(57)【要約】      （修正有）【課題】  コンポジット製品および形成システムを提供する。本発明の他の態様においては、繊維のプリプレグシートの複層を内部空気チャネリング・シートと共に使用して、コンポジット製品、すなわちレイアップ品が作製される。本発明のさらなる態様では、圧縮成形を使用してプリプレグシートからなるコンポジットパーツが形成される。【解決手段】繊維プリプレグの第一のシート５３を配置し、繊維質ベール材である第二のシート５５、繊維プリプレグの第三のシート５７、第四のシート５９を重ねて圧縮成形する。成形中に閉じ込められた空気はコンポジットの周辺端部へ向けて移動させる。【選択図】  図５
2005306039.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
層状コンポジットからの自動車パネル製造方法であって、
（ａ）繊維プリプレグの第一のシートを所定の位置に配置するステップと、
（ｂ）繊維質ベール材である第二のシートを前記第一のシートと重なるように前記位置に配置するステップと、
（ｃ）繊維プリプレグの第三のシートを前記第二のシートと重なるように前記位置に配置するステップと、
（ｄ）少なくとも、繊維プリプレグ材である第四のシートを、前記第一および第四のシート間に、第一、第三および第四のシートと異なる特性を有する第二のシートとともに配置された前記第三のシートと重なるように前記位置に配置するステップと、
（ｅ）前記第四のシートの大部分の繊維が前記第三のシートの大部分の繊維に対してずれるように、前記第四のシートの方向を決定するステップと、
（ｆ）前記シートを、予熱したツール間において、オートクレーブを使用せずに一体に圧縮成形するステップと、
（ｇ）成形中において、前記第二のシートの補助のもとに、閉じ込められた空気を前記コンポジットの周辺端部へ向けて移動させるステップと、を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
層状コンポジットパーツの製造方法であって、
（ａ） 繊維プリプレグシートから層状コンポジットサンドイッチを作製するステップと、
（ｂ）金属製キャビティおよび金属製コア間で前記シートを一体に圧縮成形するステップと、
（ｃ）自動作動プレスにおける圧縮成形サイクル時間を１時間内とするステップと、を備えることを特徴とする方法。
【請求項３】
ラミネートを製造する方法であって、
（ａ）多様に配向した非金属性繊維を含む空気通過性ベール材を、隣接する繊維プリプレグシート間に配置するステップと、
（ｂ）前記シートおよび前記材料を一体に圧縮成形するステップと、
（ｃ）オートクレーブを使用しないで前記シートを硬化するステップと、
（ｄ）剛性のある三次元のパーツを作製するステップと、
（ｅ）成形および硬化中において、前記ベール材の補助のもとに、閉じ込められた空気を前記ラミネートの周辺端部へ向けて移動させるステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項４】
前記シートの少なくとも一枚は、炭素繊維織物プリプレグ材からなることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記シートの少なくとも二枚は、炭素繊維および樹脂を含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記シートの少なくとも外側の一枚は略一方向の炭素繊維を含み、該外側の一枚のシートに着色塗料を塗装するステップをさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記シートの露出面にクラスＡの自動車外面を作製するステップをさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項８】
サイクル時間１時間内で、かつ圧縮成形サイクルの開始および終了間の途中で金型を開けずに前記シートを一体に圧縮成形するステップをさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項９】
コンポジットの作製方法であって、
（ａ）繊維プリプレグの第一のシートを所定の位置に配置するステップと、
（ｂ）ランダムに配向した空気通過性材料の第二のシートを前記第一のシートと重なるように前記位置に配置するステップと、
（ｃ）繊維プリプレグの第三のシートを前記第二のシートと重なるように前記位置に配置するステップと、
（ｄ）自動プレス内において、予熱したツール間で前記シートを一体に圧縮成形するステップと、
（ｅ）成形中において、前記第二のシートの補助のもとに、閉じ込められた空気を前記コンポジットの周辺端部へ向けて移動させるステップと、を備えることを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記第一のシートは、炭素繊維織物プリプレグ材からなることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
成形後に、前記コンポジットの少なくとも一つの外面にクリアー塗料を塗装するステップをさらに備える請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第一のシートは、金属製である前記ツールの一つによって直接圧縮されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記第一および第三のシートの少なくとも一枚は、炭素繊維および樹脂を含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記第一のシートは略一方向の炭素繊維を含み、成形後に前記第一のシートに着色塗料を塗装するステップをさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記第一のシートの露出面にクラスＡの自動車外面を作製するステップをさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
サイクル時間１時間内で、かつ圧縮成形サイクルの開始および終了間の途中で、一組の三次元形状マッチメタルダイを備えるツールを開けずに前記シートを一体に圧縮成形するステップをさらに備えることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
（ａ）繊維プリプレグの第一のシートを所定の位置に配置するステップと、
（ｂ）ランダムに配向した空気通過性材料の第二のシートを前記第一のシートと重なるように前記位置に配置するステップと、
（ｃ）繊維プリプレグの第三のシートを前記第二のシートと重なるように前記位置に配置するステップと、
（ｄ）自動プレス内において、予熱したツール間で前記シートを一体に圧縮成形するステップと、
（ｅ）成形中において、前記第二のシートの補助のもとに、閉じ込められた空気を前記コンポジットの周辺端部へ向けて移動させるステップと、を備える方法に従って作製される、層状コンポジットパーツ。
【請求項１８】
繊維および樹脂を含む第一のシートと、
空気通過性であり、かつ非金属製である繊維質ベール材である第二のシートと、
繊維および樹脂を含む第三のシートと、を備えるパネルであり、
前記第一および第三のシートは重なるように前記第二のシートを挟み、
前記第二のシートは、前記シートの接合中に、閉じ込められた空気を前記パネルの周辺端部に向けて移動させることを特徴とするパネル。
【請求項１９】
成形された前記シートは、自動車の外装パネルを画定することを特徴とする請求項１８に記載のパネル。
【請求項２０】
前記第一のシートは、接合後にクラスＡの自動車外面を有することを特徴とする請求項１８に記載のパネル。
【請求項２１】
前記第一のシートは、炭素繊維織物プリプレグ材であることを特徴とする請求項１８に記載のパネル。
【請求項２２】
織物材であるチェックボート状パターンが車両外側から見えるように第一のシートの外面に配置されたクリアー塗料をさらに備えることを特徴とする請求項１８に記載のパネル。
【請求項２３】
前記第一および第三のシートの少なくとも一枚は、一方向の炭素繊維プリプレグ材であることを特徴とする請求項１８に記載のパネル。
【請求項２４】
前記第一および第三のシートの両方が一方向の炭素繊維プリプレグ材であることを特徴とする請求項１８に記載のパネル。
【請求項２５】
前記シートは、オートクレーブおよびバキュームを使用せずに一体に圧縮成形されることを特徴とする請求項１８に記載のパネル。
【請求項２６】
前記シートは自動プレス中で圧縮成形によって接合され、圧縮成形サイクル時間は１時間内であり、金属製キャビティおよび金属製コアは該成形サイクル中閉じていることを特徴とする請求項１８に記載のパネル。
【請求項２７】
繊維プリプレグの第一のシートと、
ランダムに配向した繊維を有する材料の第二のシートと、
繊維プリプレグの第三のシートと、
前記第三のシート上に重ねられた、繊維プリプレグの第四のシートと、を備えるパネルであり、
前記第一および第三のシートは重なるように前記第二シートを挟み、
前記第三および第四のシートは、互いにずれた方向に配向した一方向の炭素繊維を含み、
前記第二のシートは、前記シートの成形中に閉じ込められた空気を前記パネルの周辺端部へ向けて移動させ、
前記第一のシートは、目に見える気泡をほとんど含まないクラスＡの自動車外面を画定することを特徴とする、パネル。
【請求項２８】
前記第一のシートは炭素繊維織物プリプレグ材であることを特徴とする請求項２７に記載のパネル。
【請求項２９】
織物材であるチェックボート状パターンが車両外側から見えるように第一のシートの外面に成形後に配置されたクリアー塗料をさらに備えることを特徴とする請求項２７に記載のパネル。
【請求項３０】
前記第一および第三のシートの両方が一方向の炭素繊維プリプレグ材であることを特徴とする請求項２７に記載のパネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にコンポジット製品およびこのようなコンポジット製品を形成するための形成システムに関し、特には、繊維質プリプレグ層からのコンポジットの作製に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンポジット材料は、軽量、高強度であり、かつ低熱膨張構造を有する点で望ましいため、航空宇宙産業で一般に使用されている。このようなコンポジットの多くは、繊維プリプレグとして知られる、樹脂含浸した複数の繊維層を、室温でマンドレル、すなわち型にハンドレイアップすることによって作製される。次に、バキュームバッグおよびオートクレーブを使用して、オーブン中でこのコンポジットを硬化する。通常のオートクレーブおよびオーブンのサイクル時間は、一般に２時間から２時間３０分の範囲であり、これには時間および費用のかかるハンドレイアップ工程は含まれていない。したがって、このような工程は通常、非常に少量のパーツ生産に限られている。従来のハンドレイアップ、オートクレーブおよびオーブンによる製造方法の例は、下記の米国特許公報に開示されている。すなわち、２００４年３月１８日付けでLabordusらによって公表された、[Method for the Production of a Laminate and Bent Product Consisting of Laminate]と題された特許文献１、２００４年３月１８日付でSheuらによって公表された、[Co-Cured Vacuum-Assisted Resin Transfer Molding Manufacturing Method]と題された特許文献２、および２００２年２月２１日付でWaldrop.IIIらによって公表された、[Double Bag Vacuum and Fusion Process and System for Low Cost, Advanced Composite Fabrication]と題された特許文献３である。これら公報の開示を本明細書中に援用する。
【０００３】
予熱した圧縮用金型を使用した、一方向および／または織繊維プリプレグ材である複層からなる大型の湾曲した成形パネルの作製実験が種々行われているが、失敗に終わっている。これら実験パネルの大半は、すべてではないにしても、成形中にパーツ内に閉じ込められ残存した空気によって、許容し難い外面の歪みおよび不完全性を呈してしまった。これら欠点は、他の試みにおいても、プリプレグパーツの圧縮成形およびオートクレーブ工程で確認されており、例えば、２００３年１２月１８日付でPolk.Jrらに公開された、[Thermal Plastic Molding Process and Apparatus]と題された特許文献４の「発明の背景」のセクションに記載されている。この開示を本明細書中に援用する。
【０００４】
〔関連する出願への相互参照〕
本出願は、２００４年４月２３日付で出願した米国特許第６０／５６５，２５５号に基づく優先権を主張するものであり、該出願を本明細書に援用する。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／００５３０２７号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００４／００５１２１４号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００２／００２２４２２号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００３／０２３２１７６号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様は、層状コンポジットからの自動車パネル製造方法であって、（ａ）繊維プリプレグの第一のシートを所定の位置に配置するステップと、（ｂ）繊維質ベール材である第二のシートを前記第一のシートと重なるように前記位置に配置するステップと、（ｃ）繊維プリプレグの第三のシートを前記第二のシートと重なるように前記位置に配置するステップと、（ｄ）少なくとも、繊維プリプレグ材である第四のシートを、前記第一および第四のシート間に、第一、第三および第四のシートと異なる特性を有する第二のシートとともに配置された前記第三のシートと重なるように前記位置に配置するステップと、（ｅ）前記第四のシートの大部分の繊維が前記第三のシートの大部分の繊維に対してずれるように、前記第四のシートの方向を決定するステップと、（ｆ）前記シートを、予熱したツール間において、オートクレーブを使用せずに一体に圧縮成形するステップと、（ｇ）成形中において、前記第二のシートの補助のもとに、閉じ込められた空気を前記コンポジットの周辺端部へ向けて移動させるステップと、を備えることを特徴とする。
【０００６】
本発明の他の態様は、層状コンポジットパーツの製造方法であって、（ａ） 繊維プリプレグシートから層状コンポジットサンドイッチを作製するステップと、（ｂ）金属製キャビティおよび金属製コア間で前記シートを一体に圧縮成形するステップと、（ｃ）自動作動プレスにおける圧縮成形サイクル時間を１時間内とするステップと、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明のさらに他の態様は、ラミネートを製造する方法であって、（ａ）多様に配向した非金属性繊維を含む空気通過性ベール材を、隣接する繊維プリプレグシート間に配置するステップと、（ｂ）前記シートおよび前記材料を一体に圧縮成形するステップと、（ｃ）オートクレーブを使用しないで前記シートを硬化するステップと、（ｄ）剛性のある三次元のパーツを作製するステップと、（ｅ）成形および硬化中において、前記ベール材の補助のもとに、閉じ込められた空気を前記ラミネートの周辺端部へ向けて移動させるステップと、を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明のさらなる態様は、コンポジットの作製方法であって、（ａ）繊維プリプレグの第一のシートを所定の位置に配置するステップと、（ｂ）ランダムに配向した空気通過性材料の第二のシートを前記第一のシートと重なるように前記位置に配置するステップと、（ｃ）繊維プリプレグの第三のシートを前記第二のシートと重なるように前記位置に配置するステップと、（ｄ）自動プレス内において、予熱したツール間で前記シートを一体に圧縮成形するステップと、（ｅ）成形中において、前記第二のシートの補助のもとに、閉じ込められた空気を前記コンポジットの周辺端部へ向けて移動させるステップと、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明のさらに他の態様は、（ａ）繊維プリプレグの第一のシートを所定の位置に配置するステップと、（ｂ）ランダムに配向した空気通過性材料の第二のシートを前記第一のシートと重なるように前記位置に配置するステップと、（ｃ）繊維プリプレグの第三のシートを前記第二のシートと重なるように前記位置に配置するステップと、（ｄ）自動プレス内において、予熱したツール間で前記シートを一体に圧縮成形するステップと、（ｅ）成形中において、前記第二のシートの補助のもとに、閉じ込められた空気を前記コンポジットの周辺端部へ向けて移動させるステップと、を備える方法に従って作製される、層状コンポジットパーツである。
【００１０】
本発明のさらなる態様は、繊維および樹脂を含む第一のシートと、空気通過性であり、かつ非金属製である繊維質ベール材である第二のシートと、繊維および樹脂を含む第三のシートと、を備えるパネルであり、前記第一および第三のシートは重なるように前記第二のシートを挟み、前記第二のシートは、前記シートの接合中に、閉じ込められた空気を前記パネルの周辺端部に向けて移動させることを特徴とするパネルである。
【００１１】
本発明のさらなる態様は、繊維プリプレグの第一のシートと、ランダムに配向した繊維を有する材料の第二のシートと、繊維プリプレグの第三のシートと、前記第三のシート上に重ねられた、繊維プリプレグの第四のシートと、を備えるパネルであり、前記第一および第三のシートは重なるように前記第二シートを挟み、前記第三および第四のシートは、互いにずれた方向に配向した一方向の炭素繊維を含み、前記第二のシートは、前記シートの成形中に閉じ込められた空気を前記パネルの周辺端部へ向けて移動させ、前記第一のシートは、目に見える気泡をほとんど含まないクラスＡの自動車外面を画定することを特徴とする、パネルである。
【００１２】
すなわち、本発明の一態様によると、コンポジット製品および形成システムが提供される。本発明の他の態様においては、繊維質プリプレグシートの複層が内部の空気通過シートと共に使用され、コンポジット製品、すなわちラミネート製品が作製される。本発明のさらなる態様では、圧縮成形を使用してプリプレグシートからなるコンポジットパーツが形成される。本発明のさらに他の態様においては、オートクレーブを使用せずに炭素繊維パネルが作製され、これらには、閉じ込められた空気によって引き起こる外部面の歪みがほとんどなく、高品質な仕上げ面が要求される自動車に対して使用される。
【００１３】
本発明のパーツは、大量かつ比較的低コストで生産可能であり、また優れた仕上げ面特性を呈するため、本発明のコンポジット製品および形成システムは、従来の製品および該製品の作製方法と比べて有利である。本発明によると、閉じ込められてしまった空気または他のガスがコンポジットパーツの一つ以上の外面から該パーツの周辺端部へ向かって有利に移動する。本発明のサイクル時間は、バキュームバッグおよびオートクレーブを必要としないため、従来の工程のサイクル時間と比べて格段に早い。また、コンポジットパーツ中に閉じ込められた空気およびボイドが減少しているため、本発明の構造完全性も向上する。本発明のさらなる利点および特徴は、添付の図面と共に下記の記載及び添付の特許請求の範囲から明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明のコンポジット製品および形成システムは、自動車２１の大型ボディーパネルの作製に使用されることが好ましい。図１〜４を参照すると、代表的なボディーパネルには、三次元的に湾曲したフード・アウターパネル２３、フード・インナーパネル、フロントフェンダー２５、ドア・アウターパネル２７、ドア・インナーパネル、リアフェンダー２９、デッキリッド・インナー、デッキリッド・アウターパネル、スポイラー３１、ルーフ３３が挙げられ、またあるいは、インテリア・トリムパネル、小型給油口用ドア、エクステリアおよびインテリア・ガーニッシュモールディングも挙げられる。フード２３は、複数の内部シート層４５によって画定された外面４１、４３を有しており、該複数の内部シート層４５は加工中に互いに永続的に張り合わされており、また、終端はその周辺端部４７である。周辺端部４７は、図示のように下向きに曲がっていても、概ね垂直な平面に沿ってカットされていても、あるいは、ピンチした後にトリミングすることによって部分的なアールが与えられていてもよい。コンポジットフード製品、すなわちパーツ２３の外側面４１はクラスＡの外面であり、これは、美的にキズおよび不具合のない、非常に高い仕上げ面特性を呈さなければならない。
【００１５】
図４〜６にコンポジット製品５１の第一の好ましい実施形態を示す。この実施形態では炭素繊維織物プリプレグシート５３が使用され、これは、塗装されるとクラスＡの外面４１となる。紫外線に対する安定性および第一のシート５３の外面の光沢を向上するために、クリアー塗装によって塗料が最適に塗装される。織物シート５３は目に見えるチェックボード状パターンを有し、これは、東レコンポジット（米国）社から入手可能であるＧＢ３Ｃ急速硬化樹脂システムを有し、かつ繊維の面積当り重量は約３８０ｇ／ｍ２、樹脂含有量は約４５％である、繊維フォーマットがＴ３００Ｓ  ３Ｋである２Ｘ２の綾織物が好ましい。他の材料も使用されうることが理解されるべきである。ベール、すなわちスクリムシート５５は第一の外側シート５３のすぐ隣に配置される。ベールシート５５は、不織の、短いまたは中間長さのストランドの連続ガラス繊維材料であり、多方向かつランダムにオーバーラップする繊維配向を有する。これによって、高い空気通過性および全方向への流動が可能となる。ベールシート５５は、１７６Ａバインダー樹脂５％、フィラメント厚さ１８ミクロン、厚さ２０ミル、および面積当り重量２８ｇ／ｍ２であるＳｕｍａｔ  ＳＦ１００  １７６Ａ−５、Ａ−１１００製品として、Hollinee社から入手することが好ましい。あるいは、Regina Glass Fibre社（オーストラリア）のベール、もしくは類似の加工特性を有する他の材料を使用してもよい。一般に一方向の炭素繊維を有するプリプレグ材である第三のシート５７は、ベールシート５５のすぐ隣に配置される。一般に一方向の炭素繊維プリプレグ材である第四のシート５９は、第三の一方向シート５７に隣接して配置される。一般に一方向炭素繊維プリプレグ材６１、６３および６５である、第五、第六および第七のシート（図６では一部分のみ示す）は、それぞれ、第四のシート５９および互いに隣接して積層される。繊維の配向角度は隣接する層間でずらして、コンポジット製品全体にわたる均一な構造剛性を向上させている。例えば、第三のシート５７の繊維の配向が０°である場合、第四のシート５９の配向は９０°、第五のシート６１の配向は０°、第六のシート６３の配向は９０°、第七のシート６５の配向は０°であることが好ましい。また、角度配向は、特定のパーツ仕様要求に応じて変更されうることが想定される。例えば、長尺の細いパーツに関しては、交互に＋４５°および−４５°にして層を形成させ、フード・インナーパネル等に関しては、交互に＋６０°および−３０°にして層を形成させる。一方向炭素繊維プリプレグ材は、東レコンポジット（米国）社から入手可能である製品番号Ｐ３８３１Ｃ−１９０−１０００であることが好ましく、これは、繊維型式品目がＴ６００Ｓ  ２４Ｋ、かつ一方向であり、ＧＢ３Ｃ急速硬化樹脂システムを有し、また、繊維面積当り重量は約１９０ｇ／ｍ２、樹脂含有量は約３８％である。
【００１６】
図７を参照すると、一般に一方向の炭素繊維プリプレグ材を第一のシート８３に使用する以外は、第二の好ましい実施形態のコンポジット製品８１は、第一の好ましい実施形態のコンポジット製品５１と本質的に同様である。ベールシート８５と他の一方向プリプレグシート８７、８９および９１と、また場合によっては他のシートとが、第一のシート８３に隣接して積層されているが、第一シート８３と第三のシート８７の間に、それぞれ、繊維配向のずれが構成されている。第一のシート８３の外面は、例えば車両のボディカラーと合うような不透明の着色塗料で塗装されていることが好ましい。
【００１７】
図５、図８および図９を参照して、コンポジット製品の実施形態双方に関して本発明の好ましい加工・形成システムを説明する。圧縮成形システム１０１には、垂直方向の移動可能キャビティツール１０３と垂直方向の固定コアツール１０５とを含み、これらは自動プレス１０７に搭載されている。一対のコア１０５は、必要に応じてシャトルに搭載されていてもよく、このシャトルは、予め形成したコンポジットの挿入装填のために一方のコアが開口している間に、他方のコアを、プレス中に水平に移動させて成形・硬化する。レイアップおよび成形場所の相対湿度は、華氏６５〜７０°において３０〜４０％でることが好ましい。あるいは、水平方向に移動するプラテンまたはツールを有する自動プレスが使用可能である。形成システムの工程ステップは、以下の通りである。
【００１８】
＜準備段階＞
１．フリーザー１１１からプリプレグ材であるロール１０９を取り出し、室温になるまで融解させる。  
２．材料レイアップエリアでカットするために、ラックにプリプレグ材であるロールを乗せる。
【００１９】
＜材料のレイアップ段階＞
３．プリプレグ材を、成形されるコンポジットパーツに望ましい指定の直線にカットする。コンポジットパーツの成形に要求される層の指定数に対応するように、適当な枚数のシートをカットする。  
４．プリプレグ材である平坦な層を、平坦なテーブル、外面すなわち支持体（バック）１１３にレイアップし、コンポジットパーツの仕様に合うように適宜繊維方向を決定する。このレイアップは、全ての層、または必要数の層の一部である。ツールキャビティ表面から、ベール材である一層が第二の材料の層として配置される。（すなわち、プリプレグ材の一層の裏に配置される）。  
５．適切な繊維配向に対応するようにパーツ設計が要求された場合、正確な繊維配向および正確な数の材料層で金型面を完全に覆う、ステップ４のレイアップから得られる所定の型材を予めカットしておく。  
６．適切な繊維配向に対応するようにパーツ設計が要求された場合、ステップ５で予めカットしておいた個々の型材を、成形部品用のレイアップ支持体（バック）へハンドレイアップする。  
７．一旦レイアップが完了したら、金型が開いて前のパーツが該金型から取り除かれるまで待機する。ステップ３〜６は、金型が閉じて前の材料レイアップ組立体が硬化している間に同時に実施される。
【００２０】
＜材料成形段階＞
８．レイアップエリアから、（妥当な場合、予め形成した）材料レイアップ組立体を取り出し、金型コア１０５へ入れる。金型のキャビティおよびコアの温度は、約２６５±３５°Ｆ（約１１０〜約１４９℃）であることが好ましい。  
９．金型の閉鎖速度を約５インチ／分に制御して予熱した金型のキャビティ１０３を閉じ、材料レイアップを硬化する。この材料を、規格サイクル時間２７±３分、ツール温度２６０±１０°Ｆ（約１２１〜１３２℃）として形成用金型中に保持することが望ましい。材料樹脂システムの仕様要求によっては、ツール温度３００°Ｆ（約１４９℃）に対してサイクル時間を１５分とすることが可能である。次のコンポジットパーツの材料レイアップは、金型が閉じて現在のパーツが硬化されている間に行う。  
１０．硬化後に金型を開けて、形成されたコンポジットパーツを取り出す。このパーツを冷却用固定具１１５に配置する。  
１１．パーツの温度が室温±２０°Ｆ（±約１１℃）となったら、パーツを冷却用固定具１１５から取り外し、未加工パーツ用の工程間ラックに置く。ラックが満杯になったら、未加工パーツ用工程間ラックを、トリミング・検査エリアへ配送する。
【００２１】
＜トリミング・検査段階＞
１２．未加工パーツ用の工程間ラックからパーツを取り外し、トリミング用固定具に配置する。気泡で満ちたコンポジット、および固定具上のコンポジットパーツから樹脂の多い周辺部、すなわち壁を、設計仕様に従って、ウォータージェット・カッティングロボット１１７、あるいはマッチメタルダイ、ルーター、鋸またはレーザーカッターを使用してトリムする。トリムされたパーツをトリム済みパーツ用の工程間ラックに置く。  
１３．トリム済みパーツ用工程間ラックからパーツを取り出し、設計基準が遵守されているかどうかパーツを検査する。設計基準が遵守されていれば、パーツを検査済み用工程間ラックに入れる。パーツが設計基準を満たしていなければ、パーツを不合格パーツ用ラックに入れる。すべてのパーツがトリム・検査されたならば、検査済みパーツ用工程間ラックを接合・組立エリアへ配送する。
【００２２】
＜接合・組立て段階＞
１４．検査済み用工程間ラックから、必要に応じてコンポジットパーツを取り出し、要求された、資材表にリストされた他のパーツとの部分組立および／または接合オペレーションをすべて完了する。組み立てたパーツを最終組立体用工程間ラックへ入れる。ラックが満杯になったら、最終組立体用工程間ラックを最終検査エリアへ配送する。
【００２３】
＜最終検査段階＞
１５．最終組立体用工程間ラックからパーツ組立体を取り出し、設計基準が遵守されているかどうかの組立体の最終的な検査を実施する。パーツ組立体が設計基準を遵守していれば、完成組立体用の工程間ラックにパーツをいれる。パーツが設計基準を満たしていなければ、パーツを不合格パーツ用ラックに入れる。  
１６．必要ならば、完成したパーツ組立体を塗装エリアへ配送して、要求されたように塗装加工を行う。
【００２４】
＜包装・出荷段階＞
１７．顧客の包装・出荷要件に従って、完成したコンポジットパーツの包装・出荷準備をする。
【００２５】
＜材料の保管＞
１８．成形オペレーションが完了し、プリプレグ材が不要となったら、残ったプリプレグ材のロールを０°Ｆ（約−１８℃）で保冷する。
【００２６】
コアツールおよびキャビティツールは、アルミニウムから機械加工されるのが好ましいが、スチール、炭素繊維コンポジット、セラミック、または圧縮成形に十分である他の材料から機械加工されてもよい。また、プログラム可能なガーバー（Gerber）カッター、あるいはスチール・ルール・ダイを、任意のステップ５で使用して、複数のブランクをカットしてツール内に配置可能とすることが想定される。さらに、一つ以上の空気孔をキャビティツールの周辺部に設置することも想定される。約２００〜３００ｐｓｉ（約１．３８〜約２．０７ＭＰａ）の力が圧縮成形プレスによって加えられるが、これよりも小さい、または大きい圧力をかけることも可能である。
【００２７】
ベールシートは、金型での加熱・圧縮過程において、パーツ中心部の空気を、その周辺端部に向かって外側に移動・運搬させる働きがあると考えられる。隣接するプリプレグシートからの樹脂がベールシートの厚さ方向に流れ、十分に結合したコンポジット構造が作製されると思われる。標準ロール幅が所望の最終製品のものよりも狭い場合、本発明の圧縮成形および形成加工によって、最終コンポジットパーツの厚さを大きくせずに、（ロールの幅方向に）並んだシートの端部を有利にオーバーラップさせることが可能となる。これは、この場合にオーバーラップ部にシワを生じさせうり、望ましくない厚さのパーツを作製してしまう従来のオートクレーブ、バキュームバッグおよびオーブン加工とは異なるものである。
【００２８】
また、積層コンポジット製品内の一方向プリプレグシートの枚数は、最終コンポジット製品の所望の厚さおよび強度に応じて変更可能であることが想定される。例えば、一方向プリプレグシートを２、３、５または９枚使用してよい。他の代替実施形態においては、隣接する一組のプリプレグシート毎にベールシートを設置することで、さらに、コンポジット製品内から閉じ込められた空気が追い出され、空気が低減する。さらに、ベール層をバキュームバッグおよびオートクレーブと共に使用してコンポジットパーツ内の空気および他のガスによるボイドを減らすことが想定されるが、本発明の圧縮成形加工によってもたらされる利点の大部分が、実現されなくなってしまう。他の代替変形例では、本発明のコンポジット製品および形成システムは、飛行機、宇宙船、ボート、自動二輪のヘルメット、全地形型車両等に使用されるパネルの作製に使用可能であるが、大型自動車パネル製造に対して本発明を使用することの様々な利点が十分に達成されないかもしれない。
【００２９】
コンポジット製品および形成システムの様々な実施形態を開示してきたが、本発明の範囲を逸脱しない範囲で変形が可能であることが理解されるべきである。例えば、プリプレグ層は、ガラス繊維、ケブラー繊維、または、一方向、ランダムもしくは織り交じった、炭素繊維、金属繊維、ケブラー繊維およびガラス繊維の混合物を含んでもよい。本明細書中に示すように、自動圧力はまた、最初は手動レバーまたは電気制御によって起動されるとしても、水圧によって、または電気機械的に駆動される圧力を含んでよい。様々な材料、温度および加工パラメーターを開示したが、所望の機能及び利点が達成される限り、他の材料、温度および加工パラメーターも使用されうることが理解されるべきである。添付の特許請求の範囲によって、これら機能および利点と、本発明の真の要旨の範囲内に収まる、開示の実施形態からの他のすべての変更とを網羅することが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】自動車の様々なボディーパネルの作製に使用された本発明のコンポジット製品の好ましい実施形態の斜視図である。
【図２】自動車の様々なボディーパネルの作製に使用された本発明のコンポジット製品の好ましい実施形態の斜視図である。
【図３】フードパネルとして使用された第一の好ましい実施形態のコンポジット製品の正面図を上から見た図である。
【図４】フードパネルとして使用された第一の好ましい実施形態のコンポジット製品を示す図３の４−４線断面図である。
【図５】第一の好ましい実施形態のコンポジット製品および形成システムの概略分解側面図である。
【図６】第一の好ましい実施形態のコンポジット製品の断片分解斜視図である。
【図７】第二の好ましい実施形態の本発明のコンポジット製品の断片分解斜視図である。
【図８】コンポジット製品の好ましい実施形態および形成システムの両方を使用した工程ステップを示すフローチャートである。
【図９】コンポジット製品および形成システムの好ましい実施形態の両方を使用した工程配置図の概略上面図である。
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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