JPH06503767A - 先端複合構造とその製品を準備するためのプロセス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 先端複合構造とその製品を準備するためのプロセス発明の分野 本発明は、先端複合構造を成形するためのプロセスに関する。さらに具体的には 、本発明は、整形外科インブラントとして使用されるものをその製品に関する。

発明の背景 高性能構造の設計者は、先端繊維強化有機マトリックス複合材料により、金属と 比較した時、耐環境腐食性とともに、強度対重量と剛性対重量における大きな利 点を得ている。また、負荷を保持する医療インブラントを含む応用において、繊 維配向、濃度と形式を変化させることにより、複合物の弾性率を調整する能力が 、単一の一様弾性率を特徴とする金属構造と比較して、最適負荷分布を達する際 に非常に有利に使用されている。そのような金属構造は、所与の解剖学的幾何包 膜内に最適の装置剛性を達することを困難にする高い一定弾性率を特徴とする。

　熱硬化性及び熱可塑性ポリマーは、これらの複合系においてマトリックスとし て応用されている。熱可塑性複合物は、熱硬化性系と比較した時、大きな破壊し ん性のために、最近ますます注目されている。さらに、熱可塑性物質は、熱硬化 性物質の反応性硬化処理特性の代わりに、熱処理の利点を設ける。

と圧力の印加により発生するが、熱可塑性溶融物は、通常、数次の等級も非硬化 の熱硬化性物質よりも高い粘度を特徴とする。このため、強化繊維束の含浸は困 難であり、そして機械的性能に有害な残留空隙を除去する合成構造の強化は、し ばしば不完全である。樹脂トランスファー成形を含む熱硬化性物質で有効に使用 される非常に公知の含浸及び強化プロセスは、通常、熱可塑性物質では無効であ る。

高強化可能な熱可塑性マトリックス複合系を作製するための一プロセスとして、 圧縮成形がある。樹脂含浸複合材料のラミネートが、所望の繊維配向において積 層され、閉じた金型に六れられ、−１分に強化された塊を生産するために熱と圧 力を印加される。代替的に、繊維及びマトリックスフィルムの交互層又は強化繊 維とマトリックス繊維の配合束が、樹脂含浸ラミネートに代わりに使用される。

いずれにせよ、このプロセスは、主に、単純形状の構造の生産に制限される。具 体的に、平坦又は単純湾曲形状である。形状の制限のほかに、これらの部品は、 しばしば、使用中層間剥離につながる４辺のカット繊維端の外観を特徴とする。

圧縮成形塊からの整形外科インブラントの如く複雑な形状の形成は、付加的な自 由繊維端のいっそうの露呈につながる付加機械加工作業を必要とする。

米国特許第４．８９２．５５２号は、圧縮成形によって作製された複合ブロック 自体を機械加工することによる複合整形外科装置の生産を記載する。また、ヨー ロッパ特許公開第０　２７７　７２７号は、圧縮成形により作製されたブロック からの複合整形外科装置の生産を記載する。

この参照のプロテーゼは、積み重ねられ、圧縮成形された連続フィラメント繊維 のプライから形成される。後者の場合に、成形ブロックは、単純に湾曲されるが 、繊維端は、縁においてなお露呈される。さらに、完成装置は、付加機械加工等 によってのみ獲得される。本発明により生産された物品は、金型自体の内に完成 部品として形成される。

有効曲率及び／又は複雑な形状の複合構造の生産へのより好ましいアプローチは 、線巻きと編組の如（準網状繊維配置プロセスを含む。これらのプロセスは、閉 輪郭を含む部品を生産することができ、こうして、自由繊維端と層間剥離の潜在 箇所を最小にする。さらに、これらのプロセスは、構造内の可変繊維配向の組み 込みと両立性があり、その結果、局所剛性と強度が、応用の機械的な必要条件に 調整される。さらに、これらのプロセスは、容易に機械化及びコンピユータ化さ れ、高効率と低費用での生産のために適切にする。

熱可塑性複合物の現場強化が、マトリックスを予備含浸されたトウを補強する配 置中、熱及び繊維張力の印加による線巻きと編組中に立証された。例えば、Ｍ、 Ｗ、ＥｇｅｒｔｏｎとＭ、Ｂ、Ｇｒｕｂｅｒの「現場強化による経済性と特性を 立証する熱可塑性線巻き（Ｔｈ　ｅ　ｒｍｏ　ｐＩａｓｔｉｃ　Ｆｉｌａｍｅｎ ｔ　Ｗｉｎｄｉｎｇ　Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｎｇ　Ｅｃｏｎｏｍｉｅｓ　ａｎ ｄ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　Ｖｉａ　Ｉｎ−３ｉｔｕ　Ｃｏ−ｎ５ｏｌｉｄａｔ ｉｏｎ）Ｊ、第３３回国際サンプルシンポジウムの議事録、１９８８、ｐｐ、３ ５−４６を参照せよ。それにも拘わらず、そのようなプロセスでの経験により、 いっそうの強化がしばしば望ましいことが示唆される。複合トウと前巻き又は編 組塊の間の界面において完全に融合したとしても、前トウ製造プロセスにおける 不完全な強化の結果として、空隙は、なお構造において存在する。さらに、空隙 は、トウ破壊を含む巻き又は編組プロセスにおける不調の結果として、巻き又は 編組部分に残る。いっそうの強化はまた、構造の表面特性を改良するために望ま しい。巻き又は編組部分は、一般に、使用において有害な非制御表面トポロジー を特徴とする。例えば、精密寸法の表面は、隣接部分又は精密輪郭の表面への構 造の接合を可能にするために必要であり、そして平滑性は、航空機分野において 受容可能な空力学性能を達成するために必要とされる。

一般に、線巻き又は編組構造のいっそうの強化は、従来の圧縮又はオートクレー ブ成形によって達せられる。輪郭付き巻き又は編組構造の外側へ加圧すると、構 造が中空コアを有したならば、複合物は崩壌される。

コアが、例えば、剛性マンドレルにより満たされるならば、従来の圧縮又はオー トクレーブ成形は、繊維束が合成圧縮応力で座屈するために、複合物を激しく歪 曲させる。

準網状線巻き又は編組構造の強化へのより好ましいアプローチは、構造のコアを 加圧し、その空洞が所望の完成形状の輪郭に従い、受容可能な表面平滑性を有す る剛性金型に対して複合塊を膨張させることを含む。

このようにして、複合物を含む補強繊維は、圧縮応力よりも引張り応力を受け、 歪曲は発生しない。除去されるマンドレル上で巻き又は編組された後、巻き又は 編組構造は、通常、強化圧力が印加される中空コアを、有する。構造のコアにお ける加圧へのいろいろなアプローチが、報告された。−アプローチにおいて、エ ラストマーブラダ−が、複合物のコアに据え付けられ、そしてブラダ−は、ガス で加圧される。別のアプローチにおいて、高熱膨Ｕ数（ＣＴＥ）の材料が、コア に置かれる。システムが複合マトリラグ共が流体になる温度に加熱される時、高 ＣＴＥ材料は、周囲の複合物よりも膨張し、こうして、複合物を金型表面に対し て押し付ける。

上記の内部加圧への両アプローチにおいて、ブラダ−又は高ＣＴＥ材料を含む異 物が、使用される。これらの材料は、複合マトリックスが流体で、許容低粘度を 有する温度に等しい非常に高温において、許容性能を有さなければならないため に、これは、これらのプロセスの応用性に大きな制限を課する。多（のマトリッ クス材料、例えば、ポリエーテルエーテルケトンに対して、このプロセス温度は ４００℃である。さらに、この異物は、複合構造に浸透し、有害効果を発生させ る。例えば、医療インブラント系において、異物の浸透は、複合系の生物学的適 合性を妥協する。

強化を向上させ、温度制限がなく、かつ異物を導入する必要のない、網状幾何構 成を達成するために、熱可塑性マトリックス、繊維強化複合構造を成形する方法 を設けることが、本発明の目的である。最小空隙形成と精密表面形状及び平滑性 を示す複合整形外科装置を準備する方法を設けることが、本発明のさらに他の目 的である。本発明のプロセスの特徴は、他の処理技術による成形プロセスの適合 性である。ここで記載されたプロセスの利点は、゛特定幾何包膜を収容するため の緊密な公差を有する構造の生産である。これらと他の目的、特徴と利点は、発 明の次の説明を参照して明らかになるであろう。

発明の要約 数段階から成る複合構造を作製する方法が、開示される。最初に、複合プリフォ ームが、金型空洞内の配置のために設けられる。プリフォームは、中空コア部分 と金型空洞よりも小形の外部構成を有する。

プリフォームは、本部品の構成に適切な内部構成を有する空洞に導入される。即 ち、空洞は、完成部品の輪郭に従う。プリフォームのコアへの一つ以上の開口が 、一つ以上のブラダで栓をされ、これらの開口からのポリマー流を防止する。ポ リマーは、プリフォームのコアに導入される。ポリマーは、複合マトリックスを 含むものと同一であるか、又は異なる。熱が、コアにおけるポリマーとともに、 プリフォームに印加され、コアにおけるポリマーを溶融させる。即ち、複合マト リックスとコアポリマーが溶融される。圧力が、プリフォームのコアへの一つ以 上の残りの栓のない開口を介して、プリフォームのコアにおけるポリマーに印加 され、金型空洞の内部構成に対してプリフォームを膨張させ、完成部品を形成す るためにプリフォームを強化させる。完成部品は、コアにおける圧力を維持しな がら冷却され、続いて、金型から除去される。

また、整形外科インブラントのために使用される完成部品を含む、上記のプロセ スによる製造の物品が開示される。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明による網状成形システムの断面図である。

第２図は、複合プリフォームを据え付けた、本発明による網状金型システムの断 面図である。

第２ａ図は、複合プリフォームを据え付け、プリフォームのコアを密封する手段 を備えた、本発明による網状成形システムの断面図である。

第３図は、プリフォームのコアを密封する手段を備えた、本発明による網状成形 システムの断面図である。

第４図は、コアポリマーが射出成形機によって導出かつ加圧された、本発明によ る斜縞成形システムの断面図である。

第５図は、中ＩＫ成部品を生産するように構成された、本発明による網状成形シ ステムの断面図である。

第６図は、ヒップインブラントの部分断面図である。

第７図は、ヒップインブラントシステム用のユニットネック、近位本体及び遠位 ステムを生産するように構成された、本発明による網状成形システムの断面図で ある。

第８図は、遠位ステムが近位本体とユニット化されない、別のヒップインブラン トの断面図である。

第９図は、二叉の複合構造を成形するように構成された、本発明による網状成形 システムの断面図である。

第１０図は、本発明により生産される複合サーモウェルの断面図である。

発明の詳細な説明 第１図を参照すると、網状成形システムが、一般に１０で開示される。

金型本体１１は、プリフォームを収容する金型空洞１２を有する。熱可塑性ポリ マーを予備含浸された補強繊維トウが、ＭｃＣｌｅａｎ　Ａｎｄｅｒｓｏｎ　Ｃ ｏ、製のものの如く線巻き機、又はＷａ　ｒ　ｄｗｅ　ｌ　ＩＣｏ、製のものの 如く編組機を使用して、プリフォームに変換される。

より複雑なプリフォームが、米国特許第４．７５０．９６０号において記載され た如く、ロボットを組み込む繊維配置機を使用して、作製される。すべての場合 に、これらのプリフォーム生成機は、プリフォームを少な（とも部分的に強化さ せるために、予備含浸トウに熱と圧力を印加する手段を組み込む。第２図に示さ れた如く、プリフォーム３０のコア３２は、ポリマーインサート３４を前充填さ れる。プリフォーム３０のコア３２の一方φ端部は、端部ブラダ１３によって栓 をされ、コア３２の端部は、プラグ１３で閉ソールを形成するようにあらかじめ 形状付けられる。プリフォームのコアの他方の端部は、構造２０のポリマー出口 ２６を収容し、再び、コアは、出口２６で閉ンールを形成するようにあらかじめ 形状付けられる。ポリマー貯蔵器２２がまた、ポリマーインサート２８を前充填 される。ポリマーインサート３４と２８は、複合プリフォーム３０のマトリック スを形成するものと同一ポリマーであるか、又はそれらは異なる。しかし、これ らのインサートを具備するポリマーは、溶融され、複合マトリックスが溶融する 温度で安定でなければならない。ポリマーと熱可塑性マトリックスは、好ましく は、ポリアミド、ポリエステル、ポリスルホン、ポリエーテル−エーテル−ケト ン、ポリエーテル−ケトン−ケトン、ポリイミド、テトラフルオロエチレンとペ ルフルオロビニルエーテルのコポリマー、ポリテトラフルオロエチレンとエチレ ンのコポリマーから成るグループから独立に選択される。インサート３４と２８ は、機械加工又は射出成形を含む、多様な技術により、分離段階において生産さ れる。

システムは、複合マトリックスが溶融し、強化を可能にするために十分に低粘度 であるが、急速なポリマー劣化を可能にするほど高くはない適切な温度に加熱さ れる。負荷がピストン２４に印加され、ポリマー２８において圧力を生成し、出 口２６における孔を介してコアポリマー３４に伝達され、そしてさらに、金型表 面に対して放射状に移動する巻かれた又は編組されたプリフォームに伝達される 。ポリマー溶解物は、プリフォームが金型空洞寸法まで膨張する時の容積変化を 収容するために必要とされる如く、貯蔵器２２（加圧前にコア３２内のポリマー を超えるポリマーを含み、ゴ≠へのポリマーの推進を容易にするように随意的に 形状付けられる）からコア３２に出口２６における孔を介して移送される。シス テムは、完成部品における空隙の実質的な除去を保証するために十分な強化温度 と圧力において保持される。それから、部品は、システムにおいて圧力を維持し ながら、マトリックスのガラス転移温度下に冷却される。全組立品は、ガス除去 を高めるために真空室に置かれる。

部品除去を容易にするために、金型本体は、処理中クランプ又はボルト締結され 、冷却と減圧後分解される複数部品を具備する。金型は、電気加熱器を金型本体 に挿入するか、又は熱流体が循環される金型本体において通路を設けることによ り加熱される。さらに、同−又は他の通路が、冷却流体を循環させるために設け られる。

多数のシステムでは、固定プラグ１３は、栓付き開口からのポリマー流を防止す るために十分である。しかし、他の材料システムでは、ポリマー漏れが、端部プ ラグ１３とポリマー出口２６の回りに発生し、こうして、コアの有効な加圧を縮 小させる。密封は、第３図に示された如く、可動端部プラグ１３′をバネ負荷す ることにより高められる。バネ１４は、金型本体１１における空洞１５にあり、 そしてプリフォーム３０のコア３２に収容された可動端部プラグ１３′　に対し て保持される。据え付けにおいて、予負荷が金型空洞１１の軸に沿ってプリフォ ーム３０に課せられる如く、バネ１４が圧縮される。それから、プリフォーム３ ０が加熱及び加圧される時、漏れを生じさせるプリフォーム３０の動作は、バネ １４の作用によって収容され、端部プラグ１３′　をプリフォーム３０で移動さ せ、こうして、シールを維持し、ポリマー漏れを防ぐ。バネ１４によって課せら れた軸負荷は、定置出口２６においてシールを維持する。バネ１４．１）、例え ば、さらバネ座金の如くバネ座金の組立品を具備する。

プラグ１３と出口２６の回りのポリマー漏れは、これらの特徴の形状を第２図と 第３図に描かれたテーパ幾何形状がら第２ａ図に描がれたねじ付き形状に変化さ せることにより縮小される。ねじ付き形状は、曲がりくねった又はラビリンス漏 れ経路を生成し、こうして、漏れを縮小し、コアにおける有効圧力を増大させる ために作用する。

第４図に示された如くプロセスの自動化板は、アクチュエータ駆動ピストンの代 わりに、スクリュー射出成形機４０を使用する。この場合、プリフォーム３０の コア３２は、ポリマーを前充填されずに、代わりに、溶融物が端部プラグ１３” に組み込まれた抽気口１６に現れるまで、可塑化ねじ４１の回転により行われる 成形機からのボンピングによって、出口２６における孔を通って充填される。こ の点において、抽気口は、閉じられ、そして空洞は、ねじ４１の軸方向動作によ って一般に達成される成形機４０の作用によって加圧される。

なお、この点までに記載された如く、プロセスは、部品のコアにポリマーを充填 する。即ち、固体完成構造が生産される。これは、多くの応用において望ましい が、望ましくないものある。第５図は、完成部品において中空コアを維持する金 型構成を示す。端部プラグ１３１は、金型空洞１２に沿って延びて、ポリマー出 口２６における孔のすぐ内側で終端するマンドレル１７を組み込む。マンドレル １７は、その長さに沿って直径が変化するが、常に、プリフォーム３ｏのコア３ ２の直径よりも小さい。動作にム）で、マンドレル１７とコア３２の間に形成さ れた環帯は、全コア３２昨代わりに、ポリマーを充填される。マンドレル１７の 強化と除去の後、完成部品が中空コアを保持する。

本発明は、例示の目的のために使用された第１〜５図に示された単純プリフォー ム及び金型空洞形状に限定されない。整形外科用装置が、ここで開示された装置 によって準備される。本発明を使用して成形される特定形式のより複雑な形状は 、疾病又は損傷大股関節の処置のために整形外科手術において使用されるヒップ インブラントの大腿ステム構成要素である。ヒップインブラントの基本構成要素 は、第６図に示され、一般に５０で描かれる。頚部５１は、遠位ステム５３に取 り付けた近位本体５２に固着される。頚部５１は、人工吸盤カップ５８に回転可 能に係合するポール５６に係合する。しばしば、頚部、近位本体と遠位ステムは 、単一ユニット構成要素として作製される。頚部５１は、ユニット構成要素をポ ール５６に固着するテーバ５４を含む。

第７図は、ヒップインブラントの頚部５１、近位本体５２と遠位ステム５３の組 み合わせ形状を有するプリフォームを強化するように構成された、本発明による 成形システムを描く。前記と同様、このユニットプリフォームは、最初に、補強 繊維束（好ましくは、炭素、黒鉛、ガラス又はセラミック繊維）を熱可塑性マト リックスポリマーで含浸し、それから、ＭｃＣＩｅａｎ　Ａｎｄｅｒｓｏｎ　Ｃ ｏ、製のもツノ如く線巻き機、又はＷａｒｄｗｅｌｌ　Ｃｏ、製のものの如く編 組機を使用して、プリフォーム形状を生成することにより作製される。この形式 の複雑なプリフォームを生成するためには、米国特許第４．７５０．９６０号に おいて記載された如く、ロボットを組み込む繊維配置機が特に有益である。すべ ての場合に、これらのプリフォーム生成機は、プリフォームを少なくと４部分的 に強化するために、予備含浸トウを加熱及び加圧する手段を組み込む。プリフォ ームの中空コア５５は、再び、ポリマーを予備充填され、そして強化プロセスが 、前述の如く完了される。

第８図は、本体５２のユニットでない遠位ステム５３を有する別のヒップインブ ラント構造を示す。特に、ステム５３は、先端複合材料を具備し、頚部５１と本 体５２は、金属から作製される。ステム５３が、第２図、第３図又は第４図に描 かれた如く、本発明の構成によって作製されることは明らかである。

第９図は、二叉を有する形状が成形される、本発明のさらに別の実施態様を示す 。二叉の２つの部品の適正な強化を保証するために、プリフォーム６０は、２つ のコア６２と６２ａを具備し、そして金型は、２つのテーバ端部プラグ１３と１ ３ａを具備する。さらに、金型は、さらに複雑な部品を強化するために、多重ポ リマー加圧ユニットで構成される。

複雑な部品を生産するように構成された本発明による金型は、不可避的に２つ以 上のセグメントにおいて作製され、セグメントは処理中ボルト締結又はクランプ されるが、部品除去を容易にするために冷却と減圧後分解される。

発明は、次の実施例を参照することにより、さらに理解及び認識されるであろう 。

実施例 実施例１ 成形のために適するプリフォームが、ポリスルホンポリマーマトリックスにおい て黒鉛フィラメントを含むトウから生産された。プリフォームは、非直線巻きプ ログラムを使用し、プリフォームを少な（とも部分的に強化するために巻き中加 熱及び加圧するように装備された、ＭｃＣｌｅａｎ−Ａｎｄｅｒｓｏｎ　Ｗ２Ｏ 巻き機において生産された。プリフォームは、第８図に示された遠位ステム構成 ５３に類似した。プリフォームの端部は、成形システムにおける据え付けを可能 にするように機械加工された。即ち、一方の端部は、プリフォームの中空コアが 金型のテーバ端部プラグを摩擦収容することができるように機械加工され、そし て他方の端部は、ポリマー出口をポリマー加圧ユニットから摩擦収容するように 機械加圧された。しかし、プリフォームの外面は、巻き状態のままにされた。

ポリスルホンインサートは、プリフォームのコアとポリマー加圧ユニットの貯蔵 器に嵌合うように機械加工された。プリフォームは、金型に挿入された。わずか 、０５”のギャップが、プリフォームの外側輪郭と金型空洞の内壁の間に存在し た。システムは、２００ポンド／平方インチの圧力がプリフォームのコアに伝達 される如く加圧ユニットピストンに負荷を維持しながら、金型本体に設置された 空洞に挿入された電気加熱器を使用して、３６０℃に加熱された。システムが３ ６０℃に達した時、ピストン負荷は、プリフォームのコアにおいて１０００ボン ド／平方インチの圧力を与えるために増大された。温度と圧力は、１０分間保持 され、この時点において、金型は、金型本体に機械加工された通路に冷水を導入 することにより、急速に焼入れされた。冷却後、金型は、開かれ、完成部品が除 去された。

部品におけるプロセスの効果は、劇的であった。金型と部品の間のギャップは、 除去され、そして部品の表面は、金型空洞の表面に一致する平滑性を達成し、機 械研磨仕上げと等価であった。

成形部品の研磨断４４こおける顕微鏡法により、小サイズの有孔度が、プロセス によってかなり縮小されたことが示される。

実施例２ この実施例は、多様な応用に対して複合構造を生産する際の発明の融通性を示す 。この場合、完成部品は、例えば、塩酸、硫酸又はりん酸の如く極めて腐食性の 高い材料を含む反応容器に設置されるサーモウェルとして使用される。使用にお いて、サーモウェルは、熱電対の如く温度測定装置を内蔵し、悪環境からそれを 遮蔽する。複合構造は、チタン合金又はタンタルの如く上層金属と比較して、強 度対重量と剛性対重量を含む、優れた耐食性と機械的性能を有する黒鉛繊維強化 フルオロポリマーを具備する。黒鉛補強の適正な選択により、複合サーモウェル が、この応用において必要とされる如く許容熱伝導性を示す。

プリフォームは、フルオロポリ？　−（Ｄｕ　Ｐｏｎｔ　ＰＦＡ３５Ｑ”の如（ テトラフルオロエチレンとペルフルオロビニルエーテルのコポリマー又はＤｕ　 Ｐｏｎｔ　ＴｅｆｚｅｌＴＭの如くテトラフルオロエチレンとエチレンのコポリ マーのいずれか）を予備含浸された黒鉛フィラメントを含むトウから生産された 。プリフォームは、非直線巻きプログラムを使用するＭｃＣｌｅａｎ　Ａｎｄｅ ｒｓｏｎ　Ｗ３５巻き機において線巻きによって作製された。巻き機は、プリフ ォームを少なくとも部分的に強化するために、巻き中加熱及び加圧する装置を装 備する。プリフォームは、第２図に示されたものに類似した。第１０図は、コア ３２を備えたプリフォーム３０を含む、実完成部品の幾何形状を描（。

プリフォームのコアとポリマー加圧ユニットの貯蔵器に嵌合うように機械加工さ れたインサートが、ＰＦＡ３５０ＴＴｈ′又はＴｅｆｚｅｌＴＭバーストツクか ら生ＦＬＪれた。プリフォームは、金型空洞に挿入された。わずか、０５”のギ ヘツブが、プリフォームの外側輪郭と金型空洞の内壁の間に存在した。システム は、６００ポンド／平方インチの圧力がプリフォームのコアに伝達される如（加 圧ユニットピストンにおいて負荷を維持しながら、金型本体に設置された空洞に 挿入された電気加熱器を使用して、ＰＦＡ３５Ｑ”プリフォームに対して３９０ ℃に、又はＴｅｆｚｅｌＴＭプリフォームに対して３２０℃に加熱された。シス テムが動作温度に達した時、ピストン負荷は、プリフォームのコアにおいて４０ ００又は７０００ボンド／平方インチの圧力を与えるように増大された。

温度と圧力は、３０分間保持され、この時点において、金型は、金型本体に機械 加工された通路へ冷水を導入することにより、急速に焼入れされた。負荷は、プ リフォームのコアにおいて、４０００又は７０００ボンド／平方インチの圧力を 与えるように冷却プロセス中ピストンにおいて維持された。冷却後、金型は開か れ、完成部品が除去された。成形された時、完成部品は、第１０図に示された所 望の中央孔３２を生成するためにドリリング又はボアリングによって除去されな ければならない固体コアを有する。この部品のためにより好ましいプロセスは、 第５図に示された中央マンドレル１７を組み込み、マンドレル形状は、第１０図 の完成部品の内ボアの寸法に従うように選択される。

この実施例において生産された部品の断面の顕微鏡評価により、プロセスは、サ イズが１〜数繊維直径の小サイズの空隙を除去する際に有効であることが示され る。強化は、プロセス圧力がプリフォームのコアにおいて４０００から７０００ ボンド／平方インチに増大される時向上する。さらに、プロセスは、もしあって もほとんど仕上げ機械加工を必要としない網状外面１生産する。

技術における当廁者には、本発明のプロセスに対して、発明の精神と範囲に反す ることなく、修正が為されることが容易に認められるものである。

Ｆ工Ｇ。５ Ｆ工Ｇ、８ 国際調査報告 ＡＮＨＡＮＧ　ＡＮＮＥｘ　ＡＮＮＥｘＥＰＣＴ／ＵＳ　９１１０９０６１　！ １ｉＡＥ　５６２６４

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. １．複合構造を作製する方法において、金型空洞内の配置のために、中空コア部 分を有し、金型の空洞よりも小形の外部構成を有するプリフォームを提供するこ とと、完成部品の構成に適切な内部構成を有する該空洞を該プリフォームを導入 することと、 該プリフォームのコアヘの一つ以上の開口を一つ以上のプラグで栓をし、これら の開口からのポリマー流を防止することと、プリフォームのコアにポリマーを導 入することと、コアにおけるポリマーを溶解させるために、コアにおけるポリマ ーとともにプリフォームを加熱することと、 金型空洞の内部構成に対してプリフォームを膨張させ、完成部品を形成するため にプリフォームを強化するように、プリフォームのコアヘの一つ以上の残りの栓 のない開口を介して、プリフォームのコアにおけるポリマーを加圧することと、 コアにおける圧力を維持しながら、完成部品を冷却することと、 金型から完成部品を除去することとを含む方法。
2. ２．完成部品における空隙の存在を実質的に除去するために十分な期間、部品を 加熱し、コアを加圧することをさらに含む請求の範囲１に記載の方法。
3. ３．金型が、加圧前のプリフォームのコア内のポリマーを超えるポリマーを含む ように適合され、そしてさらに、コアを加圧しながら、コアにポリマーを押し入 れるように適合されたポリマー貯蔵器を含む請求の範囲１に記載の方法。
4. ４．金型が、プリフォームのコアにポリマーを充填し、そしてまた、コアを加圧 するスクリュー射出成形機に取り付けられる請求の範囲１に記載の方法。
5. ５．プラグが、栓付き開口からのポリマー流を防止するために固定される請求の 範囲１に記載の方法。
6. ６．プラグが可動であり、栓付き開口を通したポリマー漏れを防ぐためにバネ又 は他のアクチュエータを用いて負荷を課する請求の範囲１に記載の方法。
7. ７．コアヘの一つ以上の開口が、プラグヘのねじ付き形状と栓付き開口の組み込 みによって金型に対して密封される請求の範囲１に記載の方法。
8. ８．栓付き開口が抽気口を含む請求の範囲１に記載の方法。
9. ９．一つ以上のプラグが、完成部品が中空コアを有する如く、金型空洞の長さに わたって除去可能なマンドレルを取り付けている請求の範囲１に記載の方法。
10. １０．複合構造を作製する方法において、金型空洞内の配置のために、中空コア 部分を有し金型の空洞よりも小形の外部構成を有する、熱可塑性マトリックス、 繊維強化プリフォームを提供することと、 完成部品の構成に適切な内部構成を有する該空洞に該プリフォームを導入するこ とと、 該プリフォームのコアへの一つ以上の開口を一つ以上のプラグで栓をし、これら の開口からのポリマー流を防止することと、プリフォームにポリマーを導入する ことと、コアにおけるポリマーを溶解させるために、コアにおけるポリマーとと もにプリフォームを加熱することと、 金型空洞の内部構成に対してプリフォームを膨張させ、完成部品を形成するため にプリフォームを強化するように、プリフォームのコアヘの一つ以上の残りの栓 のない開口を介して、プリフォームのコアにおけるポリマーを加圧することと、 コアにおける圧力を維持しながら、完成部品を冷却することと、 金型から完成部品を除去することとを含む方法。
11. １１．繊維が、炭素、黒鉛、ガラスとアラミド繊維から成るグループから選択さ れる請求の範囲１０に記載の方法。
12. １２．熱可塑性マトリックスが、ポリアミド、ポリエステル、ポリスルホン、ポ リエーテル−エーテル−ケトン、ポリエーテル−ケトン−ケトン、ポリイミド、 テトラフルオロエチレンとペルフルオロビニルエーテルのコポリマー、ポリテト ラフルオロエチレンとエチレンのコポリマーから成るグループから選択される請 求の範囲１０に記載の方法。
13. １３．コアに導入されたポリマーが、ポリアミド、ポリエステル、ポリスルホン 、ポリエーテル−エーテル−ケトン、ポリエーテル−ケトン−ケトン、ポリイミ ド、テトラフルオロエチレンとペルフルオロビニルエーテルのコポリマー、ポリ テトラフルオロエチレンとエチレンのコポリマーから成るグループから選択され る請求の範囲１０に記載の方法。
14. １４．プリフォームが、線巻きによって作製される請求の範囲１０に記載の方法 。
15. １５．プリフォームが、編組によって作製される請求の範囲１０に記載の方法。
16. １６．プリフォームが、ロボットフィラメント配置によって作製される請求の範 囲１０に記載の方法。
17. １７．完成部品が、整形外科インプラントのために使用される請求の範囲１０に 記載の方法。
18. １８．方法によって準備された整形外科用装置において、金型空洞内の配置のた めに、中空コア部分を有し金型の空洞よりも小形の外部構成を有する、熱可塑性 マトリックス、繊維強化プリフォームを提供することと、 完成部品の構成に適切な内部構成を有する該空洞に該プリフォームを導入するこ とと、 該プリフォームのコアヘの一つ以上の開口を一つ以上のプラグで栓をし、これら の開口からのポリマー流を防止することと、プリフォームのコアにポリマーを導 入することと、コアにおけるポリマーを溶解させるために、コアにおけるポリマ ーとともにプリフォームを加熱することと、 金型空洞の内部構成に対してプリフォームを膨張させ、完成部品を形成するため にプリフォームを強化するように、プリフォームのコアヘの一つ以上の残りの栓 のない開口を介して、プリフォームのコアにおけるポリマーを加圧することと、 コアにおける圧力を維持しながら、完成部品を冷却することと、 金型から完成部品を除去することとを含む整形外科用装置。
19. １９．完成部品がサーモウェルとして使用される請求の範囲１０に記載の方法。
20. ２０．方法によって準備された複合サーモウェルにおいて、金型空洞内の配置の ために、中空コア部分を有し金型の空洞よりも小形の外部構成を有する、熱可塑 性マトリックス、繊維強化プリフォームを設けることと、 完成部品の構成に適切な内部構成を有する該空洞に該プリフォームを導入するこ とと、 該プリフォームのコアヘの一つの開口を栓をし、この開口からのポリマー流を防 止することと、 プリフォームのコアにポリマーを導入することと、コアにおけるポリマーを溶解 させるために、コアにおけるポリマーとともにプリフォームを加熱することと、 金型空洞の内部構成に対してプリフォームを膨張させ、完成部品を形成するため にプリフォームを強化するように、プリフォームのコアヘの残りの栓のない開口 を介して、プリフォームのコアにおけるポリマーを加圧することと、 コアにおける圧力を維持しながら、完成部品を冷却することと、金型から完成部 品を除去することとを含む複合サーモウェル。
21. ２１．熱可塑性マトリックスがフルオロポリマーである請求の範囲１９に記載の サーモウェル。
22. ２２．フルオロポリマーが、ペルフルオロビニルエーテルとテトラフルオロエチ レンのコポリマー、エチレンとポリテトラフルオロエチレンとコポリマーから成 るグループから選択される請求の範囲２１に記載のサーモウェル。