JP2015509867A - コンポーネント製造方法及びコンポーネント - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも一つの構造コンポーネント（２）及び一つの有機シート（４）を含むコンポーネント（Ｂ）を製造する方法に関する。第１ステップ（Ｓ１）において、織布管（３）が工具（１．１）の輪郭内に配列された後に工具（１．１）が閉じられる。第２ステップ（Ｓ２）において、特に溶融物（５）であるプラスチックが、閉じられた工具（１．１）内に配列された織布管（３）の中に射出される。第３ステップ（Ｓ３）において、流体（６）及び／又は支持要素（Ｓ）が織布管（３）の中に導入され、織布管（３）の中に空洞（Ｈ）が形成される。有機シート（４）が成形されかつプラスチックにより裏鋳込みされる。成形されかつ裏鋳込みされた有機シート（４）が構造コンポーネント（２）に結合されてコンポーネント（Ｂ）が製造される。本発明はさらに、本方法によって製造されたコンポーネント（Ｂ）にも関する。

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルに係る少なくとも構造コンポーネント及び有機金属シートから形成されたコンポーネントを製造する方法、及びその方法によって製造されたコンポーネントに関する。

例えば有機金属シートとして知られている繊維複合構造物を含む構造コンポーネントは、連続した繊維強化熱可塑性プラスチックシートであり、先行技術においては、例えばバックレスト後壁の製造により知られている。例えば、有機金属シートが鋳型において対応して成形され、引き続き例えばリブのような、鋳込まれることが好ましい機能性要素が設けられる。中空体の形態にある構造コンポーネントの製造を目的として、有機金属シートの成形と同時の射出成形が一つの処理ステップで可能となるフィットハイブリッド法（Ｆｉｔ−Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｒｆａｈｒｅｎ）が知られている。外形は通常、引き続いての接着剤結合処理によって閉じられる。

この点において、特許文献１は、連続した繊維強化中空体の射出成形方法を開示する。装置が使用されて、望ましい任意種類の管状の編組ひもが射出成形鋳型内に一以上の層に位置決めかつ固定される。プラスチック溶融物が編組ひもの中に射出されると当該編組ひもは、ａ）プラスチック溶融物が内側から外側へ流れて当該編組ひもが完全にプラスチック内に埋め込まれ、引き続き任意種類の気体射出法により空洞が作られ、又は、高密度の編組ひもが対応して使用されることにより当該編組ひもは、ｂ）プラスチック溶融物が流れることはないが、当該溶融物の射出及びこれに伴う圧力により鋳型壁を支承するようになり、その結果当該編組ひもが鋳型の外表皮を形成し、引き続き望ましい任意種類の気体により空洞が作られる。

中空の外形を有するコンポーネントを製造する方法は特許文献２に記載される。この方法では、繊維強化管が射出成形鋳型の中に配置され、成形材料が射出成形鋳型の中に射出される。繊維強化管は、成形材料に被包される。射出法がその後使用されて、中空の外形として構成されるコンポーネントの当該部分にある過剰な成形材料が除去される。

特許文献３は、可塑化及び射出配列と、少なくとも一つの鋳型が収容された閉止ユニットとを有する射出成形機において、強化複合製品を製造する方法及び装置を開示する。この場合、開いた鋳型の中に織布材料が配置されて当該鋳型が閉じられる。これにより織布材料は、第１空洞において成形されて熱作用により完全に統合される。鋳型が開かれて、成形されかつ完全に統合された製品がひっくり返される。第１空洞よりも拡大された第２空洞を形成するべく鋳型が閉じられる。プラスチック材料が第２空洞の中に導入されて、成形されかつ完全に統合された織布が、射出成形マトリクス材料に結合される。

独国特許第１９７ ４７ ０２１（Ｂ４）号明細書 独国特許出願公開第１０ ２００８ ０４６ ６０２（Ａ１）号明細書 独国特許出願公開第１０ ２００７ ０３６ ６６０（Ａ１）号明細書

本発明の目的は、少なくとも構造コンポーネント及び有機金属シートから形成されたコンポーネントを製造する方法を与えることにある。そのコンポーネントは、先行技術よりも改善され、かつ、特に低コストである。

方法に関し、この目的は、本発明によれば請求項１に特定される特徴によって達成される。

少なくとも構造コンポーネント及び有機金属シートから形成されたコンポーネントを製造する方法の場合、第１ステップにおいて、織布管が鋳型の輪郭内に配列された後に当該鋳型が閉じられる。さらに、第２ステップにおいて、特に溶融物であるプラスチックが、閉じられた鋳型内に配列された織布管の中に射出される。第３ステップにおいて、流体及び／又は支持要素が織布管の中に導入されて当該織布管の中に空洞が形成される。特に溶融物であるプラスチックは、例えば熱可塑性又は熱硬化性のような、その融点を適切に上回る温度における液体プラスチックであることが好ましい。特に溶融物であるプラスチックが冷却された後、当該プラスチックは、織布管の埋め込まれた繊維と一緒に中空の構造コンポーネントを形成する。追加的に、有機金属シートが成形されかつプラスチックにより裏鋳込みされる。その成形されかつ少なくとも一定領域が裏鋳込みされた有機金属シートが、中空の構造コンポーネントに物質結合により接続されてコンポーネントが形成される。

流体及び／又は支持要素は、特に溶融物であるプラスチックが、織布管への流体導入後に冷却されるように低い温度であることが好ましい。したがって、織布管の繊維が、例えば冷却された溶融物のような冷却されたプラスチックに埋め込まれる。これにより、中空体外形を有する連続した繊維強化熱可塑性プラスチック構造コンポーネントが製造される。したがって、本方法により、中空体外形の製造を、追加的な接合方法なしに行うことができる。この構造コンポーネントは有利には、閉じた中空外形に基づく比較的高いねじり剛性を有する。したがって、この構造コンポーネントは、開いた外形を有する構造コンポーネントと比べ、軽量化され、かつ、特に曲げの点で剛性となる。

本発明の好ましい実施形態では、流体が予め設定可能な圧力において織布管の中に導入される。射出されたプラスチック又は射出された溶融物は、織布管を通るように流されて、特に織布管の壁の中に好ましくは均一に分散する。これにより、織布管が、プラスチックの中に又は溶融物の中にさらに埋め込まれる。流体は例えば水である。代替的に、例えば風船のような膨張可能被覆要素が、支持要素として織布管の開口端の中に導入され、かつ、例えば空気、気体又は水のような特に冷たい流体である流体により、予め設定可能な圧力で空洞が織布管において進展するように膨張される。すなわち、織布管は、その長手方向に延びて適切に膨張されて細長い空洞を形成し、かつ、織布管は、すでに射出されたプラスチック又はすでに射出された溶融物の中に当該織布管がさらに埋め込まれるように、当該プラスチック又は溶融物と織布管の埋め込まれた繊維との冷却が完了するまで支持される。支持要素は引き続いて除去され、又は構造コンポーネントの中に残される。

さらなる代替例は、例えば発泡体材料のような支持材料が、支持要素として織布管の開口端の中に導入されて当該織布管において空洞が進展する。発泡体材料は便宜上、構造コンポーネントの中に残される。

構造コンポーネントは、ねじり剛性の点で最適化するべく、有機金属シートと組み合わせられる。これを目的として、本発明によれば、有機金属シートが成形されてプラスチックにより、少なくとも一定領域が又は全体が裏鋳込みされ、その後、物質結合により構造コンポーネントに接続される。この場合、有機金属シートは、プラスチックにより、例えばリブ構造物のような強化構造物が形成されるように裏鋳込みされる。

構造コンポーネントと有機金属シートとの最適な物質結合の接続を確保するべく、有機金属シートは少なくとも一定領域が加熱される。

構造コンポーネントを製造するべく、装置には鋳型が設けられる。この鋳型を使用して、本発明によれば、当該鋳型の輪郭内に織布管を配列することができる。この鋳型は引き続いて閉じることができる。さらに、特に溶融物であるプラスチックを、閉じた鋳型内に配列された織布管の中に射出することができる。この織布管の中には流体を導入することができる。鋳型は、製造される構造コンポーネントの成形及び裏鋳込みを目的とする組み合わせ鋳型として形成されるのが好ましい。

本方法により製造されたコンポーネントは、織布管の埋め込まれた繊維を有する冷却されたプラスチック又は冷却された溶融物から形成された少なくとも一つの構造コンポーネントと、成形されかつプラスチックにより裏鋳込みされ及び当該構造コンポーネントに物質結合により接続された有機金属シートとを含む。

閉じた中空の外形を有する構造コンポーネント、ひいては比較的高い平面慣性モーメントを有する中空体外形の連続した繊維強化構造コンポーネントを、装置によって製造することができる。その結果、例えば、バックレスト後壁の部材を、開いた外形の部材よりも狭く作ることができる。これにより、材料及び重量の低減が可能となる。バックレスト後壁を容易かつ安価に製造することができる。さらに、座席構造物を、所与の荷重に対して適切に設計かつ製造することができる。

添付の模式的な図面に基づいて、本発明が詳細に説明される。

第１、第２及び第３ステップの後の構造コンポーネントを製造する本発明に係る装置の断面表現を模式的に示す。 第３ステップにおいて空洞を構造コンポーネントにおいて進展させる様々な支持要素を模式的に示す。 第３ステップにおいて空洞を構造コンポーネントにおいて進展させる様々な支持要素を模式的に示す。 構造コンポーネントの、特に長手方向断面である断面表現を模式的に示す。 一のコンポーネントを形成するべく有機金属シートに接続された構造コンポーネントの、特に短手方向断面であるさらなる断面表現を模式的に示す。 車両座席の斜視図を車両乗員が配置されている状態で模式的に示す。

すべての図面を通じて互いに対応する部品には同じ参照符号が与えられる。

図１は、構造コンポーネント２を製造する装置１の、特に長手方向断面である断面表現を模式的に示す。図２は、構造コンポーネント２の長手方向断面を模式的に示す。図３は、構造コンポーネント２の短手方向断面を示す。構造コンポーネントは、有機金属シート４に接続されてコンポーネントＢを形成する。有機金属シート４は、熱可塑性プラスチック材料のシート状の半完成品であって、その中には、ガラス、カーボン及び／若しくはアラミド繊維又はこれらの混合形態の織布が、当該熱可塑性プラスチック材料によって当該繊維が完全にぬらされるように導入されている。したがって、有機金属シート４は、連続した繊維強化熱可塑性プラスチックシートである。

図１は、第１ステップＳ１、第２ステップＳ２及び第３ステップＳ３における装置１を（上から下への順で）例示する。

本例示的実施形態では、装置１は鋳型１．１を含む。鋳型１．１は、熱成形鋳型及び射出鋳型を含む組み合わせ鋳型として形成されるのが好ましい。例えば、鋳型１．１は、第１鋳型体及び第２鋳型体を含む二部品の空洞形成複合体として形成される。この場合、２つの鋳型体の一方は、製造される構造コンポーネント２の凸状輪郭としての成形外形を有し、当該鋳型体の他方は、それに適切に対応する凹みを有する。凸状輪郭と凹みとが鋳型１．１の空洞を形成する。

鋳型１．１は、金属又は合金から形成されるのが好ましい。代替的に、鋳型１．１はセラミック又はプラスチックから形成される。鋳型１．１には、これを目的として、少なくとも当該空洞の領域内に金属被覆が設けられる。

第１ステップＳ１において、織布管３が鋳型１．１の凸状輪郭の中に配置される。その後、鋳型１．１が閉じられる。鋳型１．１を閉じることは、この場合、手動で行われ又は好ましくは自動で行われる。

第２ステップＳ２において、例えば溶融物５の形態にある液体プラスチックが、閉じられた鋳型１．１に配列された織布管３の中に射出される。これを目的として、装置１は、射出機（これ以上は特定的に表現しない）を含む。これは、手動により作動可能であり又は自動で動作する。

溶融物５は、例えば液体プラスチックであり、例えば１００℃から２００℃までのようなその融点を適切に上回る温度にある。これに対して特に適切なのは、単相かつ非水溶性の、例えばポリアミド、ポリオレフィン、ポリプロピレンのような熱可塑性プラスチック、又は、例えばポリウレタンのような熱硬化性樹脂である。

第３ステップＳ３において、例えば水のような流体６が、適切に低い温度及び適切に高い圧力において織布管３の中に導入される。その結果、すでに射出された溶融物５は、織布管３の外壁及び／又は内壁において織布管３上に及び／又は織布管３の中に、好ましくは均一に分散する。空洞Ｈを進展させるべく織布管３の開口端の中へ流体６を導入した後、織布管３の繊維が冷却された溶融物５の中に埋め込まれる。これにより、連続した繊維強化熱可塑性プラスチック構造コンポーネント２が製造される。これは、鋳型１．１の凸状輪郭に沿って中空体外形を備える。

図１Ａ及び１Ｂは、支持要素Ｓを使用して空洞Ｈを進展させる代替的な実施形態を示す。図１Ａに係る支持要素Ｓは、例えば風船のような膨張可能被覆要素Ｅとして形成される。

被覆要素Ｅが、すでに溶融物５によって囲まれた織布管３の開口端の中に導入されて、所定圧力下で、例えば空気、水又は気体のような流体６によって膨張される。その結果、空洞Ｈが、長手方向に延びる織布管３において進展する。溶融物５が、埋め込まれた織布管３とともに冷却された後、被覆要素Ｅは、除去することができるか又は、残しておくことが適切であれば、例えば、中空の構造コンポーネント２の内壁を形成する。

図１Ｂでは、例えば発泡体材料のような支持材料Ｍを、代替的支持要素Ｓとして織布管３の開口端の中に導入することができる。

さらなるステップ（これ以上は特定的に表現しない）において、有機金属シート４が成形され、有機金属シート４の表面には、リブ構造物であることが好ましい強化構造物が裏鋳込みされる。リブ構造物は、有機金属シート４と同じ熱可塑性プラスチック材料から形成されるのが好ましい。したがって、統合されひいては一体化されたコンポーネントが、有機金属シート４及びリブ構造物から形成される。

有機金属シート４を構造コンポーネント２に結合することは、有機金属シート４の熱可塑性プラスチックマトリクス、及び／又は構造コンポーネント２の有機金属シート４に面する熱可塑性強化表面によって生じるのが好ましい。熱可塑性プラスチックマトリクスが適切に加熱される結果、構造コンポーネント２は、有機金属シート４と物質結合により接続されるようになる。すなわち、構造コンポーネント２と有機金属シート４との間に表面の溶融が生じる。

閉じた中空の外形により、構造コンポーネント２は比較的高いねじり剛性を有する。したがって、構造コンポーネント２は、開いた外形を有する構造コンポーネント２と比べ、軽量化され、かつ、特に曲げの点で剛性となる。したがって、例えば、構造コンポーネント２は車両座席７のバックレスト後壁の製造に適する。

図４は、例として車両乗員８が配置された車両座席７の斜視図を示す。

例えば、車両座席７のバックレスト後壁は、構造コンポーネント２及び有機金属シート４を使用して製造することができる。ヘッドレストスリーブ、ベルト偏向器、及び／又はベルト巻き取り装置を、有機金属シート４の鋳込みリブ構造物に形成することができる。

代替的に又は追加的に、構造コンポーネント２を、トリム溝として知られる車両座席カバーに配列された溝９に配列することができる。

１ 装置
１．１ 鋳型
２ 構造コンポーネント
３ 織布管
４ 有機金属シート
５ 溶融物
６ 流体
７ 車両座席
８ 車両乗員
９ 溝

Ｂ コンポーネント
Ｅ 被覆要素
Ｈ 空洞
Ｍ 支持材料
Ｓ 支持要素
Ｓ１ 第１ステップ
Ｓ２ 第２ステップ
Ｓ３ 第３ステップ

Claims (7)

1. 少なくとも構造コンポーネント（２）及び有機金属シート（４）から形成されたコンポーネント（Ｂ）を製造する方法であって、
   ・第１ステップ（Ｓ１）において、織布管（３）が鋳型（１．１）の輪郭の中に配置されてその後前記鋳型（１．１）が閉じられ、
   ・第２ステップ（Ｓ２）において、特に溶融物（５）であるプラスチックが、閉じられた前記鋳型（１．１）内に配列された前記織布管（３）の中に射出され、
   ・第３ステップ（Ｓ３）において、流体（６）及び／又は支持要素（Ｓ）が前記織布管（３）の中に導入されて前記織布管（３）の中に空洞（Ｈ）が形成され、特に前記溶融物（５）である前記プラスチックが冷却した後に前記プラスチックは、前記織布管（３）の埋め込まれた繊維と一緒に中空の構造コンポーネント（２）を形成し、
   ・有機金属シート（４）が成形されかつプラスチックにより裏鋳込みされ、
   ・成形されかつ裏鋳込みされた前記有機金属シート（４）が前記構造コンポーネント（２）に物質結合により接続されて前記コンポーネント（Ｂ）を形成する方法。
2. 前記流体（６）及び／又は前記支持要素（Ｓ）は予め設定可能な圧力において導入される、請求項１に記載の方法。
3. 前記流体（６）及び／又は前記支持要素（Ｓ）は、前記織布管（３）の少なくとも一定領域が、すでに射出された前記プラスチックの中に特にすでに射出された前記溶融物（５）の中にさらに埋め込まれるように、前記織布管（３）の中に特に開口端の中に導入される、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記有機金属シート（４）は少なくとも一定領域が加熱される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記有機金属シート（４）は、リブ構造物が形成されるようにプラスチックにより裏鋳込みされる、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記織布管（３）の中に少なくとも一定領域が埋め込まれた前記溶融物（５）が冷却された後、中空体外形を有する連続した繊維強化構造コンポーネント（２）が形成される、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の方法によって製造されたコンポーネント（Ｂ）であって、
   ・織布管（３）の埋め込まれた繊維を有する特に冷却された溶融物（５）である冷却されたプラスチックから形成された構造コンポーネント（２）と、
   ・成形されかつ裏鋳込みされた有機金属シート（４）であって前記構造コンポーネント（２）に物質結合により接続された有機金属シート（４）と
   を含むコンポーネント（Ｂ）。
   

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