効率が129.67%向上！グラビア印刷機のメンテナンス問題を迅速に解決
私が働いている会社には 2 台の 10- 色グラビア印刷機があります。1 つはイタリアの Cerutti R960-3 10- カラー グラビア印刷機で、もう 1 つは中山松徳 SAY10820 10- カラー グラビア印刷機です (図 1 を参照)。これらは主にセブンウルブズのタバコパックの製造に使用されます。どちらの機械も有効稼働率は高いですが、巻き戻しシャフトの空気膨張ストリップから漏れが始まると、用紙が左右にずれて印刷中にズレが生じ、大量の廃棄物が発生します。さらに、空気膨張シャフトのメンテナンスには時間と労力がかかります。-
図 1: 中山松徳 SAY10820 グラビア印刷機の巻き出し機構 (左) とイタリアのセルッティ R960-3 の巻き出し機構 (右)。
著者は、-空気膨張シャフトのメンテナンスの問題について詳細な研究を実施しました。-その結果、グラビア印刷機の巻き出し機構での空気膨張シャフトの取り付けおよび取り外しの際、専用工具が不足していることとシャフトの重量が重いため、ベース プレートと油圧フォークリフトを使用してシャフトを支え、引き抜くために複数のメンテナンス担当者が調整する必要があることがわかりました。さらに、取り付けの際、フランジを挿入する前に正確な位置合わせが必要なため、メンテナンス担当者はシャフトの位置制御に多くの時間を費やし、多大な人的資源と労力を費やすことが多く、設備の有効稼働率の向上という同社の目標に反しています。この問題を解決するために、当社は空気拡張シャフトの取り付けと取り外しを迅速に行うことができる装置を開発することにしました。{6}}
現在のメンテナンス状況
空気膨張シャフトの現在のメンテナンス状況をさらに理解するために、技術者が 2020 年 10 月から 12 月までの平均メンテナンス時間を調査したところ、平均メンテナンス時間は 95.14 分もの長さであることがわかりました。{0}生産への影響を避けるため、機械オペレーターは機械の速度を落としてメンテナンス スタッフに時間を与える必要があり、場合によっては、ロール全体が印刷された後でもシャフトが修復されず、グラビア印刷機が停止せざるを得なくなることがあります。これは生産効率に影響を与えるだけでなく、多くの無駄も発生します（空気-の拡張シャフトのメンテナンス時間をT1、巻き戻し担当者がAおよびBシャフトの接続準備を完了する時間をT2、機械が最低速度でロールを印刷する最小時間はT3と仮定します。T1 + T2 < T3の場合、機械を停止する必要はありません。T1 + T2 > T3の場合、機械は停止しなければなりません）。
空中での課題-拡張シャフトのメンテナンス
空気膨張シャフトは、固定された紙ロールを保持する巻き戻し機構の一部です。-圧縮空気を注入すると、シャフト上の拡張可能なゴム ストリップが膨張し、拡張スチール ストリップを押し上げてペーパー ロールを固定します。これにより、ロールがシャフトと同期して回転できるようになり、巻き戻し機構がロールを積極的に送り出すことが可能になります。技術者は空気膨張シャフトのメンテナンスの調査と分析を実施し、そのプロセスをフローチャートで計画しました (図 2)。{4}メンテナンス プロセスの詳細な調査と分析を通じて、2 つの主要な課題が特定されました。-
図2 空気圧シャフトのメンテナンスフローチャート
01/ 空気圧シャフトフランジの取り付けが難しい
空気圧シャフト フランジ (図 3) を取り付ける場合、位置決めピンがシャフトのピン穴と位置合わせされている場合にのみ、フランジをシャフトに正確に取り付けることができます。フランジの重量は 25 kg あるため、ピンと穴の位置を合わせながらフランジをしっかりと保持するには、2 人の取り付け作業者が協力して作業する必要があります。設置者は両手でフランジを支えることがほとんどであるため、ピンを迅速かつ正確に位置決めすることができません。フランジを保持する時間が長くなると、取り付け者は疲れて、位置決めピンを穴に合わせるのが難しくなります。
図3 フランジ構造図
02 / 拡張シャフトの取り付けが難しい
拡張シャフト (図 4) を取り付けるには、2 つのことを同時に確認する必要があります。1 つは、ベース フランジの円形ボスが拡張シャフト フランジの円形凹部に正確に嵌合し、適切な位置に配置されることです。次に、ベース フランジのネジ穴が拡張シャフト フランジのネジ穴と正確に位置合わせされます。両方の条件が満たされて初めて拡張シャフトの取り付けが完了します。しかし、同社はこれまで、拡張シャフトのフランジボスと凹部の位置合わせを油圧車とアンコイラー機構の昇降機能に頼っており、ねじ穴の正確な位置合わせは拡張シャフトを回転させることによって完全に手動で行われていました。この方法は位置決め精度が低く、拡張シャフトの正確な位置合わせを達成するには複数回の試行が必要になることがよくあります。
図4 拡張シャフトの取り付け
設置設計の要件とアイデア
01/ 設計要件
拡張軸の保守効率を向上させ、保守員の負担と困難を軽減するために、次の要件を提案します。
(1) アンコイル機構の空気膨張シャフトのメンテナンス時間を効果的に短縮できます。
(2) 装置は可動式で正確な昇降が可能で、空気拡張シャフトを柔軟に回転させることができます。
(3)フランジ専用クランプを装備しており、様々なフランジサイズに対応可能です。
(4) 機器への干渉や悪影響がありません。
02 / デザインコンセプト
取り外し可能なガス拡張シャフトの取り付けおよび取り外し装置を設計および製造します。この装置は、移動式メンテナンス プラットフォーム、フランジ クランプ取り付けおよび取り外しトロリー、および迅速位置決め装置の 3 つの主要コンポーネントで構成されます。
位置決めと支持はサポートホイールを介して行われ、エア拡張シャフトはサポートホイール上で回転できるため、拡張ストリップをさまざまな角度で簡単に交換できます。エア拡張シャフトを取り付ける際、固定点でシャフトを回転させることでネジ穴の位置を素早く調整でき、4 つの支持ホイールの間隔を変更することで正確な昇降を実現できます。具体的な実装は以下の通りです。
ａ．合計 4 つの支持ホイールが 2 つのグループに分かれて設計されており、ガス拡張シャフトを支持するために使用され、軸線に沿って回転できるため、空気拡張シャフトを取り付けるときに固定点でシャフトを回転させることにより、ガス拡張ストリップを取り外したり、ネジ穴の位置を素早く調整したりするのに便利です。
b.台形親ねじ、かさ歯車、およびリニア ガイド レールのペアを使用することで、2 組のサポート ホイールが Y- 軸に沿って対称に移動でき、空気膨張シャフトを上下に微調整できます (コイルを解く機構は空気膨張シャフトを個別に上下に調整できますが、調整振幅の制御が難しく、正確に微調整することはできません)。-
c.ギアラックとリニアガイドレールのペアを使用して、一連のサポートホイールのX-軸の動きを実現するこの機能は、主にガス膨張シャフトの突出構造を回避します。
d.メンテナンス プラットフォームの下部に 2 つの方向性ホイールと 2 つのユニバーサル ホイールを取り付け、Solidworks ソフトウェアを使用して、上記の具体的なアイデアに基づいて移動式メンテナンス プラットフォームの組立図を作成します。
(2) トロリー取付・分解用フランジクランプ
クランプ装置を使用してフランジをクランプすると、高さが変わらないことが保証されます。フランジを取り付ける際、クイック位置決め装置により、フランジの位置が分解時の位置と確実に一致するため、取り付けが非常に便利になります。-具体的な実装は以下の通りです。
ａ．ベンチバイスのクランプ構造をモデル化し、3 点で円を決定する原理を使用して、フランジのクランプ機能を実現する 3 つのクランプ機構を作成します。
b.ねじ付き固定機構とスライダーを使用して、フランジ プレート クランプを Y- 軸方向に移動し、Y- 軸に沿った距離を調整して、さまざまな直径のフランジ プレートに対応します。
c.台形親ねじ、かさ歯車、およびリニア ガイド レールのペアを使用して、フランジ プレート固定具の Z- 軸の移動を可能にし、異なる直径のフランジ プレートに対応し、フランジ プレートの垂直高さを調整できます。
d.台形親ねじとリニアガイドレールのペアを使用して、フランジプレート固定具のX-軸の移動を可能にし、それによってフランジプレートとガス膨張シャフトの間の分離を実現します。
e. 2 方向ホイールと 2 つのユニバーサル ホイールがフランジ クランプ固定具の底部に取り付けられており、上記の特定のアイデアに基づいて、SolidWorks ソフトウェアを使用して、取り付け用のフランジ クランプ アセンブリ トロリーのアセンブリ図を作成します。
(3) 高速位置決め装置
一対の先細の円筒形ヘッドと円形の溝を使用して、移動式メンテナンス プラットフォームとフランジ クランプの取り付けおよび分解トロリーの迅速な位置決めが実現されます。この装置のシャフト先端は、ガイド機構として機能する円錐として設計されています。重力ブロックを使用して両方の車両の位置を同時に設定すると、重力によるセルフロックが完了し、フランジ プレートの取り付けおよび取り外しの際に、メンテナンス プラットフォームとフランジ固定具の分解やトロリーの分解が防止されます。{2}}上記の具体的なアイデアに基づいて、SolidWorks ソフトウェアを使用して、高速位置決めデバイスの組み立て図を作成しました (図 5 を参照)。
図 5: クイック位置決めデバイスの SolidWorks アセンブリ
メンテナンス効果検証
グラビア印刷機の拡張軸着脱装置（図6）のメンテナンス効果を検証するため、技術者が装置を使用した拡張軸の平均修理時間を調査し、データを収集しました。彼らは、巻き戻し機構の拡張シャフトの修理にかかる平均時間が 91.66 分から 39.91 分に短縮されたことを発見しました。計算によると、この装置を使用して拡張シャフトを修復すると、効率が 129.67% 向上したことがわかりました。
図6 空気拡張シャフトの着脱装置のシミュレーション図-
グラビア印刷機の空気拡張シャフトの取り付けおよび取り外し装置の開発により、メンテナンスによるダウンタイムが短縮され、オペレータの労働集約度が軽減され、機械を再起動するための広範な準備が不要になり、印刷機の有効稼働率と出力品質が大幅に向上します。{0}また、メンテナンス スタッフの作業負荷が軽減され、空気膨張シャフトの修理効率が向上します。-さらに、メンテナンス担当者はこのデバイスを使用して、印刷ローラー、冷却ローラー、トラクション ローラーなどの他のグラビア印刷機コンポーネントの取り扱いや修理を行うことができるため、機械の用途がさらに広がります。