軽量型枠成形部品及びその製造方法
本発明は軽量型枠成形部品及びその製造方法に関する。軽量型枠成形部品は軽量複合材料（１０，１５）、即ちマトリックス材料（１５）及び少なくとも１つの充填材（１０）からなるコア領域（１）と、ファイバー材料（５）の少なくとも１つの層及びマトリックス材料（１５）からなる少なくとも１つの表面のカバー層領域又は表面近傍のカバー層領域（２ａ，２ｂ）とを備える。カバー層領域（２ａ，２ｂ）のファイバー材料（５）の単層（又は複層）はコア領域（１）のマトリックス材料（１５）と一体的に形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は軽量型枠成形部品及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軽量材料及び型枠成形された部品は今日、自動車工学、航空機製造、造船等の多くの技術的分野、及び輸送において使用されている。これらは従来の製造材料と比較して高い剛性、強度、及びエネルギー吸収能力の他、低密度に優れていると認められ、これらにより多く積載された製造要素を費用を抑えて製造可能である。密度が１．０ｋｇ／ｄｍ３（１．０ｋｇ／ｌ）以下の軽量材料、即ちその密度が現在流通しているプラスチック材料のものより低いものが特に関心を持たれている。
【０００３】
軽量のハニカム状のコアを備えたサンドイッチ構造体等の従来技術による軽量型枠成形部品は通常湾曲させて製造することができない。紙や金属（薄膜）を折り畳むか、波形の形成によるサンドイッチコアを使用する場合には、通常１つの湾曲部を備えたサンドイッチ要素を製造することしかできない。
【０００４】
このことはシンタクチックフォームから形成される気泡材料や気泡複合材料からなるコアを使用することにより修正可能であり、これによりサンドイッチ要素に複数の湾曲部を設けることができる。従来技術による気泡材料において、剪断強度は圧縮強度と比較して非常に低い。このことは通常剪断強度にさらされるサンドイッチ構造体にとって短所である。
【０００５】
気泡複合材料（例えばポリアミドマトリックス材における無機発泡粒）において、圧縮強度に対する剪断強度の比率は通常０．６である。アルミニウム発泡体の対応する値は例えば０．１５に過ぎない。この点に関して、２００５年、Ｒａｕｓｃｈ Ｇ．その他著によるＦｏａｍｉｎａｌ（登録商標）−Ｅｉｇｅｎｓｃｈａｆｔｓｕｅｂｅｒｓｉｃｈｔ−Ｋｏｎｓｔｒｕｋｔｉｏｎｓｒｉｃｈｔｌｉｎｉｅｎ−Ｖｅｒｓｉｏｎ １．８， Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒｉｎｓｔｉｔｕｔ ｆｕｅｒ Ｆｅｒｔｉｇｕｎｇｓｔｅｃｈｎｉｋ ｕｎｄ ａｎｇｅｗａｎｄｔｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｆｏｒｓｃｈｕｎｇを参照のこと。この理由により、コア材料として気泡複合材料を備えるサンドイッチ構造体は軽量構造体における使用に対して大きな可能性を有する。接着剤により接着されるか、積層されるカバー層を使用する場合に、可能性を十分に活用できない。この理由として損傷（剥離）が使用中にコア及びコア層の間の連結層に通常生じることが挙げられる。図７は接着剤により接着された（ポリウレタン接着剤）、或いは一体的に形成されたカバー層を備えるサンドイッチの梁の三点屈曲試験の結果を示す。コアはアクリル樹脂に組み込まれる発泡ガラス粒を備える気泡複合材料からなる。カバー層を一体的に形成することにより、接着剤により接着したカバー層を備えるサンドイッチの梁と比較して、サンドイッチの梁の強度が２００％まで上昇する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１１８８７３０Ａ２号明細書
【特許文献２】欧州特許第０８５１８０８Ｂ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は軽量型枠成形部品及びその製造方法を提供することにある。これらにより、強度がより高く、より安定した軽量型枠成形部品が製造可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明により請求項１に記載される軽量型枠成形部品、及び請求項１１に記載される製造方法が得られる。
本発明によりサンドイッチ製造方法における接着工程や積層工程を省略することができる。従って、例えば気泡複合材料やその他のシンタクチックフォーム等の軽量構造体における軽量コア材料の可能性を十分に活用し、費用を抑えた生産をすることができる。
【０００９】
本発明はカバー層製造工程をコア製造工程に統合させることにより、コア及び１つ以上の表面のカバー層又は表面近傍のカバー層を接着剤により接着する工程又は積層させる工程を省略するという考えに基づく。
【００１０】
本発明により１つ以上の一体的に形成される補強カバー層を備えた軽量複合材料から形成されるコアからなるサンドイッチ要素が得られる。サンドイッチ要素は狭小（サンドイッチビーム）であっても幅広（サンドイッチパネル）であってもよい。これらは平坦であっても（１回以上）湾曲していてもよい。更に、軽量複合材料から形成されるコアと、一体的に形成される補強された外側層と、更に任意により一体的に形成される補強された内側層とを備え、開いた外形の断面又は閉じた（単一セル又は多セルの）中空の断面を有する新規なタイプの軽量複合プロフィール（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｐｒｏｆｉｌｅ）も可能である。
【００１１】
本明細書において軽量複合材料は通常マトリックス材料及び少なくとも１つの軽量充填材料からなる材料を示すものといえる。例えば特許文献１及び特許文献２に開示されるように、本発明によるサンドイッチ要素のコア、或いは本発明による軽量複合プロフィール（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｐｒｏｆｉｌｅ）のコアの軽量複合材料はプラスチック樹脂により接着され、或いは金属により接着された無機発泡粒ベースの軽量複合材料等の気泡複合材料である。金属発泡粒ベースの軽量気泡複合材料や、プラスチック材料のマトリックスや金属マトリックスの中空の球や中空の微小球（グラス、セラミックや金属）からなる複合材料、或いは無機発泡粒ベースのシンタクチックフォーム等のその他のシンタクチックフォームも使用可能である。
【００１２】
充填材に応じて選択されるモノマー粘性やポリマー粘性（例えば０．１Ｐａ乃至５Ｐａより小さい）を備えたポリアミド、アクリレートや、その他のプラスチック材料もマトリックス材料として好適に使用可能である。アルミニウムや亜鉛の溶融物等の軽量金属の溶融物が金属のマトリックスを形成するために使用可能である。軽量発泡粒や中空の球の体積（中空の球内の中空部分の体積を含む）による比率は全サンドイッチ体積の６０％までである。発泡粒や中空の球はサンドイッチの厚みに応じ、０．５ｍｍ乃至１６ｍｍの径を有する。通常径の端数（周知の粒子の寸法の分布曲線）は（１，２ｍｍ）、（２乃至４ｍｍ）、及び（４乃至６ｍｍ）である。発泡粒の密度は従来技術において０．１ｋｇ／ｄｍ３乃至１．０ｋｇ／ｄｍ３（０．１ｋｇ／ｌ乃至１．０ｋｇ／ｌ）である。中空の球の通常の密度は０．１ｋｇ／ｄｍ３乃至０．９ｋｇ／ｄｍ３（０．１ｋｇ／ｌ乃至０．９ｋｇ／ｌ）である。
【００１３】
単層又は多層ファイバー構造物のファイバーは一方向に又は他方向に配向可能である。ファイバー材料がコア領域のマトリックス材料に一体的に形成されるカバー層領域の厚みは通常サンドイッチ構造物全体としての厚みの２％乃至１２％である。
【００１４】
本発明による軽量複合プロフィールの形態におけるサンドイッチ要素は軽量にして、且つ高い曲げ剛性及び高い強度を有することにより区別される。直線的なビーム及び平坦な板等の単純なサンドイッチ形状の他、１回以上湾曲された、湾曲したビーム及びフレーム等の複雑な形状も形成可能である。周知の気泡材料（純粋な金属や発泡プラスチック材料）から形成されるコアを備えるサンドイッチ要素と比較すると、本発明による軽量気泡複合材料を有するサンドイッチ要素は、特別な粒子、球や、中空の球構造物のため比較的高い剪断力を有する。カバー層の座屈や衝撃等の不安定性の課題は一体的な構造物によって回避可能であるか、より高いレベルの圧力に転換可能である。所定の高い圧縮力及び剪断剛性及び剪断強度により圧縮や剪断力にさらされた場合に、カバー層の圧縮は減少する。従って、新規なタイプの構造物は局所的な圧力の作用に対して好適である。新規な軽量複合プロフィールにおいて、歪みがコア材料の支持効果により回避可能であり、これにより軽量構造物の品質を向上させることができる。完全に中実な形状の他、閉じた断面及び開いた断面を有する中空の形状も形成可能である。更に、本発明によるサンドイッチ要素及び軽量複合プロフィールは、発泡構造体（主に閉じた孔隙により形成される）を有するため好適なエネルギー吸収特性及び吸音特性を有する。
【００１５】
本発明の方法により、一体的に形成される補強された層を備えた気泡複合材料から形成されるサンドイッチ要素、並びに気泡複合材料から形成される支持コア及び一体的に形成される補強されたカバー層を備える軽量複合プロフィールが形成可能である。サンドイッチ要素及び軽量複合プロフィールに要する中実の且つ拡張不能なカバー層がコア製造工程内において一体的に形成される。
【００１６】
張力又は圧縮力及び剪断力の遷移のためのカバー層の後続する連結（例えば接着）工程は不要である。圧力を作用させるため、或いは支持するためにサンドイッチ構造物に必要であるコーナー部カバー、端部保護部、連結体及び補強体も上述したような製造工程に組み込むことができる。
【００１７】
開示されたサンドイッチ要素は、曲げ荷重による剪断力を支持する軽量構造物において好適である。これらは例えば航空機、バス、ボート、船舶や、自動車における床板や貨物室の床板である。小型トラックや荷台が無蓋の軽トラックにおいて、載荷板及び運転室の後方壁部は好適に本発明によるサンドイッチ構造物により形成可能である。構造物の分野において、本発明によるサンドイッチ要素は二重床（例えばコンピュータルームの上部床板）や軽量パーティション、軽量カバー要素、或いは戸、門扉に使用可能である。航空機建造や造船において、パーティション（例えば圧力ドーム）が本発明による構造物によりサンドイッチ要素の形態において形成可能である。自動車工学において本発明によるサンドイッチ構造物が例えば車台においてトランクの床部として、或いは後方列の座席の背もたれに使用可能である。後方座席の背もたれは分割（例えば３分の１乃至３分の２）され、特に中央の座席において三点シートベルトが使用される場合に曲げ荷重による非常に高い剪断力を引き起こす要因となる。トランクからの重みのある荷物が後部座席の背もたれと衝突した場合に、衝突により荷重による別の高い剪断力が生じる。この場合において、本発明によるサンドイッチ要素の高いエネルギー吸収力は、高い曲げ剛性及び曲げ強度同様重要である。これらは、小型トラック、大型トラックや、トレーラーハウスの後方壁部の領域におけるサンドイッチ要素の使用にも該当する（衝突の場合において積み荷から搭乗者を保護する）。
【００１８】
開示されたサンドイッチ要素により、スケートボード、スキー、スノーボード等のレジャー産業の軽量型枠成形部品が形成可能であり、これらは特に衝撃荷重に関するより好ましい機械的音響的特性を備える（例えば住宅地におけるスケートボード乗りの防音）。応用可能な更なる分野は家具製造産業である。この場合において、サンドイッチ要素は軽量、堅固にして、且つ頑丈なテーブルの天板や調理台（例えば台所や作業所の）として使用可能である。
【００１９】
端部バンド又は端部保護部又はコーナー部保護部の形態の少なくとも１つの側面カバー層領域が軽量型枠成形部品に好適に設けられる。
少なくとも１つの圧力作用要素（コア領域の局地的補強）が軽量型枠成形部品に好適に設けられる。
【００２０】
少なくとも１つの構成要素連結体（中央部又はコーナー部の連結体）が軽量型枠成形部品に好適に設けられる。
開示された軽量複合プロフィールは、曲げ荷重及び圧縮負荷のうち少なくともいずれか一方による剪断力にさらされる軽量構造物において好適に使用可能である。この場合において、軽量支持コアにより軽量構造体の座屈が防止される。従って、肉薄な壁部の単一構造体や、完全に充填された同じ重量のプロフィールと比較して、より高品質且つ軽量な構造物が得られる。開示される軽量複合プロフィールは衝突要素（例えば乗用車の前方領域の衝突ボックス又は商用車の前方領域の衝突ボックス）として使用され、乗用車や商用車の受動的な安全性を向上させることができる。
【００２１】
請求項１に開示される軽量型枠成形部品、及び請求項１４に開示される製造方法の好適な改良が従属項に開示される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施例における軽量型枠成形部品を示す断面図。
【図２】本発明の第２の実施例における中空の外形の態様にある軽量型枠成形部品を示す断面図。
【図３ａ】本発明の第３の実施例における軽量型枠成形部品の製造方法を示す斜視断面図。
【図３ｂ】本発明の第３の実施例における軽量型枠成形部品の製造方法を示す斜視断面図。
【図３ｃ】本発明の第３の実施例における軽量型枠成形部品の製造方法を示す斜視断面図。
【図３ｄ】本発明の第３の実施例における軽量型枠成形部品の製造方法を示す斜視断面図。
【図４】本発明の第３の実施例における軽量型枠成形部品の製造方法における変形した型枠を示す斜視図。
【図５ａ】本発明の第４の実施例における軽量型枠成形部品の製造方法を示す斜視断面図。
【図５ｂ】本発明の第４の実施例における軽量型枠成形部品の製造方法を示す斜視断面図。
【図５ｃ】本発明の第４の実施例における軽量型枠成形部品の製造方法を示す斜視断面図。
【図６】本発明の第５の実施例における軽量型枠成形部品の製造方法における型枠を示す斜視図。
【図７】それぞれ接着剤により接着され、一体的に形成されたカバー層を備えるサンドイッチの梁の三点屈曲試験の結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の実施例は図面に開示され、明細書において詳述される。
図面において類似する参照符号は同一の要素又は機能的に同一の要素を示す。
図１は本発明の第１の実施例における軽量型枠成形部品を示す断面図である。
【００２４】
図１において、参照符号１００は軽量複合材料１０，１５からなる軽量型枠成形部品を示す。軽量複合材料１０，１５はそれぞれマトリックス材料１５、及び充填材１０である。本実施例において、充填材１０は例えば径が４ｍｍ乃至６ｍｍの間の中空の球や発泡粒からなる。マトリックス材料は硬化したポリアミドベースのプラスチック材料である。図面を単純化すると、図１はコア領域１の破線によって包囲された部分ＡＳを示すに過ぎない。更に、軽量型枠成形部品１００は第１の上面カバ―層領域２ａ、及び第２の底面カバー層領域２ｂからなり、これらはそれぞれコア領域のマトリックス材料１５に一体的に形成されるファイバー材料５からなる。この実施例において、図１における破線は充填材１０が広がるコア領域の事実上の境界線を示す。充填材１０及びファイバー材料５の径により、充填材１０はカバー層領域２に存在せず、マトリックス材料１５のみがコア領域１からカバー層領域２にまで連続して幅広く拡張する。
【００２５】
単面カバー層領域２ａや２ｂ、或いは更なる付加的な側面のカバー層領域ももちろん可能である。
図１のサンドイッチタイプの軽量型枠成形部品１００はこの例において四辺形の断面を有する狭小の要素又は幅広の要素、平坦な要素又は湾曲した要素である。図３ａ乃至３ｄを参照して更に後述される製造方法における所定の形状を備える。
【００２６】
図２は本発明の第２の実施例における中空の外形の態様にある軽量型枠成形部品を示す断面図である。
図２に示す軽量型枠成形部品２００は中空の外形の態様にあり、即ち管状の構造体であり、符号Ａは管の外側を示し、符号Ｉは管の内側を示す。本実施例において、外側のファイバーにより補強されたカバー層領域２ａは外側Ａの境界線として設けられ、内側のファイバーにより補強されたカバー層領域２ｂは内側Ｉの境界線として設けられる。コア領域１は詳細図ＡＳ’において示されるように、図１の軽量型枠成形部品のコア領域に対応する。
【００２７】
単面カバー層領域２ａや２ｂ、或いは更なる付加的な端面のカバー層領域ももちろん可能である。
図３ａ乃至３ｄは本発明の第３の実施例における軽量型枠成形部品の製造方法を示す斜視図である。
【００２８】
図３ａにおいて、参照符号２０は中央凹部２２及び位置合わせピン２１を備える型枠の蓋の形態の型枠部品を示す。第１の工程において、第１のカバー層領域のための必須のファイバー材料５の単層又は複層（例えばカーボン、グラス、アラミドや、金属のファイバーやその他のファイバーから形成される不織材料、帯、編成した材料、編成した織物、接着した材料、或いは織られた材料）が水平方向に位置された型枠部品２０に取り付けられる。ファイバー材料５の単層又は複層は凹部２２を覆って張られる。凹部２２は通常０．１ｍｍ乃至０．５ｍｍの連続した深みを有し、これにより後に案内されるマトリックス材料によりファイバー材料５の層を全体的に十分に覆うことができる。
【００２９】
次に図３ｂにおいて、ファイバー材料５の単層又は複層は矢印Ｆの方向に張引され、環状に構成される幅出し枠３０が取り付けられる。幅出し枠３０は中央貫通孔３２、位置合わせ穴３１、充填材の充填開口部３３、及び格子３６が一体的に設けられ、カバー蓋（図示しない）により覆われる、マトリックス材料用のゲート３５を備える。
【００３０】
任意により、１つ以上の抽気口（ｂｌｅｅｄｅｒｓ）が水平方向に位置される型枠部品２０及びファイバー材料５の単層又は複層の間に設けられる。
充填材層の充填開口部３３はマトリックス材料の注入の場合に抽出口や排気口として更に機能する。ゲート３５に一体的に設けられた格子３６は後に付加される充填材（例えば粒子や中空の球）を押しとどめるべく機能する。充填材が付加されるに先立って、完全に適用されるカバー蓋は幅出し枠の対応する側を密封する。充填開口部３３は吸引手段に取り付けられる。
【００３１】
幅出し枠３０は型枠部品２０の位置合わせピン２１が幅出し枠３０の位置合わせ穴３１に案内され、２つの部品が共に押圧されるように取り付けられる。型枠部品２０に載置され押圧される幅出し枠３０は、好適な挾持連結具（図示しない。例、クリップ、挾持具や、ネジ）によって型枠部品２０に対してより堅固に連結される。従って、ファイバー材料５の層の付勢力は取付工程の残りにおいて保持される。
【００３２】
上述した型枠部品２０と同一であり、且つ型枠の蓋の態様にある更なる型枠部品４０に対するファイバー材料の更なる層の任意による適用及び締め付けの後、凹部を備える、或いは凹部を備えないファイバー材料の更なる単層又は更なる複層を使用することにより設けられる第２の型枠部品４０は反対側から幅出し枠３０に載置され、幅出し枠３０に対して押圧され、締め付けられる。これらは型枠部品２０に幅出し枠３０に対する連結と同様に実施される。
【００３３】
図３ｃに示すように、型枠部品２０，４０、及びこれらの間に挾持される幅出し枠３０からなる完全な型枠の組立後に、充填材が完全な型枠内に上向きに配向された充填開口部３３を通じて注入される。本実施例において充填材１０は中空の球（例えばグラス、金属、或いはセラミック）や、発泡粒からなる。注入工程は例えば傾けたり揺すったりすることにより促進される。完全な型枠２０，３０，４０が完全に充填された場合に、更なる格子３８（ゲート３５における格子に類似する）は充填開口部３３内に挿入され、次いで支持ハニカム部３９が充填開口部３３内に挿入される。
【００３４】
格子３８及び支持ハニカム部３９は拡張時に生じるつり上げ力を補償し、且つ／又は鋳造工程において生じる圧力を補償すべく設けられる。後続の工程において、充填開口部３３は真空ポンプＰに取り付けられるか、換気蓋に覆われる。
【００３５】
続いて、液体のマトリックス材料１５が（気泡の形成を防止するために）下方からゲート３５を介して格子３６を通じて案内される。型枠２０，３０，４０をマトリックス材料１５により充填することにより、充填材１０及びファイバー材料５の単層又複層からなるフィルムはマトリックス材料により浸漬される。マトリックス材料は例えば鋳造ポリアミド、多成分アクリル樹脂、その他の有機系、或いは金属の溶融物である。
【００３６】
マトリックス材料１５は略重合され、凝固される。
マトリックス材料が完全に凝固された後に、型から取り出す工程及び仕上げ工程、任意により形状に切断したり突出するファイバー材料５を研磨して取り去る工程が実施される。
【００３７】
側面にて突出するファイバー材料は適切な切り取りや折り畳みにより、或いは型枠成形工程（積極接続（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）や材料接続（ｍａｔｅｒｉａｌ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）による固定も可能である）に先立ったステッチ工程により防止可能である。突出するファイバーの課題は、後続のニアネットシェイプサンドイッチパネルを備えた端部バンドの適用によっても解決可能である。大型サンドイッチパネルを製造する場合に、より小型のパネルは大型パネルから鋸により切断され、これにより側面にて突出するファイバーも取り除かれる。
【００３８】
サンドイッチ要素の費用効率の高い製造において、上記工程はロボットや油圧系を使用して自動化させてもよい。
図４は本発明の第３の実施例における軽量型枠成形部品の製造方法における変形した型枠を示す斜視図である。
【００３９】
図４に示す実施例において、位置合わせ穴３１’及び中央貫通孔３２’を備えた多部品幅出し枠３０’が図３ｂに示す１つの部品の幅出し枠３０に代えて使用される。多部品幅出し枠３０’は締め付け連結体（図示しない）により堅固に相互に連結される４つの側部３０’ａ，３０’ｂ，３０’ｃ，３０’ｄを含む。
【００４０】
図４に示すように、このタイプの多部品幅出し枠３０’によりファイバー材料５の層は後続のサンドイッチ構造体の側面と一体的に形成可能となり、層は例えばサンドイッチ構造体の端部の保護部として機能する。締め付け連結体はクリップやネジを使用することによっても製造可能である。
【００４１】
図５ａ乃至５ｃは本発明の第４の実施例における軽量型枠成形部品の製造方法を示す斜視図である。
特に図５ａ乃至５ｃは図３ａ乃至３ｄにより詳述した方法、即ちスケートボードやスノーボード用の型枠部品の製造の具体例を示す。
【００４２】
図５ａにおいて、後のスケートボードのサンドイッチ構造体の厚みに対応する凹部６１を含む下部型枠半パーツ（ｌｏｗｅｒ ｍｏｕｌｄ ｈａｌｆ）６０ａが設けられる。図３ａ乃至３ｄの完全な型枠と類似して、下部型枠部６０ａはゲート６２及び充填開口部６４を備える。ファイバー材料５の第１の層は凹部６１内に設けられる。ファイバー材料５の第１の層は機械的に締め付けられるか接着剤を使用して締め付けられる。任意によりファイバー材料の層は凹部６１の端部に端部バンド又は端部保護部として積層されてもよい。
【００４３】
図５ｂにおいて第２の型枠半パーツ（ｓｅｃｏｎｄ ｍｏｕｌｄ ｈａｌｆ）６０ｂが設けられる。第２の型枠半パーツ６０ｂにおいてスケートボードの上部カバー層としてのファイバー材料５の層が設けられる。層は締め付けブロック６３を使用して締め付けられる。任意により上部型枠半パーツ６０ｂはファイバー材料５の層のための凹部を備えてもよく、これによりファイバー構造体はマトリックス材料によって完全に覆われる。
【００４４】
図５ａ及び５ｂに示す２つの型枠半パーツ６０ａ，６０ｂを設けた後に、上部型枠半パーツ６０ｂは１８０°回転され下部型枠半パーツ６０ａに正確に位置合わせされ、例えばネジ止めにより堅固に連結される。図５ｃに示すように完全な型枠６０ａ，６０ｂの組立の後に、図３ａ乃至３ｄに関して上述したように充填材１０が充填開口部６４を介して付加され、続いてマトリックス材料１５が下方からゲート６２を介して案内される。
【００４５】
図６は本発明の第５の実施例における軽量型枠成形部品の製造方法における型枠を示す斜視図である。
図２に示す中空の外形の形態の軽量型枠成形部品の製造工程を図６を参照して後述する。
【００４６】
第１にファイバー材料５の外層が、型枠基板７０ａに固定される型枠半パーツ７０ｂ，７０ｃの壁部に積層され締め付けられ固定される。型枠半パーツ７０ｂ，７０ｃは図６の図面に部分的にのみ示されるが、実際は型枠基板上に四方に延びるように設けられる。
【００４７】
更に、ファイバー材料５の内側層は鋳造コア８０に取り付けられ、鋳造コアは型枠基板７０ａに設けられる。上述したように中空の外形が型枠半パーツ７０ｂ，７０ｃ及び鋳造コアの間に設けられる。
【００４８】
鋳造コア８０が設けられた後に、中空の外形は例えば無機発泡粒やガラス発泡粒、或いは金属発泡粒充填材１０により充填されるが、これは振動させることにより促進可能である。図６に示す型枠７０ａ，７０ｂ，７０ｃの上面は格子（図示しない）、任意の開口を設けた中間の板、及び吸引手段を備えたカバー蓋７０ｄによりシールされる。型枠７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄは下方からプラスチック材料（モノマーやポリマー）や金属等の液体のマトリックス材料により、充填材１０並びにファイバー材料１５の内側層及び外側層が浸漬されるように充填される。空気が上述したカバー蓋７０ｄの開口部を通じてカバー蓋７０ｄに取り付けられた真空ポンプを使用して抜かれる。本実施例において一体的に形成された格子及び任意の開口を設けた中間の板はダイキャスティング方法のつり上げ力や圧力と相互に作用するように充填材１０を固定すべく機能する。
【００４９】
重合や固化の後に、コアの抜き取りを含む型抜き工程及び仕上げ工程（任意により突出するファイバーを切断する工程）が実施される。
鋳造コア８０をより容易に抜き取るために（冷却時の鋳造部の熱収縮）、コアは任意により分裂するように形成されてもよい。消失コア（ｌｏｓｔ ｃｏｒｅ）が使用されてもよい。消失コアは例えば振り落とされてもよく、溶融により消失されてもよく、或いは洗い落とされてもよい。
【００５０】
図７は接着剤により接着され（Ｉで示した二本の線）、一体的に形成されたカバー層（ＩＩで示した二本の線）を備えるサンドイッチのビームの三点屈曲試験を示す。コアはアクリル樹脂に組み込まれる発泡ガラス粒を備える気泡複合材料からなる。カバー層を一体的に形成することにより、接着剤により接着したカバー層を備えるサンドイッチの梁と比較して、サンドイッチの梁の強度が２００％まで上昇する。
【００５１】
本発明は上述した好適な実施例により開示されたが、これらに限定されるものではなく、様々な態様に変形可能である。
１つの、又は２つのカバー層領域のみを上述した実施例において示したが、本発明による軽量型枠成形部品は所望の数のカバー層領域からなってもよく、或いは１つのカバー層領域により完全に包囲されてもよい。
【技術分野】
【０００１】
本発明は軽量型枠成形部品及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軽量材料及び型枠成形された部品は今日、自動車工学、航空機製造、造船等の多くの技術的分野、及び輸送において使用されている。これらは従来の製造材料と比較して高い剛性、強度、及びエネルギー吸収能力の他、低密度に優れていると認められ、これらにより多く積載された製造要素を費用を抑えて製造可能である。密度が１．０ｋｇ／ｄｍ３（１．０ｋｇ／ｌ）以下の軽量材料、即ちその密度が現在流通しているプラスチック材料のものより低いものが特に関心を持たれている。
【０００３】
軽量のハニカム状のコアを備えたサンドイッチ構造体等の従来技術による軽量型枠成形部品は通常湾曲させて製造することができない。紙や金属（薄膜）を折り畳むか、波形の形成によるサンドイッチコアを使用する場合には、通常１つの湾曲部を備えたサンドイッチ要素を製造することしかできない。
【０００４】
このことはシンタクチックフォームから形成される気泡材料や気泡複合材料からなるコアを使用することにより修正可能であり、これによりサンドイッチ要素に複数の湾曲部を設けることができる。従来技術による気泡材料において、剪断強度は圧縮強度と比較して非常に低い。このことは通常剪断強度にさらされるサンドイッチ構造体にとって短所である。
【０００５】
気泡複合材料（例えばポリアミドマトリックス材における無機発泡粒）において、圧縮強度に対する剪断強度の比率は通常０．６である。アルミニウム発泡体の対応する値は例えば０．１５に過ぎない。この点に関して、２００５年、Ｒａｕｓｃｈ Ｇ．その他著によるＦｏａｍｉｎａｌ（登録商標）−Ｅｉｇｅｎｓｃｈａｆｔｓｕｅｂｅｒｓｉｃｈｔ−Ｋｏｎｓｔｒｕｋｔｉｏｎｓｒｉｃｈｔｌｉｎｉｅｎ−Ｖｅｒｓｉｏｎ １．８， Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒｉｎｓｔｉｔｕｔ ｆｕｅｒ Ｆｅｒｔｉｇｕｎｇｓｔｅｃｈｎｉｋ ｕｎｄ ａｎｇｅｗａｎｄｔｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｆｏｒｓｃｈｕｎｇを参照のこと。この理由により、コア材料として気泡複合材料を備えるサンドイッチ構造体は軽量構造体における使用に対して大きな可能性を有する。接着剤により接着されるか、積層されるカバー層を使用する場合に、可能性を十分に活用できない。この理由として損傷（剥離）が使用中にコア及びコア層の間の連結層に通常生じることが挙げられる。図７は接着剤により接着された（ポリウレタン接着剤）、或いは一体的に形成されたカバー層を備えるサンドイッチの梁の三点屈曲試験の結果を示す。コアはアクリル樹脂に組み込まれる発泡ガラス粒を備える気泡複合材料からなる。カバー層を一体的に形成することにより、接着剤により接着したカバー層を備えるサンドイッチの梁と比較して、サンドイッチの梁の強度が２００％まで上昇する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１１８８７３０Ａ２号明細書
【特許文献２】欧州特許第０８５１８０８Ｂ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は軽量型枠成形部品及びその製造方法を提供することにある。これらにより、強度がより高く、より安定した軽量型枠成形部品が製造可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明により請求項１に記載される軽量型枠成形部品、及び請求項１１に記載される製造方法が得られる。
本発明によりサンドイッチ製造方法における接着工程や積層工程を省略することができる。従って、例えば気泡複合材料やその他のシンタクチックフォーム等の軽量構造体における軽量コア材料の可能性を十分に活用し、費用を抑えた生産をすることができる。
【０００９】
本発明はカバー層製造工程をコア製造工程に統合させることにより、コア及び１つ以上の表面のカバー層又は表面近傍のカバー層を接着剤により接着する工程又は積層させる工程を省略するという考えに基づく。
【００１０】
本発明により１つ以上の一体的に形成される補強カバー層を備えた軽量複合材料から形成されるコアからなるサンドイッチ要素が得られる。サンドイッチ要素は狭小（サンドイッチビーム）であっても幅広（サンドイッチパネル）であってもよい。これらは平坦であっても（１回以上）湾曲していてもよい。更に、軽量複合材料から形成されるコアと、一体的に形成される補強された外側層と、更に任意により一体的に形成される補強された内側層とを備え、開いた外形の断面又は閉じた（単一セル又は多セルの）中空の断面を有する新規なタイプの軽量複合プロフィール（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｐｒｏｆｉｌｅ）も可能である。
【００１１】
本明細書において軽量複合材料は通常マトリックス材料及び少なくとも１つの軽量充填材料からなる材料を示すものといえる。例えば特許文献１及び特許文献２に開示されるように、本発明によるサンドイッチ要素のコア、或いは本発明による軽量複合プロフィール（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｐｒｏｆｉｌｅ）のコアの軽量複合材料はプラスチック樹脂により接着され、或いは金属により接着された無機発泡粒ベースの軽量複合材料等の気泡複合材料である。金属発泡粒ベースの軽量気泡複合材料や、プラスチック材料のマトリックスや金属マトリックスの中空の球や中空の微小球（グラス、セラミックや金属）からなる複合材料、或いは無機発泡粒ベースのシンタクチックフォーム等のその他のシンタクチックフォームも使用可能である。
【００１２】
充填材に応じて選択されるモノマー粘性やポリマー粘性（例えば０．１Ｐａ乃至５Ｐａより小さい）を備えたポリアミド、アクリレートや、その他のプラスチック材料もマトリックス材料として好適に使用可能である。アルミニウムや亜鉛の溶融物等の軽量金属の溶融物が金属のマトリックスを形成するために使用可能である。軽量発泡粒や中空の球の体積（中空の球内の中空部分の体積を含む）による比率は全サンドイッチ体積の６０％までである。発泡粒や中空の球はサンドイッチの厚みに応じ、０．５ｍｍ乃至１６ｍｍの径を有する。通常径の端数（周知の粒子の寸法の分布曲線）は（１，２ｍｍ）、（２乃至４ｍｍ）、及び（４乃至６ｍｍ）である。発泡粒の密度は従来技術において０．１ｋｇ／ｄｍ３乃至１．０ｋｇ／ｄｍ３（０．１ｋｇ／ｌ乃至１．０ｋｇ／ｌ）である。中空の球の通常の密度は０．１ｋｇ／ｄｍ３乃至０．９ｋｇ／ｄｍ３（０．１ｋｇ／ｌ乃至０．９ｋｇ／ｌ）である。
【００１３】
単層又は多層ファイバー構造物のファイバーは一方向に又は他方向に配向可能である。ファイバー材料がコア領域のマトリックス材料に一体的に形成されるカバー層領域の厚みは通常サンドイッチ構造物全体としての厚みの２％乃至１２％である。
【００１４】
本発明による軽量複合プロフィールの形態におけるサンドイッチ要素は軽量にして、且つ高い曲げ剛性及び高い強度を有することにより区別される。直線的なビーム及び平坦な板等の単純なサンドイッチ形状の他、１回以上湾曲された、湾曲したビーム及びフレーム等の複雑な形状も形成可能である。周知の気泡材料（純粋な金属や発泡プラスチック材料）から形成されるコアを備えるサンドイッチ要素と比較すると、本発明による軽量気泡複合材料を有するサンドイッチ要素は、特別な粒子、球や、中空の球構造物のため比較的高い剪断力を有する。カバー層の座屈や衝撃等の不安定性の課題は一体的な構造物によって回避可能であるか、より高いレベルの圧力に転換可能である。所定の高い圧縮力及び剪断剛性及び剪断強度により圧縮や剪断力にさらされた場合に、カバー層の圧縮は減少する。従って、新規なタイプの構造物は局所的な圧力の作用に対して好適である。新規な軽量複合プロフィールにおいて、歪みがコア材料の支持効果により回避可能であり、これにより軽量構造物の品質を向上させることができる。完全に中実な形状の他、閉じた断面及び開いた断面を有する中空の形状も形成可能である。更に、本発明によるサンドイッチ要素及び軽量複合プロフィールは、発泡構造体（主に閉じた孔隙により形成される）を有するため好適なエネルギー吸収特性及び吸音特性を有する。
【００１５】
本発明の方法により、一体的に形成される補強された層を備えた気泡複合材料から形成されるサンドイッチ要素、並びに気泡複合材料から形成される支持コア及び一体的に形成される補強されたカバー層を備える軽量複合プロフィールが形成可能である。サンドイッチ要素及び軽量複合プロフィールに要する中実の且つ拡張不能なカバー層がコア製造工程内において一体的に形成される。
【００１６】
張力又は圧縮力及び剪断力の遷移のためのカバー層の後続する連結（例えば接着）工程は不要である。圧力を作用させるため、或いは支持するためにサンドイッチ構造物に必要であるコーナー部カバー、端部保護部、連結体及び補強体も上述したような製造工程に組み込むことができる。
【００１７】
開示されたサンドイッチ要素は、曲げ荷重による剪断力を支持する軽量構造物において好適である。これらは例えば航空機、バス、ボート、船舶や、自動車における床板や貨物室の床板である。小型トラックや荷台が無蓋の軽トラックにおいて、載荷板及び運転室の後方壁部は好適に本発明によるサンドイッチ構造物により形成可能である。構造物の分野において、本発明によるサンドイッチ要素は二重床（例えばコンピュータルームの上部床板）や軽量パーティション、軽量カバー要素、或いは戸、門扉に使用可能である。航空機建造や造船において、パーティション（例えば圧力ドーム）が本発明による構造物によりサンドイッチ要素の形態において形成可能である。自動車工学において本発明によるサンドイッチ構造物が例えば車台においてトランクの床部として、或いは後方列の座席の背もたれに使用可能である。後方座席の背もたれは分割（例えば３分の１乃至３分の２）され、特に中央の座席において三点シートベルトが使用される場合に曲げ荷重による非常に高い剪断力を引き起こす要因となる。トランクからの重みのある荷物が後部座席の背もたれと衝突した場合に、衝突により荷重による別の高い剪断力が生じる。この場合において、本発明によるサンドイッチ要素の高いエネルギー吸収力は、高い曲げ剛性及び曲げ強度同様重要である。これらは、小型トラック、大型トラックや、トレーラーハウスの後方壁部の領域におけるサンドイッチ要素の使用にも該当する（衝突の場合において積み荷から搭乗者を保護する）。
【００１８】
開示されたサンドイッチ要素により、スケートボード、スキー、スノーボード等のレジャー産業の軽量型枠成形部品が形成可能であり、これらは特に衝撃荷重に関するより好ましい機械的音響的特性を備える（例えば住宅地におけるスケートボード乗りの防音）。応用可能な更なる分野は家具製造産業である。この場合において、サンドイッチ要素は軽量、堅固にして、且つ頑丈なテーブルの天板や調理台（例えば台所や作業所の）として使用可能である。
【００１９】
端部バンド又は端部保護部又はコーナー部保護部の形態の少なくとも１つの側面カバー層領域が軽量型枠成形部品に好適に設けられる。
少なくとも１つの圧力作用要素（コア領域の局地的補強）が軽量型枠成形部品に好適に設けられる。
【００２０】
少なくとも１つの構成要素連結体（中央部又はコーナー部の連結体）が軽量型枠成形部品に好適に設けられる。
開示された軽量複合プロフィールは、曲げ荷重及び圧縮負荷のうち少なくともいずれか一方による剪断力にさらされる軽量構造物において好適に使用可能である。この場合において、軽量支持コアにより軽量構造体の座屈が防止される。従って、肉薄な壁部の単一構造体や、完全に充填された同じ重量のプロフィールと比較して、より高品質且つ軽量な構造物が得られる。開示される軽量複合プロフィールは衝突要素（例えば乗用車の前方領域の衝突ボックス又は商用車の前方領域の衝突ボックス）として使用され、乗用車や商用車の受動的な安全性を向上させることができる。
【００２１】
請求項１に開示される軽量型枠成形部品、及び請求項１４に開示される製造方法の好適な改良が従属項に開示される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施例における軽量型枠成形部品を示す断面図。
【図２】本発明の第２の実施例における中空の外形の態様にある軽量型枠成形部品を示す断面図。
【図３ａ】本発明の第３の実施例における軽量型枠成形部品の製造方法を示す斜視断面図。
【図３ｂ】本発明の第３の実施例における軽量型枠成形部品の製造方法を示す斜視断面図。
【図３ｃ】本発明の第３の実施例における軽量型枠成形部品の製造方法を示す斜視断面図。
【図３ｄ】本発明の第３の実施例における軽量型枠成形部品の製造方法を示す斜視断面図。
【図４】本発明の第３の実施例における軽量型枠成形部品の製造方法における変形した型枠を示す斜視図。
【図５ａ】本発明の第４の実施例における軽量型枠成形部品の製造方法を示す斜視断面図。
【図５ｂ】本発明の第４の実施例における軽量型枠成形部品の製造方法を示す斜視断面図。
【図５ｃ】本発明の第４の実施例における軽量型枠成形部品の製造方法を示す斜視断面図。
【図６】本発明の第５の実施例における軽量型枠成形部品の製造方法における型枠を示す斜視図。
【図７】それぞれ接着剤により接着され、一体的に形成されたカバー層を備えるサンドイッチの梁の三点屈曲試験の結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の実施例は図面に開示され、明細書において詳述される。
図面において類似する参照符号は同一の要素又は機能的に同一の要素を示す。
図１は本発明の第１の実施例における軽量型枠成形部品を示す断面図である。
【００２４】
図１において、参照符号１００は軽量複合材料１０，１５からなる軽量型枠成形部品を示す。軽量複合材料１０，１５はそれぞれマトリックス材料１５、及び充填材１０である。本実施例において、充填材１０は例えば径が４ｍｍ乃至６ｍｍの間の中空の球や発泡粒からなる。マトリックス材料は硬化したポリアミドベースのプラスチック材料である。図面を単純化すると、図１はコア領域１の破線によって包囲された部分ＡＳを示すに過ぎない。更に、軽量型枠成形部品１００は第１の上面カバ―層領域２ａ、及び第２の底面カバー層領域２ｂからなり、これらはそれぞれコア領域のマトリックス材料１５に一体的に形成されるファイバー材料５からなる。この実施例において、図１における破線は充填材１０が広がるコア領域の事実上の境界線を示す。充填材１０及びファイバー材料５の径により、充填材１０はカバー層領域２に存在せず、マトリックス材料１５のみがコア領域１からカバー層領域２にまで連続して幅広く拡張する。
【００２５】
単面カバー層領域２ａや２ｂ、或いは更なる付加的な側面のカバー層領域ももちろん可能である。
図１のサンドイッチタイプの軽量型枠成形部品１００はこの例において四辺形の断面を有する狭小の要素又は幅広の要素、平坦な要素又は湾曲した要素である。図３ａ乃至３ｄを参照して更に後述される製造方法における所定の形状を備える。
【００２６】
図２は本発明の第２の実施例における中空の外形の態様にある軽量型枠成形部品を示す断面図である。
図２に示す軽量型枠成形部品２００は中空の外形の態様にあり、即ち管状の構造体であり、符号Ａは管の外側を示し、符号Ｉは管の内側を示す。本実施例において、外側のファイバーにより補強されたカバー層領域２ａは外側Ａの境界線として設けられ、内側のファイバーにより補強されたカバー層領域２ｂは内側Ｉの境界線として設けられる。コア領域１は詳細図ＡＳ’において示されるように、図１の軽量型枠成形部品のコア領域に対応する。
【００２７】
単面カバー層領域２ａや２ｂ、或いは更なる付加的な端面のカバー層領域ももちろん可能である。
図３ａ乃至３ｄは本発明の第３の実施例における軽量型枠成形部品の製造方法を示す斜視図である。
【００２８】
図３ａにおいて、参照符号２０は中央凹部２２及び位置合わせピン２１を備える型枠の蓋の形態の型枠部品を示す。第１の工程において、第１のカバー層領域のための必須のファイバー材料５の単層又は複層（例えばカーボン、グラス、アラミドや、金属のファイバーやその他のファイバーから形成される不織材料、帯、編成した材料、編成した織物、接着した材料、或いは織られた材料）が水平方向に位置された型枠部品２０に取り付けられる。ファイバー材料５の単層又は複層は凹部２２を覆って張られる。凹部２２は通常０．１ｍｍ乃至０．５ｍｍの連続した深みを有し、これにより後に案内されるマトリックス材料によりファイバー材料５の層を全体的に十分に覆うことができる。
【００２９】
次に図３ｂにおいて、ファイバー材料５の単層又は複層は矢印Ｆの方向に張引され、環状に構成される幅出し枠３０が取り付けられる。幅出し枠３０は中央貫通孔３２、位置合わせ穴３１、充填材の充填開口部３３、及び格子３６が一体的に設けられ、カバー蓋（図示しない）により覆われる、マトリックス材料用のゲート３５を備える。
【００３０】
任意により、１つ以上の抽気口（ｂｌｅｅｄｅｒｓ）が水平方向に位置される型枠部品２０及びファイバー材料５の単層又は複層の間に設けられる。
充填材層の充填開口部３３はマトリックス材料の注入の場合に抽出口や排気口として更に機能する。ゲート３５に一体的に設けられた格子３６は後に付加される充填材（例えば粒子や中空の球）を押しとどめるべく機能する。充填材が付加されるに先立って、完全に適用されるカバー蓋は幅出し枠の対応する側を密封する。充填開口部３３は吸引手段に取り付けられる。
【００３１】
幅出し枠３０は型枠部品２０の位置合わせピン２１が幅出し枠３０の位置合わせ穴３１に案内され、２つの部品が共に押圧されるように取り付けられる。型枠部品２０に載置され押圧される幅出し枠３０は、好適な挾持連結具（図示しない。例、クリップ、挾持具や、ネジ）によって型枠部品２０に対してより堅固に連結される。従って、ファイバー材料５の層の付勢力は取付工程の残りにおいて保持される。
【００３２】
上述した型枠部品２０と同一であり、且つ型枠の蓋の態様にある更なる型枠部品４０に対するファイバー材料の更なる層の任意による適用及び締め付けの後、凹部を備える、或いは凹部を備えないファイバー材料の更なる単層又は更なる複層を使用することにより設けられる第２の型枠部品４０は反対側から幅出し枠３０に載置され、幅出し枠３０に対して押圧され、締め付けられる。これらは型枠部品２０に幅出し枠３０に対する連結と同様に実施される。
【００３３】
図３ｃに示すように、型枠部品２０，４０、及びこれらの間に挾持される幅出し枠３０からなる完全な型枠の組立後に、充填材が完全な型枠内に上向きに配向された充填開口部３３を通じて注入される。本実施例において充填材１０は中空の球（例えばグラス、金属、或いはセラミック）や、発泡粒からなる。注入工程は例えば傾けたり揺すったりすることにより促進される。完全な型枠２０，３０，４０が完全に充填された場合に、更なる格子３８（ゲート３５における格子に類似する）は充填開口部３３内に挿入され、次いで支持ハニカム部３９が充填開口部３３内に挿入される。
【００３４】
格子３８及び支持ハニカム部３９は拡張時に生じるつり上げ力を補償し、且つ／又は鋳造工程において生じる圧力を補償すべく設けられる。後続の工程において、充填開口部３３は真空ポンプＰに取り付けられるか、換気蓋に覆われる。
【００３５】
続いて、液体のマトリックス材料１５が（気泡の形成を防止するために）下方からゲート３５を介して格子３６を通じて案内される。型枠２０，３０，４０をマトリックス材料１５により充填することにより、充填材１０及びファイバー材料５の単層又複層からなるフィルムはマトリックス材料により浸漬される。マトリックス材料は例えば鋳造ポリアミド、多成分アクリル樹脂、その他の有機系、或いは金属の溶融物である。
【００３６】
マトリックス材料１５は略重合され、凝固される。
マトリックス材料が完全に凝固された後に、型から取り出す工程及び仕上げ工程、任意により形状に切断したり突出するファイバー材料５を研磨して取り去る工程が実施される。
【００３７】
側面にて突出するファイバー材料は適切な切り取りや折り畳みにより、或いは型枠成形工程（積極接続（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）や材料接続（ｍａｔｅｒｉａｌ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）による固定も可能である）に先立ったステッチ工程により防止可能である。突出するファイバーの課題は、後続のニアネットシェイプサンドイッチパネルを備えた端部バンドの適用によっても解決可能である。大型サンドイッチパネルを製造する場合に、より小型のパネルは大型パネルから鋸により切断され、これにより側面にて突出するファイバーも取り除かれる。
【００３８】
サンドイッチ要素の費用効率の高い製造において、上記工程はロボットや油圧系を使用して自動化させてもよい。
図４は本発明の第３の実施例における軽量型枠成形部品の製造方法における変形した型枠を示す斜視図である。
【００３９】
図４に示す実施例において、位置合わせ穴３１’及び中央貫通孔３２’を備えた多部品幅出し枠３０’が図３ｂに示す１つの部品の幅出し枠３０に代えて使用される。多部品幅出し枠３０’は締め付け連結体（図示しない）により堅固に相互に連結される４つの側部３０’ａ，３０’ｂ，３０’ｃ，３０’ｄを含む。
【００４０】
図４に示すように、このタイプの多部品幅出し枠３０’によりファイバー材料５の層は後続のサンドイッチ構造体の側面と一体的に形成可能となり、層は例えばサンドイッチ構造体の端部の保護部として機能する。締め付け連結体はクリップやネジを使用することによっても製造可能である。
【００４１】
図５ａ乃至５ｃは本発明の第４の実施例における軽量型枠成形部品の製造方法を示す斜視図である。
特に図５ａ乃至５ｃは図３ａ乃至３ｄにより詳述した方法、即ちスケートボードやスノーボード用の型枠部品の製造の具体例を示す。
【００４２】
図５ａにおいて、後のスケートボードのサンドイッチ構造体の厚みに対応する凹部６１を含む下部型枠半パーツ（ｌｏｗｅｒ ｍｏｕｌｄ ｈａｌｆ）６０ａが設けられる。図３ａ乃至３ｄの完全な型枠と類似して、下部型枠部６０ａはゲート６２及び充填開口部６４を備える。ファイバー材料５の第１の層は凹部６１内に設けられる。ファイバー材料５の第１の層は機械的に締め付けられるか接着剤を使用して締め付けられる。任意によりファイバー材料の層は凹部６１の端部に端部バンド又は端部保護部として積層されてもよい。
【００４３】
図５ｂにおいて第２の型枠半パーツ（ｓｅｃｏｎｄ ｍｏｕｌｄ ｈａｌｆ）６０ｂが設けられる。第２の型枠半パーツ６０ｂにおいてスケートボードの上部カバー層としてのファイバー材料５の層が設けられる。層は締め付けブロック６３を使用して締め付けられる。任意により上部型枠半パーツ６０ｂはファイバー材料５の層のための凹部を備えてもよく、これによりファイバー構造体はマトリックス材料によって完全に覆われる。
【００４４】
図５ａ及び５ｂに示す２つの型枠半パーツ６０ａ，６０ｂを設けた後に、上部型枠半パーツ６０ｂは１８０°回転され下部型枠半パーツ６０ａに正確に位置合わせされ、例えばネジ止めにより堅固に連結される。図５ｃに示すように完全な型枠６０ａ，６０ｂの組立の後に、図３ａ乃至３ｄに関して上述したように充填材１０が充填開口部６４を介して付加され、続いてマトリックス材料１５が下方からゲート６２を介して案内される。
【００４５】
図６は本発明の第５の実施例における軽量型枠成形部品の製造方法における型枠を示す斜視図である。
図２に示す中空の外形の形態の軽量型枠成形部品の製造工程を図６を参照して後述する。
【００４６】
第１にファイバー材料５の外層が、型枠基板７０ａに固定される型枠半パーツ７０ｂ，７０ｃの壁部に積層され締め付けられ固定される。型枠半パーツ７０ｂ，７０ｃは図６の図面に部分的にのみ示されるが、実際は型枠基板上に四方に延びるように設けられる。
【００４７】
更に、ファイバー材料５の内側層は鋳造コア８０に取り付けられ、鋳造コアは型枠基板７０ａに設けられる。上述したように中空の外形が型枠半パーツ７０ｂ，７０ｃ及び鋳造コアの間に設けられる。
【００４８】
鋳造コア８０が設けられた後に、中空の外形は例えば無機発泡粒やガラス発泡粒、或いは金属発泡粒充填材１０により充填されるが、これは振動させることにより促進可能である。図６に示す型枠７０ａ，７０ｂ，７０ｃの上面は格子（図示しない）、任意の開口を設けた中間の板、及び吸引手段を備えたカバー蓋７０ｄによりシールされる。型枠７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄは下方からプラスチック材料（モノマーやポリマー）や金属等の液体のマトリックス材料により、充填材１０並びにファイバー材料１５の内側層及び外側層が浸漬されるように充填される。空気が上述したカバー蓋７０ｄの開口部を通じてカバー蓋７０ｄに取り付けられた真空ポンプを使用して抜かれる。本実施例において一体的に形成された格子及び任意の開口を設けた中間の板はダイキャスティング方法のつり上げ力や圧力と相互に作用するように充填材１０を固定すべく機能する。
【００４９】
重合や固化の後に、コアの抜き取りを含む型抜き工程及び仕上げ工程（任意により突出するファイバーを切断する工程）が実施される。
鋳造コア８０をより容易に抜き取るために（冷却時の鋳造部の熱収縮）、コアは任意により分裂するように形成されてもよい。消失コア（ｌｏｓｔ ｃｏｒｅ）が使用されてもよい。消失コアは例えば振り落とされてもよく、溶融により消失されてもよく、或いは洗い落とされてもよい。
【００５０】
図７は接着剤により接着され（Ｉで示した二本の線）、一体的に形成されたカバー層（ＩＩで示した二本の線）を備えるサンドイッチのビームの三点屈曲試験を示す。コアはアクリル樹脂に組み込まれる発泡ガラス粒を備える気泡複合材料からなる。カバー層を一体的に形成することにより、接着剤により接着したカバー層を備えるサンドイッチの梁と比較して、サンドイッチの梁の強度が２００％まで上昇する。
【００５１】
本発明は上述した好適な実施例により開示されたが、これらに限定されるものではなく、様々な態様に変形可能である。
１つの、又は２つのカバー層領域のみを上述した実施例において示したが、本発明による軽量型枠成形部品は所望の数のカバー層領域からなってもよく、或いは１つのカバー層領域により完全に包囲されてもよい。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軽量複合材料（１０，１５）、即ちマトリックス材料（１５）及び少なくとも１つの充填材（１０）からなるコア領域（１）と、
ファイバー材料（５）及びマトリックス材料（１５）の少なくとも１つの層からなる少なくとも１つの表面のカバー層領域又は表面近傍のカバー層領域（２ａ，２ｂ）とを備え、
カバー層領域（２ａ，２ｂ）のファイバー材料（５）の単層又は複層はコア領域（１）のマトリックス材料（１５）と一体的に形成されることを特徴とする軽量型枠成形部品。
【請求項２】
前記ファイバー材料（５）はバンド、不織材料、織成された材料、接着された材料、編成された織物、或いは編成された材料からなることを特徴とする請求項１に記載の軽量型枠成形部品。
【請求項３】
前記ファイバー材料（５）はグラスファイバー、カーボンファイバー、アラミドファイバー、金属ファイバーからなるファイバーのタイプから選択される少なくとも１つのファイバーからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の軽量型枠成形部品。
【請求項４】
前記軽量複合材料（１０，１５）は気泡複合材料であり、無機発泡粒又はグラス発泡粒を充填材（１０）としてプラスチック材料のマトリックス材料により接着されるか、金属のマトリックス材料により接着されることを特徴とする請求項１又は２に記載の軽量型枠成形部品。
【請求項５】
前記軽量複合材料（１０，１５）は気泡複合材料であり、グラス及び／又はセラミック及び／又は金属から形成される中空の球又は中空の微小球を充填材（１０）としてプラスチック材料のマトリックス材料により接着されるか、金属のマトリックス材料により接着されることを特徴とする請求項１又は２に記載の軽量型枠成形部品。
【請求項６】
前記軽量複合材料（１０，１５）は金属発泡粒ベースの気泡複合材料であることを特徴とする請求項１又は２に記載の軽量型枠成形部品。
【請求項７】
前記軽量複合材料（１０，１５）はシンタクチックフォームベースの気泡複合材料であることを特徴とする請求項１又は２に記載の軽量型枠成形部品。
【請求項８】
単体セル又は多セルの閉じた外形又は開いた外形からなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の軽量型枠成形部品。
【請求項９】
管状の外形を備え、第１の外側カバー層領域（２ａ）及び第２の内側カバー層領域（２ｂ）のうち少なくともいずれか一方が設けられることを特徴とする請求項８に記載の軽量型枠成形部品。
【請求項１０】
前記充填材（１０）の内側の中空部分を含む、前記充填材（１０）の体積の比率は、４０％乃至６０％であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の軽量型枠成形部品。
【請求項１１】
前記充填材（１０）の内側の中空部分を含む、前記充填材（１０）の体積の比率は、３０％乃至５０％であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の軽量型枠成形部品。
【請求項１２】
前記充填材（１０）はコア領域（１）にのみ存在することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の軽量型枠成形部品。
【請求項１３】
前記充填材（１０）はコア領域（１）の他カバー層領域（２）にも存在することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の軽量型枠成形部品。
【請求項１４】
形成される軽量型枠成形部品の外形に対応する中空部分を有する型枠（２０，３０，４０；６０ａ，６０ｂ；７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ）を設ける工程と、
形成される軽量型枠成形部品の表面カバー層領域又は表面近傍のカバー層領域（２ａ，２ｂ）に対応するファイバー材料（５）の少なくとも１つの層を型枠（２０，３０，４０；６０ａ，６０ｂ；７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ）の中空部分に積層させる工程と、
充填材（１０）を型枠（２０，３０，４０；６０ａ，６０ｂ；７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ）の中空部分内に振り落とす工程と、
ファイバー材料（５）の単層又は複層及び充填材（１０）からなる充填物が浸漬されるように型枠（２０，３０，４０；６０ａ，６０ｂ；７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ）の中空部分を硬化可能な液体マトリックス材料（１５）により充填する工程と、
カバー層領域（２ａ，２ｂ）のファイバー材料（５）の単層又は複層がコア領域（１）のマトリックス材料（１５）と一体的に形成され、軽量型枠成形部品の形成を案内するようにマトリックス材料（１５）を硬化させる工程と、
形成された軽量型枠成形部品を型抜きする工程とを含むことを特徴とする軽量型枠成形部品の製造方法。
【請求項１５】
前記型枠（２０，３０，４０；６０ａ，６０ｂ；７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ）は複数の部品からなり、型枠（２０，３０，４０；６０ａ，６０ｂ；７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ）が組み立てられるに先立って、前記ファイバー材料（５）の少なくとも１つの層が積層されることを特徴とする請求項１１に記載の軽量型枠成形部品の製造方法。
【請求項１６】
前記型枠（２０，３０，４０；６０ａ，６０ｂ；７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ）は第１の開口部及び第２の開口部（３３，３５；３３’，３５’；６２，６４）を含み、一方の開口部は中空部分を充填材（１０）により充填することに使用され、他方の開口部は中空部分をマトリックス材料（１５）により充填することに使用されることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の軽量型枠成形部品の製造方法。
【請求項１７】
製造される軽量型枠成形部品の内側外形に対応する鋳造コア（８０）は型枠（７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ）の中空部分内に案内されることを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれか一項に記載の軽量型枠成形部品の製造方法。
【請求項１８】
製造される軽量型枠成形部品の上面のカバー層領域又は上面近傍のカバー層領域（２ａ，２ｂ）に対応するファイバー材料（５）の少なくとも１つの層が鋳造コア（８０）に積層されることを特徴とする請求項１７に記載の軽量型枠成形部品の製造方法。
【請求項１９】
前記型抜き工程後、突出するファイバー材料（５）の切り取り又は研磨の態様の仕上げ工程が実施されることを特徴とする請求項１４乃至１８のいずれか一項に記載の型枠成形部品の製造方法。
【請求項２０】
充填工程に先立って中空の微小球が液体のマトリックス材料（１５）に混合されることを特徴とする請求項１４乃至１９のいずれか一項に記載の軽量型枠成形部品の製造方法。
【請求項２１】
肉眼で視認可能な粒子又は中空の粒子は使用されないことを特徴とする請求項１８又は１９に記載の軽量型枠成形部品の製造方法。
【請求項２２】
１つ以上の抽気口が前記型枠（２０，３０，４０；６０ａ，６０ｂ；７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ、８０）及びファイバー材料（５）の単層又は複層の間に位置されることを特徴とする請求項１４乃至１９のいずれか一項に記載の軽量型枠成形部品の製造方法。
【請求項２３】
端部バンド又は端部保護部又はコーナー部保護部の形態の少なくとも１つの側面カバー層領域が設けられることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の軽量型枠成形部品。
【請求項２４】
少なくとも１つの圧力作用要素が設けられることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の軽量型枠成形部品。
【請求項２５】
少なくとも１つの構成要素連結体が設けられることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の軽量型枠成形部品。
【請求項１】
軽量複合材料（１０，１５）、即ちマトリックス材料（１５）及び少なくとも１つの充填材（１０）からなるコア領域（１）と、
ファイバー材料（５）及びマトリックス材料（１５）の少なくとも１つの層からなる少なくとも１つの表面のカバー層領域又は表面近傍のカバー層領域（２ａ，２ｂ）とを備え、
カバー層領域（２ａ，２ｂ）のファイバー材料（５）の単層又は複層はコア領域（１）のマトリックス材料（１５）と一体的に形成されることを特徴とする軽量型枠成形部品。
【請求項２】
前記ファイバー材料（５）はバンド、不織材料、織成された材料、接着された材料、編成された織物、或いは編成された材料からなることを特徴とする請求項１に記載の軽量型枠成形部品。
【請求項３】
前記ファイバー材料（５）はグラスファイバー、カーボンファイバー、アラミドファイバー、金属ファイバーからなるファイバーのタイプから選択される少なくとも１つのファイバーからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の軽量型枠成形部品。
【請求項４】
前記軽量複合材料（１０，１５）は気泡複合材料であり、無機発泡粒又はグラス発泡粒を充填材（１０）としてプラスチック材料のマトリックス材料により接着されるか、金属のマトリックス材料により接着されることを特徴とする請求項１又は２に記載の軽量型枠成形部品。
【請求項５】
前記軽量複合材料（１０，１５）は気泡複合材料であり、グラス及び／又はセラミック及び／又は金属から形成される中空の球又は中空の微小球を充填材（１０）としてプラスチック材料のマトリックス材料により接着されるか、金属のマトリックス材料により接着されることを特徴とする請求項１又は２に記載の軽量型枠成形部品。
【請求項６】
前記軽量複合材料（１０，１５）は金属発泡粒ベースの気泡複合材料であることを特徴とする請求項１又は２に記載の軽量型枠成形部品。
【請求項７】
前記軽量複合材料（１０，１５）はシンタクチックフォームベースの気泡複合材料であることを特徴とする請求項１又は２に記載の軽量型枠成形部品。
【請求項８】
単体セル又は多セルの閉じた外形又は開いた外形からなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の軽量型枠成形部品。
【請求項９】
管状の外形を備え、第１の外側カバー層領域（２ａ）及び第２の内側カバー層領域（２ｂ）のうち少なくともいずれか一方が設けられることを特徴とする請求項８に記載の軽量型枠成形部品。
【請求項１０】
前記充填材（１０）の内側の中空部分を含む、前記充填材（１０）の体積の比率は、４０％乃至６０％であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の軽量型枠成形部品。
【請求項１１】
前記充填材（１０）の内側の中空部分を含む、前記充填材（１０）の体積の比率は、３０％乃至５０％であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の軽量型枠成形部品。
【請求項１２】
前記充填材（１０）はコア領域（１）にのみ存在することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の軽量型枠成形部品。
【請求項１３】
前記充填材（１０）はコア領域（１）の他カバー層領域（２）にも存在することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の軽量型枠成形部品。
【請求項１４】
形成される軽量型枠成形部品の外形に対応する中空部分を有する型枠（２０，３０，４０；６０ａ，６０ｂ；７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ）を設ける工程と、
形成される軽量型枠成形部品の表面カバー層領域又は表面近傍のカバー層領域（２ａ，２ｂ）に対応するファイバー材料（５）の少なくとも１つの層を型枠（２０，３０，４０；６０ａ，６０ｂ；７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ）の中空部分に積層させる工程と、
充填材（１０）を型枠（２０，３０，４０；６０ａ，６０ｂ；７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ）の中空部分内に振り落とす工程と、
ファイバー材料（５）の単層又は複層及び充填材（１０）からなる充填物が浸漬されるように型枠（２０，３０，４０；６０ａ，６０ｂ；７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ）の中空部分を硬化可能な液体マトリックス材料（１５）により充填する工程と、
カバー層領域（２ａ，２ｂ）のファイバー材料（５）の単層又は複層がコア領域（１）のマトリックス材料（１５）と一体的に形成され、軽量型枠成形部品の形成を案内するようにマトリックス材料（１５）を硬化させる工程と、
形成された軽量型枠成形部品を型抜きする工程とを含むことを特徴とする軽量型枠成形部品の製造方法。
【請求項１５】
前記型枠（２０，３０，４０；６０ａ，６０ｂ；７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ）は複数の部品からなり、型枠（２０，３０，４０；６０ａ，６０ｂ；７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ）が組み立てられるに先立って、前記ファイバー材料（５）の少なくとも１つの層が積層されることを特徴とする請求項１１に記載の軽量型枠成形部品の製造方法。
【請求項１６】
前記型枠（２０，３０，４０；６０ａ，６０ｂ；７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ）は第１の開口部及び第２の開口部（３３，３５；３３’，３５’；６２，６４）を含み、一方の開口部は中空部分を充填材（１０）により充填することに使用され、他方の開口部は中空部分をマトリックス材料（１５）により充填することに使用されることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の軽量型枠成形部品の製造方法。
【請求項１７】
製造される軽量型枠成形部品の内側外形に対応する鋳造コア（８０）は型枠（７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ）の中空部分内に案内されることを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれか一項に記載の軽量型枠成形部品の製造方法。
【請求項１８】
製造される軽量型枠成形部品の上面のカバー層領域又は上面近傍のカバー層領域（２ａ，２ｂ）に対応するファイバー材料（５）の少なくとも１つの層が鋳造コア（８０）に積層されることを特徴とする請求項１７に記載の軽量型枠成形部品の製造方法。
【請求項１９】
前記型抜き工程後、突出するファイバー材料（５）の切り取り又は研磨の態様の仕上げ工程が実施されることを特徴とする請求項１４乃至１８のいずれか一項に記載の型枠成形部品の製造方法。
【請求項２０】
充填工程に先立って中空の微小球が液体のマトリックス材料（１５）に混合されることを特徴とする請求項１４乃至１９のいずれか一項に記載の軽量型枠成形部品の製造方法。
【請求項２１】
肉眼で視認可能な粒子又は中空の粒子は使用されないことを特徴とする請求項１８又は１９に記載の軽量型枠成形部品の製造方法。
【請求項２２】
１つ以上の抽気口が前記型枠（２０，３０，４０；６０ａ，６０ｂ；７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ、８０）及びファイバー材料（５）の単層又は複層の間に位置されることを特徴とする請求項１４乃至１９のいずれか一項に記載の軽量型枠成形部品の製造方法。
【請求項２３】
端部バンド又は端部保護部又はコーナー部保護部の形態の少なくとも１つの側面カバー層領域が設けられることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の軽量型枠成形部品。
【請求項２４】
少なくとも１つの圧力作用要素が設けられることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の軽量型枠成形部品。
【請求項２５】
少なくとも１つの構成要素連結体が設けられることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の軽量型枠成形部品。
【図１】
【図２】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図３ｃ】
【図３ｄ】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図５ｃ】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図３ｃ】
【図３ｄ】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図５ｃ】
【図６】
【図７】
【公表番号】特表２０１０−５１０９０８（Ｐ２０１０−５１０９０８Ａ）
【公表日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５３８６７１（Ｐ２００９−５３８６７１）
【出願日】平成１９年１１月８日（２００７．１１．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００７／０６２０８６
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０６４９８５
【国際公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【出願人】（５０９１５０６５１）
【氏名又は名称原語表記】ＦＡＣＨＨＯＣＨＳＣＨＵＬＥ ＬＡＮＤＳＨＵＴ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月８日（２００７．１１．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００７／０６２０８６
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０６４９８５
【国際公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【出願人】（５０９１５０６５１）
【氏名又は名称原語表記】ＦＡＣＨＨＯＣＨＳＣＨＵＬＥ ＬＡＮＤＳＨＵＴ
【Ｆターム（参考）】
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