日本の交通信号機
本項では、日本における交通信号機(こうつうしんごうき)について記述する。
日本では道路の安全と円滑な交通を守り、また交通公害などの障害を防ぐために交通信号機が設置される。主に車両用と歩行者用に分けられるが、必要に応じて自転車用や路面電車用のものも設置される。国内で初めて機械式交通信号機が設置されたのは1930年(昭和5年)であり、その後は歩行者用信号機の誕生、電球式からLED式への光源の変更を経て現在に至る。
交通信号機には交通信号制御機や信号柱などが付属しており、制御機で予め定められたパラメータに従って自動的に信号機の表示を変えている。
なお、この記事で取り扱う単位については「m」=メートル、「cm」=センチメートル、「mm」=ミリメートルとする。
平面交差を行う道路利用者に対して灯色や矢印の灯火を表示する装置であり、「信号灯器」とも呼ばれる。
日本の信号機は車両用交通信号灯器(以下、車両用信号機)と歩行者用交通信号灯器(以下、歩行者用信号機)に分けられる。車両用灯器は青・黄・赤をした3つの円形の発光面(直径は20 - 45 cm,現在は25 - 30cmが主流)で構成されているものが多く(例外もある)、歩行者用灯器は青・赤をした2つの四角形の発光面(一辺あたり25 cm)で構成されている。車両用信号機に限り、3色の発光面に追加して青色や黄色の矢印が付加されているものもある。一般的に横型の信号機が設置されるが、降雪が多い地域や狭隘な場所に設置する場合は縦型のものが設置される。
信号機の役割は、交通事故の防止、交通流の円滑化、交通環境の改善が挙げられる。
制御にあたって関係する交差点の分布から点制御(1つの交差点のみの場合)、線制御(1本の路線で連動させる場合、面制御(面的に連動させる場合)の3種類に分けられる。また、信号機の制御で用いるパラメータとして、「サイクル長」「青信号スプリット」「オフセット」の3つが用いられる。
日本で最初に機械式の自動信号機が設置されたのは1930年(昭和5年)であり、それ以前は回転式の標示板などを使用していた。現在、発光源は白熱球からLED球に移行しつつある。
日本の交通信号機の設置位置は交差点の出口に設ける方式が最も一般的である。また、降雪が多い地域や狭隘な場所を除き、道路に対して水平(横型)に設置するのも一般的である。これに対して、米国や欧州は縦型に設置するのが一般的であり、景観を乱さないように柱に直接取り付けられている例が多い。
日本では車両用は全国に126万基以上ある。1平方キロメートル当たりの設置密度はイギリスの5倍、アメリカ合衆国の16倍に達する。これは信号機による交通整理の必要性が低いラウンドアバウト(環状交差点)や、インターチェンジ(立体交差)が欧米に比べて少ないことによる。
世界での信号機の設置事例を見ると、信号機の高さを低くし、支柱などを暗色で塗装して目立たないようにしているものが多く、都市景観の向上に効果をあげていると考えられる。一方で、個性的なデザインの信号機によって都会的な印象を与えている事例もある(例えばパリ)。
日本とは信号機の色の認識や表示の切り替えが異なる場合がある。例えば、イギリスでは青信号を「Blue」ではなく「Green」、黄信号を「Yellow」ではなく「Amber(琥珀)」と称する。また、イギリスでは赤表示から青表示に切り替わる前に赤+黄表示を挟む。
信号機の灯火は、横型のものは左から青色・黄色・赤色、縦型のものは上から赤色・黄色・青色の順に配列されている。理由は交通安全の上で最も重要な赤色を最も視認性の良い位置に配置しなければならないためである。信号機の配列は道路交通法施行令第3条に定めがある。
なお、実際は緑色をした信号機を青信号と呼ぶ理由については、大阪府警察は光の三原色に対比させたものである説明している。また、日本人は「青葉」など緑を含めて青と呼ぶことがあり、交通信号機が初導入された1930年(昭和5年)当時の新聞が「青信号」と書いたことで広がったという説もある。1947年以降は、法令上の表現も「緑色信号」から「青信号」に変更された。
信号機が表示(現示)する信号の意味は、「赤色の灯火の×印」を除いて、道路交通法施行令第2条に定めがある。歩行者用信号機に自転車も対象に含む旨の標示板(以下、標示板)がある場合、その歩行者用信号機の示す信号の意味は道路交通法施行令第2条第4項に定めがある。「赤色の灯火の×印」は軌道運転規則が根拠となる。ここでは、下表で信号機の意味を概説する。
「左折可」の標示板がある交差点では、車両は黄色または赤色の灯火の信号にかかわらず、左折できる。この場合において他の交差する交通を妨げてはならない。
「特定の交通に対する標示板」(例「側道専用」など)が取り付けられた信号機がある場合、その信号機はその特定の交通だけに対し表示するものとされ、その信号機以外の信号機は、その特定の交通に対しては表示しないものとされる。
停電などにより信号機が消灯している場合には、交通整理の行われていない交差点または横断歩道としての注意義務が生じる。また信号機が故障していることが何人が見ても明らかな場合は、仮に信号機が何らかの表示をしていてもこれに従う義務は無いと解されている。1つのサイクルに則って信号機が作動している以上、3色の内1色でも故障が生じた場合は信号機の表示の効力は失うと解するのが妥当とされている。この場合も、信号機の効力が失われている以上は、交通整理の行われていない交差点または横断歩道としての注意義務が生じる。
歩行者用信号機が消灯した場合でも、その信号機による横断歩道は適法のものとされる。
車両用信号機が青・黄・赤を連続して表示するときの順番は、青→黄→赤とする。右折矢印信号を設ける場合は、黄色信号を表示してから赤信号と右折矢印の表示を行い、その後黄色信号を再び表示してから赤信号のみの表示を行うよう規定されている。従来は右折矢印信号を表示するときの信号機の点灯パターンは4通りあったが、事故を招くとして1994年(平成6年)7月に先述の通りにするよう通達を出した。なお、時差式による制御を行う場合でも、全ての方向の矢印を出して青信号と同じ意味の表示を行う点灯パターンは行ってはならないと通達が出されている。ただし、路面電車の通行を許可しないなどの、理由がある場合、このような制御になっている場合がある。
歩行者用信号機が青・青点滅・赤を連続して表示するときの順番は青→青点滅→赤とする。
設置者は都道府県公安委員会(以下、公安委員会)であり、交通の煩雑な交差点やその他交通の危険を防止するために必要な場所には信号機を設置しなければならない。公安委員会が他の者に信号機の設置又は管理を委任することができる。ここでいう「他の者」とは軌道を管理する軌道経営者や公安委員会が適当であると認める者に限る。
道路交通法第7条より、道路を通行する歩行者、又は自動車、原動機付自転車、軽車両、トロリーバス及び路面電車は信号機が表示する信号に従わなければならない。信号無視をした車両等の運転者は、3月以下の懲役又は5万円以下の罰金に処される。自動車または原動機付自転車の運転者が、赤色信号又はこれに相当する信号を殊更に無視し、よって交通事故を起こし人を死傷させた場合、危険運転致死傷罪に問われる場合がある。歩行者の場合は、2万円以下の罰金又は科料に処される。なお、道路工事の現場に設置されている交通整理用の信号機は、公安委員会または公安委員会の委任を受けた道路管理者が設置したものでなければ、信号の意味に従わなくても道路交通法による信号無視違反としての検挙はできない。
警察官や交通巡視員は手信号による交通整理を行うことができ、この場合特に必要がある場合は信号機の表示より手信号による指示の方を優先することができる。
交差点での信号機の設置要件は、自動車などの交通量が最も重要な要素となる。ある程度以下の交通量ならば一時停止などの交通規制によって対応していくが、それ以上になると交通の円滑性が保てず、事故発生を招くおそれがあるため信号機の設置を検討することとなる。また、過去に信号機の設置によって防止できた交通事故が一定数以上発生している場合は事故防止として信号機の設置を検討することとなる。一方で、歩行者用信号機は、横断歩行者需要・車道の幅員・自動車などの交通量などから設置を検討する。
日本では『信号機設置の指針』において、5つの「必要条件」の全てに該当し、4つの「択一条件」のいずれかに該当する場合のみ原則として信号機を設置するものとしている。具体的には、自動車のすれ違いに十分な幅員、主方向の往復交通量が1時間あたり最大300台以上、隣接する信号機との設置間隔が150メートル以上などが必要条件であり、小中学校などの施設が存在すること、年間2件以上の交通人身事故を防げること、従方向の交通量が一定以上存在することなどが択一条件として示されている。
この指針は2015年度に制定されたものであり、以下の条件を満たさない信号機は撤去を検討することとしている。この指針が発出したことで、必要性が低下した信号機の撤去が行いやすくなった。学校の廃校や高速道路の延伸などで撤去が進められた例がある。
交差点での交通制御方式の一種であり、他の交通制御方式として「一時停止制御」「ラウンドアバウト」による環道優先制御」がある。ライフサイクルコストは信号灯器や制御器を作動させるために高くなるため、限られた財政状況の中で持続可能な交通安全施設を維持するためには必要性の十分な検討が欠かせない。
交通信号機の制御は以下の点を目標として検討される。
交差点内の交通流の交錯を最小限にする。
道路上に安全な横断路を確保する。
車両の速度を適正な値にする。
これらの目標を達成するために、最も一般的な指標として「遅れ時間」が挙げられる。車両の実際の旅行時間と信号制御の影響を受けないで走行する旅行時間の差であり、交差点を通過する全車両の遅れ時間の総和(総遅れ時間)の最小化が信号制御の最適化の基本である。なお、交差点を通過する交通量が少ない場合は遅れ時間が他の制御方式と比べ大きくなるが、交通量が多い場合は遅れ時間が小さくなる。また、他の指標として「信号待ち行列長」「交差点通過に要する停止・発進回数」「信号待ち回数」および「捌け量」(一定時間内に流入路の停止線を通過できる車両の最大の数)が挙げられる。
信号機が一組の交通流に与える通行権のことを「現示」(または「信号現示」)と呼ぶ。信号機の現示の決定方法は、交差点の構造・交通状況・立地条件などを考慮して、交差点内の交通の流線を描いて交差・合流を許容できる範囲のものを1つの「現示」として割り当てる。交差点の形状が複雑になれば現示方式も複雑になり、現示数が増加する傾向にある。標準的な三枝または十字交差点で、かつ歩行者や右折交通量が少ない交差点では2現示で処理することが可能である。特に、交通信号機は可能な限り矢印・点滅表示を使わないで交通整理(三色整理)を行うことが望ましい。こうした交通信号機の現示の出し方を「標準二現示方式」と呼ぶ。
右折交通流が多い交差点では、時差式によって右折交通流の多い交通の青表示を長時間取る方法や、右折専用現示方式によって右折の青矢印表示で交差点の交通処理が行われる。また、歩行者交通が多い交差点では、斜め横断の歩行者需要が多い交差点ならばスクランブル現示の導入を行うほか、歩行者と車両で動線の交錯を生じないようにする歩車分離式信号制御の導入が行われる。
上述の歩車分離式信号機や時差式信号機、青矢印信号機の設置などで3現示以上出す場合は「多現示方式」と呼ぶ。こうした多現示方式の場合、交通整理の方法に道路利用者が納得できる合理的理由が無いなら信号無視を誘発するおそれがある。
交通信号機を制御するために用いられるパラメータは以下の3種類である。
サイクル長:信号表示が一巡する時間
青信号スプリット:各現示に割り当てられる時間または割合
オフセット:隣接する交差点どうしで系統制御するために、系統方向の各交差点における青の開始時間の差(秒数またはサイクル長に対する百分率)
信号の制御方式は、制御対象の信号交差点の関連性から以下の分類に分けられる。
点制御(地点制御) : 交差点単独で制御する。
線制御(路線制御) : 一連の隣接する交差点を相互に連動させて制御する。
面制御 : 面的に堀がる道路網に設置された複数の信号機を一括して制御する。
日本の信号制御は大きく分けてマクロ制御とミクロ制御に分けられている。前者(マクロ制御)は感知器によって収集・予測されたデータに基づきサイクル、スプリット、オフセットを制御する。後者(ミクロ制御)は感知器から得られたデータを処理したものと、マクロ制御で得られた各種のパラメータに基づき、事故の危険性などを考慮して各信号の表示時間を秒単位で制御している。
一方で、制御パラメータの設定(サイクル長、青信号スプリット、オフセット)から、以下の分類に分けられる。
定周期制御:時間帯に応じてあらかじめ信号制御のパラメータが設定されているもの。
一段周期制御:常時まったく同じ制御パラメータを用いて制御
プログラム多段周期制御:時間帯や曜日ごとにあらかじめ信号制御パラメータを設定して制御
端末感応制御:車両感知器などの感知器を用いて制御するもの。
全感応制御:全部の現示を感応式によって調整する制御
半感応制御:一部の現示を感応式によって調整する制御であり、感知があった時のみその方向に通行権を与えるものを「リコール式半感応制御」という
中央感応制御(交通応答制御):線制御・面制御される複数の交差点に対して、制御パラメータを変化させて制御させるもの。
プログラム選択制御:あらかじめ定められた有限個の制御パラメータを組み合わせプログラムから、車両感知器が得た情報に基づきそのときの交通状態に適するプログラムを選択する制御
プログラム形成制御:車両感知器が得た情報に基づきオンラインでパラメータや信号の切り替えを行うタイミングを決定する制御
交差点の流入部において、現示・車線別に単位時間あたりに停止線を通過できる最大の車両台数のことを「飽和交通流率」と呼ぶ。信号が青表示に変わった直後に車両が通過できる台数は飽和交通流率に達しないが、青表示に変わってから飽和交通流率に到達するまでの時間を「発進損失」と呼ぶ。そして黄表示に変わってから次の青表示に変わるまでの時間を「クリアランス損失」と称する。発進損失・クリアランス損失に該当せず、青表示で飽和交通流率で交通を捌ける時間を「有効青時間」となる。
なお、実際の交通需要(通常はその道路で想定されている時間あたりの交通量である「設計時間交通量」)を飽和交通流率で割った値を「需要率」と称する。この需要率の値は設計時間交通量を渋滞なく捌くために必要最小限の青時間スプリットとなる。「現示の需要率」は各信号現示での最大の需要率であり、現示の需要率の総和となる「交差点の需要率」となる。交差点の需要率は理論上、1.0を超えるとどのような信号制御でも設計時間交通量を捌くことが不可能であり、実際は現示切り替え時の損失時間を考慮して上限は0.7や0.8程度が上限として妥当となる。
端末感応制御には以下の種類がある。
電球式信号機の場合、内部の反射鏡は光を均等かつ正しい方向に反射するために研磨作業が重要である。複数回バフによって研磨された後、電解研磨で反射鏡をリン酸溶液につけ、表面を溶解させることで更に光沢をつける。そして、陽極酸化処理で硫酸溶液につけ、反射鏡に不働態被膜を形成させて劣化しづらくさせる。そして、封孔処理として酢酸ニッケル溶液につけ、不働態被膜の間にできた表面の孔を塞ぎ、保護作用を高める。最後に乾燥を行い、研磨作業は完了である。
ポリカーボネート製の信号機の場合、摂氏300度で溶かし、金型でプレスし成型する。その後、成型具合を確認してから、余分な部分を取り除く。
LED素子式の場合、LED素子は基板の上にセットされ、灯器に入れられる。そのLED素子は紙製のガイドにのったまま工場に届くが、ラジアル機を用いると基板の上に配置された状態で固定されるLED素子は基盤の上にセットされ、灯器に入れられる。LED素子がずれたり外れたりしないように基板裏面に接着剤が塗布される。そして、ICチップや抵抗が取り付けられる。その後、リフロー機を用いて接着剤を熱で硬化させる。さらに基板に取り付けられたものを固定するためはんだ付けが行われる。
はじめに、灯器本体の加工時に付着した油分を摂氏70度程度のアルカリ水で除去し。その後、水洗いしてから、十分に水切り乾燥を行う。そして、表面のゴミを取り除いから下塗りを行う。次に中塗りで均等に塗装する。その次に静電塗装によって上塗りを行う。最後に人の手で仕上げる。塗装を灯器本体になじませるため、摂氏130度程度の熱で焼き付ける。
水やほこりが入り込まないように、部品どうしの接合部にはシール材が塗られる。そして、ゴム製のパッキンによってレンズや反射鏡、LEDユニットなどの部品どうしを固定する。レンズと反射鏡は組み立てられると前枠に固定される。そして、ネジを用いて完全に密着される。その一方で、後枠にもランプソケットが取り付けられ、前枠に取り付けられる。そして、庇を取り付け、電圧を加えて漏電などの異常がないか確認される。
信号機の筐体はかつて金属製が主に用いられてきたが、現在はアルミニウム製およびポリカーボネート樹脂製が主流である。これらの素材は対候性が高く、リサイクルが簡単な材料として選定されている。電球式信号機内部の反射鏡はアルミ製のものが用いられる。また、レンズはポリカーボネートが用いられる。
樹脂灯器は愛知県豊田市の三協高分子が塩害・寒冷対策として1971年(昭和46年)に登場、沿岸部や寒冷地を中心に各地で採用された(採用地域については三協高分子を参照)。
アルミ灯器は福岡県大牟田市の信号電材が開発し1989年(平成元年)に登場、21世紀の現在では5大メーカー(日本信号・京三製作所・コイト電工・三協高分子・信号電材)全てがアルミ灯器を製造しており標準的となっている。
信号制御装置(制御器)とは交差点ごとにプログラムされた情報やリモートコントロールされた情報に基づいて信号機の点灯を制御する装置である。突発的な事象が生じた際は内蔵されているスイッチから手動で操作できる。
交通信号機に用いられる制御器は振動や湿度・温度などの環境条件に対して長期的に機能低下しないように設計されていると同時に、交差する方向の交通を同時に対して青表示を出さないよう安全性の確保も実現されるよう設計されている。
設置方法としては信号柱に取り付ける「抱き込み式」、独立して設置した「自立式」がある。設置場所は交差点全体が見通せる場所が最も望ましく、やむを得ず見通せない場合は主道路(交通量が多い道路)を見通せる位置に設置する。また、歩道がある場合は歩道内に設置し、歩道が無い場合は車両が接触するおそれのない場所に設置する。いずれの場合も、通常時・制御器筐体開扉時にかかわらず歩行者の通行の支障にならないように設置し、車両の進行方向に対して信号柱の陰となる位置に設置する。また、ケーブルの配線を行う上では電圧降下による灯火の視認性低下を避けなければならない。
警察庁によると、2016年3月時点で日本国内の制御機の約2割にあたる4万3千基が更新時期(おおむね設置から19年)を過ぎており、信号の滅灯や点滅など老朽化した制御器によるトラブルは2014年度(平成26年度)に全国で314件発生した。制御器1基を更新する費用の約120万円は都道府県が負担することになっているが、自治体によっては予算が確保できず事実上放置されることが問題となっている。警察庁は故障すると事故に繋がる恐れがあるとして、2020年度(令和2年度)までに重点的に更新するよう各都道府県警に指示した。
通常の制御器では各信号の表示状態(「ステップ」や「階梯」と呼ぶ)を16ステップ設定できる(最大で24パターン)。また、1つの制御器で制御できる信号機の数は基本、16基である(最大で24基)。多段周期制御を行う場合のパラメータは最大で10パターン記録できる。制御器などの故障のときに滅灯や危険な信号表示が発生しないようにバックアップ機能が備えられており、後述の「保安動作」や「異常閃光」にモードを切り替える機能が備わっている。予め設定されている複数のパラメータにそって信号機を動かすとき、制御器は「多段動作」モードとなっている。一方で、手動で信号機を動かす場合は「手動動作」モードで操作を行う。制御器で各信号の表示時間を司るパラメータが異常を起こした場合は「保安動作」モードとなり、ワンパターンの制御パラメータで正常な信号制御に戻そうとする。交差する方向の交通を同時に青表示を出す(このことを「G-G」と呼ぶ)や「保安動作」モードでも異常な動作があった場合は「異常閃光」モードに切り替え、車両用信号機が赤色もしくは黄色の灯火を点滅するようになるが、手動操作で閃光に変える点滅動作とは別の回路が使用される。一方で制御器から手動で点滅に変えることもできる(「手動閃光」モード)。
制御器は制御方法によって以下の通り分類される。
集中制御用信号制御器はマイクロプロセッサと交通信号制御専用LSIの階層構成を用いることで信頼性の向上を図っている。マイクロプロセッサによって、車両感知器などからの感応制御を行うほか、交通管制センターからの遠隔操作時のサイクル・スプリット・現示の切り替えなどの制御内容について学習して交通管制センターとの回線が断線しても信号制御が乱れないようになっている。交通信号制御専用LSIは、マイクロプロセッサが異常状態になっても信号制御が安全に行えるよう構成されている。多段制御用信号制御器は万年カレンダーを内蔵しており、曜日・時刻に応じて信号制御のパターンを設定することができる。
車両感知器によって交通量や速度などの交通流データが収集され、信号制御の最適化に用いられる。端末感応制御や交通応答制御は車両感知器が収集した情報に基づいてパラメータの調整や信号表示の切替が行われる。車両感知器の種類は以下の通り挙げられる。
光学式車両感知器(光ビーコン)
信号交差点の近傍に車両感知器を設置する場合は、右折車両の感知と飽和交通流率の判定には信号交差点から0 - 30 mの位置、渋滞長の判定には信号交差点から300 m、500 m、750 m、1000 mの位置に設けられる。
信号機を取り付けられるのに用いられる「信号柱」は、標準的な十字路の場合は交差点の四隅に設置され、それぞれに車両用信号機と歩行者用信号機が取り付けられる。信号柱には制御器や信号機が取り付けられるほか、信号柱どうしまたは各機器(制御器・信号機)に配線するための「端子箱」、信号制御器と交通管制センターと情報通信を行うための回線を収容し保護する「専用線保護箱」、電路を開閉するスイッチを内蔵する「電源開閉器箱」が取り付けられている。
信号機を取り付けるのに使われる「信号柱」は原則として専用の柱を設置するのが望ましく、他の所管(電力会社や電話会社など)の柱を借用するのは望ましくない。ただし、専用の柱を設置することが困難な場合や事故などによって信号柱が使えない場合などは柱を借用することを検討することになる。。横断歩道の側端に設置する場合は、右左折する車両などからの見通しを妨げることがあってはならない。柱の種類は材質によって「鋼管柱」と「コンクリート柱」がある。ただし、鋼管柱の方が強度が大きいため、信号柱の交換では老朽化したコンクリート柱は鋼管柱に更新される。コンクリート製の信号柱はかつて半永久構造物とされてきたが、柱内部の鉄筋の水素脆化に関する注意喚起がなされている。また、海に近い場所は潮風の影響を受け、それ以外の市街地でも犬などの排泄物で内部の腐食が進む。よって、磁気や打音などによる非破壊検査を踏まえた維持管理も行われている。
現在新設する信号柱は溶融亜鉛メッキ鋼管柱・根入式・長さ9 m・直径165 mmが標準となっている。柱の長寿命化を施すため、地際部を二重構造として防錆塗装を施したものが高い耐久性を持つ。信号柱の設置予定地に埋設物が存在し、根入式の信号柱が設置困難な場合は根本がベース式の信号柱が設置され、この場合は柱の長さは7.5 mが標準となる。道路構造の制約により標準的な長さの柱を設置することが困難な場合は短い柱(短尺柱)を設置する。また、狭隘な歩道上に設置する場合は外径の細い柱を設置の検討を行う。幅員が広い道路で信号用のケーブルを上空に架設する場合や、長いアームに車両用灯器を取り付ける場合は太径の信号柱が検討され、場合によっては長い柱(長尺柱)の設置も検討される。信号ケーブルが地下に敷設されたときに灯器・制御器と結線するためケーブルを入れたパイプが信号柱に取り付けることがあるが、通行の支障や景観の破壊が懸念される場合は柱内部に信号ケーブルを通せる中通し柱が使用されることがある。柱頭式で歩行者用灯器を取り付ける場合、直径101 mmで灯器の下面高さが3 mの柱頭式柱が設置される。一般的な柱が設置できない場合はクランク式の柱を設置し、柱に荷重が大きくかかる場合は杭式の柱を用いる。
交通信号機の工事は都道府県警警察本部の発注で行われる。一般に交通量の多く開かれた公共空間で工事が行われるため、屋内や閉鎖空間と比べ安全かつ迅速な施工が求められる。既設の信号機を更新・改良する場合はその交差点の信号機全てが滅灯させて警察官による交通整理が求められるが、ドライバーが手信号による交通整理に不慣れなため極力点灯させたまま工事を進めることがある。その場合、配線のミスで信号機の滅灯・点滅や機器類の故障に繋がるため細心の注意を払って施工する。なお、信号機の工事や保守は別々の工事業者や作業者が行うことが多いため、配線ミスを防ぐために接続する線の種別や線番がルールとして定められている。
工事の施工に先立ち、路上で工事するため所轄警察署から道路使用許可を取得する。そして、警察は道路管理者に対して道路占用協議を行い、電力会社に電力の引き込みと電力変更手続きを行う。集中制御などで通信回線を使用する場合は通信回線事業者に対しても電力会社と同様に手続きを行う。
柱を設置するときは、路面撤去→掘削→建柱→基礎コンクリート打設→埋め戻し→路面復旧の順で行われる。逆に、柱を撤去するときは路面撤去→掘削→基礎コンクリート破砕→抜柱→埋め戻し→路面復旧の順で行われる。柱の設置が終われば、制御器・端子箱の設置を経て信号機が設置され、その後信号ケーブルの設置、配線工事を済まして試験点灯する。
工事にあたって必要な資格としては電気工事施工管理技士や土木施工管理技士があるほか、全国交通信号工事技術普及協会から「交通信号技士」「交通信号監理士」「交通信号設計士」「交通信号診断士」の資格がある。また、工事技術の向上のため、毎年1回「交通信号工事甲子園」が西日本と東日本で行われれいる。
道路用の信号機は、1919年(大正8年)に、東京市(当時)の上野広小路交差点に試験的に「信号標板」が設置されたのが日本初である。この時は「進メ」「止レ」と書かれた板を警察官が操作する手動式であった。この方式は多くの通行者が戸惑うこととなり、時期尚早として警察官による交通整理の方が良好と判断され本格採用は見送られた。3年後の1922年(大正11年)に上野公園で開催された平和博覧会の会場入り口交差点付近に再登場した。その後、「信号標板」は改良が重ねられ全国の都市に普及した。普及の背景は、大都市での交通事故の増加が顕著であり、更に手信号での適切な交通整理が難しいと判断されていたことであった。
自動式信号機は、1930年(昭和5年)3月23日に東京市の日比谷交差点に設置された米国製が最初である。灯器は交差点の中央部に設置され、緑・黄・赤3色の意味を知らせるために、あえて信号灯のガラスの上から「ススメ」「チウイ」「トマレ」と文字が書かれていた。これは米国のレイノルズ社製で、同年に国産の信号機も製造開始されている。
交通信号機が警察で仕様化されたのは1933年(昭和8年)。この当時の配列は道路中心から赤、橙黄、緑の順と定められ、表示面の直径も185 mmから230 mmと定められた。