(57)【要約】      （修正有）【課題】プロセスの点で簡単かつ確実に製造しうる、またプロセスにおいて、構成部品間の確実な接続の達成を可能にしうる、第１構成部品と第２構成部品を備える複合構成部品を特定すること。【解決手段】第１構成部品１０と第２構成部品１１を備え、少なくとも１つの接続部材１を更に備える複合構成部品であって、接続部材１は、少なくとも第１構成部品１０の厚み全体にわたって第１構成部品１０を貫通し、第２構成部品１１の方を向いた接続部材１の端部は、反応性フォイル３０具体的にはナノフォイルを用いて、第２構成部品１１に、又は第２構成部品１１に固定された更なる接続部材に溶接される、複合構成部品、及び、かかる複合構成部品を製造するためのプロセス。【選択図】図２ａ
2015083869.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合構成部品は、第１構成部品（１０）及び第２構成部品（１１）を備え、少なくとも１つの接続部材（１、２）を更に備え、前記接続部材（１、２）は、少なくとも前記第１構成部品（１０）の厚み全体にわたって前記第１構成部品（１０）を貫通し、
前記第２構成部品（１１）の方を向いた前記接続部材（１、２）の端部は、反応性フォイル（３０）具体的にはナノフォイルを用いて、前記第２構成部品（１１）に、又は前記第２構成部品（１１）に固定された更なる接続部材（４）に溶接されることを特徴とする、複合構成部品。
【請求項２】
前記第２構成部品（１１）に固定された前記更なる接続部材（４）が、前記第２構成部品（１１）を貫通し、或いは前記第２構成部品（１１）の前記第１構成部品（１０）から遠い側の開口部を覆うことを特徴とする、
請求項１に記載の複合構成部品。
【請求項３】
前記第１構成部品（１０）は板材又は成形部品であること、及び／又は、前記第２構成部品（１１）は板材または成形部品であることを特徴とする、
請求項１に記載の複合構成部品。
【請求項４】
前記複合構成部品は、前記第１構成部品（１０）内に複数の接続部材（１、２）を備えることを特徴とし、それらの各々は、前記第１構成部品（１０）の厚み全体にわたって前記第１構成部品（１０）を貫通し、かつ、前記第２構成部品（１１）の方を向いたそれらの端部で、前記複数の接続部材（１、２）に対するそれぞれの反応性フォイル（３０）、或いは共通の反応性フォイル（３０）を用いて、前記第２構成部品（１１）に、又は前記第２構成部品（１１）に固定された更なる接続部材（４）に溶接される、
請求項１に記載の複合構成部品。
【請求項５】
前記接続部材（１、２）及び／又は前記更なる接続部材（４）は、円筒形の形状又はピン様形状を有すること、或いはヘッド部を備えるピンの形状であることを特徴とする、
請求項１に記載の複合構成部品。
【請求項６】
前記接続部材（１、２）及び／又は前記更なる接続部材（４）は、金属、具体的には非鉄金属、スチール或いはアルミニウムで、若しくはプラスチックで構成されることを特徴とする、
請求項１に記載の複合構成部品。
【請求項７】
前記第１構成部品（１０）は、プラスチックで、或いは繊維複合材で、具体的にはプラスチック板材又は繊維複合板材で構成されることを特徴とする、
請求項１に記載の複合構成部品。
【請求項８】
前記第２構成部品（１１）は、金属で、プラスチックで又は繊維複合材で、具体的には金属板材、金属薄板、プラスチック板材又は繊維複合板材で構成されることを特徴とする、
請求項１に記載の複合構成部品。
【請求項９】
前記反応性フォイル（３０）の下側及び／又は上側は、結合層（３１）を有することを特徴とする、
請求項１に記載の複合構成部品。
【請求項１０】
前記反応性フォイル（３０）の表面は、前記第２構成部品（１１）上の、又は、前記第２構成部品（１１）に固定された前記更なる接続部材（４）上の、前記接続部材（１、２）の接触表面よりも小さいことを特徴とする、
請求項１に記載の複合構成部品。
【請求項１１】
前記接続部材（１、２）は、前記第１構成部品（１０）に、完全かつ／又は確実に係止する様態で接続されることを特徴とする、
請求項１に記載の複合構成部品。
【請求項１２】
前記接続部材（１、２）は円筒の又はピン様の外形を有し、一端部で前記第２構成部品（１１）に、また対向する端部で第３構成部品（１２）に溶接され、具体的には、両方の端部で金属薄板に溶接されることを特徴とする、
請求項１に記載の複合構成部品。
【請求項１３】
前記接続部材（１、２）は、ヘッド部を備えるピンとして構成されること、及び、前記接続部材（１、２）がヘッド部を有さない方の端部で、前記第２構成部品（１１）に、具体的には金属薄板に溶接されることを特徴とする、
請求項１に記載の複合構成部品。
【請求項１４】
前記接続部材（１、２）は、ヘッド部を備えるピンとして構成されること、及び、前記接続部材（１、２）がヘッド部を有さない方の端部で、前記第２構成部品（１１）を貫通する更なる接続部材（４）に溶接されることを特徴とする、
請求項１に記載の複合構成部品。
【請求項１５】
前記第１構成部品（１０）に加えて一又は複数の追加構成部品、具体的には更なる板材又は成形部品が、前記接続部材（１、２）が、少なくとも前記第１構成部品（１０）と前記追加構成部品の厚み全体にわたって、前記第１構成部品（１０）及び前記追加構成部品を貫通し、前記第２構成部品（１１）に溶接されるように、前記接続部材（１、２）上に配設されることを特徴とする、
請求項１に記載の複合構成部品。
【請求項１６】
請求項１による複合構成部品を製造するプロセスであって、
前記接続部材（１、２）は前記第１構成部品（１０）に差し込まれ、その後前記第２構成部品（１１）の方を向いた前記接続部材（１、２）の端部は、反応性フォイル（３０）具体的にはナノフォイルを用いて、前記第２構成部品（１１）に、又は前記第２構成部品（１１）に固定された更なる接続部材（４）に溶接されることを特徴とする、プロセス。
【請求項１７】
複数の接続部材（１、２）が前記第１構成部品（１０）に差し込まれ、その後前記第２構成部品（１１）が、前記第１構成部品（１０）対して位置付けられ、その後、前記接続部材（１、２）は、各接続部材に対するそれぞれの反応性フォイル（３０）、或いは前記複数の接続部材のための共通の反応性フォイル（３０）を用いて、前記第２構成部品（１１）、及び／又は、前記第２構成部品（１１）に固定された更なる接続部材（４）に溶接されることを特徴とする、
請求項１６に記載のプロセス。
【請求項１８】
前記反応性フォイル（３０）は、前記第１構成部品（１０）内の前記接続部材（１、２）に機械的に適用されることを特徴とする、
請求項１７に記載のプロセス。
【請求項１９】
前記反応性フォイル（３０）は、温度、圧力又は電圧の印加によって活性化され、具体的には、前記反応性フォイル（３０）は複数の接続部材（１、２）上で同時に活性化されることを特徴とする、
請求項１６に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１構成部品と第２構成部品を備え、少なくとも１つの接続部材を更に備える、複合構成部品に関する。接続部材は、少なくとも第１構成部品の厚み全体にわたって第１構成部品を貫通する。
【背景技術】
【０００２】
この種の複合構成部品は、例えば、車両構造におけるプラスチックの複合材又は繊維複合板材として使用されうる。構成部品を互いに、接着結合する、リベット留めする、又は加熱圧着するのが慣習的である。しかし、特に大規模工業生産においては、既知の接着結合及び圧着による接続の品質は、不十分又は不徹底であることが多い。接続プロセスの中には、溶接器具のような必要な工具が接近できない場合には、使用するのに困難が伴うことを避けられないもの、又は全く使用できないものもある。特に溶接プロセスでは、接続される構成部品に不適当に高温の熱負荷がかかる事例が発生しうる。また、接続ポイントが順次作製されるしかなければ、２つの構成部品の間に多数の接続ポイントを作製することには長い時間がかかることもある。
【０００３】
米国特許６，５３４，１９４Ｂ２号及び米国特許６，７３６，９４２Ｂ２号は特段に、ナノフォイルと称される活性化可能反応性フォイルを利用する、構成部品の熱接合のプロセスを開示している。ナノフォイルは、材料の厚みが極めて薄いアルミニウムフォイルとニッケルフォイルを、多くの場合数千層交互に重ね合わせた互層シーケンスで構成され、接合される構成要素間に配置されて、活性化されると、効果的かつ局所的に位置決めされるプロセス熱を生成しうる。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の一目的は、プロセスの点で簡単かつ確実に製造しうる、またプロセスにおいて、構成部品間の確実な接続の達成を可能にしうる、第１構成部品と第２構成部品を備える複合構成部品を特定することである。また、かかる複合構成部品を製造するための簡単なプロセスを特定することも、本発明の目的である。
【０００５】
第１構成部品と第２構成部品を備え、少なくとも１つの接続部材を更に備える複合構成部品によって、目的は達成され、接続部材は、少なくとも第１構成部品の厚み全体にわたって第１構成部品を貫通し、第２構成部品の方を向いた接続部材の端部は、反応性フォイル具体的にはナノフォイルを用いて、第２構成部品に、又は第２構成部品に固定された更なる接続部材に溶接される。
【０００６】
本発明による、複合構成部品を製造するためのプロセスにより、第１構成要素に接続部材が差し込まれ、その後、第２構成部品の方を向いた接続部材の端部は、反応性フォイル具体的にはナノフォイルを用いて、第２構成部品に、又は第２構成部品に固定された更なる接続部材に溶接される。
【０００７】
本発明により、第１構成部品、例えば繊維強化プラスチック板材は、少なくとも１つの―好ましくは多数であることもある―接続部材を有し、接続部材は、第１構成部品を通り抜けるか、或いは、その製造時に第１構成部品に既に組み込まれている。適切な材料の選択を通じて、例えば、この接続部材は、接続部材の表面に適用される反応性フォイルを用いて、第２構成要素への接続に最適化されうる。本発明による複合構成部品において、接続部材は、反応性フォイルを用いて第２構成部品に直接接合され、或いは、更なる接続部材を介して第２構成部品に間接的に接合される。
【０００８】
更なる接続部材は、具体的には、第２構成部品貫通することが可能であり、かつ、例えば、第１構成部品を貫通する接続部材と同一の構造を有しうる。
【０００９】
第１構成部品を貫通する接続部材が、第２構成部品をもほとんど又は完全に貫通する場合、接続部材は、第２構成部品の第１構成部品から遠い側の表面に溶接されうる。更なる接続部材、例えばディスクは、第２構成部品を貫通する接続部材を通って、第２構成部品の第１構成部品から遠い側に形成される開口部を覆いうること、並びに、反応性フォイルは、接続部材と更なる接続部材、すなわちディスクとの間の溶接される場所に配置されうることが好ましい。
【００１０】
接合プロセスの、簡潔かつ局所的に限定された加熱の結果として、本発明による複合構成部品は、他の接合プロセスによっては過剰な負荷にさらされることがある構成部品及び接続部材を使用しうる。反応性フォイルも、多くの位置で、例えば多くの接続部材で使用でき、ゆえに、一様に高い品質を備えた、多数の接続ポイントを有する複合構成部品を提供しうる。
【００１１】
本発明の発展形は、従属請求項、明細書及び添付の図面に記載されている。
【００１２】
具体的には、第１構成部品は板材又は成形部品であり、かつ／又は、第２構成部品は板材または成形部品である。「板材」又は「成形部品」は、平面部品、或いは１つの面内に相当程度延在する部品としてのみならず、例えばプレス部品、鍛造部品及び絞り部品、或いは、異型ロッド又は薄板成形品、若しくは局所圧着された管状品、又は鋳造成形品などのような、構造部品或いは成形部品としても理解されたい。
【００１３】
第１構成部品内に複数の接続部材があり、それらの各々は、第１構成部品の厚み全体にわたって第１構成部品を貫通し、第２構成部品の方を向いた接続部材の端部で、反応性フォイル具体的にはナノフォイルを用いて、第２構成部品に、又は第２構成部品に固定された更なる接続部材に溶接されることが好ましい。この方法では、大面積構成部品が、複数の接続ポイントを用いて、互いに確実に接続されることも可能である。
【００１４】
接続部材は、円筒形状又はピン様形状を有することが可能であり、或いは、ヘッド部を備えたピンの形状でありうる。これは、妥当であれば更なる接続部材についても同様であるが、更なる接続部材は加えて、ディスク又は板材としても構成されうる。ヘッド部のない成形品は、３つの構成部品の接続に特に適する。すなわち、一方では第１構成部品が第２構成部品に、そして他方の端部では第３構成部品、又は例えばディスクに、溶接されるのである。そしてヘッド部を備える接続部材の成形品は、接続部材が一方の側でのみ溶接される場合に特に適し、この場合ヘッド部は、対向側で第１構成部品に当接し、この端部において、軸方向の変異に抗して第１構成部品を固定しうる。
【００１５】
使用される構成部品に応じて、接続部材及び／又は更なる接続部材は、好ましくは金属、具体的には非鉄金属、鉄或いはアルミニウムで、若しくはプラスチックで構成される。
【００１６】
第１構成部品は、プラスチック又は繊維複合材で、具体的にはプラスチック板材又は繊維複合板材で構成されることが好ましい。
【００１７】
第２構成部品は、金属、プラスチック又は繊維複合材で、具体的には金属板材、金属薄板、プラスチック板材又は繊維複合板材で構成されることが好ましい。
【００１８】
本発明により、例えば、様々な材料間の、具体的には一方のプラスチック又は繊維複合材と他方の金属との間の、接続を確立することが可能になる。
【００１９】
反応性フォイルの下側及び／又は上側は、結合層を有することが好ましい。反応性フォイルはそれにより、簡単な様態で接続部材に接着結合されうる。
【００２０】
反応性フォイルの表面領域は、第２構成部品上の、又は、第２構成部品に固定された更なる接続部材上の、接続部材の接触表面よりも小さいことが好ましい。
【００２１】
接続部材は、完全かつ確実に係止する様態で第１構成部品に接続される、具体的には、回転しないよう固定状態でそこに接続されることが好ましい。
【００２２】
更なる接続部材は、完全かつ確実に係止する様態で第２構成部品に固定されるか、又は、更なる接続部材は、第２構成部品を押さえ、第１構成部品を貫通する接続部材に溶接されるのみで、確実に係止する様態ではなく第２構成部品に固定されることが好ましい。
【００２３】
一実施形態によると、接続部材は円筒の又はピン様の外形を有し、一端部で第２構成部品に、対向する端部で第３構成部品に溶接され、具体的には、両方の端部で金属薄板に溶接される。
【００２４】
本発明の別の実施形態によると、接続部材は、ヘッド部を備えるピンとして構成され、接続部材がヘッド部を有さない方の端部で第２構成部品に、具体的には金属薄板に溶接される。
【００２５】
更なる実施形態では、接続部材は、ヘッド部を備えるピンとして構成され、接続部材がヘッド部を有さない方の端部で、第２構成部品を貫通する更なる接続部材に溶接される。
【００２６】
本発明による複合構成部品では、第１構成部品に加えて一又は複数の追加構成部品、具体的には更なる板材又は成形部品も、接続部材が、少なくとも第１構成部品と追加構成部品の厚み全体にわたって第１構成部品及び追加構成部品を貫通するように、接続部材上に配設されうる。接続部材は次いで第２構成部品に、また妥当であれば、他方の端部で第３構成部品に溶接される。
【００２７】
本発明による複合構成部品を製造するためのプロセスでは、第１構成要素に、複数の、具体的には多数の接続部材を差し込むこともでき、その後第２構成部品は第１構成部品に対して配置され、その後接続部材は、反応性フォイル具体的にはナノフォイルを用いて、第２構成部品に、かつ／又は、第２構成部品に固定された更なる接続部材に溶接されうる。各接続部材上に別個の反応性フォイルが使用されることが好ましい。しかし、本プロセスの別の実施形態では、複数の接続部材に対して共通の反応性フォイルが使用されることも可能であり、この場合、フォイルの組成は、接続部材の位置、又はイグニッション電源をフォワードすることに適合するよう、局所的に異なる。
【００２８】
複数の接続部材に対する共通の反応性フォイルは、接続部材が構成部品間に配設されていない区域においては、構成部品にとって危険ではない、或いは比較的低いプロセスエネルギー又はプロセス熱レベルを生成するように、かつ、接続部材が配置される区域においては、比較的高い、或いは構成部品と接続部材を溶接するのに十分なプロセスエネルギー又はプロセス熱レベルを生成するように、活性化された後に局所的に異なるプロセスエネルギー又はプロセス熱を生成するような様態で構成されうる。
【００２９】
反応性フォイルは、個々の接続部材について具体的には、第１構成部品内の接続部材に機械的に適用されることが好ましい。
【００３０】
反応性フォイルは、例えば適切な装置によって、ナノフォイルの集まりから取り出されて非導電性キャリアフォイル上に提供され、接続部材に接着結合される。
【００３１】
反応性フォイルは、温度、圧力、又は電圧の印加によって活性化されうる。反応性フォイルが複数の接続部材上で同時に活性化されれば、特に効率的である。
【００３２】
本発明は、図面を参照して例として下記に記述される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１ａ】側面から見た反応性フォイルの概略図である。
【図１ｂ】図１ａと同じものを上から見た概略図である。
【図２ａ】本発明による、側面から見た接合前の複合構成部品の概略図である。
【図２ｂ】図２ａと同じものを上から見た概略図である。
【図３】図２ａと同じものの接合後の概略図である。
【図４】本発明による、側面から見た更なる複合構成部品の概略図である。
【図５】本発明による、側面から見た更なる複合構成部品の概略図である。
【図６】本発明による、側面から見た接合前の更なる複合構成部品の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１ａと１ｂは、複合構成部品を製造するために、本発明によるプロセスに活用されうる反応性フォイル３０を示す。複数の反応性フォイル３０は、運搬のために、薄い、非導電性キャリアフォイル１３上に配設される。反応性フォイル３０は、片面又は両面に結合層３１を既に備えており、前記結合層によって、接続部材への後続の接着結合が簡単になる。図１ａの中央部に示すように、反応性フォイル３０の結合層３１には、カバーフォイル１５が既に適用されている。
【００３５】
図１ｂに見られるように、反応性フォイル３０は円形外形を有しており、従って、具体的には円形の断面を有する接続部材への応用に適する。
【００３６】
図２ａは、本発明による、接合前の複合構成部品を示す。両端部で反応性フォイル３０に接着結合された円筒形の接続部材１は、第１構成部品１０である繊維強化プラスチック板材に差し込まれる。接続部材１の高さは第１構成部品１０の高さにほぼ対応する。この点に関して、反応性フォイル３０が圧力によって活性化する時には、接続部材１の高さは若干高くなるように選ばれ、すなわち、第１構成部品１０を超えて突き出ることもあり、温度または電圧により活性化されると幾分低くなるよう選ばれるが、少なくとも、第１構成部品１０の厚みから反応性フォイル３０の厚みを引いたものに対応する。第２構成部品と第３構成部品である２つの金属製薄板、１１、１２は、例えば矢印で示された方向への圧力、又は温度による反応性フォイル３０の活性化によって、第１構成部品１０にその両端部で固定される。接続部材１は、第１構成部品１０に組み込まれ、結果として、接続部材１の周囲の区域に繊維の圧密１４をもたらす。
【００３７】
図２ｂは、差し込まれた円形の接続部材１と、結合層３１を有する反応性フォイル３０が付された第１構成部品１０である、繊維強化プラスチック板材の平面図を示す。反応性フォイル３０は、接続部材１よりも小さい半径を有する。
【００３８】
図３は、図２ａに示した複合構成部品で、接合作業が既に実施されたものを示す。溶接域２１は、第１構成部品１０と第２又は第３構成部品、１１、１２と間に、都度形成される。
【００３９】
図４と図５はいずれも、第１構成部品１０の両側でのみ接合された、第１構成部品１０と、例えば金属薄板である第２構成部品１１とを備える複合構成部品の実施形態を示す。構成部品は接続部材２を使用して接続され、接続部材２は、ヘッド部を備えるピンとして構成され、接続部材２がヘッド部を有さない方の端部で、第２構成部品１１に溶接され、そこに溶接域２１を形成する。この場合、接続部材のヘッド部は、第１構成部品１０を外側から押さえる（図４）か、或いは、第１構成部品１０と面一になる（図５）。
【００４０】
図６に示す実施形態では、第１構成部品１０内で接続部材２がヘッド部を備えたピンとして構成され、接続部材２は、接続部材２がヘッド部を有さない方の端部で、第２構成部品１１を貫通する更なる接続部材４に溶接されるような様態で、第１構成部品１０は第２構成部品１１に接続される。従って、構成部品１０、１１はどちらも、接合前に、既に差し込まれた、例えば組み込まれている、接続部材２、４を有し、従って、それらの各々は、接続部材の周囲に圧密１４の事例を有する。構成部品１０、１１はどちらも、繊維強化プラスチック板材でありうる。
【符号の説明】
【００４１】
１、２  接続部材
４  更なる接続部材
１０  第１構成部品
１１  第２構成部品
１２  第３構成部品
１３  キャリアフォイル
１４  圧密
１５  カバーフォイル
２１  溶接域
３０  反応性フォイル
３１  結合層
【図１ａ】
2015083869.tif 000003
【図１ｂ】
2015083869.tif 000004
【図２ａ】
2015083869.tif 000005
【図２ｂ】
2015083869.tif 000006
【図３】
2015083869.tif 000007
【図４】
2015083869.tif 000008
【図５】
2015083869.tif 000009
【図６】
2015083869.tif 000010
【外国語明細書】
2015083869000001.pdf
2015083869000002.pdf
2015083869000003.pdf
2015083869000004.pdf