DE102015013655A1

DE102015013655A1 - Geschweißter Harzstrukturkörper und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102015013655A1
Application number: DE102015013655.0A
Authority: DE
Inventors: Daisuke Hatano; Takahisa Egawa
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2014-10-22
Filing date: 2015-10-22
Publication date: 2016-04-28
Anticipated expiration: 2035-10-23
Also published as: JP2016078411A; CN105538684B; DE102015013655B4; CN105538684A; JP6379992B2

Abstract

Bereitgestellt wird ein geschweißter Strukturkörper, bei dem die Erzeugung von unnötigen Graten beim Vibrationsschweißen wirksam verringert wird. Ein geschweißter Strukturkörper umfasst eine Mutter 1, einen ersten thermoplastischen Harzbestandteil 2, der auf einer Endseite der Mutter 1 vorgesehen ist, einen zweiten thermoplastischen Harzbestandteil 3, der auf dem äußeren Umfang der Mutter 1 so vorgesehen ist, dass ein offener Teil der Mutter nicht verschlossen ist, und ein poröses Element 5 zwischen der Mutter 1 und dem ersten thermoplastischen Harzbestandteil 2, und der erste thermoplastische Harzbestandteil 2 und der zweite thermoplastische Harzbestandteil 3 sind durch Vibrationsschwingung verschweißt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen geschweißten Harzstrukturkörper umfassend einen hohlen Bestandteil mit einem Hohlraum, und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Beschreibung der verwandten Technik
Zum Verbinden von zwei oder mehreren Harzbestandteilen ist die Technologie des Vibrationsschweißens allgemein bekannt. Vibrationsschweißen ist eine Technologie, bei der, indem Druck und eine Relativschwingung an zwei Bestandteilen aufgebracht wird, Reibungswärme an der Kontaktoberfläche erzeugt wird, die Kontaktoberfläche lokal angeschmolzen wird und die Bestandteile miteinander verschweißt werden. Bei diesem Schweißverfahren schmilzt das Harz beim Verbinden und kann überfließen, so dass Grate nahe dem Kontaktabschnitt ausgebildet werden. Insbesondere beim Durchführen von Vibrationsschweißen zwischen einem thermoplastischen Harzbestandteil, in dem eine Mutter versenkt ist, und einem weiteren Harzbestandteil kann das geschmolzene Harz (Grate), das durch das Vibrationsschweißen erzeugt ist, in das Innere der Mutter fließen.
Bei dem Verfahren zum Herstellen eines Strukturkörpers mittels Vibrationsschweißen, wie in JP 2012-232507 A beschrieben, ist bekannt, dass eine Aufspannvorrichtung, wie beispielsweise ein speziell angefertigter Verbindungsaufsatz, an dem Kontaktpunkt vorgesehen ist und dadurch die Form der Grate so korrigiert wird, dass sie eine gebogene Oberflächenform aufweisen. In diesem Fall kann die Aufspannvorrichtung für die Grate und andere, im Inneren erzeugte nicht bereitgestellt werden und das Beseitigen der Grate ist schwierig.
Weiter ist, wie in JP H09-174697 A gezeigt, bekannt, dass zuvor ein Schlitzteil für den Überlauf des geschmolzenen Harzes um den Kontaktpunkt herum vorgesehen ist. In diesem Fall ist ein Raum zum Bereitstellen des speziell angefertigten Schlitzes erforderlich und die Größe des Strukturkörpers neigt dabei dazu, groß zu werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen geschweißten Harzstrukturkörper bereitzustellen, bei dem das Entstehen unnötiger Grate durch Vibrationsschweißen wirksam verringert ist, und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Ein geschweißter Strukturkörper gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: einen hohlen Bestandteil, der einen Hohlraum umfasst, der durch ein Inneres des hohlen Bestandteiles hindurchgeht; einen ersten Harzbestandteil, der vorgesehen ist an wenigstens einem Ende des Hohlraums des hohlen Bestandteiles; einen zweiten Harzbestandteil, der an einem äußeren Umfang des hohlen Bestandteiles so vorgesehen ist, dass ein offener Teil des Hohlraumes nicht verschlossen ist; und ein poröses Element, das zwischen dem hohlen Bestandteil und dem ersten Harzbestandteil vorgesehen ist, und das das eine Ende des Hohlraumes verschließt, wobei der erste Harzbestandteil und der zweite Harzbestandteil thermoplastische Harze sind, und der erste Harzbestandteil und der zweite Harzbestandteil durch Vibrationsschweißen verschweißt sind. Hier wird, als der hohle Bestandteil, eine Mutter oder ein zylindrischer Metall- oder Harzbestandteil ins Auge gefasst.
Weiter kann das poröse Element in einem Raum angeordnet sein, der durch eine Endoberfläche und eine Aussparung ausgebildet ist, wobei die Endoberfläche eine Endoberfläche an einem Ende in einer Durchgangsrichtung des Hohlraums des hohlen Bestandteils ist, und die Aussparung an dem ersten Harzbestandteil oder dem zweiten Harzbestandteil oder beiden vorgesehen ist.
Weiter kann die Tiefe der Aussparung geringer sein als die Stärke des porösen Elementes.
Weiter kann das poröse Element, wenigstens teilweise, eine Kerbe in zentraler Richtung von seinem äußeren Umfang umfassen.
Weiter kann der hohle Bestandteil einen Vorsprung umfassen, wenigstens teilweise, in einer Durchgangsrichtung des Hohlraums, auf der äußeren Umfangsoberfläche, die in Kontakt ist mit dem zweiten Harzbestandteil.
Weiter ist vorgesehen ein Verfahren zum Herstellen des geschweißten Strukturkörpers gemäß der Erfindung, wobei dieses die Schritte umfasst: Herstellen eines hohlen Bestandteiles und eines ersten Harzbestandteils, wobei der hohle Bestandteil einen Hohlraum umfasst, der durch ein Inneres des hohlen Bestandteiles hindurchgeht; Bereitstellen eines zweiten Harzbestandteiles an einem äußeren Umfang des hohlen Elementes, so dass ein offener Teil des Hohlraums nicht verschlossen ist; Anordnen eines porösen Elementes zwischen dem hohlen Bestandteil und dem ersten Harzbestandteil, und Vibrationsschweißen zwischen dem ersten Harzbestandteil und dem zweiten Harzbestandteil, so dass der erste Harzbestandteil an wenigstens einer Endseite des Hohlraums des hohlen Bestandteiles ist, der in dem zweiten Harzbestandteil vorgesehen ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen geschweißten Strukturkörper bereit zu stellen, bei dem die Erzeugung unerwünschter Grate wirksam verringert ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Querschnitt in Explosionsdarstellung, der den Entwurf eines geschweißten Strukturkörpers gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
2 ist ein Querschnitt eines geschweißten Strukturkörpers, der durch ein Verfahren zum Herstellen eines geschweißten Strukturkörpers gemäß der ersten Ausführungsform hergestellt ist.
3 ist ein Querschnitt, der ein Gießverfahren für einen thermoplastischen Harzbestandteil gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
4 ist ein Querschnitt in Explosionsdarstellung, der ein Verfahren zum Herstellen eines geschweißten Strukturkörpers gemäß einem herkömmlichen Beispiel zeigt.
5 ist ein Querschnitt eines geschweißten Strukturkörpers, der durch das Verfahren zum Herstellen eines geschweißten Strukturkörpers gemäß dem herkömmlichen Beispiel hergestellt ist.
6 ist ein Querschnitt, der eine Verwendungsform des geschweißten Strukturkörpers zeigt, der durch das Verfahren zum Herstellen eines geschweißten Strukturkörpers gemäß der ersten Ausführungsform hergestellt ist.
7 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Ausführungsform einer Verwendungsform des geschweißten Strukturkörpers zeigt, der durch das Verfahren zum Herstellen eines geschweißten Strukturkörpers gemäß der ersten Ausführungsform hergestellt ist.
8 ist ein Querschnitt in Explosionsdarstellung, der ein Verfahren zum Herstellen eines geschweißten Strukturkörpers gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
9 ist ein Querschnitt des geschweißten Strukturkörpers, der durch das Verfahren zum Herstellen eines geschweißten Strukturkörpers gemäß der zweiten Ausführungsform hergestellt ist.
10 ist ein Querschnitt in Explosionsdarstellung, der ein Verfahren zum Herstellen eines geschweißten Strukturkörpers gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.
11 ist ein Querschnitt, der eine Verwendungsform des geschweißten Strukturkörpers zeigt, der durch das Verfahren zum Herstellen eines geschweißten Strukturkörpers gemäß der dritten Ausführungsform hergestellt ist.
12 ist ein Querschnitt von oben, der ein Verfahren zum Herstellen eines geschweißten Strukturkörpers gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden Ausführungsformen der Erfindung detailliert und genau beschrieben werden.
[Erste Ausführungsform]
1 zeigt eine schematische Ansicht der Anordnung von Bestandteilen, die gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch Vibrationsschweißen verschweißt werden sollen. Bei dieser Ausführungsform ist ein zweiter thermoplastischer Harzbestandteil 3, in dem eine Mutter 1 aus Metall versenkt ist, an einem ersten thermoplastischen Harzbestandteil 2 und einem weiteren thermoplastischen Harzbestandteil 4 durch Vibrationsschweißen befestigt. Ein Verfahren zum Herstellen eines geschweißten Strukturkörpers, bei dem wirksam das Entstehen von Graten verhindert wird durch Anordnen eines porösen Elementes 5 zwischen dem ersten thermoplastischen Harzbestandteil 2 und dem zweiten thermoplastischen Harzbestandteil 3, wird beschrieben werden.
Zuerst werden die bei dem Verfahren zum Herstellen des geschweißten Strukturkörpers gemäß dieser Ausführungsform zu verwendenden Bestandteile unter Bezugnahme auf 1 beschrieben werden. Die metallische Mutter 1, die in der Ausführungsform verwendet werden soll, weist eine hohle Form auf, in der ein Hohlraum durch ihr Inneres hindurchgeht, und ein Schraubengewinde 11 ist an der Wandoberfläche des Hohlraums vorgesehen. Dann wird, ohne den Hohlraum zu verschließen, die Mutter 1 in den blockförmigen, zweiten thermoplastischen Harzbestandteil 3 versenkt. Der zweite thermoplastische Harzbestandteil 3 deckt teilweise oder vollständig den äußeren Umfangsteil der Mutter 1 ab und sein oberes Ende weist eine Ebene auf mit in etwa der gleichen Höhe wie der obere Endteil der Mutter 1. Weiter bildet, in 1, das untere Ende des zweiten thermoplastischen Harzbestandteils 3 eine Ebene aus an einer geringfügig zurückgesetzten Position relativ zu der unteren Endoberfläche der Mutter 1, kann aber auch die gleiche Ebene oder eine leicht vorstehende Ebene ausbilden. Der untere Endteil 13 der Mutter 1 kann eine Form aufweisen, die bezüglich der Figur nach unten vorspringt, oder eine Form aufweisen, die die gleiche Ebene ausbildet, oder eine zurückgesetzte Form relativ zu dem zweiten thermoplastischen Harzbestandteil aufweisen. Die Mutter 1 kann einen vorspringenden Teil 12 an einer Stelle, in vertikaler Richtung, auf dem äußeren Umfang aufweisen, so dass die Mutter nicht aus dem zweiten thermoplastischen Harzbestandteil 3 bezüglich der Figur nach unten herausfällt. Der vorspringende Teil 12 weist eine Form auf, die sich zu dem äußeren Umfang des zweiten thermoplastischen Harzbestandteils relativ zu dem unteren Endteil der Mutter 1 vergrößert. Hier kann eine Vielzahl der vorspringenden Teile 12 in der Vertikalrichtung des äußeren Umfangs vorgesehen sein oder es kann statt der vorspringenden Form eine Stufe oder eine von dem unteren Ende zu dem oberen Ende hin sich verstärkende Schräge auf dem äußeren Umfang der Mutter 1 vorgesehen sein. Weiter kann die Stufe oder Schräge, in der Umfangsrichtung, um den äußeren Umfang der Mutter 1 herum, oder nur teilweise vorgesehen sein. Die obere Endoberfläche des zweiten thermoplastischen Harzbestandteils 3, der den äußeren Umfang abdeckt, umfasst einen planaren Teil, um, in einer planaren Art und Weise, die Ebene des ersten thermoplastischen Harzbestandteils 2, der oberhalb der Mutter 1 vorgesehen ist, kontaktieren zu können und, in ähnlicher Weise, umfasst die untere Endoberfläche einen planaren Teil, um, in einer planaren Art und Weise, die Ebene des thermoplastischen Harzbestandteils 4 kontaktieren zu können.
Wie in 1 gezeigt ist bevorzugt, dass ein poröses Element 5, das aus einem Faservlies, einer schwammähnlichen Form oder dergleichen hergestellt ist, an dem oberen Teil der metallischen Mutter 1 vorgesehen ist. Hier kann für das poröse Element 5, PP, PA, PE, PET, PV oder dergleichen verwendet werden. Das poröse Element 5 weist eine diskusförmige Form auf. Weiter kann, bezüglich seiner Größe, der äußere Umfang gleich dem äußeren Umfang der oberen Endoberfläche der Mutter 1 oder geringfügig größer als diese sein, und er ist so positioniert, dass er die obere Endoberfläche der Mutter 1 vollständig abdeckt. Hier ist bevorzugt, dass das poröse Element 5 bezüglich seiner Form in bestimmtem Umfang durch Kompression deformierbar ist. Weiter können die Poren des porösen Elementes 5 geschlossene Zellen enthalten sein, es ist jedoch bevorzugt, dass viele offene Zellen enthalten sind. Dies deshalb, weil im Falle des Enthaltens von vielen offenen Zellen das bei dem später beschriebenen Schweißschritt erzeugte geschmolzene Harz leichter in Poren des porösen Elementes 5 fließt und weil es möglich ist, zu verhindern, dass das poröse Element 5 von außerhalb stark komprimiert wird. Bei dieser Ausführungsform ist die Form des porösen Elementes 5 eine diskusförmige Form, kann aber eine elliptische Form, eine Ringform oder eine zylindrische Form sein, und die äußere Form kann eine polygonale Form wie beispielsweise ein Tetragon oder dergleichen sein. Weiter kann, wie später beschrieben, an einem Teil davon die Größe geringer sein als der Außendurchmesser der Mutter 1.
Wie in 1 gezeigt ist der erste thermoplastische Harzbestandteil 2 zum Aufnehmen der Mutter 1 auf den oberen Teilen der metallischen Mutter 1 und des porösen Elementes 5 vorgesehen. Der erste thermoplastische Harzbestandteil 2 ist mit einer Aussparung 21 versehen, die die gleiche Größe aufweist wie das poröse Element 5, und in einem später beschriebenen Schweißschritt ist es möglich, den ersten thermoplastischen Harzbestandteil 2 und den zweiten thermoplastischen Harzbestandteil 3 in einer Art und Weise zu verbinden, ohne das poröse Element 5 zu komprimieren. Hier kann die Tiefe der Aussparung 21 geringer sein als die Stärke des porösen Elementes 5, und in diesem Fall ist das poröse Element 5 etwas komprimiert, wenn der erste thermoplastische Harzbestandteil 2 und der zweite thermoplastische Harzbestandteil 3 verbunden sind, und es ist möglich, einen Fehler in Richtung der Tiefe zu absorbieren, wenn die Aussparung 21 auf dem thermoplastischen Harz vorgesehen ist. Weiter ist es unabhängig von dem Einfluss von Schwingungen während des Vibrationsschweißens und dem Einstrom von geschmolzenem Harz möglich, das poröse Element 5 sicher zu halten. Weiterhin kann, ähnlich dazu, die Aussparung 21 eine kleinere Fläche aufweisen als das poröse Element 5.
Wie in 1 gezeigt befindet sich der thermoplastische Harzbestandteil 4 an einem unteren Teil der metallischen Mutter 1. Der thermoplastische Harzbestandteil 4 spielt eine Rolle beim Tragen der Mutter 1 und der zweite thermoplastische Harzbestandteil 3 von der unteren Seite. Entsprechend einem unteren Endteil 13 der Mutter 1, der von dem zweiten thermoplastischen Harzbestandteil 3 vorsteht, umfasst der thermoplastische Harzbestandteil 4 ein Loch, das nahezu gleich oder geringfügig größer ist als der untere Endteil 13, und kann den zweiten thermoplastischen Harzbestandteil 3 auf der Ebene kontaktieren, während der untere Endteil 13 der Mutter 1 vermieden wird. Hier kann die untere Endoberfläche der Mutter 1 die gleiche Ebene ausbilden wie die untere Endoberfläche des befestigten thermoplastischen Harzbestandteils 4, oder es ist zulässig, dass eine ausgesparte Form oder eine vorspringende Form relativ zu der unteren Endoberfläche des thermoplastischen Harzbestandteils 4 vorhanden ist.
Hier, wenn der erste thermoplastische Harzbestandteil 2 bis zu dem thermoplastischen Harzbestandteil 4 thermische Verformbarkeit aufweisen und, gleichzeitig, aus kohlefaserverstärkten Kunststoffen (CFRP), glasfaserverstärkten Kunststoffen oder dergleichen hergestellt sind, kann der durch die Ausführungsform hergestellte geschweißte Strukturkörper mit geringem Gewicht und guter Haltbarkeit erhalten werden.
Wie in 2 gezeigt, werden zuerst der erste thermoplastische Harzbestandteil 2, der zweite thermoplastische Harzbestandteil 3 und das poröse Element 5 so vorgesehen, dass sie in engem Kontakt sind. Weiterhin werden der zweite thermoplastische Harzbestandteil 3 und der thermoplastische Harzbestandteil 4 in engen Kontakt gebracht. Dann wird an die Verbindungsoberflächen zwischen dem ersten thermoplastischen Harzbestandteil 2, dem zweiten thermoplastischen Harzbestandteil 3 und dem thermoplastischen Harzbestandteil 4 Druck in senkrechter Richtung (die Vertikalrichtung in 2) mit einer nicht dargestellten speziell angefertigten Aufspannvorrichtung aufgebracht. Weiterhin wird in diesem Zustand auf die Verbindungsoberflächen zwischen dem ersten thermoplastischen Harzbestandteil 2, dem zweiten thermoplastischen Harzbestandteil 3 und dem thermoplastischen Harzbestandteil 4 eine periodische Schwingung in der horizontalen Richtung (die horizontale Richtung in 2) für eine bestimmte Zeitspanne aufgebracht. Bei dieser Gelegenheit kann das obere oder untere Ende in der Vertikalrichtung von 2 fixiert und andere Teile in Schwingung versetzt sein. Alternativ können beide Teile in Schwingung versetzt sein. Weiter können während des Vibrationsschweißschrittes der erste thermoplastische Harzbestandteil 2, der zweite thermoplastische Harzbestandteil 3 und der thermoplastische Harzbestandteil 4 gleichzeitigt verschweißt werden. Alternativ kann, in zwei Schritten, ein Schweißen des ersten thermoplastischen Harzbestandteils 2 und des zweiten thermoplastischen Harzbestandteils 3 und ein Schweißen des zweiten thermoplastischen Harzbestandteils 3 und des thermoplastischen Harzbestandteils 4 separat durchgeführt werden. Bei diesen Schritten erzeugen ein Schweißteil 7 zwischen dem ersten thermoplastischen Harzbestandteil 2 und dem zweiten thermoplastischen Harzbestandteil 3 und ein Schweißteil 8 zwischen dem zweiten thermoplastischen Harzbestandteil 3 und dem thermoplastischen Harzbestandteil 4 jeweils Wärme durch Reibung und Schmelzen. Danach, durch Unterbrechen der Schwingung und durch Kühlen, verfestigt sich das geschmolzene Harz und bildet Bindungen aus. Hier können der Druck und die Schwingung unter Verwendung einer bekannten Vibrationsschweißvorrichtung angelegt werden, obwohl eine speziell angefertigte Vorrichtung verwendet werden kann.
Hier wird ein beispielhaftes Formverfahren für den zweiten thermoplastischen Harzbestandteil 3, der in dem obigen geschweißten Strukturkörper verwendet werden soll, unter Bezugnahme auf 3 beschrieben werden. 3 ist ein Querschnitt, der ein Formverfahren für den zweiten thermoplastischen Harzbestandteil 3 in der ersten Ausführungsform zeigt. Zuerst wird die in dem Inneren des zweiten thermoplastischen Harzbestandteiles 3 zu versenkende Mutter 1 in einer Metallform 9a bereitgestellt. Als nächstes wird das poröse Element 5 an einer Position bereitgestellt, wo ein Ende der Mutter 1 geschlossen ist, und wird durch eine Metallform 9b komprimiert. Ein Raum, der durch die Metallform 9a und die Metallform 9b gebildet ist, bildet die Form des zweiten thermoplastischen Harzbestandteiles 3 aus. Bei dieser Gelegenheit ist es wünschenswert, dass das poröse Element 5 durch einen vorstehenden Teil 91, der auf der Metallform 9b vorgesehen ist, komprimiert wird und sich in einem Zustand befindet, in dem Poren in dem porösen Element 5 zerquetscht sind. Zu diesem Zeitpunkt sind beide Endteile auf dem Querschnittsteil des porösen Elementes 5 (der äußere Umfangsteil im Ganzen) nicht stark zerquetscht und die ursprünglichen Formen können im Wesentlichen beibehalten werden. In diesem Zustand wird das geschmolzene, thermoplastische Harz von einem Injektionsloch (nicht gezeigt) in einen Raum 93 zwischen den Metallformen 9a und 9b injiziert und der zweite thermoplastische Harzbestandteil 3 damit gebildet. Dadurch klebt, in dem porösen Element 5, nur eine Endoberfläche 51, die in Kontakt steht mit dem geschmolzenen Harz und nicht komprimiert ist, und deshalb werden die Poren im Inneren beibehalten, ohne durch den Einstrom des Harzes begraben zu werden, selbst nach der Injektion des zweiten thermoplastischen Harzbestandteils 3. Weiter dringt wenig von dem thermoplastischen Harz in die oben beschriebenen Teile des porösen Körpers ein, die nicht zerquetscht sind. Hier ist es bevorzugt den zweiten thermoplastischen Harzbestandteil 3 auf diese Weise herzustellen, aber ohne darauf beschränkt zu sein, ist es möglich, ihn durch andere Verfahren herzustellen. Beispielsweise ist es möglich, den zweiten thermoplastischen Harzbestandteil 3 getrennt von dem porösen Element 5 zu formen und das poröse Element 5 in einem nachfolgenden Schritt zu befestigen.
Gemäß dem vorstehenden Verfahren ist es zum Zeitpunkt des Formens des zweiten thermoplastischen Harzbestandteiles 3 möglich, das poröse Element 5 an dem zweiten thermoplastischen Harzbestandteil 3 zu befestigen und gleichzeitig die Mutter 1 in dem Harz zu versenken und dadurch die Produktionseffizienz zu erhöhen. Weiter ist es möglich, indem das poröse Element 5 zum Zeitpunkt des Formens des zweiten thermoplastischen Harzbestandteiles 3 auf diese Weise zuvor befestigt wird, eine Veränderung der Position des porösen Elementes 5 in Folge Schiebens durch das geschmolzene Harz in dem oben beschriebenen Vibrationsschweißschritt zu verhindern. Dieses Herstellungsverfahren ist jedoch lediglich ein Beispiel für das Formverfahren für den zweiten thermoplastischen Harzbestandteil 3 und das poröse Element 5 kann durch andere Verfahren an einen Bestandteil befestigt werden, der verschieden ist von dem zweiten thermoplastischen Harzbestandteil 3, oder das Vibrationsschweißen kann ohne eine derartige Befestigung durchgeführt werden.
Hier werden Grate, die bei dem Vibrationsschweißen erzeugt werden, unter Bezug auf die 4 und 5 beschrieben werden. 4 ist ein Anordnungsdiagramm, wenn das Vibrationsschweißen durch ein herkömmliches Verfahren durchgeführt wird. Verglichen mit 1, das ein Diagramm gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, ist das poröse Element 5 nicht vorhanden und die Aussparung zum Aufnehmen des porösen Elementes 5 ist nicht auf einem ersten thermoplastischen Harzbestandteil 2a ausgestaltet, der auf dem oberen Teil des zweiten thermoplastischen Harzbestandteiles vorgesehen ist. Weiterhin ist 5 ein Querschnitt eines geschweißten Strukturkörpers, der durch ein herkömmliches Verfahren zum Herstellen eines geschweißten Strukturkörpers hergestellt ist. Wie in 5 gezeigt schmilzt gemäß einem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung einer geschweißten Struktur unter Verwendung von Vibrationsschweißen das Harz um den Schmelzteil 7 umfänglich, fließt über in den Hohlraum im Inneren der Mutter 1 oder nach außen und kann dann, durch Abkühlen, die Grate 31 ausbilden. Die außen erzeugten Grate können vergleichsweise leicht entfernt werden, es ist jedoch vergleichsweise schwierig, die innerhalb des Hohlraumes im Inneren der Mutter 1 erzeugten Grate 31 zu entfernen. Weiterhin stellen diese Grate 31 ein Hindernis dar, wenn ein Bolzen 6 in die Mutter 1 nach dem Vibrationsschweißen eingeführt wird.
Andererseits ist, wie in 1 bis 3 gezeigt, in der Ausführungsform das poröse Element 5 an dem offenen Teil des Hohlraums der Mutter 1 angeordnet. Dadurch fließt beim Vibrationsschweißen das geschmolzene Harz in Poren von porösem Element 5 und wird daran gehindert, in den Hohlraum in dem Inneren von Mutter 1 zu fließen. Deshalb ist es möglich, zu verhindern, dass Grate in den Hohlraum in dem Inneren der Mutter 1 eintreten. Hier wird das poröse Element 5, nachdem es das Harz absorbiert hat und nach dem Kühlen, kalt und fest und wird Teil des geschweißten Strukturkörpers, der durch das obige Vibrationsschweißverfahren hergestellt ist.
6 ist ein Beispiel für die Verwendung des durch die Ausführungsform hergestellten geschweißten Strukturkörpers. Wie in 6 gezeigt werden in dem Hohlraum im Inneren der Mutter 1 des durch die Ausführungsform hergestellten geschweißten Strukturkörpers die Grate 31 nicht erzeugt. Deshalb kann der Bolzen 6 ohne Hindernisse eingeführt werden.
7 zeigt ein Verwendungsbeispiel des durch das Verfahren gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellten geschweißten Strukturkörpers. 7 ist ein Beispiel für die Verwendung in einem aus Harz hergestellten Rahmen, der im Inneren eines Kraftfahrzeuges verwendet wird. Hier wird der durch das Verfahren gemäß der Ausführungsform hergestellte geschweißte Strukturkörper an beiden Endteilen eines unteren Trägers 100 verwendet, der an einem unteren Teil der Figur vorgesehen ist. Der untere Träger 100 ist ein Träger mit einer im Wesentlichen U-förmigen Querschnittsform, bei der die untere Seite offen ist, und die Teile entsprechend dem ersten thermoplastischem Harzbestandteil 2 und dem thermoplastischen Harzbestandteil 4 in der obigen ersten Ausführungsform sind beide Teile des unteren Trägers 100. Weiter sind, wie in 7 gezeigt, Seitenträger 110 mit einem im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt, die fixiert sind, in ähnlicher Weise an beiden Endteilen des unteren Trägers 100 vorgesehen. Die Seitenträger 110 umfassen ein Loch, durch das ein Bolzen hindurchgeht, und nach Ausrichten dieses Loches und des Schraubenloches der Mutter des unteren Trägers 100 kann die Befestigung mittels eines Bolzens (nicht dargestellt) erfolgen. Somit wird der durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellte geschweißte Strukturkörper verwendet für ein Befestigungsteil eines Harzbestandteiles und dergleichen. Dadurch ist es möglich, die Stärke zu erhöhen und er ist deshalb nützlich. Hier können als das thermoplastische Harzmaterial Harze wie beispielsweise PP, PA und PC, verstärkt mit Kohlenstofffasern oder Glasfasern, verwendet werden.
[Zweite Ausführungsform]
Eine zweite Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 8 und 9 beschrieben. 8 ist ein Querschnitt, der ein Herstellungsverfahren für einen geschweißten Strukturkörper gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. 9 ist ein Querschnitt des geschweißten Strukturkörpers, der durch das Herstellungsverfahren gemäß der zweiten Ausführungsform hergestellt ist. Diese Ausführungsform ist eine Modifikation der ersten Ausführungsform (1 und 2). Deshalb werden für bezüglich der ersten Ausführungsform identische oder ähnliche Teile identische Bezugszeichen verwendet und wiederholende Beschreibungen weggelassen.
Wie in 8 gezeigt ist ein Teil, der der Aussparung 21 des ersten thermoplastischen Harzbestandteiles entspricht, wie er in der ersten Ausführungsform beschrieben ist, auf dem ersten thermoplastischen Harzbestandteil 2a in dieser Ausführungsform nicht vorgesehen. Eine Aussparung entsprechend der Aussparung 21 kann jedoch vorgesehen sein an Position 35 auf dem oberen Endoberflächenteil der Mutter 1 (wie in der Figur gezeigt) und dem zweiten thermoplastischen Harzbestandteil 3, in den die Mutter 1 versenkt ist.
Gemäß dieser Ausführungsform ist es, wie in 9 gezeigt, möglich, den geschweißten Strukturkörper herzustellen, während die Entstehung der Grate im Inneren des Loches der Mutter 1 wirksam vermieden wird, die bei dem vorstehend beschriebenem Vibrationsschweißvorgang hervorgerufen wird. Indem man auf diese Ausführungsform zurückgreift, ist es nicht länger erforderlich, das Anordnen des zweiten thermoplastischen Harzbestandteiles 3 und der Mutter 1 relativ zu dem ersten thermoplastischen Harzbestandteil 2 strikt durchzuführen, und es ist möglich, Arbeit in dem Schweißschritt zu verringern.
Weiterhin können sowohl die Aussparung 35 gemäß der Ausführungsform und die Aussparung 21 gemäß der vorstehenden ersten Ausführungsform gleichzeitig vorgesehen sein. In diesem Fall sind die Aussparung 35 und die Aussparung 21 so vorgesehen, dass die Summe ihrer Tiefen in etwa gleich der Stärke des porösen Elementes 5 ist, und dadurch ist es möglich, die vorstehend erwähnte Wirkung bestehend im Unterdrücken des Entstehens der Grate 31 zu erhalten.
[Dritte Ausführungsform]
Eine dritte Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 10 und 11 beschrieben werden. 10 ist ein Querschnitt, der ein Herstellungsverfahren für einen geschweißten Strukturkörper gemäß der dritten Ausführungsform zeigt. Weiter ist 11 ein Querschnitt einer Ausführungsform des geschweißten Strukturkörpers, der durch das Herstellungsverfahren der dritten Ausführungsform hergestellt ist. Diese Ausführungsform ist eine Modifikation der ersten Ausführungsform (1 und 2). Deshalb werden für zu der ersten Ausführungsform identische oder ähnliche Teile identische Bezugszeichen verwendet und wiederholende Beschreibungen weggelassen.
Wie in 10 gezeigt können gemäß dieser Ausführungsform ein erster thermoplastischer Harzbestandteil 2b und thermoplastischer Harzbestandteil 4b, in dem jeweils ein Loch für das Durchführen eines langen Bolzens 6a eröffnet ist, auf der oberen und unteren Seite eines zweiten thermoplastischen Harzbestandteil 3b vorgesehen sein, in dem eine Mutter 1b versenkt ist. Weiter werden poröse Elemente 5b und 5c an beiden vertikalen Endseiten (wie in der Figur gezeigt) der Mutter 1b vorgesehen. Das heißt, Bolzendurchführlöcher 21b und 41b zum Einführen des Bolzens können an Teilen des ersten thermoplastischen Harzbestandteiles 2b und des thermoplastischen Harzbestandteiles 4b vorgesehen sein, die auf der Verlängerungslinie des Schraubenloches auf der Mutter 1b angeordnet sind. Dann können Bolzendurchführlöcher 52b und 52c für das Einführen des Bolzens auf Teilen der porösen Elemente 5b und 5c vorgesehen sein, die auf der Verlängerungslinie des Schraubenloches auf der Mutter 1b angeordnet sind. Dadurch kann der Bolzen in der vertikalen Richtung der Figur hindurchgehen. Weiterhin ist, ähnlich zu der vorstehenden ersten und zweiten Ausführungsform ein vorspringender Teil 12b auf dem äußeren Umfangsteil der Mutter 1b vorgesehen. Durch den vorspringenden Teil 12b ist es unwahrscheinlich, dass die Mutter 1b bezüglich der Position in der vertikalen Richtung relativ zu dem zweiten thermoplastischen Harzbestandteil abgelenkt wird.
Dadurch ist es möglich, sowohl Endoberflächen des oberen Endes als auch des unteren Endes der Mutter 1b in einem Inneren zu umfassen, das mit dem ersten thermoplastischen Harzbestandteil 2b und dem thermoplastischen Harzbestandteil 4b bedeckt ist, die verbindende Gegenstände sind, und es ist möglich, die Gleichförmigkeit der exponierten Bestandteiloberflächen beizubehalten. In 10 sind mit der Mutter 1b und dem thermoplastischen Harzbestandteil 3b Aussparungen auf der oberen Endseite und unteren Endseite der Schraube 1b vorgesehen, die Befestigungsteile des porösen Elementes 5b und 5c sind, die Ausparungen können aber ebenso auf dem ersten thermoplastischen Harzbestandteil 2b und dem thermoplastischen Harzbestandteil 4b vorgesehen sein. Weiterhin können, wie vorstehend beschrieben, die Tiefen der Aussparungen so vorgesehen sein, dass sie kleiner sind als die Stärken der porösen Elemente 5b bzw. 5c.
Gemäß dem geschweißten Strukturkörper, der durch das Verfahren dieser Ausführungsform hergestellt ist, ist es, wie in 11 gezeigt, möglich, den geschweißten Strukturkörper durch den Bolzen 6b zu befestigen, der länger ist als das Schraubenloch der Mutter 1b. Dadurch ist es möglich, die Bestandteile fester miteinander zu befestigen. Weiter können Schraubenteile entsprechend dem Bolzen 6b, der hindurch geht, an den Wandoberflächen der Löcher vorgesehen sein, die in dem ersten thermoplastischen Harzbestandteil 2b und dem thermoplastischen Harzbestandteil 4b vorgesehen sind. Dadurch ist es möglich, den Bolzen 6b fester zu befestigen. Hier ist die Ausführungsform beschrieben, bei der die Mutter 1b verwendet ist, es kann aber ein zylindrischer hohler Bestandteil, der keine Schraubenstruktur aufweist, anstelle der Mutter verwendet werden. In diesem Falle ist es beispielsweise möglich, dass ein Stab mit an gegenüberliegenden Enden vorgesehenen Schraubgewinden in den hohlen Bestandteil eingeführt wird, und die gegenüberliegenden Enden durch Mutter befestigt werden.
Der durch das Verfahren gemäß dieser Ausführungsform hergestellte geschweißte Strukturkörper wird, beispielsweise, für die Verbindungsteile 101 und 102 in 7 verwendet, und es ist dadurch möglich, den unteren Träger 100 und den Seitenträger 110 fester zu befestigen.
[Vierte Ausführungsform]
Eine vierte Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 12 beschrieben werden. Diese Ausführungsform ist eine Modifikation der ersten Ausführungsform (1 und 2). Daher werden für zu der ersten Ausführungsform identische oder ähnliche Teile identische Bezugszeichen verwendet und Beschreibungen weggelassen. Hier ist 12 ein Querschnitt eines geschweißten Strukturkörpers gemäß der vierten Ausführungsform entlang der horizontalen Ebene umfassend ein poröses Element 5d, das später beschrieben und von der oberen Oberfläche aus betrachtet ist.
Wie in 12 gezeigt kann, gemäß dieser Ausführungsform, das poröse Element 5d mit einer Kerbe 17 auf einem Teil des äußeren Umfangteils versehen sein, die sich zu der zentralen Richtung des Schraubenloches der Mutter 1 erstreckt. Bei dem vorstehend beschriebenen Vibrationsschweißschritt fließt das geschmolzene Harz in die Kerbe und verfestigt sich durch das nachfolgende Abkühlen. Dadurch ist es möglich, das poröse Element 5d fest zu befestigen, was verhindert, dass sich das poröse Element durch das Befestigen und Lösen des Bolzens 6 löst. Weiterhin kann, wie in 12 gezeigt, eine einzelne Kerbe oder eine Vielzahl von Kerben vorgesehen sein. Weiter kann die Form der Kerbe ein Tetragon sein, wie in der Abbildung gezeigt, oder sie kann als Dreieck, dessen spitzer Winkel in die Mitte zeigt, eine Kurve oder ein Kombination davon ausgebildet sein. Weiterhin kann die Weite und Tiefe der Kerbe sowie die Richtung, in die diese zeigt, variieren und beispielsweise zeigt in 12 die Tiefe der Kerbe zu der Mitte und reicht von dem äußeren Umfang des porösen Elementes 5d bis gerade dem äußeren Umfang der Stelle des Schraubenloches der Mutter 1 mit dem vorspringenden Teil. Für den Fall, dass diese Form angenommen wird, fließt das geschmolzene Harzteil in den Kerbenteil, fließt aber nicht in das Innere des Schraubenloches, was sicherstellt, dass die Grate, die in dem Schraubenloch erzeugt werden, unterdrückt werden.
Die Länge der Kerbe kann so vorgesehen sein, dass sie über den äußeren Umfang der Position des vorspringenden Teiles des Schraubenloches der Mutter 1 hinausragt. In diesem Falle fließt das geschmolzene Harz bei dem vorstehend beschriebenen Vibrationsschweißverfahren in das Innere des Schraubenloches der Mutter 1, aber die Menge ist sehr gering verglichen mit dem Fall, wo das poröse Element nicht vorgesehen ist. Grate, die durch eine geringe Harzmenge ausgebildet sind, die auf diesem Wege in das Schraubenloch fließt, sind sehr klein. Desweiteren stecken die kleinen Grate in der Rinne des Schraubenganges oder dem Endteil des Bolzens 6, wenn der Bolzen 6 mit der Mutter 1 befestigt ist, und können dadurch als Verschlussteil für den Bolzen 6 dienen.
[Andere Beispiele]
Die Beschreibungen der vorstehend Ausführungsformen sind Beispiele zum Beschreiben des Verfahrens zum Herstellen von einem geschweißten Strukturkörper und des geschweißten Strukturkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung und beschränken die in den Ansprüchen beschriebene Erfindung nicht. Weiterhin ist die Ausgestaltung eines jeden Teils der vorliegenden Erfindung nicht beschränkt auf die beschriebenen Beispiele und verschiedene Modifikationen sind im Rahmen des in den Ansprüchen beschriebenen technischen Umfanges möglich.
Beispielsweise kann bei der Form des vorstehend beschriebenen porösen Elementes 5, anstatt die Kerbe vorzusehen, beispielsweise ein vorspringender Teil, der sich zu dem Konturteil in radialer Richtung erstreckt, oder dergleichen vorgesehen sein und dadurch an den zweiten thermoplastischen Harzbestandteil 3 fester befestigt sein.
Zusätzlich kann, obwohl die einzelne Mutter 1 in dem zweiten thermoplastischen Harzbestandteil 3 in einer jeden der vorstehend erwähnten Ausführungsformen versenkt ist, ein geschweißter Strukturkörper, der mit einer Vielzahl von Schraubenlöchern versehen ist, hergestellt werden, beispielsweise durch Versenken einer Vielzahl von Mutter.
Weiterhin kann, obwohl die Mutter 1 in dem zweiten thermoplastischen Harzbestandteil 3 in einer jeden der vorstehend erwähnten Ausführungsformen versenkt ist, die vorliegende Erfindung auch bspw. unter Verwendung eines Bestandteiles ausgeführt werden, bei dem ein von einer Mutter verschiedener Bestandteil mit einer Form versenkt ist, die einen Raum in ihrem Inneren aufweist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2012-232507 A [0003]
JP 09-174697 A [0004]

Claims

Geschweißter Strukturkörper umfassend: einen hohlen Bestandteil, der einen Hohlraum umfasst, der durch ein Inneres des hohlen Bestandteiles geht; einen ersten Harzbestandteil, der an wenigstens einem Ende des Hohlraums des hohlen Bestandteiles vorgesehen ist; einen zweiten Harzbestandteil, der an einem äußeren Umfang des hohlen Bestandteiles so vorgesehen ist, dass ein offener Teil des Hohlraums nicht verschlossen ist; und ein poröses Element, das zwischen dem hohlen Bestandteil und dem ersten Harzbestandteil vorgesehen ist und das eine Ende des Hohlraums verschließt, wobei der erste Harzbestandteil und der zweite Harzbestandteil thermoplastische Harze sind, und der erste Harzbestandteil und der zweite Harzbestandteil durch Vibrationsschweißen verschweißt sind.
Geschweißter Strukturkörper nach Anspruch 1, wobei das poröse Element in einem Raum angeordnet ist, der durch eine Endoberfläche und eine Aussparung ausgebildet ist, wobei die Endoberfläche eine Endoberfläche an einem Ende in einer Durchgangsrichtung des Hohlraums des hohlen Bestandteiles ist, die Aussparung an dem ersten Harzbestandteil oder dem zweiten Harzbestandteil oder beiden vorgesehen ist.
Geschweißter Strukturkörper nach Anspruch 2, wobei eine Tiefe der Aussparung geringer ist als eine Stärke des porösen Elementes.
Geschweißter Strukturkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das poröse Element, wenigstens teilweise, eine Kerbe in zentraler Richtung von einem äußeren Umfang des porösen Elementes umfasst.
Geschweißter Strukturkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der hohle Bestandteil einen vorspringenden Teil auf wenigstens einem Teil einer äußeren Umfangsoberfläche umfasst, die mit dem zweiten Harzbestandteil an einer Position in einer Durchgangsrichtung des Hohlraumes in Kontakt ist.
Geschweißter Strukturkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der hohle Bestandteil eine Mutter ist.
Verfahren zum Herstellen eines geschweißten Strukturkörpers umfassend die Schritte: Herstellen eines hohlen Bestandteiles und eines ersten Harzbestandteiles, wobei der hohle Bestandteil einen Hohlraum umfasst, der durch ein Inneres des hohlen Bestandteiles hindurchgeht; Bereitstellen eines zweiten Harzbestandteiles an einem äußeren Umfang des hohlen Bestandteiles, so dass ein offener Teil des Hohlraumes nicht verschlossen ist; Anordnen einen porösen Elementes zwischen dem hohlen Bestandteil und dem ersten Harzbestandteil; und Vibrationsschweißen zwischen dem ersten Harzbestandteil und dem zweiten Harzbestandteil, so dass der erste Harzbestandteil auf wenigstens einer Endseite des Hohlraums des hohlen Bestandteiles vorhanden ist, der in dem zweiten Harzbestandteil vorgesehen ist.