サーボモータ・モーション市場拡大 主要需要先の好調維持で金額・数量とも過去最高 IT機器・自動車関連の好調が追い風に

2015年4月15日

サーボモータの市場が大幅な拡大を見せている。ほとんどの主要需要先が好調を維持しており、金額、数量とも過去最高ベースに達している。製品も高速化や精度の向上に加え、モーション制御機能との融合も著しい。センサレス化やレアアースレス、バッテリレス対応などにも取り組んでいる。先行きへの不安要素も少なく、当分は右肩上がりの状況が継続しそうだ。

■再び上昇基調期へ
日本電機工業会(JEMA)がまとめている生産統計によると、サーボモータの2014年度(14年4月~15年3月)の生産額は1004億円、前年度比21・2%と大きく増加、1000億円台に乗せた。ITバブル、リーマンショックと経済環境の激変の中でサーボモータの生産も大きな山谷を繰り返してきた。現在は再び上昇基調期に入っており、JEMAでは15年度も同5・3%増、1058億円の生産見通しを立てている。

現在サーボモータの需要を支えているのは、スマートフォンと自動車関連の好調。スマートフォンの出荷は国内外で大幅な増加となっており、とりわけ米国と中国メーカーが生産を増やしていることで、各方面に波及している。

加えて、半導体・液晶製造装置、工作機械、電子部品実装装置、射出成型機、ロボットなどにも大きな波及効果をもたらしている。

自動車関連の好調な動きも追い風になっている。自動車生産設備需要に加え、自動車の電子化に伴う車載部品の増加も大きい。ライトやメーターなどのLED化、カーナビゲーションシステム、ドライブレコーダなどが自動車生産台数の増加に比例して、関連需要を牽引している。

■3品業界も堅調推移
3品業界も堅調だ。とりわけ食品関係は、コンビニエンスストア向けなどのパッケージのニーズが増えており、自動化やトレーサビリティなどに絡んで伸びている。

サーボモータ市場は、工作機械、電子部品実装装置、半導体・液晶製造装置、産業用ロボット用、自動車生産設備などを中心に急速な回復を見せている。

半導体・液晶製造装置の国内出荷額は、14年度が1兆5786億円(前年度比6・9%増)、15年度は1兆6935億円(同7・3%増)と堅調な見通しとなっており、グローバルでも14年の世界の半導体製造装置販売額が375億ドルで、前年比18%増と大幅な伸長を見せている。

工作機械も、14年受注額が1兆5094億円(前年比35・0%増)と大幅増になり、07年に次ぐ史上2番目の受注額を示している。今年に入っても毎月2桁増で推移していることから、15年は過去最高になることが期待されている。

ロボットの生産も堅調な拡大を維持しており、15年は7000億円台乗せが見込まれ、過去最高を更新する勢いとなっている。こうした市場の好調を背景に、サーボモータ各社はフル生産を続けており、生産ラインの増設を検討しているところも多い。為替の円安基調もあり、輸出環境も追い風となっている。円安となっても、基本は「地産地消」の生産姿勢を崩さず、むしろシェアの低い地域で、その市場に合った製品を投入する方向を強めている。

スマートフォンは、機種やメーカーによる優劣で売れ行きが左右され、サーボモータ生産にも大きな影響を与える。最近はこの影響を少しでも避けるために、人手作業の部分を極力減らし、ロボットや自動機などを活用した生産へ移行しつつある。サーボモータは用途によって使い分けされることから、少量多機種化の強い製品のひとつ。自動化と人手作業をうまく使い分けながら、こうした需要変動に対応しようとしている。

■ロボットの導入促進
ロボットの導入は、人手不足や人件費の上昇対策だけでなく、安定した品質の確保、微細作業の自動化などの効果に繋がる。

政府も、ロボット産業のあらゆる分野への普及を進めるためのプロジェクトを進めており、サーボモータ需要にも追い風になることが期待されている。

サーボモータはこのほか、駅ホームの安全ドア開閉や自動改札機、乗り物シミュレータなどのアミューズメント関連、回転鮨のベルトコンベヤ制御などでも採用が進み、新たな市場を形成している。

海外市場では、米国が自動車製造関連や半導体、航空関連などが好調で、中国も工作機械出荷で世界№1になり、また人手確保や人件費対策からロボットへの作業の置き換えを進めており、サーボモータの大きな市場に成長した。

■高速化や精度向上進む
サーボモータ各社は、使いやすさに重点を置いた製品開発を進めている。複雑な制御調整が簡単にできるオートチューニング機能、機械の振動を抑えながら短時間で位置決めを行う制振制御技術、作業の安全を確保するセーフティ制御技術、さらに効率的な生産を進めるネットワーク化対応などが開発のポイントとなっている。

オートチューニングでは、ワンタッチで機械の共振制御などにも対応できるよう、各社が独自の機能を搭載している。制振制御技術ではアーム先端の振動に加え、装置本体の残留振動も抑制できる低周波抑制アルゴリズムを搭載し、さらなる高精度調整を可能にしている。

高速化では、速度周波数応答2・5k〓、22〓ロータリーエンコーダーの標準搭載で、400万パルス/revを超える高分解能製品もラインアップされ、位置決め整定時間を大幅に短縮し、高精度な位置決めや微細加工を可能にしている。整定時間を短縮することは、業務の効率化に繋がり、機械・システムの生産性が向上する。

また、サーボモータの制御に関しては、指令応答特性を高めるフィードフォワード機能(FF機能)と、外乱抑制特性を高めるフィードバック制御(FB制御)があるが、FF制御とFB制御を完全に分離して制御を行うことができる、2自由度制御方式を搭載したサーボモータも使われている。

両制御を完全に分離することで、より高速・高精度なモータ制御が実現する。例えば電子部品実装機では、部品搭載ヘッドの振動を抑えた高速実装タクトの実現や、金属加工機では、摩擦や粘性の影響を少なくし、切断面を滑らかにするといった高精度な加工が実現できる。

ネットワーク対応では、EtherNet技術をベースに、通信速度100Mbps全2重の高速独自ネットワークを駆使し、リアルタイム通信性能や、自由度の拡大が図られている。

セーフティ化では、サーボモータに関連する規格として、ISO13849―1、IEC61508シリーズ、IEC62061、IEC60204―1、IEC61800―5―2などがある。このうちIEC60204―1は、機械の電気装置に関する要求事項を定めた規格で、停止の制御機能について定義されている。

可変速ドライブシステムの機能安全規格であるIEC61800―5―2への対応も行われている。このほか、厳しい環境下でも使用できるよう保護構造IP65などを標準採用したタイプや、IP67対応品も増えている。

低剛性への対応もポイントで、特に高速応答の必要なマシンボンダーや、低剛性メカニックを低振動で高速駆動したい取り出しロボット、多関節ロボットなどで重要視されている。

■コンパクトで低コスト
小型・軽量化の例では、サーボドライブが必要とするトルクを直接供給するようにすれば、機構が単純になってコンパクト化が可能となる。故障の発生や外的トラブルの要因も減らせ、低コストや省資源というメリットにもつながる。

機器の小型化では、リニアサーボモータの動向も注目されている。回転型サーボモータとボールねじとの組み合わせに比べ、推力が大きく、短ストローク移動で加減速の繰り返しなどに強みを発揮できる。特に、小型で速い動きが求められている機械などに最適である。

「オールインワン・サーボモータ」として、ドライバ、エンコーダ、モーションコントローラ、シーケンサ、ネットワークまでを1台に収納した製品は、配線作業が不要で、省スペース化とともにトータルコストダウンが図れる。

搬送機械、繊維機械などでは、1台のマシンに使用するモータ数が多く、特にサーボアンプの小型化や各軸のゲインチューニング工数の短縮が求められる。このため、回路基板をワンボード化するなど、高密度実装と最適放熱設計での超小型サーボアンプもある。

今後注目されるのが、センサレスサーボモータの動向だ。インダクションモータの付加価値を上げたともいえ、エンコーダなしで電圧および電流からモータの速度と位置を検出して、高精度な速度制御や簡易な位置決め制御が実現できる。しかも負荷変動(0~100%)に関係なく安定した速度で運転や位置決めを実現でき、位置決め精度も高い。エンコーダを使用しないため、小型化が可能で機械の省スペース化にもつながる。また、部品点数が少なくなることで、メンテナンス性も良くなる。

一時、大きく騒がれたレアアース問題は、ここにきて状況が大きく変化している。レアアースレスの製品が開発されてきたこともあり、この問題はほぼ解決されつつある。

堅調に拡大するサーボモータ市場であるが、当面は需要への不安要素は少なく、今年度も10%前後の伸びが期待できる。とりわけ、自動車周辺、IT機器周辺はこの好調さが維持されそうだ。