扉のインターロック設計、トレイ交換の回数と停止時間からPLrとロックを決める

この装置は、治具板を手前の載置位置から奥の加工位置へ、ボールねじとサーボの1軸で300mm搬送します。動く質量は6kg（仮）、速度は500mm/sです。作業者は30分ごとに前面の扉を開けてトレイを交換し、1回に中にいるのは1分（仮）。扉の開口から治具板の動作範囲までは150mm（仮）です。

この作業の条件なら、扉のインターロックに求められるのはPLr dです。ただし停止時間が手の届くまでの時間より長いので扉にはガードロックが必要で、ロックを解く条件も安全機能になります。STOに入れてから1.0秒待って解錠すること、扉開要求のボタンを扉の回路に直列に入れないこと。この2つを安全側で作ると、遅延の時間が1つの安全リレーでは足りず、セーフティコントローラを選ぶことになりました。

部品代は約16万円で、目標の10万円を超えます。超えた分は、解錠の条件を安全側で作るための費用です。扉を15分に1回より多く開ける使い方なら、PLr eに上がり、ドアスイッチも2個必要です。

数字はどれも、公開資料と仮に置いた値から出した机上の計算で、実機では測定していません。安全面の確認もまだです。最終の判断はリスクアセスメントと有資格者の確認、メーカーの資料で行ってください。

ワークと作業の条件、扉を開ける回数から決まる

要求は次の表のとおりで、どれもこの記事の前提として決めた値です。

項目	この記事の前提
装置	治具板を手前の載置位置から奥の加工位置へ搬送する1軸の装置。前面に扉1枚、ほかは固定ガード
軸	ボールねじ（φ12、長さ400mm、リード10mm）と200Wのサーボ。ストローク300mm、500mm/s、加減速5m/s²、動く質量6kg（仮）
人の作業	30分ごとに扉を開けてトレイを交換する（1時間に2回）。1回に中にいるのは1分（仮）
稼働	1日16時間、年240日（年3,840時間）
扉と危険源	扉の開口から、治具板の動作範囲まで150mm（仮）
非常停止	前面に1個
電源と制御	単相AC200V、制御はDC24V。位置決めとシーケンスは汎用のPLC
費用	安全回路に追加する部品で10万円以内

表のうち、扉を開ける回数と1回の作業時間は、計算では決まりません。トレイの交換周期と作業の手順として、客先に確認する項目です。後で見るとおり、ここが変わるとPLrもスイッチの数も変わります。提供前の装置設計の支援アプリ MEKARIQ は、ワーク仕様などの装置の条件から3D・組立図・部品図・部品表・回路図を生成し、AIが決めきれないワークの条件を客先への確認事項として一覧にします。扉を開ける回数と1回の作業時間も、こうした客先確認事項として設計の初めに確認しておく条件です。（MEKARIQ は、株式会社Anamorphosis Networks が開発している装置設計の支援アプリです。MANUFAC を制作する株式会社Game は、その開発を受託しています。この段落はその紹介です。）

厚生労働省の「機械の包括的な安全基準に関する指針」によると、設計の段階でリスクを見積もって減らし、取りきれなかった分は「使用上の情報」として使う側に渡します¹。この情報には、安全機能とその構成や、故障したあとの再起動の仕方も入ります。後半の再開の手順は、そのまま取扱説明書に載る中身です。

危険源と、それぞれに当てる方策は次のとおりです。

危険源	起きること	方策
治具板とフレームの端	手の挟み込み	扉のインターロックとガードロック
ボールねじと継手	指や袖の巻き込まれ	工具でしか外せない固定ガード
扉を閉めたとたんの起動	中の人に気づかず動く	手動リセットと、別の起動ボタン
制御盤の中の端子	感電	STOでは防げない。保守は主電源を切る

PLを求めるのは扉のインターロックで、閉めたあとの手動リセットもこの機能に含めます。非常停止は、同じ挟み込みの危険源に合わせてPLr dと置きました。水平の軸なので、停電やSTOでの落下はこの装置にはありません。

リスクグラフで扉の機能にPLr dが付く

PLrは、ISO 13849-1（JIS B 9705-1）のリスクグラフで決めます。傷害のひどさS、危険源にさらされる頻度と時間F、避けられる可能性Pの3つを選ぶと、aからeのどれかに行き着く仕組みです²。

Sは重傷のS2にしました。200Wのモーターでも、リード10mmのボールねじを通すと推力が大きいからです。

推力  F = 2π × T × η ÷ L     T はモーターのトルク、η = 0.9（仮）
定格  2π × 0.64 × 0.9 ÷ 0.010 = 362 N
最大  2π × 2.2  × 0.9 ÷ 0.010 = 1,244 N

1,244Nは、127kgのものを載せた重さに当たる力です。治具板とフレームの端で指を挟まれれば、骨折では済まないかもしれません。

Fは、扉を開ける回数で決まります。安全機器メーカーReeRの解説では、さらされる頻度が15分に1回を超えればF2で、F1を選べるのは15分に1回以下、かつさらされる時間の合計が運転時間の1/20を超えない場合です³。この装置は1時間に2回、1回1分なので、合計は1時間に2分、運転時間の3.3%です。F1に入ります。

Pは、ほとんど避けられないP2です。同じ解説によると、Pは危険な事象が起きる速さ、危険に気づけるか、逃げられるかで選びます³。治具板は500mm/sで動き、手元はトレイに隠れて見えにくいので、P1を選ぶ理由がありません。

S2、F1、P2の組み合わせは、PLr dです。図の下の段では、扉を開ける回数と1回の長さで、F1でいられる範囲を見てください。

結論が逆になるのは、扉を開ける回数か、1回の長さが変わったときです。1時間に2回のままでも、1回が1.5分を超えれば合計が1/20を超え、F2になります。トレイ交換をやめて毎サイクル手でワークを置く形にし、30秒ごとに扉を開けるなら、迷わずF2で、PLr eです。

危険な事象が起きる確率が低いと言えれば、PLrを1段下げてよいという扱いもあります³。この装置では使いません。治具板は毎サイクル動くからです。

2023年版ではPの決め方が改められ、5つの観点をそれぞれ評価して決めます⁴。この記事のS、F、Pは2015年版の考え方です。

停止時間で、ロックと解錠の条件が決まる

扉を開けて手が届くまでの時間は、150mm ÷ 2,000mm/s ＝ 0.075秒です。手の速さ2,000mm/sは、キーエンスのISO 13855の解説にある想定の値で、ピックアンドプレースの記事と同じです⁵。扉が開いていくあいだの時間は入れていないので、手が早く届く安全側の見積もりです。

換算質量   Meq = m + (Jr + Js + Jc) × (2π ÷ L)²
              = 6 + (0.221 + 0.064 + 0.03) × 10⁻⁴ × (2π ÷ 0.010)² = 18.4 kg
SS1で減速して停止する   0.010 + 0.005 + 0.5 ÷ 5 = 0.115 秒
STOだけで惰走する       減速度 20 N ÷ 18.4 kg = 1.09 m/s²、0.46 秒で 115 mm 進む
                       0.010 + 0.008 + 0.46 = 0.48 秒
SS1で減速しない場合     0.010 + 0.306 + 0.008 + 0.46 = 0.79 秒

0.008秒はSTOの入力が切れてからエネルギーが切れるまでで、三菱電機のカタログの値です⁶。ロータの慣性0.221×10⁻⁴kg·m²は同じカタログのHG-KR23から取り、ねじの慣性はφ12、長さ400mmの寸法から出しました。0.010秒はセーフティコントローラの反応時間で、説明書の式（サイクル時間×2−2ms）にサイクル時間6msを仮に入れた値です⁷。0.306秒は遅延0.3秒に1サイクルを足した値です。入力の遅れ0.005秒、摩擦20N、継手の慣性0.03×10⁻⁴kg·m²も仮に置いた値で、停止時間は実機で測定して置き換えるものです。

どの停止方法でも、0.075秒には届きません。SS1の減速は時間で切り替えるだけで、減速しているかを安全機能は監視していません。距離で済ませるなら、減速しない場合の0.79秒で取ることになり、1.6mが必要です。小型装置の扉では現実的ではないので、ガードロックを付けます。IDECのISO 14119の解説でも、停止性能が接近時間以上なら、ロックの必要な構成です⁸。

ロックは、ばねでロックし、24Vを通すと解錠する型にしました。ISO 14119は、ばねでロックする型と、電気でロックする型のどちらも認めています⁸。この装置で前者を選んだのは、停電で惰走しているあいだも扉が開かないからです。

停止方法はSS1にしています。減速を指令し、決めた時間のあとでSTOに入れる、時間で切り替える形（SS1-t）です。STOだけにしなかったのは、治具板が115mm惰走し、ストロークエンドの近くで停止させるとメカストッパに衝突するからです。三菱電機も接続例の注で、サーボオフで停止してからか、強制停止で減速して停止してからSTOを切るよう求めています⁶。減速の時間はアンプの設定で決まります。STO、SS1と停止カテゴリの違いは、電気制御か機械制御かの記事で詳しく読めます。

ここで見落としやすいのが、解錠の条件です。停止までの0.115〜0.79秒は手が届く0.075秒より長いので、動いているうちに解錠すれば、ロックを付けた意味がありません。つまり解錠の条件は、それ自体がPLr dの安全機能です。汎用のPLCだけで解錠を出すと、PLCの故障1つで動作中に解錠することがあります。

解錠は、STOに入ったことをアンプの出力で確認し、扉開要求から1.0秒たってから、セーフティコントローラの安全タイマーで出します。1.0秒は、減速しない場合の0.79秒に余裕を足した値です。PLCが停止したと判断する条件を足してもよいのですが、それは安全の機能ではありません。ISO 14119の条件付きの解錠も、危険な動きが終わったことを何らかの方法で検出するよう求めています⁸。

ただし、時間で待つ方式は、実機の停止時間が0.79秒に収まることが前提です。摩擦が仮の20Nより小さければ惰走は延びるので、実機で測定してから決めます。解錠機能のPLは、扉の機能とは別に見積もる必要があります。IFA（ドイツ労災保険の労働安全研究所）の報告の例19では、ロック機能のPLは、ロックを監視するスイッチが1つしかないためにPL dに制限されています。一方、解錠機能はエンコーダと停止監視ユニット（どちらもカテゴリ4、PL e）で作り、PFHを3.2×10⁻⁸と見積もっています⁹。

扉開要求を扉の回路に直列に入れない

扉開要求のボタンは、扉を開ける前に毎回押します。b接点のボタンを扉のスイッチと同じ回路に直列に入れると、2つのチャンネルは毎回まずボタンで開きます。ドアスイッチの片側が溶着していても、安全リレーやコントローラはボタンで「両方開いた」を見るので、食い違いに気づけません。

IFAの報告によると、直列につないだスイッチでは、別のスイッチが開いたときに故障が隠れることがあり、そのぶんDCが下がります⁹。毎回押すボタンでは、隠れる機会が毎回あります。2024年に出たISO 14119の第3版は、この直列のつなぎ方の決まりを、技術報告書ISO/TR 24119から本文の6.3に取り込みました¹⁰。

だから扉開要求は、扉とは別の入力にします。1チャンネルで足りるかは、要求が誤って入ったときと入らないときに何が起きるかで考えます。誤って入っても、減速、STO、1.0秒の待ちを経てから解錠するだけです。入らない故障なら、扉が開かないだけでしょう。どちらでも動いているうちに解錠することはないので、扉開要求は1チャンネルにしました。

4つの構成と、選んだ1つ

比べたのは次の4つです。PLは、扉を1時間に2回開ける場合の計算の値です。

構成	PL	この要求では
スイッチ1接点と汎用PLCを1チャンネル	b	足りない。接点の溶着かPLCの出力の故障1つで停止しない
スイッチ1個（2接点）と遅延出力の安全リレー	d	解錠と要求まで安全側で組むと、安全リレー3台と強制ガイドのリレー3個。部品だけで約26.5万円
スイッチ1個（2接点）とセーフティコントローラ（採用）	d	入力を分け、安全タイマーで解錠できる。約16.4万円
スイッチ2個とセーフティコントローラ	e	PLr eのとき。約18.0万円

スイッチ1接点と汎用PLCを1チャンネルでつなぐと、カテゴリBどまりで、PL bが上限です⁹。汎用PLCの値（MTTFd 30年）を借りて計算しても、PFHdは4.23×10⁻⁶で、PL bでした¹¹。なおIFAの例18のように、汎用PLCを2チャンネルの片側に使い、もう片側を安全側の接点で組んでカテゴリ3、PL dにする形はあります⁹。

安全リレーの案は、一見いちばん安く見えます。ところが正しく組もうとすると、部品が増えます。例の安全リレーの説明書は、十分な故障検出のために強制ガイドの接点を持つ接触器かリレーと組み、そのb接点をフィードバックの入力に入れるよう求めています¹²。STOの2本にそれぞれ強制ガイドのリレーが必要です。

さらに、STOの遅延0.3秒と解錠の1.0秒は別の時間なので、1台の安全リレーでは作れません。扉開要求を扉の入力から分けるにも、別の安全リレーが必要です。例の組み方では、遅延出力の安全リレー3台と強制ガイドのリレー3個で、部品だけで265,083円（押しボタンの2b接点とソケットを除く）です。コントローラの案より約10万円高く、配線と試験の手間も増えます。

採用したのは3つ目です。オムロンのG9SPの説明書で、足りるかを確認しました⁷。

項目	必要なもの	G9SP-N10S
安全入力	非常停止2、扉の検出1、ロックの監視1、扉開要求1、リセット1、STOの状態2で計8	10点
安全出力	強制停止、STO1、STO2、解錠の計4	半導体出力4点、1点0.8Aまで
時間	0.3秒と1.0秒の2つの遅延	オフディレータイマーの機能ブロック
監視	出力先が動作したかを見る	EDMの機能ブロック
PLCへの状態	運転、STO中、解錠中など	標準出力4点
設定	専用のソフト	G9SPコンフィグレータが必要

ただ、安全出力は4点ちょうどで、軸やロックが増えれば足りなくなります。解錠のソレノイドの電流が0.8Aに収まるかは、スイッチの仕様で確認しておきます。設定のソフトは、2027年3月31日までにG9SPを買えば無償で入手できます¹³。

4つ目は、PLr eに上がったときの案です。

採用した構成の結線は、次の図のとおりです。非常停止、ドアスイッチ、扉開要求、リセット、STOの状態を、それぞれ別の入力に入れているところを見てください。

PLの計算、MTTFdは開ける回数で決まる

PLの計算には、IFAの報告にある式を使いました⁹。

1年の作動回数  nop = dop × hop × 3,600 ÷ tcycle = 240日 × 16時間 × 2回/時 = 7,680回
MTTFd = B10d ÷ (0.1 × nop) = 2,000,000 ÷ (0.1 × 7,680) = 2,604年 → 上限の100年で読む
T10d  = B10d ÷ nop        = 2,000,000 ÷ 7,680         = 260年

B10dの200万回には、オムロンが公開している機械安全信頼性データにある、ロック付きドアスイッチの値を使いました¹⁴。

DCavgは90%（中）と置きました。コントローラは2つの接点を別々の入力で読み、テスト出力からのパルスで配線の短絡も見ます⁷。扉を開けるたびに見比べられるので99%も考えられます。ただ、附属書Kの表は、カテゴリ3ではDCavg中の列までなので、そこで安全側に読みました。

共通原因故障の対策は70点です。分離15点、十分に吟味された部品（直接開路の接点）5点、過電圧と過電流の保護15点、汚れとノイズの対策25点、温度や振動への対策10点。65点以上が求められます¹¹。

カテゴリ3、DCavg中、MTTFd 100年を、ISO 13849-1の附属書Kの表で読むと、入力部のPFHdは4.29×10⁻⁸です。表の値は、オムロンが技術資料に載せている表から読みました¹¹。

部分	中身	PFHd（1時間あたり）
入力部	ロック付きスイッチ、カテゴリ3、DCavg 90%、MTTFd 100年	4.29×10⁻⁸
論理部	セーフティコントローラ、メーカーの値	9.4×10⁻¹¹
出力部	サーボアンプのSTO、メーカーの値（条件つき）	6.4×10⁻⁹
計	3つの和	4.94×10⁻⁸

計の4.94×10⁻⁸はPL eの範囲の値ですが、スイッチが1個なのでPL dです。1個の位置スイッチで機械部分の故障を除外できるのはPL dまでで、PL eには2個目のスイッチが必要だからです⁹。PL dの上限10⁻⁶までは20倍の余裕があります³。

出力部の6.4×10⁻⁹とPL eには条件があります。三菱電機のカタログは、STOをカテゴリ3、PL eで使うにはパラメータの設定と対応した安全ロジックユニットが必要で、MR-J3-D05を使うとカテゴリ3、PL dになるとしています。仕様の注にも、安全のレベルはSTO診断異常検知時間の設定と、TOFBの出力でSTOの入力を診断するかどうかで決まる、とあります⁶。採用した構成ではTOFBをコントローラの安全入力で読みますが、カタログにこの形の接続例はありません。三菱の条件を満たすかは、技術資料集とメーカーで確認する必要があります。満たせない場合のSTOのPFHdは資料になく、計算できません。

では、扉を開ける回数を増やすと、何から足りなくなるのでしょうか。図では、オレンジの線が100年と30年の線を切る回数を見てください。

MTTFdが100年を切るのは1時間に52回を超えたときで、30年（高）を切るのは174回、20.7秒に1回です。採用した構成がPL dを外れるのは、1時間に401回、9秒に1回まで増やしたときでした。つまり扉の開け閉めでPL dを外れることは、まずありません。

先に問題になるのは交換の時期です。T10dは部品の10%が危険側に壊れるまでの時間で、計算は、この時間より前に部品を交換する前提で成り立ちます⁹。もう1つ、このスイッチの機械的寿命は100万回で、B10dの200万回より短い値です¹⁵。交換の時期はT10dと機械的寿命の短いほうで決まり、このスイッチでは機械的寿命のほうです。1時間に13回を超えると20年を切り、30秒ごとに開けるなら2.2年でした。

非常停止も同じです。B10dは10万回で、1日1回押すならT10dは417年ですが、扉を開ける前に毎回押す使い方では13年になります¹⁴。扉開要求のボタンを別に置いたのは、このためでもあります。

30秒ごとに開けると、PLr eに上がる

PLr eに上がったら、スイッチを2個にして1個ずつを1チャンネルに使い、カテゴリ4、DCavg 99%で計算します。図では、青と緑の線が10⁻⁷の線を越える回数を見てください。

1時間に2回なら、スイッチ2個の構成はPL eです。30秒ごと（1時間に120回）では、MTTFdが43年に下がり、入力部だけで6.37×10⁻⁸になります。コントローラの9.4×10⁻¹¹とSTOを足しても7.02×10⁻⁸で、eに残ります¹⁴。境目は1時間に158回（23秒に1回）で、174回を超えるとMTTFdが30年を切り、カテゴリ4の条件からも外れます。

結果を左右しているのは、スイッチより論理部のPFHdです。同じスイッチ2個でも、論理部を遅延出力の安全リレー（5.1×10⁻⁸）にすると、30秒ごとで1.21×10⁻⁷になり、PL dに落ちました。境目は1時間に84回（43秒に1回）です。瞬時出力だけの安全リレー（2.8×10⁻⁸）なら9.81×10⁻⁸で、かろうじてeに入りますが、SS1は組めません。1社の値なので方式の差とまでは言えないものの、PL eを狙うなら、論理部の値から先に見ておくと迷いが減ります。

しかも、PL eでは入力を分けることも条件になります。直列につなぐと故障が隠れるので、IFAの報告によると、ISO/TR 24119は扉のスイッチを直列にした構成にPL eを認めていません⁹。例外もあります。同じ報告の例28は、スイッチごとに故障を見つけるための接点を足してPLCで読み、直列でもPL eに届く形です。安全リレーで組むなら、入力が2チャンネルしかないので、非常停止を別の安全リレーに分けることになり、DigiKeyの価格で45,377円が足されます¹⁵。

なお、STOの側も、TOFBの診断の条件を満たして初めて、PL eとして数えられます。

扉を開けてから再開するまで

図では、扉を閉めたあと、リセットのボタンを離すまでコントローラの出力が入らないところを見てください。

開けてから再開するまでの順番は、次のとおりです。

1. 扉開要求のボタンを押す。コントローラが瞬時出力で減速を指令し、0.3秒の安全タイマーでSTOに入れる。
2. STOの状態がそろい、要求から1.0秒たってから、コントローラが解錠の出力を入れる。
3. 扉を開けてトレイを交換する。開いているあいだはSTOのままで、PLCの指令では動かない。
4. 扉を閉める。ばねでロックされ、扉の検出とロックの監視の入力は戻るが、出力は戻らない。
5. 扉の外から中を見て、人と物が残っていないことを確認する。
6. リセットのボタンを押して離す。離したときに出力が入り、STOが解ける。
7. PLCがサーボONにし、起動のボタンで運転を再開する。

Phoenix ContactのPLCnextのヘルプによると、手動リセットには5つの決まりがあります。安全機能と保護装置がすべて働いている状態であること、ボタンを離したときに受け付けること、別の手動の機器で行うこと、押す位置から作業する範囲が見渡せること、そしてリセットで危険な動きが始まらないことです¹⁶。この装置では、扉が閉まってロックされ、非常停止も戻っているときだけ、リセットを受け付けるように組みます。操作画面のボタンでリセットする形は、別の手動の機器という条件から外れます。

解錠の瞬間には、ロックを監視する接点が、扉を検出する接点より先に切れます。2つを同じ2チャンネルの組として見ると、片側だけが切れた食い違いと判定されかねません。別々の入力として読み、扉の機能は両方が閉じていることで判定する形が考えられます。ただ、どの接点をどの入力に入れ、コントローラでどう判定するかは、オムロンの接続例と設定で確認していません。

非常停止から戻す順番も、ピックアンドプレースの記事の手順と同じ考え方で、ドアを閉めたまま解除し、サーボONのあとで動かします。解錠の条件が加わるところだけが違います。

機械、電気、制御の取り合い

結線で決めたことは、次の表のとおりです。

信号	つなぐ先	決めたこと
非常停止（2b）	安全入力2点	テスト出力からパルスを送り、短絡を見る
扉の検出とロックの監視	安全入力2点	別々に読み、閉まってロックされたことを見る
扉開要求（a）	安全入力1点	扉の回路と分ける。1チャンネル
リセット（a）	安全入力1点	扉の外の、中が見える位置
STOの状態（TOFB）	安全入力2点	STOに入ったことを確認する。つなぎ方は三菱の資料で確認する
安全出力1	アンプの強制停止	瞬時。減速の時間はアンプの設定
安全出力2、3	STO1とSTO2	0.3秒の安全タイマー
安全出力4	解錠のソレノイド	要求から1.0秒、STOを確認してから
標準出力	PLC	状態を渡すだけ
0V	保護接地	地絡で勝手に入る向きに壊れにくい

半導体の安全出力をSTOにつなぐときは、テストパルスの幅を確認します。G9SPの説明書によると、出力を診断する設定では、ONのあいだに幅640µsのOFFのパルスが出ます⁷。J4のSTOの入力が許すのは、オフの時間1ms以下、間隔1〜25Hzです⁶。幅は収まりますが、パルスの間隔は説明書から読み取れませんでした。診断を切ればパルスは出ませんが、見つけられない配線の故障が増えると説明書の表にあるので、どちらにするかはメーカーに確認します。

強制停止の入力は、つなぐ前に入力の極性を確認します。G9SPの安全出力はソース（PNP）です⁷。J4の汎用インタフェースの入力は、シンクとソースのどちらの配線にもでき、強制停止もサーボオンなどと同じ共通の端子で向きが決まります⁶。サーボオンをシンク出力のPLCから入れて入力をシンクにそろえると、ソースの安全出力では強制停止を入れられず、強制停止のまま動きません。そのときは、安全出力で動かすリレーの接点で強制停止を切ります。安全出力の点数は変わらず、リレーが1個増えます。

たとえば、1つの接点の両端だけが短絡すると、次に扉を開けたとき、もう片方の入力だけが開きます。2つの入力を見比べる設定にしておけば、コントローラはこれを食い違いとして扱い、出力を入れずに停止できます。ところが2つとも渡り線でつなげば、閉じた接点と見分けられません。これが次の節の無効化の問題です。

地絡は、DC24Vの0V側を保護接地につないで扱います。機械振興協会によるIEC 60204-1の解説では、制御回路で共通に使う線を、電源を接地した点で保護ボンディングにつなぎ、開閉する接点は接地していない側に入れます¹⁷。この形なら、+24Vの線が筐体に触れても保護が働いて回路が切れ、コイルが勝手に入る向きには壊れにくくなります。

STOは主電源を切りません。三菱電機のカタログは、STOの要求を満たすのに接触器は必要ないとしつつ、アラームや作業者の感電のリスクを避けるために接触器を付けた図にしています⁶。盤の中の端子に触れる保守は、主電源を切って行います。

機器表

価格は公開の通販価格で確認したものだけで、確認日は2026年11月7日、どれも目安です。型番の例は注15に載せています。

機器	仕様と個数	価格の目安（税抜）
ロック付きドアスイッチ	ばねでロックし24Vで解錠、1NC/1NOを2組、1個	15,298円
操作キー	1個	422円
非常停止スイッチ	2b、押して保持し回して戻す、1個	3,911円
押しボタン	リセット（青、a接点）と扉開要求（黄、a接点）、各1個	1,190円
セーフティコントローラ	安全入力10、安全出力4、1台	143,665円
設定のソフト	2027年3月31日までの購入なら無償	0円
計		164,486円

目標の10万円を、64,486円超えます。超えた理由は、解錠の条件と、扉開要求を扉の回路から分けることを、安全側で作るためです。コントローラはミスミでは93,623円と表示されていますが、注文の受付を停止していて、モノタロウでは見つかりませんでした。ミスミの値で数えても114,444円で、やはり10万円を超えます。供給の見通しは、選ぶ前にメーカーに確認しておきます。

PLr eのためにスイッチを1個足すと、スイッチと操作キーで15,186円が加わり、179,672円です。サーボアンプはSTO付きの型を軸の側で選んであるので、ここには入れていません。

現場で問題になること

症状と直し方は資料から引きました。実機で試したことではなく、「どう気づくか」は見立てです。

何が起きるか	どう気づくか	どう直すか
保護装置の無効化。IFAによると、据え付けの機械の保護装置の約3分の1が、一時的か恒常的に無効にされている18	予備の操作キーや渡り線が見つかる	無効にしたくなる理由を減らす。工具でないと外せない取付け、コード化した操作キー8
直列のスイッチやボタンで故障が隠れる9	隠れるので、ふだんは気づけない	毎回押すボタンは別の入力に。扉が2枚以上なら入力を分ける
めったに動かない接点で故障がたまる9	次に必要になるまで気づけない	接点で切る出力は、PL dのカテゴリ3で12か月に1回以上、PL eで1か月に1回以上、動かして試験する
STO中の感電6	STOの表示だけを見て盤に手を入れる	主電源を切ってから作業する

無効化を減らすいちばんの手は、IDECの解説も挙げるとおり、無効にしたくなる理由そのものを減らすことです⁸。この装置なら、扉開要求から解錠までの1.0秒と、閉めてからリセットと起動を押す2つの手間が、その理由になりえます。解錠の待ちを延ばす変更をするときは、ここから見直すとよいでしょう。

要求が変わったら

要求の変化	構成の変え方
扉を15分に1回より多く開ける	PLr eになる。スイッチを2個にし、入力を分ける。STOはTOFBの診断の条件を満たす
1時間に158回を超える	スイッチ2個とコントローラでもPL eを外れ、174回でカテゴリ4の条件からも外れる。開ける回数を減らす作りを考える
1回の作業が長い（1時間に2回で1.5分超）	同じくF2でPLr e
扉が2枚以上	直列ではDCが下がる。入力を分け、コントローラの入力の数を見直す
軸が2本以上	安全出力の4点が足りなくなる。安全出力の多い型か、拡張を考える
解錠までの1秒を縮めたい	停止を監視するドライブか停止監視ユニットで、停止した時点で解錠する
危険源が扉から1.6m以上奥	机上の値では、減速しなくても手が届かない距離。実機で停止時間を測定し、ISO 13855で確認したうえで、ロックを外す候補になる
垂直軸がある	STOでは保持できない。保持ブレーキと落下の対策を足す（電気制御か機械制御かの記事）
扉をめったに開けない	固定ガードにするか、年1回以上の動作の試験を決めておく

計算に入っていないもの

スイッチの接点がすり減る速さ、ほこりや振動、扉の建て付けのずれ、慣れによる手順の省略は入っていません。附属書Kの値は、使命時間20年と、その間一定の故障率を置いた値です⁹。附属書Kの表、MTTFdの上限、共通原因故障の点数は2015年版にもとづく資料から読みました。規格は2023年に改訂されています¹⁹。

扉を開ける回数は、仕様書ではトレイの交換周期として、機械の側の1行で書かれがちです。けれど、安全回路の答えを変えたのは、この1行でした。PLr、スイッチの数、論理部、交換の周期まで、扉を開ける回数から先に決めておくと、後戻りが減ります。

強度と安全に関わる値はどれも目安です。最終の判断はリスクアセスメントと、有資格者の確認、メーカーの資料で行ってください。

2026年11月8日 追記：強制停止の入力の極性を足しました。安全出力はソースなので、アンプの入力をシンクにそろえるときは、リレーの接点で強制停止を切ります。

2026年11月8日 訂正：手動リセットの決まりを4つから5つに直しました。安全機能と保護装置がすべて働いているときだけ受け付けるという1つ目が抜けていました。

2026年11月9日 更新：治具板の搬送と扉を開ける作業の条件から読めるように、業界の用語で構成と表現を書き直しました。

注

1. 厚生労働省「機械の包括的な安全基準に関する指針」（平成19年7月31日基発第0731001号）の概要と、別表第5「使用上の情報の内容及び提供方法」（2026年11月7日に確認）。 ↩

2. 厚生労働省「機能安全をご存じですか!?」（平成27年度厚生労働省委託）のリスクグラフの説明（2026年11月7日に確認）。S、F、Pの語はこの資料に合わせました。規格の本文ではありません。 ↩

3. ReeR「ISO 13849-1,2 Safety of Machinery」（2026年11月7日に確認）。Fの15分と1/20、Pの選び方、確率が低い場合にPLrを1段下げる扱い、PLとPFHdの範囲（PL dは10⁻⁷以上10⁻⁶未満、PL eは10⁻⁸以上10⁻⁷未満）は、このページによります。メーカーの解説で、規格の本文ではありません。 ↩ ↩ ↩ ↩

4. IBF Solutions「New EN ISO 13849-1:2023」（2026年11月7日に確認）。附属書Aで、事象の起きる速さを含む5つの観点にそれぞれA、B、Cを付け、その数でP1かP2を決めるとあります。 ↩

5. キーエンス「Introduction to Safety Standards」のISO 13855の解説にある、手の侵入速度の想定K＝2,000mm/sです（2026年11月7日に確認）。ISO 13855は2024年版が出ていて、本文は確かめていません。 ↩

6. 三菱電機「MELSERVO-J4 カタログ」（2026年11月7日に確認）。PDFの23ページ（冊子の22ページ）に、STOとSS1がカテゴリ3、PL eで、注2に接触器を付けた図にした理由、注3にPL eで使う場合はパラメータの設定と対応した安全ロジックユニットを使い、MR-J3-D05ならカテゴリ3、PL dになること。73ページにSTOの機能安全の仕様（EN ISO 13849-1:2015 カテゴリ3 PL e、PFH 6.4×10⁻⁹、STOの入力がオフからエネルギーの遮断まで8ms以下、テストパルスはオフの時間1ms以下で間隔1〜25Hz）と、注13の安全のレベルの条件（Pr. PF18 STO診断異常検知時間とTOFBの出力によるSTOの入力の診断）。77ページにSTOの接続例と、STO1とSTO2を切る順番の注1。267ページにHG-KR23の定格トルク0.64N·m、最大トルク2.2N·m、慣性0.221×10⁻⁴kg·m²があります。PDFの161ページに、MR-J4-Aの標準接続例が「シンク配線の場合です。ソース配線も可能です。」の注つきで載っています。 ↩ ↩ ↩ ↩ ↩ ↩ ↩

7. オムロン「G9SP Series Safety Controller Operation Manual」（Z922、英語、2026年11月7日に確認）。PDFの29ページに入出力の点数（G9SP-N10Sは安全入力10、半導体の安全出力4、テスト出力4、標準出力4）、43〜44ページに安全入力が受け付けるOFFのパルス（700µsまで）、安全出力の定格（1点0.8A、4点で1.6A）と、診断を使うと出るOFFのパルスの幅640µs、63ページに診断の有無で見つけられる故障の表とEDMの機能ブロック、79ページにオフディレータイマーの機能ブロックと反応時間の式があります。設定にはG9SPコンフィグレータ（WS02-G9SP）を使います。安全出力の形は、同じ44ページで「Sourcing outputs (PNP)」です。 ↩ ↩ ↩ ↩ ↩

8. IDEC「ISO14119:2013」（2026年11月7日に確認）。ロックが要る条件、ロックの方式、無効化を防ぐ方策、コード化、条件付きの解錠は、このページによります。メーカーの解説で、規格の本文ではありません。2013年版の解説です。 ↩ ↩ ↩ ↩ ↩

9. IFA「Functional safety of machine controls, Application of EN ISO 13849」（IFA Report 2/2017e、2026年11月7日に確認）。カテゴリBの上限PL b、nopとMTTFdとT10dの式（6）〜（8）、PFHdの和の式（5）、MTTFdの上限（1チャンネル100年、カテゴリ4は2,500年）、1個の位置スイッチはPL dまで、直列のスイッチでDCが下がりPL eは認められないこと、接点で切る出力の試験の間隔、例18（汎用PLCを片側のチャンネルに使うカテゴリ3）、例19（ガードロック。ロックの機能は監視のスイッチが1つのためPL d、解錠の機能はエンコーダ1.2×10⁻⁸と停止監視ユニット2.0×10⁻⁸で3.2×10⁻⁸）、例28（直列でもスイッチごとに接点を足してPL e）、使命時間20年は、この報告によります。2015年版の規格を説明した報告です。この記事では100年を超えるMTTFdも100年で読みました。 ↩ ↩ ↩ ↩ ↩ ↩ ↩ ↩ ↩ ↩ ↩

10. Pilz「Press release on the new edition of the standard ISO 14119」（2025年6月26日、2026年11月7日に確認）。ISO 14119:2024が第3版で、直列のつなぎ方（ISO/TR 24119）と鍵の受け渡し（ISO/TR 19837）の決まりが本文の6.3に入ったとあります。 ↩

11. オムロン「ISO 13849-1:2015 附属書K 表K.1における各パラメータとPFHD、PLの関係」（2026年11月7日に確認）。カテゴリ3のDCavg中、カテゴリ4のDCavg高、カテゴリBの列（27年の行まで）を使い、行のあいだは下の行に切り下げて読みました。1チャンネルの案のMTTFd 30年は、注9の報告の例18にある汎用PLCのメーカー値を借りた仮の値です。共通原因故障の点数の項目は、厚生労働省が掲載している福田隆文「安全度水準やパフォーマンスレベルの計算方法」の表によります。同じ資料の例（nop 35,040回でMTTFd 285、143、571年、カテゴリ4の100年で2.47×10⁻⁸、安全リレーを足して2.70×10⁻⁸）と、注9の報告の例（nop 86,400回でMTTFd 231.5年、カテゴリ4の30年で9.5×10⁻⁸）を、計算のスクリプトcad/sim/safety_circuit.pyで出し直すと一致しました。 ↩ ↩ ↩

12. オムロン「G9SE-201、G9SE-221-T 取扱説明書」（英語、2026年11月7日に確認）。カテゴリ4、PL eで使う条件として、十分な故障検出のために強制ガイドの接点を持つ接触器かリレーとだけ組み、そのNC接点をフィードバックとリセットの入力に入れるとあります。遅延の時間は前面と背面の2つのスイッチを同じ値にする作りで、1台で持てる遅延は1つです。 ↩

13. オムロン「［期間限定］G9SPコンフィグレータ 形WS02-G9SP ダウンロードキャンペーン」（2026年11月7日に確認）。2027年3月31日までにG9SPを購入か注文した人が対象で、インストールには購入や注文のときに受け取る16桁のライセンス番号が要ります。ミスミでは設定のソフトのCD（WS02-G9SP01-V2、82,572円）の注文の受付が停止していました。 ↩

14. オムロン「制御機器の機械安全信頼性データ」（2026年8月3日版、2026年11月7日に確認）。B10dはD4NLとD4NSが2.0×10⁶回、非常停止のA22NEのNC接点が1.0×10⁵回。PFHdはG9SP-N10Sが9.4×10⁻¹¹、G9SE-221-T□が5.1×10⁻⁸、G9SE-201が2.8×10⁻⁸、1Sシリーズ（R88D-1SN□-ECT）の安全入力のSTOが2.0×10⁻¹¹（PL e）、G5シリーズ（R88D-KT/KN）のSTOが2.8×10⁻⁸（PL d）です。G9SEとG9SPのPFHdが何回の作動と、どの負荷を前提にした値かは、資料に書かれていませんでした。どれも1社の機種の値で、データは予告なく変わる可能性があるとしています。 ↩ ↩ ↩

15. 型番はどれも例です。ロック付きドアスイッチはオムロンD4NL-4AFA-Bで、ミスミの通常単価です（2027年1月31日までのセールでは9,178円）。同じページの仕様で、機械的寿命は100万回以上です。操作キーはD4DS-K2（垂直取付形。前の版で例にしたD4DS-K1は注文の受付が停止）、非常停止スイッチはA22NE-S-P202-N、押しボタンはA22NN-BNM-NAA-G100-NN（青）とA22NN-BNM-NYA-G100-NN（黄）で、どれもミスミの通常単価です。セーフティコントローラはG9SP-N10SのDigiKeyの消費税抜きの価格です。ミスミの表示は93,623円ですが、注文の受付が停止していました。2個目のスイッチはD4NS-4BF（2NC）のDigiKeyの価格14,764円に操作キーを足した値です。安全リレーで組む例は、G9SE-221-T05（DigiKey、79,015円）3台と、強制ガイドのリレーG7SA-2A2B DC24（ミスミ、2,604円）3個に、ドアスイッチ、操作キー、非常停止、リセットのボタンを足した値で、ソケットと2b接点の押しボタンは確かめていません。非常停止を分ける安全リレーはG9SE-201のDigiKeyの価格です。サーボアンプは注6のMELSERVO-J4を例にしています。 ↩ ↩

16. Phoenix Contact「Implementation of safety requirements from applicable standards」（PLCnext Engineerのヘルプ、2026年11月8日に確認）。EN ISO 13849-1の5.2.2（2015年版の番号）の手動リセットの要件を説明したページです。 ↩

17. 機械振興協会「IEC 60204-1の解説」の「地絡による誤動作の保護」（2026年11月7日に確認）。2005年版の内容を説明した資料です。 ↩

18. IFA「A new app: evaluating the incentive to defeat protective devices on machinery」（2018年5月、2026年11月7日に確認）。 ↩

19. Pilz「EN ISO 13849-1」（2026年11月7日に確認）によると、ISO 13849-1の新しい版は2023年に出ています。注4の解説によると、EUでは2015年版による適合の推定が2027年5月15日に終わります。 ↩