機器選定 #02：アブソリュートとインクリメンタルのエンコーダ — 停電復帰の要件で選ぶ

先に結論を述べます。電源投入時に原点復帰を行わずに真の位置をただちに知る必要がある場合 — 特に垂直軸、ロボット、長く止められないラインではアブソリュートエンコーダを選びます。起動時の原点復帰（ホーミング）が許容でき、安価で単純な解を求める場合はインクリメンタルエンコーダを選びます。核心の違いは一つの問いに集約されます。電源が切れて再投入されたあと、機械は自分の位置を自力で知っているか。 アブソリュートは位置を記憶します。インクリメンタルは原点に戻って位置を再確立する必要があります。本記事は、価格ではなく、機械の停電復帰要件と安全上の制約に基づいて判断するための指針です。

二種類のエンコーダの早見比較

項目	インクリメンタル	アブソリュート
電源投入時に位置がわかるか	わからない、原点復帰が必要	わかる、すぐ読み出せる
起動時に原点復帰が必要か	必要	不要
停電中も位置を保持するか	しない	する（多回転は電池・機構付き）
信号の種類	A/B/Z のパルス	位置コード（SSI, BiSS, EnDat, フィールドバス）
配線の複雑さ	単純	やや複雑
相対価格	低	やや高
ノイズによる位置喪失リスク	あり（誤カウントでずれる）	低い（アブソリュートコードを再読込）
代表的な用途	コンベア、原点に戻りやすい軸	垂直軸、ロボット、自動倉庫、原点に戻りにくい軸

インクリメンタルとアブソリュートの停電後位置復帰を比較する図

インクリメンタルエンコーダ：基準点からパルスを数える

インクリメンタルエンコーダは、軸が回転するとパルス列を出力します。回転方向を知るために位相が90度ずれた二つのチャンネルA・Bを持ち、通常は基準として1回転に1パルスのZチャンネルを加えます。コントローラはパルスを数えて、開始点から軸がどれだけ動いたかを知ります。数え始めた地点から常に測るため、位置は相対的です。

重要な帰結があります。電源投入直後、コントローラは軸がどこにあるかを知りません。カウンタは0ですが、軸は任意の位置にあり得ます。そのためインクリメンタルエンコーダを使う機械は、起動時に原点復帰（ホーミング）を行う必要があります。原点スイッチやZチャンネルに当たるまで軸を動かし、カウンタをリセットします。原点復帰のあと、位置は信頼できます。

利点は、安価、単純、配線が容易、高分解能を得やすいことです。欠点は、電源投入のたびに原点復帰が必要なこと（時間がかかり、原点まで走る空間も要る）、そしてノイズでパルスを誤カウントすると、次の原点復帰まで系が気づかないまま位置がずれることです。空間と時間に余裕のある水平軸なら、通常これが経済的な選択です。

アブソリュートエンコーダ：各位置に固有のコード

アブソリュートエンコーダは、コード板に刻まれた各位置に固有のコードを割り当てます。コントローラはコードを読めばただちに真の位置を知ります。どこからか数える必要も、原点復帰も要りません。電源を入れれば軸の位置がわかります。

記憶範囲によって二種類あります。

単回転（シングルターン）： 1回転の中の絶対位置を知りますが、1回転を超えると繰り返します。1回転未満で回る軸、または減速機構がある場合に十分です。
多回転（マルチターン）： バックアップ電池やギア式の回転計数機構により、回った回数も記憶します。多くの回転を動く軸（例：長いストロークに何回転も要するボールねじ）に対して、真に「停電中も位置を記憶する」のはこの型です。

利点は、原点復帰が不要で位置がすぐわかること、ノイズ耐性が高いこと（カウントを積算せずアブソリュートコードを再読込するため）です。欠点は、高価で配線が複雑（SSI, BiSS, EnDat などのデジタルプロトコル、またはフィールドバス経由）なこと、そして電池式多回転は電池の保守が必要なことです。垂直軸（停電すれば落下し、原点復帰が危険）、多関節ロボット、自動倉庫、原点復帰のために長く止められない系では、アブソリュートはほぼ必須です。

どれを選ぶか：停電の問いから始める

判断の手順は次のとおりです。

停電後、位置を再確立するために原点復帰を行ってよいか。 不可（垂直軸が負荷を落とす、ロボットが衝突する、原点復帰の空間がない）→ アブソリュート。可 → さらに検討。
原点復帰は起動のたびに相当な時間・空間を要するか。 停電後に速やかに再起動する必要があるライン → アブソリュートが価値を持つ。
1ストロークで軸は何回転動くか。 多回転で、停電中も記憶が必要 → 多回転アブソリュート。
原点復帰が安全・迅速で空間も足り、安価さが重要なら。 → インクリメンタルが妥当。

言い換えれば、問いは「どちらが優れているか」ではなく「機械は停電のたびの原点復帰に耐えられるか」です。耐えられるなら、インクリメンタルは安価で十分です。耐えられないなら（安全・時間・軸の性質のため）、アブソリュートが正しい投資です。

価格を比べて説得する定量的な方法として、原点復帰の時間コストを見積もります。多軸のラインが起動のたびに順番に原点復帰し、毎回数分を要し、停電や非常停止が週に数回起きるなら、年間に積み上がる停止時間は、アブソリュートエンコーダの価格差をはるかに上回り得ます。連続運転のラインでは、安全面を数える前に、再起動時間の短縮だけでアブソリュートが元を取ることが多いです。逆に、1シフトに1回起動する単独機なら原点復帰の時間は無視でき、インクリメンタルが経済的に正しい選択のままです。

分解能とプロトコル：仕様を正しく読む

型に加えて、制御系と合わせるべきものが二つあります。

分解能： インクリメンタルは1回転あたりのパルス数（PPR）、アブソリュートはビット数（例：13ビット単回転は1回転8,192位置）。必要な位置精度に応じて選び、無駄に過剰にしないこと。
プロトコル／信号： インクリメンタルは通常、ラインドライバまたはオープンコレクタのA/B/Zパルス、アブソリュートはSSI, BiSS, EnDat、あるいは直接フィールドバス（EtherCAT, PROFINET）へ。コントローラやサーボドライブがそのプロトコルに対応している必要があります。ここはよく詰まる箇所です。ドライブが読めないプロトコルのアブソリュートエンコーダを買ってしまうのです。

サーボ系では、多くのモータがすでにエンコーダ（近年はアブソリュートが多い）を内蔵しているため、外付けエンコーダの検討は、モータとは独立の位置フィードバックが必要な場合、または伝達誤差を補償するために負荷側で直接測定したい場合にのみ生じます。

例：実際の二軸を読む

製品を位置決めする水平コンベア、原点スイッチあり、シフト開始時に1回起動： インクリメンタル。シフト開始時の原点復帰は速く安全で、アブソリュートに金を払う必要はない。
作業ヘッドを垂直に昇降させるZ軸： 多回転アブソリュート。停電しても負荷は高さを保ち、再起動時にただちに位置を知り、重い負荷を吊った軸で原点復帰を手探りする必要がない — より安全で速い。

ノイズと配線が信頼性を決める

正しく選んだエンコーダでも、配線が悪ければ誤った値を報告し得ます。インクリメンタルエンコーダでは、電気ノイズがカウンタにパルスを誤読させ、次の原点復帰まで静かに位置をずらします。実務上の原則をいくつか挙げます。

長距離やノイズの多い環境では、オープンコレクタではなく差動信号（ラインドライバ、RS-422）を使う。 差動信号のほうがノイズ耐性がはるかに高い。
シールド付きケーブルを正しい規則で片側接地し、 動力ケーブルとは別の配線ダクトに通し、インバータケーブルと平行に近接させない。
ケーブル長をメーカーの制限内に保つ。 デジタルプロトコルのアブソリュートエンコーダにも、ケーブルに依存する長さと読み取り速度の制限がある。

アブソリュートエンコーダは、カウントを積算せず毎回アブソリュートコードを再読込するため、位置の面でノイズ耐性が高く、1回のノイズパルスが永続的なずれを生じません。これは（原点復帰とは別に）重要な系がアブソリュートに傾く技術的理由の一つです。

制御ループの中のエンコーダ：位置、速度、負荷補償

エンコーダは位置を知るためだけのものではありません。サーボ系では速度・位置ループも閉じます。コントローラは（エンコーダからの）真の位置を指令位置と比較し、誤差を計算してモータを調整します。したがってエンコーダの分解能と安定性は、「どこにいるか」だけでなく、運動の滑らかさと精度に直接影響します。

よくある設計判断として、エンコーダをモータ軸に置くか負荷側に置くかがあります。モータ側は単純ですが、伝達系の誤差（ギアのバックラッシ、ベルトの伸び）は測定されません。負荷側にエンコーダを追加すると（フルクローズドループ構成）、負荷の真の位置を直接測定して伝達誤差を補償できますが、複雑さと費用が増します。負荷位置の高精度が必要な機械では負荷側での測定を検討し、通常の機械ではサーボ内蔵のエンコーダで十分です。この選択は使う伝達系と密接に関係します — 各伝達方式のバックラッシと剛性については機器選定 #03 — ボールねじ、タイミングベルト、ラックピニオンを参照してください。

よくある失敗

負荷を吊る垂直軸にインクリメンタルを使う。 停電後、負荷を担いだ軸で原点復帰することになり危険になりやすい。アブソリュートを使う。
軸が多回転するのに多回転型を忘れる。 単回転は1回転でコードが繰り返し、十分な位置を記憶できない。
ドライブ／PLCが対応しないプロトコルのアブソリュートエンコーダを買う（SSI/BiSS/EnDat/フィールドバス）。
過剰な分解能を選ぶ。 機械系が活かせない分解能に金を払う。
電池式多回転の電池保守を怠る。 電池切れは記憶した位置の喪失を意味する。

手早い選定チェックリスト

[ ] 停電後、機械は安全に原点復帰できるか。不可 → アブソリュート。
[ ] 原点復帰は起動のたびに時間・空間を要するか。
[ ] 軸は垂直か、負荷を吊っているか、衝突しやすいロボットか。
[ ] 1ストロークで軸は何回転するか（単回転か多回転か）。
[ ] ドライブ／PLCはどのプロトコルに対応しているか（A/B/Zパルス、SSI, BiSS, EnDat、フィールドバス）。
[ ] 選んだ分解能は実際に必要な精度と合っているか。
[ ] 電池式多回転なら、電池保守の計画があるか。
[ ] 原点復帰による停止時間を、アブソリュートの価格差と比較したか。
[ ] エンコーダケーブルは差動信号・シールド・動力とは別ダクトを使っているか。

一つの軸、あるいは多軸系の位置フィードバックを選んでいて、アブソリュートとインクリメンタルの間で迷っている場合、MINATAは安全要件、停電復帰、既存のコントローラに基づいて助言できます。MINATAの技術・製造サービスをご覧ください。

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