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技術 連続繊維、特に天然由来の繊維によって強化された熱可塑性基質を有する複合材料の部品を圧縮一体化するための装置および方法

出願人 ロックツール
発明者 ファージェンブルムホセガイチャードアレクサンドル
出願日 2012年4月2日 (9年6ヶ月経過) 出願番号 2014-501672
公開日 2014年6月5日 (7年4ヶ月経過) 公開番号 2014-513639
状態 特許登録済
技術分野 プラスチック等の注型成形、圧縮成形 プラスチック等の成形用の型
主要キーワード 小型ケース 熱可塑性基質 流体循環回路 展開部分 複合積層材 磁気伝導性 圧縮一体化 冷却行程
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図面 (11)

課題・解決手段

本発明は、熱可塑性ポリマー含浸させた連続繊維を備える織物プリフォーム(600)を圧縮一体化するための装置に関し、下記を備える。 i .部品の形状に対応したキャビティ(220)を備える型枠(210)を含む金型(200)であって、型枠は開口面と底面との間の深さ方向に延長し、フレーム(230)内に挿入される金型 ii. 型枠(210)の中空部内に延長する2つのインダクタを備える型枠(210)を誘導加熱するための手段であって、各インダクタが、キャビティ(220)の開口面に対して実質的に平行で、型枠の開口面と底面との間に配置された平面内に1つの巻線を形成する、手段 iii. 金型を冷却するための手段(235) 本発明はまた、本装置を使用して実施される方法および、本装置を使用して得られる部品に関する。

概要

背景

これら2つの使用事例では、シェルは、このような機器が受けうる衝撃および圧入に対する剛性および耐性の構造品質を有しなければならず、かつまた対象物および/またはコンポーネントの寸法に完全に適合するよう正確に作製されなければならない。

本発明による方法の他の用途として特に、小型ケーススーツケースまたは保護ケースを作製するために手荷物品用に設計されたハーフシェルの作製が考えられうる。

前述のようなこれらの用途では、対象物を軽量に保ちつつ、機械的強度および正確さに関する制約対処しなければならない。

これらの消費財は、大量生産され、季節性の影響、消費者の好みや独特色合いおよび流通業者の表示に合わせるために装飾上の制約を受ける。これらの製品は、一般大衆用で頻繁に新しくされる機器のためのものであることが意図されており、有利に再利用でき、少なくとも環境インパクトが小さいものでなくてはならない。

そのためには、このような部品、詳細にはタブレット型パソコン用のハーフシェルを、熱可塑性基質および連続繊維強化材を備える層状の複合材料で作製することは有利であり、この繊維強化材は主に植物由来天然繊維を備える。部品は、プラスチック母材および連続繊維強化材で構成され、これらはともに軽量で非常に強い。母材熱可塑性は、強化繊維の特性が原料の製造およびその再利用または廃棄物処理に関して環境インパクトを限定するのと同じように、再利用を容易にする。

概要

本発明は、熱可塑性ポリマー含浸させた連続繊維を備える織物プリフォーム(600)を圧縮一体化するための装置に関し、下記を備える。 i .部品の形状に対応したキャビティ(220)を備える型枠(210)を含む金型(200)であって、型枠は開口面と底面との間の深さ方向に延長し、フレーム(230)内に挿入される金型 ii. 型枠(210)の中空部内に延長する2つのインダクタを備える型枠(210)を誘導加熱するための手段であって、各インダクタが、キャビティ(220)の開口面に対して実質的に平行で、型枠の開口面と底面との間に配置された平面内に1つの巻線を形成する、手段 iii. 金型を冷却するための手段(235) 本発明はまた、本装置を使用して実施される方法および、本装置を使用して得られる部品に関する。

目的

効果

実績

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請求項1

熱可塑性ポリマー含浸させた連続繊維を備える織物プリフォーム成形一体化するための装置であって、i .部品の形状に対応したキャビティを備える型枠を含む金型であって、前記型枠は開口面と底面との間の深さ方向に延長し、フレーム内に挿入される金型と、ii. 2つのインダクタを備える、前記型枠を誘導加熱するための手段であって、各インダクタが、前記キャビティの開口面に対して実質的に平行で前記型枠の開口面と底面との間で異なる高さ位置に配置され、平面内に1つの巻線を形成する手段と、iii.前記金型を冷却するための手段と、iv. 前記部品の形状に対応した突出部分および規定された空隙値(e)におけるキャビティからの距離を備えるパンチであって、一部分が前記パンチと前記金型との間でブランク保持部として作用するように適合されたパンチとを備える、装置。

請求項2

前記誘導加熱手段が、前記キャビティの底部と前記型枠の底部との間に延在する中空部内に少なくとも1つの巻線を形成する1つのインダクタを含む、請求項1に記載の装置。

請求項3

前記フレームが、非磁性の材料で作製される、請求項1に記載の装置。

請求項4

前記型枠が、キャビティが切削されたブロックおよび前記ブロックを保持するベースを備える、請求項1に記載の装置。

請求項5

前記ベースが、非磁性の材料で作製される、請求項1に記載の装置。

請求項6

前記インダクタが、多重線銅ケーブルで構成され、前記の線が裸線である、請求項1に記載の装置。

請求項7

前記型枠が、インダクタを収容するように適合された中空部を形成する割線中心線を有する2つの穴部を備え、前記2つの穴部間の前記中空部の連続性が、前記インダクタの可撓性に適合された結合半径を有する中空部を備える追加のパーツによって提供される、請求項1に記載の装置。

請求項8

前記型枠の前記ブロックが、非磁性の金属材料で作製され、前記インダクタが延長する前記中空部が強磁性の材料の層で被覆される、請求項1に記載の装置。

請求項9

前記型枠の前記ブロックが、銅およびその合金から選択された材料で作製される、請求項6に記載の装置。

請求項10

前記型枠の前記ブロックが、アルミニウムおよびその合金から選択された材料で作製される、請求項6に記載の装置。

請求項11

4つのフランジ付き縁部および閉じた輪郭を有し、熱可塑性基質および植物由来の連続繊維を有する繊維強化材を備える積層複合材料で構成された部品の製造のために、請求項1に記載された装置を用いて実施される、方法であって、a.熱可塑性ポリマーを含浸させた織物ブランクから一体化されない部分を切り取るステップと、b.請求項1に記載された装置の前記キャビティ上に前記ブランクを配置するステップと、c.前記キャビティの外周上に前記ブランクの縁部を保持しつつ、かつ前記パンチと前記金型との空隙(e)内にプレスされた前記ブランクを保持しつつ、前記キャビティ内に前記パンチを下降させることにより前記ブランクを成形するステップと、d.前記キャビティの外周上に保持された前記縁部上のポリマー溶融温度に達することなく前記空隙内の圧力を保持しつつ、少なくとも2°s-1に等しい加熱速度で前記熱可塑性ポリマーの溶融温度以上の温度まで、前記キャビティ内に配置された前記ブランクの一部分を加熱するステップと、e.前記空隙内の圧力を保持しつつ、2°s-1以上の冷却速度で前記ポリマーのガラス転移温度より低い温度まで前記キャビティを冷却するステップとf.前記キャビティから前記パンチを分離し、前記部品を取り外すステップとを備えることを特徴とする、方法。

請求項12

詳細にはタブレット型パソコンまたは携帯情報端末用ハーフシェルである請求項11に記載の方法を用いて得られる部品であって、閉じた輪郭を有する4つのフランジ付き縁部を備え、熱可塑性ポリマーで作製された基質および植物由来の天然繊維からなる連続繊維を少なくとも30%含む繊維強化層を備え、前記積層内に統合されかつ印刷された織物で作製された装飾層を含み、前記装飾層が基質を構成する前記ポリマーによって完全に覆われている、部品。

請求項13

熱可塑性基質が、第1のバイオソースのPETおよび、前記第1のPETの溶融温度より高い溶融温度を有する第2のバイオソースのPETで作製された繊維を備える強化繊維で構成された、請求項12に記載の部品。

技術分野

0001

本発明は、連続繊維長繊維)、特に天然由来の繊維によって強化された熱可塑性基質を有する複合材料部品圧縮一体化するための装置および方法に関する。本発明は特に、三面のコーナーフィッティング接続により結合され、閉じた輪郭を有する4つのフランジ付き縁部を備える非展開の(閉じた)ハーフシェルの形状で熱可塑性基質を有する複合材料の部品の大量生産に適する。このような部品は特に、携帯電話携帯情報端末、またはタブレット型パソコンなどの通信端末用ケースまたはハーフシェルとして使用されることが意図される。あるいはこのハーフシェルは、非限定的であるが、電子部品筐体としてかつ対象物を組み立てる間のスクリーン支持体として、または対象物を収容するよう適合された追加的保護のためのシェルとして使用されうる。

背景技術

0002

これら2つの使用事例では、シェルは、このような機器が受けうる衝撃および圧入に対する剛性および耐性の構造品質を有しなければならず、かつまた対象物および/またはコンポーネントの寸法に完全に適合するよう正確に作製されなければならない。

0003

本発明による方法の他の用途として特に、小型ケーススーツケースまたは保護ケースを作製するために手荷物品用に設計されたハーフシェルの作製が考えられうる。

0004

前述のようなこれらの用途では、対象物を軽量に保ちつつ、機械的強度および正確さに関する制約対処しなければならない。

0005

これらの消費財は、大量生産され、季節性の影響、消費者の好みや独特色合いおよび流通業者の表示に合わせるために装飾上の制約を受ける。これらの製品は、一般大衆用で頻繁に新しくされる機器のためのものであることが意図されており、有利に再利用でき、少なくとも環境インパクトが小さいものでなくてはならない。

0006

そのためには、このような部品、詳細にはタブレット型パソコン用のハーフシェルを、熱可塑性基質および連続繊維強化材を備える層状の複合材料で作製することは有利であり、この繊維強化材は主に植物由来天然繊維を備える。部品は、プラスチック母材および連続繊維強化材で構成され、これらはともに軽量で非常に強い。母材熱可塑性は、強化繊維の特性が原料の製造およびその再利用または廃棄物処理に関して環境インパクトを限定するのと同じように、再利用を容易にする。

0007

仏国特許第2922276号(FR−A−2922276)
仏国特許第2882682号(FR−B−2882682)

0008

しかし、強化材は連続繊維で構成されるため、そのような部品はこのタイプの大量生産で一般的に考えられるプラスチック射出成型法を用いて作製することができない。同様に、仏国特許第2922276号(FR−A−2922276)に記述されたような予め一体化された熱可塑性ブランクスタンピング成形する方法を用いることができない。何故ならば、繊維が天然である場合、詳細には繊維が植物由来である場合には、成形前に非展開の領域での繊維の相対摺動を可能にする温度までブランクを予備加熱すると、樹脂流動性のために、繊維を燃焼させるリスクが生じるからである。したがって仏国特許第2922276号に記述された方法は、より詳細には、繊維強化材が、樹脂の溶融温度においてそのような燃焼現象による影響を受けにくい炭素ガラスまたはアラミド繊維で成形される場合の部品の製造に適合される。さらに、天然繊維の水分率(humidity content)は10%より大きく、この水分はホットスタンピング成形時に水蒸気に変化しやすく、品質欠陥の原因になりうる。

先行技術

0009

仏国特許第2882682号(FR−B−2882682)に記述された方法は、真空バッグ装置を用いて成形行程を実行することにより、天然繊維の可燃性の問題を解決する。しかしこの方法は、三面結合部におけるコーナーフィッティングのようなタイトな非展開の形状を得ることはできない。何故ならば、織物張力下に置くことができないこの方法は、非展開の領域においてまたはその領域の近傍で、折り目および/または皺の形成を引き起こすからである。さらに、膜またはバッグを用いて成形および圧縮するこの方法は、意図された用途での製造に適した高い生産率を達成することができない。したがって、先行技術には、このような部品の作製に適した方法が存在しない。

課題を解決するための手段

0010

先行技術の欠点を改善するために、本発明は、熱可塑性ポリマー含浸させた連続繊維を備える織物プリフォームを成形一体化するための装置に関し、この装置は下記を含む。
i .部品の形状に対応したキャビティを備える型枠を含む金型であって、型枠は(キャビティの)開口面と底面との間の深さ方向に延長し、フレーム内に挿入される金型
ii. 2つのインダクタを備える、型枠を誘導加熱するための手段であって、各インダクタが、キャビティの開口面に対して実質的に平行で型枠の開口面と底面との間の異なる高さ位置に配置され、平面内に少なくとも1つの巻線を形成する手段
iii. 金型を冷却するための手段
iv. 部品の形状に対応した突出部分および規定された空隙値におけるキャビティからの距離を備えるパンチであって、一部分が金型との間でブランク保持部として作用するように適合されたパンチ

0011

したがって、型枠を囲むインダクタは、金型の縁部を少しでも加熱することなく、キャビティの全面にわたって均一の温度を確保することにより、熱可塑性ポリマーを含浸させたプリフォームを溶融させる温度まで局所的にかつ急速に型枠を加熱することを可能にする。金型の縁部は、成形行程時にパンチの縁部と協働してプリフォームの縁部を保持し、繊維を張力下に維持する。

0012

本発明はまた、4つのフランジ付き縁部および閉じた輪郭を有し、熱可塑性基質および特に植物由来の連続繊維を有する繊維強化材を備える複合積層材料で構成された部品の製造のために、本発明による装置を用いて実施される方法に関し、方法は次のステップを備える。
a.熱可塑性ポリマーを含浸させたブランクの一体化されない部分を切り取るステップ
b.本発明による装置のキャビティ上にブランクを配置するステップ
c.キャビティの外周上にブランクの縁部を保持しつつ、かつパンチと金型との間の空隙内にプレスされたブランクを保持しつつ、キャビティ内にパンチを下降させることによりブランクを成形するステップ
d.キャビティの外周上に保持された縁部上のポリマーの溶融温度に達することなく空隙内の圧力を保持しつつ、少なくとも2°s-1に等しい加熱速度で熱可塑性ポリマーの溶融温度以上の温度まで、キャビティ内に配置されたブランクの一部分を加熱するステップ
e.前記空隙内の圧力を保持しつつ、2°s-1以上の冷却速度でポリマーのガラス転移温度より低い温度までキャビティを冷却するステップ
f.キャビティからパンチを分離し、部品を取外すステップ

0013

したがって、本発明による方法は、キャビティ内に配置されたブランクの一部分の急速かつ局所的な加熱と冷却を組み合わせることにより、天然繊維に含まれた水分を蒸発させるリスクなしに、部品の三面結合部および非展開部分を成形するために織物を張力下に維持することにより、対象の部品を作製することを可能にする。

0014

本発明は、個々にまたは任意の技術的に動作可能な組合せで考えられうる下記の有利な実施形態において実施されうる。

0015

有利には、本発明による装置の誘導加熱手段は、キャビティの底部と型枠の底部との間に延在する中空内に少なくとも1つの巻線を形成する1つのインダクタを含む。したがって、キャビティの底部下方に配置されたインダクタは、これらのインダクタによる誘導により加熱された型枠の一部分とキャビティの底部との間の熱伝導により、キャビティの表面を加熱する。インダクタとキャビティの底部との間の距離は、型枠が作製される材料の熱伝導性に依存してキャビティの底部上の温度が均一になるように決定される。

0016

有利には、フレームは非磁性の材料で作製される。したがって、誘導加熱は型枠内に集中される。

0017

好ましい実施形態では、型枠は、その中にキャビティが切りとられるブロックおよびそのブロックを保持するベースを備える。この実施形態は、型枠の作製、詳細には、タイトな結合半径を有するインダクタを収容する中空部の作製を容易にして、キャビティに出来るだけ近接してインダクタが沿えるようにする。

0018

有利には、最後の実施形態では、ベースは非磁性の材料で作製される。したがって、誘導加熱はキャビティを備えるブロック内に集中される。

0019

有利には、インダクタは、多重銅ケーブルで作製され、その撚線裸線である。したがって、インダクタは可撓性でありキャビティの輪郭に非常に近接して沿うことができる。各撚線を被覆する絶縁材がないことにより、型枠を急速に加熱するためにケーブルを介して高い電界強度を送ることができ、したがってインダクタを損傷するリスクなしに、インダクタを高温に加熱することができる。

0020

有利な実施形態では、型枠は、インダクタを収容するように適合された中空部を形成する割線中心線を有する2つの穴部を備え、2つの穴部間の中空の連続性は、インダクタの可撓性に適合された結合半径を有する中空部を備えた別のパーツで提供される。型枠のこの実施形態は、中空部がキャビティの輪郭に非常に近接して沿うように、タイトな局所的結合半径を有する中空を作製することを可能にする。したがって、誘導により加熱される体積は小さく、型枠が高い加熱速度に達することおよび型枠の局所的な加熱を可能にする。

0021

本発明による装置の特に有利な実施形態では、型枠は非磁性の材料で作製され、インダクタが延長する中空部は強磁性被覆層で被覆される。この実施形態は、作製される材料の熱伝導により、キャビティ内の温度を均一にすることを助長する。

0022

最後の実施形態では、型枠が作製される材料は、銅およびその合金または、アルミニウムまたはその合金から選択される。これらの材料は、同じように高い導電性および熱伝導性を有し、そしてまた高い熱伝達率を有する。これらの特性は、インダクタがキャビティの外周近傍に配置された場合であっても、作製される材料の高い熱伝導性により均一なキャビティ温度に急速に達することを可能にする。型枠を構成する材料の熱伝達率は、キャビティから織物プリフォームへの急速な伝熱を可能にする。

0023

本発明の方法および装置は、部品、詳細には、閉じた輪郭を有する4つのフランジ付き縁部を備える複合積層材料で作製されたタブレット型パソコンまたは携帯情報端末用のハーフシェルの作製に適する。複合積層材料は、熱可塑性ポリマーで構成された基質および植物由来の天然繊維からなる連続繊維を少なくとも30%含む繊維強化層を備え、積層内に統合されかつ印刷された織物で作製された装飾層を含み、装飾層は基質を構成するポリマーによって完全に覆われている。したがって、装飾は装飾層を構成する織物上に平坦に印刷され、部品の装飾は耐摩耗性である。

0024

本発明による部品の1つの実施形態では、熱可塑性基質は、第1のバイオソース(植物由来)のPETおよび、その第1のPETの溶融温度より高い溶融温度を有する第2のバイオソース(植物由来)のPETで作製された繊維を備える強化繊維で構成される。したがって、PET繊維は更なる強化を提供し、部品の成形をさらに困難にすることなしに、部品の強化内容を増大させることができる。
本発明は、いかなる意味においても限定されることなく、図1から10を参照することにより、好ましい実施形態において下記に記述される。

図面の簡単な説明

0025

(1A)は本発明による部品の1つの例示的な実施形態の輪郭図、(1B)は本発明による部品の1つの例示的な実施形態の正面図、(1C)は本発明による部品の例示的な実施形態の斜視図
本発明による部品の製造方法を実施するための金型の1つの例示的な実施形態
フレームを可視するために型枠が取り除かれた金型の一部分の図2と同様の斜視図
図2の金型の保持フレームなしの底面図
図2で示された製品形状のキャビティを備える部品の場合の型枠の一部分の底面図
(6A)、(6B)、(6C)、(6D)は本発明による方法の1つの例示的な実施形態の図
本発明による方法を用いる部品の成形および一体化時に使用される圧力−温度サイクルの一例
本発明の1つの例示的な実施形態による金型を加熱するために使用されるインダクタの断面図
型枠が詳細に示された本発明による金型の1つの例示的な実施形態の断面図であって、(9A)は図2に示されたA−A線に沿った断面図、(9B)はキャビティの底部に平行な平面を画成するB−B線に沿った断面図、そして(9C)は型枠のコーナーフィッティング結合領域内でB−B線の平面と垂直な平面に沿った部分断面図
本発明による装置の1つの例示的な実施形態による、型枠のブロック内のインダクタを収容する中空部の実施形態の細部図4に示されたD−D線に沿った部分断面図

実施例

0026

1つの実施形態を示す図1では、本発明による部品(100)は、底部(110)およびフランジ付きの縁部(120)を備えるハーフシェルの形状を成す。部品(100)の輪郭(111)は、部品が折り返し縁部(120)と底部(110)との間の三面結合部において「コーナーフィッティング」と呼ばれる非展開の(閉じた)領域(121)を備えるように、連続的である。底部は、本明細書では平坦に表されている。1つの有利な実施形態(図示せず)では、底部は2重曲線を有する曲面に沿う。部品(100)は、いわゆる連続繊維(130)を備えるいくつかの層を含む複合積層材で作製される。いわゆる連続繊維は、部品(100)の一方の縁部から他方の縁部まで不断に延長する。1つの有利な実施形態では、繊維は、連続する単一繊維で、または例えば紡糸解砕繊維の形状で、数本の細い繊維の配置により再構築された連続繊維で構成される。

0027

そのような部品を製造するように適合された本発明による装置の1つの例示的な実施形態を示す図2では、装置はプレス(図示せず)のプレートに固定されるように適合された金型(200)を備える。金型(200)は、キャビティ(220)を備える「型枠」(210)と呼ばれる第1のアセンブリを含み、キャビティは作製する部品(100)の外表面を凹状に再現する。型枠(210)は、フレーム(230)内に配置され、プレスのプレートと共に機械的インタフェースとして作用し、またいくつかの技術的機能を支持する。したがって、フレーム(230)は、異なる部品に対応して異なる型枠(210)を収容するように適合される。キャビティ(220)と型枠(210)の上面の交差部の輪郭(221)は、キャビティの開口面を画成する。型枠(210)は、誘導加熱装置を備える。この装置は、キャビティ(220)の開口面に近接した高さにおいて、平面内に延長し1つの巻線を形成する回路で構成された第1のインダクタ(241)を備える。この例示的な実施形態では、第2のインダクタ(242)は、キャビティ(220)の底部(222)に近接した高さにおいて、平面内に延長し少なくとも1つの巻線を形成する回路で構成される。2つの回路(241,242)は、発電気直列に接続される。

0028

図3では、フレームは、型枠のまわりに流体循環回路を備える。この回路は、図3において一部分が概略的に示される。流体循環回路は、型枠の縁部およびキャビティの開口面を冷却するように適合された導管(331)、および型枠の底部(222)を冷却するように適合された導管(332)を備える。ネットワークを形成する導管(331,332)は、供給手段(235)によって流体が供給される。冷却液は、型枠(210)の効率的な冷却を可能にするために大部分が水で構成される。流体は、有利にはそれが爆発のリスクを伴わずに沸騰しうるように回路内に緩衝容器を挿入することにより、低圧力下でかつ開回路でネットワーク内を循環するように構成される。流体ネットワークの第1の例示的な実施によれば、流体の循環は、型枠が誘導により加熱される間保持されるが、これはその加熱手段が動作モードを十分に可能にするエネルギーを供給するからである。あるいは好ましくは、型枠が加熱される前に流体の循環は停止されて回路は空にされ、流体の循環は単に冷却行程時において実行される。

0029

図4では、型枠(210)は、下記の2つの組付部分によって構成される。
・ベース(430)
・ベース内に収容されたキャビティ(220)を備えるブロック(420)

0030

溝(440)は、ベース(430)とブロック(420)との間に延長し、巻線を形成し、キャビティの底部に近接して配置されたインダクタ(242)の筐体として作用する。溝(440)は、型枠(210)がフレーム(230)内に取り付けられるとフレーム(230)の底部によって閉じられ、それにより第2のインダクタ(242)が延長する中空部を形成する。フレームが誘導により加熱されず、加熱を型枠内に集中させるために、フレームは非磁性の材料で作製される。

0031

図5では、ブロック(420)は溝(540)を備え、ブロック(420)がベース(430)内に組み入れられると、溝(540)はベース(430)によって閉じられ、溝はキャビティの開口面に近接して中空部を形成し、この中空部に第1のインダクタ(421)が延長する。

0032

図8では、型枠の溝によって形成された中空部に沿うように、インダクタ(241,242)は多重撚線(840)で、好ましくは銅(Cu)で作製される。多重線構成は、第1に、高い周波数で機能させるためを含み、すべての素線表皮効果分配することにより、インダクタの断面積を減少させることを、そして第2に、インダクタに高い可撓性を与えて、特に曲率半径が小さい領域において、インダクタがキャビティの輪郭にできるだけ近接して沿うことを可能にする。インダクタを作製するために多重線ケーブルを使用することは、いわゆるリッツ線の形で先行技術で周知であるが、先行技術のケーブルは、各素線内に表皮効果を包含しインダクタの断面の大部分に電流を通すようにするために、個々に絶縁された素線を使用する。表皮効果は導体の外周上で導体を通って流れる電流の集中に対応して、電流の実効伝導断面が導体の断面よりはるかに小さくなるようにし、したがって実効伝導断面により伝導された電流の密度のためにジュール効果でかなり加熱される傾向がある。電流の周波数が高くなるほど、その効果はより大きくなる。したがってこれは、高い周波数を使用する導体において特に注目に値する。この効果を是正するために、上述のようないわゆるリッツ線が使用される。しかし、そのようなケーブルは、各素線の個々の絶縁体が耐えうる温度までに限定されたインダクタの動作温度、または一般にその目的で使用されるエポキシ樹脂の絶縁体に対する最大温度約180°Cを課す。驚くべき効果として、絶縁シースで個々に被覆されていない、いわゆる裸線の使用は、インダクタの温度の実際的制限なしに、被覆された素線と同じ大きさの電流密度を通すことを可能にし、同時に各素線が絶縁体で被覆されていないためインダクタの直径を減少させ、さらにインダクタの可撓性を向上させる。耐熱性である絶縁シース(841)は、例えばシリカファイバーで撚られたシースの形状で多重線ケーブルの外側を絶縁するために有利に使用される。

0033

図9Aでは、本発明による装置の1つの実施形態において型枠が詳細に描かれ、キャビティ(920)を加熱するために、キャビティの底部と開口面との間の平面にインダクタが配置される。そのために、例えばキャビティの中間の高さにおいて、中間の平面に追加のインダクタ(941)が配置される。このようなインダクタ(941)を収容するように適合された中空部(940)は、特にインダクタがキャビティ(920)の表面に近接して配置されなければならない場合には、溝切りにより作製することは困難である。このような状況では、中空部(940)は、切削により、詳細にはいわゆる3/4ビットまたはガンドリルビットを使用する深層切削技術の手段により有利に作製される。図9Bでは、この技術の困難さは、キャビティ(920)の輪郭に沿って中空部(940)を作製すること、少なくとも一端が閉じられなくてはならない割線の中心線(9410,9420)を有する穴を切削する必要があることに存在する。切削された穴の交差点(9412)は、その領域のキャビティ(920)の縁部から遠く、加熱効果は源初的であり(primordial)、その交差部はまたインダクタが小さい曲率半径で曲げられる必要がある角点を構成する。この難点を是正するために、インサート(930)がキャビティを含むブロック(920)内に作製された筐体内に配置され、インサート(930)はインダクタを構成するケーブルが許容する最小曲率半径に沿う円形の中心線に沿って延長する中空部(935)を含む。図9Cでは、インサート(930)は、有利には2つの組付部分(931,932)で構成され、それぞれがフライス加工で作製された溝(935)の半体を備える。したがって、加熱エネルギー源の空間分布および、型枠の周り流体循環は、キャビティ(220)の全表面上での均一な温度分配およびキャビティの縁部(221)上の温度の急勾配を同時に可能にして、非常に急速なキャビティ加熱および冷却サイクルの実行を可能にする。したがって、樹脂の溶融温度はキャビティ内で均一に達せられ、それにより部品の体積全体に基質を構成する熱可塑性ポリマーの均一な分配を可能にする。しかし、溶融温度はキャビティの縁部(221)を越えて達せられることはなく、したがって部品の非展開の領域(121)における皺の形成を回避するために、縁部上の織物の張力やずれの制御を可能にする。

0034

図6では、本発明による装置の有利な特徴は、これもまた本発明による方法を用いて部品を作製するために活用される。図6Aに示された方法の1つの例示的な実施形態では、最終複合物の層を構成するいくつかの層が織物プリフォーム(600)を構成するために積層される。第1の2つの層(611,612)は、熱可塑性ポリマーの粉をかけられた、例えば亜麻、綿または大麻繊維のような天然植物繊維の織物、そのようなポリマーで覆われたそのような繊維の織物、または熱可塑性物質植物繊維との混合織物で構成される。非限定の例として、熱可塑性ポリマーは、下記を備えるグループから選択される。
アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS
ポリオレフィン
ポリブチレンテレフタレート(PBT
ポリエチレンイミン(PEI
ポリエーテルケトン(PEK)
ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)
ポリフェニレンサルファイド(PPS)
ポリカプロラクタム(PA6)またはポリヘキサメチレンアジパミド(PA6−6)などのポリアミド
上記は部品に要求される特性に依存する。

0035

別の非限定の例示的な実施形態では、バイオソースの熱可塑性ポリマーが使用され、有利には下記を含むグループから選択される。
・ポリアミド(PA)、特にPA11
・バイオソースのポリエチレン(PET)
ポリ乳酸PLA)
・バイオソースのポリエステル

0036

これらの異なる例示的な実施形態では、熱可塑性ポリマーの溶融温度は、100°Cより高く、そのうちのいくつかの実施形態では200°Cまたは300°Cより高いことさえある。しかし、麻繊維のような天然繊維は、120°Cを越えると燃えて損傷する傾向があり、それらに含まれる水分は100°Cを越えると蒸発する傾向がある。これらの実施にともなう困難は、本方法の力学により解決され、その力学は、詳細には基質を構成するアセンブリの加熱および冷却のための本発明による装置により可能となる。

0037

図6Aに戻ると、第3の層(613)は、装飾の役割を果たすにすぎない印刷された織物で構成される。例えば、この層は印刷された綿織物でありうる。第4の層(614)は、上記にリストされたポリマーから有利に選択された熱可塑性フィルムである。

0038

他の例示的な実施形態では、本発明による方法は、異なる組成のポリエチレン(PET)を混合した繊維を備える織物の形状のブランクから部品を作製するために使用される。繊維の組成が異なれば、溶融温度が異なる。これらの繊維全体または一部分は、バイオソースのポリエチレンから成りうる。したがって、キャビティ(220)内の温度の正確な制御は、最終部品の基質を構成する繊維の一部分だけの溶融を可能にし、同時にその他の繊維は、それらの統合および部品強化の役割を維持する。この実施は、積層内への装飾織物の挿入と両立する。方法のこの種の実施は、特に鞄製品のための部品作製に適合される。

0039

成形時に繊維がそれらの溶融温度に達しない場合であっても、PET強化繊維は、複合物の基質を構成するポリマーの溶融温度で変形しうる。したがって、これらのPET繊維の存在は、部品成形の困難さを増大させることなしに、強化内容を増大させうる。

0040

図6Bでは、積層(611、612、613、614)は、携帯電話用保護シェルのような小さい部品用の特別な準備を必要とせずに、本発明による装置の金型(200)上に配置される。例えばスーツケースまたはトランクの蓋部や底部を作製するために大きいシェルを作製する場合には、織物の積層は、特に最終部品に関して印刷された織物のパターンの方向を達成するために、溶接された留め金継ぎ目により互いに層を組付けることで安定化させうる。金型(200)は、プレスプレート(図示せず)の1つ上に配置される。この例示的な実施形態では、印刷された織物(613)は、印刷された側面がキャビティ(220)の底部に向けられかつ積層の外側方向に配置されて、印刷された側面が部品の凸側で可視できるようにする。織物の積層が金型(200)上に配置されると、形成および統合サイクルが開始される。

0041

図7は、本発明による装置の成形および一体化のサイクル時における、時間(710)、温度(712)、力(722)、キャビティ内の温度変化(720)、閉鎖力(730)の図表である。第1のステップ(740)は、本発明による装置の金型(200)上に織物を配置するステップで、この時、温度は大気温度(721)で装置の閉鎖力はゼロ(731)である。

0042

第2のステップ(750)時には、織物の積層は、プレス閉鎖力(732)で本発明による装置を閉鎖することにより、パンチ(620)と金型(200)との間でスタンピング成形される。

0043

図6Bでは、パンチ(620)は、金型(200)が固定されるプレートに対向したプレスのプレート(図示せず)に固定される。パンチ(620)は2つの部分から成る。第1の部分(621)は、キャビティ(220)の形状に相補的な形状を有し、パンチ(620)が下降され金型と接触する場合に空隙(e)だけキャビティから離れる。第2の部分(622)は、第1の部分(621)上の平面に延在し、ブランク保持部を構成する。ブランク保持部は、その保持部と、キャビティの開口面に対応する基質の上方部分との間に、織物(611,612,613,614)の積層の縁部をクランプするように適合される。有利には、ブランク保持部(622)から突出するパンチ(620)の第1の部分(621)は、シリコンで作製される。プレスを閉鎖することによりパンチ(620)が金型(200)に近接するように成されると、織物の積層の中央部分がキャビティ(220)に押し込まれ、織物の積層の縁部はキャビティの縁部とブランク保持部との間にクランプされる。したがって、織物は、詳細には非展開の領域において伸張され、それにより非展開の領域での皺の形成が回避される。

0044

図7に戻ると、スタンピング成形のステップ(750)時には、プレスの閉鎖後、キャビティの温度は、誘導加熱の実施により少なくとも2°C.s-1と等しい加熱速度で、部品の基質を構成する熱可塑性材料の溶融温度(723)以上の温度まで急速に上昇する。この間製品形状(tooling)の閉鎖圧力は一定に保持される。例えば、溶融温度が185°CであるPA11タイプの熱可塑性基質を使用した場合には、60秒でその温度に達しうる。

0045

成形工程(750)の後に保持工程(760)が続き、そのときキャビティは樹脂の溶融温度(723)に維持され、型(mould)の閉鎖力はまたその最大値(732)に保持される。好ましくは、保持工程(760)は、約30秒続く。

0046

保持工程(760)の最後に、誘導加熱は停止され、型枠(210)を急速に冷却するためにフレーム(230)の導管(331,332)内の流体の循環が再開される。型の閉鎖力は、冷却工程(770)時に保持され部品の一体化を可能にする。このような一体化は、キャビティの温度が熱可塑性樹脂のガラス転移温度(722)より低い場合に達成される。冷却は大気温度(721)になるまで続けられ、その後金型が開かれ部品が取り出される(780)。そのために、大量生産においては、金型(200)は自動取り出し手段(図示せず)を有する。

0047

部品は次に、トリミング行程に移送される。図6Cに示されるように、成形および一体化の動作の最終に、取り出されたブランクは、一体化された部分(600)および縁部における一体化されない織物部分を表す。トリミングは、これらの一体化されない縁部を除去することを目的とする。

0048

トリミングは、成形および一体化のために使用されたプレスに近接したプレス上に取り付けられた切削工具、あるいは、数値制御機械でのフライス削りなどの加工により実施されうる。これらの例では、ブランクは、一体化された部分(600)に配置された輪郭(640)に沿ってトリミングされる。したがってブランクの一体化された部分(600)の折り返し縁部は、一体化された部分内で縁部をトリミングするために、最終部品の縁部より幅広である。

0049

図6Dでは、部品(100)は、トリミングの最後に仕上げられる。この例示的な実施形態では、装飾された側部(650)は、部品の外側に、その凸側に配置される。装飾は、樹脂の層の下方で部品の厚さ内に組み込まれる。したがって、最終部品の表面上に印刷する装飾よりはるかに強い。

0050

図6Bに戻ると、インダクタ(241,242)は、キャビティに非常に近接して配置され、加熱および冷却のハイダイナミクスを有するこれらの特性の組合せは、キャビティ内に配置された織物の積層の部品内の熱可塑性基質の溶融のみを引き起こし、積層の縁部は基質の溶融温度より低く維持される。

0051

全体として、キャビティ(220)内に配置された全織物は、2分未満の間100°Cを越える温度に留まる。高温に留まる時間が短いことは、キャビィの全表面上の温度が均一であることと相まって、強化織物(611,612)および装飾織物(613)の繊維の燃焼または変色を起こさず、強化織物(611,612)および印刷織物(613)両方の繊維に包含される水分の蒸発に関する欠点を有せず、そして樹脂が部品の体積中に均一に分配されることを確実にする。全サイクル時にキャビティの表面上の温度が均一であることはまた、詳細には部品の表面状態に関して、部品表面の均一な外観を達成することを可能にする。図9に示された実施形態は、小さい結合半径を有する領域内にこのように被覆された中空部を作製することを容易にする。

0052

本発明による装置の1つの例示的な実施形態である図10では、型枠を構成するブロック(420)は、導電性の非磁性材料で作製される。非限定的な例として、ブロック(420)は、銅(Cu)または、銅とベリウム(Be)の合金で作製される。他の例示的な実施形態では、ブロックはアルミニウムの合金で作製される。これらの材料は、高い熱伝導性および磁気伝導性を有する。この実施形態では、インダクタ(241,242)を収容する中空部を構成する溝(440)の表面は、例えばニッケルまたは鉄の合金である強磁性の材料で作製されたコーティング(1040)で被覆される。したがって、高周波数交流電流がインダクタ(241,242)に流れると、コーティング(1040)は、誘導により加熱され、その熱をブロック(420)に伝達し、ブロックはその熱をキャビティ内に配置された部品に伝導により伝熱する。この実施形態におけるブロック(420)の材料の高い熱伝導性は、キャビティの全表面にわたって急速に温度を均一にすることを可能にする。

0053

上記および例示的な実施形態は、本発明が所望された目的を達成することを示す。詳細には、本発明による装置は、キャビティの急速かつ均一な加熱を可能にし、それにより熱可塑性基質で植物由来の繊維を備える複合材の部品を作製することを可能にする。

0054

100・・・部品、110・・・底部、120・・・縁部、111,221・・・輪郭、121・・・非展開(閉じた)領域、130・・・連続繊維(長繊維)、200・・・金型、210・・・型枠、220,920・・・キャビティ、230・・・フレーム、241,242,941・・・インダクタ、331,332・・・導管、235・・・供給手段、430・・・ベース、420,920・・・ブロック、440,430,935・・・溝、840・・・多重撚線、841・・・絶縁シース、935,945・・・中空部、9410,9420・・・割線の中心線、9412・・・交差部、930・・・インサート、931,932・・・組付部分、600・・・プリフォーム、611,612,613,614・・・織物、710・・・時間、712,720・・・温度、711・・・力、730・・・閉鎖力、740・・・第1のステップ、750・・・第2のステップ、620・・・パンチ、621・・・パンチの第1の部分、622・・・パンチの第2の部分、723・・・溶融温度、760・・・保持行程、732・・・閉鎖力の最大値、770・・・冷却行程、722・・・ガラス転移温度、721・・・大気温度、1040・・・コーティング

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