JP3185983B2 - 予備成形物を製造するための方法と装置 - Google Patents

予備成形物を製造するための方法と装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、構造的合成物のための樹脂トランスファー
成形（RTM）および反応射出成形（SRIM）法用の構造強
化予備成形物を製造する方法と装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
指向繊維予備成形物を製造する際に、これまで成形品
を通って引き寄せられた空気を有する成形品の上へチョ
ップドファイバーを結合剤樹脂と共に噴射して繊維を位
置させかつ保持することが実施されていた。それから、
繊維と結合剤樹脂を有する成形品を熱い空気プレナム室
の中へ回転させ、乾燥しおよび／または硬化して結合剤
樹脂を固定する。加えて、乾燥しかつ硬化するために予
備成形物のためのたくさんの貯蔵空間が必要である。熱
成形される予備成形物を作る際には、これまで繊維製造
業者により予め熱可塑性結合剤で被覆された連続的なス
トランド繊維を用いることが実施されていた。熱成形可
能なマットがロール形状で供給され、その際マットはさ
まざまな層厚さの平らなシートになって繰り出されて縁
で保持フレームの中にクランプされる。それから、フレ
ーム網状構造が放射ヒータを含むオーブン室に位置さ
れ、放射ヒータが強化材マットと熱可塑性結合剤を両側
からゆっくりと加熱する。加熱すると、熱可塑性結合剤
が軟化し、そして軟化している間に、フレーム網状構造
が迅速に冷たい型へ移送される。型が、補強マットを部
品の形状に強制的にするプレスを介して閉じる。冷却す
ると、熱可塑性結合剤が熱成形可能なマットを堅くし、
従ってその新しい形状に保持する。上記の過程はゆっく
りであり、たくさんの空間を必要としかつ大量のエネル
ギーを必要とする。本発明を実施する際には、予備成形
物が製造位置に留まることができ、かつ予備成形物が硬
化されたときにのみ出ることができる。本発明は、結合
剤樹脂が硬化のためのエネルギーを用いて加熱されるだ
けである点ではいっそうエネルギーが有効である。強化
材は加熱されない、成形体も加熱されない。それ故、一
定に作動するオーブンを有する大きな場所が必要でな
い。その過程は、硬化範囲が時間ではなく秒であるので
極めて速い。その過程は、ほとんど揮発性物質を必要と
せず、かつ加熱されるオーブンを必要とするシステムの
ように何も蒸発されない点で あ、環境上いっそう安全である。
【０００３】 構造要素のための慣用のRIM/SRIM法の応用では、予備
成形物全体を横切る繊維層厚さが、或る範囲の強度必要
条件を満たすために増加されており、そのため材料を不
必要に使用しかつ厚さと重さを増加させることになる。
また、指向繊維法も熱成形可能なマットを用いる方法
も、設計者がリブまたは密閉形材を付け加えて設計特性
を最大にすることができない。
【０００４】 熱成形および指向繊維法にゆっくりであり、煩わしく
かつエネルギーと材料を浪費する。
【０００５】 紫外線放射とマイクロ波放射の使用のように、過程で
要素に影響を与えるために電磁エネルギーを加えること
が当該技術で知られている。
【０００６】 特定の例として、慣用のマイクロ波オーブンのよう
に、熱を発生させるためにマイクロ波を用いることはよ
く知られている。マイクロ波加熱のための多数の応用
は、紙、織物、ベニア、食品、薬および同様なものを乾
燥するために米国特許3,597,567、米国特許2,560,903お
よび米国特許3,277,580を含むものが開発された。その
ような技術は、強化材を実施する際に用いることができ
る。またそのようなシステムに空気流が乾燥過程で蒸気
として作られた湿気を除くために組み込まれた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、樹脂トランスファ
ー成形（ＲTＭ）、樹脂射出成形（RIM）および構造反応
射出成形（SRIM）法用の構造硬化予備成形物を製造する
ために指向エネルギーを用いた新規なおよび改善された
装置、成型工具及び強化材要素を予備成形物キャリアに
取り付ける方法を提供することである。
【０００８】 本発明の他の課題は、エネルギーが有効であり、論理
的であり、基本的に簡単でありかつ起こり得る浪費をで
きるだけ少なくすると共に材料を最大に使用できる方法
を提供することである。
【０００９】 本発明のなお他の課題は、予備成形物の設計におい
て、リブ、密閉形材、コア、金属や発泡体や木材または
他の材料の封入を含む自由度を設計者に与えることであ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明により、広い種類の強化材を利用して制限され
ない幾何学的形状と細かい組立を許す剛性化した合成成
形品の高速高容積生産高のための予備成形型の製造のた
めの製造装置、成型工具及び予備成形型キャリアに強化
材を取り付けるための方法が提供される。多数の繊維強
化材と共に、構造発泡体、木材または金属のような構成
要素をどんな形状または構造を達成するためにも利用で
きる。
【００１１】 本発明の方法は、合成成形品を利用しかつ構造要素を
予備成形物にエネルギーステッチ溶接技術を介して取り
付けるために指向エネルギーシステムと共に、特別に開
発された結合剤を利用する。その過程能力と結合剤系
は、RTMおよびRIM樹脂系、すなわちポリエステル類、ビ
ニールエステル類、ウレタン類、エポキシ類、フェノー
ル系およびアクリル系樹脂に当てはまりかつこれらと相
溶性である。
【００１２】 本発明の方法は、完全に自動化されるようにかつ必要
な場合に予備成形物の必要な構造特性のための多数の種
類の強化材を特別に分配しかつ配置できるように設計さ
れている。それ故、設計の完全な自由度はその方法に固
有であり、かつ設計基準を満たす密閉構造形材やさまざ
まな壁形材を含む最も望ましい強化材形式および／また
は構造を許す。構成要素の構造を剛性化しおよび／また
は取り付ける過程を増大させて、成形機のサイクル時間
に適合するように変えることができ、または一つより多
い成形機にさまざまのまたは複数の予備成形物を供給す
ることができる。
【００１３】 方法の自動化は、反復可能な、一貫した品質および構
造上の完全性をもつ予備成形物を作る統計学的処理技術
の完全な使用をするように設計される。方法技術の応用
は、船舶、航空機、気圏、防御およびスポーツ、および
消費材のような種々様々な製品範囲の中に合体させるこ
とができる。
【００１４】 詳細に後述するように、指向エネルギーシステムに加
えて巧みに処理されるポリマー樹脂の化学的性質が、構
造キャリア予備成形物の製造のために特別に設計された
自動機と共に用いられる。予備成形物を、RTMおよびSRI
M成分に必要な特別な構造上のおよび寸法上の必要条件
に向くように造ることができる。
【００１５】 予備成形および成型中に強化材を配置する場合の大き
な問題は、所望の複雑な形状に合致するように種々の強
化材を組み合わせかつ剛性化することにより克服でき
る。本発明の特徴により、他の強化材の利用は補剛材ま
たはリブを付け加えることにより予備成形物構造と統合
することができ、かつ構造のための強化材ならびにクラ
スＡの適用が必要である場合にインサートと共にコア材
料の封入を達成することができる。
【００１６】 本発明を実施する際に、ガラス繊維強化材のマットを
ブランクとして合致する形状に予め切断し、結合剤を加
え、そしてそれから各ブランクを、エネルギーを予備成
形物結合剤に指向させる特別に巧みに処理されかつ部品
の形状を複製する型セットの中へ移送する。エネルギー
を数秒間加えて結合剤を活性化し、次いで予備成形物を
剛性化する。活性化エネルギーを止めると、型セットを
開いて、予備成形物を成型ステーションへまたは任意の
エネルギーステッチ溶接ステーションへ移送する。
【００１７】 予備成形可能な強化材マットを、それが成形型の輪郭
に合致することができる所定のパターンに切断する。強
化材の両側を結合剤樹脂で含浸する。単一層または多層
の強化材マットを一緒に間に挟んで、キャリア予備成形
物の装入をもたらす。キャリア予備成形物は、半組立体
として使われる過程での予備成形物を述べるために、ま
たは最終組立体を造るためにエネルギーステッチ溶接に
より引き続き取り付けられる強化材を有する過程での予
備成形物を述べるためにシー・エー・ロートン（C.A.La
wton）カンパニーにより造り出された用語である。エネ
ルギーステッチ溶接は、構造体を基本予備成形物に配置
しかつ取り付ける過程を述べるためにC.A.Lawtonカンパ
ニーにより造り出された用語である。結合剤樹脂は接触
（マイクロ波システム）で促進されるかまたは紫外線シ
ステムのために供給されるものとして使用され、かつ施
与システムの中に配量される。結合剤を加える際に、結
合剤樹脂を噴霧し、フィルムとして圧延しまたはカレン
ダー掛けすることができる。結合剤を加えた後、強化材
マットが成形型の釣り合った半部（雄または雌）の上へ
機械的に装入される。
【００１８】 型が成形プレスの中へ迅速に輸送され、そして指向エ
ネルギー源に接続される。成形プレスが閉鎖して強化材
マットを所望の形状に成形する。閉じられている間、紫
外線エネルギーが成形型に加えられ、従って触媒結合剤
樹脂を迅速に硬化する。結合剤樹脂は、硬化する際に、
重合化して剛性のあるマスになり、予備成形物が成形型
の形状を保持することができる。結合剤が反応のための
熱を発生するかまたは発熱を伴うシステムでエネルギー
が止められると、ガラス強化材が脱熱剤として作用し、
予備成形物を冷却することができる。ガラスの加熱は最
小である。なぜなら、それは入力パワーからエネルギー
を吸収しないで、結合剤反応から放出される熱からのみ
吸収するからである。それ故、型表面の加熱も最小であ
る。
【００１９】 強化材マットはもはや加熱する必要がなく、キャリア
予備成形物の形状に合致するように引き伸ばされて、冷
却される。必要なかつ剛性化される場合、ここでも、前
述したエネルギーステッチ溶接と呼ばれる化学的ステッ
チ溶接技術により所定の場所に形材を加えることができ
る。
【００２０】 慣用の予備成形物は目下自動化で改良されているが、
一般に作業者に依存し続けている。本発明は、高いレベ
ルの自動化で、完全な製品を提供する産業上の製造方法
のために設計される。自動化／ロボットの使用と共に、
ガラスの配分が非常に均一になりかつ繰り返し一貫して
おり、方法の全ての面を統計学的に制御可能にする。
【００２１】 剛性化サイクルの後、成形プレスが開かれ、そして型
が迅速に外に輸送され、そこでキャリア予備成形物が機
械的に取り出されて、インサート適用または成形のため
に他の処理位置へ移送される。
【００２２】 慣用のRTM/SRIM成形法を構造要素に適用する際に、繊
維層厚さが強度必要条件に抵抗するように調節される。
エネルギーステッチ溶接法は、全体の厚さと重さを増加
させずに強化材を高い応力範囲に選択的にかつ特別に付
け加えることができる。それ故、本発明の方法は、二つ
の種類のステッチ溶接技術、すなわちマイクロ波および
紫外線に役に立つ。インサート、密閉形材および／また
はコアのキャリア予備成形物への応用は、エネルギース
テッチ溶接技術を用いて処理できる。強化材の予め切断
した形材を、二次マイクロ波または紫外線エネルギー施
与装置を用いて所定の場所に仮付け溶接することができ
る。マイクロ波エネルギーを用いるとき、付け加えた強
化材と結合剤を有するキャリア予備成形物を成形プレス
の中へまたはエネルギーが加えられている間材料を所定
の場所に保持する二次クランプ装置の中へ迅速に輸送す
ることができる。同様に、紫外線ステッチ溶接法では、
強化材が所定の場所にプレスされ、特別なUV感知結合剤
樹脂が特定の点位置に加えられ、それから紫外線エネル
ギーが結合剤樹脂を硬化するために加えられる。
【００２３】 仕上げられた予備成形物は、保持領域へまたは直接成
型操作へ移送することができる。予備成形物の剛性化は
成型サイクルより早いので、種々の成形型を剛性化過程
で設置することができ、従って他の成形ステーションに
供給するために多数の予備成形物の付形物を造ることが
できる。
【００２４】 材料因子は、剛性化過程を有効に達成するためにきわ
めて重要である。マイクロ波の適用の際に、非常に低い
電気的損失を有する合成材料が型表面に必要である。型
に使用される材料にマイクロ波エネルギーが影響を及ぼ
すことができないしかつ予備成形物を剛性化するために
必要なエネルギーを型材料が吸収することができない。
また、型材料は、予備成形物結合剤により発生される熱
に関して良好な熱安定性を必要とする。発生した熱は最
小であるけれども、繰り返しサイクルは著しい熱の発生
を引き起こすかもしれない。他方では、剛性化結合剤と
して使用される材料は、マイクロ波エネルギーに反応し
て電気的損失特性が高く、それ故この方法にきわめて有
効である。
【００２５】 指向エネルギー予備成形システムを容易にするため
に、適当な結合剤系が必要である。慣用の予備成形に使
用される典型的な標準結合剤は、通常熱硬化性ポリエス
テル類または種々の熱可塑性ポリマー類である。指向エ
ネルギー過程のために、必要条件はいっそう厳しい。熱
可塑性結合剤をキャリア予備成形物に使用する場合に
は、繊維インサートの添加中指向エネルギーを再び加え
て、成型すべき部品の種々の範囲をさらに強化するとき
に熱可塑性結合剤が軟化して離れるだろう。それ故、あ
る場合には、熱可塑性結合剤が付属物には満足である
が、主キャリア予備成形物には満足ではないだろう。こ
のために、熱硬化性ポリマーが必要である。付加的な必
要条件も必要である。結合剤は、予備成形物と共に使用
される種々の母材樹脂と相溶性でなければならない。こ
れは、ポリエステル類、ビニールエステル類、ポリウレ
タン類、ポリイソシアネート類、ポリ尿素類、IPN樹脂
類、およびポリエステル／ウレタン混成物（および多分
エポキシ類）を含む。ポテンシャル母材樹脂の全てに化
学的性質を使用できるならば、特に有用であろう。上記
の必要条件に加えて、この方法のために結合剤は、指向
エネルギーに反応して高度に活性でなければならない。
ここでは、結合剤樹脂が特別に化学的に組織立てられ、
これによりそれ自体が加えられたエネルギーに反応して
高度に活性であるようになる。エネルギーが加えられた
ときに、結合剤が活性化されて数秒内で硬化することは
重要である。熱は硬化過程の部分であることができるの
で、エネルギーが導かれたときに熱を迅速に発生させな
ければならないが、エネルギーが終えたときに瞬間的に
加熱を止めなければならない。反応のために熱を発生す
るまたは発熱を伴う結合剤系が選択される場合には、強
化材は脱熱剤として作用し、予備成形物それ自体が熱し
ないようにかなり防止される。マットの加熱はこの方法
では必要条件ではないので、熱成形形式の場合のよう
に、結合剤系を活性化する前に、結合剤が加えられてい
る強化材を吸引して所定の形状にすることができる。硬
化の完了後指向エネルギーをさらに加えることにより、
結合剤がさらに活性化せず、または少なくとも結合特性
を劣化させないかまたは放出しない。剛性化後、硬化し
た状態の結合剤が、加えられるエネルギーに対して充分
に透過性になって、その剛性化特性の劣化や損失を防止
する。このことは、インサートを付け加えるために特に
重要である。指向エネルギーに対し高度に活性である大
抵の熱硬化性ポリマー結合剤は硬化の初期段階でしかし
硬化が連続するにつれて活性の減少する段階で高度に活
性である傾向がある。それ故、完全な硬化を得ることは
難しい。なぜなら、ポリマーがエネルギーを吸収するこ
とを止めるからである。また、空気の抑制も硬化の完了
に影響を及ぼす。硬化が不完全であるので、母材樹脂の
ための結合場所が利用可能でありかつそのため成型が完
全であるときに物理的特性が高められることになる。他
の熱硬化性ポリマー結合剤は硬化過程を通じて高度に活
性であり、かつモノマーのような揮発性添加剤が用いら
れる場合に、過度の加熱および結合剤の結合能力の劣化
が起こる。
【００２６】 マイクロ波指向エネルギーシステムの場合に、結合剤
樹脂の反応温度が低温に対し設計されるが、増進された
ときに適当な過程貯蔵寿命をを許すために環境より充分
上に設計される。エネルギー源から局部に制限されかつ
指向された加熱は、硬化の完了に充分である300゜F以上
の温度を達成できる。マイクロ波技術で本発明を実施す
る際に使用するために開発された特殊な結合剤は、フリ
ーマン・ケミカル・コーポレーション（Freeman Chemi
cal Corp.p.）のスチポール（Stypol）XP44−AB12−51
Bとして知られている。これは、希釈された型のFreeman
44−7010結合剤である。この結合剤は、加えられたエネ
ルギーの下で必要な硬化特性、全ての必要な母材樹脂と
相溶性である適当な化学的性質、ガラス繊維に対してだ
けでなく大抵の有機補強繊維に対しても良好な接着性、
優れた結合特性および剛性のある予備成形物の製造を有
する。また結合剤は、繊維成分インサートを付け加える
際に使用される付加的な結合剤とも相溶性である。
【００２７】 キャリア予備成形のためのマットの形態のガラス繊維
は、負荷を支承する部品に理想的である。連続的なスト
ランド予備成形可能なマットは、成形過程の間部品形状
に容易に合致するのに役立ち、かつ予備成形物を製造す
るのに有利に使用できる。
【００２８】 多層の強化材マットを同時に所望の形状に成形でき
る。他の種類の強化材を、エネルギーステッチ溶接法を
用いて、補剛し、リブを付けかつ取り付けられた構成要
素のために封入することができる。これらの種類の強化
材、繊維状の、金属質のおよび／または軽量構造の発泡
体および低密度コアを、インサート材料の配置が予備成
形物構造に必要である場合に、装入および付形過程の手
始めにキャリア予備成形物の部品としてまたは二次操作
として付け加えることができる。
【００２９】 マット材料を単一指向性織物または他の強化材と共に
特定の位置に用いるときに、高い繊維含量の最適な補強
構造を達成できると共に、成形作業中樹脂系を容易にハ
ンドリングしかつ透過するために剛性のある形状を維持
することができる。
【００３０】 強化材を特定の位置に配置することにより、成型製品
の必要な強度を得るために必要な場所に繊維配向ができ
る。
【００３１】 実際のテストでは、二つの指向エネルギーパワー源が
両方別々におよび互いに一緒に使用された。
【００３２】 実際のテストに用いられた指向エネルギーパワー源
は、2450MHzで作用する０−6Kwマイクロ波発生器であ
る。パワーレベル必要条件は、材料装入のマスに対する
成形工具の寸法に依存する。初期のパワーレベル較正
は、剛性化するサイクルタイムを最適化するように要求
される。パワー出力と反射されるエネルギーレベルは制
御される。比較的高いパワーを必要とする比較的大きな
成形用具のためには、付加的な発生器を付け加えること
ができる。パワーを減少させるためのパワーランピング
を利用して結合剤硬化過程を補償することができる。な
ぜならば、反応中、結合剤がエネルギー場に幾分透過に
なり、それ故充分な出力パワーを必要としないからであ
る。また、パワーランピングは発生器寿命を延ばし、か
つパワーサージを防止する。
【００３３】 エネルギーステッチ溶接および強化材インサートのた
めの指向エネルギーは、局部化したマイクロ波エネルギ
ーの施与、またはステッチ溶接結合剤樹脂の重合化を引
き起こすために予備成形物の特定の位置にエネルギーを
指向させるための紫外線エネルギーシステムからなる。
【００３４】 紫外線硬化システムのために、紫外線放射源が予備成
形物型の本体内に型表面の後に含まれることを除いて、
同様な型構造が用いられる。型表面は、紫外線放射が予
備成形物を貫通しかつ予備成形物の中へ通ることができ
る金属スクリーン、透明なアクリルまたは他の剛性のあ
る材料で構成することができる。透明なアクリルのよう
な材料は、費用をかけずに複雑な形状に熱成形すること
ができかつ磨耗が明らかなときに容易に取り替えられる
ので、望ましい。
【００３５】 特別に設計された合成材料が、予備成形物の形状を形
成するために用いられる。いっそう複雑な形状には、予
備成形物型の組み合わせを、同じエネルギー源とまたは
独立して成形されたいくつかの付形物（半組立体）と同
時に用い、かつ後で全部の予備成形操作においてエネル
ギーステッチ溶接で結合することができる。工具は、予
備成形物の形状を成形するためだけでなく、エネルギー
を結合剤を含む強化材の中へ特別に指向させるように設
計される。この設計のかぎは、予備成形物を最も高い硬
化エネルギー強度の領域に予備成形物部分を配置するこ
とおよびエネルギー波を一様に分配する適当な工具構造
に依存する。マイクロ波技術で指向エネルギーの一様性
を有効に達成するために、三次元の一致する導波管を直
接型設計に配置して多軸波の形成を生じさせる。導波管
は、最大エネルギーが中心にある特定の横断面寸法を有
するチャンネルからなるので、導波管が分割されかつ各
半部が型の対応する半分の表面に配置される。導波管ま
たは材料を動かさないで波の同調を達成するために、型
設計の輪郭はへび状のパターンを作る。また、適当な横
断面寸法を導波管のベンド内で維持することも重要であ
る。ベンドの構造は、最適の性能を達成するために注意
深く考慮しなければならない。導波管の各半部分は、マ
イクロ波に透過でありかつ型表面として作用する材料か
らなる、予備成形物材料に面する、第四の側部を有する
金属材料で作られた三つの側部からなる。型のキャビテ
イまたは導波管部分の各対応する半部の間の間隔は、そ
れるエネルギーの損失を防止しかつ導波管の適当な横断
面寸法を確保するように設計しなければならない。型表
面範囲の中心に向かって、間隔を増加して波の交差同調
を許すことができる。
【００３６】
【実施例】
以下、本発明を図面に示す実施例により詳細に説明す
る。 第１図を参照すると、基本的工具が、上方部分14と下
方部分16を有する分割したへび状導波管12からなるもの
として10で総括的に示されており、これらの部分は基本
的に互いに鏡像であって、間隙18により分離されかつマ
イクロ波入力継手20を備えている。導波管14は、へび状
構造を形成する頂壁24側壁26からなる。ウエブ22の形態
の合成材料が、マイクロ波エネルギーを加えるために間
隙18に位置している。
【００３７】 本発明を試験するために用いられた形式の構造が分割
マイクロ波導波管30らなるものとして28で総括的に示さ
れており、この導波管は、側壁32と頂壁34からなる上方
部分を有する。側壁32は、36と38で示された型の輪郭に
合致するように付形されており、型は、成型すべき予備
成形物の形状に合致する内面40と内面42を有する。表面
40と42を担持する材料およびそれらの表面と導波管の間
の支持材料がマイクロ波エネルギーに対して透過性であ
る。導波管は部分に設けられかつ44で示されたように互
いにかつマイクロ波エネルギーの入力のために継手を有
する。強化材と結合剤樹脂の合成材料は、表面40と42の
間に46で示されている。合成材料46が工具の型部分の中
へ装入されると、マイクロ波エネルギーが加えられて硬
化のために結合剤樹脂を活性化する。
【００３８】 第３図のフローチャートに眼を転じると、本発明を実
施するための典型的な方法が48で示されており、この方
法は、強化材（ガラス繊維マット）と未硬化の剛性化材
料（結合剤樹脂）の積み重ね層の工程50を有し、この工
程では、結合剤樹脂を強化材に加えることにより形成さ
れる。または、方法48は、これに代わり、未硬化の剛性
化材料を強化材マットに噴射する工程52を有する。次
に、ブランクが、予備成形物の平坦な展開の形状に合致
するように54で切断される。56で、ブランクが型の中で
プレスされて予備成形物の形状になり、マイクロ波エネ
ルギーが58で加えられて結合剤の硬化を引き起こす。
【００３９】 60で、結合剤が硬化されて堅くなり、そして剛性化し
た予備成形物を型から取り出すことができる。
【００４０】 第４図は、処理ステーションの間の材料を取り扱うた
めのロボットを用いた同様な方法を示す。
【００４１】 第４図は、最初の工程は、ダイカッタ62により示され
たように、予備成形物の展開した形状に合致するように
強化材マットを予め切断することである。これは、第３
図に示した方法の始めの部分に代わる工程である。マッ
トが62で切断された後、結合剤が64で結合剤施与装置66
において加えられるが、この結合剤施与装置は、結合剤
樹脂源68と接触促進剤70とを有する。前述したように、
結合剤を結合剤施与装置66において噴射、圧延またはカ
レンダー掛けにより施される。次に、強化材と結合剤の
合成ブランクが結合剤施与装置から型72のロボット74に
より移送される。型72は、合成ブランクが第２図の42、
46で示したように型の雄部分に位置するように第２図に
示した形式のものでよい。第４図に戻ると、それから型
72がシャットル78に沿ってプレス76へ動かされ、そこで
は型の二つの半部がプレスされて予備成形物の所望の形
状を複製し、そしてエネルギーがマイクロ波エネルギー
のような指向エネルギー源80から加えられる。
【００４２】 次に、シャットル78に沿って型72を取り出し位置へ動
かすことによりロボット82が硬化された予備成形物84を
型72から取り出す。ここでは、予備成形物は、強化材を
補強構造の形態で施さなければならないという点でキャ
リア予備成形物になる。それから、ロボッ82が短期間貯
蔵のために予備成形物を積み重ねるかまたはそれを直接
エネルギーステッチ溶接過程へ移動させる。
【００４３】 要素をキャリア予備成形物にステッチ溶接しなければ
ならないときに、強化材が86で前のように予め切断さ
れ、そして予め切断された材料が強化材形状92をとるよ
うにロボット88がそれをフォーマー90の上へ位置決めす
る。それから、ロボット94は、今やキャリア予備成形物
である予備成形物84を取り戻し、そしてキャリア予備成
形物を成形された要素92の上へ配置する。そこには、キ
ャリア予備成形物84および成形された要素92が緊密に接
触して係合する箇所（図示省略）がある。エネルギース
テッチ溶接過程がマイクロ波エネルギーを利用するとき
には、要素92は結合剤樹脂を含む。エネルギーステッチ
溶接過程が紫外線エネルギーを当てにしているときに
は、要素84と92が緊密に係合している特定の点位置に紫
外線感知結合剤樹脂が加えられる。それから、紫外線エ
ネルギーが硬化および結合のために加えられる。どちら
の場合にも、そのとき指向エネルギー源96を用いて結合
剤を硬化しかつ二つの要素を一緒に結合して強化構造体
98を形成する。それから、構造体98が最終構造の成形の
ために成形過程へ移送される。
【００４４】 上記のことから認められるように、付属物をキャリア
予備成形物に結合して成型最終製品の構造強さを増加さ
せるかまたは予備成形物への要素のエネルギーステッチ
溶接により成型最終製品のための付属装置をつけ加える
ことができる。他の要素に取り付けるべき一つの要素
を、同じエネルギー指向過程によりまたはともかくエネ
ルギー指向過程により作ることは必要でない。一つの要
素を他の要素に取り付けるには、マイクロ波感知または
紫外線感知結合剤樹脂を加え、かつ対応するエネルギー
をその結合材樹脂を硬化するために加えればよい。それ
故、この可撓性は、マイクロ波技術により製造された予
備成形物が紫外線技術を用いたエネルギーステッチ溶接
による強化剤要素を有しかつこの逆もある点で、エネル
ギーステッチ溶接過程の利点である。また、木材、鋼、
カーボンブラックおよび同様なもののような要素を、適
当な結合剤樹脂と組み合わせたどちらかの技術を用いる
ことにより予備成形物に取り付けることができる。
【００４５】 第５図には、工具が、補完的な成形部材104を有する
成形部材102を含む一対の分離可能な型部分からなるも
のとして100で示されている。成形部材102、104はマイ
クロ波透過性材料で作られかつ型キャビテイの内面を形
成する。型の残りはその上に形成され、かつ外層106、1
08と、複数の半径部分112を経てへび状導波管に連結さ
れる複数の導波管部分110とを含む。二つの部分を一緒
にしたときに、完全な導波管が形成され、そしてそこに
は型キャビテイを区画する層102と104の間の空間があ
る。114と116で示したように、型は木材、発泡体または
樹脂のような支持材料を含んでもよい。
【００４６】 予備成形物を作る際の紫外線の使用について上に述べ
た。この技術は、紫外線光源を成形用具に配置して、紫
外線放射を繊維強化予備成形物の方へ指向させて剛性化
構造体を形成する。剛性化結合剤樹脂を含むガラス繊維
強化材が工具の二つの釣り合う半部分の間に配置され
る。紫外線放射が加えられると、結合剤樹脂は、ガラス
繊維材料を工具の合致する形状に保持することができる
剛性のある製品を形成する分子の重合化を受ける。
【００４７】 マイクロ波技術と同様に、紫外線放射に分子的に鋭敏
である結合剤樹脂がガラス繊維強化材に加えられる。次
いで、その強化材が、最終部品の形状に合致するように
作られる成形型に配置される。成形型の二つの半部分を
接合するときに、繊維状材料が形状に合致する。繊維材
料と接触している成形型の対応する半部の表面は、紫外
線放射を伝達する材料で作られる。この材料は、固体の
透明なアクリル型熱プラスチックまたは金属ワイヤメッ
シュスクリーンであることができる。それ故、紫外線光
源が成形用具構造内に配置されて、放射線を型表面を通
ってそして繊維状材料に指向させる。簡単な成形用具に
ついては、光源が型表面の下の開放室の中へ配置され
る。型表面への構造支持が必要であるいっそう複雑な予
備成形物の形状必要条件のためには、紫外線光源が多室
部分に配置され、かつ同時に剛性化操作を行うように付
勢する。
【００４８】 或る結合剤樹脂を紫外線技術で用いることができるこ
とが見出された。これらはフリーマンケミカルから入手
でき、かつ80497（スローシステム）、747−10（媒体シ
ステム）および19−4837（迅速システム）として知られ
ている。適用は、マイクロ波技術の適用と同様である。
【００４９】 第６図を参照すると、紫外線過程のための工具が、上
方型部品120と下方型部品122からなるものとして118で
示されている。型表面は、それぞれ124、126で示されて
いる。室128は下方型部品122の型部品126により形成さ
れかつその中に複数の紫外線源130〜140が取り付けられ
ている。
【００５０】 型を閉じた場合、第７図に示したように、合成材料
が、型表面124、126により区画された形状に合致するよ
うになされかつ源130〜140から紫外線エネルギーを加え
ることによりその形状が剛性化される。
【００５１】 第８図と第９図を参照すると、もう一つの工具が上方
型部品146および下方型部品148からなるものとして144
で示されている。見える通りに、上方型部品は、側壁15
0、側壁152、上壁154、および型壁160により完了される
内壁とからなる。下方工具部品148には、下壁170および
型壁172より完了される内壁がある。
【００５２】 最も上の部分では、壁が型壁160の両側で室164を区画
している。紫外線源166と168は室164内に取り付けられ
ている。最も下の部分148では、底壁170と型壁172が室1
74を区画している。紫外線源176が室174に取り付けられ
ている。
【００５３】 第９図に仕切り線178に沿って閉じられて示されてい
るように、型を閉じると、合成材料が紫外線源166、168
および176により紫外線放射を受けることができる。
【００５４】 本発明をその特別な図示の実施例を参照して述べたけ
れども、本発明の精神と範囲から逸脱せずに本発明の多
数の変更と修正をなしうることは当業者にとって明らか
であろう。それ故、当該技術に本発明が寄与する範囲内
に合理的にかつ適正に含められるような全ての変更と修
正をここに保証された特許内に含めるつもりである。
【００５５】
【発明の効果】
本発明により、樹脂トランスファー成形（RTM）、樹
脂射出成形（RIM）および構造反応射出成形（SRIM）法
用の構造強化予備成形物を製造するために指向エネルギ
ーを用いた新規なおよび改善された方法と装置が得られ
る。また、本発明により、エネルギーが有効であり、論
理的であり、基本的に簡単でありかつ起こり得る浪費を
できるだけ少なくすると共に材料を最大に使用できる。
さらに、本発明により、予備成形物の設計において、リ
ブ、密閉形材、コア、金属や発泡体や木材または他の材
料の封入を含む自由度を設計者に与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、硬化すべき合成材料を間に挟む分割したへび状
導波管の斜視図である。
【図２】 図２は、本発明により構成された工具の斜視図で、各部
品が分割したへび状導波管のそれぞれの部分を担持する
二つの部品の分離可能な型からなる。
【図３】 図３は、本発明の基本的方法を示すブロックダイアグラ
ムフローチャートを示す図である。
【図４】 図４は、本発明を実施するための自動化された過程の概
略図である。
【図５】 図５は、本発明を実施する際に用いることができる工具
の分解配列斜視図である。
【図６】 図６は、本発明により構成された工具の概略斜視図で、
部品の一方内に取り付けられた源から紫外線エネルギー
をブランクに照射することにより結合剤樹脂を剛性化す
るように作用可能な二つの部品の分離可能な型からな
る。
【図７】 図７は、図６の工具の端面図である。
【図８】 図８は、本発明により構成された工具の他の実施例の概
略斜視図で、型部品の各々に取り付けられた源により与
えられる紫外線エネルギーに反応して結合剤樹脂を剛性
化するための二つの部品の分離可能な型からなる。
【図９】 図９は、図８の工具の端面図である。
【符号の説明】
12、14、30、110……導波管 40、42;124、126……型表面 46……結合剤樹脂と強化材の合成材料 72;102、104;120、122;146、148……型 76……プレス 78……シャットル 80……指向エネルギー源 84……予備成形物
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｂ２９Ｃ 45/00 Ｂ２９Ｃ 45/00 70/06 67/14 Ｇ Ｂ２９Ｋ 105:06 (56)参考文献 特開 昭61−204236（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−182438（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−140812（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B29B 15/08 B29B 11/12 B29B 13/08 B29C 43/02 B29C 43/52 B29C 45/00 B29C 70/06

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】所定の形状を有するキャビテイを含む型を
    備え、前記型は、各型部品が型キャビテイの部分を区画
    する第一と第二の分離可能な型部品を有し、また第一と
    第二の部品を有する分離可能な導波管を備え、前記第一
    の型部品には前記第一の導波管部品が取り付けられかつ
    第二の型部品には前記第二の導波管部品が取り付けら
    れ、また前記導波管に連結されたマイクロ波エネルギー
    の源を備えた、予備成形物を製造するための成型工具。
  2. 【請求項２】強化材と剛性化材料からなる合成材料から
    所定の三次元形状を有する予備成形物を製造するための
    成型工具において、間に合成材料を受け入れるための第
    一と第二の分離可能な型部品を備え、これらの型部品
    は、接合されたときに前記所定の三次元形状を形成す
    る、協働する分離可能な型表面を有し、また第一と第二
    の部品を有するマイクロ波導波管を備え、前記第一の部
    品が前記第一の型部品により担持されかつ前記第二の部
    品が前記第二の型部品により担持され、前記導波管は前
    記剛性化材料の硬化を引き起こすように付勢可能である
    成型工具。
  3. 【請求項３】ガラス補強マットを所定の形状のブランク
    に切断するための切断手段と、結合剤樹脂を前記ブリン
    クに加えて強化材と結合剤樹脂材料の合成ブランクを形
    成するための結合剤施与装置と、結合剤樹脂を担持する
    強化材を受入れてプレスするために型キャビテイを一緒
    に区画する第一と第二の分離可能な型部品を有する型
    と、第一と第二の分離可能な導波管区分を有するマイク
    ロ波導波管とを備え、前記第一の区分には前記第一の型
    部品に取り付けられかつ前記第二の区分は前記第二の型
    部品に取り付けられ、かつマイクロ波入力部を有し、ま
    た強化材と結合剤樹脂の合成ブランクを前記型キャビテ
    イに配置するための装入手段と、ブランクが予備成形物
    の形状を複製するように前記型部品を一緒にプレスする
    ためのプレスと、前記型を前記プレスに対し搬入および
    搬出するためのシャットルと、前記マイクロ波導波管を
    付勢しかつ結合剤樹脂の硬化および剛性化を引き起こす
    ために前記マイクロ波入力部に接続するためのマイクロ
    波発生器と、型から剛性のある予備成形物を取り出すた
    めの取出し手段とを備えた、剛性のある予備成形物を製
    造するための装置。
  4. 【請求項４】電磁エネルギー感知結合剤樹脂の点位置を
    強化材要素に加え、強化材要素を移動させて点位置でキ
    ャリア予備成形物と緊密に接触させ、そして電磁エネル
    ギーを強化材要素の点位置に加えて結合剤樹脂を剛性化
    しかつ強化材要素を予備成形物キャリアに結合する工程
    からなる、強化材要素を予備成形物キャリアに取り付け
    る方法。
  5. 【請求項５】マイクロ波感知結合剤樹脂の点位置を強化
    材要素に加え、強化材要素を点位置でキャリア予備成形
    物と緊密に接触させるように移動させ、そしてマイクロ
    波エネルギーを強化材要素の点位置に加えて結合剤樹脂
    を剛性化しかつ強化材要素を予備成形物キャリアに結合
    する工程からなる、強化材要素を予備成形物キャリアに
    取り付ける方法。
  6. 【請求項６】紫外線感知結合剤樹脂の点位置を強化材要
    素に加え、強化材要素を点位置でキャリア予備成形物と
    緊密に接触するように移動させ、そして紫外線エネルギ
    ーを強化材要素の点位置に加えて結合剤樹脂を剛性化し
    かつ強化材要素を予備成形物キャリアに結合する工程か
    らなる、強化材要素を予備成形物キャリアに取り付ける
    方法。
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