재료
PC(폴리카보네이트) 코드 디스크: 플라스틱 코드 디스크가 적합한 곳
PC(폴리카보네이트) 코드 디스크는 가볍고 잘 깨지지 않으며 비용이 낮아 대량 생산에 적합합니다. 그러나 선팽창 계수가 소다라임 유리의 약 7~8배이고 내열성과 정밀도도 유리만 못합니다. 이 글에서는 계산 예를 통해 PC 디스크의 장단점과 적합한 용도, 적합하지 않은 용도를 설명합니다.
프린터에 들어 있는 소형 엔코더를 분해하면 얇고 가벼운 플라스틱 디스크를 자주 볼 수 있습니다. 글래스 디스크처럼 떨어뜨려도 걱정이 없고 가격도 낮지만, 고정밀 서보 모터에서는 거의 보이지 않습니다. PC 디스크가 어디에 적합한지는 재료 자체의 성질에 달려 있습니다.
PC 디스크란
PC, 즉 폴리카보네이트는 투명하고 인성이 좋은 엔지니어링 플라스틱입니다. PC 디스크는 대부분 투과형으로, 기재가 빛을 통과시키고 디스크의 패턴이 빛을 막습니다. 판독 원리는 글래스 디스크와 같습니다.
장점: 가볍고, 낙하에 강하며, 저렴하다
- 가볍다: 플라스틱은 유리보다 가벼워 디스크의 관성 모멘트가 작으므로 소형 모터와 저출력 장비에 유리합니다.
- 잘 깨지지 않는다: PC는 인성이 있어 낙하나 충격에도 쉽게 깨지거나 치핑이 생기지 않습니다(그림 1 위). 운송과 조립 중 손실도 적습니다.
- 비용이 낮다: 대량·저비용 생산 방식에 적합해 단가 면에서 유리합니다.
단점 1: 열팽창이 크다
PC의 선팽창 계수는 약 65~70 ×10⁻⁶/K, 소다라임 유리는 약 9, 붕규산 유리는 약 3.3입니다. 60 K 상승 시 반경 20 mm에서의 반경 변화는 다음과 같습니다.
| 재료 | 반경 변화 |
|---|---|
| 붕규산 유리 | 약 4.0 μm |
| 소다라임 유리 | 약 10.8 μm |
| 스테인리스강 | 약 19.2 μm |
| PC(70으로 계산) | 약 84 μm |
디스크가 균일하게 팽창하면 눈금선의 각도 위치는 변하지 않습니다. 문제는 다른 곳에 있습니다.
- 허브, 축과 팽창량이 다르다. 디스크를 반경 5 mm 위치에서 알루미늄 허브에 접착했다고 가정합니다. 알루미늄의 선팽창 계수는 약 23이므로 60 K 상승 시 두 부품의 반경 차이는 약 (70 − 23) × 10⁻⁶ × 5 mm × 60 ≈ 14 μm입니다. 이 차이는 접착층이 흡수하며, 냉열 사이클이 반복되면 응력, 접착층 미끄러짐, 편심 변화를 일으킬 수 있습니다.
- 트랙 전체가 바깥쪽으로 이동한다. 60 K 상승 시 반경 20 mm의 트랙은 약 84 μm 바깥으로 이동합니다. 리드헤드는 그대로이므로 원래 약 84 μm 안쪽에 있던 재료를 읽게 됩니다. 피치는 여전히 2πr ÷ N이어서 인덱스 격자와 어긋나지는 않지만, 트랙이 좁거나 여러 트랙이 나란히 있는 앱솔루트 디스크에서는 반경 방향으로 이만큼의 여유를 두어야 합니다.
- 불균일하게 팽창한다. 사출 성형 수축이 불균일하거나, 허브가 디스크를 구속하거나, 안팎의 온도 차가 클 때 부위별 팽창량이 달라지며, 이때 비로소 눈금선의 각도가 실제로 어긋납니다.
단점 2: 내열성, 정밀도, 표면
- 내열성: PC의 연화 온도는 유리보다 훨씬 낮으며, 장기 사용 온도는 구체적인 재료별로 확인해야 합니다. 고온 열원 근처에는 적합하지 않습니다.
- 정밀도와 라인 수: 재료의 치수 안정성이 유리보다 낮고 약간의 수분도 흡수하므로, PC 디스크는 일반적으로 라인 수가 많지 않고 피치가 큰 용도에 쓰입니다. 피치가 클수록 같은 불균일 변형이 피치에서 차지하는 비율이 작아져 영향도 줄어듭니다.
- 표면: PC 표면은 비교적 무르고 긁히기 쉬우며, 아세톤 등 일부 유기 용제는 PC 표면을 하얗게 만들거나 균열을 일으킬 수 있습니다. 세정 전에 용제가 적합한지 확인하십시오.
적합한 용도
| 용도 특징 | PC 디스크 | 글래스 디스크 |
|---|---|---|
| 비용 민감, 대량 생산 | 적합 | 비용이 높음 |
| 낙하·충격 위험 | 적합 | 보호에 주의 필요 |
| 온도 변화가 크고 고정밀 요구 | 그다지 적합하지 않음 | 적합 |
| 라인 수 많음, 피치 작음 | 제한적 | 적합 |
대표적인 예가 프린터입니다. 캐리지에는 코드 스트립, 용지 이송에는 코드휠이 쓰이며 대개 플라스틱 기재입니다. 그 밖에 비용에 민감하고 분해능 요구가 높지 않은 모터 속도 검출 및 위치 결정에도 PC 디스크가 자주 검토됩니다.
정리
PC 디스크의 장점은 가볍고, 잘 깨지지 않으며, 비용이 낮다는 것이고, 단점은 열팽창이 크고 내열성과 정밀도가 유리보다 낮다는 것입니다. 라인 수가 많지 않고 온도 변화가 작으며 비용에 민감한 용도에는 잘 맞지만, 고분해능·고정밀이 필요하거나 사용 온도가 높은 용도에서는 글래스 또는 메탈 디스크를 우선 검토하십시오.
중국어 원문 기사 번역 (0015). ENC7 코드 디스크 제조사 (문의) · 기술 자료 · https://enc7.com
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