サーボモーター（サーボモータ）とは、指令に位置・速度・トルクを追従させる「サーボシステム」に用いるモーターです。
一般的な産業用サーボシステムでは、エンコーダ等で位置・速度を検出して指令とのズレを補正し、高精度な制御はモーター・サーボアンプ・検出器の組み合わせで実現します。

とはいえ、普通のモーターやステッピングモーターと何が違い、どんな場面で選べばよいのかは、言葉の定義だけでは判断しにくいところです。
この記事では、サーボモーターの仕組み・種類・ステッピングモーターとの違い・選び方までを、図解と比較表で解説します。

サーボモーターとは

サーボモーターは、「回す」こと自体が目的の一般的なモーターと違い、「狙った位置で正確に止める」「指定した速度を保つ」といった精密な制御を目的とするモーターです。
工作機械や産業用ロボットのように、わずかな誤差が品質に直結する装置で数多く採用されています。

サーボモーター（サーボモータ）の定義

サーボモーターは、位置・速度・トルクの制御を高精度に行うサーボシステムに用いるモーターの総称です。
表記は「サーボモーター」と「サーボモータ」が併用され、メーカーの技術資料や規格では末尾の長音を省いた「サーボモータ」表記も広く使われていますが、どちらも同じ機器を指します。

産業用では、交流電源で駆動するACサーボモーターが主流です。

一般的なモーターとの違いはフィードバック制御にある

サーボモーターと一般的なモーターの違いは、モーター単体の性能というより、位置・速度を検出して補正する「フィードバック制御のしくみ」をシステムとして備えているかどうかにあります。
エンコーダなどが検出した実際の位置・速度を制御側へ戻し、指令値との差を計算して出力を修正するため、高い精度と応答性が得られます。

なお、誘導電動機のような一般的なモーターでも、ベクトル制御などを組み合わせればフィードバック制御は可能で、あくまでシステム構成の違いとして捉えるのが正確です。

サーボモーター単体ではなく「サーボシステム」として理解する

サーボモーターは、モーター単体ではなく「サーボシステム」として理解すると全体像がつかみやすくなります。
一般的な構成では、位置や速度を検出するエンコーダ、指令を電力に変換するサーボアンプ（サーボドライバ）、上位のコントローラが連携して精密な制御を実現します。

構成は製品や用途によって変わり、簡易的な位置決め機能をアンプ側に備えて独立したコントローラを省ける製品もあります。
次章では、その各要素がどう連携するのかを仕組みから見ていきましょう。

サーボモーターの仕組み

サーボモーターの仕組みは、コントローラの指令をサーボアンプが電力に変換してモーターを動かし、エンコーダなどが実際の動きを検出して指令とのズレを補正し続ける、閉じた制御ループで成り立ちます。

指令から補正までのサーボ機構の流れ

サーボ機構は、次の4ステップを高速で繰り返して動作します。

1. 指令：コントローラが「どこまで・どの速度で動かすか」の指令を出す
2. 駆動：サーボアンプが指令を電力に変換し、サーボモーターを回す
3. 検出：エンコーダがモーターの実際の位置・速度を検出する
4. 補正：検出値と指令値の差を計算し、差がなくなるよう出力を修正する

この4ステップが1秒間に何度も繰り返されることで、外乱や負荷変動があっても目標値に追従し続けます。

クローズドループ制御とは

クローズドループ制御（閉ループ制御）とは、出力結果を検出して入力側へ戻し、指令値との差を打ち消すよう制御する方式で、サーボモーターの制御は一般にこの方式が基本です。

対して、結果を検出せずに指令だけで動かす方式をオープンループ制御（開ループ制御）と呼びます。
ステッピングモーターは基本的にオープンループで動くため、この違いが後述する脱調の有無につながります。

位置と速度を検出するエンコーダの役割

エンコーダは、サーボモーターの回転位置や速度を検出して制御側へ伝えるセンサーで、サーボシステムの「目」にあたります。
その分解能は、位置決め精度を左右する重要な要素の一つです。

エンコーダには、回転位置を絶対値として扱うアブソリュート型と、動いた分だけを数えるインクリメンタル型があります。
アブソリュート型はシステム構成によっては電源再投入後の原点復帰を省略でき（多回転位置の保持にはバッテリー式とバッテリーレス式があります）、インクリメンタル型は起動時に原点復帰が必要になるのが一般的です。

なお、これは位置「情報」を扱う話であり、停止中に負荷（軸）を機械的に保持する力が必要な場合は、別途、電磁ブレーキ等が必要になります。

サーボアンプ・サーボドライバの役割

サーボアンプ（サーボドライバ）は、コントローラの指令をモーターを動かす電力へ変換し、同時にエンコーダからの信号を受けて指令とのズレを補正する演算も担う、サーボシステムの「頭脳と筋肉」にあたる装置です。

一般的な交流電源入力のACサーボアンプでは、供給された交流を一度直流に変換し、そこから必要な周波数・電圧の交流を作り直してモーターへ送ります。
交流と直流を変換する仕組みの基礎については、下記記事の解説もあわせてご覧ください。

関連記事：「コンバーターとは？インバーターとの違いや種類、仕組みについても解説」

PLC・コントローラとの関係

サーボアンプの上位には、装置全体の動きを指揮するコントローラが置かれるのが一般的で、産業用途ではPLC（プログラマブルロジックコントローラ）やモーションコントローラが指令の発生源となり、複数軸のサーボモーターを協調させて動かします。

コントローラが「何を・どの順で・どの速度で」動かすかを決め、サーボアンプがそれを各モーターの動きへ落とし込む分担で、装置が複雑になるほど、この上位制御の設計が全体の性能を決めます。

サーボモーターの種類

サーボモーターの種類は、電源方式（AC・DC）、ブラシの有無、動きの形（回転型・リニア型）、制御対象（位置・速度・トルク）という4つの軸で整理できます。

AC・DCはモーター巻線への通電方式、ブラシの有無は整流の構造による分類で、位置・速度・トルクはモーターの種類というより制御モードの違いです。
分類の軸が異なる点を押さえておくと、選定時にカタログを読み解きやすくなります。

ACサーボモーターとDCサーボモーターの違い

ACサーボモーターとDCサーボモーターの違いは、モーター巻線への通電方式にあります。
交流で駆動するACサーボは、ブラシがない永久磁石同期モーター（ブラシレス構造）が一般的で、保守が容易なことから現在の産業用の主流です。

直流で駆動するDCサーボは制御がシンプルな一方、ブラシ付きの構造では定期的な部品交換が必要になります。

ブラシ付きとブラシレスの違い

ブラシ付きとブラシレスの違いは、電流の向きを切り替える「整流」を、ブラシと整流子による機械的な仕組みで行うか、電子回路で行うかにあります。
ブラシ付きは構造が単純で低コストな一方、ブラシと整流子が接触しながら摩耗するため、定期交換が欠かせません。

ブラシレスはブラシ・整流子の摩耗がなく保守負担を抑えやすいため（軸受など摩耗する部品は残ります）、連続運転や高精度が求められる産業用サーボで広く使われています。

回転型サーボモーターとリニアサーボモーターの違い

回転型サーボモーターとリニアサーボモーターの違いは、動きが「回転」か「直線」かにあります。
回転型は軸を回す一般的なサーボモーターで、ボールねじなどと組み合わせて直線運動に変換します。

リニアサーボモーターは、はじめから直線方向の推力を生み出す方式で、機械的な変換部品を介さないため高速・高精度な直線位置決めに向きますが、初期費用が高くなる場合があります。

位置制御・速度制御・トルク制御の違い

位置制御・速度制御・トルク制御は、何を制御するかによる使い分けで、位置制御は「どこまで動かすか」、速度制御は「どの速さで回すか」、トルク制御は「どれだけの力を出すか」を対象とします（トルクは主にモーターに流す電流を調整して制御します）。

正確な位置決めが要る工程では位置制御、一定の張力を保ちたい巻き取り工程ではトルク制御というように用途で選び、1台のサーボアンプで複数モードに対応できる製品も一般的です。

サーボモーターと他のモーター・制御方式の違い

サーボモーターと他のモーター・制御方式の最大の違いは、位置や速度のズレを検出して自動で補正できるかどうかにあります。
とくに比較されやすいステッピングモーターとは、フィードバックの有無・脱調・高速特性・コストの4点で性格が分かれます。

まずは比較表で全体像をつかみましょう。

ステッピングモーターとの違いを比較表で整理

サーボモーターとステッピングモーターの主な違いを、以下の比較表に整理しました。

比較項目	サーボモーター	ステッピングモーター
位置・速度の検出	一般にエンコーダ等で検出しフィードバック（クローズドループ）	基本はフィードバックなし（オープンループ／クローズドループ型を除く）
脱調（位置ズレ）	ズレを検出して補正できる（限界を超えるとアラーム停止する場合あり）	過負荷・高速時に脱調が起こり得る
高速域のトルク	高速回転でもトルクを維持しやすい	高速域ではトルクが低下しやすい
位置決め精度	負荷変動があっても位置を監視し追従誤差を補正しやすい	分解能の範囲で位置を刻む（低速・短距離で安定）
応答性	負荷変動時も指令に追従しやすい	中低速・短距離では応答が安定
必要な駆動機器	サーボアンプ（サーボドライバ）が必要	ステッピングモーター用ドライバが必要
停止時の保持	サーボオン中は制御トルクで保持。電源遮断時や垂直軸で機械的保持が要るなら電磁ブレーキ等を検討	通電時は大きな保持トルクを得やすい。無通電時の保持が必要なら電磁ブレーキ等を検討
制御・設定の手軽さ	チューニングが必要でやや複雑	構成がシンプルで扱いやすい
コスト	比較的高い	比較的安い

脱調の有無とズレを補正できる強み

脱調（だっちょう）とは、指令に対してモーターが追従できず、位置がずれてしまう現象です。
オープンループのステッピングモーターは実際の位置を確認しないため、過負荷や急な高速動作で脱調するとズレに気づけません（エンコーダを備えたクローズドループ型のステッピングモーターは例外です）。

一方サーボモーターは、エンコーダがズレを検出してその場で補正するため、負荷が変動しても位置を保ちやすいのが強みです。
ただし補正にも能力の限界があり、負荷や速度が許容範囲を超えると、アラームを出して停止する場合があります。

高速域で有利なサーボモーターの速度・トルク特性

ステッピングモーターは低速域では高いトルクを発揮する一方、回転数が上がるとトルクが急激に低下しやすい性質があります。
そのため、高速で連続運転する装置や、素早い加減速を繰り返す用途では、高速域でもトルクを維持しやすいサーボモーターが有利になります。

コスト・制御のしやすさの違い

コストと扱いやすさの面では、ステッピングモーターに分があります。
エンコーダやサーボアンプが不要な構成にでき（ただしステッピングモーター用のドライバは必要です）、指令パルスの数で位置を決められるため制御もシンプルです。

サーボモーターはアンプやエンコーダを含めた費用に加えてチューニングの工数もかかるため、必要な精度と速度に対して過剰でないかを見極めることが、無駄なコストを避ける鍵になります。

速度制御と位置決め制御から見たインバーター制御との違い

サーボモーターとインバーター制御の違いは、「汎用インバーター＋汎用モーター」と「サーボモーター＋サーボアンプ」の組み合わせで比べると分かりやすくなります。
汎用インバーターは主に誘導電動機の回転速度を可変させる装置で「どの速さで回すか」という速度制御を得意とし、サーボは速度に加えて「どの位置で正確に止めるか」という位置決め制御まで高精度に行えます。

なお、サーボアンプの内部にもモーターを駆動するインバーター回路が含まれており、両者はまったくの別物ではありません。
また、ベクトル制御やエンコーダによるフィードバックに対応した高機能なインバーターには位置決めに対応する製品もあり、両者の境界は一律ではありません。

インバーターの基礎については、下記記事で詳しく解説しています。

関連記事：「インバーターとは？仕組みや役割、メリットをわかりやすく解説」

サーボモーターのメリット・デメリット

サーボモーターのメリットは高精度・高応答・負荷変動への強さにあり、デメリットはコストと制御設定の難しさに集約されます。

高精度・高応答・負荷変動への強さというメリット

サーボモーターの最大のメリットは、狙った位置・速度を高い精度で実現できることです。
微細な位置決めや素早い加減速を正確にこなし、負荷が急に変わっても補正が働くため動作が安定し、生産品質のばらつきを抑えられます。

高精度・高応答・負荷変動への強さという3点が、多くの自動化装置でサーボモーターが選ばれる理由です。

コスト・制御設定・チューニングの難しさというデメリット

一方のデメリットは、コストと設定の難しさです。
モーター本体に加えてサーボアンプやエンコーダが必要になり、システム全体では他方式より費用がかさみます。

また、性能を引き出すには負荷に合わせたゲイン調整（チューニング）が必要な場合があります。
自動チューニング機能を備えた製品も増えていますが、導入後の立ち上げ工数まで含めて検討することが大切です。

サーボモーターを使わないほうがよいケース

サーボモーターは万能ではなく、使わないほうが合理的なケースもあります。
単純に一定速度で回すだけの用途や、低速での位置決め・停止保持が中心の装置では、要求精度・負荷・速度条件によっては、ステッピングモーターやインバーター制御の誘導電動機など、より低コストな方式で満たせる場合があります。

「求める精度・速度に、より安価な方式で届くか」を先に確認することが、堅実な選定につながります。

サーボモーターの用途・使用例

サーボモーターは、工作機械・産業用ロボット・搬送設備・包装機など、正確な位置決めや速度制御が求められる装置で広く使われています。
共通するのは「精密に動かし、正確に止める」ことが品質や生産性に直結する点です。

工作機械での使用例

工作機械では、マシニングセンタや旋盤の刃物・テーブルを指令どおりの座標へ正確に移動させるためにサーボモーターが使われます。
位置決め精度がそのまま加工精度になり、複数軸を協調させて曲面や複雑形状を削り出すため、高い応答性と精度が採用の理由です。

産業用ロボットでの使用例

産業用ロボットでは、各関節（軸）の駆動にサーボモーターが使われます。
溶接・組立・搬送でアームを狙った位置・姿勢へ素早く正確に動かし、複数の関節を同時に協調させて再現性の高い動きを実現するうえで、フィードバック制御が中心的な役割を果たします。

搬送設備での使用例

搬送設備では、コンベアの停止位置合わせ、仕分け機構、ピック＆プレースなど「正確に位置を決める」動作を中心にサーボモーターが使われます。
ただし、搬送設備全体の駆動を担う主役は必ずしもサーボではなく、精密制御が要る部分に部分的に採用されるのが実態です。

包装機・印刷機での使用例

包装機・印刷機では、フィルムの送り量を一定に保つ、印刷の見当（位置）を合わせるといった複数軸の同期制御にサーボモーターが多用されます。
機械式のカム機構をサーボ制御に置き換えると段取り替えをソフト上で行え、生産の柔軟性を高められる点も採用の理由です。

昇降機・搬送設備でのモーター制御と駆動方式の考え方

昇降機や一般的な搬送設備でのモーター駆動は、サーボモーターが主役とは限らない点に注意が必要です。
ロープ式エレベーターを中心に、PM同期電動機または誘導電動機をVVVFインバーターで制御する構成が使われ、機械室レスタイプではPMギヤレス巻上機が広く採用されています（油圧式など、これとは別の駆動方式もあります）。

これらをそのまま「サーボモーター」と呼ぶわけではありません。

一方で、扉や周辺の搬送機構など正確な位置・速度制御が要る部分では、専用のモーターによる制御が使われる場合もあり、どのモーター・制御方式を使うかは機種や設計によって異なります。
昇降機まわりのモーター制御を掘り下げたい方は、下記の記事もあわせてご覧ください。

関連記事：「エレベーターのインバーター(VVVF)について」

サーボモーターの選び方

サーボモーターの選び方は、必要なトルクと回転速度、位置決め精度、負荷慣性モーメント、アンプとの相性、そして過剰スペックの回避、という順に確認していくと絞り込みやすくなります。
装置の要求仕様を数値で整理してから、それを満たす製品を選ぶのが基本の流れです。

必要なトルクと回転速度の確認

最初に確認するのは、装置に必要なトルクと回転速度です。
動かす対象の重さ・摩擦・加減速の激しさから必要なトルクを見積もり、生産速度から求められる回転数を割り出します。

そのうえで、運転サイクル（加速・定速・減速・停止）から求めた実効トルクが連続定格トルクの範囲内か、加速時のピークトルクが最大トルクの範囲内か、最高回転速度を超えないかを確認します。
ここが不足すると、加速不良や過負荷アラームの原因になります。

位置決め精度と応答速度

次に、どこまで正確に・どれだけ速く動かす必要があるかを確認します。
要求する位置決め精度は、エンコーダの分解能だけで決まるわけではなく、機械の剛性やバックラッシュ（ギヤなどの遊び）、負荷条件も影響するため、モーター容量・慣性・検出器・機械構成を総合して選びます。

逆に精度要求が緩ければ、より安価な方式で足りることもあります。

負荷慣性モーメント

見落としやすいのが、負荷慣性モーメントの確認です。
慣性モーメントとは「動かしにくさ・止めにくさ」を表す量で、モーター側の慣性に対して負荷側の慣性が大きすぎると、安定した制御が難しくなります。

モーターと負荷の慣性比が推奨範囲に収まるよう選定し、慣性比が大きい場合は減速機を介して調整します（減速機のバックラッシュや許容入力回転速度もあわせて確認します）。

電源・制御方式とアンプの相性

モーター単体でなく、供給できる電源（電圧・単相／三相）、上位コントローラとの通信方式、対応する制御モードが合っているかも確認します。
サーボモーターとサーボアンプは、同一メーカー・同一シリーズで組み合わせて使うのが基本です。

あわせて、設置場所の温度・粉じん・防水などの使用環境、頻繁な加減速で生じる回生エネルギーの処理（回生抵抗の要否）、サーボオフ時や停電時に垂直軸などを機械的に保持する電磁ブレーキの要否（通常の減速用ではありません）も、この段階で押さえておくと選定の抜け漏れを防げます。

過剰スペックの回避

最後に、選んだ仕様が過剰になっていないかを見直します。
精度や速度に余裕を持たせすぎると、コストと調整の手間が不必要に増えるため、要求仕様を満たす範囲で、無駄のない容量・精度を選ぶことが費用対効果の高い選定につながります。

サーボシステムを展開する主なメーカーには、三菱電機、安川電機、ファナック、パナソニック、オムロン、キーエンスなどがあります。
選定時は各社の公式製品資料を確認し、利用できる場合は選定支援ツールも活用してください。

サーボモーターに関するよくある質問（FAQ）

最後に、サーボモーターについてよくいただく6つの質問に回答します。

普通のモーターとの違い

普通のモーターとの主な違いは、位置や速度を検出して補正するフィードバック制御を、システムとして備えているかどうかです。

なお、誘導電動機もベクトル制御などを用いればフィードバック制御は可能なので、厳密にはモーター単体でなく、制御を含めたシステム構成の違いといえます。

ステッピングモーターとの精度比較

高速域や負荷変動がある条件では、ズレを検出して補正できるサーボモーターのほうが精度を保ちやすいといえます。

一方、低速での位置決めや停止保持が中心の用途ではステッピングモーターでも要求を満たせる場合があり、どちらが高精度かは動作条件によって変わります。

価格が高い理由

サーボモーターが高価になりやすいのは、モーター単体でなく、位置を検出するエンコーダや補正演算まで行うサーボアンプを含むシステムとして構成されるためです。

高精度な部品と制御機能に加え、立ち上げ時のチューニング工数もかかることが総額を押し上げます。

エンコーダの要否

一般的な産業用サーボシステムでは、エンコーダ等で位置・速度を検出するのが通例です。

ただし、エンコーダを用いずに制御するセンサレス方式もあり、有無は製品仕様によって異なるため、実際の要否は使用する製品の仕様と用途で確認してください。

インバーター制御との違い

インバーター制御は主に誘導電動機の回転速度を変える方式で速度制御を得意とし、サーボモーターは速度に加えて正確な位置決め制御まで高精度に行える点が違いです。

高機能なインバーターには位置決めに対応した製品もあるため、目的とする制御と求める精度から使い分けるのが実際的です。

搬送設備での採用の考え方

一般的な搬送設備の駆動主役は、インバーター制御の誘導電動機であることが多く、必ずしもサーボモーターが必要とは限りません。

要求される精度・速度を整理したうえで、正確な位置決めや素早い同期制御が要る部分にサーボモーターを採用するのが実際的です。

まとめ

サーボモーター（サーボモータ）は、エンコーダなどのフィードバックによる位置・速度制御と、電流制御によるトルク制御を組み合わせて、狙った動きを高精度に実現するサーボシステム用のモーターです。

この記事の要点は次の3点に整理できます。

• 仕組み
  指令→駆動→検出→補正のクローズドループで、狙った位置・速度に追従し続ける
• 違い
  ステッピングモーターは脱調し得るが、サーボはズレを検出して補正できる（能力の限界を超えるとアラーム停止する場合もある）。速度調整中心ならインバーター制御で足りる場合もある
• 選び方
  トルク・回転速度・位置決め精度・慣性比・アンプとの相性を確認し、過剰スペックを避ける

サーボモーターは高性能な反面コストと調整の手間がかかるため、用途に見合った方式かどうかを見極めることが、堅実な導入につながります。
エレベーターのモーター制御と乗り心地の関係をより深く知りたい方は、関連記事もあわせてご覧ください。

関連記事：「エレベーターの乗り心地はモーター制御で決まる！VVVFと直流制動について解説」

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