製造現場で使われるセンサーの種類と役割

製造業の現場には、目に見えない場所で働いている様々なセンサーがあります。製品の有無を検知したり、温度を測定したり、設備の異常を検知したり。これらのセンサーは、自動化、品質管理、安全確保において欠かせない存在です。

しかし「センサー」と一口に言っても、その種類は非常に多く、それぞれ異なる原理で動作しています。この記事では、製造現場で使われる代表的なセンサーの種類から、それぞれの役割、選定のポイントまで、初めて製造業に関わる人でも理解できるように解説します。

センサーとは

センサーとは、物理的な現象や状態を検知し、電気信号に変換する装置です。

人間で言えば、目、耳、鼻、舌、皮膚といった「感覚器官」に相当します。センサーは機械の感覚器官として、様々な情報を取得し、制御装置に伝える役割を果たします。

センサーの基本的な働き

検知：物理現象(温度、圧力、位置など)を感知する
変換：感知した情報を電気信号に変える
出力：電気信号を制御装置やコンピュータに送る

製造現場でのセンサーの役割

自動化：製品や部品の位置を検知し、自動で加工や組立
品質管理：寸法、温度、圧力などを測定し、品質を確保
安全確保：人や障害物を検知し、事故を防止
設備管理：異常な振動や温度を検知し、故障を予防
データ収集：生産状況を把握し、改善につなげる

製造現場で使われるセンサーの種類

製造現場では、検知対象や用途に応じて様々なセンサーが使われています。

1. 近接センサー(位置検出センサー)

物体の接近や存在を非接触で検知するセンサーです。製造現場で最も広く使われているセンサーの一つです。

種類と特徴

誘導型近接センサー

検知対象：金属
検知距離：数mm〜数十mm
特徴：金属のみを検知。非金属は検知しない
用途：金属部品の有無確認、位置決め
メリット：安価、丈夫、油や水に強い

静電容量型近接センサー

検知対象：金属、樹脂、液体、粉体など
検知距離：数mm〜数十mm
特徴：誘電率の高いものを検知
用途：液面検知、樹脂部品の検知

磁気近接センサー

検知対象：磁石
検知距離：数mm〜100mm以上
特徴：磁石を検知。壁越しでも検知可能
用途：シリンダーのピストン位置検出

製造現場での使用例

コンベア上の製品の有無確認
ロボットのワーク位置決め
扉の開閉検知
治具の位置確認

2. 光電センサー

光を使って物体を検知するセンサーです。検知距離が長く、様々な物体を検知できます。

検出方式の種類

透過型

構成：投光器と受光器を向かい合わせに設置
原理：光を遮ることで検知
検知距離：数m〜数十m
特徴：検知精度が高い、長距離検知可能
用途：搬送ラインの製品検知、安全柵

反射型(拡散反射型)

構成：投光器と受光器が一体
原理：物体からの反射光を検知
検知距離：数cm〜数m
特徴：配線が簡単、設置しやすい
用途：製品の有無確認、カウント

回帰反射型

構成：投光器・受光器一体と反射板
原理：反射板からの光を物体が遮ることで検知
検知距離：数m〜十数m
特徴：透過型と反射型の中間的特性
用途：搬送ラインの製品検知

製造現場での使用例

コンベア上の製品カウント
段ボール箱の検知
積載物の高さ検出
安全エリアの侵入検知

3. 画像センサー(ビジョンセンサー)

カメラで撮影した画像を解析して、物体の有無、位置、形状、不良などを判定するセンサーです。

特徴

検知内容：形状、位置、寸法、文字、色、欠陥など
情報量：非常に多い情報を一度に取得
柔軟性：プログラム変更で様々な検査に対応

製造現場での使用例

外観検査(キズ、汚れ、欠けの検出)
部品の組付確認
印刷の位置・品質確認
文字・バーコードの読み取り
ロボットピッキングの位置認識

4. 温度センサー

温度を測定するセンサーです。品質管理や設備管理に不可欠です。

種類と特徴

熱電対(サーモカップル)

測定範囲：-200℃〜1700℃(種類による)
特徴：広範囲の温度測定、応答速度が速い
用途：炉内温度、溶接温度、高温プロセス

測温抵抗体(Pt100など)

測定範囲：-200℃〜600℃
特徴：高精度、安定性が高い
用途：精密温度管理、恒温槽

サーミスタ

測定範囲：-50℃〜300℃
特徴：小型、安価、高感度
用途：一般的な温度管理

赤外線温度センサー

測定方式：非接触
特徴：遠隔測定、高速応答
用途：移動物体の温度、高温物体

製造現場での使用例

成形機の温度管理
炉内温度の監視
モーターや軸受けの温度監視
製品温度の品質管理
環境温度の管理

5. 圧力センサー

気体や液体の圧力を測定するセンサーです。

種類

ゲージ圧センサー：大気圧を基準とした圧力
絶対圧センサー：真空を基準とした圧力
差圧センサー：2点間の圧力差

製造現場での使用例

空気圧機器の圧力監視
油圧機器の圧力管理
真空チャックの吸着確認
配管の圧力監視
プレス機の加圧力管理

6. 変位センサー(距離センサー)

物体までの距離や変位量を高精度に測定するセンサーです。

種類と特徴

レーザー変位センサー

測定範囲：数mm〜数百mm(機種による)
精度：数μm
特徴：高精度、非接触
用途：厚み測定、段差測定、形状測定

超音波変位センサー

測定範囲：数cm〜数m
特徴：透明物も測定可、比較的安価
用途：液面レベル、距離測定

製造現場での使用例

製品の厚み測定
溶接ビードの高さ測定
位置決めの精度確認
タンク内の液面レベル監視

7. 振動センサー

機械や設備の振動を検知・測定するセンサーです。

種類

加速度センサー：振動の加速度を測定
速度センサー：振動の速度を測定
変位センサー：振動の変位を測定

製造現場での使用例

回転機械の異常振動検知
軸受けの状態監視
設備の劣化診断
予知保全のためのデータ収集

8. 流量センサー

液体や気体の流量を測定するセンサーです。

種類

電磁流量計：導電性液体の流量測定
超音波流量計：非接触で流量測定
渦流量計：気体・液体の流量測定
熱式流量計：微小流量の測定

製造現場での使用例

冷却水の流量管理
薬液の供給量管理
圧縮空気の使用量監視
プロセス液の流量制御

9. 荷重センサー(ロードセル)

力や重量を測定するセンサーです。

製造現場での使用例

製品の重量測定
プレス機の加圧力測定
ロボットの力覚制御
材料の計量
締付トルクの管理

10. 湿度センサー

空気中の湿度を測定するセンサーです。

製造現場での使用例

クリーンルームの湿度管理
塗装ブースの環境管理
材料保管庫の湿度監視
静電気対策

センサー選定のポイント

適切なセンサーを選ぶには、以下の要素を考慮する必要があります。

1. 検知対象の明確化

何を検知したいのか(物体、温度、圧力など)
対象物の材質(金属、樹脂、透明体など)
対象物のサイズ
移動速度

2. 検知環境

温度：動作温度範囲は適切か
湿度：防水・防塵性能は十分か
振動・衝撃：耐久性は十分か
ノイズ：電気的ノイズへの耐性
油・薬品：耐薬品性は必要か

3. 性能要件

検知距離・範囲：必要な検知距離を満たすか
精度：求められる精度を満たすか
応答速度：生産速度に追従できるか
繰り返し精度：安定した検出が可能か

4. 取り付け・配線

設置スペースは十分か
取り付け方法は適切か
配線の引き回しは可能か
メンテナンス性は良いか

5. コストと信頼性

初期コストは予算内か
寿命・耐久性は十分か
故障時の影響は大きいか
メーカーのサポート体制

センサーの保守・メンテナンス

センサーを長く正確に使い続けるには、適切な保守が必要です。

日常点検

外観確認：破損、汚れ、緩みの有無
動作確認：正常に動作しているか
表示確認：インジケータの点灯状態
配線確認：断線、接触不良の有無

定期メンテナンス

清掃：レンズや検知面の汚れ除去
校正：測定精度の確認と調整
部品交換：消耗品の交換
記録：メンテナンス履歴の記録

トラブル発生時の対応

現象の確認：どのような不具合か
原因の切り分け：センサーか、配線か、制御側か
応急処置：可能な範囲で対応
専門家への相談：必要に応じてメーカーに連絡
再発防止：原因を記録し、対策を講じる

センサーを活用したスマートファクトリー

近年、IoT技術の発展により、センサーの活用方法が広がっています。

データ収集と分析

多数のセンサーから常時データを収集
ビッグデータ分析で傾向を把握
AIで異常を予測

予知保全

振動や温度の変化から設備の劣化を検知
故障前に保全を実施
突発故障の削減

生産の見える化

リアルタイムで生産状況を把握
ボトルネック工程の特定
稼働率の向上

品質の安定化

プロセスパラメータの常時監視
異常の早期発見
トレーサビリティの確保

よくある誤解と注意点

誤解1：「高価なセンサーほど良い」

用途に合った適切なセンサーを選ぶことが重要です。過剰な性能は無駄なコストになります。

誤解2：「一度設置すれば永久に使える」

センサーも経年劣化します。定期的な点検と校正が必要です。

誤解3：「センサーは絶対に間違えない」

センサーも誤検出することがあります。重要な判定には二重チェックや異常検知の仕組みが必要です。

注意点：環境の影響

センサーは環境条件(温度、湿度、ノイズ、振動など)の影響を受けます。設置環境を考慮した選定が重要です。

まとめ

センサーは、製造現場の目であり耳であり、自動化と品質管理の要です。

重要なポイント：

センサーは物理現象を電気信号に変換する装置
近接、光電、画像、温度、圧力、変位、振動、流量など多様な種類がある
それぞれのセンサーに得意・不得意がある
検知対象、環境、性能要件を考慮して選定
定期的な点検・メンテナンスが精度維持の鍵
IoTやAIと組み合わせて予知保全や品質向上に活用
適材適所の選定と適切な管理で真価を発揮

センサー技術は日々進化しており、より高性能で小型、低コストなセンサーが次々と登場しています。製造現場でセンサーの種類と役割を正しく理解することは、自動化の推進、品質向上、効率化を実現する第一歩となります。適切なセンサーを選び、正しく使うことで、より安全で高品質な製造を実現できるでしょう。