サーボプレスと空気圧プレスの比較

2つのテクノロジーを理解する

プレスの種類によって力の伝わり方が異なり、精度、エネルギー消費、制御に影響を与えます。そのメカニズムを理解することで、エンジニアは要求の厳しい組立作業に適したソリューションを選択することができます。

サーボプレスの基本

サーボプレス は、サーボモーターとボールねじまたはダイレクトドライブのセットアップを使用して、電力を運動に変えます。エンジニアは、ソフトウェアでストロークの長さ、速度、力、保持時間を設定することができます。これにより、異なる部品や材料に合わせて調整可能なプログラム可能なプレス曲線が作成されます。

システムはクローズド・ループ・フィードバックで作動する。センサーが常に位置と力を監視し、精度を保つためにモーターのトルクを瞬時に調整します。これにより、ストロークで約±0.01mm、力で±1 %の繰り返し精度を実現し、PCBコネクターやセンサーハウジングのような繊細な作業に最適です。

各プレスサイクルで荷重-変位曲線が作成され、デジタル記録として機能します。エンジニアはこのデータを使って、部品の品質をチェックしたり、工具の摩耗を発見したり、ISO/IATF文書化のニーズに応えたりすることができます。

例
2kNのPCBコネクターラインでは、空気圧プレスからサーボプレスに切り替えることで、ばらつきを0.08mmから0.012mmに削減し、不良率を76 %削減しました。

空気圧プレスの基礎

空気圧プレスは、圧縮空気をシリンダーに送り込み、ピストンを押し下げて力を発生させます。強度が高く、メンテナンスが簡単で、0.3秒以下の高速サイクルが可能なため、タグ付け、ラベリング、クリップの組み立てなどの高速作業に最適です。

しかし、空気圧システムはオープンループ制御で動いている。その出力力は空気圧に依存し、空気圧はコンプレッサーの負荷、漏れ、温度によって変化する。そのため、±10～15 %の力の変化が生じることがあり、結果が安定しません。

ある3バールのプラスチック・ハウジングのテストでは、わずかな圧力低下で、部品を損傷させるのに十分な300～400Nの押圧力が変化した。コンプレッサーはアイドル状態でも作動し続けるため、システムも電力を浪費する。典型的な2kWのコンプレッサーは、熱や空気漏れとして20～30 %の電力を失います。

サーボプレスと空気圧プレス：主な性能の違い

これらのシステムは、実際の生産条件下でどのような性能を発揮するのでしょうか？精度、エネルギー効率、そして性能が真に重要なモーション・コントロールを比較してみよう。

コントロールと精度

サーボプレスは真のプロセス制御を提供します。ワークピースまで素早く移動し、接触する前に減速し、設定された力を加え、ターゲットで正確に停止します。これにより、すべてのピン、コネクター、ブッシングが毎回正確にプレスされます。

空気圧プレスは、エンドストップまたは圧力設定に依存する。センサーを追加しない限り、部品がずれたり、押しすぎたりしても検出できません。生産において、この違いは、サーボプレスのCpk > 1.67（高いプロセス安定性）に対して、空気圧プレスのCpk 1.2程度を意味します。

エネルギー効率

サーボプレスはエネルギーを節約する。動いているときだけ電力を消費し、減速しながらエネルギーを戻すこともできる。サーボプレスは1,000サイクルあたり約0.6 kWhの電力を使用し、空気圧式は1.8～2.0 kWhの電力を使用する。1年間（2,000時間）使用すると、2,400～3,000kWh、プレス1台あたり約400～600米ドルの節約になる。

空気システムは、漏れや待機負荷によってさらに効率を落とします。多くの空気圧ステーションを使用している工場では、総空気エネルギーの最大25～30 %を浪費し、コストと排出の両方を増加させる可能性があります。

スピードと応答性

空気圧プレスは、短時間の繰り返しサイクルでは、依然として純粋なスピードでリードしています。空気は瞬時に放出されるため、大量の作業でも非常に速い動作が可能です。

サーボプレスはやや低速だが、より制御されている。速度をスムーズに調整でき、接触前に減速して衝撃を防ぎます。ある2kNの挿入工程では、サーボモーションは、サイクル時間がわずかに増加したにもかかわらず（0.4秒対0.3秒）、部品の変形を60 %以上減少させました。

速度よりも歩留まりや品質が重視される軽作業用組立では、サーボ制御の方がより良い結果をもたらし、工具寿命も長くなるのが普通です。

騒音とクリーンな操作

空気圧プレスは、エア抜きとコンプレッサーのノイズのため、多くの場合75～85dBと大きな音がします。サーボプレスは60 dB以下の静かな動作で、オイルミストや排気は発生しません。

この違いは、エレクトロニクス、光学、医療生産などのクリーンな環境において鍵となります。よりクリーンな空気、より低い騒音、より少ないメンテナンスにより、サーボプレスはこれらの産業により適しています。

ライトアセンブリーにおけるアプリケーション・シナリオ

製品によって、求められるプレス戦略は異なります。このセクションでは、サーボプレスと空圧プレスの得意とするところを探ります。

サーボプレスを選ぶとき？

サーボプレスは、高精度でトレーサビリティのある加工に最適なオプションです。

このような用途に適している：

• • コネクタとPCBアセンブリ - プレスは挿入深さを±0.01mm以内に維持し、電気的接触を安定させ、はんだ接合部のストレスを回避します。

• • センサーと光モジュールのアセンブリ - スムーズで制御された動きは、レンズの歪みや繊細な部品の割れを防ぎます。

• • ベアリングまたはブッシング圧入 - 内蔵の力-変位曲線は、ダメージが発生する前にミスアライメントを検出します。

• • 医療用またはクリーンルーム製造 - オイルフリー、低振動モーションはISOクリーンルーム要件に適合。

サーボプレスは、高速接近、低速接触、制御された圧力保持、監視されたリリースといった多段階のプレスサイクルを実行できる。これにより、完全にプログラムされた1回の操作で、複数のステップを実行することができます。

例えば、センサーモジュールの組み立てを行うある電子機器メーカーは、かつて異なる工程に3つの空圧ステーションを使用していました。デジタルプロファイルを保存した1台のサーボプレスに切り替えることで、セットアップ時間を80%、スクラップ率を65%、検査時間を半分に削減し、しかもシフトごとに一貫したフォースカーブを維持することができました。

空気圧プレスを選ぶとき？

空気圧プレスは、文書化を必要としない、単純、高速、低精度の作業に適している。使いやすく、高速で、メンテナンスも安価です。

よく使われる：

• • プラスチックや軽金属部品のリベット止めや杭打ち

• • タグ、ネームプレート、ステッカーの貼り付け

• • スナップフィットまたはクリップアセンブリ

• • 軽包装または部品整列

空圧プレスは、オペレーターがほとんど関与することなく、0.3秒未満でサイクルを完了することができます。メンテナンスはシールの交換とフィルターの清掃だけでよく、小規模の店舗や手動-自動化ラインに実用的な選択肢となります。

しかし、その力は空気圧の安定性に左右される。漏れや圧力の低下は、数百ニュートン単位で力を変化させ、アセンブリの寸法にばらつきを生じさせます。長時間の運転では、このような不一致が検査の必要性と手直しコストを引き上げる。

コストと投資収益率

理論よりも数字がものを言う。エネルギー、スクラップ、メンテナンス、そして長期的な価値を考慮した場合、各システムが経済的にどのようなパフォーマンスを示すかを紹介しよう。

イニシャルコストとランニングコスト

3kNの空圧プレスは通常3,000～4,000米ドルで、同サイズのサーボプレスは約8,000～10,000米ドルである。しかし、運転コストは違う：