複合材料を溶接するプロセス及び該プロセス由来の物品
本発明は、複合材料を溶接する方法と、このようにして調整される溶接された構造を対象とするものである。前記方法は、基板材料と複合材料とを接触させる工程を含み、該複合材料は一対の間隔を置いた鋼板と鋼板間のコア層を含み、該コア層の体積は複合材料の全体積に基づいて約２５体積％以上であり、コア層は、鋼板と電気通信するように、コア層の厚みを伸張する繊維の１つ以上の塊に配される複数の鋼繊維を含み、鋼繊維は約１×１０−５ｍｍ２から約２．５×１０−２ｍｍ２までの繊維の長さに垂直な断面積を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〈出願日の利益の主張〉
本出願は、米国仮特許出願第６１／２９０，３８４号（２００９年１２月２８日出願）、第６１／３７１，３６０号（２０１０年８月６日出願）、第６１／３７７，５９９号（２０１０年８月２７日出願）及び第６１／３８７，１６４号（２０１０年９月２８日出願）の出願日の利益を主張するものであり、その内容は、それらの全体への引用によって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
〈発明の分野〉
本発明は、複合材料を金属材料、複合材料、又はその両方に溶接するための溶接プロセス、及び溶接された複合材料を含む物品、及びより具体的には複合材料がポリマー層を含むプロセス並びに物品に関する。
【背景技術】
【０００３】
輸送で使用される車と物品の重量を減らすことに、相当な関心が持たれてきた。このことは、金属層とポリマー層を含む複合材料のような、新しい軽量の材料の継続的な探求をもたらした。望ましくは、そのような材料は、重量の減少、重量配分比に対する剛性の増加、コスト減少などの１つ以上の利点を提供し得る。
【０００４】
多くの適用のため、そのような複合材料が溶接可能（即ち、電気抵抗溶接を使用して溶接することができる）であることも望ましい。絶縁ポリマー層を含むサンドイッチ複合材料は溶接が難しく、それらをそのような適用に不向きにすることが一般に認識されてきた。複合材料の溶接性を改善する試みは、ポリマー層の導電率が増加するように、ポリマー層へ粉末形態の伝導性の充填材を追加することを含む。ポリマーの乏しい導電率を補うために、比較的高いレベルの導電性粉体が必須であると考えられてきた。導電性粉体を含む複合材料は、あいにく一般に乏しい機械的性質及び一般に乏しい絞性を有する。
【０００５】
さらに、そのような材料は一般に、処理（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）（例えば、二次加工、溶接、スタンピング、絞り（ｄｒａｗｉｎｇ）など）のために特殊装置を必要とする。さらに、一般に高い溶接電流範囲、（好ましくは、いくつか又は全ての同じ溶接パラメーターを使用して）広範囲の基板に溶接できること、又はその両方によって特徴化されてもよいといったように、材料が改善された溶接性を有することが望ましい。
【０００６】
上記の１つ以上、又は全てを克服する材料の必要性がある。例えば、軽量、重量配分比に対する剛性の増加、コスト減少、改善された溶接性、良好な機械的性質、良好な絞性、既存の基盤を使用して処理される能力、又はそれらの任意の組み合わせを有する複合材料の必要性がある。
【０００７】
より厚い部分複合材料、緊密に間隔を置いた溶接を必要とする物品のような、特定の構造を溶接するには、複合材料の溶接に関する更なる困難がある。そのため、より厚い部分複合材料を溶接する新しい溶接プロセスの必要性がある。
【発明の概要】
【０００８】
意外にも、複合材料におけるポリマーの一般に低い導電率にも関わらず、本教示は、基板材料と複合材料を接触させる工程を含むプロセスを使用し、溶接ボタンサイズ、溶接用の大きな処理窓（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｗｉｎｄｏｗ）又はその両方において優れた結果を達成し、ここで、複合材料は、一対の別々に間隔を置いた鋼板と板間のコア層とを含み；コア層の体積は複合材料の全体積に基づき約２５体積％以上であり；コア層は、鋼板と電気通信するように、コア層の厚みを伸張する繊維の１つ以上の塊に配される複数の金属繊維（例えば鋼繊維）を含み；及び金属繊維は、約１×１０−５ｍｍ２から約２．５×１０−２ｍｍ２までの繊維の長さに垂直な断面積を有する。
【０００９】
従って、本発明の態様では、自動車の本体パーツで使用されるように、サンドイッチ複合材料を従来の鋼の「代用材料」として使用することができる特定の方法において、サンドイッチ複合材料を形成する工程を含む溶接プロセスが熟慮される。そのプロセスは、複合材料のために材料の選択を考慮に入れると予想されるような技術及び装置に対する変更を必要とすることなく行なうことができる。
【００１０】
本発明の１つの態様では、基板への複合材料の溶接は、意外にも複数の溶接段階を含む新しい溶接プロセスを使用して達成される。他の適用も有しているが、そのような溶接プロセスは、一般に高い厚み（例えば、約１．５ｍｍ以上の厚み）を有する複合材料の溶接、短絡（ｓｈｕｎｔｅｄ）溶接（例えば、約１５０ｍｍ以下の距離だけ離れた溶接のような、以前に形成された溶接に近接した位置にある溶接）の形成、又はその両方に特に役立ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本明細書の教示により使用されてもよい、実例となる複合材料の横断面である。
【図２Ａ】コア層で利用されてもよい、実例となる金属繊維の顕微鏡写真である。
【図２Ｂ】少なくとも１つの直線面を有する、実例となる繊維の横断面（繊維の長さに交わる方向への）である。
【図２Ｃ】少なくとも１つの直線面を有する、実例となる繊維の横断面（繊維の長さに交わる方向への）である。
【図２Ｄ】少なくとも１つの直線面を有する、実例となる繊維の横断面（繊維の長さに交わる方向への）である。
【図２Ｅ】少なくとも１つの直線面を有する、実例となる繊維の横断面（繊維の長さに交わる方向への）である。
【図２Ｆ】少なくとも１つの直線面を有する、実例となる繊維の横断面（繊維の長さに交わる方向への）である。
【図２Ｇ】少なくとも１つの直線面を有する、実例となる繊維の横断面（繊維の長さに交わる方向への）である。
【図２Ｈ】少なくとも１つの直線面を有する、実例となる繊維の横断面（繊維の長さに交わる方向への）である。
【図２Ｉ】少なくとも１つの直線面を有する、実例となる繊維の横断面（繊維の長さに交わる方向への）である。
【図２Ｊ】少なくとも１つの直線面を有する、実例となる繊維の横断面（繊維の長さに交わる方向への）である。
【図３】金属繊維とポリマーを含む、実例となるコア層の顕微鏡写真である。
【図４】２つの金属層（ｍｅｔａｌ ｌａｙｅｒｓ）、金属繊維、及びポリマーを含む、実例となる軽量の複合物（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）の顕微鏡写真である。
【図５】約２．０ｋＡ、又はそれ以上の溶接電流範囲を有するガルバニール金属（ｇａｌｖａｎｎｅａｌｅｄ ｍｅｔａｌ）に溶接された軽量の複合材料に関する、溶接ボタンサイズ（ｍｍの単位）と溶接電流（ｋＡの単位）の関係を示すグラフである。
【図６】約２．０ｋＡ、又はそれ以上の溶接電流範囲を有するコーティングされていない深絞り性質鋼鉄（ｕｎｃｏａｔｅｄ ｄｅｅｐ ｄｒａｗｉｎｇ ｑｕａｌｉｔｙ ｓｔｅｅｌ）に溶接された軽量の複合材料に関する、溶接ボタンサイズ（ｍｍの単位）と溶接電流（ｋＡの単位）の関係を示すグラフである。
【図７】約１．５ｋＡ、又はそれ以上（例えば、約１．７ｋＡ）の溶接電流範囲を有するガルバニール金属に溶接された軽量の複合材料に関する、溶接ボタンサイズ（ｍｍの単位）と溶接電流（ｋＡの単位）の関係を示すグラフである。
【図８】約１．５ｋＡ、又はそれ以上の溶接電流範囲を有する溶融亜鉛被覆金属（ｈｏｔ ｄｉｐｐｅｄ ｇａｌｖａｎｉｚｅｄ ｃｏａｔｅｄ ｍｅｔａｌ）に溶接された軽量の複合材料に関する、溶接ボタンサイズ（ｍｍの単位）と溶接電流（ｋＡの単位）の関係を示すグラフである。
【図９Ａ】溶接プロセスにおける異なる時間での溶接プロセスの間、実例となる溶接スタック（ｗｅｌｄ ｓｔａｃｋ）の横断面の一部である。
【図９Ｂ】溶接プロセスにおける異なる時間での溶接プロセスの間、実例となる溶接スタックの横断面の一部である。
【図１０】抵抗溶接用の実例となるデバイスである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
金属層とポリマー層（例えば、熱可塑性物質のようなポリマーを含むポリマー層）を有する複合材料の抵抗溶接を試みる際に、問題（例えば、低い溶接強度、溶接中の金属除去、溶接中の大きなはじける音、溶接火花など）は、ポリマー層と金属層の間の電気的性質の差、複合材料が溶接される基板、又はその両方から生じ得る。複合材料を溶接する際のこれらの問題のうちのいくつか又は全てが、ｉ）一対の別々に間隔を置かれた鋼板及び鋼板間のコア層を含む複合材料を提供するための材料を形成すること（ここで、コア層の体積は複合材料の全体積に基づき約２５体積％以上であり、コア層は複数の金属繊維を含み、また金属繊維は１×１０−５ｍｍ２から約２．５×１０−２ｍｍ２までの繊維の長さに垂直な断面積を有する）；ｉｉ）第１の又は初期の処理条件を利用する第１の溶接段階、及び第１の処理条件とは異なる第２の処理条件を使用する次の第２の溶接段階を含む複数段階の溶接プロセスの使用；又はｉ）及びｉｉ）の両方によって減少する又は除去され得ることが意外にも発見された。
【００１３】
驚くことに、一対の別々に間隔を置かれた鋼板及び鋼板間のコア層を含む複合材料（ここで、コア層の体積は複合材料の全体積に基づき約２５体積％以上であり、コア層は複数の金属繊維を含み、及び金属繊維は約１×１０−５ｍｍ２から約２．５×１０−２ｍｍ２までの繊維の長さに垂直な断面積を有する）は、低炭素鋼を溶接するのに典型的に利用される溶接条件下のように、改善された溶接性を有するであろう。改善された溶接性は、一般に高い溶接電流範囲（即ち、除去が生じる溶接電流の上限と、溶接ボタンサイズが低すぎる溶接電流の下限の間の差）によって特徴化されてもよい。本発明の複合材料は、一般に高い大量の抵抗率、一般に高い静的接触抵抗（即ち、ＳＣＲ）（例えば、同じ表面の粗さ、及び同じ表面処理を有し、同じ鋼の単一的な鋼のＳＣＲより大きい）又はその両方を有してもよい。高い大量の抵抗率及び／又は高いＳＣＲは、意外にも高い溶接電流範囲を生じてもよい。表面特徴への変化（例えば、表面の粗さを増加させる）のようなＳＣＲを増加させる他の手法は、ＳＣＲの増加を引き起こすそのような表面特徴が溶接プロセスの初期に除去され得るため、溶接電流範囲に対して効果を制限され得ると信じられている。対照的に、本発明の複合材料の高いＳＣＲは、コア層における異なる金属繊維間の接触と同様、コア層における金属繊維と金属板の間の接触を含む、複合材料の多くの特徴とも関係がある。理論にとらわれることなく、本発明の多くの特徴によって引き起こされる高いＳＣＲは、それほど一時的でなく（例えば、表面特徴によって引き起こされるものと比較して）、かつ意外にも高い溶接電流範囲をもたらすと信じられている。更に、理論にとらわれることなく、複合材料のＳＣＲの一般に適度な増加は、最大の溶接電流範囲をもたらしてもよいと信じられている。また、ＳＣＲが高すぎる場合、溶接制御装置が溶接プロセス中に電流をコア層に流せないことが見出される。そのため、自動車の本体パーツを溶接するのに典型的に使用される溶接制御装置で複合材料を溶接できるように、ＳＣＲは十分に低くなければならない。
【００１４】
複合材料と基板を含む溶接スタックの溶接は、少なくとも２つの電極を含む抵抗溶接装置を使用して行なわれてもよい。電極は、溶接スタックに電流を供給するため、溶接スタックに力を供給するため、又はその両方のために使用されてもよい。
【００１５】
第１の溶接段階と第２の溶接段階を含む複数段階の溶接プロセスは、本明細書記載の複合材料のような複合材料と共に有利に使用されてもよい。一般に高い厚み（例えば、約１．５ｍｍ以上、約２．０ｍｍ以上、又は約２．５ｍｍ以上）を有する複合材料を溶接する場合、短絡溶接（例えば、約２００ｍｍ以下、約１５０ｍｍ以下、約１００ｍｍ以下又は約５０ｍｍ以下の間隔ごとに別の溶接によって分離される溶接）を溶接する場合、又はその両方の場合、複数段階の溶接プロセスは特に役立ってもよい。第１の溶接段階中に、プロセスは、少なくともいくつかのポリマー（例えば、溶接される領域のポリマー）が一次又は二次相転移を受けるように促す工程を含み、その結果、ポリマーはそのガラス転移温度上で液体状態にある。ポリマーがそのガラス転移温度上で液体状態にある場合、少なくともいくつかのポリマーは、（例えば、溶接電極によって適用される圧縮力によって）溶接される領域から取り除かれ、残りの複合材料（例えば、残りのポリマー層）の電気的性質が変わり、又はその両方が生じてもよい。更に、第２の溶接段階中に、プロセスは、少なくともいくつかの金属層の金属が溶融し、複合材料の金属層が別の基板（例えば、別の複合材料の金属層、又は単一体の金属材料）に融合するように、材料を処理する工程を含んでもよい。
【００１６】
本発明の様々な態様では、第１の溶接段階の初期の処理条件及び第２の溶接段階の第２の処理条件は、溶接される材料の特性（例えば、材料の構成、材料の厚み、材料に施された随意のコーティング、又はそれらの任意の組み合わせ）、又は１つ以上の試験溶接などによって予め定められてもよい。本発明の他の態様では、第１の溶接段階の初期の処理条件は、上述の通り予め定められ、第２の溶接段階の処理条件は、下記工程の１つ又は任意の組み合わせを含むプロセスによって定められてもよい：１つ以上の予め選ばれた条件を監視する工程；予め選ばれた条件に関する情報と予め定められた値を比較する工程；又は比較工程からの情報のような情報に基づき、第２の処理条件を自動的に定める（例えば、最初の処理条件を変更して）工程。本発明のまた他の態様では、第１の処理条件は測定又は監視の工程によって定められてもよい。そのため、溶接プロセスは、１つ以上の予め定められた条件を測定又は監視する工程；予め選ばれた条件に関する情報を予め定められた値と比較する工程；比較工程からの情報のような情報に基づき、第１の処理条件を定める（例えば、自動的に定める）工程；及び第２の処理条件を定める（例えば、自動的に定める）工程を含んでもよい。例えば、溶接方法は、予め定められた１つ以上の条件（例えば、溶接圧力、溶接電流、溶接電圧など）、及び予め定められない１つ以上の条件（例えば、溶接時間、又は溶接サイクルの数）を含む初期の処理条件を含んでもよい。そのため、方法は、１つ以上の予め選ばれた条件を監視する工程、予め選ばれた条件に関する情報を比較する工程、比較工程からの情報に基づいて溶接時間又は溶接サイクルの数を自動的に定める工程を含んでもよい。
【００１７】
予め選ばれた条件を監視する工程、予め選ばれた条件に関する情報と予め定められた所望の値を比較する工程、又はその両方が、最初の溶接段階の前、最初の溶接段階中、最初の溶接段階後、又はそれらの組み合わせにて生じてもよいことが認識される。
【００１８】
第１の金属層（１４）、第２の金属層（１４’）及び第１の金属層と第２の金属層の間に置かれるポリマー層（１６）（例えば、ポリマーコア層）を含むサンドイッチ構造（１２）を有する複合材料の例は、図１で図示される。図１に関して、ポリマー層（１６）は、１つ以上のポリマー（例えば、熱可塑性のポリマー）を含むポリマー相（１８）、及び１つ以上の充填材を含む１つの充填相（２０）を含んでもよい。ポリマー層（１６）及び第１の金属層（１４）は共通の表面（２２）を有する。図１に図示された充填材は繊維として示されるが、他の充填材は繊維の代わりに、又は繊維を加えて使用される（例えば微粒子、予備成形物（ｐｅｒｆｏｒｍｓ）、又は他のもの）。図１に図示されるように、充填材（例えば繊維）のうちのいくつか又は全ては、ポリマー層の両面上のサンドイッチ金属を接触させるためにポリマー層の１つの表面からポリマー層の対向面まで及ぶような長さと配向を有してもよい。繊維はもつれており、結果として生じるもつれた塊がポリマー層全体を横切って伸びる。しかしながら、他の充填材（例えば繊維）の長さと配向は、本発明の範囲内であることが認識される。例えば、ポリマー層の２つの対向する面の間を伸びる充填材（例えば繊維）の断片は、５０％未満、３０％未満、２０％未満、１０％未満、５％未満又は１％未満である。
【００１９】
本明細書に記載のプロセスによって形成された溶接は少なくとも１つの複合材料を含む。溶接（溶接に先立った）を含む材料は、溶接スタックと称される。溶接スタックは、それ自体に溶接された複合材料、第１の複合材料と同じ又は異なる第２の複合材料に溶接された第１の複合材料、或いは第１の複合材料と、ポリマー層（金属又は金属合金のような）を有する複合材料ではない基板を含んでもよい。溶接スタックは、複合材料、金属材料又はその両方である１つ以上の追加の基板をさらに含んでもよいことが認識される。限定されないが、溶接スタックは、ｉ）２つの複合材料；ｉｉ）複合材料及び金属材料；ｉｉｉ）複合材料及び２つ以上の金属材料；あるいはｉｖ）２つ以上の複合材料及び１つ以上の金属材料を含み、それらから本質的に成り、又はそれらから成る。溶接スタックが少なくとも２つの金属材料を含む場合、２つの金属材料は、溶接スタックの外部にある（即ち、複合材料は溶接される領域にある２つの金属材料の間に置かれてもよい）、あるいは複合材料は溶接スタックの頂部又は底部にある。
【００２０】
共に溶接される複合材料と基板は、各々独立して約０．１ｍｍ以上、好ましくは約０．２ｍｍ以上、より好ましくは約０．４ｍｍ以上、及び最も好ましくは約０．６ｍｍ以上（例えば０．７ｍｍ以上）の厚さを有する。共に溶接される複合材料と基板は、各々独立して約２０ｍｍ以下、好ましくは約１０ｍｍ以下、より好ましくは約５ｍｍ以下、さらにより好ましくは約２．１ｍｍ以下、さらにより好ましくは約１．８ｍｍ以下、及び最も好ましくは約１．３ｍｍ以下の厚さを有する。より高くて低い厚みを有する複合材料と基板の使用もまた、本発明の範囲内にある。
【００２１】
複合材料を含む溶接スタックの総厚さ（例えば複合材料と基板が合わさった厚み）は、約０．８ｍｍ以上、好ましくは約１．０ｍｍ以上、及びより好ましくは１．２ｍｍ以上であってもよい。溶接スタックの総厚さ（例えば複合材料と基板が合わさった厚み）は、約３０ｍｍ以下、好ましくは約１５ｍｍ以下、より好ましくは約８ｍｍ以下、さらにより好ましくは約４ｍｍ以下、及び最も好ましくは約３ｍｍ以下であってもよい。より高くて低い厚みを有する溶接スタックの使用もまた、本発明の範囲内にある。本明細書における教示によると、総厚さが約２．０ｍｍ以上、約２．４ｍｍ以上、約２．８ｍｍ以上又は約３．２ｍｍ以上である場合のように、スタックの総厚さが大きい場合、複数段階の溶接プロセスなどの特別の溶接プロセスは、有意に使用されてもよい。
【００２２】
〈複合材料〉
一般に、本明細書中の複合材料は、ポリマーマトリクスで分配された充填材相を含む、充填されたポリマー材料を含む。一般に、本明細書中の複合材料は、少なくとも二つの層を使用し、そのうちの１つは上記の充填されたポリマー材料である。詳しく言えば、本明細書中の材料はサンドイッチ構造を含む複合材料であり、サンドイッチ構造は、２つ以上の他の層の間に充填されたポリマー層（例えばポリマーコア層）が挟まれることに準ずる。複合材料はまた、充填されたポリマー層が取り付けられる第１の金属層を含む積層であり、その結果、充填されたポリマー層に露出した外部表面がある。２つのポリマー層の間に挟まれた金属層を備えた複合物も熟慮される。
【００２３】
限定することなく、溶接プロセス内で利用され得る複合材料の例は、充填されたポリマー材料（例えば充填されたポリマー層）、及びその全体への引用によって本明細書に組み込まれた国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ０９／５３６７６（Ｍｉｚｒａｈｉにより２００９年８月１３日出願）に記載の複合材料を含む。
【００２４】
〈静的接触抵抗〉
本発明の複合材料は、（例えば、従来の溶接装置を使用して）複合材料が溶接電流を複合材料に流すことができるように、好ましくは静的接触抵抗（即ち、ＳＣＲ）を十分に低くする。本発明の複合材料は、溶接用の処理窓が増加するように、溶接に必要とされた電流が減少するように、又はその両方の結果となるように、好ましくはＳＣＲを十分に高くする。特に、複合材料は、複合材料と同じ厚さを有し、及び複合材料の金属の板と同じ金属から作られた単一体の金属板のＳＣＲより大きなＳＣＲを好ましくは有する。
【００２５】
〈静的接触抵抗を測定するための試験方法〉
ＳＣＲは、１つの材料、又は２つ以上の材料のスタックに関して測定されてもよい。ＳＣＲとその測定は、その全体への引用によって組み込まれた「”Ｔｈｅ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｎ Ｎｕｇｇｅｔ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｄｕｒｉｎｇ Ｓｐｏｔ Ｗｅｌｄｉｎｇ”， Ｊ．Ｇ． Ｋａｉｓｅｒ， Ｇ．Ｊ． Ｄｕｎｎ， ａｎｄ Ｔ．Ｗ． Ｅａｇａｒ， Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ， Ｊｕｎｅ， １９８２， ｐａｇｅｓ １６７-ｓ ｔｏ １７４-ｓ」に記載されている。高い導電率を有する単一体の材料について、表面、表層（例えば、表面上の酸化被膜又は油層）の粗さのような表面特徴によって接触抵抗が制御されてもよいことが認識される。前述の表面特徴に加えて、複合材料のＳＣＲは、ポリマー層（即ち複合材料のコア層）の大量の低効率によって影響を受けてもよい。
【００２６】
材料のＳＣＲ又は２つの材料のスタックは、表面直径（ｆａｃｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ）が約４．８ｍｍの２つの分類Ｉ−ＲＷＮＡ電極（ｔｗｏ ｃｌａｓｓ Ｉ−ＲＷＮＡ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ）間に材料又は材料のスタックを置くことにより測定されてもよい。別段の定めがない限り、ＳＣＲは、電極によって適用された約２２２０Ｎｔ（約５００ｌｂ）の力を使用して測定されてもよい。ＳＣＲの測定中、抵抗は負荷が電極に適用される時間で始まり、約４５秒間測定されてもよい。ＳＣＲは、抵抗が安定している時間に続き、材料の平均抵抗又は材料のスタックによって５秒間測定されてもよい。安定したＳＣＲは、毎秒２％未満、毎秒１％未満、又は毎秒０．５％未満の抵抗変化によって測定されてもよい。約１．２ｍｍより厚い材料のＳＣＲの測定のため、高圧力を使用できることが認識される。材料のＳＣＲは、材料の２５ｍｍ×２５ｍｍのクーポン（ｃｏｕｐｏｎ）を使用して測定されてもよい。
【００２７】
複合材料のＳＣＲ比率は、複合材料のＳＣＲを測定することにより、及び複合材料と同じ厚みを有し、複合材料の金属板と同じ金属から作られ、複合材料と同じ表面の特徴（例えば、表面の粗さ、表面処理など）を有する単一体の金属板のＳＣＲで複合材料を分割することにより測定されてもよい。複合材料のＳＣＲ比率は、約１以上、好ましくは約１．２以上、より好ましくは１．５以上、更により好ましくは約２以上、更により好ましくは約３以上、更により好ましくは約４以上、更により好ましくは約５以上、及び最も好ましくは約１０以上である。複合材料のＳＣＲ比率は、約１０００以下、好ましくは約３００以下、より好ましくは約１００以下、更により好ましくは約７５以下、更により好ましくは約４０以下、及び最も好ましくは約３０以下である。理論にとらわれることなく、１より大きなＳＣＲ比率を有することは、強固な溶接処理窓（例えば、約１ｋＡ以上、約１．５ｋＡ以上、約２ｋＡ以上又は約２．５ｋＡ以上の溶接電流範囲のような、高い溶接電流範囲によって特徴付けられた溶接処理窓）を達成するのに役立つと信じられている。
【００２８】
複合材料のＳＣＲが高すぎる場合、複合物が電流を流すのは難しくなり、従って容易に溶接されないことが認識される。複合材料のＳＣＲは、好ましくは約０．００２０Ω以下、より好ましくは約０．００１７Ω以下、更により好ましくは約０．００１５Ω以下、更により好ましくは約０．００１２Ω以下、及び最も好ましくは約０．０００８Ω以下である。
【００２９】
複合材料が溶接されている基板のＳＣＲ（例えば、冷延鋼板、亜鉛めっき鋼、ガルバニール鋼、又はそれらの任意の組み合わせ）に対する複合材料のＳＣＲの比率は、好ましくは約１以上、より好ましくは約１．２以上、更により好ましくは約１．５以上、更により好ましくは約２以上、更により好ましくは約３以上、更により好ましくは約４以上、更により好ましくは約５以上、及び最も好ましくは約１０以上である。複合材料が溶接されている基板のＳＣＲに対する複合材料のＳＣＲの比率は、好ましくは約１０００以下、より好ましくは約３００以下、更により好ましくは約１００以下、更により好ましくは約７５以下、及び最も好ましくは約４０以下である。
【００３０】
〈充填されたポリマー材料〉
上述のように、充填されたポリマー材料はポリマーと充填材を含む。充填されたポリマー材料は、比較的低い密度（好ましくは、金属材料の密度より少なくとも１０％少ない）を有する。充填されたポリマー材料は、ポリマー材料の電気抵抗率が比較的低くなるよう、比較的低い電気抵抗率を有するポリマー、充填材、又はその両方を好ましくは含む。例えば、充填されたポリマー材料を形成するために組み合わせられた時、混合物がポリマーの電気抵抗率と比べて比較的低い電気抵抗率を有するように、充填されたポリマー材料は、比較的高い電気抵抗率を有するポリマー、及び比較的低い電気抵抗率を有する充填材を含んでもよい。複合材料、充填されたポリマー材料又は両方の（板厚方向における）電気抵抗率は、約１００，０００Ω・ｃｍ以下である。好ましくは、一般に複合材料と基板と同じ厚みの単一体の２枚の鋼を溶接するための溶接計画と同じ溶接計画を使用する抵抗溶接技術によって、鋼の単一体の板の基板に複合材料が溶接されることができるように、複合材料は電気抵抗率を十分に低くする。例えば、板厚方向における充填されたポリマー材料、複合材料又はその両方の電気抵抗率は、好ましくは約１００Ω・ｃｍ以下、約１０Ω・ｃｍ以下、約１Ω・ｃｍ、約０．１５Ω・ｃｍ以下、約０．１Ω・ｃｍ以下、又は約０．０７５Ω・ｃｍ以下である。
【００３１】
充填されたポリマー材料の濃度は、複合材料の全体積に基づき、約２０体積％以上、好ましくは約２５体積％以上、より好ましくは約３０体積％以上、更により好ましくは約４０体積％以上、及び最も好ましくは約５０体積％以上である。充填されたポリマー材料の濃度は、複合材料の全体積に基づき、約９５体積％以下、より好ましくは約９０体積％以下、更によりさらに好ましくは約８５％以下、及び最も好ましくは約７５体積％以下である。充填されたポリマー材料の体積％及び充填されたポリマー材料の厚み％が同等となるように、充填されたポリマー材料と金属層は各々、一般に均一な厚さを有することが認識される。
【００３２】
充填されたポリマー材料は、２つの金属層（例えば、サンドイッチ構造内のような２つの金属面）の間の空間のうちのいくつか又は全てを満たしてもよい。例えば、充填されたポリマー材料の濃度は、２つの金属層（例えば２つの金属面）間の体積の少なくとも約３０体積％、少なくとも約５０体積％、より好ましくは少なくとも約７０体積％、更により好ましくは少なくとも約９０体積％、及び最も好ましくは少なくとも約９５体積％（約１００体積％でない場合）である。
【００３３】
〈ポリマー〉
複合材料のポリマー材料は、熱可塑性のポリマー、エラストマーのポリマー、又はそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。好ましくは、ポリマーは１つ以上の熱可塑性のポリマーを含む又はそれらから実質的に成る。ポリマーは、ホモポリマー、コポリマー（例えば、ブロックコポリマー、ランダムコポリマー、グラフトコポリマー、交互コポリマー、又はその他のもの）、又はそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。１つ以上の熱硬化性のポリマーがポリマー材料内で使用されてもよい。
【００３４】
熱可塑性のポリマーが固体である及び／又は周囲条件で比較的高粘度を有し、液体である及び／又は加熱された場合比較的低粘性を有するように、利用されてもよい熱可塑性のポリマーは、約２５℃よりも大きな液少なくとも１つの固体から液体への相変化（例えば、溶融温度などの一次相転移、ガラス転移温度のような二次相転移、又はその両方）を好ましくは有する。例えば、熱可塑性のポリマーは、約４０℃以上、約６０℃以上、約８０℃以上、約１００℃以上の溶融温度又はガラス転移温度を有する。溶融温度（例えば、ピーク溶融温度）、ガラス転移温度、又はその両方は、ＡＳＴＭ Ｄ３４１８−０８によって測定されてもよい。
【００３５】
限定することなく、利用されてもよいポリマーは、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステル、ポリエーテル、ポリスチレン、アクリロニトリル、アクリル酸又はアクリル酸塩を含むポリマー、ポリイミド、ポリカーボネート、イオノマー、上記のポリマーの１つ以上を含むコポリマー、及び上記のポリマー又はコポリマーの１つ以上を含む混合物を含む。充填されたポリマー材料で使用され得る更なるポリマーの例は、国際特許出願公報ＷＯ／２０１０／０２１８９９（２００９年８月１３日出願）の段落００５２〜００６３、米国仮特許出願第６１／３８７，１７４（２０１０年９月２８日出願）の段落００６０〜００８６に記載されるポリマーを含む。
【００３６】
特に好ましいポリマーは、ポリエチレン、ポリエチレンコポリマー（好ましくは約７０重量％以上のエチレンを含む）、ポリプロピレン、ポリプロピレンコポリマー、ポリアミド、及び共重合アミドを含む。利用され得るポリエチレン及びポリエチレンコポリマーの例は、低密度のポリエチレン、直線的な低密度のポリエチレン、中密度のポリエチレン、及びポリエチレンプラストマーを含む。利用され得るポリプロピレンの例は、ポリプロピレンホモポリマー（例えばイソタクチックポリプロピレンホモポリマー）、耐衝撃性ポリプロピレン（例えばイソタクチックポリプロピレン及びゴム相を含むポリプロピレン）及びランダムポリプロピレンコポリマーを含む。
【００３７】
イオノマーと混合される、例となるポリオレフィンは、約２〜約１０の炭素を有する約５０重量％以上のα−オレフィンを含むホモポリマー及びコポリマーを含む。イオノマーと混合するための好ましいポリオレフィンは、約５０重量％以上のエチレン、プロピレン、ブタン又はヘキサンを有するものを含む。イオノマーと混合するためのより好ましいポリオレフィンは、約５０重量％以上のエチレン、又はプロピレンを有するものを含む。ポリオレフィン中のα−オレフィンの濃度（例えば、エチレン又はプロピレンの濃度）は、ポリオレフィンの全重量に基づき、好ましくは約６０重量％以上、より好ましくは約７０重量％以上、更により好ましくは約８０重量％以上、最も好ましくは約９０重量％以上である。好ましいポリオレフィンは、１つ以上のα−オレフィンから本質的に成るポリオレフィンを含む。例えば、１つ以上のα−オレフィンの濃度は、ポリオレフィンの全重量に基づき、約９０重量％以上、約９５重量％以上、約９８重量％以上、約９９重量％以上、又は約９９．９重量％以上である。限定することなく、イオノマーを備えた混合物で使用されるポリオレフィンは、高密度のポリエチレン（例えば、約０．９４５〜約０．９９０ｇ／ｃｍ３までの密度を有する）、低密度のポリエチレン、直線的な低密度のポリエチレン（例えば、約０．９１５〜約０．９３０ｇ／ｃｍ３までの密度を有するコポリマー）、中密度のポリエチレン（例えば、約０．９３０〜約０．９４５ｇ／ｃｍ３までの密度を有するコポリマー）、超低密度のポリエチレン（例えば、約０．９００〜約０．９１５ｇ／ｃｍ３までの密度を有する）、ポリエチレンプラストマー（例えば、約０．８６０〜約０．９００ｇ／ｃｍ３、好ましくは約０．８７０〜約０．８９５ｇ／ｃｍ３までの密度を有するコポリマー）、アイソタクチックポリプロピレンホモポリマー、約５重量％以上の結晶度を有するアイソタクチックポリプロピレンコポリマー、耐衝撃ポリプロピレン、アイソタクチックポリプロピレンの１つ以上のブロックを含むポリプロピレンブロックコポリマー、それらの混合物、又はそれらの任意の組み合わせを含み、或いはそれらから実質的に成る。イオノマーと混合するのに適した他のポリオレフィンの例は、ｉ）約６０重量％以上のα−オレフィン；及びｉｉ）酢酸ビニル、アクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸、メタクリル酸メチル、メタクリル酸、及びそれらの任意の組み合わせから成る群から選ばれた１つ以上のモノマーを含む或いはそれらから本質的に成るコポリマーである。ポリマーが金属繊維、金属層、又はその両方に付着するように、イオノマーとポリオレフィンの混合物は十分な量のイオノマーを含んでもよい。イオノマー対ポリオレフィンの重量比率は、約１：９９以上、約３：９７以上、約５：９５以上、約１０：９０以上、あるいは約２０：８０以上である。イオノマー対ポリオレフィンの重量比率は、約９９：１以下、約９０：１０以下、約７０：３０以下、約５０：５０以下、あるいは約４０：６０以下である。
【００３８】
本発明の１つの特に好ましい態様では、充填されたポリマー材料は、１つ以上のポリアミドコポリマー、１つ以上の熱可塑性ポリウレタン樹脂、１つ以上の熱可塑性ポリエーテル−エステルコポリマー、１つ以上のイオノマー、又はそれらの任意の組み合わせを含む。ポリアミドコポリマーは、本明細書中の上記に記載されたポリアミドコポリマーのいずれかである。好ましいポリアミドコポリマーは、ポリアミド−ポリアミドコポリマー、ポリエステルアミドコポリマー、ポリエーテルエステルアミド、ポリカーボネート−エステルアミドコポリマー、又はそれらの任意の組み合わせを含む。熱可塑性物質のうちの何れかは、ランダムコポリマー又はブロックコポリマーであってもよい。熱可塑性物質のうちの何れかは、熱可塑性エラストマーであってもよい。一例として、充填されたポリマー材料は、ポリエステルアミド熱可塑性エラストマー、ポリエステルエーテルアミド熱可塑性エラストマー、ポリカーボネート−エステルアミド熱可塑性エラストマー、ポリエーテル−エステル熱可塑性エラストマー、アミドブロックコポリマー熱可塑性エラストマー、又はそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。充填されたポリマー材料は、コポリマーではない１つ以上のポリマーを随意に含んでもよい。例えば、充填されたポリマー材料は、１つ以上のポリアミドホモポリマーを含んでもよい。特に好ましいポリアミドホモポリマーは、ポリアミド６及びポリアミド６，６を含んでもよい。１つ以上のポリアミドホモポリマーが利用されれば、１つ以上のポリアミドホモポリマーの濃度は比較的低い（例えば、１つ以上のコポリマーの濃度と比較して）。１つ以上のポリアミドホモポリマーが存在する場合、１つ以上のポリアミドホモポリマーの濃度は、充填されたポリマー材料におけるポリマーの全重量に基づき、好ましくは約５０重量％以下、より好ましくは約４０重量％以下、更により好ましくは約３０重量％以下、及び最も好ましくは約２５重量％以下である。
【００３９】
利用され得る特に好ましいコポリアミドは、約３０重量％から約７０重量％（例えば約５０重量％）のポリアミド６、及び約３０重量％から約７０重量％（例えば約５０重量％）のポリアミド６，９を含むコポリアミドである。そのようなコポリアミドは、以下の１つ以上により特徴付けられる：ＩＳＯ ５２７−２によって測定される約１００ＭＰａから約６００ＭＰａまで（例えば約３００ＭＰａ）の弾性率、ＩＳＯ １１３５７によって測定される約１００℃から約１６５℃まで（例えば１３０℃）の融点、及びＩＳＯ ５２７−３によって測定される約４００％から約２０００％まで（例えば約９００％）のような及び破断時の伸長。
【００４０】
熱可塑性のポリマーは好ましくは比較的長い鎖状ポリマーであり、その結果、約２０，０００より大きな、好ましくは約６０，０００より大きな、最も好ましくは約１４０，０００より大きな数平均分子量を有してもよい。熱可塑性のポリマーは、可塑化されない、可塑化される、エラストマーで修正される、あるいはエラストマーがない。半結晶性ポリマーは、約１０重量％より大きな、より好ましくは約２０重量％より大きな、より好ましくは約３５重量％より大きな、より好ましくは約４５重量％より大きな、及び最も好ましくは約５５重量％より大きな結晶化度を有してもよい。半結晶性ポリマーは、約９０重量％未満、好ましくは約８５重量％未満、より好ましくは約８０重量％未満、及び最も好ましくは約６８重量％未満の結晶化度を有してもよい。熱可塑性のポリマーの結晶化度は、ＡＳＴＭ Ｄ３４１８に記載のように、溶融熱を測定し、それを特定のポリマーに関する当業者に既知の溶融熱と比較することにより、示差走査熱量測定を使用して測定されてもよい。
【００４１】
充填されたポリマー材料のポリマーはまた、無水マレイン酸のような有極性分子と接合される、約１０重量％までのグラフトポリマー（例えば、アイソタクチックポリプロピレンホモポリマー又はコポリマー、又はポリエチレンホモポリマー又はコポリマーのようなグラフトポリオレフィン）を含み得る。接合された化合物の濃度は、グラフトポリマーの全重量に基づき、約０．０１重量％以上である。特に好ましいグラフトポリマーは、約０．１重量％から約３重量％の無水マレイン酸を含む。
【００４２】
〈充填材〉
充填されたポリマー材料は、１つ以上の充填材を含み、好ましくは１つ以上の伝導性の充填材を含む。多量の充填材は、充填されたポリマー材料内で使用されてもよい。好ましくは、充填材の濃度は、ポリマー材料、複合材料又はその両方が比較的低い電気抵抗率（例えばポリマーの電気抵抗率に対する）を有するように十分に高い。好ましくは、充填材の濃度は、充填されたポリマー材料の全体積に基づき、約３体積％以上、好ましくは約５体積％以上、より好ましくは約８体積％以上、更により好ましくは約１０体積％以上、及び最も好ましくは約１２体積％以上である。充填されたポリマー材料の密度が比較的低くなるように（例えば充填材、金属板又はその両方の密度と比較して）、充填材濃度が低いことが好ましい。そのため、充填材の濃度は、充填されたポリマー組成の全体積に基づき、約５０体積％以下、好ましくは約３５体積％以下、より好ましくは約３０体積％以下、更により好ましくは約２５体積％以下、更により好ましくは約２３体積％以下、及び最も好ましくは約２１体積％である。
【００４３】
充填材は任意の形状を有する。例えば、充填材は、一般に球形、一般に繊維形状（他の二次元より少なくとも５倍大きな１次元を有する形状のような）、又は一般に平面形状（最も小さな次元より少なくとも５倍大きな二次元を有する形状のような）である。本明細書で使用されるように、充填繊維（ｆｉｌｌｅｒ ｆｉｂｅｒ）は、一般に繊維形状を有する充填材を指し、一方充填粒子は、他の充填形状（一般に平面形状及び一般に球形形状のような）を指す。
【００４４】
限定することなく、充填されたポリマー材料で使用され得る充填材の例は、国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ０９／５３６７６（Ｍｉｚｒａｈｉにより２００９年８月１３日出願）の段落００６４〜００８１、米国仮特許出願第６１／３８７，１７４号（２０１０年９月２８日出願）の段落００８７〜０１１４に記載の充填材を含む。
【００４５】
適切な充填材の例は、金属繊維、金属粒子、カーボンブラック、グラファイト、リン化鉄、及びそれらの任意の組み合わせを含む。好ましくは、充填材は、伝導性の（例えば、１０−４Ωｃｍ以下の低効率を有する）粒子、繊維又はその両方を含み、又はそれらから実質的に成る（例えば充填材の全体積に基づき、少なくとも８０体積％、少なくとも９０体積％又は少なくとも９５体積％）。より好ましくは、充填材は、金属粒子、金属繊維又はその両方を含む、又はそれらから実質的に成る。最も好ましくは、充填材は、金属繊維を含む、又は該金属繊維から実質的に成る。
【００４６】
金属繊維は、溶接プロセス（電気抵抗点溶接のような）の間、溶接電極（即ち、溶接チップ）間の領域の金属繊維のうちのいくつか又は全てが、１つ又は両方の金属層が溶融する前に少なくとも部分的に溶融するように（例えば、完全に溶融する）、溶融又は液相線の温度を十分に低くしてもよい。充填されたポリマー材料の電気抵抗率は、金属層の電気抵抗率より高く（例えば約２以上、約１０以上又は約１００以上の因数）、その結果、金属層が溶融し始める前に金属繊維は溶融し始める。溶接プロセスは、金属層が溶融し始める前に金属繊維が溶けるように、溶接電極を十分に冷却する工程を使用してもよい。そのため、金属繊維は、第１の金属層、第２の金属層又はその両方における金属（例えば鋼）より低い、同じ、又は高い溶融温度又は液相線の温度を有する金属（例えば、鋼）を含み、又はそれから実質的に成る。
【００４７】
本発明の１つの実施形態では、金属繊維は、一般に繊維の縦方向において平坦な表面のような、好ましくは１つ以上の一般に平坦な表面を有する。平坦な表面は、繊維の長さのうちのいくつか又は全てに沿って伸長し得る。繊維の横方向（即ち、繊維の長さに対し垂直）における金属繊維の横断面は、１以上の一般に直線面を有してもよい。例えば、繊維の横方向における金属繊維の横断面は、４つ以上の一般に直線面、２つ以上の並列の側面、又はその両方を有してもよい。限定することなく、金属繊維は、一般に長方形の、一般に平行四辺形の、一般に４つ以上の側面を有する多角形の、又は一般に正方形の横断面を有してもよい。他の特徴は、半円の横断面のような単に１つの平坦な表面を有してもよい。横方向における金属繊維の横断面は、厚み（例えば最も薄い次元）、及び幅（即ち厚みに対し垂直な方向）により特徴づけられてもよい。繊維の厚みに対する幅の比率は、約１以上、約２以上、約３以上又は約４以上である。繊維の厚みに対する幅の比率は、約６０以下及びより好ましくは約３０以下（例えば約２０以下、又は約１５以下）である。
【００４８】
意外にも、縦方向に少なくとも１つの一般に平坦な表面を有する（例えば、横方向に長方形の横断面の特性を有する）金属繊維を含む複合材料及び充填されたポリマー材料は、同じ金属の等量の金属繊維で作られ、一般に筒状形状を有する材料と比較して、より高い導電率を有する。例えば、金属繊維が一般に筒状の同じ濃度の金属繊維に置き換えられることを除き、同一の充填されたポリマー材料に対する平坦な直線面方向の表面を有する金属繊維の濃度を含む充填されたポリマー材料の導電率の比率は、約１．１以上、約１．５以上、又は約２．０以上である。したがって、そのような繊維を使用して、溶接性の改善、密度の減少、又はその両方を達成することは可能である。
【００４９】
金属繊維の重量平均長さは、好ましくは約２００μｍ以上、より好ましくは約５００μｍ以上、更により好ましくは約８００μｍ以上、更により好ましくは約１．２ｍｍ以上、及び最も好ましくは約１．８ｍｍ以上である。金属繊維が約１０ｍｍ以上の重量平均長さ（ｗｅｉｇｈｔ ａｖｅｒａｇｅ ｌｅｎｇｔｈ）を有し、又は一般に連続していることが認識される。スポット溶接を必要とする適用について、金属繊維は、好ましくはスポット溶接に典型的に使用される溶接電極の直径未満である重量平均長さを有し、その結果、金属繊維は溶接プロセス中により容易に溶接から離れて流れてもよい。例えば、金属繊維は、約２０ｍｍ以下、約１０ｍｍ以下、約７ｍｍ以下、約５ｍｍ以下、約４ｍｍ以下、又は約３ｍｍ以下の重量平均長さを有し得る。繊維の縦横比は、（４ΑＴ／ＴＴ）１／２で繊維の長さを割ることにより評価され、ＡＴは横方向での繊維の断面積である。繊維の縦横比は、約５以上、約１０以上、約２０以上、又は約５０以上であってもよい。繊維の縦横比は、約１０，０００以下、約１、０００以下、又は約２００以下であってもよい。１０，０００より大きな縦横比を有する金属繊維が利用されてもよいことは、本明細書の教示から認識される。
【００５０】
２つの金属層間のポリマー層で使用された時、金属繊維は好ましくは繊維の塊として存在する。金属繊維の塊は相互に接続されてもよい。金属繊維の多くはもつれていることがある。繊維の多くは、機械的なインターロック（ｉｎｔｅｒｌｏｃｋｓ）を形成してもよい（即ち、２つ以上の繊維が機械的に連結されてもよい）。金属繊維の多くは、好ましくはポリマー層の厚みに及び、その結果、繊維の多く（例えば金属繊維のネットワーク）が２つの金属層を電気的に接続する。繊維の多くは、金属繊維を使用して板間に電流を流す工程、及び繊維に流れる電流からの抵抗熱でポリマー層を熱する工程を含む溶接プロセスで使用されてもよい。そのプロセスは、誘導加熱、伝導過熱、又はその両方を使用してもよい。単一の金属繊維は、ポリマー層の厚みに及ぶ。好ましくは、金属繊維のうちの少なくともいくつかは、個々にポリマー層の厚みに及ばない。金属繊維がポリマー層の厚みに及ぶ場合、厚みに及ぶ繊維の断片は、好ましくは約０．４以下、より好ましくは約０．２０以下、更により好ましくは約０．１０以下、更により好ましくは約約０．０４以下、及び最も好ましくは約０．０１以下である。繊維の塊における繊維は、好ましくは順序づけられていない配置で配される。例えば、一般に整列した配置で配される近隣の金属繊維の最大数は、約１００未満、好ましくは約５０未満、より好ましくは約２０未満、更により好ましくは約１０未満、及び最も好ましくは約５未満である。より好ましくは、繊維の塊は一般にランダムの配置で配される。編組電線配置（例えば、２、３、又はそれ以上の繊維を含む）のような順序付けられた配置、ねじられたフィラメント配置、織られた配置、又はメッシュ配置（ｍｅｓｈ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）が使用されてもよい。
【００５１】
金属繊維の何れかが金属繊維の長さの大部分にわたって金属層を接触させる場合、少数が好ましい。例えば、金属繊維の大きな断片は、金属層に接していない重要な部分を有してもよい。繊維の長さの少なくとも半分に沿って金属層を接触させる金属繊維の断片は、好ましくは約０．３以下、より好ましくは約０．２以下、更により好ましくは約０．１以下、さらにより好ましくは約０．０４以下、及び最も好ましくは約０．０１以下である。
【００５２】
金属繊維は、繊維の縦の軸に交わった面において一般に長方形の断面を有してもよい（即ち、繊維は一般にリボン状の形状を有するように提供されてもよい）。そのような繊維は加重平均長さ（ｗｅｉｇｈｔ ａｖｅｒａｇｅ ｌｅｎｇｔｈ）、加重平均幅、及び加重平均厚みにより特徴付けられ、厚みに対する幅の比率は、約１以上（例えば約２以上、約３以上、又は約４以上）であり、及び幅に対する長さの比率は、約５以上（例えば約７以上、約１０以上、又は約２０以上）である。そのようなリボン形状の繊維を使用した場合、その厚み（例えば加重平均厚み）は、好ましくは約１μｍ以上、より好ましくは約３μｍ以上、更により好ましくは約６μｍ以上、更により好ましくは約１０μｍ以上、及び最も好ましくは約２０μｍ以上である。リボン形状の繊維の厚み（例えば加重平均厚み）は、好ましくは約１００μｍ以下、より好ましくは約８０μｍ以下、更により好ましくは約７０μｍ以下、及び最も好ましくは約６０μｍ以下である。リボン形状の繊維の幅（例えば加重平均幅）は、好ましくは約１０μｍ以上、より好ましくは約２０μｍ以上、更により好ましくは約３０μｍ以上、更により好ましくは約４０μｍ以上、及び最も好ましくは約６０μｍ以上である。リボン形状の繊維の幅（例えば加重平均幅）は、好ましくは約４００μｍ以下、より好ましくは約２００μｍ以下、更により好ましくは約１６０μｍ以下、及び最も好ましくは約１４０μｍ以下である。リボン形状の繊維は、金属繊維を含む又はそこから本質的に成り、より好ましくは鋼繊維を含む又はそこから本質的に成る。例えば、リボン形状の繊維は、炭素鋼繊維、ステンレス鋼繊維、高張力鋼繊維などを含む、それらから本質的に成る、又はそれらから成る。驚くことに、そのようなリボン型の繊維は、より小さな断面積を有する一般に円筒状の繊維と比較して、複合材料の導電率を改善することにおいてより効率的である。したがって、リボン形状の繊維は、溶接性の改善、密度の減少、又はその両方を有する複合材料中で使用できる。例示となる繊維は、金属箔（例えば、繊維の厚みぐらいの厚みを有する）を狭いリボンに切断することにより調整された繊維である（例えば、切断間の間隔は繊維の幅である）。単一体の金属箔、又は１つ以上の金属層及び／又はコーティング（例えば両方の大表面上のコーティング）を有する金属箔から金属繊維が調整されてもよいことは、本明細書の教示から認識される。限定することなく、金属繊維は、電気防食を提供する金属又はコーティングを含みてもよい。他の手段によって調整されたリボン形状の繊維も使用され得ることが認識される。
【００５３】
縦の軸に交わった面の金属繊維の断面積は、好ましくは約１×１０−６ｍｍ２以上、より好ましくは約１×１０−５ｍｍ２以上、更により好ましくは約８×１０−５ｍｍ２以上、更により好ましくは約１×１０−４ｍｍ２以上、及び最も好ましくは約４×１０−４ｍｍ２以上である。縦の軸に交わった面の金属繊維の断面積は、好ましくは約２．５×１０−２ｍｍ２以下、より好ましくは約１×１０−２ｍｍ２以下、更により好ましくは約２．５×１０−３ｍｍ２以下、及び最も好ましくは約１×１０−３ｍｍ２以下である。例えば、約８×１０−５ｍｍ２より大きい縦の軸に交わった面の断面積を有する鋼繊維を利用する複合材料が、より低い断面積を伴う繊維を有する材料に関連する改善された溶接処理窓を有することは、驚くべきことである。約８×１０−５ｍｍ２より大きな断面積を有する繊維を含む、そのような複合材料は、より薄い繊維を備えた複合材料に関して観察された高い絞性及び成形性を維持する。
【００５４】
金属繊維は、繊維の長さにわたって、繊維の幅にわたって、又はその両方にわたって十分に一定の厚みを有してもよい。繊維の平坦な表面は滑らかであり（即ち、一般に織地がない）、又は織地を有し得る。例えば、リボン状の繊維は、滑らかな両方の主な表面、織込んで作られる両方の主な表面、又は織込んで作られる１つの主な表面、及び滑らかな１つの主な表面を有してもよい。
【００５５】
ポリマー対繊維（例えば金属繊維）の体積比率は、好ましくは２．２：１より大きい、より好ましくは約２．５：１より大きい、及び最も好ましくは約３：１より大きい。ポリマー対繊維（例えば金属繊維）の体積比率は、好ましくは約９９：１未満、より好ましくは約３３：１未満、更により好ましくは約１９：１未満、及び最も好ましくは約９：１未満（例えば、約７：１未満）である。
【００５６】
図２Ａに関して、金属繊維（２０’）は、１、２、又はそれ以上の一般に直線面（一般に長方形の断面のような）を含む長い方向に交わる方向に横断面を有してもよい。金属繊維の長さは、一般に直線の領域、一般に弓形の領域、又はその両方を有してもよい。繊維のもつれた塊が形成されるように、金属繊維は十分に長く、十分な曲率（例えば繊維の長さに沿った）を有し、十分な量に存在し、又はそれらの任意の組み合わせである。
【００５７】
金属繊維で使用され得る１つ以上の直線面を有する実例となる横断面（繊維の長さに交わる）は、図２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅ、２Ｆ、２Ｇ、２Ｈ、２Ｉ、及び２Ｊで示される。
【００５８】
図３は、金属繊維（２０”）及びポリマー（１８’）の部分を含むコア層（１６’）の、実例となる顕微鏡写真である。図３で示されるように、コア層によって電流を転送することができるように、繊維は十分に重なり合う。例えば、電気抵抗溶接を使用して複合材料を溶接することができる程、コア層の導電率は十分である。
【００５９】
図４は、繊維の長い方向に交わる方向の一般に長方形の横断面を有する金属繊維（２０’）を含む、実例となる複合材料の端部を図示する。コア層は、２つの金属層（１４”）間に挟まれた金属繊維（２０’）のもつれた塊とポリマー（１８’）を含む。
【００６０】
金属繊維は、好ましくは複合材料が溶接作業に関する一般に大きな処理窓（ｐｒｏｃｅｓｓ ｗｉｎｄｏｗ）（例えば約１ｋＡ以上の溶接電流範囲）を有するように、選択される。例えば、金属繊維の濃度、金属繊維の大きさ、金属繊維間の接触の量、金属繊維の形状、金属繊維と金属層間の接触の量、又はそれらの任意の組み合わせは、複合材料が、溶接作業のための一般的な処理窓、一般に高い導電率、一般に高いＳＣＲ、又はそれらの任意の組み合わせを有するように選択される。溶接用の一般に大きな処理窓（即ち、溶接処理窓）は、例えば高い溶接電流範囲（固定溶接時間で測定された）、高い溶接時間範囲（固定電流で測定された）、又はその両方によって特徴付けられる。
【００６１】
〈金属層〉
上記のように、複合材料は１、２、または、それ以上の金属層（例えば金属板）を含む。例えば、複合材料は、ポリマー層を挟む２つの金属層（例えば、２つの表面層（Ｆａｃｅ ｌａｙｅｒ））を含んでもよい。金属層は、溶接可能な（例えば、電気抵抗溶接プロセスで溶接されることができる）金属または金属合金から作られるのが好ましい。例えば、金属層は、以下に記載された金属材料の１つまたは任意の組み合わせを含むか、該金属材料の１つまたは任意の組み合わせからなってもよい。当然のことながら、複合材料は、比較的溶接しやすい第１の金属層と、比較的溶接しにくい第２の金属層（例えば、第２の金属層は、溶接することできないか、または、第１の金属層の溶接と比較して、長めの溶接時間、高い溶接電流、高い溶接圧力、または、それらの任意の組み合わせを必要とするかもしれない）を有してもよい。例えば、複合材料は、コーティングされた表面（表面の外観、耐久性、または、粘着特性を改善するコーティングなど）を有する１以上の金属層を含んでもよい。
【００６２】
制限されることなく、複合材料で使用されてもよい金属層の例は、（２００９年８月１３日にＭｉｚｒａｈｉによって出願された）国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ０９／５３６７６に記載される金属層と金属材料を含み、とりわけ、段落００８２乃至００８４に記載されたものを含む。
【００６３】
複合材料の密度が一般的に低くなるように（例えば、鋼板の密度に対して、約５％以上、約１０％以上、または、約１５％以上の密度減少）、金属層の全体的な厚み（例えば、２つの鋼板の全体的な厚み）は十分に薄いものであってもよい。例えば、金属層の厚み分率（ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｆｒａｃｔｉｏｎ））、体積分率、その両方は、複合材料の全体的な厚みに基づいて、約７５％以下、約７０％以下、約６５％以下、約６０％以下、または、約５５％以下であってもよい。金属層の厚み分率、体積分率、または、その両方は、約５％以上であってもよい。金属層の全体的な厚みは、約０．１ｍｍ以上、約０．２ｍｍ以上、または、約０．３ｍｍ以上であってもよい。金属層の全体的な厚みは、約１．５ｍｍ以下、約１．２ｍｍ以下、約１．０ｍｍ以下、約０．８ｍｍ以下、または、約０．６ｍｍ以下であってもよい。
【００６４】
〈金属材料〉
先に議論されるように、溶接方法（例えば、溶接スタックの基板は、１以上の金属材料を含んでもよい。用いてもよい金属材料は、金属、金属合金、金属／金属複合材などを含んでいる。典型的に、金属材料は約５重量％未満（例えば、約１重量％未満）のポリマー材料を有し、さらに典型的にはポリマー材料が実質的にまったくない。金属材料は好ましくは抵抗溶接可能な材料である。複合材料の金属層に使用されてもよい金属のいずれも、金属材料（例えば、第２のまたは追加のワークピースの金属材料）に使用されてもよい。制限されることなく、用いられてもよい典型的な金属材料は、（例えば、溶接される区域または領域の）金属層の総重量に基づいて少なくとも約５０重量％の鉄原子または少なくとも５０重量％のアルミニウム原子を含む、金属と金属合金を含んでいる。
【００６５】
用いられる場合、金属材料は、それが溶接される複合材料の金属層と同じか、または、異なってもよい。
【００６６】
〈溶接電流範囲のための試験方法〉
溶接用の処理窓の基準は電流範囲（すなわち、溶接電流範囲）である。試験材料の溶接電流範囲は、試験材料板と、試験材料板と同じ厚さの（亜鉛メッキ鋼のような）対照の単一体の鋼（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ｓｔｅｅｌ）板とからなるスタックを溶接することによって測定されてもよい。溶接は２つの電極を使用して行なわれてもよい。試験材料に対する電極は、表面直径ｄを有している。対照鋼板に対する電極は、ｄと等しいか、または、ｄより大きくてもよい。溶接時間と溶接圧力は固定され、材料の標準溶接計画などから予め決められてもよい。溶接ボタンのサイズは、２枚の板を分離することによって測定されてもよく、溶接ボタンの平均直径として与えられる。測定は、０．９５ｄ以上の溶接ボタンを生む電流を選択することによって始められる。その後、溶接ボタンの直径がｄ未満になるまで、溶接電流は漸増的に減少する。溶接電流の下限は、許容可能な溶接（例えば、少なくとも０．９５ｄの溶接ボタンのサイズを有す溶接）をもたらす最も低い電流である。その後、溶接電流は、許容しがたい溶接が得られるまで増加し、金属の除去、電極への板の張り付き、溶接中の大きなはじける音、あるいは、さもなければ、それらの任意の組み合わせにより特徴付けられる。許容可能な溶接をもたらす最も高い電流は溶接電流の上限である。溶接電流範囲は、溶接電流の上限と溶接電流の下限の間の差である。一例として、溶接電流範囲は、厚みが約０．８ｍｍの複合材料と、厚みが約０．８ｍｍのガルバニール鋼板とを使用して行なわれてもよい。複合材料上の電極の直径は約３．８ｍｍであってもよく、ガルバニール処理された鋼上の電極の厚みは約４．８ｍｍであってもよい。約２７１３Ｎｔ（例えば、６１０ポンド）の圧縮力が加えられてもよい。溶接電流範囲を測定するための溶接条件は、約１、０００Ｈｚの周波数、約５０ミリ秒のアップスロープ時間、および、約２００ミリ秒の溶接時間を有する中間周波数ＤＣ溶接電流を含んでもよい。材料の幅は約２５ｍｍであり、厚さは約２５ｍｍおよび７５ｍｍであるのが好ましい。
【００６７】
複合材料の溶接電流範囲ｌｃは、複合材料と同じ厚みを有する単一体の鋼板に溶接される際、複合材料と同じ厚みを有する２枚の単一体の鋼板の電流範囲ｌｍよりも大きいのが好ましい。ｌｃ対ｌｍの比率は好ましくは約１．１以上、さらに好ましくは約１．２以上、さらにもっと好ましくは約１．３以上、さらにもっと好ましくは約１．４以上、および、最も好ましくは約１．５以上である。複合材料の電流範囲ｌｃは、好ましくは約１．５ｋＡ以上、さらに好ましくは約１．７ｋＡ以上、さらにもっと好ましくは約１．９ｋＡ以上、さらにもっと好ましくは約２．１ｋＡ以上、さらにもっと好ましくは約約２．３ｋＡ以上、および、最も好ましくは約２．５ｋＡ以上である。図５は、驚くほど高い溶接電流範囲を有する複合材料の溶接電流範囲を図示している。
【００６８】
複合材料を１以上の単一体の金属材料（例えば、鋼板のような鉄鋼材）にスポット溶接する際、そのプロセスは、複合材料に接触する第１の電極と、単一体の金属に接触する第２の電極を使用してもよい。第１の電極と第２の電極は同じでも異なってもよい。驚いたことに、本発明の複合材料は、複合材料中の金属の体積が単一体の金属材料中の金属の体積の３０％以上小さい時にさえ、同じ直径を有する第１の電極と第２の電極を使用してもよい。特に困難な溶接については、第１の電極と第２の電極が異なるのが望ましいこともある。例えば、第１の電極が第２の電極の直径未満である直径を有する場合、複合材料の両方の金属層は単一体の金属材料に対してより容易に溶接されてもよい。理論によって縛られることなく、複合材料と接触するために直径の小さな電極を使用することで、よりバランスのとれた熱分布と、溶接領域からのポリマーのより有効な除去と、または、その両方がもたらされると信じられている。最も好ましくは、第１の金属層と第２の金属層が両方ともスポット溶接プロセスの間に溶接されるように、第１の電極は第２の電極の直径よりもかなり小さな直径を有している。第１の電極の直径に対する第２の電極の直径の比率は、好ましくは約１．０２以上、さらに好ましくは約１．０６以上、さらにもっと好ましくは約１．１２以上、および、最も好ましくは約１．２以上である。第１の電極の直径に対する第２の電極の直径の比率は、好ましくは約５以下、さらに好ましくは約３以下、および、最も好ましくは約２以下である。
【００６９】
本発明の複合材料は、好ましくは１以上の単一体の金属材料に溶接されることができる。例えば、金属繊維の形状、大きさ、濃度、および、種類は、複合材料が、コーティングされていない鋼、溶融加工した亜鉛メッキ鋼、ガルバニール鋼、または、それらの任意の組み合わせからなる群から選択される鉄鋼材に対して溶接（例えば、スポット溶接）されることができるように選択されてもよい。本発明の特に好ましい実施形態では、複合材料は、溶接時間、電極加圧力、溶接時間、または、溶接電極の大きさを変更する必要なく、２以上の単一体の鋼材（例えば、２以上のコーティングしていない鋼、溶融加工した亜鉛メッキ鋼、または、ガルバニール鋼）、異なる厚みの２以上の単一体の鋼材（例えば、複合材料とほぼ同じ厚さの第１の材料と、複合材料の厚みのほぼ１．５倍の厚み、または、それ以上を有する第２の材料を有する）、あるいは、その両方の、一般的に高い溶接電流範囲（例えば、先に記載されたように）を有する。そのため、複合材料は、溶接条件を変更する必要なく、驚くほど様々な厚み領域を有する、驚くほど様々な種類の材料に溶接されてもよい。溶接条件にいくつかの変更が必要とされるかもしれないが、溶接電流範囲が広いため、このような変更は他の材料と比較して著しく減少する。
【００７０】
一例として、図６、７、および、８は、コーティングされていない鋼、ガルバニール処理された鋼、または、溶融加工した亜鉛メッキ鋼のそれぞれに溶接された、本発明の複合材料の溶接電流範囲の測定を図示する。図６、７および８は、溶接電流に応じた溶接ボタンのサイズを示すグラフである。許容可能な溶接または良好な溶接は、ｉ）溶接電極直径の約９５％よりも大きな溶接ボタンのサイズを有し、ｉｉ）金属の除去がない、または、その両方の溶接であってもよい。例えば、約３．８ｍｍの電極直径が複合材料に接触するために使用される場合、良好な溶接は約３．６ｍｍ以上の溶接ボタンのサイズを有していてもよい。図７、８および９は、約１．５以上（例えば、約１．７以上）の溶接電流範囲を有する複合材料を図示する。図６は、第１の鋼（例えば、コーティングされていない鋼）に複合材料を溶接する際に、約６．４ｋＡから約９．２ｋＡまでの溶接電流で良好な溶接を得ることができることを図示している。図７は、異なる鋼（例えば、ガルバニール処理された鋼）に複合材料を溶接する際に、約７．７５ｋＡから約９．４５ｋＡの溶接電流で、良好な溶接を得ることができることを図示している。図８は、別の鋼（例えば、溶融加工した亜鉛メッキ鋼）に複合材料を溶接する際に、約７．３５ｋＡおよび約９．３５ｋＡの溶接電流で、良好な溶接を得ることができることを図示している。まず、３つの材料はすべて一般的に高い溶接電流範囲を与える。次に、良好な溶接をもたらす電流の重なり（すなわち、重なる溶接電流範囲）は、一般的に高い。例えば、複合材料は、約７．８ｋＡから約９．２ｋＡまで、これらの３つの材料で良好な溶接をもたらし、重なる溶接電流範囲は約１．４ｋＡ以上である。
【００７１】
〈溶接プロセス〉
複合材料を接合するために使用されるプロセスは、抵抗溶接（例えば、スポット溶接、シーム溶接、フラッシュ溶接、プロジェクション溶接またはアプセット溶接）、エネルギービーム溶接（例えば、レーザービーム、電子ビームまたはレーザーハイブリッド溶接）、ガス溶接（例えば、酸素アセチレンのようなガスを使用するオキシ燃料（ｏｘｙｆｕｅｌ）溶接）、アーク溶接（例えば、ガス金属アーク溶接、ミグ溶接または被覆金属アーク溶接）のような従来の溶接技術の改良形態を含んでもよい。好ましい接合技術は、抵抗スポット溶接とレーザー溶接のような高速溶接技術を含んでいる。
【００７２】
図９Ａおよび９Ｂは、２つの溶接電極（４２）と（４２’）の間で溶接されている基板（３０）のスタックを図示する断面部分である。図９Ａは、図９Ｂで図示された断面よりも早い溶接時間での断面を示している。図９Ａに関して、溶接プロセスは、複合材料（１２）と第２の基板（４０）が圧縮状態にあるように、２つの溶接電極（４２）および（４２’）に圧力を加える工程を含んでもよい。溶接電極（４２）と（４２’）の圧力は、第２の基板との接触領域（４６）、および、複合材料との接触領域（４６’）を形成してもよい。当然のことながら、接触領域（４６’）が溶接電極と第３の基板（図示せず）との接触によって定義されるように、複合材料（１２）は第２の基板（４０）と第３の基板の間ではさまれてもよい。接触領域（４６）と（４６’）の間に位置する、溶接される材料の体積（４８）は、溶接される領域（すなわち、意図される溶接区域）（４４）を定義する。当然のことながら、実際の溶接区域の体積は、意図された溶接区域（４４）よりも大きくても小さくてもよく、材料（例えば、ポリマー、充填材、金属材料、または、その任意の組み合わせ）が（例えば、溶接電極によって加えられた力によって）意図された溶接区域から押しつけられる場合、溶接区域の高さは減少してもよい。図９Ａで図示されるように、基板は、とりわけ接触領域（４６）と（４６’）の近くで変形（例えば、造形術で変形）されてもよい。ここで図９Ｂに目を向けると、溶接プロセス中に、ポリマーのいくらかまたはすべてが相転移（例えば、半結晶性ポリマーの一次的な固相から液相への相転移（すなわち、溶融）、または、ガラス状ポリマーの二次的な軟化転移）を経験するように、（例えば、意図された溶接区域内の、または、該溶接区域の近くの）基板の温度は上昇してもよい。溶融または軟化に際して、ポリマーは溶接電極の圧力の下で流れてもよい。そのため、ポリマー材料のいくつかまたはすべて（例えば、熱可塑性のポリマーのいくつかまたはすべて、充填材のいくつかまたはすべて、または、その両方）は、意図した溶接区域（４４）から追い出されて、意図した溶接区域から離れた領域（４８）に入ってもよい。材料が意図した溶接区域（４４）から離れて流れるか、さもなければ、意図した溶接区域（４４）から追い出されると、溶接電極（４２）と（４２’）の間の距離は短くなってもよい。したがって、溶接電極の間の距離の変化は、ポリマーが相転移を経験した徴候として用いられてもよい。当然のことながら、溶接プロセスは、（例えば、電極中の入口に、冷却材流体（ｃｏｏｌａｎｔ ｆｌｕｉｄ）などの液体を流すことによって）、溶接電極を冷やすための１以上の手段を含んでもよい。
【００７３】
溶接プロセスは、溶接される基板のスタックに電流を供給することができる抵抗溶接デバイスを使用してもよい。図１０に関して、溶接デバイスは、２以上の溶接電極（４２）および（４２’）、（例えば、溶接電極間の基板（３０）のスタックの部分が圧縮されるように）溶接電極に圧力（６０）を加える手段、（例えば、溶接電極から熱を取り除くために）溶接電極の１つ以上を介して熱伝導流体を循環させるポンプデバイス（６２）、（例えば、電流が溶接電極間の基板を通って流れるように、溶接電極間に電位をかけるための）電源（６４）、溶接電極への電源、溶接電極を介した電流、溶接時間、溶接電極の冷却、溶接電極によって基板に加えられる圧力、または、それらの任意の組み合わせを制御するための１以上の（溶接制御装置のような）制御装置（６６）を有してもよい。以下に記載されたように、溶接プロセスはさらに、１以上の予め決められた条件を監視するか、さもなければ、測定するための監視デバイスを使用してもよい。監視デバイスは制御装置の一部であってもよく、または、制御装置から離れていてもよい。制限されることなく、監視デバイスは（例えば、溶接電極間の距離の変化がモニターされるように）、１以上の溶接電極の移動をモニターする位置センサー（６８）を含んでもよい。溶接される基板のスタックは、溶接デバイスに手動で供給され、（例えば、ロボット、搬送ラインなどを使用して）溶接デバイスに自動で供給されてもよく、溶接電極を含む溶接デバイスの一部は、溶接される基板のスタックに移動する（例えば、溶接デバイスは、ロボットのアームに取り付けられる溶接デバイスの一部のように移動可能であってもよい）か、または、それらの任意の組み合わせであってもよい。
【００７４】
溶接機は、１以上の溶接電極によって流体を流すか循環させる手段を含んでもよい。例えば、溶接機は、１以上の溶接電極によって流れるか循環する水、冷却材または他の流体のソースを含んでもよい。第１の溶接段階、第２の溶接段階、または、その両方の間に熱が溶接電極から取り除かれるように、（例えば、溶接電極に流れ込む）流体は（例えば、溶接プロセス中に熱される溶接スタックと比較して）比較的冷たくてもよい。溶接電極が溶接スタック中の材料につかないように、流体は十分な熱を取り除いてもよい。流体の流量、流体の温度、または、両方は、１つ以上の制御装置によって制御されてもよい。本発明の好ましい態様では、流体の温度はポリマーの転移温度未満である。例えば、流体は、ポリマーの溶融温度未満の、ポリマーのガラス転移温度未満の、または、両方の温度であってもよい。流体の温度は、２００°Ｃ未満、好ましくは１３０°Ｃ未満、さらに好ましくは６０°Ｃ未満、さらにもっと好ましくは３０°Ｃ未満、および、もっとも好ましくは２０°Ｃ未満であってもよい。
【００７５】
一般的に、溶接プロセスは、（例えば材料のスタックをデバイスを移動させることによって、デバイスを材料に移動させることによって、または、その両方によって）一緒に溶接される２以上の基板（すなわち、一緒に溶接される材料のスタック）を、溶接デバイスに配する工程を含み、１以上の基板は、少なくとも第１の金属層と、ポリマーを有するポリマー層と、および、１以上の導電性充填材を含む第１の複合材料である。複数段階の溶接プロセスは、第１の処理条件下の第１の溶接段階で基板を一緒に少なくとも部分的に溶接する工程を含み、その結果、ポリマーの少なくとも一部は少なくとも１つの相転移を経験するようになる。複数段階の溶接プロセスは、第１の処理条件を、少なくとも１つの相転移を伴う別の処理条件に変更（例えば、自動的に変更）する工程と、第１の複合材料の少なくとも一部を含む溶接継手が形成されるように、別の処理条件を用いて第２の溶接段階で材料をさらに溶接する工程を含む。当然のことながら、第１の処理条件を自動的に変更する工程は、開ループ制御操作、閉ループ制御操作、または、その両方を使用してもよい。
【００７６】
好ましくは、第１の溶接段階の、第２の溶接段階の、または、両方の処理条件は、あらかじめ決められた条件である。しかしながら、第１の溶接段階の、第２の溶接段階の、または、両方の処理条件は、１以上のあらかじめ選択された条件を監視するか測定することによって、および、あらかじめ選択された条件のあらかじめ決められた所望の値と、あらかじめ選択された条件についての情報を比較することによって、決定されてもよい。例えば、プロセスは、第１の溶接段階の前に、１以上のあらかじめ選択された条件（例えば、ポリマーの少なくとも一部が相転移を経験しやすい溶接時間または溶接エネルギーを示す条件）を測定または監視する工程を含んでもよい。測定および監視される典型的なあらかじめ選択された条件は、第１の複合材料の電気的性質、ポリマー層の電気的性質、一緒に溶接される２以上の基板を含む溶接スタックの電気的性質、溶接スタックの厚み、溶接電極の直径、または、それらの任意の組み合わせを含む。
【００７７】
溶接プロセスは、複合材料のポリマー層の厚みが、溶接区域から離れたポリマー層の厚み（例えば、溶接プロセス前のポリマー層の厚み）と比べて（例えば、少なくとも約３０％、好ましくは少なくとも約７０％）減少する溶接区域をもたらしてもよい。溶接プロセスは、溶接区域内部のポリマー濃度（または、ポリマーの体積）が減少したか、実質的に取り除かれさえした溶接区域をもたらしてもよい。例えば、溶接区域のポリマーの濃度または体積は、少なくとも約５０％、好ましくは少なくとも約約７０％、さらに好ましくは少なくとも約９５％であってもよい。
【００７８】
〈第１の溶接段階〉
溶接プロセスは、（例えば、意図した溶接区域の）ポリマーを部分的にまたは完全に溶融または軟化する第１の溶接段階を典型的には含むであろう。第１の溶接段階は第１の処理条件を使用する。第１の処理条件はポリマーで相転移を引き起こすために、意図した溶接区域に十分な熱を提供するために選択されてもよい。第１の処理条件は、溶接時間（例えば、多くの溶接サイクル）、溶接圧力、溶接電流、溶接電圧、溶接力、溶接エネルギー、または、その任意の組み合わせを含んでもよい。
【００７９】
当然のことながら、第１の溶接段階の間、電流が溶接スタックを流れると、溶接スタックの電気抵抗によって熱が生じるであろう。複合材料のポリマー層は、溶接スタックの残りよりもはるかに高い電気抵抗を有するのが一般的である。そのため、溶接スタックによって生じたほとんどの熱は、溶接スタックに存在するポリマー層内で生じてもよい。瞬間熱生成率は方程式２によって推定されてもよい。
ｄＨ／ｄｔ＝Ｐ＝ｌ（ｔ）２ＲＰＬ（方程式２）
ｌ（ｔ）が瞬間電流で、ＲＰＬがポリマー層の抵抗である。電流は（交流内のような）周波を有してもよく、溶接サイクルの間に変化してもよく、または、その両方であってもよい。ポリマー層の抵抗は時間とともに変化してもよい。例えば、ポリマー材料の電気抵抗率は（例えば、ポリマー層の温度が上がるにつれて）変化してもよく、意図した溶接区域でのポリマー層の厚みは変化してもよく、意図した溶接区域でのポリマー層内のポリマーの濃度は変化してもよく、意図した溶接区域での充填材の濃度は変化してもよく、または、その任意の組み合わせであってもよい。
【００８０】
第１の溶接段階の間に提供されるエネルギーは、第１の溶接サイクルの溶接時間にわたって、方程式２を積分することによって推定されてもよい。このエネルギーのいくつかは、ポリマー層を熱するか、ポリマー層を溶融または軟化するか、または、その両方のために使用されてもよい。熱のいくらかが（例えば、熱伝導によって）放散されることが認識されるであろう。熱放散率が比較的低くなるように、ポリマー層の熱伝導度は比較的低くてもよい（例えば、金属層の熱伝導度よりも少ない）。好ましくは、第１の処理条件は、ポリマーの温度をその相転移温度に増加させるために、および、（例えば、意図した溶接区域の）ポリマーの少なくともいくつか（例えば、すべて）を（例えば、熱放散の可能性を考慮する場合にさえ）溶融または軟化させるために、十分な熱を提供する。好ましくは、第１の処理条件は、意図した溶接区域の複合材料の金属層のいくらかまたはすべてを溶融するのに十分な熱を提供しない。
【００８１】
当然のことながら、第１の複合材料のポリマー層のポリマーは、相転移温度（例えば、第１のピーク溶融温度、または、第１のガラス転移温度）によって特徴付けられ、第１の複合材料の金属層は第２のピーク溶融温度によって特徴付けられてもよい。好ましくは、第１の転移温度は第２のピーク溶融温度未満である。第１の転移温度は、約３５０°Ｃ未満で、好ましくは約３００°Ｃ未満で、および、さらに好ましくは約２５０°Ｃ未満であってもよい。第２の転移温度は、約３７５°Ｃより大きく、好ましくは約４００°Ｃより大きく、および、さらに好ましくは約４５０°Ｃより大きくてもよい。
【００８２】
制限されることなく、第１の溶接段階の溶接時間は、少なくとも１サイクル（すなわち、１／６０秒）、好ましくは少なくとも２サイクル（すなわち、２／６０秒）、さらに好ましくは少なくとも３サイクル（すなわち、３／６０秒）、さらにもっと好ましくは少なくとも４サイクル（すなわち、４／６０秒）、および、もっと好ましくは少なくとも５サイクル（すなわち、５／６０秒）であってもよい。第１の溶接段階の溶接時間は、約３０サイクル未満で、好ましくは約２５サイクル未満で、さらに好ましくは約２０サイクル未満で、および、もっと好ましくは約１５サイクル未満であってもよい。ポリマーを溶融または軟化させるのに必要であれば、もっと長い溶接時間が採用されてもよい。
【００８３】
第１の段階の溶接電流は、約２０ｋＡ未満で、好ましくは約１０ｋＡ未満で、さらに好ましくは約３ｋＡ未満で、さらにもっと好ましくは約１ｋＡ未満で、さらにもっと好ましくは約０．５ｋＡ未満で、さらにもっと好ましくは約０．２ｋＡ未満で、および、もっと好ましくは約０．１ｋＡ未満であってもよい。
【００８４】
第１の溶接段階の溶接電流は、第１の溶接段階中に変わってもよい。例えば、第１の溶接段階は、アップスロープ溶接電流を用いて、（０以上の）初期電流から開始し、（例えば、最後の電流が到達するまで）電流を増加させてもよい。電流の増加は漸増（例えば、段階的な増加）か、連続的か、または、その両方であってもよい。
【００８５】
溶接電極と溶接スタックの間の接触領域（ＡＣ）に対する溶接電流の比率（すなわち、Ｉ／ＡＣ）は、比較的低くてもよい。例えば、Ｉ／ＡＣは、約５０ｋＡ／ｃｍ２未満、好ましくは約１０ｋＡ／ｃｍ２未満で、さらに好ましくは約２ｋＡ／ｃｍ２未満で、さらにもっと好ましくは約０．５ｋＡ／ｃｍ２未満で、さらにもっと好ましくは約０．１ｋＡ／ｃｍ２未満で、および、最も好ましくは約０．０２ｋＡ／ｃｍ２未満であってもよい。
【００８６】
第１の溶接段階の電圧は、ポリマーを少なくとも部分的に溶融または軟化させるのに十分であるのが好ましい。第１の溶接段階の電圧は、約０．１ボルトよりも大きく、好ましくは約１ボルトよりも大きい電圧を含んでもよい。
【００８７】
第１の溶接段階の間の出力密度は、ポリマーを少なくとも部分的に溶融または軟化させるのに十分であるのが好ましい。例えば、（例えば、１組の電極間の）意図した溶接区域での熱生成速度は、好ましくは少なくとも約１Ｗ／ｃｍ２で、さらに好ましくは少なくとも約５Ｗ／ｃｍ２で、さらにもっと好ましくは少なくとも約１５Ｗ／ｃｍ２で、および、もっと好ましくは少なくとも約３０Ｗ／ｃｍ２である。
【００８８】
溶接プロセスは、ポリマーの少なくとも一部が相転移を経験したことを示す１以上のあらかじめ選択された条件のための第１の溶接段階を監視する工程を含んでもよい。例えば、溶接プロセスは、溶接電極圧力、溶接電流、溶接時間、電圧、エネルギー、電源、第１の複合材料の電気的性質、一緒に溶接される２以上の基板を含む溶接スタックの電気的性質、基板、複合材料の層、溶接電極、または、その任意の組み合わせの位置の変化、溶接電極、材料、熱伝導流体またはその任意の組み合わせの温度、あるいは、それらの組み合わせといった条件を監視してもよい。
【００８９】
溶接電極は、圧縮力と、第１の複合材料を含む溶接スタックへの圧力とを加えてもよい。第１の溶接段階、第２の溶接段階、追加の随意の溶接段階、または、その任意の組み合わせで使用される力および／または圧力は、第１の複合材料と溶接スタック内の別の材料との間で接触を形成するのに十分な圧力であってもよい。溶接力および／または圧力は、複合材料の金属層が裂けたり割れたりしないように十分に低くてもよい。溶接力は約１００Ｎｔよりも大きく、好ましくは約３００Ｎｔよりも大きく、および、さらに好ましくは約１０００Ｎｔよりも大きくてもよい。溶接力は約１００，０００Ｎｔ未満で、好ましくは約３０，０００Ｎｔ未満で、および、さらに好ましくは約１０，０００未満であってもよい。理論によって縛られることなく、溶接電極が溶接スタック上に加える圧縮力と圧力は、溶接電極間の領域にある溶接スタック内の電気抵抗を少なくし、その結果、溶接電流のかなりの量（例えば、少なくとも約５％、少なくとも約１０％、少なくとも約１５％、少なくとも２０％、少なくとも約２５％、少なくとも約３０％、または、少なくとも約３５％）が、溶接電極間の溶接スタックの部分を通るようになる。
【００９０】
〈第２の溶接段階〉
第２の溶接段階は、第１の溶接段階で使用される第１の処理条件とは異なる処理条件を使用するのが好ましい。第２の溶接段階は、複合材料の金属層のいくつかまたはすべてを溶融するために、溶接スタック内の任意の金属材料を溶融するために、または、その両方のために、使用されてもよい。
【００９１】
上記のように、プロセスは、第１の処理条件を（第２の溶接段階で使用されるような）第２の処理条件に変更する工程を含んでもよい。制限されることなく、第１の処理条件を変更する工程は、電流を変更する工程（例えば、電流を増加させる）、電源を変更する工程、電圧を変更する工程（例えば、電圧を減少させる）、エネルギーを変更する工程、溶接圧力を変更する工程、溶接時間を変更する工程、または、その任意の組み合わせを含んでもよい。
【００９２】
第２の溶接段階は、複合材料の金属層を部分的にまたは好ましくは完全に溶融する処理条件（溶接時間、溶接圧力、溶接熱、溶接電流、または、それらの任意の組み合わせ）を使用してもよい。制限されることなく、基板中の金属材料を接合するための、当該技術で知られている任意の溶接条件が、第２の溶接段階で使用されてもよい。そのような溶接条件は、基板、溶接される金属または金属合金、基板上にある任意のコーティング、所望の仕上げの分類（例えば、分類Ａ表面）などの厚みに依存するのが一般的である。当然のことながら、当該技術で既知の溶接条件は１００％増やされても、または、６０％減らされてもよい。
【００９３】
制限されることなく、第２の溶接段階は、約０．５ｋＡよりも大きな、好ましくは約３ｋＡよりも大きな、さらに好ましくは約４ｋＡよりも大きな、および、最も好ましくは約５ｋＡよりも大きな溶接電流を使用してもよい。第２の溶接段階のＩ／ＡＣ率は、約５ｋＡ／ｃｍ２よりも大きく、好ましくは約１０ｋＡ／ｃｍ２よりも大きく、さらに好ましくは約２０ｋＡ／ｃｍ２よりも大きく、さらにもっと好ましくは約３０ｋＡ／ｃｍ２よりも大きく、さらにもっと好ましくは約４５ｋＡ／ｃｍ２よりも大きく、および、最も好ましくは約６０ｋＡ／ｃｍ２よりも大きくてもよい。
【００９４】
制限されることなく、第２の溶接段階の溶接時間は、少なくとも１サイクル（すなわち、１／６０秒）、好ましくは少なくとも２サイクル（すなわち、２／６０秒）、さらに好ましくは少なくとも３サイクル（すなわち、３／６０秒）、さらにもっと好ましくは少なくとも４サイクル（すなわち、４／６０秒）、および、もっとも好ましくは少なくとも５サイクル（すなわち、５／６０秒）であってもよい。第２の溶接段階の溶接時間は、約３０サイクル未満で、好ましくは約２５溶接サイクル未満で、さらに好ましくは約２０溶接サイクル未満で、および、もっとも好ましくは約１５溶接サイクル未満であってもよい。（例えば、金属材料、金属層、または、その両方を溶融する）必要に応じて、より長い溶接時間が採用されてもよい。
【００９５】
好ましくは、第２の溶接段階は溶接スタックを介して電流を運ぶ段階である。そのため、第２の溶接段階は、完全にホールドサイクル（ｈｏｌｄ ｃｙｃｌｅ）（すなわち、電流を加えずに全ての段階で圧力を加えること）からなるわけではないのが好ましい。第２の溶接段階の溶接時間は、第１段階の溶接時間よりも長いか、短いか、または、該溶接時間と同じであってもよい。
【００９６】
〈開ループと閉ループの制御操作〉
溶接プロセスは、開ループ制御操作、閉ループ制御操作、または、その両方を含んでもよい。例えば、溶接プロセスは、（ポリマーの少なくとも一部が相転移を経験したことを示す条件といった）１以上のあらかじめ選択された条件について、１以上の溶接段階（第１の溶接段階など）を監視する工程、あらかじめ選択された条件に関するあらかじめ決められた所望の値と、あらかじめ選択された条件に関する情報を比較する工程、前記比較する工程から得られた情報に基づいて、第１の処理条件を異なる処理条件に自動的に変更する工程、前記比較する工程から得られた情報に基づいて第１の溶接段階の溶接時間を自動的に変更する工程、または、それらの任意の組み合わせを含んでもよい。
【００９７】
使用される開ループと閉ループの制御操作の例は、米国仮特許出願第６１／２９０，３８４号（２０１０年１２月２８日に出願）の段落００６５乃至００７５に記載されたものを含んでもよい。
【００９８】
開ループと閉ループの制御操作がない工程も使用されてもよい。そのようなプロセスは、短絡されない溶接に特に適してもよい。プロセスは、あらかじめ選択された条件の１以上の初期の数値（ｒｅａｄｉｎｇ）を測定する工程を含んでもよい。例えば、プロセスは、電流、電圧または抵抗の初期の数値を測定する工程を含んでもよい。１以上の初期の数値は第１の溶接段階の開始前に得られるのが好ましい。プロセスは、１以上の初期の数値に基づいて、第１の溶接段階の１以上の溶接条件を選択する工程を含んでもよい。例えば、初期の数値は、第１の溶接段階の溶接時間（例えば、溶接サイクルの数）、第１の溶接段階の電圧、第１の溶接段階の電源、第１の溶接段階の電流、または、その任意の組み合わせを測定するために使用されてもよい。
【００９９】
溶接プロセスは、複合材料と第２の基板（２つの複合材料を含む溶接継手など）を含む溶接構造物または溶接継手、あるいは、複合材料と２以上の追加の基板を含む溶接構造物または溶接継手を準備するために使用されてもよい。驚いたことに、我々は、複合材料の第１の金属層および第２の金属層と基板材料とを含む融合継手を含んでいる微細構造を達成することができ、充填されたポリマー材料の熱可塑性のポリマーのいくつかまたはすべては、溶接継手から取り除かれた。そのため、溶接継手は、複合材料の第１の金属層と第２の金属層の一部を含んでもよい。図１１は溶接継手の微細構造の例である。
【０１００】
〈追加特徴〉
複数段階の溶接について、当然のことながら、溶接プロセスは、第１の溶接段階の前に１以上の追加の溶接段階を、第１と第２の溶接段階の間に１以上の追加の溶接段階を、第２の溶接段階の後に１以上の追加の溶接段階を、または、その任意の組み合わせを含んでもよい。追加の溶接段階は、使用される場合、少なくとも３つの溶接サイクル（すなわち、少なくとも３／６０秒）であるか、または、３つの溶接サイクル未満であってもよい。例えば、少なくとも３つの溶接サイクルは、第１の溶接段階と第２の溶接段階の間に経過してもよい。好ましくは、３未満の溶接サイクルは、第１の溶接段階と第２の溶接段階の間に過ぎ去ってもよい。１以上の追加の溶接段階は、第１の溶接段階と第２の溶接段階の間に転移溶接段階を含んでもよい。
【０１０１】
転移溶接段階は、利用される場合、開ループまたは閉ループの制御を含んでもよい。（例えば、制御装置を使用する）転移溶接段階の間、電流は１回以上増加または減少してもよく、電圧は１回以上増加または減少してもよく、電源は１回以上増加または減少してもよく、電極加圧力は１回以上増加または減少してもよく、または、その任意の組み合わせであってもよい。転移溶接段階の間、電流、電圧、電源、あるいは、電極加圧力の１つまたは任意の組み合わせは、（例えば、制御装置を使用して）段階的な形式で変わってもよい。転移溶接段階の間、電流、電圧、電源、あるいは、電極加圧力の１つまたは任意の組み合わせは、１つ以上のあらかじめ選択された転移段階条件の測定値に応じて（例えば、制御装置を使用して）変化してもよい。転移溶接段階の間、電流、電圧、電源、あるいは、電極加圧力、または、それらの任意の組み合わせにおける一定のまたはあらかじめ決められた変化を保証するために、制御装置が使用されてもよい。転移溶接段階は、ポリマーの少なくともいくつかがその溶融温度および／またはガラス転移温度以上に加熱された段階から、ポリマーが溶接電極間の領域から一般的に動かされた段階までの転移に使用されてもよい。転移溶接段階の間、溶接電極間の複合材料の電気抵抗は大きく変化してもよい。例えば、溶接電極間の複合材料の電気抵抗は、転移溶接段階の１つ、２つ、またはそれ以上の、あるいは、すべての溶接段階においてでさえ、少なくとも５０％、好ましくは少なくとも９０％減少してもよい。抵抗率および／または抵抗が転移溶接段階で減少するにつれ、１以上のあらかじめ選択された転移段階条件をあらかじめ選択された値と比較するために、溶接制御装置または他の処理装置が採用されてもよい。制御装置は、１以上の残りの溶接サイクルの条件を自動的に変更するか、別の溶接段階に自動的に移行するか、または、その両方であってもよい。
【０１０２】
溶接スタック中の材料の１以上は、溶接の前、間、後に形成されてもよい。例えば、溶接スタックは、形成された複合材料を含んでもよい。そのようなものとして複合材料は形成可能であってもよい。例えば、本発明で使用される複合材料は、材料を塑性的に変形するとともに、スタンピング、ロール成形、曲げ、鍛造、パンチング、引き伸ばし、コイリング、他の金属細工、または、その任意の組み合わせといった適切な成形プロセスにさらされてもよい。好ましい成形プロセスは複合材料にスタンピングする工程を含むプロセスである。スタンピングプロセスは気温または気温に近い温度で起こってもよい。例えば、スタンピングの間の複合材料の温度は、約６５°Ｃ未満、好ましくは約４５°Ｃ未満、さらに好ましくは約３８°Ｃ未満であってもよい。当然のことながら、複合材料を成形するのに、約６５°Ｃより高い温度の処理条件も使用されてもよい。成形プロセスは複合材料の領域を様々な絞り比（ｄｒａｗ ｒａｔｉｏ）に絞る工程を含んでもよい。本発明の１つの態様では、複合材料は、切断したり、しわを作ったり、または、曲げたりすることなく、比較的高い絞り比に絞る工程にさらされる。例えば、複合材料の少なくとも一部が１．２よりも大きな絞り比に絞られるように、複合材料は絞り工程にさらされる。望ましくは、複合材料が、約１．５より大きな、好ましくは約１．７より大きな、さらに好ましくは約２．１より大きな、および、もっとも好ましくは約２．５より大きな最大絞り比に絞られることが可能であってもよく、そして、該最大絞り比に絞られる。絞り比の亀裂限界（ｃｒａｋｉｎｇ ｌｉｍｉｔ）は、引用によって本明細書に組み込まれる、Ｗｅｉｓｓらによって記載された（Ｍ. Ｗｅｉｓｓ, Ｍ. Ｅ. Ｄｉｎｇｌｅ, Ｂ. Ｆ. Ｒｏｌｆｅ, ａｎｄ Ｐ. Ｄ. Ｈｏｄｇｓｏｎ, “Ｔｈｅ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｔｈｅ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ Ｍｅｔａｌ/Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｌａｍｉｎａｔｅｓ ｉｎ Ｓｈｅｅｔ Ｍｅｔａｌ Ｆｏｒｍｉｎｇ”, Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ, Ｏｃｔｏｂｅｒ ２００７, Ｖｏｌｕｍｅ １２９, Ｉｓｓｕｅ ４, ｐｐ. ５３４−５３５）の環状カップ絞り試験（ｃｉｒｃｕｌａｒ ｃｕｐ ｄｒａｗｉｎｇ ｔｅｓｔ）を用いて測定されてもよい。成形プロセスは、複合材料に接触した打ち型（ｄｉｅ）（例えば、（複合材料の金属粒子または繊維の硬度より大きな、Ｍｏｈｒｓの硬度計によって測定されるような硬度を有する打ち型）に圧力を加える工程を含んでもよい。
【０１０３】
特定の好ましいスタンピングまたは絞りプロセスは、毎分約１ストローク（例えば、１部）以上で、さらに好ましくは毎分約５ストローク以上で、さらにもっと好ましくは毎分約２５ストローク以上で、および、最も好ましくは、毎分約６０ストローク以上で作動するプロセスである。スタンピングプロセスは、ブランクの周囲（すなわち、スタンピングされる複合材料の周囲）を保持するために、ブランクを保持する力を含んでもよい。好ましくは、ブランクを保持する力は、約０．０３ｋｇ／ｍｍ２よりも大きく、好ましくは約０．１０ｋｇ／ｍｍ２よりも大きく、および、最も好ましくは約０．１８ｋｇ／ｍｍ２よりも大きい。スタンピングプロセスは１つ、２つ、または、それ以上の絞り工程を含んでもよい。好ましくは、（厚みの最大の％減少によって測定されるような）スタンピングプロセスの第１絞りのための最大の絞りは、約６０％未満で、さらに好ましくは約５０％未満で、および、最も好ましくは約４５％未満である。材料を絞ることに加えて、スタンピングプロセスは、その部分を貫通する工程、その部分をトリミングする工程、その部分にフランジを付ける工程、または、その任意の組み合わせの１以上の工程を含んでもよく、それは個別の工程であってもよく、または、（例えば、絞り工程と）組み合わせられてもよい。
【０１０４】
（実施例）
〈実施例１〉
実施例１は、約１５体積％ステンレス鋼繊維と約８５体積％のポリアミドコポリマーを含有するポリマー層を含む複合材料である。繊維は一般に円筒状で、約９×１０−６ｍｍ２未満の断面を有する。ポリアミドコポリマーは約１３０°Ｃの溶融温度を有している。ポリアミドコポリマーはきれいな樹脂で、したがって、沸点が約３００°Ｃ未満の可塑剤または他の添加剤を含まない。ポリマー層の厚みは約０．４ｍｍであり、２つの金属層にはさまれている。金属層は低炭素鋼で作られ、各々は約０．２ｍｍの厚さを有する。第１の金属層は、アメリカ・ペンシルバニア州ピッツバーグのＰＰＧＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓから入手可能なＢＯＮＡＺＩＮＣ（登録商標）と耐チップ塗料でコーティングされ、第２の金属層にはコーティングがない。金属層の表面は複合物を準備する前に清浄され、乾燥される。
【０１０５】
〈実施例２〉
実施例２は、厚みが約０．６ｍｍの冷延鋼板に、実施例１の複合材料を溶接することにより準備される。複合材料のコーティングされていない金属層が冷延鋼板に接するように、溶接される２つの基板は整えられる。１組の溶接条件は、約４ＭＰａの溶接圧力、約６ｍｍの溶接電極直径、約５ｋＡの溶接電流、および、約５つのサイクルの溶接時間を含めるように使用される。抵抗率が高すぎると材料は一緒に溶接されない。
【０１０６】
〈実施例３〉
実施例３は、２段階の溶接プロセスが使用されている以外は、実施例２と同じ方法を用いて準備される。第１の溶接段階は、約１０ＭＰａの溶接圧力、約６ｍｍの溶接電極直径、約０．５ｋＡ未満の溶接電流を含んでいる。第１の溶接段階の間、溶接電極の置換は監視され、開ループまたは閉ループの制御操作を用いて、約０．２ｍｍのあらかじめ決められた標的値と比較される（すなわち、溶接電極の分離は、溶接作業の開始時の分離と比較して０．２ｍｍ減少する）。第１の処理条件を用いた約８つの溶接サイクル後、標的値を超えるように置換は決定される。処理条件は、溶接電流を約５ｋＡに増加させる工程、溶接圧力を約４ＭＰａに減少させる工程、溶接時間を約４サイクルに設定する工程を含む第２の溶接プロセス条件に自動的に変更される。良好な溶接が得られる。
【０１０７】
〈実施例４〉
実施例４は、両方とも０．８ｍｍの厚さの冷延鋼板である２つの基板を溶接することより準備される。この実施例ではなんの複合材料も使用されない。実施例２の溶接処理条件が使用される。良好な溶接が得られる。
【０１０８】
〈実施例５〉
充填される熱可塑性材料は、約８×１０−４ｍｍ２以下の繊維の長さに直角な平面の平均的な断面積と、約１乃至１０ｍｍの長さと、約５０重量％ポリアミド６および約５０重量％ポリアミド６，９の約８５体積％コポリアミド（ＩＳＯ５２７−２に従って測定された約３００ＭＰａの弾性率、ＩＳＯ１１３５７に従って測定された約１３０°Ｃの溶融点、および、５２７−３によって測定された約９００％の破断点伸びによって特徴づけられるコポリマー）とを備える一般的には円筒形状を有する、約１５体積％の低炭素鋼繊維を混合することによって準備される。充填された熱可塑性材料は約１９０°Ｃから約２５０°Ｃの温度で混合される。その後、充填された熱可塑性材料は、各々が約０．２ｍｍの厚さを有する２枚の低炭素鋼板の間に置かれる。その後、材料は、約１乃至２２ＭＰａ圧力で、約２００°Ｃから約２３０°Ｃの温度でプレスされる。複合材料は約０．４ｍｍの充填された熱可塑性材料のコア厚を有する。複合材料は、約３よりも大きな絞り比の高速スタンピング操作でスタンピングされ、割れまたは他の表面の欠陥は観察されない。スタンピング後、同じ全体的な厚みを有し、同じ条件下でスタンピングされた単一体の低炭素鋼サンプルの表面と比較すると、複合材料の表面は比較的滑らかである。複合材料の厚みは約０．８ｍｍである。複合材料は、厚みが約０．８ｍｍの冷延鋼板のサンプルによって積み重ねられる。スタックは、直径が約１３ｍｍの１組の溶接電極間のスポット溶接機に置かれる。約２．２ｋＮｔの力が溶接電極に加えられる。複合材料は冷延鋼板に溶接されない。
【０１０９】
〈実施例６〉
繊維が繊維の長さに直角な方向に一般的に長方形断面を有する低炭素繊維に取り替えられることを除けば、複合材料は、実施例６と同じ材料、組成物および方法を用いて準備される。繊維は平均約２．３ｍｍの長さである。繊維の平均断面積は約０．００４５ｍｍ２である。繊維の厚みに対する幅の比率は、約２対８である。複合材料の厚みは約０．８ｍｍである。複合材料は、約３よりも大きな絞り比の高速スタンピング操作でスタンピングされ、割れまたは他の表面の欠陥は観察されない。スタンピング後、同じ全体的な厚みを有し、同じ条件下でスタンピングされた単一体の低炭素鋼サンプルの表面と比較すると、複合材料の表面は比較的滑らかである。複合材料は、厚みが約０．８ｍｍの冷延鋼板のサンプルによって積み重ねられる。スタックは、直径が約１３ｍｍの１組の溶接電極間のスポット溶接機に置かれる。約２．２ｋＮｔの力が溶接電極に加えられる。２．２ｋＮｔの力を受けている間、板厚方向の複合材料の抵抗率が測定される。そのように測定された実施例７の複合材料の電気抵抗率は、約０．１Ω以下である。厚みが約０．８ｍｍの２枚の冷延鋼板に典型的な溶接計画を用いて溶接されると、複合材料は冷延鋼板に溶接され、溶接電極の直径よりも大きな直径を有する溶接ボタンをもたらす。実施例７の良好な溶接をもたらすために、余分な熱、余分な溶接サイクル、および、余分な電流は必要とされない。
【０１１０】
〈実施例７〉
実施例７は、充填されたポリマー材料中の金属繊維の濃度が約２０体積％に増加し、ポリマーの濃度が約８０体積％に減少する以外は、実施例６と同一である。実施例８の複合材料は、厚みが約０．８ｍｍの１枚のガルバニール鋼板に溶接される。表面直径が約３．８ｍｍの電極は、複合材料を有する溶接スタックの側で用いられ、表面直径が約４．８ｍｍの電極はガルバニール鋼を有する側で使用される。約６１０ｌｂｓの力が電極によって溶接スタックに加えられる。材料は約１，０００ヘルツの周波数を有する中間周波数ＤＣ溶接を用いて溶接される。各々の溶接は、約２５ｍｍの幅と約７５ｍｍの長さを有するサンプル上で完了する。溶接時間は約２００ミリ秒で一定である。溶接は、約８．８ｋａから１３ｋＡ以上に及ぶ溶接電流を用いてなされる。溶接が完了した後、複合板上の溶接ボタンのサイズが測定される。溶接ボタンのサイズと各々の溶接サンプル（４６）の溶接電流は、図５のグラフ（３０）で示される。領域（４４）によって与えられた低い溶接電流では、溶接ボタンのサイズは、溶接プロセスの間に複合材料の表面上で使用される電極（３６）の直径の９５％未満である。領域（４０）によって示される中間の溶接電流では、ボタンのサイズは、電極（３６）の直径の９５％よりも大きい。領域（４２）によって示される高い溶接電流では、金属の除去、および／または、溶接中の大きなはじける音があり、結果として生じる溶接は許容できないものである。許容可能な溶接を得るための最小の溶接電流（３４）は、実施例７についての約１０ｋＡである。許容可能な溶接を得るための最大の溶接電流（３２）は約１３ｋＡである。最大溶接電流（３２）と最小溶接電流（３４）との間の差は、電流範囲（３８）である。このように測定された実施例７の溶接電流範囲は約３．０ｋＡである。
【０１１１】
〈実施例８〉
溶接電流範囲は、各々が同様に測定された約０．８ｍｍの厚さを有する、２枚の単一体のガルバニール鋼板からなる溶接スタックについて測定され、約１．３ｋＡ未満であると決定される。溶接電流範囲は実施例７について同じ方法を用いて測定される。驚いたことに、実施例７の複合材料は、その高い溶接電流範囲（例えば、実施例８と比較して）によって測定されるように、ガルバニール鋼よりも溶接するのが簡単である（すなわち、溶接用のより広い処理窓を有している）。
【０１１２】
〈実施例９〉
実施例９は、実施例７と同じ組成物、充填された熱可塑性ポリマー、および、構造を有する複合材料である。溶接電極上の負荷が約２．７６ｋＮ（約６００ｌｂ）であり、アップスロープ時間が約５０ミリ秒であり、溶接時間が約３００ミリ秒であり、初期の溶接電流が約８−９ｋＡであることを除けば、実施例９の溶接電流範囲は実施例７と同じ条件を用いて測定される。溶接電流範囲は、実施例９の複合材料と、厚みが約１．２ｍｍのコーティングされていない深絞り品質の鋼（すなわち、ＤＤＱ）とからなる溶接ストックについてまず測定される。溶接ボタンのサイズは図６に示されるような異なる溶接電流で測定される。良好な溶接は、ｉ）直径が約３．６ｍｍ以上のボタンのサイズと、ｉｉ）溶接電流が約６．４ｋＡ乃至約９．２ｋＡまでである際に金属の除去はまったく行われないということによって特徴付けられる。実施例９を１．２ｍｍの厚さのコーティングされていないＤＤＱに溶接するために、溶接電流範囲は約２．８ｋＡであると決定される。
【０１１３】
次に、複合材料と０．８ｍｍの厚さのガルバニール鋼からなる溶接スタックは、コーティングされていないＤＤＱ鋼に関して同じ条件を用いて準備され、溶接される。驚いたことに、良好な溶接は、アップスロープ時間、溶接時間、初期の溶接電流、または、溶接電極上の負荷を変更することなく得られる。溶接ボタンは図７に示されるような異なる溶接電流で測定される。良好な溶接は、ｉ）直径が約３．６ｍｍ以上のボタンのサイズと、ｉｉ）溶接電流が約７．７５ｋＡ乃至約９．４５ｋＡまでである際には金属の除去はまったく行われないということによって特徴付けられる。０．８ｍｍの厚さのガルバニール鋼に実施例９の複合材料を溶接するために、溶接電流範囲は約１．７ｋＡと決定される。
【０１１４】
実施例９の複合材料も、厚みが約１．５ｍｍの溶融加工した亜鉛メッキ鋼（すなわち、ＨＤＧ）に溶接される。複合材料と１．５ｍｍの厚さのＨＤＧからなる溶接スタックは、コーティングされていないＤＤＱ鋼について同じ条件を用いて準備され、溶接される。驚いたことに、良好な溶接は、アップスロープ時間、溶接時間、初期の溶接電流、または、溶接電極上の負荷を変更することなく得られる。溶接ボタンは図８に示されるような異なる溶接電流で測定される。良好な溶接は、ｉ）直径が約３．６ｍｍ以上のボタンのサイズと、ｉｉ）溶接電流が約７．３５ｋＡ乃至約９．３５ｋＡである際には金属の除去はまったく行われないということによって特徴付けられる。１．５ｍｍの厚さのＨＤＧに実施例９の複合材料を溶接するために、溶接電流範囲は約２．０ｋＡであると決定される。
【０１１５】
驚いたことに、同じ溶接条件は、異なる種類の鋼（例えば、ＤＤＱ、ＨＤＧ、または、ガルバニール鋼）に複合材料を溶接するために使用可能である。さらに、複合材料が溶接条件を変更することなく、約８７％（すなわち、０．８ｍｍから、０．８ｍｍｘ１８７％＝１．５ｍｍまで）変わる厚みを有している鋼に溶接可能であることは驚くべきことである。異なる種類の鋼と鋼の異なる厚みについて、複合材料への溶接が一般的に大きな溶接電流範囲によって特徴付けられることも同様に驚くべきことである。
【０１１６】
〈実施例１０〉
実施例１０は、コア層の厚みが約１ｍｍ増加し、各々の金属板の厚みが約０．５ｍｍ増加することを除けば、実施例９と同一の複合材料であり、準備される。複合材料は、厚みが約２ｍｍの冷延鋼板に溶接される。複数段階の溶接プロセスは材料を溶接するように要求される。複数段階の溶接プロセスは、ポリマーを溶融するための第１の溶接電流を有する第１の溶接段階と、複合材料に基板を融合させるために第１の溶接電流よりも高い第２の溶接電流を含む第２の溶接段階とを含んでいる。
【０１１７】
〈実施例１１Ａ〉
実施例９の複合材料は冷延鋼板に溶接される。第２の溶接は第１の溶接から約５０ｍｍでなされる。第１と第２の両方の溶接は１つの段階の溶接プロセスを用いてなされる。第２の溶接は第１の溶接からのアークを有し、その表面は受け入れられない。
【０１１８】
〈実施例１１Ｂ〉
実施例９の複合材料は冷延鋼板に溶接される。第２の溶接は第１の溶接から約５０ｍｍでなされる。複数段階の溶接プロセスは、短絡された溶接材料に必要とされる。複数段階の溶接プロセスは、ポリマーを溶融するための第１の溶接電流を有する第１の溶接段階と、複合材料に基板を融合させるために第１の溶接電流よりも高い第２の溶接電流を含む第２の溶接段階とを含んでいる。
【０１１９】
上記の実施例について、実施例で提供された値のいずれかが１０％、２０％、または、３０％変化すると、同様の結果が期待される。
【０１２０】
本明細書で使用されるように、別段定めのない限り、教示内容は、属（リスト）の任意メンバーが族から除外され、および／または、マーカッシュグループ（Ｍａｒｋｕｓｈ ｇｒｏｕｐｉｎｇ）の任意のメンバーがグループから除外されてもよいことを想定している。
【０１２１】
別段定めのない限り、本明細書で詳述された任意の数値は、任意の高い値と任意の低い値との間に少なくとも２つの単位の分離があれば、１つの単位の増加において低い値から高い値までのすべての値を含む。例として、構成要素、特性、または、例えば、温度、圧力、時間などのプロセス変数の量が、例えば、１乃至９０で、好ましくは２０乃至８０で、さらに好ましくは３０乃至７０であると記載されている場合、例えば、１５乃至８５、２２乃至６８、４３乃至５１、３０乃至３２などの中間領域の値は明細書の教示内容の範囲内であることが意図されている。同様に、個々の中間値は本教示内容の範囲内でもある。１未満である値については、１つの単位が適宜０．０００１、０．００１、０．０１、または、０．１であるとみなされる。これらは具体的に意図されるものの例に過ぎず、列挙される最低の値と最高の値の間の数値の可能なすべての組み合わせは、同様のやり方でこの出願で明らかに述べられるものとみなされる。以上のように、本明細書で「重量部分（ｐａｒｔｓ ｂｙ ｗｅｉｇｈｔ）」と表現された量の教示内容は、重量%の用語で表現された同じ範囲についても同様に熟慮する。したがって、「結果として生じるポリマー混合組成物の「“ｘ”重量部分」に関する範囲の「発明を実施するための形態」における表現は、「結果として生じるポリマー混合組成物の重量%中の“ｘ”」の同じ列挙された量の範囲の教示内容も熟慮するものである。
【０１２２】
別段定めのない限り、すべての範囲はエンドポイントとエンドポイント間のすべての数の両方を含んでいる。範囲に関連して「約（ａｂｏｕｔ）または（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」の使用は、範囲の両端に適用する。したがって、「約２０乃至３０」は、「約２０乃至約３０」を包含し、少なくとも指定されたエンドポイントを含めるように意図される。
【０１２３】
特許出願と出版物を含むすべての記事および引用の開示は、すべての目的のために引用によって組み込まれる。組み合わせを記載するための用語「〜から本質的になる」は、特定された要素、成分、構成要素または工程、および、組み合わせの基本的かつ新規な特徴に実質的に影響を与えない他のそのような要素、成分、構成要素または工程を含むこととする。本明細書の要素、成分、構成要素または工程の組み合わせを記載するための用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇまたはｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」の使用は、要素、成分、構成要素または工程から本質的になる実施形態も熟慮している。
【０１２４】
複数の要素、成分、構成要素または工程は、単一の一体化される要素、成分、構成要素または工程によって提供可能である。あるいは、単一の一体化される要素、成分、構成要素または工程は、個別の複数の要素、成分、構成要素または工程に分けられるかもしれない。要素、成分、構成要素または工程を記載するための「１つ（（ａ）または（ｏｎｅ））の」の開示は、追加の要素、成分、構成要素または工程を排除することを意図してはいない。特定のグループに所属する要素または金属に対する本明細書でのすべての引用は、ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ， Ｉｎｃ．, １９８９が公表し、著作権を取得した元素周期表を指す。グループについての任意の言及は、群に番号を付けるためにＩＵＰＡＣシステムを用いてこの元素周期表で反映されるようなグループに向けられるものとする。
【０１２５】
本明細書に使用されるように、「ポリマー」および「重合」という用語は総括的で、「ホモポリマー」および「コポリマー」、ならびに、「ホモ重合および共重合」のさらに特定の場合のいずれかまたは双方を含むことができる。
【０１２６】
当然のことながら、上記の特徴は例示的なもので、限定的なものではないように意図されている。提供される実施例に加えて、多くの応用例と同様に多くの実施形態も、上記の説明を読めば当業者に明白なものとなるであろう。したがって、本発明の範囲は、上記の特徴に関して決定されてはならず、その代りに、添付の請求項に関連して、そのような請求項が与えられる同等物の全範囲に沿って決定されなければならない。特許出願と出版物を含むすべての記事および引用文の開示は、すべての目的のために引用によって組み込まれる。本明細書に開示される主題の任意の態様の以下の請求項における省略は、そのような主題の放棄（ｄｉｓｃｌａｉｍｅｒ）ではなく、そのような主題が、開示された創造性のある主題の一部であると発明者が考えなかったものであるともみなされてならない。
【技術分野】
【０００１】
〈出願日の利益の主張〉
本出願は、米国仮特許出願第６１／２９０，３８４号（２００９年１２月２８日出願）、第６１／３７１，３６０号（２０１０年８月６日出願）、第６１／３７７，５９９号（２０１０年８月２７日出願）及び第６１／３８７，１６４号（２０１０年９月２８日出願）の出願日の利益を主張するものであり、その内容は、それらの全体への引用によって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
〈発明の分野〉
本発明は、複合材料を金属材料、複合材料、又はその両方に溶接するための溶接プロセス、及び溶接された複合材料を含む物品、及びより具体的には複合材料がポリマー層を含むプロセス並びに物品に関する。
【背景技術】
【０００３】
輸送で使用される車と物品の重量を減らすことに、相当な関心が持たれてきた。このことは、金属層とポリマー層を含む複合材料のような、新しい軽量の材料の継続的な探求をもたらした。望ましくは、そのような材料は、重量の減少、重量配分比に対する剛性の増加、コスト減少などの１つ以上の利点を提供し得る。
【０００４】
多くの適用のため、そのような複合材料が溶接可能（即ち、電気抵抗溶接を使用して溶接することができる）であることも望ましい。絶縁ポリマー層を含むサンドイッチ複合材料は溶接が難しく、それらをそのような適用に不向きにすることが一般に認識されてきた。複合材料の溶接性を改善する試みは、ポリマー層の導電率が増加するように、ポリマー層へ粉末形態の伝導性の充填材を追加することを含む。ポリマーの乏しい導電率を補うために、比較的高いレベルの導電性粉体が必須であると考えられてきた。導電性粉体を含む複合材料は、あいにく一般に乏しい機械的性質及び一般に乏しい絞性を有する。
【０００５】
さらに、そのような材料は一般に、処理（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）（例えば、二次加工、溶接、スタンピング、絞り（ｄｒａｗｉｎｇ）など）のために特殊装置を必要とする。さらに、一般に高い溶接電流範囲、（好ましくは、いくつか又は全ての同じ溶接パラメーターを使用して）広範囲の基板に溶接できること、又はその両方によって特徴化されてもよいといったように、材料が改善された溶接性を有することが望ましい。
【０００６】
上記の１つ以上、又は全てを克服する材料の必要性がある。例えば、軽量、重量配分比に対する剛性の増加、コスト減少、改善された溶接性、良好な機械的性質、良好な絞性、既存の基盤を使用して処理される能力、又はそれらの任意の組み合わせを有する複合材料の必要性がある。
【０００７】
より厚い部分複合材料、緊密に間隔を置いた溶接を必要とする物品のような、特定の構造を溶接するには、複合材料の溶接に関する更なる困難がある。そのため、より厚い部分複合材料を溶接する新しい溶接プロセスの必要性がある。
【発明の概要】
【０００８】
意外にも、複合材料におけるポリマーの一般に低い導電率にも関わらず、本教示は、基板材料と複合材料を接触させる工程を含むプロセスを使用し、溶接ボタンサイズ、溶接用の大きな処理窓（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｗｉｎｄｏｗ）又はその両方において優れた結果を達成し、ここで、複合材料は、一対の別々に間隔を置いた鋼板と板間のコア層とを含み；コア層の体積は複合材料の全体積に基づき約２５体積％以上であり；コア層は、鋼板と電気通信するように、コア層の厚みを伸張する繊維の１つ以上の塊に配される複数の金属繊維（例えば鋼繊維）を含み；及び金属繊維は、約１×１０−５ｍｍ２から約２．５×１０−２ｍｍ２までの繊維の長さに垂直な断面積を有する。
【０００９】
従って、本発明の態様では、自動車の本体パーツで使用されるように、サンドイッチ複合材料を従来の鋼の「代用材料」として使用することができる特定の方法において、サンドイッチ複合材料を形成する工程を含む溶接プロセスが熟慮される。そのプロセスは、複合材料のために材料の選択を考慮に入れると予想されるような技術及び装置に対する変更を必要とすることなく行なうことができる。
【００１０】
本発明の１つの態様では、基板への複合材料の溶接は、意外にも複数の溶接段階を含む新しい溶接プロセスを使用して達成される。他の適用も有しているが、そのような溶接プロセスは、一般に高い厚み（例えば、約１．５ｍｍ以上の厚み）を有する複合材料の溶接、短絡（ｓｈｕｎｔｅｄ）溶接（例えば、約１５０ｍｍ以下の距離だけ離れた溶接のような、以前に形成された溶接に近接した位置にある溶接）の形成、又はその両方に特に役立ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本明細書の教示により使用されてもよい、実例となる複合材料の横断面である。
【図２Ａ】コア層で利用されてもよい、実例となる金属繊維の顕微鏡写真である。
【図２Ｂ】少なくとも１つの直線面を有する、実例となる繊維の横断面（繊維の長さに交わる方向への）である。
【図２Ｃ】少なくとも１つの直線面を有する、実例となる繊維の横断面（繊維の長さに交わる方向への）である。
【図２Ｄ】少なくとも１つの直線面を有する、実例となる繊維の横断面（繊維の長さに交わる方向への）である。
【図２Ｅ】少なくとも１つの直線面を有する、実例となる繊維の横断面（繊維の長さに交わる方向への）である。
【図２Ｆ】少なくとも１つの直線面を有する、実例となる繊維の横断面（繊維の長さに交わる方向への）である。
【図２Ｇ】少なくとも１つの直線面を有する、実例となる繊維の横断面（繊維の長さに交わる方向への）である。
【図２Ｈ】少なくとも１つの直線面を有する、実例となる繊維の横断面（繊維の長さに交わる方向への）である。
【図２Ｉ】少なくとも１つの直線面を有する、実例となる繊維の横断面（繊維の長さに交わる方向への）である。
【図２Ｊ】少なくとも１つの直線面を有する、実例となる繊維の横断面（繊維の長さに交わる方向への）である。
【図３】金属繊維とポリマーを含む、実例となるコア層の顕微鏡写真である。
【図４】２つの金属層（ｍｅｔａｌ ｌａｙｅｒｓ）、金属繊維、及びポリマーを含む、実例となる軽量の複合物（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）の顕微鏡写真である。
【図５】約２．０ｋＡ、又はそれ以上の溶接電流範囲を有するガルバニール金属（ｇａｌｖａｎｎｅａｌｅｄ ｍｅｔａｌ）に溶接された軽量の複合材料に関する、溶接ボタンサイズ（ｍｍの単位）と溶接電流（ｋＡの単位）の関係を示すグラフである。
【図６】約２．０ｋＡ、又はそれ以上の溶接電流範囲を有するコーティングされていない深絞り性質鋼鉄（ｕｎｃｏａｔｅｄ ｄｅｅｐ ｄｒａｗｉｎｇ ｑｕａｌｉｔｙ ｓｔｅｅｌ）に溶接された軽量の複合材料に関する、溶接ボタンサイズ（ｍｍの単位）と溶接電流（ｋＡの単位）の関係を示すグラフである。
【図７】約１．５ｋＡ、又はそれ以上（例えば、約１．７ｋＡ）の溶接電流範囲を有するガルバニール金属に溶接された軽量の複合材料に関する、溶接ボタンサイズ（ｍｍの単位）と溶接電流（ｋＡの単位）の関係を示すグラフである。
【図８】約１．５ｋＡ、又はそれ以上の溶接電流範囲を有する溶融亜鉛被覆金属（ｈｏｔ ｄｉｐｐｅｄ ｇａｌｖａｎｉｚｅｄ ｃｏａｔｅｄ ｍｅｔａｌ）に溶接された軽量の複合材料に関する、溶接ボタンサイズ（ｍｍの単位）と溶接電流（ｋＡの単位）の関係を示すグラフである。
【図９Ａ】溶接プロセスにおける異なる時間での溶接プロセスの間、実例となる溶接スタック（ｗｅｌｄ ｓｔａｃｋ）の横断面の一部である。
【図９Ｂ】溶接プロセスにおける異なる時間での溶接プロセスの間、実例となる溶接スタックの横断面の一部である。
【図１０】抵抗溶接用の実例となるデバイスである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
金属層とポリマー層（例えば、熱可塑性物質のようなポリマーを含むポリマー層）を有する複合材料の抵抗溶接を試みる際に、問題（例えば、低い溶接強度、溶接中の金属除去、溶接中の大きなはじける音、溶接火花など）は、ポリマー層と金属層の間の電気的性質の差、複合材料が溶接される基板、又はその両方から生じ得る。複合材料を溶接する際のこれらの問題のうちのいくつか又は全てが、ｉ）一対の別々に間隔を置かれた鋼板及び鋼板間のコア層を含む複合材料を提供するための材料を形成すること（ここで、コア層の体積は複合材料の全体積に基づき約２５体積％以上であり、コア層は複数の金属繊維を含み、また金属繊維は１×１０−５ｍｍ２から約２．５×１０−２ｍｍ２までの繊維の長さに垂直な断面積を有する）；ｉｉ）第１の又は初期の処理条件を利用する第１の溶接段階、及び第１の処理条件とは異なる第２の処理条件を使用する次の第２の溶接段階を含む複数段階の溶接プロセスの使用；又はｉ）及びｉｉ）の両方によって減少する又は除去され得ることが意外にも発見された。
【００１３】
驚くことに、一対の別々に間隔を置かれた鋼板及び鋼板間のコア層を含む複合材料（ここで、コア層の体積は複合材料の全体積に基づき約２５体積％以上であり、コア層は複数の金属繊維を含み、及び金属繊維は約１×１０−５ｍｍ２から約２．５×１０−２ｍｍ２までの繊維の長さに垂直な断面積を有する）は、低炭素鋼を溶接するのに典型的に利用される溶接条件下のように、改善された溶接性を有するであろう。改善された溶接性は、一般に高い溶接電流範囲（即ち、除去が生じる溶接電流の上限と、溶接ボタンサイズが低すぎる溶接電流の下限の間の差）によって特徴化されてもよい。本発明の複合材料は、一般に高い大量の抵抗率、一般に高い静的接触抵抗（即ち、ＳＣＲ）（例えば、同じ表面の粗さ、及び同じ表面処理を有し、同じ鋼の単一的な鋼のＳＣＲより大きい）又はその両方を有してもよい。高い大量の抵抗率及び／又は高いＳＣＲは、意外にも高い溶接電流範囲を生じてもよい。表面特徴への変化（例えば、表面の粗さを増加させる）のようなＳＣＲを増加させる他の手法は、ＳＣＲの増加を引き起こすそのような表面特徴が溶接プロセスの初期に除去され得るため、溶接電流範囲に対して効果を制限され得ると信じられている。対照的に、本発明の複合材料の高いＳＣＲは、コア層における異なる金属繊維間の接触と同様、コア層における金属繊維と金属板の間の接触を含む、複合材料の多くの特徴とも関係がある。理論にとらわれることなく、本発明の多くの特徴によって引き起こされる高いＳＣＲは、それほど一時的でなく（例えば、表面特徴によって引き起こされるものと比較して）、かつ意外にも高い溶接電流範囲をもたらすと信じられている。更に、理論にとらわれることなく、複合材料のＳＣＲの一般に適度な増加は、最大の溶接電流範囲をもたらしてもよいと信じられている。また、ＳＣＲが高すぎる場合、溶接制御装置が溶接プロセス中に電流をコア層に流せないことが見出される。そのため、自動車の本体パーツを溶接するのに典型的に使用される溶接制御装置で複合材料を溶接できるように、ＳＣＲは十分に低くなければならない。
【００１４】
複合材料と基板を含む溶接スタックの溶接は、少なくとも２つの電極を含む抵抗溶接装置を使用して行なわれてもよい。電極は、溶接スタックに電流を供給するため、溶接スタックに力を供給するため、又はその両方のために使用されてもよい。
【００１５】
第１の溶接段階と第２の溶接段階を含む複数段階の溶接プロセスは、本明細書記載の複合材料のような複合材料と共に有利に使用されてもよい。一般に高い厚み（例えば、約１．５ｍｍ以上、約２．０ｍｍ以上、又は約２．５ｍｍ以上）を有する複合材料を溶接する場合、短絡溶接（例えば、約２００ｍｍ以下、約１５０ｍｍ以下、約１００ｍｍ以下又は約５０ｍｍ以下の間隔ごとに別の溶接によって分離される溶接）を溶接する場合、又はその両方の場合、複数段階の溶接プロセスは特に役立ってもよい。第１の溶接段階中に、プロセスは、少なくともいくつかのポリマー（例えば、溶接される領域のポリマー）が一次又は二次相転移を受けるように促す工程を含み、その結果、ポリマーはそのガラス転移温度上で液体状態にある。ポリマーがそのガラス転移温度上で液体状態にある場合、少なくともいくつかのポリマーは、（例えば、溶接電極によって適用される圧縮力によって）溶接される領域から取り除かれ、残りの複合材料（例えば、残りのポリマー層）の電気的性質が変わり、又はその両方が生じてもよい。更に、第２の溶接段階中に、プロセスは、少なくともいくつかの金属層の金属が溶融し、複合材料の金属層が別の基板（例えば、別の複合材料の金属層、又は単一体の金属材料）に融合するように、材料を処理する工程を含んでもよい。
【００１６】
本発明の様々な態様では、第１の溶接段階の初期の処理条件及び第２の溶接段階の第２の処理条件は、溶接される材料の特性（例えば、材料の構成、材料の厚み、材料に施された随意のコーティング、又はそれらの任意の組み合わせ）、又は１つ以上の試験溶接などによって予め定められてもよい。本発明の他の態様では、第１の溶接段階の初期の処理条件は、上述の通り予め定められ、第２の溶接段階の処理条件は、下記工程の１つ又は任意の組み合わせを含むプロセスによって定められてもよい：１つ以上の予め選ばれた条件を監視する工程；予め選ばれた条件に関する情報と予め定められた値を比較する工程；又は比較工程からの情報のような情報に基づき、第２の処理条件を自動的に定める（例えば、最初の処理条件を変更して）工程。本発明のまた他の態様では、第１の処理条件は測定又は監視の工程によって定められてもよい。そのため、溶接プロセスは、１つ以上の予め定められた条件を測定又は監視する工程；予め選ばれた条件に関する情報を予め定められた値と比較する工程；比較工程からの情報のような情報に基づき、第１の処理条件を定める（例えば、自動的に定める）工程；及び第２の処理条件を定める（例えば、自動的に定める）工程を含んでもよい。例えば、溶接方法は、予め定められた１つ以上の条件（例えば、溶接圧力、溶接電流、溶接電圧など）、及び予め定められない１つ以上の条件（例えば、溶接時間、又は溶接サイクルの数）を含む初期の処理条件を含んでもよい。そのため、方法は、１つ以上の予め選ばれた条件を監視する工程、予め選ばれた条件に関する情報を比較する工程、比較工程からの情報に基づいて溶接時間又は溶接サイクルの数を自動的に定める工程を含んでもよい。
【００１７】
予め選ばれた条件を監視する工程、予め選ばれた条件に関する情報と予め定められた所望の値を比較する工程、又はその両方が、最初の溶接段階の前、最初の溶接段階中、最初の溶接段階後、又はそれらの組み合わせにて生じてもよいことが認識される。
【００１８】
第１の金属層（１４）、第２の金属層（１４’）及び第１の金属層と第２の金属層の間に置かれるポリマー層（１６）（例えば、ポリマーコア層）を含むサンドイッチ構造（１２）を有する複合材料の例は、図１で図示される。図１に関して、ポリマー層（１６）は、１つ以上のポリマー（例えば、熱可塑性のポリマー）を含むポリマー相（１８）、及び１つ以上の充填材を含む１つの充填相（２０）を含んでもよい。ポリマー層（１６）及び第１の金属層（１４）は共通の表面（２２）を有する。図１に図示された充填材は繊維として示されるが、他の充填材は繊維の代わりに、又は繊維を加えて使用される（例えば微粒子、予備成形物（ｐｅｒｆｏｒｍｓ）、又は他のもの）。図１に図示されるように、充填材（例えば繊維）のうちのいくつか又は全ては、ポリマー層の両面上のサンドイッチ金属を接触させるためにポリマー層の１つの表面からポリマー層の対向面まで及ぶような長さと配向を有してもよい。繊維はもつれており、結果として生じるもつれた塊がポリマー層全体を横切って伸びる。しかしながら、他の充填材（例えば繊維）の長さと配向は、本発明の範囲内であることが認識される。例えば、ポリマー層の２つの対向する面の間を伸びる充填材（例えば繊維）の断片は、５０％未満、３０％未満、２０％未満、１０％未満、５％未満又は１％未満である。
【００１９】
本明細書に記載のプロセスによって形成された溶接は少なくとも１つの複合材料を含む。溶接（溶接に先立った）を含む材料は、溶接スタックと称される。溶接スタックは、それ自体に溶接された複合材料、第１の複合材料と同じ又は異なる第２の複合材料に溶接された第１の複合材料、或いは第１の複合材料と、ポリマー層（金属又は金属合金のような）を有する複合材料ではない基板を含んでもよい。溶接スタックは、複合材料、金属材料又はその両方である１つ以上の追加の基板をさらに含んでもよいことが認識される。限定されないが、溶接スタックは、ｉ）２つの複合材料；ｉｉ）複合材料及び金属材料；ｉｉｉ）複合材料及び２つ以上の金属材料；あるいはｉｖ）２つ以上の複合材料及び１つ以上の金属材料を含み、それらから本質的に成り、又はそれらから成る。溶接スタックが少なくとも２つの金属材料を含む場合、２つの金属材料は、溶接スタックの外部にある（即ち、複合材料は溶接される領域にある２つの金属材料の間に置かれてもよい）、あるいは複合材料は溶接スタックの頂部又は底部にある。
【００２０】
共に溶接される複合材料と基板は、各々独立して約０．１ｍｍ以上、好ましくは約０．２ｍｍ以上、より好ましくは約０．４ｍｍ以上、及び最も好ましくは約０．６ｍｍ以上（例えば０．７ｍｍ以上）の厚さを有する。共に溶接される複合材料と基板は、各々独立して約２０ｍｍ以下、好ましくは約１０ｍｍ以下、より好ましくは約５ｍｍ以下、さらにより好ましくは約２．１ｍｍ以下、さらにより好ましくは約１．８ｍｍ以下、及び最も好ましくは約１．３ｍｍ以下の厚さを有する。より高くて低い厚みを有する複合材料と基板の使用もまた、本発明の範囲内にある。
【００２１】
複合材料を含む溶接スタックの総厚さ（例えば複合材料と基板が合わさった厚み）は、約０．８ｍｍ以上、好ましくは約１．０ｍｍ以上、及びより好ましくは１．２ｍｍ以上であってもよい。溶接スタックの総厚さ（例えば複合材料と基板が合わさった厚み）は、約３０ｍｍ以下、好ましくは約１５ｍｍ以下、より好ましくは約８ｍｍ以下、さらにより好ましくは約４ｍｍ以下、及び最も好ましくは約３ｍｍ以下であってもよい。より高くて低い厚みを有する溶接スタックの使用もまた、本発明の範囲内にある。本明細書における教示によると、総厚さが約２．０ｍｍ以上、約２．４ｍｍ以上、約２．８ｍｍ以上又は約３．２ｍｍ以上である場合のように、スタックの総厚さが大きい場合、複数段階の溶接プロセスなどの特別の溶接プロセスは、有意に使用されてもよい。
【００２２】
〈複合材料〉
一般に、本明細書中の複合材料は、ポリマーマトリクスで分配された充填材相を含む、充填されたポリマー材料を含む。一般に、本明細書中の複合材料は、少なくとも二つの層を使用し、そのうちの１つは上記の充填されたポリマー材料である。詳しく言えば、本明細書中の材料はサンドイッチ構造を含む複合材料であり、サンドイッチ構造は、２つ以上の他の層の間に充填されたポリマー層（例えばポリマーコア層）が挟まれることに準ずる。複合材料はまた、充填されたポリマー層が取り付けられる第１の金属層を含む積層であり、その結果、充填されたポリマー層に露出した外部表面がある。２つのポリマー層の間に挟まれた金属層を備えた複合物も熟慮される。
【００２３】
限定することなく、溶接プロセス内で利用され得る複合材料の例は、充填されたポリマー材料（例えば充填されたポリマー層）、及びその全体への引用によって本明細書に組み込まれた国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ０９／５３６７６（Ｍｉｚｒａｈｉにより２００９年８月１３日出願）に記載の複合材料を含む。
【００２４】
〈静的接触抵抗〉
本発明の複合材料は、（例えば、従来の溶接装置を使用して）複合材料が溶接電流を複合材料に流すことができるように、好ましくは静的接触抵抗（即ち、ＳＣＲ）を十分に低くする。本発明の複合材料は、溶接用の処理窓が増加するように、溶接に必要とされた電流が減少するように、又はその両方の結果となるように、好ましくはＳＣＲを十分に高くする。特に、複合材料は、複合材料と同じ厚さを有し、及び複合材料の金属の板と同じ金属から作られた単一体の金属板のＳＣＲより大きなＳＣＲを好ましくは有する。
【００２５】
〈静的接触抵抗を測定するための試験方法〉
ＳＣＲは、１つの材料、又は２つ以上の材料のスタックに関して測定されてもよい。ＳＣＲとその測定は、その全体への引用によって組み込まれた「”Ｔｈｅ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｎ Ｎｕｇｇｅｔ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｄｕｒｉｎｇ Ｓｐｏｔ Ｗｅｌｄｉｎｇ”， Ｊ．Ｇ． Ｋａｉｓｅｒ， Ｇ．Ｊ． Ｄｕｎｎ， ａｎｄ Ｔ．Ｗ． Ｅａｇａｒ， Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ， Ｊｕｎｅ， １９８２， ｐａｇｅｓ １６７-ｓ ｔｏ １７４-ｓ」に記載されている。高い導電率を有する単一体の材料について、表面、表層（例えば、表面上の酸化被膜又は油層）の粗さのような表面特徴によって接触抵抗が制御されてもよいことが認識される。前述の表面特徴に加えて、複合材料のＳＣＲは、ポリマー層（即ち複合材料のコア層）の大量の低効率によって影響を受けてもよい。
【００２６】
材料のＳＣＲ又は２つの材料のスタックは、表面直径（ｆａｃｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ）が約４．８ｍｍの２つの分類Ｉ−ＲＷＮＡ電極（ｔｗｏ ｃｌａｓｓ Ｉ−ＲＷＮＡ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ）間に材料又は材料のスタックを置くことにより測定されてもよい。別段の定めがない限り、ＳＣＲは、電極によって適用された約２２２０Ｎｔ（約５００ｌｂ）の力を使用して測定されてもよい。ＳＣＲの測定中、抵抗は負荷が電極に適用される時間で始まり、約４５秒間測定されてもよい。ＳＣＲは、抵抗が安定している時間に続き、材料の平均抵抗又は材料のスタックによって５秒間測定されてもよい。安定したＳＣＲは、毎秒２％未満、毎秒１％未満、又は毎秒０．５％未満の抵抗変化によって測定されてもよい。約１．２ｍｍより厚い材料のＳＣＲの測定のため、高圧力を使用できることが認識される。材料のＳＣＲは、材料の２５ｍｍ×２５ｍｍのクーポン（ｃｏｕｐｏｎ）を使用して測定されてもよい。
【００２７】
複合材料のＳＣＲ比率は、複合材料のＳＣＲを測定することにより、及び複合材料と同じ厚みを有し、複合材料の金属板と同じ金属から作られ、複合材料と同じ表面の特徴（例えば、表面の粗さ、表面処理など）を有する単一体の金属板のＳＣＲで複合材料を分割することにより測定されてもよい。複合材料のＳＣＲ比率は、約１以上、好ましくは約１．２以上、より好ましくは１．５以上、更により好ましくは約２以上、更により好ましくは約３以上、更により好ましくは約４以上、更により好ましくは約５以上、及び最も好ましくは約１０以上である。複合材料のＳＣＲ比率は、約１０００以下、好ましくは約３００以下、より好ましくは約１００以下、更により好ましくは約７５以下、更により好ましくは約４０以下、及び最も好ましくは約３０以下である。理論にとらわれることなく、１より大きなＳＣＲ比率を有することは、強固な溶接処理窓（例えば、約１ｋＡ以上、約１．５ｋＡ以上、約２ｋＡ以上又は約２．５ｋＡ以上の溶接電流範囲のような、高い溶接電流範囲によって特徴付けられた溶接処理窓）を達成するのに役立つと信じられている。
【００２８】
複合材料のＳＣＲが高すぎる場合、複合物が電流を流すのは難しくなり、従って容易に溶接されないことが認識される。複合材料のＳＣＲは、好ましくは約０．００２０Ω以下、より好ましくは約０．００１７Ω以下、更により好ましくは約０．００１５Ω以下、更により好ましくは約０．００１２Ω以下、及び最も好ましくは約０．０００８Ω以下である。
【００２９】
複合材料が溶接されている基板のＳＣＲ（例えば、冷延鋼板、亜鉛めっき鋼、ガルバニール鋼、又はそれらの任意の組み合わせ）に対する複合材料のＳＣＲの比率は、好ましくは約１以上、より好ましくは約１．２以上、更により好ましくは約１．５以上、更により好ましくは約２以上、更により好ましくは約３以上、更により好ましくは約４以上、更により好ましくは約５以上、及び最も好ましくは約１０以上である。複合材料が溶接されている基板のＳＣＲに対する複合材料のＳＣＲの比率は、好ましくは約１０００以下、より好ましくは約３００以下、更により好ましくは約１００以下、更により好ましくは約７５以下、及び最も好ましくは約４０以下である。
【００３０】
〈充填されたポリマー材料〉
上述のように、充填されたポリマー材料はポリマーと充填材を含む。充填されたポリマー材料は、比較的低い密度（好ましくは、金属材料の密度より少なくとも１０％少ない）を有する。充填されたポリマー材料は、ポリマー材料の電気抵抗率が比較的低くなるよう、比較的低い電気抵抗率を有するポリマー、充填材、又はその両方を好ましくは含む。例えば、充填されたポリマー材料を形成するために組み合わせられた時、混合物がポリマーの電気抵抗率と比べて比較的低い電気抵抗率を有するように、充填されたポリマー材料は、比較的高い電気抵抗率を有するポリマー、及び比較的低い電気抵抗率を有する充填材を含んでもよい。複合材料、充填されたポリマー材料又は両方の（板厚方向における）電気抵抗率は、約１００，０００Ω・ｃｍ以下である。好ましくは、一般に複合材料と基板と同じ厚みの単一体の２枚の鋼を溶接するための溶接計画と同じ溶接計画を使用する抵抗溶接技術によって、鋼の単一体の板の基板に複合材料が溶接されることができるように、複合材料は電気抵抗率を十分に低くする。例えば、板厚方向における充填されたポリマー材料、複合材料又はその両方の電気抵抗率は、好ましくは約１００Ω・ｃｍ以下、約１０Ω・ｃｍ以下、約１Ω・ｃｍ、約０．１５Ω・ｃｍ以下、約０．１Ω・ｃｍ以下、又は約０．０７５Ω・ｃｍ以下である。
【００３１】
充填されたポリマー材料の濃度は、複合材料の全体積に基づき、約２０体積％以上、好ましくは約２５体積％以上、より好ましくは約３０体積％以上、更により好ましくは約４０体積％以上、及び最も好ましくは約５０体積％以上である。充填されたポリマー材料の濃度は、複合材料の全体積に基づき、約９５体積％以下、より好ましくは約９０体積％以下、更によりさらに好ましくは約８５％以下、及び最も好ましくは約７５体積％以下である。充填されたポリマー材料の体積％及び充填されたポリマー材料の厚み％が同等となるように、充填されたポリマー材料と金属層は各々、一般に均一な厚さを有することが認識される。
【００３２】
充填されたポリマー材料は、２つの金属層（例えば、サンドイッチ構造内のような２つの金属面）の間の空間のうちのいくつか又は全てを満たしてもよい。例えば、充填されたポリマー材料の濃度は、２つの金属層（例えば２つの金属面）間の体積の少なくとも約３０体積％、少なくとも約５０体積％、より好ましくは少なくとも約７０体積％、更により好ましくは少なくとも約９０体積％、及び最も好ましくは少なくとも約９５体積％（約１００体積％でない場合）である。
【００３３】
〈ポリマー〉
複合材料のポリマー材料は、熱可塑性のポリマー、エラストマーのポリマー、又はそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。好ましくは、ポリマーは１つ以上の熱可塑性のポリマーを含む又はそれらから実質的に成る。ポリマーは、ホモポリマー、コポリマー（例えば、ブロックコポリマー、ランダムコポリマー、グラフトコポリマー、交互コポリマー、又はその他のもの）、又はそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。１つ以上の熱硬化性のポリマーがポリマー材料内で使用されてもよい。
【００３４】
熱可塑性のポリマーが固体である及び／又は周囲条件で比較的高粘度を有し、液体である及び／又は加熱された場合比較的低粘性を有するように、利用されてもよい熱可塑性のポリマーは、約２５℃よりも大きな液少なくとも１つの固体から液体への相変化（例えば、溶融温度などの一次相転移、ガラス転移温度のような二次相転移、又はその両方）を好ましくは有する。例えば、熱可塑性のポリマーは、約４０℃以上、約６０℃以上、約８０℃以上、約１００℃以上の溶融温度又はガラス転移温度を有する。溶融温度（例えば、ピーク溶融温度）、ガラス転移温度、又はその両方は、ＡＳＴＭ Ｄ３４１８−０８によって測定されてもよい。
【００３５】
限定することなく、利用されてもよいポリマーは、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステル、ポリエーテル、ポリスチレン、アクリロニトリル、アクリル酸又はアクリル酸塩を含むポリマー、ポリイミド、ポリカーボネート、イオノマー、上記のポリマーの１つ以上を含むコポリマー、及び上記のポリマー又はコポリマーの１つ以上を含む混合物を含む。充填されたポリマー材料で使用され得る更なるポリマーの例は、国際特許出願公報ＷＯ／２０１０／０２１８９９（２００９年８月１３日出願）の段落００５２〜００６３、米国仮特許出願第６１／３８７，１７４（２０１０年９月２８日出願）の段落００６０〜００８６に記載されるポリマーを含む。
【００３６】
特に好ましいポリマーは、ポリエチレン、ポリエチレンコポリマー（好ましくは約７０重量％以上のエチレンを含む）、ポリプロピレン、ポリプロピレンコポリマー、ポリアミド、及び共重合アミドを含む。利用され得るポリエチレン及びポリエチレンコポリマーの例は、低密度のポリエチレン、直線的な低密度のポリエチレン、中密度のポリエチレン、及びポリエチレンプラストマーを含む。利用され得るポリプロピレンの例は、ポリプロピレンホモポリマー（例えばイソタクチックポリプロピレンホモポリマー）、耐衝撃性ポリプロピレン（例えばイソタクチックポリプロピレン及びゴム相を含むポリプロピレン）及びランダムポリプロピレンコポリマーを含む。
【００３７】
イオノマーと混合される、例となるポリオレフィンは、約２〜約１０の炭素を有する約５０重量％以上のα−オレフィンを含むホモポリマー及びコポリマーを含む。イオノマーと混合するための好ましいポリオレフィンは、約５０重量％以上のエチレン、プロピレン、ブタン又はヘキサンを有するものを含む。イオノマーと混合するためのより好ましいポリオレフィンは、約５０重量％以上のエチレン、又はプロピレンを有するものを含む。ポリオレフィン中のα−オレフィンの濃度（例えば、エチレン又はプロピレンの濃度）は、ポリオレフィンの全重量に基づき、好ましくは約６０重量％以上、より好ましくは約７０重量％以上、更により好ましくは約８０重量％以上、最も好ましくは約９０重量％以上である。好ましいポリオレフィンは、１つ以上のα−オレフィンから本質的に成るポリオレフィンを含む。例えば、１つ以上のα−オレフィンの濃度は、ポリオレフィンの全重量に基づき、約９０重量％以上、約９５重量％以上、約９８重量％以上、約９９重量％以上、又は約９９．９重量％以上である。限定することなく、イオノマーを備えた混合物で使用されるポリオレフィンは、高密度のポリエチレン（例えば、約０．９４５〜約０．９９０ｇ／ｃｍ３までの密度を有する）、低密度のポリエチレン、直線的な低密度のポリエチレン（例えば、約０．９１５〜約０．９３０ｇ／ｃｍ３までの密度を有するコポリマー）、中密度のポリエチレン（例えば、約０．９３０〜約０．９４５ｇ／ｃｍ３までの密度を有するコポリマー）、超低密度のポリエチレン（例えば、約０．９００〜約０．９１５ｇ／ｃｍ３までの密度を有する）、ポリエチレンプラストマー（例えば、約０．８６０〜約０．９００ｇ／ｃｍ３、好ましくは約０．８７０〜約０．８９５ｇ／ｃｍ３までの密度を有するコポリマー）、アイソタクチックポリプロピレンホモポリマー、約５重量％以上の結晶度を有するアイソタクチックポリプロピレンコポリマー、耐衝撃ポリプロピレン、アイソタクチックポリプロピレンの１つ以上のブロックを含むポリプロピレンブロックコポリマー、それらの混合物、又はそれらの任意の組み合わせを含み、或いはそれらから実質的に成る。イオノマーと混合するのに適した他のポリオレフィンの例は、ｉ）約６０重量％以上のα−オレフィン；及びｉｉ）酢酸ビニル、アクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸、メタクリル酸メチル、メタクリル酸、及びそれらの任意の組み合わせから成る群から選ばれた１つ以上のモノマーを含む或いはそれらから本質的に成るコポリマーである。ポリマーが金属繊維、金属層、又はその両方に付着するように、イオノマーとポリオレフィンの混合物は十分な量のイオノマーを含んでもよい。イオノマー対ポリオレフィンの重量比率は、約１：９９以上、約３：９７以上、約５：９５以上、約１０：９０以上、あるいは約２０：８０以上である。イオノマー対ポリオレフィンの重量比率は、約９９：１以下、約９０：１０以下、約７０：３０以下、約５０：５０以下、あるいは約４０：６０以下である。
【００３８】
本発明の１つの特に好ましい態様では、充填されたポリマー材料は、１つ以上のポリアミドコポリマー、１つ以上の熱可塑性ポリウレタン樹脂、１つ以上の熱可塑性ポリエーテル−エステルコポリマー、１つ以上のイオノマー、又はそれらの任意の組み合わせを含む。ポリアミドコポリマーは、本明細書中の上記に記載されたポリアミドコポリマーのいずれかである。好ましいポリアミドコポリマーは、ポリアミド−ポリアミドコポリマー、ポリエステルアミドコポリマー、ポリエーテルエステルアミド、ポリカーボネート−エステルアミドコポリマー、又はそれらの任意の組み合わせを含む。熱可塑性物質のうちの何れかは、ランダムコポリマー又はブロックコポリマーであってもよい。熱可塑性物質のうちの何れかは、熱可塑性エラストマーであってもよい。一例として、充填されたポリマー材料は、ポリエステルアミド熱可塑性エラストマー、ポリエステルエーテルアミド熱可塑性エラストマー、ポリカーボネート−エステルアミド熱可塑性エラストマー、ポリエーテル−エステル熱可塑性エラストマー、アミドブロックコポリマー熱可塑性エラストマー、又はそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。充填されたポリマー材料は、コポリマーではない１つ以上のポリマーを随意に含んでもよい。例えば、充填されたポリマー材料は、１つ以上のポリアミドホモポリマーを含んでもよい。特に好ましいポリアミドホモポリマーは、ポリアミド６及びポリアミド６，６を含んでもよい。１つ以上のポリアミドホモポリマーが利用されれば、１つ以上のポリアミドホモポリマーの濃度は比較的低い（例えば、１つ以上のコポリマーの濃度と比較して）。１つ以上のポリアミドホモポリマーが存在する場合、１つ以上のポリアミドホモポリマーの濃度は、充填されたポリマー材料におけるポリマーの全重量に基づき、好ましくは約５０重量％以下、より好ましくは約４０重量％以下、更により好ましくは約３０重量％以下、及び最も好ましくは約２５重量％以下である。
【００３９】
利用され得る特に好ましいコポリアミドは、約３０重量％から約７０重量％（例えば約５０重量％）のポリアミド６、及び約３０重量％から約７０重量％（例えば約５０重量％）のポリアミド６，９を含むコポリアミドである。そのようなコポリアミドは、以下の１つ以上により特徴付けられる：ＩＳＯ ５２７−２によって測定される約１００ＭＰａから約６００ＭＰａまで（例えば約３００ＭＰａ）の弾性率、ＩＳＯ １１３５７によって測定される約１００℃から約１６５℃まで（例えば１３０℃）の融点、及びＩＳＯ ５２７−３によって測定される約４００％から約２０００％まで（例えば約９００％）のような及び破断時の伸長。
【００４０】
熱可塑性のポリマーは好ましくは比較的長い鎖状ポリマーであり、その結果、約２０，０００より大きな、好ましくは約６０，０００より大きな、最も好ましくは約１４０，０００より大きな数平均分子量を有してもよい。熱可塑性のポリマーは、可塑化されない、可塑化される、エラストマーで修正される、あるいはエラストマーがない。半結晶性ポリマーは、約１０重量％より大きな、より好ましくは約２０重量％より大きな、より好ましくは約３５重量％より大きな、より好ましくは約４５重量％より大きな、及び最も好ましくは約５５重量％より大きな結晶化度を有してもよい。半結晶性ポリマーは、約９０重量％未満、好ましくは約８５重量％未満、より好ましくは約８０重量％未満、及び最も好ましくは約６８重量％未満の結晶化度を有してもよい。熱可塑性のポリマーの結晶化度は、ＡＳＴＭ Ｄ３４１８に記載のように、溶融熱を測定し、それを特定のポリマーに関する当業者に既知の溶融熱と比較することにより、示差走査熱量測定を使用して測定されてもよい。
【００４１】
充填されたポリマー材料のポリマーはまた、無水マレイン酸のような有極性分子と接合される、約１０重量％までのグラフトポリマー（例えば、アイソタクチックポリプロピレンホモポリマー又はコポリマー、又はポリエチレンホモポリマー又はコポリマーのようなグラフトポリオレフィン）を含み得る。接合された化合物の濃度は、グラフトポリマーの全重量に基づき、約０．０１重量％以上である。特に好ましいグラフトポリマーは、約０．１重量％から約３重量％の無水マレイン酸を含む。
【００４２】
〈充填材〉
充填されたポリマー材料は、１つ以上の充填材を含み、好ましくは１つ以上の伝導性の充填材を含む。多量の充填材は、充填されたポリマー材料内で使用されてもよい。好ましくは、充填材の濃度は、ポリマー材料、複合材料又はその両方が比較的低い電気抵抗率（例えばポリマーの電気抵抗率に対する）を有するように十分に高い。好ましくは、充填材の濃度は、充填されたポリマー材料の全体積に基づき、約３体積％以上、好ましくは約５体積％以上、より好ましくは約８体積％以上、更により好ましくは約１０体積％以上、及び最も好ましくは約１２体積％以上である。充填されたポリマー材料の密度が比較的低くなるように（例えば充填材、金属板又はその両方の密度と比較して）、充填材濃度が低いことが好ましい。そのため、充填材の濃度は、充填されたポリマー組成の全体積に基づき、約５０体積％以下、好ましくは約３５体積％以下、より好ましくは約３０体積％以下、更により好ましくは約２５体積％以下、更により好ましくは約２３体積％以下、及び最も好ましくは約２１体積％である。
【００４３】
充填材は任意の形状を有する。例えば、充填材は、一般に球形、一般に繊維形状（他の二次元より少なくとも５倍大きな１次元を有する形状のような）、又は一般に平面形状（最も小さな次元より少なくとも５倍大きな二次元を有する形状のような）である。本明細書で使用されるように、充填繊維（ｆｉｌｌｅｒ ｆｉｂｅｒ）は、一般に繊維形状を有する充填材を指し、一方充填粒子は、他の充填形状（一般に平面形状及び一般に球形形状のような）を指す。
【００４４】
限定することなく、充填されたポリマー材料で使用され得る充填材の例は、国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ０９／５３６７６（Ｍｉｚｒａｈｉにより２００９年８月１３日出願）の段落００６４〜００８１、米国仮特許出願第６１／３８７，１７４号（２０１０年９月２８日出願）の段落００８７〜０１１４に記載の充填材を含む。
【００４５】
適切な充填材の例は、金属繊維、金属粒子、カーボンブラック、グラファイト、リン化鉄、及びそれらの任意の組み合わせを含む。好ましくは、充填材は、伝導性の（例えば、１０−４Ωｃｍ以下の低効率を有する）粒子、繊維又はその両方を含み、又はそれらから実質的に成る（例えば充填材の全体積に基づき、少なくとも８０体積％、少なくとも９０体積％又は少なくとも９５体積％）。より好ましくは、充填材は、金属粒子、金属繊維又はその両方を含む、又はそれらから実質的に成る。最も好ましくは、充填材は、金属繊維を含む、又は該金属繊維から実質的に成る。
【００４６】
金属繊維は、溶接プロセス（電気抵抗点溶接のような）の間、溶接電極（即ち、溶接チップ）間の領域の金属繊維のうちのいくつか又は全てが、１つ又は両方の金属層が溶融する前に少なくとも部分的に溶融するように（例えば、完全に溶融する）、溶融又は液相線の温度を十分に低くしてもよい。充填されたポリマー材料の電気抵抗率は、金属層の電気抵抗率より高く（例えば約２以上、約１０以上又は約１００以上の因数）、その結果、金属層が溶融し始める前に金属繊維は溶融し始める。溶接プロセスは、金属層が溶融し始める前に金属繊維が溶けるように、溶接電極を十分に冷却する工程を使用してもよい。そのため、金属繊維は、第１の金属層、第２の金属層又はその両方における金属（例えば鋼）より低い、同じ、又は高い溶融温度又は液相線の温度を有する金属（例えば、鋼）を含み、又はそれから実質的に成る。
【００４７】
本発明の１つの実施形態では、金属繊維は、一般に繊維の縦方向において平坦な表面のような、好ましくは１つ以上の一般に平坦な表面を有する。平坦な表面は、繊維の長さのうちのいくつか又は全てに沿って伸長し得る。繊維の横方向（即ち、繊維の長さに対し垂直）における金属繊維の横断面は、１以上の一般に直線面を有してもよい。例えば、繊維の横方向における金属繊維の横断面は、４つ以上の一般に直線面、２つ以上の並列の側面、又はその両方を有してもよい。限定することなく、金属繊維は、一般に長方形の、一般に平行四辺形の、一般に４つ以上の側面を有する多角形の、又は一般に正方形の横断面を有してもよい。他の特徴は、半円の横断面のような単に１つの平坦な表面を有してもよい。横方向における金属繊維の横断面は、厚み（例えば最も薄い次元）、及び幅（即ち厚みに対し垂直な方向）により特徴づけられてもよい。繊維の厚みに対する幅の比率は、約１以上、約２以上、約３以上又は約４以上である。繊維の厚みに対する幅の比率は、約６０以下及びより好ましくは約３０以下（例えば約２０以下、又は約１５以下）である。
【００４８】
意外にも、縦方向に少なくとも１つの一般に平坦な表面を有する（例えば、横方向に長方形の横断面の特性を有する）金属繊維を含む複合材料及び充填されたポリマー材料は、同じ金属の等量の金属繊維で作られ、一般に筒状形状を有する材料と比較して、より高い導電率を有する。例えば、金属繊維が一般に筒状の同じ濃度の金属繊維に置き換えられることを除き、同一の充填されたポリマー材料に対する平坦な直線面方向の表面を有する金属繊維の濃度を含む充填されたポリマー材料の導電率の比率は、約１．１以上、約１．５以上、又は約２．０以上である。したがって、そのような繊維を使用して、溶接性の改善、密度の減少、又はその両方を達成することは可能である。
【００４９】
金属繊維の重量平均長さは、好ましくは約２００μｍ以上、より好ましくは約５００μｍ以上、更により好ましくは約８００μｍ以上、更により好ましくは約１．２ｍｍ以上、及び最も好ましくは約１．８ｍｍ以上である。金属繊維が約１０ｍｍ以上の重量平均長さ（ｗｅｉｇｈｔ ａｖｅｒａｇｅ ｌｅｎｇｔｈ）を有し、又は一般に連続していることが認識される。スポット溶接を必要とする適用について、金属繊維は、好ましくはスポット溶接に典型的に使用される溶接電極の直径未満である重量平均長さを有し、その結果、金属繊維は溶接プロセス中により容易に溶接から離れて流れてもよい。例えば、金属繊維は、約２０ｍｍ以下、約１０ｍｍ以下、約７ｍｍ以下、約５ｍｍ以下、約４ｍｍ以下、又は約３ｍｍ以下の重量平均長さを有し得る。繊維の縦横比は、（４ΑＴ／ＴＴ）１／２で繊維の長さを割ることにより評価され、ＡＴは横方向での繊維の断面積である。繊維の縦横比は、約５以上、約１０以上、約２０以上、又は約５０以上であってもよい。繊維の縦横比は、約１０，０００以下、約１、０００以下、又は約２００以下であってもよい。１０，０００より大きな縦横比を有する金属繊維が利用されてもよいことは、本明細書の教示から認識される。
【００５０】
２つの金属層間のポリマー層で使用された時、金属繊維は好ましくは繊維の塊として存在する。金属繊維の塊は相互に接続されてもよい。金属繊維の多くはもつれていることがある。繊維の多くは、機械的なインターロック（ｉｎｔｅｒｌｏｃｋｓ）を形成してもよい（即ち、２つ以上の繊維が機械的に連結されてもよい）。金属繊維の多くは、好ましくはポリマー層の厚みに及び、その結果、繊維の多く（例えば金属繊維のネットワーク）が２つの金属層を電気的に接続する。繊維の多くは、金属繊維を使用して板間に電流を流す工程、及び繊維に流れる電流からの抵抗熱でポリマー層を熱する工程を含む溶接プロセスで使用されてもよい。そのプロセスは、誘導加熱、伝導過熱、又はその両方を使用してもよい。単一の金属繊維は、ポリマー層の厚みに及ぶ。好ましくは、金属繊維のうちの少なくともいくつかは、個々にポリマー層の厚みに及ばない。金属繊維がポリマー層の厚みに及ぶ場合、厚みに及ぶ繊維の断片は、好ましくは約０．４以下、より好ましくは約０．２０以下、更により好ましくは約０．１０以下、更により好ましくは約約０．０４以下、及び最も好ましくは約０．０１以下である。繊維の塊における繊維は、好ましくは順序づけられていない配置で配される。例えば、一般に整列した配置で配される近隣の金属繊維の最大数は、約１００未満、好ましくは約５０未満、より好ましくは約２０未満、更により好ましくは約１０未満、及び最も好ましくは約５未満である。より好ましくは、繊維の塊は一般にランダムの配置で配される。編組電線配置（例えば、２、３、又はそれ以上の繊維を含む）のような順序付けられた配置、ねじられたフィラメント配置、織られた配置、又はメッシュ配置（ｍｅｓｈ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）が使用されてもよい。
【００５１】
金属繊維の何れかが金属繊維の長さの大部分にわたって金属層を接触させる場合、少数が好ましい。例えば、金属繊維の大きな断片は、金属層に接していない重要な部分を有してもよい。繊維の長さの少なくとも半分に沿って金属層を接触させる金属繊維の断片は、好ましくは約０．３以下、より好ましくは約０．２以下、更により好ましくは約０．１以下、さらにより好ましくは約０．０４以下、及び最も好ましくは約０．０１以下である。
【００５２】
金属繊維は、繊維の縦の軸に交わった面において一般に長方形の断面を有してもよい（即ち、繊維は一般にリボン状の形状を有するように提供されてもよい）。そのような繊維は加重平均長さ（ｗｅｉｇｈｔ ａｖｅｒａｇｅ ｌｅｎｇｔｈ）、加重平均幅、及び加重平均厚みにより特徴付けられ、厚みに対する幅の比率は、約１以上（例えば約２以上、約３以上、又は約４以上）であり、及び幅に対する長さの比率は、約５以上（例えば約７以上、約１０以上、又は約２０以上）である。そのようなリボン形状の繊維を使用した場合、その厚み（例えば加重平均厚み）は、好ましくは約１μｍ以上、より好ましくは約３μｍ以上、更により好ましくは約６μｍ以上、更により好ましくは約１０μｍ以上、及び最も好ましくは約２０μｍ以上である。リボン形状の繊維の厚み（例えば加重平均厚み）は、好ましくは約１００μｍ以下、より好ましくは約８０μｍ以下、更により好ましくは約７０μｍ以下、及び最も好ましくは約６０μｍ以下である。リボン形状の繊維の幅（例えば加重平均幅）は、好ましくは約１０μｍ以上、より好ましくは約２０μｍ以上、更により好ましくは約３０μｍ以上、更により好ましくは約４０μｍ以上、及び最も好ましくは約６０μｍ以上である。リボン形状の繊維の幅（例えば加重平均幅）は、好ましくは約４００μｍ以下、より好ましくは約２００μｍ以下、更により好ましくは約１６０μｍ以下、及び最も好ましくは約１４０μｍ以下である。リボン形状の繊維は、金属繊維を含む又はそこから本質的に成り、より好ましくは鋼繊維を含む又はそこから本質的に成る。例えば、リボン形状の繊維は、炭素鋼繊維、ステンレス鋼繊維、高張力鋼繊維などを含む、それらから本質的に成る、又はそれらから成る。驚くことに、そのようなリボン型の繊維は、より小さな断面積を有する一般に円筒状の繊維と比較して、複合材料の導電率を改善することにおいてより効率的である。したがって、リボン形状の繊維は、溶接性の改善、密度の減少、又はその両方を有する複合材料中で使用できる。例示となる繊維は、金属箔（例えば、繊維の厚みぐらいの厚みを有する）を狭いリボンに切断することにより調整された繊維である（例えば、切断間の間隔は繊維の幅である）。単一体の金属箔、又は１つ以上の金属層及び／又はコーティング（例えば両方の大表面上のコーティング）を有する金属箔から金属繊維が調整されてもよいことは、本明細書の教示から認識される。限定することなく、金属繊維は、電気防食を提供する金属又はコーティングを含みてもよい。他の手段によって調整されたリボン形状の繊維も使用され得ることが認識される。
【００５３】
縦の軸に交わった面の金属繊維の断面積は、好ましくは約１×１０−６ｍｍ２以上、より好ましくは約１×１０−５ｍｍ２以上、更により好ましくは約８×１０−５ｍｍ２以上、更により好ましくは約１×１０−４ｍｍ２以上、及び最も好ましくは約４×１０−４ｍｍ２以上である。縦の軸に交わった面の金属繊維の断面積は、好ましくは約２．５×１０−２ｍｍ２以下、より好ましくは約１×１０−２ｍｍ２以下、更により好ましくは約２．５×１０−３ｍｍ２以下、及び最も好ましくは約１×１０−３ｍｍ２以下である。例えば、約８×１０−５ｍｍ２より大きい縦の軸に交わった面の断面積を有する鋼繊維を利用する複合材料が、より低い断面積を伴う繊維を有する材料に関連する改善された溶接処理窓を有することは、驚くべきことである。約８×１０−５ｍｍ２より大きな断面積を有する繊維を含む、そのような複合材料は、より薄い繊維を備えた複合材料に関して観察された高い絞性及び成形性を維持する。
【００５４】
金属繊維は、繊維の長さにわたって、繊維の幅にわたって、又はその両方にわたって十分に一定の厚みを有してもよい。繊維の平坦な表面は滑らかであり（即ち、一般に織地がない）、又は織地を有し得る。例えば、リボン状の繊維は、滑らかな両方の主な表面、織込んで作られる両方の主な表面、又は織込んで作られる１つの主な表面、及び滑らかな１つの主な表面を有してもよい。
【００５５】
ポリマー対繊維（例えば金属繊維）の体積比率は、好ましくは２．２：１より大きい、より好ましくは約２．５：１より大きい、及び最も好ましくは約３：１より大きい。ポリマー対繊維（例えば金属繊維）の体積比率は、好ましくは約９９：１未満、より好ましくは約３３：１未満、更により好ましくは約１９：１未満、及び最も好ましくは約９：１未満（例えば、約７：１未満）である。
【００５６】
図２Ａに関して、金属繊維（２０’）は、１、２、又はそれ以上の一般に直線面（一般に長方形の断面のような）を含む長い方向に交わる方向に横断面を有してもよい。金属繊維の長さは、一般に直線の領域、一般に弓形の領域、又はその両方を有してもよい。繊維のもつれた塊が形成されるように、金属繊維は十分に長く、十分な曲率（例えば繊維の長さに沿った）を有し、十分な量に存在し、又はそれらの任意の組み合わせである。
【００５７】
金属繊維で使用され得る１つ以上の直線面を有する実例となる横断面（繊維の長さに交わる）は、図２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅ、２Ｆ、２Ｇ、２Ｈ、２Ｉ、及び２Ｊで示される。
【００５８】
図３は、金属繊維（２０”）及びポリマー（１８’）の部分を含むコア層（１６’）の、実例となる顕微鏡写真である。図３で示されるように、コア層によって電流を転送することができるように、繊維は十分に重なり合う。例えば、電気抵抗溶接を使用して複合材料を溶接することができる程、コア層の導電率は十分である。
【００５９】
図４は、繊維の長い方向に交わる方向の一般に長方形の横断面を有する金属繊維（２０’）を含む、実例となる複合材料の端部を図示する。コア層は、２つの金属層（１４”）間に挟まれた金属繊維（２０’）のもつれた塊とポリマー（１８’）を含む。
【００６０】
金属繊維は、好ましくは複合材料が溶接作業に関する一般に大きな処理窓（ｐｒｏｃｅｓｓ ｗｉｎｄｏｗ）（例えば約１ｋＡ以上の溶接電流範囲）を有するように、選択される。例えば、金属繊維の濃度、金属繊維の大きさ、金属繊維間の接触の量、金属繊維の形状、金属繊維と金属層間の接触の量、又はそれらの任意の組み合わせは、複合材料が、溶接作業のための一般的な処理窓、一般に高い導電率、一般に高いＳＣＲ、又はそれらの任意の組み合わせを有するように選択される。溶接用の一般に大きな処理窓（即ち、溶接処理窓）は、例えば高い溶接電流範囲（固定溶接時間で測定された）、高い溶接時間範囲（固定電流で測定された）、又はその両方によって特徴付けられる。
【００６１】
〈金属層〉
上記のように、複合材料は１、２、または、それ以上の金属層（例えば金属板）を含む。例えば、複合材料は、ポリマー層を挟む２つの金属層（例えば、２つの表面層（Ｆａｃｅ ｌａｙｅｒ））を含んでもよい。金属層は、溶接可能な（例えば、電気抵抗溶接プロセスで溶接されることができる）金属または金属合金から作られるのが好ましい。例えば、金属層は、以下に記載された金属材料の１つまたは任意の組み合わせを含むか、該金属材料の１つまたは任意の組み合わせからなってもよい。当然のことながら、複合材料は、比較的溶接しやすい第１の金属層と、比較的溶接しにくい第２の金属層（例えば、第２の金属層は、溶接することできないか、または、第１の金属層の溶接と比較して、長めの溶接時間、高い溶接電流、高い溶接圧力、または、それらの任意の組み合わせを必要とするかもしれない）を有してもよい。例えば、複合材料は、コーティングされた表面（表面の外観、耐久性、または、粘着特性を改善するコーティングなど）を有する１以上の金属層を含んでもよい。
【００６２】
制限されることなく、複合材料で使用されてもよい金属層の例は、（２００９年８月１３日にＭｉｚｒａｈｉによって出願された）国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ０９／５３６７６に記載される金属層と金属材料を含み、とりわけ、段落００８２乃至００８４に記載されたものを含む。
【００６３】
複合材料の密度が一般的に低くなるように（例えば、鋼板の密度に対して、約５％以上、約１０％以上、または、約１５％以上の密度減少）、金属層の全体的な厚み（例えば、２つの鋼板の全体的な厚み）は十分に薄いものであってもよい。例えば、金属層の厚み分率（ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｆｒａｃｔｉｏｎ））、体積分率、その両方は、複合材料の全体的な厚みに基づいて、約７５％以下、約７０％以下、約６５％以下、約６０％以下、または、約５５％以下であってもよい。金属層の厚み分率、体積分率、または、その両方は、約５％以上であってもよい。金属層の全体的な厚みは、約０．１ｍｍ以上、約０．２ｍｍ以上、または、約０．３ｍｍ以上であってもよい。金属層の全体的な厚みは、約１．５ｍｍ以下、約１．２ｍｍ以下、約１．０ｍｍ以下、約０．８ｍｍ以下、または、約０．６ｍｍ以下であってもよい。
【００６４】
〈金属材料〉
先に議論されるように、溶接方法（例えば、溶接スタックの基板は、１以上の金属材料を含んでもよい。用いてもよい金属材料は、金属、金属合金、金属／金属複合材などを含んでいる。典型的に、金属材料は約５重量％未満（例えば、約１重量％未満）のポリマー材料を有し、さらに典型的にはポリマー材料が実質的にまったくない。金属材料は好ましくは抵抗溶接可能な材料である。複合材料の金属層に使用されてもよい金属のいずれも、金属材料（例えば、第２のまたは追加のワークピースの金属材料）に使用されてもよい。制限されることなく、用いられてもよい典型的な金属材料は、（例えば、溶接される区域または領域の）金属層の総重量に基づいて少なくとも約５０重量％の鉄原子または少なくとも５０重量％のアルミニウム原子を含む、金属と金属合金を含んでいる。
【００６５】
用いられる場合、金属材料は、それが溶接される複合材料の金属層と同じか、または、異なってもよい。
【００６６】
〈溶接電流範囲のための試験方法〉
溶接用の処理窓の基準は電流範囲（すなわち、溶接電流範囲）である。試験材料の溶接電流範囲は、試験材料板と、試験材料板と同じ厚さの（亜鉛メッキ鋼のような）対照の単一体の鋼（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ｓｔｅｅｌ）板とからなるスタックを溶接することによって測定されてもよい。溶接は２つの電極を使用して行なわれてもよい。試験材料に対する電極は、表面直径ｄを有している。対照鋼板に対する電極は、ｄと等しいか、または、ｄより大きくてもよい。溶接時間と溶接圧力は固定され、材料の標準溶接計画などから予め決められてもよい。溶接ボタンのサイズは、２枚の板を分離することによって測定されてもよく、溶接ボタンの平均直径として与えられる。測定は、０．９５ｄ以上の溶接ボタンを生む電流を選択することによって始められる。その後、溶接ボタンの直径がｄ未満になるまで、溶接電流は漸増的に減少する。溶接電流の下限は、許容可能な溶接（例えば、少なくとも０．９５ｄの溶接ボタンのサイズを有す溶接）をもたらす最も低い電流である。その後、溶接電流は、許容しがたい溶接が得られるまで増加し、金属の除去、電極への板の張り付き、溶接中の大きなはじける音、あるいは、さもなければ、それらの任意の組み合わせにより特徴付けられる。許容可能な溶接をもたらす最も高い電流は溶接電流の上限である。溶接電流範囲は、溶接電流の上限と溶接電流の下限の間の差である。一例として、溶接電流範囲は、厚みが約０．８ｍｍの複合材料と、厚みが約０．８ｍｍのガルバニール鋼板とを使用して行なわれてもよい。複合材料上の電極の直径は約３．８ｍｍであってもよく、ガルバニール処理された鋼上の電極の厚みは約４．８ｍｍであってもよい。約２７１３Ｎｔ（例えば、６１０ポンド）の圧縮力が加えられてもよい。溶接電流範囲を測定するための溶接条件は、約１、０００Ｈｚの周波数、約５０ミリ秒のアップスロープ時間、および、約２００ミリ秒の溶接時間を有する中間周波数ＤＣ溶接電流を含んでもよい。材料の幅は約２５ｍｍであり、厚さは約２５ｍｍおよび７５ｍｍであるのが好ましい。
【００６７】
複合材料の溶接電流範囲ｌｃは、複合材料と同じ厚みを有する単一体の鋼板に溶接される際、複合材料と同じ厚みを有する２枚の単一体の鋼板の電流範囲ｌｍよりも大きいのが好ましい。ｌｃ対ｌｍの比率は好ましくは約１．１以上、さらに好ましくは約１．２以上、さらにもっと好ましくは約１．３以上、さらにもっと好ましくは約１．４以上、および、最も好ましくは約１．５以上である。複合材料の電流範囲ｌｃは、好ましくは約１．５ｋＡ以上、さらに好ましくは約１．７ｋＡ以上、さらにもっと好ましくは約１．９ｋＡ以上、さらにもっと好ましくは約２．１ｋＡ以上、さらにもっと好ましくは約約２．３ｋＡ以上、および、最も好ましくは約２．５ｋＡ以上である。図５は、驚くほど高い溶接電流範囲を有する複合材料の溶接電流範囲を図示している。
【００６８】
複合材料を１以上の単一体の金属材料（例えば、鋼板のような鉄鋼材）にスポット溶接する際、そのプロセスは、複合材料に接触する第１の電極と、単一体の金属に接触する第２の電極を使用してもよい。第１の電極と第２の電極は同じでも異なってもよい。驚いたことに、本発明の複合材料は、複合材料中の金属の体積が単一体の金属材料中の金属の体積の３０％以上小さい時にさえ、同じ直径を有する第１の電極と第２の電極を使用してもよい。特に困難な溶接については、第１の電極と第２の電極が異なるのが望ましいこともある。例えば、第１の電極が第２の電極の直径未満である直径を有する場合、複合材料の両方の金属層は単一体の金属材料に対してより容易に溶接されてもよい。理論によって縛られることなく、複合材料と接触するために直径の小さな電極を使用することで、よりバランスのとれた熱分布と、溶接領域からのポリマーのより有効な除去と、または、その両方がもたらされると信じられている。最も好ましくは、第１の金属層と第２の金属層が両方ともスポット溶接プロセスの間に溶接されるように、第１の電極は第２の電極の直径よりもかなり小さな直径を有している。第１の電極の直径に対する第２の電極の直径の比率は、好ましくは約１．０２以上、さらに好ましくは約１．０６以上、さらにもっと好ましくは約１．１２以上、および、最も好ましくは約１．２以上である。第１の電極の直径に対する第２の電極の直径の比率は、好ましくは約５以下、さらに好ましくは約３以下、および、最も好ましくは約２以下である。
【００６９】
本発明の複合材料は、好ましくは１以上の単一体の金属材料に溶接されることができる。例えば、金属繊維の形状、大きさ、濃度、および、種類は、複合材料が、コーティングされていない鋼、溶融加工した亜鉛メッキ鋼、ガルバニール鋼、または、それらの任意の組み合わせからなる群から選択される鉄鋼材に対して溶接（例えば、スポット溶接）されることができるように選択されてもよい。本発明の特に好ましい実施形態では、複合材料は、溶接時間、電極加圧力、溶接時間、または、溶接電極の大きさを変更する必要なく、２以上の単一体の鋼材（例えば、２以上のコーティングしていない鋼、溶融加工した亜鉛メッキ鋼、または、ガルバニール鋼）、異なる厚みの２以上の単一体の鋼材（例えば、複合材料とほぼ同じ厚さの第１の材料と、複合材料の厚みのほぼ１．５倍の厚み、または、それ以上を有する第２の材料を有する）、あるいは、その両方の、一般的に高い溶接電流範囲（例えば、先に記載されたように）を有する。そのため、複合材料は、溶接条件を変更する必要なく、驚くほど様々な厚み領域を有する、驚くほど様々な種類の材料に溶接されてもよい。溶接条件にいくつかの変更が必要とされるかもしれないが、溶接電流範囲が広いため、このような変更は他の材料と比較して著しく減少する。
【００７０】
一例として、図６、７、および、８は、コーティングされていない鋼、ガルバニール処理された鋼、または、溶融加工した亜鉛メッキ鋼のそれぞれに溶接された、本発明の複合材料の溶接電流範囲の測定を図示する。図６、７および８は、溶接電流に応じた溶接ボタンのサイズを示すグラフである。許容可能な溶接または良好な溶接は、ｉ）溶接電極直径の約９５％よりも大きな溶接ボタンのサイズを有し、ｉｉ）金属の除去がない、または、その両方の溶接であってもよい。例えば、約３．８ｍｍの電極直径が複合材料に接触するために使用される場合、良好な溶接は約３．６ｍｍ以上の溶接ボタンのサイズを有していてもよい。図７、８および９は、約１．５以上（例えば、約１．７以上）の溶接電流範囲を有する複合材料を図示する。図６は、第１の鋼（例えば、コーティングされていない鋼）に複合材料を溶接する際に、約６．４ｋＡから約９．２ｋＡまでの溶接電流で良好な溶接を得ることができることを図示している。図７は、異なる鋼（例えば、ガルバニール処理された鋼）に複合材料を溶接する際に、約７．７５ｋＡから約９．４５ｋＡの溶接電流で、良好な溶接を得ることができることを図示している。図８は、別の鋼（例えば、溶融加工した亜鉛メッキ鋼）に複合材料を溶接する際に、約７．３５ｋＡおよび約９．３５ｋＡの溶接電流で、良好な溶接を得ることができることを図示している。まず、３つの材料はすべて一般的に高い溶接電流範囲を与える。次に、良好な溶接をもたらす電流の重なり（すなわち、重なる溶接電流範囲）は、一般的に高い。例えば、複合材料は、約７．８ｋＡから約９．２ｋＡまで、これらの３つの材料で良好な溶接をもたらし、重なる溶接電流範囲は約１．４ｋＡ以上である。
【００７１】
〈溶接プロセス〉
複合材料を接合するために使用されるプロセスは、抵抗溶接（例えば、スポット溶接、シーム溶接、フラッシュ溶接、プロジェクション溶接またはアプセット溶接）、エネルギービーム溶接（例えば、レーザービーム、電子ビームまたはレーザーハイブリッド溶接）、ガス溶接（例えば、酸素アセチレンのようなガスを使用するオキシ燃料（ｏｘｙｆｕｅｌ）溶接）、アーク溶接（例えば、ガス金属アーク溶接、ミグ溶接または被覆金属アーク溶接）のような従来の溶接技術の改良形態を含んでもよい。好ましい接合技術は、抵抗スポット溶接とレーザー溶接のような高速溶接技術を含んでいる。
【００７２】
図９Ａおよび９Ｂは、２つの溶接電極（４２）と（４２’）の間で溶接されている基板（３０）のスタックを図示する断面部分である。図９Ａは、図９Ｂで図示された断面よりも早い溶接時間での断面を示している。図９Ａに関して、溶接プロセスは、複合材料（１２）と第２の基板（４０）が圧縮状態にあるように、２つの溶接電極（４２）および（４２’）に圧力を加える工程を含んでもよい。溶接電極（４２）と（４２’）の圧力は、第２の基板との接触領域（４６）、および、複合材料との接触領域（４６’）を形成してもよい。当然のことながら、接触領域（４６’）が溶接電極と第３の基板（図示せず）との接触によって定義されるように、複合材料（１２）は第２の基板（４０）と第３の基板の間ではさまれてもよい。接触領域（４６）と（４６’）の間に位置する、溶接される材料の体積（４８）は、溶接される領域（すなわち、意図される溶接区域）（４４）を定義する。当然のことながら、実際の溶接区域の体積は、意図された溶接区域（４４）よりも大きくても小さくてもよく、材料（例えば、ポリマー、充填材、金属材料、または、その任意の組み合わせ）が（例えば、溶接電極によって加えられた力によって）意図された溶接区域から押しつけられる場合、溶接区域の高さは減少してもよい。図９Ａで図示されるように、基板は、とりわけ接触領域（４６）と（４６’）の近くで変形（例えば、造形術で変形）されてもよい。ここで図９Ｂに目を向けると、溶接プロセス中に、ポリマーのいくらかまたはすべてが相転移（例えば、半結晶性ポリマーの一次的な固相から液相への相転移（すなわち、溶融）、または、ガラス状ポリマーの二次的な軟化転移）を経験するように、（例えば、意図された溶接区域内の、または、該溶接区域の近くの）基板の温度は上昇してもよい。溶融または軟化に際して、ポリマーは溶接電極の圧力の下で流れてもよい。そのため、ポリマー材料のいくつかまたはすべて（例えば、熱可塑性のポリマーのいくつかまたはすべて、充填材のいくつかまたはすべて、または、その両方）は、意図した溶接区域（４４）から追い出されて、意図した溶接区域から離れた領域（４８）に入ってもよい。材料が意図した溶接区域（４４）から離れて流れるか、さもなければ、意図した溶接区域（４４）から追い出されると、溶接電極（４２）と（４２’）の間の距離は短くなってもよい。したがって、溶接電極の間の距離の変化は、ポリマーが相転移を経験した徴候として用いられてもよい。当然のことながら、溶接プロセスは、（例えば、電極中の入口に、冷却材流体（ｃｏｏｌａｎｔ ｆｌｕｉｄ）などの液体を流すことによって）、溶接電極を冷やすための１以上の手段を含んでもよい。
【００７３】
溶接プロセスは、溶接される基板のスタックに電流を供給することができる抵抗溶接デバイスを使用してもよい。図１０に関して、溶接デバイスは、２以上の溶接電極（４２）および（４２’）、（例えば、溶接電極間の基板（３０）のスタックの部分が圧縮されるように）溶接電極に圧力（６０）を加える手段、（例えば、溶接電極から熱を取り除くために）溶接電極の１つ以上を介して熱伝導流体を循環させるポンプデバイス（６２）、（例えば、電流が溶接電極間の基板を通って流れるように、溶接電極間に電位をかけるための）電源（６４）、溶接電極への電源、溶接電極を介した電流、溶接時間、溶接電極の冷却、溶接電極によって基板に加えられる圧力、または、それらの任意の組み合わせを制御するための１以上の（溶接制御装置のような）制御装置（６６）を有してもよい。以下に記載されたように、溶接プロセスはさらに、１以上の予め決められた条件を監視するか、さもなければ、測定するための監視デバイスを使用してもよい。監視デバイスは制御装置の一部であってもよく、または、制御装置から離れていてもよい。制限されることなく、監視デバイスは（例えば、溶接電極間の距離の変化がモニターされるように）、１以上の溶接電極の移動をモニターする位置センサー（６８）を含んでもよい。溶接される基板のスタックは、溶接デバイスに手動で供給され、（例えば、ロボット、搬送ラインなどを使用して）溶接デバイスに自動で供給されてもよく、溶接電極を含む溶接デバイスの一部は、溶接される基板のスタックに移動する（例えば、溶接デバイスは、ロボットのアームに取り付けられる溶接デバイスの一部のように移動可能であってもよい）か、または、それらの任意の組み合わせであってもよい。
【００７４】
溶接機は、１以上の溶接電極によって流体を流すか循環させる手段を含んでもよい。例えば、溶接機は、１以上の溶接電極によって流れるか循環する水、冷却材または他の流体のソースを含んでもよい。第１の溶接段階、第２の溶接段階、または、その両方の間に熱が溶接電極から取り除かれるように、（例えば、溶接電極に流れ込む）流体は（例えば、溶接プロセス中に熱される溶接スタックと比較して）比較的冷たくてもよい。溶接電極が溶接スタック中の材料につかないように、流体は十分な熱を取り除いてもよい。流体の流量、流体の温度、または、両方は、１つ以上の制御装置によって制御されてもよい。本発明の好ましい態様では、流体の温度はポリマーの転移温度未満である。例えば、流体は、ポリマーの溶融温度未満の、ポリマーのガラス転移温度未満の、または、両方の温度であってもよい。流体の温度は、２００°Ｃ未満、好ましくは１３０°Ｃ未満、さらに好ましくは６０°Ｃ未満、さらにもっと好ましくは３０°Ｃ未満、および、もっとも好ましくは２０°Ｃ未満であってもよい。
【００７５】
一般的に、溶接プロセスは、（例えば材料のスタックをデバイスを移動させることによって、デバイスを材料に移動させることによって、または、その両方によって）一緒に溶接される２以上の基板（すなわち、一緒に溶接される材料のスタック）を、溶接デバイスに配する工程を含み、１以上の基板は、少なくとも第１の金属層と、ポリマーを有するポリマー層と、および、１以上の導電性充填材を含む第１の複合材料である。複数段階の溶接プロセスは、第１の処理条件下の第１の溶接段階で基板を一緒に少なくとも部分的に溶接する工程を含み、その結果、ポリマーの少なくとも一部は少なくとも１つの相転移を経験するようになる。複数段階の溶接プロセスは、第１の処理条件を、少なくとも１つの相転移を伴う別の処理条件に変更（例えば、自動的に変更）する工程と、第１の複合材料の少なくとも一部を含む溶接継手が形成されるように、別の処理条件を用いて第２の溶接段階で材料をさらに溶接する工程を含む。当然のことながら、第１の処理条件を自動的に変更する工程は、開ループ制御操作、閉ループ制御操作、または、その両方を使用してもよい。
【００７６】
好ましくは、第１の溶接段階の、第２の溶接段階の、または、両方の処理条件は、あらかじめ決められた条件である。しかしながら、第１の溶接段階の、第２の溶接段階の、または、両方の処理条件は、１以上のあらかじめ選択された条件を監視するか測定することによって、および、あらかじめ選択された条件のあらかじめ決められた所望の値と、あらかじめ選択された条件についての情報を比較することによって、決定されてもよい。例えば、プロセスは、第１の溶接段階の前に、１以上のあらかじめ選択された条件（例えば、ポリマーの少なくとも一部が相転移を経験しやすい溶接時間または溶接エネルギーを示す条件）を測定または監視する工程を含んでもよい。測定および監視される典型的なあらかじめ選択された条件は、第１の複合材料の電気的性質、ポリマー層の電気的性質、一緒に溶接される２以上の基板を含む溶接スタックの電気的性質、溶接スタックの厚み、溶接電極の直径、または、それらの任意の組み合わせを含む。
【００７７】
溶接プロセスは、複合材料のポリマー層の厚みが、溶接区域から離れたポリマー層の厚み（例えば、溶接プロセス前のポリマー層の厚み）と比べて（例えば、少なくとも約３０％、好ましくは少なくとも約７０％）減少する溶接区域をもたらしてもよい。溶接プロセスは、溶接区域内部のポリマー濃度（または、ポリマーの体積）が減少したか、実質的に取り除かれさえした溶接区域をもたらしてもよい。例えば、溶接区域のポリマーの濃度または体積は、少なくとも約５０％、好ましくは少なくとも約約７０％、さらに好ましくは少なくとも約９５％であってもよい。
【００７８】
〈第１の溶接段階〉
溶接プロセスは、（例えば、意図した溶接区域の）ポリマーを部分的にまたは完全に溶融または軟化する第１の溶接段階を典型的には含むであろう。第１の溶接段階は第１の処理条件を使用する。第１の処理条件はポリマーで相転移を引き起こすために、意図した溶接区域に十分な熱を提供するために選択されてもよい。第１の処理条件は、溶接時間（例えば、多くの溶接サイクル）、溶接圧力、溶接電流、溶接電圧、溶接力、溶接エネルギー、または、その任意の組み合わせを含んでもよい。
【００７９】
当然のことながら、第１の溶接段階の間、電流が溶接スタックを流れると、溶接スタックの電気抵抗によって熱が生じるであろう。複合材料のポリマー層は、溶接スタックの残りよりもはるかに高い電気抵抗を有するのが一般的である。そのため、溶接スタックによって生じたほとんどの熱は、溶接スタックに存在するポリマー層内で生じてもよい。瞬間熱生成率は方程式２によって推定されてもよい。
ｄＨ／ｄｔ＝Ｐ＝ｌ（ｔ）２ＲＰＬ（方程式２）
ｌ（ｔ）が瞬間電流で、ＲＰＬがポリマー層の抵抗である。電流は（交流内のような）周波を有してもよく、溶接サイクルの間に変化してもよく、または、その両方であってもよい。ポリマー層の抵抗は時間とともに変化してもよい。例えば、ポリマー材料の電気抵抗率は（例えば、ポリマー層の温度が上がるにつれて）変化してもよく、意図した溶接区域でのポリマー層の厚みは変化してもよく、意図した溶接区域でのポリマー層内のポリマーの濃度は変化してもよく、意図した溶接区域での充填材の濃度は変化してもよく、または、その任意の組み合わせであってもよい。
【００８０】
第１の溶接段階の間に提供されるエネルギーは、第１の溶接サイクルの溶接時間にわたって、方程式２を積分することによって推定されてもよい。このエネルギーのいくつかは、ポリマー層を熱するか、ポリマー層を溶融または軟化するか、または、その両方のために使用されてもよい。熱のいくらかが（例えば、熱伝導によって）放散されることが認識されるであろう。熱放散率が比較的低くなるように、ポリマー層の熱伝導度は比較的低くてもよい（例えば、金属層の熱伝導度よりも少ない）。好ましくは、第１の処理条件は、ポリマーの温度をその相転移温度に増加させるために、および、（例えば、意図した溶接区域の）ポリマーの少なくともいくつか（例えば、すべて）を（例えば、熱放散の可能性を考慮する場合にさえ）溶融または軟化させるために、十分な熱を提供する。好ましくは、第１の処理条件は、意図した溶接区域の複合材料の金属層のいくらかまたはすべてを溶融するのに十分な熱を提供しない。
【００８１】
当然のことながら、第１の複合材料のポリマー層のポリマーは、相転移温度（例えば、第１のピーク溶融温度、または、第１のガラス転移温度）によって特徴付けられ、第１の複合材料の金属層は第２のピーク溶融温度によって特徴付けられてもよい。好ましくは、第１の転移温度は第２のピーク溶融温度未満である。第１の転移温度は、約３５０°Ｃ未満で、好ましくは約３００°Ｃ未満で、および、さらに好ましくは約２５０°Ｃ未満であってもよい。第２の転移温度は、約３７５°Ｃより大きく、好ましくは約４００°Ｃより大きく、および、さらに好ましくは約４５０°Ｃより大きくてもよい。
【００８２】
制限されることなく、第１の溶接段階の溶接時間は、少なくとも１サイクル（すなわち、１／６０秒）、好ましくは少なくとも２サイクル（すなわち、２／６０秒）、さらに好ましくは少なくとも３サイクル（すなわち、３／６０秒）、さらにもっと好ましくは少なくとも４サイクル（すなわち、４／６０秒）、および、もっと好ましくは少なくとも５サイクル（すなわち、５／６０秒）であってもよい。第１の溶接段階の溶接時間は、約３０サイクル未満で、好ましくは約２５サイクル未満で、さらに好ましくは約２０サイクル未満で、および、もっと好ましくは約１５サイクル未満であってもよい。ポリマーを溶融または軟化させるのに必要であれば、もっと長い溶接時間が採用されてもよい。
【００８３】
第１の段階の溶接電流は、約２０ｋＡ未満で、好ましくは約１０ｋＡ未満で、さらに好ましくは約３ｋＡ未満で、さらにもっと好ましくは約１ｋＡ未満で、さらにもっと好ましくは約０．５ｋＡ未満で、さらにもっと好ましくは約０．２ｋＡ未満で、および、もっと好ましくは約０．１ｋＡ未満であってもよい。
【００８４】
第１の溶接段階の溶接電流は、第１の溶接段階中に変わってもよい。例えば、第１の溶接段階は、アップスロープ溶接電流を用いて、（０以上の）初期電流から開始し、（例えば、最後の電流が到達するまで）電流を増加させてもよい。電流の増加は漸増（例えば、段階的な増加）か、連続的か、または、その両方であってもよい。
【００８５】
溶接電極と溶接スタックの間の接触領域（ＡＣ）に対する溶接電流の比率（すなわち、Ｉ／ＡＣ）は、比較的低くてもよい。例えば、Ｉ／ＡＣは、約５０ｋＡ／ｃｍ２未満、好ましくは約１０ｋＡ／ｃｍ２未満で、さらに好ましくは約２ｋＡ／ｃｍ２未満で、さらにもっと好ましくは約０．５ｋＡ／ｃｍ２未満で、さらにもっと好ましくは約０．１ｋＡ／ｃｍ２未満で、および、最も好ましくは約０．０２ｋＡ／ｃｍ２未満であってもよい。
【００８６】
第１の溶接段階の電圧は、ポリマーを少なくとも部分的に溶融または軟化させるのに十分であるのが好ましい。第１の溶接段階の電圧は、約０．１ボルトよりも大きく、好ましくは約１ボルトよりも大きい電圧を含んでもよい。
【００８７】
第１の溶接段階の間の出力密度は、ポリマーを少なくとも部分的に溶融または軟化させるのに十分であるのが好ましい。例えば、（例えば、１組の電極間の）意図した溶接区域での熱生成速度は、好ましくは少なくとも約１Ｗ／ｃｍ２で、さらに好ましくは少なくとも約５Ｗ／ｃｍ２で、さらにもっと好ましくは少なくとも約１５Ｗ／ｃｍ２で、および、もっと好ましくは少なくとも約３０Ｗ／ｃｍ２である。
【００８８】
溶接プロセスは、ポリマーの少なくとも一部が相転移を経験したことを示す１以上のあらかじめ選択された条件のための第１の溶接段階を監視する工程を含んでもよい。例えば、溶接プロセスは、溶接電極圧力、溶接電流、溶接時間、電圧、エネルギー、電源、第１の複合材料の電気的性質、一緒に溶接される２以上の基板を含む溶接スタックの電気的性質、基板、複合材料の層、溶接電極、または、その任意の組み合わせの位置の変化、溶接電極、材料、熱伝導流体またはその任意の組み合わせの温度、あるいは、それらの組み合わせといった条件を監視してもよい。
【００８９】
溶接電極は、圧縮力と、第１の複合材料を含む溶接スタックへの圧力とを加えてもよい。第１の溶接段階、第２の溶接段階、追加の随意の溶接段階、または、その任意の組み合わせで使用される力および／または圧力は、第１の複合材料と溶接スタック内の別の材料との間で接触を形成するのに十分な圧力であってもよい。溶接力および／または圧力は、複合材料の金属層が裂けたり割れたりしないように十分に低くてもよい。溶接力は約１００Ｎｔよりも大きく、好ましくは約３００Ｎｔよりも大きく、および、さらに好ましくは約１０００Ｎｔよりも大きくてもよい。溶接力は約１００，０００Ｎｔ未満で、好ましくは約３０，０００Ｎｔ未満で、および、さらに好ましくは約１０，０００未満であってもよい。理論によって縛られることなく、溶接電極が溶接スタック上に加える圧縮力と圧力は、溶接電極間の領域にある溶接スタック内の電気抵抗を少なくし、その結果、溶接電流のかなりの量（例えば、少なくとも約５％、少なくとも約１０％、少なくとも約１５％、少なくとも２０％、少なくとも約２５％、少なくとも約３０％、または、少なくとも約３５％）が、溶接電極間の溶接スタックの部分を通るようになる。
【００９０】
〈第２の溶接段階〉
第２の溶接段階は、第１の溶接段階で使用される第１の処理条件とは異なる処理条件を使用するのが好ましい。第２の溶接段階は、複合材料の金属層のいくつかまたはすべてを溶融するために、溶接スタック内の任意の金属材料を溶融するために、または、その両方のために、使用されてもよい。
【００９１】
上記のように、プロセスは、第１の処理条件を（第２の溶接段階で使用されるような）第２の処理条件に変更する工程を含んでもよい。制限されることなく、第１の処理条件を変更する工程は、電流を変更する工程（例えば、電流を増加させる）、電源を変更する工程、電圧を変更する工程（例えば、電圧を減少させる）、エネルギーを変更する工程、溶接圧力を変更する工程、溶接時間を変更する工程、または、その任意の組み合わせを含んでもよい。
【００９２】
第２の溶接段階は、複合材料の金属層を部分的にまたは好ましくは完全に溶融する処理条件（溶接時間、溶接圧力、溶接熱、溶接電流、または、それらの任意の組み合わせ）を使用してもよい。制限されることなく、基板中の金属材料を接合するための、当該技術で知られている任意の溶接条件が、第２の溶接段階で使用されてもよい。そのような溶接条件は、基板、溶接される金属または金属合金、基板上にある任意のコーティング、所望の仕上げの分類（例えば、分類Ａ表面）などの厚みに依存するのが一般的である。当然のことながら、当該技術で既知の溶接条件は１００％増やされても、または、６０％減らされてもよい。
【００９３】
制限されることなく、第２の溶接段階は、約０．５ｋＡよりも大きな、好ましくは約３ｋＡよりも大きな、さらに好ましくは約４ｋＡよりも大きな、および、最も好ましくは約５ｋＡよりも大きな溶接電流を使用してもよい。第２の溶接段階のＩ／ＡＣ率は、約５ｋＡ／ｃｍ２よりも大きく、好ましくは約１０ｋＡ／ｃｍ２よりも大きく、さらに好ましくは約２０ｋＡ／ｃｍ２よりも大きく、さらにもっと好ましくは約３０ｋＡ／ｃｍ２よりも大きく、さらにもっと好ましくは約４５ｋＡ／ｃｍ２よりも大きく、および、最も好ましくは約６０ｋＡ／ｃｍ２よりも大きくてもよい。
【００９４】
制限されることなく、第２の溶接段階の溶接時間は、少なくとも１サイクル（すなわち、１／６０秒）、好ましくは少なくとも２サイクル（すなわち、２／６０秒）、さらに好ましくは少なくとも３サイクル（すなわち、３／６０秒）、さらにもっと好ましくは少なくとも４サイクル（すなわち、４／６０秒）、および、もっとも好ましくは少なくとも５サイクル（すなわち、５／６０秒）であってもよい。第２の溶接段階の溶接時間は、約３０サイクル未満で、好ましくは約２５溶接サイクル未満で、さらに好ましくは約２０溶接サイクル未満で、および、もっとも好ましくは約１５溶接サイクル未満であってもよい。（例えば、金属材料、金属層、または、その両方を溶融する）必要に応じて、より長い溶接時間が採用されてもよい。
【００９５】
好ましくは、第２の溶接段階は溶接スタックを介して電流を運ぶ段階である。そのため、第２の溶接段階は、完全にホールドサイクル（ｈｏｌｄ ｃｙｃｌｅ）（すなわち、電流を加えずに全ての段階で圧力を加えること）からなるわけではないのが好ましい。第２の溶接段階の溶接時間は、第１段階の溶接時間よりも長いか、短いか、または、該溶接時間と同じであってもよい。
【００９６】
〈開ループと閉ループの制御操作〉
溶接プロセスは、開ループ制御操作、閉ループ制御操作、または、その両方を含んでもよい。例えば、溶接プロセスは、（ポリマーの少なくとも一部が相転移を経験したことを示す条件といった）１以上のあらかじめ選択された条件について、１以上の溶接段階（第１の溶接段階など）を監視する工程、あらかじめ選択された条件に関するあらかじめ決められた所望の値と、あらかじめ選択された条件に関する情報を比較する工程、前記比較する工程から得られた情報に基づいて、第１の処理条件を異なる処理条件に自動的に変更する工程、前記比較する工程から得られた情報に基づいて第１の溶接段階の溶接時間を自動的に変更する工程、または、それらの任意の組み合わせを含んでもよい。
【００９７】
使用される開ループと閉ループの制御操作の例は、米国仮特許出願第６１／２９０，３８４号（２０１０年１２月２８日に出願）の段落００６５乃至００７５に記載されたものを含んでもよい。
【００９８】
開ループと閉ループの制御操作がない工程も使用されてもよい。そのようなプロセスは、短絡されない溶接に特に適してもよい。プロセスは、あらかじめ選択された条件の１以上の初期の数値（ｒｅａｄｉｎｇ）を測定する工程を含んでもよい。例えば、プロセスは、電流、電圧または抵抗の初期の数値を測定する工程を含んでもよい。１以上の初期の数値は第１の溶接段階の開始前に得られるのが好ましい。プロセスは、１以上の初期の数値に基づいて、第１の溶接段階の１以上の溶接条件を選択する工程を含んでもよい。例えば、初期の数値は、第１の溶接段階の溶接時間（例えば、溶接サイクルの数）、第１の溶接段階の電圧、第１の溶接段階の電源、第１の溶接段階の電流、または、その任意の組み合わせを測定するために使用されてもよい。
【００９９】
溶接プロセスは、複合材料と第２の基板（２つの複合材料を含む溶接継手など）を含む溶接構造物または溶接継手、あるいは、複合材料と２以上の追加の基板を含む溶接構造物または溶接継手を準備するために使用されてもよい。驚いたことに、我々は、複合材料の第１の金属層および第２の金属層と基板材料とを含む融合継手を含んでいる微細構造を達成することができ、充填されたポリマー材料の熱可塑性のポリマーのいくつかまたはすべては、溶接継手から取り除かれた。そのため、溶接継手は、複合材料の第１の金属層と第２の金属層の一部を含んでもよい。図１１は溶接継手の微細構造の例である。
【０１００】
〈追加特徴〉
複数段階の溶接について、当然のことながら、溶接プロセスは、第１の溶接段階の前に１以上の追加の溶接段階を、第１と第２の溶接段階の間に１以上の追加の溶接段階を、第２の溶接段階の後に１以上の追加の溶接段階を、または、その任意の組み合わせを含んでもよい。追加の溶接段階は、使用される場合、少なくとも３つの溶接サイクル（すなわち、少なくとも３／６０秒）であるか、または、３つの溶接サイクル未満であってもよい。例えば、少なくとも３つの溶接サイクルは、第１の溶接段階と第２の溶接段階の間に経過してもよい。好ましくは、３未満の溶接サイクルは、第１の溶接段階と第２の溶接段階の間に過ぎ去ってもよい。１以上の追加の溶接段階は、第１の溶接段階と第２の溶接段階の間に転移溶接段階を含んでもよい。
【０１０１】
転移溶接段階は、利用される場合、開ループまたは閉ループの制御を含んでもよい。（例えば、制御装置を使用する）転移溶接段階の間、電流は１回以上増加または減少してもよく、電圧は１回以上増加または減少してもよく、電源は１回以上増加または減少してもよく、電極加圧力は１回以上増加または減少してもよく、または、その任意の組み合わせであってもよい。転移溶接段階の間、電流、電圧、電源、あるいは、電極加圧力の１つまたは任意の組み合わせは、（例えば、制御装置を使用して）段階的な形式で変わってもよい。転移溶接段階の間、電流、電圧、電源、あるいは、電極加圧力の１つまたは任意の組み合わせは、１つ以上のあらかじめ選択された転移段階条件の測定値に応じて（例えば、制御装置を使用して）変化してもよい。転移溶接段階の間、電流、電圧、電源、あるいは、電極加圧力、または、それらの任意の組み合わせにおける一定のまたはあらかじめ決められた変化を保証するために、制御装置が使用されてもよい。転移溶接段階は、ポリマーの少なくともいくつかがその溶融温度および／またはガラス転移温度以上に加熱された段階から、ポリマーが溶接電極間の領域から一般的に動かされた段階までの転移に使用されてもよい。転移溶接段階の間、溶接電極間の複合材料の電気抵抗は大きく変化してもよい。例えば、溶接電極間の複合材料の電気抵抗は、転移溶接段階の１つ、２つ、またはそれ以上の、あるいは、すべての溶接段階においてでさえ、少なくとも５０％、好ましくは少なくとも９０％減少してもよい。抵抗率および／または抵抗が転移溶接段階で減少するにつれ、１以上のあらかじめ選択された転移段階条件をあらかじめ選択された値と比較するために、溶接制御装置または他の処理装置が採用されてもよい。制御装置は、１以上の残りの溶接サイクルの条件を自動的に変更するか、別の溶接段階に自動的に移行するか、または、その両方であってもよい。
【０１０２】
溶接スタック中の材料の１以上は、溶接の前、間、後に形成されてもよい。例えば、溶接スタックは、形成された複合材料を含んでもよい。そのようなものとして複合材料は形成可能であってもよい。例えば、本発明で使用される複合材料は、材料を塑性的に変形するとともに、スタンピング、ロール成形、曲げ、鍛造、パンチング、引き伸ばし、コイリング、他の金属細工、または、その任意の組み合わせといった適切な成形プロセスにさらされてもよい。好ましい成形プロセスは複合材料にスタンピングする工程を含むプロセスである。スタンピングプロセスは気温または気温に近い温度で起こってもよい。例えば、スタンピングの間の複合材料の温度は、約６５°Ｃ未満、好ましくは約４５°Ｃ未満、さらに好ましくは約３８°Ｃ未満であってもよい。当然のことながら、複合材料を成形するのに、約６５°Ｃより高い温度の処理条件も使用されてもよい。成形プロセスは複合材料の領域を様々な絞り比（ｄｒａｗ ｒａｔｉｏ）に絞る工程を含んでもよい。本発明の１つの態様では、複合材料は、切断したり、しわを作ったり、または、曲げたりすることなく、比較的高い絞り比に絞る工程にさらされる。例えば、複合材料の少なくとも一部が１．２よりも大きな絞り比に絞られるように、複合材料は絞り工程にさらされる。望ましくは、複合材料が、約１．５より大きな、好ましくは約１．７より大きな、さらに好ましくは約２．１より大きな、および、もっとも好ましくは約２．５より大きな最大絞り比に絞られることが可能であってもよく、そして、該最大絞り比に絞られる。絞り比の亀裂限界（ｃｒａｋｉｎｇ ｌｉｍｉｔ）は、引用によって本明細書に組み込まれる、Ｗｅｉｓｓらによって記載された（Ｍ. Ｗｅｉｓｓ, Ｍ. Ｅ. Ｄｉｎｇｌｅ, Ｂ. Ｆ. Ｒｏｌｆｅ, ａｎｄ Ｐ. Ｄ. Ｈｏｄｇｓｏｎ, “Ｔｈｅ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｔｈｅ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ Ｍｅｔａｌ/Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｌａｍｉｎａｔｅｓ ｉｎ Ｓｈｅｅｔ Ｍｅｔａｌ Ｆｏｒｍｉｎｇ”, Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ, Ｏｃｔｏｂｅｒ ２００７, Ｖｏｌｕｍｅ １２９, Ｉｓｓｕｅ ４, ｐｐ. ５３４−５３５）の環状カップ絞り試験（ｃｉｒｃｕｌａｒ ｃｕｐ ｄｒａｗｉｎｇ ｔｅｓｔ）を用いて測定されてもよい。成形プロセスは、複合材料に接触した打ち型（ｄｉｅ）（例えば、（複合材料の金属粒子または繊維の硬度より大きな、Ｍｏｈｒｓの硬度計によって測定されるような硬度を有する打ち型）に圧力を加える工程を含んでもよい。
【０１０３】
特定の好ましいスタンピングまたは絞りプロセスは、毎分約１ストローク（例えば、１部）以上で、さらに好ましくは毎分約５ストローク以上で、さらにもっと好ましくは毎分約２５ストローク以上で、および、最も好ましくは、毎分約６０ストローク以上で作動するプロセスである。スタンピングプロセスは、ブランクの周囲（すなわち、スタンピングされる複合材料の周囲）を保持するために、ブランクを保持する力を含んでもよい。好ましくは、ブランクを保持する力は、約０．０３ｋｇ／ｍｍ２よりも大きく、好ましくは約０．１０ｋｇ／ｍｍ２よりも大きく、および、最も好ましくは約０．１８ｋｇ／ｍｍ２よりも大きい。スタンピングプロセスは１つ、２つ、または、それ以上の絞り工程を含んでもよい。好ましくは、（厚みの最大の％減少によって測定されるような）スタンピングプロセスの第１絞りのための最大の絞りは、約６０％未満で、さらに好ましくは約５０％未満で、および、最も好ましくは約４５％未満である。材料を絞ることに加えて、スタンピングプロセスは、その部分を貫通する工程、その部分をトリミングする工程、その部分にフランジを付ける工程、または、その任意の組み合わせの１以上の工程を含んでもよく、それは個別の工程であってもよく、または、（例えば、絞り工程と）組み合わせられてもよい。
【０１０４】
（実施例）
〈実施例１〉
実施例１は、約１５体積％ステンレス鋼繊維と約８５体積％のポリアミドコポリマーを含有するポリマー層を含む複合材料である。繊維は一般に円筒状で、約９×１０−６ｍｍ２未満の断面を有する。ポリアミドコポリマーは約１３０°Ｃの溶融温度を有している。ポリアミドコポリマーはきれいな樹脂で、したがって、沸点が約３００°Ｃ未満の可塑剤または他の添加剤を含まない。ポリマー層の厚みは約０．４ｍｍであり、２つの金属層にはさまれている。金属層は低炭素鋼で作られ、各々は約０．２ｍｍの厚さを有する。第１の金属層は、アメリカ・ペンシルバニア州ピッツバーグのＰＰＧＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓから入手可能なＢＯＮＡＺＩＮＣ（登録商標）と耐チップ塗料でコーティングされ、第２の金属層にはコーティングがない。金属層の表面は複合物を準備する前に清浄され、乾燥される。
【０１０５】
〈実施例２〉
実施例２は、厚みが約０．６ｍｍの冷延鋼板に、実施例１の複合材料を溶接することにより準備される。複合材料のコーティングされていない金属層が冷延鋼板に接するように、溶接される２つの基板は整えられる。１組の溶接条件は、約４ＭＰａの溶接圧力、約６ｍｍの溶接電極直径、約５ｋＡの溶接電流、および、約５つのサイクルの溶接時間を含めるように使用される。抵抗率が高すぎると材料は一緒に溶接されない。
【０１０６】
〈実施例３〉
実施例３は、２段階の溶接プロセスが使用されている以外は、実施例２と同じ方法を用いて準備される。第１の溶接段階は、約１０ＭＰａの溶接圧力、約６ｍｍの溶接電極直径、約０．５ｋＡ未満の溶接電流を含んでいる。第１の溶接段階の間、溶接電極の置換は監視され、開ループまたは閉ループの制御操作を用いて、約０．２ｍｍのあらかじめ決められた標的値と比較される（すなわち、溶接電極の分離は、溶接作業の開始時の分離と比較して０．２ｍｍ減少する）。第１の処理条件を用いた約８つの溶接サイクル後、標的値を超えるように置換は決定される。処理条件は、溶接電流を約５ｋＡに増加させる工程、溶接圧力を約４ＭＰａに減少させる工程、溶接時間を約４サイクルに設定する工程を含む第２の溶接プロセス条件に自動的に変更される。良好な溶接が得られる。
【０１０７】
〈実施例４〉
実施例４は、両方とも０．８ｍｍの厚さの冷延鋼板である２つの基板を溶接することより準備される。この実施例ではなんの複合材料も使用されない。実施例２の溶接処理条件が使用される。良好な溶接が得られる。
【０１０８】
〈実施例５〉
充填される熱可塑性材料は、約８×１０−４ｍｍ２以下の繊維の長さに直角な平面の平均的な断面積と、約１乃至１０ｍｍの長さと、約５０重量％ポリアミド６および約５０重量％ポリアミド６，９の約８５体積％コポリアミド（ＩＳＯ５２７−２に従って測定された約３００ＭＰａの弾性率、ＩＳＯ１１３５７に従って測定された約１３０°Ｃの溶融点、および、５２７−３によって測定された約９００％の破断点伸びによって特徴づけられるコポリマー）とを備える一般的には円筒形状を有する、約１５体積％の低炭素鋼繊維を混合することによって準備される。充填された熱可塑性材料は約１９０°Ｃから約２５０°Ｃの温度で混合される。その後、充填された熱可塑性材料は、各々が約０．２ｍｍの厚さを有する２枚の低炭素鋼板の間に置かれる。その後、材料は、約１乃至２２ＭＰａ圧力で、約２００°Ｃから約２３０°Ｃの温度でプレスされる。複合材料は約０．４ｍｍの充填された熱可塑性材料のコア厚を有する。複合材料は、約３よりも大きな絞り比の高速スタンピング操作でスタンピングされ、割れまたは他の表面の欠陥は観察されない。スタンピング後、同じ全体的な厚みを有し、同じ条件下でスタンピングされた単一体の低炭素鋼サンプルの表面と比較すると、複合材料の表面は比較的滑らかである。複合材料の厚みは約０．８ｍｍである。複合材料は、厚みが約０．８ｍｍの冷延鋼板のサンプルによって積み重ねられる。スタックは、直径が約１３ｍｍの１組の溶接電極間のスポット溶接機に置かれる。約２．２ｋＮｔの力が溶接電極に加えられる。複合材料は冷延鋼板に溶接されない。
【０１０９】
〈実施例６〉
繊維が繊維の長さに直角な方向に一般的に長方形断面を有する低炭素繊維に取り替えられることを除けば、複合材料は、実施例６と同じ材料、組成物および方法を用いて準備される。繊維は平均約２．３ｍｍの長さである。繊維の平均断面積は約０．００４５ｍｍ２である。繊維の厚みに対する幅の比率は、約２対８である。複合材料の厚みは約０．８ｍｍである。複合材料は、約３よりも大きな絞り比の高速スタンピング操作でスタンピングされ、割れまたは他の表面の欠陥は観察されない。スタンピング後、同じ全体的な厚みを有し、同じ条件下でスタンピングされた単一体の低炭素鋼サンプルの表面と比較すると、複合材料の表面は比較的滑らかである。複合材料は、厚みが約０．８ｍｍの冷延鋼板のサンプルによって積み重ねられる。スタックは、直径が約１３ｍｍの１組の溶接電極間のスポット溶接機に置かれる。約２．２ｋＮｔの力が溶接電極に加えられる。２．２ｋＮｔの力を受けている間、板厚方向の複合材料の抵抗率が測定される。そのように測定された実施例７の複合材料の電気抵抗率は、約０．１Ω以下である。厚みが約０．８ｍｍの２枚の冷延鋼板に典型的な溶接計画を用いて溶接されると、複合材料は冷延鋼板に溶接され、溶接電極の直径よりも大きな直径を有する溶接ボタンをもたらす。実施例７の良好な溶接をもたらすために、余分な熱、余分な溶接サイクル、および、余分な電流は必要とされない。
【０１１０】
〈実施例７〉
実施例７は、充填されたポリマー材料中の金属繊維の濃度が約２０体積％に増加し、ポリマーの濃度が約８０体積％に減少する以外は、実施例６と同一である。実施例８の複合材料は、厚みが約０．８ｍｍの１枚のガルバニール鋼板に溶接される。表面直径が約３．８ｍｍの電極は、複合材料を有する溶接スタックの側で用いられ、表面直径が約４．８ｍｍの電極はガルバニール鋼を有する側で使用される。約６１０ｌｂｓの力が電極によって溶接スタックに加えられる。材料は約１，０００ヘルツの周波数を有する中間周波数ＤＣ溶接を用いて溶接される。各々の溶接は、約２５ｍｍの幅と約７５ｍｍの長さを有するサンプル上で完了する。溶接時間は約２００ミリ秒で一定である。溶接は、約８．８ｋａから１３ｋＡ以上に及ぶ溶接電流を用いてなされる。溶接が完了した後、複合板上の溶接ボタンのサイズが測定される。溶接ボタンのサイズと各々の溶接サンプル（４６）の溶接電流は、図５のグラフ（３０）で示される。領域（４４）によって与えられた低い溶接電流では、溶接ボタンのサイズは、溶接プロセスの間に複合材料の表面上で使用される電極（３６）の直径の９５％未満である。領域（４０）によって示される中間の溶接電流では、ボタンのサイズは、電極（３６）の直径の９５％よりも大きい。領域（４２）によって示される高い溶接電流では、金属の除去、および／または、溶接中の大きなはじける音があり、結果として生じる溶接は許容できないものである。許容可能な溶接を得るための最小の溶接電流（３４）は、実施例７についての約１０ｋＡである。許容可能な溶接を得るための最大の溶接電流（３２）は約１３ｋＡである。最大溶接電流（３２）と最小溶接電流（３４）との間の差は、電流範囲（３８）である。このように測定された実施例７の溶接電流範囲は約３．０ｋＡである。
【０１１１】
〈実施例８〉
溶接電流範囲は、各々が同様に測定された約０．８ｍｍの厚さを有する、２枚の単一体のガルバニール鋼板からなる溶接スタックについて測定され、約１．３ｋＡ未満であると決定される。溶接電流範囲は実施例７について同じ方法を用いて測定される。驚いたことに、実施例７の複合材料は、その高い溶接電流範囲（例えば、実施例８と比較して）によって測定されるように、ガルバニール鋼よりも溶接するのが簡単である（すなわち、溶接用のより広い処理窓を有している）。
【０１１２】
〈実施例９〉
実施例９は、実施例７と同じ組成物、充填された熱可塑性ポリマー、および、構造を有する複合材料である。溶接電極上の負荷が約２．７６ｋＮ（約６００ｌｂ）であり、アップスロープ時間が約５０ミリ秒であり、溶接時間が約３００ミリ秒であり、初期の溶接電流が約８−９ｋＡであることを除けば、実施例９の溶接電流範囲は実施例７と同じ条件を用いて測定される。溶接電流範囲は、実施例９の複合材料と、厚みが約１．２ｍｍのコーティングされていない深絞り品質の鋼（すなわち、ＤＤＱ）とからなる溶接ストックについてまず測定される。溶接ボタンのサイズは図６に示されるような異なる溶接電流で測定される。良好な溶接は、ｉ）直径が約３．６ｍｍ以上のボタンのサイズと、ｉｉ）溶接電流が約６．４ｋＡ乃至約９．２ｋＡまでである際に金属の除去はまったく行われないということによって特徴付けられる。実施例９を１．２ｍｍの厚さのコーティングされていないＤＤＱに溶接するために、溶接電流範囲は約２．８ｋＡであると決定される。
【０１１３】
次に、複合材料と０．８ｍｍの厚さのガルバニール鋼からなる溶接スタックは、コーティングされていないＤＤＱ鋼に関して同じ条件を用いて準備され、溶接される。驚いたことに、良好な溶接は、アップスロープ時間、溶接時間、初期の溶接電流、または、溶接電極上の負荷を変更することなく得られる。溶接ボタンは図７に示されるような異なる溶接電流で測定される。良好な溶接は、ｉ）直径が約３．６ｍｍ以上のボタンのサイズと、ｉｉ）溶接電流が約７．７５ｋＡ乃至約９．４５ｋＡまでである際には金属の除去はまったく行われないということによって特徴付けられる。０．８ｍｍの厚さのガルバニール鋼に実施例９の複合材料を溶接するために、溶接電流範囲は約１．７ｋＡと決定される。
【０１１４】
実施例９の複合材料も、厚みが約１．５ｍｍの溶融加工した亜鉛メッキ鋼（すなわち、ＨＤＧ）に溶接される。複合材料と１．５ｍｍの厚さのＨＤＧからなる溶接スタックは、コーティングされていないＤＤＱ鋼について同じ条件を用いて準備され、溶接される。驚いたことに、良好な溶接は、アップスロープ時間、溶接時間、初期の溶接電流、または、溶接電極上の負荷を変更することなく得られる。溶接ボタンは図８に示されるような異なる溶接電流で測定される。良好な溶接は、ｉ）直径が約３．６ｍｍ以上のボタンのサイズと、ｉｉ）溶接電流が約７．３５ｋＡ乃至約９．３５ｋＡである際には金属の除去はまったく行われないということによって特徴付けられる。１．５ｍｍの厚さのＨＤＧに実施例９の複合材料を溶接するために、溶接電流範囲は約２．０ｋＡであると決定される。
【０１１５】
驚いたことに、同じ溶接条件は、異なる種類の鋼（例えば、ＤＤＱ、ＨＤＧ、または、ガルバニール鋼）に複合材料を溶接するために使用可能である。さらに、複合材料が溶接条件を変更することなく、約８７％（すなわち、０．８ｍｍから、０．８ｍｍｘ１８７％＝１．５ｍｍまで）変わる厚みを有している鋼に溶接可能であることは驚くべきことである。異なる種類の鋼と鋼の異なる厚みについて、複合材料への溶接が一般的に大きな溶接電流範囲によって特徴付けられることも同様に驚くべきことである。
【０１１６】
〈実施例１０〉
実施例１０は、コア層の厚みが約１ｍｍ増加し、各々の金属板の厚みが約０．５ｍｍ増加することを除けば、実施例９と同一の複合材料であり、準備される。複合材料は、厚みが約２ｍｍの冷延鋼板に溶接される。複数段階の溶接プロセスは材料を溶接するように要求される。複数段階の溶接プロセスは、ポリマーを溶融するための第１の溶接電流を有する第１の溶接段階と、複合材料に基板を融合させるために第１の溶接電流よりも高い第２の溶接電流を含む第２の溶接段階とを含んでいる。
【０１１７】
〈実施例１１Ａ〉
実施例９の複合材料は冷延鋼板に溶接される。第２の溶接は第１の溶接から約５０ｍｍでなされる。第１と第２の両方の溶接は１つの段階の溶接プロセスを用いてなされる。第２の溶接は第１の溶接からのアークを有し、その表面は受け入れられない。
【０１１８】
〈実施例１１Ｂ〉
実施例９の複合材料は冷延鋼板に溶接される。第２の溶接は第１の溶接から約５０ｍｍでなされる。複数段階の溶接プロセスは、短絡された溶接材料に必要とされる。複数段階の溶接プロセスは、ポリマーを溶融するための第１の溶接電流を有する第１の溶接段階と、複合材料に基板を融合させるために第１の溶接電流よりも高い第２の溶接電流を含む第２の溶接段階とを含んでいる。
【０１１９】
上記の実施例について、実施例で提供された値のいずれかが１０％、２０％、または、３０％変化すると、同様の結果が期待される。
【０１２０】
本明細書で使用されるように、別段定めのない限り、教示内容は、属（リスト）の任意メンバーが族から除外され、および／または、マーカッシュグループ（Ｍａｒｋｕｓｈ ｇｒｏｕｐｉｎｇ）の任意のメンバーがグループから除外されてもよいことを想定している。
【０１２１】
別段定めのない限り、本明細書で詳述された任意の数値は、任意の高い値と任意の低い値との間に少なくとも２つの単位の分離があれば、１つの単位の増加において低い値から高い値までのすべての値を含む。例として、構成要素、特性、または、例えば、温度、圧力、時間などのプロセス変数の量が、例えば、１乃至９０で、好ましくは２０乃至８０で、さらに好ましくは３０乃至７０であると記載されている場合、例えば、１５乃至８５、２２乃至６８、４３乃至５１、３０乃至３２などの中間領域の値は明細書の教示内容の範囲内であることが意図されている。同様に、個々の中間値は本教示内容の範囲内でもある。１未満である値については、１つの単位が適宜０．０００１、０．００１、０．０１、または、０．１であるとみなされる。これらは具体的に意図されるものの例に過ぎず、列挙される最低の値と最高の値の間の数値の可能なすべての組み合わせは、同様のやり方でこの出願で明らかに述べられるものとみなされる。以上のように、本明細書で「重量部分（ｐａｒｔｓ ｂｙ ｗｅｉｇｈｔ）」と表現された量の教示内容は、重量%の用語で表現された同じ範囲についても同様に熟慮する。したがって、「結果として生じるポリマー混合組成物の「“ｘ”重量部分」に関する範囲の「発明を実施するための形態」における表現は、「結果として生じるポリマー混合組成物の重量%中の“ｘ”」の同じ列挙された量の範囲の教示内容も熟慮するものである。
【０１２２】
別段定めのない限り、すべての範囲はエンドポイントとエンドポイント間のすべての数の両方を含んでいる。範囲に関連して「約（ａｂｏｕｔ）または（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」の使用は、範囲の両端に適用する。したがって、「約２０乃至３０」は、「約２０乃至約３０」を包含し、少なくとも指定されたエンドポイントを含めるように意図される。
【０１２３】
特許出願と出版物を含むすべての記事および引用の開示は、すべての目的のために引用によって組み込まれる。組み合わせを記載するための用語「〜から本質的になる」は、特定された要素、成分、構成要素または工程、および、組み合わせの基本的かつ新規な特徴に実質的に影響を与えない他のそのような要素、成分、構成要素または工程を含むこととする。本明細書の要素、成分、構成要素または工程の組み合わせを記載するための用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇまたはｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」の使用は、要素、成分、構成要素または工程から本質的になる実施形態も熟慮している。
【０１２４】
複数の要素、成分、構成要素または工程は、単一の一体化される要素、成分、構成要素または工程によって提供可能である。あるいは、単一の一体化される要素、成分、構成要素または工程は、個別の複数の要素、成分、構成要素または工程に分けられるかもしれない。要素、成分、構成要素または工程を記載するための「１つ（（ａ）または（ｏｎｅ））の」の開示は、追加の要素、成分、構成要素または工程を排除することを意図してはいない。特定のグループに所属する要素または金属に対する本明細書でのすべての引用は、ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ， Ｉｎｃ．, １９８９が公表し、著作権を取得した元素周期表を指す。グループについての任意の言及は、群に番号を付けるためにＩＵＰＡＣシステムを用いてこの元素周期表で反映されるようなグループに向けられるものとする。
【０１２５】
本明細書に使用されるように、「ポリマー」および「重合」という用語は総括的で、「ホモポリマー」および「コポリマー」、ならびに、「ホモ重合および共重合」のさらに特定の場合のいずれかまたは双方を含むことができる。
【０１２６】
当然のことながら、上記の特徴は例示的なもので、限定的なものではないように意図されている。提供される実施例に加えて、多くの応用例と同様に多くの実施形態も、上記の説明を読めば当業者に明白なものとなるであろう。したがって、本発明の範囲は、上記の特徴に関して決定されてはならず、その代りに、添付の請求項に関連して、そのような請求項が与えられる同等物の全範囲に沿って決定されなければならない。特許出願と出版物を含むすべての記事および引用文の開示は、すべての目的のために引用によって組み込まれる。本明細書に開示される主題の任意の態様の以下の請求項における省略は、そのような主題の放棄（ｄｉｓｃｌａｉｍｅｒ）ではなく、そのような主題が、開示された創造性のある主題の一部であると発明者が考えなかったものであるともみなされてならない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板材料を複合材料と接触させる工程を含むプロセスであって、
複合材料は、一対の間隔を置いた鋼板と、鋼板間のコア層とを含み、
コア層の体積は複合材料の全体積に基づいて約２５体積％以上であり、
コア層は、鋼板と電気通信するように、コア層の厚みを伸張する繊維の１つ以上の塊に配される複数の鋼繊維を含み、
鋼繊維は約１×１０−５ｍｍ２から約２．５×１０−２ｍｍ２までの繊維の長さに垂直な断面積を有することを特徴とするプロセス。
【請求項２】
プロセスは、溶接が約１ｍｍ２以上の面積を有する溶接ボタンによって特徴付けられて達成されるように、基板を複合材料で溶接するために約２．５ｋＡから約２５ｋＡまでの溶接電流を基板と複合材料とに流す工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
金属繊維の濃度は、複合材料のコア層の全体積に基づいて、約１０体積パーセントから約３０体積パーセントまでであることを特徴とする請求項１または２に記載のプロセス。
【請求項４】
複合材料は０．８ｍｍの冷延鋼板に複合材料を溶接するための処理窓を有し、処理窓は約１．２から約３．５ｋＡまでの溶接電流範囲によって特徴づけられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のプロセス。
【請求項５】
基板の静抵抗に対する複合材料の静抵抗の比率が約２から３０であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のプロセス。
【請求項６】
コア層は、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステル、ポリエーテル、ポリスチレン、アクリロニトリルを含むポリマー、アクリル酸を含むポリマー、アクリル酸塩を含むポリマー、ポリイミド、ポリカーボネート、イオノマー、および、上記のポリマーの１つ以上を含むコポリマーからなる群から選択される少なくとも１つのポリマーを含むポリマーマトリクスを含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のプロセス。
【請求項７】
金属繊維は一般的に長方形の断面を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のプロセス。
【請求項８】
複合材料の厚みは約０．４から４ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のプロセス。
【請求項９】
プロセスは、複数段階の溶接工程を用いて溶接を形成する工程を含み、該複数段階の溶接工程は、複合材料と基板の間で溶接が形成されるように、第１の溶接段階中に基板と複合材料に溶接電流を流す工程と、第２の溶接段階中に基板と複合材料に異なる溶接電流を流す工程とを含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１０】
複合材料は約１ｍｍ以上の厚みを有することを特徴とする請求項９に記載のプロセス。
【請求項１１】
複数段階の溶接工程によって形成される溶接は、複合材料と基板の間でそれよりも前に形成された別の溶接から約２００ｍｍ以下離れた溶接であることを特徴とする請求項９または１０に記載のプロセス。
【請求項１２】
複合材料はスタンピングされた構造を有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１３】
複合材料は、複合材料と同じ厚みを有するとともに複合材料の金属板と同じ金属から作られた単一体の材料の静抵抗よりも、約２倍以上大きな静抵抗を板厚方向に有することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１４】
金属の除去が抵抗スポット溶接工程中に起こらないように、溶接電流は十分に低く、溶接時間は十分に短いことを特徴とする請求項１３に記載のプロセス。
【請求項１５】
複合材料の一対の金属板の合計の厚みは、約０．６ｍｍ以下であり、複合材料の全体的な厚みの約７５％未満であることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１６】
プロセスは、基板を含む溶接スタックを、溶接スタックの表面に接触するための第１の電極と溶接スタックの対向面に接触するための第２の電極とを含む一対の電極を用いて、抵抗スポット溶接する工程を含み、
第１の電極は、第２の電極の表面積と同じまたは該表面積よりも小さい溶接スタックに接触するための表面積を有し、
抵抗スポット溶接の工程は、基板と複合材料が第１の電極の表面積の５０％以上の溶接ボタンサイズによって特徴づけられる溶接を有するように、かなりの時間にわたって第１と第２の電極の間でかなりの溶接電流を通過させる工程を含むことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１７】
ｉ）コア層の体積は複合材料の全体積に基づいて約２５体積パーセント以上であり、
ｉｉ）複合材料と同じ全体的な厚みを有する冷延鋼板の基板に複合材料を溶接するための溶接電流範囲が、冷延鋼板の基板に単一体の鋼板を溶接するための溶接電流範囲よりも大きくなるように、コア層内の鋼繊維の濃度は著しく低く、
単一体の鋼板は複合材料の２枚の鋼板の全体的な厚みとほぼ同じであることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１８】
コア層は約１０体積パーセントから約３０体積パーセントの金属繊維を含み、
金属繊維は繊維の長さに直角な方向に一般的には長方形の断面積を有し、断面積が約８×１０−５ｍｍ２以上であることによって、約２２００ｋＮの負荷と、幅が約２５ｍｍで長さが約２５ｍｍのサンプルクーポンとを用いて、各々約３．８ｍｍの表面直径を有する２つの電極の間で測定されるように、複合材料の静抵抗が約１．５ｍΩ以下になることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１９】
請求項１乃至１８のいずれかに記載の方法にしたがって用意された溶接継手。
【請求項２０】
請求項１乃至１８のいずれかに記載の方法にしたがって用意された溶接物品であって、
前記溶接物品は、
ｉ）複合材料
ｉｉ）鋼基板
ｉｉｉ）以下の少なくとも２つによって特徴づけられる溶接継手：
ａ）約２ｍｍ２以上の溶接ボタンサイズ
ｂ）約１ｋＮ以上の引張強度、または、
ｃ）金属除去を含まない溶接
を含むことを特徴とする溶接物品。
【請求項１】
基板材料を複合材料と接触させる工程を含むプロセスであって、
複合材料は、一対の間隔を置いた鋼板と、鋼板間のコア層とを含み、
コア層の体積は複合材料の全体積に基づいて約２５体積％以上であり、
コア層は、鋼板と電気通信するように、コア層の厚みを伸張する繊維の１つ以上の塊に配される複数の鋼繊維を含み、
鋼繊維は約１×１０−５ｍｍ２から約２．５×１０−２ｍｍ２までの繊維の長さに垂直な断面積を有することを特徴とするプロセス。
【請求項２】
プロセスは、溶接が約１ｍｍ２以上の面積を有する溶接ボタンによって特徴付けられて達成されるように、基板を複合材料で溶接するために約２．５ｋＡから約２５ｋＡまでの溶接電流を基板と複合材料とに流す工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
金属繊維の濃度は、複合材料のコア層の全体積に基づいて、約１０体積パーセントから約３０体積パーセントまでであることを特徴とする請求項１または２に記載のプロセス。
【請求項４】
複合材料は０．８ｍｍの冷延鋼板に複合材料を溶接するための処理窓を有し、処理窓は約１．２から約３．５ｋＡまでの溶接電流範囲によって特徴づけられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のプロセス。
【請求項５】
基板の静抵抗に対する複合材料の静抵抗の比率が約２から３０であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のプロセス。
【請求項６】
コア層は、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステル、ポリエーテル、ポリスチレン、アクリロニトリルを含むポリマー、アクリル酸を含むポリマー、アクリル酸塩を含むポリマー、ポリイミド、ポリカーボネート、イオノマー、および、上記のポリマーの１つ以上を含むコポリマーからなる群から選択される少なくとも１つのポリマーを含むポリマーマトリクスを含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のプロセス。
【請求項７】
金属繊維は一般的に長方形の断面を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のプロセス。
【請求項８】
複合材料の厚みは約０．４から４ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のプロセス。
【請求項９】
プロセスは、複数段階の溶接工程を用いて溶接を形成する工程を含み、該複数段階の溶接工程は、複合材料と基板の間で溶接が形成されるように、第１の溶接段階中に基板と複合材料に溶接電流を流す工程と、第２の溶接段階中に基板と複合材料に異なる溶接電流を流す工程とを含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１０】
複合材料は約１ｍｍ以上の厚みを有することを特徴とする請求項９に記載のプロセス。
【請求項１１】
複数段階の溶接工程によって形成される溶接は、複合材料と基板の間でそれよりも前に形成された別の溶接から約２００ｍｍ以下離れた溶接であることを特徴とする請求項９または１０に記載のプロセス。
【請求項１２】
複合材料はスタンピングされた構造を有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１３】
複合材料は、複合材料と同じ厚みを有するとともに複合材料の金属板と同じ金属から作られた単一体の材料の静抵抗よりも、約２倍以上大きな静抵抗を板厚方向に有することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１４】
金属の除去が抵抗スポット溶接工程中に起こらないように、溶接電流は十分に低く、溶接時間は十分に短いことを特徴とする請求項１３に記載のプロセス。
【請求項１５】
複合材料の一対の金属板の合計の厚みは、約０．６ｍｍ以下であり、複合材料の全体的な厚みの約７５％未満であることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１６】
プロセスは、基板を含む溶接スタックを、溶接スタックの表面に接触するための第１の電極と溶接スタックの対向面に接触するための第２の電極とを含む一対の電極を用いて、抵抗スポット溶接する工程を含み、
第１の電極は、第２の電極の表面積と同じまたは該表面積よりも小さい溶接スタックに接触するための表面積を有し、
抵抗スポット溶接の工程は、基板と複合材料が第１の電極の表面積の５０％以上の溶接ボタンサイズによって特徴づけられる溶接を有するように、かなりの時間にわたって第１と第２の電極の間でかなりの溶接電流を通過させる工程を含むことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１７】
ｉ）コア層の体積は複合材料の全体積に基づいて約２５体積パーセント以上であり、
ｉｉ）複合材料と同じ全体的な厚みを有する冷延鋼板の基板に複合材料を溶接するための溶接電流範囲が、冷延鋼板の基板に単一体の鋼板を溶接するための溶接電流範囲よりも大きくなるように、コア層内の鋼繊維の濃度は著しく低く、
単一体の鋼板は複合材料の２枚の鋼板の全体的な厚みとほぼ同じであることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１８】
コア層は約１０体積パーセントから約３０体積パーセントの金属繊維を含み、
金属繊維は繊維の長さに直角な方向に一般的には長方形の断面積を有し、断面積が約８×１０−５ｍｍ２以上であることによって、約２２００ｋＮの負荷と、幅が約２５ｍｍで長さが約２５ｍｍのサンプルクーポンとを用いて、各々約３．８ｍｍの表面直径を有する２つの電極の間で測定されるように、複合材料の静抵抗が約１．５ｍΩ以下になることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１９】
請求項１乃至１８のいずれかに記載の方法にしたがって用意された溶接継手。
【請求項２０】
請求項１乃至１８のいずれかに記載の方法にしたがって用意された溶接物品であって、
前記溶接物品は、
ｉ）複合材料
ｉｉ）鋼基板
ｉｉｉ）以下の少なくとも２つによって特徴づけられる溶接継手：
ａ）約２ｍｍ２以上の溶接ボタンサイズ
ｂ）約１ｋＮ以上の引張強度、または、
ｃ）金属除去を含まない溶接
を含むことを特徴とする溶接物品。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図２Ｅ】
【図２Ｆ】
【図２Ｇ】
【図２Ｈ】
【図２Ｉ】
【図２Ｊ】
【図３】
【図４】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図２Ｅ】
【図２Ｆ】
【図２Ｇ】
【図２Ｈ】
【図２Ｉ】
【図２Ｊ】
【図３】
【図４】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【公表番号】特表２０１３−５１５６１３（Ｐ２０１３−５１５６１３Ａ）
【公表日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５４６２５３（Ｐ２０１２−５４６２５３）
【出願日】平成２２年１２月２７日（２０１０．１２．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０６２１３８
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０８２１２８
【国際公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【出願人】（５１１０４１７４３）プロダクティブ リサーチ エルエルシー． (3)
【公表日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２７日（２０１０．１２．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０６２１３８
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０８２１２８
【国際公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【出願人】（５１１０４１７４３）プロダクティブ リサーチ エルエルシー． (3)
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