JP3632846B2 - ロボットハンド部材及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業用ロボットに装着されるロボットハンドに関し、特に、ロボットハンド部材の精度及び剛性を向上させるロボットハンド部材及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
部品又は製品の製造工程では、生産ラインの自動化に伴い、産業用ロボットに装着されたロボットハンドにより、ワークの搬送が行なわれている。そして、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、半導体ウェハ等の精密品の製造工程で使用される基板搬送用のロボットハンドは、ＬＣＤ等の普及と共に大きくなるガラス基板に対応すべく、そのサイズが益々大きくなってきている。
【０００３】
従来、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きた。しかし、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 Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ：以下「ＦＲＰ」という）が使われるようになってきた。特に、基板搬送用のロボットハンドは、搬送精度を高める必要があることから、曲げ剛性、耐熱性、振動減衰性の優れた素材が要求されるので、炭素繊維強化複合材料（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ：以下「ＣＦＲＰ」という）の無垢材が使用されることが多かった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、さらに大型化が進んでいる現状では、これまで使用されてきたＣＦＲＰの無垢材では、ロボットハンドそのものが重くなり、自重による撓みが大きくなってしまうおそれがある。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担も大きくなり、ロボットそのものの設計やコストにも影響を及ぼしてしまうこともある。
【０００５】
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、自重撓みをある程度減少させることができる。しかし、この場合、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とした場合には、この問題が顕著に現れ、ワーク支持性能及び搬送性能に支障を来してしまうおそれがあった。
【０００６】
また、ロボットハンドを軽量化するため、ＣＦＲＰを素材とする中空矩形形状のロボットハンド部材を使用して、ロボットハンドを構成する技術も提案されている。ところで、精密品を搬送するロボットハンド部材には、ワークを傷付けないようにするため、十分な平面性が要求される。しかしながら、ロボットハンド部材を中空構造としただけでは、その中央部分に窪みが生じ易くなってしまうため、精密品搬送用のロボットハンドにはそのままでは適用できなかった。この問題を解決するには、ロボットハンド部材の肉厚を厚くする方法があるが、ＣＦＲＰが高価であること、及び、重量増加に伴って自重撓みが大きくなること等を考えると、適切な解決方法ではない。
【０００７】
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、中空構造のロボットハンド部材の内部空間にリブを設けることで、精度及び剛性を向上させたロボットハンド部材及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係るロボットハンド部材は、炭素繊維を含むプリプレグシートを積層して矩形状断面とされたものを熱硬化させた繊維強化複合材料から成り、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であって、所定温度以下では加熱非変形性を有し且つ前記繊維強化複合材料より熱膨張率が大きい金属又は樹脂を用いて矩形状断面とされた芯材の外周面に、最内層にはＰＡＮ系炭素繊維をその配向方向が芯材の長手方向に対して９０度に配向されたプリプレグシートを積層し、中間層には引張弾性率が上記ＰＡＮ系炭素繊維よりも高いピッチ系炭素繊維をその配向方向が芯材の長手方向に対して０度に配向されたプリプレグシートを積層し、最外層には二方向の炭素繊維が９０度で交わるように配向されたクロスプリプレグシートを巻き付けて被覆することによりプリプレグシート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を熱硬化させて繊維強化複合材料とされた部材から前記芯材を抜き取って該部材の横断面を中空の矩形状に形成し、長手方向に延びる部材の内部空間に、前記横断面の相対する長辺間に亘って延び、かつ、前記内部空間の長手方向に延びるリブが少なくとも１つ形成されたものである。
【０００９】
ここで、「繊維強化複合材料」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侵させたプリプレグシートを所定形状に形成した後、所定温度に加熱して硬化させたものをいう。
かかる構成によれば、繊維強化複合材料からなり、横断面が中空矩形形状に形成され、長手方向に延びる構成部材の内部空間に、横断面の相対する長辺間に亘って延び、かつ、内部空間の長手方向に延びるリブが少なくとも１つ形成される。このため、横断面を構成する各長辺は、リブを介して相互に連結されることとなり、長辺の実質長さが短くなることで、その剛性が向上する。そして、横断面における長辺の剛性が向上することで、長辺の中央部における窪みが減少し、ロボットハンド部材の平面性が向上する。
【００１０】
請求項２に係るロボットハンド部材の製造方法は、炭素繊維を含むプリプレグシートを積層して矩形状断面とされたものを熱硬化させた繊維強化複合材料から成り、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、横断面が矩形状に形成され所定温度以下では加熱非変形性を有し且つ前記繊維強化複合材料より熱膨張率が大きい金属又は樹脂を用いて矩形状断面とされた芯材を、横断面が矩形状に形成され炭素繊維を含んで構成されるリブ構成部材の両側面に配置し、全体として矩形断面形状の複合構造体を形成する工程と、該複合構造体の外周面に、最内層にはＰＡＮ系炭素繊維をその配向方向が芯材の長手方向に対して９０度に配向されたプリプレグシートを積層し、中間層には引張弾性率が前記ＰＡＮ系炭素繊維よりも高いピッチ系炭素繊維をその配向方向が芯材の長手方向に対して０度に配向されたプリプレグシートを積層し、最外層には二方向の炭素繊維が９０度で交わるように配向されたクロスプリプレグシートを巻き付けて被覆することによりプリプレグシートを所定厚さに積層する工程と、該プリプレグシートが積層された複合構造体を加熱し、前記リブ構成部材とプリプレグシートとが一体となった繊維強化複合材料を形成する工程と、該形成された繊維強化複合材料から前記芯材を抜き取る工程と、を行うものである。
【００１１】
ここで、「強化繊維」とは、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、炭化珪素繊維等の繊維のことをいう。また、「炭素繊維を含むプリプレグシート」とは、炭素繊維に熱硬化性樹脂を含侵させた未硬化状態のシートのことをいう。一般的に、繊維強化複合材料は、このプリプレグシートを原料素材として、積層及び熱硬化させることで製造される。
【００１２】
かかる構成によれば、ロボットハンド部材は、芯材をリブ構成部材の両側面に配置して矩形断面形状の複合構造体を形成し、その外周面にプリプレグシートを所定厚さに積層し、これを加熱してリブ構成部材とプリプレグシートとが一体となった繊維強化複合材料を形成した後、芯材を抜き取ることで製造される。このため、異なる寸法の芯材及びリブ構成部材を複数種用意しておけば、これらを任意に組み合わせることで、内部空間にリブを備えた所定寸法のロボットハンド部材が容易に製造される。そして、かかる製造方法により製造されたロボットハンド部材は、その内部空間にリブが備えられるため、請求項１に記載の発明と同様な作用が奏されることとなる（以下同様）。
【００１３】
請求項３に係るロボットハンド部材の製造方法は、炭素繊維を含むプリプレグシートを積層して矩形状断面とされたものを熱硬化させた繊維強化複合材料から成り、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、横断面が矩形状に形成され所定温度以下では加熱非変形性を有し且つ前記繊維強化複合材料より熱膨張率が大きい金属又は樹脂を用いて矩形状断面とされた芯材の外周面に、前記プリプレグシートの炭素繊維の配向方向が芯材の長手方向に対して少なくとも０度と９０度に配向されたものを含み、最内層のプリプレグシートの炭素繊維の配向方向を９０度としてプリプレグシートを所定厚さに積層する工程と、該プリプレグシートが積層された複数の芯材の一側面同士を当接させ、全体として矩形断面形状の複合構造体を形成する工程と、該複合構造体の外周面に、最内層にはＰＡＮ系炭素繊維をその配向方向が芯材の長手方向に対して９０度に配向されたプリプレグシートを積層し、中間層には引張弾性率が前記ＰＡＮ系炭素繊維よりも高いピッチ系炭素繊維をその配向方向が芯材の長手方向に対して０度に配向されたプリプレグシートを積層し、最外層には二方向の炭素繊維が９０度で交わるように配向されたクロスプリプレグシートを巻き付けて被覆することによりプリプレグシートを所定厚さに積層する工程と、該プリプレグシートが積層された複合構造体を加熱し、前記芯材に積層されたプリプレグシートと前記複合構造体に積層されたプリプレグシートとが一体となった繊維強化複合材料を形成する工程と、該形成された繊維強化複合材料から前記芯材を抜き取る工程と、を行うものである。
【００１４】
かかる構成によれば、ロボットハンド部材は、芯材の外周面にプリプレグシートを所定厚さに積層すると共に、その一面同士を当接させて矩形断面形状の複合構造体を形成し、その外周面にプリプレグシートを所定厚さに積層し、これを加熱して芯材に積層されたプリプレグシートと複合構造体に積層されたプリプレグシートとが一体となった繊維強化複合材料を形成した後、芯材を抜き取ることで製造される。このため、異なる寸法の芯材を複数種用意しておけば、その中から任意の芯材を選択すると共にその数を決定することで、内部空間にリブを備えた所定寸法のロボットハンド部材が容易に製造される。この場合、請求項２記載の発明に比べて、リブ構成部材が不要であるという利点がある。
【００１５】
請求項４に係る発明では、前記プリプレグシートを所定厚さに積層する工程は、前記複合構造体又は芯材の各面それぞれに対して、該面形状に合わせて形成されたプリプレグシートを複数貼り合わせて積層するものである。
かかる構成によれば、複合構造体又は芯材の各面それぞれに対して面形状に合わせて形成されたプリプレグシートを複数貼り付けることで、プリプレグシートが所定厚さに積層される。
【００１６】
請求項５に係る発明では、前記プリプレグシートを所定厚さに積層する工程は、前記複合構造体又は芯材の外周面に対してプリプレグシートを複数層巻き付けて積層するものである。
かかる構成によれば、複合構造体又は芯材の外周面に対してプリプレグシートを複数層巻き付けることで、プリプレグシートが所定厚さに積層される。
【００１７】
請求項６に係るロボットハンド部材の製造方法は、炭素繊維を含むプリプレグシートを積層して矩形状断面とされたものを熱硬化させた繊維強化複合材料から成り、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、横断面が中空の矩形状に形成され炭素繊維を含んで構成される複数の単位構成部材の一側面同士を当接させ、全体として矩形断面形状の複合構造体を形成する工程と、該複合構造体の前記当接面に対して交差する同一側の側面相互に亘り、最内層にはＰＡＮ系炭素繊維をその配向方向が単位構成部材の長手方向に対して９０度に配向されたプリプレグシートを積層し、中間層には引張弾性率が前記ＰＡＮ系炭素繊維よりも高いピッチ系炭素繊維をその配向方向が単位構成部材の長手方向に対して０度に配向されたプリプレグシートを積層し、最外層には二方向の炭素繊維が９０度で交わるように配向されたクロスプリプレグシートを積層してプリプレグシートを貼り付ける工程と、該プリプレグシートが貼り付けられた複合構造体を加熱し、前記単位構成部材とプリプレグシートとが一体となった繊維強化複合材料を形成する工程と、を行うものである。
【００１８】
かかる構成によれば、ロボットハンド部材は、複数の単位構成部材の一側面同士を当接させて矩形断面形状の複合構造体を形成し、その当接面に対して交差する同一側の側面相互に亘りプリプレグシートを貼り付けた後、これを加熱して単位構成部材とプリプレグシートとが一体となった繊維強化複合材料を形成することで製造される。このため、異なる寸法の単位構成部材を複数種用意しておけば、これらを任意に組み合わせることで、内部空間にリブを備えた所定寸法のロボットハンド部材が容易に製造される。
【００１９】
請求項７に係るロボットハンド部材の製造方法は、炭素繊維を含むプリプレグシートを積層して矩形状断面とされたものを熱硬化させた繊維強化複合材料から成り、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、横断面が中空の矩形状に形成され炭素繊維を含んで構成される複数の単位構成部材の一側面同士を当接させ、全体として矩形断面形状の複合構造体を形成する工程と、該複合構造体の外周面に、最内層にはＰＡＮ系炭素繊維をその配向方向が単位構成部材の長手方向に対して９０度に配向されたプリプレグシートを積層し、中間層には引張弾性率が前記ＰＡＮ系炭素繊維よりも高いピッチ系炭素繊維をその配向方向が単位構成部材の長手方向に対して０度に配向されたプリプレグシートを積層し、最外層には二方向の炭素繊維が９０度で交わるように配向されたクロスプリプレグシートを巻き付けて被覆することによりプリプレグシートを貼り付ける工程と、該プリプレグシートが貼り付けられた複合構造体を加熱し、前記単位構成部材とプリプレグシートとが一体となった繊維強化複合材料を形成する工程と、を行うものである。
【００２０】
請求項８に係る発明では、前記プリプレグシートが積層又は貼り付けられた複合構造体の外周面に、強化繊維を含んで構成されるクロスプリプレグシートを巻き付けて被覆する工程を更に行うものである。
ここで、「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熱硬化性樹脂を含侵させた未硬化状態のシートのことをいう。
【００２１】
かかる構成によれば、複合構造体の最外層は、クロスプリプレグシートにより被覆されるので、後加工として切削や研磨したときに毛羽立ちが少なくなり、ロボットハンド部材としての加工性が向上すると共に、製品の美観が良くなる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、本発明に係るロボットハンド部材を使用したロボットハンドの全体構成を示す。
ロボットハンド１０は、図１（Ａ）に示すように、取付孔１２Ａを介して産業用ロボットへ取り付けられる取付部材１２と、ワーク１４の支持部材となる一対のロボットハンド部材１６と、を含んで構成される。
【００２３】
ロボットハンド部材１６は、ワーク１４として、ＬＣＤ、ＰＤＰ、半導体ウェハ等のガラス基板を支持搬送すべく、軽量性、平面性、曲げ剛性、耐熱性等に優れたＦＲＰから製造される。ロボットハンド部材１６は、図１（Ｂ）に示すように、横断面が中空矩形形状に形成され、長手方向に延びる構成部材１６Ａの内部空間に、横断面の相対する長辺間に亘って延び、かつ、内部空間の長手方向に延びるリブ１６Ｂが少なくとも１つ形成された形状をなす。そして、ロボットハンド部材１６は、取付部材１２にネジ止等により２本平行に取り付けられる。
【００２４】
ここで、「ＦＲＰ」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侵させたプリプレグシートを所定形状に形成した後、所定温度に加熱して硬化させたものをいう。
なお、取付部材１２とロボットハンド部材１６とは、一体的に形成されてもよい。また、リブ１６Ｂにより区画されたロボットハンド部材１６の内部空間は、ワーク１４を支持搬送するための空気吹出又は空気吸引を行なうチューブなどの配置、ワーク１４の存在又は保持を検出するセンサ用の電気配線などにも利用することができる。
【００２５】
このようにすれば、ロボットハンド部材１６の横断面を構成する各長辺は、リブ１６Ｂを介して相互に連結されることとなり、長辺の実質長さが短くなることで、その剛性を向上することができる。そして、長辺の中央部における窪みが減少し、ロボットハンド部材１６の平面性、即ち、精度を向上することができる。また、この場合、ロボットハンド部材１６の肉厚を厚くしなくとも十分な強度が得られるので、重量増加による先端部の撓み増加も防止することができる。
【００２６】
次に、ロボットハンド部材の製造方法について説明する。
ロボットハンド部材は、炭素繊維等の強化繊維を含むプリプレグシートを矩形状断面となるように所定形状に積層した後、これを所定温度（例えば、１００〜１９０℃）に加熱して熱硬化させることで製造される。
「プリプレグシート」とは、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侵させ、少し粘着性を有した未硬化状態にしたものをいう。この場合、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が使用される。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され得る。即ち、積層される複数のプリプレグシートは、例えば、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又は搬送性能を損なわない限りにおいて、ガラス繊維等又は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。
【００２７】
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）系炭素繊維及びピッチ系炭素繊維がある。この場合、ピッチ系炭素繊維は、弾性が高いという特性を有する一方、ＰＡＮ系炭素繊維は、引張強度が高いという特性を有する。
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用される。この場合、ゴム加硫等のような高温高湿環境に耐え得るものが好ましい。また、耐衝撃性及び靭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付したものや、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。
【００２８】
ここで、微粒子としてのゴムには、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。一方、微粒子としての樹脂には、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂がある。熱硬化性樹脂には、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。熱可塑性樹脂には、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には、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。
【００２９】
図２は、ロボットハンド部材の製造方法の第１実施形態を示す。
第１工程（図２（Ａ）参照）では、横断面が矩形形状に形成され所定温度以下では加熱非変形性を有する芯材２０を、横断面が矩形形状に形成された強化繊維を含んで構成されるリブ構成部材２２の両側面に配置し、全体として矩形断面形状の複合構造体Ａを形成する。
【００３０】
芯材２０は、プリプレグシートを加熱して熱硬化させる所定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、かつ、加熱硬化後のＦＲＰから容易に抜き取れる素材で形成されている。ここで、「加熱により殆ど変形しない」とは、加熱時に、芯材２０が溶融したり、反り、曲がり、撓み、捩れ、皺、褶曲等の変形が生じないことをいう。芯材２０の素材としては、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等がある。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て、ＦＲＰからの抜き取りが容易になる。また、必要に応じて、芯材２０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、界面活性材）の塗布、又は、テフロンシート等の離型シートの使用などいずれでもよい。
【００３１】
一方、リブ構成部材２２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を含んで構成され、プリプレグシートの熱硬化時に、プリプレグシートと一体となる素材により形成される。リブ構成部材２２は、強化繊維の配向方向を異ならせて積層したプリプレグシートを加熱硬化させて板状に形成したＦＲＰを、所定寸法に切断することで形成されることが好ましい。なお、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理由等は後述する。
【００３２】
第２工程（図２（Ｂ）参照）では、複合構造体Ａの外周面に、強化繊維を含むプリプレグシート２４を所定厚さ（例えば、１〜７ｍｍ程度）に積層する。この場合の積層厚さは、プリプレグシート２４が加熱硬化されるときの体積減少分を見越して、ロボットハンド部材の要求肉厚よりも僅かに厚い程度が好ましい。ここで、プリプレグシート２４を所定厚さに積層するには、図３（Ａ）に示すように、複合構造体Ａの各面（上下左右）に対して、各面の面形状に合わせて形成されたプリプレグシートを複数貼り合わせて積層すればよい。また、図３（Ｂ）に示すように、複合構造体Ａの外周面に、プリプレグシート２４を複数層巻き付けて積層してもよい。プリプレグシート２４の貼り合わせ及び巻き付けは、気泡が入り込まないように、例えば、アイロンで熱を加えながらできるだけ密着させて行なうことが好ましい。
【００３３】
このとき、図４に示すように、プリプレグシート２４は、その強化繊維の配向方向を異ならせて積層されることが好ましい。即ち、或る層の強化繊維の配向方向を０度とし、他の層の強化繊維の配向方向を９０度とし、更に、これらのプリプレグシートに加えて、二方向の強化繊維が配向角度９０度又は±４５度で交わったクロスプリプレグシートを積層してもよい。
【００３４】
プリプレグシート２４を積層するときには、複合構造体Ａに接する最下層のプリプレグシートは、ロボットハンド部材の長手方向に対して、強化繊維が９０度に配向されたもの（以下「９０度配向シート」という。以下同様）とすることが、芯材２０の抜き取り易さの観点から好ましい。なぜならば、強化繊維はマトリックス樹脂よりも熱収縮率が小さいので、強化繊維の配向方向への収縮率は、その配列方向への収縮率より小さくなるので、最下層に９０度配向シートを使用することで、芯材２０の外周を囲むように強化繊維が配向し、熱硬化後に、中空形状のロボットハンド部材がそれほど縮径しなくて済むからである。
【００３５】
最下層の上の第２層目に積層されるプリプレグシートには、ロボットハンド部材の長手方向の撓み防止や、振動減衰特性を向上する目的から、０度配向シートが使用される。第３層目のプリプレグシートには、最下層及び第２層のプリプレグシートと合わせて、曲げ剛性や振動減衰特性を向上すると共に、反り及び撓みを防止する目的から、９０度配向シートが使用される。即ち、上層に積層されるプリプレグシートほど、ロボットハンド部材の特性（曲げ剛性等）への寄与が高いので、０度配向シートを９０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。なお、これらのプリプレグシートに加えて、±４５度配向シートの層を追加してもよい。この場合には、ロットハンド部材の捩り剛性及び捩り振動減衰特性を向上することができる。
【００３６】
さらに、図３（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、プリプレグシート２４が積層された複合構造体Ａの外周面に、強化繊維を含んで構成されるクロスプリプレグシート２６を巻き付けて被覆するようにしてもよい。クロスプリプレグシート２６は、強化繊維の織物で構成されたプリプレグシートであって、強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維又は炭化珪素繊維等を使用することが好ましい。織り構造としては、平織り、綾織り、朱子織り、三軸織り等が適宜使用され得る。クロスプリプレグシート２６で被覆することで、後加工として切削や研磨を行なったときに、毛羽立ちが少なくなり、ロボット部材としての加工性を向上できると共に、製品の美観を良くすることができる。また、クロスプリプレグシート２６は、複合構造体Ａに積層されたプリプレグシート２４の接合強化にも寄与する。
【００３７】
そして、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２４の組み合わせ及び積層順序を決定すればよい。
第３工程（図２（Ｃ）参照）では、プリプレグシート２４が積層された複合構造体Ａの外周面に、所定形状を有する外型２８Ａ，２８Ｂを押し付け、その外面形状を所定寸法に成形する。外型２８Ａ，２８Ｂとしては、プリプレグシート２４の積層形態（図３参照）に応じて、内周面形状がコ字形に形成されたチャンネル状の２つの外型（図示のもの）、板状の４つの外型、などを使用すればよい。
【００３８】
第４工程（図示せず）では、成形された複合構造体Ａを所定温度に加熱し、リブ構成部材２２とプリプレグシート２４とが一体となったＦＲＰを形成する。このとき、複合構造体全体Ａを、例えば、真空バッグに入れて加熱する。加熱温度条件は、例えば、室温から２〜１０℃／分の割合で加熱昇温させ、約１００〜１９０℃で６０分程度保持し、その後加熱を停止して、自然冷却により室温まで降温させる。これにより、リブ構成部材２２とプリプレグシート２４とが熱硬化されて、ＦＲＰが形成される。
【００３９】
このとき、芯材２０は、所定温度以下では加熱非変形性を有する素材からできているので、複合構造体Ａを加熱するときに殆ど変形せず、その断面形状を正しく保つことができる。また、複合構造体Ａを真空バッグに入れるのは、プリプレグシート２４を積層するときにシート間に封入された気泡等を吸引するためと、プリプレグシート２４が積層された複合構造体Ａに対して外圧（大気圧）を略均等に作用させるためである。
【００４０】
第５工程（図２（Ｄ）参照）では、ＦＲＰから芯材２０を抜き取り、内部空間にリブを備えたロボットハンド部材Ｂが完成する。
かかる製造方法によれば、ロボットハンド部材Ｂは、芯材２０をリブ構成部材２２の両側面に配置して全体として矩形断面形状の複合構造体Ａを形成し、その外周面にプリプレグシート２４を所定厚さに積層してから外型２８Ａ，２８Ｂで成形し、これを所定温度に加熱してリブ構成部材２２とプリプレグシート２４とが一体となったＦＲＰを形成した後、芯材２０を抜き取ることで製造される。このため、異なる寸法の芯材２０及びリブ構成部材２２を複数種用意しておけば、これらを任意に組み合わせることで、内部空間にリブを備えた所定寸法のロボットハンド部材Ｂを容易に製造することができる。
【００４１】
このとき、ロボットハンド部材Ｂの内部空間にはリブが備えられるため、その横断面を構成する各長辺は、リブを介して相互に連結されることとなり、長辺の実質長さが短くなることで、その剛性を向上することができる。そして、長辺の中央部における窪みが減少し、ロボットハンド部材Ｂの平面性、即ち、精度を向上することができる。
【００４２】
また、芯材２０及びリブ構成部材２２の数を変更することで、内部空間の室数（分割数）を変えることができる。この場合、リブ構成部材２２により区画された内部空間は、ワークを支持搬送するための空気吹出又は空気吸引を行なうチューブなどの配置、ワークの存在又は保持を検出するセンサ用の電気配線などにも利用することができる。なお、従来技術における中実断面形状のロボットハンドでは、機械加工により空気吸引路等を形成しているので、この機械加工に要する費用も削減することができる。
【００４３】
図５は、ロボットハンド部材の製造方法の第２実施形態を示す。
第１工程（図５（Ａ）参照）では、横断面が矩形形状に形成され所定温度以下では加熱非変形性を有する芯材３０の外周面に、強化繊維を含むプリプレグシート３２を所定厚さに積層する。このとき、第１実施形態と同様に、芯材３０の各面（上下左右）に対して各面の面形状に合わせて形成されたプリプレグシートを複数貼り合わせて積層するか、芯材３０の外周面にプリプレグシートを複数巻き付けて積層すればよい（以下同様）。また、プリプレグシートの強化繊維の配向方向等は、第１実施形態と同様な技術的思想をもって決定すればよい（以下同様）。
【００４４】
第２工程（図５（Ｂ）参照）では、プリプレグシート３２が積層された複数（本実施形態では２つ）の芯材３０の一側面同士を当接させ、全体として矩形断面形状の複合構造体Ａを形成する。
第３工程（図５（Ｃ）参照）では、複合構造体Ａの外周面に、強化繊維を含むプリプレグシート３４を所定厚さに積層する。このとき、第１実施形態と同様に、プリプレグシート３４が積層された複合構造体の外周面に、強化繊維を含んで構成されるクロスプリプレグシートを巻き付けて被覆するようにしてもよい。
【００４５】
第４工程（図５（Ｄ）参照）では、プリプレグシート３４が積層された複合構造体Ａの外周面に、所定形状を有する外型３６Ａ，３６Ｂを押し付け、その外面形状を所定寸法に成形する。外型３６Ａ，３６Ｂとしては、第１実施形態と同様に、プリプレグシート３４の積層形態に応じたものを使用すればよい。
第５工程（図示せず）では、成形された複合構造体Ａを所定温度に加熱し、芯材３０に積層されたプリプレグシート３２と複合構造体Ａに積層されたプリプレグシート３４とが一体となったＦＲＰを形成する。なお、加熱温度条件等は、第１実施形態と同様である（以下同様）。
【００４６】
第６工程（図５（Ｅ）参照）では、ＦＲＰから芯材３０を抜き取り、内部空間にリブを備えたロボットハンド部材Ｂが完成する。
かかる製造方法によれば、ロボットハンド部材Ｂは、芯材３０の外周面にプリプレグシート３２を所定厚さに積層すると共に、その一側面同士を当接させて全体として矩形断面形状の複合構造体Ａを形成し、その外周面にプリプレグシート３４を所定厚さに積層してから外型３６Ａ，３６Ｂで成形し、これを所定温度に加熱して芯材３０に積層されたプリプレグシート３２と複合構造体Ａに積層されたプリプレグシート３４とが一体となったＦＲＰを形成した後、芯材３０を抜き取ることで製造される。このため、異なる寸法の芯材３０を複数種用意しておけば、その中から任意の芯材３０を選択すると共にその数を決定することで、内部空間にリブを備えた所定寸法のロボットハンド部材Ｂを容易に製造することができる。この場合、先の第１実施形態におけるリブ構成部材２２が不要となる、という利点がある。
【００４７】
図６は、ロボットハンド部材の製造方法の第３実施形態を示す。
第１工程（図６（Ａ）参照）では、横断面が中空矩形形状に形成された強化繊維を含んで構成される複数の単位構成部材４０の一側面同士を当接させ、全体として矩形断面形状の複合構造体Ａを形成する。単位構成部材４０は、例えば、板形状のＦＲＰを所定寸法の矩形形状に切断し、その両端面同士を接着剤で連結することで形成する。また、単位構成部材４０は、先の実施形態で使用された技術を用い、横断面が矩形形状に形成され所定温度以下では加熱非変形性を有する芯材の外周面に、プリプレグシートを積層した後、これを所定温度に加熱してプリプレグシートを熱硬化させることで形成してもよい。要するに、何らかの製造方法を用いて、横断面が中空矩形形状の単位構成部材４０を形成すればよい。
【００４８】
第２工程（図６（Ｂ）参照）では、複合構造体Ａの当接面に対して交差する同一側の側面相互（図示の例では、上・下面）に亘り、強化繊維を含むプリプレグシート４２を貼り付ける。なお、プリプレグシート４２に代えて、クロスプリプレグシートを貼り付けるようにしてもよい。
第３工程（図示せず）では、プリプレグシート４２が貼り付けられた複合構造体Ａを所定温度に加熱し、単位構成部材４０とプリプレグシート４２とが一体となったＦＲＰを形成する。これにより、内部空間にリブを備えたロボットハンド部材Ｂが完成する。
【００４９】
かかる製造方法によれば、ロボットハンド部材Ｂは、横断面が中空矩形形状に形成された複数の単位構成部材４０の一側面同士を当接させて全体として矩形断面形状の複合構造体Ａを形成し、その当接面に対して交差する同一側の側面相互に亘りプリプレグシート４２を貼り付けた後、これを加熱して単位構成部材４０とプリプレグシート４２とが一体となったＦＲＰを形成することで製造される。このため、異なる寸法を有する単位構成部材４０を複数種用意しておけば、これらを任意に組み合わせることで、内部空間にリブを備えた所定寸法のロボットハンド部材Ｂを容易に製造することができる。この場合、単位構成部材４０の当接面により、リブが構成される。
【００５０】
ここで、複合構造体Ａにプリプレグシート４２を貼り付ける第２工程では、図６（Ｃ）に示すように、複合構造体Ａの外周面にプリプレグシート４２を巻き付けて貼り付けるようにしてもよい。この場合、複数の単位構成部材４０からなる複合構造体Ａの外面全周に亘ってプリプレグシート４２が貼り付けられるため、当接部における段差が目立たなくなり、ロボットハンド部材Ｂの見栄えがよくなり、その商品価値を高めることができる。また、プリプレグシート４２が貼り付けられた複合構造体Ａの外周面に、クロスプリプレグシートを巻き付けてこれを被覆するようにしてもよい。
【００５１】
ロボットハンド部材Ｂが長尺である場合には、図７に示すように、その先端部における荷重撓みを抑制すべく、大きな曲げモーメントが作用する基端部を多層にて構成してもよい。この場合、単位構成部材４０を多層に当接させて複合構造体Ａを形成した後、その外周面全体にプリプレグシート４２を積層して、これを加熱硬化させればよい。なお、かかる技術は、先の第２実施形態にも適用可能である。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係るロボットハンド部材によれば、芯材が、所定温度以下では加熱非変形性を有し且つ繊維強化複合材料より熱膨張率が大きい金属又は樹脂を用いて矩形状断面とされ、該芯材の外周面に、最内層にはＰＡＮ系炭素繊維をその配向方向が芯材の長手方向に対して９０度に配向されたプリプレグシートを積層し、中間層には引張弾性率が上記ＰＡＮ系炭素繊維よりも高いピッチ系炭素繊維をその配向方向が芯材の長手方向に対して０度に配向されたプリプレグシートを積層し、最外層には二方向の炭素繊維が９０度で交わるように配向されたクロスプリプレグシートを巻き付けて被覆することによりプリプレグシート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を熱硬化させて繊維強化複合材料とされた部材から前記芯材を抜き取って該部材の横断面を中空の矩形状に形成した部材の内部空間に、前記横断面の相対する長辺間に亘って延び、かつ、前記内部空間の長手方向に延びるリブを少なくとも１つ形成したことにより、横断面を構成する各長辺はリブを介して相互に連結されることとなり、長辺の実質長さが短くなることで、その剛性を向上することができる。
この場合、前記芯材は、所定温度以下では加熱非変形性を有し且つ繊維強化複合材料より熱膨張率が大きい金属又は樹脂を用いて矩形状断面とされているので、加熱硬化後には収縮して繊維強化複合材料から容易に抜き取ることができる。また、前記芯材の外周面に複数層に巻き付けられる最内層のプリプレグシートは、ＰＡＮ系炭素繊維の配向方向が該芯材の長手方向に対して９０度とされているので、加熱硬化した際に繊維強化複合材料があまり縮径せず、芯材の抜き取りが容易である。さらに、中間層のプリプレグシートは、引張弾性率が上記ＰＡＮ系炭素繊維よりも高いピッチ系炭素繊維をその配向方向が芯材の長手方向に対して０度とされているので、熱硬化により繊維強化複合材料とされた部材の長手方向の撓み防止や、振動減衰特性を向上することができる。さらにまた、最外層のプリプレグシートは、二方向の炭素繊維が９０度で交わるように配向されたクロスプリプレグシートとされているので、ロボットハンド部材の後加工として切削や研磨加工を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、製品としての美観を向上することができる。また、前記長手方向に延びる部材の内部空間に少なくとも１つのリブが形成されているので、前記横断面における長辺の剛性が向上して長辺の中央部における窪みが減少し、ロボットハンド部材の平面性、即ち、精度を向上することができる。
【００５３】
請求項２に係るロボットハンド部材の製造方法によれば、横断面が矩形状に形成され所定温度以下では加熱非変形性を有し且つ繊維強化複合材料より熱膨張率が大きい金属又は樹脂を用いて矩形状断面とされた芯材を、横断面が矩形状に形成され炭素繊維を含んで構成されるリブ構成部材の両側面に配置し、全体として矩形断面形状の複合構造体を形成し、この複合構造体の外周面に、最内層にはＰＡＮ系炭素繊維をその配向方向が芯材の長手方向に対して９０度に配向されたプリプレグシートを積層し、中間層には引張弾性率が前記ＰＡＮ系炭素繊維よりも高いピッチ系炭素繊維をその配向方向が芯材の長手方向に対して０度に配向されたプリプレグシートを積層し、最外層には二方向の炭素繊維が９０度で交わるように配向されたクロスプリプレグシートを巻き付けて被覆することによりプリプレグシートを所定厚さに積層し、このプリプレグシートが積層された複合構造体を加熱し、前記リブ構成部材とプリプレグシートとが一体となった繊維強化複合材料を形成し、この繊維強化複合材料から前記芯材を抜き取ってロボットハンド部材を製造することができる。
この場合、前記芯材は、所定温度以下では加熱非変形性を有し且つ繊維強化複合材料より熱膨張率が大きい金属又は樹脂を用いて矩形状断面とされているので、加熱硬化後には収縮して繊維強化複合材料から容易に抜き取ることができる。また、前記複合構造体の外周面に所定厚さに積層される最内層のプリプレグシートは、ＰＡＮ系炭素繊維の配向方向が芯材の長手方向に対して９０度とされているので、加熱硬化した際に繊維強化複合材料があまり縮径せず、芯材の抜き取りが容易である。したがって、中空構造のロボットハンド部材を容易に製造することができる。さらに、中間層のプリプレグシートは、引張弾性率が上記ＰＡＮ系炭素繊維よりも高いピッチ系炭素繊維をその配向方向が芯材の長手方向に対して０度とされているので、熱硬化により繊維強化複合材料とされた部材の長手方向の撓み防止や、振動減衰特性を向上することができる。さらにまた、最外層のプリプレグシートは、二方向の炭素繊維が９０度で交わるように配向されたクロスプリプレグシートとされているので、ロボットハンド部材の後加工として切削や研磨加工を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、製品としての美観を向上することができる。これらのことから、熱硬化により繊維強化複合材料とされた部材の長手方向の撓み防止や、振動減衰特性を向上すると共に、全体部材の曲げ剛性を向上することができる。したがって、ロボットハンド部材の寸法精度を向上することができる。そして、異なる寸法の芯材及びリブ構成部材を複数種用意しておけば、これらを任意に組み合わせることで、内部空間にリブを備えた所定寸法のロボットハンド部材を容易に製造することができる。
請求項３に係るロボットハンド部材の製造方法によれば、横断面が矩形状に形成され所定温度以下では加熱非変形性を有し且つ繊維強化複合材料より熱膨張率が大きい金属又は樹脂を用いて矩形状断面とされた芯材の外周面に、プリプレグシートの炭素繊維の配向方向が芯材の長手方向に対して少なくとも０度と９０度に配向されたものを含み、最内層のプリプレグシートの炭素繊維の配向方向を９０度としてプリプレグシートを所定厚さに積層し、このプリプレグシートが積層された複数の芯材の一側面同士を当接させ、全体として矩形断面形状の複合構造体を形成し、この複合構造体の外周面に、最内層にはＰＡＮ系炭素繊維をその配向方向が芯材の長手方向に対して９０度に配向されたプリプレグシートを積層し、中間層には引張弾性率が前記ＰＡＮ系炭素繊維よりも高いピッチ系炭素繊維をその配向方向が芯材の長手方向に対して０度に配向されたプリプレグシートを積層し、最外層には二方向の炭素繊維が９０度で交わるように配向されたクロスプリプレグシートを巻き付けて被覆することによりプリプレグシートを所定厚さに積層し、このプリプレグシートが積層された複合構造体を加熱し、前記芯材に積層されたプリプレグシートと前記複合構造体に積層されたプリプレグシートとが一体となった繊維強化複合材料を形成し、この繊維強化複合材料から前記芯材を抜き取ってロボットハンド部材を製造することができる。
この場合、前記芯材は、所定温度以下では加熱非変形性を有し且つ繊維強化複合材料より熱膨張率が大きい金属又は樹脂を用いて矩形状断面とされているので、加熱硬化後には収縮して繊維強化複合材料から容易に抜き取ることができる。また、前記複合構造体の外周面に所定厚さに積層される最内層のプリプレグシートは、ＰＡＮ系炭素繊維の配向方向が芯材の長手方向に対して９０度とされているので、加熱硬化した際に繊維強化複合材料があまり縮径せず、芯材の抜き取りが容易である。したがって、中空構造のロボットハンド部材を容易に製造することができる。さらに、中間層のプリプレグシートは、引張弾性率が上記ＰＡＮ系炭素繊維よりも高いピッチ系炭素繊維をその配向方向が芯材の長手方向に対して０度とされているので、熱硬化により繊維強化複合材料とされた部材の長手方向の撓み防止や、振動減衰特性を向上することができる。さらにまた、最外層のプリプレグシートは、二方向の炭素繊維が９０度で交わるように配向されたクロスプリプレグシートとされているので、ロボットハンド部材の後加工として切削や研磨加工を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、製品としての美観を向上することができる。これらのことから、熱硬化により繊維強化複合材料とされた部材の長手方向の撓み防止や、振動減衰特性を向上すると共に、全体部材の曲げ剛性を向上することができる。したがって、ロボットハンド部材の寸法精度を向上することができる。そして、異なる寸法の芯材を複数種用意しておけば、その中から任意の芯材を選択すると共にその数を決定することで、内部空間にリブを備えた所定寸法のロボットハンド部材を容易に製造することができる。
【００５４】
請求項４に係る発明によれば、複合構造体又は芯材の各面それぞれに対してそれらの面形状に合わせて形成されたプリプレグシートを複数貼り合わせて積層することで、プリプレグシートを所定厚さに積層することができる。
請求項５に係る発明によれば、複合構造体又は芯材の外周面に対してプリプレグシートを複数層巻き付けて積層することで、プリプレグシートを所定厚さに積層することができる。
【００５５】
請求項６に係るロボットハンド部材の製造方法によれば、横断面が中空の矩形状に形成され炭素繊維を含んで構成される複数の単位構成部材の一側面同士を当接させ、全体として矩形断面形状の複合構造体を形成し、この複合構造体の前記当接面に対して交差する同一側の側面相互に亘り、最内層にはＰＡＮ系炭素繊維をその配向方向が単位構成部材の長手方向に対して９０度に配向されたプリプレグシートを積層し、中間層には引張弾性率が前記ＰＡＮ系炭素繊維よりも高いピッチ系炭素繊維をその配向方向が単位構成部材の長手方向に対して０度に配向されたプリプレグシートを積層し、最外層には二方向の炭素繊維が９０度で交わるように配向されたクロスプリプレグシートを積層してプリプレグシートを貼り付け、このプリプレグシートが貼り付けられた複合構造体を加熱し、前記単位構成部材とプリプレグシートとが一体となった繊維強化複合材料を形成して、ロボットハンド部材を製造することができる。
この場合、前記複合構造体の当接面に対して交差する同一側の側面相互に亘り積層される最内層のプリプレグシートは、ＰＡＮ系炭素繊維の配向方向が単位構成部材の長手方向に対して９０度とされており、さらに、中間層のプリプレグシートは、引張弾性率が上記ＰＡＮ系炭素繊維よりも高いピッチ系炭素繊維の配向方向が芯材の長手方向に対して０度とされているので、熱硬化により繊維強化複合材料とされた部材の長手方向の撓み防止や、振動減衰特性を向上することができる。さらにまた、最外層のプリプレグシートは、二方向の炭素繊維が９０度で交わるように配向されたクロスプリプレグシートとされているので、ロボットハンド部材の後加工として切削や研磨加工を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、製品としての美観を向上することができる。そして、異なる寸法の単位構成部材を複数種用意しておけば、これらを任意に組み合わせることで、内部空間にリブを備えた所定寸法のロボットハンド部材を容易に製造することができる。
請求項７に係るロボットハンド部材の製造方法によれば、横断面が中空の矩形状に形成され炭素繊維を含んで構成される複数の単位構成部材の一側面同士を当接させ、全体として矩形断面形状の複合構造体を形成し、この複合構造体の外周面に、最内層にはＰＡＮ系炭素繊維をその配向方向が単位構成部材の長手方向に対して９０度に配向されたプリプレグシートを積層し、中間層には引張弾性率が前記ＰＡＮ系炭素繊維よりも高いピッチ系炭素繊維をその配向方向が単位構成部材の長手方向に対して０度に配向されたプリプレグシートを積層し、最外層には二方向の炭素繊維が９０度で交わるように配向されたクロスプリプレグシートを巻き付けて被覆することによりプリプレグシートを貼り付け、このプリプレグシートが貼り付けられた複合構造体を加熱し、前記単位構成部材とプリプレグシートとが一体となった繊維強化複合材料を形成して、ロボットハンド部材を製造することができる。
この場合、前記複合構造体の外周面に積層される最内層のプリプレグシートは、ＰＡＮ系炭素繊維の配向方向が単位構成部材の長手方向に対して９０度とされており、さらに、中間層のプリプレグシートは、引張弾性率が上記ＰＡＮ系炭素繊維よりも高いピッチ系炭素繊維の配向方向が芯材の長手方向に対して０度とされているので、熱硬化により繊維強化複合材料とされた部材の長手方向の撓み防止や、振動減衰特性を向上することができる。さらにまた、最外層のプリプレグシートは、二方向の炭素繊維が９０度で交わるように配向されたクロスプリプレグシートとされているので、ロボットハンド部材の後加工として切削や研磨加工を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、製品としての美観を向上することができる。そして、異なる寸法の単位構成部材を複数種用意しておけば、これらを任意に組み合わせることで、内部空間にリブを備えた所定寸法のロボットハンド部材を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ロボットハンド部材を使用したロボットハンドを示し、（Ａ）はロボットハンドの全体構成図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図
【図２】ロボットハンド部材の製造方法の第１実施形態を示し、（Ａ）は第１工程の説明図、（Ｂ）は第２工程の説明図、（Ｃ）は第３工程の説明図、（Ｄ）は第５工程の説明図
【図３】プリプレグシートの積層形態を示し、（Ａ）は複合構造体の各面に所定形状のシートを貼り付ける場合の説明図、（Ｂ）は複合構造体の外周面にシートを巻き付ける場合の説明図、（Ｃ）及び（Ｄ）はクロスプリプレグシートにより複合構造体を被覆した場合の説明図
【図４】プリプレグシートの強化繊維の配向方向の説明図
【図５】ロボットハンド部材の製造方法の第２実施形態を示し、（Ａ）は第１工程の説明図、（Ｂ）は第２工程の説明図、（Ｃ）は第３工程の説明図、（Ｄ）は第４工程の説明図、（Ｅ）は第６工程の説明図
【図６】ロボットハンド部材の製造方法の第３実施形態を示し、（Ａ）は第１工程の説明図、（Ｂ）は第２工程の説明図、（Ｃ）は第２工程の変形例の説明図
【図７】ロボットハンド部材が長い場合に対応する方法を示し、（Ａ）はロボットハンド部材の側面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（Ｃ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（Ｄ）は（Ａ）におけるＣ−Ｃ断面図
【符号の説明】
１０ ロボットハンド
１６ ロボットハンド部材
１６Ａ 構成部材
１６Ｂ リブ
２０ 芯材
２２ リブ構成部材
２４ プリプレグシート
２６ クロスプリプレグシート
３０ 芯材
３２ プリプレグシート
３４ プリプレグシート
４０ 単位構成部材
４２ プリプレグシート
Ａ 複合構造体
Ｂ ロボットハンド部材
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業用ロボットに装着されるロボットハンドに関し、特に、ロボットハンド部材の精度及び剛性を向上させるロボットハンド部材及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
部品又は製品の製造工程では、生産ラインの自動化に伴い、産業用ロボットに装着されたロボットハンドにより、ワークの搬送が行なわれている。そして、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、半導体ウェハ等の精密品の製造工程で使用される基板搬送用のロボットハンドは、ＬＣＤ等の普及と共に大きくなるガラス基板に対応すべく、そのサイズが益々大きくなってきている。
【０００３】
従来、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きた。しかし、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 Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ：以下「ＦＲＰ」という）が使われるようになってきた。特に、基板搬送用のロボットハンドは、搬送精度を高める必要があることから、曲げ剛性、耐熱性、振動減衰性の優れた素材が要求されるので、炭素繊維強化複合材料（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ：以下「ＣＦＲＰ」という）の無垢材が使用されることが多かった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、さらに大型化が進んでいる現状では、これまで使用されてきたＣＦＲＰの無垢材では、ロボットハンドそのものが重くなり、自重による撓みが大きくなってしまうおそれがある。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担も大きくなり、ロボットそのものの設計やコストにも影響を及ぼしてしまうこともある。
【０００５】
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、自重撓みをある程度減少させることができる。しかし、この場合、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とした場合には、この問題が顕著に現れ、ワーク支持性能及び搬送性能に支障を来してしまうおそれがあった。
【０００６】
また、ロボットハンドを軽量化するため、ＣＦＲＰを素材とする中空矩形形状のロボットハンド部材を使用して、ロボットハンドを構成する技術も提案されている。ところで、精密品を搬送するロボットハンド部材には、ワークを傷付けないようにするため、十分な平面性が要求される。しかしながら、ロボットハンド部材を中空構造としただけでは、その中央部分に窪みが生じ易くなってしまうため、精密品搬送用のロボットハンドにはそのままでは適用できなかった。この問題を解決するには、ロボットハンド部材の肉厚を厚くする方法があるが、ＣＦＲＰが高価であること、及び、重量増加に伴って自重撓みが大きくなること等を考えると、適切な解決方法ではない。
【０００７】
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、中空構造のロボットハンド部材の内部空間にリブを設けることで、精度及び剛性を向上させたロボットハンド部材及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係るロボットハンド部材は、炭素繊維を含むプリプレグシートを積層して矩形状断面とされたものを熱硬化させた繊維強化複合材料から成り、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であって、所定温度以下では加熱非変形性を有し且つ前記繊維強化複合材料より熱膨張率が大きい金属又は樹脂を用いて矩形状断面とされた芯材の外周面に、最内層にはＰＡＮ系炭素繊維をその配向方向が芯材の長手方向に対して９０度に配向されたプリプレグシートを積層し、中間層には引張弾性率が上記ＰＡＮ系炭素繊維よりも高いピッチ系炭素繊維をその配向方向が芯材の長手方向に対して０度に配向されたプリプレグシートを積層し、最外層には二方向の炭素繊維が９０度で交わるように配向されたクロスプリプレグシートを巻き付けて被覆することによりプリプレグシート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を熱硬化させて繊維強化複合材料とされた部材から前記芯材を抜き取って該部材の横断面を中空の矩形状に形成し、長手方向に延びる部材の内部空間に、前記横断面の相対する長辺間に亘って延び、かつ、前記内部空間の長手方向に延びるリブが少なくとも１つ形成されたものである。
【０００９】
ここで、「繊維強化複合材料」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侵させたプリプレグシートを所定形状に形成した後、所定温度に加熱して硬化させたものをいう。
かかる構成によれば、繊維強化複合材料からなり、横断面が中空矩形形状に形成され、長手方向に延びる構成部材の内部空間に、横断面の相対する長辺間に亘って延び、かつ、内部空間の長手方向に延びるリブが少なくとも１つ形成される。このため、横断面を構成する各長辺は、リブを介して相互に連結されることとなり、長辺の実質長さが短くなることで、その剛性が向上する。そして、横断面における長辺の剛性が向上することで、長辺の中央部における窪みが減少し、ロボットハンド部材の平面性が向上する。
【００１０】
請求項２に係るロボットハンド部材の製造方法は、炭素繊維を含むプリプレグシートを積層して矩形状断面とされたものを熱硬化させた繊維強化複合材料から成り、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、横断面が矩形状に形成され所定温度以下では加熱非変形性を有し且つ前記繊維強化複合材料より熱膨張率が大きい金属又は樹脂を用いて矩形状断面とされた芯材を、横断面が矩形状に形成され炭素繊維を含んで構成されるリブ構成部材の両側面に配置し、全体として矩形断面形状の複合構造体を形成する工程と、該複合構造体の外周面に、最内層にはＰＡＮ系炭素繊維をその配向方向が芯材の長手方向に対して９０度に配向されたプリプレグシートを積層し、中間層には引張弾性率が前記ＰＡＮ系炭素繊維よりも高いピッチ系炭素繊維をその配向方向が芯材の長手方向に対して０度に配向されたプリプレグシートを積層し、最外層には二方向の炭素繊維が９０度で交わるように配向されたクロスプリプレグシートを巻き付けて被覆することによりプリプレグシートを所定厚さに積層する工程と、該プリプレグシートが積層された複合構造体を加熱し、前記リブ構成部材とプリプレグシートとが一体となった繊維強化複合材料を形成する工程と、該形成された繊維強化複合材料から前記芯材を抜き取る工程と、を行うものである。
【００１１】
ここで、「強化繊維」とは、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、炭化珪素繊維等の繊維のことをいう。また、「炭素繊維を含むプリプレグシート」とは、炭素繊維に熱硬化性樹脂を含侵させた未硬化状態のシートのことをいう。一般的に、繊維強化複合材料は、このプリプレグシートを原料素材として、積層及び熱硬化させることで製造される。
【００１２】
かかる構成によれば、ロボットハンド部材は、芯材をリブ構成部材の両側面に配置して矩形断面形状の複合構造体を形成し、その外周面にプリプレグシートを所定厚さに積層し、これを加熱してリブ構成部材とプリプレグシートとが一体となった繊維強化複合材料を形成した後、芯材を抜き取ることで製造される。このため、異なる寸法の芯材及びリブ構成部材を複数種用意しておけば、これらを任意に組み合わせることで、内部空間にリブを備えた所定寸法のロボットハンド部材が容易に製造される。そして、かかる製造方法により製造されたロボットハンド部材は、その内部空間にリブが備えられるため、請求項１に記載の発明と同様な作用が奏されることとなる（以下同様）。
【００１３】
請求項３に係るロボットハンド部材の製造方法は、炭素繊維を含むプリプレグシートを積層して矩形状断面とされたものを熱硬化させた繊維強化複合材料から成り、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、横断面が矩形状に形成され所定温度以下では加熱非変形性を有し且つ前記繊維強化複合材料より熱膨張率が大きい金属又は樹脂を用いて矩形状断面とされた芯材の外周面に、前記プリプレグシートの炭素繊維の配向方向が芯材の長手方向に対して少なくとも０度と９０度に配向されたものを含み、最内層のプリプレグシートの炭素繊維の配向方向を９０度としてプリプレグシートを所定厚さに積層する工程と、該プリプレグシートが積層された複数の芯材の一側面同士を当接させ、全体として矩形断面形状の複合構造体を形成する工程と、該複合構造体の外周面に、最内層にはＰＡＮ系炭素繊維をその配向方向が芯材の長手方向に対して９０度に配向されたプリプレグシートを積層し、中間層には引張弾性率が前記ＰＡＮ系炭素繊維よりも高いピッチ系炭素繊維をその配向方向が芯材の長手方向に対して０度に配向されたプリプレグシートを積層し、最外層には二方向の炭素繊維が９０度で交わるように配向されたクロスプリプレグシートを巻き付けて被覆することによりプリプレグシートを所定厚さに積層する工程と、該プリプレグシートが積層された複合構造体を加熱し、前記芯材に積層されたプリプレグシートと前記複合構造体に積層されたプリプレグシートとが一体となった繊維強化複合材料を形成する工程と、該形成された繊維強化複合材料から前記芯材を抜き取る工程と、を行うものである。
【００１４】
かかる構成によれば、ロボットハンド部材は、芯材の外周面にプリプレグシートを所定厚さに積層すると共に、その一面同士を当接させて矩形断面形状の複合構造体を形成し、その外周面にプリプレグシートを所定厚さに積層し、これを加熱して芯材に積層されたプリプレグシートと複合構造体に積層されたプリプレグシートとが一体となった繊維強化複合材料を形成した後、芯材を抜き取ることで製造される。このため、異なる寸法の芯材を複数種用意しておけば、その中から任意の芯材を選択すると共にその数を決定することで、内部空間にリブを備えた所定寸法のロボットハンド部材が容易に製造される。この場合、請求項２記載の発明に比べて、リブ構成部材が不要であるという利点がある。
【００１５】
請求項４に係る発明では、前記プリプレグシートを所定厚さに積層する工程は、前記複合構造体又は芯材の各面それぞれに対して、該面形状に合わせて形成されたプリプレグシートを複数貼り合わせて積層するものである。
かかる構成によれば、複合構造体又は芯材の各面それぞれに対して面形状に合わせて形成されたプリプレグシートを複数貼り付けることで、プリプレグシートが所定厚さに積層される。
【００１６】
請求項５に係る発明では、前記プリプレグシートを所定厚さに積層する工程は、前記複合構造体又は芯材の外周面に対してプリプレグシートを複数層巻き付けて積層するものである。
かかる構成によれば、複合構造体又は芯材の外周面に対してプリプレグシートを複数層巻き付けることで、プリプレグシートが所定厚さに積層される。
【００１７】
請求項６に係るロボットハンド部材の製造方法は、炭素繊維を含むプリプレグシートを積層して矩形状断面とされたものを熱硬化させた繊維強化複合材料から成り、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、横断面が中空の矩形状に形成され炭素繊維を含んで構成される複数の単位構成部材の一側面同士を当接させ、全体として矩形断面形状の複合構造体を形成する工程と、該複合構造体の前記当接面に対して交差する同一側の側面相互に亘り、最内層にはＰＡＮ系炭素繊維をその配向方向が単位構成部材の長手方向に対して９０度に配向されたプリプレグシートを積層し、中間層には引張弾性率が前記ＰＡＮ系炭素繊維よりも高いピッチ系炭素繊維をその配向方向が単位構成部材の長手方向に対して０度に配向されたプリプレグシートを積層し、最外層には二方向の炭素繊維が９０度で交わるように配向されたクロスプリプレグシートを積層してプリプレグシートを貼り付ける工程と、該プリプレグシートが貼り付けられた複合構造体を加熱し、前記単位構成部材とプリプレグシートとが一体となった繊維強化複合材料を形成する工程と、を行うものである。
【００１８】
かかる構成によれば、ロボットハンド部材は、複数の単位構成部材の一側面同士を当接させて矩形断面形状の複合構造体を形成し、その当接面に対して交差する同一側の側面相互に亘りプリプレグシートを貼り付けた後、これを加熱して単位構成部材とプリプレグシートとが一体となった繊維強化複合材料を形成することで製造される。このため、異なる寸法の単位構成部材を複数種用意しておけば、これらを任意に組み合わせることで、内部空間にリブを備えた所定寸法のロボットハンド部材が容易に製造される。
【００１９】
請求項７に係るロボットハンド部材の製造方法は、炭素繊維を含むプリプレグシートを積層して矩形状断面とされたものを熱硬化させた繊維強化複合材料から成り、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、横断面が中空の矩形状に形成され炭素繊維を含んで構成される複数の単位構成部材の一側面同士を当接させ、全体として矩形断面形状の複合構造体を形成する工程と、該複合構造体の外周面に、最内層にはＰＡＮ系炭素繊維をその配向方向が単位構成部材の長手方向に対して９０度に配向されたプリプレグシートを積層し、中間層には引張弾性率が前記ＰＡＮ系炭素繊維よりも高いピッチ系炭素繊維をその配向方向が単位構成部材の長手方向に対して０度に配向されたプリプレグシートを積層し、最外層には二方向の炭素繊維が９０度で交わるように配向されたクロスプリプレグシートを巻き付けて被覆することによりプリプレグシートを貼り付ける工程と、該プリプレグシートが貼り付けられた複合構造体を加熱し、前記単位構成部材とプリプレグシートとが一体となった繊維強化複合材料を形成する工程と、を行うものである。
【００２０】
請求項８に係る発明では、前記プリプレグシートが積層又は貼り付けられた複合構造体の外周面に、強化繊維を含んで構成されるクロスプリプレグシートを巻き付けて被覆する工程を更に行うものである。
ここで、「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熱硬化性樹脂を含侵させた未硬化状態のシートのことをいう。
【００２１】
かかる構成によれば、複合構造体の最外層は、クロスプリプレグシートにより被覆されるので、後加工として切削や研磨したときに毛羽立ちが少なくなり、ロボットハンド部材としての加工性が向上すると共に、製品の美観が良くなる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、本発明に係るロボットハンド部材を使用したロボットハンドの全体構成を示す。
ロボットハンド１０は、図１（Ａ）に示すように、取付孔１２Ａを介して産業用ロボットへ取り付けられる取付部材１２と、ワーク１４の支持部材となる一対のロボットハンド部材１６と、を含んで構成される。
【００２３】
ロボットハンド部材１６は、ワーク１４として、ＬＣＤ、ＰＤＰ、半導体ウェハ等のガラス基板を支持搬送すべく、軽量性、平面性、曲げ剛性、耐熱性等に優れたＦＲＰから製造される。ロボットハンド部材１６は、図１（Ｂ）に示すように、横断面が中空矩形形状に形成され、長手方向に延びる構成部材１６Ａの内部空間に、横断面の相対する長辺間に亘って延び、かつ、内部空間の長手方向に延びるリブ１６Ｂが少なくとも１つ形成された形状をなす。そして、ロボットハンド部材１６は、取付部材１２にネジ止等により２本平行に取り付けられる。
【００２４】
ここで、「ＦＲＰ」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侵させたプリプレグシートを所定形状に形成した後、所定温度に加熱して硬化させたものをいう。
なお、取付部材１２とロボットハンド部材１６とは、一体的に形成されてもよい。また、リブ１６Ｂにより区画されたロボットハンド部材１６の内部空間は、ワーク１４を支持搬送するための空気吹出又は空気吸引を行なうチューブなどの配置、ワーク１４の存在又は保持を検出するセンサ用の電気配線などにも利用することができる。
【００２５】
このようにすれば、ロボットハンド部材１６の横断面を構成する各長辺は、リブ１６Ｂを介して相互に連結されることとなり、長辺の実質長さが短くなることで、その剛性を向上することができる。そして、長辺の中央部における窪みが減少し、ロボットハンド部材１６の平面性、即ち、精度を向上することができる。また、この場合、ロボットハンド部材１６の肉厚を厚くしなくとも十分な強度が得られるので、重量増加による先端部の撓み増加も防止することができる。
【００２６】
次に、ロボットハンド部材の製造方法について説明する。
ロボットハンド部材は、炭素繊維等の強化繊維を含むプリプレグシートを矩形状断面となるように所定形状に積層した後、これを所定温度（例えば、１００〜１９０℃）に加熱して熱硬化させることで製造される。
「プリプレグシート」とは、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侵させ、少し粘着性を有した未硬化状態にしたものをいう。この場合、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が使用される。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され得る。即ち、積層される複数のプリプレグシートは、例えば、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又は搬送性能を損なわない限りにおいて、ガラス繊維等又は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。
【００２７】
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）系炭素繊維及びピッチ系炭素繊維がある。この場合、ピッチ系炭素繊維は、弾性が高いという特性を有する一方、ＰＡＮ系炭素繊維は、引張強度が高いという特性を有する。
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用される。この場合、ゴム加硫等のような高温高湿環境に耐え得るものが好ましい。また、耐衝撃性及び靭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付したものや、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。
【００２８】
ここで、微粒子としてのゴムには、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。一方、微粒子としての樹脂には、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂がある。熱硬化性樹脂には、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。熱可塑性樹脂には、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には、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。
【００２９】
図２は、ロボットハンド部材の製造方法の第１実施形態を示す。
第１工程（図２（Ａ）参照）では、横断面が矩形形状に形成され所定温度以下では加熱非変形性を有する芯材２０を、横断面が矩形形状に形成された強化繊維を含んで構成されるリブ構成部材２２の両側面に配置し、全体として矩形断面形状の複合構造体Ａを形成する。
【００３０】
芯材２０は、プリプレグシートを加熱して熱硬化させる所定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、かつ、加熱硬化後のＦＲＰから容易に抜き取れる素材で形成されている。ここで、「加熱により殆ど変形しない」とは、加熱時に、芯材２０が溶融したり、反り、曲がり、撓み、捩れ、皺、褶曲等の変形が生じないことをいう。芯材２０の素材としては、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等がある。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て、ＦＲＰからの抜き取りが容易になる。また、必要に応じて、芯材２０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、界面活性材）の塗布、又は、テフロンシート等の離型シートの使用などいずれでもよい。
【００３１】
一方、リブ構成部材２２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を含んで構成され、プリプレグシートの熱硬化時に、プリプレグシートと一体となる素材により形成される。リブ構成部材２２は、強化繊維の配向方向を異ならせて積層したプリプレグシートを加熱硬化させて板状に形成したＦＲＰを、所定寸法に切断することで形成されることが好ましい。なお、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理由等は後述する。
【００３２】
第２工程（図２（Ｂ）参照）では、複合構造体Ａの外周面に、強化繊維を含むプリプレグシート２４を所定厚さ（例えば、１〜７ｍｍ程度）に積層する。この場合の積層厚さは、プリプレグシート２４が加熱硬化されるときの体積減少分を見越して、ロボットハンド部材の要求肉厚よりも僅かに厚い程度が好ましい。ここで、プリプレグシート２４を所定厚さに積層するには、図３（Ａ）に示すように、複合構造体Ａの各面（上下左右）に対して、各面の面形状に合わせて形成されたプリプレグシートを複数貼り合わせて積層すればよい。また、図３（Ｂ）に示すように、複合構造体Ａの外周面に、プリプレグシート２４を複数層巻き付けて積層してもよい。プリプレグシート２４の貼り合わせ及び巻き付けは、気泡が入り込まないように、例えば、アイロンで熱を加えながらできるだけ密着させて行なうことが好ましい。
【００３３】
このとき、図４に示すように、プリプレグシート２４は、その強化繊維の配向方向を異ならせて積層されることが好ましい。即ち、或る層の強化繊維の配向方向を０度とし、他の層の強化繊維の配向方向を９０度とし、更に、これらのプリプレグシートに加えて、二方向の強化繊維が配向角度９０度又は±４５度で交わったクロスプリプレグシートを積層してもよい。
【００３４】
プリプレグシート２４を積層するときには、複合構造体Ａに接する最下層のプリプレグシートは、ロボットハンド部材の長手方向に対して、強化繊維が９０度に配向されたもの（以下「９０度配向シート」という。以下同様）とすることが、芯材２０の抜き取り易さの観点から好ましい。なぜならば、強化繊維はマトリックス樹脂よりも熱収縮率が小さいので、強化繊維の配向方向への収縮率は、その配列方向への収縮率より小さくなるので、最下層に９０度配向シートを使用することで、芯材２０の外周を囲むように強化繊維が配向し、熱硬化後に、中空形状のロボットハンド部材がそれほど縮径しなくて済むからである。
【００３５】
最下層の上の第２層目に積層されるプリプレグシートには、ロボットハンド部材の長手方向の撓み防止や、振動減衰特性を向上する目的から、０度配向シートが使用される。第３層目のプリプレグシートには、最下層及び第２層のプリプレグシートと合わせて、曲げ剛性や振動減衰特性を向上すると共に、反り及び撓みを防止する目的から、９０度配向シートが使用される。即ち、上層に積層されるプリプレグシートほど、ロボットハンド部材の特性（曲げ剛性等）への寄与が高いので、０度配向シートを９０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。なお、これらのプリプレグシートに加えて、±４５度配向シートの層を追加してもよい。この場合には、ロットハンド部材の捩り剛性及び捩り振動減衰特性を向上することができる。
【００３６】
さらに、図３（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、プリプレグシート２４が積層された複合構造体Ａの外周面に、強化繊維を含んで構成されるクロスプリプレグシート２６を巻き付けて被覆するようにしてもよい。クロスプリプレグシート２６は、強化繊維の織物で構成されたプリプレグシートであって、強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維又は炭化珪素繊維等を使用することが好ましい。織り構造としては、平織り、綾織り、朱子織り、三軸織り等が適宜使用され得る。クロスプリプレグシート２６で被覆することで、後加工として切削や研磨を行なったときに、毛羽立ちが少なくなり、ロボット部材としての加工性を向上できると共に、製品の美観を良くすることができる。また、クロスプリプレグシート２６は、複合構造体Ａに積層されたプリプレグシート２４の接合強化にも寄与する。
【００３７】
そして、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２４の組み合わせ及び積層順序を決定すればよい。
第３工程（図２（Ｃ）参照）では、プリプレグシート２４が積層された複合構造体Ａの外周面に、所定形状を有する外型２８Ａ，２８Ｂを押し付け、その外面形状を所定寸法に成形する。外型２８Ａ，２８Ｂとしては、プリプレグシート２４の積層形態（図３参照）に応じて、内周面形状がコ字形に形成されたチャンネル状の２つの外型（図示のもの）、板状の４つの外型、などを使用すればよい。
【００３８】
第４工程（図示せず）では、成形された複合構造体Ａを所定温度に加熱し、リブ構成部材２２とプリプレグシート２４とが一体となったＦＲＰを形成する。このとき、複合構造体全体Ａを、例えば、真空バッグに入れて加熱する。加熱温度条件は、例えば、室温から２〜１０℃／分の割合で加熱昇温させ、約１００〜１９０℃で６０分程度保持し、その後加熱を停止して、自然冷却により室温まで降温させる。これにより、リブ構成部材２２とプリプレグシート２４とが熱硬化されて、ＦＲＰが形成される。
【００３９】
このとき、芯材２０は、所定温度以下では加熱非変形性を有する素材からできているので、複合構造体Ａを加熱するときに殆ど変形せず、その断面形状を正しく保つことができる。また、複合構造体Ａを真空バッグに入れるのは、プリプレグシート２４を積層するときにシート間に封入された気泡等を吸引するためと、プリプレグシート２４が積層された複合構造体Ａに対して外圧（大気圧）を略均等に作用させるためである。
【００４０】
第５工程（図２（Ｄ）参照）では、ＦＲＰから芯材２０を抜き取り、内部空間にリブを備えたロボットハンド部材Ｂが完成する。
かかる製造方法によれば、ロボットハンド部材Ｂは、芯材２０をリブ構成部材２２の両側面に配置して全体として矩形断面形状の複合構造体Ａを形成し、その外周面にプリプレグシート２４を所定厚さに積層してから外型２８Ａ，２８Ｂで成形し、これを所定温度に加熱してリブ構成部材２２とプリプレグシート２４とが一体となったＦＲＰを形成した後、芯材２０を抜き取ることで製造される。このため、異なる寸法の芯材２０及びリブ構成部材２２を複数種用意しておけば、これらを任意に組み合わせることで、内部空間にリブを備えた所定寸法のロボットハンド部材Ｂを容易に製造することができる。
【００４１】
このとき、ロボットハンド部材Ｂの内部空間にはリブが備えられるため、その横断面を構成する各長辺は、リブを介して相互に連結されることとなり、長辺の実質長さが短くなることで、その剛性を向上することができる。そして、長辺の中央部における窪みが減少し、ロボットハンド部材Ｂの平面性、即ち、精度を向上することができる。
【００４２】
また、芯材２０及びリブ構成部材２２の数を変更することで、内部空間の室数（分割数）を変えることができる。この場合、リブ構成部材２２により区画された内部空間は、ワークを支持搬送するための空気吹出又は空気吸引を行なうチューブなどの配置、ワークの存在又は保持を検出するセンサ用の電気配線などにも利用することができる。なお、従来技術における中実断面形状のロボットハンドでは、機械加工により空気吸引路等を形成しているので、この機械加工に要する費用も削減することができる。
【００４３】
図５は、ロボットハンド部材の製造方法の第２実施形態を示す。
第１工程（図５（Ａ）参照）では、横断面が矩形形状に形成され所定温度以下では加熱非変形性を有する芯材３０の外周面に、強化繊維を含むプリプレグシート３２を所定厚さに積層する。このとき、第１実施形態と同様に、芯材３０の各面（上下左右）に対して各面の面形状に合わせて形成されたプリプレグシートを複数貼り合わせて積層するか、芯材３０の外周面にプリプレグシートを複数巻き付けて積層すればよい（以下同様）。また、プリプレグシートの強化繊維の配向方向等は、第１実施形態と同様な技術的思想をもって決定すればよい（以下同様）。
【００４４】
第２工程（図５（Ｂ）参照）では、プリプレグシート３２が積層された複数（本実施形態では２つ）の芯材３０の一側面同士を当接させ、全体として矩形断面形状の複合構造体Ａを形成する。
第３工程（図５（Ｃ）参照）では、複合構造体Ａの外周面に、強化繊維を含むプリプレグシート３４を所定厚さに積層する。このとき、第１実施形態と同様に、プリプレグシート３４が積層された複合構造体の外周面に、強化繊維を含んで構成されるクロスプリプレグシートを巻き付けて被覆するようにしてもよい。
【００４５】
第４工程（図５（Ｄ）参照）では、プリプレグシート３４が積層された複合構造体Ａの外周面に、所定形状を有する外型３６Ａ，３６Ｂを押し付け、その外面形状を所定寸法に成形する。外型３６Ａ，３６Ｂとしては、第１実施形態と同様に、プリプレグシート３４の積層形態に応じたものを使用すればよい。
第５工程（図示せず）では、成形された複合構造体Ａを所定温度に加熱し、芯材３０に積層されたプリプレグシート３２と複合構造体Ａに積層されたプリプレグシート３４とが一体となったＦＲＰを形成する。なお、加熱温度条件等は、第１実施形態と同様である（以下同様）。
【００４６】
第６工程（図５（Ｅ）参照）では、ＦＲＰから芯材３０を抜き取り、内部空間にリブを備えたロボットハンド部材Ｂが完成する。
かかる製造方法によれば、ロボットハンド部材Ｂは、芯材３０の外周面にプリプレグシート３２を所定厚さに積層すると共に、その一側面同士を当接させて全体として矩形断面形状の複合構造体Ａを形成し、その外周面にプリプレグシート３４を所定厚さに積層してから外型３６Ａ，３６Ｂで成形し、これを所定温度に加熱して芯材３０に積層されたプリプレグシート３２と複合構造体Ａに積層されたプリプレグシート３４とが一体となったＦＲＰを形成した後、芯材３０を抜き取ることで製造される。このため、異なる寸法の芯材３０を複数種用意しておけば、その中から任意の芯材３０を選択すると共にその数を決定することで、内部空間にリブを備えた所定寸法のロボットハンド部材Ｂを容易に製造することができる。この場合、先の第１実施形態におけるリブ構成部材２２が不要となる、という利点がある。
【００４７】
図６は、ロボットハンド部材の製造方法の第３実施形態を示す。
第１工程（図６（Ａ）参照）では、横断面が中空矩形形状に形成された強化繊維を含んで構成される複数の単位構成部材４０の一側面同士を当接させ、全体として矩形断面形状の複合構造体Ａを形成する。単位構成部材４０は、例えば、板形状のＦＲＰを所定寸法の矩形形状に切断し、その両端面同士を接着剤で連結することで形成する。また、単位構成部材４０は、先の実施形態で使用された技術を用い、横断面が矩形形状に形成され所定温度以下では加熱非変形性を有する芯材の外周面に、プリプレグシートを積層した後、これを所定温度に加熱してプリプレグシートを熱硬化させることで形成してもよい。要するに、何らかの製造方法を用いて、横断面が中空矩形形状の単位構成部材４０を形成すればよい。
【００４８】
第２工程（図６（Ｂ）参照）では、複合構造体Ａの当接面に対して交差する同一側の側面相互（図示の例では、上・下面）に亘り、強化繊維を含むプリプレグシート４２を貼り付ける。なお、プリプレグシート４２に代えて、クロスプリプレグシートを貼り付けるようにしてもよい。
第３工程（図示せず）では、プリプレグシート４２が貼り付けられた複合構造体Ａを所定温度に加熱し、単位構成部材４０とプリプレグシート４２とが一体となったＦＲＰを形成する。これにより、内部空間にリブを備えたロボットハンド部材Ｂが完成する。
【００４９】
かかる製造方法によれば、ロボットハンド部材Ｂは、横断面が中空矩形形状に形成された複数の単位構成部材４０の一側面同士を当接させて全体として矩形断面形状の複合構造体Ａを形成し、その当接面に対して交差する同一側の側面相互に亘りプリプレグシート４２を貼り付けた後、これを加熱して単位構成部材４０とプリプレグシート４２とが一体となったＦＲＰを形成することで製造される。このため、異なる寸法を有する単位構成部材４０を複数種用意しておけば、これらを任意に組み合わせることで、内部空間にリブを備えた所定寸法のロボットハンド部材Ｂを容易に製造することができる。この場合、単位構成部材４０の当接面により、リブが構成される。
【００５０】
ここで、複合構造体Ａにプリプレグシート４２を貼り付ける第２工程では、図６（Ｃ）に示すように、複合構造体Ａの外周面にプリプレグシート４２を巻き付けて貼り付けるようにしてもよい。この場合、複数の単位構成部材４０からなる複合構造体Ａの外面全周に亘ってプリプレグシート４２が貼り付けられるため、当接部における段差が目立たなくなり、ロボットハンド部材Ｂの見栄えがよくなり、その商品価値を高めることができる。また、プリプレグシート４２が貼り付けられた複合構造体Ａの外周面に、クロスプリプレグシートを巻き付けてこれを被覆するようにしてもよい。
【００５１】
ロボットハンド部材Ｂが長尺である場合には、図７に示すように、その先端部における荷重撓みを抑制すべく、大きな曲げモーメントが作用する基端部を多層にて構成してもよい。この場合、単位構成部材４０を多層に当接させて複合構造体Ａを形成した後、その外周面全体にプリプレグシート４２を積層して、これを加熱硬化させればよい。なお、かかる技術は、先の第２実施形態にも適用可能である。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係るロボットハンド部材によれば、芯材が、所定温度以下では加熱非変形性を有し且つ繊維強化複合材料より熱膨張率が大きい金属又は樹脂を用いて矩形状断面とされ、該芯材の外周面に、最内層にはＰＡＮ系炭素繊維をその配向方向が芯材の長手方向に対して９０度に配向されたプリプレグシートを積層し、中間層には引張弾性率が上記ＰＡＮ系炭素繊維よりも高いピッチ系炭素繊維をその配向方向が芯材の長手方向に対して０度に配向されたプリプレグシートを積層し、最外層には二方向の炭素繊維が９０度で交わるように配向されたクロスプリプレグシートを巻き付けて被覆することによりプリプレグシート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を熱硬化させて繊維強化複合材料とされた部材から前記芯材を抜き取って該部材の横断面を中空の矩形状に形成した部材の内部空間に、前記横断面の相対する長辺間に亘って延び、かつ、前記内部空間の長手方向に延びるリブを少なくとも１つ形成したことにより、横断面を構成する各長辺はリブを介して相互に連結されることとなり、長辺の実質長さが短くなることで、その剛性を向上することができる。
この場合、前記芯材は、所定温度以下では加熱非変形性を有し且つ繊維強化複合材料より熱膨張率が大きい金属又は樹脂を用いて矩形状断面とされているので、加熱硬化後には収縮して繊維強化複合材料から容易に抜き取ることができる。また、前記芯材の外周面に複数層に巻き付けられる最内層のプリプレグシートは、ＰＡＮ系炭素繊維の配向方向が該芯材の長手方向に対して９０度とされているので、加熱硬化した際に繊維強化複合材料があまり縮径せず、芯材の抜き取りが容易である。さらに、中間層のプリプレグシートは、引張弾性率が上記ＰＡＮ系炭素繊維よりも高いピッチ系炭素繊維をその配向方向が芯材の長手方向に対して０度とされているので、熱硬化により繊維強化複合材料とされた部材の長手方向の撓み防止や、振動減衰特性を向上することができる。さらにまた、最外層のプリプレグシートは、二方向の炭素繊維が９０度で交わるように配向されたクロスプリプレグシートとされているので、ロボットハンド部材の後加工として切削や研磨加工を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、製品としての美観を向上することができる。また、前記長手方向に延びる部材の内部空間に少なくとも１つのリブが形成されているので、前記横断面における長辺の剛性が向上して長辺の中央部における窪みが減少し、ロボットハンド部材の平面性、即ち、精度を向上することができる。
【００５３】
請求項２に係るロボットハンド部材の製造方法によれば、横断面が矩形状に形成され所定温度以下では加熱非変形性を有し且つ繊維強化複合材料より熱膨張率が大きい金属又は樹脂を用いて矩形状断面とされた芯材を、横断面が矩形状に形成され炭素繊維を含んで構成されるリブ構成部材の両側面に配置し、全体として矩形断面形状の複合構造体を形成し、この複合構造体の外周面に、最内層にはＰＡＮ系炭素繊維をその配向方向が芯材の長手方向に対して９０度に配向されたプリプレグシートを積層し、中間層には引張弾性率が前記ＰＡＮ系炭素繊維よりも高いピッチ系炭素繊維をその配向方向が芯材の長手方向に対して０度に配向されたプリプレグシートを積層し、最外層には二方向の炭素繊維が９０度で交わるように配向されたクロスプリプレグシートを巻き付けて被覆することによりプリプレグシートを所定厚さに積層し、このプリプレグシートが積層された複合構造体を加熱し、前記リブ構成部材とプリプレグシートとが一体となった繊維強化複合材料を形成し、この繊維強化複合材料から前記芯材を抜き取ってロボットハンド部材を製造することができる。
この場合、前記芯材は、所定温度以下では加熱非変形性を有し且つ繊維強化複合材料より熱膨張率が大きい金属又は樹脂を用いて矩形状断面とされているので、加熱硬化後には収縮して繊維強化複合材料から容易に抜き取ることができる。また、前記複合構造体の外周面に所定厚さに積層される最内層のプリプレグシートは、ＰＡＮ系炭素繊維の配向方向が芯材の長手方向に対して９０度とされているので、加熱硬化した際に繊維強化複合材料があまり縮径せず、芯材の抜き取りが容易である。したがって、中空構造のロボットハンド部材を容易に製造することができる。さらに、中間層のプリプレグシートは、引張弾性率が上記ＰＡＮ系炭素繊維よりも高いピッチ系炭素繊維をその配向方向が芯材の長手方向に対して０度とされているので、熱硬化により繊維強化複合材料とされた部材の長手方向の撓み防止や、振動減衰特性を向上することができる。さらにまた、最外層のプリプレグシートは、二方向の炭素繊維が９０度で交わるように配向されたクロスプリプレグシートとされているので、ロボットハンド部材の後加工として切削や研磨加工を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、製品としての美観を向上することができる。これらのことから、熱硬化により繊維強化複合材料とされた部材の長手方向の撓み防止や、振動減衰特性を向上すると共に、全体部材の曲げ剛性を向上することができる。したがって、ロボットハンド部材の寸法精度を向上することができる。そして、異なる寸法の芯材及びリブ構成部材を複数種用意しておけば、これらを任意に組み合わせることで、内部空間にリブを備えた所定寸法のロボットハンド部材を容易に製造することができる。
請求項３に係るロボットハンド部材の製造方法によれば、横断面が矩形状に形成され所定温度以下では加熱非変形性を有し且つ繊維強化複合材料より熱膨張率が大きい金属又は樹脂を用いて矩形状断面とされた芯材の外周面に、プリプレグシートの炭素繊維の配向方向が芯材の長手方向に対して少なくとも０度と９０度に配向されたものを含み、最内層のプリプレグシートの炭素繊維の配向方向を９０度としてプリプレグシートを所定厚さに積層し、このプリプレグシートが積層された複数の芯材の一側面同士を当接させ、全体として矩形断面形状の複合構造体を形成し、この複合構造体の外周面に、最内層にはＰＡＮ系炭素繊維をその配向方向が芯材の長手方向に対して９０度に配向されたプリプレグシートを積層し、中間層には引張弾性率が前記ＰＡＮ系炭素繊維よりも高いピッチ系炭素繊維をその配向方向が芯材の長手方向に対して０度に配向されたプリプレグシートを積層し、最外層には二方向の炭素繊維が９０度で交わるように配向されたクロスプリプレグシートを巻き付けて被覆することによりプリプレグシートを所定厚さに積層し、このプリプレグシートが積層された複合構造体を加熱し、前記芯材に積層されたプリプレグシートと前記複合構造体に積層されたプリプレグシートとが一体となった繊維強化複合材料を形成し、この繊維強化複合材料から前記芯材を抜き取ってロボットハンド部材を製造することができる。
この場合、前記芯材は、所定温度以下では加熱非変形性を有し且つ繊維強化複合材料より熱膨張率が大きい金属又は樹脂を用いて矩形状断面とされているので、加熱硬化後には収縮して繊維強化複合材料から容易に抜き取ることができる。また、前記複合構造体の外周面に所定厚さに積層される最内層のプリプレグシートは、ＰＡＮ系炭素繊維の配向方向が芯材の長手方向に対して９０度とされているので、加熱硬化した際に繊維強化複合材料があまり縮径せず、芯材の抜き取りが容易である。したがって、中空構造のロボットハンド部材を容易に製造することができる。さらに、中間層のプリプレグシートは、引張弾性率が上記ＰＡＮ系炭素繊維よりも高いピッチ系炭素繊維をその配向方向が芯材の長手方向に対して０度とされているので、熱硬化により繊維強化複合材料とされた部材の長手方向の撓み防止や、振動減衰特性を向上することができる。さらにまた、最外層のプリプレグシートは、二方向の炭素繊維が９０度で交わるように配向されたクロスプリプレグシートとされているので、ロボットハンド部材の後加工として切削や研磨加工を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、製品としての美観を向上することができる。これらのことから、熱硬化により繊維強化複合材料とされた部材の長手方向の撓み防止や、振動減衰特性を向上すると共に、全体部材の曲げ剛性を向上することができる。したがって、ロボットハンド部材の寸法精度を向上することができる。そして、異なる寸法の芯材を複数種用意しておけば、その中から任意の芯材を選択すると共にその数を決定することで、内部空間にリブを備えた所定寸法のロボットハンド部材を容易に製造することができる。
【００５４】
請求項４に係る発明によれば、複合構造体又は芯材の各面それぞれに対してそれらの面形状に合わせて形成されたプリプレグシートを複数貼り合わせて積層することで、プリプレグシートを所定厚さに積層することができる。
請求項５に係る発明によれば、複合構造体又は芯材の外周面に対してプリプレグシートを複数層巻き付けて積層することで、プリプレグシートを所定厚さに積層することができる。
【００５５】
請求項６に係るロボットハンド部材の製造方法によれば、横断面が中空の矩形状に形成され炭素繊維を含んで構成される複数の単位構成部材の一側面同士を当接させ、全体として矩形断面形状の複合構造体を形成し、この複合構造体の前記当接面に対して交差する同一側の側面相互に亘り、最内層にはＰＡＮ系炭素繊維をその配向方向が単位構成部材の長手方向に対して９０度に配向されたプリプレグシートを積層し、中間層には引張弾性率が前記ＰＡＮ系炭素繊維よりも高いピッチ系炭素繊維をその配向方向が単位構成部材の長手方向に対して０度に配向されたプリプレグシートを積層し、最外層には二方向の炭素繊維が９０度で交わるように配向されたクロスプリプレグシートを積層してプリプレグシートを貼り付け、このプリプレグシートが貼り付けられた複合構造体を加熱し、前記単位構成部材とプリプレグシートとが一体となった繊維強化複合材料を形成して、ロボットハンド部材を製造することができる。
この場合、前記複合構造体の当接面に対して交差する同一側の側面相互に亘り積層される最内層のプリプレグシートは、ＰＡＮ系炭素繊維の配向方向が単位構成部材の長手方向に対して９０度とされており、さらに、中間層のプリプレグシートは、引張弾性率が上記ＰＡＮ系炭素繊維よりも高いピッチ系炭素繊維の配向方向が芯材の長手方向に対して０度とされているので、熱硬化により繊維強化複合材料とされた部材の長手方向の撓み防止や、振動減衰特性を向上することができる。さらにまた、最外層のプリプレグシートは、二方向の炭素繊維が９０度で交わるように配向されたクロスプリプレグシートとされているので、ロボットハンド部材の後加工として切削や研磨加工を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、製品としての美観を向上することができる。そして、異なる寸法の単位構成部材を複数種用意しておけば、これらを任意に組み合わせることで、内部空間にリブを備えた所定寸法のロボットハンド部材を容易に製造することができる。
請求項７に係るロボットハンド部材の製造方法によれば、横断面が中空の矩形状に形成され炭素繊維を含んで構成される複数の単位構成部材の一側面同士を当接させ、全体として矩形断面形状の複合構造体を形成し、この複合構造体の外周面に、最内層にはＰＡＮ系炭素繊維をその配向方向が単位構成部材の長手方向に対して９０度に配向されたプリプレグシートを積層し、中間層には引張弾性率が前記ＰＡＮ系炭素繊維よりも高いピッチ系炭素繊維をその配向方向が単位構成部材の長手方向に対して０度に配向されたプリプレグシートを積層し、最外層には二方向の炭素繊維が９０度で交わるように配向されたクロスプリプレグシートを巻き付けて被覆することによりプリプレグシートを貼り付け、このプリプレグシートが貼り付けられた複合構造体を加熱し、前記単位構成部材とプリプレグシートとが一体となった繊維強化複合材料を形成して、ロボットハンド部材を製造することができる。
この場合、前記複合構造体の外周面に積層される最内層のプリプレグシートは、ＰＡＮ系炭素繊維の配向方向が単位構成部材の長手方向に対して９０度とされており、さらに、中間層のプリプレグシートは、引張弾性率が上記ＰＡＮ系炭素繊維よりも高いピッチ系炭素繊維の配向方向が芯材の長手方向に対して０度とされているので、熱硬化により繊維強化複合材料とされた部材の長手方向の撓み防止や、振動減衰特性を向上することができる。さらにまた、最外層のプリプレグシートは、二方向の炭素繊維が９０度で交わるように配向されたクロスプリプレグシートとされているので、ロボットハンド部材の後加工として切削や研磨加工を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、製品としての美観を向上することができる。そして、異なる寸法の単位構成部材を複数種用意しておけば、これらを任意に組み合わせることで、内部空間にリブを備えた所定寸法のロボットハンド部材を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ロボットハンド部材を使用したロボットハンドを示し、（Ａ）はロボットハンドの全体構成図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図
【図２】ロボットハンド部材の製造方法の第１実施形態を示し、（Ａ）は第１工程の説明図、（Ｂ）は第２工程の説明図、（Ｃ）は第３工程の説明図、（Ｄ）は第５工程の説明図
【図３】プリプレグシートの積層形態を示し、（Ａ）は複合構造体の各面に所定形状のシートを貼り付ける場合の説明図、（Ｂ）は複合構造体の外周面にシートを巻き付ける場合の説明図、（Ｃ）及び（Ｄ）はクロスプリプレグシートにより複合構造体を被覆した場合の説明図
【図４】プリプレグシートの強化繊維の配向方向の説明図
【図５】ロボットハンド部材の製造方法の第２実施形態を示し、（Ａ）は第１工程の説明図、（Ｂ）は第２工程の説明図、（Ｃ）は第３工程の説明図、（Ｄ）は第４工程の説明図、（Ｅ）は第６工程の説明図
【図６】ロボットハンド部材の製造方法の第３実施形態を示し、（Ａ）は第１工程の説明図、（Ｂ）は第２工程の説明図、（Ｃ）は第２工程の変形例の説明図
【図７】ロボットハンド部材が長い場合に対応する方法を示し、（Ａ）はロボットハンド部材の側面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（Ｃ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（Ｄ）は（Ａ）におけるＣ−Ｃ断面図
【符号の説明】
１０ ロボットハンド
１６ ロボットハンド部材
１６Ａ 構成部材
１６Ｂ リブ
２０ 芯材
２２ リブ構成部材
２４ プリプレグシート
２６ クロスプリプレグシート
３０ 芯材
３２ プリプレグシート
３４ プリプレグシート
４０ 単位構成部材
４２ プリプレグシート
Ａ 複合構造体
Ｂ ロボットハンド部材
Claims (7)
- 炭素繊維を含むプリプレグシートを積層して矩形状断面とされたものを熱硬化させた繊維強化複合材料から成り、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であって、
所定温度以下では加熱非変形性を有し且つ前記繊維強化複合材料より熱膨張率が大きい金属又は樹脂を用いて矩形状断面とされた芯材の外周面に、最内層にはＰＡＮ系炭素繊維をその配向方向が芯材の長手方向に対して９０度に配向されたプリプレグシートを積層し、中間層には引張弾性率が上記ＰＡＮ系炭素繊維よりも高いピッチ系炭素繊維をその配向方向が芯材の長手方向に対して０度に配向されたプリプレグシートを積層し、最外層には二方向の炭素繊維が９０度で交わるように配向されたクロスプリプレグシートを巻き付けて被覆することによりプリプレグシート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を熱硬化させて繊維強化複合材料とされた部材から前記芯材を抜き取って該部材の横断面を中空の矩形状に形成し、長手方向に延びる部材の内部空間に、前記横断面の相対する長辺間に亘って延び、かつ、前記内部空間の長手方向に延びるリブが少なくとも１つ形成されたことを特徴とするロボットハンド部材。 - 炭素繊維を含むプリプレグシートを積層して矩形状断面とされたものを熱硬化させた繊維強化複合材料から成り、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、
横断面が矩形状に形成され所定温度以下では加熱非変形性を有し且つ前記繊維強化複合材料より熱膨張率が大きい金属又は樹脂を用いて矩形状断面とされた芯材を、横断面が矩形状に形成され炭素繊維を含んで構成されるリブ構成部材の両側面に配置し、全体として矩形断面形状の複合構造体を形成する工程と、
該複合構造体の外周面に、最内層にはＰＡＮ系炭素繊維をその配向方向が芯材の長手方向に対して９０度に配向されたプリプレグシートを積層し、中間層には引張弾性率が前記ＰＡＮ系炭素繊維よりも高いピッチ系炭素繊維をその配向方向が芯材の長手方向に対して０度に配向されたプリプレグシートを積層し、最外層には二方向の炭素繊維が９０度で交わるように配向されたクロスプリプレグシートを巻き付けて被覆することによりプリプレグシートを所定厚さに積層する工程と、
該プリプレグシートが積層された複合構造体を加熱し、前記リブ構成部材とプリプレグシートとが一体となった繊維強化複合材料を形成する工程と、
該形成された繊維強化複合材料から前記芯材を抜き取る工程と、
を行うことを特徴とするロボットハンド部材の製造方法。 - 炭素繊維を含むプリプレグシートを積層して矩形状断面とされたものを熱硬化させた繊維強化複合材料から成り、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、
横断面が矩形状に形成され所定温度以下では加熱非変形性を有し且つ前記繊維強化複合材料より熱膨張率が大きい金属又は樹脂を用いて矩形状断面とされた芯材の外周面に、前記プリプレグシートの炭素繊維の配向方向が芯材の長手方向に対して少なくとも０度と９０度に配向されたものを含み、最内層のプリプレグシートの炭素繊維の配向方向を９０度としてプリプレグシートを所定厚さに積層する工程と、
該プリプレグシートが積層された複数の芯材の一側面同士を当接させ、全体として矩形断面形状の複合構造体を形成する工程と、
該複合構造体の外周面に、最内層にはＰＡＮ系炭素繊維をその配向方向が芯材の長手方向に対して９０度に配向されたプリプレグシートを積層し、中間層には引張弾性率が前記ＰＡＮ系炭素繊維よりも高いピッチ系炭素繊維をその配向方向が芯材の長手方向に対して０度に配向されたプリプレグシートを積層し、最外層には二方向の炭素繊維が９０度で交 わるように配向されたクロスプリプレグシートを巻き付けて被覆することによりプリプレグシートを所定厚さに積層する工程と、
該プリプレグシートが積層された複合構造体を加熱し、前記芯材に積層されたプリプレグシートと前記複合構造体に積層されたプリプレグシートとが一体となった繊維強化複合材料を形成する工程と、
該形成された繊維強化複合材料から前記芯材を抜き取る工程と、
を行うことを特徴とするロボットハンド部材の製造方法。 - 前記プリプレグシートを所定厚さに積層する工程は、前記複合構造体又は芯材の各面それぞれに対して、該面形状に合わせて形成されたプリプレグシートを複数貼り合わせて積層することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のロボットハンド部材の製造方法。
- 前記プリプレグシートを所定厚さに積層する工程は、前記複合構造体又は芯材の外周面に対してプリプレグシートを複数層巻き付けて積層することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のロボットハンド部材の製造方法。
- 炭素繊維を含むプリプレグシートを積層して矩形状断面とされたものを熱硬化させた繊維強化複合材料から成り、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、
横断面が中空の矩形状に形成され炭素繊維を含んで構成される複数の単位構成部材の一側面同士を当接させ、全体として矩形断面形状の複合構造体を形成する工程と、
該複合構造体の前記当接面に対して交差する同一側の側面相互に亘り、最内層にはＰＡＮ系炭素繊維をその配向方向が単位構成部材の長手方向に対して９０度に配向されたプリプレグシートを積層し、中間層には引張弾性率が前記ＰＡＮ系炭素繊維よりも高いピッチ系炭素繊維をその配向方向が単位構成部材の長手方向に対して０度に配向されたプリプレグシートを積層し、最外層には二方向の炭素繊維が９０度で交わるように配向されたクロスプリプレグシートを積層してプリプレグシートを貼り付ける工程と、
該プリプレグシートが貼り付けられた複合構造体を加熱し、前記単位構成部材とプリプレグシートとが一体となった繊維強化複合材料を形成する工程と、
を行うことを特徴とするロボットハンド部材の製造方法。 - 炭素繊維を含むプリプレグシートを積層して矩形状断面とされたものを熱硬化させた繊維強化複合材料から成り、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、
横断面が中空の矩形状に形成され炭素繊維を含んで構成される複数の単位構成部材の一側面同士を当接させ、全体として矩形断面形状の複合構造体を形成する工程と、
該複合構造体の外周面に、最内層にはＰＡＮ系炭素繊維をその配向方向が単位構成部材の長手方向に対して９０度に配向されたプリプレグシートを積層し、中間層には引張弾性率が前記ＰＡＮ系炭素繊維よりも高いピッチ系炭素繊維をその配向方向が単位構成部材の長手方向に対して０度に配向されたプリプレグシートを積層し、最外層には二方向の炭素繊維が９０度で交わるように配向されたクロスプリプレグシートを巻き付けて被覆することによりプリプレグシートを貼り付ける工程と、
該プリプレグシートが貼り付けられた複合構造体を加熱し、前記単位構成部材とプリプレグシートとが一体となった繊維強化複合材料を形成する工程と、
を行うことを特徴とするロボットハンド部材の製造方法。
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