(57)【要約】【課題】  繊維複合材料から部品を生産する方法を提供する。【解決手段】  本発明は、繊維複合材料から、一部分が中空の部品（３６）を生産する方法に関する。この場合、射出成形または鋳造により、可溶コア（４）が支持コア（６）に塗布される。次いで、強化用繊維（１０）がコア（２）に塗布される。そのプロセスにおいて、繊維組織（１４）が作られる。繊維組織（１４）は樹脂で含浸される。繊維組織（１４）は、コア（２）と共に、連続炉（１８）内に入れられる。連続温度プロセス中に、まず繊維組織（１４）が寸法安定性のある状態に到達するように、樹脂が硬化され、次いで可溶コアの材料がコア（２）から溶け出す。次いで、支持コア（６）が部品（３６）から取り除かれる。【選択図】      図４
2004338407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維複合材料から、少なくとも一部分が中空の部品を生産する方法であって、
（ａ）可溶コア（４）及び支持コア（６）から結合されたコアを生産する工程と、
（ｂ）繊維組織（１４）を作り出すために強化用繊維（１０）を前記コア（２）に塗布する工程と、
（ｃ）硬化性の樹脂に前記繊維組織（１４）を含浸する工程と、
（ｄ）前記コア（２）と前記繊維組織（１４）とを含む複合材料（１６）を連続炉（１８）内に導入する工程と、
（ｅ）連続プロセスにおいて、第１の温度工程で、前記樹脂が寸法安定性のある状態にまで硬化される工程と、
（ｆ）第２の温度工程で、前記可溶コア（４）が前記部品から溶融して出る工程と、
（ｇ）次いで、前記支持コア（６）を、前記部品（３６）から取り除く工程と、を含む方法であって、
前記（ｃ）の工程に続いて、前記複合材料（１６）が較正用の金型（１２）内で暖められ、したがって前記可溶コア（４）が、熱膨張し、前記金型の壁に対して前記繊維組織（１４）を押圧し、前記（ａ）の工程における前記結合されたコア（２）の前記生産が、前記可溶コア（４）を前記支持コア（６）に射出成形することまたは鋳造することによって行われる方法。
【請求項２】
前記可溶コア（４）は、溶融して出た後に、再び前記射出成形プロセスまたは前記鋳造プロセスに供給される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記可溶コア（４）の材料は、ワックスからなる、請求項１あるいは２に記載の方法。
【請求項４】
前記可溶コア（４）は、運搬装置（２０）にしたたり落ち、前記連続炉領域から運ばれ出る、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記支持コア（６）が中空であり、その表面上に開口部（２４）を有し、溶融された前記コアの材料（２５）が該開口部を通って流れ出し得る、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記溶融された前記コアの材料（２５）がペレット（２８）へと形作られ、かつ凝固する手段（２６）が、設けられる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記ペレットを形成する前記手段（２６）が、前記部品と前記運搬装置（２０）との間に取り付けられる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ペレット（２８）を形成する前記手段（２６）が、前記支持コア（６）の下部開口部（２７）に取り付けられる、請求項６あるいは７に記載の方法。
【請求項９】
前記樹脂に前記繊維組織（１４）を前記含浸することが、前記コア（２）に巻き付ける前に、前記強化用繊維（１０）を含浸することによって行われる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記樹脂に前記繊維組織（１４）を前記含浸することが、巻き付けた後に含浸することによって行われる、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記樹脂（１４）が、前記強化用繊維の前記含浸の後かつ前記連続炉（１８）内へ導入する前のエネルギの作用によってプレゲル化される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記コア（２）と前記繊維組織（１４）とを含む複数の前記複合材料（１６）が、共に配置され、次に、多室状の外形（３１）を形成するよう巻き付けられる、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
巻付補助具（３０）が、前記コア内に組み込まれる、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の特徴を有する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１では、繊維強化構造部品の生産について記載している。この場合、これは、複数の繊維（ファイバー）を具備する中空室（籠）の外形である。複数の細分された空洞を有する中空室（籠）の外形を構成することが可能である。しかし、特許文献２は、このような中空の外形が、どの程度大量生産に適した方法で生産され得るかという疑問を残したままである。
【０００３】
特許文献３でも、同様に、繊維複合材料を生産する方法について記載している。この場合、基材は、熱可塑性マトリックスプラスチックである。エンドレスファイバがコアに巻き付けられ、熱可塑性樹脂に含浸される。特許文献３によれば、エンドレスファイバが巻き付けられたコアは、金属、プラスチック、またはガラスからなる。この種のコアは、相当に固く、かつ寸法安定性があり、したがって、部品がアンダーカットを有する場合には、このコアを部品から取り除くことができない。さらに、上述の特許出願においては、固体の出発原料が繊維強化プラスチックに使用されており、溶剤内に溶解した後に初めて、繊維組織内に導入することができる。溶剤は、繊維組織を含浸した後に、再び取り除かなければならない。したがって、健康及び安全及び環境保護のために、複雑な対策が必要となる。さらに特許文献３は、溶剤を除去した結果、気孔が形成されるのをいかに防止するかに関する疑問を残したままである。
【０００４】
特許文献４では、繊維及び樹脂がコアに塗布される方法について記載しており、そのコアは、繊維組織が硬化された後に取り除かれる充填剤（フィラー）を含む。しかし、特許文献４では、大量生産に適した、このような部品のための信頼のおけるプロセスによる生産方法について記載していない。
【０００５】
【特許文献１】特開平０８−１８４１２８Ａ号明細書
【特許文献２】特開平０８−１８４１２３Ａ号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１９７３６５７３Ａ１号明細書
【特許文献４】欧州特許第１１０９６５７Ｂ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、熱硬化性プラスチックの基材（マトリックス）を有する繊維複合材料を生産する方法を提供することであり、この方法を用いてアンダーカットの形成（外観）が実現され得る。さらに、本発明の方法は、経済的であり、かつ高いプロセス信頼性を保証するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、請求項１に記載の特徴による方法によって達成される。
【０００８】
本発明に従って繊維複合材料を生産する方法には、以下の工程が含まれる。即ち、射出成形法においてまたは鋳造法により、可溶コアが支持コアに塗布される。強化用繊維がこのコアに塗布され、繊維組織が作られる。繊維組織の塗布は、たとえば、繊維を巻き付けるかまたはより合わせることによって行われ得る。このため、適切な巻付機または編組機が使用される。
【０００９】
適宜、繊維組織は、コアに塗布される前に硬化性樹脂に含浸される。この場合、硬化性樹脂とは、樹脂と硬化剤との混合物、及び適宜、添加剤をも含む熱硬化性基材であると理解されたい。コア及び樹脂に含浸された繊維組織から、このように生産された複合材料が、連続炉に入れられる。ここでは、連続プロセスにおける第１の温度工程で、複合材料が充分な寸法安定性を示すような程度にまで樹脂が硬化される。第２の温度工程で、可溶コアは、複合材料から溶け出す（溶融して出る）。この場合、支持コアのみが複合材料内に留まる。次いで、支持コアが、このように生産された部品から引き抜かれる。
【００１０】
本発明の方法の利点は、それが連続プロセスであることである。繊維組織とコアとを含む複合材料は、含浸され及び巻き付けられた後に、ひきつづいて直接、連続炉内に入れることができ、部品を形成するよう硬化され得る。これの利点は、複合材料を蓄積しておく必要がないことである。このことにより、含浸された樹脂が繊維組織内に留まり、比較的長く蓄積しておいたために、したたり出るようなことがない。さらに、大量生産における樹脂の反応の過程が、この方法で確実に再現可能となり得る。この結果、かなりの品質上の利点が得られる。
【００１１】
本発明の方法のさらなる利点は、可溶コアと支持コアとを含む結合されたコア（結合コア）を使用して、部品のアンダーカットが実現され得ることである。このことは、このようなアンダーカットを形成している領域が可溶コアであり、支持コアが取り除かれる前に溶け出す（溶融して出る）という事によって実現される。
【００１２】
本発明のさらなる実施形態においては、可溶コアの材料は、溶け出した（溶融して出た）後、再び射出成形プロセスまたは鋳造プロセスに供給され得る。ここでの利点は、取り扱われる材料を節約することができ、それにより、本発明の方法がより経済的となることである。
【００１３】
好ましい改良形態においては、可溶コアはワックスからなる。ワックスは、比較的低い溶融温度を有し、かつ部品に過剰な熱応力を与えることなく部品から溶け出し得るという利点を有する。
【００１４】
溶融したコア（可溶コア）の材料は、連続炉内へと導かれて、運搬装置にしたたり落ちかつ炉（連続炉）の領域から運び出され得る。次いで、このようにして回収されたワックスは、再びコア（結合コア）の生産に供給され得る。
【００１５】
可溶コアの材料を溶け出させるために、好ましい実施形態においては、支持コアは中空に構成され得る。この場合、支持コアは開口部を有し、その中に溶融したコア（可溶コア）の材料が流れ込み、支持コア内のさらなる開口部を通って部品の外へ流れ出し得る。
【００１６】
この場合、溶融したコア（可溶コア）の材料を液滴またはペレットへと形作る手段が設けられ得る。この種の手段は、たとえば、網目スクリーンまたは多孔板の形態で構成され得る。可溶コアの材料は、これらの手段内の開口部を通って流れ、冷却され、液滴またはペレットを形成する。この種のペレットは、射出成形プロセスに使用するのに特に適している。
【００１７】
この場合、ペレットを形成するための上述した手段は、部品と運搬装置との間に取り付けることができる。一実施形態においては、ペレットを形成するための手段は、支持コアの下部開口部に取り付けられる。このことは、たとえば、多孔板を支持コアの出口開口部に取り付けることによってなされ得る。
【００１８】
樹脂に繊維組織を含浸することは、コアに塗布する前に強化用繊維を含浸することにより、既に行われ得る。この場合、強化用繊維は、たとえば、巻き付けプロセスの前に樹脂槽を通って調整される。他方、強化用繊維を巻き付けた後に、樹脂槽内に繊維組織とコアとを含む複合材料を含浸することも可能である。コアと共に含浸する２つの可能な方法が、単独でまたは２つを順に組み合わせて行われ得る。
【００１９】
樹脂の粘性及び流れ特性（流動性）によっては、この樹脂は、コアに塗布される前にまたは塗布された後に、強化用繊維を含浸した後、プレゲル化され得る。このことは、たとえば紫外線照射によって行われ得る予備硬化を含むと理解されたい。
【００２０】
本発明のさらなる実施形態においては、コアと繊維組織とを含む複数の複合材料が、多室状の外形を形成するよう組み立てられる。この多室状の外形は、繊維組織で取り囲まれる。個々の複合材料の組立ては、含浸の前にまたはその後に、そして樹脂のプレゲル化の前にまたはその後に行われ得る。
【００２１】
巻付補助具をコアに取り付けることができ、これにより、コア上で強化用繊維がずれることなく位置決めでき、かつ好ましい実施形態においては、直接コア内に組み込まれる。これらの巻付補助具は、たとえばつまみ（ノブ）の形態で構成され得る。これらのつまみは、可溶コアの射出成形と同時に既に組み込むことができる。この場合、これらのつまみは、直接樹脂から、またはたとえば金属からなり得る。
【００２２】
任意の中間工程においては、繊維組織とコアとを含む複合材料は、樹脂の含浸後、かつ連続炉へ導入する前に、較正用金型内で較正され得る。その結果、寸法安定性及び特に高い表面品質が、達成され得る。
【００２３】
以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を用いてより詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１では、支持コア６と可溶材料のコア（可溶コア）４とを含むコア（結合コア）２が示されている。コア２を作るために、支持コア６が射出成形機内に挿入され、ワックスで密閉される。支持コア６は、通常、鋼管またはアルミニウム管から成り得る。ここでは、支持コア６は湾曲した形態であることに留意されたい。金属、ガラス、またはプラスチックの固体のコアの場合には、このような形状は、部品３６から取り除くと必ず破損する。
【００２５】
この種のコア２は、複数の同一のコアと共に、適切な巻付機８に取り付けられ得る。巻付機８が、図２に概略的に示されている。この場合、複数のコア２には強化用繊維１０が同時に備えられる。選択肢として、（ここには示されていない）浸漬槽内で強化用繊維１０に樹脂を提供することが好ましいであろう。このことにより、繊維組織１４は、巻き付け後には既に樹脂に含浸されていることとなる。次いで、樹脂に対する繊維１０の吸収力によっては、繊維組織１４とコア２とを含む複合材料１６を、その後浸漬槽に入れることが必要であろう。２つの含浸方法は、個々にまたは２つを合わせて順に使用され得る。この方法及びその組み合わせの適用形態は、繊維または繊維組織がどのぐらいの樹脂を吸収し得るか、かつどのぐらいの樹脂が必要であるかに依存する。使用される繊維は、炭素繊維、アラミド繊維、またはガラス繊維であることが好ましい。
【００２６】
特に低い粘性の樹脂の場合においては、または短期的に蓄積する必要がある場合には、樹脂は、含浸の後にプレゲル化され得る。プレゲル化は、紫外線放射によりまたはマイクロ波によりまたは温度処理によりなされる。その結果、樹脂の流れる力が減少し、含浸された強化用繊維、または含浸された繊維組織とコアとを含む複合材料を、よりうまく取り扱うことができる。
【００２７】
特に高品質の表面を作るために、含浸された繊維組織１４とコア２とを含む複合材料１６は、較正用の金型１２内に入れることができる。較正用の金型１２は、通常約６０°の温度に加熱されることが好ましい。この温度では、可溶コア４（ワックスコア）が、熱膨張し、金型（較正用の金型）の壁に対して繊維組織１４（積層）を加圧する。表面むらが存在する可能性があるが、たとえあったとしても、この方法で平らになる。較正用の金型は、含浸された繊維組織とコアとを含む複数の複合材料を同時に較正できるように設計されることが好ましい。
【００２８】
次いで、繊維組織１４とコア２とを含む複合材料１６は、連続炉１８内に入れられる。複合材料１６は、図４に示されているように、たとえば運搬装置１９に固定され得る。運搬装置１９は、連続炉１８を通って複合材料１６を運搬する。連続炉１８は、実質的に２つの温度帯を有する。温度帯Ｔ１は、６０℃〜８０℃間の温度範囲内にある。この温度帯Ｔ１の温度範囲内で、繊維組織１４がさらなる方法のために充分な寸法安定性を有するような程度に、樹脂が硬化される。次いで、複合材料１６は第２の温度帯Ｔ２に導かれる。Ｔ２は温度Ｔ１より高い温度を含む。温度Ｔ２で、可溶コア４のワックスが溶け出す。
【００２９】
図５による一実施形態においては、繊維組織１４は、下部領域にある支持コア６上に直接置かれ（配置され）ており、内部が中空であり、開口部２４を有する。可溶コア４からの液体ワックス２５が、開口部２４を通って支持コア６内の空胴内へと通過し、下方に流れ去る。ノズル開口部２６が中に導入された下部開口部２７は、支持コア６の下部端に設けられる。ノズル開口部２６は、たとえば多孔板または網目スクリーンから成り得る。ワックスは、ノズル開口部２６を通って流れ、その過程で、液滴へと形作られ、その液滴は、運搬装置２０に落下し、凝固する。液滴２８の凝固は、飛行（落下）中または運搬装置２０上で起こり得る。凝固した液滴２８はペレットと呼ばれる。次いで、ペレット（液滴）２８は、再び射出成形プロセスまたはさらなる調整に供給できるような、既に理想的な形状を有している。
【００３０】
図６による本発明のさらなる実施形態においては、コア２と繊維組織１４とを含む複合材料１６では、コア２の下部領域において、繊維組織１４が直接支持コア６上に置かれる（配置される）のではなく、可溶コア４上に置かれる（配置される）ように構成される。この構成においては、可溶コア４の溶融材料は、通常は液体ワックス２５であるが、支持コア６を通って流れ去るのではなく、支持コアに沿って下方に伝わる。ワックスが溶け出した（溶融して出た）後、既に（少なくとも一部分が）硬化された繊維組織１４は、図６に示されているように、その形状を維持する。支持コア６上を伝って出ていくワックスは、たとえば、ここには図示されていない溝の中に集められる。この溝は、図５のノズル開口部２６と同じ機能を達成し得る。この場合、同様に、溝には多孔板及び網目スクリーンを設けることができ、これを通って、液体ワックスが運搬装置にしたたり落ちる。この手段によりまた、ペレット２８が作られ、再び射出成形プロセスに供給され得る。
【００３１】
運搬装置２０の代替形態として、ペレットは、連続炉１８の下部領域における開口部を通って、たとえば漏斗状の開口部を通って外部に導き出され得る。
【００３２】
樹脂の化学組成及び反応挙動が原因でワックスが溶け出した後に、さらなる温度工程を行うことが必要である場合には、複合材料１６は、最後に第３の温度帯Ｔ３内で硬化することができる。温度帯Ｔ３は、通常は、温度帯Ｔ２内のワックスの溶融温度より高い。複合材料１６の組成によっては、炉（連続炉）のプロセス全体で、１時間〜３６時間かかり得る。炉（連続炉）の通過時間は、通常６〜８時間である。
【００３３】
以下、硬化された繊維組織１４を部品３６と呼ぶ。残りの支持コアを有する部品３６が連続炉１８を出る。部品３６が運搬装置１９から取り除かれ、支持コア６が部品３６から引き抜かれる。部品３６の幾何学的構成によっては、支持コア６を部品３６から容易に取り除くことができない場合もあろう。これらの場合においては、たとえば振動鋸盤により、支持コア６と共に部品の端を切り取ることが好ましいであろう。次いで、支持コア６は部品３６から引き抜くことができるようになる。
【００３４】
同様に好ましい本発明の実施形態が、図８ａ〜ｃに示されている。この場合、コア２と繊維組織１４とを含む複数の複合材料１６が、横に並んで取り付けられ、強化用繊維１０で巻き付けられている。この場合、繊維組織は、含浸されるか、または非ゲル化されるか、場合によってはまたプレゲル化され得る。ここでは、図８ｂに示されているように、一方向中間層３２が設けられている。この一方向中間層は、プレゲル化された状態の含浸された強化用繊維または予備含浸された強化用繊維（プレプレグ）を含み得る。次いで、外部層３４を形成する、１つ以上の直交層の塗布が行われる。一方向層（一方向中間層）３２及び外部層３４を塗布するために、巻付補助具３０を直接コア２に取り付けることが好ましいであろう。巻付補助具３０とは、たとえば、金属リングを射出成形用金型内に挿入することであり得る。金属リングは、この場合、射出成形の後もコア２内に留まる。金属リングは、たとえば星型の（放射状の）、つまみまたは歯（歯車の歯）を有し、その周囲に繊維１０を巻き付けることができる。同様に、射出成形中にワックスで充填される射出成形用金型において、つまみを構成することも可能であり、したがって、コア２と一体の構成部分となる。
【００３５】
図９は、複数の空洞３８から組み立てられた多室状の外形（外観）３１を有する完成部品３６を示す図である。部品３６は、たとえば、自動車内の後部の曲げ梁としてまたはさらなる車体部品として構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】支持コアと可溶材料のコアとを含むコアを示す図である。
【図２】繊維組織が複数のコアと同時に設けられた巻付機を示す概略図である。
【図３】繊維組織とコアとを含む複合材料が挿入される較正用金型を示す図である。
【図４】繊維組織とコアとを含む複数の複合材料と共に連続炉を示す概略図である。
【図５】支持コア及び可溶材料のための出口開口部と共に、図４の詳細図５を示す拡大図である。
【図６】コアの下側が開放されており、可溶材料が流れ出している、繊維組織とコアとを含む複合材料を示す図である。
【図７】ワックスが既に溶け出し、支持コアが引き抜かれている、部品を示す図である。
【図８ａ】繊維組織とコアとを含む複数の複合材料を共に配置することにより、多室状の外形を作ることを示す図である。
【図８ｂ】繊維組織とコアとを含む複数の複合材料を共に配置することにより、多室状の外形を作ることを示す図である。
【図８ｃ】繊維組織とコアとを含む複数の複合材料を共に配置することにより、多室状の外形を作ることを示す図である。
【図９】多室状の外形を有する部品を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
２  コア
４  可溶材料のコア（可溶コア）
６  支持コア
８  巻付機
１０  強化用繊維
１２  較正用金型
１４  繊維組織
１６  複合材料
１８  連続炉
１９、２０  運搬装置  ２４  開口部
２５  液体ワックス
２６  ノズル開口部
２７  下部開口部
２８  液滴（ペレット）
３０  巻付補助具
３１  多室状の外形
３２  一方向中間層
３４  外部層
３６  部品
３８  空洞
Ｔ１  第１の温度帯
Ｔ２  第２の温度帯
Ｔ３  第３の温度帯
【図１】
2004338407.tif 000003
【図２】
2004338407.tif 000004
【図３】
2004338407.tif 000005
【図４】
2004338407.tif 000006
【図５】
2004338407.tif 000007
【図６】
2004338407.tif 000008
【図７】
2004338407.tif 000009
【図８ａ】
2004338407.tif 000010
【図８ｂ】
2004338407.tif 000011
【図８ｃ】
2004338407.tif 000012
【図９】
2004338407.tif 000013
【外国語明細書】
2004338407000001.pdf
2004338407000002.pdf
2004338407000003.pdf
2004338407000004.pdf