特許 6659664 複数層複合材料を製造するための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6659664

(24)【登録日】2020年2月10日

(45)【発行日】2020年3月4日

(54)【発明の名称】複数層複合材料を製造するための方法

(51)【国際特許分類】

   B32B 15/08 20060101AFI20200220BHJP

   B32B 27/34 20060101ALI20200220BHJP

   B32B 27/32 20060101ALI20200220BHJP

   C22C 30/02 20060101ALN20200220BHJP

   C22C 38/00 20060101ALN20200220BHJP

   C22C 38/58 20060101ALN20200220BHJP

【ＦＩ】

   B32B15/08 P

   B32B27/34

   B32B27/32 Z

   !C22C30/02

   !C22C38/00 302V

   !C22C38/58

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-506714(P2017-506714)

(86)(22)【出願日】2015年8月21日

(65)【公表番号】特表2017-533110(P2017-533110A)

(43)【公表日】2017年11月9日

(86)【国際出願番号】EP2015069280

(87)【国際公開番号】WO2016034444

(87)【国際公開日】20160310

【審査請求日】2018年8月16日

(31)【優先権主張番号】102014112772.2

(32)【優先日】2014年9月4日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】510041496

【氏名又は名称】ティッセンクルップ スチール ヨーロッパ アクチェンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ＴｈｙｓｓｅｎＫｒｕｐｐ Ｓｔｅｅｌ Ｅｕｒｏｐｅ ＡＧ

(74)【代理人】

【識別番号】100114188

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100119253

【弁理士】

【氏名又は名称】金山 賢教

(74)【代理人】

【識別番号】100124855

【弁理士】

【氏名又は名称】坪倉 道明

(74)【代理人】

【識別番号】100129713

【弁理士】

【氏名又は名称】重森 一輝

(74)【代理人】

【識別番号】100137213

【弁理士】

【氏名又は名称】安藤 健司

(74)【代理人】

【識別番号】100143823

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 英彦

(74)【代理人】

【識別番号】100151448

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 孝博

(74)【代理人】

【識別番号】100183519

【弁理士】

【氏名又は名称】櫻田 芳恵

(74)【代理人】

【識別番号】100196483

【弁理士】

【氏名又は名称】川嵜 洋祐

(74)【代理人】

【識別番号】100203035

【弁理士】

【氏名又は名称】五味渕 琢也

(74)【代理人】

【識別番号】100185959

【弁理士】

【氏名又は名称】今藤 敏和

(74)【代理人】

【識別番号】100160749

【弁理士】

【氏名又は名称】飯野 陽一

(74)【代理人】

【識別番号】100160255

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 祐輔

(74)【代理人】

【識別番号】100202267

【弁理士】

【氏名又は名称】森山 正浩

(74)【代理人】

【識別番号】100146318

【弁理士】

【氏名又は名称】岩瀬 吉和

(74)【代理人】

【識別番号】100127812

【弁理士】

【氏名又は名称】城山 康文

(72)【発明者】

【氏名】コット，アンドレアス

(72)【発明者】

【氏名】フェヒテ−ハイネン，ライナー

(72)【発明者】

【氏名】ケヴェンフースター，ヨーゼフ・ゲオルク

(72)【発明者】

【氏名】パトベルク，ロータル

【審査官】 相田 元

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−３３５０３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５３３８１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２７２１７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３３４８８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２６８５０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１８５１１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０３７３４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 淡路マテリア株式会社 開発グループ，Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系形状記憶合金の特性と応用，淡路マテリア株式会社 技術資料，日本，２０１０年 ７月１９日，特開２０１２−２４９２７号公報の段落［００２４］に引用されていることから、左記文献の出願日である平成２２年７月１９日時点で公知であると推定される。

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ３２Ｂ １／００−４３／００

Ｃ２２Ｃ ３０／０２

Ｃ２２Ｃ ３８／００

Ｃ２２Ｃ ３８／５８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数層複合材料を製造するための方法であって、
形状記憶材料を含む少なくとも１つの金属層が、プラスチックを含む少なくとも１つの非金属層に接合される方法において、
前記形状記憶材料を含む第１の金属層が、少なくとも活性化温度まで加熱されて予備成形され、その後、前記形状記憶材料を含む前記第１の金属層が、前記活性化温度未満の温度まで冷却されて再成形され、
前記非金属層が少なくとも１つの第２の金属層に接合され、
前記形状記憶材料を含む前記第１の金属層の前記再成形が、前記非金属層の前記接合と同時に行われること
を特徴とする、方法。

【請求項2】

前記第２の金属層が、形状記憶材料を含むこと
を特徴とする、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記非金属層が、アルミニウムまたはアルミニウム合金を含む少なくとも１つのさらなる金属層に接合されること
を特徴とする、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

前記複数層複合材料が、コイル−コイルプロセスにおいて製造されること
を特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の方法

【請求項5】

前記複数層複合材料が、コイル−シートプロセスにおいて製造されること
を特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、好ましくはプラスチックを含む少なくとも１つの非金属層を有し、第１の形状記憶材料を含む少なくとも１つの金属層を有する、複数層複合材料に関する。本発明は、さらに、複数層複合材料を製造するための方法に関し、また本発明の複数層複合材料から製造された半完成品に関する。さらに、本発明は、本発明の半完成品を使用して構成要素を製造するための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

複数層複合材料は、２つ以上の層としての、少なくとも２つの異なる材料の完全または部分的層状集合体として理解される。通常は、例えば、２つの外側表皮層、より具体的には表皮シートに接合された内側コア層により形成された、３つの層で構成される複数層複合材料、好ましくはサンドイッチ複合材料である。これらの表皮シートは、コア層の材料と異なる材料を含む。表皮シートは、互いに異なる材料、または同じ材料を有してもよい。ここで、層は、必ずしも表面を被覆しているわけではない。

【0003】

複数層複合材料、より具体的にはサンドイッチ複合材料における使用のための材料、ならびに層の構造および厚さは、最終的に個々の材料の品質の有利な組合せを有する複数層複合材料を得るために、特定の使用目的のためのそれらの品質に基づいて選択され得る。したがって、複数層複合材料の使用は、単一材料では実現するのが困難、高価、またはさらには不可能となり得る、異なる物理的品質の組合せを提供することを目標としている。

【0004】

望ましい物理的品質は、例えば、高強度、低重量、良好な耐腐食性、高い経済性、および、例えば溶接、はんだ付け、または接着結合を用いた材料の接合に関する改善された品質を含む。複数層複合材料はまた、向上した成形性および高い磨耗硬度を特徴とし得る。材料の有利な組合せにより、実際に、個々の材料の特性の総和に対応する複数層複合材料における物理的特性を生成することが可能となるだけではない。個々の特性は、その特性に関して複数層複合材料が個々の材料の寄与の総和を超えるように、互いに補間し合うことができる。

【0005】

しかしながら、例えば、ダイ成型、形材圧延、または自由成型を用いたシート形態のサンドイッチ複合材料から構成要素への再成形のような、複数層複合材料の目標指向型の再成形において、先行技術から問題が知られている。例えば、まさに複数層複合材料の層の物理的特性が異なるという事実が、問題を呈し得る。層は、成形操作に対する、例えば屈曲、伸張、およびせん断の形態の機械的な曝露の影響に対する反応が異なり得る。追加的な問題は、例えば、成形操作中の材料内の温度差および温度勾配の結果、または熱間成型の過程での極めて高い温度設定の結果として、温度の影響により生じる。その結果、個々の材料自体だけではなく、複数層複合材料における互いの接合もまた問題を抱えている。

【0006】

例えば、成形後に生じる材料の厚さが望ましくない変動を示すことが、そのような問題の表れとなり得る。この考えられる原因は、成形の過程での層内の材料の変位の差を含む。層はまた、例えばラミネート複合材料の場合においては剥離の形式で、互いに分離する可能性がある。これは、製造される構成要素を構造的に脆弱化し、この構成要素はさらに、低い寸法完全性を有する。

【0007】

特に、金属層、より具体的には表皮シートおよび層、より具体的にはプラスチックから作製されたコア層、より具体的には繊維強化プラスチックから作製されたコア層の場合、特に複数層複合材料の成形中に生じるさらなる課題は、例えば鋼表皮シートの場合、高い保持力が折り目を消失させるが、コア層における繊維破壊を促進することである。その結果、そのような複数層複合材料の成形の程度が制限される。

【0008】

先行技術として、中国公開特許第１０３８９５２８７号明細書を参照されたい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】中国公開特許第１０３８９５２８７号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

先行技術に基づいて、本発明により対処される技術的問題は、複数層複合材料およびそれを製造するための方法を特定するという問題であり、成形特性に関する上述の問題は、決定的に改善され得る、またはさらには回避され得る。

【課題を解決するための手段】

【0011】

第１の教示によれば、上で特定された技術的問題は、少なくとも１つの第２の金属層が存在すること、および少なくとも２つの金属層が非金属層の両側に配置されることにより解決される。このようにして、成形中または負荷下でも同様に非金属層の構造的完全性を維持するために、金属形状記憶材料の特性を利用することが可能である。特に、成形中、形状記憶特性のない非金属層または金属層上の過剰負荷を防止するために、金属形状記憶材料の擬塑性または擬弾性回復力が利用され得る。例えば、金属層から非金属層への高い曲げ力またはせん断応力の伝達等が回避され得る。擬塑性状態における金属形状記憶材料の高い伸張性は、特に伸張性材料を含む非金属層に関連して有利である。形状記憶合金で構成された少なくとも１つの外側表皮層を有するサンドイッチ複合材料の形態の複数層複合材料は、特に、外部金属層により、非金属層の完全性の保持から利益を受ける。本発明の複数層複合材料において、例えば金属形状記憶材料を含む第２の表皮シートとしての少なくとも１つの第２の金属層が存在し、例えば少なくとも２つの表皮シートとしての少なくとも２つの金属層は、例えばコア層としての非金属層の両側に配置される。層の配置に関して、異なる組合せが可能であり、例えば、複数の金属層、または複数の非金属層が提供されてもよい。この場合、少なくとも１つの非金属層が、複数層複合材料において外部に配置されることが考えられる。しかしながら、好ましくは、少なくとも１つの非金属層、より具体的にはコア層は、内部に位置し、金属層により、例えば表皮シートにより両側が被覆される。結果として、表皮シートは、機械的負荷および経年劣化作用に対する保護機能を提供する。同様に、このようにして、複数層複合材料は、例えば溶接またははんだ付けにより、他の構成要素、より具体的には金属構成要素に表面上で接合され得る。さらに好ましくは、コア層の両側に配置された金属層は、金属形状記憶材料を含み、より具体的には、金属層は、金属形状記憶材料からなる。その結果、個々の金属層の成形特性は、両側において組み合わせることができ、金属層の形状記憶材料の協調的な活性化もまた実現され得る。特に、厚さに沿った複数層複合材料の構造は、対称的であってもよく、したがって、複数層、より具体的にはサンドイッチ複合材料は、両側に同一の成形特性を有する。代替として、少なくとも第２の金属層は、形状記憶特性を有さなくてもよい。

【0012】

さらに、金属形状記憶材料は、高い圧入力およびフォームフィット力を提供する。さらに、多くの非金属材料に勝る金属形状記憶材料の利点は、それらが、例えば経年劣化および腐食に対して、または機械的負荷に関してより抵抗性であるために、より高いグレードの表面を提供し得ることである。

【0013】

例えば表皮シートとして機能し得る少なくとも１つの金属層は、好ましくは、完全に金属形状記憶材料で形成される。その結果、金属層または表皮シートは、その表面にわたって均質に金属形状記憶材料の有利な品質を有する。しかしながら、例えば金属形状記憶材料のストライプ、パッチまたは生地の金属層または表皮シートへの組み込みにより、金属層または表皮シートが、部分的にのみ金属形状記憶材料からなることも可能である。

【0014】

さらに、少なくとも１つの金属層または少なくとも１つの表皮シートの形状記憶は、複数層複合材料の成形特性に有利に利用され得る。複数層複合材料の１つの好ましい改良において、形状記憶材料は、事前に導入された形状の形状記憶を有する。これにより、形状記憶材料は、それを少なくとも活性化温度に加熱することにより活性化され得、形状記憶によりもたらされる形状の変化が、複数層複合材料の再成形を補助する。加熱活性化形状記憶材料の代わりに、本発明によれば、磁場により活性化される形状記憶材料を使用することもまた可能である。

【0015】

また、好ましくは、複数層複合材料の再成形は、形状記憶材料の活性化の結果としてのみ生じてもよい。その場合、複数層複合材料は自己再成形性であり、再成形のためにダイまたはロール等のさらなる成型ツールは必要ない。複数層複合材料は、単に活性化温度超まで加熱され、および／または対応する磁場により活性化されればよく、したがって、再成形に関与するコストおよび複雑性が大幅に低減される。

【0016】

非金属層内、例えばコア層内等のプラスチックとして、非常に温度安定性である熱硬化性プラスチックを使用することが可能である。同様に、発泡プラスチック、より具体的にはガス含有物を有するものも考えられる。１つの好ましい実施形態において、非金属層またはコア層は、熱可塑性樹脂を含む。熱可塑性樹脂は、例えば、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、または様々なプラスチックのブレンドを含む。非金属層またはコア層内の熱可塑性樹脂は、好ましくは、ポリアミド、ポリエチレン、またはポリアミドおよびポリエチレンのブレンドを、より具体的には、わずかなグラフトポリエチレンおよび反応性コポリマーを有するＰＡ６ポリアミドをベースとする。両方の熱可塑性樹脂が、非常に良好に加工され得、高温状態で容易に成型可能である。したがって、複数層複合材料の再成形特性に関連して、熱可塑性樹脂および形状記憶材料は、極めて有利な材料の組合せを構成する。少なくとも１つの非金属層またはプラスチック層は、形状記憶特性を有してもよい。

【0017】

複数層複合材料のさらなる改良によれば、熱可塑性樹脂のガラス転移温度または溶融温度は、形状記憶材料の活性化温度の±１００℃、より具体的には±５０℃、好ましくは±２５℃の範囲内にある。ガラス転移温度または溶融温度を活性化温度に近付けることにより、形状記憶材料および熱可塑性樹脂の有利な再成形特性を最適に利用することが可能であるが、これは、例えば、加熱後に両方の材料がほぼ同時に極めて成形性の高い状態になるためである。その場合、特に、熱可塑性特性に関連して有利に形状記憶の利用が生じ得る。ここで、再成形の所望の程度に依存して、非晶質熱可塑性樹脂を用いると、ガラス転移温度が決定的となり得、一方、半結晶性または高結晶性熱可塑性樹脂の場合には、溶融温度もまた採用され得る。半結晶性または高結晶性熱可塑性樹脂の場合の溶融温度と活性化温度との間の差もまた、結晶度に従って選択され得、したがって、再成形は、特に比較的高い結晶性の場合には融点のより近くで行われ得る。この場合、ガラス転移温度または溶融温度は、好ましくは活性化温度未満であり、したがって、複数層複合材料が加熱されると、まず熱可塑性樹脂が容易に成型可能な状態となり、続いて、形状記憶材料の擬弾性状態への遷移、および／または形状記憶の活性化が完了する。ここで、それぞれの温度は、示差走査熱量測定法により標準条件下で、例えば１０Ｋ／分の加熱速度で、ＤＩＮ５１００７に従う評価により決定され得る。

【0018】

複数層複合材料の１つの有利な改良において、非金属層、例えばコア層は、繊維強化プラスチックを含む。その目的のため、プラスチックは、例えば、ガラス、炭素、アラミド、ポリエチレン、玄武岩、ホウ素、または金属繊維を含有する。特に炭素繊維は、最低重量で最大の強度を提供し、したがって、低重量と併せて高耐荷重能力が必要とされる多様な用途に好適である。

【0019】

したがって、複数層複合材料は、繊維生地のドレープ性が、例えば細かい屈曲部を有する成型に対して従来困難をもたらしていたような様式で成形された構成要素の製造を可能にする。形状記憶材料の活性化により解放された力は、繊維自体によるドレ−ピングのために、再成形に十分であることが分かった。また、擬塑性または擬弾性形状記憶材料の回復力は、再成形時の繊維破壊のリスクを低減する。

【0020】

複数層複合材料のさらなる改良によれば、使用される形状記憶材料は、鉄系形状記憶合金を含む。形状記憶合金は、非常に高い圧入またはフォームフィット力を提供することができる。企図される形状記憶合金の例は、ニッケル−チタン、ニッケル−チタン−銅、銅、ニッケル−アルミニウム、銅−アルミニウム−ニッケル、ニッケル−マンガン−ガリウム、鉄−パラジウム、鉄−パラジウム−白金、鉄−マンガン−ケイ素、鉄−マンガン−ケイ素−クロム、または鉄−マンガン−ケイ素−クロム−ニッケル系形状記憶合金を含む。前述の鉄系、すなわち、鉄−マンガン−ケイ素、鉄−マンガン−ケイ素−クロム、または鉄−マンガン−ケイ素−クロム−ニッケルはまた、他の合金系に比べて比較的安価であるため、大量製造において使用され得る。さらに、鉄系は、効率的な誘導加熱により形状記憶特性の活性化を確実とする可能性を提供し、活性化は、特に単純な様式で達成され、部分的なものを含む標的化された様式で導入され得る。他の鉄系合金に関して同様の注釈が適用される。

【0021】

鉄および不可避の不純物の他に、例えば、形状記憶合金は、ｗｔ％で以下の合金元素を含む。
１２％≦Ｍｎ≦４５％、
１％≦Ｓｉ≦１０％、
Ｃｒ≦２０％、
Ｎｉ≦２０％、
Ｍｏ≦２０％、
Ｃｕ≦２０％、
Ｃｏ≦２０％、
Ａｌ≦１０％、
Ｍｇ≦１０％、
Ｖ≦２％、
Ｔｉ≦２％、
Ｎｂ≦２％、
Ｗ≦２％、
Ｃ≦１％、
Ｎ≦１％、
Ｐ≦０．３％、
Ｚｒ≦０．３％、
Ｂ≦０．０１％。

【0022】

この種の合金系は、様々な合金成分の選択により、特定の強度特性まで非常に良好に調整され得る。例えば、強度は、炭素、クロム、モリブデン、チタン、ニオブまたはバナジウムの添加により大幅に増加され得る。

【0023】

マンガン、炭素、クロム、またはニッケルの添加は、オーステナイト相を安定化し、活性化温度の増加に利用され得る。一方ではバナジウム、チタン、ニオブ、およびタングステンの群からの少なくとも１種の元素、ならびに他方では炭素、窒素、およびホウ素の群からの少なくとも１種の元素の組合せは、微細組織における析出物の形成をもたらし、したがって、例えば析出物の周りの張力場が相変態の核生成部位として利用されるため、熱機械的材料処理が単純化または排除される。

【0024】

例えば、形状記憶合金が、鉄および不可避の不純物に加えて、ｗｔ％で以下の合金元素を含む場合、擬塑性または擬弾性形状記憶合金が提供され得る。
２５％≦Ｍｎ≦３２％、
３％≦Ｓｉ≦８％、
３％≦Ｃｒ≦６％、
Ｎｉ≦３％、
Ｃ≦０．０７％、好ましくは０．０１％≦Ｃ≦０．０７％、および／または
Ｎ≦０．０７％、好ましくは０．０１％≦Ｎ≦０．０７％、
０．１％≦Ｔｉ≦１．５％または
０．１％≦Ｎｂ≦１．５％または
０．１％≦Ｗ≦１．５％または
０．１％≦Ｖ≦１．５％。

【0025】

複数層複合材料、例えばサンドイッチ複合材料のさらなる実施形態によれば、金属層、例えば表皮シートの厚さは、０．１５から１．０ｍｍの間、より具体的には０．２から０．５ｍｍの間である。前述の厚さの範囲は、複数層複合材料の容易な再形成を可能とすると同時に、コア層に十分な熱を通過させながら高度の安定性を提供することが分かっている。さらに、形状記憶材料の活性化時に、前述の厚さの範囲内の金属層は、特に繊維強化プラスチックを含む非金属層に関連して、複数層複合材料の成形に十分な再成形力を発揮する。サンドイッチ複合材料の場合、非金属層はまた、コア層として設計され得る。

【0026】

非金属層の厚さは、好ましくは０．３から２．０ｍｍの間、より具体的には０．４から１．０ｍｍの間である。前述の層の厚さにおいて、複合材はまず必要な強度および剛性を有する。さらに、中実材料に比べて十分な重量削減が達成される。さらに好ましくは、非金属層の厚さに対する金属層の厚さの比率は、０．４から０．６の間、より具体的には０．４５から０．５５の間である。この比率は、形状記憶材料の活性化による再形成特性に有利であることが分かった。

【0027】

複数層複合材料のさらなる実施形態において、金属層の１つ、より具体的には表皮シートの１つは、アルミニウムまたはアルミニウム合金を含む。好ましくは、金属層の１つは、完全にアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる。アルミニウムまたはアルミニウム合金は、その低重量のため、特に軽量複数層複合材料に好適である。例えばコア層における炭素繊維強化プラスチックと、特にアルミニウムまたはアルミニウム合金を含む少なくとも１つの表皮シートとの組合せは、複数層複合材料の低重量と高強度との組合せをもたらす。アルミニウムまたはアルミニウム合金はまた、その高い耐腐食性のため、外側表皮シートにおける使用に有利である。アルミニウムまたはアルミニウム合金は、形状記憶材料として使用されない場合、形状記憶材料で構成される少なくとも１つの金属層を有する複数層複合材料中に組み合わされると、その低い降伏点のため、特に容易に再成形され得る。

【0028】

しかしながら、複数層複合材料は、例えば腐食制御のために、さらなる金属層、より具体的には表皮シート、より具体的には外側表皮シートを追加的に有してもよい。また、例えば金属、有機、または無機−有機コーティングを使用した、金属層または非金属層の片側または両側コーティングも考えられる。そのようなコーティングは、特に、腐食制御層の機能を有し得る、または所望の光学的効果をもたらし得る。

【0029】

複数層複合材料は、好ましくは、コイルまたはシート形態である。これにより、高い動作信頼性を伴って経済的にさらなる加工を行うことができ、これは複数層複合材料の取扱いおよび輸送ならびに保存をも容易化する。

【0030】

本発明の第２の教示によれば、上述の技術的問題は、形状記憶材料を含む少なくとも１つの金属層が、好ましくはプラスチックを含む少なくとも１つの非金属層に接合される、複数層複合材料、より具体的には本発明の複数層複合材料を製造するための方法に関連して解決される。

【0031】

少なくとも１つの金属層と少なくとも１つの非金属層との間、例えば表皮シートとコア層との間の接合は、特に、圧力および温度の影響により可能となる。接合は、例えば、金属層上への非金属層の圧延、カレンダ処理、ラミネート、接着結合、または押出により製造され得る。非金属層の材料は、接合の前にすでに層形態とされていてもよく、次いで金属層に接合されるのみであってもよい。代替の可能性は、例えばカレンダ処理または押出を用いて、非金属層の製造中に非金属層の材料を直接金属層に接合することである。

【0032】

１つの好ましい実施形態における方法では、例えば、形状記憶材料を含む第１の金属層は、少なくとも活性化温度まで加熱されて予備成形され、その後、形状記憶材料を含む金属層は、活性化温度未満の温度まで冷却されて再成形される。結果として、製造された複数層複合材料において、形状記憶の自己成形品質が利用され得る。この場合の金属層は、例えば非金属層に接合される前に、予備成形および再成形されてもよい。また、金属層および非金属層の接合部をまず生成し、次いで複数層複合材料中の金属層の予備成形および再成形を行うことも可能である。

【0033】

形状記憶材料を含む金属層の再成形は、好ましくはプラスチックを含む非金属層の接合と同時に行われてもよい。したがって、金属層の予備成形が行われた後、複数層複合材料は、方法の経済性を増加させる、単一のさらに組み合わされた作業ステップにおいて製造され得る。この場合の非金属層の材料は、非金属層の再成形性に関する要件、および非金属層の特性決定温度を形状記憶材料の活性化温度との標的となる相関にもたらす可能性を考慮して、好ましくは熱可塑性樹脂をベースとする。繊維強化プラスチックが使用される場合、特に、金属層の再成形が、プラスチックマトリックス中の繊維のラミネーションと同時に行われることが可能である。

【0034】

別の実施形態において、非金属層は、好ましくは形状記憶材料からなる少なくとも１つの第２の金属層に接合される。少なくとも１つの第２の金属層に形状記憶を提供することにより、複数層複合材料には、追加的な再形成性および安定性が付与され得る。特に、このようにして層の対称的配置が可能となる。

【0035】

非金属層は、アルミニウムまたはアルミニウム合金を含む少なくとも１つのさらなる金属層に接合されてもよい。アルミニウムまたはアルミニウム合金はまた、低重量および高い耐腐食性に加えて、圧延またはプレスに関連した良好な特性を示し、したがってアルミニウムまたはアルミニウム合金を含む金属層は、経済的に有利で動作信頼性のある様式で加工され得る。

【0036】

本発明の方法において、特に追加的なコーティングと併せて、追加的な金属または非金属層が加工されることもまた可能である。

【0037】

１つの有利な実施形態において、複数層複合材料は、コイル−コイルプロセスにおいて製造され得る。これは、経済的で動作信頼性のある方法を可能にする。この場合、１または複数の金属層がコイル上に提供され、引き出されてもよい。非金属層の材料は、同様にコイル上で、より具体的には既製形態で利用可能であってもよい。繊維強化プラスチックをベースとする非金属層の場合、プラスチック、繊維生地およびプラスチックマトリックスの成分は、同様にコイル上に提供され、引き出されてもよい。製造された複数層複合材料のコイルへの巻き取りは、経済的なさらなる加工を可能にし、取扱いおよび輸送を容易化し、また製造された複数層複合材料の保存を容易化する。

【0038】

さらに、複数層複合材料は、コイル−シートプロセスにおいて製造され得る。その結果、複数層複合材料は、まず、経済的で動作信頼性のある様式でコイル形態で製造され得、その後切断されてシートを形成し得る。シートは、複数層複合材料の取扱いを単純化し、特に容易に積み重ねることができる。さらに、シートは、早ければ製造法の間に、さらなる加工に必要なサイズに対応するサイズにされてもよい。

【0039】

第３および第４の教示によれば、上述の技術的問題は、本発明の複数層複合材料から製造された半完成品により、またさらに、半完成品が、少なくとも形状記憶材料の活性化温度まで加熱され、および／または磁場により活性化され、半完成品が、自ら形状記憶材料の形状記憶により再成形して所望の構成要素を形成する、本発明の半完成品を使用して構成要素を製造するための方法により解決される。

【0040】

本発明の半完成品は、例えば、本発明の複数層複合材料から提供され、形状記憶材料は、複数層複合材料中の形状記憶材料の形状と異なる形状による形状記憶を有する。この半完成品は、コイル形態またはシートの形態であってもよいが、技術的または幾何学的な意味で、製造される構成要素の最終的形状を視野に入れてすでに切断されていてもよい。その結果、半完成品は、その特性、例えば輸送中、または製造操作におけるその使用中の取扱いにおいて有利である。半完成品は、対応する単純な形態で、例えばシートまたはコイルとして顧客に供給され得る。

【0041】

半完成品からの構成要素の製造は、形状記憶材料の再成形特性により大幅に単純化される。形状記憶において保存される形状は、好ましくは、すでに構成要素の最終的形状に対応している。したがって、半完成品の加熱および／または対応する磁場により、形状記憶材料は活性化され得、構成要素が製造され得る。この目的のためにさらなる成形ツールは必要ない。

【0042】

複数層複合材料を製造するための方法、本発明の複数層複合材料から製造された半完成品、および本発明の半完成品を使用して構成要素を製造するための方法の改良および利点に関しては、本発明の複数層複合材料について記載された詳細、および図面をさらに参照されたい。

【図面の簡単な説明】

【0043】

【図1a】複数層複合材料の第１の例示的実施形態の断面図である。

【図1b】複数層複合材料の第２の例示的実施形態の断面図である。

【図1c】複数層複合材料の第３の例示的実施形態の断面図である。

【図2a】複数層複合材料を製造するための方法の例示的実施形態の断面図である。

【図2b】複数層複合材料を製造するための方法の例示的実施形態の断面図である。

【図2c】複数層複合材料を製造するための方法の例示的実施形態の断面図である。

【図2d】複数層複合材料を製造するための方法の例示的実施形態の断面図である。

【図2e】複数層複合材料を製造するための方法の例示的実施形態の断面図である。

【図2f】本発明の複数層複合材料から製造された２つの構成要素の断面図である。

【図2g】本発明の複数層複合材料から製造された２つの構成要素の断面図である。

【図3a】コイル−コイルプロセスにおいて複数層複合材料を製造するための方法の概略的構造の第１の例示的実施形態を示す図である。

【図3b】コイル−コイルプロセスにおいて複数層複合材料を製造するための方法の概略的構造の第２の例示的実施形態を示す図である。

【図4a】コイル−シートプロセスにおいて複数層複合材料を製造するための方法の概略的構造の第３の例示的実施形態を示す図である。

【図4b】コイル−シートプロセスにおいて複数層複合材料を製造するための方法の概略的構造の第４の例示的実施形態を示す図である。

【図5a】本発明の複数層複合材料で構成された半完成品の例示的実施形態の斜視図である。

【図5b】図５ａからの半完成品から製造された構成要素の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0044】

図１ａは、複数層複合材料２の第１の例示的実施形態の断面図を示し、好ましくはプラスチックを含む非金属コア層４は、金属形状記憶材料を含む金属層、好ましくは表皮シート６に接合されている。表皮シート６は、好ましくは鉄系形状記憶合金を含み、コア層４は、好ましくは繊維強化熱可塑性樹脂、例えばポリアミドおよびポリエチレンの炭素繊維強化ブレンドを含む。特に、表皮シート６の形状記憶材料は、複数層複合材料中の形状記憶材料のここで示される形状と異なる形状の形状記憶を有する。

【0045】

図１ｂは、複数層複合材料２’の第２の例示的実施形態の断面図を示し、図１ａに示される例示的実施形態に比べ、さらなる金属表皮シート８が、表皮シート６の反対側でコア層４に接合されている。さらなる表皮シート８は、ここで、異なる材料、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金を含んでもよい。しかしながら、表皮シート８はまた、表皮シート６のように金属形状記憶材料を含んでもよい。この場合、特に、表皮シート８の形状記憶材料は、第１の表皮シート６の形状記憶に対応する形状記憶を有してもよく、したがって、表皮シート６、８の再形成特性は、活性化すると互いに補助し合う。特に、表皮シート６、８はまた、ほぼ同じ厚さを有し、したがって、複数層複合材料は、その厚さに沿ってほぼ対称的である。代替として、形状記憶品質を有さない金属表皮シート８を使用することもまた可能である。

【0046】

代替として、図１ｃに示されるように、複数層複合材料２’’は、コア層４ａ、４ｂとして２つ以上の非金属層を有してもよく、この場合、形状記憶を有する金属層６が、層４ａ、４ｂの間に配置される。層の多様なさらなる組合せおよび配置が考えられる。

【0047】

図２ａ〜ｅは、複数層複合材料２、２’を製造するための方法の例示的実施形態の断面図である。まず、図２ａにおいて、金属層、例えば形状記憶材料を含む金属表皮シート６が提供される。この表皮シート６は、コイル形態であってもよい。表皮シートは、少なくとも形状記憶材料の活性化温度まで加熱され、例えば、図２ｂに示されるように、円または楕円形状に予備成形される。その後、図２ｃにおける表皮シートは、活性化温度未満の温度まで冷却されて、例えば再びコイル形態に再成形されていてもよい。代替として、活性化は、例えば対応する磁場によりもたらされてもよい。最後に、表皮シート６は、非金属層に、例えばコア層４等に接合され、この場合、表皮シート６の再成形は、図２ｃに示されるように、コア層４に接合される前に行われてもよく、または、図２ｄ中のコア層４への接合と同時に行われてもよい。次いで、図２ｄ中の複数層複合材料２は、図１ａに示される例示的実施形態に対応し、形状記憶材料は、図２ｂに示される形状による形状記憶を有し、または代替として、形状への完全な回復が生じないように形状記憶効果が設計される場合には、図２ｂと図２ａとの間の形状による形状記憶を有する。

【0048】

図２ｅに示されるように、金属層、例えばさらなる表皮シート８がコア層４に接合されてもよく、この場合、表皮シート８は、コア層４への第１の表皮シート６の接合の後に、またはそれと同時に、複数層複合材料２’に配置され得る。この場合、図２ｅ中の複数層複合材料２’はまた、図１ｂに示される例示的実施形態に対応し、形状記憶材料は、図２ｂに示される形状による形状記憶を有するか、または図２ｂと図２ａとの間の形状を有する。

【0049】

図２ｆは、図２ｄに示される複数層複合材料２から製造された構成要素１０の断面図を示す。構成要素１０は、成型ツールを用いて製造されてもよく、この場合、追加的に、少なくとも活性化温度への加熱により形状記憶材料の再成形品質が利用され得る。しかしながら、特に、構成要素１０の製造は、少なくとも、表皮シート６中の形状記憶材料の形状記憶が活性化される活性化温度への複数層複合材料２の加熱のみにより達成され、図２ｂからの表皮シート６の形状、または図２ｂと図２ａとの間の形状が再確立される。その場合、複数層複合材料２は、自己成形材料である。

【0050】

これと同様に、図２ｇは、図２ｅに示される複数層複合材料２’から製造された構成要素１０’を示す。

【0051】

図３ａは、コイル−コイルプロセスにおいて複数層複合材料２を製造するための方法の概略的構造の第１の例示的実施形態を示し、まずコイル形態の金属表皮シート６がコイル１２から引き出される。第１の予備成形段階１４において、表皮シート６は、少なくとも活性化温度Ｔ_Ａまで加熱され、予備成形される。その後、第２の再成形段階１６において、表皮シート６は、活性化温度Ｔ_Ａ未満まで冷却されて再成形され、例えばコイル形態を取り戻す。コア層４の材料は、第２のコイル１８から引き出され、接合装置２０において、例えばここで示されるようにコイルプレスを用いて、表皮シート６に接合されて複数層複合材料２を形成する。図３および４において、コア層４の材料の提供のために１つのコイル１８のみが単純化された形態で示されているが、特にコア層内の繊維強化プラスチックの場合、複数のコイル、例えば繊維生地用およびプラスチックマトリックス用の別個のコイルを使用することが可能である。最後に、製造された複数層複合材料２は、さらなるコイル２２に巻き取られる。

【0052】

図３ｂは、コイル−コイルプロセスにおいて複数層複合材料２を製造するための方法の概略的構造の第２の例示的実施形態を示す。図３ｂに示される方法は、図３ａに示される方法と異なり、図３ｂでは、別個の第２の再成形段階１６および接合装置２０の代わりに、活性化温度Ｔ_Ａ未満の表皮シート６の再成形およびコア層４への接合は、単一の接合装置２４においてもたらされる。このように、１つの方法ステップにより経済化が可能である。

【0053】

図４ａは、コイル−シートプロセスにおいて複数層複合材料２を製造するための方法の概略的構造の第３の例示的実施形態を示す。図４ａに示される方法は、図３ａに示される方法と異なり、図４ａでは、複数層複合材料２はコイル２２に巻き取られないが、その代わり、接合装置２０の下流側にあるコイル分割機２６において、シート２８に加工される。

【0054】

図４ｂは、コイル−シートプロセスにおいて複数層複合材料を製造するための方法の概略的構造の第４の例示的実施形態を示し、図３ｂと同様に、活性化温度Ｔ_Ａ未満の表皮シート６の再成形およびコア層４への接合は、単一の接合装置２４においてもたらされる。

【0055】

図５ａは、本発明の複数層複合材料で構成された半完成品３０の例示的実施形態の斜視図である。この例示的実施形態において、半完成品は、コア層４および表皮シート６を有する複数層複合材料２から製造される。ここで、複数層複合材料２は、製造される構成要素１０に対応する形状にすでに切断されており、形状記憶効果を考慮した目標指向型の技術的特性を有する。

【0056】

図５ｂ中の構成要素３２の製造のために、半完成品３０は、まず、少なくとも形状記憶材料の活性化温度まで加熱されてもよく、その後、特に形状記憶の組み込みにより、構成要素３２の最終的形状に再成形されてもよい。半完成品３０の表皮シート６は、好ましくは、製造される構成要素３２に対応する形状による形状記憶を有する。その場合、構成要素３２は、さらなる成型ツールなしに、半完成品３０を活性化温度Ｔ_Ａ超まで加熱することのみによって、形状記憶材料の活性化により製造され得る。

【図1a】

【図1b】

【図1c】

【図2a】

【図2b】

【図2c】

【図2d】

【図2e】

【図2f】

【図2g】

【図3a】

【図3b】

【図4a】

【図4b】

【図5a】

【図5b】