JP5096467B2 - 複合部材 - Google Patents

Description

発明の背景
１．発明の分野
本発明は、支持部及び強化複合層を有する複合部材、及び複合部材を形成する方法に関する。

２．関連技術の説明
複合部材は、１つのユニットを形成するように結合された少なくとも２つの多様な材料から形成されている。複合部材は、車両用の背もたれ及び構造的なビームを含む様々な設定において使用される。車両用の背もたれは、シートアセンブリに組み付けられ、シートアセンブリは、車両の占有者を支持するために自動車等の車両に配置される。

背もたれは、乗員によって加えられる荷重等の、背もたれに通常加えられる反復する荷重を支持するための十分な剛性を有することによって構造的な要求を満たさなければならない。背もたれは、車両において移動する貨物及び衝突時の占有者荷重によって生ぜしめられる衝撃等の、衝撃時のき裂又は破壊に耐えるように十分な衝撃強さをも有さなければならない。例えば、貨物は、貨物が固定されておらず、車両が事故に巻き込まれた場合、車両において移動することがある。

このように、背もたれは概して鋼等の材料から形成されている。鋼は、上記懸念を満足させるように十分な剛性及び十分な衝撃強さを提供することによって構造的な要求を満たす。しかしながら、鋼製の背もたれは、複数の個々の部材から成り、これらの部材の組立ては、このような構造を比較的高価にする。さらに、鋼は比較的重い材料である。概して車両において、鋼のような重い材料は回避され、可能である場合には、より軽い材料が好まれる。背もたれに関しては、重い材料をより軽い材料と交換することは、車両の燃料経済性を高める。さらに、より軽い材料は、背もたれの組立てプロセス及び車両の組立てプロセスにおいて取り扱いやすい。

技術分野において、背もたれをプラスチック等の比較的軽い材料から形成することが知られている。プラスチックは、プラスチックが鋼よりも軽いだけでなく、背もたれ構成要素が、プラスチックから形成されたフレーム部に一体化されることができることからも、このような用途において有利である。このような背もたれ構成要素は、射出成形プロセスの間にフレーム部に一体的に形成されたヘッドレストガイドを含む。また、プラスチックは、一回の射出成形プロセスにおいて背もたれを製造することができるという利点を有する。

しかしながら、このような用途におけるプラスチックの使用は、鋼と比較してプラスチックの比較的低い剛性及び低い衝撃強さにより、制限されている。プラスチックから形成された背もたれは、十分な剛性及び衝撃強さを達成するために、鋼から形成されたものよりも厚くなければならない。その結果、プラスチックから形成された背もたれは、車両におけるパッケージングの制約を満たすには厚すぎる。

技術分野において、背もたれの剛性及び衝撃強さを高めるために背もたれを複合材料から形成することが知られている。このような背もたれの例は、プラスチック支持部と、支持部を強化するための、支持部に取り付けられた金属強化部とを含む。支持部のプラスチックと強化部の金属との間の十分な相互作用を得ることは困難である。さらに、金属強化部をより軽い材料と交換することによって、重量をさらに減じることができる。さらに、このような背もたれは、プラスチックと金属とから形成されているので、リサイクルが容易ではない。

したがって、背もたれの厚さを著しく増大することなく、十分な剛性及び衝撃強さをも有しながらプラスチックによって提供されるような特徴の比較的軽い重量及び一体可能性を有する、背もたれ等の複合部材を製造することが望ましい。また、容易にリサイクル可能な複合部材を製造することも望ましい。さらに、複合部材の材料の間の相互作用をも改良しながら複合部材の剛性及び衝撃強さを高める方法を提供することも望ましい。

発明及び利点の概要
本発明は複合部材である。複合部材は、熱可塑性材料を含む支持部を含み、結合端部を提供する。少なくとも１つの強化保護層が支持部の結合端部に突き当たっている。少なくとも１つの強化複合層は、ポリマ材料と、ポリマ材料に含浸された複数の繊維とを有する。ポリマ材料は、支持部の結合端部と一体化された少なくとも１つの強化複合層の結合部を提供する。

本発明は、熱可塑性材料を含む支持部と、ポリマ材料とポリマ材料に含浸された複数の繊維とを含む少なくとも１つの複合強化層を含む強化複合層とを有する、複合部材を形成する方法をも含む。この方法は、複合層を型内に配置することを含む。方法は、さらに、熱可塑性材料を溶融状態に加熱し、溶融状態の熱可塑性材料を強化複合層と接触して配置することを含む。方法は、さらに、支持部と強化複合層を一体化するために、支持部の熱可塑性材料と、複合層のポリマ材料との間の相互作用を促進することを含む。

したがって、支持部の結合端部を形成する熱可塑性材料は、強化複合層の結合部を形成するポリマ材料と一体化されている。熱可塑性材料と強化複合層との組み合わせは、強化複合層を支持する熱可塑性材料と、熱可塑性材料を強化する強化複合層との、有利な組み合わせを生じる。特に、支持部の熱可塑性材料自体は、荷重を受けた場合に破壊を受けやすく、強化複合層自体は、荷重を受けた場合に破壊を受けやすい。熱可塑性材料と強化複合層値が互いに一体化されている場合、荷重を受けた場合に破壊を回避するために、熱可塑性材料は強化複合層を支持し、強化複合層は熱可塑性材料を強化する。

さらに、強化複合層は従来技術と比較して比較的軽いので、複合部材の重量を減じる。さらに、支持部の熱可塑性材料と強化複合層のポリマ材料とは、支持部と強化複合層とを１つのユニットに組み合わせるために互いに容易に一体化される。さらに、複合部材を形成するために使用される材料のタイプにより、複合部材は容易にリサイクル可能である。なぜならば、熱可塑性材料と強化複合層とは、一緒にリサイクル可能であるので、一緒にリサイクル可能ではない多様な材料を分離する必要がないからである。

本発明のその他の利点が、添付の図面に関連して考慮された場合に以下の詳細な説明を参照することによってさらによく理解されるので、容易に認められるであろう。

支持部及び強化複合層を有する、背もたれの形式の複合部材の斜視図である。 クロスメンバを有する背もたれの別の実施形態の斜視図である。 クロスメンバと、クロスメンバと一体化されたクロスメンバ複合層とを有する背もたれの別の実施形態の斜視図である。 強化複合層の斜視図である。 強化複合層の１つの実施形態の分解図である。 強化複合層の別の実施形態の分解図である。 強化複合層の別の実施形態の分解図である。 予備成形型の斜視図である。 型に配置された強化複合層を備えた型の概略図である。 図１の線８−８に沿った、リブ及び強化複合層の断面図である。 リブの別の実施形態の断面図である。 リブの別の実施形態の断面図である。

発明の詳細な説明
図面において複数の図面を通じて対応する部材を同じ符号が示しており、図面を参照すると、複合部材は概して２０で示されている。複合部材２０は様々な用途のためのあらゆるタイプの複合部材２０であってよいことが認められるべきである。例えば、複合部材２０は、背もたれ２２又は構造的なビーム（図示せず）であってよい。図示された実施形態において、複合部材２０は、自動車等の車両用の背もたれ２２である。背もたれ２２は、着席した乗員又は貨物を支持するための概して水平に延びた座面を有するシートアセンブリ（図示せず）に組み付けられている。背もたれ２２は、例えば、バス、航空機、船舶を含むあらゆるタイプの車両において使用されてよいことが認められるべきである。要求されていないが、背もたれ２２は、通常、支持部２４及び強化複合層２６を包囲する発泡体と、発泡体を被覆するカバーとを有する。

図１〜３及び８Ａ〜Ｃに示されているように、複合部材２０は、支持部２４と、少なくとも１つの強化複合層２６とを有している。付加的に以下に説明されるように、複合部材２０は、２つ以上の強化複合層２６を有することもできる。支持部２４は熱可塑性材料を有しており、強化複合層２６は、支持部２４の熱可塑性材料と一体化されている。すなわち、以下に説明するように、支持部２４と強化複合層２６とは、１つのユニットを形成するように互いに取り付けられている。強化複合層２６は、支持部２４に対して薄い。それぞれの強化複合層２６の厚さは、約０．１〜０．５ｍｍであることができる。

図５Ａ〜Ｃに最もよく示されているように、強化複合層２６は、ポリマ材料と、ポリマ材料に含浸された複数の繊維２８とを有している。強化複合層２６は、熱可塑性材料と様々な形式で一体化されることができる。例えば、強化複合層２６は、予備成形され、その後に熱可塑性材料と一体化される連続繊維強化マットの形式であることができる。このような連続繊維強化マットの例は、ＣＦＲＴという商品名の、カナダ、オンタリオ州バーリントンにあるBaycomp Canadaによって市販されているものである。択一的に、例えば、複数の繊維２８とポリマ材料とは、熱可塑性材料と同時に一体化される。

図８Ａ〜Ｃに最もよく示されているように、支持部２４は結合端部３２を有しており、強化複合層２６は支持部２４の結合端部３２に突き当たっている。特に、ポリマ材料は、強化複合層２６の結合部３４を形成しており、結合部３４は支持部２４の結合端部３２と一体化されている。強化複合層２６のポリマ材料は、強化複合層２６と支持部２４とを互いに取り付けるために支持部２４の熱可塑性材料と一体化されている。

互いに取り付けられた支持部２４の熱可塑性材料と強化複合層２６との組み合わせは、有利な組み合わせを生じる。特に、支持部２４の熱可塑性材料自体は、荷重を受けた場合に割れることがある。強化複合層２６は、荷重を受けた場合に折れる及び／又は割れることがある。熱可塑性材料と強化複合層２６とが互いに一体化されている場合、強化複合層２６の折れ及び／又は割れを回避するために、すなわちねじり剛性を提供するために、熱可塑性材料が強化複合層２６を支持し、荷重を受けた時に熱可塑性材料の割れを回避するために強化複合層２６が熱可塑性材料を強化する。すなわち、強化複合層２６は、複合部材２０に、増大した剛性及び衝撃強さを提供する。

好適には、熱可塑性材料が様々な構成及び形状に成形されることができるように、熱可塑性材料は射出成形されることができるタイプである。当業者に知られているように、プラスチック射出成形は、熱可塑性材料が溶融状態になるように熱可塑性材料を加熱し、熱可塑性材料を型６６、特に射出成形用金型３６内に噴射することによって行われる。例えば、射出成形用金型３６は概して図７に示されている。次いで、熱可塑性材料を固化するために熱可塑性材料が冷却され、その後、熱可塑性材料は射出成形用金型３６から取り出される。熱可塑性材料は好適には、射出成形から生じる最終形状製品を製造するタイプのものである。当業者に知られているように、最終形状製品は、射出成形用金型３６から取り外された時に仕上げられている射出成形製品として定義される。すなわち、複合部材２０は仕上げられており、射出成形用金型３６からの取出し後の二次的な仕上げ作業を必要としない。

例えば、支持部２４の熱可塑性材料は、第１のナイロンを含む。特に、例えば、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例は、商品名Ultramid ^(R) TG7S PA6 である、ニュージャージー州フローハムパークにおける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。支持部２４は、本発明の性質から逸脱することなく、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熱可塑性材料から形成されていることができる。

強化複合層２６のポリマ材料は、通常、支持部２４の熱可塑性材料とは異なる第２の熱可塑性材料を含む。１つの実施形態において、第２の熱可塑性材料は、支持部２４の第１のナイロンとは異なる第２のナイロンである。択一的に、支持部２４の第１のナイロンと、強化複合層２６の第２のナイロンとは同じタイプの材料である。本発明の性質から逸脱することなくポリマは熱硬化性材料であってもよいことが認められるべきである。

図８Ａ及び図８Ｂに最もよく示されているように、支持部２４の結合端部３２は、強化複合層２６の結合部３４に融着されている。このような構成において、好適には強化複合層２６の第２の熱可塑性材料は、支持部２４の熱可塑性材料よりも低い融解温度を有している。特に、支持部２４の熱可塑性材料は、第１の融解温度を有しており、強化複合層２６の第２の熱可塑性材料は、第２の融解温度を有しており、第１の融解温度は第２の融解温度よりも高い。例えば、第１の融解温度は２９３．３〜３１５．６℃（５６０〜６００゜Ｆ）であり、第２の融解温度は、２０４．４〜２９３．３℃（４００〜５６０゜Ｆ）である。

結合端部３２が結合部３４に融着されている構成において、結合端部３２と結合部３４との一体化は、好適には、比較的長い中断されない境界面に沿って延びている。この中断されない境界面は、結合端部３２と結合部３４との間の一体化の強度を増大する。

結合端部３２が結合部３４に融着されている構成において、好適には、支持部２４の熱可塑性材料と、強化複合層２６の第２の熱可塑性材料とは、熱可塑性材料と第２の熱可塑性材料とが溶融して互いに一体化するように、相溶性である。

１つの構成において、複合部材２０は、支持部２４の熱可塑性材料と強化複合層２６との間に配置されたポリウレタン層を有している。このような構成において、ポリウレタンは、支持部２４の熱可塑性材料及び強化複合層２６のポリマ材料と融着するようにポリウレタン層が伝導性であるような特性を有するように選択されている。このような構成は、熱可塑性材料及びポリマ材料が選択されることができる材料の範囲を増大する。なぜならば、このような構成において、熱可塑性材料及びポリマ材料は、互いに融着可能である必要はなく、ポリウレタン層に融着可能であることが要求されるからである。

図８Ｃに最もよく示されているように、融着の代わりに又は融着に加えて、支持部２４の結合端部３２は強化複合層２６の結合部３４と機械的に結合されている。特に、強化複合層２６の結合部３４は穴３８を形成しており、支持部２４の結合端部３２は、さらに、穴３８を貫通して強化複合層２６に係合するプラグ４０として形成されている。

図５Ａ〜Ｃに最もよく示されているように、好適には、複数の繊維２８はさらに、不連続な繊維、すなわち短い繊維とは逆の複数の連続繊維３０として定義されている。連続繊維は細長く、強化複合層２６における応力がポリマ材料から連続繊維３０へ伝達され、連続繊維３０がポリマ材料を強化する。すなわち、応力は連続繊維３０へ引き渡され、強化複合層２６が荷重を受けた場合にポリマ材料は連続繊維３０の周囲において変形することがない。連続繊維３０は、ポリマ材料で含浸及び均一に被覆されている。例えば、連続繊維３０はそれぞれ、概して同じ方向に延びており、強化複合層２６の長さに沿って延びている。強化複合層２６が連続繊維３０を含む構成において、強化複合層２６自体は、連続繊維３０に沿って延びた軸線を中心としてフレキシブルであり、荷重を受けた時に座屈を生じる。支持部２４は、荷重を受けた時に軸線を中心とする曲げを回避しかつ座屈を回避するために強化複合層２６を支持する。択一的に、複数の繊維２８が不連続である、すなわち短繊維であることが認められるべきである。複数の繊維２８が不連続である構成において、ポリマ材料は繊維２８の周囲において変形し、応力はほとんどポリマ材料から繊維２８へ引き渡されない。

連続であるか、不連続であるか又はその他であるかにかかわらず、複数の繊維２８はそれぞれ好適には概して同じ方向に延びている。択一的に、複数の繊維は、種々異なる方向に延びているか、又は織られている、すなわち互いに交錯されていることができる。強化複合層２６の複数の繊維２８は好適にはガラス繊維である。択一的に、複数の繊維２８は炭素繊維である。しかしながら、繊維２８は、当業者に知られたあらゆるタイプのものであってよい。

図５Ａ〜Ｃに最もよく示されているように、好適には複合部材２０は複数の強化複合層４２を含んでいる。このような構成において、好適には複数の強化複合層４２のそれぞれは、互いに一体的に積層されており、１つの積層体４８を形成している。複合部材２０の剛性及び衝撃強さはそれぞれの強化複合層４２の付加により増大されている。１つの積層体４８を形成する複数の強化複合層４２の厚さの合計は、約１〜２ｍｍであることができる。

複数の強化複合層４２は、連続繊維又は不連続線委を有する強化複合層２６のあらゆる組み合わせを含むことができる。例えば、複数の強化複合層４２は、連続繊維３０を有する複数の強化複合層４２、織られた繊維を有する複数の強化複合層４２、又は連続繊維３０を有する少なくとも複合層２６と織られた繊維を有する少なくとも１つの強化複合層２６との組み合わせを含むことができる。

複合部材２０が複数の強化複合層４２を含んでいる構成において、各強化複合層２６の繊維２８の材料は、他のそれぞれの強化複合層２６の繊維２８と同じ又は異なることができる。例えば、それぞれの強化複合層２６の繊維２８はガラス繊維であることができ、それぞれの強化複合層２６の繊維２８は炭素繊維であることができるか、又は複数の強化複合層４２は、ガラス繊維を有する１つ又は２つ以上の強化複合層と炭素繊維を有する１つ又は２つ以上の強化複合層２６との組み合わせを含むことができる。

図５Ａ〜Ｃに最もよく示されているように、複合層２６のそれぞれが連続繊維３０を有している構成において、好適には少なくとも第１の強化複合層４４が、連続繊維３０が第１の方向Ｄに延びているように向き付けられており、少なくとも第２の強化複合層４６が、連続繊維３０が第１の方向Ｄに対して角度を成して延びているように向き付けられている。すなわち、複数の強化複合層４２は、少なくとも１つの強化複合層２６の繊維２８が他の強化複合層２６の繊維２８に対して角度を成して延びているように配置されることができる。択一的に、複数の強化複合層４２は、それぞれの強化複合層４２の連続繊維３０が他の強化複合層２６の繊維２８に対して平行に延びているように配置されることができる。

複数の強化複合層４２の複数の構成が図５Ａ〜Ｃに示されている。特に、図５Ａは、それぞれが連続繊維３０を有する６つの強化複合層２６を有する、複数の強化複合層４２の構成の分解図を示している。図５Ａに示された構成を下から順に見ていくと、１つの強化複合層２６は第１の方向Ｄに延びた繊維２８を有しており、次の強化複合層２６は、第１の方向Ｄに対して概して９０゜に延びた繊維２８を有しており、次の２つの強化複合層２６はそれぞれ、概して第１の方向Ｄに沿って延びた繊維２８を有しており、次の強化複合層２６は、第１の方向Ｄに対して概して９０゜に延びた繊維２８を有しており、次の強化複合層は、第１の方向Ｄに沿って延びた繊維２８を有している。

図５Ｂは、それぞれが連続繊維３０を有する６つの強化複合層２６を有する、複数の強化複合層４２の別の構成の分解図を示している。図５Ｂに示された構成を下から順に見ていくと、２つの強化複合層２６がそれぞれ、第１の方向Ｄに延びた繊維２８を有しており、次の２つの強化複合層２６がそれぞれ、第１の方向Ｄに対して概して９０゜で延びた繊維２８を有しており、次の２つの強化複合層２６がそれぞれ、概して第１の方向Ｄに延びた繊維２８を有している。

図５Ｃは、それぞれが連続繊維３０を有する７つの強化複合層２６を有する、複数の強化複合層４２の別の構成の分解図を示している。図５Ｃに示された構成を下から順に見ていくと、３つの強化複合層２６がそれぞれ、第１の方向Ｄに延びた繊維２８を有しており、次の強化複合層２６が、第１の方向Ｄに対して９０゜で延びた繊維２８を有しており、次の３つの強化複合層２６がそれぞれ、第１の方向Ｄに延びた繊維２８を有している。

図１〜３及び図８Ａ〜Ｃに示されているように、支持部２４はリブ２５を形成しており、リブ２５は結合端部３２を提供している。強化複合層２６は、キャビティ５０を形成しており、リブ２５はキャビティ５０に配置されている。特に、強化複合層２６は、基部５２及び１対の側部５４を備えたコの字型である。１対の側部５４のそれぞれは、互いに間隔を置いて配置されており、基部５２から延びており、これらの側部の間にキャビティ５０を形成している。図８Ａ〜Ｃに最もよく示されているように、強化複合層２６はＵ字形である。リブ２５は、１対の側部５４と基部５２との間に延びており、１対の側部５４及び基部５２と一体化されている。

図８Ｂに示されているように、支持部２４は、強化複合層２６に突き当てられた熱質量を有している。熱質量は、支持部２４と強化複合層２６との境界面に配置されており、図８Ｂに示されているように、リブ２５は、強化複合層２６に突き当てられた熱質量５６を有している。以下で説明するように、支持部２４が強化複合層２６に融着されている構成において、熱質量５６は、ポリマ材料の強化複合層２６を溶融させるために強化複合層２６を加熱する。

図１〜３に示されている背もたれ２２に関して、背もたれ２２は、支持部２４から間隔を置いて配置された第２の支持部５８と、この第２の支持部５８と一体化された別の強化複合層５９とを有している。第２の支持部５８は、支持部２４と同じタイプの熱可塑性材料を含み、別の強化複合層５９は、強化複合層２６と同じタイプの材料を含む。通常、第２の支持部５８及び別の強化複合層５９は、支持部２４及び強化複合層２６の鏡像である。

背もたれ２２は、通常、背もたれ２２の強度及び剛性を高めるために、支持部２４と第２の支持部５８との間に延びた少なくとも１つのクロスメンバ６０を有している。クロスメンバ６０は、熱可塑性材料から成り、支持部２４及び第２の支持部５８と一体的である。特に、図１〜３に示されているように、背もたれ２２は、互いに間隔を置いて配置されかつ概して平行に延びた１対の脚６２を備えた概してＵ字形である。クロスメンバ６０は、１対の脚６２の間に延びており、これらの脚に連結されている。１対の脚６２の一方は、支持部２４と強化複合層２６とによって形成されており、１対の脚６２の他方は、第２の支持部５８と別の強化複合層５９とによって形成されている。強化複合層２６及び別の複合層５９は、それぞれ、支持部２４及び第２の支持部５８を強化するために、それぞれ１対の脚６２の１つに沿って延びている。特に、強化複合層２６及び第２の強化複合層２８は、荷重を受けた時に座屈又は割れを生じないように、支持部２４及び第２の支持部５８を強化している。強化複合層２６は、背もたれ２２の衝撃剛性を高めるために、背もたれ２２の決定的な領域に配置されることができる。

熱可塑性材料は、支持部２４、第２の支持部５８及び／又はクロスメンバ６０と一体の、すなわち一片を成した背もたれ構成要素を形成している。特に、図１〜３に示されているように、クロスメンバ６０はヘッドレストガイド６４を形成している。クロスメンバ６０は、ヘッドレストガイド６４にヘッドレスト（図示せず）を収容する。支持部２４と、第２の支持部５８と、クロスメンバ６０とは、バックパネル、サイドボルスター、トリムアタッチメント、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、及びこれらのあらゆる組み合わせ等の、しかしこれらに限定されない、当業者に知られるあらゆる背もたれ構成要素を形成することができることが認められるべきである。バックパネル及びサイドボルスター等の背もたれ構成要素は、クラスＡ表面、すなわち車両の占有者に曝される表面を有することができる。例えば、支持部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、背もたれ構成要素は、プラスチック射出成形によって支持部と一緒に形成される。

１つの構成において、クロスメンバ複合層６１は、クロスメンバ６０を強化するためにクロスメンバ６０と一体化されている。クロスメンバ複合層６１は通常、強化複合層２６に関してここで説明されたものと同じ材料を含み、通常、強化複合層２６に関してここで説明されたような形式で形成されている。クロスメンバ複合層６１も、通常、支持部２４及び強化複合層２６の一体化に関してここで説明されたような形式で、クロスメンバ６０と一体化されている。背もたれ２２はあらゆる数の強化複合層２６を有することができ、各強化複合層２６は背もたれ２２に沿ったあらゆる箇所に配置されることができることが認められるべきである。

本発明はさらに、複合部材２０を形成する方法を含む。複合部材２０は型６６を用いて形成される。特に、方法は、強化複合層２６を型６６内に配置するステップと、熱可塑性材料を溶融状態に加熱するステップと、溶融状態の熱可塑性材料を強化複合層２６と接触して配置するステップとを有する。方法はさらに、支持部２４と強化複合層２６とを一体化するために、支持部２４の熱可塑性材料と強化複合層２６のポリマ材料との間の相互作用を促進することを含む。

通常、熱可塑性材料を加熱し、熱可塑性材料を型６６内に配置するステップは、射出成形用金型３６を使用する射出成形として定義される。このような構成において、熱可塑性材料を型６６内に配置するステップは、熱可塑性材料を射出成形用金型３６内に圧力下で噴射することを含む。

図７に示されているように、射出成形用金型３６は、主キャビティ６８と主コア７０とを有する。主キャビティ６８及び主コア７０は、射出成形用金型３６内にプラスチックを噴射するための閉鎖位置と、射出成形用金型３６から複合部材２０を取り出すための開放位置との間で、相対的に移動可能である。特に、図７に示されているように、複合部材２０のための射出成形用金型３６は、主キャビティ６８と、主コア７０と、第１の側部コア７２と、第２の側部コア７４とを有する。このような構成において、好適には主キャビティ６８は定置のままであり、主コア７０と、第１の側部コア７２と、第２の側部コア７４とが、開放位置と閉鎖位置との間を移動可能である。主コア７０と、第１の側部コア７２と、第２の側部コア７４との移動を示すために、図７には矢印Ａが示されている。

本発明の方法は、射出成形用金型３６を開放位置に移動させるステップと、強化複合層２６を射出成形用金型３６に配置するステップと、射出成形用金型３６を閉鎖位置に移動させるステップとを有する。方法はさらに、支持部２４が熱可塑性材料によって形成されかつ強化複合層２６と一体化されるように、熱可塑性材料を射出成形用金型３６内に噴射するステップを有する。特に、強化複合層２６は接触面７９を提供し、熱可塑性材料は、接触面７９に沿って強化複合層２６と接触させられる。

支持部２４の熱可塑性材料と強化複合層２６のポリマ材料との間の相互作用を促進するステップは、熱可塑性材料及び強化複合層２６を１つのユニットに組み合わせる。すなわち、溶融状態における熱可塑性材料が、強化複合層と接触させられる場合、支持部２４の熱可塑性材料と強化複合層２６のポリマ材料とが互いに相互作用し、冷却時に、支持部２４と強化複合層２６とが、互いに一体化する、すなわち一片となる。

相互作用を促進するステップは、支持部２４の熱可塑性材料と強化複合層２６のポリマ材料とを融着することであると定義される。特に、方法は、冷却時に複合材料と熱可塑性材料とを融着するために、溶融状態における熱可塑性材料と接触するように強化複合層２６のポリマ材料の少なくとも一部を溶融させることを含む。融着は、ポリマ材料が加熱された柔らかくなった状態又は溶融状態にある時に溶融状態における熱可塑性材料が強化複合層２６のポリマと相互作用する場合に生じる。冷却時に熱可塑性材料とポリマ材料とが互いに結合されるように、熱可塑性材料とポリマ材料とは互いに相互作用する。特に、熱は溶融状態における熱可塑性材料からポリマ材料へ伝導される。熱はポリマ材料を軟化若しくは溶融させ、軟化又は溶融されたポリマ材料は、溶融状態における熱可塑性材料と相互作用する。

熱可塑性材料の第１の融解温度がポリマ材料の第２の融解温度よりも高い構成において、ポリマ材料を溶融させるステップは、さらに、第２の融解温度が接触中に実現されるように、第１の融解温度における熱可塑性材料を強化複合層２６と接触して配置することと定義される。第１の融解温度における熱可塑性材料が強化複合層２６と接触させられると、熱が熱可塑性材料からポリマ材料へ伝導され、ポリマ材料の温度が第１の融解温度まで高められ、これによりポリマ材料を溶融させる。

ポリマ材料を溶融させるステップは、さらに、熱を熱質量５６からポリマ材料へ伝達するために溶融状態における熱可塑性材料の熱質量５６を複合材料と接触して配置することと定義される。熱質量５６は図８Ｂに最もよく示されている。強化複合層２６のポリマ材料を溶融させるために熱質量５６は強化複合層２６と熱可塑性材料との境界面において強化複合層２６を加熱する。熱可塑性材料とのより大きな接触面積を提供しかつリブ２５のみよりもさらに熱エネルギを保持するために、熱質量５６はリブ２５よりも厚い。

熱可塑性材料からの熱伝導に加え、強化複合層２６のポリマ材料の溶融は様々な形式で促進されることができる。例えば、ポリマ材料を溶融させるステップはさらに、強化複合層２６を伝導により加熱するために型６６を加熱することと定義される。ポリマ材料を第２の融解温度に上昇させるために溶融状態の熱可塑性材料からより小さい熱エネルギが要求されるように、強化複合層２６が加熱される。

択一的に、又は付加的に、方法は、溶融状態における熱可塑性材料を強化複合層２６と接触して配置する前に強化複合層２６を加熱することを含むことができる。例えば、方法は、強化複合層２６を型６６内に配置する前に強化複合層２６を加熱することを含むことができる。択一的に又は付加的に、方法は、強化複合層２６が型６６に配置されている時に強化複合層２６を加熱するステップを含むことができる。

例えば、方法は、熱可塑性材料と強化複合層２６との境界面の近傍において型６６を絶縁するステップを含む。特に、型６６内への熱可塑性材料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ている構成において、プラスチック射出成形のプロセスは射出成形用金型３６を加熱し、射出成形用金型３６を絶縁するステップは射出成形用金型３６における熱を保持する。射出成形用金型３６の熱は強化複合層２６のポリマ材料を軟化させ、熱可塑性材料が射出成形用金型３６内に噴射された時に熱可塑性材料とポリマ材料との間の融着を促進する。

方法は、熱可塑性材料と強化複合層２６との境界面の近傍において型６６を加熱するステップを含むことができる。例えば、型６６は、加熱された油を運搬する加熱された送油管を有することができる。型６６を加熱するために熱が油から型６６に伝達される。送油管によって型６６に伝導された熱はポリマ材料を軟化させ、熱可塑性材料がポリマ材料と接触させられた時に熱可塑性材料とポリマ材料との間の融着を促進する。

方法は、強化複合層２６を加熱するために強化複合層２６に加熱された空気を吹き付けるステップを有することができる。例えば、型６６は、エアポケットを有することができ、強化複合層２６が型６６に配置されている時に、加熱された空気がエアポケットから強化複合層２６に吹き付けられる。境界面への熱可塑性材料の導入の前に、加熱された空気は、熱可塑性材料と強化複合層２６との境界面において強化複合層２６に吹き付けるように方向付けられることができる。加熱された空気は、強化複合層２６のポリマ材料を軟化させ、熱可塑性材料が強化複合層２６と接触させられた時に熱可塑性材料と強化複合層２６との間の融着を促進する。

方法は、強化複合層２６の表面張力を緩和するために強化複合層２６をプラズマ処理又は火炎処理するステップを有することができる。プラズマ処理又は火炎処理は、境界面への熱可塑性材料の導入の前に熱可塑性材料と強化複合層２６との境界面において強化複合層２６に提供される。強化複合層２６のプラズマ処理又は火炎処理は、表面張力を減じ、これは、熱可塑性材料と強化複合層２６との間の融着を促進する。

方法は、強化複合層２６を加熱するために強化複合層２６をプラズマ処理挿入体と接触させるステップを有することができる。プラズマ処理挿入体は、境界面への熱可塑性材料の導入の前に熱可塑性材料と強化複合層２６との境界面において強化複合層２６と接触させられる。プラズマ処理挿入体は、境界面への熱可塑性材料の導入の前に強化複合層２６から取り出されることができる。プラズマ処理挿入体は強化複合層２６を軟化させ、熱可塑性材料が強化複合層２６と接触させられた時に熱可塑性材料と強化複合層２６との間の融着を促進する。

択一的に、相互作用を促進するステップは、支持部２４と強化複合層２６とを機械的に結合することと定義される。特に、ステップはさらに、熱可塑性材料の冷却時に穴３８を通って強化複合層２６を貫通しかつ強化複合層２６に係合するプラグ４０を形成するために、溶融状態における熱可塑性材料を穴３８に導入することと定義される。冷却時、熱可塑性材料は強化複合層２６と機械的に結合される。

択一的に、又は融着及び機械的な結合に加えて、相互作用を促進するステップはさらに、溶融状態における熱可塑性材料を強化複合層２６と接触して配置する前に接触面７９を犠牲にすることと定義される。すなわち、接触面７９は、接触面において強化複合層２６の溶融を促進するために粗くされる。

相互作用を促進するステップはさらに、相互作用を促進するステップはさらに、溶融状態における熱可塑性材料を強化複合層２６と接触して配置する前に、強化複合層２６に定着剤を提供することと定義される。例えば、定着剤は、噴霧、はけ塗り及び／又は浸漬によって強化複合層２６に提供される。定着剤は支持部２４の熱可塑性材料と強化複合層２６のポリマ材料との間の融着を促進する。このような定着剤の例は、商標名Z-6011 Silaneの、ミシガン州ミッドランドにあるDow Corningから市販されているような、ガンマ−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の、サウスカロライナ州サムターにあるEMS-Primidから市販されているもののような、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サミドである。

方法は、通常、型６６内に強化複合層２６を配置する前に強化複合層２６を所定の形状に予備成形するステップをも有する。予備成形するステップはさらに熱成形として定義される。択一的に、予備成形するステップは圧縮成形として定義される。複数の強化複合層４２を有する構成において、複数の強化複合層４２は、圧縮熱成形又は圧縮成形によって１つの積層体４８として組み合わせられる。型６６は、強化複合層２６が型６６に配置される場合に曲げられる又は変形されるように構成されることも認められるべきである。このような構成において、強化複合層２６は、熱可塑性材料が強化複合層２６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。

強化複合層２６は、通常、予備成形型７６を使用することによって予備成形される。予備成形型７６は、所定の形状に対応する予備成形キャビティ８０を有する雌予備成形型半部７８と、成形キャビティ８０に対応する雄予備成形型半部８２とを有している。強化複合層２６が熱成形によって予備成形される構成において、強化複合層２６は、加熱され、予備成形キャビティ８０に配置され、これにより、雄予備成形型半部８２が強化複合層２６に力を加え、予備成形キャビティ８０における強化複合層２６を永久に変形させる。強化複合層２６が圧縮成形によって予備成形される構成において、強化複合層２６は予備成形キャビティ８０に配置され、雄予備成形型半部８２が強化複合層２６に力を加え、予備成形キャビティ８０における強化複合層２６を永久に変形させる。

所定の形状は、強化複合層２６が複合部材２０に提供する構造的強化に基づいて決定される。熱可塑性材料が射出成形される構成において、所定の形状は、主キャビティ６８の形状又は主コア７０の形状に対応する。強化複合層２６は通常、強化複合層２６が射出成形用金型３６に配置された場合に主キャビティ６８又は主コア７０と同一平面に位置決めされる。このような構成において、強化複合層２６が部分的に複合部材２０の外側を形成するように熱可塑性材料が強化複合層２６の１つの側部５４に接触する。特に、背もたれ２２の場合、強化複合層２６は脚６２のうちの一方の形状に対応するように成形されている。強化複合層２６は、プラスチックが強化複合層２６を包囲するように射出成形用金型３６に位置決めされることもできる。

方法はさらに、複数の複合層４２を１つの積層体４８に組み合わせるステップを有する。複数の複合層４２を組み合わせるステップは、第１の方向Ｄに延びた連続繊維３０を備えた複数の強化複合層の少なくとも１つを位置決めし、第１の方向Ｄに対して角度を成して延びた連続繊維３０を備えた複数の強化複合層４２のうちの少なくとも別の強化複合層を位置決めすることを含む。

発明は、例示的な形式で説明されており、使用された用語は制限ではなく説明の言葉の性質にあると意図されていることが理解されるべきである。明らかに、本発明の多くの変更は、上記説明を考慮して可能であり、特別に説明されたものとは異なって実施されることができる。

２０ 複合部材、 ２２ 背もたれ、 ２４ 支持部、 ２５ リブ、 ２６ 強化複合層、 ２８ 繊維、 ３０ 連続繊維、 ３２ 結合端部、 ３４ 結合部、 ３６ 射出成形用金型、 ３８ 穴、 ４０ プラグ、 ４２ 強化複合層、 ４４ 第１の強化複合層、 ４８ 積層体、 ５０ キャビティ、 ５２ 基部、 ５４ 側部、 ５６ 熱質量、 ５８ 第２の支持部、 ５９ 強化複合層、 ６０ クロスメンバ、 ６２ 脚、 ６４ ヘッドレストガイド、 ６６ 型、 ６８ 主キャビティ、 ７０ 主コア、 ７２，７４ 側部コア、 ７９ 接触面、 ８０ 成型キャビティ、 ８２ 雄予備成形型半部

Claims (26)

1. 車両のための背もたれ（２２）において、
   熱可塑性材料を含みかつ結合端部を提供する支持部（２４）が設けられており、
   該支持部（２４）の前記結合端部（３２）に突き当たっておりかつポリマ材料と該ポリマ材料に含浸された複数の連続繊維（３０）とを含む少なくとも１つの強化複合層（２６）が設けられており、前記ポリマ材料が、前記支持部（２４）の前記結合端部（３２）と一体化された前記少なくとも１つの強化複合層（２６）の結合部（３４）を提供しており、前記少なくとも１つの強化複合層（２６）の前記ポリマ材料が、前記支持部（２４）の前記熱可塑性材料とは異なる第２の熱可塑性材料を含み、前記強化複合層（２６）が、基部（５２）と、互いに間隔を置いて配置されておりかつ前記基部（５２）から延びた１対の側部（５４）とを備えたコの字型であり、１対の側部の間にキャビティ（５０）が配置されており、
   前記強化複合層（２６）が、荷重を受けた時に割れを回避するために前記支持部（２４）を強化しかつ前記支持部（２４）が前記強化複合層（２６）を支持するように、前記支持部（２４）の熱可塑性材料が前記強化複合層（２６）の前記基部（５２）と前記１対の側部（５４）とに接触していることを特徴とする、車両のための背もたれ（２２）。
2. 前記少なくとも１つの強化複合層（２６）が、複数の強化複合層（４２）を含み、第１の強化複合層（４４）が、第１の方向（Ｄ）に延びた前記連続繊維（３０）を有し、第２の強化複合層（４６）が、前記第１の方向（Ｄ）に対して角度を成して延びた前記連続繊維（３０）を有する、請求項１記載の背もたれ（２２）。
3. 前記少なくとも１つの強化複合層（２６）が、複数の強化複合層（４２）を含み、第１の強化複合層（４４）が、前記繊維（２８）が第１の方向（Ｄ）に延びるように向けられており、第２の強化複合層（４６）が、前記繊維（２８）が前記第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、請求項１記載の背もたれ（２２）。
4. 前記熱可塑性材料が第１のナイロンを含み、前記第２の熱可塑性材料が、前記第１のナイロンとは異なる第２のナイロンを含む、請求項１記載の背もたれ（２２）。
5. 前記支持部（２４）の前記結合端部（３２）が、前記少なくとも１つの強化複合層（２６）の前記結合部（３４）を前記支持部（２４）の前記結合端部（３２）と一体化するために、前記少なくとも１つの強化複合層（２６）の前記結合部（３４）に融着されている、請求項１記載の背もたれ（２２）。
6. 前記支持部（２４）の前記熱可塑性材料が第１の融解温度を有しており、前記少なくとも１つの強化複合層（２６）の前記第２の熱可塑性材料が第２の融解温度を有しており、前記第１の融解温度が前記第２の融解温度よりも高い、請求項１記載の背もたれ（２２）。
7. 前記少なくとも１つの強化複合層（２６）が複数の強化複合層（４２）を含み、該複数の強化複合層の各層が互いに一体的に積層されており、１つの積層体（４８）を形成している、請求項１記載の背もたれ（２２）。
8. 前記少なくとも１つの強化複合層（２６）の前記結合部（３４）が穴（３８）を形成しており、前記支持部（２４）の前記結合端部（３２）がさらに、前記穴（３８）を通って前記少なくとも１つの強化複合層（２６）を貫通しておりかつ該強化複合層に係合したプラグ（４０）として形成されている、請求項１記載の背もたれ（２２）。
9. 前記支持部（２４）が、前記キャビティ（５０）に配置されたリブ（２５）を形成している、請求項１記載の背もたれ（２２）。
10. リブ（２５）が、前記１対の側部（５４）及び前記基部（５２）との間に延びておりかつ前記１対の側部及び前記基部と一体化されている、請求項１記載の背もたれ（２２）。
11. さらに、前記支持部（２４）から間隔を置いて配置された第２の支持部（５８）が設けられており、前記第２の支持部（５８）を備えた別の強化複合層（５９）が、前記熱可塑性材料を含み、前記別の強化複合層（５９）が前記第２の支持部（５８）と一体化されている、請求項１記載の背もたれ（２２）。
12. 前記支持部（２４）と前記第２の支持部（５８）との間に延びたクロスメンバ（６０）が設けられている、請求項１１記載の背もたれ（２２）。
13. 前記クロスメンバ（６０）が、前記熱可塑性材料を含み、前記支持部（２４）及び前記第２の支持部と一体的である、請求項１２記載の背もたれ（２２）。
14. 熱可塑性材料を含む支持部（２４）と、ポリマ材料と該ポリマ材料に含浸された複数の連続繊維（２８）とを含む強化複合層（２６）とを有する、車両のための背もたれ（２２）を形成する方法において、
    強化複合層（２６）を型（６６）内に配置し、前記強化複合層（２６）が、基部（５２）と、互いに間隔を置いて配置されておりかつ前記基部（５２）から延びた１対の側部（５４）とを備えたコの字型であり、１対の側部の間にキャビティ（５０）が配置されており、
    熱可塑性材料を溶融状態に加熱し、
    溶融状態における熱可塑性材料を強化複合層（２６）の基部（５２）と１対の側部（５４）とに接触してキャビティ（５０）内に配置し、
    支持部（２４）と強化複合層（２６）とを一体化させるために支持部（２４）の熱可塑性材料と強化複合層（２６）のポリマ材料との間の相互作用を促進し、これにより、前記強化複合層（２６）が、荷重に曝された時の破損に抵抗するために前記支持部（２４）を強化し、前記支持部（２４）が前記強化複合層（２６）を支持することを特徴とする、車両のための背もたれ（２２）を形成する方法。
15. 相互作用を促進するステップが、溶融状態における熱可塑性材料と接触した強化複合層（２６）のポリマ材料の一部を溶融させることとして定義される、請求項１４記載の方法。
16. 支持部（２４）の熱可塑性材料が、第１の融解温度を有しており、強化複合層（２６）のポリマ材料が、第１の融解温度よりも低い第２の融解温度を有しており、ポリマ材料を溶融させるステップがさらに、接触中に第２の融解温度が実現されるように第１の融解温度における熱可塑性材料を強化複合層（２６）と接触して配置することとして定義される、請求項１５記載の方法。
17. ポリマ材料を溶融させるステップがさらに、強化複合層（２６）を伝導により加熱するために型（６６）を加熱することとして定義される、請求項１５記載の方法。
18. 支持部（２４）が、該支持部（２４）に沿って延びた熱可塑性材料を含む熱質量（５６）を形成しており、ポリマ材料を溶融するステップがさらに、熱を熱質量からポリマ材料へ伝導するために溶融状態における熱質量（５６）を強化複合層（２６）と接触して配置することとして定義される、請求項１５記載の方法。
19. 複合層（２６）が穴（３８）を形成しており、相互作用を促進するステップが、熱可塑性材料の冷却時に、穴（３８）を通って強化複合層（２６）を貫通しかつ該強化複合層に係合するプラグ（４０）を形成するために、溶融状態における熱可塑性材料を穴（３８）を通って導入することとして定義される、請求項１４記載の方法。
20. 強化複合層（２６）が、溶融状態における熱可塑性材料に接触するための接触面（７９）を提供し、相互作用を促進するステップが、溶融状態における熱可塑性材料を強化複合層（２６）と接触して配置する前に接触面（７９）を粗くすることとして定義される、請求項１４記載の方法。
21. 相互作用を促進するステップが、溶融状態における熱可塑性材料を強化複合層（２６）と接触して配置する前に強化複合層（２６）に定着剤を塗布することとして定義される、請求項１４記載の方法。
22. 強化複合層（２６）を型（６６）内に配置する前に強化複合層（２６）を所定の形状に予備成形するステップを含む、請求項１４記載の方法。
23. 型（６６）がさらに、射出成形用金型（３６）として定義され、熱可塑性材料を型（６６）内に配置するステップが、熱可塑性材料を圧力下で射出成形用金型（３６）内に噴射することを含む、請求項１４記載の方法。
24. 強化複合層（２６）がさらに、複数の強化複合層（４２）として定義され、さらに、複数の強化複合層（４２）を１つの一体的な積層体（４８）に組み合わせることを含む、請求項１４記載の方法。
25. 複数の強化複合層（４２）を組み合わせるステップが、第１の方向（Ｄ）に延びた連続繊維（３０）を備えた複数の強化複合層（４２）のうちの少なくとも１つを位置決めし、第１の方向（Ｄ）に対して角度を成して延びた連続繊維（３０）を備えた複数の強化複合層（４２）のうちの少なくとも別の強化複合層を位置決めすることを含む、請求項２４記載の方法。
26. 車両用の背もたれ（２２）において、
    支持部（２４）と、該支持部（２４）から間隔を置いて配置された第２の支持部（３８）とが設けられており、前記支持部（２４）と前記第２の支持部（５８）とのそれぞれが、熱可塑性材料を含みかつ結合端部（３２）を提供しており、
    前記支持部（２４）と前記第２の支持部（５８）との間に延びたクロスメンバ（６０）が設けられており、
    前記支持部（２４）の前記結合端部（３２）に突き合わされた強化複合層（２６）と、前記第２の支持部（５８）の前記結合端部に突き合わされた別の強化複合層（５９）とが設けられており、
    前記強化複合層（２６）と前記別の強化複合層（５９）とのそれぞれが、ポリマ材料と、該ポリマ材料に含浸された複数の繊維（２８）とを含み、前記強化複合層（２６）と前記別の強化複合層（２６）とのそれぞれの前記ポリマ材料が、前記支持部（２４）と前記第２の支持部（５８）との前記結合端部（３２）にそれぞれ一体化された結合部（３４）を提供しており、
    前記強化複合層（２６）と別の強化複合層（２６）とのそれぞれが、基部（５２）と、互いに間隔を置いて配置されておりかつ前記基部（５２）から延びた１対の側部（５４）とを備えたコの字型であり、１対の側部の間にキャビティ（５０）が配置されており、
    前記支持部（２４）の熱可塑性材料が、前記強化複合層（２６）と前記別の強化複合層（２６）との前記ベース（５２）と前記１対の側部（５４）とに接触しており、これにより、前記強化複合層（２６）と前記別の強化複合層（２６）とが、荷重に曝された時の破損に抵抗するために前記支持部（２４）を強化し、前記支持部（２４）が前記強化複合層（２６）と前記別の強化複合層とを支持していることを特徴とする、車両用の背もたれ（２２）。

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