(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの配向に沿って予備集成されて変形可能なメッシュを構成する繊維（５、６）を、回転軸線（ＹＹ’）を有する予備成形用マトリックス（８）に設置することによって回転軸線を有する複合材料よりなる部品の予備成形物を製造する方法において、
上記予備集成繊維のストリップ（７）を回転体のまわりに巻付けて所定数の予備集成繊維層を有する巻き体を得、
繊維（５、６）が角度アルファの第１配向およびアルファ未満の角度ベータの第２配向に沿って予備成形用マトリックスの軸線方向配向（ＹＹ’）に対して配列されるように上記巻き体を予備成形用マトリックスのより大きい直径の円周に固定し、
実質的に円周方向の配向の張力および上記角度アルファを増大させる傾向のあるような方向の張力を施すことによって、上記巻き体を予備成形用マトリックス（８）の全面を覆うまで漸次的に張り付けることを特徴とする予備成形物の製造方法。
【請求項２】
角度アルファが６５度と８５度との間であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記ストリップ（７）は予備集成繊維の構造体（４）をその経糸繊維（６）または充填繊維（５）の方向に対してバイアスで切断することによって得られることを特徴とする請求項１および２のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項４】
巻付けが円筒形外筒上に行われることを特徴とする請求項１ないし３のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
巻付けが予備成形用マトリックス（８）上に直接行われることを特徴とする請求項１ないし３のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
巻き体を予備成形用マトリックス（８）全体に張り付けた後、半径方向の圧力の付加により上記巻き体を上記予備成形用マトリックス（８）に当てて圧縮することを特徴とする請求項１ないし５のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
複合材料よりなる上記部品はリムまたはリム要素であることを特徴とする請求項１ないし６のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
回転軸線を有する複合材料よりなる部品の予備成形物を製造する装置において、
上記予備成形物（１）の内側輪郭に対応する外側回転輪郭を有する予備成形用マトリックス（８）と、
２つの配向に沿って予備集成された変形可能なメッシュを構成する所定数の繊維層の巻き体を上記予備成形用マトリックスのより大きい円周に留める手段（２４）と、
上記巻き体を張り付ける張付け手段（１０、１３）と、
実質的に円周方向の張力を上記巻き体に施すことによって上記巻き体を張り付けるために上記予備成形用マトリックスおよび上記張付け手段（１０、１３）を相対回転可能に保持／設置する手段（１４、１５、１６）と、を備え、
上記巻き体を張り付ける張付け手段（１０、１３）は、所定セクタ上で巻き体と接触するようになっている張付け面を有する張付けシュー（１０）を備え、上記張付け面は、最小直径が上記予備成形物の大きい方の外径より大きいか或いはそれに等しい軸方向入口輪郭を有する入口帯域と、上記予備成形物の最終外径に対応する軸方向出口輪郭を有する出口帯域と、上記軸方向入口輪郭から上記軸方向出口輪郭に向けて漸次円周方向に展開する軸方向輪郭を有する転移帯域とを有しており、上記張付シュー（１０）を支持形態で上記巻き体の上記セクタに付き当てる手段（１３）を更に備えていることを特徴とする予備成形物を製造する装置。
【請求項９】
シューの張付面の転移帯域の円周方向輪郭の円周方向形状変化は、上記円周方向輪郭が、巻き体を初めに留めるべきである最大直径の円周に軸方向に近ければ近いほど、急であることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
圧縮手段を更に備え、該圧縮手段は、巻き体に対する張付け面が上記予備成形物の外側輪郭に対応する寸法形状を有する少なくとも１つの圧縮シュー（１１）と、上記圧縮シューを上記巻き体の外面に付き当てて圧縮する手段とよりなることを特徴とする請求項８または９に記載の装置。
【請求項１１】
複合材料よりなる上記部品はリムまたはリム要素であることを特徴とする請求項８ないし１０のうちのいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は複合材料よりなる部品用、より詳細には、ホイール、リムまたはリム要素用の強化構造体の製造に関する。
【０００２】
【従来技術および発明が解決しようとする課題】
複合材料よりなるホイールまたはリムを製造する方法が多く既存している。
特に、強化熱可塑性樹脂の高精度射出成形、または強化された熱硬化性樹脂の圧縮成形について述べる。
これらの技術はステープルファイバを必要とし、その結果、仕上げ製品の機械特性が並になり、並びに成形中の強化繊維の変位により機械的最適化が困難になる。
連続繊維を使用したい場合、既存のファブリックを選択するのがよい。より工業的には、ＲＴＭ（樹脂トランスファー成形）方法または任意の誘導体方法として知られる複合部品を製造する方法を選択することもできる。この方法では、ガラス繊維、炭素繊維または任意の他の種類の繊維のような強化材をもーるどのキャビティに予備配列する。かくして、これらの強化材は最終の複合部品の「予備成形物」を形成する。強化材を適所に設置して構造化するこの操作は「予備成形」として知られている。次いで、真空下或いはトラスンファー成形圧力で樹脂を予備成形物を通してモールド中へ移送し、次いで適当な温度で架橋する。
【０００３】
工業的製造の場合、射出モールドの使用を最適化するために、予備成形物を射出モールドの外側に用意するのがよい。この場合、予備成形物は、これらの射出モールドに位置決めし易くするために、しばしば、例えば、熱可塑性バインダにより剛性化される。
予備成形物の製造はＲＴＭ方法において、特に、例えば、タイヤリムの場合にそうであるように、強烈な窪みを有する形状において不可欠の工程である。
フランス特許第 2595621号は、織られたものでも或いは編まれたものでも、いずれにしても、変形可能なメッシュを有する繊維組織を、製造すべき構造体の形状と同様な形状を有する予備成形用マトリックスに、メッシュの自動順応により予備成形用マトリックスの形状に合うように設置することによって複合材料の部品用の回転予備成形物を製造ことを提案している。この方法は、繊維組織を予備成形用マトリックスにその軸方向端部のところで設置してメッシュが構造体の軸方向に対して両傾斜辺を有するようにし、次いで組織に軸方向の張力を施しながら、繊維組織を予備成形用マトリックスに他方の端部に向けて次第に設置することよりなる。
【０００４】
この方法によれば、構造体の軸方向に対してファブリックの強化繊維の対称配向が得られ、これはタイヤリムの場合に適当ではなく、タイヤリムのためには、強化繊維の円周方向および軸方向の配向を得るのが望ましい。
ヨーロッパ特許出願第 EP0327173号は連続繊維を軸方向に、次いで円周方向に巻付けることによって複合ホイールの予備成形物の製造についての解決策を提供している。しかしながら、この方法は遅く、設備に多大の費用を必要とする。
本発明の目的は予備集成繊維からリム予備成形物の製造のための他の簡単な技術を提供することである。予備集成繊維の構造体は例えば織製ファブリックであるのがよい。このようなファブリックは経糸および充填糸より織ることにより形成される。
【０００５】
このようなファブリックで予備成形物を製造するために、経糸繊維および充填繊維を所望の機械的強化方向、この場合、軸方向および円周方向に適用する。これらの条件下で、リムのような長い窪みを有する表面にファブリックを直接張り付けると、しわが現れ、予備成形を実現することができない。
【０００６】
【課題を解決する手段】
本発明によれば、２つの配向に沿って予備集成されて変形可能なメッシュを構成する予備集成繊維を予備成形用マトリックスに設置することによって回転軸線を有するリムの予備成形物またはリム要素の予備成形物を製造する方法において、
上記予備集成繊維のストリップを回転体のまわりに巻付けて所定数の予備集成繊維層を有する巻き体を得、
繊維（５、６）が角度アルファの第１配向およびアルファ未満の角度ベータの第２配向に沿って軸方向配向に対して配置されるように上記巻き体を予備成形用マトリックスのより大きい直径の円周に留め、
実質的に円周方向の配向の張力および上記角度アルファを増大させる傾向のあるような方向の張力を施すことによって、上記巻き体を予備成形用マトリックスの全面を覆うまで漸次的に張り付けることを特徴とする予備成形物の製造方法が提供される。
【０００７】
ファブリックのストリップの第１教科繊維の傾斜角度アルファは好ましくは６５度と８５度との間である。
本発明によるリム予備成形物の製造方法は、構造体の軸方向および円周方向に近い、予備成形物の強化繊維の配向を生じるという利点がある。
好ましくは、ストリップの巻き体を予備成形用マトリックス全体に張り付けた後、この巻き体を半径方向の圧力による予備成形用マトリックスに当てて圧縮する。この工程は、仕上げられた複合部品における強化繊維の含有量を増大させて機械特性を向上させるという利点がある。
また、本発明によれば、リム予備成形物またはリム要素予備成形物の製造装置において、
上記予備成形物の内側輪郭に対応する外側回転輪郭を有する予備成形用マトリックスと、
２つの配向に沿って予備集成された変形可能なメッシュを構成する予備集成繊維のストリップの巻き体を上記予備成形用マトリックスのより大きい円周に留める手段と、
実質的に円周方向の張力を施すことによって上記巻き体を張り付ける手段とを備えたことを特徴とする予備成形物を製造する装置が提供される。
【０００８】
巻き体を張付ける手段は
所定セクタ上で巻き体と接触するようになっている張付け面を有する張付けシューを備え、上記張付け面は、最小直径が上記予備成形物の大きい方の外径より大きいか或いはそれに等しい軸方向入口輪郭を有する入口帯域と、上記予備成形物の最終外側輪郭に対応する軸方向出口輪郭を有する出口帯域と、上記軸方向入口輪郭から上記軸方向出口輪郭に向けて漸次円周方向に展開する軸方向輪郭を有する転移帯域とを有しており、
予備成形用マトリックスおよび上記張付けシューを相対回転可能に保持／設置する手段と、
上記張付けシューを上記巻き体の上記セクタに付き当てる手段とを備えている。
【０００９】
好適な実施例では、シューの張付け面の転移帯域の円周輪郭の円周方向形状変化は、上記円周方向輪郭が、巻き体を初めに取り付けるべきである最大直径の円周に軸方向に近ければ近いほど、急である。
【００１０】
【実施例】
添付図面を参照して、例示のためであって限定のためのものではない本発明の実施例を以下に説明する。
図１に示すリム予備成形物１は、以下で分かるように、経糸繊維および充填繊維が軸方向および円周方向に沿って配置された幾つかの重畳ファブリック層で構成されている。この予備成形物１は回転軸線ＹＹ’を有している。その２つの軸方向端部は前側フランジ２および後側フランジ３である。
このようなリム予備成形物１を製造する際の難点は横断面における半径の長さの大きな変化に起因している。
予備成形物１を製造するためのファブリック４の例が図２に示されている。このファブリック４は互いに角度γをなす充填繊維５および経糸繊維６で構成されている。このようなファブリック４は辺ａ、ｂの単位メッシュで構成されるものと考えることができる。これらの長さａ、ｂは同じ織り構成に設けられた２種の充填繊維５と経糸繊維６との間の距離に対応している。ファブリック４を充填繊維５および経糸繊維６の方向と異なる方向に引っ張ると、ファブリック４の各単位メッシュは変形されて平行四辺形を構成し、長さａ、ｂは一定のままであるが、角度γは変化する。γの最大および最小限度γｍａｘ、γｍｉｎは実験で測定することができる。本発明の方法に使用されるファブリックは好ましくはｇ角度が９０度程度である。９０度から±３０度の範囲にあるγの値を有するファブリックを使用することができる。
【００１１】
「ストリップ」と称するものはストリップの幅に対する角度αおよびβで配向され、且つ所定のリムに相当する幅に切られた繊維で構成されたファブリック４のストリップである。図４は予備成形用マトリックスに適用するように用意されたこのようなストリップ７を示している。このストリップ７はファブリック４をその経糸６および充填糸５の方向に対するバイアスで切断することによって得られる。図４の場合、切断はファブリック４の経糸６の方向に対するπ／２−αに等しい角度ωに対応するバイアスで行われる。この角度ωは好ましくは１０度２５度との間である。
予備成形用マトリックスに巻かれると、軸線Ｄ’Ｄは円周方向に対応し、軸線Ｘ’Ｘは軸方向に対応する。
【００１２】
また、この切断は充填糸に対するバイアスで行うことができる。
予備成形物の製造における第１工程は所定数の繊維層を得るまで、このストリップ７を回転体、例えば、円筒形外筒に巻き付けることよりなる。この円筒形外筒の外径は好ましくは予備成形用マトリックス８の大きい方の直径に同じであるが、これは必要ではない。この外筒の直径がマトリックス８の直径と異なる場合、半径方向の延長（巻き体の直径の増大）または軸方向の延長（巻き体の直径の減少）により外筒の直径をマトリックス８の直径に等しくするのがよい。この中間工程は予備集成繊維の配向角度を変更するために有用であることもある。
図５は予備成形用マトリックス８を示している。また、このマトリックス８は回転軸線ＹＹ’と、製造すべき予備成形物１の内側輪郭に対応する半径方向外側輪郭とを有している。その軸方向端部２０、２１は予備成形物１の前側フランジ２および後側フランジ３に対応する。これらの軸方向端部はより大きい外径を有している。従って、巻き体が初めに例えばフープ２４の手段により円周方向に留められべきであるのはこれらの端部の一方、例えば、端部２０にである。
【００１３】
巻き体を予備成形用マトリックス８に張付ける装置が図６および図７に概略的に示されている。図６は予備成形用マトリックス８、張付けシュー１０および３つの圧縮シュー１１の正面図である。張付けシュー１０および圧縮シュー１１はシリンダ─ピストンユニット１３により保持され、またリム予備成形物１の対応セクタに当たるように移動することができる。予備成形用マトリックス８はフレーム１４に留められ、また予備成形用マトリックス８をモータ１５により回転駆動することができる。シリンダ─ピストンユニット１３は支持体１６によりフレーム１４に留められる。予備成形物の製造後の予備成形物を取出し易くするために、予備成形用マトリックス８は有利には最小直径の円周平面において分離することができる２つの部分で構成されるのがよい。
【００１４】
図７から分かるように、圧縮シュー１１は予備成形物１に対する張付け面を有しており、この表面の軸方向輪郭は製造すべき予備成形物１の外側軸方向輪郭に対応している。
図８は張付けシュー１０の側面図および張付けシューを通る３つの横断面図である。このシュー１０は円周方向に３つの帯域、つまり、入口帯域、転移帯域および出口帯域を有している。図８中で、８ａ、８ｂ、８ｃは、線ＡＡ、ＢＢおよびＣＣに対応して張付けシュー１０を通る３つの横断面を示しており、図８において、参照数字２２、２３は予備成形用マトリックス８の対応帯域２０、２１に当たるようになっている帯域を示している。図８の８ａは図８の断面ＡＡに沿った入口帯域を通る横断面図であり、この帯域における張付け面の軸方向輪郭は製造すべき予備成形物１の大きい方の外径より大きいか或いはそれに等しい直径を有している。図８の８ｃは図８の線ＣＣに沿った出口帯域を通る横断面図である。この横断面は予備成形物１の最終の外側輪郭に対応する軸方向輪郭を有している。最後に、図８の８ｂは図８の線ＢＢに沿った転移帯域を通る横断面図である。この場合、軸方向輪郭は入口帯域の輪郭と出口帯域の輪郭との中間である。尚、軸方向端部２０側の輪郭はすでに出口輪郭のものであり、他方の側では、転移が完全ではない。従って、転移帯域における張付け面の軸方向輪郭の展開は巻き体が初めに張付けられる軸方向端部２０に近づくにつれて速くなる。
【００１５】
本発明による方法は下記の如くである。
─  製造すべき予備成形物１に必要な多数のファブリック層を得るために予備成形物１の軸方向端部２０、２１の直径に等しい外径の外筒にストリップ７を巻き付け、
─  張付けシュー１０および圧縮シュー１１は予備成形用マトリックス８から半径方向に隔てられた位置にあり、ストリップ７の巻き体を予備成形用マトリックス８の一方の軸方向端部に留め、
─  上記マトリックスの各箇所が入口帯域から出口帯域に向けてシュー１０の張付け面に対して移動する方向に予備成形用マトリックスを軸線ＹＹ’のまわりに回転設置し、
─  予備成形物１の最終厚さを得るまでストリップ７の巻き体に当たるように張付けシュー１０を半径方向に変位させ、
─  同じ最終厚さでストリップの巻き体に当たるまで圧縮シューを半径方向に変位させ、
─  予備成形用マトリックスの回転と止め、
─  仕上げられた予備成形物を取り出す。
【００１６】
予備成形用マトリックス８に張付けられた位置で係止されるまで予備成形用マトリックス８の軸方向端部２０の高さで係止された繊維に対して異なる層の繊維の漸次的摺動を生じるのは張付けシュー１０と巻き体の外層との間の円周方向配位摩擦力である。これらの摩擦力が実際には円周方向であるためには、マトリックス８の回転速度および張付けシュー１０の漸進速度が同期化されることが重要である。実際、シュー１０が巻き体に当たると、最小数の回動が起こることが必要である。この回動数は必ず１より大きいか或いは１に等しくなければならないが、適切な張付けを行うために、約１０であることができる。マトリックスの回転速度は不可欠のパラメータではなく、１秒あたり数回転の速度が全く満足すべきものである。
【００１７】
軸方向に対する経糸繊維６の配向ａは好ましくは、予備集成繊維の在来の構造の場合、初めは６５度と８０度との間であり、これは１０度と２５度との間の値に対応する。
方法を適用することができるためには、実質的に円周方向の配位に沿った繊維、例えば、経糸を予備成形用マトリックスに螺旋状に巻き、これらの糸の一端をリムフランジの一方に留め、他端が他方のフランジのところで自由であることが必要である。従って、９０度のα値で張付けを行うことが重要である。他方、非常に変形可能なファブリックの場合、例えば、経糸と充填糸との間の９０／１０のアンバランスでは、９０度に非常に近い、すなわち、８５度のα値で経糸繊維を張付けることが可能である。
【００１８】
ストリップ７の巻き体に向かう張付けシュー１０の半径方向の移動により、充填繊維の角度ａを増大させるか、或いはこれらの繊維を円周方向に寄せ集める傾向がある円周方向の摩擦力を生じる。これらの力は、ストリップ７の巻き体が予備成形用マトリックス８の輪郭に順応するまで、ストリップ７の巻き体の層の漸次的円周方向変位を生じる。張付けシュー１０の転移帯域の輪郭の円周方向および半径方向の漸次的展開によりストリップ７の巻き体の位置決めを行うことができ、この位置決めも漸次的である。
張付けシュー１０のストロークの終了時に、予備成形物１を所望の形状で安定化させるために圧縮シューを半径方向に引き上げる。
この安定化を容易にするために、張付け装置を、予備成形用マトリックス８を加熱および冷却する手段に組み入れることにより補足することが有利である。これらの手段は特に、図１０に示すように少なくとも一方の圧縮シュー１１に連結された高温空気源よりなるのがよい。このシューは中空であり、また半径方向の穴３１を有している。予備成形用マトリックス８にも、対応する半径方向の穴３２が一様にあけられている。高温空気の流れはシューと予備成形用マトリックスとの間に存在し、ストリップ７の巻き体が収容される空間を通る。次いで、この流れは予備成形用マトリックス８の軸線内に位置決めされたチャンネル３３に中へ排出される。
【００１９】
この場合、ファブリックは熱可塑性の予備成形用バインダを備えていなければならない。ストリップ７の巻き体を予備成形用マトリックス上の適所に設置した後、高温空気の流れは巻き体を通過させられ、この流れにより熱可塑性バインダを溶融させる。次いで、バインダが溶解されている間、巻き体を予備成形用マトリックスに予め張付ける。張付けが完了すると、高温空気の流れは予備成形物１を冷却するために低温空気の流れと交換され、予備成形用バインダを固化し、かくして生成された予備成形物を安定化する。すると、この予備成形物を変形することなしに容易に取り扱うことができる。
本発明による方法の変形例によれば、予備成形用マトリックス８のまわりにファブリックのストリップ７を巻きことおよびシュー１０による上記マトリックス８に巻き体を張付けることは同時に行われる。
【００２０】
製造すべき予備成形物の厚さが可なりのものである場合、ストリップの張付けを幾つかの次々の操作で行うこともできる。
「Les Fils d'Auguste Chomarat et Cie」のフランス特許第AF43.0391 号の２ｘ２ツウィル（twill) (そのγ極値は５３度および１２９度である）をファブリックとして使用した本発明の方法の実施の３つの例を以下に説明する。リム予備成形物は６Ｊ１５リムに相当する。使用した繊維はガラス繊維である。
以下の表１はαの初めの値の関数としてリム予備成形物の製造後に測定した角度α、β、γの結果を示している。
表１
初めの値α／β（度）      ７０／２０      ７５／１５      ８０／１０
元のガンマ                    ９０            ９０            ９０
最小ガンマ                    ６８            ５５            ４０
最大ガンマ                  １０５            ９０            ９０
ガンマの変化                  ３７            ３５            ５０
元のアルファ                  ６０            ７５            ８０
最小アルファ                  ６０            ７５            ７０
最大アルファ                  ７０            ８０            ８０
アルファの変化                １０              ５            １０
元のベータ                    ３０            １５            １０
最小ベータ                      ０          ─２０          ─４０
最大ベータ                    ３０            １５            １０
ベータの変化                  ３０            ３５            ５０
３つの場合、経糸繊維の配向の変化は非常にわずかであり、従って、これらの繊維は実質的にもとの配向のままである。他方、充填繊維は予備成形物の直径の激しい変化に対するファブリックの順応に関連された激しい変化を示している。第３の場合だけ、行った測定は過剰に大きい変形（ファブリックの変形限度未満の測定値γｍｉｎ）をファブリックに課したことを示しているものと思われる。この結果、張付けにおける幾つかの非常に局部的な難しさが生じた。
【００２１】
すでに述べたように、ホイールリムの場合、作動中のリムの機械的強度を最適にするために強化繊維の配向をできるだけ円周方向であるようにすることが望ましい。しかも、圧力下での破壊に対する良好な機械的耐性を得るために、準軸方向配向状態の繊維を幾らか有することが適切である。
本発明の方法によれば、充填繊維のこの実質的に円周方向の配向を得ることができる。また、充填糸１０％対経糸９０％の割合までアンバランスにされた経糸／充填糸比のファブリックを使用することができ、かくして、円周方向の強化を行うことができる。
アンバランス化ファブリックを得る他の変形例は経糸における或る割合の炭素繊維またはアラミド繊維をガラスファブリックに導入することよりなる。
【００２２】
予備成形物はかくして製造され、必要なら、優れた形状寸法を確保するために前側および後側フランジの端部を切断し、次いで、これらを閉鎖モールドに入れ、真空またはわずかな圧力下で熱硬化性樹脂を射出し、これを架橋して仕上げリムを得ることができる。
自動車用のホイールリム予備成形物の製造に関して本発明の方法を説明した。この方法は軸方向および円周方向における強化繊維の配向が可なりである、回転軸線を有する複合材料の部品の予備成形物の製造にも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】リム予備成形物の図である。
【図２】強化ファブリックの図である。
【図３】図１のファブリックのようなファブリックの変形性を示す図である。
【図４】ファブリックのストリップを示す図である。
【図５】予備成形用マトリックスを示す図である。
【図６】張付け装置を示す図である。
【図７】図６の張付け装置の側面図である。
【図８】張付けシューの側面図および張付けシューを通る３つの横断面図である。
【図９】張付け装置の改良を示す図である。
【符号の説明】
１        予備成形物
２        前側フランジ
３        後側フランジ
４        ファブリック
５        充填繊維
６        経糸繊維
７        ストリップ
８        予備成形用マトリックス
１０      張付けシュー
１１      圧縮シュー
１３      シリンダ─ピストンユニット
【図１】
0004308930.tif 000002
【図２】
0004308930.tif 000003
【図３】
0004308930.tif 000004
【図４】
0004308930.tif 000005
【図５】
0004308930.tif 000006
【図６】
0004308930.tif 000007
【図７】
0004308930.tif 000008
【図８】
0004308930.tif 000009
【図９】
0004308930.tif 000010