JP2011032540A - ロボットのアームカバーの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アルミにより型成形されたアームカバーの表面に、高い防錆効果を有する防錆被膜を形成する
【解決手段】砂型を用いたアルミの型成形により形成されたアームカバーの表面のうち、アームへの接合面を切削加工した後、陽極酸化処理時を行う。切削加工により接合面の表層に存在するチル層や砂粒子による細かい凹凸が除去された状態で、陽極酸化処理が行われることとなるので、印加電圧と電圧印加時間とを管理することで、防錆効果のある所望の厚さの陽極酸化処理被膜を、接合面全体に厚さ均一の状態に形成でき。また、アームカバーの接合面以外の表面のうち、アームの外表面となる外側表面に、塗装を施して適度な厚さの塗料被膜を形成する
【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットにおいてアームに取り付けられるアルミ製のアームカバーの製造方法に関する。

ロボットでは、アームのフレームの内部に、回転関節を駆動するためのモータや減速装置、或は電力ケーブルや信号ケーブルなどを収納した後、フレームにアームカバーを取り付けてフレームの内部が見えないようにしている。

ところで、ロボットは各分野で使用されているが、特に医薬の製造現場などで使用されるロボットにあっては、アームの表面が錆びないことが求められる。この要求に対処するために、アームの外表面を構成する前記アームカバーを、錆び難く、表面も光沢があって美麗なステンレスにより形成することが考えられる。しかしながら、ステンレスは高価で、加工も難しいため、アームカバーをステンレス製とすることは現実的ではない。

アームカバーをアルミによる型成形品とすれば、材料費も比較的安価で、防錆もし易い。アルミに対する簡易な表面処理としては、ニッケルメッキがある。しかし、ニッケルメッキの防錆効果は低レベルであり、医薬製造現場で殺菌のために行う過酸化水素水による洗浄には耐えられない。
なお、本発明とは異なる分野であるが、特許文献１には、アルミダイカストにより形成された空気制御弁のハウジングの表面全体に、陽極酸化処理被膜（アルマイト被膜）を形成し、この陽極酸化処理被膜の表面の一部にフッ素樹脂コート層を形成することが記載されている。

特開２００５−６１３９６号公報

アルミ製のアームカバーに対する信頼性ある防錆処理として、特許文献１に示されている陽極酸化処理が挙げられる。アームカバーの表面に形成される陽極酸化処理被膜による防錆を確実なものとするためには、その陽極酸化処理被膜の厚さを均一化し、薄い部分が生じないようにする必要がある。陽極酸化処理では、陽極酸化処理被膜の厚さは、通常、印加電圧と電圧印加時間によって制御できる。しかし、アームカバーは、通常は、型成形品であり、この型成形されたアームカバーを実際に陽極酸化処理すると、印加電圧と時間を管理しても、アームカバーの表面全体に厚さが均一の陽極酸化処理被膜を形成することは困難であった。
それならば、アームカバーの全体に、防錆効果のある一定厚さ以上の陽極酸化被膜が形成されるように処理時間を長くすればよいが、これでは量産品を作るための製造ラインとして、効率的な生産管理を行うことが難しくなる。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、アルミにより型成形されたアームカバーの表面に、高い防錆効果を有する防錆被膜を効率良く形成することができ、しかも、生産管理が容易なロボットのアームカバーの製造方法を提供するところにある。

アームカバーを型成形によって形成すると、型と接する表面には、アルミ自身から出るガスや離型剤が混入してチル層が形成される。このチル層はごく薄いものであるが、厚さは一様ではなく、場所によって異なる。チル層は陽極酸化処理時における陽極酸化処理被膜の生成に大きな影響を及ぼすため、このチル層の厚さのいかんが陽極酸化処理被膜の厚さを左右する。しかしながら、チル層の生成はランダムで、アームカバーのどの部分にどの程度の厚さのチル層が生じているかは全く分からない。

また、型に砂型を用いて鋳造したアームカバーの表面を精査してみたところ、金型によるダイカスト成形とは異なり、陽極酸化処理被膜を形成するレベルで見た場合、鋳物砂の粒子の影響で、アームカバーの表面に電解液の浸入し難い細かい凹凸があり、その凹凸の影響で陽極酸化処理被膜が形成され難いことも分かった。このようなアームカバーの細かい凹凸は、ロボットの手先の精度には何ら影響を及ぼさないので、従来では、その凹凸に何らの注意も払われていなかった。

本発明者は、以上のように型成形されたアルミ製のアームカバーの表面にはチル層が存在し、特に砂型によるものでは、表面に細かい凹凸が存在し、このチル層や細かい凹凸が原因となって、陽極酸化処理被膜が形成されるところと形成されない或は形成され難いところが生じるため、陽極酸化処理時間を管理しても、一定厚さの陽極酸化処理被膜が得られず、しかも、陽極酸化処理被膜の厚さは目視しても分からないため、防錆効果のある厚さの陽極酸化処理被膜が形成されたことの信頼性が得られないという不具合を生ずることを究明した。

本発明は、以上の陽極酸化処理被膜の均一形成を阻害する要因がチル層や細かい凹凸（砂型の場合）の存在にあることに着目してなされたもので、アルミによって型成形されたアームカバーの表面のうちアームへの接合面を切削加工した後、陽極酸化処理時を行う。切削加工は、ミリ単位で切削するので、接合面の表面にあった薄いチル層や細かい凹凸が除去された状態で陽極酸化処理が行われることとなる。この切削により、同時に、接合面の平面精度が高められる。このため、印加電圧と電圧印加時間を管理することで、防錆効果のある所望の厚さの陽極酸化処理被膜を、接合面全体に厚さ均一の状態で形成できる。しかも、陽極酸化処理時間をむやみに長くする必要がないので、効率的に生産でき、且つ、生産管理も容易となる。

また、アームカバーの接合面以外の表面のうち、アームの外表面となる外側表面には、塗装が施され適度な厚さの塗料被膜が形成される。アームカバーの外側表面に塗料被膜のない箇所が少しでもあると、防錆品質が低下するので、塗料被膜の管理も大変重要である。この塗料被膜の管理に関し、塗料の色がたとえ下地のアルミと同じような色であったとしても、塗装時において、塗料が塗られたところは、その塗料の光沢があって、そのような光沢のない下地とは区別可能であるから、塗料が塗られている箇所、塗られていない箇所を光沢の有無によって容易に判別できる。このことから、塗装時に、光沢の有無を目視によって判別することにより、塗料被膜の有無の管理を効率よく行うことができるようになる。

以上のように、本発明の製造方法によれば、防錆品質に優れたアームカバーを生産管理し易い方法で製造することができ、また、本発明の製造方法によって製造したアームカバーをロボットのアームに取り付けることにより、たとえ過酸化水素水で洗浄されても、外側表面は塗料被膜によって保護されているので、錆を発生することはない。洗浄時に過酸化水素水がアームとアームカバーの接合面との間の隙間に浸入したとしても、その接合面には均一厚さの陽極酸化処理被膜が形成されているので、錆を発生することはない。
なお、本発明でいうアルミは、純アルミニウムおよびアルミニウム合金の双方を含む。

本発明の一実施形態におけるアームカバーの製造工程図 型成形されたアームカバーを示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う拡大断面図 切削加工されたアームカバーを示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は図２（ｃ）相当図 陽極酸化処理を施した後のアームカバーの図２（ｃ）相当図 塗装処理を施した後のアームカバーの図２（ｃ）相当図 ロボットの斜視図

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図６には、産業用ロボットが示されている。この産業用ロボットは、例えば６軸の垂直多関節型ロボットからなるもので、ベース１と、このベース１にＪ１軸を中心に水平方向に回転可能に支持されたショルダ部２と、このショルダ部２にＪ２軸を中心に上下方向に回転可能に支持された下アーム３と、この下アーム３にＪ３軸を中心に上下方向に回転可能に支持された第１の上アーム４と、この第１の上アーム４にＪ４軸を中心に捻り回転可能に支持された第２の上アーム５と、この第２の上アーム５にＪ５軸を中心に上下方向に回転可能に支持された手首６と、この手首６にＪ６軸を中心に捻り回転可能に支持されたフランジ７とから構成されている。
ベース１、ショルダ部２、下アーム３、第１の上アーム４、第２の上アーム５、手首６、フランジ７は、ロボットのアームとして機能し、アーム先端であるフランジ７には、図示はしないが、エンドエフェクタ（手先）が取り付けられる。

円盤からなるフランジ７を除く各アーム１〜６は中空で、所要部分に開口部を形成したフレーム構造をなしている。これら各アーム１〜６には、開口部を通じて中空内部にモータや減速装置などを取り付けたり、電源線などを収容したりした後、アルミ製のアームカバーが取り付けられる。

本実施形態の産業用ロボットは比較的小型で、様々な分野で使用可能であるため、医薬の製造現場などで使用された場合に、過酸化水素水により洗浄されたり、水洗いされたりすることも考慮して、アームカバーには防錆処理が施されている。このような防錆処理が施されたアームカバーの製造方法を、例えば第２の上アーム５の側面を覆うアームカバー８に適用し、特に、このアームカバー８を砂型を用いて型成形する場合に適用して説明する。

アームカバー８は、図１に示すように、鋳造工程、切削工程、陽極酸化処理工程および塗装工程を順に実施して製造される。まず、鋳造工程では、アームカバー８を成形するための図示しない砂型（成形型）が作られる。この砂型の空洞部分、つまりアームカバー８を成形するための空洞部分の内面などには、例えばシリコン系の離型剤が塗布される。そして、この砂型の空洞部分に、溶融アルミを注入してアームカバー８を成形する。 砂型の空洞部分に注入した溶融アルミが凝固してアームカバー８として成形された後、砂型からアームカバー８を取り出す（以上、鋳造工程）。

鋳造されたアームカバー８は、図２（ｂ）にも示すように、全体として偏平なドーム形で、外側表面が中央部分から周縁部に向かって円弧状に緩やかに傾斜している。また、アームカバー８の裏面の周縁部分は、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、第２の上アーム５に、図６に示すボルト９によって締め付け固定される平坦な接合面１０とされている。

このアームカバー８の砂型と接する全表面には、溶融アルミが砂型内で凝固してゆく過程で出るガスや、砂型に塗布された離型剤の影響で、図２（ｃ）に間隔の狭いハッチングを付して示すように、チル層１１が生じている。このチル層１１は薄い（１ミリに満たない）が、その厚さは不均一で、場所によって異なる。また、アームカバー８の砂型と接する全表面は、砂型の砂粒子の影響で細かい凹凸を有した粗面となっている。なお、図２（ｃ）では、チル層１１の厚さは実際よりも厚く描いている。

次に、鋳造により得たアームカバー８を切削加工する。この切削加工は、例えばマシニングセンターにアームカバー８をセットし、ドリルの切削加工によって図３（ａ）に示すように前記ボルト９の通し孔１２を複数個形成する。また、フライスの切削加工によって接合面１０を切削する（切削工程）。このときの接合面１０の切削は、切削量（切削深さ）をミリ単位にして行う。

この切削加工により、図３（ｂ）に示すように、接合面１０から１ミリに満たない薄いチル層１１が除去されると同時に、接合面１０の砂粒子による凹凸が除去され、且つ、鋳造時に生じたひけなどもなくなり、接合面１０は平面精度の良い仕上げ面になる。なお、図２（ｃ）にフライスによる接合面１０の切削しろを二点鎖線Ｆで示した。この切削工程におけるフライス切削は、二次元の面である接合面１０についてだけ行い、複雑な三次元表面である外側表面と裏側表面については行わないので、むやみに長い時間を費やすことなく、比較的短い時間で切削加工を終えることができる。

切削加工を終えたアームカバー８は、その後、接合面１０を含む全表面に陽極酸化処理を施す（陽極参加処理工程）。即ち、適度な濃度の電解液（例えば希硫酸、シュウ酸など）の中にアームカバー８を浸漬し、アームカバー８を陽極として水の電気分解により当該アームカバー８の全表面を酸化させる。これにより、図４に示すように、アームカバー８の表面全体にアルマイトと称される陽極酸化処理被膜１３が形成される。このとき、一定の印加電圧で電圧印加時間を制御することによって、接合面１０については、防錆効果のある所望厚さの陽極酸化処理被膜１３が形成されるようにする。なお、この陽極酸化処理工程における電圧印加時間は、得るべき陽極酸化処理被膜１３の厚さに必要な時間を実験により予め求めておくものである。

この陽極酸化処理されたアームカバー８において、接合面１０の陽極酸化処理被膜１３の厚さは、チル層１１および細かい凹凸の除去後に陽極酸化処理を行ったことにより、接合面１０の全体において均一で、防錆にとって必要な厚さ以上の所望厚さの陽極酸化処理被膜１３が得られる。接合面１０以外の外側表面、裏側表面の陽極酸化処理被膜１３は、チル層１１や細かい凹凸を除去せずに陽極酸化処理を行っていることにより、薄く、しかも、場所によって厚さが異なる。

陽極酸化処理を終えたアームカバー８の外側表面には、その後、塗料を例えばスプレーガンによって吹き付ける塗装を行う（塗装工程）。この塗装は、少なくとも接合面１０にマスキング処理、例えば接合面１０にテープを張り付けて実施することが好ましい。この塗装により、図５に示すように、アームカバー８の外側表面に塗料被膜１４が形成される。この塗装時において、塗料は液状であるから、アームカバー８の外側表面に塗料が塗布されると、その塗料塗布部分は光沢を帯びるようになる。このため、塗料の色が下地であるアームカバー８のアルミ色と同じような色であっても、光沢差によって塗料が塗布された部分と、未だ塗布されていない部分とを目視によって容易に見分けることができる。従って、アームカバー８の外側表面の全体が光沢を帯びていれば、外側表面の全体が塗装されたこととなり、目視によって塗装の良否を容易に管理することができる。なお、塗料被膜１４を外側表面の全体に均一に形成するためには、静電塗装が好ましいが、静電塗装に限られるものではない。アームカバー８の外側表面に塗布された塗料は、その後、焼付き処理される。

以上により、表面に防錆処理層を形成したアームカバー８が製造される。製造されたアームカバー８は、接合面１０を第２の上アーム５に突き合わせてボルト９により固定される。このとき、アームカバー８の接合面１０は平面精度良く切削加工された状態になっているため、同じく精度良く平面加工された第２の上アーム５の取り付け面（図示せず）に隙間なく合わせられて固定される。

ところで、接合面１０の防錆だけを考えるなら、接合面１０も塗装対象としても良い。しかしながら、塗装では、たとえ静電塗装を行ったとしても、塗料被膜の厚さを均一にすることが非常に困難で、第２の上アーム５の取り付け面に付き合わせたとき、塵埃などの侵入を許容してしまうような比較的大きな隙間を生じさせる恐れがある。これに対し、本実施形態では、切削加工された接合面１０に陽極酸化処理被膜１３を形成するので、塗装による防錆処理とは異なり、そのような隙間が生ずる恐れはない。

図６に示すロボットでは、各アームのアームカバーは、上述のアームカバー８と同様の防錆処理が施されている。このロボットが例えば薬品の製造現場で使用され、過酸化水素水で洗浄され、或は、水で洗浄されたとしても、アームカバー８の外側表面には、塗料被膜１４が形成されているので、過酸化水素水や拭き取られずに残った水などによって腐食される恐れはない。また、仮に、過酸化水素水や水がアームカバー８の接合面１０と第２の上アーム５の取り付け面との間に浸入したとしても、接合面１０には均一厚さの陽極酸化処理被膜１３が形成されているので、当該接合面１０が腐食される恐れもない。

このように本実施形態によれば、接合面１０を切削加工し、チル層１１および細かい凹凸のない状態にして陽極酸化処理を行うようにしたので、接合面１０に、防錆に必要な所望厚さの陽極酸化処理被膜１３を接合面１０全体に均一に形成することができる。しかも、チル層１１および細かい凹凸がないので、均一厚さの陽極酸化処理被膜１３を、電圧印加時間の制御によって容易に、且つ、むやみに長時間を要することなく、求める被膜厚さ分の時間だけの処理にて形成することができる。従って、量産品を製造する生産ラインとして効率的に陽極酸化処理を行うことができる容易な生産管理が可能となる。
また、アームカバー８の外側表面の防錆被膜（塗料被膜１４）を塗装によって形成するので、効率良く形成でき、しかも、防錆被膜（塗料被膜１４）の良否については、塗装時に目視により光沢の有無を判別することによって容易に効率良く管理することができる。

なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施形態に限定されるものではなく、以下のような拡張或は変更が可能である。
陽極酸化工程では、アームカバーの外側表面および内側表面をマスキングし、接合面にだけアルマイト層を形成するようにしても良い。
アームカバーの内側表面を塗装しても良い。
陽極酸化処理は、塗装工程の後に実施しても良い。
アームカバーは砂型により型成形したものに限らず、金型（成形型）を用いたダイキャスト機によって型成形したものであっても良い。

図面中、８はアームカバー、１０は接合面、１１はチル層、１３は陽極酸化処理被膜、１４は塗料被膜を示す。

Claims (1)

1. ロボットのアームに接合されて当該アームの外表面を構成するアルミ製のアームカバーを製造する方法において、
   前記アームカバーをアルミにより型成形する鋳造工程と、
   前記型成形された前記アームカバーの前記アームへの接合面を切削加工し、前記型成形時に前記接合面の表面に生じたチル層を除去する切削工程と、
   前記接合面が切削加工された前記アームカバーを陽極酸化処理して少なくとも前記接合面にアルマイト層を形成する陽極酸化処理工程と、
   前記アームカバーの表面のうち、前記接合面を除く表面であって少なくとも前記アームの外表面となる外側表面を塗装する塗装工程と
   からなるロボットのアームカバーの製造方法。