JP2016527119A - 乗用車用のサイドパネル組立体 - Google Patents

Abstract

本発明は、繊維補強プラスチック材料製のＢピラー（２）と、後方の繊維補強プラスチック材料製の少なくとも１つの更なるピラー（３、４）と、乗用車の外板の一部を画成する繊維補強プラスチック材料製のサイドパネル（６）とを備えた乗用車用サイドパネル組立体（１）に関する。本発明によると、この種のサイドパネル組立体が軽量でありながら運転および衝突荷重を吸収するための高い剛性を提供でき、高い表面品質を有し、短い製作期間で経済的に製作できるように、Ｂピラー（２）は金属製の中空ピラー（２．１）を芯要素として備える。【選択図】図４

Description

本発明は、繊維補強プラスチック材料製のＢピラーと、後方の繊維補強プラスチック材料製の少なくとも１つの更なるピラーと、乗用車の外板の一部を画成する繊維補強プラスチック材料製のサイドパネルとを備えた、乗用車用の、特に電動乗用車用の、サイドパネル組立体に関する。

自動車工業では、より軽量でありながら、匹敵する、または向上された、機械的特性を有する車体構成要素を費用効率良く製作しようと長年にわたって努力してきた。この開発は、燃料消費の低減および／または汚染物質、特にＣＯ_２、の排出低減を達成するという目的に基づく。より軽量でありながら良好な衝突挙動を有する車体構成要素は、電動車両についても、特にそのような車両の運転範囲および／または加速度値を向上させる場合に、極めて重要である。

乗用車の車室の側壁パネル組立体など従来の車体構成要素は、複数の個別部品で構成されている。例えば、サイドパネル組立体を形成するために、Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤピラー、ルーフ枠、外板、および複数の個別シェルの更なる構成要素が溶接または接着接合によって接合されている。サイドパネル組立体は部分的に支持構造であるので、剛性および衝突挙動に関する、特に側突および車両の横転に関する、要件を満たす必要もある。この理由により、現在では、主に鋼鉄またはアルミニウム製の支持構造がサイドパネル組立体に使用されている。従来のサイドパネル組立体は、例えば６０個を超える個別部品から構成され、溶接接合、リベット接合、接着接合、および／またはねじ留め接合によって複数の製作工程で接合されるため、大量の作業を要する。更に、プラスチック材料で製作される、サイドパネル組立体のより小さなサイドパネル部分も公知である。前記部品は、一般にＳＭＣ（Sheet Moulding Compound）法で製作される。この製作法により、前記部品はハーフシェル要素として製作され、接着接合によって接合される。剛性および強度を増すために、前記プラスチック材料製部品は更に、外板シェルの空洞領域にリブが形成される（非特許文献１を参照）。このようなサイドパネル部分は、補強用繊維が方向付けられていないため、剛性および強度の点で比較的低レベルの軽量設計を有する。また、マトリクス材の収縮のため、これら部品は外観が良好ではなく、通常、塗装前に手直しを必要とする。

特許文献１は、繊維補強プラスチック材料製の乗用車用サイドパネル組立体を開示している。このサイドパネル組立体は、ＲＴＭ（Resin Transfer Moulding）法による成形部品として製作される。この繊維補強プラスチック材料の繊維含有率は体積率で３０％と６０％の間である。この場合、サイドパネル組立体の構造支持部分、特にＢピラー、はサンドイッチ構成で中空体として製作され、部分的または完全にフォーム製の支持芯が充填される。構造の非支持部分は空洞構成で中空体として製作される。この種のサイドパネル組立体を製作するために、編織布シートがプリフォームとして製作され、ＲＴＭ型枠に挿入され、サンドイッチ構造の領域において、１つ以上のプリフォームがフォーム製の芯を包囲する。他方、空洞構造の領域には、溶出可能な溶融芯がＲＴＭ型枠に挿入され、１つ以上のプリフォームによって囲まれる。型枠が閉じられた後、樹脂、例えばエポキシ樹脂系、が型の中に射出される。この射出手順の完了後、成形部品を硬化させる。この公知のサイドパネル組立体は、その剛性および衝突挙動と、費用効果の高い製造とに関して改良可能である。

欧州特許出願公開第１ ０５２ １６４（Ａ１）号

ホルスト ピッペルト（Horst Pippert）著、「車体技術（Karosserietechnik）」、フォーゲルブッフェラーク社（Vogel Buchverlag社）、１９９８年、ｐ．２６９

本発明の目的は、低重量でありながら、運転および衝突荷重を吸収するための剛性度が高く、表面品質が魅力的であり、高い費用効果で短い製造期間で製作可能な、冒頭で言及した種類のサイドパネル組立体を提供することであった。

この目的は、請求項１の特徴を有するサイドパネル組立体によって達成される。本発明によるサイドパネル組立体の好適かつ有利な複数の実施形態は、請求項１に従属する従属請求項の主題を形成する。

本発明によるサイドパネル組立体は、繊維補強プラスチック材料製のＢピラーと、後方の繊維補強プラスチック材料製の少なくとも１つの更なるピラーと、乗用車の外板の一部を画成する繊維補強プラスチック材料製のサイドパネルとを備える。Ｂピラーは、金属製の中空ピラーを芯要素として備える。

したがって、本発明によるサイドパネル組立体のＢピラーは、金属、好ましくは鋼鉄、特に調質されたマンガン−硼素鋼、または軽金属、例えばアルミニウム、マグネシウム、またはチタン、製の中空ピラーと、この金属製中空ピラーを包囲する繊維補強プラスチック材料とを備えたハイブリッド要素として設計される。このハイブリッドＢピラーは、軽量でありながら、運転および衝突荷重を吸収する高い剛性を本発明によるサイドパネル組立体にもたらす。好ましくは、ハイブリッドＢピラーの金属製中空ピラーは、部分的に調質された鋼鉄から成り、中空ピラーの長手方向中央部分は中空ピラーの足部および／または頭部より高い引張り強さを有する。特に、金属製中空ピラーには、例えば、固締ネジ用のネジ孔が設けられるので、シートベルトを金属製中空ピラーに最適に取り付けることができる。特許文献１から公知のサイドパネル組立体において必要と思われるシートベルト取り付け要素のような追加の挿入要素の組み込み（埋め込み）は、本発明によるサイドパネル組立体には不要である。その結果、短い製作期間と相対的に低い製作コストとを更に実現できる。好適な第１の実施形態によると、本発明によるサイドパネル組立体の更なるピラーは、プラスチック材料製、好ましくは発泡プラスチック材料製、の支持芯を備える。ハイブリッドＢピラーに加え、繊維補強プラスチック材料製の更なるピラーも、低密度プラスチック材料製の、好ましくは発泡プラスチック材料製の、支持芯を有し、運転および衝突荷重を吸収する高い車体剛性の実現に寄与しながら、依然として低部品重量を有する。

本発明によるサイドパネル組立体の好適な一実施形態は、Ｂピラーの金属製中空ピラーおよび／または更なるピラーの支持芯は、繊維（補強用繊維）で形成された織布、複層布、または編組布にそれぞれ包み込まれることを特徴とする。その結果、低部品重量でありながら、さまざまな荷重方向においてサイドパネル組立体の剛性を共同で最適化できる。特に好ましくは、織布、複層布、または編組布は管状であり継目がない。その結果、比較的少ない繊維材料を用いて構成要素の高剛性を実現できる。更に、この実施形態においては、管状の継目なしの織布または編組布が最適なプリフォームを既に画成しているので、二次元の編組布または織布から中空流路の形状のプリフォームを製作するための追加の製造工程を省くことができる。

本発明によるサイドパネル組立体のプラスチック材料を補強するために用いられる繊維は、例えば、ガラス繊維、カーボンまたはグラファイト繊維、セラミック繊維、金属繊維、または金属線などの無機繊維、プラスチック繊維、天然繊維、および／またはこれらで形成された混合繊維である。本発明によるサイドパネル組立体を製作するために、特に好ましくは、ガラス繊維および／または炭素繊維が補強用繊維として用いられる。

補強用繊維、および／または補強用繊維によって形成された織布、複層布、または編組布、は熱可塑性または熱硬化性プラスチック材料製のマトリクス材に埋め込まれる。これは、例えば、浸透法によって、対応する型（浸透型）を用いて行われる。同様に、本発明によるサイドパネル組立体の好適な一実施形態によると、Ｂピラー、少なくとも１つの更なるピラー、およびサイドパネルは、浸透法によって製作される。熱可塑性プラスチックプレス機など、熱可塑性プラスチックを処理する装置を更に使用できる。この場合、熱可塑性マトリクス内の炭素繊維の形態の補強用繊維などの補強用編織布には、好ましくはハイブリッド糸が用いられる。

本発明によるサイドパネル組立体の別の好適な実施形態は、Ｂピラーと少なくとも１つの更なるピラーとがサイドパネルによって相互接続されることを特徴とする。この種のサイドパネル組立体は、クーペ、特に２ドアのスポーツカー、として設計された乗用車の車体の製作を有利な方法で可能にする。

Ｂピラーおよび／または少なくとも１つの更なるピラーは、サイドパネルに一体に接合、例えば接着接合、可能である。この場合、Ｂピラーおよび／または少なくとも１つの更なるピラーは、以降の処理工程において、別個に製造されたサイドパネル（外板）に一体に接合されるか、または接着接合される。

ただし、本発明によるサイドパネル組立体の特に好適な一代替実施形態によると、Ｂピラーおよび／または少なくとも１つの更なるピラーは、サイドパネルと一体に形成される。この目的のために、金属製中空ピラー、および／またはプラスチック材料、特に発泡プラスチック材料、で形成された支持芯、は好ましくは管状に編組された、または織られた、繊維被覆にそれぞれ囲まれ、上記の補強用繊維製の編組布または編織布シートと一緒に型に、特に浸透型に、挿入され、流動性の熱可塑性または熱硬化性プラスチック材料を浸透させて、例えばインサート成形される。

別の実施形態によると、既述の、シートベルト取り付け用の少なくとも１つの固締手段は、更なる処理工程において、Ｂピラー（ハイブリッドＢピラー）の金属製中空ピラーに直接接続されるか、またはその表面に形成されるか、または、例えばスポット溶接によって、金属製中空ピラーに一体に接合され得る。

更に、隣接する構成要素、例えばルーフ枠部（ルーフ長手方向部材）またはルーフクロスメンバ、を取り付けるための１つ以上の取り付け要素を本発明によるサイドパネル組立体に組み込むことができる。この場合、少なくとも１つの取り付け要素、または複数の取り付け要素のうちの少なくとも１つ、を挿入要素によって画成できる、または挿入要素として形成できる。この場合、この挿入要素は、ノード要素を構成し、好ましくは、射出成形部品として、特に鋳造アルミニウム構造として、形成される。このノード要素は、例えば、ハイブリッドＢピラーに接続される。

本発明によるサイドパネル組立体の別の実施形態において、Ｂピラーの長手方向部分、および／または少なくとも１つの更なるピラーの長手方向部分、はサイドパネルの下縁端から突出する。したがって、Ｂピラーおよび／または更なるピラーの突出する長手方向部分は、隣接する車体部品、例えばドアシル、リアバランス、またはリアバンバー、の取り付け箇所として都合よく使用できる。

本発明によるサイドパネル組立体の別の好適な実施形態によると、そのサイドパネルは、複数の機能面を備える。これら機能面は、サイドパネルと一体に形成され、それぞれの外面に隣接する接平面から引っ込むように配置される。これら機能面は、例えば、ランプポッド、車両ドアのシール面、ドアロック部のための取り付け面、サイドウインドウガラスのシール面、および／またはテールゲートのシール面である。

本発明によるサイドパネル組立体の別の有利な実施形態は、サイドパネルがサンドイッチ構成で設計されることを特徴とする。更に、前記サイドパネルは、その断面に組み込まれた、またはその内部に取り付けられた、少なくとも１つの吸音面要素を備えることができる。

以下においては、複数の実施形態を示す図面に基づき、本発明をさらに詳細に説明する。

本発明によるサイドパネル組立体の側面図（外面図）である。 図１のサイドパネル組立体の背面図である。 図１のサイドパネル組立体の内面図である。 図３の断面線Ａ−Ａに沿った簡略拡大断面図である。 支持芯または金属製中空支持体（中空ピラー）を補強用繊維で包み込むための装置の正面図である。 支持芯または金属製中空支持体（中空ピラー）を補強用繊維で包み込むための装置の側面図である。 本発明によるサイドパネル組立体を製作するための浸透型が開状態であり、補強用繊維製の編織布シートと、補強用繊維に包み込まれたプラスチック材料製の柱状支持芯と、補強用繊維に包み込まれた金属製の柱状中空支持体とが装填されようとしている状態の断面図である。 浸透プロセス中の閉状態の図７による浸透型を示す。 完成したサイドパネル組立体が型から取り出されようとしている、開状態の図７による浸透型を示す。

図１〜図４に示されているサイドパネル組立体１は、Ｂピラー２と、Ｃピラー３と、Ｄピラー４と、ルーフ長手方向部材５と、サイドパネル６を画成する外板シェルとから構成される。ピラー２〜４、ルーフ長手方向部材５、およびサイドパネル（外板シェル）６は、それぞれ繊維補強プラスチック材料で製作される。Ｂピラー２は、繊維補強プラスチック材料によって覆われた金属製中空ピラー２．１を含む。したがって、Ｂピラー２は、ハイブリッドＢピラーとも称される。中空ピラー２．１は、例えば、軽金属、特にアルミニウム、または鋼鉄、好ましくは部分的に調質された鋼鉄、で製造される。少なくとも１つの更なるピラー、特にＣピラー３、または好ましくは更にＤピラー４、および／またはルーフ長手方向部材５は、低密度プラスチック材料製のピラー状支持芯３．１、４．１、および５．１をそれぞれ備える。それぞれの支持芯３．１、４．１、５．１は、好ましくは、発泡プラスチック材料、例えば独立気泡硬質フォームまたは構造用フォーム、から成る。支持芯３．１、４．１、５．１は、繊維補強プラスチック材料製の少なくとも１つの層３．２、４．２、５．２によって被覆される。同様に、金属製中空ピラー２．１も繊維補強プラスチック材料製の少なくとも１つの層２．２によって被覆される。

好ましくはガラス繊維および／または炭素繊維である、補強用繊維は、編織布の形態で存在する。この編織布は、編組布、複層布、または織布として形成され、熱可塑性または熱硬化性プラスチック材料で形成されたマトリクスに埋め込まれる。繊維補強または編織布補強プラスチック層２．２、３．２、４．２、または５．２は、例えば約４ｍｍの、層厚を有する。

同様に、サイドパネル（外板シェル）６も補強用繊維製の、好ましくはガラス繊維および／または炭素繊維製の、編織布を含む。この編織布は、例えば織布、複層布、または編組布、または不織布として形成され、熱可塑性または熱硬化性プラスチック材料製のマトリクスに埋め込まれる。繊維補強または編織布補強サイドパネル６は、例えば約１ｍｍの、厚さを有する。

サイドパネル６、ハイブリッドＢピラー２、およびその他のピラー／支持体３、４、５の繊維補強材は、何れの場合も、上記編織布の１つ以上の層で構成される。この編織布を含む、サイドパネル６、ハイブリッドＢピラー２、およびその他のピラー／支持体３、４、５のプラスチック材料は、好ましくは一体に形成される。したがって、サイドパネル組立体１は、一体成形の車体構成要素である。

サイドパネル組立体１には、隣接する構成要素を取り付けるための取り付け要素が１つ以上組み込まれる。例えば、サイドパネル組立体１は、ルーフクロスメンバ（図示せず）を取り付けるためのノード要素（取り付け要素）７を備える。ノード要素７は、好ましくは鋳造アルミニウム部品として形成され、例えばハイブリッドＢピラー２に一体に接合される。

更に、サイドパネル組立体１は、サイドパネル（外板シェル）６に一体に成形された機能面を複数備える。これら機能面は、好ましくは、サイドパネル（外板シェル）６の外面に隣接する接平面から引っ込むように配置される。サイドパネル組立体１に組み込まれた機能面は、例えばランプポッド８、ウインドウ開口部９のサイドガラスのための外周シール面または接着面９．１、車両ドアまたはテールゲートのためのシール面１０、１１、ドアロック要素、例えばドアのセーフティキャッチ、のための取り付け面１２、および／または隣接する車体構成要素、例えばルーフパネルシェル、ドアシル、またはリアバンバーフェイシャ、のための収容面１３を画成する。特に図１および図３では、ハイブリッドＢピラー２、Ｃピラー３、およびＤピラー４の長手方向下方部分がサイドパネル６の下縁端から突出することが分かる。

図１〜図４に示されているサイドパネル組立体１は、浸透法によって１工程で製作可能である。

図５および図６は、支持芯３．１、４．１、５．１または金属製中空支持体（中空ピラー）２．１を補強用繊維で包み込むための編組輪として公知の形態の装置１４を示す。この目的のために、補強用繊維、好ましくはガラス繊維および／または炭素繊維、は複数のボビン１５に巻かれた複数の粗糸または単繊維１６の形態で設けられる。本装置は、各ボビン１５が回転可能に保持される複数のピン（スピンドル）１４．２を有する被動旋回輪１４．１を備える。包み込まれる支持芯４．１、５．１（または３．１、または金属製中空支持体２．１）は、旋回輪１４．１によって画成された貫通口１４．３を通って矢印Ｐの方向に移動され、同時に旋回輪１４．１は、そこに回転可能に保持された各ボビン１５と共に、回転される。これにより、支持芯４．１、５．１（３．１、または金属製中空支持体２．１）は、管状の編組布または織布１７に包み込まれる。このように製作される管状の織布または編組布１７は、継目がないように形成される。図６では、フォームから製作された支持芯５．１、４．１の周囲に補強用繊維（補強用単繊維１６）が編組されることが分かる。この支持芯は、図１〜図４に示されているサイドパネル組立体のＤピラー４およびルーフ長手方向部材５の形状をほぼ有する。同様に、Ｃピラー３用の支持芯（フォーム芯）３．１およびハイブリッドＢピラー２用の金属製中空ピラー２．１の周囲にも補強用繊維（補強用単繊維１６）が編組される。

その後、補強用繊維から成る編組布１７によってそれぞれ包み込まれた支持芯／支持体３．１、４．１、５．１と、同様に包み込まれた金属製中空ピラー２．１とは、少なくとも１層の補強用繊維製の編織布プリフォームまたは編織布シート６．１と共に浸透型に挿入される（図７を参照）。必要であれば、１つ以上の更なる取り付け部品を挿入要素、例えばルーフクロスメンバ取り付け用のノード要素７、として浸透型１８に挿入可能である。浸透型１８は、少なくとも１つの下型１８．１と少なくとも１つの上型１８．２とを備える。下型１８．１と上型１８．２とは、浸透型１８が閉じた状態において、製作されるサイドパネル組立体１の形状にほぼ相当する空洞１９を画成する。

図７〜図９に示されている実施形態においては、凹部１８．２１、１８．２２が上型１８．２の型面に形成される。これら凹部１８．２１、１８．２２は、編組布に包み込まれたハイブリッドＢピラー用中空ピラー２．１と、編組布に包み込まれたＣピラー用支持芯（フォーム芯）３．１とを受け入れる。また、上型１８．２は、編組布に包み込まれたＤピラー４およびルーフ長手方向部材５用支持芯（フォーム芯）４．１、５．１を受け入れるための凹部（図示せず）を備える。更に、空洞１９に開口する１つ以上のプラスチック材料供給流路２０と空洞に接続された少なくとも１つの空気ベント２１とが設けられる。真空を空洞１９の空気ベント２１上に載置できる。この真空は、編織布シート６．１および管状編組布１７への初期状態では流動性のマトリクス材（熱可塑性または熱硬化性プラスチック材料）の浸透を促進する。更に、浸透型には、空洞に射出されたプラスチック材料の硬化を引き起こす、または加速する、ための調質装置（図示せず）が設けられる。プラスチック材料を十分に硬化させた後、浸透型を開き、完成したサイドパネル組立体を取り出す（図９を参照）。

本発明によるサイドパネル組立体の構成は、図面に示されている実施形態に限定されない。むしろ、図面とは異なる形態であっても、添付の特許請求の範囲に詳述されている本発明を利用するいくつかの変形例が考えられる。したがって、例えば、ハイブリッドＢピラー２と少なくとも１つの更なるピラー３とで構成された支持構造を、以降の作業工程で、サイドパネル（外板）６に接着接合することもできる。

Claims (15)

1. 乗用車用のサイドパネル組立体（１）であって、繊維補強プラスチック材料製のＢピラー（２）と、後方の繊維補強プラスチック材料製の少なくとも１つの更なるピラー（３、４）と、前記乗用車の外板の一部を画成する繊維補強プラスチック材料製のサイドパネル（６）とを備えたサイドパネル組立体（１）において、前記Ｂピラー（２）は金属製の中空ピラー（２．１）を芯要素として備えることを特徴とするサイドパネル組立体（１）。
2. 前記少なくとも１つの更なるピラー（３、４）は、プラスチック材料製の、好ましくは発泡プラスチック材料製の、支持芯（３．１、４．１）を備えることを特徴とする請求項１に記載のサイドパネル組立体。
3. 前記支持芯（３．１、４．１）は、複数の繊維で形成された織布、複層布、または編組布（１７）に包み込まれることを特徴とする請求項２に記載のサイドパネル組立体。
4. 前記Ｂピラー（２）の前記金属製中空ピラー（２．１）は、複数の繊維で形成された織布、複層布、または編組布（１７）に包み込まれることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のサイドパネル組立体。
5. 前記織布または編組布（１７）は、管状で継目がないことを特徴とする請求項３または請求項４に記載のサイドパネル組立体。
6. 前記Ｂピラー（２）と前記少なくとも１つの更なるピラー（３、４）とは、前記サイドパネル（６）によって相互接続されることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のサイドパネル組立体。
7. 前記Ｂピラー（２）および／または前記少なくとも１つの更なるピラー（３、４）は、前記サイドパネル（６）に一体に接合されることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のサイドパネル組立体。
8. 前記Ｂピラー（２）および／または前記少なくとも１つの更なるピラー（３、４）は、前記サイドパネル（６）と一体に形成されることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載のサイドパネル組立体。
9. シートベルト取り付け用の少なくとも１つの固締手段が前記Ｂピラー（２）の前記金属製中空ピラー（２．１）に直接接続される、または前記金属製中空ピラー（２．１）上に形成される、ことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載のサイドパネル組立体。
10. 隣接する構成要素を取り付けるための１つ以上の取り付け要素（７）が組み込まれることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載のサイドパネル組立体。
11. 前記少なくとも１つの取り付け要素（７）、または前記複数の取り付け要素のうちの少なくとも１つ、は挿入要素によって画成されることを特徴とする請求項１０に記載のサイドパネル組立体。
12. 前記サイドパネル（６）は、前記サイドパネル（６）と一体に形成されてそれぞれの外面に隣接する接平面から引っ込むように配置された複数の機能面（８、９．１、１０、１２、１３）を備えることを特徴とする請求項１〜１１の何れか１項に記載のサイドパネル組立体。
13. 前記サイドパネル（６）は、その断面に組み込まれた、またはその内部に取り付けられた、少なくとも１つの吸音面要素を備えることを特徴とする請求項１〜１２の何れか１項に記載のサイドパネル組立体。
14. 前記Ｂピラー（２）、前記少なくとも１つの更なるピラー（３、４）、および前記サイドパネル（６）は、浸透法によって製作されることを特徴とする請求項１〜１３の何れか１項に記載のサイドパネル組立体。
15. 前記Ｂピラー（２）の長手方向部分、および／または前記少なくとも１つの更なるピラー（３、４）の長手方向部分、は前記サイドパネル（６）の下縁端から突出することを特徴とする請求項１〜１４の何れか１項に記載のサイドパネル組立体。

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