JP3837025B2 - 剛性部分及び熱可塑性プラスチック材料製の部分を含むハイブリッド物品 - Google Patents
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Description
【０００１】
（発明の分野）
本発明は少なくとも１つの剛性要素と、少なくとも１つの、成形により入手した熱可塑性プラスチック材料製の要素とを含む物品の製造に関する。
【０００２】
（従来の技術）
例えばビルディング、家具、自動車などの製造物の製作に関わる工業分野並びに消費財分野において、被製造物は、一般に軽量の且つ使用上必要とされる特性、特に十分に良好な機械的特性を持つものとされる。材料とその材料に与える形状とを選択することが、こうした仕様に合致させるための決定要因となる。
【０００３】
過去数十年に渡り、例えば自動車あるいは建設分野で使用する軽量で且つ金属よりも加工の容易なプラスチックが開発されてきている。今や、例えば溶融ポリマーを型に射出することにより複雑な形状の軽量物品を作製することが可能である。
【０００４】
しかしながら、特定の領域ではプラスチックの使用は限られる。例えば、大型部品を製造する場合、特に、それらが用途上温度変化あるいは振動を受ける場合は寸法形状的な安定性に問題が生じる恐れがある。この問題は、特に自動車の分野でフードの下方に位置付けられる幾つかの部品に関して生じ得る。更に、プラスチック製の部品の機械的特性は、意図した用途に対して不十分なものとなり得る。
【０００５】
この種の問題を解決するために様々な材料、例えば金属要素と熱可塑性プラスチック材料製の要素とを結合させる方法が知られている。プラスチックと追加要素とを含む部品を、意図するところの用途で使用するために好適なものとするに際して採用することのできる構造に関する刊行物が数多く存在する。例えば、ドイツ国特許ＤＥ−４３３４０４９号には、プラスチックのシートに金属部品を介在させることが、また同ＤＥ４３３０２７３号には、プラスチック製の窓枠を、輪郭を有するメタルロッドを使用して補強することが教示される。また、欧州特許第３７０３４２号によれば、Ｕ字輪郭の金属構造物を、この金属構造物に熱可塑性プラスチック材料を射出して作製したリブで補強することが教示される。
【０００６】
（解決しようとする課題）
解決しようとする課題は、少なくとも１つの熱可塑性プラスチック材料から成る要素と、少なくとも１つの、例えば金属製の剛性要素とを結合し、特に、構造上の寸法形状的安定性及び衝撃挙動が何れも良好である新規な物品を提供することである。
【０００７】
（課題を解決するための手段）
本発明によれば、細長形状の剛性要素からなる部分にして、その少なくとも一部分が凹形空間を画定する輪郭の断面を有する部分と、剛性要素と関連付けされた熱可塑性プラスチック材料から作製され且つ前記凹形空間内に位置決めされた少なくとも１つの部分とを含む物品であって、熱可塑性プラスチック材料から作製された部分が、長手方向に連続する少なくとも２つの線に沿って接触し且つ少なくとも１つの中空部を含む断面を有している物品が提供される。
【０００８】
熱可塑性プラスチック材料から作製された部分は、例えばビルディング要素を製造するための軽量の剛性要素の補強材として使用することができる。こうしたビルディング要素は、一般に、１つ以上のセグメントからなるシェルあるいは管の形態の直線あるいは曲線の細長い形状を有している。そうした物品の例には梁や桁が挙げられる。この形式の物品の用途上好ましい領域は、別の部品を支持することを意図した構造部品を製造するための、ビルディング、家具、自動車の各製造分野である。そうして補強された物品には、軽量であると同時に、例えば別の構造物を支えるに十分良好な機械特性が維持されるという利点がある。詳しくは、剛性要素が物品全体に負荷を分散させ得ると共に、熱可塑性プラスチック材料製の部分が物品を補強する。
【０００９】
熱可塑性プラスチック材料製の部分は数多くの機能を有し得、剛性要素がこの熱可塑性プラスチック材料から成形される部分を補強しあるいはその形状を安定させる。熱可塑性プラスチック材料製の部分は、例えば、別の部品を収受するための空間、補強用リブ、別の部品あるいはシステムとの組み合わせ手段、例えばクリップ等を伴う非常に複雑な構造を有し得る。剛性要素は熱可塑性プラスチック材料製の部分により画定される構造中に完全に組み込まれ得、熱可塑性プラスチック材料中に見える状態で若しくは完全に挿通され得、構造補強要素のみとして、あるいはそれ自身が機能を持つ構造補強要素として使用され得る。
【００１０】
例えば、剛性要素は別の部品との組み合わせ手段を有し得る。そうした構造は熱可塑性プラスチック材料のみから作製した構造よりも寸法形状的安定性がずっと良好である。実際上、プラスチック部分の寸法形状の変化はこのプラスチック部分と接触する剛性要素により制限される。かくして、熱可塑性プラスチック材料に基づく非常に大型の部品を製造することが可能となる。そうした構造の別の利益は衝撃挙動の改善、つまり、衝撃を受けた物品が幾つかの破片に分離しないための能力が高まることである。
本発明に従う物品はそのままで消費財として使用され得、また、他の部品、要素あるいはシステムと、例えば接着、溶接リベット止め、嵌め込み、又はクリップ止めにより結合することができる。
【００１１】
本発明に従う物品は特に、熱可塑性プラスチック材料製の１つ以上の部分を含み得、少なくとも１つの中空の断面を有し得る。本発明の物品が幾つかのそうした部分を有する場合、熱可塑性プラスチック材料製の部分は材料的に分離され、あるいは熱可塑性プラスチック材料及び熱可塑性プラスチック材料製の同じ要素の一部を成形することができる。従って、断面中空の熱可塑性材料製の２つの部分を凹形空間内に位置決めし、例えば、熱可塑性プラスチック材料製のベース部材で相互に連結することができる。剛性要素の凹形空間の内側あるいは外側に連結手段を格納することができる。熱可塑性プラスチック材料製の要素は全体を成形により形状付けすることができる。
【００１２】
剛性要素は直線あるいは曲線の細長形状を有し、例えばエルボあるいは曲線の変化部分により分離された本来細長の幾つかの部分をも有し得る。こうした形状では長手方向に直交する断面を画定することができる。剛性要素と、熱可塑性プラスチック材料製の部分とは、長手方向に連続した少なくとも２本の線に沿って接触される。接触するこれらの線は長手方向に関して直線、曲線、平行であり、或いはある角度を有するものであり得る。ここで、“少なくとも２本の線に沿って接触する”とは、任意の断面に対し剛性要素及び熱可塑性プラスチック材料製の部分が、凹形空間を画定する輪郭上の少なくとも２つの点位置で接触することを意味するものとする。剛性要素及び熱可塑性プラスチック材料製の部分は連続する表面に沿って接触するのが好ましい。
【００１３】
剛性要素及び熱可塑性プラスチック材料製の部分は、凹形空間を画定する輪郭全体の、あるいはこの輪郭の上方の幾つかの部分、好ましくは少なくとも２つの部分で接触するのが有益である。熱可塑性プラスチック材料製の部分は、例えば連続する接触ストリップにおいて剛性要素に載置され得る。
熱可塑性プラスチック材料から作製され剛性要素の凹形空間内に位置決めされた部分は中空、つまり、少なくともその一部分に熱可塑性材料で完全に包囲された空間を有する断面を有している。
【００１４】
本発明の第１実施例に従えば、物品は、剛性要素の輪郭により画定される凹形空間と共役の輪郭を有する熱可塑性プラスチック材料製の部分を含む。本実施例に従えば、熱可塑性プラスチック材料製の部分は凹形空間を完全にあるいは大部分充填し、熱可塑性プラスチック材料製の部分と剛性要素とは、その断面の全体あるいはその大半が接触される。
【００１５】
この第１実施例において、剛性要素は、例えばＵあるいはＶ字、半円の各形状の、恐らくは平坦部分を伴う部分を含む。
【００１６】
本発明の第２実施例によれば、物品は熱可塑性プラスチック材料製の少なくとも２つの中空部分を含み、剛性要素の輪郭が、少なくとも１つのベース部と、各部分が位置決めされるところの角部を画定する２つの相対する壁とにより画定される。熱可塑性プラスチック材料製の各部分はベース部と、熱可塑性プラスチック材料製の部分が位置決めされるところの角部に関する壁の一方とに接触して載置される。本実施例において、剛性要素は、少なくとも一方の部分上で、Ｕ字あるいはＩ字形状の輪郭の断面を有する。２つの部分は例えば管形状を有する。
【００１７】
物品は、角部に位置決めされた熱可塑性プラスチック材料製の部分に少なくとも部分的に載置した、熱可塑性プラスチック材料製の補強用のリブを含むのが有益であり得る。このリブは、例えばジグザグあるいはＸ状の形態を有し、あるいは、角部に位置決めされた各部分を連結する平行なパネルから成るのが好ましい。そうしたリブは熱可塑性プラスチック材料を形状付けする段階中に創出されるのが好ましく、中空の各部分と補強用のリブは１つの全く同じ要素を成形する。
【００１８】
本発明に従う物品は、熱可塑性プラスチック材料製の１つ以上の前成形した要素と剛性要素とを組み立てることにより製造され得る。各要素は、例えば、エンボス加工、溶接接着、リベット止め、又はクリップ止めにより締着させることができる。
物品は、熱可塑性プラスチック材料製の部品を凹形空間内で成形することにより製造するのが有益であり得る。熱可塑性プラスチック材料は、中空の部品に加え、この凹形空間を越えて伸延する部分を有し得る。成形技法は当業者には良く知られている。凹形空間の内側を形状付けするためには、剛性要素を、例えば好適な形状の型に配置し、次いで液体の熱可塑性材料を射出する。
【００１９】
本発明に従う物品は、例えば、流体射出法を使用して作製することができる。ここで“流体射出”とは、流体、例えばガスあるいは水を溶融ポリマー材料中に射出してこの材料中にキャビティを創出する段階を含む任意の方法を意味するものとする。この表題の範疇の全ての実施例を本発明の状況下に使用することができるものとする。
【００２０】
そうした方法の中でも、ガス射出技法を使用することができる。略記すると、この技法の第１の実施例では、被成形部品に相当する形状の型に、この型を完全に充填するためには十分ではない所定量の材料を充填し、次いで、１つ以上のポイント位置で、充填された溶融ポリマー材料中に針を導入し、加圧下にガスを供給する。ガスは充填された溶融ポリマー材料中にキャビティを生じさせ、この溶融ポリマー材料をして型の壁に接触せしめる。冷却後、型から部品を取り出す。この技法の第２実施例では、型を熱可塑性プラスチック材料で完全に充填し、加圧下のガスを材料中に射出し、型から幾分かの材料を排除してキャビティを成形させ、一方、同時に、幾分かの材料を、この材料が硬化あるいは固化するまで型の壁に押し付けたままに保持する。
【００２１】
これらの技法は特に、肉厚の部品を創出するためにあるいは固形部品における材料量を減少させるために使用される。
例えば、ガス射出法を説明する一例としては、Ｓ．ＳＨＡＨの、ジャーナル誌“ＡＮＴＥＣ−９１”の１４９４から１５０６ページに掲載された“Ｇａｓ Ｉｎｊｅｃｉｔｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ：Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｒａｃｔｉｃｅｓ”と題する文献がある。
【００２２】
この技法の用途及びこの技法を使用して創出される部品の例は、Ｓ．ＳＨＡＨ及びＤ．ＨＬＡＶＡＴＹの、同じジャーナル誌の１４７９〜１４９３ページに掲載された“Ｇａｓ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ： Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ”と題する文献に示される。
商標名ＣＩＮＰＲＥＳＳとして知られるガス射出法の説明は、Ｊｏｈｎ Ｔｈｅｖｅｒｇｅの、１９９１年２月の“Ｐｌａｓｔｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ”の第２７〜３１頁に掲載された“ＩＭ Ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｓ Ｐｒｏｄｕｃｅ，Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ａｄｖａｎｔａｇｅｓ”と題する文献に示される。
【００２３】
この技法の説明は、Ｂ．ＫＬＯＴＺ及びＥ．ＢＵＲＫＬＥの、Ｋｕｎｓｔｓｔｏｆｆｅ７９（１９８９）、Ｎｏ１１の第１１０２〜１１０７ページに掲載された、“Ｎｅｕｅ Ｇａｓｉｎｎｅｎｄｒｕｃｋｖｅｒｆａｈｒｅｎ〔Ｎｅｗ ｗａｙｓ ｏｆ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｍｏｌｄｉｎｇｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｇａｓ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｐｒｏｃｅｓｓ〕”と題する文献にも示される。
【００２４】
本発明に従う物品は、例えば、以下の段階、即ち、
（ａ）選択した形状の射出型に、１つの断面が凹形空間を画定する少なくとも１つの部分を有する前成形した剛性要素を配置すること、
（ｂ）溶融した熱可塑性プラスチック材料を型に射出すること、
（ｃ）好ましくはガスである流体を、剛性要素の凹形空間内の溶融した熱可塑性プラスチック材料中に針を通して射出すること、
を含む方法に従い製造され得る。
【００２５】
本発明のために好適な別の方法は、熱可塑性プラスチック材料製の要素を成形するための工具中で剛性要素を形状付けすることを含み、この方法は、例えば以下の段階、即ち、
（ａ）選択した形状の射出型に、１つの断面が凹形空間を画定する少なくとも１つの部分を有する前成形した剛性要素を配置すること、
（ｂ）型内での加圧あるいは高温成形により、凹形空間を画定する少なくとも１つの部分を有する断面を有する剛性要素を前成形すること、
（ｃ）溶融した熱可塑性プラスチック材料を型内に射出すること、
（ｄ）好ましくはガスである流体を、剛性要素の凹形空間内の溶融した熱可塑性プラスチック材料中に針を通して射出すること、
を含んでいる。
【００２６】
本発明のまた別の実施例に従えば、本発明に従う物品は押し出しブロー成形法を使用して作製される。
剛性要素と、熱可塑性プラスチック材料製の要素とは既知の手段、例えば、接着、リベット止めあるいはオーバーモールド成形を使用して締着させることができる。特に有益な締着手段は、剛性要素に成形した穴を通して射出材料を突出させるものである。特に有益なその他の手段は、剛性要素に対し、熱可塑性プラスチック材料製の要素を部分的あるいは完全にオーバーモールド成形するものである。
【００２７】
好ましい実施例では剛性要素は金属部品である。この金属部品は、例えば、金属プレートあるいは金属シートを加圧することにより入手することができる。詳しくは、亜鉛びき及びあるいは下塗り処理されず、恐らくは接着促進剤で処理された鋼シート、アルマイト処理及びあるいは下塗り処理されず、恐らくは接着促進剤で処理したアルミニュームシートが特に好適である。
【００２８】
他の実施例に従えば、熱可塑性プラスチック材料の薄板にガラス繊維あるいは合成繊維を重ねて挿通して積層体の如くし、高温プレスにより形状付けしたものを剛性要素として使用することができる。
本発明に従う部品を製造するために、成形、もっと詳しくは流体射出法により形状付けすることのできる任意の熱可塑性プラスチックを使用することができる。そうした熱可塑性プラスチックには、例えば、部分結晶性プラスチック、例えばナイロン−６、ナイロン−６，６、ポリブチレンテレフタレート、ポリフタルアミド、ポリフェニレンスルフィド、セミアロマチックポリアミド、ポリプロピレンがある。
【００２９】
これらの材料から製造した任意の配合物を使用することもできる。有益には、ガラス繊維、鉱物繊維、例えば、ウォールアストナイト、セラミック繊維、耐熱性有機繊維、例えばポリフタルアミド繊維、無機充填材、例えばカオリン、層状の珪酸塩、恐らくは改質された、例えば、モンモリロナイト、フルオロミカスを含む群から選択した充填材で補強した配合物を使用することができる。これらの配合物には、成形物品を作製する上で使用するポリアミドベースの配合物に従来から使用される全ての添加材が含まれ得る。かくして、そうした添加材の例には、熱安定剤、ＵＶ安定剤、酸化防止剤、潤滑油、色素、着色剤、可塑剤、あるいは耐衝撃性改良材がある。例えば、酸化防止剤及び熱安定剤は、アルカリ−金属ハロゲン化合物、銅ハロゲン化合物、ステリカリヒンダードフェノール化合物、アロマチックアミンである。ＵＶ安定剤は一般に、ベンゾトリアゾール、ベンゾフェノン、あるいはＨＡＬＳｓである。
【００３０】
そうした軽量の構造要素のために特に好適な用途としては、自動車の強度要素、バンパー支持材、自動車のフロント及びリヤの各フェース、自動車ボディーの下方部品がある。こうした物品には一般に、大きな剛率と良好な剛性とが要求される。
【００３１】
熱可塑性プラスチック材料製の要素の中空部分は、流体、例えば空気、水、グリコール含有水、燃料及びオイルを移送するために有益に使用することができる。この目的上、中空断面の、熱可塑性プラスチック材料製の部分は、流体をこの中空部分の内側に流体を導入し、またそこから流体を排出させるための手段を含み得る。かくして、製造された部品は流体移送装置において使用され得る。
【００３２】
本発明に従う物品は、熱交換器、例えば、自動車のラジエータを創出するために使用することもできる。冷却を必要とする流体は熱可塑性プラスチック材料製の要素の中空部分を通して流動し、外部環境と熱交換する。もし物品が熱可塑性プラスチック材料製の幾つかの中空部分を含む場合、これらの様々の部分を使用して性質の異なる流体を移送させることができる。
【００３３】
（発明の実施の形態）
図１には本発明の第１実施例に従う物品の斜視図が示される。物品は、直線の細長形状の剛性要素１と、熱可塑性プラスチック材料製の部分２とを含んでいる。剛性要素１はＵ字断面を有するプレスドシートであり、Ｕ字部分の各端部には平坦部３を有する。Ｕ字形状の間部分には熱可塑性プラスチック材料製の部分を配置する凹形空間が画定される。熱可塑性プラスチック材料製の部分は、剛性要素の形状と接触する形状を有している。凹形空間内に配置された熱可塑性プラスチック材料製の部分は中空部４を有する。アセンブリは優れた剛性を有する。剛性要素と熱可塑性プラスチック材料製の部分とを相互に締着する手段は図示されないが写真１では見ることができる。
【００３４】
曲線１は様々の構造、即ち、第１実施例に従う構造、ＥＰ３７０３４２号に従う構造、金属輪郭のみを有する構造、に対し同じ条件下に得られた曲げ曲線を表す。Ｘ軸はミリメートルでの距離を表し、Ｙ軸はＮでの力を表す。
【００３５】
図１に示す物品は、例えば、型の壁の間に位置付けられた空間内に流体を射出することが出来、剛性要素の壁の内側が皿形状を画定するような形状の選択した型内に剛性要素１を配置することにより製造され得る。溶融したナイロン−６，６をこの形状内に射出し、次いで、ガス状の窒素を、型内の、剛性要素が保持される位置の２つの端部位置に位置付けたノズルを使用して溶融したナイロン−６，６の質量中に射出する。溶融したナイロン−６，６が固化した後、作製した物品を型から取り出す。熱可塑性プラスチック材料製の部分２は中空部４を有する。
【００３６】
図２には本発明の第２実施例に従う物品の断面が示される。物品はＵ字形状の剛性要素１０を含み、ベース部１１と、相対する２つの壁１２ａ、１２ｂがＵ字の２つの枝部分を成形する。Ｕ字の各端部には平坦部１３を有する。ベース部と各壁とが角部１４ａ、１４ｂを成形する。物品は、角部１４ａ、１４ｂ内に少なくとも部分的に位置決めされた熱可塑性材料製の２つの部分１５ａ、１５ｂを含む。熱可塑性材料製の２つの部分１５ａ、１５ｂはベース部１６ａ、１６ｂと、これらの部分１５ａ、１５ｂが位置決めされる角部１７ａ、１７ｂに関連する壁とに接触して支承される。角部に位置決めされる部分１５ａ、１５ｂは、中空部１８ａ、１８ｂを有する管状部分を有する。剛性要素と、熱可塑性プラスチック材料製の部分とを相互に締着する手段は図示されない。
【００３７】
図３には本発明の第３実施例に従う物品の斜視図が示される。本実施例に従う物品の輪郭は図２に示されるそれと類似のものである。本実施例の物品は、各角部に位置決めされた熱可塑性プラスチック材料製の２つの部分の間に補強用のリブ２０を追加的に含んでいる。剛性要素と、熱可塑性プラスチック材料製の部分とは剛性要素に開口させたオリフィスを貫いて突出する幾つかの熱可塑性プラスチック材料部分２１により相互に締着される。
【００３８】
（発明の効果）
少なくとも１つの、熱可塑性プラスチック材料から成る要素と、少なくとも１つの、例えば金属製の剛性要素とを結合し、特に、構造上の寸法形状的安定性及び衝撃挙動が何れも良好である新規な物品が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例に従う物品の斜視図である。
【図２】 本発明の第２実施例に従う物品の断面図である。
【図３】 本発明の第３実施例に従う物品の斜視図である。
【図４】 本発明の同一条件下での曲げ曲線のグラフ（曲線１）である。
【図５】 本発明の第１実施例に従う物品の写真（写真１）である。
【符号の説明】
１、１０ 剛性要素
２、１５ａ、１５ｂ、２１ 熱可塑性プラスチック材料製の部分
３、１３ 平坦部
４、１８ａ、１８ｂ 中空部
１１、１６ａ、１６ｂ ベース部
１２ａ、１２ｂ 壁
１４ａ、１４ｂ、１７ａ、１７ｂ 角部
２０ 補強用のリブ
（発明の分野）
本発明は少なくとも１つの剛性要素と、少なくとも１つの、成形により入手した熱可塑性プラスチック材料製の要素とを含む物品の製造に関する。
【０００２】
（従来の技術）
例えばビルディング、家具、自動車などの製造物の製作に関わる工業分野並びに消費財分野において、被製造物は、一般に軽量の且つ使用上必要とされる特性、特に十分に良好な機械的特性を持つものとされる。材料とその材料に与える形状とを選択することが、こうした仕様に合致させるための決定要因となる。
【０００３】
過去数十年に渡り、例えば自動車あるいは建設分野で使用する軽量で且つ金属よりも加工の容易なプラスチックが開発されてきている。今や、例えば溶融ポリマーを型に射出することにより複雑な形状の軽量物品を作製することが可能である。
【０００４】
しかしながら、特定の領域ではプラスチックの使用は限られる。例えば、大型部品を製造する場合、特に、それらが用途上温度変化あるいは振動を受ける場合は寸法形状的な安定性に問題が生じる恐れがある。この問題は、特に自動車の分野でフードの下方に位置付けられる幾つかの部品に関して生じ得る。更に、プラスチック製の部品の機械的特性は、意図した用途に対して不十分なものとなり得る。
【０００５】
この種の問題を解決するために様々な材料、例えば金属要素と熱可塑性プラスチック材料製の要素とを結合させる方法が知られている。プラスチックと追加要素とを含む部品を、意図するところの用途で使用するために好適なものとするに際して採用することのできる構造に関する刊行物が数多く存在する。例えば、ドイツ国特許ＤＥ−４３３４０４９号には、プラスチックのシートに金属部品を介在させることが、また同ＤＥ４３３０２７３号には、プラスチック製の窓枠を、輪郭を有するメタルロッドを使用して補強することが教示される。また、欧州特許第３７０３４２号によれば、Ｕ字輪郭の金属構造物を、この金属構造物に熱可塑性プラスチック材料を射出して作製したリブで補強することが教示される。
【０００６】
（解決しようとする課題）
解決しようとする課題は、少なくとも１つの熱可塑性プラスチック材料から成る要素と、少なくとも１つの、例えば金属製の剛性要素とを結合し、特に、構造上の寸法形状的安定性及び衝撃挙動が何れも良好である新規な物品を提供することである。
【０００７】
（課題を解決するための手段）
本発明によれば、細長形状の剛性要素からなる部分にして、その少なくとも一部分が凹形空間を画定する輪郭の断面を有する部分と、剛性要素と関連付けされた熱可塑性プラスチック材料から作製され且つ前記凹形空間内に位置決めされた少なくとも１つの部分とを含む物品であって、熱可塑性プラスチック材料から作製された部分が、長手方向に連続する少なくとも２つの線に沿って接触し且つ少なくとも１つの中空部を含む断面を有している物品が提供される。
【０００８】
熱可塑性プラスチック材料から作製された部分は、例えばビルディング要素を製造するための軽量の剛性要素の補強材として使用することができる。こうしたビルディング要素は、一般に、１つ以上のセグメントからなるシェルあるいは管の形態の直線あるいは曲線の細長い形状を有している。そうした物品の例には梁や桁が挙げられる。この形式の物品の用途上好ましい領域は、別の部品を支持することを意図した構造部品を製造するための、ビルディング、家具、自動車の各製造分野である。そうして補強された物品には、軽量であると同時に、例えば別の構造物を支えるに十分良好な機械特性が維持されるという利点がある。詳しくは、剛性要素が物品全体に負荷を分散させ得ると共に、熱可塑性プラスチック材料製の部分が物品を補強する。
【０００９】
熱可塑性プラスチック材料製の部分は数多くの機能を有し得、剛性要素がこの熱可塑性プラスチック材料から成形される部分を補強しあるいはその形状を安定させる。熱可塑性プラスチック材料製の部分は、例えば、別の部品を収受するための空間、補強用リブ、別の部品あるいはシステムとの組み合わせ手段、例えばクリップ等を伴う非常に複雑な構造を有し得る。剛性要素は熱可塑性プラスチック材料製の部分により画定される構造中に完全に組み込まれ得、熱可塑性プラスチック材料中に見える状態で若しくは完全に挿通され得、構造補強要素のみとして、あるいはそれ自身が機能を持つ構造補強要素として使用され得る。
【００１０】
例えば、剛性要素は別の部品との組み合わせ手段を有し得る。そうした構造は熱可塑性プラスチック材料のみから作製した構造よりも寸法形状的安定性がずっと良好である。実際上、プラスチック部分の寸法形状の変化はこのプラスチック部分と接触する剛性要素により制限される。かくして、熱可塑性プラスチック材料に基づく非常に大型の部品を製造することが可能となる。そうした構造の別の利益は衝撃挙動の改善、つまり、衝撃を受けた物品が幾つかの破片に分離しないための能力が高まることである。
本発明に従う物品はそのままで消費財として使用され得、また、他の部品、要素あるいはシステムと、例えば接着、溶接リベット止め、嵌め込み、又はクリップ止めにより結合することができる。
【００１１】
本発明に従う物品は特に、熱可塑性プラスチック材料製の１つ以上の部分を含み得、少なくとも１つの中空の断面を有し得る。本発明の物品が幾つかのそうした部分を有する場合、熱可塑性プラスチック材料製の部分は材料的に分離され、あるいは熱可塑性プラスチック材料及び熱可塑性プラスチック材料製の同じ要素の一部を成形することができる。従って、断面中空の熱可塑性材料製の２つの部分を凹形空間内に位置決めし、例えば、熱可塑性プラスチック材料製のベース部材で相互に連結することができる。剛性要素の凹形空間の内側あるいは外側に連結手段を格納することができる。熱可塑性プラスチック材料製の要素は全体を成形により形状付けすることができる。
【００１２】
剛性要素は直線あるいは曲線の細長形状を有し、例えばエルボあるいは曲線の変化部分により分離された本来細長の幾つかの部分をも有し得る。こうした形状では長手方向に直交する断面を画定することができる。剛性要素と、熱可塑性プラスチック材料製の部分とは、長手方向に連続した少なくとも２本の線に沿って接触される。接触するこれらの線は長手方向に関して直線、曲線、平行であり、或いはある角度を有するものであり得る。ここで、“少なくとも２本の線に沿って接触する”とは、任意の断面に対し剛性要素及び熱可塑性プラスチック材料製の部分が、凹形空間を画定する輪郭上の少なくとも２つの点位置で接触することを意味するものとする。剛性要素及び熱可塑性プラスチック材料製の部分は連続する表面に沿って接触するのが好ましい。
【００１３】
剛性要素及び熱可塑性プラスチック材料製の部分は、凹形空間を画定する輪郭全体の、あるいはこの輪郭の上方の幾つかの部分、好ましくは少なくとも２つの部分で接触するのが有益である。熱可塑性プラスチック材料製の部分は、例えば連続する接触ストリップにおいて剛性要素に載置され得る。
熱可塑性プラスチック材料から作製され剛性要素の凹形空間内に位置決めされた部分は中空、つまり、少なくともその一部分に熱可塑性材料で完全に包囲された空間を有する断面を有している。
【００１４】
本発明の第１実施例に従えば、物品は、剛性要素の輪郭により画定される凹形空間と共役の輪郭を有する熱可塑性プラスチック材料製の部分を含む。本実施例に従えば、熱可塑性プラスチック材料製の部分は凹形空間を完全にあるいは大部分充填し、熱可塑性プラスチック材料製の部分と剛性要素とは、その断面の全体あるいはその大半が接触される。
【００１５】
この第１実施例において、剛性要素は、例えばＵあるいはＶ字、半円の各形状の、恐らくは平坦部分を伴う部分を含む。
【００１６】
本発明の第２実施例によれば、物品は熱可塑性プラスチック材料製の少なくとも２つの中空部分を含み、剛性要素の輪郭が、少なくとも１つのベース部と、各部分が位置決めされるところの角部を画定する２つの相対する壁とにより画定される。熱可塑性プラスチック材料製の各部分はベース部と、熱可塑性プラスチック材料製の部分が位置決めされるところの角部に関する壁の一方とに接触して載置される。本実施例において、剛性要素は、少なくとも一方の部分上で、Ｕ字あるいはＩ字形状の輪郭の断面を有する。２つの部分は例えば管形状を有する。
【００１７】
物品は、角部に位置決めされた熱可塑性プラスチック材料製の部分に少なくとも部分的に載置した、熱可塑性プラスチック材料製の補強用のリブを含むのが有益であり得る。このリブは、例えばジグザグあるいはＸ状の形態を有し、あるいは、角部に位置決めされた各部分を連結する平行なパネルから成るのが好ましい。そうしたリブは熱可塑性プラスチック材料を形状付けする段階中に創出されるのが好ましく、中空の各部分と補強用のリブは１つの全く同じ要素を成形する。
【００１８】
本発明に従う物品は、熱可塑性プラスチック材料製の１つ以上の前成形した要素と剛性要素とを組み立てることにより製造され得る。各要素は、例えば、エンボス加工、溶接接着、リベット止め、又はクリップ止めにより締着させることができる。
物品は、熱可塑性プラスチック材料製の部品を凹形空間内で成形することにより製造するのが有益であり得る。熱可塑性プラスチック材料は、中空の部品に加え、この凹形空間を越えて伸延する部分を有し得る。成形技法は当業者には良く知られている。凹形空間の内側を形状付けするためには、剛性要素を、例えば好適な形状の型に配置し、次いで液体の熱可塑性材料を射出する。
【００１９】
本発明に従う物品は、例えば、流体射出法を使用して作製することができる。ここで“流体射出”とは、流体、例えばガスあるいは水を溶融ポリマー材料中に射出してこの材料中にキャビティを創出する段階を含む任意の方法を意味するものとする。この表題の範疇の全ての実施例を本発明の状況下に使用することができるものとする。
【００２０】
そうした方法の中でも、ガス射出技法を使用することができる。略記すると、この技法の第１の実施例では、被成形部品に相当する形状の型に、この型を完全に充填するためには十分ではない所定量の材料を充填し、次いで、１つ以上のポイント位置で、充填された溶融ポリマー材料中に針を導入し、加圧下にガスを供給する。ガスは充填された溶融ポリマー材料中にキャビティを生じさせ、この溶融ポリマー材料をして型の壁に接触せしめる。冷却後、型から部品を取り出す。この技法の第２実施例では、型を熱可塑性プラスチック材料で完全に充填し、加圧下のガスを材料中に射出し、型から幾分かの材料を排除してキャビティを成形させ、一方、同時に、幾分かの材料を、この材料が硬化あるいは固化するまで型の壁に押し付けたままに保持する。
【００２１】
これらの技法は特に、肉厚の部品を創出するためにあるいは固形部品における材料量を減少させるために使用される。
例えば、ガス射出法を説明する一例としては、Ｓ．ＳＨＡＨの、ジャーナル誌“ＡＮＴＥＣ−９１”の１４９４から１５０６ページに掲載された“Ｇａｓ Ｉｎｊｅｃｉｔｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ：Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｒａｃｔｉｃｅｓ”と題する文献がある。
【００２２】
この技法の用途及びこの技法を使用して創出される部品の例は、Ｓ．ＳＨＡＨ及びＤ．ＨＬＡＶＡＴＹの、同じジャーナル誌の１４７９〜１４９３ページに掲載された“Ｇａｓ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ： Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ”と題する文献に示される。
商標名ＣＩＮＰＲＥＳＳとして知られるガス射出法の説明は、Ｊｏｈｎ Ｔｈｅｖｅｒｇｅの、１９９１年２月の“Ｐｌａｓｔｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ”の第２７〜３１頁に掲載された“ＩＭ Ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｓ Ｐｒｏｄｕｃｅ，Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ａｄｖａｎｔａｇｅｓ”と題する文献に示される。
【００２３】
この技法の説明は、Ｂ．ＫＬＯＴＺ及びＥ．ＢＵＲＫＬＥの、Ｋｕｎｓｔｓｔｏｆｆｅ７９（１９８９）、Ｎｏ１１の第１１０２〜１１０７ページに掲載された、“Ｎｅｕｅ Ｇａｓｉｎｎｅｎｄｒｕｃｋｖｅｒｆａｈｒｅｎ〔Ｎｅｗ ｗａｙｓ ｏｆ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｍｏｌｄｉｎｇｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｇａｓ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｐｒｏｃｅｓｓ〕”と題する文献にも示される。
【００２４】
本発明に従う物品は、例えば、以下の段階、即ち、
（ａ）選択した形状の射出型に、１つの断面が凹形空間を画定する少なくとも１つの部分を有する前成形した剛性要素を配置すること、
（ｂ）溶融した熱可塑性プラスチック材料を型に射出すること、
（ｃ）好ましくはガスである流体を、剛性要素の凹形空間内の溶融した熱可塑性プラスチック材料中に針を通して射出すること、
を含む方法に従い製造され得る。
【００２５】
本発明のために好適な別の方法は、熱可塑性プラスチック材料製の要素を成形するための工具中で剛性要素を形状付けすることを含み、この方法は、例えば以下の段階、即ち、
（ａ）選択した形状の射出型に、１つの断面が凹形空間を画定する少なくとも１つの部分を有する前成形した剛性要素を配置すること、
（ｂ）型内での加圧あるいは高温成形により、凹形空間を画定する少なくとも１つの部分を有する断面を有する剛性要素を前成形すること、
（ｃ）溶融した熱可塑性プラスチック材料を型内に射出すること、
（ｄ）好ましくはガスである流体を、剛性要素の凹形空間内の溶融した熱可塑性プラスチック材料中に針を通して射出すること、
を含んでいる。
【００２６】
本発明のまた別の実施例に従えば、本発明に従う物品は押し出しブロー成形法を使用して作製される。
剛性要素と、熱可塑性プラスチック材料製の要素とは既知の手段、例えば、接着、リベット止めあるいはオーバーモールド成形を使用して締着させることができる。特に有益な締着手段は、剛性要素に成形した穴を通して射出材料を突出させるものである。特に有益なその他の手段は、剛性要素に対し、熱可塑性プラスチック材料製の要素を部分的あるいは完全にオーバーモールド成形するものである。
【００２７】
好ましい実施例では剛性要素は金属部品である。この金属部品は、例えば、金属プレートあるいは金属シートを加圧することにより入手することができる。詳しくは、亜鉛びき及びあるいは下塗り処理されず、恐らくは接着促進剤で処理された鋼シート、アルマイト処理及びあるいは下塗り処理されず、恐らくは接着促進剤で処理したアルミニュームシートが特に好適である。
【００２８】
他の実施例に従えば、熱可塑性プラスチック材料の薄板にガラス繊維あるいは合成繊維を重ねて挿通して積層体の如くし、高温プレスにより形状付けしたものを剛性要素として使用することができる。
本発明に従う部品を製造するために、成形、もっと詳しくは流体射出法により形状付けすることのできる任意の熱可塑性プラスチックを使用することができる。そうした熱可塑性プラスチックには、例えば、部分結晶性プラスチック、例えばナイロン−６、ナイロン−６，６、ポリブチレンテレフタレート、ポリフタルアミド、ポリフェニレンスルフィド、セミアロマチックポリアミド、ポリプロピレンがある。
【００２９】
これらの材料から製造した任意の配合物を使用することもできる。有益には、ガラス繊維、鉱物繊維、例えば、ウォールアストナイト、セラミック繊維、耐熱性有機繊維、例えばポリフタルアミド繊維、無機充填材、例えばカオリン、層状の珪酸塩、恐らくは改質された、例えば、モンモリロナイト、フルオロミカスを含む群から選択した充填材で補強した配合物を使用することができる。これらの配合物には、成形物品を作製する上で使用するポリアミドベースの配合物に従来から使用される全ての添加材が含まれ得る。かくして、そうした添加材の例には、熱安定剤、ＵＶ安定剤、酸化防止剤、潤滑油、色素、着色剤、可塑剤、あるいは耐衝撃性改良材がある。例えば、酸化防止剤及び熱安定剤は、アルカリ−金属ハロゲン化合物、銅ハロゲン化合物、ステリカリヒンダードフェノール化合物、アロマチックアミンである。ＵＶ安定剤は一般に、ベンゾトリアゾール、ベンゾフェノン、あるいはＨＡＬＳｓである。
【００３０】
そうした軽量の構造要素のために特に好適な用途としては、自動車の強度要素、バンパー支持材、自動車のフロント及びリヤの各フェース、自動車ボディーの下方部品がある。こうした物品には一般に、大きな剛率と良好な剛性とが要求される。
【００３１】
熱可塑性プラスチック材料製の要素の中空部分は、流体、例えば空気、水、グリコール含有水、燃料及びオイルを移送するために有益に使用することができる。この目的上、中空断面の、熱可塑性プラスチック材料製の部分は、流体をこの中空部分の内側に流体を導入し、またそこから流体を排出させるための手段を含み得る。かくして、製造された部品は流体移送装置において使用され得る。
【００３２】
本発明に従う物品は、熱交換器、例えば、自動車のラジエータを創出するために使用することもできる。冷却を必要とする流体は熱可塑性プラスチック材料製の要素の中空部分を通して流動し、外部環境と熱交換する。もし物品が熱可塑性プラスチック材料製の幾つかの中空部分を含む場合、これらの様々の部分を使用して性質の異なる流体を移送させることができる。
【００３３】
（発明の実施の形態）
図１には本発明の第１実施例に従う物品の斜視図が示される。物品は、直線の細長形状の剛性要素１と、熱可塑性プラスチック材料製の部分２とを含んでいる。剛性要素１はＵ字断面を有するプレスドシートであり、Ｕ字部分の各端部には平坦部３を有する。Ｕ字形状の間部分には熱可塑性プラスチック材料製の部分を配置する凹形空間が画定される。熱可塑性プラスチック材料製の部分は、剛性要素の形状と接触する形状を有している。凹形空間内に配置された熱可塑性プラスチック材料製の部分は中空部４を有する。アセンブリは優れた剛性を有する。剛性要素と熱可塑性プラスチック材料製の部分とを相互に締着する手段は図示されないが写真１では見ることができる。
【００３４】
曲線１は様々の構造、即ち、第１実施例に従う構造、ＥＰ３７０３４２号に従う構造、金属輪郭のみを有する構造、に対し同じ条件下に得られた曲げ曲線を表す。Ｘ軸はミリメートルでの距離を表し、Ｙ軸はＮでの力を表す。
【００３５】
図１に示す物品は、例えば、型の壁の間に位置付けられた空間内に流体を射出することが出来、剛性要素の壁の内側が皿形状を画定するような形状の選択した型内に剛性要素１を配置することにより製造され得る。溶融したナイロン−６，６をこの形状内に射出し、次いで、ガス状の窒素を、型内の、剛性要素が保持される位置の２つの端部位置に位置付けたノズルを使用して溶融したナイロン−６，６の質量中に射出する。溶融したナイロン−６，６が固化した後、作製した物品を型から取り出す。熱可塑性プラスチック材料製の部分２は中空部４を有する。
【００３６】
図２には本発明の第２実施例に従う物品の断面が示される。物品はＵ字形状の剛性要素１０を含み、ベース部１１と、相対する２つの壁１２ａ、１２ｂがＵ字の２つの枝部分を成形する。Ｕ字の各端部には平坦部１３を有する。ベース部と各壁とが角部１４ａ、１４ｂを成形する。物品は、角部１４ａ、１４ｂ内に少なくとも部分的に位置決めされた熱可塑性材料製の２つの部分１５ａ、１５ｂを含む。熱可塑性材料製の２つの部分１５ａ、１５ｂはベース部１６ａ、１６ｂと、これらの部分１５ａ、１５ｂが位置決めされる角部１７ａ、１７ｂに関連する壁とに接触して支承される。角部に位置決めされる部分１５ａ、１５ｂは、中空部１８ａ、１８ｂを有する管状部分を有する。剛性要素と、熱可塑性プラスチック材料製の部分とを相互に締着する手段は図示されない。
【００３７】
図３には本発明の第３実施例に従う物品の斜視図が示される。本実施例に従う物品の輪郭は図２に示されるそれと類似のものである。本実施例の物品は、各角部に位置決めされた熱可塑性プラスチック材料製の２つの部分の間に補強用のリブ２０を追加的に含んでいる。剛性要素と、熱可塑性プラスチック材料製の部分とは剛性要素に開口させたオリフィスを貫いて突出する幾つかの熱可塑性プラスチック材料部分２１により相互に締着される。
【００３８】
（発明の効果）
少なくとも１つの、熱可塑性プラスチック材料から成る要素と、少なくとも１つの、例えば金属製の剛性要素とを結合し、特に、構造上の寸法形状的安定性及び衝撃挙動が何れも良好である新規な物品が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例に従う物品の斜視図である。
【図２】 本発明の第２実施例に従う物品の断面図である。
【図３】 本発明の第３実施例に従う物品の斜視図である。
【図４】 本発明の同一条件下での曲げ曲線のグラフ（曲線１）である。
【図５】 本発明の第１実施例に従う物品の写真（写真１）である。
【符号の説明】
１、１０ 剛性要素
２、１５ａ、１５ｂ、２１ 熱可塑性プラスチック材料製の部分
３、１３ 平坦部
４、１８ａ、１８ｂ 中空部
１１、１６ａ、１６ｂ ベース部
１２ａ、１２ｂ 壁
１４ａ、１４ｂ、１７ａ、１７ｂ 角部
２０ 補強用のリブ
Claims (20)
- 細長形状の剛性要素からなる部分（１）にして、その少なくとも一部分が凹形空間を画定する輪郭の断面を有する部分と、剛性要素と関連付けされた熱可塑性プラスチック材料から作製され且つ前記凹形空間内に位置決めされた少なくとも１つの部分（２）とを含む物品であって、熱可塑性プラスチック材料から作製された部分が、長手方向に連続する少なくとも２つの線に沿って前記剛性要素と接触し且つ少なくとも１つの中空部（４）を含む断面を有している物品。
- 剛性要素（１）の凹形空間内に位置決めされた、熱可塑性プラスチック材料製の部分が、凹形空間と、その断面の全体あるいはその大半において接触する輪郭を有している請求項１の物品。
- 剛性要素（１０）の輪郭が、少なくとも１つのベース部（１１）と、該ベース部と共に角部（１４ａ、１４ｂ）を画定する相対する２つの壁（１２ａ、１２ｂ）とにより画定され、各角部に位置決めされ中空断面（１８ａ、１８ｂ）を有する熱可塑性プラスチック材料製の少なくとも２つの部分を含み、各部分がベース部（１６ａ、１６ｂ）の少なくとも一部分と、前記部分が位置決めされるところの角部に関する壁（１７ａ、１７ｂ）の少なくとも一部分とに沿って載置される請求項１の物品。
- 剛性要素の輪郭がＵ字あるいはＩ字形状である請求項２の物品。
- 壁とベース部とにより画定される角部に位置決めした熱可塑性プラスチック材料製の部分上に少なくとも部分的に載置された熱可塑性材料製の補強用のリブ（２０）を含んでいる請求項３あるいは４の物品。
- 剛性要素と、熱可塑性プラスチック材料製の少なくとも１つの成形要素とを組み立てることによって得られる請求項１〜５の何れかの物品。
- 剛性要素及び成形要素が、嵌め込み、溶接、接着、リベット止め、又はクリップ止めにより組み立てられる請求項６の物品。
- 熱可塑性プラスチック材料製の部分が凹形空間内で成形することにより形状付けされる請求項１〜５の何れかの物品。
- 熱可塑性プラスチック材料製の部分の形状付けが、流体射出、好ましくはガス射出技法により実施される請求項８の物品。
- 熱可塑性プラスチック材料製の部分及び剛性要素が、剛性要素に形成した穴を貫いた熱可塑性プラスチック材料の突出部により締着される請求項８及び９の何れかの物品。
- 熱可塑性プラスチック材料製の部分及び剛性要素が、剛性要素への部分的あるいは完全なオーバーモールド成形により締着される請求項８〜１０の何れかの物品。
- 剛性要素が輪郭付けしたメタル部品である請求項１〜１１の何れかの物品。
- 熱可塑性プラスチック材料がポリアミドである請求項１〜１２の何れかの物品。
- 中空断面の熱可塑性プラスチック材料製の部分が、中空部分の内側に流体を導入し、また排出させるための手段を含んでいる請求項１〜１３の何れかの物品。
- 流体移送装置における請求項１〜１４の何れかの物品の使用。
- 流体が、空気、水、含水グリコール、燃料及びオイルから選択される請求項１５の物品の使用。
- 自動車のフロントフェース部品を創出するための請求項１〜１４の何れかの物品の使用。
- 熱交換装置における請求項１〜１４の何れかの物品の使用。
- 細長形状の剛性要素からなる部分にして、少なくとも一部分が、凹形空間を画定する輪郭を有する断面を有し、剛性要素と関連付けされた熱可塑性プラスチック材料から作製された少なくとも１つの部分を有し、前記凹形空間内に位置決めされた部分を含む物品を作成するための方法であって、
（ａ）選択した形状の射出型に、１つの断面が凹形空間を画定する少なくとも１つの部分を有する前形成した剛性要素を配置すること、
（ｂ）溶融した熱可塑性プラスチック材料を型に射出すること、
（ｃ）好ましくはガスである流体を、剛性要素の凹形空間内の溶融した熱可塑性プラスチック材料中に針を通して射出すること、
を含む方法。 - 細長形状の剛性要素からなる部分にして、少なくとも一部分が、凹形空間を画定する輪郭を有する断面を有し、剛性要素と関連付けされた熱可塑性プラスチック材料から作製された少なくとも１つの部分を有し、前記凹形空間内に位置決めされた部分を含む物品を作成するための方法であって、
（ａ）選択した形状の射出型に、１つの断面が凹形空間を画定する少なくとも１つの部分を有する前形成した剛性要素を配置すること、
（ｂ）型内での加圧あるいは高温形成により、凹形空間を画定する少なくとも１つの部分を有する断面を有する剛性要素を前形成すること、
（ｃ）溶融した熱可塑性プラスチック材料を型内に射出すること、
（ｄ）好ましくはガスである流体を、剛性要素の凹形空間内の溶融した熱可塑性プラスチック材料中に針を通して射出すること、
を含む方法。
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