JP2009160685A - Ｃｆｒｐ製搬送用部材及びそれを用いたロボットハンド - Google Patents

Abstract

【課題】ピッチ系炭素繊維の振動減衰性をさらに向上した搬送用部材を提供する。
【解決手段】高弾性率ピッチ系炭素繊維強化樹脂複合材料（ＣＦＲＰ）層及び該ＣＦＲＰ層を構成するマトリックス樹脂よりも低い引張弾性率を有する柔軟性樹脂層で構成されたＣＦＲＰ製搬送用部材であり、特にピッチ系ＣＦＲＰ層間に前記柔軟性樹脂層が介挿された構造を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、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に用いられる、軽量で、平面性、曲げ剛性、耐熱性等に優れた炭素繊維強化複合材料（Carbon Fiber Reinforced Plastic：以下、「ＣＦＲＰ」と略称する。）製搬送用部材に関し、特に振動減衰率特性に優れたピッチ系炭素材料より製造される部材に関する。また本発明は、該搬送用部材をワークの支持部として用いたロボットハンドに関する。

産業用ロボットのロボットハンドなどの部材は、ロボットアームの先端に取り付けられ、ロボットアームの動作を介して、ワークの支持・把持・挟持等を行うものである。この産業用ロボットは、機械加工用や溶接用装置を取り付けて様々な加工を行うが、アームの先端に搬送用ロボットハンドを取り付けることで、特に液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、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などに好適に使用される。

現在、ＬＣＤやＰＤＰなどは、その大型化に拍車が掛かり、ＬＣＤに使用されるガラス基板のサイズも大きくなってきている。それに伴い、これらの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イパネル（ＰＤＰ）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さらに大きいものが必要である。

従来の搬送用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が、搬送物の質量の増加にともない、より高い弾性率、すなわち変形しにくい材料が求められていた。さらにロボットハンドの大型化は、ハンド部材自体の質量（自重）の増加を招き、その自重撓みが増加するという問題を抱えていた。これに対して、前述の金属材料では高剛性化および軽量化にも限度があった。このような金属材料に代わるものとして、繊維強化複合材料（Fiber Reinforced Plastic：以下、「ＦＲＰ」と略称する。）が使われるようになってきた。特に、ＣＦＲＰの無垢材から成る、いわゆる中実断面を有する搬送用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の無垢材でも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という問題がある。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。

このような状況において、搬送用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、ワーク支持部として長尺の搬送用部材を片持ち状に取り付けたロボットハンドの場合は、先端部における撓みが大きくなるため、ワークの収納装置（基板カセット）に衝突するというトラブルを起す場合があった。またワークを支持した際の振動等も大きくなり易く、その振動減衰特性も悪化する問題も抱えていた。この結果、ワーク支持性或いは搬送性に支障を来す虞があった。

従来、ＣＦＲＰを用いた搬送用部材の製造については、特許文献１（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。

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。

しかし、この方法とて、ロボットハンドの更なる大型化に十分に対応しきれるものではなく、更なる改良が求められていた。

このような状況下で、さらなる軽量化を図ると共に、大型化に伴う必要な曲げ剛性、振動減衰特性等を確保した搬送用部材の製造方法が提案されている。

特許文献２（特開２００２−２９２５９２号公報）では、プリプレグシートを芯材の所定の面に積層し、それを加熱して硬化させた後、芯材を抜き取ることで、ロボットハンドの支持部となる中空構造の搬送用部材を形成させたり、使用する芯材を軽量化して、芯材を残存させたりする方法が提案されている。又、特許文献３（特開２００２−２９２５９１号公報）では、同様に中空構造の搬送用部材を形成するため、芯材の周囲にプリプレグシートを複数層に巻き付けることで、製造の簡略化を図ることが提案されている。

特許文献２，３による提案では、搬送用部材自体の自重による撓みが大きく改善されるものの、この部材で支持すべきワークの重量増加に伴い、ワークの乗降の際の振動が問題となる場合がある。特にＬＣＤ用のガラス基板は、基板カセットと呼ばれる棚に一枚ずつ各基板が接触しないように収納されて搬送されるが、支持部となる搬送用部材の振動減衰性が悪いと、カセットへの挿入に際して振動が収まるまで待ってから挿入する必要が生じる。その結果、製造ラインの速度が低下し、生産性に支障を来すものとなる。又、ガラス基板自体はその外形が大型化する一方、その厚みを薄くする傾向にあり、基板自体が撓みやすく、振動しやすいものとなっている。そこで、このようなガラス基板を搬送するための搬送用部材にも更なる振動減衰特性の向上が要求されている。

本発明者らは先に、前記特許文献２，３に開示の中空構造のＣＦＲＰ製搬送用部材についてさらに検討した結果、使用する炭素繊維を高弾性のピッチ系炭素繊維とし、その形状を変更することで容易に振動減衰性を格段に向上できることを見いだしている（特許文献４）。

一方、振動減衰性（制振、防振）を与える材料として、以前よりゴム等の弾性部材を使用することが知られている。
特開２０００−３４３４７６号公報 特開２００２−２９２５９２号公報 特開２００２−２９２５９１号公報 ＷＯ２００５／１０２６１８

高弾性率を有するピッチ系の炭素繊維は、その特性上、優れた振動減衰性を有するものの、昨今の大型化するワークの搬送に際してはそれでも十分に対応し得るとは言い難く、更なる改良が求められていた。

本発明は、このような状況に鑑み、ピッチ系炭素繊維の振動減衰性をさらに向上した搬送用部材を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、鋭意検討した結果、以下の発明に到達したものである。

すなわち本発明は、高弾性率ピッチ系炭素繊維強化樹脂複合材料（ＣＦＲＰ）層及び該ＣＦＲＰ層を構成するマトリックス樹脂よりも低い引張弾性率を有する柔軟性樹脂層で構成されたＣＦＲＰ製搬送用部材に関する。

特にピッチ系ＣＦＲＰ層間に柔軟性樹脂層が介挿された構造であることが好ましい。

又、本発明のＣＦＲＰ製搬送用部材は、角柱パイプ形状を有し、その上下面にピッチ系ＣＦＲＰ層間に柔軟性樹脂層が介挿された構造を有することが好ましい。

さらに、ピッチ系ＣＦＲＰ層は、搬送用部材の長手方向に炭素繊維を配向した一方向性材料であることが好ましい。

また、本発明は、産業用ロボットのアーム先端に取り付けられるロボットハンドであって、ワークを支持する支持部と、該支持部をアーム先端に保持固定するためのホルダー部とを有し、前記支持部が上記のＣＦＲＰ製搬送用部材であることを特徴とするロボットハンドに関する。

特に、少なくとも２本のＣＦＲＰ製搬送用部材を片持ち梁状態でホルダー部に保持固定してなるロボットハンドに関する。

本発明によれば、高弾性率ピッチ系ＣＦＲＰ材の有する特性を損なうことなく、さらに振動減衰性に優れた搬送用部材が提供される。

図１は、本発明の第１の一実施形態に係る角柱パイプ形状のＣＦＲＰ製搬送用部材１の斜視図（ａ）、断面図（ｂ）及びその下面板の拡大断面断面図（ｃ）である。また、図２は図１に示すＣＦＲＰ製搬送用部材１を取り付けたロボットハンド１０を示す。このロボットハンド１０は、産業用ロボットのアーム部の先端に取り付けられるものであり、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、半導体ウェハや精密機器等のワークＷを支持して搬送等を行う為に使用されるものである。

図２において、ＣＦＲＰ製搬送用部材１は、ホルダー２により片持ち梁状態で保持されており、複数のＣＦＲＰ製搬送用部材１がホルダー２により保持されることで、図示するようなフォーク状のロボットハンド１０が構成される。先端部は、開口状態のままでも良く、又、図２に示したように、後述する中空部材の製造の際にプリプレグシートを折り曲げて先端部を塞いでも良い。あるいは、開口状態の先端部に、ゴム等の弾性部材からなるキャップを嵌挿していても良い。さらに、搬送用部材１の中空部分に、ワークＷを非接触支持する場合のエアーの供給管、ワークを吸着支持する場合の吸引管、或いは、搬送用部材１の先端等にセンサ等を取り付ける場合の配線等を配置することができる。なお、図２では、吸着パッド３が取り付けられた３本の搬送用部材１をホルダー２に取り付けた例を示しているが、これに限定されず、２本以上の搬送用部材を取り付けて構成することができる。搬送用部材１をホルダー２に取り付ける際には、固定用穴１８を用いてボルト締めするようにすればよい。この時、ホルダー２と搬送用部材１の接合面にゴム材等の緩衝材を設けても良い。また、搬送用部材１に吸着パッド穴１９を設け、図２に示すように吸着パッド３を取り付ければよい。

ホルダー２の材質は、特に限定されるものではなく、ＣＦＲＰ製搬送用部材１を片持ち梁状態に保持するのに十分な強度を有し、ロボットハンドとした場合に必要以上に重量が増加しなければよく、例えば、アルミ材やＦＰＲ材、或いはこれらのハイブリット品などが使用できる。搬送用部材１と同様にＣＦＲＰ製のものを好ましく使用することができる。

さらに、この例では、中空角パイプ構造を有する搬送用部材を例示しているが、特許文献１に示すような板状の部材としてもよく、その場合は、板状の部材は特許文献１に開示されているようなフォーク状の形状に成形され、ホルダーに固定保持されたハンドを構成しても良い。或いは中実構造の部材としても良い。又、その断面形状も矩形に限定されず、種々の形状を選択することができる。中でも、自重による撓みを抑制するという観点から、中空構造を有する長尺状の部材とすることが好ましい。

以下、中空角パイプ形状の搬送用部材１を例に挙げてさらに詳細に説明する。
本発明になる搬送用部材１は、振動減衰性に優れる高弾性率のピッチ系ＣＦＲＰと該ＣＦＲＰのマトリックス樹脂よりも引張弾性率の低い柔軟性樹脂層とを含む構造を有する。特にピッチ系ＣＦＲＰの間に柔軟性樹脂層を介挿した構造を有することが好ましい。

ピッチ系炭素繊維の特性を有効に発現させるためには、マトリックス樹脂としてもある程度の弾性率を有する材料を使用することが好ましい。通常、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を用いる。この場合、高温高湿環境に耐え得るものが好ましい。又、前記熱硬化性樹脂は、耐衝撃性、靱性を付与する目的で熱硬化性樹脂にゴムや樹脂からなる微粒子を添加したり、或いは熱硬化性樹脂に熱可塑性樹脂を溶解させたものを使用してもよい。このような用途では熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂が好ましく使用されている。

ピッチ系ＣＦＲＰ材の間に介挿される柔軟性樹脂層は、上記のマトリックス樹脂よりも低い引張弾性率を有する樹脂層であればいずれも使用でき、特にゴムやエラストマー等の弾性材料が好ましい。柔軟性樹脂層の引張弾性率としては、０．１〜５００ＭＰａ、好ましくは０．１〜１００ＭＰａ、さらに好ましくは０．１〜５０ＭＰａであることが望ましい。

又、柔軟性樹脂層としては、炭素繊維プリプレグからＣＦＲＰへの転換を熱硬化により行うことから、その際の熱に対しても安定な材料を使用することが好ましい。さらに、柔軟性樹脂層はピッチ系ＣＦＲＰ材との接着性に優れた材料であることが好ましい。このような観点から、柔軟性樹脂材料としては、好ましくはスチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＭ，ＥＰＤＭ）などが挙げられる。

柔軟性樹脂層は上記のような弾性材料の単層であっても良いが、ガラス繊維や炭素繊維などの不織布にラテックスを含浸させたものでも良い。

柔軟性樹脂層の厚みは、厚いほど振動減衰性をより良好にできるものの、得られる搬送用部材の機械的強度や剛性が低下する傾向にある。そのため、柔軟性樹脂層の厚みは０．０５ｍｍ〜０．７ｍｍの範囲が好ましい。

軽量性、曲げ剛性、耐熱性等にすぐれたものとするために、高弾性のピッチ系ＣＦＲＰを使用する。本発明では、炭素繊維として引張弾性率４９０〜９５０ＧＰａのピッチ系炭素繊維を使用する強化繊維全体の体積比率で４０％以上使用する。体積比率が４０％未満であると、十分な剛性が得られず、振動減衰特性の高い部材が得られない。好ましくは６０％以上使用する。又、使用する強化繊維の全てを高弾性炭素繊維としても良いが、一部を他の強化繊維、例えば、引張弾性率４９０ＧＰａ未満のＰＡＮ系炭素繊維や、ガラス繊維、アラミド繊維、炭化珪素繊維等その他公知の強化繊維で構成してもよい。例えば、ピッチ系炭素繊維を強化繊維全体に対して体積比率で９０％までとし、残部を他の強化繊維、特に引張弾性率４９０ＧＰａ未満のＰＡＮ系炭素繊維と組み合わせて使用すると、機械的性能、振動減衰特性およびコストの面から好ましい結果を与える場合が多い。

かかる搬送用部材１は、例えば、前記特許文献２に記載されるような工程によって製造される。先ず、準備工程として、芯材と原形プリプレグシート及び柔軟性樹脂層用のテープ材を用意する。芯材は、搬送用部材１の形状に対応させて成形されており、プリプレグシートを積層する際の所謂あて板として機能すべく、ある程度の剛性を有し、搬送用部材１を成形する際の所謂中型として機能すべく、加熱工程における加熱温度以下では変形しない性質を有し、且つ加熱硬化後のＣＦＲＰ部材から容易に抜き取れる材質のものを使用する。かかる観点から、芯材の材質としては、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、ポリイミド樹脂等が適する。前記金属や樹脂等は、ＣＦＲＰより熱膨張率が大きい為、加熱後の冷却により収縮し、抜き取り容易となる。又、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何れの方法でもよい。

尚、前記所定温度での加熱非変形性とは、後述の加熱工程での加熱温度では殆ど変形しないという性質を有するものを言う。前記加熱温度では殆ど変形しないとは、後述の加熱条件下で、芯材の材料が溶融したり、芯材の部材に反り、曲がり、撓み、捩れや皺、褶曲等の変形が生じないことを言う。又、前記所定温度とは、後述する原形プリプレグシートのマトリックス樹脂の熱硬化温度に応じ、例えば、約１００〜１９０℃以上の温度を言う。

例えば、図１の搬送用部材１を作製するための芯材は、断面が横長長方形状の角材である。

原形プリプレグシートは、炭素繊維をシート化したものにマトリックス樹脂を含浸させたものであり、未硬化状態のシートである。例えば、積層される複数のプリプレグシートは、引張弾性率４９０〜９５０ＧＰａのピッチ系炭素繊維プリプレグシートを主体として使用し、残部を引張弾性率４９０ＧＰａ未満のＰＡＮ系炭素繊維プリプレグシートを用いるのが好ましい。又、搬送用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、前記ガラス繊維等、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ることも可能である。

炭素繊維としては、ピッチ系のものは弾性率が高いという特徴を有し、ＰＡＮ系のものは引っ張り強度が高いという特徴を有する。又、原形プリプレグシートとしては、強化繊維が同一方向に配向する一方向シートと、平織物、綾織物、朱子織物、三軸織物等のクロスシートとがある。ピッチ系炭素繊維プリプレグシートは、特に一方向性シートを用いるのが好ましい。このような一方向性シートは、例えば、多数の炭素繊維束を引き揃え状態で、マトリックス樹脂を含浸させ、シート状に製造される。

原形プリプレグシートは、強化繊維の種類を異ならせたり、マトリック樹脂に対する強化繊維の使用比率を異ならせたり、或いは強化繊維の配向状態を異ならせたりして、様々なタイプのものを用意しておき、搬送用部材１の用途に応じて、最適な曲げ剛性のＣＦＲＰ部材が形成されるように、使用すべき原形プリプレグシートを複数選択するのが好ましい。

尚、前記選択された全ての原形プリプレグシートについても、同様に所定寸法のプリプレグシート片を形成しておく。次に、芯材の各面に、プリプレグシート片を積層貼付する（積層工程）。プリプレグシート片は未硬化状態であり、ある程度の粘着力を有するので、離型処理の施された芯材の上に、シートを順次重ね合わせていくだけで貼着される。

この場合、アイロン等で熱を掛けながら、下層のフィルムやシートに密着させ、所望の厚み（例えば、１〜７ｍｍ程度）になる迄、密着積層させる。この場合の所望の厚みとは、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、搬送用部材１のＣＦＲＰ板の要求板厚よりも僅かに厚い程度が好ましい。プリプレグシートの積層は、長手方向に対して略直角（９０±５°）に炭素繊維が配向（以下「９０°配向」という）する一方向シートを最も内側（即ち、最下層）にして複数段積層し、その上面に、長手方向に対して略平行（０±５°）に配向（以下「０°配向」という）する一方向シートを複数段積層する。この場合、上記シートに加え、一方向シートを搬送用部材の長手方向に対して時計周りまた反時計回りに４５°傾けることにより、強化繊維を斜め方向（４５±１５°又は１３５±１５°）に配向（以下「４５°又は１３５°配向」という）させた層、または強化繊維が互いに直角に交わる２方向クロス（織物）プリプレグを用いて、これを搬送用部材の長手方向に対して時計周りに４５°傾けることにより、強化繊維の配向方向を４５°と１３５°との２方向に配向するクロスプリプレグシートからなる層等を組み合わせて積層してもよい。この場合、０°配向シートは、長手方向の撓み防止性、及び振動減衰特性を有する。９０°配向シートは、中空構造のつぶれを抑制する効果を有する。更に、４５°配向シートや１３５°配向シートを組み合わせることによって、捻じれ剛性や捻じれ振動減衰特性が一層向上される。クロスシートについては、一方向性シートの上記組み合わせに準じた効果を有する。

又、巻かけとシート片の貼着とを組み合わせても良い。例えば、最内層はクロスプリプレグシートを芯材の全周に巻き付ける。その後、それぞれ４面別々に短冊状に積層し、これら積層物を芯材の４面それぞれに貼り付ける。最後に最外層のクロスプリプレグシートを芯材の全周に巻き付けるなどの方法が挙げられる。

尚、積層順序としては、クロスプリプレグシートを最下層（最内側）とするのが、図１（ａ）に示すような固定用穴１８などの穴あけ加工の観点から好ましい。このようにクロスプリプレグシートを最下層に設けたことにより、切削や開孔等の後加工を行った際に加工部位に生ずる毛羽立ちやささくれ等を防止できる。これによって、加工性が向上される上、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、シリコンウェハ等の精密なワークを傷付ける心配が無いという利点をも有する。なお、図１（ａ）に示す例では、固定用穴１８を６つ設けた例を示しているが、これに限定されず、搬送用部材のサイズ等に応じて適宜必要な数を設ければよい。

又、上層に積層されるシートほど（即ち、外側のシートほど）、搬送用部材１の性状（即ち、曲げ剛性等）への寄与率が高いので、０°配向シートを９０°配向シートよりも上層に積層するのが、撓み防止性の観点から好ましい。かかる点を考慮しつつ、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る。

特に本発明では、０°配向シートとして、４９０〜９５０ＧＰａのピッチ系炭素繊維プリプレグシートを用いる。

柔軟性樹脂層は、このピッチ系プリプレグシートを積層する際に、その層間に介挿される。具体的には、ピッチ系炭素繊維プリプレグシートを所望の膜厚となるように複数積層した後、柔軟性樹脂層となるテープ材を重ね、さらにピッチ系炭素繊維プリプレグシートを所望の膜厚となるようにその上に積層する。

本実施形態で説明する角柱パイプ形状の部材を製造する際には、柔軟性樹脂層はその上下面（搬送用部材の使用時の上下面）に介挿することで効果が得られるため、側面については介挿しなくても良い。

この様にして、芯材の全ての面にプリプレグシートを積層貼付することで、芯材の外周面にプリプレグシートの積層体を形成した状態の積層部材が形成される。その後、この積層部材の外周に、クロスプリプレグシートを１巻或いは少数巻き巻掛けて被覆する。（被覆工程）。

尚、クロスプリプレグシートとは、複数の方向に織り込んだ強化繊維に前記マトリックス樹脂を含浸させた未硬化状態のシートであり、強化繊維としては、織物状の炭素繊維、特にＰＡＮ系炭素繊維、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い。又、積層部材に密着させて被覆できるように、可撓性及び接着性の高いシートが好ましい。

この被覆工程の後、四方からあて板等を押しつけ、この状態の未硬化部材を真空バック等に入れ、加熱することによって、本実施形態の搬送用部材１が形成される。この場合の加熱条件は、室温から２〜１０℃／ｍｉｎの割合で加熱昇温させ、約１００〜１９０℃で約１０〜１８０分間保持し、その後加熱を停止し自然冷却によって降温させて常温に戻す。

何れのプリプレグシートも熱硬化性樹脂を含むので、夫々のシート面及びシート縁部において相互に貼着された状態で硬化する。又、柔軟性樹脂層を介挿する部分では、柔軟性樹脂層の両端側でその上下に配したシート同士が接着するようにのりしろ部分を設けていても良い。尚、未硬化部材を真空バックに入れるのは、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、未硬化部材に対して外圧（即ち、大気圧）を略均等に加える目的とがある。

又、未硬化部材に対して特定方向の外圧を加えてもよい。例えば、あて板と厚み設定板との間に間隙が生じないようにして、上方から重石等で押圧することによって、搬送用部材１の上面（即ち、ワーク支持面）の平坦性が向上したり、搬送用部材１の寸法（特に、厚み）精度が高くなったりするし、又、接合界面が相互に押しつけられる方向に万力等で押圧することによって、プリプレグシートの縁部における接合性が向上したりする。

その後、芯材を抜き取る（抜取工程）。これによって、中空構造の搬送用部材１が形成される。本実施形態によれば、搬送用部材１は、ＣＦＲＰ無垢材としてではなく、中空構造体として構成されるので軽量化を実現できる。よって、例えば、ホルダー等に取付けられロボットハンドを構成する長尺の搬送用部材の場合、自重或いはワークの荷重によって先端部に撓みや振動が生ずるのを防止でき、ワークの支持精度及び搬送精度を向上させることができる。

このように形成されるＣＦＲＰ製搬送用部材は、肉厚が柔軟性樹脂層を含む部分で２〜４ｍｍ程度の範囲であることが好ましい。又、成型時の割れ等を防止するため、柔軟性樹脂層の上に積層されるプリプレグ層は、ＣＦＲＰに変換後の膜厚で０．５ｍｍ以上、好ましくは１ｍｍ以上有することが望ましい。この時、成型時や穴開け時のクラックを防止するために、ピッチ系プリプレグシート間に他の強化繊維、例えば、ＰＡＮ系のプリプレグシートを１層程度介挿しても良い。又、柔軟性樹脂層の両面に配されるピッチ系ＣＦＲＰ層は同程度の厚みとすることが好ましい。

柔軟性樹脂層は、搬送用部材の長手方向の全層に亘って介挿しても良いが、部分的に介挿しても良い。部分的に介挿する場合、搬送用部材の固定側から１／３以上の範囲に介挿すればよい。

又、搬送用部材１の中空部分を、ワークを非接触支持する場合のエアーの供給路、ワークを吸着支持する場合の吸引路、或いは、搬送用部材の先端等にセンサ等を取り付ける場合の配線路として利用することもできる。本実施形態によれば、芯材に、プリプレグシートを積層する際の所謂あて板、及び搬送用部材１を加熱成形する際の所謂中型としての２つの機能を担わせるので、ＣＦＲＰ板の形成（即ち、プリプレグシートの積層）と、搬送用部材の成形（即ち、隣接壁部のプリプレグシートとの相互接合）とを、同時に行うことができる。

又、外周面にもクロスプリプレグシートで被覆したので、切削や開孔等の後加工を行った際に加工部位に生ずる毛羽立ちやささくれ等を防止できる。これによって、加工性が向上される上、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、シリコンウェハ等の精密なワークを傷付ける心配が無いという利点をも有する。

又、クロスプリプレグシートによる被覆によって、プリプレグシート縁部の接合部位に生じるバリや段差等をカバーして美観を向上させたり、プリプレグシートの接合部位の補強ができたり、といった利点もある。尚、搬送用部材の製造方法として、長尺のプリプレグシートを芯材の外周面に巻付けて積層するという前記特許文献３に記載の方法も可能である。

以上の説明では、断面形状がほぼ一定の角柱パイプ形状について説明したが、これに限定されず、特許文献４に例示されているようなテーパー形状、或いは下面の一部を除去した構造とすることも可能であり、特許文献４に記載される振動減衰効果が加味されてさらに優れた搬送用部材が得られる。

搬送用部材の外形寸法は、特に限定されるものではなく、長さはワークを支持するに足る必要十分な長さとし、高さや幅等は支持すべきワークの重量やロボットハンドを構成する場合に使用される搬送用部材の本数等に応じて適宜最適となるようにすればよい。

以下、実施例を参照して本発明を具体的に説明するが、本発明は実施例のみに限定されるものではない。

（１）一方向プリプレグシートＡ１、Ａ２
日本グラファイトファイバー（株）製ピッチ系高弾性率炭素繊維「ＸＮ−８０」（引張弾性率７８０ＧＰａ）を一方向に配向させ、これにエポキシ樹脂を含浸した「ＸＮ−８０」プリプレグである。プリプレグシートに含まれる単位面積あたりの炭素繊維質量は２５０ｇ／ｍ^２、エポキシ樹脂含有量は３３質量％であり、プリプレグシート１枚の厚さは０．２１ｍｍである。一方向プリプレグシートＡは、その強化繊維の配向方向が搬送用部材の長手方向に対してほぼ平行となる０°材として用いる。

（２）一方向プリプレグシートＢ１，Ｂ２
東レ（株）製ＰＡＮ系炭素繊維「Ｔ７００Ｓ」（引張弾性率２３０ＧＰａ）を一方向に配向させ、これにエポキシ樹脂を含浸した「Ｔ７００Ｓ」プリプレグである。プリプレグシートに含まれる単位面積あたりの炭素繊維質量は２６９ｇ／ｍ^２、エポキシ樹脂含有量は３３質量％であり、プリプレグシート１枚の厚さは０．２６ｍｍである。

（３）クロスプリプレグシートＣ，Ｄ
東レ（株）製ＰＡＮ系炭素繊維「Ｔ３００」（引張弾性率：２３０ＧＰａ）を用いて、炭素繊維が直交するように平織りにし、これにエポキシ樹脂を含浸した「Ｔ３００」クロスプリプレグである。プリプレグシートに含まれる単位面積あたりの炭素繊維質量は２００ｇ／ｍ^２、エポキシ樹脂含有量：４４質量％であり、プリプレグシートの厚さは０．２４ｍｍである。このクロスプリプレグシートは、強化繊維の配向角度が搬送用部材の長手方向に対して、０°および９０°となるように積層する。

（４）マトリックス樹脂
マトリックス樹脂として使用したエポキシ樹脂は、樹脂単体を硬化させて測定した引張弾性率が２５００ＭＰａのものを使用した。

（５）柔軟性樹脂層
厚さ０．１５ｍｍのＳＢＲ製シート（引張弾性率：８５ＭＰａ）のものを使用した。ＳＢＲ製シートは角柱パイプの上下面のみに使用し、側面には使用していない。

実施例１
芯材として厚さ１１．１ｍｍ、幅５２．８ｍｍの矩形状のＭＣナイロンを用意し、最内層に、０°及び９０°配向のクロスプリプレグシートＤ、ＰＡＮ系炭素繊維を芯材の長手方向に９０°配向させたプリプレグシートＢ２、ピッチ系炭素繊維を芯材の長手方向に０°配向させたプリプレグシートＡ２、プリプレグシートＢ１、ＳＢＲ製シート、プリプレグシートＡ１、最外層に０°及び９０°配向のクロスプリプレグシートＣを下記表１に示す積層数で順次芯材に積層し、加熱硬化させ、硬化後に芯材を抜き取り、幅６０ｍｍ、高さ１８ｍｍ、肉厚（上下面３．４６ｍｍ、側面３．６０ｍｍ）、長さ２４４５ｍｍの角パイプ形状の搬送用部材Ａを得た。なお、最下層のクロスプリプレグシートＤは、連続したものを芯材の周囲に１層巻き付け、角パイプの上下面には下記表１に示すように、プリプレグシートＢ２、プリプレグシートＡ２、プリプレグシートＢ１、ＳＢＲ製シート、プリプレグシートＡ１の積層物を、両側面には下記表２に示すプリプレグシートＢ１の積層物を、それぞれ貼り付け、最後に最外層に、クロスプリプレグシートＣを芯材の全周に巻き付けるようにした。なお、すべてのプリプレグを巻きかけ式で積層しても良い。このようにして、図１（ｃ）に示すような積層構造を有するＣＦＲＰ製搬送用部材１を得た。図１（ｃ）において、１１はクロスプリプレグシートＤから得られる０／９０°クロスＣＦＲＰ、１２はプリプレグシートＢ２から得られる９０°ＰＡＮ系ＣＦＲＰ、１３はプリプレグシートＡ２から得られる０°ピッチ系ＣＦＲＰ、１４はプリプレグシートＢ１から得られる９０°ＰＡＮ系ＣＦＲＰ、１５はＳＢＲ製シートからなる柔軟性樹脂層、１６はプリプレグシートＡ１から得られる０°ピッチ系ＣＦＲＰ、１７はクロスプリプレグシートＣから得られる０／９０°クロスＣＦＲＰである。

実施例２
実施例１において、プリプレグシートＡ１及びＢ１間に介挿するＳＢＲ製シートを固定側から搬送用部材の長手方向の２／３までの長さとした以外は実施例１と同様にして搬送用部材Ｂを得た。

実施例３
実施例１において、プリプレグシートＡ１及びＢ１間に介挿するＳＢＲ製シートを固定側から搬送用部材の長手方向の１／３までの長さとした以外は実施例１と同様にして搬送用部材Ｃを得た。

比較例１
実施例１において、プリプレグシートＡ１及びＢ１間にＳＢＲ製シートを介挿しなかった以外は実施例１と同様にして搬送用部材Ｄを得た。

本発明の実施例および比較例により得られた搬送用部材に関して、以下の方法により曲げ振動減衰特性を測定した。

図３に示すように、搬送用部材１の一方の端から１７５ｍｍの範囲を固定用ジグ２１で上下から挟み込み、片持ち梁の状態で水平に保持した。この固定部から長手方向に７５ｍｍの箇所、すなわち固定側の搬送用部材の端部から２５０ｍｍに相当する上面及び下面に歪みゲージ２４を貼り付けた。自由端側の端部に質量２ｋｇの重り２２をアラミド繊維２３を用いて吊り下げることにより初期撓みを与え、吊り下げたアラミド繊維２３を切断することにより搬送用部材を振動させた。その間の曲げひずみから、振動減衰率，振動減衰時間を測定した。

本発明に係る搬送用部材Ａ〜Ｃと、比較例になる搬送用部材Ｄ（柔軟性樹脂層なし）の計４種類について測定を行った。

図４に、搬送用部材Ａと搬送用部材Ｄの振動減衰特性を重ねて示す。柔軟性樹脂層を介挿した本発明に係る搬送用部材Ａでは、柔軟性樹脂層なしの搬送用部材Ｄの場合と比較して格段に振動減衰性が改善されているのが解る。

又、図５に初期ひずみが所定のひずみ量（初期ひずみの１／２，１／３，１／４，１／５）に減衰するまでの時間を４種類並べて表示した。同図に示すように、固定側から１／３の長さまで柔軟性樹脂層を介挿した場合であっても振動減衰性の改善効果が得られることが解る。

本発明の一実施形態になる搬送用部材の概略図（ａ）、断面図（ｂ）及びその部分拡大図（ｃ）を示す。 本発明に搬送用部材を用いたロボットハンドの一例を示す斜視概念図である。 振動減衰特性の評価方法を説明する図である。 実施例１（搬送用部材Ａ）及び比較例１（搬送用部材Ｄ）の振動減衰特性の結果を重ねて示すグラフである。 各実施例及び比較例におけるひずみ量の時間変化を示すグラフである。

符号の説明

１ 搬送用部材
１１ ０／９０°クロスＣＦＲＰ
１２ ９０°ＰＡＮ系ＣＦＲＰ
１３ ０°ピッチ系ＣＦＲＰ
１４ ９０°ＰＡＮ系ＣＦＲＰ
１５ 柔軟性樹脂層
１６ ピッチ系ＣＦＲＰ
１７ ０／９０°クロスＣＦＲＰ
１８ 固定用穴
１９ 吸着パッド穴
２ ホルダー
３ 吸着パッド
１０ ロボットハンド
Ｗ ワーク

Claims (6)

1. 高弾性率ピッチ系炭素繊維強化樹脂複合材料（ＣＦＲＰ）層及び該ＣＦＲＰ層を構成するマトリックス樹脂よりも低い引張弾性率を有する柔軟性樹脂層で構成されたＣＦＲＰ製搬送用部材。
2. 前記ピッチ系ＣＦＲＰ層間に前記柔軟性樹脂層が介挿された構造を有することを特徴とする請求項１に記載のＣＦＲＰ製搬送用部材。
3. 前記ＣＦＲＰ製搬送用部材は、角柱パイプ形状を有し、その上下面にピッチ系ＣＦＲＰ層間に柔軟性樹脂層が介挿された構造を有する請求項１又は２に記載のＣＦＲＰ製搬送用部材。
4. 前記ピッチ系ＣＦＲＰ層は、搬送用部材の長手方向に炭素繊維を配向した一方向性材料である請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＣＦＲＰ製搬送用部材。
5. 産業用ロボットのアーム先端に取り付けられるロボットハンドであって、ワークを支持する支持部と、該支持部をアーム先端に保持固定するためのホルダー部とを有し、前記支持部が請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＣＦＲＰ製搬送用部材であることを特徴とするロボットハンド。
6. 少なくとも２本のＣＦＲＰ製搬送用部材を片持ち梁状態でホルダー部に保持固定してなる請求項５に記載のロボットハンド。

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