(57)【要約】【課題】粒状体及び結合剤で製造された硬質支持コアを有する、繊維強化部品を製造するための使い捨て金型コアを提供する。【解決手段】支持コアは、結合剤と粒状体１８で作製された硬質シェル２２と、繊維強化部品１５の製造後にシェル２２から振り出し可能な粒状体１８により結合剤を含まないように作製された内部コア２０を有する。繊維強化部品１５の製造方法では、強化繊維１１をマトリックスと共に使い捨て金型コア１に配置し、温度／圧力を上昇させ成形型１０内でマトリックスを硬化させる。硬化後、金型コア１が部品１５の内側にある間に少なくとも１つの補強要素１６を圧力下で部品１５の外面１７に押圧し、使い捨て金型コアを少なくとも部分的に取り除く。代替的又は追加的に、金型コア１は、シェル２２と緩いコア２０とを含み、繊維強化部品１５の製造後、コア２０はシェル２２から振り出される。【選択図】    図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化部品（１５）を製造するための使い捨て金型コアであって、
任意の粒状体（１８）、あるいは鉱物質材料、ガラス、セラミック及び／又は砂である粒状体（１８）と結合剤で製造された硬質支持コアを含み、前記支持コアは、前記結合剤及び前記粒状体（１８）によって作製された硬質シェル（２２）と、前記粒状体（１８）によって作製された結合剤を含まない内部コア（２０）とを有することを特徴とする使い捨て金型コア。
【請求項２】
前記内部コア（２０）の前記粒状体（１８）は、緩い状態及び／又は圧縮された状態で、個々の粒状物粒子が互いに隣り合っている請求項１に記載の使い捨て金型コア。
【請求項３】
前記支持コアは、ラピッドプロトタイピングプロセス、特に印刷によって製造される請求項１又は２に記載の使い捨て金型コア。
【請求項４】
結合剤濃度が、前記支持コアの外面からその内部に向かって減少し、１００％から０％に減少する請求項１〜３のいずれか１項に記載の使い捨て金型コア。
【請求項５】
前記シェル（２２）の厚さが５ｍｍ未満、特に２ｍｍ未満である請求項１〜４のいずれか１項に記載の使い捨て金型コア。
【請求項６】
前記支持コアを外部に向かってシールする、分離層（２４）、特に弾性を有するもの、好ましくはシリコン及び／又はプラスチック層を有する請求項１〜５のいずれか１項に記載の使い捨て金型コア。
【請求項７】
前記結合剤及び／又は前記分離層（２４）は、溶媒、特に酸、塩基、水及び／又はアルコールで溶解することができ、それによって前記繊維強化部品（１５）が製造された後、前記繊維強化部品（１５）から洗い流すことができる請求項１〜６のいずれか１項に記載の使い捨て金型コア。
【請求項８】
前記シェル（２２）は、前記シェル（２２）が開裂して開口部（２３）を作ることができる、少なくとも１つの開口領域を有し、及び／又は、前記繊維強化部品（１５）が製造された後、前記緩いコア（２０）が漏出し、及び／又は、前記シェル（２２）を通して前記溶媒で洗い流すことができる開口部（２３）を有する請求項１〜７のいずれか１項に記載の使い捨て金型コア。
【請求項９】
繊維強化部品（１５）の製造方法であって、
特に織物、ノンクリンプ織物及び／又は編組布としての強化繊維（１１）を、マトリックスと共に使い捨て金型コア（１）に配置するステップと、
温度及び／又は圧力を上昇させることによって、成形型（１０）内で前記マトリックスを硬化及び／又は完全に硬化させるステップと、
前記硬化及び／又は完全硬化ステップの後、前記金型コア（１）がまだ前記部品（１５）の内側にある間に、少なくとも１つの補強要素（１６）を前記部品（１５）の外面（１７）に押圧するステップと、
その後に初めて、前記使い捨て金型コア（１）を少なくとも部分的に取り除くステップと、
及び／又は
硬質シェル（２２）と、結合剤を含まないコア（２０）とを含む請求項１〜８のいずれか１項に記載の金型コア（１）を使用して、前記繊維強化部品１５が製造された後、前記コア（２０）を前記シェル（２２）から取り除き、特に洗い流し、及び／又は、振り出すステップと、を備える繊維強化部品の製造方法。
【請求項１０】
前記シェル（２２）は、前記コア（２０）を振り出した後に溶媒で洗い流される請求項９に記載の繊維強化部品の製造方法。
【請求項１１】
前記補強要素（１６）、好ましくは未硬化の成形材料、特にＣ−ＳＭＣを含むものは、前記強化繊維（１１）及び前記マトリックス、好ましく未硬化のものと共に前記金型コア（１）の周囲に配置され、その後に初めて、前記マトリックス及び／又は前記成形材料は硬化する請求項９又は１０に記載の繊維強化部品の製造方法。
【請求項１２】
前記補強要素（１６）、好ましくは前記成形材料、特にＣ−ＳＭＣは、前記硬化した、好ましくは完全に硬化したマトリックスに押圧される請求項９〜１１のいずれか１項に記載の繊維強化部品の製造方法。
【請求項１３】
織布、ノンクリンプ織物及び／又は編組布を形成する強化繊維（１１）から少なくとも部分的に作られた本体と、硬化マトリックスとを備えた繊維強化部品、特にアンダーカット及び／又は中空部品であって、
請求項９〜１２のいずれか１項に記載の方法に従って製造され、前記本体は、その外面（１７）に少なくとも強固に接合された補強要素（１６）を有し、及び／又は、ハイブリッド部品を含み、前記本体の一部及び／又は前記補強要素（１６）は、緩い強化繊維（１１）を備えた硬化マトリックスを含む成形材料、特にＣ−ＳＭＣで製造された繊維強化部品。
【請求項１４】
前記補強要素（１６）は、補強リブ及び／又は補強構造を含み、及び／又は、前記補強要素（１６）は、繊維複合材、特に緩い強化繊維（１１）及びマトリックス、好ましくはＣ−ＳＭＣ、及び／又は金属から作られる請求項１３に記載の繊維強化部品。
【請求項１５】
前記補強要素（１６）の中及び／又はその上に、少なくとも１つの締結要素（２７）、特にねじ付きインサート、スリーブ、フック及び／又は穴が配置されている請求項１３又は１４に記載の繊維強化部品。
【請求項１６】
繊維強化部品（１５）、特に請求項１３〜１５のいずれか１項に記載のものを製造するための使い捨て金型コアであって、
前記部品（１５）が製造された後に溶媒でそれから洗い流すことができる少なくとも２つのセグメント（２ａ、２ｂ）と、
前記２つのセグメント（２ａ、２ｂ）の間に配置され、前記２つのセグメント（２ａ、２ｂ）の間の平行ずれ（５）及び／又は回転ずれ（４）を補償することができる、相対的に移動可能な方式で、前記２つのセグメント（２ａ、２ｂ）を互いに接続する少なくとも１つの弾性及び／又は可撓性の補償要素（３）と、を備える使い捨て金型コア。
【請求項１７】
前記補償要素（３）は、特にそれぞれのセグメント（２ａ、２ｂ）の前側の接続領域（７ａ、７ｂ）において、強固に接合及び／又は形状嵌合される請求項１６に記載の使い捨て金型コア。
【請求項１８】
互いに対応する前記２つのセグメント（２ａ、２ｂ）は、特に、関節継手（１２）、好ましくはヒンジ及び／又はボール継手（１３、１４）がそれらの間に形成されるように、それらの接続領域（７ａ、７ｂ）とポジティブロック方式で係合する請求項１６又は１７に記載の使い捨て金型コア。
【請求項１９】
前記補償要素（３）は、エラストマー、未硬化の熱可塑性樹脂、特にポリビニルアルコール、未硬化の熱硬化性樹脂及び／又は固化状態で依然として弾性及び／又は可撓性を有する接着剤で製造される請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の使い捨て金型コア。
【請求項２０】
前記補償要素（３）が、温度が上昇するときに膨張する膨張材料を含み、それによって隣接する前記２つのセグメント（２ａ、２ｂ）は、前記部品（１５）の製造中に互いに押し離すことができる請求項１６〜１９のいずれか１項に記載の使い捨て金型コア。
【請求項２１】
前記膨張材料は、ワックス、シリコン、プラスチック、脂肪及び／又は低融点合金を含む請求項１６〜２０のいずれか１項に記載の使い捨て金型コア。
【請求項２２】
前記セグメント（２ａ、２ｂ）は、特に多孔質の粒状体（１８）、及び／又は、粒状体（１８）及び／又は結合剤を含む空間を有する粒状体から作製される請求項１６〜２１に記載の使い捨て金型コア。
【請求項２３】
前記セグメント（２ａ、２ｂ）の前記結合剤及び／又は前記補償要素（３）の少なくとも一部、特に前記膨張材料は、溶媒、特に酸、塩基、水及び／又はアルコールで溶解することができ、それによって前記部品（１５）が製造された後、前記金型コア（１）をそれから洗い流すことができる請求項１６〜２２のいずれか１項に記載の使い捨て金型コア。
【請求項２４】
請求項９〜１２のいずれか１項に記載の方法に従って繊維強化部品（１５）を製造するために用いられ、少なくとも２つのセグメント（２ａ、２ｂ）からなる使い捨て金型コア（１）の製造方法であって、
前記使い捨て金型コア（１）の前記２つのセグメント（２ａ、２ｂ）の間に、前記２つのセグメント（２ａ、２ｂ）の間の平行ずれ（５）及び／又は回転ずれ（４）を補償することができる、相対的に移動可能な方式で、前記２つのセグメント（２ａ、２ｂ）を互いに接続する少なくとも１つの弾性及び／又は可撓性の補償要素（３）を配置するステップを含む使い捨て金型コアの製造方法。
【請求項２５】
前記金型コア（１）は一体に製造され、次いで前記セグメント（２ａ、２ｂ）に分割され、或いは前記金型コア（１）の前記セグメント（２ａ、２ｂ）は別々に製造される請求項２４に記載の使い捨て金型コアの製造方法。
【請求項２６】
前記補償要素（３）を作製するために、補償材料、特に化学的硬化及び／又は物理的硬化の接着剤が、前記２つのセグメント（２ａ、２ｂ）間の空き領域（６）に導入され、特に注入、噴霧及び／又は塗布され、及び／又は、前記補償材料を固化させて可撓性及び／又は弾性の前記補償要素（３）を作製する請求項２４又は２５に記載の使い捨て金型コアの製造方法。
【請求項２７】
前記セグメント（２ａ、２ｂ）は、特に熱可塑性樹脂及び／又は熱硬化性樹脂を含む前記補償要素（３）を硬化させることによって、特に温度及び／又は圧力を上昇させることによって、共に所定の位置に固定される請求項２４〜２６のいずれか１項に記載の使い捨て金型コアの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
(関連出願の相互参照)
本願は、２０１７年１２月６日に出願された国際出願第ＰＣＴ／ＥＰ２０１７／０８１７２０号の国内段階であり、２０１６年１２月１２日に出願されたドイツ特許出願第１０２０１６１２４０６１．３号に対して優先権を主張し、その内容は、参照により本明細書に組み込むものとする。
【０００２】
本発明は、粒状体、特に鉱物質材料、ガラス、セラミック及び／又は砂など、及び結合剤で製造された硬質支持コアを有する繊維強化部品を製造するための使い捨て金型コアに関する。本開示はまた、特に織物、ノンクリンプ織物及び／又は編組布としての強化繊維をマトリックスと共に使い捨て金型コアに配置し、温度及び／又は圧力を上昇させることによって成形型内でマトリックスを硬化させる繊維強化部品の製造方法に関する。本開示はさらに、織物、ノンクリンプ織物及び／又は編組布を形成する強化繊維から少なくとも部分的に作製された基体と、硬化マトリックスとを備えた繊維強化部品、特にアンダーカット及び／又は中空部品を含む。本開示はさらに、部品が製造された後、溶媒で洗い流すことができる少なくとも２つのセグメントを有する繊維強化部品を製造するための使い捨て金型コアを含む。本開示はさらに、繊維強化部品を製造するための使い捨て金型コアの製造方法であって、少なくとも２つのセグメントが作製され、金型コアがこれらの２つのセグメントからなる使い捨て金型コアの製造方法を含む。
【背景技術】
【０００３】
繊維強化部品製造用の洗い流すことができる金型コアは、一般的な技術状況から知られている。このような金型コアの欠点は、該金型コア及び部品自体の製造が非常に高価であることにある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、本開示は、使い捨て金型コア自体、又はその使い捨て金型コアを用いて製造された部品、のいずれかを経済的に製造することができる使い捨て金型コアを作製することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は、独立請求項の特徴による、部品を製造するための使い捨て金型コア、その製造方法、及び部品によって解決される。
【０００６】
粒状体と結合剤で製造された硬質支持コアを備えた、繊維強化部品を製造するための使い捨て金型コアを提供する。粒状体は、鉱物質材料、ガラス、セラミック及び／又は砂であり得る。部品は、また、例えば、構造上の中空部品であり得る。
【０００７】
本開示によれば、支持コアは、結合剤及び粒状体で作られた硬質シェルを有する。硬質シェルは、金型コアに安定性を与えるため、強化繊維をシェルに配置して部品を製造することができる。
【０００８】
さらに、支持コアは、粒状体によって形成された、結合剤を含まない内部コアを有する。シェルに比べて、繊維強化部品が製造された後、内部コアは、より速く、及び／又は、より容易に取り外すことができる。例えば、コアは、シェルから振り出すことができる。したがって、粒状体は、好ましくは自由に流動する。その結果、粒状体は部品から容易に取り除くことができ、それによって製造コストを低減する。高い圧力により粒状体が固着した場合、まず液体及び／又は機械で、それを緩める必要がある。
【０００９】
本開示の有利な更なる進展によれば、内部コアの粒状体は緩い。代替的又は追加的に、内部コアの粒状体はまた、圧縮及び／又は固着することができる。その結果、個々の粒状物粒子は、互いに密接して位置するため、粒状体は、例えば強化繊維がマトリックスと共に金型コアに配置されるとき、又は部品が製造されるときに生じるコアの内部の圧力を吸収することができる。これによって、金型コアの変形が防止されるため、部品も変形することなく製造される。
【００１０】
例えば、支持コアが、支持コアを印刷できるラピッドプロトタイピングプロセスで製造されると、同様に有利である。この場合、ラピッドプロトタイピングプロセスは、支持コアを製造する経済的かつ迅速な方法である。
【００１１】
また、結合剤濃度が支持コアの外面からその内部に向かって減少すると、有利である。ここで、濃度はまた、断面の中央に向かって減少し得る。さらに、濃度は、直線的、放物線的及び／又は指数関数的に減少し得る。例えば、ここで、濃度は、外面の１００％から内部の０％まで減少し得る。
【００１２】
さらに、シェルが５ｍｍ未満の厚さであると、有利である。しかしながら、シェルはまた２ｍｍ未満の厚さでもあり得るため、一方ではシェルは安定する。その一方で、結合剤を含まない多くの粒状体がコアに存在するため、部品が製造された後に、特に大量の粒状体を振り出すことができる。
【００１３】
ここで、またシェルが金型コアの対応する位置でそれぞれの直径の３％〜１０％の厚さを有すると、有利である。これにより、金型コアの安定性を維持すると共に、結合剤を低コストに節約することができる。
【００１４】
また、シェルが支持コアを外部に向かってシールする分離層を有すると、有利である。ここで、分離層は、弾性的であってよく、代替的又は追加的にシリコーン及び／又はプラスチック層を用いて作製することができる。これは、部品の製造中にマトリックスが部品内に拡散することを防止することができる。部品の製造中に、マトリックスを強化繊維と共に金型コアに配置し、マトリックスは強化繊維とより高い圧力及び／又は温度で結合されて部品に結合される。分離層は、少なくとも部分的にマトリックスが金型コア内に拡散することを防止する。マトリックスが金型コア内に拡散すると、粒状体と結合し、そして部品から取り除くことが困難であるため、その中への拡散は有害である。
【００１５】
結合剤が溶媒で溶解することができ、それによって繊維強化部品が製造された後に結合剤を洗い流すことができると、さらに有利である。代替的又は追加的に、また、分離層は可溶性でもあり得る。溶媒は、例えば、酸、塩基、水及び／又はアルコールであり得る。その結果、結合剤及び／又は分離層は、部品から容易に洗い流すことができる。
【００１６】
シェルが開裂して開口部を形成することができる少なくとも１つの開口領域を有すると、さらに有利である。また、シェルは、最初から開口部を有してもよい。繊維強化部品の製造後、緩いコアは、開口部を通って漏出することができる。ここで、開口部は、例えば、金型コアの前側に配置することができる。開口部は、粒状体及び／又はシェルを非常に容易に取り除くか又は洗い流すことを可能にする。
【００１７】
さらに、繊維強化部品を作製するために、強化繊維をマトリックスと共に使い捨て金型コアの周囲に配置する繊維強化部品の製造方法を提供する。強化繊維は、織布、ノンクリンプ織物及び／又は編組布を含み得る。その後に、温度及び／又は圧力を上昇させることによって、成形型内でマトリックスを硬化させる。
【００１８】
本開示によれば、マトリックスを硬化させた後、かつ金型コアがまだ部品の内側にある間に、圧力下で少なくとも１つの補強要素を部品の外面に押圧する。その後になって初めて、使い捨て金型コアを部品から少なくとも部分的に取り除く。金型コアがまだ部品内にあると、その安定性に寄与するため、補強要素は、部品を変形させずにそれに押圧することができる。
【００１９】
代替的又は追加的に、上記及び／又は下記に記載の特徴のうちの１つ又はいくつかによる金型コアを使用し、上記特徴は個々に又は任意の組み合わせで存在することができる。また、金型コアは、硬質シェルと、結合剤を含まない及び／又は緩いコアとを含む。繊維強化部品を製造した後、コアをシェルから取り除き、特に洗い流し及び／又は振り出す。コアは、緩く及び／又は結合剤を含まずに作製されるため、部品から容易に取り除くことができる。高い圧力のために粒状体が固着している場合、まず液体及び／又は機械等で、それを緩めなければならない。
【００２０】
本開示の有利な更なる進展によれば、シェルを（特にコアが取り除かれた後）溶媒で洗い流す。コアが振り出された後、シェルのみが部品内に配置されたままになり、これによって、シェルを特に迅速に溶解させることを可能にする大きな攻撃面が溶媒に対して作製される。したがって、溶解したシェルを簡単に振り出せば、同様にそれを部品から取り除くことができる。代替的に、シェルを部品内に残してもよい。
【００２１】
また、補強要素を強化繊維及びマトリックスと共に使い捨て金型コアの周囲に配置すると、有利である。この場合、マトリックスは、未硬化であり得る。代替的又は追加的に、補強要素は、Ｃ−ＳＭＣ（Ｃ−シートモールディングコンパウンド）などの未硬化の成形材料を含み得る。後続のステップでは、マトリックスを補強要素又は形成材料と共に硬化させることができる。この結果、補強要素は、硬化中にマトリックスに強固に接合し、それにより、強化繊維に強固に接合することができる。これにより、補強要素は強化繊維及びマトリックスと、安定的に、特に強固に接合される。
【００２２】
また、補強要素が硬化したマトリックスに押圧されると、同様に有利である。この過程で、マトリックスを完全に硬化させることもできる。この結果、部品がある程度の安定性を有するため、補強要素は、損傷せずに部品に押圧することができる。補強要素は、Ｃ−ＳＭＣ（Ｃ−シートモールディングコンパウンド）などの成形材料であってよい。
【００２３】
さらに、少なくとも部分的に強化繊維からなる本体と、硬化したマトリックスとを有する繊維強化部品を提供する。部品は、例えばアンダーカット及び／又は中空部品であり得る。ここで、強化繊維は、織布、ノンクリンプ織物及び／又は編組布を形成することができる。
【００２４】
本開示によれば、部品は、上記及び／又は以下に記載の特徴の１つ又はいくつかの方法に従って製造される。さらに、本体は、その外面にそれに強固に接合された少なくとも１つの補強材を有する。補強要素は、部品の安定性又は剛性の向上に役立つ。
【００２５】
代替的又は追加的に、部品は、本体の一部が緩い強化繊維を備えた硬化マトリックスを含む成形材料で作られるハイブリッド部品として作製される。代替的又は追加的に、補強要素は、成形材料で作製することもできる。ここで、成形材料は、部品に容易に押圧することができる。さらに、部品は、少なくとも部分的に成形材料から容易に製造することができる。
【００２６】
本開示の有利な更なる進展によれば、補強要素は、補強リブ及び／又は補強構造を含む。補強リブは、容易かつ経済的に製造することができる。補強構造は、部品を非常に安定させる。
【００２７】
代替的又は追加的に、補強要素が繊維複合材及び／又は金属から製造されると、有利である。この場合、繊維複合材は、強化繊維とマトリックスとを含む。例えば、繊維複合材は、部品と同じ強化繊維／混合物で作ることができる。したがって、繊維複合材は、同じ温度膨張のような、部品の本質的に同じ特性を有する。その結果、異なる温度膨張のために部品と補強要素の間に生じる張力は、例えば低下する。繊維複合材は、またＣ−ＳＭＣ（Ｃ−シートモールディングコンパウンド）を含み、かつ成形材料を形成することができる。この場合、成形材料は、外面に非常に容易に配置することができ、かつ経済的である。
【００２８】
マトリックスと補強要素との間に強固な結合が形成されると、さらに有利である。ここで、補強要素は、特にＣ−ＳＭＣ製の成形材料を含んでよい。強固な結合は、部品と補強要素との間の強度を大幅に高める。
【００２９】
ねじ付きインサート、スリーブ、フック及び／又は穴のような少なくとも１つの締結要素が補強要素の中及び／又は上に配置されると、さらに有利である。これにより、締結要素を補強要素と共に部品に配置することを可能にし、かつ部品を再加工して締結要素をその上に配置する必要性がなくなる。
【００３０】
少なくとも２つのセグメントを備えた、繊維強化部品を製造するための使い捨て金型コアを提供する。部品を製造した後、少なくとも２つのセグメントを溶媒で洗い流すことができ、そして金型コアを部品から取り除いてその重量を減らす。さらに、金型コアは、上記及び／又は下記に記載の特徴のうちの１つ又はいくつかを有し得る。
【００３１】
本開示によれば、使い捨て金型コアは、２つのセグメント間に配置された少なくとも１つの弾性及び／又は可撓性の補償要素を含む。補償要素は、２つのセグメント間の並進ずれ及び／又は回転ずれを補償することができる、相対的に移動可能な方式で、両方のセグメントを互いに接続する。補償要素により、並進ずれ及び／又は回転ずれをもたらす可能性のあるセグメント又は金型コアの測定誤差を補償することができる。例えば、回転ずれが２つのセグメント間で発生した場合、それらは、弾性及び／又は可撓性の補償要素によって互いにねじられ、それによってこの回転ずれを補償することができる。ここで、補償要素は、領域内で伸張及び／又は圧縮されるため、さらに２つのセグメントを接続する。その一方では、平行ずれが発生した場合、例えば、セグメントが互いに離れすぎている場合に、それに応じて、補償要素は圧縮されて距離を縮めることができ、それによってセグメントが結合されるように維持する。
【００３２】
本開示の有利な更なる進展によれば、補償要素は、その接続領域のうちの１つにおいて強固及び／又は連動方法でセグメントに接合される。強固な結合は、容易に生成することができ、そして特に安全である。ここで、接続領域は、対応するセグメントの前側に配置することができる。
【００３３】
互いに対応する２つのセグメントがそれらの接続領域と強固に係合すると、同様に有利である。例えば、それらは、それらの間に関節継手を形成するように係合することができる。関節継手は、またヒンジ及び／又はボール継手として形成することができる。例えば、ボール継手は、互いに直交する３つの回転軸（直交座標系では、ｘ、ｙ、ｚ軸であり得る）による回転が回転ずれを補償することを可能にするため、回転ずれは、それを用いて特に容易に補償することができる。さらに、ボール継手は、１つのセグメントにボールソケットを、対応するセグメントには、ボールソケット内に枢動可能に取り付けられたそれぞれの球形ヘッドを有し得る。
【００３４】
また、補償要素がエラストマー、未硬化の熱可塑性樹脂、未硬化の熱硬化性樹脂及び／又は固化状態で依然として弾性及び／又は可撓性を有する接着剤で作られると、有利である。熱可塑性樹脂は、例えばポリビニルアルコールであり得る。ここで、エラストマーは弾性及び／又は可撓性の特性を有する。
【００３５】
未硬化の熱可塑性樹脂及び／又は未硬化の熱硬化性樹脂は、例えば、２つのセグメントを所定の位置に固定するために使用することができる。これを達成するために、２つのセグメントが組み立てられる間、熱可塑性樹脂及び／又は熱硬化性樹脂は、まだ完全に硬化されていないため、それらをセグメント間に容易に配置することができる。
【００３６】
２つのセグメントを接合するために、熱可塑性樹脂を、例えばまず加熱し、セグメント間に配置し、そして再び冷却する。例えば、熱可塑性樹脂は、部品を製造した後に再び流体になるように加熱することができるため、それらを部品から洗い流すことができる。熱可塑性樹脂は、例えばポリビニルアルコールであり得る。
【００３７】
同様に、まず熱硬化性樹脂を加熱し、セグメント間に配置し、そして再び冷却することができる。ここで、熱硬化性樹脂は、例えば、熱可塑性樹脂及び／又はエラストマーよりも耐熱性が高い。
【００３８】
代替的又は追加的に、補償要素はまた、固化状態で依然として弾性及び／又は可撓性を有する接着剤で作ることができる。この場合、接着剤は、例えば、粘性のある液体であり得るため、セグメント間に容易に配置することができる。しばらくすると、接着剤は、追加の処理を必要とせずに自然に固化し、それによって金型コアの製造が簡単になる。
【００３９】
このプロセスでは、エラストマー、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂及び／又は接着剤の間の混合物は、補償要素として使用することもできる。
【００４０】
補償要素が、温度が上昇するときに膨張する膨張材料を含み、それによって２つの隣接するセグメントが、部品の製造中に押し離すことができると、同様に有利である。この結果、部品を製造する間に、セグメントは、成形型の内側に押圧することができる。これにより、部品がより正確な形状を有することを可能にし、そして例えば、成形型内の金型コアの遊びを減少させる。
【００４１】
ここで、膨張材料は、ワックス、シリコン、プラスチック、脂肪及び／又は低融点合金からなると有利である。例えば、ワックス、シリコン及び／又は脂肪は、繊維強化部品から容易に洗い流すことができる。
【００４２】
セグメントが単一の部品として製造され、互いに分離され、及び／又は金型コアの長手方向に一列に並んでいると、さらに有利である。セグメントの一体製造は、セグメントを非常に容易かつ迅速に製造することを可能にする。セグメントが分離するため、それらは連動することができない。セグメントが互いに隣接して縦方向に一列に並んでいると、セグメントの相互接続領域は可能な限り小さく保たれるため、補償要素を節約する。
【００４３】
また、セグメントが粒状体及び／又は結合剤を含む粒状体から製造されると、有利である。セグメントは、例えば、多孔質顆粒及び／又は空間を有するもので製造することができ、それによってセグメント重量を低減する。さらに、粒状体は、すべて容易に加工される鉱物質材料、ガラス、セラミック及び／又は砂で製造することができる。
【００４４】
セグメントの結合剤及び／又は少なくとも部分的に補償要素、特に膨張材料を溶媒で溶解することができ、それにより金型コアの製造後に金型コアを部品から洗い流すことができると、さらに有利である。溶媒は、例えば、酸、塩基、水及び／又はアルコールであり得る。したがって、容易な作業ステップの一部として、結合剤、補償要素及び／又は膨張材料は、溶媒で部品から洗い流すことができる。
【００４５】
金型コアが、少なくとも部分的にセグメント及び／又は補償要素を通って延びる洗い流しのための中空空間を有していると、同様に有利であり、これによって金型コアの離型を加速することができる。洗い流しのための中空空間に溶媒を意図的に導入して、全ての側面のセグメント及び／又は補償要素を溶解させることができ、その結果、金型コアをより速く洗い流すことができる。
【００４６】
また、繊維強化部品を製造する使い捨て金型コアの製造方法を提供する。ここで、金型コアは、上記及び／又は下記に記載の特徴の少なくとも１つに従って製造することができる。製造方法で少なくとも２つのセグメントを作製する。その後に、これらの２つのセグメントから金型コアを組み立てる。
【００４７】
本開示によれば、少なくとも１つの弾性及び／又は可撓性の補償要素を用いて、相対的に移動可能な方式でセグメントを互いに対して位置合わせし、続いて互いに強固に接合する。この結果、２つのセグメント間の並進ずれ及び／又は回転ずれを補償することができる。金型コア又はセグメントの測定誤差又は製造公差は、並進ずれ及び／又は回転ずれをもたらす可能性があり、それは不良部品の原因となる。例えば、平行ずれは、セグメントが互いに非常に密に離間しているときに発生する可能性がある。このような金型コアで製造される部品は、寸法が小さくなりすぎる可能性がある。弾性及び／又は可撓性の補償要素によって、この平行ずれを補償する方式で２つのセグメントを整列させて接合することができる。これを達成するために、セグメントを依然として接続しながら、並進ずれ及び／又は回転ずれを補償するために、補償要素を伸張及び／又は圧縮することもできる。
【００４８】
製造方法の有利な更なる進展によれば、金型コアを単一部品として製造し、その後にセグメントに分割する。これにより、例えば、まず金型コアの並進ずれ及び／又は回転ずれが発生したか否か、どのようにして発生したかを人が確認することができる。その後、金型コアを有利なセグメントに分割することができるため、製造公差の補償から生じるセグメントは最少となる。代替的に、金型コアのセグメントを互いに別々に製造することができる。より大きな金型コアとは反対に、より小さなセグメントをより高い精度で製造することができ、それによって測定誤差の低減は、あらかじめ低減される。
【００４９】
例えば、コアシューティング及び／又はラピッドプロトタイピングプロセスにより、金型コア又はセグメントを製造することができる。
【００５０】
補償要素を作製するために、補償材料を２つのセグメント間の空き領域に導入すると、さらに有利である。ここで、補償材料を注入、噴霧及び／又は塗布することができる。さらに、補償材料は、化学的硬化及び／又は物理的硬化の接着剤であり得る。化学的硬化の接着剤は、例えば、二液型接着剤であり得る。物理的硬化の接着剤は、例えば紫外線で硬化することができる。
【００５１】
また、可撓性及び／又は弾性の補償要素を作製するために補償材料を固化させると、有利である。補償要素は、平行ずれ及び／又は回転ずれの補償を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
本開示のさらなる利点は、以下の図面において説明される。
【００５３】
【図１ａ】図１ａは、回転ずれを有する使い捨て金型コアの横断面図である。
【図１ｂ】図１ｂは、回転ずれ、２つのセグメント及び補償要素を有する使い捨て金型コアの横断面図である。
【図１ｃ】図１ｃは、ずれが補償された使い捨て金型コアの横断面図である。
【図１ｄ】図１ｄは、成形型内の使い捨て金型コアの横断面図である。
【図２】図２は、関節継手を有する使い捨て金型コアの一部の横断面図である。
【図３ａ】図３ａは、平行ずれを有する使い捨て金型コアの横断面図である。
【図３ｂ】図３ｂは、平行ずれが補償された使い捨て金型コアの横断面図である。
【図４】図４は、補強要素を有する部品の横断面図である。
【図５】図５は、成形材料を有する部品の横断面図である。
【図６】図６は、補強要素と締結要素を有する部品の横断面図である。
【図７】図７は、シェルを有する金型コアの横断面図である。
【図８】図８は、分離層を有する金型コアの横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
図１は、回転ずれ４を有する部品１５（図４参照）を製造するための使い捨て金型コア１を示す。この実施形態では、金型コア１は、屈曲しているか又は歪んでいる。ここで、回転ずれ４は、金型コア１が有すべき形状を示す点線で示された形状の金型コア１と、実際の金型コア１（斜線で示す金型コア１）の形状との間のずれを示す。これをよりよく説明するために、屈曲又は回転ずれ４を非常に誇張して示す。ここで、不利なのは、回転ずれ４を有する、屈曲した、又は歪んだこのような金型コア１が不良な部品１５を製造することである。
【００５５】
本開示の一態様において、図１ｂの使い捨て金型コア１は、金型コア１の２つのセグメント２ａ、２ｂ間に少なくとも１つの弾性及び／又は可撓性の補償要素３を含む。当然のことながら、金型コア１は、より多くのセグメント２を有することもできる。補償要素３により、平行ずれ及び／又はここに示すような回転ずれ４を補償することができる、相対的に移動可能な方式で、２つのセグメント２ａ、２ｂを互いに接合することができる。
【００５６】
この場合、補償要素３は、それぞれのセグメント２ａ、２ｂの接続領域７ａ、７ｂに配置されている。この実施形態では、接続領域７ａ、７ｂは、それぞれのセグメント２ａ、２ｂの前側に配置される。したがって、２つのセグメント２ａ、２ｂ間の接続は、補償要素３によって形成される。
【００５７】
ここで、金型コア１は、例えば２つのセグメント２ａ、２ｂに分割することができる。しかしながら、２つのセグメント２ａ、２ｂを別々に製造することもできる。
【００５８】
この場合、補償要素２は、例えば、エラストマーを含んでよい。その結果、補償要素３は、弾性及び／又は可撓性を有するため、２つのセグメント２ａ、２ｂは互いに向かって相対的に移動可能である。
【００５９】
しかしながら、補償要素３は、代替的又は追加的に、ポリビニルアルコールのような未硬化の熱可塑性樹脂であり得る。ここで、まず熱可塑性樹脂を加熱し、それを塗布、注入及び／又は噴霧することにより、セグメント２ａ、２ｂの間の空き領域６に導入して（補償要素３はすでに空き領域６内に配置済み）、そして再び冷却して熱可塑性樹脂を再固化する。これは、加熱した熱可塑性樹脂を空き領域６に導入する前に、セグメント２ａ、２ｂをまず整列させることができるという利点を有する。また、熱可塑性樹脂がまだ熱いうちに、並進ずれ及び／又は回転ずれ４を補償するために、セグメント２ａ、２ｂを互いに相対的に整列させることができる。熱可塑性樹脂は冷却後に固化し、それによってセグメント２ａ、２ｂを共に所定の位置に固定する。さらに、熱可塑性樹脂が再加熱により再度液化することができるため、セグメント２ａ、２ｂをもう一度整列させることができ、及び／又は熱可塑性樹脂を製造後に部品１５から洗い流すことができる。
【００６０】
補償要素３はまた、熱可塑性樹脂のように空き領域６に導入される未硬化の熱硬化性樹脂であり得る。さらに、セグメント２ａ、２ｂを熱可塑性樹脂と同様に整列させ、熱硬化性樹脂で所定の位置に固定することができる。
【００６１】
代替的又は追加的に、補償要素３はまた、固化状態で依然として弾性及び／又は可撓性を有する接着剤であり得る。したがって、２つのセグメント２ａ、２ｂは、非常に容易に接合することができる。接着剤は、接続領域７ａ、７ｂに塗布、噴霧及び／又は適用することができる。その後、２つのセグメント２ａ、２ｂは、互いに接合することができ、かつ接着剤は自然に硬化する。
【００６２】
また、補償要素３は、温度が上昇するときに膨張する膨張材料を代替的又は追加的に含み得る。部品１５が製造されている間に生じる膨張は、２つのセグメント２ａ、２ｂをそれらの軸方向に押し離す。ここで、膨張は、金型コア１を成形型１０（図１ｄ参照）の内側に押圧し、それによって、金型コアと成形型１０の間に配置された強化繊維１１を成形型１０の内側に押圧する。この結果、部品１５は、成形型１０の内部形状をとる。しかしながら、このため、金型コア１と成形型１０の間に存在する遊びも減少することができる。
【００６３】
図１ｃは、図１ｂの使い捨て金型コア１を示すが、金型コア１の回転ずれが補償されている。これを達成するために、弾性及び／又は可撓性の補償要素３は、２つのセグメント２ａ、２ｂの間に配置されている。さらに、２つのセグメント２ａ、２ｂは、（図１ｂ又はここに示された点線の輪郭と比較して）互いに対して移動されているため、回転ずれ４が補償される。この場合、補償要素３は、延伸領域８において延伸されている。補償要素３はまた、例えば、補償要素３が一緒に押圧される圧縮領域９を有してよい。ここで、補償要素３は、２つのセグメント２ａ、２ｂを接合し続ける。
【００６４】
図１ｄは、成形型１０内の使い捨て金型コア１を示す。ここで、セグメント２ａ、２ｂは、補償要素３と相対的に移動可能に接合されている。さらに、回転ずれ４（図１ａ、１ｂ参照）は補償されて、測定誤差又は許容誤差を補償する。強化繊維１１は、金型コア１と成形型１０の間に配置される。温度及び／又は圧力が上昇する時に硬化して部品１５を作製するマトリックスで、強化繊維１１を含浸することができる。しかしながら、温度及び／又は圧力が上昇するまでマトリックスを導入することもできる。部品１５の冷却段階の後、マトリックスは、固化して強化繊維１１を備えた複合体を形成している。その後、部品１５を成形型１０から取り出すことができる。
【００６５】
繊維強化部品１５の重量を低減するために、金型コア１を部品１５から洗い流すことができる。これを達成するために、セグメント２ａ、２ｂ及び補償要素３を溶解させて、その後にそれらを洗い流すことができる溶媒を、開口部（図示せず）を通して部品１５に導入する。
【００６６】
図２は、代替の実施形態に係る使い捨て金型コア１の一部の横断面図を示す。また、２つのセグメント２ａ、２ｂを強固に接合する弾性及び／又は可撓性の補償要素３は、セグメント２ａ、２ｂの間に配置される。ここで、補償要素３はまた、セグメント２ａ、２ｂの間の空き領域６に配置されている。図１ａ及び１ｂに見られるように、金型コア１は、回転ずれ４を有する。点線は、ずれのない金型コア１を示す（図１ａ、図１ｂのとおり）。
【００６７】
この代替の実施形態では、２つのセグメント２ａ、２ｂを強固に接続する関節継手１２が、２つのセグメント２ａ、２ｂの間に配置される。関節継手１２は、２つの部分として設計されており、球形ヘッド１３がセグメント２ａに配置され、ボールソケット１４がセグメント２ｂに配置される。この場合、球形ヘッド１３がボールソケット１４に取り付けられるため、両者は互いにねじり合わせることができる。これにより、２つのセグメント２ａ、２ｂ間に存在する回転ずれ４を補償することが可能になる。ここで、球形ヘッド１３は、セグメント２ａの接続領域７ａであり、ボールソケット１４は、セグメント２ｂの接続領域７ｂである。
【００６８】
関節継手１２が補償要素３によって囲まれるため、関節継手１２は弾性を有するようになる。この結果、関節継手１２も、ある程度の安定性を備えている。空き領域６はまた、補償要素３で完全に充填することもできる。
【００６９】
図３ａは、平行ずれを有する使い捨て金型コア１の横断面図を示す。したがって、２つのセグメント２ａ、２ｂは互いに平行にずれている。また、平行ずれ５を補償することができ、２つのセグメント２ａ、２ｂを接続する補償要素３は、２つのセグメント２ａ、２ｂの間に配置される。この場合、補償要素３はまた、空き領域６に配置される（ここで再び充填されて示される）。
【００７０】
図３ｂは、補償された平行ずれ５を有する図３ａの使い捨て金型コア１を示す。また、２つのセグメント２ａ、２ｂは、互いに対して軸方向に配置される。ここで、補償要素３は、本質的に、図３ａの平行ずれ５に対してセグメント２ｂが上方に押されることによって引き起こされる剪断応力を有する。補償要素は、２つのセグメント２ａ、２ｂを接合し続ける。
【００７１】
図４は、本開示のさらなる態様を示す。補強要素１６ａ〜ｄは、部品１５の外面１７に配置されている。補強要素１６ａ〜ｄを中空部品１５に押圧することは、部品自体１５が圧縮され、それによって損傷を受ける可能性があるため、問題である。本開示のさらなる態様において、補強要素１６ａ〜ｄが押圧されている間、金型コア１は依然として部品１５内に配置されるため、それを圧縮することはできない。補強要素１６ａ〜ｄが押圧された場合のみ、金型コア１は洗い流される。この場合、金型コア１は、上述した全ての特性を有することができる。特に、金型コア１は、説明した補償要素３を有してもよい。
【００７２】
補強要素１６ａ〜ｄは、補強リブ及び／又は成形材料であり得る。
【００７３】
図５は、補強要素１６が部品１５の外面１７に押圧されている実施形態を示す。この実施形態では、補強要素１６は、成形材料で製造され、少なくとも部品１５の外面１７の領域に押圧される。成形材料は、例えば、強化繊維とマトリックスとの混合物を含み得る。混合物は、例えばＣ−ＳＭＣであってよい。成形材料は、部品１５の寸法を大きくし過ぎずに部品１５に安定性を与える。ここで、成形材料を薄く塗布することができる。
【００７４】
図６は、ここで補強リブとして形成された補強要素１６ａ〜ｄを備えた部品１５の別の実施形態を示す。ここで、補強要素１６ａ、ｂ、ｄは、追加要素を部品１５に配置することができ、及び／又は部品１５自体を別の要素に配置することができる締結要素２７ａ〜ｅを有する。締結要素２７ａ〜ｄは、スリーブ、穴及び／又はねじ山又はねじ付きインサートを含み得る。締結要素２７ｅは、フックとして形成されている。
【００７５】
図７は、カバー領域１９内に配置された硬質シェル２２を備えた使い捨て金型コア１の横断面図を示す。金型コア１は、少なくとも部分的に固化した粒状体１８と結合剤で作製される。この実施形態では、結合剤は、金型コア１の表面２６から金型コア１のコア２０に向かって延びるカバー領域１９内にのみ配置されるため、粒状体１８と共にシェル２２を形成する。粒状体１８はコア２０内に結合剤を含まないため、固化しない。ここで、コア２０は、金型コア１の断面２１の中央に沿って延びる。コア２０内の粒状体１８はシェル２２を支持することができるため、金型コア１の表面２６は、シェル２２を損傷することなく圧力を受けることができる。この場合、粒状体１８は、コア２０内に緩く配置され、及び／又は圧縮され得る。コア２０が固化しないため、粒状体１８は、部品が製造された後にそれから又は金型コア１から非常に容易に取り除くことができる。
【００７６】
ここで、シェル２２は、それぞれの位置で金型コア１の厚さの３％〜１０％を有し得る。また、シェル２２は、５ｍｍ未満の厚さであり得る。また、シェル２２の厚さは、２ｍｍ未満であり得る。
【００７７】
さらに、シェル２２は、特に部品１５が製造された後に、粒状体１８を部品１５から取り除くことができる開口部２３を有する。特に、その自重のため、固化しない粒状体１８は、開口部２３から非常に容易に漏出することができる。粒状体１８が取り除かれる場合、シェル２２は、例えば、洗い流し、及び／又は粉砕し、そして同様に取り除くことができる。
【００７８】
図８は、図７に示す金型コアと本質的に同じ金型コア１を示しているため、ここでは相違点のみを説明する。この実施形態では、金型コア１は、分離層２４を含む。この分離層２４は、部品の製造中にマトリックスが金型コア１又はシェル２２内に拡散することを防止する。この拡散の欠点は、シェル２２及び／又は粒状体１８を部品から取り除くことができなくなる、又は取り除くことが非常に困難になることである。分離層２４は、これを防止することができる。
【００７９】
ここで、分離層２４は、シェル２２の表面２６に塗布されている。
【００８０】
さらに、金型コア１は、図８のこの実施形態における２つの補強ブレース２５ａ、２５ｂを有する。それらは、金型コア１の一側から金型コア１を貫通して金型コア１の反対側まで延びている。ここで、補強ブレース２５ａは、シェル２２を貫通して延び、それによって金型コア１の表面２６の一部から表面２６の反対側の部分に達する。したがって、シェル２２は補強ブレース２５ａに隣接してそれに接合することができる。その一方では、補強ブレース２５ｂはシェル２２上に配置され、かつシェル２２の間で粒状体１８を貫通して延びている。
【００８１】
本発明は、示され説明された実施形態に限定されない。異なる実施形態で示され説明されていても、特徴の組み合わせであるように、特許請求の範囲内の変形も可能である。
【符号の説明】
【００８２】
１  使い捨て金型コア
２  セグメント
３  補償要素
４  回転ずれ
５  平行ずれ
６  空き領域
７  接続領域
８  延伸領域
９  圧縮領域
１０  成形型
１１  強化繊維
１２  関節継手
１３  球形ヘッド
１４  ボールソケット
１５  部品
１６  補強要素
１７  外面
１８  粒状体
１９  カバー領域
２０  コア
２１  断面の中央
２２  シェル
２３  開口部
２４  分離層
２５  補強ブレース
２６  表面
２７  締結要素
【図１ａ】
2019536670.tif 000003
【図１ｂ】
2019536670.tif 000004
【図１ｃ】
2019536670.tif 000005
【図１ｄ】
2019536670.tif 000006
【図２】
2019536670.tif 000007
【図３ａ】
2019536670.tif 000008
【図３ｂ】
2019536670.tif 000009
【図４】
2019536670.tif 000010
【図５】
2019536670.tif 000011
【図６】
2019536670.tif 000012
【図７】
2019536670.tif 000013
【図８】
2019536670.tif 000014
【国際調査報告】
2019536670.tif 000015
2019536670.tif 000016
2019536670.tif 000017
2019536670.tif 000018
2019536670.tif 000019
2019536670.tif 000020
2019536670.tif 000021
2019536670.tif 000022
2019536670.tif 000023
2019536670.tif 000024