JP7140495B2 - スケールおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
本件は、スケールおよびその製造方法に関する。
反射型の光電式リニヤスケールとして、照射された光を反射する目盛格子を有するスケールが開示されている（例えば、特許文献１参照）。このスケールは、格子の上面と下面との段差を利用した位相格子構造を有している。このような目盛格子は、基材に対して所定の段差を持つ凹凸形状を有している。したがって、スケールに付着した汚染物質を拭き取りなどで除去する際に、目盛格子を傷つけることがある。また、拭き取りの際に目盛格子間の凹部に汚染物質が残留するおそれがある。その結果、測定精度が低下するおそれがある。特に微細な目盛格子の場合は、測定精度の低下が顕著となる。そこで、格子の凹凸上に保護膜を形成する手法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
保護膜を設ける場合、保護膜を平坦化するために、化学機械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）等の工程が必要となる。この場合、製造工程が複雑化する。また、保護膜として有機材料膜を用いることでも、平坦化は可能である（例えば、特許文献３）。しかしながら、有機材料を用いると、有機材料特有の経年劣化による着色等の影響が避けられない。この場合、測定精度が劣化するおそれがある。
１つの側面では、本発明は、簡易に製造可能で高い測定精度が得られるスケールおよびその製造方法を提供することを目的とする。
１つの態様では、本発明に係るスケールは、少なくとも一面の表面が金属で構成される基板と、前記一面上に直接形成され、所定の間隔で複数の金属格子が配置された目盛格子と、前記複数の金属格子間に設けられ、前記一面上に直接設けられた無機透明部材と、を備え、前記目盛格子および前記無機透明部材は、雰囲気に対して露出していることを特徴とする。
上記スケールにおいて、前記目盛格子と前記無機透明部材とがなす段差は、前記金属格子の格子高さの１／４以下としてもよい。
上記スケールにおいて、前記基板は、ガラス基板の一面に金属膜を備える構造を有していてもよい。
上記スケールにおいて、前記金属格子は、めっき部材としてもよい。
本発明に係るスケールの製造方法は、少なくとも一面の表面が金属で構成された基板の当該一面上に、所定の間隔で無機透明材料の複数の格子を形成する工程と、前記複数の格子の間に金属含有液を充填液として供給することで、前記複数の格子の間に金属格子を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
上記スケールの製造方法において、前記充填液は、金属微粒子を分散させた金属インクであり、焼成によって前記金属微粒子を焼結させることで、前記金属格子を形成してもよい。
本発明に係る他のスケールの製造方法は、少なくとも一面の表面が金属で構成された基板の当該一面上に直接、所定の間隔で無機透明材料の複数の格子を形成する工程と、前記複数の格子の間において前記一面の露出した前記金属の部分を選択的にめっきすることにより、前記複数の格子の間において前記一面上に直接金属格子を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
本発明に係る他のスケールの製造方法は、少なくとも一面の表面が金属で覆われ、当該一面上に所定の間隔で金属の複数の格子が直接形成された基板を用意する工程と、前記複数の格子の間に液状の無機透明材料を充填液として供給することで、前記複数の格子の間において前記一面上に直接無機透明部材を形成し、前記複数の格子の前記基板と反対側の面および前記無機透明部材の前記基板と反対側の面を雰囲気に対して露出させる工程と、を含むことを特徴とする。
上記スケールの製造方法において、前記基板の前記一面上に、前記複数の格子の各端部を接続する溝が形成されたパターンが設けられており、前記溝から前記充填液を前記複数の格子の間に供給してもよい。
上記スケールの製造方法において、前記パターンは、前記複数の格子の一方の各端部を接続する第１溝と、前記複数の格子の他方の各端部を接続する第２溝とを備え、前記充填液を、前記第１溝および前記第２溝のいずれか一方から供給してもよい。
上記スケールの製造方法において、前記充填液を前記複数の格子の間に供給する前に、前記複数の格子の上面に対して撥水処理を行ってもよい。
簡易に製造可能で高い測定精度が得られるスケールおよびその製造方法を提供することができる。
以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。
（第１実施形態）
図１（ａ）は、第１実施形態に係るスケール１００の平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ線断面図である。図１（ａ）および図１（ｂ）で例示するように、スケール１００は、基板１０の一面（上面）の表面に金属反射膜２０を備え、金属反射膜２０上に所定の間隔で複数の金属格子が配置された目盛格子３０を備える構造を有している。目盛格子３０の隣接する２つの金属格子によって構成される凹部には、無機透明部材４０が設けられている。すなわち、無機透明部材４０は、金属反射膜２０の上面の露出部分を覆うように設けられている。
図１（ａ）は、第１実施形態に係るスケール１００の平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ線断面図である。図１（ａ）および図１（ｂ）で例示するように、スケール１００は、基板１０の一面（上面）の表面に金属反射膜２０を備え、金属反射膜２０上に所定の間隔で複数の金属格子が配置された目盛格子３０を備える構造を有している。目盛格子３０の隣接する２つの金属格子によって構成される凹部には、無機透明部材４０が設けられている。すなわち、無機透明部材４０は、金属反射膜２０の上面の露出部分を覆うように設けられている。
基板１０は、特に限定されるものではない。基板１０は、例えば、ガラスなどである。ガラスとして、石英ガラス（合成溶融石英）のような低膨張係数材料が用いられることもある。
金属反射膜２０は、金属材料であれば特に限定されるものではない。例えば、金属反射膜２０は、基板１０との高い密着性を有していることが好ましい。例えば、基板１０がガラスである場合、金属反射膜２０としてＣｒ（クロム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｇ（銀）、ＴｉＳｉ２（チタンシリサイド）、Ｎｉ（ニッケル）などを用いることが好ましい。
目盛格子３０は、金属材料であれば特に限定されるものではない。例えば、目盛格子３０は、めっき部材である。例えば、目盛格子３０は、金属反射膜２０上にめっきで形成しやすいように、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ（銅）などであることが好ましい。無機透明部材４０は、光透過性を有する無機透明材料であれば特に限定されるものではない。例えば、無機透明部材４０として、ＳｉＯ２（二酸化ケイ素）、ＭｇＦ２（フッ化マグネシウム）などを用いることができる。目盛格子３０の上面および無機透明部材４０の上面は、雰囲気に対して露出している。すなわち、目盛格子３０の上面および無機透明部材４０の上面には、保護膜などの他の膜が形成されていない。
本実施形態によれば、金属反射膜２０と目盛格子３０とがなす段差によって、位相格子が構成される。それにより、スケール１００を反射型スケールとして用いることができる。
次に、目盛格子３０の金属格子と金属格子との間の凹部に無機透明部材４０が設けられていることから、目盛格子３０がなす段差を小さくすることができる。それにより、目盛格子３０に付着した汚染物質を拭き取りなどで除去する際に、段差に起因する拭き取り材の引っかかりや、目盛格子の剛性不足等による目盛格子３０の傷を抑制することができる。また、目盛格子３０の上面の汚染物質を拭き取る際に、目盛格子３０の金属格子と金属格子との間の凹部に汚染物質が残留することを抑制することができる。それにより、高い測定精度を得ることができる。
次に、保護膜などの他の膜を形成しないため、化学機械研磨などの工程が不要となる。したがって、簡易にスケール１００を製造することができる。特に、金属反射膜２０上に、めっきなどによって目盛格子３０を形成する場合には、蒸着装置、スパッタ装置などの真空技術を用いなくてもよい。この場合、より簡易にスケール１００を製造することができる。
目盛格子３０の上面と無機透明部材４０の上面とがなす段差は、目盛格子３０の各金属格子の金属反射膜２０からの高さ（格子高さ）の１／４以下であることが好ましい。この場合、段差が小さくなることから、拭き取りの際の目盛格子３０の傷を抑制することができ、汚染物質の残留を抑制することができる。それにより、より高い測定精度を得ることができる。特に、目盛格子３０上面と無機透明部材４０の上面との間に、段差が無いことが好ましい。
なお、目盛格子３０の各金属格子の金属反射膜２０からの高さは、スケール１００に入射される光の波長、当該光の入射角、無機透明部材４０の屈折率などをパラメータとして決定される。
図２（ａ）～図２（ｄ）は、スケール１００の製造方法を例示する図である。まず、図２（ａ）で例示するように、基板１０の一面（上面）上に、金属反射膜２０を形成する。金属反射膜２０は、例えば、化学蒸着、物理蒸着などによって形成することができる。
次に、図２（ｂ）で例示するように、金属反射膜２０上に、被エッチング層５０を形成する。被エッチング層５０は、無機透明部材４０を形成するための層であるため、無機透明部材４０と同じ材料からなる。被エッチング層５０は、蒸着・スパッタ等の真空中成膜や、ゾルゲル・塗布焼結等の湿式法などによって形成することができる。
次に、図２（ｃ）で例示するように、目盛格子３０の逆パターンを有しているレジストパターンなどをマスクとして用いて、被エッチング層５０に対してエッチングを行う。また、例えば感光性の材料により被エッチング層５０を形成した場合、塗布→露光→現像→焼結のみとすることで、レジスト塗布以降のエッチング工程を省略できる。それにより、無機透明部材４０を形成することができる。無機透明部材４０は、目盛格子３０と逆のパターンを有しているため、所定の間隔で複数の格子が配置された形状を有する。したがって、隣接する２つの無機透明部材４０の間においては、金属反射膜２０の上面が露出する。
次に、図２（ｄ）で例示するように、金属反射膜２０の上面の露出した部分を選択的にめっきすることにより、目盛格子３０を形成することができる。それにより、スケール１００が完成する。
本実施形態に係る製造方法によれば、金属反射膜２０と目盛格子３０とがなす段差によって、位相格子が構成される。それにより、スケール１００を反射型スケールとして用いることができる。
次に、目盛格子３０の金属格子と金属格子との間の凹部に無機透明部材４０を形成することができることから、目盛格子３０がなす段差を小さくすることができる。それにより、目盛格子３０に付着した汚染物質を拭き取りなどで除去する際に、目盛格子３０の傷を抑制することができる。また、目盛格子３０の上面の物質を拭き取る際に、目盛格子３０の金属格子と金属格子との間の凹部に汚染物質が残留することを抑制することができる。それにより、高い測定精度を得ることができる。
次に、保護膜などの他の膜を形成しないため、化学機械研磨などの工程が不要となる。したがって、簡易にスケール１００を製造することができる。また、金属反射膜２０上に、めっきによって目盛格子３０を形成するため、蒸着装置、スパッタ装置などの真空技術を用いなくてもよい。この場合、より簡易にスケール１００を製造することができる。また、真空状態を維持しなくてもよいため、目盛格子３０の成膜工程の途中で膜厚検査等を容易に行うこともできる。
目盛格子３０の上面と無機透明部材４０の上面とがなす段差は、目盛格子３０の各金属格子の金属反射膜２０からの高さ（格子高さ）の１／４以下であることが好ましい。この場合、段差が小さくなることから、拭き取りの際の目盛格子３０の傷を抑制することができ、汚染物質の残留を抑制することができる。それにより、より高い測定精度を得ることができる。特に、目盛格子３０上面と無機透明部材４０の上面との間に、段差が無いことが好ましい。
なお、目盛格子３０の形成後において、目盛格子３０と無機透明部材４０とがなす段差を調整するために、目盛格子３０の上面に対してエッチングを行うことがある。この場合において、目盛格子３０の各金属格子の側壁が無機透明部材４０によって保護されているため、各金属格子の側壁がエッチングされることが抑制される。それにより、特別な工程を行わなくても、スケール１００をエッチング液に漬けることができる。
また、目盛格子３０の各金属格子の金属反射膜２０からの高さは、スケール１００に入射される光の波長、当該光の入射角、無機透明部材４０の屈折率などをパラメータとして決定される。
なお、めっき以外の手法によって目盛格子３０を形成することもできる。例えば、充填液として、ナノオーダーの粒子径を有する金属微粒子が分散した金属含有液（金属ナノインク）などを用いることができる。金属ナノインクに対して光焼成、熱焼成などを行って金属微粒子を焼結させることによって、目盛格子３０を形成することもできる。
例えば、図３で例示するように、目盛格子３０の各金属格子に対応する部分の金属反射膜２０が露出し、当該各金属格子に対応する部分の各端部を接続する溝６０が形成されるように、無機透明部材４０のパターンが形成されている。溝６０は、各金属格子に対応する部分の両端部に設けられていてもよく、一方の端部に設けられていてもよい。本実施形態においては、一例として、目盛格子３０の各金属格子に対応する部分の一方の各端部を接続する溝６０（第１溝）と、他方の各端部を接続する溝６０（第２溝）とが形成されている。
一方の溝６０に、金属ナノインクを充填液として適量滴下する。この場合、毛細管現象により、金属反射膜２０の露出部分が金属ナノインクによって充填される。余剰の金属ナノインクは、他方の溝６０に流れ出る。それにより、金属ナノインクは、目盛格子３０の各金属格子に対応する箇所から溢れずに、略均一に充填される。
なお、図４で例示するように、溝６０から充填液を供給する前に無機透明部材４０の上面に撥水加工のような表面処理を行うことにより、無機透明部材４０の上面に撥水層７０を形成しておいてもよい。撥水層７０は、無機透明部材４０よりも撥水性の高い層である。この構成では、金属ナノインクが無機透明部材４０の上面に溢れることが抑制される。それにより、加工上の歩留まりが向上する。なお、撥水加工は、撥水性を高める処理であれば特に限定されるものではない。例えば、充填液に対する接触角が９０°以上となるような撥水加工を行うことが好ましい。
図５（ａ）～図５（ｄ）および図６は、スケール１００の他の製造方法を例示する図である。まず、図５（ａ）で例示するように、基板１０の一面（上面）上に、金属反射膜２０を形成する。金属反射膜２０は、例えば、化学蒸着、物理蒸着などによって形成することができる。
次に、図５（ｂ）で例示するように、金属反射膜２０上に、被エッチング層８０を形成する。被エッチング層８０は、目盛格子３０を形成するための層であるため、目盛格子３０と同じ材料からなる。被エッチング層８０は、化学蒸着、物理蒸着などによって形成することができる。
次に、図５（ｃ）で例示するように、目盛格子３０のパターンを有しているレジストパターンなどをマスクとして用いて、被エッチング層８０に対してエッチングを行う。それにより、所定の間隔で複数の金属格子が配置された目盛格子３０を形成することができる。隣接する２つの金属格子の間においては、金属反射膜２０の上面が露出する。
次に、図５（ｄ）で例示するように、金属反射膜２０の上面の露出した部分に、液状の無機透明材料を充填液として供給する。例えば、図６で例示するように、目盛格子３０の各金属格子間の金属反射膜２０が露出し、当該各金属格子間の各端部を接続する溝９０が形成されるように、金属パターンが形成されている。溝９０は、各金属格子の両端部に設けられていてもよく、一方の端部に設けられていてもよい。本実施形態においては、一例として、目盛格子３０の各金属格子間の一方の各端部を接続する溝９０（第１溝）と、他方の各端部を接続する溝９０（第２溝）とが形成されている。
一方の溝９０に、無機透明材料を含む充填液を適量滴下する。この場合、毛細管現象により、金属反射膜２０の露出部分が充填液によって充填される。余剰の充填液は、他方の溝９０に流れ出る。それにより、充填液は、目盛格子３０の各金属格子間から溢れずに、略均一に充填される。その後、焼結等により無機透明部材４０を形成する。無機透明部材の材料としてはシロキサン等が挙げられる。
なお、図７で例示するように、溝９０から充填液を供給する前に目盛格子３０の上面に撥水加工のような表面処理を行うことにより、目盛格子３０の上面に撥水層９５を形成しておいてもよい。撥水層９５は、目盛格子３０よりも撥水性の高い層である。この構成では、充填液が目盛格子３０の上面に溢れることが抑制される。それにより、加工上の歩留まりが向上する。なお、撥水加工は、撥水性を高める処理であれば特に限定されるものではない。例えば、充填液に対する接触角が９０°以上となるような撥水加工を行うことが好ましい。
（第２実施形態）
図８（ａ）は、第２実施形態に係るスケール１００ａの平面図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）のＢ－Ｂ線断面図である。図８（ａ）および図８（ｂ）で例示するように、スケール１００ａが第１実施形態に係るスケール１００と異なる点は、基板１０および金属反射膜２０の代わりに、基板１０ａが設けられている点である。基板１０ａは、ステンレスなどの金属材料である。基板１０ａが金属によって構成されていることから、金属反射膜２０が不要となる。スケール１００ａの製造の際には、金属反射膜２０を形成する工程を省略することができる。例えば、図２（ａ）～図２（ｄ）の製造方法では、図２（ａ）の工程を省略することができる。図５（ａ）～図５（ｄ）の製造方法では、図５（ａ）の工程を省略することができる。
図８（ａ）は、第２実施形態に係るスケール１００ａの平面図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）のＢ－Ｂ線断面図である。図８（ａ）および図８（ｂ）で例示するように、スケール１００ａが第１実施形態に係るスケール１００と異なる点は、基板１０および金属反射膜２０の代わりに、基板１０ａが設けられている点である。基板１０ａは、ステンレスなどの金属材料である。基板１０ａが金属によって構成されていることから、金属反射膜２０が不要となる。スケール１００ａの製造の際には、金属反射膜２０を形成する工程を省略することができる。例えば、図２（ａ）～図２（ｄ）の製造方法では、図２（ａ）の工程を省略することができる。図５（ａ）～図５（ｄ）の製造方法では、図５（ａ）の工程を省略することができる。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
１０ 基板
２０ 金属反射膜
３０ 目盛格子
４０ 無機透明部材
５０ 被エッチング層
６０ 溝
７０ 撥水層
８０ 被エッチング層
９０ 溝
９５ 撥水層
１００ スケール
２０ 金属反射膜
３０ 目盛格子
４０ 無機透明部材
５０ 被エッチング層
６０ 溝
７０ 撥水層
８０ 被エッチング層
９０ 溝
９５ 撥水層
１００ スケール
Claims (11)
- 少なくとも一面の表面が金属で構成される基板と、
前記一面上に直接形成され、所定の間隔で複数の金属格子が配置された目盛格子と、
前記複数の金属格子間に設けられ、前記一面上に直接設けられた無機透明部材と、を備え、
前記目盛格子および前記無機透明部材は、雰囲気に対して露出していることを特徴とするスケール。 - 前記目盛格子と前記無機透明部材とがなす段差は、前記金属格子の格子高さの１／４以下であることを特徴とする請求項１記載のスケール。
- 前記基板は、ガラス基板の一面に金属膜を備える構造を有することを特徴とする請求項１または２に記載のスケール。
- 前記金属格子は、めっき部材であることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のスケール。
- 少なくとも一面の表面が金属で構成された基板の当該一面上に、所定の間隔で無機透明材料の複数の格子を形成する工程と、
前記複数の格子の間に金属含有液を充填液として供給することで、前記複数の格子の間に金属格子を形成する工程と、を含むことを特徴とするスケールの製造方法。 - 前記充填液は、金属微粒子を分散させた金属インクであり、
焼成によって前記金属微粒子を焼結させることで、前記金属格子を形成することを特徴とする請求項５記載のスケールの製造方法。 - 少なくとも一面の表面が金属で構成された基板の当該一面上に直接、所定の間隔で無機透明材料の複数の格子を形成する工程と、
前記複数の格子の間において前記一面の露出した前記金属の部分を選択的にめっきすることにより、前記複数の格子の間において前記一面上に直接金属格子を形成する工程と、を含むことを特徴とするスケールの製造方法。 - 少なくとも一面の表面が金属で覆われ、当該一面上に所定の間隔で金属の複数の格子が直接形成された基板を用意する工程と、
前記複数の格子の間に液状の無機透明材料を充填液として供給することで、前記複数の格子の間において前記一面上に直接無機透明部材を形成し、前記複数の格子の前記基板と反対側の面および前記無機透明部材の前記基板と反対側の面を雰囲気に対して露出させる工程と、を含むことを特徴とするスケールの製造方法。 - 前記基板の前記一面上に、前記複数の格子の各端部を接続する溝が形成されたパターンが設けられており、
前記溝から前記充填液を前記複数の格子の間に供給することを特徴とする請求項８に記載のスケールの製造方法。 - 前記パターンは、前記複数の格子の一方の各端部を接続する第１溝と、前記複数の格子の他方の各端部を接続する第２溝とを備え、
前記充填液を、前記第１溝および前記第２溝のいずれか一方から供給することを特徴とする請求項９記載のスケールの製造方法。 - 前記充填液を前記複数の格子の間に供給する前に、前記複数の格子の上面に対して撥水加工を行うことを特徴とする請求項５，６，８～１０のいずれか一項に記載のスケールの製造方法。
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