JP2022529925A - スキープレス用モールドセット - Google Patents

Abstract

スキープレス（２）に挿入用のモールドセットは、ベースプレート（４）、下部輪郭（５）、および下部発熱体（７）を有する下部構造と、スキーモールドが前記下部構造と上部構造との間に挿入できるように、カバープレート（１６）、上部輪郭（１５）、および上部発熱体を有する上部構造と、を有する。

Description

スキーの新しい製造コンセプトにより、バッチサイズ１の連続的な工業生産が可能になる。

現在の最先端技術下では、単一のモデルが一貫して大量に生産されている場合のみ、スキーは効率的に生産することができる。そのモデルの変更が必要で、それぞれ高い設定時間とコストが伴う。さらに、現在の方法は、最大スループットに最適化されており、スキーの実際の最適な生産に弊害をもたらす可能性がある。本コンセプトは、スキー製造ユニットのレベル（熱、圧力、成形）を組み換え、新しい技術を加え、製造プロセスを再構築する。これは、設定時間、モールドのコスト、複合材料の取り扱いと接着に関して、現在の最先端技術よりも優れた新しいタイプのスキーの製造プロセスという結果をもたらす。新しいプロセスにより、バッチサイズ１の効率的な連続的な生産が初めて可能になる。

“スキー”の用語は、アルペンスキー、ツーリングスキー、ジャンプスキー、クロスカントリースキー、モノスキー、スノーボードなど、あらゆるタイプのスノースライディングボードの同義語として使用される。以下では、“スキー”の用語が全体を通して使用される。

スキーは繊維複合材の加工物（ワークピース）であり、異なる材料を接着して作られる。接合プロセスは、圧力と温度を組み合わせたプロセスで通常実行される。

スキーの形と機能は、サイドプルとも呼ばれる外側の輪郭、ハイトプルとも呼ばれる外形高点、プリロードまたはそり曲線（キャンバーライン）とも呼ばれるボウライン、および構造または異なる材料、材料の厚さ、および異なる材料の配置によって定義される。

いわゆるサンドイッチプロセスでは、必要な部品を層状に互いに重ねて配置し、温度の有無にかかわらず、異なる圧力で結合する。このようなプロセスは、早くも１９８０年にチャールズ アール． ヘイル（Ｃｈａｒｌｅｓ Ｒ． Ｈａｌｅ）によって特許を取得した（Ｈａｌｅ、ｅｔ ａｌ．，１９８０）。このプロセスの例は、ストックリ（Ｓｔｏｃｋｌｉ）やアトミック（Ａｔｏｍｉｃ）などから入手できる。

第１ステップでは、スキーに必要とされる部品は、通常エポキシ樹脂で、接着され、層状に互いに重ねられる。液体接着剤で接着する代わりとして、事前に含浸された層、いわゆるプリプレグ、または接着フィルムを使用することもできる。これらは、主に高温で液化し、上下の層と接続する。

工業プロセスでは、この層状構造は、アルミニウム、スチールなどで作られた固体で通常作られる。このスキーの形では、すべての部品は、モールドの下部に通常配置される。すべての部品が挿入された後、モールドは上部のモールド部分またはシンプルなカバーで閉じられる。スキーの形は、主にスキーの外側の輪郭を定義する。

固定されたフォームは、製造プロセスに頻繁に使用されない。固定されたフォームがない場合、スキー部品はそれに応じて形成され、一時的に固定される。通常、例えば、スチール端は、瞬間接着剤で輪郭のある表面に固定される。次に、上記層も、時には過剰に重ねられる。しばしばベースやスチール端からなる下部部品は、のちにプレスされたスキーを切り出すために輪郭ランアップ（ｒｕｎ－ｕｐ）として使われる。この方法の不利なことは、工業用成形プロセスの品質公差には正確な再現性がないことである。この製造構造は、平坦な硬いベースに置かれ、ボウラインを定義する。カバーは、木、アルミニウム等の平坦な固体層で通常作られる。圧力は、常にこのフォームまたはベース／カバーのユニットとその間にあるスキー材料に、温度と組み合わせて現在適用されるが、通常、必ずしもそうではない。その圧力は、工業プロセスにおけるプレスで主に生成される。プレスプロセスにおいて、その圧力は機械的に適用され、その高さは材料、構造、接着システムおよび他のパラメータによる。通常、２と１２バールの間の範囲である。製造プロセスでは、その圧力は、真空の形成により、時には生成される。真空プロセスでは、組み立てられたスキーは、袋またはフィルムによって気密に密閉され、真空は、真空ポンプを使って作られる（マーモット マガジン、２０１８）。このプロセスにて結果得られる圧力は、理論的に最大１バールで、実際には、そのすぐ下である。他の可能性は、通常は空気圧で、固定されたフレームにホースを充填することにより、圧力が生成されることである。スキーの外形高点は、サンドイッチプロセスにおいて、スキーの部品の輪郭を描くことで、作成される。異なる層の厚さおよび定義された層構造は、スキーの縦軸に沿った高さ方向の輪郭または高さの範囲を定める。プレスプロセスにおいて、異なるワークピースの厚さであっても、最適で均一な接着を形成するために、最も均一な可能な圧力はスキーの高さ方向の輪郭において、生成される必要がある。

スキーのボウラインは、接触面の幾何学的形状を形成する。一方では、それはスキーの形によってすでに定義することができ、通常は成形された下部構造と組み合わせ、時々上部構造と組み合わせられる。とりわけ工業プロセスでは、上部構造と下部構造が使われる。製造部門では、特に真空プロセスを使用するときに、上部構造は部分的になしで済まされる。

工業用プレスが使われる場合、上部構造と下部構造は基本的には取り外せないように、または少なくとも固くプレスに接続される。それらは、スタンプシステムを表し、それは輪郭と逆輪郭を介してスキー形状への圧力を分散する。その目的は、スキーの高さを正確に形成すること、および最適で均一な接着が作成されるようにワークピースが接着される温度と圧力を分散すること、である。

上部構造と下部構造は、つまり特定のスキーの長さとボウラインのスキーモデル用に常に設計される。スキーモデルの変更は、したがって、上部構造と下部構造の変更、またはそれらの調整に常に関係付けられる。一般的な方法は、木材の固いブロックまたは他の固くて安定した材料で作られた固定スタンプシステムの使用、または特に産業部門における、再調整可能なスタンプシステムの使用でもある。これらのシステムは、調整ネジまたはのこぎり歯状側面を介したボウラインの手動調整機能、またはＣＮＣ制御要素を介した自動調整機能を持つ。

プレスも温度で行われる場合、部分的に冷却素子と組み合わされた発熱体が、スキー形状と上部または下部構造との間のレベルに配置される。発熱体は、多種多様な形で設計できるが、アルミニウム製の加熱プレートまたは電気加熱マットのどちらかが最も一般的な方法である。

最新のスキープレスは、圧力曲線、時間、および加熱と冷却のサイクルを用いて、スキーの最適なプレスと接着を調整する。

スキープレスは、したがって、プレス、上部および下部構造、実際のスキーの形、および任意の加熱および冷却システム、の４つの重要な部品で構成される。

連続的なスキーの製造は、実際に以下のように動作する。

１．実際のスキーはスキープレスのモールドの外側の個別部分に配置される。

２．これは、すでにプレスに取り付けられている上部構造と下部構造に配置される。 加熱レベルと冷却レベルもある場合は、これらも事前にプレスに取り付けられている。

３．スキーは圧力と増加した温度によってプレスされ、常にモールドで再度冷却もされる。

４．それから、プレスは開けられ、モールドは外され、そしてスキーはモールドから外される。

５．同時に、スキーはすでにプレスの外で追加の余剰のモールドセットに組み立てられており、プレスに押し込まれている。余剰のモールドセットがない場合は、モールドから唯一のモールドを取り外して洗浄し、プロセスを再開する。この場合、最後に述べた作業の間、プレスは静止している。

“最先端”の生産の利点は、高速で正確な再現性であり、したがって、大きなバッチサイズに最適である。

しかしながら、このようなシステムにも欠点がある。モデルまたは長さを変更するには、上部構造と下部構造を変更または調整する必要があり、それは、このシステムでは非常に複雑で、セットアップ時間と対応するコストに関連される。さらに、高速で連続して生産できるようにするには、モデルごとに複数のモールドセットが必要とされる。これは、成形コストの高い結果となる。特に高温プレスプロセスの場合、スキーで使われる部品は、その負荷限界まで極めて加熱される。このシステムは、工業用スキー製造において、広く使われる。通常、摂氏９０－１４０度のプロセス温度範囲が、ここでは規定されている。この温度は、スキーカバーに使用されるある材料の一般的なビカット軟化温度（Ｖｉｃａｔ Ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ：ＶＳＴ）例えば、摂氏１２８度にわずかに近い、または、上回る。スキー表面のヒケのような典型的な問題は、工業生産において、既知のエラーパターンである。この既知の問題において、この工業界からの意見は見つからない。

エポキシ樹脂の高温硬化（高温、短い硬化時間）により、ほぼ100％の架橋の結果になり、したがって、最適な耐熱性と耐湿性、接着強度、耐薬品性、および可能な限り最低のガス放出率をもたらす。同時に、しかしながら、接着剤はそのようなプロセスで最大限に壊れやすくなる。不利な点なしで高温硬化の所望の特性を得るために、硬化温度をゆっくりと上げること、例えば、１０度／５分がよく、その後、ゆっくりと再び冷却する。これは、熱応力を減少させる。しかしながら、そのようなプロセスは、工業用スキー製造の“最先端”のサイクルタイムを不必要に増加させるであろう。

もう１つの不利な点は、スキーの構造で一般的に使われる材料（スチールエッジ、プラスチック、木材、アルミニウムなど）が著しく異なる熱応力をもつことである。これらの不利な点を回避するために、フィッシャースポーツ（Ｆｉｓｃｈｅｒ Ｓｐｏｒｔｓ）社は、クロスカントリースキー分野で、熱と圧力なしでトレッドをスキー本体に取り付ける方法を最近開発した（ＥＰ２９２８５７０）。

特許明細書は、特に使用されるポリエチレンカバーに関して、不必要な熱応力の回避を利点として使用する。会社の販売資料では、その利点を“比類ないワックス吸収性と研磨性”と記述する。このような方法は、クロスカントリースキーの製造にのみに部分的に適しており、これらは、アルペンスキーよりも低い機械的負荷を受けやすいからである。

冷却プロセスは本質的に全体的に速いサイクルタイムを達成するのに役に立つが、しかし、複合部品の硬化には完全に肯定的であると見られるべきではない。急速冷却は、部品に応力を引き起こし、または、既存の応力の修正を引き起こす。

熱と圧力は、スキーの形がプレスに挿入されているときにのみ生成される。そこから起因する不利な点は、予熱された部品を予熱されたモールドに挿入することができないことである。さらに、物理的意味での焼き戻しは実行されない、なぜならばスキーの形がプレスから取り外されるときに、制御された加熱の可能性がないためである。その一方では、プレスが焼き戻しするとした場合、不必要なほど長いサイクルタイムが生じるであろう。

課題は、上述した不利な点を回避することにある。

スキープレスに挿入する用の本発明によるモールドセットは、ベースプレート、下部輪郭、および下部発熱体を有する下部構造と、下部構造と上部構造の間にスキー形状を挿入できるように、カバープレート、上部輪郭、および上部発熱体を有する上部構造を含む。

上部構造はまた、好ましくは、圧力分布のためのスチールプロファイル、特に鎖状に配置された横方向のスチールプロファイルを有する。

上部構造はまた、好ましくは、弾性補償要素を有する。

他の実施形態では、上部構造は、引っ張りバネによってカバープレートに取り付けることができる。

モールドセットは、縦型に配置され、モールドフィッティングを開けた状態を保持するスタンドバーと圧縮バネを、好ましくは含むことができる。

本発明によるスキープレスは、上記のモールドセットを有する。特に、スキープレスは、スキープレスにモールドセットを固定するために設定される位置決め補助具を含む。

この新しく開発されたコンセプトでは、スキープレスはプレスとしての機能に要約される。この“開／閉”プレスに、実際のスキーの形とそれに関連する上部構造と下部構造、および合間の発熱体で構成されるモールドセットが挿入される。製造中では、スキーは、第１ステップにてプレスの外側のスキー型に入れられる。第２ステップにて、これは、次に、一致する上部構造と下部構造に挿入される。これは、すでに発熱体と冷却体が含まれ、つまり、特定の所望の加熱または冷却サイクルをプレスの外で実行することができる（印刷サイクルの前および/または後に）。このセットは、３つの要素で構成され、次のステップでプレスに挿入される。セットがプレスにある間に、次のモデルを準備することができる。印刷サイクルが終了するとき、プレスセット全体がプレスから押し出され、次の準備されたセットを、その直ぐ後に、次の印刷サイクルに押し込むことができる。プレスのセットアップ時間は、成形布を出し入れするのにかかる数秒に短縮される。このコンセプトの最大の利点は、設定時間なしでモデルを変更できることである。長さ１７５ｃｍのモデルＸＹのスキーは、長さ１５１ｃｍのモデルＹＸの直後に製造できる。従来のプロセスでは、常に、モデルまたは長さの変更に約３０分のセットアップ時間が必要とする。技術的な観点から必要である印刷サイクルは、したがって、最大限に活用することができる。型取り換えプロセスによるプレスのダウンタイムは、必要最小限に短縮される。別の利点は、実際のプレスプロセスの前または後に、モールドセットを、目的の部品の効果または変更を実現し、特に熱応力を最適に補償するために、定義された方法で加熱、または後焼戻し（ｐｏｓｔ－ｔｅｍｐｅｒｅｄ）することができる。

図１は、スキープレスのモールドセットの断面図を示す。 図２は、図１のモールドセットを用いたレボルバー方式を示す。

コンセプトは、スキープレス２で構成されるシステムで実施され、スキープレス２は、往復ピストン１によって、固定ビームに対して圧力ビーム３を動かし、したがって、圧力をかける。あるいは、圧力は、圧力ホースなどの他の既知の方法によって生成することもできる。このプレスには、上部構造と下部構造、加熱レベル、実際のスキー形状で構成されるユニットで構成される新しいシステムが挿入されている。

図１では、モールドブロックがスキープレス２に示される。個々の構成要素は、プレス１の往復ピストン、スキープレス２、プレスの圧力ビーム３、モールドブロックのベースプレート４、モールドブロックの下部輪郭５、位置調整補助器具６、下部発熱体７、圧縮バネ８、スタンドバー９、アルミニウムスキーモールド１０、上部発熱体１１、圧力分布用のスチールプロファイル１２、弾性補償要素１３、モールドブロックの上部を保持するための引っ張りバネ１４、モールドブロックの上部輪郭１５、およびモールドブロックのカバープレート１６である。

ユニットの下部は、モールドブロック４のベースプレート、木で作られたモールドブロック５の下部輪郭、および下部発熱体７を形成する。システムは、圧縮スプリング８とスタンドバー９で開いたままになる。スキーユニット中央の形状自体は１０である。ユニットの上部は、上部発熱体１１、圧力分布用のスチールプロファイル１２、ならびに弾性補償要素１３および木製ブロック１５の上部輪郭から構成される。これは、カバープレート１６上に引っ張りバネ１４によって保持されている。スプリングサポートのおかげで、ユニットの上部は、手動力で、または追加の補助装置なしで、簡単に操作できる。スキー形状１０は、次に、簡単に充填され、システムに挿入することができる。

その形状は、位置調整補助器具６を介してシステムに据え付けられ、固定される。一度フォームがシステムに据え付けられると、システム全体が確実にロックされ、位置調整補助器具６を用いてプレスに挿入される。モールドシステムの重量が重いため、モールドシステムは、ロボット、またはホールクレーンを用いてローラーシステム上を移動する。プレスは、その後閉じられ、スキーがプレスされる。プレスは、圧縮バネのバネ力に簡単に打ち勝つことができるため、これらはプロセスになにも悪影響はなく、または必要な圧力の補償を簡単に計算することができる。システム全体は、その後取り外され、次のモールドブロックが挿入される。タレットシステムを使用して、様々なスキーをバッチサイズ１で連続して製造することができる。

業界標準では、上記の方法を標準として、スキープレスは片側から積み込まれ、または設定されます。この場合、プレスは、回転システムによって片側から積み込まれ、押し通し（プッシュ－スルー）の原理に従って、もう一方の側で積み下ろされる。このタレットシステムを図２に示す。図２は、ステップ（Ａ）でモールドブロックを組み立て、ステップ（Ｂ）でモールドブロックの予熱、ステップ（Ｃ）でプレスのモールドブロック、ステップ（Ｄ）でモールドブロックの後硬化、ステップ（Ｅ）でスキーをモールドから取り外しを詳細に示す。位置（Ａ）では、ユニットはプレスの外に積み出され、理想的にはコンポーネントストアの近くにある。ここでは、個々のスキーパーツがスキーの形にまとめられ、スキーの形はすでにユニットに挿入されている。位置（Ｂ）では、この挿入ステップからユニット全体は、必要に応じて、加熱することができる。上述したように、ユニットは実際のプレスの位置（Ｃ）に押し込まれる。プレスの後に、新しいタイプのユニットは、必要に応じて、位置（Ｄ）で後熱することができる。スキーの形が、次に位置（Ｅ）で取り外され、スキーがモールドから取り外される。

スキーを製造するための本発明の方法は、上部および下部構造、加熱レベル、スキーの形を組み合わせることによる、システム構成の再配置に関し、以下の利点を有する。

ａ）プレスからの設定時間または設定時間の再配置の最小化。プレスの実際の設定は、ユニットの出し入れに限定される。これは、プレスの設定時間の大幅な短縮であり、したがって、プレスの最大の可能な使用率を示す。

ｂ）プレスの周期は、既存のモールドセットの数にこれ以上依存しない。これは、プレスを最適に利用するためにモールドのいくつかのセットをこれ以上作製しなくともよいため、コストの削減という結果となる。

スタンドバーとバネを使用したセルフサポート型システムには、以下の利点を有する。

ａ）非常に重いモールド上部構造と上部発熱体の取り扱いが簡単になる。これらの構成要素の重量が重いということは、先行技術のプレスに常にしっかりと接続されなければならないことを意味し、これにより、先行技術を、取り扱いがさらに難しくし、固定がさらに複雑になり、設定時間の面では本発明によるシステムに比べさらに遅くする。

前焼戻しおよび後焼戻しの可能性には、以下の利点がある。

ａ）システムの加熱レベルの再配置、または加熱レベルとユニットのスキーの形の組み合わせは、プレスに配置される時間または印刷サイクルとは関係なく、実際のスキーの形を焼き戻すことを可能にする。そうでなければ、これは複合加熱／成形ツールでのみ可能であろう。そのような加熱されたモールドは、他の産業から知られているが、スキー産業では広く使われていない。そのような加熱されたモールドの製造コストは、発熱体が上下に配置された非加熱のスキーモールドの発明による組み合わせの数倍である。システム部品の再配置は、比較的安価なスキーの形をスキープレスの外で焼き戻すことができる唯一の方法である。

ｂ）最適なプレスサイクル時間のために加熱サイクルを設計することの不利な点は排除され、それは、加熱サイクルは印刷サイクルとは関係なく設計および最適化できること、および印刷サイクルの独立を意味し、構造上の欠陥の補償、改善、および不要な応力／熱応力および部品の歪みの面で利点を有する。

ｃ）本発明によるタレットシステムは、成形、加熱、および冷却を一つのツールに組み合わせる先行技術または既知のシステムとは異なる。上記および可動ツールは、高価で、非常に複雑で、統合された金属ツールである。ここで紹介するアプローチは、加熱ツールよりも製造するのにより簡単で安価なモールドレベルと加熱レベルを組み合わせる。このシステムは、熱アニーリングの面で、既知のより高価でより複雑なシステムと同じ利点を有する。スキー製造のよく知られる工業プロセスと比較すると、しかしながら、組立ラインの原理にしたがうと、連続で個々の生産を行うことができるという利点がある。これは、必要なツールとシステム部品に係るコストが比較的低いため、簡単で効率的な生産の物流をもたらす。

本発明によるモールドフィッティングもまた、圧縮バネ８およびスタンドバー９の代わりに油圧シリンダーを有することができ、圧縮バネ８およびスタンドバー９は、ベースプレート４およびカバープレート１６に対応して固定され、ベースプレート４およびカバープレート１６を同時に押すのに役に立つ。したがって、油圧シリンダーは、引き抜きシリンダーとして機能する。

Claims (8)

1. スキープレス（２）に挿入用のモールドセットであって、
   ベースプレート（４）、下部輪郭（５）、および下部発熱体（７）を有する下部構造と、
   スキーモールドが前記下部構造と上部構造との間に挿入できるように、カバープレート（１６）、上部輪郭（１５）、および上部発熱体を有する上部構造と、を有する、
   モールドセット。
2. 前記下部構造はさらに圧力分布用のスチールプロファイル（１２）を有する、
   請求項１に記載のモールドセット。
3. 前記下部構造はさらに弾性補償要素（１３）を含む、
   前述の請求項のいずれか一つに記載のモールドセット。
4. 前記下部構造は前記カバープレート（１６）に引っ張りバネ（１４）によって接続されている、
   前述の請求項のいずれか一つに記載のモールドセット。
5. スタンドバー（９）、および前記スタンドバー（９）上に配置されモールドフィッティングを開けた状態を保持する圧縮スプリング（８）をさらに有する、
   前述の請求項のいずれか一つに記載のモールドセット。
6. 前述の請求項のいずれか一つに記載のモールドセットを有し、
   スキープレスに成形布を固定するために設定される位置調整補助器具（６）をさらに有する、
   スキープレス（２）。
7. 前述の請求項のいずれか一つに記載のモールディングブロックを用いるスキー製造用レボルバー方式であって、
   前記モールディングブロックを装備し（Ａ）、
   前記モールディングブロックを前記スキープレスに導入し前記モールディングブロックをプレスし（Ｃ）、
   前記モールディングブロックを前記スキープレスから取り外し、前記スキーを離型し（Ｅ）、
   前記（Ａ、Ｃ、Ｅ）のステップが別々のモールドブロックで同時に実行される、
   レボルバー方式。
8. 請求項７に記載のタレット方法であって、
   前記モールドブロックが前記スキープレスに導入される前に、前記モールドブロックが予熱され（Ｂ）、および／または前記スキーが前記モールドから取り外される前に、前記モールドブロックは後焼戻しされる（Ｄ）、タレット方法。

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