JP2004066511A - 合成材料から製作される部分の成形方法及び該方法を実施可能にする装置 - Google Patents

Abstract

【課題】既知の成形方法に比べてより高い強度を有する部分を製造可能であってその部分の複雑さに関係しない成形方法を提供する。
【解決手段】合成材料によるモールド成形方法が、熱硬化性又は熱可塑性材料に埋め込まれた繊維のウェッブから得られていて該繊維の好適な方向に従い配置された層（２０）のパイル（２）をモールド（１）内に設置すること、及び該モールドに特定の圧力及び温度条件を作用させることから構成される。該方法が、該層（２０）のパイル（２）を前記モールド（１）内において低圧で且つ低速で漸進的にシェイピング成形する手順と、前記モールドの隅部から突き出る過剰な材料（２１）を除去する手順と、外側から前記モールドの密閉を確保する手順と、前記圧力を高圧まで増大する手順と、前記モールドの前記温度を上昇する手順と、前記モールドを素速く冷却する手順とにより構成される。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、合成材料から製作される部分のモールド成形方法及び該方法を実施可能にする装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
合成材料から製作される部分の種々のモールド成形方法が既知であり、それは該材料をシェイピング成形可能であり、該材料は、モールドにより、及び特定の圧力及び温度条件との関連において、熱硬化性又は熱可塑性マトリックス（基盤）に埋め込まれた繊維（ファイバー）からなる。
【０００３】
繊維は一般的に、ガラス、炭素又はアラミドから形成されており、一方マトリックスはエポキシ、フェノール又は同等品からなる。
既知の方法はまた、合成材料がモールドで実施される方法に従い相違する。これらの方法のほとんどは、お互いに平行に伸張する繊維の編まれていないウェッブの形のマットを使用しており、それから、全体の強度を増大するために、繊維の方向を変更する間に重ねられることが目的とされる層、あるいはモールド内に配置された多かれ少なかれ長く及び／又は幅広い部分のいずれかが形成されており、事前にしみ込まされたウェッブの該部分（ピース）は、でたらめにあるいは製作される部分の用途に関連する特定の三次元配置に従って、緩く配置される。
【０００４】
事前にしみ込ませられたウェッブの部分は、モールドの外側に製作された構造内に形成可能であり、前記モールドは好適な向きに従い繊維を配置可能にしており、従って既知の試み（ｅｆｆｏｒｔ）に対して増大された抵抗を獲得するが、しかしこの操作方法は時間を要することが理解されるべきである。
【０００５】
ＥＰ０，０２５，６８９において、その様な方法により制作された複合体を開示しており、それは事前にしみ込ませられた繊維のウェッブから切断されたアセンブリ部分により順に製作される二枚のシートを組み合わせて製作されるシートから構成される。
【０００６】
ＦＲ２，７４０，１４９により、事前にしみ込ませられた繊維のウェッブのアセンブリ部分により製作されるシートからのモールド成形方法が既知である。ウェッブの部分は、水平で且つでたらめに重ねられて、その後０．９８から７．８５ＭＰａ（１０から８０ｋｇ／ｃｍ２）の範囲の圧力及び２１０から３５０度Ｃの範囲の温度が作用する構造を形成する。
【０００７】
他方においてＥＰ０，９１６，４７７では、合成材料から製作される部分のモールド成形方法が開示されており、事前にしみ込まされた繊維のウェッブの部分を組み合わせて形成された合成構造から開始しており、そこでは該部分は繊維の三次元配置を実現するように配置されており、該構造にはその後、１５０度Ｃの範囲の温度及び１０から１００ｂａｒの範囲の圧力が作用する。
【０００８】
高圧下に設置する間において、熱硬化性又は熱可塑性材料の流れが従って観察されており、前記材料は繊維の排水（ドレーン）に同化（ａｓｓｉｍｉｌａｔｅｄ）可能であり、従って得られる部分は低い強度を有することが理解されるべきである。
【０００９】
上記の方法は、特定の対象物の製作用であり、従ってＦＲ２，７４０，１４９の方法は、シューの補強チップの製造が意図される一方で、ＥＰ０，９１６，４７７の方法は自転車のクランクギア用のクランク等の対象物の製造が主に意図される。これらの対象物は高強度を有するにも係わらず、しかしそれは、幾分複雑な形状を有する特定の部分を製造可能ではないものに限定される。
【００１０】
例えば、異なる軸を有する結合要素を有する中空部分の場合では、コア（芯部）を使用することが必要であるが、前記コアの各部分の周囲には、層のクッションが配置されており、その後全体を圧力下でモールドに設置する。しかし、それは、熱硬化性又は熱可塑性マトリックスの流れからのみ生じるので、異なる要素間に非常に粗悪な接続部が存在することが理解できる。
【００１１】
更に、一つ又は幾つかの貫通孔を有する対象物の特定の場合において、種々の方法で進めることが可能である。
穴開けは、モールド成形後に実施可能であり、しかも材料の硬度による困難さと、繊維の切断の不便さを伴っており、そのことは前記孔の近傍が比較的弱い結果となる。
【００１２】
ＥＰ０，９１６，４７７に記載されるように、モールドに配置されたコア又はインサートがまた使用可能であり、更に結局このインサート又はコア周りに事前にしみ込まされた繊維のウェッブ部分を巻きつけ可能であり、それは完成された対象物において繊維のネットワークにおける不連続のリスクを上昇させる。
【００１３】
更に現在既知の方法には、モールドからの除去後に、労務費の高価な加工及びバリ取り加工が必要であり、それは製作される対象物の強度上不利になり得る。
【００１４】
ＥＰ０，３５５，６４１、ＪＰ０２，１３１９２９、及びＥＰ０，７５５，７７２により、合成材料から製作される対象物の、モールド成形を介しての製造方法がやはり既知であり、そこではシェイピング成形（ｓｈａｐｉｎｇ）、過剰材料の排除、プレス及び加熱更に冷却の手順が実行されると予見される。これらの文献に開示される方法により得られる対象物は、均一な強度を有さないが、それは即ち該方法が原因であり、更にそれを実行可能にする装置が原因であることが理解される。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、合成材料から製作される部分のモールド成形方法を提供することにより、即ち、現在既知のモールド成形方法により得られる部分に比べてより高い強度を有する部分を製造可能であってその部分の複雑さに関係しないモールド成形方法を提供することにより、これらの種々の欠点に対処することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る合成材料から製作される部分のモールド成形方法は、熱硬化性又は熱可塑性材料に埋め込まれた繊維のウェッブから形成されていて該繊維の好適な方向に従い配置された層のパイルをモールド内に設置すること、及び該モールドに特定の圧力及び温度条件を作用させることから構成されるタイプのものである。更にそれは、
該層のパイルを前記モールド内において、低い圧力で且つ低速で漸進的にシェイピング成形する手順と、
前記モールドの角部から突き出る過剰な材料を除去する手順と、
外側から前記モールドの密閉を確保する手順と、
前記圧力を高圧まで増大する手順と、
前記モールドの前記温度を上昇する手順と、
前記モールドを素速く冷却する手順と、の連続的な操作の実施により構成されることを特徴とする。
【００１７】
本発明による方法は、合成材料の真の鍛造（ｒｅａｌ　ｆｏｒｇｉｎｇ）を実施可能であり、それは非常に高強度の部分の形成を可能にしており、それは例えばアルミニウム等の金属から製造される部分の製造の予測を可能にする。
【００１８】
既存の方法、即ちＥＰ０，３５５，６４１、ＪＰ０２，１３１９２９、及びＥＰ０，７５５，７７２に開示されるものは、この結果を実現可能ではなく、実際に過剰な材料の除去は、シェイピング（成形）の前及び圧力を作用する前に実施されるので、使用される材料の量は最適ではなく、プレス時における切断は一般的に、熱硬化性マトリックスの流動を生じ、それはモールド成形を介して得られる部分を弱める結果となる。
【００１９】
加えて上述の文献の方法において、前記モールドの密閉の実施は予見されないので、熱硬化性又は熱可塑性マトリックスの流動を観察することになる。
【００２０】
本発明による方法のこれとは別の形態に従い、高圧は５０と２００ｂａｒの間にある一方で、前記モールドの加熱温度は、１２５と１３５度Ｃの間にある。
【００２１】
２００ｂａｒまでの圧力の使用は、外側からのモールドの密閉の実施によってのみ可能であり、さもなければ繊維の排出（ドレーン）が観察されることが理解されるべきである。
【００２２】
本発明による方法のこれとは別の更なる形態に従い、過剰な材料の除去操作は、製作される部分が１つ又は幾つかの貫通孔具備するべき場合に、前記モールドを通る打印（ｐｕｎｃｈｉｎｇ）操作に関連する。
【００２３】
過剰な材料の除去と同時に前記モールドを介する打印が実施されて、１つあるいは複数のパンチ又はダイカッターは、プレス及び加熱操作時に所定の位置に保持される。
【００２４】
打印を開始する場合に、繊維はすぐに切断されないので、切断した後に、それらの端部はそれらの主軸とは異なる軸に沿って向けられており、それは特定の強度を孔の角部に与えており、それは例えば穴開け及び除去操作を獲得可能ではない。
【００２５】
過剰な材料が切断された場合には、部分の周辺において繊維の端部の再配向（ｒｅ−ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）が得られることが出来ることが理解されるべきである。
【００２６】
低圧力下でのモールド内のシェイピング成形後に打印が実施されており、そのことは非常に重要であることが理解されるべきである。例えば、ＥＰ０，３５５，６４１において、シェイピング成形前及び圧力下に設置前、あるいは同時で連続的ではない状態で、モールド内で打印が実際に実施されており、そのことは熱硬化性マトリックスの流動のリスク、及び幾つかの繊維の抑制と従って鍛造を実施できない流動のリスクを生じる。
【００２７】
上記のもの等、即ち例えば異なる軸を有する幾つかの結合要素を具備する中空部分等の、複雑な部分の製作に関して、圧力下でモールドを密閉することは、排出は発生しないので、繊維を流動させることを可能にして、１つ又は幾つかの別のクッションの繊維により該要素の１つの製作のためのクッションの繊維の織り混ざりを実現して、非常に強い部分を実現する。
【００２８】
本発明によるモールド成形方法を実行可能な装置は、少なくとも２つの部分から構成されるモールドの圧縮手段を具備するタイプのものであり、前記少なくとも２つの部分の間に層のパイルが配置されており、それは、
該モールドに対して可動な切断手段あって、密閉シームを形成するために、駆動手段の作用の下で、該部分を圧縮後に該部分から突き出る過剰な材料の切断が可能で且つ接合の線のレベルにおいて該部分の外形に適合可能な切断手段と、
該部分の加熱と素速い冷却が可能な手段と、を具備することを特徴とする。
【００２９】
既存の装置は、既存の方法を実行可能なように設計されており、従ってそれらは一般的に間に層のパイルが配置される２つの部分を具備しており、該部分は製作されるべき形状を有しており、更に該部分の少なくとも一つは、シェイピング成形の前又は同時に過剰な材料の除去を可能にする切断ブレード等を具備しており、このことは前述の欠点を生じる。
【００３０】
本発明による装置のこれとは別の形態に従い、加圧及び駆動手段は、反対方向に作用する整列されたジャッキから構成される。
【００３１】
本発明による装置のこれとは別の更なる形態に従い、モールドの部分を加熱し素速く冷却可能な手段は、加圧された熱運搬液体をそこで流れさせることを可能にし、且つ該熱運搬液体の加熱又は冷却を可能にする手段に関連する手段により構成される。
【００３２】
加熱操作はまた電気的又は誘導により実施可能であり、冷却は熱運搬液体により実施されることが理解されるべきである。
【００３３】
本発明による装置のこれとは別の更なる形態に従い、それはモールドのその部分を通り通過可能な少なくとも一つのパンチを具備しており、前記モールドの部分はこのためにお互いの前部に開口を有する。
【００３４】
本発明による装置のこれとは別の更なる形態に従い、単数又は複数のパンチは、切断手段と一体化されており、同じ駆動手段により駆動される。
【００３５】
本発明による装置の利点及び形態は、それの非限定的実施の形態を示す添付図を説明する以下の記述を読むと明確になるであろう。
【００３６】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、本発明によるモールド成形方法の第１の手順が、二つの部分の雄部１０と雌部１１とを具備するモールド１を具備する装置により、理解できる。
【００３７】
第１の手順は、モールド１の二つの部分１０と１１間に、熱硬化性又は熱可塑性マトリックス（基盤）に埋め込まれた繊維のウェッブから切断される層２０のパイル２を配置することにおいて構成される。前記繊維は、ガラス、炭素又はアラミドである一方で、前記マトリックス（基盤）はエポキシ、フェヘノール又は同様なタイプからなる。層２０は、でたらめに重ねられるのではなく、それらは１つの層２０から次の層へ前記繊維が異なる方向で伸張するように配置されることが好ましく、それらの間に前もって決められた交差を実現することが好ましい。
【００３８】
パイル２は、モールドの形が特に複雑な形状である場合に、熱硬化性又は熱可塑性マトリックスの流動更に従って補強された繊維が失なう１つ又は幾つかの場所の発生を回避するために、モールド１の部分１０と１１の間に配置されるか、又は部分１０と１１のいずれか一方に対して適用されるかのいずれかが、可能であることが理解されるべきである。
【００３９】
次の手順は、部分１０と１１を共に合わせる手順と、小さな力でパイル２を挟む手順とにより構成されており、部分１０と１１を合わせる手順は、３ｍｍ／秒の範囲の遅い速度で漸進的に生じるので、図２に示すように、パイルはモールドの形の形状を形成する。
【００４０】
両部分１０と１１とが合わせられる速度は、製作されるべき部分の複雑さに従い変えられても良い。同様にこの速度は、ツールの温度に従い変えられても良い。決められた温度に関連する遅い速度は、部分のタイプに依存して、多かれ少なかれ重要な範囲まで、各層間における滑動を許容する。
【００４１】
パイル２０の寸法は、計算されて、シェイピング成形後に、それらの欠如状態で形成されることを避けるために、モールド１の周囲を完全に超えて突き出る。従って、ナイフ３により生じる過剰部２１の除去手順に進み、ナイフ３は垂直方向の移動において可動であって、モールド１の外部形状に非常に近接して適合可能であることが必要である。
【００４２】
ナイフ３が強度のある設計であるべきであり、他方でその角部は好適には、モールド成形されるべき前記部分の周辺角部がほとんど平らである場合に、それに平行な方向で材料を損傷することを回避するために、平面に含まれるべきではないことが理解されるべきである。従ってナイフ３の角部３０は破線又は曲線を示しており、切断されるべき材料に決して平行にはならない。
【００４３】
図３を参照すると、ナイフ３は過剰部２１の材料を除去してしまっており、それは、モールド１の周辺の所定位置に残っており、モールド１の周囲を密閉状態で閉じることを可能にすることが分かる。
示される例において、製造されるべき部分４は、中央に配置された貫通孔４０を具備するはずであり、従ってモールド１の部分１０と１１は各々、開口１２と１３をそれぞれ具備しており、その一方でダイカッター５は、垂直方向の移動において可動であり、開口１２内に、その後開口１３内に挿入可能であって、パイル２の穴開けを実施する。
【００４４】
図４を参照すると、パイル２の穴開け実施後にダイカッター５は、所定位置に密閉状態で保持されており、部分１０と１１はお互いに対して押圧されており、それは５０から２００ｂａｒの範囲の圧力下で実施されており、その一方でそれらは１２５から１３５度Ｃの範囲の温度、好適には１３２度Ｃで同時に加熱されており、前記圧力及び温度は１５から２０分の範囲の時間保持されることが分かる。
【００４５】
端部停止は、部分１０と１１に具備されないことが好ましく、それらの閉鎖は層２０において直接的に発生し、それは高圧に到達することを可能にしており、従って繊維の排出を回避するために、密閉が完全であることを必要とすることが理解されるべきである。
モールド１をある温度に設定することは、図示されない管内に圧力下で流れていて各部分１０と１１が含む、水等の熱運搬流体により又は電気的に又は誘導により形成される。
【００４６】
モールド１はその後熱運搬流体により冷却され、その後ダイカッター５と同様にナイフ３は取り外されて、モールド１の部分１０と１１は、モールド成形された部分４を切り離すために、お互いから分離される。
実施の観点から、ジャッキはモールド１の部分１０と１１をお互いに対して押圧可能であり、その一方で第２のジャッキは、第１のものに対して反対の方向で作用していて、ナイフ３を押圧しており、更に第３のジャッキは、その作用が第２のものと同一であって、ダイカッター５を押す。
【００４７】
発明の変形に従がい、ナイフ３及びダイカッター５は、お互いに一体的に製作可能であるので、それらは同じジャッキにより駆動されて、それにより切断と打印が同時に発生することが理解されるべきである。
この様に製作された部分４は、高強度を有しており、その高強度は開口４０の存在により低減されず、その理由は、後者（開口４０）の形成が繊維のネットワークの連続性を、完全な部分のレベルにおいて変えることがないからである。
【００４８】
他方において、開口４０の形成は、ダイカッター５周りの鍛造に同化可能であるので、それは既知の方法では到達できない強度にエッジングする（ｅｄｇｉｎｇ）壁を形成する。既知の方法は、モールドからの取り外し後の穴開け、又はモールド成形前に埋め込まれたインサートのモールド内への設置のいずれかにより構成される。
本発明によるモールド成形方法は、幾つかの変形を有し得るので、パイル２内に設置される目的の１つ又は幾つかのインサートを使用可能であり、その単数又は複数のインサートはもちろんモールド１内に挟まれることが可能である。
【００４９】
図５を参照すると、本発明による方法により制作された部分が示される。それは、超軽量飛行機（ＵＬＡ）のヘリックス（ｈｅｌｉｃｅｓ）用のハブのハーフシェル（半分殻）６であり、それにより２つの同一なハーフシェがハブを製作可能であることが分かるはずである。
図示されるように、このハーフシェル６はその中央部に、中空部６０を有しており、その中空部６０には半管形状端部の２つの部分６１の各々が、ブレードの端部のための通路として作用しており、その一方で周辺６２はほとんど平らである。
【００５０】
ハーフシェル６は多くの開口６３，６４と６５を、それぞれヘリックス（螺旋）の中心を合わせるため、板を固定するため、及びブレードをブロックするために有しており、それらの全ては本発明による方法により、同じ数のダイカッターを具備するマンドリル（ｍａｎｄｒｅｌ）を使用して実施されることが分かる。
【００５１】
図６を参照すると、ハーフシェル６の製作を可能にするモールドの雄又は雌部７が示されている。この部分７は、ダイカッターのための通路として作用する開口７０と、同様に入口７２及び出口７３を有する周辺の内部チャンネル７１とを、モールドの温度を上昇させ得る水等の熱運搬流体を循環させるために、更に所謂後者（モールド）の速い冷却のために、具備することが分かる。
【００５２】
図７を参照すると、本発明による方法により制作可能な部分８が示される。この部分８は２つのブッシング８１と８２を１つのブッシング８０に半径方向に組み立てることにより、それらの上層（ｔｏｐｓｉｄｅ）８３と８４によりそれぞれ形成される。
実際には、コアを使用して、コアの上に層のパイルが、ブッシング８０，８１と８２の各１つに関してスリーブを形成するように配置されており、それに関連してこれらのスリーブをカバーする層が接続される。既存の方法によると、お互いに一体のブッシング８０，８１と８２の製作は、層の接続及び熱硬化性マトリックスの流動によってのみ可能であり、従って低強度を有する部分が形成される。
【００５３】
本発明による方法では、所謂密閉性と高圧との間の関係による、繊維の流動が観察されており、それはブッシング間の接続を顕著に増大する。
本発明による方法は従って、複雑な部分の工業的な製造を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明によるモールド成形方法の異なる手順を示す図解図を示す。
【図２】図２は、本発明によるモールド成形方法の異なる手順を示す図解図を示す。
【図３】図３は、本発明によるモールド成形方法の異なる手順を示す図解図を示す。
【図４】図４は、本発明によるモールド成形方法の異なる手順を示す図解図を示す。
【図５】図５は、本発明による方法で製作された部分の立体図を示す。
【図６】図６は、同じ部分を製作可能な装置の一部分の図解的平面図を示す。
【図７】図７は、本発明による方法で製作可能な対象物の図解的立体図を示す。
【符号の説明】
１…モールド
２…パイル
３…ナイフ
４…部分
５…ダイカッター
６…ハーフシェル
１０…雄部
１１…雌部
２０…層
２１…過剰部
３０…角部

Claims (9)

1. 合成材料から製作される部分のモールド成形方法において、このモールド成形方法が、
   熱硬化性又は熱可塑性材料に埋め込まれた繊維のウェッブから形成されていて該繊維の好適な方向に従い配置された層（２０）のパイル（２）をモールド（１）内に設置すること、及び該モールドに特定の圧力及び温度条件を作用させることから構成されるタイプのものであり、更に
   該モールド成形方法が、
   該層（２０）のパイル（２）を前記モールド（１）内において、低い圧力で且つ低速で漸進的にシェイピング成形する手順と、
   前記モールド（１）の隅部から突き出る過剰な材料（２１）を除去する手順と、
   外側から前記モールドの密閉を確保する手順と、
   前記圧力を高圧まで増大する手順と、
   前記モールド（１）の前記温度を上昇する手順と、
   前記モールド（１）を素速く冷却する手順と、
   の連続的な操作の実施により構成されることを特徴とするモールド成形方法。
2. 前記高圧は５０と２００ｂａｒの間にある一方で、前記モールドの加熱温度は、１２５と１３５度Ｃの間にあることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記過剰な材料（２１）の除去操作は、前記モールド（１）を通る打印操作に関連することを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の方法。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のモールド成形方法を実行可能な装置において、この装置が、
   少なくとも２つの部分（１０，１１）から構成されるモールド（１）の圧縮手段を具備するタイプのものであり、前記少なくとも２つの部分の間に層（２０）のパイル（２）が配置されており、
   該装置が、
   密閉シームを形成するために、駆動手段の作用の下で、それらを圧縮後に該部分（１０，１１）から突き出る前記過剰な材料（２１）の切断が可能で且つ接合の線のレベルにおいて該部分（１０，１１）の外形に適合可能な切断手段（３）と、
   該部分（１０，１１）の加熱と素速い冷却が可能な手段（７１）と、
   を具備することを特徴とする装置。
5. 前記加圧及び駆動手段は、反対方向に作用する整列されたジャッキから構成されることを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 前記部分（１０，１１）を加熱可能な前記手段は、電気又は誘導手段により構成される一方で、
   冷却することが可能な前記手段は熱運搬流体を循環させることが可能な手段により構成されることを特徴とする請求項４又は５のいずれかに記載の装置。
7. 前記モールド（１）の前記部分（１０，１１）を加熱し素速く冷却可能な前記手段は、加圧された熱運搬液体をそこで流れさせることを可能にし、且つ該熱運搬液体の加熱又は冷却を可能にする手段に関連する手段（７１）により構成されることを特徴とする請求項４又は５のいずれかに記載の装置。
8. 前記モールド（１）の前記部分（１０，１１）を通り通過可能な少なくとも一つのパンチ（５）を具備しており、
   前記モールド（１）の部分（１０，１１）はこのためにお互いの前部に開口（１２，１３，７０）を有することを特徴とする請求項４から７のいずれか一項に記載の装置。
9. 単数又は複数のパンチ（５）は、前記切断手段（３）と一体化されており、前記同じ駆動手段により駆動されることを特徴とする請求項８に記載の装置。

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