JP2018504304A - 自動車用のハイブリッド構造部品の製造方法、及び、そのハイブリッド構造部品 - Google Patents

自動車用のハイブリッド構造部品の製造方法、及び、そのハイブリッド構造部品 Download PDF

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Abstract

本発明は、金属材料シートを成形するステップと、複合材料シートを準備するステップと、前記金属材料シートの面、又は、前記複合材料シートの面にボンディング材の層を適用するステップと、前記複合材料シートを前記金属材料シートの形状に成形し、前記複合材料シートを前記金属材料シートに前記ボンディング材の層によって接合することにより、ハイブリッド要素を成形するステップと、ポリマー材料を用いたオーバーモールディングによって補強要素を製造するステップとによって構成される、自動車のハイブリッド構造部品の製造方法に関する。【選択図】図１

Description

この発明は、自動車用のハイブリッド構造部品の製造方法、及び、そのハイブリッド構造部品に関する。
ハイブリッド構造部品という用語は、いくつかの異なる材料、特に、金属材料と、一種類又はそれ以上のポリマー材料によって形成される構造部品を指す。
自動車における特定の構造部材は、衝突の際に著しくストレスを受けることになり、車体構造のインテグリティを維持するために、衝突エネルギーの一部を吸収することができなければならない。また、このような構造部材は、様々な構造的機能が耐えられるよう十分に強くなければならない。例えば、自動車のセンターピラーの場合、側面衝突の際に高度のストレスを受けることになり、ヒンジを介してリアドアを維持し、フロントドアにおける後側のクロージングシステムを介してフロントドアの抵抗力を維持しなければならない。
更に、製造者は、自動車のエネルギー消費量を低減するために、自動車の構造の軽量化を図ろうとしている。
異なる材料（一般的には、金属材料とポリマー材料）によって形成される、いわゆるハイブリッド構造が知られている。
ドイツ特許出願公開ＤＥ３０１１３３６Ａ１公報は、金属シートと繊維強化ポリマー材料とを接着または圧着することによって得られる軽量コンポーネントを開示している。得られる部品の強度には言及されていないが、記載された方法によれば、外観性を向上させた部品を生成できる。
欧州特許出願公開ＥＰ０３７０３４２Ａ２公報は、製造が容易で、良好な強度と剛性を有する軽量構造部品を記述している。この部品は、注入されたポリマー材料で作られたリブのネットワークを凹部の内部に有する凹状のピースから形成されている。この凹状部品は、金属であってもよく、ホットプレスによって成形された繊維強化ポリマーであってもよい。このリブのネットワークは、交差接続によって凹状部品に接合される。この接続方式は、凹状部品の強度を低下させてしまう欠点がある。更に、このような不連続点による接続は、凹状部品とリブのネットワークとを最適な方法で組み合わせて機能させることができず、軽量化を妨げてしまう。
欧州特許ＥＰ１５５０６０４Ｂ１公報は、予め熱活性表面コーティングがコーティングされた金属材料シートが形成され、その後、熱可塑性材料が、表面コーティングを有する金属材料シートの表面に適用されることを特徴とするハイブリッド構造部品の製造方法を記述している。このタイプのハイブリッド部品の強度は、半構造部品には適しているとしても、特に、自動車のシャシーの構造部品（センターピラー、ピラーＡ、ピラーＣ、縦方向外側サイドレール、ルーフクロスメンバー、インパクトビーム、又は、その他の自動車用構造要素）としては、衝撃に対して不十分であることが証明されるかも知れない。
ドイツ特許出願公開ＤＥ?１０２００９０４２２７２Ａ１公報は、金属シートの上に配置されたポリマー材料の補強層と、補強構造（当該補強層に適用される熱可塑性材料によって構成され、リブを有する）とを有する構造部品を記述している。金属シートのエッジは、当該補強層又は当該補強構造によっては覆われていない。
ドイツ特許出願公開ＤＥ３０１１３３６Ａ１公報 欧州特許出願公開ＥＰ０３７０３４２Ａ２公報 欧州特許ＥＰ１５５０６０４Ｂ１公報 ドイツ特許出願公開ＤＥ?１０２００９０４２２７２Ａ１公報
本発明は、軽量で、かつ、特に耐衝撃性を有する自動車用のハイブリッド構造部品の製造方法を提案することによって、これらの問題を回避することを目的とする。
この目的のため、本発明の主題は、下記のステップからなることを特徴とする自動車用のハイブリッド構造部品の製造方法に関する。
（ａ）金属材料シートの成形、
（ｂ）ポリマーマトリックス（特に、熱可塑性又は熱硬化性の）の中に含浸又は埋め込まれた繊維層（一方向繊維層、及び、織布繊維層の中から選ばれる繊維層）を少なくとも一層有する複合材料シートの準備、
（ｃ）成形の前又は後における前記金属材料シートの一方の面への、或いは、成形の前又は後における前記複合材料シートの一方の面への、ボンディング材の層の適用、
（ｄ）前記複合材料シートを前記金属材料シートの形状に成形し、前記ボンディング材の層により、複合材料シートを金属材料シートに接合することによるハイブリッド要素の形成、
（ｅ）ハイブリッド構造部品を形成するために、ポリマー材料（例えば、熱可塑性ポリマー又は熱硬化性ポリマー）を使用して形成されるハイブリッド要素の少なくとも一部をオーバーモールドすることによる補強要素の製造。
このような方法により、特に耐性（特に耐衝撃性）があり、軽量のハイブリッド構造部品を得ることができる。金属材料シートは、伸びに対して、及び、著しい変形の際に良好な耐性を提供し、複合材料シートは、アセンブリの衝撃吸収能力を増加させる一方で、金属材料シートの形状にマッチし、また、アセンブリの剛性及び機械的強度を増加させる。そして、オーバーモールドされたポリマー材料は、ハイブリッド構造部品を補強し、強固にする。
本発明においては、複合材料シートが前記金属材料シートの一方の面を部分的に覆うように、ハイブリッド要素の成形ステップ（ｄ）が実行され、ポリマー材料が、前記複合材料シートによって覆われていない金属材料シートの面の部分を少なくとも部分的に覆うように、補強要素の製造ステップ（ｅ）が実行される。
ステップ（ａ）及び（ｂ）は、任意の順序で実行することができ、これらのステップは、逆の順番で実行してもよい。
ステップ（ａ）
成形ステップ（ａ）に関し、このステップは、冷間加工ステップ又は熱間加工ステップとしてもよい。金属材料シートは、例えば、厚さが０．１〜１．５ｍｍ、有利には０．１〜１ｍｍ、好ましくは０．２〜０．８ｍｍのシートメタルとすることができる。この金属材料シートは、アルミニウム、マグネシウム、チタニウム、又は、これらのうちの一つ又はそれ以上の金属をベースとする合金としてもよく、或いは、鉄系の合金、例えば、スチール又はステンレススチールとすることができる。金属材料は、冷間加工可能な材料、特に、スチールとしてもよい。
金属シートは、最終的なハイブリッド構造部品の外側部分を形成することが好ましい。このシートは金属であるため、工場の組立ラインにおいて現存する方法を変更することなく、通常の溶接技術によって、自動車ボディーへの組み付けが可能である。
ステップ（ｂ）
複合材料シートを準備するステップ（ｂ）に関し、このシートは、熱可塑性又は熱硬化性のポリマーマトリックスの中に含浸又は埋め込まれた繊維層（一方向繊維層、及び、織布繊維層の中から選ばれる繊維層）を少なくとも一層有している。この繊維層は、この部品の長さの全体にわたる又は一部に及ぶ、或いは、その表面の全体にわたる又は一部に及ぶ、連続した補強部を形成する。一つ又はそれ以上のこのタイプの層の存在は、ハイブリッド構造部品の強度を改善する。
複合材料シートがいくつかの一方向繊維層を有する場合、これらの繊維は、すべて同じ方向に配列されることが好ましい。一般的には、一方向繊維の方向は、製造される部品の最大寸法の方向と平行に選択される。
いくつかの織布繊維層が存在している場合、繊維の主な方向は、他の層と同じ方向、又は、異なる方向とすることができる。
有利には、一方向繊維又は織布繊維ウェブの繊維は、その部分の最大寸法に沿った強度を改善するために、製造される構造部分の最大寸法の方向に沿って配列されてもよい。
ある実施形態においては、複合材料シートは、少なくとも一つの一方向繊維層と、少なくとも一つの織布繊維層とによって構成されてもよい。織布繊維が、ハイブリッド構造部品の耐衝撃性を改善する一方で、一方向繊維は、剛性、及び、繊維方向へのストレスに対する耐性を改善する。こうして、特に衝撃に耐え、衝撃を吸収できるハイブリッド構造部品が得られる。
有利には、ステップ（ｂ）において準備される複合材料シートは、一つ又はそれ以上の同一の又は異なる繊維（ガラス繊維、炭素繊維、バサルト繊維、金属繊維、及び、アラミド繊維の中から選ばれる繊維）の層によって構成することができる。
好ましくは、複合材料シートは、少なくとも一つの一方向炭素繊維層と、少なくとも一つの織布繊維層とによって構成することができる。
本発明は、一方向繊維及び／又は織布繊維層の数には限定されない。層の数は、例えば、望まれる強度（特に破壊強度）に応じて、及び／又は、望まれる最大厚さに応じて選んでもよい。複合材料シートは、例えば、３〜６ｍｍ、有利には３〜５ｍｍ、及び、好ましくは４〜５ｍｍの厚さとすることができる。
有利には、複合材料シートは、交互に積み重ねられた、一方向繊維層のスタックと、織布繊維層のスタックとによって構成することができる。これらのスタックは、繊維がスーパーインポーズされた２〜６つの繊維層によって構成してもよい。そのスタックは、有利には、対称的に配置することができる。例えば、７つのスタックまで、又は、それ以上のスタックとすることができる。例えば、２〜６つの繊維層によって構成されたスタックを５つとすることができる。
複合材料シートにおける繊維の含有量は、可変とすることができる。例えば、４０〜８５重量％、有利には、５０〜８５重量％、好ましくは５５〜８０重量％である。
複合材料シートの中の熱可塑性ポリマー材料は、次の中から選択してもよい：脂肪族ポリアミド（ＰＡ）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン、及び、それらの混合物。例えば、ポリアミド６６（ＰＡ６６）、又は、ポリアミド６（ＰＡ６）を用いることができる。
複合材料シートの中の熱硬化性ポリマー材料は、ポリエステル樹脂、エステルビニル、エポキシ、ポリウレタン、または、それらの混合物、の中から選択してもよい。ＳＭＣ（シートモールディングコンパウンド）タイプの製品を形成することも可能である。
複合材料シートは、高圧下でのＲＴＭ（樹脂トランスファー成形法）のような公知の方法によって、又は、圧縮（例えば、カレンダリング）によって、又は、ダブルベルトプレス上で、又は、引抜成形によって、又は、他の適切な方法によって、例えば、重合過程中のモノマー含浸法によって、製造することができる。
このような複合材料シートは、耐衝撃性を改善させる高いエネルギー吸収能力を、最終的なハイブリッド構造部品に付与する。複合材料シートは、強い変形を受けたとき、多数の破壊モード（それぞれエネルギーを吸収する）を組み合わせる。
これらの破壊モードは、特に、
−ポリマーの破断、
−繊維の破断、
−複合材料の層間剥離（層が複数存在するとき）、
−繊維とポリマーの分離
−繊維とポリマーの摩擦
である。
ステップ（ｃ）
このステップは、成形ステップ（ａ）の前又は後において実行することができ、好ましくは、後、又は、ステップ（ｂ）の後に実行することができる。
ボンディング材の層は、ポリマー材料の層とすることができ、必須ではないが、複合材料シートのポリマーと化学的に適合することが好ましい。
有利には、ボンディング材は、所定の温度条件下で、複合材料シートを金属材料シートに接合可能である。ボンディング材は、“熱活性化性”接着剤と呼ばれ、“ホットメルト”接着剤としても知られている。
例えば、ボンディング材が熱活性化可能となる条件は、複合材料シートのホットスタンピング条件、又は、オーバーモールディング材料のオーバーモールディング条件である。
ボンディング材は、架橋性材料とすることができる。このタイプの材料については、その後に、特に、所定の時間にわたって所定の温度（有利には、複合材料シートのホットスタンピング条件における、又は、製造ライン上での電気泳動塗装サイクルにおける）に曝されると、軟化させることはできない。これは、二つのシートの相対的な移動を制限し、又は、阻止する一方で、自動車製造業者の生産ラインにおけるすべての加熱工程を通過させることができる十分な保持力（製造業者における加熱プロセス中に架橋反応が終了したとしても、それらを正しい幾何学的位置において保持することができる力）で、金属材料シートに対し複合材料シートを部分的に接合する、というアドバンテージを、少なくとも有している。
ボンディング材は、無架橋ホットメルト材とすることもできる。無架橋ホットメルトボンディング材は、コポリエステル系或いはコポリアミド系材料、又は、ポリオレフィン系のエラストマー熱可塑性樹脂の中から選択することができる。
架橋ホットメルトボンディング材は、コポリアミド系材料、場合によってはイソシアネートを含む、エポキシド、又は、ポリオレフィンの中から選択することができる。粘着タイプのボンディング材は、国際特許出願公開ＷＯ２０１０−１３６２４１Ａ１公報、欧州特許出願公開ＥＰ２４３５２４６Ａ１公報に記述されている。
熱接着が可能であるならば、その他のタイプの材料、例えば、カナダ特許ＣＡ２３２１８８４Ｃ公報に記述されているシリコン系材料のような材料、又は、ＨＣＭ（ヒートメルトキュラブル）ポリウレタン接着剤も考えられる（このリストには限定されない）。
例えば、次の材料を用いることができる。
−架橋ホットメルトボンディング材：Ｅｖｏｎｉｋ（登録商標），Ｖｅｓｔａｍｅｌｔ（登録商標） Ｘ１３３３−Ｐ１，Ｎｏｌａｘ（登録商標） ＨＣＭ ５５５，Ｌｏｈｍａｎｎ ＤｕｐｌｏＴＥＣ（登録商標），Ｔｅｓａ ＨＡＦ（登録商標）
−無架橋ホットメルトボンディング材：ＥＭＳ Ｇｒｉｌｔｅｘ（登録商標） ＣＥ２０，ＥＭＳ Ｇｒｉｌｔｅｘ（登録商標） ＣＴ１００，Ｎｏｌａｘ Ｃｏｘ（登録商標） ３９１
ステップ（ｄ）
ハイブリッド要素の成形ステップ（ｄ）において、複合材料シートは、金属材料シートへの適用、及び、ボンディング材の層を用いた金属材料シートへの取り付けの前に成形することができる。しかしながら、このような成形ステップは、有利には、部品の製造を容易にし、製造時間を短縮できるように、接合ステップと同時に実行される。
このステップ（ｄ）は、複合材料シートが前記金属材料シートの一方の面を部分的に覆うように実行される。
成形は、特に、ホットスタンピングによって、好ましくは、金属材料シート上でダイレクトに、実行することができる。
複合材料シートは、所定の条件（特に、温度、圧力、及び、場合によっては継続時間を含む）で、ボンディング材の層によって金属材料シートに接合される。
有利には、これらの所定の温度条件は、複合材料シートの組成に応じて変化し得る複合材料シートのホットスタンピング条件に対応する。
有利には、ハイブリッド要素の成形ステップ（ｄ）は、前記複合材料シートを成形するための効率的な温度及び圧力条件における前記金属材料シート上への前記複合材料シートのホットスタンピングステップ（熱圧着としても知られる）（ボンディング材の層が、複合材料シートと金属材料シートの間に配置され、前記ボンディング材が、ホットスタンピング条件において金属材料シートに対して複合材料シートを接合できる）とすることができる。
これにより、ステップ（ｄ）とステップ（ｅ）（例えば、射出成形又は圧縮成形が実行される）において同じツールを使用することができる。ステップ（ｅ）において圧縮成形が実行される場合、このステップは、ステップ（ｄ）と同時に行うことができる。
ホットスタンピングは、例えば、次のような方法で実行することができる。ホットスタンピングオペレーションの前に、軟化させるために十分な温度（例えば、複合材料シートのポリマーの融解温度と等しい温度又はそれよりも高い温度）まで複合材料シートを加熱する。次に、軟化した複合材料シートを、金属材料シート上で、スタンピング成形型の中に配置する。成形型を閉じたら、複合材料シートの成形に有効な圧力下でスタンピングオペレーションを実行する。例えば、８０〜１７０バール、好ましくは１００〜１５０バールの圧力を適用する。任意には、圧力が適用されている間、成形型を７０〜１６０℃、好ましくは８０〜１４０℃の温度に保持してもよい。
複合材料シートを準備するステップの実行中、又は、スタンピングステップの最後の段階において、有利には、複合材料シートからのスクラップ、及び、成形型が閉じているとき、及び／又は、スタンピングオペレーションの実行中に、当該シートの切断の結果生じるスクラップ、又は、不良品（廃棄物）のスクラップを回収するステップを考慮してもよい。これらのスクラップは粉砕し、有利には、ステップ（ｅ）において再利用することができる。
ステップ（ｅ）
補強要素を製造するステップ（ｅ）に関し、このステップは、熱可塑性又は熱硬化性ポリマー材料を用いて、ステップ（ｄ）において形成されたハイブリッド要素の少なくとも一部のオーバーモールディングを実行する。このステップは、特に、その慣性を増加させることによってハイブリッド部品を補強する。
ステップ（ｅ）は、ポリマー材料が、前記複合材料シートによって覆われていない金属材料シートの表面の一部を少なくとも部分的に覆うように実行される。
熱可塑性又は熱硬化性ポリマー材料は、ステップ（ｂ）において準備される複合材料シートの一部を形成するポリマー材料と同じであっても、或いは、異なっていてもよい。
このステップは、ステップ（ｄ）のツールとは異なるツールで実行することができる。
特に、ステップ（ｄ）が、製造コストを削減するホットスタンピングによって実行されるとき、ステップ（ｅ）は、ステップ（ｄ）で用いられるツールと同じツールで実行されることが好ましい。ステップ（ｅ）は、射出成形ステップ又は圧縮成形ステップとすることができる。
有利には、形成された補強要素は、補強リブ（任意には、複合材料シートに対し、つまり、複合材料シートの表面において、実質的に垂直に延在する補強リブ）である。
特に、金属材料シートが凹部を有している場合、これらの補強要素は、アセンブリを補強するために、凹部内に配置されることが有利である。特に、衝突の際に、補強要素の存在は、衝撃下において凹部の実質的な開放又は閉鎖を制限する。特に、ピラーの場合、補強要素は、凹部のエッジ間隔を維持しながら、ピラーの高さ方向又は横方向についての曲率と同様に、実質的な開放又は閉鎖を制限する。
有利には、より強固な補強要素を得るために、オーバーモールディングの前に、ランダムに配置された繊維をポリマー材料に添加してもよい。これらの繊維は、ステップ（ｂ）の複合材料シートの中の繊維と同じものとすることができ、又は、異なるものとすることができる。これらは、炭素繊維、ガラス繊維、バサルト繊維、金属繊維、又は、ポリマー繊維、特に、アラミド繊維、とすることができる。
添加される繊維は、複合材料シートの中の繊維の一つ又はそれ以上のものと同じタイプのものであることが有利である。
特に、ポリマー材料は、複合材料シートから得た、及び、ステップ（ｄ）又はステップ（ｂ）から得た粉砕スクラップ、場合によってはポリマー（特に、複合材料シートの複合材料の中のポリマー、又は、その他の化学的に適合したポリマー）を補ったもの、によって構成してもよい。
これは、ハイブリッド部品の全体的な製造コストを削減する。
また、本発明は、上記方法を実行することによって得られる自動車用のハイブリッド構造部品に関し、
−金属材料シート（特に、成形された金属材料シート）、
−少なくとも前記金属材料シートの一方の面を部分的に覆い、ポリマーマトリックスの中に含浸又は埋め込まれた繊維層（一方向繊維層、及び、織布繊維層の中から選ばれる繊維層）を少なくとも一層有する複合材料シート（特に、成形された複合材料シート）、
−複合材料シートで少なくとも部分的に覆われた前記金属材料シート１２の表面を少なくとも部分的に覆うポリマー材料（特に、成型されたポリマー材料）（任意には、リブが形成される）、によって構成される。
このようなハイブリッド構造部品は、特に金属材料シート及び複合材料シートに対し実質的に垂直な方向の衝撃を受けた際に、著しい耐衝撃性を示す。
金属材料シート、複合材料シート、及び、ポリマー材料の組成は、上記方法の発明に関する記載の通りとしてもよい。
このハイブリッド構造部品は、構造的ピラーを形成してもよい。特に、自動車の二つのドアの間に配置される構造的センタピラー、又は、構造的フロントピラー或いは構造的リアピラーとすることができる。また、縦方向外側サイドレール、ルーフクロスメンバー、インパクトビーム、又は、自動車におけるその他の構造部材とすることもできる。
本発明においては、複合材料シートは、前記金属材料シートの一方の面を部分的に覆い、前記複合材料シートによっては覆われていない面の一部が、少なくとも部分的にポリマー材料によって覆われる。これにより、複合材料シートのスクラップの生成が制限され、また、部品の耐衝撃性に影響を与えることなく、金属材料シートにおける残りの表面が覆われる。
有利には、金属材料シートのうち、覆われずに残っている部分、又は、それらの部分のうちの一部は、ハイブリッド構造部品を他の構造部分に固定する（特に、溶接によって固定する）ための部分とすることができる。これらは、例えば、ハイブリッド構造部品のエッジ部分である。このような二つの部材の取り付けは、例えば、閉断面を形成することにより、ハイブリッド部品の補強に利用することができる。既に組み立てられている自動車の車体の金属部分に対するハイブリッド部品の接合にも利用することができる。例えば、ハイブリッドセンターピラーの場合、金属材料シートにおいて、覆われずに残っている部分を、上部において、ルーフクロスメンバー又はサイドルーフレールに溶接し、また、下部において、外側サイドレール又はメタルロッカーパネルに溶接することができる。
有利には、金属材料シートの少なくとも一方のエッジは、複合材料シートによっても、また、ポリマー材料によっても覆われていない、予め定められた接合（特に、溶接による接合）のための領域（ポリマー材料で覆われている領域によって分離されている）を有することができる。この配置により、金属材料シートのエッジにおける慣性破壊を制限し、これらの領域内での引裂や広範囲にわたる変形を防止することができる。
この場合、金属材料シートのエッジが取り付けられる構造部分のエッジに窪みを形成しておくことが有利であるかも知れない。窪み（金属材料シートの領域のうち、ポリマー材料で覆われる領域と接触することが意図される窪み）の間の領域は、金属材料シートの接合領域と接触することが意図される。これにより、組み付け後のエッジが強化される。
もちろん、ハイブリッド部品への固定が意図される構造部分のいくつかのエッジが、窪みを有していてもよい。
有利には、これらの窪みは、ポリマー材料で覆われている領域の存在との関係で、金属材料シートのエッジにおける肉厚部分を受け入れることができるように形成される。
また、本発明は、構造部分（特に、金属構造部分）への、上記発明によるハイブリッド構造部品のアセンブリに関する。
本発明は、次の非制限的な図面とともに、ここに説明される。
図１は、本発明の一実施形態に係るハイブリッド構造部品の分解斜視図である。 図２は、本発明の他の実施形態に係るハイブリッド構造部品の凹面の部分的な斜視図である。 図３ａは、構造部分に組み付けられた、図２に示した部品の横方向断面図であり、図３ｂは、構造部分に組み付けられた、図２に示した部品のエッジの長手方向断面図である。
図１は、
−成形された金属材料シート１２、
−成形された複合材料シート１４、
−複合材料シート１４で覆われた金属材料シート１２を少なくとも部分的に覆う、成型されたポリマー材料１６（任意には、リブ１８が形成される）、
からなる自動車１０の構造的センターピラーを示している。
金属材料シート１２は凹状部品の形態となっており、凹状内側面１２ａと凸状外側面１２ｂとを有している。
複合材料シート１４は、金属材料シート１２の凹状内側面１２ａを覆う。この複合材料シート１４は、いくつかの繊維層（ポリマーマトリックスの中に含浸され又は埋め込まれた繊維層）からなる。
本発明においては、複合材料シート１４が取り付けられる金属材料シート１２の面１２ａの詳細な形状は限定されず、この面１２ａは、凸状又は他の形状であってもよい。
ポリマー材料１６は、シート１２及び１４の凹部の内側において効果的に延在し、二つのシート１２，１４のエッジを部分的に覆うリブ１８のネットワークを形成する。
例えば、
−厚さが０．６７ｍｍの鋼シート１０、
−厚さが４．３５ｍｍで、５５〜８０重量％の一方向炭素繊維及び織布ガラス繊維を含むポリアミド６６系の複合材料シート、及び、
−厚さが２〜４．５ｍｍで、細断ガラス繊維を５０重量％含むポリアミド６６からなる熱可塑性材料１６、
からなるハイブリッドセンターピラー１０は、全鋼製のピラーに対して３０％軽量で、同じ衝撃挙動を有している（シミュレーションなどによって確認）。
図２及び図３ａ，３ｂは、他の一の実施形態に係るハイブリッド構造部品１１０を部分的に示している。この実施形態においても、ハイブリッド構造部品１１０は、成形された金属材料シート１１２、成形された複合材料シート１１４、及び、金属材料シート１１２を部分的に覆う、成型されたポリマー材料１１６によって構成されている。図２及び図３ｂに示されているように、ポリマー材料１１６は、リブ１１８を形成している。
上述の実施形態と同様に、金属材料シート１１２は、凹状部品の形態となっており、凹状内側面１１２ａと凸状外側面１１２ｂとを有している。
この実施形態では、金属材料シート１１２は（特に、その縦方向エッジ１１３ａ，１１３ｂにおいては）、複合材料シート１１４によって完全には覆われていない。これらの縦方向エッジ１１３ａ，１１３ｂは、接合領域１２０と、ポリマー材料１１６によって覆われた領域１２２とを交互に有している。接合領域１２０は、構造部分に対して固定できるように（特に、溶接によって金属構造部分に対して固定できるように）、複合材料シート１１４によっても、また、ポリマー材料１１６によっても、覆われていない。
更に、図３ａ（図の左側）においてより詳細に示されているように、金属材料シート１１２のうち、接合領域１２０ではなく、かつ、複合材料シート１１４によって覆われていない部分は、ポリマー材料１１６で覆われている。換言すれば、この実施形態では、横断面において、金属材料シート１１２のうち、構造部分に対して取り付けられない部分は、複合材料シート１１４、又は、ポリマー材料１１６のいずれかによって覆われている。図示しないその他の実施形態においては、金属材料シート１１２が、構造部分に対して取り付けられず、かつ、他の材料によって覆われてもいない部分を有していてもよい。
金属構造部分１２４が、図３ａ，３ｂ（断面図）において部分的に示されている。より好適なハイブリッド構造部品１１０の組み付けのために、この金属構造部分１２４のエッジには、ポリマー材料１１６で覆われた領域１２２の反対側に配置されるとともに、これらの領域１２２の存在に起因するエッジ１１３ａの肉厚部分を受け入れることができるようにデザインされた凹状領域又は窪み１２５が設けられている。

Claims (13)

  1. 次の（ａ）〜（ｅ）のステップからなることを特徴とする自動車のハイブリッド構造部品の製造方法。
    （ａ）金属材料シートの成形
    （ｂ）ポリマーマトリックスの中に含浸又は埋め込まれた、一方向繊維層、及び、織布繊維層の中から選ばれる繊維層を少なくとも一層有する複合材料シートの準備
    （ｃ）成形の前又は後における前記金属材料シートの一方の面への、或いは、成形の前又は後における前記複合材料シートの一方の面への、ボンディング材の層の適用
    （ｄ）複合材料シートが、前記金属材料シートの表面を部分的に覆うように、前記複合材料シートを前記金属材料シートの形状に成形し、前記ボンディング材の層によって複合材料シートを金属材料シートに接合することによるハイブリッド要素の形成
    （ｅ）ハイブリッド構造部品を形成するために、ポリマー材料が、前記複合材料シートによって覆われていない金属材料シートの表面の一部を少なくとも部分的に覆うように、ポリマー材料を使用して形成されたハイブリッド要素の少なくとも一部をオーバーモールドすることによる補強要素の製造
  2. ハイブリッド要素の成形ステップ（ｄ）が、前記複合材料シートの成形に十分な温度及び圧力条件下における、前記金属材料シート上の前記複合材料シートのホットスタンピングステップであり、ボンディング材の層が、複合材料シートと金属材料シートの間に位置し、前記ボンディング材が、ホットスタンピング条件において複合材料シートを金属材料シートに接合できることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
  3. ステップ（ｄ）及びステップ（ｅ）が、同じツールで実行されることを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
  4. ステップ（ｂ）において準備される複合材料シートが、少なくとも一つの一方向繊維層、及び、少なくとも一つの織布繊維層からなることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。
  5. ステップ（ｂ）において準備される複合材料シートが、一つ又はそれ以上の、ガラス繊維、炭素繊維、バサルト繊維、金属繊維、又は、アラミド繊維の中から選ばれる同一の又は異なる繊維の層によって構成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法。
  6. ステップ（ｅ）の実行中において、形成される補強要素が補強リブであり、任意には、複合材料シートに対し実質的に垂直に延在する補強リブであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の製造方法。
  7. ステップ（ｅ）において用いられるポリマーに、ランダムに配置された繊維が添加されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法。
  8. ステップ（ｅ）において用いられるポリマー材料が、
    −複合材料シートから、及び、ステップ（ｄ）又はステップ（ｂ）から得た粉砕されたスクラップ、
    −任意に、ポリマー、特に、複合材料シートの複合材料の中に存在するポリマーを補ったもの、
    によって構成されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の製造方法。
  9. 複合材料シートの中のポリマーと、ステップ（ｅ）において用いられるポリマーとが同一であり、又は、異なっており、脂肪族ポリアミド（ＰＡ）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン、上記ポリマーの一つ又はそれ以上の混合物、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、これらの樹脂の一つ又はそれ以上の混合物、の中から選択されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の製造方法。
  10. 請求項１〜９のいずれかに記載の方法を実行することによって得られる、自動車のハイブリッド構造部品（１０，１１０）であって、
    −金属材料シート（１２，１１２）、
    −少なくとも前記金属材料シート（１２，１１２）の一方の面（１２ａ，１１２ａ）を部分的に覆い、ポリマーマトリックスの中に含浸又は埋め込まれた、一方向繊維層、及び、織布繊維層の中から選ばれる繊維層を少なくとも一層有する複合材料シート（１４，１１４）、
    −特に成型され、複合材料シートで少なくとも部分的に覆われた前記金属材料シートの表面を少なくとも部分的に覆い、任意にリブ（１８，１１８）を形成するポリマー材料（１６，１１６）、
    によって構成され、
    複合材料シート（１１４）が、前記金属材料シート（１１２）の面（１１２ａ）を部分的に覆い、また、ポリマー材料（１１６）が、この面（１１２ａ）の覆われていない部分を少なくとも部分的に覆うことを特徴とするハイブリッド構造部品。
  11. 複合材料シート（１１４）によっても、また、ポリマー材料（１１６）によっても覆われておらず、ポリマー材料（１１６）で覆われている領域（１２２）によって分離されている、予め定められた接合領域（１２０）を、金属材料シート（１１２）の少なくとも一方のエッジが有していることを特徴とする、請求項１０に記載のハイブリッド構造部品（１１０）。
  12. ハイブリッド構造部品（１１０）が、接合領域（１２０）によって、構造部分（１２４）に取り付けられていることを特徴とする、請求項１１に記載のハイブリッド構造部品（１１０）と構造部分（１２４）のアセンブリ。
  13. 前記構造部分（１２４）が、金属材料シート（１２２）のエッジ（１１３ａ，１１３ｂ）が接合されるエッジを少なくとも一つ有し、構造部分（１２４）の前記エッジが、窪み（１２５）を有し、エッジにおける窪みの間の領域が、金属材料シートの接合領域（１２０）と接触し、窪み（１２５）が、金属材料シートの領域のうち、ポリマー材料（１１６）で覆われる領域（１２２）と接触していることを特徴とする、請求項１２に記載のアセンブリ。
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