JP2016539826A - プリプレグで作られている半製品、３次元プリフォームおよびオーバーモールド部分 - Google Patents

プリプレグで作られている半製品、３次元プリフォームおよびオーバーモールド部分 Download PDF

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Abstract

本発明は、プリプレグで作られている半製品、３次元プリフォームおよびオーバーモールド部を提供する。より具体的には、本発明は、少なくとも第１プリプレグ層と第２プリプレグ層とを含む、プリプレグで作られている半製品を提供し、磁性材料層が、第１プリプレグ層と第２プリプレグ層との間に置かれることを特徴とする。磁性材料層がプリプレグ層間に追加されるので、作られる半製品は、３次元プリフォームに、およびさらにオーバーモールド部分になるときに、型上の磁石による磁性材料層への引き付けのために良好に支持および位置決めされることができ、従って正確に形作られる。【選択図】図２

Description

本発明は、プリプレグ製品の分野に関し、より具体的には、プリプレグで作られている半製品と、半製品で作られている３次元プリフォームおよびオーバーモールド部分と、に関する。
プリプレグ、すなわち複合材料を作るのによく用いられる中間材料は、樹脂マトリックスと、マトリックスに含浸された補強材（繊維または布など）と、で通常作られている。プリプレグは、補強材を含むためにより高い機械的強度を有し、自動車部品などの、部分的にまたは全体的に補強される必要がある部分を作るのに使用されることが多い。市販のプリプレグは、シートまたはロール状であることが多い。
補強する必要がある自動車部品は、通常３次元であり、複雑な形状であることもある。そのような３次元部品を作る公知の方法は、次のステップを含む：
ステップ１：購入したプリプレグを適切な形状および寸法（所望の３次元プリフォームを２次元的に展開することによって得られる）に切り、半製品を形成するのに求められる適切な形状および寸法のプリプレグの複数の層を積み重ねる；
ステップ２：半製品を加熱してそれからホットスタンプし、３次元プリフォームを形成する；
ステップ３：３次元プリフォームをホットスタンプ型から取り出し、それから３次元プリフォームを冷却後に機械加工（外形仕上げまたはドリル）し、それを所望の最終寸法および幾何学的形状にする；
ステップ４：プリプレグ樹脂マトリックスおよびオーバーモールド樹脂にその後のオーバーモールドで良好な接着もたらすように、プリプレグ樹脂マトリックスの融点よりも高い温度まで３次元プリフォームを再加熱する；
ステップ５：熱い３次元プリフォームをオーバーモールド型に移し、射出成形によって３次元プリフォームに熱可塑性樹脂部をオーバーモールドし、それによって補強材（３次元プリフォームから成る）およびオーバーモールド樹脂部を含む３次元部品を最終的に得る。
処理の際に、プリプレグで作られている半製品または３次元プリフォームをつかむのにロボットアームが通常使用され、それから、プリプレグで作られている半製品または３次元プリフォームを型の成形部と反対の位置で支持および保持するように、半製品または３次元プリフォームを型内で格納式ニードルに置く。ロボットアームが、プリプレグで作られている半製品または３次元プリフォームをつかんで運ぶのが長距離であるとき、または型がまだ開状態にあるときに、そのようなニードルが特に必要なようである。
しかしながら、前記のニードルを制御するために、装置に含まれるニードル制御手段があるに違いなく、従って余分なスペースが必要である。加えて、これらのテーパーニードルは、熱可塑性物質の射出後に、半製品に穴を残す、または３次元プリフォームに円錐を残すことがある。さらに、プリプレグで作られている半製品または３次元プリフォームが、プリプレグ樹脂マトリックスが軟化するまで加熱されるとき、その作業はより大変になり、ニードル単独での使用では、それを良好に支持および位置決めできない。
プリプレグで作られている半製品または３次元プリフォームを処理において支持および位置決めするために、ニードルを用いる技術的解決法に加えて、プリプレグフローティングサスペンションシステムが採用される、成形フレームを用いる公知の解決法もある。半製品または３次元プリフォームは、しかしながら、成形の際に型穴の間で滑ることがあり、従ってそのシステムは、半製品または３次元プリフォームを型で常に正確に位置決めできるわけではない。
従って、処理、特にその熱処理の際に、半製品または３次元プリフォームをより良く支持および位置決めできる代替を提供することが、必要である。
本発明の目的は、上記の技術的問題を解決することである。
この目的のために、本発明は、少なくとも第１プリプレグ層と第２プリプレグ層とを含む、プリプレグの半製品を提供し、磁性材料層が、第１プリプレグ層と第２プリプレグ層との間に置かれることを特徴とする。
用語「プリプレグ」は、複合材料を作るのによく用いられる中間材料であり、複合材料の分野における一般的な意味（すなわち、厳密に制御された条件下で補強材に樹脂マトリックスを含浸させることによって得られる樹脂マトリックスと補強材との組み合わせ）を有する。
用語「半製品」は、最終製品を作るためにさらに処理される必要がある中間製品である。
用語「磁性材料」は、磁石によって引き付けられ得る材料のことを言う。
本発明によると、磁性材料層がプリプレグ層間に追加されるので、作られる半製品は、３次元プリフォームに、およびさらにオーバーモールド部分になるときに、型上の磁石による磁性材料層への引き付けのために良好に支持および位置決めされることができ、従って正確に形作られる。
本発明による半製品は、以下の特徴の１つ以上を含むこともできる：第１プリプレグ層と第２プリプレグ層との少なくとも１つは、切り欠き部を有し、磁性材料層が、切り欠き部の少なくとも１つに置かれる。型上の磁石は、半製品または３次元プリフォームに十分に大きな磁力を提供するために、型が閉じられるときに、磁石が少なくとも部分的に切り欠き部に挿入され、従って磁石が切り欠き部で磁性材料層と直接接触するように、配置されることができ、それによってより優れた方法で半製品または３次元プリフォームを支持および位置決めする。
好ましくは、第１プリプレグ層と第２プリプレグ層とに含まれる熱可塑性樹脂が軟化するとき、磁性材料層は、磁気特性を依然として呈し、磁石によって引き付けられ得る。従って、半製品は、熱成形工程（ホットスタンプなど）によって、３次元プリフォームに、およびさらにオーバーモールド部分になるときに、型上の磁石による磁性材料層への引き付けのために支持および位置決めされることができる。
好ましくは、第１プリプレグ層と第２プリプレグ層とに含まれる熱可塑性樹脂が軟化するとき、磁性材料層は、依然として固体状態にある。当業者は、半製品が加熱されて熱可塑性樹脂が軟らかくなるときに、磁性材料層がまだ融解しないように、プリプレグ層が熱成形の際により良く支えられることができるような方法で、使用される熱可塑性樹脂の特性に従って適切な磁性材料を選ぶことができる。
好ましくは、磁性材料層は、磁性金属製ネット、または磁性金属製シート、またはその組み合わせである。金属が、より高い機械的強度を通常有し、追加された磁性材料層が、最終オーバーモールド製品に保持されるので、それは、製品の機械的強度を高めること、および補足補強材として機能することもできる。特に、磁性材料層が、磁性金属製ネット、または金属製シートであって一体に相互接続されないでそれらの間に間隙を有するものであるとき、メッシュまたは間隙は、最終製品の重量を軽くすること、および製品コストの節減に役立つ。さらに、半製品のその後の処理（ホットスタンプなど）では、プリプレグ樹脂マトリックスの隣り合う層は、溶けてメッシュまたは間隙を通じてつながることができ、それによって金属層を２つのプリプレグ層間によりしっかりと固定する。
好ましくは、ポリプロピレンフィルムが、第１プリプレグ層および／または第２プリプレグ層と磁性材料層との間に置かれる。特に、ポリプロピレンフィルムが、金属製メッシュまたは金属製シート間の間隙を埋めてその中の封入空気を放出できるので、製品の一様性を大いに改善できる。さらに、これは、金属層とプリプレグ層との間との間の接着を高めるのにも有利である。
本発明は、３次元プリフォームにも関し、それが、ホットスタンプによって半製品で作られていることを特徴とする。
加えて、本発明は、オーバーモールド部分にも関し、それが、少なくとも１つの前記の３次元プリフォームと、３次元プリフォームにオーバーモールドされた熱可塑性樹脂部と、を備えることを特徴とする。
好ましくは、オーバーモールド部分は、自動車部品であり、特に自動車のリアクローズ部品である。
本発明は、以下図を参照してより詳細に記載される。当業者には、ここに記載された図は、説明のためだけであり、いかなる形でも本発明の範囲を限定することを意図していないことが、容易に理解されるはずである。同一または同様の構造は、同一または同様の符号で示される。説明のために、これらの図は、必ずしも比例して描かれていない。
本発明の実施形態に従ったプリプレグで作られている半製品の斜視図である。 図１の半製品の分解斜視図である。 ポリプロピレンフィルムを含むまたは含まない本発明の実施形態に従った半製品の断面図である。 本発明の２つの異なる実施形態に従った３次元プリフォームに半製品を機械加工する工程を示す。 図４の工程で使用される成形型を示す。 図４の工程で使用される成形装置の断面図である。 図４の工程で使用される成形装置の断面図である。 本発明の実施形態に従った３次元プリフォームの斜視図である。 図８の３次元プリフォームのオーバーモールド部分の斜視図である。
図１は、本発明の実施形態に従ったプリプレグで作られている半製品１の斜視図を示す。図２は、分解図で半製品１の構造をより良く示す。実施形態では、半製品１は、第１プリプレグ層１０、第２プリプレグ層１２、およびその間に挟まれた磁性材料層１４と、を備える。当然のことながら、半製品１は、プリプレグ層および／または他の材料の層を備えることができる。他の材料のこれらの層の少なくとも一部は、磁石によって引き付けられることができる、すなわち、それらの少なくとも一部は、特定の設計目標に従って当業者が決定できる、磁性材料層である。例えば、実施形態では、半製品１は、積み重ねられた第１、第２および第３プリプレグ層を備え、磁性材料層が、２つの隣り合うプリプレグ層ごとの間に挟まれている。別の実施形態では、半製品１は、積み重ねられた第１、第２および第３プリプレグ層を備えるが、磁性材料層は、第１プリプレグ層と第２プリプレグ層との間に挟まれるだけである。磁性材料層が、プリプレグ層の全面を覆うことができる、または１つ以上の位置で離散的に配置されることができることに、注意すべきである。
用語「プリプレグ」は、複合材料を作るのによく用いられる中間材料であり、樹脂マトリックスと、マトリックスに含浸された補強材（繊維または布など）と、から成ることが多い。本実施形態では、第１プリプレグ層１０も第２プリプレグ層１２も、熱可塑性樹脂マトリックスと、マトリックスに含浸された補強材と、から成り、補強材は、カーボンおよび／またはガラス繊維または布であり得る。磁性材料層１４は、磁石によって引き付けられ得る任意の適切な磁性材料（鉄、コバルト、ニッケルおよびその合金など）で作られることができる。本実施形態では、磁性材料層１４は、メッシュ付きの金属製ネット１４であり、それは、最終製品の重量を軽くし、生産コストを節減する。当然のことながら、磁性金属製ネットは、磁性金属製シートに置き換えられることができる。この場合、磁性金属シートは、最終製品の重量を軽くし、生産コストを節減するように、一体に相互接続されないで、間隙を有してよい。さらに、半製品のその後の処理（ホットスタンプなど）では、プリプレグ樹脂マトリックスの隣り合う層は、溶けてメッシュまたは間隙を通じてつながることができ、それによって金属層を２つのプリプレグ層間によりしっかりと固定する。
図１および２に示されている実施形態では、第１プリプレグ層１０が切り欠き部１８を有し、それを通して磁性金属製ネット１４が目に見え、第２プリプレグ層１２が磁性金属製ネット１４と同じ形状および寸法を有することが、観察可能である。図３に示されている実施形態では、切り欠き部１８は、第２プリプレグ層１２に設けられている。従って、その後の処理ステップでは、型上の磁石は、より良い方法で半製品または３次元プリフォームを支持および位置決めするように十分に大きな磁力を提供するために、型が閉じられるときに、磁石が３次元プリフォームまたは半製品のプリプレグ層の切り欠き部に少なくとも部分的に挿入され、従って磁石が切り欠き部で磁性材料層と直接接触するように、配置され、それによってより優れた方法で半製品または３次元プリフォームを支持および位置決めする。さらに、半製品１で作られている３次元プリフォーム（図４‐７参照）は、加熱工程の際に材料層１４によって少なくとも部分的に支えられることができ、その３次元形状を良好に維持する。
プリプレグ層のこれらの切り欠き部が、より複雑な３次元形状を有することができることが、理解されるはずである。切り欠き部がある場合には、磁性材料層は、少なくとも１つの切り欠き部に置かれる。当然、切り欠き部が全くなくてもよく、磁性材料層が置かれる領域は、上記の実施形態に限定されるべきではない。実際、本発明によると、磁石と磁性材料層との間の磁力が、半製品または３次元プリフォームを処理の際に良好に支持および位置決めするのに十分である限り、何でも可能である。
さらに、図３（ｂ）に示されるように、ポリプロピレンフィルム１６が磁性材料層１４とその隣り合うプリプレグ層１０および／または１２との間に置かれることが、望ましい。
ポリプロピレンフィルムが金属製メッシュまたは金属製シート間の間隙を埋めてその中の封入空気を放出できるので、製品の一様性を大いに改善できる。さらに、これは、金属層とプリプレグ層との間の接着を高めるのにも有利である。
図４は、３次元プリフォーム２および２’に図１の半製品１および１’を機械加工する工程を示す。示されるように、半製品１と半製品１’との違いは、その中の磁性材料層が、磁性金属製ネット１４か磁性金属製シート１４’かにある。そこからそれぞれ得られる３次元プリフォームが、２および２’で示される。
３次元プリフォーム２および２’の構造を明確に示すために、第２プリプレグ層１２の一部が、図４から取り除かれている。
半製品１および１’は、成形型に入れられる前に加熱される。それから、熱い半製品１は、その後の３次元成形のために磁力を用いて適所に半製品を支持および維持するように磁性材料層が露出している、半製品のプリプレグ層の切り欠き部に、パンチ２０上の磁石２２が合うように、図５に示されるような成形型（図５のホットスタンプパンチ２０を含む）に入れられる。成形ステップでは、半製品１および１’の磁性材料層は、同様に成形されることに、注意すべきである。その後、半製品は、型から取り出され、３次元プリフォーム２および２’を得る。当然のことながら、図４に示されている３次元形状は、説明のためだけであり、３次元プリフォーム２および２’は、異なる用途のためにより複雑な３次元形状を有することができる。
図６および７は、工程で使用される成形装置の断面図を概略的に示し、図６は、型の成形部３０を示す。型の形状が図で示されるものに限定されず、概略図は、３次元プリフォームをオーバーモールドする工程にも適用できることが、理解されるはずである。特に、図７に示されるような磁性金属製シート１４’が、型が閉じられるときに、成形部の磁石２２が少なくとも部分的に切り欠き部に挿入され、磁性金属製シート１４’と直接接触するように、プリプレグ層の切り欠き部を十分に覆いながら、切り欠き部に置かれるだけであり、半製品または３次元プリフォームに十分な引き付けを提供するようになっていることに、注意されるべきである。しかしながら、磁性金属シート１４’が置かれるべき領域は、実施形態に限定されない。
３次元プリフォーム２または２’は、所望の最終寸法および幾何学的形状の１つになるように、冷却後に機械加工（外形仕上げまたはドリル等）されることができる。図８は、３次元プリフォームの例を示し、それは自動車のリア補強材３であり、また、図８は、切り欠き部１８を概略的に示し、切り欠き部１８は、型上の磁石を受けて処理の際にそれに支えを提供する。
それから、３次元プリフォームは、プリプレグ樹脂マトリックスとオーバーモールド樹脂との間にその後のオーバーモールドステップで良好な接着もたらすように、プリプレグ樹脂マトリックスの融点よりも高い温度まで再加熱される。
熱い３次元プリフォームがオーバーモールド型に移され、その中でオーバーモールドステップを行う、すなわち、３次元プリフォームに熱可塑性樹脂部をオーバーモールドする（例えば射出成形によって）。補強材（３次元プリフォームから成る）およびオーバーモールド樹脂部を含む最終３次元部品を得るように、型から取り出す。結果として得られる３次元部品は、例えば、自動車の部品であり得る。図９は、３次元部品の例を示し、それは、磁性材料層およびオーバーモールド樹脂部を有するプリプレグ３次元プリフォーム（すなわち、自動車リア補強材３）から成る自動車トランククローズ部品４’である。
図および上記の説明は、本発明の非限定的な特定の実施形態を記載している。いくつかの慣習的な面は、発明原理を教示する際に簡略化または省略されている。当業者は、これらの実施形態からの変形が本発明の範囲に入ることが、分かるはずである。当業者には当然のことながら、上記の特徴は、本発明の複数の変形を形成するように、様々な方法で組み合わせることができる。従って、本発明は、上記の特定の実施形態に限定されず、次の「特許請求の範囲」およびその同等によって定められる。

Claims (9)

  1. 第１プリプレグ層と第２プリプレグ層とを含む、プリプレグで作られている半製品であって、磁性材料層が、前記第１プリプレグ層と前記第２プリプレグ層との間に置かれ、前記第１プリプレグ層と前記第２プリプレグ層とに含まれる熱可塑性樹脂が軟化するとき、前記磁性材料層は、磁気特性を依然として呈し、磁石によって引き付けられ得ることを特徴とする、半製品。
  2. 請求項１に記載の半製品であって、前記第１プリプレグ層と前記第２プリプレグ層との少なくとも１つは、切り欠き部を有し、前記磁性材料層が、前記切り欠き部の少なくとも１つに置かれることを特徴とする、半製品。
  3. 請求項１に記載の半製品であって、前記第１プリプレグ層と前記第２プリプレグ層とに含まれる熱可塑性樹脂が軟化するとき、前記磁性材料層は、依然として固体状態にあることを特徴とする、半製品。
  4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の半製品であって、前記磁性材料層は、磁性金属製ネット、または磁性金属製シート、またはその組み合わせであることを特徴とする、半製品。
  5. 請求項４に記載の半製品であって、ポリプロピレンフィルムが、前記第１プリプレグ層および／または前記第２プリプレグ層と前記磁性材料層との間に置かれることを特徴とする、半製品。
  6. ３次元プリフォームであって、それが、ホットスタンプによって請求項１〜５のいずれか１項に記載の半製品で作られていることを特徴とする、３次元プリフォーム。
  7. オーバーモールド部分であって、それが、請求項６に記載の少なくとも１つの３次元プリフォームと、３次元プリフォームにオーバーモールドされた熱可塑性樹脂部と、を備えることを特徴とする、オーバーモールド部分。
  8. 請求項７に記載のオーバーモールド部分であって、それが自動車部品であることを特徴とする、オーバーモールド部分。
  9. 請求項８に記載のオーバーモールド部分であって、それが自動車のリアクローズ部品であることを特徴とする、オーバーモールド部分。
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