(57)【要約】成型物品であって、その上に表面形体を有する成型物品が本明細書に記述され、形成される物品は、ポリマーマトリックス材料中に強化用繊維を有するポリマー複合体材料を含む。（１つまたは複数の）表面形体は、物品を形成するためのポリマー複合体材料の熱成型中に生成され、（１つまたは複数の）表面形体は、ポリマーマトリックス材料と、その内部の強化用繊維とを含む。複合体材料を提供するステップと、複合体材料を、物品であって、その上に表面形体を有する物品を形成するために型の中に入れるステップと、ブラダーインフレーション成型を使用して複合体材料を成型し、ブラダーインフレーション成型ステップを有する熱成型プロセスを使用して、成型中に強化用繊維を成型物品の表面形体に押し込むステップとによって、成型物品に（１つまたは複数の）表面形体を提供する方法も記述される。
2015510459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成型物品であって、その上に表面形体を有し、
前記成型物品は、ポリマーマトリックス材料中に強化用繊維を有するポリマー複合体材料を含み、
前記表面形体は、前記成型物品上を横方向に測定された深さ約０．２から約２０ｍｍを有し、
前記表面形体は、前記表面形体が前記ポリマーマトリックス材料およびその内部の前記強化用繊維を含むように前記物品を形成するために、前記ポリマー複合体材料の熱成型中に生成される、
成型物品。
【請求項２】
前記成型物品の一部が略円形の断面構成を有し、前記表面形体が、前記物品の前記一部と相手ねじを有する第２の物品とを連結することが可能な少なくとも１つのねじである、請求項１に記載の成型物品。
【請求項３】
前記表面形体の前記深さが、約０．５から約５ｍｍである、請求項１に記載の成型物品。
【請求項４】
前記成型物品の一部が略円形の断面構成を有し、前記表面形体が、前記物品の前記一部と、相手ねじを有する第２の物品とを連結することが可能な少なくとも１つのねじであり、前記表面形体の横方向の深さが約０．５から約５ｍｍである、請求項３に記載の成型物品。
【請求項５】
前記ポリマーマトリックス材料が熱可塑性物質である、請求項１に記載の成型物品。
【請求項６】
前記ポリマーマトリックス材料が、ポリアリーレンポリマーまたはコポリマーを含む、請求項５に記載の成型物品。
【請求項７】
前記ポリマーマトリックス材料が、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトンケトン、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン、ポリエーテルケトンケトン、ならびにそれらのアロイ、コポリマー、架橋ポリアリーレンポリマーおよびコポリマー、ならびに／またはブレンドの群から選択される熱可塑性物質を含む、請求項６に記載の成型物品。
【請求項８】
前記ポリマーマトリックス材料が、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、成型可能な熱可塑性フルオロポリマー、ならびにそれらのアロイ、コポリマー、架橋ポリマーおよびコポリマー、ならびに／またはブレンドの群から選択される熱可塑性物質を含む、請求項５に記載の成型物品。
【請求項９】
前記強化用繊維が、ガラス、炭素、黒鉛、ポリアラミド、玄武岩、石英、ホウ素、チャンファー、麻、ポリブチレンオキシド、アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ホウ化ケイ素、金属または金属化物、およびそれらの組合せから選択される、請求項１に記載の成型物品。
【請求項１０】
前記成型物品が、前記ポリマーマトリックス材料中に長手方向に延びる強化用繊維を有するテープ、布、不織マット、または紙状プレフォームとして形成されたポリマー複合体から成型される、請求項１に記載の成型物品。
【請求項１１】
ブラダーインフレーション成型プロセスによって形成される、請求項１０に記載の成型物品。
【請求項１２】
少なくとも１つのねじの中の前記強化用繊維が、配向した強化用繊維で形成されたねじ付きパターンとして存在する、請求項１１に記載の成型物品。
【請求項１３】
前記複合体材料が、少なくとも約３０体積パーセントの強化用繊維含量を含む、請求項１０に記載の成型物品。
【請求項１４】
前記強化用繊維含量が少なくとも約４０体積パーセントである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
耐荷重ロッドである、請求項１に記載の成型物品。
【請求項１６】
前記耐荷重ロッドが、アクチュエーターロッド、タイロッド、または機器回転用のシャフトである、請求項１５に記載の成型物品。
【請求項１７】
取外し可能な閉鎖端部を備えた圧力容器である、請求項１５に記載の成型物品。
【請求項１８】
ブラダーインフレーション成型プロセスから形成された成型物品であって、
前記成型物品は、ポリマーマトリックス材料中に長手方向に延びる強化用繊維を有するテープ、布、不織マット、または紙状複合体プレフォームとして形成されたポリマー複合体材料からブラダーインフレーション成型され、
前記成型物品の一部は、略円形の断面構成と、前記物品の前記一部を、相手ねじを有する第２の物品に連結することが可能な少なくとも１つのねじとを有し、前記少なくとも１つのねじは、前記少なくとも１つのねじが前記ポリマーマトリックス材料およびその内部の前記強化用繊維を含むように前記成型物品を形成するために、前記ポリマー複合体材料の前記ブラダーインフレーション成型中に生成される、成型物品。
【請求項１９】
表面形体の横方向の深さが、約０．２から約２０ｍｍである、請求項１８に記載の成型物品。
【請求項２０】
前記ポリマーマトリックス材料が、ポリアリーレンポリマーまたはコポリマーを含む、請求項１８に記載の成型物品。
【請求項２１】
前記ポリマーマトリックス材料が、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトンケトン、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン、ポリエーテルケトンケトン、ならびにそれらのアロイ、コポリマー、架橋ポリアリーレンポリマーおよびコポリマー、ならびに／またはブレンドの群から選択される熱可塑性物質を含む、請求項２０に記載の成型物品。
【請求項２２】
前記ポリマーマトリックス材料が、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、成型可能な熱可塑性フルオロポリマー、ならびにそれらのアロイ、コポリマー、架橋ポリマーおよびコポリマー、ならびに／またはブレンドの群から選択される熱可塑性物質を含む、請求項１８に記載の成型物品。
【請求項２３】
前記強化用繊維が、ガラス、炭素、黒鉛、ポリアラミド、玄武岩、石英、ホウ素、チャンファー、麻、ポリブチレンオキシド、アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ホウ化ケイ素、金属または金属化物、およびそれらの組合せから選択される、請求項１８に記載の成型物品。
【請求項２４】
前記少なくとも１つのねじの中の前記強化用繊維が、配向した強化用繊維で形成されたねじ付きパターンとして存在する、請求項１８に記載の成型物品。
【請求項２５】
強化用繊維含量が、少なくとも約４０体積パーセントである、請求項１８に記載の成型物品。
【請求項２６】
耐荷重管である、請求項１８に記載の成型物品。
【請求項２７】
前記耐荷重管がアクチュエーターロッドである、請求項２６に記載の成型物品。
【請求項２８】
前記耐荷重管が、圧力容器の部分である、請求項２６に記載の成型物品。
【請求項２９】
複合体管状物品であって、その上に、表面形体を有し、
前記複合体管状物品は、ポリマーマトリックス材料中に強化用繊維を有するポリマー複合体材料を含み、
前記表面形体は、前記複合体管状物品上を横方向に測定された深さ約０．２から約２０ｍｍを有し、
前記表面形体は、前記表面形体が前記ポリマーマトリックス材料およびその内部の前記強化用繊維を含むように前記複合体管状物品を形成するために、前記ポリマー複合体材料の熱成型中に生成される、
複合体管状物品。
【請求項３０】
テープ、布、不織マット、または紙状複合体プレフォームとして形成されたポリマー複合体材料から形成される、請求項２９に記載の複合体管状物品。
【請求項３１】
ブラダーインフレーション成型を使用して形成された、請求項２９に記載の複合体管状物品。
【請求項３２】
耐荷重管である、請求項２９に記載の複合体管状物品。
【請求項３３】
前記耐荷重管が、アクチュエーターロッド、タイロッド、機器回転用のシャフト、または圧力容器の部分である、請求項３２に記載の複合体管状物品。
【請求項３４】
前記表面形体が、前記複合体管状物品の少なくとも一部の上にある少なくとも１つのねじであり、前記少なくとも１つのねじは、前記複合体管状物品の前記一部と、相手ねじを有する第２の物品とを連結することが可能であり、前記少なくとも１つのねじは、前記少なくとも１つのねじが、配向した強化用繊維で形成されたねじ付きパターンとして存在する前記強化用繊維を含むように前記複合体管状物品を形成するために、前記ポリマー複合体材料のブラダーインフレーション成型中に生成され、前記ポリマーマトリックス材料は、少なくとも約４０体積パーセントの強化用繊維含量を含む、請求項２９に記載の複合体管状物品。
【請求項３５】
前記ポリマーマトリックス材料が、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトンケトン、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン、ポリエーテルケトンケトン、ならびにそれらのアロイ、コポリマー、架橋ポリアリーレンポリマーおよびコポリマー、ならびに／またはブレンドの群から選択される熱可塑性物質を含む、請求項２９に記載の成型物品。
【請求項３６】
前記ポリマーマトリックス材料が、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、成型可能な熱可塑性フルオロポリマー、ならびにそれらのアロイ、コポリマー、架橋ポリマーおよびコポリマー、ならびに／またはブレンドの群から選択される熱可塑性物質を含む、請求項２９に記載の成型物品。
【請求項３７】
前記強化用繊維が、ガラス、炭素、黒鉛、ポリアラミド、玄武岩、石英、ホウ素、チャンファー、麻、ポリブチレンオキシド、アルミナおよびそれらの組合せから選択される、請求項２９に記載の複合体管状物品。
【請求項３８】
表面形体を、成型物品に提供する方法であって、
ポリマーマトリックス材料およびその内部の長手方向に延びる強化用繊維を含む複合体材料を提供するステップと、
前記複合体材料を、物品であって、その上に表面形体を有する物品を形成するために型の中に入れるステップと、
ブラダーインフレーション成型を使用して前記複合体材料を成型し、ブラダーインフレーション成型ステップを有する熱成型プロセスを使用して、成型中に前記強化用繊維を成型物品の前記表面形体に押し込むステップとを含み、前記表面形体は、前記成型物品を形成するための前記ポリマー複合体材料の前記成型中に生成され、前記強化用繊維は、前記成型物品の前記表面形体を画定する前記ポリマーマトリックス材料中に存在する、方法。
【請求項３９】
前記成型物品が管状複合体物品であり、前記表面形体が、前記管状複合体物品の表面上の少なくとも１つのねじである、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記少なくとも１つのねじの中の前記強化用繊維が、配向した強化用繊維で形成されたねじ付きパターンとして存在する、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記複合体材料が、少なくとも約３０体積パーセントの強化用繊維含量を含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４２】
前記強化用繊維含量が、少なくとも約４０体積パーセントである、請求項４１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、米国仮特許出願第６１／５８７，３９６号（発明の名称「Ｍｏｌｄｅｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｔｈｒｅａｄｓ，」）の利益を、米国特許法§１１９（ｅ）の下で、主張する。この出願の全開示は本明細書において参照として援用される。
【０００２】
発明の背景
発明の分野
本発明は、ねじ付き形体などの複雑な表面形体（ｓｕｒｆａｃｅ  ｆｅａｔｕｒｅ）を有する部品を形成する分野にあり、複雑な表面形体を有するポリマーおよび複合体構成要素において改善された性能が実現されるように、引張り、圧縮、および／または捩り荷重を複合体材料に加えるための新しい手法を提供する。
【背景技術】
【０００３】
関連技術の説明
ポリマーおよび複合体材料は、広く様々な最終適用例で使用される部品および構成要素を作製するための様々な適用例で使用され、費用のかかる重い材料の代わりに使用することができる。しかし、そのような構成要素の形成では、表面に（１つまたは複数の）形体を機械加工することなくマトリックスおよび強化用繊維が充填された、重要で複雑な表面形体を得ることが難しくなる可能性がある。そのような１つの分野は、ポリマーまたは複合体の締め具または接続具の外側および／または内側における、ねじ付き形体の形成にある。アセンブリにおける複合体管とこの相対物との接続は、何年にもわたり当技術分野で問題であった。
【０００４】
過去において、部品が形成され、次いでねじなどの形体が複合体部品の表面に機械加工されてきた。例えば複合体は、ボルトの形状に形成し、ねじ切りを表面に機械加工することができる。しかし複合体上に機械加工されたねじには、材料の強度および長期にわたる性能に関して課題がある可能性がある。別の例として、複合体は、射出成型または流動成型を通してねじ付きボルトの形状に形成することができ、マトリックスおよびその内部の繊維がねじに充填される。しかしこの場合、繊維は一般にランダムな向きでねじ内に供給され、得られるねじ付き複合体部品に、最適とは言えない強度を与える傾向がある。
【０００５】
あるいは、端部取付け具が、成型されたポリマーまたは複合体部品上に結合されてきた。そのような取付け具も、十分な強度を有することに関して課題に直面し、結合材料を侵襲し得る腐食環境の影響も受け易くなる可能性がある。さらに、そのような結合構造は、荷重または温度の周期的なまたは高い変動の下で十分持ち応えることができない。
【０００６】
リベットによる解決策およびその他の代替の締め具も同様に提示されてきたが、これらは、ねじ付き表面の好ましいロック能力を持たない。さらに、そのような代替の締め具を形成するに際し、多数回の成型後機械加工操作を必要とし、複合体材料中の繊維の切断を引き起こして複合体強度の低減をもたらす可能性がある。
【０００７】
このように、ねじ付き表面などの複雑な形体をその表面に有する、改善された複合体もしくはポリマー締め具またはその他の構成要素部品であって、金属相対物と同等に機能でき、それでも形成プロセスの構成要素部品の形成でベース材料の特性を失うことなく複合体またはポリマーベース材料の強度および利益を提供することができるものが、当技術分野で求められている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明の概要
一実施形態では、本発明は、成型物品であってその上に表面形体を有する成型物品を含み、この成型物品は、ポリマーマトリックス材料中に強化用繊維を有するポリマー複合体材料を含み；表面形体は、成型物品上を横方向に測定された深さ約０．２ｍｍから約２０ｍｍさを有し；表面形体は、この表面形体がポリマーマトリックス材料および強化用繊維を含むように物品を形成するために、ポリマー複合体材料の熱成型中に生成される。
【０００９】
成型物品の一部は、略円形の断面構成を有していてもよく、表面形体は、その物品の一部と相手ねじを有する第２の物品とを連結することが可能な少なくとも１つのねじであってもよい。好ましい実施形態では、表面形体の深さは、約０．５から約５ｍｍであってもよい。
【００１０】
さらなる実施形態では、ポリマーマトリックス材料は、ポリアリーレン、例えばポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトンケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン；フルオロポリマー、例えばテトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）とパーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＡＶＥ）とのコポリマー（例えば、ＰＦＡ）、パーフルオロメチルビニルエーテル（ＰＭＶＥ）（例えば、ＰＭＡ）のコポリマー、ＴＦＥとヘキサフルオロプロピレン（例えば、ＦＥＰ）などの過フッ素化アルキレンとのコポリマー、およびフッ素化エチレン−プロピレンコポリマー；ならびにそれらのアロイ、コポリマー、およびブレンドを、含んでいてもよい。強化用繊維は、例えば、ガラス、炭素、黒鉛、ポリアラミド、玄武岩、石英、ホウ素、麻、ポリブチレンオキシド、アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ホウ化ケイ素、ならびにその他の有機無機金属、および金属化繊維、ならびにそのような繊維の組合せであってもよい。好ましくは、成型物品は、ポリマーマトリックス材料中に長手方向に延びる強化用繊維を有するテープ、布、不織マット、または紙状複合体プレフォームとして形成されたポリマー複合体から成型され、より好ましくはブラダーインフレーション成型プロセスにより形成される。
【００１１】
さらなる実施形態では、成型物品の多くの可能性ある使用の中で、物品は、耐荷重ロッド、例えばアクチュエーターロッド、タイロッド、またはシャフト、例えば機器を回転させるのに使用されるシャフト、または圧力容器である。
【００１２】
別の実施形態では、本発明は、ブラダーインフレーション成型プロセスから形成された成型物品も含み、この成型物品は、ポリマーマトリックス材料中に長手方向に延びる強化用繊維を有するテープとして形成されたポリマー複合体材料からブラダーインフレーション成型され；成型物品の一部は、略円形の断面構成と、この物品の一部を、相手ねじを有する第２の物品に連結することが可能な少なくとも１つのねじとを有し、この少なくとも１つのねじは、この少なくとも１つのねじがポリマーマトリックス材料およびその内部の強化用繊維を含むように成型物品を形成するために、ポリマー複合体材料のブラダーインフレーション成型中に生成される。
【００１３】
なおさらなる実施形態では、本発明は、複合体管状物品であって、その上に表面形体を有する複合体管状物品を含み、複合体管状物品は、ポリマーマトリックス材料中に強化用繊維を有するポリマー複合体材料を含み；表面形体は、複合体管状物品上を横方向に測定された深さ約０．２ｍｍから約２０ｍｍを有し；表面形体は、この表面形体がポリマーマトリックス材料およびその内部の強化用繊維を含むように複合体管状物品を形成するために、ポリマー複合体材料の熱成型中に生成される。
【００１４】
同様に本発明における一実施形態には、表面形体を成型物品に提供する方法がある。方法は、ポリマーマトリックス材料およびその内部の長手方向に延びる強化用繊維を含む、複合体材料を提供するステップと；複合体材料を、物品であって、その上に表面形体を有する物品を形成するために型の中に入れるステップと；ブラダーインフレーション成型を使用して複合体材料を成型し、ブラダーインフレーション成型ステップを有する熱成型プロセスを使用して、成型中に強化用繊維を成型物品の表面形体に押し込むステップとを含み、この表面形体は、成型物品を形成するためのポリマー複合体材料の成型中に生成され、強化用繊維は、成型物品の表面形体を画定するマトリックス材料中に存在する。この方法によって形成された成型物品は、管状複合体物品であってもよく、表面形体は、好ましくは管状複合体物品の表面にある少なくとも１つのねじである。
【００１５】
本明細書の様々な実施形態では、少なくとも１つのねじの中の強化用繊維は、好ましくは、配向させた強化用繊維で形成されたねじ付きパターンとして存在する。
【００１６】
本明細書の実施形態で使用される複合体材料の選択に際し、複合体ポリマーマトリックス材料中の強化用繊維含量は、複合体の全体積に対して少なくとも約３０体積パーセントであることが好ましく、より好ましくは、より高い負荷、例えば少なくとも約４０体積パーセントである。
【００１７】
図面の数個の表示の簡単な説明
前述の概要ならびに本発明の好ましい実施形態の下記の詳細な説明は、添付図面と併せて読むことによって、より良く理解されよう。本発明の例示の目的で、図面には、現時点で好ましい実施形態が示されている。しかし、本発明は、図示される精密な配置構成および手段に限定されないことを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本明細書の一実施形態により成型された複合体物品の斜視図である。
【００１９】
【図２】図２は、図１の成型複合体の側面図である。
【００２０】
【図３】図３は、線３−３に沿って得られた図２の成型複合体の断面図である。
【００２１】
【図４】図４は、図３に示される成型複合体の表面形体の拡大部分である。
【００２２】
【図５】図５は、表面に機械加工されたねじを有する従来技術の複合体の断面部分の拡大写真表示である。
【００２３】
【図６】図６は、本明細書の実施例により形成されたねじを有する複合体の断面部分の拡大写真表示である。
【００２４】
【図７】図７は、図６の複合体の拡大写真表示である。
【００２５】
【図８Ａ】図８Ａは、本明細書に記述される成型複合体物品として形成された、その一部を有するアクチュエーターロッドの実施例の、線８Ａ−８Ａに沿って得られたアクチュエーターロッドの縦断面図である。
【００２６】
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８Ａのアクチュエーターロッドの側面図である。
【００２７】
【図８Ｃ】図８Ｃは、図８Ａのアクチュエーターロッドの一端の拡大部分である。
【００２８】
【図８Ｄ】図８Ｄは、図８Ａのアクチュエーターロッドの他端の拡大部分である。
【００２９】
【図９】図９は、本開示で記述される実施形態による方法のステップを表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
発明の詳細な説明
本発明について、本明細書で図面を参照しながら記述する。本明細書において、「内側（ｉｎｎｅｒ）」および「外側（ｏｕｔｅｒ）」、「上方（ｕｐｐｅｒ）」および「下方（ｌｏｗｅｒ）」、「左（ｌｅｆｔ）」および「右（ｒｉｇｈｔ）」、「内向き（ｉｎｗａｒｄｌｙ）」および「外向き（ｏｕｔｗａｒｄｌｙ）」、ならびに「上向き（ｕｐｗａｒｄｌｙ）」および「下向き（ｄｏｗｎｗａｒｄｌｙ）」などの単語と、類似の意味を有する単語は、図面を参照したとき、および通常ならそのような用語に関して本明細書により与えられる特定の定義または意味が存在しないときに、本発明の理解を助けるために使用されるものであり、本発明の範囲を限定すると見なすべきではない。
【００３１】
本発明は、ポリマーマトリックス材料および強化用繊維を有する複合体材料から形成された、その表面に小さな特注形体を有する成型物品を提供し、物品の最終適用例で重量を低減させると共にその機械的性質を伝統的な金属部品と同等のまたはより良好なレベルに維持すること（または、複合体を使用した機械加工形体に比べて全体的に改善された性質）を可能にすることによって、様々な従来技術の成型物品が直面する欠点を克服する。本明細書の実施形態は、成型物品の表面に形体を生成するために物品を機械加工しまたはその他の特殊なステップを使用する必要性も回避する。表面形体の許容差の緊密度を高めるために、望みに応じて、成型後機械加工操作を使用することができるが、成型後機械加工は形体体積の約３０％未満を除去することが好ましく、好ましくは表面形体体積の約２０％未満、最も好ましくは表面形体体積の約１０％未満が除去される。
【００３２】
本発明を例示する目的で本明細書に記述される好ましい実施例では、成型複合体物品は、その表面の少なくとも一部の上に特注ねじ付きパターンを有して形成されてもよい物品、部品、構成要素などの成型管状複合体物品を参照しながら記述されるが、これらのねじは、部品の接続のために別の部品の相手ねじと組み合わせることが可能なものである。本明細書ではねじである形体は、内部に強化用繊維を有する複合体から管自体が成型されている間に形成され、したがって成型によって、繊維は形体内に存在し、かつ材料を拡大検査で縦断面から見たときに「波状」のパターンを辿るようになる。
【００３３】
このように物品を形成することにより、得られる管状複合体物品は、複合体物品を成型する様々な従来技術の試みよりも良好な、パターンによって与えられた荷重伝達能力を有し、それと共に、既に形成されたねじ付きパターンなどの形体を有しかつ機械加工によるさらなる修正が任意であるように、例えば上述のように機械加工を使用して許容差の緊密度を高めることができるように使用できる状態の物品が生成される。機械加工、オーバーモールディング、アウトサート成型、インサート成型などの手順は、形体の初期形成に使用されない。したがって、そのような管状複合体成型部品を有する最終的なアセンブリを、様々な従来技術の複合体管上にねじ付きパターンを機械加工することによって形成された、同じ幾何学的接続を使用して実現されることが予測されるものに加えて実現する。
【００３４】
そのような構造を形成する能力は、耐荷重ロッド、例えばアクチュエーターロッド、タイロッド、および類似する部品、航空部品、航空宇宙部品、医療部品、列車部品、スポーツ用具、自動車部品、機械部品、ならびに圧力容器を含むがこれらに限定することのない、広く様々な使用および最終適用例を有することができる。そのような部品は、航空機、機械、エンジン、家具、可動部品、アセンブリ、半導体工業部品、油田工業部品、発電装置部品、ポンプおよび圧縮器部品、ならびに摩擦摩耗部品などを含めた様々な構造およびアセンブリで使用することができる。腐食性の高温もしくはその他の困難な環境、ならびに／または管状部品をその他の構成要素に接続しかつ良好な強度および／もしくは耐腐食特性を実現する必要がある適用例において、そのような複合体構造は、従来技術の機械加工されたかつ／または結合されたねじ付き部品を使用しても完全に満足のいかなかった最終適用例にも適している。そのような最終適用例の例には、ダウンホール適用例、または実験室でのダウンホール状態のシミュレーションであって、そのような形成されたねじ付き複合体管が電磁窓または電気絶縁体として作用することができるものが含まれる。本開示により形成されたそのような複合体は、圧縮器缶、または圧縮器およびポンプなどの磁気により駆動するシステム用のその他の形の分離層で使用することもできる。さらにそのような構成要素は、回転シャフトを有する動力伝達装置で使用されてもよく、この場合、低速から高速までの様々な一連の速度で高または低トルク荷重を伝達するのに複合体管が使用される。上記使用は、単なる例であり、本発明の範囲をいかなる手法によっても限定するものではない。
【００３５】
本発明において、成型物品であって、その上に表面形体を有する成型物品について記述するに際し、本明細書に記述される「発明を実施するための形態」の好ましい実施形態はその表面に（１つまたは複数の）表面ねじを有する管状複合体成型物品であるが、その他の成型物品、管状、円錐状、円筒状、および任意のその他の非管状物品を、小さくてもよい様々な表面形体と共に形成して、表面形体のその領域であってもより均一な性質および一貫した強度ならびに高引張りおよび／または捩り荷重に耐える能力を有する物品を、生成できることを理解すべきである。これは、複合体マトリックス材料中の強化用繊維が、表面形体の形状または構成を一般に辿ることになるパターン内の配向強化用繊維として、表面形体内に留まるという事実に起因する。例えば、本明細書で形成されるねじにおいて、ポリマーマトリックス材料中で強化用繊維が成型される場合、それらの繊維は、所望のねじ付き構成が形成され始めるように、成型中にねじ付き形体内に押し込まれる。繊維は、表面から最も離れた場所に押し込まれた所で離れることになり、かつ／または形体が内向きに圧縮される所で圧縮される。しかし、これらは配向パターン内に残ることになる。使用条件の影響を受け易くかつ／または脆くなる可能性のある追加の表面接着剤はなく、さらに機械加工の必要もないので、ねじを形成するときに強化用繊維に生じる損傷はほとんどまたは全くない。この結果、清浄で一貫して強化された表面形体が残される。
【００３６】
マトリックス材料に適したポリマー複合体材料は、様々なタイプのエンジニアリング用熱可塑性物質を含む。本明細書の複合体で使用される好ましい熱可塑性物質は、好ましくは、強化材、特に強化用繊維を投入しまたは充填することができ、かつ熱および圧力を加えることによって流動することができる、ポリマープラスチックまたは樹脂である。例示的な熱可塑性物質には、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリブチレン、ポリプロピレンなど）、ポリ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン）（ＡＢＳ）、ポリスチレン、ポリブタジエン、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリ（ブタジエン−スチレン）（ＰＢＳ）、ポリ（スチレン−アクリロニトリル）（ＳＡＮ）、ポリブチレン、セルロース樹脂（エチルセルロース、セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピオネート、およびセルロースナイトレートなど）、ポリエチレンビニルアルコール（ＥＶＡ）、ポリエチレンビニルアセテート、フルオロポリマー（例えば溶融加工性フッ素プラスチック（テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）および少なくとも１種のパーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＡＶＥ）のコポリマー（ＰＦＡ）、ＴＦＥおよび少なくとも１種のその他の過フッ素化アルキレン（ヘキサフルオロプロピレンなど）（ＦＥＰ）のコポリマーなど）、ポリ（クロロトリフルオロエチレン）、ポリエチルクロロトリフルオロエチレン（ＥＣＴＦＥ）、ポリエチルトリフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、フッ素化エチレン−プロピレンコポリマー、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、およびポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ））、イオノマー、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリアセタール、ポリアクリレート、ポリアミド（ＮＹＬＯＮ１２、ＮＹＬＯＮ６など）、ポリフタルイミド、ポリイミド、ポリエーテルアミド、ポリアミドイミド、ポリフェノール、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニル、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンエステル、ポリフェニレンエーテルエステル、ポリ硫化フェニレン、ポリスルホン、ポリメチルペンテン、ポリケトン、ポリアリーレン（ＰＡＥおよびＰＡＥＫ）ポリマー（例えばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリエーテルエーテルケトンケトン（ＰＥＥＫＫ）、およびポリエーテルケトンエーテルケトンケトン（ＰＥＫＥＫＫ））、熱可塑性エラストマー（例えばエチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＲ）、およびポリウレタンエラストマー）、ポリエチレンクロリネート、ビスシトラコンイミド（ｂｉｓｃｉｔｒａｃｏｎｉｃｉｍｉｄｅｓ）（ＢＣＩ）、ビスマレイミド（ＢＭＩ）、ビスマレイミド／トリアジン／エポキシ樹脂、シアン酸エステル、シアネート樹脂、フラン樹脂、フェノール樹脂、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン−ホルムアルデヒド樹脂、フタロシアニン樹脂、ポリベンゾオキサゾール樹脂、アセチレン末端ポリイミド樹脂、シリコーン、ポリトリアジン、ポリアルキド、およびキシレン樹脂が含まれる。
【００３７】
公知であってもまたはいずれ開発されるにしても、これら熱可塑性物質のそれぞれまたはいずれかのそれら同士のまたはその他のポリマー、モノマー、もしくはオリゴマー種とのコポリマー（ランダムなもしくはブロックの形に２種以上のモノマー種で形成されたポリマー、またはグラフトコポリマーであり、そのいずれもが多数のモノマー成分または反応物を有していてもよい。）をを使用してもよい。さらに、そのような熱可塑性物質は、その複合体から物品を形成するために依然として有用であることを前提に、誘導体化されてもよくかつ／または官能基（末端および／またはポリマー主鎖上および／または側鎖上にあるか否かにかかわらず）、分枝および／もしくは直鎖主鎖構造、鎖もしくは側基に沿った不飽和の追加の場所などを含んでもよい。提供され得る官能基には、アリール、ケトン、アセチレン、酸基、ヒドロキシル、硫黄含有基、スルフェート、スルファイト、メルカプト、ホスファト、カルボキシル、シアノ、ホスファイト、酸素／エーテルまたはエステル（鎖または側鎖内に組み込むこともできる。）、カルボン酸、ナイトリック、アンモニウム、アミド、アミジン、ベンズアミジン、およびイミジゾールなどが含まれる。
【００３８】
選択された（１種または複数の）ポリマーは、新しいランダム、ブロック、またはグラフトコポリマーを形成するために、混合物、ブレンド、アロイ中で、または互いにもしくはその他のモノマーと共重合させて使用されてもよい。本発明で使用するために、ある高温架橋性ポリイミドおよびポリスルホンなどの熱硬化性材料、ならびに熱可塑性物質の場合に類似した性質を有する熱硬化性材料を用いることも可能である。本明細書では便宜上および簡略化を目的として、そのような材料は、熱可塑性材料の代わりに本発明で用いることができることから熱可塑性物質の広範な意味に含めることにする。これらの熱可塑性物質が好ましいが、このリストは完全なものと見なすべきではなく、当業者なら本開示に基づいて、本発明の範囲から逸脱することなくその他の熱可塑性物質を本発明で使用できることが理解されよう。
【００３９】
上述のものからの好ましい材料には、ポリスルホン、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、ポリフェニレンオキシドおよびスルフィド、ならびにポリアリーレン材料などのエンジニアリングプラスチックが含まれる。好ましいポリアリーレンには、ＰＥＥＫおよび特殊ポリアリーレン、例えばＶｉｃｔｒｅｘ  ＵＳＡ，Ｉｎｃ．、Ｃｏｎｓｈｏｈｏｃｋｅｎ、ＰＡ製のＶｉｔｒｅｘ（登録商標）ＰＥＥＫおよびＧｒｅｅｎｅ，Ｔｗｅｅｄ＆Ｃｏ．，Ｉｎｃ．、Ｋｕｌｐｓｖｉｌｌｅ、ＰＡから入手可能なＵｌｔｕｒａ（商標）などの、ＰＥＥＫ、ＰＥＥＫＫ、ＰＥＫ、ＰＥＫＥＫＫ、ＰＥＫＫ、ならびにそれらのアロイ、コポリマー、およびブレンドを含む、様々なＰＡＥおよびＰＡＥＫポリマーとして、変形例および誘導体（一次ポリマー主鎖から離れた官能化または共重合構造を有する。）が含まれる。テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）およびパーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＡＶＥ）のコポリマー（例えば、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＰＦＡ）；ＴＦＥおよびＰＭＶＥのコポリマー（Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＭＦＡ）；ＴＦＥおよびＨＦＰのコポリマー（Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＦＥＰ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）およびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のコポリマーなどのフルオロポリマーを、それらが加工温度で流動性であることを前提に、好ましい材料として使用してもよい。
【００４０】
本明細書では、繊維強化材を有する複合体マトリックス材料を提供することが好ましく、長手方向に延びる長い強化用繊維を有するものが特に好ましい。その他の熱可塑性物質および／または熱可塑性複合体（強化材または充填材と同じまたは異なる形を有する。）を、そのような強化用繊維に加えてポリマーマトリックス材料中に使用してもよい。そのような添加剤は、好ましくは熱可塑性マトリックス材料とブレンドすることによって、熱可塑性複合体に提供されてもよい。上記材料の全ては、本明細書に記載される好ましい材料を超えて、様々なその他の充填材および／または強化剤を含んでもよい。強化材として使用される様々な添加剤には、顔料、染料、ガラス、セラミック、メッシュ、雲母、クレー、有機着色剤、可塑剤、チキソトロープ剤、難燃剤、ＵＶ吸収剤、増量剤、安定化剤、二酸化ケイ素、シリカ、アルミナ、タルク、チョップまたは短繊維（ガラス、ＰＴＦＥ、ＴＦＥコポリマー、炭素、黒鉛など）、硫酸バリウム、ガラス球、リボンまたは小板、ケイ灰石、チタネートウィスカー、相溶剤、レオロジーまたはチキソトロープ剤、静電防止剤（熱可塑性マトリックスに提供された官能基および／またはグラフトコポリマーの使用を通して組み込まれてもよい。）、ならびにその他の類似の充填材、トライボロジー添加剤、およびその他の強化剤が含まれる。そのような添加剤（複合体ポリマーマトリックス材料および好ましい繊維強化材の存在に加え）は、複合体の全重量に対して複合体の約２５％以下の量で存在することが好ましく、約１０％以下が好ましいが、より多くのまたはより少ない材料を、所望の性質および最終使用に応じて使用してもよい。
【００４１】
（１種または複数の）強化用繊維は、単一タイプの繊維または組合せもしくはブレンドされた材料であってもよく、即ち、例えば限定するものではないがガラス、炭素、黒鉛、アラミド、セラミック、ＰＴＦＥ（Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）として市販されている。）、玄武岩、石英、ホウ素、麻、ポリブチレンオキシド（ＰＢＯ）、アルミナ、ＴＦＥコポリマー、ガラス／炭素、ガラス／黒鉛／炭素、黒鉛／炭素、アラミド／ガラス、セラミック／ガラス、およびＰＴＦＥまたはＴＦＥコポリマー繊維／炭素ブレンドを含めた複数の繊維のタイプを、ポリマーマトリックス材料中に使用してもよい。そのような繊維は、上述のものなどの様々な材料を含めた有機または無機であってもよく、好ましくは、セラミック、ガラス、黒鉛、炭素、および／またはプラスチック（熱可塑性および熱硬化性）繊維（Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）として市販されているアラミド繊維など）、またはニッケル繊維もしくはニッケルでコーティングされた炭素繊維などの金属もしくは金属化繊維である。連続繊維は、一方向または二方向連続繊維であってもよいが、一方向繊維が好ましく（二方向の場合、繊維の約５０％以下が横方向に延びる方向に存在することが好ましい。）、牽切編上げ繊維、および織込み繊維が好ましい。さらに、繊維は編上げまたは混合繊維であってもよい。
【００４２】
長繊維として好ましい直径には、約０．１μｍ、約５μｍから約１５μｍ、および約７μｍから約１０μｍが含まれる。炭素繊維または炭素繊維ブレンドが、様々な強度の適用例に好ましい。強化用繊維は長いことが好ましく、マトリックス材料中で略長手方向に配置構成された連続繊維が好ましい。より好ましくは、本明細書の成型物品で使用される複合体は、テープ、布、不織マット、または紙状複合体プレフォームの形をとるものであって、含浸させたまたは圧縮させた複合体テープまたは類似の長い構造（ロッド、圧力容器など）内に、長手方向の配置構成でほぼ並列に配置構成された繊維を有するものである。繊維ブレンドまたは組合せた繊維状強化材では、長繊維に加えて追加の充填材繊維、チョップストランド、フィラメント、またはウィスカーの形を上述の繊維マトリックスに設けてもよい。さらに、そのようなブレンドは、十分な強度およびその他の所望の性質が保たれる限り、任意の範囲の可能性ある織込みまたはブレンド繊維状材料を含んでいてもよい。当業者なら本開示に基づいて、そのような追加の充填材、短繊維、ストランドなどが、所望の物理的なまたは環境上の性質などの表面形体内のパターン化された繊維により実現された性質に悪影響を及ぼす場合に、追加の材料を最小限に抑えまたは回避すべきであることが理解されよう。
【００４３】
長繊維強化材は高い体積含量で存在することが好ましいが、それは、ポリマーマトリックス材料およびある程度の含浸プロセスに応じてどのくらい多くの繊維を投入できるのかを理解し、かつ複合体の形成の際には、複合体形成の当業者が物理的性質、構造一体性、およびほぼ均一な性質を維持しながら実際と同じ程度の高い体積投入を使用できることを理解することによる。好ましくは、長繊維である長手方向に配置構成された繊維は、複合体の全体積に対して少なくとも約３０体積％、より好ましくは少なくとも約４０体積％、最も好ましくは少なくとも約５０体積％、またはより高い体積の最大約６０体積％から約９０体積％の量でまたは含量で（熱可塑性マトリックス材料の負荷能力に応じて）存在する。
【００４４】
本明細書で使用される複合体材料は、任意の連続長繊維含有複合体構造によって提供することができる。本明細書の１つの好ましい実施形態では、含浸連続繊維テープまたは布などの連続繊維構造を使用してもよい。本明細書で使用される、そのような構造内の連続繊維は、約０．５インチ（１．２７ｃｍ）よりも大きい長さを一般に有するものである。そのようなテープまたはその他の連続布、テープ、およびロッドストックなどは、複合体の形成で使用するために切断されてもよいが、好ましくは、長繊維構造、例えば主として長さと直径との比が約１００：１よりも大きい強化用繊維を有する構造の保持を最大限にする、本明細書で論じられる成型技法を使用して形成される。
【００４５】
表面形体の形成において、表面形体は、様々なデザインおよびパターン−溝、インプリントされたパターン、様々な部品用の受容リセス部、ウェル、バイア、チャネル、ねじなどを含んでいてもよい。本明細書で論じられる、好ましいデザインでは、形成されたときに管状複合体物品の表面上に表面形体として少なくとも１つの、おそらくは複数のねじを有する、管状複合体が形成される。
【００４６】
表面形体はそのサイズを変えることができ、ねじなどの適度に小さい形体を含むこともできるが、この形体は小さいだけではなく、２つの物品を１つにねじ留めしかつ／または結合することによってねじ付き表面を別の物品の相手ねじ付き表面に適切に接続する際に首尾良く使用されるような精度を、形体のサイズおよび構成に必要とするものである。図１に、成型物品１０と一般に呼ばれる成型物品の実施例を示す。成型物品１０は管状複合体物品１２であり、その端面および／または横断面が略円形断面である（図２参照）管状構成と、管状複合体物品１２の外面１６の周りにコイル状構成に形成されたねじ１４とを有している。この実施形態の図面に示される内面１８にはねじがないが、当業者なら、その他のねじ付き表面、即ち管の内面が形成されるように、デザインを変更できることが理解されよう。通路２０は、管状複合体物品１２の内部を延びる。複合体物品１２は、形体を有することが示されていない端面２２も有するが、本明細書の本発明を使用して形体を任意の面に成型することができる。図示されるように、ねじ１４は、表面１６の壁面または対向面２６によって画定された様々な内向きに延びる領域２４を有する、表面１６上の反復パターンを有する。（１つまたは複数の）ねじは、成型物品の表面の長さ全体にわたりまたはその一部にわたり形成されてもよい。図示されるように、管状複合体物品１２は、その外面１６の長さの一部３０に沿って形成されたねじ１４を有する。そのような（１つまたは複数の）ねじ１４またはその他の形体は、成型物品の内面または外面に配置することができ、使用中に、ねじ１４は、相手ねじをねじ１４に一緒にねじ留めするような当技術分野で公知の手法により、ねじを有する成型物品の部分３０を、相手ねじを有する第２の物品（物品１０と同じでも異なっていてもよく、したがって本明細書には図示せず、任意の特定の全体構成に限定するものではない。）に連結することが可能であるべきである。
【００４７】
表面形体の形成に際し、形体を有する表面の領域は、表面のレベルを超えて外向きに延びるように、かつ／または表面のレベルから複合体物品内に内向きに延びるように、形成されてもよい。形体は、表面の最外部分（外向きに延びてもよい、表面の任意の部分を含む。）から形体の最内部分（別の部分が表面のレベルから外向きに延びまたは複合体物品内に内向きに延びる場合には、表面レベルであってもよい。）まで測定された、内向きに延びる領域（例えば、領域２４参照）を有する。
【００４８】
図４に示されるように、ねじの形をとる表面形体は、形体を横断する横方向にねじ１４の高さからねじの最低点２８までの長さ／深さを測定する深さｄ１を有する。形体の壁面または対向面は、表面にほぼ垂直であり、それらの間に「床」もしくはその他の表面特性が形成されるように分離しており、またはそれらの間に角度が形成されるように一端が接合されている。壁面間の空間は、深さｄ１が測定される領域である。図４に示されるように、領域２４は、表面２８上で２つの壁面２６の最内（最低）部分が接合されることによって形成される。角度αは、壁面２６間に形成される。ねじ１４または任意のその他のねじ付きパターンを作製する際、壁面の平らな部分の長さｌ１、上方ピークまたは曲線のサイズ（半径ｒ）、および深さｄ１は、非常に精密に指定することができ、それらの測定値は、異なるねじ付き表面形体、クロスねじ、多条ねじを同じ物品などに形成するために、互換性型の型デザインまたは型インサートに組み込まれる。さらに壁面２６の向きは、図示されるようである必要はなく、角度αと同様に領域２４の構成を変えて、異なるタイプの表面形体が残されるように変えてもよい。例えば、（１つまたは複数の）ねじは、壁面２６および領域２４によって形成された、溝付きの、チャネル付きの、カーブが付いた、三角形の、または円形の断面形状を有するものを形成することができる。
【００４９】
ねじ付き形体を形成する際、ｄ１は、約０．２ｍｍから約２０ｍｍまで変化させることができ、より好ましくは約０．５ｍｍから約５ｍｍである。同じでも異なっていてもよい（１つまたは複数の）半径、Ｒ１およびＲ２は、好ましくは約０．１ｍｍから約１０ｍｍであり、より好ましくは約０．２５ｍｍから約２．５ｍｍである。角度αは、好ましくは約１０°から約１７０°であり、より好ましくは約３０°から約１５０°、最も好ましくは約９０°から約１３０°である。１つのねじの最上部から次のねじの隣接する最上部まで、長手方向に測定されたピッチ長ｌ１は、ｄ１と、Ｒ１およびＲ２と、αとが画定されると自動的に画定される。異なる形体に関するその他の測定値を使用してもよく、そのような測定値は単なる例であり、限定しようとするものではない。
【００５０】
（１つまたは複数の）表面形体は、ポリマー複合体材料を成型物品に形成するときの熱成型ステップ中に形成される。図３に示されるように、複合体材料３２は、断面において成型物品１０の全体に延び、限定するものではないが少なくとも１種のポリマーマトリックス材料、好ましくは長い強化用繊維を含んでほぼ均一とすべきである。図６および７に示されるように、例示的な複合体ねじＡは、ポリマーマトリックス材料Ｙおよび強化用繊維Ｏを有する複合体Ｘから形成された状態が拡大図で示される。図示されるように、繊維Ｏは、炭素ＡＳ４繊維（Ｈｅｘｃｅｌ（登録商標）Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔから市販されている。）などの炭素繊維であり、マトリックス材料Ｙは、ＰＥＥＫ（Ｖｉｃｔｒｅｘ（登録商標）Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ、Ｃｏｎｓｈｏｈｏｃｋｅｎ、ＰＡから市販されている。）である。本開示による熱成型中に（１つまたは複数の）表面形体を形成する場合、このように形成された表面形体は、強化用繊維をマトリックス材料中に組み込むことになる。繊維は、好ましくは、物品が形成されるように成型された当初の複合体材料中に配置構成された、ほぼ長手方向を辿るようなパターンで存在する。
【００５１】
本明細書の特に好ましい実施形態では、成型物品１０は、ブラダーインフレーション成型プロセスまたはその（１つまたは複数の）ステップを組み込む方法によって形成される。さもなければブラダーインサート成型として公知のブラダーインフレーション成型（ＢＩＭ）技法は当技術分野で公知であり、Ｎ．Ｄ．  Ｗｅｉｂｅｌら、Ｃｏｍｐｌｅｘ  Ｈｏｌｌｏｗ  Ｓｈａｐｅｓ  ｆｒｏｍ  Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ２０ｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ＳＡＭＰＥ  Ｅｕｒｏｐｅ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、Ｐａｒｉｓ、１２９〜１３５頁（１９９９年）、およびＮ．Ｄ．  Ｗｅｉｂｅｌら、Ｈｉｇｈ  Ｒａｔｅ  Ｂｌａｄｄｅｒ  Ｍｏｕｌｄｉｎｇ  ｏｆ  Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ２１ｓｔ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ＳＡＭＰＥ  Ｅｕｒｏｐｅ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、Ｐａｒｉｓ、３１７〜３２７頁（２０００年）を含めた文献に記載されており、その開示の関連ある部分は参照により本明細書に組み込まれる。そのような技法は、限定するものではなく、任意の適切なＢＩＭ技法であり、膨張性またはその他のブラダーが、所望の成型物品を形成するための表面を有する型キャビティに挿入され、その結果ブラダーは、成型物品のキャビティの内側形状を形成するようになり、例えば図１〜４の、成型物品１０内の中空通路２０を形成するようになる。
【００５２】
ブラダーは、所望の最終構造に合わせてサイズを決めることができ成形することができる。ブラダーと、ブラダー内からの力を、長手方向に延びる繊維強化材を有する本明細書に記述される複合体、および望み通りの形体を生成する型面と組み合わせて使用することにより、強化用繊維は、形体そのものの内部でパターン構造に配置され、その結果、形体は機械加工またはその他の表面操作を必要とせずに形成されるようになり、最終的な表面には損傷が少なくなる。完成した物品表面形体は、複合体材料の所望の強度および物理的性質を保持する。様々なタイプのインフレーション可能なブラダーを、金属、ポリマー、例えばＰＩ、ＰＴＦＥ、Ｔｅｆｌｏｎ  ＰＦＡ、Ｔｅｆｌｏｎ  ＭＦＡ、Ｔｅｆｌｏｎ  ＦＥＰ、ＰＶＤＡ、もしくはエラストマー、例えばシリコーンゴム、フルオロエラストマー（ＦＫＭ）、およびパーフルオロエラストマー（ＦＦＫＭ）、および／または任意のその他の適切な材料を含むがこれらに限定されない様々な材料を含めたプロセスの（１つまたは複数の）ＢＩＭステップで使用してもよい。
【００５３】
巻きねじの場合、（１つまたは複数の）ＢＩＭステップは、内部ブラダーから押すことにより型面上の形体のパターンに押し込むことによって、強化用繊維を押し遣り、その結果、繊維は、形成された管状複合体の周りに巻き付くにつれてねじの螺旋パターンに押し込まれることになる。
【００５４】
本発明は、（１つまたは複数の）ＢＩＭステップを有するプロセスから形成された、上述の管状複合体などの成型物品を含む。成型物品は、好ましくは、上記にて詳細に記述されるようなポリマー複合体材料を使用して、かつ本明細書に記述されるポリマーマトリックス材料中に長手方向に延びる強化用繊維を有するものが、（１つまたは複数の）ＢＩＭステップによって形成される。成型物品１０の部分３０などの部分は、図１〜４に示されるようにその断面構成が略円形であってもよい。少なくとも１つのねじ１４は、表面形体として物品１０の表面の周りに巻き付き、物品の部分３０を、相手ねじを有する第２の物品（図示せず。）に連結することが可能である。少なくとも１つのねじ１４は、（１つまたは複数の）ＢＩＭステップ中に生成され、この場合、長繊維強化テープなどのポリマー複合体は、成型物品１０に、好ましくは管状複合体１２に成型される。そのようにする際、少なくとも１つのねじ１４は、そのマトリックス中に強化用繊維を含む。繊維は、好ましくは上述のようなパターン中に存在する。
【００５５】
図８Ａ〜８Ｄに示すように、アクチュエーターロッド１１２の形をした成型物品１００の実施例が、実証される。アクチュエーターロッド１１２は、全構造の一部を形成する管状複合体である。この実施形態の端部小片１１３は、金属取付け具で形成される。アクチュエーターロッドに使用される任意の適切な金属または複合体は、当技術分野で公知の構造による端部小片１１３に使用されてもよい。管状複合体部分１１２は、内面１１８と、ねじ１１４の２つの分離した領域の形をとる表面形体を有する外面１１６との部分１３０を有する、本明細書に記述されるポリマー複合体で形成される。ねじは、（１つまたは複数の）ＢＩＭステップを使用しかつその構造として本明細書に詳述されるポリマー複合体材料を有するものが、本明細書に記述される技法によって形成される。図示されるように金属終端部分１１３は形成されるが、終端部分は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本明細書に記載の本発明を使用して作製されてもよいことを理解すべきである。望む場合には、一旦形成された複合体成型アクチュエーターロッド部分１１２の外面１１６または内面１１８を、耐腐食性、耐摩耗性、耐衝撃性、封止能力、または審美的な理由により、金属またはその他の材料の任意選択の外側コーティング（図示せず。）、例えば、仕上げ用の炭化タングステン−コバルト−クロム（ＷＣ／Ｃｏ−Ｃｒ）のコーティングを有するように形成してもよい。そのようなコーティングは、公知の技法、または好ましくはＧｒｅｅｎｅ，Ｔｗｅｅｄ＆Ｃｏ．，Ｉｎｃ．、Ｋｕｌｐｓｖｉｌｌｅ、ＰＡ、米国により開発され市販される技法を使用して、付着させてもよい。
【００５６】
本開示の範囲内には、本明細書に記述されるようにかつ図１〜４および８Ａ〜８Ｄに示されるように、表面形体としての（１つまたは複数の）ねじを成型物品に提供するなど、成型物品に表面形体を提供する方法もある。
【００５７】
図９を参照すると、方法は、上記にて詳述されかつポリマーマトリックス材料および長手方向に延びる強化用繊維を有する複合体材料のような、複合体材料を提供するステップ２００を含む。そのような材料は、上記にてさらに詳述され、そのままでまたは本明細書にも記述される様々な添加剤と共に使用されてもよい。
【００５８】
複合体材料を、ステップ２１０では型内に入れるが、この型は、成型物品であって、その上に形成される表面形体を含む成型物品の外側表面形状を形成することができる表面を有するように設計される。型は、物品の外側形状にプレフォームされたまたは熱成型物品用の様々な型形態を挿入するためのブロックを有する、任意の適切な型であってもよい。複合体の形成では、内部は、型に挿入されかつ好ましくはインフレーション可能な内部ブラダーにより、即ち（１つまたは複数の）ＢＩＭステップ２２０を使用して成形されることが好ましい。次いで複合体材料を、そのような（１つまたは複数の）ＢＩＭステップを使用して成型することにより、強化用繊維がブラダー２４０によって押し込まれてポリマー複合体材料のその部分に含まれるようになり、それが成型中にかつ（１つまたは複数の）ＢＩＭ成型ステップを含めた熱プロセスに供されたときに、成型物品の表面形体を形成する。表面形体は、ポリマー複合体材料の成型中にこのように生成されて成型物品を形成し、強化用繊維は、成型物品の表面形体を画定するマトリックス材料中に存在する。
【００５９】
成型物品は、上記にて論じたシャフト、タイロッド、およびアクチュエーターロッドなどを含む耐荷重ロッドなど、好ましくは管状複合体物品の表面に少なくとも１つのねじを有する本明細書に記述される管状複合体物品である。（１つまたは複数の）ＢＩＭステップ２２０、２４０は、少なくとも１つのねじの中の強化用繊維が、配向した強化用繊維で形成されたねじ付きパターンとして存在するように、好ましくは使用される。
【００６０】
成型条件である時間および温度の両方、ならびにブラダーインフレーション圧力は、使用した成型材料および形成される構造のタイプに応じて変わることになる。好ましくは型は、ほとんどの熱可塑性ポリマーマトリックス材料の場合、約１００℃から約５００℃の温度に加熱され、より好ましくは約２００℃から約５００℃に加熱される。使用される材料に応じて、例えばポリアリーレンを使用する場合、好ましい温度は約３００℃から約５００℃であり、より好ましくは約３６０℃から約４００℃である。材料を加工する場合、温度は、好ましくは約１００℃から約４５０℃で維持され、好ましくは約２００℃から約４００℃で維持される。ポリアリーレンの場合、加工温度は、好ましくは約３６０℃から約３９０℃である。
【００６１】
表面形体に対して複合体材料を押圧するブラダー内の型圧力は、約１バールから約２，０００バールまで変えてもよい。圧力は、より好ましくは約１０バールから約４０バールである。成型後、好ましくは型内のブラダーに対する圧力を緩和する前に、型ブロック内を循環するように構成された冷却水を使用して、または冷却ブロック内に置くことによって、型を任意選択で冷却する（２６０）。ステップ２８０では、プロセスを終了するために、型内または冷却ブロック内で圧力下、好ましくは約１バールから約２，０００バール、より好ましくは約１０バールから約４０バールの内部ブラダー圧力で冷却後、ブラダー内の圧力を徐々に緩和することができ、複合体部品であって、その上に表面形体を有する複合体部品を、型キャビティから取り出してもよい。コーティングの付着（図示せず。）、追加の相手部品（図示せず。）、および仕上げステップなどの追加の任意選択のステップを、上述のように物品が形成された後にさらに設けてもよいが、必ずしも必要ではない。
【００６２】
次に本発明について、以下の非限定的な実施例を参照しながら記述する。
【実施例】
【００６３】
繊維強化型ＰＥＥＫ／炭素繊維複合体材料を、ＰＥＥＫ（Ｖｉｃｔｒｅｘ（登録商標）Ｐｏｌｙｍｅｒ  ＳｏｌｕｔｉｏｎｓからＰＥＥＫ  Ｇ１５０という名称で市販されている。）およびＡＳ４炭素繊維（Ｈｅｘｃｅｌ（登録商標）Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されている。）を有するテープの形に調製した。テープは、その長さが連続的であり、幅が約３００ｍｍで、その厚さは約０．１３ｍｍであった。ＰＥＥＫ／炭素繊維複合体を、管状形状に形成し、ねじ付きパターンを、従来技術の方法によりその外面に機械加工した。ねじ付きパターンはＤＩＮ４０５であり、管は、その外径が５０ｍｍであり壁厚が４ｍｍであった。得られた物品は、壁厚４ｍｍでありかつ管の両端の３０ｍｍの長さにわたり機械加工されたねじを有する、直径５０ｍｍの管状複合体物品であった。内部構造を、Ｌｅｉｃａ  ＭＺ６で撮影した拡大写真図として図５に示す。ねじ断面の検査は、ねじ付きパターンを得るのに繊維がどのように切断されたかを示す。
【００６４】
同じ複合体材料を、管状複合体として形成された複合体物品に成型したが、ＢＩＭ成型を使用して、その外側表面に外側形体としてねじを有していた。内面であって、その上にねじを形成することが可能な内面を有するキャビティを有する型を、内部に挿入されるインフレーション可能なブラダーと共に使用した。得られた複合体管は、壁厚が４ｍｍでありかつ管の両端に３０ｍｍの長さにわたり成型ねじを有する、直径５０ｍｍの管であった。写真図である図６および７に示されるように、ねじ面は滑らかであり、強化用繊維はパターンとして見え、かつほぼ長手方向に延びているが図示されるようなパターンを辿っている。
【００６５】
図５の従来技術の管と、図６および７の本発明により形成された管状複合体とを、それぞれ張力下で試験した。従来技術の管は、５７ｋＮの引張り力下で破損した。本明細書の開示による成型ねじは、１５６ｋＮの引張り力まで破損しなかった。実施例は、成型ねじ複合体物品が、成型物品に対する著しく高い引張りおよび／または捩り荷重に耐えることが可能であることを実証する。
【００６６】
広範な本発明の概念から逸脱することなく、上述の実施形態に変更を加えることができることが、当業者に理解されよう。したがって本発明は、開示される特定の実施形態に限定されず、添付される特許請求の範囲により定められた本発明の精神および範囲内の修正例を包含するものとすることが理解される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９】
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【図５】
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【国際調査報告】
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