JP2005022511A - 輸送機械用骨格構造部材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】輸送機械の骨格部材１１内及び／又は骨格部材１１とその周囲のパネル部材とで囲まれる空間に、複数の粉粒体１８を結合して固めた固形化粉粒体１６を配置した骨格構造部材１２であって、粉粒体１８を、互いに部分的に表面融解させることにより結合するようにした。
【効果】固形化粉粒体に外部から荷重が作用した場合に、固形化粉粒体は、部分的に表面融解し固化した固化部が剥がれて粉粒体単体となって流動性を備えるようになり、歪みを拡散できる。この結果、骨格構造部材をほぼ均等に且つ大きな変形量まで変形させることができ、大きな変位量まで大きな荷重が支えられ、従来に比較して、骨格構造部材の吸収エネルギー量を増大できる。また、粉粒体同士が表面融解により結合するため、バインダで結合するのに比べて、固形化に伴う重量増が抑えられる。
【選択図】 図５
【効果】固形化粉粒体に外部から荷重が作用した場合に、固形化粉粒体は、部分的に表面融解し固化した固化部が剥がれて粉粒体単体となって流動性を備えるようになり、歪みを拡散できる。この結果、骨格構造部材をほぼ均等に且つ大きな変形量まで変形させることができ、大きな変位量まで大きな荷重が支えられ、従来に比較して、骨格構造部材の吸収エネルギー量を増大できる。また、粉粒体同士が表面融解により結合するため、バインダで結合するのに比べて、固形化に伴う重量増が抑えられる。
【選択図】 図５
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両、産業車両、船舶、航空機、自動車、自動二輪車等の輸送機械用骨格構造部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
骨格構造部材として、骨格部材に粉粒体を充填したものが知られている。（例えば、特許文献１、特許文献２及び特許文献３参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１９３６４９公報（第９−１０頁、図１−図４）
【特許文献２】
米国特許第４６１０８３６号公報（第３−５欄、図１、図２）
【特許文献３】
米国特許第４６９５３４３号公報（第３−５欄、図１、図２）
【０００４】
特許文献１を図１５で説明し、特許文献２を図１６で説明する。
図１５は従来の骨格構造部材を構成する固形化粉粒体を示す第１拡大断面図であり、固形化粉粒体（即ち、複数の粉粒体を結合して固めたもの）２００は、粉粒体２０１…（…は複数個を示す。以下同じ。）と、これらの粉粒体２０１…を固形にするために粉粒体２０１…のそれぞれの間に満たした樹脂、接着剤等のバインダ２０２とからなり、粉粒体２０１を構造的に密に型に投入した後、バインダ２０２を流し込んで形成する。この固形化粉粒体２００は、車体等の骨格部材内に挿入することで骨格構造部材を形成するものであり、車体の強度、剛性の向上を図る。
【０００５】
図１６は従来の骨格構造部材を構成する固形化粉粒体を示す第２拡大断面図であり、固形化粉粒体２１０は、接着剤２１１をコーティングした粉粒体としてのガラス製の小球体２１２…からなり、これらの小球体２１２…をガラス繊維製のクロスで包み、骨格部材内に満たすことで骨格構造部材を形成する。特許文献３にも同様の構造が記載されている。
【０００６】
図１７は従来の骨格構造部材を構成する固形化粉粒体を示す第３拡大断面図であり、固形化粉粒体２１４は、外部からの加熱、例えば、ヒータ、マイクロウェーブ等によって粉粒体２１５…の表面を融解させることで粉粒体２１５同士を結合したものである。なお、２１６…は粉粒体２１５の表面が融解後に固化した固化部である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図１５に示した固形化粉粒体２００では粉粒体２０１のみの場合に比べてバインダ２０２の分だけ重量が増し、図１６に示した固形化粉粒体２１０でも同様に、小球体２１２のみの場合よりも接着剤２１１の分だけの重量が増すため、これらの固形化粉粒体２００，２１０を用いた骨格構造部材の重量増が大きくなる。
【０００８】
また、粉粒体２０１又は小球体２１２を密に充填すれば、固形化粉粒体２００，２１０の剛性が高められるが、閉空間に粉粒体２０１又は小球体２１２を満たすには、外部から加圧する等の手段を講じなければならなず、容易ではない。
【０００９】
図１８は従来の骨格構造部材の表面融解を示す作用図であり、図１７に示した粉粒体２１５の表面融解により出来た固化部２１６を拡大した拡大図である。
このように、固化部２１６によって粉粒体２１５同士の結合範囲が広くなり、結合は非常に強固となる。
【００１０】
次に、上記の固形化粉粒体２００，２１０を用いた骨格構造部材を曲げ試験で強制的に曲げ変形させて、骨格構造部材の吸収エネルギー量を求める。
図１９は骨格構造部材の曲げ試験の方法を示す説明図であり、曲げ試験は、骨格構造部材２２０を２つの支点２２１，２２１で支え、これらの支点２２１，２２１の間隔の中央位置に対応する骨格構造部材２２０の上面に曲げ試験機の押圧片２２２を介して下向きの荷重Ｆを加えて行う。なお、δは押圧片２２２のストローク量、即ち下方への変位量、２２３（骨格構造部材２２０中に描いた破線）は、骨格構造部材２２０内に挿入した固形化粉粒体を示す。
【００１１】
図２０は骨格構造部材の曲げ試験の結果として得られる荷重と変位量との関係を略式に示すグラフであり、縦軸は荷重Ｆ、横軸は変位量δを表す。
このグラフでは、変位量δが小さいうちは、荷重Ｆは直線的に急激に立ち上がり、そして、荷重Ｆの増加は次第に小さくなって最大の荷重ｆ１が発生し、この後は、変形量δが大きくなるにつれて、荷重Ｆは次第に減少し、やがてほぼ一定になる。
【００１２】
立ち上がりの直線部の上端の荷重をＬ、直線の角度をαとすると、角度αが大きいほど、また、荷重Ｌが大きい（即ち、直線部が長い）ほど骨格構造部材の剛性は大きい。更に、荷重ｆ１が大きいほど、骨格構造部材の強度は大きい。
【００１３】
このグラフ上の線と横軸とで挟まれた部分の面積は、仕事量、即ち骨格構造部材の変形による吸収エネルギー量であり、例えば、車両の骨格構造における衝突時の吸収エネルギー量を求める場合に使用するものである。
【００１４】
図２１（ａ）〜（ｄ）は骨格構造部材の曲げ試験の結果として得られる荷重と変位量との関係及び吸収エネルギー量を示す説明図である。
（ａ）は荷重Ｆと変位量δとの関係を示すグラフであり、縦軸は荷重Ｆ、横軸は変位量δを表す。
グラフ中の試料１は、図２０に示したものと同一のもので、例えば中空の四角形断面とし、内部に固形化粉粒体を挿入していない骨格構造部材の結果である。
【００１５】
試料２は、試料１の最大の荷重ｆ１となる変位量より大きい変位量では、試料１よりも荷重Ｆが大きくなる。
試料３は、試料１の荷重ｆ１となる変位量より大きい変位量では、試料２よりも荷重Ｆが大きくなる。
【００１６】
これらの試料１〜試料３の吸収エネルギー量を示したのが（ｂ）である。
（ｂ）では縦軸が吸収エネルギー量Ｅを表す。試料１〜試料３の各吸収エネルギー量をｅ１〜ｅ３とすると、ｅ１＜ｅ２＜ｅ３となる。
【００１７】
（ｃ）は荷重Ｆと変位量δとの関係を示すグラフであり、縦軸は荷重Ｆ、横軸は変位量δを表す。
試料４は、試料１よりも立ち上がりの角度α（図２０参照）を大きくし、且つ試料１の荷重ｆ１よりも大きな荷重ｆ２を最大値とするものであり、荷重ｆ２のときの変位量よりも大きな変位量δでは、次第に試料１に重なる。
【００１８】
試料５は、試料４よりも立ち上がりの角度α（図２０参照）を大きくし、且つ試料４の荷重ｆ２よりも大きな荷重ｆ３を最大値とするものであり、荷重ｆ３のときの変位量よりも大きな変位量δでは、次第に試料１に重なる。
【００１９】
これらの試料１、試料４及び試料５の吸収エネルギー量を示したのが（ｄ）である。
（ｄ）では縦軸が吸収エネルギー量Ｅを表す。試料４、試料５の各吸収エネルギー量をｅ４、ｅ５とすると、ｅ１＜ｅ４＜ｅ５となる。
【００２０】
以上の（ａ）〜（ｄ）より、荷重Ｆの最大値が大きくなっただけでは吸収エネルギー量の増加は小さいが、荷重Ｆの最大値を大きくするとともに、最大荷重発生後の荷重を高く維持すれば、吸収エネルギー量の増加を大きくすることができる。
【００２１】
図２２は従来の骨格構造部材の曲げ試験結果としての変形状態を示す説明図である。
例えば、固形化粉粒体２００（図１５も参照）を挿入した骨格構造部材２０５を曲げ試験で変形させた場合、固形化粉粒体２００を挿入した部分はほとんど変形せず、固形化粉粒体２００の端部側が大きく変形した。２０６は大きく変形して屈曲した骨格部材２０７の屈曲部である。
【００２２】
これは、粉粒体の高い充填率とバインダによる強い結合のために、固形化粉粒体２００を挿入した部分の強度が非常に高まり、固形化粉粒体２００以外の部分に歪みが集中したと考えられる。
【００２３】
図２３は従来の骨格構造部材の曲げ試験により得られた荷重と変位量との関係を示すグラフであり、縦軸は荷重Ｆ、横軸は変位量δを表す。各データの最大の変位量δは、変位量δを次第に増していって、急激に荷重Ｆが低下する直前の値である（以下同じ）。
【００２４】
図中に短い破線で示した比較例１は、中空の四角形断面を有する骨格構造部材で固形化粉粒体を挿入していないもののデータであり、最大の変位量ｄ５は大きいが、最大の荷重ｆ５は小さい。
【００２５】
一点鎖線で示した比較例２は、図１５及び図２２に示した骨格構造部材、即ち中実の粉粒体をバインダで結合した固形化粉粒体を備えたもののデータであり、粉粒体の結合が強固であるために最大の荷重ｆ６は大きくなるが、曲げ試験の早期に固形化粉粒体以外の部分が局部的に大きく変形することにより最大の変位量ｄ６は小さくなる。
【００２６】
二点鎖線で示した比較例３は、図１６に示した骨格構造部材、即ち中実の粉粒体に接着剤をコーティングして結合した固形化粉粒体を備えたもののデータであり、粉粒体の結合が強固なために最大の荷重ｆ７は比較例２よりも大きくなるが、比較例２と同様に局部的な変形が大きいため、最大の変位量ｄ７は小さい。
【００２７】
長い破線で示した比較例４は、中実の粉粒体を表面融解させて結合した固形化粉粒体を備えたもののデータであり、表面融解によって粉粒体の結合が強固なために最大の荷重ｆ８は比較例２とほぼ同等であるが、荷重ｆ８の発生した変位量δよりも変位量が大きくなると、荷重Ｆは急激に低下し、その変位量ｄ８は大きくならない。このような荷重Ｆの低下を抑えることができれば、大きな荷重を大きな変位量まで維持でき、骨格構造部材の吸収エネルギー量が増大できる。
【００２８】
そこで、本発明の目的は、輸送機械用骨格構造部材を改良することで、粉粒体の固形化に伴う重量増を抑え、しかも、骨格構造部材の吸収エネルギー量を増大させることにある。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、輸送機械の骨格部材内及び／又は骨格部材とその周囲のパネル部材とで囲まれる空間に、複数の粉粒体を結合して固めた固形化粉粒体を配置した骨格構造部材であって、粉粒体を、互いに部分的に表面融解させることにより結合するようにしたことを特徴とする。
【００３０】
例えば、粉粒体の表面全体を融解させることにより粉粒体同士を結合する場合にはその結合が非常に強固になり、固形化粉粒体に外部から荷重が作用した場合に、結合部が割れて破片となり、破片が移動しないために歪みが集中する。従って、骨格構造部材に局部的に変形が進行し、大きな荷重を支えることができなくなる。
【００３１】
これに対して、本発明では、粉粒体を、互いに部分的に表面融解させることにより結合することで、固形化粉粒体に外部から荷重が作用した場合に、固形化粉粒体は、部分的に表面融解し固化した固化部が剥がれて粉粒体単体となって流動性を備えるようになり、外部からの荷重により発生する歪みを拡散して歪みの集中を防ぐことができる。
【００３２】
この結果、骨格構造部材をほぼ均等に且つ大きな変形量まで変形させることができる。このとき、バインダによる粉粒体の結合ほど強固ではないが、粉粒体の大きな結合によって、大きな変位量まで大きな荷重を支えることができ、従来に比較して、骨格構造部材の吸収エネルギー量を増大させることができる。
【００３３】
また、粉粒体同士が表面融解により結合するため、粉粒体同士の結合に接着剤や樹脂等のバインダを用いるのに比べて、固形化に伴う重量増を抑えることができる。
【００３４】
請求項２は、粉粒体を、その表面に部分的に無機材料層を形成することで加熱したときに部分的に表面融解させるようにしたことを特徴とする。
粉粒体に部分的に無機材料層を形成することで、粉粒体を容易に部分的に結合させることができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る輸送機械用骨格構造部材の斜視図であり、中空とした骨格部材１１内に固形化粉粒体を充填した輸送機械用骨格構造部材１２（以下、単に「骨格構造部材１２」と記す。）を示す。なお、１３，１３は骨格部材１１の両端を塞ぐ端部閉塞部材である。
【００３６】
図２は図１の２−２線断面図であり、骨格構造部材１２は、骨格部材１１内に隔壁部材１５，１５を取付け、これらの隔壁部材１５，１５の間の空間に固形化粉粒体１６を充填したことを示す。ここでは、固形化粉粒体１６を骨格構造部材１２の長手方向の中央に配置した。図中の１８…は粉粒体であり、実際には外径が１０μｍ〜５．０ｍｍであるが、説明の都合上、大きく描いた（以下同じ）。
【００３７】
図３は図１の３−３線断面図であり、中空の四角形断面とした骨格部材１１内に、粉粒体１８…をそれぞれ結合させて固形にした固形化粉粒体１６を充填したことを示す。
【００３８】
図４は本発明に係る固形化粉粒体の結合状態を示す拡大断面図であり、加熱による表面融解の後に部分的に結合した粉粒体１８…を示す。
粉粒体１８は、熱可塑性樹脂製の粉粒体１８Ａと、この粉粒体１８Ａの表面に部分的に形成した無機材料層２３…とからなる。なお、２４…は無機材料層２３…の間から外部に露出した粉粒体１８Ａの表面である露出部である。
【００３９】
粉粒体１８同士は、加熱により露出部２４…が融解した後に冷却によって固化した固化部２２…で結合する。
無機材料層２３を形成する無機材料としては、炭酸カルシウム、酸化チタンが好適である。
【００４０】
図５は本発明に係る骨格構造部材の製造方法を示す作用図である。
まず、無機材料を粉粒体１８Ａの表面に部分的に付着、あるいは部分的にコーティングすることで無機材料層２３…を形成した粉粒体１８…を造る。
次に、粉粒体１８…を骨格部材１１内に所定量投入する。
そして、骨格部材１１及び粉粒体１８…を加熱する。
【００４１】
これにより、各粉粒体１８が部分的に表面融解を起こし、詳しくは、各粉粒体１８の露出部２４…（図４参照）のみが融解し、各粉粒体１８の融解部分同士が一体になり、冷却した後に、粉粒体１８同士が部分的に結合して、即ち粉粒体１８同士が固化部２２…を介して結合して固形化粉粒体１６を形成し、骨格構造部材１２が出来る。
【００４２】
例えば、車両では、車両骨格部材内に粉粒体１８を投入しておき、車両の塗装を乾燥させるために製造ラインに設けた塗装乾燥路で１３０〜２００℃に加熱すれば、塗装乾燥の完了とほぼ同時に骨格構造部材が出来る。従って、別に加熱装置を必要とせず、しかも粉粒体１８のための加熱時間も別に必要がないから、コストアップ及び製造工数の増加を抑えることができる。
また、粉粒体１８Ａを熱可塑性樹脂製とすることで低い温度で融解させることができるため、高温を発生させるような特別な加熱装置を必要としない。
【００４３】
図６（ａ）〜（ｄ）は骨格構造部材の曲げ試験の結果を示す説明図であり、（ａ）及び（ｂ）は実施例（本実施の形態）、（ｃ）及び（ｄ）は比較例を示す。
（ａ）は骨格構造部材１２（図２も参照）の曲げ試験を実施した後の状態を示す拡大正面図であり、骨格構造部材１２の固形化粉粒体１６（図中の破線部）を充填した部分がほぼ円弧状に変形したことを示す。
【００４４】
（ｂ）は骨格構造部材１２の曲げ試験時に発生する歪みを説明する図であり、模式的に描いた骨格構造部材１２を２つの支点３１，３１で支え、これらの支点３１，３１の間隔の中央位置に対応する骨格構造部材１２の上面に下向きの荷重Ｆを加えたときに、骨格構造部材１２の支点３１，３１間に発生する歪みをグラフとして表したものである。縦軸は歪み、横軸は骨格構造部材１２の長手方向の位置を表す。
【００４５】
支点３１，３１の位置では歪みはゼロであり、この位置から次第に固形化粉粒体１６（図中のハッチングを施した部分）に近づくにつれて歪みは徐々に増加し、固形化粉粒体１６の位置では歪みは一定になる。このときの歪みをε１とする。
【００４６】
（ｃ）は無機材料層を有していない中実の粉粒体を表面融解させて形成した固形化粉粒体を挿入した骨格構造部材２３０の曲げ試験を実施した後の状態を示す拡大正面図であり、骨格構造部材２３０の固形化粉粒体２３１（図中の破線部）を充填した部分はほとんど変形せず、固形化粉粒体２３１の外側の骨格部材２３２が大きく変形したことを示す。
【００４７】
（ｄ）は骨格構造部材２３０の曲げ試験時に発生する歪みを説明する図であり、模式的に描いた骨格構造部材２３０を２つの支点２２１，２２１で支え、これらの支点２２１，２２１の間隔の中央位置に対応する骨格構造部材２３０の上面に下向きの荷重Ｆを加えたときに、骨格構造部材２３０の支点２２１，２２１間に発生する歪みをグラフとして表したものである。縦軸は歪み、横軸は骨格構造部材２３０の長手方向の位置を表す。
【００４８】
支点２２１，２２１の位置では歪みはゼロであり、この位置から次第に固形化粉粒体２３１に近づくにつれて歪みは急激に増加し、固形化粉粒体２３１の両端部近傍の外方位置で歪みは最大になる。このときの歪みをε２とする。
そして、歪みが最大となる位置から固形化粉粒体２３１の端部までは歪みが減少し、固形化粉粒体２３１の位置では歪みが一定になる。このときの歪みをε３とする。
【００４９】
以上の（ａ）〜（ｄ）において、比較例の骨格構造部材２３０では、固形化粉粒体２３０の剛性が過度に大きいために固形化粉粒体２３１はほとんど変形せず、歪みε３は小さくなるが、骨格部材２３２が局部的に大きく変形し、歪みε２は非常に大きくなる。従って、曲げ試験の早期に荷重Ｆは大きく低下する。即ち、吸収エネルギー量は少ない。
【００５０】
これに対して、実施例の骨格構造部材１２では、固形化粉粒体１６の剛性が比較例の固形化粉粒体２３１に比べて小さく、曲げ試験によって固形化粉粒体１６が徐々に変形しするとともにほぼ均一に変形するため、比較例の最大の歪みε２に対して最大の歪みε１を抑えることができる。即ち、歪みε１は歪みε２よりもｄだけ小さい。従って、実施例の骨格構造部材１２では、曲げ試験において大きな変位量まで高い荷重を維持することができ、比較例に対して吸収エネルギー量をより増大させることができる。
【００５１】
図７（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る骨格構造部材の曲げ試験時の変形を示す作用図であり、図１９に示したのと同じ方法で骨格構造部材１２の曲げ試験を実施し、そのときの骨格構造部材１２の変形、詳しくは、固形化粉粒体１６の変化を説明する。
（ａ）において、骨格構造部材１２に荷重Ｆを加える。なお、３２は荷重Ｆを加えた骨格部材１１上の加重点である。
【００５２】
（ｂ）において、骨格構造部材１２が撓み、加重点３２近傍の粉粒体１８では、粉粒体１８の固化部２２…（図４参照）が剥がれて粉粒体１８同士の結合が外れて、粉粒体１８…が矢印で示すように移動し、骨格部材１１の内部圧力が激増するのを抑える。
【００５３】
（ｃ）において、骨格構造部材１２の撓みが更に大きくなると、粉粒体１８…の固化部の剥がれが進行し、固形化粉粒体１６（図（ａ）参照）の大部分は粉粒体１８単体に戻って矢印のように流動し、歪みを拡散させる。
従って、骨格構造部材１２は局部的に変形せず、ほぼ均一に変形するため、大きな荷重を維持しつつ流動によって大きな変位量まで安定して変形することができる。
【００５４】
図８は本発明に係る骨格構造部材の曲げ試験終了後の断面図であり、曲げ試験開始前に、固形化粉粒体に、骨格構造部材１２の長手方向に直角な方向に直線として描いた線３４〜線３８の変化を見ると、曲げ試験終了後では、例えば、線３５の両端の点、即ち骨格部材１１と交わる点を端点４１，４２とし、これらの端点４１，４２を通る直線４３を引いたときに、直線３５は、直線４３よりも骨格構造部材１２の端部側に湾曲していることが分かる。即ち、骨格部材１１の上部が凹状に変形することで、前述した表面融解部が剥がれた粉粒体は、白抜き矢印で示すように、一方の隔壁部材１５側に流動したことが分かる。
【００５５】
図９は本発明に係る骨格構造部材の曲げ試験の結果得られた荷重と変位量との関係を示すグラフであり、縦軸は荷重Ｆ、横軸は変位量δを表す。
実施例（中実粉＋無機材料層）の骨格構造部材１２のデータ（実線で示す。）は、立ち上がりの直線部の長さ、例えば変位量ｄ９における荷重ｆ９は比較例２〜比較例４に対してそれほど大きくないが、大きな変位量まで徐々に荷重Ｆが増加する。従って、本発明の骨格構造部材１２では、比較例１〜比較例４に比べて吸収エネルギー量をより増大させることができる。
【００５６】
図１０（ａ），（ｂ）は本発明に係る骨格構造部材を車両に採用した例を示す斜視図である。
（ａ）において、本発明の骨格構造部材は、車体前部のエンジン両側方下方に配置するフロントサイドフレーム５１，５１、車室の両側方下部に配置するサイドシル５２，５２、左右のサイドシル５２，５２間に渡したフロントフロアクロスメンバ５３、サイドシル５２，５２から立ち上げたセンタピラー５４，５４、サイドシル５２，５２から後方へ延ばしたリヤフレーム５６，５６に採用する。
【００５７】
また、（ｂ）において、本発明の骨格構造部材は、フロントピラー６１，６１、フロントドア（不図示）内及びリヤドア（不図示）内にそれぞれ配置したドアビーム６２，６３、ルーフの両側部に設けたルーフサイドレール６４，６４、左右のルーフサイドレール６４，６４に渡したルーフレール６６，６７に採用する。
【００５８】
図１１（ａ）〜（ｅ）は本発明に係る骨格構造部材をフロントサイドフレームに採用した例の説明図である。なお、骨格構造部材としてのフロントサイドフレーム５１の符号５１を、ここでは便宜上、５１Ａ〜５１Ｅと変更した。フロントサイドフレーム５１Ａ〜５１Ｄでは、粉粒体１８…を、直接に骨格部材内に充填し、フロントサイドフレーム５１Ｅでは、粉粒体１８…を予め別の骨格部材内に充填した状態で骨格部材内に挿入する。
【００５９】
（ａ）に示すフロントサイドフレーム５１Ａは、アウタパネル７１と、このアウタパネル７１よりもエンジン室側に設けたインナパネル７２とから骨格部材７３を形成し、この骨格部材７３内に粉粒体１８…を充填した部材である。なお、フロントサイドフレーム５１Ａに粉粒体１８を充填する場合に、フロントサイドフレーム５１Ａの長手方向全体に充填してもよいし、あるいは、フロントサイドフレーム５１Ａの長手方向に部分的に充填する、即ち、フロントサイドフレーム５１Ａ内に長手方向に所定間隔を開けて２枚の隔壁を設け、これら２枚の隔壁間に粉粒体１８を充填してもよい。以下に述べる部位についても同様である。
【００６０】
（ｂ）に示すフロントサイドフレーム５１Ｂは、斜面７５を設けたアウタパネル７６と、このアウタパネル７６のエンジン室側に設けるとともに斜面７７を形成したインナパネル７８とから骨格部材８１を形成し、この骨格部材８１に粉粒体１８…を充填した部材である。
【００６１】
（ｃ）に示すフロントサイドフレーム５１Ｃは、アウタパネル７１と、インナパネル７２と、これらのアウタパネル７１及びインナパネル７２の内側に取付けた隔壁８３とから骨格部材８４を形成し、アウタパネル７１及びインナパネル７２内の隔壁８３で区画した第１室８５及び第２室８６のうちの第１室８５内に粉粒体１８…を充填した部材である。
【００６２】
（ｄ）に示すフロントサイドフレーム５１Ｄは、（ｃ）に示したフロントサイドフレーム５１Ｃの第２室８６に粉粒体１８…を充填した部材である。
（ｅ）に示すフロントサイドフレーム５１Ｅは、骨格部材８８内に粉粒体１８…を充填し、この骨格部材８８を骨格部材７３の内側に配置した部材である。
【００６３】
図１２（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る骨格構造部材をリヤフレームに採用した例の説明図である。なお、骨格構造部材としてのリヤフレーム５６の符号５６を、ここでは便宜上、５６Ａ〜５６Ｄと変更した。
（ａ）に示すリヤフレーム５６Ａは、パネル部材としてのロアパネル９１と、このロアパネル９１の上部に設けたパネル部材としてのリヤフロアパネル９２との間に粉粒体１８を充填した部材である。
【００６４】
（ｂ）に示すリヤフレーム５６Ｂは、ロアパネル９１と、このロアパネル９１の上部に取付けたサブロアパネル９３との間に粉粒体１８…を充填した部材である。
【００６５】
（ｃ）に示すリヤフレーム５６Ｃは、ロアパネル９１の上部に取付けたサブロアパネル９３と、このサブロアパネル９３の上部に設けたリヤフロアパネル９２との間に粉粒体１８を充填した部材である。
【００６６】
（ｄ）に示すリヤフレーム５６Ｄは、ロアパネル９１とリヤフロアパネル９２とで囲まれる閉空間内に骨格部材９４を配置し、この骨格部材９４内に粉粒体１８…を充填した部材である。
【００６７】
また、骨格部材９４内には粉粒体１８…を充填せず、骨格部材９４とその周囲のパネル部材としてのロアパネル９１、リヤフロアパネル９２とで囲まれる空間９５に粉粒体１８…を充填してもよく、更には、骨格部材９４内及び空間９５内の両方に粉粒体１８…を充填してもよい。
【００６８】
図１３（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る骨格構造部材をセンタピラーに採用した例の説明図である。なお、骨格構造部材としてのセンタピラー５４の符号５４を、ここでは便宜上、５４Ａ〜５４Ｃと変更した。
（ａ）に示したセンタピラー５４Ａは、アウタパネル９６と、このアウタパネル９６の車室側に配置したインナパネル９７とで骨格部材９８を形成し、この骨格部材９８に粉粒体１８…を充填した部材である。
【００６９】
（ｂ）に示したセンタピラー５４Ｂは、アウタパネル９６とインナパネル９７との間に補強部材１０１を取付けることで骨格部材１０２を形成し、補強部材１０１とアウタパネル９６との間に粉粒体１８…を充填した部材である。
【００７０】
（ｃ）に示したセンタピラー５４Ｃは、アウタパネル９６とインナパネル９７との間に補強部材１０１を取付け、この補強材１０１とインナパネル９７との間に粉粒体１８…を充填した部材である。
【００７１】
図１４（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る骨格構造部材をルーフサイドレールに採用した例の説明図である。なお、骨格構造部材としてのルーフサイドレール６４の符号を、ここでは便宜上、６４Ａ〜６４Ｃと変更した。
【００７２】
（ａ）に示したルーフサイドレール６４Ａは、アウタパネル１０４と、このアウタパネル１０４の車室側に配置したインナパネル１０５とで骨格部材１０６を形成し、この骨格部材１０６に粉粒体１８…を充填した部材である。
【００７３】
（ｂ）に示したルーフサイドレール６４Ｂは、アウタパネル１０４とインナパネル１０５との間に補強部材１０７を取付けることで骨格部材１０８を形成し、補強部材１０７とアウタパネル１０４との間に粉粒体１８…を充填した部材である。
【００７４】
（ｃ）に示したルーフサイドレール６４Ｃは、アウタパネル１０４とインナパネル１０５との間に補強部材１０７を取付けることで骨格部材１０８を形成し、補強部材１０７とインナパネル１０５との間に粉粒体１８…を充填した部材である。
【００７５】
以上の図５で説明したように、本発明第１には、輸送機械の骨格部材１１内及び／又は骨格部材１１とその周囲のパネル部材（例えば、図１２に示したロアパネル９１、リヤフロアパネル９２）とで囲まれる空間（例えば、図１２に示した空間９５）に、複数の粉粒体１８を結合して固めた固形化粉粒体１６を配置した骨格構造部材１２であって、粉粒体１８を、互いに部分的に表面融解させることにより結合するようにしたことを特徴とする。
【００７６】
例えば、粉粒体の表面全体を融解させることにより粉粒体同士を結合する場合にはその結合が非常に強固になり、固形化粉粒体に外部から荷重が作用した場合に、結合部が割れて破片となり、破片が移動しないために歪みが集中する。従って、骨格構造部材に局部的に変形が進行し、大きな荷重を支えることができなくなる。
【００７７】
これに対して、本発明では、粉粒体１８を、互いに部分的に表面融解させることにより結合することで、固形化粉粒体１６に外部から荷重が作用した場合に、固形化粉粒体１６は、部分的に表面融解し固化した固化部２２…が剥がれて粉粒体１８の単体となって流動性を備えるようになり、外部からの荷重により発生する歪みを拡散して歪みの集中を防ぐことができる。
【００７８】
この結果、骨格構造部材１２をほぼ均等に且つ大きな変形量まで変形させることができる。このとき、バインダによる粉粒体の結合ほど強固ではないが、粉粒体１８の大きな結合によって、大きな変位量まで大きな荷重を支えることができ、従来に比較して、骨格構造部材１２の吸収エネルギー量を増大させることができる。
【００７９】
また、粉粒体１８同士が表面融解により結合するため、粉粒体１８同士の結合に接着剤や樹脂等のバインダを用いるのに比べて、固形化に伴う重量増を抑えることができる。
【００８０】
本発明は第２に、粉粒体１８Ａを、その表面に部分的に無機材料層２３…を形成することで加熱したときに部分的に表面融解させるようにしたことを特徴とする。
粉粒体１８に部分的に無機材料層２３…を形成することで、粉粒体１８を容易に部分的に結合させることができる。
【００８１】
尚、本発明の実施の形態では、骨格部材内に粉粒体をそのまま投入したが、これに限らず、袋（ゴム製、ポリエチレン等の樹脂製、紙製のもの）や容器に予め詰めた状態で骨格部材内に投入してもよい。
【００８２】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１の輸送機械用骨格構造部材は、粉粒体を、互いに部分的に表面融解させることにより結合するようにしたので、固形化粉粒体に外部から荷重が作用した場合に、固形化粉粒体は、部分的に表面融解し固化した固化部が剥がれて粉粒体単体となって流動性を備えるようになり、外部からの荷重により発生する歪みを拡散して歪みの集中を防ぐことができる。
【００８３】
この結果、骨格構造部材をほぼ均等に且つ大きな変形量まで変形させることができる。このとき、バインダによる粉粒体の結合ほど強固ではないが、粉粒体の大きな結合によって、大きな変位量まで大きな荷重を支えることができ、従来に比較して、骨格構造部材の吸収エネルギー量を増大させることができる。
【００８４】
また、粉粒体同士が表面融解により結合するため、粉粒体同士の結合に接着剤や樹脂等のバインダを用いるのに比べて、固形化に伴う重量増を抑えることができる。
【００８５】
請求項２の輸送機械用骨格構造部材は、粉粒体を、その表面に部分的に無機材料層を形成することで加熱したときに部分的に表面融解させるようにしたので、粉粒体に部分的に形成した無機材料層によって、粉粒体を容易に部分的に結合させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る輸送機械用骨格構造部材の斜視図
【図２】図１の２−２線断面図
【図３】図１の３−３線断面図
【図４】本発明に係る固形化粉粒体の結合状態を示す拡大断面図
【図５】本発明に係る骨格構造部材の製造方法を示す作用図
【図６】骨格構造部材の曲げ試験の結果を示す説明図
【図７】本発明に係る骨格構造部材の曲げ試験時の変形を示す作用図
【図８】本発明に係る骨格構造部材の曲げ試験終了後の断面図
【図９】本発明に係る骨格構造部材の曲げ試験の結果得られた荷重と変位量との関係を示すグラフ
【図１０】本発明に係る骨格構造部材を車両に採用した例を示す斜視図
【図１１】本発明に係る骨格構造部材をフロントサイドフレームに採用した例の説明図
【図１２】本発明に係る骨格構造部材をリヤフレームに採用した例の説明図
【図１３】本発明に係る骨格構造部材をセンタピラーに採用した例の説明図
【図１４】本発明に係る骨格構造部材をルーフサイドレールに採用した例の説明図
【図１５】従来の骨格構造部材を構成する固形化粉粒体を示す第１拡大断面図
【図１６】従来の骨格構造部材を構成する固形化粉粒体を示す第２拡大断面図
【図１７】従来の骨格構造部材を構成する固形化粉粒体を示す第３拡大断面図
【図１８】従来の骨格構造部材の表面融解を示す作用図
【図１９】骨格構造部材の曲げ試験の方法を示す説明図
【図２０】骨格構造部材の曲げ試験の結果として得られる荷重と変位量との関係を略式に示すグラフ
【図２１】骨格構造部材の曲げ試験の結果として得られる荷重と変位量との関係及び吸収エネルギー量を示す説明図
【図２２】従来の骨格構造部材の曲げ試験結果としての変形状態を示す説明図
【図２３】従来の骨格構造部材の曲げ試験により得られた荷重と変位量との関係を示すグラフ
【符号の説明】
１１…骨格部材、１２…輸送機械用骨格構造部材、１６…固形化粉粒体、１８，１８Ａ…粉粒体、２３…無機材料層、９１，９２…パネル部材（ロアパネル、リヤフロアパネル）、９５…空間。
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両、産業車両、船舶、航空機、自動車、自動二輪車等の輸送機械用骨格構造部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
骨格構造部材として、骨格部材に粉粒体を充填したものが知られている。（例えば、特許文献１、特許文献２及び特許文献３参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１９３６４９公報（第９−１０頁、図１−図４）
【特許文献２】
米国特許第４６１０８３６号公報（第３−５欄、図１、図２）
【特許文献３】
米国特許第４６９５３４３号公報（第３−５欄、図１、図２）
【０００４】
特許文献１を図１５で説明し、特許文献２を図１６で説明する。
図１５は従来の骨格構造部材を構成する固形化粉粒体を示す第１拡大断面図であり、固形化粉粒体（即ち、複数の粉粒体を結合して固めたもの）２００は、粉粒体２０１…（…は複数個を示す。以下同じ。）と、これらの粉粒体２０１…を固形にするために粉粒体２０１…のそれぞれの間に満たした樹脂、接着剤等のバインダ２０２とからなり、粉粒体２０１を構造的に密に型に投入した後、バインダ２０２を流し込んで形成する。この固形化粉粒体２００は、車体等の骨格部材内に挿入することで骨格構造部材を形成するものであり、車体の強度、剛性の向上を図る。
【０００５】
図１６は従来の骨格構造部材を構成する固形化粉粒体を示す第２拡大断面図であり、固形化粉粒体２１０は、接着剤２１１をコーティングした粉粒体としてのガラス製の小球体２１２…からなり、これらの小球体２１２…をガラス繊維製のクロスで包み、骨格部材内に満たすことで骨格構造部材を形成する。特許文献３にも同様の構造が記載されている。
【０００６】
図１７は従来の骨格構造部材を構成する固形化粉粒体を示す第３拡大断面図であり、固形化粉粒体２１４は、外部からの加熱、例えば、ヒータ、マイクロウェーブ等によって粉粒体２１５…の表面を融解させることで粉粒体２１５同士を結合したものである。なお、２１６…は粉粒体２１５の表面が融解後に固化した固化部である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図１５に示した固形化粉粒体２００では粉粒体２０１のみの場合に比べてバインダ２０２の分だけ重量が増し、図１６に示した固形化粉粒体２１０でも同様に、小球体２１２のみの場合よりも接着剤２１１の分だけの重量が増すため、これらの固形化粉粒体２００，２１０を用いた骨格構造部材の重量増が大きくなる。
【０００８】
また、粉粒体２０１又は小球体２１２を密に充填すれば、固形化粉粒体２００，２１０の剛性が高められるが、閉空間に粉粒体２０１又は小球体２１２を満たすには、外部から加圧する等の手段を講じなければならなず、容易ではない。
【０００９】
図１８は従来の骨格構造部材の表面融解を示す作用図であり、図１７に示した粉粒体２１５の表面融解により出来た固化部２１６を拡大した拡大図である。
このように、固化部２１６によって粉粒体２１５同士の結合範囲が広くなり、結合は非常に強固となる。
【００１０】
次に、上記の固形化粉粒体２００，２１０を用いた骨格構造部材を曲げ試験で強制的に曲げ変形させて、骨格構造部材の吸収エネルギー量を求める。
図１９は骨格構造部材の曲げ試験の方法を示す説明図であり、曲げ試験は、骨格構造部材２２０を２つの支点２２１，２２１で支え、これらの支点２２１，２２１の間隔の中央位置に対応する骨格構造部材２２０の上面に曲げ試験機の押圧片２２２を介して下向きの荷重Ｆを加えて行う。なお、δは押圧片２２２のストローク量、即ち下方への変位量、２２３（骨格構造部材２２０中に描いた破線）は、骨格構造部材２２０内に挿入した固形化粉粒体を示す。
【００１１】
図２０は骨格構造部材の曲げ試験の結果として得られる荷重と変位量との関係を略式に示すグラフであり、縦軸は荷重Ｆ、横軸は変位量δを表す。
このグラフでは、変位量δが小さいうちは、荷重Ｆは直線的に急激に立ち上がり、そして、荷重Ｆの増加は次第に小さくなって最大の荷重ｆ１が発生し、この後は、変形量δが大きくなるにつれて、荷重Ｆは次第に減少し、やがてほぼ一定になる。
【００１２】
立ち上がりの直線部の上端の荷重をＬ、直線の角度をαとすると、角度αが大きいほど、また、荷重Ｌが大きい（即ち、直線部が長い）ほど骨格構造部材の剛性は大きい。更に、荷重ｆ１が大きいほど、骨格構造部材の強度は大きい。
【００１３】
このグラフ上の線と横軸とで挟まれた部分の面積は、仕事量、即ち骨格構造部材の変形による吸収エネルギー量であり、例えば、車両の骨格構造における衝突時の吸収エネルギー量を求める場合に使用するものである。
【００１４】
図２１（ａ）〜（ｄ）は骨格構造部材の曲げ試験の結果として得られる荷重と変位量との関係及び吸収エネルギー量を示す説明図である。
（ａ）は荷重Ｆと変位量δとの関係を示すグラフであり、縦軸は荷重Ｆ、横軸は変位量δを表す。
グラフ中の試料１は、図２０に示したものと同一のもので、例えば中空の四角形断面とし、内部に固形化粉粒体を挿入していない骨格構造部材の結果である。
【００１５】
試料２は、試料１の最大の荷重ｆ１となる変位量より大きい変位量では、試料１よりも荷重Ｆが大きくなる。
試料３は、試料１の荷重ｆ１となる変位量より大きい変位量では、試料２よりも荷重Ｆが大きくなる。
【００１６】
これらの試料１〜試料３の吸収エネルギー量を示したのが（ｂ）である。
（ｂ）では縦軸が吸収エネルギー量Ｅを表す。試料１〜試料３の各吸収エネルギー量をｅ１〜ｅ３とすると、ｅ１＜ｅ２＜ｅ３となる。
【００１７】
（ｃ）は荷重Ｆと変位量δとの関係を示すグラフであり、縦軸は荷重Ｆ、横軸は変位量δを表す。
試料４は、試料１よりも立ち上がりの角度α（図２０参照）を大きくし、且つ試料１の荷重ｆ１よりも大きな荷重ｆ２を最大値とするものであり、荷重ｆ２のときの変位量よりも大きな変位量δでは、次第に試料１に重なる。
【００１８】
試料５は、試料４よりも立ち上がりの角度α（図２０参照）を大きくし、且つ試料４の荷重ｆ２よりも大きな荷重ｆ３を最大値とするものであり、荷重ｆ３のときの変位量よりも大きな変位量δでは、次第に試料１に重なる。
【００１９】
これらの試料１、試料４及び試料５の吸収エネルギー量を示したのが（ｄ）である。
（ｄ）では縦軸が吸収エネルギー量Ｅを表す。試料４、試料５の各吸収エネルギー量をｅ４、ｅ５とすると、ｅ１＜ｅ４＜ｅ５となる。
【００２０】
以上の（ａ）〜（ｄ）より、荷重Ｆの最大値が大きくなっただけでは吸収エネルギー量の増加は小さいが、荷重Ｆの最大値を大きくするとともに、最大荷重発生後の荷重を高く維持すれば、吸収エネルギー量の増加を大きくすることができる。
【００２１】
図２２は従来の骨格構造部材の曲げ試験結果としての変形状態を示す説明図である。
例えば、固形化粉粒体２００（図１５も参照）を挿入した骨格構造部材２０５を曲げ試験で変形させた場合、固形化粉粒体２００を挿入した部分はほとんど変形せず、固形化粉粒体２００の端部側が大きく変形した。２０６は大きく変形して屈曲した骨格部材２０７の屈曲部である。
【００２２】
これは、粉粒体の高い充填率とバインダによる強い結合のために、固形化粉粒体２００を挿入した部分の強度が非常に高まり、固形化粉粒体２００以外の部分に歪みが集中したと考えられる。
【００２３】
図２３は従来の骨格構造部材の曲げ試験により得られた荷重と変位量との関係を示すグラフであり、縦軸は荷重Ｆ、横軸は変位量δを表す。各データの最大の変位量δは、変位量δを次第に増していって、急激に荷重Ｆが低下する直前の値である（以下同じ）。
【００２４】
図中に短い破線で示した比較例１は、中空の四角形断面を有する骨格構造部材で固形化粉粒体を挿入していないもののデータであり、最大の変位量ｄ５は大きいが、最大の荷重ｆ５は小さい。
【００２５】
一点鎖線で示した比較例２は、図１５及び図２２に示した骨格構造部材、即ち中実の粉粒体をバインダで結合した固形化粉粒体を備えたもののデータであり、粉粒体の結合が強固であるために最大の荷重ｆ６は大きくなるが、曲げ試験の早期に固形化粉粒体以外の部分が局部的に大きく変形することにより最大の変位量ｄ６は小さくなる。
【００２６】
二点鎖線で示した比較例３は、図１６に示した骨格構造部材、即ち中実の粉粒体に接着剤をコーティングして結合した固形化粉粒体を備えたもののデータであり、粉粒体の結合が強固なために最大の荷重ｆ７は比較例２よりも大きくなるが、比較例２と同様に局部的な変形が大きいため、最大の変位量ｄ７は小さい。
【００２７】
長い破線で示した比較例４は、中実の粉粒体を表面融解させて結合した固形化粉粒体を備えたもののデータであり、表面融解によって粉粒体の結合が強固なために最大の荷重ｆ８は比較例２とほぼ同等であるが、荷重ｆ８の発生した変位量δよりも変位量が大きくなると、荷重Ｆは急激に低下し、その変位量ｄ８は大きくならない。このような荷重Ｆの低下を抑えることができれば、大きな荷重を大きな変位量まで維持でき、骨格構造部材の吸収エネルギー量が増大できる。
【００２８】
そこで、本発明の目的は、輸送機械用骨格構造部材を改良することで、粉粒体の固形化に伴う重量増を抑え、しかも、骨格構造部材の吸収エネルギー量を増大させることにある。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、輸送機械の骨格部材内及び／又は骨格部材とその周囲のパネル部材とで囲まれる空間に、複数の粉粒体を結合して固めた固形化粉粒体を配置した骨格構造部材であって、粉粒体を、互いに部分的に表面融解させることにより結合するようにしたことを特徴とする。
【００３０】
例えば、粉粒体の表面全体を融解させることにより粉粒体同士を結合する場合にはその結合が非常に強固になり、固形化粉粒体に外部から荷重が作用した場合に、結合部が割れて破片となり、破片が移動しないために歪みが集中する。従って、骨格構造部材に局部的に変形が進行し、大きな荷重を支えることができなくなる。
【００３１】
これに対して、本発明では、粉粒体を、互いに部分的に表面融解させることにより結合することで、固形化粉粒体に外部から荷重が作用した場合に、固形化粉粒体は、部分的に表面融解し固化した固化部が剥がれて粉粒体単体となって流動性を備えるようになり、外部からの荷重により発生する歪みを拡散して歪みの集中を防ぐことができる。
【００３２】
この結果、骨格構造部材をほぼ均等に且つ大きな変形量まで変形させることができる。このとき、バインダによる粉粒体の結合ほど強固ではないが、粉粒体の大きな結合によって、大きな変位量まで大きな荷重を支えることができ、従来に比較して、骨格構造部材の吸収エネルギー量を増大させることができる。
【００３３】
また、粉粒体同士が表面融解により結合するため、粉粒体同士の結合に接着剤や樹脂等のバインダを用いるのに比べて、固形化に伴う重量増を抑えることができる。
【００３４】
請求項２は、粉粒体を、その表面に部分的に無機材料層を形成することで加熱したときに部分的に表面融解させるようにしたことを特徴とする。
粉粒体に部分的に無機材料層を形成することで、粉粒体を容易に部分的に結合させることができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る輸送機械用骨格構造部材の斜視図であり、中空とした骨格部材１１内に固形化粉粒体を充填した輸送機械用骨格構造部材１２（以下、単に「骨格構造部材１２」と記す。）を示す。なお、１３，１３は骨格部材１１の両端を塞ぐ端部閉塞部材である。
【００３６】
図２は図１の２−２線断面図であり、骨格構造部材１２は、骨格部材１１内に隔壁部材１５，１５を取付け、これらの隔壁部材１５，１５の間の空間に固形化粉粒体１６を充填したことを示す。ここでは、固形化粉粒体１６を骨格構造部材１２の長手方向の中央に配置した。図中の１８…は粉粒体であり、実際には外径が１０μｍ〜５．０ｍｍであるが、説明の都合上、大きく描いた（以下同じ）。
【００３７】
図３は図１の３−３線断面図であり、中空の四角形断面とした骨格部材１１内に、粉粒体１８…をそれぞれ結合させて固形にした固形化粉粒体１６を充填したことを示す。
【００３８】
図４は本発明に係る固形化粉粒体の結合状態を示す拡大断面図であり、加熱による表面融解の後に部分的に結合した粉粒体１８…を示す。
粉粒体１８は、熱可塑性樹脂製の粉粒体１８Ａと、この粉粒体１８Ａの表面に部分的に形成した無機材料層２３…とからなる。なお、２４…は無機材料層２３…の間から外部に露出した粉粒体１８Ａの表面である露出部である。
【００３９】
粉粒体１８同士は、加熱により露出部２４…が融解した後に冷却によって固化した固化部２２…で結合する。
無機材料層２３を形成する無機材料としては、炭酸カルシウム、酸化チタンが好適である。
【００４０】
図５は本発明に係る骨格構造部材の製造方法を示す作用図である。
まず、無機材料を粉粒体１８Ａの表面に部分的に付着、あるいは部分的にコーティングすることで無機材料層２３…を形成した粉粒体１８…を造る。
次に、粉粒体１８…を骨格部材１１内に所定量投入する。
そして、骨格部材１１及び粉粒体１８…を加熱する。
【００４１】
これにより、各粉粒体１８が部分的に表面融解を起こし、詳しくは、各粉粒体１８の露出部２４…（図４参照）のみが融解し、各粉粒体１８の融解部分同士が一体になり、冷却した後に、粉粒体１８同士が部分的に結合して、即ち粉粒体１８同士が固化部２２…を介して結合して固形化粉粒体１６を形成し、骨格構造部材１２が出来る。
【００４２】
例えば、車両では、車両骨格部材内に粉粒体１８を投入しておき、車両の塗装を乾燥させるために製造ラインに設けた塗装乾燥路で１３０〜２００℃に加熱すれば、塗装乾燥の完了とほぼ同時に骨格構造部材が出来る。従って、別に加熱装置を必要とせず、しかも粉粒体１８のための加熱時間も別に必要がないから、コストアップ及び製造工数の増加を抑えることができる。
また、粉粒体１８Ａを熱可塑性樹脂製とすることで低い温度で融解させることができるため、高温を発生させるような特別な加熱装置を必要としない。
【００４３】
図６（ａ）〜（ｄ）は骨格構造部材の曲げ試験の結果を示す説明図であり、（ａ）及び（ｂ）は実施例（本実施の形態）、（ｃ）及び（ｄ）は比較例を示す。
（ａ）は骨格構造部材１２（図２も参照）の曲げ試験を実施した後の状態を示す拡大正面図であり、骨格構造部材１２の固形化粉粒体１６（図中の破線部）を充填した部分がほぼ円弧状に変形したことを示す。
【００４４】
（ｂ）は骨格構造部材１２の曲げ試験時に発生する歪みを説明する図であり、模式的に描いた骨格構造部材１２を２つの支点３１，３１で支え、これらの支点３１，３１の間隔の中央位置に対応する骨格構造部材１２の上面に下向きの荷重Ｆを加えたときに、骨格構造部材１２の支点３１，３１間に発生する歪みをグラフとして表したものである。縦軸は歪み、横軸は骨格構造部材１２の長手方向の位置を表す。
【００４５】
支点３１，３１の位置では歪みはゼロであり、この位置から次第に固形化粉粒体１６（図中のハッチングを施した部分）に近づくにつれて歪みは徐々に増加し、固形化粉粒体１６の位置では歪みは一定になる。このときの歪みをε１とする。
【００４６】
（ｃ）は無機材料層を有していない中実の粉粒体を表面融解させて形成した固形化粉粒体を挿入した骨格構造部材２３０の曲げ試験を実施した後の状態を示す拡大正面図であり、骨格構造部材２３０の固形化粉粒体２３１（図中の破線部）を充填した部分はほとんど変形せず、固形化粉粒体２３１の外側の骨格部材２３２が大きく変形したことを示す。
【００４７】
（ｄ）は骨格構造部材２３０の曲げ試験時に発生する歪みを説明する図であり、模式的に描いた骨格構造部材２３０を２つの支点２２１，２２１で支え、これらの支点２２１，２２１の間隔の中央位置に対応する骨格構造部材２３０の上面に下向きの荷重Ｆを加えたときに、骨格構造部材２３０の支点２２１，２２１間に発生する歪みをグラフとして表したものである。縦軸は歪み、横軸は骨格構造部材２３０の長手方向の位置を表す。
【００４８】
支点２２１，２２１の位置では歪みはゼロであり、この位置から次第に固形化粉粒体２３１に近づくにつれて歪みは急激に増加し、固形化粉粒体２３１の両端部近傍の外方位置で歪みは最大になる。このときの歪みをε２とする。
そして、歪みが最大となる位置から固形化粉粒体２３１の端部までは歪みが減少し、固形化粉粒体２３１の位置では歪みが一定になる。このときの歪みをε３とする。
【００４９】
以上の（ａ）〜（ｄ）において、比較例の骨格構造部材２３０では、固形化粉粒体２３０の剛性が過度に大きいために固形化粉粒体２３１はほとんど変形せず、歪みε３は小さくなるが、骨格部材２３２が局部的に大きく変形し、歪みε２は非常に大きくなる。従って、曲げ試験の早期に荷重Ｆは大きく低下する。即ち、吸収エネルギー量は少ない。
【００５０】
これに対して、実施例の骨格構造部材１２では、固形化粉粒体１６の剛性が比較例の固形化粉粒体２３１に比べて小さく、曲げ試験によって固形化粉粒体１６が徐々に変形しするとともにほぼ均一に変形するため、比較例の最大の歪みε２に対して最大の歪みε１を抑えることができる。即ち、歪みε１は歪みε２よりもｄだけ小さい。従って、実施例の骨格構造部材１２では、曲げ試験において大きな変位量まで高い荷重を維持することができ、比較例に対して吸収エネルギー量をより増大させることができる。
【００５１】
図７（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る骨格構造部材の曲げ試験時の変形を示す作用図であり、図１９に示したのと同じ方法で骨格構造部材１２の曲げ試験を実施し、そのときの骨格構造部材１２の変形、詳しくは、固形化粉粒体１６の変化を説明する。
（ａ）において、骨格構造部材１２に荷重Ｆを加える。なお、３２は荷重Ｆを加えた骨格部材１１上の加重点である。
【００５２】
（ｂ）において、骨格構造部材１２が撓み、加重点３２近傍の粉粒体１８では、粉粒体１８の固化部２２…（図４参照）が剥がれて粉粒体１８同士の結合が外れて、粉粒体１８…が矢印で示すように移動し、骨格部材１１の内部圧力が激増するのを抑える。
【００５３】
（ｃ）において、骨格構造部材１２の撓みが更に大きくなると、粉粒体１８…の固化部の剥がれが進行し、固形化粉粒体１６（図（ａ）参照）の大部分は粉粒体１８単体に戻って矢印のように流動し、歪みを拡散させる。
従って、骨格構造部材１２は局部的に変形せず、ほぼ均一に変形するため、大きな荷重を維持しつつ流動によって大きな変位量まで安定して変形することができる。
【００５４】
図８は本発明に係る骨格構造部材の曲げ試験終了後の断面図であり、曲げ試験開始前に、固形化粉粒体に、骨格構造部材１２の長手方向に直角な方向に直線として描いた線３４〜線３８の変化を見ると、曲げ試験終了後では、例えば、線３５の両端の点、即ち骨格部材１１と交わる点を端点４１，４２とし、これらの端点４１，４２を通る直線４３を引いたときに、直線３５は、直線４３よりも骨格構造部材１２の端部側に湾曲していることが分かる。即ち、骨格部材１１の上部が凹状に変形することで、前述した表面融解部が剥がれた粉粒体は、白抜き矢印で示すように、一方の隔壁部材１５側に流動したことが分かる。
【００５５】
図９は本発明に係る骨格構造部材の曲げ試験の結果得られた荷重と変位量との関係を示すグラフであり、縦軸は荷重Ｆ、横軸は変位量δを表す。
実施例（中実粉＋無機材料層）の骨格構造部材１２のデータ（実線で示す。）は、立ち上がりの直線部の長さ、例えば変位量ｄ９における荷重ｆ９は比較例２〜比較例４に対してそれほど大きくないが、大きな変位量まで徐々に荷重Ｆが増加する。従って、本発明の骨格構造部材１２では、比較例１〜比較例４に比べて吸収エネルギー量をより増大させることができる。
【００５６】
図１０（ａ），（ｂ）は本発明に係る骨格構造部材を車両に採用した例を示す斜視図である。
（ａ）において、本発明の骨格構造部材は、車体前部のエンジン両側方下方に配置するフロントサイドフレーム５１，５１、車室の両側方下部に配置するサイドシル５２，５２、左右のサイドシル５２，５２間に渡したフロントフロアクロスメンバ５３、サイドシル５２，５２から立ち上げたセンタピラー５４，５４、サイドシル５２，５２から後方へ延ばしたリヤフレーム５６，５６に採用する。
【００５７】
また、（ｂ）において、本発明の骨格構造部材は、フロントピラー６１，６１、フロントドア（不図示）内及びリヤドア（不図示）内にそれぞれ配置したドアビーム６２，６３、ルーフの両側部に設けたルーフサイドレール６４，６４、左右のルーフサイドレール６４，６４に渡したルーフレール６６，６７に採用する。
【００５８】
図１１（ａ）〜（ｅ）は本発明に係る骨格構造部材をフロントサイドフレームに採用した例の説明図である。なお、骨格構造部材としてのフロントサイドフレーム５１の符号５１を、ここでは便宜上、５１Ａ〜５１Ｅと変更した。フロントサイドフレーム５１Ａ〜５１Ｄでは、粉粒体１８…を、直接に骨格部材内に充填し、フロントサイドフレーム５１Ｅでは、粉粒体１８…を予め別の骨格部材内に充填した状態で骨格部材内に挿入する。
【００５９】
（ａ）に示すフロントサイドフレーム５１Ａは、アウタパネル７１と、このアウタパネル７１よりもエンジン室側に設けたインナパネル７２とから骨格部材７３を形成し、この骨格部材７３内に粉粒体１８…を充填した部材である。なお、フロントサイドフレーム５１Ａに粉粒体１８を充填する場合に、フロントサイドフレーム５１Ａの長手方向全体に充填してもよいし、あるいは、フロントサイドフレーム５１Ａの長手方向に部分的に充填する、即ち、フロントサイドフレーム５１Ａ内に長手方向に所定間隔を開けて２枚の隔壁を設け、これら２枚の隔壁間に粉粒体１８を充填してもよい。以下に述べる部位についても同様である。
【００６０】
（ｂ）に示すフロントサイドフレーム５１Ｂは、斜面７５を設けたアウタパネル７６と、このアウタパネル７６のエンジン室側に設けるとともに斜面７７を形成したインナパネル７８とから骨格部材８１を形成し、この骨格部材８１に粉粒体１８…を充填した部材である。
【００６１】
（ｃ）に示すフロントサイドフレーム５１Ｃは、アウタパネル７１と、インナパネル７２と、これらのアウタパネル７１及びインナパネル７２の内側に取付けた隔壁８３とから骨格部材８４を形成し、アウタパネル７１及びインナパネル７２内の隔壁８３で区画した第１室８５及び第２室８６のうちの第１室８５内に粉粒体１８…を充填した部材である。
【００６２】
（ｄ）に示すフロントサイドフレーム５１Ｄは、（ｃ）に示したフロントサイドフレーム５１Ｃの第２室８６に粉粒体１８…を充填した部材である。
（ｅ）に示すフロントサイドフレーム５１Ｅは、骨格部材８８内に粉粒体１８…を充填し、この骨格部材８８を骨格部材７３の内側に配置した部材である。
【００６３】
図１２（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る骨格構造部材をリヤフレームに採用した例の説明図である。なお、骨格構造部材としてのリヤフレーム５６の符号５６を、ここでは便宜上、５６Ａ〜５６Ｄと変更した。
（ａ）に示すリヤフレーム５６Ａは、パネル部材としてのロアパネル９１と、このロアパネル９１の上部に設けたパネル部材としてのリヤフロアパネル９２との間に粉粒体１８を充填した部材である。
【００６４】
（ｂ）に示すリヤフレーム５６Ｂは、ロアパネル９１と、このロアパネル９１の上部に取付けたサブロアパネル９３との間に粉粒体１８…を充填した部材である。
【００６５】
（ｃ）に示すリヤフレーム５６Ｃは、ロアパネル９１の上部に取付けたサブロアパネル９３と、このサブロアパネル９３の上部に設けたリヤフロアパネル９２との間に粉粒体１８を充填した部材である。
【００６６】
（ｄ）に示すリヤフレーム５６Ｄは、ロアパネル９１とリヤフロアパネル９２とで囲まれる閉空間内に骨格部材９４を配置し、この骨格部材９４内に粉粒体１８…を充填した部材である。
【００６７】
また、骨格部材９４内には粉粒体１８…を充填せず、骨格部材９４とその周囲のパネル部材としてのロアパネル９１、リヤフロアパネル９２とで囲まれる空間９５に粉粒体１８…を充填してもよく、更には、骨格部材９４内及び空間９５内の両方に粉粒体１８…を充填してもよい。
【００６８】
図１３（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る骨格構造部材をセンタピラーに採用した例の説明図である。なお、骨格構造部材としてのセンタピラー５４の符号５４を、ここでは便宜上、５４Ａ〜５４Ｃと変更した。
（ａ）に示したセンタピラー５４Ａは、アウタパネル９６と、このアウタパネル９６の車室側に配置したインナパネル９７とで骨格部材９８を形成し、この骨格部材９８に粉粒体１８…を充填した部材である。
【００６９】
（ｂ）に示したセンタピラー５４Ｂは、アウタパネル９６とインナパネル９７との間に補強部材１０１を取付けることで骨格部材１０２を形成し、補強部材１０１とアウタパネル９６との間に粉粒体１８…を充填した部材である。
【００７０】
（ｃ）に示したセンタピラー５４Ｃは、アウタパネル９６とインナパネル９７との間に補強部材１０１を取付け、この補強材１０１とインナパネル９７との間に粉粒体１８…を充填した部材である。
【００７１】
図１４（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る骨格構造部材をルーフサイドレールに採用した例の説明図である。なお、骨格構造部材としてのルーフサイドレール６４の符号を、ここでは便宜上、６４Ａ〜６４Ｃと変更した。
【００７２】
（ａ）に示したルーフサイドレール６４Ａは、アウタパネル１０４と、このアウタパネル１０４の車室側に配置したインナパネル１０５とで骨格部材１０６を形成し、この骨格部材１０６に粉粒体１８…を充填した部材である。
【００７３】
（ｂ）に示したルーフサイドレール６４Ｂは、アウタパネル１０４とインナパネル１０５との間に補強部材１０７を取付けることで骨格部材１０８を形成し、補強部材１０７とアウタパネル１０４との間に粉粒体１８…を充填した部材である。
【００７４】
（ｃ）に示したルーフサイドレール６４Ｃは、アウタパネル１０４とインナパネル１０５との間に補強部材１０７を取付けることで骨格部材１０８を形成し、補強部材１０７とインナパネル１０５との間に粉粒体１８…を充填した部材である。
【００７５】
以上の図５で説明したように、本発明第１には、輸送機械の骨格部材１１内及び／又は骨格部材１１とその周囲のパネル部材（例えば、図１２に示したロアパネル９１、リヤフロアパネル９２）とで囲まれる空間（例えば、図１２に示した空間９５）に、複数の粉粒体１８を結合して固めた固形化粉粒体１６を配置した骨格構造部材１２であって、粉粒体１８を、互いに部分的に表面融解させることにより結合するようにしたことを特徴とする。
【００７６】
例えば、粉粒体の表面全体を融解させることにより粉粒体同士を結合する場合にはその結合が非常に強固になり、固形化粉粒体に外部から荷重が作用した場合に、結合部が割れて破片となり、破片が移動しないために歪みが集中する。従って、骨格構造部材に局部的に変形が進行し、大きな荷重を支えることができなくなる。
【００７７】
これに対して、本発明では、粉粒体１８を、互いに部分的に表面融解させることにより結合することで、固形化粉粒体１６に外部から荷重が作用した場合に、固形化粉粒体１６は、部分的に表面融解し固化した固化部２２…が剥がれて粉粒体１８の単体となって流動性を備えるようになり、外部からの荷重により発生する歪みを拡散して歪みの集中を防ぐことができる。
【００７８】
この結果、骨格構造部材１２をほぼ均等に且つ大きな変形量まで変形させることができる。このとき、バインダによる粉粒体の結合ほど強固ではないが、粉粒体１８の大きな結合によって、大きな変位量まで大きな荷重を支えることができ、従来に比較して、骨格構造部材１２の吸収エネルギー量を増大させることができる。
【００７９】
また、粉粒体１８同士が表面融解により結合するため、粉粒体１８同士の結合に接着剤や樹脂等のバインダを用いるのに比べて、固形化に伴う重量増を抑えることができる。
【００８０】
本発明は第２に、粉粒体１８Ａを、その表面に部分的に無機材料層２３…を形成することで加熱したときに部分的に表面融解させるようにしたことを特徴とする。
粉粒体１８に部分的に無機材料層２３…を形成することで、粉粒体１８を容易に部分的に結合させることができる。
【００８１】
尚、本発明の実施の形態では、骨格部材内に粉粒体をそのまま投入したが、これに限らず、袋（ゴム製、ポリエチレン等の樹脂製、紙製のもの）や容器に予め詰めた状態で骨格部材内に投入してもよい。
【００８２】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１の輸送機械用骨格構造部材は、粉粒体を、互いに部分的に表面融解させることにより結合するようにしたので、固形化粉粒体に外部から荷重が作用した場合に、固形化粉粒体は、部分的に表面融解し固化した固化部が剥がれて粉粒体単体となって流動性を備えるようになり、外部からの荷重により発生する歪みを拡散して歪みの集中を防ぐことができる。
【００８３】
この結果、骨格構造部材をほぼ均等に且つ大きな変形量まで変形させることができる。このとき、バインダによる粉粒体の結合ほど強固ではないが、粉粒体の大きな結合によって、大きな変位量まで大きな荷重を支えることができ、従来に比較して、骨格構造部材の吸収エネルギー量を増大させることができる。
【００８４】
また、粉粒体同士が表面融解により結合するため、粉粒体同士の結合に接着剤や樹脂等のバインダを用いるのに比べて、固形化に伴う重量増を抑えることができる。
【００８５】
請求項２の輸送機械用骨格構造部材は、粉粒体を、その表面に部分的に無機材料層を形成することで加熱したときに部分的に表面融解させるようにしたので、粉粒体に部分的に形成した無機材料層によって、粉粒体を容易に部分的に結合させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る輸送機械用骨格構造部材の斜視図
【図２】図１の２−２線断面図
【図３】図１の３−３線断面図
【図４】本発明に係る固形化粉粒体の結合状態を示す拡大断面図
【図５】本発明に係る骨格構造部材の製造方法を示す作用図
【図６】骨格構造部材の曲げ試験の結果を示す説明図
【図７】本発明に係る骨格構造部材の曲げ試験時の変形を示す作用図
【図８】本発明に係る骨格構造部材の曲げ試験終了後の断面図
【図９】本発明に係る骨格構造部材の曲げ試験の結果得られた荷重と変位量との関係を示すグラフ
【図１０】本発明に係る骨格構造部材を車両に採用した例を示す斜視図
【図１１】本発明に係る骨格構造部材をフロントサイドフレームに採用した例の説明図
【図１２】本発明に係る骨格構造部材をリヤフレームに採用した例の説明図
【図１３】本発明に係る骨格構造部材をセンタピラーに採用した例の説明図
【図１４】本発明に係る骨格構造部材をルーフサイドレールに採用した例の説明図
【図１５】従来の骨格構造部材を構成する固形化粉粒体を示す第１拡大断面図
【図１６】従来の骨格構造部材を構成する固形化粉粒体を示す第２拡大断面図
【図１７】従来の骨格構造部材を構成する固形化粉粒体を示す第３拡大断面図
【図１８】従来の骨格構造部材の表面融解を示す作用図
【図１９】骨格構造部材の曲げ試験の方法を示す説明図
【図２０】骨格構造部材の曲げ試験の結果として得られる荷重と変位量との関係を略式に示すグラフ
【図２１】骨格構造部材の曲げ試験の結果として得られる荷重と変位量との関係及び吸収エネルギー量を示す説明図
【図２２】従来の骨格構造部材の曲げ試験結果としての変形状態を示す説明図
【図２３】従来の骨格構造部材の曲げ試験により得られた荷重と変位量との関係を示すグラフ
【符号の説明】
１１…骨格部材、１２…輸送機械用骨格構造部材、１６…固形化粉粒体、１８，１８Ａ…粉粒体、２３…無機材料層、９１，９２…パネル部材（ロアパネル、リヤフロアパネル）、９５…空間。
Claims (2)
- 輸送機械の骨格部材内及び／又は骨格部材とその周囲のパネル部材とで囲まれる空間に、複数の粉粒体を結合して固めた固形化粉粒体を配置した骨格構造部材であって、
前記粉粒体は、互いに部分的に表面融解させることにより結合することを特徴とした輸送機械用骨格構造部材。 - 前記粉粒体は、その表面に部分的に無機材料層を形成することで加熱したときに部分的に表面融解させることを特徴とする請求項１記載の輸送機械用骨格構造部材。
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