ABBロボットのギアボックスが劣化する前に見分ける方法は？
長年にわたり、現場で何度もこのような事例を目にしてきました。生産ライン上のABBロボットはこれまで順調に稼働していたのですが、ある日突然、溶接の品質が低下し始め、溶接軌道がずれ、動作が次々と乱れ、最終的には重大なアラームが発報して緊急停止に至り、その結果、ライン全体が完全にストップしてしまったのです。皆が混乱しながらプログラムのトラブルシューティングを始め、エンコーダーを点検し、治具を確認し、ついにはロボットを分解して調べたところ、ギアボックスがすでに長期間にわたって不具合を起こしていたことが判明しました。ただ、その前兆となる微小なサインは、誰も気づかずに見過ごされていたのでした。
特に溶接・ハンドリング・荷役・プレスなど、高負荷で長時間連続回転を繰り返す用途で使用されるロボットの場合、ギアボックスがいきなり警告もなく急激に破損することはありません。実際には、故障のずっと前から「こんにちは」という形で、さまざまな異常サインを長期間にわたり発信しているのです。しかし、多くの工場では、「古い機械だから仕方ない」と考え、そのサインを無視してしまいがちです。 
多くの人が問題に気づくのは、ロボットが「以前ほど正確でなくなった」と感じたときが初めてです。
それが実際には最も一般的な初期症状です。興味深いことに、現場のエンジニアはギアボックスを最初に疑うことはほとんどありません。彼らのトラブルシューティング手順は通常以下の通りです：まず、TCPがバイアスされていない（誰かがトーチを衝突させた）のではないかと疑い、次にプログラムを確認して示教点が正しいかどうかを調べ、さらにエンコーダーをチェックしてパルス欠落がないかを確認します。また、サーボパラメータがドリフトしていないか、または治具が緩んでいないかも疑います。こうした一連の点検は非常に一般的ですが、最終的にメーターで測定してみると、ある軸のバックラッシュが明らかに大きくなっていることが判明します。これは特に溶接ロボットで顕著で、もともとシームは非常に滑らかに追従していましたが、現在ではアークが不安定になったり、アークの軌道が均一でなくなったりしています。同じプログラムを毎回実行しても、軌道にわずかなずれが生じるようになります。場合によっては顧客がビジョンシステムに問題があると考えますが、実際にはギアボックス内部のクリアランスが摩耗し、動作伝達がトーチに正確に追随しなくなっているのです。
ABBロボットのギアボックスの摩耗により、「バックラッシュ」が次第に顕著になる
メンテナンスに関わる人であれば、「バックラッシュ（歯車の噛み合い隙間）」という言葉をよくご存知でしょう。これは、機械的結合部に隙間が生じている状態を意味します。モーター側は明らかに回転していますが、機械側はその隙間分だけ空回りした後にようやく動き始めます。新規ロボットの関節部は非常にきつめに設計されていますが、長期間使用によりギアボックス内部の遊星ギアやベアリングが摩耗すると、歯車の歯と歯の間の隙間が広がり、ベアリングも緩んでしまい、歯車の噛み合い精度が低下します。その結果、ロボットは繰り返し定位精度の劣化、軌道のドリフト、および加減速時のわずかなふらつきを示し始めます。最も厄介なのは、この状態が初期段階ではそれほど深刻ではなく、多くの場合数か月間はなんとか運用を続けられてしまう点です。しかし、ある軸の摩耗が一定の閾値を超えると、劣化は急激に進行します——最初の2週間は僅かなずれに過ぎなかったものが、突然衝突検出や過負荷エラーを報告するようになることがあります。
ロボットの関節が「カタカタ」と音を立て始める——実際には、すでに非常に危険な状態です！
正常に稼働している際、ロボットの音は非常に均一で、滑らかな機械音とともに、一定の「ブーン」というモーター音が聞こえます。しかし、ギアボックスに何らかの問題が生じ始めると、音は直ちに変化し、金属同士の摩擦による「シュー」というヒスノイズや、「カチカチカチカチ」という打音が混じるようになります。加速・減速時には、低音域でさえその音が明確に聞き取れ、関節に手を当てれば、内部で何かが打ち鳴っているような振動が感じられます。ライン上で長年作業しているベテランオペレーターたちは、しばしば「このロボット、最近なんか音がおかしい」と言います。こうした声を耳にしたら、すぐに点検を開始してください。なぜなら、この時点でギア歯面の傷つき、ベアリングの保持器破損、あるいはグリースの劣化による金属同士の直接接触が既に発生している可能性が極めて高いからです。この状態を放置すると、わずかな摩耗が急速に進行し、ギア歯面同士が「かみ合わせ不良（ハードバイト）」を起こすようになります。一度歯面が咬んでしまうと、減速機全体がほぼ使い物にならなくなってしまいます。
そういえば、 workshop ではギアボックスの問題をあまりにも多く目にしてきました。実際、その根本原因は潤滑にあります。多くの工場ではロボットを毎日稼働させており、潤滑および保守作業が極めていい加減に行われています。特に古い生産ラインでは顕著です。グリース補充の周期は長期間にわたり、オイルシールの劣化状況を無視したまま行われており、誰もジョイント部からの油漏れを確認しようとせず、拭き取ってもなお油が滲み出る状態で稼働を続け、グリースが水蒸気、粉塵、あるいは金属粉と混ざったまま通常通り使用されています。こうした状態が長期間続くと、潤滑状態は悪化し、内部の摩擦が急激に増大し、それに伴って温度が上昇します。歯面の油膜が保持できなくなり、異常摩耗が始まります。ABB リダクタ自体は非常に高精度であり、ギアのかみ合いやベアリングのクリアランスは極めて小さいため、実際には潤滑に対して非常に厳しい要求が課されます。一度グリースが希釈・乾燥・汚染されると、摩耗速度は指数関数的に増加します。一部のギアボックスは触れるだけで熱く感じられますが、これはしばしば潤滑が完全に機能しなくなっているというサインであり、油はすでに長い間保護機能を果たせなくなっています。
温度の変化は、非常に視覚的な手がかりとなります。
ロボットを一定時間稼働させた後、各軸のジョイント温度を手で触って確認してみることもできます。通常の状態では、温度上昇は比較的安定しており、ある1つのジョイントが他のジョイントと比べて急激に高温になることはありません。特にJ2およびJ3のような大荷重を受けるジョイントにおいて、長期間にわたり異常に高温である場合、内部摩擦が過大である、潤滑が不十分である、ベアリングがすでに損傷している、あるいは過負荷で運転されている可能性が極めて高いです。多くのギアボックスは、実際に焼き付きを起こす前から長期間にわたり「高熱」状態で静かに稼働し続けています。そのため、工場ではサーマルイメージャーを用いてロボットの全ジョイントを定期的にスキャンする取り組みが増えてきており、この手法は非常に効果的です。温度の異常は多くの問題を事前に検知できるため、ロボットの故障を待つ必要がなくなります。
ABBロボットが振動し始めた場合、その原因は単なる軽微な問題ではなくなっていることが多いです！
加速時にアーム全体がわずかに震えるように見え、停止直後に数回揺れることがあります。また、高速運転時の軌道は円滑ではなく、細かいギザギザした感触が生じます。多くの人はサーボゲインの調整が不十分だと考えますが、エンコーダやモーターに問題がなく、パラメータも変更されていないと確認できた場合、ほぼ確実に減速機の内部剛性が不足していることが原因です。特にRVギアボックスを採用した関節では、サイクロイド機構やベアリングの摩耗が始まると、振動が「無」から「無」へと急激に現れ始め、その隠蔽は次第に困難になっていきます。
もう一つ、見落とされがちな現象として、オイル漏れがあります。
私はこれまでにあまりにも多くの工場を見てきましたが、ABBロボットのジョイントから油がにじみ出ている円形のシミを見つけると、現場の作業員はまず布で拭き取って「大丈夫、まだ動く」と言います。しかし実際には、この油漏れは基本的にシールの劣化を示しており、内部の油が外部へ流出しているだけでなく、外部の汚れも内部へ侵入する可能性があります。ギアボックスにとって最も恐ろしいのは、潤滑油の不足です。特に24時間連続運転されるようなケースでは、潤滑が途絶えると、摩耗の進行速度が一気に加速します。多くのギアボックスは修理可能ですが、長期間にわたる油漏れが真剣に取り扱われず、結果として内部が完全に摩耗してしまい、最終的には交換しかできなくなるのです。
ここで疑問に思うかもしれません。「なぜ、数年しか経っていないABB製の工場用ロボットのギアボックスに、次第に問題が蓄積していくように感じられるのか？」実は、よく考えてみるとこれは極めて自然な現象です。産業用ロボット自体は高頻度で動作する機械であり、溶接ロボットは1日中振り回し続け、ハンドリングロボットは絶え間なく始動・停止および加速・減速を繰り返し、重量物パレタイズロボットは長期間にわたり高速・満負荷で稼働し、工作機械のローディング・アンローディングは1日に数千サイクルにも及びます。その結果、ギアボックスは常に衝撃および交変応力にさらされています。たとえABBの品質がいかに優れていたとしても、機械部品の摩耗・劣化は誰もが逃れることのできない物理法則です。特に、定格負荷の上限ギリギリで年間を通じて稼働しているロボットの場合、減速機の寿命はさらに顕著に短縮されます。
多くの人が、「ギアボックスは修理すべきか、それとも交換すべきか」という問いに悩んでいます。
当社の経験では、バックラッシュがわずかに増加した場合、時折カタカタ音がする場合、あるいはオイルシールの漏れが始まった場合などには、ベアリングやオイルシールの処置、およびプレロードの再調整によって修理を試みることが可能なケースもあります。しかし、精度が著しく低下している場合、内部ギアに過度な負荷がかかっている場合、振動が大きくアーム全体が揺れるほどになっている場合、長期間の高温運転が続いている場合、あるいは分解して確認したところ内部に鉄粉が大量に堆積している場合などには、ほとんどの場合、新品への直接交換の方がコスト効率が高くなります。なぜなら、減速機の故障によりロボットが突然停止した場合、その損失は時間単位、あるいはさらに分単位で計算されるため、生産ラインの停止に伴うコストと比較すると、減速機自体の価格は実際にはごくわずかな金額に過ぎないからです。
この考え方を徐々に理解するようになったため、現在では、より多くの工場が故障してから修理するのを待つのではなく、積極的に予知保全を実施しています。定期的に振動を測定し、サーマルカメラで温度分布を確認し、計測器を用いてバックラッシュの変化をチェックし、軌道精度の傾向を追跡し、新たな異音周波数を聴取します。私たちは次第に、ABB Robotics製ロボットのギアボックスは完全な故障に至る前に十分な警告を発していたことに気づきました。ただ、それまで誰も体系的にその兆候を観察していなかっただけです。早期に発見できれば、保守コストを低減でき、予期せぬダウンタイムを回避できます。真夜中に突然停止することもなく、モーターやエンコーダーが引きずられて二次的な損傷を受けることも防げます。そのため、多くの高水準の自動化ラインでは、現在、ロボット用リデューサーの状態を定期点検および監視計画に組み込んでいます。
