CFRPは精密ボールジョイントで鋼に最適

CWのに記載されているように 再構成可能なツールに関する特集記事、モジュラーフィクスチャ設計会社/コンポーネントサプライヤProdtex（スウェーデンのヨーテボリと英国のブリストル）は、大きな複合構造の組み立て方法を変更するだけでなく、複合材料を使用してフィクスチャ自体を構築しています。人間が持ち上げて設置したり、ロボットが操作したりする必要のある器具では、質量の減少と剛性の高さが、人員の削減/ロボットの小型化、生産速度の向上、結果としてコストの削減につながります。これらの目標に向けて、Prodtexは現在、Corebon AB（スウェーデン、マルメ）が製造した炭素繊維強化プラスチック（CFRP）ベースのボールジョイントを使用した、最初の全複合ヘキサポッド位置決めロボットに取り組んでいます。

「当初のアイデアは、金属製のボールジョイントを再設計して、バックラッシュを少なくすることでした」とCorebonのCEOであるTobiasBjörnhov氏は振り返ります。 CFRPハウジングを備えた同社のボールジョイントとベアリングは、バックラッシュがほぼゼロであるため、パーツ間に隙間や遊びがないため、「荷重をかける前にジョイントが硬くなる」と彼は説明します。通常、「ベアリングの力の方向を変えると、ベアリングが動く可能性があります」と彼は指摘しますが、「私たちの構造は、事前に荷重がかかっていて非常に硬いため、動きません」と主張します。

Corebonは、CFRPで金属ボールジョイントハウジングを補強することから始めました。これは、CFRPハウジングを金属ボールにシュリンクプレスフィッティングすることによっても事前にロードされています（熱膨張係数の違いによって支援されます）。 「これらは良かったです」とBjörnhovは言います。そこでCorebonは、ボールの周りに完全に組み立てる必要のある複数の精密機械加工された金属部品を単一のCFRP成形品に置き換えて、すべてCFRPのボールジョイントハウジングを開発しました。 2つの部分からなるアセンブリ（ボールは金属のまま）の成形とプリロードは、独自の技術を使用して1つのステップで実行されます。

Corebonは、スライディングベアリングやその他の運動学的ペア（つまり、シリンダー内のピストン、ボールジョイント、ベアリングなど、相対的な動きに制約を課す2つの接続されたオブジェクト）や、上の写真のCFRPドームなどのロボット用のパーツも作成します。正しい。 Björnhovは、このドームはエンドエフェクタのロボット手首で構成されていると説明しています。「工作機械やテープ敷設ヘッドなどのモーター/スピンドルを取り付ける場所」です。彼は、これらのドームの将来の反復は、TETRAFIX AB（スウェーデン、クングエルブ）やProdtexのLightweight Structuresによって作成されたものなど、組み立て用の大きくて軽量の「スパイダー」フィクスチャのノードとしても使用される可能性があると述べています。 「私たちの最初のアプリケーションは、高精度が要求されるロボットにありました。エンドエフェクタの重量を減らすことで、精度と速度が向上します。」どのくらいの軽量化？ 「ロボットの手首/ツールホルダー構造の場合、27kgから5.5kgまで」とBjörnhov氏は言います。

CFRPドームは、 のROHACELLポリメタクリルイミド構造フォームでコアリングされていますが Evonik Corporation（ドイツ、ダルムシュタット）のCorebonも、繊維含有量を最大化することにより、高い比強度と剛性を獲得しています。 「私たちは非常に高いファイバーボリューム（最大80％）を達成します。これは、理論上の可能な最大値に近いものです」とBjörnhov氏は述べています。これは驚くべきことであるだけでなく、興味深い意味もあります。 「繊維は実際に接触します」と彼は説明します。「そのため、面内だけでなく、z方向にも高い熱伝導率と電気伝導率が得られます。」

これを可能にする製造プロセスは、現在多くの特許で保護されており、樹脂トランスファー成形（RTM）と樹脂射出および加熱の制御を改善する取り組みから生まれました。 「RTM加工だけでなく、圧縮成形やフィラメントワインディングにも樹脂を射出します」とBjörnhov氏は指摘します。 「重要なのは、内部から加熱することです。 複合材料の熱を体積的に制御するため、「これは特定のタイプのマトリックスにバインドされていません」と彼は述べています。

ここで重要なのは誘導加熱技術です。しかし、Björnhovは、Corebonは、「使用するインダクターと電磁場の制御方法の両方において」、他の誘導加熱ベースの複合材料製造とは異なると説明しています。結果として得られる瞬間的で均一な3D加熱は、プリプレグ硬化や引抜成形を含むほとんどすべてのCFRPプロセスに適用できます。伝えられるところによると、従来の複合プロセスの10倍のサイクルタイムを提供し、エネルギーコストを95％も削減し、鋼の20倍軽い金型を使用します。 Corebonはこの技術のライセンスを取得しており、すでに住友商事（東京、日本）を含む日本企業とパートナーシップを結んでいます。

「現在、高精度と剛性を備えた運動学的ペアを必要とする自動車用サスペンションや航空機部品など、他のアプリケーションを検討しています」とBjörnhov氏は述べています。 Corebonはまた、これらの業界で必要とされる産業規模に備えており、大量生産の能力を実証するためにいくつかのプロジェクトが進行中です