JP2014513639A - 連続繊維、特に天然由来の繊維によって強化された熱可塑性基質を有する複合材料の部品を圧縮一体化するための装置および方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、熱可塑性ポリマーを含浸させた連続繊維を備える織物プリフォーム（６００）を圧縮し一体化するための装置に関し、下記を備える。
i . 部品の形状に対応したキャビティ（２２０）を備える型枠（２１０）を含む金型（２００）であって、型枠は開口面と底面との間の深さ方向に延長し、フレーム（２３０）内に挿入される金型
ii. 型枠（２１０）の中空部内に延長する２つのインダクタを備える型枠（２１０）を誘導加熱するための手段であって、各インダクタが、キャビティ（２２０）の開口面に対して実質的に平行で、型枠の開口面と底面との間に配置された平面内に１つの巻線を形成する、手段
iii. 金型を冷却するための手段（２３５）
本発明はまた、本装置を使用して実施される方法および、本装置を使用して得られる部品に関する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、連続繊維（長繊維）、特に天然由来の繊維によって強化された熱可塑性基質を有する複合材料の部品を圧縮一体化するための装置および方法に関する。本発明は特に、三面のコーナーフィッティング接続により結合され、閉じた輪郭を有する４つのフランジ付き縁部を備える非展開の（閉じた）ハーフシェルの形状で熱可塑性基質を有する複合材料の部品の大量生産に適する。このような部品は特に、携帯電話、携帯情報端末、またはタブレット型パソコンなどの通信端末用のケースまたはハーフシェルとして使用されることが意図される。あるいはこのハーフシェルは、非限定的であるが、電子部品の筐体としてかつ対象物を組み立てる間のスクリーン支持体として、または対象物を収容するよう適合された追加的保護のためのシェルとして使用されうる。

これら２つの使用事例では、シェルは、このような機器が受けうる衝撃および圧入に対する剛性および耐性の構造品質を有しなければならず、かつまた対象物および／またはコンポーネントの寸法に完全に適合するよう正確に作製されなければならない。

本発明による方法の他の用途として特に、小型ケース、スーツケースまたは保護ケースを作製するために手荷物品用に設計されたハーフシェルの作製が考えられうる。

前述のようなこれらの用途では、対象物を軽量に保ちつつ、機械的強度および正確さに関する制約に対処しなければならない。

これらの消費財は、大量生産され、季節性の影響、消費者の好みや独特な色合いおよび流通業者の表示に合わせるために装飾上の制約を受ける。これらの製品は、一般大衆用で頻繁に新しくされる機器のためのものであることが意図されており、有利に再利用でき、少なくとも環境インパクトが小さいものでなくてはならない。

そのためには、このような部品、詳細にはタブレット型パソコン用のハーフシェルを、熱可塑性基質および連続繊維強化材を備える層状の複合材料で作製することは有利であり、この繊維強化材は主に植物由来の天然繊維を備える。部品は、プラスチック母材および連続繊維強化材で構成され、これらはともに軽量で非常に強い。母材の熱可塑性は、強化繊維の特性が原料の製造およびその再利用または廃棄物処理に関して環境インパクトを限定するのと同じように、再利用を容易にする。

仏国特許第２９２２２７６号（ＦＲ−Ａ−２９２２２７６）
仏国特許第２８８２６８２号（ＦＲ−Ｂ−２８８２６８２）

しかし、強化材は連続繊維で構成されるため、そのような部品はこのタイプの大量生産で一般的に考えられるプラスチック射出成型法を用いて作製することができない。同様に、仏国特許第２９２２２７６号（ＦＲ−Ａ−２９２２２７６）に記述されたような予め一体化された熱可塑性ブランクをスタンピング成形する方法を用いることができない。何故ならば、繊維が天然である場合、詳細には繊維が植物由来である場合には、成形前に非展開の領域での繊維の相対摺動を可能にする温度までブランクを予備加熱すると、樹脂の流動性のために、繊維を燃焼させるリスクが生じるからである。したがって仏国特許第２９２２２７６号に記述された方法は、より詳細には、繊維強化材が、樹脂の溶融温度においてそのような燃焼現象による影響を受けにくい炭素、ガラスまたはアラミド繊維で成形される場合の部品の製造に適合される。さらに、天然繊維の水分率（ｈｕｍｉｄｉｔｙ ｃｏｎｔｅｎｔ）は１０％より大きく、この水分はホットスタンピング成形時に水蒸気に変化しやすく、品質欠陥の原因になりうる。

仏国特許第２８８２６８２号（ＦＲ−Ｂ−２８８２６８２）に記述された方法は、真空バッグ装置を用いて成形行程を実行することにより、天然繊維の可燃性の問題を解決する。しかしこの方法は、三面結合部におけるコーナーフィッティングのようなタイトな非展開の形状を得ることはできない。何故ならば、織物を張力下に置くことができないこの方法は、非展開の領域においてまたはその領域の近傍で、折り目および／または皺の形成を引き起こすからである。さらに、膜またはバッグを用いて成形および圧縮するこの方法は、意図された用途での製造に適した高い生産率を達成することができない。したがって、先行技術には、このような部品の作製に適した方法が存在しない。

先行技術の欠点を改善するために、本発明は、熱可塑性ポリマーを含浸させた連続繊維を備える織物プリフォームを成形一体化するための装置に関し、この装置は下記を含む。
i . 部品の形状に対応したキャビティを備える型枠を含む金型であって、型枠は（キャビティの）開口面と底面との間の深さ方向に延長し、フレーム内に挿入される金型
ii. ２つのインダクタを備える、型枠を誘導加熱するための手段であって、各インダクタが、キャビティの開口面に対して実質的に平行で型枠の開口面と底面との間の異なる高さ位置に配置され、平面内に少なくとも１つの巻線を形成する手段
iii. 金型を冷却するための手段
iv. 部品の形状に対応した突出部分および規定された空隙値におけるキャビティからの距離を備えるパンチであって、一部分が金型との間でブランク保持部として作用するように適合されたパンチ

したがって、型枠を囲むインダクタは、金型の縁部を少しでも加熱することなく、キャビティの全面にわたって均一の温度を確保することにより、熱可塑性ポリマーを含浸させたプリフォームを溶融させる温度まで局所的にかつ急速に型枠を加熱することを可能にする。金型の縁部は、成形行程時にパンチの縁部と協働してプリフォームの縁部を保持し、繊維を張力下に維持する。

本発明はまた、４つのフランジ付き縁部および閉じた輪郭を有し、熱可塑性基質および特に植物由来の連続繊維を有する繊維強化材を備える複合積層材料で構成された部品の製造のために、本発明による装置を用いて実施される方法に関し、方法は次のステップを備える。
ａ．熱可塑性ポリマーを含浸させたブランクの一体化されない部分を切り取るステップ
ｂ．本発明による装置のキャビティ上にブランクを配置するステップ
ｃ．キャビティの外周上にブランクの縁部を保持しつつ、かつパンチと金型との間の空隙内にプレスされたブランクを保持しつつ、キャビティ内にパンチを下降させることによりブランクを成形するステップ
ｄ．キャビティの外周上に保持された縁部上のポリマーの溶融温度に達することなく空隙内の圧力を保持しつつ、少なくとも２°ｓ^-1に等しい加熱速度で熱可塑性ポリマーの溶融温度以上の温度まで、キャビティ内に配置されたブランクの一部分を加熱するステップ
ｅ．前記空隙内の圧力を保持しつつ、２°ｓ^-1以上の冷却速度でポリマーのガラス転移温度より低い温度までキャビティを冷却するステップ
ｆ．キャビティからパンチを分離し、部品を取外すステップ

したがって、本発明による方法は、キャビティ内に配置されたブランクの一部分の急速かつ局所的な加熱と冷却を組み合わせることにより、天然繊維に含まれた水分を蒸発させるリスクなしに、部品の三面結合部および非展開部分を成形するために織物を張力下に維持することにより、対象の部品を作製することを可能にする。

本発明は、個々にまたは任意の技術的に動作可能な組合せで考えられうる下記の有利な実施形態において実施されうる。

有利には、本発明による装置の誘導加熱手段は、キャビティの底部と型枠の底部との間に延在する中空内に少なくとも１つの巻線を形成する１つのインダクタを含む。したがって、キャビティの底部下方に配置されたインダクタは、これらのインダクタによる誘導により加熱された型枠の一部分とキャビティの底部との間の熱伝導により、キャビティの表面を加熱する。インダクタとキャビティの底部との間の距離は、型枠が作製される材料の熱伝導性に依存してキャビティの底部上の温度が均一になるように決定される。

有利には、フレームは非磁性の材料で作製される。したがって、誘導加熱は型枠内に集中される。

好ましい実施形態では、型枠は、その中にキャビティが切りとられるブロックおよびそのブロックを保持するベースを備える。この実施形態は、型枠の作製、詳細には、タイトな結合半径を有するインダクタを収容する中空部の作製を容易にして、キャビティに出来るだけ近接してインダクタが沿えるようにする。

有利には、最後の実施形態では、ベースは非磁性の材料で作製される。したがって、誘導加熱はキャビティを備えるブロック内に集中される。

有利には、インダクタは、多重撚銅ケーブルで作製され、その撚線は裸線である。したがって、インダクタは可撓性でありキャビティの輪郭に非常に近接して沿うことができる。各撚線を被覆する絶縁材がないことにより、型枠を急速に加熱するためにケーブルを介して高い電界強度を送ることができ、したがってインダクタを損傷するリスクなしに、インダクタを高温に加熱することができる。

有利な実施形態では、型枠は、インダクタを収容するように適合された中空部を形成する割線の中心線を有する２つの穴部を備え、２つの穴部間の中空の連続性は、インダクタの可撓性に適合された結合半径を有する中空部を備えた別のパーツで提供される。型枠のこの実施形態は、中空部がキャビティの輪郭に非常に近接して沿うように、タイトな局所的結合半径を有する中空を作製することを可能にする。したがって、誘導により加熱される体積は小さく、型枠が高い加熱速度に達することおよび型枠の局所的な加熱を可能にする。

本発明による装置の特に有利な実施形態では、型枠は非磁性の材料で作製され、インダクタが延長する中空部は強磁性の被覆層で被覆される。この実施形態は、作製される材料の熱伝導により、キャビティ内の温度を均一にすることを助長する。

最後の実施形態では、型枠が作製される材料は、銅およびその合金または、アルミニウムまたはその合金から選択される。これらの材料は、同じように高い導電性および熱伝導性を有し、そしてまた高い熱伝達率を有する。これらの特性は、インダクタがキャビティの外周近傍に配置された場合であっても、作製される材料の高い熱伝導性により均一なキャビティ温度に急速に達することを可能にする。型枠を構成する材料の熱伝達率は、キャビティから織物プリフォームへの急速な伝熱を可能にする。

本発明の方法および装置は、部品、詳細には、閉じた輪郭を有する４つのフランジ付き縁部を備える複合積層材料で作製されたタブレット型パソコンまたは携帯情報端末用のハーフシェルの作製に適する。複合積層材料は、熱可塑性ポリマーで構成された基質および植物由来の天然繊維からなる連続繊維を少なくとも３０％含む繊維強化層を備え、積層内に統合されかつ印刷された織物で作製された装飾層を含み、装飾層は基質を構成するポリマーによって完全に覆われている。したがって、装飾は装飾層を構成する織物上に平坦に印刷され、部品の装飾は耐摩耗性である。

本発明による部品の１つの実施形態では、熱可塑性基質は、第１のバイオソース（植物由来）のＰＥＴおよび、その第１のＰＥＴの溶融温度より高い溶融温度を有する第２のバイオソース（植物由来）のＰＥＴで作製された繊維を備える強化繊維で構成される。したがって、ＰＥＴ繊維は更なる強化を提供し、部品の成形をさらに困難にすることなしに、部品の強化内容を増大させることができる。
本発明は、いかなる意味においても限定されることなく、図１から１０を参照することにより、好ましい実施形態において下記に記述される。

（１Ａ）は本発明による部品の１つの例示的な実施形態の輪郭図、（１Ｂ）は本発明による部品の１つの例示的な実施形態の正面図、（１Ｃ）は本発明による部品の例示的な実施形態の斜視図 本発明による部品の製造方法を実施するための金型の１つの例示的な実施形態 フレームを可視するために型枠が取り除かれた金型の一部分の図２と同様の斜視図 図２の金型の保持フレームなしの底面図 図２で示された製品形状のキャビティを備える部品の場合の型枠の一部分の底面図 （６Ａ）、（６Ｂ）、（６Ｃ）、（６Ｄ）は本発明による方法の１つの例示的な実施形態の図 本発明による方法を用いる部品の成形および一体化時に使用される圧力−温度サイクルの一例 本発明の１つの例示的な実施形態による金型を加熱するために使用されるインダクタの断面図 型枠が詳細に示された本発明による金型の１つの例示的な実施形態の断面図であって、（９Ａ）は図２に示されたＡ−Ａ線に沿った断面図、（９Ｂ）はキャビティの底部に平行な平面を画成するＢ−Ｂ線に沿った断面図、そして（９Ｃ）は型枠のコーナーフィッティング結合領域内でＢ−Ｂ線の平面と垂直な平面に沿った部分断面図 本発明による装置の１つの例示的な実施形態による、型枠のブロック内のインダクタを収容する中空部の実施形態の細部の図４に示されたＤ−Ｄ線に沿った部分断面図

１つの実施形態を示す図１では、本発明による部品（１００）は、底部（１１０）およびフランジ付きの縁部（１２０）を備えるハーフシェルの形状を成す。部品（１００）の輪郭（１１１）は、部品が折り返し縁部（１２０）と底部（１１０）との間の三面結合部において「コーナーフィッティング」と呼ばれる非展開の（閉じた）領域（１２１）を備えるように、連続的である。底部は、本明細書では平坦に表されている。１つの有利な実施形態（図示せず）では、底部は２重曲線を有する曲面に沿う。部品（１００）は、いわゆる連続繊維（１３０）を備えるいくつかの層を含む複合積層材で作製される。いわゆる連続繊維は、部品（１００）の一方の縁部から他方の縁部まで不断に延長する。１つの有利な実施形態では、繊維は、連続する単一繊維で、または例えば紡糸解砕繊維の形状で、数本の細い繊維の配置により再構築された連続繊維で構成される。

そのような部品を製造するように適合された本発明による装置の１つの例示的な実施形態を示す図２では、装置はプレス(図示せず)のプレートに固定されるように適合された金型（２００）を備える。金型（２００）は、キャビティ（２２０）を備える「型枠」（２１０）と呼ばれる第１のアセンブリを含み、キャビティは作製する部品（１００）の外表面を凹状に再現する。型枠（２１０）は、フレーム（２３０）内に配置され、プレスのプレートと共に機械的インタフェースとして作用し、またいくつかの技術的機能を支持する。したがって、フレーム（２３０）は、異なる部品に対応して異なる型枠（２１０）を収容するように適合される。キャビティ（２２０）と型枠（２１０）の上面の交差部の輪郭（２２１）は、キャビティの開口面を画成する。型枠（２１０）は、誘導加熱装置を備える。この装置は、キャビティ（２２０）の開口面に近接した高さにおいて、平面内に延長し１つの巻線を形成する回路で構成された第１のインダクタ（２４１）を備える。この例示的な実施形態では、第２のインダクタ（２４２）は、キャビティ（２２０）の底部（２２２）に近接した高さにおいて、平面内に延長し少なくとも１つの巻線を形成する回路で構成される。２つの回路（２４１，２４２）は、発電気に直列に接続される。

図３では、フレームは、型枠のまわりに流体循環回路を備える。この回路は、図３において一部分が概略的に示される。流体循環回路は、型枠の縁部およびキャビティの開口面を冷却するように適合された導管（３３１）、および型枠の底部（２２２）を冷却するように適合された導管（３３２）を備える。ネットワークを形成する導管（３３１，３３２）は、供給手段（２３５）によって流体が供給される。冷却液は、型枠（２１０）の効率的な冷却を可能にするために大部分が水で構成される。流体は、有利にはそれが爆発のリスクを伴わずに沸騰しうるように回路内に緩衝容器を挿入することにより、低圧力下でかつ開回路でネットワーク内を循環するように構成される。流体ネットワークの第１の例示的な実施によれば、流体の循環は、型枠が誘導により加熱される間保持されるが、これはその加熱手段が動作モードを十分に可能にするエネルギーを供給するからである。あるいは好ましくは、型枠が加熱される前に流体の循環は停止されて回路は空にされ、流体の循環は単に冷却行程時において実行される。

図４では、型枠（２１０）は、下記の２つの組付部分によって構成される。
・ベース（４３０）
・ベース内に収容されたキャビティ（２２０）を備えるブロック（４２０）

溝（４４０）は、ベース（４３０）とブロック（４２０）との間に延長し、巻線を形成し、キャビティの底部に近接して配置されたインダクタ（２４２）の筐体として作用する。溝（４４０）は、型枠（２１０）がフレーム（２３０）内に取り付けられるとフレーム（２３０）の底部によって閉じられ、それにより第２のインダクタ（２４２）が延長する中空部を形成する。フレームが誘導により加熱されず、加熱を型枠内に集中させるために、フレームは非磁性の材料で作製される。

図５では、ブロック（４２０）は溝（５４０）を備え、ブロック（４２０）がベース(４３０)内に組み入れられると、溝（５４０）はベース（４３０）によって閉じられ、溝はキャビティの開口面に近接して中空部を形成し、この中空部に第１のインダクタ（４２１）が延長する。

図８では、型枠の溝によって形成された中空部に沿うように、インダクタ（２４１，２４２）は多重撚線（８４０）で、好ましくは銅（Ｃｕ）で作製される。多重線構成は、第１に、高い周波数で機能させるためを含み、すべての素線に表皮効果を分配することにより、インダクタの断面積を減少させることを、そして第２に、インダクタに高い可撓性を与えて、特に曲率半径が小さい領域において、インダクタがキャビティの輪郭にできるだけ近接して沿うことを可能にする。インダクタを作製するために多重線ケーブルを使用することは、いわゆるリッツ線の形で先行技術で周知であるが、先行技術のケーブルは、各素線内に表皮効果を包含しインダクタの断面の大部分に電流を通すようにするために、個々に絶縁された素線を使用する。表皮効果は導体の外周上で導体を通って流れる電流の集中に対応して、電流の実効伝導断面が導体の断面よりはるかに小さくなるようにし、したがって実効伝導断面により伝導された電流の密度のためにジュール効果でかなり加熱される傾向がある。電流の周波数が高くなるほど、その効果はより大きくなる。したがってこれは、高い周波数を使用する導体において特に注目に値する。この効果を是正するために、上述のようないわゆるリッツ線が使用される。しかし、そのようなケーブルは、各素線の個々の絶縁体が耐えうる温度までに限定されたインダクタの動作温度、または一般にその目的で使用されるエポキシ樹脂の絶縁体に対する最大温度約１８０°Ｃを課す。驚くべき効果として、絶縁シースで個々に被覆されていない、いわゆる裸線の使用は、インダクタの温度の実際的制限なしに、被覆された素線と同じ大きさの電流密度を通すことを可能にし、同時に各素線が絶縁体で被覆されていないためインダクタの直径を減少させ、さらにインダクタの可撓性を向上させる。耐熱性である絶縁シース（８４１）は、例えばシリカファイバーで撚られたシースの形状で多重線ケーブルの外側を絶縁するために有利に使用される。

図９Ａでは、本発明による装置の１つの実施形態において型枠が詳細に描かれ、キャビティ（９２０）を加熱するために、キャビティの底部と開口面との間の平面にインダクタが配置される。そのために、例えばキャビティの中間の高さにおいて、中間の平面に追加のインダクタ（９４１）が配置される。このようなインダクタ（９４１）を収容するように適合された中空部（９４０）は、特にインダクタがキャビティ（９２０）の表面に近接して配置されなければならない場合には、溝切りにより作製することは困難である。このような状況では、中空部（９４０）は、切削により、詳細にはいわゆる３/４ビットまたはガンドリルビットを使用する深層切削技術の手段により有利に作製される。図９Ｂでは、この技術の困難さは、キャビティ（９２０）の輪郭に沿って中空部（９４０）を作製すること、少なくとも一端が閉じられなくてはならない割線の中心線（９４１０，９４２０）を有する穴を切削する必要があることに存在する。切削された穴の交差点（９４１２）は、その領域のキャビティ（９２０）の縁部から遠く、加熱効果は源初的であり（ｐｒｉｍｏｒｄｉａｌ）、その交差部はまたインダクタが小さい曲率半径で曲げられる必要がある角点を構成する。この難点を是正するために、インサート（９３０）がキャビティを含むブロック（９２０）内に作製された筐体内に配置され、インサート（９３０）はインダクタを構成するケーブルが許容する最小曲率半径に沿う円形の中心線に沿って延長する中空部（９３５）を含む。図９Ｃでは、インサート（９３０）は、有利には２つの組付部分（９３１，９３２）で構成され、それぞれがフライス加工で作製された溝（９３５）の半体を備える。したがって、加熱エネルギー源の空間分布および、型枠の周りの流体循環は、キャビティ（２２０）の全表面上での均一な温度分配およびキャビティの縁部（２２１）上の温度の急勾配を同時に可能にして、非常に急速なキャビティ加熱および冷却サイクルの実行を可能にする。したがって、樹脂の溶融温度はキャビティ内で均一に達せられ、それにより部品の体積全体に基質を構成する熱可塑性ポリマーの均一な分配を可能にする。しかし、溶融温度はキャビティの縁部（２２１）を越えて達せられることはなく、したがって部品の非展開の領域（１２１）における皺の形成を回避するために、縁部上の織物の張力やずれの制御を可能にする。

図６では、本発明による装置の有利な特徴は、これもまた本発明による方法を用いて部品を作製するために活用される。図６Ａに示された方法の１つの例示的な実施形態では、最終複合物の層を構成するいくつかの層が織物プリフォーム（６００）を構成するために積層される。第１の２つの層（６１１，６１２）は、熱可塑性ポリマーの粉をかけられた、例えば亜麻、綿または大麻繊維のような天然植物繊維の織物、そのようなポリマーで覆われたそのような繊維の織物、または熱可塑性物質と植物繊維との混合織物で構成される。非限定の例として、熱可塑性ポリマーは、下記を備えるグループから選択される。
・アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）
・ポリオレフィン
・ポリブチレン・テレフタレート（ＰＢＴ）
・ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）
・ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）
・ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）
・ポリフェニレン・サルファイド（ＰＰＳ）
・ポリカプロラクタム（ＰＡ６）またはポリヘキサメチレン・アジパミド（ＰＡ６−６）などのポリアミド
上記は部品に要求される特性に依存する。

別の非限定の例示的な実施形態では、バイオソースの熱可塑性ポリマーが使用され、有利には下記を含むグループから選択される。
・ポリアミド（ＰＡ）、特にＰＡ１１
・バイオソースのポリエチレン（ＰＥＴ）
・ポリ乳酸（ＰＬＡ）
・バイオソースのポリエステル

これらの異なる例示的な実施形態では、熱可塑性ポリマーの溶融温度は、１００°Ｃより高く、そのうちのいくつかの実施形態では２００°Ｃまたは３００°Ｃより高いことさえある。しかし、麻繊維のような天然繊維は、１２０°Ｃを越えると燃えて損傷する傾向があり、それらに含まれる水分は１００°Ｃを越えると蒸発する傾向がある。これらの実施にともなう困難は、本方法の力学により解決され、その力学は、詳細には基質を構成するアセンブリの加熱および冷却のための本発明による装置により可能となる。

図６Ａに戻ると、第３の層（６１３）は、装飾の役割を果たすにすぎない印刷された織物で構成される。例えば、この層は印刷された綿織物でありうる。第４の層（６１４）は、上記にリストされたポリマーから有利に選択された熱可塑性フィルムである。

他の例示的な実施形態では、本発明による方法は、異なる組成のポリエチレン（ＰＥＴ）を混合した繊維を備える織物の形状のブランクから部品を作製するために使用される。繊維の組成が異なれば、溶融温度が異なる。これらの繊維全体または一部分は、バイオソースのポリエチレンから成りうる。したがって、キャビティ(２２０)内の温度の正確な制御は、最終部品の基質を構成する繊維の一部分だけの溶融を可能にし、同時にその他の繊維は、それらの統合および部品強化の役割を維持する。この実施は、積層内への装飾織物の挿入と両立する。方法のこの種の実施は、特に鞄製品のための部品作製に適合される。

成形時に繊維がそれらの溶融温度に達しない場合であっても、ＰＥＴ強化繊維は、複合物の基質を構成するポリマーの溶融温度で変形しうる。したがって、これらのＰＥＴ繊維の存在は、部品成形の困難さを増大させることなしに、強化内容を増大させうる。

図６Ｂでは、積層（６１１、６１２、６１３、６１４）は、携帯電話用の保護シェルのような小さい部品用の特別な準備を必要とせずに、本発明による装置の金型（２００）上に配置される。例えばスーツケースまたはトランクの蓋部や底部を作製するために大きいシェルを作製する場合には、織物の積層は、特に最終部品に関して印刷された織物のパターンの方向を達成するために、溶接された留め金や継ぎ目により互いに層を組付けることで安定化させうる。金型（２００）は、プレスプレート(図示せず）の１つ上に配置される。この例示的な実施形態では、印刷された織物（６１３）は、印刷された側面がキャビティ（２２０）の底部に向けられかつ積層の外側方向に配置されて、印刷された側面が部品の凸側で可視できるようにする。織物の積層が金型（２００）上に配置されると、形成および統合サイクルが開始される。

図７は、本発明による装置の成形および一体化のサイクル時における、時間（７１０）、温度（７１２）、力（７２２）、キャビティ内の温度変化（７２０）、閉鎖力（７３０）の図表である。第１のステップ（７４０）は、本発明による装置の金型（２００）上に織物を配置するステップで、この時、温度は大気温度（７２１）で装置の閉鎖力はゼロ（７３１）である。

第２のステップ（７５０）時には、織物の積層は、プレス閉鎖力（７３２）で本発明による装置を閉鎖することにより、パンチ（６２０）と金型（２００）との間でスタンピング成形される。

図６Ｂでは、パンチ（６２０）は、金型（２００）が固定されるプレートに対向したプレスのプレート(図示せず）に固定される。パンチ（６２０）は２つの部分から成る。第１の部分（６２１）は、キャビティ（２２０）の形状に相補的な形状を有し、パンチ（６２０）が下降され金型と接触する場合に空隙（ｅ）だけキャビティから離れる。第２の部分（６２２）は、第１の部分（６２１）上の平面に延在し、ブランク保持部を構成する。ブランク保持部は、その保持部と、キャビティの開口面に対応する基質の上方部分との間に、織物（６１１，６１２，６１３，６１４）の積層の縁部をクランプするように適合される。有利には、ブランク保持部（６２２）から突出するパンチ（６２０）の第１の部分（６２１）は、シリコンで作製される。プレスを閉鎖することによりパンチ（６２０）が金型（２００）に近接するように成されると、織物の積層の中央部分がキャビティ（２２０）に押し込まれ、織物の積層の縁部はキャビティの縁部とブランク保持部との間にクランプされる。したがって、織物は、詳細には非展開の領域において伸張され、それにより非展開の領域での皺の形成が回避される。

図７に戻ると、スタンピング成形のステップ（７５０）時には、プレスの閉鎖後、キャビティの温度は、誘導加熱の実施により少なくとも２°Ｃ．ｓ^-1と等しい加熱速度で、部品の基質を構成する熱可塑性材料の溶融温度（７２３）以上の温度まで急速に上昇する。この間製品形状（ｔｏｏｌｉｎｇ）の閉鎖圧力は一定に保持される。例えば、溶融温度が１８５°ＣであるＰＡ１1タイプの熱可塑性基質を使用した場合には、６０秒でその温度に達しうる。

成形工程（７５０）の後に保持工程（７６０）が続き、そのときキャビティは樹脂の溶融温度（７２３）に維持され、型（ｍｏｕｌｄ）の閉鎖力はまたその最大値（７３２）に保持される。好ましくは、保持工程（７６０）は、約３０秒続く。

保持工程（７６０）の最後に、誘導加熱は停止され、型枠（２１０）を急速に冷却するためにフレーム（２３０）の導管（３３１，３３２）内の流体の循環が再開される。型の閉鎖力は、冷却工程（７７０）時に保持され部品の一体化を可能にする。このような一体化は、キャビティの温度が熱可塑性樹脂のガラス転移温度（７２２）より低い場合に達成される。冷却は大気温度（７２１）になるまで続けられ、その後金型が開かれ部品が取り出される（７８０）。そのために、大量生産においては、金型（２００）は自動取り出し手段（図示せず）を有する。

部品は次に、トリミング行程に移送される。図６Ｃに示されるように、成形および一体化の動作の最終に、取り出されたブランクは、一体化された部分（６００）および縁部における一体化されない織物部分を表す。トリミングは、これらの一体化されない縁部を除去することを目的とする。

トリミングは、成形および一体化のために使用されたプレスに近接したプレス上に取り付けられた切削工具、あるいは、数値制御機械でのフライス削りなどの加工により実施されうる。これらの例では、ブランクは、一体化された部分（６００）に配置された輪郭（６４０）に沿ってトリミングされる。したがってブランクの一体化された部分（６００）の折り返し縁部は、一体化された部分内で縁部をトリミングするために、最終部品の縁部より幅広である。

図６Ｄでは、部品（１００）は、トリミングの最後に仕上げられる。この例示的な実施形態では、装飾された側部（６５０）は、部品の外側に、その凸側に配置される。装飾は、樹脂の層の下方で部品の厚さ内に組み込まれる。したがって、最終部品の表面上に印刷する装飾よりはるかに強い。

図６Ｂに戻ると、インダクタ（２４１，２４２）は、キャビティに非常に近接して配置され、加熱および冷却のハイダイナミクスを有するこれらの特性の組合せは、キャビティ内に配置された織物の積層の部品内の熱可塑性基質の溶融のみを引き起こし、積層の縁部は基質の溶融温度より低く維持される。

全体として、キャビティ（２２０）内に配置された全織物は、２分未満の間１００°Ｃを越える温度に留まる。高温に留まる時間が短いことは、キャビィの全表面上の温度が均一であることと相まって、強化織物（６１１，６１２）および装飾織物（６１３）の繊維の燃焼または変色を起こさず、強化織物（６１１，６１２）および印刷織物（６１３）両方の繊維に包含される水分の蒸発に関する欠点を有せず、そして樹脂が部品の体積中に均一に分配されることを確実にする。全サイクル時にキャビティの表面上の温度が均一であることはまた、詳細には部品の表面状態に関して、部品表面の均一な外観を達成することを可能にする。図９に示された実施形態は、小さい結合半径を有する領域内にこのように被覆された中空部を作製することを容易にする。

本発明による装置の１つの例示的な実施形態である図１０では、型枠を構成するブロック（４２０）は、導電性の非磁性材料で作製される。非限定的な例として、ブロック（４２０）は、銅（Ｃｕ）または、銅とベリウム（Ｂｅ）の合金で作製される。他の例示的な実施形態では、ブロックはアルミニウムの合金で作製される。これらの材料は、高い熱伝導性および磁気伝導性を有する。この実施形態では、インダクタ（２４１，２４２）を収容する中空部を構成する溝（４４０）の表面は、例えばニッケルまたは鉄の合金である強磁性の材料で作製されたコーティング（１０４０）で被覆される。したがって、高周波数の交流電流がインダクタ（２４１，２４２）に流れると、コーティング（１０４０）は、誘導により加熱され、その熱をブロック（４２０）に伝達し、ブロックはその熱をキャビティ内に配置された部品に伝導により伝熱する。この実施形態におけるブロック（４２０）の材料の高い熱伝導性は、キャビティの全表面にわたって急速に温度を均一にすることを可能にする。

上記および例示的な実施形態は、本発明が所望された目的を達成することを示す。詳細には、本発明による装置は、キャビティの急速かつ均一な加熱を可能にし、それにより熱可塑性基質で植物由来の繊維を備える複合材の部品を作製することを可能にする。

１００・・・部品、１１０・・・底部、１２０・・・縁部、１１１，２２１・・・輪郭、１２１・・・非展開（閉じた）領域、１３０・・・連続繊維（長繊維）、２００・・・金型、２１０・・・型枠、２２０，９２０・・・キャビティ、２３０・・・フレーム、２４１，２４２，９４１・・・インダクタ、３３１，３３２・・・導管、２３５・・・供給手段、４３０・・・ベース、４２０，９２０・・・ブロック、４４０，４３０，９３５・・・溝、８４０・・・多重撚線、８４１・・・絶縁シース、９３５，９４５・・・中空部、９４１０，９４２０・・・割線の中心線、９４１２・・・交差部、９３０・・・インサート、９３１，９３２・・・組付部分、６００・・・プリフォーム、６１１，６１２，６１３，６１４・・・織物、７１０・・・時間、７１２，７２０・・・温度、７１１・・・力、７３０・・・閉鎖力、７４０・・・第１のステップ、７５０・・・第２のステップ、６２０・・・パンチ、６２１・・・パンチの第１の部分、６２２・・・パンチの第２の部分、７２３・・・溶融温度、７６０・・・保持行程、７３２・・・閉鎖力の最大値、７７０・・・冷却行程、７２２・・・ガラス転移温度、７２１・・・大気温度、１０４０・・・コーティング

Claims (13)

1. 熱可塑性ポリマーを含浸させた連続繊維を備える織物プリフォームを成形一体化するための装置であって、
   i . 部品の形状に対応したキャビティを備える型枠を含む金型であって、前記型枠は開口面と底面との間の深さ方向に延長し、フレーム内に挿入される金型と、
   ii. ２つのインダクタを備える、前記型枠を誘導加熱するための手段であって、各インダクタが、前記キャビティの開口面に対して実質的に平行で前記型枠の開口面と底面との間で異なる高さ位置に配置され、平面内に１つの巻線を形成する手段と、
   iii. 前記金型を冷却するための手段と、
   iv. 前記部品の形状に対応した突出部分および規定された空隙値（ｅ）におけるキャビティからの距離を備えるパンチであって、一部分が前記パンチと前記金型との間でブランク保持部として作用するように適合されたパンチと
   を備える、装置。
2. 前記誘導加熱手段が、前記キャビティの底部と前記型枠の底部との間に延在する中空部内に少なくとも１つの巻線を形成する１つのインダクタを含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記フレームが、非磁性の材料で作製される、請求項１に記載の装置。
4. 前記型枠が、キャビティが切削されたブロックおよび前記ブロックを保持するベースを備える、請求項１に記載の装置。
5. 前記ベースが、非磁性の材料で作製される、請求項１に記載の装置。
6. 前記インダクタが、多重線撚銅ケーブルで構成され、前記の線が裸線である、請求項１に記載の装置。
7. 前記型枠が、インダクタを収容するように適合された中空部を形成する割線の中心線を有する２つの穴部を備え、前記２つの穴部間の前記中空部の連続性が、前記インダクタの可撓性に適合された結合半径を有する中空部を備える追加のパーツによって提供される、請求項１に記載の装置。
8. 前記型枠の前記ブロックが、非磁性の金属材料で作製され、前記インダクタが延長する前記中空部が強磁性の材料の層で被覆される、請求項１に記載の装置。
9. 前記型枠の前記ブロックが、銅およびその合金から選択された材料で作製される、請求項６に記載の装置。
10. 前記型枠の前記ブロックが、アルミニウムおよびその合金から選択された材料で作製される、請求項６に記載の装置。
11. ４つのフランジ付き縁部および閉じた輪郭を有し、熱可塑性基質および植物由来の連続繊維を有する繊維強化材を備える積層複合材料で構成された部品の製造のために、請求項１に記載された装置を用いて実施される、方法であって、
    ａ．熱可塑性ポリマーを含浸させた織物ブランクから一体化されない部分を切り取るステップと、
    ｂ．請求項１に記載された装置の前記キャビティ上に前記ブランクを配置するステップと、
    ｃ．前記キャビティの外周上に前記ブランクの縁部を保持しつつ、かつ前記パンチと前記金型との空隙（ｅ）内にプレスされた前記ブランクを保持しつつ、前記キャビティ内に前記パンチを下降させることにより前記ブランクを成形するステップと、
    ｄ．前記キャビティの外周上に保持された前記縁部上のポリマーの溶融温度に達することなく前記空隙内の圧力を保持しつつ、少なくとも２°ｓ^-1に等しい加熱速度で前記熱可塑性ポリマーの溶融温度以上の温度まで、前記キャビティ内に配置された前記ブランクの一部分を加熱するステップと、
    ｅ．前記空隙内の圧力を保持しつつ、２°ｓ^-1以上の冷却速度で前記ポリマーのガラス転移温度より低い温度まで前記キャビティを冷却するステップと
    ｆ．前記キャビティから前記パンチを分離し、前記部品を取り外すステップと
    を備えることを特徴とする、方法。
12. 詳細にはタブレット型パソコンまたは携帯情報端末用のハーフシェルである請求項１１に記載の方法を用いて得られる部品であって、閉じた輪郭を有する４つのフランジ付き縁部を備え、熱可塑性ポリマーで作製された基質および植物由来の天然繊維からなる連続繊維を少なくとも３０％含む繊維強化層を備え、前記積層内に統合されかつ印刷された織物で作製された装飾層を含み、前記装飾層が基質を構成する前記ポリマーによって完全に覆われている、部品。
13. 熱可塑性基質が、第１のバイオソースのＰＥＴおよび、前記第１のＰＥＴの溶融温度より高い溶融温度を有する第２のバイオソースのＰＥＴで作製された繊維を備える強化繊維で構成された、請求項１２に記載の部品。

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