(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元複合物体を製造する方法であって、
ａ．回転可能な注型金型を提供するステップと、
ｂ．前記注型金型に第１の材料を充填するステップと、
ｃ．前記注型金型に第２の材料を充填するステップであって、前記第１及び第２の材料のうちの少なくとも一方の材料がポリマー材料である、ステップと、
ｄ．前記注型金型を運動させるステップと、
ｅ．製造された複合物体中での前記第２の材料の均質な分布が達成されるように、上記ステップのうちの１つまたは複数のステップの実行中に少なくとも１つのプロセスパラメータを適合させるステップと
を含み、
前記方法は、ステップａとステップｂとの間、ステップｂとステップｃとの間、またはステップｃとステップｄとの間に、前記注型金型内に少なくとも１つの要素を配置するステップをさらに含み、
前記少なくとも１つの要素は、多層パネル、電子構成部品、フィルム、織物、縦編生地、横編生地、ノンクリンプ織物、不織布、単一のフィラメント、補剛要素、発光要素、センサ、および重りからなる群から選択される、前記方法。
【請求項２】
充填された前記材料のうちの少なくとも一方の材料を加熱すること、および／または充填された前記材料のうちの少なくとも一方の材料を冷却することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つのプロセスパラメータが、前記注型金型の回転速度、前記注型金型を運動させる速度、旋回運動の場合の前記注型金型の振れ、前記材料のうちの少なくとも一方の材料の加熱時間、前記材料のうちの少なくとも一方の材料の冷却時間、前記材料のうちの少なくとも一方の材料の粘度、前記注型金型の回転軸の角度、前記注型金型の回転軸を軸とした回転速度の比、前記注型金型内での前記第１および／または第２の材料の保持時間、前記第１および／または第２の材料の充填時期、またはこれらの組合せである、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つのプロセスパラメータが前記注型金型の回転速度であり、この回転速度は、前記材料のうちの少なくとも一方の材料に基づいて選択される、または
前記少なくとも１つのプロセスパラメータが、前記注型金型を運動させる速度であり、この速度は、前記材料のうちの少なくとも一方の材料に基づいて選択される、または
前記少なくとも１つのプロセスパラメータが、旋回運動の場合の前記注型金型の振れであり、この振れは、前記材料のうちの少なくとも一方の材料に基づいて選択される、または
前記少なくとも１つのプロセスパラメータが、前記材料のうちの少なくとも一方の材料の加熱時間であり、または
前記少なくとも１つのプロセスパラメータが、前記材料のうちの少なくとも一方の材料の固化までの時間であり、または
前記少なくとも１つのプロセスパラメータが、前記注型金型の回転軸の角度であり、前記注型金型が２本の回転軸を有し、それらの回転軸が互いに対して本質的に垂直である、または
前記少なくとも１つのプロセスパラメータが第２の材料の充填時期であり、この第２の材料の充填時期が、第１の材料が軟化する前に到来する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第２の材料が繊維を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも１つのプロセスパラメータが前記繊維の長さである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記繊維が、アラミド繊維、ポリマー繊維および／または天然繊維である、請求項５または６に記載の方法。
【請求項８】
前記繊維が、前記第１の材料でコーティングされている、請求項５〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記第１および／または第２の材料が反応性材料、熱可塑性材料、またはデュロプラスチック材料である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の材料が、液体および／または顆粒の形態で提供される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記回転可能な注型金型が、少なくとも２本の軸、または３本の軸のまわりで回転することができる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
多層複合物体を得るために、ステップｂからステップｄが、前記注型金型から前記材料を取り出すことなしに少なくとも２回実行される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記３次元複合物体は、中空体、ボール用のブラダー、サッカーボール、すね当て、または靴である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記３次元複合物体はスポーツ用品である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記熱可塑性材料は、ポリウレタンである、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記スポーツ用品がサッカーボールである、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元複合物体（three-dimensional composite object）を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転成形による３次元物品の製造はそれ自体知られている。回転成形は、複雑な幾何形状を有する本来大きな中空の部品を製造するプラスチック技術の確立された方法である。典型的な用途は例えば機器および設備用のタンクまたはハウジングである。この方法では一般に、プラスチック粉末が充填された中空の金型を２本の軸を軸に回転させ、加熱する。通常、熱可塑性基礎粉末（thermoplastic foundation powder）は続いて、金型内で溶融し始め、ダイ壁に接触すると張り付く。ダイ壁は、処理されている熱可塑性材料の溶融温度よりも高い温度に加熱される。ダイの壁に溶融物フィルムができる。均一な壁厚を達成するため、この回転は、ダイの壁のそれぞれの領域が、主として空洞のそれぞれの下部領域に集まる溶融していない粉末と接触するように調整される。それまでどおりに回転しているダイを冷却することによって溶融物は固化する。次いで、脱型（demolding）温度まで冷却された材料片がダイから取り出される。
【０００３】
例えば、米国特許第４,０９３,２１９号はスポーツボール（sports ball）に関する。ブラダー（bladder）を作るために、微粉末の形態の所与の量のポリエステルエラストマーを含む中空の注型金型（casting mold）を回転させることによって、このエラストマーを遠心成形する。この注型金型を、互いに垂直な２本の軸を軸にして同時に回転させ、同時に、この圧縮金型を、加熱ユニット（２５０℃）および冷却ユニットを備えるゾーンを通過するように移動させる。次いでこの注型金型を、回転させずに脱型ステーションまで移動させる。
【０００４】
米国特許第８,２１０,９７３号は、スポーツボール用のブラダーをブロー成形によって製作することの代替として、回転成形を提案している。
【０００５】
米国特許出願公開第２００９／０２６６８２３号は、加圧された液体を含むタンク用のデュロプラスチックポリマー（duroplastic polymer）のシーリングブラダーを製造する方法に関する。この方法は、（ａ）デュロプラスチックポリマーの前駆体成分と少なくとも１種類の任意選択の重合触媒とを含む重合混合物を提供するステップと、（ｂ）ブラダーを形成するために、この混合物を重合させて、回転注型金型内でデュロプラスチックポリマーを得るステップと、（ｃ）結果として得られるデュロプラスチックポリマーブラダーを注型金型から取り出すステップとを含む。
【０００６】
米国特許第５，４３３，４３８号は、遊び、治療およびスポーツトレーニング用のボールに関する。このボールは、注型金型内に発泡ポリウレタン混合物を分配し、その注型金型を所定の回転数だけ回転させることによって製作される。注型金型を回転させるのは、注型金型の内面を発泡材料で完全に覆うためである。
【０００７】
ＤＥ２７２３６２５は、熱可塑性材料のボールならびにその製造方法に関する。このボールの製造には遠心注型技術が使用される。この方法では、２つの相補的な部品からなる球形の金型が遊星運動を実行し、その間に、ボールの異なる層の熱可塑性材料を、外層から内層へ溶融させる。この製造方法は、内層用の材料の供給が、金型を開いた後で、先行する１つまたは複数の層を形成する材料の溶融がまだ完了しない温度で実施されることを特徴とする。この温度で材料が供給されるのは、金型の２つの相補的な部品が接続するエリアでこの１つまたは複数の層を切断することができるようにするためである。
【０００８】
米国特許第４，２５８，９１７号は、ゴムで強化された物体を製造する回転注型法（rotation casting method）に関する。この方法は、不織布の予め成形され予め収縮させた２つの半シェル（half shell）を形成することを含む。次いで、それらの半シェルを、回転金型の上半分および下半分に、それらの内面を内張りするように挿入する。この不織布を、注型金型の２つの半分間のフランジ領域を覆うように、または一方の半シェルがもう一方の半シェルに重なるように裁断する。次いで、フランジ領域の不織布層間または不織布の重なり合った部分間に、末端アミン液体ポリマーから作られたフィルムの丸いストリップを挿入し、カルボキシルを含むポリマー混合物を、注型金型の下半分に追加する。この注型金型をきつく閉じる。次いで、寸法的に安定したブラダーまたはボールを生産するため、不織布の半シェルを封止し、カルボキシルを含む液体ポリマー混合物を半シェルに染み込ませ、カルボキシルを含む液体ポリマー混合物で半シェルをカプセル化するのに十分な温度で、材料を回転注型する。
【０００９】
ＥＰ０３６５４８８は、中空弾性体、特にボールおよび同様の物体を製作する方法、ならびにその方法で製作されたボールに関する。遠心成形法でボールを形成し、その後に、ボールの形状を形成するためのプラスチックを、分離可能な２つの相補的な半金型からなる金型に１層ずつ注型し、金型に遊星運動を与える。すなわち、外層から出発し、最も内側の層に向かって作業する。その際、内層の１つを形成するための材料を、金型を開いた後で、前の層を構成している材料が完全には溶融しない温度で導入する。この温度で材料を導入するのは、２つの金型部品間の接続エリアにおいてこの１つまたは複数の層を破断することが可能であるようにするためである。
【００１０】
知られている回転成形法の欠点は、３次元複合品の生産において満足のいく結果を達成することができないことであることが分かっている。これは、これまでのところ、回転金型内で複合材料を形成する成分に対して適切な均質性を達成することができないことによる。これに対する推定される理由は、成分のサイズ、形状および密度が異なっており、その結果、それらの混合物が注型金型内で分離することである。さらに、ある種の成分は、注型金型内で集塊（agglomerate）を形成する傾向を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第４,０９３,２１９号
【特許文献２】米国特許第８,２１０,９７３号
【特許文献３】米国特許出願公開第２００９／０２６６８２３号
【特許文献４】米国特許第５,４３３,４３８号
【特許文献５】ＤＥ２７２３６２５
【特許文献６】米国特許第４,２５８,９１７号
【特許文献７】ＥＰ０３６５４８８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、３次元複合物体を製造する方法であって、先行技術の欠点を克服しまたは少なくとも軽減する方法を示すことである。特に、本発明に基づく方法は、回転金型内でのさまざまな材料の均質なブレンディング（blending）および／または特定の定められた（specific and defined）分布を可能にするはずである。さらに、本発明に基づく方法は、製造されている複合物体への所与の機能または機能性の特定の導入を可能にするはずである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この課題は、請求項１に記載の方法によって解決される。従属請求項は有利な変更を含む。
【００１４】
本発明は以下の実施形態を含む。
【００１５】
［１］３次元複合物体（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）、特にスポーツ用品（sports article）を製造する方法であって、
ａ．回転可能な注型金型（１１）を提供するステップと、
ｂ．注型金型（１１）に第１の材料（１４）を充填するステップと、
ｃ．注型金型（１１）に第２の材料（１５）を充填するステップであって、これらの材料（１４、１５）のうちの少なくとも一方の材料はポリマー材料である、ステップと、
ｄ．注型金型（１１）を運動させるステップと、
ｅ．製造された複合物体（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）中での第２の材料（１５）の均質な分布が達成されるように、上記のステップのうちの１つまたは複数のステップの実行中に少なくとも１つのプロセスパラメータを適合させるステップと
を含む方法。
【００１６】
［２］充填された材料（１４、１５）のうちの少なくとも一方の材料を加熱することを含む、［１］に記載の方法。
【００１７】
［３］充填された材料（１４、１５）のうちの少なくとも一方の材料を冷却することを含む、［１］または［２］に記載の方法。
【００１８】
［４］前記少なくとも１つのプロセスパラメータが、注型金型の回転速度、注型金型を運動させる速度、旋回運動（swivel movement）の場合の注型金型の振れ（deflection）、前記材料のうちの少なくとも一方の材料の加熱時間、前記材料のうちの少なくとも一方の材料の冷却時間、前記材料のうちの少なくとも一方の材料の粘度、注型金型の回転軸の角度、注型金型の回転軸を軸とした回転速度の比、注型金型内での第１および／または第２の材料の保持時間、第１および／または第２の材料の充填時期、またはこれらの組合せである、［１］〜［３］の一に記載の方法。
【００１９】
［５］前記少なくとも１つのプロセスパラメータが注型金型の回転速度であり、この回転速度が、前記材料のうちの少なくとも一方の材料に基づいて選択される、［１］〜［４］の一に記載の方法。
【００２０】
［６］前記少なくとも１つのプロセスパラメータが、注型金型を運動させる速度であり、この速度が、前記材料のうちの少なくとも一方の材料に基づいて選択される、［１］〜［５］の一に記載の方法。
【００２１】
［７］前記少なくとも１つのプロセスパラメータが、旋回運動の場合の注型金型の振れであり、この振れが、前記材料のうちの少なくとも一方の材料に基づいて選択される、［１］〜［６］の一に記載の方法。
【００２２】
［８］前記少なくとも１つのプロセスパラメータが、前記材料のうちの少なくとも一方の材料の加熱時間であり、この加熱時間が、回転注型において通常使用される加熱時間よりも短い、［１］〜［７］の一に記載の方法。
【００２３】
［９］前記少なくとも１つのプロセスパラメータが、前記材料のうちの少なくとも一方の材料の固化までの時間であり、この固化までの時間が、回転注型において通常使用される固化までの時間よりも短い、［１］〜［８］の一に記載の方法。
【００２４】
［１０］前記少なくとも１つのプロセスパラメータが、注型金型の回転軸の角度であり、注型金型が２本の回転軸を有し、それらの回転軸が互いに対して本質的に垂直である、［１］〜［９］の一に記載の方法。
【００２５】
［１１］前記少なくとも１つのプロセスパラメータが第２の材料の充填時期であり、この第２の材料の充填時期が、第１の材料が軟化する前に到来する、［１］〜［１０］の一に記載の方法。
【００２６】
［１２］第２の材料が繊維を含む、［１］〜［１１］の一に記載の方法。
【００２７】
［１３］前記少なくとも１つのプロセスパラメータが前記繊維の長さである、［１］〜［１２］の一に記載の方法。
【００２８】
［１４］前記繊維が、アラミド繊維（aramide fiber）、ポリマー繊維および／または天然繊維である、［１２］または［１３］に記載の方法。
【００２９】
［１５］前記繊維が、第１の材料でコーティングされている、［１２］〜［１４］の一に記載の方法。
【００３０】
［１６］第１および／または第２の材料が反応性材料である、［１］〜［１１］の一に記載の方法。
【００３１】
［１７］第１および／または第２の材料が、熱可塑性材料、特に熱可塑性ポリウレタンＴＰＵである、［１］〜［１６］の一に記載の方法。
【００３２】
［１８］第１および／または第２の材料がデュロプラスチック材料である、［１］〜［１７］の一に記載の方法。
【００３３】
［１９］第１の材料が、液体および／または顆粒の形態で提供される、［１］〜［１８］の一に記載の方法。
【００３４】
［２０］回転可能な注型金型が、少なくとも２本の軸を軸にして回転することができる、［１］〜［１９］の一に記載の方法。
【００３５】
［２１］回転可能な注型金型が、３本の軸を軸にして回転することができる、［１］〜［２０］の一に記載の方法。
【００３６】
［２２］多層複合物体を得るために、方法ステップｂ．からｄ．が、注型金型の間から前記材料を取り出すことなしに少なくとも２回実行される、［１］〜［２１］の一に記載の方法。
【００３７】
［２３］［１］〜［２２］の一に従って製造された３次元複合物体（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）、特にスポーツ用品。
【００３８】
［２４］中空体である［２３］に記載の３次元複合物体。
【００３９】
［２５］ボール用のブラダーである、［２３］または［２４］に記載の３次元複合物体。
【００４０】
［２６］サッカーボールである、［２５］に記載の３次元複合物体。
【００４１】
［２７］すね当て（shin guard）である、［２３］〜［２４］の一に記載の３次元複合物体。
【００４２】
［２８］靴である、［２３］に記載の３次元複合物体。
【００４３】
［２９］［１］〜［２２］の一に記載の方法を実行するのに適した回転可能な注型金型（１１）。
【００４４】
３次元複合物体、特にスポーツ用品を製造する本発明に基づく方法は、（ａ．）回転可能な注型金型を提供するステップと、（ｂ．）注型金型に第１の材料を充填するステップと、（ｃ．）注型金型に第２の材料を充填するステップとを含み、これらの材料のうちの少なくとも一方の材料がポリマー材料であり、この方法はさらに、（ｄ．）注型金型（１１）を運動させるステップと、（ｅ．）製造された複合物体中での第２の材料の均質な分布が達成されるように、上記のステップのうちの１つまたは複数のステップの実行中に少なくとも１つのプロセスパラメータを適合させるステップとを含む。
【００４５】
本発明によれば、２種類の材料が回転金型に充填され、そのうちの少なくとも一方の材料がポリマー材料である。
【００４６】
本発明に従って使用されるポリマー材料は、熱可塑性材料および／または架橋材料とすることができる。
【００４７】
充填されたポリマー材料が熱可塑性材料である場合には、充填された材料の加熱および／または冷却が実行されることが好ましい。この材料は、加熱すると溶融し始め、したがって基材（substrate material）またはマトリックス材料を形成する。第２の材料は例えば繊維とすることができ、この繊維は、回転成形後に第１の基材中に埋め込まれ、または第１の基材の表面にシート状に接着する。
【００４８】
充填されたポリマー材料が架橋材料である場合には、充填された材料の加熱および／または冷却を省略することができる。デュロプラスチック材料を使用するときには、使用される材料の混合を助けるために、結合剤（binder）をさらに追加することができる。あるいは、デュロプラスチック材料の固有の特性だけに基づいて、使用されるデュロプラスチック材料が互いに結合することも可能である。あるいは、触媒を使用することもできる。
【００４９】
あるいは、これらの２種類の材料のブレンディングを注型金型の外で実行することもできる。さらに、第１の材料と第２の材料を注型金型に同時に充填することもでき、この充填は例えば、本発明に基づく方法の開始時に実行することができる。
【００５０】
基本的に、３つの可能な充填順序、すなわち
ａ）材料を同時に充填するか、
ｂ）最初に第１の材料を充填し、次いで第２の材料を充填するか、または
ｃ）最初に第２の材料を充填し、次いで第１の材料を充填するか
の順序があることに留意すべきである。
【００５１】
充填順序ｂ）およびｃ）では、それぞれ第２の材料及び第１の材料を充填する前に温度を変化させることができる。
【００５２】
本発明の文脈では、注型金型の運動が、例えば注型金型の回転、注型金型の旋回（例えば１軸の周りの旋回）、前後運動、上下運動などを意味する。
【００５３】
製造された複合物体中での第２の材料の均質な分布を達成するため、上記のステップのうちの１つまたは複数のステップの実行中に少なくとも１つのプロセスパラメータを適合させる。結果として得られる複合材料が所望の安定性を有するためには、埋め込まれた材料が均質に分布していることが重要である。
【００５４】
本発明の関連では、第２の材料が第１の材料とよくブレンディングされているときに、第２の材料の分布は均質であるとみなされる。特に、代表的な表面要素中の材料片を肉眼で見るとその表面に第２の材料が均一に分布しているときに、均質な分布は存在する。この場合の第２の材料の表面は主に、第１の材料によって架橋されている。この代表的な表面要素のサイズは、回転成形によって製造されている３次元複合物体のサイズによって異なる。特に、第２の材料がいわゆる集塊を形成している場合に、均質な分布は存在する。しかしながら、分布が密度変動を受けるとき、または分布が密度勾配を有するときでも、第２の材料が第１の材料中の全体にわたって存在する限り、その分布は均質であるとみなされる。第１の材料が、第２の材料が見られない微小な島（island）を形成してもよい。
【００５５】
繊維の例では、繊維が第１のポリマー基材と混合されておらず、または繊維が第１のポリマー基材と十分には混合されておらず、第１のポリマー基材に確かに結合されていない場合、それらの繊維は事実上、複合材料の強度に対して効果を有しないであろう。知られているとおり、繊維複合体は、その２つの成分の相互作用によって有利な特性を獲得し、このことは、ブレンディングが適切であるときにだけ保証される。
【００５６】
この方法の上記のステップのうちの１つまたは複数のステップの実行中に少なくとも１つのプロセスパラメータを適合させることで、第１のポリマー材料（埋め込まれた「マトリックス」）と第２の材料との均質でかつ／または特定の定められたブレンディングを達成することができることを本発明の発明者は理解した。以下に、それを適合させることが、製造された複合物体中での第２の材料の均質な分布の達成につながるプロセスパラメータの例を示す。
【００５７】
これらのプロセスパラメータは、使用される材料に応じて、注型金型の回転速度、注型金型を運動させる速度、旋回運動の場合の注型金型の振れ、前記材料のうちの少なくとも一方の材料の加熱時間、前記材料のうちの少なくとも一方の材料の冷却時間、第１の材料の粘度および注型金型の回転軸の角度、注型金型の回転軸を軸とした回転速度の比、注型金型内での第１および／または第２の材料の保持時間、第１および／または第２の材料の充填時期、ならびにこれらのプロセスパラメータの組合せである。
【００５８】
本発明の発明者によって適切であることが見出された１つのプロセスパラメータは、注型金型の回転速度である。本発明に基づく方法においてこの回転速度が、前記材料のうちの少なくとも一方の材料に基づいて選択された場合、このことは材料の均質な分布につながる。例えば、特許請求の範囲の記載に従って２種類の材料を使用するときには、この回転速度を、単一の材料だけを使用するときの回転速度よりも小さくまたは大きくすることができる。この後者の回転速度は、注型金型内での第１の材料の均一な分布を可能にする速度と定義される。
【００５９】
本発明の発明者によって適切であることが見出された他のプロセスパラメータは、注型金型を運動させる速度である。本発明に基づく方法においてこの速度が、選び出された材料のうちの少なくとも一方の材料に従って選択された場合、このことは、材料の均質でかつ／または特定の定められた分布につながる。
【００６０】
本発明の発明者によって適切であることが見出された他のプロセスパラメータは、旋回運動の場合の注型金型の振れである。振れは、旋回運動中に注型金型が旋回する最大到達角度を意味し、この角度は、注型金型の静止位置に対する角度である。この角度が、選び出された材料のうちの少なくとも一方の材料に基づいて選択された場合、このことは、材料の均質でかつ／または特定の定められた分布を保証することができる。
【００６１】
本発明の発明者によって適切であることが見出された他のプロセスパラメータは、材料の加熱時間、例えば注型金型の加熱による材料の加熱時間、特に熱可塑性材料を使用しているときの材料の加熱時間である。結果として得られる複合物体中での第２の材料の均質な分布は、回転注型において通常使用される加熱時間よりも加熱時間が短いときに達成される。したがって、特許請求の範囲の記載に従って２種類の材料が使用され、そのうちの少なくとも一方の材料が熱可塑性基材である場合には、第２の材料の均質な分布を達成するために、加熱時間を、第１の材料だけが使用されるときよりも短くしなければならない。
【００６２】
本発明の発明者によって適切であることが見出された他のプロセスパラメータは、前記材料のうちの少なくとも一方の材料の固化までの時間、例えば注型金型の冷却による材料の固化までの時間である。結果として得られる複合物体中での第２の材料の均質な分布は、第１の材料の固化までの時間が、回転注型において通常使用される固化までの時間よりも短い場合に達成される。したがって、特許請求の範囲の記載に従って２種類の材料が使用され、そのうちの少なくとも一方の材料がポリマー基材である場合には、第２の材料の均質な分布を達成するために、固化までの時間を、第１の材料だけが使用されるときよりも短くしなければならない。
【００６３】
本発明の発明者によって適切であることが見出された他のプロセスパラメータは、注型金型の回転軸の角度である。注型金型が２本の回転軸を有する場合、第２の材料の均質な分布を達成するためには、それらの軸が、互いに対して本質的に垂直でなければならない。ここでは「本質的に垂直な」が、製造時の通常の変動の関連において９０°の角度を意味する。本発明の関連では、回転軸が、回転軸と旋回軸の両方の意味を有する。したがって、例えば、注型金型が、旋回軸の形態の単一の軸を有することが可能である。
【００６４】
本発明の発明者によって適切であることが見出された他のプロセスパラメータは、第２の材料の充填時期である。第２の材料の可能な最も均質な分布は、ダイから遠い方の側にある第１の材料が完全に軟化する前に第２の材料が注型金型に充填される場合に達成されることを、本発明の発明者は見出した。
【００６５】
本発明に基づく方法に関連して、第２の材料が繊維を有するとき、繊維の長さは、他の適切なプロセスパラメータであると本発明の発明者は考えている。繊維長が、臨界繊維長（critical fiber length）よりもかなり長いと有利である。臨界繊維長は、繊維強度、繊維直径および繊維／プラスチック接着強度の関数として計算することができる。臨界繊維長は、複合物体が繊維によって強化され始める繊維の長さを示す。より長い繊維長は、複合物体の引張強度を増大させ、特に、衝撃応力下での靭性（toughness）も増大させる。
【００６６】
要約すると、複合物体中での第２の材料の均質な分布を達成するのには、ある種のプロセスパラメータを適合させることが極めて重要であることを本発明の発明者は見出した。このようなプロセスパラメータの例、およびそれらのパラメータをどのように適合させるかについては既に示したが、これらについては、好ましい見本実施形態（sample embodiment）の以下の説明の間により詳細に説明する。
【００６７】
ここでは、第２の材料の均質な分布を達成するために、上述のプロセスパラメータのうちのいくつかのパラメータを同時に適合させることもできることを強調しておかなければならない。例えば、回転速度と加熱時間とを同時に、本明細書に記載されたとおりに適合させることができる。同様に、加熱時間と冷却時間または回転速度と繊維長を同時に適合させることもできる。第２の材料の均質な分布にとって重要であるとして本明細書に記載されたプロセスパラメータの所与の任意の組合せが可能である。
【００６８】
この繊維は例えばアラミド繊維とすることができる。アラミド繊維は、非常に低い熱膨張率を有する。一般により高い熱膨張率を有する第１のポリマー材料と組み合わせると、寸法安定性が高い複合物体を得ることができる。有機繊維（ポリマー繊維、天然繊維など）、無機繊維などの他の繊維を使用することもできる。さらに、マトリックスと同じ材料から作られた繊維（同材料繊維）を使用することも可能である。この場合、繊維は、マトリックスよりも大きな強度を有利に有する。
【００６９】
第２の材料としての繊維を、第１の材料などのポリマー材料でコーティングすることができる。これによって、第１の材料と第２の材料のより良好なブレンディングが達成される。これは、コーティングされた繊維の表面構造が、例えば第１の材料の表面構造との間に結合適合性を有する（bonding-compatible）ためである。
【００７０】
第１および／または第２の材料を反応性材料とすることができる。例えば、第１および／または第２の材料を反応性プラスチックとすることができる。第１の材料および／または第２の材料をポリアミドまたはポリエチレンとすることもできる。
【００７１】
第１の材料を熱可塑性ポリウレタンまたはＴＰＵとすることができる。ＴＰＵは、取扱いが比較的に容易である。さらに、ＴＰＵはエラストマーであり、エラストマーは、引張応力および圧縮応力下で変形するが、応力のない状態では概ねその最初の形状に戻る形状安定性を有する。したがって、ＴＰＵは、ボール用のブラダーなど、圧力にさらされる３次元物品を作るのに非常によく適している。同様に、ＴＰＵは、サッカー選手のすね当てなど、衝撃に常にさらされる３次元物品に対しても適している。
【００７２】
第１の材料は、液体および／または顆粒の形態で提供することができる。これによって、１回分の材料を注型金型に、例えば流量計を利用して充填することが可能になる。したがって、第１の材料の充填を自動で実行することもできる。
【００７３】
この回転可能な注型金型は、少なくとも２本の軸を軸にして回転することができる。このようにすると、特に、球形の物品を生産することができる。これは、２本の回転軸を軸とした回転が、注型金型内での第１および第２の材料の均一な分布を保証するためである。
【００７４】
第１の軸を回転軸とし、第２の軸を旋回軸とすることができる。
【００７５】
この回転可能な注型金型を、３本の軸を軸に回転可能な金型とすることができる。これによって、より複雑な幾何形状、ことによるとアンダーカットを有するより複雑な幾何形状を生み出すことが可能になる。
【００７６】
多層複合物体を得るため、冷却された材料を注型金型の間から取り出すことなしに、本発明に基づく方法ステップを少なくとも２回実行することができる。このようにすると、多層３次元物品を得ることができる。ブレンディングされた第１および第２の材料を、直前の層上に１層ずつ付着させる。個々の層は複合物体の全壁厚よりも薄いため、ブレンディングされた状態からの第１の材料と第２の材料の分離が防止され、または少なくとも軽減される。これは、より厚い層中の２種類の材料は、より薄い層中のそれらの材料よりも分離しやすい傾向を有するためである。
【００７７】
上述の方法は、注型金型内に少なくとも１つの要素を置くステップをさらに含むことができる。この要素は、例えば多層パネル、電子構成部品、フィルム、布地（織物、縦編生地、横編生地、ノンクリンプ織物（non-crimp fabric）、不織布など）、単一のフィラメントまたは補剛要素のような半製品（semi-finished product）とすることができる。このような要素は、予め形成された（３次元）要素または平らな（２次元）要素とすることができる。この要素は、方法ステップ（ｂ．）の前、方法ステップ（ｃ．）の前、または方法ステップ（ｃ．）の後に、金型内に置くことができる。
【００７８】
本発明の他の態様は、記載された方法によって生産された３次元複合物体、特にスポーツ用品に関する。
【００７９】
この３次元複合物体は中空体とすることができる。特に、この３次元複合物体をボール用のブラダーとすることができる。このボールをサッカーボールとすることができる。より具体的には、この３次元複合物体を、サッカーボールなどのボールとすることができる。
【００８０】
あるいは、この３次元複合物体をすね当てまたは靴とすることもできる。
【００８１】
本発明の他の態様は、記載された方法を実行するのに適した回転可能な注型金型に関する。
【００８２】
注型金型は、本発明に基づく方法の実行中に少なくとも１つのプロセスパラメータを検出する少なくとも１つのセンサを有利に有することができる。このプロセスパラメータは、温度、注型金型の回転速度、注型金型を運動させる速度、旋回運動の場合の注型金型の振れ、注型金型および／もしくは注型金型内に充填された材料に作用する加速度、少なくとも１つの材料層の厚さ、または第１および／もしくは第２の材料の分布とすることができる。このセンサによって検出されたデータは、少なくとも１つのプロセスパラメータを適合させるために、この方法の実行中に評価することができる。このセンサは、温度センサ、積算回転計、加速度センサ、光学センサまたは音響センサとすることができる。センサを使用することによって、製造されている複合物体にある種の機能または機能性を特に導入することができるような、目標が設定された（targeted）プロセス制御が可能になる。
【００８３】
以下では、添付図を参照して、本発明の諸態様をより綿密に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】図１Ａ〜１Ｄは、本発明に基づく方法の略図である。
【図２】本発明に基づく方法に関連した任意選択の追加の処理ステップを示す図である。
【図３】多層複合物体を作り出す本発明に基づく方法の略図である。
【図４Ａ】本発明に基づく方法の略図である。
【図４Ｂ】本発明に基づく方法の実行中の回転数および温度の曲線である。
【図５】従来の回転成形法と本発明に基づく方法の一実施形態との比較を示す図である。
【図６】図６Ａ、６Ｂは、シース（sheath）で覆われた本発明に基づく繊維で強化された試験体に対して実行した測定の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００８５】
以下では、本発明の見本実施形態および変更をより綿密に説明する。
【００８６】
以下では、３次元複合物体、特にスポーツ用品を製造する本発明に基づく方法の見本実施形態を、図１Ａから１Ｄを参照して説明する。
【００８７】
この方法は、その第１のステップ（ａ．）として、回転可能な注型金型１１を提供するステップを含む。図１Ａ〜１Ｄには丸い注型金型１１が示されており、この注型金型１１は例えば、サッカーボール用のブラダーの製造に適している。しかしながら、この注型金型は基本的に、円筒形、複雑な３次元幾何形状など、他の幾何学的形状を有することもできる。
【００８８】
図１Ａ〜１Ｄの見本的実施形態では、注型金型１１が、垂直回転軸１２と水平回転軸１３の２本の回転軸を有する。しかしながら、注型金型１１は基本的に、これとは異なる数の回転軸を有することもできる。例えば、円筒形の注型金型である場合、注型金型１１は一般に回転軸を１本だけ有する。複雑な３次元幾何形状を有する注型金型である場合、この注型金型は、３本の軸など、２本以上の軸を有することができる。それらの回転軸は、カルダン軸受（Cardan bearing）を有することができる。すなわち、２軸の場合、それらは、互いに垂直に交わる回転軸を有する２つの軸受によって装着される。
【００８９】
この方法はさらに、注型金型１１に第１の材料１４を充填するステップ（ｂ．）を含む。図１Ａは、第１の材料１４および第２の材料１５が注型金型１１に充填された後の状態を示している。図１Ａから１Ｄの本発明に基づく方法の見本実施形態では、注型金型１１に充填される前に、第１の材料１４と第２の材料１５が既に一緒にブレンディングされている。さらに、第１の材料１４と第２の材料１５を注型金型１１に同時に充填することが可能であり、この充填は特に、この方法の開始時に実行することが可能である。第１の材料１４は、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）などのポリマー材料である。基本的に、エステルベースのＴＰＵまたはエーテルベースのＴＰＵを使用することができる。第１の材料１４は、顆粒および／もしくは液体の形態で注型金型１１に充填し、または第２の材料１５と混合することができる。この場合には流量計を使用することができるため、この充填を完全に自動化することもできる。第１の材料１４の他の例は、例えばＢＡＳＦ ＳＥによって生産されているＥｌａｓｔｏｌｌａｎ（登録商標）ＳＰ ９３０５である。これは、処理されてない状態では粉末状の材料であり、溶融物は低粘度である。
【００９０】
この方法はさら、注型金型１１に第２の材料１５を充填するステップ（ｃ．）を含む。既に説明したとおり、図１Ａは、第１の材料１４および第２の材料１５が注型金型１１に充填された後の状態を示している。第２の材料１５は例えば、アラミド繊維などの繊維とすることができる。このようにすると、優れた強度および安定性を有する３次元繊維複合品を得ることができる。
【００９１】
第２の材料１５の一例は、Ｔｗａｒｏｎ（登録商標）１１１１コアヤーン（core yarn）などの、２５００ｄｔｅｘのハイブリッドヤーン（hybrid yarn）である。これは、１００ｒｐｍで縒られた４２０ｄｔｅｘのアラミドヤーンのコアを有する。シース材料は、ＴＰＵ  Ｅｌａｓｔｏｌｌａｎ（登録商標）ＳＰ ９３０５である。このハイブリッドヤーンの繊維割合は約１３．２体積％である。
【００９２】
第１の材料１４および／または第２の材料１５をポリアミドまたはポリエチレンとすることもできる。
【００９３】
注型金型１１内での第１の材料１４と第２の材料１５の容易なブレンディングを促進するため、それらの繊維を、ＴＰＵなどの第１の材料１４でコーティングすることができる。第１の材料１４と第２の材料１５の表面構造が類似しているおかげで、注型金型１１内でのこれらの２つの材料の混合物の分離が防止され、または少なくとも低減される。
【００９４】
同様に、第２の材料１５を、反応性材料などのポリマー材料とすることもできる。したがって、本発明によれば、例えば、第１および第２の材料をそれぞれ２Ｋ ＰＵ材料または２Ｋ樹脂とすることが可能である。第１の材料を２Ｋ ＰＵ材料とし、第２の材料を２Ｋ樹脂とすること、または第１の材料を２Ｋ樹脂とし、第２の材料を２Ｋ ＰＵ材料とすることも可能である。第１の材料をＰＵとし、第２の材料をＴＰＵとすること、または第１の材料をＴＰＵとし、第２の材料をＰＵとすることも可能である。同様に、第１の材料１４および／または第２の材料１５をポリアミドとすることもできる。
【００９５】
第１の材料および第２の材料を混合物とすることもできる。例えば、第１の材料を２成分の混合物とし、かつ／または第２の材料を２成分の混合物とすることができる。例えば、第１の材料は、基礎材料（foundation material）（マトリックスとしても知られている）を有することができる。この基礎材料を、少なくとも１種類の追加の成分と混合することができる。この追加の成分は例えば、予め製造された成分および／または中間製品とすることができる。例えば、電子工学要素または発光要素をこの基礎材料と混合することができる。このような要素の例は、発光要素（ＬＥＤ、ＯＬＥＤなど）、センサ、チップ（chip）または重り（weight）である。さらに、このような要素が、純粋に装飾的な目的を果たすことも可能である。
【００９６】
第２の材料１５も、顆粒および／または液体の形態で注型金型１１に充填することができる。この場合には流量計を使用することができるため、この充填を完全に自動的に実行することができる。
【００９７】
この方法はさらに、図１Ａおよび１Ｂに示されているように、注型金型１１を回転させるステップ（ｄ．）を含む。この場合には、回転軸１２および１３を軸にして、注型金型を、例えばモータによって回転させる。この工程では、注型金型１１内で第１の材料１４と第２の材料１５を混合し、分布させる。
【００９８】
図１に示された見本方法（sample method）はさらに、図１Ｂに示されているように、材料１４、１５を、例えば注型金型１１を加熱することによって加熱するステップ（ｅ．）を含む。注型金型１１は、それまでどおりに、その回転軸１２および１３を軸にして連続的に回転させる。注型金型１１の温度が、第１のポリマー材料１４の溶融温度に達すると、第１のポリマー材料１４は溶融し始め、第２の材料１５は、溶融物中に埋め込まれる。注型金型１１のこの回転のため、溶融物は、注型金型１１の内壁に付着する。図１Ｂに示された方法ステップは、熱可塑性ポリマーを使用するときに使用されることが好ましい。デュロプラスチックを使用するときには、この加熱ステップを省略することができる。
【００９９】
図１Ｂは、材料１４、１５が、注型金型１１によって外側から加熱されることを示している。例えば、この目的のために、注型金型１１をオーブンの中に置くことができる。あるいは、注型金型１１を内側から加熱することもでき、この目的のために注型金型１１は例えばボアホール（borehole）を有することができる。このボアホールには熱液体がポンプ給送される。注型金型１１上または注型金型１１中に配置された、電気で動作する加熱要素も考えられる。例えば、注型金型１１の１つまたは複数のボアホールに、１つまたはいくつかの加熱ランス（heating lance）を挿入することも可能である。
【０１００】
図１の見本方法はさらに、図１Ｃに示されているように、この材料を、例えば注型金型１１を冷却することによって冷却するステップ（ｆ．）を含む。この工程では、注型金型１１が、それまでどおりに、その回転軸１２および１３を軸にして連続的に回転する。注型金型１１の温度が、第１のポリマー材料１４の溶融温度よりも下がると、第１のポリマー材料１４は固化し、第２の材料１５は、第１のポリマー材料１４中に埋め込まれる。注型金型１１のこの回転のおかげで、その中に第２の材料１５が埋め込まれた固化した第１の材料１４は、図１Ｃに示されているように注型金型１１の内壁に付着する。図１Ｂに示された方法ステップは、熱可塑性ポリマーを使用するときに使用されることが好ましい。デュロプラスチックを使用するときには、この加熱ステップを省略することができる。
【０１０１】
図１Ｃは、注型金型１１が外側から冷却されることを示している。例えば、この目的のために、注型金型１１を冷却室の中に置くことができる。あるいは、注型金型１１を内側から冷却することもでき、この目的のために注型金型１１は例えばボアホールを有することができる。このボアホールには冷液体がポンプ給送される。注型金型１１上または注型金型１１中に配置された、電気で動作する（ペルチエ要素（Peltier elements）などの）冷却要素も考えられる。例えば、注型金型１１の１つまたは複数のボアホールに、１つまたはいくつかの冷却ランスを挿入することも可能である。
【０１０２】
上述の加熱ランスおよび冷却ランスはともに、ランスの縦軸に沿ってランスを金型に対して移動させることができるように、設計することができる。したがって、例えば、金型内の異なる領域を異なる程度に冷却または加熱することができる。このことは特に、多層複合品の製造に対して重要である。この場合には、異なる層を逐次的に冷却または加熱することができるためである。
【０１０３】
本発明に基づく方法に関連して、多層複合物体を得るため、冷却された材料１４および１５を注型金型１１から取り出すことなしに、上で説明した方法ステップｂ．からｆ．を少なくとも２回実行することが可能である。注型金型１１を回転させることによりブレンディングされた第１の材料１４および第２の材料１５を、直前の複合層上に層として付着させる。個々の層はその材料の全厚よりも薄いため、第１の材料１４と第２の材料１５の混合物の分離が防止される。特に、第２の材料１５が第１の材料１４上に付着することが防止される。
【０１０４】
この方法はさらに、結果として得られる複合物体中での第２の材料１５の均質な分布が達成されるように、上記のステップのうちの１つまたは複数のステップの実行中に少なくとも１つのプロセスパラメータを適合させるステップ（ｇ．）を含む。結果として得られる複合物体中での第２の材料１５の均質な分布を達成するため、上記のステップ（ａ．からｇ．）のうちの１つまたは複数のステップの実行中に少なくとも１つのプロセスパラメータを適合させる。結果として得られる複合材料が所望の安定性を有するためには、埋め込まれた材料１５が均質に分布していることが重要である。
【０１０５】
本発明によれば、この方法の上記のステップのうちの１つまたは複数のステップの実行中に少なくとも１つのプロセスパラメータを適合させることで、第１のポリマー材料１４（埋め込まれた「マトリックス」）と第２の材料１５との均質なブレンディングを達成することができる。以下に、結果として得られる複合物体中での第２の材料１５の均質な分布を達成するように適合させることができるプロセスパラメータの例を示す。
【０１０６】
これらのプロセスパラメータは、使用される材料に応じて、注型金型の回転速度、注型金型を運動させる速度、旋回運動の場合の注型金型の振れ、前記材料のうちの少なくとも一方の材料の加熱時間、前記材料のうちの少なくとも一方の材料の冷却時間、第１の材料の粘度および注型金型の回転軸の角度、注型金型の回転軸を軸とした回転速度の比、注型金型内での第１および／または第２の材料の保持時間、第１および／または第２の材料の充填時期、ならびにこれらのパラメータの組合せである。
【０１０７】
本発明の発明者によって適切であることが見出された１つのプロセスパラメータは、注型金型１１の回転速度である。本発明に基づく方法においてこの回転速度が、材料１４、１５のうちの少なくとも一方の材料に基づいて選択された場合、このことは材料１４、１５の均質な分布につながる。例えば、特許請求の範囲の記載に従って２種類の材料１４、１５を使用するときには、この回転速度を、単一の材料だけを使用するときの回転速度よりも小さくまたは大きくすることができる。熱可塑性の第１の材料および／または熱可塑性の第２の材料を使用するときの他の適切なプロセスパラメータは、注型金型１１の加熱時間である。結果として得られる複合物体中での第２の材料１５の均質な分布は、回転注型において通常使用される加熱時間よりも加熱時間が短いときに達成される。したがって、特許請求の範囲の記載に従って２種類の材料１４および１５が使用され、そのうちの少なくとも一方の材料が熱可塑性ポリマー基材である場合には、第２の材料１５の均質な分布を達成するために、加熱時間を、第１の材料１４だけが使用されるときよりも短くしなければならない。
【０１０８】
熱可塑性の第１の材料および／または熱可塑性の第２の材料を使用するときの他の適切なプロセスパラメータは、注型金型１１の冷却時間である。結果として得られる複合物体中での第２の材料１５の均質な分布は、回転注型において通常使用される冷却時間よりも冷却時間が短いときに達成される。したがって、特許請求の範囲の記載に従って２種類の材料１４および１５が使用され、そのうちの少なくとも一方の材料が熱可塑性ポリマー基材である場合には、第２の材料１５の均質な分布を達成するために、冷却時間を、第１の材料１４だけが使用されるときよりも短くしなければならない。
【０１０９】
他の適切なプロセスパラメータは、注型金型１１の回転軸１２と１３の角度である。注型金型１１が２本の回転軸を有する場合、第２の材料１５の均質な分布を達成するためには、それらの軸が、互いに対して本質的に垂直でなければならない。ここでは「本質的に垂直な」が、製造時の通常の変動の関連において９０°の角度を意味する。
【０１１０】
他の適切なプロセスパラメータは、第２の材料の充填時期である。複合物体中での第２の材料１５の可能な最も均質な分布は、第１の材料が軟化する前に第２の材料が注型金型に充填される場合に達成することができる。第１の材料１４が熱可塑性材料である場合には、例えば第１の材料１４を充填してから２００秒以内に、第２の材料１５を注型金型１１に充填することができる。
【０１１１】
本発明に基づく方法に関連して、第２の材料１５が繊維を有するとき、繊維の長さは、他の適切なプロセスパラメータである。繊維長が、臨界繊維長よりもかなり長いと有利である。臨界繊維長は、繊維強度、繊維直径および繊維／プラスチック接着強度の関数として計算することができる。臨界繊維長は、複合物体が繊維によって強化され始める繊維の長さを示す。繊維長は、製造されている複合物体に応じて３０から１２０ｍｍの間とすることができる。より長い繊維長は、複合物体の引張強度を増大させる。
【０１１２】
最後に、図１Ｄは、第１の材料１４および第２の材料１５を含む完成した３次元複合物体が注型金型１１から取り出されることを示している。
【０１１３】
本発明に基づく方法は、任意選択で、一連の前処理ステップを含むことができる。例えば、成形された３次元複合物体の接着を防ぎ、または少なくとも低減させるために、注型金型１１の内側を（例えば吹付けまたは蒸着によって）一時的にまたは恒久的にコーティングすることができる。例えば、３次元複合物体に刻印し、または３次元複合物体をコーティングすることができる。同様に、機械的な後処理も考えられる。例えば、３次元複合物体がボール用のブラダーを含む場合には、３次元複合物体上に弁を配置することができる。
【０１１４】
本発明の関連では一般に、３次元複合物体の部分となる１つまたは複数の要素を注型金型１１内に置くことが可能である。このような要素は例えば、例えば多層パネル、電子構成部品、フィルム、布地（織物、縦編生地、横編生地、ノンクリンプ織物、不織布など）、単一のフィラメントまたは補剛要素のような半製品とすることができる。このような要素は、予め形成された（３次元）要素または平らな（２次元）要素とすることができる。
【０１１５】
注型金型１１に第１の材料１４を充填する前にこのような要素を充填することが可能である。そのために、注型金型１１の内面は、それらの要素を注型金型１１に対して固定する、対応する保持手段を備えることができる。このような保持手段は、真空を使用して、それらの要素を定位置に保持することができる。例えば、注型金型１１の内面は、真空源に接続された孔を備えることができる。１つまたは複数の孔の上に置かれた要素は圧力を受けて、注型金型１１の内面に押し付けられる。他の例は、要素を固定するクリップのような機械的締結具である。他の例は、静電力に基づく金属板のような保持手段または磁力に基づくコイルのような保持手段である。他の例は、要素を定位置に保持するホット−メルト接着剤のような接着剤である。
【０１１６】
これらの要素（例えば半製品）は一般に、第１の材料１４を注型金型１１に充填する前に注型金型１１内に置くことができる。続いて、第１の材料１４および第２の材料１５を注型金型１１に充填することができる。注型金型１１を運動させ、その際に、製造された複合物体中での第２の材料１５の均質な分布が達成されるように、少なくとも１つのプロセスパラメータを、本明細書に記載されたとおりに適合させる。したがって、第１の材料１４と第２の材料１５の混合物が、１つまたは複数の層として、それらの要素を覆うことができる。したがって、それらの要素は、複合物体の部分、特に複合物体の外面の部分となる。
【０１１７】
しかしながら、本明細書に記載された回転成形によって３次元複合物体の第１の層が形成された後に、これらの要素（例えば半製品）を注型金型１１内に置くことも可能である。この場合には、第１の層上に１つまたは複数の要素を置き、その要素を上述のとおりに定位置に保持する。続いて、本明細書に記載された回転成形によって第２の層を形成する。したがって、それらの要素は、３次元複合物体内の第１の層と第２の層の間に組み込まれる。
【０１１８】
最後に、１つまたは複数の要素（例えば半製品）を、複合物体の最も内側の層の内面上に置くことも可能である。
【０１１９】
図２は、３つの異なる幾何形状の３次元複合物体に対する任意選択の後処理ステップを示す。図２の左列は、円筒形の複合物体２１ａを示し、その下には、本発明の方法に関連した回転成形によって得られた複合物体２１ａの外壁２２ａの略断面図が示されている。それによれば、外壁２２ａは、第１のポリマー材料と、第１のポリマー材料中に均質に埋め込まれた強化繊維とを有する。次いで、外壁２２ａ上に発泡体２３ａを置き、発泡体２３ａの上に、インレー（inlay）または装飾要素２４ａを置く。最後に、外壁２２ａを薄い層２５ａでコーティングする。
【０１２０】
図２の中央の列は、球形の複合物体２１ｂを示し、その下には、本発明の方法に関連した回転成形によって得られた複合物体２１ｂの外壁２２ｂの略断面図が示されている。それによれば、外壁２２ｂは、第１のポリマー材料と、第１のポリマー材料中に均質に埋め込まれた強化繊維とを有する。次いで、外壁２２ｂ上に発泡体２３ｂを置き、発泡体２３ｂの上に、インレーまたは装飾要素２４ｂを置く。最後に、外壁２２ｂを薄い層２５ｂでコーティングする。
【０１２１】
図２の右列は、複雑な幾何形状を有する複合物体２１ｃを示し、その下には、本発明の方法に関連した回転成形によって得られた複合物体２１ｃの外壁２２ｃの略断面図が示されている。それによれば、外壁２２ｃは、第１のポリマー材料と、第１のポリマー材料中に均質に埋め込まれた強化繊維とを有する。次いで、外壁２２ｃ上に発泡体２３ｃを置き、発泡体２３ｃの上に、インレーまたは装飾要素２４ｃを置く。最後に、外壁２２ｃを薄い層２５ｃでコーティングする。
【０１２２】
図３は、本発明に関連した多層複合品を製造する見本方法を示す。図２と同様に、図３の左列は、円筒形の複合物体の製造を示し、中央の列は、球形の複合物体の製造を示し、右列は、複雑な幾何形状を有する複合物体の製造を示す。
【０１２３】
最初に、第１の方法ステップ群「Ａ」において、複合物体の第１の層３１を、回転可能な注型金型１１内で形成する。この第１の層３１が複合層、すなわち第１のポリマー材料および第２の材料（例えば繊維材料）を有する層であるときには、方法ステップ群「Ａ」が、既に詳細に説明した方法ステップ（ａ．）から（ｇ．）を含む。第１の層３１が複合層でない場合には、方法ステップ群「Ａ」が、全ての方法ステップ（ａ．）から（ｇ．）を含むとは限らない。例えば、複合層でない場合には、層３１が単一の材料だけを含むことがあり、したがって、第２の材料を充填する方法ステップ（ｃ．）を省略することができる。あるいは、金型１１の凹部（recess）または陥凹部（depression）３４に第１の層３１を挿入することも可能である。したがって、層３１を、金型１１の外側で、１種または数種の材料から予め製造しておくことができる。さらに、第１の層３１を、上述の凹部および陥凹部３４の中で、例えば適当な射出プロセスによって、直接に成形することもできる。
【０１２４】
第１の層３１が、予め製造された成分および／または中間製品などの成分を含むこともできる。例えば、電子工学要素または発光要素を、金型１１の上述の凹部または陥凹部３４に挿入することができる。このような要素の例は、発光要素（ＬＥＤ、ＯＬＥＤなど）、センサ、チップまたは重りである。さらに、このような要素が、純粋に装飾的な目的を果たすことも可能である。
【０１２５】
凹部または陥凹部３４を提供する代わりに、第１の層３１またはこの第１の層を形成する成分を、金型１１内に他の方法で、例えば磁気吸引または真空によって保持することもできる。したがって、陥凹部３４の代わりに、金型１１内に真空ボアホールを提供することができ、それらの真空ボアホールを通して第１の層３１を吸引することができる。
【０１２６】
図３に示された陥凹部３４の代わりに、注型金型１１が高所（elevation）を有することも可能である。それらの高所を使用して、第１の層３１の外面に溝を形成することができる。
【０１２７】
次に、第２の方法ステップ群「Ｂ」において、複合物体の第２の層３２を、回転可能な注型金型１１内で形成する。この層３２は、第１の層３１上に付着し、第１の層３１に接続する。この第２の層３２が複合層、すなわち第１のポリマー材料および第２の材料（例えば繊維材料）を含む層である場合には、方法ステップ群「Ｂ」が、既に詳細に説明した方法ステップ（ａ．）から（ｇ．）を含む。第２の層３２が複合層でない場合には、方法ステップ群「Ｂ」が、全ての方法ステップ（ａ．）から（ｇ．）を含むとは限らない。例えば、複合層でない場合には、層３２が単一の材料だけを含むことがあり、したがって、第２の材料を充填する方法ステップ（ｃ．）を省略することができる。
【０１２８】
最後に、第３の方法ステップ群「Ｃ」において、複合物体の第３の層３３を、回転可能な注型金型１１内で形成する。この層３３は、第２の層３２上に付着し、第２の層３２に接続する。この第３の層３３が複合層、すなわち第１のポリマー材料および第２の材料（例えば繊維材料）を含む層である場合には、方法ステップ群「Ｃ」が、既に詳細に説明した方法ステップ（ａ．）から（ｇ．）を含む。第３の層３３が複合層でない場合には、方法ステップ群「Ｃ」が、全ての方法ステップ（ａ．）から（ｇ．）を含むとは限らない。例えば、複合層でない場合には、層３３が単一の材料だけを含むことがあり、したがって、第２の材料を充填する方法ステップ（ｃ．）を省略することができる。
【０１２９】
しかしながら、いずれにせよ、これらの３つの層３１、３２および３３のうちの少なくとも１つの層は、既に詳細に説明した方法ステップ（ａ．）から（ｇ．）に従って製造された層である。図３の層の数は単なる例である。３つの層の代わりに、複合物体は、２つの層または４つ以上の層を有することもできる。いずれにせよ、それらの層のうちの少なくとも１つの層は、既に詳細に説明した方法ステップ（ａ．）から（ｇ．）に従って製造された層である。本発明に基づく方法は、さまざまな層またはコーティングを均質に形成することを可能にする。
【０１３０】
以下では、図４Ａおよび４Ｂの助けを借りて、本発明に基づく他の見本方法を、特に、使用される注型金型１１の回転数および温度に関して説明する。ここで、図４Ａは、個々の方法ステップ中における円筒形の注型金型１１を示し、図４Ｂは、このプロセス中の温度の曲線４３および回転数の曲線４４を示す。円筒形の注型金型１１の代わりに、球形の注型金型など、与えられた任意の形状の注型金型を使用することができる。図４Ａに示されているように、第１のプロセスステップ「Ｐ１」で、注型金型１１（ダイとしても知られている）に、第１の熱可塑性材料１４（マトリックスとしても知られている）を充填する。次に、図４Ｂに示されているように、プロセスステップ「Ｐ２」で、注型金型１１および注型金型１１内に含まれる第１の材料１４を第１の温度に加熱し、その第１の温度を、プロセスステップ「Ｐ２」の間、維持する。この加熱は例えば、赤外線放射器４１によって実行することができる。プロセスステップ「Ｐ３」で、注型金型１１および注型金型１１内に含まれる第１の材料１４を、例えば圧縮空気冷却４２によって冷却する。次に、プロセスステップ「Ｐ４」で、注型金型１１に第２の材料１５を充填する。図４Ａの例では第２の材料１５が繊維を含む。プロセスステップ「Ｐ１」、「Ｐ２」、「Ｐ３」および「Ｐ４」の間、注型金型１１の回転数は、図４Ｂに示されているように、ほぼ一定の比較的に低いレベルにある。
【０１３１】
プロセスステップ「Ｐ５」で、注型金型ならびに注型金型１１内に含まれる第１の材料１４および第２の材料１５を比較的に高い温度に、例えば赤外線放射器４１によって加熱する。この温度に達した後、注型金型１１の回転数を上げる。この温度は、保持時間４５と呼ぶ時間の間、一定の高いレベルにある。最後のプロセスステップ「Ｐ６」で、注型金型１１、および結果として得られる第１の材料１４と第２の材料１５の複合物体を冷却する。この冷却の後、注型金型１１の回転数をゼロにし、複合物体を金型から剥がす。この冷却は例えば圧縮空気冷却４２によって実行することができる。
【０１３２】
以下に、容易に機能可能な（easily workable）複合品を与える、プロセスステップ「Ｐ５」における回転数と温度の特に有利な組合せを示す：２２０〜２４０℃で３０ｒｐｍ（１分当たりの注型金型１１の回転数）、２３０〜２４０℃で１００ｒｐｍ、２００〜２２０℃で２００ｒｐｍおよび１６０〜２２０℃で３００ｒｐｍ。
【０１３３】
本発明に基づく方法に関連して、３次元複合物体中での第２の材料１５の均質な分布を達成するために、回転成形の出発材料として複合材料を使用することもできる。例えば、第１の熱可塑性材料１４などのポリマー材料のシースで覆われた繊維束またはヤーン（複合繊維）を使用することが可能である。図５の左半分には、従来の回転成形プロセスが概略的に示されている。このプロセスでは、複合繊維が使用されず、また、結果として得られる複合物体中での第２の材料１５の均質な分布が達成されるように、この方法の実行中に少なくとも１つのプロセスパラメータを適合させることもしない。したがって、ポリマー基材またはポリマーマトリックス材料１４および繊維１５が混合物から分離する。
【０１３４】
図５の右半分には、複合繊維を追加的に使用する、本発明に基づく方法が概略的に示されている。第２の材料１５の繊維は、第１のポリマー材料１４のシースで覆われている。このようにして得た３次元複合物体は、第１のマトリックス材料１４中での繊維１５の極めて均質な分布を有する。
【０１３５】
図６Ａおよび６Ｂは、シースで覆われた本発明に基づく繊維を含む回転成形されたＴＰＵ試験体に対して実施した測定の結果を示す。測定位置ごとに合計４回の測定を実行した。繊維はアラミド繊維とし、これをＴＰＵのシースで覆った。図６Ａは、試験体の引張強度に対する繊維の充填材含量（filler content）の影響を示す。ここでの引張強度は、試験体中に埋め込まれたアラミド繊維に対して角度０°で測定した。強化されていない試験体（充填材含量０％）の引張強度は２０Ｎ／ｍｍ２である。アラミド繊維の充填材含量３．８％で既に、引張強度は４０Ｎ／ｍｍ２近くまで、すなわちほぼ２倍に上昇する。
【０１３６】
図６Ｂのグラフは、試験体を１％引き伸ばすのに必要な応力に対する繊維の充填材含量の影響を示す。この応力は、試験体中に埋め込まれたアラミド繊維に対して０°の角度で試験体に加えた。アラミド繊維がないと（充填材含量０％）、試験体を１％引き伸ばすのに必要な応力は約１Ｎ／ｍｍ２でしかない。アラミド繊維の充填材含量３．８％で既に、必要な応力は、良好な１５Ｎ／ｍｍ２まで上昇する。充填材含量５．３％では、２０Ｎ／ｍｍ２超へのさらなる向上が達成される。
【０１３７】
本発明に関連して使用される注型金型１１は、本発明に基づく方法の実行中に少なくとも１つのプロセスパラメータを検出する少なくとも１つのセンサを有することができる。このプロセスパラメータは、温度、注型金型の回転速度、注型金型および／もしくは注型金型内に充填された材料に作用する加速度、少なくとも１つの材料層の厚さ、または第１および／もしくは第２の材料の分布とすることができる。このセンサによって検出されたデータは、少なくとも１つのプロセスパラメータを適合させるために、この方法の実行中に評価することができる。そのために、このセンサは、検出されたデータをコンピュータにリアルタイムで、例えば無線で（Bluetooth（登録商標）、ＷＬＡＮなどによって）送ることができ、コンピュータは、そのデータを評価し、ことによると、プロセスパラメータの対応する適合化の準備をする。このセンサは、温度センサ、積算回転計、加速度センサ、光学センサまたは音響センサとすることができる。
【０１３８】
本発明に関連して使用される注型金型１１は、その内側に、陥凹部および／または高所のパターンが形成された表面を有することができる。このようにすると、本発明に基づく方法によって製造されている複合物体の外面に構造を与えることができる。例えば、注型金型１１の表面を、ウエブ（web）の形態の高所によって構成して、例えば複合物体の外面が溝を有するようにすることができる。このような溝は例えば、空気力学的特性を向上させるためにサッカーボールで使用される。他の例は、ゴルフボールに見られる「ディンプル」である。このディンプルも同様に、パターンが形成された表面を有する注型金型１１によって形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３９】
本発明に基づく方法によって得ることができる可能な３次元複合品は、スポーツボールもしくはブラダー、またはスポーツボール用のブラダーとケーシング（casing）の組合せ（複合ブラダー）である。例えば、本発明に基づく方法によってポリマー基材１４中に強化繊維１５が直接に均質に分布している場合には、複合ブラダーから追加のケーシングを省くことができる。その場合には、追加のケーシングがなくても、この複合ブラダーは必要な安定性および引裂強さを有する。このようにすると、別個のケーシングを製造する一連の製造ステップの全体が省略される。加えて、材料消費が最小化され、ケーシングをブラダーに固定する接着剤が不要になる。この複合ブラダーを用いて得られたボールは概ね等方性である。
【０１４０】
本発明に基づく方法によって製造することができる別の３次元複合品はすね当てである。このすね当ては、円筒形の金型を用いて生産することができる。２つのすね当てを得るために、任意選択の後処理ステップで、結果として得られる複合物体を半分にカットすることができる。
【０１４１】
最後に、本発明に基づく方法によって靴または靴の部分を作ることもできる。記載された方法によって靴を製造することの１つの利点は、靴型を全く使用せずに製造することが可能なことである。靴型を使用しない本発明の方法に基づく靴生産はより融通が利き、かつ時間およびコストの節約になる。
【符号の説明】
【０１４２】
１１  注型金型
１２  垂直回転軸
１３  水平回転軸
１４  第１の材料
１５  第２の材料
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ  ３次元複合体
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ  ３次元複合体の壁
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ  発泡体
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ  インレーまたは装飾要素
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ  薄い層
３１  第１の層
３２  第２の層
３３  第３の層
３４  陥凹部
４１  赤外線放射器
４２  圧縮空気冷却
４３  温度曲線
４４  回転数の曲線
４５  保持時間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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