機械の安全とは
自動機や設備を設計・導入する際に、必ず考慮しなければならないのが安全性です。日本では労働安全衛生法、国際的にはISO規格（機械安全の国際標準）で安全要件が定められています。
機械安全の考え方の基本は、ISO 12100に定義されており、以下の3ステップでリスク低減を図ります。
- 本質的安全設計：危険源を設計で除去する（例：危険部に近づけない構造にする）
- 安全防護：ガードやインターロック、ライトカーテンなどで防護する
- 使用上の情報：警告ラベルやマニュアルで注意喚起する
安全カテゴリー（ISO 13849-1）とは
ISO 13849-1（JIS B 9705-1）は、制御システムの安全関連部（SRP/CS）の安全性能を評価するための規格です。この中で、安全機能の構成（アーキテクチャ）をカテゴリーB、1、2、3、4の5段階に分類しています。
5つのカテゴリー比較
| カテゴリー | 特徴 | 故障時の振る舞い | 現場での使用例 | 対応PL |
|---|---|---|---|---|
| B（基本） | 基本要件のみ。単一故障で安全機能喪失 | 故障検出なし、機能停止 | 低リスクの補助装置 | a |
| 1 | B + Well-Tried部品の使用 | 故障確率は低いが、検出はしない | 信頼性の高い単純回路 | a〜b |
| 2 | 安全機能を定期的にテスト（自己診断） | テスト間隔で故障検出→停止 | ライトカーテン付き装置 | b〜c |
| 3 | 単一故障でも安全機能維持（冗長化） | 故障は検出され機能継続、蓄積防止 | 非常停止二重化、両手操作スイッチ | c〜d |
| 4 | 単一故障+故障蓄積も検出（最高レベル） | 複数故障でも即座に検出→安全停止 | プレス機、ロボットセル出入口 | d〜e |
カテゴリーB（基本）
機械の安全規格の基本要件だけを満たす最も低いレベル。単一故障が発生すると安全機能が失われる可能性があります。単純な危険がない装置向け。
カテゴリー1
カテゴリーBの要件に加え、Well-Tried（十分吟味された）安全部品を使用することが求められます。確立された安全原理に基づいて設計されます。
カテゴリー2
安全機能を定期的にチェック（テスト）することで、故障を検出できるようにした方式。テストインターバルは要求される安全レベルに応じて決まります。
カテゴリー3
単一故障が発生しても安全機能は維持される（冗長性を持つ）ことが要件。故障は蓄積せず、次回の要求時に検出される必要があります。1重故障には強いが、複数故障の蓄積は検出できないケースがあります。
現場例：両手操作スイッチや、非常停止の二重化回路。よく使われる構成です。
カテゴリー4
最高レベルの安全カテゴリー。単一故障はもちろん、故障の蓄積も検出して安全機能を維持します。複数の故障があっても安全機能が失われてはいけません。
現場例：プレス機の安全回路、危険なロボットセルの出入口インターロック。故障が発生したら即座に機械が停止し、修理するまで再起動できない仕組みが必要です。
パフォーマンスレベル（PL）との関係
ISO 13849-1では、安全カテゴリーに加えてパフォーマンスレベル（PL a〜e）という指標も使います。これは、以下の4つの要素から決定されます。
- カテゴリー（B,1,2,3,4）：アーキテクチャの構成
- MTTFd（平均危険側故障時間）：部品の信頼性
- DC（診断カバレッジ）：故障検出率
- CCF（共通原因故障）：冗長化した場合の共通要因対策
| PL | 1時間あたりの危険側故障確率（PFHd） | 対応するカテゴリーの目安 |
|---|---|---|
| PL a | 10⁻⁵ 〜 10⁻⁴ | B, 1 |
| PL b | 3×10⁻⁶ 〜 10⁻⁵ | 1, 2 |
| PL c | 10⁻⁶ 〜 3×10⁻⁶ | 1, 2, 3 |
| PL d | 10⁻⁷ 〜 10⁻⁶ | 2, 3 |
| PL e | 10⁻⁸ 〜 10⁻⁷ | 3, 4 |
安全カテゴリーの選び方（現場での判断基準）
実際の設計では、以下のざっくりした目安でカテゴリーを選びます。
- ケガをしても軽傷で済む → カテゴリーB または 1
- ケガをする可能性があるが、頻度は低い → カテゴリー2（自己診断付きでコスト抑制）
- 指や手を怪我する可能性がある → カテゴリー3（冗長化で信頼性確保）
- 死亡や重度の障害につながる → カテゴリー4（絶対に止める）
プレス機や大型ロボット設備はほぼカテゴリー4。AGV（無人搬送車）や半導体装置はカテゴリー3が標準です。カテゴリー2は比較的低リスクな装置でコスト優先の場合に選ばれます。
現場での安全カテゴリー選定のフローチャート
実際の設計では、リスクアセスメントを実施して必要な安全水準を決めます。
- 装置の危険源を洗い出す（切断、挟まれ、巻き込まれ、飛来など）
- リスクの大きさを評価（傷害の重篤度 × 発生確率 × 回避可能性）
- 必要なPLr（要求パフォーマンスレベル）を決定
- PLrを満たすカテゴリーと安全部品を選定
- 設計後にPLがPLr以上であることを検証
まとめ
自動機の設計において安全カテゴリーの理解は必須です。特にCategory 3と4は現場でよく要求されます。PLCの安全プログラム（セーフティPLC）を使えば、カテゴリー3〜4の要件をソフトウェアで実現することも可能です。
安全規格は年々厳しくなっています。設計の初期段階から安全カテゴリーを意識しておかないと、後から安全対策を追加するのは大変なので注意しましょう。
参考資料
- ISO 13849-1:2023 — Safety of machinery — Safety-related parts of control systems — Part 1: General principles for design（JIS B 9705-1 対応）
- ISO 12100:2010 — Safety of machinery — General principles for design — Risk assessment and risk reduction（JIS B 9700 対応）
- ISO 13849-2:2012 — Safety of machinery — Safety-related parts of control systems — Part 2: Validation（安全機能の検証・妥当性確認に関する規格）
- IEC 62061:2021 — Safety of machinery — Functional safety of safety-related control systems（電気・電子・プログラマブル電子安全関連系の規格。ISO 13849-1と併用される）
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