JP5611591B2 - 構造化された複合シート - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は、マテリアルクロージャー（stoffschluessig）により接合される２つのシートを含む複合シートと、前記複合シートの製造方法と、その有利な使用とに関する。

マテリアルクロージャーにより接合される２つのシートを含む前記複合シートは、一般に、先行技術から公知である。例えば、二層シートとして設計される複合シートは、比較的低重量にもかかわらずそれらの剛性が高いために、車両の製造において頻繁に使用される。例えば、２つのカバーシートを含む二層シートは、カバーシートの少なくとも１つがスタッドプレート（Noppenblech）として設計され、前記スタッドプレートが、他のカバーシートとそのノブポイント（Noppenspitzen）でマテリアルクロージャーにより接合しており、それは欧州特許ＥＰ１０６２３９７Ｂ1により公知である。しかしながら、スタッドプレートは、フラット部品への適応においてほとんど制限される。更に、プラスチックコアを有するサンドイッチシートが公知であり、それらの適用範囲も同様に、特定の分野（例えば、ボンネット、ルーフ、又は車両の外側ドアシート）にのみ限定される。両方の変型は、例えば、衝突時に生じ得る大規模な変形の場合の負荷容量が十分に少ない。従って、先行技術の複合シートの高い成形程度の場合の成形態様と負荷容量とを改良することが望ましいので、マテリアルクロージャーにより接合される２つのシートを含む複合シートの適用範囲を拡大することができる。

これに基づいて、本発明の目的は、広範囲及び局所の（global und lokal）高い曲げ剛性（Biegesteifigkeit）を有すると同時に、高い成形程度の場合での非常に良好な成形態様及び優れた負荷容量を特徴とする、複合シートを提供することである。更に、本発明の目的は、複合シートの製造方法と、その有利な使用とを提供することである。

本発明の第１の教示によると、前記目的は一般的な複合シートによって達成され、前記複合シートにおいて、両方のシートは少なくとも部分的に構造化された（strukturiert）表面と、平滑面とを有し、そして、両方のシートは、前記構造化された表面でマテリアルクロージャーにより少なくとも部分的に接合している。

マテリアルクロージャーにより接合される２つのシートを含む先行技術の複合シートと比較すると、本発明の複合シートは、特に、複合シートの重量に関して、広範囲及び局所の高い曲げ剛性を有する。なぜなら、両方の結合されたシートが、その片面上で構造化されるからである。片面が構造化されるシートは、構造化されないシートと比較すると、構造化によってそれらの重量についての曲げ剛性が改良されている。本発明による複合シートのために、両方のシートの高い曲げ剛性の効果が累積している。複合シートの外側は平滑面をそれぞれ有しているので、本発明の複合シートは、従来の成形工程における非常に良好な成形態様を更に保証する。従って、複合シートは、例えば、深絞りのために特に適当である。同時に、このことによって、多数の製品を本発明の複合シートから製造することができるので、本発明の複合シートの適用範囲が広がる。

本発明の複合シートの第１の改良された実施態様では、シートの構造化された表面が窪みを有すること、そして、窪みの間に配置される壁又はウェブを介して、シートがマテリアルクロージャーにより接合されることにおいて、両方のシートの単純で均一なマテリアルクロージャーを達成することができる。この方法において、例えば、ナットシェルと同様の方法で見いだされるように構造をつくることができる。

窪みが開口室（ここで、室は、開口部方向で大きくなる断面を有することが好ましい）の形状を有する場合には、複合シートの広範囲及び局所曲げ剛性を更に改良することができる。特に、室の開口部方向で大きくなる断面によって、接合壁又はウェブが平滑な複合シート表面の領域で強化されるので、成形工程で複合シートが単一のシートと同じように作用し、成形間での構造の座屈を防止することができる。

好ましくは、窪みを規則的又は非規則的に形成及び／又は分布させることができ、規則的に形成され、そして、分布させられる前記窪みは、両方のシートの間での規則的な接合部を製造するために好ましい。更に、規則的に形成され、そして、分布させられる窪みは、製造工程を単純化し、この場合、適当に構造化されたロールを、シートの片面構造化のために使用することができる。例えば、エンボスロールを使用することによって、窪みをスタンピング（einpraegen）することができる。しかしながら、構造化されるべきシートの表面中の相当する窪みをつくるために、その他の方法を考えることもできる。

両方のシートの間の十分に堅固な接合部を、本発明の複合シートの次の実施態様で保障することができる。この場合には、窪みの間に配置される壁又はウェブが、少なくとも厚さ０．３ｍｍ、好ましくは、少なくとも厚さ０．５ｍｍを有する。

有利には、シートは、少なくとも構造化された表面上にコーティングを有する。コーティングは、例えば、複合シートの内側の防食として使用することができる。更に、構造化された表面のコーティングは、マテリアルクロージャーによりシートが接合された後の次の複合を支持する。

本発明の複合シートの次の更なる実施態様では、接合されたシートの窪みへ少なくとも部分的に充填される充填材料を更に提供する。充填材料は、特に、曲げ荷重による複合シートの圧縮についての、複合シートの態様を改良することができる。

この目的のために、充填材料は、埋封粒子（eingebettete Partikeln）を有するプラスチック母材を含むことが好ましく、この場合には、前記粒子は、プラスチック母材よりも高い弾性率を有する。前記充填材料の結果として、目標とされた方法で複合シートの曲げ態様に影響を与えることができる。しかしながら、更に、相当する減衰特性（Daempfungseigenschaften）を有する充填材料を使用する場合に、ダンピング特性を調節することができる。

複合シートのマテリアルクロージャーが接着により達成される場合には、両方のシート間でのマテリアルクロージャーを保証する結合層を、少なくとも２つの工程で硬化及び／又は架橋することができるという点において、複合シートの成形態様が改良される。例えば、この結果として、マテリアルクロージャーの部分的な硬化及び／又は架橋だけを、複合シートを形成する前に、最初に達成することができる。従って、成形操作の間で複合シート内の応力を除去することができ、そして、両方のシートの間の接合部の最終強度を、連結層のその後の硬化又は架橋と同時に、得ることができる。従って、成形操作の後で、ニス塗りオーブン（Lackierofen）の通過中に連結層を硬化するか、又は、架橋することができる。

特に高い曲げ剛性は、シートを共にはんだ付け又は溶接することによって達成することもできる。通常、はんだ付けされた接合部及び溶接された接合部は、最大限の機械的強度を示し、従って、本発明の複合シートの曲げ剛性の増加にポジティブな影響を及ぼす。更に、例えば、はんだ付けホイルが使用される場合には、両方のシートの間の間隔の近さを増やすことができる。はんだ付けされた接合部は、同時に防食として使用されることもできる。

例えば、車両構造中で使用される場合の、複合シートの必要な強度を保証するために、シートは鋼又は合金鋼を含むことが好ましい。その他の金属又は有機金属の使用も、原則として考えられる。

本発明の複合シートの重量を制限するために、シートは、最大で厚さ２ｍｍ、特に、最大で１ｍｍ、好ましくは、最大で０．８ｍｍを有する。これらの厚さにより、製造される複合シートは、高強度又は良好な曲げ剛性のそれぞれにもかかわらず、ソリッドシート（Vollbleche）と比較して実質的に減少された重量を有する。

最後に、本発明の複合シートは、シートが異なる材料及び／又は材料厚さを含むので、負荷に応じて複合シートを適合することができるという点において、更に有利に具体化することができる。

前記方法に関する本発明の第２の教示によると、前記目的は、以下の工程：
第１及び第２シートの準備；
片面上に窪みを組み入れることによる、第１及び第２シートの片面の構造化；
構造化された表面を介する、シートのマテリアルクロージャーによる少なくとも部分的な接合；
を含む、マテリアルクロージャーにより接合される２つのシートを含む複合シートの製造方法によって達成することができる。

前述した通り、大規模な変形の場合の、良好な成形態様及び最良の負荷容量と、広範囲及び局所の高い曲げ剛性とを有する複合シートを、本発明の方法による単純な方法で提供することができる。特に、本発明の方法は、第１及び第２シートによって、特に経済的に実施することができ、ここで、本発明による複合シートを含むストリップを製造するために、前記第１及び第２シートは、コイル上に巻き取られているストリップからそれぞれ提供され、スキンパスロールによって片面上で構造化され、そして、その後に、ストリップの構造化された表面が一緒に接合される。本発明の複合シートを含むストリップを、次に、所望された寸法でシートに切断する。

シートの構造化された表面を、一緒に、接着、溶接、又ははんだ付けすることが好ましい。接合方法によって、接合前にシートを処理する必要がある。例えば、シートの構造化された表面を互いに接着させる前に、それらを接着剤でコーティングする必要がある。しかしながら、その他の予備処理方法（例えば、接着層用のプライマーの付与）も考えることができる。

接着又ははんだ付けの場合には、接着ホイル又ははんだ付けホイルをシートの構造化された表面の間に置くことによって、構造化された表面の接合部を次の処理工程で生じさせることが好ましい。はんだ付けの場合には、これを、例えばシートの伝導加熱によって実施することができる。接着ホイルを、同様に、加熱によって硬化及び／又は架橋することができる。

シートを抵抗溶接によって溶接することが好ましく、この場合には、第１及び第２シートの間での電流フロー（Stromfluss）によって前記溶接接合部をつくる。２つのシートの間の接合部の領域における表面領域が小さいために、接合部領域を高温まで加熱してシートを共に溶接する。例えば、溶接領域の特に均一な分布は、両方のシートの片面上への、ストリップの横方向に延長する正弦波形（sinus-wellenfoermig）のエンボス加工によって得ることができる。

最後に、本発明の第３の教示によると、前記目的は、特に、構造部材（特に、車両の外層部材；Aussenhautteilen）を製造するための、本発明の方法によって製造される本発明の複合シートを使用することによって達成される。

前述した通り、本発明の複合シートは、増加した曲げ剛性を有するだけでなく、大規模な変形の際にも、非常に良好に成形することができ、高い負荷容量を有することができる。複合シートを製造するための本発明方法の使用において、これを更に経済的に提供することができるので、車両の構造における使用は有利である。

本発明による複合シート、並びに、本発明による複合シートの製造方法及びその使用を構成し、そして、改良するための多くの可能性がある。この目的のために、一方では、本明細書の請求項１及び請求項１４に続く請求項を参照し、そして、他方では、図面と共にいくつかの模範的な実施態様の説明を参照されたい。
本発明による複合シートの模範的な実施態様の、片面構造化されたシートについての頂面図である。 図１の片面構造化されたシートの断面図である。 本発明による複合シートの第１の模範的な実施態様の断面図である。 本発明による複合シートの第２の模範的な実施態様の断面図である。 本発明による複合シートの第３の模範的な実施態様の断面図である。 複合シートを製造する本発明の方法の模範的な実施態様の模式図である。

まず、図１は、本発明による複合シートの模範的な実施態様のシート１の頂面図を示す。シート１は、つまり、窪み３をスタンピングすることによって片面上が構造化されているので、窪み３の間でウェブ又は壁４が残る。シート１は、例えば、窪み３の規則的な配置と、この点におけるウェブ又は壁４の規則的な構造（Ausbildung）とをそれぞれ有する。更に、窪み３は、長方形の断面を有し、そして、従って、長方形に形成される。しかしながら、窪み３を、シート表面２にわたって不規則的に形成し、そして、分布させることも考えられる。窪み３の間に配置されるウェブ４は、この模範的な実施態様において、少なくとも厚さ０．３ｍｍ、好ましくは、少なくとも厚さ０．５ｍｍを有する。ウェブ４の厚さによって、複合シートは、特に、圧縮に対する高い抵抗性を有する。このことは、座屈応力又は圧力応力の場合に特に有利である。しかしながら、窪みの間のウェブ又は壁のためのより小さい厚さを使用することも考えられる。この場合には、成形工程を相当して適合させる必要がある。

図２に示される、本発明の複合シートの模範的な実施態様の片面構造化されたシート１の断面図において、一方で、窪み３が、窪みの開口部方向でより大きくなる断面を有し、他方で、シート１の構造化された表面２の反対側にある表面５は平滑であることが明らかである。表面５に対するウェブ４（例えば、成形時に応力がかかる）の強化は、開口部方向でより大きくなる窪み３の断面により達成されるので、これらは、表面の座屈と対抗する。

図３は、本発明による複合シート６の模範的な実施態様の模式的な断面図を示す。２つの片面構造化されたシート１，７は、それらの構造化された表面２を介して、マテリアルクロージャーにより接合される。両方のシート１，７は、窪み３，３’の間に配置されるウェブ４，４’を介して接合される。本明細書中で使用される接合方法は、接着、はんだ付け、又は、溶接であることができる。

シート１，７の間での接合部が、はんだ付けされた接合部又は溶接された接合部を含む場合には、本発明による複合シートは、衝突による負荷の際での非常に高い曲げ剛性及び最大限の機械的強度を有することができる。本発明による複合シート６の内側の腐食を防ぐために、通常、コーティング（図示されず）をシートの少なくとも構造された側に提供する。このコーティングは、外側表面５及び８へも付与することができる。図３から分かる通り、本発明による複合シート６は、両側上に平滑面５，８を有しているので、その結果、本発明による複合シートを従来の成形工程において問題なく使用することができる。

図４は、同様に、本発明による複合シート６の第２の模範的な実施態様の模式的な断面図である。図３からの模範的な実施態様とは反対に、プラスチック母材９（そこへ埋封される粒子１０を有する）を含むことが好ましい充填材料を、複合シートの窪み中に配置する。プラスチック母材９と、そこへ埋封される粒子１０との結果として、本発明による複合シート６の曲げ態様を改良することができる。なぜなら、前記プラスチック母材は、内部中に生じる力を吸収することができるからである。しかしながら、曲げ応力が永久的な場合には、プラスチック母材を省略して、そして、はんだ付け接合又は溶接接合を使用して、２つのシートの間の接合部を作ることが有利である。この結果、特に、曲げ応力が変化する場合には、プラスチック母材９の変形（Kriechen）の危険性を防止することができる。しかしながら、複合シートの減衰特性を、充填材料によって調節することもできる。

図５は、同様に、本発明による複合シート６の第３の模範的な実施態様の模式的な断面図を示す。製造間での両方のシート１，７の接合を保証する、接着ホイル又ははんだ付けホイル１１を、両方のシート１，７の間に配置する。はんだ付けホイル１１が提供される場合には、加熱（例えば、好ましくはシート１，７の誘導加熱による）によって、はんだ付けホイル１１を溶融することができるので、はんだ付けされた接合部をウェブ４，４’の領域でつくる。接着接合部を両方のシート１，７の間でつくる場合には、接着ホイル１１を、少なくとも２つの工程でそれを硬化及び／又は架橋することができるように、好ましく構成することができる。従って、複合シート内で応力を生じさせずに、成形工程で、２つのシートをウェブ４，４’の領域中に形成することもできる方法で、最初に、接合部を維持することができる。次に、両方のシート間での接合部の強度は、シート１とシート７との間でのその後の硬化又は架橋のそれぞれの結果により、実際に得られる。その後、複合シート６は、所要の局所及び広範囲の高い曲げ剛性を有する。

図６は、本発明の複合シートの製造方法の模範的な実施態様の模式図を示す。まず、２つのストリップ１２及び１３を、コイル１４又は１５からそれぞれ解く（abhaspeln）。両ストリップは、それぞれ対のスキンパスロール１６，１７を通過し、ここでは、スキンパスロール１６及び１６’のみが構造化された表面を有する。ロール１７及び１７’は、カウンターサポートとして使用されるだけであって、ストリップ１２，１３の、前記ロールに面する側面上に構造化の影響を及ぼさないか、又は、ごくわずかに及ぼす。構造化されたストリップ１２，１３は、一対の追加ロール１８，１８’を通過する。この時点で、種々の接合方法を使用することができる。例えば、一対のロール１８，１８’の間の間隔へ接着ホイル又ははんだ付けホイル（図示せず）を挿入し、一対のロールの領域中で、ホイルを含むストリップ１２，１３を加熱することも考えることができる。一方で、抵抗溶接によって、両ロール１８，１８’の間に電導して、ストリップ１２，１３の接触点の領域におけるウェブ４及び４’の領域中で溶接を実施することができる。続いて、外側の平滑面を特徴とし、そして、同様の厚さを有する従来のシートと比較して低重量であっても実質的に局所及び広範囲の高い曲げ剛性を有する、ストリップ型の複合シート１９を得ることができる。図中に記載されたストリップ１２，１３及びシート１及び７の厚さは、通常、最大で２ｍｍまでである。一般的に、個々のシートの通常の厚さは約０．５ｍｍであるので、約１ｍｍの合計の厚さを有する複合シートが形成される。このことは、複合シートの増加した曲げ剛性によって、従来の手段を使用しても問題を生じることなく成形を実施できること、大規模な変形の場合であっても、複合シートが非常に良好な負荷容量態様を有すること、そして、従来の複合シートと比較して、機械的強度が高いにもかかわらずその重量が低いことにおいて、利点を有する。従って、相当する複合シート６，１９を、（特に、構造部材又は外層部材としての）車両の製造において、特に良好に使用することができる。

Claims (24)

1. マテリアルクロージャーにより接合される２つの金属シートを含む複合シートであって、２つの金属シート（１，７）の各々が、少なくとも部分的に構造化された表面（２，２’）と、平滑面（５，８）とを含み、その結果、前記２つの金属シートの各々が、片面上で少なくとも部分的に構造化され、そして、両方の金属シート（１，７）が、構造化された前記表面（２，２’）を介して、少なくとも部分的にマテリアルクロージャーにより接合されること、及び
   前記金属シート（１，７）の構造化された前記表面（２，２’）が窪み（３，３’）を含むものであることを特徴とする、前記複合シート。
2. 前記窪み（３，３’）の間に配置される少なくとも壁又はウェブ（４，４’）を介して、金属シート（１，７）がマテリアルクロージャーにより接合されることを特徴とする、請求項１に記載の複合シート。
3. 窪み（３，３’）が開口室の形状を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の複合シート。
4. 開口室が、開口部方向で大きくなる断面を有することを特徴とする、請求項３に記載の複合シート。
5. 窪み（３，３’）が、非規則的に又は規則的に、形成される及び／又は分布することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の複合シート。
6. 窪み（３，３’）の間に配置される壁又はウェブ（４，４’）が、少なくとも厚さ０．３ｍｍを有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の複合シート。
7. 壁又はウェブ（４，４’）が、少なくとも厚さ０．５ｍｍを有することを特徴とする、請求項２〜６のいずれか一項に記載の複合シート。
8. 金属シート（１，７）が、少なくとも構造化された表面（２，２’）上でコーティングを有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の複合シート。
9. 接合されたシートの室を少なくとも部分的に充填する、充填材料（９）を備えることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の複合シート。
10. 充填材料が、埋封粒子（１０）を有するプラスチック母材（９）を含み、前記粒子（１０）が、プラスチック母材（９）よりも高い弾性率を有することを特徴とする、請求項９に記載の複合シート。
11. 両方のシート間でのマテリアルクロージャーを保証する連結層（１１）を、少なくとも２つの工程で、硬化する及び／又は架橋することができることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の複合シート。
12. 金属シート（１，７）を、一緒に、はんだ付けするか又は溶接することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の複合シート。
13. 金属シート（１，７）が、鋼又は合金鋼を含むことを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の複合シート。
14. 金属シート（１，７）が、多くとも厚さ２ｍｍを有することを特徴する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の複合シート。
15. 金属シート（１，７）が、多くとも厚さ１ｍｍを有することを特徴する、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の複合シート。
16. 金属シート（１，７）が、多くとも厚さ０．８ｍｍを有することを特徴する、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の複合シート。
17. 金属シート（１，７）が、種々の材料及び／又は材料厚さを含むことを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の複合シート。
18. 以下の工程：
    第１及び第２金属シートの準備；
    窪み（複数）を片面上に組み入れることによる、第１及び第２金属シートの片面の構造化；
    構造化された表面を介する、マテリアルクロージャーによる金属シートの少なくとも部分的な接合；
    を含む、マテリアルクロージャーにより接合される２つの金属シートを含む複合シートを製造する方法。
19. 金属シートの構造化された表面を、一緒に接着、溶接、又は、はんだ付けすることを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
20. 接着又ははんだ付けのそれぞれの前で、金属シートの構造化された表面の間に接着ホイル又ははんだ付けホイルを設置することを特徴とする、請求項１８又は１９に記載の方法。
21. 金属シートを抵抗溶接によって接合することを特徴とする、請求項１８又は１９に記載の方法。
22. 構造部材を製造するための、請求項１〜１７に記載の複合シートの使用。
23. 構造部材を製造するための、請求項１８〜２１のいずれか一項に記載の方法により製造される複合シートの使用。
24. 車両の外層部材を製造するための、請求項２２又は２３に記載の複合シートの使用。

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