(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車の車台の仕組を強化するための対角支柱装置（１）であって、
前記対角支柱装置（１）は、中央継ぎ手要素（３）から遠ざかるように延びる、繊維強化プラスチック材料からなる複数の支柱（２）を備え、
各支柱（２）は、前記中央継ぎ手要素（３）とは反対の方向を向く端部から、これを介して、前記車台に接続されるものであり、
接続継ぎ手要素（４）が、前記車台と接続を行うため、前記中央継ぎ手要素（３）とは反対方向を向く各支柱（２）の端部に配置され、
前記中央継ぎ手要素（３）と前記接続継ぎ手要素（４）は、軽金属材料で形成され、鋳造継ぎ手として、前記支柱（２）に接続される、ことを特徴とする対角支柱装置（１）。
【請求項２】
請求項１に記載の対角支柱装置（１）であって、
前記中央継ぎ手要素（３）、および／又は接続継ぎ手要素（４）は、前記支柱（２）の端部に鋳込まれ、および／又は
前記支柱（２）の端部は、前記中央継ぎ手要素（３）、および／又は接続継ぎ手要素（４）にモールドされ、および／又は
前記支柱（２）は、少なくとも端部で窪んだ外形を備え、その中に前記中央継ぎ手要素（３）、および／又は接続継ぎ手要素（４）がモールドされることを特徴とする対角支柱装置（１）。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の対角支柱装置（１）であって、
前記支柱（２）は、その端部に、前記鋳造継ぎ手の鋳造材料が貫通し、および／又は取り囲まれる、開口部および／又は構造物を備える、ことを特徴とする対角支柱装置（１）。
【請求項４】
請求項１〜３の少なくとも１つに記載の対角支柱装置（１）であって、
前記支柱（２）は、前記鋳造継ぎ手が設けられた、少なくともその端部で前記支柱に付加された、断熱塗膜、および／又は金属塗膜を有する、ことを特徴とする対角支柱装置（１）。
【請求項５】
請求項１〜４の少なくとも１つに記載の対角支柱装置（１）であって、
前記支柱（２）は、前記鋳造継ぎ手が設けられ、少なくともその端部で前記支柱に付加された、接着性を向上させる塗膜を有する、ことを特徴とする対角支柱装置（１）。
【請求項６】
請求項１〜５の少なくとも１つに記載の対角支柱装置（１）であって、
前記対角支柱装置（１）は、接続補助手段を備え、それにより前記対角支柱装置（１）が前記車台に接続されることができるものであり、前記接続補助手段は、前記接続継ぎ手要素（４）に用意され、ボアホール、挿入穴、ネジ山、接着物、締め付け要素、および／又は溶接接触領域を備える、ことを特徴とする対角支柱装置（１）。
【請求項７】
請求項１〜６の少なくとも１つに記載の対角支柱装置（１）であって、
前記中央継ぎ手要素（３）、および／又は接続継ぎ手要素（４）が、圧力ばめ接続により、前記支柱（２）に付加的に接続される、ことを特徴とする対角支柱装置（１）。
【請求項８】
請求項１〜７の少なくとも１つに記載の対角支柱装置（１）であって、
前記支柱（２）は、繊維強化プラスチック引き抜き成形材（２）であり、前記繊維強化プラスチック引き抜き成形材（２）の全重量に対して、最大７０％の割合の繊維を有する、ことを特徴とする対角支柱装置（１）。
【請求項９】
請求項１〜８の少なくとも１つに記載の対角支柱装置（１）であって、
前記対角支柱装置（１）が、４本の支柱（２）を備え、それらが前記中央継ぎ手要素（３）でＸ字型に配置され、および／又は前記接続継ぎ手要素（４）を固定する平面から、前記中央継ぎ手要素（３）が離れるように、前記中央継ぎ手要素（３）で互いに傾けて配置されている、ことを特徴とする対角支柱装置（１）。
【請求項１０】
請求項１〜９の少なくとも１つに記載の対角支柱装置（１）であって、
前記軽金属材料は軽金属、又は軽金属合金である、ことを特徴とする対角支柱装置（１）。
【請求項１１】
請求項１〜１０の少なくとも１つに記載の対角支柱装置（１）の製造方法であって、
繊維強化プラスチック複合材料から作られた前記複数の支柱（２）を用意し、前記支柱をダイキャストツールに挿入するステップと、ここで、前記支柱（２）は、第１の端部については、１つの空洞内の前記中央継ぎ手要素（３）を形成するために設けられた領域内で、互いに近接して配置され、第２の端部については、前記接続継ぎ手要素（４）を形成するために設けられた空洞内の各領域内で、互いに離れるように配置されており、
前記ダイキャストツールを閉じ、溶融軽金属材料を前記空洞にダイキャスト鋳造し、次いで前記中央継ぎ手要素（３）と前記接続継ぎ手要素（４）を形成し、前記中央継ぎ手要素（３）と前記接続継ぎ手要素（４）を、同時に前記支柱（２）に接合するステップと、
前記対角支柱装置（１）を取り外すステップとを備える、ことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、
前記ダイキャスト中は、前記ダイキャストツール用冷却システムにより、前記ダイキャストツールから放熱を行うステップを備える、ことを特徴とする方法。
【請求項１３】
自動車の車台に置かれた対角支柱装置により強化される自動車の車台であって、前記対角支柱装置は、中央継ぎ手要素（３）から遠ざかるように延びる、繊維強化プラスチック複合材料からなる複数の支柱（２）を備え、各支柱（２）は、前記中央継ぎ手要素（３）とは反対方向を向く端部から、これを介して、前記車台に接続されるものであり、
接続継ぎ手要素（４）が、前記中央継ぎ手要素（３）とは反対方向を向く各支柱（２）の端部に配置され、前記車台との接続は、取り外せないように施され、
前記中央継ぎ手要素（３）と前記接続継ぎ手要素（４）は、軽金属材料で形成され、鋳造継ぎ手として、前記支柱（２）に接続される、ことを特徴とする自動車の車台。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部による自動車の車台の仕組を強化するための、対角支柱装置に関する。さらに本発明は、繊維強化プラスチック複合材料から作られる複数の支柱が、各々の第１の端部で互いに近接して配置され、かつ接続されている対角支柱装置の製造方法に関し、および対角支柱装置が使用される請求項１３の前提部による自動車の車台に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の車台に配置される対角支柱は、ねじれ剛性が増加することが知られている。特にこのことが重要になるのは、単穀車体を有するオープンカーであるが、それは屋根の構造が固定されていないためである。張力と圧縮力とが、対角支柱、例えばスペアタイヤ用のくぼみを介して、車体の外部の端部領域から、自動車の垂直中間縦方向面の内部にある領域に導入される。この張力と圧縮力とは、運転動作中に生じる、望ましくない車体の振動や変形のために発生し、これにより、安全運転や快適性が損なわれ、自動車構造に負荷がかかってしまう。
【０００３】
このように、ＤＥ１０２００４０１８９７７Ａ１には、支柱の配置方向と車体への接続に対してさらなる可能性を有する自動車について記載している。そのため、車両は横桁に固定され、車両の垂直な中間縦方向面内の車台の下に任意に配置され、一定の距離が保たれている、４本の強化支柱を備えている。支柱は、この横桁から外側に延びていて、横桁とは反対の方向を向く端部で、車台領域内で車体に接続されている。この支柱は、金属又は繊維強化ポリマーで形成されている。
【０００４】
自動車を軽量構造とする過程では、ますます多くのハイブリッド部品が使用されるようになり、それらは例えば繊維強化ポリマーを備えた軽金属素子のような、全く異なる材料を接続する。ＤＥ６９８３６２５９Ｔ２は、軽金属／ＣＦＫ部品を開示しており、それはエポキシ接着剤を含み、厚さが１０〜５００μｍの接着剤層により、炭素繊維プラスチック材料が軽金属材料に固定されている。炭素繊維プラスチック材料と軽金属材料間の接触腐食を防止するために、接着剤層の体積抵抗値は少なくとも１×１０１３Ω・ｃｍとし、又、室温での接着強度は少なくとも１５ＭＰａとする。
【０００５】
軽金属材料、又は非鉄材料、例えば繊維強化ポリマーからなる、最適重量化を図ったクロス部材が、ＤＥ１０２００６０４７５１１Ａ１に開示されている。
【０００６】
本従来技術に基づけば、自動車の車台の仕組に対し自動車のねじれ剛性を増加させ、それにより、軽量構造コンセプトを考慮して、低重量でも高い張力と圧縮力を組合せ、少ない工程数で簡単に製造することができる対角支柱装置を提供するということが、課題になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＤＥ１０２００４０１８９７７Ａ１
【特許文献２】ＤＥ６９８３６２５９Ｔ２
【特許文献３】ＤＥ１０２００６０４７５１１Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本課題は、請求項１の特徴を備える対角支柱装置、請求項１１の特徴を備える方法、および請求項１３の特徴を備える自動車の車台により解決することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本装置と本方法の展開は、各従属請求項内で具体化される。
【００１０】
更に、請求項１３の特徴による自動車の車台の対角支柱装置を使用することにより改良を施した、自動車の車台も開示する。
【００１１】
本発明の対角支柱装置の第１の実施形態は、自動車の車台の仕組を強化するのに適しているが、対角支柱装置が繊維強化プラスチック複合材料からなる、幾つかの支柱で構成されているという事実と、中央継ぎ手要素から延びているという事実を扱うものである。対角支柱装置は、中央継ぎ手要素とは反対方向を向く支柱の端部を介して、車台に接続することができる。そのために、各々の支柱は、中央継ぎ手要素とは反対方向を向く端部に、本発明の接続継ぎ手要素を備え、それは中央継ぎ手要素と同様に、軽金属材料で作られるものである。それ故、本発明の接続継ぎ手要素は、繊維強化プラスチック支柱と共に、強化構造の重量が、通常使用される鉄鋼材料製の対角支柱よりも、明らかに軽くなるという利点がある。
【００１２】
幾つかの支柱から作られている対角支柱装置の、一端が継ぎ手で接続され、他端で車体に固定することができる、フレームワークのような構造のために、個々の繊維強化プラスチック支柱には張力及び圧縮力のみが発生し、それにより対角支柱装置の高いねじれ剛性が得られている。本発明による対角支柱装置を有する自動車の車台に存在する張力及び圧縮力は、これらを介して車体に導入される。中央継ぎ手要素と接続継ぎ手要素は、単に支柱で鋳造されているにすぎないが、都合の良いことに、中央継ぎ手要素と接続継ぎ手要素は鋳造継ぎ手として設計されていて、そのため支柱に強固に接合されている。
【００１３】
しかし支柱は、端部においては中央継ぎ手要素と接続継ぎ手要素に鋳造されるだけではなく、一体的にも鋳造されるか、或いは少なくとも端部では、鋳造された中央継ぎ手要素、および／又は接続継ぎ手要素がそこまで延びている、窪み形状を有する、ということも考えられる。支柱と継ぎ手要素間の複数の鋳造継ぎ手として、上記の２つの継ぎ手のタイプを組み合わせることも考えられる。
【００１４】
また、対角支柱装置の支柱は、継ぎ手が鋳造され、又は一体鋳造の端部に開口部を設けることが可能であり、鋳造継ぎ手の鋳造材料が貫通し、確実な嵌合を形成する。その代わり又はさらに、支柱の端部は、鋳造継ぎ手の鋳造材料により確実に取り囲まれている支柱に追加される構造を有することができる。
【００１５】
本発明の対角支柱装置の別の実施形態では、鋳造継ぎ手がある、少なくとも端部で、断熱塗膜を有する支柱が規定されている。この断熱塗膜があると、継ぎ手要素を鋳造する際に、支柱の繊維強化材料が損傷することを防止できる。断熱塗膜の代わりに、又はそれに加えて、端部の金属塗膜も適切である。金属塗膜により、鋳造継ぎ手要素との接続が強固なものになる。
【００１６】
例えば、構造面を有していて、鋳造継ぎ手要素を端部に機械的に押しつけることが可能な接着性を向上させた塗膜を、支柱の少なくとも端部に施すことも考えられる。
【００１７】
本発明の対角支柱装置のさらに別の実施形態は、対角支柱装置には接続補助手段があり、それを使用すれば自動車の車台への取り付けがもっと簡単になり、もし必要であれば、対応する接続手段を有することもできるという事実を扱うものである。接続補助手段は、接続継ぎ手要素に用意され、ここではボアホール、挿入穴、ネジ山、接着物、締め付け要素、および／又は溶接接触領域とすることができる。
【００１８】
さらに、中央継ぎ手要素と接続継ぎ手要素にしっかりと固定された支柱の鋳造継ぎ手は、リベットやネジを使用して行われる圧力ばめ接続により、さらに強化することが可能であり、それにより各要素を支柱に確実に接続することができる。
【００１９】
対角支柱装置の支柱は、繊維強化引き抜き成形材でもよく、特に成形材の全重量に対して、繊維の割合を最大７０％にまですることができるので、張力強度や圧縮強度のレベルを高めることが可能になる。
【００２０】
対角支柱装置は、４本以上の支柱で形成されるのが好ましい。特定の実施形態では、対角支柱装置が中央継ぎ手要素でＸ字型に配置されている４本の支柱から形成されているものもある。そのような対角支柱装置だけでなく、支柱の数や配置が異なるように設計されている対角支柱装置でも、支柱の他端にある固定要素を固定する平面から、中央継ぎ手要素が離れるように、支柱が中央継ぎ手要素で互いに傾けて配置されている。このように離れているので、車体比が複雑であっても、対角支柱装置を車台に接続することができる。
【００２１】
継ぎ手要素を形成するための軽量材料は、軽金属、又は軽金属の合金であり、例えばアルミニウム、マグネシウム、両者のシリコンとの合金が挙げられる。
【００２２】
本発明による対角支柱装置の製造方法は、
−複数の繊維強化プラスチック支柱を用意し、それらを成型ツールに挿入するステップと、ここで、繊維強化プラスチック支柱は、１つの空洞内で中央継ぎ手要素を形成するために設けられる領域内の第１の端部に対しては、互いに近接して配置され、第２の端部に対しては、接続継ぎ手要素の形成用に設けられている空洞内の各領域内で、互いに離れるように配置されており、
−そのツールを閉じ、溶融した軽金属材料を空洞内にダイキャスト鋳造し、次いで中央継ぎ手要素と接続継ぎ手要素を形成し、中央継ぎ手要素と接続継ぎ手要素を、同時に強固に支柱に接合するステップと、
−対角支柱装置を取り外すステップと、を備える。
【００２３】
都合の良いことに、製造方法で必要になるのは、ツール内に繊維強化プラスチック支柱を挿入し、それを軽量鋳造金属でモールドすることだけなので、簡単に効率よく具体化することができる。中央継ぎ手要素を組立て、接続継ぎ手要素を支柱に接続するステップについては省略する。
【００２４】
ダイキャスト中は、軽金属の鋳型の熱は、繊維強化プラスチック支柱を損傷するのを防止するために、ツール用の冷却システムにより放熱される。
【００２５】
その代わり又はそれに加えて、断熱され封止された層を、繊維強化プラスチック支柱の表面部分に塗布することができ、その後、液状軽金属、又は液状軽金属合金によりモールドすることができる。断熱層は、都合の良いことに、耐熱性があり、安定していて、密封性および／又は機密性がある。断熱層は、少なくとも１つの金属材料、セラミック材料、又は複合材料、或いはそれらの組合せであるのが好ましい。断熱層の厚さは、１０〜１０００μｍが好ましい。断熱層はさらに、軽金属材料を繊維強化プラスチック支柱に接着するのを支援する合成物も備えていることが好ましい。断熱層を塗布するには、巻き線、浸漬、スパッタリング、粉体塗膜、スピンコーティング、プラズマ注入、又は他の適切な方法で行うと都合がよい。
【００２６】
本発明の対角支柱装置は、自動車の車台の仕組を強化するのに適しており、対角支柱装置の中央継ぎ手要素は、自動車の垂直な中間縦方向面内の車台の下に配置され、対角支柱装置は、組立やボディシェル構築中は、接続継ぎ手要素により車台に対して鋲締め、ネジ止め、接着、潰し止め、および／又は溶接される。
【００２７】
様々な優位点について、添付の図面を参照して、以下の記載により説明する。記載した図面を参照すれば、説明の補足になり主題を容易に理解することができる。図面は、本発明の実施形態を模式的に描画したものにすぎない。
以下、図面を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】対角支柱装置の、本発明の実施形態の上面斜視図を示す。
【図２】対角支柱装置の、本発明の実施形態の下から見た斜視図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の対角支柱装置は、図面に例示的に描画している、所謂フレームワーク構造に関する。
【００３０】
対角支柱装置１は、４本の引き抜き形成した繊維強化プラスチック支柱２からなり、中央の軽量鋳造金属継ぎ手３により互いに接続されている。支柱の数が異なっても、（例えば６本の支柱でも）よい。自動車の車台に接続するための接続継ぎ手要素４も、軽金属材料からなる。このように設定された対角支柱装置１は、組立時、又はボディシェル構築時に車台に固定される。そのための接続補助手段を備えた鋳造接続継ぎ手要素４により、それが可能となる。
【００３１】
軽金属材料を使用して継ぎ手３、４を製造することにより、繊維強化プラスチック支柱２の重量の利点を維持することができる。軽金属材料は、単位体積重量が５ｇ／ｃｍ３以下の軽金属やその合金である。とりわけ、アルミニウム、マグネシウム、チタニウム、小規模なものは、ベリリウム、リシウムに対する技術的な応用例がある。アルミニウム合金とマグネシウム合金については両方とも、コストアップとなる後処理は行わずに、ニアネットシェイプ成形としてダイキャストで製造される。機械化された後処理も可能である。
【００３２】
図に示す対角支柱装置１は、自動車の車台の仕組を強化するために設けられるものであり、対角支柱装置１の中央継ぎ手要素３は、自動車の垂直な中間縦方向面内で車台の下に配置され、対角支柱装置１は、接続継ぎ手要素４により、組立やボディシェル構築作業中に、車台に対して鋲締め、ネジ止め、接着、潰し止め、および／又は溶接される。
【００３３】
図に示す対角支柱装置１は、繊維強化プラスチック複合材料で作られた４本の支柱２を備える。これらは、繊維強化引き抜き成形材２であって、繊維の比率が最大７０％であり、中央継ぎ手要素３からＸ字型に斜めに遠ざかるように延びており、そのため接続継ぎ手要素４がある、中央継ぎ手要素３とは反対向きの支柱２の端部が、中央継ぎ手要素３から隔てられた平面を固定している。
【００３４】
継ぎ手要素３と４が支柱２の端部に鋳造されているために、強固に接合された接続が得られる。支柱の設置と、車体への接続の両方に関する継ぎ手要素３と４の設定次第では、もし継ぎ手要素３と４が支柱２の端部に鋳造されているだけであっても十分である。つまり、支柱２の端部は、接続を強化するために、中央継ぎ手要素３、および／又は接続継ぎ手要素４内にモールドされるだけでもよい。鋳造継ぎ手３と４各々の断面は、中央継ぎ手要素３、および／又は接続継ぎ手要素４が、支柱端部に部分的にモールドされるように、窪んだ外形として設計されている支柱の端部の内側の中に伸ばすこともできる。
【００３５】
鋳造継ぎ手は、支柱２を端部に持ち、鋳造継ぎ手の鋳造材料により取り囲まれ、および／又は確実に取り囲まれている開口部、および／又は構造物により強化することも可能である。
【００３６】
さらに、鋳造工程で軽量鋳造金属の発熱から繊維強化プラスチック支柱２を保護するために、軽量鋳物の融点の範囲が４００〜６６０℃なので、鋳造継ぎ手が取り付けられる端部で、支柱２に断熱塗膜、および／又は金属塗膜を施すことが考えられる。
【００３７】
支柱２の端部の塗膜によって、支柱２内に鋳込められる継ぎ手要素材料を、締め付けることができるようにする構造面が形成されるので、接着性が向上する。
【００３８】
接続継ぎ手要素４は、それによって対角支柱装置１が容易に車台に接続されるようになるような、接続継ぎ手要素４に対応する接続点を有する接続継ぎ手要素を、必要に応じて備える。接続継ぎ手要素４にネジ山があってもなくても、ボアホール７又は挿入穴は接続補助手段になると考えられ、リベット又はネジと接続することができる。接着又は溶接するために設けられた面を接続継ぎ手要素４に設けることも考えられる。このほか、接続継ぎ手要素４の接続が考えられるのは、押しボタンに似た形状を持ち、（車台の）対応する要素に対して、確実な圧力ばめ接続を想定している締め付け要素６の設計である。
【００３９】
対角支柱装置１の様々な接続継ぎ手要素４に対して、様々な接続補助手段が使える。
【００４０】
中央継ぎ手要素３、接続継ぎ手要素４、又はその両方は、例えばリベットやネジ５を使用して、圧力ばめ接続により後から支柱２に接続することができる。
【００４１】
対角支柱装置１を製造するために、必要となる繊維強化プラスチック支柱２は、引き抜き成形により製造され、ダイキャストツールに挿入されるのが好ましい。形成される継ぎ手要素に対して、ダイキャストツールには、支柱が挿入されるように空洞と窪みを有する。中央の空洞を利用して、中央継ぎ手要素３が形成される。挿入された支柱２は、一端にて中央の空洞に向けて、又は空洞内へ突き出るので、鋳造継ぎ手をここで製造することができる。支柱の窪みの他端では、接続継ぎ手要素４を形成するために設けられている空洞が、ダイキャストツール内に設けられており、それに向けて、又はその中に挿入された支柱２が延びている。このツールが挿入された支柱２により閉じられると、ダイキャスト工程が開始される。溶融した軽金属材料が空洞に達し、中央継ぎ手要素３と接続継ぎ手要素４がそこで形成されるが、同時に支柱２と強固に結合した接続が生じる。鋳造された継ぎ手要素３，４が固化したあと、対角支柱装置１を取り外すことができる。
【００４２】
繊維強化プラスチック支柱を熱損傷から保護するために、ダイキャスト工程中にツール用冷却システムにより、鋳造で発生した熱が放散される。
【図１】
0005629835.tif 000002
【図２】
0005629835.tif 000003