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パレタイザーについて徹底解説!

パレタイザーについて徹底解説!

パレタイザー 2024.04.03

少子高齢化が進む現代日本において、製造業は深刻な人手不足問題に直面しています。人材確保の難しさは、生産性の低下や品質の不安定化にもつながり、企業の競争力低下を招きます。

そんな課題解決の切り札として注目されているのが、パレタイザー(パレタイズロボット)システムの導入です。

パレタイザーの導入を行った製造ラインで実際にパレタイザーが稼働している画像

本記事では、パレタイザー導入のメリットを詳しく解説し、導入事例や導入時の注意点も紹介します。さらに、ロボット導入がもたらす未来への可能性についても考察します。

パレタイザー(パレタイジングロボット)の基本知識

パレタイザー(パレタイジングロボット)とは?

パレタイザーの

まず、ベルトやストレッチフィルムで固定する梱包工程や梱包形態をパレタイズやパレタイジングといいます。

そして、各製造工程を経て梱包された製品を、輸送・保管するためにパレットに整理して積み付ける積載作業に特化した装置をパレタイザー(ロボットパレタイザー、パレタイズロボット、パレタイジングロボット)と呼びます。

最近では原材料や製品を掴むために使うロボットアームの先端部(ハンド)の性能が進化してきており、より幅広い作業に対応できるようになってきています。

機械式パレタイザー

機械式パレタイザーの画像
《引用》http://www.shinmaywa-autosales.co.jp/products/detail/detail2-2.html

ロボットアームやコンベアなどを組み合わせたシステムで、製品をパレットに積み付ける作業を自動化する装置です。
段ボール箱を一段ずつ積み付けパターンで並べてから、スライドさせてパレットに積み上げていきます。

メリット

  • 高能力で処理できる
  • 荷姿が綺麗であり、荷崩れしにくい

デメリット

  • 設置のうえでは、大きなスペース     必要とする
  • 多品種対応ができない

直交ロボットパレタイザー

直交ロボットパレタイザー
XYZ軸の直線動作の組み合わせでハンドが動くロボットパレタイザー
《引用》https://shokuhinkojo-butsuryu-navi.com/equipment-feature/4991/

XYZ軸の直線動作の組み合わせでハンドが動くロボットパレタイザー。直線動作で可動域がコンパクトなため、多関節ロボットと比較して省スペースでの設置が可能です。また天井の低い現場に設置できる低全高のタイプもあります。

メリット

  • アンカー打ちが少ない
  • 多関節ロボットに比べて安価
  • 品種の変更に対応できる

デメリット

  • Z軸の高さが必要なため、天井の低い工場には適さない
  • 積載の処理能力は1個ずつ掴むため  機械式ほど高くない
  • 事故防止のために安全柵が必要

多関節ロボットパレタイザー

多関節ロボットパレタイザーの画像

1960年以降急速に普及したもので、人の荷物の積み立てと同じような挙動を実現したことで省スペース化を可能にしました。現在では、パレタイザーの大半をロボットパレタイザーが占めています。ロボットパレタイザ―のメリット・デメリットとしては以下の点が挙げられます。

メリット

  • 動作領域が広い
  • 動作の自由度が高く、周辺機との連携がしやすい
  • ハンドの交換を容易することができ、設計・取り付けがしやすい

デメリット

  • ロボットの動作の無駄がサイクルタイムに影響しやすい
  • 衝突されや挟まれによる事故が起きやすい
  • 事故防止のために安全柵が必要

パレタイザー導入のメリット・デメリット

パレタイザー導入のメリット

省人化によるコストの削減
パレタイザーを導入することにより、パレットへの積載作業に従事している人数を減らすことができ、人件費等の削減が可能です。人件費削減により、製造コストを引き下げ利益率拡大につなげることができる。同時に、労働不足も解消することができる。

生産性向上
近年、重労働な積載作業は人員を確保することは困難になりつつあります。パレタイザーを導入することで重労働である積み付け作業をロボットに任せることができ、労働環境が改善します。また、作業者をほかの作業に割り当てることができ、人手不足を解消し、生産性を向上させることができます。さらには、ロボットビジョンシステムなどを導入すれば、品種識別や、画像検査、ティーチングなども自動化でき、生産性の向上がより望めます。

ヒューマンエラーによる積み込みミスの防止
長時間の作業は集中力低下などによりミスが発生することがあります。パレタイザーを導入することにより、積み方や荷物の向きを間違えるといったヒューマンエラーも同時に削減できるので、作業品質の向上にもつながります。長時間作業しても作業の質が変わることはありません。

パレタイザーの導入デメリット

パレタイザーは、人手不足解消や作業効率向上など多くのメリットがありますが、同時にいくつかのデメリットも存在します。

①初期投資費用
ロボットを導入するには、ロボット本体、コントローラー、周辺機器など、多額の初期投資が必要です。中小企業にとっては、導入コストが大きな負担となる場合があります。

②保守管理
ロボットは、定期的なメンテナンスや修理が必要となります。専門知識を持った技術者による保守管理体制を構築する必要があります。

パレタイザーの応用例

パレタイザーの基本機能は前述の通りですが、近年、パレタイザ―はさらなる進化を遂げており、以下のような機能もあります。

製品種類によって積み付けパレットを選択
製品をコンベヤライン上に流す際にバーコード・QRコードを読み取り、製品情報をロボット制御部に送ることによって、ランダムに流れてくる製品を種類ごとに分類して積み分けも可能です。

カゴ台車に直接積み付け
3Dカメラと組み合わせることによって、パレットではなくカゴ台車に直接積み付け可能なパレタイザーもあります。製品を移動させる工程を減らすだけでなく、時間短縮の役割も果たしています。

多関節ロボットを使った開梱システム
パレタイザーの多関節ロボットに特殊なハンドを取り付けて、原料入荷時の段ボール箱を開ける、中身を取り出すといった開梱作業を、人に代わってロボットが作業するシステムも開発されています。

パレタイザーの価格

協働ロボットにかかる費用を算出している時を連想させる画像

パレタイザーには、様々な種類があり、機能性などもシリーズ毎に異なってくるため、本体価格は約500万円から多種多様に存在します。ただし、パレタイザー導入時には、本体以外にも周辺機器や据付工事費などの設置コストが別途かかるため注意が必要です。

<例:ロボットパレタイザーにかかる費用>

・本体価格
・周辺機器(架台、ハンド、コンベヤ、安全柵など)
・据付工事費
・安全教育
など

パレタイザーの安全性

協働ロボットの安全性について連想させる画像

パレタイザーによる事故のリスク

協働ロボットは、人とロボットが同じ空間で作業できるロボットです。従来の産業用ロボットと比べて安全性は向上していますが、事故リスクがゼロではないことを理解しておくことが重要です。

協働ロボット導入における主な事故リスク

▼接触事故
ロボットアームやエンドエフェクタとの接触による打撲、骨折、切断など
▼挟まれ事故
ロボットアームと他の物体との間に挟まれて、打撲、骨折など
墜落事故
ロボットが持ち上げた物体が落下し、人や物に当たって、打撲、骨折など

パレタイザーは、上手く活用することで現場の省人化や省力化、生産性の向上などの大きなメリットを得られる心強い存在です。一方で、産業用ロボットは人の何倍もの出力で稼働することから、安全対策が不十分なまま運用をしてしまうと大きな事故につながりかねません。パレタイザーには作業者との衝突を防ぐためのセンサーが搭載されていますが、パレットや箱などが落下して作業者に衝突する危険性もあるので注意が必要です。産業用ロボットによる労働災害は年間で30件前後発生しており、その過半数が挟まれ・巻き込まれや激突されるといった比較的重篤な事故です。作業者が安心してロボットと協働できる環境を整えるためにも、現場での安全対策が重要となります。

求められる安全対策

リスクアセスメントの実施
ロボット導入前に、作業環境や作業内容を分析し、潜在的なリスクを評価

安全対策の徹底
安全柵の設置、安全停止機能の整備、作業員の安全教育など

ロボットの安全規格への適合
ISO 10218-1やISO 15066などの安全規格に適合したロボットを選ぶ

定期的な点検・整備
ロボットの動作確認、安全装置の点検など

前述のとおり重篤な事故にもつながりかねないため、適切な安全対策が求められます。作業時の安全を担保するために、労働安全衛生法で自動運転中はロボットとの可動範囲内に作業員を立ち入らせないことが大原則として規定されています。事業者が取るべき安全対策のための措置としては、作業員の侵入を防止する安全柵の設置や柵の出入口が開口するとロボットの動作が停止するインターロック付き扉の設置、自動運転中や教示作業中などロボットの状態がすぐ分かるように表示させることなどがあげられます。

導入前のお悩みごと

協働ロボットの導入を検討する際にどのように選定するのか

導入にあたっての条件はクリアできていますか?

前述の通り、パレタイザ―には、様々な種類があるため、

「パレタイザ―で本当に省人化・自動化が実現できるのかな・・・」

「自社に合っているパレタイザ―はどの種類かな・・・」

「判断基準が分からず、パレタイザ―の導入を躊躇している・・・」

など、導入前の様々なお悩みがあるかと思います。そこで、導入における主な判断基準をご紹介します。導入の際には、下記に注意しましょう。

新規にロボットを導入する際は、対象となるワーク、設置スペース、動作環境、電源、生産目標といった制約条件を整理しましょう。それらの条件に基づいてロボットのサイズ、精度、速度、可搬重量、コストなどの要求仕様を洗い出し、ロボットを選定します。要求仕様に適合するロボットの候補がなく、設置環境自体を見直さなければならない場合もあります。

パレタイザーの選定手順

判断基準を事前に認識しておくことで、パレタイザ―の導入可否や自社に適したパレタイザ―選定の検討をスムーズに進めることができます。次ページより、各判断基準・注意点について説明します。

積載物の形状

ご要望の積載物の形状が積載可能であるか確認しましょう。パレタイザーは、段ボールケース、袋もの、折りコンのようなプラスチックケースなどの積付けが可能です。

但し、ハンドやパレタイザーによって積載物の形状の得意不得意がありますので、選定を誤ると想定した能力を得られない場合があります。また、積載物の形状に合わせて最適なハンドやパレタイザーを選定することで導入費用の無駄をなくすことができます。

可搬質量

可搬質量とは、パレタイザーが対応できる積載物1個の質量を指します。
但し、可搬質量にはハンドの重量が含まれているので注意が必要です。

例えば、可搬質量50kgのパレタイザーでは、50kgからハンドの重量を除いた重量の積載物を1回に荷積みすることができます。この可搬質量とパレタイザーの価格は比例する傾向があるので、自社が扱う積載物の重量に最適なパレタイザ―を選定することで導入費用の無駄をなくすことができます。

選定前チェックリストのダウンロードはこちらから

パレタイザーを導入する際に協働ロボット、産業用ロボットどちらが適切かチェック!

ダウンロード

パレタイザーのハンドとは?

パレタイザ―のハンドとは、パレタイザーの先端の部分で、積載物を掴む部分のことを指します。

このハンドに求められることとしては、
積載物を損壊させないこと
積載物を落とさないこと

などが挙げられます。パレタイザーを導入する際に多くの企業が悩むのはロボットハンドの選定です。ハンドの選び方を間違えると、非効率になるだけでなく、思わぬトラブルを引き起こす要因となります。上記のような事態を回避するために、積載物に適したグリップ力、摩擦力、せん断力、面圧などのスペックを持つハンドの選定が重要となります。

パレタイザーのハンドの種類

パレタイザーのハンドには、主に“把持ハンド”“吸着ハンド”の2種類あります。各ハンドの特徴を解説していきます。

把持ハンド

把持ハンドの画像

挟み込み型は、積載物を挟んで掴むタイプのハンドです。製品の大きさや硬さ、重量などによって挟み込み部分の形状や種類を変更するため、基本的にどのような積載物でも対応が可能です。ただし、挟み込んで積載物を離す際の動作が必要になるので、積載物同士に若干のすき間ができます。また、挟み込み型ハンドは圧力を上げると強いホールド力を発揮するため、溶接作業や切削作業などで、対象物をしっかりと固定するときにも利用することができます。

吸着ハンド

吸着ハンドの画像
実際に段ボールを持ち上げている画像です。

吸着型は、真空パッドや磁力パッドで製品を掴むタイプになります。ただし、真空状態にして積載物を吸着するため、重量や積載物の性質によっては対応できない場合があります。特徴としては、電気を入れるだけで対象物を把持したり、離すのがスピーディーに行える点です。このため、迅速な対応が求められる工場でよく使われています。ただし、対象物の構造によっては把持できない場合があります。また、真空パッドタイプはフィルターの目詰まり、磁気パッドは経年劣化などにより定期的な交換が必要です。

上記以外に、挟み込みと真空パッドを組み合わせて積載物を掴むタイプのハンドもあります。

パレタイズシステムの紹介

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