こんにちは！
産業用ロボットの情報を発信している製造DX.comです。[◎△◎]
ロボットが自動車部品などを塗装している映像は見たことがありますが、今は色んなところで使われているようですね。
一番驚いたのは、伝統工芸品である漆器の塗装ですね。
こちらの動画は安川電機製のロボットで漆器を塗装している様子です。
塗装ロボットは、ロボットを使ってワークを塗装するというもの。様々な製品の塗装に利用されていますが、上の動画のような伝統工芸品にも利用されるようになってきました。
ロボットの技術が高いレベルであることはもちろんです。しかし、それ以上に人材不足がいかに大きな社会問題であるかということがよく理解できるでしょう。このように、労働人口の減少に伴って塗装工程には多くのロボットが導入されるようになりました。
本記事では、塗装ロボットの特徴やメリットの解説と共に実際の導入事例などを紹介します。
塗装工程の人材不足や労働環境改善を検討中の方には参考になると思いますので、ぜひ記事をご覧ください。
工場自動化・ロボット導入に関してお悩みがあれば、お気軽に製造DX.comまでお問い合わせください！
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もくじ
塗装ロボットの特徴
従来は人の手で行っていた塗装工程にロボットを導入して自動化したのが塗装ロボットです。塗装ロボットを使用することで、複雑な形状のワークや表面に凹凸があり塗装が難しいワークでもムラなく均一に塗装できます。
近年は急激にロボットやAI、画像認識の技術が向上しました。よって、特殊な場合を除けば熟練作業員と同等もしくはそれ以上の塗装品質が得られます。
また、塗装工程は人体への健康被害も懸念されますが、塗装ロボットを導入することで作業環境も向上。人手不足の解消やコスト削減にも大きく貢献します。
塗装ロボットとは
塗装ロボットは産業用ロボットの一種ですが、塗装ロボットの構造は他の産業用ロボットの見た目とは若干異なります。最も異なるのはアームの先端部分です。
塗装ロボットはロボットアーム部分に塗装用のスプレーガンなどを取り付け、きめ細やかな動作で繊細な塗装ができます。この機構により、スマートフォン程度の小さな部品から新幹線の車体のような大きな部品まで様々な塗装が可能です。
では、塗装ロボットはどのような場面で使用されているのでしょうか？
塗装ロボットの使用用途
塗装ロボットの使用用途は実に様々。世の中で塗装されているものほとんど全てが対象となります。その中でも多いのが自動車業界で使用する部品でしょう。樹脂製品のみならず、タイヤホイールなども塗装ロボットを利用して塗装しています。
大きなものでは、後述する新幹線のボディや家屋の外壁などの塗装も塗装ロボットです。
その他にも生活用品や電化製品など、ありとあらゆるものが塗装ロボットによって塗装されていると言っても過言ではありません。今では、手塗りの商品を探す方が難しいのではないでしょうか。
それくらい、製造現場における塗装ロボットはメジャーなものとなってきました。
塗装ロボットについては理解できました。導入することで色々なメリットがありそうですね。
塗装ロボットのメリット
塗装ロボットを導入したことによって下記のようなメリットが得られます。
- 複雑な形状の塗装に対応（熟練工の技術継承）
- 塗装ムラのない均一で確実な塗装が可能
- 作業者の健康に配慮されている
- 環境に優しい（省エネ・CO2の低減・塗料ロスの減少）
- 定型作業を効率よくこなす
- 長期間使い続けられる
上記のメリットについて、もう少し具体的に解説していきましょう。
塗装ロボットを活用すれば品質面のメリット大！
塗装工程は熟練の技術が必要な場合があります。また、塗装条件によってはロボットでの塗装ができないことも。しかし、それ以外の場合に関しては繰り返し同じ動作が可能な塗装ロボットの方が高品質です。
ロボットの動作なので繰り返し精度も高く、塗装ムラになることもありません。
また、近年はAIや画像処理技術なども向上し、塗装ロボットでも高品質の塗装が可能となっています。今までは熟練工しかできなかった塗装も、徐々に塗装ロボットで補えるようになってきました。
したがって、一概には言えませんが、条件によっては塗装ロボットを活用することで品質面でのメリットが得られます。
塗装ロボットは環境・人に優しい
近年はどの業界でも環境汚染に対して厳しくなってきました。塗装工程に関しても同様です。それを受け、近年の塗装ロボットは
- 省エネルギー
- CO2排出量の低減
- 塗料ロスの減少
などの優れたシステムが増えてきました。特に塗料ロスに関しては環境に優しいだけでなく、コスト削減にもつながります。
また、塗装には有機溶剤が必要。したがって、人体の健康に影響を与えることが多く、過酷な作業です。塗装工程には「危険・汚い・きつい」の3Kのイメージがありますが、塗装ロボットを導入することで作業環境の問題も解決できます。
塗装ロボットで作業効率向上とコスト削減が可能
塗装ロボットはプログラム通りの動作を繰り返します。しかも、作業員のように疲労が蓄積することもありません。したがって、休憩もせずに稼働し続けることで作業効率は向上します。
また、ロボットなので多少のメンテナンスは必要ですが、基本的には24時間365日の稼働が可能です。よって、作業員の交代時のロスもありません。その結果、コスト削減にも大きく貢献貢献します。
ところで、塗装ロボットにはどのような種類があるのでしょう？
塗装ロボットの種類
塗装ロボットは一般的な産業用ロボットに塗装ガンが取り付けられたものです。したがって、塗装ロボットは下記の2点で種類が決まります。
- 作業用ロボットの種類
- 塗装方法の種類
それぞれについて、どのような種類があるのかを解説しましょう。
塗装ロボットには3種類のロボットがある？
国際標準化機構（ISO）で産業用ロボットと定義されているのは「3軸以上の自由度を持つ、自動制御・プログラム可能なマニピュレータ」です。その中でも塗装ロボットに利用されるロボットとしては、主に次の3種類があります。
- 垂直多関節ロボット
垂直多関節ロボットはシリアルリンク型ロボットの一種で、5～6軸の関節を持っています。イメージとしては人間の片腕です。5～6軸を自由に動かすことができるので、水平方向・垂直方向の自由度が高くなります。関節の自由度が高いことで、複雑な形状の塗装にも対応可能です。 - 水平多関節ロボット（スカラロボット）
水平多関節ロボットはスカラロボットとも呼ばれる4軸の産業ロボットです。平面に3軸の位置決めと先端部の上下運動による4軸構成となっています。主に水平方向の動作となるので、複雑な塗装には不向きです。 - 直角座標ロボット
直角座標ロボットは縦・横・高さの3軸を直交して動作する産業ロボットです。安価で入手できますが、複雑な動作は不可能。塗装の対象物もシンプルなものに適しています。
塗装ロボットとして最も多く利用されているのは自由度の高い垂直多関節ロボットです。ただし、塗装の対象物によって、複雑な動作が不要な場合は他のロボットが利用されます。
また、塗装工程では可燃物質が発生する為に防爆仕様が必要です。
塗装ロボットは3種類の塗装方式
塗装ロボットの塗装方式は主に下記の3種類がありますが、最も多く採用されているのが「静電塗装」方式です。静電塗装は仕上がりが美しいというメリットがあります。
- 静電塗装
静電塗装とは、静電気を用いた塗装方法のことです。被塗物を正極（アース側）、塗料噴霧装置を負極として高電圧（30000～150000V）を印加。塗料微粒子を負に帯電させることによって塗装します。 - 回転霧化静電方式
回転霧化静電方式は、エアモータを高速回転させることによって発生した遠心力を使って塗料を霧化し噴出する塗装方式です。軸と軸受の間に空気膜をつくります。 - その他の静電方式
その他の塗装方式としては「エア静電方式」や「エアラップ静電方式」などがあります。
それでは続いて具体的な導入事例を紹介しましょう。
塗装ロボットの導入事例｜小物から大物塗装まで
塗装ロボットの導入事例として、次の3つを紹介します。
- 樹脂製カウリングの塗装工程
- メガネフレームの回転塗装
- 新幹線車両塗装
順に見ていきましょう。
樹脂製カウリングの塗装工程
下記は川崎重工業の塗装ロボットの導入事例です。
塗装の対象物はバイクのカウルです。下記3つの手順で塗装しています。
- プライマー
- ベース
- クリア
川崎重工業の「KF264」は、内径φ70の大径中空を備えながらコンパクトな外形の手首を持つ塗装ロボットです。公式サイトでは、自動車の車体バンパーや新幹線の塗装事例も掲載されています。
メガネフレームの回転塗装事例
こちらは、防爆塗装ロボット「スワン」を使ってメガネフレームを塗装している導入事例となっています。
「スワン」は従来の塗装ロボットとは異なり、デザイン性に拘った自立式4軸型の防爆塗装ロボットです。また、回転塗装技術に特化して開発されたロボットということもあり、小物部品の塗装に適しています。
新幹線車両塗装の導入事例
下記の動画は先程のカウル塗装と同じく川崎重工業の「KF264」を使用して、新幹線の車両を塗装している様子です。
通常の塗装ロボットは5～6軸ですが、新幹線は車体が大きい為に7軸目と8軸目を昇降・走行装置として追加しています。新幹線の塗装ロボットは塗装品質のテストに約1年もの期間を費やしました。
塗装ロボットについてのまとめ
本記事では塗装ロボットについて詳しく解説してきました。もう一度記事を振り返ってみましょう。
塗装ロボットは産業用ロボットの一種で、アームの先端部分にスプレーユニットなどが付属したものです。この構造により、複雑な形状のワークもムラなく均一に塗装できます。
塗装ロボットを導入する場合のメリットは下記のようなものです。
- 複雑な形状の塗装に対応（熟練工の技術継承）
- 塗装ムラのない均一で確実な塗装が可能
- 作業者の健康に配慮されている
- 環境に優しい（省エネ・CO2の低減・塗料ロスの減少）
- 定型作業を効率よくこなす
- 長期間使い続けられる
また、記事内では塗装ロボットの種類についても紹介しました。塗装ロボットの種類は下記のロボットの種類と塗装方法によって決まります。
- ロボットの種類
「垂直多関節ロボット」「水平多関節ロボット（スカラロボット）」「直角座標ロボット」 - 塗装方法の種類
「静電塗装」「回転霧化静電方式」「その他の静電方式」
対象物に応じた塗装ロボットを導入している事例として、記事内では下記の3つを紹介しました。
- 樹脂製カウリングの塗装工程
- メガネフレームの回転塗装
- 新幹線車両塗装
今や伝統工芸品も塗装ロボットで塗装している時代です。もし塗装工程の問題でお悩みなら、塗装ロボットの導入を検討してみてはいかがでしょうか。労働環境の改善、省人化にはとてもおすすめです。
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