エンコーダの発展史

エンコーダは、現代の産業用制御およびオートメーションシステムにおいて中核的なセンサーであり、その技術的起源は20世紀40年代にまでさかのぼります。電子工学、光学、通信、そしてMEMS（マイクロエレクトロメカニカルシステム）技術の進歩により、エンコーダは初期の機械的な角度変換装置から、ナノ精度、スマート通信、自律診断機能を備えた多機能測定プラットフォームへと進化しました。

1940～1960年代：原型の誕生と機械式時代

• 1940年代：軍用レーダーや航空航法技術の発展により、ドイツおよび英国の技術者がブラシ型回転変換器を研究し始め、角度の測定に用いられました。
• 1947年：アメリカのベル研究所が、機械的な角度を電気パルス信号に変換するという初の概念を提案。これは現在のコードディスクの原型に相当します。
• 1950年代初頭：最初の機械式エンコーダが登場。ブラシ接触原理に基づき、回転接点でスイッチ信号を出力。
• 出力信号はグレイコード（Gray Code）が主流で、初期の軍用距離測定機器やアナログコンピュータに使用されました。

特徴：

• 完全な機械接触による摩耗や信号の不安定性
• 出力信号はスイッチまたはアナログ電圧
• 使用用途は限られ、防衛実験施設が中心

1970～1980年代：光学式エンコーダとインクリメンタル技術の台頭

• 1971年：アメリカの BEI Precision Instruments 社が初の商用光学式インクリメンタルエンコーダを発表し、業界に革命をもたらしました。
• 透明なプラスチックやガラス製のグレーティングディスクに周期的なストライプを刻み、光が通過してフォトダイオードが A/B パルス信号を出力。
• 1974年：ドイツの Heidenhain 社がゼロパルス（Zチャンネル）を初搭載。原点復帰に活用。
• 1976年：日本の光洋電子（Koyo Electronics）が産業向けインクリメンタルエンコーダを発表し、CNC 分野への応用が拡大。

革新点：

• 非接触式検出により寿命と信頼性が向上
• TTL、HTL などの標準出力インターフェースが登場
• 解像度が 1000～5000 PPR に向上

1990年代：アブソリュートエンコーダとデジタル制御の普及

• 1989～1992年：Baumer、Heidenhain などのヨーロッパメーカーがシングルターンアブソリュートエンコーダを開発。多軌光ディスクと複数の光学センサにより並列出力を実現。
• 1993年：ドイツの SICK Stegmann がマルチターンアブソリュートエンコーダを発表。内蔵ギアカウンターまたは磁気センサーで回転数を記憶。
• 同時期、SSI（同期シリアルインターフェース）が標準的な通信プロトコルとして確立。Hubner 社が普及を推進。
• プログラマブルエンコーダも登場。ソフトウェアで解像度や出力方向を設定可能。

技術的進展：

• 電源断でも位置情報を保持（アブソリュート値）
• ASIC チップによる小型化と高集積化
• 高信頼性と高い耐干渉性

2000年代：フィールドバス、イーサネット、システム統合の進行

• 産業用バス通信が導入される：CANopen（CiA 406）、Profibus、DeviceNet などが多ノード構成に対応。
• 産業用イーサネット（EtherCAT、Profinet、EtherNet/IP）も登場し、高速制御分野の主流に。
• 2005年：日本の多摩川精機（Tamagawa）がSIL2 安全認証付きのエンコーダを開発。エレベーターやロボット、鉄道制御に利用。
• 温度補償、デジタルフィルタ、自律診断などを搭載し、スマートセンサー化が進展。

技術動向：

• 通信ネットワーク化により配線が簡略化
• マルチターンのビット数が30ビット以上に向上
• ホットスワップ、リモート設定、ファームウェア更新に対応

2010年代～現在：スマートエンコーダ、ミニチュアキット、無線通信

• スマートエンコーダは Bluetooth、IO-Link、産業用 Wi-Fi に対応し、PLC やクラウドと双方向通信が可能。
• 協働ロボット（Cobot）、AGV（無人搬送車）、ドローン向けに磁気式キット型エンコーダが登場。最小直径12mm、重量10g以下。
• 高分解能の磁気リニアエンコーダ（Renishaw、RSFなど）は半導体装置向けに使用され、精度はサブミクロン～ナノメートル級。
• 視覚識別型エンコーダや IMU 統合型の複合センサーも登場し、6自由度の姿勢データ提供が可能に。

今後の発展傾向

1. スマート化 + エッジコンピューティング：エンコーダ内にプロセッサを内蔵し、データの前処理、予測保全、AI推論に対応。
2. 多次元統合センサー：温湿度、IMU、トルク、加速度などのセンサーと統合し、全方位の動作検出を実現。
3. ソフトウェア定義型エンコーダ（SD-E）：解像度、通信方式、診断設定をリモートで自由に変更可能。
4. 省エネ・環境対応設計：低消費電力、非金属摺動材、モジュール式取付が主流に。
5. グローバル供給網の最適化：各国が自国のエンコーダ製造能力を強化。光学グレーティング、専用チップ、産業通信プロトコルなどの技術が重要に。

結論

エンコーダの発展は、産業界がアナログからデジタルへ、集中制御からスマート制御へ、そして閉鎖系からオープンネットワークへと進化してきた歴史を映し出しています。軍用機器から民生用途まで、エンコーダは精密機械、オートメーション、情報通信技術の発展と密接に結びついています。エンコーダの歴史を理解することは、その技術的本質を把握し、将来の産業用センサーの進化に備える第一歩となるのです。