(57)【要約】      （修正有）【課題】接続領域の荷重支持力を高める方法の提供。【解決手段】接続領域において相互接続される少なくとも２つのプラスチック構成部品１０，１２からなる構成物１であって、構成物１は、前記接続領域を橋渡しする、特に曲げられた少なくとも１つのワイヤ２０からなる強化要素を備える構成物１。ワイヤ２０はプラスチック構成部品１０，１２に埋め込まれる構成物１。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接続領域において相互接続される少なくとも２つのプラスチック構成部品（１０，１２）からなる構成物（１）であって、前記構成物は、前記接続領域を橋渡しする、特に曲げられた少なくとも１つのワイヤ（２０，２２）からなる強化要素を備えることを特徴とする構成物（１）。
【請求項２】
前記ワイヤ（２０，２２）は前記プラスチック構成部品（１０，１２）に埋め込まれることを特徴とする請求項１記載の構成物（１）。
【請求項３】
前記プラスチック構成部品（１０，１２）の前記接続領域と反対側の表面における前記接続要素（２０，２２）は、前記プラスチック構成部品（１０，１２）からはみ出ておらず、且つ／又は前記構成物面において視認可能であることを特徴とする請求項１又は２記載の構成物（１）。
【請求項４】
前記プラスチック構成部品（１０，１２）は、前記接続領域において互いに溶接及び／又は融合されていることを特徴とする請求項１乃至３記載のいずれかの構成物（１）。
【請求項５】
前記プラスチック構成部品（１０，１２）は互いに接合されていることを特徴とする請求項１乃至３記載のいずれかの構成物（１）。
【請求項６】
前記少なくとも１つのワイヤは複数の同一の曲げ部を備え、各曲げ部は前記構成物の横方向に均一の厚さを有しており、特に、該ワイヤを複数並べて配置し、均一の厚さを有する平面構造体を形成することを特徴とする請求項１乃至５記載のいずれかの構成物（１）。
【請求項７】
前記少なくとも１つのワイヤ（２０，２２）は一定の直径を有する渦巻き形状に曲げられ、エルボ（２８）を設けることも可能であることを特徴とする請求項１乃至６記載のいずれかの構成物（１）。
【請求項８】
前記少なくとも１つのワイヤ（２０，２２）は間隔を隔てて設けられた複数の曲げ部を備え、これにより、細長の構造体、特に渦巻ばねが形成され、各曲げ部は該細長の構造体の長手方向に対して直交することを特徴とする請求項１乃至７記載のいずれかの構成物（１）。
【請求項９】
前記プラスチック要素の少なくとも１つ、特に両プラスチック要素は、前記強化要素（１０，１２）の各曲げ部又は部分の間に配置された繊維を備え、該繊維は、特に、好ましくは１又は複数の方向において構成物の荷重支持力を高める助けとなる方向性繊維であることを特徴とする請求項１乃至８記載のいずれかの構成物（１）。
【請求項１０】
少なくとも２つのプラスチック構成部品（１０，１２）間を接続するための連結方法であって、前記少なくとも２つのプラスチック構成部品（１０，１２）間に、ワイヤ形状であり、特に曲げられた強化要素（２０）を配置し、前記構成物（１０，１２）の少なくとも１つを、エネルギー、特に誘導エネルギー、電気エネルギー又はマイクロ波エネルギーを供給することにより軟化及び／又は融解し、これにより、前記強化要素（２２）の前記構成物の材料に埋め込まれた部分と、特に該プラスチック構成部品（１０，１２）とが一体的に接合される連結方法。
【請求項１１】
前記強化要素（２０，２２）は、熱エネルギーを周囲の前記プラスチック構成部品（１０，１２）に放散するように加熱される請求項１０記載の連結方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２つの相互接続されたプラスチック構成部品からなる構成物及び対応する連結方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々なプラスチック構成部品の相互接続は、様々な適用産業分野において繰り返し行われる作業である。これには、接合法や溶接法を用いるのが好ましい。繊維強化プラスチック材料においては、接続領域、即ち、接合面又は溶接面の領域において繊維強化がされていないことが多々ある。繊維強化プラスチック材料の強度は、母材のプラスチック材料とこれに埋め込まれる繊維とを組み合わせることによりもたらされる。その内部の繊維の不足により、溶接された構成物の接続領域の荷重支持力、とりわけ引張強度が低くなる。この問題を削減するために、接着部を従来の方法で拡大したり、「チキンリベット」といった付加的な固定手段を用いたりしている。リベットは、接着部の接続強度が基材の強度に対応している十分に頑丈な接合がされており実際にはリベットは必要ではない場合にチキンリベットと呼ばれる。「チキンリベット」は、一般的に、接合部の自然発生する故障、即ち、ひどい又は予測不可能な故障を防ぐためにも用いられる。この故障は、複合繊維ラミネート又は複合繊維ラミネート連結部の厚さ方向において機械的特性が不均一であることによっても生じる。原理上、複合繊維ラミネートは繊維層間の接合部であると言え、即ち、連結領域は繊維強化されておらず、最大でもごくわずか（数μｍ）であるが、厚い樹脂層がある。
【０００３】
国際公開第２０１１／０６９８９９号には、接合又は溶接面の接続を向上させる噛合いを作るために、接続領域に金属シートが組み込まれ、両側の隣接するプラスチック材料に突出部又は固定ピンが固着する連結方法が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、プラスチック構成物同士を連結するための改善された方法の提供である。これは接続領域の荷重支持力を高めることを意図したものであり、また、できる限り全体的な材料強度を弱めないようにする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的は、請求項１の構成物により、また、これに対応する連結方法により達成される。有利な実施形態は従属請求項に見られる。
【０００６】
構成物は、接続領域で相互接続される少なくとも２つのプラスチック構成部品からなり、接続領域は、該接続領域を橋渡しする特に曲げられたワイヤからなる強化要素を備える。これにより、プラスチック構成部品が固定される。結果として、せん断力が効果的に吸収されて、プラスチック構成部品が確実に相互接続され、プラスチック構成部品を付加的に接合又は溶接する必要がない。上記固定により剥離力も吸収される。上記ワイヤを適切に形づくることにより、従来技術から既知である金属シート等の、各強化要素の正しい位置決め及び方向付けを確実にする支持体を不要とすることができる。さらに、好ましい実施形態に示すように、接続領域における強化要素は、該接続領域に対して垂直に方向付けすることができる。実際には、曲げられていないワイヤもこれらの要件を満たすが、アンダカットは曲げられたワイヤにより得られる。
【０００７】
この場合、強化要素は上記ワイヤで構成されることが好ましい。特に、強化要素は、これを取り付ける金属シート等の付加的な支持体又は保持要素を備えていない。
【０００８】
上記ワイヤはプラスチック構成部品に埋め込まれることが好ましい。埋め込まれるとは、特に、ワイヤを非破壊的に取り除くことができないことを意味する。「非破壊的」とは、好ましくは、構成物及び、特に、そのプラスチック構成部品が破壊されないということに関する。結果として、相互に噛み合っており、これにより、考えられる最良の方法で上記力を吸収することができる遊びのない接続が作られる。
【０００９】
特に、接続領域と反対側のプラスチック構成部品表面における強化要素は、該プラスチック構成部品からはみ出さず、且つ／又は該構成物面において視認可能である。このようにワイヤが埋め込まれることにより、強化要素は、環境の影響から保護され、起こりうる表面コーティングを均質に形成することができる。強化要素は、構成物の両表面で視認できないので、以下の連結方法で製造されたことになる。既知のタフティング法やステッチ法では、強化要素は挿入されるものであり、具体的には少なくとも１つの構成物表面から挿入される。
【００１０】
プラスチック構成部品は、接続領域において互いに溶接又は融合されていることが好ましい。実際には、上記強化要素を用いることにより高品質の接続が達成される。加えて、プラスチック構成部品を一体的に接合することができ、これによりその強度が著しく高められる。
【００１１】
或いは、プラスチック材料部品は接合されてもよく、つまり、具体的には、同一の又は他の物質からなる付加的な構成部品が接続領域に導入される。
【００１２】
少なくとも１つのワイヤは、特に、複数の同一の曲げ部を備えており、各曲げ部は構成物横方向において均一の厚さを有する。さらに、このようなワイヤを複数並べて配置して、均一な厚さを有する平面構造体を形成することができる。剥離荷重が発生するであろう接続領域の一端（又は両端）、まさにその場所に１つのワイヤを導入することができ、これにより該荷重を狙って吸収することができる。平面構造体を導入する場合、単に上記ワイヤを挿入すればよい。特定の向きを確保するために必ずしも注意を払う必要がない。曲げ部が均一な厚さを有する場合、該曲げ部が両側において材料に全く同じ深さまで食い込むため、再現性のある強度が生じる。
【００１３】
少なくとも１つのワイヤは、渦巻状に曲げることができ、一定の直径を有することが好ましい。したがって、その断面は円形となる。さらに、このとき、エルボを設けることができる。エルボの半径は、好ましくは、例えば９０°の鋭角曲げ角度であり、又は、少なくとも一定の直径を有する螺旋部分の半径の５分の１を下回る。強化要素の断面については、楕円形、正方形、長方形、三角形、五角形、六角形等の他の形状も有利である。円形の設計は、製造が単純であり、接続領域への導入時に角度方向を確保する必要がないため特に好ましい。
【００１４】
少なくとも１つのワイヤは、間隔を隔てて設けられる曲げ部を備えることも可能であり、したがって、細長の構造体、特に渦巻ばねが形成され、各曲げ部を該細長の構造体の長手方向に対して直交とすることができる。これは、特に、同一方向の繊維強化を備える２つのプラスチック構成部品を接続しようとする際に有利である。この時、各曲げ部を各強化繊維に沿って方向付けすることができる。結果として、繊維間への強化要素の埋め込みが非常に容易となる。
【００１５】
プラスチック要素の少なくとも一方、特に両プラスチック要素が、強化要素の各曲げ部又は部分の間に配置された繊維を備えることが有利である。これに関して、これを見る方向は構成物厚さ方向を横切る方向であることが好ましい。繊維間に強化要素を埋め込むことにより、該繊維から該強化要素への直接的な力伝達が助長される。この場合、該繊維は、特に、好ましくは１又は複数の方向において構成物の荷重支持力を高められる方向性繊維である。
【００１６】
少なくとも２つのプラスチック構成部品間を接続するための連結方法において、該少なくとも２つのプラスチック構成部品間に、ワイヤ形状であり、特に曲げられた強化要素を配置し、該強化要素の該プラスチック構成部品の材料内に埋め込まれる部分と、特にプラスチック構成部品とが互いに一体的に接合されるように、プラスチック構成部品の少なくとも１つを、エネルギー、特に誘導性エネルギー、電気エネルギー、又はマイクロ波エネルギーを供給することにより軟化及び／又は融解する。
【００１７】
この連結方法において、強化要素を、熱エネルギーを周囲のプラスチック構成部品に放散するように加熱することが有利である。これにより、プラスチック構成部品は間接的に加熱される。強化要素は接合領域に配置されているので、プラスチック材料は、他方のプラスチック構成部品への接続が非常に重要であるまさにその場所で軟化又は融解される。加熱により生じうるプラスチック材料の損傷が減少し、及び／又は、最悪の場合でも局所的に発生するだけである。ワイヤ形状の強化要素を流れる電流により電気エネルギーを導入することも可能であり、該要素はその固有抵抗により加熱される。エネルギーは、誘導的に、及び／又はマイクロ波により、及び／又は赤外線により、及び／又は摩擦圧接又は超音波溶接により導入されることが好ましい。上記一体接合は、追加物質を用いた溶接及び／又は接合により達成又は助長することもできる。一体接合とは、原子間力又は分子間力により接続対象同士が共に保持された接続である。同時に、接続手段を破壊することでしか壊すことのできない解除不可能な接続でもある。特に、接合法も含まれる。
【００１８】
さらに、少なくとも１つの強化要素は、三次元構造体が形成されるような複数のベンド及び／又はエルボを備えた少なくとも１つのワイヤ又は繊維等から構成されていてもよく、特に、複数の強化要素が並べて配置されている。繊維強化プラスチック材料を接続領域に配置することもでき、特に、該領域における繊維含有量はプラスチック構成部品の平均繊維含有量よりも大きくなる。
【００１９】
さらに、少なくとも２つのプラスチック構成部品は一体接合により相互接続される。これには溶接及び接合も含まれる。結果として、強化要素により上記接続が助長される。これにより、特に上記接続に作用する剥離力を効果的に吸収することができる。少なくとも１つの強化要素は構成物厚さ方向において内蔵されていることが好ましく、したがって、要素の外側表面の少なくとも一方、特に両方において強化要素が存在しない又は突出していない。強化要素は、特に要素横方向において完全に内蔵されている。その結果、強化要素は環境の影響から保護される。代替実施形態において、強化要素は構成物表面に突出してもよい。これにより、接続が完全に連結されたか否かを目視で確認することが可能になる。
【００２０】
いくつか実施形態において、強化要素は、少なくとも２つのプラスチック構成部品の接続領域に配置された金属シート等のベース体を備えていてもよく、複数のマンドレル、ボルト、タング又はリブがそこから続いて配置されている。この時、ベース体は、ベンド、マンドレル、タング又はリブの支持体として機能する。
【００２１】
付加的な実施形態において、少なくとも１つの強化要素は、複数のベンド及び／又はエルボを備えた複数のワイヤ、繊維、フック、ピン等からなり、したがって、三次元構造体が形成され、特に、複数の強化要素が並んで配置されている。このようすることで、強化要素の三次元幾何学構造により、接続されるプラスチック構成部品に埋め込まれる部分の方向を確保できるため、上述した、マンドレル、タング等の支持体としての金属シート状ベース体を不要とすることができる。
【００２２】
強化要素、特に、その曲げ部、マンドレル、タング又はリブは、構成物表面を横切る方向において、プラスチック構成部品の材料のためのアンダカットを備えることが有利である。特に、曲げ部、マンドレル、タング又はリブは、相互連結接続によりプラスチック構成部品の少なくとも一方の材料に埋め込まれる。その結果、プラスチック構成部品の幾何学形状により該接続が可能となる。これにより、特に、剥離力とも呼ばれる揚力が強化要素により吸収される。繊維強化プラスチック材料を接続領域に配置するとさらに有利である。特に、該領域における繊維含有量をプラスチック構成部品の平均繊維含有量より大きくすることができる。この場合、特に、５ｍｍまでの長さの短い繊維が考慮される。接続領域において溶接がされる場合、このようにして接続力を高めることができる。さらに、強化要素は、金属材料を備えることができ、及び／又は導電性材料から構成することができ、及び／又は金属コーティングを有することができる。これにより、局所的な材料の軟化を可能にするような誘導、電気抵抗又はマイクロ波によりエネルギーを強化要素に伝達することができ、プラスチック構成部品全体がさらされる熱荷重が最小限となる。
【００２３】
以下、本発明の好ましい実施形態について、概略図に基づきより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】接続されて構成物を形成する２つのプラスチック構成部品の斜視図である。
【図２】図１に示した構成物の側面図である。
【図３】螺旋状の強化要素の側面図である。
【図４】複数の螺旋状の強化要素を有するマット状の構造体を示した図である。
【図５】接続された２つのプラスチック構成部品の断面図であり、図４のマットを用い、図４の矢視Ａを示している。
【図６】強化要素の代替実施形態の１つの曲げ部を示した図である。
【図７】図６の強化要素をマット状に複数配置した図である。
【図８】図６又は図７の強化要素を有する構成物の側断面である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１に、構成物１の２つのプラスチック構成部品１０，１２を示す。構成物１は航空機産業で用いる構成物とすることができる。したがって、特に、着陸フラップ等の航空機のフラップとすることができる。好ましい実施形態では、構成物は、熱可塑性物質からなり、繊維強化される。この繊維強化については様々な設計とすることができる。第１の形態としては、繊維が長く、方向性を有しており、該繊維に対して、特に主たる荷重方向に応じた一定の向きが構造的に決められている。第２の形態としては、複数の短い繊維が樹脂内にランダムに分布しており、構成物の全体的な荷重強度が高められているが、材料内における好ましい繊維の向きは決められていない。これらの繊維の向きを組み合わせることも可能である。
【００２６】
図２は、図１の構成物１の側断面図である。複数の螺旋状の強化要素２０が見られ、したがって、断面については、いずれの場合も図示した円形の断面図となる。
【００２７】
今回、プラスチック構成部品１０，１２に含有される繊維は図示していない。好ましい実施形態では、各プラスチック構成部品１０，１２において、複数のガラス繊維又は炭素繊維がｘ方向に方向付けされている。これらの繊維は、ｘ方向における構成物１の引張強度を高めるために用いられる。接続領域に強化要素２０が組み込まれなければ、接続領域における接着部が引張力を完全に吸収し、プラスチック構成部品の一方から他方へ伝達しなくてはならない。接続領域に繊維が含まれない、又は接続領域に含まれる繊維の数が不十分となることがあるため、該接続領域の接続強度は、材料全体の（引張）強度を下回っている。
【００２８】
図３及び図４に例として示すように、強化要素２０は接続強度を高めるために用いられる。図３に、螺旋状のワイヤを示す。図２の実施形態では、このワイヤを５本平行に接続領域に一体化している。
【００２９】
図４に、図３に示した螺旋状のワイヤを複数接続したものから形成される強化要素２０を示す。これらのワイヤはマット形状に編み合わせることができる。平面状の三次元構造体を形成するために、各螺旋状の要素をはんだ付け又は溶接することも可能である。さらに、一例として、一組の埋め込まれた繊維３０を図示している。図５は、上記構造体の斜め角度の断面Ａであり、周囲の樹脂は図示されていない。この断面おいて、強化要素の曲げ部は、ｚ方向（図２参照）に開放部分が形成されるような非常に平坦な角度で切断されている。曲げられたワイヤが図示のように方向付けされていることにより、繊維３０を大幅に変位させることなく、連結工程において強化要素２０のワイヤの曲げ部が繊維３０間の材料に食い込むようになっている。
【００３０】
強化要素の代替実施形態を図６乃至図８に示す。これらの図では、ワイヤから構成される強化要素２２を、各曲げ部が同じ直径となるように渦巻き状に曲げている。各曲げ部は、このように作られる渦巻きの長手軸に対して直交している。各曲げ部間にエルボ２８が予め設定されており、該エルボの長さにより各曲げ部間の距離が決まる。この曲げ部１つを図６に示し、複数の曲げ部で形成される平面構造体を図７に示しており、このようにして作られる個々の渦巻きが相互接続されている。或いは、個々の渦巻きを個別に接続領域に導入することも可能である。図８に示すように、エルボは、まさに、２つのプラスチック構成部品１０，１２の接触又は接続領域内にあることが好ましく、曲げ部は、それらのプラスチック材料に埋め込まれる。本実施形態における曲げ方は、紙を綴じる際に用いられるらせん綴じと同様のものである。
【００３１】
プラスチック構成部品１０，１２の材料として、熱可塑性物質がマトリクス材の形で用いられる。ＰＥＥＫを用いることができると好ましい。
【００３２】
プラスチック構成部品１０，１２を連結するための方法においては、まず、該プラスチック構成部品１０，１２間に強化要素２０，２２を配置する。その後、強化要素２０を構成部品１０，１２の熱可塑性物質の軟化点まで昇温することができる。ｚ方向の圧力を用いることにより、強化要素の曲げ部がプラスチック構成要素１０，１２に食い込む。曲げ部が食い込むように、又は食い込みやすいように、誘導熱源を用いてもよい。強化要素２０はこの目的に適した（金属）材料からなることが好ましい。この場合は、特に鋼又はチタンが可能である。また、強化要素は、特に引張力を用いてプラスチック構成部品間の接続を助長できるよう十分に強固でなくてはならない。このようにして、強化要素を局所的且つ選択的に加熱することができるので、プラスチック構成部品１０，１２がさらされる熱荷重が最小限となる。プラスチック材料は赤外線やレーザ等の他の熱源により軟化させることもできる。
【００３３】
強化要素、即ち、特に曲げられたワイヤの剛性は非常に高く、連結行程中は弾性変形のみ又はほぼ弾性変形のみが生じる。強化要素が円形に曲げられて用いられる場合、この円形は完成後の接続された構成物においても残っている。したがって、連結工程において強化要素はほとんど変形しない。
【００３４】
或いは、例えば、プラスチック材料がオーム加熱により加熱されて軟化し、選択的に溶解されるように接続要素のワイヤの端部を誘導的に加熱するために電流を印加することができる。
【００３５】
連結工程の代替構成では、接続される両プラスチック構成部品を重なるように配置する。その後、プラスチック材料をその強度を低下させるために加熱する。ついで、螺旋状の強化要素をプラスチック材料に外側からねじ込む。このようにして、強化要素とプラスチック材料に埋め込まれている繊維とが編み合わされた形とすることができる。強化要素は、その複数の曲げ部により「編み合わせ」が作られるように、例えば、３０°＋／−１５°の鋭角で構成物表面にねじ込まれることが好ましい。
【００３６】
接続を作るために、プラスチック構成部品１０，１２に対してｚ方向に力を加える。そうすると、強化要素の曲げ部がプラスチック材料に押し込まれるか、又はプラスチック材料が曲げ部の周囲に流動する。プラスチック構成部品１０，１２が接触すると、連結工程が完了する。プラスチック材料が曲げ部の周囲に流動すると、それまでは平坦であったプラスチック構成部品１０，１２の表面が破壊される。その結果、表面領域が拡大し、これによりプラスチック構成部品１０，１２間の接続が助長される。この接続の結果、強化要素の曲げ部がプラスチック材料に埋め込まれる。プラスチック材料の曲げ部は、両プラスチック構成部品に埋め込まれた該強化要素に一体的に接合される。例えば、ステンレス鋼で形成される強化要素の荷重支持力はプラスチック構成部品の荷重支持力よりも著しく高いため、接続強度が高まる。
【００３７】
接続に通常かかる荷重には、図２のｘ方向におけるせん断力、即ち、引張力又は圧力、又はｘ方向に直交する剥離力が含まれる。特に、剥離力に関しての支持力が上述した接続により著しく高められる。
【００３８】
好ましくは繊維含有量が高い可塑性物質であるフィラー物質を２つのプラスチック構成部品１０，１２間に導入することも可能である。材料を摩擦攪拌法により融解する場合、フィラー物質によりプラスチック構成部品の溶接がより良くなる。
【００３９】
プラスチック構成部品の厚さが例えば１０ｍｍである場合、例えば６〜８ｍｍの直径の曲げ部を用いることができ、該曲げ部は約３〜４ｍｍだけ材料内に押し込まれる。一般的に、ワイヤの曲げ部が埋め込まれる深さは、当該プラスチック構成部品の厚さの０．２〜０．７倍の範囲であることが好ましい。
【符号の説明】
【００４０】
１    構成物
１０，１１    プラスチック構成部品
２０，２２    強化要素
２８    エルボ
３０    繊維
【図１】
2016137709.tif 000003
【図２】
2016137709.tif 000004
【図３】
2016137709.tif 000005
【図４】
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【図５】
2016137709.tif 000007
【図６】
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【図７】
2016137709.tif 000009
【図８】
2016137709.tif 000010
【外国語明細書】
2016137709000001.pdf
2016137709000002.pdf
2016137709000003.pdf
2016137709000004.pdf