JP2012502841A - 車両の補剛構造 - Google Patents
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Abstract
Description
さらに本発明は、さらなる独立請求項のプリアンブルに記載の補剛部と、構造部材を補剛するための方法とから出発している。
安定性の低下に対処するとともに、空洞の使用を可能にするために、前記空洞においては典型的に、補剛部が用いられる。前記補剛部は一般的に、典型的には硬質材料から成る支持部と、前記補剛部を空洞中で固定する結合手段とを有する。
このように補剛された構造部材は、以下において補剛構造とも称されるが、一方では外部からの負荷に対して均等に補剛されており、他方ではしばしば、支持部と構造部材との間に均等量の結合手段を有するという欠点を有している。どちらも高い材料消費と補剛部、したがって補剛構造の大きな重量とにつながる。
自動車車体の曲げ強度を高めるための、支持部と構造部材との間における結合手段の不均等な分配については、特許文献1が開示している。支持部とは、補剛用泡状体に包囲された中空体のことである。前記中空体の形態は、高い曲げ応力を有する構造部材の領域が、可能な限り大きな割合の補剛泡状体を有するように構成される。前記系の欠点は、弾性係数が5000MPa〜200000MPaである支持部の材料に比べて、補剛泡状体の弾性係数は400MPa〜2000MPaと、はるかに小さく、したがって、交通事故の場合に安定性が減少するということである。
すでに言及したように、外部からの力の作用8は、標準荷重条件、特に車両製造業の標準荷重条件に相当する。
車両の製造では、荷重条件、特に車両事故についてシミュレーションを行うためにFEモデルを用いたソフトウェアプログラムが使用される。このようなソフトウェアプログラムには、例えばフランスのESIグループのパムクラッシュ、または米国のリバーモア・ソフトウェア・テクノロジー・コーポレーションのエルエスダイナ(登録商標)などが挙げられる。
変形する可能性が最大である構造部材2の箇所における結合手段の量は、外部から力が作用した際に変形する可能性が最小である構造部材2の箇所における結合手段の量の0%〜60%であり、好ましくは10%〜30%である。
好ましくは構造部材2は、その製造に際して表面処理が行われ、典型的には薬浴で処理され、特に浄化浴、リン酸浴、もしくは浸漬コーティング浴において浄化、リン酸塩処理、もしくはコーティングされる構造部材である。これらの表面処理は、典型的には腐食防止に資するものである。
例えば図1aまたは図2dに示したように、または、例えば図1b、図1c、図2a、図2b、もしくは図2cに部分的に示したように、結合手段6は、支持部5の構造部材2に対向する外側面全体と結合していても良い。
有利には、補剛構造の結合手段は熱によって、水分または電磁放射を通じて特に熱によって活性化された。構造部材の表面処理が行われた場合、活性化可能な結合手段の使用によって、構造部材2をその製造中に補剛すること、および/または密閉することが可能になる。これは例えば、輸送手段構造を製造する場合などである。一般的には、補剛部4を挿入した後、結合手段6を活性化する前に、構造部材は表面処理が行われ、特に浄化浴、リン酸浴、および/または浸漬コーティング浴において処理されるので、前記構造部材は腐食から保護される。
典型的には、図3a〜図3dおよび図4a〜図4dに示したように、結合手段6を活性化する前は、表面処理の間、表面処理剤、特に液体を循環させるために、結合手段と構造部材2との間には中間領域14が残存する。
しかしながら、活性化可能な結合手段を、構造部材に塗布することも可能であり、また、その他いずれかの方法によって、構造部材と支持部との間に配置することも可能である。
補剛構造1の結合手段6は、発泡材料および/または硬化性接着剤組成物であり得る。
このような発泡材料は、典型的には、化学的または物理的発泡剤を有している。化学的発泡剤は、有機化合物または無機化合物であって、熱、水分、または電磁放射の影響下で分解し、その分解生成物の少なくとも1つは気体である。物理的発泡剤としては、例えば、温度が上昇すると気体状の凝集状態に移行するような化合物を用いることができる。それによって、化学的発泡剤も物理的発泡剤も、ポリマー内に泡構造を形成することが可能になる。
適切な発泡剤は例えば商品としても入手可能である。前記商品としては、オランダアクゾノーベル社のエクスパンセル(登録商標)、または米国ケムチュラ・コーポレーションのセロゲン(登録商標)が挙げられる。
発泡に必要な熱は、外部熱源または発熱性化学反応のような内部熱源によって供給される。この発泡材料は、好ましくは110℃〜250℃において、より好ましくは150℃〜200℃において、さらに好ましくは160℃〜180℃において発泡可能である。
靱性調整剤として適しているのは、ニトリルゴムまたはポリエーテルポリオール‐ポリウレタンの誘導体に基づく反応性液状ゴム、コアシェルポリマー、および当業者に知られている類似の系である。
補剛特性を有する発泡材料として好ましいのは、例えば米国シーカコーポレーションによって商標名シーカレインフォーサー(登録商標)941で販売されているものがある。前記材料は特許文献6に記載されており、これをもって開示したものとする。
前記発泡材料は、発泡した状態において特に、密閉機能、結合機能、および/または補剛機能を有し得るが、好ましくは結合機能を有する。
平均して1分子当り1つ以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂Aは、好ましくはエポキシ液状樹脂またはエポキシ固体樹脂である。「エポキシ固体樹脂」という概念は、エポキシの当業者には最も知られており、「エポキシ液状樹脂」との対照において用いられる。固体樹脂のガラス転移点は雰囲気温度よりも高い。すなわち、固体樹脂は雰囲気温度においては、ばら積み可能な粉末になる。
このようなエポキシ固体樹脂は例えば、米国ザ・ダウ・ケミカル・カンパニー、米国ハンツマン・インターナショナル・エルエルシー、または米国ヘキシオン・スペシャルティ・ケミカルズ・インコーポレイテッドなどの製品として入手可能である。
このような液状樹脂は例えば、米国ハンツマン・インターナショナル・エルエルシーのアラルダイト(登録商標)GY250、アラルダイト(登録商標)PY304、アラルダイト(登録商標)GY282、または、米国ザ・ダウ・ケミカル・カンパニーのD.E.R.(登録商標)331もしくはD.E.R.(登録商標)330、または、米国ヘキシオン・スペシャルティ・ケミカルズ・・インコーポレイテッドのエピコート(登録商標)828もしくはエピコート(登録商標)862などの製品として入手可能である。
エポキシ樹脂用硬化剤Bは、温度の上昇によって活性化する。ここでは、ジシアンジアミド、グアナミン、グアニジン、アミノグアニジン、およびそれらの誘導体から成る群から選択される硬化剤が好ましい。さらに、置換尿素のような促進効果のある硬化剤であっても良い。例えば、3‐クロロ‐4‐メチルフェニル尿素(クロロトルロン)、またはフェニル‐ジメチル尿素などであり、特にp‐クロロフェニル‐N,N‐ジメチル尿素(モニュロン)、3‐フェニル‐1,1‐ジメチル尿素(フェヌロン)、または、3,4‐ジクロロフェニル‐N,N‐ジメチル尿素(ジウロン)である。さらに、イミダゾール類とアミン錯体との化合物も用いられる。
さらに、ポリウレタン組成物は、少なくとも1つの硬化剤B’を含有する。硬化剤B’は、イソシアネートに対して反応基を有しており、ブロック化された形態で存在する。このとき、ブロック化は、化学的性質または物理的性質のものであり得る。
硬化剤B’’として、アクリレート組成物は、ブロック化された形態の熱開始剤を含有する。前記熱開始剤は、アクリレートモノマーまたはメタクリレートモノマーの重合を引き起こす。
さらに、前記硬化性接着剤組成物は、硬化に際して0%〜5%の膨張を示すと有利である。
図2a〜図2d、図4a〜図4dが示すように、支持部5は、少なくとも1つのリブ11と、少なくとも1つのリブ支持部12、特に少なくとも1つのリブに対して略垂直に配置された少なくとも1つのリブ支持部とを有する。
貫通する開口部および/またはリブおよびリブ支持部を有する支持部5は、表面処理液がより良く構造部材2内を循環できるという利点を有する。さらに、このような支持部はより軽量になるので、製造に際して必要とする材料もより少なくなる。
さらに、支持部5は、図2a、図2b、図4a、もしくは図4bに示すように1つの構成要素から構成されていても良いし、または図2c、図2d、図4c、図4dに示すように互いに連結した複数の構成要素から構成されていても良い。
外部からの力の作用8とは、車両事故の再の荷重条件、好ましくは正面衝突、障害物への衝突、ガードレールへの衝突、車両同士の衝突、側面衝突、または後方衝突である。変形の可能性は、構造部材2のFEモデルを用いて決定される。
変形する可能性が最大である対応する構造部材2の箇所における、支持部5の結合手段6の量は、外部から力が作用した際に変形する可能性が最小である構造部材2の箇所における結合手段6の量の0%〜60%であり、好ましくは10%〜30%である。
さらに、結合手段6の量が、外部から前記構造部材に力が作用した際に変形する可能性が比較的高い構造部材の箇所7において、外部からの力が作用した際に変形する可能性が比較的低い構造部材の箇所9に対して、より少なくなると有利である。
結合手段6は熱によって、水分または電磁放射を通じて特に熱によって活性化され得ると、やはり有利である。
さらに、結合手段6は、発泡材料および/または接着剤、特に活性化に際して0%〜5%の膨張を示す接着剤であると有利である。
支持部5は、少なくとも1つのリブ11と、少なくとも1つのリブ支持部12、特に少なくとも1つのリブに対して略垂直に配置された少なくとも1つのリブ支持部とを有すると有利である。
さらに、結合手段6を活性化する前における、補剛部4と構造部材2との間の距離は、液体、特に表面処理液が補剛部4に対向する構造部材の表面に接触することを可能にするものであると有利である。
言及した実施形態の利点は上述されている。
i)構造部材2の空洞3内に少なくとも1つの補剛部4を配置せずに、構造部材2のFEモデルを作成するステップ、または、
i’)構造部材2の空洞3内に少なくとも1つの補剛部4を配置して、構造部材2のFEモデルを作成するステップと、
ii)FEモデルの衝突挙動を算定するステップと、
iii)算定されたFEモデルの衝突挙動において、構造部材の変形、特に構造部材の横断面における変形が大きい箇所における活性化可能な結合手段の量を、変形の少ない箇所に対して減少させるステップと、
iv)先行するステップからの認識に沿った結合手段の分配を有する補剛部を製造するステップと、
v)補剛部を構造部材の空洞内に配置するステップと、
vi)結合手段6を活性化するステップと、
を有する。
特に、ステップii)の衝突挙動は、車両製造業の標準荷重条件、特に車両事故に際する標準荷重条件における挙動である。
すでに言及したように、補剛部4および補剛構造1の構想および最適化のための利点を有するFEモデルを用いることができる。構造部材2を補剛する方法において、例えば補剛部の質量または貫入の深さもしくは速度などの、衝突挙動におけるFEモデルへの最小要求および/または最大要求を決定すると特に有利である。
さらに、ステップi)、i’)、ii)、iii)、および、存在する場合には、材料の削減によって支持部の重量を減少させるためのステップ、衝突挙動におけるFEモデルへの最小要求および/または最大要求を得るためのステップ、の少なくとも1つを複数回実行すると有利である。
自明のことながら、補剛部4を他の任意の製造方法で製造する可能性も存在する。
しかしながら、補剛部4の構造部材2の空洞3内への設置は、どのような方法で行っても良い。特に、構造部材の空洞内に補剛部を単純に固定しても良い。
2 構造部材
3 空洞
4 補剛部
5 支持部
6 結合手段
7 変形する可能性が高い
8 力の作用
9 変形する可能性が低い
10 クリップ
11 リブ
12 リブ支持部
13 貫通する開口部
14 中間領域
Claims (15)
- 構造部材(2)と、前記構造部材(2)の空洞(3)内に配置された補剛部(4)とを有する補剛構造(1)であって、
前記補剛部(4)は、支持部(5)と、前記構造部材(2)および前記支持部(5)の間に配置された結合手段(6)とを有している補剛構造(1)において、
前記支持部(5)は、前記支持部(5)と前記構造部材(2)との間の距離が、前記構造部材(2)への外部からの力の作用(8)の下で変形する可能性が比較的高い前記構造部材(2)の箇所(7)において、外部からの力の作用(8)の下で変形する可能性が比較的低い前記構造部材(2)の箇所(9)に対して、より小さくなるように、前記空洞(3)内に配置されていること、
外部からの力の作用(8)の下とは、車両製造業における標準荷重条件であること、
変形の可能性は、経験的および/または理論的に、特に前記構造部材(2)のFEモデルを用いて決定されること、および、
変形する可能性が最大である前記構造部材(2)の箇所における前記結合手段(6)の量は、外部から力が作用した際に変形する可能性が最小である前記構造部材(2)の箇所における前記結合手段(6)の量の0%〜60%であり、好ましくは10%〜30%であることを特徴とする補剛構造(1)。 - 前記支持部(5)と前記構造部材(2)との間の距離が、外部からの力の作用(8)の下で変形する可能性が最大の前記構造部材(2)の箇所において、20mm〜0mmであり、好ましくは10mm〜0mmであり、より好ましくは5mm〜0mmであることを特徴とする請求項1に記載の補剛構造(1)。
- 前記構造部材(2)と前記支持部(5)との間における前記結合手段(6)の量が、前記構造部材(2)への外部からの力の作用(8)の下で変形する可能性が比較的高い前記構造部材(2)の箇所(7)において、外部からの力の作用(8)の下で変形する可能性が比較的低い前記構造部材(2)の箇所(9)に対して、より少なくなることを特徴とする請求項1または2に記載の補剛構造(1)。
- 前記結合手段(6)は熱によって、水分または電磁放射を通じて特に熱によって活性化されたことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の補剛構造(1)。
- 前記結合手段(6)は、発泡材料および/または硬化性接着剤であることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の補剛構造(1)。
- 前記支持部(5)は、少なくとも1つのリブ(11)と、少なくとも1つのリブ支持部(12)、特に少なくとも1つの前記リブ(11)に対して略垂直に配置された少なくとも1つの前記リブ支持部(12)とを有することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の補剛構造(1)。
- 支持部(5)と結合手段(6)とを有する、構造部材(2)の空洞(3)を補剛するための補剛部(4)であって、前記結合手段(6)は活性化可能であり、前記支持部(5)の外側面に塗布されている補剛部(4)において、
前記支持部(5)は、前記結合手段(6)が活性化した後、前記支持部(5)と前記構造部材(2)との間の距離が、前記構造部材(2)への外部からの力の作用(8)の下で変形する可能性が比較的高い前記構造部材(2)の箇所(7)において、外部からの力の作用(8)の下で変形する可能性が比較的低い前記構造部材(2)の箇所(9)に対して、より小さくなるように形成されており、
外部からの力の作用(8)の下とは、車両事故における荷重条件、特に正面衝突、障害物への衝突、ガードレールへの衝突、車両同士の衝突、側面衝突、または後方衝突であり、
変形の可能性は、前記構造部材(2)の前記空洞(3)内の補剛部(4)のFEモデルを用いて決定され、
変形する可能性が最大である対応する前記構造部材(2)の箇所における前記結合手段(6)の量は、外部から力が作用した際に変形する可能性が最小である前記構造部材(2)の箇所における前記結合手段(6)の量の0%〜60%であり、好ましくは10%〜30%であることを特徴とする補剛部(4)。 - 前記結合手段(6)の量が、前記構造部材(2)への外部からの力の作用(8)に変形する可能性が比較的高い前記構造部材(2)の箇所(7)において、外部からの力の作用(8)の下で変形する可能性が比較的低い前記構造部材(2)の箇所(9)に対して、より少なくなることを特徴とする請求項7に記載の補剛部(4)。
- 前記結合手段(6)は熱によって、水分または電磁放射を通じて特に熱によって活性化され得ることを特徴とする請求項7または8に記載の補剛部(4)。
- 前記結合手段(6)は、発泡材料および/または接着剤、特に活性化に際して0%〜5%の膨張を示す接着剤であることを特徴とする請求項7から9のいずれか一項に記載の補剛部(4)。
- 前記支持部(5)は、少なくとも1つのリブ(11)と、少なくとも1つのリブ支持部(12)、特に少なくとも1つの前記リブ(11)に対して略垂直に配置された少なくとも1つの前記リブ支持部(12)とを有することを特徴とする請求項7から10のいずれか一項に記載の補剛部(4)。
- 前記結合手段(6)を活性化する前における、前記補剛部(4)と前記構造部材(2)との間の距離は、液体、特に表面処理液が前記補剛部(4)に対向する前記構造部材(2)の表面に接触することを可能にするものであることを特徴とする請求項7から11のいずれか一項に記載の補剛部(4)。
- 少なくとも1つの補剛部(4)を構造部材(2)の空洞(3)内に配置することによって、前記構造部材(2)を補剛するための方法であって、前記補剛部(4)は、支持部(5)と、活性化可能で、前記構造部材(2)および前記支持部(5)の間に配置された結合手段(6)とを有しており、
i)前記構造部材(2)の前記空洞(3)内に少なくとも1つの前記補剛部(4)を配置せずに、前記構造部材(2)のFEモデルを作成するステップ、または、
i’)前記構造部材(2)の前記空洞(3)内に少なくとも1つの前記補剛部(4)を配置して、前記構造部材(2)のFEモデルを作成するステップと、
ii)FEモデルの衝突挙動を算定するステップと、
iii)算定されたFEモデルの衝突挙動において、前記構造部材(2)の変形が大きい箇所における活性化可能な前記結合手段(6)の量を、前記構造部材(2)の変形の少ない箇所に対して減少させるステップと、
iv)先行するステップからの認識に沿った前記結合手段(6)の分配を有する前記補剛部(4)を製造するステップと、
v)前記補剛部(4)を前記構造部材(2)の前記空洞(3)内に配置するステップと、
vi)前記結合手段(6)を活性化するステップと、
を有することを特徴とする方法。 - 前記衝突挙動は、車両製造業の標準荷重条件、特に車両事故に際する標準荷重条件における挙動であることを特徴とする請求項13に記載の方法。
- 前記方法が、前記衝突挙動におけるFEモデルへの最小要求および/または最大要求を得るためのステップを追加的に有していることを特徴とする請求項13または14に記載の方法。
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