JP2015502873A - 構造コンポーネントの製造方法、その方法を実施するための装置、および構造コンポーネント - Google Patents

Abstract

本発明は、有機金属シート（３）から構造コンポーネント（２）を製造するための方法に関する。この方法により、第一のステップにおいて、有機金属シート（３）を予備加熱し、ツール（１）の中に導入して、その後再形成し；第二のステップにおいて、再形成された有機金属シート（３）の領域（３．２）を加熱し；第三のステップにおいて、再形成された有機金属シート（３）の少なくとも加熱された領域（３．２）を、有機金属シート（３）のさらなる領域と材料が結合するように、さらに再形成して、少なくとも部分的に閉じた中空プロファイルを形成する。本発明はまた、有機金属シート（３）から構造コンポーネント（２）を製造するための方法を実施するための装置、および本発明の方法により製造される構造コンポーネント（２）に関する。

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルに記載された構造コンポーネントの製造方法に関する。本発明はさらに、請求項６のプリアンブルに記載された方法を実施するための装置、および請求項９のプリアンブルに記載された構造コンポーネントに関する。

繊維コンポジット構造から作られる構造コンポーネントは、有機金属シートとも称されるが、連続する、繊維で補強された熱可塑性プラスチックのシートであり、先行技術において、例えば座席背もたれの後壁を製造するものとして知られている。一般的に、その目的のために、有機金属シートは、対応するツールにて形成され、その後、機能的構成要素（例えば、好ましくはその表面上に射出成形されるプラスチックのリブなど）が設けられる。

中空体（すなわち、閉じたプロファイルを有する）形態の構造コンポーネントを製造するためには、先行技術からは異なる方法が知られている。特に、この場合には、所謂フィットハイブリッド法（fit hybrid method）およびツインシート法（twin sheet method）が用いられる。

フィットハイブリッド法を用いることにより、有機金属シートの形成と同時に射出成形を１つの加工ステップで行うことが可能である。一般的には、有機金属シートを形状形成した後、それに続く結合工程によって、製造すべき閉じたプロファイルが作製される。

ツインシート法（ダブルストレッチドロー法（double stretch drawing method）またはツインシート熱成形法とも称される）では、２つの半製品（例えば、有機金属シート）が形状形成されると同時に、中空体プロファイルを有する単一の構造コンポーネントが溶接成形される。例えば、２つの半製品が締め付け枠内にて互いに上方に留め付けられ、その後、片側で加熱し、その半製品が倍面ツールを用いて熱成形されると同時に、その周縁部で溶接される。あるいは、半製品は２つの別個の締め付け枠にて加熱され、２つの相対するツール対（opposing tool halves）において熱形成される。ツールを結合させることにより、熱形成された半製品はその後溶接される。

本発明の目的は、特に先行技術と比較してより経済的な、構造コンポーネントを製造するための改善された方法を実現することである。本発明の目的はまた、先行技術と比較して改善された、上記方法を実施するための装置、ならびに改善された構造コンポーネントを実現することである。

本発明の目的は、請求項１に記載の特徴による方法に関する本発明、請求項６に記載の特徴による装置に関する本発明、および、請求項９に記載の特徴による構造コンポーネントに関する本発明によって、達成される。

本発明の有利な実施形態は、下位の請求項に記載の発明特定事項を構成する。

本発明による有機金属シートから構造コンポーネントを製造する方法において、第一のステップでは、有機金属シートが予備加熱され、ツールに入れられて、その後形状形成され、第二のステップでは、形状形成された有機金属シートのある領域が加熱され、第三のステップでは、形状形成された有機金属シートの少なくとも加熱された領域は、その領域が有機金属シートのさらなる領域と材料が結合するように、さらに形状形成されて、少なくとも部分的に閉じた中空プロファイルを形成する。

少なくとも部分的に閉じた中空プロファイルを用いることにより、構造コンポーネントは有利なことに、ねじれ剛性が向上する。したがって、この方法により製造される構造コンポーネントは、その重量が減少し、特に曲げに対して剛性である。例えば、座席背もたれの後壁を製造するための構造コンポーネントは、車両座席に適しているので、上記座席背もたれの後壁を有利に補強することができる。

本発明の好ましい実施形態において、有機金属シートは、その領域が加熱される時に熱可塑性材料によって補強される。この方法では、例えば、リブ構造が有機金属シートに適用されてよく、上記リブ構造は好ましくは、有機金属シートと同じ熱可塑性材料から形成される。

特に好ましくは、この場合、有機金属シートの表面に熱可塑性材料を結合することにより、熱可塑性材料が適用される。このようにして、有機金属シートおよび熱可塑性補強構造から、一体化された（したがって一体型の）構造コンポーネントが形成される。

好ましくは、形状形成工程により、有機金属シートは、第一のステップに従って構造コンポーネントの部分形状に形状形成され、さらなる形状形成工程により、有機金属シートは、第三のステップに従って構造コンポーネントの最終形状に形状形成される。

本発明の好ましい実施形態において、形状形成工程について、ツールは第一のステップに従って閉じられ、さらなる形状形成工程について、ツールは第三のステップに従って開放される。

ツールを用いて有機金属シートから構造コンポーネントを製造する方法を実施するための装置において、本発明に従い、上記ツールは、第一の成形体と第二の成形体とを含む、少なくとも２つの部分からなる、凹みを形成する複合体として形成され、凹み側にある１つの成形体は、形状嵌め形状としての形状形成プロファイルを有し、少なくとも１つの成形体は少なくとも１つの加熱可能な部分を有し、ツールは、１つの成形体の凹み側にある表面に沿って好ましくは動かすことができるスライドに結合している。

この装置を用いることにより、閉じた中空プロファイルを有する、有機金属シートから作製される構造コンポーネントは、ただ１つのツールを用いる数ステップで製造することができる。この目的のために、特に有利な方法では、接合工程および／または結合工程をさらに必要としない。

このツールは、形状形成ツールと射出成形ツールとからなる、組み合わせツールとして有利に構成される。したがって、１つのツールにおいて２つの異なる工程が可能であり、それにより、ツールコンポーネントの数が少ないが故に、製造時間の短縮と材料の節約が可能である。

本発明による構造コンポーネントを構成する有機金属シートは、既に説明した方法によって製造されるものであるが、閉じた中空プロファイルを有する。この閉じた中空プロファイルのために、この構造コンポーネントは、開放プロファイルを有する構造コンポーネントと比較して、高度に二軸性の幾何学的慣性モーメントを有する。その結果として、支持体をより狭く設計することができ、それによって、材料と重量の節約が達成される。このような構造コンポーネントを用いることにより、座席背もたれの後壁は、非常に高度な剛性を有するものとして、経済的に製造され得る。さらに、射出成形されたリブ構造は、閉じたプロファイルを用いることにより保護され、これにより、リブ構造はより狭く設計することができる。

本発明は、添付される概略的な図面を参照してより詳細に説明される。
図１は、構造コンポーネントを製造するための本発明による方法における第一の方法ステップの間の、ツールの断面図を概略的に示す。 図２は、第二の方法ステップにおける、図１によるツールの断面図を概略的に示す。 図３は、第三の方法ステップにおける、図１によるツールの断面図を概略的に示す。 図４は、第四の方法ステップにおける、図１によるツールの断面図を概略的に示す。 図５は、第五の方法ステップにおける、図１によるツールの断面図を概略的に示す。 図６は、図１〜５に記載の方法ステップにより製造される構造コンポーネントの断面図を概略的に示す。

互いに対応する部分は、すべての図面において、同じ参照番号で示される。

図１には、図６に示される構造コンポーネント２を製造するための本発明の方法の第一のステップにおける、ツール１の断面図が示される。

構造コンポーネント２は、所謂有機金属シート３から作られ、この有機金属シートは、本発明の例示的な実施形態においては、従来の有機金属シートである。有機金属シート３は、熱可塑性材料から作られる平板状の半製品であり、この熱可塑性材料の中には、ガラス繊維、炭素繊維、および／もしくはアラミド繊維、またはこれらの組み合わせから作られる織物材料が取り込まれて、これらの繊維が熱可塑性材料によって完全に濡らされているようになっている。したがって、有機金属シート３は、連続する、繊維で補強された熱可塑性シートである。

有機金属シート３の対応する処理のために、上記有機金属シートは、ツール１の内側に少なくとも部分的に配置される。

ツール１は、好ましくは、形状形成ツールと射出成形ツールとからなる組み合わせツールであり、第一の成形体１．１と第二の成形体１．２とを含む、少なくとも２つの部分からなる、凹みを形成する複合体として形成される。この場合において、第一の成形体１．１は、第二の成形体１．２に対面するように配置される。図１に示される本発明の例示的な実施形態においては、ツール１は開放されている。

第一の成形体１．１は、第二の成形体１．２に面する第一の成形体側の面に、製造されるべき有機金属シート３のプロファイルに対応する、形状嵌め形状としての形状形成プロファイルを有する。

第二の成形体１．２は、第一の成形体１．１に面する第二の成形体側の面に、凹部を有する。この場合において、第一の成形体１．１の形状形成プロファイルと、第二の成形体１．２の凹部は、ツール１の凹みを形成する。

それぞれの場合において、第一の成形体１．１と第二の成形体１．２は両方とも、好ましくは、金属または合金、またはセラミック、またはプラスチック材料から構成される。また、成形体１．１および１．２は、異なる材料から形成されることも可能である。

セラミックまたはプラスチックが材料として用いられる場合には、第一の成形体１．１および／または第二の成形体１．２の表面は、金属コーティングを適宜施される。

本発明の例示的な実施形態においては、第一の成形体１．１は、その端部において２つの加熱可能部分１．１．１および１．１．２を有し、これらの部分は、有機金属シート３を部分的に加熱するのに役立つ。あるいは、第一の成形体１．１はまた、１つ、または３つ以上の加熱可能部分１．１．１、１．１．２を有し得る。あるいは、加熱可能部分１．１．１、１．１．２はまた、第一の成形体１．１の他の適切な領域に配置されてもよい。さらに、代替的にあるいは追加的に、第二の成形体１．２が加熱可能部分１．１．１、１．１．２を有することも可能である。

有機金属シート３を形状形成するために、上記の有機金属シート３は、少なくとも部分的に予備加熱され、成形体１．１と成形体１．２との両方の間に配置される。この場合において、有機金属シート３は、ツール１の凹みの寸法と比較して大きい寸法を有することにより、上記有機金属シート３がツール１の凹みの外側に部分的に配置されるようにする。

その後、成形体１．１、１．２は、互いに向かって動かされ、すなわち、ツール１が閉じられて、有機金属シート３は、図２に示されるように、対応する形状に形成される。この場合において、凹み３．１は有機金属シート３から形状形成され、その断面は略台形プロファイルを有する。

この場合において、有機金属シート３の領域３．２は、第一の成形体１．１の加熱可能部分１．１．１、１．１．２に隣接し、領域３．２の片面は加熱可能部分１．１．１、１．１．２に面しており、領域３．２のもう一方の面は露出している。

上述の形状形成工程の代替的または追加的ステップである、図３に示される方法ステップにおいて、スライド４は第一の部分ステップではツール１の内側に位置しており、スライド４の一方の側の表面は領域３．２の露出した表面を支持している。

第二の部分ステップにおいて、熱可塑性材料は、好ましくは、有機金属シート３の周りに射出成形される。このようにして、有機金属シート３と同じ熱可塑性材料から特に好ましくは形成されるリブ構造（図示されていない）は、有機金属シート３の表面に設けられ、これにより、一体化された（したがって一体型の）コンポーネントが、有機金属シート３とリブ構造とから形成される。

有機金属シート３のさらなる形状形成について、リブ構造が有機金属シート３の周りに射出成形される場合には、領域３．２は、第一の成形体１．１の加熱可能部分１．１．１、１．１．２を用いることにより加熱される。したがって、構造コンポーネント２を製造するためには、著しく短いサイクル時間が可能である。

図４に示される方法ステップにおいて、上述の形状形成工程および／または後方からの射出成形に続いて、ツール１は開放され、すなわち、第一の成形体１．１は第二の成形体１．２から空間的に離される。本発明の例示的な実施形態において、第一の成形体１．１は、（矢印によって示されるように）垂直上方に視線方向へと動かされる。

図５において、スライド４はその後、（さらなる矢印によって示されるように）水平右方向に視線方向へと動かされる。同時に、加熱された領域３．２が形状形成され、具体的には、有機金属シート３のさらなる部分と材料が結合することにより、閉じた中空プロファイルを形成する。このようにして、凹み３．１は、形状形成された部分３．２によって閉じられる。材料の結合によって、複雑で費用集約的な結合形成工程が回避され、したがって、本発明による方法は著しく経済的である。

図６において、有機金属シート３から製造される構造コンポーネント２の側面から見た断面が示される。

例えば、車両座席の座席背もたれ後壁は、構造コンポーネント２を用いることにより製造されてよく、ヘッドレスト支持体ロッド受け入れスリーブ、シートベルト偏向装置、および／またはシートベルト巻き取り装置のための受け入れ装置は、射出成形されたリブ構造に形状形成され得る。

構造コンポーネント２を閉じたプロファイルとすることにより、著しく有利に、ねじれ剛性を向上させることができ、これによって、例えば、座席背もたれ後壁全体が強化され得る。

１ ツール
１．１ 第一の成形体
１．１．１、１．１．２ 加熱可能部分
１．２ 第二の成形体
２ 構造コンポーネント
３ 有機金属シート
３．１ 凹み
３．２ 領域
４ スライド

本発明は、有機金属シートから構造コンポーネントを製造するための方法に関する。本発明はさらに、有機金属シートから構造コンポーネントを製造するための方法を実施するための装置、および本発明の方法により製造される構造コンポーネントに関する。

本発明の目的は、有機金属シートから構造コンポーネントを製造するための方法、有機金属シートから構造コンポーネントを製造するための方法を実施するための装置、および、本発明の方法により製造される構造コンポーネントによって、達成される。

Claims (10)

1. 有機金属シート（３）から構造コンポーネント（２）を製造するための方法であって、
   第一のステップにおいて、有機金属シート（３）を予備加熱し、ツール（１）の中に導入して、その後形状形成し；
   第二のステップにおいて、形状形成された有機金属シート（３）の領域（３．２）を加熱し；
   第三のステップにおいて、形状形成された有機金属シート（３）の少なくとも加熱された領域（３．２）を、有機金属シート（３）のさらなる領域と材料が結合するように、さらに形状形成して、少なくとも部分的に閉じた中空プロファイルを形成する
   ことを特徴とする、方法。
2. 領域（２）が加熱される時に、有機金属シート（３）が、熱可塑性材料によって補強されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 熱可塑性材料が、有機金属シート（３）の表面への材料の結合によって適用されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 形状形成工程によって、有機金属シート（３）は、第一のステップによって構造コンポーネント（２）の部分形状へと形状形成され、さらなる形状形成工程によって、有機金属シートは、第三のステップによって構造コンポーネント（２）の最終形状へと形状形成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 形状形成工程のために、ツール（１）は第一のステップに従って閉じられ、さらなる形状形成工程のために、ツールは第三のステップに従って開放されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. ツール（１）を備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法を実施するための装置であって、
   ツール（１）が、第一の成形体（１．１）と第二の成形体（１．２）とを含む、少なくとも２つの部分からなる、凹みを形成する複合体として形成され、
   凹み側にある１つの成形体（１．１、１．２）は、形状嵌め形状としての形状形成プロファイルを有し、
   少なくとも１つの成形体（１．１、１．２）は少なくとも１つの加熱可能部分（１．１．１、１．１．２）を有し、
   ツールは、スライド（４）に結合している
   ことを特徴とする、装置。
7. スライド（４）が、１つの成形体（１．２）の凹み側にある表面に沿って動かすことができることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
8. ツール（１）が、形状形成ツールと射出成形ツールとからなる組み合わせツールとして構成されることを特徴とする、請求項６または７に記載の装置。
9. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法により製造される構造コンポーネント（２）。
10. 形状形成された有機金属シート（３）が、閉じた中空プロファイルを有することを特徴とする、請求項９に記載の構造コンポーネント。

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