JP6702936B2 - タイヤ金型のための部品、特にライニングブレードの粉体ベースの付加製造工程 - Google Patents

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、主に粉体貯蔵手段と、製造プレート上に粉体を層として広げることができる分配手段とを含む。このようなレイヤリング装置のさらなる詳細については、例えば国際公開第２０１３／１７８８２５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。

一般に、ライニングブレードなどの小型要素の製造は、その長さが製造プレートと実質的に平行になるように製造プレート上で水平に行われる。従って、この製造法は水平型製造と呼ばれる。この方法では、ブレードの高さが高くなりすぎるのを避け、従って製造時間を短縮することができる。

欧州特許第１７５８７４３号 米国特許出願公開第２００２／０１３９１６４号 国際公開第２０１３／１７８８２５号 仏国特許出願公開第２９６１７４１号 国際公開第２０１０／０３０２７６号

しかしながら、このようなタイプの製造では、寸法及び幾何学的特徴の不適合という問題に直面することがある。実際に、ブレードは、アンダーカットゾーンと呼ばれるゾーン、すなわちブレードの壁部が非固化粉体ゾーンの上方に突出するゾーンを生じる起伏又は嵩張り部分を有することがある。このような嵩張り部分は、例えば仏国特許出願公開第２９６１７４１号及び国際公開第２０１０／０３０２７６号に記載されているブレード上に形成される。これらのブレードのアンダーカットゾーンでは、変形、並びに亀裂及び特に高い荒れが生じる恐れがある応力集中現象が観察される。さらに、このようなアンダーカットゾーンに起因して、製造できないブレード形状もある。

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、例えば起伏及び／又は嵩張り部分及び／又はアンダーカット部分を有する複雑な形状の部品の満足できる製造を保障できる、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、この工程が、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に関する。部品は、２つの対向する前面を有する本体と、本体の一端において前記本体の長さと平行に延びて少なくとも前記前面の一方に対して突出する一体型のヘッド部とを含む。

この工程は、
− ａ）作業面に沿って並進移動できる粉体分配手段を含むレイヤリング装置を用いて、前記作業面上に少なくとも１つの粉体層を堆積させるステップと、
− ｂ）前記堆積した層を、エネルギービームを用いて少なくとも部分的に溶融させるステップと、
− ｃ）溶融した溶融層を積み重ねることによって部品を形成するために、ステップａ）及びｂ）を繰り返すステップと、
を含む。前記装置の分配手段は、部品の各溶融層の長さの方向に対して実質的に平行な方向に移動することができる。ステップａ）及びｂ）は、前記部品の長さが溶融層の積層方向に対して実質的に平行な方向に沿って延び、部品のヘッド部が作業面に対して実質的に垂直に配向されるように部品を形成するために繰り返される。

「長さ」という用語は、ここでは部品の最も大きなサイズの方向の寸法を意味すると理解される。

分配手段の変位方向に対する溶融層の配向は、これらの手段によって加わる力の影響下で積層が変形することにより、応力集中及び微小クラックの出現を引き起こす恐れがあるリスクを低減することができる。

また、この垂直型製造では、必要な寸法特徴、幾何学的特徴及び表面仕上げ特徴に適合する複雑な形状の部品の取得が促される。嵩張る部分を含む部品では、嵩張る部分が作業面に対して垂直に配向され、嵩張る部分が作業面に接続されていると仮定した場合、溶融ステップ中の熱拡散によって部品に生じる内部応力によって引き起こされる変形、さらには微小クラックが減衰される。作業面と垂直に配向されたアンダーカット部分を含む部品では、アンダーカット部が非溶融粉体層上に乗って部品に荒さを生じる水平型製造とは異なり、荒れが高くない。

複数の部品を同時に形成するように、作業面の異なるゾーンに複数の溶融層のスタックが形成される。これらの部品は、レイヤリング装置の分配手段の変位方向に対して横方向に位置する列、及び前記方向に対して平行に位置する行から成るマトリクスとして作業面上に配置することができる。

レイヤリング装置の分配手段は、複数の溶融層のスタックによって共有することができる。

１つの実施形態では、各列及び各行の部品が互いに整列する。或いは、１つの列の各部品は、この列の直接隣接する部品に対して分配手段の変位方向に沿ってオフセットされる。

部品の長さは、層の積層方向との間に−２０°〜＋２０°の角度を形成する方向に沿って延びることが有利である。

１つの好ましい実施形態では、部品が、レイヤリング装置の分配手段が、その変位中に、最初に前記部品の本体に当接し、次にヘッド部に当接するように配向される。

１つの実施形態では、レイヤリング装置の分配手段が、少なくとも１つのローラを含む。ローラの軸は、部品の各溶融層の長さの方向に対して実質的に垂直に配向されることが好ましい。この部品は、全体的に矩形形状を有することができる。

添付図面を参照しながら、単なる非限定的な例として示す以下の詳細な説明を読めば、他の目的、特徴及び利点が明らかになるであろう。

第１の実装例による、レーザー焼結によるブレードの製造工程を部分的に示す概略斜視図である。 図１の２つのブレードの詳細図である。 工程の第２の実装例による２つのブレードの詳細図である。 工程の第３の実装例による２つのブレードの詳細図である。

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。プレート１２は、ブレード１０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は、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、長さＬ１０及び幅ｌ１０の実質的に矩形の全体形状を有する。ブレードの長さＬ１０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。ブレード１０は、作業面１２ａに交差する長手方向に延びる。

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１４、１６と、これらの前面の範囲を定める２つの対向する側端面（符番せず）とを含む。前面１４、１６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１４、１６が実質的に平らである。

ヘッド部１０ｂは、本体１０ａの一端を引き延ばし、本体の長さと平行に延びる。ヘッド部１０ｂは、本体の端面の１つを引き延ばす。ヘッド部１０ｂは、本体１０ａの両側において横方向に突出する。ヘッド部１０ｂは、主面１４、１６に対して突出する。ヘッド部１０ｂは、本体１０ａよりも嵩張る部分を有する。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。具体的には、本体１０ａの下部は、タイヤを加硫する金型のセクタ内に係止されるように意図されるのに対し、本体１０ａの上部及びヘッド部１０ｂは、タイヤのトレッド部にパターンを成形する金型のセクタの成形面の上方に突出するように意図される。

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。

製造プレートの作業面１２ａに対する粉体層の適用を可能にする手段は、全て「レイヤリング装置」と呼ばれる。レイヤリング装置は、作業面１２ａにわたって粉体を分配するローラ１８を含む。ローラ１８の役割は、作業面１２ａにわたって粉体を薄く分配することである。ローラ１８は、回転軸１８ａを含み、この軸を中心に回転移動することができる。各ブレード１０は、分配手段のローラの軸１８ａに対して垂直に配向される。

レイヤリング装置は、ローラに供給する粉体を貯蔵する手段を含むこともできる。装置は、ローラ１８と組み合わせて、又はローラ１８の代用として、例えばスクレーパなどの別の分配手段を含むこともできる。装置は、分配する粉体の厚みをさらに均一にするために、分配手段を含む移動式圧縮ローラを含むこともできる。

この製造プレート１２上に第１の層を堆積させるステップ中、レイヤリング装置の分配手段は、作業面１２ａに沿って、２０で参照する矢印によって概略的に示す供給方向又は変位方向に並進移動することができる。分配手段は、プレートの作業面１２ａと実質的に平行に変位する。

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。ブレード１０を製造すべき製造プレート１２の各ゾーンにおいて製造するブレード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。

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。レイヤリング装置の分配手段は、製造されるブレードの各溶融区分の最も大きな寸法の方向に実質的に平行に変位する。次に、第２の層の選択的溶融を実行する。層の積層によってブレード１０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。

上述したように、製造された各ブレード１０の長さＬ１０は、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の製造は、垂直タイプである。長さＬ１０は、積層方向に対して実質的に平行に延びる。製造されたブレードの長さは、積層方向との間に−２０°〜＋２０°の角度を形成する方向に沿って延びることができる。ブレードの本体１０ａの長さは、プレートの作業面１２ａから実質的に垂直に延びる。ブレードのヘッド部１０ｂは、プレートの作業面１２ａから実質的に垂直に延びる。前面１４、１６に対して突出するヘッド部１０ｂは、作業面１２ａに対して実質的に垂直に延びる。従って、ブレード１０には、アンダーカットゾーン、すなわちブレード３０の一部が非固化粉体ゾーンの上方に突出するゾーンが存在しない。

レイヤリング装置の分配手段の変位方向２０は、形成された各ブレード１０の幅ｌ１０に対して実質的に平行である。変位方向２０は、各ブレード１０の最も大きな断面寸法の方向に対して実質的に平行である。ブレード１０にとっては、変位方向２０が、スタックの各溶融層の長さと平行である。

レイヤリング装置の分配手段の変位方向２０に対する各ブレード１０の製造のための溶融層の配向により、各層にわたるこれらの手段の通過中に、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、特に屈曲による変形のリスクが制限される。さらに、このブレードの垂直型製造では、この配向が、分配手段によって加わる力を良好に吸収することができる。この種の製造では、必要な寸法特徴、幾何学的特徴及び表面仕上げ特徴に適合する複雑な形状の部品の取得が促される。

従って、ブレード１０の大部分について、ブレードと一体に形成される過剰肉厚部の形の補強体の形成を行う必要がない。例えば、このようなブレードでは、３０ｍｍ以上のブレード長及び約０．４ｍｍの厚み、或いは上端部と下端部との間のオフセットが５ｍｍを上回る湾曲ブレードのみに横方向補強体を提供すればよい。

さらに、各ブレード１０は、レイヤリング装置の分配手段が方向２０における変位中に最初に本体１０ａに当接した後にヘッド部１０ｂに当接するように配向される。

これにより、レイヤリング装置のローラと製造されるブレード１０との間の摩擦を徐々に高めることができる。具体的には、最初にローラがブレードのヘッド部１０ｂ上を通過し、その後にブレードの本体１０ａ上を通過した場合、ローラは、突然に高摩擦を受けることにより、製造されるブレード１０を損傷し、任意にローラが妨害され、従って機械の停止を引き起こす恐れがある。

図１に示すように、製造後、ブレード１０は、レイヤリング装置の分配手段の変位方向２０と平行に横方向にそれぞれ位置する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。図示の例示的な実施形態では、各列及び各行のブレード１０が、互いに整列するように製造される。変形例としては、１つの列又は各列につき、各ブレードが直接隣接するブレードに対して分配手段の変位方向にオフセットされるようにブレード１０の製造を行うこともできる。このような配置では、ローラに接触する最初のブレードに分配手段の過剰な摩擦が加わった場合に、製造されるブレードの劣化を避けることができる。製造後、ブレードは、例えばワイヤ放電加工機よる切断によって製造プレートから分離される。

図示の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、ヘッド部１０ｂの形状がこれらのブレードの成形部分を構成すると仮定すると、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。

変形例としては、例えば図３に示すような波型ヘッド部１０ｂなどの他の形状を有するヘッド部１０ｂをそれぞれ含むブレード１０を製造することもできる。ヘッド部１０ｂは、図示の第１の例示的な実施形態に類似する形で、本体１０ａの両側において横方向に突出する。ヘッド部１０ｂは、主面１４、１６に対して突出する。

別の変形例では、図４に示すように、本体１０ａに対して傾斜したヘッド部１０ｂをそれぞれ含むブレード１０を製造することもできる。この例示的な実施形態では、ヘッド部１０ｂが、主面１６に対してのみ突出する。ブレードのヘッド部１０ｂの設計は、トレッド部に形成すべきパターンのタイプに応じて決定される。各ヘッド部１０ｂは、少なくとも１つのアンダーカット形状及び／又は本体１０ａよりも嵩張る１つの形状を示すことができる。

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あらゆる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
１８ ローラ
１８ａ 回転軸
２０ 変位方向

Claims (10)

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、前記部品は、２つの対向する前面を有する本体と、前記本体の一端において前記本体の長さと平行に延びて少なくとも前記前面の一方に対して突出する一体型のヘッド部とを含み、前記方法は、
   − ａ）作業面に沿って並進移動できる粉体分配手段を含むレイヤリング装置を用いて、前記作業面上に少なくとも１つの粉体層を堆積させるステップと、
   − ｂ）前記堆積した層を、前記エネルギービームを用いて少なくとも部分的に溶融させるステップと、
   − ｃ）溶融した溶融層を積み重ねることによって前記部品を形成するために、前記ステップａ）及びｂ）を繰り返すステップと、
   を含み、
   − 前記装置の前記分配手段は、前記部品の各溶融層の長さの方向に対して実質的に平行な方向に移動することができ、
   − 前記ステップａ）及びｂ）は、前記部品の長さが前記溶融層の積層方向に対して実質的に平行な方向に沿って延び、前記部品の前記ヘッド部が前記作業面に対して実質的に垂直に配向されるように前記部品を形成するために繰り返され、
   − 前記部品は、前記レイヤリング装置の前記分配手段が、その変位中に、最初に前記部品の前記本体に当接し、次に前記ヘッド部に当接するように配向される、
   ことを特徴とする方法。
2. 複数の部品を同時に形成するように、前記作業面の異なるゾーンに複数の溶融層のスタックが形成される、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記複数の部品は、前記レイヤリング装置の前記分配手段の変位方向に対して横方向に位置する列、及び前記変位方向に対して平行に位置する行から成るマトリクスとして前記作業面上に配置される、
   請求項２に記載の方法。
4. 前記レイヤリング装置の前記分配手段は、前記複数の溶融層のスタックによって共有される、
   請求項２又は３に記載の方法。
5. 各列及び各行の前記部品は、互いに整列する、
   請求項３又は４に記載の方法。
6. １つの列の各部品は、該列の直接隣接する部品に対して前記分配手段の前記変位方向に沿ってオフセットされる、
   請求項３に記載の方法。
7. 前記部品の前記長さは、前記層の前記積層方向との間に−２０°〜＋２０°の角度を形成する方向に沿って延びる、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記レイヤリング装置の前記分配手段は、少なくとも１つのローラを含む、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記ローラの軸は、前記部品の各溶融層の長さの方向に対して実質的に垂直に配向される、
   請求項８に記載の方法。
10. 前記部品は、全体的に矩形形状を有する、
    請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。

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