JP2002113742A - 積層されたプラスチック／金属部材、およびその製造方法 - Google Patents

積層されたプラスチック／金属部材、およびその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 積層されたプラスチック／金属部材を提供す
ること。 【解決手段】 射出された熱可塑性プラスチック（３）
により互いに接合されている少なくとも２個の金属成形
部品（１；２１；３１；４１）及び（２；２２；３２；
４２）から成る積層されたプラスッチク／金属部材であ
って、金属成形部品（１；２１；３１；４１）及び
（２；２２；３２；４２）の接合点（１７）部分におい
て金属成形部品（１；２１；３１；４１）及び（２；２
２；３２；４２）がプラスチック（３）と共に形態拘束
を形成しており、金属成形部品（１；２１；３１；４
１）及び（２；２２；３２；４２）は互いに直接接触せ
ず、そしてプラスチック（３）がその成形部品（１；２
１；３１；４１）及び（２；２２；３２；４２）の間で
電気絶縁層を形成していることを特徴とする積層部材が
記載されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は、射出された(gated)熱可塑性プ
ラスチックにより互いに接合されている少なくとも２個
の金属成形部品からなる積層されたプラスッチク／金属
部材であって、金属成形部品の接合点部分において金属
成形部品がプラスチックと共に形態拘束(a form closur
e)を形成しており、金属成形部品は互いに直接接触せ
ず、そしてプラスチックがその成形部品の間で電気絶縁
層を形成していることを特徴とする、部材に関する。
【０００２】種々な材料の部材の形態拘束積層品(form-
closed laminate)は熱可塑性物質を成形して得られる。
【０００３】実際に使用される積層された部材又は半完
成品は、例えば、二つの金属板を組み合わせて、中間の
プラスチック又はプラスチック発泡体と共にサンドイッ
チ構造を形成している平な形状の積層物からなっている
（ＥＰ４８９３２０Ａ１参照）。これに加えて、外層の
シ−ト及び内層の力骨構造物を有する積層板の製造方法
がある（ＥＰ７７５５７３Ａ２参照）。さらに、一つの
ダイ中でプレス成形及び射出成形を組合せた接合板の製
造方法もある（ＥＰ７２１８３１Ａ１）。さらに、金属
板が力骨構造物によって支持される、積層プラスチック
／金属部材もまた知られている（ＥＰ３７０３４２Ａ
３）。
【０００４】本発明の方法においては、熱可塑性プラス
チックを用いて接合され、適切な位置に保持され、互い
に電気的に絶縁された状態にあり、そして好ましくはさ
らに、力骨又は大型壁の形の支持構造物に支えられてい
る、例えば鋼製のような、特に高強度及び高剛性の金属
部材からなる、積層部材が製造される。
【０００５】大きい応力を受け得る、支持材、部分品,
板材その他の高強度の組合せは、車両又は機械製造にお
いて多く見られる。そこでは鋼又はアルミニウム支持材
が主として使用され、これらは、接合部分で相互に溶接
又は接着される。全ての大量生産積層金属部材は、溶
接、ボルト接合、リベット接合又は接着される。特に溶
接は、材料の非相溶性のために困難になる事が多い。金
属部材の接着は金属部品の前処理のために高価になる。
非常に経済的な金属部品とプラスチック部品との間の接
合が、乗用車部材の大量生産において、軽量構造物用に
すでに用いられている。基本的な原理はドイツ公開出願
ＤＥ３８３９８５５Ａ１に詳細に記載されている。ハウ
ジングの場合には、金属部品をプラスチック部品に接合
することによって改良できる欠陥が、蒸発法又は音響照
射法を用いて検出される事が多い（例えば、油溜め、又
はバルブキャップの場合）。さらに、各種の金属の接合
は、特に湿潤領域（例えば車両のエンジン隔室又はシャ
−シ−部）で使用する場合に、もし各種の金属が腐食に
対して適切な保護が為されていない時は、電解腐食の原
因となる。この欠点は接続部分の摩耗の影響によっても
発生し得る。
【０００６】従って、従来の接合方法を用いて又は溶接
によって製造された積層部材には、金属と金属の直接接
触が腐食を発生させ、そしてこの腐食によりそのような
積層部材の故障をもたらす、という不利な点がある。
【０００７】従って、本発明は、前段で述べたような種
類の積層部材であって、そしてそれは金属支持体及び金
属シ−トの高強度及び高剛性接合を可能にし、かつ半完
成品及び部材用部品を経済的に接合して部材を製造する
ことを可能にするような積層部材を創出するという目的
に基づいている。例えば、各種の金属のハウジング及び
構造部品、例えば、電解腐食が防止されなければなら
ず、そして形態拘束接合が、適切な力の伝達機構を伴っ
た、金属部品における開口部の有無に関わらず可能にな
っている、アルミニウム板又はマグネシウムダイキャス
ト部品に接合された高強度鋼板が接合されるべきであ
る。さらに、被接続金属部品について熱及び音響の相互
作用を遮断することが望ましい。同時に、接続金属部品
の電気的な絶縁が熱可塑性物質の中間層により可能とな
るべきであり、そして起こり得る腐食が防止さるべきで
ある。
【０００８】この目的は、本発明に従って、熱可塑性プ
ラスチックが金属成形部品の接続のために用いられ、そ
れが金属成形部品を一つの形態拘束接合で互いに接合
し、同時に電気絶縁層を形成することによって達成され
る。
【０００９】本発明は、射出された熱可塑性プラスチッ
クにより互いに接合されている少なくとも２個の金属成
形部品からなる積層されたプラスッチク／金属部材であ
って、金属成形部品の接合点部分において金属成形部品
がプラスチックと共に形態拘束を形成しており、金属成
形部品は互いに直接接触せず、そしてプラスチックがそ
の成形部品の間で電気絶縁層を形成していることを特徴
とする、部材を提供する。
【００１０】互いに接合した金属成形部品は、異なる金
属又は金属合金から成ることが好ましい。
【００１１】特に好ましいのは、金属成形部品が鋼、ニ
ッケル、クロム、銅、亜鉛、チタン、アルミニウム又は
マグネシウムから、若しくは上記の金属の可能な合金か
ら成ることである。
【００１２】熱可塑性プラスチックは、非強化又は強化
若しくは充填されたプラスチック、例えばポリアミド
（ＰＡ）、ポリエステル、特にはポリエチレンテレフタ
ラ−ト（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタラ−ト（ＰＢ
Ｔ）、ポリオレフィン、特にはポリプロピレン（Ｐ
Ｐ）、ポリエチレン（ＰＥ）、スチレン−アクリロニト
リル共重合物、特にはアクリロニトリル−スチレン−ブ
タジエン共重合物（ＡＢＳ）、ポリカ−ボネ−ト（Ｐ
Ｃ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、（ＰＳ
Ｏ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリイミ
ド（ＰＩ）、（ＰＥＥＫ）をベ−スとする非強化又は強
化若しくは充填されたプラスチックであることができ、
又はこれらのプラスチックの可能な混合物から成ること
ができる。
【００１３】成形金属部品に、それらが相互に重なり合
う点において、熱可塑性プラスチックがそれを通って突
起しておりそして熱可塑性プラスチックがそれに固定さ
れている開口部又は穴が備わっている積層部材が、特に
有利な事が分かった。
【００１４】上記に追加して又は上記の代替として、も
う一つの好ましい積層部材においては、成形金属部品の
重なり合った部分に、熱可塑性プラスチックがそれに固
定される変形物、特にビ−ズ又はボスを具備することが
できる。
【００１５】従って、本発明は更に、本発明による積層
部材の製造の方法であって、２個以上の成形金属部品を
１個の射出成形用金型に入れ、そしてその際は離れた状
態に保持し、そしてその後、射出用型中の成形金属部品
の接合点を全体的又は部分的に熱可塑性プラスチックで
カプセル化し、成形金属部品間の間隙を熱可塑性プラス
チックで充填することを特徴とする方法を提供する。
【００１６】オープンな(open)金属異形材を使用し、そ
して熱可塑性プラスチックを射出する時に補強支柱がオ
ープンな異形材中に形成される方法が好ましい。
【００１７】特に好ましい方法においては、オープンな
異形材の剛性を改良するために、熱可塑性プラスチック
の射出の間に、接合点部分に追加の補強支柱が形成され
る。
【００１８】接合プロセスが熱可塑性部材の加熱成形に
よって行われるので、熱可塑性プラスチックの収縮を、
成形金属部品の接合点部分での耐久的なそして強力な積
層をもたらす応力の発生に利用することができる。
【００１９】従って、この事以上に、例えば追加の板又
は支持材の支え、次に取付ける部品の固定或いは更なる
部材の取付のような、機械的な機能を満たす更なる追加
の素子を積層部材に一体化する事も可能である。該一体
化された素子は、一方では形態拘束を用いて導入される
高強度材料の更なる素子によって、また他方では熱可塑
性部材を用いたビ−ド、カットアウト(cutouts)又スク
リュ−ド−ム(screw domes)の一体成形によって製造す
ることができる。
【００２０】本発明によって達成される有利な点は次の
ように要約できる。
【００２１】本発明により、例えば溶接のような方法で
は相互の接合が不可能な金属からなる単純な形の半完成
品を使用して、耐久性のある高強度で高剛性の接合部、
及び積層部材の組立が可能になる。本方法で、特に湿潤
な環境（車両製造）での使用時の、接触点での電気的な
腐食が防止される。
【００２２】１個の射出用型中で、いくつかの接合部分
の同時接合が可能である。
【００２３】積層部材の形成は、費用及び重量に関し
て、最適化することができる。
【００２４】本発明は更に、機械、車両及び全ての種類
の部材用の、特に自動車、電気部品、家庭用品及び建築
材料用の構成要素として対応する形態での、本発明によ
る積層部材の使用を提供する。
【００２５】本積層部材の、特に適した用途は、自動車
用の構造部品、特にドア、バンパ−、ブラケット、乗用
車用の前後部部品、土台支持枠及び装備品であって、本
積層部材を使用した部品は、他の材料特性と改良された
強度を併せ持っている。
【００２６】以下に本発明を、図面を参照してより詳細
に説明するが、本発明はそれによって如何なる特別な制
限を受けるものではない。
【００２７】
【実施例】図１は、アルミニウムまたはマグネシウムの
ダイキャストカバ−２（フレ−ム２）若しくは深絞り及
び打ち抜きによって作製されたカバ−（フレ−ム）に接
合されたプラスチック／金属のハイブリッド構造１（力
骨を持った熱可塑性プラスチック部分９と鋼板１０とか
ら成る）を示す。各種の金属部品の接合は、電解腐食を
防止するために金属類（ここでは、鋼、及びアルミニウ
ム又はマグネシウム）を直接接触させないようなやり方
で行われる。図１において、接合は、射出された熱可塑
性プラスチック３を介して、部品２の一体化鋳造ピン５
を接触なしに受ける鋼板１０のフランジ状エッジ(edge)
４を有する打抜孔及び部品２のエッジ６を取り囲むプラ
スチックによって行われる。そのプラスチックはまた、
フランジ状エッジ４をも取り囲んでいるので、両方の部
品は形態拘束で接合されている。さらに、部品２の開口
部７のために、射出成形中において、対応する鋲頭接合
部８により、そのプラスチックを介して、部品１と部品
２の間が締め付けられる。
【００２８】図１ａは、ビ−ド１８がプラスチック部品
と鋼板間に力拘束接合及び形態拘束接合を生み出すやり
方でのフランジ部分におけるプラスチック部品９と鋼板
１０との接合を示している。
【００２９】図１ｂは図１ａのビ−ド１８の断面を示
す。
【００３０】図２にはもう一つの可能性が示されてお
り、ここでは、部品２２は、部品２１のフランジ付き開
口部２０に接触しないようにはめ込まれている一体成形
された中空軸２９を具備している。ここでも部品２１と
部品２２はプラスチック２３を介して接合している。
【００３１】図３では、部品３１と部品３２の間の接合
は、同じようにプラスチック３３を介して行われている
が、しかし部品３２では、接合部分に開口部もなくそし
てエッジのカプセル化も行われていない。部品３２はピ
ン又はバ−１１を含んで成っており、それには、プラス
チックと金属の接着を得るために、化学的な表面処理を
行ってあるか、又は接着剤を塗布してあるか、若しくは
表面の構造化がなされており、これは収縮力に加えて一
層の金属への固定を可能にするものである。上記の種類
のアルミニウム−プラスチック積層からなる、処理され
た試験片の引張せん断試験は、高強度値を示しており、
特にＰＡ−ＧＦ（ガラス繊維強化ポリアミド）との接続
において高強度を示す。そのような値はマグネシウム又
はアルミニウム−Ｍｇ合金についてもまた達成すること
ができる。
【００３２】図４では、マグネシウム／アルミニウムの
ハウジング４２の固定化について切断面で示されてい
る。ここでは耐腐食性の鋼ブッシュ４１をプラスチック
４３を介してＭｇ／Ａｌハウジング４２にはめ込む（力
拘束及び形態拘束）。金属ブッシュ４１とハウジング４
２との接触はそれによって防止され、そしてハウジング
４２は鋼製のスクリュ−を用いて取付板４４に通常と同
様に固定することができる。
【００３３】小カラ−付きの金属ブッシュ４１及びＭｇ
ハウジング４２の大きい穴４５は射出成形中に直接組込
むことができる。何故ならば、金属ブッシュ４１は、射
出金型中でＭｇハウジング４２の穴４５を介してプラス
チック部材４３の取付けのために一定の空洞が形成され
るように、調整できるからである。プラスチック部材４
３は、金属ブッシュ４１をＭｇハウジング４２に形態拘
束で接合する。
【００３４】しかしながら、プラスチックブッシュ４３
を単独でＭｇハウジング４２に射出し、そして後で金属
ブッシュ４１をプラスチックブッシュに、廻しながら挿
入する事もまた可能である。金属ブッシュ４１によっ
て、スクリュ−を確実に固定するような計量ボルト締め
が、締付トルクを過剰に損失することなく可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】射出された熱可塑性プラスチックによって接合
された、二つの直交する異形材を接合するための、二つ
の補強素子３、３’を有する積層された部材を示す図で
あり、図１ａ、１ｂは図１に示す構造１の拡大部分断面
図である。
【図２】追加の補強用エッジを有する図１類似の積層さ
れた部材を示す図である。
【図３】収縮した熱可塑性成形部品４、５による接合を
有する図１類似の積層された部材を示す図である。
【図４】熱可塑性プラスチック上に側面の力骨構造物が
無く、１部品の補強要素３を有する図１類似の積層部材
を示す図である。
【図５】図４に従う積層された部材を示す図である。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２９Ｌ 31:30 Ｂ６０Ｊ 5/00 ５０１Ｃ (71)出願人 591063187 Ｂａｙｅｒｗｒｋ，Ｌｅｖｅｒｋｕｓｅ ｎ，ＢＲＤ Ｆターム(参考） 4F100 AB03A AB03B AB09A AB09B AB10A AB10B AB12A AB12B AB13A AB13B AB16A AB16B AB17A AB17B AB18A AB18B AB31A AB31B AK01C AK03C AK04C AK07C AK12C AK27C AK41C AK42C AK45C AK46C AK49C AK54C AK56C AK57C AK74C AL01C BA03 BA10A BA10B DD09 EH36C GB32 GB48 JB16C JG04 4F206 AA03 AA13 AA24 AA28 AA29 AA32 AD03 AD23 AD35 AH17 AH33 AH46 JA07 JB20 JF05

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 射出された熱可塑性プラスチック（３）
    により互いに接合されている少なくとも２個の金属成形
    部品（１；２１；３１；４１）及び（２；２２；３２；
    ４２）から成る積層されたプラスッチク／金属部材であ
    って、金属成形部品（１；２１；３１；４１）及び
    （２；２２；３２；４２）の接合点（１７）部分におい
    て金属成形部品（１；２１；３１；４１）及び（２；２
    ２；３２；４２）がプラスチック（３）と共に形態拘束
    を形成しており、金属成形部品（１；２１；３１；４
    １）及び（２；２２；３２；４２）は互いに直接接触せ
    ず、そしてプラスチック（３）がその成形部品（１；２
    １；３１；４１）及び（２；２２；３２；４２）の間で
    電気絶縁層を形成していることを特徴とする積層部材。
  2. 【請求項２】 成形部品（１；２１；３１；４１）及び
    （２；２２；３２；４２）が異なった金属又は金属合金
    からなることを特徴とする請求項１に記載の積層部材。
  3. 【請求項３】 金属成形部品（１；２１；３１；４１）
    及び（２；２２；３２；４２）が、鋼、ニッケル、クロ
    ム、銅、亜鉛、チタン、アルミニウム又はマグネシウム
    から、若しくは上記の金属の合金から成ることを特徴と
    する請求項１又は２に記載の積層部材。
  4. 【請求項４】 金属成形部品（１；２１；３１；４１）
    及び（２；２２；３２；４２）に、それらが相互に重な
    り合う点において、熱可塑性プラスチック（３）がそれ
    を通って突起しておりそして熱可塑性プラスチック
    （３）がそれに固定されている開口部又は穴が備わって
    いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の
    積層部材。
  5. 【請求項５】 接合された金属成形部品（１；２１；３
    １；４１）及び（２；２２；３２；４２）が、それらが
    相互に重なり合う点において、熱可塑性プラスチック
    （３）がそれに固定されている変形物、特にビ−ズ又は
    ボスを含んで成ることを特徴とする請求項１〜４のいず
    れかに記載の積層部材。
  6. 【請求項６】 金属成形部品（１；２１；３１；４１）
    及び（２；２２；３２；４２）がオープンな異形材であ
    り、その中で、追加の補強支柱が、熱可塑性プラスチッ
    ク（３）によって形成されていることを特徴とする請求
    項１〜５のいずれかに記載の積層部材。
  7. 【請求項７】 熱可塑性プラスチック（３）として、好
    ましくはポリアミド（ＰＡ）、ポリエステル、特にはポ
    リエチレンテレフタレ−ト（ＰＥＴ）、ポリブチレンテ
    レフタレ−ト（ＰＢＴ）、ポリオレフィン、特にはポリ
    プロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、スチレン
    −アクリロニトリル共重合物、特にはアクリロニトリル
    −スチレン−ブタジエン共重合物（ＡＢＳ）、ポリカ−
    ボネ−ト（ＰＣ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰ
    Ｏ）、（ＰＳＯ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰ
    Ｓ）、ポリイミド（ＰＩ）、（ＰＥＥＫ）をベ−スとす
    る非強化又は強化若しくは充填されたプラスチック又は
    該プラスチックの可能な混合物が使用されることを特徴
    とする請求項１〜６のいずれかに記載の積層部材。
  8. 【請求項８】 ２個以上の成形金属部品（１；２１；３
    １；４１）及び（２；２２；３２；４２）を１個の射出
    成形用金型に入れ、そしてその際は離れた状態に保持
    し、そしてその後、射出用型中の成形金属部品（１；２
    １；３１；４１）及び（２；２２；３２；４２）の接合
    点を全体的又は部分的に熱可塑性プラスチックでカプセ
    ル化し、成形金属部品（１；２１；３１；４１）及び
    （２；２２；３２；４２）間の間隙を熱可塑性プラスチ
    ックで充填することを特徴とする請求項１〜７のいずれ
    かに記載の積層部材の製造方法。
  9. 【請求項９】 オープンな金属異形材が成形金属部品
    （１；２１；３１；４１）及び（２；２２；３２；４
    ２）として使用され、追加の熱可塑性プラスチック補強
    支柱が、熱可塑性プラスチックの射出の間に、オープン
    な異形材中に形成されることを特徴とする請求項１に記
    載の積層部材の製造方法。
  10. 【請求項１０】 機械、車両及び全ての種類の部材用
    の、特に自動車、電気部品、家庭用品及び建築材料用の
    構成要素としての、請求項１〜９のいずれかに記載の積
    層部材の使用。
  11. 【請求項１１】 自動車用の構造部品、特にバルブキャ
    ップ、油溜め、エンジンマウント、ドア、バンパ−、ブ
    ラケット、乗用車用の前後部部品、土台支持枠及び装備
    品としての、請求項１〜９のいずれかに記載の積層部材
    の使用。
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