JP2004182227A - 局所的に補強された中空構造アセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】費用と設計の複雑さを低減しつつ、中空構造部材の局所的な補強方法及び装置の提供。
【解決手段】孔を備え、キャビティを有する中空構造体を含む補強構造アセンブリが提供される。管を用いてキャビティに袋が挿入される。袋は孔を通してキャビティから延びる開口部を備えた端部を有する。装置が袋に２成分エポキシ樹脂のような構造用発泡体を注入する。袋は閉じられ、袋の端部はキャビティに挿入される。孔にキャップが取り付けられる。発泡体は膨張してキャビティを満たすが、袋内に収納されており、これにより所望の領域内において局所的な補強を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は中空構造体の補強に関し、より詳細には、本発明は構造用発泡体のような物質で中空構造体を補強することに関する。

中空構造部材は種々の車輌の用途に用いられる。例えば、Ａピラー（フロント・ピラー）およびセンター・ピラー（Ｂピラー）のような車体の部分は、薄肉（薄壁）の中空部材から形成されている。また、サスペンションアセンブリは、車軸のような管状部材用の徐々に薄くなる壁部分を組み込んでいる。薄肉の構造部材を使用することは、この構造体を実装するアセンブリの費用および重量を軽減する利点がある。

車軸の場合、曲げおよびねじり剛性を最大にする一方、重量を最小にする壁厚を提供することが望ましい。しかしながら肉厚が薄ければ薄くなるほど、構造体は負荷の下で座屈を受け易い。例えば、中空車軸構造体には、バネブラケットのような補助金具が通常取り付けられる。壁部分は締め付け荷重の下で座屈を起こす可能性があり、または板バネがサスペンションアセンブリの作動中に移動する可能性がある。この解決のために、先行技術の車軸アセンブリには、追加の補強板を溶接すること等により局所的に補強材を付加して、剛性を増加してきた。

ＡピラーおよびＢピラーのような中空車体構造体など車輌の用途のために、構造用発泡体が構造体の中空のキャビティ内に注入され局所的な補強を提供する。構造用発泡体は膨張してその空間を満たし、硬化してその領域を補強する。しかしながら、構造用発泡体は非常に高価なので、所望の領域に発泡体を収納するために、中空構造体内に壁を形成しなくてはならない。これは鋼板の壁を構造体内に圧入または溶接し、発泡体を収納させることで達成される。このことは中空構造部材を形成する際に複雑さを伴い、構造用発泡体を収納するための壁を収容する設計を公式化する際に、かなりの経費が追加となる可能性がある。

従って、必要とされるものは、先行技術の解決法の経費および設計の複雑さを低減しつつ、中空構造部材の局所的な補強を提供する方法および装置である。

（発明の開示）
本発明は、孔を備え、キャビティを有する中空構造体を含む補強構造アセンブリを提供する。管を用いてキャビティ内に袋が挿入される。袋は端部に開口部を有し、この開口部は孔を通してキャビティから延びている。１つの装置が２成分エポキシのような構造用発泡体を袋内に注入する。袋は閉じられ、袋の端部はキャビティ内に挿入される。キャップが孔に取り付けられる。発泡体は膨張しキャビティを満たすが袋内に収容され、これによって所望領域で局所的な補強を提供する。車軸用に、キャップは板バネのような部品を位置決めするための位置決め機能を含んでいてもよい。

従って、本発明は先行技術の費用と設計の複雑さを低減しつつ、中空構造部材の局所的な補強を達成する方法および装置を提供する。

本発明の他の利点は、添付の図面を考慮して以下の詳細な説明を参照することによって理解することができる。

図１Ａ−１Ｆを参照すると、本発明の補強構造アセンブリが１０で示されいる。アセンブリ１０は中空構造体１２を含み、この中空構造体はキャビティ１４を画定し、かつ構造体１２の壁にキャビティ１４内へのアクセスを提供する孔１５を有する。袋１６は、図１Ａに示すように、管１７を用いて孔１５を通してキャビティ１４に挿入される。袋１６は孔１５を通して延びる開口部２０を有する端部１８を含む。例えば、袋１６は巻き上げられ厚紙の管に挿入され、その後キャビティ１４に押し込んでもよい。袋はいかなる好適な物質から作成してもよいが、膨張する発泡体の発熱反応に耐えるために、高温熱可塑性であることが好ましい。このような好適な物質には、マイラー、ゴムまたはポリスルホンが含まれる。勿論、任意の数の好適な物質を使用してもよい。袋１６は膨張する間発泡体を収容し、このため中空構造体内に内部の壁またはバッフルが要求されることはない。上記内部の壁やバッフルは、設計および製造が困難であり且つ費用がかかる。

図１Ａおよび１Ｂに最も明確に示されているように、ノズル２４を有する装置２２が開口部２０を通して袋１６に発泡体２６を注入する。装置２２は手動でまたは自動で操作される。構造用発泡体充填剤物質は、高い係数（率、モデュラス）を有するいかなる好適な物質でも可能である。発泡体２６は接着剤、充填剤入りアセタールエポキシ、ポリエステルまたは他の好適な物質などの複合物質でもよい。このような物質の１つは、ＴＥＲＯＣＯＲＥ１０１５ＡおよびＢの商品名でＨｅｎｋｅｌより販売されている。ＴＥＲＯＣＯＲＥは、体積混合比２：１の高強度発泡２成分エポキシから成る２成分の構造用発泡体である。ＴＥＲＯＣＯＲＥは約３０％膨張し、高い係数を有する。ＴＥＲＯＣＯＲＥは発熱物質であり、二つの成分が一緒に混合されると周囲温度で硬化し、最初の３０分以内に内部から外部に向かって９０％硬化即ち固化する。ＴＥＲＯＣＯＲＥは２４時間以内に完全に硬化し、且つこのＴＥＲＯＣＯＲＥは、使用中に特別な換気を必要としない非イソシアン酸塩物質である。ＴＥＲＯＣＯＲＥのエポキシ樹脂部分は良好な安定性を有し、硬化速度を決定する。原料に充填剤が加えられてもよく、これにより機械的特性を改善し、たわみ抵抗、硬度を提供し、圧縮率を決定する。ＴＥＲＯＣＯＲＥの硬化剤部分は、物質の反応性、粘着性、圧縮率および原料の品質保持期間を決定する。ＴＥＲＯＣＯＲＥの膨張剤はセル構造を決定づけ、構造用発泡体の全重量を減少させる。

図１Ｄを参照すると、構造用発泡体２６が袋１６に一旦注入されると、袋は閉じられる。例えば、２８に示されるように、端部１８は捩じられ、キャビティ１４に挿入される。図１Ｅに示されるように、孔１５はキャップ３０を挿入して閉じられる。さらにキャップ３０は膨張の間、構造体発泡体２６を包含し、美的に良好な外観を提供する。構造用発泡体は膨張してキャビティ１４の内壁と接触するが、他方において、図１Ｆに最も明確に示されるように、依然として袋１６に収納されている。

本発明の補強構造アセンブリ１０は、局所的な補強を必要とするいかなる薄肉の中空構造体の用途にも使用できる。例えば、本発明はＡピラーやＢピラーのような車体の中空部分を局所的に補強するのに使用可能である。車体の特定の領域を硬化でき、他の場所にはより薄い壁の使用を可能にする。

本発明は、図２に示されるように、サスペンションアセンブリ３２に使用するにも好適である。サスペンションアセンブリ３２は、板バネ３８のようなサスペンション部品を支持するための中空車軸３３を含む。車軸３３の一部分は図１Ａ−１Ｆについて上述したように局所的に補強し、付加的な構造的剛性を付与することが可能である。上記孔は、この孔から延びる突起のような位置決め機能３５を有するキャップ３４によって閉じられる。板バネ３８を支持するブラケット３６は、キャップ３８上の位置決め機能と相補的な機能を有し、組み立ての際にサスペンションアセンブリ３２を車軸３３に対して位置決めする。ブラケット３６は、当該分野では周知のように、Ｕ−ボルトアセンブリ４０によって車軸３３に固着される。当業者は、上述の板バネ３８以外の部品が、中空車軸３３またはいかなる他の中空部材にも固着できることを理解するであろう。例えば、車軸３３に通常大きな負荷を及ぼす空気バネまたはいかなる他の部品も、補強された領域内に計画することが可能である。車軸の場合、中空車軸３３は通常締め付け負荷による座屈しやすく、またはサスペンションアセンブリ３２が車軸に対して揺動しやすい。本発明の局所的に補強された中空構造体よれば、剛性が増強され、これによってサスペンションアセンブリの座屈や揺動を回避することができる。

本発明は例示的に説明されたが、使用された専門用語は、制限の語句ではなく、本質的に説明の語句として意図されたことを理解すべきである。明らかに、本発明の多くの修正および変更が上述の教示に照らして可能である。従って、他に特に断りがない限り、添付された特許請求の範囲内で本発明は実用可能であることを理解すべきである。

図１Ａは中空構造体のキャビティに挿入される袋を示し、図１Ｂは構造用発泡体が注入される袋を示し、図１Ｃは構造用発泡体で充填された袋を示し、図１Ｄは開口部を有する袋の端部がキャビティに挿入され、閉じられた袋を示し、図１Ｅは、キャップで閉じられた構造体の孔を示し、図１Ｆはキャビティ内一杯に膨張した構造用発泡体を示す。 図２は、サスペンション取り付けの領域内で局所的に補強された中空車軸を有するサスペンションアセンブリを示す。

Claims (16)

1. キャビティを画定する中空の構造体と、
   前記キャビティ内に配置され、空間を画定する袋と、
   前記袋内に配置され、前記空間を満たす物質と、
   を有する補強構造部材。
2. 前記構造体は孔を含み、前記袋は前記孔に等しいか又は小さな圧縮サイズを有して前記キャビティへの前記袋の挿入を容易にする、請求項１に記載のアセンブリ。
3. キャップが前記孔に取り付けられて前記キャビティを封止する、請求項２に記載のアセンブリ。
4. 前記袋は、前記袋への前記物質の挿入を容易にする開口部を有する端部を含む、請求項２に記載のアセンブリ。
5. 前記端部は前記キャビティ内に配置される、請求項４に記載のアセンブリ。
6. 前記物質は構造用発泡体である、請求項１に記載のアセンブリ。
7. 前記構造用発泡体は２成分エポキシである、請求項６に記載のアセンブリ。
8. 前記構造体は車軸である、請求項１に記載のアセンブリ。
9. 前記物質に最も近い前記車軸にサスペンション部品が固着された、請求項８に記載のアセンブリ。
10. 前記構造体は、位置決め機能を有し孔内に配置されるキャップ付きの孔を含み、前記位置決め機能は前記サスペンション部品を位置決めするものである、請求項９に記載のアセンブリ。
11. 中空の構造体を局所的に補強する方法であって、
    ａ）構造体のキャビティ中に袋を挿入するステップと、
    ｂ）前記袋に物質を充填するステップと、
    ｃ）前記物質を膨張させるステップと、
    を含む方法。
12. 前記物質は構造用発泡体である、請求項１１に記載の方法。
13. 前記袋をステップｃ）より前に閉じる、請求項１１に記載の方法。
14. 前記袋の端部を閉じ、前記キャビティ内に挿入する、請求項１１に記載の方法。
15. ステップａ）は孔を通して前記構造体に前記袋を挿入することを含み、且つステップｂ）に引き続いて前記孔にキャップを取り付ける、請求項１１に記載の方法。
16. 前記物質に最も近い前記構造体に構成部品を固着する、請求項１１に記載の方法。

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