産業用ロボットに不可欠な材料ガイド：鋼・アルミ・ゴム・ケブラー・バイオプラスチック

EVSロボットアームのような産業用ロボットを構築するのは容易ではありません。日々こなす作業の種類を考慮すれば、長期間使用に耐えうる強靭で堅牢、かつ信頼性の高い材料が求められます。使用される材料は、最も一般的な金属元素から最硬クラスまで多岐にわたります。

本記事では、産業用ロボットの構造に用いられる材料の種類、それらが機能性に与える影響、そしてメリットについて探ります。裏側で何が起きているか気になっていた方は、ぜひご覧ください。

鋼（スチール）

鋼は最も硬く耐久性に優れた材料の一つであり、ロボットメーカーが産業用ロボットの外骨格に採用するのは自然な流れです。広く入手可能で、望む形状に鍛造しやすい極めて頑強な金属です。鋼はロボットに高温耐性と、通常の材料を破壊するような過酷な条件への耐性を与えます。

鋼には特定用途向けに多数のグレードがあります。炭素を添加して炭素鋼合金にすれば、さらなる強度向上が可能です。超耐摩耗鋼などはあらゆる重い衝撃に耐え、自動車産業のパンチング・ドリリング工程を担うロボットに適しています。

鋼製ロボットのメリットには、高い耐熱性があり、外部がいかに高温になろうとも、内部のデリケートな部品が確実に保護されます。

アルミニウム

アルミニウムはもう一つの一般的な金属で、製造が容易かつ安価です。鋼ほどの硬度はありませんが、重くならずに高い強度を得られる利点があります。これにより、速度を重視するSCARAロボットのような機敏な産業用ロボットの構築に理想的な材料となります。アルミニウム製ロボットは、構造的完全性を損なうことなく、場所を素早く移動できます。

アルミニウムは他の金属より光沢に優れ、ロボットに輝きを与え、美観上の改修の余地を生みます（機能性には影響しませんが悪くないポイントです）。アルミニウムは鋼と併用され、ロボットのデリケートな部分を保護することもあります。耐熱性が非常に高いためです。

ゴム

すべての部品を金属で作ると、迅速な作業処理能力を欠くことになります。これを補うためにゴムが加えられ、主に関節やその他の可動部の接合・柔軟性確保に用いられます。

ゴムはまた、特にロボットアームにおいて産業用ロボットに質感を与える役割も果たします。これにより見た目が親しみやすく、威圧感が減じ、人間が共働しやすくなります。

ゴムの唯一の欠点は熱に弱いことです。保護層で覆わない限り、溶接のような作業には使用できません。しかし、ピックアンドプレースなど他の用途では問題なく使えます。

ケブラー

防弾チョッキに用いられる合成繊維として知られ、その性能は説明不要です。ケブラーは、高熱、極寒、高圧といった極限環境下で働く産業用ロボットの優れた保護層となり、長期間にわたりあらゆるダメージを弾き返します。そのため高価です。

ケブラーのもう一つの利点は、あらゆるスタイル・形状に設計でき、外部環境に晒される最小の隙間にもフィットできる点です。非常に柔軟で、ロボットアーム全体を覆っても、作業に必要なすべての動きを速度低下なしに維持できます。

美観面では、ケブラーは多様なテクスチャと色があり、カスタムパターンへの加工やロゴ・エンブレムの彫刻も可能です。ロボットを守るだけでなく、美しさも添えます。

バイオプラスチック

持続可能な製造への移行が進み、非分解性材料の使用は世界の主要メーカーにより抑制・削減されています。しかし、グリーンな地球を実現するには代替材料が必要であり、それがバイオプラスチックの役割です。

現在も開発・研究が進行中ですが、現時点で見えているのは、バイオプラスチック材料がロボットの重要部品、特に可動関節における強度と柔軟性を両立させなければならないデリケートな部分に使用できるポテンシャルを持つことです。

現在多額の資金が開発に投入されており、ロボットアプリケーションのあらゆる場面で製造業界全体がこの新材料を採用するのは時間の問題です。唯一の欠点は耐熱性のなさで、このため溶接ロボットのような高強度ロボットには使用できません。しかし、高速・簡易作業向けの小型ロボットでは大いに役立つでしょう。

結論

産業用ロボットの製造には、ここで紹介した以外にも無数の材料が用いられます。材料選定の際、ロボットメーカーは予算、材料入手性、耐久性、耐性を考慮しなければなりません。これらすべてが製造用ロボットの種類に反映され、最終製品に最良の特性のみを注入することが可能になります。