ガラスコード板の目盛線にクロムが使われる理由

ガラスコード板の黒い目盛線は、厚さ約0.1 μmのクロム膜です。薄いのに十分に黒く、しっかり密着し、摩耗や腐食に強く、さらにフォトリソグラフィとエッチングでμmレベルの線を形成できます。本稿では、遮光、密着、耐久性、加工性の四つの観点から、ガラスコード板がクロムを広く採用する理由を説明します。

ガラスコード板を照明にかざすと、目盛線は黒く、スリットは透明に見えます。黒い部分はクロム膜で、厚さはわずか約0.1 μm。髪の毛を50～100 μmとすれば、その500～1000分の1の薄さです。目盛線に使える金属はクロムだけではありませんが、なぜガラスコード板では広くクロムが選ばれるのでしょうか。

目盛線材料に求められる条件

目盛線として使える膜は、少なくとも次の条件を同時に満たす必要があります。

1. 十分に黒い：ごく薄くても光を遮る
2. 密着性が高い：ガラスから浮いたり剥がれたりしない
3. 耐久性がある：洗浄や拭き取り、長期使用に耐える
4. 微細化できる：フォトリソグラフィとエッチングでμmレベルの線を、エッジを整えて形成できる

クロムはこれらの項目のバランスに優れており、これが広く採用されている根本的な理由です。

薄い一層で十分に黒い

目盛線の遮光の程度は光学濃度ODで表します。OD = −lg T（Tは透過率）です。

クロムは光の吸収・反射がともに強いため、百ナノメートルオーダーの厚さで高い光学濃度が得られます。比較してみましょう。スリットの透過光量を1とすると、OD 3の目盛線では0.001しか残りません。変調度 M = (Imax − Imin) ÷ (Imax + Imin) = 0.999 ÷ 1.001 ≈ 0.998 で、ほぼ理想的な白黒です。逆に、遮光層にピンホールがあったり局所的に薄かったりすると、そこから光が漏れ、信号のコントラストが低下します。

膜が薄いことにはもう一つ利点があります。エッチング時間が短く、サイドエッチングが少ないため、線のエッジがよりきれいになります。

密着性と耐久性

クロムはガラスとの密着性が良好です。金や銀を成膜する際に、下地としてまずクロムを成膜することが多いのはこのためです。クロム膜は硬く傷がつきにくく、表面には緻密な酸化膜が形成され、湿気や一般的な洗浄剤に対して比較的安定です。コード板はエンコーダに組み込まれた後、何年も使われるため、これらの点は重要です。

コード板によっては、クロムの上にさらに酸化クロム層を設けて表面反射を抑え、読取りヘッド内の迷光を減らしているものもあります。

リソグラフィとエッチングが可能

クロム目盛線の形成方法は図1のとおりです。ガラスを洗浄し、真空中でスパッタリングまたは蒸着によりクロムを成膜し、フォトレジストをスピンコートしてプリベークします。マスクを通して紫外光で露光し、現像して除去すべきクロムを露出させ、その部分をエッチング液で溶かし、最後にレジストを剥離します。

クロムのエッチング液（一般に硝酸セリウムアンモニウム系）はクロムだけを腐食し、ガラスやフォトレジストを侵さないため、パターンを正確に「転写」できます。フォトマスク業界は数十年にわたりクロムを遮光層として使ってきており、材料・設備・プロセスはいずれも成熟しているため、コード板製造でもそのまま活用できます。

ウェットエッチングでは若干のサイドエッチングが生じ、線幅はレジストパターンよりやや細くなります。これはマスク設計とプロセス条件で補正する必要があります。

他の材料との比較

まとめ

クロムがガラスコード板の目盛線材料となったのは、総合的な性能によるものです。約0.1 μmで十分に黒く、密着性が高く、耐摩耗性・耐食性に優れ、成熟したリソグラフィとエッチング工程できれいな細線を形成できます。コード板の遮光品質を見るときは、光学濃度、ピンホール、線のエッジを重点的に確認してください。

中国語原文記事の翻訳 (0014). ENC7 コード板メーカー（お問い合わせ） · 技術記事 · https://enc7.com

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