KR20010049514A - 반송용 부재 - Google Patents

Abstract

본 발명의 반송용 부재(1)는 CFRP로 이루어지는 스킨층(11a, 11b)과, 코어층(12)이 적층된 것이다. 스킨층(11a, 11b)은 반송용 부재(1)의 긴 방향(X축 방향)에 대해 -20°∼ +20°의 각도 범위(θ1)로 배향하고 또한 인장 탄성율이 500 내지 1000 GPa 인 피치계 탄소섬유의 프리프레그(111)와, 긴 방향에 대해 +75°∼ +90°및/또는 -75°∼ -90°의 각도 범위(θ2)로 배향하며 또한 인장 탄성율이 200 내지 400 GPa 인 PAN 계 탄소섬유의 프리프레그(112)를 갖는다. 이것에 의해, 경량이고 취급이 용이하며, 더우기 굽힘 강성, 진동 감쇠 특성 및 내열 특성이 극히 우수한 반송용 부재(1)가 얻어진다.

Description

반송용 부재{Transport member}

본 발명은, 반송용 부재에 관한 것으로, 예를 들어 산업용 로봇 등에 사용되는 반송용 부재등, 보다 구체적으로는, 반도체 웨이퍼나 액정 유리 기판등을 소성 처리용 노(爐)의 내외로 반송할 때에 사용되는 반송용 부재 등에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼나 액정 유리 기판등(이하,「 기판등 」이라 함)을 고온(300℃ 정도)의 소성 처리용 노내로 반송하기 위해, 산업용 로봇이 널리 이용되고 있다. 근년, 상기 기판등의 대형화에 수반하여, 산업용 로봇에서의 이들 기판등이 적재되는 부재, 예를 들어, 로봇 핸드나 이펙터로 지칭되는 반송용 부재에는, 동등한 굽힘 강성(굽히기 어려움)을 갖는 금속 부재에 비해, 경량이고 취급이 용이한 탄소 섬유 강화 플라스틱(이하,「 CFRP 」라 함)이 사용되기 시작하고 있다.

본 발명자들은, 이러한 CFRP 제의 종래 반송용 부재에 대해 상세히 검토한 바, 특히 고온 환경하에서 대형의 기판 등을 반송할 때에, 굽힘 강성, 진동 감쇠 특성(진동하기 어려움), 내열 특성 등이 반드시 충분한 것은 아니라는 것을 알아냈다.

그래서, 본 발명은, 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 경량이고 취급이 용이한 동시에, 굽힘 강성, 진동 감쇠 특성 및 내열 특성이 극히 우수하고, 고온 환경하에서 대형의 기판 등을 반송하는 용도로 충분히 적합한 반송용 부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 상기 목적을 달성하기 위한 예의 연구를 반복한 결과, 탄소 섬유의 배향 방향 및 인장 탄성율이 다른 CFRP 를 조합하므로써, 단일 부재의 굽힘 강성을 높이지 않아도, 반송용 부재의 상기 제 특성을 개선할 수 있음을 발견하여 본 발명에 도달하였다.

도 1 은 본 발명에 따른 반송용 부재의 제 1 실시예의 구성을 도시하는 사시도.

도 2 는 본 발명에 따른 반송용 부재의 양호한 일 실시예를 사용하여 기판을 반송하고 있는 상태를 모식적으로 도시하는 단면도.

도 3 은 도 1 에서의 A 부의 구조를 도시하는 사시도.

도 4 는 본 발명에 따른 반송용 부재의 제 2 실시예의 구성을 도시하는 사시도로서, 심재를 사용한 경우의 적층 구조의 일예를 도시하는 도면.

도 5 는 본 발명에 따른 반송용 부재의 제 3 실시예의 구성을 도시하는 사시도로서, 반송용 부재를 통형상체로 한 경우의 구성의 일예를 도시하는 도면.

도 6 은 본 발명에서의 비틀림 진동에 대한 대수 진동 감쇠율의 측정을 행하고 있는 상태를 도시하는 모식도.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1, 5, 6 : 반송용 부재 2 : 기판

11a, 11b : 스킨층 12 : 코어층

111, 112, 113, 123 : 프리프레그

121 : 심재

즉, 본 발명의 반송용 부재는, CFRP 로 이루어지는 스킨층과, 코어층이 적층된 반송용 부재이며, 스킨층은, 반송용 부재의 긴 방향에 대해 -20°∼ +20°, -10°∼ +10°의 각도 범위에 배향되고 또한 인장 탄성율이 500 내지 1000 GPa 인 제 1 탄소섬유를 함유하는 제 1 CFRP 층과, 긴 방향에 대해 +75°∼ +90°및/또는 -75°∼ -90°,양호하게는 +80°∼ -90°의 각도 범위에 배향되고 또한 인장 탄성율이 200 내지 400 GPa 인 제 2 탄소섬유를 함유하는 제 2 CFRP 층을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 반송용 부재는 판상 부재이어도 좋고 통형상 부재여도 좋으며, 통형상 부재인 경우에는, 그 축방향을 상기 긴 방향으로 한다.

이렇게 구성된 본 발명의 반송용 부재에서는, 제 1 CFRP 층 및 제 2 CFRP 층중 어느 한층을 단독으로 사용한 경우에 비해, 양자의 조합에 의한 상승 효과에 의해, 그들의 인장 탄성율로부터 상정되는 이상으로 우수한 굽힘 강성이 얻어진다.

또한, 상기 인장 탄성율을 갖는 제 1 CFRP 층은 대수(對數) 진동 감쇠율이 높고, 반송용 부재의 진동 감쇠 특성을 향상시킬수 있는 것에 더하여, 상술한 바와 같이 제 2 CFRP 층을 조합하여 굽힘 강성이 현저히 향상되므로, 굽힘 진동에 대한 진동 감쇠 특성이 현저히 향상된다.

또한, 굽힘 강성이 현저히 향상되므로, 예를 들어 반송용 부재를 전기로에 출입시킬때의 열충격에 의해 반송용 부재에 열하중이 인가되어도, 휘어짐이나 구부러짐의 발생을 최소한으로 억제할 수 있다.

또한, 굽힘 강성 및 굽힘 진동에 대한 진동 감쇠 특성이 현저히 향상되므로, CFRP 의 사용량을 저감하고, 반송용 부재를 보다 경량이고 취급하기 쉬운 것으로 하는 것도 가능하다.

또한, 스킨층 및/또는 코어층에, 제 1 탄소 섬유 및 제 2 탄소 섬유의 배향 방향에 대해 +30°∼ +60°및/또는 -30°∼ -60°의 방향으로 배향되는 다른 탄소 섬유(예를 들어, 후술하는 제 3 탄소섬유)를 또한 함유시키므로써, 반송용 부재의 비틀림에 대한 강성(비틀리기 쉬움; 이하「 비틀림 강성」이라 함)을 높이는 것도 가능해진다. 이렇게 비틀림 강성이 높아지면, 비틀림 진동이 저감되고, 비틀림 진동에 대한 반송용 부재의 진동 감쇠 특성도 향상시킬 수 있다.

또한, 제 1 탄소섬유가 피치계 탄소 섬유이고, 제 2 탄소섬유가 폴리아크릴로니트릴계(이하,「 PAN 계」라 함) 탄소섬유일 것이 요망된다.

피치계 탄소 섬유는 상기 제 1 탄소 섬유에 구해지는 상기 인장 탄성율을 극히 달성하기 용이하며, 또한 PAN계 탄소 섬유는 상기 제 2 탄소 섬유에 구해지는 상기 인장 탄성율을 달성하기에 적합하다. 따라서, 피치계 탄소 섬유 및 PAN계 탄소섬유를, 각각 제 1 탄소섬유 및 제 2 탄소섬유로서 사용하므로써, 상기 제 1 CFRP 층 및 상기 제 2 CFRP 층을 확실하게 얻을수 있다. 따라서, 반송용 부재의 굽힘 강성 및 진동 감쇠 특성을 충분히 개선할 수 있게 된다.

또한, 스킨층을 구성하는 제 1 CFRP 층의 체적이, 스킨층 전체 체적의 50 내지 80 용량% 이며, 스킨층을 구성하는 제 2 CFRP 층의 체적이, 스킨층 전체 체적의 20 내지 50 용량% 인것이 적합하다.

제 1 CFRP 층의 체적과 제 2 CFRP 층의 체적의 비율이, 상기 체적 비율의 범위를 벗어나면, 반송용 부재의 긴 방향 및 짧은 방향중 어느 한쪽의 일방향의 굽힘 강성이 다른 방향보다 극단적으로 높아지게 된다. 따라서, 제 1 CFRP 층과 제 2 CFRP 층의 체적 비율을 상기 범위로 하므로써, 반송용 부재의 긴 방향 및 짧은 방향에서의 굽힘 강성의 밸런스가 양호하게 유지된다.

또한, 반송용 부재는, 통상, 특히 긴 방향의 굽힘 강성이 요구되고, 제 1 체적 비율이 50 용량% 미만으로 되면, 반송용 부재의 긴 방향 굽힘 강성을 충분히 확보할 수 없는 경향이 있다. 따라서, 스킨층에서의 제 1 CFRP 층 및 제 2 CFRP 층의 체적 비율을 상기와 같은 범위로 하므로써, 반송용 부재의 긴 방향에서의 충분한 굽힘 강성을 얻을 수 있다.

또한, 스킨층의 두께를 Ts 라 하고, 코어층의 두께를 Tc 라 했을때, 하기 식(1);

(Ts + Tc)×0.2 _ Ts _ (Ts + Tc)×0.4 … (1)

으로 표현되는 조건이 만족되면 보다 바람직하다.

상기 Ts 가 ((Ts + Tc)×0.2) 미만이면, 충분한 굽힘 강성및 진동 감쇠 특성이 얻어지지 않는다. 한편, Ts 가 ((Ts + Tc)×0.4)를 초과하면, 필요 이상으로 충분한 굽힘 강성 및 진동 감쇠 특성이 얻어지며, 또한, 스킨층의 두께의 증가에 대해 굽힘 강성의 증대 경향이 완만해지는 경향이 있다. 따라서, 상기 식(1)을 만족하도록 스킨층과 코어층의 두께를 조절하므로써, 필요 최소한의 CFRP 사용량으로 충분한 굽힘 강성 및 진동 감쇠 특성을 달성할 수 있다. 또한, 이렇게 하면, 경량화 및 경제성의 관점에서도 유용하다.

또한, 코어층이, 긴 방향에 대해 +30°∼ +60°및/또는 -30°∼ -60°의 각도범위에 배향하고 또한 인장 탄성율이 500 내지 1000 GPa 인 제 3 탄소섬유를 함유하는 제 3 CFRP 층을 구비하면 일층 바람직하다.

이와같이 하면, 제 3 탄소 섬유가, 제 1 탄소 섬유및 제 2 탄소 섬유의 배향 방향에 대해 경사 교차하도록 배향되므로, 반송용 부재의 비틀림 강성을 높일 수 있다. 그 결과, 비틀림 진동이 저감되고, 비틀림 진동에 대한 진동 감쇠 특성을 향상시킬 수 있다.

또한, 제 3 탄소 섬유의 인장 탄성율이, 제 1 탄소 섬유의 인장 탄성율과 동등하므로, 반송용 부재의 상기 경사 교차 방향의 굽힘 강성을, 긴 방향에 대한 굽힘 강성과 같은 정도로 향상시키는 것이 가능해진다.

추가로, 제 3 탄소 섬유가 피치계 탄소섬유이며, 코어층을 구성하는 제 3 CFRP 층의 체적이 코어층 전체 체적의 양호하게는 0 내지 20 용량% (제 3 CFRP 층을 사용하지 않는 경우도 가질수 있다), 보다 양호하게는 5 내지 20 용량% 이면 보다 일층 바람직하다.

제 3 CFRP 층의 체적 비율이 20 용량% 를 초과하면, 반송용 부재의 비틀림 강성의 향상 효과가 포화하는 경향이 있다. 따라서, 제 3 CFRP 층의 체적 비율을 상기 범위 내로 하는 것에 의해, 제 3 CFRP 층의 사용량에 따른 비틀림 강성을 반송용 부재에 대해 확실하게 부여할 수 있다.

또한, 피치계 탄소 섬유는 제 3 탄소 섬유에 구해지는 상술한 인장 탄성율을 달성하기 용이하므로, 제 3 CFRP 층이 확실하게 얻어진다. 따라서, 반송용 부재의 긴 방향 굽힘 강성 및 비틀림 진동에 대한 진동 감쇠 특성을 충분하게 개선시킬수 있다.

또한, 이하,「 ±θa° ∼ ±θb°」라고 기재한 경우는,「 +θa° ∼ +θb°및/또는 -θa° ∼ -θb°」인것을 나타낸다. 예를 들어,「 ±75° ∼ ±90°」란,「 +75° ∼ +90°및/또는 -75° ∼ -90°인 것을 나타낸다.

또한, 본 발명에서의 탄소 섬유의「 인장탄성율」및「 인장강도 」는, 일본공업규격 JIS R 7601 에 규정된 방법에서 구해지는 값이다. 또한,「 섬유체적 함유율」,「 수지체적 함유율 」및「 공동율 」은, 일본공업규격 JIS K 7075 에 규정된 방법에서 구해지는 값이다. '

또한,「 굽힘 탄성율」및「 굽힘 강도 」란, 일본공업규격 JIS K 7074 에 규정된 방법에서 구해지는 값이며,「 대수 진동 감쇠율 」이란 이하에 도시하는 방법에 의해 구해지는 값이다.

(굽힘 진동에 대한 대수 진동 감쇠율)

평판상 시험체의 편지지(片持)바늘을 수직으로 세워 하측을 고정하고, 이 편지지 바늘을 대기중에서 진동시켜(진동을 가하는 것은 전자기식 트랜듀서를 사용), 편지지 바늘의 중앙부의 수평 방향의 변위를 비접촉형의 센서로 측정하였다.

변위 신호는, 앰프, AD 컨버터를 거쳐 퍼스널 컴퓨터에 입력되었다. 이 때, 변위 신호를 퍼스널 컴퓨터에 입력할때의 샘플링 타임은 1 내지 10 msec, 샘플링 포인트 수는 4096 포인트로 하였다. 그리고, 변위 신호의 샘플링 데이타에 기초하여, 하기 식(2);

R = ln (An/An+1) … (2)

로 표현되는 관계에 의해 대수 진동 감쇠율(R)을 산출하였다. 여기서, 식중, An 및 An+1 은, 진동 파형의 일주기 등의 진폭을 도시한다. 또한, ln 은 loge 임(자연 대수임)을 도시한다.

또한, 실제의 계산에서, 근접하는 진폭의 차이가 적을 때에는, 정확도를 향상시키기 위해, 간격을 연 진동파형의 진폭의 비로부터 구하였다. 이 때, 대수 진동 감쇠율(R)은, 하기 식(3);

R = {ln (An/Am)}/(m-n) … (3)

로 표현되는 관계에 의해 구하였다. 여기서, 식중, An 은 n 번째의 진동파형의 진폭을 도시하고, Am 은 m 번째 진동파형의 진폭을 도시하며, n 〈 m 이다. 또한, ln 은 loge 임(자연 대수임)을 도시한다.

(비틀림 진동에 대한 대수 진동 감쇠율)

도 6 에 도시하듯이, 변형 게이지(71)를 첨부한 통형상 시험체(72)를, 세경(細徑)측을 아래로 하여 추가 부착된 원반(73)상에 수직으로 세우고, 대경측을 바이스(74)에 고정한 상태에서, 통형상 시험체(72)를 진동시킨다. 이 때의 비틀림 변형의 진동파형을 측정하고, 이것에 기초하여 대수 진동 감쇠율을 산출한다.

비틀림 변형의 측정은, 순수한 비틀림 변형이 얻어지도록 2축 0/90° 토크 측정용 변형 게이지 2장을 사용하여 4 액티브 게이지 법에 의해 행한다. 변형 게이지(71)는 통형상 시험체(72)의 가는 선단부로부터 소정 거리 위치 2 개소에 첨부된다(하나만 도시).

변형 신호는, 브릿지 박스, 동적변형 측정계, AD 컨버터를 거쳐 퍼스널 컴퓨터에 취입된다. 이 때, 변형 신호를 퍼스널 컴퓨터에 취입할때의 샘플링 타임은 0.1 내지 1 msec, 샘플링 포인트 수는 1000 내지 8192 포인트로 하였다.

또한, 통형상 시험체(72)의 가는 선단은, 원주방향으로 질량이 균등하게 배분되어 있는 추가 달린 원반(73)에, 그 중심과 통형상 시험체(72)의 축이 일치하도록 고정된다. 이 원반(73)상의 추(75)의 크기, 재질, 사용 개수를 변화시키므로써, 통형상 시험체(72)의 축 주위의 관성 모멘트를 변화시킬 수 있다.

추가로, 추가 달린 원반(73)의 직경과 원주의 두개의 교차점에 실(76)을 부착하고, 굽힘 모멘트가 걸리지 않도록 동시에 이들 두장의 실(76)을 당겨 통형상 시험체에 비틀림 모멘트를 부여하였다. 그 후에, 그 모멘트를 단숨에 개방하여, 자유 감쇠 진동시킨다. 추의 진동 측정은, 힘이 개방된 직후로부터 수초간 행한다. 그리고, 상술한 굽힘 진동에 대한 대수 진동 감쇠율의 산출 방법과 마찬가지로 하여, 추 진동에 대한 대수 진동 감쇠율을 산출한다.

(적합한 실시예의 설명)

이하, 첨부도면을 참조하여, 본 발명에 의한 동출 케이블 삭선(索線), 동축 케이블 및 동출 케이블 핸들의 양호한 실시예를 설명한다. 동일한 요소에는 동일한 부호를 첨부하고, 중복 설명을 생략한다.

도 1 은, 본 발명에 의한 반송용 부재의 제 1 실시예의 구성을 도시하는 사시도이다. 도 1 에 도시하는 반송용 부재(1)는, 섬유 강화 플라스틱(이하,「 FRP」라 함)으로 형성된 스킨층(11a, 11b)사이에 코어층(12)이 적층되어 이루어져 있고, 긴 방향(도시 X 축 방향)의 한쪽 선단부가 두 개로 분기되어진 형상을 갖고 있다. 그리고, 이 분기된 선단부상에, 기판(2)이 적재되도록 되어 있다. 또한, 이러한 형상을 이루는 반송용 부재는, 일반적으로 이펙터라 지칭된다.'

도 2 는 반송용 부재(1)를 사용하여 기판(2)을 반송하고 있는 상태를 모식적으로 도시하는 단면도이다. 반송용 부재(1)는, 분기되지 않은 부위(이하,「 손잡이(手元)부」라 함)가 고정되고, 소위 편지지 바늘의 상태에서 기판(2)을 유지하면서 반송한다.

결국, 도 2 에 도시하듯이, 반송용 부재(1)는, 상기 손잡이부가 지주(31)와 치구(32a, 32b)로 구성되는 고정용구(3)에 고정되어 있다. 그리고, 선단부에 적재된 기판(2)을 고온의 전기로(4)내로 반송하고, 기판(2)의 소성 처리가 행해지는 동안 그 위치에서 기판(2)을 유지하며, 소성 처리가 종료하면 기판(2)을 전기로(4) 밖으로 반송하도록 되어 있다.

도 3 은, 도 1 에 도시하는 A 부의 구조를 확대하여 도시하는 사시도이다. 도시하듯이, 스킨층(11a, 11b)은, CFRP 의 프리프레그(111)(제 1 CFRP층) 및 프리프레그(112)(제 2 CFRP층)가 복수 적층된 구조를 갖고 있다.

프리프레그(111)는, 도 1 에 도시하는 반송용 부재(1)의 긴 방향(X축방향)에 대해 -20°∼ +20°, 양호하게는 -10°∼ +10°의 각도범위(θ1)(도 1 참조)에 배향된 피치계 탄소 섬유(제 1 탄소섬유)를 강화섬유로 하고, 또한 비스멀레이미트 수지를 매트릭스로 한 CFRP 의 일방향 프리프레그(prepreg;수지침투 가공재)이다.

또한, 프리프레그(111)에 사용되는 피치계 탄소섬유의 인장 탄성율 및 인장 강도는, 각각 500 내지 1000 GPa 및 100 내지 6000 MPa(양호하게는 3000 내지 6000 MPa)로 되어 있다. 추가로, 스킨층(11a, 11b)에 사용되는 프리프레그(111)의 합계 체적은, 스킨층(11a, 11b) 전체 체적의 50 내지 80 용량% 로 되어 있다.

한편, 프리프레그(112)는, 긴 방향에 대해 ±75°∼ ±90°, 양호하게는 ±80°∼ ±90°의 각도범위(θ2)(도 1 참조)에 배향된 PAN계 탄소 섬유(제 2 탄소섬유)를 강화섬유로 하고, 또한 비스멀레이미트 수지를 매트릭스로 한 CFRP 의 일방향 프리프레그 또는 이차원 직물 프리프레그이다.

또한, 프리프레그(112)에 사용되는 PAN계 탄소섬유의 인장 탄성율 및 인장 강도는, 각각 200 내지 400 GPa 및 100 내지 6000 MPa 로 되어 있다. 추가로, 스킨층(11a, 11b)에 사용되는 프리프레그(112)의 합계 체적은, 스킨층(11a, 11b) 전체 체적의 20 내지 50 용량% 로 되어 있다.

프리프레그(111, 112)는, 도 3 에 도시되듯이 프리프레그(111)가 외측으로 되고 프리프레그(112)가 내측으로 되도록 적층되는 것이 바람직하며, 또한 복수의 프리프레그(111, 112)가 번갈아 적층되어 이루어져도 좋다.

또한, 스킨층(11a, 11b)의 합계 두께 및 코어층(12)의 두께는, 각각 반송용 부재(1)의 전체 두께(후술하는 크로스층으로서의 프리프레그(113)의 두께는 제외하고)의 20 내지 40 % 및 60 내지 80 % 이면 양호하다. 즉, 도 3 에 도시하듯이 스킨층(11a, 11b)의 두께를 각각 t1 및 t2 로 하고, 코어층(12)의 두께를 Tc 로 했을 때, 이들 두께가 하기 식(4);

T×0.2 _ Ts _ T×0.4 … (4)

으로 표현되는 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 여기서, 식중 Ts = t1 + t2 이고, T = Ts + Tc 이다.

또한, 코어층(12)은, 하니콤 형상을 이루는 심재(121)와, 양호하게는 프리프레그(123)(제 3 CFRP 층)이, 도 3 에 도시하듯이 적층되어 형성되어도 좋다. 이 프리프레그(123)는, 도 1 에 도시하는 반송용 부재(1)의 긴 방향(X축 방향)에 대해 ±30°∼ ±60°, 양호하게는 ±35°∼ ±55°, 보다 양호하게는 ±40°∼ ±50의 각도범위(θ3)(도 1 참조)에 배향된 피치계 탄소 섬유(제 3 탄소섬유)를 강화섬유로 하고, 또한 비스멀레이미트 수지를 매트릭스로 한 CFRP 이다.

또한, 프리프레그(123)에 사용되는 피치계 탄소섬유의 인장 탄성율 및 인장 강도는, 각각 500 내지 1000 GPa 및 100 내지 6000 MPa (바람직하게는 3000 내지 6000 MPa)로 되어 있다.

이 프리프레그(123)의 합계 체적은, 코어층(12) 전체 체적의 양호하게는 0 내지 20 용량%(프리프레그(123)를 사용하지 않는 경우도 있다), 특히 양호하게는 5 내지 20 용량% 이면 바람직하고, 이 때, 심재(121)의 체적은 코어층(12) 전체 체적의 80 내지 100 용량% 로 된다.

그리고, 이렇게 구성된 반송용 부재(1)로서의 굽힘 강도는, 통상 100 내지 1000 MPa, 양호하게는 200 내지 800 MPa, 보다 양호하게는 300 내지 600 MPa 로 되어 있으며, 굽힘 탄성율은, 통상 3 내지 800 GPa, 양호하게는 20 내지 700 GPa 가 달성되도록 되어 있다. 또한, 긴 방향의 열팽창계수는, 통상 -3.0 내지 20×10-6℃, 양호하게는 -2.0내지 10×10-6℃, 보다 양호하게는 -1.0 내지 7.0×10-6/℃ 로 되어 있다.

이러한 구성을 갖는 반송용 부재(1)의 제조 방법으로서는, 예를 들어 스킨층(11a), 코어층(12), 스킨층(11b)을 구성하는 FRP 등의 층을 순차로 성형하여 일체화된 판형상 부재를 제작하고, 이 판형상 부재를 소망의 형상으로 기계 가공하는 것에 의해 제조하는 방법이 거론될 수 있다.

FRP 층의 성형 방법으로서는, 본 실시예와 같이 프리프레그를 사용하는 경우에는, 오토 클레이브 성형법 또는 프레스 성형법이 적합하다. 또한, 다른 성형 방법으로서는, 공지의 한도레이업 방법을 시작으로, RTM(레진 트랜스퍼 몰딩)법, FW(필라멘트 와인딩)법, SMC(시트 몰딩 콤파운드)법등이 거론될 수 있다.

특히, 각 층의 밀착성에 우수한 관점에서는, 이들 중에서는 프리프레그를 사용한 오토 클레이브 성형법 및 프레스 성형법이 바람직하다. 또한, 탄소섬유의 고탄성율을 최대한으로 발휘시키려면, 로빙 얀을 사용하는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 반송용 부재(1)에 의하면, 프리프레그(111)(제 1 CFRP 층)및 프리프레그(112)(제 2 CFRP 층)의 어느것을 단독으로 사용한 경우에 비해, 양자의 조합에 의한 상승 효과에 의해, 이들의 인장 탄성율로부터 상정되는 이상으로 우수한 굽힘 강성이 얻어진다. 구체적으로는, 동일 형상을 갖는 종래의 반송용 부재에 비해, 긴 방향의 굽힘 탄성율이 약 2 내지 10 배, 짧은 방향의 굽힘 탄성율이 약 3 내지 10 배로 향상되는 바와 같이, 굽힘 강성을 현저히 향상시킬 수 있게 된다.

또한, CFRP의 프리프레그는 성형체로 한때에 충분한 진동 감쇠 특성을 발현하는 것이 바람직하고, 구체적인 대수 진동 감쇠율로서는 탄소 섬유만을 강화 섬유로 하고, 또한 그 섬유 체적 함유율이 60 용량％의 VFRP(두께 1.5mm)를 실험체로 사용하며, 상술한 〈굽힘 진동에 대한 대수 진동 감쇠율〉의 측정 방법으로 설명한 바와 같이, 일방향재 편지지 장력(활의 힘) 상태로 1000με의 굽힘 변형을 가할때의 대수 진동 감쇠율이 통상 0.01 내지 0.05, 바람직하게는 0.02 내지 0.05인 것이 바람직하다.

반송용 부재(1)의 스킨층(11a, 11b)에 사용되고 있는 프리프레그(111) 및 코어층(12)에 사용되고 있는 프리프레그(123)는 이와 같은 대수 진동 감쇠율을 발현하는 것이 가능하고, 반송용 부재(1)의 진동 감쇠 특성이 충분히 높게된다.

더욱이, 상기와 같은 굽힘 강성이 격단으로 향상되는 것에 의해 굽힘 진동에 대한 반송용 부재(1)의 진동 감쇠 특성을 격별로 향상할 수 있다. 또한 더욱이, 굽힘 강성이 격단으로 향상되므로, 반송용 부재(1)를 전기로(4)에 출입할 때에 열충격에 의해서 반송용 부재(1)에 열하중이 인가되어도, 휘어짐이나 구부러짐의 발생을 최소한으로 억제할 수 있다. 또한, 굽힘 강성 및, 굽힘 진동에 대한 진동 감쇠 특성이 격단으로 향상되므로, CFRP의 사용량을 저감하고, 반송용 부재(1)를 보다 경량으로 취급하기 쉬운 것으로 할 수 있다.

또한, 코어층(12)을 구성하는 프리프레그(123)의 피치게 탄소 섬유가 프리프레그(111)의 피치계 탄소 섬유 및 프리프레그의 PAN계 탄소 섬유의 배향 방향에 대하여 경사 교차하도록 배향되어 있으므로, 반송용 부재(1)의 비틀림 강성을 높게 하는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 비틀림이 저감되고, 비틀림에 대한 반송용 부재(1)의 진동 감쇠 특성을 향상시킬 수 있다.

더구나, 프리프레그(123)의 피치계 탄소 섬유의 인장 탄성율이 프리프레그(111)의 피치계 탄소 섬유의 인장 탄성율과 동등하므로, 반송용 부재(1)의 상기 경사 교차 방향의 굽힘 특성을 긴 방향에 대한 급힘 강성과 동일 정도로 향상시키는 것이 가능하게 된다.

또한, 프리프레그(111) 및 프리프레그(123)의 강화 섬유로서 피치계 탄소 섬유를 사용하고, 프리프레그(112)의 강화 섬유로서 PAN계 탄소 섬유를 사용하고 있으므로, 이들 각 프리프레그의 강화 섬유에 요구되는 인장 탄성율이 지극히 달성되기 쉽고, 각 프리프레그를 확실히 얻는 것이 가능하다. 따라서, 반송용 부재(1)의 굽힘 강성, 진동 감쇠 특성등을 충분히 개선할 수 있다.

더욱이, 스킨층(11a, 11b)을 구성하는 프리프레그(111)의 체적이 스킨층(11a, 11b) 전체 체적의 50 내지 80 용량％로 되고, 또한 스킨층(11a, 11b)을 구성하는 제 2 CFRP층의 체적이 스킨층(11a, 11b) 전체 체적의 20 내지 50 용량％로 되어 있으므로, 반송용 부재(1)의 긴 방향 및 짧은 방향에 있어서의 굽힘 강성의 밸런스를 양호하게 유지하는 것이 가능하게 된다.

또한 더욱이, 코어층(12)을 구성하는 프리프레그(123)의 체적이, 특히 양호하게는 코어층(12) 전체 체적의 5 내지 20 용량％이면, 프리프레그(123)의 사용량에 따른 비틀림 강성을 반송용 부재(1)에 대해서 확실하게 부여하는 것이 가능하게 된다.

더욱 또한, 스킨층(11a, 11b)의 합계 두께(Ts)가 상기 식(4)에 표시한 조건을 만족하므로, 필요 최소한의 CFRP 사용량으로 충분한 굽힘 강성 및 진동 감쇠 특성을 달성할 수 있고, 또한 경량성 및 경제성에서도 우수한 반송용 부재(1)를 얻을 수 있다.

또한, 프리프레그(111, 112)의 형태로서 일방향 프리프레그 뿐만 아니라, 이차원 직물 프리프레그를 그들의 일부 또는 전부에 사용하면, 이차원 직물 프리프레그가 일반적으로 각 프리프레그사이의 접착성을 향상시킬 수 있으므로, 적층체인 반송용 부재(1)의 각층 사이의 접합성이 높게된다.

더욱이, 스킨층(11a, 11b)의 프리프레그(112)가 일방향 프리프레그가 아니라 직물 프리프레그라면, 양측이 요철 형상을 갖고 있으므로, 일방향 프리프레그인 프리프레그(111)와의 밀착성이 향상된다.

또한, 스킨층(11a, 11b)의 최표면측에 위치하는 프리프레그를 표면측이 고섬유 밀도 또한 평활하고, 배면측이 저섬유 밀도 또한 요철 형상을 갖는 이차원 직물 프리프레그라면 스킨층(11a, 11b)의 평활성이 높게된다. 또한, 각 프리프레그의 매트릭스로서 비스멀레이미트 수지를 사용하고 있으므로, 반송용 부재(1)의 내열특성을 가일층 향상시키는 것이 가능하다.

여기서, 스킨층(11a, 11b)의 굽힘 강성 및 비틀림 가성을 높여서 반송용 부재(1)의 굽힘 강성 및 비틀림 가성을 또한 향상시키기 때문에, 반송용 부재(1)의 긴 방향에 대해서 ±30°내지 ±60°, 적합하게는 ±35°내지 ±55°, 가장 적합하게는 ±40°내지 ±50°의 각도 범위(θ3)(도 1 참조)로 탄소 섬유가 배향된 CFRP의 프리프레그를 스킨층(11a, 11b)에 부가하여도 좋다.

이와 같은 탄소 섬유로서는 피치계 탄소 섬유가 바람직하다. 또한, 그 프리프레그 형태로서는 예를들면, 일방향 프리프레그 및/또는 이차원 직물 프리프레그가 권장되고, 그들을 복수층 적층하여 사용할 수 있다.

또한, 이 프리프레그의 스킨층(11a, 11b)에 대한 체적율은 적합하게는 0 내지 30 용량％(이 프리프레그 사용하지 않는 경우도 갖는다), 특히 바람직하게는 5 내지 10 용량％이면 적합하다. 이때 스킨층(11a, 11b)을 구성하는 프리프레그(111, 112)의 각각의 체적율은 그들에 적합한 상술한 범위내에서 변동시키는 것이 가능하게 된다.

또한, 프리프레그(111, 123)를 일방향 프리프레그로 하고, 프리프레그(112)를 이차원 직물 프리프레그 또는 일방향 프리프레그로 하고 있지만, 프리프레그(111, 112, 123)는 일방향 프리프레그여도 이차원 프리프레그여도 무방하다.

또한, 이차원 직물 프리프레그의 종방향과 횡방향의 섬유 밀도의 비가 적합하게는 60:40 내지 98:2, 보다 바람직하게는 65:35 내지 90:10인 것이 발마직하다.

이와 같은 이차원 직물 프리프레그의 섬유 조직에 대해서는 특히 제한이 없고, 예를들면, 평직, 릉직, 주자직, 수자직, 모사직, 횡사직 등이 사용된다. 더욱이, 프리프레그(111, 112, 123)는 다른 일방향 강화 또는 이차원 강화의 프리프레그로 하여도 좋다. 이차원 강화의 프리프레그로서는 조포라 불리는 부직포나 다른 부직포등을 사용할 수 있다.

또한, 반송용 부재(1)를 구성하는 스킨층(11a, 11b)이 일방향 프리프레그(프리프레그(111))와 이차원 직물 프리프레그(프리프레그(112))의 적층체일 때에는 제물성의 밸런스를 취하기 위해서 일방향 프리프레그의 방향과 이차원 직물 프리프레그에 있어서의 고섬유 밀도의 방향을 직교시키면 적합하다.

또한, 스킨층(11a, 11b)의 최외층인 프리프레그(111)의 다른 외측(최표면)에 섬유를 포함하는 크로스층으로서의 프리프레그(113)를 설치하여도 적합하다. 이 프리프레그(113)의 재료로서는 인장 탄성율이 200 내지 400GPa의 탄소 섬유 예를들면, PAN계 탄소 섬유의 직물이 사용되고, 그 직물 조직에 대해서는 특별히 제한이 없다. 그리고, 매트릭스로서는 비스멀레이미트 수지를 사용하면 적합하다.

또한, 프리프레그(113)로 이루어진 각 크로스층의 두께는 0.1 내지 0.7mm인 것이 바람직하다. 프리프레그(113)가 이차원 직물 프리프레그인 경우에는 예를들면, 주자직에 있어서 일방향 섬유 밀도가 높고, 타방향의 섬유 밀도가 낮은 것을 사용할 수 있다. 이와 같이 하면, 스킨층(11a, 11b) 표면의 평활성 및 일방향 프리프레그의 밀착성의 관점으로부터 적합하다. 그리고, 이와 같은 크로스층을 반송용 부재(1)의 최표면에 설치하면, 반송용 부재(1)의 표면의 버어나 보풀을 방지할 수 있다.

또한, 프리프레그(111, 112, 113, 123)의 매트릭스로서 비스멀레이미트 수지를 채용하고 있지만, 다른 수지여도 좋고, 열경화성 수지 및 열가소성 수지의 넓은 범위로부터 목적에 따라 적합하게 선택할 수 있다.

열경화성 수지로서는 비스멀레이미트 수지 외에, 예를들면 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 에폭시 아크릴레이트 수지, 디아릴프탈레이트 수지, 페놀 수지, 비닐에스테르 수지, 열경화성 폴리이미드 수지, 멜라민 수지등이 권장된다. 그리고, 이들 수지를 단독으로 또는 이중 이상 혼합한 것으로 강화 섬유를 함침시킨 것에 의해 각 프리프레그를 제조할 수 있다. 또한, 이들 수지에는 물성이나 성형 가공성을 개량하는 목적으로 가소제, 안정제, 그 이외의 각종 첨가물을 더하여도 좋다.

또한, 프리프레그(111, 112, 113, 123)는 탄소 섬유 이외의 다른 강화 섬유로서 예를들면 글래스 섬유, 금속 섬유, 세라믹 섬유 등을 또한 함유하여도 좋다. 글래스 섬유로서는 E 글래스, S 글래스, T 글래스 등 각종의 글래스 섬유를 사용할 수 있고, 탄성율의 점에스는 각 글래스 섬유와도 큰 차이가 없으며, 경제성의 관점에서는 E 글래스가 바람직하다.

금속 섬유로서는 스테인레스 섬유, 동 섬유, 니켈 섬유, 티탄 섬유, 텅스텐 섬유 등이 권장되고, 세라믹 섬유로서는 탄솨 규소 섬유, 알루미늄 섬유, 탄화 티탄 섬유, 질화 붕소 섬유 등을 사용할 수 있다.

이와 같이 다른 강화 섬유를 탄소 섬유와 함께 프리프레그(111, 112, 113, 123)에 사용하는 경우에는, 탄소 섬유의 사용 비율을 강화 섬유의 전체적의 45 용량％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 탄소 섬유의 용량 비율이 45 용량％ 미만이면, 스킨층(11a, 11b)에 요구되는 물성 강도를 얻을 수 없게 될 우려가 있다

더욱이, 스킨층(11a, 11b)에 있어서의 강화 섬유와 매트릭스인 수지와의 적합한 체적비는 강화 섬유의 섬유 체적 함유율(Vf)이 통상 30 내지 80 용량％, 바람직하게는 40 내지 70 용량％이고, 또한 수지의 수지 체적 함유율(Vm)이 통상 20 내지 70 용량％, 바람직하게는 25 내지 60 용량％이다.

또한, 스킨층(11a, 11b)에는 제조시에 공동(공극)이 불가변적으로 발생하는 일이 있고, 이때의 공동율(Vv)은 5 용량％ 이하이면 바람직하며, 특히 3 용량％ 이하인 것이 바람직하다. 이와 같은 체적비에 의하면, 스킨층(11a, 11b)에 필요한 강도가 발현되는 CFRP를 확실하게 얻는 것이 가능하다.

또한 더욱이, 하니컴 형상의 심재(121)는 그 형상이나 재질에 대해서 특별한 제한이 없고, 재질로서는 알루미늄 등의 금속, 글래스, 폴리카보네이트, 방향족 폴리아미드(미국 듀폰사 제품의 "노메쯔크스" 하니컴 등), 종이 등이 권장된다.

이들 재질로 이루어진 심재(121)는 예를 들면, 금형내에 열가소성 수지를 함유한 콤파운드를 충진하고, 그 후에 하니컴 형상으로 가공한 것을 배치하며, 그 후에 콤파운드를 충진하여 가열, 가압하는 로 표층부에는 소량의 콤파운드가 침입하여 그대로 고하된다. 이렇게 하여 얻어지는 심재(121)를 사용하면, 코어층(12)의 부피 비중이 0.3 내지 0.5 정도로 되어 반송용 부재(1)의 경량화를 가일층 얻는다.

또한, 다른 재질로 이루어진 것으로서, 금속 섬유, 세라믹 섬유, 글래스 섬유, 탄소 섬유 또는 다른 유기질 섬유 등을 사용한 3차원 직물이나 섬유 집합체로 이루어진 하니컴 형상의 심재도 적합하다. 이들 섬유질의 것은 프리프레그(111, 112, 113, 123)의 매트릭스로 사용되는 상술한 수지로 고정하는 것으로 강도를 향상시켜서 사용하면 보다 바람직하다.

더욱이, 심재(121)는 하니컴 형상 이외의 공간을 갖는 것, 예를들면 다공체, 파판(콜게이트) 형성을 이루어서 공극을 갖는 구조체등을 사용하여도 좋다. 다공체로서는 예를들면, 글래스 벌룬, 시라스 벌룬, 페라이드 등의 무기질 중공 필라가 불포하 폴리에스테르 수지, 비닐에스테르 수지, 에폭시 수지, 열경화성 폴리이미드 수지, 비스멀레이미트 수지 등의 열경화성 수지로 결착된 것, 연속 기포 또는 독립 기포를 갖는 금속, 플라스틱 또는 글래스 등으로 이루어지는 발포체, 응고의 제어나 용매 추출법에 의해 얻은 다공질의 플라스틱, 수지로 고정된 금속 섬유, 세라믹 섬유, 글래스 섬유, 탄소 섬유 또는 다른 유기질 섬유 등을 사용한 3차원 직물이나 섬유 집합체 등이 사용된다.

이들 중에 글래스 섬유로서는 E 글래스, S 글래스, T 글래스 등 각종 글래스 섬유를 사용할 수 있고, 탄성율의 점에서는 각 글래스 섬유와도 큰 차이가 없으며, 경제성의 관점에서는 E 글래스가 바람직하다.

또한 더욱이, 코어층(12)에는 심재(121)에 더하여 또는 그 대신에 FRP를 사용할 수도 있다. 그 강화 섬유로서는 탄소 섬유, 글래스 섬유, 세라믹 섬유, 금속 섬유 등을 사용할 수 있다. 이들 중에, 경제성의 관점에서는 글래스 섬유가 바람직하다. 글래스 섬유로서는 E 글래스, S 글래스, T 글래스 등 각종 글래스 섬유를 사용할 수 있고, 탄성율의 점에서는 각 글래스 섬유와도 큰 차이가 없으며, 경제성의 관점에서는 E 글래스가 바람직하다. 또한, 이들 섬유는 단섬유로도 장섬유로도 좋고 연속 섬유여도 좋다.

이 FRP에 있어서의 강화 섬유의 강화 형태로서는 일방향 강화, 2차원 강화, 매트, 펠트 등을 사용할 수 있다. 일방향 강화로서는 일방향 프리프레그가 적합하게 사용되고, 2차원 강화로서는 2차원 직물 프리프레그를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 일방향 강화의 경우, 강화 섬유는 통상 긴 방향으로 배향된다.

이하에서, 본 발명에 관한 반송용 부재의 제 2 및 제 3 실시예에 대해서 각각 설명한다. 도 4는 본 발명에 따른 반송용 부재의 제 2 실시예의 구성을 나타내는 사시도이고, 다공체등으로 이루어진 심재를 사용한 반송용 부재의 적층 구조의 일예를 도시하는 도면이다.

반송용 부재(5)는 스킨층(51a, 51b)과 코어층(52)의 적층체이고, 도 1에 도시한 반송용 부재(1)와 동일한 형상을 이루고 있다. 또한, 스킨층(51a, 51b)은 반송용 부재(1)를 구성하는 스킨층(11a, 11b)과 동일한 재질 및 구성으로 되어 있으며, 양자의 최표면에는 각각 크로스층(53a, 53b)이 설치되어 있다. 다만 이 경우, 크로스층(53a, 53b)은 스킨층(11a, 11b)에 포함되는 것으로 한다.

코어층(52)은 상술한 다공체로 이루어지는 다공체층(52a)과, CFRP 및 글래스 섬유 강화 플라스틱(이하, 「GFRP」하 함)의 프리프레그로 이루어진 적층체(52b)로 형성되어 있다.

이와 같은 다공체층(52a)은 평균 입자 직경이 100㎛이하 또한, 부피 비중이 0.5 이하, 바람직하게는 0.3 이하이도록 무기질 중공 필라와, 미경화의 열경화성 수지를 일체로 혼합하여 이루어진 콤파운드를 금형을 사용하여 소망의 형상으로 가열 및 가압 성형하는 것에 의해 제조하면 적합하다.

이때, 무기질 중공 필라와 수지의 혼합 비율은 다공체층(52a)의 형상 치수, 용도 등에 의해 다른 것으로, 통상은 비중량으로 1:3 내지 2:1 정도이다. 이와 같이 하면, 다공체층(52a)의 표면을 평활하게 할 수 있고, 적층체(52b)와의 적합성이 향상됨과 동시에, 일층의 경량화를 도모하는 것이 가능하게 된다. 구체적으로는 상기 부피 비중의 미기질 중공 필라를 사용하면, 부피 비중이 0.4 내지 0.6 정도로 극히 경량인 다공체층(52a)이 얻어진다.

또한, 다공체층(52a)에 상술한 하니컴 형상을 이루는 심재(121)를 조합하여 사용하여도 좋다. 더욱이, 적층체(52b)를 구성하는 CFRP의 프리프레그 전체적은 코어층(52) 전체 체적의 바람직하게는 0 내지 20 용량％(이 CFRP의 프리프레그를 사용하지 않는 경우도 갖는다), 특히 바람직하게는 5 내지 20 용량％로 된다.

또한 더욱이, 스캔층(51a, 51b)의 두께(t1, t2)와, 코어층(52)의 두께(t3)는 상술한 식(4)에 표시되는 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 다만, 이 경우 t3가 식(4)에 있어서의 Tc에 상당한다.

도 5는 본 발명에 따른 반송용 부재의 제 3 실시예의 구성을 도시한 사시도이고, 반송용 부재를 통형상체로 한 경우의 구성의 일예를 도시한 도면이다.

반송용 부재(6)는 상술한 프리프레그(111, 112)가 적층된 스킨층(61)과, GFRP의 프리프레그(122) 및 CFRP의 프리프레그(123)가 적층된 코어층(62)이 권회된 통형상체이다. 또한, 반송용 부재(6)는 ㄷ자형상을 이루고, 긴 방향으로서의 도시 Z축 방향(통형상체의 축방향)으로 신장한 부분에 상술한 기판(2)이 탑재되도록 되어 있으며, 그 부부의 직경은 선단을 향해서 서서히 얇게 되어 있다.

이와 같은 구성의 반송용 부재(6)를 형성하는 통형상체는 상기 각 프리프레그를 그것에 포함되어 있는 탄소 섬유의 배향 방향이 도시 Z축 방향에 대해서 상술한 각도 범위로 되도록 예를 들면 맨드렐등에 감기는 것에 의해 제조할 수 있다.

또한, 진동 감쇠 특성을 높게 하기 위해서 반송용 부재(6)에 사용되는 프리프레그(111)로서 미세 직경 단부로부터 어느 정도 직경이 크게될때 까지의 부분에서 인장 탄성율이 500 내지 1000 GPa의 피치계 탄소 섬유(제 1 탄소 섬유)를 강화 섬유로서 사용한 프리프레그가 배치되고, 잔류 부분에 주로 인장 탄성율 100 내지 600 GPa의 PAN계 탄소 섬유를 사용한 프리프레그가 배치된 치환 프리프레그 시트를 사용하면 좋다.

더욱이, 동일 치환 프리프레그 시트내에서는 도 5에 도시하는 바와 같이 귄회된 형태에 있어서 상기 피치계 탄소 섬유가 도시 Z축 방향에 대해서 -20°내지 +20°, 적합하게는 -10°내지 +10°의 각도 범위로 배향되고, 이 피치계 탄소 섬유의 배향 방향에 대해서 PAN계 탄소 섬유가 -5°내지 +5°, 바람직하게는 -2°내지 +2°의 상대적인 각도 범위내, 보다 바람직하게는 실질적으로 동일 방향으로 배향되면 적합하다.

또한, 상술한 각 실시예에서는 스킨층(11a, 11b)을 CFRP로 형성하고, 코어층(12)를 CFRP 및 심새로 형성했지만, 스킨층(11a, 11b)을 CFRP, GFRP 및 심재로 형성하고 코어층(12)을 CFRP로 형성해도 좋다.

또한, 코어층(12)을 CFRP, GFRP 및 심재중 어느 하나의 부재만으로 해도 좋고, FRP로서는 다른 섬유를 함유하는 것으로도 무방하다. 더욱이, 반송용 부재(1, 5, 6)은 2개로 나누어진 선단부 또는 2개의 말하자면 아암부를 갖고 있지만, 이와 같이 나누어진 선단부 및 아암부의 수는 3개 이상이어도 좋고, 평판형상의 반송용 부재(1)는 나누어져 있지 않아도 좋다.

또한 더욱이, 반송용 부재(1, 5, 6)의 형상은 기판 등을 탑재시킬수 있지만, 단수한 평판형상 및 통형상 이외의 적합한 형상으로도 좋다. 더욱 또한, 스킨층(11a, 11b, 51a, 51b, 61) 및 코어층(12, 52, 62)을 구성하는 각 프리프레그의 적층 매수 및 적층 순서는 도시한 것으로 한정되는 것은 아니다.

(실시예)

이하, 본 발명에 관한 구체적인 실시예에 대해서 설명하지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.

(실시예1)

(1) 스킨층의 제작

인장 탄성율 800 GPa의 피치계 탄소 섬유를 일방향으로 당겨 잘라 비스멀레이미트 수지를 함침시켜서 얻은 일방향 프리프레그 시트를 그 강화 방향이 반송용 부재의 긴 방향으로 되는 방향에 대해서 0°(즉, 동일 방향)로 되도록, 또한 인장 탄성율 230 GPa의 PAN계 탄소 섬유를 일방향으로 당겨 잘라 비스멀레이미트 수지를 함침시켜서 얻은 일방향 프리프레그 시트를 그 강화 방향이 상기 긴 방향에 대해서 90°(즉 직교 방향)로 되도록 각각 복수를 적층했다.

이것을 오토클레이브 처리하고 두께 약 1.2mm의 스킨층을 제작했다. 또한, 피치계 탄소 섬유를 사용한 전자의 프리프레그 코어층에 있어서의 체적 비율은 75％로 하고, 나머지 25％는 PAN계 탄소 섬유를 사용한 후자의 프리프레그로 했다.

(2)코어층의 제작

인장 탄성율 600GPa의 피치계 탄소 섬유를 일방향으로 당겨 잘라 비스멀레이미트 수지를 함침시켜서 얻은 일방향 프리프레그 시트를 그 강화 방향이 상기 긴 방향으로 되는 방향에 대해서 ±45°로 되도록, 또한 코어층에 있어서의 이 프리프레그 시트의 체적 비율이 5％로 되도록 복수 적층하고, 또한 나머지 부분에는 비스멀레이미트 수지를 함침시킨 글래스 섬유로 이루어지는 프리프레그를 복수 적층하여 두께 약 5.6mm의 코어층을 제작했다.

(3) 반송용 부재의 제작

2층의 상기 스킨층의 사이에 상기 코어층을 배치시켜 접합했다. 더욱이, 양 스킨층의 표면에 인장 탄성율 230GPa의 탄소 섬유의 직물(주자직, 두께 0.1mm)을 부착한 것에 의해 크로스층을 형성시켜서 적층체를 얻었다. 이 적층체를 도 1에 도시한 반송용 부재(1)의 형상으로 가공하고, 길이 1000mm × 폭 600mm(단, 나누어진 부분의 폭 약 20mm) × 두께 약 8.2mm의 반송용 부재(1)를 제작했다.

(열충격 시험)

실시예 1에서 얻은 반송용 부재(1)에 도 1에 도시한 기판(2)과 거의 동일 형상의 흑연판(중량 약 1㎏)을 실은 상태(위치는 도 1에 도시한 기판(2)의 위치)로, 도 2에 도시한 대기중 200℃의 전기로에 10분간 담갔다. 그 후, 노외로 취출하고, 10분간 실온에 방치하여 공냉한다고 하는 열충격 시험을 50 사이클 행했다. 그 결과, 휘어짐이나 박리 등의 다른 형상은 모두 발생하지 않았다. 또한, 시험 전후의 중량 변화도 모두 없었다.

다음에, 열충격 시험 전후의 반송용 부재(1)에 대해서, 도 2에 도시한 편지지 상태로 선단 양단부의 자중 휨을 측정했다. 그 결과, 양단부와도 충격시험 전후의 휨량ㅇ에 변화는 없고, 열충격 시험의 전후에 있어서 열하중에 위한 휨의 증가가 발생하지 않는 것이 확인됐다. 이상의 열충격 시험의 결과에 의해 본 발명의 반송용 부재는 충분한 내열 특성을 갖는 것이 이해된다.

(비교예 1)

인장 탄성율 230GPa의 피치계 탄소 섬유를 일방향으로 당겨 잘라 비스멀레이미트 수지를 함침시켜서 얻은 일방향 프리프레그 시트를 그 강화 방향이 상기 긴 방향에 대해서 0°방향(즉 동일 방향)으로 되도록 복수 적층한 후, 이 양면에 상기 실시예 1과 동일 형상으로 가공하여 반송용 부재를 제작했다.

(굽힘 시험)

실시예 1 및 비교예 1에서 제작한 각 반송용 부재르 ㄹ시험체로 사용하고, 굽힘 탄성율을 구한 결과를 하기 표 1에 도시한다. 이 시험 결과에 의해 본 발명의 반송용 부재는 굽힘 강성이 종래에 비해서 격단으로 향상되는 것이 확인됐다.

(실시예 2)

전체 두께를 1.5mm로한 것(단, 각 프리프레그 시트의 체적 비율, 및 스킨층과 코어층의 두께 비는 실시예 1과 동일함), 및 크로스층을 설치한 것 이외에는 상기 실시예 1과 동일하게 하여 적층체(반송용 부재)를 제작했다.

(비교예 2)

전체 두께를 1.5mm로한 것, 및 크로스층을 설치한 것 이외에는 상기 비교예 1과 동일하게 하여 적층체(반송용 부재)를 제작했다.

(진동 시험)

실시예 2 및 비교예2에서 제작한 각 반송용 부재를 시험체로하여 사용하고, 이 시험체에 굽힘 변형 1000με을 증가하고, 상술한 바와 같은 측정 및 산출 방법에 의해 굽힘 진동에 대한 대수 진동 감쇠율을 구했다.

그 결과, 실시예 2의 대수 진동 감쇠율은 약 0.03인 것에 대해서, 비교예 2의 대수 진동 감쇠율은 약 0.009이였다. 이와 같이 실시예 2는 비교예 2의 3배 이상의 대수 진동 감쇠율을 나타낸다. 그 결과에 의해 본 발명의 반송용 부재는 굽힘 진동에 대한 진동 감쇠 특성이 종래에 비해서 격단으로 향상되고 있는 것이 확인되었다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 경량이고 취급이 용이함과 동시에, 굽힘 특성, 진동 감쇠 특성 및 내열 특성에서 극히 우수하고, 고온 환경에서 대형의 기판 등을 반송하는 용도에 충분히 적용되는 반송용 부재를 얻을 수가 있다.

Claims (1)

1. 탄소 섬유 강화 플라스틱으로 이루어지는 스킨층과, 코어층이 적층된 반송용 부재에 있어서,

   상기 스킨층은 상기 반송용 부재의 긴 방향에 대해 -20°내지 +20°의 각도 범위로 배향하고 또한 인장 탄성율이 500 내지 1000 GPa 인 제 1 탄소섬유를 함유하는 제 1 탄소 섬유 강화 플라스틱층과,

   상기 긴 방향에 대해 +75°내지 +90°및/또는 -75°내지 -90°의 각도 범위로 배향되며 또한 인장 탄성율이 200 내지 400 GPa 인 제 2 탄소 섬유를 함유하는 제 2 탄소섬유 강화 플라스틱층을 갖는 것을 특징으로 하는 반송용 부재.