塗装・洗浄作業は製品の仕上がりに関わる重要な工程ですが、中小企業では手作業で対応している工場も少なくありません。しかし、自動化することで品質を均質化できるほか、作業員への影響を軽減できる可能性があります。
ここでは、生産ラインにおける塗装・洗浄作業を自動化するメリットとデメリット、自動化に必要な原則を解説します。
生産ラインにおける塗装・洗浄は、対象物のホコリや汚れを除去し、スプレーなどで塗料を塗布する工程を指します。製品のデザインに関わるほか、耐久性など機能性を高める役割を担っています。製品の品質にも影響するため、製品製造プロセスの中でも重要性の高い工程です。
塗装・洗浄作業は自動化も容易で、大手企業や大規模な工場ではオートメーション化も進んでいます。自動化はメリットが多く、省力化や品質向上、作業員の負担軽減などに繋がります。
塗装自動化で多く採用されている垂直多関節ロボットは、人の腕の動きと同様の動作ができるのが特徴です。塗装対象が複雑な形状であっても、職人の手で塗装していた時と同じように入り組んだ場所の塗装が可能です。
人の手の塗装の場合、作業員の力量によっては塗装ムラがあったかもしれません。しかし塗装ロボットの場合は、作業内容をティーチングすることで熟練した職人と同じように均一のムラのない塗装を実現できます。
塗料には有害な溶剤が使用されていることがあり、塗料の飛散する工程は現場作業員にとって過酷な環境となっています。また塗装対象によっては、足場の悪い場所での作業となるため安全面でも心配です。
しかし塗装ロボットを導入すれば、作業員は塗料が飛散するスペースへ入らなくてよいため、身体への悪影響を回避できます。
ティーチングした塗装ロボットは、同一動作によって品質を保持しながらも長時間の継続作業が可能です。そのため作業効率の向上や生産量のアップ、品質管理がしやすくなります。塗料の消費量についても無駄が少なくなるため管理しやすくなります。
塗装ロボットは導入したからといって、すぐに使うことはできません。自社で扱っている対象製品を塗装するための動作をプログラムするためのロボットティーチングというプロセスが必要になります。社内に専門知識を持つスタッフがいなければ、専門業者へ委託する必要があり、時間とコストがかかります。
塗装ロボットは塗装ガンが取り付けられているために、可燃性塗料とロボットからでる火花で爆発する可能性があります。最近では技術開発が進んで防爆対策がとられていますが、それでも工場内での作業は十分に気をつける必要があります。
また新規導入予定の塗装ロボットより先に別の作業ロボットを設置している場合は、塗装ロボットと一緒に稼働して問題がないか事前に確認しましょう。
塗装ロボットを導入するには、それなりのスペースが必要です。塗装ロボット本体だけでなく、周辺設備や他のロボットと接触しないためのスペースを確保しないといけません。別の作業を行っている作業員がいる場合は、その安全性も考慮してください。
垂直多関節塗装ロボットの価格は本体で300万円ほど※ですが、塗装する製品のサイズや機能によっても異なります。さらに周辺装置や設置するための安全柵、導入後のシステム構築費用なども掛かるため、そういった費用を含めてメーカーに問い合わせてください。
※参照元：FAプロダクツHP（https://jss1.jp/column/column_103/）
中小企業や小規模事業者を対象に、中小企業庁が施行している「生産性向上特別措置法」というものがあります。
その中にある「先端設備等導入計画」に認定されれば、認定計画に基づき導入した一定の設備についての固定資産税特例措置を受けられます。
そのほか、一部の補助事業において補助金の優先選択を得られるといった支援を受けられるのも特徴のひとつです。
塗装ロボットは産業用ロボットの一種です。塗装ロボットの場合はアームの先端に塗装用器具（スプレーガンその他）を搭載しており、自動車塗装などに使う大型なものから電子部品用の小型ロボットまで、塗装する製品に応じたさまざまなサイズがあります。
産業用ロボットは空間上の任意の位置で作業を行うため、3つ以上の関節（軸）が必要になり、その関節をどのように配置するかによってロボットの種類は分類されます。
垂直多関節ロボットは、産業用ロボットとして現在主流になっている形状です。全ての関節を回転で構成しているので、人間の腕のように柔軟な動きを実現しています。塗装用垂直多関節ロボットの場合は、5～6軸構造が多くプログラムのティーチング次第で繊細な塗装作業も可能です。
ロボットアームの先端部を用途に応じた塗装ガンに替えられるため、複雑な形状にも対応できます。
直角座標ロボットは3つの軸がスライドして移動するロボットのこと。シンプルな構造のために、複雑な動作はできませんが扱いやすいロボットです。垂直多関節ロボットと比べて低コストで導入できるのもメリットです。
ただし作業領域のわりに設置面積が大きくなるというデメリットもあります。
スカラロボット（水平多関節ロボット）とは水平方向の動きに特化したロボットのことで、高速移動が得意。3つの回転動作と1つの上下動作がベースで、可動範囲に制限があるものの平たい形状ワークの塗装には適しています。
塗装ロボットで採用されている塗装方式を紹介します。塗装ロボットでは着色や仕上がりの美しい「静電塗装」が採用されることがほとんどです。
静電塗装とは静電気の仕組みを利用した塗装方法のことで、霧状になった塗料に静電気を効率よく帯電させ、静電気の力で被塗物に塗着させます。
微粒化した塗料でムラなく美しい仕上がりを実現できるほか、塗着効率がよいため作業効率も向上します。無駄な飛び散りがないため、塗料のムダ使いを防ぐことができます。大量生産に向いている塗装法です。
回転霧化静電方式（または回転霧化方式）とは、遠心力を使って塗料を霧化させて噴出へつなげる静電方法のひとつです。
まずはエアモータを高速回転させて、軸と軸受の間に空気膜を作ります。次に軸受面に圧縮した空気を流入させてカップ状の装置（ベルカップ）の内部に非接触の高速回転運動を作り出します。塗料はこの回転運動によって微粒の霧状になり、シェービングエアの空気圧でワークに向かって噴出します。
自動洗浄機とは、その名の通り対象製品を自動で洗浄する装置のことです。洗浄の対象となるものはサイズや素材、汚れの種類が異なります。そのため自動洗浄機のほうも、被洗浄対象物のサイズや形状、洗浄の溶剤などに応じた装置が必要となります。
自動洗浄機は、被洗浄対象物によって製品を選ぶ必要があります。
洗浄する用途の種類では、ガラス製品やプラスチック製品や、ラボラトリーで使用する器具、製造プロセスに用いるパーツ、食品加工工場におけるセイロやプラスチックコンテナの洗浄、床といったさまざまな用途があります。汚れの種類も水溶性の汚れと非水溶性の汚れでは洗浄に使う溶剤が異なってきます。
生産工程内での洗浄を自動化するために理解しておきたい原則を解説します。洗浄の品質を効果的にすることで生産技術も高まります。
洗浄の原則とは「対象物に取れない汚れを付けない」ことです。生産ラインでは、通常は次の工程に進む際に良品が渡せるように設計されているものです。そのため汚れがついた製品が次の工程に向かうことは例外ですが、生産技術を担当する作業員は各工程で生じる想定内の汚れを洗浄するための処理を検討しなければなりません。
生産ラインの工程中に付いた付着物に熱や圧力、化学的反応など作用すると汚れは取れなくなる可能性が高くなります。
そのためその工程で生じる可能のある汚れを除去するための手段（ブラシ洗浄・超音波洗浄・洗浄機など）を使い、想定される汚れを除去してください。
さらに一度除去した汚れを再付着させないよう気をつけることも大切です。洗浄装置を使用している場合は、定期的に洗浄液の交換やフィルター交換などのメンテナンス管理を実行してください。
「生産ラインの前行程で落としきれない汚れが残る」「洗浄の最終工程のリンスできれいな状態にできない」「リンス液自体が規定より汚れている」といった理由で、洗浄不良（シミ）が生じることがあります。
洗浄溶剤やリンスを残したまま乾燥させると化学反応を起こしてシミが取れなくなる場合もあるので自動化する際は、定期的な溶剤のチェックやメンテナンス、洗浄不良を起こさないための対策が必要です。例えば洗浄する製品の形状の隙間に洗浄液が残留しないように、置き方を工夫するなどです。
自動洗浄装置は用途やサイズに応じてさまざまな種類があります。こちらでは幾つかのタイプをご紹介します。
コンベアを用いたスルータイプの洗浄装置です。入口から出口までワークの洗浄処理を連続的に行えます。コンベアの入口付近でムース状の洗剤が発泡され、その後洗浄、水切り、乾燥へと進みます。
タンク内を洗浄する装置のことで、洗浄する際に自動的にノズルが降りて洗浄します。定位置で洗浄するタイプや上下稼働させながら洗浄するタイプがあります。
洗浄後はまたノズルは上昇して装置の本体に収納されるこちらのシステムを「シリンダー式ノズル昇降機」と呼びます。
こちらもタンク内を洗浄する装置で、タンクと天井までの距離が短くて上記のシリンダー式昇降装置を設置できないケースなどに向いているロボットです。ホースリールを用いてタンク内の洗浄を行います。
コンテナ内やブース内を洗浄するための装置です。コンテナ内に洗浄ノズルが挿入され、洗浄後に待機位置まで戻ります。ブース内においても回転ノズルを用い、圧縮エアーの圧力や流量を調整して汚れを落とします。洗浄液は汚れに吸着するムース状の泡からすすぎが容易な柔らかい泡まで調整可能です。
洗剤を投入してエアー源を接続すれば、移動しながら洗浄泡を噴射して対象物を洗浄できるタイプです。
塗装・洗浄の省力化・自動化で失敗しないためには、製造現場の改善を得意とするプロへの相談が近道。自動化はコスト削減や生産効率化に寄与する一方、適切な機械や自動化の手法は工場によって異なるため、ノウハウ豊富なプロのサポートを受けることが重要です。
本メディアでは、中小製造業の生産ライン改善を得意とするプロフェッショナル「TMNホールディングス」監修のもと、『生産管理』『品質管理』『生産技術』の成果を最大化する生産ライン改善をご紹介。一部工程のみならず、生産ラインにおける根本的な問題にフォーカスし、適切な改善施策を実行していきましょう。
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※画像引用元：TMNホールディングスHP（https://www.tmnet.co.jp/）
TMNホールディングスは、中小企業の製造現場を熟知したプロ集団。これまでに緊急対応17,280件、預かり検査1,440件という豊富な実績を積み重ねており（※2025年5月7日時点）、現場のリアルな課題に即した提案が可能です。
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工場診断とは、製造現場の設備や生産・品質管理手法を分析し、課題や改善点を明確にするための診断。
工場の改善点が可視化されるだけでなく、競合他社との違いや自社の水準を比較することも可能です。
工場診断の結果を元に課題解決へ取り組めば、生産性の向上やコスト削減にも繋がるでしょう。
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