JP2012161886A

JP2012161886A - パイプ成形体

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Publication number: JP2012161886A
Application number: JP2011024358A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Takemura; 振一竹村; Toru Tayama; 徹田山; Daisuke Uchida; 大介内田
Original assignee: JX Nippon Oil and Energy Corp
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 2011-02-07
Filing date: 2011-02-07
Publication date: 2012-08-30

Abstract

【課題】剛性を確保しつつ連結部材との接合を強化可能なパイプ成形体を提供する。
【解決手段】
パイプ成形体であるロワーアーム７は、炭素繊維強化プラスチックにより円管状に形成された外側層７１を備えているので、金属製のものに比べて高い剛性が確保される。さらに、ロワーアーム７においては、外側層７１の一端７１ａを含む一端部に、雄ねじ７４ａが設けられている。このため、ロワーアーム７と連結部材９との接合に際して、接着剤での接着に加え、雄ねじ７４ａと雌ねじ９ａとの螺合を用いることが可能となる。したがって、ロワーアーム７によれば、連結部材９との接合を強化することが可能となる。
【選択図】図４

Description

本発明は、対象物をピッキングして移送するためのピッキングロボットのロボットアームに用いられるパイプ成形体に関する。

従来のピッキングロボットとして、例えば、特許文献１に記載の産業ロボット装置が知られている。この産業ロボット装置は、基端が産業ロボット装置の本体部に連結されたアッパーアームと、基端がアッパーアームの先端に連結されたロワーアームとを有するロボットアームを備えている。このようなロボットアームにおいては、アッパーアームやロワーアームとして、アルミニウム等の金属製のパイプ成形体が用いられており、例えばパイプ成形体同士の連結は、各パイプ成形体に接合された連結部材を介して行われている。

特開２００３−５２４５３０号公報

ところで、上記のような産業ロボット装置は、ロボットアームの先端部（すなわち、ロワーアームとしてのパイプ成形体の先端部）に対象物を保持した状態において高速移動する。そのため、そのような産業ロボット装置のロボットアームに用いられるパイプ成形体にあっては、高速移動時にも対象物を確実に保持可能とするために、剛性を確保しつつ連結部材との接合を強化することが望まれている。

そこで、本発明は、剛性を確保しつつ連結部材との接合を強化可能なパイプ成形体を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明のパイプ成形体は、対象物をピッキングして移送するためのピッキングロボットのロボットアームに用いられるパイプ成形体であって、炭素繊維強化プラスチックにより円管状に形成された外側層を備え、少なくとも外側層の一端部には雄ねじが設けられている、ことを特徴とする。

このパイプ成形体においては、外側層が炭素繊維強化プラスチックによって円管状に形成されている。このため、金属製のパイプ成形体に比べて高い剛性が確保される。また、このパイプ成形体においては、そのような外側層の一端部に雄ねじが設けられている。このため、連結部材に雌ねじを設けることにより、パイプ成形体と連結部材との接合に際して、接着剤での接着に加え、雄ねじと雌ねじとの螺合を用いることが可能となる。したがって、連結部材との接合を強化することが可能となる。

本発明のパイプ成形体においては、雄ねじのねじ溝の断面形状は矩形状であることが好ましい。或いは、雄ねじのねじ溝の断面形状は外側層の内部に向かって狭まる台形状であることが好ましい。これらの構成によれば、ねじ溝の底部が平坦となる。そのため、パイプ成形体に何らかの応力が発生した際に、ねじ溝の底部の一部分にその応力が集中することが避けられる。その結果、ねじ溝を起点とした破壊が防止される。

ここで、本発明のパイプ成形体においては、炭素繊維強化プラスチックにより円管状に形成され、外側層の一端から他端に渡って延在するように外側層の内側に配置された内側層と、外側層と内側層との間に配置された制振層と、をさらに備えることが好ましい。この構成によれば、内側層も炭素繊維強化プラスチックにより円管状に形成されているので、より高い剛性が確保される。さらに、外側層と内側層との間に制振層が配置されているので、振動減衰特性が向上される。

また、本発明のパイプ成形体においては、制振層は円管状に形成されていることが好ましい。この構成によれば、外側層及び内側層の周方向について等方的に振動減衰特性が向上される。

また、本発明のパイプ成形体においては、制振層は、一端から他端に渡って延在するように外側層と内側層との間に配置されているものとすることができる。この構成によれば、振動減衰特性が一層向上される。

或いは、本発明のパイプ成形体においては、制振層は、一端から一端と他端との間の所定位置まで延在するように外側層と内側層との間に配置されているものとしてもよい。この構成によれば、振動減衰特性が向上されると共に剛性の低下が抑制される。

本発明によれば、剛性を確保しつつ連結部材との接合を強化可能なパイプ成形体を提供することができる。

本発明のパイプ成形体の一実施形態を用いたロボットアームを備えるピッキングロボットの斜視図である。図１に示されたロワーアームの構成を模式的に示す斜視図である。図２のIII−IIIに沿っての断面図である。図１に示されたロワーアームの端部の構造を示す平面図である。図１に示されたアッパーアームの構造を示す平面図である。図１に示されたロワーアームの変形例を示す模式図である。図１に示されたロワーアームの変形例を示す斜視図である。図１に示されたロワーアームの変形例を示す断面図である。振動減衰特性の評価に用いる保持部材の構成を示す斜視図である。振動減衰特性の評価結果を示すグラフである。振動減衰特性の評価結果を示すグラフである。本発明のパイプ成形体の実施例の構成を示す模式図である。比較例のパイプ成形体の構成を示す模式図である。他の比較例のパイプ成形体の構成を示す模式図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明のパイプ成形体の一実施形態を用いたロボットアームを備えるピッキングロボットの斜視図である。図１に示されるように、ピッキングロボット１は、本体２と、本体２に連結されたロボットアーム３と、ロボットアーム３の先端に取り付けられたピッキング装置４とを備えている。このようなピッキングロボット１は、例えば、工場内に吊り下げられた状態で、対象物（例えば医薬品や食料品等）をピッキングして移送する。

本体２は、図中の直交座標系Ｓにおけるｘ−ｙ平面内を任意に移動可能とされている。本体２の下面２ｓには、後述するロボットアーム３のアッパーアーム５を本体２に連結するための複数（ここでは３つ）の連結部２ａが設けられている。

ロボットアーム３は、複数（ここでは３つ）の長尺円筒状のアッパーアーム（パイプ成形体）５を有している。アッパーアーム５は、その基端５ａが本体２の連結部２ａに連結されている。アッパーアーム５と本体２との連結は、アッパーアーム５の基端５ａに取り付けられた連結部材６を介して行われている。アッパーアーム５は、本体２に連結された状態において、基端５ａを中心に回動可能とされている。

また、ロボットアーム３は、複数（ここでは６つ）の長尺円筒状のロワーアーム（パイプ成形体）７を有している。ロワーアーム７は、アッパーアーム５よりも小径の円筒状を呈している。ロワーアーム７は、その基端７ａがアッパーアーム５の先端５ｂに連結されている。ここでは、１つのアッパーアーム５に対して２つのロワーアーム７が連結されている。ロワーアーム７とアッパーアーム５との連結は、アッパーアーム５の先端５ｂに取り付けられた連結部材８と、ロワーアーム７の基端７ａに取り付けられた連結部材９とを介して行われている。

ピッキング装置４は、ロワーアーム７の先端７ｂに、連結部材１０を介して取り付けられている。ピッキング装置４は、例えば、真空吸着等によって対象物をピッキングする。ピッキングロボット１においては、本体２がｘ−ｙ平面内を移動すると共にアッパーアーム５が回動することによって、ｘ−ｙ−ｚ空間内の任意の位置にピッキング装置４を移動させることができる。

図２は、ロワーアーム７の構成を模式的に示す斜視図であり、図３は、図２のIII−III線に沿っての断面図である。図２及び図３に示されるように、ロワーアーム７は、円管状に形成された外側層７１と、円管状に形成され、外側層７１の一端７１ａから他端７１ｂに渡って延在するように外側層７１の内側に配置された内側層７２と、外側層７１と内側層７２との間に配置された制振層７３とを有している。つまり、ロワーアーム７においては、円管状の内側層７２を覆うように内側層７２上に制振層７３が積層されており、制振層７３を覆うように制振層７３上に外側層７１が積層されている。なお、外側層７１の一端７１ａは、ロワーアーム７の基端７ａであり、外側層７１の他端７１ｂは、ロワーアーム７の先端７ｂである。ロワーアーム７は、その基端７ａから先端７ｂに渡って外径及び内径を変化させない円管形状でも良いし、その基端７ａから先端７ｂに向かって外径及び内径を小さくするテーパ形状としてもよい。テーパ形状とした場合、先端７ｂに向かってその直径を小さくする、すなわちロワーアーム７の先端７ｂ側の重量を小さくすることにより、振動減衰特性を改善することが可能となる。

外側層７１及び内側層７２は、炭素繊維強化プラスチック（以下、「ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastics」と称する）からなる。より具体的には、外側層７１及び内側層７２は、所定の方向に配向された炭素繊維を含む炭素繊維層にマトリックス樹脂（例えばエポキシ樹脂）を含浸してなる炭素繊維プリプレグを複数層（例えば、外側層７１であれば６層、内側層７２であれば５層）積層し熱硬化して作製される。

外側層７１及び内側層７２の炭素繊維プリプレグとしては、例えば、ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製炭素繊維プリプレグＢ２４Ｎ３５Ｒ１２５（炭素繊維：三菱レイヨン（株）製ＰＡＮ系炭素繊維（商品名：パイロフィルＴＲ３０Ｓ）、マトリックス樹脂：１３０°硬化エポキシ、炭素繊維目付け：１２５ｇ／ｍ^２、樹脂含有量：３５重量％、プリプレグ厚さ：０．１２６ｍｍ）、ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製炭素繊維プリプレグＥ６０２５Ｅ−２６Ｋ（炭素繊維：日本グラファイトファイバー（株）製ピッチ系炭素繊維（商品名：グラノックＸＮ−６０）、マトリックス樹脂：１３０°硬化エポキシ、炭素繊維目付け：２６０ｇ／ｍ^２、樹脂含有量２７．５重量％、プリプレグ厚さ０．２０２ｍｍ）、ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製炭素繊維プリプレグＢ２４Ｎ３３Ｃ２６９（炭素繊維：三菱レイヨン（株）製ＰＡＮ系炭素繊維（商品名：パイロフィルＴＲ３０Ｓ）、マトリックス樹脂：１３０°硬化エポキシ、炭素繊維目付け：２６９ｇ／ｍ^２、樹脂含有量：３３．４重量％、プリプレグ厚さ：０．２６０ｍｍ）、及び、ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製平織り炭素繊維プリプレグＦＭＰ６１−２０２６Ａ（炭素繊維：東レ（株）製ＰＡＮ系炭素繊維（商品名：トレカＴ３００）、マトリックス樹脂：１３０°硬化エポキシ、炭素繊維目付け：１９８ｇ／ｍ^２、樹脂含有量：４４．０重量％、プリプレグ厚さ：０．２５０ｍｍ）等を使用することができる。

制振層７３は、外側層７１及び内側層７２を構成するＣＦＲＰの剛性よりも低い剛性の粘弾性材料からなる。制振層７３の粘弾性材料は、２５°における貯蔵弾性率が、０．１ＭＰａ以上２５００ＭＰａ以下の範囲であることが好ましく、０．１ＭＰａ以上２５０ＭＰａ以下の範囲であることがさらに好ましく、０．１ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下の範囲であることが一層好ましい。粘弾性材料の貯蔵弾性率が、２５００ＭＰａ以下であれば、十分な制振性能を得ることができ、０．１ＭＰａ以上であれば、ロワーアーム７の剛性の低下が少なく、産業用部品として要求される性能を満たすことができる。また、制振層７３の粘弾性材料は、炭素繊維プリプレグを熱硬化して外側層７１及び内側層７２を作製することから、その際に発生する熱に対して安定であることが好ましい。さらに、制振層７３の粘弾性材料は、外側層７１及び内側層７２のマトリックス樹脂との接着性に優れていることが好ましい。

以上の観点から、制振層７３を構成する粘弾性材料は、例えば、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）、及び、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＭ，ＥＰＤＭ）等のゴム、並びに、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、及び、柔軟鎖を持つポリマーであるゴムやエラストマー等を添加することによって弾性率を低くしたエポキシ樹脂等の、ＣＦＲＰに比べて柔軟な材料とすることができる。

ここで、ロボットアーム３においては、アッパーアーム５も、ロワーアーム７と同様の構成となっている。すなわち、アッパーアーム５は、円管状に形成された外側層（後述する外側層５１）と、円管状に形成され、外側層の一端から他端に渡って延在するように外側層の内側に配置された内側層と、外側層と内側層との間に配置された制振層とを有している。つまり、アッパーアーム５も、円管状の内側層を覆うように内側層上に制振層が積層されており、制振層を覆うように制振層上に外側層が積層されている。なお、ここでの外側層の一端はアッパーアーム５の基端５ａであり、外側層の他端はアッパーアーム５の先端５ｂである。アッパーアーム５は、その基端５ａから先端５ｂに渡って外径及び内径を変化させない円管形状でも良いし、その基端５ａから先端５ｂに向かって外径及び内径を小さくするテーパ形状としてもよい。テーパ形状とした場合、先端５ｂに向かってその直径を小さくする、すなわちアッパーアーム５の先端５ｂ側の重量を小さくすることにより、振動減衰特性を改善することが可能となる。

アッパーアーム５の外側層、内側層、及び制振層のそれぞれは、ロワーアーム７の外側層７１、内側層７２、及び制振層７３のそれぞれと同様の材料から構成することができる。ただし、アッパーアーム５の外側層及び内側層は、ロワーアーム７の外側層７１及び内側層７２よりも多く炭素繊維プリプレグを積層して構成される（例えば、外側層であれば９層、内側層であれば７層）。つまり、アッパーアーム５は、ロワーアームよりも大径であることから、ロワーアームよりも多く炭素繊維プリプレグを積層して厚肉とすることによって、つぶれ破壊を防止するように構成されている。アッパーアーム５及びロワーアーム７の肉厚は、肉厚／平均直径（＝外径と内径の和の１／２）を０．０５以上とすることを目安に設定される。このため、アッパーアーム５及びロワーアーム７は、直径が大きくなるほど厚肉となる。

図４は、ロワーアーム７の端部の構造を示す平面図である。図４に示されるように、ロワーアーム７の基端７ａを含む端部（すなわち外側層７１の一端７１ａを含む一端部）には、所定のピッチで螺旋状のねじ溝７４を形成する（スパイラル加工を施す）ことにより、雄ねじ７４ａが設けられている。一方で、連結部材９には、その雄ねじ７４ａに対応する雌ねじ９ａが設けられている。したがって、ロワーアーム７と連結部材９とは、接着剤による接着に加えて、雄ねじ７４ａと雌ねじ９ａとの螺合を用いて接合されている。なお、ねじ溝７４の断面形状は、その底部７４ｃが略直線状であるような矩形状（コの字状）を呈している。また、ねじ溝７４は、外側層７１の炭素繊維プリプレグ２〜３層程度まで達する深さに形成されており、制振層７３までは達していない。

また、ロワーアーム７の先端７ｂを含む端部（すなわち外側層７１の他端７１ｂを含む他端部）にも、所定のピッチで螺旋状のねじ溝７４を形成することにより、雄ねじ７４ｂが設けられている。そして、連結部材１０には、その雄ねじ７４ｂに対応する雌ねじ１０ｂが設けられている。したがって、ロワーアーム７と連結部材１０とは、接着剤による接着に加えて、雄ねじ７４ｂと雌ねじ１０ｂとの螺合を用いて接合されている。

図５は、アッパーアーム５の構造を示す平面図である。図５に示されるように、アッパーアーム５の基端５ａ及び先端５ｂにおける外側層５１にも、ロワーアーム７の基端７ａ及び先端７ｂにおける外側層７１と同様に、雄ねじ５２ａ，５２ｂが設けられている。すなわち、アッパーアーム５の基端５ａを含む端部（すなわち外側層５１の一端５１ａを含む一端部）には、所定のピッチで螺旋状のねじ溝５２を形成することにより、雄ねじ５２ａが設けられている。そして、連結部材６には、その雄ねじ５２ａに対応する雌ねじ６ａが設けられている。したがって、アッパーアーム５と連結部材６とは、接着剤による接着に加えて、雄ねじ５２ａと雌ねじ６ａとの螺合を用いて接合されている。なお、溝５２の断面形状も、溝７４と同様に、その底部５２ｃが略直線状であるような矩形状（コの字状）を呈している。

さらに、アッパーアーム５の先端５ｂを含む端部（すなわち外側層５１の他端５１ｂを含む他端部）にも、所定のピッチで螺旋状のねじ溝５２を形成することにより、雄ねじ５２ｂが設けられている。そして、連結部材８には、その雄ねじ５２ｂに対応する雌ねじ８ｂが設けられている。したがって、アッパーアーム５と連結部材８とは、接着剤による接着に加えて、雄ねじ５２ｂと雌ねじ８ｂとの螺合を用いて接合されている。

なお、連結部材６，８，９，１０の材料としては、例えば、アルミ合金、チタン合金、及びＳＵＳなどの金属材料を用いることができるが、特に、軽量化や低コスト化の観点から、アルミ合金を用いることが好ましい。また、各アームと各連結部材との接合に用いる接着剤としては、エポキシ系やポリウレタン系等の常温硬化型や加熱硬化型を用いることができる。

以上説明したように、ロワーアーム７においては、外側層７１が炭素繊維強化プラスチックによって円管状に形成されている。このため、金属製のパイプ成形体に比べて高い剛性が確保される。また、ロワーアーム７においては、例えば、外側層７１の一端７１ａを含む一端部に雄ねじ７４ａが設けられている。このため、連結部材９に雌ねじ９ａを設けることにより、連結部材９との接合に際して、接着剤での接着に加え、雄ねじ７４ａと雌ねじ９ａとの螺合を用いることが可能となる。したがって、ロワーアーム７によれば、連結部材との接合を強化することが可能となる。アッパーアーム５についても、ロワーアーム７と同様に、剛性を確保しつつ連結部材との接合を強化することが可能となる。よって、本体２とアッパーアーム５との連結、アッパーアーム５とロワーアーム７との連結、及びロワーアーム７とピッキング装置４との連結を強化することが可能となる。

また、ロワーアーム７においては、ねじ溝７４の断面形状が矩形状なので、その底部７４ｃが平坦となる。そのため、ロワーアーム７に何らかの応力が発生した際に、ねじ溝７４の底部７４ｃの一部分にその応力が集中することが避けられる。その結果、ねじ溝７４を起点とした破壊が防止される。アッパーアーム５についても、ロワーアーム７と同様に、そのねじ溝５２を起点とした破壊が防止される。

また、ロワーアーム７においては、内側層７２も、ＣＦＲＰにより円管状に形成されているので、より高い剛性が確保される。さらに、ロワーアーム７においては、外側層７１と内側層７２との間に制振層７３が配置されているので、振動減衰特性が向上される。アッパーアーム５についても、ロワーアーム７と同様の構成を有するので、剛性が確保されると共に振動減衰特性が向上される。

また、ロワーアーム７においては、制振層７３が円管状に形成されているので、外側層７１及び内側層７２の周方向について等方的に振動減衰特性が向上される。さらに、ロワーアーム７においては、制振層７３が、外側層７１の一端７１ａから他端７１ｂに渡って（すなわちロワーアーム７の基端７ａから先端７ｂに渡って）延在するように外側層７１と内側層７２との間に配置されているので、振動減衰特性が一層向上される。

以上の実施形態は、本発明のパイプ成形体の一実施形態を説明したものであり、本発明のパイプ成形体は、上記のアッパーアーム５及びロワーアーム７に限定されない。例えば図６に示されるように、ねじ溝７４の断面形状は、外側層７１の内部に向かって狭まると共に底部７４ｃが略直線状であるような台形状（逆台形状）とすることができる。この場合にも、ねじ溝７４の底部７４ｃが平坦となるので、ねじ溝７４の底部７４ｃの一部分に応力が集中することが避けられる。その結果、ねじ溝７４を起点とした破壊が防止される。なお、ねじ溝５２の断面形状についても、この場合のねじ溝７４と同様の逆台形形状とすることができる。

また、ロワーアーム７において、制振層７３を、図７に示されるような態様とすることができる。図７に示されるように、この制振層７３は、外側層７１の一端７１ａから一端７１ａと他端７１ｂとの間の所定位置（ここでは外側層７１の全長の２／３の位置）まで延在するように外側層７１と内側層７２との間に配置されている。つまり、この制振層７３は、ロワーアーム７の基端７ａから、ロワーアーム７の全長の２／３程度の位置まで延在している。

このように、制振層７３をロワーアーム７の基端７ａ側の所定の範囲に留めることにより、振動減衰特性が向上されると共に剛性の低下が抑制される。なお、アッパーアーム５についても、その制振層を図７に示される制振層７３と同様の構成としてもよい。

また、ロワーアーム７は、図８に示される態様とすることができる。図８に示されるロワーアーム７は、円管状に形成された外側層８１と、円管状に形成され、外側層８１の一端から他端に渡って延在するように外側層８１の内側に配置された内側層８２と、円管状に形成され、外側層８１の一端から他端に渡って延在するように外側層８１と内側層８２との間に配置された中間層８３と、外側層８１と内側層８２との間に配置された２つの制振層８４，８５とを有している。制振層８４は、外側層８１と中間層８３との間に配置されており、制振層８５は、中間層８３と内側層８２との間に配置されている。

つまり、このロワーアーム７においては、円管状の内側層８２を覆うように内側層８２上に制振層８５が積層されており、制振層８５を覆うように制振層８５上に中間層８３が積層されており、中間層８３を覆うように中間層８３上に制振層８４が積層されており、制振層８４を覆うように制振層８４上に外側層８１が積層されている。なお、外側層８１の一端は、ロワーアーム７の基端７ａであり、外側層８１の他端は、ロワーアーム７の先端７ｂである。

外側層８１、内側層８２、及び中間層８３は、上述した外側層７１及び内側層７２と同様の材料からなるものとすることができる。また、制振層８４及び制振層８５は、上述した制振層７３と同様の材料からなるものとすることができる。このように構成されるロワーアーム７をロボットアーム３に用いることにより、より高い剛性を確保しつつ振動減衰特性のさらなる向上を図ることが可能となる。
［実施例１］

パイプ成形体の実施例として、ロワーアーム７に対応する試験用パイプ成形体を用意した。この試験用パイプ成形体の仕様は、下記の表１に示される通りである。なお、表１を含む以下の表において、「積層角」は、各パイプ成形体の長手方向と炭素繊維の配向方向との角度を示している。積層角は、０°が各パイプ成形体の長手方向を示し、９０°が各パイプ成形体の円周方向を示し、±４５°がバイアス方向を示している。また、以下の表において、「Ｐｌｙ」は、プリプレグの層数を示しており、「ＭＰＴ」は、１層のプリプレグの厚さを示している。

表１に示されるように、この試験用パイプ成形体においては、内側層７２として、積層角を９０°とした炭素繊維プリプレグ（ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製炭素繊維プリプレグＢ２４Ｎ３５Ｒ１２５）２層と、積層角を０°とした炭素繊維プリプレグ（ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製炭素繊維プリプレグＥ６０２５Ｅ−２６Ｋ）３層とを用いた。

また、この試験用パイプ成形体においては、外側層７１として、積層角を９０°とした炭素繊維プリプレグ（ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製炭素繊維プリプレグＢ２４Ｎ３５Ｒ１２５）２層と、積層角を０°とした炭素繊維プリプレグ（ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製炭素繊維プリプレグＢ２４Ｎ３５Ｒ１２５）４層とを用いた。さらに、この試験用パイプ成形体においては、制振層７３として、ＳＢＲシート（アスク工業（株）製、商品名：アスナーシート）を用いた。

以上の炭素繊維プリプレグ及びＳＢＲシートを、表１の順にアルミニウム等の円筒状の芯材に巻きつけて積層し、炭素繊維プリプレグの外側からＰＰやＰＥＴ等の熱収縮テープを巻きつけることにより炭素繊維プリプレグを固定しながら熱硬化した後に、芯材を抜き取ることによって、内径１０．４７ｍｍ、外径１４．００ｍｍ、長さ９００ｍｍの円筒形状の試験用パイプ成形体を得た。

一方で、試験用パイプ成形体の比較例として、以下のように比較用パイプ成形体を用意した。この比較用パイプ成形体の仕様は、下記の表２に示される通りである。つまり、比較用パイプ成形体は、試験用パイプ成形体に対して、制振層７３に対応する層を有していない点で異なっている。炭素繊維プリプレグを、表２の順に円筒状の芯材に巻きつけて積層し、炭素繊維プリプレグの外側からＰＰやＰＥＴ等の熱収縮テープを巻きつけることにより炭素繊維プリプレグを固定しながら熱硬化した後に、芯材を抜き取ることによって、内径１０．７７ｍｍ、外径１４．００ｍｍ、長さ９００ｍｍの円筒形状の比較用パイプ成形体を得た。

以上のように準備した試験用パイプ成形体及び比較用パイプ成形体の振動減衰特性を評価した。試験用パイプ成形体及び比較用パイプ成形体の振動減衰特性の評価方法は、以下の通りである。まず、図９に示されるように、アルミニウムからなる保持部材Ａを用意する。保持部材Ａは、平板状（幅１００ｍｍ、高さ１００ｍｍ、厚さ１０ｍｍ）の基部Ａ１と、基部Ａ１の略中央部から突出して設けられた円柱状の保持部Ａ２とからなる。保持部Ａ２の外径は、試験用パイプ成形体の内径と略同一に設定される。

続いて、試験用パイプ成形体の一方の端部から、試験用パイプ成形体内に保持部Ａ２の先端部を５０ｍｍ程度挿入し、その状態において接着剤により試験用パイプ成形体と保持部Ａ２とを接着する。そして、基部Ａ１を固定壁に固定する。これにより、試験用パイプ成形体が片持ち梁状態となる。

続いて、試験用パイプ成形体の他方の端部（先端部）に、１ｋｇの重りを吊り下げる。そして、重りを吊り下げるための糸を切断することにより、試験用パイプ成形体に自由振動を発生させる。

続いて、自由振動中の試験用パイプ成形体の先端部の変位をレーザ変位計で測定する。以上の工程により、図１０に示される減衰自由振動波形を得た。なお、試験用パイプ成形体が円筒形状であることに起因してレーザ変位計のレーザの反射がばらつくため、試験用パイプ成形体の先端部に軽量な板を取り付けて、それをレーザのターゲットとした。

比較用パイプ成形体についても同様の工程を行い、図１１に示される減衰自由振動波形を得た。ただし、保持部Ａ２の外径は、比較用パイプ成形体の内径と略同一に設定した。

図１０及び図１１に示されるように、試験用パイプ成形体は、比較用パイプ成形体に比べて、振動による先端部の変位（図中アーム先端たわみ）が速やかに減衰した。したがって、ＣＦＲＰからなる内側層と外側層との間に、ＳＢＲからなる制振層を設けることによって、振動減衰特性が向上することが確認された。
［実施例２］

パイプ成形体の他の実施例として、アッパーアーム５に対応する試験用パイプ成形体を用意した。この試験用パイプ成形体の仕様は下記の表３に示される通りである。

表３に示されるように、この試験用パイプ成形体においては、内側層として、積層角を９０°とした炭素繊維プリプレグ（ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製炭素繊維プリプレグＢ２４Ｎ３５Ｒ１２５）２層と、積層角を−４５°とした炭素繊維プリプレグ（ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製炭素繊維プリプレグＢ２４Ｎ３５Ｒ１２５）１層と、積層角を４５°とした炭素繊維プリプレグ（ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製炭素繊維プリプレグＢ２４Ｎ３５Ｒ１２５）１層と、積層角を０°とした炭素繊維プリプレグ（ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製炭素繊維プリプレグＢ２４Ｎ３３Ｃ２６９）３層とを用いた。

また、この試験用パイプ成形体においては、外側層５１として、積層角を−４５°とした炭素繊維プリプレグ（ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製炭素繊維プリプレグＢ２４Ｎ３５Ｒ１２５）１層と、積層角を４５°とした炭素繊維プリプレグ（ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製炭素繊維プリプレグＢ２４Ｎ３５Ｒ１２５）１層と、積層角を０°とした炭素繊維プリプレグ（ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製炭素繊維プリプレグＢ２４Ｎ３３Ｃ２６９）３層と、積層角を０°／９０°とした炭素繊維プリプレグ（ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製平織り炭素繊維プリプレグＦＭＰ６１−２０２６Ａ）２層と、積層角を９０°とした炭素繊維プリプレグ（ＪＸ日鉱日石エネルギー（株）製炭素繊維プリプレグＢ２４Ｎ３５Ｒ１２５）２層とを用いた。

さらに、この試験用パイプ成形体においては、制振層として、ＳＢＲシート（アスク工業（株）製、商品名：アスナーシート）を用いた。ただし、この試験用パイプ成形体においては、ＳＢＲシートを、試験用パイプ成形体の基端から試験用パイプ成形体の全長の２／３の位置までの範囲に配置した。

以上の炭素繊維プリプレグ及びＳＢＲシートを、表３の順に円筒状の芯材に巻きつけて積層し、炭素繊維プリプレグの外側からＰＰやＰＥＴ等の熱収縮テープを巻きつけることにより炭素繊維プリプレグを固定しながら熱硬化した後に、芯材を抜き取ることによって、内径４８．５２ｍｍ、外径５５．００ｍｍ、長さ３００ｍｍの円筒形状の試験用パイプ成形体を得た。

一方で、この試験用パイプ成形体の比較例として、以下のように比較用パイプ成形体を用意した。この比較用パイプ成形体の仕様は、下記の表４に示される通りである。つまり、この比較用パイプ成形体は、上述した試験用パイプ成形体に対して、制振層に対応する層を有していない点で異なっている。炭素繊維プリプレグを、表４の順に円筒状の芯材に巻きつけて積層し、炭素繊維プリプレグの外側からＰＰやＰＥＴ等の熱収縮テープを巻きつけることにより炭素繊維プリプレグを固定しながら熱硬化した後に、芯材を抜き取ることによって、内径４８．８２ｍｍ、外径５５．００ｍｍ、長さ３００ｍｍの円筒形状の比較用パイプ成形体を得た。

以上のように準備した試験用パイプ成形体は、対応する比較用パイプ成形体に比べて振動減衰特性が向上される。
［実施例３］

本発明のパイプ成形体の実施例として、以下のように試験用パイプ成形体を用意した。より具体的には、上述したような炭素繊維プリプレグを円筒状の芯材に巻きつけて複数積層し、炭素繊維プリプレグの外側からＰＰやＰＥＴ等の熱収縮テープを巻きつけることにより炭素繊維プリプレグを固定しながら熱硬化した後に、芯材を抜き取ることによって、内径φ４９ｍｍ、肉厚３ｔ、長さ１００ｍｍの円筒形状のＣＦＲＰパイプ成形体を成形した後に、そのＣＦＲＰパイプ成形体の一端部の表面（外側層）に、５ｍｍのピッチで螺旋状のねじ溝を形成することにより雄ねじを設け、図１２に示される試験用パイプ成形体２０を得た。試験用パイプ成形体２０の雄ねじ２１の具体的な仕様は、凸部φ５５ｍｍ（公差−０．０５ｍｍ〜−０．１０ｍｍ）、凹部φ５４ｍｍ（公差−０．０５ｍｍ〜−０．１０ｍｍ）、溝深さ０．５ｍｍとした。

雄ねじ２１は、通常のねじ加工の要領で形成した。より具体的には、上述したようにＣＦＲＰパイプ成形体を成形した後に、そのＣＦＲＰパイプ成形体を旋盤にセットして回転させながら、ＣＦＲＰパイプ成形体の長手方向に沿って所定の速さでバイトを移動させることにより雄ねじ２１を形成した。なお、バイトの代わりに円盤状の砥石を用いてもよい。

一方で、アルミニウムによって外径φ８０ｍｍ、厚さ２０ｍｍの円筒形状の接合部材２５を作製した。この接合部材２５の内側には、試験用パイプ成形体２０の雄ねじ２１に螺合可能なように雌ねじ２６を形成した。この雌ねじ２６の具体的な仕様は、溝ピッチ５ｍｍ、凸部φ５４ｍｍ（公差＋０．１５ｍｍ〜＋０．１０ｍｍ）、凹部φ５５ｍｍ（公差＋０．１５ｍｍ〜＋０．１０ｍｍ）、溝深さ０．５ｍｍとした。そして、この接合部材２５を試験用パイプ成形体２０の雄ねじ２１に螺合した後に、接着剤により互いに接合した。

試験用パイプ成形体２０の比較例として、図１３に示される比較用パイプ成形体３０を用意した。比較用パイプ成形体３０は、雄ねじを有さない点で試験用パイプ成形体２０と異なっている。一方で、この比較用パイプ成形体３０に接合される接合部材３５を用意した。接合部材３５は、雌ねじを有さない点で接合部材２５と異なっている。そして、この接合部材３５を比較用パイプ成形体３０の一端部に嵌め合わせた後に、接着剤により互いに接合した。

試験用パイプ成形体２０の他の比較例として、図１４に示される比較用パイプ成形体４０を用意した。比較用パイプ成形体４０は、試験用ＣＦＲＰパイプ２０に対して、雄ねじ２１に代えて凹凸部４１を有する点で異なっている。凹凸部４１は、ＣＦＲＰパイプ成形体の一端部の表面に円周状に複数の溝を設けることにより形成した。凹凸部４１の具体的な仕様は、溝ピッチ５ｍｍ、凸部φ５５ｍｍ（公差−０．０５ｍｍ〜−０．１０ｍｍ）、凹部φ５４ｍｍ（公差−０．０５ｍｍ〜−０．１０ｍｍ）、溝深さ０．５ｍｍとした。

一方で、この比較用パイプ成形体４０に接合される接合部材４５を用意した。接合部材４５は、雄ねじに代えて凹凸部４６を有する点で接合部材２５と異なっている。凹凸部４６の具体的な仕様は、溝ピッチ５ｍｍ、凸部φ５５ｍｍ（公差＋０．１５ｍｍ〜＋０．１０ｍｍ）、凹部φ５６ｍｍ（公差＋０．１５ｍｍ〜＋０．１０ｍｍ）、溝深さ０．５ｍｍとした。そして、この接合部材４５を比較用パイプ成形体４０の凹凸部４１に嵌め合わせた後に、接着剤により互いに接合した。

各パイプ成形体と各接合部材との接合には、接着剤として、ナガセケムテック（株）製２液混合型エポキシ接着剤（主剤：ＡＷ−１０６、硬化剤：ＨＶ−９５３Ｕ）を使用した。また、各パイプ成形体と各接合部材との接合においては、接着剤を硬化するために、各パイプ成形体と各接合部材とを、６０℃に保温した加熱炉内に１時間程度保持した。

以上のように準備した試験用パイプ成形体２０と接合部材２５との接合強度、比較用パイプ成形体３０と接合部材３５との接合強度、及び、比較用パイプ成形体４０と接合部材４５との接合強度を、押し抜き試験により評価した。この押し抜き試験は、試験速度を１ｍｍ／分とした。評価結果は、下記の表５に示される通りであった。表５の結果によれば、試験用パイプ成形体２０と接合部材２５との接合強度（破壊荷重）がもっとも高かった。したがって、ＣＦＲＰ製のパイプ成形体とアルミニウム製の接合部材との接合に、ねじ同士の螺合を用いることによって、接合強度が向上することが確認された。

１…ピッキングロボット、３…ロボットアーム、５…アッパーアーム（パイプ成形体）、５ａ…基端（一端）、５ｂ…先端（他端）、７…ロワーアーム（パイプ成形体）、７ａ…基端（一端）、７ｂ…先端（他端）、５１…外側層、５１ａ…一端、５１ｂ…他端、５２…ねじ溝、５２ａ，５２ｂ…雄ねじ、７１，８１…外側層、７２，８２…内側層、７１ａ…一端、７１ｂ…他端、７４…ねじ溝、７４ａ，７４ｂ…雄ねじ、７３，８４，８５…制振層。

Claims

対象物をピッキングして移送するためのピッキングロボットのロボットアームに用いられるパイプ成形体であって、
炭素繊維強化プラスチックにより円管状に形成された外側層を備え、
少なくとも前記外側層の一端部には雄ねじが設けられている、ことを特徴とするパイプ成形体。
前記雄ねじのねじ溝の断面形状は矩形状であることを特徴とする請求項１に記載のパイプ成形体。
前記雄ねじのねじ溝の断面形状は前記外側層の内部に向かって狭まる台形状である、ことを特徴とする請求項１に記載のパイプ成形体。
炭素繊維強化プラスチックにより円管状に形成され、前記外側層の一端から他端に渡って延在するように前記外側層の内側に配置された内側層と、
前記外側層と前記内側層との間に配置された制振層と、をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のパイプ成形体。
前記制振層は円管状に形成されていることを特徴とする請求項４記載のパイプ成形体。
前記制振層は、前記一端から前記他端に渡って延在するように前記外側層と前記内側層との間に配置されていることを特徴とする請求項４又は５記載のパイプ成形体。
前記制振層は、前記一端から前記一端と前記他端との間の所定位置まで延在するように前記外側層と前記内側層との間に配置されていることを特徴とする請求項４又は５記載のパイプ成形体。