JP2013538308A

JP2013538308A - 複合材料用のヒンジ及びその製造方法

Info

Publication number: JP2013538308A
Application number: JP2013528800A
Authority: JP
Inventors: ニコロ・パシーニ; アッティリオ・マシーニ; ルイージ・デ・サリオ
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: 2010-09-17
Filing date: 2011-09-07
Publication date: 2013-10-10
Anticipated expiration: 2031-09-07
Also published as: IT1402386B1; WO2012035465A1; EP2616617B1; RU2551760C2; CN103097635A; CN103097635B; ITMI20101693A1; EP2616617A1; US9797439B2; JP5945542B2; HK1180748A1; US20140007377A1; RU2013117387A

Abstract

ヒンジが、複合材料用の樹脂による接着に適合する可撓性の材料の少なくとも１つの基板（１；８；１０；１３）の２つの反対端夫々の上及び／又は下に配置されたファイバーの層（３,３’；９,９’；１１,１１’；１４,１４’）の少なくとも２つのグループを備え、基板（１；８；１０；１３）の中央部（４）がこれらの層（３,３’；９,９’；１１,１１’；１４,１４’）により被覆されず、基板（１；８；１０；１３）及び層（３,３’；９,９’；１１,１１’；１４,１４’）が可撓性硬化樹脂（６）に包含される。本出願は、そのヒンジの製造方法にも関する。

Description

本出願は、複合材料用のヒンジ、端的には、回動可能な態様で相互連結する必要がある２つの複合材料部材に締結又は一体化可能であるヒンジに関する。本出願は、そのヒンジの製造方法にも関する。

複合材料部材用の既知のヒンジが、各々に枢支され、かつボルト又は他のネジ部材の手段によりその部材へ締結され、かつ相互連結されるための穴が設けられた２つの金属板を含む。上述の既知のヒンジのための穴を複合材料部材に形成することが比較的困難であり、いずれにしても、複合材料の特定の物理的特性のため構造的弱さがそれによりこれらの部材に生じてしまい得る。上述の既知のヒンジは、被接着部材間の物理及び化学的特性が異なるため、複合材料部材に対して接着剤で固着することが比較的困難でもある。

ＥＰ１７３８８９５は、エポキシ樹脂で含侵された炭素繊維の層の２つのグループを含むヒンジを開示し、ポリウレタン樹脂で含侵されたアラミドファイバーの基板の上及び下に層が配置される。層及び基板が樹脂注入を伴うこと無く一緒に硬化され、その後、断面Ｖ又はＵ形の溝が両方の層に形成され、これにより基板の中央部がその層により被覆されず、またこれにより屈曲線が形成される。

しかしながら、上述の既知のヒンジは、ドライファイバーよりも高価なプリプレグなる名称でも知られる事前含侵ファイバーの層が要求されるため、製造が複雑かつ高価である。更に、外層は、硬化により硬くなり、溝形成のための精密な機械加工が要求され、適正な屈曲とするためにそれが完全に平行である必要がある。増大する製造コストや時間と共に、上述の機械加工は、基板表面を未被覆にすること無くその硬い層の全体厚を除去しなければならないため、基板の損傷リスクを包含する。上述のリスクを低減するために、ＥＰ１７３８８９５は、断面Ｖ形の溝が好ましいと説明するが、これらの溝は溝の頂角以下の角度での屈曲のみを許容し、従って、１８０°を超える角度で回転する必要があるヒンジには用いることができない。溝のためヒンジ全体よりも基板が相当に薄く、屈曲線に沿って破断する帰結のリスクがある。他方、基板は、ヒンジの残余部分の如く大よそ厚ければ、その化学−物理的構成のため硬すぎてしまう。

層と基板に異なる樹脂を用いることは、接着問題を更に包含し、ＥＰ１７３８８９５は、基板を粗化する追加作業を通じて低減すると説明する。

上述の既知のヒンジは、アラミド及び／又は基板用の織製ファイバーのため、比較的高価かつ繊細でもある。後者の欠点を低減するために、ＥＰ１７３８８９５は、屈曲線に交差及び／又は直角のファイバーの幾つかの層から成る基板を採用すると説明するが、製造コストの増加に帰結する。概して、ＥＰ１７３８８９５は、お互いに同様のファイバーの基板と層を用いると説明し、ここで、層と基板に含侵する異なる樹脂に主に依存して層に対する基板の硬さが異なる。

ＥＰ１７３８８９５

本出願の目的は、従って、上述の不利益を伴わないヒンジを提供することにある。上述の目的は、各々、請求項１及び７に主な特徴が開示されたヒンジと製造方法により達成され、その他の請求項には他の特徴が開示される。

その特有の物理的及び化学的特徴のおかげで、本出願に係るヒンジは、複合材料部材に相互に固着するための接着剤又は他の既知の方式によっても複合材料部材に簡単に締結できるのみではなく、ＲＴＭ（樹脂トランスファー成形）、簡易ＲＴＭ、ＶＡＲＴＭ（真空補助樹脂トランスファー成形）プロセス及び／又はイタリア特許出願ＭＩ２０１０Ａ００１０７２に開示のプロセスのこれらの一環に簡単に組み込むこともできる。

更に述べれば、その特有の製造方法のおかげで、その終わりにおいて、基板と層の両方が可撓性硬化樹脂に包含され、ヒンジが、簡単、迅速、及び経済的な態様で製造でき、これにより、相互に２つの部材を連結するため、また複合材料から成る２つの部材を必要的に連結するためのみではない様々な用途に用いることができる。例えば、ヒンジは、それがホルダーとして用いられるようにサイズ及び形状出しされるように製造可能である。

本出願に係るヒンジは、配置交差を簡単に吸収可能であり、なぜなら、そこにピンが設けられていなく、従って、回転されるべき部材の相対位置に回転軸の位置を適合可能のためである。更に、その減じられた厚みのおかげで、それがそこに接着されるとき、ヒンジによりＡ級構成材（ニス塗りされた又はニス塗りされていないカーボン）にマーキングが生じない。

特に、外側層が、天然皮革、マイクロファイバー、及び／又はヒンジの回動によりこの層がダメージを受けないように実質的に回転軸に平行のファイバーらを有する材料から成る時、ヒンジは、心地よい美的外観も呈する。

とりわけヤング率が２．８〜６．５ＭＰａ、極限の引張強度が０．７〜１．３ＭＰａ、及び／又は破壊点での伸長が２１〜３９％の特別樹脂を用いるとき、本出願に係るヒンジが特段の摩耗耐性を呈する。

本出願に係るヒンジや方法の更なる利点や特徴は、当業者には、添付図面の参照によりその幾つかの実施形態の詳細かつ非限定的な次の記載から明らかになるだろう。

図１は、本方法の第１工程の過程のヒンジの第１実施形態の上面図を示す。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ断面を示す。図３は、本方法の第２工程の過程の図２のヒンジを示す。図４は、本方法の最後の図２のヒンジを示す。図５は、使用中の図４のヒンジを示す。図６は、本方法の第１工程の過程のヒンジの第２実施形態の断面図を示す。図７は、本方法の第１工程の過程のヒンジの第３実施形態の断面図を示す。図８は、本方法の第１工程の過程のヒンジの第４実施形態の断面図を示す。

図１及び２を参照すると、本方法の第１工程において、端的には矩形であり、可撓性、かつ複合材料用の樹脂による接着に適合する材料、端的には、マイクロファイバー、又は天然皮革、好適にはセーム皮革から成る少なくとも１つの基板１が、複合材料のための金型２の機能面上に配置される。基板１の平均厚みが、１〜４．５ｍｍである。ファイバー層３、３’、端的には炭素繊維の少なくとも２つのグループが、基板１の２つの反対端上に積層配置され、基板１の中央部４が層３、３’により被覆されない。層３、３’のファイバーは、好適にはドライ、つまり、０〜１０重量％、好ましくは上限５重量％の樹脂量に結合される。基板１の中央部４の平均幅は、好適には１〜２５ｍｍであり、端的には基板１の平均幅の２．５％〜３０％の比にある。基板１の端部の層３、３’により被覆される部分の幅は、好適には５〜４０ｍｍである。いずれのグループの層３、３’も、隣接の層においてお互いに実質的に直交する配向で積層配置されたＴＷ（あや織り）２×２ファイバー、基本重量２００ｇ／ｍ²、の４層である。別の実施形態においては、ファイバー層の２つのグループが、基板の２つの反対端の下に積層配置され得る。

図３が第２工程を示し、ここで、基板１と層３、３’が、含侵可能及び除去可能な保護シート、プラスチック材料から成る注入用ネット（網：ｎｅｔ）、及び真空バッグ５で被覆され、その後、全体が、真空、つまりは０．０１ｂａｒ以下の圧力で約６０℃まで昇温され、真空バッグ５及び金型２の間に樹脂６が約６０℃のとき形成され、基板１と層３、３’を被覆し、注入及び／又は減圧によりこの中間空間へ引かれる。全体が毎分２／３℃で約９０℃まで更に昇温され、次に少なくとも１時間に亘り約９０℃で放置され、そして少なくとも室温まで降温される。

図４は、真空バッグ５から抜き出され、金型２、保護シート、及び注入用ネットから分離され、また端部に沿って縁取りされた後の完成ヒンジを示す。完成ヒンジが、樹脂６に包含された、基板１と２つのグループ７、７’で互いに結合したファイバー層３、３’を含む。樹脂６は、一度硬化すると、可撓性であり、ヤング率が２．８〜６．５ＭＰａ、極限の引張強度が０．７〜１．３ＭＰａ、及び／又は破壊点での伸長が２１〜３９％を有する。これを達成するため、ＨｕｎｔｓｍａｎＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓの樹脂ＬＭＥ１０１８４／１０１８５が特に有効であると判明した。

図５を参照すると、本出願に係るヒンジの基板１は、ヒンジが曲げられる時、ヒンジが曲げられない時の基板１の中央部４の平均幅の４．５％を超える曲率半径Ｒを有する。曲率半径Ｒは、ヒンジが曲げられた時、２ｍｍを超える。

図６は、第１実施形態と同様のヒンジの第２実施形態を示し、ここで、基板８の反対端の一方又は両方が、ファイバー層９、９’、端的には、基板８の端部の両面上の隣接層にてお互いに実質的に直交する配向の２つのファイバー層９又は９’の間に設けられる。

図７は、いつものように第１実施形態に同様のヒンジの第３実施形態を示し、ここで、基板１０が、少なくともファイバー層１１、１１’の全体長だけの長さを延び、これにより、後者が金型２に接触することが無い。

図８は、いつものように第１実施形態に同様のヒンジの第４実施形態を示し、ここで、ヒンジの回転軸に実質的に平行なファイバーの追加層１２が、基板１３の一面とファイバー層１４、１４’の２つのグループの第１層の一面を少なくとも部分的に被覆し、これにより、追加層１２が、基板１３と層２の間、かつ第１ファイバー層１４、１４’と金型２の間に配置される。追加層１２のファイバーは、ファイバー１４、１４’により被覆される基板１３の端部に実質的に平行である。他の実施形態においては、追加層１２が、金型２に反対の基板１３の面上及び／又は層１４、１４’のグループの２つのファイバー層の間に配置可能である。

次に、第２、第３、及び第４実施形態に係るヒンジの製造方法は、実質的に第１実施形態の製造方法に同一である。いずれにしても、例えば、ＲＴＭ（樹脂トランスファー成形）、簡易ＲＴＭ、ＶＡＲＴＭ（真空補助樹脂トランスファー成形）プロセス及び／又はイタリア特許出願ＭＩ２０１０Ａ００１０７２に開示のプロセスに従って金型や樹脂注入を活用することにより、代替の実施形態において他の樹脂成形プロセスを使用可能である。

次の請求項のスコープの範囲内から逸脱する事無く、上述の本明細書に開示及び説明した実施形態に対して適用可能な修正及び／又は追加が当業者に為され得る。端的には、発明の更なる実施形態は、明細書に開示及び／又は図面に図示の単一又は任意の相互の組み合わせによる１以上の技術的特徴の追加が為された次の請求項の一つの技術的特徴を包含し得る。

Claims

複合材料用の樹脂による接着に適合する可撓性の材料の少なくとも１つの基板（１；８；１０；１３）の２つの反対端夫々の上及び／又は下に配置されたファイバーの層（３,３’；９,９’；１１,１１’；１４,１４’）の少なくとも２つのグループを備え、前記基板（１；８；１０；１３）の中央部（４）がこれらの層（３,３’；９,９’；１１,１１’；１４,１４’）により被覆されず、前記基板（１；８；１０；１３）及び前記層（３,３’；９,９’；１１,１１’；１４,１４’）が可撓性硬化樹脂（６）に包含されることを特徴とする、ヒンジ。
前記基板（１；８；１０；１３）の前記中央部（４）の平均幅が、１〜２５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のヒンジ。
前記基板（１；８；１０；１３）の前記中央部（４）の平均幅が、前記基板（１；８；１０；１３）の平均幅の２．５％〜３０％の比にあることを特徴とする請求項１又は２に記載のヒンジ。
前記層（３,３’；９,９’；１１,１１’；１４,１４’）により被覆された前記基板（１；８；１０；１３）の端部の部分の幅が、５〜４０ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のヒンジ。
前記ヒンジが曲げられる時、前記ヒンジが曲げられない時の前記基板（１；８；１０；１３）の前記中央部（４）の平均幅の４．５％を超える曲率半径（Ｒ）を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のヒンジ。
前記ヒンジが曲げられる時、２ｍｍを超える曲率半径（Ｒ）を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のヒンジ。
金型（２）の機能面上において、複合材料用の樹脂による接着に適合する可撓性の材料の少なくとも１つの基板（１；８；１０；１３）の２つの反対端夫々の上及び／又は下にファイバーの層（３,３’；９,９’；１１,１１’；１４,１４’）の少なくとも２つのグループを配置し、ここで、前記基板（１；８；１０；１３）の中央部（４）がこれらの層（３,３’；９,９’；１１,１１’；１４,１４’）により被覆されず、
硬化時に可撓性を有する樹脂（６）を前記金型（２）へ注入及び／又は減圧により引き込み、前記基板（１；８；１０；１３）及び前記層（３,３’；９,９’；１１,１１’；１４,１４’）を前記樹脂（６）で包含し、
前記樹脂（６）を硬化する、各工程を含むことを特徴とするヒンジの製造方法。
前記樹脂（６）は、硬化されると、２．８〜６．５ＭＰａのヤング率、０．７〜１．３ＭＰａの極限の引張強度、及び／又は２１〜３９％の破壊点での伸長を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のヒンジ又はヒンジの製造方法。
前記層（３,３’；９,９’；１１,１１’；１４,１４’）が、０〜１０重量％の樹脂量に結合したファイバー、特には炭素繊維を含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のヒンジ又はヒンジの製造方法。
前記基板（１０）が、少なくとも前記ファイバーの前記層（１１、１１’）の全体長だけの幅を延びることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載のヒンジ又はヒンジの製造方法。
ファイバーを含む追加層（１２）が、前記基板（１３）の一面を少なくとも部分的に被覆し、この追加層（１２）の前記ファイバーが、当該ヒンジの回転軸及び／又は前記ファイバー（１４，１４’）により被覆された前記基板（１３）の端部に実質的に平行であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のヒンジ又はヒンジの製造方法。
前記基板（１；８；１０；１３）がマイクロファイバーから成ることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のヒンジ又はヒンジの製造方法。
前記基板（１；８；１０；１３）が天然皮革、特にセーム天然皮革から成ることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のヒンジ又はヒンジの製造方法。