JP2000343476A - 搬送用部材 - Google Patents

搬送用部材

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JP2000343476A
JP2000343476A JP16262399A JP16262399A JP2000343476A JP 2000343476 A JP2000343476 A JP 2000343476A JP 16262399 A JP16262399 A JP 16262399A JP 16262399 A JP16262399 A JP 16262399A JP 2000343476 A JP2000343476 A JP 2000343476A
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健一 青柳
Takashi Kobayashi
孝至 小林
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  • Laminated Bodies (AREA)
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  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 軽量で取扱いやすいとともに、曲げ剛性、振
動減衰特性及び耐熱特性に極めて優れ、高温環境下で大
型の基板等を搬送する用途に十分適した搬送用部材を提
供する。 【解決手段】 本発明の搬送用部材1は、CFRPから
成るスキン層11a,11bと、コア層12とが積層さ
れたものあって、スキン層11a,11bは、当該搬送
用部材1の長手方向(X軸方向)に対して−20°〜+
20°の角度範囲θ1に配向し且つ引張弾性率が500
〜1000GPaであるピッチ系炭素繊維(第1の炭素
繊維)を含有するプリプレグ111(第1のCFRP
層)と、上記長手方向に対して+75°〜+90°及び
/又は−75°〜−90°の角度範囲θ2に配向し且つ
引張弾性率が200〜400GPaであるPAN系炭素
繊維(第2の炭素繊維)を含有するプリプレグ112
(第2のCFRP層)とを有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、搬送用部材に関
し、詳しくは、産業用ロボット等に使用される搬送用部
材、特に、半導体ウエハや液晶ガラス基板等を焼成処理
用炉の内外に搬送する際に使用される搬送用部材に関す
る。
【0002】
【従来の技術】半導体ウエハや液晶ガラス基板等(以
下、「基板等」という)を高温(300℃程度)の焼成
処理用炉内に搬送するために、産業用ロボットが広く利
用されている。近年、上記基板等の大型化に伴い、産業
用ロボットにおけるそれら基板等が積載される部材、例
えば、ロボットハンドやエフェクターと呼ばれる搬送用
部材には、同等の曲げ剛性(曲げにくさ)を有する金属
部材に比して、軽量で取り扱いやすい炭素繊維強化プラ
スチック(以下、「CFRP」という)が使用され始め
ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のC
FRP製の搬送用部材は、曲げ剛性、振動減衰特性(振
動しにくさ)、耐熱特性等の観点から、高温環境下で大
型の基板等を搬送する用途には、必ずしも十分に適して
いるとは言えなかった。
【0004】そこで、本発明は、かかる事情に鑑みてな
されたものであり、軽量で取扱いやすいとともに、曲げ
剛性、振動減衰特性及び耐熱特性に極めて優れ、高温環
境下で大型の基板等を搬送する用途に十分適した搬送用
部材を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、炭素繊維の配向方
向及び引張弾性率が異なるCFRPを組み合わせること
により、単一部材の曲げ剛性を高めなくとも、搬送用部
材の上記諸特性を改善できることを見出し、本発明に到
達した。すなわち、本発明の搬送用部材は、CFRPか
ら成るスキン層と、コア層とが積層された搬送用部材で
あって、スキン層は、搬送用部材の長手方向に対して−
20°〜+20°、好ましくは−10°〜+10°の角
度範囲に配向し且つ引張弾性率が500〜1000GP
aである第1の炭素繊維を含有する第1のCFRP層
と、長手方向に対して+75°〜+90°及び/又は−
75°〜−90°、好ましくは+80°〜+90°及び
/又は−80°〜−90°の角度範囲に配向し且つ引張
弾性率が200〜400GPaである第2の炭素繊維を
含有する第2のCFRP層と、を有することを特徴とす
る。なお、本発明の搬送用部材は板状部材であっても筒
状部材であってもよく、筒状部材である場合には、その
軸方向を上記長手方向とする。
【0006】このように構成された本発明の搬送用部材
においては、第1のCFRP層及び第2のCFRP層の
いずれかを単独で用いた場合に比して、両者の組み合わ
せによる相乗効果によって、それらの引張弾性率から想
定される以上に優れた曲げ剛性が得られる。また、上記
引張弾性率を有する第1のCFRP層は対数振動減衰率
が高く、搬送用部材の振動減衰特性を向上させることが
できることに加え、上記のように第2のCFRP層を組
み合わせて曲げ剛性が格段に向上されるので、曲げ振動
に対する振動減衰特性が格別に向上する。さらに、曲げ
剛性が格段に向上されるので、例えば、搬送用部材を電
気炉へ出し入れする際の熱衝撃によって搬送用部材に熱
荷重が印加されても、反りやたわみの発生を最小限に抑
えることができる。またさらに、曲げ剛性及び曲げ振動
に対する振動減衰特性が格段に向上するので、CFRP
の使用量を低減し、搬送用部材をより軽量で取扱いやす
いものにすることも可能である。さらにまた、スキン層
及び/又はコア層に、第1の炭素繊維及び第2の炭素繊
維の配向方向に対して+30°〜+60°及び/又は−
30°〜−60°の方向に配向する他の炭素繊維(例え
ば、後述する第3の炭素繊維)を更に含有させることに
より、搬送用部材のねじれに対する剛性(ねじれにく
さ;以下「ねじれ剛性」という)を高めることも可能と
なる。このようにねじれ剛性が高められると、ねじれ振
動が低減され、ねじれ振動に対する搬送用部材の振動減
衰特性をも向上させることができる。
【0007】また、第1の炭素繊維がピッチ系炭素繊維
であり、第2の炭素繊維がポリアクリロニトリル系(以
下、「PAN系」という)炭素繊維であることが望まし
い。ピッチ系炭素繊維は上記第1の炭素繊維に求められ
る上記引張弾性率を極めて達成しやすく、また、PAN
系炭素繊維は上記第2の炭素繊維に求められる上記引張
弾性率を達成するのに適している。よって、ピッチ系炭
素繊維及びPAN系炭素繊維を、それぞれ第1の炭素繊
維及び第2の炭素繊維として用いることにより、上記第
1のCFRP層及び上記第2のCFRP層を確実に得る
ことができる。したがって、搬送用部材の曲げ剛性及び
振動減衰特性を十分に改善することが可能となる。
【0008】さらに、スキン層を構成する第1のCFR
P層の体積が、スキン層全体の体積の50〜80容量%
であり、スキン層を構成する第2のCFRP層の体積
が、スキン層全体の体積の20〜50容量%であると好
適である。第1のCFRP層の体積と第2のCFRP層
の体積との割合が、上記の体積割合の範囲を外れると、
搬送用部材の長手方向及び短手方向のうちいずれか一方
向の曲げ剛性が他方向よりも極端に高められることとな
る。したがって、第1のCFRP層と第2のCFRP層
との体積割合を上記の範囲とすることにより、搬送用部
材の長手方向及び短手方向における曲げ剛性のバランス
が良好に保たれる。また、搬送用部材は、通常、特に長
手方向の曲げ剛性が要求され、第1の体積割合が50容
量%未満となると、搬送用部材の長手方向の曲げ剛性を
十分に確保することができない傾向にある。よって、ス
キン層における第1のCFRP層及び第2のCFRP層
の体積割合を上記のような範囲とすることにより、搬送
用部材の長手方向における十分な曲げ剛性を得ることが
できる。
【0009】まらさらに、スキン層の厚さをTsとし、
コア層の厚さをTcとしたときに、下記式(1)に示す
条件を満たすとより好適である。
【0010】〈数1〉 式(1) (Ts+Tc)×0.2≦Ts≦(Ts+Tc)×0.4 このTsが((Ts+Tc)×0.2)未満であると、
十分な曲げ剛性及び振動減衰特性が得られない一方、T
sが((Ts+Tc)×0.4)を超えると、必要以上
に十分な曲げ剛性及び振動減衰特性が得られ、且つ、ス
キン層の厚さの増加に対して曲げ剛性の増大傾向が緩慢
となる傾向にある。したがって、上記式(1)を満たす
ようにスキン層とコア層の厚みを調節することにより、
必要最小限のCFRP使用量で十分な曲げ剛性及び振動
減衰特性を達成することができ、また、軽量化及び経済
性の観点からも有用である。
【0011】さらにまた、コア層は、長手方向に対して
+30°〜+60°及び/又は−30°〜−60°の角
度範囲に配向し且つ引張弾性率が500〜1000GP
aである第3の炭素繊維を含有する第3のCFRP層を
備えるとより好適である。このようにすれば、第3の炭
素繊維が、第1の炭素繊維及び第2の炭素繊維の配向方
向に対して斜交するように配向されるので、搬送用部材
のねじれ剛性を高めることができる。その結果、ねじれ
振動が低減され、ねじれ振動に対する振動減衰特性を向
上させることができる。また、第3の炭素繊維の引張弾
性率が、第1の炭素繊維の引張弾性率と同等であるの
で、搬送用部材の上記斜交方向の曲げ剛性を、長手方向
に対する曲げ剛性と同程度に向上させることが可能とな
る。
【0012】また、第3の炭素繊維がピッチ系炭素繊維
であり、コア層を構成する第3のCFRP層の体積がコ
ア層全体の体積の好ましくは0〜20容量%(第3のC
FRP層を使用しない場合も有りうる。)、より好まし
くは5〜20容量%であるとより一層好適である。第3
のCFRP層の体積割合が20容量%を超えると、搬送
用部材のねじれ剛性の向上効果が飽和する傾向にある。
よって、第3のCFRP層の体積割合を上記に範囲内と
することにより、第3のCFRP層の使用量に応じたね
じれ剛性を、搬送用部材に対して確実に付与することが
可能となる。また、ピッチ系炭素繊維は第3の炭素繊維
に求められる上記引張弾性率を極めて達成しやすいの
で、第3のCFRP層を確実に得ることができる。した
がって、搬送用部材の長手方向の曲げ剛性及びねじれ振
動に対する振動減衰特性を十分に改善することができ
る。
【0013】なお、以下、「±θa°〜±θb°」と記
した場合は、「+θa°〜+θb°及び/又は−θa°〜
−θb°」であることを示す。すなわち、例えば、「±
75°〜±90°」とは、「+75°〜+90°及び/
又は−75°〜−90°」であることを示す。また、本
発明における炭素繊維の「引張弾性率」及び「引張強
さ」はJIS R 7601に規定された方法で求めら
れる値である。さらに、「繊維体積含有率」、「樹脂体
積含有率」及び「空洞率」はJIS K 7075に規
定された方法で求められる値である。またさらに、「曲
げ弾性率」及び「曲げ強さ」とはJIS K 7074
に規定された方法で求められる値であり、「対数振動減
衰率」とは下記の方法によって求められる値である。
【0014】〈曲げ振動に対する対数振動減衰率〉平板
状試験体の片持ちばりを垂直に立てて下側を固定し、こ
の片持ちばりを大気中で振動させ(加振は電磁式トラン
デューサーを使用)、片持ちばりの中央部の水平方向の
変位を非接触型のセンサーで測定した。変位信号は、ア
ンプ、ADコンバーターを介してパーソナルコンピュー
ターに取り込ませた。変位信号をパーソナルコンピュー
ターに取り込む際のサンプリングタイムは1msec〜
10msec、サンプリングポイント数は4096ポイ
ントとした。そして、変位信号のサンプリングデータに
基づき、下記式(2)に示す関係により対数振動減衰率
Rを算出した。
【0015】〈数2〉 式(2) R=ln(An/An+1) [ただし、An及びAn+1は、振動波形の1周期ごとの振
幅を示す。また、lnはlogeであること(自然対数
であること)を示す。]また、実際の計算において、近
接する振幅の差が小さいときには、精度を向上させるた
め、間隔をあけた振動波形の振幅の比から求めた。この
とき、対数振動減衰率Rは下記式(3)に示す関係によ
り求められる。
【0016】〈数3〉 式(3) R={ln(An/Am)}/(m−n) [ただし、Anはn番目の振動波形の振幅を、Amはm番
目の振動波形の振幅を示し、n<mである。また、ln
はlogeであること(自然対数であること)を示
す。]
【0017】〈ねじり振動に対する対数振動減衰率〉図
6に示すように、歪みゲージ71を貼り付けた筒状試験
体72を細径側を下にしておもり付き円盤73上に垂直
に立て、太径側を万力74に固定した状態で、筒状試験
体72を振動させる。このときのねじり歪みの振動波形
を測定し、これに基づいて対数振動減衰率を算出する。
ねじり歪みの測定は、純粋なねじり歪みが得られるよう
に2軸0/90゜トルク測定用歪みゲージ2枚を用いて
4アクティブゲージ法により行う。歪みゲージ71は筒
状試験体72の細先端部から所定の距離の位置2カ所に
貼り付ける(ひとつのみ図示)。歪み信号は、ブリッヂ
ボックス、動歪み計、ADコンバーターを介してパーソ
ナルコンピューターに取り込ませる。歪み信号をパーソ
ナルコンピューターに取り込む際のサンプリングタイム
は0.1msec〜1msec、サンプリングポイント
数は1000〜8192ポイントとした。筒状試験体7
2の細先端は、周方向に質量が均等に配分されているお
もり付き円盤73に、その中心と筒状試験体72の軸と
が一致するように固定する。この円盤73上のおもり7
5の大きさ、材質、使用枚数を変えることによって、筒
状試験体72の軸まわりの慣性モーメントを変えること
ができる。また、おもり付き円盤73の直径と円周との
2つの交点に糸76を取り付け、曲げモーメントがかか
らないよう同時にそれら2本の糸76を引いて筒状試験
体にねじりモーメントを与えた後に、そのモーメントを
一気に開放し、自由減衰振動させる。ねじりの振動の測
定は、力が開放された直後から数秒間行う。そして、上
記曲げ振動に対する対数振動減衰率の算出方法と同様に
して、ねじり振動に対する対数振動減衰率を算出する。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、添付図を参照して本発明の
実施形態を説明する。なお、同一の要素には同一の符号
を付し、重複する説明を省略する。
【0019】図1は、本発明の搬送用部材に係る好適な
一実施形態を示す斜視図である。図1に示す搬送用部材
1は、繊維強化プラスチック(以下、「FRP」とい
う)で形成されたスキン層11a,11b間にコア層1
2が積層されて成っており、長手方向(X軸方向)の一
方の先端部が2つに枝分かれした形状を有している(こ
のような形状の搬送用部材は、一般にエフェクターと呼
ばれる。)。そして、この枝分かれした先端部上に、基
板2が載せられるようになっている。また、搬送用部材
1は、枝分かれしていない部位(以下、「手元部」とい
う)が固定され、いわゆる片持ちばりの状態で基板2を
保持しながら搬送する。図2は、搬送用部材1による基
板2の搬送状況を示す模式的な断面図である。搬送用部
材1は、その手元部が、支柱31と治具32a,32b
とで構成される固定用具3に固定され、先端部に載せら
れた基板2を高温の電気炉4内に搬送し、基板2の焼成
処理が行われる間その位置で基板2を保持し、焼成処理
が終了すると基板2を電気炉4外へ搬送するようになっ
ている。
【0020】図3は、図1のA部の構造を拡大して示す
斜視図である。図3に示すように、スキン層11a,1
1bは、CFRPのプリプレグ111(第1のCFRP
層)及びプリプレグ112(第2のCFRP層)が複数
積層された構造を有している。プリプレグ111は、図
1に示す搬送用部材1の長手方向(X軸方向)に対して
−20°〜+20°、好ましくは−10°〜+10°の
角度範囲θ1(図1参照)に配向されたピッチ系炭素繊
維(第1の炭素繊維)を強化繊維とし、且つ、ビスマレ
イミド樹脂をマトリックスとしたCFRPの一方向プリ
プレグである。また、プリプレグ111に用いられるピ
ッチ系炭素繊維の引張弾性率及び引張強さは、それぞれ
500〜1000GPa及び100〜6000MPa
(好ましくは3000〜6000MPa)とされてい
る。さらに、スキン層11a,11bに用いられるプリ
プレグ111の合計体積は、スキン層11a,11b全
体の体積の50〜80容量%となっている。
【0021】一方、プリプレグ112は、長手方向に対
して±75°〜±90°、好ましくは±80°〜±90
°の角度範囲θ2(図1参照)に配向されたPAN系炭
素繊維(第2の炭素繊維)を強化繊維とし、且つ、ビス
マレイミド樹脂をマトリックスとしたCFRPの一方向
プリプレグ又は二次元織物プリプレグである。また、プ
リプレグ112に用いられるPAN系炭素繊維の引張弾
性率及び引張強さは、それぞれ200〜400GPa及
び100〜6000MPaとされている。さらに、スキ
ン層11a,11bに用いられるプリプレグ112の合
計体積は、スキン層11a,11b全体の体積の20〜
50容量%となっている。プリプレグ111,112
は、図3に示すようにプリプレグ111が外側に、プリ
プレグ112が内側になるように積層されることが好ま
しく、また、複数のプリプレグ111,112が交互に
積層されて成ってもよい。
【0022】また、スキン層11a,11bの合計厚
さ、及びコア層12の厚さは、それぞれ、搬送用部材1
の全体厚さ(後述するクロス層としてのプリプレグ11
3の厚さは除く)の20〜40%及び60〜80%であ
ると好ましい。すなわち、図3に示すようにスキン層1
1a,11bの厚さをそれぞれt1及びt2とし、コア
層12の厚さをTcとしたときに、これらの厚さが下記
式(4)を満たすことが望ましい。
【0023】〈数4〉 式(4) T×0.2≦Ts≦T×0.4 [ただし、Ts=t1+t2であり、T=Ts+Tcで
ある。]
【0024】また、コア層12は、ハニカム状を成す心
材121と、好ましくはプリプレグ123(第3のCF
RP層)とが、図3に示すように積層されて成ることが
できる。プリプレグ123は、図1に示す搬送用部材1
の長手方向(X軸方向)に対して±30°〜±60°、
好ましくは±35°〜±55°、より好ましくは±40
°〜±50°の角度範囲θ3(図1参照)に配向された
ピッチ系炭素繊維(第3の炭素繊維)を強化繊維とし、
且つ、ビスマレイミド樹脂をマトリックスとしたCFR
Pである。また、プリプレグ123に用いられるピッチ
系炭素繊維の引張弾性率及び引張強さは、それぞれ50
0〜1000GPa、及び100〜6000MPa(好
ましくは3000〜6000MPa)とされている。こ
のプリプレグ123の合計体積は、コア層12全体の体
積の好ましくは0〜20容量%(プリプレグ123を使
用しない場合も有りうる。)、特に好ましくは5〜20
容量%であると好適であり、このとき、心材121の体
積はコア層12全体の体積の80〜100容量%とされ
る。
【0025】そして、上記のように構成された搬送用部
材1としての曲げ強さは、通常100〜1000MP
a、好ましくは200〜800MPa、より好ましくは
300〜600MPaとなっており、曲げ弾性率は、通
常3〜800GPa、好ましくは20〜700GPaを
達成できるようになっている。また、面内長手方向の熱
膨張係数は、通常−3.0〜20×10-6℃、好ましく
は−2.0〜10×10 -6℃、より好ましくは−1.0
〜7.0×10-6/℃とされている。
【0026】また、このような構成の搬送用部材1の製
造方法としては、例えば、スキン層11a、コア層1
2、スキン層11bを構成するFRP等の層を順次成形
して一体化された板状部材を作製し、この板状部材を所
望の形状に機械加工することによって製造する方法が挙
げられる。FRP層の成形方法としては、本実施形態の
ようにプリプレグを用いる場合にはオートクレーブ成形
法又はプレス成形法が好適である。他の成形方法として
は、公知のハンドレイアップ法をはじめ、RTM(レジ
ンタランスファーモールディング)法、FW(フィラメ
ントワインディング)法、SMC(シートモールディン
グコンパウンド)法等が挙げられる。特に、各層の密着
性を考慮すれば、プリプレグを用いたオートクレーブ成
形法及びプレス成形法が好ましい。また、炭素繊維の高
弾性率を最大限に発揮させるには、ロービングヤーンを
使用することが好ましい。
【0027】このように構成された搬送用部材1によれ
ば、プリプレグ111(第1のCFRP層)及びプリプ
レグ112(第2のCFRP層)のいずれかを単独で用
いた場合に比べ、両者の組み合わせによる相乗効果によ
って、それらの引張弾性率から想定される以上に優れた
曲げ剛性が得られる。具体的には、同形状の従来の搬送
用部材に比して、長手方向の曲げ弾性率が約2〜10
倍、短手方向の曲げ弾性率が約3〜10倍に向上される
というように、曲げ剛性を格段に向上させることが可能
となる。
【0028】また、CFRPのプリプレグは、成形体と
したときに十分な振動減衰特性を発現することが望まし
く、具体的な対数振動減衰率としては、炭素繊維のみを
強化繊維とし、且つその繊維体積含有率が60容量%の
CFRP(厚さ1.5mm)を試験体に用い、上述した
[曲げ振動に対する対数振動減衰率]の測定に記したよ
うに一方向材片持ちばりの状態で、1000μεの曲げ
歪みを加えたときの対数振動減衰率が、通常0.01〜
0.05、好ましくは0.02〜0.05であることが
望ましい。搬送用部材1のスキン層11a,11bに用
いているプリプレグ111、及びコア層12に用いてい
るプリプレグ123は、このような対数振動減衰率を発
現することが可能であり、搬送用部材1の振動減衰特性
が十分に高められる。
【0029】さらに、上記の如く曲げ剛性が格段に向上
することによって、曲げ振動に対する搬送用部材1の振
動減衰特性を格別に向上させることができる。またさら
に、曲げ剛性が格段に向上されるので、搬送用部材1を
電気炉4へ出し入れする際の熱衝撃によって搬送用部材
1に熱荷重が印加されても、反りやたわみの発生を最小
限に抑えることができる。さらにまた、曲げ剛性、及び
曲げ振動に対する振動減衰特性が格段に向上されるの
で、CFRPの使用量を低減し、搬送用部材1をより軽
量で取扱いやすいものにすることもできる。
【0030】またさらに、コア層12を構成するプリプ
レグ123のピッチ系炭素繊維が、プリプレグ111の
ピッチ系炭素繊維及びプリプレグ112のPAN系炭素
繊維の配向方向に対して斜交するように配向されている
ので、搬送用部材1のねじれ剛性を高めることが可能と
なる。その結果、ねじれ振動が低減され、ねじれ振動に
対する搬送用部材1の振動減衰特性を向上させることが
できる。しかも、プリプレグ123のピッチ系炭素繊維
の引張弾性率が、プリプレグ111のピッチ系炭素繊維
の引張弾性率と同等であるので、搬送用部材1の上記斜
交方向の曲げ剛性を、長手方向に対する曲げ剛性と同程
度に向上させることが可能となる。
【0031】さらにまた、プリプレグ111及びプリプ
レグ123の強化繊維としてピッチ系炭素繊維を用い、
プリプレグ112の強化繊維としてPAN系炭素繊維を
用いているので、それら各プリプレグの強化繊維に要求
される引張弾性率が極めて達成されやすく、各プリプレ
グを確実に得ることができる。したがって、搬送用部材
1の曲げ剛性、振動減衰特性等を十分に改善することが
可能となる。さらに、スキン層11a,11bを構成す
るプリプレグ111の体積が、スキン層11a,11b
全体の体積の50〜80容量%となっており、また、ス
キン層11a,11bを構成する第2のCFRP層の体
積が、スキン層11a,11b全体の体積の20〜50
容量%となっているので、搬送用部材1の長手方向及び
短手方向における曲げ剛性のバランスを良好に保つこと
が可能となる。
【0032】また、コア層12を構成するプリプレグ1
23の体積が、特に好ましくはコア層12全体の体積の
5〜20容量%であると、プリプレグ123の使用量に
応じたねじれ剛性を、搬送用部材1に対して確実に付与
することが可能となる。また、スキン層11a,11b
の合計厚さTsが上記式(4)に示す条件を満たすの
で、必要最小限のCFRP使用量で十分な曲げ特性及び
振動減衰特性を達成でき、且つ、軽量性及び経済性にも
優れた搬送用部材1を得ることができる。
【0033】さらに、プリプレグ111,112の形態
として一方向プリプレグのみではなく、二次元織物プリ
プレグをそれらの一部又は全部に用いれば、二次元織物
プリプレグは、一般に各プリプレグ間の接着性を向上さ
せることができるので、積層体である搬送用部材1の各
層間の接合性が高められる。また、スキン層11a,1
1bのプリプレグ112が一方向プリプレグではなく織
物プリプレグであれば、両面が凸凹形状を有しているの
で、一方向プリプレグであるプリプレグ111との密着
性を向上させることができる。また、スキン層11a,
11bの最表面側に位置するプリプレグを、表側が高繊
維密度且つ平滑であって、裏側が低繊維密度且つ凸凹形
状を有する二次元織物プリプレグとすれば、スキン層1
1a,11bの平滑性が高められる。さらに、各プリプ
レグのマトリックスとしてビスマレイミド樹脂を用いて
いるので、搬送用部材1の耐熱特性を一層向上させるこ
とが可能である。
【0034】ここで、スキン層11a,11bの曲げ剛
性及びねじり剛性を高めて搬送用部材1の曲げ剛性及び
ねじり剛性を更に向上させるために、搬送用部材1の長
手方向に対して±30°〜±60°、好ましくは±35
°〜±55°、より好ましくは±40°〜±50°の角
度範囲θ3(図1参照)に炭素繊維が配向したCFRP
のプリプレグを、スキン層11a,11bに付加しても
よい。この炭素繊維としてはピッチ系炭素繊維が望まし
く、プリプレグの形態としては、一方向プリプレグ及び
/又は二次元織物プリプレグが挙げられ、それらを複数
層積層して用いることができる。また、このプリプレグ
のスキン層11a,11bに対する体積率は、好ましく
は0〜30容量%(このプリプレグ使用しない場合も有
りうる。)、特に好ましくは5〜10容量%であると好
適である。このとき、スキン層11a,11bを構成す
るプリプレグ111,112のそれぞれの体積率は、そ
れらに好適な上述した範囲内で変動させることができ
る。
【0035】なお、プリプレグ111,123を一方向
プリプレグとし、プリプレグ112を二次元織物プリプ
レグ又は一方向プリプレグとしているが、プリプレグ1
11,112,123は、一方向プリプレグであって
も、二次元織物プリプレグであっても構わない。また、
二次元織物プリプレグの縦方向と横方向の繊維密度は、
両方ともに同程度であってもよいし、異なっていてもよ
く、横方向と縦方向の繊維密度の比が、好ましくは6
0:40〜98:2、より好ましくは65:35〜9
0:10であることが望ましい。このような二次元織物
プリプレグの織り組織については特に制限がなく、例え
ば、平織り、綾織り、朱子織り、繻子織り、模紗織り、
横しゃ織り等が用いられる。さらに、プリプレグ11
1,112,123は、他の一方向強化又は二次元強化
のプリプレグとしてもよく、二次元強化のプリプレグと
して、組布と呼ばれる不織布や他の不織布を使用しても
よい。また、搬送用部材1を構成するスキン層11a,
11bが、一方向プリプレグ(プリプレグ111)と二
次元織物プリプレグ(プリプレグ112)の積層体であ
るときには、諸物性のバランスをとるために、一方向プ
リプレグの方向と二次元織物プリプレグにおける高繊維
密度の方向を直交させると好適である。
【0036】また、スキン層11a,11bの最外層で
あるプリプレグ111の更に外側(最表面)に、繊維を
含むクロス層としてのプリプレグ113を設けても好適
である。このプリプレグ113の材料としては、引張弾
性率が200〜400GPaの炭素繊維、例えば、PA
N系炭素繊維の織物が用いられ、その織り組織について
は特に制限がない。マトリックスとしてはビスマレイミ
ド樹脂を用いると好適である。また、プリプレグ113
から成る個々のクロス層の厚さは、0.1〜0.7mm
であることが望ましい。プリプレグ113が二次元織物
プリプレグである場合には、例えば、朱子織りであって
一方向の繊維密度が高く、他方向の繊維密度が低いもの
を用いることができる。このようにすると、スキン層1
1a,11bの表面の平滑性、及び一方向プリプレグと
の密着性の観点から好適である。このようなクロス層を
搬送用部材1の最表面に設けると、搬送用部材1の表面
のバリや毛羽立ちを防止することができる。
【0037】さらに、プリプレグ111,112,11
3,123のマトリックスとしてビスマレイミド樹脂を
採用しているが、他の樹脂であってもよく、熱硬化性樹
脂及び熱可塑性樹脂の広い範囲から目的に応じて適宜選
択することができる。熱硬化性樹脂としては、ビスマレ
イミド樹脂の他に、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリ
エステル樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ジアリルフ
タレート樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、
熱硬化性ポリイミド樹脂、メラミン樹脂等が挙げられ
る。そして、各プリプレグは、強化繊維にこれら樹脂を
単独で或いは2種以上混合したものを含浸させることに
より製造される。また、これらの樹脂には、物性や成形
加工性を改良する目的で、可塑剤、安定剤、その他の各
種添加物を加えてもよい。
【0038】また、プリプレグ111,112,11
3,123は、炭素繊維以外の他の強化繊維として、例
えば、ガラス繊維、金属繊維、セラミック繊維等を更に
含有していてもよい。ガラス繊維としては、Eガラス、
Sガラス、Tガラス等各種のガラス繊維を用いることが
でき、弾性率の点では、各ガラス繊維とも大差がなく、
また、経済性の観点からは、Eガラスが望ましい。金属
繊維としては、ステンレス繊維、銅繊維、ニッケル繊
維、チタン繊維、タングステン繊維等が挙げられ、セラ
ミック繊維としては、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、
炭化チタン繊維、窒化ホウ素繊維等を使用することがで
きる。このような他の強化繊維を炭素繊維とともにプリ
プレグ111,112,113,123に用いる場合に
は、炭素繊維の使用割合を、強化繊維の全体積の45容
量%以上にする必要がある。炭素繊維の容量割合が45
容量%未満であると、スキン層11a,11bに求めら
れる物性強度を得られないおそれがある。
【0039】また、スキン層11a,11bにおける強
化繊維、及びマトリックスである樹脂の好適な体積比
は、強化繊維の繊維体積含有率Vfが通常30〜80容
量%、好ましくは40〜70容量%であり、また、樹脂
の樹脂体積含有率Vmが通常20〜70容量%、好まし
くは25〜60容量%である。また、スキン層11a,
11bには、製造の際に、空洞(空隙)が不可避的に発
生してしまうことがあり、このときの空洞率Vvは、5
容量%以下であると好ましく、特に、3容量%以下であ
ることが望ましい。このような体積比にすれば、スキン
層11a,11bに必要な強度を発現できるCFRP
を、確実に得ることが可能となる。
【0040】また、ハニカム状の心材121は、その形
状や材質について特に制限はなく、材質としては、アル
ミニウム等の金属、ガラス、ポリカーボネート、芳香族
ポリアミド(米国デュポン社製の“ノメックス”ハニカ
ム等)、紙等が挙げられる。これらの材質から成る心材
121は、例えば、金型内に熱可塑性樹脂を含むコンパ
ウンドを充填し、その上にハニカム状に加工したものを
置き、その上に更にコンパウンドを充填し、加熱、加圧
成形することによって得られる。このとき、心材の主と
して表層部には若干量のコンパウンドが浸入し、そのま
ま固化する。このような心材121を用いることによ
り、コア層12のかさ比重を0.3〜0.5程度とで
き、搬送用部材1の軽量化を一層図ることができる。ま
た他の材質から成るものとして、金属繊維、セラミック
ス繊維、ガラス繊維、炭素繊維又は他の有機質繊維等を
用いた三次元織物や繊維集合体から成るハニカム状の心
材も好適である。これら繊維質のものは、プリプレグ1
11,112,113,123のマトリックスに用いら
れる前述した樹脂による固定で強度を向上させて用いる
とより好ましい。
【0041】また、心材121はハニカム状以外の空隙
を有するもの、例えば、多孔体、波板(コルゲート)状
を成して空隙を有する構造体等を用いても好ましい。多
孔体としては、例えば、ガラスバルーン、シラスバルー
ン、パーライト等の無機質中空フィラーが、不飽和ポリ
エステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、熱
硬化性ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂等の熱硬化
性樹脂で結着されたもの、連続気泡又は独立気泡を有す
る金属、プラスチック又はガラス等から成る発泡体、凝
固の制御や溶媒抽出法によって得られる多孔質のプラス
チック、樹脂で固定された金属繊維、セラミックス繊
維、ガラス繊維、炭素繊維又は他の有機質繊維等を用い
た三次元織物や繊維集合体等が用いられる。ガラス繊維
としては、Eガラス、Sガラス、Tガラス等各種のガラ
ス繊維を用いることができ、弾性率の点では、各ガラス
繊維とも大差がなく、また、経済性の観点からは、Eガ
ラスが望ましい。
【0042】さらに、コア層12には、心材121に加
えて又は代わりに、FRPを用いることもできる。強化
繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊
維、金属繊維等を使用できる。これらのうち、経済性の
観点からはガラス繊維が好ましい。ガラス繊維として
は、Eガラス、Sガラス、Tガラス等各種のガラス繊維
を用いることができ、弾性率の点では、各ガラス繊維と
も大差がなく、また、経済性の観点からは、Eガラスが
望ましい。また、これらの繊維は、短繊維でも長繊維で
もよく、連続繊維であってもよい。強化繊維の強化形態
としては、一方向強化、二次元強化、マット、フェルト
等を用いることができる。一方向強化としては一方向プ
リプレグが好ましく用いられ、二次元強化としては二次
元織物プリプレグを用いることが好ましい。また、一方
向強化の場合、強化繊維は、通常、長手方向に配向され
る。
【0043】次に、多孔体等から成る心材を用いた搬送
用部材の積層構造の一例を図4に示す。搬送用部材5
は、スキン層51a,51bとコア層52との積層体で
あり、図1に示す搬送用部材1と同様の形状を成してい
る。また、スキン層51a,51bは、搬送用部材1を
構成するスキン層11a,11bと同様の材質及び構成
となっており、両者の最表面にはそれぞれクロス層53
a,53bが設けられている(ただし、クロス層53
a,53bはスキン層11a,11bに含まれな
い。)。そして、コア層52は、上述した多孔体から成
る多孔体層52aと、CFRP及びガラス繊維強化プラ
スチック(以下、「GFRP」という)のプリプレグか
ら成る積層体52bとで形成されている。このような多
孔体層52aは、平均粒子径が100μm以下、且つ、
かさ比重が0.5以下、好ましくは0.3以下であるよ
うな無機質中空フィラーと、未硬化の熱硬化性樹脂とを
一様に混合して成るコンパウンドを、金型を用いて所望
の形状に加熱及び加圧成形することによって製造すると
好適である。このとき、無機質中空フィラーと樹脂との
混合割合は、多孔体層52aの形状、寸法、用途等によ
って異なるものの、通常は、重量比で1:3〜2:1程
度である。このようにすれば、多孔体層52aの表面を
平滑にでき、積層体52bとの接合性が向上されるとと
もに、一層の軽量化を図ることが可能となる。具体的に
は、上記のかさ比重の無機質中空フィラーを用いると、
かさ比重が0.4〜0.6程度と極めて軽量な多孔体層
52aが得られる。また、多孔体層52aに上述のハニ
カム状を成す心材121を組み合わせて用いてもよい。
そして、積層体52bを構成するCFRPのプリプレグ
の全体積は、コア層52全体の体積の好ましくは0〜2
0容量%(このCFRPのプリプレグを使用しない場合
も有りうる。)、特に好ましくは5〜20容量%である
と好適である。また、スキン層51a,51bの厚さt
1及びt2と、コア層52の厚さtcとは、前述の式
(4)で表される関係を満たすことが望ましい(ただ
し、この場合、tcが式(4)のTcに相当する。)。
【0044】また、図5は、搬送用部材を筒状体とした
場合の構成の一例を示す斜視図である。搬送用部材6
は、上述したプリプレグ111,112が積層されたス
キン層61と、GFRPのプリプレグ122及びCFR
Pのプリプレグ123が積層されたコア層62とが巻回
された筒状体である。また、搬送用部材6はコの字状を
成しており、長手方向としてのZ軸方向(筒状体の軸方
向)に伸びた部分に上述の基板2が載せられるようにな
っており、その部分の径は、先端に向かって徐々に細く
なっている。このような構成の搬送用部材6を形成する
筒状体は、上記各プリプレグを、それらに含まれている
炭素繊維の配向方向がZ軸方向に対して前述した角度範
囲となるように、例えば、マンドレル等に巻き付けるこ
とにより製造される。
【0045】また、振動減衰特性を高めるために、搬送
用部材6に用いられるプリプレグ111として、細径端
部からある程度径の太くなるまでの部分に引張弾性率が
500〜1000GPaのピッチ系炭素繊維(第1の炭
素繊維)を強化繊維として用いたプリプレグが配置さ
れ、残りの部分に主として引張弾性率100〜600G
PaのPAN系炭素繊維を用いたプリプレグが配置され
た置換プリプレグシートを用いると好ましい。また、同
一の置換プリプレグシート内では、図5に示すように巻
回された状態において、上記ピッチ系炭素繊維がZ軸方
向に対して−20°〜+20°、好ましくは−10°〜
+10°の角度範囲に配向しており、このピッチ系炭素
繊維の配向方向に対してPAN系炭素繊維が、−5°〜
5°、好ましくは−2°〜2°の相対的な角度範囲内、
より好ましくは実質同じ方向に配向されていると好適で
ある。
【0046】なお、上述した実施形態では、スキン層1
1a,11bをCFRPで形成し、コア層12をCFR
P及び心材で形成したが、スキン層11a,11bをC
FRP、GFRP及び心材で形成し、コア層12をCF
RPで形成してもよい。また、コア層12を、CFR
P、GFRP及び心材のうちいずれか一つの部材のみと
してもよく、FRPとしては他の繊維を含んでいてもも
ちろんよい。さらに、搬送用部材1,5,6は、それぞ
れ2つに枝分かれした先端部、及び2つの言わばアーム
部を有しているが、これら枝分かれした先端部及びアー
ム部の数は2つでなくともよく、3つ以上であっても構
わない。また、平板状の搬送用部材1は枝分かれしてい
なくともよい。またさらに、搬送用部材1,5,6の形
状は基板等を載せることができれば、単純な平板状及び
筒状以外の適宜形状としてもよい。また、スキン層11
a,11b,51a,51b,61及びコア層12,5
2,62を構成する各プリプレグの積層枚数及び積層順
序は図示したものに限定されるものではない。
【0047】
【実施例】以下、本発明に係る具体的な実施例について
説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。
【0048】〈実施例1〉 (1)スキン層の作製:引張弾性率800GPaのピッ
チ系炭素繊維を一方向に引き揃えてビスマレイミド樹脂
を含浸させて得た一方向プリプレグシートを、その強化
方向が搬送用部材の長手方向となるべき方向に対して0
°(すなわち同方向)となるように、また、引張弾性率
230GPaのPAN系炭素繊維を一方向に引き揃えて
ビスマレイミド樹脂を含浸させて得た一方向プリプレグ
シートを、その強化方向が上記長手方向に対して90°
(すなわち直交方向)となるように、それぞれ複数を積
層して、オートクレーブ処理し、厚さ約1.2mmのス
キン層を作製した。なお、ピッチ系炭素繊維を用いた前
者のプリプレグのコア層における体積割合は75%と
し、残りの25%はPAN系炭素繊維を用いた後者のプ
リプレグとした。 (2)コア層の作製:引張弾性率600GPaのピッチ
系炭素繊維を一方向に引 き揃えてビスマレイミド樹脂を含浸させて得た一方向プ
リプレグシートを、その強化方向が上記長手方向となる
べき方向に対して±45°となるように、且つ、コア層
におけるこのプリプレグシートの体積割合が5%となる
ように複数積層し、また、残りの部分にはビスマレイミ
ド樹脂を含浸させたガラス繊維から成るプリプレグを複
数積層して厚さ約5.6mmのコア層を作製した。 (3)搬送用部材の作製:2層の上記スキン層の間に上
記コア層を配置させ接合し、さらに、両スキン層の表面
に、230GPaの炭素繊維の織物(朱子織り、厚さ
0.1mm)を貼付してクロス層を形成させて積層体を
得た。この積層体を図1に示す形状に加工し、長さ10
00mm×幅600mm(ただし、枝分かれ部の幅約2
0mm)×厚さ約8.2mmの搬送用部材1を作製し
た。
【0049】(熱衝撃試験)上記搬送用部材1に、図1
に示す基板2とほぼ同形状の黒鉛板(重量約1kg)を
載せ(位置は図1に示す基板2の位置)た状態で、図2
に示す大気中200℃の電気炉に10分間投入した。そ
の後、炉外に取り出し、10分間室温に放置して空冷す
るという熱衝撃試験を50サイクル行った。その結果、
反りや剥離等の異状は全く生じなかった。また、試験前
後の重量変化も全くなかった。
【0050】次に、上記熱衝撃試験前後の搬送用部材1
について、図2に示すような片持ちばりの状態で、先端
両端部の自重たわみを測定した。その結果、両端部とも
衝撃試験前後のたわみ量に変化はなく、熱衝撃試験の前
後における熱荷重によるたわみの増加が生じないことが
確認された。以上の熱衝撃性試験の結果より、本発明の
搬送用部材は十分な耐熱特性を有していることが理解さ
れる。
【0051】〈比較例1〉引張弾性率230GPaのピ
ッチ系炭素繊維を一方向に引き揃えてビスマレイミド樹
脂を含浸させて得た一方向プリプレグシートを、その強
化方向が上記長手方向に対して0°方向(すなわち同方
向)となるように複数積層した後、この両面に上記実施
例1と同じクロス層を形成させた厚さ約8.2mmの積
層体を、上記実施例1と同形状に加工して搬送用部材を
作製した。
【0052】〈曲げ試験〉上記実施例1及び上記比較例
1で作製した各搬送用部材を試験体として用い、曲げ弾
性率を求めた結果を下記表1に示す。この試験結果よ
り、本発明の搬送用部材は、曲げ剛性が従来に比して格
段に向上されていることが確認された。
【0053】
【表1】
【0054】〈実施例2〉全体の厚さを1.5mmとし
た(ただし、各プリプレグシートの体積割合、及びスキ
ン層とコア層の厚さの比は実施例1と同様)こと、及
び、クロス層を設けなかったこと以外は、上記実施例1
と同様にして積層体を作製した。
【0055】〈比較例2〉全体の厚さを1.5mmとし
たこと、及び、クロス層を設けなかったこと以外は上記
比較例1と同様にして積層体を作製した。
【0056】〈振動試験〉上記実施例2及び上記比較例
2で作製した各搬送用部材を試験体として用い、この試
験体に曲げひずみとして1000μεを印加し、前述し
たような測定及び算出方法により、曲げ振動に対する対
数振動減衰率を求めた。その結果、実施例2の対数振動
減衰率は約0.03であり、一方、比較例2の対数振動
減衰率は約0.009であった。このように、実施例2
は比較例2の3倍強の対数振動減衰率を示した。この結
果より、本発明の搬送用部材は、曲げ振動に対する振動
減衰特性が従来に比して格段に向上されていることが確
認された。
【0057】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
軽量で取扱いやすいとともに、曲げ剛性、振動減衰特性
及び耐熱特性に極めて優れ、高温環境で大型の基板等を
搬送する用途に十分適した搬送用部材を得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の搬送用部材に係る一実施形態を示す斜
視図である。
【図2】本発明の搬送用部材に係る一実施形態による基
板の搬送状況を示す模式的な断面図である。
【図3】図1のA部の構造を示す斜視図である。
【図4】本発明の搬送用部材に多孔体等から成る心材を
用いた場合の積層構造の一例を示す斜視図である。
【図5】本発明の搬送用部材を筒状体とした場合の構成
の一例を示す斜視図である。
【図6】本発明におけるねじり振動に対する対数振動減
衰率の測定を示す模式図である。
【符号の説明】
1,5,6…搬送用部材、11a,11b,51a,5
1b,61…スキン層、12,52,62…コア層、1
11…プリプレグ(第1のCFRP層)、112…プリ
プレグ(第2のCFRP層)、123…プリプレグ(第
3のCFRP層)。
フロントページの続き (72)発明者 内田 大介 東京都港区西新橋一丁目3番12号 日石三 菱株式会社技術開発部内 Fターム(参考) 3F061 AA01 BA02 BE05 BF00 DB00 DB04 DB06 5F031 CA02 CA05 GA32

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭素繊維強化プラスチックから成るスキ
    ン層と、コア層とが積層された搬送用部材であって、 前記スキン層は、当該搬送用部材の長手方向に対して−
    20°〜+20°の角度範囲に配向し且つ引張弾性率が
    500〜1000GPaである第1の炭素繊維を含有す
    る第1の炭素繊維強化プラスチック層と、 前記長手方向に対して+75°〜+90°及び/又は−
    75°〜−90°の角度範囲に配向し且つ引張弾性率が
    200〜400GPaである第2の炭素繊維を含有する
    第2の炭素繊維強化プラスチック層と、を有することを
    特徴とする搬送用部材。
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