JP6250828B2 - 合成部品を製造する方法及び合成部品 - Google Patents

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Description

本発明は、発泡芯材を有する合成部品、特に平らな合成部品であって、発泡芯材が、第一及び第二の表面において当該発泡芯材に接着された第一及び第二の被覆層を備える合成部品を製造する方法に関する。本発明は、さらに合成部品に関する。
自動車の分野では、重さの理由から、両面において被覆層と接合されている発泡芯材を有した合成部品がよく使われる。発泡芯材のおかげで、これらの部品は極めて軽量である。それにもかかわらず、被覆層の材料と厚さを選択することで、合成部品は、高い表面硬さと、高い安定性（Ｓｔａｂｉｌｉｔａｅｔ）を有する。
本発明の課題は、このような合成部品を製造する方法を提供し、当該方法によって簡単且つ迅速な合成部品の製造を可能にすることである。さらに、本発明の課題は、このような合成部品を提供し、合成部品をより簡単に塗装できるようにすることである。
この課題を解決するために、発泡芯材を有する合成部品、特に平らな合成部品を製造する本方法は、発泡芯材が第一及び第二の表面において当該発泡芯材に接着された第一ないし第二の被覆層を備え、
以下のステップを有する方法とされている：
ａ）被覆層と発泡芯材を加熱し、
ｂ）発泡芯材の表面に被覆層を配置し（位置決めし）、
ｃ）完成された合成部品を形成するプレス機又は押型内において発泡芯材と被覆層を配置し（位置決めし）、
ｄ）プレス機内で発泡芯材と被覆層の形状を変更し、このとき、発泡芯材の表面上で被覆層の位置が変更可能とされ、
ｅ）冷却とともにプレス機内で被覆層を発泡芯材に接着させ、
ｆ）プレス機から部品を取り出す。
本発明に係る方法により、このような合成部品を迅速かつ確実に製造する長所が得られる。とりわけ、被覆層は、成形工程中に発泡芯材に対してずれることができる（位置が変更可能である）。被覆層と発泡芯材は、互いに固定されない。これらの部品は、プレス成形加工工程中に互いに位置がずれることができるので、これら部品の接着ないし冷却中における被覆層及び発泡芯材の内部或いは両者間における歪み（Ｓｐａｎｎｕｎｇ）の発生が確実に防止される。被覆層及び発泡芯材の加熱は、例えば押型内で行うことができる。他方で、発泡芯材及び被覆層を押型内に組み込む前に予め加熱を行うことで、押型ないしプレス機の使用時間（Ｂｅｌｅｇｕｎｇｓｚｅｉｔ）を減らし、短い製造サイクルを実現できるようにすることも考えられる。加えて、押型内における一様な圧力により、被覆層と発泡芯材とが平らな状態で互いに接合することが保障されている。
形状の変更は、３〜４５秒の期間（Ｚｅｉｔｆｅｎｓｔｅｒ）で行われることが好ましい。この期間では、被覆層と発泡芯材を損なうことなく、被覆層と発泡芯材の一様な形状変更が可能である。温度は、好ましくは、これら部品のより良好な延性（Ｖｅｒｆｏｒｍｂａｒｋｅｉｔ）が許されている一方で、部品が高過ぎる温度で損なわれることのないように選択される。さらに、その時間長さ（Ｚｅｉｔｓｐａｎｎｅ）は、押型内の最終位置に達する前にこれら部品が接合してしまうかもしれないような早期の部品の冷却が排除され得る程度に短く選択されている。
被覆層と発泡芯材の加熱は、例えば３０秒から５分までの期間で行われるが、この期間は、被覆層ないし発泡芯材の厚さと、使用された材料とに依存している。使用された材料によっては、表面だけ或いは部品全体を加熱することができる。加熱は、押型内或いはプレス機内において行うのでも足りる。しかしながら、加熱は、部品をプレス機内に或いは押型内に組み込む前に行うこともできる。特に、各被覆層ないし発泡芯材が異なる厚さを有している或いはこれらが形状変更のために異なる温度に加熱されねばならないときには、例えば各被覆層ないし発泡芯材に対して加熱が別途行われる。
被覆層と発泡芯材の冷却と接着は、好ましくは、６０〜３００秒の期間で行われる。好ましくは、冷却は、被覆層と発泡芯材との間に発生する歪みが解消され得るようにゆっくりと行われる。
部品を互いに接着するために不可欠なのは、被覆層の表面及び／又は発泡芯材の表面を、これらが柔らかくはなるものの溶け出すことのない程度に加熱し、それにより、冷却時にそれぞれ他の部品と接着するようにすることである。特に、温度は、あまり高くし過ぎて高温のために発泡芯材が損なわれたり、特に崩れ落ちたりすることのないようにしなければならない。好ましくは、発泡芯材は１６０℃〜２００℃の温度に、被覆層は２４０℃〜３８０℃の温度に加熱される。
この温度の違いは、例えば、加熱段階の最後における短時間の昇温（温度ブースト）（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｂｏｏｓｔ）により生成される。
プレス機又は押型内において部品が互いに押し付けられるのに用いる圧力は、同じく使用される材料に依存する。一方で、この圧力は、被覆層と発泡芯材とを成形するのに十分に高くなければならない。他方では、高過ぎる圧力は、被覆層に比べて比較的圧力に弱い発泡芯材を押しつぶすことになりかねない。合成部品は、例えば、０．０３Ｎ／ｃｍ２〜１．５Ｎ／ｃｍ２の圧力で形状変更される。
より複雑な部品の場合、合成部品をプレス機から取り出した後にステップａ）〜ｆ）を繰り返すことができる。これにより、一回目の方法の実施の過程において基本形状が作製された後、合成部品の複雑な一部領域をさらに形状変更し、そのときに、部品内または部品間に歪みが発生することを防ぐことができる。
被覆層と発泡芯材は、例えば、発泡芯材ないし被覆層の表面を軟らかくしたり或いは溶け始めさせたりすることにより接着することができる。あるいはまた、少なくとも一つの被覆層と発泡芯材との間にフィルムないし接着層を設け、これが加熱の際に柔らかくなり、その後の冷却の際に、被覆層と発泡芯材の間の接着を生じさせるようにしてもよい。このために、例えば熱可塑性の接着フィルムを用いることができる。
被覆層は、加熱に先立ち、特にコーティングや腐食防止処置（Ｋｏｒｒｏｓｉｏｎｓｓｃｈｕｔｚｍａsｎａｈｍｅ）により前処理することができ、これにより、腐食やその他の影響から保護されている表面を持った合成部品が出来上がる。
さらに、発泡芯材を少なくとも局所的に押圧し、厚さ方向に圧縮してもよい。
被覆層と発泡芯材を加熱する前に、発泡芯材の表面に被覆層を配置する（位置決めする）ことが好ましい。
本課題を解決するために、さらに、発泡芯材を有する合成部品が提供されており、発泡芯材は、第一及び第二の表面において当該発泡芯材と接着している第一ないし第二の被覆層を有しており、合成部品は、本発明による方法を用いて製造されている。
第一の被覆層は、例えば金属、特にアルミニウムから構成することができ、厚さ０．２ｍｍ〜０．４ｍｍを有することができる。繊維強化プラスチックからなる被覆層を有したこれまでに公知の合成部品は、なかなか塗装できない欠点があり、そのために使える用途が限られている。金属からなる被覆層は、容易に塗装できるため、合成部品を容易に色付けでき、これにより、合成部品に対するさらに別の応用の可能性が出てくる。加えて、金属により、非常に堅固な表面を持つ合成部品が出来上がり、それにもかかわらず、発泡芯材のおかげで合成部品は非常に軽量である。
第二の被覆層は、例えば、厚さが０．２ｍｍ〜１．０ｍｍの繊維強化プラスチックからなる。
発泡芯材は、例えば１０ｍｍまでの厚さを有し、発泡芯材の厚さは、所望の部品の寸法に合わせることができる。
他の長所と特徴は、添付された図面に関連した以下の説明より明らかとなる。
本発明による合成部品の断面図である。 図１の合成部品の材料構成の概略図である。 図１の合成部品を製造するための本発明による方法の工程を示す図である。 図１の合成部品を製造するための本発明による方法の工程を示す図である。 図１の合成部品を製造するための本発明による方法の工程を示す図である。 図１の合成部品を製造するための本発明による方法の工程を示す図である。
図１及び図２には、合成部品１０が示されている。この合成部品１０は、第一表面１４及び第二表面１６を持つ発泡芯材１２を有している。第一表面１４には、金属、特にアルミニウムからなる第一の被覆層１８が着設されている。反対側の第二表面１６には、図示の実施形態において繊維強化プラスチックからなる第二の被覆層２０が着設されている。用途に応じて、他の適した材料を被覆層として用いることもできる。
発泡芯材１２は、厚さ約１０ｍｍを有する。ここで、この発泡芯材１２の厚さは、それぞれ利用目的に合わせることができ、もっと薄く選択することもできる。特に、発泡芯材１２は、厚さに違いがあってもよい。第一の被覆層は、厚さ０．２〜０．４ｍｍを有し、第二の被覆層は、厚さが厚さ０．２ｍｍと１ｍｍの間にある。
第一の被覆層１８は、例えば合成部品１０の外皮を形成する。金属表面は、プラスチック部品よりも簡単に塗装できるので、合成部品１０のより簡単な色付けが可能である。発泡芯材１２及び繊維強化された第二の被覆層２０により、合成部品は非常に軽量であり且つそれでもなお高い強度を有する。
このような合成部品１０を製造する方法が、図３ａ〜３ｄに示されている。
第一の工程（図３ａ）では、被覆層１８，２０及び発泡芯材１２が熱せられる。この加熱は、発泡芯材１２の表面１４，１６や被覆層１８，２０の表面が柔らかくなる温度まで行われるが、その際に温度は、被覆層１８，２０ないし発泡芯材１２が溶け出さないように選択される。特に、温度が上がり過ぎて発泡芯材１２が崩れることがないようにしなければならない。
被覆層１８，２０と発泡芯材１２は、別の炉で加熱することができる。しかしながら、押型２２（図３ｂ参照）の中で予め加熱することも可能である。別の炉内で加熱をすると、押型２２の使用時間が削減され、製造サイクルをもっと速められるという利点がある。
加熱後、被覆層１８，２０を発泡芯材１２の表面１４，１６上に載置し、載置された被覆層１８，２０とともに発泡芯材１２を押型２２内に組み入れる。
続いて、発泡芯材と被覆層１８，２０は、押型２２を閉じることで一体的にプレスされ、このときに、押型２２は、出来上がった合成部品１０の形状を形成する。被覆層１８，２０と発泡芯材１２は、まだ互いに接合された状態ではないので、被覆層１８，２０は、発泡芯材１２に対してずらすことができる。そのため、被覆層１８，２０と発泡芯材１２の成形時に、個々の層間に歪み（応力）が発生し得ない。
被覆層１８，２０と発泡芯材１２を変形する圧力は、使用される材料による。一方では、圧力は十分高くて、部品、特に金属製の第一の被覆層１８を変形できなければならないし、他方では、圧力が高過ぎるために、発泡芯材１２が押しつぶされたり、被覆層１８，２０が壊れてしまうということになってもいけない。
次に、合成部品１０が押型２２内で冷却され、被覆層１８，２０と発泡芯材１２との間が接着し、つまりは、個々の層が相互に接着する。続いて、出来上がった合成部品１０を押型２２から取り出すことができる（図３ｄ）。
被覆層１８，２０と発泡芯材１２とが冷却され且つ接着する期間は、使用された発泡芯材１２ないし被覆層１８，２０の厚さと材料による。この期間は、６０〜３００秒であることが好ましい。
合成部品１０の形状がもっと複雑であることが求められている場合には、上記方法が終わった後で、合成部品が改めて加熱され、もっと複雑な成形型（Ｆｏｒｍｇｅｂｕｎｇ）を持つ別の押型２２やプレス機に組み入れることができる。この押型２２内において、合成部品１０のさらに別の形状変更とそれに続く冷却とが行われる。合成部品１０は、形状変更の前に加熱されたことで、被覆層１８，２０は、本方法の再度の実施の際にも、発泡芯材１２に対してずれることができ、その結果、この第二の形状変更工程の際にも、被覆層１８，２０と発泡芯材１２との間に歪みが生じ得ない。
被覆層１８，２０と発泡芯材１２との間に、被覆層１８，２０と発泡芯材１２とを接着させる追加の薄膜（Ｓｃｈｉｃｈｔ）が設けられていてもよい。この薄膜は、例えばより低い融点を有し、その結果、合成部品１０の層の形状を変更するとともに接着するのに、より低い温度で足りる。例えば、熱可塑性の接着フィルムを用いることができる。
被覆層は、出来上がった合成部品１０が外界に対して、より優れた耐久性を有するように、発泡芯材１２と接合させる前に、例えば腐食防止処置により、さらに前処理することができる。

Claims (15)

  1. 発泡芯材（１２）を有する合成部品（１０）を製造する方法であって、前記発泡芯材は、第一の表面（１４）及び第二の表面（１６）において当該発泡芯材（１２）と接着する第一の被覆層（１８）ないし第二の被覆層（２０）を備え、
    以下の：
    ａ）前記被覆層（１８，２０）と前記発泡芯材（１２）を加熱し、
    ｂ）前記発泡芯材（１２）の前記表面（１４，１６）に前記被覆層（１８，２０）を配置し、
    ｃ）完成された前記合成部品（１０）を形成するプレス機又は押型（２２）内において前記発泡芯材（１２）と前記被覆層（１８，２０）を配置し、
    ｄ）前記プレス機又は前記押型（２２）内で前記発泡芯材（１２）と前記被覆層（１８，２０）の形状変更を行い、このとき、前記発泡芯材（１２）の前記表面（１４，１６）上で前記被覆層（１８，２０）の位置が変更可能とされ、
    ｅ）冷却とともに前記プレス機又は前記押型（２２）内で前記被覆層（１８，２０）を前記発泡芯材（１２）に接着させ、
    ｆ）前記プレス機又は前記押型（２２）から前記合成部品（１０）を取り出す
    ステップを有し、前記ステップａ）〜ｆ）を、前記プレス機又は前記押型（２２）からの取り出し後に繰り返し、そのときに、別のプレス機又は押型（２２）を用いることを特徴とする方法。
  2. ３〜４５秒の期間で前記形状変更を行うことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. ３０秒〜５分の期間で前記加熱を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
  4. ６０〜３００秒の期間で前記冷却と前記接着が行われることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法。
  5. 前記被覆層（１８，２０）を２４０℃〜３８０℃の温度に加熱するとともに、前記発泡芯材（１２）を１６０℃〜２００℃の温度に加熱することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の方法。
  6. 前記被覆層（１８，２０）と前記発泡芯材（１２）との温度の違いを、加熱段階の最後における短時間の昇温により生み出すことを特徴とする請求項５に記載の方法。
  7. 前記プレス機又は前記押型（２２）は、０．０３Ｎ／ｃｍ２〜１．５Ｎ／ｃｍ２の圧力で前記合成部品（１０）の形状を変更することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の方法。
  8. 少なくとも一つの被覆層（１８，２０）と前記発泡芯材（１２）との間にフィルムないし接着層を設けることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の方法。
  9. コーティング又は腐食防止処置により少なくとも一つの被覆層（１８，２０）を前処理することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の方法。
  10. 前記発泡芯材（１２）を少なくとも局所的に押圧し、厚さ方向に圧縮することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の方法。
  11. 前記被覆層（１８，２０）と前記発泡芯材（１２）を加熱する前に、前記発泡芯材（１２）の前記表面（１４，１６）に前記被覆層（１８，２０）を配置することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の方法。
  12. 発泡芯材（１２）を有する合成部品（１０）を製造する方法であって、前記発泡芯材は、第一及び第二の表面（１４，１６）において当該発泡芯材（１２）と接着している第一ないし第二の被覆層（１８，２０）を有している、請求項１〜１１のいずれか一つに記載の合成部品（１０）の製造方法。
  13. 前記合成部品において、前記第一の被覆層（１８）は、アルミニウムからなり、０．２ｍｍ〜０．４ｍｍの厚さを有していることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
  14. 前記合成部品において、前記第二の被覆層（２０）は、０．２ｍｍ〜１．０ｍｍの厚さを有した繊維強化プラスチックからなることを特徴とする請求項１２または１３に記載の方法。
  15. 前記合成部品において、前記発泡芯材（１２）は、６０ｍｍまでの厚さを有していることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか一つに記載の方法。
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