发明创造名称：一种碳纤维复合材料工业机器人外壳制件及其制备方法
外观设计名称：
决定号：182294
决定日：2019-06-19
委内编号：1F244944
优先权日：
申请（专利）号：201410148610.6
申请日：2014-04-14
复审请求人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所
无效请求人：
授权公告日：
审定公告日：
专利权人：
主审员：伍佳
合议组组长：王扬
参审员：王晓燕
国际分类号：B29C70/34，B29C70/16
外观设计分类号：
法律依据：专利法第22条第3款
决定要点
：如果一项发明相对于最接近的现有技术存在区别技术特征，该区别技术特征或者在现有技术中有启示，或者为本领域的公知常识，则其不具备突出的实质性的特点，所述发明不具备创造性。
全文：
本复审请求涉及申请号为201410148610.6，名称为“一种碳纤维复合材料工业机器人外壳制件及其制备方法”的发明专利申请（下称“本申请”）。本申请的申请人为中国科学院宁波材料技术与工程研究所，申请日为2014年4月14日，公开日为2015年10月14日。
经实质审查，国家知识产权局原审查部门于2017年10月27日发出驳回决定，驳回了本申请，其理由是：权利要求1-10相对对比文件1（CN102454299A，公开日为2012年5月16日）和本领域的常用技术手段的结合不具备专利法第22条第3款规定的创造性。驳回决定所依据的文本为：2014年4月14日提交的说明书第1-103段、说明书附图1-4及说明书摘要；2017年10月9日提交的权利要求第1-10项。驳回决定所针对的权利要求书如下：
“1. 一种碳纤维复合材料工业机器人外壳制件的成型方法，所述的成型方法包括：
(1)提供一碳纤维预浸料；
(2)用所述预浸料在模具上进行铺层；
(3)对所述的模具和预浸料进行热压罐固化成型，得到所述的碳纤维复合材料工业机器人外壳；
其特征在于，在步骤(3)中，所述的热压罐固化成型包括：在85-95℃，350-450kPa下保温70-100min；然后在125-135℃，650-750kPa下保温1.5-2.5h；
且所述的热压罐固化成型还包括：保温完毕后，以1-3℃/min的降温速率进行降温；
且所述的铺层包括：按照铺层角度为0/45/90/-45/45/90/-45/0的顺序进行铺层，且所述的铺层共进行8-24层。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的模具为近圆柱体状，且具有一执行部端和一下臂端。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的碳纤维预浸料为面密度为150-250g/cm3的碳纤维平纹织物预浸料。
4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的碳纤维预浸料的增强纤维为T300碳纤维。
5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的碳纤维预浸料的基体材料为环氧树脂。
6. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的方法还包括：在进行所述步骤(2)之前，在所述模具上涂覆脱模剂。
7. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述执行部端的直径为130-170mm；且所述下臂端的直径为220-270mm。
8. 一种碳纤维复合材料工业机器人外壳制件，其特征在于，所述的制件是用如权利要求1-7任一所述的方法成型得到的。
9. 一种碳纤维复合材料工业机器人外壳制件，其特征在于，所述的制件具有(a)树脂基体；和(b)增强纤维，其中，所述增强纤维的铺层方式为：铺层角度为 0/45/90/-45/45/90/-45/0，且所述的铺层共进行16层。
10. 如权利要求8所述的制件，其特征在于，所述制件的最大主应力范围为13-160MPa。”
驳回决定认为：独立权利要求1与对比文件1相比，区别为：（1）所述碳纤维复合材料用于制作工业机器人外壳；（2）对模具与预浸料进行热压罐固化成型，并限定了固化参数以及后续的降温速率；（3）所述的铺层包括：按照铺层角度为0/45/90/-45/45/90/-45/0的顺序进行铺层，且所述的铺层共进行8-24层。然而，上述区别为本领域的常用技术手段，故独立权利要求1不具备创造性。从属权利要求2-7的附加技术特征或被对比文件1公开，或为本领域的常用技术手段，在它们引用的权利要求不具备创造性的基础上，这些从属权利要求也不具备创造性。
独立权利要求8请求保护一种用权利要求1-7任一所述的方法成型得到的碳纤维复合材料工业机器人外壳制件，在权利要求1-7的成型方法不具备创造性的基础上，独立权利要求8所要求保护的碳纤维复合材料工业机器人外壳制件也不具备创造性。从属权利要求10的附加技术特征为本领域的常用技术手段，在其引用的权利要求不具备创造性的基础上，从属权利要求10也不具备创造性。
独立权利要求9与对比文件1的区别为：（1）所述碳纤维复合材料用于制作工业机器人外壳；（2）所述增强纤维的铺层角度为0/45/90/-45/45/90/-45/0，且铺层共进行16层。然而，上述区别为本领域的常用技术手段，故独立权利要求9不具备创造性。
申请人（下称“复审请求人”）对上述驳回决定不服,于2018年2月12日向国家知识产权局提出了复审请求，但未修改申请文件。复审请求人认为：1）采用的模具不同。对比文件1是将预浸料铺敷在模具上后直接合模（即采用对模）加热固化，没有抽真空，而本申请采用热压罐固化成型，预浸料铺在单面模具上后采用真空袋密封，然后在热压罐中在高真空度下固化成型，模具成本更低；2）成型条件不同。对比文件1没有公开相应的固化参数及冷却速率等参数，具体制件结构应当采用的工艺参数并非容易得到的；对比例1的降温过程中，温度降至室温用时20min，得到的机械臂翘曲、扭曲变形、无法组装，可见本申请的降温速率导致产品具有好的技术效果；3）铺层方式不同。复合材料制件的强度不仅取决于纤维铺层，还与纤维铺层方向有很大关系，铺层方式直接影响产品各方向的性能；对比例2的铺层方式得到的机械臂刚度较弱末端形变大，工作精度低，可见本申请的铺层方式导致产品具有更好的成型效果。综上，本申请具备创造性。
经形式审查合格，国家知识产权局于2018年3月13日依法受理了该复审请求，并将其转送至原审查部门进行前置审查。
原审查部门在前置审查意见书中坚持驳回决定。
随后，国家知识产权局成立合议组对本案进行审理。
合议组于2019年2月21日向复审请求人发出复审通知书，指出：权利要求1-10相对于对比文件1与本领域的常规技术手段的结合不具备创造性。
复审请求人于2019年4月8日提交了意见陈述书，同时提交了修改的权利要求书，具体修改为：将从属权利要求3的附加技术特征“所述的碳纤维预浸料为面密度为150-250g/cm3的碳纤维平纹织物预浸料”、从属权利要求4的附加技术特征“所述的碳纤维预浸料的增强纤维为T300碳纤维”、从属权利要求5的附加技术特征“所述的碳纤维预浸料的基体材料为环氧树脂”以及说明书中特征“所述的预浸料的厚度为0.2-0.4mm”补入独立权利要求1中；并且，根据说明书记载的内容新增了权利要求3-5。修改后的权利要求书如下：
“1. 一种碳纤维复合材料工业机器人外壳制件的成型方法，所述的成型方法包括：
(1)提供一碳纤维预浸料；
(2)用所述预浸料在模具上进行铺层；
(3)对所述的模具和预浸料进行热压罐固化成型，得到所述的碳纤维复合材料工业机器人外壳；
其特征在于，在步骤(3)中，所述的热压罐固化成型包括：在85-95℃，350-450kPa下保温70-100min；然后在125-135℃，650-750kPa下保温1.5-2.5h；
且所述的热压罐固化成型还包括：保温完毕后，以1-3℃/min的降温速率进行降温；
且所述的铺层包括：按照铺层角度为0/45/90/-45/45/90/-45/0的顺序进行铺层，且所述的铺层共进行8-24层
且所述的碳纤维预浸料为面密度为150-250g/cm3的碳纤维平纹织物预浸料，所述的碳纤维预浸料的增强纤维为T300碳纤维，所述的碳纤维预浸料的基体材料为环氧树脂，所述的预浸料的厚度为0.2-0.4mm。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的模具为近圆柱体状，且具有一执行部端和一下臂端。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的预浸料的幅宽为1000mm。
4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的碳纤维预浸料中，所述的基体材料的体积含量为30％-40％。
5. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述模具的执行部端和下臂端还设有把手。
6. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的方法还包括：在进行所述步骤(2)之前，在所述模具上涂覆脱模剂。
7. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述执行部端的直径为130-170mm；且所述下臂端的直径为220-270mm。
8. 一种碳纤维复合材料工业机器人外壳制件，其特征在于，所述的制件是用如权利要求1-7任一所述的方法成型得到的。
9. 一种碳纤维复合材料工业机器人外壳制件，其特征在于，所述的制件具有(a)树脂基体；和(b)增强纤维，其中，所述增强纤维的铺层方式为：铺层角度为0/45/90/-45/45/90/-45/0，且所述的铺层共进行16层。
10. 如权利要求8所述的制件，其特征在于，所述制件的最大主应力范围为13-160MPa。”
复审请求人认为：1）对比文件1是将预浸料铺敷在模具上后直接合模（即采用对模）加热固化，没有抽真空，本申请采用热压罐固化成型，预浸料铺在单面模具上后采用真空袋密封，然后在热压罐中在高真空度下固化成型，二者有很大区别；2）本申请中固化成型工艺条件、铺层方式非显而易见；3）对比文件1制备混凝土车臂架，其构造和形状与本申请的工业机器人外壳制件有非常大的区别；4）进一步限定的增强纤维规格、预浸料的面密度、规格和预浸料厚度，对最终成品有较大影响，能够取得更好的效果。因此，本申请具备创造性。
在上述程序的基础上，合议组认为本案事实已经清楚，可以作出审查决定。
决定的理由
（一）关于审查文本
本复审请求审查决定书所针对的文本是：2014年4月14日提交的说明书第1-103段、说明书附图1-4及说明书摘要；2019年4月8日提交的权利要求第1-10项。
（二）关于创造性
专利法第22条第3款规定：创造性，是指与现有技术相比，该发明具有突出的实质性特点和显著的进步。
如果一项发明相对于最接近的现有技术存在区别技术特征，该区别技术特征或者在现有技术中有启示，或者为本领域的公知常识，则其不具备突出的实质性的特点，所述发明不具备创造性。
具体到本案：
1.独立权利要求1请求保护一种碳纤维复合材料工业机器人外壳制件的成型方法。对比文件1公开了一种混泥土泵车用碳纤维复合材料臂梁的成型方法，并具体公开了以下内容（参见说明书第[0003]-[0006]段，实施例）：所述成型方法包括预备碳纤维布预浸料（即提供碳纤维预浸料）；在芯模上用90°碳纤维布预浸料铺覆到要求厚度，然后铺覆±45°纤维层，0°纤维层铺覆到上下模上（即用预浸料在模具上铺层）；最后把上下模合在芯模上，经过加热固化（即对模具和预浸料进行固化成型），得到铺层结构的碳纤维复合材料臂架。对比文件1是要提供一种重量轻、强度高、刚性好、耐疲劳、抗腐蚀的泵车臂架。对比文件1（参见说明书第[0006]段）还公开碳纤维增强环氧树脂复合材料，即预浸料的基体可为环氧树脂。
权利要求1与对比文件1的区别为：（1）所述碳纤维复合材料用于制作工业机器人外壳；（2）对模具与预浸料进行热压罐固化成型，并限定了固化参数以及后续的降温速率；（3）所述的铺层包括：按照铺层角度为0/45/90/-45/45/90/-45/0的顺序进行铺层，且所述的铺层共进行8-24层；（4）碳纤维预浸料为面密度为150-250g/cm3的碳纤维平纹织物预浸料，其增强纤维为T300碳纤维，所述预浸料的厚度为0.2-0.4mm。基于上述区别技术特征，该权利要求实际解决的技术问题是:如何制备轻质、机械强度和韧性良好的碳纤维复合材料工业机器人外壳制件。
然而，对于区别（1），在对比文件1已公开了采用碳纤维复合材料能够制造重量轻、强度高等综合性能良好的臂架，本领域公知碳纤维复合材料具有比强度高、比模量大、耐疲劳、抗腐蚀及重量轻等优点的基础上，本领域技术人员容易想到采用碳纤维复合材料来制造轻质、机械强度和韧性良好的工业机器人外壳。
对于区别（2），利用热压罐固化成型纤维复合材料，且采用低温、高温分段固化的台阶式固化方式，并针对不同的树脂、固化剂设置相应的固化时间和温度，以及设定合适的降温速率从而减小内应力防止收缩和翘曲等缺陷，是本领域技术人员的常用技术手段（参见《聚合物基复合材料》（第二版），王汝敏等，科学出版社，2011年4月，参见第212-219页，该书作为本领域公知常识性证据被引入）。
对于区别（3），对比文件1（参见说明书实施例）已公开在芯模上用90°角碳纤维布预浸料铺覆到要求厚度，然后铺覆±45°纤维层，0°纤维层铺覆到上下模上，给出了采用90°、±45°和0°纤维层进行组合并变换角度排布而得到预浸料铺层，且能够最终制得重量轻、强度高、刚性好、耐疲劳、抗腐蚀的泵车臂架的启示。在此基础上，将碳纤维预浸料按0/45/90/-45/45/90/-45/0顺序铺设，并根据实际性能需要选择铺设层数，是本领域技术人员能够通过合乎逻辑推理和有限实验得到的。
对于区别（4），碳纤维平纹织物预浸料是本领域常用的碳纤维预浸料，T300是本领域常用的碳纤维型号。由于对比文件1与本发明都要制备轻质、机械强度和韧性良好的碳纤维复合材料，本领域技术人员在对比文件1的基础上，面临如何制备轻质、机械强度和韧性良好的碳纤维复合材料工业机器人外壳制件问题时，根据需要即能选择得到合适的面密度及编织方式的碳纤维预浸料、碳纤维型号及预浸料厚度，其技术效果可以预期的。
综上所述，在对比文件1的基础上结合本领域公知常识，得出该权利要求1请求保护的技术方案，对本技术领域的技术人员来说是显而易见的，因此该权利要求所要求保护的技术方案不具有突出的实质性特点，不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
2.权利要求2和7对外壳的成型模具作了进一步的限定。由于该复合材料制件主要用于机器人机械臂的外壳，特别是圆管状上臂结构，而本领域通常采用在圆柱体或近圆柱体状芯模上铺覆或缠绕纤维预浸料，并施加真空袋或软模后放入热压罐固化成型以制得圆管状复合材料（参见《先进复合材料制造技术》，[美]T.G.古托夫斯基主编，化学工业出版社，2004年5月，参见第16-23页，第293-295页，该书作为本领域公知常识性证据被引入），因此，将模具设置为近圆柱体状以成型圆管状上臂结构、设置执行部端和下臂端用于安装、运输、脱模等操作，以及选择执行部端和下臂端的具体尺寸，都是本领域技术人员根据臂架制品所需的形状和大小容易想到的。
权利要求6对预浸料在模具上的铺层步骤作了进一步的限定。为避免固化后的制件在脱模时的粘模，涂覆脱模剂是本领域技术人员容易想到的。
因此，在它们引用的权利要求不具备创造性的基础上，权利要求2，6和7请求保护的技术方案不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
3.独立权利要求8请求保护一种碳纤维复合材料工业机器人外壳制件，所述制件是用权利要求1-7任一所述的方法成型得到的。对比文件1（参见说明书第[0003]-[0006]段，实施例）公开了一种混泥土泵车用碳纤维复合材料臂梁，通过在模具上变换角度铺覆碳纤维布预浸料，之后加热固化成型得到重量轻、强度高、刚性好、耐疲劳、抗腐蚀的泵车臂架。因为其引用的方法权利要求1，2，6和7不具备创造性，由上述方法所制备的产品也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
4.独立权利要求9请求保护一种碳纤维复合材料工业机器人外壳制件。对比文件1（参见说明书第[0003]-[0006]段，实施例）公开了一种混凝土泵车用碳纤维复合材料臂架，并具体公开了以下内容：所述碳纤维预浸料为碳纤维增强环氧树脂复合材料（即制件具有(a)树脂基体和(b)增强纤维），在芯模上用90°角碳纤维布预浸料铺覆到要求厚度，然后铺覆±45°纤维层，0°纤维层铺覆到上下模上。
权利要求9与对比文件1的区别为：（1）所述碳纤维复合材料用于制作工业机器人外壳；（2）所述增强纤维的铺层角度为0/45/90/-45/45/90/-45/0，且铺层共进行16层。基于上述区别技术特征，该权利要求实际解决的技术问题是:如何制备轻质、机械强度和韧性良好的碳纤维复合材料工业机器人外壳制件。
然而，对于区别（1），在对比文件1已公开了采用碳纤维复合材料能够制造重量轻、强度高等综合性能良好的臂架，本领域公知碳纤维复合材料具有比强度高、比模量大、耐疲劳、抗腐蚀及重量轻等优点；本领域技术人员容易想到采用碳纤维复合材料来制造轻质、机械强度和韧性良好的工业机器人外壳。
对于区别（2），对比文件1（参见说明书实施例）已公开在芯模上用90°角碳纤维布预浸料铺覆到要求厚度，然后铺覆±45°纤维层，0°纤维层铺覆到上下模上，给出了采用90°、±45°和0°纤维层进行组合并变换角度排布而得到预浸料铺层的启示，且能够最终制得重量轻、强度高、刚性好、耐疲劳、抗腐蚀的泵车臂架。在此基础上，将碳纤维预浸料按0/45/90/-45/45/90/-45/0顺序铺设，并根据实际性能需要选择铺设层数，是本领域技术人员能够合乎逻辑推理和有限实验得到的。
综上所述，在对比文件1的基础上结合本领域的常用技术手段，得出该权利要求请求保护的技术方案，对本技术领域的技术人员来说是显而易见的，权利要求9所要求保护的技术方案不具有突出的实质性特点，不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
5.权利要求10对制件的最大主应力范围进一步限定。由于碳纤维复合材料的应力承受范围与纤维、树脂、界面等因素相关，且其常用应力承受范围及调节方式都是本领域公知的技术，本领域技术人员在对比文件1与本申请都可采用碳纤维增强环氧树脂来得到重量轻、强度高、刚性好、耐疲劳、抗腐蚀的臂类部件的启示下，容易根据需要调节其最大主应力范围，且效果可以预期的。因此，在其引用的权利要求不具备创造性的情况下，权利要求10也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
（三）关于复审请求人意见
针对复审请求人的意见陈述，合议组经审查后认为：
首先，权利要求的保护范围是由权利要求公开的范围确定的，复审请求人指出的“真空袋密封”、“抽真空”等特征并未记载于权利要求书中，不予考虑；其次，由于复合材料成型工艺中，采用真空袋密封预成型坯料后放入热压罐固化成型是本领域的常用技术手段，即使权利要求中加入上述特征，也不会为本申请带来创造性；此外，根据产品的形状尺寸选择合适的成型模具是本领域的常用技术手段，当本领域技术人员面对要成型机器人机械臂的外壳，特别是圆管状的上臂结构时，选择成型管状产品的模具是显而易见的。而本领域通常采用在圆柱体或近圆柱体状芯模上铺覆或缠绕纤维预浸料，并施加真空袋或软模后放入热压罐固化成型以制得圆管状复合材料（参见《先进复合材料制造技术》，[美]T.G.古托夫斯基主编，化学工业出版社，2004年5月，参见第16-23页，第293-295页），因此，本领域技术人员在对比文件1的基础上，根据产品的形状尺寸等需求选择芯模加真空袋的工艺手段，是无需付出创造性劳动即可得到的。
针对加热固化参数及降温速率：利用热压罐固化成型纤维复合材料，且采用低温、高温分段固化的台阶式固化方式，并针对不同的树脂、固化剂设置相应的固化时间和温度，以及设定合适的降温速率从而减小内应力防止收缩和翘曲等缺陷，是本领域技术人员的常用技术手段（具体参见《聚合物基复合材料》（第二版），第212页第9-10行，第219页第13-16行）。由此可见，本领域技术人员根据碳纤维复合材料的性能特点能够通过有限实验得到各阶段的加热温度、压力和保温时间，以及降温速率；并且根据公知的降温速率对产品内应力大小的影响，为了防止成型后的产品出现收缩和翘曲这类常见缺陷，本领域技术人员容易想到采用慢慢冷却的方式减小松弛部分热收缩、减小内应力，其能达到的技术效果可以预期的；
针对铺层方式：首先，对比文件1（参见说明书实施例）已公开在芯模上用90°角碳纤维布预浸料铺覆到要求厚度，然后铺覆±45°纤维层，0°纤维层铺覆到上下模上，给出了采用90°、±45°和0°纤维层进行组合并变换角度排布而得到预浸料铺层的启示，且能够最终制得重量轻、强度高、刚性好、耐疲劳、抗腐蚀的泵车臂架。在此基础上，将碳纤维预浸料按0/45/90/-45/45/90/-45/0顺序铺设，并根据实际性能需要选择铺设层数，是本领域技术人员能够通过有限的实验得到的，其效果可以预期；其次，对于对比例2，该对比例采用了0/90/-45/ 45/0/ 45/-45/90的铺层方式共铺9层。可见，对比例与本申请铺层角度组合不同，铺层层数也不同，复审请求人并没有比较相同的铺层层数下不同角度给机械性能带来的影响。并且，本领域技术人员在对比文件1已经采用变换角度的铺层方式的启示下，有动机尝试多种铺层方式并进行比较选择。
3）对比文件1提供了一种重量轻、强度高、刚性好、耐疲劳、抗腐蚀的泵车用碳纤维复合材料臂架，本领域公知碳纤维复合材料具有比强度高、比模量大、耐疲劳、抗腐蚀及重量轻等优点的基础上，本领域技术人员容易想到采用碳纤维复合材料来制造轻质、机械强度和韧性良好的工业机器人外壳；其次，本申请权利要求1并未对该工业机器人外壳制件的构造和形状进行限定，结合说明书的解释（参见本申请说明书第[0052]-[0055]段）：“上臂外壳”、“外壳”、“外壳制件”或“制件可互换使用，均指本发明所制造的碳纤维复合材料制件，该制件可用作工业机器人机械臂的外壳。可见，本申请中的工业机器人外壳制件可为工业机器人机械臂外壳，其与对比文件1的泵车用碳纤维复合材料臂架（相当于一种机械臂架）属于相近领域，对比文件1可以作为最接近的现有技术；此外，即使对工业机器人外壳制件的构造和形状进行限定，例如圆管状碳纤维复合材料机械臂，然而根据产品的形状尺寸选择合适的成型模具也是本领域的常用技术手段，无需付出创造性劳动即可得到；
4）碳纤维复合材料是本领域公知的重量轻、强度高、刚性好、耐疲劳、抗腐蚀材料，并且针对增强纤维、基体树脂以及界面性能等方面的研究丰富，它们对最终产品的影响也是本领域技术人员熟知的。权利要求1中所限定的增强纤维规格、预浸料的面密度、规格和预浸料厚度都是碳纤维复合材料的常用规格和性能参数，本领域技术人员可以根据需要进行选择及调整；此外，本申请也未提供证据证明采用上述各种规格的产品的具有意料不到的技术效果。综上所述，对于复审请求人的上述主张，合议组不予支持。
根据上述事实和理由，合议组作出如下审查决定。
三、决定
维持国家知识产权局于2017年10月27日对本申请作出的驳回决定。
如对本复审请求审查决定不服,根据专利法第41条第2款的规定，复审请求人可以自收到本决定之日起三个月内向北京知识产权法院起诉。
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