特開 2023-113635 製織された繊維プリフォームに樹脂を注入することによって部品を製造するための方法および装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023113635

(43)【公開日】2023-08-16

(54)【発明の名称】製織された繊維プリフォームに樹脂を注入することによって部品を製造するための方法および装置

(51)【国際特許分類】

   B29C 70/48 20060101AFI20230808BHJP

   B29C 70/06 20060101ALI20230808BHJP

   B29C 70/54 20060101ALI20230808BHJP

   B29C 39/10 20060101ALI20230808BHJP

   B29C 43/02 20060101ALI20230808BHJP

   B29C 43/18 20060101ALI20230808BHJP

   B29C 43/34 20060101ALI20230808BHJP

   B29C 43/56 20060101ALI20230808BHJP

【ＦＩ】

B29C70/48

B29C70/06

B29C70/54

B29C39/10

B29C43/02

B29C43/18

B29C43/34

B29C43/56

【審査請求】有

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023077130

(22)【出願日】2023-05-09

(62)【分割の表示】P 2019572220の分割

【原出願日】2018-07-05

(31)【優先権主張番号】1756425

(32)【優先日】2017-07-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(71)【出願人】

【識別番号】516227272

【氏名又は名称】サフラン・エアクラフト・エンジンズ

(74)【代理人】

【識別番号】110001173

【氏名又は名称】弁理士法人川口國際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ロマン・プラント

(72)【発明者】

【氏名】シルバン・コルラディーニ

(72)【発明者】

【氏名】マルク－エマニュエル・ジャン・フランソワ・テシェ

(57)【要約】      （修正有）

【課題】キャビティ内への操作が簡単で経済的な樹脂注入方法を含む、部品を製造する方法を提供する。
【解決手段】製織された繊維プリフォーム（２００）に樹脂を注入することによって部品を製造する方法であって、以下のステップを含む、方法。ｃ)プリフォームを成形し、ｄ）プリフォームを形成し、ｅ）プリフォームに樹脂を注入し、成形し、ステップｅ）は、成形型（１０２）、対向成形型（１０６）、および樹脂注入装置を含む装置（１００）によって実施され、ステップｅ）はサブステップ：ｅ１）装置（１００）を部分的に開くステップと、ｅ２）樹脂を装置に注入するステップと、ｅ３）装置を閉じるステップと、ｅ４）成形型（１０２）と対向成形型（１０６）との間で含浸プリフォーム（２００）を加圧および加熱するステップと、を含む。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

製織された繊維プリフォーム（２００）に樹脂（２０２）を注入することによって部品を製造する方法であって、以下のステップ：すなわち、
ｃ)プリフォームを成形するステップと、
ｄ)プリフォームを形成するステップと、
ｅ)樹脂をプリフォームに注入し、成形するステップと、
を含み、
ステップｅ）は、成形型（１０２）、対向成形型（１０６）、および樹脂を注入するための手段（１２４）を含む装置（１００）によって実施され、
ステップｅ）は、サブステップ：
ｅ１）成形型を対向成形型から離れるように移動させることによって、またはその逆によって、装置（１００）を部分的に開くステップと、
ｅ２）樹脂（２０２）を装置に注入するステップと、
ｅ３）成形型を対向成形型に近づけることによって、またはその逆によって、装置を閉じるステップと、
ｅ４）成形型（１０２）と対向成形型（１０６）との間で含浸プリフォーム（２００）を加圧および加熱するステップと、
を含むことを特徴とする、方法。

【請求項2】

前記ステップｃ）、ｄ）およびｅ）が、前記装置（１００）によって実施され、前記成形型が、ステップｃ）を実施するように構成されたかたどり部を画定し、装置は、エアを吸引しかつ樹脂を注入するための手段（１２２）をさらに備える、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

ステップｃ）の前に、以下のステップ：
ａ)繊維を製織することによってプリフォーム（２００）を製造するステップと、
ｂ)プリフォームをサイジングするステップと、
を含む、請求項１または請求項２に記載の方法。

【請求項4】

ステップｃ）が、プリフォーム（２００）を加湿し、プリフォームを成形型（１０２）のかたどり部（１１０）内に位置決めするサブステップを含む、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

ステップｄ）が、装置（１００）を閉じ、成形型（１０２）と対向成形型（１０６）との間に、真空下で、プリフォーム（２００）を加熱して置くサブステップを含む、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

装置（１００）を部分的に開くサブステップが、成形型（１０２）から所定の距離だけ対向成形型（１０６）を伸張することによって実行され、成形型および対向成形型は互いに実質的に連結されたままである、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

樹脂（２０２）が、装置のポート（１２４）を通して注入され、真空が、装置の別のポート（１２２）を通して空気を吸引することによってもたらされることを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記ステップが、単一の装置（１００）によって実行される、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の方法を実施するための装置（１００）であって、
－ それぞれ、上部のものおよび下部のものである２つの加熱プレート（１０４、１０８）であって、下部加熱プレート（１０４）は、プリフォーム（２００）を成形するためのかたどり部（１１０）を備える成形型（１０２）と一体であり、上側加熱プレート（１０８）は、別のかたどり部（１１２）を備える対向成形型（１０６）と一体である、２つの加熱プレートと、
－ プレートを、好ましくは実質的に鉛直方向に、伸張位置から、成形型と対向成形型とが互いに連結される位置まで移動させるためのモータ付き手段（１１８）であって、モータ付き手段は、かたどり部間のプリフォーム（２００）を加圧する目的で、プレートに圧縮力（１２０）を加えることができる、モータ付き手段と、
を含むことを特徴とする、装置。

【請求項10】

２つのプレート（１０４、１０８）が、プレスの一部を形成し、プレスの下部プレート（１０４）が、ベースを形成し、上部プレート（１０８）が、ガイド柱（１１４）上で実質的に垂直方向に摺動するように取り付けられる、請求項９に記載の装置（１００）。

【請求項11】

成形型（１０２）のかたどり部（１１０）上のプリフォーム（２００）の輪郭のレーザー投射（１２６）のための手段を含む、請求項９または請求項１０に記載の装置（１００）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、製織された繊維プリフォームに樹脂を注入することによって部品を製造するための方法および装置に関する。

【背景技術】

【0002】

最新技術
特にファンブレードのようなタービンエンジンの部品は、製織された繊維プリフォームに樹脂を注入することによって製造することができる。ＲＴＭ(樹脂トランスファー成形）と呼ばれるこの成形方法は、少なくとも１つの乾燥材料外壁を含む繊維状プリフォームを装置の密封キャビティ内に配置し、このキャビティを、含浸樹脂、一般にはエポキシ樹脂で含浸することからなる、当技術分野で既知の製造方法である。

【0003】

プリフォームの外壁、または、プリフォーム全体は一般に、炭素繊維などの複合繊維を製織することによって製造される。

【0004】

図１ａは、現在の技術による上述のタイプの部品を製造するための方法の異なるステップを示す。この方法は、本質的に６つのステップ：すなわち、
１)３次元（３Ｄ）織りによってプリフォームを製造し、織機から出てくる繊維プリフォームが平坦で広がっているステップと、
２)プリフォームを、特に、フロートを切断することによって、サイジングするステップと、
３)成形支持体上にプリフォームを配置することによってプリフォームを成形し、この支持体は第１の装置１０を形成するステップと、
４)プリフォームを加湿し、第２の装置１０’の成形型に成形することによって、プリフォームを形成するステップと、
５)第３の装置１０”の成形型内に注入することにより成形するステップと、
を含む。

【0005】

したがって、現行の技法では、ＲＴＭ法に特有のステップ３～５が３つの別個の装置手段によって実行され、ＲＴＭ法による部品の製造を複雑かつ長時間にする。このような構成は、文献ＵＳ－２０１５／３４３．７１７－Ａ１およびＦＲ－３．００２．４７７－Ａ１に記載または言及されている。

【0006】

成形工程５は、以下のように行われる（図１ｂ参照）。成形装置は、第１のかたどり部を画定する成形型と、第２のかたどり部を画定する対向成形型とを含み、成形型および対向成形型はそれらのかたどり部がプリフォームを受け入れ、樹脂を注入するための上述のキャビティを画定するように、互いに連結されるように意図される。プリフォームは、成形型のかたどり部内に配置される（ステップ５ａ）。キャビティ内でプリフォームを圧縮することを考慮して、プレスを使用して装置を閉じる（ステップ５ｂ）。樹脂を注入するために、パイプが装置およびピストンに接続される（ステップ５ｃ）。キャビティ内を真空にし（ステップ５ｄ）、ピストン内に樹脂を導入し、次にピストンによって装置のキャビティ内に樹脂を注入する（ステップ５ｅ）。プレスは、加熱され、樹脂の重合の間、加圧されたプリフォームを維持することを可能にする（ステップ５ｆ）。冷却後、装置が開かれ、部品が脱型され、設備および装置が洗浄されることが可能である（ステップ６）。

【0007】

さらに、現在の技術には多くの欠点がある。

【0008】

キャビティ内への樹脂の注入は、外部機器（ピストンまたは圧力ポット、加熱樹脂、パイプ等）を用いて行われる。これらは、注入が正確な圧力、温度及び流量設定値等で行われなければならないので、複雑な手段である。さらに、故障または異常の危険性が増大する。最悪のシナリオは危険である。すなわち、樹脂が長く加熱されると、または過度に加熱されると、発熱によってピストンが爆発することがある。各注入のために、装置を洗浄することが必要であり、この作業は、作業者を樹脂およびアセトン蒸気にさらす長い作業である。パイプは、接続され、非接続され、次いで、製造されるべき各部品のために廃棄される。すべての機器の設置時間が長くなる。装置の閉鎖中の締め付けを回避するために、キャビティの充填中に好ましい経路が有利であり、これは、注入手順を複雑にする。材料の損失はかなりの過剰コストをもたらし、樹脂が機器（ピストン、ヒータ、パイプ等）内に残るため、部品内に分配されない樹脂がある。注入圧力を発生させることを可能にする外側ピストンは、特に樹脂が硬化し始めるときに、キャビティ内の圧力を制御する際に多くの問題を有する。ピストンをキャビティに接続するパイプ内で樹脂がより迅速に重合する場合、樹脂はパイプ内にプラグを形成し、樹脂の不十分な注入につながる可能性がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】米国特許出願公開第２０１５／３４３７１７号明細書

【特許文献2】仏国特許発明第３００２４７７号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明は、簡単で、効果的で、経済的で上記の問題の少なくともいくつかに対する解決策を提案する。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明は、製織された繊維プリフォームに樹脂を注入することによって部品を製造する方法を提案し、この方法は、以下のステップ：すなわち、
ｃ)プリフォームを成形するステップと、
ｄ)プリフォームを形成するステップと、
ｅ)樹脂をプリフォームに注入し、成形するステップと、
を含む。

【0012】

ステップｅ）は、成形型、対向成形型、および樹脂を注入するための手段を含む装置よって実施され、ステップｅ）は、サブステップ：
ｅ１）成形型を対向成形型から伸張することによって、またはその逆によって、装置を部分的に開くステップと、
ｅ２）樹脂を装置に注入するステップと、
ｅ３）成形型を対向成形型から互いに近づけることによって、またはその逆によって、装置を閉じるステップと、
ｅ４）成形型と対向成形型との間で含浸されたプリフォームを加圧および加熱するステップと、
を含むことを特徴とする。

【0013】

装置の部分的な開口は、成形型と対向成形型との間に樹脂を注入し分配することを容易にすることを可能にする。したがって、部品の最終的な幾何学的形状に従って、プリフォームを含浸させ、成形型と対向成形型との間に画定されたキャビティを充填するために、十分な量であるが、過剰な量でない、樹脂を装置に注入することができる。

【0014】

有利には前記ステップｃ）、ｄ）およびｅ）は、前記装置によって実施され、したがって、該装置は、該方法において使用される唯一の装置である。前記成形型は、ステップｃ）を実施するように構成されたかたどり部を画定し、装置は、エアを吸引し、樹脂を注入するための手段をさらに備える。

【0015】

本発明は、必要な装置の数を装置の単一の装置に制限することによって、ＲＴＭによって部品を製造するための方法を単純化することを可能にするので、特に有利である。実際には、単一の装置が上述の３つのステップを実行するために使用され、これは、かなりの時間の節約することを意味し、および、１つの機器から別の機器へのこれらの移動中に部品を損傷する危険性を低減することを意味する。

【0016】

本発明による方法は、互いに個別に取られるか、または互いに組み合わされる、以下の特徴またはステップのうちの１つまたは複数を備えることができる：すなわち、
－ この方法は、ステップｃ）の前に、以下のステップ：
ａ)繊維を製織することによってプリフォームを製造するステップと、
ｂ)プリフォームをサイジングするステップと、
を含む、
－ ステップｃ）は、プリフォームを加湿し、プリフォームを成形型のかたどり部内に位置決めするサブステップを含む、
－ ステップｄ）は、装置を閉じ、真空下で、プリフォームを加熱し、および、該プリフォームを成形型と対向成形型との間に置くサブステップを含む、
－ 装置を少なくとも部分的に開くサブステップは、成形型から所定の距離だけ対向成形型を伸張することによって実行され、成形型および対向成形型は、互いに実質的に連結されたままである。

【0017】

－ 樹脂は、装置のポートから注入され、真空は、装置の別のポートから空気を吸引することによってもたらされる。

【0018】

－ 前記ステップは、単一の装置によって実施される。

【0019】

また、本発明は、前記請求項の１つに記載の方法を実施するための装置にも関し、前記装置は、以下を含むことを特徴とする：すなわち、
－ ２つの加熱プレートは、それぞれ上部のものおよび下部のものであり、内側加熱プレートは、プリフォームを成形するためのかたどり部を備える成形型と一体であり、上部加熱プレートは、別のかたどり部を備える対向成形型と一体である、
－ プレートを、好ましくは、実質的に鉛直に、伸張位置から、成形型と対向成形型とが互いに連結される位置まで移動させるためのモータ付き手段であって、モータ付き手段は、かたどり部間でプリフォームを加圧する目的で、プレートに圧縮力を加えることができる。

【0020】

有利には、２つのプレートは、プレスの一部を形成し、プレスの下部プレートは、ベースを形成し、上部プレートは、ガイド柱上で実質的に垂直方向に摺動するように取り付けられる。

【0021】

この装置は、成形型のかたどり部上にプリフォームの輪郭をレーザー投射するための手段を含むことができる。

【0022】

図面の説明
本発明は、添付の図面を参照して非限定的な例として与えられる以下の説明を読むことにより、最もよく理解され、本発明の他の詳細、特徴および利点が明らかになるのであろう。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1a】複合材料で作られた部品を製造するための従来技術による方法のステップを表すブロック図である。

【図1b】製織された繊維プリフォームに樹脂を注入することによって部品を成形するための従来技術による方法のステップを表すブロック図である。

【図2a】複合材料で作られた部品を製造するための本発明による方法のステップを表すブロック図である。

【図2b】製織された繊維プリフォームに樹脂を注入することによって部品を成形するための本発明による方法のステップを表すブロック図である。

【図3】図２ａおよび図２ｂ３の方法を実施するための装置の概略図である。

【図4】図３の装置の成形型および対向成形型の概略斜視図である。

【図5】図３の装置の他の概略図であり、方法のステップを示す。

【図6】図３の装置の他の概略図であり、方法のステップを示す。

【図7】図３の装置の他の概略図であり、方法のステップを示す。

【発明を実施するための形態】

【0024】

詳細な説明
図１ａ及び図１ｂは上述したものであり、従来技術による方法を表している。

【0025】

図２ａおよび図２ｂは、好ましくは、図３および以下に示される装置１００によって実施される、複合材料で作られた部品の製造方法を示す。

【0026】

装置１００は主に、好ましくは、加熱用の下部プレート１０４と一体化した成形型１０２と、好ましくは、加熱用の上部プレート１０８と一体化した対向成形型１０６とを含む。封止手段は、好ましくは、成形型と対向成形型との間に設けられる。図示の例では、下部プレート１０４が例えば、製造作業場の床に載置することができる、装置を支持するための基部を形成する。

【0027】

成形型１０２は、プレート１０４の上面に配置され、図４に最もよく見られるかたどり部１１０を備え、図示の例では、かたどり部１１０が例えば、ファンブレードの上面などのファンブレードの面のものである。ここで、かたどり部１１０は上方に向けられ、対向成形型のかたどり部１１２に面する。これも図４に最も良く見ることができる。対向成形型１０６は、成形型の上方に位置し、成形型に面している。かたどり部１１２は、ここでは例えば、ファンブレードの下側などのファンブレードの別の面のものである。

【0028】

プレート１０８は、プレート１０４に接続されたその下端とマスト１１６に接続されたその上端との間に延在するガイド柱１１４（ここではそのうちの２つ）に摺動可能に取り付けられている。プレート１０８および対向成形型１０６は、アクチュエータ１１８または同様のもの手段によって実質的に鉛直方向に並進移動され、そのシリンダは、マスト１１６に固定され、そのピストンは、プレート１０８に接続されている。

【0029】

装置が開いており、且つ、成形型１０２および対向成形型１０６が互いに距離を置いている、図３に示される上方位置から、および、装置が閉じており、且つ、成形型および対向成形型が図３に示されるように互いに係合している、連結されたまたはより近い位置から、プレート１０８および対向成形型１０６は移動可能である。例えば、装置が開いており、且つ、成形型および対向成形型が部分的に互いに切り離されており、対向成形型が成形型から所定の距離だけ伸張されている、図６の位置として、中間位置は考えられ得る。アクチュエータ１１８によってプレート１０８に加えられる所定の力（矢印１２０）によって、かたどり部１１０、１１２によって画定されるキャビティ内のプリフォーム２００を加圧するためにも、装置１００はまた使用される。

【0030】

装置１００はさらに、プレート１０４、１０８（図示せず）を加熱するための手段と、真空にして、かたどり部１１０、１１２によって画定されるキャビティに供給するための手段とを備える。

【0031】

排気手段は例えば、成形型内に局所化された第１のポート１２２を含み、その端部はかたどり部１１０内に開口している。このポート１２２の他方の空洞は、図示しないポンプのような吸込手段に接続されるようになっている。

【0032】

補給手段は例えば、成形型内に局所化された第２のポート１２４を含み、その端部は、かたどり部１１０内に開口している。このポート１２４の他端は、樹脂注入手段（図示せず）に接続されるようになっている。

【0033】

該装置は、該方法の開始におけるその位置決めを容易にするために、特に成形型のかたどり部１１０上のプリフォーム２００の輪郭のレーザー投射手段１２６を更に含むことができる。

【0034】

次に、図２ａ、図２ｂ、図３、図５および以下から、本発明による方法の実施形態の異なるステップを説明する。

【0035】

該方法の第１の工程ａ）は、例えばジャカードタイプの織機によって、三次元織りによってプリフォーム２００を製造することからなる。織機から出ると、プリフォームは、未加工であり、ほぼ平坦な形状を有し、広がっている。

【0036】

本方法による工程ｂ）は例えば、そのフロートを切断することによって、プリフォーム２００を成形することからなる。

【0037】

ステップａ）およびｂ）は、上述の従来技術の方法のステップ１）および２）と同様である。

【0038】

図３及び図５～図７に示される装置１００によって実施される点で、ステップｃ）及び次に続くステップは、従来技術の、ステップ３）および以下のものとは異なる。

【0039】

図３は、プリフォーム２００を成形するステップｃ）を示す。このために、プリフォームは、好ましくは、それをより展性にするために事前に加湿される。そのプリフォームは、レーザー投射手段１２６を用いて成形型１０２のかたどり部１１０内に配置される。これらの投射手段は、例えば、プリフォーム２００に一体化されるトレーサを所定の位置に正確に位置決めすることができる。

【0040】

図５は、プリフォームを成形することからなるステップｄ）を示す。このために、装置は、閉じられ、例えば５～１０バールの間で加圧され、次いで、加熱プレート１０４、１０８およびアクチュエータ１１８を使用して、例えば１００℃に加熱される。残留の真空が吸引手段を用いてプリフォームを受け入れるキャビティ内に適用され、これにより、プリフォームから湿気を除去することが可能になる（矢印１２８）。この工程の間、プリフォームは、最終的な所望の形状に圧縮され、加熱によって乾燥される。このようにして、プリフォーム２００は注入の準備が整う。

【0041】

図６及び図７は、樹脂２０２を装置１００のキャビティ内に注入するステップｅ）を示す。このために、装置は、部分的に開放され（ステップｅ１）、対向成形型は、上記で説明したように、所定の距離だけ成形型から伸張される。これは、プリフォームを濡らすために、部品の最終的な幾何学的形状（繊維比率に関する）を満たすために、厳密に必要な樹脂体積の供給を可能にする。この樹脂注入操作（矢印１３０－ステップｅ２）の間、成形型および対向成形型は、好ましくは加熱され、樹脂も加熱される。

【0042】

次に、装置を閉じ（図７－ステップｅ３）、例えば３～１０バールの圧力がアクチュエータによってプリフォーム２００に加えられる。温度は注入中１５０℃に維持され、樹脂の重合のために１８０℃に上昇されることができる。矢印の手段によって図面に示されるように、加圧は、重合（ステップｅ４）の間、部品の全範囲にわたって一定に維持されることが好ましい。

【0043】

使用される樹脂は例えば、ＣＹＴＥＣ社によって市販されているＣＹＣＯＭ ＰＲ５２０（登録商標）という参照名で知られているものなどのエポキシ樹脂である。

【0044】

重合後、装置１００が開かれ、部品２００が取り外され、新しい製造操作のために装置は洗浄されることができる。

【0045】

装置に樹脂を注入するための従来技術のピストンは、ここでは圧力を加え、プレフォームに樹脂を含浸させることを可能にする上部対向成形型に置き換えられる。したがって、樹脂はその重合の間、一定かつ恒久的な圧力下に留まり、これにより、部品の気孔を回避することが可能になる。

【0046】

本発明は、いくつかの利点を提供することができる。正確な量の樹脂を使用することができ、これは経済的である。従来技術でパイプ（例えば、銅パイプ）が使用される場合、樹脂が内部で硬化するので、アセンブリは注入後に廃棄される。本発明によれば、パイプを取り外すことができ、著しく短くすることさえできる。複合材料で作られた部品は、予想される寸法（成形型に対する成形型）および滑らかな（空気力学的である）表面を有して得られる。水または油のような流体は、加圧のために使用されない。注入するのがさらに困難な樹脂を、粘度を増加させて使用することができる。圧力を維持する段階の間に変化する圧力を有することが可能である（特に、樹脂ＰＲ５２０（登録商標）の場合、これは圧縮性であり得るか、またはそれが重合するときにその体積減少を有する）。

【図1a】

【図1b】

【図2a】

【図2b】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【外国語明細書】