JP6294298B2 - プラスチック材料から車両構成要素／構造構成要素を製造するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、プラスチック材料から車両構成要素又は構造構成要素を製造するための方法に関する。

自動車産業での車両構成要素の製造及び組立てにおいて、信頼でき正確に繰り返すことができる車両構成要素及びサブアセンブリの位置決めを保証するために、いわゆる基準点システムを用いることが、今日では通例となっている。そのような基準点システムは、呼称ＲＰＳによって知られている。この基準点の概念によって、完成車両上での個々の部品、サブアセンブリの明確で再現可能な位置決めが可能になる。したがって、特に、車両構成要素／サブアセンブリの耐性を相互に調整することができ、車両構成要素の再現可能な位置決めを製造工程全体で遂行することができる。ＲＰＳの基礎は、車両構成要素上に特定の点の位置（基準点）を固定し、これによって基準面を画定することである。基準点システム（ＲＰＳ）は、中心として原点を有し、車両の前軸と同じ高さである車両座標系に基づく。一方で、適切な車両構成要素の基準点が、車両構成要素の製造方法に重要である構成要素指向の座標系を形成するのに対し、他方で、他の車両構成要素に関連する車両構成要素の位置は、また車両座標系内にあるが、固定される。基準面の画定は、表面要素上のドリル穴、エッジ又は点などの幾何学的要素を介して実現される。基準面がはっきりと画定されるために、６つすべての自由度が、対応する車両構成要素上の幾何学的要素を介して固定されなければならない。車のドアの例に基づく機能指向の基準点システムの構造は、第９回シンポジウム「Ｆｅｒｔｉｇｕｎｇｓｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅｓ Ｋｏｎｓｔｒｕｉｅｒｅｎ」（製品設計）におけるＤｒ．−Ｉｎｇ．Ｋａｒｉｎ Ｓｐｏｒｓ、Ｄｉｐｌ．−Ｉｎｇ Ｈｅｉｋｏ Ｈｅｎｎｉｇの論文「Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ａ ｆｕｎｃｔｉｏｎ−ｏｒｉｅｎｔａｔｅｄ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｐｏｉｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ａｓ ａ ｔｏｌｅｒａｎｃｉｎｇ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ａ ｃａｒ ｂｏｄｙ」から集めることができる。

ＤＥ １００ ４８ ７７４ Ｂ４により、ドアモジュール及び当該ドアモジュールの組み立て方法が知られている。ここで、ドアモジュールは、内部ドアライニングの中央部分のみならず、ドアモジュール支持体も備える。内部ドアライニングは、機能ユニットを有し、当該機能ユニットには、構成要素を位置的に正確に組み立てるためのＲＰＳの基準点が提供される。これらの基準点は、ドリル穴として実現される。加えて、ＤＥ １０ ２００６ ００２ ８１５ Ａ１により、車両ドア及びＲＰＳで車両ドアを組み立てるための方法が知られている。ＲＰＳの基準点は、ボルト穴ペアリングによって形成される。ＲＰＳによって、内部ドアパネル上の支持板の機能的位置が、画定され確保される。

前述の刊行物により知られている車両構成要素は、ドリル穴として実現される基準点が掘削又はフライス削りによって中に導入されるプラスチック構成要素又は金属構成要素として実現される。今日、自動車産業では、繊維強化プラスチックもまた、車両構成要素に使用されている。この繊維プラスチック構成要素は、強化繊維及びプラスチックマトリックスからなる材料である。材料の密度が低いこと及び並外れた機械的特性のため、この材料は、多くの車両構成要素に使用される。しかしながら、これらの材料の中にドリル穴及び凹部を導入すると、繊維破壊を引き起こし、ゆえに車両構成要素を弱めることになるだろう。現在、繊維複合構成要素は、主にそれらの形状及び幾何学形状のおかげで、更なる機械加工段階に置かれている。これは、手動作業段階によって頻繁に実現されるが、その作業段階は、多大な労力を要し、再現性も不正確である。

したがって、本発明の目的は、簡単で、特に、製造工程及び組立てにおいて、車両構成要素又は構造構成要素の簡単で正確な位置決めを確実にする、車両構成要素／構造構成要素などを製造するための方法であって、生産される車両構成要素又は構造構成要素は、プラスチック材料で作られても繊維複合材で作られても、構造を弱める危険性が低減される方法を提供することである。加えて、更なる態様から、目的は、製造及び更なる組み立て双方において、容易にかつ正確に位置決めすることができる車両構成要素、並びにそのような車両構成要素を使用して車両を製造するための方法を提供することである。

この目的は、特に、車両構成要素及び／又は構造構成要素をプラスチック材料から製造するための方法であって、製造中の位置決め及び／又は更なる車両構成要素との組み立て中の位置決め及び／又は自動車における位置決めのための車両構成要素又は構造構成要素は、基準点システムを有し、この基準点システムは、凹部、くぼみ、隆起、エッジ、平面領域の形態の複数の基準点によって形成される方法によって実現される。

目的はまた、特に、前記製造方法に従って製造される、プラスチック材料で作られる車両構成要素又は構造構成要素であって、製造中の位置決め及び／又は更なる車両構成要素との組み立て中の位置決め及び／又は自動車における位置決めのための車両構成要素（２）又は構造構成要素は、基準点システムを有し、この基準点システムは、凹部、くぼみ、隆起、エッジ、平面領域の形態の複数の基準点によって形成される車両構成要素又は構造構成要素によって実現される。

目的はまた、車両を製造するための方法であって、少なくとも１つのそのような車両構成要素は、基準点を使用することによって、車両の製造中に他の車両構成要素に関連して位置決めされる方法によって実現される。

車両構成要素及び構造構成要素をプラスチック材料から製造するための本発明による方法であって、車両構成要素が複数の基準点を有する方法の結果として、基準点システムのおかげで、迅速かつ再生可能な方法で、個々の機械加工段階の適切なツール及び受け冶具での製造工程における車両構成要素の位置決めが可能になる。これは、基準点が構成要素製造の過程で既に生成され、好ましくは、プラスチック材料からの車両構成要素の製造のための成形工程のツール又は型の中に作成されるという事実のおかげで可能になる。更に、基準点システムを経て製造された又は半仕上げの車両構成要素上の基準点の結果として、構成要素の製造工程における、及び／又はサブアセンブリの設置又は完成した車両上でのサブアセンブリの位置決め工程における信頼できる位置決めが可能になる。同一の基準点は、製造及び組立て双方に使用することができる。基準点に基づくＸ／Ｙ／Ｚ平面での位置決めにより、全自動製造工程での車両構成要素の均一で信頼できる位置決めが可能になる。例として、硬化中のプレス成形、輪郭加工又はスライス削り加工中の位置決め、接着／結合／組み立て段階の位置決め、完成車両の車両構成要素の相対的な位置決めが、工程段階として引用される。例示的な実施形態に関する説明から理解できるように、好ましくは、３つの基準点が車両構成要素上に提供される。

車両構成要素又は構造構成要素は、平面構造であり、それぞれの設計により既定される平面輪郭又は３次元輪郭を有する。車両構成要素又は構造構成要素によって、例えば、空洞外形、縦材などの大きな構成要素及び小さな構成要素双方が理解される。先ほど記述されたように、これらの車両構成要素／構造構成要素は、製造工程においてプラスチック又は繊維強化プラスチック材料から生産される。繊維複合材料の製造において、異なる繊維方向を有する上下に位置する複数の半仕上げの繊維製品（織布、不織布、マット、フリース）から成る積層板が頻繁に生産される。既知の方法は、半仕上げの繊維製品が型の中に置かれ、合成樹脂に含浸され、プレスにより脱気され、その後、硬化される手動の敷設方法である。加えて、プリプレグ技術が知られている。ここで、事前に含浸された繊維マットが、型の上に置かれる。次に、材料複合材は、真空バッグによって脱気され、その後、圧力及び温度下でオートクレーブの中で硬化される。薄層状の繊維複合材構成要素の代わりに、コアを有するサンドイッチ構成要素を車両構成要素として製造することもできる。

プラスチック構成要素を製造するための、かつ繊維複合材料を製造するための更なる方法は、注入成形である。繊維複合材料からの車両構成要素の製造において、繊維含有プラスチック材料は、押出機で溶融解され、型に注入され、硬化される。

有利には、車両構成要素を製造するための型を、先述の方法の１つに従って構築することができ、これによって、車両構成要素を形成する表面上の既定の場所に、凹部、くぼみ、隆起の形態の成形要素が提供され、基準点がこれらの成形要素によって車両構成要素上に形成される。車両構成要素上へのこのような基準点の形成のための更なるオプションは、追加の構成要素をなおも液体の複合材料に導入することである。追加の構成要素は、インレー、インサート又はオンサートとして構成することができる。追加の構成要素の材料として、木材、金属（例えば、鉄又は非鉄金属）、プラスチックなどが使用される。先述の方法の１つによる既に硬化ツール内にある、又は繊維複合構成要素の成形製造における先述の基準点形成の有利な点は、ここでは、例えば、後続の基準点領域へのドリル穴の導入など、後続の材料除去機械加工によって、構造が弱くなったり破壊されたりしないことである。構成要素にある力線の弱化は、ここでは回避される。同様に、基準線の形成は、プラスチック材料に存在し得る繊維を破壊又は損傷することなく実現される。繊維複合材料のなおも液体のマトリックスへの追加の構成要素の導入を考えると、繊維は、追加の構成要素を包み、覆い又はそれに巻き付けることができる。これは、特に、追加の構成要素がなおも柔らかい繊維複合材料内にプレスされる場合に当てはまる。形成ツール内に提供される成形要素によって基準点が形成される場合、プラスチック材料は、基準点の形成中は柔らかく、柔らかい複合材の繊維はなおも撓むことができるので、繊維の破壊、損傷又は断裂が防止される。オンサートが使用される場合、追加の構成要素が、形成ツールでの用途のために提供される空洞内に導入され、形成ツールによって、なおも柔らかい繊維複合構成要素でプレス成形される。ここで、オンサートが、繊維複合構成要素に結合するか接着される。ここで、繊維層は、損傷のない状態を維持するか、オンサートが、繊維を変位させることなく、又は繊維を著しく変位させずに力の流れ方向に影響を与えることなく、繊維層又は被覆層上に貼り付けられる。

この点で、用語「プラスチック材料」が、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエチレンなどの熱可塑性プラスチック、及びデュロプラスチックプラスチックの双方、又は熱可塑性繊維強化プラスチック（繊維複合材料）及びデュロプラスチック繊維強化プラスチック（繊維複合材料）の双方を包含することが指摘されたい。繊維複合材料は、マトリックス材料若しくは埋め込まれた繊維を有するマトリックスシステムから成る複合材料又は材料複合材と称される。この複合材のため、繊維方向における繊維の引張強度は、マトリックスによる成形のオプションと併せて利用することができる。マトリックス材料として、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）などの熱可塑性プラスチック、又はエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル（ＵＰ）、ポリウレタン（ＰＵＲ）などの他のデュロプラスチックプラスチックを、例えば使用することができる。繊維として、ガラス繊維、炭素繊維、セラミック繊維、天然繊維、織物繊維などを使用することができる。繊維複合構成要素は、ここでは、異なるコアを有した状態で、積層板又は結合された積層板の層の形態でも、サンドイッチ構成要素としても実現することができる。ここでは、被覆層は、繊維複合材料で作られ、コア層は、気泡材料又は発泡材料、例えば、ポリウレタン（ＰＵＲ）などから成るとすることができる。このコア材料は、例えば、プラスチック、紙又は金属から成るとすることができる。気泡コアが使用される場合、すべてのハニカム形態、例えば、ハニカム形状、長方形、正方形、円形、多角形、波形などを考慮することができる。

これらの基準点は、好ましくは、切欠き、溝、ビーズ、隆起、圧痕、凹部などとして実現されるが、インレー、インサート又はオンサートなどの追加の構成要素によっても実現される。

プラスチック材料からの車両構成要素／構造構成要素の製造及び／又は組立てのための本発明による方法の更に有利な実施形態及び改良点が、従属請求項から明らかになる。

方法の好ましい実施形態が例として記述され、例示目的で添付図面が参照される。

側面から見た基準点を有する車両構成要素を示す。 基準点がエンボス加工によって形成される、第１の実施形態の多層車両構成要素製造中の形成ツールを介した断面図の詳細を示す。 基準点がインサートによって形成される、第２の実施形態の多層車両構成要素製造中の形成ツールを介した断面図の詳細を示す。 基準点がインレーによって形成される、第３の実施形態の多層車両構成要素製造中の形成ツールを介した断面図の詳細を示す。 基準点がオンサートによって形成される、第４の実施形態の多層車両構成要素製造中の形成ツールを介した断面図の詳細を示す。 基準点がオンサートによって形成される、第５の実施形態の多層車両構成要素製造中の形成ツールを介した断面図の詳細を示す。

車両構成要素２は、平面形状部品として設計され、それぞれの設計によって画定される３次元表面構成を有する。車両構成要素２は、既定の基準点システムＲＰＳの適切に構成された基準点ＲＰ１、ＲＰ２及びＲＰ３を含む。基準点は、ここでは、円形のくぼみとして実現され、この場合、くぼみの中に、追加のくぼみがそれぞれ実現される。基準点ＲＰ１は、追加のくぼみとして、より小さな直径の更なる円形のくぼみを有する。ＲＰ１によって、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向が画定される。基準点ＲＰ２は、追加のくぼみとして、長孔形態のくぼみを有する。ＲＰ２によって、Ｘ、Ｚ又はＹ、Ｚ方向が画定される。基準点ＲＰ３は、追加のくぼみとして、小さな丸い切欠きを有する。ＲＰ３によって、Ｚ方向が画定される。Ｘ、Ｙ、Ｚ方向は、座標系Ｋによって固定される。

先述の基準点ＲＰ１、ＲＰ２及びＲＰ３の結果として、組み立てられる構成要素の明らかな相対的位置決め、及び完成車両における構成要素の明らかな位置決めが保証される。

車両構成要素は、プラスチック材料から作られ、例えば、既知の注入成形工程で製造することができる。

車両構成要素２の製造のために、上部ツール半分と下部ツール半分を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ ａｎ ｕｐｐｅｒ ａｎｄ ｌｏｗｅｒ ｔｏｏｌ ｈａｌｆ）注入型が、ここでは使用される。図式的に表されていないが、この既知の注入成形方法では、第１の工程段階で、ツール半分ずつ（上ツール及び底ツール）が一体化され、その結果、閉じられた空洞が形成される。更なる工程段階では、次に可塑化繊維強化プラスチックが、任意の数の注入ノズルによって空洞に注入される。支持構成要素２の形成は、高温（材料次第だが、例えば、ポリプロピレンの場合は２４０度）で、かつ材料、流路及び壁の厚さ次第で選択される圧力（ポリプロピレンの場合は約６００ｂａｒ）で実現される。結果として、プラスチックが空洞内に与えられる。上及び／又は底ツールは、ここでは、成形要素で、車両構成要素上に形成される既定の表面領域で実現される。これらの成形要素は、例えば、隆起、くぼみ、圧痕、又はエンボス加工、ドームなどであり、先述の注入成形工程では、車両構成要素上の既定の場所に、凹部、隆起などの形態の基準点をもたらす。型の領域で成形要素を形成する代わりに、インレー、インサート又はオンサートなどの追加の構成要素を、ツールの既定の場所に位置決めすることもできる。

代替的な製造方法では、基準点を有する多層車両構成要素２が生産される。車両構成要素２製造のために、コア材料３が、まず、乾燥繊維マット４ａ、４ｂで上面及び底面においてコーティングされる若しくは包み込まれ、マトリックス材料により含浸され、噴霧され及び／又は湿らされ、又はプリプレグ若しくは事前に含浸された半仕上げの繊維製品でコーティングされる。この後、スタック、即ち、いわゆるレイアップが、好ましくは加熱された、部分に分かれていない又は多数の部分に分かれている成形ツール内で圧縮成形され、好ましくは、ツール内で硬化される。

図２では、型５のプレス成形中の繊維マット４ａ、４ｂ及びコア層３の挿入されたスタック又はレイアップが示される。ここでは、型５は、上部ツール半分５ａと下部ツール半分５ｂ（ａｎ ｕｐｐｅｒ ｔｏｏｌ ｈａｌｆ ５ａ ａｎｄ ａ ｌｏｗｅｒ ｔｏｏｌ ｈａｌｆ ５ｂ）とを有する。図２から理解できるように、下部ツール半分５ｂは、成形要素６を有する既定の表面領域を有する。例示的実施形態では、これらの成形要素は、隆起として実現され、断面は、スズ様幾何学形状（ｔｉｎ−ｌｉｋｅ ｇｅｏｍｅｔｒｙ）を有する。部分的表示から理解できるように、繊維複合構成要素のプレス成形の過程での下部繊維マット４ａの繊維は、成形要素６の領域における下部型５ｂのエッジに当接するようになるが、ここでは損傷することはない。繊維複合構成要素／車両構成要素２の対応する表面領域上で、したがって、既定の基準点が形成される。

図３は、基準点がインサート７によって形成される、第２の実施形態の多層車両構成要素２／繊維複合構成要素製造中の上部及び下部ツール半分５ａ、５ｂを有する形成ツールを介した断面図の詳細を示す。表示から理解できるように、インサート７は、プレス成形される被覆層４ａ、４ｂ及びコア層５のスタック／レイアップに加え、型に一体化して挿入される。インサートの位置決めは、ここでは、型に配置される位置決めピンを介して実現される。プレス成形の過程で、インサート７は、多層車両構成要素内にプレスされる。
繊維層は、この場所で局部的に変位されるが、遮断されない。

図４は、基準点がインサート９によって形成される、第３の実施形態の多層車両構成要素／繊維複合構成要素製造中の上部及び下部ツール半分を有する形成ツールを介した断面図の詳細を示す。インレー９は、かなりの強度の取付点を車両構成要素２内に導入する必要がある際に有利である。これは、ヒンジやロックなどを留めることに関連して必要である。

図５は、基準点がオンサート１０によって形成される、第４の実施形態の多層車両構成要素２／繊維複合構成要素製造中の上部及び下部ツール半分５ａ、５ｂを有する形成ツールを介した断面図の詳細を示す。表示から理解できるように、オンサート１０は、追加の位置決めピン１１によって型の中のくぼみに位置決めされる。オンサートに加え、プレス成形されるスタック、又はプレス成形される被覆層４ａ、４ｂ及びコア層５のレイアップは、一体的に型の中に置かれる。インサートの位置決めは、ここでは、型に配置される位置決めピン１１を介して実現される。プレス成形の過程で、オンサート１０は、次に、多層車両構成要素２の表面上にプレスされ、そこに付着する。

図６は、基準点がオンサート１０によって形成される、第５の実施形態の多層車両構成要素２／繊維複合構成要素製造中の上部及び下部ツール半分５ａ、５ｂを有する形成ツールを介した断面図の詳細を示す。表示から理解できるように、オンサート１０は、追加の位置決めピン１１によって型の中のくぼみに位置決めされる。オンサートに加え、プレス成形される２つの繊維層１２ａ、１２ｂのスタックは、一体的に型の中に置かれる。オンサートの位置決めは、ここでは、型に配置される位置決めピン１１を介して実現される。プレス成形の過程で、オンサート１０は、次に、多層車両構成要素２の表面上にプレスされ、そこに付着する。

先ほどより詳しく説明されたように、車両構成要素はまた、他の既知の製造方法によって生産することもできる。凹部、隆起、刻み目、追加の構成要素、例えば、インレー、インサート又はオンサートなどの形態での基準点が、硬化ツール（型）の中に、又は実際のプラスチック材料、特に、実際の繊維複合材料それ自体からの車両構成要素の成形製造中に、既に作成されることが、ここでは基本的に重要である。

Claims (8)

1. 製造中の位置決め及び／又は更なる車両構成要素との組み立て中の位置決め及び／又は自動車における位置決めのための車両構成要素又は構造構成要素は、基準点システム（ＲＰＳ）を有し、前記基準点システムは、凹部、くぼみ、隆起、エッジ、平面領域の形態の複数の基準点（ＲＰ１、ＲＰ２、ＲＰ３）によって形成され、
   前記基準点（ＲＰ１、ＲＰ２、ＲＰ３）は、少なくとも３つの円形のくぼみとして実現され、
   前記円形のくぼみの各々の中に、より小さな直径の追加のくぼみが実現され、前記より小さな直径の追加のくぼみの１つ目は円形であり、追加のくぼみの２つ目は長孔の形態を有し、追加のくぼみの３つ目は小さな丸い切欠きであることを特徴とする、車両構成要素（２）及び／又は構造構成要素を特にプラスチック材料から製造するための方法。
2. 前記基準点システムの前記基準点は、前記車両構成要素の成形製造で、好ましくは型（５）で作成されることを特徴とする、請求項１に記載の車両構成要素（２）及び／又は構造構成要素を製造するための方法。
3. 前記車両構成要素（２）上での前記基準点（ＲＰ１、ＲＰ２、ＲＰ３）の前記作成のために、前記型（５）は、成形要素（６）で実現され、前記成形要素（６）は、隆起、くぼみ、圧痕、ドームなどの形態で構成されることを特徴とする、請求項２に記載の車両構成要素（２）及び／又は構造構成要素を製造するための方法。
4. 前記車両構成要素上での前記基準点（ＲＰ１、ＲＰ２、ＲＰ３）の前記作成のために、好ましくは、インサート（７）、インレー（９）又はオンサート（１０）などの追加の構成要素が、前記型（５）の中に位置決めされることを特徴とする、請求項２に記載の車両構成要素（２）及び／又は構造構成要素を製造するための方法。
5. 前記追加の構成要素は、木質材、金属材料、プラスチック材料から成ることを特徴とする、請求項４に記載の車両構成要素（２）及び／又は構造構成要素を製造及び組み立てる
   ための方法。
6. 前記プラスチック材料は、繊維複合材料であることを特徴とする、請求項１に記載の車両構成要素（２）及び／又は構造構成要素を製造するための方法。
7. 前記車両構成要素（２）は、積層板又はサンドイッチ構成要素として、前記繊維複合材料から製造されることを特徴とする、請求項６に記載の車両構成要素（２）及び／又は構造構成要素を製造するための方法。
8. 前記繊維複合材料から前記車両構成要素（２）を製造するための方法は、射出成形、プレス、注入、オートクレーブでの硬化、真空バッグによる脱気などの工程を含むことを特徴とする、請求項６に記載の車両構成要素（２）及び／又は構造構成要素を製造するための方法。

Images