JP5584271B2 - 繊維強化樹脂製ロボットハンドの製造方法 - Google Patents
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Description
断面多角形状の芯材の周りに断面多角形筒状に形成された内筒体の側面には、当該内筒体の軸方向に沿って補強層が積層されていることから、予備成形体にラッピングテープを巻きつけるラッピング工程では、断面多角形筒状に形成された内筒体の複数の角部と、側面上の補強層とでラッピングテープからの張力を受けることができる。これにより、張力を受ける箇所が内筒体の複数の角部以外にも分散することになって予備成形体表面での張力の集中が抑制される。そして、繊維強化樹脂中の樹脂の溶融と、張力を掛けて巻きつけられたラッピングテープの熱収縮とにより、ラッピングテープからの張力が徐々に予備成形体の外周面全体に分散して作用していくことになり、予備成形体の外周面が次第に断面円形状に近づいていく。予備成形体の外周面が徐々に断面円形状に近づくように変形するに従い、ラッピングテープからの張力及び収縮力の作用する箇所が、被覆された予備成形体の外周面上でさらに分散し、最終的には、予備成形体の外周面全体に均等に張力が作用することになる。このように、補強層を積層することで、ラッピングテープからの張力を分散することができるため、内周面が断面多角形状のパイプでありながらシートラッピング製法により成形することが可能となる。
この構成によれば、面取り加工によって芯材に形成される角部が増加するため、芯材にプリプレグを巻きつけて得られる内筒体の角部も増加することになる。したがって、予備成形体にラッピングテープを巻きつけるラッピング工程では、ラッピングテープからの張力がより多くの箇所に分散して作用するようにすることができる。ラッピングテープからの局所的な張力の集中をさらに好適に抑制することができる。
この構成によれば、テーパ状の繊維強化樹脂製ロボットハンドを成形することができる。横断面積が小さい側の端部に行くに従い繊維強化樹脂製ロボットハンドの質量を軽量化し、繊維強化樹脂の使用量を削減することができる。そして、テーパ状の繊維強化樹脂製ロボットハンドを基板搬送用ロボットに装着する場合、横断面積が大きい側の端部をロボット側に片持ち状態で拘束支持し、横断面積が小さい側の端部を自由端とすることで、繊維強化樹脂製ロボットハンドの撓み量を抑制することができる。つまり、繊維強化樹脂製ロボットハンド全体の横断面積が変化しないストレート形状で形成されたものを片持ち状態で拘束支持した場合と比較して、繊維強化樹脂製ロボットハンドの横断面積が小さい側の端部での自重が軽減することとなり、当該端部での撓み量を好適に抑制することができる。これにより、基板搬送用ロボットでの基板搬送時に、ロボットハンドでの基板保持を安定した状態で行うことができる。
この構成によれば、外周面の断面が略楕円形状のロボットハンドを製造することができる。外周面の断面が略楕円形状のロボットハンドの長径方向の外周面でガラス基板を支持するようにすれば、支持するために必要なロボットハンドの高さを低くすることができる。
まず始めに、本発明の繊維強化樹脂製ロボットハンドの製造方法により製造される繊維強化樹脂製ロボットハンド1の構造を図1に基づいて説明する。
図3、図4に示すように、芯材にプリプレグ3を巻きつけて内筒体4を形成する内筒体形成工程では、芯材としてのマンドレル2にシート状の繊維強化樹脂製のプリプレグ3を巻きつけて複数層のプリプレグ3からなる内筒体4を形成する。
マンドレル2の形状は、製造する繊維強化樹脂製ロボットハンド1の形状に合わせて適宜選択すればよい。断面略長方形状の中空部14を備えた繊維強化樹脂製ロボットハンド1を製造する本実施形態では、図2に示すように、中空部14と同一形状で且つほぼ同一の大きさを備えた断面略長方形状の長尺状棒材として形成している。また、その長さは、繊維強化樹脂製ロボットハンドの長さと略同一となっている。ここで、以下の説明において、マンドレル2の軸方向に相当する方向を長手方向として規定する。また、軸方向と直交する方向を短手方向として規定する。
補強層5は、図5(a)に示すような正面視長方形状の補強層51と、図5(b)に示すような形状の補強層52とで構成される。補強層52は、正面視長方形状のストレート状補強部52aと正面視等脚台形状のテーパ状補強部52bとが連接した形状となっている。ストレート状補強部52aの長手方向の長さは、内筒体4の側部42の正面視長方形状の部分の長手方向の長さと略同一に形成され、テーパ状補強部52bの長手方向の長さは、内筒体4の側部42の正面視等脚台形状の部分の長手方向の長さと略同一に形成されている。なお、図5(a)、(b)では、ストレート状補強部52aとテーパ補強部52bとの形状をよりわかりやすく理解できるよう、補強層51、52のそれぞれの形状を誇張して図示している。
本実施形態で成形された繊維強化樹脂製ロボットハンド1は、ストレート形状の略楕円筒状のストレート筒部18と、先端に行くに従い横断面積が小さくなるテーパ形状の略楕円筒状のテーパ筒部19とが連接した形状となっている。ガラス基板等を搬送する基板搬送用ロボットにロボットハンド1を装着する場合、ストレート筒部18がロボット本体に支持されるようにして装着する。このとき、ストレート筒部18にアルミ合金等からなる取付部品を取り付け、当該取付部品を介してロボットハンド1をロボット本体に装着するとよい。
・ プリプレグ3を巻きつけた内筒体4に補強層51、52を積層して予備成形体6を形成することで、ラッピングテープ7からの張力が内筒体4の角部のみならず補強層51、52の角部にも分散して作用する。補強層51、52の積層に基づくこのような作用により、補強層51、52がない場合と比較して内筒体4の角部に掛かるラッピングテープ7からの張力を軽減することができる。加熱硬化工程では、分散して作用する張力と、ラッピングテープ7からの熱収縮力とに、繊維強化樹脂の加熱溶融が加わり、予備成形体6の外周面形状が徐々に断面楕円形状に近づいていく。それに伴い、ラッピングテープ7の張力及び熱収縮力は益々予備成形体6外周面全体に亘って分散していく。最終的には予備成形体6外周面全体に均等に圧力が分散し、予備成形体6は楕円筒状に成形される。
(1)本実施形態で製造された繊維強化樹脂製ロボットハンド1は、内筒体4に補強層51、52を積層する構成を採用することにより、曲げ剛性に優れた形状である内周面断面長方形状の中空パイプでありながら、シートラッピング製法での製造が可能である。シートラッピング製法による製造により、金型を予備加熱したり、加熱成形後に金型を冷却したりといった作業が不要となるため、作業工程を単純化することができて、より早くロボットハンドを製造することができる。また、高価な金型をいくつも用意する必要がないため、より安価に製造することができる。このように、金型を必要としない分、成形サイクルを短縮することが可能であり、また、設備費を軽減することもできるため、金型を用いた成形の問題は解消する。
・ マンドレル2の面取り部23は、断面長方形状の四方の角部を、マンドレル2の各側面21とそれぞれ45゜をなす平面状に面取りした形状としたが、その形状については特に限定されない。例えば、面取り部23内に角部が存在するように形成したり、面取り部23を球面状に形成したりしてもよい。或いは、面取り部23を形成しない構成としてもよい。
[実施例1]
実施例1では、マンドレル2として、長さが3000mm、上下方向の側面21の幅が60mm、左右方向の側面22の大径部側の端部の幅が30mm、小径部側の端部の幅が16mm、側面22aの長手方向の長さが400mmの断面略長方形状の長尺状のマンドレル2を用意した。また、マンドレル2における大径部側の面取り部22の面取り寸法はR3mmである。その具体的寸法を表1に示した。
比較例1では、実施例1と同一のマンドレル2を使用した。また、プリプレグ3は、実施例1の内筒体4と同一の引張弾性率、樹脂含有量、繊維目付けのものを同一順序、同一配向角度、同一枚数でマンドレル2に10層巻きつけた。比較例1では、このようにして形成された内筒体4に相当する部分の外層に、さらに異なる種類のプリプレグ3を各1層ずつストレート層として積層した。なお、比較例の角パイプの各層を構成するプリプレグ3の引張弾性率、樹脂含有量、繊維目付け、配向角度、層厚み、及び積層枚数については表3に記載したとおりである。比較例の角パイプは、内周面のみならず外周面も断面略長方形状の中空角パイプとして形成した。
Claims (5)
- 繊維強化樹脂製ロボットハンドの製造方法であって、
断面多角形状の長尺状の芯材に繊維強化樹脂製のプリプレグを複数層巻きつけて内筒体を形成する内筒体形成工程と、
前記内筒体の側面に、該内筒体の軸方向に沿って、繊維強化樹脂製のプリプレグからなる補強層を積層して予備成形体を形成する積層工程と、
前記予備成形体の外層にラッピングテープを巻きつけるラッピング工程と、
前記ラッピングされた予備成形体を加熱して成形体を形成する加熱硬化工程と、
前記成形体から芯材を脱芯する脱芯工程と、
を備えた繊維強化樹脂製ロボットハンドの製造方法。 - 前記芯材の断面多角形状の各角部には、軸方向に沿って面取り加工が施されている請求項1に記載の繊維強化樹脂製ロボットハンドの製造方法。
- 前記補強層は、繊維強化樹脂製のプリプレグを複数層積層して形成されたものである請求項1又は請求項2に記載の繊維強化樹脂製ロボットハンドの製造方法。
- 前記芯材は、軸方向において横断面積が減少するテーパ状に形成されている請求項1〜3のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂製ロボットハンドの製造方法。
- 前記芯材は、横断面が長方形状である請求項1〜4のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂製ロボットハンドの製造方法。
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