カスタムグリッパフィンガの設計では、エンドエフェクタを検討する起点をワークそのものに置きます。標準ジョーに不適切な接触を許容させるのではなく、実際のワークと治具を基準に、安全な接触領域、位置決め形状、フィンガ長、把持力、パッド材質、解放時のクリアランスを定義します。
これにより把持を安定させられますが、カスタムフィンガは、能力不足または用途に合わないグリッパ本体を補うものではありません。本体には十分なストローク、把持力、ガイド負荷容量、圧力余裕が必要です。完成したツールについても、生産条件下で安全に保持、解放、検出、復旧できることを実証する必要があります。
要点
- SMCは、2爪グリッパ選定時の初期目安としてワーク質量の10～20倍の把持力を推奨しています。
- ジョー面ではなく、実際の接触距離における把持力を確認します。
- 形状拘束を取り入れると、摩擦への依存を減らせます。
- ワーク寸法の両極限、すべての移動方向、空気圧喪失時の状態を検証します。
カスタムグリッパフィンガの設計で実際に何が変わるのか？
2024年のScientific Reportsによる分類では、ロボット把持システムを、結合、動力、クランプ、位置決め、制御の5つの主要ユニットに分けています（Scientific Reports、2024年）。カスタムフィンガが主に変えるのはクランプ機能と位置決め機能ですが、その形状は組み上がったエンドエフェクタのすべてのユニットに影響します。
カスタムグリッパフィンガとは、グリッパの可動ジョーに固定するワーク専用のアタッチメントです。グリッパ本体が動作を発生させて案内し、フィンガがその動きをワーク上の所定の接触点へ伝えます。保持、センタリング、姿勢決め、支持、表面保護、解放時の治具回避などが役割になります。
この区別により、高価な選定ミスを防げます。ジョー軌跡、ストローク、把持力が不適切なら、フィンガ先端を変えても工程は改善しないことがあります。一方、本体能力は適切でも、平坦な標準フィンガが曲面、テーパ、傷つきやすい面、ばらつきの大きいワークにうまく接触しない場合、カスタムツールが最も簡潔な改善策になり得ます。
材料を選ぶ前に、次の3種類の図面を用意します。
- 許容される最小寸法と最大寸法のワーク。
- 全開位置、初期接触位置、全閉位置におけるフィンガ全体の包絡線。
- 把持部周辺の治具、ロボット手首、ガード、センサ、退避経路。
当社の経験では、この3つの包絡線を重ねる方が、グリッパのボア径だけを比較するより早く本当の問題を見つけられます。接触形状、ストローク不足、治具との干渉、長いモーメントアーム、フィンガで吸収できないワークばらつきのどれが原因かを判別できるからです。
グリッパ本体の候補は、まず空圧グリッパの種類に関する総合ガイドで確認してください。開閉軌跡と治具クリアランスが競合する場合は、平行開閉形と支点開閉形グリッパの比較が役立ちます。
形状拘束を使うべき場合と摩擦把持を使うべき場合
同じ2024年の分類では、機械式フィンガの把持を力拘束と形状拘束の2種類に分けています（Scientific Reports、2024年）。力拘束は主に垂直抗力と摩擦に依存し、形状拘束は幾何形状で移動を阻止します。信頼性の高いカスタムフィンガの多くは、圧力だけに頼らず両方を組み合わせています。
力拘束は、主として垂直抗力と摩擦でワークを保持する方式です。たとえば、摩擦係数を安定して確保できる面なら、対向パッドでクランプできます。ただし、油、粉じん、クーラント、表面処理、金型仕上げの変化によって余裕が減少します。把持力を増やしても、安定保持に至る前に傷や変形を生じるおそれがあります。
形状拘束は、溝、ポケット、段差、ピン、フック、V溝、受け形状などで移動を制限します。ワークを位置決めしながらも、解放できないほど強くかみ込ませてはいけません。バリや寸法限界によって、1本の鋭いエッジだけで全荷重を受けないようにします。
| ワークの状態 | 推奨する接触方式 | 設計確認事項 |
|---|---|---|
| 安定した平行面が2面ある | 摩擦パッドまたは浅い輪郭形状 | 保守的な摩擦係数と接触圧力 |
| 丸軸またはチューブ | V溝、3点接触、センタリングジョー | 直径範囲と線接触応力 |
| テーパまたは不定形鋳物 | 輪郭支持と位置決め形状 | 抜き勾配、バリ、ワークばらつき |
| 外観が重要な傷つきやすい面 | 大きな交換式ソフトパッド | 打痕、圧縮永久ひずみ、発じん |
| 油の付いた機械加工部品 | 形状で補助する拘束 | 排液性、清掃性、解放経路 |
| 安全に使える穴またはボスがある | 内径把持、ピン、フック形状 | エッジ荷重、挿入すきま、引抜き |
最良のカスタムフィンガが接触面積を最大化するとは限りません。並進と回転を制御できるだけの支持を設けつつ、異物逃げ、許容差すきま、円滑な解放経路を残すことが重要です。完全一致する輪郭は、切粉、バリ、寸法ずれがあるとワークを閉じ込める形状になり得ます。
ワークを潰さずに把持力を計算する方法
SMCのMHS選定ガイドでは、2爪モデルはワーク質量の10～20倍、3爪は7～13倍、4爪は5～10倍を推奨し、加速度や衝撃がある場合はさらに余裕を加えるよう示しています（SMC MHS、2026年参照）。これはモデル選定の目安であり、あらゆるワークに共通する破損限界ではありません。
荷重を受けるフィンガ数を n とする摩擦把持では、最初に次式で必要力を見積もります。
荷重を受けるフィンガ1本当たりの必要垂直力 = m x (g + a) x S / (mu x n)各変数の意味は次のとおりです。
| 変数 | 意味 |
|---|---|
m |
ワーク質量（kg） |
g |
重力加速度（約9.81 m/s2） |
a |
減速を含む荷重方向の加速度 |
S |
リスクと不確かさに応じた用途安全率 |
mu |
実際の表面状態に対する保守的な摩擦係数 |
n |
摩擦荷重を分担するフィンガ数 |
たとえば、質量0.8 kgのワークを上向き加速度4 m/s2で移動し、荷重を受けるフィンガが2本、mu = 0.25、S = 2なら、初期計算値はフィンガ1本当たり約44 Nです。ただし、実接触距離での把持力、動作中の圧力、ジョーガイドへの外力という3点を補正する必要があります。
ワークが壊れやすいからといって、安全率を小さくしてはいけません。保持余裕と破損防止は別の課題です。パッド面積の拡大、弾性インサート、形状拘束、加速度低減、把持位置変更によって表面応力を下げます。そのうえで、実ワークを使って許容把持力範囲を確認します。
平均接触圧力は初期評価に有効です。
平均接触圧力 = 垂直力 / 投影接触面積ただし局所ピークをすべて予測できるわけではありません。エッジ、リブ、ガラスの欠陥、薄肉部、パッド圧縮、芯ずれでは応力が集中します。ワーク損傷が重要なら、許容接触領域を記録し、最も厳しい材質、肉厚、温度、寸法条件で設計を実証します。
フィンガの長さ、オフセット、質量が重要な理由
SMCのMHS2の例では、0.4 MPa、把持点距離20 mmでフィンガ1本当たり92 Nを発生します（SMC MHS、2026年参照）。同カタログは、公表範囲を超える接触位置では摺動部に偏荷重が加わり、寿命が短くなる可能性も警告しています。
必要保持力が同じでも、フィンガ長によってツールの負荷条件は変わります。接触距離が長くなるほどジョーガイドに作用するモーメントが増えます。
ジョーモーメント = 接触力 x ジョー基準位置から接触点までの距離把持力曲線と許容負荷表は、必ず該当するグリッパモデルのものを使用します。20 mmの例や別ボア径、別ジョー形式のモーメント限界を流用してはいけません。支点開閉形では所定角度における力、トルク、把持モーメントが示されることがあります。平行開閉形では通常、接触距離と圧力に対するフィンガ1本当たりの把持力が公表されています。
SMCのエアグリッパ使用上の注意では、長いまたは重いツールは開閉慣性を増加させるため、アタッチメントをできるだけ軽く短くするよう求めています（SMC Air Gripper Precautions、2026年参照）。慣性が大きいと、動作不安定、ストローク端衝撃、サイクル低下、ガイド負荷増加を招きます。
フィンガ図面を承認する前に、次の項目をすべて確認します。
- 開位置と閉位置における接触点距離
- ジョー基準からの上下・左右オフセット
- フィンガ質量と重心
- ワークを介して伝わる外部工程力
- 加速、減速、非常停止時の荷重
- 要求サイクルでの開閉端衝撃
- 締結体予圧、位置決め形状、取付部剛性
長いフィンガが必ずしも誤りというわけではありません。ただし、ガイド負荷容量と慣性が最重要設計条件になります。選定本体のモーメント限界を超える場合は、ツール短縮、把持位置変更、ワーク支持、高容量グリッパへの変更、2台のグリッパによる荷重分担を検討します。
実ワークに適したフィンガ材質と接触パッド
SMCの現行グリッパ選定ツールには、クロロプレン、フッ素ゴム、シリコーンの3種類のダストカバー用エラストマーと、SUS304フィンガ仕様が掲載されています（SMC Model Selection、2026年参照）。この選択肢が示す原則は、環境、荷重、摩耗、汚染要件からカスタムツールの正確な材質グレードと表面仕様を選ぶことです。
| 材質または接触方式 | 適する用途 | 注意点 |
|---|---|---|
| アルミニウム合金 | 低可動質量、加工しやすい試作、中荷重 | ねじ摩耗、皮膜厚、薬品曝露 |
| ステンレス鋼 | 薄く強い形状、耐摩耗、洗浄、高温、耐食 | 質量増、加工難度、ワークへの傷 |
| PEEKなどのエンジニアリングプラスチック | 薬品、電気絶縁、軽量接触 | グレード別強度、クリープ、摩擦、認証、コスト |
| ウレタンまたはエラストマーパッド | 摩擦、緩衝、外観面 | 圧縮永久ひずみ、膨潤、温度、発じん、摩耗 |
| 交換式硬化インサート | 小さな摩耗部または再現性の高い位置決めエッジ | 応力集中と取付管理 |
| ハイブリッドフィンガ | 高剛性金属構造と交換式ソフト接触部 | 接着、締結、清掃性、予備パッド管理 |
Victrexによると、PEEKの摩擦は速度、圧力、温度、潤滑、粗さ、相手材によって変化します（Victrex Material Properties Guide、2020年）。したがって「PEEKは低摩擦」というだけでは仕様になりません。グレード、相手面、荷重、温度、洗浄薬品、必要認証を明記します。
表面処理も同じ精度で指定します。アルミを陽極酸化する場合は皮膜種類と図面寸法が処理前か処理後かを示し、位置決め面をマスキングするか、皮膜成長分を公差に含めます。ソフトパッドには硬度、厚さ、取付方法、交換時期の判定基準、残留物の可否を定義します。
接触パッドはグリッパの恒久的な特性ではなく、摩耗部品として扱います。基準を管理した交換式インサートなら、保全時に元の形状へ戻せます。点検限界のない接着パッドは、目立った破損前からワーク位置を徐々に変化させるおそれがあります。
CAD形状を製作可能なフィンガ図面に変える方法
SCHUNKのFGR手順はグリッパ側インターフェースをあらかじめ定義し、ワーク側だけを設定でき、完成品のCADデータも提供します（SCHUNK FGR、2026年参照）。この固定インターフェースを起点にし、カスタム接触輪郭を詰める前にジョー接続を確定する考え方が適切です。
きれいな3Dモデルだけでは製造仕様になりません。グリッパ上で位置決めする形状、ワークに接触する形状、自由公差にできる寸法を図面で示します。左右フィンガが同一でなく鏡像の場合は、別品番と別の検査図を用意します。
少なくとも次の図面管理項目を含めます。
| 図面項目 | 必要な定義 |
|---|---|
| グリッパ取付部 | 取付パターン、ねじ、ボルト強度区分、位置決め肩またはダウエル |
| データム | ジョー側一次基準とワーク側検査基準 |
| 接触形状 | 輪郭、R、逃げ、導入部、ポケット深さ、許容接触帯 |
| 公差 | ワーク寸法両極限、位置、対称度、輪郭度、組立ジョー間隔 |
| 材質 | 正確な合金・樹脂グレード、硬度、熱処理、パッド仕様 |
| 仕上げ | 表面粗さ、皮膜、マスキング、面取り、バリ取り、清浄度 |
| 質量特性 | グリッパ制限上必要な場合のフィンガ質量と重心 |
| 識別 | 左右表示、改訂、交換パッドコード、トレーサビリティ |
| 検査 | ゲージ方法、嵌合基準、見本ワーク、受入記録 |
異物、バリ、鋳ばり、非機能面には逃げを設けます。完全拘束のCAD輪郭は理想的に見えても、量産ワークが公差限界で入るとかみ込むことがあります。導入部でワークを案内し、工程上必要な箇所だけを精密接触させます。
加工前にロボットまたは機械全体のアセンブリでツールを確認します。全掃引包絡線、手首可搬質量、ツールセンタポイント移動、締結工具アクセス、センサアクセス、配管経路、取り外し経路を確認してください。空圧チューブ配管ガイドは、エンドエフェクタのサービスループが新たな干渉源になることを防ぎます。
フィンガ設計をグリッパ本体・制御へ統合する方法
Festoのグリッパ選定手順では、製品候補を提示する前に、対象物質量、表面性状、グリッパジョー長さという3つの用途情報を求めます（Festo Gripper Sizing、2026年参照）。これらはワーク、フィンガ、グリッパ本体を結び付ける条件です。制御系はジョーを閉じるだけでなく、意図した把持が成立したことを確認する必要があります。
空圧グリッパ自体がアクチュエータです。ロッドレスシリンダでエンドエフェクタ全体を機械軸上で移動させることはできますが、通常、ジョー把持力を発生させるものではありません。ジョー軌跡、ストローク、接触点での実効把持力、ガイド荷重、圧力範囲、作動頻度、環境、故障時状態からグリッパ本体を選定します。
空圧系統では、機械サイクル中のバルブ位置における動圧を確認します。上流の静止圧力計では、マニホールド、チューブ、継手、排気の損失を見落とすことがあります。余裕が小さい場合は、レギュレータ設定を上げる前に圧力降下トラブルシューティングガイドを参照してください。
検出は工程上の問いに答えるよう設計します。
- 開端センサ： 接近または解放に必要な開口を確保できているか。
- 閉端センサ： ワークなしの全閉位置に到達したか。
- ワーク幅ウィンドウ： ジョーが想定幅範囲内で停止したか。
- 独立ワーク有無センサ： ワークが目的位置に実在するか。
- 圧力または力信号： クランプ時に想定応答が得られたか。
閉端スイッチだけでは、ワークがないことを証明している場合があります。カスタムフィンガでは、ワーク品種ごとに有効なジョー位置範囲をティーチングまたは計算し、タイムアウトと矛盾状態チェックを追加します。応答時間が重要なら、電磁弁応答時間ガイドでバルブとセンサの挙動を比較します。
速度制御も重要です。ジョー動作を絞れば薄物や脆性ワークへの衝撃を減らせますが、閉動作が遅すぎるとサイクル目標を外したり、摺動不良を隠したりします。音だけで調整せず、検証時に圧力、ジョー状態、ワーク信号、サイクル時間を記録します。
検証：実条件で把持性能を実証する
OSHAはエンドエフェクタの機械故障例として、部品の解放、グリッパ機構故障、動力工具故障の3つを挙げています（OSHA Robot Systems、2026年参照）。したがって、カスタムフィンガの検証計画では、通常搬送と定義済み異常応答を実証する必要があります。ベンチ上で1回把持できただけでは不十分です。
次の段階でツールを試験します。
- 寸法検査： ジョー取付部、フィンガ輪郭、組立間隔、パッド位置を確認。
- 静的把持： 計画圧力で最小、基準、最大条件のワークを保持。
- 方向試験： 量産時の全方向からワークへ接近し荷重を加える。
- 動的搬送： 実際の加減速、姿勢変化、サイクル頻度で運転。
- 表面試験： 傷、切粉、変形、粒子移着、皮膜損傷を検査。
- ばらつき試験： 公差両極限、バリ、油、粉じん、温度、必要に応じ摩耗パッドを含める。
- 故障試験： 把持ミス、挿入不足、圧力喪失、センサ故障、非常停止を模擬。
- 復旧試験： 安全解放、再起動、原点復帰、作業者介入手順を確認。
- 摩耗試験： フィンガまたはパッド交換を判断する検査箇所と限界を定義。
ISO 4414:2010は空圧システムおよび機器の一般規則と安全要求を扱う38ページの規格で、ISOは2021年に現行であることを確認しています（ISO 4414、2021年）。安全状態は機械リスクアセスメントで定義します。通常のグリッパセンサが自動的に安全機能になるわけではありません。
合格基準は測定可能な言葉で定義します。「確実に搬送できる」だけでは試験になりません。ワーク改訂、寸法条件、表面状態、姿勢、動作プロファイル、圧力範囲、サイクル数、許容傷、ジョー位置範囲、空気圧喪失後の応答を明記します。
落下部品が人身事故や設備損傷につながる場合、封入空気だけに依存してはいけません。リスクアセスメントに基づき、ばね保持、機械ラッチ、制御降下、ガード、二次支持などの保護手段が必要になることがあります。
カスタムフィンガRFQに含めるべき情報
SMCのMHS選定手順は把持力と把持点の2段階を明示し、Festoは対象物質量、表面性状、ジョー長さを入力条件に加えています（SMC、2026年参照；Festo、2026年参照）。有効なRFQでは、フィンガ価格を問い合わせる前にこの5項目を提示します。
次の用途情報一式を送付してください。
| RFQ項目 | 提供する内容 |
|---|---|
| ワーク | 3Dモデル、図面、質量、重心 |
| ばらつき | 寸法両極限、バリ、鋳ばり、変形 |
| 接触 | 許可・禁止領域、仕上げ、硬度、清浄度、損傷限界 |
| 把持 | 内径・外径、摩擦・形状拘束、必要姿勢 |
| 動作 | 加速度、速度、方向変化、サイクル頻度 |
| グリッパ | 正確な型式、ジョー取付部、ストローク、把持力曲線、把持点限界 |
| フィンガ | 長さ、オフセット、材質、交換パッド要否 |
| 空圧系 | 動圧、バルブ、チューブ、排気、速度制御 |
| 検出 | 開、閉、ワーク有無、幅範囲、圧力、力フィードバック |
| 環境 | 温度、油、洗浄、粉じん、薬品、クリーンルーム要件 |
| 安全 | 圧力喪失状態、非常停止挙動、落下時の影響 |
| 検証 | サンプル、試験数量、測定方法、合格基準 |
写真も役立ちますが、図面の方が解釈違いを防げます。1枚の画像に希望接触領域、別の画像に接触禁止領域を示し、治具の開・閉状態も含めます。グリッパ型式が未選定なら、その旨を明記し、本体選定とフィンガ設計を分けて検討できるようにします。
Jason Tanは製造と検査の観点から本ガイドを作成しました。Jason Tanの著者ページとベプト空圧についてで、この技術ライブラリの背景をご覧いただけます。
設計レビューをご希望の場合は、ワークモデル、グリッパ資料、動作プロファイル、圧力、環境、合格要件を技術お問い合わせページからお送りください。
カスタムグリッパフィンガ設計に関するFAQ
SMCが公表する2爪選定範囲はワーク質量の10～20倍ですが、注意事項では把持点が有効範囲内であることと、アタッチメントを短く軽くすることを別途求めています（SMC MHS、2026年参照；SMC Precautions、2026年参照）。以下では把持力、形状、検証を同じ判断の中で扱います。
既存の空圧グリッパにカスタムフィンガを追加できますか？
多くの場合は可能です。ただし、該当グリッパに文書化された取付インターフェースがあり、十分なストローク、把持力、把持点範囲、ガイド容量を備えていることが条件です。取付穴、位置決め形状、ねじ締付トルク、開閉クリアランス、フィンガ質量、センサを確認します。仕様不明または摩耗したジョー取付部は、加工で済ませる近道ではなく再設計リスクとして扱います。
把持力を増やせば、壊れやすいワークをより安全に搬送できますか？
いいえ。垂直力を増やすと摩擦余裕は増えますが、接触応力、変形、傷も増加します。まず保持に必要な力を計算し、接触面の拡大・軟質化、形状拘束、加速度低減、把持位置変更を行います。一般的な「壊れやすいワーク用安全率」を当てはめるのではなく、最悪条件の量産ワークで把持力の許容範囲を試験します。
カスタムグリッパフィンガはどこまで長くできますか？
共通の長さ上限はありません。該当モデルの把持点範囲、把持力曲線、許容外力、モーメント限界を使用します。SMCは過大な接触距離が摺動部へ偏荷重を加えると警告しています。フィンガ質量、重心、加速度、衝撃、開閉両位置での接触点も含めてください。
アルミ、ステンレス、PEEK、ウレタンのどれを選ぶべきですか？
荷重、質量、温度、薬品、摩耗、清浄度、ワークへの傷、認証要求から選びます。アルミは加工しやすく、ステンレスは薄く耐久性のある形状に向き、エンジニアリングプラスチックは絶縁や表面保護に使え、ウレタンは追従性と摩擦を高めます。材質群の名称だけでなく、正確なグレード、仕上げ、硬度、取付方法、交換限界を指定します。
フィンガがワークを傷つけないことをどう確認しますか？
許容接触領域と測定可能な損傷限界を定義します。平均圧力を確認したうえで、量産時の加速度、姿勢、圧力、温度、表面状態のもと、実ワークの公差両極限を試験します。傷、亀裂、変形、粒子、位置ずれを検査し、パッド摩耗や汚染後も繰り返します。清浄な初品だけでは長期量産を代表できません。
出典
本ガイドは9件の一次技術資料と1件の公式動画に基づきます。SMCは把持力、把持点、アタッチメントの注意事項、SCHUNKとFestoはフィンガ・グリッパ選定条件、Scientific Reportsは把持システムの5ユニットモデル、Victrexはグレードごとのトライボロジー、ISOとOSHAは空圧安全とロボット危険源の背景を示します。ウェブ資料はすべて2026-07-17に確認しました。
- Scientific Reports, New Classification of Industrial Robotic Gripping Systems for Sustainable Production、2024年：把持システムの5ユニットモデル、力拘束と形状拘束の区別、ワーク起点のシステム設計を裏付けます。
- SMC, MHS Series Air Gripper Catalog、2026年参照：質量倍率の目安、摩擦式、92 Nの例、把持点曲線、偏荷重注意を裏付けます。
- SMC, Air Gripper Precautions、2026年参照：短く軽いアタッチメント、開口幅、締付トルク、把持点限界、落下防止要件を裏付けます。
- SMC, Air Gripper Model Selection Software、2026年参照：グリッパ設定項目と選択可能な材質例を裏付けます。
- SCHUNK, FGR Customizable Gripper Fingers、2026年参照：定義済み取付部、ワーク側カスタマイズ、CAD出力、フィンガ識別を裏付けます。
- Festo, Gripper Sizing、2026年参照：対象物質量、表面性状、ジョー長さを選定入力に使うことを裏付けます。
- Victrex, Material Properties Guide、2020年：PEEKの摩擦、摩耗、耐薬品性、熱特性がグレードと条件に依存することを裏付けます。
- ISO, ISO 4414:2010、2021年確認：空圧システムの安全、信頼運転、保全、意図した使用の背景を裏付けます。
- OSHA, Technical Manual: Industrial Robot Systems and Industrial Robot Applications、2026年参照：部品解放とグリッパ機構故障の危険源を裏付けます。
- SMC Video Library, Air Grippers、2026年参照：上記JMHZ2公式デモ動画を確認できます。