JP2001507647A - 複合積層自動車構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 自動車車体構造用の側部衝撃ビーム(100)は、軟鋼又は非熱処理高強度鋼の外部構造部材(102)、及び中空の小球を含む熱的に膨張可能な樹脂をベースとする材料の構造泡(106)の薄層により分離された超高強度鋼の内部強化スタンピング(104)を有する。内部強化材(104)は側部衝撃ビーム(100)の中間点に局在化している。自動車用の自動車バンパー(200)は、軟鋼又は非熱処理高強度鋼の外部構造部材(202)、及び中空小球を含む熱的に膨張可能な樹脂をベースとする材料の構造泡(208)の薄層により分離された超高強度鋼の内部強化スタンピング(206)を有する。内部強化材(206)は自動車バンパー(200)の中間点に局在化している。

Description

【発明の詳細な説明】 複合積層自動車構造 発明の分野 本発明は、一般的に自動車の車体構造材に関し、特に車体構造材の強度及び剛 性を増すための技術に関する。 発明の背景 多くの用途、特に自動車工業での用途では、できるだけ低い質量で高い強度の 構造材を提供することが重要である。これまで他のグループにより、貴金属軽量 合金を含む構造材を形成するために使用される多くの複合材が提案されてきた。 しかしながら、自動車工業界では、強度を損なわずに減量を行う要求は消費者へ の製品コストと釣り合わされなければならない。このように、ロッカ、フロント ガラス、支柱、ラジエータ支持ビーム、駆動軸、側部衝撃ビーム及びバンパーの ような構造材の強度を、材料費や労働コストを増大させずに、維持し或いは増大 させる必要性がある。 自動車構造材を複合材を用いて強化することが知られている。例えば、本発明 者は、自動車部品を強化するために使用される多くの金属/プラスチック複合構 造を開示してきた。"軽量複合材ビーム"と題する米国特許第4,901,500号には、熱硬 化性又は熱可塑性の樹脂をベースとする材料で充たされた縦方向の空洞を有する 開口溝型金属材料を含む自動車ドアの強化ビームが開示されている。"ねじり棒 の製造方法"と題する来国特許第4,908,930号には、樹脂と充填材の混合物で強化 された中空ねじり棒についての記述がなされている。このチューブはある長さに 切断されて、樹脂をベースとする材料が充たされる。 構造材に対する強化インサート及びこれを製造し使用する方法”と題する米国 特許第4,751,249号には、発泡剤と熱硬化性樹脂を含む複数の小球で形成されて いる、構造材に対する組立て強化インサートが記載されている。組立て材は膨張 して構造材中の決まった場所で硬化する。"チューブの径間に局在する構文構造 的泡状核で強化した複合チューブ状ドアビーム"と題する米国特許第4,978,562号 には 、金属チューブの穴の3分の1より多くない部分を占めている、樹脂をベースとす る核を有する複合ドアビームについて記載がなされている。 本発明者の先行技術に加えて、平らな金属プレートが樹脂の介在層により接着 されている多くの金属積層構造体が知られている。床のパネル材として使用され る金属積層シートを形成することも知られている。この床のパネル材は、アスフ ァルト又は弾性ポリマーの介在層を有する一対の平らな金属シートを含んでいる 。 プラスチックの泡で形材を充たすことは形材の剛性を高めるが(少なくとも高 密度の泡が用いられるときには)、上述したように、自動車への用途としては望 ましくない質量と部品重量の増加につながる。さらに、形材の金属ゲージを増や すこと又は局所的に金属強化材を加えることにより、金属の厚さが増えるにつれ て剛性を増すこととなるが、金属形成機械の制約のためにこの部品を形成するこ とは一層難しくなる。重要なことに、金属ゲージを増すことは多くの用途で効果 的な結果を生まない。この理由は、剛性度数は形材の剛性を形材の質量により割 っ 根に比例する))。質量と剛性は比例的に増加し、結果として部品の動的剛性度数 には変化がない。 さらに、形材を泡で完全に充たすと、大きな吸熱が生じ、さらにスタンピング のアクセス孔を閉じるのに精密なシーリング作業を要求する。また、泡の存在は 、内部の内張り，ワイヤリングハーネス及びヒンジの配置と干渉するおそれがあ る。 したがって、質量を比例的に増加させないで形材の剛性を増すために低コスト の技術を提供することが望ましい。本発明は、質量を著しく増加せずに且つ高価 な樹脂を大量に使用せずに高い剛性値の形材を提供する。多くの用途において、 本発明は、部材の望ましくない"震え"を引き起こす振動を低減する。 発明の要約 ある局面では、本発明は、高い剛性対質量比により特徴づけられる中空積層ビ ームを提供する。このビームは、薄い構造泡層によって内部チューブから分離さ れている外部部材を有する。このビームにより規定される空洞はその長さにわた り開いているか或いは閉じていてもよい。 別の局面では、本発明の中空積層ビームは、外部金属形材及び一方が開いてい てもよい一般的に長方形の内部チューブを有する、自動車のラジエータ支持ビー ムである。少なくともこの長方形内部チューブの3つの面が、長方形の内部チュ ーブと外部金属形材の間にこれらと接触するように配置された構造泡でコートさ れている。金属の蓋は、ビームを完成し内部チューブを保持するために決まった 場所に溶接される。外部部材の貫通孔と一直線上にある内部チューブの貫通孔の 直径は、構造泡が金属厚の貫通孔の隙間をブロックしないように外部部材の貫通 孔よりも大きい。 さらに別の局面では、本発明の積層ビームは自動車のフロントガラスの支柱で ある。中空の金属管は、支柱の中に配置され、かつ薄層の構造泡により外部支柱 スタンピングから分離されている。 さらに別の局面では、本発明の積層ビームは自動車のロッカーパネル組立体で ある。ロッカーパネル組立体は、一般的に長方形のロッカーパネル壁構造を形成 する、結合した内部及び外部パネル形材を含む。ロッカーパネル壁構造内に、空 洞を規定し密接に沿っている内部金属チューブが配置されている。薄層の構造泡 はロッカーパネル壁構造と内部チューブ構造との間に配置されている。 さらに別の局面では、ビームは自動車の駆動軸である。内部チューブは、外部 駆動軸ハウジング内に密接に受けとめられ、環を規定している。泡層が環内に配 置されている。 本発明はまた、空洞を規定するようなビームの剛性対質量比を増加する方法を 提供している。この方法は、ビームにより規定される空洞内に沿うチューブを形 成するステップと、チューブの外部表面の少なくとも1部に1層の樹脂を配置する ステップと、樹脂をチューブの内部壁に接触させて、空洞にチューブをインサー トするステップとを含む。 別の局面では、本発明は台車枠に使用されるＣ-レール形材を含む。内部打ち 抜き又は圧延されたＣ-型材は、1層の樹脂をベースとする材料により外部Ｃ-フ レームレールから分離されている。 さらに別の局面では、高温で分解する泡で作られた複数の栓が部分的に貫通孔 を閉じるために使用され、次にコア材料で充たされる。この部分がオーブンを通 過すると、栓が融けるか又は分解する。 さらに別の局面では、本発明は、高い圧縮抵抗を最低のコストと重量で提供す る、自動車ドアに用いられるドアビーム又は側部衝撃ビームを提供する。局所的 な強化が鋼のシェルの径間に提供される。この局所的な強化は、高い強度、薄い 鋼のスタンピング及び1層の熱膨張可能な泡を含む。これにより外部のシェルを 比較的安価な軟鋼で形成することが可能となる。この泡は外部シェルと薄い鋼の スタンピングの間に挟まれる。 ある局面では、外部鋼シェルと内部鋼スタンピングは結合フランジを有し、こ れらはスポット溶接により溶接されている。 さらに別の局面では、自動車に対し強化緩衝器が提供されている。局所的な強 化材は鋼-泡-鋼積層高強度構造を提供する。 簡単な図面の説明 図1は、エンジンが除かれ、車体が点線で示された、自動車の前端部の透視図 である。 図2は本発明により作られたラジエータ支持ビームの組立て透視図である。 図2Aには本発明の拡大された貫通孔の部分図である。 図3は図2のラジエータ支持ビームの平面図である。 図4は図2のラジエータ支持ビームの前部を持ち上げた図である。 図5は図3の5-5線の部分的縦断面図である。 図6は図3の6-6線の断面図である。 図7は本発明の他の実施形態により作られた別のラジエータ支持ビームの平面 図である。 図8は図7の8-8線の部分縦断面である。 図9は図7の9-9線の断面図である。 図10は本発明により作られたロッカーパネルの断面である。 図11は本発明により作られたフロントガラス支柱の断面である。 図12は本発明により作られた駆動軸の断面である。 図13は本発明により作られたＣ-レール形材の断面である。 図14は本発明の別の実施形態により作られたラジエータ支持ビームの断面であ る。 図15は本発明による強化ドアビームの透視図である。 図16は図15の16-16線の断面である。 図17は図15の17-17線の断面である。 図18は別の形状の強化ドアビームの断面である。 図19は本発明による強化ドアビームの透視図である。 図20は図19の20-20線の断面である。 図21は図19に示されるビームの一端の部分透視図である。 図22は本発明により作られた強化部材の透視図である。 図23は図22の23-23線の断面である。好ましい実施形態の詳細な説明 図1には、エンジンが除かれ、車体が点線で示された自動車10が示されている 。ラジエータ支持構造又はラジエータ支持ビーム12がシャーシに取り付けられて 自動車のラジエータ(図示せず)を支えている。図2において、ラジエータ支持ビ ーム12は、この実施形態では、鋼のスタンピングである外部シェル又は外部部材 14を有する組立て図に示されている。溝型チューブ16として示され、選択された 表面に塗布された、1層の樹脂をベースとする材料18を有する内部チューブが示 されている。複数の貫通孔22を有する蓋20が示されており、これは外部シェル14 内に溝型チューブ16を封入している。 特に、図2から6に示されるように、外部シェル14が空洞又は溝24を規定してい る。電気の配線(図示せず)が中に延びる多くの貫通孔26が示されている。外部シ ェル14には、エンジン組立体の部材が確保されていて、横に延びる備え付けブラ ケット又はプレート部材28が含まれている。 本発明の長所は内部チューブ又は内部部材16が提供されていることである。こ の内部チューブ又は内部部材16は、この場合例えば薄いゲージ鋼のような圧延- 形成金属であり、外部シェル14の空洞24内に密接にはまるように形成されている 。この実施形態の内部チューブ16は、外部シェル14の形状寸法に密接に沿ってお り、備え付けブラケット28と結合している横板30を含む。1層の樹脂をベースと する材料18を内部チューブ16の選択された表面に塗布し、次に内部チューブ16と 外部シェル14を組立てて、図6の断面に示されるようなチューブ・イン・チュー ブ構造を形成することにより、著しく質量を増加せずに、ビーム12の剛性が著し く高められる。したがって、図2及び6に示すように、1層の樹脂をベースとする 材料18が、内部チューブ16の３側面に塗布される。 本発明の樹脂をベースとする層18を形成するために、多くの樹脂をベースとす る組成物が利用できる。好ましい組成物は、優れた強度と剛性特性をビーム12に 与える一方、極僅かに重量を増やすのみである。特に樹脂をベースとする層の組 成物に関しては、この材料の密度は、重量を最少にするために、好ましくは立方 フィート当たり約15ポンドから約40ポンドとなるべきである。樹脂をベースとす る層18の融点、熱変形温度及び化学分解が起こる温度は、層18が塗料乾燥機等で 典型的に使用される高温でその構造を維持できるほど、十分に高くなければなら ない。したがって、樹脂をベースとする層18は、300°F、好ましくは350°Fを超 える温度に対し短時間の間持ちこたえられる必要がある。また、樹脂をベースと する層18は、約180°Fから220°Fの熱に対し長時間の間熱による本質的な変形又 は分解を示さずに持ちこたえられる必要がある。 詳細には、樹脂をベースとする層18には合成樹脂、気泡形成剤、及び充填剤等 が含まれる。合成樹脂は、層18の約35.0から約95.0重量パーセント、好ましくは 約75.0から約94.0重量パーセント、最も好ましくは約78.0から約90.0重量パーセ ント含まれる。ここに使用されているように、"気泡形成剤"という用語は、層18 に気泡、孔、又は空洞を生成する試薬を一般的に指す。すなわち、樹脂ベースの 層18は、その塊全体に分布する多くの気泡を有する気泡構造を有している。この 気泡構造は、ビーム12に、強くて軽量の構造を提供ずる低密度の高強度材を提供 する。本発明に適合する気泡形成剤は、ガラス又はプラスチックで形成可能な強 化"中空"小球又は小泡を含む。プラスチック小球は、熱硬化性又は熱可塑性のい ずれでもよく、伸長されたもの伸長されていないもののいずれでもよい。ある実 施形態では伸長されていない小球が使用され、次にこれが伸長されて樹脂をベー スとする層18が形成される。好ましい小球は直径が約1.0から約250ミクロン、好 ましくは約10から約180ミクロンである。気泡形成剤も、直径が400ミクロンより も大きい小球のような大きくて軽量の材料を含む。また、気泡形成剤は、化学発 泡剤又は物理発泡剤のいずれかの発泡剤を含んでもよい。ガラス小球が特に好ま れる。気泡形成剤が小球又は大球を含む場合は、層18の約1.0から約60.0重量パ ーセント、好ましくは約1.0から約35.0重量パーセント、最も好ましくは約3.0か ら約20.0重量パーセントほど含まれる。気泡形成剤が発泡剤を含む場合は、層18 の約1.0から約10.0重量パーセント、好ましくは約1.0から約5.0重量パーセント 、最も好ましくは約3.0から約5.0重量パーセントほど含まれる。好適な充填剤と しては、ガラス又はプラスチック小球、発煙シリカ、炭酸カルシウム、破砕ガラ ス繊維及び刻まれたガラスストランドが挙げられる。ガラス小球は特に好まれる 。他の材料も好適であるかもしれない。充填剤は、樹脂をベースとする層18の約 1.0から約55.0重量パーセント、好ましくは約5.0から約24.0重量パーセント、最 も好ましくは約7.0から約19.0重量パーセントほど含まれる。 本発明に使用される好ましい合成樹脂としては、エポキシ樹脂、ビニルエステ ル樹脂、熱硬化ポリエステル樹脂及びウレタン樹脂のような熱硬化性のものが挙 げられる。本発明の範囲が樹脂の分子量により限定されることは意図されていな い。液体充填材料の樹脂成分が熱硬化性樹脂である場合は、"EMI-24"(イミダゾ ール促進剤)及び"DMP-30"のような種々の促進剤、及び硬化剤、好ましくは"MEK" パーオキシド及び"Percadox"のような有機パーオキシドを硬化速度を高めるため に含むことができる。機能量の促進剤は、典型的には樹脂重量の約0.1から約4.0 パーセント含まれ、3成分である樹脂，気泡形成剤又は充填剤の中の1つがそれに 対応して削減される。同様に、使用される硬化剤の量は典型的には樹脂重量の約 12パーセントから約4パーセントであり、3成分である樹脂、気泡形成剤又は充填 剤の1つがそれに対応して削減される。効果量の処理補助剤、安定化剤、着色剤 、UV吸収剤等もまた層に含まれていてもよい。熱可塑剤もまた好適であるかもし れない。 以下の表では、樹脂をベースとする層18に対する好ましい製剤が明らかにされ ている。これらの製剤が層18を提供し、1よりも大きい剛性対質量比を有するビ ーム12が得られる。ここで、1は、質量によらない中空又は開口C溝型金属ビーム の標準化した剛性対質量比である。 製剤I及びIIIは、清浄な金属表面に対し使用されることが好まれる(即ち、接 触金属表面上のミルオイル及び乾燥剤のような残さを除去した後)。製剤IIの場 合は金属を広範囲に予備洗浄する必要はない。成分 重量パーセント 成分 重量パーセント 製剤I 製剤II ポリエステル樹脂 80.9 EPON828 54.5 （“ARS-137-69”） Haloxy 62 7.5 “Percadox 16N” 1.1 Der 732 6.1 “3MC15” 18 Expancel 551DU 2.0 SG Micros 8.8 3M K20 17.7 DI-CY 3.4製剤III ポリエステル樹脂 48.8 （“ARISTECH 13031”） “Percadox 16N” 0.7 “SG Micros”(PA IND)50.5 該分野の当業者により認められているように、EPON828はエポキシ樹脂であり 、Haloxy 62はエポキシ希釈剤であり、Der732はタワミエポキシであり、Expance l 551DUは発泡剤であり、SG Micron及び3MK20は小球であり、DI-CYは硬化剤であ る。 強化チューブ16に層18を塗布するのに、例えばチューブ16の表面に樹脂をベー スとする材料をスプレーする方法等多くの適切な方法が存在する。組立て後に内 部及び外部チューブの間の隙間に充填することが好適であるかもしれない。チュ ーブ16の表面に広い、リボン状の樹脂を塗布するダックビル塗布機を使用して樹 脂をベースとする材料を塗布することが最も好ましい。多くの塗布の場合、ここ に記述されている好ましい泡成分が使用されるとき、層18の厚さ(インチ)は約0. 060から約0.050、より好ましくは約0.10から約0.25であるべきである。 外部シェル14が、例えば電気配線等を通すための1以上の貫通孔26を備えてい る本発明の実施形態では、外部シェルの貫通孔26と一致する内部チユーブ16の貫 通孔32を提供することが必要となる。構造泡層18はある場合において貫通孔32の 全て又は1部をブロックするため、孔から泡材料を除去するための別の組立てス テップが必要となる。本発明の好ましい実施形態では、貫通孔26と同一線上に大 きめの貫通孔32を作ることにより隙間が得られる。貫通孔32の直径は、貫通孔26 のそれより少なくとも20パーセント大きいことが好ましいが、用途によっては同 じ大きさの貫通孔で十分となる場合もある。この方法では、内部チューブ16の端 部から貫通孔32の隙間に延びる樹脂又は泡が、貫通孔26に通されている配線，ク リップ，又はスクリューを一般的にはブロックしない。この概またまた図2Aに示 されている(内部から孔32を見通す眺めとして)。この図では、層18の1部が塗布 する際貫通孔32の隙間に延びるが貫通孔26の縁には延びない。層18が貫通孔32を 塞ぐ場合は、層18が固化する前に空気ジェットを用いて吹き通してもよい。 図2及び5に示されるように、蓋20は、内部チューブ16により規定される空洞又 は溝34と同様にラジエータ支持ビーム12を閉ざしている。空洞34は、配線が存在 する場合を除き一般的に障害物は存在しない(即ち、内部チューブ16は中空とな る)。蓋20は好ましくは決まった場所に溶接される。ビーム12の強化壁の効果的 な厚さは、典型的にはシェル14の４から５倍であり、重量は殆ど増加しない。 層18が熱硬化及び/又は膨張できる樹脂をベースとする材料である場合、層18 はB-コートオーブンの熱により決まった場所で硬化及び/又は膨張してもよい。 層18は、シェル14とチューブ16を接着することが好まれる。本発明の説明により B-コートが排水するのが可能となり、もしビーム全体が泡で充たされている場合 はこの排水が不可能となることにも留意すべきである。さらに、最小量の泡が使 用 されるときは、大きくて密度の濃い泡領域の場合のような吸熱体を生ぜず、かつ 最小量の泡が使用されて材料費が削減される。また、ビーム全体を泡で充たすた めの栓等の必要性がなくなる。 本発明の別の実施形態では図7，8及び9を参照すると、長方形状をしていて閉 じた長方形チューブ(すなわち、長さに沿って閉じている)に似た内部チューブ16 ’が示される。溝型内部チューブ16のように、長方形内部チューブ16'は一般的 に中空となる。内部チューブ16'の３つの面に層18が塗布されているのが示され ている。一般的に、ビーム12のチューブ・イン・チューブ領域を形成する、少な くとも約25パーセント、好ましくは少なくとも約75パーセントの結合領域が層18 により覆われるべきである。 望まれる場合は、貫通孔32の内部チューブ16には外部シェル14に対し内部にフ ランジを付けてもよい。その結果、フランジが蓋として機能し層18を閉じ込め隔 離する。或いは、貫通孔26の外部シェル14には同じ目的から内部チューブ16に対 し内部にフランジを付けてもよい。また、貫通孔26及び/又は32に栓又はグラメ ットをこの目的のために使用することができる。 外部シェル14及び内部チューブ16を形成するために、プラスチック又は金属の ような多くの材料を使用できるが、鋼が好まれる。外部シェル金属ゲージ(イン チ)は典型的には約0.030から約0.090となる。内部チューブ金属ゲージは典型的 には約0.025から約0.050となる。 本発明のその他の多くの特定の用途は、これまでの開示内容に照らして明らか となる。以下に、2，3の好ましい用途が示される。 図10を参照すると、金属ロッカー内部パネル42及び金属ロッカー外部パネル44 を有する金属製自動車ロッカーパネル組立て体40が示されている。内部チューブ 46は、その上に配置された一層の樹脂をベースとする材料48に沿って提供されて いる。この材料48は内部チューブ46をロッカーパネル42及び44から分離している 。接着ビーズ45は、トリム孔50に隣接して提供されており、層48と同じ材料で作 られていてもよい。この組立体はフランジ52で溶接されている。 図11には、本発明が窓ガラス支柱54として使用されている例が示されている。 再び、チューブ・イン・チューブ構造が窓ガラス支柱外側56に関し使用されてい る。この窓ガラス支柱外側56は樹脂をベースとする層60により窓ガラス支柱内部 チューブ58から分離されている。この組立体はフランジ62で共に溶接されている 。 図12には自動車駆動軸64の断面が示されている。この自動車駆動軸64は、1層 の構造泡70により内部金属チューブ68から分離された外部金属チューブ66を有し ている。 図13にはC-レール72が示される。このC-レール72は1層の構造泡78により内部 チューブ又は溝部材76から分離された外部壁形材74を有している。 さらに別の実施形態では、図14を参照して、蓋81及びシェル83を有するラジエ ータ支持ビーム80のような全体が空洞の構造材が、セメント材料又は構造泡82に より充填されている。材料82が貫通孔86及び88を通り空洞84から流出するのを防 ぐために、好ましくは自動車処理オーブンの温度で分解する、Styrofoam^TMのよ うな泡材料で形成された栓90及び92が提供されている。この栓は、好ましくは材 料82が注入される貫通孔を除き、すべての貫通孔に挿入される。この方法で、栓 88及び90が自動的に"除去"され、その結果十分な隙間が配線クリップ等のために 維持される。材料82を形成するのに使用される好ましい材料は、1992年6月23日 の"チューブの径間に局在する反応性の核で強化された複合チューブドアビーム" と題する来国特許第5,124,186号に記載されており、その全開示内容がここに参 考として含まれる。最も好ましくは、前述の米国特許第5,124,186号の10段、41 行から記述されている材料が好ましい。 さらに別の実施形態では、図15及び16を参照すると、外部構造シェル102を有 する強化ドアビーム又は側面衝撃ビーム100が示される。この外部構造シェル102 は、好ましくは軟鋼(好ましくは25,000から35,000psiの耐力)又は非熱処理高強 度鋼により形成されていて、約0.050から約0.100インチの僅かの厚さを有してい る。構造シェル102は、圧縮面強化要素104(図15に点線で示されている)を提供す る本発明により局所的に強化されている。最も好ましい実施形態では、強化材10 4は、構造シェル102の中央部の約3分の1より少ない部分を占めているが、好まし くは構造シェル102の長さの８分の１より大きい。 さらに図17を参照すると、強化材104は１つの実施形態で１層の構造泡106を有 する3面の強化材として示されている。この構造泡層106は構造シェル102の３つ の内表面108，109及び110に沿って配置されている。図15，16及び17の実施形態 では、構造シェル102の縦方向の隙間112をわたる泡層106が示されている(この配 置配向は必要ではないが)。泡層106は好ましくは約0.050から約0.25インチの厚 さである。泡層106の内表面108，109及び110上に内部シェル114が配置されてい て、この内部シェル114は好ましくは薄い超高強度鋼で形成されており、好まし くは約0.025から約0.080インチの僅かな厚みを有している。内部シェル114は泡 層106と共に伸展する。即ち、内部シェル114は泡層106と調和する大きさと形状 寸法を有する。 ある様式の組立て体では、強化ドアビーム100がリボン又はシート状の非膨張 の樹脂をベースとする材料を押し出すことにより作られ、次にこれが内部シェル 114の表面に適合される(望ましい形状寸法に予備形成されている)。内部シェル1 14はこのように泡層106を形成する非膨張材料に対する受け材料としての機能を 有している。樹脂を装着した内部シェル114は、次に構造シェル102の一端に挿入 されて十分な圧力がかけられ樹脂を決まった場所に接着する。すなわち、泡層10 6を形成する非膨張材料及びそれに装着された内部シェル114が、外部シェル102 の中間部の定められた場所に保持される。さらに、内部シェル114及びその樹脂 層を定められた場所に保持するために外部シェル102に窪み(図示せず)を付け加 えることが望ましい。 強化ドアビーム100が、上述の米国特許第4,978,562号(その全開示がここに参 考として含まれる)に示されているような多くの形状のドア空洞の内側に装着さ れている。章末飾りカット及び/又は溶接のような正確な装着手段は本発明では 重要な個所ではない。自動車ドアに一端装着されると、例えば自動車が塗料乾燥 機等に配置されたとき、強化ドアビーム100は、層106を熱的に膨張するか又は" 泡だてる"のに十分な温度に加熱される。発泡剤活性化温度で、層106を形成する 樹脂が最終形態に膨張して固化し、内部シェル114と外部シェル102との間に強い 結合を形成する。層106は構造泡であり、内部シェル114は薄い高強度鋼であるの で、構造シェル102は最小の重量増加により強化される。 図18では、外部構造シェル102'、泡層106'及び内部シェル114'を有する強化ド アビーム100'が示されている。この実施形態では、泡層106'(及び内部シェル114 ')が前述の実施形態で述べられた３面の実施形態とは対照的に4面である。3面の 実施形態及び4面の実施形態の両者で、熱膨張可能な泡層を形成するために使用 される材料は前述の実施形態に関連して前述されたものである。 別の実施形態では、外部シェル152を有する強化ドアビーム又は側面衝撃ビー ム150が提供される。この外部シェル152は、0.050から0.100インチの厚さを有す る軟らかい強度から中程度の強度の鋼であり、その一方の側に広いフランジ154 を含む。フランジ154は典型的には約0.43から約0.75インチの幅を有することと なる。中央部に配置された内部シェル156は、適合フランジ158を有し、薄い高強 度鋼(僅か約0.025から約0.080インチの厚さ)で形成されている。内部シェル156 は外部シェル152の約3分の1のみを占める。 図20及び21に示されるように、内部シェル156は、熱膨張する樹脂をベースと する材料の層160により外部シェル152から分離されている。膨張すると、層160 は、約0.060から約0.25インチの好ましい厚さを有する。この実施形態では、構 造泡層160はフランジ154及びフランジ158の間には存在しない。その代わり、フ ランジ154及びフランジ158は共にスポット溶接されている。このように、本発明 では矢印Aの向きの力に対する局所的な強化材が最小のコストと重量で提供され る。 図22を参照すると、本発明の1つの実施形態では自動車用の強化バンパー200が 提供される。バンパー200のデザインは、ある点ではドアビーム100(図15)のデザ インと類似している。したがって、フランジ部材204を有するC形材に似た外部バ ンパーシェル202が提供される。このシェル202の径間、好ましくは中央部の3分 の1の部分(さらに好ましくは前述のシェル202の中央部の少なくとも約8分の1よ り大きい)に、1層の構造泡208を有する強化材206(図23)が示されている。この構 造泡208は、バンパーシェル202の内表面と薄い超高強度の内部シェル210との間 に配置されている。バンパーシェル202は典型的には約0.050から0.080インチの 厚さを有する鋼(軟鋼又は非熱処理高強度鋼)で形成されることとなる。泡層208 は、前述の好ましい樹脂をベースとする熱的に膨張した材料の1つであり、かつ 約0.060から約0.25インチの厚さを有することとなる。内部シェル210は約0.03 0から約0.080インチの厚さを有し、かつ高強度鋼で作られることとなる。 前述の強化ドアビームの場合のように、熱的に膨張可能な樹脂層が押し出され 、ある長さに切断され、受け金としての内部シェル210上に配置される。次にこ れをバンパーシェル202の定められた位置に挿入してもよい。好ましくは自動車 を組立てた後、樹脂が熱的に膨張され、高強度の内部シェルを有する軽量の泡層 が形成される。 図15から23に示される側面衝撃ビーム及びバンパーが、(1)外部シェル(最大の 質量を有する)として軟鋼又は非熱処理鋼を用い、かつ局在化した内部シェルと して極少量の高強度鋼を用いることにより、さらに(2)使用される樹脂量を最小 化することにより、予期せぬコストの節約と品質が得られる。軟らかい強度の鋼 の方が、熱処理鋼よりも形成後はるかに優れてその形状寸法を保持する。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年６月１２日（１９９８．６．１２） 【補正内容】 【図１】 【図２】 【図２】【図３】【図４】【図５】【図６】【図７】【図８】【図９】 【図１０】 【図１１】 【図１２】【図１３】 【図１４】 【図１５】【図１６】 【図１７】 【図１８】【図１９】 【図２０】 【図２１】【図２２】 【図２３】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 請求項1 第1及び第2端部を有する、鋼で形成された縦方向中空ドアビームシェルと、 前記中空ドアビームシェルに配置された縦方向局在化強化材であって、前記縦方 向中空ドアビームシェルの長さの約3分の1よりも小さい長さを有し、前記縦方向 中空ドアビームシェルの前記第1端部と第2端部との間のほぼ中間部で前記縦方向 中空ドアビームシェルに配置され、1層の熱的に膨張した樹脂をベースとする材 料及び内部シェルを有しており、前記内部シェルは薄い高強度鋼で形成されてお り、前記1層の熱的に膨張する樹脂をベースとする材料が前記縦方向中空ドアビ ームシェルの内表面と前記内部シェルとの間に配置され、前記縦方向中空ドアビ ームシェル及び前記内部シェルに堅く接着されている局在化強化材と、 を含む強化ドアビーム。 請求項2 前記熱的に膨張した樹脂をベースとする材料が小球を含む、請求項1に記載の 強化ドアビーム。 請求項3 前記縦方向中空ドアビームシェルが4つの内側部を有する長方形断面を有し、 前記局在化強化材がC形材断面を有することにより前記熱的に膨張した樹脂をベ ースとする材料が前記4つの内側部のうち3つのみに接着されている、請求項1に 記載の強化ドアビーム。 請求項4 前記縦方向中空ドアビームシェルが4つの内側部を有する長方形断面を有し、 前記局在化強化材が長方形の断面を有することにより前記熱的に膨張した樹脂を ベースとする材料が前記4つの内側部のうち４つ全てに接着されている、請求項1 に記載の強化ドアビーム。 請求項5 溝を規定する第1及び第2端部を有する縦方向ドアビームシェルであって、1対 の横方向フランジと1対の対向側壁を有し、前記縦方向内部シェルの前記横方向 フランジが前記縦方向ドアビームシェルの前記側壁からほぼ90°の角度で延びて いる、縦方向ドアビームシェルと、 溝を規定し、1対の横方向フランジと1対の対向側壁を有し、前記縦方向内部シ ェルの前記横方向フランジが前記縦方向内部シェルの前記側壁からほぼ90°の角 度で延びている縦方向内部シェルであって、前記第1及び第2端部の間のほぼ中間 に配置され、前記縦方向ドアビームシェルの長さの約3分の1よりも少ない長さを 占めている、前記縦方向内部シェルと、 前記縦方向ドアビームシェルと前記縦方向内部シェルとの間に配置され、前記 縦方向ドアビームシェルの内部表面及び前記縦方向内部シェルに堅く接着した1 層の熱的に膨張した樹脂と、 を含む強化ドアビームであって、 前記縦方向内部シェルが前記縦方向ドアビームシェルの前記溝に入れられ、前 記縦方向内部シェルの前記フランジが前記縦方向ドアビームシェルの前記フラン ジに溶接されている、 強化ドアビーム。 請求項6 前記熱的に膨張した樹脂が中空の小球を含む、請求項5に記載の強化ドアビー ム。 請求項7 前記縦方向内部シェルが高強度鋼で形成されている、請求請5に記載の強化ド アビーム。 請求項8 前記高強度鋼が約0.025から約0.080インチの厚さを有している、請求項7に記 載の強化ドアビーム。 請求項9 空洞を規定し、第1及び第2端部を有する縦方向のバンパーシェルと、 前記空洞に配置された縦方向局在化強化材であって、前記縦方向バンパーシェ ルの長さの約3分の1の長さより小さい長さを有し、前記縦方向バンパーシェルの 前記第1及び第2端部の間のほぼ中間部において前記縦方向バンパーシェルに配置 され、1層の熱的に膨張する樹脂をベースとする材料及び内部シェルを有し、前 記内部シェルは薄い高強度鋼で形成され、前記熱的に膨張する樹脂をベースとす る材料の層が前記縦方向バンパーシェルの内部表面と前記内部シェルの間に配置 され、前記縦方向バンパーシェルと前記内部シェルに堅く接着されている、前記 縦方向局在化強化材と、 を含む強化自動車バンパー。 請求項10 前記熱的に膨張する樹脂をベースとする材料が小球を含む、請求項1に記載の 強化ドアビーム。 請求項11 前記樹脂をベースとする層が約0.060から約0.25インチの厚さを有する、請求 項9に記載の強化ドアビーム。 請求項12 前記内部シェルが約0.025から約0.080インチの厚さを有する、請求項9に記載 の強化ドアビーム。