(57)【要約】  本発明は、モジュール構造の筐体コンポーネントのためのアウターパネル（１’）を備えている自動車のアウターモジュール（１）を提示する。このアウターモジュール（１）は、多層構造を備え、この多層構造は、内側被覆層（４ｂ）と、アウターパネル（１’）を形成するアウタースキン（６）が上部に配置された外側被覆層（４ａ）とを含んでいる。ここで、内側被覆層（４ｂ）は熱可塑性ＦＲＰ被覆層（４ｂ）であり、この内側被覆層は外側被覆層（４ａ）に対して逆の方を向いている側に補強要素（７、１０、１１）を備えている。さらに、アウターモジュール（１）とインナーモジュール（２）とを含むモジュール構造の筐体コンポーネント、およびアウターモジュール（１）の製造方法が開示される。
2014518175.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モジュール構造の筐体コンポーネントのためのアウターパネル（１’）を有する自動車のアウターモジュール（１）であって、
前記アウターモジュール（１）が多層構造を有し、該多層構造が、内側被覆層（４ｂ）と、前記アウターパネル（１’）を形成するアウタースキン（６）が上部に配置された外側被覆層（４ａ）と、前記外側被覆層（４ａ）と前記内側被覆層（４ｂ）との間に発泡材料から成る構造コア部（５）とを備えるアウターモジュールにおいて、
少なくとも前記内側被覆層（４ｂ）が、繊維強化プラスチック製の熱可塑性被覆層（ＦＲＰ被覆層）であり、少なくとも前記外側被覆層（４ａ）に対して逆の方を向いている側に補強要素（７、１０、１１）として熱可塑性マトリックスプラスチックから成るリブ（７）を有することを特徴とする、アウターモジュール。
【請求項２】
請求項１に記載のアウターモジュール（１）であって、
前記筐体コンポーネントが、モジュール構造のドア、又は、自動車の若しくは機器、特に家電のトリム構成要素であり、及び
前記構造コア部（５）が、ポリウレタン発泡材料から形成され、及び、均一の又は変化する厚みを有することを特徴とする、アウターモジュール。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のアウターモジュール（１）であって、
前記外側被覆層（４ａ）が熱可塑性ＦＲＰ被覆層によって形成され、又は
前記外側被覆層（４ａ）及び／又は前記アウタースキン（６）が、事前成形された金属シート、特にアルミニウムシートによって、又は事前成形されたプラスチック部品によって、又はプラスチックフィルム又はＳＭＣ層又はこれらの組み合わせによって形成され、及び／又は
前記アウタースキン（６）が、好ましくはポリウレタン製のＩＭＣ層（６）、又は少なくとも１つの塗膜を含んでいることを特徴とする、アウターモジュール。
【請求項４】
請求項１〜３の少なくともいずれか一項に記載のアウターモジュール（１）であって、
前記少なくとも１つの熱可塑性ＦＲＰ被覆層（４ａ、４ｂ）が有機シートから形成され、該有機シートが熱可塑性プラスチックマトリックス（１４）内に強化繊維配置（１３）を有しており、
−前記強化繊維が、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、金属繊維又はそれらの組み合わせを含み、
−前記繊維配置（１３）が、不織布、織物、ネット、編み地を含んでおり、及び
−前記熱可塑性マトリックスプラスチック（１４）が、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレンテレフタラート、ポリブチレンテレフタレート、又は高密度ポリエチレンであることを特徴とする、アウターモジュール。
【請求項５】
請求項１〜４の少なくともいずれか一項に記載のアウターモジュール（１）であって、
前記補強要素（７、１０、１１）が、
−前記内側被覆層（４ｂ）、特にポリウレタンで発泡されたリブのすき間（８）にオーバーモールドされたリブ（７）であって、
前記リブ（７）の射出成形プラスチックが、前記内側被覆層（４ｂ）の熱可塑性マトリックスプラスチックと適合性のあるプラスチックから選択されており、及び特に前記熱可塑性マトリックスプラスチックと同じであることを特徴とする、アウターモジュール。
【請求項６】
請求項３〜５の少なくともいずれか一項に記載のアウターモジュール（１）であって、
熱可塑性マトリックスプラスチックから成る層（６’）が、前記アウタースキン（６）の方を向いた、外側の熱可塑性ＦＲＰ被覆層（４ｂ）の側に設けられることを特徴とする、アウターモジュール。
【請求項７】
請求項１〜６の少なくともいずれか一項に記載のアウターモジュール（１）であって、
前記外側及び内側被覆層（４ａ、４ｂ）が、前記アウターモジュール（１）の縁領域に、折返し、溶接又はインモールドによって接続されることを特徴とする、アウターモジュール。
【請求項８】
請求項１〜７の少なくともいずれか一項に記載のアウターモジュール（１）であって、
前記アウターモジュール（１）を前記モジュール構造の筐体コンポーネントのインナーモジュール（２）に結合するために、前記内側被覆層（４ｂ）が、開口部及び／又はオーバーモールドされた輪郭及び／又は辺縁領域のエッジ、マウント要素及び／又は結合要素（２ｂ、９’、１６）を備えていることを特徴とする、アウターモジュール。
【請求項９】
アウターパネル（１’）及びインナーモジュール（２）を具備した、アウターモジュール（１）を備えたモジュール構造の筐体コンポーネントであって、
前記アウターモジュール（１）が、請求項１〜８の少なくとも１つに記載のアウターモジュール（１）であり、インナーモジュール（２）と接続されていることを特徴とする、筐体コンポーネント。
【請求項１０】
請求項９に記載の筐体コンポーネントであって、
前記アウターモジュール（１）と前記インナーモジュール（２）との間の接続が、接着剤シーム（９）によって行なわれ、及び／又は
前記接続のために、前記内側被覆層（４ｂ）がその縁側に、前記インナーモジュール（２）へ挿入するためのインサート部（２ｂ）を有し、及び／又は
前記接続のために、前記内側被覆層（４ｂ）がその縁側に、前記インナーモジュール（２）の対応する溝（９’’）又はくぼみに収容するための、少なくとも１つのトング（９’）及び／又はピン（１６）を有することを特徴とする、筐体コンポーネント。
【請求項１１】
２つの金型部片（２０ａ、２０ｂ）から構成される金型（２０）を使用した、請求項２〜８の少なくともいずれか一項に記載の自動車のアウターモジュール（１）の製造方法であって、金型部片（２０ａ）が、パネル（１’）をアウターモジュール（１）の外側に形成するために、及び金型部片（２０ｂ）が、アウターモジュール（１）の内側を形成するために備えられており、及び前記金型（２０）が注入システム（２１、２４）を備え、
−内側及び外側のアウターモジュール輪郭に従った内側及び外側被覆層（４ａ、４ｂ）を事前成形する工程であって、その際少なくとも前記内側被覆層（４ｂ）が熱可塑性ＦＲＰ被覆層（４ｂ）によって提供される工程と、
−前記事前成形された被覆層（４ａ、４ｂ）を対応する金型部片（２０ａ、２０ｂ）へ挿入する工程と、
−前記被覆層（４ａ、４ｂ）を、前記金型部片（２０ａ、２０ｂ）内に挿入する際に、負圧を生成することにより固定する工程と、
−前記金型（２０）を閉じる工程と、
−前記金型（２０）の前記注入システム（２１、２４）によって泡形成材料を前記被覆層（４ａ、４ｂ）の間に射出し、構造コア部（５）を形成する工程と、
−前記金型（２０）を部分的に開き、前記外側被覆層（４ａ）を前記注入システム（２１、２４）を使用してコーティングすることによりアウタースキン（６）を形成する工程と、
−前記金型（２０）内で前記注入システム（２１、２４）を使用して熱可塑性マトリックスプラスチックでリブ（７）をオーバーモールドすることにより、前記内側被覆層（４ｂ）に、又は前記内側被覆層（４ｂ）および前記外側被覆層（４ａ）の前記アウタースキン（６）の両方に、補強要素（７、１０、１１）を形成する工程と、を含む製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、前記被覆層（４ａ、４ｂ）を事前成形するために、特に赤外線照射を使用した加熱、及び形状を適合したグリッパー（３０）による前記被覆層（４ａ、４ｂ）の保持が行なわれ、その際前記被覆層（４ａ、４ｂ）の前記グリッパー（３０）への保持は負圧の生成によって行なわれることを特徴とする、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モジュール構造の筐体コンポーネントのためのアウターパネルを備えた、自動車の耐荷重性アウターモジュール、及びモジュール構造の筐体コンポーネントに関し、この筐体コンポーネントは特に自動車のドアコンポーネント又はトリムパネルコンポーネントであり、及びアウターモジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
モジュール式の自動車ドア又はボディパネルは、通常スリーピースの構造であり、インナーモジュールを含み、このインナーモジュールには外部空間側にアウターモジュールが、及び内部空間側にドア内張りが取り付けられる。アウターモジュールはモジュールの取扱いのしやすさと取付けの簡単さを達成するために自己支持型に形成され得るが、通常車両ドアの直接的な耐荷重性機能は備えていない。
【０００３】
ドアインナートリム及びアウターモジュールパネルはそもそも構造的な役割をほとんど果たしていないため、たいていの場合もっぱらインナーモジュール及びドアフレームの強化エリア、又はアウターモジュールがクラッシュ構造として機能している。ここでは特許文献１に記述されているように、それが対角線に伸びる側面衝撃保護部であってよい。そこでは、組立時に取扱いが楽なように重量がより軽く、しかもさらに高いクラッシュ安定性を備えた自動車ドアが開示されている。この自動車ドアはアウターモジュールに適した、アウターパネルを具備したアウターシェルとインナーシェルを備え、このインナーシェルはドア狭窄側によって形成される補強部を形成している。インナーシェルのところには内部空間側に少なくとも１つの支持体構成部品が機能構成部品のために配置されている。その際インナーシェルのドア狭窄側と支持体構成部品は、唯一の、インナーモジュールに対応するモジュール構成部品と統合され、このモジュール構成部品は独立したドアインナートリムを備えている。
【０００４】
特許文献２では、プラスチックアウターパネルの取外し可能な固定具が示され、ドアフレームにレールとフックを使用して取り付けられる。一般に、現代の自動車ドアのボディ構成部品のアウターパネルはクラッシュ性能の向上には関与しておらず、その剛性が小さいために追加の補強要素が必要である。そのために特許文献３では特に重量的に有利で剛性の高い、自動車のサイドドア用強化構造が記述されている。これは、ドアアウターパネルのためのドア支持体部分、及びドアの垂直方向に少なくともドアの部分的高さを超えて耐デント性を高めるための強化要素が備えられている。しかし、この補強要素はあとからアウターモジュールのフレーム構造に取り付けられる。このことは一方で小さな損傷を防止するために及びクラスＡ表面を獲得するために、及び耐デント性を改善するために、及び加えて例えばとどろき音などの音響作用を低減するために、広い面で振動感度を低減することが必要である。
【０００５】
特許文献４では、耐荷重性フレームの上に配設されたパネルから成る、自己支持型のアウターモジュールが記述されている。支持構造はモジュールの簡単な取付けに適しているが、構造構成部品としてクラッシュ性能の向上には寄与していない。
【０００６】
基本的に自動車ドアのモジュール式の構造は、取扱いと取付けの手間を省く一般的な方法である。その場合ドアアウターパネルはほとんどの場合、車両ボディの構成要素として構造的な役割を担っていない。
【０００７】
特許文献５から、モジュール構造のボディ部品が公知である。このボディ部品ではプラスチック製パネル部品が鋼製又は軽金属製の支持構造上に取り付けられている。支持構造はより高い剛性と強度に貢献し、それによってプラスチックパネルのクラスＡ表面適合性が実現される。
【０００８】
特許文献６から、アウターアセンブリとユニット支持体を備えた自動車ドアが公知である。このアウターアセンブリはドアアウタースキンを備え、自動車ドアの外側のデザイン面を形成し、及びユニット支持体はアウターアセンブリの車室内に割り当てられた側に配置されており及びアウターアセンブリに接続可能である；ユニット支持体は自動車ドアの電気的及び／又は機械的機能コンポーネントを支持する。アウターアセンブリはその外側の縁の領域に強化エリアを備え、その結果これは十分な固有剛性を備えており、別個の、ユニット支持体から独立したドア要素として取り扱いやすく、組立工程が終了して初めて、車両ドア一式の製造のためにユニット支持体と接続される。
【０００９】
挙げられた従来技術では、パネルは耐荷重性の構成部品としてはボディコンセプトに組み込まれていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０  ２００５  ００９  １７９  Ａ１号明細書
【特許文献２】独国特許出願公告第１０  ２００４  ０１１  ２５０  Ｂ３号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１０  ２００８  ０３４  ０３８  Ａ１号明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第１０  ２００７  ０４２  ４１８  Ａ１号明細書
【特許文献５】独国特許出願公開第１０  ２００７  ０２４  １６３  Ａ１号明細書
【特許文献６】独国実用新案第２０２  ２０  ５５２  Ｕ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
これらに基づき、本発明の課題は、アウターパネルを備えた耐荷重性アウターモジュールを作り出すことであり、このアウターモジュールはクラッシュ性能の向上を提供し、聴覚的及び視覚的な要求事項に適合し、及び断熱及び軽量化に寄与する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この課題は、請求項１の特徴を備えた自動車のアウターモジュールによって解決される。
さらなる課題は、モジュール構造の筐体コンポーネントを作り出すことであり、この筐体コンポーネント内では相応して耐荷重性アウターモジュールが使用される。この課題は、請求項９の特徴を備えた筐体コンポーネントによって解決される。
【００１３】
さらに、低い投資コストと製造コスト、わずかな寸法公差及び短いサイクルタイムで自動車のアウターモジュールを製造することは、請求項１１の特徴を備えた方法により可能になる。
【００１４】
方法及び対象物の発展形態は、各従属請求項に詳述されている。
【００１５】
モジュール構造の筐体コンポーネントのためのアウターパネルを備えたアウターモジュールの第一の実施形態は多層構造を備え、この多層構造は内側被覆層と外側被覆層を含んでいる。アウターパネルを形成する外側被覆層の上部にはアウタースキンが配置される。ここで内側被覆層は熱可塑性ＦＲＰ被覆層であり、この内側被覆層は外側被覆層に対して逆の方を向いている側に補強要素を備え、それによってアウターモジュールが耐荷重性の構成部品として形成される。こうしてこれは例えばモジュール式ボディ要素に一体化され得、及びその際高いデザイン自由性と機能統合だけでなく、クラッシュの衝撃を受けたパネルを車両コンセプトに適合することを可能にする。
【００１６】
したがってアウターモジュールが備えられた筐体コンポーネントは、モジュール構造のドア、又は、自動車の若しくは家電のような機器のトリム構成要素であってもよい。
【００１７】
特定の筐体コンポーネントのアウターモジュールは記述された層構造だけを備えてもよいが、好ましくはアウターモジュールの多層構造が外側被覆層と内側被覆層との間にポリウレタンのような発泡材料から成る構造コア部を備えていてよい。
【００１８】
別法として又は追加的に、構造コア部としてハニカム構造を備えていてもよい。構造コア部はアウターモジュールの面上に厚みが均一で、又は変化して備えられていてよい。
【００１９】
軽量のコア部を備えたこのサンドイッチ構造により、アウターモジュールの、ひいては筐体コンポーネントの軽量化が達成される。アウターモジュールは構成部品として衝突エネルギーを支持体の面上に分散することで、クラッシュ性能の向上を可能にする。さらに構造コア部は剛性強化に役立ち、その際押込抵抗の推移は、選択した押込経路を通って、材料選択、層構造及び機能要素によって定義可能である。
【００２０】
本発明によるアウターモジュールの別の一実施形態では、内側被覆層だけでなく、外側の被覆層も熱可塑性ＦＲＰ被覆層である。外側被覆層としての熱可塑性ＦＲＰ被覆層は、別の選択肢として単独で又はアウタースキンと共に、事前成形された金属シート、特にアルミニウムシートによって、又は事前成形されたプラスチック部品によって又はプラスチックフィルム又はＳＭＣ層、又はこれらの組み合わせで構成されてよい。
【００２１】
さらに、このような事前成形された金属シート又はアルミニウムシート、又はプラスチック部品又はプラスチックフィルム又はＳＭＣ層又はこれらの組み合わせの配置が、外側の熱可塑性ＦＲＰ被覆層の上に考えられる。
【００２２】
好ましい一実施形態では、アウタースキンは好ましくはポリウレタンから成るＩＭＣ層によって形成される。しかしアウタースキンは１つ以上の、多層構造の製造の前又は後に配設された塗膜によって形成されてもよい。
【００２３】
適切な方法で、熱可塑性ＦＲＰ被覆層は簡単に有機シートから形成されてよく、この有機シートはシート形状の連続繊維強化された熱可塑性半製品であり、これは熱可塑性のプラスチックマトリックス内に強化繊維配置を有している。強化繊維として好ましくは炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、金属繊維又はそれらの組み合わせが考えられる。使用される繊維配置は、しばしば方向づけされた繊維を備え、不織布、織物、ネット、編み地等を含んでいる。熱可塑性マトリックスプラスチックは、例えばポリアミド（ＰＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）又は高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）が使用されてよい。
【００２４】
内側被覆層を備えた補強要素は、内側被覆層にオーバーモールドされた強化リブであってよい。これに適した射出成形プラスチックは、内側被覆層の熱可塑性のマトリックスプラスチックと適合性があり、好ましくは射出成形プラスチックは熱可塑性マトリックスプラスチックと同じである。オーバーモールドされたリブの間にあるすき間は発泡材で埋められていてよく、そのためにもポリウレタンが使用されてよい。さらに、補強要素としてビードが内側被覆層内に設けられてよく、又は内側被覆層が波状領域を備えており、この領域はクラッシュ性能を向上させる役目を果たす。
【００２５】
外側の熱可塑性ＦＲＰ被覆層を備えた仕様において場合により生じるくぼみ跡は、有機シートの加工後に熱可塑性のマトリックスプラスチックから成る層で調整され、この層は外側の熱可塑性ＦＲＰ被覆層を備えており、この被覆層はアウタースキンの方を向いている。
【００２６】
辺縁領域では、アウターモジュールの外側被覆層と内側被覆層が、折返し、溶接又はインモールド成形によって接続されている。
【００２７】
本発明による補強要素と並んで、内側被覆層は開口部及び／又はオーバーモールドされた輪郭及び／又は辺縁領域のエッジ、マウント要素及び／又は結合要素を備えることができ、特に結合要素はアウターモジュールをモジュール構造の筐体コンポーネントのインナーモジュールに結合するためである。
【００２８】
本発明によるモジュール構造の筐体コンポーネントは、記述した実施形態によるアウターモジュール及びアウターモジュールと接続したインナーモジュールから成り、このアウターモジュールは筐体コンポーネントのためのアウターパネルを形成している。
【００２９】
ここでインナーモジュールとアウターモジュールの接続のために、接着剤シームが備えられていてよい。別法として又は追加的に、アウターモジュールの内側被覆層は縁側に、インナーモジュールに挿入するためのインサート部を備えていてよく、追加的に又は別法として、１つ又は複数のトング及び／又はピンがインナーモジュールの対応する溝又はくぼみに収容され得る。
【００３０】
本発明によるアウターモジュールの製造方法は、ただ１つの金型を使用して実施することができ、この金型は２つの金型部片から成り、これら金型部片の１つはアウターモジュール外側にパネルを形成するために、及び他の１つはアウターモジュール内側を形成するために備えられている。この金型は、特別な注入システムをさまざまなプラスチック又はプラスチックコンポーネントのために備えており、この注入システムは本方法の実施を可能にする。その際まず内側と外側の被覆層が内側と外側のアウターモジュール輪郭に応じて変形され、及び対応する金型部片内に挿入される。少なくとも内側被覆層が熱可塑性ＦＲＰ被覆層によって用意される。金型を閉じた後、発泡材料が被覆層の間に、金型の注入システムから射出され、それによって構造コア部がフォーム・コア部として形成される。同様に金型内では同じ閉サイクル内で補強要素が内側被覆層及び外側被覆層のアウタースキンのところに、注入システムを使って作られる。
【００３１】
補強要素を内側被覆層のところに形成するために、対応する金型部片は対応する型穴を備え、この型穴内にシステムの注入装置を使って例えばリブの形成のために適切なプラスチックが射出される。熱可塑性ＦＲＰ被覆層のマトリックスプラスチックと適合性のある又は同じ種類のプラスチックにより、オーバーモールドされたリブと材料結合が可能になる。
【００３２】
アウタースキンの被覆層への生成は、好ましくはインモールドコーティングを使用して金型内で行なわれ、その際金型は部分的に開かれ、すなわちアウタースキンの層厚が要求されている分だけ開かれ、それに続いて外側被覆層が特にポリウレタンでコーティングされ、注入システムの注入装置を使用してあらかじめ形成されたすき間に射出される。
【００３３】
被覆層の事前成形は、熱可塑性ＦＲＰ被覆層の場合簡単に加熱によって、特に赤外線照射によって実施可能であり、その際熱可塑性ＦＲＰ被覆層が加熱されると成形可能になり及びそれによって例えば形状に合わせたグリッパーを使って事前成形が可能である。グリッパーによる被覆層の保持は負圧の生成によって実施され、同様に被覆層を金型部片に挿入する場合の保持も負圧の生成によって実施し得る。
【００３４】
製造に使用された「ワンショット」法は、投資コストと製造コストを低減し、わずかな寸法公差を保証し、熱可塑性のマトリックスシステムの導入によって短いサイクルタイムを可能にする。
【００３５】
これら及びその他の利点は、以下の記述において添付図面を使用して示される。明細書中の図は説明を補助し対象物を理解しやすくするためのものである。図は本発明の実施形態の単なる模式図である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】アウターモジュール、インナーモジュール及びインナートリムを備えたモジュール構造の車両ドアの斜視図である。
【図２】従来技術によるアウターモジュールの内部の図である。
【図３】結合されたアウターモジュールとインナーモジュールから成る２つの車両ドアの模式的側断面図である。
【図４】アウターモジュールの部分横断面図である。
【図５】本発明によるアウターモジュールの層構造の模式的横断面図である。
【図６】アウターモジュールの内部斜視図である。
【図７】接続されたアウターモジュールとインナーモジュールから成る車両ドアの模式的横断面図である。
【図８】継ぎ合せの異なった２つのアウターモジュール辺縁領域の模式的側断面図である。
【図９】くぼみ跡を調整するための層を備えた外側被覆層の模式的横断面図である。
【図１０】第一の注入装置による第一段階におけるアウターモジュールの製造のための金型の模式的側断面図である。
【図１１】第二の注入装置による第二段階におけるアウターモジュールの製造のための金型の模式的側断面図である。
【図１２】本発明による製造方法のフローチャートである。
【図１３】有機シートの繊維に貫通した射出ノズルの概略図である。
【図１４】アウターモジュールを製造する方法を実施するための、周辺ユニットと金型を備えた模式的な設備コンセプトである。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本発明は、例えば耐荷重性ボディ−アウターパネルのようなモジュール構造の筐体コンポーネントのアウターモジュール、及びその製造方法に関するものである。本発明によるボディアウターパネルは、特にモジュール構造の運転席ドア、助手席ドア、後席サイドドア及び／又はリヤゲート、ルーフ要素、バンパー、フェンダー、トランクリッド、エンジンフード、エンジンカバー、コンプレッサー／エンジンユニットカバーに関し；さらに、本発明によるアウターモジュールは、一般にモジュール構造の例えば掃除機のような家電の筐体に適している。
【００３８】
ここで記述されるアウターモジュールは、例として図に車両ドアアウターモジュール１として示され、有機シートから形成された熱可塑性ＦＲＰ被覆層から成る多層構造（この有機シートは例えばネット状に配置されたアラミド繊維を含み）と、内側のＦＲＰ被覆層上にリブとしてオーバーモールドされているか又は直接その中にビードとして設けられ得る補強要素と、ポリウレタンフォーム製コア部構造又はハニカム構造及び好ましくは金型内で例えばインモールドコーティング（ＩＭＣ）によって塗布されたアウタースキンから構成されている。この構造により、高いデザイン自由度及び機能統合のゆえに、クラッシュの衝撃を受けたパネルの車両コンセプトへの適合が、材料、半製品及び形状寸法の設定によって可能になる。パネルはこうして耐荷重性の構成部品として最適にモジュール式ボディ要素に一体化されることができる；これらは図１に示されるように、インナートリム３、アウターモジュール１（パネル）及びインナーモジュール２（ドア支持体）から構成され得る。ドア支持体２はここではアウターモジュール１及びインナートリム３に加えて機能ユニット、例えばパワーウィンドウ、スピーカー等を収容する。
【００３９】
アウターモジュール１又はパネルは、その構造によってクラスＡ表面及び設計自由度の観点から聴覚的及び視覚的要求事項を満たしている。パネルのサンドイッチ構造は、それに加えて電動モビリティ化に伴って重要性を増す断熱と軽量化に大きく貢献する。このＮＶＨ（Ｎｏｉｓｅ、Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ、Ｈａｒｓｈｎｅｓｓ／騒音、振動、ハーシュネス）は自動車内で聞こえる騒音及び／又は振動として感じられる揺れを表している。
【００４０】
側面衝撃及び側面衝突の際に（例えば側面衝撃は連邦自動車安全基準、ＦＭＶＳＳ、２１４に準拠）、パネルは最初の車両要素として衝撃体と接触するため、本発明による耐荷重性アウターパネル１はエネルギー吸収要素としてクラッシュ性能を改善する。製造に使用されたワンショット法は、投資コストと製造コストを低減し、わずかな寸法公差を保証し、熱可塑性のマトリックスシステムの導入によって短いサイクルタイムを可能にする。
【００４１】
図１は自動車ドアのモジュール式構造を示しており、インナーモジュール又はドア支持体２から構成され、これらの外部空間側にはパネルを備えたアウターモジュール１が、及び内部空間側にはドア内張り３が接続されている。従来技術によるアウターモジュール１は図２に示されている。従来技術ではドア内張り３とパネル１’がそもそも構造的役割をほとんど果たしていないため、ほとんどの場合インナーモジュールの強化エリアとドアフレーム２’がアウターモジュール１のパーツとしてクラッシュ構造の役割を果たす。このクラッシュ関連構造は、ほぼ対角線に伸びる側面衝撃保護部３’によって強化されている。アウターパネル１’の耐デント性を高めるために、アウターモジュールはここでは追加的に補強要素４’を備えている。
【００４２】
本発明はパネル部分１が耐荷重性構造として車両ボディに一体化されることが特徴である。ＦＲＰサンドイッチ構造の製造はワンショット法で実施され、すなわちすべてのプロセスが１つの金型で行なわれる。
【００４３】
本発明によるアウターモジュール１（モジュール構造の筐体コンポーネントのためにここでは車両ドアのアウターパネル１’を用意している）の多層構造は、特に図４及び図５で見られるように、内側被覆層４ｂ及び外側被覆層４ａを含み、この外側被覆層の上にはアウタースキン６が配置されており、このアウタースキンはアウターパネル１’を形成している。２つの被覆層４ａ、４ｂは、熱可塑性ＦＲＰ被覆層であり、内側被覆層４ｂは外側被覆層４ａに対して逆の方を向いている側に補強要素としてリブ７を備えている。
【００４４】
熱可塑性ＦＲＰ被覆層はここでは有機シートから作られている。
【００４５】
「有機シート」とは板状の連続繊維強化された熱可塑性半製品であると理解され、高強度と低重量を備えた構成部品として使用される。有機シートは熱成形が可能で、短いプロセスサイクルを可能にし、良好に溶接できる。金属シートとは異なり、有機シートを使用する場合は防食が省略される。入手可能な有機シートは、例えばＴＰｏｎｅ社製Ｚｅｅｓｅｎ（ドイツ）があり、強化繊維としてはグラス繊維、炭素繊維及びアラミド繊維が含まれ、そのマトリックスシステムとしてはＰＡ６、ＰＡ１２、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ＰＥＴ、ＰＢＴ、ＨＤＰＥが提供されている。
【００４６】
有機シートはその際特別な繊維配置から構成され、この繊維配置は定義された方向の繊維を有し、熱可塑性プラスチックマトリックス内に埋め込まれている。こうして繊維配置は織物、不織布、編み地などであってよい。挙げられた強化繊維及びマトリックスシステムの他に、言うまでもなく他の一般的な強化繊維タイプ、例えばセラミック繊維、金属繊維、天然繊維、他のポリマー繊維が考えられる；異なる種類の強化繊維を１つの繊維配置で組み合わせることも可能である。挙げられたマトリックスシステムは単なる例であり、決して限定的に理解されない。
【００４７】
さらに、熱可塑性のマトリックスを使用すると、熱硬化性プラスチックと比較してサイクルタイムが短縮される。サンドイッチ構造により、高い重量固有剛性がクラッシュ特性だけでなく優れた断熱性と遮音性を備えた振動特性と組み合わせられる。電動モビリティ化に伴ってこの観点は航続距離の延長、走行快適性とコスト削減のために非常に重要な役割を果たす。加えて挙げられた層構造は、大面積のパネルの音波放射を高い剛性によって低減することで、及び周辺騒音をフォーム・コア部で吸収することで、室内を遮断する。
【００４８】
本発明によるアウターモジュール１は、特にモジュール構造のボディ要素への使用に適している。これは図１に示された自動車ドアに相応して構成されてよい。この構成及びボディ要素内の個別コンポーネントの数は、要求内容によって変化し得る。取扱いが簡単であり、本発明によるパネルモジュール１の組立が迅速であるため、製造コストは再度低減される。
【００４９】
パネルモジュール１は組立てられた状態で支持体モジュール２の輪郭から突き出ており、それによってこれら２つのモジュールの間の分離面がカバーされる。この分離面では、図３に示されているように、パネルモジュール１を支持体２に取り付けるため周りを巡る接着部９が辺縁領域に、例えばＳｉｋａｆｌｅｘ（商標）接着剤、Ｓｉｋａ  Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ  ＧｍｂＨ、シュトゥットガルト、が塗布されてよい。この接着部９は、内部にあるユニットの修理が必要な場合に取り外すことができる。修理後にパネル１を再び支持体２に接合するため、接着縁部９を再度塗布することができる。
【００５０】
温かい状態で有機シートの成形性が優れていることで、及びそれによって得られる、サンドイッチ構成部品における内側及び外側被覆層４ａ、４ｂの形状依存性により、高いデザイン自由度（特に外側被覆層４ａの）が保証され得、及びパネルモジュール１と支持体２の間の移行領域が異なった方法で形成され得る。こうしてパネル１の内側被覆層４ｂはある種のインサート２ｂとしてドア支持体２内に挿入され得（図３、左）、その際接着９は縁領域内で実施される。パネル１によって吸収された力がドア支持体２に導かれることにより、加えて溝原理とトング原理９’、９’’によって改善され得（図３、右）、その際ここではパネル１の内側被覆層４ｂが縁領域でトング９’として形成され、このトングは対応する溝９’’内でインナーモジュール２の縁領域にかみ合う。周りを巡る接着剤接続９はさねはぎで一体化され、その際組立のために接着剤９を溝９’’又はトング９’に塗布することができる。言うまでもなく示された図とは異なり内側被覆層４ｂが溝を備えていてもよく、その溝の中にインナーモジュールのトングがかみ合うことができる。
【００５１】
本発明の層構造全体が使用されると、図４及び５に図示された繊維複合材料サンドイッチ構成部品の層構造となる。これは有機シート製の２つの被覆層４ａ及び４ｂ、構造コア部５（例えばポリウレタンフォーム製）、例えばＩＭＣ法で塗布されたアウタースキン６（例えばポリウレタン塗装）及び局部的に発泡されたすき間８を備えた、裏面射出された補強リブ７から成る。層構造は、図４に示されたように、その厚みがアウターモジュール１に沿って変化し得る。こうして被覆層４ａ及び４ｂの間にサンドイッチされたフォーム・コア部５は最大厚みが例えば１５ｍｍから５ｍｍへと減少し、その際縁領域では、被覆層４ａ、４ｂの間にフォーム・コア部が全くない。必要に応じてマトリックスプラスチックにより強化され得る外側被覆層４ａは（下記参照）、ここでは厚さ０．８ｍｍの有機シートから形成され、この上にアウタースキン６を形成する層厚１ｍｍの塗膜が塗布される。内側被覆層４ｂ用の有機シートはここでは厚さ１．２ｍｍである。こうして被覆層４ａ、４ｂは、厚みが異なるだけでなく、場合によっては構成、織物又は不織布の観点から、及び繊維マトリックス又はマトリックス材が異なってよい。
【００５２】
機械的、視覚的及び聴覚的な要求事項に応じて、パネルモジュール１の記述された層構造は変化し得る。さらに、フォーム・コア部５の密度は変化するか又はコア部全体が省略されてよい（例えばホイールハウス用）。アウタースキン６の材料及びその外側被覆層４ａへの配設も変化してよい。こうしてアウタースキン６はＩＭＣ層は除き、事前成形されたアルミアウターシートとして又はＳＭＣ外側層として接着されるか又はインサートとして直接サンドイッチ複合材に取り付けられてよい。このことは後で説明される。
【００５３】
内側有機シート４ｂ上の補強部はビード１０又はリブ７の形で設けられ、アウターモジュール１に追加の剛性を与える（図６）。拡大された詳細図で確認できるピン１６は、インナーモジュール２との組立時に改良されたマウント又は位置決めとして機能する。
【００５４】
例えば内側被覆層４ｂの波状領域１１の成形（図７参照）及び柔軟な接着剤９の使用も、衝突時に、力を吸収するために押込経路全体を必要とするある程度の弾力性を得るための手段であり、この押込経路は、ドア押込み抵抗試験ＦＭＶＳＳ  ２１４の際に４４５ｍｍとなり、デザイン自由度のアウタースキン１’に悪影響を及ぼすことなく構造的完全性が得られる。側面衝突の際に、本発明に記述された耐荷重性パネル１は、力を点だけでサイドパネルに伝える従来型の側面衝撃保護部要素とは異なり、インナーモジュール（支持体）２経由でサイドパネル（Ａ／Ｂ／Ｃピラー）に面で力を伝達することを可能にする。適切な変形構造形状を備えた波状領域１１は、変形能力のある領域であり、アウターモジュール１内に一体化されている。
【００５５】
２つの被覆層４ａ、４ｂの接触は、辺縁領域内で折返し（図８、左）又はインモールド成形／インモールドアセンブリ１２（図８、右）、又は有機シートの溶接によって実現可能であり、それによって視覚的及び機械的な要求事項が満たされる。辺縁領域はこれによって精密に製造され得、及び有機シートのひだ付け時に生じ得る不正確さを調整する。２つの平らな被覆層４ａ、４ｂの間の分離面をシーリングすることで、コア部構造５内への湿気の侵入が防止される。
【００５６】
大面積のプラスチック部品における別の重要箇所は熱膨張の調節及びそれに基づくクリアランスである。繊維複合材料の異方性特性により、本願のパネル１は構造的に適切な材料組み合わせ及び対応する層構造によって調整され得、それにより許容誤差が小さく保たれる。アウタースキン６は、金型内で直接車体色を付けられ得る。パネル外面６上に繊維構造が浮き出ることを防止するため、及びクラスＡ表面を作り出すため、図９でわかるように、有機シート表面上に加工時に生じたくぼみ跡１５を補正するために表面層６’が配設され得る。
【００５７】
この補正層６はクラスＡ表面を供給し、マトリックス材から成る層によって形成され得、それは例えばすでに外側有機シート４ａの製造時に、その最上部にある繊維層に追加のマトリックス層６‘を塗布することによる。この上に、パネルモジュール１の製造後に直接下型内でポリウレタン外面塗装６が塗布され得る。
【００５８】
クラスＡ表面を作り出すための別の変形例では、サンドイッチ複合材の外側被覆層４ａに、モジュール製造の後に約１ｍｍの厚さのポリウレタン層がオーバーフローされる。このために、金型部片は少しだけ互いに移動され、及び塗装が生じた空洞に入れられる。別法としてすき間はコア部の引き戻し（図１１）によって実施されるか又は立方体段状金型によって行なわれる。このように製造された表面１は、必要に応じて（例えばメタリック塗装のために）、続いて再度上塗りされる。
【００５９】
さらに、アウタースキン６は車体色のフィルムによって実施され得る。これにより凹凸を補正することができるか又はこれまでの変形例との組み合わせで組み合わせることが可能である。プラスチックフィルムは、すでにサンドイッチ製造前に金型内に挿入するか又は前もって作られたパネルモジュールが続いてかぶせられてよい。
【００６０】
さらに、外側の有機シート４ａ又は別法として直接構造コア部５上に、すでに事前成形された、プラスチック製アウタースキン６が接着され得る。これはすでに事前に車体色に塗装されているか又はその後で塗装されてよい。
【００６１】
別の一変形例は、すでに事前成形されたアルミニウムシートから成るアウタースキン６に関し、このアルミニウムシートはインサートとして金型内に入れられ直接サンドイッチ製造の際に残りの層（有機シート４ａ、ｂから成る２つの層又はこれまでの変形例に応じて内側有機シート４ｂだけでも可能）と結合されるか又は成形部品製造に続いてその上に接着されてもよい。塗膜の塗布は、他の変形例のように、挿入前に、ＩＭＣによって又は成形部品製造の後に実施され得る。
【００６２】
最後に、アウタースキン６はＳＭＣ法によって作られた層によって実現でき、その際複合材製造はアルミニウムシート変形例に対応して実施される。塗装はすでに他の変形例で挙げられたように前もって、ＩＭＣで又は後で行なわれる。
【００６３】
製造プロセスは、ただ１つの金型２０（図１０、図１１）を使用して行なわれ、それによって製造コストと投資コストを低減することができる。図１２にしたがって記述されるプロセスは、３つの基本的な部分に分けられる：
−事前成形された有機シート４ａ、ｂを２つの金型部片２０ａ、ｂ内に挿入し、
−金型２０を閉じた後に、２Ｋ注入装置２４（図１０）によってポリウレタンフォーム製構造コア部５のカスケード制御を使用して例えば５００ｂａｒで射出し、リブ７又はエッジが例えばポリアミドでオーバーモールドされ、
−最後に、金型部片２０ａの金型インサート２０が引き戻され、それによってアウタースキン６を形成するためのすき間が開いた後に、ポリウレタン製アウタースキン６がＩＭＣ注入装置２１（図１１）で塗布される。
【００６４】
第一のプロセス工程では、有機シート４が裁断され及びテンターフレーム内で又はグリッパー３０で保持した後、プラスチックマトリックスの融点に達する直前まで加熱される。加熱された有機シート４はグリッパー３０のところで事前成形され、その結果事前成形された有機シート４ａ、４ｂが内側及び外側被覆層４ａ、４ｂに応じて２つの金型サイド２０ａ、ｂ内に挿入され、この中で固定され得る。続いて金型が閉じられる。グリッパー３０は、移動可能な真空サクション装置であり、金型部片２０ａ、ｂも有機シート４ａ、４ｂを固定するために真空サクション装置２３（図１０参照）を有している。
【００６５】
第二のプロセス工程では、金型部片２０ａ、ｂが閉じた後、内側被覆層４ｂを形成する、温められた有機シートにより、ミクシングヘッドスプレイノズル２５が繊維を保護しながら、２つの有機シート４ａ、４ｂから形成された空洞内に差し込まれる（ノズル要素の個数と位置は（図１０）構成部品の形状と射出する体積に適合される）。射出された２Ｋコア部材料は、金型２０内で発泡し、被覆層４ａ、４ｂを面で金型部片２０ａ、ｂの表面に押しつける。物理的に発泡するポリウレタンは、コア部押出機内で圧縮されたポリウレタンが金型２０内への射出の際に急激に無負荷状態になることで、コア部材料５として使用することができる。２Ｋ注入装置２４は、高温チャンネルとニードルシャットオフノズルを備え得る。
【００６６】
その後で、同じ金型２０内でマウント／接続部１６（図６）が組立プロセス／取扱いプロセスのために又は押込み金型２０ｂ内での内側有機シート４ｂへのリブ付け７のために、例えばポリアミドをオーバーモールドし、及び辺縁領域の輪郭及び内側有機シート４ｂの開口部（例えばドアハンドルの領域）が数ミリメートルの幅の輪郭に正確にインモールド成形される（インモールドアセンブリ１２）。有機シートがプラスチックマトリックスの融点に達する直前まで加熱されることで、特に射出成形プラスチックが同じか又はマトリックスプラスチックのような同じ種類のプラスチックである場合、オーバーモールドされたコンポーネントが材料結合によって被覆層と結合される。雌金型２０ａは金型インサート２０’が開いて、閉レベルですき間が空いた後でコーティング層厚に応じて連続プロセス中に表面質量によってオーバーフローし、それによって凹凸が調整される。そのために金型２０は注入装置２１を金型部片２０ａ内に有し、この金型部片はＩＭＣアウタースキン６の形成のために備えられている。金型注入システムの注入装置２１はカスケード制御を備えている。すき間へポリウレタン塗装が射出された後、完成したアウターモジュール１が得られる。こうしてアウターモジュール１の製造がワンショット法で達成可能である。
【００６７】
図１０及び図１１には、一覧性をよくするために注入システムの注入装置２１、２４がそれぞれ１つだけそれぞれ作動状態で図示されている。最後に金型２０はさらに、バリオサームの誘導型金型温度調節２２を、射出されたプラスチックの硬化プロセスと有機シートのマトリックスプラスチック凝固の制御用に備えている。
【００６８】
図１３は、被覆層への発泡材料の繊維を保護する射出を明示しており、ミキシングノズル２５が有機シートの繊維ウエブ１３を貫通している。
【００６９】
図１４に描かれた射出成形機は、金型２０の他に３つの周辺装置を備えている：構造コア部５を形成するためのキャビティ充填フォーム用ポリウレタン調量装置、アウタースキン６を形成するためのインモールドコーティング装置２１、及び有機シート用加熱及び処理装置（赤外線照射装置及びグリッパー３０から成り、多軸ロボットによって動かされる）。赤外線照射装置による有機シートの加熱と金型２０への挿入との間の時間は、ここでは最大７秒であり、その結果有機シートが成形可能に作られる。
【００７０】
本発明は、自己支持型アウターモジュールのワンショット製造方法による組立コスト、機能コスト、製造コストの低減と、インモールドアセンブリと金型の中間不開口による製造公差の到達可能な縮小という利点を併せ持つ。軽量のコア部とのサンドイッチ構造により、本発明によるアウターモジュールは軽量化に寄与し、その際にエネルギーが広く外側へ面で支持体上に分散されるため、構造構成部品としてのパネルによってクラッシュ性能が向上する。モジュール構成方式は、取扱いの手間がわずかで済み、他方で剛性の向上による振動感度／ＮＶＨの低減で快適性の改善が得られる。本発明によるアウターモジュールは、高いデザイン自由度を提供し、クラスＡ表面を保証する。
【００７１】
伸長波形のような機能要素は、デザイン独立性によって構造的に内側被覆層に一体化することが可能であり、押込抵抗の推移は、押込経路を選択し、材料の選択層構造、機能要素によって定義できる。さらなるコスト低減は、機能統合によって達成し得る。
【００７２】
モジュール構成方式により修理コンセプトが簡単になり、その際本発明による製造方法は短いサイクルタイムと多数のロットを実現できる。この場合のアウターモジュールは高品位である。なぜならパネルは弾性がないからである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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