本発明に従って、ハイブリッド構造が提供され、当該ハイブリッド構造は、基部、及び基部から延在する直立壁を有する第1構成要素であって、第1構成要素は、直立壁と基部との間に囲まれた内部を有する、第1構成要素と、第1構成要素にあわせて成形された熱可塑性の第2構成要素であって、第2構成要素は、第1構成要素を構造的に補強するための補強部分を備え、補強部分は、第1構成要素の長手方向に延在し、第1構成要素の内部にあり、熱可塑性の第2構成要素は、第1構成要素の外面の少なくとも部分上を隣接して延在するロック固定部分を更に備える、熱可塑性の第2構成要素と、を備え、補強部分とロック固定部分とは一体的に形成され、それで第1構成要素を熱可塑性の第2構成要素内にインターロックする。
非類似材料の2つの構成要素の間の接続であって、安全性が重要である自動車産業又はいずれかの別の産業についての機械的性能要件に耐え得る接続を確立することは、難題である。本明細書に記載するようなハイブリッド構造は、熱可塑性の第2構成要素内部に予備形成された第1構成要素を(部分的に)カプセル化することを介して機械式ロック固定部を作成することによって、非類似材料を接合するための費用効果に優れた解決策を提供する。
熱可塑性の第2構成要素は、第1構成要素の補強部分と、第1構成要素の外面に隣接し補強部分に接続されるロック固定部分との間に第1構成要素を包囲することによって第1構成要素にロック固定する。第1構成要素のこのロック固定は、完全に包囲すること、すなわち、第1構成要素が第2構成要素内部に完全にカプセル化されることによって、或いは部分的に包囲すること、すなわち、第1構成要素の部分が第2構成要素によって覆われていないか、又はそれから自由であることによってなされてもよい。第1構成要素を第2構成要素内部にロック固定することによって、機械的結合が、接着剤を用いずに第1構成要素と第2構成要素との間に作成される。ハイブリッド構造は、良好な構造完全性を有する単一の一体化部材を形成してもよい。ハイブリッド構造は、これまで金属だけ又は複合体だけを用いて別の態様で達成するのが困難であった複雑な幾何形状を取得するのを可能にする。
一実施形態に従って、第1構成要素は、少なくとも1つの貫通孔を備え、ロック固定部分は、貫通孔を通って補強部分に接続する。貫通孔は、第1構成要素の基部及び/又は直立壁内にあってもよい。
第1構成要素に対して第2構成要素を追加的に固定するために、第1構成要素は、第1構成要素の外面から第1構成要素の内部まで延在する少なくとも1つの貫通孔を備えてもよい。第2構成要素のロック固定部分は、貫通孔上を及びその内に延在する。貫通孔内に延在するロック固定部分の部分は、第2構成要素の補強部分と接続されてもよく、又は一体的に形成されてもよい。
第1構成要素は、少なくとも2つの、基部から延在する対向する直立壁を有することにより、第1構成要素の内部がチャネルを形成してもよい。補強部分は、そのときチャネル内にあってもよい。補強部分は、チャネルの対向する側面の間に延在してもよい。
補強部分は、第1構成要素の基部に向かって延在してもよく、そして、それに隣接してもよく、それにより、第1構成要素の基部及び直立壁(単数又は複数)によって囲まれた空間を充填してもよい。好ましくは、補強部分は、開放構造、例えば、第1構成要素の基部に横方向を向いているチャネルを備える胞巣状構造を備える。ハイブリッド構造は、より一般的には、「ハニカム」(例えば、カラム及びチャネルのアレイ)と呼ばれる胞巣状構造を有してもよい。構造のコームは、円形、楕円形、四角、長方形、三角形、菱形、五角形、六角形、七角形及び八角形の幾何形状、並びに前述の幾何形状のうちの少なくとも1つを備える組合せ等のいずれかの多角形の又は丸い形状であってもよい。プラスチックハニカムは、第1構成要素中にプラスチックハニカムを成形することによって作成されてもよい。
第1構成要素が、端部縁を有する少なくとも2つの対向する直立壁を有する場合、補強部分は、第1構成要素の1つの端部縁から対向する端部縁まで延在してもよい。好ましくは、ロック固定部分は、第1構成要素の1つの端部縁から対向する端部縁まで第1構成要素の外面上を延在し、それで第1構成要素の端部縁にある補強部分と接続する。
ロック固定部分は、リボン形状のロック固定部材として形成されてもよい。ロック固定部分は、第1構成要素の外面上をリボン状形式で延在し、それで第1構成要素の外面を部分的に覆ってもよい。好ましくは、リボン状ロック固定部材は、第2構成要素の1つの側面から第1構成要素の外面上を第2構成要素の反対側側面まで延在し、それで第1構成要素の外面を部分的に覆ってもよい。好ましくは、2つ以上のリボン状ロック固定部材が、第1構成要素上を、ことによると互いからゼロと異なる距離をおいて延在する。好ましくは、リボン状ロック固定部材は、第1構成要素の外面の75パーセント未満(又は50パーセント未満、例えば30パーセント未満)を覆う。
その代替として又は追加として、第1構成要素が端部縁を有する少なくとも2つの対向する直立壁を有するとき、ロック固定部分は、第1構成要素の外面を部分的に覆う第1構成要素の端部縁上に成形されたフレームを備え、それによって第1構成要素の端部縁を囲んで包囲してもよい。
ロック固定部分のフレームは、補強部分と一体的に形成されてもよい。したがって、ロック固定部分は、フレームとして第1構成要素の外面(の部分)上を及び/又は第1構成要素内の貫通孔を通して及び/又は第1構成要素の1つの端部縁から反対側の端部縁まで、あるいはそれらの組合せで延在してもよい。
更なる実施形態に従って、基部及び/又は直立壁は、それの外面に第1構成要素の長手方向に延在する起伏を備える。好ましくは、第1構成要素の外面に隣接したロック固定部分は、長手方向の起伏と共に延在する。起伏は、第1構成要素の基部及び/又は直立壁に対する凹み又は***部分であってもよい。
ロック固定部分は、連続的に又は断続的にのいずれかで、起伏の部分に沿って延在してもよい。起伏は、第1構成要素の長さより短いか又はそれに等しい長さを有してもよい。起伏は、起伏分岐が形成されるように、長手方向の起伏と0又は180度だけ異なる角度で分岐する部分を備えてもよい。好ましくは、ロック固定部分は、同様に起伏分岐上を又はその中に延在する。
第1構成要素の基部は、複数の貫通孔を有してもよく、当該複数の貫通孔を通って、ロック固定部分は、第1構成要素の外面まで延在する。好ましくは、基部内に提供された貫通孔が、起伏のところ又はその内に存在することにより、及びそれぞれの起伏分岐に対して少なくとも1つの貫通孔が提供されることにより、ロック固定部分が、起伏に沿った様々な位置において第1構成要素内の補強部分と接続し、それによって、第1と第2の構成要素との間の機械式インターロッキングを強化してもよい。
それの追加として又は代替として、基部及び/又は直立壁は、第1構成要素の内部に起伏を備え、第2構成要素は、長手方向の起伏と共に延在する。起伏は、第1構成要素の基部及び/又は直立壁に対する凹み又は***部分であってもよい。
第1構成要素の内部にある起伏は、第2構成要素を第1構成要素上に成形するときに、熱可塑性材料の流動先端部を形成してもよい。このことは、補強部分が胞巣状構造を有するときに特に有利であり、それで、流動先端部が熱可塑性材料の流れを比較的より高速及びより効率的な態様で胞巣状構造用のモールド中に導いてもよい。
第1構成要素の基部は、オフセット部分すなわち起伏を有してもよく、当該起伏は、第1構成要素の外面にある凹み及び第1構成要素の内部にある***部分、又は第1構成要素の外面にある***部分及び第1構成要素の内部にある凹みのいずれかを形成する。好ましくは、第1構成要素の内部にある基部の起伏は、第1構成要素の基部の外面にある起伏のネガである。
その代替として又は追加として、起伏が、第1構成要素の直立壁内に提供され、当該起伏は、第1構成要素の長手方向に延在する。そのような起伏は、付加的な強度を第1構成要素に提供することになる。
更なる実施形態に従って、第1構成要素は、複合構成要素、金属性構成要素又は複合/金属ハイブリッド構成要素であってもよい。更に、第1構成要素は、熱硬化性材料又は熱可塑性材料でできていてもよく、第1構成要素の熱可塑性材料は、第2構成要素の熱可塑性材料と比較して、より高い熱安定性及び/又はより高い流れ温度を有する。
いくつかの可能な金属構成要素材料は、アルミニウム、チタン、クロム、マグネシウム、亜鉛及び鋼、並びに前記材料のうちの少なくとも1つを含む組合せ又は合金を含む。金属構成要素の壁の厚さは、全ての壁について連続的であってもよく、又は第1構成要素に沿って変化して所望の方向の剛性を向上させてもよい。例えば、対向する壁のうちの一方が、対向する壁のうちの他方よりもより大きい/より小さい厚さを有してもよい。いくつかの実施形態では、金属構成要素は、1.6ミリメートル(mm)以下、詳細には、1.0mm~1.5mm、より詳細には、1.3mm~1.4mmの壁厚を有する。通常、金属構成要素の壁は、金属構造全体について1.8mmを超える壁厚を有する。そのため、プラスチック補強材の使用は、壁厚の10%以上、詳細には20%以上、更に詳細には25%以上の低減を可能にする。
可能な複合材料は、熱可塑性材料又は熱硬化性材料のいずれかであるプラスチックマトリクス材料と、補強充填材料との組合せである。そのような充填材料の例としては、ファイバ、長ファイバ若しくは連続ファイバ、又は連続ファイバの不織布若しくは織布が挙げられてもよい。複合材料は、それぞれ、ガラス、炭素及びアラミドファイバのうちの少なくとも1つを備えてもよい。別の可能なものとしては、より一般的に用いられないホウ素-タングステン繊維及び炭化ケイ素被覆ファイバ等の金属ファイバ、又は石英、シリカ若しくはアルミナ繊維等のセラミック繊維が挙げられる。熱硬化性材料の例としては、ポリエステル樹脂、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリイミド又はシリコン樹脂等が挙げられてもよい。
可能な熱可塑性材料としては、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン(ABS)、ポリカーボネート、ポリカーボネート/PET混合物、ポリカーボネート/ABS混合物、コポリカーボネート-ポリエステル、アクリルスチレン-アクリロニトリル(ASA)、アクリロニトリル-(エチレン-ポリプロピレンジアミン変性)-スチレン(AES)、フェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンエーテル/ポリアミドの混合物、ポリアミド、フェニレン硫化物樹脂、ポリ塩化ビニルPVC、高衝撃性ポリスチレン(HIPS)、低/高密度ポリエチレン(L/HDPE)、ポリプロピレン(PP)、発泡ポリプロピレン(EPP)、及び熱可塑性のオレフィン(TPO)が挙げられる。例えば、熱可塑性の第2構成要素は、SABICから商業的に入手可能であるXenoy(商標)樹脂を含んでもよい。プラスチックは、例えば、ファイバ、粒子、フレーク、及び前述のもののうちの少なくとも1つを含む組合せによって任意選択的に補強されてもよい。例えば、熱可塑性の第2構成要素は、STAMAX(商標)材料、SABICから商業的に入手可能な長ガラス繊維補強ポリプロピレンから形成されてもよい。熱可塑性の第2構成要素は、また、上記材料及び/又は補強材のうちの任意のもののうちの少なくとも1つを含む組合せから作成されてもよい。
更に、第2構成要素の特徴は、特定領域において望まれるエネルギー吸収特性、例えば、単位面積当たりのコームの数、コーム壁の厚さ及び補強部分の特定材料等に基づくことになる。コームの密度(単位面積当たりのコームの数)は、所望の剛性及び使用材料に依存している。いくつか実施形態では、密度は、100平方ミリメートル(mm2)当たり1~20個のコーム、詳細には、100mm2当たり1~10個のコーム、より詳細には、100mm2当たり1~5個のコームであってもよい。様々な実施形態では、補強部分の壁の厚さは、0.5mm~10mm、詳細には2mm~5mm、より詳細には2.5mm~4mmであってもよい。
第2構成要素は、第1構成要素の長さと同等又は第1構成要素の長さ未満の長さを有してもよい(例えば、局在化されて、すなわち、特定位置にだけ配設されて、その位置の構造完全性を増強してもよい)。望ましく、重量削減を最大化するために、第2構成要素は、所望の構造完全性(例えば、より薄い壁を有しない標準の金属構成要素以上である構造完全性)を達成するのに必要な重量の最少量を付加するように配置される。様々な実施形態では、第2構成要素の長さは、第1構成要素の長さの80%以下、詳細には60%以下、より詳細には50%以下、更により詳細には第1構成要素の長さの10%~35%であってもよい。
好ましくは、ハイブリッド構造は、車両のボディフレーム用の補強部材である。剛性化又は補強部分としてのハイブリッド構造を車両のボディフレームに接続することが可能であるように、第1構成要素の外面は、ハイブリッド構造が車両のボディフレームに接続可能であるような、第2構成要素から自由な接続領域を備えてもよい。このように、ハイブリッド構造は、部材をボディフレームと接合するために用いられる、更にその上にある選択的な位置に非成形状態のまま残されてもよい。好ましくは、ハイブリッド構造は、機械式締結器、溶接及び接着剤、又はいずれかの類似する接合方法のうちの少なくとも1つによって車両のボディフレームに接続可能である。
本発明は、上記のようなハイブリッド構造を備える車両に同様に関する。ハイブリッド構造は、車両のボディフレームの部分、例えば、自動車等の動力付車両用のホワイトボディフレームを剛性化するように構成されてもよい。更に、ハイブリッド構造は、車両のボディフレームのAピラー、Bピラー、Cピラー、Dピラー領域及びルーフピラーのうちの1つのための補強材部材、又はそれらのうちの1つの部分であってもよい。その代替として、ハイブリッド構造は、車両の全体ホワイトボディ又は構造ボディフレームを形成するために用いられてもよい。車両におけるハイブリッド構造の別の用途は、テールゲート、座席フレーム、バンパービーム又は別のエネルギー吸収構成要素、フロントエンドモジュール、バッテリキャリア、クロスカービーム、並びに本明細書に記載するようなハイブリッド構造がそれに対して有益及び/又は好適であるようななんらかの別の構造上の車両構成要素に対するものであってもよい。
ホワイトフレームのボディ内の既存の金属補強材を置換すること、又はBピラー等の完全サブシステムを置換することのいずれかによる様々な重量低減機会が、ハイブリッド構造を用いて達成されてもよい。例えば、高熱未充填熱可塑性樹脂(高い靭性及び延性)又はファイバ補強熱可塑性樹脂(高い剛性及び強度)と金属との組合せが、必要条件に基づいて適切に選ばれる。例えば、複数の金属インサートによって樹脂成形された未充填熱可塑性材料は、側面衝突に対するフロアロッカ内の義務として課されるエネルギー吸収部材を置換するために用いられてもよく、そして、金属インサートによってオーバーモールドされるファイバ混合熱可塑性樹脂が、同等の事故性能を有する既存のBピラーを置換するために選ばれる。Bピラーとして設計されたハイブリッド構造は、高張力鋼でできたマルチ部品Bピラーを置換してもよい。ハイブリッド構造内の金属インサート又は構成要素は、白色構造のボディにおける組立容易さのために活用されてもよい。そのような解決策は、同等の事故性能を有する部品一体化可能性を、一般的な車両のそれとして提供するだけでなく、ホワイトフレームのボディにおいて近頃使用される高張力鋼を中間強度鋼と置換する機会を与え、それによって製造コストを低減する。
一実施形態に従って、ハイブリッド構造は、構造ボディフレームの部分を形成する。したがって、第1構成要素は、車両の構造ボディフレームの中空の構造車両構成要素であってもよい。好ましくは、ハイブリッド構造は、車両のホワイトボディフレームのAピラー、Bピラー、Cピラー、Dピラー領域、及びルーフピラーのうちの1つの少なくとも一部分を形成する。
本発明は、上記のようなハイブリッド構造を製造する方法に更に関し、当該方法は、第1構成要素を提供することと、補強部分を第1構成要素の内部に成形することによって、熱可塑性の第2構成要素を第1構成要素に対して提供していることと、外面の少なくとも一部分を覆うために第1構成要素の外面上にロック固定部分を成形することと、を含み、補強部分とロック固定部分とが、一体的に成形され、それで第2構成要素と第1構成要素とをインターロックする。
その方法のために、キャビティ及びコアを有するツーリング又はモールド又はキャストが用いられてもよい。第1構成要素がキャビティ内に提供されてもよく、そして、コアが第1構成要素の内部に挿入される。キャビティ及びコアは、熱可塑性材料が第1構成要素の内部で流動して補強材部分を形成し、第1構成要素の外面上を流動してロック固定部分を形成するのを可能にするような形状であってもよい。第1構成要素は、それで熱可塑性材料によってオーバーモールドされることにより、熱可塑性の第2構成要素を形成する。
このことは、射出成形ツール中への熱可塑性材料のインサート射出成形によって達成されてもよく、当該射出成形ツールは、流動可能な(融解した)熱可塑性材料が第1構成要素の周りを流れることを可能にし、熱可塑性材料を凝固させて第2構成要素を形成し、第1構成要素と第2構成要素との間に物理的結合を生成する。オーバーモールド及び/又はインサート成形は、射出成形又は射出圧縮成形のうちの1つを含んでもよい。
方法の実施形態に従って、第1構成要素の基部及び/又は直立壁は、少なくとも1つの貫通孔を有し、そして、方法は、補強部分又はロック固定部分を形成するために貫通孔を通して第2構成要素を成形することを更に含む。
貫通孔は、基部及び/又は直立壁内に提供されてもよく、そして熱可塑性材料が第1構成要素の内部と外面との間を流動するのを可能にする。熱可塑性材料の凝固時に、貫通孔の材料は、第1構成要素の内部にある補強部分と第1構成要素の外面にあるロック固定部分とを接続する。
その代替として又は追加として、第1構成要素は、端部縁を有する少なくとも2つの対向する直立壁を有してもよく、方法は、第1構成要素の1つの端部縁から対向する端部縁までの内部に補強部分を成形することと、第1構成要素の1つの端部縁から対向する端部縁までの第1構成要素の外面上にロック固定部分を成形し、それで、ロック固定部分を第1構成要素の端部縁にある補強部分と接続することと、を更に含む。
第1構成要素が端部縁を有する少なくとも2つの対向する直立壁を有する場合、方法は、その代替として又は追加として、第1構成要素の外面を部分的に覆い、それによって第1構成要素の端部縁を囲んで包囲するために、第1構成要素の端部縁上にフレームを成形することを含んでもよい。
図1aは、本発明に従うハイブリッド構造100の実施形態についての平面図である。ハイブリッド構造100は、第1構成要素110と、熱可塑性の第2構成要素120と、を備える。第1構成要素は、基部111と、基部111から延在する2つの対向する直立壁112と、を有する(図2cも参照)。基部111は、複数の貫通孔113を有する(図2cを参照)。直立壁112は、複数の更なる貫通孔116を有し、当該貫通孔は、基部111の貫通孔113と整列している。第1構成要素は、チャネルとして形成されている内部114を有する。
第2構成要素120は、第1構成要素110に成形される熱可塑性材料でできている。第2構成要素120は、第1構成要素110を構造的に補強する補強部分121を有する。補強部分121は、チャネル形状の内部にあり、そして、チャネルの長手方向に、第1構成要素110の対向する壁112の間に延在している。熱可塑性の第2構成要素120は、第1構成要素110の外面115に隣接しているロック固定部分124を更に備える。ロック固定部分124は、第1構成要素110の外面115の部分上を隣接して延在している、すなわち第1構成要素110の外面115の部分を覆っているリボン状ロック固定部125を備える。リボン状ロック固定部115は、基部111にある貫通孔113及び第1構成要素110の直立壁112にある更なる貫通孔116を通って補強部分121と接続する。貫通孔113,116内に及び外面115上を延在することによって、第2構成要素120は、それで第1構成要素110とインターロックする。図1c及び図2aを参照すると、ロック固定部分124は、第1構成要素110の端部縁117上に成形されているフレーム126を更に備える。フレーム126は、第1構成要素の直立壁112及びそれぞれの自由端において、第1構成要素110の末端縁117を包んでいる。フレーム126は、第1構成要素110の外面115の部分に隣接している。リボン状ロック固定部125は、直立壁112にある第1構成要素110の端部縁117においてフレーム126に接続され、それで第1構成要素110上に成形された一体形状の第2構成要素120を形成する。
補強部分121は、図1bにおいてハニカムのような形状であるように示されている開いた胞巣状構造として形成されている。ハニカム構造は、第1構成要素110の基部111に向かう軸線方向を有するチャネル122を形成する。図に示す実施形態について、ハニカム構造のチャネル122は、第1構成要素110の長手方向に垂直な向きにある。その代替として、ハニカムチャネルの軸線方向が、第1構成要素110又はそれの基部111の長手方向と0度超かつ90度未満、又は90度超かつ180度未満の角度をなしてもよい。図2bは、ハニカム構造の壁123が、基部111からハイブリッド構造100の端部縁101まで延在し、それでハイブリッド構造の高さを超えて延在することを示している。その代替として、ハニカム構造の壁123は、基部111から第1構成要素110の端部縁117まで延在してもよい。
図3a及び図3bは、本発明の第2実施形態に従うハイブリッド構造200を示す。ハイブリッド構造200は、第1構成要素210と、熱可塑性の第2構成要素220と、を備える。第1構成要素は、基部211と、基部211から延在する2つの対向する直立壁212と、を有する。基部211は、複数の貫通孔を有する(図5を参照)。直立壁212は、複数の更なる貫通孔を有し(図5を参照)、当該貫通孔は、基部211の貫通孔と整列している。第1構成要素210は、図2cに示すように、チャネルとして形成されている内部214を有する。第1構成要素210の基部211は、それの外面215に凹み218として形成された起伏を備える。第1構成要素210の基部211は、それの内部214に***部分(図示せず)を備え、当該***部分は、外面215にある凹み218のネガ形状である。凹み218は、図5も参照すると、分岐218aを備え、当該分岐は、基部211の凹み218から第1構成要素210の直立壁212の端部縁217に向かって垂直に延在する。凹み分岐218aは、端部縁217からゼロと異なる距離のところに端部を有する、すなわち、分岐218aは、端部縁217まで延在しないが、端部縁217からゼロと異なる距離のところで終端する。その代替として、分岐は、端部縁において終端する。
第2構成要素220は、第1構成要素210に成形される熱可塑性材料でできている。第2構成要素220は、第1構成要素210を構造的に補強する補強部分221を有する。補強部分221は、チャネル内にあって、チャネルの長手方向に第1構成要素210の対向する壁212の間に延在する。熱可塑性の第2構成要素220は、ロック固定部分224を更に備え、当該ロック固定部分は、第1構成要素210の外面215に隣接して、第1構成要素210の外面215にある凹み218及びそれの分岐218a内に提供されていることにより、凹み218及びそれの分岐218a内の断続するリボン状ロック固定部225を形成する。リボン状ロック固定部225の上面は、第1構成要素210の外面と同一平面にある。リボン状ロック固定部225は、第1構成要素210の、基部211にある貫通孔及び直立壁212にある更なる貫通孔を通って、ロック固定部分224を補強部分221と接続する。貫通孔(図示せず)内及び外面215上を延在することにより、第2構成要素220は、第1構成要素210とインターロックする。ロック固定部分224は、図3aを参照すると、フレーム226を更に備え、当該フレームは、第1構成要素210の端部縁上に成形されている。フレーム226は、第1構成要素の、直立壁212にある及びそれぞれの自由端にある第1構成要素210の端部縁217を包む。フレーム226は、第1構成要素210の外面215の部分に隣接している。ハイブリッド構造のこの第2実施形態のリボン状ロック固定部225は、フレーム226に接続しない。
図3bは、ハイブリッド構造200の第2構成要素220、すなわち、ハイブリッド構造200の熱可塑性部分だけを示す。第2構成要素220は、第2構成要素220の基部部分を形成する隣接する部分229にある第1構成要素210の内部において、基部211を部分的に覆うように形成されている。図3bにおいて、補強部分221は、ハニカムのような形状であるように示されている開いた胞巣状構造として形成されている。ハニカム構造は、軸線方向Aを有するチャネル222を形成する。ハイブリッド構造において、軸線方向Aは、第1構成要素210の基部211の方を向いている。図に示す実施形態について、ハニカム構造のチャネルは、第1構成要素の長手方向と垂直に向いている。図3bは、隣接する部分229が、ハニカム構造の壁223を含み、当該壁は、基部211からハイブリッド構造200の端部縁201まで延在していることを示している。その代替として、ハニカム構造の壁は、基部から第1構成要素の端部縁まで、又は基部(それほど隣接していない)と端部縁との間に延在してもよく、それで、第1構成要素又はハイブリッド構造の高さを完全に超えて延在しない。
図3bは、***部分(図3aに示さず)に従う形状である流動先端部227を示し、当該***部分は、図3aに示す凹み218のネガ形状である。図3bにおける流動先端部227は、トラフとして形成され、当該トラフは、第2構成要素220上を長手方向に及び連続的に延在して、それぞれの端部において第1構成要素210の自由端にあるフレーム226と接続する。
図4a及び図4bは、本発明の第3実施形態に従うハイブリッド構造300を示す。ハイブリッド構造300は、第1構成要素310と、熱可塑性の第2構成要素320と、を備える。第1構成要素は、基部311と、基部311から延在する2つの対向する直立壁312を有する。基部311は、複数の貫通孔を有する(図5を参照)。直立壁312は、複数の更なる貫通孔を有し(図5を参照)、当該貫通孔は、基部311の貫通孔と整列している。第1構成要素310は、チャネルとして形成されている内部314を有する。第1構成要素310の基部311は、それの外面315に凹み318として形成された起伏を備える。第1構成要素310の基部311は、それの内部314に***部分(図示せず)を備え、当該***部分は、外面315にある凹み318のネガ形状である。凹み318は、分岐(318a)を備え、当該分岐は、第1構成要素310の直立壁312の端部縁317に向かって、基部311内の凹み318から垂直に延在する(図5を参照)。凹み分岐318aは、端部縁317からゼロと異なる距離のところに端部を有し、すなわち、分岐318aは、端部縁317まで延在しないが、端部縁317からゼロと異なる距離のところで終端している。
第2構成要素320は、第1構成要素310に成形される熱可塑性材料でできている。第2構成要素320は、第1構成要素310を構造的に補強する補強部分321を有する。補強部分321は、第1構成要素の内部にあり、そして、チャネルの長手方向に、第1構成要素310の対向する壁312の間に延在する。熱可塑性の第2構成要素320は、ロック固定部分324を更に備え、当該ロック固定部分は、第1構成要素310の外面315に隣接し、そして、第1構成要素310の外面315にある凹み318及びそれの分岐内に提供されることにより、凹み318内の断続するリボン状ロック固定部325を形成する。リボン状ロック固定部325は、基部311にある貫通孔及び第1構成要素310の直立壁312にある更なる貫通孔を通って、ロック固定部分324を補強部分321と接続する。貫通孔313,316内及び外面315上に延在することによって、第2構成要素320は、第1構成要素310とインターロックする。ロック固定部分324は、第1構成要素310の端部縁(図5を参照)上に成形されているフレーム326を更に含む。リボン状ロック固定部325は、分岐内を横断方向に、更にフレーム326に向かって延在する。ハイブリッド構造のこの第3実施形態のリボン状ロック固定部325は、それでフレーム326に接続する。リボン状ロック固定部325は、直立壁312にある凹み318の分岐318a内に提供される部分と、第1構成要素310の外面315を覆い、フレーム326に接続する第2部分と、を有する。
図4bは、ハイブリッド構造300の第2構成要素320を示している。すなわち、ハイブリッド構造300の熱可塑性部分だけが図4bに示されている。第2構成要素320は、第2構成要素320の基部を形成する隣接する部分329において、第1構成要素310の基部311を完全に覆うように形成されている。
図5は、図3及び図4のハイブリッド構造の第1構成要素210,310の外面の平面図である。第1構成要素210,310は、基部211,311と、基部211,311から延在する2つの対向する直立壁212,312と、を有する。基部211,311は、複数の貫通孔213,313を有する。直立壁212,312は、複数の更なる貫通孔216,316を有し、当該貫通孔は、基部211,311の貫通孔213,313と整列している。それの外面215,315において、第1構成要素210,310の基部211,311は、凹み218,318として形成された起伏を備える。それの内部において、第1構成要素の基部は、***部分(図示せず)を備え、当該***部分は、外面215,315にある凹み218,318のネガ形状である。凹み218,318は、分岐218a,318aを備え、当該分岐は、第1構成要素210,310の直立壁212,312の端部縁217,317に向かって、基部211,311内の凹み218,318から垂直に延在する。凹み分岐218a,318aは、端部縁217,317からゼロと異なる距離のところで終端する、すなわち、分岐218a,318aは、端部縁217,317まで延在しないが、端部縁217,317からゼロと異なる距離のところで終端する。
図5は、凹み内の断続するリボン状ロック固定部225,325のそれぞれの自由端に、貫通孔213,313,216,316が提供されることにより、リボン状ロック固定部225,325のそれぞれの端部が補強部分221,321に接続することを更に示す。
図6は、図3及び図4のハイブリッド構造200,300の内部214,314の下面図である。第2構成要素220,320の補強部分221,321が、第1構成要素210,310の内部214,314内に形成されている。補強部分221,321は、図6のハニカムのような形状であるように示されている開いた胞巣状構造を有する。図3bも参照すると、ハニカム構造は、軸線方向Aを有するチャネル222,322を形成する。ハイブリッド構造200,300において、軸線方向Aは、第1構成要素210,310の基部211,311の方を向いている。図6は、流動先端部227,327を示し、当該流動先端部は、***部分219,319に従う形状であり、当該***部分は、図5に示す凹み218,318のネガ形状である。図6における流動先端部227は、トラフのような形状であり、当該トラフは、第2構成要素220,320上を長手方向に連続的に延在して、第1構成要素210,310の自由端にあるフレーム226,326とそれぞれの端部において接続する。
図7a~図7cは、本発明の第4実施形態に従うハイブリッド構造400を示す。ハイブリッド構造400は、第1構成要素410と、熱可塑性の第2構成要素420と、を備え、当該第2構成要素は、第1構成要素410の長手方向に直立壁412及び基部411から延在する。第1と第2構成要素とは、それで平行な態様で延在する。第2構成要素420は、補強部分421と、更なる直立壁428と、を備え、当該直立壁は、第2構成要素420を区切り、補強部分421を横断方向に区切っている。補強部分421は、第1構成要素の基部411に垂直な軸線方向Aを有するチャネル422を有しているハニカム形状の胞巣状構造を有する。チャネル422は、小室壁423によって区切られている。
図7bを参照すると、***部分419が、第1構成要素の基部411に沿って長手方向に作動する。***部分419は、垂直分岐419aを有する。***部分419及びそれの分岐419a内部に、複数の貫通孔413,416が、それぞれ、別の貫通孔からある距離だけ離れたところに提供されている。図7aは、長手方向に延在する***部分419が、第2構成要素420の熱可塑性材料によって覆われていることを示す。
図7cは、第1構成要素410の外面415に、垂直分岐418aを有する凹み418が提供されていることを示す。凹み418及び垂直凹み分岐418aは、第1構成要素410の内部414にある***部分419及び***部分分岐419aのネガ形状であり、その逆も同じである。貫通孔413,416は、第1構成要素410の内部414から外面416まで延在し、その逆も同じである。凹み418及びそれの分岐は、ロック固定部分424の断続する及び分岐したリボン状ロック固定部425を具備することにより、第1構成要素410を第2構成要素420とロック固定してハイブリッド構造400を形成する。
ハイブリッド構造100,200,300,400を形成するために、第1構成要素110,210,310,410は、基部111,211,311,411及び1つ又は2つの直立壁112,212,312,412によって予備形成される。第1構成要素は、次いで、射出成形ツーリング又はキャスト又はモールド(図示せず)のキャビティ(図示せず)中に挿入され、これは、フレーム部分124,224,324,424の少なくとも一部分の有無に関わらず、第1構成要素110,210,310,410を受け取り、第2構成要素120,220,320,420の部分、具体的にはロック固定部分124,224,324,424を形成するように形成されている。射出成形ツーリングは、次いで、コアを第1構成要素110,210,310,410の内部114,214,314,414に挿入することによって閉じられる。コアは、補強部分121,221,321,421,特に補強部分の胞巣状又はハニカム構造、及びことによるとフレーム116,216,316の少なくとも一部分を形成するための形状である。モールド又はキャストを閉じた後に、流動可能な又は溶融した熱可塑性材料が、射出点を通してツーリング中に射出される。図3~図7に示す***部分219,319,419は、流動可能な熱可塑性材料の射出中に流動先端部として用いられることにより、材料は、コア中により容易に流入してハニカムセルを形成してもよい。熱可塑性材料の冷却時に、第2構成要素120,220,320,420は、凝固して少なくとも部分的に第1構成要素110,210,310,410をカプセル化し、それで互いにインターロックし、そしてハイブリッド構造100,200,300,400が形成される。
第1構成要素110,210,310,410が複合材料でできているとき、第1構成要素110,210,310,410の予備形成は、単一の機械内での第2構成要素120,220,320,420の射出成形と同時に実行できる場合があるが、当該単一の機械は、一体化製造セルとして知られている。
図8は、車両の、より具体的には、自動車の構造ボディフレーム500の部分を示す。ハイブリッド構造は、車両の様々な領域内、ホワイトボディ(BIW、別名ブラックボディ)内、例えば、Aピラー504内、Bピラー502内、ルーフレール503内及びフロアロッカ501内その他、並びに前記のもののうちの少なくとも1つを含む組合せ等にあってもよい。
構造ボディフレームは、Aピラー504、Bピラー502、ルーフレール503及びフロアロッカ501並びに一緒に溶接される又は別の態様で接合されるその他のもの等のいくつかの中空の車両構成要素を備える。ハイブリッド構造100,200,300,400は、中空構成要素によって形成された空間内に挿入されるそのような中空車両構成要素の補強材として、又はボディフレームの構造部材として用いられてもよい。後者の場合、ハイブリッド構造100,200,300,400の第1構成要素110,210,310,410は、Aピラー504、Bピラー502、ルーフレール503及びフロアロッカ501その他のもの等の中空車両構成要素を形成してもよく、そして、第2構成要素120,220,320,420は、補強のためにこの中空車両構成要素中に射出成形される。
ハイブリッド構造のいくつかの例を以下に示す。
(態様1)基部及び基部から延在する直立壁(好ましくは、少なくとも2つの対向する直立壁が基部から延在し、好ましくは、基部から同じ方向に延在する)を有する第1構成要素であって、前記第1構成要素は、前記直立壁と前記基部との間に囲まれた内部を有する、第1構成要素と、前記第1構成要素に合わせて成形された熱可塑性の第2構成要素であって、前記第2構成要素は、前記第1構成要素を構造的に補強するための補強部分を備え、前記補強部分は、前記第1構成要素の長手方向に延在して前記第1構成要素の内部にあり、前記熱可塑性の第2構成要素は、前記第1構成要素の外面の少なくとも一部分上を隣接して延在するロック固定部分を更に備え、前記補強部分と前記ロック固定部分とは、一体的に形成され、それで前記第1構成要素を前記熱可塑性の第2構成要素内にインターロックする、熱可塑性の第2構成要素と、を備える、ハイブリッド構造。
(態様2)前記第1構成要素は、貫通孔を備え、前記ロック固定部分は、前記貫通孔を通って前記補強部分に接続する、態様1に記載のハイブリッド構造。
(態様3)前記第1構成要素は、端部縁を有する少なくとも2つの対向する直立壁を有し、前記補強部分は、前記第1構成要素の1つの端部縁から対向する端部縁まで延在し、前記ロック固定部分は、前記第1構成要素の前記1つの端部縁から前記対向する端部縁まで前記第1構成要素の外面上を延在し、それで前記第1構成要素の端部縁にある前記補強部分と接続する、態様1~2のいずれかに記載のハイブリッド構造。
(態様4)前記第1構成要素は、端部縁を有する少なくとも2つの対向する直立壁を有し、前記ロック固定部分は、前記第1構成要素の外面を部分的に覆い、それによって前記第1構成要素の端部縁を囲んで包む、前記第1構成要素の端部縁上に成形されたフレームを備える、態様1~3のいずれかに記載のハイブリッド構造。
(態様5)前記補強部分は、前記第1構成要素の基部に対して横方向を向いているチャネルを備える胞巣状構造を備える、態様1~4のいずれかに記載のハイブリッド構造。
(態様6)前記第1構成要素の外面に、前記基部は、前記第1構成要素の長手方向に延在する起伏を備え、前記第1構成要素の外面に隣接する前記ロック固定部分は、前記起伏と共に前記長手方向に延在する、態様1~5のいずれかに記載のハイブリッド構造。
(態様7)前記第1構成要素の内部に、前記基部は、起伏を備え、前記第2構成要素は、前記起伏と共に前記長手方向に延在する、態様1~6のいずれかに記載のハイブリッド構造。
(態様8)前記第1構成要素は、複合構成要素、金属性構成要素又は複合/金属ハイブリッド構成要素である、態様1~7のいずれかに記載のハイブリッド構造。
(態様9)前記ハイブリッド構造は、車両のボディフレーム用の補強部材であり、前記補強部材は、機械式締結器、溶接及び接着剤のうちの少なくとも1つによって前記ボディフレームに接続可能である、態様8に記載のハイブリッド構造。
(態様10)態様1~9のいずれかに記載のハイブリッド構造を備える車両。
(態様11)構造ボディフレームを更に備え、前記ハイブリッド構造は、前記構造ボディフレームの部分を形成し、好ましくは、前記車両のホワイトボディフレームのAピラー、Bピラー、Cピラー、Dピラー領域及びルーフピラーのうちの1つの少なくとも部分を形成する、態様10に記載の車両。
(態様12)態様1~11のいずれかに記載のハイブリッド構造を製造する方法であって、前記方法は、前記第1構成要素を提供するステップと、前記第1構成要素の内部に前記補強部分を成形すること、及び前記第1構成要素の外面上に前記ロック固定部分を成形して前記外面の少なくとも部分を覆うことによって、前記第1構成要素に前記熱可塑性の第2構成要素を提供するステップと、を含み、前記補強部分と前記ロック固定部分とは、一体的に成形され、それで前記第2構成要素と前記第1構成要素とをインターロックする、方法。
(態様13)前記第1構成要素の前記基部及び/又は前記直立壁は、貫通孔を有しており、前記方法は、前記補強部分又は前記ロック固定部分を形成するために、前記貫通孔を通して前記第2構成要素を成形するステップを更に含む、態様12に記載の方法。
(態様14)前記第1構成要素は、少なくとも2つの、端部縁を有する対向する直立壁を有しており、前記方法は、前記第1構成要素の1つの端部縁から対向する端部縁まで前記内部に前記補強部分を成形するステップと、前記第1構成要素の1つの端部縁から対向する端部縁まで前記第1構成要素の外面上に前記ロック固定部分を形成し、それで前記ロック固定部分を前記第1構成要素の端部縁にある前記補強部分と接続するステップと、を更に含む、態様12又は13に記載の方法。
(態様15)前記第1構成要素は、少なくとも2つの、端部縁を有する対向する直立壁を有しており、前記方法は、前記第1構成要素の外面を部分的に覆い、それによって前記第1構成要素の端部縁を囲んで包むために、前記第1構成要素の端部縁上にフレームを成形するステップを更に含む、態様12~14のいずれかに記載の方法。
一般に、本発明は、本明細書に開示された任意の適切な構成要素を代替として、備えてもよく、それらから構成されてもよく、又は本質的にそれらから構成されてもよい。本発明は、その追加として又は代替として、先行技術構成要素において用いられる、又はそうではなく本発明の機能及び/又は対象の達成に必要でない任意の構成要素、材料、成分、アジュバント又は種を全く無い、又は実質的に無いように編成されている。同一の構成要素又は特性に向けられた全ての範囲の端点が、含まれており、独立して組合せ可能である(例えば、「25重量%以下、又は5重量%~20重量%」の範囲は、端点が含まれ、「5重量%~25重量%」等の範囲の全ての中間値を含む)。より狭い範囲又はより広い範囲に加わる特定のグループについての開示は、より広い範囲又はより大きいグループの否定ではない。「組合せ」は、混合物、混和物、合金、反応生成物等を含む。更に、用語「第1の」、「第2の」等は、本明細書では、なんら順序、量又は重要性を示さず、むしろ要素の別を示すために用いられる。用語「a」及び「an」及び「the」は、別途本明細書において明記され又は文脈によって明確に否定されない限り、本明細書において、量の限定を示さず、そして単数及び複数の両方を網羅するように解釈されるべきである。「又は」は、別段の指定がない限り、「及び/又は」を意味する。本明細書で使用されるような接尾辞「(s)」は、それが修飾する用語の単数及び複数の両方を含む。「実施形態」への本明細書全体での言及は、実施形態と関連して説明される特定の要素(例えば、特徴、構造及び/又は特性)が本明細書に記載される少なくとも1つの実施形態に含まれ、そして、別の実施形態内に存在しても存在しなくてもよい。更に、理解すべきは、記載された要素が、様々な実施形態において任意の好適な態様で組み合わされてもよいということである。「A、B又はCのうちの少なくとも1つ」とは、「A、B、C及びそれらのもののうちの少なくとも1つを含む組合せ」と同等である。すなわち、グループの1つ以上の部分が存在する。例えば、「楕円形、四角形、長方形、三角形、菱形、五角形、六角形、七角形及び八角形の幾何形状、並びにそれらの幾何形状のうちの少なくとも1つを含む組合せ」は、「楕円形、四角形、長方形、三角形、菱形、五角形、六角形、七角形又は八角形の幾何形状のうちの少なくとも1つ」と同等である。
「随意の」又は「随意に」は、続いて説明される事象又は状況が、生じてもよいか又は生じなくてもよいこと、説明が、事象が生じる例及び事象が生じない例を含むことを意味する。別途規定されない限り、本明細書で用いられる技術的及び科学的な用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるのと同一の意味を有する。
全ての引用された特許、特許出願及び別の参照は、それらの全体が参照によって本明細書に組み込まれる。しかし、本出願内の用語が、組み込まれた参照を否定する又はそれと矛盾する場合、本出願からの用語は、組み込まれた参照からの矛盾する用語に対して優先する。本出願は、2017年4月10日に出願された米国仮特許出願第62/483,560号に対する優先権を主張し、この出願は、その全体が本明細書に組み込まれる。
特定の実施形態が説明されてきたけれども、予知されない又は現在予知されない可能性がある代替、修正、変化、改善及び実質的な均等物は、出願人又は別の当業者に想起されることがある。したがって、出願された又は補正されることがある添付クレームは、全てのそのような代替、修正、変化、改善及び実質的な均等物を包含することを意図している。