(57)【要約】２つの壁が交わる凸状部分を有するチャネルを形成する少なくとも３つの壁を含むフレーム部材と、凸状部分の少なくとも１つ内の凹状変形部であって、凹状変形部はチャネル中に延在し、凸状部分を通る開口部を形成する開放端を有する凹状変形部と、チャネル内のプラスチック補強部材であって、補強部材の一部は開口部中および変形部上に延在する補強部材とを含むハイブリッド構造。【選択図】図３
2020504691.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの壁が交わる凸状部分を有するチャネルを形成する少なくとも３つの壁を含むフレーム部材と、
前記凸状部分の少なくとも１つ内の凹状変形部であって、前記凹状変形部は前記チャネル中に延在し、前記凸状部分を通る開口部を形成する開放端を有する凹状変形部と、
前記チャネル内のプラスチック補強部材であって、前記補強部材の一部は前記開口部中および前記変形部上に延在する補強部材と、
を含む、ハイブリッド構造。
【請求項２】
前記フレーム部材は金属、プラスチック、複合物、または前記の少なくとも１つを含む組み合わせを含む、請求項１に記載のハイブリッド構造。
【請求項３】
前記フレーム部材は第１の材料を含み、前記補強部材は前記第１の材料とは異なる材料を含む、前記請求項のいずれかに記載のハイブリッド構造。
【請求項４】
前記ハイブリッド構造は、金属のみを含む金属構造と比べて、質量が３０％以上低減されるが、前記金属構造の剛度以上の衝撃中剛度を有する、請求項１に記載のハイブリッド構造。
【請求項５】
前記フレーム部材は鋼、アルミニウム、マグネシウム、または前記の少なくとも１つを含む組み合わせを含む、前記請求項のいずれかに記載のハイブリッド構造。
【請求項６】
前記補強部材は熱可塑性物質を含む、前記請求項のいずれかに記載のハイブリッド構造。
【請求項７】
少なくとも１つの壁は、前記凸状部分から離して配置された追加の凹状変形部をさらに含む、前記請求項のいずれかに記載のハイブリッド構造。
【請求項８】
前記追加の凹状変形部は前記少なくとも１つの壁の中心部に配置される、請求項７に記載のハイブリッド構造。
【請求項９】
前記凹状変形部は均一な厚さを有する、前記請求項のいずれかに記載のハイブリッド構造。
【請求項１０】
個々の凹状変形部は厚さが１０％以下、好ましくは５％以下、または３％以下変動する、請求項９に記載のハイブリッド構造。
【請求項１１】
前記凹状変形部は１ミリメートル〜２ミリメートルの均一な厚さを有する、請求項９に記載のハイブリッド構造。
【請求項１２】
前記補強部材はハニカム構造および／またはリブパターン、好ましくはハニカム構造を含む、前記請求項のいずれかに記載のハイブリッド構造。
【請求項１３】
前記ハイブリッド構造は追加の金属挿入物を含まない、前記請求項のいずれかに記載のハイブリッド構造。
【請求項１４】
少なくとも２つの凸状部分をさらに含み、各凸状部分は少なくとも１つの凹状変形部を含む、前記請求項のいずれかに記載のハイブリッド構造。
【請求項１５】
前記ハイブリッド構造は、開口チャネル系および／または閉鎖チャネル系との統合のために構成される、前記請求項のいずれかに記載のハイブリッド構造。
【請求項１６】
前記ハイブリッド構造は車両部品に取り付けられるように構成される、前記請求項のいずれかに記載のハイブリッド構造。
【請求項１７】
前記車両部品は、ホワイトボディ、ビーム、レール、バンパー、フロントエンドモジュール、シート、シャーシ、クロスバー、フロア、ピラー、フレーム、または前記の少なくとも１つを含む組み合わせを含む、請求項１６に記載のハイブリッド構造。
【請求項１８】
前記ハイブリッド構造は、前記車両部品に機械的締結、溶接、接着、または前記の少なくとも１つを含む組み合わせにより取り付けられるように構成される、請求項１６に記載のハイブリッド構造。
【請求項１９】
２つの壁が交わる凸状部分を有するチャネルを形成する３つ以上の壁を含むフレーム部材を形成する工程、
前記凸状部分の少なくとも一部に沿って凹状変形部を形成する工程であって、前記凸状部分および前記凹状変形部は前記壁内でギャップを形成する工程、および
補強部材を前記フレーム部材上にオーバーモールドする工程であって、前記補強部材の少なくとも一部が前記ギャップ中に延在し、前記フレーム部材と連動する工程
を含む、前記請求項のいずれかに記載のハイブリッド構造を製造する方法。
【請求項２０】
前記壁内の前記ギャップは、前記オーバーモールドプロセス中にフローランナーとして機能するように構成される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記ハイブリッド構造を車両部品に取り付ける工程をさらに含む、請求項１９−２０のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ハイブリッド構造およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギー吸収体などの補強構造は、高耐荷重用途、例えば自動車部品および機枠の製造においてしばしば使用される。これらの構造はしばしば、金属および／または複合材料から構成される。したがって、補強構造は、しばしば重くなり、および／または製造に費用がかかり、車両および他の機械に組み入れるのが困難になる。剛度、耐衝撃性、値ごろ感、製造の容易さ、および軽量設計などの所望の特性の適正なバランスを達成するのは、しばしば困難である。例えば、所望の剛度を達成するには、追加の金属挿入物がしばしば必要とされる。金属部品をより複雑な幾何学形状に形成させるのもまた困難である。
【０００３】
さらに、そのような補強構造のために使用される取付機構はしばしば弱く、信頼できない。例えば、補強構造と車両の間、ならびに補強構造自体の個々の部品間で取付機構がしばしば必要とされる。しばしば、これらの取付機構は、確実な取付を達成するために、溶接、にかわ、接着剤、または機械的締結に依存する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００８／０７３５２２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
よって、容易に製造することができ、その後迅速に車両に組み込むことができる、確実な取付機構を有する低コスト、軽量、耐衝撃性の補強構造が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ハイブリッド構造およびその製造方法が、様々な実施形態で開示される。
【０００７】
ハイブリッド構造は、２つの壁が交わる凸状部分を有するチャネルを形成する少なくとも３つの壁を含むフレーム部材と、凸状部分の少なくとも１つ内の凹状変形部であって、凹状変形部はチャネル中に延在し、凸状部分を通る開口部を形成する開放端を有する、凹状変形部と、チャネル内のプラスチック補強部材であって、補強部材の一部は開口部中および変形部上に延在する補強部材とを含む。
【０００８】
前記請求項のいずれかに記載のハイブリッド構造を製造する方法は、２つの壁が交わる凸状部分を有するチャネルを形成する３つ以上の壁を含むフレーム部材を形成する工程、凸状部分の少なくとも一部に沿って凹状変形部を形成する工程であって、凸状部分および凹状変形部は壁内でギャップを形成する工程、および、補強部材をフレーム部材上にオーバーモールドする工程であって、補強部材の少なくとも一部がギャップ中に延在し、フレーム部材と連動する工程を含む。
【０００９】
これらおよび他の特徴および特性はより特定的に、以下で記載される。
【００１０】
特許または出願ファイルは、カラーで実行された少なくとも１つの図面を含む。カラー図面（複数可）を有するこの特許または特許出願公報のコピーは、要請および必要とされる料金の支払いに応じて、官庁により提供されるであろう。
【００１１】
下記は、図面の簡単な説明であり、ここで、同様の要素は同様に番号付けされ、図面は本明細書で開示される例示的な実施形態を説明する目的のために提示されており、これを制限することを目的としない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】不均一な厚さの、フレーム部材の壁の中心に、すなわちフレーム部材の平坦部分に沿って配置された変形部の一実施形態を表す、ＬＳ−ＤＮＹＡコンピュータシミュレーションから撮られた斜視画像である。
【図２Ａ】変形部を形成する前後の、変形部を含む壁の一部の横断端面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの変形部の部分拡大図である。
【図３】均一な厚さの、例えば、壁が交差するフレーム部材の凸状部分上に配置された変形部の一実施形態を表す、ＬＳ−ＤＮＹＡコンピュータシミュレーションから撮られた画像である。
【図４Ａ】変形部を形成する前後の、変形部を含む、線４−４についての図３の壁の横断端面図である。
【図４Ｂ】図４Ａの変形部の部分拡大図である。
【図５Ａ】ハイブリッド構造を形成するための、プラスチック補強材のフレーム部材上へのオーバーモールドの一実施形態を表す図形の正面図である。
【図５Ｂ】形成されたハイブリッド構造の一実施形態の背面図を表す図面である。
【図６】壁の接合部に変形部を有するハイブリッド構造と比べた、壁の接合部に変形部を有さないハイブリッド構造の衝撃中貫入（ｉｎｔｒｕｓｉｏｎ）を比較したチャートである。
【図７】フレーム部材を射出成形させることができる速度を示すコンピュータ作成画像である。
【図８】フレーム部材を射出成形させることができる圧力を示すコンピュータ作成画像である。
【図９】車両部品へのハイブリッド構造の取付の一実施形態を表す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書で開示される構造は、容易に製造することができ、その後迅速に車両に組み込むことができる、確実な取付機構を有する、低コスト、軽量、耐衝撃性の補強構造を提供することができる。例えば、本明細書で開示される構造は、剛度、耐衝撃性、値ごろ感、製造の容易さ、および軽量設計の間のバランスを達成するハイブリッド構造とすることができる。例えば、ハイブリッド構造は、より重く、より費用のかかる金属および／または複合構造よりも大きな衝撃中剛度を達成することができる。ハイブリッド構造は追加の金属挿入物を必要とせず、複雑な形状に形成させることができる。ハイブリッド構造（例えば、第１のプラスチックおよび少なくとも１つの金属、セラミック、および第２のプラスチック（第１のプラスチックとは異なる、例えば、繊維強化プラスチック）の組み合わせを使用して製造される）は、同じ構造統合性を提供する現在の金属系と比べて３０％以上重量を低減させることができる。本明細書で開示されるハイブリッド構造はまた、確実な取付機構を提供することができる。例えば、ハイブリッド構造は、均一な厚さを有する交互ロッキング機構を含むことができる。例えば、ロッキング機構の厚さは１０％以下（好ましくは５％未満、または３％以下）変動する可能性があり、よって、構造統合性が著しく増加する。さらに、ポリマ溶融物は、オーバーモールドプロセス中、交互ロッキング機構内の開口部を通って流れることができる。したがって、ロッキング機構は容易に補強することができる。これにより、ハイブリッド構造の構造統合性および製造プロセスの効率の両方が増加され得る。ハイブリッド構造はその後、直ちに既存の車両に組み込むことができる。
【００１４】
ハイブリッド構造はフレーム部材を含むことができる。例えば、フレーム部材は少なくとも３つの壁を含むことができる。壁は２つの壁が交わる凸状部分を有するチャネルを形成することができる。凹状変形部は、凸状部分の少なくとも１つ内で形成させることができる。例えば、凹状変形部はチャネル中に延在することができる。凹状変形部は凸状部分を通る開口部を形成する開放端を有することができる。プラスチック補強部材をさらに、チャネル内に含めることができる。例えば、補強部材の一部は開口部中に、および変形部上に延在することができる。
【００１５】
フレーム部材は金属、プラスチック、複合物の少なくとも１つ、例えば、金属を含むことができる。例えば、フレーム部材は鋼、アルミニウム、マグネシウム、または前記の少なくとも１つを含む組み合わせを含むことができる。フレーム部材は熱可塑性物質および／または熱硬化性物質などのプラスチックを含むことができる。フレーム部材のプラスチックは、補強部材を形成するプラスチックとは異なるものとすることができる。例えば、フレーム部材を形成する材料のガラス転移温度（Ｔｇ）は、補強部材を形成するプラスチックのＴｇより高くすることができる。例えば、フレーム部材のＴｇは補強部材を形成するプラスチックより５０℃以上高いものとすることができる。これにより、フレーム部材が固体のままである間に、補強部材のプラスチックは流れ、フレーム部材上にオーバーモールドされることが可能になる。フレーム部材は強化材料、例えば、炭素繊維強化プラスチックなどの繊維強化プラスチックを含むことができる。
【００１６】
フレーム部材は３つ以上の壁を含むことができる（例えば、開放または閉鎖構造）。開放構造は少なくとも３つの開放側面（例えば、２つの対向する壁および連結壁）を有するチャネルを形成する３つの壁を有し、一方、閉鎖構造は４つ以上の壁を有する（連結して、２つ以下の開放壁を形成する２組の対向壁を含む）。例えば、フレーム部材は、壁の境界内に延在するチャネルを含むことができる。一般に、閉鎖構造は、開放構造と比べて、増加した剛度対重量比およびより良好なクリープ性能（すなわち、歪みまたは変形がより少ない）を提供する。しかしながら、開放構造はツーリングの容易さを促進することができる。金属部品の壁の厚さは全て同じとすることができ、または所望の方向の剛度を増強させるために異なるものとすることができる。例えば、壁の１つ、例えば、２つの対向する壁を連結する壁は対向壁とは異なる厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、壁は５ｍｍ以下、特定的には０．４ｍｍ〜３ｍｍ、より特定的には０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの厚さを有する。
【００１７】
フレーム部材は、２つの壁が接合するところで形成される凸状部分を含むことができる。例えば、凸状部分は、２つの非平行壁、例えば２つの垂直壁を連結させる湾曲部および／または屈曲部とすることができる。凸状部分は、壁により形成された内側チャネルから湾曲して離れることができる。湾曲部の半径は、例えば、１ｍｍ〜２０ｍｍ、例えば、２ｍｍ〜１５ｍｍ、例えば、５ｍｍ〜１０ｍｍとすることができる。フレーム部材は、凸状部分（複数可）内に凹状変形部（複数可）をさらに含むことができる。例えば、凹状変形部は、例えば、凸状部分と反対の方向で、チャネル中に延在することができる。
【００１８】
凹状変形部は凸状部分から形成させることができる。したがって、凹状変形部は、均一な厚さを維持することができる。言い換えれば、フレーム部材の壁を含む材料は、凹状湾曲部を作製するために引き伸ばす、または薄くする必要はない。凹状変形部（複数可）が形成される前の壁の厚さは、凹状部分が形成された後の壁の９０％以上であり、すなわち、変形部での壁の厚さの変化は１０％未満、好ましくは５％未満、または実に３％以下である。理論によって制限されないが、これは、凸状部分の湾曲部は２つの壁が交わるところにすでに存在するからであると考えられる。この湾曲部はそれから、単に反対方向に延ばされ、凹状変形部が形成される。凹状変形部の半径は、フレーム部材の凸状部分の半径に等しくすることができる。したがって、ロッキング機構は増加された強度を有し、製造がより容易になる。
【００１９】
凹状変形部は開放端を含むことができる。例えば、開放端は凸状部分を通る開口部／ギャップを形成することができる。凸状部分内に配置された凹状変形部は交互ロッキング機構を生成させることができる。例えば、ポリマ溶融物はオーバーモールドプロセス中、開口部／ギャップを通って流れることができ、よって、ポリマがフレーム部材と連動される。言い換えれば、開口部／ギャップはフローランナーとして機能することができ、よって、オーバーモールドプロセスの効率が増加される。フレーム部材とポリマの間の取付の強度もまた増加される。ポリマ（プラスチック補強部材）の表面とフレーム部材の凸状部分内の開口部の表面の間では、直接連結が存在し得る。例えば、凸状部分の表面の５０％以上、例えば、７０％以上が直接、ポリマと接触することができる。フレーム部材が２つ以上の凸状部分を含む場合、フレーム部材の１つの凸状部分内の凹状変形部は、対向する凸状部分の凹状変形部と直接整列され、または交互とされ得る。例えば、交互配列を有するロッキング機構は増加された構造統合性を有することができる。交互配列はまた、凹状変形部により占有される空間の量を低減させることができる。
【００２０】
比較目的のために、フレーム部材「Ａ」は壁の中心部に凹状変形部を含むことができる。言い換えれば、凹状変形部が前もって形作られたフレーム部材「Ａ」の平坦部分に沿って形成される。したがって、凹状変形部は不均一な厚さを有する。例えば、凹状変形部の部分は、前もって形作られたフレーム部材「Ａ」の平坦部分の厚さと比べて、厚さが３０％以上低減される可能性がある。これは、平坦表面（直線）が、依然として同じ終点を維持しながら、より長い曲線に変形されるからである。言い換えれば、平坦表面内で必要な湾曲部を形成させるために、壁を含む材料は、より長い曲線距離を横切るために、引き伸ばすおよび／または薄くしなければならない。これは、取付機構としての変形部の強度を損ない、製造がより困難になる。
【００２１】
補強部材は、フレーム部材上にオーバーモールドさせることができ、ハイブリッド構造が生成される。例えば、プラスチック補強部材は、カラムおよびチャネルのアレイ、例えば、ハニカム構造を有することができる。チャネルは、例えば、フレーム部材壁の１つ以上に平行または垂直に配向させることができる。補強構造のコーム（ｃｏｍｂ）は、３以上の側面を有する形状とすることができ、例えば三角形、四角形、五角形、六角形、七角形、および八角形、などの形状、ならびに前記形状の少なくとも１つを含む組み合わせであり、特定的にはハニカム（例えば、六角形）形状である。任意で、構造のチャネルは、構造の一端から構造の他端まで延在し、そのため、構造は両端で開いており、ここで一端（例えば、チャネルの第２の端）は任意で、フレーム部材の一側面と物理的に接触して配置させることができ、よって、第２の端が効果的にブロッキングされる。
【００２２】
補強部材は押出ポリマチューブを一緒にボンディングすること、ポリマチャネルを射出成形すること、構造を押出すことにより製造することができ、または別様に形成させることができる。例えば、要素は同じかまたは異なる材料のコームを有する共押出部品とすることができ、例えば、隣接コームは異なる材料組成物を含むことができる。任意で、コームのいくつかまたは全ては、その中にフォームを有する。言い換えれば、コームは、個々に、中空または充填とすることができ、そのため、構造統合性は、特定のコームを充填することにより、特定のコームのために異なるポリマを使用することにより、または前記の少なくとも１つを含む組み合わせにより、改変させることができる。同様に、ノイズ減衰特性を達成することができ、制御することができる。１つの可能な充填材料はフォームである。望ましくは、構造は、フレーム部材を、射出成形プロセスを使用してオーバーモールドすることにより形成される。
【００２３】
プラスチック補強部材は、さらにまたはその代わりにリブ構造を含むことができる。例えば、リブはフレーム部材のチャネルを横切って、側壁間および／または後壁に延在することができる。様々なリブ設計が可能であり、三角形、波、対角線、交差、などが挙げられる。例えば、リブは、三角形、長方形、「Ｘ」、または他の構造を形成することができる。
【００２４】
支持体内のチャネルに対するチャネルおよび／またはリブ構造の配向はまた、車両部品のエネルギー吸収特性を得るように選択することができる。例えば、支持体は、フレーム部材のチャネルに対して０°（例えば、平行）〜９０°（垂直）で配向させることができるチャネルを有することができる。言い換えれば、いくつかの実施形態では、補強チャネル（例えば、ハニカム）は、チャネルと共通軸を有し、それに対して平行に延在することができる。他の実施形態では、補強チャネル（例えば、ハニカム）はチャネルに垂直に延在することができる。
【００２５】
フレーム部材およびプラスチック補強部材は、独立して、様々なポリマ材料、例えば、熱可塑性物質、熱硬化性物質および前記の少なくとも１つを含む組み合わせを含むことができる。特定の材料はその特性、車両における所望の位置、およびその位置の特性に基づき選択することができる。例えば、いくつかの実施形態では、材料は車両製造条件下で、適度な剛度（例えば、０．８ギガパスカル（ＧＰａ）〜３０ＧＰａ、特定的には、３ＧＰａ〜１５ＧＰａ、例えば７．０ＧＰａのヤング率）、良好な伸長（例えば、１％を超える伸長）、耐化学性および／または耐熱性を有することができる（例えば、溶接、塗装、など、例えば、温度４００°Ｆで３０分間、これによりプラスチック補強部材は、部品が車体と共に塗料焼き付けを通って移動する時に完全性を維持することができる）。ポリマの例としては、熱可塑性材料、ならびに熱可塑性材料を含む組み合わせが挙げられる。可能な熱可塑性材料としては、ポリカーボネート、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／ＰＢＴブレンド、ポリカーボネート／ＡＢＳブレンド、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修飾）−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／ポリアミドのブレンド、ポリアミド、フェニレンスルフィド樹脂、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、高衝撃ポリスチレン（ＨＩＰＳ）、ポリエチレン（例えば、低／高密度ポリエチレン（Ｌ／ＨＤＰＥ））、ポリプロピレン（ＰＰ）（例えば、発泡ポリプロピレン（ＥＰＰ））、ポリエーテルイミド、および熱可塑性オレフィン（ＴＰＯ）、ならびに前記の少なくとも１つを含む組み合わせが挙げられる。例えば、プラスチック補強部材はノリル（Ｎｏｒｙｌ）（商標）ＧＴＸ樹脂、レキサン（ＬＥＸＡＮ）（商標）樹脂、ウルテム（ＵＬＴＥＭ）（商標）樹脂、バロックス（ＶＡＬＯＸ）（商標）樹脂、サイコラック（ＣＹＣＯＬＡＣ）（商標）樹脂、および／またはスタマックス（ＳＴＡＭＡＸ）（商標）樹脂（ＳＡＢＩＣから市販されている）を含むことができる。望ましくは、プラスチック補強部材はポリプロピレン、および／またはポリフェニレンエーテル／ポリアミドのブレンドを含む。
【００２６】
プラスチック補強部材は任意で、例えば、繊維、粒子、フレーク、ならびに前記の少なくとも１つを含む組み合わせにより強化させることができる。これらの繊維としては、ガラス、炭素、竹、アラミド、ケベラー（ｋｅｖｅｌａｒ）など、ならびに前記の少なくとも１つを含む組み合わせが挙げられる。例えば、プラスチック補強部材はスタマックス（ＳＴＡＭＡＸ）（商標）材料、ＳＡＢＩＣから市販されるガラス長繊維強化ポリプロピレンから形成させることができる。プラスチック補強部材および／またはフレーム部材はまた、上記材料および／または補強材のいずれかの少なくとも１つを含む組み合わせ、例えば、熱硬化性材料との組み合わせから製造することができる。フレーム部材はポリママトリックス（例えば、ポリエーテルイミド、ポリアミド（ナイロン）、ポリフェニレンオキシド、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ならびに前記の少なくとも１つを含む組み合わせ）中に連続繊維（例えば、ガラス、炭素、アラミド、ケベラー、ならびに前記の少なくとも１つを含む組み合わせ）を含むことができる。
【００２７】
フレーム部材とプラスチック補強部材との間の良好な接着は、フレーム部材の材料と補強部材の材料の間の適合性で達成することができる。例えば、フレーム部材はナイロンのベース樹脂との連続炭素繊維強化複合物から製造することができ、プラスチック補強部材のポリマもまた、ナイロン樹脂またはナイロン様のＳＡＢＩＣのノリル（商標）ＧＴＸとブレンドされた任意の他の樹脂を含むことができる。もう１つの例、フレーム部材は樹脂マトリックスとしてのポリプロピレンとの連続ガラス繊維強化複合材料から製造され、補強部材は、ポリプロピレン系材料またはＳＡＢＩＣのスタマックス（ＳＴＡＭＡＸ）（商標）樹脂のような短／長繊維強化ポリプロピレン複合物を含むことができる。
【００２８】
本明細書で記載されるように、凸状部分内に配置された凹状変形部は、交互ロッキング機構を生成させることができる。例えば、ポリマ溶融物はオーバーモールドプロセス中、開口部／ギャップを通って流れることができ、よって、補強部材はフレーム部材と連動される。形成されたハイブリッド構造は取付位置を含むことができる。例えば、取付位置は、ハイブリッド構造の上面、底面、または中間位置に配置することができ、車両部品に取り付けることができるように構成することができる。例えば、ハイブリッド構造に沿った指定された位置は、取付目的のために、開いたままとすることができる（プラスチックでオーバーモールドされていない）。車両部品は、例えば、ホワイトボディ（ＢＩＷ）、フレーム、レール、バンパー、フロントエンドモジュール、ピラー、またはクロスバーを含むことができる。取付位置は、機械的締結機構、例えば、ねじおよび／またはボルト、接着剤を含むことができ、溶接のための部位として機能することもできる。機械的固定手段の例としては、スナップ、フック、ねじ、ボルト（例えば、ねじ付きボルト、リベット、溶接、クリンプ（複数可）（例えば、かしめ金属壁）が挙げられる。フリクションフィットもまた、補強材を定位置に維持するために使用することができる。化学的固定手段は、結合剤、例えば、にかわ、接着剤、などを含むことができる。車両部品は、例えば、ホワイトボディ、フレーム、レール、バンパー、フロントエンドモジュール、ピラー、またはクロスバーを含むことができる。
【００２９】
外形寸法、例えば、ハイブリッド構造の特定の寸法は、例えば、車両内のその位置およびその機能に依存する可能性がある。フレーム部材の長さは車両部品の特定の面積に依存し、一方、プラスチック補強部材の長さは、フレーム部材内の増強された構造統合性の量および位置に依存する。プラスチック補強部材はフレーム部材の長さに見合っている、またはフレーム部材の長さより短い長さを有することができる（例えば、局在させる、すなわち、その位置の増強された構造統合性を得るために特定の位置にのみに配置させることができる）。望ましくは、重量低減を最大化するために、補強部材は、所望の構造統合性（例えば、より薄い壁を有さない標準金属部品より大きな、またはこれに等しい構造統合性）を得るのに必要とされる最小重量を付加するように局在する。ハイブリッド構造は１，０００ｍｍ以下、特定的には、８００ｍｍ以下、より特定的には、３００ｍｍ以下の長さを有することができる。ハイブリッド構造の長さは車両部品の長さの８０％以下、特定的には、６０％以下、より特定的には、５０％以下、さらにより特定的には、車両部品の長さの１０％〜３５％とすることができる。例えば、ハイブリッド構造は、例えば、ピラーまたはレールにおいて使用するために、１５０ｍｍ〜３５０ｍｍ、特定的には、２００ｍｍ〜２５０ｍｍ、長さを有することができる。他の実施形態では、ハイブリッド構造は、例えば、フロアロッカーにおいて使用するために、５００ｍｍ〜８００ｍｍ、特定的には、６００ｍｍ〜７００ｍｍの長さを有する。車両部品が中空金属要素である場合、ハイブリッド構造は中空空間に配置することができる。ハイブリッド構造が車両部品内の中空空間を通して配置されない場合、それは、補強材が車両の使用中、または衝撃中に取り外されないようにするために、車両部品に取り付けることができる。
【００３０】
さらに、プラスチック補強部材の特性は、特定のエリアで所望されるエネルギー吸収特性、例えば、単位面積あたりのコームまたはリブの数、コーム壁またはリブの厚さ、およびプラスチック補強部材の特定の材料に依存する。コームの密度（単位面積あたりのコームの数）は、所望の剛度、クラッシュ特性、および採用される材料に依存する。いくつかの実施形態では、密度は、１００ｍｍ２あたり１〜２０コーム、特定的には、１００ｍｍ２あたり１〜１０コーム、より特定的には１００ｍｍ２あたり１〜５コームとすることができる。様々な実施形態では、プラスチック補強材の壁の厚さは０．５ｍｍ〜１０ｍｍ、特定的には、２ｍｍ〜５ｍｍ、より特定的には２．５ｍｍ〜４ｍｍとすることができる。一般に、補強材は１０コーム以上、特定的には２０コーム以上、より特定的には、３０コーム以上を含む。
【００３１】
いくつかの可能な車両部品材料（複数可）としては、ポリマ（例えば、熱可塑性および／または熱硬化性）、複合物、金属、および前記の少なくとも１つを含む組み合わせが挙げられる。いくつかの金属としては、アルミニウム、チタン、クロム、マグネシウム、亜鉛、および鋼、ならびに前記材料の少なくとも１つを含む組み合わせが挙げられる。車両部品の壁の厚さはすべて同じとすることができ、または異なるようにして所望の方向の剛度を増強させることができる。例えば、１組の対向壁は、他の組の対向壁よりも大きな／小さな厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、車両部品は１．６ｍｍ以下、特定的には、１．０ｍｍ〜１．５ｍｍ、より特定的には１．３ｍｍ〜１．４ｍｍの壁厚を有する。一般に、金属壁（例えば、フロアロッカー、レール、ピラー、バンパービーム、など）は１．８ｍｍ超の壁厚を有する。よって、ハイブリッド構造の使用により、（車両部品の）壁厚の、１０％以上、特定的には、２０％以上、さらに２５％以上の低減が可能になる。
【００３２】
本明細書で開示されるハイブリッド構造は、軸負荷に供された時にかなりの量の衝撃エネルギーを吸収するように構成され、その一方、許容されるクリープ性能も有する（すなわち、衝撃時の変形がより少ない）。これにより、これらの構造は、他の車両部品に対する支持部材として有用なものとなる。共成形することができる、本明細書で開示されるハイブリッド構造は、衝撃時の車両損傷（例えば、ホワイトボディ（ＢＩＷ）または車両のフレームへの損傷）を防止するために、統合されたエネルギー吸収装置（例えば、クラッシュカン）を提供することができる。本明細書で開示されるハイブリッド構造は、衝撃時のエネルギーを吸収するために共成形された金属部品およびプラスチック部品の様々な設計を利用し、完全プラスチック部品と比べて低減されたクリープを有し、低コストで、軽量設計を有する。ハイブリッド構造は、衝撃後の車両の修復コストを低減させることができる。例えば、ハイブリッド構造は衝撃時のエネルギーを吸収することにより、損傷を低減させることができ、そのため、ＢＩＷは損傷されず、またはほとんど損傷されない。
【００３３】
ハイブリッド構造は、車両内の様々な位置で使用することができる。一般に、ハイブリッド構造は、バンパービームおよびバンパービームが取り付けられる鋼構造の後に、しかし、衝撃により引き起こされる力の印加での損傷からのＢＩＷの保護として機能するためにＢＩＷの前に配置することができる。言い換えれば、ＢＩＷとバンパービームが取り付けられる構造の間である。保護するためにハイブリッド構造が使用される他の部品としては下記が挙げられる：ヘッドランプ（複数可）、ボンネット、ラジエーター、および車両レール（全て、車両のフロントバンパーの前または後で使用するためのものである）、ならびにテールゲート、デッキリッド、およびテールランプ（全て、車両のリヤバンパーの前または後で使用するためのものである）ならびに他の部品、例えばフロアランナー、フロアロッカー、クロスビーム、およびこれらの部品の少なくとも１つを含む組み合わせ。ハイブリッド構造は開口チャネル系に組み込むことができる。例えば、開口チャネルは、その長さに沿った任意の断面で開曲線、例えば、「Ｃ」形状を有することができる。ハイブリッド構造は閉鎖チャネル系に組み込むことができる。例えば、閉鎖チャネル系は、その長さに沿った任意の断面で閉鎖形状、例えば、「Ｏ」形状、または多角形状を有することができる。ハイブリッド構造はまた、静止構造、例えば、商業ビルおよび／または住宅に組み込むことができる。
【００３４】
ハイブリッド構造は、インサート成形（例えば、オーバーモールド）を含むいくつかの共成形プロセスにより生成させることができる。フレーム部材は、所望の形状（例えば、角箱様形状）に押出加工することにより形成させることができ、それからプラスチック補強部材をフレーム部材中に、例えば、インサート射出成形プロセスを使用して、インサート成形させることができる。ハイブリッド構造により置き換えられる車両または他の構造の部品は最初に、構造統合性について試験することができる。したがって、ハイブリッド構造に対して必要とされる最小構造統合性を決定することができる。置き換えられる部品のサイズはその後変更することができ、例えば、サイズを低減させることができ、ロッキング機構および補強部材を用いて改変させることができる。したがって、置き換えられる部品のサイズおよび重量を低減させることができ、その一方、構造統合性を維持または増加させることができる。例えば、車両用途のために意図されるハイブリッド構造は、２０キロニュートン（ｋＮ）以上、例えば、３０ｋＮ以上、または５０ｋＮ以上、または１００ｋＮ以上の力に耐えるように設計することができる。静止構造における使用が意図されるハイブリッド構造は５ｋＮ以上の力に耐えるように設計することができる。
【００３５】
添付の図面を参照することにより、本明細書で開示される部品、プロセスおよび装置のより完全な理解を得ることができる。これらの図面（本明細書では「図」とも呼ばれる）は、単に、便利さおよび本開示を証明する容易さに基づいた概略図であり、そのため、装置またはその部品の相対的サイズおよび寸法を示すこと、および／または例示的な実施形態の範囲を規定または制限することは意図されない。明確にするために下記説明において特定の用語が使用されるが、これらの用語は、図面において説明するために選択した実施形態の特定の構造のみを示すために意図されたものであり、本開示の範囲を規定または制限することを意図しない。図面および下記説明において、同様の数字表示は同様の機能の部品を示すことが理解されるべきである。
【００３６】
以下、図３について説明すると、ハイブリッド構造において使用するためのフレーム部材１２は、壁１４を含むことができる。例えば、フレーム部材１２は３つ以上の壁１４を含むことができる。したがって、チャネル２０は、壁１４の境界内で形成させ、延在させることができる。壁１４の凸状部分１６は、２つの壁１４が交わる場所に配置される。例えば、凸状部分１６は、２つの垂直壁１４を連結させる湾曲部とすることができる。例えば、凸状部分１６はチャネル２０から外に向かって離れて延在することができる。フレーム部材１２は、凸状部分１６内に凹状変形部１８をさらに含むことができる。例えば、凹状変形部１８はチャネル２０中に延在することができる。例えば、凹状変形部１８は、凸状部分１６と反対の方向に延在することができる。凹状変形部１８は均一な厚さを有することができる。凹状変形部１８は開放端２２を含むことができる。例えば、開放端２２は凸状部分１６を通って開口部／ギャップ２４を形成することができる。凸状部分１６内に配置された凹状変形部１８は交互ロッキング機構を生成させることができる。例えば、ポリマ溶融物は、オーバーモールドプロセス中に開口部／ギャップ２４を通って流れることができ、よって、ポリマがフレーム部材１２と連動される。
【００３７】
以下、図４Ａおよび図４Ｂについて説明すると、前もって形作られたフレーム部材１２Ａは壁１４および２つの壁１４が交わる凸状部分１６を含むことができる。凹状変形部１８はそれから、凸状部分１６内で形成させることができ、形成済みフレーム部材１２が生成される。図４Ｂは、開放端２２および開口部／ギャップ２４を含む凹状変形部１８の側面図を示す。凹状変形部１８は凸状部分１６から形成されるので、凹状変形部１８は均一な厚さｔ１を維持することができる。言い換えれば、フレーム部材１２の壁１４を含む材料は湾曲部を生成させるのに引き伸ばす、または薄くする必要はない。これは、凸状部分１６の湾曲部が２つの壁１４が交わる場所にはすでに存在するからである。湾曲部はそれから、単に反対方向に延ばされ、凹状変形部１８が形成される。
【００３８】
以下、図１、図２Ａ、および図２Ｂについて説明すると、フレーム部材１１は、壁１４の中心部１５に凹状変形部１９を含むことができる。言い換えれば、凹状変形部１９は、前もって形作られたフレーム部材１１Ａの平坦部分１５に沿って形成される。
【００３９】
以下、図５Ａおよび図５Ｂについて説明すると、プラスチック補強部材２６は、フレーム部材１２上にオーバーモールドさせることができ、ハイブリッド構造１０が生成される。例えば、補強部分２６は熱可塑性物質を含むことができ、ハニカムパターンに形成させることができる。図３に関して本明細書で記載されるように、凸状部分１６内に配置された凹状変形部１８は交互ロッキング機構を生成させることができる。例えば、ポリマ溶融物は、オーバーモールドプロセス中、開口部／ギャップ２４を通って流れることができ、よって、プラスチック補強部材２６はフレーム部材１２と連動される。正面図１０Ａおよび背面図１０Ｂからわかるように、形成されたハイブリッド構造１０は取付位置２８を含む。例えば、取付位置２８は、ハイブリッド構造１０の上面または底面に配置することができ、車両に取り付けるように構成させることができる。背面図１０Ｂはまた、凹状変形部１８を示し、そこでは補強部材２６およびフレーム１２が連動する。
【００４０】
以下、図９について説明すると、ハイブリッド構造１０（正面図１０Ａ、側面図１０Ｃ）は車両部品３０に取付位置２８を介して取り付けることができる。例えば、取付位置２８は機械的締結機構、例えば、ねじおよび／またはボルト、接着剤を含むことができ、また、溶接部位としても機能することができる。車両部品３０は、例えば、ホワイトボディ、フレーム、レール、バンパー、フロントエンドモジュール、ピラー、またはクロスバーを含むことができる。
【実施例】
【００４１】
下記実施例は本明細書で開示されるハイブリッド構造の例示にすぎず、これについての範囲を制限することを意図しない。
【００４２】
【表１】
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【００４３】
実施例１
シミュレーションを、この実施例のためにＬＳ−ＤＹＮＡを用いて実施した。ＬＳ−ＤＹＮＡは、Ｌｉｖｅｒｍｏｒｅ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（ＬＳＴＣ）により開発された先進汎用Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓシミュレーションソフトウェアパッケージである。図１は、中心に配置された変形部を有して形成されたフレーム部材を表す。図３は、フレーム壁内の凸状湾曲部に沿って凹状変形部を含む、本開示によるフレーム部材を表す。鋼を使用して、フレーム部材をシミュレートする。図１に示されるように、フレーム壁の変形部は厚さが均一ではない。変形部の外縁は著しく薄くなっており、１．２ミリメートルの厚さ（ｔ１）を有するフレーム壁の残りと比べて、０．７ミリメートル（ｍｍ）の厚さしか有さない（ｔ２）（図２Ａおよび２Ｂを参照されたい）。対照的に、図３に示される本開示による変形部は１．２ミリメートルの均一な厚さを維持する（図４Ａおよび４Ｂを参照されたい）。本変形部の均一な厚さにより、ハイブリッド構造の著しく改善された構造統合性が得られる。
【００４４】
実施例２
シミュレーションを、この実施例のためにＬＳ−ＤＹＮＡを用いて実施した。図６は構造Ｂ（線３４）と比べた、構造Ａの衝撃中の貫入（線３２）を比較するチャートである。５０キロメートル／時間の衝撃速度を実施例のために使用する。フレーム部材の平坦部分内に変形部を有するハイブリッド構造（構造Ａ）を、合計４．５キログラムの重さの全鋼部品を用いてシミュレートした。フレーム部材の凸状湾曲部（例えば、角）に沿って変形部を有するハイブリッド構造（構造Ｂ）を、鋼フレーム（１．０ミリメートル、２．２キログラム）およびプラスチック補強材（２−３．５ミリメートル、０．８キログラム）（合計３．０キログラムの重さ）を用いてシミュレートした。図６は構造Ｂの予想外の、有利な特性を証明する。図６に示されるように、ハイブリッド構造Ｂは驚いたことに、衝撃中の剛度の観点から、金属構造Ａをしのぐ。
【００４５】
実施例３
シミュレーションを、この実施例のためにＬＳ−ＤＹＮＡを用いて実施した。図７は構造Ｂのための２．６秒の射出成形時間を示す。図８は構造Ｂのための７７．８７メガパスカルの最大射出圧力を示す。これらの値は業界標準を忠実に守ることが示されている。
【００４６】
本明細書で開示される物品および方法は、少なくとも下記実施形態を含む。
【００４７】
実施形態１：２つの壁が交わる凸状部分を有するチャネルを形成する少なくとも３つの壁を含むフレーム部材と、凸状部分の少なくとも１つ内の凹状変形部であって、凹状変形部はチャネル中に延在し、凸状部分を通る開口部を形成する開放端を有する凹状変形部と、チャネル内のプラスチック補強部材であって、補強部材の一部は開口部中および変形部上に延在する補強部材とを含む、ハイブリッド構造。
【００４８】
実施形態２：フレーム部材は金属、プラスチック、複合物、または前記の少なくとも１つを含む組み合わせを含む、実施形態１の方法。
【００４９】
実施形態３：フレーム部材は第１の材料を含み、補強部材は第１の材料とは異なる材料を含む、前記実施形態のいずれかの方法。
【００５０】
実施形態４：ハイブリッド構造は、金属のみを含む金属構造と比べて、質量が３０％以上低減されるが、金属構造の剛度以上の衝撃中剛度を有する、実施形態１の方法。
【００５１】
実施形態５：フレーム部材は鋼、アルミニウム、マグネシウム、または前記の少なくとも１つを含む組み合わせを含む、前記実施形態のいずれかの方法。
【００５２】
実施形態６：補強部材は熱可塑性物質を含む、前記実施形態のいずれかの方法。
【００５３】
実施形態７：少なくとも１つの壁は、凸状部分から離して配置された追加の凹状変形部をさらに含む、前記実施形態のいずれかの方法。
【００５４】
実施形態８：追加の凹状変形部は少なくとも１つの壁の中心部に配置される、実施形態７の方法。
【００５５】
実施形態９：凹状変形部は均一な厚さを有する、前記実施形態のいずれかの方法。
【００５６】
実施形態１０：追加の凹状変形部は厚さが１０％以下、好ましくは５％以下、または３％以下変動する、実施形態９の方法。
【００５７】
実施形態１１：凹状変形部は１ミリメートル〜２ミリメートルの均一な厚さを有する、実施形態９の方法。
【００５８】
実施形態１２：補強部材はハニカム構造および／またはリブパターン、好ましくはハニカム構造を含む、前記実施形態のいずれかの方法。
【００５９】
実施形態１３：ハイブリッド構造は追加の金属挿入物を含まない、前記実施形態のいずれかの方法。
【００６０】
実施形態１４：少なくとも２つの凸状部分をさらに含み、各凸状部分は少なくとも１つの凹状変形部を含む、前記実施形態のいずれかの方法。
【００６１】
実施形態１５：ハイブリッド構造は、開口チャネル系および／または閉鎖チャネル系との統合のために構成される、前記実施形態のいずれかの方法。
【００６２】
実施形態１６：ハイブリッド構造は車両部品に取り付けられるように構成される、前記実施形態のいずれかの方法。
【００６３】
実施形態１７：車両部品は、ホワイトボディ、ビーム、レール、バンパー、フロントエンドモジュール、シート、シャーシ、クロスバー、フロア、ピラー、フレーム、または前記の少なくとも１つを含む組み合わせを含む、実施形態１６の方法。
【００６４】
実施形態１８：ハイブリッド構造は、車両部品に機械的締結、溶接、接着、または前記の少なくとも１つを含む組み合わせにより取り付けられるように構成される、実施形態１６の方法。
【００６５】
実施形態１９：２つの壁が交わる凸状部分を有するチャネルを形成する３つ以上の壁を含むフレーム部材を形成する工程、凸状部分の少なくとも一部に沿って凹状変形部を形成する工程であって、凸状部分および凹状変形部は壁内でギャップを形成する工程、および、補強部材をフレーム部材上にオーバーモールドする工程であって、補強部材の少なくとも一部がギャップ中に延在し、フレーム部材と連動する工程を含む、前記請求項のいずれかに記載のハイブリッド構造を製造する方法。
【００６６】
実施形態２０：壁内のギャップは、オーバーモールドプロセス中にフローランナーとして機能するように構成される、実施形態１９の方法。
【００６７】
実施形態２１：ハイブリッド構造を車両部品に取り付ける工程をさらに含む、実施形態１９−２０のいずれかの方法。
【００６８】
一般に、発明は、あるいは、本明細書で開示される任意の適切な構成要素を含み、これから構成され、または本質的にこれから構成され得る。発明は、加えて、またはその代わりに、先行技術組成物において使用される、またはそうでなければ、本発明の機能および／または目的の達成に必要ではない、任意の構成要素、材料、材料成分、アジュバントまたは種を欠く、または実質的に含まないように処方され得る。同じ構成要素または特性に向けられる全ての範囲の終点は含まれ、独立して組み合わせ可能であり（例えば、「２５ｗｔ％以下、または５ｗｔ％〜２０ｗｔ％」の範囲は終点、「５ｗｔ％〜２５ｗｔ％」などの範囲の全ての中間値を含む）。より広い範囲に加えてより狭い範囲またはより特定的な群の開示は、より広い範囲またはより大きな群の否認ではない。「組み合わせ」はブレンド、混合物、合金、反応生成物、などを含む。さらに、「第１の」「第２の」などの用語は本明細書では、いずれの順序、量、または重要性も示さず、むしろ、別の要素と比較した１つの要素を示すために使用される。「１つの（ａ、ａｎ）」または「その（ｔｈｅ）」という用語は、本明細書では、量の制限を示さず、本明細書で別記されない限りまたは文脈により明確に否定されない限り、単数形および複数形の両方を含むと解釈されるべきである。「または」は「および／または」を意味する。添え字「（複数可）」は、本明細書では、修飾するその用語の単数形および複数形の両方を含むことが意図され、よって、１つ以上のその用語が含まれる（例えば、フィルム（複数可）は１つ以上のフィルムを含む）。明細書を通して「１つの実施形態」、「別の実施形態」、「一実施形態」などへの言及は、実施形態と関連させて記載される特定の要素（例えば、特徴、構造、および／または特性）が本明細書で記載される少なくとも１つの実施形態に含まれ、他の実施形態では存在してもしなくてもよいことを意味する。加えて、記載された要素は、様々な実施形態において任意の好適な様式で組み合わせられ得ることが理解されるべきである。
【００６９】
「正面」、「後面」、「底面」、および／または「上面」という用語は、別記されない限り、単に説明の便宜を図って本明細書で使用され、任意の１つの位置または空間定位に限定されない。「任意的な」または「任意で」は、その後に記載される事象または状況が起こり得る、または起こり得ないこと、説明は事象が起きる場合および起きない場合を含むことを意味する。別に規定されない限り、本明細書で使用される技術および科学用語は、この発明が属する分野の当業者により普通に理解されるものと同じ意味を有する。「組み合わせ」はブレンド、混合物、合金、反応生成物、などを含む。
【００７０】
全ての引用される特許、特許出願、および他の参考文献はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。しかしながら、本出願における用語が組み込まれる参考文献における用語と相反または矛盾する場合、本出願からの用語が組み込まれる参考文献からの矛盾する用語に優先する。
【００７１】
特定の実施形態について記載してきたが、現在のところ予期されないまたは予期され得ない代替、改変、変更、改善、および実質的な等価物について、出願人または当業者は思いつく可能性がある。したがって、提出された、補正され得る添付の特許請求の範囲は、そのような代替、改変、変更、改善、および実質的な等価物全て包含することが意図される。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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