産業自動化向けHMIハードウェア構成は、画面サイズではなく、オペレーターが「見る・判断する・操作する・復旧する」仕事から決める。装置OEMの設計、品質、技術購買向けである。操作タスクと安全境界を定義し、表示・タッチ・物理操作子、PLCとの電源・通信・入出力、前面シール、筐体固定、交換、検証へ展開する。主要変数は視認距離、手袋、水分、洗浄剤、温度、照度、振動、保守時間、年間数量である。
最終更新：2026年8月24日
カスタムのHMIアセンブリは、光学、操作、電気、機械、環境インターフェースを一つの完成条件にまとめる。基本構造はHMIパネルとは？構造とOEM組み込みの要点で確認できる。
クイック判断：最初に固定する6項目
| 決定項目 | 必要な入力 | 設計判断 | 仕様書に残すもの |
|---|---|---|---|
| オペレーター作業 | 通常運転、段取り、清掃、異常復旧、保全 | 表示だけか、タッチか、物理キー併用か | タスク一覧、権限、誤操作時の影響 |
| 制御アーキテクチャ | PLC／PAC、産業PC、リモート入出力、上位接続 | 専用HMI、タッチモニター、パネルPC、分離構成 | ブロック図、電源、通信、入出力の責任分界 |
| 前面ハードウェア | 視認距離、手袋、水分、洗浄、衝撃 | LCD、抵抗膜、PCAP、物理操作子、オーバーレイ | 有効表示域、窓、キー、材料、表面処理 |
| 警報と表示階層 | 正常状態、逸脱、必要操作、応答時間 | 状態・警報・操作・保全を別階層にする | 画面マップ、表示優先度、物理表示灯の要否 |
| 筐体と環境 | 温度、湿度、結露、粉じん、水、薬品、振動 | シール線、ベゼル、接着、固定、通気を決定 | 断面、公差、IP／IK目標、試験条件 |
| 保守性 | 交換者、工具、停止許容時間、予備品 | 前面ユニット化、コネクタ化、交換アクセス | 交換手順、部品識別、ケーブル余長、合否基準 |
産業自動化向けHMIハードウェア構成は操作タスクから決める
HMIハードウェアは人と機械制御をつなぐ物理層である。ISO 9241-210:2019は、対話システムの人間中心設計をライフサイクルで扱い、ハードウェアとソフトウェアの双方を対象とする。[^1] 先に「誰が、何を確認し、どの結果を期待して操作するか」を書き、その後に表示とタッチを決める。
タスクは通常運転、品種切替、手動調整、異常確認、復旧、清掃、保全に分け、操作頻度、誤操作の影響、手袋、姿勢、視認距離を記録する。頻繁な開始・停止を深い画面へ隠すと作業が遅くなり、低頻度の設定まで物理キーにすると開口、配線、シールが増える。
手動操作子の方向や働きは、装置ごとに思いつきで変えない。IEC 60447:2004は手動操作子の作動原則、IEC 60073:2002は視覚・聴覚・触覚表示と操作子の符号化原則を扱う。[^2][^3] これらは具体的な画面色を一律に決める規格ではない。OEM側のHMI方針、対象製品規格、リスクアセスメントへ接続するための基礎である。
前面スタックは光学・操作・シール・固定を一体で設計する
前面の各層は相互依存する。カバー厚はPCAP感度、視差、重量、ベゼルへ、接着材は公差追従、薬品、温湿度、再作業性へ影響する。表示モジュールだけを先行承認してはならない。
代表的な前面スタック（上から下）
操作者側
├─ グラフィックオーバーレイ／カバーガラス
├─ 印刷、表面処理、表示窓、物理キー開口
├─ タッチセンサー（抵抗膜またはPCAP）
├─ 光学接着層またはエアギャップ
├─ LCD＋バックライト
├─ キャリア／ベゼル／圧縮シール
├─ FPC、タッチコントローラ、表示IF、電源
└─ 背面筐体、固定具、PLC／産業PCへのハーネス
筐体内部
図面には有効表示域、タッチ域、印刷窓、非接着域、連続したシール線、基準面、平面度、部品高さ、FPC出口を同じ座標系で示す。公差は表示窓ずれ、ベゼル干渉、シール圧縮へつながるスタックとして評価する。
回路がFPCの場合、IPC-2220系列はフレキシブル基板を個別設計規格へ分け、IPC-6013はフレキシブル／リジッドフレックス基板の性能要求を扱う。[^4][^5] ただし規格番号を書くだけでは製造指示にならない。導体構成、補強板、端子仕上げ、曲げ用途、検査クラス、受入基準を調達文書に落とす必要がある。
操作方式は「濡れ・手袋・誤入力・フィードバック」で選ぶ
抵抗膜式は、押圧で導電層を接触させ、直交方向の電位を読んで座標を求める。TIの4線抵抗膜資料は、この電圧分割による測定原理を示している。[^6] 指、手袋、スタイラスなど押圧手段の自由度を取りやすい一方、表層の機械変形、光学特性、単点操作、摩耗、押下荷重を実機で確認する。
PCAPはカバー越しの静電容量変化を検出する。カバー材、厚み、接着層、電極、シールド、接地、コントローラ調整が一つのセンサ系になる。Microchip AN2934も、センサ、カバー効果、シールド、機械・電気要求を同時に扱っている。[^7] 水膜、汚染物、厚い手袋、放射・伝導ノイズは設計課題になり得るため、「PCAP対応」という部品表記だけで合否を決めない。[^8]
| 操作方式 | 適する条件 | 主な設計負担 | 避ける判断 |
|---|---|---|---|
| 抵抗膜タッチ | 手袋やスタイラス、単純な単点入力を優先 | 表層耐久、押下感、光学損失、座標校正 | ジェスチャー前提、硬質ガラス面を変形させたくない場合 |
| PCAP | 平滑なカバー、マルチタッチ、軽い操作を優先 | 水、手袋、EMC、接地、カバー／接着層との調整 | 使用手袋と水分条件を試作で再現できない場合 |
| 物理キー／メンブレンキー | 触覚、定位置、目視しない反復操作が必要 | 開口、回路、シール、キー荷重、表示との役割分担 | 設定項目が頻繁に変わる場合 |
| タッチ＋物理操作子 | 画面の柔軟性と確実な主要操作を両立 | 画面とキーの状態整合、配線、誤入力解析 | 安全機能の責任境界が曖昧な場合 |
非常停止は通常のタッチコマンドと同じ扱いにしない。ISO 13850:2015は機械の非常停止機能の設計原則を定め、電気・電子による実現はIEC 60204-1へ接続している。[^9][^10] 必要な安全機能、操作子、回路、診断は機械全体のリスクアセスメントで決める。HMI前面アセンブリは、その安全設計を勝手に代替しない。
表示仕様は輝度の単独値ではなく使用状態で決める
表示サイズは最小文字、視認距離、情報量、操作ターゲット、画面階層、取付高さから決める。輝度は周囲照度、反射、視野角、コントラスト、温度上昇をそろえて評価し、屋外／屋内だけで固定値を置かない。
LCD側はRGB、LVDS、eDP、MIPI DSIなどの名称に加え、電圧、ピン、タイミング、バックライト、起動順序、ケーブルを確認する。タッチ側もUSB、I²C、SPI、UARTの電気条件、コントローラ配置、ESD経路を分ける。表示系ノイズがタッチへ結合し得るため、表示、通信、モータ動作を組み合わせて試験する。[^11]
オーバーレイと接着材は、材質名だけで承認しない。3M 467MPの技術資料でも、はく離値やせん断値は被着体、表面処理、温度、滞留時間、速度を伴って示される。[^12] 実機では塗装鋼板、アルミ、樹脂、印刷インク、表面粗さ、洗浄剤、湿熱、温度サイクルが異なる。量産と同じ被着体、前処理、圧着条件で評価する。
PLCインターフェースは信号表より先に責任分界を描く
HMIは表示と操作の層であり、機械制御の主責任を自動的に引き受けるものではない。IEC 61131-2:2017はPLC／PACと関連周辺機器の機能・EMC要求および検証を対象とする。[^13] OEMは、HMI、PLC、産業PC、リモート入出力、上位ネットワークのどこがデータを生成し、保持し、失ったときに安全側へ移るかを決める。
操作者
⇅ 表示／タッチ／物理キー
HMI前面アセンブリ
⇅ FPC・USB・I²C・表示IF・電源
HMI制御基板／産業PC
⇅ Ethernet・シリアル・デジタル入出力
PLC／PAC ── 安全回路・駆動・センサ
⇅
機械・工程
図面と入出力表には、電源、接地、シールド、コモン、論理、コネクタ、ピン、ケーブル、通信、ウォッチドッグ、通信断時の状態を記載する。責任分界はPLCとHMIの統合設計：ハードウェア・信号・インターフェース、媒体条件は産業用HMIの通信プロトコルとハードウェア接続に分けて管理する。
PLC／SCADAのプログラミング、タグ設計、制御ロジック、アラームロジック実装はJASPERのHMIハードウェア製造範囲外である。一方、コネクタ、回路、シールド、表示／タッチIF、物理キー信号、筐体への取付は製造図面で固定できる。
アラーム階層は「異常・必要操作・結果」を同じ画面で結ぶ
アラームは赤く表示する項目の一覧ではない。IEC 62682:2022は、制御システムとHMIに基づくアラームの一般原則と管理プロセスを対象とし、アラームの役割を異常状態や機器故障の通知とオペレーター応答の支援としている。[^14] HMIでは、少なくとも通常状態、注意、操作要求、アラーム、保全情報を分離する。
各アラームには、異常箇所、現在状態、優先度、応答時間、最初の操作、操作後の確認結果を関連付ける。正常画面を落ち着かせ、異常時だけ視覚・音・表示灯を一貫して使う。表示灯やブザーはPLCの出力責任、断線時状態、交換、オーバーレイ表記まで検証する。
筐体・シール・保守性は完成アセンブリで評価する
日本では、IPコードの現行規格はJIS C 60529:2026であり、旧JIS C 0920:2003から移行している。[^15] IEC 60529も外郭による保護等級を分類する。[^16] ここで重要なのは、LCD、タッチ、コネクタの単品表示を組み合わせても、完成した盤面のIP等級にはならないことだ。窓、キー開口、接着端部、ガスケット継ぎ目、ねじ、FPC出口、筐体の反りを含む試験体と取付状態を定義する。
衝撃要求がある場合、IEC 62262のIKコードは外郭の外部機械衝撃に対する分類を与える。[^17] ただし、必要な等級は設置場所と個別製品規格から決める。カバー材だけでなく、支持幅、接着、表示モジュールとの隙間、固定点、応力集中を含む。水や粉じんに強い構成でも、内部発熱や温度差で結露すれば光学曇り、腐食、タッチ誤入力が起こり得る。密閉と放熱を別問題にしない。
交換可能な前面ユニットでは、コネクタの誤挿入防止、アクセス、ケーブル余長、締結、ガスケット再使用、交換後の校正とシール検査を決める。接着破壊を伴う構成や表示・制御基板の一体交換は、保全負担を増やす場合がある。
検証マトリクスは故障経路から作る
試験規格名を並べる前に、使用状態、故障モード、観察項目、合否基準を結ぶ。産業用HMIパネル設計チェックリスト｜10のリリースゲートと試験・検証計画を使い、設計審査から量産承認まで同じ要求IDを追跡するとよい。
| 入力／故障経路 | 試験の組み立て | 観察項目 | 合否基準の例 |
|---|---|---|---|
| 温度変化で接着・表示・シールがずれる | IEC 60068-2-14を参照し、実使用の上下限、保持、変化、通電状態を指定 | 浮き、気泡、表示、タッチ、寸法、シール | 図面、公差、機能仕様に適合 |
| 高湿度で印刷・回路・光学層が劣化する | IEC 60068-2-78を参照し、温度、湿度、時間、非結露条件を指定 | 曇り、腐食、絶縁、接着、表示欠陥 | 事前定義した外観・電気基準内 |
| 振動でコネクタ、FPC、LCD固定が緩む | IEC 60068-2-6を参照し、軸、周波数、加速度／変位、治具を指定 | 瞬断、摩耗、緩み、共振、表示乱れ | 通信断・機械損傷なし、締結保持 |
| 衝撃でカバーや支持部が破損する | IEC 60068-2-27または適用製品規格を参照 | 亀裂、脱落、接着、タッチ、表示 | 安全・外観・機能基準内 |
| 操作者のESDで誤入力・再起動が起こる | IEC 61000-4-2と製品規格に基づき、接触点、近傍、状態を指定 | 誤入力、停止、再起動、通信、復帰 | 事前定義した性能判定基準内 |
| モータ／リレー過渡で通信・タッチが乱れる | IEC 61000-6-2、IEC 61000-4-4等と実配線を組み合わせる | ゴーストタッチ、表示乱れ、通信断 | 安全状態を維持し、許容復帰条件内 |
| 洗浄剤で印刷・カバー・接着端部が劣化する | 指定薬品、濃度、温度、接触時間、拭き方、回数を実使用から設定 | 退色、膨潤、ひび、べたつき、端部浮き | 承認見本と機能基準内 |
規格は試験方法の共通言語であり、厳しさを自動で決めない。IEC 60068-2-6は振動、-2-14は温度変化、-2-27は衝撃、-2-78は定常高湿度の方法を与える。[^18][^19][^20][^21] 試験体構成と量産BOMを一致させ、写真、ログ、寸法、電気値を残す。
初回の完成形だけでなく、表示窓、色、触感、タッチ、取付、公差、ケーブル取り回しを量産前に確認する。試作・サンプル承認では、承認見本と測定可能な基準を対にし、「見た目がよい」だけの判定を避ける。
推奨構成が適さない場合も先に決める
- タッチのみが不適切：厚い手袋、水膜、視線を外せない反復操作、触覚確認が必要な場合。物理キー、ロータリエンコーダ、表示灯との併用を検討する。
- オールインワンが不適切：表示、タッチ、演算、電源の寿命や交換周期が異なり、現場で短時間交換したい場合。前面モジュールと制御基板を分離する。
- 全面接着が不適切：修理時に破壊せず分解する必要がある場合。ガスケット、ねじ、交換可能なサブアセンブリを比較する。
- 高輝度化だけでは解決しない：反射、日射、視野、温度上昇、消費電力が支配的な場合。表面処理、遮光、取付角度、熱経路を先に見直す。
- 高いIP数字だけでは不十分：薬品、結露、腐食、圧力洗浄、ケーブル入口、背面開放が支配的な場合。実際の筐体と洗浄条件で検証する。
OEM設計フローは7段階で図面へ収束させる
- オペレーター、保全員、品質担当のタスクと異常対応を列挙する。
- 安全機能、通常制御、表示、記録の責任分界をブロック図にする。
- 視認距離、手袋、水分、照度、洗浄、温湿度、振動を測定値または要求値で記録する。
- LCD、タッチ、物理操作子、表示灯、ブザー、オーバーレイの役割を選ぶ。
- 前面断面、公差、シール線、FPC／コネクタ、固定、接地、放熱、交換アクセスを設計する。
- 故障モードごとに試験体、条件、観察項目、合否基準を作る。
- 試作品で作業性と環境耐性を確認し、承認見本、図面、BOM、検査仕様を同じ改訂へ固定する。
よくある質問
産業自動化向けHMIハードウェア構成は何から決めますか？
最初にオペレーターの通常運転、段取り、異常復旧、清掃、保全を定義します。次に視認距離、手袋、水分、照度、温湿度、振動、安全境界を入力に、表示、タッチ、物理操作子、PLC接続、前面シール、交換方法、検証条件の順で固定します。
HMIの画面サイズは何インチを選べばよいですか？
万能なインチ数はありません。視認距離、最小文字、同時表示する状態点数、操作ターゲット、手袋、画面階層、盤面開口から決めます。候補LCDの有効表示域で実寸モックを作り、通常運転と異常復旧の両方を対象作業者が確認する方法が確実です。
工場では抵抗膜式とPCAPのどちらが適していますか？
手袋やスタイラスによる単点押圧を優先するなら抵抗膜式、平滑なカバーと軽い操作、マルチタッチを優先するならPCAPが候補です。ただし水膜、手袋材質、カバー厚、接地、EMCで結果が変わるため、量産スタックと実使用条件で比較します。
タッチパネル単品のIP等級を完成HMIへ引き継げますか？
引き継げません。完成HMIの保護性能は、タッチ、表示窓、接着端部、ガスケット、キー開口、ねじ、FPC出口、筐体の反りと取付状態で決まります。JIS C 60529またはIEC 60529に基づき、完成アセンブリの試験体、取付、前処理、判定を定義します。
非常停止をタッチ画面だけに配置できますか？
通常の画面ボタンを非常停止機能の代用にはできません。非常停止の要否、操作子、回路、停止カテゴリ、診断は、ISO 13850、IEC 60204-1、適用製品規格と機械のリスクアセスメントで決めます。HMI画面は状態表示や復旧案内を担えますが、安全回路の責任を置き換えません。
PLCとHMIの接続仕様には何を記載しますか？
電源電圧と許容変動、接地、シールド、通信媒体、プロトコル、コネクタ、ピン、ケーブル、更新周期、ウォッチドッグ、通信断時の表示と操作禁止を記載します。物理層、データ責任、制御ロジックを分け、HMI製造図面とPLC／SCADAソフト仕様を別文書で改訂管理します。
HMI試作品では何を検証すべきですか？
表示の視認性、タッチと物理キーの操作性、誤入力、印刷、接着、窓ずれ、筐体干渉、シール、FPC、コネクタ、ESD、温湿度、振動、洗浄、交換作業を検証します。各試験には実使用を反映した条件、試験体構成、観察項目、測定可能な合否基準が必要です。
HMIアセンブリのRFQにはどの資料が必要ですか？
表示サイズと型式候補、前面・筐体図面、断面、公差、タッチ方式、オーバーレイ仕様、回路・コネクタ、PLC側インターフェース、温湿度、照度、手袋、洗浄剤、IP／IK目標、試験計画、年間数量を提出します。安全機能とPLC／SCADAプログラミングの責任分界も明記します。
プロジェクト入力チェックリスト
- [ ] LCDの外形、有効表示域、解像度、表示IF、バックライト電源、温度条件
- [ ] 前面図、筐体開口、断面、基準面、平面度、固定点、許容公差
- [ ] タッチ方式、カバー／オーバーレイ、表面処理、使用手袋、水分条件
- [ ] 物理キー、表示灯、ブザー、非常停止との責任分界
- [ ] FPC／PCB、コネクタ、ピン、ケーブル、接地、シールド、電源
- [ ] PLC／産業PCとの媒体、プロトコル、通信断時のハードウェア状態
- [ ] 周囲温度、湿度、結露、照度、粉じん、水、薬品、振動、衝撃
- [ ] IP／IK目標と適用規格、試験体、取付状態、合否基準
- [ ] 交換方法、工具、アクセス、予備品、校正、交換後検査
- [ ] 試作数量、年間数量、承認日程、図面／BOM／検査仕様の改訂管理
検討資料がそろったら、図面を送って技術確認を依頼できる。表示サイズ、前面パネル図、インターフェース構成、使用環境、年間数量を添えると、前面スタックと製造境界を確認しやすい。仕様が固まった案件は技術見積もりを依頼し、試作と量産で同じ要求IDを維持する。
参考文献
[^1]: International Organization for Standardization, ISO 9241-210:2019 — Human-centred design for interactive systems, 2019年7月。 [^2]: International Electrotechnical Commission, IEC 60447:2004 — Actuating principles, 2004年1月12日。 [^3]: International Electrotechnical Commission, IEC 60073:2002 — Coding principles for indicators and actuators, 2002年5月22日。 [^4]: IPC, IPC Board Design Standards, 2026年8月24日確認。 [^5]: IPC, IPC Document Revision Table — IPC-6013 Rev E, 2021年9月版。 [^6]: Texas Instruments, SLAA298 — How to Use TI’s 4-Wire TSC to Control an 8-Wire Resistive Touch Screen, 2006年3月。 [^7]: Microchip Technology, AN2934 — Capacitive Touch Sensor Design, 2020年7月24日。 [^8]: Microchip Technology, AN1325 — mTouch Metal Over Cap Technology, 2015年6月24日。 [^9]: International Organization for Standardization, ISO 13850:2015 — Emergency stop function, 2015年11月。 [^10]: International Electrotechnical Commission, IEC 60204-1:2016 — Electrical equipment of machines, 2016年10月13日、Amendment 1:2021。 [^11]: Texas Instruments, SBAA155A — Reducing Analog Input Noise in Touch Screen Systems, 2007年9月改訂。 [^12]: 3M, 3M Adhesive Transfer Tape 467MP Technical Data Sheet, 2024年9月。 [^13]: International Electrotechnical Commission, IEC 61131-2:2017 — Programmable controllers: Equipment requirements and tests, 2017年8月23日。 [^14]: International Electrotechnical Commission, IEC 62682:2022 — Management of alarm systems for the process industries, 2022年12月8日。 [^15]: 日本規格協会, JIS C 60529:2026 — 電気機械器具の外郭による保護等級（IPコード）, 2026年1月20日。 [^16]: International Electrotechnical Commission, IEC 60529:1989+A1:1999+A2:2013 — IP Code, 2013年統合版。 [^17]: International Electrotechnical Commission, IEC 62262:2002+A1:2021 — IK code, 2002年2月12日、2021年追補。 [^18]: International Electrotechnical Commission, IEC 60068-2-6:2007 — Vibration, sinusoidal, 2007年12月13日。 [^19]: International Electrotechnical Commission, IEC 60068-2-14:2023 — Change of temperature, 2023年7月27日。 [^20]: International Electrotechnical Commission, IEC 60068-2-27:2008 — Shock, 2008年2月27日。 [^21]: International Electrotechnical Commission, IEC 60068-2-78:2025 — Damp heat, steady state, 2025年8月6日。
執筆・製造範囲の開示
本稿はJASPERが作成した技術解説である。本文の設計原則は特定メーカーの完成品HMIに限定されない。JASPERの対象範囲は前面パネルとHMIハードウェアアセンブリであり、PLC／SCADAプログラミング、機械全体の安全設計、適合認証の判断はOEM側の管理範囲である。
図面、積層構成、使用条件をご提示ください
JASPERの技術担当が、インターフェース、未解決リスク、見積りに必要な検証項目を確認します。