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特開2024-97181エンコーダ用スケール、その製造方法、その製造装置、及びエンコーダ用スケールを用いた制御装置
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024097181
(43)【公開日】2024-07-18
(54)【発明の名称】エンコーダ用スケール、その製造方法、その製造装置、及びエンコーダ用スケールを用いた制御装置
(51)【国際特許分類】
G01D 5/347 20060101AFI20240710BHJP
【ＦＩ】
G01D5/347 110C
【審査請求】有
【請求項の数】19
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023000534
(22)【出願日】2023-01-05
(71)【出願人】
【識別番号】504345805
【氏名又は名称】株式会社 アルファー精工
(74)【代理人】
【識別番号】110001737
【氏名又は名称】弁理士法人スズエ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】植竹 操
(72)【発明者】
【氏名】原田 佳治
【テーマコード（参考）】
2F103
【Ｆターム（参考）】
2F103BA04
2F103BA37
2F103CA01
2F103CA03
2F103DA01
2F103EA03
2F103EA05
2F103EA12
2F103EA14
2F103EA18
2F103EA21
2F103EB02
2F103EB06
2F103EB11
2F103EB18
2F103EB32
2F103EC12
2F103EC13
2F103ED01
2F103ED07
2F103ED21
2F103ED28
(57)【要約】
【課題】耐久性が良く高精度なエンコーダ用スケールを得る。
【解決手段】実施形態に係るエンコーダ用スケールは、金属を含む基材と、基材の表面に所定のパターンで設けられ、レーザー加工に基づく凹凸表面、及び凹凸表面の少なくとも一部に設けられた金属の酸化膜を有する複数の第１反射部と、第１反射部間に設けられ、凹凸表面よりも平滑な表面を有し、第１反射部の反射率よりも高い反射率を有する第２反射部とを備える。
【選択図】図１
【解決手段】実施形態に係るエンコーダ用スケールは、金属を含む基材と、基材の表面に所定のパターンで設けられ、レーザー加工に基づく凹凸表面、及び凹凸表面の少なくとも一部に設けられた金属の酸化膜を有する複数の第１反射部と、第１反射部間に設けられ、凹凸表面よりも平滑な表面を有し、第１反射部の反射率よりも高い反射率を有する第２反射部とを備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
金属を含む基材と、
前記基材の表面に所定のパターンで設けられ、レーザー加工に基づく凹凸表面、及び前記凹凸表面の少なくとも一部に設けられた前記金属の酸化膜を有する複数の第１反射部と、
前記第１反射部間に設けられ、前記凹凸表面よりも平滑な表面を有し、前記第１反射部の反射率よりも高い反射率を有する第２反射部と、
を備えるエンコーダ用スケール。
前記基材の表面に所定のパターンで設けられ、レーザー加工に基づく凹凸表面、及び前記凹凸表面の少なくとも一部に設けられた前記金属の酸化膜を有する複数の第１反射部と、
前記第１反射部間に設けられ、前記凹凸表面よりも平滑な表面を有し、前記第１反射部の反射率よりも高い反射率を有する第２反射部と、
を備えるエンコーダ用スケール。
【請求項2】
前記基材は、前記エンコーダ用スケールを有するエンコーダが適用されたモーターのシャフトである請求項１に記載のエンコーダ用スケール。
【請求項3】
前記基材は、円板状である請求項１に記載のエンコーダ用スケール。
【請求項4】
前記第１反射部の反射率は、０～１０％以下である請求項１に記載のエンコーダ用スケール。
【請求項5】
前記第２反射部の反射率は、６０％以上である請求項１に記載のエンコーダ用スケール。
【請求項6】
前記第１反射部と、隣接する第１反射部とのピッチは、０．０８ｍｍ～０．２ｍｍである請求項１に記載のエンコーダ用スケール。
【請求項7】
前記金属は、ニッケル、鉄、モリブデン、鋼、またはステンレスのうち少なくとも１つを含む請求項１に記載のエンコーダ用スケール。
【請求項8】
金属を含む基材に、レーザー加工により所定のパターンで複数の第１反射部を形成する工程を含むエンコーダ用スケールの製造方法であって、
前記第１反射部には、レーザー加工により、凹凸表面と前記凹凸表面上に設けられた前記金属の酸化膜とが形成され、前記第１反射部間には、前記凹凸表面よりも平滑な表面を有し、前記第１反射部の反射率よりも高い反射率を有する第２反射部が設けられることを特徴とするエンコーダ用スケールの製造方法。
前記第１反射部には、レーザー加工により、凹凸表面と前記凹凸表面上に設けられた前記金属の酸化膜とが形成され、前記第１反射部間には、前記凹凸表面よりも平滑な表面を有し、前記第１反射部の反射率よりも高い反射率を有する第２反射部が設けられることを特徴とするエンコーダ用スケールの製造方法。
【請求項9】
前記基材は、エンコーダ用スケールを有するエンコーダが適用されたモーターのシャフトである請求項８に記載のエンコーダ用スケールの製造方法。
【請求項10】
前記基材は、円板状である請求項８に記載のエンコーダ用スケールの製造方法。
【請求項11】
前記第１反射部の反射率は、０～１０％以下である請求項８に記載のエンコーダ用スケールの製造方法。
【請求項12】
前記第２反射部の反射率は、６０％以上である請求項８に記載のエンコーダ用スケールの製造方法。
【請求項13】
前記第１反射部と、隣接する第１反射部とのピッチは、０．０８ｍｍ～０．２ｍｍである請求項８に記載のエンコーダ用スケールの製造方法。
【請求項14】
前記金属は、ニッケル、鉄、モリブデン、銅、またはステンレスのうち少なくとも１つを含む請求項８に記載のエンコーダ用スケールの製造方法。
【請求項15】
レーザー発振器を含むレーザー発振部と、
レーザー発振部からのレーザー光を所定の波長でエンコーダ用スケールのための、金属を含む基材に照射してレーザー加工し、所定のパターンで複数の第１反射部を形成する加工光学部と、
前記基材を載置するステージと、
前記レーザー発振部、前記加工光学部、及び前記ステージを制御するレーザー加工制御部とを備えるエンコーダ用スケールの製造装置。
レーザー発振部からのレーザー光を所定の波長でエンコーダ用スケールのための、金属を含む基材に照射してレーザー加工し、所定のパターンで複数の第１反射部を形成する加工光学部と、
前記基材を載置するステージと、
前記レーザー発振部、前記加工光学部、及び前記ステージを制御するレーザー加工制御部とを備えるエンコーダ用スケールの製造装置。
【請求項16】
前記基材は、モーターシャフトである請求項１５に記載のエンコーダ用スケールの製造装置。
【請求項17】
金属を含む基材と、
前記基材の表面に所定のパターンで設けられ、レーザー加工に基づく凹凸表面、及び前記凹凸表面に設けられた前記金属の酸化膜を有する複数の第１反射部と、
前記第１反射部間に設けられ、前記凹凸表面よりも平滑な表面を有し、前記第１反射部の反射率よりも高い反射率を有する第２反射部と、
を備えるエンコーダ用スケールを含むエンコーダを備えた制御装置。
前記基材の表面に所定のパターンで設けられ、レーザー加工に基づく凹凸表面、及び前記凹凸表面に設けられた前記金属の酸化膜を有する複数の第１反射部と、
前記第１反射部間に設けられ、前記凹凸表面よりも平滑な表面を有し、前記第１反射部の反射率よりも高い反射率を有する第２反射部と、
を備えるエンコーダ用スケールを含むエンコーダを備えた制御装置。
【請求項18】
前記エンコーダが設けられたモーターをさらに含み、前記基材は、前記モーターのシャフトである請求項１７に記載の制御装置。
【請求項19】
前記基材は、円板状であり、請求項１７に記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、エンコーダ用スケール、その製造方法、その製造装置、及びエンコーダ用スケールを用いた制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
モーターの回転速度や位相を精度よく検出する技術、及び可動物体の移動位置を精度よく検出する技術に組み込まれる機構として、エンコーダと称される機構がある。
エンコーダは、機械的な位置の変化として、回転位置または直線位置を検出装置で測定して、電気信号として位置情報を出力することができる。エンコーダには、検出装置とスケールとが用いられ、位置の検出方法により、スケールを光で検出する光学式、磁気で検出する磁気式、電磁誘導で検出する電磁誘導式などがある。
エンコーダは、機械的な位置の変化として、回転位置または直線位置を検出装置で測定して、電気信号として位置情報を出力することができる。エンコーダには、検出装置とスケールとが用いられ、位置の検出方法により、スケールを光で検出する光学式、磁気で検出する磁気式、電磁誘導で検出する電磁誘導式などがある。
【0003】
光学式の検出装置として透過型あるいは反射型がある。透過型は、光送信器から光を出力し、スケールに定間隔で刻まれたスリットの光透過部を通過した光を光受信器で、受信する仕組みを有する。反射型は、光出力部と光受信部を含む光送受信器を有し、そして、光出力部からスケールに向けて光を出力し、スケールに定間隔で刻まれたスリットの光反射部から反射した光を光受信部で受信するという仕組みを有する。
直線と回転の位置を測定するための目盛として、直線スケール、円板スケール、及びリング状スケールなどがある。これらのエンコーダ用スケールは、例えば、エンコーダを適用するモーターの金属シャフトなどに取り付けて使用することができる。
反射型の光学式検出装置に使用されるスケールは、例えばガラス、金属板、あるいはＰＥＴ等の基材に光吸収部と光反射部を形成している。金属板などの金属基材は、耐久性が良く、フォトエッチングあるいはメッキ法を使用して光吸収部と光反射部をパターン加工できる。金属基材を用いても高精度で微細なスケールを作成することが可能である。
直線と回転の位置を測定するための目盛として、直線スケール、円板スケール、及びリング状スケールなどがある。これらのエンコーダ用スケールは、例えば、エンコーダを適用するモーターの金属シャフトなどに取り付けて使用することができる。
反射型の光学式検出装置に使用されるスケールは、例えばガラス、金属板、あるいはＰＥＴ等の基材に光吸収部と光反射部を形成している。金属板などの金属基材は、耐久性が良く、フォトエッチングあるいはメッキ法を使用して光吸収部と光反射部をパターン加工できる。金属基材を用いても高精度で微細なスケールを作成することが可能である。
【0004】
しかしながら、フォトエッチング及びメッキ法は、基材の洗浄、脱脂工程、レジストの露光、及び現像工程の他、メッキ工程、あるいはエッチング工程などの数多くの製造工程が必要なため効率が悪く、さらに、これらの工程から、酸や金属を含む有害な廃液が出るという課題がある。
一方、フォトエッチングあるいはメッキ法を使用することなく、スケールを設ける方法として、例えば、ＰＥＴフィルムを基材としてスリットを印刷し、金属シャフト表面の一部に巻きつける方法がある。しかしながら、ＰＥＴフィルムは耐久性が悪く、その巻始めと巻終わりの重なる部分のスリットの精度が良くないためエラーが出やすいという課題がある。
一方、フォトエッチングあるいはメッキ法を使用することなく、スケールを設ける方法として、例えば、ＰＥＴフィルムを基材としてスリットを印刷し、金属シャフト表面の一部に巻きつける方法がある。しかしながら、ＰＥＴフィルムは耐久性が悪く、その巻始めと巻終わりの重なる部分のスリットの精度が良くないためエラーが出やすいという課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１７－１５１０７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、耐久性が良く高精度なエンコーダ用スケールを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
第１実施形態によれば、金属を含む基材と、
前記基材の表面に所定のパターンで設けられ、レーザー加工に基づく凹凸表面、及び前記凹凸表面の少なくとも一部に設けられた前記金属の酸化膜を有する複数の第１反射部と、
前記第１反射部間に設けられ、前記凹凸表面よりも平滑な表面を有し、前記第１反射部の反射率よりも高い反射率を有する第２反射部と、
を備えるエンコーダ用スケールが提供される。
前記基材の表面に所定のパターンで設けられ、レーザー加工に基づく凹凸表面、及び前記凹凸表面の少なくとも一部に設けられた前記金属の酸化膜を有する複数の第１反射部と、
前記第１反射部間に設けられ、前記凹凸表面よりも平滑な表面を有し、前記第１反射部の反射率よりも高い反射率を有する第２反射部と、
を備えるエンコーダ用スケールが提供される。
【0008】
第２の実施形態によれば、金属を含む基材に、レーザー加工により所定のパターンで複数の第１反射部を形成する工程を含むエンコーダ用スケールの製造方法であって、
前記第１反射部には、レーザー加工により、凹凸表面と前記凹凸表面上に設けられた前記金属の酸化膜とが形成され、前記第１反射部間には、前記凹凸表面よりも平滑な表面を有し、前記第１反射部の反射率よりも高い反射率を有する第２反射部が設けられることを特徴とするエンコーダ用スケールの製造方法が提供される。
前記第１反射部には、レーザー加工により、凹凸表面と前記凹凸表面上に設けられた前記金属の酸化膜とが形成され、前記第１反射部間には、前記凹凸表面よりも平滑な表面を有し、前記第１反射部の反射率よりも高い反射率を有する第２反射部が設けられることを特徴とするエンコーダ用スケールの製造方法が提供される。
【0009】
第３実施形態によれば、レーザー発振器を含むレーザー発振部と、
レーザー発振部からのレーザー光を所定の波長でエンコーダ用スケールのための、金属を含む基材に照射してレーザー加工し、所定のパターンで複数の第１反射部を形成する加工光学部と、
前記基材を載置するステージと、
前記レーザー発振部、前記加工光学部、及び前記ステージを制御するレーザー加工制御部とを備えるエンコーダ用スケールの製造装置が提供される。
レーザー発振部からのレーザー光を所定の波長でエンコーダ用スケールのための、金属を含む基材に照射してレーザー加工し、所定のパターンで複数の第１反射部を形成する加工光学部と、
前記基材を載置するステージと、
前記レーザー発振部、前記加工光学部、及び前記ステージを制御するレーザー加工制御部とを備えるエンコーダ用スケールの製造装置が提供される。
【0010】
第４実施形態によれば、金属を含む基材と、
前記基材の表面に所定のパターンで設けられ、レーザー加工に基づく凹凸表面、及び前記凹凸表面の少なくとも一部に設けられた前記金属の酸化膜を有する複数の第１反射部と、
前記第１反射部間に設けられ、前記凹凸表面よりも平滑な表面を有し、前記第１反射部の反射率よりも高い反射率を有する第２反射部と、
を備えるエンコーダ用スケールを含むエンコーダを備えた制御装置が提供される。
前記基材の表面に所定のパターンで設けられ、レーザー加工に基づく凹凸表面、及び前記凹凸表面の少なくとも一部に設けられた前記金属の酸化膜を有する複数の第１反射部と、
前記第１反射部間に設けられ、前記凹凸表面よりも平滑な表面を有し、前記第１反射部の反射率よりも高い反射率を有する第２反射部と、
を備えるエンコーダ用スケールを含むエンコーダを備えた制御装置が提供される。
【発明の効果】
【0011】
本発明の実施形態を用いると、耐久性が良く高精度なエンコーダ用スケールを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】第１実施形態に係るエンコーダ用スケールの構成を模式的に表す断面図である。
【図4】エンコーダ用スケールの第１反射部にレーザービームが照射された状態を表す模式図である。
【図5】エンコーダ用スケールの第２反射部にレーザービームが照射された状態を表す模式図である。
【図9】第３実施形態に係るエンコーダ用スケールの製造システムの構成例を模式的に表す図である。
【図10】第２実施形態に係るエンコーダ用スケールの製造方法の一例を表すフロー図である。
【図11】パルス制御部の基本動作を説明するための説明図である。
【図12】第４実施形態に係る制御装置の一例によるエンコーダ用スケールを使用したモーター制御システムの構成例である。
【図13】第４実施形態に係る制御装置の他の一例によるエンコーダ用スケールを使用したモーター制御システムの構成例である。
【図14】第１反射部と第２反射部の分光反射率を表すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
なお、実施形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略することがある。
図１に、第１実施形態に係るエンコーダ用スケールの構成を模式的に表す断面図を示す。
図示するように、第１実施形態に係るエンコーダ用スケール１１は、金属を含む基材１０と、基材１０の表面１０ａに所定のパターンで設けられた複数の第１反射部１２と、隣接する第１反射部１２との間に設けられ、凹凸表面よりも平滑な表面を有し、第１反射部の反射率よりも高い反射率を有する第２反射部１３とを備える。第１反射部１２は、レーザー加工に基づく凹凸表面１２－１を有する。さらに、凹凸表面１２－１上の少なくとも一部には酸化膜１２－２が設けられている。この酸化膜１２－２は、レーザーの加熱によりに上記基材１０に用いられる金属が酸化したものである。
なお、実施形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略することがある。
図１に、第１実施形態に係るエンコーダ用スケールの構成を模式的に表す断面図を示す。
図示するように、第１実施形態に係るエンコーダ用スケール１１は、金属を含む基材１０と、基材１０の表面１０ａに所定のパターンで設けられた複数の第１反射部１２と、隣接する第１反射部１２との間に設けられ、凹凸表面よりも平滑な表面を有し、第１反射部の反射率よりも高い反射率を有する第２反射部１３とを備える。第１反射部１２は、レーザー加工に基づく凹凸表面１２－１を有する。さらに、凹凸表面１２－１上の少なくとも一部には酸化膜１２－２が設けられている。この酸化膜１２－２は、レーザーの加熱によりに上記基材１０に用いられる金属が酸化したものである。
【0014】
使用される基材１０は金属を含む。基材１０の少なくとも一部が金属部材からなることができる。また、金属部材は、基材１０の表面の少なくとも一部に設けることができる。
第１実施形態に係るエンコーダ用スケール１１において、第１反射部１２はレーザー加工により形成される。レーザー加工を用いることにより、第１反射部１２及び第２反射部１３を微細なピッチで作成できる。
また、第１反射部１２において、基材１０の表面は、レーザー加工により粗面化されて凹凸表面１２－１となる。凹凸表面１２－１は光を乱反射させる。凹凸表面１２－１の反射率は、凹凸表面１２－１よりも平滑な第２反射部１３の表面１３－１の反射率に対して低下され得る。
第１実施形態に係るエンコーダ用スケール１１において、第１反射部１２はレーザー加工により形成される。レーザー加工を用いることにより、第１反射部１２及び第２反射部１３を微細なピッチで作成できる。
また、第１反射部１２において、基材１０の表面は、レーザー加工により粗面化されて凹凸表面１２－１となる。凹凸表面１２－１は光を乱反射させる。凹凸表面１２－１の反射率は、凹凸表面１２－１よりも平滑な第２反射部１３の表面１３－１の反射率に対して低下され得る。
【0015】
さらに、レーザー加工により形成された凹凸表面１２－１の少なくとも一部には、レーザーの加熱作用により上記金属の酸化物からなる図示しない酸化膜１２－２が形成される。酸化膜１２－２の表面は、酸化していない同じ金属の表面よりも、反射率が低下し得る。例えばステンレススチール（ＳＵＳ）の場合、ＳＵＳの表面は光沢のある銀色であるが、ＳＵＳの酸化膜１２－２は艶消しされた黒色になり、酸化していないＳＵＳの表面よりも光吸収性が高くなる。
このように、第１反射部１２では、凹凸表面１２－１の形状による反射率の低下と、金属酸化膜の存在による反射率の低下により、第２反射部１３の表面よりも十分に低反射加工され得る。
このように、第１反射部１２では、凹凸表面１２－１の形状による反射率の低下と、金属酸化膜の存在による反射率の低下により、第２反射部１３の表面よりも十分に低反射加工され得る。
【0016】
図１に示すエンコーダ用スケール１１では、レーザー加工に基づく第１反射部１２が吸収機能（低反射機能または非反射機能）を有し、第２反射部１３は反射機能を有する。
第１実施形態に係るエンコーダ用スケール１１は、金属を含む基材１０を使用し、レーザー加工を用いることにより、耐久性が良く高精度であり、微小な位置変位の測定が可能である。また、第１実施形態に係るエンコーダ用スケール１１は、基材１０にレーザー加工を行うだけで製造することが可能であり、フォトエッチングやメッキ加工のような多数の製造工程が必要ないため効率が良く、また、大量の廃液が出ないことから環境にやさしい。
第１実施形態に係るエンコーダ用スケール１１は、金属を含む基材１０を使用し、レーザー加工を用いることにより、耐久性が良く高精度であり、微小な位置変位の測定が可能である。また、第１実施形態に係るエンコーダ用スケール１１は、基材１０にレーザー加工を行うだけで製造することが可能であり、フォトエッチングやメッキ加工のような多数の製造工程が必要ないため効率が良く、また、大量の廃液が出ないことから環境にやさしい。
【0017】
図２に、図１のエンコーダ用スケールの形状の一例を表す図を示す。
図示するように、このエンコーダ用スケール１１は、例えば円柱形を有する。円柱形の基材として例えばエンコーダ用スケールを有するエンコーダが適用されたモーターのシャフト１１０を用いることができる。
図３は、図２のエンコーダ用スケールの軸方向に垂直な断面を模式的に表す図を示す。
図示するように、このエンコーダ用スケール１１は、例えば円柱形を有する。円柱形の基材として例えばエンコーダ用スケールを有するエンコーダが適用されたモーターのシャフト１１０を用いることができる。
図３は、図２のエンコーダ用スケールの軸方向に垂直な断面を模式的に表す図を示す。
【0018】
図２及び図３に示すように、基材１０としてモーターのシャフト１１０の周面に、レーザー加工により、第１反射部１２ａ、１２ｂ、及び１２ｃを含む例えば１０本の第１反射部１２が、所定のパターンとしてエンコーダ用スケールの軸方向に平行な等間隔のストライプ形状のパターンに形成されている。互いに隣接する第１反射部１２ａ、１２ｂ、１２ｃを含む１０本の第１反射部１２の間には、それぞれ第２反射部１３ａ、１３ｂ、１３ｃを含む１０本の第２反射部１３が形成されている。１０本の第１反射部１２は、各々同じ幅ｗ１，同じ長さｄ２を有し、１０本の第２反射部１３は各々幅ｗ１と同じ幅ｗ２、同じ長さｄ２を有することができる。
ここで、第１反射部１２、及び第２反射部１３が設けられた領域をスリット領域１４と称する。スリット領域１４はシャフト１１０端部から軸に平行な方向に距離ｄ１だけ離れた位置に形成されている。
ここで、第１反射部１２、及び第２反射部１３が設けられた領域をスリット領域１４と称する。スリット領域１４はシャフト１１０端部から軸に平行な方向に距離ｄ１だけ離れた位置に形成されている。
【0019】
図２及び図３では、説明のため１０本の第１反射部１２及び１０本の第２反射部１３を用いたが、それに限定されるものではなく、例えばシャフトの内径３～２０ｍｍ例えば８ｍｍ、外径４～１６ｍｍ例えば１０ｍｍ、シャフトの長さ５０～１００ｍｍ例えば１００ｍｍであるとき、第１反射部１２の幅ｗ１及び第２反射部１３の幅ｗ２は０．０４～０．５ｍｍ例えば０．０４ｍｍの微細なピッチにすることができる。また、距離ｄ１は０．０４～２０ｍｍ例えば１５ｍｍ、長さｄ２は０．５～２０ｍｍ例えば１５ｍｍとすることができる。なお、これらは一例であり、シャフトを利用するシステムや環境に応じて、任意に設定してもよい。
【0020】
エンコーダ用スケール１１の外回りの固定位置には、エンコーダ用スケール１１から間隔をおいて、レーザービーム出力器３１が配置され、例えば矢印１０２に示すようにレーザービームをスリット領域１４に照射することができる。エンコーダ用スケール１１が矢印１０１の方向に回転すると、スリット領域に照射されたレーザービームは、第１反射部１２、及び第２反射部１３を、例えば第１反射部１２ａ、第２反射部１３ａ、第１反射部１２ｂ、第２反射部１３ｂ、第１反射部１２ｃ、及び第２反射部１３ｃの順に、相対的に交互にスキャンすることになる。そして、第２反射部１３a、１３ｂ、１３ｃ等の第２反射部１３で反射したパルス状のレーザーは、例えば矢印１０２に示すようにエンコーダ用スケール１１の外回りの他の固定位置に配置された受光器３２に入光する。なお、図に示したレーザービーム出力器３１と受光器３２との配置状態は、原理的な説明を行ったものであり、この構成に限定されるものではない。レーザービーム送受信システムの具体的構成は、光ディスク読み取り装置等にみられるように各種のタイプがある。
【0021】
図４は、エンコーダ用スケール１１の低反射の第１反射部１２ａに対してレーザービームが照射された状態を示し、図５は、エンコーダ用スケール１１の高反射の第２反射部１３ａに対してレーザービームが照射された状態を示している。第１反射部１２ａで反射したレーザー光は、強度が弱く（強度が弱まって）反射し、第２反射部１３ａで反射したレーザー光は、強度が強い状態（強度が弱まることなく）で反射する。
ここで、スケール領域に入射するレーザー光の入射角θ１（基材表面に対し垂直な方向のライン３３に対する入射角θ１）は、２０～４０度例えば３５度、出射角θ２（基材表面に対し垂直な方向のラインに対する出射角θ２）は、２０～４０度例えば３５度にすることができる。これらの角度は、このエンコーダ用スケール１１が加工されるときの条件と同じであることが望ましい。
ここで、スケール領域に入射するレーザー光の入射角θ１（基材表面に対し垂直な方向のライン３３に対する入射角θ１）は、２０～４０度例えば３５度、出射角θ２（基材表面に対し垂直な方向のラインに対する出射角θ２）は、２０～４０度例えば３５度にすることができる。これらの角度は、このエンコーダ用スケール１１が加工されるときの条件と同じであることが望ましい。
【0022】
上記の機能により、受光器３２は、第１反射部と第２反射部で反射したレーザー光を、パルス状の電気信号として成型して出力することができる。
受光器３２の出力パルスは、パルスカウンタに入力し、そのカウント出力が、信号処理システムにて解析される。解析結果は、エンコーダ用スケールの回転回数データ、回転角（位相）データとして利用される。
受光器３２の出力パルスは、パルスカウンタに入力し、そのカウント出力が、信号処理システムにて解析される。解析結果は、エンコーダ用スケールの回転回数データ、回転角（位相）データとして利用される。
【0023】
図６に、図２のスリット領域の他の一例を表す図である。
図示するように、このエンコーダ用スケール１１－１は、スリット領域１４の代わりに、所定のパターンとしてのストライプ形状が，エンコーダ用スケールの軸方向に垂直なストライプ形状に形成されたスリット領域１４－１を用いること以外は図２とほぼ同様の構成を有する。
図示するように、このエンコーダ用スケール１１－１は、スリット領域１４の代わりに、所定のパターンとしてのストライプ形状が，エンコーダ用スケールの軸方向に垂直なストライプ形状に形成されたスリット領域１４－１を用いること以外は図２とほぼ同様の構成を有する。
【0024】
スリット領域１４－１では、基材１０としてモーターのシャフト１１０－１の周面に、レーザー加工により、第１反射部１２ａ’、１２ｂ’、及び１２ｃ’を含む例えば１０本の第１反射部１２が、エンコーダ用スケールの軸方向に垂直なストライプ形状に形成されており、互いに隣接する第１反射部１２ａ’、１２ｂ’、１２ｃ’を含む１０本の第１反射部１２’の間には、それぞれ第２反射部１３ａ’、１３ｂ’、１３ｃ’を含む１０本の第２反射部１３’が形成され、１０本の第１反射部１２’及び１０本の第２反射部１３’は各々同じ幅を有する。この実施形態によれば、シャフト１１０が軸方向へ移動するのを監視する、あるいは、シャフト１１０の軸方向への移動位置を監視する、或は移動位置を決める、ことが必要な場合に効果的である。
【0025】
図７は、図１のエンコーダ用スケールの形状の他の一例を表す図である。
図示するように、基材１１０－２として、円板状の金属部材を適用してレーザー加工を行い、円板型のエンコーダ用スケール１１－２を形成することができる。エンコーダ用スケール１１－２は、放射状のスリット領域１４－２を有し、スリット領域１４－２では、基材１１０－２として円板状の金属部材の一方の主面１１０－２ａに、レーザー加工により、第１反射部１２ａ”、１２ｂ”、及び１２ｃ”を含む例えば１０本の第１反射部１２”が、円板の中心から放射状に形成されており、互いに隣接する第１反射部１２ａ”、１２ｂ”、１２ｃ”を含む１０本の第１反射部１２”の間には、それぞれ第２反射部１３ａ”、１３ｂ”、１３ｃ”を含む１０本の第２反射部１３”’が形成されている。１０本の第１反射部１２”及び１０本の第２反射部１３”は各々同じ角度で分割されており、それぞれ同じ大きさの扇形状を有する。
図示するように、基材１１０－２として、円板状の金属部材を適用してレーザー加工を行い、円板型のエンコーダ用スケール１１－２を形成することができる。エンコーダ用スケール１１－２は、放射状のスリット領域１４－２を有し、スリット領域１４－２では、基材１１０－２として円板状の金属部材の一方の主面１１０－２ａに、レーザー加工により、第１反射部１２ａ”、１２ｂ”、及び１２ｃ”を含む例えば１０本の第１反射部１２”が、円板の中心から放射状に形成されており、互いに隣接する第１反射部１２ａ”、１２ｂ”、１２ｃ”を含む１０本の第１反射部１２”の間には、それぞれ第２反射部１３ａ”、１３ｂ”、１３ｃ”を含む１０本の第２反射部１３”’が形成されている。１０本の第１反射部１２”及び１０本の第２反射部１３”は各々同じ角度で分割されており、それぞれ同じ大きさの扇形状を有する。
【0026】
図８に、図７のエンコーダ用スケールをモーターシャフトに取り付けた様子を表す。
この場合、円板状のエンコーダ用スケール１１－２をモーター２１１のシャフト２１２の一部例えば先端２１２ａ付近に一方の主面１１０－２ａがモーター２１１に対し反対側になるように取り付けて使用することができる。エンコーダに用いられる検出装置は、円板状の基材１１０－２のスリット領域１４－２が形成された主面１１０－２ａに対向して設けることができる。エンコーダ用スケール１１－２は矢印１０４の方向に回転させることができる。
この場合、円板状のエンコーダ用スケール１１－２をモーター２１１のシャフト２１２の一部例えば先端２１２ａ付近に一方の主面１１０－２ａがモーター２１１に対し反対側になるように取り付けて使用することができる。エンコーダに用いられる検出装置は、円板状の基材１１０－２のスリット領域１４－２が形成された主面１１０－２ａに対向して設けることができる。エンコーダ用スケール１１－２は矢印１０４の方向に回転させることができる。
【0027】
実施形態に用いられる第１反射部１２，１２’，１２”の第１反射率は、０～１０％にすることができる。
１０％未満であるとセンサー側が低反射と認識しやすい傾向があり、１０％を超えるとセンサー側が低反射と認識しにくい傾向がある。
また、実施形態に用いられる第２反射部１３，１３’１３”の第２反射率は、６０％以上％にすることができる。
６０％未満であるとセンサー側が高反射と認識しにくい傾向があり、６０％を超えるとセンサー側が高反射と認識しやすい傾向がある。
第１反射率１２，１２’，１２”と第２反射率１３，１３’１３”との差は５０～９０％にすることができる。
１０％未満であるとセンサー側が低反射と認識しやすい傾向があり、１０％を超えるとセンサー側が低反射と認識しにくい傾向がある。
また、実施形態に用いられる第２反射部１３，１３’１３”の第２反射率は、６０％以上％にすることができる。
６０％未満であるとセンサー側が高反射と認識しにくい傾向があり、６０％を超えるとセンサー側が高反射と認識しやすい傾向がある。
第１反射率１２，１２’，１２”と第２反射率１３，１３’１３”との差は５０～９０％にすることができる。
【0028】
例えば図２のスリット部１４，図６のスリット部１４－１においては、第１反射部と、隣接する第１反射部とのピッチは、０．０８ｍｍ～０．５ｍｍにすることができる。この範囲であると、高精度で微小な位置変位の測定が可能である。また、０．０８ｍｍ未満であると、センサー側でスリットを認識しやすい傾向があり、０．５ｍｍを超えるとセンサー側がスリットとを認識しにくい傾向がある。
例えば図７のスリット部１４－２では、基材として直径４ｍｍ～２０ｍｍの円板状の金属部材を使用することができる。第１反射部と、隣接する第１反射部とのピッチは、０．０８ｍｍ～０．５ｍｍにすることができる。
例えば図７のスリット部１４－２では、基材として直径４ｍｍ～２０ｍｍの円板状の金属部材を使用することができる。第１反射部と、隣接する第１反射部とのピッチは、０．０８ｍｍ～０．５ｍｍにすることができる。
【0029】
第１反射部１２，１２’，１２”の表面粗さＲａ１は、例えば０．０１５～０．０３５ｎｍにすることができる。
０．０１５ｎｍ未満であると、センサーから出される光が戻りやすい傾向があり、０．０３５ｎｍを超えるとセンサーから出される光が乱反射によって光が戻りにくい傾向がある。
０．０１５ｎｍ未満であると、センサーから出される光が戻りやすい傾向があり、０．０３５ｎｍを超えるとセンサーから出される光が乱反射によって光が戻りにくい傾向がある。
【0030】
第２反射部１３，１３’１３”の表面粗さＲａ２は、例えば０．００１～０．０３ｎｍにすることができる。
０．００４ｎｍ未満であると、センサーから出される光が戻りやすい傾向があり、０．０３ｎｍを超えるとセンサーから出される光が乱反射によって光が戻りにくい傾向がある。
０．００４ｎｍ未満であると、センサーから出される光が戻りやすい傾向があり、０．０３ｎｍを超えるとセンサーから出される光が乱反射によって光が戻りにくい傾向がある。
【0031】
また、第１反射部１２，１２’，１２”の表面粗さＲａ１と第２反射部１３，１３’１３”の表面粗さＲａ２の差は、例えば０．０１～０．０３ｎｍにすることができる。この範囲であると、低反射部の反射率が低くなるという利点がある。
第１反射部１２，１２’，１２”の表面粗さＲａ１と第２反射部１３，１３’１３”の表面粗さＲａ２の差は、０．００１ｎｍ未満であると、低反射部の反射率が１０％以上となる傾向がある。
第１反射部１２，１２’，１２”の表面粗さＲａ１と第２反射部１３，１３’１３”の表面粗さＲａ２の差は、０．００１ｎｍ未満であると、低反射部の反射率が１０％以上となる傾向がある。
【0032】
第１反射部は、金属の酸化膜以外の領域は、第２反射部の組成と同様の組成を有することができる。
金属としては、金属単体、金属化合物、あるいは合金等を用いることができる。基材に用いられる金属部材としては、例えばＳＵＳ、ニッケル系、鉄系、モリブデン系、または銅等があげられる。合金として、例えば３６Ｎｉ、４２Ｎｉ、またはステンレス等があげられる。
金属としては、金属単体、金属化合物、あるいは合金等を用いることができる。基材に用いられる金属部材としては、例えばＳＵＳ、ニッケル系、鉄系、モリブデン系、または銅等があげられる。合金として、例えば３６Ｎｉ、４２Ｎｉ、またはステンレス等があげられる。
【0033】
第１反射部の表面粗さＲａ１と第２反射部の表面粗さＲａ２は、使用される金属に応じてレーザー加工に用いられるレーザー波長を変更することにより調整することができる。また、レーザー加工に用いられるレーザー波長は、エンコーダに用いられる検出装置のレーザー波長に応じて変更することができる。
例えばエンコーダに用いられる検出装置のレーザー波長が４５０～９５０ｎｍであり、金属部材としてＳＵＳを使用するとき、エンコーダ用スケールを製造するためのレーザー加工に用いられるレーザー波長は、４５０～９５０ｎｍにすることができる。
例えばエンコーダに用いられる検出装置のレーザー波長が４５０～９５０ｎｍであり、金属部材としてＳＵＳを使用するとき、エンコーダ用スケールを製造するためのレーザー加工に用いられるレーザー波長は、４５０～９５０ｎｍにすることができる。
【0034】
レーザー加工に用いられるレーザー波長が４５０ｎｍ未満であると、反射率及び低反射部の反射率が要求されるセンサー側の要求値に満たない傾向があり、９５０ｎｍを超える場合も反射率及び低反射部の反射率が要求されるセンサー側の要求値に満たない傾向がある。
また、基材として他の金属他の金属例えばニッケル、鉄、モリブデン、または銅等を使用する場合、レーザー加工に用いられるレーザー波長は、４５０～９５０ｎｍにすることができる。
また、基材として他の金属他の金属例えばニッケル、鉄、モリブデン、または銅等を使用する場合、レーザー加工に用いられるレーザー波長は、４５０～９５０ｎｍにすることができる。
【0035】
第２反射部は鏡面加工され得る。レーザー加工前に基材表面を全体に鏡面加工することができる。あるいはレーザー加工後に第２反射部の少なくとも一部を鏡面加工することができる。
第２実施形態に係るエンコーダ用スケールの製造方法は、第１実施形態に係るエンコーダ用スケールを製造する方法の一例であり、金属を含む基材に、レーザー加工により所定のパターンで複数の第１反射部を形成する工程を含む。第１反射部には、レーザー加工により凹凸表面が設けられるとともに、凹凸表面に上記基材の金属の酸化膜が形成される。隣接する第１反射部間には、凹凸表面よりも平滑な表面を有し、前記第１反射部の反射率よりも高い反射率を有する第２反射部が設けられる。
第２実施形態に係るエンコーダ用スケールの製造方法は、第１実施形態に係るエンコーダ用スケールを製造する方法の一例であり、金属を含む基材に、レーザー加工により所定のパターンで複数の第１反射部を形成する工程を含む。第１反射部には、レーザー加工により凹凸表面が設けられるとともに、凹凸表面に上記基材の金属の酸化膜が形成される。隣接する第１反射部間には、凹凸表面よりも平滑な表面を有し、前記第１反射部の反射率よりも高い反射率を有する第２反射部が設けられる。
【0036】
また、第３実施形態に係るエンコーダ用スケールの製造装置としての製造システムは、第２実施形態に係るエンコーダ用スケールの製造方法に適用可能な製造システムであり、レーザー発振器を含むレーザー発振部と、レーザー発振部からのレーザー光を所定の波長でエンコーダ用スケールのための基材に照射し、レーザー加工により所定のパターンで複数の第１反射部を形成する加工光学部と、基材を載置するステージと、レーザー発振部、加工光学部、及びステージを制御するレーザー加工制御部とを有する。
【0037】
図９に、第３実施形態に係るエンコーダ用スケールの製造システムの構成例を模式的に表す図を示す。
図示するように、エンコーダ用スケールの製造システム８００は、レーザー加工されるエンコーダ用スケールのための金属基材１１０と、金属基材１１０を含む加工ワーク１１４を載置するＸ－Ｙステージ２００と、レーザー発振器４１２を含むレーザー発振部４２２、及びＸ－Ｙステージ２００及びレーザー発振部４２２と接続され、レーザー加工を制御するレーザー加工制御部４１６とを含む。
レーザー加工制御部４１６は、制御電源４１７と、レーザー発振部４２２を制御するパルス制御部４２１と、Ｘ－Ｙステージ２００を制御するステージ制御部４２０と、レーザー発振部４２２からレーザ光を伝送して集光し、基材に照射する加工光学部４１５を制御するスキャナ制御部４１９と、制御電源４１７と接続され、各制御部を制御する主制御部４１８とを有する。
図示するように、エンコーダ用スケールの製造システム８００は、レーザー加工されるエンコーダ用スケールのための金属基材１１０と、金属基材１１０を含む加工ワーク１１４を載置するＸ－Ｙステージ２００と、レーザー発振器４１２を含むレーザー発振部４２２、及びＸ－Ｙステージ２００及びレーザー発振部４２２と接続され、レーザー加工を制御するレーザー加工制御部４１６とを含む。
レーザー加工制御部４１６は、制御電源４１７と、レーザー発振部４２２を制御するパルス制御部４２１と、Ｘ－Ｙステージ２００を制御するステージ制御部４２０と、レーザー発振部４２２からレーザ光を伝送して集光し、基材に照射する加工光学部４１５を制御するスキャナ制御部４１９と、制御電源４１７と接続され、各制御部を制御する主制御部４１８とを有する。
【0038】
基材１１０は、モーターシャフト用基材である。基材１１０は、モーター１１１の回転軸に取り付け具１１２を利用して、同軸的に取り付けられている。
モーター（例えばサーボモータ）１１１は、レーザー加工制御部４１６からの電源及びレーザー加工制御部４１６に設けられたステージ制御部４２０により回転制御される。モーター１１１の回転状況は、モーター１１１にとりつけるエンコーダ１１３により検知される。エンコーダ１１３で得られた回転検知出力は、レーザー加工制御部４１６に設けられたパルス制御部４２１に入力される。パルス制御部４２１は、回転検知出力を用いて、モーター１１１の回転速度（回転位相）を検知する。回転速度の微少な変化に応じて、ステージ制御部４２０により駆動電圧を微調整し、モーター１１１の回転速度を一定に維持している。即ち、パルス制御部４２１、ステージ制御部４２０は、モーター１１１のフィードバック制御ループを形成している。
モーター（例えばサーボモータ）１１１は、レーザー加工制御部４１６からの電源及びレーザー加工制御部４１６に設けられたステージ制御部４２０により回転制御される。モーター１１１の回転状況は、モーター１１１にとりつけるエンコーダ１１３により検知される。エンコーダ１１３で得られた回転検知出力は、レーザー加工制御部４１６に設けられたパルス制御部４２１に入力される。パルス制御部４２１は、回転検知出力を用いて、モーター１１１の回転速度（回転位相）を検知する。回転速度の微少な変化に応じて、ステージ制御部４２０により駆動電圧を微調整し、モーター１１１の回転速度を一定に維持している。即ち、パルス制御部４２１、ステージ制御部４２０は、モーター１１１のフィードバック制御ループを形成している。
【0039】
モーター１１１は、Ｘ－Ｙステージ２００に配置されている。Ｘ－Ｙステージ２００は、ステージ制御部４２０により加工ワーク１１４をＸ方向、Ｘ方向に垂直なＹ方向に移動制御・位置決め制御している。
レーザー加工制御部４１６では、ステージ制御部４２０により、Ｘ－Ｙステージ２００の移動制御、及びモーター１１１の回転制御を行ないながら、パルス制御部４２１により光スイッチ４１３を制御し、レーザー光をオン（解放）オフ（遮断）制御することができる。レーザー光がオンのとき基材１１０表面がレーザー加工されて第２反射部が形成され、レーザー光オフ（遮断）のとき基材１１０表面はレーザー加工されないので第１反射部となる。これにより、図１から図３で示すように、基材１１０の側面の一部に第１反射部１２と第２反射部１３が形成され、基材１１０の軸方向に平行なストライプ状のスリット領域１４を設けることができる。
レーザー加工制御部４１６では、ステージ制御部４２０により、Ｘ－Ｙステージ２００の移動制御、及びモーター１１１の回転制御を行ないながら、パルス制御部４２１により光スイッチ４１３を制御し、レーザー光をオン（解放）オフ（遮断）制御することができる。レーザー光がオンのとき基材１１０表面がレーザー加工されて第２反射部が形成され、レーザー光オフ（遮断）のとき基材１１０表面はレーザー加工されないので第１反射部となる。これにより、図１から図３で示すように、基材１１０の側面の一部に第１反射部１２と第２反射部１３が形成され、基材１１０の軸方向に平行なストライプ状のスリット領域１４を設けることができる。
【0040】
レーザー加工制御部４１６は、例えばシステム制御ＰＣ６０１などの外部機器と接続して制御することが可能である。
レーザーは、レーザー電源４１１からの電源を使用するレーザー発振器４１２で生成され、光スイッチ４１３でパルスレーザに変換される。光スイッチ４１３から出力されたパルスレーザは、加工光学部４１５により、方向変換、及び集光されて基材１１０表面の所定の位置に入光する。レーザー発振器４１２としてピコレーザー発振器を使用することができる。また、加工光学部４１５としてガルバノスキャナを使用することができる。ガルバノスキャナを用いると０．１～５ｍ／秒例えば７ｍ／秒で動作可能であり、作業効率が向上し得る。ガルバノスキャナとして水冷デジタルガルバノスキャナを使用することができる。
レーザーは、レーザー電源４１１からの電源を使用するレーザー発振器４１２で生成され、光スイッチ４１３でパルスレーザに変換される。光スイッチ４１３から出力されたパルスレーザは、加工光学部４１５により、方向変換、及び集光されて基材１１０表面の所定の位置に入光する。レーザー発振器４１２としてピコレーザー発振器を使用することができる。また、加工光学部４１５としてガルバノスキャナを使用することができる。ガルバノスキャナを用いると０．１～５ｍ／秒例えば７ｍ／秒で動作可能であり、作業効率が向上し得る。ガルバノスキャナとして水冷デジタルガルバノスキャナを使用することができる。
【0041】
上記の光スイッチ４１３のスイッチング周波数、パルスレーザのパルスの周期は、先に説明した第１反射部と第２反射部との繰り返しパターン（パルスデューティパターン）の作成に関係している。この時のパルスデューティを設定するための制御信号は、先のパルス制御部４２１から出力されている。
上記のスリット領域１４が形成される様子は、ＣＣＤカメラ７０１により監視され、カメラ観察モニタ７０２において、当該様子を表示することができる。ＰＣ（パソコン）モニタ６０２は、システム制御ＰＣ（パソコン）６０１が操作されるときに、その操作の状況をモニタするためのものである。電源６５０は、本システムの各部で使用する電源を供給する。
上記のスリット領域１４が形成される様子は、ＣＣＤカメラ７０１により監視され、カメラ観察モニタ７０２において、当該様子を表示することができる。ＰＣ（パソコン）モニタ６０２は、システム制御ＰＣ（パソコン）６０１が操作されるときに、その操作の状況をモニタするためのものである。電源６５０は、本システムの各部で使用する電源を供給する。
【0042】
システム制御ＰＣ６０１は、本システムを全体的に初期設定するとき、あるいは、パラメータなどを設定するとき、或はアプリケーションをインストールするとき、アプリケーションを適用する、或は設定するときなどに、ユーザにより使用される。システム制御ＰＣ６０１は、パルス制御部４２１を制御することもできるし、パラメータを設定することもできる。
なお、冷却チラー８０１は、レーザー発振器４１２を中心とするレーザー取り扱い部、ＣＣＤカメラ７０１周辺を冷却し、各種の部品が熱から大きく影響を受けることを抑制している。
なお、冷却チラー８０１は、レーザー発振器４１２を中心とするレーザー取り扱い部、ＣＣＤカメラ７０１周辺を冷却し、各種の部品が熱から大きく影響を受けることを抑制している。
【0043】
図１０は、第２実施形態に係るエンコーダ用スケールの製造方法の一例を表すフロー図を示す。
図示するように、第２実施形態に係るエンコーダ用スケールの製造方法では、エンコーダ用スケール基材を用意し、予め、エンコーダ用スケール基材を加工するためのレーザー条件を設定する（ＳＴ１）。次に、基材の所定のワーク位置でエンコーダ用スケール基材のレーザー加工を行う（ＳＴ２）。レーザー加工後、エンコーダ用スケール基材の加工を続けるかどうか判定し（ＳＴ３）、加工を続ける場合には、エンコーダ用スケール基材を次の所定のワーク位置に移動してエンコーダ用スケールを形成するためのレーザー加工を行い（ＳＴ２）、加工を続けない場合には、レーザー加工を終了する。
図示するように、第２実施形態に係るエンコーダ用スケールの製造方法では、エンコーダ用スケール基材を用意し、予め、エンコーダ用スケール基材を加工するためのレーザー条件を設定する（ＳＴ１）。次に、基材の所定のワーク位置でエンコーダ用スケール基材のレーザー加工を行う（ＳＴ２）。レーザー加工後、エンコーダ用スケール基材の加工を続けるかどうか判定し（ＳＴ３）、加工を続ける場合には、エンコーダ用スケール基材を次の所定のワーク位置に移動してエンコーダ用スケールを形成するためのレーザー加工を行い（ＳＴ２）、加工を続けない場合には、レーザー加工を終了する。
【0044】
レーザー加工は、レーザー発振器４１２として例えばピコレーザー発振器を使用し、ピコ秒レーザーの特性を生かすため、例えば移動速度７ｍ／秒の速度で動作可能なガルバノスキャナで行なうことができる。
レーザー加工では、まず、基材１１０を含む加工ワークをワーク架台としてのＸ－Ｙステージ２００に配置した後、ＰＣ画面６０２でワーク吸着をＯＮしてワーク１１０を取り付け具１１２に真空吸着することができる。個々の加工品の配置位置情報を入力する。ＰＣ画面６０２で加工部冷却用のアシストガスを流すことができる。レーザー加工を開始し、描画加工により、所定のパターンを描画した後、加工を終了する。ここでは、基材１１０に熱影響が起きないように、ワーク表面に微小凹凸を形成する。加工終了後は予め設定された次のワーク位置に移動し、描画加工を繰り返して、１本の基材１１０に複数のエンコーダ用スケールを形成することができる。所定の回数の描画加工を終了後、Ｘ－Ｙステージ２００は初期のワーク加工位置に移動する。エンコーダ用スケールのパターン毎に、順次基材１１０の切断加工を実施する。切断時には、ワーク変形が起こらないよう、高速重畳加工が行われる。切断終了後ステージをワークセット位置に戻す。ステージ動作終了後、ワーク搬出を行う。
レーザー加工では、まず、基材１１０を含む加工ワークをワーク架台としてのＸ－Ｙステージ２００に配置した後、ＰＣ画面６０２でワーク吸着をＯＮしてワーク１１０を取り付け具１１２に真空吸着することができる。個々の加工品の配置位置情報を入力する。ＰＣ画面６０２で加工部冷却用のアシストガスを流すことができる。レーザー加工を開始し、描画加工により、所定のパターンを描画した後、加工を終了する。ここでは、基材１１０に熱影響が起きないように、ワーク表面に微小凹凸を形成する。加工終了後は予め設定された次のワーク位置に移動し、描画加工を繰り返して、１本の基材１１０に複数のエンコーダ用スケールを形成することができる。所定の回数の描画加工を終了後、Ｘ－Ｙステージ２００は初期のワーク加工位置に移動する。エンコーダ用スケールのパターン毎に、順次基材１１０の切断加工を実施する。切断時には、ワーク変形が起こらないよう、高速重畳加工が行われる。切断終了後ステージをワークセット位置に戻す。ステージ動作終了後、ワーク搬出を行う。
【0045】
図１１は、パルス制御部４２１の基本動作を説明するための説明図である。
図１１の６Ａは、モーター１１１の回転を検出しているエンコーダ１１３からのパルスであるものとする。図１１の６Ｂは、パルス制御部４２１内のカウンタがエンコーダからのパルスをカウントし、光スイッチ４１３に対する制御パルス（図６の６Ｃ）を生成するタイミングを示している。６Ｂ－１はレーザー光出力オン期間、６Ｂ－２はレーザー光出力オフ期間の計数を示す。６Ｃは、パルス制御部４２１の光スイッチ４１３オンのときのパルスを示す。６Ｄは、光スイッチ４１３オンのときのレーザパルスを示す。
例えば加工前の基材１１０の１周に対して、１００パルスが使用されるものと考える。ここでその中の５０パルス分をレーザー光出力オン期間とすると、レーザー光出力オフ期間は、５０パルス分がレーザー光出力オフ期間となる。
図１１の６Ａは、モーター１１１の回転を検出しているエンコーダ１１３からのパルスであるものとする。図１１の６Ｂは、パルス制御部４２１内のカウンタがエンコーダからのパルスをカウントし、光スイッチ４１３に対する制御パルス（図６の６Ｃ）を生成するタイミングを示している。６Ｂ－１はレーザー光出力オン期間、６Ｂ－２はレーザー光出力オフ期間の計数を示す。６Ｃは、パルス制御部４２１の光スイッチ４１３オンのときのパルスを示す。６Ｄは、光スイッチ４１３オンのときのレーザパルスを示す。
例えば加工前の基材１１０の１周に対して、１００パルスが使用されるものと考える。ここでその中の５０パルス分をレーザー光出力オン期間とすると、レーザー光出力オフ期間は、５０パルス分がレーザー光出力オフ期間となる。
【0046】
さらに、オン期間を５パルスとし、オフ期間を５パルスとして、繰り返した場合、図１１に示すタイミングチャートとなる。この場合、（５０パルス／５パルス）＝１０個の低反射部（第１反射部）と（５０パルス／５パルス）＝１０個の高反射部（第２反射部）が、加工前軸１１０に形成されることになる。
上記は説明を分かり易くするために簡単な数値を用いて説明した。しかし、加工前軸１１０の外周は、種々の外周長（直径の異なるもの）がある。そのために、タイミングを変更することなく、径の小さい加工前軸を加工する場合は、レーザパルス数を減らしても（粗に設定しても）よく、径の大きい加工前軸を加工する場合は、レーザパルス数を増やしも（密に設定しても）よい。レーザパルスの数は、種々の変形例が可能である。
上記は説明を分かり易くするために簡単な数値を用いて説明した。しかし、加工前軸１１０の外周は、種々の外周長（直径の異なるもの）がある。そのために、タイミングを変更することなく、径の小さい加工前軸を加工する場合は、レーザパルス数を減らしても（粗に設定しても）よく、径の大きい加工前軸を加工する場合は、レーザパルス数を増やしも（密に設定しても）よい。レーザパルスの数は、種々の変形例が可能である。
【0047】
本システムにおいて、レーザー光の出力期間のオンオフを決める基準となる数値は、３６０度とし、この３６０度に偶数のパルス数（Ｎ）を割り当てて、レーザパルスの出力期間としては（Ｎ／２）パルス数、停止期間（Ｎ／２）パルス数として設計すると便利である。
なお、上記の説明では原理を分かり易くするために、エンコーダ１１３の出力パルスをそのまま利用した例を説明した。しかし、これにかぎらず、エンコーダ１１３の出力パルスを高周波発振器の同期パルスとして利用し、高周波発振器の発振パルスを例えばプログラマブル分周器で分周し、図１１のパルス６Ｂを生成してもよい。このような構成であると、光スイッチ４１３のレーザー光出力オン期間に出力するパルス数として、種々の数を選択可能となる。これは低反射部の太さ（ピッチ）を変更したい場合、或は、径の異なるモーターシャフトを加工する場合に有効となる。
なお、上記の説明では原理を分かり易くするために、エンコーダ１１３の出力パルスをそのまま利用した例を説明した。しかし、これにかぎらず、エンコーダ１１３の出力パルスを高周波発振器の同期パルスとして利用し、高周波発振器の発振パルスを例えばプログラマブル分周器で分周し、図１１のパルス６Ｂを生成してもよい。このような構成であると、光スイッチ４１３のレーザー光出力オン期間に出力するパルス数として、種々の数を選択可能となる。これは低反射部の太さ（ピッチ）を変更したい場合、或は、径の異なるモーターシャフトを加工する場合に有効となる。
【0048】
上記のような各種設定は、システム制御ＰＣ６０１からユーザが各種パラメータを与えることにより、実現される。
上記のように作成されるエンコーダ用スケールは、加工の後、エンコーダ用スケール付モーターシャフトとして使用することができる。エンコーダ用スケールを切り離して使用することも可能である。
上記した軸１１０に対するレーザパルスの照射角度は、図２、図４，図５で説明した照射角度と同じであることが望ましい。
上記のように作成されるエンコーダ用スケールは、加工の後、エンコーダ用スケール付モーターシャフトとして使用することができる。エンコーダ用スケールを切り離して使用することも可能である。
上記した軸１１０に対するレーザパルスの照射角度は、図２、図４，図５で説明した照射角度と同じであることが望ましい。
【0049】
本実施形態によるエンコーダ用スケールは、各種の利用分野がある。ロボットの腕や脚に使用されているモーターの軸の回動位置の検出、各種現場におけるリフト駆動モータの軸の回動位置の検出などである。
また、本実施形態によるエンコーダ用スケールは、有用な特徴を備えるものであり、レーザー加工により凹凸表面が設けられるとともに、凹凸表面に上記基材の金属の酸化膜が形成される。これにより、単なる凹凸による低反射現象のみならず酸化膜による作用も加わり、低反射が効果的に表れる。さらに、受光器に対して、高反射と低反射の光の強弱が明瞭となり、受光器の読み取りが正確となる。
また、本実施形態によるエンコーダ用スケールは、有用な特徴を備えるものであり、レーザー加工により凹凸表面が設けられるとともに、凹凸表面に上記基材の金属の酸化膜が形成される。これにより、単なる凹凸による低反射現象のみならず酸化膜による作用も加わり、低反射が効果的に表れる。さらに、受光器に対して、高反射と低反射の光の強弱が明瞭となり、受光器の読み取りが正確となる。
【0050】
第４実施形態に係る制御装置は、第１実施形態に係るエンコーダ用スケールを適用した制御装置であり、金属を含む基材と、基材の表面に所定のパターンで設けられ、レーザー加工に基づく凹凸表面、及び凹凸表面に設けられた金属の酸化膜を有する複数の第１反射部と、第１反射部間に設けられ、凹凸表面よりも平滑な表面を有し、第１反射部の反射率よりも高い反射率を有する第２反射部とを含むエンコーダ用スケールを有するエンコーダを備える。
【0051】
図１２は、第４実施形態に係る制御装置の一例によるエンコーダ用スケールを使用したモーター制御システムの構成例を示している。
モーター制御システム６００において、１００はエンコーダであり、スケール１１、検出装置３００を含む。スケール１１は、モーターシャフト１１０の一部であり、モーター６００により回転駆動される。検出装置３００は、電源３０１、光送受信器３０２、増幅器３０３、パルス処理回路３０４を含む。
スケール１１は、例えばモーター６００のモーターシャフト１１０の端部より少し内側の周面に直接形成されており、その周面には、モーターシャフト１１０の軸方向に平行な等間隔のストライプ形状のパターンに第２反射部としての光反射部（高反射部）と第１反射部としての光吸収部（低反射部）とが交互に配置されている。
モーター制御システム６００において、１００はエンコーダであり、スケール１１、検出装置３００を含む。スケール１１は、モーターシャフト１１０の一部であり、モーター６００により回転駆動される。検出装置３００は、電源３０１、光送受信器３０２、増幅器３０３、パルス処理回路３０４を含む。
スケール１１は、例えばモーター６００のモーターシャフト１１０の端部より少し内側の周面に直接形成されており、その周面には、モーターシャフト１１０の軸方向に平行な等間隔のストライプ形状のパターンに第２反射部としての光反射部（高反射部）と第１反射部としての光吸収部（低反射部）とが交互に配置されている。
【0052】
光送受信器３０２は、例えばＬＥＤ（或いはレーザ）からの光をハーフミラー（プリズム）、レンズを介して前記回転面に照射し、この回転面から反射してきた光をハーフミラー（プリズム）を介して受光素子で受ける。受光素子から出力した検出信号（光電変換パルス）は、増幅器３０３にて増幅され、パルス処理回路３０４に入力する。
パルス処理回路３０４は、検出信号の波形整形、計数、計数値変化の検出、計数値のアナログ変換などを行い、必要とされる信号（或いはデータ；エンコーダ用スケールに対する光送受信器の相対位置データ）をモーター制御装置５００に与える。モーター制御装置５００は、受け取った信号（或いはデータ）を制御プログラムに従って処理し、モーター６００の回転速度の増減、停止などを実施する。
上記エンコーダ１００において、光送受信器３０２は、モーターシャフト１１０のスケール１１のモーター側、端部側へ移動できるように構成されていてもよい。
パルス処理回路３０４は、検出信号の波形整形、計数、計数値変化の検出、計数値のアナログ変換などを行い、必要とされる信号（或いはデータ；エンコーダ用スケールに対する光送受信器の相対位置データ）をモーター制御装置５００に与える。モーター制御装置５００は、受け取った信号（或いはデータ）を制御プログラムに従って処理し、モーター６００の回転速度の増減、停止などを実施する。
上記エンコーダ１００において、光送受信器３０２は、モーターシャフト１１０のスケール１１のモーター側、端部側へ移動できるように構成されていてもよい。
【0053】
図１３は、第４実施形態に係る制御装置の他の一例によるエンコーダ用スケールを使用したモーター制御システムの構成例を示している。
図示するように、モーター制御システム６０１において、１００－１はエンコーダであり、モーターシャフトの一部であるスケール１１の代わりに、モーターシャフトに直接取り付け可能な回転盤のスケール１１－２を用いること、スケール１１－２は、その回転面には、放射状に第２反射部としての光反射部（高反射部）と第１反射部としての光吸収部（低反射部）とが交互に配置されていること以外は、図１２のモーター制御システム６０１と同様の構成を有する。
図示するように、モーター制御システム６０１において、１００－１はエンコーダであり、モーターシャフトの一部であるスケール１１の代わりに、モーターシャフトに直接取り付け可能な回転盤のスケール１１－２を用いること、スケール１１－２は、その回転面には、放射状に第２反射部としての光反射部（高反射部）と第１反射部としての光吸収部（低反射部）とが交互に配置されていること以外は、図１２のモーター制御システム６０１と同様の構成を有する。
【0054】
実験例
以下に、実施形態に使用される第１反射部と、第２反射部の反射率に関する実験例を示す。
まず、２０ｍｍ×２０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの大きさのＳＵＳ板を２枚用意した。
次に、１枚のＳＵＳ板の一方の面の全面をレーザー加工により荒らして、表面粗さＲａが０．０４６の第１反射部としての低反射部を作成した。また、もう１枚の未加工のＳＵＳ板の一方の面を第２反射部としての高反射部とした。
続いて、第１反射部と第２反射部について、それぞれ島津製作所製 ダブルビーム方式 紫外可視近赤外分光光度計 ＳｏｌｉｄＳｐｅｃ－３７００ＤＵＶを用いて、分光反射率（正反射率）を各々３回ずつ測定した。このとき、入射角θは２５°、入射光は４５°偏光とした。反射率は、３回の反射率の測定値の平均値とした。その結果、第２反射部の反射率は、可視光の範囲で、５８．０～６９．１％であり、第１反射部の反射率は、０．４～１．１％であった。
以下に、実施形態に使用される第１反射部と、第２反射部の反射率に関する実験例を示す。
まず、２０ｍｍ×２０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの大きさのＳＵＳ板を２枚用意した。
次に、１枚のＳＵＳ板の一方の面の全面をレーザー加工により荒らして、表面粗さＲａが０．０４６の第１反射部としての低反射部を作成した。また、もう１枚の未加工のＳＵＳ板の一方の面を第２反射部としての高反射部とした。
続いて、第１反射部と第２反射部について、それぞれ島津製作所製 ダブルビーム方式 紫外可視近赤外分光光度計 ＳｏｌｉｄＳｐｅｃ－３７００ＤＵＶを用いて、分光反射率（正反射率）を各々３回ずつ測定した。このとき、入射角θは２５°、入射光は４５°偏光とした。反射率は、３回の反射率の測定値の平均値とした。その結果、第２反射部の反射率は、可視光の範囲で、５８．０～６９．１％であり、第１反射部の反射率は、０．４～１．１％であった。
【0055】
得られた結果に基づいて、波長に対する反射率を表すグラフを作成した。
図１４に、第１反射部と第２反射部の分光反射率を表すグラフ図を示す。
また、図１５に、図１４の第１反射部の反射率を拡大したグラフ図を示す。
図中、５０１は第２反射部の場合、５０２は第１反射部の場合をそれぞれ示す。
図示するように、レーザー加工に基づく凹凸表面、及び凹凸表面の少なくとも一部に設けられた金属の酸化膜を有する第１反射部は０．４～１．１％で、第１反射部の反射率よりも高い反射率を有する第２反射部は５８．０～６９．１％で、それぞれ安定した反射率を示すことがわかった。
図１４に、第１反射部と第２反射部の分光反射率を表すグラフ図を示す。
また、図１５に、図１４の第１反射部の反射率を拡大したグラフ図を示す。
図中、５０１は第２反射部の場合、５０２は第１反射部の場合をそれぞれ示す。
図示するように、レーザー加工に基づく凹凸表面、及び凹凸表面の少なくとも一部に設けられた金属の酸化膜を有する第１反射部は０．４～１．１％で、第１反射部の反射率よりも高い反射率を有する第２反射部は５８．０～６９．１％で、それぞれ安定した反射率を示すことがわかった。
【0056】
なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の各実施形態及び各変形例に限定されるものではなく、その技術的範囲において他の様々な変形例が考えられる。また、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記各実施形態及び各変形例で挙げた構成を取捨選択すること、及び他の構成に適宜変更することが可能である。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合がある。また、使用している名称や用語についても限定されるものではなく、他の表現であっても実質的に同一内容、同趣旨であれば、本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【0057】
１０…基材、１１，１１－１，１１－２…エンコーダ用スケール、１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…第１反射部、１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ…第２反射部、１４…スリット領域、３１…レーザービーム出力器、３２…受光器、
１１０…加工前軸、１１１…モーター、１１２…取り付け具、
２００…Ｘ－Ｙステージ、２０１…Ｘステージ、２０２…Ｙステージ、２２１…軸受け、２２３…Ｘステージ駆動モーター、
４１１…レーザー電源、４１２…レーザー発振器、４１３…光スイッチ、４１４…光路変換器、４１５…レンズ、
５００…パルス制御装置、５５０…モータドライバ、
６０１…システム制御ＰＣ、６０２…ＰＣモニタ、
７０１…ＣＣＤカメラ、７０２…カメラ観察モニタ、８００…エンコーダ用スケールの製造システム、６００，６０１…モーター制御システム、８０１…冷却チラー
１１０…加工前軸、１１１…モーター、１１２…取り付け具、
２００…Ｘ－Ｙステージ、２０１…Ｘステージ、２０２…Ｙステージ、２２１…軸受け、２２３…Ｘステージ駆動モーター、
４１１…レーザー電源、４１２…レーザー発振器、４１３…光スイッチ、４１４…光路変換器、４１５…レンズ、
５００…パルス制御装置、５５０…モータドライバ、
６０１…システム制御ＰＣ、６０２…ＰＣモニタ、
７０１…ＣＣＤカメラ、７０２…カメラ観察モニタ、８００…エンコーダ用スケールの製造システム、６００，６０１…モーター制御システム、８０１…冷却チラー
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】