クリーンルーム環境用のモバイルロボット

無人搬送システムやクリーンルーム用途の無人搬送車(モバイルロボット)は、いまだに魅惑的な存在です。しかし、市場は成長しています。半導体製造、医薬品、医療技術のいずれにおいても、モバイルロボットは、ご覧いただくケースのように、ケアが必要となる生産環境での材料輸送に革命をもたらします。

ほこり、花粉、浮遊物質、エアロゾル等々、健康的で純粋な山の空気では、1立方メートルでおそらく1000万もの異物粒子を測定できます。対照的に、ISOクリーンルームのクラスにもよりますが、半導体や医薬品の製造環境で1立方メートルの空気中に検出される粒子は、20〜30μmのレンジになります。このレベルの純度は、すべての粒子がマイクロチップの機能や薬物の有効性をなくす可能性があるためであり、人間の髪の毛の直径の約100分の1である100nm未満の構造が半導体製造の許容値の限界であることを考えると、これは驚くべきことではありません。

クリーンルーム環境で製造される多数の製品の市場は成長しています。例えば、すべてのスマートフォンや自動車、ほぼすべての家電製品に搭載されているウェハやマイクロチップは、ディスプレイやタッチスクリーンなどの他の繊細なコンポーネントと組み合わされていることがよくあります。

この分野では清浄度が重要であるため、半導体の製造に使われる装置自体もクリーンルーム内で製造する必要があります。また、例えば、ウエハにプリントするための露光システム全体で100トン以上の重量になることがあるため、システムコンポーネントの「クリーン」な内部輸送も保証する必要があります。この課題のために、 ストーブリは半導体製造装置の大手メーカー2社と協力し、最大24トンの積載量を持つ高可搬質量モバイルロボットを開発しました。

クリーンルームで、モバイルロボットを使用する主な理由は、この技術がすでに広く使用されている自動車やその他のセクターとは異なります。プロセスの継続性や自動化ではなく、むしろ、モバイルロボットは、クリーンルームで常に潜在的な汚染源である人員との接触を低減するために使用されます。モバイルロボットは生産エリアの外に出ることがないため、最も微細な粒子も発することはありません。天井クレーンは、摩耗による破片のリスクがあるため、クリーンルーム生産でも選択肢にありません。そのため、重機とその部品は、無人プラットフォームトラックなど、床上で搬送する必要があります。

ストーブリは、この成長するビジネスセグメント向けに専用の生産エリアを開設しました。最初は生産エリアのシンプルなテントとして、現在は別のホールの独立したクリーンルーム生産施設となっています。この専用スペースの開設は、適切な材料やコンポーネントの選択と認定など、クリーンルーム対応モバイルロボットの開発に伴う集中的な建設作業に比べると、比較的簡単でした。

「クリーンルームモバイルロボットのユーザーによって、非常に包括的な清浄度要求仕様が提供されます。必要な材料の多くはすでに検証されていますが、仕様に記載されていないもの(多くはプラスチック)が常に存在し、それらを広範囲に検証する必要があります」と、ストーブリのプロジェクトマネージャーであるFabian Forsterは述べています。これらの検証には、コンポーネントのサービスライフサイクル全体にわたるガス放出と、モバイルロボットの動作によって引き起こされる摩耗が含まれます。言うまでもなく、すべての検証は詳細にドキュメント化する必要があります。

2 つの例は、検証の詳細度を示しています。ストーブリのプロジェクトマネージャーであるElena Baunoch氏は、「電気ケーブルの被覆は、表面処理、つまり、クリーンルーム適合のベローズやシュリンクチューブなどでアニールまたは覆う必要があります」と説明しています。また、ネジの接続部を緩めたり締めたりすると摩耗が発生する可能性があるため、ここでは承認された材料を使用するか、材料の各組み合わせについて広範なテストを実施する必要があります。」

最初の2つのクリーンルームモバイルロボットプロジェクトでのこれらのテストと関連ドキュメント、および調整作業により、1人の従業員が6か月間フル稼働しました。ストーブリのモバイルロボットグローバルヘッドであるJan Louwen氏は、「生産技術だけでなく、組織や専門知識の面でも、私たちは今、はるかに進歩しており、その後のプロジェクトをより少ない労力で、より短いリードタイムで処理できるようになりました」と言い、時間と費用は回収されると確信しています。

クリーンルームの生産エリアでは、スタッフを人員および製品群によって分け、クリーンルーム用の作業服を着用し、クリーンルームに対応した工具を使用して、非常に特別な条件下で高度なモバイルロボットを製造するためのルーチンを開発しました。クリーンルーム環境で製造される多数の製品の市場は成長しています。例えば、すべてのスマートフォンや自動車、ほぼすべての家電製品に搭載されているウェハやマイクロチップは、ディスプレイやタッチスクリーンなどの他のデリケートなコンポーネントと組み合わされていることがよくあります。

ストーブリが納入した最初の2台のクリーンルームモバイルロボットは、ISO 7クラスのクリーンルーム環境内で最大24トンの機器コンポーネントとセグメントを移動させたり、コンポーネントアセンブリから最終アセンブリに輸送したりするために使用されます。高い信頼性と最小の振動、そして何よりも汚染物質を発することなく上記の搬送を行います。モバイルロボットはリモコンで操作します。最初の ２社の顧客のうちの 1 社は、2 台の モバイルロボット のコントローラーをマスタースレーブ モードで組み合わせて、一方の車両が他方の車両に追従するようにします。

ユーザーの視点から見ると、新しいマテリアルフローのコンセプトは明確な利点をもたらし、それはすでに両社がすでにストーブリに高可搬モバイルロボットを追加で注文しているという事実からも明らかです。

ストーブリは現在、半導体製造に加えて、クリーンルームモバイルロボットの新たな応用分野を切り開く計画です。「私たちは専門知識と独自の市場ポジションを獲得し、それを他のユーザー業界に広げます」とLouwen氏は話しています。今回は、製薬業界に注目します。ただし、このセクターでは、高可搬質量モバイルロボットよりもパレットおよびコンテナ輸送を提供するモバイルロボットフリートの需要があります。

テキスト:ラルフ・ヘーゲル