ガスレーザから固体レーザへ

CO2レーザマシンが板金加工用途として本格的に普及し始めてから、30年以上が経過しています。その間、発振器の高出力化、マシンの高速化、システムの自動化など、技術は進化をし続け、CO2レーザマシンは切断用として確固たる地位を築いてきました。

これまで、レーザ切断分野の主役はCO2レーザ（ガスレーザ）でしたが、様々な課題も抱えていました。具体的には、高出力を安定して得られる反面、発振効率が低いため熱に変換される割合が高く、大きな冷却装置が必要になること、金属への吸収率が低く高反射材の加工が困難、消費電力が大きい、材料への熱影響が大きい――などで、ミラー・レンズ・ガス送風器などのメンテナンスも必要でした。

こうした課題を解決する技術として、YAGレーザをはじめとする固体レーザが発展してきましたが、YAGレーザにも様々な課題がありました。発振効率が低く消費電力が大きい、高い集光性を得るのが困難、経過時間によるビーム変化（熱レンズ）、レーザ励起用フラッシュランプの寿命が短く定期的な交換が必要――などで、レーザ切断の分野では引き続きCO2レーザが主流であり続けました。

その後、高出力で高い集光性を得られる技術として、固体レーザであるファイバーレーザの開発が進み、1998年にキロワットクラスの高出力化が実現、2010年頃から金属加工の分野で本格的に普及が進んでいきました。しかし、板厚3mm以下の薄板では加工速度・加工品質の両面でCO2レーザを圧倒するパフォーマンスを発揮したものの、3mmを超える中・厚板の領域では加工速度・切断面品質の面でCO2レーザにおよびませんでした。そこでファイバーレーザに対して、薄板から厚板までのフルレンジ加工――「加工領域拡大」（PRE：Process Range Expantion）というニーズが生まれていました。

こうしたニーズに対応するため、アマダは米国の通信機器メーカーJDSU社と共同で新型発振器を開発。アマダが有する機械・制御・発振器・光学機器・ソフト・周辺などの要素技術を結集して実現した、画期的な新型ファイバーレーザマシン「ENSIS-3015AJ」（図1）の最新テクノロジーを紹介します。

ENSISによる薄板（SPCC・板厚1.0㎜）と厚板（軟鋼・板厚1インチ=25.4㎜）の加工サンプル

新型ファイバーレーザマシン「ENSIS-3015AJ」

2013年11月に米国・シカゴで開催された「FABTECH2013」で、新型ファイバーレーザマシン「ENSIS-3015AJ」を発表しました。「ENSIS」はラテン語で「剣」を意味します。

ENSIS-3015AJは、出力2kWのファイバーレーザ発振器と特殊光学部品によるビーム可変ユニット搭載の相乗効果により、基本性能を格段に向上した画期的なレーザマシンです。ENSISは、これまでのファイバーレーザの4kWに相当する切断を2kW発振器で可能にする高品質なレーザビームを実現すると同時に、軟鋼・板厚25.4mmまでの切断が可能となっています。

従来、板厚1インチ（25.4mm）の加工は4kWの加工領域でしたが、2kWで1インチを加工できるようにするのは世界で初めての試みであり、最適最少電力で稼働することによる省エネルギー効果は絶大なものがあります。

2013年11月、アマダが開発した世界唯一の工程統合型オールインワンマシンであるシートセンター「LASBENDAJ」が、ドイツ・BVS Blechtechnik GmbH（以下、BVS）で本格稼働を開始した。

BVSは、南ドイツ・シュツトガルト近郊にある精密板金サプライヤー。2000年以降、LASBEND-AJのベースマシンであるASTRO-540 InterProをはじめ、ベンディングロボットシステムASTRO-100NTセルなどを複数導入し、変種変量生産に対応する自動化に取り組んできた。2010年、同社を訪問したアマダの岡本満夫社長に、BVSのHarald Steiner（ハラルド・シュタイナー） 社長が「究極のオールインワンマシンをつくっていただきたい」と要望したことが、LASBEND開発のきっかけとなった。

アマダの岡本社長はこの要望を快諾。ハード・ソフト・レーザ・周辺装置・金型など全世界に展開するアマダの開発リソースからメンバーを選抜し、開発プロジェクトチームを編成。2年という極めて短い期間でプロトタイプを完成させ、2012年にドイツ・ハノーバー見本市会場で開催された「EuroBLECH2012」で発表した。

アマダとBVSは、メーカーとユーザーが二人三脚で開発したLASBEND-AJにより、EuroBLECH出展機の中から先進性や技術革新性などを基準に選考される「MM Award」を共同受賞した。

それから約1年――満を持して本格稼働を開始したLASBEND-AJについて、BVSのSteiner社長に話を聞いた。

LASBEND-AJで加工したワークをつぶさにチェックするHarald Steiner社長

――ドイツの板金業界の状況と展望を聞かせてください。

Steiner 社長（以下、姓のみ）　現在のドイツの板金業界は「良い（good）」と「満足できる（satisfactory）」の間くらいでしょうか。もちろん、得意先の業種によって大きなちがいがみられます。また、世界中のサプライヤーが欧州市場へと入り込んできており、欧州の板金業界では激しい受注競争が起こっています。効率的なマシンに投資する革新的な企業だけが、この競争で生き残ることができると私は考えます。こうした中で、LASBEND-AJによってもたらされる新しい価値は、当社に「一歩リードできるチャンス」を与えてくれると期待しています。

――LASBEND-AJ 導入の経緯と狙いを教えてください。

Steiner　約10年前、当社はこれまでの仕事に加え、小ロット・短納期の試作の仕事をスタートしました。この仕事に対応するためには、効率よく短時間でセットアップでき、しかも高精度で加工できるマシンが必要でした。LASBEND-AJは、人手を介することなく、レーザ切断・成形・タップ・曲げの工程を1つに統合したオールインワンマシン。様々な工程間のスケジュール調整が不要で、時間短縮を図れるうえ、完全な自動運転で、ドイツの高い人件費を削減し、コストダウンにつなげることができます。その分、付加価値の高い仕事に人材をまわすこともできます。

稼働を開始したアマダのシートセンターLASBEND-AJ

全自動小物曲げ加工システムEG-6013AR

アマダは、小物製品をターゲットとした全自動曲げ加工システムEG-6013ARを開発しました。

製造現場における安全要求は、急速に高まりを見せています。ベンディングマシンによる曲げ加工も同様で、より安全な作業改善が必要とされています。特に小物製品の曲げ加工ではその傾向が顕著であり、より抜本的な対策が求められています。

小物製品の曲げ加工は、作業者の手と金型が接近するため、常に安全上の課題があります。この課題に対して光線式安全装置など、いくつかの対策が提案されていますが、その大部分はベンディングマシンと作業者を分離することで安全を確保するため、作業性・生産性が低下する傾向があります。これらの理由により本格的な全自動小物曲げシステムに対する市場ニーズは年々高まっています。

1986年、当社は世界に先駆けてベンディングロボットによる全自動曲げ加工システムの販売を開始しました。それ以降、現在に至るまで約1,100台のシステムをお客さまに提供してきました。これらのシステムは各業種別の様々な板金製品に対応していますが、小物製品はこれまで自動化が困難な領域でした。

それらを背景に開発したEG-6013ARは安全性のみならず、高速・高生産性、精密小物曲げ加工、省スペースのコンセプトをもっています。これらのコンセプトを実現したEG-6013ARをご紹介します。

ベンディングロボットの加工範囲と位置づけ。小物製品はこれまで自動化が困難な領域だった

小多機能化・最適化によりロボットを1台に集約

従来の曲げ加工システムでは、多くの場合ワーク搬入搬出用ロボットと、曲げ加工用ロボットの2台が必要でした。これは各種干渉を回避するため、搬入搬出用と曲げ加工用でグリッパを使い分ける必要があるためです。

EG-6013ARではクランプ機能と、バキューム吸着機能の両機能を持ったコンビネーショングリッパを開発しました。これにより従来2台のロボットで行っていた搬入搬出作業と曲げ加工を、1台のロボットに集約し、大幅にシステムを簡略化しています。ベンディングマシンやロボット、周辺装置の小型化や、後述するロボットによる金型交換の効果も含め、設置スペースは従来の半分以下に削減されました。

また、コンビネーショングリッパは小物製品加工を目的に、クランプ部形状とバキュームパッドを小型化しています。従来は把持困難であった小物製品もコンビネーショングリッパで把持することができるようになりました。

ロボット本体は曲げ作業に最適な専用ロボットとして開発しました。ロボットアームの長さは綿密な軌道計画に基づいており、上腕下腕の長さ比率は一般的なロボットと異なっています。また、板金ワーク特有の大きな慣性モーメントに合わせ、手首軸の減速比は最適化されています。さらに、グリッパ用ケーブルは金型などの干渉を回避するため、スプリング保護構造を採用しました。ロボットアームの変更や、ケーブル保護構造によりEG-6013ARでは、干渉することなくベンディングマシンの中までロボットアームを挿入することが可能となりました。

これにより、従来に比べワークのつかみ替え回数を半数程度に減少させることが可能となり、加工時間は従来比約20％（最大約40％）程度削減しています。

干渉することなくベンディングマシンの中までロボットアームを挿入することが可能

世界No.1 のメカトロ工場を目指す

本講演では、当社が取り組んでいる「曲げ加工の自動化事例」と、今年度の下期に導入を予定している「EG-6013ARへの期待」についてお話します。

本題に入る前に、まず、メカトロシステム工場（群馬県富岡市）の概要を簡単に紹介します。

メカトロシステム工場は、沖電気工業(株)（以下、OKI）が展開するシステム機器事業の基幹工場です。従業員総数は854名で、そのうち部品加工を担当する190名が、金融系情報処理製品（ATM・出納機・自動契約機・現金処理機・窓口端末）、運輸系情報端末製品（航空向けのチェックインカウンター、搭乗ゲート、鉄道向けの窓口発券端末、自動券売機）などの製作に携わっています。

端末機器の筐体やメカ部品などの製作は、板金加工を中核技術としています。またプレス加工、機械加工、金型製作などにも対応しています。

海外向け製品は、基幹ユニットなどを除き製作しておらず、基本的には適地適産の考えに基づき対応しています。

メカトロシステム工場が目指しているのは、多品種少量生産で、世界No.1のメカトロ工場。そのため高精度・高効率なモノづくりを追求しており、板金加工に関しては、±5/100の加工精度を基準値としています。

工場で取り扱う品目数は20万点で、1日あたりの加工品目は500点程度です。製品1台に使用している板金部品点数は3,000点前後で、加工ロットが1月あたり20台程度のものもあります。

山科良宣製造部長

曲げ加工の自動化比率の拡大で、曲げ工程の強化を図る

本講演では、当社が取り組んでいる「曲げ加工の自動化事例」と、今年度の下期に導入を予定している「EG-6013ARへの期待」についてお話します。

OKIは、これまで最新のパンチ・レーザ複合マシンやパンチングマシンなどを適時導入してきました。そしてブランク工程の強化にともない、次工程である曲げ加工の仕事量も次第に増え、10年前に比べると約2倍になっています。

また、コストダウンのため部品の複合化を進めているので、1部品あたりの曲げ回数も従来より多くなっています。

生産能力の要求が高まる一方で、曲げ加工経験を3年以上持つ熟練作業者が年々減少、ベンディングマシンの老朽化が進むなど――曲げ工程の強化が必要でした。このような中、曲げ工程を運用していくための取り組みとして、「曲げ加工の自動化比率の拡大」と「マニュアルのベンディングマシン（汎用機含む）のNC対応化」を推進してきました。

OKIでは、非NC対応のベンディングマシン（汎用機）であっても、独自の改良を行い、NCデータを用いた加工を可能とする取り組みを行っています。また、ベンディングマシンにタッチ式の液晶画面を後付けし、作業者へ作業内容のガイダンスを提供しています。この取り組みにより、比較的経験が浅い作業者でも曲げ作業を行うことを可能としています。さらに、作業前に入力した設定値（寸法）をもとに、加工後の曲げ角度が公差内に収まっているかなども自動的に判別しています。

曲げ作業が完了した後は、曲げ方向や曲げ回数をチェックする画面が表示されます。画面をタッチして最終承認を行うと、完了報告とともに加工データが生産管理システムに反映されます。

OKIでは各工程にこのような仕組みを設けています。加工の進捗状況を誰でも把握できることで、工程管理の省力化や生産活動の“見える化”につなげています。

全自動曲げ加工システムEG-6013ARによる加工サンプル