今回は令和4年度下期 機械科目 A問題14を解説します。機械技術と電子技術、情報技術を統合したメカトロニクスの概要と、その構成要素であるセンサ・アクチュエータ・コンピュータ・インタフェースに関する空所補充問題です。★情報42（令和4年度上期A問題14）と同一テーマ「メカトロニクス／電子機器の概要」の姉妹問題（上期・下期の対）です。
機械（メカ）に電子部品を組み込んだものがメカトロニクスであること、物理量を計測するのがセンサ、エネルギーを機械的な動きに変換するのがアクチュエータ、計測情報を処理して指令を生成するのがコンピュータであるという構成要素の役割分担を順に当てはめます。
令和4年度下期 機械科目 A問題14：問題文と選択肢
まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。
出典：一般財団法人 電気技術者試験センター「令和4年度下期 第三種電気主任技術者試験」機械科目 A問題14
電験3種 機械科目 【情報】 令和4年度下期 A問題14
次の文章は，メカトロニクスの概要と構成要素に関する記述である。
メカトロニクスは（ア）技術，（イ）技術，情報技術を統合した技術である。これにより，メカニズム（機構）によってつくられた従来の（ア）に，マイクロコンピュータなどの（イ）部品を組み込んで，高性能で多機能な機械装置が実現できる。
メカトロニクス製品の構成要素には，（ウ），（エ），（オ）及びインタフェースがある。（ウ）は，機械の圧力，力，速度，加速度，温度などの物理量を計測する。（エ）は，電気，油圧，空気圧などのエネルギーを機械的な動きに変換する。（オ）は，（ウ）で計測した情報を処理して（エ）への指令を生成する制御装置としての役割を果たす。インタフェースは，（ウ）や（エ）の扱う電気信号と（オ）が処理できるディジタル信号との変換を担当する。
上記の記述中の空白箇所(ア)〜(オ)に当てはまる組合せとして，正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
（ア） （イ） （ウ） （エ） （オ） (1) 機械 電子 アクチュエータ ネットワーク センサ (2) 電子 機械 センサ アクチュエータ コンピュータ (3) 電子 機械 コンピュータ センサ アクチュエータ (4) 機械 電子 センサ アクチュエータ コンピュータ (5) 機械 電子 センサ ネットワーク アクチュエータ
出題のポイント：役割で用語が決まる
メカトロニクスの構成要素を問う問題——それぞれが「何をするもの」かを押さえておけば即答できます。
| 空欄 | 答え | 問題文の記述 |
| （ア） | 機械 | 「メカニズム（機構）によってつくられた従来の」 |
| （イ） | 電子 | 「マイクロコンピュータなどの○○部品」 |
| （ウ） | センサ | ★「物理量を計測する」 |
| （エ） | アクチュエータ | ★「エネルギーを機械的な動きに変換」 |
| （オ） | コンピュータ | 「情報を処理して指令を生成する制御装置」 |
「メカトロニクス」という語そのものが答えを教えています——メカニクス（機械）＋エレクトロニクス（電子）。だから（ア）が機械、（イ）が電子 です。
問題文が「機構によってつくられた従来の（ア）」と書いているので、（ア）が機械であることは動かせません。これで(2)(3)が落ちます。
3つの構成要素の役割分担
センサ・アクチュエータ・コンピュータ——「測る・考える・動かす」の3役です。人間に例えると分かりやすいでしょう。
| 要素 | 役割 | 人間で言えば | 例 |
| センサ | 測る | 感覚器官 | エンコーダ、温度センサ、圧力センサ |
| コンピュータ | 考える | 脳 | マイコン、PLC |
| アクチュエータ | 動かす | 筋肉 | 電動機、シリンダ、ソレノイド |
| インタフェース | つなぐ | 神経 | A-D／D-A変換器、増幅器 |
（オ）を「ネットワーク」としている選択肢はありませんが、（エ）にネットワークを置いた誤答が2つあります。ネットワークは機器どうしをつなぐ通信網——「機械的な動きに変換する」ものではありません。
問題文の最後にインタフェースの説明があります。「電気信号とディジタル信号との変換を担当」——これはA-D／D-A変換器の役割そのものです。
センサの種類を整理する
問題文に挙げられた物理量——圧力、力、速度、加速度、温度。それぞれにセンサがあります。
| 測る量 | センサの例 | 原理 |
| 位置・角度 | ロータリエンコーダ、レゾルバ | 光や磁気でパルスを数える |
| 速度 | タコジェネレータ | 発電電圧が速度に比例 |
| 力・圧力 | ひずみゲージ | ★変形で抵抗が変わる |
| 温度 | 熱電対、測温抵抗体、サーミスタ | 熱起電力、抵抗の温度変化 |
| 物体の有無 | 光電センサ、近接センサ | 光の遮断、磁界の変化 |
いずれも「物理量を電気量に変える」——それがセンサの本質です。電気にしてしまえば、あとは増幅も演算も記録も自由にできるのです。
ひずみゲージは、抵抗線を貼り付けて変形を測ります——伸びれば細長くなって抵抗が増える。ホイートストンブリッジで微小な変化を検出する——理論科目で学んだ回路が、そのまま使われているのです。
⏱️ 本番での進め方
①「メカトロニクス＝メカ＋エレクトロニクス」で（ア）（イ）が決まる。
②「物理量を計測」＝センサ。
③「機械的な動きに変換」＝アクチュエータ。ネットワークではない。
④「情報を処理して指令を生成」＝コンピュータ。
💡 覚え方
「センサが測り、コンピュータが考え、アクチュエータが動かす」——感覚器官・脳・筋肉に対応。インタフェースは神経——4つの役割で覚えれば迷いません。
同じテーマの姉妹問題が令和4年度上期 A問題14にあります（情報：メカトロニクスとA-D／D-A変換）。上期・下期の対——セットで解いておくと確実です。
アクチュエータの種類と使い分け
（エ）で問われたアクチュエータ——エネルギー源によって3種類に大別されます。それぞれに得意分野があります。
| 方式 | 代表例 | 長所 | 短所 |
| 電気式 | 電動機、ソレノイド | ★制御しやすい・応答が速い | 大出力は苦手 |
| 油圧式 | 油圧シリンダ、油圧モータ | ★大きな力が出せる | 油漏れ・配管が必要 |
| 空気圧式 | エアシリンダ | 安価・軽い・クリーン | 位置決めが粗い |
建設機械に油圧が使われるのは、小さなシリンダで大きな力が出せるから——液体は圧縮されないので、力がそのまま伝わります。
空気は圧縮されるので、位置を正確に止めるのが苦手——その代わりバネのように働くので、押し当てる用途には向いています。
電気式が最も制御しやすい——だからメカトロニクスの中心は電動機になります。センサからの信号をそのまま指令に変えられるのが強みです。
インタフェースが担う4つの仕事
問題文の最後に出てくるインタフェース——単なる変換器ではなく、いくつもの役割を担っています。
| 仕事 | 内容 | 使う部品 |
| A-D／D-A変換 | アナログとディジタルの橋渡し | 変換器IC |
| 増幅 | 微弱な信号を扱える大きさに | オペアンプ |
| 絶縁 | ★主回路のノイズから制御装置を守る | フォトカプラ |
| 駆動 | アクチュエータを動かす電力を供給 | ドライバ回路 |
センサの出力はミリボルト単位のことも多い——そのままではA-D変換器が読めません。だから増幅が要るのです。
逆にアクチュエータ側は、数十Vや数Aを扱います——コンピュータの出力では到底足りない。ドライバ回路で電力を増やす必要があります。
「信号レベルを変換する」という問題文の一言に、これらがすべて含まれている——短い記述の背後にある実務を知っておくと、用語が定着します。
まとめ
| (ア) | 機械 |
| (イ) | 電子 |
| (ウ) | センサ |
| (エ) | アクチュエータ |
| (オ) | コンピュータ |
| 答え | (4) |
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