生産ラインで使われる計量器についての考察

世界の生産拠点として韓国、台湾、中国など東アジアを中心に、生産設備への投資が続いており、この事に関連して生産ラインでの計量器の使用場面が増えています。特に日本国内の設備増設が低迷しているなか、日本で設計製造された生産設備が上記東アジア地域に設置される場合や、ラインに使用される主要機器が直接海外へ輸出され、現地生産される設備へ導入される機会が増えています。

生産対象となる分野は、リチウムイオン電池、ICなどの電子部品、液晶、LED、太陽光発電などの関連部品生産となり、これらの新分野は、いずれも日本メーカが市場開拓し、国際市場では敗退した新規市場となっています。

この市場で、面白いと思われるのは、日本は最終製品で市場シェアを落としても、その生産財となる設備では、現在もアジア各国と競合し、また、その設備の要となる各種センサーや計量器、吐出装置などのキィ部品では、未だ日本製が優位にある事です。 これらの事実は、日本の大手弱電メーカが、韓国、台湾、中国の新鋭アジア勢の黒物家電に市場を奪われ、いずれも赤字となり苦境に立っていることと無関係ではありません。

例えば液晶テレビの分野では、機器を構成する硝子、フイルム、接着剤や液晶用レジストなど、素材を製造する日本メーカの輸出が好調な事実があります。この現象は、過去ファクトリーオートメーション分野で第一世代のロボットが、※１また次にはPCが、部品の組み合わせで製品化されるようになった状況を連想させます。それは分解しても技術の見えない要素：ブラックボックスの組み合わせで、機器が完成する場合、ブラックボックスメーカのみが優位に立つ事を意味しているからです。

※１

1980年代、日本では世界に先駆けて、生産現場でのロボットブームが起きました。数多くのスカラーロボットが生産財として提案されましたが、多くのメーカは１社の制御機器や複数社のサーボモーターを組み合わせて製品化した為、価格競争を招き倒産しました

リーマンショック、その後の円高と日本メーカのガラパゴス市場対応が、弱電各社の苦境を産んだとの論調があります。しかし、過去の出来事から推測される結論は、新商品の企画力が無くなった状況下で、パーツのブラックボックス化が進み、日本の機器メーカの技術優位が崩れ、アジア各国との品質の同一化が進み、価格競争力を失った結果が、市場シェアを奪われ、長期低迷に繋がったと言えます。また言い換えると、古くはイギリス、米国の製造業衰退の延長線に、日本の産業界の中でも特に製造業の衰退が繋がっていると思われます。

この展開は、車業界にも波及すると言われており、複雑な内燃機関となるエンジンを積まない電気自動車市場拡大は、モータ、バッテリー、シャーシなどのユニットの組み合わせで、製品が完成される市場になりつつあると言えます。

このような状況下で、今後の日本は、製品の企画力を高めると同時に、短時間では追いつけない素材に近いパーツや要素のブラックボックス化を進め、容易に真似できない分野での専門技術確立を急ぐべきであると判断されます。また、企業の規模に関わらず、最終製品を売り込める市場が限定され、単品製品での売り上げシェアが大きくなった企業は、往々にして既に新たな分野での製品企画力や開発力が衰退しており、発展の余地ある市場への適応力が無くなっている場合が多く、今後の企業活動維持が難しい問題も考えられます。

前置きが長くなりましたが、自動機に計量器を利用する場合の注意点その他について、以下にまとめてみました。

自動機の分野では、最小表示が１μg（1gの100万分の１）となる通称マイクロ(ミクロ)天びんから、秤量が数十ｋgとなる大型の電子天びんまでが使われています。特にマイクロ天びんは、以前は有機微量分析などの特殊分野での使用実績しか無く、主に数ｍｇの分析用サンプル計量に使われていたのみでした。ところが、今まで主力であった大型テレビの生産が、ここ数年でスマートフォンなどの小型液晶に展開し拡大した結果、その画面に塗布されるレジストインクの管理量が、数100ｍｇから数ｍｇに縮小しました。そして、計量器に要求される計量表示も０．１ｍｇから０．００１ｍｇ(１μｇ)へと高感度化した経緯があります。

特に１μｇの計量では、人の体温や呼吸、人の動作に伴う振動や圧力変動、またエアコンによる微風や温度制御することによる温度のわずかなリップルなどが、計量誤差となり繰り返し性を悪化させる要因であることが明らかとなっています。

現在ライン用計量器で感度１μｇの商品を出しているのは、世界に数社のみであり、い ずれの計量器メーカも、出荷前に機器の性能を十分に社内で確認をしています。弊社でも丸１日に近い時間をかけて、１台ずつ自動機による連続した繰り返し性のデータを取り、製品として出荷しています。微量計量の誤差が、主に人を原因としており、人の手により１μgの繰り返し性を確認し、性能を問題視することは、特に自動機用計量器の場合にはお勧めできません。つまり実使用時には人手で操作することは無く、受け入れ検査時のみ上記外乱のある状態で検査する事の意味は無いと言えます。

自動機に組み込んだ実機で起きる問題と、その問題の解決方法は過去の経験から以下に集約されます。

以上をまとめると、自動化ラインでのより精密な質量計測場面が増えており、その背景にはより高い品質と生産性を実現したいとの要求があります。質量計測は光学式などと異なり、低価格で高精度に、固体・粉体・液体の表面から内部の欠損に至るまでの全量管理が容易に行える長所があります。また、その一方で計量時間が長い、設置環境の影響を受けやすい欠点もあります。特に設置環境の改善については、各種の解析用ツールが既に用意され、１μgの計量場面でも安定した計量が可能な状況となっています。既に確立されたこれらの技術を利用し、より安定で高速化した計量作業が実現できるよう、計量器メーカとして市場対応を進めていく所存です。

（第一設計開発本部　第５部出雲直人）