金属コード板：衝撃に強い反射型コード板

金属コード板は多くの場合ステンレス鋼を基材とします。研磨した鏡面が反射部、粗い面または光を吸収する部分が非反射部で、読取りヘッドは両者の反射率の差から信号を読み取ります。衝撃や振動に強く薄型化も可能ですが、平面度と表面状態にはより敏感です。本稿ではその構造、利点、使用上の注意点を説明します。

装置の振動が大きく時折衝撃を受ける場合や、モータ後端でエンコーダに残された軸方向スペースが数mmしかない場合、ガラスコード板は少々不利です。ガラスは脆く衝撃に弱いうえ、非常に薄くするのも容易ではありません。金属コード板はまさにこうした用途のためのもので、多くはステンレス鋼を基材とし、反射型の光路を用います。

一枚のステンレス、二種類の表面

金属は光を通さないため、金属コード板は「透過・遮光」ではなく「反射・非反射」でパターンを形成します。

• 反射部：研磨した鏡面。光は反射の法則に従って一方向へ反射し、読取りヘッドの受光素子にちょうど届きます。
• 非反射部：光を四方八方へ散乱させる粗い面か、光を吸収する低反射膜です。どちらもフォトリソグラフィとエッチングで微細なパターンを形成できます。

コード板が回転すると、光スポットは二種類の表面に交互に当たり、受光素子は明暗の信号を得ます（図1）。

信号のコントラストは二つの表面の反射率差で決まります。変調度 M = (Imax − Imin) ÷ (Imax + Imin) で計算すると、反射部から戻る光を1、非反射部を0.1とすれば M = 0.9 ÷ 1.1 ≈ 0.82 です。非反射部の出来が悪く0.3戻ると、M は約0.54まで下がります。したがって非反射部が「十分に暗いか」は、反射部が「十分に明るいか」と同じくらい重要です。

利点：衝撃に強く、薄くできる

• 衝撃・振動に強い：金属は靭性があり、衝撃を受けてもガラスのようにチッピングや割れを起こしません。
• 薄くできる：薄板でも十分な強度があり、軸方向スペースの限られた構造に向きます。
• 片側読取り：反射型では光源と受光素子がコード板の同じ側にあるため、読取りヘッドがコード板をまたぐ必要がなく、組立スペースの自由度が高まります。
• 金属ハブとの相性が良い：ステンレス鋼の線膨張係数は約16～17 ×10⁻⁶/K、アルミ合金は約23です。約9のソーダライムガラスに比べ、アルミハブとの熱膨張差が小さくなります。

注意点1：平面度

薄い金属板は反りやすいものです。反射型の読取りはギャップに比較的敏感で、コード板が反っていると回転角に応じて読取りギャップが変動し、信号振幅もそれに伴って変動します（図2）。

また、反射面がαだけ傾くと反射光は2α偏向し、光スポットが受光素子から外れることがあります。そのため金属コード板の平面度と、組立後の面振れの両方を管理する必要があります。

注意点2：表面状態

反射型の信号は表面の反射率に直接依存します。指紋、油膜、酸化、傷はいずれも反射率を変え、信号を弱くしたり不均一にしたりします。ステンレス鋼は耐食性がありますが、研磨した鏡面は汚れに弱いままです。取扱いは手袋または指サックを着用して縁だけを持ち、保管は防湿し、清掃は適切な方法で行ってください。

温度変化も考慮が必要です。ステンレスコード板は60 K上昇すると半径20 mmの位置で約19.2 μm膨張し、反射型読取りヘッドのギャップに影響します。

向く用途

• 振動・衝撃の大きい装置
• 軸方向スペースが限られ、薄型構造が必要なモータやモジュール型エンコーダ
• コード板と読取りヘッドを別々に取り付け、片側読取りが必要な構造

非常に高いスリット数と精度が必要な場合は、依然としてガラスコード板が一般的です。選定はコード板メーカーとともに検討できます。

まとめ

金属コード板はステンレス鋼を基材とし、研磨した鏡面と粗面または吸光面との反射率差で信号を形成します。衝撃・振動に強く薄型化できる反面、平面度と表面状態に敏感です。金属コード板を上手に使う鍵は、反りを管理し、鏡面を保護することにあります。

中国語原文記事の翻訳 (0016). 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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