JP2010522652A - 熱可塑性複合部品の成形による製造方法 - Google Patents

熱可塑性複合部品の成形による製造方法 Download PDF

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Abstract

熱可塑性複合部品の成形による製造方法であって、一つの型の中に熱可塑性のマトリックス材の中に繊維を埋め込んだ複合材を入れ、その複合材を構成する繊維が好ましい一方向又は複数の方向に配向されるように配置し、特定の圧力、温度条件をかけて、目的の部品（Ｐ）のうちの第一の部分（１）を作りあげる過程と、つぎに、上記過程とほぼ同様にして、目的の部品の第二、第三の部分（２、３）を作り上げる過程をとる。ここで、その熱可塑性のマトリックス材と、第一の部分を製造するのに用いた材料のマトリックス材とは同一かまたは互換性のあるものだということを考慮した上で、型に特定の圧力、温度条件にかけるという成形方法で、複合部品の複数の部分（１、２、３）を作り上げる過程と、つぎに、それら複数の部分（１、２、３）を組み合わせて、一つの型の中に入れ、それを特定の圧力、温度条件にかける過程とを経て、目的の部品（Ｐ）を得る。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱可塑性複合部品の成形による製造方法を対象とするものである。
本発明は、特に、形が複雑で、様々な応力に対応しなければならない部分や区域のある複合部品を製作できるようにすることを目標としている。
熱可塑性複合部品の成形方法で既に知られているものは、繊維を熱可塑性のマトリックス材の中に埋め込んだものでできた複合材を成形するためのものである。繊維は、例えばガラス、炭素またはアラミドなどの、様々な性質のものが考えられるが、マトリックス材は、例えば、エポキシドやフェノールのタイプあるいはその他のものである。
既に知られている方法は、例えば、特許文献１や特許文献２という文献に記載されているものである。特許文献１（欧州特許出願公開第０９１６４７７号明細書）は、熱硬化性もしくは熱可塑性のマトリックス材の中に繊維を埋め込んだ不織布から複合材でできた部品を成形する方法に関するもので、その方法において、その不織布は前もって成形に取りかかっておいて、多数の長方形の部材に切り分けた上で、立体的に配置するというものである。
そのように立体的に配置することで、出来上がった部品の所定の区域内で、長さが５０〜１００ｍｍの繊維に好ましい配向を与えることができ、その結果、ある特定の応力にさらされることになっているこの区域の強度を高めることができるが、その強度も、連続性を絶たれた繊維を使っているということから限界はある。そのような方法の難点は、そのように立体的に配置を実行するということが、依然として難しい作業であり、実行時間の点でも費用がかさむうえ、幾つもの区域で様々な方向からの応力を受ける可能性のある複合部品を作り、しかも、製作しようとする部品の構想および寸法決めの段階で当初に構想したとおりの繊維の配向をきっちりと守ることが難しいということである。
特許文献２（欧州特許出願公開第１３８２４３６号明細書）は、熱硬化性もしくは熱可塑性のマトリックス材の中に繊維を埋め込んだシート材から採取し、前記繊維の好ましい方向に沿って配置した層の積み重ねを型の中に置いた後に、その型を特定の圧力条件と温度条件にかけることで、複合材でできた部品を成形する方法に関するものである。
この方法で得られる複合部品は高強度で均質性も高く、単純な形状の部品の場合には、繊維の配向も制御しやすいのだが、形状が複雑なものになると、この方法では、成形しようとする部品について構想する作業で当初予定していた繊維の配向を完全には確保できず、そのような繊維の配向は、そのような部品を多種多様な応力に抵抗するのに適したものにするための寸法決めと直接、関連づけられたものになるからであり、それが完全に確保できないのである。
特許文献３（欧州特許出願公開第０２５５３１５号明細書）により、弾性及び／または強化度の特性が幾つかの層で異なっていて、成形作業で用いることを目的とする強化熱可塑性材料製の積層薄片の製造方法も知られている。このような方法では、複雑な部品の製造での問題を解決することはできない。
特許文献４（欧州特許出願公開第１１５１８５０号明細書）により、強化複合材でできた部品の製造方法も知られている。この方法で提案されているのは、前もって成形した積層板を複数組み合わせ、次にそのような前もって成形した板を組み合わせて圧力を加えつつ加熱する作業でジョグル、ほぞ、を作り出すことにより、板と板とをつなぎ合わせてわせて一個の部品を製造することである。それは、半硬化した材料を熱硬化性樹脂で処理するのに限られる上に、この製造方法では、複雑な形状の部品、すなわち、変形加工した板を幾枚か合わせて得られるもの以外で、かつ様々な応力に耐えなければならない部分や区域のある部品を製造する上での問題を解決することはできないのである。
本発明は、以上に述べた様々な欠点、すなわち、製造コストの問題、埋め込む繊維の配向を保つことが困難な問題、さまざまな応力に対する問題、形状が複雑な場合の問題など、これらを克服することのできる、熱可塑性複合部品の成形による製造方法を目指すものである。
本発明に係る熱可塑性複合部品の成形による製造方法は、
−前記熱可塑性複合部品のうちの第一の部分を作り上げる過程であって、熱可塑性のマトリックス材の中に繊維を埋め込んでできた複合材を一つの型の中に入れ、その一方で、該複合材を構成する繊維が好ましい一方向または複数の方向に沿って配向されるように該複合材を配置しつつ、つぎに該型を特定の圧力条件と温度条件にかけるという成形方法で、前記熱可塑性複合部品のうちの第一の部分を作り上げる過程と、
−前記熱可塑性複合部品のうちの第二の部分を少なくとも一つ作り上げる過程であって、一つの型の中に、熱可塑性のマトリックス材の中に繊維を埋め込んでできた複合材を入れ、その一方で、該複合材を構成する繊維が好ましい一方向または複数の方向に沿って配向されるようにその複合材を配置するか、そうでなければ、該熱可塑性のマトリックス材からなる材料を入れるかして、つぎに、様々な部分それぞれにつき、そこに繊維が含まれていれば、そのような繊維は、性質も寸法も異なっている可能性があり、配向も異なっていて、なおかつ、比率も異なっている可能性があって、その一方で、該熱可塑性のマトリックス材と、前記第一の部分を製造するのに用いた材料のマトリックス材とは同一かまたは互換性のあるものだということを考慮した上で、該型を特定の圧力条件と温度条件にかけるという成形方法で、前記熱可塑性複合部品のうちの第二の部分を少なくとも一つ作り上げる過程と、
−つぎに、そうして得られた該複数の部分を組み合わせて、一つの型の中に入れ、つぎに、それを特定の圧力条件と特定の温度条件とにかける過程と、
からなることを特徴とするものである。
そういうわけで、本発明に係る製造方法により得られる複合部品は、成形作業により、それぞれ前もって硬化された幾つもの部分を組み合わせることから得られるものである。
前もって硬化された複数の部分を植えつけることにより、補強用繊維の位置と配向の制御を最適なものにすることができる。
そのような複数の部分のそれぞれにつき異なる繊維を用いることができるが、しかしながら、多種多様な硬化を可能にするには、熱可塑性のマトリックス材は、同一か互換性のあるものを用いなければならない。
一つの部品の一つの部分において、使用する繊維の性質と寸法並びにその複合材の中でのその繊維の割合の選択は、当該部分で対応しなければならない必要性、つまり、例えば、磨耗、衝撃に耐える必要性、剛性の必要性、あるいは導電性や熱伝導性の必要性に従って行われる。
そういうわけで、本発明に係る製造方法によれば、製造しようとする複合部品の複数の部分のうちのいずれかを成形するにつき、導電性繊維及び／または熱伝導性繊維からなる複合材を選ぶことが、特に可能となる。
本発明に係る製造方法には、もう一つ特徴があり、それによると、特定の圧力条件というのは、高圧力条件で成り立つものである。
本発明に係る製造方法には、もう一つ特徴があり、それによると、その高圧力条件というのは、５０〜２００バールの間の圧力で成り立つものである。
本発明に係る製造方法には、もう一つ特徴があり、それによると、特定の温度条件というのは、１２５〜１３５℃の間の加熱温度で成り立つものである。
本発明に係る製造方法の利点及び特徴は、以下の説明を読み、添付図面を参照することで更に明らかになっていくものである。ただし、図示された実施例は、それに限定するという趣旨のものではない。
本発明に係る製造方法で複合部品を製造する過程を示す概略図。 図１と同じ複合部品の製造で、もう一つ他の過程を示す概略図。
図１を参照すると、複合材でできた三つの構成要素１、２、３が見られるが、それら三つの構成要素は、熱可塑性のマトリックス材の中に繊維を埋め込んでできた複合材を一つの型の中に入れ、その一方で、その複合材を構成する繊維が好ましい一方向または複数の方向に沿って配向されるようにその複合材を配置しつつ、つぎにその型を特定の圧力条件と温度条件にかけるという成形方法でそれぞれが製造されたものである。
そのような部材のそれぞれは、製造された上に硬化されており、使用した複合材の中に含まれる繊維の性質や寸法によっても、またその複合材を型に入れた際に前記繊維に与えられた配向によっても、幾つかの特性を有することになる。
つぎに図２を参照して見て取れるのは、三つの構成要素１、２及び３を組み合わせて一つの型の中に入れ、つぎにその型を特定の圧力条件と温度条件にかけて、硬化した後、最終的には、複数の部分で異なる特性を有する部品Ｐを得られるようにしているということである。
使用される熱可塑性のマトリックス材は、完全に再生可能であり、何度でも硬化ができるのが有利な点であるが、例えば熱硬化性樹脂ではそれは不可能である。
本発明に係る製造方法は、一つの構造物の中に繊維を設置するのを最適に行うのに都合のよい乾燥した材料で実行できるというのも有利な点である。そのような材料は、形状の維持をしやすくするために、所定の区分で前もって成形と溶着を行い、つぎに、適切な形に硬化したりまたは再硬化したりすることもできる。
１ 構成要素
２ 構成要素
３ 構成要素
Ｐ 部品
欧州特許出願公開第０９１６４７７号明細書 欧州特許出願公開第１３８２４３６号明細書 欧州特許出願公開第０２５５３１５号明細書 欧州特許出願公開第１１５１８５０号明細書

Claims (6)

  1. 熱可塑性複合部品の成形による製造方法であって、
    −前記熱可塑性複合部品のうちの第一の部分を作り上げる過程であって、熱可塑性のマトリックス材の中に繊維を埋め込んでできた複合材を一つの型の中に入れ、その一方で、該複合材を構成する繊維が好ましい一方向または複数の方向に沿って配向されるように該複合材を配置しつつ、つぎに該型を特定の圧力条件と温度条件にかけるという成形方法で、前記熱可塑性複合部品のうちの第一の部分を作り上げる過程と、
    −前記熱可塑性複合部品のうちの第二の部分を少なくとも一つ作り上げる過程であって、一つの型の中に、熱可塑性のマトリックス材の中に繊維を埋め込んでできた複合材を入れ、その一方で、該複合材を構成する繊維が好ましい一方向または複数の方向に沿って配向されるようにその複合材を配置するか、そうでなければ、該熱可塑性のマトリックス材からなる材料を入れるかして、つぎに、様々な部分それぞれにつき、そこに繊維が含まれていれば、そのような繊維は、性質も寸法も異なっている可能性があり、配向も異なっていて、なおかつ、比率も異なっている可能性があって、その一方で、該熱可塑性のマトリックス材と、前記第一の部分を製造するのに用いた材料のマトリックス材とは同一かまたは互換性のあるものだということを考慮した上で、該型を特定の圧力条件と温度条件にかけるという成形方法で、前記熱可塑性複合部品のうちの第二の部分を少なくとも一つ作り上げる過程と、
    −つぎに、そうして得られた該複数の部分を組み合わせて、一つの型の中に入れ、つぎに、それを特定の圧力条件と特定の温度条件とにかける過程と、
    からなることを特徴とする、熱可塑性複合部品の成形による製造方法。
  2. 前記製造しようとする複合部品の複数の部分のうちのいずれかを成形するにつき、導電性繊維からなる複合材を選ぶことを特徴とする、請求項１に記載の熱可塑性複合部品の成形による製造方法。
  3. 前記製造しようとする複合部品の複数の部分のうちのいずれかを成形するにつき、熱伝導性繊維からなる複合材を選ぶことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の熱可塑性複合部品の成形による製造方法。
  4. 前記特定の圧力条件が、高圧力条件であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載の熱可塑性複合部品の成形による製造方法。
  5. 前記高圧力条件が、５０〜２００バールの間の圧力であることを特徴とする、請求項４に記載の熱可塑性複合部品の成形による製造方法。
  6. 前記特定の温度条件が、１２５〜１３５℃の加熱温度であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つに記載の熱可塑性複合部品の成形による製造方法。
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