する制御
装置２３により、向きの異なる波形２４を得るようにす
る。例えば、孔又はくほみ１１のところの波形の向きと
、孔又はくぼみ１１の間の波形の向きを変えることによ
って、孔又はくぼみ１１の中間に磁気ヘッド１５がある
場合に、その位置を前記したように、パルス数で案分し
て出すことを容易にし、かつ正確にすることができる。

又、以上のような装置に変えて、交流電圧を印加するに
うにしてもよい。

以上のように、この発明ではスケール基台に、例えばス
テンレス薄膜には５μの孔径の孔を５μ間隔で加工をす
ることができることにより、（の孔又はくぼみを磁気ヘ
ッドで検出することにより、１０μの間隔で、スケール
基台と磁気ヘッドどの相対的な移動距離を計測すること
ができた。さらにその孔又はくぼみの間のビッヂをパル
ス数によって案分して副側することにより微細な移動距
離をｈ１測することができ、これによって、ＬＳ　Ｉｆ
のような微細なものを製作するのに必要な機械を制御ジ
ることができる効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の孔又はくぼみを作る装置のブロック
構成図、第２図ａ、ｂ　、第３図は第１図により夫々加
工されるスケール基台の図で第２図ａは側断面図、ｂは
上面図１、第３図は他の上面図、第４図はこの発明のス
クール基台に電源を連係した平面図、第５図は第４図の
Ａ矢視図で、電源に代って磁石を一スケール基台に対向
させた図、第６図は第５図の側面図、第７図は他の実施
例図、第８図はスケール基台にパルス電圧を印加する図
、第９図はスケール基台に異なる向きの波形の電圧を印
加する図である。 １・・・・・・・・・レーザ発生器 ７・・・・・・・・・スケール基台 ８．９・・・・・・・・・被加工台送り用モータ１１・
・・・・・・・・孔又はくぼみ １２・・・・・・・・・電源 １３・・・・・・・・・Ｎ極 １４・・・・・・・・・Ｓ極 １５・・・・・・・・・磁気ヘッド １６・・・・・・・・・スイッチ １７・・・・・・・・・制御装置 １９．２０・・・・・・・・・電源 ２．１．２２・・・・・・・・・スイッチ２３・・・・
・・・・・制御装置　ａ 特　許　出　願　人 第２図　升、）圏 第４１力 １′Ｉ）頂 オ？圓

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）導電性の合金又は強磁性の月利からなる直線状又
   は円板状のスケール基台の長尺方向又は円板の円周方向
   に沿って集光されたレーデ等のエネルギビームをドツト
   状又はスリット状に照射して所定の微小間隔をもって微
   小径のさｌυ孔又はくぼみを設け、該スケール基台に磁
   界を発生する手段と該スケール基台に設けたさん孔又は
   くぼみによる磁性の変化を検出する磁気ヘッドと、該磁
   気ヘッドにより検出したさん孔又はくぼみの数をｉｌ数
   する計数装置とよりなり、スケール基台と磁気ヘッドと
   の相対移動により検出してバ１数されたさｌυ孔又はく
   ぼみの数で、スケール基台又は検出ヘッドの移動した距
   ＃ｔをＪ１測づ−ることを特徴とする磁気計測器。
2. （２）スケール基台上の微小径のさん孔又はくぼみが微
   小間隔を正数等分した行数と、正数等分した寸法だけピ
   ッチを順次、ずらせたさん孔又はくぼみであることを特
   徴とする特許請求の範囲第′１項記載の磁気上１測器。
3. （３）スケール基台に設けたさｌν孔又はくぼみによる
   磁性の変化がスケール基台に電流を流Ｊか、又は磁界を
   加えることによって、さん孔又はくぼみのところで変化
   する、磁性の変化であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の磁気ｈ１測器。
4. （４）スケール基台に設けたさん孔又はくぼみによる磁
   性の変化が、スケール基台に印加したパルス電流による
   ものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の磁気割測器。
5. （５）導電性の合金又は強磁性の月利からなる直線状又
   は円板状のスケール基台の長尺方向又は円板の円周り向
   に沿って集光されたレーザ等の１ネルギビームをドツト
   状又はスリット状に照射しく゛所定の微小間隔をもって
   微小径のさん孔又はくぼみを設り、該スケール基台に設
   けたさん孔又はくぼみに磁性の変化を与えるパルス電源
   と、該パルスミ源よりパルス電流を前記スケール基台に
   流すことにＪ：って生じるさん孔又はくぼみにお【ノる
   磁性の変化を検出づる磁気ヘッドと、該磁気ヘッドによ
   り検出したさん孔又はくぼみの数を計数づる計数装置ｕ
   と、前記パルス数を引数する計数装置とより成り、パル
   ス電流のパルス数はスケール基台ど磁気ヘッドとが相対
   移動する微小間隔を正数に分割することができるパルス
   数であり、磁気ヘッドによるさｌυ孔又はくぼみの数の
   ｔｌ数と、最終のさん孔又はくぼみの間における寸法を
   パルス数の案分によって搾出する数値とによってスクー
   ル基台と磁気ヘッドとの相対的移動量を計測することを
   特徴とする磁気計測器。