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プラナーモータ: フレキシブルマニュファクチャリングの次のステップへ

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Example of a planar motor system from Planar Motor Incorporated

製造メーカが直面する最大の課題の1つは、柔軟性と多様な製品オプションへの要求の高まりです。研究開発が加速する中、製品の設計サイクルは短くなり、より幅広い製品が短期間でリリースされるようになり、消費者はこれまで以上にカスタマイズの選択肢を求めるようになっています。ラインの切り替えによる生産性の低下は、製造メーカにとって大きな頭痛の種となりつつあります。

従来、組立ラインの発達により大量生産が経済的に可能になりましたが、その代償として柔軟性が失われました。製造された各製品は同じ速度でラインを移動しなければならないため、組立ラインの中で最も遅いステーションがボトルネックとなり、生産率が制限されていました。有名な話ですが、自動車の組立ラインの開発で、ヘンリー・フォードが「どんなお客でも、黒であれば好きな色に車を塗ることができる」と発言しました。当時、十分に速く乾く色は黒しかなく、他の色を選ぶと組立ライン全体のスピードが落ちてしまうため、塗装色を限定することにしたのです。さらに、製品の大きさや形など、デザインに変更があった場合、生産ラインを作り直す必要があり、変更のたびに膨大なコストがかかっていました。

ロックウェル・オートメーションのiTRAK®やMagneMover®システムなどのリニア搬送システムの開発により、柔軟性が大きく向上しました。この搬送方式は、可変ピッチ処理を効果的に行なうことができ、ボトルネックによる影響を軽減することができます。また、これらの搬送システムはモジュール化されており、柔軟性と拡張性が向上し、交換によるダウンタイムを削減することができます。MagneMover®を使用すると、製品はオートメーションラインのすべてのステーションを訪問する必要がなくなり、同じ製品ラインでより幅広い製品を作ることができ、切り替えによるダウンタイムもなくなります。最後に、リニア搬送システムの基本コンセプトであるリニアモータは、従来の搬送ソリューションに比べて可動部が少ないため、メンテナンスとダウンタイムの削減、そして処理速度の向上を実現します。

プラナーモータ社が開発したXBotsのような平面モータソリューションは、製造メーカに柔軟性を提供するための新たな選択肢となり、ステータと、ステータ面を自由に移動できるムーバから構成されています。ムーバは磁気浮上式で、6自由度の制御が可能で、通常、最大14kg (30ポンド)までのペイロードを搭載することができます。ムーバは軌道に縛られることなく、まったく新しい機械設計が可能になります。例えば、高度にカスタマイズされたアプリケーションでは、処理ステップの動的な再構成が必要ですが、これを簡単に実現することができます。また、包装用途では、ムーバを2次元的に配置することが可能です。また、ムーバの回転が速いため、機械が必要とする床面積が桁違いに小さくなり、製造メーカにとっては大きなコストダウンにつながります。

プラナーモータのプラナー・モータ・システム例

Example of a planar motor system from Planar Motor Incorporated

プラナーモータの浮遊性、非接触性には、他にもさまざまな利点があります。接触しないので摩耗もなく、ステータに可動部がない(完全なソリッドステート)ため、CPUチップと同じようにメンテナンスが必要、つまり実質的にまったく必要なくなります。また、摺動部からのパーティクル発生がないため、非接触で動作するプラナーモータはクリーンルーム環境にも最適です。さらに、ムーバとステータの間に物理的な隙間があるため、化学的に厳しい環境や洗浄が必要な環境でも、ステータとムーバの上に適合するシートを貼るだけで、簡単にプラナーモータを使用することができます。また、浮遊ギャップを利用したプラナーモータは、飛翔面に付着した微粒子の上をムーバが飛翔するため、埃や汚れの多い環境でも影響を受けず、可動部にゴミが付着しないため、製品寿命に影響を与えることもありません。

最後に、プラナーモータが提供する精密な制御は、機械設計を簡素化する新しい概念につながります。プラナーモータの特長は、1um (0.04 thou)の繰返し精度を実現したプラナーモータのXBotsが持つ驚異的な精度と、その可動範囲から加工ステーションを大幅に簡略化できることです。例えば、接着剤を塗布するノズルでは、従来は部品のすべての位置に到達するために2軸ステージが必要でしたが、部品がプラナーモータの上にあれば、ノズルは固定され、部品はノズルの下を移動することができます。また、6自由度の制御が可能なため、組み立てのための部品の位置合わせを、別のロボットや機械ではなく、ムーバによって行なうことができます。また、ダイレクトドライブであることから、平面モータはフォースフィードバックに優れており、例えば、XBotsは追加のハードウェアなしで、ペイロードの重量を自動的に測定することができます。

ロックウェル・オートメーションのテクノロジパートナとして、ロックウェル・オートメーションのPLCでシステムをできるだけ簡単に制御できるようにしました。ロックウェル・オートメーションのPLCとステータやムーバの間のインターフェイスとして、プラナー・モータ・コントローラが機能します。アドオン命令の高度なライブラリにより、お客様は軌道生成や衝突回避の心配をする必要がなく、アプリケーションの構築に集中することができます。同時に、お客様はさらに掘り下げて、位置、力、その他の情報をプラナー・モータ・システムからフィードバックすることができます。また、プラナー・モータ・コントローラが提供する仮想/スレーブ軸制御機能を利用し、ロックウェル・オートメーションのPLCで制御される他の機械と同期をとることができます。最終的に、プラナー・モータ・システムの制御は、お客様にとって標準的なEIPデバイスと同じくらい簡単で身近なものに感じられることでしょう。

ロックウェル・オートメーションの産業用オートメーションソリューションの広大なエコシステムの一部であることを誇りに思い、製造メーカが柔軟でコンパクト、かつメンテナンスフリーの生産ラインを構築できるよう支援することを期待しています。

詳しくはPlanar Motor YouTube Channelをご覧ください。

YouTubeYouTube Rockwell Automation Fair 2021
YouTubeYouTube Planar Motor at Achema 2022 Tradeshow

公開 2023年4月12日

トピック: 食品&飲料 ライフサイエンス

Kevin Xiao
Kevin Xiao
Vice President, Planar Motor
 
Jesse Li
Jesse Li
Mechatronics Engineer at Planar Motor
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