エンコーダとは？位置検出センサの仕組みと選び方

製造現場や産業機器において、モータの正確な位置制御や速度管理は製品品質を左右する必須要素です。その実現に欠かせないのが「エンコーダ」と呼ばれる位置検出センサです。

エンコーダは回転角度や直線移動量を高精度に測定し、電気信号として出力することで、モータやアクチュエータの精密な制御を実現します。

本記事では、エンコーダの基本的な仕組みから種類、選定のポイントまでを技術者視点で解説し、貴社の機器開発や製品改善に役立つ情報を提供します。高精度な位置制御を実現したい開発エンジニアの方は、最後までご覧ください。

エンコーダの基本と役割－モータ制御における位置検出の重要性

エンコーダは機械の回転角度や移動距離を検出し、デジタル信号やパルス信号に変換して出力するセンサです。モータと組み合わせることで、回転方向・回転数・現在位置を正確に把握し、フィードバック制御を実現します。

産業用ロボット、工作機械、医療機器など精密な位置決めが求められる用途で広く採用されており、製品の性能と信頼性を支える基盤技術となっています。

このセクションで解説する内容

• エンコーダとは：回転と移動を「見える化」するセンサ
• モータ制御におけるエンコーダの役割
• 主な用途と産業分野での活用例

このセクションでは、エンコーダの基本概念からモータ制御における具体的な役割、産業分野での活用事例まで解説します。

エンコーダは物理的な回転運動や直線運動を電気信号に変換する測定装置です。モータの軸に取り付けることで、どれだけ回転したか、どの方向に動いているかをリアルタイムで検出します。検出した情報はパルス信号やデジタル信号として制御装置へ送られ、目標位置への正確な位置決めや一定速度での運転を実現します。

エンコーダの動作原理は、回転や移動に伴って変化する光や磁気のパターンを読み取り、その変化量を電気信号に変換する仕組みです。例えば光学式エンコーダでは、円盤に刻まれたスリットパターンをセンサが読み取り、光の明暗変化をパルス信号として出力します。制御装置はパルスの数をカウントすることで移動量を算出し、パルスの発生順序から移動方向を判別します。

機械の「目」としての役割を果たし、人間が視覚で距離や速度を判断するように、制御システムに運動状態を伝える装置です。エンコーダなしでは、モータが現在どの位置にあるか、どれだけ動いたかを正確に把握できず、精密な制御は困難となります。

モータ単体では回転量や位置を自己認識できないため、エンコーダからのフィードバック信号が必須となります。エンコーダが出力するパルス信号を制御装置が読み取ることで、目標値とのズレを検知し、モータの駆動調整が行われる仕組みです。

この閉ループ制御により高精度な位置決め、速度制御、トルク制御が実現され、製品の品質向上や生産効率の改善につながります。特に医療機器や精密機器では、ミクロン単位の位置精度が求められるため、エンコーダの性能が製品の信頼性を直接左右する要素です。

エンコーダは幅広い産業分野で採用されており、以下のような用途で活用されています。

【分野別の主な活用例】

• 産業用ロボットのアーム制御
• CNC工作機械の刃物位置決め
• 半導体製造装置のステージ移動
• 医療用内視鏡のレンズ駆動
• セキュリティ機器の電子錠制御
• 光学機器のオートフォーカス機構

特に小型・高精度が求められる医療機器や精密機器では、コアレスモータと組み合わせた小型エンコーダが重宝されています。これらの分野では装置の小型化と制御精度の両立が課題となっており、エンコーダの選定が製品性能を決定づける要因となっています。

エンコーダの仕組みと主要な種類－検出方式とタイプ別の特徴

エンコーダの検出方式は、代表的なものとして光学式と磁気式に、測定対象によってロータリーエンコーダとリニアエンコーダに分類されます。さらに信号出力方式の違いからインクリメンタル型とアブソリュート型に区別され、それぞれ異なる特性と適用領域をもちます。

このセクションで解説する内容

• 検出方式による分類：光学式と磁気式
• ロータリーエンコーダとリニアエンコーダ
• インクリメンタル型とアブソリュート型の違い

本セクションでは各タイプの動作原理と特徴を解説し、用途に応じた選定の基礎知識を提供します。

光学式エンコーダはスリット円板と光センサを用いて回転を検出する方式で、高分解能と高精度が特徴です。LEDやフォトダイオードを組み合わせ、円板のスリットを通過する光の明暗パターンをパルス信号に変換する構造となっています。

磁気式エンコーダは磁石とホール素子などを利用し、耐環境性に優れるため粉じんや振動が多い環境に適した方式です。小型化と精密制御が必要な医療・精密機器では光学式が、過酷な産業環境では磁気式が選ばれる傾向があります。

ロータリーエンコーダはモータ軸の回転角度を測定し、リニアエンコーダは直線移動する対象の位置を測定します。ロータリー型は円盤状の検出部をモータ軸に直接取り付け、回転量をパルス信号として出力する構造です。産業用モータ、サーボモータ、ステッピングモータなどに広く使用されています。

リニア型は工作機械のテーブル送りや半導体製造装置のステージ制御に採用されており、直線移動距離を高精度に測定が可能です。用途に応じて適切なタイプを選択することが制御性能の向上につながります。

インクリメンタル型とアブソリュート型は、位置情報の出力方式に大きな違いがあります。

インクリメンタル型は相対的な移動量をパルス信号で出力し、シンプルで低コストですが電源OFF時に位置情報を失う特性です。

アブソリュート型は絶対位置を常に出力できるため、電源投入後の原点復帰が不要で、システムの立ち上げ時間短縮が可能となります。用途や制御システムの要件に応じて使い分けることが求められます。

エンコーダ選定のポイントと高精度制御を実現するソリューション

適切なエンコーダを選定するには、分解能・応答速度・取り付け方法・環境耐性など、複数の技術仕様を検討する必要があります。特にモータ用エンコーダでは、モータ特性との整合性が制御性能を左右します。

このセクションで解説する内容

• 分解能と精度：用途に応じた性能の見極め方
• モータとの適合性：取り付け方法と電気的整合
• 高精度制御を実現するタキロンシーアイのソリューション

本セクションでは選定時の主要チェックポイントを整理し、小型・高精度・長寿命を実現するエンコーダソリューションをご紹介します。

分解能はエンコーダが1回転あたり何パルス出力できるかを示し、PPR（Pulses Per Revolution）という単位で表されます。用途やメーカーによって大きく異なりますが、数値が大きいほど細かい位置検出が可能となり、制御精度が向上する仕組みです。

医療機器や光学機器では数万PPR以上が求められることもあります。ただし高分解能化はコストやサイズ増につながるため、求められる制御精度と全体システムのバランスを考慮した選定が必要です。過剰な分解能は制御回路の負荷を増やし、ノイズの影響も受けやすくなるため、用途に最適な仕様を見極める視点が求められます。

エンコーダをモータ軸に取り付ける際は、物理的な適合性と電気的な整合性の両面を確認する必要があります。

小型モータには省スペース設計のエンコーダが適しており、機械的な取り付け精度も制御性能に影響します。軸ズレや振動による誤検出を防ぐため、適切なカップリングの選定と確実な固定が必要です。

タキロンシーアイ株式会社は、小型・高精度なコアレスモータとエンコーダを組み合わせた制御ソリューションを提案可能です。コギングレスで滑らかな回転特性を持つコアレスモータは、エンコーダによる位置フィードバックと組み合わせることで、医療機器・精密機器・産業用ロボットなど高度な制御が求められる用途で優れた性能を発揮します。

当社のマイクロモータは国内設計・品質管理による信頼性の高さと、用途に応じたカスタマイズ対応力が強みです。ギアヘッド付きモデルなど、システム全体の最適化を考慮した製品ラインナップをそろえており、開発段階からの技術相談にも対応します。製品の詳細や技術相談をご希望の方は、お問い合わせフォームからお気軽にご連絡ください。

まとめ

エンコーダは、高精度な位置決めが求められる多くの用途で、モータの位置・速度制御に必須のセンサであり、検出方式や信号出力タイプによってさまざまな種類が存在します。

用途に応じた適切な選定により、製品の性能向上と信頼性確保が可能になります。特に小型・高精度が求められる分野では、コアレスモータとエンコーダを組み合わせたソリューションが有効です。

タキロンシーアイは、高品質なマイクロモータ製品と技術サポートで、貴社の機器開発を支援いたします。

製品情報・お問い合わせ

タキロンシーアイのマイクロモータ製品については、以下のウェブサイトで詳細をご覧いただけます。

• 製品サイト：https://cik-ele.com/
• コアレスモータ：https://cik-ele.com/products/list/coreless_motor/
• ブラシレスモータ：https://cik-ele.com/products/list/brushless_motor/
• ギアードモータ：https://cik-ele.com/products/list/gearhead/
• エンコーダ：https://cik-ele.com/products/list/encoder/

お客様の製品開発における小型モータ選定でお困りの際は、お問い合わせフォームからお気軽にご相談ください。技術担当者が用途や要件をヒアリングし、最適なソリューションをご提案いたします。

• お問い合わせ：https://cik-ele.com/contact/