(57)【要約】【課題】続圧縮成形プロセスを使用して形成される、多孔質コアを有する複合積層構造を提供する。【解決手段】複合積層構造は、多孔質コアと、多孔質コアに結合された第１の積層層とを含む。第１の積層層は、第１の熱可塑性層および第１の繊維強化ポリマー層を含み、第１の繊維強化ポリマー層の第１の表面は、第１の熱可塑性層の第２の表面に熱的に一体化される。第１の熱可塑性層が第１の熱可塑性層のガラス転移温度を上回っており、多孔質コアが、多孔質コアの材料が流動または劣化する温度を下回っているときに多孔質コアを第１の熱可塑性層に押し付けている間に第１の熱可塑性層のガラス転移温度未満に第１の熱可塑性層の温度を低下させることによって、第１の熱可塑性層の第１の表面は、多孔質コアの第１の表面と直接接触して結合される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続圧縮成形（ＣＣＭ）プロセスにおいて多孔質コア（１０４）を有する複合積層構造（１０２）を形成する方法（４００）であって、前記方法が、
ＣＣＭ機（１１０）の駆動機構（１１２）を用いて前記ＣＣＭ機の加熱領域（１２４）に積層物（１１４）を段階的に前進させるステップ（４０２）であって、前記積層物が、前記多孔質コア、１つ以上の熱可塑性層（１１８、１２２）、および１つ以上の繊維強化ポリマー層（１２０）を含み、前記１つ以上の熱可塑性層のうちの第１の熱可塑性層（１１８）が、前記多孔質コアと前記１つ以上の繊維強化ポリマー層のうちの第１の繊維強化ポリマー層との間に配置される、ステップ（４０２）と、
前記ＣＣＭ機を用いて前記加熱領域で前記積層物を一緒にプレスするステップ（４０４）であって、前記積層物が、前記駆動機構を用いて前記ＣＣＭ機によって受け取られる前記積層物の合計の厚さ以下の厚さまで一緒にプレスされる、ステップ（４０４）と、
前記積層物に熱を加えるステップ（４０６）であって、前記熱が、前記加熱領域の一部において、前記１つ以上の熱可塑性層と前記１つ以上の繊維強化ポリマー層のうちの１つ以上のキャリアポリマーとの両方のガラス転移温度を超えるのに十分なものである、ステップ（４０６）と、
前記駆動機構を用いて前記ＣＣＭ機の冷却領域（１２６）に前記積層物を段階的に前進させるステップ（４０８）であって、前記冷却領域が、前記１つ以上の熱可塑性層および前記１つ以上のキャリアポリマーの温度を前記ガラス転移温度未満に低下させる、ステップ（４０８）と
を含む方法（４００）。
【請求項２】
前記ＣＣＭ機からの前記複合積層構造の解放に続いて、前記複合積層構造を加熱するステップ（４１６）と、前記複合積層構造を所望の形状に成形するステップ（４１８）とをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＣＣＭ機が、前記積層物を予備成形するための予備形成領域（１０８）を含み、前記複合積層構造が、成形積層品である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記ＣＣＭ機のプラテン（２０２）がプレス時間にわたって前記積層物を一緒にプレスし、前記積層物を解放し、前記駆動機構が前記積層物を一段階前進させるように、前記積層物が前記ＣＣＭ機を通って段階的に前進される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記プラテンの少なくとも一部が、前記複合積層構造の１つ以上の外面にテクスチャを付与するためのテクスチャ加工を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記積層物に加えられる前記熱が、前記多孔質コアの材料が前記加熱領域にある間に前記多孔質コアを劣化させる、または前記材料を流動させるのに不十分なものである、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記積層物が、剥離層（１１６）と、積層層（３０２）からの前記剥離層の解放を助長するために前記剥離層に塗布される剥離剤とを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記ＣＣＭ機のプラテンが、前記積層物を一緒にプレスし、前記プラテンの移動距離が、前記多孔質コアの機械的破壊を回避するように制御される、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記積層物が、前記複合積層構造の積層層（３０２）の層を互いに結合するための熱硬化性材料または他の接着剤を含まない、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記１つ以上の繊維強化ポリマー層が、キャリアポリマー中に繊維を含み、前記繊維が、炭素繊維、ガラス繊維、前記キャリアポリマーとは異なる材料のポリマー繊維、またはこれらの組み合わせを含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記１つ以上の熱可塑性層が、前記第１の繊維強化ポリマー層に一体化される第２の熱可塑性層（１２２）を含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
連続圧縮成形（ＣＣＭ）プロセスにおいて多孔質コア（１０４）を有する複合積層構造（１０２）を形成する方法であって、前記方法が、
ＣＣＭ機（１１０）の駆動機構（１１２）を用いて積層物（１１４）を前進させるステップ（４０２）であって、前記積層物が、第１の熱可塑性層（１１８）間の前記多孔質コア、繊維強化ポリマー層（１２０）間の前記第１の熱可塑性層、第２の熱可塑性層（１２２）間の前記繊維強化ポリマー層、および剥離剤で処理された剥離層（１１６）間の前記第２の熱可塑性層を含む、ステップ（４０２）と、
前記ＣＣＭ機の加熱領域（１２４）において、前記駆動機構を用いて前記ＣＣＭ機で受け取られる前記積層物の厚さ以下の厚さまで前記積層物を一緒にプレスするステップ（４０４）と、
前記積層物に熱を加えるステップ（４０６）であって、前記熱が、前記加熱領域の一部において、前記第１の熱可塑性層、前記繊維強化ポリマー層のキャリアポリマー、および前記第２の熱可塑性層のガラス転移温度を超えるのに十分なものであり、前記熱が、前記多孔質コアの１つ以上の材料が前記加熱領域にある間に、前記多孔質コアを劣化させる、または前記材料を流動させるのに不十分なものである、ステップ（４０６）と、
前記第１の熱可塑性層、前記繊維強化ポリマー層、および前記第２の熱可塑性層の温度を前記ガラス転移温度未満に低下させるために前記ＣＣＭ機の冷却領域（１２６）で前記積層物を冷却するステップ（４０８）と
を含む方法。
【請求項１３】
前記積層物を冷却するステップが、前記積層物から前記ＣＣＭ機の少なくとも１つのプラテン（２０２）に熱を伝導的に伝達することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の熱可塑性層のうちの第１の熱可塑性層の第１の表面が、前記多孔質コアの第１の表面と直接接触する、請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
多孔質コア（１０４）と、
前記多孔質コアに結合された第１の積層層（３０２）であって、前記第１の積層層が、第１の熱可塑性層（１１８）および第１の繊維強化ポリマー層（１２０）から形成されており、前記第１の熱可塑性層が前記第１の熱可塑性層のガラス転移温度を上回っており、前記多孔質コアが、前記多孔質コアの材料が流動または劣化する温度を下回っているときに前記多孔質コアを前記第１の熱可塑性層に押し付けている間に前記第１の熱可塑性層の前記ガラス転移温度未満に前記第１の熱可塑性層の温度を低下させることによって、前記第１の熱可塑性層の第１の表面が、前記多孔質コアの第１の表面と直接接触して結合されており、前記第１の繊維強化ポリマー層の第１の表面が、前記第１の熱可塑性層の第２の表面に熱的に一体化されている、第１の積層層（３０２）と
を備える複合積層構造（１０２）。
【請求項１６】
第２の積層層（３０２）をさらに備え、前記第２の積層層が、第２の熱可塑性層（１１８）を備え、前記第２の熱可塑性層が前記第２の熱可塑性層のガラス転移温度を上回っており、前記多孔質コアが、前記多孔質コアの材料が流動または劣化する前記温度を下回っているときに前記多孔質コアを前記第２の熱可塑性層に押し付けている間に前記第２の熱可塑性層の前記ガラス転移温度未満に前記第２の熱可塑性層の温度を低下させることによって、前記第２の熱可塑性層の第１の表面が、前記多孔質コアの第２の表面と直接接触して結合されている、請求項１５に記載の複合積層構造。
【請求項１７】
前記第２の積層層が、第２の繊維強化ポリマー層（１２０）をさらに備え、前記第２の繊維強化ポリマー層の第１の表面が、前記第２の熱可塑性層の第２の表面に熱的に一体化されている、請求項１６に記載の複合積層構造。
【請求項１８】
前記第２の積層層が、第３の熱可塑性層（１２２）をさらに備え、前記第３の熱可塑性層の第１の表面が、前記第２の繊維強化ポリマー層の第２の表面に熱的に一体化されている、請求項１７に記載の複合積層構造。
【請求項１９】
前記第１の積層層が、第２の熱可塑性層（１２２）をさらに備え、前記第２の熱可塑性層の第１の表面が、前記第１の繊維強化ポリマー層の第２の表面に熱的に一体化されている、請求項１５から１８のいずれか一項に記載の複合積層構造。
【請求項２０】
前記多孔質コアが、中空多孔質パターンを含む、請求項１５から１９のいずれか一項に記載の複合積層構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、連続圧縮成形（ＣＣＭ）プロセスを使用して形成される、多孔質コア（ｃｅｌｌｕｌａｒ  ｃｏｒｅ）を有する複合積層構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
多孔質コアを有する複合積層構造は、ポリマー表面シート間に挟まれた多孔質コアを含むことができる。このような複合積層構造は、床材、住宅用の羽目板、航空機、船舶、およびコンテナ壁を含むが、これらに限定されない多くの目的に使用される。多孔質コアは、複合積層構造を強化し、中実材料から作られた同様の構造と比較して複合積層構造の重量を低減するために細孔（ｃｅｌｌ）（例えば、空洞）を含む。このような複合積層構造を形成するための１つの方法は、熱硬化性材料（例えば、エポキシ）を成す接着剤を用いてポリマーシートを多孔質コアに積層することである。ポリマーシートを多孔質コアに結合するために接着剤を使用することは、複合積層構造を損傷することなく複合積層構造の後続の再成形を行うことを阻害または妨害し得る。複合積層構造を形成するための別の方法は、減圧環境で、加熱された表面シートを多孔質コア上に引き付けることである。表面シートをコア上に引き付けることは、複合積層構造の外面でコアの表面特徴を気付かせる複合積層構造をもたらすので望ましくない場合がある。したがって、複合積層構造の後続の再成形を可能にし、かつ複合積層構造の外面で気付かせることを最小限に抑えるまたはまったく気付かせない、多孔質コアを有する複合積層構造を形成することが必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本開示の一実施態様によれば、ＣＣＭプロセスにおいて多孔質コアを有する複合積層構造を形成する方法は、ＣＣＭ機の駆動機構を用いてＣＣＭ機の加熱領域に積層物を段階的に前進させることを含む。積層物は、多孔質コア、１つ以上の熱可塑性層、および１つ以上の繊維強化ポリマー層を含む。１つ以上の熱可塑性層のうちの第１の熱可塑性層は、多孔質コアと１つ以上の繊維強化ポリマー層のうちの第１の繊維強化ポリマー層との間に配置される。本方法は、ＣＣＭ機を用いて加熱領域で積層物を一緒にプレスすることを含む。積層物は、駆動機構を用いて受け取られる積層物の厚さ以下の厚さまで一緒にプレスされる。積層物を一緒にプレスすることと同時に、本方法は、積層物に熱を加えることを含む。熱は、加熱領域の一部において、１つ以上の熱可塑性層と１つ以上の繊維強化ポリマー層のうちの１つ以上のキャリアポリマーとの両方のガラス転移温度を超えるのに十分なものである。本方法はまた、駆動機構を用いてＣＣＭ機の冷却領域に積層物を段階的に前進させることを含む。冷却領域は、１つ以上の熱可塑性層および１つ以上のキャリアポリマーの温度をガラス転移温度未満に低下させる。
【０００４】
本開示の別の実施態様によれば、ＣＣＭプロセスにおいて多孔質コアを有する複合積層構造を形成する方法は、ＣＣＭ機の駆動機構によって積層物を受け取ることを含む。積層物は、第１の熱可塑性層間の多孔質コアと、繊維強化ポリマー層間の第１の熱可塑性層と、第２の熱可塑性層間の繊維強化ポリマー層と、剥離剤で処理された剥離層間の第２の熱可塑性層とを含む。本方法は、ＣＣＭ機の加熱領域において、駆動機構を用いてＣＣＭ機で受け取られる積層物の厚さ以下の厚さまで積層物を一緒にプレスすることを含む。本方法は、積層物を一緒にプレスすることと同時に、積層物に熱を加えることを含む。熱は、加熱領域の一部において、第１の熱可塑性層、繊維強化ポリマー層のキャリアポリマー、および第２の熱可塑性層のガラス転移温度を超えるのに十分なものである。熱は、材料が加熱領域にある間に多孔質コアを劣化させる、または多孔質コアの１つ以上の材料を流動させるのに不十分なものである。本方法はまた、第１の熱可塑性層、繊維強化ポリマー層のキャリアポリマー、および第２の熱可塑性層の温度をガラス転移温度未満に低下させるためにＣＣＭ機の冷却領域で積層物を冷却することを含む。
【０００５】
本開示の別の実施態様によれば、複合積層構造は、多孔質コアと、多孔質コアに結合された第１の積層層とを含む。第１の積層層は、第１の熱可塑性層および第１の繊維強化ポリマー層を含み、第１の繊維強化ポリマー層の第１の表面は、第１の熱可塑性層の第２の表面に熱的に一体化される。第１の熱可塑性層が第１の熱可塑性層のガラス転移温度を上回っており、多孔質コアが、多孔質コアの材料が流動または劣化する温度を下回っているときに多孔質コアを第１の熱可塑性層に押し付けている間に第１の熱可塑性層のガラス転移温度未満に第１の熱可塑性層の温度を低下させることによって、第１の熱可塑性層の第１の表面は、多孔質コアの第１の表面と直接接触して結合される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】多孔質コアを有する複合積層構造を形成するためのシステムの図である。
【図２】多孔質コアを有する複合積層構造を形成するために使用される積層物の一部の一実施形態の断面図であり、積層物は、ＣＣＭ機内に配置されている。
【図３】多孔質コアを有する複合積層構造の一部の一実施形態の断面図である。
【図４】多孔質コアを有する複合積層構造を形成する方法のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本開示の特定の実施形態が、図面を参照して以下に説明される。説明において、共通の特徴は、図面を通して共通の参照番号によって示される。
【０００８】
図および以下の説明は、特定の例示的な実施形態を例示する。図は一定の縮尺で描かれていない。当業者であれば、本明細書で明示的に説明または図示されていないが、本明細書で説明されている原理を具体化し、かつこの説明に続く特許請求の範囲内に含まれる様々な構成を考案することができるであろうことが理解されよう。さらに、本明細書で説明されている例は、本開示の原理を理解するのを助けることを意図しており、限定するものではないと解釈されるべきである。結果として、本開示は、以下に説明される特定の実施形態または例に限定されず、特許請求の範囲およびその均等物によって限定される。
【０００９】
本明細書では図面を参照しながら特定の実施態様を説明する。説明において、共通の特徴は、図面を通して共通の参照番号によって示される。一部の図面では、特定の種類の特徴の複数の事例が使用されている。
【００１０】
本明細書で使用されるとき、様々な用語は、特定の実施態様を説明する目的でのみ使用されており、限定することを意図されていない。例えば、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、文脈上明らかに別段の指示がない限り、複数形も含むことを意図している。さらに、用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、および「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、または「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」と交換可能に使用される。さらに、用語「その場合（ｗｈｅｒｅｉｎ）」は、用語「その場合（ｗｈｅｒｅ）」と交換可能に使用される。本明細書で使用されるとき、「例示的な」は、例、実施態様、および／または態様を示し、限定するものとして、または選好もしくは好ましい実施態様を示すものとして解釈されるべきではない。本明細書で使用されるとき、構造、構成要素、動作などの要素を修飾するために使用される序数詞（例えば、「第１」、「第２」、「第３」など）は、それ自体では、別の要素に対するその要素の優先順位または順序を示さず、（序数詞の使用は別にして）同じ名前を有する別の要素からその要素を区別するだけである。本明細書で使用されるとき、用語「セット」は、１つ以上の要素の群を指し、用語「複数」は、複数の要素を指す。
【００１１】
図１は、多孔質コア１０４を有する複合積層構造１０２を形成するための連続圧縮成形（ＣＣＭ）製造ライン１００の図である。図１において、ＣＣＭ製造ライン１００は、積層物形成領域１０６、予備形成領域１０８、ＣＣＭ機１１０、および駆動機構１１２を含む。駆動機構１１２は、複合積層構造１０２をＣＣＭ機１１０から引き出す。他の実施形態では、駆動機構１１２は、複合積層構造１０２を形成するために使用される材料の積層物１１４をＣＣＭ機１１０に押し込むか、またはＣＣＭ製造ライン１００は、積層物１１４をＣＣＭ機１１０に押し込むことおよび複合積層構造１０２をＣＣＭ機１１０から引き出すことを可能にする複数の駆動機構を含む。積層物１１４および複合積層構造１０２は、ガイド、ローラー、他の支持構造、またはこれらの組み合わせ（図示せず）によってＣＣＭ製造ライン１００を通って案内され得る。
【００１２】
ＣＣＭ製造ライン１００は、熱硬化性材料（例えば、エポキシなどの熱硬化性接着剤）を使用することなく、また多孔質コア１０４を積層層に結合するために、および熱可塑性層を積層層に一体化させるために減圧（例えば、真空）を使用することなく複合積層構造１０２を形成することを可能にする。好適には、熱硬化性材料を使用することなく複合積層構造１０２を形成することは、複合積層構造１０２の熱可塑性層間の界面で物理的損傷を生じさせることなく、また多孔質コア１０４から積層層を分離することなく、複合積層構造１０２に熱および成形力を加えることによって、多孔質コア１０４によって許される許容範囲内で複合積層構造１０２の後続の成形を行うことを可能にする。好適には、真空または減圧環境を使用することなく複合積層構造１０２を形成することによって、複合積層構造１０２の外面でコアの特徴を気付かせることを最小限に抑えるか、またはまったく気付かせないことが可能になる。
【００１３】
ＣＣＭ製造ライン１００の積層物形成領域１０６では、複合積層構造１０２を形成する材料の複数のプライが、積層物１１４を形成するために一緒に積層される。積層物１１４のための材料は、特定の長さのブランクとして供給することができ、材料ロールから供給することができ、またはこれらの組み合わせで供給することができる。一部の実施形態では、剥離剤で処理された剥離層１１６が、積層物１１４に含まれる。剥離層１１６は、３０１ステンレス鋼箔を含むことができ、剥離剤は、フレコート（Ｆｒｅｋｏｔｅ）７００−ＮＣ（コネチカット州ロッキーヒルのヘンケル社（Ｈｅｎｋｅｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から入手可能）を含むことができる。図１の実施形態では、剥離層１１６は、積層物１１４および複合積層構造１０２をＣＣＭ製造ライン１００を通して移動させるためにＣＣＭ製造ライン１００の駆動機構１１２によって把持される。積層物が駆動機構１１２を通過した後、剥離層１１６は、複合積層構造１０２から除去される。
【００１４】
図２は、積層物１１４の一体化が行われる前の、ＣＣＭ機１１０内に配置された、特定の実施形態に関する層の積層物１１４の一部の断面図を示す。図２の積層物１１４は、多孔質コア１０４を含む。多孔質コア１０４は、中空多孔質パターン（例えば、ハニカムパターン）を含むことができ、熱硬化性材料紙コア（例えば、アラミド紙コア）で形成することができる。他の実施形態では、多孔質コア１０４は、ハニカムパターンの六角形パターンとは異なる中空多孔質パターン（例えば、円形、楕円形、正方形、長方形など）を有することができ、異なる材料（例えば、金属、複合積層構造１０２の形成中に多孔質コアによって得られる温度で著しく軟化しない熱可塑性物質、熱硬化性ポリマーと熱可塑性物質との組み合わせ、もしくはこれらの組み合わせ）で作ることができ、またはこれらの両方である。一部の実施形態では、多孔質コア１０４は、互いに積層された２つ以上の別々の多孔質コアを含む。
【００１５】
図２の多孔質コア１０４は、第１の熱可塑性層１１８間に挟まれている。第１の熱可塑性層１１８は、ポリエーテルイミド（「ＰＥＩ」）、ポリエーテルエーテルケトン（「ＰＥＥＫ」）、ポリエーテルケトンケトン（「ＰＥＫＫ」）、ポリフェニルスルホン（「ＰＰＳ」）、他の熱可塑性物質、またはこれらの組み合わせを含むことができる。使用される特定の熱可塑性物質は、複合積層構造１０２の形成中に多孔質コア１０４の熱劣化または材料流動を引き起こさないガラス転移温度を有する熱可塑性物質の群から選択することができる。第１の熱可塑性層１１８は、第１の熱可塑性層１１８の物理的特性に影響を及ぼす１つ以上の染料、他の添加剤、またはこれら両方を含むことができる。一部の実施形態では、多孔質コア１０４の第１の面に当接する、第１の熱可塑性層１１８のうちの一方は、多孔質コア１０４の第２の面に接する、第１の熱可塑性層１１８のうちのもう一方とは異なる材料である。
【００１６】
図２の第１の熱可塑性層１１８は、繊維強化ポリマー層１２０間に挟まれている。繊維強化ポリマー層１２０は、キャリアポリマー中に繊維を含む。キャリアポリマーは、第１の熱可塑性層１１８の熱可塑性物質と同じであっても異なっていてもよい。キャリアポリマーは、繊維強化熱可塑性層の物理的特性に影響を及ぼす染料、他の添加剤、またはこれら両方を含むことができる。繊維は、炭素繊維、ガラス繊維（例えば、ｓ型もしくはｅ型）、キャリアポリマーとは異なる材料のポリマー繊維、またはこれらの組み合わせであり得る。繊維は、キャリアポリマー中で一方向の配置または不均一な配置に配向することができる。繊維の相対的な種類、厚さ、量、およびキャリアポリマー中の繊維の配向、ならびにキャリアポリマーの種類は、多くの要因（例えば、複合積層構造１０２の加工特性ならびに所望の物理的および機械的特性）に基づいて大きく変更され得る。
【００１７】
一部の実施形態では、繊維強化ポリマー層１２０は、第２の熱可塑性層１２２間に挟まれている。他の実施形態では、積層物１１４は、第２の熱可塑性層１２２を含まない。第２の熱可塑性層１２２は、複合積層構造１０２の外面が、繊維強化ポリマー層１２０を用いて達成するのが困難である所望の特性（例えば、テクスチャおよび色）を有することを可能にする。他の実施形態では、積層物１１４は、１つ以上の追加の層を含む。
【００１８】
再び図１を参照すると、積層物１１４は、積層物形成領域１０６から予備形成領域１０８に移動する。予備形成領域１０８は、積層物１１４を予備成形するために積層物を加熱し、ガイド、マンドレル、他のツール要素、またはこれらの組み合わせを使用する。積層物１１４は、積層物１１４の一部が曲がるほど十分に高いが、積層物１１４の１つ以上の層を流動させる温度を下回る温度に加熱される。予備形成領域１０８は、積層物１１４に１つ以上の湾曲を導入するか、積層物１１４を特定の形状（例えば、ｃ字形、ｚ字形、ハット形補強材形状、もしくは他の形状）に形成するか、またはこれらの組み合わせを行う。予備形成領域１０８から出る積層物１１４は、ＣＣＭ製造ライン１００によって製造される複合積層構造１０２の大まかな形状を有し、成形積層品の形成を可能にする。一部の実施形態では、予備形成領域１０８は使用されない。例えば、複合積層構造１０２は、予備形成領域１０８を使用することなく平面シートに形成される。
【００１９】
図１の駆動機構１１２は、予備形成領域１０８から、または予備形成領域１０８が利用されない場合は積層物形成領域１０６からＣＣＭ機１１０に積層物１１４を段階的に徐々に移動させる。駆動機構１１２が係合されると、駆動機構１１２は、ＣＣＭ機１１０のボトムプラテンから積層物１１４を解放するために積層物１１４を垂直に持ち上げ、積層物を特定の距離だけ水平に前進させる。
【００２０】
積層物１１４がＣＣＭ機１１０内に移動すると、積層物１１４は、ＣＣＭ機１１０の加熱領域１２４に入る。加熱領域１２４では、ＣＣＭ機１１０のプラテン（例えば、図２に示すプラテン２０２）が、積層物１１４に接近し、プレス時間にわたって圧力および熱を積層物１１４に加える。プレス時間の後、プラテンは積層物１１４を解放し、積層物１１４は駆動機構１１２によって前進され、プラテンは、別のプレス時間にわたって圧力および熱を積層物１１４に加えるために再び係合される。プラテンを積層物１１４に接近させるとき、プラテンの垂直移動距離が制御される。一実施形態では、この移動距離は、多孔質コア１０４の機械的破壊を回避するように（すなわち、多孔質コア１０４の圧壊を回避するように）制御される。１つ以上のプラテンは、ＣＣＭ製造ライン１００によって製造される複合積層構造１０２の外面にテクスチャを付与するテクスチャ面を含むことができる。他の実施形態では、複合積層構造１０２の１つ以上の外面のテクスチャ加工は、プラテンと積層物１１４との間のテクスチャブランケットを使用して、または形成後加工によって（例えば、少なくとも１つの外面をテクスチャ加工するために複合積層構造１０２の少なくとも１つの外面を加熱し、テクスチャ加工ローラーを使用することによって）達成される。一部の実施形態では、複合積層構造１０２の表面にテクスチャ加工は施されない。
【００２１】
一工程のプレス時間および前進時間は、多孔質コア１０４に当接する第１の熱可塑性層１１８の温度が、加熱領域１２４の一部で第１の熱可塑性層１１８の熱可塑性材料のガラス転移温度を超えるように加熱領域１２４において制御される。熱は、プレス時間にわたってプラテンから積層物１１４に伝導的に加えられる。プラテンの温度は、熱可塑性層１１８、１２２、および繊維強化ポリマー層１２０に加えられる熱が、層を劣化させるのに不十分であり、層の熱可塑性材料の温度をガラス転移温度より上に上昇させるのに十分であるように制御される。熱可塑性材料の温度をガラス転移温度より上に上昇させ、プラテンを用いて積層物１１４に圧力を加えることによって、熱可塑性物質と熱可塑性物質との界面で熱可塑性材料を相互作用させることが可能であり、これにより、熱可塑性物質は、その後ガラス転移温度未満に冷却されたときに一体化する。多孔質コア１０４に当接する第１の熱可塑性層１１８の温度を上昇させ、プラテンを用いて圧力を加えることによって、第１の熱可塑性層１１８の一部が多孔質コア１０４の近傍に流れることが可能であり、これにより、第１の熱可塑性層１１８は、第１の熱可塑性層１１８の温度がその後ガラス転移温度未満に低下したときに多孔質コア１０４に結合することができる。
【００２２】
積層物１１４がＣＣＭ機１１０内を引き続き移動すると、積層物１１４は、冷却領域１２６内に移動する。冷却領域では、ＣＣＭ機１１０のプラテンは、加熱領域１２４より低い温度に維持されているので、熱は、積層物１１４からプラテンに伝導的に伝達される。積層物１１４から冷却領域１２６のプラテンへの熱の伝達は、積層物１１４の熱可塑性材料の温度をガラス転移温度未満に低下させる。積層物１１４の熱可塑性材料の温度をガラス転移温度未満に低下させることによって、複合積層構造１０２を形成するために第１の熱可塑性層１１８を多孔質コア１０４に結合させることができ、熱可塑性層１１８、１２２を繊維強化ポリマー層１２０と共に一体化させることができる。積層物１１４は、駆動機構１１２によって冷却領域１２６を通って段階的に前進される。一実施形態では、冷却領域１２６におけるプラテンの垂直移動距離は、多孔質コア１０４の機械的破壊を回避するように（すなわち、多孔質コア１０４の圧壊を回避するように）制御されるべきである。他の実施形態では、冷却領域１２６におけるプラテンの移動距離は、多孔質コア１０４の機械的破壊をもたらすように（すなわち、多孔質コア１０４のコアをある程度圧壊するように）制御される。
【００２３】
剥離層１１６が積層物１１４から除去された後、結果として得られた複合積層構造１０２の部分は、ＣＣＭ製造ライン１００から引き離される。結果として得られた複合積層構造１０２は、トリミングして最終製品に加工することができる。最終製品への加工は、複合積層構造１０２を、材料の流動を許すことなく曲げることを可能にする温度まで加熱すること、および成形複合積層構造を形成するために複合積層構造に１つ以上の湾曲を生じさせることを含むことができる。
【００２４】
図３は、複合積層構造１０２の一実施形態の一部の断面図を示す。複合積層構造１０２は、図１のＣＣＭ製造ライン１００によって製造することができる。複合積層構造１０２は、積層層３０２に結合され、積層層３０２間に挟まれた多孔質コア１０４を含む。
【００２５】
各積層層３０２は、少なくとも熱可塑性層および繊維強化ポリマー層から形成される。熱可塑性層の第１の表面は、多孔質コアの第１の表面と直接接触し、多孔質コアの第１の表面に結合され得る。熱可塑性層が熱可塑性層のガラス転移温度を上回っており、多孔質コアが、多孔質コアの材料が流動または劣化する温度を下回っているときに多孔質コアを熱可塑性層に押し付けている間に熱可塑性層のガラス転移温度未満に熱可塑性層の温度を低下させることによって、熱可塑性層を多孔質コアに結合することができる。熱可塑性層の第２の表面は、繊維強化ポリマー層の第１の表面に熱的に一体化させることができる。熱一体化は、熱可塑性層および第１の強化ポリマー層のキャリアポリマーの温度をガラス転移温度より上に上昇させるのと同時に、熱可塑性層と繊維強化ポリマー層とを少なくともある程度相互作用させるために熱可塑性層および繊維強化ポリマー層に圧力を加えて、熱可塑性層および繊維強化ポリマー層の温度をガラス転移温度未満に低下させることによって達成される。
【００２６】
一部の実施形態では、１つ以上の追加の熱可塑性層、１つ以上の追加の繊維強化ポリマー層、またはこれらの組み合わせが、繊維強化ポリマー層に熱的に一体化される。例えば、第２の熱可塑性層の第１の表面は、繊維強化ポリマー層の第２の表面に熱的に一体化される。
【００２７】
図４は、多孔質コアを有する複合積層構造を形成する方法４００の一実施形態のブロック図である。複合積層構造は、図１に示したＣＣＭ機１１０などの機械を使用するＣＣＭプロセスによって形成することができる。方法４００は、４０２において、機械の供給機構を用いて材料を機械の加熱領域に段階的に前進させることを含む。
【００２８】
材料は、多孔質コア、１つ以上の熱可塑性層、１つ以上の繊維強化ポリマー層、および剥離シートを含む。一部の実施形態では、多孔質コアは、金属製コアである。他の実施形態では、多孔質コアは、熱可塑性ポリマーを含むことなく熱硬化性ポリマーで形成される。他の実施形態では、多孔質コアは、熱可塑性ポリマーであるか、または熱可塑性ポリマーを含む。
【００２９】
１つ以上の熱可塑性層のうちの第１の熱可塑性層は、多孔質コアと１つ以上の繊維強化ポリマー層のうちの第１の繊維強化ポリマー層との間に配置される。一実施形態では、第１の繊維強化ポリマー層は、１つ以上の熱可塑性層のうちの第２の熱可塑性層間に挟まれる。第２の熱可塑性層は、熱可塑性層、繊維強化ポリマー層、またはこれらの組み合わせの１つ以上の追加の層間に配置される。
【００３０】
剥離シートは、複合積層構造を形成する材料の最外層に当接する金属箔とすることができる。剥離シートは、形成された複合積層構造からの剥離シートの除去を容易にするために剥離剤で処理することができる。多孔質コアの各面に同数の層を有する対称的に形成された複合積層構造の場合、多孔質コアの片面の最外層は、１つ以上の熱可塑性層のうちの１つまたは１つ以上の繊維強化ポリマー層のうちの１つである。多孔質コアの各面に異なる数の層を有する非対称的に形成された複合積層構造の場合、最外層は、熱可塑性層、繊維強化ポリマー層、または１つの熱可塑性層および１つの繊維強化ポリマー層である。材料は、特定の層を多孔質コアに接着するための、または特定の層を別の層もしくは複数の層に接着するための接着材料を含まない。複合積層構造は、減圧環境を使用することなく形成される。
【００３１】
方法４００は、４０４において、機械を用いて加熱領域で材料を一緒にプレスすることを含む。材料は、機械内に前進された材料の合計の厚さ以下の厚さまで一緒にプレスされる。機械のプラテンが、材料を一緒にプレスする。
【００３２】
４０６において、材料を一緒にプレスすることと同時に、材料に熱が加えられる。熱は、加熱領域の一部において、１つ以上の繊維強化ポリマーのうちの１つ以上のキャリアポリマーおよび１つ以上の熱可塑性層のガラス転移温度を超えるのに十分なものである。材料に加えられる熱は、材料が加熱領域にある間に多孔質コアを劣化させる、または多孔質コアの材料を流動させるのに不十分なものである。熱は、機械の少なくとも１つのプラテンから材料に伝導的に伝達することができる。
【００３３】
方法４００はまた、４０８において、供給機構を用いて材料を機械の冷却領域に段階的に前進させることを含む。冷却領域は、１つ以上のキャリアポリマーおよび１つ以上の熱可塑性層の温度をガラス転移温度未満に低下させる。１つ以上のキャリアポリマーおよび１つ以上の熱可塑性層の温度をガラス転移温度未満に低下させることによって、熱的に一体化された積層層を形成することができ、多孔質コアを熱的に一体化された積層層に結合することができる。
【００３４】
方法４００は、４１０において、駆動機構を用いて積層物を機械の外に徐々に前進させること、および４１２において、形成された複合積層構造から剥離シートを除去することをさらに含むことができる。４１４において、製品を製造するために、完全な長さの複合積層構造を積層物から分離することができる。一実施形態では、完全な長さの複合積層構造を積層物から分離することは、製品を製造するために、積層物の多孔質コアの部分間の位置で、熱的に一体化された積層層を切断することを含む。一部の実施形態では、製品は、所望の用途に使用される最終製品である。他の実施形態では、製品は、追加のプロセスにかけられる。例えば、製品の１つ以上の外面は、１つ以上の外面にテクスチャを付与するためにテクスチャ加工される。別の例として、製品は、所望の形状に成形される。製品を成形するために、製品は、４１６において、一体化された積層層の材料の著しい流動を許すことなく、熱的に一体化された積層層を曲げることを可能にする温度まで加熱され、成形機は、４１８において、製品を冷却した後に製造される最終製品が所望の形状を有するように製品に湾曲を導入するために製品に１つ以上の曲げ力を加える。
【００３５】
本明細書で説明されている例の例示は、様々な実施態様の構造の一般的な理解を提供することを意図としている。これらの例示は、本明細書で説明されている構造または方法を利用する装置およびシステムの要素および特徴のすべての完全な説明としての役割を果たすことを意図したものではない。多くの他の実施態様は、本開示を検討することにより当業者に明らかになり得る。本開示から他の実施態様を利用および導出することができ、その場合、本開示の範囲から逸脱することなく、構造的および論理的な置換および変更を行うことができる。例えば、方法の工程は、図に示されている順序とは異なる順序で実行されてもよいし、１つ以上の方法の工程は省略されてもよい。したがって、本開示および図は、制限的なものではなく例示的なものとみなされるべきである。
【００３６】
さらに、特定の例を、本明細書で例示し説明してきたが、図示の特定の実施態様の代わりに、同じまたは同様の結果を達成するように設計された後続の配置が用いられてもよいことを理解されたい。本開示は、様々な実施態様のありとあらゆる後続の適合例または変形例を包含することを意図している。上記の実施態様と、本明細書では具体的に説明されていない他の実施態様との組み合わせは、説明を検討することにより当業者に明らかになる。
【００３７】
要約書は、それが特許請求の範囲の範囲または意味を解釈または限定するためには使用されないという理解の下に提出されている。さらに、前述の発明を実施するための形態では、様々な特徴が、本開示を簡素化する目的でまとめられている、またはただ１つの実施態様において説明されている場合がある。上で説明した例は、本開示を例示するが、本開示を限定するものではない。本開示の原理に従って多くの修正例および変形例が可能であることも理解されたい。以下の特許請求の範囲が示すように、特許請求されている主題は、開示されている例の特徴のすべてよりも少ない特徴に向けられている場合がある。したがって、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲およびその均等物によって規定される。
【符号の説明】
【００３８】
１００  連続圧縮成形（ＣＣＭ）製造ライン
１０２  複合積層構造
１０４  多孔質コア
１０６  積層物形成領域
１０８  予備形成領域
１１０  ＣＣＭ機
１１２  駆動機構
１１４  積層物
１１６  剥離層
１１８  第１の熱可塑性層
１２０  繊維強化ポリマー層
１２２  第２の熱可塑性層
１２４  加熱領域
１２６  冷却領域
２０２  プラテン
３０２  積層層
【図１】
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【図２】
2020082723.tif 000004
【図３】
2020082723.tif 000005
【図４】
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【外国語明細書】
2020082723000001.pdf