(57)【要約】本発明は、少なくとも１つのフランジを一緒に形成する少なくとも２つのリップ部を具備する、少なくとも１つのキャビティを形成するシェルを具備する構造要素の製造方法に関する。本発明は、少なくともリップ部がそれらの接触表面上に発泡半製品を備え、リップ部が張力で一体化され、発泡半製品が活性化され、リップ部が活性化された発泡半製品によって溶接されることを特徴とする。
2005502530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのフランジを共に形成する少なくとも２つのリップ部（６、８、１０、１２、２６、２８、３０、３２、３８、４０）を具備する、少なくとも１つのキャビティが形成されたシェル（２、４、２２、２４、３６）を有する、構造要素を製造する方法であって、
少なくとも前記リップ部（６、８、１０、１２、２６、２８、３０、３２、３８、４０）は、該リップ部の接触面において、金属性の発泡半製品（１４、３４、４２）を備え、
前記リップ部（６、８、１０、１２、２６、２８、３０、３２、３８、４０）は、クランプ締め力（Ｆ）を用いて合わされ、
前記発泡半製品（１４、３４、４２）は活性化され、
前記リップ部（６、８、１０、１２、２６、２８、３０、３２、３８、４０）は、前記活性化された発泡半製品（１４、３４、４２）によって共に溶接されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記シェルが、少なくとも前記リップ部において、前記発泡半製品の金属で被覆されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記発泡半製品（１４、３４、４２）が、熱的手段によって活性化されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記発泡半製品（１４、３４、４２）が、前記リップ部（６、８、１０、１２、２６、２８、３０、３２、３８、４０）と前記キャビティ（１３、３５、３７）内との間に配置され、前記キャビティ（１３、３５、３７）は、前記発泡半製品（１４、３４、４２）の活性化の結果、発泡材で少なくとも部分的に充填されることを特徴とする、請求項１あるいは２に記載の方法。
【請求項５】
前記発泡半製品（１４、４２）が、前記キャビティ側の前記シェル（２、４、３６）の表面に全面にわたり配置されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記発泡半製品（１４、４２）が、ロールクラッド法によって金属シートの表面に施され、前記金属シートは変形されて前記シェル（２、４、３６）を形成することを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
シート状発泡半製品（３４）が、少なくとも１つの前記フランジの前記リップ部（２６、２８、３０、３２）間でクランプ締めされ、前記発泡半製品（３４）の少なくとも一部の領域は、前記キャビティの内部において自由に配置されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記少なくとも１つのシェル（２、４、２２、２４、３６）が、ダイにクランプ締めされることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記発泡半製品（１４、３４、４２）が、金属、特に亜鉛、錫、またはアルミニウムを基材と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方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文による構造要素を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車に課せられた更なる安全性および強度に対する要求を考慮して、発泡要素を具備する中空の構造要素が益々使用されている。
【０００３】
発泡要素による強化構造要素に伴う１つの問題は、構造要素のキャビティ内に発泡要素を精密に導入させることである。特許文献１は、発泡要素によって強化された構造要素について記述している。発泡要素は、構造要素の表面に直接接触する高密度の強化用発泡体と、この強化用発泡体によって完全に包囲される低密度のコア発泡体（中心発泡体）と、の２種類の発泡体を含む。
【０００４】
結合発泡要素は、予め構造が形成されており、この構造要素のシェル（ケーシング）内に投入（配置）される。シェルは、他のシェルで塞がれ、２つのシェルがフランジで合わせられて溶接される。適切な噛み合い係合により、この構造要素のキャビティ内の発泡要素を固定させる。
【０００５】
同じ一般的なタイプの構造要素は、特許文献２に記述される。このタイプの構成要素は、発泡要素を成形した後に構造要素内に投入（配置）しなければならないという基本的な欠点がある。実際には、これは、発泡要素を所定の場所に配置した後、例えば溶接によって、永久的に塞ぐ複数個の構成要素からなる構造部品を用いた場合にだけ可能となる。発泡要素の位置決め精度は、この場合ほとんど不十分であり、これは発泡要素の強度を損ねる原因となる。更に、一般に溶接により行われるシェルの接合には、更に技術的に複雑な作業手順を要することとなる。
【０００６】
代替手段として、発泡要素が構造要素の内部（内側）で直接発泡される。この種の方法は特許文献３で説明され、それによって構成要素は部分的に強化される。特許文献３で説明される構成要素は、単品構造のものであるが、それらの幾何学的形状は比較的単純であるので、発泡半製品を成形後に構造要素内に導入できる。発泡工程後に、この発泡体を対応するキャビティに充填するので、構造要素が補強および強化される。
【０００７】
特許文献３で説明された構造要素は、ハイドロフォーミング法または同様の技術によって成形され、これらの方法は、密閉された構造要素を形成するものである。但し、その文献で説明される方法は、板金半製品（または鋳造半製品）から構造要素を形成するのには使用できない。これはキャビティを形成できるようにこれらの半製品を接合しなければならないからである。
【０００８】
【特許文献１】
米国特許第５，８０６，９１９号明細書
【特許文献２】
欧州特許出願公開第１  ０５２  １６２  Ａ２号明細書
【特許文献３】
独国特許出願公開第１９９  １２  ６１８  Ａ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、１つまたはそれ以上の開口された半製品から製造され、かつ固体発泡体によって強化される中空の構造要素を接合する方法を提供する目的に基づいており、この方法は、従来技術で説明された数々の方法よりも好ましいものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的は請求項１の特徴によって達成される。
【００１１】
請求項１に記載の本発明の方法によれば、少なくとも１つのシェルは、キャビティを形成するように成形され、共にフランジを形成する少なくとも２つのリップ部によって塞がれる。この方法は、活性化、好ましくは熱活性化によって液化される発泡半製品が、リップ部が接触している位置における該リップ部間に少なくとも配置されることを特徴とする。この活性化中、これらのリップ部は一緒になって押圧され、それによって一緒に溶接される。従って、構造要素の製造中に行わなければならない溶接または接着接合のステップ無しで済ますことも可能となる。
【００１２】
この場合、金属発泡材料は、リップ部の領域でハンダ付けの機能を有する。リップ部にかかる高圧力を考慮すると、発泡半製品は、それが膨張できるスペースがないので液状化される。形成される接合は、一種のハンダ接合と見なされる。
【００１３】
ハンダ接合の形成を改良するために、接合されるべきリップ部は、発泡半製品と同じ材料、または同類の材料で被覆される。
【００１４】
請求項３によれば、発泡半製品の活性化は、熱的手段によって行われることが好ましい。化学的活性化、電気的活性化、または放射線による活性化のような、他の形態の活性化方法も、それに応じた不活性発泡体が使用される場合には好都合となる。
【００１５】
構造要素が一緒に溶接されると同時に、発泡体で同時に強化される場合、本発明の方法を採用することが特に好ましい（請求項４）。つまりこの状況では、本発明による方法の２つの変形もまた特に好都合となる。
【００１６】
請求項５によれば、発泡半製品は、フランジのリップ部間と、キャビティ側のシェルの他の表面との両方に全面的に適用される（施される）。シェルが成形される前に、面状の発泡半製品が、（例えば、クランプ締めされるかまたは接着接合することによって）シェルの表面に適用される（施される）ことが好ましい。
【００１７】
これは、ロールクラッド法によって行われることが好ましい。発泡半製品は、シェルが形成される板金と共に圧延される。このようにして、発泡半製品は、板金に接合されて固定され、その接合は、発泡半製品が変形の際中でも実質的に保持される。発泡半製品の厚みは、発泡後に、構造要素のキャビティが少なくとも発泡体で充填され、所望の補強効果が生じるような厚さである（請求項６）。
【００１８】
請求項７に記載の本発明による方法の他の有利な実施形態では、シート状の発泡半製品が、キャビティ内に配置され、フランジの、好ましくは２つの対向するフランジのリップ部によって適切にクランプ締めされる。活性化により、キャビティ内の発泡半製品が発泡するので、これによりキャビティが充填される。リップ部間の発泡は妨げられ、前に説明したように、液状の発泡材料がフランジを共に溶接する。
【００１９】
本発明による方法は、成形されたダイ（型）内で実行され得る。このダイは、構造要素を完全にまたはフランジの領域でだけ包囲しても良い。これにより、構造要素が均一にクランプ締めされて閉じられるので、均一に共に溶接される。更に、発泡ステップの活性化熱は、ダイを介して供給される（請求項８）。
【００２０】
発泡半製品は、金属、特に亜鉛またはアルミニウムを基材（ベース、主成分）とすることが好ましい。それは、通常、発泡剤、例えば水素化チタンを含有するこれらの材料の粉末から成る。この混合物は、押圧されてプレートに形成され、最終的に発泡半製品が製造される。
【００２１】
亜鉛を基材とする発泡体は、特にこの発泡体でスチールを充填するとき、腐食に対してさらなる保護を与える利点を提供し、更には、これらの発泡体は比較的低温度で処理することができる。従って、亜鉛発泡体は、アルミニウムまたはマグネシウム構造要素を強化するのに適している。アルミニウムを基材とした発泡体は特に低密度であるので、特に軽量構造の用途に好都合となる。例えば、エポキシ樹脂またはポリウレタンなど、プラスチックを基材とした発泡体も同様に本発明の場合には好ましいが、形成される接合部は、金属発泡体が使用される場合のような高負荷を受けることができない（請求項９）。
【００２２】
図を参照して本発明による方法の有利な構成をより詳細に以下で説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１の断面図で例示される構造要素は、２つのシェル（ケーシング）２および４を具備し、これらのシェルはフランジの形態のリップ部６、８、１０、１２によって互いに接続されている。これらのリップ部は、亜鉛を基材（ベース、主成分）とした合金で被覆される。これらのシェルはキャビティ１３を形成する。シェル２および４を形成しているシート状スチールは、発泡半製品１４のロールクラッド（被覆加工）層を有する。発泡半製品１４の厚さはほぼ３ｍｍであり、この発泡半製品は亜鉛を基材（ベース、主成分）としている。シェル２および４上に発泡半製品１４を備えるこの層は、キャビティ１３に面している。
【００２４】
より良いアライメントを行うために、シェル２および４は、組み立てられたシェル２および４を完全に包囲するダイ（型）（ここでは図示せず）内へクランプ締めされる。このダイにより加えられる力の作用は、力の矢印Ｆで指示される。熱は、ダイ（図示せず）を介してシェル２および４に伝達され、これらのシェルは発泡半製品の発泡温度まで加熱される。この発泡温度は、発泡半製品１４の融点の範囲内にあり、ここで使用されるような亜鉛発泡体の場合には、約４２０℃である。
【００２５】
キャビティ１３内では、発泡半製品１４は、妨げられずに膨張し、発泡体１８となる（図２）。リップ部６とリップ部８との間、及び、リップ部１０とリップ部１２との間の領域では、発泡半製品１４の膨張は、圧縮力Ｆによって抑制される。これらの位置において、この発泡半製品は、局部的に融解され、冷却後にリップ部６とリップ部８とを、およびリップ部１０とリップ部１２とを一緒に溶接またはハンダ付けしてフランジ状接合部１６、１７を形成する。キャビティ１３は、発泡体１８で完全に充填され、これにより完成した構造要素１５が強化される。
【００２６】
図３で例示されるシェル２２および２４は、図１で示されたものと同様の構造のものであり、同じダイ内へクランプ締めされる。図１との違いは、シェルが発泡半製品でロールクラッドされる（被覆加工される）のではなく、プレート状発泡半製品３４がリップ部２６とリップ部２８との間、およびリップ部３０とリップ部３２との間でクランプ締めされることにある。この発泡半製品３４は、キャビティ３５の中心を通っている。発泡方法は、図１および２で例示されたものと同様である。但し、図３で指示された矢印方向に従って、発泡半製品３４の膨張が、キャビティ３５の中心から外側へとシェル２２および２４の方向に起こる。その結果得られる構造要素は、図２で示されたものと同様である。
【００２７】
図４は、図１で示されたものと同様の本発明による他の構成を例示する。図１と異なり、たった１つのシェル３６があり、このシェルは、キャビティ３７を取り囲むような形状にされる。リップ部３８、４０は上述のダイ（ここでは図示せず）によって同様に一緒に押圧される。図１で示されたシェル２、４と同様に、シェル３６はまた、ロールクラッド（被覆加工）された発泡半製品４２を備えている。発泡方法は図１および２における場合と同様に行われる。
【００２８】
上述した接合部の配置に代わるものとして、リップ部が互いに突き合わせ継ぎ手を形成するか、または内側に延びるようにすることも可能である。発泡材料によりこれらのリップ部を一緒に溶接またはハンダ付けすることができるように、これらのリップ部には十分な接触表面があることが本発明では不可欠である。
【００２９】
構造要素は、この場合、実際には任意の所望の幾何学形状のものである。この構造要素は、２つよりも多くのシェルから構成されても良く、更にキャビティを細分割する多様なチャンバを有しても良い。
【００３０】
これらの材料の代わりになるものとしては、スチールシートとアルミニウム発泡体との組合せを含むことが好ましく、この組合せは、亜鉛発泡体と比べて構造要素の重量を低減することができる。更に、アルミニウムシートと亜鉛発泡体との組合せが好ましい。というのは、亜鉛の融点、ゆえに亜鉛の発泡温度がアルミニウムシートの融点よりも低いからである。亜鉛発泡体とマグネシウムシェルとの組合せも好ましい。マグネシウムは板金として加工するのに有利な特性を持たないが、マグネシウムから（およびアルミニウムから）造られる鋳造部品または押出部品はまた、本発明による方法でシェルとして使用するのに適している。
【００３１】
シェル間の接合に課せられる要求が低い場合、例えば、大きな負荷がその接合部に加わらないアセンブリ内で構造要素が使用される場合、プラスチック発泡体の使用が、本発明の場合に好ましい。
【００３２】
本発明による方法は、特に自動車産業で、特にはボデーフレーム（車体構造）に採用される。本発明により強化する適当な構成要素は、特に、Ａ、Ｂ、Ｃピラー、シル（ドアシル）、フレームサイドレール、ドア、およびピラー間またはドア間の交差部分を含む。このような強化された構成要素は、かなりのエネルギー量を発泡強化材によって吸収できるので、衝突断面として使用するのに極めて適している。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】ロールクラッドされた発泡半製品を備える２つのシェルを具備する構造要素の断面図を示す。
【図２】発泡および溶接後の図１からの半製品を示す。
【図３】２つのシェルおよび発泡要素を具備する構造要素の断面図を示す。
【図４】ロールクラッドされた発泡半製品を備えた１つのシェルを具備する構造要素の断面図を示す。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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