JP4232070B2 - 自動車ランニングボード - Google Patents
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Description
技術分野
本発明は、改良された圧縮荷重撓みを有する、自動車のための全てのプラスッチクランニングボードに関する。
【0002】
背景技術
自動車の製造において、様々な部品および構成要素におけるプラスチックの使用へ向けた継続的な発展がある。自動車部品のための鉄よりむしろプラスチックの使用は、潜在的な費用節約と共に、自動車の重量における望ましい減少を与える。静的および動的な荷重を受ける自動車部品は、典型的に、金属から形成された少なくともいくつかの部分を有していた。例えば、自動車のために現在または以前に使用しされるいくつかのランニングボードは、ガラス繊維強化樹脂のようないくつかのプラスチックを利用し、前記プラスチックは、前記ランニングボードのための主構造構成要素として機能する鉄または木材と、組合せて使用されていた。本発明のランニングボードは、ランニングボードを自動車に固定することにおいて使用するための金属ブラケット部材を除いて、プラスチックから単独で形成される。
【0003】
本発明の開示
本発明のランニングボードは、この種の物品が通常に受ける静的および動的な荷重に耐える構造保全性を与える。例えば、人がその上に脚を下ろしたときにランニングボードが受ける通常の応力に加えて、自動車の運動により生じる外からの荷重をも受け、特に、道路および高速道路で通常に生じる隆起を含む押し上げおよび押し下げを受ける。ランニングボードおよび、自動車への連結器を含むランニングボードシステムの残りの部分が、上記した荷重を受けると、該ランニングボードシステムは応答を生じる。外からの荷重に対する前記システムの応答は、固有振動数および該システムの減衰に、並びに励振力の振動数および振幅に依存する。調和した励振のある振動数が、該システムの固有振動数の一つと一致する場合、振動の振幅は、潜在的にランニングボードシステムを損傷するに十分なほど大きいように、大変大きくなり得る。固有振動数は、その剛性および惰性特性に基づいたランニングボードシステムの動的性質である。本発明のランニングボードは、ランニングボードシステムが受ける励振力の応答振幅の過剰な上昇を防止するために、減衰効果を与えるように設計されている。
【0004】
その形状に関するランニングボードの構造設計に加えて、該ランニングボードをなす構成要素、即ち、吹込み成形された外殻および発泡体芯材は、特別な構造、レジリエンス、耐化学性、および、極度の低温および高温下で満足に働くために前記システムについて要求される他の性質を有する。外殻は、良好な耐化学性を有するべきである。
【0005】
例えば、ポリカーボネート/ポリエステルエンジニアリング熱可塑性プラスチックから形成された吹込み成形された外殻を有する発泡体芯材は、110kg/m3ないし150kg/m3の範囲内の密度を有し、また、所定の大きさの荷重の除去後に、実質的にその元来の形状に戻ることを可能にするに十分なレジリエンスを有する。発泡体の密度が高すぎる場合、該発泡体は、撓んだとき、永久歪みを起こす。
【0006】
特に満足な発泡体は、バイフィルEA4007としてバイエル社により製造および販売されているものである。該発泡体が、以下の例に表すような、良好な熱力学特性を有することが重要である。加えて、EA4007発泡体の熱機械分析は、相転移の開始について113℃で1%の浸透を示す。従来技術の発泡体は80℃で1%の浸透を受け、そして150℃で急激に増加する。このことは、なぜ本発明の発泡体が、典型的な従来技術の発泡体に比較して、予期されない熱力学性能を与えるかを説明する。
【0007】
以下の密度のバイフィルEA4007ポリウレタンエネルギー吸収発泡体は、以下の引張強さ、およびASTM・D・3774・Eによって測定した場合の伸びを有する。
【0008】
このEA4007発泡体は、硬質または構造用ポリウレタン発泡体である。それは、二つの液、ポリイソシアナートとポリオールブレンドとの反応生成物として形成される。ポリオールブレンドは、ポリヒドロキシル化合物、アミン、触媒、界面活性剤、顔料、難燃剤、充填剤および水を含み得る混合物である。該ポリオールブレンドは、要求される物理特性および発泡体の処理挙動を与えるように配合される。
【0009】
吹込み成形された殻のためのプラスチックは、広範囲に変化し得る。好ましいポリカーボネート/ポリエステルエンジニアリング熱可塑性プラスチック以外に、同様な性能特性の数々の他のエンジニアリング熱可塑性プラスチックが使用され得る。
【0010】
本発明のランニングボード装置の最後の主な構成要素は、所定の荷重を受けたときに、最小の撓みを伴ってランニングボードのための支持を与える、好ましくは金属のブラケットである。発泡体芯材の断面寸法を含む、ランニングボードの特別な断面寸法および形状のために、支持を与えるブラケット間の間隔は、所定の距離を超えるべきでない。殻および芯材のための成形方法および特別な材料は、完全な充填を与える。
【0011】
発明の説明
図1ないし3を参照すると、複数の金属ブラケット30によるサイドパネル20への取り付けによって、自動車Vと共に使用されるために適した、ランニングボード10が図示されている。ランニングボード10は、吹込み成形された外殻部材12と、内部のレジリエンスな独立気泡発泡体芯材14よりなる。該発泡体芯材は、少なくとも85%の気泡が独立しているべきである。外殻12は、好ましくは、GEキセノイ1402BとしてGEプラスチックス社により販売されているような、ポリカーボネート/ポリエステルエンジニアリング熱可塑性プラスチックから形成される。芯材14は、バイフィルEA4007としてバイエル・コーポレイション社により販売されているもののような、硬質または構造用ポリウレタン発泡体として最も良く記載されることができる、独立気泡ポリウレタンのエネルギー吸収発泡体である。以下に詳細に記載されるように、芯材14は、エネルギー吸収ポリウレタン発泡体のような発泡性プラスチック材料を、液体として、内面12Aおよび外面12Bを有する、先だって吹込み成形または他に成形された外殻12中に射出し、そして前記殻12の内部キャビティ中で、前記液体をその場で発泡させて、前記内面12Aによって限定されるキャビティを完全に充填することによって形成される。好ましくは、外殻12および芯材14が形成される材料の特性は、外殻12の内面12Aに対する独立気泡ポリウレタンの膨張により発生される熱および温度にもかかわらず、芯材14のプラスチック発泡体材料が、内面12Aに穏やかに接着または結合されるようになるなものである。外殻12は、ポリウレタンが発泡処理を受けるときに、その中で発生する熱および圧力に耐えるように、十分な厚さおよび剛性を有する。外殻12についての3.5mmの平均壁厚は、満足であることが証明されている。
【0012】
ランニングボード10は、第一端部23から第二端部25まで伸び、またランニングボード10が自動車Vに固定されるとき上側に面するような、図1および2に図示される成形された溝16を有する。溝16の第一の目的は、ステップパッド(図示されてない。)を受けそして固定し得る、凹部を与えることである。溝16は、図2に図示されるランニングボードを通した断面において、僅かに曲がった形状で続き、下記壁の間にわたる底16Bを伴う、一対の隔て離れた壁16Aを含む。溝16、また最も詳しくは、隔て離れた壁16Aは、いくらかの硬直化、およびランニングボード装置上に足を下ろした人より生じる頂部荷重からの撓みに対する耐性を与える。溝16は、第一端部17から第二端部18まで伸びる。
【0013】
外殻12は、ランニングボード10上に足を下ろした人の足を、容易に収めるために十分な幅を有しなければならない。例えば、図1の態様において、線202上にあるような、ブラケット30間の領域における最外点から最外点までの外殻12の幅は、103と104ミリメートル(mm)との間である。
【0014】
要求されるレジリエンスと組合せて十分な強度を与えるために、発泡体芯材14は、ブラケット30のおよびブラケット30間の領域において、十分大きい断面寸法を有しなければならない。図1の態様のランニングボード10のそれらの領域の全厚は、外殻12の外面で、53mmの大きさである。外殻12の厚さ、溝16の存在、および一般的な全体の形状を考慮すると、発泡体芯材14の断面寸法は、36ないし37平方センチメートル(cm2)の大きさである。
【0015】
ランニングボード10の下部を支持する多数の隔て離れたブラケット30は、該ランニングボードを自動車Vに固定するために使用される。
【0016】
ブラケットの過剰な撓みは、ランニングボードの過剰な撓みおよび潜在的な永久歪みを生じて、市販について不満足にするので、ブラケット30自身が、ランニングボード上に加えられる予期される荷重を、有意な撓み無く支持するために十分な、強度および剛性を有することが重要である。ブラケットは、614ポンドの直接荷重が、ランニングボード10を支持する表面の中央で、単一のブラケットに加えられたとき、該ブラケットの端部で測定した場合に、五(5)ミリメートル(5mm)より多く撓まないべきである。実施上の制限は、前記幅、厚さおよび芯材断面寸法並びに本明細書に記載される他の特性を有するランニングボード10について、中心線から中心線までのブラケット30間の最大間隔が、483mm(19インチ)であることを示唆する。より大きい間隔は、最大設計荷重を受けたとき、ブラケット間のランニングボードのそれらの部分の、過剰な撓みおよび潜在的な永久歪みを生じることもある。それ故、ランニングボードおよびブラケットからなる装置は、自動車と共に使用するために要求される厳しさに耐えることができる、市販について満足な装置を与えるように結合される。
【0017】
次に、図4および5を参照すると、吹込み成形された外殻部材52と、内部のレジリエンスな独立気泡発泡体芯材54を有する、改良されたランニングボード50が図示されている。それは、多数の金属ブラケット60により、自動車Vのサイドパネル20に取り付けるために適している。この場合、金属ブラケット60は、図1ないし3の態様を参照して記載されたブラケット30とは異なる種類である。ランニングボードの長さに依存して、四つ以上のブラケットが、図1および4の態様において、それぞれ説明される三つの金属ブラケット30および60よりむしろ与えられ得る。ランニングボード50のこの態様は、実質的に平らまたは平面である底56を有することを除いて、図1ないし3に関して記載されたものと同様である。ランニングボード50の厚さは、図1の態様のランニングボード10よりもわずかに大きく、またブラケット60によって支持されかつブラケット60間の領域におけるその断面寸法は、41ないし42cm2の大きさである。
【0018】
次に、図6を参照すると、吹込み成形または他に成形された外殻82と、発泡体芯材84を有するランニングボード80の他の態様が図示されている。ランニングボード80の下部断面形状は、リブを有する形状として特徴付けられ得る。それは、発泡体芯材84によって占められているキャビティへと内側に、かつ底から上側に伸びる一連の三つのリブを有する。中心リブ85Aは、一対の長く延びる隔て離れた脚87から上側に伸び、また、一対のより深い外部リブ85Bであって、中心リブ85Aの各々の側の一つは、上側にかつ脚87の一つから外側に伸びる。該ランニングボードの上部は、以前に議論したように、ステップパッドを受けるための溝91を備える。
【0019】
外殻82は、外部リブ85Bの各々から伸びる下側かつ外側にフレアーした壁部88を与えるように輪郭をなしている。外部脚89へ外側にフレアーした壁部88の各々は、曲がった側壁部分90と結合し、そして下側に伸びる外からの外部リブを限定する。
【0020】
外側にフレアーした壁部88および脚部89に沿ったリブ85Aおよび85Bは、外殻82についてのさらなる硬直化を与える。結果として、発泡体芯材84の断面寸法は、図2および5の態様の発泡体芯材の寸法より減ぜられ、そして依然として望ましい性能目標に合致するランニングボードを与える。それ故、発泡体芯材84の断面積は、30cm3の大きさである。
【0021】
次に、図7および8を参照すると、図7に図示される開放位置と、図8に図示される閉鎖位置との間の運動のためのヒンジ43により結合された、第一モールド半型41および第二モールド半型42を含む部分半型を有するモールド40が図示されている。第一モールド半型41はその中にキャビティ45を形成され、また第二モールド半型42はその中にキャビティ46を形成されている。第一モールド半型41のキャビティ45中への延長部分は、外殻12の溝16中に具合良く合うような寸法を有する、長く延びたリブ47である。モールド半型41および42が閉じられたとき、モールドキャビティ45および46は、外殻12を具合良く受けるような寸法を有しかつ輪郭をなすチャンバーを限定するように協力する。第一モールド半型41は、一対のチャネル、即ち、流入チャネル51およびオーバーフロー/排気チャネル52を備える。モールド半型41および42はまた、制御された温度を有する液を受ける、複数の流路54を備え、発泡体の予期される反応の維持を可能にし、そして発泡体が発熱したときに冷却する。
【0022】
図7および8に図示されるように、吹込み成形された外殻12は、第一モールド半型41の注入口51と整列する第一開口部13と、第一モールド半型41のオーバーフロー/排気開口部52と整列する第二開口部15を備える。
【0023】
図8において、ライン62により混合ヘッドに向けられたポリウレタン配合物のイソシアナートと、ライン64により混合ヘッドに向けられたポリウレタンのポリオールとを混合するための、混合ヘッド60が図示されている。混合ヘッド60は、第一モールド半型41の流入チャネルと連絡するように位置する、排出オリフィス65を有する。これらの成分は、例えばイソシアナート102.4部とポリオール100部とで混合され、そしてその後、オリフィス65を通し、そして流入チャネル51および第一開口部13を通し、そして外殻12によって限定されるキャビティ11中に分配される。混合された発泡性材料を導入する前に、モールド半型41および42は閉じられ、そしてクランプ締めされる。6,900立方センチメートルの大きさの体積を持つキャビティ11を有する外殻12のために、発泡体約1000グラムが、殻12中に注入される。液体が発泡処理を経て進むにつれ、外殻のキャビティ11内に含まれる空気は、第二開口部15およびオーバーフローチャネル52を通して排気され、そして、第一開口部13および流入チャネル51を通した液体材料の完全な充填量の導入が続く。ゴムまたは他のレジリエンスな密封材料から形成されるプラグ70は、旋回可能なアーム71に取り付けられ、そして、発泡処理の間に発泡体プラスチック材料の過剰量の脱出を防止するために、オーバーフロー/排気チャネル52に嵌合され得る。
【0024】
本発明のランニングボードを、荷重下での撓みについて、室温および88℃および−40℃の温度で、最初に614ポンドの荷重を三(3)サイクル受けさせ、その後撓みおよび永久歪みを測定する手順に従って試験した。その後、ランニングボードに、305ポンドの荷重を、約20,000サイクル受けさせた。各々の場合において、荷重は、隣接するブラケット間の中央に加えた。20,000サイクル後、撓みおよび永久歪みを測定した。各々のサイクルは、3秒の荷重付加、1秒の荷重保持、1秒の荷重抜き、および5秒の荷重除去からなった。
【0025】
ランニングボードの様々な態様について行った試験の結果を、様々な温度で本明細書に記載する。いくつかの試験において、ランニングボードを、25インチで離れた三つ(3)のブラケットで支持し、また他の試験においては、四つ(4)のブラケットで支持した。4ブラケットの場合、ブラケット間の間隔は、中心線から中心線まで16.5”であった。3ブラケット、25インチ間隔の結果として、我々は、間隔が19インチ以下であることを勧める。
【0026】
図9および10は、圧縮荷重撓みと温度とのグラフを図示する。図9および10は、本発明の発泡体(IF)が、全ての温度で従来技術の発泡体(PAF)より優秀であることを図示する。図9は、歪みの最初の10%を超える優秀な特性を図示する。図10は、歪みの増加量を超える改良された特性を図示する。本発明の発泡体についての曲線は、各々の図にA、CおよびEと標識し、また従来技術の発泡体についての曲線は、B、DおよびFと標識する。
【0027】
これらのグラフは、なぜ複合ランニングボードが耐久性試験において良好に働くかの基礎であろう、本発明の発泡体についてのより高い圧縮弾性率を図示する。このことは我々に、圧縮弾性率が、ランニングボードを硬直化する発泡体の能力に大変重要であることを教示する、なぜならば、より高い圧縮弾性率は、発泡体が巨大な荷重を受けることができ、そして小さな撓みしか被らないことを意味するからである。
【0028】
図11は、本発明の発泡体の優秀な性能を示す、熱機械分析を図示する。図11は、増大した温度で一定の力での本発明の発泡体の改良された浸透を図示する。
【0029】
表IおよびIIは、従来技術のOEM金属チューブデザインランニングボードに比較して、これらのランニングボードの改良された性能を表す。表IおよびIIのデータは、本発明のランニングボードの、改良された撓みおよび永久歪みを表す。該データは、本発明のランニングボードが、OEM金属チューブランニングボードと同じくらい良好、またある場合には、より良好であることを図示する。該データは、該ランニングボードの改良された硬直化を示す。より高い圧縮強さおよびより良好な熱機械特性は、ランニングボードが、巨大な荷重を受けることができ、そして最小の永久歪みと共に、小さなたわみしか被らないことを意味する。
【0030】
ブラケット間の中心の位置でのランニングボードの最大の撓みは、15mm(ミリメートル)以下である。ブラケット間の中心の位置でのランニングの最大の永久歪みは、5mm(ミリメートル)以下である。
【0031】
【表1】
【0032】
【表2】
注:
・3ブラケット間隔=25インチ
・4ブラケット間隔=16と1/2インチ
【0033】
本発明は、ランニングボードに関連して説明してきたけれども、その広い概念は、広範囲にわたる様々な構造部材において使用されることができることが理解されるべきである。
多くの修正が、本発明の範囲から、または請求の範囲から離れることなく上記の態様になされ得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、自動車の断片部分、および自動車にランニングボードを取り付けるためのブラケットと共に、本発明のランニングボードを図示する分解斜視図である。
【図2】 図2は、図1の線2−2を通して得られた断面図である。
【図3】 図3は、図1の線3−3を通して得られた断面図である。
【図4】 図4は、異なる断面形状を有し、また異なるデザインの取り付けブラケットを使用する、改良されたランニングボードを図示する、図1と同様な図である。
【図5】 図5は、図4の線5−5を通して得られた断面図である。
【図6】 図6は、ランニングボードの他の態様の断面図である。
【図7】 図7は、本発明のランニングボード、および該ランニングボードの外面に従う成形キャビティを有するモールドの開いた半型を図示する、分解斜視図である。
【図8】 図8は、閉じたモールド内に含まれる、吹込み成形された外殻中への、発泡性プラスチック芯材材料の導入を図示する、部分的に断面の上面図である。
【図9】 図9は、本発明の自動車部品のための本発明の発泡体の、改良された圧縮荷重−撓みを図示するグラフである。
【図10】 図10は、本発明の自動車部品のための本発明の発泡体の、改良された圧縮荷重−撓みを図示するグラフである。
【図11】 図11は、本発明の改良された熱機械分析を図示する図である。
Claims (13)
- 限定された形状を有するランニングボードであって、
該ランニングボードは、
成形されたプラスチックからなる外殻と、
110kg/m3 ないし150kg/m3 の範囲内の密度を有するポリウレタン発泡体からなる芯材よりなり、
該発泡体は、該ランニングボードが、所定の大きさの荷重の除去後に、実質的にその元来の形状に戻ることを可能にするに十分なレジリエンスを有し、
該ランニングボードは、第一端部から第二端部まで伸び、また加えられる荷重を受けるように位置した上に面した部分と下に面した部分を有し、
ここで、該ランニングボードは、複数のブラケットにより支持されそしてブラケット間の中心の位置で該上に面した部分に加えられる305ポンドの垂直荷重を受けたときに、15ミリメートルより大きくない最大の撓みと、5ミリメートルより大きくない最大の永久歪みを有する、ランニングボード。 - 前記成形されたプラスチックは、吹込成形された熱可塑性プラスチックである、請求項1記載のランニングボード。
- 前記成形されたプラスチックは、ポリカーボネートを含む吹込成形された熱可塑性プラスチックである、請求項1記載のランニングボード。
- 前記成形されたプラスチックは、吹込成形されたポリカーボネート/ポリエステルエンジニアリング熱可塑性プラスチックである、請求項1記載のランニングボード。
- 前記成形されたプラスチックは、吹込成形されたポリカーボネート/ポリブチレンテレフタレートエンジニアリング熱可塑性プラスチックである、請求項1記載のランニングボード。
- 前記ポリウレタン発泡体はエネルギー吸収発泡体である、請求項1記載のランニングボード。
- 前記垂直荷重は614ポンドである、請求項1記載のランニングボード。
- 前記下に面した部分の隔て離れた領域で前記ランニングボードを支持する、多数の隔て離れたブラケットを含む、請求項1記載のランニングボード。
- 前記ランニングボードは、614ポンドの直接荷重が、単一のブラケット上の前記上に面した部分の中央点で、単一のブラケット上に加えられるとき、前記単一のブラケットの端部点で測定された場合に、5ミリメートル(5mm)を超えない撓みを有する、請求項8記載のランニングボード。
- 隣接するブラケット間の芯材は、少なくとも30平方センチメートルの断面寸法を有する、請求項9記載のランニングボード。
- ブラケットは、19インチを超えない距離で隔て離れている、請求項9記載のランニングボード。
- ブラケットは、16.5インチの距離で隔て離れている、請求項9記載のランニングボード。
- 前記外殻の下に面した部分は、前記ブラケット間の領域において、複数の長手方向のリブを限定する、請求項9記載のランニングボード。
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