蕗ちゃんの道草日記

クリーンロボットとは、一定の清浄度を確保する必要があるクリーンルーム内で使用可能なロボットです。

もしクリーンルームで通常の産業用ロボットを使用すると、埃や塵などの異物が発生してしまい、規定された清浄度を超える可能性があります。

また作業員の出入りでも異物の発生は起きてしまうため、異物混入をしてはいけない製品の場合、クリーンロボットを導入すると室内の粉塵数の低減に繋がります。

特に半導体部品や、食品の製造工程では高い清浄度が求められており、半導体ではclass100、食品ではclass1000～10000のレベルが必要です。

そのためクリーンロボットは磁性流体シールを摺動部に使用したり、ハーネスを完全にカバーで覆うなど各メーカーで粉塵対策をしています。

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主電動機とは、電車を走らせる駆動用モーターのことです。多くの場合、主電動機は台車枠に取り付けられ、減速機構を介して車輪を駆動します。

主電動機の種類は大まかに直流電動機と交流電動機に大別されますが、構造によりさらに分類すると多くの種類が存在します。本ページでは主電動機の種類や、それぞれの特性の違いについて説明します。

直流電動機と交流電動機
電車の主電動機の種類は、大きく分けると直流モーターと交流モーターに分類されます。それぞれの特徴や構成部品について見ていきましょう。

直流モーターの特徴と構造
直流モーターは、回転子コイルに流れる電流の向きをブラシとコミテータによって切り替えることで、一定の方向に回転しトルクを出力します。

単純に直流電源に接続するだけで回転し、印加する電圧を調整することで容易にトルク制御が可能であるため、主電動機として古くから用いられてきました。

構造上ブラシやコミテータが不可欠なので、摩耗するブラシの交換や摺動部品のメンテナンスに多くの手間がかかります。

交流モーターの特徴と構造
交流モーターは、交流電源に接続することで回転します。交流モーターの可変速制御を行うには交流電源の周波数や電圧を細かく調整する必要があり、パワーエレクトロニクス技術が未発達な時代では鉄道用主電動機としては不向きでした。
現在では、GTOやIGBTなどのパワー半導体を用いたVVVFインバータ装置を用いて、電力を必要な電圧・周波数に変換することで交流モーターを駆動するシステムが主流になっています。

鉄道用主電動機としては、かご型誘導電動機(IM)や永久磁石同期電動機(PMSM)が用いられます。いずれも固定子コイルに三相交流を入力することで回転磁界を発生させることで駆動し、回転子への機械的接点を介した電力供給は行いません。
そのためブラシやコミテータが不要で、直流電動機と比べてメンテナンスフリーな特徴があります。

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日常点検
産業用ロボットは一般的な機械装置と同様に経年劣化するため、部品の消耗などによるトラブルを未然に防止するためにも、毎日のメンテナンスが必要不可欠です。

製造現場によっては昼夜連続稼働するロボットもあるため適切な点検のタイミングは各社によって異なりますが、稼働前後に社内で定めたチェック項目に沿って簡易点検を実施するといった施策が考えられます。

定期点検
自動車に車検があるのと同様に、産業用ロボットの場合にも、大規模な定期点検が義務付けられています。定期点検ではロボットメーカーやロボットシステムインテグレーターなどの外部業者を招致し、工場内のシステムを全て停止した上で実施するのが一般的です。

故障時の修理
産業用ロボットに故障が発見された際には随時ロボットメーカーに依頼して部品交換や修理を実施します。

故障の程度が軽い場合には、ロボットメーカーに出張修理を依頼する「オンコール修理」で済むこともありますが、故障の程度が重い場合には、故障機を一旦メーカーに送って修理してもらう「メーカー持ち込み修理」を実施する場合もあります。

リニューアル
メーカーの保証期間を過ぎた産業用ロボットは、経年劣化による不具合により工場の生産性を落とさないためにも、出来るだけ早い段階で新しいものに買い換えるのが原則です。ロボットの搬入・搬出や新しいロボットに対するティーチング期間も考慮の上で、できる限り現有ロボットの保証期間中に買い替えを進めましょう。

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産業用ロボットの寿命を延ばすことはコスト削減にもつながります。少しでも長く使い続けるためには事後保全と予防保全の2つの保全を行うことが大切です。それぞれの保全において、ロボットの寿命を延ばすためにできるコツを紹介します。

事後保全
トラブルが起こってから保全活動を行うことを「事後保全」といいます。少しでも音や動きに違和感が生じたときは事後保全のタイミングと言えるのですが、操作性に問題がない場合は使い続けてしまうケースがあります。しかし、このような行為は産業用ロボットの状態を悪くするだけで、トラブルの深刻化を招く行為でもあります。異音がするなど、トラブルの予兆が見えるときは、すぐに電源を停止して修理専門の業者に依頼しましょう。

予防保全
産業用ロボットの状態に関わらず予防目的で保全活動を行うことを「予防保全」といいます。特に異音などの問題がなくても行うため、早期にトラブルに気付くことができます。しかし、問題がない場所にも保全活動を行うので、余計な時間や手間がかかってしまうこともあります。予防保全は、実施するタイミングによって以下の2つに分かれます。

時間基準保全
一定期間ごとに保全活動を実施することを「時間基準保全」といいます。3か月ごと、6か月ごとと期間を決めておくため、前もって業者に依頼しやすいです。

状態基準保全
劣化や異常のサインが見えたときに保全活動を実施することを「状態基準保全」といいます。サインが見えてから保全活動を行うため、時間基準保全よりは保全活動の回数が少なくて済むことが多く、また、不必要な部位には保全活動を行わないため無駄が少ないというメリットがあります。

しかし、こまめに産業用ロボットの状態をチェックしないと保全の基準を満たしているか分からないので、センシング技術等を活用した自動監視システムなどの導入も検討が必要です。

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