JP2005515094A - 強化構造体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、構造体の一部の中に、挿入の場所で構造体と一緒になって、強化材料の収納領域を作る隔壁含有インサートを挿入することにより、ポリウレタンフォームのような強化材料で強化されている、自動車ユニボディ又はフレームレールのような中空構造体を記載する。次いで、未硬化強化材料を閉じ込め領域に加えて、硬化させることができる。本発明は、例えば増強された耐クラッシュ性又は消音特性に於ける改良を与えるために、構造体の中に容易に且つ正確に配置すべき構造強化物を提供することによって、当該技術分野に於ける問題点を解決する。

Description

本発明は、構造強化材料を含む構造体に関する。更に詳しくは、本発明は、強化フレームレール(frame rail)及びユニボディのような、強化構造体、シーリング体及び吸音車体に関する。

車両の中空部材（構造体）には、シールするため、騒音を減衰するため、そして構造的強度及び剛性又は吸音特性を与えるために、しばしば発泡体（フォーム）が充填されている。典型的には、構造体には、液体反応剤を、強化したいと思う領域（即ち、強化領域）の中に充填し、そして発泡体を反応させ、強化領域に充満させることによって、ポリウレタンのような発泡体が充填されている。残念ながら、この方法は制御されず、発泡体は車両毎にキャビティの中に一貫性が無く充填される。この方法は、多くの例で、また、発泡体が漏洩し、他のコンポーネント用の装着穴のような機能性穴を塞ぐことがないようにするために、特定化されたプラグを使用することを必要とする。

特許文献１、特許文献２及び特許文献３には、予備成形し、硬化させた構造発泡体部品を構造体の中に挿入することによる、構造体を強化する更に他の手段が開示されている。しかしながら、このアプローチは、構造部品を所定の位置に接着させるために、膨張性ポリウレタン又はエポキシ樹脂の使用に頼っており、この樹脂は部品の全体構造性能を落とす。更に、構造部品−構造体結合の本来の姿は、接着剤を硬化させるために使用されるベークオーブンの非一貫性のために弱められる。

米国特許第５，１９４，１９９号明細書 米国特許第５，８６６，０５２号明細書 米国特許第６，０６２，６２４号明細書

従って、シーラントの欠陥を受けない、又はベークオーブン温度の一貫性に頼る、構造体の中に正確に配置すべき構造強化物を提供することが望ましい。

本発明は、キャビティを有する構造体を強化するにあたり、ａ）構造体のキャビティの一部の中に、挿入の場所で構造体と一緒になって、強化材料のための、入口を有する収納領域を形成する隔壁形成性インサートを挿入する工程、ｂ）このインサートを構造体にシールする工程、ｃ）強化領域の入口を通して、収納領域を少なくとも部分的に充填するのに十分な量の未硬化強化材料を加える工程及びｄ）前記強化材料を硬化させる工程を含んでなる構造体の強化方法を提供することによって、当該技術分野に於ける問題を解決する。

第二の面に於いて、本発明は、ａ）キャビティを有する構造体及びｂ）キャビティ内に配置され、シールされた隔壁(bulk head)含有インサートを含んでなり、インサートが、挿入の場所で構造体と一緒になって、未硬化強化材料が少なくとも部分的に充填されている強化領域を規定する強化構造体である。

第三の面に於いて、本発明は、ａ）キャビティを有する構造体及びｂ）キャビティ内に配置され、シールされた隔壁含有インサートを含んでなり、インサートが挿入の場所で構造体と一緒になって、硬化された強化材料が少なくとも部分的に充填されている強化領域を規定する強化構造体である。

本発明は、特に車両(vehicular)フレームレール又はユニボディの、構造体を強化する際に特に有用である。例えば、事故のエネルギーを散逸させ、乗っている人を保護するために、クラッシュゾーンを作るために弱くされている区画を有することは、自動車のフレームレールについて全く普通のことである。このフレームレールは、また、トランスミッションのような自動車の一部を支持している。本発明は、クラッシュゾーンを犠牲にするか又はエンジン及びトランスミッションのような他のコンポーネント用の装着穴を塞ぐことなく、強化材料をフレームレールの一部の中に選択的に導入するための手段を提供する。本発明は、また、ロッカ・パネル、ビーム、ピラー、クロスバー、ボディ・マウント(body mount)のような、車両の他のコンポーネントを強化するのに使用することもできる。更に、本発明は、運動用具（例えば、ゴルフクラブ）、ボート、自転車、飛行機、トラック及び列車のような非車両応用のために使用することもできる。

図１に、本発明の好ましい態様の例を示す。構造体１００は、例示目的のために自動車ユニボディの形になっている。強化すべき領域内に配置される隔壁含有インサート１１０が、例えば装着タブ、クリップ、ねじ、リベット、心合わせピン、溶接又は接着剤を使用して、ユニボディ１００のキャビティの一部内に挿入され、配置されている。インサート１１０は、挿入の場所での構造体の内壁１００ａの一部と一緒になって、連続的に注入される強化材料を、挿入の場所で、インサートと構造体の一部とによって規定される領域に収納する。そうして、インサート１１０は、それ自体が容器ではないが、ａ）インサートに付随する少なくとも１個の隔壁１１０ａ及びｂ）少なくとも１個の隔壁１１０ａの領域内の構造体の内壁１００ａの存在によって、構造体と一緒になって、連続的に導入される強化材料のための強化領域を形成する。（挿入の場所に、予め存在する隔壁が含まれる場合には、１個の隔壁を有するインサートが適している。）

強化領域は、好ましくは、膨張性ポリウレタン又は膨張性エポキシ樹脂のような、二液型膨張性発泡体である強化材料１２０によって、少なくとも部分的に充填されており、更に好ましくは実質的に完全に充填されている。

ユニボディ１００の一部内のインサート１１０の拡大部分切欠き図である図２に移って、インサート１１０は、有利には、シーラント１３０によってユニボディにシールされている。強化材料１２０の方向で伸びている突起１４０も示されている。穴を変形するか又は覆う表面のような適当な任意の方法によって製造することができる突起１４０は、開口１５０、典型的に装着穴又はアクセス穴を、強化材料１２０によって閉塞されることから保護する。

構造体１００は、その選択が応用依存性である、適当な任意の材料を使用して製造することができる。例えば自動車のフレームレール又は他の管状構造部材のために、構造体は、スチール若しくはアルミニウム又はこれらの合金のような金属から形成するのが有利である。他の適当な材料は、プラスチックス、木材、セラミックス、コンポジット、ガラス及び構造体を形成するために十分に堅い他の材料であってよい。

インサート１１０は、構造体１００を製造するために使用されるもののような適当な任意の材料を使用して製作することができるが、インサート１１０と構造体１００とを同じ材料から製造する必要はない。例えば構造体１００がスチール製ユニボディである場合、インサート１１０は、自動車の製造に付随する温度及び応力に耐えることができる、プラスチック又は充填材強化プラスチックであるのが好ましい。このような応用のための適当なプラスチックスの例には、ナイロン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレン及びポリプロピレンのようなポリオレフィン、フェノール−ホルムアルデヒド、フェノールフルフラール、ポリウレタン並びにエポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂が含まれる。好ましくは、プラスチックは、ガラス強化ナイロン、市販のヴィダイン(VYDYNE)（商標）強化ナイロン（ダウ・ケミカル社(The Dow Chemical Company）の商標）のような、充填材強化熱可塑性材料である。好ましくは、ガラス強化ナイロンは、１０〜４０％の体積対体積ガラス含有量を有する。

シーラント１３０は、好ましくは、ベータブレイス(BETABRACE)（商標）エポキシ樹脂（ダウ・ケミカル社の商標）のような低密度熱膨張性エポキシシーラーである。しかしながら、シーリングは、非膨張性シーラーを使用することによっても達成することができる。更に、シーリングは、例えば、設置の場所でのユニボディの輪郭に密接に合致するエラストマーインサートを使用することによって、機械的に達成することもできる。

強化材料１２０は、構造体１００の構造特性及び吸音特性を増強する任意の材料であってよい。好ましい材料の例には、膨張したポリウレタン及び膨張したエポキシ樹脂のような発泡体が含まれる。好ましくは、強化材料１２０は、当該技術分野で公知のもののような適当な方法によって形成されるポリウレタンフォームである。例えばポリウレタンフォームは、米国特許第４，３９０，６４５号明細書、同第２，８６６，７４４号明細書、同第３，７５５，２１２号明細書、同第３，８４９，１４６号明細書、同第３，８２１，１３０号明細書及び同第５，９６８，９９５号明細書に記載されている任意の方法によって製造することができる。

強化構造体の好ましい製造方法には、挿入の場所で構造体と一緒になって、強化領域を作る隔壁含有インサートを、構造体のキャビティの一部の中に挿入する工程及びそれに取り付ける工程が含まれる。本発明の目的のために、強化領域は、強化したいと思う領域を規定するキャビティである。

次いで、取り付けたインサートを構造体にヒートシールして、強化材料を強化領域内に閉じこめる。次いで、好ましくは未硬化の二液性ポリウレタン樹脂である強化材料を、予め存在するか又は創ることができる入口を通して強化領域に加えて、強化領域に少なくとも部分的に充填し、更に好ましくは、実質的に完全に充填する。次いで、強化材料を、好ましくは化学的に又は加熱により、更に好ましくは化学的に硬化させる。

インサートは、射出成形、吹込成形及び型押しを含む種々の技術によって製造することができ、射出成形が好ましい。インサートは、好ましくは、一緒にスナップ止めされ、構造体の中に取り付けられる、対向し連結可能な半体に射出成形される。

下記の実施例は、例示目的のみのためであり、本発明の範囲を限定することを意図しない。

実施例１
ＶＹＤＹＮＥ３０％体積対体積ガラス充填ナイロン６６インサートを、クリップを有する第一フレームレール半体の中に、第一フレームレール半体内の位置決め穴を使用して、挿入し、そして機械的に保持する。２ｍｍ被覆ＢＥＴＡＢＲＡＣＥ８５０７６膨張性エポキシ発泡体接着剤で被覆されているインサートは、フレームレールと直接接触する発泡体の量を最大にするように設計されている。

次いで、第二フレームレール半体を、第一フレームレール半体に溶接する。次いで、溶接されたフレームレールをｅ−被覆し、ｅ−被覆液体は、フレームレール内の全てのキャビティを通って自由に流れる。次いで、溶接したフレームレールを、ｅ−皮膜を硬化させるのに十分な温度でベークし、付随的に硬化した樹脂の手段により、インサートをフレームレールと一緒にシールする。

ベータフォーム(BETAFOAM)８８１００イソシアナート及びベータフォーム８８１２４樹脂を、内部キャビティの中に注入し、硬化させて、インサートとそれが挿入されているフレームの一部との領域内で、単独で強化を有するフレームレールを形成する。

強化部品が嵌合された自動車ユニボディの透視図である。 図１に示す強化部品の拡大部分切り欠き図である。

Claims (10)

1. キャビティを有する構造体を強化するにあたり、ａ）構造体のキャビティの一部の中に、挿入の場所で構造体と一緒になって、強化材料のための、入口を有する収納領域を形成する隔壁形成性インサートを挿入する工程、ｂ）このインサートを構造体にシールする工程、ｃ）強化領域の入口を通して、収納領域を少なくとも部分的に充填するのに十分な量の未硬化強化材料を加える工程及びｄ）前記強化材料を硬化させる工程を含んでなる構造体の強化方法。
2. 構造体が自動車フレームレール又はユニボディである請求項１に記載の方法。
3. 未硬化強化材料が膨張性二液型ポリウレタン樹脂又は膨張性二液型エポキシ樹脂である請求項１又は２に記載の方法。
4. 未硬化強化材料が膨張性二液型ポリウレタン樹脂である請求項３に記載の方法。
5. 熱活性化した膨張性エポキシ接着剤又は熱活性化した非膨張性シリコーン若しくはアクリル接着剤によって又は機械的手段によって、インサートを構造体にヒートシールする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 強化材料を収納領域に実質的に充填する請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. ａ）キャビティを有する自動車フレームレール又はユニボディ及びｂ）キャビティ内に配置され、シールされた隔壁形成インサートを含み、インサートが挿入の場所で構造体と一緒になって、強化材料が少なくとも部分的に充填されている強化領域を規定する、強化構造体。
8. 強化材料が膨張性二液型ポリウレタン又は硬化膨張した二液型ポリウレタンである請求項７に記載の強化構造体。
9. 膨張したエポキシ接着剤の方法によってシールされている請求項７又は８に記載の強化構造体。
10. 強化材料が強化領域を実質的に充填し、インサートが未硬化強化材料の方向に突出している突起を含む充填材強化熱可塑性樹脂である請求項７〜９のいずれか１項に記載の強化構造体。

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