JP2002539989A - ２つのプラスチック構成部分を結合する方法 - Google Patents

２つのプラスチック構成部分を結合する方法

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シュナイダー ホルスト
シュテーリッヒ ユルゲン
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Abstract

(57)【要約】 ２つのプラスチック構成部分を結合する方法であって、第１の構成部分（２）の、第２の構成部分（６）との結合部が形成される結合領域に、誘導加熱可能な加熱エレメント（１８）を備え付け、第２の構成部分（６）を、両方の構成部分（２，６）が加熱エレメント（１８）に接触するように、第１の構成部分（２）に取り付け、誘導溶接方法を行い、両方の構成部分（２，６）を、加熱エレメントの周囲で溶解して互いに融合するまで加熱する。プラスチックから成り著しく異なる粘性を有する両方の構成部分（２，６）間に高品質の結合部を形成するために、結合領域（１２）を溝−キー−差込結合部として形成し、差込結合部にシール手段を設け、このシール手段によって融解部に対してシールされた室を溝（１５）に形成し、この室に加熱エレメント（１８）を配置し、構成部分（２，６）に差込方向とは逆向きの構成部分の移動を妨げる力を作用させるることが提案される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、請求項１の上位概念の特徴を有する、プラスチックから成る第１の
構成部分とプラスチックから成る第２の構成部分とを結合する方法に関する。
【０００２】 このような方法では、通常、第１の構成部分の、第２の構成部分との結合部を
形成するのが望ましい結合領域に、少なくとも１つの加熱エレメントが備え付け
られる。この加熱エレメントは導電体から成っていて、電磁誘導によって無接触
式に加熱することができる。次いで両方の構成部分が加熱エレメントに接触する
ように、第２の構成部分が第１の構成部分に取り付けられる。次に電磁抵抗溶接
方法が行われ、この場合両方の構成部分が加熱エレメントの周囲で融解され、互
いに融合し合うまで加熱エレメントが誘導加熱される。
【０００３】 互いに結合しようとする構成部分のプラスチックが著しく異なる粘性を有して
いると、溶接方法を実施した場合、低粘性の融解物が高粘性の融解物と混合され
ないかまたはほとんど混合されず、その結果、結合領域における構成部分の材料
結合式の融合を行うことができないか、またはほとんど行うことができない。し
たがってそのようなプラスチックの組み合わせでは、従来の結合方法で得られる
結合部の強度は、多くの使用にとって十分ではない。たとえば一方の構成部分は
、ブロー成形方法によって製作された、内燃機関の吸込装置の吸込管であってよ
く、この一方の構成部分は、吸込装置の他方の構成部分を形成する空気分配器と
結合するのが望ましい。たとえば吸込管がブロー成形方法によって製作されると
、この吸込管は比較的高粘性のプラステックから成っている。これとは異なって
、空気分配器は射出成形方法によって製作可能であるので、この空気分配器は比
較的低粘性のプラスチックから成っている。このような吸込装置は、内燃機関の
運転中に生じる圧力と圧力変動とに基づいて、高い静荷重と高い動荷重とにさら
れている。吸込管と空気分配器との間の結合部は、このような負荷に耐え、しか
も長い耐用寿命を保証する必要がある。冒頭で述べた、従来の方法で製作された
、吸込管と空気分配器との間の結合部は、これらの要求を満たすことができない
。
【０００４】 したがって本発明の課題は、冒頭で述べたような方法を改良して、２つの構成
部分のプラスチックが比較的大きく異なる粘性を有している場合でも、両方のプ
ラスチック構成部分の間で質の高い材料結合部を形成することができる方法を提
供することである。
【０００５】 この課題は、請求項１の特徴部に記載した方法によって解決される。
【０００６】 本発明は、溶接方法を実施する間に融解物を比較的高い圧力で負荷できるよう
に、互いに結合しようとする構成部分の結合領域を形成するという一般的な考え
に起因するものである。本発明は、異なる粘性を有する融解物が圧力下で良好に
混合し、これによって質の高い材料結合部になる集中的な融合部の形成が助成さ
れるという認識を用いている。融解物に圧力上昇を得るために、結合領域は溝−
キー−差込結合部として形成され、この結合領域は溝に、加熱エレメントの配置
されている室を形成しており、この室はシール手段によって融解物に対してシー
ルされていて、この点では閉鎖されている。これに対して、溶接方法を実施す間
、差込結合部の差込方向とは逆向きの構成部分の移動を妨げる力が構成部分に作
用するように、溶接方法が行われる。このような方法によって、溶接方法を実施
する際に、融解物に所望の圧力上昇が形成される。
【０００７】 たとえば加熱エレメントが溝に形成された室をほぼ満たすように、加熱エレメ
ントを構成することができる。溶接方法の間に、増加する温度上昇に基づいて膨
張しようとする融解物が形成される。差込方向とは逆向きのキーと溝との間の相
対運動が、構成部分に作用する力によって妨げられるので、閉鎖された室の容積
はほぼ一定に維持され、その結果融解物の所望の圧力上昇が生じる。
【０００８】 このために必要な力は、たとえば溝とキーとの間に適当なプレス嵌合部が設け
られていることによって、もたらされる。有利な方法によれば、この力は、溶接
方法を実施する間に構成部分に差込方向で作用する差込力がもたらされることに
よって実現される。このような手段によって、融解物に得られる圧力上昇は比較
的正確に設定することができる。
【０００９】 本発明の特に有利な方法によれば、差込結合部が差込方向に対して横方向で遊
びを備えており、この遊びによって溝とキーとの間に絞りギャップが形成されて
おり、この絞りギャップが融解物に対する差込結合部のシール手段を形成する。
溶接方法を実施する間、加熱エレメントに隣接する構成部分領域が融解する際に
、キーがより深く溝に入り込み、この場合融解物が絞りギャップに進入する。絞
りギャップに生じる絞り効果によって、融解物における所望の圧力上昇が生じる
。シールが絞りギャップによって形成されているので、追加的なシール構成部分
を省略することができる。さらに遊びによって、溝に対するキーの差込が簡単に
なる。さらに融解物が絞りギャップに進入することによって、結合部分に関する
表面は幾重にも拡大され、これによって形成された結合部の強度は著しく改善さ
れている。特に絞りギャップの内側の領域でも、溝とキーとは融解し互いに融合
することができる。
【００１０】 本発明の別の方法によれば、絞りギャップの差込部を差込方向およびこの差込
方向とは横方向で次のように寸法設定することができる。つまり、絞り作用によ
って融解物に生じる圧力上昇が、キーおよび溝に作用しかつ差込方向とは逆向き
に作用する押圧力を形成し、この押圧力が、設定された溝へのキーの進入深さに
達する際に、差込力と同じ大きさになるように寸法設定されている。言い換える
と、溝−キー−差込結合部は、溶接方法を実施する際に、融解物に所望の圧力が
支配すると、すぐに差込運動が停止されるように設計されている。このようにし
て特に高品質の結合部を保証することができる。さらにこれによって、溝から融
解物が流出することにも成り得る、溝に対するキーの過度に深い進入が防止され
ている。特に構成部分の１つが吸込管である場合、このような融解物の流出は、
吸込管の最適な通流を妨害しないようにするために、吸込管の、少なくとも通流
が行われる内側面で防止する必要がある。
【００１１】 本発明の方法の別の利点および特徴は、従属請求項、図面および図面に基づく
実施例の記載から明らかである。
【００１２】 既に述べた方法および以下に述べる方法は、それぞれ記載の組み合わせの使用
に制限されるものではなく、本発明の範囲から逸脱することなしに、別の組み合
わせまたはあらゆる調整形式で使用可能である。
【００１３】 次に本発明の有利な実施例を図示し、詳しく説明する。
【００１４】 吸込装置１は、図示していない内燃機関では、吸気装置から供給され、内燃機
関における燃焼のために設けられた空気を内燃機関の個々の燃焼室に分配する。
図１に示したように、モジュール構成の吸込装置１は空気分配器モジュールもし
くは空気分配器２を備えており、空気分配器２自体は、モジュール式に構成され
ていて、上位に設けられた一体的な上部モジュールもしくは上部３と下位に設け
られた一体的な下部モジュールもしくは下部４とから成っている。空気分配器モ
ジュール３，４はそれぞれ外側へ突出する、周方向に完全に延びているカラーま
たはつば５を備えており、つば５で両方の空気分配器モジュール３，４が、特に
摩擦溶接方法によって互いに結合されている。
【００１５】 空気分配器上部３の上面に一体的な複数の吸込管モジュールもしくは吸込管６
が接続されているか、もしくは本発明の方法を用いて結合されており、この接続
もしくは結合はあとで詳しく説明する。図１には、これらの吸込管６のうちの単
に１つが図示されている。なぜならば視野角で切断面の後方に配置された吸込装
置１の構成部分が図示の簡略化のために省略されているからである。吸込管６は
一方の第１の管端部７で空気分配器２と結合されていて、他方の第２の管端部８
で、内燃機関に取付可能なフランジモジュールもしくはフランジ９と結合されて
いる。したがって空気分配器２に導入された空気は、単数もしくは複数の吸込管
６を通って、内燃機関の、それぞれ吸込管に対応配置された燃焼室に到達するこ
とができる。さらにフランジ９に受容部１０が形成されており、図１に示したよ
うに、この受容部１０に噴射弁１１が取り付け可能である。
【００１６】 吸込装置１の製作は以下のようにして行われる。
【００１７】 まず吸込管６がたとえばブロー成形方法を用いて製作され、これによって吸込
管６の形状は、種々異なる吸込装置構成を形成するために、比較的簡単に変化さ
せることができる。フランジ９に対応配置された各吸込管６は、次に少なくとも
管端部８で射出成形型に挿入される。次いで射出成形が行われ、フランジ９が形
成される。この射出過程時に、管端部８は両側で、つまり吸込管６の内側および
外側で、フランジ９のプラスチックによって取り囲まれるか、もしくはフランジ
９のプラスチックに埋め込まれる。この場合管端部８の幾何学形状によって、フ
ランジ９の内側に、吸込管６の効果の大きい固定部分が形成され、この固定部分
によって管端部８は形状結合的（formschluessig；形状による束縛）にフランジ
９と結合されている。吸込管６とフランジ９との間で、さらに質の高い堅固で密
な材料結合部を形成するために、特別な結合方法が行われる。
【００１８】 フランジ９を吸込管６に一体成形したあとで、吸込管６の、フランジ９とは反
対側の管端部７が空気分配器２と結合される。このために符号１２で示した結合
領域がキー−溝−差込結合部として形成されている。このような差込結合部のた
めに、吸込管６の管端部７は周方向に完全に延びる、円筒形で、リング状のキー
１３として形成されており、これに対して空気分配器上部３に受容部１４が形成
されており、この受容部１４はキー１３に対して相補的に閉鎖された、周方向に
延びる、リング状の、長手方向断面図でＵ字形の溝１５を有している。溝１５の
溝底部１６とキー１３のキー端面１７との間にリング室２２が形成されており、
このリング室２２にリングとして形成された加熱エレメント１８が配置されてお
り、加熱エレメント１８は導電性材料、たとえば金属（特に銅、鉄）またはグラ
ファイトから成っている。
【００１９】 本発明の方法に応じて、空気分配器上部３と吸込管６との間の結合部を形成す
るために、まず加熱エレメント１８が溝１５に挿入され、次いでキー１３が溝１
５に差し込まれる。加熱エレメント１８はキー端面１７および溝底部１６と接触
している。溝−キー−差込結合部の差込方向は、図２において矢印１９で示され
ている。
【００２０】 差込方向１９に対して横方向で、キー１３と溝１５との間で、半径方向内側に
も半径方向外側にも遊び２０が形成されており、この遊び２０によって、キー１
３の内側面にも外側面にも、それぞれキー１３とこのキー１３に対向する溝壁部
との間に絞りギャップ２１が形成されている。たとえば絞りギャップ２１のギャ
ップ幅は、キー１３の内側面でも外側面でもそれぞれ０．１ｍｍ〜０．４ｍｍで
あり、これに対してギャップ長さもしくは溝１５へのキー１３の進入深さは約１
２ｍｍである。
【００２１】 図２に示した状態では、吸込管６と空気分配器２との間の結合部はまだ形成さ
れていない。適当な電磁交番磁界によって加熱エレメント１８が加熱されると、
キー端面１７の領域におけるキー１３のプラスチックと、溝底部１６の領域にお
ける受容部１４のプラスチックとが融解し、それぞれ融解物を形成するようにな
る。
【００２２】 溶接過程の間、吸込管６と空気分配器上部３とに、キー１３を溝１５に動かそ
うとする差込力が作用する。これによって、一方ではキー１３は溝１５に入り込
み、他方では融解物が絞りギャップ２１に押し込まれる。したがって絞りギャッ
プ２１において、キー１３の壁部領域および溝１５の壁部領域も加熱され、特に
融解される。
【００２３】 溝１５とキー１３との所望の寸法設定によって、差込方向１９に対して横方向
の絞りギャップ２１の延伸部分であるギャップ幅と、差込方向１９の絞りギャッ
プ２１の延伸部分であるギャップ長さとが得られ、このギャップ幅およびギャッ
プ長さによって、絞り効果が生ぜしめられ、したがって絞りギャップ２１に進入
する融解物のためのシールが形成される。この絞り効果によって、融解物に圧力
上昇が生ぜしめられ、この圧力上昇は、一方では差込力に対抗する、キー１３と
溝１５とに作用する押圧力を形成し、他方ではキー１３のプラスチックと溝１５
のプラスチックとの混合を助成する。
【００２４】 このような誘導溶接方法を実施したあとでは、キー１３は図２に示した状態よ
りも深く溝１５に位置していて、加熱エレメント１８は完全にプラスチックに埋
め込まれている。有利には、絞りギャップ２１は完全にプラスチックで充填され
ており、さらにキー１３と溝１５との間の大きな表面領域に、吸込管６と空気分
配器上部３との間の材料結合部が形成されており、この材料結合部によって管端
部７が受容部１４とほぼ一体的に、この受容部１４に組み込まれている。
【００２５】 融解物が絞りギャップ２１に入り込む際に、この融解物は加熱エレメント１８
から離間する方向に移動するので、絞りギャップ２１の、加熱エレメント１８か
ら遠くの領域で融解物が凝固できるようになり、この凝固部分によって追加的に
キー１３と溝１５との間の効果の高いシールが形成され、融解物における必要な
圧力上昇が追加的に助成される。誘導加熱が終了したあとで、加熱エレメント１
８は比較的ゆっくりと冷却されるので、結合領域１２における緊張が減衰される
。
【００２６】 図２に示したように、絞りギャップ２１はシールもしくはシール手段を形成し
ているが、これに対して図３に示した別の実施例では追加的または選択的にキー
１３と溝１５との間にシール隆起部２３を配置することができる。ここではシー
ル隆起部２３がキー１３と一体的に形成されている。しかしながら他方ではシー
ル隆起部２３は、一方では溝−キー−差込結合部１２を融解物に対してシールす
るのが望まれていて、他方では融解過程の間に押し込まれた空気を溝１５から逃
がすために、溝−キー−結合部１２を通気性に形成するのが望まれているので、
シール隆起部２３は溝壁部に接触する必要がなく、または完全には接触する必要
がない。これについては空気ギャップ２４によって示されている。
【００２７】 本発明の方法を用いると、融解物に得られる圧力によって、粘性の著しく異な
るプラスチックを相互的に融合することができる。本発明は、この融合に限定さ
れるものではなく、任意の相溶性のプラスチックを、本発明に基づく方法を用い
て互いに材料結合することもできる。本発明の方法は、第２の構成部分６がブロ
ー成形部分として、つまりブロー成形方法によって製作された構成部分として形
成されていると、特に有利である。有利には、両方の構成部分２，６のプラスチ
ックがほぼ同じ温度領域の融解温度を有している。本発明の方法は、構成部分２
，６がそれぞれポリアミドプラスチックから成っていても使用することができる
。構成部分２，６はそれぞれ繊維強化された、特にガラス繊維強化されたプラス
チックまたは炭素繊維強化されたプラスチック、とくにポリアミドプラスチック
から形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の方法を用いて製作された、内燃機関の吸込装置を概略的に示す断面図
である。
【図２】 図１において符号ＩＩで示した区分を詳しく示す拡大図である。
【図３】 図２において符号ＩＩＩで示した区分を詳しく示す拡大図である。
【符号の説明】
１ 吸込装置、 ２ 空気分配器、 ３ 空気分配器上部、 ４ 空気分配器
下部、 ５ つば、 ６ 吸込管、 ７，８ 管端部、 ９ フランジ、 １０
受容部、 １１ 噴射弁、 １２ 結合領域、 １３ キー、 １４ 受容部
、 １５ 溝、 １６ 溝底部、 １７ キー端面、 １８ 加熱エレメント、
１９ 差込方向、 ２０ 遊び、 ２１ 絞りギャップ、 ２２ リング室、
２３ シール隆起部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハンス イェンセン ドイツ連邦共和国 キルヒハイム ハイメ ンシュタインシュトラーセ 12 (72)発明者 ギュンター カハラー ドイツ連邦共和国 インゲルスハイム イ ム シュタッフェルライン 22 (72)発明者 ホルスト シュナイダー ドイツ連邦共和国 ヴァイプリンゲン バ ンゲルトシュトラーセ 50 (72)発明者 ユルゲン シュテーリッヒ ドイツ連邦共和国 ネッカータイルフィン ゲン ホーエンノイフェンシュトラーセ 30 Ｆターム(参考） 3D038 BA00 BB01 BC15 4F211 AD03 AD05 AG07 AH16 TA01 TC14 TD04 TD14 TN17

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 プラスチックから成る第１の構成部分（２）とプラスチック
    から成る第２の構成部分（６）とを結合する方法であって、 前記第１の構成部分（２）の、前記第２の構成部分（６）との結合部を形成す
    るのが望ましい結合領域（１２）に、導電体から形成されて電磁誘導によって無
    接触式に加熱可能である少なくとも１つの加熱エレメント（１８）を備え付け、 両方の前記構成部分（２，６）が前記加熱エレメント（１８）に接触するよう
    に、前記第２の構成部分（６）を前記第１の構成部分（２）に取り付け、 電磁抵抗溶接方法を行い、その際に両方の前記構成部分（２，６）が前記加熱
    エレメント（１８）の周囲で融解して互いに融合するように、前記加熱エレメン
    ト（１８）を誘導加熱する方法において、 前記構成部分（２，６）を前記結合領域（１２）において溝−キー−差込結合
    部の形式で形成し、一方の前記構成部分（２）に、他方の前記構成部分（６）に
    形成されたキー（１３）の差込可能である溝（１５）を形成し、 前記差込結合部にシール手段（２１，２３）を設け、これらのシール手段（２
    １，２３）によって、融解物に対してシールされた室（２２）を前記溝（１５）
    に形成し、該室（２２）に前記加熱エレメント（１８）を配置し、 溶接方法を行う間、前記構成部分（２，６）に、差込方向（１９）とは逆向き
    の前記構成部分（２，６）の移動を妨げる力を作用させることを特徴とする、２
    つのプラスチック構成部分を結合する方法。
  2. 【請求項２】 溶接方法を行う間、前記構成部分（２，６）に前記差込方向
    （１９）で作用する差込力を及ぼす、請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記加熱エレメント（１８）を、前記溝（１５）の溝底部（
    １６）と前記キー（１３）のキー端面（１７）との間に配置する、請求項１また
    は２記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記差込結合部が前記差込方向（１９）に対して横方向に遊
    び（２０）を有しており、該遊び（２０）によって前記溝（１５）と前記キー（
    １３）との間に、シール手段を形成する少なくとも１つの絞りギャップ（２１）
    を形成し、 前記加熱手段（１８）に隣接する構成部分領域（１６，１７）が融解する際に
    、前記キー（１３）が前記溝（１５）に深く入り込み、融解物が前記絞りギャッ
    プ（２１）に進入し、絞り効果によって前記溝（１５）からの融解物の漏れを防
    止する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
  5. 【請求項５】 絞り効果によって融解物に生じる圧力上昇が、前記キー（１
    ３）および前記溝（１５）に作用し、かつ前記差込方向（１９）とは逆向きに作
    用する押圧力を形成し、設定された前記溝（１５）に対する前記キー（１３）の
    進入深さが得られると、前記押圧力と前記差込力とが同じ大きさになるように、
    差込方向および該差込方向に対して横方向の前記絞りギャップ（２１）の伸長部
    を寸法設定する、請求項４記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記差込方向（１９）に対して横方向のギャップ伸長部に対
    する前記差込方向（１９）のギャップ伸長部の割合を、１０から２００まで、特
    に１５から１２０までの範囲にする、請求項４または５記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記構成部分（２，６）を少なくとも前記結合領域（１２）
    で管状に形成し、前記キー（１３）と前記溝（１５）とをそれぞれ円筒形に形成
    する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
  8. 【請求項８】 円形、楕円形またはそれに類似の横断面を有している円筒形
    のキー（１３）と円筒形の溝（１５）とを使用する、請求項７記載の方法。
  9. 【請求項９】 一方の前記構成部分（６）のプラスチックが他方の前記構成
    部分（２）のプラスチックと比べて高い粘性を有する、請求項１から８までのい
    ずれか１項記載の方法。
  10. 【請求項１０】 内燃機関における燃焼のために設けられた空気を空気供給
    装置から受け取って内燃機関の個々の燃焼室に分配する吸込装置（１）の吸込管
    （６）である第２の構成部分を使用し、内燃機関の空気供給装置に接続可能な、
    前記吸込装置（１）の空気分配器（２）である第１の構成部分を使用する、請求
    項１から９までのいずれか１項記載の方法。
  11. 【請求項１１】 プラスチックから成る空気分配器モジュール（２）を備え
    ており、それぞれプラスチックから成る一体的な複数の吸込管モジュール（６）
    を備えており、これらの吸込管モジュール（６）がそれぞれ一方の管端部（７）
    で前記空気分配器モジュール（２）と結合され、かつそれぞれ内燃機関の燃焼室
    の１つに対応配置されており、プラスチックから成る一体的な少なくとも１つの
    フランジモジュール（９）を備えており、該フランジモジュール（９）に少なく
    とも１つの前記吸込管モジュール（６）が他方の管端部（８）で結合されている
    、モジュール構成を有している吸込装置（１）を使用する、請求項１０記載の方
    法。
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