JP2006112621A - 複合要素 - Google Patents

Abstract

【課題】 異なる線膨張率を有する少なくとも２つの成形部品、特に金属製成形部品及びプラスチック製部品、例えば成型部品を含んでなり、部品は、異なる線膨張率の結果生じる部品の変形、特にプラスチック製部品の望ましくない変形を最小にするような方法で、相互に接続されている複合要素を提供する。
【解決手段】 少なくとも１つの弾性材料製接続素子により接続された、異なる線膨張率を有する少なくとも２つの成形部品を含んでなる複合要素であって、該接続素子は、剪断柔軟的に変形できる少なくとも１つのずれエレメントを有し、該ずれエレメントの高さ対厚さの比は２〜６０の範囲にある複合要素。
【選択図】図２

Description

本発明は、複合要素に関し、より詳細には、異なる線膨張率を有し、少なくとも１つの弾性接続素子により接続されている少なくとも２つの成形部品を含む複合素子に関する。

線膨張率に関して相互に異なる少なくとも２つの成形部品を含む複合要素を開示する。該部品は、高さ及び厚さを有し、剪断（ずれ）柔軟的（a shear-flexible manner）に変形できる少なくとも１つのずれエレメント（shear element）を含む少なくとも１つの弾性接続素子により接続されている。ずれエレメントの高さ対厚さの比は２〜６０の範囲にある。本発明の複合要素は、自動車ルーフのグレージングの製造に特に適している。

相互に接続された金属部品及びプラスチック部品、例えば成型部品から製造された複合要素の場合、２つの材料の異なる線膨張率の故に応力又は変形が生じるという問題がある。例えばポリカーボネートシートを自動車ルーフのグレージングのガラスの代わりに使用する場合、ポリカーボネートシートは、加熱された場合、ポリカーボネートと鋼との間では線膨張率が非常に異なるのでガラス板よりも実質的に大きく変形する。ポリカーボネートシートは、例えば接着剤を使用して自動車の鋼製ルーフに結合され、一方、ガラスは、通常クランプシール又は接着剤を用いて所定位置に固定される。ポリカーボネートシートが極めて強い熱の影響下に膨張した場合、接着剤は線膨張を十分に補償することができず、シートはゆがむ。この変形の問題は、ガラスでは生じない。何故なら、ガラスと鋼との間の線膨張率の差は小さく、ポリカーボネートに比べてガラスの固有の剛性が高いからである。

そこで本発明の目的は、異なる線膨張率を有する少なくとも２つの成形部品、特に金属製成形部品及びプラスチック製部品、例えば成型部品を含んでなり、部品は、異なる線膨張率の結果生じる部品の変形、特にプラスチック製部品の望ましくない変形を最小にする、好ましくは防止するような方法で相互に接続されている、複合要素を提供することである。同時に、例えば、自動車グレージングの場合に強い風のような外力により生じる応力を吸収して、物理的影響による変形及び固有振動数特性を損なわないようにする。

本発明は、少なくとも１つの弾性材料製接続素子により接続された、異なる線膨張率を有する少なくとも２つの成形部品を含んでなる複合要素であって、該接続素子は、剪断柔軟的に変形できる少なくとも１つのずれエレメントを有し、該ずれエレメントの高さ対厚さの比は２〜６０の範囲にある複合要素を提供する。

本発明の複合要素は、異なる線膨張率を有する少なくとも２つの部品を含む。線膨張率の差は、好ましくは少なくとも２０×１０^−６Ｋ^−１であり、最大で１００×１０^−６Ｋ^−１である。

部品の少なくとも１つは、例えば金属、好ましくは、鋼、アルミニウム、マグネシウム、銅、チタン及び／又はこれら金属の合金から製造される。特に好ましくは、部品の１つは鋼製である。

部品の少なくとも１つは、例えばプラスチック材料、好ましくは、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ＡＢＳ、ＡＳＡ、ポリアミド、ＰＢＴ、ポリプロピレン、若しくはこれらプラスチック材料のブレンドから製造される。特に好ましくは、部品の１つはポリカーボネート製である。

部品は、任意の幾何学的形状を有していてよい。部品は、例えば、シート、半殻又はフレームエレメントであってよい。部品の１つは、好ましくは、窓硝子のために切り抜きを有する鋼製自動車ルーフ用部品であり、他方の部品は、自動車ルーフのグレージング用ポリカーボネートシートである。

部品は、弾性材料で製造された少なくとも１つの接続素子により接続される。接続素子の弾性材料は、好ましくはプラスチック材料、特に熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）、ゴム、未強化ポリアミド、ポリプロピレン（ＰＰ）及び／又はポリエチレン（ＰＥ）である。

接続素子は、剪断柔軟的に変形できる少なくとも１つのずれエレメントを有し、ずれエレメントの高さ対厚さの比は、２〜６０の範囲にある。高さ及び厚さは、剪断力がずれエレメントに加えられていない状態での高さ及び厚さを意味する。ずれエレメントの高さは、各部品にずれエレメントが接続されている２つの接続点の間の距離とみなされる。ずれエレメントが２つの部品に対して直角に配置されている場合、ずれエレメントの高さは、接続領域における２つの部品の間の間隔に実質的に相当する。厚さは、高さに対して直角方向にあるずれエレメントの２つの広がり（幅）の小さい方である。厚さは、２つの部品の位置ずれに平行に、すなわち、加えられている剪断力の方向と平行に延びる。

基本的に、部品は任意の位置で相互に接続することができ、接続領域では部品同士は重なりあっている。部品は、部分的に又は全体的に、相互に重なり合っていてよい。部品は、部品の端部領域で相互に重なり合っていてよい。すなわち、部品の端部同士が重なりあっていてよい。

本発明の接続素子は、弾性材料から作られ、剪断柔軟的に変形でき、ずれエレメントの高さ対厚さの比が２〜６０であるので、重なり合った領域では、接続素子により、部品間に剪断に対して柔軟な接続が形成される。ずれエレメントの高さ対厚さの比が大きいので、接着剤に比べ、より大きい剪断柔軟性が得られる。すなわち、本発明の接続素子は、部品に熱が加えられた場合、異なる線膨張率を補償し、従って、部品の望ましくない変形、例えばゆがみを防止する。本発明によれば、このような変形の防止は、比較的小さい力による２つの部品間の相対運動により行われる。

ずれエレメントは、例えば、薄板状又はロッド状であってよい。薄板状ずれエレメントの場合、厚さは、ずれエレメントの壁厚に相当する。実質的に円形の断面を有するロッド状ずれエレメントの場合、ずれエレメントの厚さは、ロッド状ずれエレメントの直径に相当する。ロッド状ずれエレメントは、例えば四角形断面を有していてもよい。この場合、ずれエレメントの厚さは、断面の辺の長さに相当する。高さ対厚さの比が２〜６０である限り、他の規則的又は不規則的な幾何学形状であってもよい。接続素子がいくつかのずれエレメントから構成されている場合、ずれエレメントは、同一であっても、異なっていてもよい。

最初の形態において、接続素子は、薄板状ずれエレメントを有し、薄板状ずれエレメントは、剪断方向には柔軟に変形するが、剪断方向に直角な方向、すなわち薄板の方向には、力を伝える。薄板状エレメントは、温度の変化により生じる線形力の下では曲がりやすいので、２つの部品の相互の移動が可能になる。これにより、異なる線膨張率の故に生じる部品の望ましくない変形が防止される。この形態は、例えば、薄板状ずれエレメントが、それぞれずれエレメントの上部及び下部末端に配置された末端エレメントを介して相互に接続されるように設計し得る。部品に面する末端は、ずれエレメントの上端及び下端であると見なされる。この種の末端エレメントは、ストリップ、シートなどの形状にされる。各末端エレメントはそれぞれ、対応する部品に接続される。末端エレメントは、接着剤、ねじ、リベット、かすがいなどにより、部品に取り付けられてよい。

この形態では、接続素子は、有利なことに、２つの部品を接続することに加えて、部品間にシール（封止）を形成することができる。

別の形態において、接続素子はロッド状ずれエレメントからなる。薄板状ずれエレメントと同様、弾性ロッド状ずれエレメントは、熱の影響で剪断応力が加わった場合、２つの部品の相互の移動を可能にする。この形態は、例えば、ロッド状ずれエレメントが、それらの末端において末端エレメントを介して相互に接続されているように、設計することができる。ここでも、各末端エレメントは、部品の１つに接続される。末端エレメントは、接着剤、ねじ、リベット、かすがいなどにより、部品に取り付けられてよい。

薄板状エレメントとロッド状エレメントの組み合わせも使用できる。同様に、薄板状又はロッド状エレメントのどのような変形も、エレメントが十分な安定性を与え、剪断柔軟的接続を可能にするかぎり、可能である。部品の形状及び材料に依存して、接続素子は、外力（強風、振動など）に適合できるように十分な安定性を有していなければならない。例えば、安定性を増すために、多数のずれエレメントを供給することができる。ずれエレメントの厚さも安定性に影響する。厚さも、例えばエレメントの高さに応じて変化させ得る。

ずれエレメントの数、特に薄板状ずれエレメントの数は、好ましくは、少なくとも２個であり、最大８個である。接続された２つの部品の間の間隔、すなわちずれエレメントの高さは、好ましくは、少なくとも５ｍｍであり、最大３０ｍｍである。ずれエレメントの厚さ、特に薄板状ずれエレメントの厚さは、好ましくは、少なくとも０．５ｍｍであり、最大２．５ｍｍである。末端エレメントの厚さは、好ましくは、少なくとも０．５ｍｍであり、最大４ｍｍである。接続素子が、ずれエレメントに加えて末端エレメントも含む場合、ずれエレメントの高さと末端エレメントの厚さの合計が、２つの部品間の間隔、すなわち接続素子全体の高さとなる。

本発明の複合要素の接続素子は、例えば、押出し成形により製造することができる。しかしながら、接続素子は、溶接または接着により接続される、射出成形及び／又は押出し成形された異なる部材から製造することもできる。

本発明の複合要素の１つの形態は、自動車ルーフのグレージングである。この場合、鋼で製造された自動車のルーフが部品の一方を形成し、ポリカーボネートで製造されたガラスが部品の他方を形成する。ポリカーボネートウインドウが自動車フールのフレームにはめられる。鋼製フレームとポリカーボネート製ガラスとが重なり合う縁部領域で、２つの部品が、弾性材料（特に、熱可塑性ポリウレタン、熱可塑性エラストマー又はゴム）で製造された剪断柔軟的に変形できる本発明の接続素子により、接続される。接続素子は、好ましくは、ポリカーボネートガラスの４辺のそれぞれに供給される。

以下、添付の図１及び図２を参照して、本発明をより詳細に説明する。
図１及び図２は、本発明の複合要素１の一例の模式図である。部品２、例えば鋼製自動車ルーフからのフレーム、及び部品３、例えばポリカーボネート製ガラスは、接続素子４により接続されている。２つの部品２，３は、異なる線膨張率を有する。接続素子４は、弾性材料、例えば熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）により作られ、剪断柔軟的に変形できる。図示した形態では、接続素子４は、温度変化の際に存在する線形力により曲がることができる薄板状のずれエレメント５を有する。薄板状のずれエレメント５は、引張応力下では安定である。薄板状のずれエレメント５の上端及び下端、すなわち部品２，３に面する端部は、それぞれ、末端エレメント６に接続されている。各末端エレメント６は、部品２，３の一方に接続されている。

図２に図示したように、温度変化が生じると剪断が発生するが、部品２，３の望ましくない変形を生じることなく、２つの部品は相対的に移動する（矢印７）。

鋼製フレーム内のポリカーボネートウインドウの熱膨張による変形を、自動車ルーフモジュールの２次元モデルを用いて、数学的に決定した。比較例では、ポリカーボネートウインドウを鋼製フレームに接着剤で接続した。本発明の実施例では、図１に示したのと同様の方法で、ポリカーボネートウインドウ３を、薄板状ずれエレメント５を有する接続素子４を用いて、鋼製フレーム２に接続した。表１に、複合要素を１００Ｋの温度差に付した場合の数学的に決定した変形の値及び応力を示す。

鋼製フレーム内のポリカーボネートウインドウの熱膨張による変形を、自動車ルーフモジュールの３次元モデルを用いて、数学的に決定した。比較例では、ポリカーボネートウインドウを鋼製フレームに接着剤で接続した。本発明の実施例では、図１に示したのと同様の方法で、ポリカーボネートウインドウ３を、薄板状ずれエレメント５を有する接続素子４を用いて、鋼製フレーム２に接続した。表２に、複合要素を１００Ｋの温度差に付した場合の数学的に決定した最大変形値を示す。

２つの部品を接続するための本発明による接続素子の一例の模式図である。 剪断応力下にある図１の接続素子の模式図である。

符号の説明

１ 複合要素；２ 部品；３ 部品；４ 接続素子；５ ずれエレメント；６ 末端エレメント

Claims (9)

1. 少なくとも１つの弾性材料製接続素子により接続された、異なる線膨張率を有する少なくとも２つの成形部品を含んでなる複合要素であって、該接続素子は、剪断柔軟的に変形できる少なくとも１つのずれエレメントを有し、該ずれエレメントの高さ対厚さの比は２〜６０の範囲にある複合要素。
2. 該ずれエレメントは薄板状である請求項１に記載の複合要素。
3. 該ずれエレメントはロッド状である請求項１に記載の複合要素。
4. 該接続素子はポリマー材料からなる請求項１に記載の複合要素。
5. 該ポリマー材料は、熱可塑性ポリウレタン、未強化ポリアミド、ポリプロピレン及びポリエチレンからなる群から選択される少なくとも１種のポリマーを含む請求項４に記載の複合要素。
6. １つの部品は金属製である請求項１に記載の複合要素。
7. 該金属は、鋼、アルミニウム、マグネシウム、銅、チタン及びこれらの合金からなる群から選択される金属である請求項６に記載の複合要素。
8. １つの部品はポリマー製である請求項１に記載の複合要素。
9. 該ポリマーは、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ＡＢＳ、ＡＳＡ、ポリアミド、ＰＢＴ及びポリプロピレンからなる群から選択される少なくとも１種のポリマーである請求項８に記載の複合要素。
   

Images