(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車の繊維複合材部品を前記自動車の少なくとも１つの隣接部に固定するための、前記繊維複合部品に直接的に組み込まれるか或は埋め込まれている、取付部品（１１、１１’、１１’’）であって、
リブおよび／またはウェブおよび／または突起および／または窪みを形成すべく３次元的に形作られた取付部品（１１、１１’、１１’’）において、繊維複合材料から作られていると共に、
前記繊維複合材部品と前記取付部品とが、同種であるが長さが異なる繊維材料と、同種の熱硬化性ポリマー材料とから作られている、ことを特徴とする取付部品（１１、１１’、１１’’）。
【請求項２】
長さ３ｍｍ〜１００ｍｍの繊維を含む炭素繊維強化ポリマーまたはガラス繊維強化ポリマーから作られることを特徴とする請求項１に記載の取付部品。
【請求項３】
前記繊維が、長さ２０ｍｍ〜８０ｍｍであることを特徴とする請求項２に記載の取付部品。
【請求項４】
前記取付部品が、単一の長さの繊維を含むことを特徴とする請求項３に記載の取付部品。
【請求項５】
前記取付部品が、少なくとも２つの異なる長さの繊維を含むことを特徴とする請求項２または３に記載の取付部品。
【請求項６】
前記取付部品（１１、１１’、または１１’’）が、３０体積％〜７０体積％の繊維と、７０体積％〜３０体積％の熱硬化性ポリマーとを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の取付部品。
【請求項７】
前記取付部品（１１、１１’、または１１’’）が、４０体積％〜６５体積％の繊維と、６０体積％〜３５体積％の熱硬化性ポリマーとを含むことを特徴とする請求項６に記載の取付部品。
【請求項８】
少なくとも１つの取付部品（１１、１１’、１１’’）を備える自動車の繊維複合材部品（１０）であって、前記取付部品（１１、１１’、１１’’）が、前記繊維複合材部品を前記自動車の少なくとも１つの隣接部に固定するために前記繊維複合材部品に組み込まれるか埋め込まれ、前記取付部品が、リブおよび／またはウェブおよび／または突起および／または窪みを形成すべく３次元的に形作られる繊維複合材部品（１０）において、前記取付部品（１１、１１’、１１’’）が、請求項１〜７のいずれか一項に記載されるように具現化されることを特徴とする繊維複合材部品（１０）。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の取付部品を製造するための方法であって、まず、ポリマーと繊維との、液状混合物または流動性を有する混合物を作製し、前記混合物を、前記取付部品用の３次元形状の金型に充填し、その後、前記金型を閉じた後、前記取付部品を、所定の温度および所定の圧力で、所定の時間にわたって硬化させる方法。
【請求項１０】
前記取付部品を、１００℃〜２００℃の温度、および１００ｂａｒより大きな圧力で、０．５分〜１０分の時間にわたって前記金型内で硬化することを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記液状混合物または前記流動性を有する混合物が、３０体積％〜７０体積％の繊維と、７０体積％〜３０体積％の熱硬化性ポリマーとを含み、前記繊維が、長さ３ｍｍ〜１００ｍｍであることを特徴とする請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記液状混合物または前記流動性を有する混合物が、４０体積％〜６５体積％の繊維と、６０体積％〜３５体積％の熱硬化性ポリマーとを含み、前記繊維が、長さ２０ｍｍ〜８０ｍｍであることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
請求項８に記載の繊維複合材部品を製造するための方法であって、まず、請求項１〜７のいずれか一項に記載の取付部品を、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の方法によって提供し、その後、前記硬化された取付部品を、前記繊維複合材部品用の未硬化の半製品内に配置し、その後、前記繊維複合材部品を硬化させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の繊維複合材部品を自動車の少なくとも１つの隣接部に固定するための取付部品に関する。さらに、本発明は、繊維複合材部品、取付部品を製造するための方法、および繊維複合材部品を製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車において、軽量化を実現するために、炭素繊維強化ポリマーまたはガラス繊維強化ポリマーから作られる繊維複合材部品を使用することが増えている。従って、繊維複合材部品を自動車の少なくとも１つの隣接部に接続する必要がある。このために、取付部品が各繊維複合材部品に組み込まれて使用される。この取付部品はインサートとも呼ばれる。先行技術によれば、繊維複合材部品に組み込まれるこれらの取付部品は、金属製であり、例えばアルミニウムから作られる。
【０００３】
繊維複合材部品を自動車の隣接部に固定すべく繊維複合材部品内で上記金属製の取付部品を使用する際、取付部品を繊維複合材部品に導入する前に、当該取付部品に接着促進剤および防食剤をコーティングする必要がある。その結果、製造コストが増加する。
【０００４】
金属製の取付部品を備える繊維複合材部品を提示する先行技術は、（特許文献１）に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０５１２２７Ａ１号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上に基づき、本発明の目的は、自動車の繊維複合材部品を自動車の少なくとも１つの隣接部に固定するための新規性のある取付部品、新規性のある繊維複合材部品、ならびに前記取付部品および繊維複合材部品を製造するための方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的は、請求項１に記載の、自動車の繊維複合材部品を自動車の少なくとも１つの隣接部に固定するための取付部品によって達成される。本発明による取付部品は、繊維複合材料から作られる。
【０００８】
本発明は、繊維複合材部品を隣接部に固定すべく繊維複合材部品に組み込まれるか埋め込まれる繊維複合材部品用の取付部品が、それ自体、繊維複合材料から作られることを初めて提案する。その結果、先行技術のように、組込み前に取付部品に接着促進剤および防食剤をコーティングする必要がなくなる。これにより、製造コストが減少する。さらに、繊維複合材部品と取付部品が同種の材料でできていることにより、取付部品と繊維複合材部品とを確実に一体結合させることができる。
【０００９】
好ましくは、取付部品は、比較的短い繊維を含む炭素繊維強化ポリマーまたはガラス繊維強化ポリマーから作られる。この比較的短い繊維は、長さ３ｍｍ〜１００ｍｍであり、好ましくは長さ２０ｍｍ〜８０ｍｍである。取付部品用の比較的短い繊維が上記所定の長さを有することにより、一方で取付部品の十分な強度を確保しながら、他方で金属製の取付部品のものと同様の３次元形状を備えることができるようになる。
【００１０】
本発明の有利なさらなる実施形態によれば、取付部品は、３０体積％〜７０体積％、特に４０体積％〜６５体積％の繊維と、さらに、７０体積％〜３０体積％、特に６０体積％〜３５体積％の熱硬化性ポリマーとを含む。繊維と熱硬化性ポリマーとの、取付部品の上記組成は、取付部品の高い強度を確保するのに有利である。
【００１１】
上記取付部品を製造するために、請求項１０によれば、まず、ポリマーと繊維との、液状混合物または流動性を有する混合物を作製し、その混合物を、取付部品用の３次元形状の金型に充填する。次いで、金型を閉じた後、取付部品を、所定の温度および所定の圧力で、所定の時間にわたって硬化させる。前述の方法により、単純な方法で、繊維複合材料から、十分な強度を有する３次元形状の取付部品を製造できるようになる。本明細書で、「流動性を有する」という用語は、混合物が室温で既に「流動性を有し」ていなければならないことを意味するわけではなく、むしろ、室温では、混合物が例えばシートの形態を取っており、このシートによってそれぞれの重量が金型に充填されるようなものであってよい。金型を閉じると、温度および圧力に基づき、３次元形状の取付部品に対応して混合物が分散する。
【００１２】
好ましくは、取付部品を、１００℃〜２００℃の温度、および１００ｂａｒより大きな圧力で、０．５分〜１０分の時間にわたって金型内で硬化する。上述のプロセスパラメータが有利である。金型は、好ましくは、取付部品の硬化中に等温加熱される。
【００１３】
本発明による繊維複合材部品は、請求項７で定義される。繊維複合材部品の製造方法は、請求項１３で定義される。
【００１４】
本発明の好ましいさらなる実施形態は、従属請求項および以下の説明から分かる。図面を参照しながら本発明の例示的実施形態を説明するが、本発明はそれらの実施形態に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】取付部品が組み込まれている領域における、本発明による自動車の繊維複合材部品の詳細を示す断面図である。
【図２】第１の取付部品の異なる２つの斜視図である。
【図３】第２の取付部品の異なる２つの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、自動車の繊維複合材部品を自動車の少なくとも１つの隣接部に固定するための取付部品であって、各繊維複合材部品内に組み込まれるか埋め込まれる取付部品に関する。上記取付部品はインサートとも呼ばれる。
【００１７】
さらに、本発明は、少なくとも１つの上記取付部品を備える自動車の繊維複合材部品、および取付部品と繊維複合材部品との製造方法に関する。
【００１８】
図１は、取付部品１１が繊維複合材部品１０に組み込まれているか埋め込まれている領域における、自動車の繊維複合材部品１０の部分概略断面図である。上記取付部品１１は、繊維複合材部品１０を少なくとも１つの隣接部に固定するようになっている。
【００１９】
図１から分かるように、取付部品１１は繊維複合材部品１０に組み込まれるか埋め込まれている。雌ねじ１３を切った凹部１２が取付部品１１にくり抜かれているため、取付部品１１を介して、繊維複合材部品１０を隣接部へ直接的にねじ接続することが可能となる。
【００２０】
上記とは逆に、雌ねじを切ったねじ切りブッシュを凹部１２に挿入することもできる。これにより、ねじ切りブッシュを介して、繊維複合材部品１１を隣接部に間接的にねじ留めすることができる。
【００２１】
繊維複合材部品１０に組み込まれた上記または各取付部品１１は、リブおよび／またはウェブおよび／または突起および／または窪みを備える３次元形状の取付部品１１である。図２と図３は、それぞれ、３次元形状の取付部品１１’と１１’’の例を異なる斜視図で示す。取付部品１１’と１１’’は、リブ１４および／またはウェブおよび／または突起１６および／または窪み１７を形成すべく３次元的に形作られる。
【００２２】
本発明の趣旨では、繊維複合材部品用の取付部品１１、１１’、または１１’’が、繊維複合材料から、すなわち、比較的短い繊維を含む炭素繊維強化ポリマーまたはガラス繊維強化ポリマーから作られる。炭素繊維強化またはガラス繊維強化ポリマーは、好ましくは熱硬化性ポリマー、特に、エポキシ樹脂、またはビニルエステル樹脂、またはポリウレタンである。
【００２３】
取付部品１１、１１’、または１１’’の比較的短い繊維は、長さが３ｍｍ〜１００ｍｍである。好ましくは、取付部品１１、１１’、または１１’’の比較的短い繊維は、長さが２０ｍｍ〜８０ｍｍである。
【００２４】
本発明の第１の変形形態によれば、取付部品１１、１１’、または１１’’は、単一の長さの繊維を含む。例えば、取付部品１１、１１’、または１１’’は、単一の長さの短い繊維、すなわち２５ｍｍまたは７０ｍｍまたは７５ｍｍの長さの繊維を含むものとしてもよい。
【００２５】
本発明の第２の変形形態によれば、各取付部品１１、１１’、または１１’’は、少なくとも２つの異なる長さの比較的短い繊維、例えば、長さ２５ｍｍの第１の繊維と、長さ５０ｍｍの第２の繊維とを含む。同様に、取付部品１１、１１’、または１１’’は、長さ１０ｍｍの第１の繊維と、長さ７５ｍｍの第２の繊維とを含むこともできる。
【００２６】
取付部品に異なる長さの繊維を使用することは、一方で各取付部品１１、１１’、および１１’’が十分な強度となるようにしながら、他方で上記部品を任意の望ましい３次元形状とすることができるため有利である。
【００２７】
好ましくは、それぞれの取付部品１１、１１’、または１１’’は、３０体積％〜７０体積％の繊維と、７０体積％〜３０体積％の熱硬化性ポリマーとを含む。
【００２８】
特に、取付部品１１、１１’、または１１’’は、４０体積％〜６５体積％の繊維と、６０体積％〜３５体積％の熱硬化性ポリマー、特にエポキシ樹脂とを含む。
【００２９】
本発明は、それ自体も繊維複合材料から作られる、自動車の繊維複合材部品１０用の取付部品１１、１１’、または１１’’を初めて提案する。状況に応じて、各取付部品１１、１１’、または１１’’には、比較的短い繊維が、ポリマーとの所定の混合比で、使用される。これにより、繊維複合材料から３次元形状の取付部品を作ることができるようになる。この繊維複合材料は、十分に高い強度を有しながら、先行技術から知られる金属取付部品の３次元形状を有する。
【００３０】
したがって、上述の通り、繊維複合材部品１０と、そこに組み込まれた上記または各取付部品１１、１１’、または１１’’とが、それぞれ繊維複合材料から作られるということになる。繊維複合材部品１０と上記または各取付部品１１、１１’、または１１’’には、異なる長さの同種の繊維材料と、同種のポリマー材料、例えば熱硬化性ポリマーとが使用される。特に、繊維複合材部品１０の繊維は、比較的長い連続繊維、すなわち比較的長い炭素繊維またはガラス繊維である。
【００３１】
各取付部品１１、１１’、または１１’’の製造は、まず、ポリマーと繊維の液状混合物、特に粘性または流動性を有する混合物を作製することから始まる。この混合物は、好ましくは、３０体積％〜７０体積％の繊維と、残部のポリマー、例えば熱硬化性ポリマーとを含む。特に、この混合物は、４０体積％〜６５体積％の繊維と、残部のポリマー、例えばエポキシ樹脂とを含む。
【００３２】
上記混合物を計量し、計量した混合物を、取付部品用の３次元形状の金型に充填する。その後、取付部品１１、１１’、または１１’’用の金型を閉じ、成形プロセスにおいて、加熱した金型を用いて取付部品を硬化する。金型内での硬化は、所定の温度および所定の圧力で、所定の時間にわたって行う。特に、取付部品１１、１１’、または１１’’の硬化は、１００℃〜２００℃の温度で等温加熱した金型内で、１００ｂａｒより大きな圧力で、０．５分（すなわち３０秒）〜１０分の時間にわたって行う。
【００３３】
繊維複合材部品１０を製造するために、上記の通り製造した取付部品１１、１１’、または１１’’を、繊維複合材部品用の未硬化の半製品内に置く。この半製品は、繊維と熱硬化性ポリマーとからなるいわゆるプレプレグとすることも、繊維のみからなる乾燥された半製品とすることもできる。取付部品を置いた後、その半製品に熱硬化性ポリマー、例えばエポキシ樹脂を注入する。その後、組み込まれるか埋め込まれた既に硬化済みの取付部品１１、１１’、または１１’’を備える繊維複合材部品が硬化され、取付部品１１、１１’、または１１’’が、繊維複合材部品１０の同種のポリマー材料と密着結合する。
【符号の説明】
【００３４】
１０  繊維複合材部品
１１、１１’、１１’’  取付部品
１２  凹部
１３  雌ねじ
１４  リブ
１６  突起
１７  窪み
【図１】
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【図２】
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【図３】
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