JP2013533138A

JP2013533138A - 複合材料で作られたモールド及びこのモールドを用いたプロセス

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Publication number: JP2013533138A
Application number: JP2013514818A
Authority: JP
Inventors: アッティリオ・マシーニ; ニコロ・パシーニ; ルイージ・デ・サリオ; カスペル・ベルゲン
Original assignee: オートモビリランボルギーニソチエタペルアツイオニ
Priority date: 2010-06-14
Filing date: 2011-06-14
Publication date: 2013-08-22
Anticipated expiration: 2031-06-14
Also published as: HK1210105A1; EP2574449A2; JP5711362B2; EP2571672A2; US10960579B2; ES2785084T3; CN103003058B; WO2011158172A2; ITMI20101072A1; US20130093126A1; BR112012031823B1; CN104608400A; RU2555044C2; CN104608400B; CN103003058A; EP2777918A1; RU2013101582A; EP2574449A3; EP2777918B1; ES2785298T3

Abstract

複合材料で作られた工業製品（１）のためのモールド（１６、３６）であって、複合材料で作られた少なくとも１の機能的部分（２４、４１）を備え、機能的部分（２４、４１）は機能的部分（２４、４１）の周囲から少なくとも部分的に突出する複合材料で作られた少なくとも１の接触面（１６ａ、３６ａ）に接続されており、モールド（１６、３６）は、他のモールド（１６、３６）と結合するための１以上の機械的締結装置（２０、３４、３７、４８、５５）を備え、繊維の複数の層（１７、１８、１９、２１、２２）、具体的には樹脂に予め含浸された炭素繊維の層で作り上げられている。本発明はまたマスタ及びこのモールドの製造に利用することができるプロセスに関する。

Description

本発明は、複合材料で作られたモールド並びにマスタ及びこのモールドを利用可能なプロセスに関する。

既知のＲＴＭ（樹脂トランスファー成形）プロセスでは、樹脂の注入に必要な１５ｂａｒ以上もの高圧に耐える鋼で作られたモールドが用いられている。

繊維層の成形及びそれらに続くモールド内への堆積は自動化がされており、これによりこのプロセスで製造される部品を反復可能で経済的なものとしている一方で、ＲＴＭプロセスのモールドは重く高価で嵩張るものである。更に、金属のモールドは、成形される製品がモールド内で目詰まりを起こすことを避けるために、樹脂の硬化サイクルの間に生じる樹脂の熱膨張を考慮に入れなければならないという複雑な設計を必要とする。

セミリジッド（半硬質な）モールドがリジッド（硬質な）モールド上に配置されるＲＴＭライトプロセスは、これらの技術的課題を克服することが知られている。樹脂は１バール未満の圧力で注入され、樹脂の好適な流れのために空気（０．５ｂａｒ）が中心最下点から吸い上げられる。２つのモールド間の接合は、２つのモールドのエッジに沿って真空（０．１ｂａｒ）を作ることによって得られる。このプロセスは、軽量で経済的な装置により簡単に行うことができるが、注入圧力が比較的低くてセミリジッドモールドに対向する側の製品が荒仕上げとなってしまうため、ＲＴＭプロセスと同じ速度で同じ品質の製品を製造することはできない。更には、ＲＴＭライトプロセスを低圧力で実施すると、ドライファイバ（乾燥繊維）を完全に含浸させることができないため、低品質の部品が製造される原因となってしまう。

ＥＰ１７２１７１９号及びＦＲ２８６４８０１号はモールドが複合材料で作られたＲＴＭプロセスを開示している。特に、ＦＲ２８６４８０１号に記載されたモールドは同様にＲＴＭプロセスによって作られており、ここでは複合材料でつくられたモールドとマスタ又はテンプレートとの間に繊維を配置した後にのみ樹脂が注入される。これら既知のモールドは、その製造に用いられるＲＴＭプロセスと、予め準備された第１のモールドとその後の製造における第２のモールドとの間にテンプレートを配置する必要があることが原因で、比較的高価なものとなる。複合材料で作られた既知のモールドは、ＲＴＭプロセスの圧力に耐えるために、複雑な支持構造を更に必要とし、及び／又は、比較的厚くなければならないため、それゆえ高価なものとなってしまう。

ＥＰ１７２１７１９号明細書ＦＲ２８６４８０１号明細書

本発明は上記不利益のすべてを除去するプロセスを提供することを目的とするものであり、即ち、迅速で経済的で自動化が容易なプロセスであって、軽量で小型な高品質の製品を得ることを可能にするプロセスを提供するものである。前記目的は、モールドと、モールド設備と、マスタと、プロセスによって達成されるものであり、主たる特徴は、請求項１、２５、２６及び３３にそれぞれ開示され、他の特徴は、残りの請求項に開示される。

本発明に係るプロセスでは、予め樹脂に含浸された炭素繊維の層（プリプレグとして知られる）によって得られたモールドを提供し、温められたモールドでプレスを実施する代わりに、オーブン又はオートクレーブ内でこれらのモールドを温めることにより最終製品を硬化することを提供する。これにより、樹脂は、ＲＴＭプロセスと比べてより低い圧力で注入することができるが、それでも最終製品の基板に作り上げられるドライファイバは正確且つ完全な含浸を保証するのに十分なものである。

前記圧力は、特にモールドがリブ又は他の補強部材により補強されている場合には、ＲＴＭライトプロセスと比較して高いことが好ましい。

モールド間の接合は、樹脂の注入圧力でモールドを密閉的に閉じたままにすることが可能な特定の機械的締結手段及びガスケットを用いることにより得られる。

モールドは、モールド間の正確で耐久性のある機械的締結を可能とし、インジェクタ、吸入口及び／又はエクストラクタなどの特定の装置を簡単かつ迅速に付加することが可能とするような特有のブッシングを包含するのが好ましい。

少なくとも１のモールドは、空洞、間隙、層間剥離又はドライゾーンなどの欠陥が存在しない製品を得るために、樹脂がキャビティ（空洞）に到達する前に樹脂を均一に流すための特有のカナル（通路）及び／又はスリットを備える。インジェクタと一致して配置された特有のウェルは、樹脂の注入圧力による樹脂の損耗を抑制する。

モールドの製造は、最終製品の三次元の（立体的な）テンプレートを備える特有のマスタと、モールド内の特有の接触面（界面）を得るための参照表面、モールドを強化するために好適な対応壁面を得るための側壁、モールド内で正確にブッシングを配置するためのピンや、取り外し可能な弾性部分、及び／又はモールド内にカナル又はウェルを得るための隆起等の機械的配置とを用いることにより、迅速で正確な方法で得られることが好ましい。本発明に係るプロセスの生産性を比較的単純で経済的な方法で向上させるために、いくつかの同一のモールドが１つのマスタによって製造することができる。

更に、本発明に係るモールドは、軽量でそれほど嵩張らないため、使用中及び使用後、例えば、それら（モールド）が用意され、充填され、オーブン又はオートクレーブ内に配置される時などには簡単に取り扱うことができる。

モールドは、例えばこれらの熱膨張による悪影響を相殺するために、製品と実質的に同じ材料で作られるため、実質的に同じ熱膨張を受けることとなる。

本プロセスにおいては、すべてのモールド、言い換えれば少なくとも２つの補完的なモールドが本発明により製造されるモールド設備を用いることにより、上記の全ての利点が著しく向上する。

本発明に係るプロセス及び装置の更なる利点及び特徴は、ここに添付する図面を参照しながら、以下の詳述及び２つの非制限的な実施形態によって当業者へ明らかとされるであろう。

図１は、本発明に係るモールドを用いて製造可能な製品を示す斜視図である。図２は、第１の実施の形態に係る第１マスタを示す底面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ部分を示す。図４は、第１の実施の形態に係る第２のマスタを示す上面図である。図５は、図４のＶ−Ｖ部分を示す。図６は、第１の実施の形態に係る第１のモールドの図３を部分的に拡大したものを示す。図７は、図６のＶＩＩの詳細を示す。図８は、第１マスタを取り除いた図６の第１のモールドの上面図を示す。図９は、図８のＩＸ−ＩＸ部分を示す。図１０は、第１の実施の形態に係る図５の第２のモールドを示す。図１１は、第２のマスタを取り除いた図１０の第２のモールドの底面図を示す。図１２は、図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ部分を示す。図１３は、使用時の図１０及び図１２のモールドを有するモールド設備を示す。図１４は、図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ部分を示す。図１５は、インジェクタの拡大縦断面図を示す。図１６は、エクストラクタの拡大縦断面図を示す。図１７は、一対のセンタリング装置の拡大縦断面図を示す。図１８は、第２の実施の形態のモールド設備の垂直断面図を示す。

図１に参照されるように、複合材料で作られた製品１は、既知の方法により三次元形状を有しており、例えば、高さＨ、幅Ｗ及び奥行きＤを有する平行六面体になっている。実際には、製品１は、例えばフレーム、車体構造、カバー、アクセサリ等の必要な機能に応じて、或いは他の構造的な、流体力学な、及び／又は地上、海上又は航空の車両の美的な部品に応じて、一般的にはより複雑な形状を有しており、曲がっているか及び／又は不規則な形状であってもよい。

図２及び図３に参照されるように、プロセスの第１の操作ステップは、例えば、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムを用いて、製品１の少なくとも１の第１の部分と実質的に同じ三次元形状で同じ大きさを有する第１のテンプレート２を製造することを含む。本実施形態では、第１のテンプレート２は、製品１と実質的に同じ幅Ｗ及び同じ奥行きＤを有しているが、高さＨ１は、製品１の高さＨよりも低い。第１のテンプレート２は、第１マスタ３の少なくとも１の第１参照表面３ａに結合されるかこれと一体になっており、具体的には、実質的に平行六面体形状をなしている。第１参照表面３ａは、第１のテンプレート２の周囲に突出するように、第１のテンプレート２よりも実質的に平坦で、幅が広く、奥行きが広い。１以上の第１壁４は、例えばアルミニウム、木材又はエポキシ樹脂等で作られており、第１参照表面３ａと実質的に垂直で、第１参照表面３ａを取り囲むように第１マスタ３の周囲に締結（固定）されている。１以上の第１リッジ５が、第１のテンプレート２の周囲において第１マスタ３の第１参照表面３ａ上に配置されている一方で、少なくとも１の第２リッジ６が、第１リッジ５の周囲の第１参照表面３ａ上に配置されている。第１リッジ５は、１以上の隆起７に接続されており、この隆起７は具体的には半球形状を有している。第１リッジ５の断面は凸状であり、具体的には実質的に半円又は半楕円形である一方で、第２リッジ６の断面は実質的に長方形であり、具体的には正方形である。複数の第１ピン８は、第２リッジ６の周囲において第１マスタ３の第１参照表面３ａから同様に垂直に突出している。第１のテンプレート２、第１リッジ５、第２リッジ６及び／又は隆起７は、第１マスタ３の第１参照表面３ａ上に配置された単一部材のエポキシ樹脂を、デジタル制御カッターを用いて作られるか、又は、第１参照表面３ａ上に互いに結合されるか及び／又は配置された別々の部材を備えることができる。具体的には、第１リッジ５及び／又は第２リッジ６は、好ましくは、第１参照表面３ａ上に除去可能な方法で接着された弾性（エラストマ）部分により作りあげられることができる。第１のテンプレート２は、デジタル制御カッターにより成形されたエポキシ樹脂ブロックとすることができ、その後、第１参照表面３ａ上に接着される。

図４及び図５に参照されるように、プロセスの第２の操作ステップは、例えば、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムを用いて、製品１の少なくとも１の第２の部分と実質的に同じ三次元形状で同じ大きさを有する第２のテンプレート９を製造することを含む。本実施形態では、第２のテンプレート９は、製品１と実質的に同じ幅Ｗ及び同じ奥行きＤを有しているが、高さＨ２は、製品１の高さＨよりも低くなっており、その結果、第１のテンプレート２の高さＨ１と第２のテンプレート９の高さＨ２の合計が、製品１の高さＨに対応するようになっている。第２のテンプレート９は、第２のマスタ１０の少なくとも１の第２参照表面１０ａに結合されるかこれと一体になっており、具体的には、実質的に平行六面体形状をなしている。第２参照表面１０ａは、第２のテンプレート９の周囲において突出するように、第２のテンプレート９よりも実質的に平坦で、幅が広く、奥行きが広い。１以上の第２壁１１は、例えばアルミニウム、木材又はエポキシ樹脂等で作られており、第２参照表面１０ａと実質的に垂直で、第２参照表面１０ａを取り囲むように第２のマスタ１０の周囲に締結（固定）されている。複数の第２ピン１２は、第２のテンプレート９の周囲で第２のマスタ１０の第２参照表面１０ａから突出している。第１マスタ３上の第１ピン８の位置は、第２のマスタ１０上の第２ピン１２の位置と実質的に同じである。１以上の第３ピン１３は、第１マスタ３の第１参照表面３ａ上の隆起７の位置と実質的に同じ位置で第２のマスタ１０の第２参照表面１０ａから突出している。少なくとも１の第４ピン１４及び１以上の第５ピン１５は、第２のマスタ１０の第２のテンプレート９から突出している。

図６及び図７に参照されるように、プロセスの第３の操作ステップは、滑らかな通常の表面を得るために、存在する多数の孔を閉じる封止液を用いて第１マスタ３を噴霧（スプレー）することを含み、同様に、これらの表面を分離物質（剥離剤）により洗浄し、その後、第１のテンプレート２、第１参照表面３ａ及び第１マスタ３の第１壁４上に複数の繊維層、具体的には、樹脂に予め含浸された、プリプレグという名でも知られる炭素樹脂を設けることにより第１のモールド１６を作ることを含む。図面では、簡略化のため、第１のテンプレート２及び第１参照表面３ａは、下向きに向けられたものが示されているが、この操作ステップの間は、これらは層の配置を促進するために、上向きに向けられることが好ましい。具体的には、第１のモールド１６は、第１の内層１７及び／又は第２の内層１８を備える。好ましくは、第１の内層１７は、タイプ１Ｋ（１０００スレッド／繊維）、ＰＷ（平織）、１００ｇ／ｍ²基本重量、０．１ｍｍ厚の繊維を有するプリプレグを備えており、第２の内層１８は、タイプ３Ｋ（３０００スレッド／繊維）、ＴＷ（斜文織）２ｘ２、２００ｇ／ｍ²基本重量、０．２５ｍｍ厚の繊維を備えている。内層１７及び／又は内層１８の繊維は互いに実質的に平行又は垂直である。プリプレグの帯（図示せず）は、内層１７又は内層１８と第１のテンプレート２の角との間か、及び／又は第１参照表面３ａと第１のテンプレート２、第１壁４及び／又は第２リッジ６との間にある角の間にこれらの角をより鋭くするために配置される。

第１マスタ３は、第１リッジ５と第１のテンプレート２との間に、第１参照表面３ａから、０．１ｍｍ〜１ｍｍもの高さの差Ｈ３を有して突出する少なくとも１の突出部３ｂを備える。

１以上の第１の中間層１９、具体的には４〜６の中間層である第１の中間層１９が、内層１７及び／又は内層１８上に設けられ、その後、第１のブッシング２０が第１ピン８に挿入され、１以上の第２の中間層２１、具体的には４〜６の中間層である第２の中間層２１が、第１のモールド１６にそれを組み込むように第１の中間層１９及び第１のブッシング２０上へ設けられる。中間層１９及び／又は中間層２１は、タイプ１２Ｋ（１２０００スレッド／繊維）、ＴＷ（斜文織）２ｘ２、７００ｇ／ｍ²基本重量、０．４ｍｍ厚の繊維を有するプリプレグを備える。中間層１９及び／又は中間層２１の繊維は、互いに実質的に平行であるか、斜めであるか（±４５°）或いは垂直である。少なくとも１の外層２２が第２の中間層２１上に設けられており、これはタイプ３Ｋ（３０００スレッド／繊維）、ＴＷ（斜文織）２ｘ２、２００ｇ／ｍ²基本重量、０．２５ｍｍ厚の繊維を有するプリプレグを備える。基本重量及び／又は中間層１９、２１の厚みは、これにより内層１７、１８及び／又は外層２２の基本重量及び／又は厚みよりも大きくなっている。第１のブッシング２０は、内側スレッド（内側ねじ山）２３を備える。

本出願では、具体的には、２、３又は４つの層がそれぞれ設けられた後、内層１７、１８、中間層１９、２１及び／又は外層２２が、第１マスタ３上に成形ステップを用いて圧縮されるものであり、ここでは、最外層が付着防止シート及び換気材料の層によって覆われて、その後、第１マスタ３が真空バッグの中に挿入される。真空バッグは、真空バッグに対して働く外圧の影響によって第１マスタ３上に既に配置された複数の層をプレスするものである。これらの成形ステップは、真空バッグを使用し、真空バッグ上に追加圧力を生成するために、１〜１０ｂａｒの間の圧力のオートクレーブ中に第１マスタ３を挿入することを含む。

内層１７及び／又は内層１８、中間層１９、２１及び／又は外層２２は、第１リッジ５、第２リッジ６及び隆起７を覆う一方で、第１マスタ３の第１ピン８により交差された孔を有する。第１のモールド１６は少なくとも全部で１０つの層を備える。即ち、第１のモールド１６は、少なくとも１の内層１８と、８つの中間層１９、２１と、１の外層２２を備える。本出願前にあっては、各層１７、１８、１９、２１及び／又は２２は、第１マスタ３の形状及び大きさに応じて取得されたデータに基づいてデジタル制御装置を用いて形作られていた。

第１のモールド１６はその後、加圧下での硬化ステップにより完成される。ここでは、第１のブッシング２０及び層１７、１８、１９、２１、２２を備える第１マスタ３が、常に付着防止シート及び換気材料の層とともに真空バッグ中に挿入され、オートクレーブ内に配置され、これにより層が、樹脂を硬化させて含浸させるのに適した温度及び圧力で接合される。

図８及び９に参照されるように、一旦オートクレーブから取り出され、冷却され、第１マスタ３から分離された第１のモールド１６は、第１マスタ３の第１のテンプレート２と実質的に補完的で、実質的に同じ幅Ｗ、同じ奥行きＤ及び同じ高さＨ１を有する少なくとも１の第１の空洞２４を備える。第１のモールド１６は、第１の空洞２４ともに単一部材で作られた少なくとも１の第１の接触面１６ａを備える。第１の接触面１６ａは、第１の空洞２４の周囲で全体的に又は少なくとも部分的に突出しており、第１マスタ３の第１参照表面３ａと実質的に補完的である。第１のモールド１６はまた、第１マスタ３の第１壁４と実質的に一致し、第１の接触面１６ａと実質的に垂直な、１以上の第１側壁１６ｂを備える。図面から分かるように、第１側壁１６ｂは、第１の接触面１６ａから突出しており、これにより第１のモールド１６が実質的にバット（ｖａｔ）形状を有している。第１マスタ３の第１リッジ５と実質的に補完的な１以上の第１のカナル２５は、第１の空洞２４の周囲で第１のモールド１６の第１の接触面１６ａ上に配置される一方で、第１マスタ３の第２リッジ６と実質的に補完的な少なくとも１の第２のカナル２６は、第１のカナル２５の周囲で第１の接触面１６ａ上に配置されている。第１のカナル２５は、第１マスタ３の隆起７と実質的に補完的な１以上のウェル２７に接続されている。複数の第１の穴２８は、第１のブッシング２０、つまり第１マスタ３の第１ピン８と一致して第１のモールド１６の第１の接触面１６ａ上に配置されている。

第１のモールド１６が第１マスタ３から分離される際、第１のカナル２５及び／又は第２のカナル２６は、第１リッジ５及び／又は第２リッジ６に用いられた領域をまだ含むであろう、というのはこれらの領域は第１マスタ３から外れることができるからである。この場合、それらの領域は、再使用又置換のために、第１のカナル２５及び／又は第２のカナル２６から抽出される。−６０°から２２０℃の温度に耐性を有し、最大６０ショアの剛性を有する少なくとも１の管状のガスケット２９が、第２のカナル２６内に配置される。

第１の接触面１６ａは、第１のカナル２５と第１の空洞２４との間で第１マスタ３の突出部３ｂと実質的に補完的な少なくとも１のスリット３０を備える。スリット３０の厚さＨ３は、０．１〜１ｍｍを含み、スリット３０の長さＬ１は、５〜３００ｍｍを含む。

好ましくは複合材料で作られ、具体的には、炭素繊維で作られた１以上のリブ３１は、第１の接触面１６ａに対向する側の第１のモールド１６上に、具体的には、第１のリブ３１及び第１のモールド１６を跨がって設けられた更なるプリプレグ層３２及び／又は接着剤を用いて、真空バッグを用いてオートクレーブ内でプレスされ硬化されることにより、締結されている。第１のリブ３１は、網を形成し、好ましくは第１のモールド１６の第１側壁１６ｂに接合される。第１のセンタリング装置３３及び／又は第１の機械的締結装置３４、例えばトグル留め具が、第１のモールド１６の第１側壁１６ｂの外側に固定される。

図１０に参照されるように、プロセスの第４の操作ステップは、第２のマスタ１０の剥離剤を用いたスプレーシーリング（噴霧封止）及びクリーニングを行うことと同様に、第２のテンプレート９上、第２参照表面１０ａ上、及び第２のマスタ１０の第２壁１１上に、ピン１２、１３及び１４のための穴が設けられた複数のプリプレグ層を配置することにより第２のモールド３６を製造することを含む。具体的には、第２のモールド３６は、第１の内層及び／又は第２の内層、複数の中間層であって具体的には少なくとも８つの中間層と、このほかに第１のモールド１６の層と同じ種類の少なくとも１の外層を備える。プリプレグの帯（ストライプ）は、角部を鋭くするために、内層と第２のテンプレート９の角部の間、及び／又は第２参照表面１０ａと第２のテンプレート９及び／又は第２壁１１との間の角部の間に配置される。

第２のブッシング３７、１以上の第３のブッシング３８及び少なくとも１の第４のブッシング３９は、２つの中間層の間、具体的には、４つの第１の中間層のグループと８つの第２の中間層のグループの間において、第２のマスタ１０の第２ピン１２上、第３ピン１３上及び第４ピン１４上にそれぞれ挿入される。１以上の第５のブッシング４０は、第５のブッシング４０が第２のテンプレート９と同一平面となるように、最後の層を配置する前に第２のマスタ１０の第５ピン１５上に配置される。第３のブッシング３８及び第４のブッシング３９は実質的に同様である。第３のブッシング３８、第４のブッシング３９及び第５のブッシング４０は、内側にねじ山がついている。２つの隣接する第１のブッシング２０間又は第２のブッシング３７間の距離は、３５〜１００ｍｍを含み、好ましくは７０ｍｍを含む。

第２のモールド３６の層は、第１のモールド１６に関して上述した成形ステップを用いて、第２のマスタ１０上に、オートクレーブを使用するか、又は使用することなく、圧縮される。

その後、第２のモールド３６は、加圧下の硬化ステップによって完成される。ここでは、プリプレグ層及びブッシング３７、３８、３９、４０を備える第２のマスタ１０が、常に付着防止シート及び換気材料の層とともに真空バッグ中に挿入され、その後オートクレーブ内に配置されて、これにより層に含浸する樹脂を硬化させるのに好適な圧力及び温度で層が接合される。

図１１及び図１２に参照されるように、オートクレーブから一旦取り除かれて、冷却されて、第２のマスタ１０から分離された第２のモールド３６は、第２のマスタ１０の第２のテンプレート９と実質的に補完的で実質的に同じ幅Ｗ、同じ奥行きＤ及び同じ高さＨ２を有する少なくとも１の第２の空洞４１を備える。第２のモールド３６は、第２の空洞４１とともに単一部材で作られた少なくとも１の第２の接触面３６ａを備える。第２の接触面３６ａは、第２の空洞４１の周囲で全体的に又は少なくとも部分的に突出しており、第２のマスタ１０の第２参照表面１０ａと実質的に補完的である。第２のモールド３６はまた、第２のマスタ１０の第２の側壁１１と実質的に補完的で第２の接触面３６ａと実質的に垂直な１以上の第２の側壁３６ｂを備える。図面から分かるように、第２の側壁３６ｂは、第２の接触面３６ａから突出しており、これにより第２のモールド３６が実質的にバット（ｖａｔ）形状を有している。第２の穴４２及び第３の穴４３は、第２のブッシング３７及び第３のブッシング３８とそれぞれと一致して、つまり第２のマスタ１０の第２ピン１２及び第３ピン１３とそれぞれ一致して第２のモールド３６の第２の接触面３６ａ上に配置されている。第４の穴４４及び第５のブッシング４０は、第２の空洞４１に繋がっており、第５のブッシング４０が第２の空洞４１と同一平面上にある。

接触面１６ａ、３６ａとブッシング２０、３７、３８の間又は空洞４１と第４のブッシング３９との間の距離は、０．２ｍｍよりも大きい。

好ましくは複合材料で作られ、具体的には炭素繊維で作られた１以上の第２のリブ４５は、第２の接触面３６ａに対向する側の第２のモールド３６上に、具体的には、第２のリブ４５及び第２のモールド３６を跨がって塗布された更なるプリプレグの層４６及び／又は接着剤を用いて締結され、オートクレーブ内において真空バッグを用いてプレスされる。第２のリブ４５は、網を形成し、好ましくは、第２のモールド３６の第２の側壁３６ｂに接合される。例えばトグル留め具等の第２のセンタリング装置４７及び／又は第２の機械的締結装置４８が、第１のモールド１６の第１のセンタリング装置３３及び第１の機械的締結装置３４のそれぞれに実質的に一致する位置で、第２のモールド３６の第２の側壁３６ｂの外側に固定される。

リブ３１、４５は、モールド１６、３６に、それぞれのマスタから３、１０から取り外される前に配置されるのが好ましい。

図１３及び図１４に参照されるように、プロセスの第５の操作ステップは、第１のモールド１６の第１の空洞２４内及び／又は第２のモールド３６の第２の空洞４１内に１以上の基板４９を予成形して配置することを含む。第２のモールド３６の第３のブッシング３８は、入口５１に接続されたインジェクタ５０を備える。２つの隣接するインジェクタ５０間の距離は、４００〜１５００ｍｍを含む。第２のモールド３６の第４のブッシング３９は、出口５３に接続された吸入口５２を備える。第２のモールド３６の第５のブッシング４０は、エクストラクタ５４を備える。基板４９は、繊維の層、具体的には、樹脂との結合量が重量で０から１０％、好ましくは５％の乾燥した炭素繊維の層を備える。

第１のモールド１６は、その後センタリング装置３３、４７を用いて第２のモールド３６と位置合わせされ、次いで、第１のモールド１６及び第２のモールド３６を備えるモールド設備を作り上げるために、第２のブッシング３７内に挿入され第１のブッシング２０内にねじ込まれたねじ５５を用いることに加えて、機械的締結装置３４、４８を互いに結合させることにより、第１のモールド１６を第２のモールド３６に締め付ける。他の実施の形態としては、ブッシング２０、３７のみを備えることもできるし、機械的締結装置３４、３８のみを備えることもできるし、及び／又は他の機械的締結装置を備えてもよい。モールド１６、３６は、その後一方から他方へ促され、その結果接触面１６ａと接触面３６ａとが接触して、これによりモールド１６、３６を密閉するように、ガスケット２９をプレスする。

プロセスの第６の操作ステップでは、モールド１６、３６が、２５℃から７０℃の間、好ましくは６０℃の温度で加熱され、この後、４０℃から７０℃の間の温度、具体的には６０℃に加熱された樹脂が、０．５から３．５ｂａｒの圧力、具体的には、１．５から２．５ｂａｒの圧力で、入口５１、インジェクタ５０、ウェル２７、第１のカナル２５及びスリット３０を介して第１のモールド１６と第２のモールド３６との間の空洞２４、４１に注入される。図１４の矢印は、樹脂が基板４９に到達して基板４９を含浸するまでの樹脂の進路を示す。同時に、樹脂が吸入口５２に到達しないときまでは、空気が吸入口５２及び出口５３から吸い込まれ、この後、樹脂の注入が中断される。樹脂が空洞２４、４１に注入されると、樹脂の流入区域、つまりスリット３０は、排気区域、つまり吸入口５２よりも低いレベルになる。前記排気の間、樹脂によって到達しない空間内の空洞２４、４１の圧力は、０．５ｂａｒ、具体的には０．００１から０．０２ｂａｒの間を含む圧力よりもよりも低くなる。

一旦樹脂注入が完了すると、モールド１６、３６は、オーブン又はオートクレーブ内に配置され、注入温度から９０°から１００℃の間を含む硬化温度にまでゆっくりと加熱され（一分間に２℃から４℃）その温度は約１時間程度保持され、その後、１２０℃から１６０℃の間を含むポストキュア温度（後硬化温度）に上昇させられ、その温度で約２時間保持される。硬化サイクルの最後には、モールド１６、３６が４０℃から７０℃の間を含む温度に冷却され、開かれ、これにより硬化樹脂内に組み込まれた基板４９を備える最終製品１が、具体的には、整形して洗浄するためのエクストラクタ５４を用いて抽出される。硬化及びポストキュアサイクルは、ドライファブリックを含浸するために用いられた樹脂の化学的特性に依存する。

図１５に参照されるように、第２のモールド３６の準備の間、インジェクタ５０と第３のブッシング３８との間に配置された第１の環状ガスケット５６を促すように、外側にねじづけされたインジェクタ５０が既に第２のモールド３６内に組み込まれた第３のブッシング３８内にねじ込まれる（螺入される）。入口５１に対して第２の環状ガスケット５８を促すように、入口５１はその後インジェクタ５０内に挿入され、インジェクタ５０にねじ込まれたリング５７を用いてロックされる。吸入口５２及び出口５３は、インジェクタ５０及び入口５１と同じ構造で同じ動きをする。

図１６に参照されるように、第２のモールド３６の準備の間、ステム６０を備えるピストン５９が、第５のブッシング４０内に作られた円筒状のシート内に収容された第３の環状ガスケット６１をピストン５９の頭部に対して促すように、第２のモールド３６内に既に配置された第５のブッシング４０内へ挿入される。ピストンのステム６０は、第５のブッシング４０にねじ込まれたねじのついたリング６２に接続され、これにより、ねじのついたリング６２を回転させることによって、ピストン５９の頭部が第２のモールド３６から突出するために軸方向に動く。

図１７に参照されるように、第１のセンタリング装置３３は、ねじ６４を用いて軸方向に調整可能な第１の円錐又はフラストコニカルな頭部６３を備える。モールド１６、３６の結合の間に生じうる衝撃を吸収するために、スプリング６５によって、ねじ６４に対する第１の頭部６３の軸圧縮が可能になる。第２のセンタリング装置４７は、第１の頭部６３と実質的に補完的な円錐又はフラストコニカルなシートを有する第２の頭部６６を備える。また、第２の頭部６６は、ねじ６７を用いて軸方向に調整可能である。軸方向調整とともに、モールド１６、３６を三次元方向に完全に結合することを確立するために、第１の頭部６３及び第２の頭部６６は、第１のセンタリング装置３３の第１の板６８及び／又は第２のセンタリング装置４７の第２の板６９を動かすことにより横方向に移動することができる。板６８、６９は、軸方向にスライドさせる方向にねじ６４、６７を含むための穴を備えている。

その他の実施の形態では、第１のモールド又は第２のモールドの機能的部分、つまり基板４９に向けた表面を備え、プロセスの最後において最終製品１の少なくとも一部分と接するモールドの一部は、空洞を含んでいなくてもよく、平坦であるか、更には他のモールドの空洞に対して相補的な突起を備えていてもよい。この場合、マスタのテンプレートは、平坦であるか及び／又は空洞を有することができる。他の実施の形態では、第２のモールドが、第１のカナル及び／又は第２のカナルを備えることができる一方、第１のモールドがエクストラクタ、インジェクタ及び／又は吸入口を備えることができる。更なる実施の形態に係るモールド設備は、互いに連結された機械的締結装置を用いて２以上の相補的なモールドを備えていてもよい。

図１８に参照されるように、例えば本発明の第２の実施の形態においては、第１のモールド１６がエクストラクタ５４を備え、実質的に平坦である、つまり基板４９のための空洞を欠き、第２のモールド３６がガスケット２９のためのカナル２６を有している。

当業者は、以下の請求の範囲に記載した範囲において、上記に記載し、図示した実施の形態に対して、更なる変形及び／又は追加が可能であろう。

１…(最終）製品
２…テンプレート
３…マスタ
３ａ…参照表面
４…壁
５…第１リッジ
６…第２リッジ
７…隆起
８…ピン
９…テンプレート
１０…マスタ
１０ａ…参照表面
１１…側壁
１２…ピン
１３…ピン
１４…ピン
１５…ピン
１６…モールド
１６ａ…接触面
１６ｂ…側壁
１７…内層
１８…内層
１９…中間層
２０…ブッシング
２１…中間層
２２…外層
２４…空洞
２５…カナル
２６…カナル
２７…ウェル
２８…穴
２９…ガスケット
３０…スリット
３１…リブ
３２…プリプレグ層
３３…センタリング装置
３４…機械的締結装置
３６…モールド
３６ａ…接触面
３６ｂ…側壁
３７…ブッシング
３８…ブッシング
３９…ブッシング
３ａ…参照表面
３ｂ…突出部
４０…ブッシング
４１…空洞
４２…穴
４３…穴
４４…穴
４５…リブ
４６…層
４７…センタリング装置
４８…機械的締結装置
４９…基板
５０…インジェクタ
５１…入口
５２…吸入口
５３…出口
５４…エクストラクタ
５６…環状ガスケット
５７…リング
５８…環状ガスケット
５９…ピストン
６０…ステム
６１…環状ガスケット
６２…リング
６３…頭部
６５…スプリング
６６…頭部
６８…板
６９…板

本発明は、複合材料で作られたモールド及びこのモールドを利用可能なプロセスに関する。

本発明は上記不利益のすべてを除去するプロセスを提供することを目的とするものであり、即ち、迅速で経済的で自動化が容易なプロセスであって、軽量で小型な高品質の製品を得ることを可能にするプロセスを提供するものである。前記目的は、モールドとプロセスによって達成されるものであり、主たる特徴は、請求項１及び１１にそれぞれ開示され、他の特徴は、残りの請求項に開示される。

Claims

複合材料で作られた製品（１）を製造するためのモールド（１６、３６）であって、複合材料で作られた少なくとも１の機能的部分（２４、４１）を備え、前記機能的部分（２４、４１）が複合材料で作られた少なくとも１の接触面（１６ａ、３６ａ）に接合され、前記接触面（１６ａ、３６ａ）が前記機能的部分（２４、４１）の周囲で少なくとも部分的に突出し、前記モールド（１６、３６）が少なくとも他のモールド（１６、３６）との接合のために１以上の機械的締結装置（２０、３４、３７、４８、５５）を備えており、前記モールド（１６、３６）が、繊維、具体的には樹脂に予め含浸された炭素繊維による複数の層（１７、１８、１９、２１、２２）で作り上げられていることを特徴とするモールド（１６、３６）。
前記モールド（１６、３６）が、前記接触面（１６ａ、３６ａ）とともに複合部材の単一部材で作られた１以上の側壁（１６ｂ、３６ｂ）を備えることを特徴とする請求項１に記載のモールド。
前記側壁（１６ｂ、３６ｂ）が、前記接触面（１６ａ、３６ａ）と実質的に垂直である請求項２に記載のモールド。
前記モールド（１６、３６）が実質的にバット形状を有するように、前記側壁（１６ｂ、３６ｂ）が前記接触面（１６ａ、３６ａ）から突出することを特徴とする請求項２又は３に記載のモールド。
前記側壁（１６ｂ、３６ｂ）の外側にセンタリング装置（３３、４７）及び／又は機械的締結装置（３４、４８）が固定されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載のモールド。
前記センタリング装置（３３、４７）が、円錐又はフラストコニカルな頭部（６３）又は円錐又はフラストコニカルなシートを備える頭部（６６）を備え、前記頭部（６３、６６）がねじ（６４、６７）により軸方向に調整可能であり、前記ねじ（６４、６７）を含むための穴を備える板（６８、６９）を軸方向に摺動可能に移動させることによって逆方向に移動可能であることを特徴とする請求項５に記載のモールド。
スプリング（６５）により前記ねじ（６４）に対する頭部（６３）の軸圧縮を可能にすることを特徴とする請求項６に記載のモールド。
１以上のリブ（３１、４５）が、前記モールド（１６、３６）の前記接触面（１６ａ、３６ａ）とは反対側に固定されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のモールド。
前記リブ（３１、４５）が、接着剤及び／又は前記リブ（３１，４５）と前記モールド（１６、３６）とを跨がって配置された含浸繊維の層（３２、４６）を用いて前記モールド（１６、３６）に固定されることを特徴とする請求項８に記載のモールド。
前記リブ（３１、４５）が網を形成し、前記モールド（１６、３６）の側壁（１６ｂ、３６ｂ）に接合されることを特徴とする請求項８又は９に記載のモールド。
１以上のカナル（２５、２６）が、前記モールド（１６、３６）の前記接触面（１６ａ、３６ａ）上に作られ、前記モールド（１６、３６）の機能的部分（２４）の周囲に配置され、１以上のウェル（２７）に接続されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のモールド。
前記層（１７、１８、１９、２１、２２）が、第１の内層（１７）及び／又は第２の内層（１８）と、１以上の中間層（１９、２１）、具体的には少なくとも８つの中間層（１９、２１）と、少なくとも１の外層（２２）とを備えることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のモールド。
前記中間層（１９、２１）の繊維の基本重量及び／又は厚さが、前記内層（１７、１８）及び／又は前記外層（２２）の繊維の基本重量及び／又は厚さよりよりも大きいことを特徴とする請求項１２に記載のモールド。
前記第１の内層（１７）は、タイプ１Ｋ（１０００スレッド／繊維）、ＰＷ（平織）、基本重量１００ｇ／ｍ²で厚さ０．１ｍｍの繊維を含み、前記第２の内層（１８）及び／又は前記外層（２２）は、タイプ３Ｋ（３０００スレッド／繊維）、ＴＷ（斜文織）２×２、基本重量２００ｇ／ｍ²で厚さ０．２５ｍｍの繊維を含み、及び／又は前記中間層（１９、２１）は、タイプ１２Ｋ（１２０００スレッド／繊維）、ＴＷ（斜文織）２×２、基本重量７００ｇ／ｍ²で厚さ．０．４ｍｍの繊維を含むことを特徴とする請求項１２又は１３に記載のモールド。
前記機械的締結手段（２０、３４、３７、４８、５５）が、前記モールド（１６、３６）に組み込まれた複数のブッシング（２０、３７）を備えることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載のモールド。
前記モールド（１６、３６）の２つの隣接するブッシング（２０、３７）間の距離が、３５〜１００ｍｍを含むことを特徴とする請求項１５に記載のモールド。
前記機能的部分（２４、４１）が、少なくとも１の空洞（２４、４１）を含み、前記モールド（１６、３６）が、前記空洞（２４、４１）内に樹脂を注入するための１以上のインジェクタ（５０）を備えることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載のモールド。
前記機能的部分（２４、４１）が少なくとも１の空洞（２４、４１）を含み、前記モールド（１６、３６）が、前記空洞（２４、４１）を空にするための少なくとも１の吸入口（５２）を備えることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載のモールド。
前記インジェクタ（５０）及び／又は前記吸入口（５２）が、前記モールド（３６）内に組み込まれたブッシング（３８、３９）にねじ込まれていることを特徴とする請求項１７又は１８に記載のモールド。
入口（５１）又は出口（５３）が、前記インジェクタ（５０）又は前記吸入口（５２）内にそれぞれ挿入されており、前記入口（５１）又は前記出口（５３）に対して環状のガスケット（５８）を促すように、前記インジェクタ（５０）上又は前記吸入口（５２）上にねじ込まれたリング（５７）を用いてロックされていることを特徴とする請求項１９に記載のモールド。
前記モールド（１６、３６）の前記接触面（１６ａ、３６ａ）と前記ブッシング（２０、３７、３８）との間、又は前記モールド（３６）の機能的部分（４１）とブッシング（３９）との間の距離が、０．２ｍｍよりも大きいことを特徴とする請求項１５〜２０のいずれか１項に記載のモールド。
前記モールド（１６、３６）が、前記機能的部分（２４、４１）から最終製品（１）を抽出するための１以上のエクストラクタ（５４）を備えることを特徴とする請求項１〜２１のいずれか１項に記載のモールド。
前記エクストラクタ（５４）が、前記モールド（１６、３６）内に組み込まれたブッシング（４０）内にねじ込まれていることを特徴とする請求項２２に記載のモールド。
前記エクストラクタ（５４）が、ねじ溝が付されて前記ブッシング（４０）にねじ込まれたリング（６２）に接続されたピストン（５９、６０）を備え、前記ねじ溝が付されたリング（６２）を回転させることにより、前記ピストン（５９）の頭部が前記モールド（１６、３６）から軸方向に突出するように移動することを特徴とする請求項２３に記載のモールド。
請求項１〜２４の何れか１項に記載の少なくとも２つの補完的な前記モールド（１６、３６）を備えることを特徴とするモールド設備。
複合材料で作られた少なくとも１のモールド（１６、３６）を製造するためのマスタ（３、１０）であって、前記マスタ（３、１０）は、少なくとも１の参照表面（３ａ、１０ａ）に接合されるか一体化したテンプレート（２、９）を備え、前記少なくとも１の参照表面（３ａ、１０ａ）は前記テンプレート（２、９）の周囲で少なくとも部分的に突出し、ここにおいて１以上の壁（４、１１）が前記参照表面（３ａ、１０ａ）の周囲に配置されていることを特徴とするマスタ。
前記テンプレート（２）の周囲の前記参照表面（３ａ）上に配置された１以上の第１リッジ（５）及び／又は第２リッジ（６）が配置されていることを特徴とする請求項２６に記載のマスタ。
前記第１リッジ（５）及び／又は前記第２リッジ（６）が、前記参照表面（３ａ）上に接着された弾性部分で構成されることを特徴とする請求項２７に記載のマスタ。
前記第１リッジ（５）が１以上の隆起（７）に接続されることを特徴とする請求項２７又は２８に記載のマスタ。
少なくとも１の突出部（３ｂ）が、前記第１リッジ（５）と前記テンプレート（２）との間の第１の参照表面（３ａ）から突出することを特徴とする請求項２７〜２９のいずれか１項に記載のマスタ。
前記突出部（３ｂ）が、０．１から１ｍｍの間の高さ（Ｈ３）の差を有して前記第１の参照表面（３ａ）上から突出することを特徴とする請求項３０に記載のマスタ。
１以上のピン（８、１２、１３、１４、１５）が、前記参照表面（３ａ、１０ａ）又は前記テンプレート（９）から突出することを特徴とする請求項２６〜３１のいずれか１項に記載のマスタ。
少なくとも１のマスタ（３、１０）上に配置されて硬化される繊維の複数の層（１７、１８、１９、２１、２２）、具体的には炭素繊維の複数の層で作り上げられたモールド（１６、３６）を製造するためのプロセスであって、前記モールド（１６、３６）で作りあげられる製品（１）の少なくとも１の部分のテンプレート（２、９）を備え、前記繊維の層（１７、１８、１９、２１、２２）は、前記マスタ（３、１０）上に配置される前に樹脂に予め含浸されていることを特徴とするプロセス。
予め樹脂に含浸された繊維の帯、具体的には炭素繊維の帯が、内層（１７、１８）と前記テンプレート（２、９）の角部及び／又は前記マスタ（３、１０）の参照表面（３ａ、１０ａ）と前記マスタ（３、１０）の他の部分（４、６、１１）との間の角部との間に配置されていることを特徴とする請求項３３に記載のプロセス。
１以上のブッシング（２０、３７、３８、３９、４０）が、前記層（１７、１８、１９、２１、２２）を配置する前に前記マスタ（３、１０）上に配置されるか、又は、２つの層（１９、２１）が前記マスタ（３、１０）に配置される間に配置されることを特徴とする請求項３３又は３４に記載のプロセス。
前記層（１７、１８、１９）が、前記ブッシング（２０、３７、３８、３９）の間に配置され、前記マスタ（３、１０）が、前記ブッシング（２０、３７、３８、３９）と一致する穴（２８、４２、４３、４４）を備えることを特徴とする請求項３５に記載のプロセス。