金属加工・金属切削加工

アルミとロボット

2018.09.28

現在日本のものづくりの現場では色々なロボットが活躍しています。
昔は人の手で生産していたものも工場の自動化(ファクトリーオートメーション)が進んでいます。
ものづくりの現場の業界はさまざまで、自動車だけでなく食品、半導体などの電気産業などそのどの業界にも産業ロボットが導入されています。
弊社では工場で製品や部品を生産するあらゆる工程を人に変わって行う産業ロボットの部品、いわゆる自動機設備の部品を数多く製作しています。
産業ロボットは、組み立ての他、搬送や仕分け、塗装など広く活躍しております。
産業ロボット部品として適した材料の条件は、必要な強度を満たすこと、求められる精度で製作できることですが、その他にもできるだけ軽量化が求められていたりします。
アルミは上記の条件を満たす適切な素材としてよく使われています。
この記事では、その理由をアルミの特性に触れつつ説明させて頂きます。

軽量化と産業用ロボット

アルミ材料は例えば鉄やステンレス(SUS)と同じ大きさと比べると1/3の重量です。
重量が軽いということは加工もしやすく、輸送コストを下げることができる場合もあります。
金属を材料に使う装置は、大型化すればそれに伴い重量も大きくなります。
重量により2階以上の建物に設置が困難になることもあります。
そういう場合にアルミ材料を用いて軽量化することにメリットがあります。

またアルミ材料は単位重量あたりの強度(比強度)が大きいことがよく使用される理由の一つでもあります。
ジュラルミンと呼ばれる2000番系7000番系のアルミは強度に優れていることで有名です。
強度が必要な産業ロボット部品にはもちろん、使用用途は自動車部品や航空宇宙機器部品等にも使用されています。
ジュラルミンは比較的加工性も良い材料です。

搬送機や生産ラインなどの産業ロボットにはアルミフレームが多く用いられます。
6000番系のアルミ材料は押し出し成型性が良い為、アングルやチャンネル、パイプやフレームの規格も多く、産業ロボットの生産で活躍しています。
またロボットのアーム、ハンド部分にも強くて軽いアルミを使用されることが多いです。
強くて軽い性質にフォーカスすればマグネシウム合金やチタン合金もありますが、こちらは加工性が良い材料とは言えず、切削加工においては難削材にあたります。
その点5000番系を代表としたアルミニウム合金は加工性が良い為、複雑である場合や、精度が必要な加工に適しています。
なおアルミ材料は切削加工だけでなく、曲げ加工や溶接加工などの加工も可能です。
但しアルミ材料は他の金属に比べると傷が付きやすいので切削加工時は注意が必要です。
外観重視の場合はショットブラストを施し表面を均一にする方法もあります。

アルミの物性と産業用ロボット

その他にも産業ロボット部品として相性が良い理由としては、耐食性が良いことが挙げられます。
通常金属は腐食していくものですが、アルミ材料に関しては酸化被膜で覆われている為、鉄のように錆びて悪影響を及ぼして美観を損なうことが通常ありません。
自然の酸化被膜は非常に薄い膜ですので、環境によっては厳密に言うと腐食する可能性もある為、人工的に酸化被膜を生成するアルマイトという方法もあります。
2000番系のジュラルミンや7000番系のジュラルミンは少々他のアルミ材料に比べて耐食性が劣る為注意が必要です。
なお半導体業界の産業ロボット部品には腐食が致命的となる為、このアルミ材料が選択されることが多いです。

さらにアルミ材料は非磁性であるため、電子回路の周辺にも使用されています。
他にも一般家庭にもアルミ素材の鍋があるように、熱をよく伝える特性や、低温に強いなどの特徴があります。
いずれも目的に応じた使用が可能なので、産業ロボット部品として広く使用されやすい理由になっています。

アルミの流通量、規格と産業用ロボット

またアルミ材料は流通量が多い為、比較的入手が容易です。
切削加工でよく使用されるアルミ番手も純アルミの1000番系、ジュラルミンの2000番系、Al-Mg系合金の5000番系、Al-Mg-Si系合金の6000番系、超々ジュラルミンの7000番系等様々です。
但し番手によっては厚みの公差があります。
板の厚みに公差を設ける場合はフライス加工を施す必要がある為コストがかかるので注意が必要です。
産業ロボット部品にアルミ材料を用いる場合は大学研究機関様、産業機械メーカー様より多数実績がございますので是非設計段階よりお問い合わせください。

余談ではありますがアルミは融点も低い特徴があり、先に述べた錆びにくい特性と合わせると再生がしやすい材料となります。
空き缶を分別して回収するのはこの為ですが、産業装置に使用されているアルミ材料も相当数となるので再生材料として非常に優秀です。

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