JP2001129884A - 複合構造材 - Google Patents

複合構造材

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JP2001129884A
JP2001129884A JP2000277745A JP2000277745A JP2001129884A JP 2001129884 A JP2001129884 A JP 2001129884A JP 2000277745 A JP2000277745 A JP 2000277745A JP 2000277745 A JP2000277745 A JP 2000277745A JP 2001129884 A JP2001129884 A JP 2001129884A
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base
composite structure
opening
joining
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Klaus Fischer
クラウス、フィッシャー
Willi Bartholomeyzik
ヴィリ、バルトロマイツィク
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BASF SE
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Abstract

(57)【要約】 【課題】良好な縦膨張特性を有する複合構造材をより安
価に製造できる方法を提供する。 【解決手段】本発明は、金属製または強化プラスチック
製の補強部材と部分的にまたは全面的に接合している、
リブを有するプラスチック製の基体を含む複合構造材を
製造する方法であって、複合構成材を形成するための基
体と補強部材との接合を、剪断応力、ねじり応力、曲げ
応力および引張／圧縮応力が移動するように後続的に行
うことを特徴とする、複合構造材を製造する方法を提供
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に、熱可塑性プ
ラスチック材料からなる基体と上記基体と接合可能な補
強部材とを含む複合構造材であって、例えば自動車産業
において使用される複合構造材に関する。
【０００２】
【従来技術】ＤＥ−１９５０１３９はプラスチック製の
インペラーを開示している。該インペラーはハブ部とハ
ブ部から広がる羽根部を含み、ハブ部は２個の同心円状
のリングから構成されており、これらは必要に応じて複
合して一体化した部品を形成する。カップ形の金属性基
材にはその直立した縁部に複数の開口が設けられてお
り、この金属製基材は、射出成形時に融解したポリマー
が上記開口を通過して流れることにより、リング中に埋
め込まれる。インペラーを製造するためには、様々な大
きさの軸孔および／または異なる数の固定ねじ用孔を有
する、様々なハブ基材を使用することができる。孔の直
径は広範囲に変更することができる。また同様に、カッ
プ形の高さを広範囲に変更して基材の固定面と羽根の先
端との距離を変更することもできる。
【０００３】ＤＥ−１９５６８２６は軽量プラスチック
棒を開示しており、該プラスチック棒では、強化型の波
状プラスチック板が、強化プラスチック製のＵ字型の上
部フランジとＵ字型の下部フランジの中に積層されてい
る。最大構造応力を吸収するために、事前に応力を施し
た強化材が各フランジ中に積層される。
【０００４】ＥＰ−０３７０３４２Ｂ１は軽量構造材を
開示している。軽量構造材はシェル型の基体を含み、基
体内部には補強リブを有している。補強リブは堅固に基
体と接合している。補強リブはプラスチックを成形した
ものであり、該リブと基体との接合は、射出成形時に基
体の開口中にプラスチックが流れ込むことにより形成さ
れる、不連続な接合部によって達成される。不連続な接
合部を形成する固定部は、ビードとして形成される。軽
量構造材の基体は、補強リブと同じ材料からなる被覆層
を少なくとも一部に有していてもよい。
【０００５】補強リブと基体との接合を良好にするため
に、開口の縁には変形が施される。補強リブの足部は基
体との接合部では広がっており、これにより良好な力伝
達が行われる。ＥＰ−０３７０３４２Ｂ１の軽量構造材
において、補強リブどうしの間に形成される空間部の断
面の形状は、ほぼ台形である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述のように製造され
互いに接合された軽量構造材の場合には、補強リブは基
体上に射出成形され、基体とともに複合構造材を形成す
る。従って、プラスチック製の補強リブと金属製のシェ
ル型基体は、構造材が温度変化を経験した時に、異なっ
た熱膨張特性を有し、このため、シェル型の基体の開口
と補強リブとの接合部に、好ましくない応力が発生する
可能性がある。また、シェル型の基体上にプラスチック
の補強リブを成形する場合には付加する部材を開放型射
出成形型へ極めて正確に挿入する必要があり、また、金
属製の構成部材とその上に成形するプラスチックを同時
に取り扱う必要があるため、基体を射出成形型に設置す
る際には複雑な取り扱い器具および時間のかかる操作が
必要になる。このため成形時間がより長くなり、全体と
しては構造材の製造がより高価になるように思われる。
【０００７】上記の先行技術を考慮に入れた本発明の目
的は、上記の問題点を回避し、そして、縦膨張特性か改
良された複合構造材をより安価に製造できるようにする
ことである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、本発明
の、金属製または強化プラスチック製の補強部材と部分
的にまたは全面的に接合している、リブを有するプラス
チック製の基体を含む複合構造材を製造する方法であっ
て、複合構成材を形成するための基体と補強部材との接
合を、剪断応力、ねじり応力、曲げ応力および引張／圧
縮応力が移動するように後続的に行うことを特徴とす
る、複合構造材（３）を製造する方法、により達成され
る。
【０００９】基体と補強部材との製造と付随する接合と
を同時に行っていたのを、本発明で提案したように分離
することにより、複合構造材を著しく簡単にかつ安価に
製造することができる。異なる材料からなる２つの部品
を接合する工程を後続的に行うことにより、異なる性質
を有する構成部材および材料を同時に取り扱う際に生じ
る複雑性および結果的にはより複雑な取り扱いを回避し
た、最適な条件下で各構成部材を製造することができ
る。
【００１０】本発明をさらに細分化して示すと、まず、
基体と補強部材との後続的な接合を、材料間の結合によ
って形成することができる。この場合、補強部材の内側
と基体の外側を溶接または接着結合によって接合するこ
とができ、溶接または接着結合は表面全体でまたは部分
的に行うことができる。互いに接合すべき２個の構成部
材の間に接合層を設けることにより、例えば剪断応力を
吸収しまた複合構造材の機械的特性を顕著に改良する、
別の材料層を形成することができる。
【００１１】基体と補強部材とは材料間の結合により互
いに接合することができるほか、これらの構成部材を、
それぞれを製造後、形状を適合させた接合によって接合
することもでき、この場合も製造と接合は分離して行
う。この場合、好ましくは金属製または強化プラスチッ
ク製の補強部材に開口を設けることができ、上記開口
を、冷間加工によりまたは熱の作用によりまたは他に振
動により、おおよそ漏斗状の形態に形成することができ
る。基体と補強部材との圧接の際に補強部材の漏斗状の
部分が熱の作用下でまたは振動下で基体の軟質な熱可塑
性プラスチック中に入り込むことにより、鋲状の接合を
形成する。
【００１２】基体と基体をほぼ囲む補強部材との間で形
状を適合させた接合を行うために、例えばタッピンねじ
またはねじ山形成ねじのような固定部品を押し込む固定
座を基体上に成形付設してもよい。リブを設けた基体と
補強部材との間の形状を適合させた接合は、射出成形法
により基体の方に設けたプラスチック製の鋲によって行
うこともでき、この場合、基体と補強部材とを接合した後
に、補強部材の開口を通り抜けた鋲の末端部を別の操作
で変形させる。このように基体と補強部材の間で形状を
適合させた接合を行ってもまだ、複合構造材が縦膨張し
た際の基体と補強部材間の相対的運動が可能であり、従
って複合構造材が温度変化を経験した時に内部応力が発
生したり構造材に負荷がかかったりすることが無い。
【００１３】基体と補強部材との間の形状を適合させた
接合は、例えば、補強部材の方に設けた適当な長さの継
目板で、ほとんどの部分を補強部材で囲まれている基体
を巻き込むことにより行うこともできる。この方法で
は、縦膨張により生ずる応力は、滑り運動という簡単な
方法によって償うことができる。なぜなら、２個の構成
部材間の相対的運動が、何ら問題なく、そして構造材の
強度を顕著に低下させること無く、可能であるからであ
る。
【００１４】基体と補強部材との間で形状を適合させた
接合を行うために、補強部材の開口に嵌め込むスナップ
部を基体の方に設けでもよいし、または２個の構成部材
間の接合部における相対的運動という簡単な方法で熱に
より誘発された応力を償うことができるような寸法に調
節したスナップ部を基体の方に設けてもよい。
【００１５】上述の種々の方法によって製造した複合構
造材は極めて安価に製造することができる。というのは
個々の構成部材の製造工程には干渉が無く、基体と補強
部材とは後続的に接合されるに過ぎないからである。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明を図を参照して以下に詳細
に説明する。
【００１７】図１には、基体と補強部材との間の材料間
の結合を示す。
【００１８】図１に示す基体１は、例えば、非強化型、
強化型または充填材を含む形態のポリアミド、ポリプロ
ピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、
ポリブチレンテレフタレート、ポリスルホン、ポリカー
ボネートまたはポリスチレン、およびこれらのコポリマ
ーおよびポリマーブレンドのような熱可塑性の無定形ま
たは半結晶性材料からなる。不飽和ポリエーテル樹脂、
ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂およびフェノール樹
脂のような熱硬化性樹脂も特別な用途には使用できる。
これらの材料には、慣用的な強化剤および／または充填
剤を施してもよい。好適な強化材料としては、ガラス、
カーボン、繊維または天然物のファイバー、不織布、マ
ットまたは織布が挙げられる。
【００１９】基体１を囲む補強部材２は、鋼、アルミニ
ウム、マグネシウムまたはチタンの金属板、または熱可
塑性プラスチックまたは熱硬化性プラスチックの板を含
んでいてもよい。基体１は射出成形法、ブロー成形法、
押出成形法、流動成形法または熱成形法によって製造し
てもよい。Ｕ字型の補強部材２は、一般的な裁断工程お
よび成形工程によって製造することができる。
【００２０】同様にＵ字型をしており、リブ４どうしの
間に空間部５を有している基体１は、補強部材２に囲ま
れており、補強部材２の内側面９が基体１の外側面１０
と接している。基体１と補強部材２との間の接合は、例
えば、表面全体に渡る接触域６における全面的な材料間
の結合または溶接によって行ってもよい。他方、接触域
９および１０の間に部分的な接触域７を形成してもよ
く、このとき、接触域７は直線状または点状等の形態に
形成することができる。基体１は、縁部１３に突出部１
４を有し、突出部１４でＵ字型の補強部材２の側壁上に
支持され、また基体１は必然的に生じる継ぎ目部分を除
いて連続面を形成する。
【００２１】図２は、基体１と補強部材２とを形状を適
合させて接合した複合構造材３の斜視図を示している。
【００２２】この場合、様々な形態の形状を適法させた
接合を成し得る固定座１５を、基体１の底面域１１内に
成形付設する。例えば、基体１と補強部材２との接合
を、補強部材２の方に漏斗状の開口１９を形成すること
により行うことができる。漏斗状の開口１９とは孔であ
り、すなわち漏斗のような形状に成形された開口であ
る。補強部材２の方に漏斗状の輪郭を有する孔を形成す
るのは冷間加工によって行うことができる。冷却状態で
または熱の作用下または振動下で構成部材１および２を
図２のように対応する接触域９、１０で圧接する際に、
図２ｂのような形状を適合させた接合が達成されるよう
に、漏斗状の開口１９を通り抜けた基体１の材料を鋲打
器具１８によって変形させることができる。
【００２３】図２ｃは、形状を適合させた接合における
別の形態例を開示しており、この図ではタッピンねじま
たはねじ山形成ねじのような固定部品２０を使用する。
基体１と補強部材２との構成部材間の接合は、内側から
外側に向けて、またはその逆方向のいずれの方向ででも
行うことができる。この場合、孔１９．１を補強部材２
の底面に設けてもよい。その後、適当な大きさの力伝達
部が接合部の場所に形成されるように、基体１の底面１
１上に成形付設した固定座１５に固定部品を押し込む。
【００２４】図２ｄは、基体１の方に設けたプラスチッ
ク製の鋲と基体１を囲む補強部材２とを示している。基
体１の外側面９上に鋲２１を形成し、２個の構成部材１
および２を互いに固定する際に、鋲２１の末端部を鋲頭
部２２の形態に成形器具により変形させる。この方法に
より基体１と補強部材２との間に形状を適合させた接合
が形成されるが、補強部材２に対する基体１の相対的運
動により複合構造材３内の内部応力を許容することがで
きる。
【００２５】図３は、継目板による接合により形成し
た、縦膨張を補償することが可能な、形状を適合させて
接合した複合構造材の斜視図である。
【００２６】この形状を適合させた接合の形態例では、
適当な長さ２５に形成することができる継目版２４を補
強部材２の方に形成することができる。継目板２４を、
固定される挿入部品に相当する基体１の縁部１３周辺に
巻き込むことにより、巻き込んだ継目板はクランプを形
成し、このクランプ部により基体１とそれを囲む補強部
材２とを含む複合構成材３が形を保つ。リブ４どうしの
間に存在する空間部５が、継目版２４の巻き込み操作を
可能にする。基体１の縁部１３周辺で継目版２４を巻き
込んで固定する他に、長さ２９は継目版２４の幅より長
くし、幅３０は継目板２４の厚みよりやや広くした開口
２３を基体１の底面１１に設けてもよい。図３のように
継目板２４が基体１の底面１１を部分的に握り込んでも
補強部材２に対する基体１の相対的運動が可能であり、
その結果、複合構造材中の熱により誘発された応力を補
うことができ、複合構造材の強度には問題が生じない。
上記の応力は、特に熱的条件により影響されまた引き起
こされる基体１と補強部材２との線膨張が異なることに
よるものである。
【００２７】図４は、プラスチック製または金属製のス
ナップ部により形状を適合させて接合したる複合構造材
の斜視図を示している。
【００２８】Ｕ字型の補強部材２の側壁および底面に、
適宜スナップ部２７を形成することができる。スナップ
部２７を、基体１の方に設けた開口２３中に弾性的に嵌
り込む。スナップ部２７を基体１の方に設けるか基体１
を囲む補強部材２の方に設けるか重要でなく、どちらの
形態を採ることもできる。この場合、開口２３は複合構
造材３の対応する構成部材の方にそれぞれ形成する。開
口２３の長さ２９および幅３０は若干大きめに形成す
る。すなわち、開口２３に対してスナップ部である継目
版２７が相対的に運動することができ、熱により誘発さ
れた応力の除去が可能なように、開口２３の長さ２９は
継目版２７の幅３１より長くする。
【００２９】複合構造体３の底面上に、スナップ部２７
の突起部２８が突出するようにし、突出部の反対側に
は、突起部２８を弾性的に押しつけることができるよう
にするための溝２６を基体１の底面１１に設けることも
できる。
【００３０】別の接合段階で後続的に接合して製造した
上記の複合構造材３の形態でも、基体１と補強部材２と
の間の滑り運動が可能な図３に示す継目板２４の場合と
同様の方法で、滑り運動を可能にするスナップ部２７の
ために線膨張特性が改良される。
【００３１】本発明の方法によって製造した複合構造材
３は、自動車産業における頑丈な部品、例えば車のフロ
ントエンド、ルーフラック、ドアモジュール、オイルパ
ンまたはシリンダーヘッドカバーのような部品、または
事務部門および情報部門における構造材として使用する
ことができる。その上、複合構造材３は、大型小型器具
に使用されると共に、白物製品としても知られる家庭用
電気製品にも使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、全面的または部分的な接着結合または
溶接により製造した複合構造材の斜視図を示す。
【図２】図２ａは、基体上に成形付設した固定座を設け
た複合構造材の斜視図を示す。図２ｂは、鋲を押し広げ
て形成した形状を適合させた接合を示す。図２ｃは、タ
ッピン型固定部品による形状を適合させた接合を示す。
図２ｄは、基体の方に成形したプラスチック製の鋲を示
す。
【図３】図３は、巻き込んだ継目板を有する複合構造材
の斜視図を示す。
【図４】図４は、プラスチック製または金属製のスナッ
プ部を有する複合構造材の斜視図を示す。
【符号の説明】
１ 基体 ２ 補強部材 ３ 複合構造材 ４ リブ ５ 空間部 ６ 全面的な接触域 ７ 部分的な接触域 ８ 凹部 ９ 補強部材の内側面 １０ 基体の外側面 １１ 基体の底面 １２ 基体の側壁 １３ 基体の縁部 １４ 突出部 １５ 固定座 １６ 鋲状の接合 １７ 形状を適合させた接合 １８ 鋲打器具 １９ 漏斗状の開口 １９．１ 孔 ２０ ねじ ２１ 鋲 ２２ 鋲頭 ２３ 開口 ２４ 継目板 ２５ 継目版の長さ ２６ 溝 ２７ スナップ部 ２８ 突起部 ２９ 開口の長さ ３０ 開口の幅 ３１ 継目版の幅
フロントページの続き (72)発明者 ヴィリ、バルトロマイツィク ドイツ、67454、ハスロッホ、ハインリヒ −ブラウフ−シュトラーセ、２アー

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】金属製または強化プラスチック製の補強部
    材（２）と部分的にまたは全面的に接合している、リブ
    （４）を有するプラスチック製の基体（１）を含む複合
    構造材（３）を製造する方法であって、複合構造材
    （３）を形成するための基体（１）と補強部材（２）と
    の接合を、剪断応力、ねじり応力、曲げ応力および引張
    ／圧縮応力が移動するように後続的に行うことを特徴と
    する、複合構造材（３）を製造する方法。
  2. 【請求項２】基体（１）と補強部材（２）との接合を、
    材料間の結合によって行うことを特徴とする、請求項１
    に記載の複合構造材（３）を製造する方法。
  3. 【請求項３】基体（１）と補強部材（２）との接合を、
    接触域（６、７）の部分的なまたは全面的な溶接によっ
    て行うことを特徴とする、請求項２に記載の複合構造材
    （３）を製造する方法。
  4. 【請求項４】基体（１）と補強部材（２）との接合を、
    接触域（６、７）の部分的なまたは全面的な接着結合に
    よって行うことを特徴とする、請求項２に記載の複合構
    造材（３）を製造する方法。
  5. 【請求項５】基体（１）と補強部材（２）との接合を、
    形状を適合させた接合によって行うことを特徴とする、
    請求項１に記載の複合構造材（３）を製造する方法。
  6. 【請求項６】補強部材（２）が漏斗状の開口（１９）を
    備えており、基体（１）と前記補強部材（２）との接合
    を、前記開口が冷却状態でまたは熱の作用下でまたは振
    動下で基体（１）内部に入り込む鋲状の接合（１６、２
    １）により行うことを特徴とする、請求項５に記載の複
    合構造材（３）を製造する方法。
  7. 【請求項７】基体（１）と補強部材（２）との圧接の際
    に開口（１９）を通り抜けた材料を変形させることを特
    徴とする、請求項６に記載の複合構造材（３）を製造す
    る方法。
  8. 【請求項８】基体（１）と補強部材（２）との接合を、
    基体（１）上に成形付設した固定座（１５）の中に押し
    込まれる固定部品（２０）によって行うことを特徴とす
    る、請求項５に記載の複合構造材（３）を製造する方
    法。
  9. 【請求項９】開口（１９）を補強部材の方に形成し、前
    記開口（１９）を通り抜ける鋲（２１）を基体（１）の
    方に形成し、基体（１）と補強部材（２）との間に形状
    を適合させた接合を形成するために、前記鋲の末端部分
    を変形させ得ることを特徴とする、請求項６に記載の複
    合構造材（３）を製造する方法。
  10. 【請求項１０】基体（１）と補強部材（２）との接合
    を、基体縁部（１３）または開口（２３）に巻きつけた
    継目板（２４）によって行うことを特徴とする、請求項
    ５に記載の複合構造材（３）を製造する方法。
  11. 【請求項１１】基体（１）または補強部材（２）がスナ
    ップ部（２７）を含み、該スナップ部（２７）を各相手
    方部品（１、２）の縁部上または各相手方部品（１、
    ２）の開口（２３）中に弾性的にはめ込むことを特徴と
    する、請求項５に記載の複合構造材（３）を製造する方
    法。
  12. 【請求項１２】リブ（４）を備えたプラスチック製の基
    体（１）および好ましくは金属製または強化プラスチッ
    ク製の補強部材（２）を含む複合構造材（３）であっ
    て、基体（１）と補強部材（２）が、請求項１〜１１の
    いずれかまたは複数に記載の方法によって互いに接合し
    ていることを特徴とする、複合構造材（３）。
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