JP2017522207A - タイヤ金型のための部品、特にライニングブレード及び関連する補強要素の粉体ベースの付加製造方法 - Google Patents

Abstract

少なくとも１つのエネルギービームを用いた粉体焼結又は粉体溶融による少なくとも１つの部品の付加製造方法が、− ａ）積み重なった粉体層を堆積させて選択的に溶融させることにより、部品と、部品の側端面のうちの１つを取り囲んで部品の端面に隣接する前面の各々に対面する分裂した管形状を有する、層の積層方向に対して実質的に平行な方向に延びる少なくとも１つの局所的補強要素とを含む少なくとも１つの中間要素を製造する製造ステップと、− ｂ）部品及び局所的補強要素を分離する分離ステップと、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、エネルギービームを用いて粉体の粒子を焼結又は溶融させることによる粉体ベースの付加製造工程に関する。「エネルギービーム」は、電磁放射線（例えば、レーザービーム）、又は粒子ビーム（例えば、電子ビーム）を意味する。

本発明の特に有利な１つの用途は、車両タイヤのセクタ型硬化金型又は加硫金型のブレードなどのライニング要素の製造に関する。

この種の金型は、タイヤの側部のサイドウォール部の一方をそれぞれが成形する２つのシェルと、同じタイヤのトレッド部を成形する、金型の開位置と閉位置との間で半径方向に移動可能な複数のセクタとを主に含む。これらのシェル及びセクタは、加硫前のグリーン形態のタイヤに接触するように意図された内部空間を定める。トレッドパターンを形成するには、金型のセクタにブレードを取り付けて、この内部空間内に突出させる。このようなブレードを含む金型の詳細については、例えば欧州特許第１７５８７４３号及び米国特許出願公開第２００２／０１３９１６４号を参照することができる。

より一般的には焼結と呼ばれる、重なり合った粉体層を選択的に溶融させることによる製造の利点は、主にこれらのブレードの形状をコンピュータによってモデル化することができ、その後、このモデル化に基づき、エネルギービームをコンピュータ制御することによってブレードを製造できることにある。また、この技術は、他の工程では製造が困難な金型ライニングブレードなどの小型で複雑な形状の要素を製造するのに非常に適している。

選択的溶融は、レーザービームによって行う場合にはレーザー焼結と呼ばれる。レーザー焼結技術は、粉体の層を積み重ねて固化させ、レーザービームによって積層方向に重ねて溶融させることによってブレード層を次々に製造するものである。「粉体」という用語は、粉体又は粉体混合物を意味すると理解される。例えば、粉体は、セラミックなどの金属又は鉱物とすることができる。

従来、焼結又は溶融作業の前の粉体床の準備を確実にするためにレイヤリング装置が使用されている。このような装置は、主に製造プレート上に粉体を層として広げることができるシリンダ又はローラを含む。さらなる詳細については、例えば仏国特許出願公開第２９７４３１６号を参照することができる。

第１の層を堆積させた後に、製造プレートに直接溶接する。その後、第１の層から開始したスタックを取得するように、他の層を連続的に形成する。

ブレードは、形成されると、例えばワイヤによる電気浸食による切断によって製造プレートから分離させる必要がある。様々な積層間に存在する機械的応力が変化する可能性がある限り、この分離によってブレードが変形する恐れがある。

この欠点を克服するために、仏国特許出願公開第２９６１７４１号では、ブレードと一体に過剰肉厚部を形成して補強体を形成することが推奨されている。この解決策は、ブレード製造後の製造プレートからブレードを分離した後にブレードがその形状を保つことを保証するのに効果的である。

欧州特許第１７５８７４３号 米国特許出願公開第２００２／０１３９１６４号 仏国特許出願公開第２９７４３１６号 仏国特許出願公開第２９６１７４１号

しかしながら、このような補強体を用いた場合でも、レイヤリング装置が粉体層上を通過する毎に加わる力の影響下では、製造工程においてブレードの振動、変形及び／又は劣化が生じ、これによって応力集中及び微小クラックの出現が引き起こされる恐れがある。このことは、比較的小さな断面を有するブレードに特に当てはまる。

さらに、溶融ステップ中の熱拡散により、ブレード内に内部応力の集中が生じる。これによっても、製造工程においてブレードの変形及び／又は劣化が生じる。

本発明の目的は、これらの欠点を克服することである。

具体的には、本発明の目的は、製造中におけるブレードの振動、変形及び／又は劣化リスクの制限を可能にする、少なくとも１つのエネルギービームを用いた粉体焼結又は溶融による、少なくとも１つの部品の付加製造工程を提供することである。

１つの実施形態では、少なくとも１つのエネルギービームを用いた粉体焼結又は粉体溶融による、少なくとも２つの対向する主面と少なくとも２つの端部とを含む少なくとも１つの部品の付加製造方法が、
− ａ）積み重なった粉体層を堆積させて選択的に溶融させることにより、部品と、少なくとも１つの局所的補強要素とを含む少なくとも１つの中間要素を製造する製造ステップであって、局所的補強要素は、部品の側端面のうちの１つを取り囲み、かつ、部品の端面に隣接する前面の各々に対面する、分離した管形状を有し、局所的補強要素は層の積層方向に対して実質的に平行な方向に延びている、製造ステップと、
− ｂ）部品及び局所的補強要素を分離する分離ステップと、
を含む。

中間要素を形成するために、部品に関連する少なくとも１つの局所的補強要素を提供することにより、工程中に部品を適所に保持するとともに部品の剛性を高めることができる。従って、特に予め溶融させた各粉体層の上をレイヤリング装置が通過する間、及び連続層の溶融ステップ中に屈曲することによる部品の振動及び変形のリスクが制限される。

１つの好ましい実施形態では、部品の溶融された粉体層と、局所的補強要素の溶融された粉体層とが、製造ステップ中に互いに接合される。このことは、製造中における良好な部品の保持にさらに役立つ。

前記局所的補強要素は、部品を層の積層方向に対して少なくとも実質的に垂直な方向に補強するように構成されることが好ましい。この構成は、レイヤリング装置によって加わる力の影響下におけるブレードの変形リスクがさらに低減される限り有利である。これにより、溶融ステップ中に熱拡散によって部品内に生じる内部濃度に関連する変形を制限することもできる。

１つの実施形態では、分離ステップの前に、局所的補強要素の内面と部品との間に存在する空間を未溶融粉体で満たす。従って、未焼結粉体は、局所的補強体の内部と部品との間で圧縮され、これによって中間要素の剛性がさらに高まる。

局所的補強要素の粉体層及び部品の粉体層のモデル化した溶融により、補強要素の層の各端面と、端面に面する部品の層の前面との間に間隙が設けられることが好ましい。間隙は、０．０１ｍｍ〜１ｍｍであり、好ましくは０．０５〜０．２ｍｍであり、好ましくは０．１ｍｍ以下である。

前記局所的補強要素は、部品の高さ全体にわたって延びることができる。

１つの実施形態では、複数の中間要素が、少なくとも列と行のマトリクスとして同時に製造される。少なくとも１つの列又は少なくとも１つの行の補強要素は、一体部品として製造されることが有利である。従って、対象の列の補強要素の補強効果が高まり、これらの組み立てた中間要素の取り扱いが容易になる。

本発明は、上述したような方法を実行することによって得られる中間要素にも関する。

以下の添付図面によって示す、完全に非限定的な例と見なされる実施形態の詳細な説明を読むことにより、本発明をより良く理解できるであろう。

第１の実装例によるブレード製造工程を部分的に示す概略斜視図である。 図１の製造工程中に取得される、ブレードの１つと局所的補強要素とを含む中間要素の斜視図である。 コンピュータによってモデル化した、選択的溶融後の図２の中間要素の層を示す概略上面図である。 選択的レーザー溶融後の図２の中間要素の層を示す概略上面図である。 第２の実装例によるブレード製造工程を部分的に示す概略斜視図である。 製造工程の第３の実装例中に取得される中間要素を示す概略上面図である。 製造工程の第４の実装例中に取得され中間要素の斜視図である。 製造工程の第５の実装例中に取得される中間要素の斜視図である。 製造工程の第６の実装例中に取得される中間要素の斜視図である。

図１に、仮定水平位置で表す製造プレート１２上に形成された、タイヤ加硫金型のための同一のブレード１０の配置を示す。各ブレード１０は、ブレードの一方の端部のみを取り囲む局所的補強要素１４を伴う。補強要素１４は、互いに同一である。プレート１２は、ブレード１０及び補強要素１４が形成される作業面１２ａを形成する上面を含む。ブレード１０及び補強要素１４は、それぞれ互いに同一である。

図２にさらに明確に示すように、各ブレード１０は、矩形の全体形状を有する。ブレードの長さは、製造プレートの作業面１２ａに対して実質的に鉛直に、すなわちここでは実質的に垂直に延びる。ブレード１０は、実質的に垂直に配向され、又は延びる。換言すれば、ブレードの長さはブレードの高さを構成する。

ここでのブレード１０は、湾曲形状を有する。図示の実施形態では、各ブレード１０が、本体１０ａと、本体と一体に構成されたヘッド部１０ｂとを含む。本体１０ａは、２つの対向する主前面１０ｃ、１０ｄと、これらの前面の範囲を定める２つの対向する側端面１０ｅ、１０ｆとを含む。主前面１０ｃ、１０ｄは、ブレードの本体１０ａの厚みの範囲を定める。図示の例示的な実施形態では、主面１０ｃ、１０ｄが平らである。変形例としては、これらの面が、例えば波形などの別の形状を有することができる。ヘッド部１０ｂは、本体の端面１０ｅを引き延ばし、本体の長さと平行に延びる。ここでのヘッド部１０ｂは、三角形断面の実質的に円筒形を有する。変形例として、ヘッド部の断面は、例えば矩形、正方形、円形などの他のいずれかの形状、或いはＶ字形又はＵ字形を有することもできる。ブレード１０は、タイヤのトレッド部に水滴パターンを成形することができる。

各補強要素１４は、関連するブレードの端面１０ｆを取り囲んで前面１０ｃ、１０ｄに対面する。各補強要素１４は、ブレードの前面１０ｃ、１０ｄに対面する２つの端面１４ａ、１４ｂを含む。補強要素１４は、分裂した管形状を有する。ブレード１０の一部は、端面１４ａ及び１４ｂによって範囲を定められるスリットを通じて補強要素１４の内部に延び、ブレードの他の部分は、補強要素の外部に位置する。各補強要素１４は、製造プレートの作業面１２ａに対して実質的に垂直に延びる。ここでの各補強要素１４は、関連するブレード１０の長さと実質的に等しい長さを有する。

以下の手順は、複数のブレード１０の製造に使用される。第１のステップにおいて、製造プレートの作業面１２ａ上に粉体の第１の層を堆積させる。堆積後、第１の層は、作業面１２ａを覆って実質的に水平に広がる。粉体は、例えばセラミックなどの金属又は鉱物とすることができる。

第２のステップにおいて、例えばレーザータイプのエネルギー源（図示せず）がレーザービームを放出し、その配向をガルバノミラー（図示せず）によって制御する。製造するブレード１０の断面及び関連する補強要素１４の断面に対応するパターンで粉体の層を加熱し、従って粉体の溶融を選択的に実行するために、光学レンズ（図示せず）によってレーザービームを集束させることができる。この選択的溶融を、ブレード１０及び関連する補強要素１４を製造すべき製造プレートの作業面１２ａの各ゾーンにおいて行う。

図３に示すように、レーザービームの制御は、ブレード１０及び関連する補強要素１４を形成する第１の溶融粉体層Ｃ１、１０及び第１の溶融電源層Ｃ１、１４を製造プレートの作業面１２ａ上にそれぞれ理論的に取得するようにコンピュータによってモデル化される。この図には、既に堆積されている未焼結の粉体を点で示している。モデル化すると、補強要素の溶融粉体層Ｃ１、１４の各端面とブレードの溶融電源層Ｃ１、１０の前面との間に間隙１６が形成される。この間隙は、０．０１ｍｍ〜１ｍｍであり、０．０５〜０．２ｍｍであることが有利であり、０．１ｍｍ以下であることが好ましい。

実際には、理論的な間隙１６が０．１ｍｍ以下の場合、層Ｃ１、１０の各端面と層Ｃ１、１４の前面との間に存在する堆積粉体は、第１の溶融粉体層Ｃ１、１０及びＣ１、１４の焼結の影響下において、形成されるブレード１０及び補強要素１４のこれらの層を結合する熱の拡散によって完全に又は部分的に溶融される。図４に、これらの層間に存在する結合部を概略的に示す。この結合部は、後述するように手動で破壊できるブレード１０と補強要素１４との間のリンクを形成する。溶融粉体層の基本的な機能は、ブレード１０及び補強要素１４がそれぞれ載る下層Ｃ１、１０、Ｃ１、１４に関する。

レーザー処理ステップ後の第３のステップ中には、部分的に溶融した第１の粉体層上に第２の層を堆積する。次に、前回と同様に第２の層の選択的溶融を実行する。溶融した層を積み重ねることによってブレード１０及び関連する補強要素１４を形成するために、これらのステップを再び繰り返す。溶融した各ブレード１０及び各補強体１４の層は実質的に水平に広がり、実質的に垂直の積層方向に次々に積み重なる。各補強要素１４は、関連するブレード１０を少なくとも層の積層方向に対して実質的に垂直な方向に補強することができる。

このようにして、ブレード１０及び関連する局所的補強要素１４をそれぞれ含む複数の中間要素が製造される。図示の例示的な実施形態では、製造される各中間要素につき、ブレード１０及び補強要素１４が一体部品として製造される。補強要素１４がブレードの端面１０ｆを取り囲み、この端面の主面１０ｃ、１０ｄに対して両側を圧迫することにより、製造中のブレードが適所に保持されることを確実にすることができる。これにより、特に応力集中及び微小クラック現象の出現を引き起こす恐れのある、レイヤリング装置の通過中における屈曲及び溶融ステップ中における熱拡散による変形のリスクがさらに制限される。さらに、ブレード１０と、内面を形成する補強要素１４のボアとの間に存在する空間に閉じ込められて圧縮された未焼結粉体の存在が、良好なブレードの保持をさらに促す。補強要素１４は、ブレード１０の主面１０ｃ、１０ｄのみに当接し、端面１０ｆには当接しない。

図１に示すように、製造後には、ブレード１０及び関連する補強要素１４によってそれぞれ構成される中間要素が、平行な列と行のマトリクスとしてプレート１２上に配置される。その後、これらの中間要素は、例えばワイヤによる電気浸食による切断によって製造プレート１２から分離することができる。最後に、最終ステップ中に、各中間要素のブレード１０及び補強要素１４を、例えば手動で引っ張ることによって互いに分離して、ブレードのみを保つことができる。この分離を行うために与えられる引張力は、粉体層の積層方向に対して垂直に向けられる。さらに、補強要素１４の外部に突出するブレード１２の部分が、この分離を行うための把持を容易にする。

図示の例示的な実施形態では、各列の中間要素が、相対的に整列して離間するように製造される。変形例としては、同じ要素に同じ参照番号を付した図５の変形実施形態に示すように、各列の補強要素１４が一体部品として製造されるように中間要素の製造を行うこともできる。これにより、このようにして取得されたアセンブリの剛性が高まり、このアセンブリのブレード１０の変形リスクを制限することができる。これにより、切断後のアセンブリの取り扱いも容易になる。また、製造プレート１２から中間要素を切断した後に、同じ列のブレード１０を１回の作業で補強要素１４から分離することができる。

上述した例示的な実施形態では、ブレード１０が一般的な矩形形状を有し、水滴タイプのパターンを成形できるように設計されている。各ブレードのヘッド部１０ｂの断面が比較的大きいので、このヘッド部は、このゾーンに局所的補強体を設ける必要がないほどの剛性を有する。

変形例としては、例えばヘッド部１０ｂを含まない他の形状を有するブレード１０を製造することもできる。この場合、ブレードの本体の各端面に補強要素を設けることができる。図６に示す別の変形例では、端面１０ｅから延びる２つのアーム１０ｇ、１０ｈを含むブレード１０を提供することができる。ここでは、各アーム１０ｇ、１０ｈの自由端面の周囲に補強要素１４が設けられ、これらの端面に隣接するアームの前面に対面する。

図示の例示的な実施形態では、各補強要素１４が、Ｃ字形の円形断面の分裂した管形状を有する。或いは、図７〜図９の変形実施形態にそれぞれ示すように、三角形、矩形又は正方形などの多角形の断面を有する分裂した管形状を有する補強要素１４提供することもできる。変形例として、六角形、八角形などの多角形の断面を有する分裂した管形状を有する補強要素、或いは長円形の断面の補強要素を提供することもできる。補強すべきブレードの部分は、スリットを通じて補強要素１４内に延び、ブレードの他の部分は、補強要素の外部に位置する。

図示の例示的な実施形態では、ブレードの本体１０ａが、実質的に垂直に延びる。変形例として、ブレードの本体は、湾曲形状を有することもできる。この場合、補強要素のスリットは、ブレードの曲率に従うように同様の形状を有する。

図１〜図６に示す例示的な実施形態では、各補強要素が、剛性化すべきブレードの長さ全体にわたって延びる。変形例として、関連するブレードの長さの一部にわたってそれぞれ延びる補強要素を提供することもできる。このことは、例えばブレードが薄い断面の１つのゾーンと厚い断面の１つのゾーンとを有する時に当てはまることができる。この場合、薄い断面を有するブレードのゾーンの周囲のみに補強要素を設けることができる。

各ブレードの長さがプレートの作業面１２ａに対して実質的に垂直に延びる、ブレード１０の垂直型製造に基づいて本発明を説明した。変形例として、ブレードの長さが製造プレートに対して実質的に平行であって積層方向に対して垂直な横形製造を実現することもできる。この場合、ブレードの長手方向の端部をそれぞれ取り囲むために２つの局所的補強要素を設けることができる。この時、基本的にこれらの局所的補強要素は、このブレード及び補強要素によって形成された中間要素を製造プレートから分離する際にブレードを支持する役割を有することができる。

加硫タイヤの金型のブレードのレーザー焼結製造に基づいて本発明を説明した。本発明は、金型の支持ブロックに追加されるように意図された金型の別のライニング要素にも、又はより一般的には異なる用途で使用される他のタイプの小型部品にも適用することができる。

１０ ブレード
１２ 製造プレート
１２ａ 作業面
１４ 補強要素

Claims (9)

1. 少なくとも１つのエネルギービームを用いた粉体焼結又は粉体溶融による少なくとも１つの部品の付加製造方法であって、前記部分は少なくとも２つの対向する前面と少なくとも２つの側端面とを含み、
   ａ）積み重なった粉体層を堆積させて選択的に溶融させることにより、前記部品と、少なくとも１つの局所的補強要素とを含む少なくとも１つの中間要素を製造する製造ステップであって、前記局所的補強要素は、該部品の前記側端面のうちの１つを取り囲み、かつ、前記部品の前記端面に隣接する前記前面の各々に対面する、分離した管形状を有し、前記局所的補強要素は前記層の積層方向に対して実質的に平行な方向に延びている、製造ステップと、
   ｂ）前記部品及び前記局所的補強要素を分離する分離ステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記部品の溶融された粉体層と、前記局所的補強要素の溶融された粉体層とは、前記製造ステップ中に互いに接合される、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記局所的補強要素は、前記部品を前記層の前記積層方向に対して少なくとも実質的に垂直な方向に補強するように構成される、
   請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記分離ステップの前に、前記局所的補強要素の内面と前記部品との間に存在する空間を未溶融粉体で満たす、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記局所的補強要素の粉体層及び前記部品の粉体層のモデル化した溶融により、前記補強要素の前記層の各端面と、前記端面に面する前記部品の前記層の前記前面との間に間隙が設けられ、該間隙は、０．０１ｍｍ〜１ｍｍであり、好ましくは０．０５〜０．２ｍｍであり、好ましくは０．１ｍｍ以下である、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記局所的補強要素は、前記部品の高さ全体にわたって延びる、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
7. 複数の中間要素が、少なくとも列と行のマトリクスとして同時に製造される、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
8. 少なくとも１つの列又は少なくとも１つの行の前記補強要素は、一体部品として生成される、
   請求項７に記載の方法。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の方法を実行することによって得られる中間要素。

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