DE102017216740A1

DE102017216740A1 - Leitender Kunststoffkörper, Fahrzeug-Erdungsstruktur und Verfahren zum Herstellen des leitenden Kunststoffkörpers

Info

Publication number: DE102017216740A1
Application number: DE102017216740.8A
Authority: DE
Inventors: Satoko HONGO; Hiroki Kondo
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2016-09-23
Filing date: 2017-09-21
Publication date: 2018-03-29
Also published as: US10074459B2; JP2018047633A; US20180090242A1; JP6789047B2

Abstract

Ein leitender Kunststoffkörper enthält eine Vielzahl leitender Fasern, die aus Kohlenstofffasern, hochfesten Fasern oder/und Glasfasern bestehen und die mit Metall beschichtet sind, ein Metall-Element, das elektrisch mit der Vielzahl leitender Fasern verbunden ist, sowie Kunststoff, in den ein Teil des Metall-Elementes eingebettet ist und mit dem die Vielzahl leitender Fasern imprägniert ist. Ein übriger Teil des Metall-Elementes ist von dem Kunststoff frei.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen leitenden Kunststoffkörper, eine Fahrzeug-Erdungsstruktur sowie ein Verfahren zum Herstellen des leitenden Kunststoffkörpers.
Beschreibung verwandter Technik
In der verwandten Technik ist nach einer Verringerung des Gewichtes eines Kraftfahrzeugs verlangt worden, um einen Kraftstoffverbrauch zu verbessern, und daher sind Studien zum Einsatz von faserverstärktem Kunststoff in einem Fahrzeugkörper angestellt worden, der gewonnen wird, indem hochfeste Fasern mit Kunststoff imprägniert werden. Wenn jedoch der faserverstärkte Kunststoff in dem Fahrzeugkörper eingesetzt wird, weist der Fahrzeugkörper geringere Stromleitfähigkeit auf als ein Körper aus Stahlblech. Daher müssen verschiedene Maßnahmen ergriffen werden, da der Körper nicht geerdet wird, die erreichte Abschirmungswirkung gering ist und Maßnahmen gegen Blitzschlag erforderlich sind.
Es wird eine Technologie vorgeschlagen, mit der eine Erdungsstruktur eines Fahrzeugs unter Verwendung einer Erdungsplatte realisiert wird (siehe z. B. Patentdokument 1: JP-A-2009-1 84611 ). Bei der Technologie ist es jedoch erforderlich, eine Komponente hinzuzufügen, die als die Erdungsplatte bezeichnet wird, und des Weiteren muss ein Schritt zum Anbringen der Erdungsplatte an dem faserverstärkten Kunststoff hinzugefügt werden.
Vorgeschlagen wird ein leitender Kunststoffkörper, der hohe Leitfähigkeit aufweist, da an Fasern in faserverstärktem Kunststoff Metallbeschichtung durchgeführt wird (siehe Patentdokument 2: JP-A-2008-024737 ). Da der leitende Kunststoffkörper höhere Leitfähigkeit aufweist als der faserverstärkte Kunststoff der verwandten Technik, kann der leitende Kunststoffkörper wie ein Metallrahmen als ein Erdungselement eingesetzt werden, und es kann auf den Einsatz einer Erdungsplatte verzichtet werden. Es ist jedoch auch notwendig, einen zusätzlichen Prozess, wie beispielsweise Ausbilden eines Schraubenlochs, durchzuführen, so dass der leitende Kunststoffkörper elektrisch mit einem negativen Anschluss einer Fahrzeugbatterie oder eines Gerätes verbunden wird.
Des Weiteren wird auch eine Technologie zum Herstellen von Verbindung zwischen faserverstärktem Kunststoff und Metall vorgeschlagen (siehe Patentdokument 3: JP-A-2013-173248 ). Bei dieser Technologie wird der faserverstärkte Kunststoff in Kontakt mit dem Metall gebracht, wird das Metall mit einem Laserstrahl bestrahlt und werden das Metall und der faserverstärkte Kunststoff erhitzt, um sie zu verbinden. Die Verbindung kann darüber hinaus mit einem Kunststoff hergestellt werden.

Patentdokument 1: JP-A-2009-184611
Patendokument 2: JP-A-2008-024737
Patentdokument 3: JP-A-2013-173248

Die verwandte Technik führt zu einer Zunahme der Anzahl von Komponenten sowie zu einem zusätzlichen Vorgang, und zusätzliche Vorgänge, wie beispielsweise Ausbilden von Schraubenlöchern, Herstellen von Verbindung mit Metall oder dergleichen sind erforderlich.
ZUSAMMENFASSUNG
Mit einer oder mehreren Ausführungsform/en werden ein leitender Kunststoffkörper, eine Fahrzeug-Erdungsstruktur, für die der leitende Kunststoffkörper eingesetzt wird, sowie ein Verfahren zum Herstellen des leitenden Kunststoffkörpers geschaffen, die es ermöglichen, eine Zunahme der Anzahl von Komponenten zu vermeiden und einen Vorgang zum Anbringen eines Metall-Elementes wegzulassen.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsform/en enthält ein leitender Kunststoffkörper eine Vielzahl leitender Fasern, die aus Kohlenstofffasern, hochfesten Fasern oder/und Glasfasern bestehen und die mit Metall beschichtet sind, ein Metall-Element, das elektrisch mit der Vielzahl leitender Fasern verbunden ist, sowie Kunststoff, in den ein Teil des Metall-Elementes eingebettet ist und mit dem die Vielzahl leitender Fasern imprägniert ist. Ein übriger Teil des Metall-Elementes ist frei von dem Kunststoff.
Bei dem leitenden Kunststoffkörper sind, da ein Teil des Metall-Elementes eingebettet ist und der übrige Teil desselben freiliegt, der leitende Kunststoffkörper und das Metall-Element integral ausgebildet, so dass verhindert wird, dass die Anzahl von Komponenten zunimmt, und es nicht erforderlich ist, das Metall-Element später anzubringen. Daher kann der leitende Kunststoffkörper geschaffen werden, der es ermöglicht, eine Zunahme der Anzahl von Komponenten zu verhindern und einen Vorgang zum Anbringen des Metall-Elementes wegzulassen.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsform/en kann die Vielzahl leitender Fasern einen Aufbau eines geschichteten Körpers haben, in dem zwei oder mehr Schichten übereinander angeordnet sind. Das Metall-Element kann ein planes dünnes Metall-Element sein, das zwischen zwei benachbarten Schichten der zwei oder mehr Schichten positioniert ist.
Bei dem leitenden Kunststoffkörper entsteht aus der Vielzahl leitender Fasern der geschichtete Körper, indem zwei oder mehr Schichten derselben übereinander angeordnet werden, und ist das Metall-Element ein planes dünnes Metall-Element, das in einer Schicht der zwei oder mehr Schichten positioniert ist. Daher ist das Metall-Element eingeschlossen, und so ist es möglich, das Metall-Element einzubetten, wodurch sich eine Wahrscheinlichkeit verringert, dass das Metall-Element aus dem leitenden Kunststoffkörper herausfällt.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsform/en kann das Metall-Element eine Vielzahl von Öffnungen enthalten.
Bei dem leitenden Kunststoffkörper sind, da das dünne Metall-Element mit der Vielzahl von Öffnungen versehen ist, Teile des Kunststoffs an beiden Seiten des dünnen Metall-Elementes über die Öffnung verbunden, und so kann ein Grad der Haftung des dünnen Metall-Elementes an dem Kunststoff verbessert werden.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsform/en kann der leitende Kunststoffkörper des Weiteren einen leitenden Metallstift enthalten. Die Vielzahl leitender Fasern kann in einer Ebene angeordnet sein. Das Metall-Element kann ein planes dünnes Metall-Element sein, das auf die Vielzahl leitender Fasern geschichtet ist, die in einer Ebene angeordnet sind. Der Metallstift kann sich in einer Richtung erstrecken, die die Ebene schneidet, und kann elektrische Verbindung zwischen der Vielzahl leitender Fasern und dem Metall-Element herstellen.
Bei dem leitenden Kunststoffkörper kann, da sich der Metallstift in einer Richtung erstreckt, die die Ebene schneidet, und er elektrische Verbindung zwischen der leitenden Faser und dem dünnen Metall-Element herstellt, direkter Kontakt zwischen der leitenden Faser und dem dünnen Metall-Element umgangen werden und ist es möglich, Leitung zwischen der leitenden Faser und dem dünnen Metall-Element auf einfache Weise herzustellen.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsform/en kann die Vielzahl leitender Fasern in einer Ebene angeordnet sein. Das Metall-Element kann ein Rahmen-Element enthalten, das an einer Außenumfangsseite der Ebene positioniert ist, in der die Vielzahl leitender Fasern angeordnet ist.
Bei dem leitenden Kunststoffkörper ist die Vielzahl leitender Fasern in der Ebene angeordnet und ist das Metall-Element das Rahmen-Element, das sich an der Außenumfangsseite der Ebene der Vielzahl leitender Fasern befindet, die in der Ebene angeordnet ist. Daher wird elektrische Verbindung in einem Zustand hergestellt, in dem das Metall-Element die Vielzahl leitender Fasern umschließt, und damit kann der leitende Kunststoffkörper geschaffen werden, bei dem es relativ einfach ist, die Faser mit Kunststoff zu imprägnieren, ohne dass Imprägnierung der leitenden Faser mit dem Kunststoff durch Vorhandensein des Metall-Elementes eingeschränkt wird.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsform/en kann eine Erdungsstruktur eines Fahrzeugs den leitenden Kunststoffkörper einschließen, der als ein Körper für ein Fahrzeug eingesetzt wird. Ein Teil des Metall-Elementes des leitenden Kunststoffkörpers, der von dem Kunststoff frei ist, kann mit einem negativen Anschluss eines bordeigenen Gerätes und einer Fahrzeugbatterie verbunden sein.
Mit der Fahrzeug-Erdungsstruktur ist es, da der Teil des Metall-Elementes des leitenden Kunststoffkörpers, der von dem Kunststoff frei ist, elektrisch mit den negativen Anschlüssen des bordeigenen Gerätes und der Fahrzeugbatterie verbunden ist, möglich, faserverstärkten Kunststoff in einem als ein Körper für ein Fahrzeug bezeichneten Abschnitt einzusetzen, für den Festigkeit erforderlich ist, und ist es möglich, eine Erdungsstruktur über elektrische Verbindung mit den negativen Anschlüssen des bordeigenen Gerätes und der Fahrzeugbatterie zu schaffen, da vorgegebene Leitfähigkeit mit den der Metallbeschichtung unterzogenen Fasern erzielt wird. Des Weiteren ist es möglich, den negativen Anschluss elektrisch mit dem freiliegenden Teil des Metall-Elementes zu verbinden und die Erdungsstruktur zu schaffen, bei der es nicht notwendig ist, einen Vorgang zum Anbringen des Metall-Elementes durchzuführen.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsform/en schließt ein Verfahren zum Herstellen eines leitenden Kunststoffkörpers ein, dass eine Vielzahl von Fasern, die aus Kohlenstofffaser, hochfester Faser oder/und Glasfaser bestehen, mit Metall beschichtet wird, ein Metall-Element mit einer Vielzahl mit Metall beschichteter leitender Fasern zusammengesetzt und elektrisch verbunden wird und eine Baugruppe in Kunststoff so eingeformt wird, dass ein Teil des Metall-Elementes in den Kunststoff eingebettet ist und ein übriger Teil des Metall-Elementes an der Baugruppe freiliegt.
Bei dem Verfahren zum Herstellen des leitenden Kunststoffkörpers wird das Einformen in Kunststoff so durchgeführt, dass ein Teil des Metall-Elementes eingebettet ist und der Rest desselben freiliegt. Daher werden der leitende Kunststoffkörper und das Metall-Element integral so ausgebildet, dass verhindert wird, dass die Anzahl von Komponenten zunimmt, und es nicht notwendig ist, das Metallelement später anzubringen. So kann der leitende Kunststoffkörper geschaffen werden, mit dem es möglich ist, eine Zunahme der Anzahl von Komponenten zu verhindern und den Vorgang zum Anbringen eines Metall-Elementes wegzulassen.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsform/en kann das Verfahren zum Herstellen eines leitenden Kunststoffkörpers des Weiteren einschließen, dass die Vielzahl leitender Fasern in den Kunststoff eingeformt wird und ein Zwischen-Element ausgebildet wird, das vor dem Zusammensetzen und Herstellen elektrischer Verbindung mit Metall beschichtet wird. Bei dem Zusammensetzen und dem Herstellen elektrischer Verbindung kann das Metallelement elektrisch mit der Vielzahl leitender Fasern verbunden werden, die das Zwischen-Element enthält.
Bei dem Verfahren zum Herstellen des leitenden Kunststoffkörpers wird, da das Zwischen-Element ausgebildet wird, indem die Vielzahl leitender Fasern mit dem Kunststoff imprägniert wird, verhindert, dass die Vielzahl leitender Fasern sich bewegt, wenn in dem Schritt des Einformens in Kunststoff Einformen in Kunststoff in einer Form durchgeführt wird, und ist es damit möglich, die Häufigkeit des Auftretens eines Problems bei elektrischer Verbindung mit dem Metall-Element zu verringern.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsform/en können der leitende Kunststoffkörper, die Fahrzeug-Erdungsstruktur, bei der der leitende Kunststoffkörper eingesetzt wird, sowie das Verfahren zum Herstellen des leitenden Kunststoffkörpers geschaffen werden, mit denen eine Zunahme der Anzahl von Komponenten verhindert werden kann und ein Vorgang zum Anbringen eines Metall-Elementes weggelassen werden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Draufsicht auf ein Fahrzeug, die eine Fahrzeug-Erdungsstruktur darstellt, bei der ein leitender Kunststoffkörper gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
2A und 2B zeigen Außenansichten des leitenden Kunststoffkörpers in 1, wobei 2A eine Draufsicht ist und 2B eine Seitenansicht ist.
3 zeigt eine Explosionsdarstellung des leitenden Kunststoffkörpers in 2A und 2B.
4 ist eine schematische Darstellung, die der Veranschaulichung eines Verfahrens zum Beschichten für Kohlenstofffaser dient.
5A und 5B zeigen Außenansichten eines leitenden Kunststoffkörpers gemäß einer zweiten Ausführungsform, wobei 5A eine Draufsicht ist und 5B eine Seitenansicht ist.
6 zeigt eine Explosionsdarstellung des leitenden Kunststoffkörpers in 5A und 5B.
7A und 7B zeigen Konstruktionsansichten eines leitenden Kunststoffkörpers gemäß einer dritten Ausführungsform, wobei 7A eine Draufsicht ist und 7B eine Schnittansicht entlang der Linie B-B ist.
8 zeigt eine Explosionsdarstellung des leitenden Kunststoffkörpers in 7A und 7B.
9 zeigt eine Explosionsdarstellung eines leitenden Kunststoffkörpers gemäß einer vierten Ausführungsform.
10A und 10B zeigen Konstruktionsansichten eines leitenden Kunststoffkörpers gemäß einer fünften Ausführungsform, wobei 10A eine Draufsicht ist und 10B eine Schnittansicht von 10A ist.
11 zeigt eine Explosionsdarstellung des leitenden Kunststoffkörpers in 10A und 10B.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Reihe nach beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und es ist möglich, verschiedene Abwandlungen innerhalb eines Bereiches vorzunehmen, ohne vom Wesen der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
1 ist eine Draufsicht auf ein Fahrzeug, die eine Fahrzeug-Erdungsstruktur darstellt, bei der ein leitender Kunststoffkörper gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird. Eine Fahrzeug-Erdungsstruktur 1 ist, wie in 1 dargestellt, eine Struktur, mit der eine Erdungsleitung zwischen einer Fahrzeugbatterie B und einer Vielzahl in dem Fahrzeug installierter bordeigener Geräte VD gewährleistet wird, und ist so eingerichtet, dass sie einen leitenden Kunststoffkörper 10 sowie verschiedenartige Leiter W1 bis W4 einschließt.
Der leitende Kunststoffkörper 10 besteht aus faserverstärktem Kunststoff (beispielsweise einem Material, das als kohlefaserverstärkter Kunststoff oder faserverstärkter Kunststoff bezeichnet wird), der hergestellt wird, indem eine Vielzahl von Fasersträngen, die aus Kohlenstofffaser, hochfester Faser oder/und Glasfaser bestehen, mit Kunststoff imprägniert werden. Dabei ist die oben beschriebene hochfeste Faser eine Aramid-Faser, eine Polyarylat-Faser, eine Faser aus Poly(p-phenylenebenzobisoxazol) (PBO) oder dergleichen und hat eine Reißfestigkeit von 1 GPa oder mehr und eine Reißdehnung von 1% oder mehr und 10% oder weniger. Des Weiteren wird Epoxidharz als der Kunststoff (Harz als eine Trägersubstanz) eingesetzt, mit dem die Imprägnierung durchgeführt wird.
Der leitende Kunststoffkörper 10 in der Ausführungsform wird hergestellt, indem die oben beschriebene Faser mit Metall beschichtet (beispielsweise mit Kupfer beschichtet) wird. Der leitende Kunststoffkörper 10 weist aufgrund dieser Beschichtung mit Metall eine höhere Leitfähigkeit auf als normaler faserverstärkter Kunststoff. Des Weiteren wird der leitende Kunststoffkörper 10 gemäß der Ausführungsform in einem Körper für ein Fahrzeug (beispielsweise einen Fahrzeugrahmen) eingesetzt.
Ein erster Leiter W1 ist ein Leiter, der einen negativen Anschluss T einer Fahrzeugbatterie B und den leitenden Kunststoffkörper 10 verbindet. Der erste Leiter W1 kann direkt mit dem negativen Anschluss T der Fahrzeugbatterie B verbunden sein und kann über ein anderes Element elektrisch mit dem negativen Anschluss T der Fahrzeugbatterie B verbunden sein. Des Weiteren ist der erste Leiter W1 an der Seite des leitenden Kunststoffkörpers 10 elektrisch mit einem Metall-Element (ein Teil einer Konstruktion des leitenden Kunststoffkörpers 10 und mit dem weiter unten beschriebenen Bezugszeichen M gekennzeichnet) verbunden, das einen Teil aufweist, der in den Kunststoff eingebettet ist, und dessen übriger Teil freiliegt, wie dies weiter unten beschrieben wird.
Ein zweiter bis vierter Leiter W2 bis W4 sind Leiter, die negative Anschlüsse der bordeigenen Geräte VD und den leitenden Kunststoffkörper 10 verbinden. Der zweite bis vierte Leiter W2 bis W4 können direkt mit den negativen Anschlüssen der bordeigenen Geräte VD verbunden sein und können über ein anderes Element, wie beispielsweise einen Anschluss, elektrisch miteinander verbunden sein. Des Weiteren sind der zweite bis vierte Leiter W2 bis W4 an der Seite des leitenden Kunststoffkörpers 10 elektrisch mit Metall-Elementen (ein Teil einer Konstruktion des leitenden Kunststoffkörpers 10 und mit dem weiter unten beschriebenen Bezugszeichen M gekennzeichnet) verbunden.
2A und 2B zeigen Außenansichten des leitenden Kunststoffkörpers in 1, wobei 2A eine Draufsicht ist und 2B eine Seitenansicht ist. In 2A und 2B ist Kunststoff R mit einer unterbrochenen Linie dargestellt. Des Weiteren zeigt 3 eine Explosionsdarstellung des leitenden Kunststoffkörpers in 2A und 2B, wobei der Kunststoff R weggelassen ist.
Der leitende Kunststoffkörper 10 enthält, wie in 2A und 2B dargestellt, eine Vielzahl leitender Fasern EF und das Metallelement M. Die Vielzahl leitender Fasern EF wird hergestellt, indem eine Faser, die aus Kohlenstofffaser, hochfester Faser oder/und Glasfaser besteht, mit Metall beschichtet wird. Beispielsweise ist die leitende Faser EF in der Ausführungsform als Kette und Schuss verwebt und bildet Fasergewebe FF. In der Ausführungsform werden Schichten des Fasergewebes FF übereinander angeordnet und bilden einen Schichtkörper LB, in dem 2 oder mehr Schichten der Vielzahl leitender Fasern EF übereinandergeschichtet sind.
Das Metall-Element M ist in direktem Kontakt mit einem Teil (oder der Gesamtheit) der Vielzahl leitender Fasern EF und ist so elektrisch mit der leitenden Faser EF verbunden. Das Metall-Element M ist so eingerichtet, dass es ein dünnes Metall-Element TM (Metallplatte oder Metallfolie) enthält, das in einer Schicht der zwei oder mehr Schichten des Schichtkörpers LB positioniert ist. Das heißt, das in 2A und 2B dargestellte dünne Metall-Element TM ist über der gesamten Schicht angeordnet und ist über einen großen Bereich in Kontakt mit der Vielzahl leitender Fasern EF und elektrisch mit ihnen verbunden.
Des Weiteren hat, wie in 2A und 2B dargestellt, das Metall-Element einen Teil, der in den Kunststoff R eingebettet ist, wobei der übrige Teil frei von dem Kunststoff R ist. Das Metall-Element M wird in dem freiliegenden Abschnitt im Voraus mit Schraubenlöchern versehen, die einen Durchmesser haben, und der negative Anschluss T der Fahrzeugbatterie B oder die negativen Anschlüsse der bordeigenen Geräte VD werden elektrisch mit dem Teil des Metall-Elementes M verbunden, der von dem Kunststoff R frei ist.
Die Metall-Elemente M können verstreut so angeordnet sein, dass sie Positionen elektrischer Verbindung mit dem negativen Anschluss T der Fahrzeugbatterie B und den negativen Anschlüssen der bordeigenen Geräte VD entsprechen, oder können über den gesamten Fahrzeugkörper (Rahmen) vorhanden sein. Des Weiteren ist die leitende Faser EF in 2A und 2B sowie 3 in einer Ebene regelmäßig angeordnet, die Anordnung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und es ist möglich, dass sich die leitende Faser EF in einer Richtung unregelmäßig erstreckt oder so gekrümmt ist, dass sie in einer Ebene angeordnet ist, oder dass sie nicht in einer Ebene angeordnet ist.
Dabei wird in der Ausführungsform vorzugsweise Kohlenstofffaser als die mit Metall beschichtete Faser eingesetzt. Die Benetzbarkeit der Kohlenstofffaser für Kupfer ist jedoch gering, und Beschichtungs-Absetzvermögen (plating preicipitation property) sowie Adhäsionsvermögen von Kupfer sind selbst dann gering, wenn galvanisches Beschichten durchgeführt wird. Wenn Beschichten mit Kupfer an der Kohlenstofffaser in der Ausführungsform durchgeführt wird, wird Kohlenstofffaser verwendet, die überkritischem Kohlendioxid ausgesetzt wird, so dass sie einen Oberflächen-Sauerstoffgehalt hat, der sich von dem der Kohlenstofffaser in der verwandten Technik unterscheidet, und wird die Kohlenstofffaser dem Beschichten mit Kupfer unterzogen.
Dabei ist der Oberflächen-Sauerstoffgehalt in der Ausführungsform ein Wert (O₁₅/C₁₅), der ermittelt wird, indem mittels Röntgen-Photoelektronenspektroskopie gemessene O₁₅-Spitzenfestigkeit (O₁₅ peak strength) durch mittels der gleichen Spektroskopie gemessene C₁₅-Spitzenfestigkeit (C₁₅ peak strength) dividiert wird. Je stärker die Oberfläche der Kohlenstofffaser oxidiert ist, umso höher ist die mittels der Röntgen-Photoelektronenspektroskopie gemessene O₁₅-Spitzenfestigkeit. Daher ist der Wert des Oberflächen-Sauerstoffgehalts in der Tendenz hoch.
Es ist bekannt, dass die Anzahl von Oberflächen-Sauerstoffatomen in ungefähr dem gleichen Maß zunimmt wie die Anzahl funktioneller Säuregruppen. Des Weiteren wird davon ausgegangen, dass die funktionellen Säuregruppen zu Adhäsion an Grenzflächen beitragen. Der Oberflächen-Sauerstoffgehalt der Kohlenstofffaser gemäß der Ausführungsform beträgt 0,097 oder mehr und 0,138 oder weniger. Dies ist darauf zurückzuführen, dass es möglich ist, das Beschichtungs-Absetzvermögen und das Adhäsionsvermögen zu verbessern. Wenn der Oberflächen-Sauerstoffgehalt kleiner ist als 0,097, besteht die Tendenz, dass das Adhäsionsvermögen an Kupfer erheblich abnimmt. Des Weiteren hindert, wenn der Oberflächen-Sauerstoffgehalt größer ist als 0,138, Sauerstoff an der Oberfläche der Kohlenstofffaser eine Stromzuführ-Einheit während des galvanischen Beschichtens daran, mit der Kohlenstofffaser in Kontakt zu kommen. Daher wird Fließen von Strömen zu der Kohlenstofffaser erschwert, und es ergibt sich eine Tendenz zu mangelhaftem Beschichtungs-Absetzvermögen.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen des leitenden Kunststoffkörpers 10 gemäß der Ausführungsform beschrieben. Bei der Herstellung des leitenden Kunststoffkörpers 10 wird zunächst eine Vielzahl von Fasersträngen (Kohlenstofffaser) Beschichten mit Metall (Beschichten mit Kupfer) unterzogen, und es wird die Vielzahl leitender Fasern EF ausgebildet (Beschichtungs-Schritt).
4 ist eine schematische Darstellung, die der Veranschaulichung eines Verfahrens zum Beschichten für die Kohlenstofffaser dient. In der Ausführungsform wird die Kohlenstofffaser CF zunächst, um das Beschichten mit Metall an der Kohlenstofffaser CF durchzuführen, in einen Verarbeitungsbehälter C eingelegt (erster Schritt). Dabei werden in dem ersten Schritt in der Ausführungsform keine metallorganischen Komplexe in den Verarbeitungsbehälter C gegeben. Der Grund dafür besteht darin, dass es, selbst wenn die metallorganischen Komplexe nicht in den Verarbeitungsbehälter C gegeben werden, möglich ist, vorgegebenes Beschichtungs-Absetzvermögen und Adhäsionsvermögen zu erzielen.
Anschließend wird dem Verarbeitungsbehälter C, in den die Kohlenstofffaser CF eingelegt worden ist, superkritisches Kohlendioxid zugeführt (zweiter Schritt). Die Kohlenstofffaser CF wird aus dem Verarbeitungsbehälter C entnommen, nachdem ein vorgegebener Zeitraum seit dem Zuführen des superkritischen Kohlendioxids verstrichen ist (dritter Schritt). So ist es möglich, die oben beschriebene Kohlenstofffaser CF herzustellen, deren Oberflächen-Sauerstoffgehalt 0,097 oder mehr und 0,138 oder weniger beträgt.
Dann werden an der Kohlenstofffaser CF das sogenannte galvanische Beschichten und das Beschichten mit Metall (Beschichten mit Kupfer) durchgeführt (vierter Schritt).
Die Kohlenstofffaser wird, wie oben beschrieben, dem superkritischen Kohlendioxid ausgesetzt, und damit kann der Oberflächen-Sauerstoffgehalt der Kohlenstofffaser so geändert werden, dass der Oberflächen-Sauerstoffgehalt 0,097 oder mehr und 0,138 oder weniger beträgt. In dem oben beschriebenen ersten Schritt können, wie mit unterbrochenen Linien in 4 dargestellt, metallorganische Komplexe in den Verarbeitungsbehälter C gegeben werden.
Anschließend wird die Vielzahl der in dem oben beschriebenen Schritt des Beschichtens hergestellten leitenden Fasern EF als die Kette und der Schuss verwebt und bilden eine Vielzahl von Schichten aus Fasergewebe FF. Dann wird die Vielzahl von Schichten aus Fasergewebe FF übereinandergeschichtet, um den Schichtkörper LB auszubilden, indem zwei oder mehr Schichten der Vielzahl leitender Fasern EF übereinander angeordnet werden. Des Weiteren wird beim Vorgang des Ausbildens des Schichtkörpers LB das dünne Metall-Element TM in einer Schicht eingeschlossen. So wird eine Baugruppe A ausgebildet, in der das Metall-Element M elektrisch mit der Vielzahl leitender Fasern EF verbunden ist (Schritt des Herstellens elektrischer Verbindung). Das dünne Metall-Element TM in der Baugruppe A weist einen Teil, der in dem Schichtkörper LB eingeschlossen ist, sowie den übrigen Teil auf, der sich in einem Zustand befindet, in dem er von dem Schichtkörper LB vorsteht.
Anschließend wird die in dem Schritt des Herstellens elektrischer Verbindung gefertigte Baugruppe A in eine Form eingelegt und wird der Kunststoff R in die Form eingespritzt und ausgehärtet. Dabei wird Kunststoff-Formen so durchgeführt, dass ein Teil des Metall-Elementes M in den Kunststoff R eingebettet ist und der Rest von dem Kunststoff R frei ist (Schritt des Einformens in Kunststoff). So wird der leitende Kunststoffkörper 10 hergestellt.
Der oben stehenden Beschreibung zufolge wird der Schichtkörper LB, der die Vielzahl von Schichten aus Fasergewebe FF enthält, ausgebildet, indem die Vielzahl leitender Fasern EF als die Kette und der Schuss verwebt werden, jedoch ist der Schichtkörper LB nicht darauf beschränkt, und es kann ein Zwischen-Element IM ausgebildet werden, indem das in dem Schritt des Beschichtens vor dem Schritt des Herstellens elektrischer Verbindung gefertigte Fasergewebe FF (die Vielzahl leitender Fasern EF) mit dem Kunststoff R imprägniert wird (Schritt des Ausbildens eines Zwischen-Elementes), und können die Zwischen-Elemente IM so übereinandergeschichtet werden, dass der Schichtkörper LB ausgebildet wird. Das dünne Metall-Element TM kann beim Vorgang des Übereinanderschichtens der Zwischen-Elemente IM eingeschlossen werden.
So werden bei dem leitenden Kunststoffkörper 10 und dem Verfahren zum Herstellen desselben gemäß der ersten Ausführungsform, da ein Teil des Metall-Elementes M eingebettet ist und der übrige Teil desselben freiliegt, der leitende Kunststoffkörper 10 und das Metall-Element M integral ausgebildet, so dass verhindert wird, dass die Anzahl von Komponenten nimmt, und es nicht notwendig ist, das Metall-Element M später anzubringen. Damit kann der leitende Kunststoffkörper 10 geschaffen werden, mit dem eine Zunahme der Anzahl von Komponenten verhindert werden kann und der Vorgang zum Anbringen eines Metall-Elementes M wegfallen kann.
Des Weiteren wird bei dem oben beschriebenen Kunststoffkörper 10 von der Vielzahl leitender Fasern EF der Schichtkörper LB gebildet, wenn zwei oder mehr Schichten derselben übereinander angeordnet werden, und ist das Metall-Element M ein planes dünnes Metall-Element TM, dass in einer Schicht der zwei oder mehr Schichten positioniert ist. Daher ist das Metall-Element M eingeschlossen, und so ist es möglich, das Metall-Element M einzubetten, wodurch eine Möglichkeit des Herausfallens des Metall-Elementes M aus dem leitenden Kunststoffkörper 10 verringert wird.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren zum Herstellen des leitenden Kunststoffkörpers 10 wird, da das Zwischen-Element IM ausgebildet wird, indem die Vielzahl leitender Fasern EF mit dem Kunststoff R imprägniert wird, verhindert, dass sich die Vielzahl leitender Fasern EF bewegt, wenn in dem Schritt des Einformens in Kunststoff Einformen in Kunststoff in einer Form durchgeführt wird, und daher kann die Häufigkeit des Auftretens eines Problems bei elektrischer Verbindung mit dem Metall-Element M verringert werden.
Des Weiteren sind die Erfinder der vorliegenden Erfindung zu der Erkenntnis gekommen, dass, wenn der Oberflächen-Sauerstoffgehalt 0,097 oder mehr und 0,138 oder weniger beträgt, sich die Benetzbarkeit beim Beschichten mit Metall verbessert und das Beschichtungs-Absetzvermögen sowie das Adhäsionsvermögen verbessert werden können. Dementsprechend wird der Oberflächen-Sauerstoffgehalt der oben beschriebenen Kohlenstofffaser in dem oben beschriebenen Bereich festgelegt, und damit können das Beschichtungs-Absetzvermögen sowie das Adhäsionsvermögen verbessert werden. Des Weiteren ist es, da der Oberflächen-Sauerstoffgehalt geeigneterweise in dem oben beschriebenen Bereich festgelegt wird, nicht notwendig, Alkali einzusetzen, und daher kann auch eine Verringerung der mechanischen Festigkeit reduziert werden.
Des Weiteren ist es bei der Fahrzeug-Erdungsstruktur 1 gemäß der ersten Ausführungsform, da der Teil des Metall-Elementes M des leitenden Kunststoffkörpers 10, der frei von dem Kunststoff R ist, elektrisch mit den negativen Anschlüssen D der bordeigenen Geräte VD sowie der Fahrzeugbatterie B verbunden ist, möglich, faserverstärkten Kunststoff in einem als ein Körper für ein Fahrzeug bezeichneten Abschnitt einzusetzen, für den Festigkeit erforderlich ist, und ist es möglich, eine Erdungsstruktur über elektrische Verbindung mit den negativen Anschlüssen T der bordeigenen Geräte VD sowie der Fahrzeugbatterie B herzustellen, da vorgegebene Leitfähigkeit mit der Beschichten mit Metall unterzogenen Faser erzielt werden kann. Des Weiteren kann die Erdungsstruktur geschaffen werden, bei der es möglich ist, den negativen Anschluss T elektrisch mit dem freiliegenden Abschnitt des Metall-Elementes M zu verbinden, und ist es daher nicht erforderlich, den Vorgang zum Anbringen des Metall-Elementes M durchzuführen.
Im Folgenden wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die zweite Ausführungsform gleicht der ersten Ausführungsform, wobei sich jedoch der Aufbau des leitenden Kunststoffkörpers 10 und das Verfahren zum Herstellen des leitenden Kunststoffkörpers teilweise unterscheiden. Im Folgenden werden die Unterschiede zu der ersten Ausführungsform beschrieben.
5A und 5B zeigen Außenansichten des leitenden Kunststoffkörpers gemäß der zweiten Ausführungsform, wobei 5A eine Draufsicht ist und 5B eine Seitenansicht ist. In 5A und 5B ist Kunststoff R mit einer unterbrochenen Linie dargestellt. Des Weiteren zeigt 6 eine Explosionsdarstellung des leitenden Kunststoffkörpers in 5A und 5B, wobei der Kunststoff R weggelassen ist.
Der leitende Kunststoffkörper 10 gemäß der zweiten Ausführungsform enthält, wie in 5A und 5B sowie 6 dargestellt, eine Vielzahl von Metallstiften P, die aus leitendem Metall bestehen. Des Weiteren ist in der zweiten Ausführungsform das plane dünne Metall-Element LTM, das in Draufsicht eine L-Form hat, als das Metall-Element M enthalten.
Des Weiteren ist das Fasergewebe FF (das gefertigt wird, indem eine Schicht oder eine Vielzahl von Schichten aus leitender Faser EF angeordnet/übereinander angeordnet wird/werden), das aus der Vielzahl leitender Fasern EF besteht, auf einem L-förmigen dünnen Metall-Element LTM angeordnet, und Metallstifte P sind so angeordnet, dass sie über das Fasergewebe FF entsprechend dem L-förmigen dünnen Metall-Element LTM in das L-förmige dünne Metall-Element LTM eindringen. So wird die Vielzahl leitender Fasern EF über die Metallstifte P als einem anderen leitenden Element elektrisch mit dem Metall-Element M verbunden.
Die Metallstifte B in der zweiten Ausführungsform durchdringen das Fasergewebe FF in einem Winkel senkrecht zu dem planen Fasergewebe FF, jedoch ist der Winkel nicht darauf beschränkt, und die Stifte können sich so erstrecken, dass sie das Fasergewebe FF in einer Richtung durchdringen, die die Ebene schneidet. Das heißt, die Metallstifte P können das Fasergewebe FF in einer schrägen Richtung durchdringen.
Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform wird beim Herstellen des leitenden Kunststoffkörpers 10 der Schritt des Beschichtens durchgeführt. Dann wird die Vielzahl in dem Schritt des Beschichtens gefertigter leitender Fasern EF als die Kette und der Schuss verwebt und bildet eine oder mehrere Schichten aus Fasergewebe FF und wird das Fasergewebe FF auf dem L-förmigen dünnen Metallelement LTM angeordnet. Anschließend durchdringt die Vielzahl von Metallstiften P das Fasergewebe FF entsprechend dem L-förmigen dünnen Metallelement LTM. Auf diese Weise wird eine Baugruppe A ausgebildet, in der das Metall-Element M elektrisch mit der Vielzahl leitender Fasern EF verbunden ist (Schritt des Herstellens elektrischer Verbindung). Das L-förmige dünne Metallelement LTM in der Baugruppe A weist einen Teil auf, der sich in einem Zustand befindet, in dem er in Draufsicht von dem Fasergewebe FF vorsteht.
Anschließend wird die in dem Schritt des Herstellens elektrischer Verbindung gefertigte Baugruppe A in eine Form eingelegt und wird der Kunststoff R in die Form eingespritzt und ausgehärtet. Dabei wird Einformen in Kunststoff so durchgeführt, dass ein Teil des Metall-Elementes M in den Kunststoff R eingebettet ist und der übrige Teil desselben von dem Kunststoff R frei ist (Schritt des Einformens in Kunststoff). Auf diese Weise wird der leitende Kunststoffkörper 10 hergestellt.
Das Zwischen-Element IM kann auf die gleiche Weise wie in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ausgebildet werden (Schritt des Ausbildens eines Zwischen-Elementes).
So kann ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform mit dem leitenden Kunststoffkörper 10 und dem Herstellungsverfahren gemäß der zweiten Ausführungsform der leitende Kunststoffkörper 10 geschaffen werden, mit dem eine Zunahme der Anzahl von Komponenten verhindert werden kann und der Vorgang zum Anbringen eines Metall-Elementes M wegfallen kann. Darüber hinaus wird, wenn das Zwischen-Element IM ausgebildet ist, verhindert, dass sich die Vielzahl leitender Fasern EF bewegt, wenn in dem Schritt des Einformens in Kunststoff Einformen in Kunststoff in der Form durchgeführt wird, und kann so Häufigkeit des Auftretens eines Problems bei elektrischer Verbindung mit dem Metall-Element M verringert werden. Des Weiteren wird der Oberflächen-Sauerstoffgehalt der oben beschriebenen Kohlenstofffaser in dem oben beschriebenen Bereich festgelegt, und damit können das Beschichtungs-Absetzvermögen sowie das Adhäsionsvermögen verbessert werden. Darüber hinaus ist es, da der Oberflächen-Sauerstoffgehalt geeigneterweise in dem oben beschriebenen Bereich festgelegt wird, nicht notwendig, Alkali einzusetzen, und daher kann auch eine Verringerung der mechanischen Festigkeit reduziert werden. Weiterhin ist es mit der Fahrzeug-Erdungsstruktur 1 möglich, die Erdungsstruktur zu schaffen, bei der es nicht notwendig ist, den Vorgang des Anbringens des Metall-Elementes M durchzuführen.
Des Weiteren werden in der zweiten Ausführungsform, da sich die Metallstifte P in der Richtung erstrecken, die die Ebene schneidet, und sie die leitende Faser EF elektrisch mit dem L-förmigen dünnen Metall-Element LTM verbinden, die leitende Faser EF und das L-förmige dünne Metallelement LTM möglicherweise nicht in direkten Kontakt miteinander gebracht, und es kann einfach Leitung zwischen der leitenden Faser EF und dem L-förmigen dünnen Metallelement LTM hergestellt werden.
Im Folgenden wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die dritte Ausführungsform gleicht der ersten Ausführungsform, wobei sich jedoch der Aufbau des leitenden Kunststoffkörpers 10 und das Verfahren zum Herstellen des leitenden Kunststoffkörpers teilweise unterscheiden. Im Folgenden werden die Unterschiede zu der ersten Ausführungsform beschrieben.
7A und 7B zeigen Konstruktionsansichten eines leitenden Kunststoffkörpers 10 gemäß der dritten Ausführungsform, wobei 7A eine Draufsicht ist und 7B eine Schnittansicht entlang der Linie B-B ist. In den 7A und 7B ist der Kunststoff R mit einer unterbrochenen Linie dargestellt. Des Weiteren zeigt 8 eine Explosionsdarstellung des leitenden Kunststoffkörpers 10 in 7A und 7B, wobei der Kunststoff R weggelassen ist.
Der leitende Kunststoffkörper 10 gemäß der dritten Ausführungsform enthält, wie in 7A und 7B sowie 8 dargestellt, ein Rahmen-Element FM als das Metall-Element M. Das Rahmen-Element FM ist ein Metall-Element, das in Draufsicht im Wesentlichen die Form eines rechteckigen Rahmens hat, und enthält einen Anschluss-Abschnitt FT, der von einer Ecke nach außen vorsteht. Der Anschluss-Abschnitt FT ist mit dem negativen Anschluss T der Fahrzeugbatterie B und den negativen Anschlüssen der bordeigenen Geräte VD verbunden.
Des Weiteren ist das Rahmen-Element FM an einer Außenumfangsseite der Ebene des Fasergewebes FF (das durch Anordnen/Übereinanderschichten einer Schicht oder der Vielzahl von Schichten gefertigt wird) angeordnet, das aus der Vielzahl leitender Fasern EF besteht. In der dritten Ausführungsform ist die Vielzahl leitender Fasern EF elektrisch mit dem Metall-Element in einem Zustand verbunden, in dem das Metall-Element die leitende Faser EF umschließt.
Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform wird beim Herstellen des leitenden Kunststoffkörpers 10 der Schritt des Beschichtens durchgeführt. Dann wird die Vielzahl in dem Schritt des Beschichtens gefertigter leitender Fasern EF als die Kette und der Schuss verwebt und bildet eine oder mehrere Schichten aus Fasergewebe FF und wird das Fasergewebe im Inneren des im Wesentlichen rechteckigen Rahmen-Elementes FM angeordnet. Auf diese Weise wird eine Baugruppe A ausgebildet, in der das Metall-Element M elektrisch mit der Vielzahl leitender Fasern EF verbunden ist (Schritt des Herstellens elektrischer Verbindung).
Anschließend wird die in dem Schritt des Herstellens elektrischer Verbindung gefertigte Baugruppe A in eine Form eingelegt und wird der Kunststoff R in die Form eingespritzt und ausgehärtet. Dabei wird Einformen in Kunststoff so durchgeführt, dass der Anschluss-Abschnitt FT von dem Kunststoff R frei ist (Schritt des Einformens in Kunststoff). Auf diese Weise wird der leitende Kunststoffkörper 10 hergestellt.
Das Zwischen-Element IM kann auf die gleiche Weise wie in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ausgebildet werden (Schritt des Ausbildens eines Zwischen-Elementes).
So kann ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform mit dem leitenden Kunststoffkörper 10 und dem Herstellungsverfahren gemäß der dritten Ausführungsform der leitende Kunststoffkörper 10 geschaffen werden, mit dem eine Zunahme der Anzahl von Komponenten verhindert werden kann und der Vorgang zum Anbringen eines Metall-Elementes M wegfallen kann. Darüber hinaus wird, wenn das Zwischen-Element IM ausgebildet ist, verhindert, dass sich die Vielzahl leitender Fasern EF bewegt, wenn in dem Schritt des Einformens in Kunststoff Einformen in Kunststoff in der Form durchgeführt wird, und kann so Häufigkeit des Auftretens eines Problems bei elektrischer Verbindung mit dem Metall-Element M verringert werden. Des Weiteren wird der Oberflächen-Sauerstoffgehalt der oben beschriebenen Kohlenstofffaser in dem oben beschriebenen Bereich festgelegt, und damit können das Beschichtungs-Absetzvermögen sowie das Adhäsionsvermögen verbessert werden. Darüber hinaus ist es, da der Oberflächen-Sauerstoffgehalt geeigneterweise in dem oben beschriebenen Bereich festgelegt wird, nicht notwendig, Alkali einzusetzen, und daher kann auch eine Verringerung der mechanischen Festigkeit reduziert werden. Weiterhin ist es mit der Fahrzeug-Erdungsstruktur 1 möglich, die Erdungsstruktur zu schaffen, bei der es nicht notwendig ist, den Vorgang des Anbringens des Metall-Elementes M durchzuführen.
Des Weiteren ist in der dritten Ausführungsform die Vielzahl leitender Fasern EF in der Ebene angeordnet und ist das Metall-Element M das Rahmen-Element FM, das sich an der Außenumfangsseite der Ebene der Vielzahl leitender Fasern EF befindet, die in der Ebene angeordnet sind. Daher wird elektrische Verbindung in einem Zustand durchgeführt, indem das Metall-Element M die Vielzahl leitender Fasern EF umschließt, und damit ist es möglich, den leitenden Kunststoffkörper 10 zu schaffen, bei dem es relativ einfach ist, die Faser mit dem Kunststoff R zu imprägnieren, ohne dass durch das Vorhandensein des Metall-Elementes M Imprägnierung der leitenden Faser EF mit dem Kunststoff R behindert wird.
Im Folgenden wird eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die vierte Ausführungsform gleicht der ersten Ausführungsform, wobei sich jedoch der Aufbau des leitenden Kunststoffkörpers 10 und das Verfahren zum Herstellen des leitenden Kunststoffkörpers 10 teilweise unterscheiden. Im Folgenden werden die Unterschiede zu der ersten Ausführungsform beschrieben.
9 zeigt eine Explosionsdarstellung des leitenden Kunststoffkörpers 10 gemäß der vierten Ausführungsform, wobei der Kunststoff R weggelassen ist. Der leitende Kunststoffkörper 10 gemäß der vierten Ausführungsform enthält, wie in 9 dargestellt, eine Vielzahl von Öffnungen A in dem dünnen Metall-Element T als dem Metall-Element M. Die Öffnungen H sind in einem Bereich ausgebildet, der das Fasergewebe FF überlappt, und verlaufen durch das dünne Metall-Element TM hindurch. Des Weiteren sind die Öffnungen H so groß, dass der Kunststoff R beim Einformen in den Kunststoff R durch die Öffnungen hindurch gelangt.
Das Verfahren zum Herstellen des leitenden Kunststoffkörpers 10 ist das gleiche wie in der ersten Ausführungsform, jedoch kann der Kunststoff R in dem Schritt des Einformens in Kunststoff durch die Öffnungen H leicht zwischen der Vorderseite und der Rückseite des dünnen Metall-Elementes TM fließen, und somit tragen die Öffnungen H zur Verbesserung des Grades der Addition des dünnen Metall-Elementes TM an dem Kunststoff R bei.
So kann ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform mit dem leitenden Kunststoffkörper 10 und dem Herstellungsverfahren gemäß der vierten Ausführungsform der leitende Kunststoffkörper 10 geschaffen werden, mit dem eine Zunahme der Anzahl von Komponenten verhindert werden kann und der Vorgang zum Anbringen eines Metall-Elementes M wegfallen kann. Darüber hinaus ist es möglich, das Metall-Element M einzubetten, indem das Metall-Element M eingeschlossen ist, und damit wird eine Möglichkeit des Herausfallens des Metall-Elementes M aus dem leitenden Kunststoffkörper 10 verringert. Weiterhin wird, wenn das Zwischen-Element IM ausgebildet ist, verhindert, dass sich die Vielzahl leitender Fasern EF bewegt, wenn in dem Schritt des Einformens in Kunststoff Einformen in Kunststoff in der Form durchgeführt wird, und kann so Häufigkeit des Auftretens eines Problems bei elektrischer Verbindung mit dem Metall-Element M verringert werden. Darüber hinaus wird der Oberflächen-Sauerstoffgehalt der oben beschriebenen Kohlenstofffaser in dem oben beschriebenen Bereich festgelegt, und damit können das Beschichtungs-Absetzvermögen sowie das Adhäsionsvermögen verbessert werden. Des Weiteren ist es, da der Oberflächen-Sauerstoffgehalt geeigneterweise in dem oben beschriebenen Bereich festgelegt wird, nicht notwendig, Alkali einzusetzen, und daher kann auch eine Verringerung der mechanischen Festigkeit reduziert werden. Weiterhin ist es mit der Fahrzeug-Erdungsstruktur 1 möglich, die Erdungsstruktur zu schaffen, bei der es nicht notwendig ist, den Vorgang des Anbringens des Metall-Elementes M durchzuführen.
Darüber hinaus sind in der vierten Ausführungsform, da das dünne Metall-Element TM mit der Vielzahl von Öffnungen H versehen ist, Teile des Kunststoffs R an beiden Seiten des dünnen Metall-Elementes TM über die Öffnungen H verbunden, und damit kann ein Grad der Adhäsion des dünnen Metall-Elementes TM an dem Kunststoff R verbessert werden.
Im Folgenden wird eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die fünfte Ausführungsform gleicht der ersten Ausführungsform, wobei sich jedoch der Aufbau des leitenden Kunststoffkörpers 10 und das Verfahren zum Herstellen des leitenden Kunststoffkörpers 10 teilweise unterscheiden. Im Folgenden werden die Unterschiede zu der ersten Ausführungsform beschrieben.
10A und 10B zeigen Konstruktionsansichten eines leitenden Kunststoffkörpers gemäß einer fünften Ausführungsform, wobei 10A eine Draufsicht ist und 10B eine Schnittansicht von 10A ist. In den 10A und 10B ist der Kunststoff R mit einer unterbrochenen Linie dargestellt. Des Weiteren zeigt 11 eine Explosionsdarstellung des leitenden Kunststoffkörpers 10 in 10A und 10B, wobei der Kunststoff R weggelassen ist.
Der leitende Kunststoffkörper 10 gemäß der fünften Ausführungsform enthält, wie in 10A und 10B sowie 11 dargestellt, ein Metall-Element M (dünnes Metall-Element TM), das aus zwei Elementen besteht. Das heißt, das Metall-Element M besteht aus einem ersten Metall-Element M1 und einem zweiten Metall-Element M2. Das erste Metallelement M1 ist in einer Schicht der zwei oder mehr Schichten des Schichtkörpers LB positioniert und ist so eingebettet, dass es nur eine Seitenfläche hat, die frei von dem Kunststoff R ist. Das zweite Metall-Element M2 ist mit der freiliegenden Seitenfläche des ersten Metall-Elementes M1 verbunden und ist mit dem negativen Anschluss T der Fahrzeugbatterie B oder den negativen Anschlüssen der bordeigenen Geräte VD verbunden.
Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform wird beim Herstellen des leitenden Kunststoffkörpers 10 der Schritt des Beschichtens durchgeführt. Dann wird die Vielzahl in dem Schritt des Beschichtens gefertigter leitender Fasern EF als die Kette und der Schuss verwebt und bildet eine oder mehrere Schicht/en aus Fasergewebe FF und werden die Vielzahl von Schichten aus Fasergewebe FF übereinander angeordnet und bilden den Schichtkörper LB, der gefertigt wird, indem zwei oder mehr Schichten der Vielzahl leitender Fasern EF übereinandergeschichtet werden. Des Weiteren wird bei dem Vorgang des Ausbildens des Schichtkörpers LB das erste Metall-Element M1 in einer Schicht eingeschlossen. Auf diese Weise wird eine Baugruppe A ausgebildet, in der das Metall-Element M elektrisch mit der Vielzahl leitender Fasern EF verbunden ist (Schritt des Herstellens elektrischer Verbindung).
Anschließend wird die in dem Schritt des Herstellens elektrischer Verbindung gefertigte Baugruppe A in eine Form eingelegt und wird der Kunststoff R in die Form eingespritzt und ausgehärtet. Dabei wird Einformen in Kunststoff so durchgeführt, dass eine Seitenfläche des ersten Metall-Elementes M1 von dem Kunststoff R frei ist (Schritt des Einformens in Kunststoff). Dann wird das zweite Metall-Element M2 unter Verwendung einer Ultraschallwelle oder eines Laserstrahls mit der freiliegenden Seitenfläche des ersten Metall-Elementes M1 verbunden. Auf diese Weise wird der leitende Kunststoffkörper 10 hergestellt.
Das Zwischen-Element IM kann auf die gleiche Weise wie in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ausgebildet werden (Schritt des Ausbildens eines Zwischen-Elementes).
So kann ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform mit dem leitenden Kunststoffkörper 10 und dem Herstellungsverfahren gemäß der fünften Ausführungsform der leitende Kunststoffkörper 10 geschaffen werden, mit dem eine Zunahme der Anzahl von Komponenten verhindert werden kann und der Vorgang zum Anbringen eines Metall-Elementes M wegfallen kann. Darüber hinaus ist es möglich, dass Metall-Element M einzubetten, in dem das Metall-Element M eingeschlossen ist, und damit wird eine Möglichkeit des Herausfallens des Metall-Elementes M aus dem leitenden Kunststoffkörper 10 verringert. Des Weiteren wird, wenn das Zwischen-Element IM ausgebildet ist, verhindert, dass sich die Vielzahl leitender Fasern EF bewegt, wenn in dem Schritt des Einformens in Kunststoff Einformen in Kunststoff in der Form durchgeführt wird, und kann so Häufigkeit des Auftretens eines Problems bei elektrischer Verbindung mit dem Metall-Element M verringert werden. Darüber hinaus wird der Oberflächen-Sauerstoffgehalt der oben beschriebenen Kohlenstofffaser in dem oben beschriebenen Bereich festgelegt, und damit können das Beschichtungs-Absetzvermögen sowie das Adhäsionsvermögen verbessert werden. Weiterhin ist es, da der Oberflächen-Sauerstoffgehalt geeigneterweise in dem oben beschriebenen Bereich festgelegt wird, nicht notwendig, Alkali einzusetzen, und daher kann auch eine Verringerung der mechanischen Festigkeit reduziert werden. Weiterhin ist es mit der Fahrzeug-Erdungsstruktur 1 möglich, die Erdungsstruktur zu schaffen, bei der es nicht notwendig ist, den Vorgang des Anbringens des Metall-Elementes M durchzuführen.
Die vorliegende Erfindung wird in der oben stehenden Beschreibung auf Basis der Ausführungsformen beschrieben, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Es ist eine weitere Abwandlung der vorliegenden Erfindung in einem Bereich möglich, in dem nicht vom Wesen der vorliegenden Erfindung abgewichen wird, und sie kann insoweit gegebenenfalls mit anderer allgemein verbreiteter oder bekannter Technologie kombiniert werden, als die Kombination umgesetzt werden kann. Des Weiteren können die Ausführungsformen miteinander kombiniert werden.
Beispielsweise wird in den Ausführungsformen der leitende Kunststoffkörper 10 als die Fahrzeug-Erdungsstruktur 1 eingesetzt, jedoch ist die Erfindung nicht auf diesen Fall beschränkt, und kann beispielsweise der leitende Kunststoffkörper für einen anderen Zweck, das heißt zum Abschirmen, als ein Stromkreis oder dergleichen, eingesetzt werden.
Darüber hinaus ist in der fünften Ausführungsform das Metall-Element M so ausgeführt, dass es zwei Elemente aufweist, jedoch ist die Anzahl von Elementen nicht darauf beschränkt und kann das Metall-Element so ausgeführt sein, dass es drei oder mehr Elemente aufweist. Weiterhin ist die Ausführungsform nicht auf den Fall beschränkt, in dem das dünne Metall-Element TM so ausgeführt ist, dass es zwei oder mehr Elemente aufweist, und können das L-förmige dünne Metall-Element LTM sowie das Rahmen-Element FM, die in der zweiten und der dritten Ausführungsform beschrieben sind, ebenfalls so ausgeführt sein, dass sie zwei oder mehr Elemente aufweisen.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug-Erdungsstruktur
10: leitender Kunststoffkörper
EF: leitende Faser
FF: Fasergewebe
M: Metall-Element
TM: dünnes Metall-Element
LTM: L-förmiges dünnes Metall-Element
FM: Rahmen-Element
FT: Anschluss-Abschnitt
V: Öffnung
R: Kunststoff
P: Metallstift

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2009-184611 A [0003, 0006]
JP 2008-024737 A [0004, 0006]
JP 2013-173248 A [0005, 0006]

Claims

Leitender Kunststoffkörper, der umfasst: eine Vielzahl leitender Fasern, die aus Kohlenstofffasern, hochfesten Fasern oder/und Glasfasern bestehen und die mit Metall beschichtet sind; ein Metall-Element, das elektrisch mit der Vielzahl leitender Fasern verbunden ist; sowie Kunststoff, in den ein Teil des Metall-Elementes eingebettet ist und mit dem die Vielzahl leitender Fasern imprägniert ist, wobei ein übriger Teil des Metall-Elementes frei von dem Kunststoff ist.
Leitender Kunststoffkörper nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl leitender Fasern einen Aufbau eines geschichteten Körpers hat, in dem zwei oder mehr Schichten übereinander angeordnet sind, und das Metall-Element ein planes dünnes Metall-Element ist, das zwischen zwei benachbarten Schichten der zwei oder mehr Schichten positioniert ist.
Leitender Kunststoffkörper nach Anspruch 2, wobei das Metall-Element eine Vielzahl von Öffnungen enthält.
Leitender Kunststoffkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der des Weiteren umfasst: einen leitenden Metallstift, wobei die Vielzahl leitender Fasern in einer Ebene angeordnet ist, das Metall-Element ein planes dünnes Metall-Element ist, das auf die Vielzahl leitender Fasern geschichtet ist, die in einer Ebene angeordnet sind, und der Metallstift sich in einer Richtung erstreckt, die die Ebene schneidet, und elektrische Verbindung zwischen der Vielzahl leitender Fasern und dem Metall-Element herstellt.
Leitender Kunststoffkörper nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl leitender Fasern in einer Ebene angeordnet ist, und das Metall-Element ein Rahmen-Element enthält, das an einer Außenumfangsseite der Ebene positioniert ist, in der die Vielzahl leitender Fasern angeordnet ist.
Erdung einer Fahrzeugstruktur, die umfasst: den leitenden Kunststoffkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, der als ein Körper für ein Fahrzeug eingesetzt wird, wobei ein Teil des Metall-Elementes des leitenden Kunststoffkörpers, der von dem Kunststoff frei ist, elektrisch mit einem negativen Anschluss eines bordeigenen Gerätes und einer Fahrzeugbatterie verbunden ist.
Verfahren zum Herstellen eines leitenden Kunststoffkörpers, das umfasst, dass: eine Vielzahl von Fasern, die aus Kohlenstofffaser, hochfester Faser oder/und Glasfaser besteht, mit Metall beschichtet wird; ein Metall-Element mit einer Vielzahl mit Metall beschichteter leitender Fasern zusammengesetzt und elektrisch verbunden wird; und eine Baugruppe in Kunststoff so eingeformt wird, dass ein Teil des Metall-Elementes in den Kunststoff eingebettet ist und ein übriger Teil des Metall-Elementes an der Baugruppe freiliegt.
Verfahren zum Herstellen eines leitenden Kunststoffkörpers nach Anspruch 7, das des Weiteren umfasst, dass: die Vielzahl leitender Fasern in den Kunststoff eingeformt wird und ein Zwischen-Element ausgebildet wird, das vor dem Zusammensetzen und Herstellen elektrischer Verbindung mit Metall beschichtet wird, wobei bei dem Zusammensetzen und dem Herstellen elektrischer Verbindung das Metallelement elektrisch mit der Vielzahl leitender Fasern verbunden wird, die das Zwischen-Element enthält.