JP4970553B2 - ハイブリッド構造の軽量部品 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド部品または中空チャンバ軽量部品とも呼称されるハイブリッド構造の軽量部品に関し、この軽量部品は外殻形態の基材から構成され、この外殻形態の基材は、熱可塑性物質によって補強されると共に、高い機械的負荷の伝達に適したものであり、この場合、熱可塑性物質は、非分枝直鎖状の半結晶性ポリアミドであり、少なくとも１つのエラストマー調整剤および少なくとも１つの充填剤と組み合わされる。１つの好ましい実施態様においては、このハイブリッド部品は、動作中に、機械的負荷並びに熱的負荷を加えることができる部品である。本発明の目的において熱的負荷が加えられる部品は、少なくとも１５０℃の温度に耐えるものである。１５０℃以上の温度において、材料が十分なクリープ抵抗を有すると、同時に機械的負荷にも耐えることができる。材料に熱的負荷だけでなく機械的負荷も加えられる場合に、材料が十分なクリープ抵抗を確実に有するようにするためには、通常、１９０℃の温度を超えるべきではない。

従って、本発明の目的において、機械的負荷が加えられる部品は、通常、１９０℃を超える温度には曝露されない。

適切に設計されたこのような軽量部品は、車両部品に、オフィス機械、家庭用機械または他の機械の荷重支持要素において、あるいは、装飾目的用の構造要素等において用いられる。車両構造においては、好ましくは次のような部品、すなわち、軽量部品から構成された、フロントエンド、ヘッドランプフレーム、歩行者保護用梁、ボンネットまたは荷物室カバー用の特殊スラムパネル、フロントルーフアーチ、リヤルーフアーチ、ルーフフレーム、ルーフモジュール（全ルーフ）、スライディングルーフ支持部品、ダッシュボード支持部品（クロスカービーム）、ステアリングコラム保持器、防火壁、ペダル、ペダルブロック、ギヤシフトブロック、Ａ、ＢまたはＣピラー、Ｂピラーモジュール、長手方向部材、長手方向部材とＢピラーとを結合する連結要素、Ａピラーと横部材とを結合する連結要素、Ａピラーと横部材と長手方向部材とを結合する連結要素、横部材、フェンダ（ｗｈｅｅｌ ｓｕｒｒｏｕｎｄ）、フェンダモジュール、クラッシュボックス、リヤエンド、スペアタイヤ用凹部、ボンネット、エンジンカバー、エンジンオイル受け、ギヤボックスオイル受け、オイルモジュール、水タンクアセンブリ、エンジン補強部材（ｒｉｇｉｄｉｔｙ ｓｙｓｔｅｍ）（フロントエンド補強部材）、シャシー部品、車両フロア、ドアシル、ドアシル補強部材、フロア補強部材、シート補強部材、横シート部材、バックドア、フレーム、シート構造、バックレスト、シートシェル、安全ベルトと一体化された又はされていないシートバックレスト、あるいは、手荷物棚を製造することが可能である。

以下ハイブリッド部品とも呼称するハイブリッド構造の軽量部品の特徴は、ほとんどの場合、金属から構成される外殻形態の基材が、その基材の中に導入される、あるいはその上に被覆されるプラスチック部分と噛み合い接合することにある。

特許文献１は、好ましくは金属で構成された２つ以上の部品を含む解放不可能型の結合を開示している。この場合、この結合は、プラスチックから構成され、被結合部品を受け入れる型内において、例えば射出成型法によって生成される。特許文献２は、外殻形態の基材から構成されるハイブリッド構造の軽量部品を開示している。その基材の内部空間は、基材に確実に結合される補強リブを有しており、その補強リブは、密着成形されたプラスチックから構成され、基材へのそれらの結合は、別個の結合部位において基材における貫通孔によって行なわれる。すなわち、プラスチックがその貫通孔を通ってかつ貫通孔の範囲にわたって延在して確実な噛み合い接合が実現される。特許文献３は、中空チャンバの軽量部品にプラスチックで構成されたカバープレートまたはカバー外殻を付加的に設けるという点で、この原理を補足している。しかし、金属のような他の材料からなるカバープレートを考えることも可能である。

特許文献４は、いわゆる金属およびプラスチックから構成された一体化構造を開示しており、２つの構成部品を相互に確実に結合するためのいくつかの固定手段を合わせて記述している。特許文献５は、２つの操作を用いる別の手順を開示している。すなわち、最初に金属部分にプラスチックをオーバーモールドし、プラスチックが金属部分における開口を通過してもう一方の側に材料が飛び出て残るように操作し、次の付加的な操作において、この飛び出た材料を変形加工してから、確実な噛み合い接合を行う。特許文献６は、ハイブリッド部品を製造するために、金属の芯体を完全にではなく部分的にプラスチックで上乗せ成形することによって確実な噛み合い接合を得ることが可能であることを開示している。特許文献７は、金属部分が、上乗せ成形されるプラスチックによる確実な噛み合い接合用の開口を上下両方に備えるような別の変形態を開示している。特許文献８は、異なる材料、例えば、プラスチックおよび金属、または異なる金属、または異なるプラスチックの少なくとも２つのシート状の加工品からなる複合プラスチック部品を開示している。この場合、この少なくとも２つの加工品は、その周囲領域において相互に結合されており、その結合は、その上に成形される熱可塑性プラスチックによって形成される。特許文献９は、シート形態のハイブリッド構造の軽量部品を開示している。特許文献１０は、熱可塑性物質から構成された一体型閉止体を備えた溝または管の形態のハイブリッド部品を開示している。特許文献１１は、熱可塑性物質による確実な噛み合い接合を実現するために、ハイブリッド部品として用いる金属部品をいかに準備するかを開示している。特許文献１２または特許文献１３は、リブを、補強されるべき金属部分の内部だけでなく、金属部分の外側にも設けることができる可能性を提案している。

ハイブリッド構造の軽量部品は、例えば自動車の構造において、高い安定性と、衝突の場合の高いエネルギー吸収と、重量軽減とが重要である限り、優れた適合性を有することは早くから認められていた。例えば、特許文献１４は、フロントエンドのほぼ全長にわたって延びる少なくとも１つの堅固な横棒を含む自動車のフロントエンドであって、プラスチックから構成された少なくとも１つの支持部品を備えたフロントエンドを開示している。この支持部品は、その堅固な横棒の端部領域上に鋳造される。特許文献１５は、鋼材シートの基材と、非補強アモルファスの熱可塑性プラスチック材料と、ガラス繊維補強熱可塑性プラスチックと、さらに例えばポリアミドからなるリブ構造とからなる自動車のフロントモジュール用の荷重支持構造を開示している。特許文献１６は、対向配置された金属シートから構成されたバンパ装置またはエネルギー吸収器と、熱可塑性または熱硬化性のプラスチックから構成された連結リブとを開示している。特許文献１７は、自動車のブレーキペダル、クラッチペダルまたはアクセルペダルにおけるハイブリッド技術の使用を開示している。特許文献１８は、次いで、自動車のラジエータ装置用の、ハイブリッド構造を用いた支持構造を開示している。特許文献１９は、車両のフロントモジュールにおけるハイブリッド構造の固定用横部材を開示している。特許文献２０は、車両におけるハイブリッド構造の横部材を開示している。特許文献２１は、自動車のフロントエンドパネルの別の例を示しているが、この場合は、材料を全金属部分の周りに注入するのではなく、材料は、金属部分のブラケットとなるウェブの形態に構成される。ハイブリッド構造の軽量部品は、フロントエンドまたはペダルだけでなく、車両のボデー構造のいかなる部位にも使用可能である。このための例が、ドアケーシングを有する車両ドア用として特許文献２２に、車両の実際のボデー構造用として特許文献２３に、自動車の荷重支持要素用として特許文献２４に提示されている。

先行技術において記述される構成部品とは対照的に、自動車の発電機は、本発明の目的において機械的および熱的負荷が加えられる部品を含んでいる。発電機は、運転中のエンジンによって駆動され、従って機械的負荷を受ける。自動車において通常用いられる駆動方法は駆動ベルト（例えばマルチリブ付きＶベルトまたは平Ｖベルト）である。自動車分野においては、最近、エンジン内部の多くの回転体の場合と同様に、発電機をクランクシャフトから直接駆動する方式も使用され始めている。

発電機内のロータの回転速度は、多くの場合少なくとも２００００ｒｐｍである。これによって生じる機械的応力は相応して高い。発電機内部には、特に摩擦による高温が存在する。

この場合、発電機のケーシングは、通常、１５０℃〜１９０℃の温度に曝され、かつ、機械的負荷を受ける。コストの点から、このケーシングは主として金属から製造される。金属は機械的および熱的負荷に耐えるからである。ケーシングは、通常、ロータの軸用の軸受を備えた２つの外殻から構成される。多くの例において、この外殻は換気用のスリットをも有する。少なくとも１つの外殻は、一般的にさらに、自動車エンジン室内部への発電機の固定を可能にする固定要素を有する。また、ケーシングは、一般的に比較的複雑な構造の他の機能要素をも有する。

電気モータの構成部品は、同様の理由から、通常機械的および熱的負荷を受けるという点で発電機と似ている。

自動車のバルブカバーは、本発明の目的における構造部品の別の例である。「シリンダヘッドカバー」とも呼称されるバルブカバーは、（垂直）内燃機関の最も高い位置の境界を形成する。

バルブカバーは、バルブ操作機構の上部の作動要素を掩覆し、潤滑油の環境への漏出を防止し、さらに、空気のエンジン内への流入を防止する。現代のエンジンは、燃焼ガスおよび蒸気がエンジンから環境に流出するのを防止するために、大気圧より僅かに低い内圧を有する。バルブカバーは、また、ほとんどの場合、エンジンオイル充填用の開口とその閉止キャップとを含む。

バルブ操作機構がオーバヘッドカムシャフトを有し、これがチェーンで駆動される場合（すべてのダイムラー・ベンツのエンジン、多くのＢＭＷのエンジン、いくつかのアウディのエンジン等）は、バルブカバーはカムシャフトスプロケットをも含む。

バルブカバーをシリンダヘッドに対してシールするために、多くの場合、Ｕ字形のプラスチックガスケットが用いられる。バルブカバーは、長年にわたって、コルクまたは成形熱硬化性樹脂の周囲ガスケットによってシールされてきた。ＶＷのビートル（Ｂｅｅｔｌｅ）のエンジンの２つのバルブカバーの場合もこの方式である。バルブカバーをシリンダヘッドに結合するには、通常、多数のボルトが用いられ、このボルトは、バルブカバーの周囲およびガスケットを貫通してシリンダヘッドにネジ込まれる。この構成は、バルブカバーおよびシリンダヘッド間の漏れのない結合を形成するために多数のボルトを必要とする点が短所である。ボルトの数を低減するために、最近の実施態様においては、複数のボルトがカバーの中心を通るように配置される。この実施態様は、ガスケットを通る側方のボルトを有していない。この方法によって必要なボルトの個数を大幅に低減できる。しかし、この実施態様においては、バルブカバーの材料は、著しく高い機械的負荷を受けることになり、長期にわたってシールを維持するために特に高いクリープ抵抗を有しなければならない。バルブカバーは、また、一般的に１５０℃になる運転温度にも耐えなければならない。運転中に、本発明の目的における少なくとも機械的負荷を受ける構造部品の他の例は、自動車における組立品保持器である。例えば、このタイプの組立品保持器は、発電機を自動車の内部に固定するのに用いられる。発電機はベルト駆動による機械的負荷を受けるので、この機械的負荷が組立品保持器に伝達される。このタイプの組立品保持器が高温部品の近傍に配置される場合は、この組立品保持器も熱的負荷を受ける。

構造部品が本発明の目的における機械的および熱的負荷を受ける場合、部品製作用として選択される材料は一般的には金属である。この材料は機械的および熱的負荷に耐える。

機械的および熱的負荷に同様に耐えるプラスチックも存在するが、これは高価な特殊プラスチックであり、コストの点から使用されない。

先行技術が明らかにしているように、ハイブリッド部品は多くの用途に用いることができる。発電機または電気モータ用のエンドプレートを含む用途に対して、あるいは、バルブカバーとして想定されるハイブリッド部品は、熱可塑性物質によって補強される外殻形態の基材から構成される。熱可塑性材料は、一般的に、熱可塑性物質を補強する充填材、好ましくは繊維を含む。しかし、この補強用充填材は、熱可塑性物質の流動性に悪影響を及ぼすという欠点を有し、このため、熱可塑性物質を所要の通りに加工処理してハイブリッド部品とすることができない、あるいは、それから製造された部品に冒頭に述べた目的における機械的または熱的負荷を加えることができないという結果になる。

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Ｕｌｌｍａｎｎ編「工業化学百科事典（Ｅｎｚｙｋｌｏｐａｅｄｉｅ ｄｅｒ Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅｎ Ｃｈｅｍｉｅ）」、第１９巻（１９８０）、ｐ２８０以下 Ｇａｅｃｈｔｅｒ、Ｍｕｅｌｌｅｒ著「プラスチック添加剤（Ｋｕｎｓｔｓｔｏｆｆ−Ａｄｄｉｔｉｖｅ）」第３版、Ｈａｎｓｅｒ出版、ミュンヘン、ウィーン、１９８９年 プラスチック添加剤ハンドブック（Ｐｌａｓｔｉｃｓ Ａｄｄｉｔｉｖｅｓ Ｈａｎｄｂｏｏｋ）」第５版、Ｈａｎｓｅｒ出版、ミュンヘン、２００１年

従って、本発明の目的は、中空チャンバの軽量部品で、第１に、先行技術から知られる種々の利点、例えば、高い座屈抵抗、高い捩り安定性および比較的高い強度を有するが、しかしさらに、比較的軽量でかつ製造における成形温度が低いという特徴を有する軽量部品を製造することにあった。この場合、ポリアミド重縮合体組成物の粘度の低下が、ポリマー溶融物における添加剤の使用によって、低粘度の直鎖ポリマー樹脂または文献から知られる添加剤を使用する場合に生じる衝撃抵抗および加水分解抵抗のような種類の特性の低下を受け入れる必要なく実現されるものとし、しかも、一方では、同時に、６０重量％までの充填剤の使用が、それから製造される成形品の機械的および／または熱的特性をなんら損なうことなく可能であるものとする。剛性および最大抗張力に関しては、理想的には、この種のポリアミド組成物が、できるだけ、添加剤を用いないポリアミド重縮合体組成物とは大きく異ならないものとすることを目指した。従って、ポリアミドに基づくプラスチック構造用材料を問題なく交換することが可能になり、そのため、ハイブリッド部品における最適の使用をもたらすことを目指した。

この目的は、外殻形態の基材から構成された軽量部品を提供する本発明によって実現される。この外殻形態の基材は、その外部および／または内部空間が、密着成形された熱可塑性物質から構成される補強構造を有し、この補強構造は基材に確実に結合され、基材とのその結合は別個の結合部位において行われる。この軽量部品は、
Ａ） ５５〜１０重量部、好ましくは５５〜３０重量部、特に好ましくは４５〜３２重量部の非分枝直鎖状の半結晶性熱可塑性ポリアミドと、
Ｂ） ４８〜８０重量部、好ましくは５０〜７５重量部、特に好ましくは５５〜７０重量部の少なくとも１つの充填剤と、
Ｃ） ０．０１〜１０重量部、好ましくは０．２５〜６重量部、特に好ましくは１．０〜４重量部の少なくとも１つのエラストマー調整剤と、
を含むポリマー組成物が使用されるという特徴を有する。

しかし、本発明は、ハイブリッド形態の軽量部品の製造方法をも提供する。この軽量部品は、その外部および／または内部空間が、密着成形された熱可塑性物質から構成される補強構造を有し、この補強構造は基材に確実に結合され、基材とのその結合は別個の結合部位において行われる。この方法は、
Ａ） ５５〜１０重量部の非分枝直鎖状の半結晶性ポリアミドと、
Ｂ） ４８〜８０重量部の少なくとも１つの充填剤と、
Ｃ） ０．０１〜１０重量部の少なくとも１つのエラストマー調整剤と、
を含むポリマー成形用組成物を、成形型における整形法によって処理するという特徴を有する。

本発明のハイブリッド構造の軽量部品を形成するポリマー成形用組成物の処理は、熱可塑性物質用の整形方法によって、好ましくは、射出成形、溶融押出し、圧縮成形、スタンピング、またはブロー成形によって行われる。本発明によれば、ハイブリッド部品として用いるのに、非分枝直鎖状の半結晶性熱可塑性ポリアミドが最適である。しかし、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン等のような別のプラスチックを使用することも考えられる。

当業者は、ポリアミドの製造については種々のプロセスを知っている。達成されるべき効果は、上記の先行技術から知られるハイブリッド技術を用いるためのあらゆる変形態において等しく出現する。この効果は、プラスチック部分が金属部分を完全に包み込むか、あるいは、特許文献２１の場合のように単に金属部分の回りにウェブを形成するのみであるかには関係なく、かつまた、プラスチック部分が続いて金属部分に接着剤によって組み込まれるか、または例えばレーザによって金属部分に接合されるか、あるいは、特許文献５におけるようにプラスチック部分および金属部分に付加的な操作によって確実な噛み合い接合を形成するかには関係なく出現するものである。達成されるべき効果は、機械的応力または熱応力のいずれか、あるいは、機械的応力および熱応力の両方を受けるハイブリッド構造の部品にも同様に出現する。これらの例は、発電機または電気モータのエンドプレートである。

ハイブリッド構造の部品の製造技術は重量低減方法であるとも言える。従って、本発明は、構造部品の重量、主としてあらゆる種類の車両の重量を低減する方法をも提供する。この方法は、外殻形態の基材から構成された軽量部品を製造することを特徴とする。この外殻形態の基材は、その外部および／または内部空間が、密着成形された熱可塑性物質から構成される補強構造を有し、この補強構造は基材に確実に結合され、基材とのその結合は別個の結合部位において行われ、さらに、使用されるポリマー成形用組成物が、
Ａ） ５５〜１０重量部の非分枝直鎖状の半結晶性ポリアミドと、
Ｂ） ４８〜８０重量部の少なくとも１つの充填剤と、
Ｃ） ０．０１〜１０重量部の少なくとも１つのエラストマー調整剤と、
を含む。

発電機のケーシングの一部である外殻を示す。 発電機のケーシングの別の一部である外殻を示す。 別の発電機を示す。 発電機ケーシング用の基材の例を示す。 カバーの平面図を示す。

本発明において成分Ａ）として特に好ましく用いられるポリアミドＡ）は、非分枝直鎖状の半結晶性ポリアミドであり、これは、ジアミンおよびジカルボン酸および／または少なくとも五つの環状部材を有するラクタムを出発物質として、あるいは、対応するアミノ酸を出発物質として調製することができる。

このために使用できる出発材料は、脂肪族および／または芳香族ジカルボン酸、例えばアジピン酸、２，２，４−および２，４，４−トリメチルアジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、イソフタル酸、テレフタル酸、および、脂肪族および／または芳香族ジアミン、例えばテトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、１，９−ノナンジアミン、２，２，４−および２，４，４−トリメチルヘキサメチレンジアミン、ジアミノジシクロヘキシルメタン異性体、ジアミノジシクロヘキシルプロパン、ビスアミノメチルシクロヘキサン、フェニレンジアミン、キシレンジアミン、アミノカルボン酸、例えばアミノカプロン酸、および、対応するラクタムである。上記の複数のモノマーから構成されたコポリアミドも含まれる。

本発明によれば、カプロラクタム、特に好ましくはε−カプロラクタムと、ＰＡ６、ＰＡ６６に基づきかつ他の脂肪族および／または芳香族ポリアミドまたはコポリアミドに基づく大部分の配合材料とが、特に好ましいポリアミドとして準備される。この場合、ポリマー鎖の１つのポリアミド基には、３〜１１個のメチレン基がある。

本発明において成分Ｂ）として用いられる充填剤は、繊維性の補強材料、特に破砕されたガラス繊維とすることが好ましい。

特にガラス繊維を用いる場合は、シランに加えて、ポリマーディスパージョン、フィルム形成剤、分枝剤、および／またはガラス繊維処理助剤を用いることができる。

本発明において特に好ましいものとして用いられるガラス繊維は、直径が、一般的に７〜１８μｍ、好ましくは９〜１５μｍのものであり、このガラス繊維を、連続フィラメント繊維の形態、あるいは、破砕または粉砕ガラス繊維の形態で添加する。繊維は、適切なサイズ系および／またはカップリング剤またはカップリング剤系、例えばシランに基づくものを施したものとすることができる。

成形用組成物または成形体に対する処理のために、成形用組成物または成形体におけるガラス繊維の長さは、成形用組成物の調製に通常用いられるガラス繊維の長さよりも大幅に短くすることができる。

本発明において成分Ｃ）として用いられるエラストマー調整剤は、
Ｃ２ ９５〜５重量％、好ましくは７０〜１０重量％の１つ以上のグラフト幹で、＜１０℃、好ましくは＜０℃、特に好ましくは＜−０℃のガラス転移温度を有するグラフト幹の上の、
Ｃ１ ５〜９５重量％、好ましくは３０〜９０重量％の少なくとも１つのビニルモノマー
の１つ以上のグラフト重合体を含む。

グラフト幹Ｃ２のメジアン粒径（ｄ５０値）は、通常、０．０５〜１０μｍ、好ましくは０．１〜５μｍ、特に好ましくは０．２〜１μｍである。

モノマーＣ．１は、好ましくは、
Ｃ．１．１ ５０〜９９重量％のビニル芳香族および／または環置換ビニル芳香族、好ましくはスチレン、α−メチルスチレン、ｐ−メチルスチレン、ｐ−クロロスチレン、および／または、Ｃ１−Ｃ８アルキルメタクリレート、好ましくはメチルメタクリレートまたはエチルメタクリレートと、
Ｃ．１．２ １〜５０重量％のシアン化ビニル、好ましくは不飽和ニトリル、特にアクリロニトリルおよびメタクリロニトリル、および／または、Ｃ１−Ｃ８アルキル（メタ）アクリレート、好ましくはメチルメタクリレート、ｎ−ブチルアクリレート、ｔ−ブチルアクリレート、および／または、誘導体、好ましくは不飽和カルボン酸の無水物およびイミド、好ましくは無水マレイン酸およびＮ−フェニルマレイミドと、
からなる混合物である。

特に好ましいモノマーＣ．１．１は、次のモノマー、すなわち、スチレン、α−メチルスチレンおよびメチルメタクリレートの少なくとも１つから選択されるものであり、好ましいモノマーＣ．１．２は、次のモノマー、すなわち、アクリロニトリル、無水マレイン酸およびメチルメタクリレートの少なくとも１つから選択されるものである。

特別に好ましいモノマーは、Ｃ．１．１のスチレンおよびＣ．１．２のアクリロニトリルである。

エラストマー調整剤Ｃ）に用いられるグラフト重合体に適したグラフト幹Ｃ．２は、ジエンゴム、ＥＰ（Ｄ）Ｍゴム、すなわちエチレン／プロピレンに基づくゴムである。場合によっては、ジエン、アクリレートゴム、ポリウレタンゴム、シリコーンゴム、クロロプレンおよびエチレン／酢酸ビニルゴムも適切なグラフト幹である。

好ましいグラフト幹Ｃ．２は、ジエンゴム（例えばブタジエン、イソプレン等に基づくもの）、あるいは、ジエンゴムの混合物、あるいは、ジエンゴムまたはジエンゴムの混合物と別の共重合可能なモノマー（例えばＣ．１．１およびＣ．１．２による）との共重合体である。但し、この場合、成分Ｃ．２のガラス転移温度が、＜１０℃、好ましくは＜０℃、特に好ましくは＜−１０℃という条件が付く。

他の好ましいグラフト幹Ｃ．２はＡＢＳポリマー（エマルジョンＡＢＳ、バルクＡＢＳおよび懸濁質ＡＢＳ）（ＡＢＳ＝アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン）であり、これは、例えば、特許文献２５（＝特許文献２６）、または特許文献２７（＝特許文献２９）、または非特許文献１に記載されている。グラフト幹Ｃ．２のゲル含有量は、好ましくは少なくとも３０重量％、特に好ましくは少なくとも４０重量％（トルエン中で測定して）である。

エラストマー調整剤Ｃ）は、ラジカル重合によって、例えば、エマルジョン重合、懸濁重合、溶液重合またはバルク重合によって、好ましくはエマルジョン重合またはバルク重合によって調製される。

適切なアクリレートゴムは、好ましくはアルキルアクリレートからなるポリマーを含むグラフト幹Ｃ２に基づくものである。これは、適切な場合、４０重量％までの、Ｃ．２に基づく他の重合可能なエチレン不飽和モノマーを含む。好ましい重合可能なアクリレートには、Ｃ１−Ｃ８アルキルエステル、例えばメチルエステル、エチルエステル、ブチルエステル、ｎ−オクチルエステルおよび２−エチルヘキシルエステル、さらに、ハロアルキルエステル、好ましくはハロＣ１−Ｃ８アルキルエステル、例えばクロロエチルアクリレート、およびこれらのモノマーの混合物が含まれる。

架橋については、２つ以上の重合可能な二重結合を有するモノマーを共重合させることが可能である。架橋用モノマーの好ましい例は、３〜８個の炭素原子を有する不飽和モノカルボン酸のエステルおよび３〜１２個の炭素原子を有する不飽和一価アルコールのエステル、あるいは、２〜４個のＯＨ基および２〜２０個の炭素原子を有する飽和ポリオールのエステル、例えばエチレングリコールジメタクリレート、アリルメタクリレートであり、さらに、多価不飽和複素環式化合物、例えばトリビニルシアヌレートおよびトリアリルシアヌレート、多官能ビニル化合物、例えばジおよびトリビニルベンゼン、および、トリアリルリン酸塩およびジアリルフタレートもその例である。

好ましい架橋用モノマーは、アリルメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジアリルフタレート、および、少なくとも３つのエチレン不飽和基を有する複素環式化合物である。

特に好ましい架橋用モノマーは、環式モノマーの、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、トリアクリロイルヘキサヒドロ−ｓ−トリアジンおよびトリアリルベンゼンである。架橋用モノマーの量は、グラフト幹Ｃ．２に関して、好ましくは０．０２〜５重量％、特に０．０５〜２重量％である。

少なくとも３つのエチレン不飽和基を有する環式架橋用モノマーの場合は、量を、グラフト幹Ｃ．２の１重量％未満に抑えることが有利である。

適切な場合、グラフト幹Ｃ．２の製造にアクリレートと並んで寄与し得る「他の」好ましい重合可能なエチレン不飽和モノマーの例は、アクリロニトリル、スチレン、α−メチルスチレン、アクリルアミド、ビニルＣ１−Ｃ６アルキルエーテル、メチルメタクリレートおよびブタジエンである。グラフト幹Ｃ．２として好ましいアクリレートゴムは、そのゲル含有量が少なくとも６０重量％であるエマルジョンポリマーである。

Ｃ．２による他の適切なグラフト幹はシリコーンゴムであり、これは、特許文献２９（＝特許文献３０）、特許文献３１（＝特許文献３２）、特許文献３３（＝特許文献３４）および特許文献３５（＝特許文献３６）に記載されている。シリコーンゴムはグラフト化に活性な部位を有する。

グラフト重合体に基づくエラストマー調整剤と並んで、成分Ｃ）として、グラフト重合体に基づかないエラストマー調整剤で、ガラス転移温度が、＜１０℃、好ましくは＜０℃、特に好ましくは＜−２０℃のエラストマー調整剤を用いることも同様に可能である。この例として、ブロック共重合体構造を有するエラストマーを挙げることができる。さらに他の例として、熱可塑的に溶融可能なエラストマーを挙げることもできる。この場合の好ましい例は、ＥＰＭゴム、ＥＰＤＭゴムおよび／またはＳＥＢＳゴムである。

別の好ましい実施態様においては、ハイブリッド構造に基づく本発明の部品の製造に用いられる成形用ポリアミド組成物が、成分Ａ）、Ｂ）およびＣ）に加えて、適切な場合、
Ｄ） ０．００１〜３０重量部、好ましくは５〜２５重量部、特に好ましくは９〜１９重量部の少なくとも１つの難燃添加剤、
をも含むことができる。

成分Ｄ）の難燃剤は、相乗剤を含む商業的に入手可能な有機ハロゲン化合物、あるいは、商業的に入手可能な有機窒素化合物、あるいは、単独または混合物としての有機／無機リン化合物を含むことができる。また、水酸化マグネシウムまたは炭酸Ｃａ、Ｍｇ水和物のような鉱物性難燃添加剤（特許文献３７（＝特許文献３８））を用いることも可能である。さらに、脂肪族または芳香族スルホン酸の塩を使用できる。上記のハロゲン含有化合物、特に臭素化または塩素化化合物の例は、エチレン−１，２−ビステトラブロモフタルイミド、エポキシ化テトラブロモビスフェノールＡ樹脂、テトラブロモビスフェノールＡオリゴカーボネート、テトラクロロビスフェノールＡオリゴカーボネート、ペンタブロモポリアクリレート、臭素化ポリスチレンおよびデカブロモジフェニルエーテルである。適切な有機リン化合物の例は、特許文献３９（＝特許文献４０）によるリン化合物であり、例えばトリフェニルホスフェート（ＴＰＰ）、レゾルシノールビス（ジフェニルホスフェート）（ＲＤＰ）およびそれから誘導されたオリゴマー、並びに、ビスフェノールＡビス（ジフェニルホスフェート）（ＢＤＰ）およびそれから誘導されたオリゴマーである。さらに、有機および無機のホスホン酸誘導体およびその塩、有機および無機のホスフィン酸誘導体およびその塩、特にジアルキルホスフィン酸の金属塩、例えばトリ［ジアルキルホスフィン酸］アルミニウムまたはビス［ジアルキルホスフィン酸］亜鉛も含まれ、さらにまた、赤リン、亜リン酸塩、次亜リン酸塩、ホスフィンオキシド、ホスファゼン、ピロリン酸メラミン、およびこれらの混合物も含まれる。使用できる窒素化合物は、アラントイン誘導体、シアヌル酸誘導体、ジシアンジアミド誘導体、グリコルリル誘導体、グアジニン誘導体、アンモニウム誘導体およびメラミン誘導体の群からのものであり、好ましくは、アラントイン、ベンゾグアナミン、グリコルリル、メラミン、メラミンのコンデンセート、例えばメレム、メラムまたはメロン、あるいはより高い縮合レベルを有するこのタイプの化合物、および、メラミンの酸との付加化合物、例えばシアヌル酸との（シアヌル酸メラミン）、リン酸との（リン酸メラミン）、または縮合リン酸との（例えばポリリン酸メラミン）付加化合物である。適切な相乗剤の例は、アンチモン化合物、特に、三酸化アンチモン、アンチモン酸ナトリウムおよび五酸化アンチモンであり、亜鉛化合物、例えばホウ酸亜鉛、酸化亜鉛、リン酸亜鉛および硫化亜鉛であり、スズ化合物、例えばスズ酸スズおよびホウ酸スズであり、さらに、マグネシウム化合物、例えば酸化マグネシウム、炭酸マグネシウムおよびホウ酸マグネシウムである。また、炭化剤として知られる材料を難燃剤に添加することもできる。この例は、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、ポリカーボネート、ポリフェニルエーテル、ポリイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、硫化ポリフェニレンおよびポリエーテルケトンであり、さらに、テトラフルオロエチレンポリマーのような滴下防止剤である。

さらに別の好ましい実施態様においては、ハイブリッド構造の本発明の部品の製造に用いられるポリマー成形用組成物が、適切な場合成分Ａ）およびＢ）およびＣ）に加えて、適切な場合、Ｄ）、あるいは、Ｄ）の代わりに、
Ｅ） ０．００１〜１０重量部、好ましくは０．０５〜３重量部、特に好ましくは０．１〜０．９重量部の他の従来型の添加剤、
を含むことができる。

本発明の目的における従来型の添加剤の例は、安定剤（例えばＵＶ安定剤、熱安定剤、ガンマ線安定剤）、静電防止剤、流動助剤、離型剤、さらに別の防火添加剤、乳化剤、成核剤、可塑剤、潤滑剤、染料、顔料、導電性向上添加剤、および相溶化剤である。これらの添加剤および他の適切な添加剤は、例えば、非特許文献２、および、非特許文献３に記載されている。添加剤は、単独で、または混合物として、あるいはマスタバッチの形で用いることができる。

使用し得る安定剤の例は、立体障害化フェノール、ヒドロキノン、芳香族第２級アミン、例えばジフェニルアミン、置換レゾルシノール、サリチル酸塩、ベンゾトリアゾールおよびベンゾフェノン、並びに、これらの群およびこれらの混合物の種々の置換体である。

使用し得る顔料および染料の例は、二酸化チタン、硫化亜鉛、群青、酸化鉄、カーボンブラック、フタロシアニン、キナクリドン、ペリレン、ニグロシン、およびアントラキノンである。

使用し得る成核剤の例は、フェニルホスフィン酸ナトリウムまたはフェニルホスフィン酸カルシウム、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、および特に好ましくはタルクである。

使用し得る潤滑剤および離型剤の例は、エステルワックス、ペンタエリトリトールテトラステアラート（ＰＥＴＳ）、長鎖脂肪酸（例えばステアリン酸またはベヘン酸）およびそのエステル、塩（例えばステアリン酸Ｃａまたはステアリン酸Ｚｎ）、並びにアミド誘導体（例えばエチレンビスステアリルアミド）またはモンタンエステルワックス、さらに低分子量のポリエチレンワックスおよびポリプロピレンワックスである。

使用し得る可塑剤の例は、ジオクチルフタレート、ジベンジルフタレート、ブチルベンジルフタレート、炭化水素油、Ｎ−（ｎ−ブチル）ベンゼンスルホンアミドである。

導電性増進用として添加できる添加剤は、カーボンブラック、導電性ブラック、カーボンフィブリル、ナノスケールのグラファイト繊維および炭素繊維、グラファイト、導電性ポリマー、金属繊維、および他の従来型の添加剤である。好ましいものとして使用し得るナノスケールの繊維は、「単層カーボンナノチューブ」または「多層カーボンナノチューブ」として知られるものである（例えばＨｙｐｅｒｉｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｉｓ社製のもの）。

用いられる相溶化剤は、好ましくは、極性基を有する熱可塑性ポリマー、例えば、１ｍｏｌ％の無水マレイン酸を含む重量比２．１：１のスチレンおよびアクリロニトリルのターポリマーである。

相溶化剤は、特に、成形用組成物が上記の成分Ｃ）に関する文脈において述べたグラフト重合体を含む場合に用いられる。

本発明によれば、ハイブリッド構造の部品に用いられるポリマー成形用組成物の成分の好ましい組み合わせは、結論的に、
Ａ、Ｂ、Ｃ； Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ； Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅ； Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ；
である。

本発明によって、用いられる成形用ポリアミド組成物から製造されるハイブリッド構造の軽量部品の特徴は、相対的に高い衝撃抵抗を有する点にあり、同時に、非分枝直鎖状の半結晶性ポリアミドから製造されたものでない同等の溶融物粘度の成形用組成物から構成された成形体に比べて、機械的および／または熱的負荷を受けた場合の挙動が改善されるという点にある。成分Ａ）として、非分枝直鎖状の半結晶性ポリアミドを、例えば成分Ｃ）としてのコア−シェル型アクリレートゴムと組み合わせて用いる場合、室温において約１９０００ＭＰａという異常に高い弾性率を有するので、ガラス繊維の含有量を、通常の３０重量％から６０重量％よりも大幅に高い値に２倍高めることができる。これは、それから製造されるハイブリッド構造の部品の剛性を、材料の靭性を許容し得ない程度に低下させることは全くなしに２倍に高める結果をもたらす。この場合、ポリマー成形用組成物の密度の増加は約１５〜２０％に過ぎない。これによって、同等の機械的性能に対して、部品の壁厚を大幅に低減でき、従って製造コストも顕著に低下する。驚くべきことに、この方法は、例えば自動車部門用としても、その壁厚が３ｍｍ未満、好ましくは２．５ｍｍ未満、特に好ましくは２ｍｍ未満の軽量部品の製造に対して、機械的および／または熱的負荷に耐え得る能力に関する本発明の要求特性をなんら損なうことなく、用いることができる。

本発明の目的において、「確実に結合された」という用語は、熱可塑性材料、すなわち繊維がその中に充填された成形用ポリアミド組成物が、例えば基材における開口を通して押し出されて、開口の縁を越えて開口の反対側に流出し、それが硬化すると確実な噛み合い接合が形成されることを意味する。しかし、これは、開口を突き出て飛び出した材料を、確実な噛み合い接合を形成するように、工具によって再度機械加工するという付加的な操作によっても行うことができる。「確実に結合された」という用語は、接着剤またはレーザを用いた接着による後続の接合操作をも含む。しかし、確実な噛み合い接合は、基材を回り込む流れによっても実現できる。

繊維強化プラスチック材料から構成された基材と、破砕繊維がその中に充填された熱可塑性材料との間の特に良好な噛み合い接合を得るために、本発明の１つの実施態様においては、熱可塑性物質を、基材の繊維強化プラスチック材料の中にある程度押し込む。これによって、熱可塑性物質と繊維強化プラスチック材料の繊維との間の噛み合い接合が得られる。このタイプの結合は特に確実である。この場合、材料の中に押し込まれなかった熱可塑性物質の部分が、例えば機能要素または補強を形成し、従って、繊維強化プラスチック材料に改善された形態で装着される。

破砕繊維がその中に充填された熱可塑性材料を、繊維強化プラスチック材料のポリアミドの中にある程度押し込む場合は、後者を軟化または流動化する。熱可塑性物質は、繊維強化プラスチック材料の片側に、もう一方のプラスチック材料の一部が反対側から押し出されるように成形される。このため、密着成形された熱可塑性物質は、繊維強化プラスチック材料の繊維の間に進入する。この結果、密着成形された熱可塑性材料と、基材の繊維強化プラスチック材料との間に、接着または溶接結合だけでなく噛み合い接合も形成される。

本発明の１つの実施態様においては、密着成形された熱可塑性材料と繊維強化プラスチック材料との間の噛み合い接合が、いくつかの点においてのみ形成される。特に従来型の射出成形によって、いくつかの点においてのみ接合を実現することは、技術的には簡単である。

図１ａおよび１ｂは発電機用のケーシングの一部として用いられる外殻を示す。特に、ロータ軸用の軸受（エンドプレート）１を見ることができる。要素２は、発電機を車両に固定するために用いられる。また、この外殻は比較的複雑な構造を有している。この複雑な構造の種々の要素はさまざまな機能を想定している。

図２は、２つの外殻からなる比較的大きなケーシングを有する別の発電機を示す。発電機を車両内部または車両に固定するために用いる固定要素２を、特に見ることができる。図２に示す発電機は、発電機冷却の役割を果たすスリット３をも有する。

図３は、発電機のケーシング用として想定された基材の例を示す。この基材は厚さ１ｍｍの鋼材シートから構成される。突出断面を有する円形領域１は、ロータ軸用の軸受を形成する。要素２は、発電機を車両に固定するための固定用ラグの形に設けられたものである。末端フランジを備えた４つのアーム４が設けられ、軸受１から、発電機ケーシングの外殻の反対側の末端に延びている。従って、この基材は、発電機において特に高い機械的負荷を受ける要素に限定される。

図は、本発明のポリマー成形用組成物に対しては多くの異なった用途があることを示している。この用途は、基本的には自動車、鉄道車両、航空機、船舶、そり、あるいは構造が軽量であるが安定的でなければならない他の搬送手段、あるいはそれ以外の、電気または電子機器、家庭機器、家具、暖房装置、スクータ、買い物用カート、棚、階段、エスカレータのステップ、マンホールカバー、発電機または電気モータ等における非自動車関連部門におけるものである。

自動車に用いられる部品は、好ましくは、完全なフロントエンド、ヘッドランプフレーム、歩行者保護ビーム、ボンネットまたは荷物室カバー用の特殊スラムパネル、フロントルーフアーチ、リヤルーフアーチ、ルーフフレーム、ルーフモジュール、スライディングルーフ支持部品、ダッシュボード支持部品、クロスカービーム、ステアリングコラムリテーナ、防火壁、ペダル、ペダルブロック、ギヤシフトブロック、Ａ、ＢまたはＣピラー、Ｂピラーモジュール、長手方向部材、長手方向部材とＢピラーとを結合する連結要素、Ａピラーと横部材とを結合する連結要素、Ａピラーと横部材と長手方向部材とを結合する連結要素、横部材、フェンダ、フェンダモジュール、クラッシュボックス、リヤエンド、スペアタイヤ凹部、ボンネット、エンジンカバー、エンジンオイル受け、ギヤボックスオイル受け、オイルモジュール、水タンクアセンブリ、エンジン補強部材、フロントエンド補強部材、シャシー部品、車両フロア、ドアシル、ドアシル補強部材、フロア補強部材、シート補強部材、横シート部材、バックドア、フレーム、シート構造、バックレスト、シートシェル、組み込み安全ベルト付きまたはなしのシートバックレスト、手荷物棚、バルブカバー、発電機または電気モータ用のエンドシールド、あるいは完全な車両ドア構造、である。

基材の上に、６２重量％のガラス繊維（成分Ｂ）＝ＬＡＮＸＥＳＳ Ｎ．Ｖ．社［アントワープ］製のＣＳ７９２８破砕ガラス繊維）を含有する非分枝直鎖状の半結晶性ポリアミドを含む熱可塑性材料を上乗せ成形した。成形用組成物におけるガラス繊維の長さは５００〜２０μｍであり、その直径は約１１μｍである。使用したポリアミドは、相対溶液粘度（２５℃における５％濃度のｍ−クレゾール溶液）が２．４の非分枝直鎖状の半結晶性ナイロン６である。熱可塑性材料は、さらに次の添加剤、すなわち、
− 成分Ｃ）として、２重量％のＰａｒａｌｏｉｄ（登録商標）ＥＸＬ３３００（Ｒｏｈｍ ＆ Ｈａａｓ社製のコア−シェル型アクリレートゴム）、
− 成分Ｅ）の成核剤として、１００ｐｐｍのマイクロタルク、
− 成分Ｅ）の着色剤として、０．０９％のカーボンブラック、
− 離型剤として、０．０９％のＬｉｃｏｗａｘ（登録商標）ＥＦＩ（Ｃｌａｒｉａｎｔ社のモンタンエステルワックス）、
をも含んでいた。

基材に対して熱可塑性材料を噛み合い接合させるために射出成形法を用いた。熱可塑性材料は、例えば図１および２に示すような機能要素を形成し、また特に、基材の端部を安定化する。このため、基材の端部における好ましくない座屈が、特に動的負荷の下において避けられた。熱可塑性材料は、さらに、金属で構成されたケーシングを有する発電機に比較して、特に発電機の音響特性の改善を支えた。このケーシングは、金属で構成されたケーシングよりも軽量である。このハイブリッド部品は、特に、金属製のケーシング、または、特に熱的および機械的負荷に耐え得る特殊プラスチック製のケーシングに比較して低コストで製造できた。

図４は、周囲５と、中心を通る複数の孔６とを有するカバーの平面図である。このカバーは、孔６を通るボルトによって固定される。この固定方式によって、ボルトが、周囲５に分布配置された孔を通る場合に比べて、多数のボルトが節減される。しかし、図４に示す固定方式においては、カバーの材料は、より厳しい機械的要求を受ける。それは、長期にわたるシールを確実にするためにクリープ抵抗を有しなければならない。非分枝直鎖状の半結晶性ポリアミドに基づく本発明のポリマー成形用組成物から製造された部品は、熱的負荷に曝露される場合でもこの要求を満足する。従って、例えばシリンダヘッド用のカバーを、孔が周囲にわたって分布配置されず、カバーの中心に配置されるだけであっても、本発明の材料から製造することが可能である。このためボルトが節減され、その結果、重量も低減する。

１ 軸受
２ 固定要素
３ スリット
４ アーム
５ 周囲
６ 孔

Claims (6)

1. 外殻形態の基材から構成された軽量部品であって、前記外殻形態の基材は、その外部および／または内部空間が、密着成形された熱可塑性物質から構成される補強構造を有し、前記補強構造は前記基材に確実に結合され、前記基材とのその結合は別個の結合部位において行われる軽量部品において、
   前記補強構造が、
   Ａ） ５５〜１０重量部の非分枝直鎖状の半結晶性ポリアミドと、
   Ｂ） ４８〜８０重量部の少なくとも１つの充填剤と、
   Ｃ） ０．０１〜１０重量部の少なくとも１つのエラストマー調整剤と、
   を含むポリマー成形用組成物から形成され、
   前記成分Ｂ）が、破砕されたガラス繊維を含むことを特徴とする軽量部品。
2. 使用される前記ポリアミドが、ｍ−クレゾールにおいて測定される相対溶液粘度が２．３〜２．７であるナイロン６またはナイロン６，６を含むことを特徴とする請求項１に記載の軽量部品。
3. 前記ポリマー成形用組成物が、成分Ａ）、Ｂ）およびＣ）に加えて、さらに、
   Ｄ） ０．００１〜３０重量部の少なくとも１つの難燃添加剤、および／または、
   Ｅ） ０．００１〜１０重量部の他の添加剤、
   を含み、
   前記他の添加剤が、安定剤、静電防止剤、流動助剤、離型剤、防火添加剤、乳化剤、成核剤、可塑剤、潤滑剤、染料、顔料、導電性向上添加剤、および相溶化剤のいずれか１つ、またはこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項１または２に記載の軽量部品。
4. ハイブリッド形態の軽量部品の製造方法であって、前記軽量部品は、その外部および／または内部空間が、密着成形された熱可塑性物質から構成される補強構造を有し、前記補強構造は前記基材に確実に結合され、前記基材とのその結合は別個の結合部位において行われる方法において、
   前記補強構造が、ポリマー成形用組成物から形成され、
   Ａ） ５５〜１０重量部の非分枝直鎖状の半結晶性ポリアミドと、
   Ｂ） ４８〜８０重量部の少なくとも１つの充填剤と、
   Ｃ） ０．０１〜１０重量部の少なくとも１つのエラストマー調整剤と、
   を含む前記ポリマー成形用組成物を、成形金型における成形法によって処理し、
   前記成分Ｂ）が、破砕されたガラス繊維を含むことを特徴とする製造方法。
5. 構造部品またはあらゆる種類の車両の重量を低減する方法において、前記構造部品または車両が外殻形態の基材から構成された軽量部品を使用し、前記外殻形態の基材は、その外部および／または内部空間が、密着成形された熱可塑性物質から構成される補強構造を有し、前記補強構造は前記基材に確実に結合され、前記基材とのその結合は別個の結合部位において行われ、かつ、
   前記補強構造が、
   Ａ） ５５〜１０重量部の非分枝直鎖状の半結晶性ポリアミドと、
   Ｂ） ４８〜８０重量部の少なくとも１つの充填剤と、
   Ｃ） ０．０１〜１０重量部の少なくとも１つのエラストマー調整剤と、
   を含むポリマー成形用組成物から形成され、
   前記成分Ｂ）が、破砕されたガラス繊維を含むことを特徴とする方法。
6. 使用される前記成形法が、射出成型、溶融押出し、圧縮成型、スタンピング、またはブロー成型を含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。

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