JP2018203230A - 異種材料製車両ルーフ補強具 - Google Patents

Abstract

【課題】車両のルーフパネルを支持し、車両の形状を維持する補強部品の軽量化を図る。
【解決手段】車両ルーフ補強具２００は、少なくとも１つの繊維強化ポリマ（ＦＲＰ）部２２０、２４０と、少なくとも１つの金属部又は合金部を含む。前記ＦＲＰ部は、金属又は合金を含む少なくとも１つの移行構造２３６，２５６を含む。前記ＦＲＰ部の繊維の少なくとも幾つかは、前記移行構造に埋め込まれる。前記金属部又は合金部は、前記ＦＲＰ部の前記移行構造に固定される。車両ルーフ補強具において、前記金属部は、車両の長手方向の軸に並行に延在し、前記ＦＲＰ部は、前記長手方向の軸を横切って延在する。車両ルーフ補強具は、１つのフロントＦＲＰ部２２０と、１つのリアＦＲＰ部２４０と、２つの金属製側部２１０と、を含んでもよい。前記金属製側部及び前記ＦＲＰ部は、前記移行構造を前記金属部に溶接することにより接合してもよい。
【選択図】図２

Description

本発明は、異種材料製の、車両ルーフ補強具に関する。

従来の車両のルーフは、金属製の補強部品を備える。該金属製の補強部品は、比較的薄いルーフパネルの構造的な支持となり、車両が形状を維持することに役立つ。しかしながら、該金属製の補強部品は、車両の重心より上で該車両にかなりの重量を加えることになる。従って、金属製の補強部品の大きな重量は、車両の重心を上げることなくルーフ下でもたらされる軽量化分を、減じさせる。

上記に鑑み、車両ルーフ補強具を改良する必要性がある。下記の開示から、さらなる効果が明らかとなるであろう。

本概要は、下記の「発明を実施するための形態」においてさらに詳細に説明される概念の幾つかを簡略的に紹介するものである。本概要は、請求項に記載される発明の主題の主要な特徴を特定することを意図するものでなく、請求項に記載される発明の主題の範囲を定める一助として用いられることも意図しない。

ある態様において、本発明は、車両ルーフ補強具を提供する。車両ルーフ補強具は、金属又は合金で構成される少なくとも１つの移行構造を含む繊維強化ポリマ（ＦＲＰ）部を含んでもよい。前記ＦＲＰ部の少なくとも一部の繊維は、前記移行構造に埋め込まれる。車両ルーフ補強具は、ＦＲＰ部の移行構造に固定される少なくとも１つの金属部又は合金部を含んでもよい。

他の態様において、本発明は、車両ルーフの製造方法を提供する。該製造方法は、繊維トウ（fiber tow）が埋め込まれた複数の金属タブを含む、ルーフ補強具の少なくとも１つのＦＲＰ部を設ける工程を含んでもよい。該製造方法は、ＦＲＰ部の複数の金属タブを少なくとも１つの金属部に接合し、中央開口部を有するルーフ補強具を形成する工程を含んでもよい。

本開示に特徴的と考えられる新規の特徴事項は、添付の請求項に記載される。以下の説明において、明細書及び図面全体を通じて同様な構成要素は、それぞれ同一の参照符号で示される。図面は、必ずしも一定の縮尺で描かれておらず、ある図面は、明確化・簡略化のため、強調され、あるいは一般化された形式で示される可能性がある。しかしながら、その好ましい使用の態様、さらなる目的、効果とともに、本開示自体は、本開示の例証となる態様に関する以下の詳細な説明を添付の図面を参照して読むことにより最もよく理解されよう。

図１は、車両ボディの斜視図である。 図２は、本開示の態様による例示的な車両ルーフ補強具の上面図である。 図３は、本開示の態様による、図２の例示的な車両ルーフ補強具及びルーフパネルの底面図である。 図４は、本開示の態様による、部分的な車両フレームに接合される図２の例示的な車両ルーフ補強具の底面図である。 図５は、本開示の態様による、例示的な車両ルーフ補強具と、図４の車両フレームとの間のインターフェース部（接続部）の斜視図である。 図６は、本開示の態様による、他の例示的な車両ルーフ補強具の斜視図である。 図７は、図６の例示的な車両ルーフ補強具の上面図である。 図８は、本開示の態様による、図６の例示的な車両ルーフ補強具のリア角部の分解上面斜視図である。 図９は、本開示の態様による、図６の例示的な車両ルーフ補強具のリア角部の分解底面斜視図である。 図１０は、本開示の態様による、図６の例示的な車両ルーフ補強具のフロント角部の分解上面斜視図である。 図１１は、本開示の態様による、図６の例示的な車両ルーフ補強具のフロント角部の分解底面斜視図である。 図１２は、本開示の態様による、ＦＲＰ部品と金属部品との間のインターフェース部の側面斜視図である。 図１３は、本開示の態様による、図１２のＦＲＰ部品と金属部品との間のインターフェース部の底面斜視図である。 図１４は、移行部品を含むインターフェース領域の上面図である。 図１５は、本開示の態様による、車両ルーフを製造する例示的な方法を示すフローチャートである。 図１６は、変形動作（racking motion）を受けたルーフ補強具の上面図である。

以下の記載は、本明細書で用いられる選定された文言の定義を含む。その定義には、文言の範疇に入るとともに実施する際に用いられることが可能な構成要素の様々な例及び／又は形態が含まれる。それらの例は、限定することを意図しない。

本明細書で用いられる「車両」は、何らかの形態のエネルギによって駆動され移動可能な有人又は無人の何らかの構成を指す。文言「車両」は、車、トラック、バン、ミニバン、ＳＵＶ、オートバイ、スクータ、ボート、個人用船舶、潜水艦、飛行機、宇宙船を含むが、これに限定されない。ある場合において、自動車は、１つ又は複数のエンジンを含む。

本明細書の記載及び図面は、単に例示にすぎず、本開示から逸脱しないで、開示された構成上の様々な改変及び変更が可能であることを理解すべきである。一般的に、例示的な車両ルーフ構造の図面は、一定の縮尺で描かれていない。本明細書で用いられる通り、横方向は、車両を横切る方向であり、左右方向を指す。同様に、長手方向は、車両が走行する前後方向を指し、鉛直方向は、高さ、すなわち上下方向に関する。本明細書に開示される例示的な車両ルーフ構造の特定される様々な構成要素は、製造業者によって変わる可能性のある専門用語（terms of art）で示されており、本開示を限定すると考えるべきでないことは理解されよう。

一般的に、本開示は、少なくとも１つの繊維強化ポリマ（ＦＲＰ）部に接合される少なくとも１つの金属部を含む車両ルーフ補強具を提供する。当該少なくとも１つの金属部及びＦＲＰ部は、そこに埋め込まれた繊維を含む金属製又は合金製移行構造によって接合されてもよい。その移行構造は、インサート又はタブの形状であってもよい。その移行構造は、本明細書においてタブとして記載されるが、その移行構造は、如何なる形状又は構造（geometry）にも限定されない。繊維は、金属タブから延在してもよい。ＦＲＰ部は、移行構造の繊維がＦＲＰの層に挟み込まれる（interleaved）ようにＦＲＰの複数の層を含んでもよい。従って、その移行構造は、ＦＲＰ部の半永久的統合化の特徴を有してもよい。その移行構造は金属製なので、例えば抵抗スポット溶接にて金属部に溶接してもよい。従って、金属部とＦＲＰ部とが強固で半永久的に取り付けられ、ルーフ補強具に構造上の剛性が付与されてもよい。ある態様において、ＦＲＰ部は、炭素繊維を含んでもよい。使用可能な他の繊維には、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリパラフェニレン−ベンゾビスエチアゾール（polyparaphenylene-benzobisethiazole）（ＰＢＯ）繊維、ＳｉＣのようなセラミック繊維、及びその如何なる組み合わせも含まれてよい。

従来のルーフ補強具が金属を使用する部分にＦＲＰ部を使用することで、ルーフ補強具の重量を低減させてもよい。金属タブ内に埋め込まれた繊維を含む統合化された移行構造を使用することで、ＦＲＰ部を損傷しない金属同士の接合技術の使用を可能にしてもよい。従って、ＦＲＰ部の構造的特性は、中実の金属製ルーフ補強具の構造的特性より優れている可能性がある。さらに、ＦＲＰ部は、変形動作（例えば、対向する角部がつぶれて開くこと）に対し、金属製ルーフ補強具より耐性があり、ボディの剛性の増加に貢献する可能性がある。変形動作を受けたルーフ補強具７００の例が図１６に示される。

図に関し、同じ参照符号が同じ構成要素を参照している。図１は、例示的な車両ボディ１０４を示し、当該車両ボディ１０４は、合金製車両ボディ１０４に取り付けられる合金製車両ルーフ構造（不図示）を支持することが可能である。図１に概略的に示される通り、車両ボディ１０４は、横方向に離間する一対のボディ部材１１２、１１４を含み、両ボディ部材１１２、１１４間に広がる客室１１６、フロントルーフレール１１８及びリアルーフレール１２０の側部を規定する。フロント及びリアルーフレール１１８、１２０間に配設される交差部材すなわちルーフボウ１２２は、離間するボディ部材１１２、１１４の間に延在する。フロント及びリアルーフレール１１８、１２０とともに、ボディ部材１１２、１１４は、客室１１６を覆う車両ルーフ構造を支持する。離間するボディ部材１１２、１１４は、部分的にドアフレームを規定する。

図２は例示的な車両ルーフ補強具２００を示す。車両ルーフ補強具２００は、互いに接合されて中央開口部２６０を規定する金属製側部２１０、フロントＦＲＰ部２２０、及びリアＦＲＰ部２４０を含んでもよい。金属製側部２１０は、車両ルーフ補強具の側部を形成してもよく、長手方向の車両軸に略並行に延在してもよい。すなわち、金属製側部２１０は、前方から後方に車両の側部に沿って延在してもよい。フロントＦＲＰ部２２０は、車両ルーフの前部で長手方向の車両軸を横切って延在してもよい。リアＦＲＰ部２４０は、ルーフ用構造支持部の後部として長手方向の車両軸を横切って延在してもよい。

各金属製側部２１０は、略チャネル状（channel-like）構造を有する略長尺なフレーム部材であってもよい。例えば、金属製側部２１０は、内側リップ２１２、凹状中央チャネル２１４、及び外側リップ２１６を含んでもよい。金属製側部２１０のチャネル状構造は、ルーフ組立体を補強するのに役立つ構造上の剛性を付与してもよい。金属製側部２１０は、金属板のスタンピング等、従来の金属加工処理を用いて形成されてもよい。金属製側部２１０は、本明細書に開示される技術と適合する如何なる金属又は金属の組み合わせによって形成されてもよい。例えば、金属製側部２１０は、鋼鉄、アルミニウム、マグネシウム、チタン、コバルト、ベリリウム、ニッケル、コロンビウム、タンタル、タングステン、及びその合金、又は他の構造合金製でもよい。

フロントＦＲＰ部２２０は、略チャネル状構造を有する略長尺なフレーム部材であってもよい。例えば、フロントＦＲＰ部２２０は、内側リップ２２２、凹状中央チャネル２２４、及び外側リップ２２６を含んでもよい。フロントＦＲＰ部２２０のチャネル状構造は、ルーフ組立体を補強するのに役立つ構造上の剛性を付与してもよい。フロントＦＲＰ部２２０は、ルーフ補強具２００の２つのフロント角部を含んでもよい。フロントＦＲＰ部２２０は、ルーフ補強具２００の前方全体にわたって延在してもよい。フロントＦＲＰ部２２０は、リア凸部２２８を含み、フロントＦＲＰ部２２０の端部が長手方向後方を向き、リア凸部２２８の縁部が長手方向の軸を横切るように設けられてもよい。従って、リア凸部２２８は、金属製側部２１０の前方側の端部と結合されてもよい。

フロントＦＲＰ部２２０は、金属タブ内に埋め込まれた繊維トウを有する１つ又は複数の移行構造を含んでもよい。例えば、フロントＦＲＰ部２２０は、リア凸部２２８に配置される内側移行構造２３２、中間移行構造２３４、及び外側移行構造２３６を含んでもよい。内側移行構造２３２は、内側リップ２２２の端部に配置されてもよい。中間移行構造２３４は、中央チャネル２２４の端部に配置されてもよい。外側移行構造２３６は、外側リップ２２６の端部に配置されてもよい。ある態様において、外側移行構造２３６は、フロントＦＲＰ部２２０の側部全体に沿って延在する長尺な移行構造であってもよい。以下さらに詳細に論じられる通り、移行構造２３６は、車両フレーム部材に溶接されてもよい。

ある態様において、本明細書に記載される移行構造は、超音波付加製造（ultrasonic additive manufacturing、ＵＡＭ）を用いて埋め込まれた繊維トウを含んでもよい。繊維を埋め込むためのＵＡＭ技術は、例えば、ハーンレン及びダピノ（Hahnlen and Dapino）による「超音波付加製造による埋め込みスマート材料を有する活性金属基複合材料（“Active Metal-matrix Composites with Embedded Smart Materials by Ultrasonic Additive Manufacturing”）」、ＳＰＩＥ（国際光工学会）議事録、７６４５：１５、２０１０年３月、に記載されており、ここに参照することによりその内容が組み込まれる。金属タブは、上記議事録に開示される技術と適合する、如何なる金属にて形成されてもよい。例えば、金属タブは、鋼鉄、アルミニウム、マグネシウム、チタン、コバルト、ベリリウム、ニッケル、コロンビウム、タンタル、タングステン、及びその合金、又は他の構造合金製でもよい。繊維トウは、金属タブの縁部から延出してもよい。移行構造は、フロントＦＲＰ部２２０の製造中に該フロントＦＲＰ部２２０内に埋め込まれてもよい。例えば、繊維トウは、繊維織物を一体化（consolidate）する前に、フロントＦＲＰ部２２０を形成するその繊維織物に挟み込んでもよい。従って、金属タブは、フロントＦＲＰ部２２０の統合化部を形成してもよい。金属タブの表面は、露出していてもよい。ある態様において、金属タブの、１つ又は複数の縁部（edge）がフロントＦＲＰ部２２０の縁部を形成してもよい。

リアＦＲＰ部２４０も、フロントＦＲＰ部２２０と同様に、略チャネル状構造を有する略長尺なフレーム部材であってもよい。例えば、リアＦＲＰ部２４０は、内側リップ２４２、凹状中央チャネル２４４、及び外側リップ２４６を含んでもよい。リアＦＲＰ部２４０は、金属タブ内に埋め込まれた繊維トウを有する１つ又は複数の移行構造も含んでもよい。例えば、リアＦＲＰ部２４０は、内側移行構造２５２、中間移行構造２５４、及び外側移行構造２５６を含んでもよい。内側移行構造２５２は、内側リップ２４２の端部に配置されてもよい。中間移行構造２５４は、中央チャネル２４４の端部に配置されてもよい。外側移行構造２５６は、外側リップ２４６の端部に配置されてもよい。ある態様において、外側移行構造２５６は、リアＦＲＰ部２４０の側部全体に沿って延在する長尺な移行構造であってもよい。以下さらに詳細に論じられる通り、移行構造２５６は、車両フレーム部材に溶接されてもよい。移行構造２５２、２５４、２５６は、それぞれ対応する移行構造２３２、２３４、２３６と同様な形状及び構成を有してもよい。

移行構造２３２、２３４、２３６、２５２、２５４、２５６は、金属製側部２１０と接合（例えば溶接）されて、ルーフ補強具２００を形成してもよい。例えば、ルーフ補強具は、略台形又は略四角形であって、中央開口部２６０を規定してもよい。ルーフ補強具２００は、車両フレームに装着され、ルーフパネルを支持してもよい。ルーフ補強具２００は、パノラマルーフ、サンルーフ、ムーンルーフのようなガラス組立体を支持してもよい。

図３を参照すると、例示的な車両ルーフ補強具２００がルーフパネル２７０に取り付けられてもよい。例えば、ルーフパネル２７０は、（例えば、内側リップ２１２、２２２、２４２及び外側リップ２１６、２２６、２４６に沿って）ルーフ補強具２００の上面に接合されてもよい。ルーフパネル２７０は、支持部無しに、ルーフ補強具２００から（例えば後方へ）延在してもよい。ルーフパネル２７０の延在部は、（例えば、溶接又は他の金属同士の接合技術によって）車両フレームに取り付けられてもよい。ある態様において、ルーフパネル２７０は、アルミニウム又はその合金であって、移行構造２３６、２５６に溶接で接合されてもよい。

図３にも視認されるように、金属フランジ２１８が金属製側部２１０の端部にある。金属フランジ２１８は、金属製側部２１０がフロントＦＲＰ部２２０又はリアＦＲＰ部２４０と重なる場所に配置されてもよい。金属フランジ２１８は、金属製側部２１０の残余の部分からオフセットして、各フロントＦＲＰ部２２０及びリアＦＲＰ部２４０を受容してもよい。移行構造（視認不可）が金属フランジ２１８の上面に接合（例えば、溶接）されてもよい。金属フランジ２１８及びＦＲＰ部の相対配置は反対であってもよく、金属フランジ２１８が上面側で、移行構造を含むＦＲＰ部が底面側に配置されてもよいことは理解すべきである。ある態様において、長尺な外側移行構造２３６、２５６が各ＦＲＰ部の側部縁を形成する場合、各金属フランジ２１８から角部へ延在する長尺な外側移行構造２３６、２５６の一部がルーフ補強具２００の底面を形成してもよい。

図４は、本開示の態様による、部分的な車両フレーム３０２に接合される例示的な車両ルーフ補強具２００を示す。車両フレーム３０２は、側部ボディ部材３１２を含み、該側部ボディ部材３１２はボディ部材１１２に対応してもよい（図１）。側部ボディ部材３１２は、ドアフレーム３４０を支持するフロントピラー３４２（同義的に「Ａピラー」とも参照される）、ピラー３４４（同義的に「Ｂピラー」とも参照される）、リアピラー３４６（同義的に「Ｃピラー」とも参照される）を含んでもよい。ルーフ補強具２００は、ドアフレーム３４０において車両フレーム３０２に接合されてもよい。

ＦＲＰと金属のような異なる材料を接合することには、様々な問題がある。特に、ボルトやリベットのようなＦＲＰを貫通する留め具を用いる場合、ＦＲＰの構造上の一体性（integrity）を低減させる可能性がある。そのような留め具を収容するためにＦＲＰの厚い層を用いる構成を採用してもよいが、厚い層は重量が増し、コストがかかる。移行構造３３６、３５６を統合することは、ルーフ補強具のＦＲＰ部を、従来の金属同士の接合技術を用いて車両フレームに取り付けることを可能にする。そのような接合技術には、以下に限定されないが、抵抗スポット溶接、ミグ（ＭＩＧ、金属不活性ガス）溶接、その他の溶接、ろう付け、留め具（例えば、ねじ、ボルト、リベット）、加締め（clinching）、縁曲げ（hemming）等がある。ある態様において、車両フレーム３０２は、鋼鉄を含んでもよく、金属製側部２１０は、アルミニウム製でもよく、移行構造２３６、２５６はアルミニウムを含んでもよい。アルミニウム部は、鋼鉄製車両フレーム３０２に接着剤及び留め具を用いて接合してもよい。

図４は、ルーフ補強具２００に装着されるガラス組立体３２０も示す。例えば、ガラス組立体３２０は、パノラマガラス組立体でもよい。ガラス組立体３２０は、ルーフ補強具２００の中央開口部２６０内に配置されてもよい。ガラス組立体３２０は、フレーム３２４に支持される１つ又は複数のガラス面３２２を含んでもよい。フレーム３２４は、（例えば、サンルーフを開くために）１つ又は複数のガラス面３２２を引き込むことを可能にしてもよい。フレーム３２４は、該フレーム３２４の周囲及びルーフ補強具２００の内側リップ２１２、２２２、２４２に沿って、ルーフ補強具２００に取り付けられてもよい。フレーム３２４は、異なる技術及び／又は留め具を用いて、金属製側部２１０及びＦＲＰ部２２０、２４０に装着されてもよい。例えば、フレーム３２４は、該フレーム３２４及び金属製側部２１０の両方の孔部を貫通するリベット又はナット及びボルト等の留め具３２８を用いて、金属製側部２１０に装着されてもよい。ＦＲＰ部２２０、２４０は、該ＦＲＰ部の表面に接着剤を用いて結合されるＴスタッド３２６を含んでもよい。Ｔスタッド３２６は、略平面の結合面及び結合面から垂直に延在するねじ付き軸を有してもよい。ねじ付き軸は、フレーム３２４内の孔部を通じて配置されナットによって固定されてもよい。ガラス組立体３２０は車両の構造部材ではないので、接着剤は十分な強さを有する可能性がある。Ｔスタッドを使用すれば、ＦＲＰ部に孔を開ける必要性はなくなる。

図５は、例示的な車両ルーフ補強具２００と、車両フレーム３０２との間のインターフェース部の斜視図である。ドアフレーム３４０は、外側リップ２１６に沿って金属製側部２１０に接触してもよく、金属同士の技術（例えば、スポット溶接部）にて固定してもよい。同様に、ドアフレーム３４０は、長尺な外側移行構造２３６、２５６と接触してもよく、金属同士の技術（例えば、スポット溶接部）にて固定してもよい。ある態様において、ルーフ補強具２００をドアフレーム３４０又はピラー（例えば、リアピラー３４６）に固定するために、ブラケット３４８を用いてもよい。図５に示される通り、ブラケット３４８は、リアＦＲＰ部２４０に装着されてもよい。上述の通り、ＦＲＰ部２４０は、ブラケット３４８の領域に更なる層を含み、十分な構造上の一体性（integrity）を具備してもよい。他の態様において、埋め込まれた繊維を含む１つ又は複数の移行構造がブラケット３４８への接続部に配置されてもよい。例えば、１つ又は複数の移行構造がＦＲＰ部２４０の中間部に統合化されてもよい。それから、ブラケット３４８は、その移行構造に溶接又は固定されてもよい。

図６は、本開示の態様による他の例示的な車両ルーフ補強具４００の斜視図である。図７は、例示的な車両ルーフ補強具４００の上面図である。ルーフ補強具４００は、金属製側部２１０、フロントＦＲＰ部２２０、リアＦＲＰ部２４０にそれぞれ対応可能な金属製側部４１０、フロントＦＲＰ部４２０、リアＦＲＰ部４４０を含んでもよい。ルーフ補強具４００は、ガラス組立体３２０を装着可能な中央開口部４６０を規定してもよい。ルーフ補強具４００は、金属製側部４１０がルーフ補強具４００のリア角部まで延在可能な点で、ルーフ補強具２００と異なってもよい。金属製側部４１０とＦＲＰ部４４０との接合部は、ルーフ補強具４００の後ろ側に配置されてもよい。リアＦＲＰ部４４０は略直線状であってもよく、両端に配置される内側移行構造４５２、中間移行構造４５４、及び外側移行構造４５６を含んでもよい。外側移行構造２５６と対照的に、ルーフ補強具４００が金属製側部４１０のリアフランジ４６２に沿って車両フレームに接合されてもよいので、外側移行構造４５６は、比較的短くともよい。例えば、外側移行構造４５６は、中間移行構造４５４と略同じ長さであってもよい。さらに、金属製側部４１０は、ブラケット３４８に取り付けるための貫通孔４６４を含んでもよい。従って、ルーフ補強具４００には、リアＦＲＰ部４４０を通じて留め具を配置しなくともよい。

図８は、例示的な車両ルーフ補強具４００のリア角部の分解上面斜視図である。図９は、例示的な車両ルーフ補強具４００のリア角部の分解底面斜視図である。金属製側部４１０は、フランジ４７２を含んでもよい。フランジ４７２は、金属製側部４１０から横方向内側に延在してもよい。フランジ４７２は、移行構造４５２、４５４、４５６を含むリアＦＲＰ部４４０の端部底面に対応した形状を有してもよい。フランジ４７２の長さは、１つ又は複数の移行構造４５２、４５４、４５６の長さと略等しくともよい。フランジ４７２の上面は、リアＦＲＰ部４４０の厚さと略等しい距離だけオフセット（例えば、低く）してもよい。従って、リアＦＲＰ部４４０がフランジ４７２に接合される場合、リアＦＲＰ部４４０の上面は、金属製側部４１０の上面と同じ高さとなってもよい。図９に最も良く示される通り、移行構造４５２、４５４、４５６は、ＦＲＰ部４４０の下面に露出し、フランジ４７２と接触する。

図１０は、例示的な車両ルーフ補強具４００のフロント角部の分解上面斜視図である。図１１は、例示的な車両ルーフ補強具４００のフロント角部の分解底面斜視図である。車両ルーフ補強具２００のフロント角部は、車両ルーフ補強具４００のフロント角部と同様であってよい。金属製側部４１０は、フロント端部にフランジ４７６を含んでもよい。フランジ４７６は、移行構造４３２、４３４、４３６を含むフロントＦＲＰ部４２０の端部に対応した形状を有してもよい。フランジ４７２と同様に、フランジ４７６は、フロントＦＲＰ部４２０の端部がフランジ４７６上に受容され、フロントＦＲＰ部４２０の上面と金属製側部４１０の上面とが同じ高さとなるように、オフセットしてもよい。移行構造４３２、４３４、４３６の底面は、フランジ４７６に接触して固定されてもよい。外側移行構造４３６は、フランジ４７６よりかなり長く、フロントＦＲＰ部４２０のフロント角部まで延在してもよいことは留意すべきである。すなわち、外側移行構造４３６の第１部分は、フランジ４７６に接触して接合されてもよく、外側移行構造４３６の第２部分は、フランジ４７６を越えて延在し、車両フレーム（例えば、ドアフレーム３４０）に固定されてもよい。

図１２は、フロントＦＲＰ部４２０と金属製側部４１０との間のインターフェース部の側面斜視図である。図１３は、図１０のＦＲＰ部品と金属部品との間のインターフェース部の底面斜視図である。同様なインターフェース部が金属製側部２１０とフロントＦＲＰ部２２０との間に存在してもよい。図１０に最も良く示される通り、内側移行構造４３２は、該内側移行構造４３２の上面がフロントＦＲＰ部４２０の上面と同じ高さとなるように、フロントＦＲＰ部４２０内に統合化されてもよい。同様に、外側移行構造４３６は、フロントＦＲＰ部４２０内に統合化されて、上面が同じ高さとなるようにしてもよい。さらに、フランジ４７６がオフセットして、フロントＦＲＰ部４２０がフランジ４７６上に着座し、フロントＦＲＰ部４２０の上面と金属製側部４１０の上面とが同じ高さとなることを可能にする。図１１に最も良く示される通り、外側移行構造４３６は、一端部においてフランジ４７６と接合され、フランジ４７６を越えて延在してもよい。従って、外側移行構造４３６の底面は、車両フレームと接合するために露出してもよい。フロントＦＲＰ部４２０は、各移行構造４３２、４３４、４３６において、金属製側部４１０のフランジ４７６へ溶接にて（例えば、抵抗スポット溶接を用いて）接合されてもよい。さらに、接着剤又はシーラントが、フロントＦＲＰ部４２０とフランジ４７６との間に配置されてもよい。同様な技術が、例示的な車両ルーフ補強具２００、４００における金属製側部４１０とＦＲＰ部との間の各インターフェース部で用いられてもよい。

図１４は、例示的な車両ルーフ補強具４００のインターフェース領域５００内に配置される移行構造のさらなる詳細を示す。移行構造は、計画した接合技術のために構成されてもよい。例えば、スポット溶接が用いられる場合、移行構造は、１つ又は複数のスポット溶接箇所を収容するように構成されてもよい。例えば、内側移行構造４３２は、３つの辺部５０２から延在する繊維を有してもよい。フロントＦＲＰ部４２０の縁部を形成する４つめの辺部５０４は、繊維を含まなくともよい。繊維は、繊維の輪（ループ）が金属タブ及びＦＲＰの両方の内部に埋め込まれるように、金属タブの３つの辺部５０２から内側に延在してもよい。ある形態において、内側移行構造４３２の金属タブは、略２５ｍｍ×２５ｍｍの大きさであってもよく、中央繊維フリー領域５０６内に中央スポット溶接部を収容してもよい。他の形態において、金属タブの長さを延長し、２つ又はそれ以上のスポット溶接部を可能にしてもよい。同様に、中間移行構造４３４は、３つの辺部５１２に埋め込まれた繊維と、フロントＦＲＰ部４２０の縁部を形成する自由辺部５１４とを含んでもよい。凹状中央チャネル４２４は、内側リップ４２２より大きくてもよく、それにより長尺な金属タブが長手方向又は横方向の何れかを指向してもよい。ある態様において、スポット溶接部が意図される箇所５１６には、繊維への損傷を防ぐために、繊維を設けないようにしてもよい（繊維フリー）。例えば、長手方向を指向する金属タブは、少なくとも５０ｍｍ、好ましくは略６０ｍｍの長さを有し、好ましくは略２５ｍｍの幅を有してもよい。金属タブの縁部から数えて、最初の１２ｍｍに繊維が埋め込まれ、それから第１繊維フリー領域５１８が略５ｍｍ設けられ、そして２５ｍｍにわたって繊維が埋め込まれ、次に第２繊維フリー領域５１８が略５ｍｍ設けられ、そして金属タブの辺部及び端部に沿って繊維が埋め込まれてもよい。従って、中間移行構造４３４の長手方向を指向する例示的なタブは、スポット溶接部用の２つの箇所５１６を有してもよい。例示的な外側移行構造４３６は、長縁部５２２の１つに沿って埋め込まれた繊維を有してもよい。残りの辺部５２４は、フロントＦＲＰ部４２０の角部を形成してもよく、埋め込まれる繊維が無くともよい。例えば、外側移行構造４３６は、フロントＦＲＰ部４２０の長手方向の縁部に沿って外側リップ４２６全体を形成してもよい。外側移行構造４３６は、その全体の長さに沿って、離間するスポット溶接部を有してもよい。例示的なタブの形状が示されたが、接合される金属部及びＦＲＰ部の具体的な構造によってさらなるタブ形状が構成されてよいことは理解すべきである。例えば、図２の移行構造に繊維が配置されて、スポット溶接用箇所を収容してもよい。

図１５は、車両ルーフを製造する例示的な方法６００を示すフローチャートである。車両ルーフは、ルーフ補強具２００、４００を含んでもよい。方法６００は、超音波溶接機並びに本発明の技術分野で知られている他の製造用工具及び装置を含む設備を用いて、作業者によって行われてよい。方法６００は、作業者によって行われる動作に関して以下に説明されるが、そこで説明される１つ又は複数の工程が（例えば、ロボットアームにより）自動化されてもよい。

ブロック６０２において、方法６００は、金属タブ内に埋め込まれた繊維を含む、ルーフ補強具の少なくとも１つのＦＲＰ部を設ける工程を含んでもよい。ある態様において、例えば、１つ又は複数のフロントＦＲＰ部２２０、４２０、及び／又は、１つ又は複数のリアＦＲＰ部２４０、４４０が設けられてもよい。例えば、１つのフロントＦＲＰ部２２０及び１つのリアＦＲＰ部２４０が、ルーフ補強具２００を形成するために設けられてもよい。少なくとも１つのＦＲＰ部を設けることは、ブロック６０４、６０６、６０８で示される様に、該少なくとも１つのＦＲＰ部を製造することを含んでもよい。

ブロック６０４において、ブロック６０２は、金属タブから延在するように埋め込まれた繊維トウを有する複数の金属タブを含む複数の移行部品を供給することを含んでもよい。上述の通り、複数の移行部品は、各金属タブ内に繊維トウを埋め込むために、ＵＡＭを用いて製造されてもよい。繊維トウは、ＦＲＰ部に接触する金属タブの辺部から延在してもよい。繊維トウは、織物を形成するように織られもよく、又は織物トウが金属タブ内に埋め込まれてもよい。

ブロック６０６において、ブロック６０２は、繊維織物の層で繊維トウを挟むことを含んでもよい。例えば、ある態様において、繊維織物の層は、ＦＲＰ部の形状に切断された炭素繊維織物であってもよい。その層は、移行構造の場所に切り欠き部を含んでもよい。移行部品の金属タブは、炭素繊維織物の層へ繊維トウが延出するように、前記切り欠き部に配置されてもよい。それから、炭素繊維織物の他の層が、繊維トウ上に配置されてもよい。複数の層は、移行部品と繊維層とを統合化するために挟み込まれてもよい。

ブロック６０８において、ブロック６０２は、繊維織物の層を一体化してＦＲＰ部を形成することを含んでもよい。例えば、ある態様において、一体化することは、ＦＲＰ部品を製造するために用いられる繊維層を結合（bind）するための如何なるプロセス（工程）も含んでもよい。例えば、一体化することは、繊維層に樹脂をしみ込ませ、オートクレーブ又はホットプレス型を用いて樹脂を硬化させることを含んでもよい。形成されるＦＲＰ部品は、ルーフ補強具のＦＲＰ部であってもよい。

ブロック６１０において、方法６００は、ＦＲＰ部を金属部に接合することを含んでもよい。例えば、フロントＦＲＰ部２２０、４２０及び／又はリアＦＲＰ部２４０、４４０は、１つ又は複数の金属製側部２１０、４１０に接合されてもよい。ブロック６１２において、ブロック６１０は、移行部品を金属部にスポット溶接することを含んでもよい。例えば、フロントＦＲＰ部４２０は、各移行構造４３２、４３４、４３６において、金属製側部４１０のフランジ４７６へスポット溶接にて（例えば、抵抗スポット溶接を用いて）接合されてもよい。あるいは、他の既知の金属同士の接合技術（例えば、ミグ溶接、ろう付け、留め具、加締め、縁曲げ等であって、それらは接着剤又はシーラーを併用してもよく、又はしなくともよい）が用いられてもよい。さらに、ブロック６１０は、接着剤又はシーラントを、フロントＦＲＰ部４２０とフランジ４７６との間、及びリアＦＲＰ部２４０又はリアＦＲＰ部４４０とフランジ４７２との間に付与してもよい。

ブロック６１４において、方法６００は、選択的に、車両組立施設にルーフ補強具を供給することを含んでもよい。例えば、ある態様において、１つ又は複数のルーフ補強具２００、４００が車両組立施設に供給されてもよい。ルーフ補強具２００、４００は、既存の車両組立ラインに適合させてもよい。従って、ルーフ補強具２００、４００は、従来の工具を用いて車両に装着してもよい。

ブロック６１６において、方法６００は、選択的に、車両フレームにルーフ補強具を装着することを含んでもよい。例えば、ある態様において、ルーフ補強具２００、４００は、車両フレーム３０２に装着してもよい。実施する際には、ルーフ補強具２００、４００は、外側リップ２１６、４１６、及び／又は、リアフランジ４６２及び移行構造２３６、２５６、４３６、４５６に沿って、スポット溶接部を用いて車両フレーム３０２に取り付けられてもよい。ルーフ補強具２００、４００は、留め具を用いて１つ又は複数のブラケット３４８に取り付けられてもよい。

ブロック６１８において、方法６００は、選択的に、ルーフ補強具にルーフパネルを装着することを含んでもよい。例えば、ある態様において、ルーフパネルは、移行構造において、ルーフ補強具２００、４００に溶接されてもよい。例えば、スポット溶接部は金属製側部２１０に沿って、且つ補強具、ルーフ外板（roof skin）、ドアフレーム／車両構造間の移行構造２３６、２５６に配置されてもよい。また、ルーフ外板は、内側リップ２１２、２２２、２４２の自由縁で形成される内側縁部に沿って、ルーフ補強具２００に縁曲げで取り付けられてもよい。

上記に開示された特徴及び機能の様々な実施形態、並びに他の特徴及び機能の様々な実施形態、又はその代替、改変は、好適に組み合わされて、他の多くの異なるシステムとなり、又はその応用が可能であることが理解されよう。また、現時点で予見又は予期できない本発明の代替、改変、変更、又は改良が後に当業者によってなされる可能性があり、これらも以下の請求項によって包含されることが意図される、ということが理解されよう。

Claims (20)

1. 金属又は合金で構成される少なくとも１つの移行構造を含む繊維強化ポリマ（ＦＲＰ）部と、
   前記ＦＲＰ部の前記移行構造に固定される少なくとも１つの金属部又は合金部と、を備え、
   前記ＦＲＰ部の少なくとも一部の繊維が前記移行構造に埋め込まれる、
   ことを特徴とする車両ルーフ補強具。
2. 請求項１記載の車両ルーフ補強具において、
   前記少なくとも１つの金属部及び前記少なくとも１つのＦＲＰ部は、中央開口部を規定する、
   ことを特徴とする車両ルーフ補強具。
3. 請求項２記載の車両ルーフ補強具において、
   さらに、前記中央開口部に近接した前記ＦＲＰ部の表面に取り付けられる、ガラス組立体を装着するためのスタッドを備える、
   ことを特徴とする車両ルーフ補強具。
4. 請求項３記載の車両ルーフ補強具において、
   さらに、前記中央開口部に近接した少なくとも１つの金属部内に設けられる、前記ガラス組立体を装着するための開口部を備える、
   ことを特徴とする車両ルーフ補強具。
5. 請求項１記載の車両ルーフ補強具において、
   さらに、少なくとも１つの長尺な移行構造を備え、
   前記ＦＲＰ部の少なくとも一部の前記繊維は、前記ＦＲＰ部の縁部に沿って延在する前記長尺な移行構造の金属タブ又は合金タブ内に埋め込まれる、
   ことを特徴とする車両ルーフ補強具。
6. 請求項５記載の車両ルーフ補強具において、
   さらに、前記少なくとも１つの長尺な移行構造に取り付けられる車両フレームを備え、
   前記車両フレームは合金製で、前記少なくとも１つの長尺な移行構造はアルミニウム製である、
   ことを特徴とする車両ルーフ補強具。
7. 請求項５記載の車両ルーフ補強具において、
   さらに、前記少なくとも１つの長尺な移行構造に溶接される車両ルーフパネルを備え、
   前記車両ルーフパネルは、アルミニウム製であり、前記少なくとも１つの長尺な移行構造はアルミニウム製である、
   ことを特徴とする車両ルーフ補強具。
8. 請求項１記載の車両ルーフ補強具において、
   前記少なくとも１つの金属部と前記少なくとも１つのＦＲＰ部との間のインターフェース部は、前記少なくとも１つの金属部内にオフセットされたフランジを含み、前記移行構造は、前記オフセットされたフランジの少なくとも一部を満たす、
   ことを特徴とする車両ルーフ補強具。
9. 請求項１記載の車両ルーフ補強具において、
   前記移行構造は、少なくとも１つのスポット溶接部を介して前記少なくとも１つの金属部に接続される、
   ことを特徴とする車両ルーフ補強具。
10. 請求項１記載の車両ルーフ補強具において、
    前記少なくとも１つの金属部は、車両の長手方向の軸に並行に延在し、前記少なくとも１つのＦＲＰ部は、前記長手方向の軸を横切って延在する、
    ことを特徴とする車両ルーフ補強具。
11. 請求項１０記載の車両ルーフ補強具において、
    前記少なくとも１つのＦＲＰ部は、フロントＦＲＰ部及びリアＦＲＰ部を含む、
    ことを特徴とする車両ルーフ補強具。
12. 請求項１１記載の車両ルーフ補強具において、
    前記フロントＦＲＰ部は、前記車両ルーフ補強具の２つの角部を形成し、前記リアＦＲＰ部は、前記車両ルーフ補強具の２つの角部を形成し、前記少なくとも１つの金属部は、前記車両ルーフ補強具の側部を形成する２つの金属部を含む、
    ことを特徴とする車両ルーフ補強具。
13. 請求項１２記載の車両ルーフ補強具において、
    前記少なくとも１つの移行構造は、それぞれ、前記車両ルーフ補強具の前記側部の１つに配置される、
    ことを特徴とする車両ルーフ補強具。
14. 請求項１１記載の車両ルーフ補強具において、
    前記フロントＦＲＰ部は、前記車両ルーフ補強具の２つの角部を形成し、前記少なくとも１つの金属部は、前記車両ルーフ補強具の側部を形成する２つの金属部を含み、前記側部は延在して前記車両ルーフ補強具のリア角部を形成する、
    ことを特徴とする車両ルーフ補強具。
15. 請求項１記載の車両ルーフ補強具において、
    前記少なくとも１つの移行構造は、埋め込まれる繊維が無い領域を含み、前記移行構造は、前記領域において前記少なくとも１つの金属部に接合される、
    ことを特徴とする車両ルーフ補強具。
16. 車両ルーフを製造する方法であって、
    繊維トウが埋め込まれた複数の金属タブを含む、ルーフ補強具の少なくとも１つの繊維強化ポリマ（ＦＲＰ）部を設ける工程と、
    前記ＦＲＰ部の前記複数の金属タブを少なくとも１つの金属部に接合し、中央開口部を有する前記ルーフ補強具を形成する工程と、
    を備える、
    ことを特徴とする車両ルーフを製造する方法。
17. 請求項１６記載の方法において、
    さらに、少なくとも１つの前記複数の金属タブを車両フレームに接合することにより、前記ルーフ補強具を前記車両フレームに装着する工程を含む、
    ことを特徴とする車両ルーフを製造する方法。
18. 請求項１６記載の方法において、
    さらに、少なくとも１つの前記複数の金属タブをルーフパネルに接合することにより、前記ルーフパネルを前記ルーフ補強具に装着する工程を含む、
    ことを特徴とする車両ルーフを製造する方法。
19. 請求項１６記載の方法において、
    前記少なくとも１つのＦＲＰ部を設ける工程は、
    前記複数の金属タブから延在するように埋め込まれた前記繊維トウを有する前記複数の金属タブを含む複数の移行部品を供給する工程と、
    繊維織物の層で、埋め込まれた繊維トウを挟む工程と、
    前記繊維織物の層を一体化して前記ＦＲＰ部を形成する工程と、
    を含む、
    ことを特徴とする車両ルーフを製造する方法。
20. 請求項１６記載の方法において、
    前記ＦＲＰ部の前記複数の金属タブを前記少なくとも１つの金属部に接合する工程は、前記複数の金属タブを前記少なくとも１つの金属部に溶接する工程を含む、
    ことを特徴とする車両ルーフを製造する方法。
    

Images