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CN102224039A - 功能性板及其接合方法 - Google Patents

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CN102224039A
CN102224039A CN2009801465431A CN200980146543A CN102224039A CN 102224039 A CN102224039 A CN 102224039A CN 2009801465431 A CN2009801465431 A CN 2009801465431A CN 200980146543 A CN200980146543 A CN 200980146543A CN 102224039 A CN102224039 A CN 102224039A
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Abstract

本发明提供一种轻量的功能性板，能够解决在一体成形有导电体的功能性板中作用弯曲载荷以及碰撞载荷等时产生龟裂或成形体从导电体周边破裂、导电体容易断裂的问题，并能够容易地进行接合、分解。功能性板具有：板部件主体；被具有耐热绝缘性的半固化状树脂覆盖的导电体；以及将所述导电体加强固定在所述板部件主体中的具有连续长丝的加强纤维，该功能性板被形成为，从通过一体成形而成形的所述板部件的端面使所述导电体的一端部和另一端部露出。

Description

功能性板及其接合方法
技术领域
本发明涉及电动汽车用地板等所使用的、在内部配置了用于通信、控制或电力供给的各种配线或电子零件等导电体的功能性板及其接合方法。
背景技术
近年来，由于不排出废气、噪音小等原因，电动汽车的开发盛行，一部分已经实用化。电动汽车中，行驶所必需的电力的全部或一部分通过车载的电池获得，并驱动电动机进行行驶。另外，制动装置以及车辆运动机构、电动车窗、雨刮器、内饰品采用电子控制方式均成为主流，通过电池取得需要的电力并进行动作。需要这些电力的电子器件类需要使用电线、信号线等将电池和电子器件类连接起来。
电子零件日益轻薄短小化，随之零件数量也增大，但随着电子零件数量增大，连接电池和电子器件类的被覆电线的使用量增大。另外，由于需要使电线沿着电子器件类的形状、构造配置，因此，电线或信号线的长度长于必要长度，线束的重量增加、电阻增大导致的损失增加这些课题变得突出。另外，因电线的捆束以及固定配件等的设计制造、配件以及电线的安装调整、复杂的配线作业导致的工序增加等的制造成本也增大。
作为解决这些课题的手段，已知有将电线一体成形的成形体模块或将电线埋设在功能性板中的手段(例如，参照专利文献1、专利文献2)。
专利文献1：日本特开2002-95139号公报
专利文献2：日本特开昭63-285808号公报
在专利文献1中，提出了一种成形体模块的周边构造以及成形体模块的制造方法，通过使电线与汽车用车顶衬里一体化，能够减少零件数量，能够将成形体内部的电线和各种电气安装件简单且迅速地电连接。在一体成形有这些电线的成形体模块中，对电线截面方向的刚性以及强度提高，但若作用有弯曲载荷以及碰撞载荷等的外力，则由于会从成形体模块表面发生龟裂，或是成形体从电线周边破裂，因此存在电线容易断裂的问题。
另外，在专利文献2的情况下，对于飞机以及汽车等大型产品来说，为了制造埋设了电线集合体的一体成形品，存在因需要大型的成形设备、设置所述设备的场地、成形所需要的极大的成本、成品率降低以及不良品的处置导致成本增大的问题。
发明内容
本发明的课题在于提供一种轻量的功能性板，能够解决所述现有技术的问题点，并能够相互容易地接合、分解。
本发明的功能性板，其特征在于，具有：板部件主体；被具有耐热绝缘性的半固化状树脂覆盖的导电体；以及将所述导电体加强固定在所述板部件主体中的具有连续长丝(filament)的加强纤维，所述功能性板被形成为，从通过一体成形而成形的所述板部件的端面使所述导电体的一端部和另一端部露出。
另外，功能性板的特征在于，具有：含浸了热固性树脂并被层叠的纤维片；在所述纤维片中埋设成形的所述导电体；以及配置在所述纤维片间以对所述纤维片和导电体的相互接合进行加强的所述加强纤维。
另外，功能性板的特征在于，具有：在板面方向上沿多个方向配置的纤维片；在所述纤维片中埋设成形的所述导电体；配置在所述纤维片间以对所述纤维片和导电体的相互接合进行加强的所述加强纤维，功能性板通过树脂注入而一体成形。
另外，所述板部件中的露出了所述导电体的一端部和另一端部的端面具有能够相互以榫接状接合、分解的凹部和凸部。另外，多个所述功能性板经由端面相互接合，并且各功能性板的所述导电体端部进行电连接，从而形成新的功能性板。另外，设置与所述功能性板的上表面接合的具有导电体的功能性板，使双方的导电体端部电连接。在所述导电体端部设有焊料层。
另外，特征在于：将所述功能性板作为汽车的构造体使用。
而且，本发明的功能性板的接合方法，用于对多个功能性板进行接合，所述功能性板具有：板部件主体；被具有耐热绝缘性的半固化状树脂覆盖的导电体；以及将所述导电体加强固定在所述板部件主体中的具有连续长丝的加强纤维，并且被形成为，从通过一体成形而成形的所述板部件的端面使所述导电体的一端部和另一端部露出，所述功能性板的接合方法的特征在于：在所述多个功能性板中，使一个功能性板中的露出有所埋设的所述导电体的端部的端面和另一个功能性板中的露出有所埋设的所述导电体的端部的端面面接触，并使导电体电连接，进行接合、分解。
而且，本发明的功能性板的接合方法的特征在于，对功能性板进行接合、分解，所述功能性板具有：含浸了热固性树脂并被层叠的纤维片；在所述纤维片中埋设成形的所述导电体；以及配置在所述纤维片间以对所述纤维片和导电体的相互接合进行加强的所述加强纤维。
而且，本发明的功能性板的接合方法的特征在于，对功能性板进行接合、分解，所述功能性板通过树脂注入而一体成形，并具有：在板面方向上沿多个方向配置的纤维片；在所述纤维片中埋设成形的所述导电体；以及配置在所述纤维片间以对所述纤维片和导电体的相互接合进行加强的所述加强纤维。
所述板部件的露出了所述导电体的一端部和另一端部并被接合的一对端面具有能够相互以榫接状接合的凹部和凸部。而且，在所述功能性板端面露出的所述导电体的端部具有焊料层，在所述功能性板接合后，使所述焊料层熔融而进行电连接。
发明的效果
本发明具有：板部件主体；被具有耐热绝缘性的半固化状树脂覆盖的导电体；以及将所述导电体加强固定在所述板部件主体中的具有连续长丝的加强纤维，并且被形成为，从通过一体成形而成形的所述板部件的端面使所述导电体的一端部和另一端部露出，由此，能够得到一种功能性板，相对于弯曲载荷以及碰撞载荷导电体不容易断线。另外，能够降低配线时的加工工时或组装时的配线工时，而且能够减少配线产生的零件数量。而且，在发生断线时等能够在最小限度的范围内容易地分解并更换故障部位。
附图说明
图1是表示应用了本发明的电动汽车的示意图。
图2是本发明的实施例1的功能性板的立体图。
图3是表示本发明的实施例2的功能性板的立体图。
图4是表示本发明的实施例2的功能性板的机械接合构造的立体图。
图5是表示本发明的实施例2的功能性板的电接合构造的剖视图。
图6是表示本发明的实施例3的功能性板的机械接合构造的立体图。
具体实施方式
以下，基于附图具体说明将本发明应用于电动汽车的车身构造中的例子。
实施例1
图1是表示应用了本发明的电动汽车的示意图，在沿电动汽车1的前后方向由碳纤维增强树脂制成的板部件9中，通过一体成形埋设有作为导电体的供电线2。附图标记3表示在供电线的电接合中使用的端部，附图标记4为电池，附图标记5为驱动用电动机，附图标记6为控制单元，附图标记7为前轮，附图标记8为后轮。
这里，作为构成本发明中的构成功能性板的板部件9的母材的树脂材料，一般使用热固性树脂、热塑性树脂，但优选使用成形品的刚性、强度优良的热固性树脂。作为热固性树脂，例如有不饱和聚酯、乙烯酯、环氧树脂、可熔酚醛树脂型苯酚、尿素·三聚氰胺、聚酰亚胺，有这些树脂的共聚体、改性体，以及将这些中的至少两种混合后的树脂。为了提高耐碰撞性，还可以添加弹性体或橡胶成分。尤其，从成形品的机械特性的观点考虑，优选环氧树脂。
另外，作为本发明中的板部件9的增强纤维束的纤维原料，能够使用例如铝纤维、黄铜纤维、不锈钢纤维等金属纤维、玻璃纤维、聚丙烯腈类、人造纤维类、木质类、沥青类的碳纤维以及石墨纤维、芳香族聚酰胺纤维、聚芳族聚酰胺纤维、PBO纤维、聚苯硫纤维、聚酯纤维、亚克力纤维、尼龙纤维、聚乙烯纤维等有机纤维、以及碳化硅纤维、氮化硅纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维、硼纤维等。这些纤维可以单独使用或两种以上并用。这些纤维原料，可以是实施了表面处理的。作为表面处理，有金属的被覆处理、利用耦合剂的处理、利用施胶剂的处理、添加剂的附着处理等。作为纤维原料，最优选使用比重小、高强度、高弹性模量的碳纤维。
图2是表示通过一体成形加工而埋设有三根相互独立的、由半固化状的苯酚树脂覆盖的供电线2的板部件9的立体图。
板部件9的制造方法如下。即，在表面涂布了脱模剂的金属模之上，贴合而层叠多张含浸了环氧树脂的碳纤维片10。在碳纤维片10的层叠完成了一部分的阶段，将覆盖了半固化状态的苯酚树脂的供电线2配置在已层叠的碳纤维片10的所希望的位置上。再从其上再次贴合而层叠其他的碳纤维片10，完成剩下的层叠。然后，在设于板部件9内部的供电线2的周边，将作为具有连续长丝的加强纤维的碳纤维11沿板部件9的板厚方向织入，然后通过一体成形加工进行加压加热成形。
若在贴合碳纤维片10而制作的板部件9内部埋设供电线2，则提高了板部件9的向供电线截面方向的强度以及刚性，但是，在作用有弯曲载荷以及碰撞载荷等外力的情况下，有可能在板部件9内部发生龟裂，供电线2从板部件剥离，碳纤维片10发生层间剥离。
在实施例1中，由于在设于碳纤维片10内部的供电线2的周边，进一步将碳纤维11沿板部件9的板厚方向织入，然后通过一体成形加工而成形，由此，在板部件9上作用有弯曲应力的情况下，能够提高针对供电线2周边发生的引起龟裂以及裂纹的应力的阻力，能够防止发生这些缺陷。
这里，将碳纤维11作为加强纤维设在板部件9上的结构不限于上述实施例说明的结构，还可以将供电线和所需数量的加强纤维预先在对加强有效的各方向上拉齐后设置在模内，并注入环氧树脂，使用加压加热的一体成形方法进行成形。作为覆盖供电线2的半固化状的树脂材料，从耐热性、耐电绝缘性的观点考虑，优选使用环氧树脂、可熔酚醛树脂型苯酚树脂。
另外，供电线2只要能够导通电则没有特别限定，除了电线以外，还可以使用铜等金属导体。
实施例2
图3示出了本发明的板部件9的实施例2。图3是表示板部件9的一部分的图，埋设了相互独立的三根供电线。
在本实施例中，板部件9的车辆前方端面形成为凸部12，车辆后方向端面形成为凹部13。通过该构造，能够在一方的板部件9的凸部12上嵌合另一方的板部件9的凹部13。
即，在实施例2中，如图4所示，使一方的板部件9的凸部12和已经组装固定在车辆上的一对板部件9’的凹部13的凹凸轮廓大致一致，并使其沿板部件9的长度方向滑动从而能够进行各板部件9的嵌合以及组装。
在实施例2中，作为对一方的板部件9和另一方的板部件9’进行接合的手段，例示了通过榫接构造使其接合而一体化的构成，但除此之外，还有使用螺栓、螺钉、铆钉等机械结合手段使其接合而一体化的构成等各种手段，还可以根据需要并用这些手段。
下面，利用附图5详细说明实施例2中的电接合构造。在板部件9的凸部12以及凹部13上，供电线2一方的端部3在板部件9的凸部12露出，供电线2另一方的端部3在板9的凹部13的表面露出。使一方的板部件9和另一方的板部件9’嵌合并组装后，供电线2的一方的在凸部12的端部3和供电线2的另一方的在凹部13的端部3面接触。在实施例2中，在组装前有供电线2露出的表面3上，预先设置熔点为139℃的Sn-57Bi的低熔点无铅焊料层S，在使板部件嵌合并组装后，通过加热光束使接合部周边加热，并使焊料层S熔融从而进行电接合。
在实施例2中，作为导电体的电接合手段，使用熔点为139℃的Sn-57Bi的低熔点焊料，但是，除此以外，还能够使用熔点为139℃的Sn-56Bi-1Ag、熔点为117℃的Sn-52In等的低熔点无铅焊料。通过使用熔点在大致110℃到150℃左右的范围内的低熔点无铅焊料，能够抑制因焊料接合时的加热对板部件构造体的热影响以及焊料冷却凝固时的变形应力。
实施例3
图6示出了本发明的实施例3。设置从板部件9的表面垂直地到达供电线2的开放孔14。使设在另外的板部件9”上的连接部15嵌合到开放孔14中，由此，使在开放孔14的表面露出的供电线2的端部16和通过所述手段埋设在另一方的板部件9”中的供电线17的端部18接触。然后，通过所述加热光束，使预先设在端部16以及端部18上的低熔点焊料熔融而电连接。通过实施例3的构成，能够在不受板部件9的方向制约的情况下，对设于板部件9内部的供电线2与电池4和驱动用电动机5以及电驱动的零件进行连接。
在实施例3中，作为对一方的板部件9和另一方的板部件9”进行接合的手段，例示了使其机械嵌合并一体化的构成，但除此以外，还有采用螺栓、螺钉、铆钉等的机械结合手段进行一体化的构成等，还可以根据需要并用这些手段。
若使用实施例2、3所示的组装式板部件的构成，则还具有以下优点：能够仅对由于与在行驶中产生的来自路上的飞石或障碍物发生碰撞、或交通事故等而主体受损、或者供电线2断线的板部件9通过再加热等除去焊料后部分拆除，并更换为新的板部件，所以，能够将作业成本、用户的修理以及维护费用抑制到最小限度。
以上，对本发明的实施例进行了说明，但本发明不限于这样的实施例，在不脱离本发明主旨的范围内能够实施各种方式。
例如，在本实施例中，作为埋设了供电线2的板部件9的构成材料，例示了层叠碳纤维增强树脂的例子，但在本发明中，材质不限于此，能够广泛地应用短纤维加强复合材料以及编织物构造复合材料。
另外，在板部件9中，作为导电体，除了供电线2以外，还能够埋设向使用者通知板部件9的温度变动的热电偶传感器、通知板部件9的变形量的应变传感器、向使用者通知板部件9的破裂以及损伤的光纤等的电信号线。
另外，对于供电线2在板部件内的配置，只要按照所述方法设置加强纤维11，则相对于板部件9的板厚方向中央部，也可以使供电线2的设置位置在板厚方向上偏置，或在板厚方向上并列两根以上供电线2。而且，即使由于供电线2的偏置等，在板部件9的表面或背面的某一方产生凹凸也没关系。
附图标记的说明
1…电动汽车
2、17…供电线
3、16、18…端部
9、9’…板部件
10…碳纤维片
11…碳纤维
12…凸部
13…凹部
14…开放孔
15…连接部
S…焊料层

Claims (13)

1.一种功能性板，其特征在于，具有：板部件主体；被具有耐热绝缘性的半固化状树脂覆盖的导电体；以及将所述导电体加强固定在所述板部件主体中的具有连续长丝的加强纤维，所述功能性板被形成为，从通过一体成形而成形的所述板部件的端面使所述导电体的一端部和另一端部露出。
2.如权利要求1所述的功能性板，其特征在于，具有：含浸了热固性树脂并被层叠的纤维片；在所述纤维片中埋设成形的所述导电体；以及配置在所述纤维片间以对所述纤维片和导电体的相互接合进行加强的所述加强纤维。
3.如权利要求1所述的功能性板，其特征在于，具有：在板面方向上沿多个方向配置的纤维片；在所述纤维片中埋设成形的所述导电体；以及配置在所述纤维片间以对所述纤维片和导电体的相互接合进行加强的所述加强纤维，所述功能性板通过树脂注入而一体成形。
4.如权利要求1～3的任一项所述的功能性板，其特征在于，所述板部件中的露出了所述导电体的一端部和另一端部的端面具有能够相互以榫接状接合、分解的凹部和凸部。
5.如权利要求1～3的任一项所述的功能性板，其特征在于，多个所述功能性板经由端面相互接合，并且各功能性板的所述导电体端部进行电连接，从而形成新的功能性板。
6.如权利要求1～5的任一项所述的功能性板，其特征在于，设置与所述功能性板的上表面接合的具有导电体的功能性板，使双方的导电体端部电连接。
7.如权利要求6所述的功能性板，其特征在于，在所述导电体端部设有焊料层。
8.一种电动汽车，其特征在于，将权利要求1～7的任一项所述的功能性板作为构造体使用。
9.一种功能性板的接合方法，用于对多个功能性板进行接合，所述功能性板具有：板部件主体；被具有耐热绝缘性的半固化状树脂覆盖的导电体；以及将所述导电体加强固定在所述板部件主体中的具有连续长丝的加强纤维，并且被形成为，从通过一体成形而成形的所述板部件的端面使所述导电体的一端部和另一端部露出，所述功能性板的接合方法的特征在于：
在所述多个功能性板中，使一个功能性板中的露出有所埋设的所述导电体的端部的端面和另一个功能性板中的露出有所埋设的所述导电体的端部的端面面接触，并使导电体电连接，进行接合、分解。
10.如权利要求9所述的功能性板的接合方法，其特征在于，对功能性板进行接合、分解，所述功能性板具有：含浸了热固性树脂并被层叠的纤维片；在所述纤维片中埋设成形的所述导电体；以及配置在所述纤维片间以对所述纤维片和导电体的相互接合进行加强的所述加强纤维。
11.如权利要求9所述的功能性板的接合方法，其特征在于，对功能性板进行接合、分解，所述功能性板通过树脂注入而一体成形，并具有：在板面方向上沿多个方向配置的纤维片；在所述纤维片中埋设成形的所述导电体；以及配置在所述纤维片间以对所述纤维片和导电体的相互接合进行加强的所述加强纤维。
12.如权利要求9～11的任一项所述的功能性板的接合方法，其特征在于，所述板部件的露出了所述导电体的一端部和另一端部并被接合的一对端面具有能够相互以榫接状接合的凹部和凸部。
13.如权利要求9～11的任一项所述的功能性板的接合方法，其特征在于，在所述功能性板端面露出的所述导电体的端部具有焊料层，在所述功能性板接合后，使所述焊料层熔融而进行电连接。
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