蕗ちゃんの道草日記

ここでは塗装ロボットで採用されている塗装方式について解説します。

塗装ロボットは自動車業界を中心に様々な産業分野で用いられていますが、ベース（着色）やクリア（仕上げ）を含むほとんどの塗装工程では、仕上がりの美しい「静電塗装」が採用されています。

静電塗装
静電塗装とは静電気の仕組みを利用した塗装方法です。電気を発生させるためには正極と負極が必要ですが、静電塗装ではワーク（被塗物）を正極、塗装ロボット（塗料噴霧装置）を負極として、微粒化した塗料を負に帯電させます。

帯電した塗料は電流の原理によって負極の塗装ロボットから正極のワークに向かって移動・塗着するため、塗料の無駄が少なく財務状況にも環境にも優しい点がメリットです。

また静電塗装では微粒化した塗料を使用することでより美しい仕上がりを実現できます。その仕上がりの美しさと作業効率の良さから、大量生産を必要とする現場で特に重宝されています。

塗料の微粒化は塗装用のスプレーガンを使っておこないます。ガンの方式にはいくつかの種類がありますが、塗装ロボットを使う現場では「回転霧化静電方式」を採用している場合が多いです。

回転霧化静電方式
回転霧化静電方式（または回転霧化方式）では、遠心力を使って塗料を霧化し噴出します。まずエアモータ（下図F）と一緒にタービン用の空気（下図E）を高速回転させることで、軸と軸受（ベアリング）の間に空気膜を構成します。

次に軸受面に圧縮した空気を流入することによって「ベルカップ」と呼ばれるカップ状の装置（下図A）の内部に非接触の高速回転運動を作り出します。この回転運動により塗料が微粒化されます。

最後にシェービングエアの空気圧によって微粒化した塗料をワークに向かって噴出します。

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3Dプリンターの一般的なデータは「STL」「OBJ」で、ソフトの3Dデータを3Dプリンターで製造するにはこの形式のデータで出力・変換の必要があります。

3Dデータの作り方①3DCADで作成
立体的な図を作成します。高精度の部品も製品も出来ますが、扱いが難しいところがあるので慣れが必要です。無料のソフトも多くあり、最初は操作が易しいソフトを選びましょう。

3Dデータの作り方②3DCG系ソフトで作成
流線形のデータ作成に向いています。人形など寸法が明確でない、自由曲面のある製品を作るのに適しています。ゲームやアニメのフィギュアを作るのに利用されます。

3Dデータの作り方③3Dスキャナ
3Dスキャナですでにある製品をスキャンして3Dのデータにします。一からデータ作成が不要で、3Dデータが作れます。簡単に操作が出来ますが、スキャナ本体の価格が高いというデメリットがあります。

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包装機への供給のための、レトルトパウチ製品の整列作業
レトルトパウチ製品は様々な方向に配列が乱れた状態で包装機へ運搬されるため、従来、包装機への供給に際して人力により整列させる工程が必要でした。

本事例では、画像認識システムとパラレルリンクロボットを活用することで、製品を整列させ包装機へと供給する産業用ロボットシステムを導入しました。

パラレルリンクロボットにより整列された7個の製品が、単軸ロボットにより、包装機のメインコンベアへ移載される仕組みです。

単軸ロボットを含めた自動化システムの導入により、1日あたり4名の省人化が実現し、労働生産性が3倍になりました。

小売店向け釣銭出荷作業の効率化
現金を袋詰めし小売店向けに釣銭として出荷する作業において、従来、垂直多関節ロボットが導入されていました。しかし、一日2,500回もの稼働をするため、垂直多関節ロボットにエラー故障が頻発し、業務効率化のボトルネックになっていました。

本事例では、多関節ロボットを、剛性の高い直交・単軸ロボットに置き換えたことで、エラーによるアイドルタイムの減少やエラー頻度の減少が実現しています。

作業効率性の上昇と人員削減効果の両方が得られたことで、年間約15百万円のコスト削減に繋がりました。

球形冷凍おにぎりの成形工程でのロボット導入
球形の冷凍おにぎりは、特注の型を使った少量多品種生産で、全て手作業による生産を行っていました。本事例では、水平多関節ロボットを用いてシャリ球を掴み、球形に圧縮成形するロボットシステムを導入しました。

水平移動が可能な単軸ロボットによって、水平多関節ロボットからパレタイジングロボットの間を移動させ、複数のロボットをスムーズに連携させることに成功しています。

本ロボットシステムの導入により、作業員数が6人から2人に削減でき、時間あたり生産量が3倍以上に増え、10倍以上の生産性向上が実現しました。

レジの釣銭機用部品の組立・検査工程
人力で行っていたレジの釣銭機用の部品の組立工程を単軸ロボットにより自動化した事例です。

組立工程は自動化が難しかったものの、単軸ロボットを複数組み合わせた「からくり」のアイデアにより、完全自動化に成功しました。

本事例は、組立に続く目視検査及び機能検査の工程についても、双腕ロボットとビジョンを用いて自動化をしていて、複数の種類の産業用ロボットと組合わせた事例です。

結果として、従前の作業員を10人から5人に減らすことに成功し、労働生産性は2倍に上昇しました。

化粧品生産工程に導入し手作業を代替
化粧品に用いられるマイクロニードルの脱型・組立作業は、繊細で傷つきやすい性質から、従来熟練工の手作業で行われていました。

機械化に当たっては、マイクロニードルをケースに収納する際の粘着テープの取扱いが課題でしたが、垂直多関節ロボットと単軸ロボットの組合わせにより、熟練工の動きを模倣した作業が可能になりました。

作業人員が8人から2人に減ったことで労働生産性が4倍になった他、生産数量の安定化や、化粧品にとり重要な衛生環境の良化にも貢献した事例です。
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卓上型塗布ロボットのアーム動作方式と液体の塗布方式について説明します。

塗布ロボットは、アームの動作方式に応じて、垂直多関節ロボット、水平多関節ロボット、直交ロボットの３つに分類されます。

垂直多関節ロボットは、4～6軸の可動軸をもつため立体的な動作ができ、水平多関節ロボットは複数の回転軸によりアームが水平移動し、先端部においてZ軸方向を調整するものです。
直交ロボットは複数の単軸ロボットを組み合わせたもので、構造と制御が単純なため、位置決めの精度が高く、導入コストが安価であるというメリットがあります。

また液体の塗布方式としては、一般的なエアパルス方式に加え、メカ方式（JET方式、容量計量方式）などがあり、塗布する液体材料の特性に応じて選択することができます。

エアパルス方式とは、一定時間電磁弁を開閉することで、シリンジ内へと圧縮気体を送り込み、シリンジ先端から液体を押し出す方法です。

弁の開閉時間と圧力によって吐出量を制御しやすいというメリットがあります。

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アーク溶接ロボットは、アーク溶接を行うロボットで、他の溶接ロボットと比較するとやや小型です。アーク溶接では、アーク放電によって強烈な光と強力な紫外線が放出されるので、非常に高い温度で作業を行っています。ゴーグルや作業服で保護していてもやけどの危険性があり、金属が蒸気となったヒュームを吸い込むと有害なため、ロボットによる作業の需要が多い現場です。

ロボットはスピードが速く、安定した品質の溶接を行うことができるメリットがあり、コスト削減にも貢献しています。

アーク溶接ロボットの使用用途
アーク溶接は鉄鋼同士や、アルミニウム、チタンといった金属の接続に利用されており、ほぼすべての金属の構造物に適用されています。鉄骨フレームや建設機械、自動車、鉄道車両、航空機、船舶といった大型の機械の溶接が行われ、アーク溶接ロボットはこうした機械類の工場で使用されています。

近年溶接の合理化が進んでおり、アーク溶接ロボットの導入事例も増えています。アーク溶接の一種であるティグ溶接、マグ溶接等にも対応しています。

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