JP4243802B2

JP4243802B2 - ロボットアームの一体成形方法

Info

Publication number: JP4243802B2
Application number: JP2003347849A
Authority: JP
Inventors: 健太郎島
Original assignee: Toho Rayon Co Ltd
Current assignee: Toho Rayon Co Ltd
Priority date: 2003-10-07
Filing date: 2003-10-07
Publication date: 2009-03-25
Anticipated expiration: 2023-10-07
Also published as: JP2005111772A

Description

本発明は、内圧成形法によりプリプレグとフランジを形成したアーム取付管とを一体成形するロボットアームの一体成形方法に関する。

産業用ロボットは製品の着脱等の作業を行うためのハンドを備えたアームを有しており、アームが回転運動や水平・垂直運動することにより作業位置を変えることが可能となっている。

回転運動を行う炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）からなるロボットアームは、内圧成形により中空のアーム本体を成形した後、アームの回転運動の中心にフランジを形成したアーム取付管を取り付けている。

本発明に関連する従来技術としては、例えばプリプレグを巻き付けたマンドレルの外周に補助型を配置してプリプレグを加圧した状態で加熱して硬化させる筒体の製造方法がある（特許文献１参照）。
特開２０００−３０１６１２号公報（請求項１）

ロボットアームへのアーム取付管の取付は、成形したアーム本体に穴あけ加工し、接着剤を用いてフランジを形成したアーム取付管をアーム本体に固定することにより行っている。更に取付後は、アームの先端位置が所定位置となるようにアーム取付管を基準としてアーム先端部の機械加工を行っている。

このように、従来の製造方法では、ロボットアーム成形後に２度の機械加工が必要となり、時間と手間がかかるうえ製造コストが高くなるという問題を有している。

本発明者は鋭意研究の結果、内圧成形によるロボットアームの製造をプリプレグとアーム取付管との一体成形とすることにより、内圧成形後に行うアーム取付管の取付加工の手間が省けることを見出した。更に、型の所定位置にアーム取付管を配置して成形を行うことにより、アーム先端部を機械加工する手間が大幅に軽減できることを見出し本発明を完成するに到った。

上記課題を解決する本発明は、以下に記載するものである。

〔１〕型のキャビティ内に少なくともその一端にフランジを形成したアーム取付管をフランジ外側面を型に密着させて配置した後、キャビティ内表面とアーム取付管のフランジ内側面に沿ってプリプレグを敷設すると共に前記敷設したプリプレグ間に膨張バッグを挿入し、次いでキャビティ内で膨張バッグを膨張させると共に型内を加熱することによりプリプレグを硬化させるロボットアームの一体成形方法。

〔２〕型にアーム取付管のフランジを挿入する位置決め凹部を形成してなる〔１〕に記載のロボットアームの一体成形方法。

〔３〕型にアーム取付管の管内に挿入する位置決め凸部を形成してなる〔１〕に記載のロボットアームの一体成形方法。

本発明のロボットアームの一体成形方法は、アーム本体とアーム取付管を一体成形するため、従来のようにアーム成形後にアーム取付管を取付するための機械加工を行う必要がない。また、アーム取付管を型の所定の位置に配置することにより、従来アーム取付管の取付後に行っていたアーム先端部の機械加工もほとんど必要とせず、機械加工が必要な場合であっても従来より簡単な作業とすることが可能となる。従って、本発明によれば低コストでアーム取付管を有するロボットアームを製造することができる。

以下、図１を参照して本発明の実施形態について説明する。

まず、上型１０と下型１２が形成する断面が略角を丸めた四辺形の分割型１００のキャビティ内に、両端にフランジ３、４を形成したアーム取付管２を配置する（図１（ａ））。このとき、アーム取付管２に形成したフランジ４の外側面４ａを下型１２のキャビティ内表面７に密着させる。アーム取付管２の長さは、上型１０と下型１２が形成するキャビティの高さと同じ長さに形成され、フランジ３の外側面３ａは上型１０と下型１２とを型締めした際に上型１０のキャビティ内表面６に密着する。

アーム取付管２を配置した後、分割型１００の上型１０、下型１２が形成するキャビティ内表面６、７に沿って、本体プリプレグ１４を敷設する。本体プリプレグ１４を敷設後、本体プリプレグ１４とフランジ３の内側面３ｂ、フランジ４の内側面４ｂに沿って補強プリプレグ１５を敷設する。本体プリプレグ１４、補強プリプレグ１５としては、炭素繊維を一軸又は多軸に引き揃えたシート、不織布、織物等にエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させたものが例示できる。

次いで、下型１２のキャビティー内に膨張バッグ１６をセットして上型１０を下型１２に型締めする（図１（ｂ））。

図１（ｂ）の状態の横断面図を図２に示す。上型１０及び下型１２で形成する分割型１００のキャビティーは、両端が閉塞し、一端２０から他端２２に向かうに従って漸次細く形成した中空筒状で、その中央部で略９０度に曲折している。アーム取付管２は、下型１２の２０側に配置されている。図２に示すように、膨張バッグ１６は両端が下型１２の２２側に、中央部が２０側にアーム取付管２の外周に巻き付けるようにＵ字状に折り返して配置されている。

次いで、膨張バッグ１６に気体、液体等の流体１８を充填し、膨張バッグ１６を膨張させることにより内圧成形を行う（図１（ｃ））。膨張バッグ１６が膨張することにより、本体プリプレグ１４、補強プリプレグ１５は型の内側から外部方向に向って加圧され、本体プリプレグ１４を型の内表面６、７に、補強プリプレグ１５をアーム取付管２のフランジ内側面３ｂ、４ｂ及び本体プリプレグ１４に密着させることができる。

その後、型の内表面６、７及びフランジ内側面３ｂ、４ｂに密着した状態の本体プリプレグ１４、補強プリプレグ１５を加熱し、硬化させる。プリプレグが硬化した後、内部の膨張バッグ１６を取り除いてロボットアームを得る。

なお、本体プリプレグ１４、補強プリプレグ１５としては公知のものを制限なく用いることができる。また、プリプレグ１４と１５の間に接着剤を使用してもよい。更に、上記例においては型の内表面上に敷設する本体プリプレグ１４と、フランジの内側面上に配置する補強プリプレグ１５とを別々に用いたが、これらは一のプリプレグであってもよい。

膨張バッグ１６の形状は特に限定されないが、製造するロボットアームに合わせた形状とすることが好ましい。また、膨張バッグ１６の材質は特に制限されず、内圧成形法で用いられる公知のものを用いることができる。

内圧成形を行う際にプリプレグへ加える圧力は０．０５〜１ＭＰａとすることが好ましい。

プリプレグからしみ出した余分な樹脂を吸収したり、成形品を取出す際の離型性を高める目的で、プリプレグと膨張バッグとの間に必要によりピールクロス、ブレザークロス等を重ねて用いてもよい。

更に、本発明においては、成形後にアーム先端を所定の位置とするために行う機械加工の手間を軽減するため、分割型としてアーム取付管を所定の位置に配置する機能を有するものを用いることが好ましい。分割型にアーム取付管を配置した状態の一例を図３及び図４に示す。図３に示す上型３０及び下型３２にはアーム取付管３４のフランジと同じ形状の凹部３６、３８がそれぞれ形成されており、フランジの一部を凹部３６、３８に挿入することによりアーム取付管３４を位置決めし、型のキャビティに配置する。図４に示す上型４０及び下型４２は中央部にそれぞれ凸部４６、４８が形成されており、アーム取付管４４の管内に凸部４６、４８を挿入することにより位置決めする。

上記例においては、アーム取付管として両端にフランジを形成したものを用いたが、一端のみにフランジを形成したものであってもよい。

更に、上記例においては断面が略角を丸めた四辺形の２つの分割型を用いて説明したが、分割型の断面の形状を円形、楕円形、四辺形等の任意の形状とすることにより、任意の断面形状のアームを形成することができる。また、分割型の分割数は任意である。

上型と下型が形成する分割型のキャビティ内にアーム取付管（フランジの直径７ｃｍ、フランジの幅１ｃｍ、管口径４ｃｍ、長さ３ｃｍ）を配置した後、プリプレグ（Ｗ−３１０１／Ｑ−１１２：東邦テナックス社製）を型の内表面とアーム取付管のフランジの内側面上に敷設した。次いで、アーム取付管の外周にＵ字状に巻き付けるようにして膨張バッグ（ＷＲＩＧＨＴＬＯＮ＃７４００：ＡＩＲＴＥＣＨ社製）をキャビティ内に配置し、上型と下型とを型締めした。なお、分割型が形成するキャビティのアーム取付管を配置する部分のアームの長さ方向に対する垂直断面は、およそ幅４ｃｍ、高さ３ｃｍの略四辺形である。

その後、バッグに気体を充填し、圧力０．５ＭＰａで加圧下、１２０℃中２時間プリプレグを加熱硬化した。バッグを取り除いてアーム取付管を一体成形したロボットアームを得た。

本発明の製造方法の一例を示す説明図である。型に膨張バッグを配置した様子を示す図１（ｂ）の状態の横断面図である。分割型にアーム取付管を配置した状態の一例を示す断面図である。分割型にアーム取付管を配置した状態の他の例を示す断面図である。

符号の説明

２アーム取付管
３、４フランジ
３ａ、４ａ外側面
３ｂ、４ｂ内側面
６、７キャビティ内表面
１０上型
１２下型
１４本体プリプレグ
１５補強プリプレグ
１６膨張バッグ
１８流体
１００分割型

Claims

型のキャビティ内に少なくともその一端にフランジを形成したアーム取付管をフランジ外側面を型に密着させて配置した後、キャビティ内表面とアーム取付管のフランジ内側面に沿ってプリプレグを敷設すると共に前記敷設したプリプレグ間に膨張バッグを挿入し、次いでキャビティ内で膨張バッグを膨張させると共に型内を加熱することによりプリプレグを硬化させるロボットアームの一体成形方法。
型にアーム取付管のフランジを挿入する位置決め凹部を形成してなる請求項１に記載のロボットアームの一体成形方法。
型にアーム取付管の管内に挿入する位置決め凸部を形成してなる請求項１に記載のロボットアームの一体成形方法。