コード板の基礎知識
一枚のコード板に何があるか：インクリメンタルトラック、原点トラック、アブソリュートトラック
コード板上の一周一周のパターンをトラックと呼び、それぞれが一つの役割を担う。インクリメンタルトラックは目を数え、原点トラックは基準を与え、転流トラックはサーボモータに仕え、アブソリュートトラックは位置を直接読み出し、芯出しリングは組立て時の芯合わせを助ける。本記事ではこれらのトラックを一つずつ紹介し、インクリメンタル式とアブソリュート式のコード板のパターンを比較する。
コード板を光にかざすと、太さの異なるパターンが何周も見える。外周はびっしりと細かく、内側にはいくつかの長い円弧があり、一周だけ小さな切欠きが一つしかないものもある。この一周一周を「トラック」と呼び、それぞれが一つの役割を担っている。トラックを見分けることが、コード板の図面を読み解く第一歩である。
インクリメンタルトラック：「何目進んだか」を数える
インクリメンタルトラックは等間隔の目盛線が一周並んだもので、コード板の「スリット数」はこれを指す。2500本のコード板は、一回転で2500信号周期を出す。
A相とB相の二つの信号は同じインクリメンタルトラックから得られる。読取りヘッドには二組の窓があり、互いに1/4ピッチずれているので、90°位相の異なる二つの信号が得られ、回転方向の判別と4逓倍に使われる。
インクリメンタルトラックをふつう外周に置くのは、ピッチがp = 2πr ÷ Nだからである。スリット数が同じなら、半径が大きいほどピッチは広い。2500本を半径20 mmに置けばピッチ約50 μm、線幅約25 μmだが、半径10 mmに移すとピッチは約25 μmしかなく、加工も読取りも難しくなる。
原点トラック：一周に一つの道標
インクリメンタル式エンコーダは、電源投入時に自分がどこにいるかを知らず、現在位置から数え始めるしかない。原点トラックには一周に窓が一つだけあり、一回転ごとに原点信号(Z相)を一つ出す。コントローラはこれを基準に原点復帰を行う。
原点窓の位置はインクリメンタルの目盛線と厳密に合わせる必要がある。そうすればZパルスはA、B信号と一定の位相関係を保つ。
転流トラック：サーボモータ専用
ブラシレスサーボモータでは、電源投入後にサーボアンプがロータ磁極のおおよその位置を知らなければ、正しく通電できない。転流トラックはそのためのもので、U、V、Wの三周が一般的である。
各周はモータの極対数に応じて区分され、三相は電気角120°ずつずれている。4極対モータの場合、各相は一回転で4周期変化し、三相は順に120° ÷ 4 = 30°（機械角）ずつずれる（図1）。三つの信号を組み合わせると6通りの状態があり、各状態は電気角60°に対応する。これでモータをまず回し始めることができ、その後はインクリメンタルトラックが精密な転流を引き継ぐ。
芯出しリングとマーク
芯出しリングはトラックと同心の細い円環で、信号は出さず、組立て専用である。顕微鏡下で軸を回しながらコード板を調整し、芯出しリングが振れなくなるまで合わせる。半径20 mmで5 μm偏心すると、読取りヘッド一個で約52″の誤差になるので、この工程は重要である。
このほか、コード板にはロット番号、回転方向、パターン面の識別などのマークがよく入っており、トレーサビリティと組立てに役立つ。
アブソリュート式コード板：一周で一ビット
アブソリュート式コード板は、位置をコード板上に直接「書き込んで」いる。図1の右側は6周のグレイコードで、各周が一ビットを表す。半径方向に0と1の組を読めば、コード板が64区画のどこにあるかがわかり、一区画は360° ÷ 64 = 5.625°である。
通常の二進数ではなくグレイコードを使うのは、グレイコードでは隣り合う区画で一ビットしか変わらないため、読取り窓が区画の境界にかかっても、とんでもない値を読むことがないからである。最上位ビットは内周に、最も細かいビットは外周に置く。これも外周のほうが周長が長く、パターンが細くなりすぎないためである。
ビット数の多いアブソリュート式コード板では、各ビットを一周ずつ作るのではなく、コードトラック（または一周の擬似ランダム符号）で粗位置を決め、外周の内挿トラックから正弦波/余弦波信号を出して区画内を内挿するのが一般的である。
二種類のコード板のパターンを比較すると次のとおり。
| インクリメンタル式コード板 | アブソリュート式コード板 | |
|---|---|---|
| 主なトラック | インクリメンタルトラック、原点トラック。サーボ用は転流トラックを追加 | 複数周のコードトラックまたは擬似ランダム符号トラック、加えて内挿トラック |
| 電源投入後 | 原点まで回らないと絶対位置がわからない | 現在位置を直接読み出せる |
| パターンの特徴 | 外周は細線、内周は単純 | 周ごとにパターンが異なり、配置がより複雑 |
まとめ
インクリメンタルトラックは目を数え、原点トラックは基準を与え、転流トラックはモータの起動を助け、アブソリュートトラックは位置を直接与え、芯出しリングとマークは組立てとトレーサビリティに役立つ。コード板の図面を見るときは、まず各周がどのトラックかを見分け、それからスリット数、半径、公差を見れば、見落としにくい。
中国語原文記事の翻訳 (0012). 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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