JP6013536B2 - 複合材料製製品の製造方法、型、装置及びキット並びに、当該方法及び又は前記各手段により製造した製品 - Google Patents

Description

本発明は、複合材料製製品の製造方法に関する。本発明はまた、当該製造方法を実施するために使用し得る型、いくつかの装置及びキット、並びに、当該製造方法及び又はこれら手段を用いて製造した製品に関する。

既知の複合材料製製品には、各コンポーネント及びまたは構造部を締着させる螺条付きインサートが組み込まれる。これらの螺条付きインサートは未加工状態でファイバー層間に挿入され、樹脂硬化後にデジタル制御マシンにより孔及び螺条が加工され得る。製品における螺条付きの各孔の正しい位置が保証されるべきであることから、当該加工の要求精度は極めて重要である。しかしながら、当該加工は費用が嵩み、時間を要し且つ実施困難である。

この問題を解決するべく、ＷＯ２００６／０６３１８５では、型に固定した円滑なピンに、予め螺条付けしたインサートを摺動載置し、型上にファイバー片あるいはファイバー粉を配置し及び硬化させることで当該インサートを組み込んでいる。しかしながら、この既知の方法では製品における配置上の正確さは保証されず、しかも尚、製品の離型軸と完全に平行な軸上に配置した孔を有するインサートのみが組み込み可能であり、そうでないインサートは抜き取り不可能である。

ＷＯ２００６／０６３１８５のインサートはその一端に、螺条付きの孔と同中心の無螺条の円筒状キャビティを含み、他端には、前記円筒状キャビティを含む端部を貫いてインサートの螺条孔にネジを螺入した際における製品へのインサート貫入を防止する周囲方向峰部を含む。しかしながらインサートは、例えば、ネジの螺入中に過剰圧力が印加された場合に当該インサート及び製品の各外側面どうしが接触することによってのみ、その逆方向貫入が防止される。

ＦＲ２６６４５２９には、円滑なピンに摺動載置した、周囲方向峰部を有する他の螺条付きインサートが開示され、前記ピンが、型の螺条孔に螺入する螺条付きの一端と、インサートをピン上に維持するワッシャを設けた他端とを有している。当該既知のピンはプロセス終了時に型からネジ戻し得るが、上述したＷＯ２００６／０６３１８５における不都合、詳しくは、型に関するインサートの軸方向及びまたは半径方向の配置が不正確となる不都合がある。

前記技術的問題は、仮に、各ファイバーをグループ分けして型上に積層するプロセス、従って、ＷＯ２００６／０６３１８５における如きファイバー片またはファイバー粉、あるいはＦＲ２６６４５２９における如きボビン状ではない状態下に配置するプロセスで前記既知の各インサートを用いる場合は特にクリティカルなものとなる。

ＷＯ２００６／０６３１８５ ＦＲ２６６４５２９

解決しようとする課題は、前記欠点の無いプロセスを提供することである。当該課題は、その主たる特徴を請求項１９、１８、１、７、９、１１及び１２に夫々記載した方法、型、幾つかの装置及びキット、により解決される。

本発明の方法において、特には、着脱自在の様式下に型に挿入した部分螺条付きのピンを、デジタル制御マシンを用いて型上に容易に形成し得る孔に挿通させることで、予め螺条付けした各インサートを型の極めて正確な位置に配置可能であるのみならず、製品離型以前に各ピンを容易に取り外し得ることで、これらインサートを離型軸と非平行の各軸に沿って配行させることも可能である。各ピンは更に、製品の新規製造のために型内に容易に再挿通させ得る。

本発明の方法によれば、インサートの正確な位置を損なうことなくインサートと型との間にファイバー層を数層配置させ得、かくしてインサートと製品との一致性を良好化させ得る。
各インサートには、各ファイバー層に正確にカップリングさせ得る特定の周囲方向峰部が設けられ、及びまたは、製品が別の製品用の型として使用され得るよう、螺条孔を特定の相補的なプラグで密閉する円筒状キャビティが設けられ、その場合はピンを備える型がマスター型と称される。

各インサートには、螺条孔内に挿通され、また使用による損耗時に交換され、かくして各インサートの螺条を保護し、当該インサートを設ける製品の寿命を延長させ得る特定のブッシングが更に設けられるが、各ブッシングはそれらの目的上、着脱自在の特定のストッパ手段によりインサート内に保持されることが好ましい。

逆螺条付きの、従って、同一方向への回転のみを要する抜き取り具により、ピンを容易且つ迅速な様式下に機械的にカップリングさせ、次いで取り外し得る。
１本または１本超のピン、インサート及びまたはプラグ、のみならず、好ましくは抜き取り具をも含むキットは、やはり既知のその他プロセスにおいて従来から使用される型またはマスター型を適合させて複合材料製製品を製造する上で特に有益である。

従来の問題を解消する、複合材料製の製品を製造する方法、型、装置及びキット並びに、当該方法及び又は前記各手段により製造した製品が提供される。

図１は、インサートの長手方向断面図である。 図２は、図１のインサートの斜視図である。 図３は、ピンの長手方向断面図である。 図４は、図３のピンの斜視図である。 図５は、抜き取り具の長手方向断面図である。 図６は、図５の抜き取り具の斜視図である。 図７は、プラグの長手方向断面図である。 図８は、図７のプラグの斜視図である。 図９は、プロセスのキットの長手方向断面図である。 図１０は、各方法ステップ中におけるキット、型及び製品の各長手方向断面図である。 図１１は、各方法ステップ中におけるキット、型及び製品の他の各長手方向断面図である。 図１２は、各方法ステップ中におけるキット、型及び製品の他の各長手方向断面図である。 図１３は、各方法ステップ中におけるキット、型及び製品の他の各長手方向断面図である。 図１４は、各方法ステップ中におけるキット、型及び製品の他の各長手方向断面図である。 図１５は、各方法ステップ中におけるキット、型及び製品の他の各長手方向断面図である。

図１及び２を参照するに、複合材用のインサート１が示され、既知の方法で内側螺条３を設けた貫通孔２にして、その直径が前記内側螺条３の第１直径ｄ１より大きいまたは少なくとも等しい、特には等しい貫通孔２を含んでいる。インサート１は実質的に円筒形状を有し、その外壁は第２直径ｄ２と、少なくとも１つの周囲方向峰部４、５、６とを有する。インサート１の外壁は、もしあれば汚染物を除去し、次いで清浄化するために特にはサンドブラスト処理することが好ましい。第１の周囲方向峰部４はその外側輪郭が多角形、詳しくは六角形であり、インサート１の第１端１ａ、詳しくは、複合材料製製品へのインサート１の挿入時に外側からアクセス可能である端部の周囲に配置される。第２の周囲方向峰部５は、インサート１の前記第１端部１ａとは反対側の第２端部１ｂの周囲に配置され、その直径は第１の周囲方向峰部４より小さい、即ち、当該第２の周囲方向峰部５の外側輪郭は第１の周囲方向峰部４の外側輪郭内に収まる。当該状況は図１及び２に明瞭に示される。第３の周囲方向峰部６は実質的に第２の周囲方向峰部５と同一であり、インサート１の２つの端部１ａ及び１ｂ間、即ち、第１の周囲方向峰部４と第２の周囲方向峰部５との間に配置される。貫通孔２の端部は、貫通孔２と同中心で且つ貫通孔２の内側螺条３の第１直径ｄ１より大きいまたは等しい第３直径ｄ３を有する、無螺条の円筒状キャビティ７に導入される。当該円筒状キャビティ７は結局、インサート１の第２端部１ｂ、即ち、第１の周囲方向峰部４とは反対側の端部まで伸延される。

図３及び４を参照するに、本発明に従うピン８が示され、鈍化、詳しくは丸み付けした先端部９と、インサート１の内側螺条３の第１直径ｄ１と実質的に同一径の外側螺条部１０とを含んでいる。当該外側螺条部１０はピン８の一部のみに形成され、残余部分は無螺条とされ且つ前記内側螺条３の第１直径ｄ１より小さい第４直径ｄ４を有する。ピン８の、前記無螺条部分８ａとは反対側の端部には、当該ピン８をその長手方向軸の周囲で回転させるための第１連結部１１が設けられる。本実施例では当該第１連結部１１は第５直径ｄ５を有し且つ前記外側螺条部１０とは逆向きの内側螺条部１２を有する同中心孔を有するのが好ましいが、他の実施例では第１の連結部１１は、例えば、四角形、八角形、または十字型の断面を有するものを含み得る。

図５及び６を参照するに、その一端部に第２の連結部１４を設けたステムを含む本発明に従う抜き取り具１３が示され、前記第２の連結部１４は、ピン８の第１の連結部１１と相補的な、詳しくは、ピン８の内側螺条部１２と同一方向で且つ第５直径ｄ５と実質的に直径の等しい外側螺条部を有している。抜き取り具１３はその他端部に、当該抜き取り具１３をその長手方向軸の周囲で回転可能とする回転手段１５、例えば刻み付けした円筒状ヘッドを含む。回転手段１５は機械的及びまたは電気的な、例えば、ドリルまたは電動ドライバーにおける相補的な先端部と連結する賦形ヘッドをも含み得る。

図７及び８を参照するに、本発明に従うプラグ１７が示され、インサート１の円筒状キャビティ７の第３直径ｄ３と実質的に等しい直径を有する円筒状胴部を含んでいる。当該円筒状胴部の外壁に形成した周囲方向溝には少なくとも１つの環状ガスケット１８が配置され、前記外壁は、当該外壁と同中心の螺条を形成したステム１９にして、当該円筒状胴部をインサート１の円筒状キャビティ７内に配置した状態でプラグ１７をインサート１に螺入させ得るよう、その直径がインサート１の内側螺条部３の第１直径ｄ１と実質的に等しい、即ち、円筒状胴部の第３直径ｄ３より小さいまたは等しいステムに連結される。プラグ１７は螺条付きのステム１９とは反対側のヘッド２０をも有し、当該ヘッド２０は、前記螺条付きのステム１９を、例えば工具で、ヘッド２０がインサートの第２の端部１ｂに接触するまで回転させ得るよう、多角形、詳しくは六角形の輪郭を有する賦形部分２１、例えば柱状の座部を有する。賦形部分２１は、抜き取り具１３の回転手段１５における如く、刻み付けした円筒状ヘッドとしても構成され得る。

図９を参照するに、本発明の方法の第１の操作ステップにおいて、ピン８に取り外し用構造体を被せ、型２３に形成した孔２２に挿入する。孔２２はピン８の無螺条部分８ａと実質的に同一の第４直径ｄ４を有し、かくして、ピン８の外側螺条部１０が型２３から突出する。
図１０を参照するに、第２の操作ステップにおいて、ファイバー、詳しくはカーボンファイバーからなる１つまたは１つ超の第１層２４を型２３上に配置する。各第１層２４には、ピン８をその内部に配置し得るようピン８の外側螺条部１０の第１直径ｄ１と実質的に等しい直径を有する少なくとも１つの孔が設けられる。

図１１を参照するに、第３の操作ステップにおいて、インサート１を、その第１の周囲方向峰部４が第１層２４と接触しない状況下にピン８の外側螺条部１０に螺装する。他の実施例ではインサート１は、当該インサート１が型２３に接触するよう、型２３上に第１層２４を配置せずにピン８に螺装する。インサート１は前記第１の周囲方向峰部４の多角形表面に連結したツールにより回転され得る。
図１２を参照するに、第４の操作ステップにおいて、ファイバー、詳しくはカーボンファイバーの１つまたは１つ超の第２の層２５を第１層２４上に積層させ、または、第１層２４がない場合は型２３上に直接配置させる。第２層２５には、インサート１をその内部に配置し得るよう、インサートの第２直径ｄ２と実質的に等しい直径を有する少なくとも１つの開口が設けられる。第２層２５の幾つかには、第１の周囲方向峰部４の外側輪郭に適合させるための大型開口を設け得る。第２の層２５は、第３の周囲方向峰部６に達するまで相互に重ねて配置される。第１及び第２の各層２４及び２５は、それらの積層時に各周囲方向峰部４、５及びまたは６を乗り越えるべく、インサート１に若干押し込まれる。

図１３を参照するに、第５の操作ステップにおいて、型２３を閉鎖し、第１及び第２の層２４及び２５に樹脂を含浸させ、次いで硬化させ、かくして型２３の開放後、インサート１及び第１及び第２の層２４及び２５を組み込んだ複合材からなる製品２６を形成する。次いでピン８をインサートからねじ戻し、引き抜き具１３を回転させることで型２３の孔２２から取り外す。当該取り外し中、抜き取り具１３の第２の連結部１４がピン８の第１の連結部１１と機械的にカップリングされる。ピン８はインサート１からも取り外されることが好ましい。第１及び第２の層２４及び２５は、乾燥され、即ち、樹脂含有量が１０％より少量であり得、あるいは樹脂が予め含浸され得、その場合は製品２６の製造用の樹脂が型２３には射出されない。

図１４を参照するに、型２３から製品２６を離型させるに先立ち、製品２６に、インサート１の貫通孔に相当する位置で孔２７とは反対側に形成した第２の端部１ｂ内に、工具２８を用いてプラグ１７を螺入させることでインサート１を密閉し得る。
図１５を参照するに、ブッシング２９をインサート１の貫通孔２に螺入する。当該目的上、ブッシング２９にはインサート１の内側螺条部３の第１直径ｄ１と実質的に等しい直径を有する外側螺条部が設けられる。ブッシング２９は前記第１直径ｄ１より小さい第６直径ｄ６を有する内側螺条部を設けた貫通孔３０を含む。貫通孔２には、ブッシング２９をインサート１内に維持する着脱自在のストッパ手段が配置される。詳しくは、前記着脱自在のストッパ手段は、ブッシング２９の、インサート１の第２端部１ｂからの抜けを防止するプラグ１７のみならず、ブッシング２９の、インサート１の第１端部１ａからの飛び出しを防止するための、前記貫通孔内に形成し得る円形座部内に着脱自在の様式下に弾発係合する保持リング３２を含む。ブッシング２９は、プラグ１７を螺入する以前にインサート１の貫通孔２に螺入させ得るが、その場合はブッシングをインサート１の第２端部１ｂにも挿通させ得る。
以上、本発明を実施例を参照して説明したが、本発明の内で種々の変更をなし得ることを理解されたい。

１ インサート
１ａ 第１端部
１ｂ 第２端部
２ 貫通孔
３ 内側螺条部
４ 周囲方向峰部
６ 周囲方向峰部
７ 円筒状キャビティ
８ ピン
８ａ 無螺条部分
９ 先端部
１０ 外側螺条部
１１ 第１連結部
１２ 内側螺条部
１３ 抜き取り具
１４ 連結部
１５ 回転手段
１７ プラグ
１８ 環状ガスケット
１９ ステム
２０ ヘッド
２１ 賦形部分
２２ 孔
２３ 型
２４ 第１層
２５ 第２層
２６ 製品
２７ 孔
２８ 工具
２９ ブッシング
３０ 貫通孔
３２ 保持リング

Claims (16)

1. 型（２３）の孔（２２）に挿入するために好適な無螺条部分（８ａ）と、外側螺条部（１０）を有する部分とを含むピン（８）であって、前記無螺条部分（８ａ）の直径（ｄ４）が前記外側螺条部（１０）の直径（ｄ１）より小さく、前記ピン（８）の、前記無螺条部分（８ａ）とは反対側の端部には、前記ピン（８）をその長手方向軸の周囲で回転させるための連結部材（１１）を設け、前記連結部材（１１）が、前記外側螺条部（１０）とは逆方向の内側螺条部（１２）を設け且つ同中心の孔であるピン。
2. 内側螺条部（３）を設けた貫通孔（２）及び、請求項１に記載の少なくとも１つのピン（８）を含む少なくとも１つのインサート（１）を含む複合材料用のキットであって、前記ピン（８）を前記インサート（１）の内側螺条部（３）に螺入し得るキット。
3. 前記インサート（１）が、内側螺条部（３）を設けた貫通孔（２）を含み、前記貫通孔（２）が前記内側螺条部（３）の直径（ｄ１）より大きい又は少なくとも等しい直径を有し、前記貫通孔（２）の一端部が、前記貫通孔（２）と同中心の無螺条の円筒状キャビティ（７）に導入され、前記円筒状キャビティ（７）が、前記貫通孔（２）の内側螺条部（３）の直径（ｄ１）より大きいあるいは等しい直径（ｄ３）を有し、前記円筒状キャビティ（７）は次いで前記インサート（１）の一端部（１ｂ）に導入され、前記インサート（１）の外壁が、少なくとも１つの第１の周囲方向峰部（４）を有し、少なくとも１つのその他の周囲方向峰部（５、６）が前記インサート（１）の２つの端部（１ａ、１ｂ）間及び又は前記円筒状キャビティ（７）と共に前記インサート（１）の端部（１ｂ）の周囲に形成される請求項２に記載のキット。
4. 前記ピン（８）用の抜き取り具（１３）をも含み、前記抜き取り具（１３）は、ステムにして、前記ピン（８）の連結部材（１１）に相補的な連結部材（１４）をその一端に含み、他端には前記抜き取り具（１３）をその長手方向軸を中心として回転させる回転手段（１５）を含むステムを含む請求項２に記載のキット。
5. 前記抜き取り具（１３）の連結部材（１４）が外側螺条部を含み、前記外側螺条部が、前記ピン（８）の内側螺条部（１２）と同一方向で且つ前記内側螺条部（１２）の直径（ｄ５）と実質的に等しい直径を有する請求項４に記載のキット。
6. プラグ（１７）をも含み、前記プラグ（１７）をインサート（１）の内側螺条部（３）に螺入し得る請求項２に記載のキット。
7. 前記プラグ（１７）が円筒状胴部を含み、前記円筒状胴部の外壁に形成した周囲方向溝に少なくとも１つの環状ガスケット（１８）が配置され、前記円筒状胴部の一端部が、前記円筒状胴部の直径（ｄ３）より小さい又は等しい直径（ｄ１）を有する同中心の螺条を形成したステム（１９）に連結され、前記円筒状胴部の他端部が、前記螺条を形成したステム（１９）を回転させるための賦形部分（２１）を設けたヘッド（２０）を含む請求項６に記載のキット。
8. 請求項１に記載のピン（８）を少なくとも１本含む複合材料用の型（２３）であって、前記ピン（８）が、型（２３）に形成した孔（２２）に着脱自在の様式下に部分的に挿入される型。
9. 複合材料製の製品（２６）の製造方法であって、
   型（２３）に着脱自在の様式下に部分的に挿入した、請求項１に記載の少なくとも１本のピン（８）の外側螺条部（１０）に、螺条付き孔（２）を設けた少なくとも１つのインサート（１）を螺装するステップ、
   インサート（１）をその内部に配置する少なくとも１つの開口を設けた１つ又は１つ超のファイバー層（２５）を型（２３）上に配置するステップ、
   前記型（２３）上に配置したファイバー層（２５）と共に樹脂を硬化させ、かくしてインサート（１）及び前記ファイバー層（２５）とを組み込んだ複合材料からなる製品（２６）を入手するステップ、
   インサート（１）内でピン（８）を回転し、型（２３）からピン（８）を取り外すステップ、
   を含む方法。
10. 前記ピン（８）が、回転する間にインサート（１）からも取り外される請求項９に記載の方法。
11. 前記ピン（８）を配置する少なくとも１つの孔を設けた１つ又は１つ超のファイバー層（２４）を、前記インサート（１）を前記ピン（８）に螺入する以前に前記型（２３）上に配置する請求項９に記載の方法。
12. 前記インサート（１）が、前記ピン（８）を前記インサート（１）から取り外した後にプラグ（１７）により密閉される請求項１０に記載の方法。
13. 前記プラグ（１７）が円筒状胴部を含み、前記円筒状胴部の外壁に形成した周囲方向溝に少なくとも１つの環状ガスケット（１８）が配置され、前記円筒状胴部の一端部が、前記円筒状胴部の直径（ｄ３）より小さい又は等しい直径（ｄ１）を有する同中心の螺条を形成したステム（１９）に連結され、前記円筒状胴部の他端部が、前記螺条を形成したステム（１９）を回転させるための賦形部分（２１）を設けたヘッド（２０）を含む請求項１２に記載の方法。
14. 前記ピン（８）をインサート（１）から取り外した後、外側螺条部と、内側螺条部を設けた貫通孔（３０）とを含むブッシング（２９）を前記インサート（１）の螺条付き孔（２）に螺入させる請求項１０に記載の方法。
15. 前記インサート（１）内にブッシング（２９）を維持させるための、着脱自在のストッパ手段（１７、３２）を前記貫通孔（２）に配置する請求項１４に記載の方法。
16. 前記着脱自在のストッパ手段（１７、３２）が、前記貫通孔（２）内に形成した円形の座部内に挿入された保持用リング（３２）を含む請求項１５に記載の方法。

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