「配線がラク」で2線式を選ぶな。漏れ電流と残留電圧から見るプロの判断基準

「3線式は配線が面倒。2線式なら電源線不要でラクだし、在庫も共通化できる」

その考え自体は間違っていません。しかし、もし上司に「じゃあ、なんで2線式はNPNとPNPどっちでも使えるんだ？」「センサーがOFFなのにPLCが光る理由は？」と聞かれて、即答できますか？

答えられないなら、あなたはただ「ラク」をしているだけです。

実務経験9年の設計者として言いますが、「メリットの裏にある回路的なリスク」を説明できて初めて、2線式を使う資格があります。 この記事では、カタログの「特長」欄には書かれていない、現場目線のディープな比較基準を叩き込みます。

もしあなたが「うちは標準的な入力ユニットを使ってるから、計算なんて不要」と思っているなら、今すぐこの記事を読んでください。 その慢心が、「並列接続」をした瞬間に設備を止める時限爆弾になります。

比較の核心：プロはこの6点を見ている

まずは結論の比較表です。新人は「配線工数」しか見ませんが、プロは「回路特性（④⑤）」と「保全性（⑥）」で判断します。

なぜこうなるのか？ 特に新人が知らない「NPN/PNP両対応の理由」と、ハマりやすい「3大トラブル」を深掘りします。

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なぜ2線式は「NPN/PNP両対応」なのか？

「2線式はNPN/PNP両対応だから便利」 現場でよく聞く言葉ですが、なぜそうなるのか、その「回路的な根拠」を説明できますか？

理由①：ただの「スイッチ」だから在庫が減る

一番の理由は、2線式センサーが電気的に「ただのスイッチ（接点）」と同じ動きをするからです。

3線式センサーは「電源」と「信号」が分かれているため、回路に合わせて「NPN（0V出力）」か「PNP（24V出力）」かを買い分けなければなりません。 しかし、2線式は回路の途中に割り込ませるだけです。

• NPN入力の場合： +24Vと入力端子の間に入れる。センサーの極性に合わせて「茶を+24V、青をPLC入力」へ。
• PNP入力の場合： 入力端子と0Vの間に入れる。センサーの極性に合わせて「茶をPLC入力、青を0V」へ。

つまり、「配線の位置を変えるだけ」で、同じ型式のセンサーをどちらの回路にも組み込めます。 たとえ極性（プラス・マイナス）がある「有極性タイプ」だったとしても、配線の向きさえ守れば、1つの型式で両方に対応できます。 これが、「在庫を1種類に統一できる」という最大のメリットの正体です。

理由②：「無極性」なら配線すら考えなくていい

さらに、2線式センサーには「無極性」タイプもあります。 違いは入力段に「ブリッジダイオード」が入っていることです。

有極性タイプだと、NPN回路とPNP回路で「茶色と青色の繋ぎ方」を逆にしなければならず、配線ミス（逆接続）のリスクがありました。 しかし、無極性タイプなら、ブリッジダイオードが勝手に整流してくれるため、「プラス・マイナスを気にせず、適当に2本繋げば動く」ようになります。

• 在庫共通化（2線式の特性）
• 配線フリー（ブリッジダイオードの恩恵）

この2つの合わせ技によって、2線式は「何も考えずに使える最強のセンサー」として現場で重宝されているのです。

最大の罠「勝手にONする」漏れ電流

2線式センサー最大のトラブル。それは「センサーがOFF（非検出）なのに、PLCがONしたままになる」現象です。

なぜこんなことが起きるのでしょうか？

犯人は「自分を動かすエネルギー」

3線式センサーには「電源線（＋と－）」がありますが、2線式にはありません。では、センサー自身はどうやって動いているのか？

答えは、「信号線から電気を盗んでいる」のです。

センサーがOFFの状態であっても、回路を維持するために微弱な電流（0.8mA〜1mA程度）を常に流し続けています。これが「漏れ電流（リーク電流）」です。

なぜ「漏れ電流」が怖いのか？（オームの法則）

「たった1mAくらい漏れても関係ないでしょ？」そう思うかもしれませんが、ここで「入力インピーダンス（PLCの内部抵抗）」が牙を剥きます。

PLCの入力部には、電気を受け取るための「抵抗」が入っています。ここに漏れ電流が流れると、オームの法則（V=IR）によって「電圧」が発生してしまいます。

電圧（誤動作の元） ＝ 漏れ電流 × PLCの入力抵抗

本来、センサーがOFFになれば電圧はほぼ0Vになるはずです。 しかし、この勝手に発生した電圧が、PLCの「OFF電圧（これ以下ならOFFとみなす閾値）」よりも高いままだとどうなるか？

PLCは「まだ電圧があるぞ？ OFFじゃないな」と判断し、ON状態を維持してしまいます。 これが「センサーを切ったのに、PLCがOFFにならない（復帰不良）」というトラブルの正体です。

【実例1】スペック違いの罠（三菱 QX72の悲劇）

「三菱のPLCなら、いつも2線式で問題起きてないし大丈夫でしょ？」 そう思っていませんか？ それは、貴方がたまたま「標準的なユニット（QX40など）」を使っているからです。

同じ三菱電機でも、型式が変われば中身は別物です。例えば、5V/12V回路で使われる「QX72」の仕様を見てみましょう。

• 入力抵抗： 約3.3kΩ
• OFF時電圧/電流： 1V以下 / 0.1mA以下

ここに、DC12V対応の2線式センサ（漏れ電流0.8mA）を繋ぐとどうなるか？ オームの法則で、PLCの入力端子に発生する電圧を計算します。

V ＝ R × I

　＝ 3.3kΩ × 0.8mA ＝ 2.64V

• 発生電圧： 2.64V
• OFF電圧許容値： 1V以下

2.64V ＞ 1V。 完全にアウトです。センサーがOFFになっても、PLCは電圧を感知して「ON」のままになり、機械は停止しません。 「三菱だから」「いつものやつだから」と思考停止せず、必ずカタログの「OFF時電圧」を確認してください。

【実例2】QX40でも死ぬ「並列接続」の罠

では、標準的な「QX40（DC24V入力）」なら絶対安心でしょうか？

• QX40のOFF電流許容値： 1.7mA以下

漏れ電流0.8mAのセンサー1個ならセーフです。 しかし、現場でよくやる「OR回路（並列接続）」をした瞬間、このマージンは消滅します。

「A地点かB地点、どっちかにワークが来たらON」 こんな回路を組む時、リレーをケチって2線式センサーを並列（パラレル）に繋いでいませんか？ 漏れ電流は「足し算」されます。

• 合計漏れ電流： 0.8mA × 2台 ＝ 1.6mA
• QX40の許容値： 1.7mA以下

1.6mA vs 1.7mA。 完全に首の皮一枚です。センサーの個体差や、盤内温度の上昇で特性が変われば、一発で「誤点灯」します。 2線式を使うなら、横着せずに「1入力1センサー」を守るか、並列にするならリレーを受けてください。

対策：ブリーダー抵抗の発熱に注意！

計算の結果、漏れ電流が許容値を超えてしまう場合は、並列に「ブリーダー抵抗」を入れて、邪魔な電流をそちらへバイパスさせます。

▼ブリーダー抵抗とは： 「ブリーダー（Bleeder）」とは「（電気を）抜く」という意味です。 センサーと並列（PLCの入力端子とCOM端子の間）に入れ、漏れ電流の逃げ道を作ります。

しかし、ここで「抵抗の発熱」に注意が必要です。

【コラム】1/4W抵抗を燃やすな

例えば、計算の結果、DC24Vラインに3kΩの抵抗を入れることになったとします。

• 消費電力 P ＝ V² ÷ R
• 24V × 24V ÷ 3000Ω ＝ 0.192W

「お、0.19Wか。手持ちの1/4W（0.25W）抵抗でいけるじゃん」 これが素人の考えです。

定格0.25Wに対し0.19W（負荷率76%）で使用すると、抵抗の表面温度は100℃近くまで上昇します。 指で触れば火傷しますし、長期的には基板を焦がしたり断線したりします。

鉄則：抵抗の電力容量は「計算値の3倍以上」を見ろ。 この場合、0.19W × 3 ≒ 0.6W。つまり、1W〜2Wの「セメント抵抗」や「酸化金属皮膜抵抗」を選定するのが、設計者としての安全マージンです。

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もう一つの罠「ONしない」電圧降下

逆に、「センサーは検出表示（LED点灯）しているのに、PLCやリレーが動かない」というトラブルもあります。 この原因は「電圧降下（残留電圧）」です。

3V〜5Vも「中抜き」される

2線式センサーは、ONしている時でも内部回路を動かすために、自分自身で電圧を消費します。

その電圧降下（残留電圧）は、一般的に3V〜5Vもあります。

DC24V電源を使っていても、センサーが4V食ってしまったら、負荷（PLCやリレー）に届くのは20Vです。

24V － 4V（センサー） ＝ 20V（負荷への供給電圧）

なぜ「5V」も減るのか？（便利さの代償）

「2線式は無極性で便利！」と説明しましたが、その便利機能（ブリッジダイオード）がここで仇となります。

ブリッジ回路の構造上、電気は行きと帰りで「ダイオードを必ず2回」通過しなければなりません。 一般的に、この手の整流ダイオードは1個あたり約1.0V程度の電圧降下（V_F）を持っています。

• ダイオード1個の電圧降下： 約1.0V
• 2個通ると…： 約2.0V

これが、有極性タイプと無極性タイプの「差」になります。

有極性タイプ： 内部回路(約3V) ≒ 残留電圧 3V以下

無極性タイプ： 内部回路(約3V) ＋ ダイオード2個(約2V) ≒ 残留電圧 5V以下

つまり、「極性を気にせず使える（無極性）」という便利さの対価として、「さらに2V余計に消費する」というデメリットを背負っているのです。

「ギリギリの電圧設計」をしている回路で無極性タイプを使うと、この「プラス2Vの差」でリレーが動かないトラブルが起きます。 便利さには、必ず裏があることを覚えておいてください。

リレーが動かない！

一般的なDC24Vリレーの「動作電圧」は80%（19.2V）程度ですが、電線が長くてさらに電圧が落ちると、20Vギリギリでは動かないことがあります。

• 「OFFしない」なら、漏れ電流。
• 「ONしない」なら、電圧降下。

新人はこの2つをごっちゃにしがちです。明確に区別してトラブルシューティングしてください。

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「NO」か「NC」か（フェイルセーフ）

最後に、動作モードの話です。メーカーによって呼び方が違いますが、大きく分けて2つの動作があります。

呼び方（例）	光電センサ・ファイバ	近接センサ・リミット	動作のイメージ
動作 A	ライトON（L-ON）	NO（ノーマルオープン）	検出したら ON
動作 B	ダークON（D-ON）	NC（ノーマルクローズ）	検出したら OFF

※厳密には定義が異なりますが、新人のうちは「だいたい同じ」と捉えて構いません。

「検出したらON（NO / ライトON）の方が直感的でわかりやすい」そう思った貴方は、「断線」のことを想像できていません。

設備の安全を守る「フェイルセーフ」

例えば、搬送テーブルが暴走してメカエンドに激突するのを防ぐ「オーバーラン検出センサー」を想像してください。

× NG例：NO / ライトON（検出時ON）で設計

「リミットを叩いたら信号ON → 停止」というロジックです。もし、ネズミにケーブルをかじられて「断線」していたらどうなるでしょうか？

リミットを叩いても信号は来ません（断線＝OFFのまま）。

結果、装置は止まらずに激突し、大破します。

〇 OK例：NC / ダークON（非検出時ON）で設計

「普段は常にON。リミットを叩いたらOFF → 停止」というロジックです。

これなら、もし「断線」しても信号はOFFになります。 PLCは「お、リミットを叩いたな（信号が切れたな）」と判断して装置を止めます。 つまり、「壊れたら、安全側に止まる」。これがフェイルセーフです。

※注意：人命に関わるなら「専用品」を使え

ただし、これはあくまで「設備の保護」レベルの話です。

プレス機のエリアセンサーなど、「人の命に関わる安全対策」には、汎用のNPN/PNPセンサーではなく、必ず「セーフティセンサ（OSSD出力）」や「強制開離機構付きリミットスイッチ」を使用してください。

汎用センサーの故障は命取りになります。ここだけは混同しないでください。

現場での「動作確認」の落とし穴

試運転やメンテナンス時、2線式は少し厄介です。

• 3線式： 茶(24V)と青(0V)に電気を通せば、センサ単体でLEDが光る。動作確認が容易。
• 2線式： センサ単体に24Vを繋いでも（機種によりますが）うまく動かない、または電流制限なしで直結すると過電流で壊れるリスクがある。

2線式の動作確認には、必ず「負荷（リレーや抵抗）」を直列に繋ぐ必要があります。 「テスターと電池だけでチェックしようとして動かず、初期不良と勘違いして新品を再発注した」というのは、新人の恥ずかしいあるあるミスです。

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まとめ：選定基準の「解像度」を上げろ

ただ「配線がラク」で選ぶのと、 「NPN/PNP混在盤だから在庫統一のために2線式にする。ただし漏れ電流計算と抵抗の熱設計は済ませてある」 と言って選ぶのとでは、雲泥の差があります。

• 内部回路（ブリッジ）を想像できるか？
• オームの法則（V=IR）で誤動作電圧を計算できるか？
• ジュールの法則（P=IV）で抵抗の発熱を予測できるか？

センサー1つ選ぶのにも、これだけの物理法則と設計思想が詰まっています。 カタログのスペック表を「読む」のではなく、「読み解く」設計者になってください。