JP3964834B2 - 輸送機械用骨格構造部材及び同製造方法 - Google Patents

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の製造方法に関する。
【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第１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（ａ），（ｂ）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第２説明図である。
（ａ）において、例えば、固形化粉粒体２１４（図１７も参照）を挿入した骨格構造部材２３０を曲げ試験で変形させた場合、骨格構造部材２３０は、骨格部材２３１の上面２３２が陥没するように折れ曲がった。なお、２３３，２３３（手前側の符号２３３のみ示す。）は骨格部材２３１の縦壁部、２３４は陥没部である。
【００２４】
（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図であり、表面融解の程度が高い状態で粉粒体２１５同士が結合したことにより、粉粒体２１５同士の結合は非常に強固となり、陥没部２３４の近傍では、粉粒体２１５同士の結合部が剥がれず、粉粒体２１５自体に割れが発生する。従って、割れた粉粒体２１５…の破片２１５ａ…は流動せずにその場に止まるため、陥没部２３４近傍の縦壁部２３３，２３３には内圧が作用しにくくなる。
この結果、骨格部材２３１の陥没部２３４近傍の縦壁部２３３，２３３にそれぞれ窪み２３６，２３６が出来る。
【００２５】
図２０に戻って、図中の線の最大の荷重ｆ１となる変位量δよりも変位量が大きな部分の角度βは、例えば、骨格構造部材の縦壁部（例えば、図２３（ａ）に示した縦壁部２３３）の崩壊と関係する。図２３（ｂ）に示した陥没部２３４近傍の縦壁部２３３の断面内側への変形、即ち、窪み２３６を小さくすると、図２０に示した角度βは小さくなり、逆に断面外側に変形させると、角度βは更に小さくなってゼロ（水平）に近くなる。
【００２６】
そこで、図２３（ｂ）において、陥没部２３４近傍の粉粒体を流動しやすくして縦壁部２３３を内側から支える、即ち高い内圧を発生させることができれば、縦壁部２３３の断面内側への変形の発生を防ぐことができ、図２０に示した角度βを小さくできる。従って、局部的な変形が生じないから大きな荷重を大きな変位量まで維持できて、骨格構造部材の吸収エネルギー量を増すことが可能になる。
【００２７】
図２４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）。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
長い破線で示した比較例４は、図１７、図１８（ｂ）及び図２３に示した骨格構造部材、即ち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は次第に低下する、即ち、角度β１が存在する。この角度β１をゼロに近づけることができれば、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。
【００３２】
そこで、本発明の目的は、輸送機械用骨格構造部材の製造方法を改良することで、粉粒体の固形化に伴う重量増を抑え、また、骨格部材内に粉粒体を容易に充填でき、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。
【００３３】
【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の製造方法であって、固形化粉粒体を形成するために、液体又は固体からなる芯物質を内包し、且つ表面に無機材料層を形成した粉粒体を未膨張の状態で骨格部材内及び／又は空間内へ投入する工程と、粉粒体を加熱することで膨張させるとともにその表面を融解させる工程と、から構成したことを特徴とする。
【００３４】
無機材料層を形成した粉粒体を加熱すると、その無機材料層の間から露出する粉粒体表面のみが融解して、隣接する粉粒体の同様に融解した部分と結合するから、例えば、無機材料層を備えていない粉粒体では融解が広い範囲で発生するため、結合が強固になるのに対し、本発明では部分的な結合であるから粉粒体同士の結合力が適切になる。
【００３５】
従って、固形化粉粒体に外部から荷重が作用した場合に、固形化粉粒体は表面融解した後に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。
【００３６】
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、粉粒体の膨張によって発生する内圧によって、骨格構造部材の内側への変形を抑制するために、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。
【００３７】
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。
更に、粉粒体の膨張により内圧を発生させるため、加圧を伴う充填を必要とせず、骨格部材内、空間内に粉粒体を容易に満たすことができる。
【００３８】
請求項２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、固形化粉粒体を、液体又は固体からなる芯物質を内包し、且つ表面に無機材料層を形成した粉粒体を加熱し膨張させたもので構成したことを特徴とする。
【００３９】
無機材料層を形成した粉粒体を加熱すると、その無機材料層の間から露出する粉粒体表面のみが融解して、隣接する粉粒体の同様に融解した部分と結合するから、例えば、無機材料層を備えていない粉粒体では融解が広い範囲で発生するため、結合が強固になるのに対し、本発明では部分的な結合であるから粉粒体同士の結合力が適切な固形化粉粒体を得ることができる。
【００４０】
従って、固形化粉粒体に外部から荷重が作用した場合に、固形化粉粒体は表面融解した後に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。
【００４１】
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、粉粒体の膨張によって発生する内圧によって、骨格構造部材の内側への変形を抑制するために、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。
【００４２】
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。
更に、粉粒体の膨張により内圧を発生させるため、加圧を伴う充填を必要とせず、骨格部材内、空間内に粉粒体を容易に満たすことができる。
【００４３】
【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。
【００４４】
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…は中空の粉粒体であり、実際には外径が１０〜２００μｍであるが、説明の都合上、大きく描いた（以下同じ）。
【００４５】
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。
【００４６】
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によって結合した粉粒体１８…を示す。なお、２１…は粉粒体１８，１８の中空部、２２…は粉粒体１８，１８の表面が融解し固化した固化部、２３…は粉粒体１８の表面に点在する無機材料層、２４…は無機材料層２３…の間から外部に露出した粉粒体１８の表面である露出部である。これらの露出部２４…のみが融解し、上記の固化部２２…となる。
【００４７】
図５は本発明に係る粉粒体の変化を示す作用図である。
無機材料を表面に付着させて無機材料層２３Ａを形成した粉粒体２５を加熱すると、膨張して前述の粉粒体１８が出来る。
粉粒体２５は、芯物質（液体又は固体）２５ａを微粒化し、この芯物質２５ａを被膜２５ｂで被覆した（即ち、殻で包み込んだ）、いわゆる「マイクロカプセル」に、上記の無機材料層２３Ａを形成したものであり、加熱することで、芯物質２５ａが気化し被膜（即ち、殻）２５ｂが軟化して膨張することで粉粒体１８となる。
本発明では、粉粒体２５は、加熱によって体積が２５〜１２５倍に膨張するものが好ましい。
【００４８】
被膜（殻）２５ｂの組成物としては、熱可塑性樹脂、即ち、▲１▼アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、シトラコン酸、マレイン酸、フマル酸、ビニル安息香酸及びこれらの酸のエステル類、▲２▼アクリルニトリルやメタクリルニトリル等のニトリル類、▲３▼塩化ビニル、酢酸ビニル等のビニル化合物、▲４▼塩化ビニリデン等のビニリデン化合物、▲５▼スチレン等のビニル芳香族類、▲６▼その他としてエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコール（メタ）アクリレート、１，６ヘキサンジオールジアクリレート、１，９ノナンジオールジ（メタ）アクリレート、平均分子量２００〜６００のポリエチレングリコールのジアクリレート、平均分子量２００〜６００のポリエチレングリコールのジメタクリレート、トリメチルプロパンジ（メタ）アクリレート、トリメチルプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリストールテトラアクリレート、ジペンタエリストールアクリレート、ジペンタエリストールヘキサアクリレート等、そして、上記の単量体の重合物やそれらの組み合わせによる共重合物が好適である。
【００４９】
また、芯物質２５ａとしては、エタン、プロパン、ブタン、イソブタン、ペンタン、イソペンタン、ヘキサン、イソヘキサン、オクタン、イソオクタン等の低沸点炭化水素、クロロフルオロカーボンが好適である。
【００５０】
無機材料層２３Ａの組成物であ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。
膨張前の粉粒体２５における無機材料層２３Ａの量については、粉粒体２５の大きさにもよるが、粉粒体２５から無機材料層２３Ａを除いた重量（即ち、マイクロカプセル自体の重量である。）を１００％としたときに、無機材料層２３Ａの重量は２〜８５％が好ましい。
【００５１】
図６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、骨格部材１１内に粉粒体２５…を所定量投入する。
次に、骨格部材１１及び粉粒体２５…を加熱する。
【００５２】
これにより、粉粒体２５が膨張して骨格部材１１内に充満するとともに粉粒体２５同士が部分的に表面融解を起こし、冷却した後に、粉粒体１８同士が部分的に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。
【００５３】
例えば、車両では、車両骨格部材内に粉粒体２５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２５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。
【００５４】
骨格構造部材１２は、粉粒体１８同士が部分的に結合するとともに、粉粒体１８と骨格部材１１の内面とが部分的に結合した部材であり、膨張するときに、粉粒体２５同士に圧力が作用するとともに、粉粒体２５から骨格部材１１にも圧力が作用するため、骨格部材１１の断面内側への変形を抑制することができて、骨格構造部材１２の剛性及び強度を高めることができる。また、上記した粉粒体２５から骨格部材１１に作用する圧力（内圧）によって、骨格部材１１の縦壁部１１ａが内側へ変形しにくくすることができる。
更に、粉粒体２５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。
【００５５】
また更に、上記した粉粒体１８によって骨格構造部材１２内に発生する圧力（内圧）は、骨格部材１１内に投入する粉粒体２５の投入量によって変更することができ、上記の内圧を変更することで、骨格構造部材１２の機械的特性を決定することができる。
【００５６】
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第１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、側方から見た断面図で説明する。
（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。
【００５７】
（ｂ）において、骨格構造部材１２が撓み、加重点３２近傍の粉粒体を１８ａとしたときに、これらの粉粒体１８ａ…では、粉粒体１８ａの固化部２２…（図４参照）が剥がれて粉粒体１８ａ同士の結合が外れたり、粉粒体１８ａ自体が変形（加重点３２に近いほど変形は大きい。）して、骨格部材１１の内部圧力が激増するのを抑える。
【００５８】
（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１８ａの固化部の剥がれや粉粒体１８ａ自体の変形が進行し、固形化粉粒体１６（図（ａ）参照）は複数の粉粒体の単体に変化して矢印のように流動し、歪みを拡散させる。従って、大きな変形量まで安定して大きな荷重を維持することができる。
【００５９】
図８（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第２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、上方から見た断面図で説明する。
（ａ）は骨格構造部材１２に荷重を加える前の状態を示す。
【００６０】
（ｂ）において、骨格構造部材１２の上面に荷重を加えると、骨格構造部材１２の上面は陥没するように屈曲する。図中の３４は陥没部である。
このとき、陥没部３４に近い粉粒体１８は、固化部が剥がれて粉粒体単体になったり、粉粒体自体が変形して変形粉粒体１８ａとなる。
【００６１】
（ｃ）において、引き続き荷重を加えて骨格構造部材１２の変位量が大きくなると、固形化粉粒体１６（（ａ）参照）の固化部の剥がれ、粉粒体自体の変形が更に進行して、粉粒体単体や変形粉粒体１８ａが矢印で示すように陥没部３４から隔壁部材１５側に流動し、内部の圧力分布が均一に近くなる。骨格部材１１の縦壁部１１ａ，１１ａには上記の内圧が作用するために、窪み２３６（（図２３（ｂ）参照））は出来ない。
【００６２】
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（膨張中空粉＋無機材料層）の骨格構造部材１２のデータ（実線で示す。）は、立ち上がり角度、その立ち上がりの直線部の長さ、最大の荷重ｆ９が、前述の比較例２〜比較例４とほぼ同等であり、剛性及び強度の点で大きな差は見られない。また、最大の荷重ｆ９となる変位量δよりも変位量が大きくなっても荷重はほとんど低下せず、且つその荷重を大きな変位量δまで維持している。これらのことから、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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
（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。
【００６７】
（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。
【００６８】
（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。
【００６９】
（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。
【００７０】
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。
【００７１】
（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。
【００７２】
（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。
【００７３】
（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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
（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。
【００７７】
（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。
【００７８】
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。
【００７９】
（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。
【００８０】
（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。
【００８１】
（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。
【００８２】
以上の図５及び図６で説明したように、本発明は第１に、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（ｄ）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（ｄ）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の製造方法であって、固形化粉粒体１６を形成するために、液体又は固体からなる芯物質２５ａを被膜２５ｂで包み込んだ粉粒体２５の表面に無機材料層２３Ａを付着させた粉粒体２５を未膨張の状態で骨格部材１１内及び／又は空間（例えば、空間９５）内へ投入する工程と、粉粒体２５を加熱することで膨張させるとともにその表面を融解させる工程と、から構成したことを特徴とする。
【００８３】
本発明は第２に、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（ｄ）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（ｄ）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、固形化粉粒体１６を、液体又は固体からなる芯物質２５ａを内包し、且つ表面に無機材料層２３Ａを形成した粉粒体２５を加熱し膨張させた粉粒体１８で構成したことを特徴とする。
【００８４】
無機材料層２３Ａを形成した粉粒体２５を加熱すると、各無機材料層２３の間から露出する粉粒体表面、即ち露出部２４のみが融解して、隣接する粉粒体２５の同様に融解した部分と結合するから、例えば、無機材料層２３を備えていない粉粒体では、加熱時に融解が過度に進行して結合が強固になるのに対して、本発明では、部分的な結合であるから粉粒体１８同士の結合力が適切な固形化粉粒体１６を得ることができる。
【００８５】
従って、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は表面融解した後に固化した固化部２２が剥がれて粉粒体単体又は固形化物の小片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。
【００８６】
この結果、骨格構造部材１６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、粉粒体２５の膨張によって発生する内圧によって骨格部材壁の内側への変形を抑制できるために、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。
【００８７】
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。
更に、粉粒体２５の膨張により内圧を発生させるため、加圧を伴う充填を必要とせず、骨格部材１１内、空間（例えば、空間９５）内に粉粒体１８を容易に満たすことができる。
【００８８】
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。
【００８９】
【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の製造方法は、固形化粉粒体を形成するために、液体又は固体からなる芯物質を内包し、且つ表面に無機材料層を形成した粉粒体を未膨張の状態で骨格部材内及び／又は空間内へ投入する工程と、粉粒体を加熱することで膨張させるとともにその表面を融解させる工程と、から構成したので、粉粒体を加熱したときに、各無機材料層の間から露出する粉粒体表面のみが融解して、隣接する粉粒体の融解部分と結合するため、部分的な結合であるから粉粒体同士の結合力が適切である。
【００９０】
従って、固形化粉粒体に外部から荷重が作用した場合に、固形化していた粉粒体は表面融解部が剥がれて粉粒体単体又は固形化物の小片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。
【００９１】
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、粉粒体の膨張によって発生する内圧によって骨格部材壁の内側への変形を抑制できるために、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。
【００９２】
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。
更に、粉粒体の膨張により内圧を発生させるため、加圧を伴う充填を必要とせず、骨格部材内、空間内に粉粒体を容易に満たすことができる。
【００９３】
請求項２の輸送機械用骨格構造部材は、固形化粉粒体を、液体又は固体からなる芯物質を内包し、且つ表面に無機材料層を形成した粉粒体を加熱し膨張させたもので構成したので、無機材料層を形成した粉粒体を加熱すると、その無機材料層の間から露出する粉粒体表面のみが融解して、隣接する粉粒体の同様に融解した部分と結合するから、例えば、無機材料層を備えていない粉粒体では融解が広い範囲で発生するため、結合が強固になるのに対し、本発明では部分的な結合であるから粉粒体同士の結合力が適切な固形化粉粒体を得ることができる。
【００９４】
従って、固形化粉粒体に外部から荷重が作用した場合に、固形化粉粒体は表面融解した後に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。
【００９５】
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、粉粒体の膨張によって発生する内圧によって、骨格構造部材の内側への変形を抑制するために、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。
【００９６】
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。
更に、粉粒体の膨張により内圧を発生させるため、加圧を伴う充填を必要とせず、骨格部材内、空間内に粉粒体を容易に満たすことができる。
【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】本発明に係る粉粒体の変化を示す作用図
【図６】本発明に係る骨格構造部材の製造方法を示す作用図
【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第１作用図
【図８】本発明に係る骨格構造部材の曲げ試験時の変形を示す第２作用図
【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第１説明図
【図２３】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第２説明図
【図２４】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、１８，２５…粉粒体、２３，２３Ａ…無機材料層、２５ａ…芯物質、２５ｂ…被膜、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)

1. 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の製造方法であって、
   前記固形化粉粒体を形成するために、
   液体又は固体からなる芯物質を内包し、且つ表面に無機材料層を形成した粉粒体を未膨張の状態で前記骨格部材内及び／又は前記空間内へ投入する工程と、
   粉粒体を加熱することで膨張させるとともにその表面を融解させる工程と、
   から構成したことを特徴とする輸送機械用骨格構造部材の製造方法。
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、
   前記固形化粉粒体を、液体又は固体からなる芯物質を内包し、且つ表面に無機材料層を形成した粉粒体を加熱し膨張させたもので構成したことを特徴とする輸送機械用骨格構造部材。

Images