工場設備や自動化装置には、多くの発熱源がある。

　● モーター

　● サーボ

　● インバーター

　● 制御盤

　● 電源

　● 画像検査用照明

　● カメラ

　● センサー

　● ヒーター

　● エア機器

　● 搬送機構

　● 摩擦部

これらが長時間動く。

しかも量産現場では、数分だけ動けばよいわけではない。

朝から夜まで。

場合によっては24時間。

同じ精度で動き続ける必要がある。

だから設備の熱問題は、短時間の発熱ではなく、

長時間稼働による熱の蓄積として現れる。

工場設備で怖いのは、熱によって設備そのものの寸法や位置が変わることだ。

金属は温度が上がると膨張する。

樹脂も温度で変形する。
治具も、フレームも、搬送部も、微妙に変化する。

すると、

　● 位置ズレ

　● 寸法ズレ

　● 貼り合わせズレ

　● 打ち抜き位置ズレ

　● 搬送ズレ

　● 検査位置ズレ　が発生する。

つまり熱は、設備の精度そのものを変える可能性がある。

一般的な加工であれば、多少の温度変化は許容できるかもしれない。

しかし、高精度加工では違う。

数十μm。

場合によってはそれ以下の精度が求められる工程では、わずかな熱膨張や治具変形が問題になる。

つまり高精度量産では、熱は寸法公差に影響するのである。

現場ではよく、朝一番と昼以降で設備の状態が変わることがある。

設備が冷えている状態。

動き続けて温まった状態。

室温が上がった状態。

モーターや制御盤が発熱した状態。

これらによって、同じ条件で動かしているつもりでも、実際には設備状態が変わっている。

つまり量産現場では、設備が安定するまでの熱変化も考える必要がある。

設備だけではない。

加工される材料も熱の影響を受ける。

特に、

　● フィルム

　● テープ

　● 粘着材

　● 発泡材

　● 樹脂シート

　● 薄膜材料　などは、温度や湿度によって状態が変わりやすい。

材料が伸びる。

粘着力が変わる。

剥離性が変わる。

反りが出る。

搬送テンションが変わる。

つまり工場設備の熱問題は、設備側だけでなく、

材料側にも現れる。

特に粘着材は、熱の影響を受けやすい。

温度が上がると、

　● 粘着力が変化する

　● 柔らかくなる

　● 糊残りが増える

　● 剥離しにくくなる

　● 逆に保持力が落ちる　ことがある。

つまり粘着材を使う工程では、熱によって加工条件そのものが変わる可能性がある。

自動化装置では、材料を安定して搬送することが重要である。

しかし熱によって材料状態が変わると、

　● 蛇行

　● シワ

　● 浮き

　● 位置ズレ

　● 剥離不良

　● 巻き取り不良　が起きることがある。

つまり自動化装置の熱問題は、設備が熱いという単純な話ではない。

材料が安定して流れなくなる問題でもある。

画像検査装置も熱の影響を受ける。

例えば、

　● 照明の発熱

　● カメラ周辺温度

　● レンズの熱変化

　● ワーク位置の熱変形

　● 装置フレームの膨張　などで、検査条件が変わることがある。

すると、

　● ピントズレ

　● 位置ズレ

　● 明るさ変化

　● 誤判定

　● 見逃し　につながる可能性がある。

つまり熱は、加工精度だけでなく、

検査精度にも影響する。

工場設備では、制御盤の熱も重要である。

制御盤の中には、

　● PLC

　● 電源

　● サーボアンプ

　● インバーター

　● リレー

　● 通信機器　などが入っている。

これらは発熱する。

制御盤内部が高温になると、電子部品の寿命低下や誤動作リスクにつながる。

つまり設備の熱対策では、製品加工部だけでなく、

制御部も見なければならない。

量産現場では、設備単体だけでなく、工場環境も重要である。

　● 室温

　● 湿度

　● 空調

　● 設備配置

　● 日射

　● 排熱

　● 作業者の出入り

　● 周辺設備の発熱　によって、工程状態が変わることがある。

つまり工場設備の熱問題は、装置内の問題だけではなく、

工場全体の環境問題でもある。

量産で最も怖いのは、再現性が崩れることである。

昨日は良かった。

朝は良かった。

1時間前は良かった。

でも今はズレる。

こうした現象の裏に、熱が関係していることがある。

設備が温まる。

材料が変わる。

治具が膨張する。

粘着が変わる。

照明が変わる。

その結果、工程条件が少しずつ変わる。

つまり熱は、量産の再現性を壊す要因になる。

今後、工場設備にはさらにAIや画像処理が入っていく。

　● AI外観検査

　● 画像認識

　● 自動補正

　● ロボット制御

　● センサー監視

　● リアルタイム品質管理

これらが増えると、設備内部の電子部品や演算機器も増える。

つまり工場設備は、機械装置から、

動くコンピューターへ近づいていく。

その結果、熱源はさらに増える可能性がある。

研究開発や設備設計では、

　● 熱膨張

　● 熱変形

　● 放熱設計

　● 制御盤冷却

　● 温調

　● 熱シミュレーション

　● センサーによる温度監視

　● AIによる状態予測　などが重要になる。

設備の高精度化が進むほど、

温度変化をどう抑えるか

温度変化をどう補正するかが重要になる。

熱は条件出しを狂わせる

現場では、条件出しが非常に重要である。

加工圧。

速度。

テンション。

貼り合わせ位置。

剥離角度。

搬送条件。

検査条件。

しかし熱によって材料や設備が変わると、せっかく出した条件が変わる。

つまり現場では、熱を見ずに条件出しをすると、再現性が崩れる可能性がある。

OTIS視点では、工場設備・自動化装置の熱問題で重要なのは、

　● 高精度加工

　● 材料搬送安定性

　● 貼り合わせ精度

　● テンション管理

　● 剥離性管理

　● 自動化供給形態

　● 治具設計

　● 量産時の公差管理

　● 温度による材料変化の理解

　● 工程成立性　である。

特にフィルム・テープ・薄膜材料では、

材料が薄いほど、熱や環境の影響を受けやすいことが重要になる。

OTISでは、

グラファイト・金属などの熱伝導シートなどの

　● 高精度打ち抜き

　● 微細加工

　● 高精度ラミネート

　● フィルム・テープ加工

　● 粘着材加工

　● リール供給

　● 自動化工程向け供給形態設計

　● 異形状積層

　● 量産工程での条件設計

などを通じて、工場設備・自動化工程で使いやすい部材づくりに貢献できる可能性がある。

特に、顧客の自動化工程で安定して使える形にすることは、OTISが価値を出せる領域である。

一方でOTISは、

　● 工場全体の空調設計

　● 設備メーカーとしての装置全体設計

　● 制御盤冷却設計

　● AI制御ソフト開発

　● 工場エネルギーマネジメント

を専門とする会社ではない。

しかし、自動化工程で使われるフィルム・テープ・機能部材を量産で成立させる

という領域では、重要な役割を担える可能性がある。

★★★★★ 自動化設備

★★★★★ 高精度加工装置

★★★★★ フィルム・テープ加工工程

★★★★☆ 画像検査装置

★★★★☆ ロボット搬送設備

★★★★☆ 半導体・電子部品製造工程

工場設備では、熱が量産再現性を壊す

工場設備や自動化装置の熱問題は、単に設備が熱くなる話ではない。

熱によって、

　● 設備精度が変わる

　● 材料状態が変わる

　● 粘着特性が変わる

　● 搬送が変わる

　● 検査条件が変わる

　● 量産再現性が崩れる　可能性がある。

つまり量産現場では、熱対策は品質対策であり、

熱対策は工程安定化でもある。

どれだけ良い材料でも、どれだけ良い設備でも、熱によって条件が変われば、安定量産は難しくなる。

だからこそ、これからの自動化工程では、

熱を前提にした工程設計がますます重要になっていく。

 

 

コラム監修：角本 康司 (オーティス株式会社)
語学留学や商社での企画開発を経て2011年にオーティス株式会社入社。経営企画部を中心に製造・技術部門も兼任し、2018年より代表取締役として事業成長と組織強化に努めている。

 

※本記事は教育・啓発を目的とした一般的な技術解説であり、特定企業・製品・技術を示すものではありません