JP5369026B2 - ロボットハンド - Google Patents

Description

本発明は、例えば産業用ロボット等に適用されるロボットハンドに関する。

従来、ガラス基板や半導体基板を搬送するための産業用ロボット等に適用されるロボットハンドとして、炭素繊維強化プラスチックにより製造されるロボットハンドが知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなロボットハンドは、例えばアルミニウムや鉄等の金属より製造されるものに比べて、軽量であり且つ曲げ剛性が高い。

特開２００２−２９２５９１号公報

しかしながら、炭素繊維強化プラスチック自体が制振性に乏しいため、上述したような炭素繊維強化プラスチックにより製造されるロボットハンドも制振性に乏しい。このため、炭素繊維強化プラスチックを含んで構成されるロボットハンドにおいては、一定の曲げ剛性を確保しつつ制振性を向上させることが要請されている。

そこで、本発明は、曲げ剛性を確保しつつ制振性を向上させることができるロボットハンドを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るロボットハンドは、ロボットに組み込まれる際に保持される保持予定部を有するロボットハンドであって、互いに積層された第１及び第２の炭素繊維強化プラスチック層と、第１の炭素繊維強化プラスチック層と第２の炭素繊維強化プラスチック層との間に配置された制振弾性層と、を備え、制振弾性層は、粘弾性樹脂からなる粘弾性樹脂領域と、粘弾性樹脂の剛性よりも高い剛性を有する高剛性樹脂からなる高剛性樹脂領域と、を有し、粘弾性樹脂領域と高剛性樹脂領域とは、保持予定部において、交互に配列されていることを特徴とする。

このロボットハンドは、ロボットに組み込まれる際に、保持予定部が保持される。このとき、第１の炭素繊維強化プラスチック層と第２の炭素繊維強化プラスチック層との間に、粘弾性樹脂からなる粘弾性樹脂領域を有する制振弾性層が配置されているので制振性が向上される。また、粘弾性樹脂領域と比較的剛性の高い高剛性樹脂領域とが、保持予定部において交互に配列されているので、曲げ剛性が確保される。

本発明に係る炭素繊維強化プラスチック成形体においては、高剛性樹脂は、第１及び第２の炭素繊維強化プラスチック層を構成する樹脂と同一であり、高剛性樹脂領域は、第１及び第２の炭素繊維強化プラスチック層と一体的に形成されていることが好ましい。この構成によれば、第１及び第２の炭素繊維強化プラスチック層と制振弾性層とを一体的に成形する際に、第１及び第２の炭素繊維強化プラスチック層を構成する樹脂によって、容易に高剛性樹脂領域を形成することができる。

本発明に係る炭素繊維強化プラスチック成形体においては、高剛性樹脂領域には、熱媒体を流通させるための熱媒体流路が粘弾性樹脂領域の外縁に沿って設けられていることが好ましい。この構成によれば、高剛性樹脂領域に設けられた熱媒体流路に熱媒体を流通させることによって、当該ロボットハンドの温度を好適に調整できる。特に、熱媒体流路が粘弾性樹脂領域の外縁に沿って設けられているので、粘弾性樹脂領域の温度を効率的に調整できる。

本発明によれば、曲げ剛性を確保しつつ制振性を向上させることができるロボットハンドを提供することが可能となる。

本発明に係るロボットハンドの第１の実施形態の斜視図である。 図１のII−II線に沿っての部分断面図である。 本発明に係るロボットハンドの第２の実施形態の平面図である。 図１及び図３に示された制振弾性層の他の態様を示す平面図である。 図１及び図３に示された制振弾性層のさらに他の態様を示す平面図である。 図６（ａ）は本発明に係るロボットハンドの第５の実施形態の斜視図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のVI−VI線に沿っての部分断面図である。 図７（ａ）は図６に示された制振弾性層の他の態様を示す斜視図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のVII−VII線に沿っての部分断面図である。

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符号を付し、重複する説明を省略する。
［第１の実施形態］

図１に示されるように、ロボットハンド１は、本体部Ａと、本体部Ａの一端から延設され、ロボットに組み込まれる際に保持される保持予定部Ｂと、からなる。このようなロボットハンド１は、例えばガラス基板や半導体基板等を搬送するための産業用ロボットに適用することができる。その場合、ロボットハンド１は、保持予定部Ｂを介して産業用ロボットに固定され、本体部Ａ上にガラス基板や半導体基板等の搬送対象物が載置される。

ロボットハンド１は、図１及び２に示されるように、互いに積層された炭素繊維強化プラスチック（以下、「ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastics」という）層２及びＣＦＲＰ層３と、ＣＦＲＰ層２とＣＦＲＰ層３との間に配置された制振弾性層４と、を備えている。保持予定部Ｂは、ＣＦＲＰ層２，３及び制振弾性層４の一端部により構成されている。

ＣＦＲＰ層２，３は、略Ｖ字形の長尺板状に形成されている。より具体的には、ＣＦＲＰ層２（ＣＦＲＰ層３）は、台形板状の２つの爪部２１（爪部３１）と、これらの爪部２１（爪部３１）を接続する長方形板状の接続部２２（接続部３２）と、から構成されている。このようなＣＦＲＰ層２，３は、炭素繊維が所定の方向に配向された炭素繊維層を複数層含み、例えば、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積層し熱硬化して作製される。

炭素繊維プリプレグとしては、例えば、グラノックプリプレグ（日本グラファイトファイバー（株）製ピッチ系炭素繊維グラノックＸＮ−６０（引張弾性率：６２０ＧＰａ、炭素繊維目付け：１２５ｇ／ｍ^２、マトリックス樹脂含有量：３２重量％、１層の厚さ：０．１１ｍｍ））、グラノックプリプレグ（日本グラファイトファイバー（株）製ピッチ系炭素繊維グラノックＸＮ−８０（引張弾性率：７８０ＧＰａ、炭素繊維目付け：１２５ｇ／ｍ^２、マトリックス樹脂含有量：３２重量％、１層の厚さ：０．１１ｍｍ））、グラノックプリプレグ（日本グラファイトファイバー（株）製ピッチ系炭素繊維グラノックＸＮ−９０（引張弾性率：８６０ＧＰａ、炭素繊維目付け：１２５ｇ／ｍ^２、マトリックス樹脂含有量：３２重量％、１層の厚さ：０．１０５ｍｍ））、炭素繊維プリプレグ（新日本石油（株）製Ｙ２４Ｎ３３Ｃ２６９プリプレグ、ＰＡＮ系炭素繊維Ｔ７００Ｓ、炭素繊維引張弾性率：２３０ＧＰａ、炭素繊維目付け：２６９ｇ／ｍ^２、マトリックス樹脂含有量：３３．４重量％、１層の厚さ：０．２６ｍｍ）等を使用できる。

制振弾性層４は、粘弾性樹脂からなる２つの粘弾性樹脂領域４１と、この粘弾性樹脂の剛性よりも高い剛性を有する高剛性樹脂からなる３つの高剛性樹脂領域４２と、を有する。粘弾性樹脂領域４１は、それぞれ、ＣＦＲＰ層２（ＣＦＲＰ層３）の一端から各爪部２１（爪部３１）の先端まで延在する直方体状の領域であり、互いに離間すると共に互いに略平行となっている。高剛性樹脂領域４２は、各粘弾性樹脂領域４１の両側にそれぞれ配置されている。つまり、粘弾性樹脂領域４１と高剛性樹脂領域４２とは、ロボットハンド１の全長にわたって、ＣＦＲＰ層２，３の長手方向に交差する方向に沿って、交互に配列されている。

粘弾性樹脂領域４１を構成する粘弾性樹脂は、ＣＦＲＰ層２，３のマトリックス樹脂の剛性よりも低い剛性を有する材料であって、例えばゴムやエラストマー等の粘弾性材料（柔軟性樹脂材料）とすることができる。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２５ＭＰａ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、ロボットハンド１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、粘弾性材料は、炭素繊維プリプレグを熱硬化してＣＦＲＰ層２，３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、粘弾性材料は、ＣＦＲＰ層２，３のマトリックス樹脂との接着性に優れた材料であることが好ましい。

以上の観点から、粘弾性樹脂領域４１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。

一方、高剛性樹脂領域４２を構成する高剛性樹脂は、例えばエポキシ樹脂等とすることができるが、特に、ＣＦＲＰ層２，３のマトリックス樹脂と同一のものとすることが好ましい。この場合、高剛性樹脂領域４２は、ＣＦＲＰ層２，３と制振弾性層４とを一体的に成形する際に、ＣＦＲＰ層２，３のマトリックス樹脂によりＣＦＲＰ層２，３と一体的に容易に形成される。

以上説明したロボットハンド１は、ロボットに組み込まれる際に、保持予定部Ｂが保持される。このとき、ＣＦＲＰ層２とＣＦＲＰ層３との間に、粘弾性樹脂からなる粘弾性樹脂領域４１を有する制振弾性層４が配置されているので制振性が向上される。また、粘弾性樹脂領域４１と剛性が比較的高い高剛性樹脂領域４２とが、保持予定部Ｂにおいて、ＣＦＲＰ層２，３の長手方向に交差する方向に沿って交互に配列されているので、ＣＦＲＰ層２，３の長手方向に沿っての曲げ剛性が確保される。したがって、ロボットハンド１によれば、保持予定部Ｂにより保持され、本体部Ａにガラス基板や半導体基板等が載置された時に、一定の曲げ剛性により好適に形状を維持しつつ、振動を迅速に減衰することができる。
［第２の実施形態］

図３に示されるように、ロボットハンド１ａは、第１実施形態に係るロボットハンド１の制振弾性層４に換えて、制振弾性層４ａを備えている。制振弾性層４ａは、粘弾性樹脂からなる２つの粘弾性樹脂領域４１ａと、この粘弾性樹脂の剛性よりも高い剛性を有する高剛性樹脂からなる高剛性樹脂領域４２ａと、を有している。

粘弾性樹脂領域４１ａは、それぞれ、ＣＦＲＰ層２（ＣＦＲＰ層３）の一端から各爪部２１（爪部３１）の先端近傍まで延在する台形板状の領域であり、互いに離間している。高剛性樹脂領域４２ａは、これらの粘弾性樹脂領域４１ａを取り囲むように配置されている。粘弾性樹脂領域４１ａと高剛性樹脂領域４２ａとは、少なくとも保持予定部Ｂにおいて、ＣＦＲＰ層２，３の長手方向に交差する方向に沿って、交互に配列されている。

なお、粘弾性樹脂領域４１ａ及び高剛性樹脂領域４２ａは、それぞれ、第１の実施形態に係る粘弾性樹脂領域４１及び高剛性樹脂領域４２と同様の材料からなるものとすることができる。

ここで、高剛性樹脂領域４２ａには、冷却水や冷却ガス等の冷媒（熱媒体）を流通させるための流路（熱媒体流路）５が、２つの粘弾性樹脂領域４１ａの外縁Ｓに沿って設けられている。また、ＣＦＲＰ層２（ＣＦＲＰ層３）において流路５の始端に対応する位置には、流路５に冷媒を導入するための導入口６が設けられており、ＣＦＲＰ層２（ＣＦＲＰ層３）において流路５の終端に対応する位置には、流路５から冷媒を導出するための導出口７が設けられている。

以上説明したロボットハンド１ａも、ロボットに組み込まれる際に、保持予定部Ｂが保持される。このとき、ＣＦＲＰ層２とＣＦＲＰ層３との間に、粘弾性樹脂からなる粘弾性樹脂領域４１ａを有する制振弾性層４ａが配置されているので制振性が向上される。また、粘弾性樹脂領域４１ａと剛性が比較的高い高剛性樹脂領域４２ａとが、保持予定部Ｂにおいて、ＣＦＲＰ層２，３の長手方向に交差する方向に沿って交互に配列されているので、ＣＦＲＰ層２，３の長手方向に沿っての曲げ剛性が確保される。さらに、ロボットハンド１ａにおいては、高剛性樹脂領域４２ａに設けられた流路５に冷媒を流通させることによって、ロボットハンド１ａを好適に冷却できる。特に、流路５が粘弾性樹脂領域４１ａの外縁Ｓに沿って設けられているので、粘弾性樹脂領域４１ａを効率的に冷却できる。

なお、流路５に流通させる熱媒体は、冷媒に限らず、ロボットハンド１ａ及び粘弾性樹脂領域４１ａを加熱するための熱媒体とすることができる。したがって、流路５に流通させる熱媒体を、冷却用のものや加熱用のものと適宜変更することによって、ロボットハンド１ａ及び粘弾性樹脂領域４１ａの温度を好適に調整することができる。

上記第１及び第２の実施形態に係る制振弾性層４及び制振弾性層４ａは、例えば、以下のような態様とすることができる。

すなわち、制振弾性層４，４ａは、図４に示されるように、ＣＦＲＰ層２（ＣＦＲＰ層３）の接続部２２（接続部３２）上に配置され平面視で正方形状の単一の粘弾性樹脂領域４１ｂと、この粘弾性樹脂領域４１ｂを取り囲むように配置された高剛性樹脂領域４２ｂと、を有するものとすることができる。この場合も、粘弾性樹脂領域４１ｂと高剛性樹脂領域４２ｂとは、少なくとも保持予定部Ｂにおいて、ＣＦＲＰ層２，３の長手方向に交差する方向に沿って交互に（ここでは、高剛性樹脂領域４２ｂ、粘弾性樹脂領域４１ｂ、高剛性樹脂領域４２ｂの順に）配列されている。

また、制振弾性層４，４ａは、図５に示されるように、互いに離間して配置された３つの粘弾性樹脂領域４１ｃと、これらの粘弾性樹脂領域４１ｃを取り囲むように配置された高剛性樹脂領域４２ｃと、を有するものとすることができる。粘弾性樹脂領域４１ｃは、それぞれ、ＣＦＲＰ層２（ＣＦＲＰ層３）の一端からＣＦＲＰ層２，３の長手方向に沿って延びる直方体状の領域であり、互いに略平行となっている。この場合も、粘弾性樹脂領域４１ｃと高剛性樹脂領域４２ｃとは、少なくとも保持予定部Ｂにおいて、ＣＦＲＰ層２，３の長手方向に交差する方向に沿って交互に配列されている。

なお、粘弾性樹脂領域４１ｂ，４１ｃを構成する材料は、それぞれ、第１の実施形態に係る粘弾性樹脂領域４１を構成する材料と同様である。また、高剛性樹脂領域４２ｂ，４２ｃを構成する高剛性樹脂は、それぞれ、第１の実施形態に係る高剛性樹脂領域４２を構成する高剛性樹脂と同様である。
［第３の実施形態］

図６に示されるように、ロボットハンド１ｄは、本体部Ａと、本体部Ａの一端から延設され、ロボットに組み込まれる際に保持される保持予定部Ｂと、からなる。このようなロボットハンド１ｄも、例えばガラス基板や半導体基板等を搬送するための産業用ロボットに適用することができる。その場合、ロボットハンド１ｄは、保持予定部Ｂを介して産業用ロボットに固定され、本体部Ａ上にガラス基板や半導体基板等の搬送対象物が載置されることとなる。

ロボットハンド１ｄは、長方形状の断面を有する長尺筒状のＣＦＲＰ層２ｄと、ＣＦＲＰ層２ｄ上に積層され長方形状の断面を有する長尺筒状のＣＦＲＰ層３ｄと、ＣＦＲＰ層２ｄとＣＦＲＰ層３ｄとの間に配置された制振弾性層４ｄと、を備えている。保持予定部Ｂは、これらＣＦＲＰ層２ｄ，３ｄ及び制振弾性層４ｄの一端部により構成されている。ＣＦＲＰ層２ｄ，３ｄは、炭素繊維層にマトリックス樹脂（例えばエポキシ樹脂）を含浸させてなる炭素繊維プリプレグを、アルミニウム等の芯金に巻き付けて積層し、熱硬化して作製される。

制振弾性層４ｄは、粘弾性樹脂からなる単一の粘弾性樹脂領域４１ｄと、この粘弾性樹脂の剛性よりも高い剛性を有する高剛性樹脂からなる高剛性樹脂領域４２ｄと、を有する。粘弾性樹脂領域４１ｄは、ＣＦＲＰ層２ｄ，３ｄの一端から他端まで延在する台形板状の領域であり、ＣＦＲＰ層２ｄの一側面上に配置されている。高剛性樹脂領域４２ｄは、粘弾性樹脂領域４１ｄの両側に配置されている。粘弾性樹脂領域４１ｄと高剛性樹脂領域４２ｄとは、ロボットハンド１ｄの全長にわたって、ＣＦＲＰ層２ｄ，３ｄの長手方向に交差する方向に沿って交互に（ここでは、高剛性樹脂領域４２ｄ、粘弾性樹脂領域４１ｄ、高剛性樹脂領域４２ｄの順に）配列されている。

なお、粘弾性樹脂領域４１ｄ及び高剛性樹脂領域４２ｄは、それぞれ、第１の実施形態に係る粘弾性樹脂領域４１及び高剛性樹脂領域４２と同様の材料からなるものとすることができる。

以上説明したロボットハンド１ｄも、ロボットに組み込まれる際に、保持予定部Ｂが保持される。このとき、ＣＦＲＰ層２ｄとＣＦＲＰ層３ｄとの間に、粘弾性樹脂からなる粘弾性樹脂領域４１ｄを有する制振弾性層４ｄが配置されているので制振性が向上される。また、粘弾性樹脂領域４１ｄと剛性が比較的高い高剛性樹脂領域４２ｄとが、保持予定部Ｂにおいて、ＣＦＲＰ層２ｄ，３ｄの長手方向に交差する方向に沿って交互に配列されているので、ＣＦＲＰ層２，３の長手方向に沿っての曲げ剛性が確保される。

なお、制振弾性層４ｄは、例えば、図７に示されるように、ＣＦＲＰ層２ｄの一側面上に配置され互いに離間した２つの粘弾性樹脂領域４１ｆと、各粘弾性樹脂領域４１ｆの両側に配置された高剛性樹脂領域４２ｆと、を有するものとすることができる。これらの粘弾性樹脂領域４１ｆは、それぞれ、ＣＦＲＰ層２ｄ，３ｄの一端から他端まで延在する直方体状の領域であり、互いに略平行となっている。この場合においても、粘弾性樹脂領域４１ｆと高剛性樹脂領域４２ｆとは、ロボットハンド１ｄの全長にわたって、ＣＦＲＰ層２ｄ，３ｄの長手方向に交差する方向に沿って交互に配列されている。

なお、粘弾性樹脂領域４１ｆ及び高剛性樹脂領域４２ｆは、それぞれ、第１の実施形態に係る粘弾性樹脂領域４１及び高剛性樹脂領域４２と同様の材料からなる。

ここで、上述した粘弾性樹脂領域４１ｄ，４１ｆは、ＣＦＲＰ層２ｄの一側面上に限らず、ＣＦＲＰ層２ｄの複数の側面上に配置されてもよい。例えば、粘弾性樹脂領域４１ｄ，４１ｆは、ＣＦＲＰ層２ｄの上面上と該上面に対向する下面上とに配置することができる。ここで、ＣＦＲＰ層２ｄの上面及び下面は、ロボットハンド１ｄの振動方向に交差する方向に沿って延びる面である。また、粘弾性樹脂領域４１ｄ，４１ｆは、ＣＦＲＰ層２ｄの上面及び下面に加えて、ＣＦＲＰ層２ｄの他の２つの側面上に配置することもできる。このように、ＣＦＲＰ層２ｄの複数の側面上に粘弾性樹脂領域４１ｄ，４１ｆを配置すれば、制振性を一層向上させることができる。

１，１ａ，１ｄ…ロボットハンド、２，２ｄ，３，３ｄ…ＣＦＲＰ層、４，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｆ…制振弾性層、４１，４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｆ…粘弾性樹脂領域、４２，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，４２ｆ…高剛性樹脂領域、Ｂ…保持予定部。

Claims (3)

1. ロボットに組み込まれる際に保持される保持予定部を有するロボットハンドであって、
   互いに積層された第１及び第２の炭素繊維強化プラスチック層と、
   前記第１の炭素繊維強化プラスチック層と前記第２の炭素繊維強化プラスチック層との間に配置された制振弾性層と、を備え、
   前記第１及び第２の炭素繊維強化プラスチック層は、それぞれ、板状に一体成型され、
   前記制振弾性層は、粘弾性樹脂からなる粘弾性樹脂領域と、前記粘弾性樹脂の剛性よりも高い剛性を有する高剛性樹脂からなる高剛性樹脂領域と、を有し、
   前記粘弾性樹脂領域と前記高剛性樹脂領域とは、前記保持予定部において、交互に配列されており、
   前記保持予定部における前記粘弾性樹脂領域の数は、２つ以上であり、
   前記保持予定部における前記高剛性樹脂領域の数は、前記保持予定部における前記粘弾性樹脂領域の数よりも１つ多い、
   ことを特徴とするロボットハンド。
2. 前記高剛性樹脂は、前記第１及び前記第２の炭素繊維強化プラスチック層を構成する樹脂と同一であり、
   前記高剛性樹脂領域は、前記第１及び前記第２の炭素繊維強化プラスチック層と一体的に形成されていることを特徴とする請求項１記載のロボットハンド。
3. 前記高剛性樹脂領域には、熱媒体を流通させるための熱媒体流路が前記粘弾性樹脂領域の外縁に沿って設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のロボットハンド。
   
   

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