JP4232070B2 - 自動車ランニングボード - Google Patents

Description

【０００１】
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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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。
13. 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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