JP2013528128A - 鉄／ニッケルフォームアロイ製の型ツール - Google Patents

Abstract

特には、ファイバ強化樹脂材等の樹脂効果複合材の成型に用いる型ツール（１０）であって、ＦｅＮｉ３６、ＦｅＮｉ４２及びまたはＦＥ−３３０Ｎｉ−４．５Ｃ０等の鉄／ニッケルフォームアロイを有する型ツールが提供される。ボディ（１４）は、単数または、代表的には相互固定される複数のユニットから構成され得る。ボディ（１４）のツール表層（２０）上にツール面（１２）が画定される。ツール表層（２０）は樹脂硬化材を含み得る。

Description

本発明は鉄／ニッケルフォームアロイに関し、詳しくは、これに限定しないが、型ツール及びその他構造におけるそれらアロイの使用に関する。

従来、特に硬化性樹脂複合材成型で使用する型ツールは、要求ジオメトリにハンドシェイプあるいはマシン加工したパターンで造形する。代表的には離型剤を塗布し、当該離型剤上でツールスキンを硬化させる。次いで、硬化したツールスキンをパターンから離型させ、ツールスキン支持用の裏当て構造を被着させる。こうして作製した型ツールには重要な欠点が幾つかある。例えば、ツールスキン使用材料の硬化時の熱膨張及び化学的収縮をコンピューターで高度にモデリング及び予測した場合でさえ、ツールスキンの精密成型化には限界がある。現在、複合材用型ツールはより大型化及び精密化される傾向があり、これら従来の製造方法では不十分な場合がある。

例えばファイバワインディングやテープをロボット配置して材料を自動付着させるのに好適な型ツールに対する需要も増大している。それらプロセスでは一般に高構造剛性の型ツールが必要である。これは、テープ配置中等に回転させる必要のあるマンドレルタイプの型ツールにおいて特に言えることである。

精度及び構造剛性を高める上でのこれら２つの主要条件により、カーボンフォームまたはセラミックフォームをツールの主要構造として用いる代替ツールの開発が促進された。代表的には、フォーム構造を賦形し、ツールスキンを被着させ、注意深く輪郭付け及び仕上げして型面とする。この型ツールによれば、先に説明した、裏当て構造を当てたシェルタイプの型ツールと比較して型面をずっと精密化させ、構造剛性を大幅に高め得る。

しかしながら、この方法にはそれらフォーム材の使用上における重大な欠点がある。カーボン及びセラミックフォームの各材料は何れも壊れ易く、クラックやツールスキンからの剥落をどうしても生じ易い。これを相殺する型ツールを製造しようとすると相当の工夫やエンジニアリングが必要となるために型ツール費用が嵩むことになる。カーボンフォームには燃焼性及び吸湿性に関する問題がある。しかも、カーボン及びセラミックは何れも断熱性材料であるため、これら材料で作製したツールは加熱や冷却に時間を要し得る点で特定用途上の問題を生じ得る。

高温を受けた際に有意の膨張を全く呈さないあるいは比較的少ないことが要求されるあるいはその点が有利となる多くの構造物も存在する。それらの構造物は稠密な、重い材料から製造されることがある。

上述した従来問題を解決する鉄／ニッケルフォームアロイ製の型ツールを提供することである。

本発明によれば、被成型材料をその上部に位置付け得るツール面と、当該ツール面をその上部に位置付けるボディにして、鉄／ニッケルフォームアロイを含むボディとを含む型ツールが提供される。
鉄／ニッケルフォームアロイの熱膨張率は−３〜＋１０ｐｐｍ／℃であり得る。鉄／ニッケルフォームアロイの熱膨張率は０〜５ｐｐｍ／℃であり得る。

鉄／ニッケルフォームアロイは、鉄を約６４％及びニッケルを約３６％を含有するＦｅＮｉ３６または６４ＦｅＮｉ等のインバールを含み得る。代表的には０．２％のオーダーでの少量のカーボンが一般に存在する。
あるいはまたは更に、鉄／ニッケルフォームアロイは１つまたは１つ超のＦｅＮｉ４２（ＮＩＬＯアロイ４２）あるいはＩｎｏｖｃｏ（Ｆｅ−３３Ｎｉ−４．５Ｃｏ）を含み得る。

鉄／ニッケルフォームアロイは３０〜５０重量％のニッケルを含むことが好ましい。
鉄／ニッケルフォームアロイフォームは１５０〜８００ｋｇ／ｍ³の、好ましくは１５０〜４００ｋｇ／ｍ³の間の密度を有し得る。鉄／ニッケルフォームアロイは、開放セル構造を有しうる。

ボディは型ツール容積の全てでなければその大半を含み得る。
ボディは、ツール面を坦持するよう賦形し得るところの、鉄／ニッケルフォームアロイの単一ユニットを含み得る。あるいはボディは、その幾つかまたはすべてをツール面を坦持するよう賦形し得るところの、鉄／ニッケルフォームアロイの複数のユニットまたはブロックを含み得る。当該ユニットは、溶接、ろう接、焼結、を含む金属接合法によって、及びまたは、接着剤、ペースト及び接着性フィルム等の接合剤を使用しての接合等によりしっかりと相互保持され得る。

ツール表層は、ツール面のある範囲または全部を画定し得る。ツール表層は金属製であり得、また、ボディに含まれるそれと同じであり得る１つまたは１つ超の鉄／ニッケルフォームアロイを含み得る。
ツール表層は、樹脂硬化材を含み得、また、ファイバ強化エポキシ樹脂、ファイバ強化ＢＭＩ樹脂等々のファイバ強化型樹脂硬化複合材を含み得る。

ツール表層は、機械的フィクシング、接着剤、樹脂、ポリマー、エラストマー等の接合手段の１つまたは１つ超を使用して、及びまたはボディに当該ツール表層を直接貼り付けまたは付着させる等によりボディに直接固定し得る。

ツール表層はボディの少なくとも一部を覆うスキン形態を有し得る。
ツール表層は、少なくとも部分的には、前記ツール面を画定する、機械加工あるいはそうでなければ正確に輪郭付けした表面を含み得る。
ボディは、ツール表層をその上部に固定するところの、当該ボディ上の単数あるいは複数の表面の幾つかまたは全部を覆うシールを含み得る。当該シールは、樹脂、ポリマー、エラストマーの１つまたは１つ超を含み得、また、層形態を有し得る。

型ツールは、当該型ツールの温度を選択的に制御するための熱遷移媒体をその内部を通して受ける構成を有し得る。型ツールは、ボディを熱遷移媒体サプライに連結させ得ると共に、熱水及びまたは冷水、空気あるいはその他好適な流体等の熱遷移媒体をボディの開放セル構造内に選択的に導入及び好ましくは当該開放セル構造から除去可能とすることでボディを選択的に加熱及び冷却させ得る、１つまたは１つ超の連結構造を含み得る。

本発明の他の様相によれば、鉄／ニッケルフォームアロイを含む型ツールボディが提供される。
当該型ツールボディは前述した如きボディを含み得る。

本発明の更に他の様相によれば、型ツールの製造方法であって、鉄／ニッケルフォームアロイを含むツールボディを形成するステップ、被成型材料をその上部に位置付けるツール面を該ツールボディ上に提供するステップ、を含む方法が提供される。
当該方法は前述した如き型ツールの製造を含み得る。

ツール表層が樹脂材を含む各実施例において、ツール面を未硬化または部分硬化状態下にボディ上に位置付け、次いでボディ上で然るべく硬化させる。
ツール表層が金属製である各実施例において、該ツール表層を、熱スプレー、電気メッキ、ＣＮＣ溶着、レーザー焼結、の１つまたは１つ超を含む付着法によりボディ上に形成し得る。

本発明の更に他の様相によれば、成型物品製造方法であって、被成型材料を、鉄／ニッケルフォームアロイ製のボディを含む型ツールの型面上に配置するステップ、型面上で、前記被成型材料を固化させる条件を該被成型材料に受けさせるステップ、を含む方法が提供される。
前記被成型材料は硬化性を有し得、前記方法は、当該被成型材料を硬化させる状況下に置くステップを含み得る。
本発明の更に他の様相によれば、これに限定しないが、型ツール用のボディ等のフォーム（ｆｏａｍ）ボディ製造に使用する鉄／ニッケルフォームアロイが提供される。
鉄／ニッケルフォームアロイは前述した如きものであり得る。

従来問題を解決する鉄／ニッケルフォームアロイ製の型ツール及び方法が提供される。

図１は、本発明の型ツールの例示図である。 図２は、図１を線ＩＩ−ＩＩに沿って切断した断面図である。 図３は、図２のエリアＩＩＩの拡大断面図である。 図４は、本発明の型ツールの、成型物品製造時の断面図である。 図５は、図４のエリアＶの拡大断面図である。

図面を参照するに、型ツール、型ツールボディ、型ツール製造方法論、成型物品製造方法論、鉄／ニッケルフォームアロイ及び、当該鉄／ニッケルフォームアロイ製造方法論、が提供される。本発明に従う型ツールは鉄／ニッケルフォームアロイを含むボディを有する。

図１〜図３には回転マンドレル形態の型ツール１０が例示され、被成型材料Ｍをその上部に位置付けるツール面１２と、当該ツール面１２をその上部に位置付けるボディ１４にして、鉄／ニッケルフォームアロイを含むボディ１４とを有している。
シャフト１６が型ツール１０の中心を貫いて通され、型ツール１０は当該シャフトを中心として選択的に回転自在である。型ツールは従来手段（図示せず）により回転駆動される。

本発明の型ツールの特定用途には、ファイバ強化樹脂材料等の樹脂硬化複合材の成型がある。しかしながら、本発明の型ツールによりその他の好適な材料を形成可能である。

型ツール１０は、ファイバワインディングやテープのロボット配置等の従来技法に従い、被成型材料Ｍをツール面１２上に自動付着させる際に使用され得る。型ツール１０は、当該型ツール上に成型または形成する物品のサイズによりその大きさを決定する。前記自動的技法は、何メートルもの長さの非常に大型の物品製造に用いられる場合があり、その場合、ツールまたはマンドレルは、それらに付加される回転力に対処し得る高い構造剛性を有すべきである。本発明の型ツールは、鉄／ニッケルフォームアロイ製ボディ本来の構造剛性に基づく非常に高い固有の構造剛性を持つ型ツール１０を含む。更には、それら大規模用途用途では、鉄／ニッケルフォームアロイはその密度が比較的低いことから型ツール１０の重量低減化上非常に有利であり、また、それによって取り扱い性や安全性が一般に向上し、型ツール１０の慣性も比較的小さくなって操作性が向上し、かくして、同等サイズの従来型のそれと比較して型ツール１０の制御性が良好化される。

被成型材料Ｍはファイバ／テープ源１８からツール面１２に伸びるファイバあるいはテープとして例示される。
ファイバ／テープ源１８は、代表的には、型ツールが中心シャフト１６の周囲で回転する際に型ツール１０に関して移動してファイバ／テープをツール面１２上に制御下に巻き付けるロボットヘッドを含む。
本発明のある実施例では型ツール１０のボディ１４は鉄ニッケルアロイインバールから形成する。

インバールは種々グレードにおいて供給及び使用され得る。本発明では共通グレードのＦｅＮｉ３６（６４ＦｅＮｉとしても知られる）が使用される。ＦｅＮｉ３６は、インバール３６とも称され、代表的には約６４％の鉄と、約３６％のニッケルと、少量（代表的には０．２％）のカーボンとを含む。

インバールは代表的には１．２ｐｐｍ／℃のオーダーでの熱膨張率（ＣＴＥ）を有する。インバールのＣＴＥは、一般にはそのグレードが高い（即ち、コバルト含有量が少ない）ほど小さい。熱膨張率が−３〜＋１０ｐｐｍ／℃である鉄／ニッケルアロイは本発明の範囲内のものである。好ましい実施例ではＣＴＥは０〜５ｐｐｍ／℃である。

ある実施例では、ＦｅＮｉ４２（ＮＩＬＯアロイ４２）及びまたはＩｎｏｖｃｏ（Ｆｅ−３３Ｎｉ−４．５Ｃｏ）等の代替鉄／ニッケルアロイを使用し得る。ある実施例ではボディはある数の前述の各アロイあるいはそれらの混合物を含み得る。
代表的には、本発明で使用する鉄／ニッケルアロイは３０〜５０重量％のニッケルを含む。

鉄／ニッケルフォームアロイの密度は代表的には１５０〜８００ｋｇ／ｍ³であり、ある実施例では１５０〜４００ｋｇ／ｍ³である。使用する鉄／ニッケルフォームアロイは代表的には開放セル構造を有する。
ボディ１４は、代表的には型ツール１０の容積の大半を占める“嵩”を有する。ボディ１４は単一ユニットあるいはブロックから構成され得、あるいはある実施例では、以下に説明する如く、代表的には相互固定される多数のユニットまたはブロックから構成され得る。

ツール面１２はボディ１４上のツール表層２０上に画定される。ツール表層２０は樹脂硬化複合材層を含み、また、型ツール用の、ファイバ強化エポキシ樹脂、ファイバ強化ＢＭＩ、シアン酸エステル、フェノール、熱可塑性プラスチック等の従来のツールスキン材料を使用可能である。ファイバ強化物には、カーボンファイバ、グラスファイバ及びその他等の既知のファイバ強化物がやはり含まれる。

ボディ１４とツール表層２０との間には中間層２２を設ける。当該中間層は、ボディ１４に対するツール表層２０の位置固定を容易化させるべくボディ１４の外側表面をシールするシール層であり得る。中間層２２は、ツール表層２０とボディ１４との間における若干の相対動作を許容し、かくしてボディ１４からのツール表層２０の剥がれを防止する弾性インターフェースを提供する。中間層２２はエラストマー材料を含み得る。

ある実施例では中間層２２は設けられない。
ツール表層２０は単一層として例示したが、ある実施例では積層した複数層を含み得る。
ある実施例ではツール表層２０は金属製であり、好ましいそれら実施例は鉄／ニッケルアロイを含む。ある実施例ではツール表層２０の鉄／ニッケルアロイはボディ１４のそれと同一であるが、代表的にはツール表層２０は発泡化されない。他の実施例では鉄／ニッケルアロイは異なるが、一般的には、ボディ１４からのツール表層２０の剥がれの問題が回避されるよう、そのＣＴＥ値が非常に近いことが好ましい。

金属製のツール表層２０をボディ１４に接合させ得、その場合、中間層２２は接着剤、樹脂、ポリマーあるいはペースト等の接合剤を含み得る。
あるいはまたは更には、金属製のツール表層２０を螺着、リベットその他等によりボディ１４に機械的に固定させ得る。

本発明のある実施例では、ツール表層２０は、熱スプレー、電気メッキ、ＣＮＣ溶着、レーザー焼結等によりボディ１４上に直接形成または付着させ得る。
ツール表層２０を、代表的には、ＣＮＣ加工、研磨等による加工あるいはそうでなければ仕上げによりツール面１２を提供する。

型ツール１０は高精度下に形成され得る。ボディ１４は、仕上げされた型ツール１０よりは若干小型ではあるが、ツール面１２の所望のプロファイルを反映した形状とされる。次いで、先に議論した望ましい技法を用いてツール表層２０をボディ１４に被着させ、次いでツール表層を高精度のツール面１２に仕上げる。

ボディ１４に鉄／ニッケルフォームアロイを用いることで、本発明の型ツールにおける特定の有益性が提供される。それらフォーム体は延性を持つためボディ１４のクラック発生に関する問題が殆どあるいは全く無いことが分かった。本発明の鉄／ニッケルアロイのＣＴＥは、型ツール１０上に成型し得る、ファイバ強化エポキシ樹脂、ＢＭＩ樹脂、フェノール樹脂、シアン酸エステル樹脂、熱可塑性樹脂、ベンゾオキサジン等の従来の樹脂硬化材のそれとほぼ一致する。

ツール表層２０が樹脂複合材を含む実施例では、当該ツール表層２０及びボディ１４の各材料のＣＴＥがやはり類似することが、ツール表層２０のボディ１４からの剥離防止性を高める。先に示した如く、必要であればまたは好ましくは、エラストマー層等の中間層を使用して剥離抵抗性を更に高め得る。

樹脂製のそれらツール表層２０は代表的にはボディ１４上で“その場で”硬化される。しかしながら、ある実施例ではそれらツール表層はボディ１４から離れた場所で硬化または少なくとも部分的に硬化され、次いでボディ１４に導入され、そこで固定され得る。

ツール表層２０が金属製である実施例では、鉄／ニッケルアロイを使用することで、型ツールに、ボディ１４及びツール表層２０のＣＴＥが極めて類似することによる利益がもたらされる。更に、ツール表層２０のＣＴＥは、代表的には、当該ツール表層上に成型するところの材料Ｍと極めて類似する。

鉄／ニッケルアロイは、本発明の型ツール用の剛性のボディを創出し、また、本発明の型ツールにおける、大型成型物品を製造するためのファイバ及びテープ配置プロセス等の大規模自動プロセスで使用可能とするに十分な構造剛性を提供する。型ツール１０はそのための使用に関して例示されている。

鉄／ニッケルアロイによりボディ１４の熱伝導率が高まる。これは、型ツールの熱を注意深く制御するのが望ましい用途や、型ツールの比較的急速な加熱及びまたは冷却が必要または有益である用途において有益であり得る。

本発明のある実施例では、空気、水等の液体等の熱遷移媒体がボディ１４の開放セル構造を通して循環され、かくしてボディ１４の、従って型ツール１０の制御下の加熱及びまたは冷却が提供され得る。

本発明によれば、型ツールの製造方法であって、鉄／ニッケルフォームアロイを含むボディ１４を形成するステップ、該ボディ上に、被成型材料をその上部に位置付け得るところのツール面を提供するステップ、を含む方法が提供される。

ボディ１４は、鉄／ニッケルアロイ製の単一のユニットまたはブロックから形成され得るが、より大型の型ツール用のボディ１４は代表的には複数のユニット、代表的には鉄／ニッケルフォームアロイ製の複数のブロックから形成される。ボディ１４は、それらブロックを隣り合わせに配置し、次いでそれらを相互に固定することで全体形状が構築される。ろう接、溶接、ハンダ付け、焼結、といった従来のメタル連結法等の種々の技法を用いて各ユニットを相互固定し得、及びまたは、接着剤、ペースト、樹脂あるいはフィルム接着剤等の接合材料を用いてそれらユニットを相互固定し得る。

十分量の鉄／ニッケルフォームアロイを生成後、鉄／ニッケルフォームアロイブロックからなるアセンブリを、一般に望ましいボディプロファイルに賦形する。鉄／ニッケルフォームアロイの賦形にはＣＮＣ機械加工等の従来からの切削技法が好適であることが分かった。
先に示した如く、次いでボディ１４にツール表層２０を直接または中間層２２を介するかして付着させ、必要であれば硬化させ、適宜であれば仕上げを加えて型ツール１０とする。

本発明によれば、成型物品の製造方法であって、鉄／ニッケルフォームアロイ製のボディを有する型ツール１０、２６の型（ツール）面１２、２４上に被成型材料Ｍを配置するステップ、型面１２、２４上で前記被成型材料Ｍを固化させる条件を該被成型材料に受けさせるステップ、を含む方法が提供される。
図１〜３には、上述した如き自動化プロセスにより型ツール１０上で成型される被成型材料Ｍが例示される。

図４及び５には、本発明の別態様に従う、型ツール２６上で成型される被成型材料のダイヤグラム例示図が示される。型ツール２６は簡単な静的型ツールであり、鉄／ニッケルフォームアロイ製のボディ２８（全体的には参照番号１４を付記して先に説明した如き）、ツール表層３０（全体的には参照番号２０を付記して先に説明した如き）、中間層３２（参照番号２２を付記して先に説明した如き）、を含む。型ツールは支持体３４上に位置付けられ、被成型材料Ｍは型面２４上に手を使う等して慎重に位置付けられる。次いで型ツール２６及び被成型材料Ｍは、周囲シール３８により支持体３４に接触してシールされた真空膜３６の下側に包囲され、かくして、被成型材料Ｍと型ツール２６とは、当該真空膜３６の下側で真空一体シール状態下に包囲される。次いで、被成型材料は高温等の硬化条件を受け、硬化中に生じた空気その他揮発物は真空膜３６の下方から矢印Ａでダイヤグラム的に例示する如く抜き出される。

当該成型法は従来通りのものであるが、本発明の型ツール２６により、硬化条件及びそれら条件下に成型される被成型材料Ｍの温度変動にぴったり一致させるべく型ツールを素早く加熱及び冷却させ得る利益が得られる。これは、硬化プロセス中の種々の材料の膨張特性の制御性を助成し、また、型ツール再利用のためのターンアラウンドタイムを比較的短縮させ得る。

本発明によれば、フォームボディ製造用の鉄／ニッケルフォームアロイも提供される。フォームボディは、型ツール用ボディを含み得るが、本発明の範囲内のものとしてのフォームボディには、及び鉄／ニッケルフォームアロイの熱膨張率及び密度（及びかくして重量）が比較的低いことによる利益が提供され且つそれを享受し得る構造またはコンポーネントの全体または一部が含まれ得る。例えば、本発明の及び鉄／ニッケルフォームアロイは、周囲温度が相当に且つ急激に変化することもある人工衛星構造用に用い得る。本発明の鉄／ニッケルフォームアロイはその導電性により、フォームボディの著しい、且つ恐らくは損傷を与えあるいはそうでなければ問題となる膨脹を伴うことなく、迅速に加熱及び冷却が可能となる。本発明の鉄／ニッケルフォームアロイは低密度であり、従って比較的軽量である点もそれら構造物において有益である。

本発明の鉄／ニッケルフォームアロイは、光学ベンチ、気象用機器及びその他等の、著しく膨張せず、従って、その構造またはコンポーネンツに反りを生じる恐れがないことが重要な測定構造及び装置等のその他構造において有益である。その他用途には、天体望遠鏡用のミラー及びリフレクター等の天体装置及び機器が含まれる。

その使用中における膨張が限定的であるまたは著しくはないことが重要及びまたは望ましい非常に多くの構造体または構造コンポーネントが存在し、本発明の鉄／ニッケルフォームアロイは多くのそれら用途に適する。当該鉄／ニッケルフォームアロイは、導電性であり、延性を有し、比較的低密度である点で更に、特定用途上、先に議論した如き（これに限定しないが）大きな利益を提供する。

鉄／ニッケルフォームアロイは、任意の好適な技法を用いて製造され得る。１方法には、キャリヤ基材中に鉄／ニッケルアロイ粒状物を分散させたスラリを破壊性の支持フォーム体に付着させるステップ、前記鉄／ニッケルアロイ粒状物が前記支持フォーム体上で然るべく全体的に固定させるようにするステップ、が含まれる。

本発明の鉄／ニッケルフォームアロイは、鉄／ニッケルアロイ粒状物が、代表的には金属微粉末形態下にその内部に懸濁されたキャリヤまたはベース基材を含むスラリを形成することにより製造し得る。
鉄／ニッケルアロイ粒状物は、鉄／ニッケルフォームアロイ構造上に、当該鉄／ニッケルアロイ粒状物から製造した支承部を有する寸法構成を有し得、代表的には、平均径が１０ミクロン未満である鉄／ニッケルアロイ粒状物を用いて十分なフォーム構造を提供させることが好ましい。

必要であれば増粘／懸濁剤を添加し得、均質混合物製造を容易化する分散剤を添加し得る。
キャリヤ基材の単位容積当たりの鉄／ニッケルアロイ粒状物の重量パーセントを制御可能であり、また当該制御は、被形成鉄／ニッケルフォームアロイの密度制御上役立ち得ることがわかった。スラリは代表的には、その容積当たり４５％〜６０％の鉄／ニッケル粒状物を含む。キャリヤは任意の好適な媒体であり得る。

使用する支持フォーム体の密度は、鉄／ニッケルフォームアロイの密度制御が支援されるよう選択し得る。支持フォーム体の寸法形状は、製造する鉄／ニッケルフォームアロイの寸法形状をも決定し、かくして、所望の形状及び形態の鉄／ニッケルフォームアロイを製造するよう制御し得る。

鉄／ニッケルフォームアロイの密度及び構造は、支持フォーム体上への鉄／ニッケルアロイ粒状物付着量に依存し、結局、支持フォーム体へのスラリ塗布回数（のみならず、スラリ中のアロイ粒状物使用量及びスラリ粘度）により決定され得ることも分かった。代表的には、支持フォーム体をスラリ中に浸漬し、余剰分を例えばローラにより除去することで、フォームアロイにおけるフォーム構造の良好化が確実に保証されるようにする。

代表的には、支持フォーム体の所定のサイズ、密度及び形状を選択し、製造するスラリの所望の密度及び粘度を選択した後、当該スラリを支持フォーム体に導入する。先に示した如く、これはマルチステージプロセスであり得、支持フォーム体をスラリ浴中に浸漬し、かくして、スラリにフォーム体を含浸させ（好ましくは十分に含浸させ）、次いで余剰分を除去するステップを単に含み得る。各ステージの後、スラリは一般に乾燥が許容されるが、当該乾燥には支持フォーム体上でのスラリゲル化が含まれ得る。支持フォーム体は鉄／ニッケルアロイを必要量装填後、成型またはシェイピングステップを受け、かくして鉄／ニッケルフォームアロイ製のボディに類似する形状あるいはその形成を容易化する形状とされ得る。次いで支持フォーム体を破壊する。破壊は、代表的には燃焼プロセスを用いて支持フォーム体を焼尽させることで行う。支持フォーム体は代表的には、ポリウレタンフォーム等の可燃性プラスチックフォームを含む。支持フォーム体は代表的には、鉄／ニッケルフォームアロイの融点よりずっと低い５５０℃のオーダーの温度下に除去され得る。次いで鉄／ニッケルアロイ粒状物が支持フォーム体上で焼結される。焼結は単一ステージとして、１２５０℃の温度下にＮ₂／Ｈ₂ガス混合物中で実施され得る。

焼結中に収縮が生じ、収縮の程度は代表的にはスラリ装填量が増えるに従い減少することがわかった。しかしながら収縮は一般に予測可能であるためコントロール可能である。

鉄／ニッケルフォームアロイのアーキテクチャは、鉄／ニッケルアロイ粒状物含有量が比較的少ないスラリを用いて製造すると高開口及び低欠損化されることが分かった。スラリ装填量をおよそ４５％とすると、成型に用いる材料の特性が良好化するのみならず、成型中の支持フォーム体燃焼による副産物除去が容易化される良好なフォームアーキテクチャが提供される。

本発明の他の方法には、鉄／ニッケルアロイメルトを通してのガスバブリング、膨張剤または起泡剤の使用、固体-ガス共晶凝固、粉末圧縮体のフォーム成形、アロイ粉末またはアロイ粒状物と可溶性粒状物（ＮａＣＬ等の）との混合-溶融／焼結-次いでの可溶性粒状物溶出、中空アロイ球体の焼結、ポリマーフォーム等の支持フォーム体上へのアロイ電着、ガスまたは蒸気相からの付着、高粘度溶融メタルへのガス直噴、発泡性前駆体の使用、半凝固アロイその他内へのガス形成用粒状物の付着、が含まれる。
本方法は、開放セルまたは閉鎖セルであるとを問わず、フォーム体の物理構造に影響を与え得るものであり、それらの考慮事項に留意して適宜方法を選択し得ることを認識されよう。

１０ 型ツール
１２ ツール面
１４ ボディ
１６ 中心シャフト
１８ ファイバ／テープ源
２０ ツール表層
２２ 中間層
２４ 型面
２６ 型ツール
２８ ボディ
３０ ツール表層
３２ 中間層
３４ 支持体
３６ インバール
３６ 真空膜
３８ 周囲シール
Ｍ 粒状物被成型材料

Claims (45)

1. 被成型材料をその上部に位置付け得るツール面と、該ツール面を位置付けるボディとを含み、該ボディが鉄／ニッケルフォームアロイを含む型ツール。
2. 鉄／ニッケルフォームアロイの熱膨張率が−３〜＋１０ｐｐｍ／℃である請求項１に記載の型ツール。
3. 鉄／ニッケルフォームアロイの熱膨張率が０〜５ｐｐｍ／℃である請求項１または２に記載の型ツール。
4. 鉄／ニッケルフォームアロイがインバールを含む請求項１〜３の何れかに記載の型ツール。
5. 鉄／ニッケルフォームアロイが、約６４％の鉄及び約３６％のニッケルを含有するＦｅＮｉ３６または６４ＦｅＮｉを含む請求項１〜４の何れかに記載の型ツール。
6. 鉄／ニッケルフォームアロイが約０．２％のカーボンを含む請求項１〜５の何れかに記載の型ツール。
7. 鉄／ニッケルフォームアロイが１つまたは１つ超のＦｅＮｉ４２（ＮＩＬＯアロイ４２）及びまたはＩｎｏｖｃｏ（Ｆｅ−３３Ｎｉ−４．５Ｃｏ）を含む請求項１〜６の何れかに記載の型ツール。
8. 鉄／ニッケルフォームアロイが３０〜５０重量％のニッケルを含む請求項１〜７の何れかに記載の型ツール。
9. 鉄／ニッケルフォームアロイの密度が１５０〜８００ｋｇ／ｍ³である請求項１〜８の何れかに記載の型ツール。
10. 鉄／ニッケルフォームアロイの密度が１５０〜４００ｋｇ／ｍ³である請求項１〜９の何れかに記載の型ツール。
11. 鉄／ニッケルフォームアロイが開放セル構造を有する請求項１〜１０の何れかに記載の型ツール。
12. ボディが、型ツールの容積の全てでなければ大半を含む請求項１〜１１の何れかに記載の型ツール。
13. ボディが、ツール面を担持するよう賦形した、鉄／ニッケルフォームアロイの単一ユニットを含む請求項１〜１２の何れかに記載の型ツール。
14. ボディが、ツール面を担持するようにその幾つかまたは全部を賦形した、鉄／ニッケルフォームアロイの複数ユニットを含む請求項１〜１２の何れかに記載の型ツール。
15. 前記鉄／ニッケルフォームアロイの各ユニットを金属接合法によって、及びまたは、接合剤を使用しての接合により相互にしっかりと保持した請求項１４に記載の型ツール。
16. ツール表層がツール面の幾つかまたは全部を画定する請求項１〜１５の何れかに記載の型ツール。
17. ツール表層が金属製である請求項１６に記載の型ツール。
18. ツール表層が１つまたは１つ超の鉄／ニッケルアロイを含む請求項１６または１７に記載の型ツール。
19. ツール表層が、ボディに含まれるそれと同一の単数あるいは複数の鉄／ニッケルアロイを含む請求項１６〜１８の何れかに記載の型ツール。
20. ツール表層が樹脂硬化材を含む請求項１６〜１９の何れかに記載の型ツール。
21. ツール表層がファイバ強化樹脂硬化複合材を含む請求項１６〜２０の何れかに記載の型ツール。
22. ツール表層が１つまたは１つ超の機械的フィクシングを使用してボディに直接固定される請求項１６〜２１の何れかに記載の型ツール。
23. ツール表層が接着剤、樹脂、ポリマー、エラストマー等の接合手段によりボディに直接固定される請求項１６〜２２の何れかに記載の型ツール。
24. ツール表層がボディに直接被着され、またはボディに付着されることによりボディに固定される請求項１６〜２３の何れかに記載の型ツール。
25. ツール表層が、ボディを少なくとも部分的に覆うスキンの形態を有する請求項１６〜２４の何れかに記載の型ツール。
26. ツール表層が、ツール面の少なくとも一部を画定する、マシン加工あるいはそうでなければ正確に輪郭付けした表面を含む請求項１６〜２５の何れかに記載の型ツール。
27. ボディが、ツール表層をその丈夫に固定するところの単数あるいは複数の表面の幾つかまたは全部を覆うシールを含む請求項１６〜２６の何れかに記載の型ツール。
28. 前記シールが、樹脂、ポリマー、エラストマーの１つまたは１つ超を含む請求項２７に記載の型ツール。
29. 前記シールが層形態を有する請求項２７または２８に記載の型ツール。
30. 型ツールが、該型ツールの温度を選択的に制御するための熱繊維媒体を該型ツールを貫く状態下に受ける構成を有する請求項１〜２９の何れかに記載の型ツール。
31. 型ツールが、熱繊維媒体のサプライにボディ部を連結可能とし、かくして、熱水及びまたは冷水、空気その他好適な流体等の熱繊維媒体をボディの開放セル構造内に導入可能とし、かくしてボディの選択的加熱及び冷却を可能とする１つまたは１つ超の連結構成を含む請求項１〜３０の何れかに記載の型ツール。
32. 鉄／ニッケルフォームアロイを含む型ツール。
33. 型ツール製造方法であって、
    鉄／ニッケルフォームアロイを含むツールボディを形成するステップ及び、該ツールボディ上に、被成型材を位置付け得るところのツール面を提供するステップ、を含む方法。
34. 前記ツール面が、未硬化または部分硬化状態下にボディ上に位置付けられ、該ボディ上で硬化されたツール表層により提供される請求項３３に記載の方法。
35. ツール面が、ボディ上に形成したツール表層により提供される請求項３３に記載の方法。
36. ツール表層が、溶射、電気メッキ、ＣＮＣ溶着、レーザー焼結、の１つまたは１つ超により形成される請求項３３に記載の方法。
37. 成型物品製造方法であって、
    被成型材料を、鉄／ニッケルフォームアロイ製のボディを含む型ツールの型面上に配置するステップ、
    型面上で、前記被成型材料を固化させる条件を該被成型材料に受けさせるステップ、を含む方法。
38. 前記被成型材料が該材料硬化条件を受ける請求項３７に記載の方法。
39. フォームボディ製造に使用する鉄／ニッケルフォームアロイ。
40. 付随する図面を参照して実質的に説明された如き型ツール。
41. 付随する図面を参照して実質的に説明された如き型ツールのボディ。
42. 付随する図面を参照して実質的に説明された如き型ツール製造方法。
43. 付随する図面を参照して実質的に説明された如き成型物品の製造方法。
44. 付随する図面を参照して実質的に説明された如き鉄／ニッケルフォームアロイ。
45. 先行する任意の請求項における如きと同一の発明の範囲内またはそれら発明との関連性の有無を問わず、ここで説明された新規な記載事項を含む任意の新規な記載事項またはその組み合わせ。

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