半導体や液晶パネルの製造やプリント配線板への部品実装、工作機械を使った加工から搬送系まで、ファクトリ・オートメーション(FA)を応用した製造ラインにとって、直動軸方向の位置決めは重要な技術要素である。リニアモーターを使った位置決め方式が広がりを見せる中、位置測定を行うセンサー部品としてリニアエンコーダの需要も拡大している。
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リニアエンコーダ
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[2008年07月号]
仏Airbus社「A380」の製造現場にもリニアエンコーダが使用されている。写真はウイングパネルの組立機
提供:レニショー
世界市場規模は600億円
リニアエンコーダはリニアスケールとも呼ばれており、ものさしとなる「目盛(スケール)」と、目盛から位置情報を取得する「検出器」で構成される。使用する製品は、半導体、フラットパネルディスプレイ(FPD)、プリント配線板などの電子デバイス製造装置、電子部品実装機、工作機械、搬送機械などが主となっている。
これら製造装置内の直動軸は、現在もボールねじとサーボモーターの組み合わせが主流となっている。この場合、サーボモーターに回転角度を計測するロータリエンコーダを使用して位置計測を行うため、リニアエンコーダは使用しないことが多い。しかし、位置決めの精度と安定性が高く、機構の省サイズ化も図れるリニアモーターの場合はリニアエンコーダを使用することになる。
FA業界では、数年前からリニアモーターの技術優位性に注目が集まっており、高精度が要求される先端製品向けから着実に需要は拡大している。併せて、リニアエンコーダ市場も着実に伸びており、現時点の市場規模は国内で約100億円、グローバルで約600億円程度と見られる。有力サプライヤは、グローバルでトップシェアの独 Heidenhain社をはじめ、国内市場でHeidenhain社とともに3トップを形成するミツトヨとソニーマニュファクチュアリングシステムズ、 FPD製造装置など大型製品向けで高シェアの英Renishaw社などがある。
これら製造装置内の直動軸は、現在もボールねじとサーボモーターの組み合わせが主流となっている。この場合、サーボモーターに回転角度を計測するロータリエンコーダを使用して位置計測を行うため、リニアエンコーダは使用しないことが多い。しかし、位置決めの精度と安定性が高く、機構の省サイズ化も図れるリニアモーターの場合はリニアエンコーダを使用することになる。
FA業界では、数年前からリニアモーターの技術優位性に注目が集まっており、高精度が要求される先端製品向けから着実に需要は拡大している。併せて、リニアエンコーダ市場も着実に伸びており、現時点の市場規模は国内で約100億円、グローバルで約600億円程度と見られる。有力サプライヤは、グローバルでトップシェアの独 Heidenhain社をはじめ、国内市場でHeidenhain社とともに3トップを形成するミツトヨとソニーマニュファクチュアリングシステムズ、 FPD製造装置など大型製品向けで高シェアの英Renishaw社などがある。
光電式と検出原理
4つの走査窓を使う光電式リニアエンコーダの検出原理(透過型)
提供:ハイデンハイン
初期の光電式リニアエンコーダの検出原理は、発光素子からの光を4つの走査窓に分け、各窓に対応する受光素子(フォトダイオード)が格子状の目盛を透過(もしくは反射)した光の光量変化から正弦(sin)波信号を生成するというもの。各窓から生成される正弦波信号は90度づつ位相がずれており、この位相差を持つ4つの正弦波信号により移動量を算出する。現在でも、ロータリエンコーダでは一般的に利用されている検出原理である。
光電式リニアエンコーダの最大の欠点と言われてきたのが、水、オイル/グリース、切削粉などの汚れが目盛上に付着して起こる、精度と安定性の低下である。4つの窓を使う光電式は、汚れによる信号品質低下が非常に大きく、用途は限られていた。
これに対して各社は、目盛と検出器をアルミケースで保護して汚れから守って信号品質を確保するとともに、汚れに強い検出原理を開発するなどして差別化を図っている。例えば、Heidenhain社やミツトヨは独自構造の受光素子により走査窓を1つにして汚れの影響を小さくする方式を採用している。また、回折格子を利用した検出原理で安定性を確保するRenishaw社の方式などもある。
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