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木村洋行、アプリケーション志向の電動アクチュエータを用いたロボット・医療機器における自動化・電動化支援を推進 in

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kat 2024年10日06日(日) in

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　木村洋行は2020年1月から、スウェーデンに本社を置くEWELLIX（エバリックス）の直動製品の取り扱いを開始している。エバリックスは、スイス、スウェーデン、ドイツ、フランス、アメリカ、中国に生産拠点を有し、アプリケーションごとのニーズに合わせたカスタマイズのソリューションに定評があり、自動機など一般産業機器向けのほか、高度な安全性が求められる医療機器向けなどで採用実績が多い。2023年1月からはSchaeffler（シェフラー）の傘下として、かねてから進めてきたセンサやコントローラー関連の研究開発を加速させている。

　ここでは、木村洋行がエバリックスの直動製品の独自性を生かして、協働ロボットによる自動化の支援や、医療機器などでの電動化支援を含む、産業界での自動化・電動化支援の取り組みについて紹介する。

 

直動製品のラインナップと独自技術 ロボットなどの動作範囲を拡張できる電動アクチュエータ

　エバリックスの直動製品としては特に、設置面積を小さく抑えられコンパクトな昇降が可能なピラー型電動アクチュエータ（図1）に定評がある。ストローク量や荷重、速度、偏荷重など、アプリケーションごとの使用条件に合わせた提案が可能で、低騒音・堅牢で高荷重の支持に対応できるため、厳しい使用条件のニーズにも対応できる。電圧はAC 120VとDC 24Vに対応、最大定格荷重（押し／引き）はシリーズによって最大6000N、ストロークは700mm以上、動作速度も無負荷時で最速42mm/sec、かつ最大負荷時で最速31mm/secを実現している。
 
 

図1　ピラー型アクチュエータ電動アクチュエータを活用した自動化・電動化支援 協働ロボットの作業範囲の拡張

　生産現場で適用の進む6軸協働ロボットのアクセサリとして、ピラー型アクチュエータを6軸協働ロボット用にカスタマイズし、協働ロボットの第7軸として、垂直方向に動作させることで作業動作範囲を拡大できる「LIFTKIT」を提案している。LIFTKITの垂直方向の最大ストローク長は500～1400mmで、ロボットの基台としてLIFTKITを使用することにより設置面積を抑えつつロボットの昇降移動を実現でき、ロボットのアームリーチの有効範囲を立体的に拡大できると言える。

　また、LIFTKITと同様に、単軸横置アクチュエータに協働ロボットを接続し、搬送やピック＆プレイスなどロボットの水平方向の動作範囲を拡大でき、作業効率を飛躍的に向上できる「SLIDEKIT」も提案している。SLIDEKITの水平方向のスライド長は100～3000mmとなっている。長い同一の生産ライン上にある、複数のセル生産装置の間でのワークの受け渡しや複数の加工工具の段取り替えといった作業の効率を高めることで、加工の生産性を向上できる。ニーズに応じてSLIDEKIT上にLIFTKITを載せて併用することも可能で、その場合協働ロボットの垂直方向と水平方向の動作範囲を大幅かつ同時に拡大できる（図2は、「2023国際ロボット展」でのデモンストレーションのようす）。
 

図2　「2023国際ロボット展」での、
6軸協働ロボットとLIFTKIT・SLIDEKIT組み合わせでのパレタイジング作業のデモ
 

 

　LIFTKITは、ユーザーが現状使用している6軸協働ロボットの7軸目として垂直方向の作業範囲を拡大できることが最大の利点で、パレットへの荷物の積み上げ作業「パレタイジング」と、積み上げたパレットから荷物を下ろす作業「デパレタイジング」での採用事例が多い。「2023国際ロボット展」での木村洋行の出展を機にLIFTKITへの引き合いが増えてきているが、この背景には「物流の2024年問題」がある。

　本年4月からトラックドライバーの時間外労働の960時間上限規制と改正改善基準告示が適用され、労働時間が短くなることで輸送能力が不足することが懸念されている2024年問題によって、運送トラックへの荷物の積載段数を増やして積載スペースの効率化を図ることや、物流倉庫でのドライバーの待ち時間を短縮するために荷物の積み下ろしの効率化を図ることや倉庫スペースの有効利用を図ること、工場での入荷・出荷場所での荷物の積み下ろしの効率化を図ることなどが求められていることがある。6軸協働ロボットにLIFTKITを接続することで、工場、物流倉庫、運送トラックのいずれにおいても、荷物を高く積み上げることが可能になり、スペース効率の向上だけでなく、工場・物流倉庫では荷物の出荷・入荷の効率を向上でき、トラックドライバーの労働時間減少に伴う物流量滞留の改善に寄与できる。

　LIFTKIT（とSLIDEKIT）は当初、ユニバーサルロボット（UR）とのコラボによる6軸協働ロボットのアクセサリとしてカスタマイズされたが、その後多くの企業の協働ロボットへの適用が可能となっており、それぞれの協働ロボットのティーチングタブレットによって、協働ロボットとLIFTKIT（とSLIDEKIT）の動作制御がともに可能となっている。

　2023年には、LIFTKIT はファナックの協働ロボット「FANUC Robot CRXシリーズ」のプラグイン対応周辺機器（昇降装置）として採用（図3）になり、ロボットの昇降範囲を最大で1400mmまで拡大できることや、生産性の向上と労働コスト削減に貢献できること、高い位置精度と安定性を実現できることなどが評価されている。コンパクトサイズで設置スペースを増やさずに6軸協働ロボットの7軸目として機能し、作業範囲を拡張できることから、6軸協働ロボット向けにLIFTKITの採用が進んできている。
 
 

図3　ファナックの協働ロボット「FANUC Robot CRXシリーズ」
の昇降装置として採用された「LIFTKIT-FA」  機器の移動・パワーアシストによる医療従事者の負担軽減

　エバリックスの直動製品は医療機器向け規格IEC 60601-1を取得していることなどから医療機器で多くの採用実績を持つが、エバリックスでは医療従事者の負担軽減や診断のスムーズ化を目的に、図1のピラー型電動アクチュエータをベースに、サーボモータと力覚センサを内蔵し、胸部Ⅹ線写真を撮像するためのレントゲンの位置合わせなどにおいて軽々と医療機器の上下動（位置合わせ）が可能なシステム「Effortless Motion Control」（図4）を開発している。欧州ではすでにEffortless Motion Controlを用いた医療機器メーカーとの共同開発を進めているが、日本国内では本年6月に開催された「機械要素技術展 [東京]2024」で初披露し、軽く医療機器を動かせることをアピールした（図5）。医療従事者の負担軽減を図りたい国内の医療機器メーカーから、多くの反響を得ている。

図4　Effortless Motion Control

 

図5　「機械要素技術展 [東京]2024」での木村洋行・木村光正社長による、
小指一本でレントゲン撮影台の位置合わせを軽くスムーズに行うデモ

 

　レントゲンなどX線診断機器の課題としては、比較的重いX線管ヘッドまたは検出器システムの位置決めのための医療従事者の大きな負担がある。胸部レントゲン診断では、胸部の適切な場所に装置を位置決めする必要があるが、これら機器が頭上または壁／床のフレームに取り付けられることが多く、通常最大50kgという各ヘッドまたは検出器システムの重量が起因して、患者の胸部の適切な領域をターゲットするための簡単で正確な移動・位置決めが難しい。

　これに対しエバリックスが開発したEffortless Motion Controlは、ピラー型電動アクチュエータにサーボモータ・力覚センサを組み合わせることで、画像診断機器のハンドル部分に内蔵された力覚センサで触れた際に検知した力の大きさに応じて、最適なアシスト力が加わる。そのため、重量のある装置であっても誰でも簡単に、1/10の労力でスムーズに静かに、思いどおりに動かせる。さらに、伝送速度が速く拡張性の高いコントローラー・エリア・ネットワーク（CAN）バス通信規格に対応しているため、レントゲン撮影台で位置決めできた高さ・座標軸に別の立位撮影台や診察台を協調制御して位置決めするといった、複数の医療機器の同期運転（図4参照）も可能にしている。

  農機・建機の電動化支援

　一方、農業機械や建設機械など比較的高推力が必要とされる作業機では油圧作動油を動力源とする油圧アクチュエータが多用されているが、地球環境問題や作業のスマート化などから電動化が求められ、農機・建機向けにも電動アクチュエータを提案している。

　CANバス通信規格に対応の、野外で使用できる保護等級IP69K/66Mに対応した防水・防塵仕様のスマート電動アクチュエータ「CAHB-2xS（2xSのラインナップ：20S、21S、22S）」（図6）を開発している。油圧アクチュエータから、高速でスムーズな動作が可能な電動アクチュエータに置き替えることで、素早く滑らかな動作を実現でき潤滑メンテナンスを排除できるため一層の高い生産性を実現できるとともに、環境負荷低減を図れる。
 

図6　CAHB-2xSの建設機械での適用例

 

今後の展開

　ものづくり現場での自動化・電動化が進展し効率向上からメンテナンス期間延長などが求められる中で、耐久性が高く装置の省スペース設計が可能なエバリックスの電動アクチュエータの採用が進んできており、高い負荷容量、長寿命化を実現しつつ、サイズダウン化でき軽量化が図れることからは、装置の消費電力の低減、ひいてはCO2削減にも寄与できる。

　木村洋行は技術商社として、エバリックスに限らずメーカーとの情報交換を密に行い、製品・技術・アプリケーション情報のアップデートを常に図っている。製品・技術・アプリケーションに関する知見とノウハウを蓄積しつつ、ユーザーとの対話の中でニーズを的確にとらえることで、さまざまな用途に合わせてカスタマイズが可能なエバリックス製直動案内製品の特質を生かした、ユーザーの仕様に最適なソリューションを提供していく。また、従来から実施している、機械を正常に稼働させるための総合的な技術的サポートについても引き続き注力していく。

10/18開催「ナノ科学シンポジウム2024」、参加およびポスター発表を募集

　ナノテクノロジーと走査型プローブ顕微鏡（SPM）に特化した「ナノ科学シンポジウム（NanoScientific Symposium Japan 2024 : NSSJ2024）」が10月18日10時～17時30分に、東京大学 浅野キャンパス 武田ホール（東京都文京区弥生2-11-16）で開催される。主催は東京工業大学 物質理工学院 中嶋・梁研究室と関東学院大学 材料・表面工学研究所、パーク・システムズ・ジャパンで、協賛はヤマトマテリアルとArk Station、後援は日刊工業新聞社とメカニカル・テック社。

　NSSJ2024では現在、一般の参加申込と、ポスター発表の参加申込（提出期限：10月11日）を募集している。参加費は無料。

　一般の参加申込はこちらから。

　ポスター発表の参加申込はこちらから。

 

　ナノ科学シンポジウムは、SPMを用いた 材料科学、半導体およびライフサイエンス分野の最先端の研究情報を共有・交換するSPMユーザーシンポジウムで、今回のNSSJ 2024では科学に変革をもたらすSPMの幅広い応用と技術に焦点を当て、先端技術のための新しいナノ材料、機能性表面、さらにナノテクノロジーやSPMを使った応用技術についても話題提供がなされる。

　NSSJ2024のポスターセッションで研究成果を発表することで、SPMコミュニティで国際的に著名な教授陣や専門家の前で研究内容を議論することができる。また、『NANOscientific Magazine』やSPM企業Park Systemsの資料に掲載され、発表者の研究の影響力を高めるチャンスとなる。さらに、受賞した研究には以下の賞金が贈られる。
 
・1名 - 最優秀賞 5万円 

・2名 - 優秀賞 3万円 

　なお、ナノ科学シンポジウム2024の当日の講演タイトルと登壇者は以下のとおり。

「高速原子間力顕微鏡で探る分子ダイナミクス」名古屋大学大学院理学研究科・自然科学研究機構 生命創成探究センター　内橋 貴之氏

「走査型広がり抵抗顕微鏡による全固体電池の解析：電極内部の電子伝導」産業技術総合研究所 電池技術研究部門　 前田 泰氏

「二次元結晶のファンデルワール接合によるモアレ超格子の作製と観測」東京大学 生産技術研究所　町田友樹氏

「光波駆動STMを用いた時空間 ダイナミクス計測」筑波大学 数理物質系　吉田昭二氏

「原子間力顕微鏡によるナノ応力分布とナノ導電性の可視化」東京工業大学 中嶋・梁研究室　梁 暁斌氏

「液中AFMによる固液界面物性計測と探針増強ラマン分光装置の開発」京都大学　小林 圭氏

「AFM、QCM-Dおよびエリプソメトリーを用いた銅メッキ添加剤吸着状態の解析」三菱マテリアル イノベーションセンター　久保田賢治氏

「AFMを⽤いたウルトラファインバブルによる鉛蓄電池の電極界⾯現象の解析」東京都立科学技術高等学校　尾⽊佑輝氏

「New Cutting-Edge AFM Techniques」Park Systems Corporation, Research Technology Center　 Jake Kim氏

kat 2024年10月4日 (金曜日)