JP4508047B2 - 管状断面の構造部材 - Google Patents

Description

本発明は、管状断面の構造部材、特に、流体路の構造部材に関し、該構造部材は、異なるスティフニス及び／又はクリープ強さを備える少なくとも２つの材料を有し、該材料は、熱可塑性合成材料を含み、より大きいスティフニス及び／又はクリープ強さを備える材料が、他方の材料の中に埋め込まれる。

可撓な流体路が接続されるパイプ片の形をとる流体路の構造部材を、熱可塑性合成材料を有する２つの部品に分割する技術が、独国特許４２ ３９ ９０９で知られている。それによると、一方の部品は他方の部品よりも低いクリープ傾向をもち、該他方の部品の周りに射出成形される。加えて、一方の部品は強化合成材料を有し、他方の部品は非強化合成材料を有する。特に、非強化合成材料は高密度ポリエチレン（HDPE）を含み、強化合成材料はポリアミド（PA）を含む。もしその強化材がガラス繊維から成る場合は、ガラス繊維が位置する両部品の境界表面に、合成材料間の溶接接続は存在しない。よってその接続は堅くなくなる又は緩むことがある。加えて、たとえ強化材が例えばクランプリングからの圧力を受けやすい領域にのみあるだけでよい場合でも、一方の部品の合成材料全体は強化材を有する。

本発明の主たる目的は、合成材料の接続がより強く且つ堅く、剛化材料が必要な場合でも少ない材料が用いられるような、上記タイプの流体路の構造部材を提供することである。

本発明によると、管状断面は、連続する環状の表面を有し、該環状の表面は、構造部材の縦中央軸と同軸に延び、外側の材料に対して予め決められた量の比率で環状の表面にわたって射出成形される材料と同じ材料を有する、または、環状の表面の４０％から１００％は、同じ射出成形材料から成り、環状の表面の円周方向に均一な間隔で分布する。

連続して円周方向に延びる射出成形された環状の表面は、本質的には点状の射出位置と比較して、以下の欠点がある。すなわち、射出成形された材料は、管状断面の全円周領域にわたって均一に分布すること、及びその材料は、正面の内端にうねり（waviness）を射出せずに同程度に均一に分布することである。本発明による他の代替案によると、正面の端の小さなうねりを例外として、環状の表面の４０％から１００％が、射出成形材料から成り、該環状の表面の円周方向に均一な間隔で分布すれば、本質的に同一の効果が得られる。このことにより、射出成形材料の内端に小さいうねりが発生するが、環状の表面、及び射出成形中に作られるスプルー部分に、内側の材料がわずかに少なくてすむ。これは、内側の材料が例えばポリエチレンのような外側の材料よりも高価な材料、例えばポリアミドであれば、非常に有利である。さらに、この解決法を用いるとき、２つの材料の量の比率を適切に選択することによって、全スティフニス、クリープ強さ、及び／又は、自動車の燃料、オイル又はアルコールを含む冷却水のような炭化水素の拡散に対する管状断面の不透過性を調整することが可能になる。ここで、この調整は、位置的に異なってもよい、すなわち両方の材料の望ましくない特性が最小化される。例えば、可撓な流体路をクランプするために、クランプリングが用いられ、例えばホースが流体路の構造部材上で用いられるならば、高い荷重支持容量をもつ合成材料又は強化合成材料を、まだ柔軟である外側の材料（合成材料）のコアの各部分に射出成形することによって、クランプリングが圧力を印加する部分を強化するだけでよい。原則として、流体路の構造部材の特性は、環状の表面の異なる位置決めにより、位置的に異なるように選択することができる。例えば、流体路の構造部材のある部分のみが炭化水素に対して不透過であるべき場合、本質的に不透過な合成材料が、外側の合成材料のこの部分に射出成形される。

その結果、環状の表面は、その環状の表面にわたって内側の合成材料に射出成形される合成材料によって覆われることが保証される。後に射出された射出成形材料は、外側の合成材料と同じである。

好ましくは、外側の材料に対する埋め込まれる材料の量の比率は、１０％から９０％の範囲内であることが保証される。

埋め込まれる材料は、ポリアミド（PA）、強化ポリアミド、ポリエチレン（PE）、強化ポリエチレン、ポリプロピレン（PP）、強化ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタル酸塩（PET）、エチレンビニルアルコール（EVOH）、ポリブチレンナフタレン（PBN）、ポリエチレンナフタレン（PEN）、ポリオキシメチレン（POM）、ポリフェニレン硫化物（PPS）及び熱可塑性フッ素材料からなる群から選択される。

さらに、外側の材料は、ポリオレフィン、熱可塑性エラストマー、非強化ポリアミド、熱可塑性ポリエステル及び熱可塑性ポリエステルエラストマーからなる群から選択される。

本発明を特徴づける新規性の種々の特徴が、添付の特許請求の範囲で詳細に指摘され、本発明の開示の一部を形成している。本発明及びその動作の利点、及びその使用により達成される特定の目的のよりよい理解のために、本発明の好ましい実施形態が図示され述べられている図及び記述事項に、参照がなされている。

図１に示されている本発明の構造部材の実施形態は、パイプ片の形をとる流体路部材であり、フランジ２を含む管状断面１を備えている。パイプ片は、ホースの形をとる流体路を、別の構造部材、図の実施例では自動車のタンク３に接続するために用いられる。図では、タンク３の壁の一部と開口部４のみが図示されている。パイプ片の低端部５は、遊びをもって開口部４を通って延びている。

タンク３は、本質的に、高密度ポリエチレン（HDPE）で構成されている。その結果、パイプ片は、外側に、同じ熱可塑性材料、この場合ポリエチレン（PE）で構成される材料６を備え、タンク３のHDPEと融解結合を形成する。従って、パイプ片のフランジ２は、摩擦溶接方法又は突き合せ溶接によって、タンク３に溶接される。

図１からわかるように、ホースは、保持リブ８を通ってパイプ片の上端断面７に押し出され、例えばウォームギアリングのようなクランプ可能なリングによって、保持リブ８の後ろにクランプされる。外側の材料６はPEを含むので、それ自体では十分なクリープ強さを持たない。従って、外側の材料６は、リングのクランプ圧力に降伏し、ホースとパイプ片との接続が緩くなり、燃料すなわちガソリン又はディーゼル油が周囲に逃げてしまう。これを防ぐために、第２の熱可塑性材料９が、端断面７に射出成形され、この第２の材料９は、より高いクリープ強さを備える。図の実施例では、第２の材料９はポリアミド（PA）を含み、それは例えばガラス繊維によってさらに強化することができる。ポリアミドは、ガソリンや油といった炭化水素に対して高い拡散ブロック能力をもつという更なる利点がある。

材料９は、材料６が成形ツールのキャビティに射出されたあとまだ完全に硬化する前に、端断面７の自由端で材料６に射出される。硬化は、成形ツールのキャビティの冷たい外壁で始まるので、材料６の内側の部分は、初め、柔軟なままである。そして、溶融材料９は、該材料９が端断面７の上端から射出されるとき、この柔軟なコアに貫通し、材料６は硬いコアを得、そのコアよりも実質的に薄くなる。両材料６及び９の量又は容積の比率を選択することで、端断面７の全クリープ強さ、炭化水素に対する拡散ブロック能力、及び材料６への材料９の貫通深さを決定することが可能である。よって、図の実施例では、拡散ブロック能力が、長い断面には所望されない又は必要でないならば、リングからの荷重の影響を受けやすい短い端断面７にのみ材料９を射出するだけで十分である。その結果、パイプ片の所望される部分又は別の流体路部材の全特性を、目標とされる及び位置的に規定された方法で調整することが可能になり、従ってポリアミドのような高価な材料９が少なくてすむ。もし材料９に含まれることもあるガラス繊維が、材料９の表面に部分的にあったとしても、材料９はほぼ完全に材料６に囲まれているので、ガソリン又は油でガラス繊維が洗い出される危険はない。

図２及び３の上面図及び側面図でそれぞれ示されているように、材料９の射出成形ツールは、該材料９が射出されてツールを開いた後に、ほぼ傘型のスプルー片１０が材料９で形成されるように、形作られている。スプルー片１０は、ほぼ円盤型のディスク１１の円周を有し、該ディスク１１は、硬化したあと、パイプ片の上端又は端断面７に一体となって形成されて残る。そしてこのスプルー片１０はパイプ片から切断され、そのあと、材料９の連続する円周の環状の表面１２が、上端すなわち外側の材料６の内側に残る。この環状の表面１２は、材料９がこの環状の表面１２にわたって材料６に射出されたかどうかを監視することを可能にする。

このスプルー片１１の実施形態において、射出された材料９の内端又は正面端は、均一な円周形を有する、すなわち内端は円周方向に波形ではなく、図１の破線で示されているように、直線で定義される。

図２及び３のスプルー片１０の代替案として、図４及び５のスプルー片１３を形成することが可能である。このスプルー片１３において、円盤型のディスク１４の円周は、長方形の歯１５を備え、該歯はディスク１４の円周にわたって均一に分布し、円周方向の歯間のギャップ１６は、歯１５と同じ幅を有する。

歯１５は、材料９が材料６のまだ柔軟なコアに射出されるのに用いられる射出ツールにおける排出開口部に相当する。この方法で、ディスク１４を切断した後にパイプ片の上部リムに残る環状の表面１２は、より小さい環状の表面の断面から構成され、該断面は、図８で示されているように、交互に材料６及び９から成り、断面の幅は、ディスク１４の歯１５及びギャップ１６の幅にそれぞれ相当する。図１の破線で示されているような直線の境界線の代わりに、この場合は、図８で点波線の形で概略的に示されているような、やや波形の境界線２１になる。ギャップ１６のおかげで、図２及び３のスプルー片１０と比べていくらか少ない量の材料９がスプルー片１３に用いられる。環状の表面１２もまた、より少ない材料９を含む。

好ましくは、環状の表面１２の４０％から１００％は、ポリアミドを含む射出材料９と同じであり、この部分は、図８のパイプ片の上端の環状の表面１２の円周方向に均一な間隔で分布する。

図６及び７で示されている、図１から５のスプルー片のさらなる改良例において、スプルー片１７もまた、歯形状のディスク１８を含み、そのディスクの歯１９及びギャップ２０は、半径方向外側の端に、図４及び５のスプルー片１４の歯１５及びギャップ１６と同じ幅を有する。しかし、ギャップ２０は半径方向により深い。この場合も、図４及び５のスプルー片１３の場合のように、図８の点線で示されたものと同じ波線が、内側の材料９の境界線２１である。同様に、図８のパイプ片からスプルー片１７を切断した後、図４及び５のスプルー片１３の改良例においてと同じような、材料６及び９の環状の表面の断面が、端断面７の自由端に残る。しかしながら、歯１９間により深いギャップ２０があることにより、スプルー片１３のときよりもスプルー片１７のときのほうがより少ない量の高価な材料９でよい。また、この構造のおかげで、主にポリアミドを含む高価な材料９の各スプルー片により生じる無駄が少なくなる。

加えて、歯１５及び１９のギャップ１６及び２０の幅に対する該歯の幅の比率を変えることによって、ピストンにより射出ツールから押し出される材料９のフロー速度、従って材料６のまだ柔軟なコアへの材料９の軸方向の貫通深さを決定することが可能である。

貫通深さはまた、材料６及び９の量又は容積の比率からも決定される。すなわち、材料９の材料６に対する量が大きくなればなるほど、貫通深さも深くなり、その逆もまた同様である。加えて、材料９により押し退けられる外側の材料６の量を受け取るのに十分なスペースが射出ツールのキャビティで利用できる。また、歯１５又は１９の数、及びそれらの幅は、全環状の表面１２に対する材料９の環状の表面の断面の幅、従って端断面７における材料６及び９の容積比率、及び材料６中の材料９の軸方向の貫通深さを決定するので、必要な量、例えば端断面７上にホースをクランプする間、クランプリングによってかかる圧力に対して全クリープ強さを増加させるための量だけ、高価な材料９が用いられる。端断面７のその他の全特性、例えば炭化水素に対する拡散ブロック能力又は不透過性もまた、材料６及び９の容積又は量の比率を選択することによって決定される。

また、パイプ片の全特性は、上記の容積又は量の比率の選択、環状の表面１２の位置の選択、及び、スプルーツール及びスプルー片の構造に依存して、位置的に予め決定することができる。

従って、パイプ片として組み立てられ、図９で示されている部材の実施形態において、合成材料を含む材料２２は、環状の表面１２にわたって、パイプ片の低端部の低端断面５に射出されるのみである。その射出は、射出成形ツールによって実施され、その成形ツールで、図２及び３のスプルー片と同様な図１０及び１１のスプルー片が形成されるが、図１０及び１１のスプルー片１０におけるディスク１１の直径は、図２及び３のスプルー片１０よりも、端断面５の内径に応じて、小さいことが異なっている。しかしながら、端断面７と５との間で、所望されるような、高く、比較的弾性のある曲げ能力を達成するために、材料２２の合成材料はエラストマーである。もし管状断面１を通って導通する流体が炭化水素を含まない場合、高い拡散ブロック能力を有する材料９を端断面に射出する必要はない。同様に、合成材料の流体路のみが端断面７上に押し出されるならば、端断面７は材料６よりも高いクリープ強さを有する必要はなく、流体路は端断面７上に自らを固定する。

端部で連続して円周上を延びる環状の表面１２の代わりに、図９のような、パイプ片の低端部で環状の表面１２を提供することも可能である。射出材料、すなわち材料２２は、端部で環状の表面にわたって均一な間隔で分布し、該射出材料２２はまた、２つの材料６及び２２で構成される全環状の表面１２の少なくとも４０％を形成する。

次に、図１２の実施形態において、図１から図８までの実施形態で用いられてきたものと同じ材料９、すなわちポリアミドが、ガラス繊維強化材を備えて、断面１すなわち２つの端断面５及び７そして追加的にはフランジ２に射出されている。この場合、環状の表面１２は、端断面５内に位置し、該端断面５を形成するために再び射出ツールが用いられ、それは、図１０及び１１のスプルー片１０ということになる。材料９は、両端断面５及び７、及びフランジ２へ延びており、というのは、一方で該２つの端断面５及び７、及びフランジ２が本質的に炭化水素に対して不透過であるためであり、大きな圧力の影響を受けやすい端断面９を、可能な限り大きなクリープ強さで形成するためである。

図１３の実施形態は図１２の実施形態と本質的には対応しているが、ガラス繊維強化ポリアミドである材料９が、端断面５及び６、及びフランジ２により大きく射出されていることが異なっている。

図１４の実施形態は、端断面５と７との間の転移領域の中の環状の表面１２にわたって、合成材料の第３の材料２３が、材料９に射出成形されているという点でのみ図１２と異なっている。材料２３は、材料６と同じ合成材料、すなわちポリエチレン（PE）を含む。ポリエチレンは、ガラス繊維強化材料９を、全表面にわたって覆っている。結果として、材料９のガラス繊維は、パイプ片を流れるガソリン又は油といった炭化水素を含む流体によって環状の表面１２から洗い出されることはできない。代替案として、端断面間の転移領域が高い曲げ能力を有するためならば、材料２３はエラストマーであってもよい。同時に、より高価なポリアミドを含む材料９の部分は用いられない。

図１５の実施形態は、材料２３が端断面７まで延び、さらにフランジ２にまで延びているという点で、図１４と異なっており、その結果、材料２３としてエラストマーを用いるときに端断面７の曲げ能力が増加され、材料９に含まれる高価なポリアミドの量がさらに少なくてすむ。

上記で述べられた材料PE及びガラス繊維強化されたPAの代わりに、内側の又は埋め込まれる材料は、PE、PP、強化PP、PBT、PET、EVCH、PBN、PEN、PON、PPS及び熱可塑性フッ素材料を含む群から選択される。代替案として、外側の材料６は、ポリオレフィン、熱可塑性エラストマー、非強化PA、熱可塑性ポリエステル及び熱可塑性ポリエステルエラストマーから成る群から選択される。

本発明の原理を示すために、本発明の特定の実施形態が示され詳細に記述されているが、本発明は、そのような原理から逸脱することなくその他の方法でも実施されうることが理解されるであろう。

本発明による構造部材の第１の実施形態の軸断面図であり、該部材は自動車のタンクの開口部のリムの上に溶接されている。 スプルー片の上面図であり、該スプルー片は、構造部材の外側の合成材料のまだ柔軟なコアに合成材料を射出成形する間、適切な注入成形２を用いることによって得られ、外側の合成材料は、最初に射出されている。 図２のスプルー部分の側面図である。 スプルー部分の別の例の側面図であり、図１の構造部材の外側の合成材料のまだ柔軟なコアに合成材料を射出成形する間、別のツールを用いるときに得られる。 図４のスプルー部分の上面図である。 図４及び５によるスプルー片の改良例の側面図である。 図６のスプルー片の上面図である。 本発明の別の実施形態の軸断面図であり、図６及び７のスプルー片である。 本発明の第３の実施形態の軸断面図である。 適切なスプルーツールを用いることによって得られるスプルー片の上面図であるが、図２及び３によるスプルー片よりもいくらか小さい直径を備える。 図１０のスプルー片の側面図である。 本発明の第４の実施形態の軸断面図である。 本発明の第５の実施形態の軸断面図である。 本発明の第６の実施形態の軸断面図である。 本発明の第７の実施形態の軸断面図である。

符号の説明

１ 管状断面
２ フランジ
３ タンク
４ 開口部
５ 低端断面
６、９、２２、２３ 材料
７ 上端断面
８ 保持リブ
１０、１３、１７ スプルー片
１１、１４、１８ ディスク
１２ 環状の表面
１５、１９ 歯
１６、２０ ギャップ
２１ 境界線

Claims (5)

1. 異なるスティフニス及び／又はクリープ強さを備える少なくとも２つの材料から構成される管状断面（１）を有する構造部材であって、
   前記材料は、熱可塑性合成材料（６、９、２２、２３）を含み、より大きいスティフニス及び／又はクリープ強さを備える前記材料の中の一つ（９）が、他方の材料（６）の中に埋め込まれ、前記管状断面（１）は、連続して前記構造部材の縦中央軸と同軸に延びる環状の表面（１２）を有し、
   前記環状の表面（１２）の表面積の４０％から１００％未満は、前記射出材料から成り、前記環状の表面（１２）の円周方向に均一な間隔で分布する
   ことを特徴とする構造部材。
2. 前記環状の表面（１２）は、該環状の表面（１２）にわたって内側の前記合成材料（９）の中に続いて射出される合成材料（２３）によって覆われ、該合成材料（２３）は、外側の前記合成材料（６）と同じであることを特徴とする請求項１に記載の構造部材。
3. 前記外側の材料（６）に対する、埋め込まれる前記材料（９、２２、２３）の量の比率は、１０％から９０％の範囲内であることを特徴とする請求項１又は２に記載の構造部材。
4. 前記埋め込まれる材料（９、２２、２３）は、ポリアミド（PA）、強化ポリアミド、ポリエチレン（PE）、強化ポリエチレン、ポリプロピレン（PP）、強化ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタル酸塩（PET）、エチレンビニルアルコール（EVOH）、ポリブチレンナフタレン（PBN）、ポリエチレンナフタレン（PEN）、ポリオキシメチレン（POM）、ポリフェニレン硫化物（PPS）及び熱可塑性フッ素材料からなる群から選択されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の構造部材。
5. 前記外側の材料は、ポリオレフィン、熱可塑性エラストマー、非強化ポリアミド、熱可塑性ポリエステル及び熱可塑性ポリエステルエラストマーからなる群から選択されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の構造部材。
   

Images