JP5642179B2 - 構成部分複合体、並びに構成部分複合体を製造するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載した構成部分複合体、並びに請求項１１の上位概念部に記載した構成部分複合体を製造するための方法に関する。

このような形式の構成部分複合体は、事前公開されていないＤＥ１０２００８０４０７８２Ａ１号明細書により公知である。この公知の構成部分複合体においては、第１の構成部分の第１の接触表面に、レーザによって、マイクロ構造及び該マイクロ構造に重ねられたナノ構造が生ぜしめられる。次いで、第１の構成部分が、第２の接触表面を有する第２の構成部分によって射出成形で包囲され、この際に、第１の構成部分を表面微細加工することによって、両構成部分の両接触表面間の気密な接続が形成される。

また、金属部分をプラスチックによって射出成形で包囲することは公知である。この場合、プラスチック材料との形状結合（形状による束縛）を可能にするために、金属部分に、例えばリブ又はウェーハ構造等のアンダカット部を備えたマクロ的な構造部が設けられている。使用された熱可塑性プラスチックは金属に付着しないにも拘わらず、振動負荷を巧みに利用することによって初めのうちは構成部分の気密性が得られる。しかしながらこの気密性は、温度変化及び／又は繰り返し応力又は媒体の影響を受けて一時的にしか得られない。

また、"Frima TaiseiPlas"（大成プラス株式会社）の特許明細書によれば、金属部分の表面を化学的に微細加工し、続いてこのような形式で微細加工された表面に、射出成形法によりプラスチック構成部分を射出成形することが公知である。

ＤＥ１０２００４０３４８２４Ｂ４号明細書によれば、少なくとも１つの金属製のシール層を備えた金属性のフラットシール（Flachdichtung）が公知である。この場合、金属製のシール層は、レーザ光線によって生ぜしめられた表面構造（Oberflaechenstruktur）を備えており、該表面構造にエラストマー材料が被着される。

また、表面における接着剤の取付けを改善するために、複数の構成部分を、場合によっては接着促進剤を介在して互いに結合することが公知である。

発明の開示
従来技術のものから出発して、本発明の課題は、特に自動車のエンジンルーム内において構成部分複合体がさらされるような、温度変化及び繰り返し応力若しくは媒体の影響下においても、特に高いシール性が得られるような構成部分複合体を提供することである。この構成部分複合体は、有利には確実かつ持続的に気密でなければならない。さらに本発明の課題は、相応の構成部分複合体を製造するための方法を提供することである。

この課題は、請求項１に記載した特徴を有する構成部分複合体によって、及び請求項１２に記載した特徴を有する製造方法によって解決された。本発明の有利な実施態様は、従属請求項に記載されている。本発明の枠内において、明細書、請求項及び／又は図面に開示された特徴のうちの少なくとも２つよりなるすべての組み合わせが可能である。繰り返しを避けるために、方法に従って開示された特徴は、装置に従って開示された特徴でもあり、かつ請求可能である。同様に、装置に従って開示された特徴は、方法に従って開示された特徴でもあり、かつ請求可能である。

本発明は、構成部分を素材結合（素材同士の結合）により結合する媒体特に接着剤層を介在させて両構成部分を接合する前に、構成部分複合体の第１の構成部分の表面を、マイクロ構造の他にナノ構造をも有する表面が得られるように、微細加工する、という思想に基づいている。この場合、ナノ構造はマイクロ構造上に位置するように配置され、マイクロ構造上にナノ構造が重ねられるようになっている。このような形式の表面微細加工された第１の構成部分は、構成部分複合体において、媒体特に接着剤層と第１の構成部分の接触表面との間のより改善された付着を保証する。

本発明の特に有利な実施態様によれば、第２の接触表面も、前記第２の構成部分において、マイクロ構造及び該マイクロ構造に重ねられたナノ構造を備えた表面組織を有している。それによって２つの構成部分間の特に堅固で気密な結合が形成される。

この場合、表面組織は選択的に、電磁線によって、電気的な微細加工によって又は機械的な微細加工によって形成されるので、それぞれの使用状況に応じて、表面構造の構成を最適化することができる。

本発明の実施態様によれば、有利にはマイクロ構造のマイクロ構造エレメントが、１μｍ〜約９９９μｍ範囲の直径を有している。特に有利には、ナノ構造のナノ構造エレメントが、追加的に又は選択的に約１ｎｍ〜約９９９ｎｍ範囲の直径を有している。

特に有利には、表面組織を生ぜしめるための電磁線としてレーザ光線が使用される。このために特に有利には、超短波パルスレーザが使用される。この場合、表面組織が、効果を高めるためにかつ／または不動態化のためにプロセス媒体の影響下で生ぜしめられるようになっていれば、特に有利である。この場合、プロセスガス特に不活性ガスが使用される。特に有利には、プロセスガスとして有利には、鋼又はアルミニウムより成る第１の構成部分上に酸化層が形成されるのを阻止するヘリウムが使用される。

本発明の有利な実施態様によれば、使用された電磁線特にレーザ光線の波長は、約１０ｎｍ〜約１１μｍの間の範囲より選択されている。また特に有利には、電磁線の波長は、約１００ｎｍ〜約１５００ｎｍの間の波長範囲より選択されている。追加的に又は選択的に、有利な形式で、光線パルス継続時間特にレーザ光線パルス継続時間は、約１０ｆｓ〜約１０μｓ、特に有利には約１００ｆｓ〜約１００ｐｓの間の範囲より選択されている。相応の光線パラメータを選択することによって、重ねられたナノ構造を備えたマイクロ構造を有する所望の表面組織が得られる。

特に堅固な構成部分複合体を形成するために、第２の接触表面、有利には第２の構成部分全体が、プラスチック特に熱可塑性プラスチックより形成されていて、第１の構成部分が少なくとも部分的に、前記第２の構成部分によって射出成形で包囲されている。これによって、接着剤層による素材結合（素材同士の結合）の他に、追加的に両構成部分間の形状結合（形状による束縛）が得られる。

特に有利な実施例によれば、第１の構成部分と前記第２の構成部分とが、少なくともほぼ同じ熱膨張係数を有しており、それによって温度変化においても、シール性をより確実に保証することができる。

特に有利には、構成部分複合体は、燃料噴射弁の構成部分であるか、又は特に制御装置のためのハウジングカバーの構成部分であるか、又はセンサの構成部分である。

本発明はまた、構成部分複合体、特に前記構成部分複合体を製造するための方法に関する。

この方法によれば、第１の構成部分と第２の構成部分との間に接着剤層を施す前に、第１の構成部分の接触表面が微細加工される。本発明の方法の核心は、第１の構成部分に表面微細加工を施し、この表面微細加工はマイクロ構造を有していて、このマイクロ構造にナノ構造が重ねられており、この表面微細加工によって、両構成部分の接触表面間に配置された媒体特に接着剤層と相俟って、特に第１の構成部分と接着剤層との間で構成部分複合体の改善されたシール性が得られる、という点にある。

構成部分表面を化学的に変化させ、例えば不導体化させ、微細加工の効果を高めるために、第１の構成部分だけに形成されているか又は特に有利には両構成部分の接触表面に形成されている表面微細加工が、電磁線によって、有利な形式でプロセス媒体の影響下特にプロセスガス雰囲気下において生ぜしめられるようにすれば、特に有利である。

本発明の実施態様によれば、有利には、表面微細加工を生ぜしめるために、超短波パルスレーザが使用される。

媒体特に接着剤層との、表面微細加工に基づく接着性と共に、頑丈な形状結合（形状による束縛）を保証するために、有利には第１の構成部分を射出成形で包囲することによって、第２の構成部分と第１の構成部分とが形状結合式に結合されるようになっている。

本発明のその他の利点、特徴及び詳細を、以下に図示の実施例を用いて具体的に説明する。

表面構造部を備えた第１の構成部分の斜視図である。 図１に示した表面構造部の概略的な拡大図である。 図１に示した第１の構成部分と、第２の構成部分と、これらの第１及び第２の構成部分間に配置された接着剤層とを備えた、構成部分複合体の断面図である。

図１には、図３に示した構成部分複合体２の構成部分としての第１の構成部分１が示されている。

第１の構成部分１は、図示の実施例では金属より構成されていて、第１の接触表面３を有している。該第１の接触表面３によって、第１の構成部分１は、図３に示した構成部分複合体２内において、接着剤層１２を介在して、第２の接触表面５を有する第２の構成部分４に接続されている。

第１の構成部分１、より正確には第１の接触表面３は、表面組織６を有している。表面組織６は図２に概略的に示されている。図１に示されているように、第１の接触表面３は全面的に表面組織６を有している。図２に示した表面組織６は、隆起部状及び／又は窪み状のマイクロ構造エレメント８を備えたマイクロ構造７を有している。マイクロ構造エレメント８は、ナノ構造エレメント９とナノ構造１０とを備えており、ナノ構造１０は、マイクロ構造エレメント８の外側領域にも存在する。ナノ微細加工／マイクロ微細加工された構成部分表面（第１の接触表面３）は、図３に示した構成部分複合体２において、第１の構成部１と接着剤層１２との間で特に高い付着力を提供する。

表面組織６を形成するために、まず構造化（微細加工）されていない第１の接触面３が、パルス発振されたレーザ光線によって照射される。この場合、レーザ光線は、第１の構成部分１の微細加工しようとする領域をスキャニングするように、スキャナーシステムによって偏光される。所望の表面構造を得るために、有利には高いパルス繰り返し周波数を有するフェムトレーザ（Femto-Laser）、ピコレーザ（Piko-Laser）又はナノセカンドレーザ（Nanosekunden-Laser）が使用される。図２に示した表面構造６を製造するための微細加工プロセスは、アルミニウム又は鋼より製造された第１の構成部分１上に酸化物層を形成するために、有利にはプロセスガス中で行われる。有利な形式で、レーザ光線が第１の接触表面３上において第１の構成部分１に対して相対的に移動する移動距離は、１００ｍｍ／ｓと１００００ｍｍ／ｓとの間である。

図３に示した構成部分複合体２を製造するために、第１の構成部分１、正確には第１の接触表面３はその表面組織６が、接着剤層１２を介在させて第２の構成部分４に接続される。この場合、第２の構成部分４は、金属、特に鋼、プラスチック、特に熱可塑性プラスチック又は熱硬化性プラスチック又はセラミックより成っていてよい。特に、第２の構成部分４の第２の接触表面５も、第１の構成部分１の第１の接触表面３に相当する表面組織６を有している。

図示していない実施例において、第１の構成部分１は、第２の構成部分４によって少なくとも部分的に射出成形により包囲されていてよい。第２の構成部分４が第１の構成部分１の周縁つば１１を抱き込むことによって、２つの構成部分１，４間の形状結合（形状による束縛）が得られる。選択的に、第１の構成部分１に、例えば第２の構成部分４によって射出成形で包囲された舌片その他を設けてもよい。特に有利には、第２の構成部分４は、ガラス繊維強化された及び／又はミネラル強化された（minerarverstaerkte）プラスチック、有利には熱可塑性プラスチック又は熱硬化性樹脂より成っている。

種々異なる変化実施例が考えられる。例えば、第１の接触表面３に部分的に表面組織６だけを設けてもよい。表面組織６は、電磁線によってだけではなく、選択的に電気的な微細加工によって又は機械的な微細加工によっても生ぜしめられる。

自動車技術分野において使用される以外の使用分野は、接着剤との摩擦力結合（摩擦力による束縛）による緊密な結合を必要とするすべての構成部分である。

１ 第１の構成部分、 ２ 構成部分複合体、 ３ 第１の接触表面、 ４ 第２の構成部分、 ５ 第２の接触表面、 ６ 表面組織、 ７ マイクロ構造、 ８ マイクロ構造エレメント、 ９ ナノ構造エレメント、 １０ ナノ構造、 １１ 周縁つば、 １２ 接着剤層

Claims (19)

1. 構成部分複合体（２）であって、第１の接触表面（３）を備えた第１の構成部分（１）と、第２の接触表面（５）を備えた少なくとも１つの第２の構成部分（４）とを有しており、前記第１の接触表面（３）が、マイクロ構造（７）及び該マイクロ構造（７）上に重ねられたナノ構造（１０）を備えた表面組織（６）を有している形式のものにおいて、
   前記両構成部分（１，４）の前記両接触表面（３，５）間に、素材結合するための媒体として接着剤層（１２）が配置されており、
   前記表面組織（６）が、１００ｆｓ（１０ ^-15 ｓ）〜１００ｐｓ（１０ ^-12 ｓ）のパルス継続時間を有するレーザによって、プロセスガス雰囲気下で生ぜしめられることを特徴とする、構成部分複合体。
2. 前記第２の接触表面（５）も、前記第２の構成部分（４）において、マイクロ構造（７）及び該マイクロ構造（７）上に重ねられたナノ構造（１０）を備えた表面組織（６）を有している、請求項１記載の構成部分複合体。
3. 前記表面組織（６）が、電磁線によって、電気的な微細加工によって又は機械的な微細加工によって生ぜしめられる、請求項１又は２記載の構成部分複合体。
4. 前記マイクロ構造（７）が、１μｍ〜９９９μｍ範囲の直径を有するマイクロ構造エレメント（８）及び／又は１ｎｍ〜９９９ｎｍ範囲の直径を有するナノ構造エレメント（９）を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の構成部分複合体。
5. 前記表面組織（６）が、１０ｎｍ〜１１μｍの範囲の電磁線波長によって、及び／又は１００ｆｓ〜１０μｓ（１０^-6ｓ）の範囲の電磁線パルス継続時間によって、生ぜしめられる、請求項１から４までのいずれか１項記載の構成部分複合体。
6. 前記電磁線波長が１００ｎｍ〜１５００ｎｍの範囲である、請求項５記載の構成部分複合体。
7. 前記電磁線パルス継続時間が１０ｆｓ〜１００ｐｓの範囲である、請求項５記載の構成部分複合体。
8. 前記第１の接触表面（３）が金属より成っていて、前記第２の接触表面（５）が金属、プラスチック、又はセラミックより構成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の構成部分複合体。
9. 前記第２の接触表面（５）を構成する金属が鋼である、請求項８記載の構成部分複合体。
10. 前記第２の接触表面（５）を構成するプラスチックが、熱可塑性プラスチック又は熱硬化性プラスチックである、請求項８記載の構成部分複合体。
11. 前記第２の接触表面（５）を含む第２の構成部分（４）全体が、プラスチックより構成されていて、前記第１の構成部分（１）が少なくとも部分的に前記第２の構成部分（４）によって射出成形で包囲されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の構成部分複合体。
12. 前記第２の接触表面（５）を含む第２の構成部分（４）全体を構成するプラスチックが熱可塑性プラスチックである、請求項１１記載の構成部分複合体。
13. 前記第１の構成部分（１）と前記第２の構成部分（４）とが、同じ熱膨張係数を有している、請求項１から１２までのいずれか１項記載の構成部分複合体。
14. 前記第１の接触表面（３）若しくは第２の接触表面（５）が全面的に表面組織（６）を備えている、請求項１から１３までのいずれか１項記載の構成部分複合体。
15. 前記構成部分複合体（２）が、燃料噴射弁の構成部分であるか、又は制御装置のためのハウジングカバーの構成部分であるか、又はセンサの構成部分である、請求項１から１４までのいずれか１項記載の構成部分複合体。
16. 前記構成部分複合体（２）が自動車に使用される、請求項１から１５までのいずれか１項記載の構成部分複合体。
17. 第１の接触表面（３）を備えた第１の構成部分（１）と、第２の接触表面（５）を備えた少なくとも１つの第２の構成部分（４）とを有しており、前記第１の接触表面（３）が、マイクロ構造（７）及び該マイクロ構造（７）上に重ねられたナノ構造（１０）を有する表面組織（６）を備えている形式の、請求項１から１６までのいずれか１項記載の構成部分複合体（２）を製造するための方法において、
    前記両接触表面（３，５）間に、これらの両接触表面（３，５）を素材結合するための接着剤層（１２）を被着し、
    前記表面組織（６）が、１００ｆｓ（１０ ^-15 ｓ）〜１００ｐｓ（１０ ^-12 ｓ）のパルス継続時間を有するレーザによって、プロセスガス雰囲気下で生ぜしめられることを特徴とする、構成部分複合体を製造するための方法。
18. 第１の接触表面（３）又は両接触表面（３，５）において表面微細加工を電磁線によって生ぜしめ、該表面微細加工を、プロセスガス雰囲気下で行う、請求項１７記載の方法。
19. 前記第１の構成部分（１）を、少なくとも部分的にプラスチック材料より形成された第２の構成部分（４）で以て少なくとも部分的に射出成形により包囲することによって、前記第１の構成部分（１）を前記第２の構成部分（４）に形状結合式に結合する、請求項１７又は１８記載の方法。

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