KR20140118712A - 지지 부재 - Google Patents

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KR20140118712A
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Abstract

일단부가 고정되는 동시에 타단부가 고정되지 않고 외팔보 상태로 사용되는 중공 파이프 형상의 지지 부재에 있어서, 상기 일단부에서 상기 타단부에 걸쳐 연재하는 베이스 파이프부와, 상기 베이스 파이프부에서의 사용시에 연직 방향 상측이 되는 상측 부분 및 상기 상측 부분에 대향하는 하측 부분의 각각의 위에 형성되여, 상기 일단부에서 상기 타단부에 걸쳐 연재하는 보강부를 구비한다. 상기 베이스 파이프부는 섬유 강화 복합 수지 재료로 구성되어 있고, 상기 보강부는 상기 일단부에서 상기 타단부를 향하는 방향에 배열된 제 1 보강 영역 및 제 2 보강 영역을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 보강 영역은 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료로 구성되어 있고, 상기 제 1 및 제 2 보강 영역을 구성하는 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료의 탄소 섬유의 배향 방향은 상기 일단부에서 상기 타단부를 향하는 방향으로 대략 일치하고 있고, 상기 제 1 보강 영역을 구성하는 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료의 탄소 섬유의 인장 탄성율은 상기 제 2 보강 영역을 구성하는 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료의 탄소 섬유의 인장 탄성율보다도 크다.

Description

지지 부재{SUPPORTING MEMBER}
본 발명의 일측면은 일단부에 있어서 외팔보(cantilever) 상태로 고정되는 중공 파이프상의 지지 부재에 관한 것이다.
상기 기술분야의 종래의 기술로서, 일본 공개특허공보 2007-196615호(이하, 「특허문헌 1」이라고 한다)에는 예를 들면 액정 표시 장치(LCD) 기판 카세트 등에 있어서 외팔보 상태로 설치되는 서포트 바라는 지지 부재가 기재되어 있다. 특허문헌 1에 기재된 지지 부재는 단면이 원형이며 탄소 섬유 이외의 강화 섬유를 포함하는 강화 섬유 복합 수지 재료로 이루어지는 베이스 파이프와, 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료에 의해 베이스 파이프 위에 형성된 보강층을 구비하고 있다. 특히, 이 지지 부재에 있어서는, 보강층은 지지 부재를 사용할 때의 연직(鉛直) 상하 방향에 해당하는 베이스 파이프의 외면 위에 형성되어 있다.
또한, 일본 공개특허공보 2013-010346호에는 경량이고 높은 강성을 구비한 섬유 강화 수지제 서포트 바를 빠른 사이클로 저렴하게 제조하는 기판 수납 카세트용 섬유 강화 수지제 서포트 바의 제조 방법이 기재되어 있다. 이 제조 방법은 단면각 형상의 장척상의 코어 재료에 섬유 강화 수지제의 프리프레그를 복수층 감아서 내통체를 형성하는 내통체 형성 공정과, 상기 내통체의 축 방향을 따라 내통체의 측면에 섬유 강화 수지제의 프리프레그로 이루어지는 보강층을 적층하여 예비 성형체를 형성하는 적층 공정과, 상기 예비 성형체의 외층에 래핑 테이프를 감는 래핑 공정과, 상기 래핑된 예비 성형체를 가열하는 가열 경화 공정을 구비하고 있다.
상기한 바와 같이, 특허문헌 1에 기재된 지지 부재는 지지 부재를 사용할 때의 베이스 파이프의 연직 상하 방향에 해당하는 부분 위에만 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료로 이루어지는 보강층을 설치하고 있다. 그 결과, 특허문헌 1에 기재된 지지 부재에 의하면, 탄소 섬유의 사용량을 삭감함으로써 재료비를 저감하면서 우수한 하중 휨 특성을 달성하고 있다. 이렇게, 상기 기술분야의 지지 부재에 있어서는 굴곡 강성을 유지하면서 재료비를 저감하는 것이 기대되고 있다.
한편, 지지 부재의 굴곡 강성을 높이기 위해서는 보강층에 사용하는 탄소 섬유로서 고탄성율인 것을 사용하는 것이 바람직하지만, 고탄성율의 탄소 섬유는 저탄성율의 탄소 섬유에 비하여 고가라는 문제가 있다.
본 발명의 일측면은 그러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 굴곡 강성을 유지하면서 고탄성율의 탄소 섬유의 사용량을 삭감하여 재료비를 저감할 수 있는 지지 부재를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해서 예의 연구를 거듭한 결과, 다음과 같은 식견을 얻었다. 즉, 베이스 파이프부 위에 형성하는 보강부에 있어서는, 사용시에 고정되는 고정단측의 영역에 대하여 상대적으로 높은 인장 탄성율의 탄소 섬유의 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료를 사용하는 동시에, 사용시에 고정되지 않는 자유단측의 영역에 대하여 상대적으로 작은 인장 탄성율의 탄소 섬유의 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료를 사용하면, 전체의 굴곡 강성을 유지하면서 상대적으로 인장 탄성율이 크고 고가인 탄소 섬유의 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료의 사용량을 삭감하여 재료비를 저감 가능하다. 본 발명의 일측면은 이러한 식견에 기초하여 이루어진 것이다.
즉, 본 발명의 일측면에 관한 지지 부재는 일단부가 고정되는 동시에 타단부가 고정되지 않고 외팔보 상태로 사용되는 중공 파이프 형상의 지지 부재에 있어서, 일단부에서 타단부에 걸쳐 연재(延在)하는 베이스 파이프부와, 베이스 파이프부에서의 사용시에 연직 방향 상측이 되는 상측 부분 및 상측 부분에 대향하는 하측 부분의 각각의 위에 형성되어, 일단부에서 타단부에 걸쳐 연재하는 보강부를 구비하고, 베이스 파이프부는 섬유 강화 복합 수지 재료로 구성되어 있고, 보강부는 일단부에서 타단부를 향하는 방향에 배열된 제 1 보강 영역 및 제 2 보강 영역을 포함하고, 제 1 및 제 2 보강 영역은 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료로 구성되어 있고, 제 1 및 제 2 보강 영역을 구성하는 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료의 탄소 섬유의 배향 방향은 일단부에서 타단부를 향하는 방향으로 대략 일치하고 있고, 제 1 보강 영역을 구성하는 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료의 탄소 섬유의 인장 탄성율은 제 2 보강 영역을 구성하는 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료의 탄소 섬유의 인장 탄성율보다도 크다.
이 지지 부재에 있어서는, 그 사용시에 있어서 연직 방향 상측이 되는 베이스 파이프부의 상측 부분과 그 상측 부분에 대향하는 하측 부분의 위에 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료로 이루어지는 보강부가 형성되어 있다. 특히, 보강부는 사용시에 고정단이 되는 일단부측의 제 1 보강 영역을 상대적으로 인장 탄성율이 큰 탄소 섬유의 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료로 구성하고, 사용시에 자유단이 되는 타단부측의 제 2 보강 영역을 상대적으로 인장 탄성율이 작은 탄소 섬유의 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료로 구성하고 있다. 따라서, 이 지지 부재에 의하면 굴곡 강성을 유지하면서 재료비를 저감하는 것이 가능해진다.
본 발명의 일측면에 관한 지지 부재에 있어서는, 제 1 보강 영역을 구성하는 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료의 탄소 섬유의 인장 탄성율은 400GPa 이상 900GPa 이하이고, 제 2 보강 영역을 구성하는 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료의 탄소 섬유의 인장 탄성율은 200GPa 이상 400GPa 미만인 것으로 할 수 있다. 또한, 본 발명의 일측면에 관한 지지 부재에 있어서는, 일단부에서 타단부를 향하는 방향에 있어서, 제 1 보강 영역의 길이는 상기 지지 부재의 전체 길이의 30% 이상 70% 이하이고, 일단부에서 타단부를 향하는 방향에 있어서, 제 2 보강 영역의 길이는 제 1 영역의 길이와의 합계가 상기 지지 부재의 전체 길이의 100% 이하가 되는 범위에서 상기 지지 부재의 전체 길이의 30% 이상 70% 이하인 것으로 할 수 있다. 이들의 경우, 적합하게 굴곡 강성을 유지하면서 재료비를 저감하는 것이 가능해진다.
본 발명의 일측면에 관한 지지 부재에 있어서는, 제 1 보강 영역을 구성하는 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료의 탄소 섬유는 피치 유래의 탄소 섬유이고, 제 2 보강 영역을 구성하는 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료의 탄소 섬유는 폴리아크릴로니트릴(PAN) 유래의 탄소 섬유인 것으로 할 수 있다. 이 경우에는, 고정단인 일단부측의 제 1 영역에 대하여 인장 탄성율이 큰 피치 유래의 탄소 섬유의 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료를 사용하므로 굴곡 강성을 충분히 유지할 수 있다. 또한, 자유단인 타단부측의 제 2 영역에 대하여 비교적 저렴한 PAN 유래의 탄소 섬유의 탄소 섬유 강화 복합 재료를 사용하므로, 비교적 고가인 피치 유래의 탄소 섬유의 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료의 사용량을 감소시켜서 재료비를 충분히 저감할 수 있다.
본 발명의 일측면에 관한 지지 부재는 일단부의 외주의 길이가 타단부의 외주의 길이보다도 긴 테이퍼 형상을 나타낼 수 있다. 이 경우에는 진동 감쇠 특성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일측면에 관한 지지 부재에 있어서는, 베이스 파이프부는 유리 섬유 강화 복합 수지 재료로 구성되어 있는 것으로 할 수 있다. 이렇게, 베이스 파이프부에 대하여 비교적 저렴한 유리 섬유 강화 복합 재료를 사용하면 재료비를 더욱 저감할 수 있다.
본 발명의 일측면에 의하면 굴곡 강성을 유지하면서 고탄성율의 탄소 섬유의 사용량을 삭감하여 재료비를 저감할 수 있는 지지 부재를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일측면에 관한 지지 부재의 제 1 실시형태의 구성을 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 지지 부재의 다른 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 지지 부재의 변형예를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일측면에 관한 지지 부재의 제 2 실시형태의 구성을 도시한 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 지지 부재의 다른 단면도이다.
도 6은 도 4에 도시된 지지 부재의 변형예를 도시한 단면도이다.
도 7은 지지 부재 장착용 부품의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일측면에 관한 지지 부재의 실시예 및 비교예의 특성의 측정 결과를 기재한 표이다.
도 9는 본 발명의 일측면에 관한 지지 부재의 실시예 및 비교예의 특성의 측정 결과를 기재한 표이다.
이하, 본 발명의 일측면에 관한 지지 부재의 1 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소들, 또는 상당하는 요소들에는 서로 동일한 부호를 붙이고 중복되는 설명을 생략한다. 또한, 각 도면에 있어서 각 부의 치수 비율은 실제의 것과는 다른 경우가 있다.
[제 1 실시형태]
도 1은 본 발명의 일측면에 관한 지지 부재의 제 1 실시형태의 구성을 도시한 단면도이다. 도 2는 도 1에 도시된 지지 부재의 다른 단면도이다. 특히, 도 2(a)는 도 1의 IIA-IIA선에 따른 단면도이고, 도 2(b)는 도 1의 IIB-IIB선에 따른 단면도이다. 또한, 이하의 설명에 있어서는 각 도면의 지면에서의 상측 및 하측을 각각 지지 부재의 사용시의 연직 방향에서의 상측 및 하측으로 한다. 도 1 및 도 2에 도시된 지지 부재(1)는 예를 들면, 로보트 핸드의 암(arm)부나 기판 카세트의 서포트 바로서 사용할 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 지지 부재(1)는 장척(長尺)의 중공 파이프 형상을 나타내고 있다. 지지 부재(1)는 그 길이 방향에서의 일단부(1a)가 고정되고 외팔보 상태로 사용된다. 즉, 지지 부재(1)의 일단부(1a)는 사용시에 고정단이 된다. 한편, 지지 부재(1)에 있어서는 그 길이 방향에서의 타단부(1b)는 고정되지 않는다. 즉, 지지 부재(1)의 타단부(1b)는 사용시에 자유단이 된다. 지지 부재(1)는 일단부(1a)의 외주의 길이가 타단부(1b)의 외주의 길이보다도 긴 테이퍼 형상을 나타내고 있다. 즉, 지지 부재(1)는 일단부(1a)에서 타단부(1b)를 향하여 길이 방향에 직교하는 단면에서의 외형 면적이 서서히 축소되어 있다. 지지 부재(1)에 있어서는 예를 들면, 사용시에 연직 방향 상측에 위치하는 상면(1s)에 대하여 지지 대상물(예를 들면 유리 기판 등)이 탑재된다. 지지 부재(1)는 로보트 또는 LCD 기판 수납 카세트에 장착될 때에 지지 부재(1)의 고정단측에 금속 등으로 이루어지는 장착용 부품을 견고하게 접합하고, 그 지지 부재 장착용 부품을 개재하여 로보트 등에 장착하는 구조로 할 수 있다. 이 장착용 부품의 접합, 또는 접착을 용이하게 행하기 위해서 지지 부재(1)의 고정단측에 스트레이트 부분, 즉 단면 형상 및 치수가 변화되지 않는 부분을 설치할 수 있다.
지지 부재(1)는 중공 파이프 형상의 베이스 파이프부(10)와, 베이스 파이프부(10) 위에 설치된 보강부(20)와, 보강부(20) 위에 설치된 보강부(30)와, 베이스 파이프부(10) 위에 설치된 정형부(40)를 구비하고 있다. 베이스 파이프부(10)는 지지 부재(1)의 일단부(1a)에서 타단부(1b)에 걸쳐 연재되어 있다. 베이스 파이프부(10)는 지지 부재(1)의 일단부(1a)에서 타단부(1b)를 향하여 서서히 축소되는 테이퍼 형상을 나타내고 있다.
베이스 파이프부(10)에서의 지지 부재(1)의 길이 방향에 직교하는 단면의 형상(도 2에 도시된 단면 형상)은 연직 상하 방향에 교차하는 좌우 방향으로 연장되는 동시에 네 귀퉁이가 모접기, 또는 원형의 필릿상으로 된 장방형 환상을 나타내고 있다. 베이스 파이프부(10)는 지지 부재(1)의 상면(1s)측에 위치하는(즉, 사용시에 연직 방향 상측이 된다) 상측 부분(11)과, 그 상측 부분(11)에 대향하는 하측 부분(12)과, 상측 부분(11)과 하측 부분(12)을 서로 접속하는 한 쌍의 측방측 부분(13)으로 구성되어 있다.
이러한 베이스 파이프부(10)는 예를 들면 유리 섬유 강화 복합 수지 재료로 구성할 수 있다. 이 경우에는, 베이스 파이프부(10)는 유리 섬유에 열경화성 수지가 함침된 유리 크로스 프리프레그 시트를 복수층 적층함으로써 구성할 수 있다. 다만, 베이스 파이프부(10)를 구성하는 재료는 유리 섬유 강화 복합 수지 재료에 한정되지 않고, 예를 들면, PAN 유래의 탄소 섬유나 피치 유래의 탄소 섬유를 사용한 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료로 하여도 좋다. 베이스 파이프부(10)는 후술하는 보강부(20)의 제 1 보강 영역(21)을 구성하는 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료의 탄소 섬유보다도 인장 탄성율이 작은 임의의 섬유를 포함하는 섬유 강화 복합 수지 재료로 구성할 수 있다.
보강부(20)는 지지 부재(1)의 일단부(1a)에서 타단부(1b)에 걸쳐 연재되어 있다. 보강부(20)는 베이스 파이프부(10)의 상측 부분(11) 및 하측 부분(12)의 각각의 위에 형성되어 있다. 보강부(20)는 베이스 파이프부(10)의 측방측 부분(13) 위에는 형성되어 있지 않다. 보강부(20)에서의 지지 부재(1)의 길이 방향에 교차하는 방향에 따른 단면 형상은 베이스 파이프부(10)의 상측 부분(11) 및 하측 부분(12)의 가장자리로부터 중심부를 향함에 따라서 두께를 넓히는 볼록 형상을 나타내고 있다.
보강부(20)는 지지 부재(1)의 일단부(1a)에서 타단부(1b)를 향하는 방향에 배열된 제 1 보강 영역(21) 및 제 2 보강 영역(22)으로 이루어진다. 제 1 보강 영역(21)은 지지 부재(1)의 일단부(1a)로부터 연재되어 있고, 제 2 보강 영역(22)은 제 1 보강 영역(21)의 종단 부분에서 지지 부재(1)의 타단부(1b)까지 연재되어 있다. 지지 부재(1)의 길이 방향에 있어서 제 1 보강 영역(21)의 길이(L21)는 지지 부재(1)의 전체 길이(L1)의 30% 이상 70% 이하 정도이다. 또한, 지지 부재(1)의 길이 방향에 있어서 제 2 보강 영역(22)의 길이(L22)는 제 1 보강 영역(21)의 길이(L21)와의 합계가 지지 부재(1)의 전체 길이(L1)의 100%가 되는 범위에서 지지 부재(1)의 전체 길이(L1)의 30% 이상 70% 이하 정도이다.
결국, 본 실시형태에 있어서는, 지지 부재(1)의 길이 방향에 있어서 제 1 보강 영역(21)의 길이(L21)가 지지 부재(1)의 전체 길이(L1)의 60% 정도인 경우에는, 제 2 보강 영역(22)의 길이(L22)가 지지 부재(1)의 전체 길이(L1)의 40% 정도가 된다. 또한, 보강부(20)는 제 1 보강 영역(21) 및 제 2 보강 영역(22)과 상이한 다른 영역을 함유하고 있어도 좋다. 이 경우에는, 지지 부재(1)의 길이 방향에 있어서 제 1 보강 영역(21)의 길이(L21)를 지지 부재(1)의 전체 길이(L1)의 30% 이상 70% 이하 정도로 하는 동시에, 제 2 보강 영역(22)의 길이(L22)를 제 1 보강 영역(21)의 길이(L21)와의 합계가 지지 부재(1)의 전체 길이(L1)의 100% 미만이 되는 범위에서 지지 부재(1)의 전체 길이(L1)의 30% 이상 70% 이하 정도로 하면 좋다.
제 1 보강 영역(21) 및 제 2 보강 영역(22)은 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료로 구성되어 있다. 제 1 보강 영역(21) 및 제 2 보강 영역(22)을 구성하는 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료의 탄소 섬유의 배향 방향은 지지 부재(1)의 길이 방향으로 대략 일치하고 있다. 제 1 보강 영역(21)을 구성하는 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료의 탄소 섬유의 인장 탄성율은 제 2 보강 영역(22)을 구성하는 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료의 탄소 섬유의 인장 탄성율보다도 크다.
보다 구체적으로는, 제 1 보강 영역(21)을 구성하는 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료의 탄소 섬유의 인장 탄성율은 예를 들면 400GPa 이상 900GPa 이하 정도이다. 또한, 제 2 보강 영역(22)을 구성하는 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료의 탄소 섬유의 인장 탄성율은 예를 들면 200GPa 이상 400GPa 미만 정도이다. 또한 구체적으로는, 제 1 보강 영역(21)은 피치 유래의 탄소 섬유를 사용한 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료로 구성할 수 있고, 제 2 보강 영역(22)은 PAN 유래의 탄소 섬유를 사용한 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료로 구성할 수 있다.
이러한 보강부(20)는 예를 들면, 제 1 보강 영역(21) 및 제 2 보강 영역(22)의 각각을 위한 탄소 섬유 프리프레그 시트를 베이스 파이프부(10)의 상측 부분(11) 및 하측 부분(12)의 각각의 위에 복수층 적층함으로써 구성할 수 있다. 탄소 섬유 프리프레그 시트는 예를 들면 탄소 섬유에 열경화성 수지가 함침된 것이다.
보강부(30)는 베이스 파이프부(10)의 상측 부분(11) 및 하측 부분(12)의 각각의 위에서, 보강부(20)의 전체를 덮도록 보강부(20) 위에 형성되어 있다. 따라서, 보강부(30)는 지지 부재(1)의 일단부(1a)에서 타단부(1b)에 걸쳐 연재되어 있다. 보강부(30)는 베이스 파이프부(10)의 측방측 부분(13) 위에는 형성되어 있지 않다. 보강부(30)는 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료로 구성되어 있다.
보강부(30)를 구성하는 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료의 탄소 섬유의 인장 강도는 제 1 보강 영역(21)을 구성하는 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료의 탄소 섬유의 인장 강도보다도 크게 할 수 있다. 더 구체적으로는, 보강부(30)는 예를 들면, PAN 유래의 탄소 섬유를 사용한 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료로 구성할 수 있다. 보강부(30)는 예를 들면 탄소 섬유 프리프레그 시트를 보강부(20) 위에 1층 적층함으로써 구성할 수 있다.
정형부(40)는 베이스 파이프부(10)의 측방측 부분(13)의 각각의 위에 형성되어 있다. 정형부(40)는 지지 부재(1)의 일단부(1a)에서 타단부(1b)에 걸쳐 연재되어 있다. 정형부(40)는 예를 들면 유리 섬유 강화 복합 수지 재료로 구성할 수 있다. 이 경우에는, 정형부(40)는 유리 크로스 프리프레그 시트를 베이스 파이프부(10) 위에 복수층 적층함으로써 구성할 수 있다. 정형부(40)에서의 지지 부재(1)의 길이 방향에 직교하는 단면의 형상은 베이스 파이프부(10)의 측방측 부분(13)의 가장자리로부터 중심부를 향함에 따라서 두께를 넓히는 볼록 형상을 나타내고 있다.
지지 부재(1)의 길이 방향에 직교하는 단면의 외형은 보강부(20)(및 보강부(30))와, 정형부(40)에 의해 규정된다. 따라서, 지지 부재(1)의 상기 외형은 베이스 파이프부(10)의 각 부분 위에 형성된 볼록 형상에 의해 대략 타원 형상을 나타내고 있다. 이에 대하여 지지 부재(1)의 길이 방향에 교차하는 방향에 따른 단면의 내측 형상은 베이스 파이프부(10)의 각 부분에 의해 규정되기 때문에 장방(長方) 형상을 나타내고 있다. 또한, 본 실시형태에 따른 지지 부재(1)에 있어서는, 지지 부재(1)의 길이 방향에 직교하는 베이스 파이프부(10)의 단면의 형상을 정방형 환상으로 하여도 좋다. 이 경우, 지지 부재(1)의 길이 방향에 직교하는 단면의 외형은 대략 원형이 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 따른 지지 부재(1)에 있어서는 그 사용시에 있어서 연직 방향 상측이 되는 베이스 파이프부(10)의 상측 부분(11)과 그 상측 부분(11)에 대향하는 하측 부분(12) 위에 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료로 이루어지는 보강부(20)가 형성되어 있다. 특히, 보강부(20)는 사용시에 고정단이 되는 일단부(1a)측의 제 1 보강 영역(21)을 상대적으로 인장 탄성율이 큰 탄소 섬유의 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료로 구성하고, 사용시에 자유단이 되는 타단부(1b) 측의 제 2 보강 영역(22)을 상대적으로 인장 탄성율이 작은 탄소 섬유의 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료로 구성하고 있다. 따라서, 이 지지 부재(1)에 의하면 굴곡 강성을 유지하면서 재료비를 저감하는 것이 가능해진다.
여기에서, 본 실시형태에 따른 지지 부재(1)는 예를 들면 이하와 같이 하여 제조할 수 있다. 즉, 우선, 유리 크로스 프리프레그 시트를 코어 재료로서의 맨드릴 위에 복수회 권회(捲回)하여 베이스 파이프부(10)에 상당하는 부분을 형성한다. 이 베이스 파이프부(10)에 상당하는 부분의 상측 부분(11) 및 하측 부분(12)에 각각 상당하는 부분 위에 보강부(20, 30)를 위한 탄소 섬유 프리프레그 시트를 각각 단층 또는 복수층 적층한다. 또한, 좌우의 측방측 부분(13)에 상당하는 부분 위에 정형부(40)를 위한 유리 크로스 프리프레그 시트를 단층 또는 복수층 적층한다. 이에 의해, 지지 부재(1)에 상당하는 적층체를 형성한다. 다음에, 상기 적층체를 가열하여 각 프리프레그 시트를 구성하는 열경화성 수지를 경화시키고, 경화물을 맨드릴에서 뽑아냄으로써 지지 부재(1)를 제조할 수 있다.
지지 부재(1)의 외형을 원하는 형상으로 조절하는 것, 및 열경화성 수지 중의 보이드 발생을 방지하기 위한 탈포(脫泡)를 목적으로, 열경화성 수지의 경화를 위한 가열은 가압하에 행하는 것이 일반적이다. 이 가압하에서의 가열은 금형법이나 테이프·텐션법 등이 일반적이다. 금형법으로는 원하는 지지 부재(1)의 외형 형상을 내측에 갖는 분할 가능한 가압용 금형을 맨드릴 위의 적층체를 덮도록 가압하면서 장착하고, 이것을 오븐 등의 가열 수단에 의해 가열한다. 테이프·텐션법으로는 가열에 의해 수축하는 합성 수지제 테이프(슈링크·테이프)를 맨드릴 위의 적층체 전체에 권회하고, 이것을 오븐 등의 가열 수단에 의해 가열한다. 이 중, 금형법은 금형 및 부대 설비를 위한 설비 투자가 필요하여 비용의 상승을 초래하는 반면, 테이프·텐션법은 설비 투자가 불필요하기 때문에 비용을 저감할 수 있다.
지지 부재(1)의 길이 방향에 직교하는 방향에 따른 단면에서의 외형이, 예를 들면, 사각형과 같은 각부(角部)와 평탄부를 갖는 형상인 경우에 테이프·슈링크법을 사용하면, 테이프의 장력이 적층체의 각부(角部)에 집중하여 평탄부에는 충분히 부가되기 어렵다. 즉, 장력의 불균일화가 생기는 경향이 있다. 이 경우, 지지 부재(1)의 외형을 원하는 형상으로 조절하는 것이 곤란한 경향이 있다. 또한, 탈포가 불충분해져서 보이드를 발생시키기 쉬운 경향이 있다. 이에 대하여 지지 부재(1)의 사용시의 상하면의 보강부(20, 30)의 외형을 외방을 향하여 볼록형으로 하고, 또한 좌우 측면에 외방을 향하여 볼록형인 정형부(40)를 설치함으로써, 지지 부재(1)의 단면 외형이 대략 타원형 또는 대략 원형이 된다. 이 때문에, 슈링크·테이프의 장력을 적층체의 외주위 각 부에 비교적 균일하게 부가할 수 있고, 외형의 정형 및 탈포를 용이하게 행하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시형태에 따른 지지 부재(1)는 도 3 에 도시된 바와 같이 정형부(40)를 설치하지 않은 형태로 할 수도 있다. 더욱이, 본 실시형태에 따른 지지 부재(1)는 보강부(30)를 설치하지 않은 형태라도 좋다.
[제 2 실시형태]
계속해서 본 발명의 일측면에 관한 지지 부재의 제 2 실시형태에 관하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 일측면에 관한 지지 부재의 제 2 실시형태의 구성을 도시한 단면도이다. 도 5는 도 4에 도시된 지지 부재의 다른 단면도이다. 특히, 도 5(a)는 도 4의 VA-VA선에 따른 단면도이고, 도 5(b)는 도 4의 VB-VB선에 따른 단면도이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에 따른 지지 부재(1A)는 베이스 파이프부(10) 대신에 베이스 파이프부(10A)를 구비하는 점, 및 정형부(40)를 구비하지 않은 점에서 제 1 실시형태에 따른 지지 부재(1)와 상이하다. 본 실시형태에 따른 지지 부재(1A)의 그 밖의 점은 제 1 실시형태에 따른 지지 부재(1)와 같다. 베이스 파이프부(10A)는 지지 부재(1A)의 길이 방향에 직교하는 단면의 형상(도 5에 도시된 단면 형상)이 원환상(圓環狀)인 점에서 베이스 파이프부(10)와 상이하다.
베이스 파이프부(10A)는 지지 부재(1A)의 상면(1s)측에 위치하는(즉, 연직 방향 상측이 된다) 상측 부분(11A)과, 그 상측 부분(11A)에 대향하는 하측 부분(12A)과, 상측 부분(11A)과 하측 부분(12A)을 서로 접속하는 한 쌍의 측방측 부분(13A)으로 구성되어 있다. 이러한 베이스 파이프부(10A)는 예를 들면 베이스 파이프부(10)와 같은 재료 및 방법으로 구성할 수 있다.
지지 부재(1A)에 있어서는, 보강부(20)는 베이스 파이프부(10A)의 상측 부분(11A) 및 하측 부분(12A)의 각각의 위에 형성되어 있다. 보강부(20)는 베이스 파이프부(10A)의 측방측 부분(13A) 위에는 형성되어 있지 않다. 보강부(20)에서의 지지 부재(1A)의 길이 방향에 직교하는 단면의 형상은 베이스 파이프부(10A)의 상측 부분(11A) 및 하측 부분(12A)의 각각의 단면 형상을 따르도록 만곡되어 있다.
지지 부재(1A)의 길이 방향에 직교하는 단면의 외형은 정형부(40)를 구비하고 있지 않으므로 보강부(20)(및 보강부(30))와, 베이스 파이프부(10A)의 측방측 부분(13A)에 의해 규정된다. 따라서, 지지 부재(1A)의 상기 외형은 연직 상하 방향으로 연장되는 타원 형상을 나타내고 있다. 이에 대하여 지지 부재(1A)의 길이 방향에 직교하는 단면의 내측 형상은 베이스 파이프부(10A)의 각 부분에 의해 규정되기 때문에 원 형상을 나타내고 있다.
또한, 제 2 실시형태의 지지 부재(1A)에서의 보강부(20)는 상기 제 1 실시형태의 지지 부재(1)와 동일한 구성이므로 중복을 피하기 위해서 설명을 생략한다. 또한, 지지 부재(1A)의 제조 방법에 관해서도 사용하는 맨드릴의 형상이 다른 것, 및 정형부(40)를 설치하지 않은 것 이외에는 상기 제 1 실시형태의 지지 부재(1)와 같은 방법으로 할 수 있으므로 설명을 할애한다.
이상과 같은 본 실시형태에 따른 지지 부재(1A)에 있어서도 제 1 실시형태에 따른 지지 부재(1)와 마찬가지로 굴곡 강성을 유지하면서 재료비를 저감하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시형태에 따른 지지 부재(1A)에 있어서는 예를 들면, 도 6에 도시된 바와 같이, 베이스 파이프부(10A)에서의 지지 부재(1A)의 길이 방향에 교차하는 방향에 따른 단면 형상을 연직 상하 방향에 교차하는 좌우 방향으로 연장되는 타원 환상으로 하여도 좋다. 또한, 본 실시형태에 따른 지지 부재(1A)도 보강부(30)를 설치하지 않은 형태라도 좋다.
이상의 실시형태는 본 발명의 일측면에 관한 지지 부재의 1 실시형태를 설명한 것이다. 따라서, 본 발명의 일측면에 관한 지지 부재는 상기한 지지 부재(1, 1A)에 한정되지 않고, 각 청구항의 요지를 변경하지 않는 범위에서 지지 부재(1, 1A)를 임의로 변경한 것으로 할 수 있다.
[실시예]
계속해서, 본 발명의 일측면에 관한 지지 부재의 실시예에 관하여 설명한다. 본 실시예에서는 실시예 1 내지 6에 따른 지지 부재와 비교예 1 내지 6에 따른 지지 부재를 준비하여 이들의 특성에 대하여 측정하였다. 또한, 실시예 1 내지 3의 지지 부재는 상기 제 1 실시형태에 따른 지지 부재(1)에 대응하는 것이고, 실시예 4 내지 6의 지지 부재는 상기 제 2 실시형태에 따른 지지 부재(1A)에 대응하는 것이다. 이하에서는 우선 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3을 설명하고, 다음에 실시예 4 내지 6 및 비교예 4 내지 6을 설명한다.
[실시예 1]
우선, 코어 재료인 스틸제의 맨드릴을 준비하였다. 맨드릴은 고정단측에 스트레이트 부분, 즉 단면 형상 및 치수가 변화되지 않는 범위와, 자유단측에 테이퍼 부분, 즉 자유단측을 향할수록 외주의 길이가 짧아지는 범위로 구성된다. 맨드릴의 형상은 고정단측의 스트레이트 범위에서는 정방형 단면의 사각 막대상, 자유단측의 테이퍼 범위에서는 사각뿔에서 그 선단 부분을 잘라낸 형상(즉 사각뿔대 형상)이다. 맨드릴의 치수는 선단측 폭 10mm, 선단측 높이 10mm, 기단(基端)측 (그립측) 폭 22mm, 기단측 높이 22mm이다. 전체 길이 2400mm이고, 고정단측 250mm의 범위가 폭 22mm, 기단측 높이 22mm의 스트레이트상이고, 자유단측의 2150mm의 범위가 테이퍼상이다. 맨드릴에는 프리프레그 시트를 용이하게 감기 위해서 그 각부(角部)에 5R의 필릿 가공을 행하였다. 또한, 여기에서의 선단이란 지지 부재(1)에서의 타단부(1b)측의 끝에 상당하고, 기단이란 지지 부재(1)에서의 일단부(1a)측의 끝에 상당한다.
계속해서, 기단측 250mm에 있어서 폭(외측) 26mm, 기단측 높이(외측) 26mm의 스트레이트 범위를 갖고, 자유단측을 향하여 외주가 작아지고, 선단측에 있어서 폭(외측) 14mm, 선단측 높이(외측) 14mm이 되는, 두께 2mm, 전체 길이 2400mm 치수의 베이스 파이프부를 형성하기 위해서, 맨드릴에 대하여 유리 크로스 프리프레그 시트 A를 복수회 감아서 적층하였다. 유리 섬유의 배향 방향은 맨드릴의 길이 방향(0°) 및 둘레 방향(90°)으로 하였다. 유리 크로스 프리프레그 시트 A로서, 유리 섬유 크로스에 에폭시 수지를 함침하여 이루어지는 유리 크로스 프리프레그 시트(가부시키가이샤 다이토 제조, 품번: SCF243EP-BL3, 두께: 0.25mm)를 사용하였다.
계속해서, 제 1 보강층으로서 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B를 폭 26mm, 길이 250mm의 장방형과, 윗변 19mm, 아랫변 26mm, 높이 1300mm의 좌우 대칭인 사다리꼴이 조합된, 길이 1550mm의 형상으로 잘라내어 6매 적층하여 이루어지는 적층체를 2세트 준비하고, 맨드릴의 길이 방향과 탄소 섬유의 배향 방향이 대략 일치하도록 맨드릴에 감은 유리 크로스 프리프레그 시트 A 위에 그 적층체를 배치하였다. 이때, 사용시에 연직 방향의 상측 및 하측에 해당하는 부분(예를 들면 베이스 파이프부(10)의 상측 부분(11) 및 하측 부분(12)에 대응하는 부분)의 각각에 각 적층체를 배치하였다. 특히, 각 적층체의 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B의 하변, 폭 26mm의 부분이 맨드릴의 기단에 일치하도록 하였다. 따라서, 제 1 보강층의 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B는 맨드릴의 기단측의 1550mm의 범위에 배치되게 된다. 또한, 제 1 보강층인, 길이 1550mm의 프리프레그 시트 B에 있어서 탄소 섬유는 길이 방향에 연속되어 있다.
피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B로서 인장 탄성율 800GPa, 인장 강도 3430MPa의 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유를 일방향으로 배향하여 에폭시 수지를 함침한 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트(니혼그래파이트파이버 가부시키가이샤 제조, 품번: E8026C-28N, CF: 그라녹 XN-80(피치 유래), CF 무게: 285g/m2, 수지 함유율: 33중량%、두께 0.25mm)를 사용하였다.
계속해서, 제 2 보강층으로서 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C를 윗변 14mm, 아랫변 19mm, 높이 850mm의 좌우 대칭인 사다리꼴 형상으로 잘라내어 6매 적층하여 이루어지는 적층체를 2세트 준비하고, 맨드릴의 길이 방향과 탄소 섬유의 배향 방향이 대략 일치하도록 맨드릴에 감은 유리 크로스 프리프레그 시트 A 위에 그 적층체를 배치하였다. 이때, 사용시에 연직 방향의 상측 및 하측에 해당하는 부분(예를 들면 베이스 파이프부(10)의 상측 부분(11) 및 하측 부분(12)에 대응하는 부분)의 각각에 각 적층체를 배치하였다. 특히, 각 적층체의 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C의 윗변이 맨드릴의 선단에 일치하도록 하였다. 따라서, 제 2 보강층의 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C는 맨드릴의 선단측의 850mm의 범위에 배치되게 된다.
PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C로서 인장 탄성율 230GPa, 인장 강도 4900MPa의 PAN 유래의 탄소 섬유를 일방향으로 배향하여 에폭시 수지를 함침한 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트(도레이 가부시키가이샤 제조, 품번: P3052S-25, CF: 트레카 T700S(PAN 유래), CF 무게: 250g/m2, 수지 함유율: 33중량%、두께 0.24mm)를 사용하였다.
계속해서, 제 3 보강층으로서 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B를 폭 17mm, 길이 250mm의 장방형과, 윗변 12mm, 아랫변 17mm, 높이 1400mm의 좌우 대칭인 사다리꼴이 조합된, 길이 1650mm의 형상으로 잘라내어 5매 적층하여 이루어지는 적층체를 2세트 준비하고, 맨드릴의 길이 방향과 탄소 섬유의 배향 방향이 대략 일치하도록 제 1 보강층으로서의 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B 위에 그 적층체를 배치하였다. 이때, 사용시에 연직 방향의 상측 및 하측에 해당하는 부분(예를 들면 베이스 파이프부(10)의 상측 부분(11) 및 하측 부분(12)에 대응하는 부분)의 각각에 각 적층체를 배치하였다. 특히, 각 적층체의 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B의 하변, 폭 17mm의 부분이 맨드릴의 기단에 일치하도록 하였다. 따라서, 제 3 보강층의 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B는 맨드릴의 기단측의 1650mm의 범위에 배치되게 된다. 또한, 제 3 보강층인, 길이 1650mm의 프리프레그 시트 B에 있어서 탄소 섬유는 길이 방향에 연속되어 있다.
계속해서, 제 4 보강층으로서 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C를 윗변 9mm, 아랫변 12mm, 높이 750mm의 좌우 대칭인 사다리꼴 형상으로 잘라내어 5매 적층하여 이루어지는 적층체를 2세트 준비하고, 맨드릴의 길이 방향과 탄소 섬유의 배향 방향이 대략 일치하도록 제 2 보강층으로서의 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C 위에 배치하였다. 이때, 사용시에 연직 방향의 상측 및 하측에 해당하는 부분(예를 들면 베이스 파이프부(10)의 상측 부분(11) 및 하측 부분(12)에 대응하는 부분)의 각각에 각 적층체를 배치하였다. 특히, 각 적층체의 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C의 윗변이 맨드릴의 선단에 일치하도록 배치하였다. 따라서, 제 4 보강층의 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C는 맨드릴의 선단측의 750mm의 범위에 배치되게 된다.
계속해서, 제 5 보강층으로서 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C를 폭 26mm, 길이 250mm의 장방형과, 윗변 14mm, 아랫변 26mm, 높이 2150mm의 좌우 대칭인 사다리꼴이 조합된, 길이 2400mm의 형상으로 자라내어 1매씩 2세트 준비하고, 맨드릴의 길이 방향과 탄소 섬유의 배향 방향이 대략 일치하도록 제 3 보강층의 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B 및 제 4 보강층의 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C 위에 1매 배치하였다. 이때, 사용시에 연직 방향의 상측 및 하측에 해당하는 부분(예를 들면, 베이스 파이프부(10)의 상측 부분(11) 및 하측 부분(12)에 대응하는 부분)의 각각에 제 5 보강층인 프리프레그 시트 C를 1매씩 배치하였다. 제 5 보강층의 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C는 맨드릴의 전체 길이에 걸쳐 배치되게 된다. 또한, 제 5 보강층인, 길이 2400mm의 프리프레그 시트 C에 있어서 탄소 섬유는 길이 방향에 연속되어 있다.
여기에서는, 제 1 및 제 3 보강층으로서의 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B의 적층체가 지지 부재(1)의 보강부(20)의 제 1 보강 영역(21)에 대응하고, 제 2 및 제 4 보강층으로서의 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C의 적층체가 지지 부재(1)의 보강부(20)의 제 2 보강 영역(22)에 대응하고, 제 5 보강층으로서의 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C가 지지 부재(1)의 보강부(30)에 대응한다.
이상의 보강층의 적층 구조에 의해, 실시예 1의 지지 부재에 있어서는 맨드릴의 기단측 2/3의 범위에 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B가 배치되고, 맨드릴의 선단측 1/3의 범위에 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C가 배치되어, 이들의 외측이 맨드릴의 전체 길이에 걸쳐 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C에 덮이게 된다.
계속해서, 유리 크로스 프리프레그 시트 A를 폭 26mm, 길이 250mm의 장방형과, 윗변 14mm, 아랫변 26mm, 높이 2150mm의 좌우 대칭인 사다리꼴이 조합된, 길이 2400mm의 형상으로 잘라낸 것을 6매 적층하고, 또한 그 위에 유리 크로스 프리프레그 시트 A를 폭 17mm, 길이 250mm의 장방형과, 윗변 9mm, 아랫변 17mm, 높이 2150mm의 좌우 대칭인 사다리꼴이 조합된, 길이 2400mm의 형상으로 잘라낸 것을 6매 적층하여 적층체를 (2세트)준비하였다. 그 후에 그 적층체를 베이스 파이프부(10)를 위한 유리 크로스 프리프레그 시트 A 위에 배치하였다. 이때, 사용시에 연직 방향에 대하여 좌우측 방향에 해당하는 부분(예를 들면 베이스 파이프부(10)의 측방측 부분(13)에 대응하는 부분)의 각각에 각 적층체를 배치하였다. 여기에서는, 이 12매의 유리 크로스 프리프레그 시트 A로 이루어지는 적층체가 지지 부재(1)의 정형부(40)에 대응한다.
이상의 프리프레그 적층 공정 후에, 폴리프로필렌 테이프나 PET 테이프 등의 가열에 의해 수축하는 테이프를 전체의 외측에서 감아서 각 프리프레그 시트를 고정하고, 베이스 파이프부, 보강층 및 정형부를 동시에 오븐으로 가열하여 각 프리프레그 시트를 경화하였다. 이때, 2℃/min으로 승온시켜서 140℃로 120분 유지한 후, 자연 냉각에 의해 상온으로 되돌렸다. 최후에, 맨드릴을 빼냄으로써 중공 파이프 형상의 지지 부재(1)에 대응하는 실시예 1의 지지 부재를 얻었다.
[실시예 2]
실시예 2의 지지 부재는 실시예 1의 지지 부재에 대하여 제 1 내지 4 보강층으로서의 적층체의 탄소 섬유 프리프레그 시트의 치수가 다른 점에서 상이하다. 실시예 2의 지지 부재의 그 밖의 점은 실시예 1의 지지 부재와 같다. 실시예 2에 있어서는 제 1 보강층의 적층체를 위해서 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B를 폭 26mm, 길이 250mm의 장방형과, 윗변 21mm, 아랫변 26mm, 높이 900mm의 좌우 대칭인 사다리꼴이 조합된, 길이 1150mm의 형상으로 잘라내었다. 또한, 제 2 보강층의 적층체를 위해서 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C를 윗변 14mm, 아랫변 21mm, 높이 1250mm의 좌우 대칭인 사다리꼴 형상으로 잘라내었다.
또한, 제 3 보강층의 적층체를 위해서 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B를 폭 17mm, 길이 250mm의 장방형과, 윗변 14mm, 아랫변 17mm, 높이 1000mm의 좌우 대칭인 사다리꼴이 조합된, 길이 1250mm의 형상으로 잘라내었다. 또한, 제 4 보강층의 적층체를 위해서 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C를 윗변 9mm, 아랫변 14mm, 높이 1150mm의 좌우 대칭인 사다리꼴 형상으로 잘라내었다.
이상의 보강층의 적층 구조에 의해, 실시예 2의 지지 부재에 있어서는 맨드릴의 기단측 1/2의 범위에 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B가 배치되고, 맨드릴의 선단측 1/2의 범위에 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C가 배치되어, 이들의 외측이 맨드릴의 전체 길이에 걸쳐 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C에 덮이게 된다
[실시예 3]
실시예 3의 지지 부재는 실시예 1의 지지 부재에 대하여 제 1 내지 4 보강층으로서의 적층체의 탄소 섬유 프리프레그 시트의 치수가 다른 점에서 상이하다. 실시예 3의 지지 부재의 그 밖의 점은 실시예 1의 지지 부재와 같다. 실시예 3에 있어서는 제 1 보강층의 적층체를 위해서 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B를 폭 26mm, 길이 250mm의 장방형과, 윗변 23mm, 아랫변 26mm, 높이 500mm의 좌우 대칭인 사다리꼴이 조합된, 길이 750mm의 형상으로 잘라내었다. 또한, 제 2 보강층의 적층체를 위해서 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C를 윗변 14mm, 아랫변 23mm, 높이 1650mm의 좌우 대칭인 사다리꼴 형상으로 잘라내었다.
또한, 제 3 보강층의 적층체를 위해서 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B를 폭 17mm, 길이 250mm의 장방형과, 윗변 15mm, 아랫변 17mm, 높이 600mm의 좌우 대칭인 사다리꼴이 조합된, 길이 850mm의 형상으로 잘라내었다. 또한, 제 4 보강층의 적층체를 위해서 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C를 윗변 9mm, 아랫변 15mm, 높이 1550mm의 좌우 대칭인 사다리꼴 형상으로 잘라내었다.
이상의 보강층의 적층 구조에 의해, 실시예 3의 지지 부재에 있어서는 맨드릴의 기단측 1/3의 범위에 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B가 배치되고, 맨드릴의 선단측 2/3의 범위에 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C가 배치되어, 이들의 외측이 맨드릴의 전체 길이에 걸쳐 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C에 덮이게 된다
[비교예 1]
비교예 1의 지지 부재는 실시예 1의 지지 부재에 대하여 보강층의 구조가 다른 점에서 상이하다. 비교예 1의 지지 부재의 그 밖의 점은 실시예 1의 지지 부재와 같다. 즉, 비교예 1에 있어서는, 제 1, 2 보강층으로서 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B를 폭 26mm, 길이 250mm의 장방형과, 윗변 14mm, 아랫변 26mm, 높이 2150mm의 좌우 대칭의 사다리꼴이 조합된, 길이 2400mm의 형상으로 잘라내어 6매 적층하여 이루어지는 적층체를 베이스 파이프부로서의 유리 크로스 프리프레그 시트 A 위에 배치하였다.
또한, 제 3 내지 5 보강층으로서 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B를 폭 17mm, 길이 250mm의 장방형과, 윗변 9mm, 아랫변 17mm, 높이 2150mm의 좌우 대칭의 사다리꼴이 조합된, 길이 2400mm의 형상으로 잘라낸 것을 6매 적층하여 이루어지는 적층체를 제 1, 2 보강층으로서의 적층체 위에 배치하였다. 이상의 보강층의 적층 구조에 의해, 비교예 1의 지지 부재에 있어서는 맨드릴의 전체 길이에 걸쳐 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B가 배치되게 된다.
[비교예 2]
비교예 2의 지지 부재는 비교예 1의 지지 부재에 대하여 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B 대신에 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C를 사용한 점에서 상이하다. 비교예 2의 지지 부재의 그 밖의 점은 비교예 1의 지지 부재와 같다. 비교예 2의 지지 부재에 있어서는 맨드릴의 전체 길이에 걸쳐 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C가 배치되게 된다.
[비교예 3]
비교예 3의 지지 부재는 실시예 1의 지지 부재에 대하여 보강층의 구조가 다른 점에서 상이하다. 비교예 3의 지지 부재의 그 밖의 점은 실시예 1의 지지 부재와 같다. 비교예 3에 있어서는, 제 1, 2 보강층으로서 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B를 폭 26mm, 길이 250mm의 장방형과, 윗변 14mm, 아랫변 26mm, 높이 2150mm의 좌우 대칭의 사다리꼴이 조합된, 길이 2400mm의 형상으로 잘라내어, 베이스 파이프부(10)로서의 유리 크로스 프리프레그 시트 A 위에 6매 적층하였다. 또한, 그 위에, 제 3 내지 5 보강층으로서 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C를 폭 17mm, 길이 250mm의 장방형과, 윗변 9mm, 아랫변 17mm, 높이 2150mm의 좌우 대칭인 사다리꼴이 조합된, 길이 2400mm의 형상으로 잘라낸 것을 6매 적층하였다.
이상의 보강층의 적층 구조에 의해, 비교예 3의 지지 부재에 있어서는 맨드릴의 전체 길이에 걸쳐 연장되는 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B의 외측에, 맨드릴의 전체 길이에 걸쳐 연장되는 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C가 배치되게 된다. 또한, 상기한 바와 같이, 이상의 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에 있어서는 사용할 때에 연직 방향의 상측 및 하측이 되는 부분에만 각 보강층이 형성되어 있다.
[측정 방법]
이상과 같이 준비한 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3의 지지 부재에 대하여 이하의 순서에 의해 하중 휨을 측정하였다. 우선, 각 지지 부재의 그립측 (기단측)에 도 7(a)에 도시된 지지 부재 장착용 부품(D1)을 견고하게 결합한다. 이 부품(D1)은 알루미늄 등의 금속으로 제조되고, 지지 부재의 내부에 삽입되어 접착·결합하는 접착부(P1)와, 로보트측, LCD 수납 카세트측 등에 장착되는 고정부(P2)로 구성된다. 접착부(P1)의 길이는 200mm이고, 실시예 및 비교예로서 제작한 지지 부재에 이 장착용 부품(D1)을 에폭시계 접착제로 접착하였다. 그 후에 고정 대좌의 수평면에 고정부(P2)를 장착하여 볼트로 조임으로써 각 지지 부재를 수평으로 유지하여 외팔보 상태로 하였다. 그리고, 각 지지 부재의 선단에서 10mm의 개소에 650g의 추를 매달아 각 지지 부재에서의 연직 아래 방향의 휨(하중 휨)을 측정하였다.
[측정 결과]
상기 측정에 의해, 도 8의 표에 기재한 결과를 얻을 수 있었다. 또한, 도 8의 표에는 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3의 지지 부재의 각 부의 구체적인 치수나 재료 등도 기재되어 있다. 도 8 에 도시된 바와 같이, 실시예 1 내지 3의 모든 지지 부재에 있어서도 보강층 전역(지지 부재의 전체 길이)에 걸쳐 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유(피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B)를 사용한 비교예 1의 지지 부재와 비교하여, 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유의 사용량을 30% 내지 64% 삭감하면서 하중 휨의 증가(즉, 굴곡 강성의 저하)를 억제할 수 있었다.
또한, 실시예 1 내지 3의 모든 지지 부재에 있어서도, 보강층 전역(지지 부재의 전체 길이)에 걸쳐 PAN 유래의 탄소 섬유(PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C)를 사용한 비교예 2의 지지 부재와 비교하여, 하중 휨을 대폭 저감할 수 있었다.
또한, 지지 부재의 전체 길이에 걸쳐 연장되는 보강층의 내측층에 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유(피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B)를 사용하는 동시에, 그 보강층의 외측층에 PAN 유래의 탄소 섬유(PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C)를 사용한 비교예 3의 지지 부재는 비교예 1의 지지 부재와 비교하여 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유의 사용량을 40% 저감할 수 있지만, 실시예 2의 지지 부재에 의하면, 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유의 사용량을 46.5%로 보다 많이 삭감할 수 있고 또한 하중 휨을 보다 저감할 수 있었다(즉, 보다 높은 굴곡 강성을 유지할 수 있었다).
[실시예 4]
우선, 코어 재료인 스틸제의 맨드릴을 준비하였다. 맨드릴은 고정단측에 스트레이트 부분, 즉 단면 형상 및 치수가 변화되지 않는 범위와, 자유단측에 테이퍼 부분, 즉 자유단을 향할수록 외주의 길이가 짧아지는 범위로 구성된다. 맨드릴의 형상은 고정단측 스트레이트 범위에서는 중실 원형의 단면, 자유단측의 테이퍼 범위에서는 원추에서 그 선단 부분을 잘라낸 형상(즉 원추 사다리꼴 형상)이다. 맨드릴의 치수는 선단측 직경 15mm, 기단측 직경 27mm이다. 전체 길이 2400mm이고, 고정단측 200mm의 범위가 직경 27mm의 중실 원형 막대상의 스트레이트 범위이고, 자유단측의 2200mm의 범위가 테이퍼상이다. 또한, 여기에서의 선단이란 지지 부재(1A)에서의 타단부(1b)측의 끝에 상당하고, 기단이란 지지 부재(1A)에서의 일단부(1a)측의 끝에 상당한다.
계속해서, 기단측 200mm에 있어서 외경 30mm의 스트레이트 범위를 갖고, 자유단측을 향하여 외주의 길이가 작아지고, 선단측에 있어서 외경이 18mm이 된다, 두께 1.5mm, 길이 2400mm의 중공의 베이스 파이프부를 형성하기 위해서, 맨드릴에 대하여 유리 크로스 프리프레그 시트 A를 복수회 감아서 적층하였다. 유리 섬유의 배향 방향은 맨드릴의 길이 방향(0°) 및 둘레 방향(90°)으로 하였다. 또한, 유리 크로스 프리프레그 시트 A는 상기한 것과 같은 것을 사용하였다.
계속해서, 제 1 보강층으로서 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B를 폭 24mm, 길이 200mm의 장방형과, 윗변 18mm, 아랫변 24mm, 높이 1400mm의 좌우 대칭인 사다리꼴이 조합된, 길이 1600mm의 형상으로 잘라내어 4매 적층하여 이루어지는 적층체를 2세트 준비하고, 맨드릴의 길이 방향과 탄소 섬유의 배향 방향이 대략 일치하도록 맨드릴에 감은 유리 크로스 프리프레그 시트 A 위에 배치하였다. 이때, 사용시에 연직 방향의 상측 및 하측에 해당하는 부분(예를 들면 베이스 파이프부(10A)의 상측 부분(11A) 및 하측 부분(12A)에 대응하는 부분)의 각각에 각 적층체를 배치하였다. 또한, 제 1 보강층인, 길이 1600mm의 프리프레그 시트 B에 있어서 탄소 섬유는 길이 방향에 연속되어 있다.
특히, 각 적층체의 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B의 하변, 폭 24mm의 부분이 맨드릴의 기단에 일치하도록 하였다. 따라서, 제 1 보강층의 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B는 맨드릴의 기단측 1600mm의 범위에 배치되게 된다. 또한, 각 적층체를 배치할 때에 맨드릴의 길이 방향에 따른 베이스 파이프부의 중심축과, 각 적층체의 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B의 사다리꼴의 길이 방향에서의 중심축이 연직 방향에 일치하도록 하였다. 또한, 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B로서는 상기한 것과 같은 것을 사용하였다.
계속해서, 제 2 보강층으로서 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C를 윗변 14mm, 아랫변 18mm, 높이 800mm의 좌우 대칭인 사다리꼴 형상으로 잘라내어 4매 적층하여 이루어지는 적층체를 2세트 준비하고, 맨드릴의 길이 방향과 탄소 섬유의 배향 방향이 대략 일치하도록 맨드릴에 감은 유리 크로스 프리프레그 시트 A 위에 그 적층체를 배치하였다. 이때, 사용시에 연직 방향의 상측 및 하측에 해당하는 부분(예를 들면 베이스 파이프부(10A)의 상측 부분(11A) 및 하측 부분(12A)에 대응하는 부분)의 각각에 각 적층체를 배치하였다.
특히, 각 적층체의 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C의 윗변이 맨드릴의 선단에 일치하도록 하였다. 따라서, 제 2 보강층의 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C는 맨드릴의 선단측 800mm의 범위에 배치되게 된다. 또한, 각 적층체를 배치할 때에 맨드릴의 길이 방향에 따른 베이스 파이프부의 중심축과, 각 적층체의 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C의 사다리꼴의 길이 방향에서의 중심축이 연직 방향에 일치하도록 하였다. 또한, PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C로서는 상기한 것과 같은 것을 사용하였다.
계속해서, 제 3 보강층으로서 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C를 폭 24mm, 길이 200mm의 장방형과, 윗변 14mm, 아랫변 24mm, 높이 2200mm의 좌우 대칭인 사다리꼴이 조합된, 길이 2400mm의 형상으로 잘라내어 1매씩 2세트 준비하고, 맨드릴의 길이 방향과 탄소 섬유의 배향 방향이 대략 일치하도록 제 1 보강층의 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B 및 제 2 보강층의 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C 위에 1매 배치하였다. 이때, 사용시에 연직 방향의 상측 및 하측에 해당하는 부분(예를 들면 베이스 파이프부(10A)의 상측 부분(11A) 및 하측 부분(12A)에 대응하는 부분)의 각각에 제 3 보강층인 프리프레그 시트 C를 1매씩 배치하였다. 제 3 보강층의 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C는 맨드릴의 전체 길이에 걸쳐 배치되게 된다.
여기에서는, 제 1 보강층으로서의 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B의 적층체가 지지 부재(1A)의 보강부(20)의 제 1 보강 영역(21)에 대응하고, 제 2 보강층으로서의 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C의 적층체가 지지 부재(1A)의 보강부(20)의 제 2 보강 영역(22)에 대응하고, 제 3 보강층으로서의 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C가 지지 부재(1A)의 보강부(30)에 대응한다.
이상의 보강층의 적층 구조에 의해, 실시예 4의 지지 부재에 있어서는 맨드릴의 기단측 2/3의 범위에 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B가 배치되고, 맨드릴의 선단측 1/3의 범위에 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C가 배치되어, 이들의 외측이 맨드릴의 전체 길이에 걸쳐 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C에 덮이게 된다. 또한, 맨드릴의 길이 방향에 교차하는 방향에 따른 단면에 착목하면, 유리 크로스 프리프레그 시트로 이루어지는 두께 1.5mm의 베이스 파이프부의 외측에서의 연직 방향의 상부 및 하부의 90°범위에, 탄소 섬유 프리프레그 시트로 이루어지는 두께 1mm의 제 1 및 제 2 보강층이 적층되고, 또한 탄소 섬유 프리프레그 시트로 이루어지는 두께 0.24mm의 제 3 보강층이 적층된 구조가 된다.
이상의 프리프레그 적층 공정 후에, 폴리프로필렌 테이프나 PET 테이프 등의 가열에 의해 수축하는 테이프를 전체의 외측에서 감아서 각 프리프레그 시트를 고정하고, 베이스 파이프부 및 보강층을 동시에 오븐으로 가열하여 각 프리프레그 시트를 경화하였다. 이때, 2℃/min으로 승온시켜서 140℃로 120분 유지한 후, 자연 냉각에 의해 상온으로 되돌렸다. 최후에, 맨드릴을 빼냄으로써 중공 파이프 형상의 지지 부재(1A)에 대응하는 실시예 4의 지지 부재를 얻었다.
[실시예 5]
실시예 5의 지지 부재는 실시예 4의 지지 부재에 대하여 제 1, 2 보강층으로서의 적층체의 탄소 섬유 프리프레그 시트의 치수가 다른 점에서 상이하다. 실시예 5의 지지 부재의 그 밖의 점은 실시예 4의 지지 부재와 같다. 즉, 실시예 5에 있어서는 제 1 보강층의 적층체를 위해서 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B를 폭 24mm, 길이 200mm의 장방형과, 윗변 19mm, 아랫변 24mm, 높이 1000mm의 좌우 대칭인 사다리꼴이 조합된, 길이 1200의 형상으로 잘라내었다. 또한, 제 2 보강층의 적층체를 위해서 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C를 윗변 14mm, 아랫변 19mm, 높이 1200mm의 좌우 대칭인 사다리꼴 형상으로 잘라내었다.
이상의 보강층의 적층 구조에 의해, 실시예 5의 지지 부재에 있어서는 맨드릴의 기단측 1/2의 범위에 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B가 배치되고, 맨드릴의 선단측 1/2의 범위에 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C가 배치되어, 이들의 외측이 맨드릴의 전체 길이에 걸쳐 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C에 덮이게 된다
[실시예 6]
실시예 6의 지지 부재는 실시예 4의 지지 부재에 대하여 제 1, 2 보강층으로서의 적층체의 탄소 섬유 프리프레그 시트의 치수가 다른 점에서 상이하다. 실시예 6의 지지 부재의 그 밖의 점은 실시예 4의 지지 부재와 같다. 실시예 6에 있어서는 제 1 보강층의 적층체를 위해서 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B를 폭 24mm, 길이 200mm의 장방형과, 윗변 21mm, 아랫변 24mm, 높이 600mm의 좌우 대칭인 사다리꼴이 조합된, 길이 800mm의 형상으로 잘라내었다. 또한, 제 2 보강층의 적층체를 위해서 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C를 윗변 14mm, 아랫변 21mm, 높이 1600mm의 좌우 대칭인 사다리꼴 형상으로 잘라내었다.
이상의 보강층의 적층 구조에 의해, 실시예 6의 지지 부재에 있어서는 맨드릴의 기단측 1/3의 범위에 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B가 배치되고, 맨드릴의 선단측 2/3의 범위에 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C가 배치되어, 이들의 외측이 맨드릴의 전체 길이에 걸쳐 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C에 덮이게 된다
[비교예 4]
비교예 4의 지지 부재는 실시예 4의 지지 부재에 대하여 보강층의 구조가 다른 점에서 상이하다. 비교예 4의 지지 부재의 그 밖의 점은 실시예 4의 지지 부재와 같다. 비교예 4에 있어서는, 제 1, 2 보강층으로서 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B를 폭 24mm, 길이 200mm의 장방형과, 윗변 14mm, 아랫변 24mm, 높이 2200mm의 좌우 대칭의 사다리꼴이 조합된, 길이 2400mm의 형상으로 잘라내어 4매 적층하여 이루어지는 적층체를 2세트 준비하고, 베이스 파이프부로서의 유리 크로스 프리프레그 시트 A 위에 배치하였다. 비교예 4의 지지 부재에 있어서는 맨드릴의 전체 길이에 걸쳐 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B가 배치되게 된다.
[비교예 5]
비교예 5의 지지 부재는 비교예 4의 지지 부재에 대하여 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B 대신에 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C를 사용한 점에서 상이하다. 비교예 5의 지지 부재의 그 밖의 점은 비교예 4의 지지 부재와 같다. 비교예 5의 지지 부재에 있어서는 맨드릴의 전체 길이에 걸쳐 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C가 배치되게 된다.
[비교예 6]
비교예 6의 지지 부재는 실시예 4의 지지 부재에 대하여 보강층의 구조가 상이하다. 비교예 6의 지지 부재의 그 밖의 점은 실시예 4의 지지 부재와 같다. 비교예 6에 있어서는, 제 1, 2 보강층으로서 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B를 폭 24mm, 길이 200mm의 장방형과, 윗변 14mm, 아랫변 24mm, 높이 2200mm의 좌우 대칭인 사다리꼴이 조합된, 길이 2400mm의 형상으로 잘라내어 3매 적층하는 동시에, PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C를 폭 24mm, 길이 200mm의 장방형과, 윗변 14mm, 아랫변 24mm, 높이 2200mm의 좌우 대칭인 사다리꼴이 조합된, 길이 2400mm의 형상으로 잘라낸 것을 1매씩 더 적층함으로써, 합계 4매의 탄소 섬유 프리프레그 시트를 적층하여 이루어지는 적층체를 2세트 준비하였다. 그리고, 그 적층체를 베이스 파이프부로서의 유리 크로스 프리프레그 시트 A 위에 배치하였다.
이상의 보강층의 적층 구조에 의해, 비교예 6의 지지 부재에 있어서는 맨드릴의 전체 길이에 걸쳐 연장되는 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B의 외측에, 맨드릴의 전체 길이에 걸쳐 연장되는 PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C가 배치되게 된다. 또한, 상기한 바와 같이, 이상의 실시예 4 내지 6 및 비교예 4 내지 6에 있어서는 사용할 때에 연직 방향의 상측 및 하측이 되는 부분에만 각 보강층이 형성되어 있다.
[측정 방법]
이상과 같이 준비한 실시예 4 내지 6 및 비교예 4 내지 6의 지지 부재에 대하여 이하의 순서에 의해 하중 휨을 측정하였다. 우선, 각 지지 부재의 그립측 (기단측)에, 도 7(b)에 도시된 지지 부재 장착용 부품(D2)을 견고하게 결합한다. 이 부품(D2)은 철 등의 금속으로 제조되고, 지지 부재의 내부에 삽입되어 접착·결합하는 접착부(P3)와, 로보트측, LCD 수납 카세트측 등에 장착되는 고정부(P4)로 구성된다. 접착부(P3)의 길이는 150mm이고, 실시예 및 비교예로서 제작한 지지 부재에 이 장착용 부품(D2)을 에폭시계 접착제로 접착하였다. 그 후에 고정 대좌의 수직면에 고정부(P4)을 장착하여 볼트로 조임으로써 각 지지 부재를 수평으로 유지하여 외팔보 상태로 하였다. 그리고, 각 지지 부재의 선단에서 10mm의 개소에 300g의 추를 매달아 각 지지 부재에서의 연직 하방향의 휨(하중 휨)을 측정하였다.
[측정 결과]
상기 측정에 의해, 도 9의 표에 기재한 결과를 얻을 수 있었다. 또한, 도 9에는 실시예 4 내지 6 및 비교예 4 내지 6의 지지 부재의 각 부의 구체적인 치수나 재료 등도 기재되어 있다. 도 9 에 도시된 바와 같이, 실시예 4 내지 6의 모든 지지 부재에 있어서도 보강층 전역(지지 부재의 전체 길이)에 걸쳐 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유(피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B)를 사용한 비교예 4의 지지 부재와 비교하여, 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유의 사용량을 28% 내지 61% 삭감하면서 하중 휨의 증가(즉, 굴곡 강성의 저하)를 억제할 수 있었다.
또한, 실시예 4 내지 6의 모든 지지 부재에 있어서도 보강층 전역(지지 부재의 전체 길이)에 걸쳐 PAN 유래의 탄소 섬유(PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C)를 사용한 비교예 5의 지지 부재와 비교하여, 하중 휨을 대폭 저감할 수 있었다.
또한, 지지 부재의 전체 길이에 걸쳐 연장되는 보강층의 내측층에 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유(피치 유래의 고탄성 탄소 섬유 프리프레그 시트 B)를 사용하는 동시에, 그 보강층의 외측층에 PAN 유래의 탄소 섬유(PAN 유래의 탄소 섬유 프리프레그 시트 C)를 사용한 비교예 6의 지지 부재는 비교예 4의 지지 부재와 비교하여 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유의 사용량을 24.0% 저감할 수 있지만, 실시예 4의 지지 부재에 의하면, 피치 유래의 고탄성 탄소 섬유의 사용량을 28.0%로 보다 많게 삭감할 수 있고 또한 하중 휨을 보다 저감할 수 있었다(즉, 보다 높은 굴곡 강성을 유지할 수 있었다).

Claims (6)

  1. 일단부가 고정되는 동시에 타단부가 고정되지 않고 외팔보 상태로 사용되는 중공 파이프 형상의 지지 부재에 있어서,
    상기 일단부에서 상기 타단부에 걸쳐 연재하는 베이스 파이프부와,
    상기 베이스 파이프부에서의 사용시에 연직 방향 상측이 되는 상측 부분 및 상기 상측 부분에 대향하는 하측 부분의 각각의 위에 형성되어, 상기 일단부에서 상기 타단부에 걸쳐 연재하는 보강부를 구비하고,
    상기 베이스 파이프부는 섬유 강화 복합 수지 재료로 구성되어 있고,
    상기 보강부는 상기 일단부에서 상기 타단부를 향하는 방향에 배열된 제 1 보강 영역 및 제 2 보강 영역을 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 보강 영역은 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료로 구성되어 있고,
    상기 제 1 및 제 2 보강 영역을 구성하는 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료의 탄소 섬유의 배향 방향은 상기 일단부에서 상기 타단부를 향하는 방향으로 대략 일치하고 있고,
    상기 제 1 보강 영역을 구성하는 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료의 탄소 섬유의 인장 탄성율은 상기 제 2 보강 영역을 구성하는 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료의 탄소 섬유의 인장 탄성율보다도 큰, 지지 부재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 보강 영역을 구성하는 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료의 탄소 섬유의 인장 탄성율은 400GPa 이상 900GPa 이하이고,
    상기 제 2 보강 영역을 구성하는 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료의 탄소 섬유의 인장 탄성율은 200GPa 이상 400GPa 미만인, 지지 부재.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 일단부에서 상기 타단부를 향하는 방향에 있어서, 상기 제 1 보강 영역의 길이는 상기 지지 부재의 전체 길이의 30% 이상 70% 이하이고,
    상기 일단부에서 상기 타단부를 향하는 방향에 있어서, 상기 제 2 보강 영역의 길이는 상기 제 1 영역의 길이와의 합계가 상기 지지 부재의 전체 길이의 100% 이하가 되는 범위에서 상기 지지 부재의 전체 길이의 30% 이상 70% 이하인, 지지 부재.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 보강 영역을 구성하는 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료의 탄소 섬유는 피치 유래의 탄소 섬유이고,
    상기 제 2 보강 영역을 구성하는 탄소 섬유 강화 복합 수지 재료의 탄소 섬유는 폴리아크릴로니트릴 유래의 탄소 섬유인, 지지 부재.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 일단부의 외주의 길이가 상기 타단부의 외주의 길이보다도 긴 테이퍼 형상을 나타내는, 지지 부재.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베이스 파이프부는 유리 섬유 강화 복합 수지 재료로 구성되어 있는, 지지 부재.
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