(57)【要約】【課題】導電体を一体成形した機能性パネルにおいて、曲げ荷重や衝撃荷重等が作用すると、亀裂が発生したり導電体周辺から成形体が割れ導電体が破断しやすい問題点を解消し、容易に接合分解することのできる軽量な機能性パネルを提供する。【解決手段】機能性パネルは、パネル部材本体と、耐熱絶縁性を有する半硬化状樹脂によって被覆された導電体と、前記導電体を前記パネル部材本体に固着補強する連続フィラメントを有する補強繊維とを有し、一体成形によって成形された前記パネル部材の端面から前記導電体の一端部と他端部とを前記パネル部材の端面から露出させて形成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パネル部材本体と、耐熱絶縁性を有する半硬化状樹脂によって被覆された導電体と、前記導電体を前記パネル部材本体に固着補強する連続フィラメントを有する補強繊維とを有し、一体成形によって成形された前記パネル部材の端面から前記導電体の一端部と他端部とを露出させて形成したことを特徴とする機能性パネル。
【請求項２】
請求項１に記載された機能性パネルにおいて、熱硬化性樹脂を含浸して積層された繊維シートと、前記繊維シートに埋設成形される前記導電体と、前記繊維シートと導電体の相互接着を補強するように前記繊維シート間に配置された前記補強繊維とを備えたことを特徴とする機能性パネル。
【請求項３】
請求項１に記載された機能性パネルにおいて、パネル面方向において複数の方向に配置された繊維シートと、前記繊維シートに埋設成形される前記導電体と、前記繊維シートと導電体の相互接着を補強するように前記繊維シート間に配置された前記補強繊維とを備え、樹脂注入により一体成形されたことを特徴とする機能性パネル。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載された機能性パネルにおいて、前記パネル部材における前記導電体の一端部と他端部とが露出した端面は、互いに継手状に接合分解可能な凹部と凸部を有することを特徴とする機能性パネル。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載された機能性パネルにおいて、複数個の前記機能性パネルを端面を介して相互に接合し、各機能性パネルの前記導電体端部を電気的に接続して新たな機能性パネルとしたことを特徴とする機能性パネル。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載された機能性パネルにおいて、前記機能性パネルの上面に接合される導電体を有する機能性パネルを設け、双方の導電体端部を電気的に接続したことを特徴とする機能性パネル。
【請求項７】
請求項６に記載された機能性パネルにおいて、前記導電体端部にはんだ層を設けたことを特徴とする機能性パネル
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載された機能性パネルを構造体として用いたことを特徴とする電気自動車。
【請求項９】
パネル部材本体と、耐熱絶縁性を有する半硬化状樹脂によって被覆された導電体と、前記導電体をパネル部材本体に固着補強する連続フィラメントを有する補強繊維とを有し、一体成形によって成形された前記パネル部材の端面から前記導電体の一端部と他端部とを露出させて形成した機能性パネルを複数個接合する機能性パネルの接合方法において、
前記複数の機能性パネルのうち、一つの機能性パネルに埋設された前記導電体の端部が露出した端面と、他の機能性パネルに埋設された前記導電体の端部が露出した端面とを面接触させ導電体を電気的に接続して接合し分解することを特徴とする機能性パネルの接合方法。
【請求項１０】
請求項９に記載された機能性パネルの接合方法において、熱硬化性樹脂を含浸して積層された繊維シートと、前記繊維シートに埋設成形される前記導電体と、前記繊維シートと導電体の相互接着を補強するように前記繊維シート間に配置された前記補強繊維とを備えた機能性パネルを接合し分解することを特徴とする機能性パネルの接合方法。
【請求項１１】
請求項９に記載された機能性パネルの接合方法において、パネル面方向において複数の方向に配置された繊維シートと、前記繊維シートに埋設成形される前記導電体と、前記繊維シートと導電体の相互接着を補強するように前記繊維シート間に配置された前記補強繊維とを備え、樹脂注入により一体成形された機能性パネルを接合し分解することを特徴とする機能性パネルの接合方法。
【請求項１２】
請求項９乃至１１のいずれか１項に記載された機能性パネルの接合方法において、前記パネル部材の前記導電体の一端部と他端部とが露出して接合される一対の端面は、互いに継手状に接合可能な凹部と凸部を有することを特徴とする機能性パネルの接合方法。
【請求項１３】
請求項９乃至１１のいずれか１項に記載された機能性パネルの接合方法において、前記機能性パネル端面に露出した前記導電体の端部ははんだ層を有し、前記機能性パネルの接合後に前記はんだ層を溶融させて電気的に接続することを特徴とする機能性パネルの接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車用フロアパネル等に用いられる、内部に通信、制御または電力供給のための各種配線または電子部品等の導電体を配置する機能性パネルおよびその接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、排気ガスを出さず、騒音が少ないなどの理由から電気自動車の開発が盛んに行われており、一部はすでに実用に供されている。電気自動車は、走行に必要な電力の全てまたは一部を車載されたバッテリーより得て、モーターを駆動して走行する。また、制動装置や車両運動機構、パワーウィンドウ、ワイパー、内装品はいずれも電子制御方式が主流となっており、バッテリーより必要な電力を得て動作する。これら電力を必要とする電子機器類は、電線や信号線などを用いてバッテリーと電子機器類を接続する必要がある。
【０００３】
電子部品はますます軽薄短小化が進みその部品点数も増大しているが、電子部品点数が増大するにつれて、バッテリーと電子機器類を接続する被覆電線の使用量は増大する。また、電子機器類の形状・構造に合わせて電線を沿わせる必要があるため、電線あるいは信号線が必要以上に長くなりワイヤハーネスの重量が増加する、電気抵抗の増大による損失増加が起こるといった課題が顕在化する。また、電線の結束や固定金具などの設計製造、金具や電線の取付け調整、複雑な配線作業による工程増大などの製造コストも増大する。
【０００４】
これらの課題を解決する手段としては、電線を一体成形した成形体モジュールあるいは機能性パネルに電線を埋設する手段が知られている（例えば特許文献１、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−９５１３９号公報
【特許文献２】特開昭６３−２８５８０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、電線を自動車用ルーフライナと一体化することにより、部品点数を低減し、成形体内部の電線と各種電装品とを簡単かつ迅速に電気的に接続可能となるように、成形体モジュールの周辺構造および成形体モジュールの製造方法が提案されている。これらの電線を一体成形した成形体モジュールにおいては、電線断面方向への剛性および強度が向上する一方、曲げ荷重や衝撃荷重等の外力が作用すると、成形体モジュール表面から亀裂が発生したり電線周辺から成形体が割れたりするため、電線が破断しやすいという問題があった。
【０００７】
また、特許文献２の場合、航空機や自動車などの大型製品に対して電線集合体を埋設した一体成形品を製造するためには、大型の成形設備、前記設備を設置するための敷地、成形に要する莫大なコスト、歩留まり率の低下および不良品の処分にかかるコストが増大するといった問題があった。
【０００８】
本発明の課題は、かかる従来技術の問題点を解消するとともに、互いに容易に接合分解することのできる軽量な機能性パネルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、パネル部材本体と、耐熱絶縁性を有する半硬化状樹脂によって被覆された導電体と、前記導電体を前記パネル部材本体に固着補強する連続フィラメントを有する補強繊維とを有し、一体成形によって成形された前記パネル部材の端面から前記導電体の一端部と他端部とを露出させて形成した機能性パネルを特徴とする。
【００１０】
また、機能性パネルは、熱硬化性樹脂を含浸して積層された繊維シートと、前記繊維シートに埋設成形される前記導電体と、前記繊維シートと導電体の相互接着を補強するように前記繊維シート間に配置された前記補強繊維とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、機能性パネルは、パネル面方向において複数の方向に配置された繊維シートと、前記繊維シートに埋設成形される前記導電体と、前記繊維シートと導電体の相互接着を補強するように前記繊維シート間に配置された前記補強繊維とを備え、樹脂注入により一体成形されたことを特徴とする。
【００１２】
前記パネル部材における前記導電体の一端部と他端部とが露出した端面は、互いに継手状に接合分解可能な凹部と凸部を有する。また、複数個の前記機能性パネルを端面を介して相互に接合し、各機能性パネルの前記導電体端部を電気的に接続して新たな機能性パネルとする。また、前記機能性パネルの上面に接合される導電体を有する機能性パネルを設け、双方の導電体端部を電気的に接続する。前記導電体端部にはんだ層を設ける。
【００１３】
また、上記機能性パネルを自動車の構造体として用いたことを特徴とする。
【００１４】
さらに、パネル部材本体と、耐熱絶縁性を有する半硬化状樹脂によって被覆された導電体と、前記導電体をパネル部材本体に固着補強する連続フィラメントを有する補強繊維とを有し、一体成形によって成形された前記パネル部材の端面から前記導電体の一端部と他端部とを露出させて形成した機能性パネルを複数個接合する機能性パネルの接合方法において、前記複数の機能性パネルのうち、一つの機能性パネルに埋設された前記導電体の端部が露出した端面と、他の機能性パネルに埋設された前記導電体の端部が露出した端面とを面接触させ導電体を電気的に接続して接合し分解することを特徴とする。
【００１５】
さらに、熱硬化性樹脂を含浸して積層された繊維シートと、前記繊維シートに埋設成形される前記導電体と、前記繊維シートと導電体の相互接着を補強するように前記繊維シート間に配置された前記補強繊維とを備えた機能性パネルを接合し分解することを特徴とする。
【００１６】
さらに、パネル面方向において複数の方向に配置された繊維シートと、前記繊維シートに埋設成形される前記導電体と、前記繊維シートと導電体の相互接着を補強するように前記繊維シート間に配置された前記補強繊維とを備え、樹脂注入により一体成形された機能性パネルを接合し分解することを特徴とする。
【００１７】
前記パネル部材の前記導電体の一端部と他端部とが露出して接合される一対の端面は、互いに継手状に接合可能な凹部と凸部を有する。さらに、前記機能性パネル端面に露出した前記導電体の端部ははんだ層を有し、前記機能性パネルの接合後に前記はんだ層を溶融させて電気的に接続する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、パネル部材本体と、耐熱絶縁性を有する半硬化状樹脂によって被覆された導電体と、前記導電体を前記パネル部材本体に固着補強する連続フィラメントを有する補強繊維とを有し、一体成形によって成形された前記パネル部材の端面から前記導電体の一端部と他端部とを露出させて形成したことにより、曲げ荷重や衝撃荷重に対して導電体が断線しにくい機能性パネルを実現することができる。また、配線時の加工工数あるいは組立て時の配線工数を低減し、さらに配線に係る部品点数を低減することができる。さらに、断線時等には故障部位を最小限度の範囲で容易に分解し交換することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面に基づいて本発明を電気自動車の車体構造に適用した例を具体的に説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１は、本発明を適用した電気自動車を示す模式図であり、電気自動車１の前後方向に炭素繊維強化樹脂で作製したパネル部材９に、導電体である給電線２が一体成形により埋設されている。３は給電線の電気的接合に用いられる端部、４はバッテリー、５は駆動用モーター、６はコントロールユニット、７は前輪、８は後輪である。
【００２１】
ここで、本発明にかかる機能性パネルを構成するパネル部材９の母材を構成する樹脂材料としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂を用いることが一般的であるが、成形品の剛性、強度に優れる熱硬化性樹脂を用いるのが好ましい。熱硬化性樹脂としては、例えば、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、エポキシ、レゾール型フェノール、ユリア・メラミン、ポリイミドがあり、これらの共重合体、変性体、および、これらの少なくとも２種をブレンドした樹脂がある。耐衝撃性向上のために、エラストマーもしくはゴム成分が添加されていてもよい。特に、エポキシ樹脂は成形品の機械的特性の観点から好ましい。
【００２２】
また、本発明にかかるパネル部材９の補強繊維群の繊維素材としては、例えばアルミニウム繊維、黄銅繊維、ステンレス繊維などの金属繊維、ガラス繊維、ポリアクリロニトリル系、レーヨン系、リクニン系、ピッチ系の炭素繊維や黒鉛繊維、芳香材ポリアミド繊維、ポリアラミド繊維、ＰＢＯ繊維、ポリフェニレンスルフィド繊維、ポリエステル繊維、アクリル繊維、ナイロン繊維、ポリエチレン繊維などの有機繊維、およびシリコンカーバイド繊維、シリコンナイトライド繊維、アルミナ繊維、炭化ケイ素繊維、ボロン繊維などを用いることができる。これらは、単独または２種以上併用して用いられる。これらの繊維素材は、表面処理が施されているものであってもよい。表面処理としては、金属の被着処理、カップリング剤による処理、サイジング剤による処理、添加剤の付着処理などがある。繊維素材としては、比重が小さく、高強度、高弾性率である炭素繊維が最も好ましく使用される。
【００２３】
図２は、半硬化状のフェノール樹脂で被覆された給電線２が一体成形加工により互いに独立して３本埋設されたパネル部材９を示す斜視図である。
【００２４】
パネル部材９の製造方法は次の通りである。すなわち、表面に離型剤を塗布した金型の上に、エポキシ樹脂を含浸した複数の炭素繊維シート１０を貼り合わせて積層する。炭素繊維シート１０の積層が一部完了した段階で半硬化状態のフェノール樹脂を被覆した給電線２を、積層した炭素繊維シート１０の所望の位置に配置する。その上から再び別の炭素繊維シート１０を貼り合わせて積層し、残りの積層を完成させる。次いで、パネル部材９内部に設けた給電線２の周辺に、連続フィラメントを有する補強繊維である炭素繊維１１をパネル部材９の板厚方向に織込み、その後に一体成形加工により加圧加熱成形する。
【００２５】
炭素繊維シート１０を貼りあわせて作られたパネル部材９内部に給電線２を埋設すると、パネル部材９の給電線断面方向への強度や剛性が向上するが、曲げ荷重や衝撃荷重などの外力が作用した場合にはパネル部材９内部に亀裂が発生し、パネル部材から給電線２が剥離し、炭素繊維シート１０が層間剥離する恐れがある。
【００２６】
実施例１では、炭素繊維シート１０内部に設けた給電線２の周辺に、さらに炭素繊維１１をパネル部材９の板厚方向に織込んだ後に一体成形加工により成形することで、パネル部材９に曲げ応力が作用した場合、給電線２周辺に発生する亀裂や割れを引き起こす応力に対する抵抗を高め、これら欠陥の発生を防止することが出来る。
【００２７】
ここで、炭素繊維１１を補強繊維としてパネル部材９に設ける構成は上記の実施例で説明した構成に限定されるものではなく、給電線と必要数の補強繊維を補強に有効な各方向に予め引き揃えた後に型内に設置し、エポキシ樹脂を注入し、加圧加熱する一体成形手段を用いて成形してもよい。給電線２に被覆する半硬化状の樹脂材料としては、耐熱性、耐電気絶縁性の観点から、エポキシ、レゾール型フェノール樹脂を用いることが好ましい。また、給電線２は電気的導通が可能なものであれば特に限定は無く、電線の他、銅等の金属導体を用いてもよい。
【実施例２】
【００２８】
本発明におけるパネル部材９の実施例２を図３に示す。図３は、パネル部材９の一部を示したものであり、互いに独立した３本の給電線が埋設されている。
【００２９】
本実施例において、パネル部材９の車両前方向端面が凸部１２を形成し、車両後方向端面が凹部１３を形成している。この構造により一方のパネル部材９の凸部１２に他方のパネル部材９の凸部１３を嵌合可能としている。
【００３０】
すなわち実施例２においては、図４に示すように一方のパネル部材９の凸部１２と、すでに車両に組立て固定されている一対のパネル部材９’の凹部１３との凹凸の輪郭を略一致させ、パネル部材９の長手方向にスライドさせて各パネル部材９の嵌合および組立てを可能としている。
【００３１】
実施例２においては、一方のパネル部材９と他方のパネル部材９’とを接合する手段として、継手構造により接合させ一体化する構成を例に示したが、この他、ボルト、ネジ、リベットなどの機械的結合手段を用いて接合させ一体化する構成等種々の手段があり、これらは必要に応じて併用されてもよい。
【００３２】
次に、実施例２における電気的接合構造について図５を用いて詳細に説明する。パネル部材９の凸部１２および凹部１３には、給電線２の一方の端部３がパネル部材９の凸部１２に露出し、他方の給電線２の端部３がパネル９の凹部１３の表面に露出している。一方のパネル部材９と他方のパネル部材９’とを嵌合させ組立てると、給電線２の一方の凸部１２の端部３と、給電線２の他方の凹部１３の端部３とが面接触する。実施例２において、組立て前に給電線２が露出した表面３に、１３９℃の融点を持つＳｎ−５７Ｂｉの低融点鉛フリーはんだ層Ｓを設けておき、パネル部材を嵌合させ組立てた後に接合部周辺を加熱ビームで加熱させ、はんだ層Ｓを溶融させて電気的に接合させる。
【００３３】
実施例２においては、導電体の電気的接合手段として融点１３９℃を持つＳｎ−５７Ｂｉ低融点はんだを用いているが、この他、融点１３９℃を持つＳｎ−５６Ｂｉ−１Ａｇや、融点１１７℃を持つＳｎ−５２Ｉｎなどの低融点鉛フリーはんだを用いる。融点がほぼ１１０℃から１５０℃程度の範囲にある低融点鉛フリーはんだを用いることで、はんだ接合時の加熱によるパネル部材構造体への熱影響と、はんだが冷却固着した時の変形応力を抑制することが可能となる。
【実施例３】
【００３４】
本発明における実施例３を図６に示す。パネル部材９の表面から垂直に給電線２に達する開放孔１４を設ける。他のパネル部材９”に設けた接続部１５を開放孔１４に嵌合させることによって、開放孔１４の表面に露出した給電線２の端部１６と他方のパネル部材９”に前記手段により埋設した給電線１７の端部１８とを接触させる。次いで前記加熱ビームにより、端部１６および端部１８に予め設けた低融点はんだを溶融させ電気的に接続する。実施例３の構成とすることで、パネル部材９の方向に制約されることなく、パネル部材９内部に設けられた給電線２と、バッテリー４や駆動用モーター５の他、電気的に駆動する部品を接続することが可能となる。
【００３５】
実施例３においては、一方のパネル部材９と他方のパネル部材９”とを接合する手段として機械的に嵌合させ一体化する構成を例に示したが、この他、ボルト、ネジ、リベットなどの機械的結合手段を用いて一体化する構成等があり、これらは必要に応じて併用されてもよい。
【００３６】
実施例２、３に示す組立式パネル部材の構成を用いると、走行中に生じた路上からの飛び石や障害物との衝突、あるいは交通事故等によって本体が損傷し、あるいは給電線２が断線したパネル部材９のみを再加熱等によりはんだを除去して部分的に取外し、新しいパネル部材と交換することが可能となるため、作業コストやユーザーの修理および維持費を最小限に抑えることができるという利点もある。
【００３７】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の態様で実施しうることができる。
【００３８】
例えば、本実施例では給電線２を埋設したパネル部材９の構成材料として炭素繊維強化樹脂を積層した例を示したが、本発明においては材質はこれに限られるものではなく、短繊維補強複合材料や編物構造複合材料にも広く適用することができる。
【００３９】
また、パネル部材９には導電体として、給電線２のほかパネル部材９の温度変動を使用者に知らせる熱電対センサー、パネル部材９の変形量を知らせるひずみセンサー、パネル部材９の割れや損傷を使用者に知らせる光ファイバー等の電気信号線を埋設することもできる。
【００４０】
また、給電線２のパネル部材内の配置については、パネル部材９の板厚方向中央部に対して、補強繊維１１が前記手段に準じて設けられていれば、給電線２の設置位置を板厚方向にオフセットさせたり、板厚方向に給電線２を２本以上並べたりしても良い。さらに給電線２のオフセット等により、パネル部材９の表面又は裏面のどちらか一方に凹凸が発生しても差し支えない。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明を適用した電気自動車を示す模式図である。
【図２】本発明の実施例１の機能性パネルの斜視図である。
【図３】本発明の実施例２の機能性パネルを示す斜視図である。
【図４】本発明の実施例２の機能性パネルの機械的接合構造を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施例２の機能性パネルの電気的接合構造を示す断面図である。
【図６】本発明の実施例３の機能性パネルの機械的接合構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４２】
1・・・電気自動車
2、17・・・給電線
3、16、18・・・端部
9、9’ ・・・パネル部材
10・・・炭素繊維シート
11・・・炭素繊維
12・・・凸部
13・・・凹部
14・・・開放孔
15・・・接続部
S・・・はんだ層
【図１】
2010120565.tif 000003
【図２】
2010120565.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2010120565.tif 000007
【図６】
2010120565.tif 000008