(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化の構造体の製造方法であって、該製造方法は、
（i）第一の材料からなるマンドレルを提供するステップであって、前記マンドレルが、外面と、中空の内部と、流体が前記内部に入ることを可能にするアパーチャとを備え、第一の材料が、室温で剛体であるとともに、第一の材料が溶融する溶融温度を有し、第一の材料が溶融温度に近づくとき、第一の材料が変形可能になるステップと、
（ii）前記アパーチャをブロックすることなく、前記マンドレルの外面の上に第二の材料からなる層を設けるステップであって、第二の材料が、未硬化の熱硬化性の樹脂と、前記構造体を強化するように構成された繊維とを備え、第二の材料が硬化温度よりも低いとしなやかであるとともに硬化温度よりも高いと硬化する硬化温度を有するステップと、
（iii）モールドによって形成されるモールドキャビティに前記マンドレルおよび前記層を配置するステップであって、流体が前記マンドレルの前記アパーチャに到達できるように前記モールドが構成されるステップと、
（iv）前記マンドレルを外側に膨張させ、前記マンドレルを変形可能にするとともに前記マンドレルが外側に膨張して前記層を前記モールドに押し付けるのを可能にするために前記第一の材料の溶融温度よりも低い温度に前記マンドレルを加熱し、前記構造体を硬化および形成するために前記第二の材料の硬化温度よりも高い温度に前記層を加熱するように働く力を生成するために前記アパーチャを介して前記マンドレルの内部に加圧流体を導入するステップであって、
（v）前記マンドレルを溶融するために前記第一の材料の溶融温度よりも高い温度に前記マンドレルを加熱するステップと、
（vi）溶融された前記マンドレルを前記構造体から除去するステップとを備え、
（vii）ステップ（ii）が、一つ以上の開口を前記層に設けるステップであって、前記一つ以上の開口の各々が、前記マンドレルの溶融前に前記一つ以上の開口を介して前記マンドレルが除去されるのを防止するように構成されており、前記一つ以上の開口の各々が、前記マンドレルの溶融に続いて前記一つ以上の開口を介して前記マンドレルが除去されるのを可能にするように構成されているステップをさらに備える
ことを特徴とする、繊維強化の構造体の製造方法。
【請求項２】
前記構造体が中空の構造体であり、ステップ（ii）において、前記層が前記マンドレルまたは前記マンドレルの一部分を囲むかまたは包み込むように設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記第一の材料が熱可塑性物質であり、前記樹脂がエポキシ樹脂を備え、および／または前記繊維が炭素繊維を備えることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項４】
ステップ（iii）において、前記モールドが、前記アパーチャを前記モールドの周囲に開放したままにするように構成され、ステップ（iv）が、前記モールドをオートクレーブに配置するステップと、前記加圧流体を提供するための、および前記マンドレルおよび前記層を加熱するための、加圧および加熱された雰囲気を前記オートクレーブの内部に生成するステップとをさらに備える、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項５】
ステップ（iv）が、圧力管体を介して前記マンドレルの前記アパーチャを圧力源に接続するステップであって、前記圧力源が前記加圧流体を提供するとともに前記圧力管体が前記アパーチャに前記加圧流体を運ぶステップをさらに備え、
ステップ（iv）が、前記マンドレルおよび前記層を加熱するための熱を生成するオーブンに前記モールドを配置するステップをさらに備えることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項６】
ステップ（iv）での硬化が、第一の硬化であり、前記製造方法が、（vii）前記第一の硬化の温度よりも高い温度に前記層または前記構造体を第二の硬化にさらすステップを備えることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項７】
ステップ（vii）において第二の硬化に前記第二の材料をさらすステップが、前記層または前記構造体を170℃から200℃の温度に加熱するステップを備えることを特徴とする、請求項６に記載の製造方法。
【請求項８】
ステップ（ii）において、第二の材料からなる層を前記マンドレルの外面の上に設けるステップが、前記第二の材料からなる一つ以上のシートを前記マンドレルの上に貼り付けるステップを備えることを特徴とする、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項９】
前記製造方法が、ステップ（iv）に先立ってまたはステップ（iv）と同時に、（ix）前記マンドレルと前記モールドとの間の前記モールドキャビティの内部にあるエアを排気するステップを備えることを特徴とする、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記製造方法が、繊維で強化されるとともに前記構造体に結合された追加の構造体を形成するように構成され、前記モールドが、追加の外面と、前記モールドの外側で前記モールドキャビティにアクセス可能にするためのギャップとを備え、ステップ（iii）が、前記モールドの前記追加の外面の上に前記第二の材料からなる追加の層を設けるステップと、前記ギャップを介して前記マンドレルの前記外面の上に設けられる層に前記追加の層を結合するステップとをさらに備えることを特徴とする、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、繊維強化の構造体の製造に関する。具体的には、この発明は、樹脂および炭素繊維を備える材料から三次元構造体を製造することに関する。
【背景技術】
【０００２】
高い強度対重量比を備えた、構成要素または構造体は、例えば航空宇宙産業および高性能自動車産業において多くの用途を有する。当該構成要素は、合金（チタンおよびマグネシウムの合金）から製造することができる。合金は、非常に正確に機械加工または鋳造することができる。また、構造体は、きつい（tight）寸法公差内で製造することができる。複雑な三次元形状または中空形状は、例えばCNC工作機械でまたは注型成形で生成することができる。
【０００３】
樹脂で固定された繊維を含む複合材料は、高い強度対重量比を要求する構成要素において一般に使用される。強度対重量比は、いくつかの高性能合金の強度対重量比をさらに越えることができる。しかしながら、これらの複合材料の性質により、合金にとって可能であるきつい寸法公差および込み入った細部を持った構造体を製造するのは難しい。これは、繊維がシートの柔軟性を低減させてシートのしなやかさをなくならせるので、構成要素が、あらかじめ製造された重なり合うシート（樹脂含浸の織物または布）から製造される場合、特にそうである。例えば、鋭い輪郭（モールドキャビティのきつい内側コーナー）にシートを追従させることは困難である。さらに、中空の部分を有する複雑な三次元形状の高性能構造体は、特に重なり合うシートから製造することが典型的に難しい。
【０００４】
したがって、この発明の目的は、上述の欠点を解消する（set aside）繊維強化の構造体を製造する方法を提供し、一般に、繊維強化の構造体の製造を改善することである。より具体的に、この発明の目的は、改善された強度対重量比を持った繊維強化の構造体を提供することである。きつい寸法公差を持った繊維強化の三次元構造体を製造する方法を提供することが、さらなる目的である。この発明のさらなる目的は、繊維強化の構造体の構造的強度または強度対重量比を改善して、繊維強化の構造体の形成および成形においてより大きな自由度を可能にすることである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の目的と、以下の要約および詳細な説明から解釈することができる追加の目的とが、以下に説明されるこの発明の四つの異なる態様によって達成される。態様の可能性のある改変は、このセクションおよび詳細な説明において説明される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第一の態様は、繊維強化の構造体を製造する方法である。該製造方法は、
（i）マンドレルは、外面と、中空の内部と、流体が内部に入ることを可能にするためのアパーチャとを備える、第一の材料からなるマンドレルを提供するステップ（i）であって、第一の材料が、室温で剛体であり、溶融する溶融温度を有して、溶融温度に近づくと第一の材料が変形可能になるステップと、
（ii）アパーチャをブロックせずにマンドレルの外面上に第二の材料からなる層を設けるステップであって、第二の材料が、未硬化の熱硬化性の樹脂と、構造体を強化するように構成された繊維とを備え、第二の材料が、硬化温度よりも低いとしなやかである（pliable）とともに硬化温度よりも高いと硬化する硬化温度を有するステップとを備える。
追加的に、該製造方法は、
（iii）モールドで形成されるモールドキャビティにおいてマンドレルおよび層を配置するステップであって、流体がマンドレルのアパーチャに到達できるようにモールドが構成されるステップと、
（iv）マンドレルを外方へ膨張させるように働く力を生成し、マンドレルを変形可能にするための第一の材料の溶融温度よりも低い温度にマンドレルを加熱してマンドレルが外方に膨張して層をモールドに押し付けることを可能にして、構造体を硬化しかつ形成するために層を第二の材料の硬化温度よりも高い温度に加熱するために、アパーチャを介してマンドレルの内部に加圧流体を導入するステップとを備える。
当該方法は、（v）マンドレルの溶融のために、第一の材料の溶融温度よりも高い温度にマンドレルを加熱するステップも備える。
当該方法は、（vi）溶融されたマンドレルを構造体から除去するステップをさらに備えることができる。
【０００７】
当該方法は、全体として、より複雑な形状の構造体、具体的には中空の部分を有する構造体が形成されることを可能にする。例えば、ステップ（i）において提供される、マンドレル（あるいはコア）は、複雑な形状にすることができ、モールドは複雑な形状を反映するように構成されることができる。それは最終構造体において示されるであろう。さらに、ステップ（ii）において、マンドレルの外面の上に第二の材料からなる層を設けるステップは、構造体の複雑な部分を規定するように構成されることができる。流体がマンドレルのアパーチャに到達することを可能にするためのステップ（iii）でのモールドの構成は、ステップ（iv）においてマンドレルと形式（form）が協働して、一緒に最終構造体の形を形成することを可能にする。マンドレルがステップ（vi）で除去される前にステップ（v）において溶融されるので、開口が小さく保たれて、構造体の全体形状は影響をほとんど受けない。これにより、方法のすべてのステップ（i）から（vi）は、繊維強化の構造体の形成および成形においてより大きな自由度に相乗的に寄与する。このより大きな自由度によって、構造的強度および強度対重量比に関して特定の機能の構造体が最適化される。
【０００８】
当該方法の他の相乗効果が、以下に説明される。ステップ（iv）（ステップ（i）から（iii）によって可能になる）は、層がモールドに押し付けられるとき、層が硬化し始めて、第二の材料が圧縮されるので、それは最終構造体の強度対重量比（strength to weight ratio）を改善するのに寄与する。さらに、ステップ（i）において提供されるマンドレル、およびステップ（iii）におけるモールドは、ステップ（iv）において加圧流体がマンドレルの内部に高圧を運び、これによりモールドがより込み入った細部および鋭い特徴（きつい内側コーナー）を有することを可能にする。これにより、マンドレルおよびモールドは、構造体の形成および成形においてより大きな自由度を可能にする。ステップ（iv）は、層が硬化し始める間、層をモールドに押し付ける。それは、特に高圧の加圧流体が使用される場合、最終構造体の寸法公差を改善するのに寄与する。
【０００９】
構造体は、中空の構造体にすることができる。ステップ（ii）において、層はマンドレルの外面の全体あるいは一部分を覆うように設けられることができる。ステップ（ii）において、層は、マンドレルまたはマンドレルの一部分を囲むか包み込むように設けられることができる。さらに、ステップ（ii）において、マンドレルの外面の上に第二の材料の層を設けるステップは、構造体での中空のスペースまたは構造体の一部分を規定するように構成されることができる。
【００１０】
室温は、ここでは、方法が全体として行なわれる周囲温度、またはステップ（ii）が行なわれる周囲温度を包含するが、これに限定されるものではないと理解される。室温は、10℃から50℃、20℃から23℃、または約21℃にすることができる。追加的にまたは別法として、第二の材料は室温でしなやかであることができる。しなやかであることは、ここでは、フレキシブルであることを包含すると理解される。変形可能になる第一の材料は、ここでは、弾性的に、しなやかに、フレキシブルに、軟質におよび／または降伏性があるようになる第一の材料を包含すると理解される。
【００１１】
第一の材料がしなやかな状態から液体に変わる温度は、規定するのが難しいかまたは正確な温度に対応しないかもしれない。これらの場合では、溶融温度は、この変化が生じる近似表示（approximate indication）として理解されるべきである。例えば、溶融温度は、変化が生じる温度範囲の平均温度、またはそのような範囲の終点のうちの一つにすることができる。
【００１２】
同様に、樹脂の硬化温度は、規定するのが難しいかまたは正確な温度に対応しないかもしれない。硬化温度は、工業的に適用可能であるか操作上効率的な硬化が起こることができるかスタートする最低温度の近似表示を包含するものとして理解されなければならない。例えば、硬化温度は、硬化が工業的に適用可能であるか操作上効率的な方法で生じる温度範囲の平均気温、またはそのような範囲の下終点または上終点にすることができる。硬化樹脂は、第一の材料の溶融温度よりも高いガラス転移温度を有することができる。樹脂の硬化では、ガラス化または完全硬化が、第一の材料の溶融温度よりも高い温度で達成される一方、ゲル化または初期硬化が、第一の材料の溶融温度よりも低い温度で達成されることができる。ステップ（iv）において、層は、第一の材料の溶融温度よりも低い温度に加熱されることができる。
【００１３】
ステップ（ii）は、層に一つ以上の開口を設けるステップをさらに備えることができる。一つ以上の開口の各々が、マンドレルが溶融する前に一つ以上の開口を介してマンドレルが除去されるのを防止するように構成されるか、またはそれを防止する寸法を有する。さらに、一つ以上の開口の各々が、マンドレルの溶融に続いて一つ以上の開口を介してマンドレルが除去されることを可能にするように構成されるか、またはそれを可能にする寸法を有する。マンドレルは、室温で、硬いかまたは自立することができる。
【００１４】
ステップ（iv）は、第一の材料の溶融温度よりも低い温度にマンドレルを加熱するために、および第二の材料の硬化温度よりも高い温度に層を加熱するために、マンドレルの内部に熱を供給するステップをさらに備えることができる。第二の材料の硬化温度は、第一の材料の溶融温度よりも低くすることができる。熱が層に到達する前に熱がマンドレルを通過しなければならないので、熱がマンドレルの内部に供給される場合、これは好適である。それは、典型的には、マンドレルが所定の時間で高温度に到達することを意味する。これにより、第二の材料の硬化温度が第一の材料の溶融温度よりも高いならば、層の硬化がスタートする前に、マンドレルが溶融するであろう。
【００１５】
ステップ（iv）は、第一の材料の溶融温度よりも低い温度にモールドの内部でマンドレルを加熱するために、および第二の材料の硬化温度よりも高い温度にモールドの内部で層を加熱するために、モールドに熱を供給するステップをさらに備えることができる。第二の材料の硬化温度は、第一の材料の溶融温度よりも高くすることができる。熱がマンドレルに到達する前に、熱が層を通過しなければならないので、熱がモールドに供給される場合、これは好適である。それは、典型的には、層が所定の時間で高温度に到達することを意味する。これにより、第二の材料の硬化温度が第一の材料の溶融温度よりも低い場合、層が硬化し始める前にマンドレルが変形可能にならず、層をモールドに押し付けないであろうという危険性がある。
【００１６】
アパーチャは、モールドの外側からマンドレルの内部に対する唯一のアクセスにすることができる。これは、ステップ（iv）においてアパーチャを介してマンドレルの内部に入る加圧流体の体積が、マンドレルの内部容積によって制限され、場合によっては、マンドレルがモールドの内部を完全に覆わない場合、モールドキャビティの容積によって制限されることを意味する。マンドレルの内部に加圧流体が入ることができる他のアパーチャが存在することができる。他のアパーチャは、第一のアパーチャを通過する体積をさらに制限するであろう。マンドレルは、流体がマンドレルの内部を離れることを可能にするための追加のアパーチャを備えることができる。この構成では、ステップ（iv）においてアパーチャを介してマンドレルの内部に入る加圧流体の体積は、アパーチャおよび追加のアパーチャを介して生成される流れによって制限されるであろう。
【００１７】
モールドは、モールドの外部からモールドキャビティにアクセス可能にするための開口を有することができる。開口は、モールドの外部からアパーチャにアクセス可能にするように構成されることができるか、アパーチャは、開口を介してモールドの外部からアクセス可能であるように構成されることができる。ステップ（vi）において、溶融されたマンドレルを構造体から除去するステップは、開口を介して溶融されたマンドレルを除去するステップ、あるいは溶融された材料を開口を介してモールドキャビティから流出させるステップを備えることができる。これは、同じ開口が、マンドレルの内部での圧力を増加させるために、および溶融されたマンドレルをモールドキャビティの内部から除去するために、使用されることを意味する。それによって、構造体を形成する際に一つの穴およびより大きな自由度を持った構造体が可能になる。
【００１８】
この発明の第二の態様は、モールドの外部からモールドキャビティにアクセス可能にするための開口を有するモールドのモールドキャビティに配置されるためのマンドレルである。マンドレルは、中空の内部と、流体が内部に入ることを可能にするためのアパーチャとを備える。マンドレルは、マンドレルがモールドキャビティに配置されるときに、アパーチャが開口を介してアクセスされることを可能にするように構成される。さらに、マンドレルは、室温で剛体であって、第一の材料が溶融する溶融温度を有する第一の材料からなる。溶融温度に近づくとき、第一の材料は変形可能になる。第二の態様のマンドレルは、第一の態様の方法が行なわれることを可能にする。
【００１９】
この発明の第三の態様は、
モールドキャビティと、モールドの外部からモールドキャビティにアクセス可能にするための開口とを有するモールドと、
中空の内部と、流体が内部に入ることを可能にするためのアパーチャとを備えるマンドレルとを備える成形システムである。マンドレルは、マンドレルがモールドキャビティに配置されるときに、アパーチャが開口を介してアクセスされることを可能にするように構成される。マンドレルは、室温で剛体であるとともに第一の材料が溶融する溶融温度を有する第一の材料からなる。また、溶融温度に近づくとき、第一の材料は変形可能になる。マンドレルは、マンドレルの少なくとも一部分上に設けられる層を収容するための、マンドレルとモールドとの間にスペースを形成するように構成されることができる。
【００２０】
第二の態様に係るマンドレルと第三の態様に係る成形システムとは、これらの明細書全体に記載された方法の改変のいずれかを伴ってまたは伴わずに、第一の態様に係る方法において使用されるように構成されることができる。
【００２１】
この発明の第四の態様は、第一の態様に係る方法によって製造された構造体である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１ａ】繊維強化の構造体を製造する方法の実施形態を例示する。
【図１ｂ】繊維強化の構造体を製造する方法の実施形態を例示する。
【図２ａ】繊維強化の構造体を製造する方法の実施形態を例示する。
【図２ｂ】繊維強化の構造体を製造する方法の実施形態を例示する。
【図３】繊維強化の構造体を製造する方法の実施形態を例示する。
【図４】繊維強化の構造体を製造する方法の実施形態を例示する。
【図５ａ】繊維強化の構造体を製造する方法の実施形態を例示する。
【図５ｂ】繊維強化の構造体を製造する方法の実施形態を例示する。
【図６ａ】繊維強化の構造体を製造する方法の実施形態を例示する。
【図６ｂ】繊維強化の構造体を製造する方法の実施形態を例示する。
【図７ａ】繊維強化の構造体を製造する方法の実施形態を例示する。
【図７ｂ】繊維強化の構造体を製造する方法の実施形態を例示する。
【図８ａ】繊維強化の構造体を製造する方法の実施形態を例示する。
【図８ｂ】繊維強化の構造体を製造する方法の実施形態を例示する。
【図９ａ】繊維強化の構造体を製造する方法の実施形態を例示する。
【図９ｂ】繊維強化の構造体を製造する方法の実施形態を例示する。
【図１０】繊維強化の構造体を製造する方法の実施形態を例示する。
【図１１ａ】繊維強化の構造体を製造する方法の別の実施形態を例示する。
【図１１ｂ】繊維強化の構造体を製造する方法の別の実施形態を例示する。
【図１２ａ】繊維強化の構造体を製造する方法の別の実施形態を例示する。
【図１２ｂ】繊維強化の構造体を製造する方法の別の実施形態を例示する。
【図１３】繊維強化の構造体を製造する方法の別の実施形態を例示する。
【図１４】繊維強化の構造体を製造する方法の別の実施形態を例示する。
【図１５ａ】繊維強化の構造体を製造する方法の別の実施形態を例示する。
【図１５ｂ】繊維強化の構造体を製造する方法の別の実施形態を例示する。
【図１６ａ】繊維強化の構造体を製造する方法の別の実施形態を例示する。
【図１６ｂ】繊維強化の構造体を製造する方法の別の実施形態を例示する。
【図１７ａ】繊維強化の構造体を製造する方法の別の実施形態を例示する。
【図１７ｂ】繊維強化の構造体を製造する方法の別の実施形態を例示する。
【図１８ａ】繊維強化の構造体を製造する方法の別の実施形態を例示する。
【図１８ｂ】繊維強化の構造体を製造する方法の別の実施形態を例示する。
【図１９ａ】繊維強化の構造体を製造する方法の別の実施形態を例示する。
【図１９ｂ】繊維強化の構造体を製造する方法の別の実施形態を例示する。
【図２０】繊維強化の構造体を製造する方法の別の実施形態を例示する。
【図２１ａ】繊維強化の構造体を製造する方法の別の実施形態をさらに例示する。
【図２１ｂ】繊維強化の構造体を製造する方法の別の実施形態をさらに例示する。
【図２２ａ】繊維強化の構造体を製造する方法の別の実施形態をさらに例示する。
【図２２ｂ】繊維強化の構造体を製造する方法の別の実施形態をさらに例示する。
【図２３】繊維強化の構造体を製造する方法の別の実施形態をさらに例示する。
【図２４】繊維強化の構造体を製造する方法の別の実施形態をさらに例示する。
【図２５ａ】繊維強化の構造体を製造する方法の別の実施形態をさらに例示する。
【図２５ｂ】繊維強化の構造体を製造する方法の別の実施形態をさらに例示する。
【図２６ａ】繊維強化の構造体を製造する方法の別の実施形態をさらに例示する。
【図２６ｂ】繊維強化の構造体を製造する方法の別の実施形態をさらに例示する。
【図２７ａ】繊維強化の構造体を製造する方法の別の実施形態をさらに例示する。
【図２７ｂ】繊維強化の構造体を製造する方法の別の実施形態をさらに例示する。
【図２８ａ】繊維強化の構造体を製造する方法の別の実施形態をさらに例示する。
【図２８ｂ】繊維強化の構造体を製造する方法の別の実施形態をさらに例示する。
【図２９ａ】繊維強化の構造体を製造する方法の別の実施形態をさらに例示する。
【図２９ｂ】繊維強化の構造体を製造する方法の別の実施形態をさらに例示する。
【図３０】繊維強化の構造体を製造する方法の別の実施形態をさらに例示する。
【図３１】繊維強化ホイールを製造するための別の実施形態でのマンドレルの実施形態の正面図である。
【図３２】図３１でのマンドレルの横断面の正面図である。
【図３３】図３１でのマンドレルの横断面の側面図である。
【図３４】繊維強化ホイールを製造する方法の実施形態のステップを例示する。
【図３５】繊維強化ホイールを製造する方法の実施形態のステップを例示する。
【図３６】繊維強化ホイールを製造する方法の実施形態のステップを例示する。
【図３７】繊維強化ホイールを製造する方法の実施形態のステップを例示する。
【図３８】繊維強化ホイールを製造する方法の実施形態のステップを例示する。
【図３９】繊維強化ホイールを製造する方法の実施形態のステップを例示する。
【図４０】繊維強化ホイールを製造する方法の実施形態のステップを例示する。
【図４１】繊維強化ホイールを製造する方法の実施形態のステップを例示する。
【図４２】繊維強化ホイールを製造する方法の実施形態のステップを例示する。
【図４３】繊維強化ホイールを製造する方法の実施形態のステップを例示する。
【図４４】繊維強化ホイールを製造する方法の別の実施形態のステップを例示する。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
例示の実施形態の以下の詳細な説明は、添付図面を参照する。同一のまたは類似の要素を同定するために、同じ参照番号が、異なる図面において使用される。さらに、詳細な説明は、この発明の異なる態様の図示および説明のために提供される。この発明の異なる態様のために上述された改変または機能のいずれもが、説明される特徴の置換によってまたは追加によって、以下の実施形態に適用されることができる。
【００２４】
この発明の態様のさらに可能性のある改変は、以下に説明される。その改変は、この発明の態様に適用されることができる、追加のまたは代替の特徴または機能を含む。
【００２５】
第一の態様および第四の態様では、第一の材料は、熱可塑性物質にすることができる。熱可塑性物質は、ポリエチレンからなるかまたはポリエチレンを備えることができる。樹脂は、エポキシ樹脂を備えることができる。材料のこの組み合わせは、典型的には、マンドレルが溶融した後、第一の材料が第二の材料にくっつかないという長所を持ち、例えば、溶融された第一の材料が流出することを可能にするために構造体あるいはモールドを傾けることによって、第一の材料を構造体から容易に除去することができる。さらに、材料のこの選択は、典型的には、マンドレルに接する最終構造体の壁を滑らかにさせるとともに光沢があるようにさせるであろう。第二の材料は、例えばHexPly（登録商標）M26TおよびHexPly（登録商標）M76のようなHexcel Corporationによって製造されたHexPly（登録商標）プリプレグのような、予め含浸した炭素繊維の織物または布にすることができる。
【００２６】
追加的におよび別法として、ポリエチレンは、高密度ポリエチレンにすることができる。第一の材料は、ポリプロピレンを備えることができる。樹脂は、メラミン、フェノール・ホルムアルデヒド、ポリエステル、ポリイミドおよび／またはビニル・エステルを備えることができる。繊維は、炭素繊維を備えることができる。別法としてまたは追加的に、繊維は、アラミド繊維、ガラス繊維および／または植物性繊維を備えることができる。植物性繊維は、麻繊維を備えることができる。
【００２７】
第一の材料は、85℃から145℃の溶融温度（あるいは融点）を有する様々な材料から選ばれることができる。第二の材料は、110℃から135℃の硬化温度を有する様々な材料から選ばれることができる。
【００２８】
ステップ（iv）において、加圧流体は、マンドレルの内部の圧力を5バールを超える圧力に、好ましくは7バールを超える圧力に、増加させることができる。ステップ（iv）でのマンドレルを加熱するステップは、マンドレルを110℃から140℃の温度に、好ましくは120℃の温度に加熱するステップを備えることができる。ステップ（iv）での層を加熱するステップは、層を110℃から140℃の温度に、好ましくは120℃の温度に加熱するステップを備えることができる。ステップ（iv）での層を加熱するステップは、層およびマンドレルを同じ温度に加熱するステップを備えることができる。ステップ（v）でのマンドレルを加熱するステップは、マンドレルを140℃から200℃の温度に、好ましくは170℃または170℃を超える温度に加熱するステップを備えることができる。第一の材料がポリエチレンを備えるとき、および樹脂がエポキシ樹脂である場合、上記にリストされた圧力および温度は適切である。
【００２９】
ステップ（iv）での硬化ステップでは、温度が、第二の材料の硬化温度と第一の材料の溶融温度との間にすることができる。これは、第二の材料が硬化し始める前にマンドレルが溶融しないことを保証する。それは硬化または初期硬化のこの段階の間にマンドレルが層をモールドに押し付けることができることを意味する。ステップ（iv）での層を加熱するステップは、樹脂がゲル化に到達するための十分に長い期間に行なわれることができる。別法として、ステップ（iv）での層を加熱するステップは、樹脂がガラス化または完全硬化に到達するための十分に長い期間に行なわれることができる。
【００３０】
ステップ（iii）では、モールドはアパーチャを開放したままにするように構成されることができる。ステップ（iv）は、モールドをオートクレーブに配置するステップと、加圧流体を提供するための、およびマンドレルおよび層を加熱するための、加圧および加熱された雰囲気をオートクレーブの内部に生成するステップとをさらに備えることができる。これは、加圧流体がアパーチャを介してマンドレルの内部に入るという効果を有する。さらに、加熱された雰囲気は、モールドを介した伝導によってマンドレルおよび層を加熱するであろう。追加的にまたは別法として、加圧流体が加熱されているので、マンドレルおよび層を加熱するステップも、アパーチャを介した対流によって達成されることができる。これは、特に、雰囲気の圧力が増加する前に雰囲気の加熱が行われる場合に、または加圧流体の流れがアパーチャを介してマンドレルの内部に生成される場合に、当てはまる。
【００３１】
第一の態様および第四の態様でのステップ（iv）は、圧力管体を介してマンドレルのアパーチャを圧力源に接続するステップをさらに備えることができる。圧力源は加圧流体を提供して、圧力管体は加圧流体をアパーチャに運ぶ。これは、構造体のサイズが、圧力チャンバ、オートクレーブなどによって制限されないという長所を有する。それによって、構造体を設計する際により大きな自由度が可能になる。ステップ（iv）は、マンドレルおよび層を加熱するための、熱を生成するオーブンにモールドを配置するステップをさらに備えることができる。
【００３２】
マンドレルは、マンドレルの内部の少なくとも一部分を通じて加圧流体が流れることを可能にするために流体が内部を残ることを可能にするための追加のアパーチャを備えることができる。モールドは、モールドの外部からモールドキャビティにアクセス可能にするための追加の開口を有することができる。追加の開口が、モールドの外側から追加のアパーチャにアクセスできるように構成されるか、または追加のアパーチャが、追加の開口を介してモールドの外部からアクセス可能であるように構成されることができる。
【００３３】
ステップ（iv）は、加圧流体を加熱するステップと、加圧流体の流れを生成するステップとをさらに備えることができる。流れは、アパーチャを介してマンドレルの内部に入り、マンドレルおよび層を加熱するための追加のアパーチャを介してマンドレルの内部から出る。加熱ステップは、第一の材料の溶融温度よりも低い温度にマンドレルを加熱するとともに、第二の材料の硬化温度よりも高い温度に層を加熱することができる。
【００３４】
圧力が、マンドレルを外側に膨張させるように作用する力を生成して発生させることを可能にするために、加圧流体の流れは、追加のアパーチャでまたは追加のアパーチャの後で制限されることができる。ここに説明された改変により、圧力チャンバ、オーブンまたはオートクレーブは、不要である。これは、構造体の寸法が制限されずに、より大きなサイズの構造体を製造できることを意味する。上記とは別の言い方をすれば、ステップ（iv）は、加圧流体を加熱するステップと、アパーチャを介して加熱された加圧流体の流れを生成するステップとをさらに備えることができる。
【００３５】
ステップ（v）は、ステップ（iv）の直後に続くことができる。それは製造工程の効率を改善するのに寄与する。ステップ（v）は、オートクレーブまたはオーブンで行なわれることができる。ステップ（iv）がオートクレーブまたはオーブンを含む場合、ステップ（v）は同じオートクレーブまたはオーブンで行なわれることができる。ステップ（v）において、加圧流体の流れは、マンドレルの溶融のために第一の材料の溶融温度よりも高い温度にマンドレルを加熱することができる。
【００３６】
ステップ（iv）での硬化ステップは、第一の硬化にすることができる。また、方法は、（vii）層または構造体を第一の硬化の温度よりも高い温度で第二の硬化にさらすステップをさらに備えることができる。
【００３７】
樹脂のゲル化または初期硬化は、第一の硬化において達成されることができる。樹脂のガラス化または完全硬化（full curing）は、第二の硬化において達成されることができる。ステップ（vii）での第二の硬化は、ステップ（iv）での構造体の形成が、低温で行なわれるが、第二の硬化におけるより高い温度の全体的な硬化効率で行われるのを可能にする。
【００３８】
ステップ（vii）は、ステップ（iv）とステップ（v）との間に、ステップ（v）と同時に、またはステップ（vi）の後に、行なわれることができる。第二の硬化では、温度が第一の材料の溶融温度よりも高くすることができる。これは、ステップ（v）でのマンドレルを溶融するステップとステップ（vii）での第二の硬化とが、同時に行なわれることを可能にする。これによって、プロセスステップの数が低減し、方法の効率が改善される。
【００３９】
ステップ（v）は、マンドレルの溶融を達成するためにステップ（iv）でのマンドレルを加熱するステップを続けるステップを備えることができる。ステップ（vii）は、第二の硬化を達成するためにステップ（iv）での層を連続的に加熱するステップを備えることができる。
【００４０】
ステップ（vii）は、オートクレーブまたはオーブンにおいて行なわれることができる。ステップ（iv）が、オートクレーブまたはオーブンを含む場合、ステップ（vii）は、同じオートクレーブまたはオーブンにおいて行なわれることができる。これは、連続操作を可能にし、方法の効率を改善する。第二の材料をステップ（vii）での第二の硬化にさらす（subject）ステップは、層または構造体を140℃から200℃の温度に、好ましくは170℃に、または170℃よりも高い温度に、加熱するステップを備えることができる。第一の材料がポリエチレンを備えるとき、および樹脂がエポキシ樹脂である場合、これらの温度は適切である。
【００４１】
方法の異なるステップにおいて、加熱により達成される各温度は、温度の間隔（interval）内で変えられるかまたは単調に増加することができる。例えば、ステップ（iv）において、第一の材料の溶融温度よりも低い温度にマンドレルを加熱するステップは、室温から120℃までのマンドレルを備えることができる。また、硬化温度よりも高い温度に層を加熱するステップは、室温から120℃までのマンドレルを備えることができる。ステップ（v）において、第一の材料の溶融温度よりも高い温度にマンドレルを加熱するステップは、マンドレルを120℃から170℃に加熱するステップを備え、（vii）において、層または構造体を第二の硬化にさらすステップは、層または構造体を120℃から170℃に加熱するステップを備えることができる。
【００４２】
ステップ（iv）において、高い圧力は、層または構造体をモールドに押し付けるためにマンドレルによって残されたモールドキャビティまたはスペースに提供されることができる。同様に、ステップ（vii）において、高い圧力は、層または構造体をモールドに押し付けるためにマンドレルによって残されたモールドキャビティまたはスペースに提供されることができる。高い圧力は、5バールを超える圧力であり、好ましくは7バールを超える圧力にすることができる。これは、ステップ（iv）において形成される構造体の形が、ステップ（vii）の第二の硬化までおよびステップ（vii）の第二の硬化において維持されることを保証する。
【００４３】
方法は、層または構造体をモールドから除去するステップ（viii）をさらに備えることができる。
【００４４】
ステップ（viii）は、ステップ（iv）に続いて、ステップ（iv）とステップ（v）との間に、またはステップ（v）とステップ（vi）との間に、行なわれることができる。追加的にまたは別法として、マンドレルおよび／または層または構造体は、ステップ（iv）とステップ（v）との間で冷却されることができる。マンドレルが剛体になって層に対して構造的支持を提供するように、マンドレルが冷却されることができる。それによって、層がステップ（iv）での完全硬化に到達したとしても、マンドレルおよび層が、モールドから除去されるのが可能になる。上で説明されるように、方法は、層または構造体を第二の硬化にさらすステップ（vii）を備えることができる。ステップ（vi）の前に除去することにより、第二の硬化が、第一の硬化よりも別の場所または時間に起こることが可能になる。例えば、第一の硬化はオートクレーブにおいて行なわれることができ、第二の硬化はオーブンにおいて行なわれることができる。
【００４５】
ステップ（viii）において層または構造体を除去するステップは、ステップ（vi）とステップ（vii）との間に、またはステップ（vii）の後に続いてあることができる。層が、それ自身を支えるための、第一の硬化において十分な構造的強度に到達している場合、これは可能である。
【００４６】
ステップ（iv）での硬化温度よりも高い温度は、第二の材料の完全硬化またはガラス化に到達するために、十分に長い時間、維持されることができる。これは、完全硬化用の追加のステップが構造体の製造において必要ではないという長所を有する。それは、より効率的なプロセスという長所を有する。
【００４７】
ステップ（ii）において、マンドレルの外面の上に第二の材料の層を設けるステップは、第二の材料からなる一つ以上のシートをマンドレル上に貼り付ける（apply）ステップを備えることができる。これは、最終構造体の構造的完全性および強度に寄与することができるマンドレルに層が貼り付けられる前に層が構造的完全性を有することができるという長所を持つ。各シートは、繊維配向を規定することができる。シートは、最終構造体の強度を高めることに寄与する異なる層間で、または、構造体を設計する際に大きな自由度を可能にする最終構造体の部分間で、複数の繊維配向を規定するように貼り付けられることができる。シートは既製品にすることができる。
【００４８】
一つ以上のシートでの繊維は、織物または布のファブリックを形成することができる。樹脂は、織物または布ファブリックを含浸することができる。これは、最終構造体の強度を高めることに寄与する。一つ以上のシートは、重なり層で適用されることができる。これは、最終構造体の強度を高めるためにも寄与する。一つ以上のシートは、一つ以上のシートが、マンドレルにおよび／または互いに接着することを可能にするための接着面を有することができる。これは、シートがマンドレルに対しておよび重なり層で容易に貼り付けられることができるという効果を有する。それは、製造方法の効率の改善に寄与する。第一の態様の方法は、これらが相対的に硬いので、樹脂で含浸された織物または布のファブリックの形成されるシートに特に適している。相対的に硬いシートをモールドキャビティの壁に従わせるために、ステップ（iv）での加圧流体は、高圧で提供されることができる。
【００４９】
方法は、ステップ（iv）に先立ってまたはステップ（iv）と同時に、マンドレルとモールドとの間のモールドキャビティ内部にあるエアを排出するステップ（ix）を備えることができる。
【００５０】
ステップ（ix）は、ステップ（iv）において、マンドレルは、外側に膨張するとともに、マンドレルと層との間で、または層とモールドとの間でエアをトラップすることなく層をモールドに押し付けることができるという効果がある。トラップされたエアは、構造体が所望の形に到達するのを妨げることができる。それは回避され、製造が改善される。
【００５１】
構造体は、より大きな構造体の一部分を形成することができる。方法は、繊維で強化されるとともに構造体に結合された追加の構造体を形成するようにさらに構成されることができる。モールドは、追加の外面と、モールドの外側からモールドキャビティにアクセス可能にするためのギャップとを備えることができる。ステップ（iii）は、モールドの追加の外面の上に第二の材料からなる追加の層を設けるステップと、ギャップを介してマンドレルの外面上に設けられた層に追加の層を結合するステップとをさらに備えることができる。ステップ（iv）は、追加の層を追加の外面に押し付ける圧力を生成するステップと、追加の構造体を形成するために第二の材料の硬化温度よりも高い温度に追加の層を加熱するステップとをさらに備えることができる。
【００５２】
ギャップは、モールドの外側からアパーチャにアクセス可能にするようにさらに構成されることができる。これにより、上述された開口およびギャップは、同じにすることができる。これは、追加の構造体を介してアパーチャに到達できることを意味する。それは、いずれかの開口なしでそのような構造体を製造することができることを意味する。開口無しは、改善された強度に寄与することができる。構造体は、ホイールのハブおよびスポークを構成することができる。また、追加の構造体は、ホイールのリムを構成することができる。
【００５３】
この発明のすべての態様において、マンドレルは、モールドキャビティの形状に一致するかまたは従うように形作られることができる。これは、マンドレルと層とモールドとの間でピッタリとフィットすること（tight fit）を可能にし、薄くおよび／または一様な厚い壁を持った構造体を可能にする。追加的にまたは別法として、アパーチャは、マンドレルの外側からマンドレルの内部への唯一の開口にすることができる。これは、マンドレルまたはモールドの環境が低い圧力であっても、増加した圧力がマンドレルの内部において維持されることができるという効果を有する。例えば、チューブおよびマンドレルの外側が大気圧にある場合、加圧流体はコンプレッサで生成されるともに、パイプでアパーチャに運ばれることができる。
【００５４】
すべての態様において、マンドレルは、アパーチャが位置する突出部を備えることができる。これは、突出部がマンドレルの残りと同じ材料からなることを意味する。突出部は、モールドの外側にアパーチャを配置するように構成されることができる。または、突出部は、マンドレルがモールドキャビティに配置されるとき、モールドの外側にアパーチャを配置するためのモールドの開口を貫通して延びるように構成されることができる。これは、圧力源にアパーチャを結合するときアパーチャに到達することをより簡単にする。それは、より容易な取り扱いに寄与する。流体が逃げるかまたは開口を介してモールドキャビティに入るのを防止するために、突出部は、突出部とモールドとの間に密閉を提供するように構成されることができる。これは、エアが層とモールドとの間で漏れるのを防止する。それは、アパーチャにおいて単に圧力を増加させることによって、例えば、圧力チャンバまたはオートクレーブにおいてモールドキャビティの内部にマンドレルで形成すること（placing the form with）ことによって、マンドレル内部における圧力が増加できることを意味する。マンドレルは、ブロー成形、回転成形または３Ｄ印刷によって製造されることができる。
【００５５】
繊維強化の構造体の製造方法に係る実施形態は、図１から図１０に例示される。第一のステップでは、マンドレル10が提供される。マンドレルの斜視図が、図１ａに示される。また、その長手延在方向においてマンドレル10の中央で切り取られた断面図が、図１ｂに示される。マンドレルは、外面12、中空の内部14およびアパーチャ16を有する。アパーチャ16は、流体がマンドレル10の内部14に入ることを可能にする。マンドレル10は、室温で剛体であって第一の材料が溶融する溶融温度を有する第一の材料からなる。また、溶融温度に近づくとき、第一の材料は変形可能になる。
【００５６】
第二のステップにおいて、図２ａの斜視図および図２ｂの断面図に示されるように、第二の材料からなる層18は、マンドレル10の外面12の上に設けられる。図２ｂでの断面図は、図１ｂの断面に対応する。層18は、アパーチャ16をブロックすることなく設けられる。第二の材料は、未硬化の熱硬化性の樹脂と、最終構造体を強化するように構成された繊維を備える。第二の材料は、硬化温度を有し、硬化温度よりも低い温度でしなやかであり、硬化温度よりも高い温度で硬化する。追加的に、第二の材料の硬化温度は、第一の材料の溶融温度より低い。
【００５７】
第三のステップ（図３および図４に例示される）において、マンドレル10および層18は、モールド20で形成されるモールドキャビティ22に配置される。図４に示されるように、モールド20は、モールド20の外側からアパーチャ16にアクセス可能にする開口32を有する。
【００５８】
第四のステップ（図５および図６に例示される）において、マンドレル10が変形可能になるように、マンドレル10が、第一の材料の溶融温度よりも低い温度に加熱される。図５ｂおよび図６ｂでの断面は、図１ｂでの断面に対応する。その加熱は、図５ａおよび図５ｂに例示される。マンドレル10の内部14での圧力を増加させるための加圧流体は、アパーチャ16で提供され、マンドレル10を外側に膨張させるように働く力が生成される。図６ａおよび図６ｂに例示されるように、マンドレル10は、外側に膨張して、層18をモールド20に押し付ける。層18がモールド20に押し付けられると、層18が硬くなるように、層18は、第二の材料の硬化温度よりも高い温度に加熱される。
【００５９】
第五のステップ（図７ａおよび図７ｂに例示される）において、マンドレル10が溶融するように、マンドレル10は、第一の材料の溶融温度よりも高い温度に加熱される。図７ｂでの断面は、図１ｂでの断面に対応する。第六のステップ（図７ａおよび図７ｂに例示される）において、溶融されたマンドレル10は、構造体24から除去される。溶融されたマンドレル10がモールド20の開口32を介してひとりでに流出するように、モールド20および構造体24は、形成され且つ配置される（oriented）。
【００６０】
第四のステップでの硬化ステップ（図６ａおよび図６ｂに関連して説明される）は、第一の硬化または初期硬化ステップである。第七のステップ（図８ａおよび図８ｂに例示される）において、層18または構造体24は、第一の硬化の温度よりも高い温度で第二の硬化にさらされる。図８ｂでの断面は、図１ｂでの断面に対応する。ガラス化または完全硬化は、第二の硬化において達成される。代替の実施形態では、第一の硬化は、ガラス化または完全硬化に到達するのに十分である。第二の硬化は、行なわれない。第二の硬化では、温度が、マンドレル10の第一の材料の溶融温度よりも高い。これは、第二の硬化の温度に到達するために加熱する間に、マンドレル10が溶融するのを可能にする。溶融されたマンドレル10が、モールド20からひとりでに流出することが上述されている。それは、第四のステップから第七のステップに行くとき、第五のステップおよび第六のステップが連続的に行なわれることを意味する。代替の実施形態では、第二の硬化は、第四のステップと第五のステップとの間に、第五のステップと同時に、または第六のステップの後に、行なわれる。
【００６１】
第四のステップにおいて、その内部にマンドレル10および層18を備えたモールド20は、オートクレーブ26に配置される（図１０に模式的に例示される）。オートクレーブ26は、閉じられたオートクレーブ26の圧力チャンバ32の内部で加圧された雰囲気を生成することができるエア・コンプレッサの形をした圧力源28を有する。オートクレーブは、加圧された雰囲気を加熱できる加熱要素30をさらに有する。第四のステップは、オートクレーブ26において行なわれる。加熱された雰囲気は、アパーチャ16を介した対流とモールド20を介した伝導との両方で、マンドレル10および層18を加熱する。図３および図４に関連して説明された第三のステップにおいて、マンドレル10のアパーチャ16は、モールド20の周囲（surroundings）に開放したままである。これにより、加圧された雰囲気は、アパーチャ16を介してマンドレル10の内部14に入り、マンドレル10を強制的に外側に膨張させる。
【００６２】
第五のステップから第七のステップも、オートクレーブ26において行なわれる。加熱要素30は、オートクレーブ26内部での雰囲気の温度を増加させる、これにより、加熱ステップが行われる。加圧された雰囲気は、第四のステップから第七のステップの間、オートクレーブにおいて維持される。それは、ガラス化または最終硬化が完了するまで、高い圧力が層18をモールド20に押し付けることを意味する。
【００６３】
マンドレル10はポリエチレンからなり、つまり、第一の材料は熱可塑性物質である。ポリエチレンは、約120℃から約130℃の溶融温度を有し、溶融温度よりも高い温度で溶融し始める。層は、エポキシ樹脂で融合した炭素繊維からできており、つまり、第二の材料は、これらの構成要素を有する。エポキシ樹脂は、エポキシ樹脂が硬化する110℃の硬化温度を実質的に有する。モールド20の内部にマンドレル10および層18を持ったモールド20がオートクレーブに配置された後、加熱要素30は、室温から約170℃にオートクレーブ26内部の雰囲気を連続的に加熱する。オートクレーブ26内部での雰囲気の制限された熱輸送、および、マンドレル10と層18とモールド20との熱慣性が、これらの構成要素の温度を、雰囲気の温度よりもゆっくりと上昇させる。これにより、第四のステップでの層18の硬化のあとに、第五のステップでのマンドレル10の溶融と第六のステップでの溶融されたマンドレル10の除去とが、スムーズに続く。温度は、第七のステップにおいて層18または構造体24が樹脂のガラス化または完全硬化を達成するのに十分に長い時間で170℃に維持される。
【００６４】
上述されるように、モールド20がオートクレーブに配置された後、圧力源28は、雰囲気の圧力を７バールから８バールの高い圧力に増加させる。第七のステップが完了するまで、圧力が維持される。マンドレルの温度がポリエチレンの溶融温度に近づくとき、マンドレル10は、軟質に（soft）且つしなやかに（pliable）なる。これが起こると、オートクレーブ26内部での高い圧力は、マンドレル10に対して強制的に層18をモールドに押し付けて構造体24を形成するようにさせて、この方法の第四のステップを可能にする。
【００６５】
図２ａおよび図２ｂに関連して上述される第二のステップにおいて、層18は、マンドレル10の上に第二の材料からなる一つ以上のシート（図示せず）を貼り付ける（apply）ことによって、マンドレル10上に設けられる。各シートは、樹脂で含浸された炭素繊維の既製品の織物である。シートの織物は、繊維の特定方位を規定する。シートは、マンドレル10の方に指向する接着面を有する。また、シートは、いくつかの重なり層（overlapping layers）で適用される。結果として生じる層18がマンドレル10の外面12またはマンドレル10の一部分を完全に包み込んで覆うように、シートが貼り付けられる。これにより、中空の最終構造体24をもたらす中空のスペースが形成される。
【００６６】
第七のステップの後、層18または構造体24が、第八のステップにおいてモールドから除去される。それは、上記方法で製造された最終構造体24を示す図９ａおよび図９ｂに例示される。図９ｂでの断面は、図１ｂでの断面に対応する。例えば、構造体24は、高い強度対重量比を有するパイプ・セクションとして使用されることができる。
【００６７】
上述されるように、実施形態は、モールド20のモールドキャビティ22に配置されるように構成されたマンドレル10を含む。モールドは、モールド20の外側からモールドキャビティ22にアクセス可能にするための開口32を有する。マンドレル10は、中空の内部14およびアパーチャ16を有する。マンドレル10は、モールドキャビティ22に配置されるときに、開口を介してアパーチャ16がアクセスされることを可能にするように構成される。さらに、マンドレル10は、室温で剛体であって、温度がマンドレル10の溶融温度に近づくときに軟質に且つしなやかになる材料で製造される。第二の態様のマンドレルは、第一の態様の方法が行なわれるのを可能にする。
【００６８】
成形システムは、図１から図１０に関連して上述されている。成形システムは、モールド20およびマンドレル10から成る。モールド20は、モールドキャビティ22と、モールド20の外側からモールドキャビティ22にアクセス可能にするための開口32を有する。マンドレル10は、中空の内部14と、流体が内部14に入ることを可能にするアパーチャ16とを有する。マンドレル10がモールドキャビティ22に配置されるとき、開口32を介してアクセスすることができるように、アパーチャ16はマンドレル10の上に位置する。マンドレル10はモールドキャビティ22よりも小さくて、キャビティ22は層18を収容するためのスペースをマンドレル10とモールド20との間に形成する。
【００６９】
上記の実施形態では、マンドレル10は、モールドキャビティ22の形状に一致するとともに従うように形作られる。これは、図１ｂに例示されるように、正方形の断面を備えたマンドレルと、図５ｂに例示されるように、直角に組み立てられ、壁セクション34におけるねじ36および穴37で一緒に固定されて、正方形の断面を有するモールドキャビティを備えたモールド20を形成する四つの矩形の壁セクション34からなるモールドとを有することによって達成される。マンドレル10と、層18と、モールド20との間では、ピッタリとフィットする（tight fit）。それは、薄い壁を持った最終構造体24をもたらす。追加的に、アパーチャ16は、マンドレル10の外側からマンドレル10の内部14への唯一の開口である。
【００７０】
繊維強化の構造体を製造する方法に係る第二の実施形態は、図１１から図２０に例示される。この実施形態は、図１から図１０に関連して説明される第一の実施形態と共通する多くの特徴を有する。違いだけがここで説明される。同じ機能を有する特徴は、同じ数字のインデックスを共有する。特徴のいくつかの数字のインデックスには、それらを機能的に識別するためにプライムが与えられている。図１１から図１９に例示されたステップは、図１から図９のステップに似ている。図１１のステップが図１のステップに対応し、図１２のステップが図２のステップに対応する。
【００７１】
図１１ａおよび図１１ｂに例示された第一のステップでは、マンドレル10が一端に突出部38を備えている。アパーチャ16が突出部38に位置する。アパーチャ16がマンドレル10の内部14への唯一のアクセスであるように、マンドレル10の他端が閉じられている。突出部38は、マンドレル10の残りと同じ材料からなる。第二のステップにおいて、層18は、第一の実施形態と同じ方法でマンドレル10の外面12に貼り付けられる。しかしながら、突出部38の端部は、層18によって覆われていない。それは、外面12の一部分だけが、層18で覆われることを意味する。
【００７２】
図１３および図１４に例示された第三のステップにおいて、マンドレル10および層18は、モールド20によって形成されるモールドキャビティ22に配置される。モールド20は、円形の断面を備えた開口32を有する。開口32を介して、突出部38が延在し、モールド20の外側にアパーチャ16を配置する。突出部38は、開口32の内部と係合して、開口32と突出部38との間で密閉を提供する。
【００７３】
第四のステップ（図１５および図１６に例示される）において、図２０に模式的に示されるように、アパーチャ14は、エア・コンプレッサの形での圧力源28´に圧力管体40を介して接続される。圧力源28´は加圧流体を提供する。また、圧力管体40は加圧流体をアパーチャ16に運ぶ。その内部にマンドレル10および層18を持ったモールド20は、オーブン42内部での雰囲気を加熱する加熱要素30´を有するオーブン42に配置される。加熱された雰囲気は、モールド20を加熱し、同様にして層18およびマンドレル10を加熱する。
【００７４】
第五のステップ（図１７ａおよび図１７ｂに例示される）において、その突出部38を含むマンドレル10が溶融するように、マンドレル10は加熱される。第五のステップに続いて、図１８ａおよび図１８ｂに例示された第七のステップが直ちに行われる。それは、層18または構造体24が、溶融されたマンドレル10がその内部にある状態で第二の硬化にさらされることを意味する。溶融されたマンドレル10が構造体24から除去される第六のステップと、層18または構造体24がモールドから除去される第八のステップとは、同時に行なわれる。溶融されたマンドレル10が開口32を介して流出することができ、図１９ａおよび図１９ｂに例示された最終構造体24をあらわにする（reveal）ために、その後にモールド20が開放されるように、モールド20が傾けられる。第六のステップおよび第八のステップは、図に明示的に示されていない。
【００７５】
繊維強化の構造体の製造方法に係る第三の実施形態は、図２１から図３０に例示される。この実施形態は、図１から図１０に関連して説明される第一の実施形態と多くの特徴を共有する。違いだけがここで説明される。同じ機能を有する特徴は、同じ数字のインデックスを共有する。特徴のいくつかの数字のインデックスには、それらを第一の実施形態と区別するためにプライムが与えられている。図２１から図２９に例示されたステップは、図１から図９のステップに似ている。図１１のステップが図１のステップに対応し、図１２のステップが図２のステップに対応する。
【００７６】
図２１ａおよび図２１ｂに例示された第一のステップでは、マンドレル10が追加のアパーチャ46を備える。追加のアパーチャ46は、アパーチャ16と形状およびサイズにおいて同一である。それは、マンドレル10が実質的に正方形の断面を備えたチューブであることを意味する。これにより、流体はアパーチャ16を介してマンドレル10の内部14に流入し、追加のアパーチャ46を介して流出することができる。第二のステップにおいて、追加のアパーチャ46が層18で覆われないという違いを持って、層18は、第一の実施形態と同様にマンドレル10の外面12に貼り付けられる。
【００７７】
図２３および図２４に例示された第三のステップにおいて、マンドレル10および層18が、モールド20で形成されるモールドキャビティ22に配置される。モールド20は、開口32と、モールドの外側からモールドキャビティ22にアクセス可能にするとともに流体の流れが開口32を介してマンドレル10の内部14に入り且つ追加の開口52を介してマンドレル10の内部から出ることを可能にする追加の開口52とを有する。
【００７８】
第四のステップ（図２５および図２６に例示される）において、図３０に模式的に示されるように、開口32は、エア・コンプレッサの形での圧力源28´に圧力管体40を介して接続される。圧力源28´は、加圧流体を提供する。圧力管体40は、加圧流体を開口32に運び、それによってアパーチャ16に運ぶ。圧力管体40は、加圧流体を加熱するヒーター50を通過する。加熱された加圧流体は、開口32を介してマンドレル10の内部14に入り、追加の開口を介して内部14から出る。加熱された加圧流体は、マンドレル10を加熱する。それは同様にして層18を加熱する。加圧流体の流れが追加のアパーチャ46で制限されるように、追加の開口52は開口32よりも小さい。それによって、圧力が、マンドレル10を外方に膨張させるように働く力を作り上げて且つ生成する。
【００７９】
第五のステップにおいて、ヒーター50は、より多くの熱を加圧流体の流れに提供する。それは、マンドレル10を溶融させる（図１７ａおよび図１７ｂに例示される）。第五のステップに続いて、図２８ａおよび図２８ｂに例示された第七のステップが直ちに行われる。加圧流体は、層18または構造体24を加熱し続ける。これにより、層18または構造体24を第二の硬化にさらす。溶融されたマンドレル10が構造体24から除去される第六のステップと、層18または構造体24がモールドから除去される第八のステップとが、同時に行なわれる。溶融されたマンドレル10が開口32を介して流出することができ、その後に図２９ａおよび図２９ｂに例示された最終構造体24をあらわにするためにモールド20が開放されるように、モールド20が傾けられる。第六のステップおよび第八のステップは、図に明示的に示されていない。
【００８０】
繊維強化の構造体の製造方法に係る第四の実施形態は、図３１から図４２に例示される。ここで、構造体24は、陸上車両用のホイールである。この実施形態は、図１から図１０に関連して説明される第一の実施形態と共通する多くの特徴を有する。第一の実施形態に関する違いだけが、ここで説明される。同じ機能を有する特徴は、同じ数字のインデックスを共有する。特徴のいくつかの数字のインデックスには、それらを第一の実施形態と区別するためにプライムが与えられている。
【００８１】
図３１から図３４に例示された第一のステップでは、マンドレル10が提供される。図３１は正面図、図３２は横断面の正面図、図３３は、図３１での垂直の対称線に沿って切り取られた横断面の側面図である。マンドレルは、中空の環状の中心部54と、環状の中心部54から対称的に外方へ延在する五つの中空の突出56とを有する。環状の中心部54および突出部がマンドレル10の単一の中空の内部14を形成するように、環状の中心部54および突出部が結合される。環状の中心部54は、ホイール・ハブの内部に中空のスペースを形成するためのものである。突出56の各々は、ハブに結合されたスポークの内部に中空のスペースを形成するためのものである。製造されるホイールの回転軸58は、ポイントおよび破線で示される。
【００８２】
アパーチャ16が位置する突出部38は、環状の中心部に結合される。突出部38は、マンドレル10の残りと同じ材料からなる。図３４は、図３３の複製であるが、それに続くステップを例示する図に一致するように回転される。図３５から図４２は、すべて、図３３の断面に対応する断面である。
【００８３】
第二のステップ（図３５に例示される）において、層18は第一の実施形態と同様にマンドレル10の外面12に貼り付けられる。突出部38を除いて、マンドレル10の全体が覆われる。これは、突出部38において層18に開口39が設けられていることを意味する。マンドレル10の寸法と比較して、開口39は、小さくて、開口39によってマンドレル10が除去されるのを防止する。しかしながら、マンドレル10が溶融される場合、マンドレル10は、開口39を介して除去されることができる。
【００８４】
図３６に例示された第三のステップにおいて、マンドレル10および層18は、モールド20によって形成されるモールドキャビティ22に配置される。モールド20の図は、図面に適合するように左側にある。モールド20は、ボルト64で一緒に保持される、第一の部分60および第二の部分62で構成される。マンドレル10は、それがモールドキャビティ22の内部で層18のためにスペースを残すように、モールドキャビティ22の形に一致してかつ従うように形作られる。モールドは、五つのギャップ66を有する。各ギャップ66は、マンドレル10の突出56の先端部68に配置され、モールド20の外側からマンドレル10にアクセス可能にする。
【００８５】
モールド20は追加の外面70を有する。第二の材料からなる追加の層78は、モールドの追加の外面70に貼り付けられ、すべてのギャップ66を介してマンドレル10の外面12の上に設けられる層18に結合される。追加の層78は、層18と同様にシートで貼り付けられる。それは、上記の図２ａおよび図２ｂに関連して説明される。追加の層78は、最終ホイールのリムの円筒状のスリーブおよび自由縁を形成するためのものである。
【００８６】
モールド20は、円形の断面を備えた開口32を有する。開口32を介して突出部38が延在し、モールド20の外側にアパーチャ16を配置する。突出部38は、開口32の内部と係合して、開口32は突出部38とモールド20との間で密閉を提供する。
【００８７】
第四のステップは、図３７から図３９に例示される。モールド20の全体は、フリース72を身に付けており（dressed in）、気密のバッグ74に入れられる（図３７に例示される）。バッグは、突出部38用の気密の導出部（lead-through）76と、バッグ内部のエアが排出される出口80とを有する。図４３に模式的に例示されるように、モールド20およびバッグ74は、オートクレーブ26に配置される。バッグ74の出口80およびバッグに結合されたポンプ44が排気される。フリース72は、バッグ74とモールド20との間の密閉（sealing）を防止して、これにより、バッグ内部の全体が排気されることを可能にする（図３８に例示される）。エアは、モールド20の第一の部分60と第二の部分62との間で漏出するであろう。これは、第九のステップを構成する。第九のステップでは、マンドレル10とモールド20との間、および追加の層78と追加の外面70との間のモールドキャビティの内部にあるエアが排気される。
【００８８】
第一の実施形態のように、オートクレーブ26は、閉じられたオートクレーブ26の圧力チャンバ32の内部で加圧された雰囲気を生成することができるエア・コンプレッサの形での圧力源28を有する。オートクレーブは、加圧された雰囲気を加熱できる加熱要素30をさらに有する。第四のステップは、加熱された雰囲気が、マンドレル10および層18を含むバッグ74内部にある内容物の全体を加熱するオートクレーブ26において行なわれる。加圧された雰囲気は、アパーチャ16を介してマンドレル10の内部14に入る。加圧された雰囲気は、マンドレル10を外側に膨張させるとともに、層をモールド20に押し付ける。その後に、図３９に例示されるように、層18はこの位置で硬化する。
【００８９】
同時に、加熱および加圧された雰囲気は、追加の層78を追加の外面70に押し付けて、第二の材料の硬化温度よりも高い温度に追加の層78を加熱する（図３９に例示される）。
【００９０】
第四のステップは、バッグ74からモールドを除去することによって終了する。このステップに続いて第五のステップが行われる。第五のステップでは、マンドレル10が溶融するように、第一の材料の溶融温度よりも高い温度にマンドレル10が加熱される。このステップに続いて第六のステップが行われる。第六のステップでは、溶融されたマンドレル10がモールド20の開口32を介してひとりでに流出する。第五のステップおよび第六のステップが、図４４に例示される。第七のステップの追加の硬化が、図４１に例示される。第四の実施形態は、上述された第四のステップの終わりにバッグ74の除去を可能にするために、オートクレーブ26が一時的に開放される点で第一の実施形態と異なる。加熱および加圧は、オートクレーブを開放する前に中断され、オートクレーブ26を閉じた後に再開される。
【００９１】
第七のステップにおいて（図４１に例示される）、層18および追加の層78が、第一の実施形態における第二の硬化に類似する第二の硬化にさらされる。第七のステップに続いて第八のステップが行われる。第八のステップでは、層18または構造体24が、モールド20から除去される。これは、図４２に例示される。図４２は、円筒状のスリーブ86および二つの環状の自由縁88からなるリム84と、五つの中空のスポーク92によってリム84の内部に結合された中空のハブ90とを有する、繊維強化ホイール82の横断面の側面図を示している。
【００９２】
第四の実施形態に対する代替の実施形態では、それがギャップ66のうちの一つを貫通して延びるように、突出部38は、突出58のうちの一つの先端部68でマンドレル10上に位置している。これにより、ギャップ66は、開口の機能を有するが、突出部と開口との間には密閉が存在しないという違いを備える。この代替の実施形態は、図４４に例示される。図４４は、第四のステップの終了時の状態を示している。第七のステップ追加の硬化の後、バッグ74の内容物が第四のステップから第七のステップの終了までオートクレーブの内部で加熱および加圧された雰囲気の中で連続的に加熱されるまで、モールド20はバッグ74に留まっている。第六のステップは、第七のステップの前に行なわれない。これは、第二の実施形態のように、溶融されたマンドレル10が追加の硬化の間にモールド20の内部に留まることを意味する。
【００９３】
突出部38は、スポークの中空の内部に到達することができる最終リムにアクセスホール94を残す。モールドがバッグ74から除去された後、対応する穴は、他のスポークの各々に空けられる。これに続いて第六のステップが行われる。第六のステップにおいて、溶融されたマンドレル10が、穴を介してはみ出して（forced out）、それによって構造体から除去されるように、ホイールは回転軸58のまわりで回転する。これに続いて第八のステップが行われる。第八のステップにおいて、最終構造体24またはホイール82がモールド20から除去される。
【符号の説明】
【００９４】
10  マンドレル
12  外面
14  中空の内部
16  アパーチャ
18  層
20  モールド
22  モールドキャビティ
24  構造体
26  オートクレーブ
28  圧力源
30  加熱要素
32  モールドの開口
34  矩形の壁セクション
36  ねじ
37  穴
38  突出部
40  圧力管体
42  オーブン
44  ポンプ
50  ヒーター
52  モールドの追加の開口
54  環状の中心部
56  突出
58  回転軸
60  第一の部分
62  第二の部分
64  ボルト
66  ギャップ
68  突出の先端部
70  追加の外面
72  フリース
74  バッグ
76  導出部
78  追加の層
80  出口
82  ホイール
84  リム
86  円筒状のスリーブ
88  自由縁
90  ハブ
92  スポーク
94  アクセスホール
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１６ａ】
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【図１６ｂ】
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【図１７ａ】
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【図１７ｂ】
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【図１８ａ】
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【図１８ｂ】
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【図１９ａ】
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【図１９ｂ】
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【図２０】
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【図２１ａ】
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【図２１ｂ】
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【図２２ａ】
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【図２２ｂ】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５ａ】
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【図２５ｂ】
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【図２６ａ】
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【図２６ｂ】
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【図２７ａ】
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【図２７ｂ】
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【図２８ａ】
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【図２８ｂ】
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【図２９ａ】
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【図２９ｂ】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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