JP2018500204A - 強化熱可塑性素材製の動力車の部品の製造方法 - Google Patents

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Abstract

動力車の部品（１）の製造方法であって、前記部品（１）はまず充填された熱可塑性素材（ＭＴＰ）で成型することで製造され、成型された前記部品（１）は、次に単一方向性の連続する繊維（３）のストリップ片（２）を含む少なくとも一つの強化要素を局所的に、前記部品（２）の表面で位置決めすることで強化され、前記ストリップ片（２）は、少なくとも一つの応力の集中する領域（４）において、前記部品（１）の上に非連続的に被着される。【選択図】図２

Description

本発明は、強化熱可塑性素材製の後部ドア（テールゲート）の内側ライナーのような、動力車の半構造部品の製造方法に関する。
動力車の半構造部品により、この部品を組み込んだアセンブリを自立したものにすることができ、所与の負荷下で、目に見える変形なく、部品同士の配置を保証することができる部品が設計される。
先行技術の記述において、外皮の外観及び充填された熱可塑性素材製の内側構造ライナーを有する、熱可塑性素材製の後部ドアが知られている。ライナーを形成する熱可塑性素材は、強度特性を上げるために、例えば、ガラス繊維又はタルクで充填される。
これらの製品は、応力や素材が異なる方向にひずみレベルを生成し、特定の領域に集中される数々の限定的な条件に曝される。これらの脆弱な領域として知られている領域が強化されない限り、製品の剛性及び配置は保証されず、仕様書通りにならない。
内側ライナーは、このため、インサートタイプの強化要素（金属又は複合材料）で強化されたり、ライナーの上に外側被覆（オーバーモールド）されたり、又はライナーの成型の後に追加されたりして、最も応力（ｓｔｒｅｓｓ）を受ける地点（ヒンジ、ボールジョイント、ロック等）で機械的特性を改善される。これらのインサートとしては、例えば、ねじ、クリップ又はリベットである。
このライナーの製造方法は、充填されたプラスチック素材を成型した後に実行される操作の数が多いため、長く、複雑である。
さらに、オーバーモールド又はインサート（金属又は複合材料）の追加は、しばしば設計や軽さの点で最適化されない配置を強いる、金属加工、板金、又は成型ルールを考慮に入れなければならない。
このことは、したがって、強化の役割を果たさないため、強化するために必要でない素材を追加する必要に帰結する。この理由により、これらの金属又は複合材料の強化は、強化しようと意図した部品の規模では、無視できない重さに達する。
加えて、このインサートをオーバーモールドする工程は、部品の設計における重大な制約をもたらす。このため、シート状の金属又は複合材料のインサートに硬さを生じさせるかもしれず、それはオーバーモールド工程に関するこれらの問題を解消するために最適ではない。加えて、例えば仏国特許２９０８０６７号明細書から、これらの金属のインサートを、強化繊維入りの熱可塑性素材（プリプレグ）で置き換えることが知られている。典型的には、オーバーモールディングの前に、適切な工程（スタンピング、ドレーピング、熱成型等）を用いて成型される強化された板としてこのような強化が可能になる。一般的に、これらの強化は、熱可塑性素材によってオーバーモールドされる。
しかしながら、穴のような機械的な鍵は、強化すべき部品に熱可塑性素材を付着させることが要求される。さらに、要求される配置は、必ずしもこれらの工程を用いて製造されるとは限らず、相当な数の反復の実行可能性が強いられる。このため、重さ、パフォーマンス、素材のコスト及び工程の異なる対象に対しては、妥協がなされる。
本発明は、公知の工程における欠点を有さない少なくとも一つの強化要素によって強化された、例えば開口部（後部ドア、サイドドア、ボンネット）又は開口部のライナーのような、動力車の半構造部品の製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、したがって、動力車の部品の製造方法に関し、部品は充填された熱可塑性素材を成型することで製造され、部品は、少なくとも一つの強化要素によって局所的に位置決めをして強化される。該強化要素は、単一方向性の連続する繊維のテープを含み、該テープは少なくとも一つの応力の集中する領域において、部品の上に非連続的に被着される。
この工程によれば、テープが非連続的に被着されることで、素材の切りくずを避け、強化が必要な場所で必要な素材だけが用いられる。
この工程は、部品の重量を増加させる。高い応力を受ける領域にのみテープが個別に配置されるため、その結果、強化素材の消費が最小限になる。
最後に、シート状の金属のインサートに基づく工程と異なり、本発明による工程では、モールディングの前後にオペレーターが必要とならないので、生産性が向上する。
有利なことに、テープは応力の集中する領域で、主な応力に対応する所望の方向に、連続する繊維を方向づけるように被着することができる。
本発明によれば、いくつかのテープはそれぞれの上面に被着されるため、被着されるテープの柔軟性を失わずに、テープの厚さを調整することができる。
好ましくは、幅１．３ｃｍ未満のテープが用いられる。
好ましい実施形態によれば、熱可塑性樹脂のテープが用いられる。
代替的に、熱可塑性樹脂を有さないテープが、加熱された熱可塑性樹脂と同時に被着されてもよい。
本発明によれば、部品の熱可塑性素材の融点と実質的に同一な融点の熱可塑性樹脂が用いられる。
有利にも、熱可塑性樹脂は加熱され及び／又はテープを被着させる工程の間に部品の領域が加熱されて、テープが部品に付着することを補助する。
熱可塑性素材は、短いガラス繊維で充填されたポリプロピレン系であり、熱可塑性樹脂もまたポリプロピレン系でよい。
好ましくは、強化繊維及び／又はタルクが充填された熱可塑性素材が用いられる。
強化繊維は、ガラス繊維、炭素繊維、天然繊維から選ばれ、単独で、又は組み合わせて用いられてよい。
ある実施形態によれば、部品は、例えば開口部又は開口部ライナーのような、半構造部品である。部品が後部ドアのライナーである場合、応力が集中する領域は、ヒンジを取り付けるための後部ドアの上部領域、支柱の力を占める後部ドアの側部領域、鍵を取り付けるための後部ドアの下部領域によって形成されるアセンブリの要素のいずれかから選択されてよい。
部品はまたサイドドアやボンネットのライナーであってよい。
特定の実施形態によれば、部品を金型で成型する工程の前に、単一方向性の連続的な繊維のテープを有する少なくとも一つの強化要素が、金型の壁に局所的に被着される。テープは、少なくとも一つの領域で金型の上に非連続的に被着される。領域は、その金型で将来成型される部品の応力が集中する領域に対応する。部品の表面にテープを被着させる工程は、選択的である。
他の特定の実施形態によれば、部品を金型で成型する工程の前に、単一方向性の連続的な繊維のテープを有する少なくとも一つの強化要素が、プリフォーム（ｐｒｅｆｏｒｍ）の壁に局所的に被着される。テープは、少なくとも一つの領域でプリフォームの上に非連続的に被着される。領域は、その金型で将来成型される部品の応力が集中する領域に対応し、それからこのようにして得られたプリフォームが金型に配置される。部品の表面にテープを被着させる工程は選択的である。
本発明はまた、充填された熱可塑性素材を成型して製造される動力車の部品に関し、動力車の部品は、少なくとも一つの応力の集中する領域に、少なくとも一つの強化要素を含む。強化要素は、部品の表面に被着された熱可塑性樹脂に含浸される単一方向性の連続的な繊維の非連続的なテープのセットである。
テープの繊維は、応力が集中する領域における主な応力に対応する所望の方向に沿って方向づけられてよい。
最後に、部品は、開口部又は開口部ライナーのような半構造体部品であってよい。
本発明は、添付の図面のみを参照する以下の明細書を読むことによってよりよく理解されるだろう。
本発明の工程で用いられる単一方向性の連続する繊維のテープを示す。 本発明の方法により得られる後部ドアの斜視図であり、テープが配置された応力の高い領域を示す。
本発明は、少なくとも一つの強化要素で強化された半構造部品のような、動力車の部品（１）の製造方法に関する。方法は次の工程を含む。
−まず、充填された熱可塑性素材を成型する工程を用いて、部品を製造する。
−次に、単一の方向に連続する繊維（３）のテープ（２）を含む少なくとも一つの強化要素を、局所的に、部品（１）の表面に配置することで、このようにして成型された部品（１）を、強化する。これらのテープ（２）は、すでに成型された部品（１）の上で、少なくとも一つの応力が集中する領域（４）に、非連続的に被着される。
応力が集中する領域（４）とは、応力の高い領域を意味する。そのような領域は、最も高い応力に曝されている領域が沿う方向に対応する、主な応力を含む。
例えば（図２）、もし部品が後部ドアライナーの場合、応力の集中する領域は、アセンブリのいずれかの要素から選択される。アセンブリは、ヒンジ（４ａ）を取り付けるための後部ドアの上部領域、支柱（４ｂ）の力を占める後部ドアの側部領域、鍵（４ｃ）を取り付けるための後部ドアの下方の側部領域によって形成される。
好ましくは、テープ（２）は、テープに含まれる連続的な繊維（３）を、その領域で経験された主な応力に対応する、好ましい方向に沿って方向づけるように被着される。
部品（１）は、充填された熱可塑性素材（ＭＴＰ）によって成型されることで製造され、例えば、射出成型工程を用いる。
充填された熱可塑性素材（ＭＴＰ）とは、タルクのような無機充填剤及び／又は強化繊維を含む、熱可塑性素材を意味する。強化繊維は、ガラス繊維、炭素繊維、天然繊維（例えば亜麻）から、単独で又は組み合わせて選択される。
有利なことに、部品は、例えば後部ドア、サイドドアやボンネットといった動力車の開口部のような半構造部品である。そのような開口部（後部ドアの内側ライナー、サイドドア、ボンネット）のためのライナーであってもよい。以下の記載は、図２に示すように後部ドアの内側ライナーの例に関連する。
テープは同じ方向（図１）に方向づけられる連続的な繊維（３）のセットである。強化繊維は、ガラス繊維、炭素繊維、天然繊維（例えば亜麻）から、単独で又は組み合わせて選択される。
テープ（３）は、その幅が長さに比べて小さい形式のものに規定される。有利にも、動力車のドレーピングのために、テープの幅は１．３ｃｍ未満であり、好ましくは１．２７ｃｍ未満ものが用いられる。図１は上方から見たテープ（２）を示すとともに、及びテープ（２）の厚さを示し、繊維（３）の配置を示すために、断面（ＡＡ）を示す。
十分に薄いテープ（２）が、どんな形状でもドレーピングができるような十分な柔軟性を保持するために用いられる。必要な場合、テープは強化される領域をさらに強化するために、上面で互いにドレーピングしてもよい。
好ましい実施形態によれば、テープ（２）は、繊維（３）が埋め込まれた熱可塑性樹脂（ＲＴＰ）（図１参照）を含んでよい。
この実施形態によれば、有利にも、熱可塑性樹脂（ＲＴＰ）は部品（１）に適用される前に加熱される。これにより、テープ（２）が液状化し、部品（１）のあらゆる形状の上に被着させることが容易になり、よって、このテープ（２）のドレーピングに都合がよくなる。
好ましくは、テープ（２）が被着される部品の領域（４）もまた、又は代替的に、加熱される。テープの樹脂（ＲＴＰ）及び部品の熱可塑性素材（ＭＴＰ）はこれにより溶ける。樹脂（ＲＴＰ）及び熱可塑性素材（ＭＴＰ）がともに混合され、親和することで、テープ（２）が部品（１）上に保持されることを助ける。その後冷却することで、単一の構造が形成される。この場合、部品の熱可塑性素材（ＭＴＰ）の融点と実質的に等しい融点を有する樹脂（ＲＴＰ）のテープ（２）が好ましく用いられる。
例えば、短いガラス繊維で充填されたポリプロピレン系の熱可塑性素材（ＭＴＰ）が部品（１）を形成するのに用いられ、熱可塑性樹脂（ＲＴＰ）もまたポリプロピレン系のものが、テープ（２）を形成するのに用いられる。
領域（４）での必要性に応じて、言い換えれば領域（４）で経験されている応力によって、様々な幅及び厚さのテープ（２）が被着される。
必要性が大きくなればなるほど、テープは合厚くなる。さらに、工程によれば、いくつかのテープ（２）が、互いに上面で被着され、これらのテープ（２）により形成される強化の厚さを増加させる。よって、選択された領域（４）が増強される。
ある実施形態によれば、乾いたテープ（２）、すなわち熱可塑性樹脂を有さないテープ（２）が、加熱された熱可塑性樹脂（ＲＴＰ）が領域（４）に被着されるのと同時に被着される。用いられる熱可塑性樹脂（ＲＴＰ）は、熱可塑性樹脂に含浸されるテープに用いられる物と同じであってよい。
部品（１）の形状の上にテープをドレーピングするためには、テープ（２）は工具を用いて自動的に被着される。
工具は自動化されたシステムであり、例えばテープ（２）アプリケーターが設けられた腕を有するロボットである。例えば円筒形で、テープ（２）を強化すべき部品の領域（４）上でドレーピングするのに適合された形状を含み、その領域の上を移動できる。テープ（２）は、連続的にほどかれて、必要な長さで切断される。
工具は、また、テープ（２）をアプリケーターと部品（１）の壁の間で挟むように圧力をかけるローラーを有する。ある実施形態では、アプリケーター自体が必要な圧力をかける。
工具はまた、連続的なテープでなく、テープ（２）の一片に被着させるため、刃のようなテープ（２）を切断する手段を有する。
最後に、テープが樹脂（ＲＴＰ）を含んでいるときに、工具は好ましくはテープ（２）を加熱する手段を有する。この手段は、テープ（２）を液状化させ、アプリケーター及びローラーを用いて部品（１）の上に塗る。この手段は、アプリケーターに直接一体化されていてもよい。
好ましくは、この手段もまた、又は代替的に、強化されるべき部品の領域（４）を加熱することができる。
工程は自動化され、工具は、予め決められた路に沿って移動し、一つの領域（４）に一以上のテープ（２）の厚みを配置し、それから続けて、切断後、テープを強化すべき他の領域（４）に配置する。テープを被着させる工程は、したがって非連続的である。工具はテープを連続的に被着させないが、その代わり部品（１）の異なる位置にテープ（２）の一片を被着させるからである。
工具のこのタイプは、テープ（２）を部品（１）の複雑な形状の上でそのままドレーピングでき、人間の介入を減少させて、生産性を向上させることができる。強化された部品は、短いサイクル周期で大量に製造することができる。
本発明は、本発明の方法によって製造された動力車の部品（１）にも関する。このように、本発明は、充填された熱可塑性素材で成型することで製造され、少なくとも一つの強化要素を含む部品（１）に関する。強化要素は、熱可塑性樹脂（ＲＴＰ）に含浸された単一方向性の連続する繊維（３）の非連続的なテープ（２）のセットであり、部品（１）の表面に被着される。
好ましくは、テープの繊維（３）は応力の集中する領域における主な応力に対応する好ましい方向に沿って方向づけられる。
例示的な実施形態では、部品（１）は、例えば後部ドア、サイドドア、又はボンネットといった動力車の開口部のような半構造部品である。そのような開口部（後部ドア、サイドドア又はボンネットの内側のライナー）であってもよい。
第１の代替的な実施形態では、テープ（２）は部品（１）が成型される金型に直接被着されている。金型はそれから閉じられて、それから部品（１）を製造するために用いられる熱可塑性素材（ＭＴＰ）が射出される。このように、動力車の部品（１）を製造する方法は、次の工程を含む。
−金型の壁に局所的に、単一方向性の連続する繊維（３）のテープ（２）を含む少なくとも一つの強化要素を被着させる工程であって、テープ（２）は、その金型で成型される将来の部品（１）の応力が集中する領域（４）に対応する少なくとも一つの領域で、金型の上に非連続的に被着される、強化要素を被着させる工程、
−金型を閉じる工程であって、それから部品（１）を製造するために、充填された熱可塑性素材（ＭＴＰ）を射出する、金型を閉じる工程。
成型された部品（１）の表面にテープ（２）を被着させる工程は、この場合は選択的である。
第２の代替的な実施形態では、テープ（２）は少なくとも一つの予め形成された強化を得るために、プリフォームの上に被着される。このように、動力車の部品（１）を製造する工程は、以下の工程を含む：
−プリフォームの壁に局所的に、単一方向性の連続する繊維（３）のテープ（２）を含む少なくとも一つの強化要素を被着させる工程であって、テープ（２）は、その金型で成型される将来の部品（１）の応力が集中する領域（４）に対応する少なくとも一つの領域で、プリフォームの上に非連続的に被着される、強化要素を被着させる工程、
−金型内でこのように得られたプリフォームを位置決めする工程、
−金型を閉じる工程であって、それから部品（１）を製造するために、充填された熱可塑性素材（ＭＴＰ）を射出する、金型を閉じる工程。
テープ（２）を成型された部品の表面に被着させる工程は、この場合は選択的である。

Claims (19)

  1. 動力車の部品（１）の製造方法であって、前記部品（１）は、まず充填された熱可塑性素材（ＭＴＰ）を成型することで製造され、
    成型された前記部品（１）は、次に単一方向性の連続する繊維（３）のテープ（２）を含む少なくとも一つの強化要素を局所的に、前記部品（１）の表面に配置することで強化され、
    テープ（２）が少なくとも一つの応力が集中する領域（４）で、前記部品（１）上に非連続的に被着されることを特徴とする、動力車の部品（１）の製造方法。
  2. 前記テープ（２）は、前記応力が集中する領域（４）で、主な応力に対応する所望の方向に前記連続する繊維（３）を方向づけることで被着される、請求項１に記載の方法。
  3. 前記いくつかのテープ（２）は、互いの上面に被着される、請求項１又は２に記載の方法。
  4. 幅が１．３センチメートル未満の前記テープ（２）が用いられる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
  5. 熱可塑性樹脂（ＲＴＰ）を含む前記テープ（２）が用いられる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
  6. 加熱された熱可塑性樹脂（ＲＴＰ）が被着されると同時に、熱可塑性樹脂を含まないテープ（２）が被着される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
  7. 前記部品の熱可塑性素材（ＭＴＰ）の融点と、融点が実質的に同一である熱可塑性樹脂（ＲＴＰ）が用いられる、請求項５又は６に記載の方法。
  8. 前記熱可塑性樹脂（ＲＴＰ）は、加熱され、及び／又は前記部品の前記領域（４）は、前記テープ（２）を被着させる工程の間に加熱される、請求項５〜７のいずれか１項に記載の方法。
  9. 前記熱可塑性素材（ＭＴＰ）は、短いガラス繊維が充填されたポリプロピレン系であり、前記熱可塑性樹脂（ＲＴＰ）もまた、ポリプロピレン系である、請求項５〜８のいずれか１項に記載の方法。
  10. 強化繊維が充填された前記熱可塑性素材（ＭＴＰ）及び／又はタルクが用いられる、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
  11. 強化繊維には、ガラス繊維、炭素繊維、天然繊維から選ばれ、単独で又は組み合わせて用いられる、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
  12. 前記部品（１）は、開口部又は開口部のライナーのような半構造部品である、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
  13. 前記部品（１）は、後部ドアの内側ライナーであり、前記応力の集中する領域（４）は、ヒンジ（４ａ）を取り付けるための後部ドアの上部領域、支柱（４ｂ）の力を占める後部ドアの側部領域、及び鍵（４ｃ）を取り付けるための後部ドアの下方側部領域によって形成されるアセンブリの要素のいずれかから選択される、請求項１２に記載の方法。
  14. 前記部品（１）は、サイドドア又はボンネットのライナーである請求項１２に記載の方法。
  15. 金型で前記部品（１）を成型する工程の前に、単一方向性の連続する繊維（３）のテープ（２）を有する少なくとも一つの強化要素が、前記金型の壁に局所的に被着され、前記テープ（２）は、前記金型で成型される将来の部品（１）の応力の集中する領域（４）に対応する少なくとも一つの領域における前記金型の上に非連続的に被着され、前記部品の表面にテープを被着させる工程は、選択的であることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
  16. 金型で前記部品（１）を成型する工程の前に、単一方向性の連続する繊維（３）のテープ（２）を有する少なくとも一つの強化要素が、プリフォームの壁に局所的に被着され、前記テープ（２）は、前記金型で成型される将来の部品（１）の応力の集中する領域（４）に対応する少なくとも一つの領域における前記プリフォームの上に非連続的に被着され、それからこのようにして得られた前記プリフォームは前記金型に位置決めされ、前記部品の表面にテープを被着させる工程は、選択的であることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
  17. 充填された熱可塑性素材（ＭＴＰ）で成型することで製造される動力車の部品（１）であって、少なくとも一つの応力の集中する領域（４）に少なくとも一つの強化要素を含み、前記強化要素は、前記部品（１）の表面に被着される熱可塑性樹脂（ＲＴＰ）に含浸された単一方向の連続する繊維（３）の非連続的なテープ（２）のセットであることを特徴とする、動力車の部品（１）。
  18. 前記テープの前記繊維（３）は、前記応力の集中する領域（４）における主な応力に対応する所望の方向に方向づけられる、請求項１７に記載の部品。
  19. 前記部品（１）は、開口部又は開口部のライナーのような、半構造部品である、請求項１７又は１８に記載の部品。

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