JPH11507609A - 構造要素を接合する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 一体の構造体を形成するために細長い構造要素（２２ａ，２２ｂ）を接合する方法が開示されている。本方法によれば、複数の細長い構造要素（２２ａ，２２ｂ）の各々の一部を支持しながら受け入れるようにつくられた型手段（２６）が提供される。前記の細長い構造要素の各々の一部は相互に対して近接して前記型手段（２６）内に位置され、流体成型材料が前記型手段中へ導入される。流体成型材料は前記型内で前記細長い構造要素の周りで固まる、すなわち硬化するようにされ、それにより成型された要素によって相互に接合された複数の細長い構造要素から構成される一体の構造体を形成する。立体骨組み構造体の組み立て体あるいは小組み立て体を構成する方法も開示されている。この方法によれば、前記構造要素が前記組み立て体あるいは小組み立て体の形態に配置されると、前記複数の細長い構造要素の間の交錯点に前記型が位置するように複数の型が相互に対して離隔関係で配置される。複数の細長い構造要素の各々の一部は相互に対して近接して前記型中に位置され、流体成型材料が複数の型中へ導入され、前記型内で細長い構造要素の一部の周りで固まる、すなわち硬化するようにされ、それにより細長い構造要素の一部を相互に接合する。そのような方法により形成される骨組み構造（２０）も開示されている。

Description

【発明の詳細な説明】 構造要素を接合する方法 本発明は一般に、細長い構造要素を接合する方法に関し、特に、車両のフレー ム、シャーシ、あるいはそれらの小組み立て体を構成し、かつ組み立てるために 構造要素を相互に接合するために用いることの出来る方法に関する。 自動車とその他の車両用の各種の構造要素はアルミニュームやその他の軽量金 属合金から作りうることが知られている。最近に至るまで、そのような材料に対 する自動車用の殆どの用途は、重量を節約するために選定される、例えばフード やトランクカバーのような副次的要素であった。しかしながら、現在ではアルミ ニュームやその他の軽量金属合金を自動車の主要な本体部分に使用するための顕 著な開発作業が行われている。軽量金属合金製の自動車のフレームやシャーシは 、同じ安全性や耐久性を満足させるように設計された鋼製のフレームよりも重量 が著しく少ない。そのような軽量金属合金製フレームを用いた自動車は性能を落 とすことなく燃料効率を改善しており、もしも使用された合金がアルミニューム である場合には、鋼製フレームよりもリサイクルがはるかに容易であって、耐腐 食性も向上する。 更に、自動車の通常の走行において経験される力を分配し、吸収するため、並 びに衝突あるいは反転によるエネルギを吸収し、そして消散させ、従って乗車者 に対する安全性と保護性とを改善するために立体骨組み概念を利用しうることが 知られている。立体骨組みとは端部で相互に接合された構造ビームやカラムの格 子状骨組みである。（時にはリニアル（lineals ）とも称される）立体骨組みの これらの細長い構造要素は、例えば、ボルト、リベット、およびクリンチのよう な機械的手段により、溶接および接着剤結合により、およびこれらの方法の組み 合わせにより相互に接続される。立体骨組みのリニアルを接続する別の方法は、 前記リニアルが嵌入するように設計されている個別の接続要素あるいは接続部材 （時にはノード（nodes）とも称される）を使用することである。前記リニアル は次いで、前述のいずれかの周知の接続方法によりノードに対して取り付けられ る。 立体骨組みの概念は自動車あるいはその他の車両での使用に限定されない。頭 上広告塔や屋根骨組みも立体骨組み概念の構造的使用の別の例である。更に、立 体骨組み概念はいずれかの特定の種類の材料から作った要素と共に使用すること に限定されない。立体骨組みには鋼、アルミニューム、あるいはその他の軽金属 や各種の合金を含む種々の材料を利用することが出来る。しかしながら、立体骨 組み概念は自動車に対して固有の利点があり、かつ自動車やその他の車両のフレ ームの構成にアルミニュームやその他の軽量金属合金を使用することにも固有の 利点が有るため、軽量金属合金製の自動車用立体骨組みが開発されてきた。 ハスラ他（Hasler et al）への米国特許第４、６１８、１６３号は、これも軽 量金属から作られた接続部材によって相互に保持された複数のチューブ状軽金属 製ロッドから作られている自動車用立体骨組みシャーシを記載している。ハスラ 他の特許による接続部材は射出成形、鋳造、あるいは鍛造方法によって作ること ができ、ロッドの端部と係合する受け取り手段が設けられる。これらのロッドの あるものはそれらの端部分を接続部材のくぼみ中へ挿入することにより組み立て ることが出来る。しかしながら、前記ロッドの中の少なくともあるものは、長手 方向の軸線に対して概ね直角の方向において動くことにより接続部材のある対応 する形状の突起と適合するくぼみあるいは切り欠きがそれらの端部において設け られている。ハスラ他の特許が記すように、このことは、もしも全てのチューブ 状部材をそれらの端部を接続部材のくぼみ中へ挿入することにより組み立てたと すれば、組み立て体あるいは小組み立て体に取り付けるべき最後の部材は構造体 を撓ませるか、あるいは折り曲げるだけで取り付けることができるので著しい利 点がある。ハスラ他の特許のよる細長いフレーム部材ははんだ付け、接着あるい は、例えば、ボルト、ねじおよびリベットのような機械的固定具を使用すること により接続部材に固定される。 殆どの接続手段は、例えばリニアルにおけるボルトあるいはリベット孔および （または）ノードのボルト孔あるいはリニアルと係合する突起におけるように高 度の局部的な応用を有している。繰り返して負荷されると、これらの高度な応力 の個所においては亀裂が入りはじめる。溶接による残留応力あるいは焼鈍による 作用がまた、疲労強度や坐屈強度に影響を与えうる。更に、ある接続手段におい ては引張り強度あるいは圧縮強度が接続部に隣接する熱によって影響を受ける区 域において低下する可能性がある。接着剤により結合された、溶接された、ある いははんだ付けされた接続手段は、失敗を避けるためには、慎重に、かつ適正に 作る必要がある。 更に、接合工程は、立体骨組みの組み立てにおいて追加の数種の製作過程や段 階をもたらす。よくあることであるが、もしもリニアルを接続部材あるいはノー ドにより接合すべき場合、（また、その他の理由として、立体骨組みが滑らかな 線形を出すことが出来るようにするために）、ノードは個別の製造作業において 鋳造あるいはその他の方法で形成する必要がある。もしもリニアルを機械的に相 互に対して、あるいはボルトあるいはその他の固定具によってノードに取り付け るべき場合、それらには（必要に応じてノードにも）適当な孔を設ける必要があ る。代案として、あるいは、追加として、構造要素を接合するために、溶接、は んだ付け、あるいは接着剤による結合装置あるいは材料が必要とされることがあ る。更に、相互に組み立てるべき各種の要素の公差は、孔が他の孔あるいは突起 と整合するように、あるいは溶接、はんだ付け、あるいは接着剤により結合する ために面が適合するように正確でなければならない。最後に、立体骨組みは、小 組み立て体を形成するために個々のリニアルをノードに接合すること、および立 体骨組みを形成するために各種の小組み立て体を接合することを含む一連の個別 の段階において組み立てる必要がある。 従って、接合部において緊密な公差を必要とすることなく、あるいは例えば溶 接、はんだ付け、あるいは接着剤による結合のための、付加的な製造過程や装置 を必要とすることなく立体骨組みの細長い構造要素を相互に接合出来るとすれば 、それは望ましいことである。また、接続部材あるいはノードを作るための個別 の製造作業を必要とすることなく立体骨組みの細長い構造要素を相互に接合出来 るとすれば、それも望ましい。更にまた、立体骨組み、あるいはその小組み立て 体の細長い構造要素を同時に相互に接合できるとすれば望ましいことである。 従って、本明細書において請求されている本発明の目的は、別の製造作業にお いて個別の接続部材あるいはノードを作る必要なく、一体の構造物を形成するた めに細長い構造要素を接合する方法を提供することである。本発明の別の目的は 、細長い、押し出し形成されたチューブ状の構造要素を接合することにより、そ のような構造物を形成するために使用しうる方法を提供することである。本発明 の更に別の目的は、構造要素を相互に、あるいは接続部材に溶接、ボルト止め、 接着剤による結合あるいは機械的に接合するのに必要な緊密な公差を必要とする 従来の方法の欠点や限度を排除する方法を提供することである。本発明の別の目 的は構造要素における溶接によって生じる歪みを排除しながら、一体の構造体を 形成するために細長い構造要素を接合する方法を提供することである。 本発明の別の目的は、自動車用の立体組み立てすなわちシャーシを形成するた めに複数の細長い構造要素を接合する方法を提供することである。更に別の本発 明の目的は、そのような構造要素を同時に接合するために使用しうる方法を提供 することである。 本発明の更に別の目的や利点は添付図面と以下の説明とを検討すれば明らかと なる。 一体構造体を形成するために細長い構造要素を接合する方法が開示されている 。この方法によれば、複数の細長い構造要素の各々の一部を支持しながら受け入 れるようにされた型手段が設けられている。前記の細長い構造要素の各々の一部 は相互に対して近接して前記型手段の中に位置され、前記型手段に成形流体材料 が導入される。前記成形流体材料は前記型において細長い構造要素の周りで固ま る、すなわち硬化するようにされ、それにより成形された要素によって相互に接 続された複数の細長い構造要素からなる一体構造体を形成する。 立体骨組み構造体の組み立て体あるいは小組み立て体を構成する方法を開示さ れており、この方法によれば、複数の型が、複数の細長い構造要素が前記組み立 て体あるいは小組み立て体に配置されると、前記複数の構造要素の間の交差点に 位置するように相互に対して離隔関係で配置される。複数の前記の細長い構造要 素の各々の一部が相互に対して近接関係で前記型の中に位置され、流体成型材料 が複数の型中へ導入され、前記型にあるいは細長い構造要素の部分の周りで固ま る、すなわち硬化するようにされ、それにより前記の細長い構造要素の一部を相 互に対して接合する。そのような方法によって形成された構造体のフレームも開 示されている。 本発明を理解し易くするために、本発明の数種の実施例を図面に示しており、 好適実施例の詳細説明は以下の通りである。しかしながら、本発明を図示した装 置に関連して説明した特定の実施例あるいはその使用に限定する意図ではない。 本発明が関わる技術分野の専門家に通常想起される種々の変更が考えられる。 第１図は本発明の好適実施例によって構成された自動車用の立体骨組みの斜視 図、 第１Ａ図は本発明の実施例による構造要素の接合を示す、第一図に示す型と立 体骨組みの構造要素の中の２個の一部の拡大図、 第１Ｂ図は本発明の代替実施例による構造要素の接合を示す、第１図に示す型 と立体骨組みの構造要素の中の２個の一部の拡大図、 第２図は本発明によって接合された第一A 図に示す２個の構造要素の部分斜視 図、 第３図は本発明の実施例による掛止め部を示す、第１B 図に示すものと類似の 構造要素の断面図、 第４図は本発明の代替実施例による掛止め部を示す構造要素の断面図、 第５図は本発明によって構造要素を接合しうる、複数の掛止め部を有する構造 要素の一部の上面図、 第６図は本発明によって構造要素を接合しうる、掛止め部を有するチューブ状 構造要素の一部の断面図、 第７図は本発明の代替実施例によって接合しうる掛止め部を有する２個の構造 要素の部分斜視図、 第８図は本発明の実施例によって構造要素を接合しうる、端プラグを有するチ ューブ状構造要素の断面図、 第９図は本発明の代替実施例によって構造要素を接合しうる、端プラグを有す るチューブ状構造要素の断面図、 第１０図は本発明により一端で１個の構造要素を第２の構造要素の端部の中間 の位置で別の構造要素に接続することを示す、型と２個の構造要素の斜視図、 第１１図は第１０図に示す型と構造要素の一部の上面図、 第１２図は第１１図に示す型の一部と構造要素の一部の平面図、 第１３図は本発明により接合される構造要素の組み立て体、あるいは小組み立 て体の平面図、 第１４図は本発明により、第１３図に示す組み立て体、あるいは小組み立て体 を構成するために使用しうる成型装置の一部の斜視図である。 本発明はアルミニューム合金や、その他の軽量金属合金を含む各種の材料から 作られた構造要素を接合するのに有用である。しかしながら、本発明は鋼、およ びその他の材料から作られた構造要素を接合するのに対しても利用出来る。さら に、本発明の好適実施例によって使用される成型材料はアルミニュームおよびア ルミニューム合金を含む。しかしながら、その他の軽量金属鋳造合金、熱可塑性 樹脂、繊維強化複合体、およびその他の周知の成型材料を用いることも可能であ る。それとは関係無く、本発明は主要な用途はこれもアルミニューム合金からな る成型材料を用いて、構造要素すなわちアルミニューム合金からなるリニアル（ lineals）から作られた立体骨組みを構成し組み立てすることにある。 アルミニューム合金は主として１以上の合金成分を含むアルミニュームから構 成される。一般に使用される合金成分の中には銅、鉄、リチウム、マグネシウム 、マンガン、シリコン、および亜鉛からなる群がある。これらの合金成分は、そ のような成分を一種類以上含有する合金はそのような成分からある特徴的な性質 を引き出すので、「基本的に特性を形成する」ものと考えられる。鉄およびシリ コンは基本的に特性を形成する成分のこの群に含まれるものの、それらはある量 以上存在すると好ましくない不純物とみなされうる。一般に、合金中に存在した 場合、望ましい特性をもたらすよのような成分の量は、（合金全体に占める重量 パーセントで表現して）０．５−１０．０％の銅、０．３−２．０％の鉄、０． ２−３．０％のリチウム、０．５−１０．０％のマグネシウム、０．１５−２． ０％のマンガン、０．３−１．５％のシリコン、０．０５−１２．０％の亜鉛で ある。 アルミニューム合金は前述の特性形成成分を含むか、あるいは含まなくても特 定の性質を向上させるよう作用するある量のある周知の補助成分を含有してもよ い。そのような補助成分はビスマス、ホウ酸、カドミウム、クローム、鉄、鉛、 リチウウ、マンガン、ニッケル、シリコン、錫、チタン、バナヂウム、およびジ ルコニウムを含む。一般に、合金中に存在すると特定の性質を向上させるうえで 望ましいそのような成分の量は、（合金全体に占める重量パーセントとして表現 して）、０．３−０．７％のビスマス、０．０５−０．５％のカドミウム、０． ０５−０．４％のクローム、０．３−２．０％の鉄、０．３−０．７％の鉛、０ ．２−３．０％のリチウム、０．１５−２．０％のマンガン、０．０５−０．４ ％のニッケル、０．３−１．５％のシリコン、０．３−０．７％の錫、０．０１ −０．２５％のチタン、０．０５−０．２５％のバナヂウム、および０．０５− ０．２５％のジルコニウムである。 アルミニューム合金の成分はアルミニューム協会（Aluminum Association） の合金表示要領に従って本明細書に記述している。錬合金（シート、プレート、 押し出し成形品、および鍛造品）は一般に「ＡＡ」の後に４つの数字が続くもの として指示されている。鋳造合金は一般に、「ＡＡ」の後に４つの数字であって 、第３と第４の数字の間に小数点を入れたもので指示されている。第１の数字は 錬合金および鋳造合金の双方に対して主要な合金成分を定義している。主要な合 金成分は通常錬合金の場合は重量比で５％以下、鋳造合金の場合は同じか、ある いはそれより高いパーセントである。殆どの合金は２から４種類の他の成分を含 有しているが、それらは主要な合金成分よりはるかに低いパーセントである。 一連の関連の、あるいは同様の合金はアルミニューム協会の、例えば「５ＸＸ Ｘシリーズ」として記述できる。一連の合金のそのような記述は最初の数字とし ての「５」が主要な合金成分がマグネシウムであることを示すものとしてアルミ ニューム協会によって指示されるいずれかの錬合金を含むことを意図したもので ある。このように、ＡＡ５ＸＸＸは［ＡＡ５０００］として指示しうる合金、並 びに「ＡＡ５９９９」として指示しうる合金、並びに「５０００」から「５９９ ９」までの間の数字表示を有するいずれかの合金をも含んでいる。更に、類似、 あるいは関連の合金から成る小群は例えば、「ＡＡ５Ｘ５２」のような表示で記 述することができ、これは以下のように指示しうる合金を含む。ＡＡ５０５２、 ＡＡ５１５２、ＡＡ５２５２、ＡＡ５３５２、ＡＡ５４５２、ＡＡ５５５２、Ａ Ａ５６５２、ＡＡ５７５２、ＡＡ５８５２、およびＡＡ５９５２。これらの合金 表示についてさらに追加の情報はワシントンのアルミニューム協会（Washington D.C，Aluminum Association）によって発行されている「錬アルミニュームお よび錬アルミニューム合金に対する国際的な合金表示および化学成分の限度の登 録記録」（Registration Record of International Alloy Designations and Ch emical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Allo ys）を参考にすれば取得することができる。 焼き戻し表示についてもアルミニューム協会によって規定されている。焼き戻 し表示については製品がどのようにして作られたかを表わし、これは錬製品並び に鋳造製品の双方に適用される。ある焼き戻し表示は製作後の熱処理の受入れ、 およびそれに対して応答する合金や製品の形態を記載している。これらの合金は 熱処理可能であるといえる。２ＸＸＸ、６ＸＸＸ、および７ＸＸＸシリーズの錬 合金および殆どの鋳造合金は一般にこの群に入る。非熱処理可能合金は歪み硬化 によって強度並びにその他の物性を獲得し、そのような群に対しては異なる焼き 戻し表示がなされる。この群には錬合金の１ＸＸＸ、３ＸＸＸ、および５ＸＸＸ シリーズが含まれる。 本発明は、前述のように、自動車用立体骨組みの構造要素を接合する上で有用 である。第１図は、本発明によって組み立てることの可能な立体骨組みを示す。 図示のように、立体骨組み２０は、本明細書で開示し、請求している方法によっ て、成型された要素２４（全てに符号を付けてはいない）によって相互に接合さ れた複数の細長い構造要素２２（全てに符号を付けてはいない）から構成されて いる。 第１Ａ図は第１図に示す立体骨組み２０の構造要素２２ａおよび２２ｂを相互 に接合するために利用しうる型の下側部分２６を示す。同様に、第１Ｂ図は第１ 図に示す立体骨組み２０の構造要素２２ｃおよび２２ｄを相互に接合するために 利用しうる型の下側部分２８を示す。第２図は本発明によって接合される第１Ａ 図に示す２個の構造要素を示す。 細長い構造要素を型に位置させる前に、構造要素は必要に応じて洗浄すればよ い。本発明の好適実施例によれば、接合すべき端部は、細長い構造要素と、それ らを接合する成型された要素との間の機械的係合を強めるために化学的手段によ り、あるいはショットブラストのように機械的手段によりでこぼこにされる。 本発明の別の好適実施例によれば、細長い構造要素は、接合すべき端部におい て、例えば延長部分、フランジ、単純な粗い孔、スロット、歯を付けた縁部、く ぼみおよび（または）陥没部のような掛止め部を設けている。安価な打ち抜きプ レスで簡単に作ることの可能なそのような掛止め部は、本発明によって作られた 一体の構造体の成型要素内で細長い構造要素が掛止め出来るようにするためのも のである。孔やスロットを通して流れ、その他の掛止め部を囲み、その後掛止め プラグ内で固まる流体成型材料によって掛止めが達成される。 第３図、第４図、第５図、第６図、および第７図は本発明の実施において採用 しうるある掛止め部の作用を示している。これらの図のいずれも、本発明の実施 による構造要素の接合を示そうとしているものではないが、本発明の実施におい て掛止め部は採用することの有用さを示す意図のものである。 第３図は２個の貫通孔を有する構造要素３０において得ることの出来るさや入 れ（encapsulation）および掛止めの効果を示す。図示のように、構造要素３０ は本発明の実施により成型された要素３２によってさや入れされている。成型さ れた要素の一部は構造要素３０の孔を通して流動し、成型要素３２を更に固定す る。同様に、第４図は一連のくぼみ３６を有している構造要素３４を接合するた めに本発明を実施することによって得ることの出来るさや入れ効果を示す。図示 のように、構造要素３４は成型要素３８によってさや入れされている。 第５図は、例えば要素４６のような構造要素のための掛止め部として作用しう るスロット４０、孔４２、および歯付き縁部４４の使用を示す。第６図は掛止め 部を提供するために、挟み点５０および５２において中空の押し出し成型したリ ニアル４８の端部が陥没しうることを示す。 第７図は、本発明により接合される前に、米国特許第４、６１１、３８１号に 記載の孔開け／接合方法のような方法によって相互に固定された２個の押し出し 成型された要素５４および５６を示す。その結果、押し出し成型された要素を相 互に固定し、成型材の掛止めプラグ（図示せず）を形成することの出来る穴を提 供する連結したカラー６０および６２を有する孔５８が得られる。 第７図は本発明により型に位置される前に相互に固定される細長い構造要素を 示してはいるものの、必ずしも型に入れる前に細長い構造要素を相互に固定する 必要はない。しかしながら、本発明の好適実施例によれば、そのような固定は優 れた結果をもたらすことが出来る。 再び、第１Ａ図、第２図、および第１B 図を参照すれば、（第１Ａ図および第 ２図に示す）構造要素２２ａおよび２２ｂの各々は断面が長方形で、平坦な延長 部分６４ａおよび６４ｂからなる掛止め部を有する押し出し成型品である。同様 に、（第１Ｂ図に示す）要素２２ｃおよび２２ｄの各々は断面が長方形で、掛止 め用孔６６ｃおよび６６ｄを有する押し出し成型品である。いずれかの都合のよ い数のものを設ければよいが、一対のそのような孔が前記要素２２ｃおよび２２ ｄの各々において示されている。 構造要素２２ａおよび２２ｂは型部分２６に位置される前にねじ付きの固定具 ６８によって緩く相互に接合されている。前述のように、固定は必ずしも必要で はないがねじ付き固定具は固定を達成しうる方法の単に一つである。しかしなが ら、希望に応じて、本発明による成型接合方法によって接合される前に、溶接、 クリンチ（clinching）、および接着剤による結合を含むその他のいずれかの周 知で、都合のよい方法並びに第７図に示す方法により細長い構造要素を代替的に 接合すればよい。また、構造要素２２ａおよび２２ｂは、固定具６８の代わりに 、延長部分の孔を通してワイヤ、コッタピン等（図示せず）を位置させることに より相互に接合させてもよい。固定しても細長い構造要素を接合する主たる手段 を提供するわけではないので、従来の方法により固定技術において要求された程 度の信頼性で固定を達成する必要は必ずしもあるわけではない。代わりに、細長 い構造要素は該要素を型まで運び易くするための、それらを接合するのに適した 方向で型に位置させ易くするため、そして接合工程の間前記要素が確実に型内の 正しい方向と位置に留まりうるように本発明の実施例によって相互に固定される 。 リニアルが例えば、第１Ａ図と第２図とに示す要素２２ａおよび２２ｂ並びに 第１Ｂ図に示す要素２２ｃおよび２２ｄのようにチューブ状押し出し成型品であ る場合、流体成型材料がリニアルの中空部分の中へ流入するのを阻止するために 流れ障害を組み込むことが可能である。そのような障害は、第１Ａ図と第２図と にそれぞれ示す要素２２ａと２２ｂとの開放端内で示されているプラグ７０ａお よび７０ｂのような、押し出し成型品内に装嵌するプラグから構成しうる。代替 的に、障害は第１Ｂ図に示す型部分２８の障害すなわちダム７２ｃおよび７２ｄ のように型に組み込むことが可能である。そのようなプラグすなわち障害が、例 えば鋳物砂のような砂から構成された場合、好ましい結果が得られた。その他の プラグは、例えば第８図のチューブ状要素７６の端部に示すコップ状プラグ７４ あるいは第９図のチューブ状要素８０の端部に示すマグネフォーム状（magnefor med）プラグ７８のような、別の適当な材料の金属で形成しうる。 本発明を実施すれば、複数の細長い構造要素の各々の一部を支持して受け入れ るようにつくられた型手段が提供される。再び、第１Ａ図および第２Ｂ図を参照 すれば、そのような型手段の下側部分２６（第１Ａ図）および２８（第１Ｂ図） が示されている。例えば第１Ａ図に示す要素２２ａおよび２２Ｂのような細長い 構造要素は、それらが接合されるべき形態に相互に接近して型の下側部分に位置 される。前記要素２２ａおよび２２ｂの平坦な延長部分６４ａおよび６４ｂがそ れぞれ、重なり関係で前記型部分２６において示されている。同様に、第１Ｂ図 に示す要素２２ｃおよび２２ｄの端部が近接関係で型部分２８において示されて いる。前記型における前記要素の方向は型と型の空洞の設計によって決まり、前 記型と型空洞の方は構造要素の形状と本発明によって構成されるべき構造組み立 て体あるいは小組み立て体の形態とによって決まる。空洞８２（第１Ａ図）およ び空洞８４（第１Ｂ図）のような型の空洞は、接合を実行する流体成型材料を受 け入れるべき若干の空間を相互に接続すべき要素の端部の周りに含むことが好ま しい。 型の下側部分に細長い要素が配置された後、型の上側部分が前記下側部分と合 わせるべく適所まで降下される。接合すべき細長い要素の数と形成すべき接合の 方向とによって、型は左側部分と右側部分を、あるいは２個以上の部分を有する ように設計しうることを認識すべきことは勿論である。例えば、第１図に立体骨 組み２０のような自動車の立体骨組みにおける接合部の数個は３個ないし４個の 細長い構造要素を結合しており、本発明の実施によりそのような要素を接合出来 るようにするのに必要な型の設計は２個の要素を接合するに要するものより若干 複雑になる。 本発明により接合しうる構造要素はアルミニューム合金やその他の軽量金属合 金、鋼、並びにその他の構造用材料を含む。しかしながら、前述のように、本発 明はアルミニューム合金から作られた細長い構造要素から立体骨組み構造体を構 成する上で特に有用である。本発明が、非熱処理可能ＡＡ５ＸＸＸ合金および熱 処理可能ＡＡ６ＸＸＸ合金からなる群から選択したアルミニューム合金からなる 構造要素すなわちリニアルを接合するのに利用された場合、好ましい結果が得ら れた。 接合すべき構造要素の一部をその中に位置させて型が組み立てられた後、前記 型手段に流体成型材料が導入される。流体成型材料は加圧されて、あるいは重力 で、あるいは型空洞に部分真空を導入することにより型に導入することが出来る 。既に述べたように、繊維強化複合体やその他の周知の成型材料を使用しうる。 非熱処理可能ＡＡ５ｘｘ．ｘ合金および熱処理可能ＡＡ３ｘｘ．ｘ合金からなる 群から選択したアルミニューム鋳物合金を使用してアルミニューム合金のリニア ルを接合したところ好ましい結果が得られた。好ましい非熱処理性鋳物合金はＡ Ａ５１８．０であり、好ましい熱処理可能鋳物合金はＡ３５６．０である。 使用された流体成型材料が鋳造に適した溶融金属である場合、型手段は熱消散 タイプであることが好ましい。このような型は、典型的には内部冷却機構を備え ており、水冷、油冷、あるいは蒸発冷却により溶融金属からの熱を消散させる。 本発明によって接合すべきリニアルが非熱処理可能合金からなる場合、非熱処 理可能鋳造合金あるいは少なくとも溶体化処理を必要としない合金を成型材料と して使用することにより好ましい結果が得られる。またリニアルを構成する合金 が人工的な時効を必要としないことも好ましい。しかしながら、リニアルに対し て時効が必要である場合、鋳造合金はリニアルの構成合金に対して時効対応性が あることが好ましい。 鋳造合金とリニアルの構成合金との間に常に一貫した冶金学的結合が得られる とは考えられない。逆に、鋳造接合手段は溶接接合手段のような冶金学的接合手 段のようでなく、むしろボルト止め接合手段のような機械的接合手段のように挙 動するものと考えられる。しかしながら、特に掛止め部が設けられているリニア ルの端部に近接かつ親密に接触して鋳造合金が凝固するようにさせることによっ て、接続手段は溶接接合手段と同じように強力になり、優れた疲労抵抗性を示す ものと考えられる。 立体骨組みの構成において溶接作業を排除することにより立体骨組みにおいて 溶接によってもたらされる歪みを著しく低下させる。ミグ溶接工程は接合すべき 要素に対する強力な局部的な熱源を管理することを要する。溶接により接合部で 強力な残留応力が発生する。更に、溶接部が固まるにつれて、収縮する傾向があ る。これらの作用が、構成された組み立て体に歪みをもたらすことがよくある。 しかしながら、本発明を実施すれば、接合すべき要素の部分の周りに鋳造合金あ るいはその他の成型材料が流れることによって接続部の周りで温度が著しく低下 し、かつ均等に分配され、そのため歪みの発生を排除あるいは低減する。 流体成型材料が熱可塑性樹脂である本発明の代替実施例を利用することが出来 る。そのような材料が使用される場合、鋳造工程は、例えば細切れのＡＳ−４０ ０グラファイト繊維のような比較的短くて、超強力な繊維と混合した例えばビス フェノールＡ−エポキシのような高強度で、耐衝撃性で、繊維強化したポリマを 射出成型すすことに代える。それぞれ長さが約２ミリ以下の、そのような炭素繊 維が流体成型材料中に懸濁している場合に好ましい結果が得られた。本発明の実 施に使用するために選定された熱可塑性材料あるいは複合材料は接合すべき組み 立て体の構造上の要件を満足させる必要のあることは勿論である。 本発明によりリニアルを組み立てるためにそのような熱可塑性成型材料を使用 することにより鋳造合金を使用した場合よりある利点を提供する。構造上および 美観上の機能を組み合わせて備え、より複雑な形状の成型構造要素を成型するこ とが可能である。成型されたプラスチック製ノードは、例えば、自動車の外側に 一部露出されるように設計することにより、美的感覚を与えることが出来る。更 に、プラスチック製ノードはアルミニューム合金の鋳造よりも硬化時の収縮が少 ない。熱可塑性成型材料を用いることにより溶体化処理およびノードの時効の必 要性を完全に排除し、例えば、冷却時の歪みとか、そのような処理を必要とする 余分の取り扱いのような何らかの関連の問題を排除する。更に、プラスチック成 型のノードを使用することにより鋳造合金とリニアルとを構成する合金との間の 冶金学的に悪い反応の可能性を排除する。 プラスチックあるいは複合材料を用いて成型するためのシステムの設備費およ び操業費用は溶融合金を用いて鋳造するに要するものより低いものと思われる。 更に、リニアルを熱可塑性材料あるいは複合材料と接合するのに使用する型は鋳 造合金を使用するのに要するものより重量が著しく軽く、かつ安価である。 本発明の実施において利用される流体成型材料には無関係に、型手段にリニア ルが位置され、流体成型材料が該型に導入された後、成型材料は型内での細長い 構造要素の周りで固まる、すなわち硬化するようにされ、そのため成型された要 素によって相互に接合された複数の細長い構造要素から構成される一体の構造体 を形成する。成型された要素が固まった後、型の部分が分離され、出来上がった 組み立て体あるいは小組み立て体が、好ましくは型部分に組み込まれた空気作動 あるいは機械的に作動する開放ピンによって外される。本発明の実施により接合 された構造要素の一例が第２図に示され、第１Ａ図のリニアル２２ａおよび２２ ｂは成型された要素８６によって接合された状態で示されている。 第１０図、第１１図、および第１２図は第１の構造要素の一端を第２の要素の 端部からの中間の点において第２の構造要素に接続するために本発明が利用しう る態様を示す。図示のように、要素８８の一端が要素９０の端部からの中間の点 において該要素９０に接合される。双方の要素は相互に近接して型の下側部分９ ２に位置され（第１１図）、次いで、型の上側部分９４が降ろされ前記下側部分 と合わされる。型は、前記要素の部分の周りで空洞９６が設けられ、流体成型材 料を受け入れるように設計されている。流体成型材料は従来の手段（図示せず） によって型の中へ導入され、接合すべき要素８８および９９の部分の周りで固ま るようにされる。 第１３図は押し出し成型された要素を同時に接合することにより本発明によっ て作られた構造体の組み立て体、小組み立てた体すなわちフレーム９８を示す。 図示のように、要素１００と１０２とは成型要素１０８によって接合され、要素 １０２と１０４とは成型要素１１０によって接合され、要素１０４と１０６とは 成型要素１１２によって接合され、要素１０６と１００とは成型要素１１４によ って接合されている。 第１４図は、組み立て体９８（第１３図）の要素が接合される接合工程を示す 。 図示のように、型の下側部分１１６、１１８、１２０および１２２がベース１２ ４に取り付けられている。ベースは特定の用途に対して必要に応じて設計される ことは勿論である。それは、第１４図に示すように必ずしも中実構造で有る必要 はない。 要素１００は型の下側部分１１６において端を要素１０６に、型部分１１８に おいて端を要素１０２に接合すべく位置される。要素１０２は型部分１１８にお いて端を要素１００と、型部分１２０において端を要素１０４と接合すべく位置 される。要素１０４は型部分１２０において端を要素１０２に、型部分１２２に おいて端を要素１０６と接合すべく位置される。要素１０６は型部分１２２にお いて端を要素１０４と、かた部分１１６において端を要素１００に接合すべく位 置される。図示のように、全ての要素はそれらの端を接合すべく相互に対して近 接して位置されている。要素１００、１０２、１０４および１０６は全て、各端 において接合すべく掛止め孔１２６が設けられている。接合すべき要素が型の下 側部分に位置された後、型の上側部分１２８、１３０、１３２および１３４が降 ろされ、下側部分１１６、１１８、１２０および１２２と合わされる。 型が接合すべき構造要素の部分をその中に入れて組み立てられた後、好ましく はアルミニューム成型合金である、流体成型材料が同時に個別の型に導入される 。流体成型材料は、加圧されて、あるいは重力により、あるいは型の空洞に部分 真空を導入することにより導入することが出来る。異なる型に流体成型材料を同 時に供給するために、とい式供給装置を使用することが好ましい。 型にリニアルを位置させ、型に流体成型材料を導入した後、成型材料は型内の 細長い構造要素の周りで固まる、すなわち硬化するようにされ、それによって成 型された要素によって相互に接合された複数の細長い構造要素から構成される一 体構造体を形成する。成型された要素が固まると、型部分は分離され、完成した 組み立て体あるいは小組み立て体が、好ましくは型部分に組み込まれた空気作動 あるいは機械的に作動する開放ピンによって外される。本発明の実施において異 なるノード点（nodal points）において鋳造合金を同時に供給し、かつ凝固させ ることにより、リニアルが溶接によって接合された場合に得られるものよりも、 より均衡した応力分布が組み立て体に亘って導かれ、かつ組み立て体の歪みが減 少する。 本発明は細部に亘っているが、それらは本発明の範囲を限定するものではなく 、単に本発明の現在好適の実施例の若干を例示しているものと解釈すべきである 。従って、本明細書に説明した本発明は各種の修正や変更が可能であって、その ような修正や変更は請求の範囲と均等の意味と範囲とに入るものと意図している 。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ Ｌ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 バン ワート，ジェームズ アール. アメリカ合衆国15069−0001 ペンシルバ ニア州，アルコアセンター，テクニカル ドライブ 100，アルコア テクニカル センター 【要約の続き】 素の一部の周りで固まる、すなわち硬化するようにさ れ、それにより細長い構造要素の一部を相互に接合す る。そのような方法により形成される骨組み構造（２ ０）も開示されている。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．一体の構造体を形成するために細長い構造要素を接合する方法において、 ａ）複数の細長い要素の各々の一部を支持しながら受け入れるようにされた 型手段を提供し、 ｂ）前記の複数の細長い構造要素の各々の一部を相互に近接させて前記型手 段中へ位置させ、 ｃ）前記型において前記の細長い構造要素の周りで前記流体成型材料が固ま る、すなわち硬化するようにさせ、結果として、成型された要素によって相互に 接合された複数の細長い構造要素から構成される一体構造体を形成することから なることを特徴とする細長い構造要素を接合する方法。 ２．前記流体成型材料が加圧されて前記型中へ導入されることを特徴とする請 求の範囲第１項に記載の方法。 ３．前記の型手段に位置すべき前記の細長い構造要素の部分の少なかくとも或 る部分が、細長い構造要素と成型された要素との間の接合を向上させるために前 記部分を前記型手段に位置される前にでこぼこににするか、あるいは変形させる ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 ４．前記の細長い構造体が自動車のシャーシの骨組み要素からなることを特徴 とする請求の範囲第１項に記載の方法。 ５．前記の細長い要素の少なくともあるものは、アルミニュームあるいは非熱 処理可能ＡＡ５ＸＸＸ合金および熱処理可能ＡＡ６ＸＸＸ合金からなる群から選 択されたアルミニューム合金からなることを特徴とする請求の範囲第１項に記載 の方法。 ６．前記型手段に位置される細長い構造要素の部分の中の少なくとも２個が、 前記型手段に位置される前に相互に機械的に接合されることを特徴とする請求の 範囲第１項に記載の方法。 ７．前記の細長い構造要素の部分が前記型手段に位置される前に、ボルト止め 、溶接、リベット止め、クリンチ止め、および接着剤による結合からなる群から 選択された方法によって機械的に相互に接合されることを特徴とする請求の範囲 ６ 項に記載の方法。 ８．相互に接合すべき前記の細長い構造要素の部分の少なくとも１個に掛止め 部が設けられていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 ９．前記掛止め部が、孔、スロット、くぼみ、歯付き縁部、および陥没部分か らなる群から選択されることを特徴とする請求の範囲第８項に記載の方法。 10．接合すべき構造要素の少なくとも１個の一部がその端部であることを特徴 とする請求の範囲第１項に記載の方法。 11．その端部で接合すべき細長い構造要素の少なくとも１個が押し出し成型さ れたチューブ状の要素からなることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の方 法。 12．前記型手段が流体成型材料が前記チューブ状要素の端部中へ流入しないよ うにする障害を含むことを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の方法。 13．前記チューブ状要素が前記型手段中へ位置される前に該チューブ状要素の 端部へプラグが挿入されることを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の方法。 14．前記プラグがコップ状であることを特徴とする請求の範囲第１３項に記載 の方法。 15．前記プラグが砂からなることを特徴とする請求の範囲第１３項に記載の方 法。 16．前記流体成型材料が鋳造品として使用するのに適した溶融金属であること を特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 17．前記流体成型材料が非熱処理可能AA５ｘｘ．ｘ合金および熱処理可能ＡＡ ３ｘｘ．ｘ合金からなる群から選択されたアルミニューム合金からなることを特 徴とする請求の範囲第１６項に記載の方法。 18．前記型手段に内部冷却機構が設けられていることを特徴とする請求の範囲 第１６項に記載の方法。 19．前記流体成型材料が熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求の範囲第１ 項に記載の方法。 20．各々が長さが約２ミリ以下である繊維が流体成型材料に懸濁していること を特徴とする請求の範囲第１９項に記載の方法。 21．前記繊維が炭素からなることを特徴とする請求の範囲第２６項に記載の方 法。 22．自動車用シャーシの複数の細長い構造要素を接合する方法において、 ａ）複数の細長い構造要素がシャーシあるいはその小組み立て体の形態に配 置されると、複数の細長い構造要素の各々の一部を相互に近接させて支持するよ うにして受け入れるようにつくられた型が前記複数の構造要素の間の交錯点で位 置するように複数の型を相互に対して離隔関係で提供し、 ｂ）複数の細長い構造要素の各々の一部を相互に対して近接させて前記型の 各々に位置させ、 ｃ）各型中へ流体成型材料を導入し、 ｄ）前記型内の細長い構造要素の部分の周りで前記流体成型材料が固まる、 すなわち硬化するようにさせ、それにより細長い構造要素の前記部分を相互に接 合することを含むことを特徴とする細長い構造要素を接合する方法。 23．前記流体成型材料が複数の型中へ同時に導入されることを特徴とする請求 の範囲第２２項に記載の方法。 24．前記流体成型材料が加圧されて前記型中へ導入されることを特徴とする請 求の範囲第２２項に記載の方法。 25．前記型に位置されるべき細長い構造要素の部分の中の少なくとも若干が該 部分が前記型に位置される前にでこぼこにされるか、あるいは変形されることを 特徴とする請求の範囲第２２項に記載の方法。 26．型に位置されるべき細長い構造要素の部分の中の少なくとも２個が、前記 型に位置される前に機械的に相互に接合されることを特徴とする請求の範囲第２ ２項に記載の方法。 27．前記の細長い構造要素の部分が前記型に位置される前に、ボルト止め、溶 接、リベット止め、クリンチ止め、および接着剤による結合からなる群から選択 された方法によって機械的に相互に接合されることを特徴とする請求の範囲第２ ６項に記載の方法。 28．前記の細長い構造要素の少なくとも若干が非熱処理可能ＡＡ５ＸＸＸ合金 および熱処理可能ＡＡ６ＸＸＸ合金からなる群から選択されたアルミニューム合 金からなることを特徴とする請求の範囲第２２項に記載の方法。 29．相互に接合される細長い構造要素の一部の少なくとも１個に掛止め部が設 けられていることを特徴とする請求の範囲第２２項に記載の方法。 30．前記掛止め部が、孔、スロット、くぼみ、歯付き縁部、および陥没部分か らなる群から選択されることを特徴とする請求の範囲第２９項に記載の方法。 31．前記成型材料が溶融金属として導入されることを特徴とする請求の範囲第 ２２項に記載の方法。 32．流体成型材料が非熱処理可能ＡＡ５ｘｘ．ｘ合金および熱処理可能ＡＡ３ ｘｘ．ｘ合金からなる群から選択されたアルミニューム合金からなることを特徴 とする請求の範囲第３１項に記載の方法。 33．前記型の各々には内部冷却機構が設けられていることを特徴とする請求の 範囲第３１項に記載の方法。 34．前記成型材料が熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求の範囲第２２項 に記載の方法。 35．各々の長さが約２ミリ以下である繊維が接合材料に懸濁していることを特 徴とする請求の範囲第３４項に記載の方法。 36．前記繊維が炭素からなることを特徴とする請求の範囲第３５項に記載の方 法。 37．成型された接合要素により交錯点において相互に接続された複数の細長い 構造要素からなる構造骨組み。 38．少なくとも２個の成型された接合要素によって相互に接合された細長い構 造要素の組み立て体からなり、複数の前記接合要素が交錯点の周りで同時に形成 されることを特徴とする請求の範囲第３７項に記載の骨組み。 39．自動車用シャーシあるいはその小組み立て体からなることを特徴とする請 求の範囲第３７項に記載の骨組み。 40．細長い構造要素の少なくとも若干が、非熱処理可能ＡＡ５ＸＸＸ合金およ び熱処理可能ＡＡ６ＸＸＸ合金からなる群から選択されたアルミニューム合金か らなることを特徴とする請求の範囲第３７項に記載の骨組み。 41．成型された接合要素が、非熱処理可能ＡＡ５ｘｘ．ｘ合金および熱処理可 能ＡＡ３ｘｘ．ｘ合金からなる群から選択された鋳造アルミニューム合金からな ることを特徴とする請求の範囲第３７項に記載の骨組み。 42．成型された接合要素が熱可塑性樹脂からなることを特徴とする請求の範囲 第３７項に記載の骨組み。 43．成型された接合要素が、熱可塑性樹脂と、各々の長さが約２ミリ以下であ る複数の繊維とを含む複合材料からなることを特徴とする請求の範囲第３７項に 記載の骨組み。 44．前記繊維が炭素からなることを特徴とする請求の範囲第４３項に記載の骨 組み。