アブソリュートエンコーダとは？仕組み・種類・用途を徹底解説

アブソリュートエンコーダは、位置や回転角度を正確に計測するための重要なセンサーで、主に産業用機器や自動化設備で使用されています。エンコーダは、回転運動をデジタル信号に変換し、機器に正確な位置情報を提供する役割を担いますが、アブソリュートエンコーダはその中でも特に精度が高く、位置を絶対的な値で把握できるという特徴を持っています。このため、電源を切った後でも、再度電源を入れると、前回の位置を記憶しているため、再設定やリセットが不要となります。

アブソリュートエンコーダとは？基本の仕組みを解説

アブソリュートエンコーダは、円形のディスクに複数のパターンが刻まれ、それを読み取ることで正確な位置情報を取得します。これにより、システムが停止しても正しい位置を維持することができ、信頼性の高い計測が可能となります。このエンコーダは、主にロボットや工作機械、制御システム、モーターなどの回転軸に設置され、運転の精度向上に大きく貢献します。例えば、アブソリュートエンコーダは位置情報が絶対的であるため、機器が停止しても位置の記録が消えることはありません。さらに、このエンコーダは高精度な位置決めを要求される製造業や自動化設備において重要な役割を果たしており、精密な操作が必要な場面で活躍しています。アブソリュートエンコーダを活用することで、設備の稼働精度が大幅に向上し、エラーの発生を防ぐことができます。

アブソリュートエンコーダの種類と特徴

アブソリュートエンコーダにはいくつかの種類があり、それぞれの特徴が異なるため、用途や使用環境に応じた選択が重要です。まず、アブソリュートエンコーダは主に「ロータリー型」と「リニア型」の2つに分けることができます。ロータリー型は回転軸に取り付けられ、角度を計測するため、モーターやロボットなどの回転運動の位置決めに使用されます。リニア型は直線的な位置の変化を測定するため、直線運動が求められる設備や機器で利用されます。これらの型に加えて、アブソリュートエンコーダは「光学式」「磁気式」「静電容量式」など、動作原理に基づいても分類されます。光学式アブソリュートエンコーダは、ディスクに刻まれた光学パターンをレーザーやLEDで読み取る方式です。高精度で安定した信号出力が得られ、特に精密機器に多く使用されています。一方、磁気式アブソリュートエンコーダは、磁場の変化を検出して位置を把握します。光学式に比べて耐環境性が高く、特に過酷な条件下で使用されることが多いです。たとえば、振動や湿度が高い場所でも安定して動作するため、産業機械や車両の位置制御に利用されます。静電容量式アブソリュートエンコーダは、電気的な容量の変化を利用して位置を測定します。このタイプは、精度が高く、また小型化しやすいという特徴があります。これらの異なるタイプは、各々の特性により適した使用場所や用途があり、導入する際には、環境や求められる精度に合わせた選択が重要です。また、アブソリュートエンコーダは、分解能（位置情報の精度）や出力形式（例えば、シリアル出力や並列出力）も多様で、システムに合わせて最適なものを選ぶことが求められます。

インクリメンタルエンコーダとの違いとは？

アブソリュートエンコーダとインクリメンタルエンコーダは、どちらも位置や回転角度を計測するための重要なセンサーですが、その動作原理と特性に大きな違いがあります。まず、アブソリュートエンコーダは、位置情報を「絶対的な値」として計測します。つまり、回転軸の位置を常に一意に識別することができ、電源が切れても再度電源を入れると、最後に記録されていた位置を保持したまま動作を再開します。この特性により、アブソリュートエンコーダは非常に高い精度と信頼性を誇り、位置決めや高精度な動作が求められる環境に最適です。これに対して、インクリメンタルエンコーダは回転の「変化量」を測定します。具体的には、エンコーダが一定の回転をするごとに、パルスが発生し、そのパルス数をカウントすることで回転角度や位置を計測します。インクリメンタルエンコーダは、その時点での位置を知るのではなく、あくまで「変化量」を追跡するため、電源を切るとその情報は消失します。電源を再投入した際には、最初からカウントを始める必要があります。これにより、インクリメンタルエンコーダは、位置情報を保持するために外部でのリファレンス位置設定や再ゼロ調整が必要になることがあります。さらに、アブソリュートエンコーダは、より高い解像度を提供することができ、精密な位置決めが可能です。一方、インクリメンタルエンコーダは、低コストで設置が簡便であり、比較的簡単なシステムで使用されることが多いです。例えば、インクリメンタルエンコーダはモーターの回転速度を測定する用途には優れており、回転の変化だけを重要視するシンプルなシステムには向いています。しかし、位置が重要な場合や、停止後に位置を再計算することが難しい状況には、アブソリュートエンコーダの方が適しています。これらの違いを理解し、使用するシステムのニーズに応じたエンコーダを選ぶことが大切です。

アブソリュートエンコーダの主な用途と活用事例

アブソリュートエンコーダは、その高精度な位置決め能力と信頼性の高さから、さまざまな産業分野で活用されています。特に位置情報が重要なシステムや、再設定が難しい環境において非常に有効です。主な用途としては、ロボット工学、工作機械、モーター制御、さらには航空宇宙産業など、精密な制御を要求される分野が挙げられます。例えば、ロボット工学では、アブソリュートエンコーダがロボットの関節部に取り付けられ、ロボットの動きを正確に制御します。このエンコーダにより、ロボットは自分の位置を常に把握し、複雑な作業を繰り返す際に高い精度で動作します。また、動作中に位置が変わっても、電源を切ることなく再起動後も正確な位置情報を得られるため、効率的に動作を再開できる点が大きなメリットです。さらに、工作機械では、アブソリュートエンコーダが工具の位置を監視し、非常に精密な加工を実現します。機械の動作が停止しても、前回の位置が記録されたまま稼働を再開できるため、再調整やリセットが不要となり、作業効率が向上します。

アブソリュートエンコーダの選び方と導入のポイント

アブソリュートエンコーダの選び方は、使用目的や環境、必要な精度に応じて慎重に決定することが重要です。まず、選定時に考慮すべき主なポイントとして、エンコーダの「タイプ」を挙げることができます。ロータリー型かリニア型か、回転運動か直線運動かを確認し、システムの構造に適合するものを選びます。例えば、回転軸に取り付ける場合はロータリー型、直線的な位置決めが必要な場合はリニア型を選ぶことになります。また、アブソリュートエンコーダには光学式、磁気式、静電容量式など、動作原理が異なるタイプがあります。光学式は精度が高く、安定した信号が得られる一方で、環境によっては感度が低くなる場合があるため、使用環境をよく考慮する必要があります。磁気式は耐環境性に優れており、振動や湿度が多い場所でも安定して動作しますが、精度においては光学式に若干劣ることがあります。

まとめ

アブソリュートエンコーダは、位置決めや回転角度の計測において非常に高い精度と信頼性を提供する重要なセンサーです。これらは、光学式、磁気式、静電容量式など、異なる動作原理を持つタイプがあり、使用する環境や精度要件に応じて選択することが重要です。また、アブソリュートエンコーダの主な特徴は、位置情報を絶対的な値で保持できることにあり、電源を切っても位置情報が失われないため、再設定やリセットが不要で、特にロボット工学や工作機械、モーター制御など、精密な位置決めが必要な分野で活躍しています。