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新しい素材のプラスチックがバルブシステムの品質を飛躍的に高めます

Aventics社は、自社の透析装置のバルブシステムに使用されるプラスチック部品を変更したところ、従来使用していたエア式ナットランナで締付けたトルクの値が設定した上限値を超えてしまいました。そのため、ねじ山に負荷がかかり、不具合率が大幅に上昇しました。それを解決したのは、Microtorquスクリュードライバです。このツールを使用すると、この新しい素材を安全なプロセスで組み立てることができます。

「頑丈でコンパクトな空圧機器は、ライフサイエンス分野でますます重要になってきています」と、ドイツのラッツェンに拠点を置くAventics社で品質管理を担当しているダニエル・ゲーベルト氏は述べています。「医療分野では、電気的および機能的に高度に統合された低圧用途向けのソリューションの必要性が次第に高まってきています」ゲーベルト氏は、同社の豊富な製品ポートフォリオの一例として、透析装置のバルブシステムを挙げます。「このようなコンポーネントは、精度と高い信頼性を兼ね備えています。当社は、製品を絶えず改良しています」

プラスチックを変更したことで、ねじの緩みが発生

Aventics社は、今後の製品開発においてシステムのベースプレートに新しいタイプのプラスチックを使用することを決定しました。しかし、プレシリーズ段階で、ねじ山への過負荷が数多く発生してしまいました。ダニエル・ゲーベルト氏は問題解決プロジェクトを開始しました。エンジニアリングチームはシステム全体を詳しく調べ、すぐに問題の原因を発見しました。これまで使用されていた空圧式ストレートナットランナが、ベースプレートの新しい素材には適していなかったのです。このタイプのツールは設計上、一定のトルク値かつ一定の速度でしか、ねじを締めることができません。「ツールの慣性力のために、セルフタッピングねじが締められたときに、ねじ山が痛んでしまっていました」と、ゲーベルト氏は述べています。新しいプラスチックは化学的観点から見ると適していたのですが、脆弱でもあったのです。それまで使用されていたプラスチック製コンポーネントは、新しいプラスチック製コンポーネントよりも厚く、頑丈で、強度が高いものでした。指定トルク値は 18 cNm(= 18 センチニュートンメートル、または数百ニュートンメートル = 0.18 Nm)という極めて低いのですが、この値を繰り返し超過しても損傷しませんでした。新しい素材への変更は、Aventics社が、安全な組み立てプロセスを確保することを視野に入れてそれまで使用されていた締付けシステムを見直すきっかけとなりました。

医療用空圧式バルブの組み立てプロセス

Aventics社の従業員フランク・シュトラウベル氏は、「ハンドヘルド空圧式ストレートナットランナと比較して、Microtorqueシステムは、はるかに騒音が少なく、高精度です」と述べています(写真:アトラスコプコツール)

「弊社ではすでに20年前から空圧式ツールを使用しており、問題が発生したことはありませんでした」と、ゲーベルト氏は説明します。「しかし、これほど複雑で小型の組み立て用途は今までなかったのも事実です」この用途では、Torx-T2ヘッド付きセルフタッピングM1.6ねじを総計44個使用して、全体のサイズが約12 cm x 14 cmのベースプレートに、フィルタとスリーブを備えた22個の小型バルブを設置する必要があります。さらには、組み立てプロセスの後には、全数検査を行います。「リワーク作業や交換が必要な不具合が発見された場合、コンポーネントごとの追加の人件費はすでに約20ユーロとなります」と、同氏は言います。Aventics社は、この用途に新開発のMicroTorqueスピンドルを採用するというアトラスコプコツールの提案を喜んで受け入れました。デジタルで監視され、電流制御されるこのスピンドルは、12.5~50 cNm(0.125~0.5 Nmに相当)の広い動作範囲に加え、操作の容易さと用途の広さによって、Aventicsチーム社のチームを驚かせました。

洗練された締付け方法で素材に勝つ

直径0.93 mmのセルフタッピングねじのスレッドターンはわずか4.5ですが、MicroTorqueスピンドル(タイプQMC41-50-HM4)は、この非常に短い間に3段階の締付けプロセスを完了します。ダニエル・ゲーベルト氏が、このプロセスを詳しく説明してくれます。「締付け時間の始めに、スクリュードライバインサートが速度を下げて回転し、ツールをTorx-T2ねじ頭に挿入します。この挿入段階の完了後、回転角度ステージに切り替わり、ねじ頭が素材表面に接触するまで500rpmでねじが締められます。この時点に達するとすぐに、スピンドル速度は210rpmにまで大幅に下げられ、トルク制御段階でねじが最終的なトルク値である18センチニュートンまで締められます」Microtorqueシステムは、すべての段階で回転速度を自由にプログラムできるので、様々な締付け用途に利用することができます。スクリュードライバとコントローラが発する光と音の信号により、オペレータは、いつでも組み立て結果の概要を把握することができます。「締付け作業を制御および監視できるようにしたところ、不具合率は実質的にゼロになりました」と、生産計画担当者であるアイアン・ホロズ氏は述べています。秋の終わりまでに、システムは何の問題もなく8万回の組み立てサイクルを完了しました。

詳細な締付けプロットで品質を監視

アトラスコプコが新たに開発したシステムの素晴らしさはこれだけではないと、ゲーベルト氏は強調します。「Microtorqueコントローラは非常にコンパクトな設計となっており、そのグラフィック機能は、実に素晴らしいものです。普通のPCに接続するだけで、コントローラは詳細なグラフと締付けプロットを印刷してくれます。グラフとプロットは明確で分かりやすいものとなっています。弊社では、締付けプロットの分析を通じて締付け作業を詳細に分析し、プロセスの各段階で起こっていることを正確に把握することができるようになりました。これは空圧式のツールではまったくできなかったことです」

締付けプロットが供給されるコンポーネントの品質を示唆

Aventics社の組み立てプロセス

フランク・シュトラウベル氏が、制御されたMicrotorqueスクリュードライバシステムを使用して、ライフサイエンス分野の空気圧コンポーネントを組み立てています。バルブシステムを44個の極めて小さなM1.6ねじを使用して締付けます。締付け回数は自動的にカウントされます。(写真:アトラスコプコツール)

このスクリュードライバシステムのもう1つの利点として、アイアン・ホロズ氏は、サプライヤから購入したコンポーネントの品質を評価できることを挙げています。「出力されるグラフにより、挿入抵抗値の変動を正確に知ることができます。このような変動は、射出成形コンポーネントの加工済みねじ穴の直径が、指定された許容値の範囲外である場合に発生する場合があります。Microtorqueスクリュードライバは、ねじの挿入時に、摩擦力の変化をマイクロ単位で検出します」摩擦力の値が指定値とかけ離れていた場合、Aventics社は、締付けパラメータを調整したり、問題のコンポーネントを拒否してサプライヤに苦情を申し出たりすることで、このような変化に対処することができます。このアプローチにより、ねじのコーティングのわずかな変化やプラスチック部品の材料特性も明らかになります。

オペレータは人間工学から得られる利点を高く評価

Aventics社

Aventics社の品質マネジャーであるダニエル・ゲーベルト氏(左)と生産計画担当者であるアイアン・ホロズ氏は、新型Microtorqueスピンドルを使用した試験導入中、アトラスコプコの専門家と定期的に情報を交換しました。「3段階の締付けプロセスのおかげで、私たちは不具合率を大幅に下げ、かつてないほど正確な生産を実現しています」と、ゲーベルト氏は述べています。(写真:アトラスコプコツール)

プロセスの安全性と技術的なパフォーマンスの大幅な改善だけでなく、従業員に受け入れてもらえることも重要です。エアナットランナと比較して、Microtorqueシステムはほぼ無音です。さらに、小型のQMC41-50-HM4スピンドルはリニアアームによって支えられており、オペレータの負担をさらに軽減します。そのため、オペレータはすぐにこの新しい機器を受け入れました。「3段階の締付けプロセスのおかげで、高トルクでの高い精度を実現できました。その結果、締付け作業の最初から最後まで、正確に圧力を加えることができます。これは、締付けにとって非常に重要なことです」と、試験導入が成功した後に多目的Microtorqueシステムを購入したダニエル・ゲーベルト氏は述べています。「現在、組み立て作業はかつてないほどうまくいっています」