円筒座標ロボットの導入事例

円筒座標ロボットは様々な製品に活用できます。その導入事例を確認していきます。

半導体ウェーハの搬送
半導体ウェーハの製造工程では、微小なチリでさえも機能に悪影響を与えるため、搬送するロボットには高いクリーン度が求められます。

一体型ステッピングモータ

また半導体のコストは生産性に大きく依存するので、搬送スピードの高さも重要です。

円筒座標ロボットはシンプルな形状なので、高いクリーン度と搬送速度を両立でき、動作不良も生じにくいことから、多くの半導体メーカーで採用されています。

フラットパネルディスプレイの搬送
フラットパネルディスプレイは、極薄のガラス基板に加工を行い製造するため、繊細なハンドリングが求められます。

デジタルステッピングドライバ

熱処理装置への出し入れなどを行うためストロークを長くする必要があり、また高いクリーン度や搬送速度も求められることから、半導体分野と同様に円筒座標ロボットが利用されています。

クリーン度の高さと搬送速度の速さはもとより、稼働範囲に対して装置サイズが小さいのも選ばれている理由です。

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金属3Dプリンタのデメリット

造形方式に合わせたデザインや設定の知識が必要
金属3Dプリンタを使いこなすには、デザインや設定に関する知識が必要です。
知識がないまま金属3Dプリンタを使用すると、思ったような造形ができない可能性があります。
造形方式によって実現できるデザインや最適な設定方法には違いがあるため、
それぞれを理解したうえで金属3Dプリンタを有効活用しましょう。

ギヤードクローズドループステッピングモーター

部品については基本的に加工が必須
金属3Dプリンタで作った造形物は、基本的に再び加工する必要があります。
表面の仕上がりや寸法精度は、従来の機械加工には劣るためです。
複雑な形状を金属3Dプリンタで作り出したら、改めて加工して微調整しなければなりません。
そのため、最初から二次加工を意識して設計する必要があります。

デジタルステッピングドライバ

現段階での用途は限定される
金属3Dプリンタを導入している業界や企業は、まだ多くはありません。そのため、現段階での用途は限定的です。
金属3Dプリンタを導入する際は、目的を明らかにしたうえで十分活用できそうか検討しましょう。

費用対効果が低くなる可能性がある
すでに触れたとおり、金属3Dプリンタの用途はいまのところ限定的です。
そのため、コストをかけて導入してもそれを回収できるかどうかは不透明です。
目的によっては、費用対効果が低くなる可能性もあります。

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サービスロボットとの違い

ロボットの種類としては、前述の産業ロボットのほかに「サービスロボット」があります。サービスロボットは、人々の日常生活でさまざまなサービスを提供するロボットです。

産業用ロボットとサービスロボットの違いは、人間との距離です。

産業用ロボットは工場などで、主に柵で区切られた空間で人間と離れて動作します。そのため、大きなエネルギーやパワーを発揮できて、素早く動けます。

ユニポーラステッピングモーター

一方のサービスロボットは、家庭や公共空間など人間と同じ空間で動作することから、安全性が重要視されます。

サービスロボットの本体には数多くのセンサーが搭載されており、状況を判断して人間と衝突しないように避けて動きます。仮に人間と衝突しても、人間に大きな被害が出ないような制御機能や、衝撃を抑えるために機体の柔らかさが求められます。

また、産業用ロボットは、自動車や建設機械の溶接・塗装、電気製品の組み立てなど、文字どおり産業面で使われています。サービスロボットの仕事は、掃除やお留守番、警備、受付などです。

防水クローズドループステッピングモーター

ちなみに、工場などにおいて人間と同じ空間で一緒に働くように設計された「協業ロボット」という分類も存在します。人間との距離はサービスロボットと同様に近いですが、協業ロボットは工場などで人間の作業を支援するものであり、サービスロボットとは用途が異なります。

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協働ロボットが導入されている理由

近年、さまざまな分野において協働ロボットの導入が進んでいます。なぜ協働ロボットが注目され、導入が増加しているのでしょうか。考えられる理由を2点ご紹介します。

PM型リニアステッピングモータ

柔軟性と使いやすさ、ティーチング負荷などの軽減
従来の産業用ロボットは、導入に際して多くの準備やセットアップが必要でした。ハンドやセンサーなど必要部品の取り付けだけでなく、作動内容に関する複雑なプログラミングを行うなど、使用までには多くの作業が必要です。 生産ラインで産業用ロボットの運用を開始した後も、生産工程や生産ラインの変更、製品の仕様変更があれば、プログラミングし直さなければいけません。

近年は多品種少量生産にニーズが移行しつつあり、生産工程や生産ラインが柔軟に対応できないと、受注の増加につながらない傾向にあります。その点において、協働用ロボットはセットアップが比較的容易で、タブレット端末で操作したり、ロボットアームを手で動かして位置決めできるなどティーチングを感覚的に行えるよう工夫されたものが一般的です。生産工程や生産ラインの変更にも柔軟に対応できるため、産業用ロボットと比較して導入のハードルは低いといえるでしょう。

ステッピングモーター高精度遊星ギアボックス

規制緩和やロボットと協働する環境の構築
産業用ロボットは、原動機の定格出力80W以上のものを利用する場合において、人との作業スペースを安全柵などで物理的に隔離するよう定められていました。 しかし、2013年に規制緩和が行われ、メーカーやユーザーがISO（国際標準化機構）規格に準じた措置を講じるなど、リスクアセスメントを行うことを条件として、例外措置が設定されています。

規制緩和に基づき、協働を目的としたロボットは、一定基準を満たせば人と同じ空間で使用できるようになったのです。 同時に、安全技術の進化によって安全性の確保が容易となり、ロボットと協働する環境が構築されつつある点も、協働ロボットの導入が進んでいる理由として挙げられます。

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金属造形の現状

金属造形の現状を解説します。

強度
製作物の強度は、金属造形の重要ポイントです。2022年時点では、一般的な用途であれば従来製法と同等かそれ以上の強度を出せます。
一方で疲労強度が従来製法より低く出る傾向にある事が今後の課題とされています。

金属造形の活用事例
ここからは、金属造形の活用事例を紹介します。金属3Dプリンタの利用を検討している人は参考にしてください。

バイポーラステッピングモータ

医療
医療では、人工膝関節・人工股関節などに使われるインプラント（人体に埋め込む医療器材）や歯科技工物などに金属造形が利用されています。
患者の3Dデータがあれば、病院などでもその人に合った親和性の高いインプラントや医療器具を短時間で製作できるためです。
さらに、インプラントにメッシュ構造を取り入れる技術開発も進んでいます。
細胞や組織液の浸透率がアップするため、従来よりも早い組織再生が可能です。

航空
航空や宇宙の分野では、エンジンや燃料ノズル、客室設備などに使われる複雑な形状の部品製作に金属造形の技術が使われています。
一体造形によって部品数や接合箇所を削減でき、軽量化やコストカット、安全性向上などの効果が見込めるためです。
人工衛星や惑星探査機の部品製作にも、金属造形の技術が活用されています。

デジタルステッピングドライバ

自動車
自動車は、金属造形の本格的な導入が進む分野です。特に、欧米の自動車メーカーでは、広く金属造形の技術が使われています。
例えば、高級自動車の部品や電気自動車の試作品、レーシングカーのパーツ、クラシックカーの部品・修理などです。
日本でも、技術の変化が早い電気自動車の製造などに金属3Dプリンタを利用する取り組みが始まっています。

金型製作
硬度と精度が求められる複雑形状金型は、これまで主に匠の技で作られてきました。
しかし、金属造形を利用すれば、従来の加工法では難しかった形状の金型も容易に作れるとして注目が集まっています。
高温の金型を短時間で冷却するための3次元水管は、その代表例です。
製作にコストと手間がかかる深堀加工金型も、金属造形の技術を使えば安く短時間で作れます。

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金属積層造形のメリット

多くの企業が金属積層造形に注目しています。金属積層造形のメリットを知り、自社の商品開発に活かしましょう。

形状の自由度が高い
金属積層造形は、従来の金型などを用いた方式よりも複雑な形状を製作できます。
形状の自由度が高いうえに、データを修正するだけで容易に形状の改良変更が可能な点も魅力の一つです。
また、すでに金型がない部品でも、製品が残っていれば、この製品のスキャンデータを用いることで、同形状の部品を再製作できます。

一体型ステッピングモータ 

作業を効率化できる
データを修正するだけで製品形状を変更できる金属積層造形は、従来製法よりも試作・開発に要する期間を減らせます。
また、装置稼働時は基本的には無人運転が可能なうえ、監視システム付きの装置を導入すると、稼働状況の監視人員も不要となります。
手が空いた作業員は別の作業を担当してもらうなど、現場全体の作業効率を向上できます。

コストパフォーマンスに優れる場合がある
金型を必須とする製法と比較し、金属積層造形は金型レスでも製作出来る為、コストを削減できます。
試作期間の短縮が可能であるため、開発費と期間の圧縮も可能です。
また、従来多数の工程が必要で合った部品の工程自体を少なくできる可能性が有り、サプライチェーンを短くできます。

一体型ステッピングモータ 

さらに、部品統合・複雑構造一体造形・軽量化などの実現により、金属部品の機能向上が期待されます。
この様な高機能な部品を組み込むことで、製品や装置の価値向上自体が期待できます。
このように、金属積層造形を活用すると、開発・製造・輸送・金型管理・在庫管理など、
サプライチェーン全体でのトータルコストの削減が可能です。

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DCモータのメリット

DCモータは、生活の中に多く普及しています。なぜDCモータが普及したのかを考えてみましょう。

電圧に対しての回転特性が安定
DCモータで採用される直流電源の場合、常に一定方向で電気が流れている構造自体が単純なため、制御が容易です。そのため、電圧変化に対して敏感に反応すると共に、回転特性が安定しているというメリットがあります。交流電源は極性が入れ替わるため、仮に直流電源と同じ構造で駆動させることができた場合「正転・逆転を繰り返す」ようになります。

アウターロータ型ブラシレスDCモータ

可搬性のある電源が使える
DCモータを駆動させる直流電源ですが、身近な存在では「乾電池」がこれにあてはまります。少し大きな物で考えると自動車等のバッテリーも直流電源となります。電源自体を移動しやすいのがDCモータのメリットです。

一方、交流電源で代表的なものをあげれば「コンセント」が最も身近と言えるかもしれません。ほとんどの白物家電が交流電源を利用しています。つまり、送電線からの電気供給が確保できない場所では、ACモータは生活の中で使用できないということになります。

低価格
DCモータは、ものによっては乾電池1本、たった1.5Vでも駆動できます。使用電圧が小さくても駆動でき、制御装置も単純なため、低価格で利用できます。ACモータの交流電源は、コンセントから供給されている電源になります。つまり、100V以上の電圧で駆動するのがACモータです。安定駆動をさせるための制御装置も複雑なため、低価格で採り入れるのはDCモータほど容易ではありません。

ユニポーラステッピングモーター 

装置の小型化に適している
携帯電話のバイブレーション機能、ここにもDCモータが採用されています。ノートパソコンなどの電動ファンもDCモータです。長さ1cmにも満たない小型のDCモータが、すでに多くの生活用品の用途で使われています。

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