KR20060045394A

KR20060045394A - Ｃｆｒｐ 정반

Info

Publication number: KR20060045394A
Application number: KR1020050027263A
Authority: KR
Inventors: 다카시 고바야시; 겐이치 아오야기
Original assignee: 신닛뽄세키유 가부시키가이샤
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2006-05-17
Also published as: TW200605974A; JP2005288619A

Abstract

본 발명은 가볍고, 고강성(高剛性)이며, 대전(帶電)되지 않고, 또한 열팽창, 열수축이 적고, 평면도(平面度)가 뛰어난 고정밀도의 탄소섬유 강화수지 복합재료인 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)를 이용한 정반(定盤; surface plate)에 관한 것으로, 인장탄성율(引張彈性率)이 490 ~ 950 GPa인 고탄성율 탄소섬유를 사용한 탄소섬유 강화수지 복합재료를 포함하는 CFRP 정반(11)은, 투영(投影) 면적 350,000 ~ 100,000,000 mm², 높이 45 ~ 500 mm인 것을 특징으로 한다.

정반, 탄성율, 열팽창율, 평면 정밀도, 탄소수지, 무구재

Description

ＣＦＲＰ 정반 {CFRP SURFACE PLATE}

도 1은 본 발명의 유리 기판용 정반의 구조를 나타낸 개념도이다.

도 2는 무구(無垢) 구조의 정반의 단면도이다.

도 3은 스킨 코어(skin core) 구조의 정반의 단면도이다.

도 4는 리브(rib) 구조의 정반의 분해 사시도이다.

도 5는 허니컴(honey comb) 구조의 정반의 분해 사시도이다.

<부호의 설명>

11: 정반 12: 유리 기판

21: 무구재 31: 스킨층

32: 코어층 33: 스킨층

41: 탄소섬유 강화 수지판 42: 리브 구조체

43: 탄소섬유 강화 수지판 51: 탄소섬유 강화 수지판

52: 허니컴 구조체 53: 탄소섬유 강화 수지판

본 발명은 탄소섬유 강화수지 복합재료(CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer) 판)를 사용한 CFRP 정반에 관한 것이며, 특히 액정 유리 기판, 플라즈마 디스플레이나 유기 EL용 등의 디스플레이기판 제조 라인 전반에서의 검사용 정반에 관한 것이다.

정반이란, 측정 작업, 선 긋기작업에 있어서, 기준 평면으로서 사용되는 것으로, 정확하고 평탄하게 마무리한 평면을 갖고, 이 평면도를 오래 유지하기 위해 강성, 경도(硬度) 및 내마모성(耐摩耗性)을 가지는 받침대이며, 정반은 주철(鑄鐵)로된 상자형 정반 외에 석재 정반이 알려져 있고, 또 사용하는 용도에 따른 각종 정반이 있다.

액정 유리 기판의 표면 검사를 행할 때, 제품의 유리 기판을 탑재하는 정반으로는, 종래부터 두꺼운 석질 재료, 금속 재료, 알루미늄 재료나 알루미늄으로 된 허니컴 재료 등이 사용되고 있다. 액정 유리 기판의 대형화(최신의 것은 1500 × 1800 mm, 종래품은 800 × 800 mm정도)에 따라 이들 정반도 대형화되고 있다.

그러나 석질 재료, 강제 재료는 정반으로서 충분한 강성은 있지만 그 중량이 무겁고, 또 알루미늄 재료, 알루미늄 허니컴 재료는 중량 면에서는 어느 정도 개선되었지만, 열팽창이 커서 사용하기 편리하다고는 할 수 없다. 정반을 더욱 경량화하면 주변의 모터 등의 구동계도 크기를 작게할 수 있으므로 총 비용도 절감할 수 있게된다.

또한, 이들 재료는 온도 변화에 의한 열팽창, 열수축을 감수해야 하고, 특히 정반의 두께 방향(평면 내측 방향의 열팽창율)의 열팽창이 문제이며, 최근과 같이 높은 정밀도가 요구되는 기기류, 특히 정반 상부에 다양한 검사기를 설치하는 비접촉 탑재식(非接觸搭載式) 정반에 사용할 때는 큰 문제가 되고있다.

이와 같이 액정 유리 기판 제조 분야에 있어서, 기준이 되는 정반의 존재는 필요 불가결하다. 이 정반에는 가벼우며 충분한 강성 및 평면도가 뛰어나고, 바람직하게는 평면 내의 열팽창이 균일하면서도 작은 것이 필요하고, 유리 기판의 오염 및 파손 방지를 위해 정전기에 의한 대전도 일어나지 않는 것이 필요하다.

그러나, 전술한 바와 같이 종래의 정반에 있어서는, 이러한 요구 특성을 충분히 만족시키는 것은 없었다.

일본국 특개평8(1996)-71916호 공보(특허 문헌 1)에는, 탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP)으로 된 연마용(硏磨用) 정반이 개시되어 있다. 여기서는, 정반 위에 설치되는 상부 정반을 CFRP로 형성함으로써, 경량화할 수 있어 연마포(硏磨布)를 상부 정반에 고정해 두고, 연마포의 교환 시에는 상부 정반과 함께 교환 가능하며, 정반 자체도 CFRP로 형성함으로써, 장치 전체의 중량을 줄일 수 있는 것이다. 또, 가볍고, 기계적 강도가 뛰어난 것 외에, 열변위가 적고, 양호한 평탄도를 유지할 수 있는 것도 특징으로 하고 있다.

일본국 특개2001-117080호 공보(특허 문헌 2)에서는, 액정 표시판용의 기판의 가열 장치에 있어서, 그 일부 또는 전부가 탄소결합 탄소섬유 복합재료로 이루어지는 지지 플레이트가 개시되어 있다. 여기서의 탄소결합 탄소섬유 복합재료(이른바 C/C composite)는, 예를 들면, 탄소섬유를 필라멘트 와인딩 방법 등에 의해 일방향을 강화한 것, 탄소섬유로 짠 천, 부직포(不織布)를 중첩하여 2방향을 강화 한 것, 또는 다 방향으로 짜서, 다 방향으로 강화한 것 등의, 1차원 구조, 2차원 구조, 또는 3차원 구조로 조립하고, 필요에 따라 흑연화하여 제작되는 것이다. 이와 같은, 탄소결합 탄소섬유 복합재료는, 열팽창율이 작기 때문에, 가열 수단을 내포하는 지지 플레이트로서, 발열시켜 고온으로 한 경우에도 열팽창이 거의 일어나지 않는다.

일본국 특개평6(1994)-331870호 공보(특허 문헌 3)에는, 가볍고, 고강성이며, 또한 열팽창 및 열수축이 적어, 고정밀도의 광학 기기용 정반을 제공하기 위하여, 섬유의 섬유 방향 열팽창율이 마이너스인 탄소섬유를 적층하여 얻어지는 탄소섬유 보강 복합재로서, 면 방향의 탄소섬유 보강 복합재로서의 열팽창율이 -1 × 10^-6~ 3 × 10^-6/˚C인 재료로 이루어지는 정반이 개시되어 있다.

상기 특허 문헌 1과 3에 명시된 정반은, 본 발명이 목적으로 하는 액정 유리 기판 제조를 의도한 것이 아니고, 또, 그 크기도 특허 문헌 1의 실시예에서는 투영 면적이 300,000 mm²미만이며, 특허 문헌 3에서는, 80,000 mm²의 예를 나타낸 것에 지나지 않는다. 사용되는 탄소섬유의 탄성율에 대하여도, 특허 문헌 1에서는 신장 탄성율 50 GPa 정도(5,000 kg/mm²), 특허 문헌 3에서도 400 GPa 정도(40 t/mm²)의 예를 나타낸 것에 지나지 않는다.

특허 문헌 2의 지지 플레이트는, 내부에 가열 수단을 포함하여 상부에 탑재 되는 유리 기판을 가열하기 위하여, 막 두께는 그다지 두껍게 하지 못하고, 또, 소성(燒成)에 의해 흑연화한 탄소결합 탄소섬유 복합재료로서 존재하므로, 지지 플레이트의 굴곡강도로서 40 MPa 정도(4000 kg/cm²)를 얻을 수 있는 것이 개시되어 있는 것에 지나지 않는다.

본 발명은, 이와 같은 종래의 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 가볍고, 고강성으로, 대전이 되지 않고 또한 열팽창, 열수축이 적고, 평면도가 뛰어난 고정밀도의 CFRP 정반을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 상기의 과제를 해결하는 방법에 대하여 검토를 거듭한 결과, 수지, 특히 열강화성 수지를 고탄성율 탄소섬유에 함침(含浸)시켜 성형(成形)한 탄소섬유 강화수지 복합재료를 사용함으로써, 상기 과제를 해결하고 CFRP 정반을 얻을 수 있다는 사실을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉 본 발명은,

(1): 인장 탄성율 490 ~ 950 GPa인 고탄성율 탄소섬유를 사용한 탄소섬유 강화수지 복합재료를 포함하는 CFRP 정반이며, 상기 CFRP 정반이 투영 면적 350,000 ~ 100,000,000 mm², 높이 45 ~ 500 mm인 것을 특징으로 하는 CFRP 정반;

(2): 정반 평면의 일방향을 X축으로 하여, 이것과 직교하는 방향을 Y축으로했을 때, X축의 비탄성율(比彈性率)(굴곡)이 8 × 10⁸ cm이상 20 × 10⁸ cm이하이며, Y축의 비탄성율(굴곡)이 8 × 10⁸ cm이상 20 × 10⁸ cm이하인 것을 특징으로 한 (1)의 CFRP 정반;

(3): (1) 또는 (2)에 기재된 CFRP 정반 상면의 평면 정밀도가 JIS B7513 「정밀 정반」에 규정되어 있는 2급이상인 것을 특징으로 하는 CFRP 정반;

(4): (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 CFRP 정반의 표면에 연마용 수지층(樹脂層)을 설치한 것을 특징으로 하는 CFRP 정반;

(5): (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 CFRP 정반의 표면에 도전성 무기 분체(導電性無機粉體)와 수지로 이루어지는 도전성 수지층을 구비한 것을 특징으로 하는 CFRP정반;

(6): (1) 내지 (5) 중 어느 한 항에 기재된 CFRP 정반이 직접 탑재식 용도에 사용하는 것이며, 상기 정반의 표면 거칠기가 JIS B0601-1994에 규정되고 10점 평균 거칠기(Rz_JIsg4)로 계산해서, 10 ~ 25 ㎛의 범위인 것을 특징으로 하는 CFRP 정반;

(7): (1) 내지 (5) 중 어느 한 항에 기재된 CFRP 정반이 비접촉 탑재식 용도에 사용하는 것이며, 상기 정반의 평면 방향의 열팽창율이 -1 × 10^-6 ~ 4 × 10^-6/˚C인 것을 특징으로 하는 CFRP 정반;

(8): (1) 내지(7) 중 어느 한 항에 기재된 CFRP 정반이 탄소섬유 강화수지 복합재료를 필수로 하고, 수지층, 도전성 수지층을 임의의 구성 요소로 한 무구 구조이며, 상기 탄소섬유 강화수지 복합재료가 인장 탄성율이 490 ~ 950 GPa인 연속 탄소섬유를 일방향으로 나란히 배열한 프리프레그(prepreg)를 0 ~ 10°, 80 ~ 90 °, ±30 ~ ±60° 방향으로 배치시키면서 적층한 것을 특징으로 하는 CFRP 정반;

(9): (1) 내지 (6) 중 어느 한 항에 기재된 CFRP 정반이 스킨층과 코어층으로 이루어지는 스킨-코어 구조이며, 상기 스킨층이 탄소섬유 강화수지 복합재료를 필수로 하고, 수지층, 도전성 수지층을 임의의 구성 요소로 하고, 상기 탄소섬유 강화수지 복합재료가 인장 탄성율이 490 ~ 950 GPa인 연속 탄소섬유를 일방향으로 나란히 배열한 프리프레그를 0 ~ 10°, 80 ~ 90°,±30 ~ ±60° 방향으로 배치시키면서 적층한 탄소섬유 강화수지 복합재료이며, 상기 코어층이 수지, 촙트(chopped) 탄소섬유 강화 수지 또는 유리 섬유 강화 수지 중 어느 하나 또는 이들의 두개이상의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 CFRP 정반;

(10): (1) 내지 (6) 중 어느 한 항에 기재된 CFRP 정반이 내부에 리브를 가지는 중공(中空) 형상을 가지고, 상기 정반의 상하면의 탄소섬유 강화수지 복합재료를 필수로 하고, 양쪽 변 내지 사방을 다시 판재로 둘러싼 중공 구조이며, 상기 상하면의 탄소섬유 강화수지 복합재료가 인장 탄성율이 490 ~ 950 GPa인 연속 탄소섬유를 일방향으로 나란히 배열한 프리프레그를 0 ~ 10°, 80 ~ 90°,±30 ~ ±60° 방향으로 배치시키면서 적층한 탄소섬유 강화수지 복합재료이며, 상기 리브 및 판재가 수지, 촙트 탄소섬유 강화 수지 또는 유리 섬유 강화 수지 중 어느 하나 또는 이들의 두개이상의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 CFRP 정반;

(11): (1) 내지 (6) 중 어느 한 항에 기재된 CFRP 정반이 스킨층과 허니컴층을 가지는 허니컴 구조이며, 상기 스킨층이 탄소섬유 강화수지 복합재료를 필수로 하고, 수지층, 도전성 수지층을 임의의 구성 요소로 하고, 상기 탄소섬유 강화수지 복합재료가 인장 탄성율이 490 ~ 950 GPa인 연속 탄소섬유를 일방향으로 나란히 배열한 프리프레그를 0 ~ 10°, 80 ~ 90°, ±30 ~ ±60° 방향으로 배치시키면서 적층한 탄소섬유 강화수지 복합재료이며, 상기 허니컴층이 알루미늄으로 된 허니컴 또는 CFRP 허니컴을 구성 요소로 하는 것을 특징으로 하는 CFRP 정반을 제공하는 것이다.

도 1은, 본 발명에 관한 CFRP 정반(11)이며, 여기서는 유리 기판(12)을 직접 탑재하는 정반을 나타내고 있다. 본 발명에 관한 CFRP 정반은, 투영 면적 350,000 ~ 100,000,000 mm², 높이 45 ~ 500 mm이며, 그 투영 형상은 직사각형, 원형 등이 있다. 여기서, 「투영 면적」이란, 정반을 그 상면으로부터 하면을 향하여 2차원으로 투영할 때의 면적을 의미한다.

본 발명의 CFRP 정반은, 특히 액정 유리 및 디스플레이 기판 검사용 정반으로서 성능이 우수하다. 즉 상면의 불균일과 거칠기가 작으며, 평면도가 뛰어나고, 또한 경량이며, 중량에 대한 굴곡의 비탄성율이 높고, 또한 대전 제거성이 뛰어나 평면 내측 방향의 열팽창, 열수축이 작고(즉, 두께와 수직 방향의 열팽창이 작다), 장시간동안 변화를 일으키지 않고, 고정밀도이며, 액정 유리 기판과 같은 피검사물을 오염시키거나, 손상시키지 않는다.

(CFRP 정반의 특성)

본 발명에서, CFRP 정반은 인장 탄성율 490 ~ 950 GPa, 바람직하게는 600 ~ 830 GPa의 고탄성율 탄소섬유를 적층하여 얻어지는 탄소섬유 보강 복합재료의 사용이 필요하여, 정반 평면의 일방향을 X축으로 하고, 이와 직교하는 방향을 Y축으로했을 때, X축의 비탄성율(굴곡)이 8 × 10⁸ cm이상 20 × 10⁸cm이하이며 Y축의 비탄성율(굴곡)이 8 × 10⁸cm이상 20 × 10⁸ cm이하이고(비탄성율은, 탄성율을 밀도로 나눈 수치), 면적 350,000 ~ 100,000,000 mm², 높이 45 ~ 500 mm의 것을 얻을수 있다. 종래의 석질 정반, 주철로 된 것이라면, 이와 같은 크기에서는 중량이 1000 kg을 넘어 버리만, 본 발명의 CFRP 정반에서는 200 ~ 300 kg이어서 중량이 매우 가벼워지게 된다.

본 발명의 CFRP 정반에서는, 정반의 평면이 평탄한 것 즉, 평면 정밀도가 중요한 요소이며, 해당 정반이 통상 2급 이상, 1급 이상의 평면 정밀도(JIS B7513)인 것이 실용면에서 바람직하다.

여기서 평면 정밀도라 함은, 큰 범위에서 평탄한 것, 예를 들면 휨, 습곡(褶曲), 만곡(彎曲) 및 흔들림이 작거나, 혹은 실질적으로 없는 것을 의미하고, 일반적으로는 평면도라고 한다. 한편, 표면의 미크로 요철(凹凸)은, 본 발명에서는 표면 거칠기라는 용어를 쓰기로 한다. 그리고, 평면 정밀도의 계산은, 참조한 JIS에 기재된 방법으로 측정 가능하다.

또한 평면 정밀도가 좋은 CFRP 정반을 얻기 위해서는 후술한 것처럼 의사등방(擬似等方) 배치한 탄소섬유 강화수지 복합재료를 사용하는 것이 바람직하다.

또한 더 바람직하게는 정밀도가 높은 적층 성형 기술이나 수정하기 위한 연마 등의 가공 처리도 필요하다.

연마하는 데 있어서는, CFRP 정반의 최상 표면에 수지층을 설치하여, 상기 수지층을 연마하는 것이 바람직하다. 수지층의 두께는 통상 0.1 ~ 0.5 mm이다.

수지층의 재질은 열가소성 수지, 열강화성 수지를 모두 사용할 수 있고, 또 탄소섬유나 유리 섬유, 아라미드 섬유(aramid fiber) 등에 의해 구성된 직물 프리프레그를 배치할 수도 있다.

그 이유는, 최상 표면에 수지나 직물 프리프레그를 배치함으로써, 미장성(美裝性)이 향상되고, 또 표면을 연마하기 쉽고, 평활면화할 수 있기 때문이다. 또, 최하 표면에 직물 프리프레그를 배치하는 것은, 못이나 나사로 천공하여 금속 부재 등을 고정 시에,일방향 섬유에서는 실이 풀어져서 고정할 수 없기 때문이다. 허니컴재와의 접착면에 탄소섬유 직물 프리프레그를 배치하는 것은 접착성을 향상시키기 위해서이다.

CFRP 정반은, 상기 수지층을 바꾸거나, 또는 상기 수지층에 부가하여 정전기에 의한 대전 방지를 위해 도전성 부여 가공, 예를 들면 동, 은, 금, 알루미늄, 철, 티탄, 탄소 등의 도전성 무기 분체와 수지를 혼합한 도전성 수지 조성물을 CFRP 정반 상면에 피복(coating)하여 도전성 수지층을 설치해도 된다. 이 도전성 수지층을 설치함으로써, 대전에 의한 유리 기판의 오염을 방지할 수 있다. 상기 도전성 수지층은 상기 수지층의 연마 기능을 겸비할 수 있다. 종래에는, 이온 교환에 의한 정전기 제거 장치에 의하여, 정전기를 방지하고 있지만, 본 발명에서는 이것을 불 필요하게 할 수 있다.

도전성 수지층의 피복 두께는 적절하게 설정할 수 있지만, 통상은 0.5 ~ 1 mm로 할 수 있다.

본 발명의 CFRP 정반에서는, 표면 거칠기(Rz, JIS B0601-1994)가, 10 ~ 25 ㎛인인 것이 바람직하다. 특히 정반 위에 피검사물을 탑재하는 방식(이하에서는 「직접 탑재식」이라고 한다)에서는, 피검사물과 정반의 사이에 이와 같은 작은 간극이 존재함으로 해서, 피검사물의 이동이 용이하게 된다. 간극이 없으면, 정반과 피검사물을 위로 이동시킬 때, 계면(界面)이 진공 상태가 되어 밀착되기 때문에, 기판이 파손되는 경우가 있다. 특히 표면 거칠기를 상기 특정 범위로 설정하는 것이 유효하다.

표면 거칠기가 50 ㎛를 넘으면, 평면 정밀도의 허용 범위를 넘는 경우도 있기 때문에, 피검사물을 손상시킬 우려가 있어 바람직하지 않다.

이와 같은 표면 거칠기를 달성하기 위해서는, 정반 표면의 수지층의 연마시의 연마포, 연마용 입자의 거칠기나 연마 속도를 조정함으로써 용이하게 달성할 수 있다.

(탄소섬유 강화 복합재의 구성 등)

본 발명의 탄소섬유 보강 복합재료는 인장 탄성율 490 ~ 950 GPa, 바람직하게는 600 ~ 830 GPa의 고탄성율 탄소섬유를 판형에 적층하여 얻어지는 것을 말한다.

본 발명에 있어서는, CFRP 정반의 주요한 물성은 탄소섬유 강화 복합재이기 때문에, 탄소섬유 강화 복합재료에 대하여는 특히 상세하게 설명한다.

본 발명의 CFRP 정반에 사용하는 탄소섬유 강화 복합재로서는, 상기의 인장탄성율을 가지는 고탄성의 연속 탄소섬유를 일방향으로 혼합한 프리프레그(이하에서는 「일방향재」라고 한다)를 적층하고 성형한 적층체, 또는 상기 적층체에 탄소섬유의 평직(平織; plain weave), 능직(綾織; twil weave) 또는 주자직(朱子織; satin weave) 등의 직물을 적절하게 조합된 것이 이용된다. 일방향재의 경우, 인장탄성율이 490 GPa보다 낮으면 JIS 2급의 평면도를 얻는 가공에 필요한 강성을 얻지 못하고 제작이 곤란해진다. 반대로 950 GPa보다 높으면 일방향으로 혼합한 프리프레그의 제작이나, 적층 작업이 곤란해진다.

이 직물에 사용되는 탄소섬유로서는 피치계 탄소섬유, 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile; PAN)계 탄소섬유를 모두 사용할 수 있어 인장탄성율은 통상 5 0 ~ 1,000 GPa의 것이 사용할 수 있다.

한편, 프리프레그의 매트릭스 수지는 열강화성 수지나 열가소성 수지를 사용할 수 있다. 열강화성 수지로서는, 불포화 폴리에스테르수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 포리이소시아네이트 수지 등을 주성분으로 하는 수지를 들 수 있다. 또, 열가소성 수지으로서는, 폴리카보네이트 수지, PEEK 수지, PPS 수지, 나일론(PA), PI, PEI 등 및 이들을 주성분으로 하는 폴리머알로이를 들 수 있다.

(탄소섬유의 배치)

정반 평면 내의 세로, 가로, 대각선 중 어느 방향으로도 탄성율, 강도가 균등한 것이 바람직하고, 이와 같은 경우에는 탄소섬유 방향은 의사 등방 적층이 최 적이다.

상기 적층체로서는 연속한 탄소섬유를 사용한 일방향재를 0 ~ 10°, 80 ~ 90°(주:센터가 0°에서 ±5°, 마찬가지로 90°가 센터에서 ±5°), ±30 ~ ±60° 방향으로 배치시키면서 적층한 탄소섬유 강화수지 복합재료가 바람직하게 사용될 수 있다. 이와 같은 탄소섬유의 적층 구성(의사 등방 적층이라고 함)에 의하여, 탄성율, 강도가 평면 내인 등방성의 높은 정반을 용이하게 형성할 수 있다.

적층 구성에 대하여도 중립면을 협지하여 상하로 대칭 관계가 되도록 탄소 섬유를 배치하는 것이 바람직하다. 여기서 말하는 중립 면은 무구 구조의 경우에 있어서, 굴곡 하중에 대한 중립축을 의미하고, 실제로는 두께 방향으로 1/2의 위치가 중립면이 된다. 그 외에, 3종류의 구조를 가지는 스킨층의 경우에는, 전체 정반의 높이의 1/2의 위치를 중립면으로서, 스킨층의 적층을 상하 대칭으로 하는 것이 바람직하다.

CFRP 정반의 용도에 따라서는 길이 방향의 강성이 필요한 경우가 있지만, 이 경우에는 길이 방향(0˚방향)에 고 인장탄성율의 탄소섬유를 더 많이 배치하고, 높이 방향, 폭 방향은 탄소섬유량을 적게 하면 된다.

적층에 사용하는 탄소섬유는 일방향 프리프레그만 사용하는 것이 바람직하지만, 이것에 한정되지 않고, 상기 탄소섬유이면, 직물, 매트, 페이퍼 등에 매트릭스 수지를 함침한 것을 CFRP 정반의 목적의 특성을 잃지 않는 범위에서 일방향재와 조합해서 사용하는 것도 가능하다.

(열팽창의 제어)

CFRP 정반의 용도, 예를 들면 비접촉 탑재식의 CFRP 정반에 따라서는 탄소섬유 보강 복합재로서의 열팽창율이 -1 × 10^-6~ 4 × 10^-6/℃의 범위 내인 것이 요구된다. 상기 열팽창율은, 바람직하게는 -0.5 × 10^-6 ~ 3 × 10^-6/℃이며, 또한 정반으로 사용하기 위해서는 열팽창율이 0에 가까울 수록 좋다.

또, 탄소섬유 보강 복합재의 평면 내측 방향의 열팽창율이 상기 범위에서 벗어난 경우에는, 온도 변화에 의해 정반의 팽창 또는 수축이 영향을 주어, 특히 비접촉 탑재식의 정반에서는 정밀한 측정이 곤란해져서 바람직하지 않다.

섬유 방향 열팽창율이 플러스(+)인 탄소섬유를 적층한 경우에는, 매트릭스의 열팽창율이 플러스이기 때문에, 복합재의 열팽창율이 크게 되어서, 온도 변화에 의한 정반의 팽창 또는 수축이 크게 되어, 용도에 따라서는 목적에 합치하지 않게 되는 경우가 있다.

따라서 탄소섬유로서는 선팽창 계수가 -0.5 × 10^-6 ~ -1.8 × 10^-6/℃, 바람직하게는 -1.0 × 10^-6 ~ -1.6 × 10^-6/℃이면 특히 한정되지 않는다.

이와 같은 탄소섬유로는, 예를 들면 피치계 탄소섬유, 특히 탄성율이 490 ~ 950 GPa의 탄소섬유가 있다. 단, 선팽창 계수가 상기 범위 내이면, PAN계 탄소섬유도 사용할 수 있다.

상기 탄소섬유와 매트릭스 수지를 조합시켜 사용하고, 강성 및 열팽창율은 탄소섬유의 탄성율, 탄소섬유의 각도(의사 등방 배치: 0 ± 5°, 90° ± 5°,±30 ~ ±60°) 및 탄소섬유의 체적 함유율(70 ~ 40 용량%의 범위) 등을 적절하게 조합시켜 설계함으로써 목적하는 열팽창율을 가지는 CFRP 정반을 얻을수 있다.

(탄소섬유 강화 복합재료를 사용한 정반의 구조)

(무구 구조)

본 발명의 CFRP 정반 11은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 탄소섬유 강화 복합재료(21)를 전체적으로 사용하고, 상기 탄소섬유 강화 복합재료의 표면에, 필요에 따라 수지층 또는 도전성 수지층(도시하지 않음)을 설치(이하 「무구 구조」라고 함)하는 것이 가능하다.

(스킨 코어 구조)

본 발명의 CFRP 정반은, 상기와 같은 무구 구조도 되지만, 도 3의 단면도에 나타낸 바와 같은 스킨층(31)과 코어층(32)의 2층으로 이루어지는 구조(이하 「스킨 코어 구조」라고 한다)로 할 수도 있다. 또, 2매의 스킨층(31, 33) 사이에 코어층(32)을 배치한 3층 구조로 할 수도 있다. 당연히 이와 같은 스킨 코어 구조라 하더라도 본 발명의 정반의 성능을 만족시키는 것은 말할 필요도 없다.

이 경우 스킨층에 탄소섬유 강화 복합재료를 사용한다. 상기 스킨층이 본 발명의 정반의 기본 성능를 좌우한다. 스킨층(31)의 상면(3층 구조의 경우에는 아래쪽 스킨층(33)의 하면도 포함)에는, 무구 구조와 마찬가지로 필요에 따라 수지층 또는 도전성 수지층(도시하지 않음)을 설치하는 것이 가능하다.

코어층은 수지, 촙트 탄소섬유 강화 수지, 유리 섬유 강화 수지 또는 이들의 두개 이상의 조합을 사용하는 것이 바람직하고, 이들 재료를 사용함에 따라 CFRP 정반의 성능을 유지하면서 제조 비용을 절감하게 된다.

코어층에 사용하는 수지 또는 매트릭스 수지로서는 상기 탄소섬유 복합재료의 매트릭스 수지와 같은 수지를 사용할 수 있다.

(중공 리브 구조)

다른 CFRP 정반의 구조로서는, 내부가 빈 중공 리브 구조로 할 수 있고, 상기 리브 구조에 의해 CFRP 정반의 성능을 유지하면서 무구 구조보다 더 경량화할 수가 있다.

또, 정반 내부에, 진공 흡착용 파이프나 제어용 코드 등을 수납할 수 있다.

중공 리브 구조의 CFRP 정반은 탄소섬유 강화 복합재료를 상하면에 사용하고, 격자형 또는 한쪽 방향으로 리브를 설치할 수 있다. 예를 들면, 도 4는 격자형의 리브 구조체(42)의 상하에 2매의 탄소섬유 강화 수지판(41, 43)을 배치한 구조를 나타내고 있다. 탄소섬유 강화 수지판(41)의 상면 또는 탄소섬유 강화 수지판(43)의 하면에는, 무구 구조와 마찬가지로 필요에 따라 수지층 또는 도전성 수지층(도시하지 않음)을 설치할 수 있다.

리브 재는 수지로 된 판이나 촙트 탄소섬유 강화 수지, 유리 섬유 강화 수지판, 탄소섬유 강화 수지판 등, 또는 각각 2개 이상을 조합한 것 사용할 수 있지만 특히 촙트 탄소섬유 강화 수지와 탄소섬유 강화 복합재료를 조합한 것을 사용하는 것이 바람직하다.

정반의 외주부에는, 양측 에지 내지 4 방향의 둘레를 판재로 둘러쌀 수가 있다. 이로써 외부로부터의 티끌 및 분진의 침입이나, 내부로부터의 분진의 발생을 방지할 수 있다.

판재의 재료로서는 촙트 탄소섬유 강화 수지, 유리 섬유 강화 수지판, 탄소섬유 강화 수지판 등, 또는 각각 2개 이상을 조합한 것 사용할 수 있지만 특히 촙트 탄소섬유 강화 수지와 탄소섬유 강화 복합재료를 조합한 것을 사용하는 것이 바람직하다.

(허니컴 구조)

또 CFRP 정반을 더욱 경량화하고, 강성을 높이기 위해서는, 본 발명의 정반은, 2매의 탄소섬유 강화 수지판 사이에 허니컴재를 접착하는 것이 바람직하다(이하 「허니컴 구조」라고한다). 허니컴재로서는, 알루미늄, 탄소섬유, 아라미드 섬유 등을 조합한 것이며, 특히 알루미늄 허니컴재가 바람직하게 이용된다. 도 5는 허니컴재(52)의 상하에 2매의 탄소섬유 강화 수지판(51, 53)을 배치한 구조를 나타내고 있다. 탄소섬유 강화 수지판(51)의 상면 또는 탄소섬유 강화 수지판(53)의 하면에는, 무구 구조와 마찬가지로 필요에 따라 수지층 또는 도전성 수지층(도시하지 않음)을 설치할 수 있다.

그리고, 리브 구조의 중공 내부나 허니컴 구조의 중공 내부에는 발포 수지를 충전(充塡)해도 된다. 중공의 경우에 비하여, 발포재가 충전되어 있으면, 탭 가공 등을 실시할 수 있는 인서트의 삽입도 가능해진다.

정반의 허니컴재와의 접착면에는, 탄소섬유나 유리 섬유, 아라미드 섬유 등에 의해 구성된 직물 프리프레그를 배치할 수도 있다.

(보조적인 가공)

본 발명의 정반에서는, CFRP 정반의 상면 및 그 외의 부분, 예를 들면 탄소섬유 보강 복합재의 상면에, 미리 액정 유리 기판이나, 검사 측정 장치 등을 고정하기 위한 구멍을 뚫는 가공이나 나사 구멍 등의 부속물을 설치해도 된다.

[실시예]

이하, 실시예를 나타내고, 또한 본 발명을 상세하게 설명한다.

(실시예 1)

세로 1500 × 가로 1800 mm, 높이 50 mm인 정반에 대하여, 이하 4 종류의 구조를 가지는 정반을 제작했다.

- 무구 구조

인장 탄성율이 600 GPa(NGF제 「XN60」)의 연속 탄소섬유를 한쪽 방향으로 나란히 배열한 프리프레그를 0°, 90°,±45° 방향으로 교대로 배치시키면서 적층하고 경화한 탄소섬유 강화수지 복합재료로 무구 구조인 CFRP 정반을 얻었다.

- 스킨 코어 구조

스킨층에 인장 탄성율이 600 GPa(NGF제 「XN60」)의 연속 탄소섬유를 한쪽 방향으로 나란히 배열한 프리프레그를 0°, 90°, ±45° 방향으로 교대로 배치시키면서 적층하고 경화한 탄소섬유 강화수지 복합재료와 코어층에 촙트 탄소섬유(토레사제 「T700S」를 단섬유화한 것)를 배합한 촙트 탄소섬유 강화제 수지 경화물을 사용하여, 코어층의 상하에 스킨층을 대칭으로 배치해 CFRP 정반을 얻었다.

- 리브/박스 구조

리브용 성형판으로서, 촙트 탄소섬유(토레사제 「T700S」를 단섬유화한 것) 를 배합한 두께 10 mm의 촙트 탄소섬유 강화제 수지 경화 성형판을 사용하여, 100 mm 간격으로 수직으로 세워 격자형으로 배치하여, 또 주위도 마찬가지로 수지 경화 성형판을 수직으로 세우고 둘러싼 격자형의 리브 판을 형성한 후, 인장탄성율이 600 GPa(NGF제 「XN60」)인 연속 탄소섬유를 한쪽 방향으로 나란히 배열한 프리프레그를 0°, 90°, ±45° 방향으로 교대로 배치시키면서 적층하고 경화한 두께 10 mm의 탄소섬유 강화수지 복합재료를 격자형의 리브 판의 상하로부터 협지하도록 접착해 CFRP 정반을 얻었다.

- 허니컴 구조

알루미늄제 허니컴을 코어층으로해서, 인장탄성율이 600 GPa(NGF제 「XN60」)인 연속 탄소섬유를 한쪽 방향으로 나란히 배열한 프리프레그를 0°, 90°, ±45° 방향으로 교대로 배치시키면서 적층하고 경화한 두께 10 mm의 탄소섬유 강화수지 복합재료를 알루미늄 허니컴의 상하로부터 협지하도록 접착해 CFRP 정반을 얻었다.

(비교예 1)

동 형상의 정반을 일반적인 주철 및 석재를 사용하여 제작했다.

이같이 하여 얻어진 CFRP 정반의 특성(중량, 열팽창 계수, 비탄성율, 평면도)을 주철 정반, 돌정반의 특성과 함께 표 1에 나타낸다.

본 발명의 정반은, 종래와 비교하여 압도적으로 경량이며, 열팽창율이 작고, 비탄성율이 높고 고정밀도이다.

[표 1]

	중량 kgf	열팽창율 /℃	비탄성율 × 10⁷cm	평면도
무구 구조	229	0.3 × 10^-6	94.7	JIS 2급
스킨코어 구조	189	2.0 × 10^-6	92.8	JIS 2급
박스 구조	107	1.5 × 10^-6	126.6	JIS 2급
허니컴 구조	99.9	3.2 × 10^-6	94.6	JIS 2급
주철 정반	972	10 × 10^-6	1.39	JIS 2급
석재 정반	392	5.4 × 10^-6	20.7	JIS 2급

(실시예 2)

실시예 1에서 얻어진 정반(리브 구조)의 정반 표면에 도전성 도료를 도포한 것을 제작했다.

(비교예 2)

상기 비교예 1에서 사용한 JIS 2급의 석재 정반을 그대로 사용하였다.

(평가방법)

두께 0.8 mm의 유리 기반을 정반면에 배치한 후, 유리를 정반의 윗쪽으로부터 흡착하여 정반면으로부터 이동했다.

비교예 2에서는, 유리에서 정전기의 대전이 관찰되었지만, 실시예 2에서는, 정전기의 발생은 관찰되지 않았다.

(실시예 3)

실시예 1에서 얻어진 정반(리브 구조)의 정반 표면의 표면 거칠기(Rz_JIS94)를 15 ㎛로 한 것을 사용하였다.

(비교예 3)

상기 비교예 1에서 사용한 JIS 2급의 주철제 정반(표면 거칠기: 38 ㎛)을 그대로 사용하였다.

두께 0.8 mm의 유리 기반(세로 1100 × 가로 1300 mm²)을 정반면에 배치한 후, 유리를 정반의 윗쪽으로부터 흡착하여 정반면으로부터 이동했다. 100회 반복 실시한 결과, 실시예 3에서는 문제가 없었지만, 비교예 3에서는, 12회 째에 유리가 파손되었다.

(비교예 4)

세로 1500 × 가로 1800 mm, 높이 50 mm의 정반에 대하여, 인장 탄성율이 230 GPa(토레사제 「T700S」)의 연속 탄소섬유를 한쪽 방향으로 혼합한 프리프레그를 0°, 90°, ±45° 방향으로 교대로 배치하면서 적층하고 경화한 탄소섬유 강화수지 복합재료로 무구 구조인 CFRP 정반을 얻었다.

평면 가공 후에 있어서 JIS 2급의 평면도의 정반을 얻을 수 없었다.

본 발명의 CFRP 정반은, 고탄성의 탄소섬유를 사용하고 있으므로, 가볍고, 고강성으로, 평면 정밀도가 높고 또한 열팽창, 열수축이 적기 때문에 정반의 정밀도가 높다.

Claims

인장(引張) 탄성율이 490 ~ 950 GPa인 고탄성율 탄소섬유를 사용한 탄소섬유 강화수지 복합재료를 포함하는 CFRP 정반(定盤)으로, 상기 CFRP 정반이 투영(投影) 면적 35 0,000 ~ 100,000,000 mm², 높이 45 ~ 500 mm인 것을 특징으로 하는 CFRP 정반.
제1항에 있어서,

정반 평면의 일방향을 X축으로 하고, 이것과 직교하는 방향을 Y축으로 했을 때, X축의 비(比)탄성율(굴곡)이 8 × 10⁸ cm이상 2 0 × 10⁸ cm이하이며, Y축의 비탄성율(굴곡)이 8 ×10⁸cm이상 20 × 10⁸ cm이하인 것을 특징으로 하는 CFRP 정반.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 CFRP 정반의 상면의 평면 정밀도는 JIS B7513 「정밀 정반」에 규정된 2급 상당 이상인 것을 특징으로 하는 CFRP 정반.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 CFRP 정반의 표면에 연마용의 수지층을 구비한 것을 특징으로 하는 CFRP 정반.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 CFRP 정반의 표면에 도전성 무기 분체(導電性無機粉體)와 수지로 이루어지는 도전성 수지층을 구비한 것을 특징으로 하는 CFRP 정반.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 CFRP 정반은 직접 탑재식(直接搭載式)의 용도로 사용되는 것이며, 상기 정반의 표면 거칠기가 JIS B0601-1994에 규정된 10점 평균 거칠기(Rz_JIS94)로, 10 ~ 25 ㎛의 범위인 것을 특징으로 하는 CFRP 정반.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

CFRP 정반은 비접촉 탑재식의 용도로 사용되는 것이며, 상기 정반의 평면 방향의 열팽창율이 -1 × 10^-6 ~ 4 × 10^-6/℃인 것을 특징으로 하는 CFRP 정반.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 CFRP 정반은 탄소섬유 강화수지 복합재료를 필수로 하고, 수지층, 도전성 수지층을 임의의 구성 요소로 한 무구(無垢) 구조이며, 상기 탄소섬유 강화수지 복합재료는 인장 탄성율이 490 ~ 950 GPa인 연속 탄소섬유를 일방향으로 나란히 배열한 프리프레그를 0 ~ 10°, 80 ~ 90°,±30 ~ ±60°방향으로 배치한면서 적층한 것을 특징으로 하는 CFRP 정반.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 CFRP제 정반은 스킨층과 코어층으로 이루어지는 스킨 코어 구조이며, 상기 스킨층이 탄소섬유 강화수지 복합재료를 필수로 하고, 수지층, 도전성 수지층을 임의의 구성 요소로 하고, 상기 탄소섬유 강화수지 복합재료가 인장 탄성율 490 ~ 950 GPa의 연속 탄소섬유를 일방향으로 나란히 배열한 프리프레그를 0 ~ 10°, 80 ~ 90°,±30 ~ ±60° 방향으로 배치하면서 적층한 탄소섬유 강화수지 복합재료이며, 상기 코어층은 수지, 촙트(chopped) 탄소섬유 강화 수지 또는 유리 섬유 강화 수지 중 어느 하나 또는 이들의 두가지 이상의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 CFRP 정반.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 CFRP 정반이 내부에 리브(rib)를 포함하는 중공(中空) 형상을 가지고, 상기 정반의 상하면의 탄소섬유 강화수지 복합재료를 필수로 하고, 양쪽변 내지 사방을 판재로 둘러싼 중공 구조이며, 상기 상하면의 탄소섬유 강화수지 복합재료는 인장 탄성율이 490 ~ 950 GPa인 연속 탄소섬유를 일방향으로 나란히 배열한 프리프레그를 0 ~ 10°, 80 ~ 90°,±30 ~ ±60° 방향으로 배치하면서 적층한 탄소섬유 강화수지 복합재료이며, 상기 리브 및 판재가 수지, 촙트 탄소섬유 강화 수지(chopped CFRP) 또는 유리 섬유 강화 수지 중 어느 하나 또는 이들의 두가지 이상 의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 CFRP 정반.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 CFRP 정반은 스킨층과 허니컴층을 가지는 허니컴 구조이며, 상기 스킨층이 탄소섬유 강화수지 복합재료를 필수로 하고, 수지층, 도전성 수지층을 임의의 구성 요소로 하고, 상기 탄소섬유 강화수지 복합재료는 인장 탄성율이 490 ~ 950 GPa인 연속 탄소섬유를 일방향으로 나란히 배열한 프리프레그를 0 ~ 10°, 80 ~ 90°,±30 ~ ±60° 방향으로 배치시키면서 적층한 탄소섬유 강화수지 복합재료이며, 상기 허니컴층이 알루미늄 허니컴 또는 CFRP 허니컴을 구성 요소로 하는 것을 특징으로 하는 CFRP 정반.