JP2002292591A - ロボットハンド部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 産業用ロボットのアーム部に取り付けられる
軽量で、平面性に優れ、曲げ剛性、耐熱性等に優れたロ
ボットハンド部材を製造する方法において、製造工程数
を低減しようとする。 【解決手段】 所定温度以下では加熱非変形性を有する
材料を用いて所定の断面形状とされた芯材６の外周面
に、強化繊維を含むプリプレグシート７を複数層に巻き
付け、この複数層に巻き付けられたプリプレグシート積
層体９の外周面に所定の内周面形状を有する外型１０
ａ，１０ｂを押し付けて上記プリプレグシート積層体９
の外面形状を所定寸法に成形し、この成形されたプリプ
レグシート積層体９を所定温度に加熱し熱硬化させて繊
維強化複合材料とし、この繊維強化複合材料とされた部
材１１から上記芯材６を抜き取り中空構造として製造す
る。これにより、製造工程数の低減が図られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、産業用ロボットの
アーム部に取り付けられる軽量で、平面性に優れ、曲げ
剛性、耐熱性等に優れたロボットハンド部材を製造する
方法に関し、詳しくは、芯材の外周面に強化繊維を含む
プリプレグシートを巻き付け熱硬化させて繊維強化複合
材料とすることによって、製造工程数を低減しようとす
るロボットハンド部材の製造方法に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶ディスプレー（ＬＣＤ）の普及と共
に、ガラス基板のサイズが大きくなってきている。それ
に伴い、ＬＣＤ、プラズマディスプレーパネル（ＰＤ
Ｐ）、シリコンウェハ等の精密品の製造工程で使用され
る基板搬送用ロボットハンドのサイズも大きくする必要
がある。また、大型のプラズマディスプレーパネル（Ｐ
ＤＰ）の搬送用ロボットハンドのサイズは、上記ＬＣＤ
の搬送用ロボットハンドよりも大きい。

【０００３】そして、これまでのロボットハンドの素材
としては、鉄、ステンレス、アルミニウム等の金属が使
われていた。そして、近年のロボットハンドの大型化に
伴って軽量化が求められ、繊維強化複合材料（Fiber Re
inforced Plastic : 以下、「FRP」と略称する。）が使
われれるようになってきた。特に、炭素繊維強化複合材
料（Carbon Fiber Reinforced Plastic : 以下、「CFR
P」と略称する。）の無垢材から成るロボットハンド部
材が普及している。しかしながら、さらに大型化が進ん
でいる現状では、これまでに使用しているCFRPの無垢材
ではロボットハンドそのものが重くなり、その自重によ
る撓みが大きくなってしまう。また、ロボットハンドが
重くなると、ロボット駆動系への負荷も大きくなり、ロ
ボットそのものの設計やコストにも影響することがあ
る。

【０００４】このような状況において、ロボットハンド
部材の厚みを薄くしたり、ワーク支持面の幅を狭くした
りして軽量化することで、自重撓みはある程度解消でき
るが、このような対策では、ロボットハンドの曲げ剛性
が低下するので、ワークを支持した際の撓み（荷重撓
み）が大きくなってしまう。特に、長尺のロボットハン
ド部材を片持ちに取り付けた場合は、先端部における撓
みが大きくなり、ワークを支持した際の振動等が大きく
なり易いので、ワーク支持性或いは搬送性に支障を来す
虞があった。

【０００５】従来、CFRPを用いたロボットハンド部材の
製造については、特開２０００−３４３４７６号公報に
記載されているように、炭素繊維を含むプリプレグシー
トを複数枚積層して加熱し熱硬化させた板状の炭素繊維
強化複合材料（CFRP）から成るスキン層と、同じくCFRP
から成るコア層とを別々に成形し、上記コア層を芯材と
してその上面及び下面にスキン層を積層し、該コア層と
スキン層とを接着剤により貼り合せて製造する技術が提
案されている。

【０００６】この場合、上記スキン層としては、炭素繊
維の配向方向を異ならせたプリプレグシートを複数枚積
層して曲げ剛性、振動減衰特性、耐熱性等を向上させて
いる。また、上記コア層としては、アルミニウム等の金
属や繊維集合体から成るハニカム状の芯材とCFRP材とを
組み合わせて、軽量化を図ると共に、曲げ剛性、振動減
衰特性、耐熱性等を向上させている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来のロボットハンド部材の製造においては、材料として
一旦、所定の厚さと面積を有するCFRPから成るスキン層
を成形し、同じくCFRP等から成るコア層を成形し、上記
コア層を芯材としてその上面及び下面にスキン層を積層
して接着剤により接合し、この積層体を所定の長さと幅
に切断して所定の形状に加工しているので、上記スキン
層及びコア層の成形毎にプリプレグシートを加熱硬化さ
せる工程と、これらスキン層及びコア層を接着剤で接着
する工程と、さらにこれらの積層体を所定の形状に切断
加工する工程とが必要となるものであった。したがっ
て、製造の工程数が多くなって、ロボットハンド部材の
製造に要する時間が多く掛かり、製造効率が悪いと共
に、製造コストが高くなるものであった。

【０００８】また、上記CFRPの貼り合わせ法では、予め
所定の厚みに成形した（熱硬化させた）４面分のCFRP板
を接着剤を用いて貼り合わせる方法も考えられる。しか
し、この方法では、プリプレグの積層工程、CFRP成形工
程、貼り合わせ工程が必要であると共に、接着して貼り
合わせた部分の荷重に対する強度が低いという問題があ
る。

【０００９】さらに、ロボットハンド部材としては、液
晶ディスプレー、プラズマディスプレーパネル、シリコ
ンウェハ等の精密品をワークとして搬送するため、該ロ
ボットハンド部材がワークを傷付けたりしないような十
分な平面性が必要であるが、中空構造のロボットハンド
部材にすると中央部分が窪み易いという問題がある。し
たがって、中空構造のロボットハンド部材を平面にする
後加工を不要とし或いは軽減し、製造コストの軽減可能
な製造方法を開発することが必要とされる。

【００１０】そこで、本発明は、このような問題点に対
処し、製造工程数を低減しようとするロボットハンド部
材の製造方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によるロボットハンド部材の製造方法は、所
定温度以下では加熱非変形性を有する材料を用いて所定
の断面形状とされた芯材の外周面に、強化繊維を含むプ
リプレグシートを巻き付けるステップと、上記巻き付け
られたプリプレグシートの外周面に所定の内面形状を有
する外型を押し付けて上記プリプレグシートの外面形状
を所定寸法に成形するステップと、上記成形されたプリ
プレグシートを所定温度に加熱し熱硬化させて繊維強化
複合材料とするステップと、上記繊維強化複合材料とさ
れた部材から芯材を抜き取り中空構造とするステップ
と、を順次行うものである。上記芯材は、加熱硬化工程
における所定温度以下では加熱非変形性を有し、且つ加
熱硬化後の繊維強化複合材料から容易に抜き取れる材質
のものを用いる。上記所定温度とは、例えば、プリプレ
グシートの加熱硬化処理における加熱温度である。ま
た、上記強化繊維を含むプリプレグシートとは、炭素繊
維、ガラス繊維、アラミド繊維、炭化珪素繊維等の強化
繊維に熱硬化性樹脂を含浸させた未硬化状態のシートを
いう。

【００１２】このような構成により、所定温度以下では
加熱非変形性を有する材料を用いて所定の断面形状とさ
れた芯材の外周面に、強化繊維を含むプリプレグシート
を巻き付け、この巻き付けられたプリプレグシートの外
周面に所定の内面形状を有する外型を押し付けて上記プ
リプレグシートの外面形状を所定寸法に成形し、この成
形されたプリプレグシートを所定温度に加熱し熱硬化さ
せて繊維強化複合材料とし、この繊維強化複合材料とさ
れた部材から芯材を抜き取り中空構造として製造する。
これにより、製造工程数の低減が図られる。

【００１３】また、他の手段によるロボットハンド部材
の製造方法は、所定温度以下では加熱非変形性を有する
材料を用いて所定の断面形状とされた芯材の外周面に、
強化繊維を含むプリプレグシートを巻き付けるステップ
と、上記巻き付けられたプリプレグシートの外周面に所
定の内面形状を有する外型を押し付けて上記プリプレグ
シートの外面形状を所定寸法に成形するステップと、上
記成形されたプリプレグシートを所定温度に加熱し熱硬
化させて芯材と一体化した繊維強化複合材料とするステ
ップと、を順次行うものである。上記芯材は、加熱硬化
工程における所定温度以下では加熱非変形性を有し、プ
リプレグシートとの密着性の優れた材料を用い、プリプ
レグシートと熱硬化後に一体化させる。なお、上記芯材
としては、繊維強化複合材料よりも軽量な例えば合成樹
脂から成る軽量部材を用る。

【００１４】このような構成により、所定温度以下では
加熱非変形性を有する材料を用いて所定の断面形状とさ
れた芯材の外周面に、強化繊維を含むプリプレグシート
を巻き付け、この巻き付けられたプリプレグシートの外
周面に所定の内面形状を有する外型を押し付けて上記プ
リプレグシートの外面形状を所定寸法に成形し、この成
形されたプリプレグシートを所定温度に加熱し熱硬化さ
せて芯材と一体化した繊維強化複合材料として製造す
る。これにより、芯材を有する中実構造のものにおいて
も、芯材として繊維強化複合材料よりも軽量な合成樹脂
等の軽量部材を用いることにより軽量化を図ると共に、
製造工程数の低減が図られる。

【００１５】そして、上記各手段の製造方法において、
上記芯材の外周面にプリプレグシートを巻き付けるステ
ップは、該プリプレグシートを複数層に巻き付けるもの
である。これにより、厚みの異なるプリプレグシート積
層体を適宜設計でき、ロボットハンド部材の曲げ剛性等
を制御可能とする。

【００１６】また、上記プリプレグシートを複数層に巻
き付ける工程は、プリプレグシートの強化繊維の配向
を、長手方向に沿う方向と長手方向に略直交する方向に
異ならせて積層する工程を含むものである。これによ
り、ロボットハンドの使用環境に応じてロボットハンド
部材の曲げ剛性、振動減衰特性、耐熱性等の特性を制御
可能とする。

【００１７】さらに、上記プリプレグシートを巻き付け
る最外層には、クロスプリプレグシートを巻き付ける工
程を含むものである。これにより、後加工として切削や
研磨加工したときに毛羽立ちが少なく部材としての加工
性を向上し、また製品の美観を良くする。この場合のク
ロスプリプレグシートとは、上記プリプレグシートの他
に積層するものであり、複数の方向に織り込んだ強化繊
維に熱硬化性樹脂を含浸させた未硬化状態のシートであ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明によるロ
ボットハンド部材の製造方法が適用されるロボットハン
ド１を示す斜視図である。このロボットハンド１は、産
業用ロボットのアーム部に取り付けられるもので、図示
省略のロボットのアーム部に取り付けるための例えば平
板状の取付部材２と、この取付部材２に固定されワーク
３を支持する部材となるロボットハンド部材４とから成
る。なお、図１において、符号５は上記ロボットのアー
ム部に取り付けるため取付部材２に穿設された取付孔を
示している。

【００１９】上記ロボットハンド部材４は、例えば液晶
ディスプレー（ＬＣＤ）、プラズマディスプレーパネル
（ＰＤＰ）、半導体ウェハ等のガラス基板などのワーク
３を支持して搬送するもので、軽量で、平面性に優れ、
曲げ剛性、耐熱性等に優れたものとするために繊維強化
複合材料（FRP）で製造され、例えば中空構造の角形パ
イプ状に形成されており、上記取付部材２にネジ止め等
により２本平行に取り付けられている。そのサイズは、
例えば幅約50mm、長さ約1500mm程度とされている。な
お、上記取付部材２とロボットハンド部材４とは、一体
的に形成してもよい。

【００２０】まず、中空構造のロボットハンド部材４の
製造方法について、図２を参照して説明する。まず、図
２（ａ）に示すように、所定温度以下では加熱非変形性
を有する材料を用いて所定の断面形状とされた芯材６の
外周面に、強化繊維を含むプリプレグシート７を複数層
に巻き付ける。上記芯材６は、プリプレグシート７を巻
き付けるための台部材となるもので、後述の成形された
プリプレグシート積層体９を所定温度（樹脂により異な
るが、通常約１００〜１９０℃）に加熱し熱硬化させる
工程の温度よりやや高い温度以下では加熱により殆ど変
形しない性質を有し、且つ加熱硬化後のFRPから容易に
抜き取れる材料で例えば断面矩形状の角棒状に形成され
ている。ここで、芯材６が加熱により殆ど変形しないと
は、プリプレグシート積層体９の加熱硬化の工程におい
て、芯材６の材料が溶融したり、芯材６の部材に反り、
曲がり、撓み、捩れや皺、褶曲等の変形が生じないこと
をいう。上記芯材６の材料としては、例えば、アルミニ
ウム、鉄、ステンレス等の金属や、ＭＣナイロン樹脂、
ポリイミド樹脂等の樹脂がある。上記金属や樹脂等は、
FRPより熱膨張率が大きいため、加熱後の冷却により収
縮し、抜き取り容易となる。また、必要に応じ、芯材の
表面に離型材を施してもよい。離型材としては、スプレ
ー等による薬剤（例えば、界面活性剤等）の塗布、或い
はテフロン（登録商標）シート等の離型シートの使用な
どいずれでもよい。

【００２１】上記プリプレグシート７は、強化繊維を一
方向に配向させた一方向平織物、一方向不織シート等の
いわゆる一方向材や、強化繊維を二方向に配向させた平
織物、綾織物、朱子織物等の二方向材や、強化繊維を三
方向に配向させた三軸織物等の三方向材などをシート化
したものに、予めマトリックス樹脂を含浸させ、少し粘
着性を有した未硬化状態にしたものである。この場合、
上記強化繊維には、剛性及び軽量性の観点から一般的に
は炭素繊維を用いる。しかし、炭素繊維以外にも、ガラ
ス繊維、アラミド繊維、炭化珪素繊維等も使用可能であ
る。例えば、積層される複数のプリプレグシート７は、
炭素繊維プリプレグシートを主体として使用し、ロボッ
トハンド部材としての支持性能或いは搬送性能を損なわ
ない限りで、上記ガラス繊維等、或いはその他の繊維を
含むプリプレグシートを一部に加えてもよい。なお、上
記炭素繊維には、原料の違いによってポリアクリロニト
リル（ＰＡＮ）系炭素繊維と、ピッチ系炭素繊維の２種
類がある。

【００２２】また、マトリックス樹脂としては、エポキ
シ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂、不飽和ポリ
エステル樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂等
の熱硬化性樹脂が使われる。又は、耐衝撃性や靭性を付
与する目的で、熱硬化性樹脂にゴムや樹脂から成る微粒
子を添加したもの或いは熱硬化性樹脂に熱可塑性樹脂を
溶解させたものが使われる。ここで、上記微粒子として
のゴムは、ニトリルゴム、ブタジエンゴム、スチレン−
ブタジエンゴム、ブタジエン−ニトリルゴム、アクリル
ゴム、ブチルゴム等がある。また、上記微粒子としての
樹脂は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂が用いられる。熱
硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、
不飽和ボリエステル樹脂、アミノ樹脂、ウレタン樹脂等
がある。熱可塑性樹脂としては、ポリイミド樹脂、ボリ
アクリレート樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ボリアミド樹
脂、ボリアラミド樹脂、ポリカーボネート樹脂等があ
る。さらに、熱硬化性樹脂に溶解させる熱可塑性樹脂と
しては、ポリスルホン樹脂、ボリカーボネート樹脂、ポ
リエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、芳
香族ポリエステル樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、ボ
リアミド樹脂、ポリイミド樹脂等がある。

【００２３】ここで、上記プリプレグシート７を複数層
に巻き付ける工程は、図３に示すように、該プリプレグ
シート７の強化繊維の配向方向を異ならせて積層する。
すなわち、或る層のプリプレグシート７ａの強化繊維８
ａの配向方向は０度とし、他の層のプリプレグシート７
ｂの強化繊維８ｂの配向方向は９０度とし、更に上記の
プリプレグシートに加えて、他の層のプリプレグシート
７ｃを積層してもよく、そのプリプレグシート７ｃの強
化繊維８ｃは二方向の強化繊維が配向角度９０度で交わ
ったクロスプリプレグシート或いは一方向材プリプレグ
シートを長手方向に対して±４５度の一対で配向して積
層してもよい。このような状態で、上記各層のプリプレ
グシート７ａ，７ｂ，７ｃを適宜の厚さで順次積層し、
最終的に例えば厚さ１〜７mm程度に積層する。なお、こ
の場合の積層厚さは、プリプレグシートが加熱硬化する
際の体積減少分を見越して、ロボットハンド部材のFRP
板の要求板厚よりも僅かに厚い程度が好ましい。

【００２４】なお、上記プリプレグシート７を複数に積
層する例について、以下に更に詳述する。図２（ａ）に
おいて、芯材６に接して積層される最内層のプリプレグ
シート７は、強化繊維の配向方向が長手方向に対して例
えば０度又は９０度とされる。上記最内層の上に積層さ
れる２番目のプリプレグシート７は、強化繊維の配向方
向が長手方向に対して例えば０度とされ、長手方向の撓
み防止や、振動減衰特性を向上する目的を有する。上記
２番目のプリプレグシート７の上に積層される３番目の
プリプレグシート７は、強化繊維の配向方向が長手方向
に対して例えば９０度とされ、上記積層された二つのプ
リプレグシート７と合わせた全体部材の曲げ剛性や、曲
げ振動の振動減衰特性を向上し、且つ反り、撓みを防止
する目的を有する。なお、上記の他に、強化繊維の配向
方向が長手方向に対して例えば±４５度とされたプリプ
レグシート７の層を追加してもよい。この場合は、部材
全体としての捻れ剛性、捻れ振動減衰特性を向上するこ
とができる。さらに、これらプリプレグシート７の他に
クロスプリプレグシートを最外層に積層することができ
る。このクロスプリプレグシートは、強化繊維の織物で
構成されたプリプレグシートであり、強化繊維としては
炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維或いは炭化珪素繊
維等が好ましく、織り構造は平織り、綾織り、朱子織
り、三軸織り等が適宜使用できる。クロスプリプレグシ
ートを積層することは、後加工としての切削や研磨加工
したときに毛羽立ちが少なく部材としての加工性を向上
し、また製品の美観を良くする目的を有する。

【００２５】上記プリプレグシート７を複数に積層する
積層順としては、９０度配向シートを最下層（最内層）
とするのが、芯材６の抜き取りやすさの観点から好まし
い。なぜならば、炭素繊維はマトリックス樹脂よりも熱
収縮率が低いので、シートとしての収縮率は、繊維配向
方向への収縮率の方が繊維配列方向への収縮率よりも低
くなるので、パイプ状のFRP板の内側面を９０度配向シ
ートによって構成することで、芯材６の外周を囲むよう
に炭素繊維が配向することとなるので、熱硬化した際
に、パイプ状のFRP板がそれほど縮径しなくて済むから
である。

【００２６】また、上層に積層されるプリプレグシート
（外側のシート）ほど、ロボットハンド部材の特性（曲
げ剛性等）への寄与率が高いので、０度配向シートを９
０度配向シートよりも上層に積層するのが、撓み防止の
観点から好ましい。したがって、以上のような点を考慮
しつつ、使用すべきプリプレグシートの組み合わせ及び
積層順序を決定すればよい。

【００２７】次に、図２（ｂ）に示すように、上記複数
層に巻き付けられたプリプレグシート積層体９の外周面
に、所定の内面形状を有する外型１０ａ，１０ｂを押し
付けて上記プリプレグシート積層体９の外面形状を所定
寸法に成形する。これは、図２（ａ）に示す芯材６に対
してプリプレグシート７を巻き付ける積層数が多くなる
と、各角部が外側に膨らんだ状態となり、該角部の形状
が不均一となるので、略直角の形状となるように成形す
るものである。そのために、例えば内周面の形状がコ字
形に形成されたチャンネル状の二つの外型１０ａ，１０
ｂを上記プリプレグシート積層体９の上下に対向配置し
て、プレス加工と同様に矢印Ａ，Ｂのように押し付け
る。これにより、上記外型１０ａ，１０ｂのコ字形の内
面形状でプリプレグシート積層体９の各角部が押圧され
て略直角状に成形される。

【００２８】次に、図２（ｃ）に示すように、上記成形
されたプリプレグシート積層体９を所定温度に加熱し熱
硬化させて繊維強化複合材料（FRP）とする。このと
き、上記プリプレグシート積層体９の全体を例えば真空
バッグに入れて加熱する。その加熱温度条件は、例えば
室温から２〜１０℃／minの割合で加熱昇温させ、約１
００〜１９０℃に６０分間程度保持し、その後加熱を停
止して自然冷却により降温させて室温に戻す。これによ
り、上記プリプレグシート積層体９の全体が熱硬化され
て、FRPとなる。なお、この場合、前記芯材６は、所定
温度以下では加熱非変形性を有する材料でできているの
で、上記の加熱工程により殆ど変形せず、芯材６として
の断面形状を正しく保つことができる。なお、プリプレ
グシート積層体９を真空バッグに入れるのは、積層工程
で生じたシート間等の気泡を吸引するという目的と、プ
リプレグシート積層体９に対して外圧（大気圧）を略均
等に加える目的とがある。

【００２９】次に、図２（ｄ）に示すように、上記FRP
とされた部材１１から芯材６を抜き取り中空構造とす
る。これにより、図４に示すように、角形パイプ状に形
成されたロボットハンド部材４が製造される。なお、上
記角形パイプ状の中空部分は、ワーク３を支持して搬送
するための空気吹き出し又は空気吸引等を行うチューブ
などを配置するために、また、上記ワーク３の存在或い
は保持を検出するセンサー用の電気配線などにも利用す
ることができる。

【００３０】なお、上記ロボットハンド部材４の断面形
状は、上述の角形パイプ状に限られず、三角形、多角
形、円形或いは半円形等、どのような形状であってもよ
い。例えば、図５に示すように、上面が平らで下面側が
円弧状に形成されたパイプ状であってもよい。この場合
は、図２（ａ）に示す芯材６の断面形状も、上面が平ら
で下面側が円弧状に形成されたものとなる。

【００３１】次に、他の実施形態による中実構造のロボ
ットハンド部材４の製造方法について説明する。この実
施形態の場合は、図２（ａ）において、所定の断面形状
の芯材６として所定温度以下では加熱非変形性を有し、
プリプレグシートとの密着性の優れた材料を用いたもの
である。上記芯材６としては、FRPよりも軽量な例えば
合成樹脂から成る軽量部材を用いるとよい。上記軽量部
材としては、成形されたプリプレグシート積層体９を所
定温度（樹脂により異なるが、通常約１００〜１９０
℃）に加熱し熱硬化させる工程の温度よりやや高い温度
以下では、加熱によって成形後にFRPとの隙間が生じな
い材料で形成されている。例えば、エポキシ樹脂、フェ
ノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹
脂、ビスマレイミド樹脂、ポリウレタン樹脂及びこれら
の発泡材等のプラスチックを用いることができる。な
お、芯材６は、プリプレグシート７との密着性を向上す
るために表面をサンドブラスト、サンドペーパー等によ
る粗面化処理を行ってもよい。また、必要に応じて、接
着剤の塗布を行ってもよい。

【００３２】そして、製造工程は、図２（ａ），
（ｂ），（ｃ）に示すと全く同様に進み、図２（ｄ）に
示すFRPとされた部材１１から芯材６を抜き取り中空構
造とする工程は行わない。すなわち、図２（ｃ）に示す
プリプレグシート積層体９を所定温度に加熱し熱硬化さ
せてFRPとする工程で完了する。この場合も、上記芯材
６は、所定温度以下では加熱非変形性を有する材料でで
きているので、図２（ｃ）に示す加熱工程により殆ど変
形せず、芯材６としての断面形状を正しく保つことがで
きる。

【００３３】これにより、図６に示すように、FRPとさ
れた部材１１の内部に軽量部材から成る芯材６が残った
状態の中実構造のロボットハンド部材４が製造される。
その後、ワーク３を支持して搬送するための空気吹き出
し路又は空気吸引路、或いは上記ワーク３の存在又は保
持を検出するセンサー用の電気配線路等の穴あけや、取
付け用のネジ孔を、機械加工により施す。この実施形態
では、芯材６を有する中実構造のものにおいても軽量化
を図ると共に、製造工程数の低減が図られる。

【００３４】上記中実構造のロボットハンド部材４にお
いては、芯材６の抜取工程が不要なので、製造所要時間
を大幅に短縮できる。また、軽量部材から成る芯材６を
残存させたので、中空構造のロボットハンド部材と無垢
材のロボットハンド部材の双方の不利な点が解消され
る。すなわち、中空構造のロボットハンド部材の場合
は、使用に伴って中央部分に窪み等の経時的変形が生ず
るという不利や、従来型の無垢材のロボットハンド部材
からの切り換えの際に、溝や孔の加工部位の設計変更を
余儀なくされるといった不利な点があったが、この実施
形態の中実構造のロボットハンド部材４では、そのよう
な不利な点は生じない。更に、無垢材のロボットハンド
部材と同等の体積を維持した状態で、ロボットハンド部
材全体の重量を軽くできるので、自重撓みに加えて荷重
撓みも抑制できる。

【００３５】なお、以上の説明においては、芯材６の外
周面にプリプレグシート７を複数層に巻き付けるものと
したが、本発明はこれに限られず、上記プリプレグシー
ト７を曲げ剛性、振動減衰特性等を有する所定の厚みに
形成した場合は、単層のプリプレグシート７を巻き付け
てもよい。

【００３６】

【実施例】以下、本発明によるロボットハンド部材の製
造方法を適用して製造したロボットハンド部材の具体的
な実施例について説明する。

【００３７】（１）比較例：図７に示す表１…CFRPの無
垢材の積層例この比較例は、従来技術の項で説明したCF
RPの無垢材でロボットハンド部材を製造したものを説明
しており、表１はその製造数値例を示している。この例
は、炭素繊維の配向方向を長手方向に対して０度と９０
度で交わらせたクロスプリプレグと、引張弾性率８００
GPaのピッチ系炭素繊維を配向方向０度で配向したプリ
プレグ−Ａと、引張弾性率２４０GPaのＰＡＮ系炭素繊
維を配向方向９０度で配向したプリプレグ−Ｂとを用
い、最内層と最外層にクロスプリプレグを積層し、それ
らの間にプリプレグ−Ａを２層、プリプレグ−Ｂを３層
積層して合計７層としたものである。製造した結果のCF
RP板厚は１２mm、自重撓みは1.6mm、重量は1.53kgであ
る。

【００３８】（２）実施例１：図８に示す表２…CFRPの
中空構造の積層例この実施例１は、図２に示す製造方法
で中空構造のロボットハンド部材を製造したものを説明
しており、表２はその製造数値例を示している。この例
は、炭素繊維の配向方向を長手方向に対して０度と９０
度で交わらせたクロスプリプレグと、引張弾性率８００
GPaのピッチ系炭素繊維を配向方向０度で配向したプリ
プレグ−Ａと、引張弾性率２４０GPaのＰＡＮ系炭素繊
維を配向方向９０度で配向したプリプレグ−Ｂと、アル
ミニウムで製造された芯材を用い、この芯材の外周面に
最内層としてクロスプリプレグを積層し、その上にプリ
プレグ−Ａを２層、プリプレグ−Ｂを２層、最外層にク
ロスプリプレグを積層して合計６層とし、このプリプレ
グの積層体を熱硬化させた後、上記芯材を抜き取り中空
構造としたものである。製造した結果のCFRP板厚は2.55
mm、角形パイプ厚は１２mm、自重撓みは0.47mm、重量は
0.75kgである。なお、ロボットハンド部材の中央部にお
ける厚みが11.8mmであり、端部における厚み（12.0mm,1
2.1mm）よりも若干窪んではいるが、ワークの支持性能
及び搬送性能上の問題はなく、平面性に優れていた。こ
のことから、実施例１の場合は、比較例に比して自重撓
みが1.6mmから0.47mmに小さくなっており、重量が1.53k
gから0.75kgに小さくなっていることがわかる。

【００３９】（３）実施例２：図９に示す表３…CFRPの
中実構造の積層例この実施例２は、図６に示す中実構造
のロボットハンド部材を製造したものを説明しており、
表３はその製造数値例を示している。この例は、炭素繊
維の配向方向を長手方向に対して０度と９０度で交わら
せたクロスプリプレグと、引張弾性率８００GPaのピッ
チ系炭素繊維を配向方向０度で配向したプリプレグ−Ａ
と、引張弾性率２４０GPaのＰＡＮ系炭素繊維を配向方
向９０度で配向したプリプレグ−Ｂと、発泡ウレタンの
軽量部材で製造された芯材を用い、この芯材の外周面に
最内層としてクロスプリプレグを積層し、その上にプリ
プレグ−Ａを２層、プリプレグ−Ｂを２層、最外層にク
ロスプリプレグを積層して合計６層とし、上記芯材を入
れたままプリプレグの積層体を熱硬化させたものであ
る。製造した結果のCFRP板厚は2.55mm、角形パイプ厚は
１２mm、自重撓みは0.57mm、重量は1.06kgである。な
お、ロボットハンド部材の厚みは、端部においても中央
部においても同一（12.0mm）であり、上記実施例１の中
空構造のロボットハンド部材よりも平面性に優れている
ことが理解できる。このことから、実施例２の場合は、
比較例に比して自重撓みが1.6mmから0.57mmに小さくな
っており、重量が1.53kgから1.06kgに小さくなっている
ことがわかる。

【００４０】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されたので、
請求項１に係る発明によれば、所定温度以下では加熱非
変形性を有する材料の芯材の外周面に強化繊維を含むプ
リプレグシートを巻き付け、このプリプレグシートの外
周面に外型を押し付けて外面形状を所定寸法に成形し、
これを所定温度に加熱し熱硬化させて繊維強化複合材料
とし、この部材から上記芯材を抜き取り中空構造として
ロボットハンド部材を製造することができる。これによ
り、従来のように、異なる層の部材の成形毎に加熱硬化
させ、この複数の層の部材を接着剤で接着し、さらにこ
れらの積層体を所定の形状に切断加工する必要がなく、
製造工程数を低減することができる。したがって、ロボ
ットハンド部材の製造に要する時間を削減し、製造効率
を向上すると共に、製造コストを低下させることができ
る。また、繊維強化複合材料を用いて、アルミニウム材
のロボットハンドよりも軽量で、平面性に優れ、曲げ剛
性、振動減衰特性、耐熱性等に優れたロボットハンド部
材を製造することができる。

【００４１】また、請求項２に係る発明によれば、所定
温度以下では加熱非変形性を有する材料から成る芯材の
外周面に強化繊維を含むプリプレグシートを巻き付け、
このプリプレグシートの外周面に外型を押し付けて外面
形状を所定寸法に成形し、これを所定温度に加熱し熱硬
化させて芯材と一体化した繊維強化複合材料として、中
実構造のロボットハンド部材を製造することができる。
これにより、芯材を有する中実構造のものにおいても、
芯材として繊維強化複合材料よりも軽量な合成樹脂等の
軽量部材を用いることにより軽量化を図ると共に、製造
工程数を低減し、製造所要時間を短縮することができ
る。

【００４２】さらに、請求項３に係る発明によれば、上
記芯材の外周面にプリプレグシートを巻き付ける工程に
おいて、該プリプレグシートを複数層に巻き付けること
により、厚みの異なるプリプレグシート積層体を適宜設
計でき、ロボットハンド部材の曲げ剛性等を制御するこ
とができる。

【００４３】さらにまた、請求項４に係る発明によれ
ば、上記プリプレグシートを複数層に巻き付ける工程
で、プリプレグシートの強化繊維の配向を長手方向に沿
う方向と長手方向に略直交する方向に異ならせて積層す
る工程を含むことにより、ロボットハンドの使用環境に
応じてロボットハンド部材の曲げ剛性、振動減衰特性、
耐熱性等の特性を制御することができる。

【００４４】また、請求項５に係る発明によれば、上記
プリプレグシートを巻き付ける最外層には、クロスプリ
プレグシートを巻き付ける工程を含むことにより、後加
工として切削や研磨加工したときに毛羽立ちが少なく部
材としての加工性を向上し、また製品の美観を良くする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるロボットハンド部材の製造方法
が適用されるロボットハンドを示す斜視図である。

【図２】 本発明のロボットハンド部材の製造方法の工
程を示す断面説明図である。

【図３】 プリプレグシートを複数層に巻き付ける工程
において、該プリプレグシートの強化繊維の配向方向を
異ならせて積層する状態を示す説明図である。

【図４】 角形パイプ状に製造されたロボットハンド部
材を示す斜視図である。

【図５】 上記ロボットハンド部材の断面形状の変形例
を示す断面図である。

【図６】 他の実施形態によるロボットハンド部材の製
造方法により製造されたロボットハンド部材を示す断面
図である。

【図７】 ロボットハンド部材の比較例としてCFRPの無
垢材の積層体を製造した具体的な製造数値例を示す表１
である。

【図８】 ロボットハンド部材の実施例１としてCFRPの
中空構造の積層体を製造した具体的な製造数値例を示す
表２である。

【図９】 ロボットハンド部材の実施例２としてCFRPの
忠実構造の積層体を製造した具体的な製造数値例を示す
表３である。

【符号の説明】

１…ロボットハンド ２…取付部材 ３…ワーク ４…ロボットハンド部材 ６…芯材 ７，７ａ，７ｂ，７ｃ…プリプレグシート ８ａ，８ｂ，８ｃ…強化繊維 ９…プリプレグシート積層体 １０ａ，１０ｂ…外型 １１…FRP部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内田 大介 東京都港区西新橋一丁目３番12号 日石三 菱株式会社技術開発部内 Ｆターム(参考） 3C007 DS01 ES02 ES17 EV05 EW00 NS09 NS10 NS12 NS13 4F205 AA36 AD16 AG07 AG09 AH05 HA02 HA11 HA14 HA23 HA25 HA45 HB01 HC05 HK03 HK04 HL12 HL13 HT02 5F031 CA02 CA05 GA01 GA41

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】産業用ロボットのアーム部に取り付けられ
   るロボットハンド部材を製造する方法において、 所定温度以下では加熱非変形性を有する材料を用いて所
   定の断面形状とされた芯材の外周面に、強化繊維を含む
   プリプレグシートを巻き付けるステップと、 上記巻き付けられたプリプレグシートの外周面に所定の
   内面形状を有する外型を押し付けて上記プリプレグシー
   トの外面形状を所定寸法に成形するステップと、 上記成形されたプリプレグシートを所定温度に加熱し熱
   硬化させて繊維強化複合材料とするステップと、 上記繊維強化複合材料とされた部材から芯材を抜き取り
   中空構造とするステップと、を順次行うことを特徴とす
   るロボットハンド部材の製造方法。
2. 【請求項２】産業用ロボットのアーム部に取り付けられ
   るロボットハンド部材を製造する方法において、 所定温度以下では加熱非変形性を有する材料を用いて所
   定の断面形状とされた芯材の外周面に、強化繊維を含む
   プリプレグシートを巻き付けるステップと、 上記巻き付けられたプリプレグシートの外周面に所定の
   内面形状を有する外型を押し付けて上記プリプレグシー
   トの外面形状を所定寸法に成形するステップと、 上記成形されたプリプレグシートを所定温度に加熱し熱
   硬化させて芯材と一体化した繊維強化複合材料とするス
   テップと、を順次行うことを特徴とするロボットハンド
   部材の製造方法。
3. 【請求項３】上記芯材の外周面にプリプレグシートを巻
   き付けるステップは、該プリプレグシートを複数層に巻
   き付けることを特徴とする請求項１又は２記載のロボッ
   トハンド部材の製造方法。
4. 【請求項４】上記プリプレグシートを複数層に巻き付け
   る工程は、プリプレグシートの強化繊維の配向を、長手
   方向に沿う方向と長手方向に略直交する方向に異ならせ
   て積層する工程を含むことを特徴とする請求項３記載の
   ロボットハンド部材の製造方法。
5. 【請求項５】上記プリプレグシートを巻き付ける最外層
   には、クロスプリプレグシートを巻き付ける工程を含む
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の
   ロボットハンド部材の製造方法。