【FAセンサ】回復、拡大基調。5G、IoT関連需要けん引

FAセンサの市場の回復基調に入っている。半導体製造装置、電子部品実装装置向けで需要が活発になっており、ロボット関連も上向きつつある。5GやIoTに絡む市場の動きが活発で半導体関連の需要が顕著に増えている。

新型コロナの与えるダメージは依然大きいものの、対応策やテレワーク市場など、あらたの需要も生まれている。FAセンサを活用する用途が次々創出されていることから、景気の波にさほど影響されない拡大基調が見込まれる。

半導体、電子部品も堅調

日本電気制御機器工業会（NECA）の検出用スイッチの出荷額は、2019年度が1017億4300万円（18年度比86.4％）となっている。減少の大きな要因は、半導体製造装置、工作機械、ロボットといった主力市場の停滞が大きい。

米中の貿易摩擦の激化で中国をはじめ、アジア、欧州市場の厳しさが大きく影響している。中でも自動車関連の落ち込みがひどく、依存度の大きい工作機械は出荷額が半減の状態を継続している。

さらに2020年に入ると、新型コロナウイルス感染症の影響が世界経済全体に大きなダメージを与え、未曽有の停滞につながっている。

NECAは20年度出荷予想額を6490億円（前年比101.7％）としているが、検出用スイッチの20年度第Ⅰ四半期出荷実績は244億3400万円（前年度同期比97.0％）とほぼ横ばいで推移している。

工作機械の受注は依然低迷しているものの、半導体製造装置、電子部品実装装置の需要が堅調に伸びていることから落ち込みを抑えている。ロボットも車用の塗装や溶接用はまだ動きが鈍いが、組み立て用は回復の動きを見せている。

半導体や電子部品は、5GやIoTを見据えた投資が継続しており製造装置に好影響を与えている。テレワークの普及でパソコンやサーバーなどの需要も大きく増加している。

製造業はコロナ禍の中で工夫した生産に取り組んでいるが、生産自動化投資もその一つ。ロボットやAGV（無人搬送車）を活用して、人員の削減や人との接触を抑える投資を進めている。

中でも物流関連業界は、通信販売の増加に対応した効率化を進めており、AGV（無人搬送車）をはじめ、仕分け作業も含めた自律的な搬送システム実現に向けた取り組みが進んでいる。AGVでは、搬送軌道をフレキシブル化した自動走行でのインテリジェントセンサの技術開発が著しい。2Dや3Dのレーザセンサ技術の応用しながら、搬送、追跡や障害物を検知しながら実現している。今後はAI技術を活用して搬送履歴に基づいた最適な搬送経路策定や、搬送と作業を同時処理できるような開発も志向されている。

もうひとつの期待分野が、食品・医薬品・化粧品の3品業界で、安定した需要が継続しているのが特徴だ。製造ラインにおける各種認識・識別、不良品検知などの用途で、重要性を増しており、「安全」「安心」といったキーワードに即している。製品トレーサビリティ用途に加え、このところは人手不足などに対応して、ロボットを活用に向けた投資も積極的に行われていることから、今後も期待市場として注目される。

性能向上、広がる活躍の場

FAセンサの中でも市場の大きい光電センサは、LEDや半導体レーザを光源にした非接触センサとして、主にワーク（製品・部品）の有無確認のために用いられている。検出方式は透過型、回帰反射型、拡散反射型などがあり、年々性能が向上している。

特に光ファイバー式は、先端のファイバー部のラインアップが多彩で、取り付けや用途に合わせて選定がしやすくニーズが高く、数百種もラインアップをそろえているところもあり、あらゆる用途に用いられる。

光電センサ技術を発展させた透過型デジタルセンサとしては変位センサも注目されている。帯状レーザ光で測定幅10ミリを繰り返し精度1μmの精度で測定ができる。サイズも小型のため、取り付けスペースの制約も少ない。

FAセンサがロボット向けでの用途開拓が進むなかで、測域（レンジ）センサのアプリケーションも拡大している。

測域センサは、周囲の障害物などの状況を把握する。レーザ光線で対象物までの距離を測定し、270度前後の視野に対して自分を中心に平面地図のような測域情報を得ることができる。誤動作が許されないことから検出スキャン時に発するパルスの計測方法に各社独自のアルゴリズム採用をして周囲環境に干渉されないようになっている。

こうした特性により、AGV（無人搬送車）や移動ロボットなどに搭載することで、安全防護を確保しながら高精度な誘導用位置測定を可能にする。光や埃、汚れなどの悪環境下でも高信頼の検出ができる。しかも、検出フィールドの設定が自在にできることで、用途ごとのパターンに応じた稼働も可能になっている。

長距離で高感度の検出が可能なため、最近では立体駐車場や、トンネル前での車両の高さ検出など、屋外や交通分野、さらに安全分野を中心に用途が拡大している。この領域では、画像データと組み合わせて精度を向上させる取り組みもなされており、活用の場が広がっている。

近接センサは、耐環境性に優れて、高温・多湿、水中などで使用できるという、他のセンサにはない大きな特徴がある。直径が3ミリの超小型タイプや、オールメタルタイプなどラインアップも増え、金属体、非金属体の混流ラインでも使用できる。検出距離は、数ミリ〜数十ミリが一般的だが、最近は長距離タイプも発売されている。

このほど近接センサで、1台に2つの出力機能を内蔵した新製品が発売された。

従来の一般的な近接センサは出力が1つで、検出領域内でON／OFF出力する動作点が固定あったが、1台に2つの出力機能を内蔵することでセンサ2台分の機能を内蔵。検出領域内への検出体の移動に合わせて動作点を2点設定可能で、それぞれの出力の動作ロジック（ON／OFF）を組み合わせることで、1台で最大4エリアの検出ができる。

例えば工作機械の自動工具交換では、工具の有無、取り付け位置のずれなど、正常・異常の検出を2台の近接センサで行っていたが、これを1台で対応できることになり、設置作業を効率化できる。

さらに、一般的な近接センサの検出距離は1〜10ミリぐらいと短く、センサが安定して検出できるための位置設定の調整作業に非常に手間がかかり、作業者によって設置のバラつきが出るという課題もあった。この作業をパソコンの専用設定ツールを使用することで、最適な動作点をオートチューニングで簡単に設定できるようにした。

近接センサ本体に搭載の動作表示灯を確認しなくても、パソコンから動作状態や動作点をモニタリングすることができ、より安定した検出が可能になる。

コロナ禍支える用途創出

安全対策用センサもマットスイッチ、ライトカーテンなど、接触式、非接触式など多様で用途に応じ使い分けされている。

中でもセーフティレーザスキャナは、ソフトウエアで危険領域を限定でき、ロボットが使用されている工程や、無人搬送車などにも搭載されている。セーフティライトカーテンも、設計や取り付け・調整などの手間を省く改良がされ使いやすさが増している。光を用いた同期をすることで、省配線を実現、複数のセンサを使用しても干渉しない工夫がされているタイプもある。

従来は誤作動による原因追求に工数がかかっていたが、LED表示や通信により、状況を知らせる機能も各社強化しており、導入後の工数も削減できる。

レベルセンサは、液面や粉体面が設定レベルになった時に信号を出力するセンサ。一般的なタンクや容器内の内容物のレベルを検出する用途が多いが、河川や湖沼の水位・水量測定、下水や排水の液面測定などにも利用されている。

最近では、災害防止の観点から設備を強化する取り組みが行われており、無線通信機能を持たせて遠隔地のデータを伝送できるタイプや、光ファイバーを用いた通信を採用し、強いノイズ環境でも使用できる製品も現れている。

さらに、自動車や二輪車などのエンジン周りや、外食産業の厨房にも採用されており、新規市場への浸透が進んでいる。レベルセンサに温度センサを内蔵し一体化することで、スペースの削減とトータルコストの低減も図られている。

超音波センサは、比較的超距離・広範囲の検出ができるのが特徴であるが、近距離での特性も向上している。また、超音波センサを複数同時使用時の音波のクロストーク対策として、自動同期機能を内蔵した製品も発売され、信頼性も高まっている。

FAセンサの通信方法としていま注目されているのがIO-Linkだ。㈵O-Linkは拡張性に優れた通信で、いままで利用できなかったセンサ内部の情報をユーザーがアクセスでき、しかもリアルタイムでクラウドベースでも利用できることで、最適制御、予知保全などへ大きく利用領域が広がる。

センサのON-OFF情報だけでなく、状態管理、緊急判断といった場面でのAIと連携した活用も進む。IO-Link対応のセンサは各社から対応製品が発売されている。

工場の生産現場でのFAセンサは、機械や装置の故障予知やメンテナンスでも重要な役割を果たしている。生産性向上を進める上で、機械のダウンタイムの削減や不良品生産を防ぐことも重要となる。

なかでも機械の振動や異音から故障を予知し、未然にトラブルを防ぐ役割もFAセンサは有している。今後もセンサがものづくりを大きく左右するキーパーツとしての重要性を増しそうだ。

FAセンサの高い信頼性と高速センシング技術はFA領域を超えた活用が期待されている。自動車の自動運転やドローンはFAセンサの要素技術が凝縮された代表的な例と言える。コロナ禍を乗り越えていく大きな役割をFAセンサは有している。