JP6788618B2 - 熱硬化性の複合材料でできた管のような中空プロフィール部材および対応する方法 - Google Patents

Description

本発明は、コンロッドのような部分を生産するために熱可塑性材料から、または熱可塑性の複合材料から作成される端部部品がオーバーモールドされる（そしてこの場合、２つの端部がオーバーモールドされる）、熱硬化性の複合材料（好ましくは炭素繊維から成る）から作成される管のような中空プロフィール部材に関する。

特に工業および航空セクターのために使用するコンロッドの場合、この種の部分は、牽引および圧縮の両方に関して、しかし捻れ振動および温度に関しても、重要な力を受ける。したがって、プロフィール部材とオーバーモールドされた端部部品との間の連結が十分に強いことが必要である。それが耐えなければならないトラクション力は、１５ｍｍの最大直径または幅を有するプロフィール部材部のための１４０°までの温度勾配を有する１トンよりも大きい。２つの材料（熱硬化性カーボンおよび熱可塑性のプラグおよび端部部品）は、異なる膨張係数を有する。そして、温度差は、２つの材料の分離の危険性、したがって事故の危険性を誘導する。

方法は、特許文献１に説明されるように、２つの熱可塑性の部分を化学的に結合させることで知られている。そこにおいて、２つの部分の強度を一緒に増加させることを可能にするレリーフを作成するために両部分を熱で再構築（ｈｏｔ−ｒｅｓｈａｐｅ）することさえ、２つの部分の間に化学的結合を作成するように、熱可塑性の部分は一緒に加熱されて、押圧される。しかしながら、化学的結合を作成するために熱可塑性材料と再構築されることができなくて、混ぜ合わせられることができない熱硬化性の管には、この方法は適用できない。

独国特許第ＤＥ １０ ２０１２ ０２１ ４９３号 欧州特許第ＥＰ １ ７７４ ２１６号

本発明の目的は、これらの問題に対処することを可能にするアセンブリ、およびアセンブリを製造する方法を提案することである。

本発明による熱硬化性の複合材料でできている中空プロフィール部材上に熱可塑性の端部部品をオーバーモールドする方法は、以下のステップ、
−注入ゾーン上に熱硬化性の複合材料でできているプロフィール部材の形状を機械加工するステップ、
−プロフィール部材にプラグを位置決めするステップ、
−プロフィール部材およびプラグのアセンブリを熱的に条件づけるステップ、
−プロフィール部材、プラグおよび端部部品の接合を作成するために、熱可塑性の複合材料を有する端部部品を射出または注入するステップ、
を含むことを特徴とする。

この方法は、それがほとんどステップを必要としないので、単純である。しかし、それは、強い牽引、圧縮、温度勾配、および異なる膨張係数の材料に耐えることができるアセンブリを得ることを可能にする。プロフィール部材の壁上に及ぼす射出圧力に耐えるために、プラグは、注入ゾーンの長さ以上の長さを好ましくは有する。プロフィール部材は、引抜かれるかまたはそうでない、熱硬化性カーボンでできていることが可能である。例えばそれは、特許文献２に説明されるように、引抜き成形法にしたがって作成されることが可能である。機械加工は、プロフィール部材の外側上に実行される。しかし、内側上の第２の機械加工が想定されてもよい。端部部品の形状は、周辺コンロッド構造との結合を可能にするのに適している。プロフィール部材の形状の機械加工は、プロフィール部材と端部部品との機械的結合を許容する。実際、熱硬化性のプロフィール部材が熱可塑性材料と異なり変形することができないので、それは、端部部品を保持することを可能にするプロフィール部材上に機械加工された形状である。

都合のよいことに、方法は、注入ゾーンにおけるプロフィール部材の化学的処理のステップを含む。プロフィール部材の機械加工部品におけるプロフィール部材の機械加工後のこの化学的処理は、溶媒、接着剤または湿潤剤の使用にあることができる。この処理は、プロフィール部材と端部部品との間の連結を改善する。

任意には、方法は、注入ゾーンにおけるプロフィール部材のレーザー処理のステップを含む。

第１の異型によれば、プラグの位置決めは、プロフィール部材上に直接なされる。プラグは、注入ツールへのその配置の前に、プロフィール部材に置かれる。この場合、プラグは、周辺フランジを好ましくは有する。

第２の異型によれば、プラグの位置決めは、注入ツール内にそれを位置決めすることによって、次いで、注入ツール内にプロフィール部材を取り付けることによってなされる。この場合、プラグは、中空であることが可能であり、ツールで保持されるためにねじ切りされることが可能である。次いで、それは、プラグの周辺にプロフィール部材を挿入するのに十分である。

例えば、プラグは、高分子材料（例えば、熱可塑性材料）でできていることが可能であり、金属材料（例えば、アルミニウムまたはチタンおよび両方の組合せ）でできていることが可能である。

本発明はまた、内径Ｄ_１のそして外径Ｄ_２の熱硬化性の複合材料でできている中空プロフィール部材、および熱可塑性の端部部品を備えるアセンブリであって、プロフィール部材の内部に配置されるプラグを備え、プロフィール部材は、プロフィール部材の端部に機械加工された部品を備える、ことを特徴とする、アセンブリに関する。アセンブリは、（フレアーの形またはそうでないなどの、円形の、正方形の、矩形の、三角形のプロフィールを有する）管形状でありえて、その上に熱可塑性端部部品（複合材料またはそうでない）がオーバーモールドされる中空プロフィール部材から作成されるコンロッドであることが、特に可能である。プラグは、プロフィール部材が満たされるのを防止するために、オーバーモールドされた側上のプロフィール部材内に置かれる。プラグは、それを塞ぐために、プロフィール部材のそして実質的に同一サイズの内部プロフィールを補足する外部プロフィールの少なくとも一部を有する。プラグは、オーバーモールドされたプロフィール部材のオーバーモールドされた部分のおよび端部部品の長さ以上の長さを有する。それは、このように、プロフィール部材の壁上に注入の間、プロフィール部材を閉じる機能、および、及ぼされる半径方向の力を吸収する機能、の二重の機能を有する。したがって、プロフィール部材は、大きい空きを残す。そしてそれは、より少ない材料があるので、低い重量の、削減されたコストの部分を得ることを可能にする。プロフィール部材は、熱硬化性カーボンにおいて作成されること、および引抜き成形によって得られることが、可能である。

特定の提供によれば、プロフィール部材の機械加工された部品は、穴をあけられる。これらの穴は、熱可塑性材料がプラグに達するまでプロフィール部材へと入り込むことを許容する。そしてそれは、アセンブリの強度を高める。この場合、プロフィール部材との熱可塑性材料の接触面がそれからより大きいので、プロフィール部材の内部機械加工は、有利である。

第２の異型によれば、プロフィール部材の機械加工された部品は、ヘリカルまたはそうでない、円形の溝（ｆｕｒｒｏｗ ｏｒ ｇｒｏｏｖｅ）を有する。これらの溝は、異なるプロフィール（Ｖ形状の、正方形の、五角形の、丸の、など）を有することが可能である。単一の空所を提供することも可能である。

第３の異型によれば、プロフィール部材の機械加工された部品は、レーザー処理を受けた。レーザー処理は、非常に少ない寸法の条線（ｓｔｒｉａｔｉｏｎ）を生じることを可能にする。

プロフィール部材の機械加工された部品上に付加的な化学結合を提供することができる。

特定の特徴によれば、プラグは、その長さの一部を通じて、プロフィール部材の内径Ｄ_１よりも小さい外径ｄ_１を有する。これは、プロフィール部材とプラグとの間に空間を残す。この空間において、プロフィール部材が穴のあいている場合に、熱可塑性材料が入ることが可能であるか、または、熱可塑性材料の注入の間、プロフィール部材がわずかな変形を受けることが可能である。

別の特定の特徴によれば、プラグは、プロフィール部材の外径Ｄ_２よりも大きい直径ｄ_２の周辺エッジを有する。これは、プロフィール部材のエッジ上に保持して、熱可塑性材料の注入の間、プロフィール部材へと押圧されることを回避することを許容する。

プラグは、プロフィール部材の内部のそれらよりも少ない寸法の部分を有することができて、この場合、それは、注入ツールそのものにおいて注入の間保持される。

他の特徴は、例として与えられる、添付図面に例示された、以下の例の読み込みにおいて当業者にも明らかになる。

図１は、本発明によるプロフィール部材の第１の例である。 図２は、本発明によるプロフィール部材の第２の例を表す。 図３は、本発明によるプロフィール部材の第３の例である。 図４は、本発明による注入前のアセンブリの第１実施形態の断面図である。 図５は、本発明による注入前のアセンブリの第２実施形態の断面図である。 図６は、注入後の図４のアセンブリの部分的断面図である。 図７は、注入後のアセンブリの断面図である。

図１に例示されるプロフィール部材１は、端部に機械加工された穴１０を有する、引抜き成形によって作成されるかまたはそうでない、熱硬化性複合材料（例えば、熱硬化性カーボン）でできている中空管である。これらの穴１０は、プロフィール部材１への熱可塑性材料の通過を可能にする。

図２において、プロフィール部材１は、溝１１を有する端部を有する。溝を有する部分の長さｌは、熱可塑性材料の注入ゾーン１３と実質的に同じ長さを好ましくは有する。

図３において、プロフィール部材１は、凹凸１２を有する端部を有する。それらは、機械加工によってまたはレーザーによって作成されることが可能である。凹凸の領域は、好ましくは、熱可塑性材料の注入ゾーン１３と実質的に同じ長さｌである。表面の他の形も、可能である。

図４は、機械加工された端部を備えるか或いは溝または凹凸を有するプロフィール部材１の部分に対応する注入ゾーン１３の下にプロフィール部材１に挿入される、熱可塑性材料または金属材料または２つの材料の組合せでできた第１のタイプのプラグ２を有する、熱硬化性複合材料でできているプロフィール部材の断面図を示す。プラグ２は、開口を塞ぐことにより注入される熱可塑性材料に対するプロフィール部材１の密封性を確実にするために、その直径ｄ_０がプロフィール部材１の内径Ｄ１に実質的に等しい端部２０を備える。ここで、プラグ２は、プロフィール部材１の注入ツールによって、例えば内ねじ（表されない）によって、保持される。プロフィール部材１とプラグ２との間の空間１５は残る。

図５において、これは、プロフィール部材１の内径Ｄ_１に実質的に等しい直径ｄ_０の端部３０、および、前記プロフィール部材１およびその端部１４上のベアリングの外径Ｄ_２よりも大きい直径ｄ_２の周辺エッジ３１を有する、熱可塑性材料または金属材料または２つの材料の組合せでできた第２のタイプのプラグ３を有する、熱硬化性複合材料でできている管の断面図である。プロフィール部材１の端部でプラグ３を保持するのは、周辺エッジ３１である。プロフィール部材１とプラグ３との間の空間１５は残る。

図６は、端部部品４を形成する熱可塑性材料の注入後の第１のタイプのプラグ２を有する、図１のプロフィール部材１の部分断面図を示す。プロフィール部材１上に端部部品４のより良好な接着を許容する空間１５を充填するために、熱可塑性材料は、穴１０へと入る。

図７は、端部部品５の注入後の第２のタイプのプラグ３を有する、図１のプロフィール部材の断面図である。端部部品５を形成する熱可塑性材料は、機械加工部品においてプロフィール部材１のまわりにモールドされた。

本発明による方法の実施は、以下のように行われる。プロフィール部材１から始まり、機械加工が図１〜図３のように実行され、次いで、例えばツールの要素上にねじ込むことによりプラグ２が注入ツールに挿入され、次いで、図４のようにプロフィール部材１が注入ツールに挿入されるか、または、プラグ３を次いで注入ツールに配置するために、図５のようにプラグ３がプロフィール部材１に配置され、次いで、プロフィール部材１およびプラグ２または３のアセンブリが前記注入ツールにおいて熱的に条件付けられ、次いで、熱可塑性材料が端部部品４または５の形状をした型に注入される。プロフィール部材の機械加工の形に応じて、熱可塑性材料は、穴１０、または溝１１、または凹凸１２の間へと入る。

明らかに、端部部品は、コンロッドを作成するためにプロフィール部材１の各端部で作成される。

Claims (10)

1. 熱硬化性の複合材料でできている中空のプロフィール部材（１）上に熱可塑性の端部部品（４、５）をオーバーモールドする方法であって、以下のステップ、
   −注入ゾーン（１３）上に熱硬化性の複合材料でできている前記プロフィール部材（１）の形状を機械加工するステップ、
   −前記プロフィール部材（１）の壁上に及ぼす射出圧力に耐えるために、前記注入ゾーンの長さ以上の長さを有するプラグ（２、３）を前記プロフィール部材（１）に位置決めするステップ、
   −前記プロフィール部材（１）および前記プラグ（２、３）のアセンブリを熱的に条件づけるステップ、
   −前記プロフィール部材（１）、前記プラグ（２、３）および前記端部部品（４、５）の接合を作成するために、熱可塑性の複合材料とともに前記端部部品（４、５）を射出するステップ、
   を含む、ことを特徴とする、方法。
2. 前記注入ゾーン（１３）における前記プロフィール部材（１）の化学的処理のステップを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記注入ゾーン（１３）における前記プロフィール部材（１）のレーザー処理のステップを含む、ことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記プラグ（３）の前記位置決めは、前記プロフィール部材（１）上に直接なされる、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記プラグ（２）の前記位置決めは、注入ツールにそれを位置決めすることによって、次いで、前記注入ツールに前記プロフィール部材（１）を取り付けることによってなされる、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
6. 内径Ｄ_１のそして外径Ｄ_２の熱硬化性の複合材料でできている中空のプロフィール部材（１）、および熱可塑性の端部部品（４、５）を備えるアセンブリであって、前記プロフィール部材（１）の内部に配置されるプラグ（２、３）を備え、前記プラグ（２、３）は、前記プロフィール部材（１）の壁上に及ぼす射出圧力に耐えるために、注入ゾーンの長さ以上の長さを有し、前記プロフィール部材（１）は、前記プロフィール部材（１）の端部に機械加工された部品を備える、ことを特徴とする、アセンブリ。
7. 前記プロフィール部材（１）の前記機械加工された部品は、穴をあけられる、ことを特徴とする請求項６に記載のアセンブリ。
8. 前記プロフィール部材（１）の前記機械加工された部品は、レーザー処理を受けた、ことを特徴とする請求項６に記載のアセンブリ。
9. 前記プラグ（２、３）は、その長さの一部を通じて、前記プロフィール部材（１）の内径Ｄ_１よりも小さい外径ｄ_１を有する、ことを特徴とする請求項７に記載のアセンブリ。
10. 前記プラグ（３）は、前記プロフィール部材（１）の外径Ｄ_２よりも大きい直径ｄ_２の周辺エッジを有する、ことを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載のアセンブリ。

Images