JP2016512180A - 車両用の背もたれのフレームを形成する方法 - Google Patents

車両用の背もたれのフレームを形成する方法 Download PDF

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Abstract

車両用の背もたれ(14)のフレーム(16)は、第1のポリマ材料(26)と、強化複合層(22)とを有し、強化複合層(22)は、第2のポリマ材料(28)と、第2のポリマ材料(28)に埋め込まれた複数の繊維(30)とを有する。フレーム(16)を形成する方法は、強化複合層(22)を可動な部材(64)上で金型(56)内に支持するステップを含む。可動な部材(64)は、金型(56)内で延長位置へ延長させられる。第1のポリマ材料(26)は、溶融状態で強化複合層(22)と接触するように導入される。可動な部材(64)が延長位置にあるときに溶融状態の第1のポリマ材料(26)を可動な部材(64)と強化複合層(22)との間に導入することによって、強化複合層(22)は可動な部材(64)から離れるように移動させられる。第1のポリマ材料(26)は金型(56)内で固化させられ、可動な部材(64)は、第1のポリマ材料(26)から後退させられ、フレーム(16)を金型(56)から解放する。

Description

関連出願の相互参照
本発明は、同時係属中の2013年3月15日に出願された米国仮特許出願第61/791819号明細書の優先日を主張する。
発明の背景
1.発明の分野
本発明は、車両用の背もたれのフレームを形成する方法に関する。特に、本発明は、第1のポリマ材料と、第2のポリマ材料及び第2のポリマ材料に埋め込まれた複数の繊維を含む強化複合層とから車両用の背もたれのフレームを形成する方法に関する。
2.関連技術の説明
車両、例えば自動車用の背もたれのフレームは、従来、鋼などの金属から形成されていた。鋼は、しばしば、鋼の強度及び剛性のみならず、製造しやすさ、すなわち鋼を用いて加工するための容易に利用できる製造プロセスにも基づき、背もたれフレームのために選択される材料である。
近年、背もたれフレームの形成において使用するための代替材料が開発されてきた。これらの代替材料はしばしば、鋼よりも軽い重量のために求められ、軽い重量は最終的に車両の燃料経済性を高める。しかしながら、このようなフレームの形成は、鋼フレームの形成において従来使用されていたものとは異なる製造プロセスを利用する。
このような背もたれフレームを車両において使用するために、これらの代替材料は、十分な剛性と、故障に対する耐性とを提供しなければならない。例えば、自動車背もたれは、米国における米国高速道路安全局(NHTSA)及び他国における同様の規制組織により規格化された試験に合格しなければならない。このことから、鋼以外の材料から車両用の背もたれのフレームを形成する方法であって、規格化された規制試験に合格するように適切な剛性及び故障に対する耐性を提供するフレームを生じる方法を開発することが有利である。
発明の概要
したがって、本発明は、車両用の背もたれのフレームを形成する方法であって、フレームは、第1のポリマ材料と、第2のポリマ材料及び第2のポリマ材料に埋め込まれた複数の繊維を含む強化複合層とを有する、方法である。この方法は、強化複合層を可動な部材上で金型内に支持するステップと、可動な部材を金型に対して金型内の延長位置へ延長させるステップと、溶融状態の第1のポリマ材料を金型内へ導入し、強化複合層と接触させるステップとを含む。前記方法はさらに、可動な部材が延長位置にあるときに溶融状態の第1のポリマ材料を可動な部材と強化複合層との間に導入することによって強化複合層を可動な部材から離れるように移動させるステップと、第1のポリマ材料を金型内で固化させるステップと、可動な部材を第1のポリマ材料から後退させるステップとを含む。
本発明の1つの利点は、方法が、第1のポリマ材料が金型内に導入されるときに第1のポリマ材料に対する強化複合層の適切な配置を提供するということである。強化複合層のこの適切な配置は、十分な剛性及び故障に対する耐性を備えた完成したフレームを提供する。特に、フレームは、NHTSA又はその他の規制組織によって要求されるような規格化された規制試験に合格するための十分な剛性及び故障に対する耐性を有する。加えて、第1のポリマ材料及び強化複合層から形成されたフレームは、軽量であり、例えば、通常、同等の鋼製フレームよりも軽い。第1のポリマ材料及び強化複合層から形成されたフレームは通常、同等の鋼製フレームよりもコンパクトでもあり、これは、パッケージングの制約を低減する。第1のポリマ材料及び強化複合層から形成されたフレームは、従来の鋼製フレームよりもリサイクルが容易でもあり得る。
本発明のその他の特徴及び利点は、添付の図面に関連してなされる以下の説明を読んだ後に、より理解されることにより、容易に認められるであろう。
本発明によるシートアセンブリの1つの実施の形態の透視図である。 図1のシートアセンブリの、本発明による背もたれの1つの実施の形態の分解図である。 図2の背もたれの、本発明によるフレームの前側の透視図である。 図3のフレームの後側の透視図である。 図3のフレームの強化複合層の透視図である。 1つのピラーと、パネルの一部とを含む、図3のフレームの一部の断面図である。 図5の強化複合層を形成する複数のシートの分解図である。 図7Aの複数のシートの、本発明による別の実施の形態の分解図である。 図7Aの複数のシートの、本発明によるさらに別の実施の形態の分解図である。 図5の強化複合層を形成するための金型の斜視図である。 図3及び図4のフレームを第1のポリマ材料と、強化複合層とから形成するための金型の分解図である。 第1のポリマ材料を導入する前の、金型内の強化複合層を備えた、図9の金型の断面図である。 第1のポリマ材料が金型に導入された、図10の金型の断面図である。
好適な実施の形態の説明
同一の符号が複数の図面を通じて同じ部材を示している複数の図面を参照すると、本発明によるシートアセンブリ10の1つの実施の形態が概略的に示されている。図1を参照すると、シートアセンブリ10は、ほぼ水平方向に延びるシート底部12と、乗員(図示せず)を支持するためにシート底部12からほぼ鉛直方向に延びる、本発明の1つの実施の形態による背もたれ14とを有する。当然のことながら、シートアセンブリ10は、例えば、自動車、航空機、鉄道、船舶などの車両(図示せず)に配置される。
図2に示したように、背もたれ14は、本発明の1つの実施の形態によるフレーム16を有する。パッド18をフレーム16の前側に取り付けることができ、フレーム16の後側は通常、後述のように、被覆されていない。フレーム16は、シート底部12に取り付けられた取付けブラケット50に接続されている。
図2〜図4を参照すると、フレーム16は、ボディ20と、少なくとも1つの強化複合層22とを有する。例えば、フレーム16は、2つの強化複合層22、すなわち1つの強化複合層22と、この強化複合層22から間隔を置いて配置された第2の強化複合層22とを有する。当然のことながら、図2は、強化複合層22が、単に構成部材の物理的関係を示すためにボディ20から分解されていることを示しており、後述のように、ボディ20が形成されると、強化複合層22は、ボディ20に固定され、取外し不能である。
フレーム16は、互いに間隔を置いて配置された2つのピラー24と、一方のピラー24から他方のピラー24へ延びるパネル54とを有する。ボディ20は、パネルを形成している。ボディ20及び強化複合層22は、一方のピラー24を形成しており、ボディ20及び第2の強化複合層22は、他方のピラー24を形成している。ピラー24は、シート底部12から鉛直方向上方へ延びている。当然のことながら、乗員の胴体をピラー24の間で支持するために、パネル54はピラー24に対して凹まされている。
強化複合層22はピラー24を強化している。図2〜図4に示された実施の形態では、強化複合層22及び第2の強化複合層22は、ピラー24を強化するために、それぞれのピラー24に沿って鉛直方向に延在している。当然のことながら、フレーム16は、フレーム16の他の部分、例えばパネル54と一体化された、付加的な強化複合層(図示せず)を有することができる。
ボディ20は、以下では識別のために第1のポリマ材料26と称されるポリマ材料から形成されている。通常、第1のポリマ材料26は、熱可塑性材料であり、いずれの場合にも、成形されるために柔軟又は溶融状態に加熱することができる。例えば、第1のポリマ材料26は、第1のポリマ材料26を様々な構成及び形状に成形することができるように、射出成形することができる。射出成形されるか、後述するようにその他の方法で成形されるかにかかわらず、第1のポリマ材料26は、第1のポリマ材料26を強化複合層22と一体化するように強化複合層22へオーバーモールドされる。換言すれば、強化複合層22は、例えば、融着によって第1のポリマ材料26に固定され、第1のポリマ材料26から取外し不能である。換言すれば、強化複合層22は、ワンピースのフレーム16を形成するように一体的に形成される。
第1のポリマ材料26が射出成形される実施の形態では、第1のポリマ材料26は、通常、射出成形により生じるネットシェイプ製品を製造するタイプのものであり、すなわち、金型から取り出されたときに仕上げられている。換言すれば、フレーム16の第1のポリマ材料26は、金型からの取出し後に二次仕上げを必要としない。
第1のポリマ材料26は、例えば、以下では識別のために第1のナイロンと称される、ナイロンであることができる。一例として、第1のナイロンは、繊維強化ナイロンであり、このような繊維強化ナイロンの一例は、商標名Ultramid(登録商標)TG7S PA6としてニュージャージー州フローラムパーク所在BASF Corporationから市販されているガラス繊維強化ナイロンである。当然のことながら、フレームは、例えばアクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)などの、本発明の性質から逸脱しない、強化された又は強化されていない、あらゆるタイプの適切なポリマ材料から形成されてよい。
図7A〜図7Cを参照すると、強化複合層22は、以下では識別のために第2のポリマ材料28と称されるポリマ材料と、第2のポリマ材料28に埋め込まれた複数の繊維30、すなわちストランドとから形成されている。通常、第1のポリマ材料26と、強化複合層22の第2のポリマ材料28は、後述するように、第1のポリマ材料26と強化複合層22の第2のポリマ材料28とが互いに融着して一体化するように、適合性である。
強化複合層22は、図7A〜図7Cに示したように、複数のシート32を有することができる。当然のことながら、図7A〜図7Cに示されたシート32は、第1のポリマ材料26と一体化される前に、図5に示された強化複合層22の形状に形成される。
強化複合層22の一例は、商標名CFRTとしてカナダ国オンタリオ州バーリントン所在のBaycomp Canadaから市販されている連続繊維強化熱プラスチックである。代替的には、例えば、複数の繊維30及び第2のポリマ材料28が同時に第1のポリマ材料26と一体化される。強化複合層22の様々な実施の形態が図7A〜図7Cを参照して以下でさらに説明される。強化複合層22は、例えば、図8を参照して後述するように、予備形成された後、第1のポリマ材料26と一体化されてよい。シート32に代えて又はシート32に加えて、強化複合層22は、テープ、プリプレグ等を含むことができ、強化複合層22は、本発明の性質から逸脱することなくあらゆるタイプの複合材製造法によって形成することができる。
強化複合層22用の第2のポリマ材料28は、第1のポリマ材料26と同じ材料又は異なる材料であってよい。一例として、第1のポリマ材料26が熱可塑性材料である実施の形態では、強化複合層22の第2のポリマ材料28は、第1のポリマ材料26の熱可塑性材料とは異なる熱可塑性材料であってよい。当然のことながら、このような実施の形態では、熱可塑性材料と、強化複合層22の熱可塑性材料とは、あらゆるタイプの熱プラスチックであってよい。一例として、強化複合層22の第2のポリマ材料28は、第1のナイロンとは異なる第2のナイロンである。
これに代えて、強化複合層22の第2のポリマ材料28は、第1のポリマ材料26と同じ材料であってよい。このような構成の一例として、第1のナイロンと、強化複合層22の第2のナイロンとは、同じタイプのナイロンであってよい。当然のことながら、強化複合層22の第2のポリマ材料28は、本発明の性質から逸脱することなく、代替的に、熱硬化性材料であってもよい。
図7A〜図7Cに最も良く示したように、通常、繊維30はさらに、非連続的な繊維、すなわち単繊維とは逆に、連続的な繊維30,すなわち長繊維として定義される。当然のことながら、代替的には、複数の繊維は非連続的、すなわち単繊維(図示せず)である。繊維30が連続的である実施の形態では、繊維30は、延在させられている、すなわち比較的長く、かつ細く、強化複合層22における応力が第2のポリマ材料28から繊維30へ伝達され、繊維30が第2のポリマ材料28を強化するように、ほぼ互いに平行に整列させられている。換言すれば、強化複合22が荷重を受けたときに第2のポリマ材料28の変形を制限及び/又は制御するように、応力は繊維30へ伝達させられる。より具体的には、荷重は強化複合層22へ伝達させられるが、ある程度の変形が生じる。
繊維30は、第2のポリマ材料28に埋め込まれており、第2のポリマ材料28によって被覆されている。連続的な繊維30の場合、各繊維30は、例えば、ほぼ同じ方向に延びており、強化複合層22の長さに沿って延びている。強化複合層22の繊維30が連続的な繊維30である構成では、強化複合層22自体は、連続的な繊維30に沿って延びる軸線を中心にしてフレキシブルであり、荷重を受けたときに座屈を生じる。第1のポリマ材料26は、軸線を中心とするたわみを防止し、荷重を受けたときに座屈を防止するように、強化複合層22を支持する。繊維30が非連続的である構成では、第2のポリマ材料28は繊維30の周囲で変形し、第2のポリマ材料28から繊維30へほとんど応力は伝達されない。
連続的であるか、非連続的であるか、又はそれ以外であるかにかかわらず、個々の強化層の繊維30は、通常、ほぼ同じ方向に延びている。代替的には、個々のシート32の繊維30は、異なる方向に延びているか、又は互いに織られている、すなわち交絡されていてもよい。強化複合層22の複数の繊維30は、好適には、ガラス繊維である。代替的には、複数の繊維30のそれぞれは炭素繊維である。しかしながら、当然のことながら、繊維は、当業者に公知のあらゆるタイプのものであってよい。
上述のように、図7A〜図7Cを参照すると、強化複合層22は、複数のシート32を含むことができる。このような構成では、シート32は、一体的に互いに積み重ねられ、1つの積層体を形成している。強化複合層の剛性、強度及び衝撃強さは、各シート32の付加により増大される。各シート32は、フレーム16の全体の厚さ及び第1のポリマ材料26の厚さに対して薄い。各シート32は、約0.1mm〜約0.5mmの厚さであってよい。1つの積層体を形成する複数のシート32は、約1mm〜約2mmの合計厚さを有してよい。しかしながら、当然のことながら、強化複合層22は、本発明の性質から逸脱することなくあらゆる厚さを有し得る。当然のことながら、強化複合層22は、均一な厚さを有しても、変化する厚さを有してもよいことも分かる。
複数のシート32は、連続的な又は非連続的な繊維30を有するシート32のあらゆる組合せを含み得る。例えば、複数のシート32は、連続的な繊維30を有するシート32、織られた繊維30を有する複数のシート32、又は連続的な繊維を有する少なくとも1つのシートと織られた繊維30を有する少なくとも1つのシートとの組合せ、を含み得る。
強化複合層22が複数のシート32を含む構成において、各シートの繊維30の材料は、他の各シート32の繊維30と同じであるか又は異なってよい。例えば、各シート32の繊維30は、ガラス繊維30であってもよく、各シート32の繊維30は、炭素繊維30であってもよく、複数のシート32は、ガラス繊維30を有する1つ又は複数のシート32と炭素繊維30を有する1つ又は複数のシート32の組合せを含み得る。
引き続き図7A〜図7Cを参照すると、各シート32の繊維30が連続的な繊維30である構成では、通常、少なくとも第1のシートは、連続的な繊維30が第1の方向Dに延びるように向けられており、少なくとも第2のシートは、連続的な繊維30が第1の方向Dに対して角度を成して延びるように向けられている。換言すれば、複数のシート32は、少なくとも1つのシートの繊維30が他のシート32の繊維30に対して角度を成して延びるように配置されていてよい。当然のことながら、シート32は、1つのシートの繊維30が別のシートの繊維30に対してあらゆる角度で延びることができるように向けることができる。代替的には、複数のシート32は、各シートの連続的な繊維30が他のシート32の繊維30に対して平行に延びるように配置されてもよい。
複数のシート32の複数の構成は、図7A〜図7Cに示されている。特に、図7Aは、それぞれが連続的な繊維30を有する6枚のシート32を含む複数のシート32の構成の1つの実施の形態の分解図を示している。図7Aに示された構成における一番下から上方へ見ていくと、1つのシートは、第1の方向Dへ延びる繊維30を有し、次のシートは、第1の方向Dに対してほぼ90°で延びる繊維30を有し、次の2つのシート32はそれぞれ、ほぼ第1の方向Dに沿って延びる繊維30を有し、次のシートは、第1の方向Dに対してほぼ90°で延びる繊維30を有し、次のシートは、第1の方向Dに沿って延びる繊維30を有する。
図7Bは、連続的な繊維30である繊維30をそれぞれが有する6枚のシート32を含む複数のシート32の構成の別の実施の形態の分解図を示している。図7Bに示された構成において一番下から上方へ見ていくと、2つのシート32はそれぞれ、第1の方向Dへ延びる繊維30を有し、次の2つシート32はそれぞれ、第1の方向Dに対してほぼ90°で延びる繊維30を有し、次の2つのシート32はそれぞれ、ほぼ第1の方向Dに沿って延びる繊維30を有する。
図7Cは、連続的な繊維30である繊維30をそれぞれが有する7枚のシート32を含む複数のシート32の構成のさらに別の実施の形態の分解図を示している。図7Cに示された構成において一番下から上方へ見ていくと、3つのシート32はそれぞれ、第1の方向Dへ延びる繊維30を有し、次のシート32は、第1の方向Dに対して90°で延びる繊維30を有し、次の3つのシート32はそれぞれ、第1の方向Dに沿って延びる繊維30を有する。
図5を参照すると、強化複合層22は、第1の脚部34と、第1の脚部34から間隔を置かれた第2の脚部36と、第1の脚部34と第2の脚部36との間に延びる基部38とを有する。強化複合層22は、図8に示したような金型40を用いて成形される。特に、シート32が組み合わされた後、シート32は金型40によって成形される。
図6を参照すると、ボディ20の第1のポリマ材料26は、強化複合層22の第2のポリマ材料28に融着されている。この融着は、上述のように、1つの一体的な構成部材を形成するように、第1のポリマ材料26を第2のポリマ材料28に一体化させる。
第1のポリマ材料26及び強化複合層22の一体化は、有利な組合せを生じる。特に、第1のポリマ材料26自体は、荷重を受けたときに割れを生じることがあり、強化複合層22自体は、荷重を受けたときに座屈及び/又は割れを生じることがある。第1のポリマ材料26が強化複合層22と一体化されていると、第1のポリマ材料26は強化複合層22を支持し、強化複合層22の座屈及び/又は割れを防止し、すなわちねじり剛性を提供する。強化複合層22は第1のポリマ材料26を強化し、荷重を受けたときに第1のポリマ材料26の割れを防止する。換言すれば、強化複合層22は、フレーム16に増大した剛性と衝撃強さとを提供する。
強化複合層22を様々な方法で第1のポリマ材料26と一体化することができる。1つの構成では、フレーム16は、ボディ20の第1のポリマ材料26と強化複合層22の第2のポリマ材料28との間に配置された接着層(図示せず)を有する。このような構成では、接着層は、第1のポリマ材料26及び第2のポリマ材料28の両方との融着につながるような特性を有するように選択される。このような構成は、第1のポリマ材料26及び第2のポリマ材料28が選択されてよい材料の範囲を広げる。なぜならば、このような構成では、第1のポリマ材料26及び第2のポリマ材料28は、互いに融着可能である必要はなく、その代わりに接着層へ融着可能であることができるからである。接着層の一例は、ポリウレタン層である。しかしながら、当然のことながら、接着層は、本発明の性質から逸脱することなくあらゆるタイプの材料であってよい。
図6を参照すると、ボディ20及び強化複合層22は、接合面42を提供する。強化複合層22の第2のポリマ材料28は、強化複合層22をボディ20に取り付けるために接合面42に沿ってボディ20の第1のポリマ材料と一体化される。接合面42に沿ったボディ20と強化複合層22との一体化は、通常、比較的長い中断しない境界面に沿って延びている。この中断しない境界面は、ボディ20と強化複合層22との間の一体化の強度を高める。
引き続き図6を参照すると、強化複合層22がボディ20の第1のポリマ材料26の間に配置されている。換言すれば、ボディ20の第1のポリマ材料26は、強化複合層22を挟んでいる。強化複合層22は、側44を有し、第1のポリマ材料26は両側44に接触している。強化複合層22は、側44の間にエッジ46を提供しており、第1のポリマ材料26はエッジ46に接触している。
ボディ20の第1のポリマ材料26及び強化複合層22の第2のポリマ材料28は、接合面42に沿って互いに融着される。例えば、強化複合層22の第2のポリマ材料28は、以下で第1の融解温度と称される第1のポリマ材料26の融解温度よりも低い、以下で第2の融解温度と称される融解温度を有することができる。例えば、第1の融解温度は293.3℃〜315.5℃であり、第2の融解温度は204.4℃〜293.3℃である。しかしながら、当然のことながら、第2のポリマ材料28は、本発明の性質から逸脱することなく第1のポリマ材料26と同じ融解温度を有することができる。
融着の代わりに又は融着に加えて、ボディ20は、強化複合層22と機械的に結合することができる。例えば、強化複合層22は、穴(図示せず)又は突出部(図示せず)を有することができ、ボディ20は、穴を通って強化複合層22を貫通して係合する及び/又は突出部に係合する。
図2を参照すると、フレーム16は、取付けブラケット50に係合するための取付けエレメント48を有する。図2を参照すると、例えば、互いに間隔を置かれた2つの取付けエレメント48は、各ピラー24に取り付けられる。取付けエレメント48は、ボディ20に固定され、フレーム16をシート底部12に結合するためにシート底部12に連結される。取付けエレメント48は、ボディ20の第1のポリマ材料とは異なる第2の材料から形成されている。通常、取付けエレメント48の第2の材料は、さらに、例えば鋼などの金属として定義される。
取付けブラケット50は、別の構成部材を取付けブラケット50に取り付け、取付けブラケット50をシート底部12に取り付けるための特徴を有する。当然のことながら、締結具が、例えば、取付けブラケット50を取付けエレメント48に結合することができる。
取付けブラケット50は、フレーム16とシート底部12との間のリクライニング相互作用を確立するように、すなわち、背もたれ14を選択的にシート底部12に対して後方へ回転させることができる及び/又は選択的にシート底部12に対して前方へ回転させることができるように、構成することができる。これに代えて、取付けブラケット50を、背もたれ14が直立位置に固定されたままとなるように構成することができる。
取付けエレメント48は、ボディ20の第1のポリマ材料によってオーバーモールドされている。換言すれば、第1のポリマ材料26は、ポリマ材料が取付けエレメント48と機械的に係合するように、取付けエレメント48の特徴(輪郭)の周囲に形成されている。通常、第1のポリマ材料26は、ボディ20の第1のポリマ材料26と取付けエレメント48の第2の材料との間に一切の融着なく、取付けエレメント48と機械的に係合させられる。取付けエレメント48は、第1のポリマ材料26と係合させられた結合構成(図示せず)を形成することができる。例えば、取付けエレメント48の結合構成は、ボディ20の第1のポリマ材料26と機械的に係合するための穴を含むことができる。これに代えて又は穴に加えて、結合構成は、スタッド、フックなどの、取付けエレメント48から突出したその他の特徴を含むことができる。
上述のように、ボディ20は、第1のポリマ材料26を柔軟又は溶融状態に加熱することによって、例えば射出成形によって形成することができ、このような状態で、第1のポリマ材料26を取付けエレメント48の周囲に成形することができる。このような実施の形態では、柔軟又は溶融状態におけるボディ20の第1のポリマ材料26は、結合構成と接触し、例えば穴に流入し、これにより、第1のポリマ材料26が固化すると、第1のポリマ材料26と取付けエレメント48とが互いに機械的に係合させられる。
図4を参照すると、ボディ20の第1のポリマ材料26は、被覆されていない美的な見せるための表面52、すなわち美観のための工業的基準を満たす表面を提供し、例えば、皮革、発泡体などによって被覆される必要はない。被覆されていない美的な見せるための表面52は、工業上、“クラスA表面”と称することができる。これに代えて又は加えて、ボディ20は、カバーをフレーム16に保持するためにカバーに係合するための特徴を有することができる。
被覆されていない美的な見せるための表面52は、例えば、図4に示したように、第1のピラー24から第2のピラー24までパネル54を横切って延びていることができる。第1のピラー24から第2のピラー24までパネル54を横切って延びる被覆されていない美的な見せるための表面52は、背もたれ14のパネル54におけるカバーの必要性を排除し、これにより、背もたれ14の製造に関する材料及び労力のコストを削減する。
当然のことながら、ボディ20及び/又は強化複合層22が背もたれ14の特徴を規定することができる。例えば、図2〜図4を参照すると、ボディ20の第1のポリマ材料26は、ヘッドレストの受容のためのヘッドレストガイドを有する。これに代えて又は加えて、ボディ20及び強化複合層22は、パックパネル、サイドボルスタ、フォームサポート、バックサポート、アームレストマウント、ランバーサポート、エアバッグマウント及び/又はハウジング、バックサスペンションマウントなど、及びそれらのいずれかの組合せを形成することができる。当然のことながら、背もたれの特徴は、さらに、被覆されていない美的な見せるための表面52を有してよい。例えば、フレーム16がプラスチック射出成形によって形成されるシナリオにおいて、背もたれの特徴は、プラスチック射出成形によってフレーム16とともに形成することができる。
本発明は、さらに、車両用の背もたれ14のフレーム16を形成する、本発明の1つの実施の形態による方法を含む。フレーム16は、図9に示された金型56の使用により形成される。金型56は、キャビティ58と、コア60と、キャビティ58及び/又はコア60に対して開放するように構成された少なくとも1つのスライダ62とを有する。図9に示したように、例えば、金型56は、成形プロセス中にピラー24を形成する2つのスライダ62を有する。当然のことながら、図9における金型56の内部の形状は概略的に示されており、単に単純化するために、図面に示されたフレーム16の細部の全てを含んではいない。図9には示されていないが、金型56の内部は、図示されたフレーム16を形成するように構成された形状及び輪郭を有する。
キャビティ58、コア60及びスライダ62は、金型56内へのプラスチック射出のための閉鎖位置と、成形前に強化複合層22を導入し、成形後にフレーム16を取り出すための開放位置との間で互いに相対的に可動である。キャビティ58は、通常、固定のままであり、コア60及びスライダ62が開放位置と閉鎖位置との間で可動である。矢印Aは、コア60及びスライダ62の移動を例示するために図10及び図11に示されている。
可動な部材64は、金型56によって可動に支持されている。可動な部材64は、金型56によって摺動可能に支持されており、延長位置と後退位置との間で移動させられるように構成されている。例えば、可動な部材64は、図10における延長位置と、図11における後退位置とに示されている。
キャビティ58及びコア60のうちの少なくとも一方は、可動な部材64の第1のグループ66を支持している。例えば、図9〜図11に示したように、キャビティ58は、可動な部材64の第1のグループ66を支持している。スライダ62は、可動な部材64の第2のグループ68を支持している。
方法は、強化複合層22を金型56内へ導入するステップを含む。コア60及びスライダ62が開放位置にある状態で、強化複合層22がそれぞれスライダ62に配置される。特に、方法は、強化複合層22をスライダに配置し、その後、スライダ及びコア60を閉鎖位置へ移動させ、図10に示したように、強化複合層22を金型56内へ閉じ込める。
方法は、取付けエレメント48を金型56内へ導入するステップを含む。通常、取付けエレメント48は、スライダ62が閉鎖位置へ移動させられる前に強化複合層22に隣接して金型56内へ導入される。強化複合層22及び取付けエレメント48は、金型56内で互いに接合することができるか又は互いに離間させられることができる。
図10を参照すると、方法は、強化複合層22を可動な部材64上で金型56内に支持するステップを含む。強化複合層22の一方の側44は、第1のポリマ材料26を金型56へ導入する前に、可動な部材64に接触する。特に、方法は、可動な部材64を金型56に対して金型56内で延長位置へ延長させることを含む。通常、可動な部材64は、強化複合層22をスライダ62に配置する前に延長位置へ移動させられる。代替的には、スライダ62は、強化複合層22がスライダ62に配置された後、延長位置へ移動させられる。通常、スライダ62の第1のグループ66と、スライダ62の第2のグループ68とは、延長位置と後退位置の間を同時に移動させられる。
強化複合層22を支持するステップは、図10に示したように、強化複合層22の第1の脚部34を可動な部材64の第1のグループ66によって支持し、第2の脚部36を可動な部材64の第2のグループ68によって支持することを含む。特に、可動な部材64の第1のグループ66及び可動な部材64の第2のグループ68は、第1の脚部34及び第2の脚部36をそれぞれ支持するために延長位置へ移動させられている。
引き続き図10を参照すると、方法は、第1のポリマ材料26を金型56内へ導入する前に、延長位置にある可動な部材64上で金型56から離間した強化複合層22を浮かせるステップを含む。換言すれば、可動な部材64は、強化複合層22を金型56内で浮かせる、すなわち強化複合層22を金型56から離間させるために、延長位置へ移動させられている。
方法は、溶融状態の第1のポリマ材料26を金型56内へ導入し、強化複合層22と接触させるステップを含む。特に、方法は、ボディ20が第1のポリマ材料26によって形成され、強化複合層22と一体化される、すなわちオーバーモールドするように、ボディ20のための第1のポリマ材料26を金型56内へ噴射するステップを含む。換言すれば、方法は、溶融状態の第1のポリマ材料26と接触した強化複合層22の第2のポリマ材料28の一部を溶融させ、第1のポリマ材料26が固化したときに強化複合層22を第1のポリマ材料26へ結合させるステップを含む。
通常、第1のポリマ材料26は、加熱された後、金型56内へ導入、すなわち射出成形される。このような構成では、第1のポリマ材料26を金型56内へ導入するステップは、第1のポリマ材料26を加圧しながら金型56内へ噴射することを含む。
方法は、可動な部材64が延長位置にあるときに溶融状態の第1のポリマ材料26を可動な部材64と強化複合層22との間に導入することによって強化複合層22を可動な部材64から離れるように移動させるステップを含む。換言すれば、金型56が閉鎖され、可動な部材64が延長位置にあるときに、溶融状態の第1のポリマ材料26の導入は、強化複合層22を可動な部材64から離す、すなわち第1のポリマ材料26は強化複合層22を可動な部材64から持ち上げる。溶融状態の第1のポリマ材料26は、図11に示したように、強化複合層22と、延長位置にある可動な部材64との間のスペースを満たす。
可動な部材64は、強化複合層22を位置決めする。強化複合層22を移動させるステップにより、可動な部材64の間のスペースは、溶融状態の第1のポリマ材料26で充填される。
強化複合層22を移動させるステップは、溶融状態の第1のポリマ材料26を反対の側のうちの一方に沿って流れさせることによって、強化複合層22を金型56に当接させることを含む。換言すれば、溶融状態の第1のポリマ材料26は、強化複合層22を金型56に対して押し付ける。これは、強化複合層22を第1のポリマ材料26に対して適切に配置し、強化複合層22とボディ20との所望の相対的な位置決めを提供する。
方法は、第1のポリマ材料26が強化複合層22の2つの側に接触するように、強化複合層22を溶融状態の第1のポリマ材料26の間に配置するステップを含む。コア60及びスライダ62は、図11に示したように、強化複合層22を第1のポリマ材料26の間に配置するように構成されている。金型56に当接する強化複合層22の位置は、例えば、強化複合層22の一部をキャビティ58とスライダ62との間に浮かせ、図11に示したように、第1のポリマ材料26の間における強化複合層22の配置を可能にする。
方法は、溶融状態の第1のポリマ材料26を、強化複合層22から第2の強化複合層22まで延びるフレーム16のパネル54に成形するステップを含む。特に、方法は、強化複合層22を一方のスライダ62に位置決めし、第2の強化複合層22を他方のスライダ62に位置決めするステップを含む。方法は、パネル54を形成するために、第1のポリマ材料を強化複合層22及び第2の強化複合層22の両方と接触するようにこれらの間に導入するステップを含む。
第1のポリマ材料26が金型56内へ導入された後、方法は、ボディ20を形成するように第1のポリマ材料26を金型56内で固化させるステップを含む。第1のポリマ材料26が形成されると、方法は、可動な部材64を第1のポリマ材料26から後退させるステップを含む。コア60及びスライダ62が開放位置にあり、可動な部材64が後退した位置にある状態で、フレーム16は金型56から取り出される。
方法は、ボディ20と強化複合層22とを一体化するために、ボディ20の第1のポリマ材料26と強化複合層22の第2のポリマ材料28との間の相互作用を促進させるステップを含むことができる。第1のポリマ材料26と第2のポリマ材料28との間の相互作用を促進させるステップは、ボディ20と強化複合層22とを1つの一体的なユニットに組み合わせることを助長する。換言すれば、溶融状態の第1のポリマ材料26が、強化複合層22と接触するように導入されるとき、第1のポリマ材料26と、強化複合層22の第2のポリマ材料28とは、互いに相互作用し、冷却されると、ボディ20と強化複合層22とは互いに一体的、すなわちワンピースとなる。
上述のように、相互作用を促進するステップは、さらに、第1のポリマ材料26と第2のポリマ材料28とを融着させることであると定義される。特に、方法は、溶融状態の第1のポリマ材料26と接触した強化複合層22の第2のポリマ材料28の少なくとも一部を溶融状態に溶融させ、冷却されたときに強化複合層22と第1のポリマ材料26とを融着させるステップを含む。第2のポリマ材料28が加熱されて軟化した状態又は溶融状態にあるときに、溶融状態の第1のポリマ材料26が第2のポリマ材料28と相互作用すると、融着が生じる。第1のポリマ材料26と第2のポリマ材料28とは、冷却されたときに第1のポリマ材料26と第2のポリマ材料28とが互いに結合されるように、互いに相互作用する。特に、熱は、溶融状態の第1のポリマ材料26から第2のポリマ材料28へ移動させられてよい。熱は、第2のポリマ材料28を軟化又は溶融させ、軟化又は溶融したポリマ材料は、溶融状態の第1のポリマ材料26と相互作用する。
第1のポリマ材料26の第1の溶融温度が第2のポリマ材料28の第2の溶融温度よりも高い構成では、第1のポリマ材料26を導入するステップは、第2のポリマ材料28と融着するために接触中に第2の融解温度が実現されるように、第1の融解温度の第1のポリマ材料26を強化複合層22と接触して配置することを含む。第1の融解温度の第1のポリマ材料26が強化複合層22と接触するように導入されると、熱が第1のポリマ材料26から第2のポリマ材料28へ移動させられ、第2のポリマ材料28の温度が第1の融解温度まで高められ、これにより、第2のポリマ材料28を少なくとも軟化、通常は溶融させる。
第1のポリマ材料26からの熱移動に加え、第2のポリマ材料28の溶融は様々な方法で促進されてよい。例えば、第2のポリマ材料28を溶融させるステップは、さらに、強化複合層22を伝導加熱するために金型56を加熱することであると定義される。第2のポリマ材料28を第2の融解温度まで上昇させるために溶融状態の第1のポリマ材料26から必要とされる熱エネルギを少なくするために、強化複合層22が加熱される。
方法は、溶融状態の第1のポリマ材料26を強化複合層22と接触して配置する前に強化複合層22を加熱するステップを含んでよい。例えば、方法は、強化複合層22を金型56内に配置する前に強化複合層22を加熱するステップを含んでよい。これに代えて又は加えて、方法は、強化複合層22が金型56内に配置されながら強化複合層22を加熱するステップを含んでよい。
方法は、例えば、第1のポリマ材料26と強化複合層22との境界面の近くで金型56を断熱するステップを含んでよい。特に、金型56内への第1のポリマ材料26の導入がさらにプラスチック射出成形であると定義される構成では、プラスチック射出成形のプロセスが金型56を加熱し、金型56を断熱するステップは金型56において熱を維持する。金型56の熱は第2のポリマ材料28を軟化させ、第1のポリマ材料26が金型56内に射出されたときに第1のポリマ材料26と第2のポリマ材料との間の融着を促進する。
方法は、第1のポリマ材料26と強化複合層22との境界面の近くで金型56を加熱するステップを含んでよい。例えば、金型56は、加熱されたオイルを搬送する加熱されたオイルライン(図示せず)を有してよい。熱はオイルから金型56へ移動させられ、金型56を加熱する。オイルラインによって金型56に移動させられた熱は第2のポリマ材料28を軟化させ、第1のポリマ材料26が第2のポリマ材料28と接触するように導入されたときに第1のポリマ材料26と第2のポリマ材料28との間の融着を促進する。
方法は、強化複合層22を加熱するために、加熱された空気を強化複合層22へ吹き付けるステップを含んでよい。例えば、金型56はエアポケット(図示せず)を有してよく、強化複合層22が金型56内に配置されたときに、加熱された空気はエアポケットから強化複合層22へ吹き付けられる。加熱された空気は、第1のポリマ材料26を境界面へ導入する前に第1のポリマ材料26と強化複合層22との境界面において、強化複合層22に吹き付けられるように方向付けられてよい。第1のポリマ材料26が強化複合層22と接触するように導入されたとき、加熱された空気は第2のポリマ材料28を軟化させ、第1のポリマ材料26と強化複合層22との間の融着を促進する。
方法は、強化複合層22の表面張力を緩和するために強化複合層22をプラズマ処理又は火炎処理するステップを含んでよい。プラズマ処理又は火炎処理(図示せず)は、第1のポリマ材料26を境界面へ導入する前に第1のポリマ材料26と強化複合層22との境界面において、強化複合層22に提供される。強化複合層22のプラズマ処理又は火炎処理は、表面張力を減じ、第1のポリマ材料26と強化複合層22との間の融着を促進する。
方法は、強化複合層22を加熱するために、強化複合層22をプラズマ処理インサート(図示せず)と接触させるステップを含んでよい。プラズマ処理インサートは、第1のポリマ材料26を境界面へ導入する前に第1のポリマ材料26と強化複合層22との境界面において、強化複合層22と接触させられる。プラズマ処理インサートは、境界面へ第1のポリマ材料26を導入する前に強化複合層22から除去される。プラズマ処理インサートは強化複合層22を軟化させ、第1のポリマ材料26が強化複合層22と接触するように導入されたとき、第1のポリマ材料26と強化複合層22との間の融着を促進する。
これに代えて又は加えて、相互作用を促進させるステップは、さらに、ボディ20と強化複合層22とを機械的に結合することであると定義される。特に、このステップは、さらに、溶融状態のボディ20の第1のポリマ材料26を表面特徴、例えば、穴、スタッド、フック、表面輪郭など(図示せず)を通じて導入し、第1のポリマ材料26の冷却時にボディ20と強化複合層22とを機械的に係合させることであると定義される。冷却時、第1のポリマ材料26は、強化複合層22と機械的に結合される。当然のことながら、ボディ20と強化複合層22とのこの機械的係合は、ボディ20と強化複合層22との間の融着に加えて又はその代わりに行うことができる。第1のポリマ材料26は、第1のポリマ材料26と強化複合層22のポリマとが容易に融着しない、例えば、異なる熱プラスチック又は熱硬化性プラスチックなどの不適合の材料、不適合の融着温度など、である状況において、融着の代わりに強化複合層22と機械的に係合させることができる。
これに代えて、又は融着及び機械的結合に加え、相互作用を促進するステップは、溶融状態の第1のポリマ材料26を接合面と接触するように導入する前に強化複合層22の接合面を犠牲にすることであると定義される。換言すれば、強化複合層22の接合面は、この接合面における強化複合層22の溶融を促進するように粗くされている。
相互作用を促進するステップは、さらに、溶融状態の第1のポリマ材料26を強化複合層22と接触するように配置する前に強化複合層22に定着剤(図示せず)を提供することであると定義される。例えば、定着剤は、噴霧、ブラッシング及び/又は浸漬によって強化複合層22に提供される。定着剤は、第1のポリマ材料26と、強化複合層22の第2のポリマ材料28との間の融着を促進する。このような定着剤の一例は、商標名Z-6011 Silaneとしてミシガン州ミッドランド所在Dow Corningから市販されているようなγ−アミノプロピルトリエトキシシランである。このような定着剤の別の例は、商標名Grilbond IL-6としてサウスカロライナ州サムター所在EMS-Primidから市販されているようなメチレンジフェニルビスヘキサヒドロアゼピンカルボキシアミドである。
この方法は、図8に関して上述したように、強化複合層22を金型56内に配置する前に強化複合層22を所定形状に予備成形するステップを含むこともできる。予備成形するステップはさらに熱成形であると定義される。これに代えて、予備成形するステップはさらに圧縮成形であると定義される。上述のように、強化複合層22は、本発明の性質から逸脱することなくあらゆる複合体製造方法によって形成することができる。複数のシート32を含む構成では、各シートは、圧縮熱成形又は圧縮成形によって1つの積層体として組み合わされる。当然のことながら、金型56は、強化複合層22が金型56内に保持されるように、金型56に配置されたときに強化複合層22が曲げられる又は変形させられるように、構成することができる。このような構成では、強化複合層22は、第1のポリマ材料26が強化複合層22と一体化された後にこのような曲げ又は変形を維持する。
図8を参照すると、強化複合層22は、通常、予備成形金型56を使用して予備成形される。予備成形金型56は、所定形状に対応する予備成形キャビティ58を有する雌型予備成形金型半部と、予備成形キャビティ58に対応する雄型予備成形金型半部とを含む。強化複合層22が熱成形によって予備成形される構成では、強化複合層22は加熱され、予備成形キャビティ58に配置され、雄型予備成形金型半部が強化複合層22に力を加え、予備成形キャビティ58において強化複合層22を永久に変形させる。強化複合層22が圧縮成形によって予備成形される構成では、強化複合層22は、予備成形キャビティ58に配置され、雄型予備成形金型半部が強化複合層22に力を加え、予備成形キャビティ58において強化複合層22を永久に変形させる。
方法は、さらに、シート32を1つの積層体に組み合わせるステップを含む。複数のシート32を組み合わせるステップは、繊維30が連続的でありかつ第1の方向Dに延びる状態で複数のシート32のうちの少なくとも1つを位置決めし、繊維が連続的でありかつ第1の方向Dに対して角度を成して延びる状態で複数のシート32のうちの少なくとも別のシートを位置決めすることを含む。
本発明は、例示的な形式で説明されている。当然のことながら、使用されている用語は限定の性質ではなく説明の文言の性質であることが意図されている。
上記説明に照らして本発明の多くの改変及び変更が可能である。したがって、本発明は、具体的に説明されているもの以外で実施されてもよい。

Claims (14)

  1. 車両用の背もたれ(14)のフレーム(16)を形成する方法であって、前記フレーム(16)は、第1のポリマ材料(26)と、第2のポリマ材料(28)及び該第2のポリマ材料(28)に埋め込まれた複数の繊維(30)を含む強化複合層(22)と、を含む方法において、前記方法は、
    前記強化複合層(22)を可動な部材(64)上で金型(56)内に支持するステップと、
    前記可動な部材(64)を前記金型(56)に対して前記金型(56)内の延長位置へ延長させるステップと、
    溶融状態の前記第1のポリマ材料(26)を前記金型(56)へ導入し、前記強化複合層(22)と接触させるステップと、
    前記可動な部材(64)が前記延長位置にあるときに、前記可動な部材(64)と前記強化複合層(22)との間に溶融状態の前記第1のポリマ材料(26)を導入することによって、前記強化複合層(22)を前記可動な部材(64)から離れるように移動させるステップと、
    前記第1のポリマ材料(26)を前記金型(56)において固化させるステップと、
    前記可動な部材(64)を前記第1のポリマ材料(26)から後退させるステップと、を含むことを特徴とする、車両用の背もたれのフレームを形成する方法。
  2. 前記第1のポリマ材料(26)を前記金型(56)内へ導入する前に、前記強化複合層(22)を延長位置にある前記可動な部材(64)上で前記金型(56)から浮かせるステップを含む、請求項1記載の方法。
  3. 前記第1のポリマ材料(26)が前記強化複合層(22)の2つの側に接触するように、前記強化複合層(22)を溶融状態の前記第1のポリマ材料(26)の間に配置するステップを含む、請求項1又は2記載の方法。
  4. 前記側のうちの一方は、前記第1のポリマ材料(26)を前記金型(56)へ導入する前に、前記可動な部材(64)に接触する、請求項3記載の方法。
  5. 前記強化複合層(22)を移動させるステップは、溶融状態の前記第1のポリマ材料(26)を反対の側のうちの一方に沿って流れさせることによって前記強化複合層(22)を前記金型(56)に当接させることを含む、請求項4記載の方法。
  6. 前記強化複合層(22)は、第1の脚部と、該第1の脚部から間隔を置いて配置された第2の脚部と、前記第1の脚部と前記第2の脚部との間に延びる基部とを有し、前記強化複合層(22)を支持するステップは、前記強化複合層の前記第1の脚部を前記可動な部材(64)の第1のグループによって支持し、前記第2の脚部を前記可動な部材(64)の第2のグループによって支持することを含む、請求項1又は5記載の方法。
  7. 前記金型(56)は、キャビティ(58)と、コア(60)と、前記キャビティ及び/又は前記コアに対して開放するように構成された少なくとも1つのスライダ(52)とを有し、前記キャビティ(58)及び前記コア(60)のうちの少なくとも一方は、前記可動な部材(64)の前記第1のグループを支持しており、前記スライダ(62)は、前記可動な部材の前記第2のグループを支持している、請求項6記載の方法。
  8. 溶融状態の前記第1のポリマ材料(26)と接触した前記強化複合層(22)の前記第2のポリマ材料(28)の一部を溶融させ、前記第1のポリマ材料(26)が固化したときに前記強化複合層(22)を前記第1のポリマ材料(26)へ結合させるステップをさらに含む、請求項1又は7記載の方法。
  9. 前記強化複合層(22)を移動させるステップは、溶融状態の前記第1のポリマ材料(26)を前記可動な部材(64)と前記強化複合層(22)との間で前記強化複合層(22)に沿って流れさせることによって、前記強化複合層(22)を前記金型(56)に対して当接させ、前記強化複合層(22)を前記金型(56)に向かって移動させることを含む、請求項1又は7記載の方法。
  10. 前記強化複合層(22)を前記金型(56)のスライダ上に配置し、前記金型(56)の前記スライダ(62)と、コア(60)と、前記金型(56)のキャビティ(58)とを閉鎖位置へ移動させ、前記強化複合層(22)を前記金型(56)に閉じ込めるステップを含む、請求項1又は7記載の方法。
  11. 前記可動な部材(64)のうちの少なくとも幾つかは、前記スライダ(62)によって支持されており、前記可動な部材(64)を延長させることは、前記スライダ(62)によって支持された前記可動な部材(64)を前記スライダ(62)に対して延長させることを含み、前記可動な部材(64)を後退させることは、前記スライダ(62)によって支持された前記可動な部材(64)を前記スライダ(62)に対して後退させることを含む、請求項10記載の方法。
  12. 前記可動な部材(64)のうちの幾つかは、前記金型(56)の前記キャビティ(58)及び前記コア(60)のうちの少なくとも一方によって支持されており、前記可動な部材(64)を延長させることは、前記キャビティ又は前記コアによって支持された前記可動な部材を前記キャビティ(58)及び前記コア(60)のうちの少なくとも一方に対して延長させることを含み、前記キャビティ又は前記コアによって支持された前記可動な部材を後退させることは、該可動な部材(64)を前記キャビティ(58)及び前記コア(60)のうちの少なくとも一方に対して後退させることを含む、請求項11記載の方法。
  13. 第2の強化複合層(22)を前記可動な部材(64)のうちの幾つかの上に前記金型(56)内で前記強化複合層(22)から間隔を置いて支持するステップと、前記可動な部材(64)のうちの幾つかが前記第2の強化複合層(22)を支持しながら前記第1のポリマ材料(26)を前記第2の強化複合層(22)に接触させるように導入するステップと、溶融状態の前記第1のポリマ材料(26)を前記可動な部材(64)と前記第2の強化複合層(22)との間に流すことによって前記第2の強化複合層(22)を前記可動な部材(64)から分離させるステップを含む、請求項1又は7記載の方法。
  14. 溶融状態の前記第1のポリマ材料(26)を、前記強化複合層(22)から前記第2の強化複合層(22)まで延びるバックの後ろに成形するステップを含む、請求項13記載の方法。
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