【電源で悩まない！】フリー電源タイプの光電センサの特徴とそのメリットを解説

光を飛ばして物体を検出するために使われる光電センサ。

光電センサには透過形・回帰反射形・拡散反射形など、実に様々な検出方法・形のものがありますが、一般的には電源電圧がDC24V（直流24V）のものが大部分を占めています。

なので、光電センサを使うには必ず直流電源が必要になる・・・と思いきや、

各社のカタログを見ていると「フリー電源タイプ」と呼ばれるセンサがラインナップされています。

実はこのフリー電源タイプの光電センサ、上手に使うととても便利な光電センサなんです。

フリー電源タイプの光電センサとはどのようなセンサなのか？

この記事ではフリー電源タイプの光電センサの特徴や使い方について詳しく解説していきます。

フリー電源タイプってどんな光電センサなの？

フリー電源タイプの光電センサは、その名の通り幅広い電源電圧に接続して使うことができる光電センサです。

引用先：オムロン（E3JK-TR11 2M）

オムロンや北陽電機など様々なメーカーが作っていますが、共通して次のような特徴があります。

特徴①：幅広い電源電圧で使える

フリー電源タイプの光電センサは様々なメーカーが作っていますが、おおむね以下の電源範囲で使用することができます。

引用先：ﾊﾟﾅｿﾆｯｸﾃﾞﾊﾞｲｽSUNX（ﾌﾘｰ電源･小型ﾋﾞｰﾑｾﾝｻ【電源内蔵】NX5）

そのため、一般的な光電センサに多いDC24Vの電源に繋いでももちろん使えますし、家庭用コンセントなどのAC100Vに繋いでも使うことが可能です。

特徴②：制御出力はリレー出力方式

フリー電源タイプの光電センサは無接点のオープンコレクタ出力ではなく、センサ本体に内蔵されているリレーを動作させて物理的な接点で出力を行うという特徴があります。

そのため、様々な接続方法に対応できることから、柔軟な回路設計を行うことが可能となります。

なお、使用しているリレーは密封形のリレーを採用しているため、皮膜の原因となるガス等が侵入しにくく、接触不良が起きにくい構造になっています。

引用先：ﾊﾟﾅｿﾆｯｸﾃﾞﾊﾞｲｽSUNX（ﾌﾘｰ電源･小型ﾋﾞｰﾑｾﾝｻ【電源内蔵】NX5）

特徴③：一般的な光電センサと検出方式や検出距離は同等

フリー電源タイプの光電センサだからといって、一般的なオープンコレクタの光電センサと比べて検出距離が短かったり、検出方式が限られていたりすることはありません。

各メーカーとも、「透過形」・「回帰反射形」・「拡散反射形」の主要なラインナップを揃えており、検出距離も透過形で40mや60mといった長距離検出モデルも存在します。

基本的な性能において、一般的な光電センサと遜色なく使用することが可能です。

フリー電源タイプのメリット

フリー電源タイプの光電センサのメリットは次の通りです。

接続する電源を問わない！

前述のとおり、フリー電源タイプの光電センサは幅広い電源電圧に接続して使うことができます。

スペック上はDC24V〜DC240VもしくはAC24V〜AC240Vとなっており、工場設備の制御回路で使用する電圧のほぼ全てを網羅していると言っても過言ではありません。

そのため、PLCなどの制御機器にDC24Vラインで直接接続することも出来ますし、昔の設備でAC100VやAC200Vで制御回路を組んでいる場合でも、別途電源装置を用意しなくても使うことが可能です。

交流回路を直接制御できる

一般的な光電センサを使って交流回路を制御する場合、直流電源装置にセンサを接続してその信号でDC24Vのリレーを駆動して。。。というように、部品点数が多くなったり回路が複雑化したりします。

フリー電源タイプの光電センサは、センサ内部のリレーを入り切りするという方式なので、交流回路に直接接続して制御回路を組むことができます。

光電”センサ“というよりも光電”スイッチ“という方がしっくりくるかもしれませんね。

DC24Vの操作回路を別途作らなくても、交流だけで光電センサを使った簡単な制御回路が構築できるというメリットがあります。

直流回路も直接制御できる

フリー電源タイプの光電センサはリレー出力方式であるため、交流回路だけでなく直流回路にも直接接続することができます。

そのため、オープンコレクタ出力の光電センサからフリー電源タイプの光電センサに置き換えたいという場合でも、柔軟に対応することができます。

使用するセンサの種類を少なくできる

設備の規模が大きくなると、制御回路や電源電圧が多様化してしまい、使用する光電センサの種類が増えてしまうことがあります。

フリー電源タイプの光電センサは、取り付けることさえできれば回路の電源を気にする必要がないため、使用する光電センサを統一することができます。

使われている光電センサの種類が少なくなれば、予備品の削減にも繋がります。

フリー電源タイプのデメリット

とても便利に使えるフリー電源タイプの光電センサですが、一般的な光電センサと比較してデメリットもいくつか存在します。

しっかりと押さえておきましょう。

サイズが大きい💧

一般的な光電センサは、小さなトランジスタ素子を使って出力を行うため、センサのサイズをかなり小さくすることができます。

一方、フリー電源タイプの光電センサは、内部にリレーを搭載していたり、幅広い電源に対応するための電源回路を内蔵している関係上、どうしても本体サイズが大きくなってしまうのがデメリットのひとつです。

昔の機種と比べるとサイズはかなり小さくなってはきましたが、それでも一般的な光電センサと比べると2〜3倍ぐらいの大きさがあります。

引用先：ｵﾑﾛﾝ（E3Z ｱﾝﾌﾟ内蔵形光電ｾﾝｻ 小型）

引用先：ｵﾑﾛﾝ（AC／DC電源ﾌﾘｰﾀｲﾌﾟ光電ｾﾝｻ E3JK）

リレーの寿命がある💧

オープンコレクタ出力の光電センサは明確な寿命の定義が有りませんが、フリー電源タイプの光電センサはリレーの寿命が明確に定義されています。

そのため、スペック上はオープンコレクタ出力のセンサよりも寿命が短いということになります。

1日に何百〜何千回も動作するようなハードな使い方をする場合は、オープンコレクタ出力の光電センサを選定した方が良いでしょう。

とは言え、コンベア上を通過する荷物の検出を行うといった標準的な用途であれば、上記の開閉回数を気にして使用を避けるなど、過度に神経質になる必要はありません。

フリー電源タイプの光電センサはどのように接続するの？

フリー電源タイプの光電センサの接続方法について、オムロンの「E3JK-RR12」を用いてみていきましょう。

下図がフリー電源タイプの光電センサの一般的な接続図です。

一般的な光電センサと同様、センサの電源線は「茶色」と「青色」になっています。

引用先：ｵﾑﾛﾝ（製品に関するFAQ）

フリー電源タイプの「投光器」の接続方法

投光器側は電源用の線が2本であることが一般的です。

センサーの電源が直流であれば、セオリー通り「茶色：＋」・「青色：ー」を接続します。

一方、センサーの電源が交流であれば、極性を気にせず「茶色」と「青色」に接続すればOKです。

フリー電源タイプの「受光器」の接続方法

受光器側はリレー出力の配線があるため、少しだけ注意が必要です。

電源電圧100Vの回路で表示灯（AC100V）を光電センサで点灯させる回路を例に考えてみましょう。

まずは光電センサに電源を接続します。

光電センサの電源は「茶色」と「青色」の線なので、交流の電源である「R100」に茶色、「S100」に青色を接続します。

これで、光電センサが動作したら内部のリレーが開閉するようになります。

次に光電センサーの出力に表示灯を接続します。

表示灯は片方が「R100」に接続されているので、もう一方を「S100」に接続すれば点灯しますね。

したがって、表示灯の片方を「R100」に、もう一方の「S100」をセンサーのa接点（黒色）に接続し、C接点（白色）の線を「S100」に繋がっている青の線と一緒に接続すれば完成です。

これで、光電センサが動作するとAC100Vの電圧が表示灯に掛かって点灯する回路ができあがります。

投光器と受光器の電源は異なっていても大丈夫

フリー電源タイプの光電センサは、投光器と受光器に接続する電源がそれぞれ異なっていても問題なく動作します。

例えば、受光器側の電源及び回路がDC24Vの直流で、投光器側がAC100Vの交流といった異なる組み合わせでも使用が可能ですし、もちろんその逆でも構いません。

そのため、設置環境における電源の制約を受けにくく、柔軟な回路設計が可能となります。

フリー電源タイプのラインナップ

フリー電源タイプの光電センサは様々なメーカーが出しています、僕がよく使うメーカー及び機種をご紹介しますのでご参考になさってください。

オムロン：E3JKシリーズ

引用先：オムロン（E3JK（NEW））

数多くの光電センサを作っているオムロン製のE3JKシリーズです。

基本性能が高いわりに価格が比較的安価なのが特徴で、サイズもフリー電源タイプの中では比較的コンパクトです。

とても使いやすいので一番愛用している機種ですね。

北陽電機：PNXシリーズ

引用先：北陽電機（PNX）

様々なFA機器を展開しているメーカーの北陽電機製PNXシリーズです。

PNXシリーズはフリー電源タイプとDC電源タイプもあるので、オープンコレクタの早い応答速度の方を求めている場合はDC電源タイプを選ぶと良いでしょう。

PNXシリーズの特徴は、透過形センサで検出距離が70mという長距離検出が可能であること。

もちろんフリー電源タイプとDC電源タイプ、どちらもこの長距離検出に対応しています。

SICK【ジック】：W24シリーズ

引用先：SICK（光電センサ W24）

SICK（ジック）というドイツのメーカーが作っているW24シリーズです。

SICKのセンサの特徴は何と言っても頑丈で耐久性の高い造りです。

過酷な現場を想定して作られているとのことで、ちょっとやそっとでは壊れないという安心感がこのセンサにはあります。

W24シリーズについてもDC電源バージョンとフリー電源バージョンがラインナップされており、ユーザーのニーズに合わせて機種を選択することができます。

SICKのデメリットは価格が少し高いことと、基本海外からの輸入になるので納期が掛かるという点です。

とはいえ、SICKのセンサには価格に見合った価値がちゃんとありますので、検討の余地は十分にあると思います。

僕もSICKには非常にお世話になっています。

まとめ

以上、フリー電源タイプの光電センサについて特徴やメリット・デメリット、使い方について解説しました。

まとめると、フリー電源タイプの光電センサは次のようなメリット・デメリットがあります。

サイズが大きいなどのデメリットがありますが、上手に使えばメリットの多いとても便利な光電センサです。

実際、僕が保全を行っている顧客設備にもフリー電源タイプの光電センサはたくさん使われています。

センサを増設したいが近くに直流電源が無いなど、電源電圧がボトルネックとなっているような場合はかなり有効な打ち手になりますので、もしお困りの方がおられたら是非検討してみてください。