ISO 13849への適合は、機械の安全機能を定義し、要求パフォーマンスレベル（PLr）を決定し、入力・ロジック・出力からなるチェーン全体を設計・評価したうえで、実機における応答を妥当性確認することで達成します。ロータリアクチュエータ単体が「ISO 13849適合」になるわけではありません。バルブ、フィードバック、機械負荷、故障時の挙動まで含めて、指定した安全状態を実現できなければなりません。
この区別は重要です。計算上は要求PLを満たしていても、ロータリテーブルが惰性回転を続けたり、偏心荷重が落下したり、危険な圧力が閉じ込められたり、給気復帰時に再始動したりする回路はあり得ます。計算結果と実機の物理的な応答は一致していなければなりません。
要点
- ISO 13849-1は5段階のパフォーマンスレベルを定義しますが、特定のロータリアクチュエータ用途にPLrを割り当てる規格ではありません。
- バルブやセンサを選ぶ前に、停止角度、保持挙動、圧力状態、再始動条件を定義します。
- 想定可能な故障を与えた状態で、実機の軸を妥当性確認します。SISTEMAの計算結果だけでは機械の妥当性確認になりません。
ロータリアクチュエータにおけるISO 13849適合とは？
ISO 13849-1:2023は、電気、油圧、空圧、機械、ソフトウェア技術を用いる安全関連制御システムに適用されます。設計と評価の方法を示しますが、個々の用途について安全機能やPLrを規定するものではありません。したがって適合の対象は、一般的なアクチュエータのラベルではなく、定義された機械安全機能です。
安全機能は、ガードが開いたときの予期しない回転を防止するものかもしれません。あるいは、割出しテーブルを測定済みの角度内で停止させる、偏心荷重を保持する、意図的なリセットが行われるまで再始動を禁止する機能かもしれません。各機能には、それぞれのトリガ、安全状態、PLr、アーキテクチャ、計算、妥当性確認の根拠が必要です。
PLrは、1つの安全機能に割り当てられる要求パフォーマンスレベルです。PLは、実装した設計が評価と妥当性確認によって達成したことを示すレベルです。この2つは置き換えて使える名称ではありません。
PLとSILの用語を混同しないでください。ISO 13849ではaからeまでのパフォーマンスレベルを使用します。IEC 62061などの規格では安全度水準（SIL）を使用します。製品が複数の枠組みに対応するデータを公開していても、「PLeアクチュエータ」という表現だけで、ISO 13849の安全機能全体を評価したことにはなりません。
PLr、カテゴリ、MTTF_D、DCavg、CCFの概要は、ISO 13849空圧安全回路ガイドを参照してください。ここでは、ロータリ出力段と機械の応答に焦点を当てます。
最も有用な適合性の問いは、「どのアクチュエータが最も高い等級か」ではありません。制御システムが安全状態を要求した後も、どの故障によって危険な回転が発生し得るかです。この問いによって、アクチュエータ、伝達機構、保持装置、センサ、負荷挙動のどこまでを安全分析へ含めるべきかが決まります。
安全機能と安全状態をどう定義するか？
ISO 12100:2010は、制御システム設計に先立つ機械のリスクアセスメントの枠組みを示します。ISO 14118:2017は、空圧エネルギー、重力やばねなどの蓄積エネルギー、外部影響による予期しない始動も扱います。好みのバルブ回路からではなく、危険源と測定可能な応答から検討を始めます。
安全機能ごとに1つの仕様書を作成します。「ロータリアクチュエータを安全に停止する」では曖昧すぎて妥当性確認できません。実用的な仕様には次を明記します。
| 要求事項 | ロータリ軸の例 |
|---|---|
| トリガ | 自動割出し中にガードインターロックが開く |
| 危険源 | 掃引領域内でツールが人に衝突する、または挟み込む可能性 |
| 要求応答 | 駆動トルクを除去して回転を停止する |
| 安全状態の限界 | 要求入力後の角度移動が、妥当性確認済みの上限を超えない |
| 保持条件 | 最悪荷重でも、軸が許容位置帯の範囲内に留まる |
| 圧力条件 | リスクアセスメントに従い、所定のチャンバを排気、加圧維持、または遮断する |
| リセット挙動 | ガードを閉じる、または給気を復帰しても回転を開始しない |
| 運転モード | 自動、段取り、清掃、故障復旧、保全を個別に評価する |
| PLr | リスクアセスメントまたは該当するタイプC規格により、この安全機能へ割り当てる |
安全状態は用途ごとに異なります。両方のアクチュエータポートを排気すれば、水平インデクサではトルクを除去できるかもしれませんが、偏心荷重や重力荷重のアームでは同じ操作が負荷を解放します。ばね復帰式も、空気を抜くと動作する場合があります。このような用途では、制御された遮断、ブレーキ、機械的拘束、または監視付きの復帰経路が必要になることがあります。
運動プロファイル全体を考慮します。ロータリアクチュエータのトルクガイドは、選定時の負荷トルクと慣性の見積りに役立ちますが、トルク計算だけでは停止角度や達成PLを確定できません。これらには、実機挙動の測定と安全制御の根拠が必要です。
安全機能の中でロータリアクチュエータはどこに位置するか？
IFAのガイダンスでは、SRP/CSは一般に検出入力からロジックを経て、バルブなどの電力・動力制御要素までと説明されています。アクチュエータの故障が危険状態を発生させない場合、アクチュエータはその境界外に置かれることがあります。一方、アクチュエータや負荷の故障が危険な動きを引き起こす場合は、関連するアクチュエータと機械的対策を安全分析に含める必要があります。
危険源から逆向きに安全機能を図示してください。安全PLCの出力で図を終わらせてはいけません。
| 層 | ロータリ軸の代表要素 | 必要な根拠 |
|---|---|---|
| 入力 | ガードスイッチ、ライトカーテン、イネーブル装置、位置または圧力フィードバック | 安全データ、配線、取付け、故障応答 |
| ロジック | 安全リレー、構成可能コントローラ、安全PLC、アプリケーションソフトウェア | PL能力、ソフトウェア検証、リセットロジック、不一致時間 |
| 空圧動力制御 | 監視付き方向制御弁、遮断・排気要素、パイロット回路 | 安全マニュアル、B10DまたはPFHデータ、フィードバック時間、流量制限 |
| アクチュエータと伝達系 | ベーン式またはラック&ピニオン式アクチュエータ、軸、カップリング、軸受、ブレーキ、ストッパ | 故障モード、機械強度、バックラッシ、保持・停止挙動 |
| 機械プロセス | ツール、治具、偏心荷重、掃引領域、ハードストップ | 最悪慣性、重力トルク、衝撃エネルギー、許容移動量 |
センサを追加するとモデルが完全に見えても、監視点が誤っている場合があります。バルブ位置スイッチはバルブ要素を確認するだけで、軸位置は確認しません。滑るカップリングより上流側に取り付けた軸センサでは、ツールが停止したことを証明できません。DCavgの根拠で検出すると主張する危険故障を実際に検出できる位置に診断機器を置きます。
アクチュエータ形式は故障分析にも影響します。ベーン式、ラック&ピニオン式、空圧ロータリテーブルでは、漏れ経路、バックラッシ、軸受配置、ストッパ、許容荷重が異なる場合があります。設計を置き換える前に、その差を確認してください。ラック&ピニオン式とベーン式の比較ガイドで機械的な違いを確認できますが、安全評価には引き続き部品固有のデータが必要です。
回路で対処すべきロータリアクチュエータの故障は？
ISO 4414:2010は、機械に用いる空圧システムに関連する主要な危険源を扱い、2021年の確認後も現行です。ロータリ軸では、想定可能な空圧、電気、検出、機械の各故障を、危険源における角度、トルク、圧力、再始動挙動へ結び付けて分析します。
設計と妥当性確認には故障表を使用します。以下は検討の手掛かりであり、普遍的な故障除外や自動的な診断加点ではありません。
| 想定可能な故障 | 起こり得る危険な影響 | 設計・診断上の問い | 妥当性確認の根拠 |
|---|---|---|---|
| 1つのバルブ要素が切り替わらない | 駆動圧力が残る | 単一故障で安全状態を失うか。バルブ状態を監視しているか | 故障挿入と圧力・動作トレース |
| 排気経路が絞られる | 軸の停止が遅れる | サイレンサ、配管、流量制御を最悪条件に含めているか | 許容される絞り条件での停止角度試験 |
| アクチュエータ内部漏れが増加 | 軸がクリープする、または保持トルクを失う | 許容位置を超える前に漏れを検出できるか | 圧力・温度限界での保持試験 |
| 位置フィードバックが固着または不一致 | コントローラが誤った停止位置を受け入れる | 各センサはどの危険側故障を検出するか | 開回路、短絡、固着、不一致試験 |
| カップリング、キー、ストッパが破損 | ツールが検出軸とは独立して動く | 故障より危険側にフィードバックがあるか | 機械検査と故障取扱いの根拠 |
| 給気が喪失または復帰 | 負荷落下、ばね復帰動作、サイクル再始動 | 圧力ゼロ時と再加圧時にどの状態になるか | 給気遮断・復帰試験 |
| ホース破裂またはポート開放 | 制御不能な回転または保持喪失 | 独立したブレーキや拘束が必要か | 想定可能な配管故障の分析と、安全に可能な物理試験 |
| 共通汚染が両チャンネルへ影響 | 冗長バルブが共通原因で故障 | 空気品質、ろ過、保全、チャンネル分離を管理しているか | CCFレビューと保全記録 |
| リセットロジックの誤り | リセットが動作を開始させる | リセットは始動指令から分離されているか | モード別のリセット・再始動試験 |
冗長化だけでは共通原因故障を排除できません。2つの同一バルブが、汚染された空気、過大圧力、誤った保全、共通排気の閉塞、同じソフトウェア誤りを共有する可能性があります。CCF評価には、実際に実装した対策を記録します。
同様に、ばね復帰は挙動であって、安全性の結論ではありません。復帰方向、全ストロークで利用可能なばねトルク、負荷トルク、速度、挟まれ箇所、終端衝撃エネルギー、ばねや機械接続が故障した場合の挙動を確認します。
PLr、カテゴリ、MTTF_D、DCavg、PFHはどう関係するか？
ISO 13849-1:2023に関する2025年のIFAレポートは、危険側故障の平均発生頻度（PFH）の範囲に対応する5つのPL帯を示しています。達成PLは、アーキテクチャ、部品信頼性、診断範囲、共通原因対策、体系的対策、正しい統合にも依存します。カテゴリだけでPLは決まりません。
| パフォーマンスレベル | 1時間当たりのPFH範囲 |
|---|---|
| PL a | >= 10^-5～< 10^-4 |
| PL b | >= 3 x 10^-6～< 10^-5 |
| PL c | >= 10^-6～< 3 x 10^-6 |
| PL d | >= 10^-7～< 10^-6 |
| PL e | >= 10^-8～< 10^-7 |
既存のマニュアルやツールには旧表記PFH_Dを使うものがありますが、現行の2023年版IFA資料ではPFHが使われています。プロジェクトで採用する規格版の用語と計算方法に従い、報告書とライブラリで版を統一してください。
PFHは、現行IFA資料でISO 13849-1:2023に用いられる、1時間当たりの危険側故障の平均発生頻度です。PL評価の一部であり、実機の物理応答が安全であることを単独で示すものではありません。
摩耗依存の空圧部品については、該当する条件を含む正確なメーカーのB10D、PFH、またはサブシステムデータを入手します。アクチュエータやバルブに一律の2,000万サイクル値を割り当ててはいけません。切替頻度、圧力、空気品質、温度、負荷、保全、ミッションタイム、承認アクセサリによってデータの適用可否は変わります。
IFA SISTEMAツールは、PLr、カテゴリ、MTTF_D、DCavg、CCFを用いて指定アーキテクチャを評価します。IFAではSISTEMA 3.xをISO 13849-1:2023に対応付け、Version 2.xは2015年版に対応します。異なる版のプロジェクト、ライブラリ、前提をレビューなしで混在させないでください。
SISTEMAでは、危険な応答ごとに安全機能を分けて作成します。実際の入力、ロジック、出力サブシステムをモデル化し、定量モデルの外にあっても安全状態に必要なアクチュエータや機械的対策を文書化します。計算結果が良好でも、滑るカップリング、閉塞したサイレンサ、誤ったセンサ位置、不安定な負荷は検出できません。
実機のロータリ軸安全機能をどう妥当性確認するか？
ISO 13849-2:2012は、2026年7月17日時点で現行の発行済み妥当性確認規格です。指定した安全機能、達成カテゴリ、達成PLを分析と試験によって妥当性確認するよう求めています。ISOは後継ドラフトを掲載していますが、ドラフトは発行済みの妥当性確認基準ではありません。
コミッショニング前に、測定可能な合否基準を定めます。安全要求後の最大許容角度、停止時間、軸位置帯、圧力しきい値、保持時間、リセット挙動、故障応答を記録します。最悪の応答になりやすい次の組合せで試験してください。
- 許容最大の移動質量と半径
- 想定される最高角速度
- 最悪の重力または偏心荷重の向き
- 最小・最大供給圧力
- シールやバルブタイミングが影響を受ける場合の最低許容温度
- 最長の承認配管と、許容範囲で最も制限の大きい排気構成
- 摩耗しているが使用可能な機械クリアランス
- 人が危険源へ接近できるすべての運転モード
コントローラのステータスビットだけを測定してはいけません。安全要求、ロジック出力、バルブフィードバック、下流圧力、軸角度、危険側ツール位置を時系列で関連付けます。カタログ記載のバルブ切替時間は、機械の停止時間ではありません。
ロータリ機器では、停止時間だけでなく停止角度の方が有用な場合があります。同じ150 msの停止でも、ある角速度では許容でき、別の角速度では危険になり得ます。両方の値を記録し、掃引経路をガード距離と安全機能の合否基準に照らして比較します。
故障試験は、アーキテクチャと故障分析に対応させます。安全に実施できる範囲で、1つのバルブ要素の切替を阻止する、フィードバック不一致を発生させる、入力チャンネルを1つ遮断する、許容構成内で排気を絞る、給気を遮断・復帰する、リセット挙動を試験するなどを行います。仕様で要求される場合は、次の危険サイクルが禁止されることを確認します。
点検・機能試験の間隔は、リスクアセスメント、部品安全マニュアル、カテゴリと診断設計、運転環境、使用頻度、保全履歴、該当するタイプC規格に基づいて決めます。ISO 13849は、「PL eは毎月」「PL cは毎年」といった一律の予定を規定していません。
監査に耐える設計文書とは？
IFAの現行SISTEMAページでは、Version 3.xはISO 13849-1:2023専用に割り当てられ、評価した安全機能の概要を印刷できると説明しています。そのレポートは1つの記録にすぎず、適合ファイル全体ではありません。ファイルには、リスクアセスメント、回路、ソフトウェア、部品データ、実機試験、管理された改訂も関連付ける必要があります。
次の記録を構成管理下で維持します。
- 機械の限界、危険源分析、リスク低減の決定
- 各機能の安全機能仕様とPLrの根拠
- 正確な部品改訂を示した空圧・電気回路図
- ソフトウェア版、チェックサム、パラメータセット、検証記録
- メーカー安全マニュアル、B10DまたはPFHデータ、SISTEMAライブラリ
- カテゴリ、MTTF_D、DCavg、CCF、PFH、体系的対策の根拠
- バルブ、センサ、アクチュエータ、カップリング、ストッパ、ブレーキ、負荷の故障分析
- 妥当性確認計画、測定機器、生データ、結果、逸脱
- 点検、保全、交換、機能試験の要求事項
- 代替部品、配管、サイレンサ、圧力、負荷、速度、ソフトウェアの変更管理記録
サプライヤー資料には、対象となる正確な部品と改訂を明記させます。宣言された安全機能、アーキテクチャ制限、診断時間、許容テストパルス、ミッションタイム、切替頻度、圧力・空気品質限界、承認済みサイレンサ、保全条件、その部品に実際に適用される証明書または宣言を確認します。
前提を示さずに「ISO 13849ロータリアクチュエータ」を要求してはいけません。安全機能、PLr、圧力範囲、サイクル数、負荷、向き、停止要求、フィードバック方式、環境、予定するバルブ構成をサプライヤーへ伝えます。これにより、部品データを実用途に照らして確認できます。
ロータリアクチュエータのISO 13849統合に関するFAQ
ISO 13849-1:2023は安全関連制御システムに関する152ページの方法論であり、現行ISO 13849-2妥当性確認文書は79ページです。以下のよくある質問では、短い製品説明では省略されやすい、部品能力、アーキテクチャ、診断、安全状態の挙動、試験、機械レベルの妥当性確認の境界を説明します。
ロータリアクチュエータ単体をPL eとして認証できるか？
サプライヤーは、定義された製品と使用条件について、安全データ、宣言済みサブシステム能力、第三者認証を提供できます。しかし、機械安全機能全体がPL eになるわけではありません。ISO 13849-1は、すべての部品について製品レベルの設計要求を規定するものではないため、インテグレータが機能全体を評価・妥当性確認する必要があります。
カテゴリ3は自動的にPL dになるか？
いいえ。カテゴリ3はアーキテクチャの故障時挙動を示しますが、達成PL全体を示すものではありません。結果はMTTF_D、DCavg、CCF、体系的対策、ソフトウェア、サブシステム間インターフェース、計算PFHにも依存します。IFAのパフォーマンスレベル指針では、決定論的アーキテクチャと、これらの確率的・診断的特性を組み合わせます。
ばね復帰式アクチュエータなら安全状態が保証されるか？
いいえ。ISO 14118:2017は、空圧供給、重力、圧縮ばね、外部影響を、予期しない始動または動作の原因として扱います。ばね復帰が安全なのは、その方向、トルク、速度、停止エネルギー、負荷との相互作用、想定可能な故障が安全機能仕様を満たす場合だけです。
二重位置フィードバックだけで診断範囲を主張できるか？
いいえ。診断範囲は、診断がどの危険側故障をいつ検出するかによって決まります。2つのセンサが同じ取付誤差を共有したり、破損したカップリングの同じ側を監視したり、バルブ故障を見逃したりする可能性があります。加点する各診断を故障モードに対応付け、その故障応答を検証します。
ロータリ安全機能はどのくらいの頻度で試験する必要があるか？
PLだけで決まる普遍的な間隔はありません。部品取扱説明、動作頻度、カテゴリと診断アーキテクチャ、環境、保全履歴、リスクアセスメント、該当する機械固有規格に基づいて決定します。カテゴリ2の試験要求も、一般的な月次予定ではなく、試験と要求挙動の関係を扱います。
アクチュエータをSISTEMAでモデル化すべきか？
安全機能の境界と危険側故障の挙動によります。IFAのガイダンスでは、動力制御要素がSRP/CSの終端になることが多い一方、アクチュエータまたは負荷の故障が危険状態を起こし得る場合は、その特性を考慮する必要があります。定量モデルと、その外部にある必要な機械的対策の両方を文書化してください。
結論
ISO 13849-1:2023は、安全関連制御システムを設計するための5段階の方法であり、単体のロータリアクチュエータに付ける適合ラベルではありません。妥当な統合は、測定可能な1つの安全機能を定義し、制御チェーン全体を評価し、ロータリ軸の物理的故障に対処し、実機を合否基準に照らして妥当性確認することから始まります。
ガードが開く、センサが故障する、バルブが固着する、空気が失われる、圧力が復帰する各状況で何が起きるべきかを定義します。そして、想定される最悪の負荷と運動条件でも、軸が指定した安全状態へ到達し維持することを実証します。部品銘板やSISTEMA画面ではなく、その根拠こそが適合の基礎です。
出典と参照日
上記の技術的記述には、現行ISOカタログ記録とDGUV/IFAの実装ガイダンスを使用しています。ISO 13849-2は改訂中で、SISTEMAの版は特定のISO 13849-1版に対応するため、参照日を記載しています。機械の妥当性確認時には、発行済み規格とソフトウェア版を再確認してください。
- 国際標準化機構。ISO 13849-1:2023 - 制御システムの安全関連部、第1部。2023年4月発行。2026年7月17日参照。
- 国際標準化機構。ISO 13849-2:2012 - 妥当性確認。現行発行版、後継ドラフト作成中。2026年7月17日参照。
- 国際標準化機構。ISO 12100:2010 - リスクアセスメントとリスク低減。2026年7月17日参照。
- 国際標準化機構。ISO 14118:2017 - 予期しない始動の防止。2023年に現行確認。2026年7月17日参照。
- 国際標準化機構。ISO 4414:2010 - 空圧流体動力の安全要求事項。2021年に現行確認。2026年7月17日参照。
- ドイツ法定災害保険労働安全衛生研究所。IFA Report 1/2025 - 機械制御の機能安全。2026年7月17日参照。
- ドイツ法定災害保険労働安全衛生研究所。ISO 13849-1用SISTEMAソフトウェア。2026年7月17日参照。
- ドイツ法定災害保険労働安全衛生研究所。油圧・空圧機械安全資料。2026年7月17日参照。