エンコーダとは？
エンコーダ（Encoder）は、回転角度、直線変位、速度などの物理的な動きを電気信号に変換するセンサーデバイスです。PLC、ドライバ、産業用コンピュータなどのデジタル制御システムにリアルタイムで情報を提供し、監視、フィードバック、制御を可能にします。産業オートメーション、ロボット工学、CNC装置、医療機器、航空宇宙などの高精度なモーションコントロール分野で、エンコーダは閉ループ制御と高精度位置決めを実現するための重要な要素です。
エンコーダの分類概要（Comprehensive Classification of Encoders）
エンコーダは、測定形式、出力信号の種類、検出原理、通信インターフェースなど、さまざまな技術的視点から分類されます。
1. 測定形式による分類（By Measurement Format）
| 種類 | 説明 |
|---|---|
| ロータリーエンコーダ（Rotary Encoder） | 回転運動（角変位）を検出。モーターシャフトや回転盤など |
| リニアエンコーダ（Linear Encoder） | 直線運動を検出。工作機械や位置決めステージなど |
| ワイヤーエンコーダ（Draw Wire Encoder） | ワイヤーの伸縮で長距離の変位を測定 |
| エンコーダキット（Encoder Kit） | モジュール式設計。外装なしで小型モーターに最適 |
2. 出力信号の種類による分類（By Signal Output Type）
| 種類 | 説明 |
|---|---|
| インクリメンタルエンコーダ（Incremental Encoder） | 相対位置のA/B/Zパルス信号を出力。コントローラで常時カウントが必要 |
| アブソリュートエンコーダ（Absolute Encoder） | 絶対位置を出力。単回転・多回転があり、電源オフでも位置保持 |
| アナログエンコーダ（Analog Encoder） | 連続的な電圧・電流（0–10V、4–20mA）を出力 |
3. 検出原理による分類（By Sensing Technology）
| 検出原理 | 特徴と用途 |
|---|---|
| 光学式（Optical） | 高精度・高分解能。クリーンで高要求な環境に最適 |
| 磁気式（Magnetic） | 粉塵や油汚れに強く、過酷な産業環境に対応 |
| 静電容量式（Capacitive） | 小型・耐振動・低消費電力。精密機器向け |
| 誘導式（Inductive） | 高い耐干渉性。重機や安全性重視の用途に適する |
4. 通信インターフェースによる分類（By Communication Interface）
| インターフェース | 説明 |
|---|---|
| A/B/Z パルス | 標準的なインクリメンタル出力。高い互換性 |
| アナログ出力 | 旧型PLCやレガシーシステムに対応 |
| シリアルインターフェース（SSI/BiSS） | 高精度・リアルタイム性が高く、ハイエンド機器向け |
| フィールドバス（CANopen/Profibus） | 多ノード通信が可能な柔軟な構造 |
| 産業用イーサネット（EtherCAT/Profinet） | 高速リアルタイム通信に対応。複雑なオートメーションに最適 |
エンコーダの動作原理（How Encoders Work）
エンコーダは、以下の構成要素で動作します：
- 可動部：回転軸、リニアガイド、ワイヤー構造など
- コードディスク／磁気テープ：周期構造を持ち、位置検出に使用
- 検出ユニット：フォトセンサ、磁気センサ、静電容量板、コイルなど
- 信号処理回路：検出信号を標準出力に変換
- 出力インターフェース：制御機器と接続してリアルタイムデータ送信を実現
対象物が移動すると、エンコーダ内部の検出システムが位置情報を収集し、それを電気信号として出力します。光学式は光源と透過型コードディスクを使用し、磁気式は磁場の変化を検出、静電容量式は電場分布の変化を感知します。
エンコーダの主要パラメータ（Key Performance Metrics）
| パラメータ | 説明 |
|---|---|
| 分解能（Resolution） | 単位移動あたりの信号数（PPR、bitなど） |
| 精度（Accuracy） | 実際値と測定値の最大誤差 |
| 再現性（Repeatability） | 同一点を繰り返し測定した際の安定性 |
| 最大応答周波数 | エンコーダが対応可能な最大運動速度に対する出力周波数 |
| 出力ロジックレベル | TTL、HTL、RS422などの電気的規格 |
| 保護等級（IP） | IP65、IP67などの防塵・防水性能指標 |
エンコーダの主な用途（Common Applications）
- 産業オートメーション：コンベア制御、サーボフィードバック、電動シリンダー制御
- 工作機械（CNC）：X/Y/Z軸の位置測定、工具交換
- ロボットシステム：関節角度測定、移動ロボットの位置検出
- 医療用スキャン装置：MRIやCTのスキャン制御
- 再生可能エネルギー：風力タービンのヨー制御、太陽光パネルの追尾
- 航空宇宙・防衛：ミサイルの舵制御、航空機の姿勢検知
エンコーダ構造と信号図
図1：一般的なロータリーエンコーダの外観
図2：コードディスク、センサ、信号処理部を含む構造イメージ
関連技術規格（Relevant Standards）
- IEC 60050-351：計測用語の国際標準
- ISO 13849：機械安全機能規格（安全エンコーダ対応）
- IEC 60529：防塵・防水等級（IP）規格
- IEC 61800-5-2：ドライブシステムの機能安全規格
- CiA 406：CANopenエンコーダ仕様
- IEC 61158：フィールドバス通信プロトコル規格
用語集（Glossary）
| 用語 | 意味 |
|---|---|
| PPR | 1回転あたりのパルス数（Pulses Per Revolution） |
| CPR | 1回転あたりのカウント数（Counts Per Revolution） |
| Z相 | インクリメンタルエンコーダで1回転に1回出力される基準信号 |
| TTL | 5Vロジックのデジタル信号規格 |
| HTL | 10–30Vの出力、耐干渉性が高い |
| RS422 | 差動出力方式で高速・長距離通信が可能 |
| SSI | 同期型シリアルインターフェース。主にアブソリュート出力に使用 |
| BiSS | 高性能・オープンソースのシリアル通信規格 |
まとめ： エンコーダは、物理システムとデジタル制御の架け橋です。その種類、構造、出力方式、規格の理解は、産業オートメーションや精密制御システムでの最適な選定・統合設計に役立ちます。
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