JP2020530821A - 複雑な形状を有する複合構成要素を製造するための方法およびデバイス - Google Patents

Abstract

本発明は、連続する補強材を備える熱可塑性マトリックスから、３次元複合構成要素を作るための方法に関連し、この方法が、ａ．３次元編成により、予め充填を行われている繊維状の予備成形品（１００）を得るステップと；ｂ．機械設備の雄形のモールド形状（１２０）または雌形のモールド形状（１１０）の上に予備成形品を配置するステップであって、これらのモールド形状がそれらの間に密閉されて閉じられている空洞を画定する、ステップと；ｃ．予備成形品に第１の圧力を加えるために機械設備を閉じるステップと；ｄ．第１の圧力を維持して、予備成形品に充填されるポリマーの融解温度まで、空洞の温度を上昇させるステップと；第２の圧力を維持して、離型するのに適する温度まで、予備成形品を収容する空洞を冷却するステップと；ｇ．モールドを開放して構成要素を離型するステップと、から成るステップを含む、ことを特徴とする。

Description

本発明は、複雑な形状を有する複合部品を製造するための方法およびデバイスに関する。本発明は、より詳細には、箱またはドームなどの、あるいは複数の突出するレリーフを備えるような、３次元複合部品を製造することを意図される。また、本発明は、具体的には排気マニホルドなどの複数の管の連結部を備える、管状部品を製造することに適用される。本発明は多くの分野に適用され、限定しないが、具体的には、旅行用鞄、あるいはタブレットまたはテレビ・スクリーンなどの電子ハードウェアのためのカバーの製造に、ヘルメットまたは保護用具の製造に、また一般的には大量生産される３次元複合部品に、また限定しないがより詳細にはこのような３次元形状が延ばされ得ないような事例に、適用される。

この分野の従来技術が、例えば、文献ＥＰ２６９４２７７に示されている。この文献は、５つの面を有す箱形状を有する、外側に湾曲する縁部を有する長方形シェルの製造を説明しており、これが、熱可塑性ポリマーを予め充填されているスタック・ファブリックの積層体を含む平坦な半加工品から開始される。上記ファブリックが、パンチ−ダイ・ユニットを用いて、連続繊維で補強される複合部品となるように、形成および圧縮（ｃｏｍｐａｃｔ）／強化され、この間、半加工品ホルダが、積層体を所望の形状に一致させるときに張力下で繊維を保持するのを可能にする。このテクニックは満足できるものであるが、形成および強化後にこの部品を十分に切ることを必要とし、深絞りスタンピングを実現するのを可能としない。箱の面の間で３次元連結部を接続する隅部付属部分（ｃｏｒｎｅｒ ｆｉｔｔｉｎｇ）が特に応力を受ける領域となり、ここではポリマーが捻じられることが起こりやすくなり、それにより被覆されていない、見た目の良くない繊維を出現させてしまい、またさらにはしわまたは裂け目を形成する。

本発明の目的は従来技術の欠点を克服することであり、本発明は、この目的のために、熱可塑性マトリックスと、連続する補強材とを備える３次元複合部品を作るための方法に関連し、この方法が以下のステップを含む：
ａ．３次元編成により、最終的な部品の形状に一致するマトリックを形成する予め充填される熱可塑性ポリマーの繊維状の予備成形品を得るステップ；
ｂ．対をなすパンチとダイとの間に密閉されて閉じられている空洞を画定するために、機械設備を用いて、対をなすパンチとダイとの間に予備成形品を配置するステップ；
ｃ．予備成形品に第１の圧力を加えるような形で機械設備を閉じるステップ；
ｄ．空洞の温度を、第１の圧力を維持することにより予備成形品に充填されているポリマーの融解温度にするステップ；
ｅ．予備成形品を有する空洞を、第２の圧力を維持することにより離型するのに適する温度まで冷却するステップ；
ｆ．モールドを開放して部品を離型するステップ。

この編成方法が、パイル織物を組み立てることおよび変形により適合させることを一切行わずに、最終的な部品の形状に実質的に一致する３次元形状の予備成形品を得るのを可能にする。この圧力−温度サイクルに付随する閉じられている空洞を使用することにより、切るのを一切必要としないような綺麗な縁部を有する仕上げ寸法の部品を直接に得るのを可能にする。成形が行われないことを理由として、スタンプ深さが制限されない。予備成形品には熱可塑性ポリマーが予め充填されていることから、予備成形品は期間の制限なしで保管され得、変化が起こる場所から遠くにある場所で作られ得る。したがって、この方法は、本発明の対象の分野に適するような工業用の大量生産に特に適する。

本発明の文脈において本発明の対象の方法（ｍｅｔｈｏｄ ｏｂｊｅｃｔ）によって得られる予備成形品に対して適用される「予め充填する」という用語は、将来的な複合部品のマトリックスを形成するポリマーを備える、乾燥した柔軟性を有する外観の予備成形品を示すものである。これらの特性を満たすような、編成された予備成形品にポリマーを一体化するための手段が、本発明の特定の実施形態で説明される。厳密には、充填が、本発明の対象の方法のステップｄ）およびｅ）で融解させられるようなポリマーの繊維の間でのパーコレーションを介して行われる。

本発明は、有利には、本明細書において後で開示される実施形態および代替形態に従って実施される。これらの実施形態および代替形態は個別に考察されるかまたは技術的に許容される任意の組み合わせの形で考察される。

実施形態によると、本発明の方法が、ステップｄ）の前に、予備成形品を収容する、パンチおよびダイによって境界を画定される成形用空洞を真空状態にすることから成るようなステップを含む。したがって、上記空洞内の真空によりおよび第１の圧力の適用により予備成形品を確実に脱気するのを、および充填用ポリマー（ｉｍｐｒｅｇｎａｔｉｏｎ ｐｏｌｙｍｅｒ）の融解中に確実に予備成形品での良好な充填を行うのを可能にする。

有利には、本発明の方法が、ステップｄ）とステップｆ）との間に以下のステップを含む：
ｇ．予備成形品にポリマーを充填するのに適する時間において温度を維持するステップ。

ポリマーの粘度および繊維含有量によって決定されるこの維持時間により、予備成形品で確実に一様な充填を行うことが可能となる。

有利には、ステップｇ）において第２の圧力が予備成形品に加えられる。したがって、マトリックを形成するポリマーが既に流体化されている場合、第２の圧力を加えることにより圧縮を実施することが可能となる。冷却の間においてこの圧力を維持することにより、部品の厚さおよび形状を較正することが可能となる。

有利には、編成された予備成形品が、充填用ポリマーで作られるストランドと一つに合わされる強化繊維のストランドから構成されるスレッドを使用して、得られる。この実施形態は、ステップｄ）およびｅ）において予備成形品で一様な充填を行うのを実現する。

同様に、編成された予備成形品が、充填用ポリマーで被覆される強化繊維から構成されるスレッドを使用して、得られる。

別の代替的な実施形態によると、予備成形品が、強化繊維で作られるスレッドおよび充填用ポリマーで作られるスレッドを使用して編成される。

この代替形態の特定の事例によると、強化繊維が、充填用ポリマーの融解温度よりも高い融解温度を有するポリマーである。

代替的な実施形態によると、予備成形品が指編み編成テクニック（ｆｉｎｇｅｒｗｅａｖｉｎｇ ｋｎｉｔｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を使用して編成される。この代替形態は作られ得る形状に関して最も幅広く最も多様である編成テクニックを使用するが、多くの事例において、３次元の予備成形品を仕上げることまたは閉じることには、縫い合わせの実施が必要となる。

この目的のため、この実施形態の代替的な実装形態によると、本発明の対象の方法が、ステップｂ）の前に、予備成形品の輪郭を閉じるためのソーイング・ステップを含む。この実施形態は、編成テクニックが編成中にこの特性を直接に得るのを可能にしない場合でも、使用の準備の整った閉じられた輪郭を有する予備成形品を用意するのを可能にする。

別法として、この方法が、ステップｂ）とステップｃ）との間に、以下のステップを含む：
ｈ．溶接により予備成形品の輪郭を閉じるステップ。

この実施形態は、充填用ポリマーを一体化する予備成形品の構成を利用する。この溶接は、ステップｂ）の前にまたは予備成形品をパンチの上にまたはダイの中に配置するときに、実行され、これが上記溶接の正確なポジショニングを保証することを目的とする。

別の代替的な実施形態によると、予備成形品がｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄ ｍｅｓｈ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅを使用して編成される。このテクニックは、この代替形態によると、シングル・ジャージー・ファブリックまたはダブル・ジャージー・ファブリックを作り、編成をより複雑にするという代償を払って、縫い合わせまたは接合を用いずに単一部品の３次元の予備成形品を作るのを可能にする。

本発明の方法の有利な実施形態によると、閉じられている空洞の側において、パンチとダイとの間の隙間を２つの値の間で変化させることにより第１および第２の圧力が予備成形品に加えられる。この実施形態は、予備成形品の厚さのおよびひいては予備成形品の較正のより正確な制御を実現する。

本発明はまた、本発明の対象の方法を実施するための機械設備に関連し、上記機械設備が：
ｘ．電気伝導性材料で作られるパンチと；
ｙ．パンチおよびダイの成形面の間に空洞を形成することを目的としてパンチと対をなす、電気伝導性材料で作られるダイと；
ｚ．パンチのまたはダイの成形面を加熱するための誘導回路と；
ｕ．誘導回路に電力供給するための高周波発電機と、
を備える。

ツールの自律的な加熱モードをとして誘導を利用することにより、大量生産される部品のサイクル時間および製造時間を短縮することが可能となる。

実施形態によると、パンチとダイとの間で境界を画定される空洞が、パンチの基部の方に向かうにつれて張り出していく円錐形状を有する。したがって、予備成形品に加えられる圧力がダイおよびパンチの相対的変位によって制御され、この相対的変位が外側に湾曲する縁部に沿う円錐形状に従い、それにより予備成形品のすべての面において、閉じられている空洞内の隙間の値を制御することが可能となる。

有利には、パンチおよび／またはダイが、流体を循環させるための冷却回路を備える。この構成により、本方法のステップｆ）の速度を上げることにより部品を作るためのサイクル時間が短縮される。

有利には、空洞の境界を画定するパンチおよびダイの成形面が、予備成形品に充填されているポリマーの融解温度に等しいキュリー点を有する強磁性材料で作られる。この実施形態は空洞内の温度の制御を単純化し、これは具体的には、予備成形品の強化繊維にこの現象を受けさせるときに燃焼が起こるのを防止することを目的とする。

本発明の対象の方法を実施するための機械設備の実施形態によると、機械設備が、熱伝導性材料で作られるダイと、上記ダイの中に作られる空洞の中まで延在する誘導子とを備え、ここでは、成形用空洞の容積が、パンチおよびダイが組み合うことから独立して変化可能である。この実施形態は、電気伝導性を有するかまたは有さない繊維を備える予備成形品を実装するのに適する。成形用空洞の容積が変化することで、確実に圧縮を行うことおよび完成部品の厚さを確実に較正することが可能となる。

本発明の対象の機械設備（ｔｏｏｌｉｎｇ ｏｂｊｅｃｔ）の代替的な実施形態によると、パンチが膨張可能なブラダを備える。この代替形態は、具体的にはこの方法のステップｅ）およびｆ）において、予備成形品の表面全体に対して一様な圧力を提供するのを可能にする。

この機械設備の別の代替的な実施形態によると、パンチが、ダイおよびパンチが組み合うことにより作動される可動部分を備える。この代替形態は、成形用空洞内の隙間を制御するのをおよびひいては成形用空洞内での完成部品の厚さを制御するのを可能にする。

別の代替形態によると、パンチの外側表面が可撓性を有する密閉ターポリンを備え、ここでは、本発明の方法のステップｃ）からｆ）を実行するためにガス圧がパンチとターポリンとの間に加えられる。

有利には、ターポリンが、予備成形品に接触しているその面上に、誘導を介する加熱の影響を受けやすい多量の材料を有する。したがって、ターポリンが予備成形品を一様に加熱することに関与する。

図１から４を参照して、限定的ではない本発明の好適な実施形態に従って、本明細書において以下で本発明を開示する。

本発明を実施するための、開位置で示される機械設備の例示の実施形態を示す断面図である。 ３次元の接続領域を備えるハーフ・シェルの形態の編成された２つの予備成形品の実施例を示す図である。 本発明の対象の方法を実施するための機械設備の開位置の別の実施形態を示す断面図である。 本発明の方法を示すブロック図である。 ５つの面を備える閉じられた輪郭と、面の間にある３次元の接続領域とを有する編成された予備成形品の実施形態を示す斜視図である。

編成テクニックは従来技術で既知のものであり、ループまたはメッシュに従って複数のインターレースされるスレッドを組み合せることにより、３次元形状のファブリックを作るのを可能にする。使用される編成の形態に従って、複雑な予備成形品が１回の編成作業で作られる。他の編成テクニックによると、部品の輪郭が閉じられ得ず、このような事例では縫い合わせによるまたより有利な形としては本明細書でさらに開示されるような溶接による閉じるステップを必要とする。

図５が、５つの面と、面の間にある４つの３次元の接続領域（５０１）とを備える３次元の予備成形品（５００）の実施例を示しており、これらの接続領域は一般には「隅部付属部分」という用語によって示される。編成された予備成形品（５００）の３次元形状を正確に理解することができるようにするために、編成された予備成形品（５００）がここでは支持体上に配置されて示されており、上記支持体が例えば機械設備のパンチである。この実施形態で使用される編成テクニックは、予備成形品の表面全体の上で繊維をつなげるのを可能にし、ここでは輪郭が閉じられている。ストランドが連続的なものであり、延ばされ得ない領域である３次元の接続領域（５０１）を有し、つまりこの３次元の接続領域（５０１）はストランドの長さを維持しながら平坦に配置され得ない。この図により示されるように、編成テクニックが、既に部品の最終形状であるような予備成形品または部品の最終形状に非常に近い形状を有する予備成形品を得るのを可能にする。

本発明の方法の編成ステップが、限定しないが、有利には、閉じられている輪郭を有する形で作られる形態に関して最大限の多様性をもたらすような単純なよこ編機によって実施される。作られ得る形態には、隅部付属部分を備える箱の形態、ヘルメットなどの、実質的にドーム形状またはキャップ形状を有する形態、管の連結部を備える管状形状、またはさらにはこれらの多様な形態の組み合わせが含まれ、これらが任意選択で凹部を有する。

従来技術によると、３次元編成が乾燥した繊維状の予備成形品を作るのに使用され、その後、ＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ：樹脂移送成形）の方法などの、モールドの中への液体樹脂の移送を実施する方法を介して、この予備成形品に熱硬化性樹脂が充填される。

しかし、この方法は大量生産に適さない。

本発明の方法は、複合部品のマトリックスを形成することになるポリマーをそれ自体で有するような編成された繊維状の予備成形品を実現するものである。

この目的のために、本発明の方法の編成ステップが、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、金属繊維、ポリマー繊維、または、亜麻繊維、ココナツ繊維、サイザル麻繊維、ジュート繊維、もしくは竹繊維などの、天然繊維、などの強化繊維（適用可能である場合、事前にサイズ決定されて紡がれている）、あるいはこれらの繊維の組み合わせ、を実現するものであり、これらが、将来的な複合部品のマトリックスを構成する熱可塑性ポリマーと組み合わされる。

例として、上記ポリマーが強化繊維と一つに合わされた状態で導入され、この強化繊維は例えば上記繊維のストランドの形態であるか（上記ポリマーのストランドと共に紡がれており、任意選択で撚り合わされる）、または上記ポリマーで被覆される強化繊維の形態であるか、あるいは強化繊維で作られるスレッドを用いて上記ポリマーのスレッドを編成することによるものである。

制作の形態に関係なく、熱可塑性ポリマーの接着性が存在しないことにより、編成ステップ中に強化繊維と共に熱可塑性ポリマーを実現することが可能となる。

非限定の実施例では、上記熱可塑性ポリマーが、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、熱可塑性ポリエステル、硫化ポリフェニレン（ＰＰＳ）、ポリアミド（例えば、ＰＡ６またはＰＡ６−６）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）である。

他の実施例によると、上記ポリマーが：
−ポリアミド（ＰＡ）（具体的には、ＰＡ１１）；
−バイオソースのポリエチレン（ＰＥＴ）；
−ポリ乳酸（ＰＬＡ）；または
−バイオソースのポリエステル、
などのバイオソースのポリマーから選択される。

繊維をインターレースするものであり、そのフォーム全体にわたってインターレースを維持するのを可能にするものであり、熱可塑性ポリマーである、予備成形品を得るための形態を組み合わせることにより、特には耐衝撃性を有し、ポリマーの選択によっては温度および炎に対しての耐性を有する、軽量の部品を作ることが可能となる。したがって、本発明の方法は、鞄の構成要素（ｌｕｇｇａｇｅ ｅｌｅｍｅｎｔ）、ヘルメットや、ハーネスや、シールドや、肘当てや、または膝当てなどの、保護用具、保護シェル、または軽量装甲要素などの、この種のストレスを受けるような部品を作るのに特に適する。

図１では、その強化繊維が電気伝導性を有さないような予備成形品を実現するのに適する、本発明の方法の実施形態に従って、事前に編成されており、強化繊維と、最終的な部品での充填のための熱可塑性ポリマーとを含む予備成形品（１００）が、機械設備のパンチを形成する部分の上に配置されている。

図２では、非限定の実施形態に従って、予備成形品（１００ａ）が「隅部付属部分」と呼ばれる３次元の接続ゾーンを備えるシェルの形態である。説明のための例として、予備成形品がスーツケースのハーフ・シェルである。実施形態によると、上記予備成形品（１００ａ）が上記予備成形品の編成中に直接に施される凹部（２０１）を有する。スタンピングによる形状の強化などの、熱可塑性複合材料を実装するための従来技術のテクニックと比較すると、編成により予備成形品を得るテクニックでは、具体的には隅部付属部分である接続エリア内で、本部品の残りの部分での強化繊維の比率と同程度の、ポリマーに対しての強化繊維の比率を維持して、同時にこれらの同じ領域内でのしわの形成を防止することが可能となる。

再び図１を参照すると、編成テクニックが閉じられている輪郭に従ってこのような予備成形品を作るのを可能にするが、機械設備が開構成であるとき、必要である場合にパンチに離型剤を噴霧した後で、上記予備成形品（１００）でパンチを覆うことにより、上記予備成形品（１００）が単純にパンチ（１１０）の上に装着される。このような作業は手動であるいはマニピュレータまたはロボットにより容易に実行される。本明細書において後で示されるような自己加熱機械設備を実装することにより、このステップ中にパンチを周囲温度にすることが可能となる。

図２では、別の実施形態によると、使用される編成テクニックは予備成形品（１００ｂ）の輪郭を閉じるのを可能にするものではなく、上記予備成形品が、２つの開いた縁部（２１１、２１２）によって境界を画定される輪郭不連続部分を備える。

再び図１を参照すると、編成テクニックが閉じられている輪郭を有する編成された予備成形品を得るのを可能にするものではない場合、予備成形品がパンチ（１１０）上に配置されている状態において、輪郭不連続部分の開いた縁部を接合する少なくとも２つの溶接ポイントを得ることにより、ツール内での上記予備成形品のポジショニングが安定する。編成された予備成形品の中にポリマーが存在することでこのような溶接を実行することが可能となる。上記溶接は例えばはんだごてによって実行される。別法として、上記溶接が、レーザまたは超音波などの従来技術で既知である他の手段によりポイントまたは溶接線の形態で実行される。

機械設備のこの実施形態によると、パンチが、有利には、予備成形品の開いた縁部を互いに対してポジショニングするために手段を備え、これが例えば、メッシュの中に導入されるピンまたはフックの形態である。このようにして、予備成形品がツール上で完璧にポジショニングされる。

機械設備は、開構成および閉構成となるように分離され得る少なくとも２つの部分（１１０、１２０）から構成され、これらの少なくとも２つの部分がパンチ（１１０）およびダイ（１２０）を画定する。パンチおよびダイは、それらの間で、それらの成形面の側において、機械設備を閉じるときに隙間（ｅ）の境界を画定するような形となるように、対をなしており、隙間（ｅ）は図では誇張されているものであり、作られる部品の最終的な厚さに一致するものである。このようして、パンチとダイとの間の空間が、予備成形品（１００）を中に位置させるところの成形用空洞を画定する。

実施形態によると、手段（１６０）が、機械設備を閉じた後で予備成形品（１００）を有する成形用空洞内のガスを吸引するのを可能にする。

実施形態によると、パンチおよびダイが強磁性材料で作られ、成形面を除いたそれらの外側面が、銅などの電気伝導性の非強磁性材料の連続層（１１１、１２１）で被覆される。機械設備を閉じているとき、パンチおよびダイを含む機械設備の部分が電気絶縁材料（１３０）の層によって互いから分離される。絶縁材料のこの層は、機械設備を閉じているときにパンチと間との間に形成される空洞を密閉することも実現する。

このパンチ−ダイ・ユニットが２つのハーフ・コイル（１４１、１４２）を備える誘導回路の中に挿入される。２つのハーフ・コイルの一方（１４１）がパンチと一体化され、もう一方（１４２）がダイと一体化される。機械設備を閉じることには、２つのハーフ・コイルを電気的に接続する効果がある。機械設備を囲むようにこのようにして形成されるコイルが高周波発電機（図示せず）に接続され、ここでは、上記コイルへの電力供給により、機械設備の表面の上を誘導電流が循環するようになる。誘導電流が機械設備の表面上にある薄い厚さの材料の中を循環する。したがって、上記誘導電流がコーティングの層（１２１、１１１）の中を循環することになり、またツールの２つの部分の間の絶縁層（１３０）によって遮断されることを理由として、パンチとダイとの間に画定される空洞の成形面上を循環することになる。

これらの高周波誘導電流が循環することで、強磁性材料で作られる上記成形面の温度が急激に上昇し、その熱を予備成形品（１００）に伝達する。

この温度の影響により、編成された予備成形品の中に含まれるポリマーがその融解温度に達し、予備成形品が密閉されて閉じられている空洞内に閉じ込められている状態において、上記ポリマーが予備成形品に一様に充填される。

モールドにさらにはパンチとダイとの間の隙間（ｅ）に加えられる閉鎖圧力が最終的な部品の厚さを較正する。この実施形態によるモールドの構成において誘導を介する加熱を利用することにより、機械設備の全体を加熱するのを必要とすることなく、加熱を空洞の成形面に集中することが可能となる。

上記成形面の温度が急激に上昇することになり、上記温度が、例えば、キュリー温度に従って、モールドを形成する強磁性材料を選択することにより、制御される。

有利には、機械設備のパンチ（１１０）および／またはダイ（１２０）が、例えば水などの熱伝達流体を循環させるためのチャンネル（１５１、１５２）を有し、それにより成形面を急激に冷却するのを可能にする。

成形用空洞および予備成形品（１００）が、上記予備成形品の中に含まれるポリマーの融解温度に少なくとも等しい温度に達すると、数秒から１分の間の適切な時間において上記温度が維持され、それによりポリマーが予備成形品に一様に充填されることが確実になる。

上記維持時間は、繊維補強材の含有量と、この維持温度での融解ポリマーの粘度とに従うものである。ポリマーの粘度が高くなると、および繊維含有量が増大すると、維持時間が長くなる。維持時間は試験を繰り返して容易に決定される。

適切な維持時間の経過後、コイル（１４１、１４２）の電力供給が停止され、機械設備の冷却チャンネル（１５１、１５２）の中で循環する熱伝達流体により成形用空洞が冷却される。

加熱ステップ、維持ステップ、および冷却ステップの間、機械設備の閉鎖圧力が維持される。

代替的な実施形態によると、加熱ステップの終了時におよび維持ステップの間において、第１の圧力より大きい第２の圧力が予備成形品に加えられる。この第２の圧力は、例えば、ダイを基準としてパンチを相対的に変位させることにより、加えられる。実施形態によると、パンチおよびダイがパンチの基部の方に向かうにつれて張り出していくわずかな円錐形状を有し、したがってこのように相対的に変位させられることで、隙間（ｅ）が縮小することにより予備成形品のすべての表面に上記圧力が加えられる。

熱伝達流体の循環による成形用空洞の冷却により成形用空洞の温度が、ポリマーのガラス遷移温度未満の温度まで、またはより一般的には部品を操作するのにおよびひいては変形させることなく部品を作るのにポリマーの剛性が十分な程度となるような温度まで、低下すると、モールドが開放されて、部品が離型される。

次いで、新しい予備成形品を用いてこのサイクルが再開される。モールドを開ける２回の作業の間の部品の製造時間は、部品の寸法と、ポリマーの性質と、繊維含有量とに従うものであるが、一般的には１分から５分の間であり、これは実質的に適切な温度を維持する時間に従うものである。

誘導を介する加熱を利用することにより、部品に一様に充填されるようにするために各サイクル中に十分な加熱温度に確実に達することが可能となる。また、本加熱方法によって保証される約２℃．ｓ⁻¹の加熱速度により、燃焼の影響を受けやすい天然繊維を充填することも可能となり、ここでは上記繊維を劣化させるリスクがない。

初期状態において予備成形品をパンチの上ではなくダイの中に配置することにより、本明細書において上で説明した充填ステップが同様に適用され、これは、ハーフ・ボックス以外の形態の編成された予備成形品に充填するのにも適合する。

図３では、電気伝導性繊維を含めた任意の種類の繊維に適する、本発明の方法の別の実施形態に従って、機械設備が、パンチ（３１０）およびダイ（３２０）の形態の少なくとも２つの部分を備える。この実施形態によると、本例のみに限定されるわけではないが、ダイ（３２０）がアルミニウム合金または銅合金などの良好に熱を伝導する金属材料で作られる。

ダイ（３２０）がダクト（３４０）のセットを備え、ダクト（３４０）の中を誘導子（３４１）が延在する。上記誘導子が銅管またはＬｉｔｚケーブルの形態を有する。実施形態によると、上記ダクトの内部が、０．２ｍｍから２ｍｍの間の厚さの強磁性材料から形成されるライニング（３４２）を備える。したがって、誘導子（３４１）が高周波電流を供給されると、誘導電流が強磁性ライニング（３４２）の中を循環し、それにより強磁性ライニングを加熱する。

熱がダイに伝達され、伝導を介して成形面に伝播し、成形面の温度が上昇する。

有利には、誘導子（３４１）を備える上記ダクト（３４０）がダイの空洞から距離ｄのところに位置し、それにより上記ダイの成形面上の温度を一様にするのを保証する。

別法として、ダイが例えば鋼などの強磁性材料で作られ、このような事例では、誘導子（３４１）を備えるダクト（３４０）のライニングが必要ない。

有利には、ダイが、ダイを冷却することを目的として熱伝達流体を循環させるためのチャンネル（３６０）を備える。

ここではモールドが開位置で示されている。パンチ（３１０）およびダイ（３２０）さらには密閉手段（３１２）を合体にすることにより、密閉空洞を画定することが可能となり、密閉空洞の中には、編成された予備成形品（１００）が含まれる。

この実施形態によると、パンチが、ブラダ（３５０）と、上記ブラダを膨張させるための手段（３５１）とを備える。ブラダ（３５０）が、予備成形品の中に含まれるポリマーの融解温度に耐えるエラストマで作られる。

例えば、上記ブラダが、炭素を詰め込まれているシリコーンから形成される。この実施形態は、ダイ・キャビティがパンチの基部に向かうにつれて張り出していくような円錐形状を一切有さないような場合でも、および例えばヘルメットを製造するために本発明の方法が使用される事例においてダイ・キャビティが逆さの円錐形状を有するような場合でも、上記ブラダを膨張させることにより予備成形品のすべての面を圧縮するのを可能にする。このような事例では、ダイが、最終的な部品を離型するのを可能にすることを目的として分離され得る少なくとも２つの部分を備える。

パンチがブラダ（３５０）を備えるようなこの実施形態は、図１に示される機械設備の実施形態でも使用され得る。このような事例では、部品の製造中に予備成形品（１００）に接触するブラダの面が、誘導電流を循環させるのを保証することを目的としてパンチの残りの部分に電気的に接続される電気伝導性コーティングを備え、このコーティングがさらには強磁性であってもよい。

この実施形態による機械設備の使用の実施例によると、編成された予備成形品（１００）がダイ（３２０）の空洞の中に挿入される。パンチがダイに接近させられ、それにより密閉空洞が作られ、その中に予備成形品が含まれる。ブラダ（３５０）が第１の圧力で膨張させられ、それにより予備成形品に確実に接触する。誘導子（３４１）に高周波電流が供給され、これが、成形用空洞を加熱する効果および編成された予備成形品の中に含まれるポリマーをその融解温度にする効果を有する。

ブラダ（３５０）の膨張圧力が増大し、それにより予備成形品を圧縮する。予備成形品での一様な充填を実現するように成形用空洞内の温度が維持され、ここでのこの充填時間は繊維含有量およびポリマーの粘度の関数である。

次いで、誘導子に電力供給することが停止され、熱伝達流体が冷却チャンネル（３６０）の中に送られ、それによりモールドおよびこのようして作られる部品を、その離型のために適する温度まで、冷却する。

図１に示される機械設備が、本明細書において上で説明されるような導電性コーティングを有するような膨張可能なブラダを備えるような事例では、このブラダがダイまたはパンチのいずれに接続される場合でも、本明細書において上で説明されるような作業の順序が同じである。

図１の実施例と同様に、パンチがブラダを有さないような実施形態、および、ダイの中ではなくパンチの上に予備成形品を配備する形の、加熱および冷却のための手段がパンチの中に含まれるかまたはさらにはパンチおよびダイの中に含まれるような実施形態、などの、他の実施形態も可能である。

したがって、本明細書において上で示される任意の実施形態に従う、誘導を介する自律的な加熱を用いてのモールドの使用の組み合わせ、または編成された予備成形品がその充填用ポリマーを備えるような形でのこれらの実施形態の組み合わせにより、リード・タイムを短縮して、１回の強化作業で、高い繊維含有量の複雑な形状を有する部品を大量生産することが可能となる。

本発明の対象の方法は、大量消費の市場向けである複合部品を作るのに特に適する。

高い繊維含有量と、マトリックスを構成する熱可塑性ポリマーと、複合材の中での繊維の構成形態との関連性により、これらの部品が特に耐衝撃性を有するようになり、また従来技術の方法に従う場合には低い繊維含有量を有するようなゾーンにおいて、また具体的には示される例では隅部付属部分のところにおいて、十分な繊維含有量を維持することが可能となる。

しかし、これらの領域は、また具体的には３次元の接続領域または隅部付属部分は、スーツケース・シェルなどの、特に衝撃に関して特に応力を受けるような、本発明の対象の製品上での領域である。

図４では、本発明の方法の第１のステップ（４１０）に従って、予備成形品が、最終的な部品の形状に一致するように編成される。上記予備成形品が、編成されたスレッドの中で一つに合わされる形態であるかまたは編成されたスレッドの中にあるコーティングの形態であるか、あるいは強化スレッドをまたは充填用ポリマーで作られるスレッドを編成することによる、最終的な部品の熱可塑性の充填用ポリマーを備える。

上記予備成形品が時間に関しての制限を受けることなく保管され得ることを理由として、または変化が起こる場所から遠くにある場所で作られ得ることを理由として、上記ポリマーは安定している。

装着ステップ（４２０）によると、このようにして得られた予備成形品が、モールドを開放した状態において、本発明の任意の実施形態に従って機械設備の上にまたはその中に設置される。

編成テクニックにより閉じられている輪郭を有する予備成形品を得ることが可能とならないような事例に相当する特定の実施形態によると、溶接ステップ（４２５）が機械設備内で直接に実行され、それにより予備成形品の輪郭が閉じられる。

充填／強化ステップ（４３０）に従って、モールドが閉じられ、それにより、予備成形品に第１の圧力が加えられ、パンチとダイとの間で境界を画定される成形用空洞が充填用ポリマーの融解温度以上の温度となる。

特定の実施形態によると、本発明の方法が、モールドを閉じた後で、予備成形品を有する空洞を真空状態にするステップ（４２７）を含む。

維持ステップ（４４０）に従って、前のステップ（４３０）の間において到達した温度で成形用空洞および予備成形品が維持され、この間、パンチの成形面と予備成形品を備えるダイの成形面との間で接触圧力が維持される。

代替的な実施形態によると、維持ステップ（４４０）が、パンチおよびダイを接近させることによるかあるいはダイまたはパンチの拡大可能な手段（ブラダ）に対して追加の膨張圧力を加えることにより、予備成形品にかかる圧力を増大させる圧縮ステップ（４４５）を含む。

冷却ステップ（４５０）に従って、成形用空洞および予備成形品がモールド内で循環する熱伝達流体によって冷却され、この間、予備成形品にかかる圧力が維持される。

成形用空洞内の温度が充填用ポリマーのガラス遷移温度以下になるまで、冷却（４５０）が継続する。

離型ステップ（４６０）に従って、モールドが開放され、部品が離型される。次いで、新しい予備成形品を用いてこのサイクルが装着ステップ（４２０）で再開される。

Claims (13)

1. 熱可塑性マトリックスと、連続する補強材とを備える３次元複合部品を作るための方法であって、
   前記方法は：
   ａ．３次元編成により、最終的な部品の形状に一致する前記マトリックを形成するポリマーの予め充填される繊維状の予備成形品（１００、５００）を得るステップ（４１０）と；
   ｂ．対をなすパンチ（１２０、３２０）とダイ（１１０、３１０）との間に密閉されて閉じられている空洞を画定するために、機械設備の対をなすパンチ（１２０、３２０）とダイ（１１０、３１０）との間に前記予備成形品を配置するステップ（４２０）と；
   ｃ．前記予備成形品に第１の圧力を加えるような形で前記機械設備を閉じるステップと；
   ｄ．前記空洞の温度を、前記第１の圧力を維持することにより、前記予備成形品に充填されている前記ポリマーの融解温度にするステップ（４３０）と；
   ｅ．前記予備成形品を有する前記空洞を、第２の圧力を維持しながら離型するのに適する温度まで冷却するステップ（４５０）と；
   ｆ．前記モールドを開放して前記部品を離型するステップ（４６０）と
   を含む、ことを特徴とする、
   方法。
2. ステップｃ）は前記空洞を真空状態にするステップ（４２７）を含む、請求項１に記載の方法。
3. ステップｄ）とステップｆ）との間に以下のステップ：
   ｇ．前記予備成形品に前記ポリマーを充填するのに適する時間において温度を維持するステップ（４４０）、
   を含む、請求項１に記載の方法。
4. ステップｇ）において第２の圧力が前記予備成形品に加えられる（４４５）、請求項３に記載の方法。
5. 前記編成された予備成形品は、前記充填用ポリマーで作られるストランドと一つに合わされる前記強化繊維のストランドで作られるスレッドを使用して、得られる、請求項１に記載の方法。
6. 前記編成された予備成形品は、前記充填用ポリマーで被覆されるスレッドから得られる、請求項１に記載の方法。
7. 前記予備成形品は、前記強化繊維で作られるスレッドおよび前記充填用ポリマーで作られるスレッドを編成することにより、得られる、請求項１に記載の方法。
8. 前記強化繊維は前記充填用ポリマーの融解温度より高い融解温度を有するポリマーである、請求項７に記載の方法。
9. 前記予備成形品は指編み編成テクニックを使用して編成される、請求項１に記載の方法。
10. ステップｂ）の前に、前記予備成形品の輪郭を閉じるためのソーイング・ステップを含む、請求項９に記載の方法。
11. ステップｂ）とステップｃ）との間に、以下のステップ：
    ｈ．溶接により前記予備成形品の輪郭を閉じるステップ（４２５）
    を含む、
    請求項１に記載の方法。
12. 前記予備成形品はｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄ ｍｅｓｈ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅを使用することによって編成される、請求項１に記載の方法。
13. 閉じられている空洞の中において、前記パンチと前記ダイとの間の隙間を２つの値の間で変化させることにより前記第１の圧力および前記第２の圧力が前記予備成形品に加えられる、請求項４に記載の方法。

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