KR20110135387A - 하이브리드 강화 구조물 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따르면, 기부 강화부(13), 팽창성 재료, 및 국부 강화부(12)를 포함하는 차량 구조의 캐비티에 삽입되는 구조적 강화부가 개시된다. 국부 강화부는 차량 충격 동안 변형을 줄이고 충격 후 하중 분배를 제어하려는 노력으로 예상되는 증가된 변형의 위치에서 구조적 강화부 내에 배치된다.
Description
(우선권의 주장)
본 출원은 미국 가출원 제61/112,331호 (2008년 11월 7일자 출원)의 출원일의 이익을 주장하며, 이 출원의 내용 전체는 본원에 명시적으로 참조로 통합되어 있다.
본 발명은 일반적으로 구조물의 강화에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다중 강화 재료를 사용하는 차량 구조물의 강화에 관한 것이다.
최근에는, 충돌이나 기타 충격이 발생하는 경우 차량 성능을 향상시키는 것에 상당한 관심이 쏠리고 있다. 고려되어 온 한 특정 양태는 지붕 파손 저항성(roof crush resistance)이다. 이러한 노력의 목적은 (예컨대, 전복 사고 동안) 차량 지붕이 견딜 수 있는 하중을 증가시키는 것과, 이로 인해 지붕이 객실 안으로 침투하지 않도록 보조하는 것이다. 지금까지의 노력들은 대부분 강화용 스틸 구조물의 증가된 사용과 같은 금속 강화의 영역에 있었다. 불행하게도, 구조적 강화의 효율적인 작업을 수행하기 위해서는 비교적 중량의 구조물이 필요하다. 이는 차량 중량을 증가시키는 부작용과 이에 수반되는 연료 효율의 감소를 유발한다. 따라서, 차량 지붕의 중량을 증가시키는 부작용을 피하면서, 지붕 파손 저항성, 및 기타 구조적 강화 용례에 대한 필요성을 충족하기 위해 충분한 지지를 제공하는 구조적 강화에 대한 필요성이 존재한다.
최근에는 다양한 다른 차량 위치에 구조적 강화부의 사용이 증가되고 있으며, 이 구조적 강화부는 통상적으로 차량 캐비티에 맞춰져서 충격으로부터의 변형을 제어하는 것을 돕는다. 몇몇 용례에서, 최근에는 강화부의 부재로서 팽창성 재료와 조합하여 캐리어 구조를 채용하는 것이 일반적이 되었다. 모두가 참조로 통합된 미국특허 제6,932,421호, 제6,921,130호, 제6,920,693호, 제6,890,021호, 및 제6,467,834호를 참조. 통상적으로, 이러한 캐리어 구조는 성형된 중합체 재료만으로 이루어진다. 몇몇은 금속 재료만으로 이루어진다. 이러한 구조물의 많은 용례의 경우, 구조물의 기하학적 구조 및 크기는 용례를 위해 요구되는 내구 하중(load bearing)의 크기에 관련될 수 있다. 종종, 충격 저항성에 대한 증가된 필요성에 따라, 이는 캐리어용으로 사용되는 재료의 양(및, 그에 따른 부품 중량)을 단순히 증가시키는 것으로 해결되어 왔다. 단일 캐리어 내의 변형의 다양한 형태를 제어하려는 관심도 종종 부수적일 뿐이다.
또한, 차량 지붕 구조의 지지 및 강화는 전술한 유형의 강화가 가능한 특히 캐비티 체적의 관점에서 특정한 도전을 제공한다. 캐리어용으로 사용되는 재료의 양을 증가시킴으로써, 필요한 지지를 제공하기에는 충분히 크지만 필러(pillar) 및 도어 실(door sill)을 포함하는 특정 차량 캐비티의 좁은 장소(confine) 내에 끼워지기에는 충분히 작은 강화부를 채용하는 것은 어려울 수 있다. 추가적으로, 많은 새로운 차량 설계들, 특히 컴팩트 차량과 관련된 설계들은 더욱 작은 캐비티 내에 더욱 강한 강화부를 필요로 한다. 캐비티 크기 요구사항이 강도 증가를 위해 강화부에 더 많은 재료를 부가하는 능력을 종종 제한하기 때문에, 종래의 강화 구조물은 적합하지 않을 수 있다.
따라서, 실질적인 중량의 부가를 방지하고 부가적인 처리 시간 및 부가적인 원재료와 관련된 시간 및 비용을 또한 방지하면서 캐리어의 지지 성능을 향상시킬 수 있는 대안적인 기술에 대한 필요성이 남아 있다. 작은 캐비티에 성공적으로 채용될 수 있도록 비교적 낮은 프로파일 형상으로 제작될 수 있는 구조적 강화부에 대한 필요성도 남아 있다.
본 발명은 본원에 설명되는 개선된 장치 및 방법에 의해 하나 이상의 전술한 필요성을 충족한다.
일 양태에서, 본 발명은 기부, 팽창성 재료, 국부 강화부를 포함하는 구조적 강화부에 관한 것이다. 기부는 종방향 축을 갖는 기다란 형태의 기부 강화부일 수 있다. 팽창성 재료는 기부 강화부와 적어도 부분적으로 연결된 팽창성 중합체 재료일 수 있다. 국부 강화부는 일반적으로 종방향 축과 평행하게 정렬되고 구조적 강화부의 예상 충격 변형 영역 내에 위치하는 국부 강화부일 수 있다. 국부 강화부는 충격 변형 영역의 충격 시에 변형의 정도(severity)가 국부 강화부가 없는 부재에 비하여 실질적으로 감소하도록 기부 강화부의 재료와 다르고 더 높은 인장 강도를 갖는 재료로 또한 이루어질 수 있다.
또한, 이러한 양태는 후술하는 특징 중 하나 또는 임의의 조합을 특징으로 할 수 있다. 기부 강화부 및 팽창성 중합체 재료는 동일한 재료로 일체로 형성될 수 있다. 국부 강화부는 차량 구조 또는 기부 강화부에 국부 강화부를 체결하는 체결 수단을 포함할 수 있다. 체결 수단은 임의의 장착 브래킷, 안전벨트 기구 또는 견인기, 풀 핸들(pull handle) 브래킷, 루프 래크, 미러 브래킷, 선루프 브래킷, 범퍼 브래킷, 힌지 구성요소, 새시 장착 브래킷, 엔진 브래킷, 서스펜션 구성요소 또는 라디에이터 브래킷에 부착될 수 있다. 국부 강화부는 스틸, 알루미늄, 티타늄, 니켈, 마그네슘, 합금, 전이금속 또는 이들의 임의의 조합으로부터 선택된 금속 재료로 이루어질 수 있다. 국부 강화부는 기부 강화부, 팽창성 재료, 또는 이들 모두에 의해 사실상 완전히 덮일 수 있다. 기부 강화부는 만곡된 국부 강화부와 접촉하는 만곡된 제1 표면을 포함할 수 있다. 국부 강화부는 복합재료일 수 있다. 국부 강화부는 외부 표면을 가질 수 있으며, 외부 표면의 적어도 일부는 팽창 후의 팽창성 재료와 접촉할 수 있다.
다른 양태에서, 본 발명은 하나 이상의 연장부, 하나 이상의 연장부에 인접한 팽창성 중합체 재료, 및 국부 강화부를 포함하는 기부 강화부를 포함하는 구조적 강화부를 고려한다. 기부 강화부는 기다란 형태일 수 있으며 만곡된 제1 표면 및 종방향 축을 포함할 수 있다. 팽창성 재료는 기부 강화부와 적어도 부분적으로 연결될 수 있으며, 하나 이상의 연장부로 인해 팽창성 재료는 먼저 수직방향으로 팽창하고 팽창성 재료가 하나 이상의 연장부의 높이를 넘어 연장된 후에만 수평방향으로 팽창된다. 국부 강화부는 일반적으로 기부의 종방향 축과 평행하게 정렬될 수 있고 구조적 강화부의 예상 충격 변형 영역 내에 위치할 수 있다. 국부 강화부는 또한 기부 강화부의 만곡된 제1 표면과 접촉할 수 있으며 기부 강화부의 재료와 다른 재료로 이루어질 수 있다.
또한, 이러한 양태는 후술하는 특징 중 하나 또는 임의의 조합을 특징으로 할 수 있다. 팽창성 재료는 약 2.5의 연성비(ductility ratio)를 가질 수 있다. 국부 강화부는 일반적으로 만곡형 또는 U 형상의 프로파일을 가질 수 있다. 기부 강화부는 금속 부재, 복합체 부재, 중합체 부재, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 기부 강화부 재료의 연성은 국부 강화부 재료의 연성보다 작을 수 있다. 국부 강화부는 팽창성 재료의 팽창 후에 하나 이상의 가시성 노출 표면을 가질 수 있다. 구조적 강화부는 국부 강화부가 중간부하고만 접촉하도록 상부(top portion), 중간부, 및 하부(bottom portion)를 포함할 수 있다. 기부 강화부, 국부 강화부, 또는 이들 모두는 기계적 인터로킹 수단을 포함할 수 있다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 만곡된 제1 표면 및 하나 이상의 연장부를 포함하는 기부 강화부와, 기부 강화부와 적어도 부분적으로 연결되는 팽창성 중합체 재료와, 일반적으로 만곡형 또는 U 형상의 프로파일을 가지며 구조적 강화부의 예상 충격 변형 영역 내에 위치하는 국부 강화부와, 국부 강화부를 차량 구조 또는 기부 강화부에 체결하는 체결 수단을 포함하는 구조적 강화부에 관한 것으로, 팽창성 중합체 재료는 하나 이상의 연장부에 인접하게 위치하고, 하나 이상의 연장부로 인해 팽창성 재료는 먼저 수직방향으로 팽창하고 팽창성 재료가 하나 이상의 연장부의 높이를 넘어 연장된 후에만 수평방향으로 팽창되며, 외부 표면의 적어도 일부는 팽창 후에 가시적으로 노출되고 팽창성 재료와 접촉하며, 국부 강화부는 기부 강화부의 재료와 다른 재료로 이루어지며, 국부 강화부는 기부 강화부의 만곡된 제1 표면과 접촉하며, 기부 강화부 재료의 연성은 국부 강화부 재료의 연성보다 작다.
도 1은 본 발명에 따른 예시적 강화부의 사시도이다.
도 2는 도 1의 강화부의 저면도이다.
도 3은 도 1의 강화부의 골격 도면(skeleton view)이다.
도 4는 본 발명에 따른 예시적 강화부의 일부의 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 예시적 강화부의 사시도이다.
도 6은 도 5의 강화부의 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 도 6에 도시된 단면에 부착된 예시적 브래킷의 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 예시적 강화부의 사시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 예시적 강화부의 사시도이다.
도 10은 본 발명에 따라 팽창된 재료 및 인접 연장부의 움직임 및 위치를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 예시적 강화부의 사시도이다.
도 2는 도 1의 강화부의 저면도이다.
도 3은 도 1의 강화부의 골격 도면(skeleton view)이다.
도 4는 본 발명에 따른 예시적 강화부의 일부의 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 예시적 강화부의 사시도이다.
도 6은 도 5의 강화부의 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 도 6에 도시된 단면에 부착된 예시적 브래킷의 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 예시적 강화부의 사시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 예시적 강화부의 사시도이다.
도 10은 본 발명에 따라 팽창된 재료 및 인접 연장부의 움직임 및 위치를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 예시적 강화부의 사시도이다.
본원에서 본 발명은 차량 충격 동안 증가된 변형을 겪게 되는 차량 구조부에 보충적인 지지 및 강화를 제공하기 위한 고유한 접근법을 고려한다. 추가적인 지지는 단일 캐리어의 부재로서 기부 강화부와 조합되어 차량에 상당한 중량이나 비용을 부가하지 않으면서 차량의 구조적 강화부에 필요한 지지를 제공할 수 있는 국부 강화 구조부를 포함하는 것에 의해 제공된다. 기부 강화부는 중합체 재료로 이루어질 수 있으며 국부 강화부는 금속 재료로 이루어질 수 있다. 결과적인 구조부는 전체가 금속 재료로 이루어진 강화 구조부보다 경량일 수 있다. 결과적인 구조부는 전체가 중합체 재료로 이루어진 강화 구조부(예컨대, 본 발명의 강화부와 동일한 지지를 제공하는 중합체 강화 구조부)보다도 중량이 덜 나가고/나가거나 비용이 덜 들 수 있다. 본 발명의 구조적 강화부는 원치않는 상당한 중량을 부가하지 않으면서 차량의 지붕 구조 또는 다른 캐비티에 추가적인 지지를 제공할 수 있다.
구조적 강화부를 차량 캐비티 내에 배치함으로써, 충격력은 구조적 강화부에 의해 흡수되고 소산된다. 충격력이 너무 클 경우, 구조적 강화부의 재료는 균열이 발생하거나, 휘어지거나 또는 파손될 수 있다. 본원에 개시된 국부 강화부를 구조적 강화부 내에 제공함으로써, 기부 강화부가 견딜 수 있는 것보다 더 많은 힘을 수반하는 충격은 다단계 변형을 유발할 것이다. 충격력은 기부 강화부와 가장 먼저 접촉할 수 있다. 충격력이 기부 강화부의 강도(strength capability)를 초과하면, 충격력은 기부 강화부의 파손이나 균열을 유발하는 것이 아니라 국부 강화부에 전달될 것이다. 이러한 다단계 변형 연쇄는 구조적 강화부에 대한 충격력의 효과를 제어하기 위한 수단을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 본원에 개시된 바와 같이 팽창성 재료를 부가하는 것은 기부 강화부의 파손이나 균열을 방지하기 위해 지지부의 추가의 높이(level)를 부가할 수 있다.
본원에 개시된 바와 같이, 국부 강화부는 기부 강화부와 접촉하여 배치될 수 있다. 국부 강화부는 차량에 대한 충격의 유해한 효과를 감소시키기 위해 충격 동안 증가된 변형을 겪게 되는 기부 강화부상의 위치에 배치될 수 있다. 기부 강화부 전체가 충격 동안 증가된 변형을 겪게 되는 경우, 국부 강화부는 기부 강화부의 전체 길이에 형성될 수도 있다. 국부 강화부는 기부 강화부의 재료와는 다른 재료로 이루어진 기다란 형태의 구조일 수 있다. 기부 강화부는 종방향 축을 갖는 기다란 형태의 구조일 수도 있으며, 국부 강화부는 기부 강화부의 종방향 축에 대해 일반적으로 평행하게 정렬될 수 있다. 국부 강화부가 종방향 축에 대해 횡방향으로 연장하는 하나 이상의 리브 구조 및/또는 국부 강화부의 어느 한 측부상의 종방향 축에 대해 사실상 평행하게 연장하는 하나 이상의 리브 구조와 평행한 방식으로 정렬되도록, 국부 강화부는 기부 강화부를 양분하도록 작용할 수 있다. 국부 강화부는 체결구 및/또는 접착제를 통해 기부 강화부에 부착될 수 있다. 국부 강화부는 부착, 압축력, 마찰, 접착, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 제자리를 유지할 수 있다. 국부 강화부는 동일 재료의 다중층, 또는 다른 재료의 다중층을 포함할 수 있다. 이 층들은 층들 사이에 배치된 팽창성 재료 및/또는 접착제를 더 포함할 수 있다. 이 층들은 서로에 대하여, 기부 강화부, 임의의 접착제나 팽창성 재료, 또는 이들의 임의의 조합에 대하여 체결될 수도 있다.
국부 강화부는 국부 강화부가 한 위치로 삽입되어 용융 재료가 국부 강화부에 걸쳐 그리고 국부 강화부 주위에 가해지도록 인서트-성형(insert-mold) 될 수 있다. 국부 강화부는 기부 강화부 재료, 팽창성 재료, 또는 이들 모두와 함께 공압출될 수 있다. 국부 강화부는 체결 수단 또는 접착제를 통해 기부 강화부에 부착될 수도 있다. 부착 후에, 국부 강화부는 기부 강화부의 전체 길이를 따라서 연장할 수 있거나, 또는 대안적으로 국부 강화부는 기부 강화부의 길이의 약 25%까지, 기부 강화부의 길이의 약 50%까지, 또는 심지어 기부 강화부의 길이의 약 75%까지를 따라서 연장할 수 있다. 국부 강화부는 기부 강화부의 길이의 약 25%보다 더 많이, 또는 약 50%보다 더 많이 연장할 수 있다. 국부 강화부는 기부 강화부의 폭을 따라서 연장할 수 있다. 국부 강화부는 기부 강화부의 전체 폭을 따라서 연장할 수 있거나, 또는 대안적으로 국부 강화부는 기부 강화부의 폭의 약 25%까지, 기부 강화부의 폭의 약 50%까지, 또는 심지어 기부 강화부의 폭의 약 75%까지를 따라서 연장할 수 있다. 국부 강화부는 기부 강화부의 폭의 약 25%보다 더 많이, 또는 약 50%보다 더 많이 연장할 수 있다.
기부 강화부상으로 국부 강화부의 삽입시에, 국부 강화부는 하나 이상의 노출 표면(예컨대, 기부 강화부에 의해 은폐되지 않는 표면)을 가질 수 있다. 국부 강화부는 사실상 모든 국부 강화부가 기부 강화부에 의해 덮일 수 있도록 기부 강화부 내에 위치할 수도 있다(예컨대, 국부 강화부가 노출 표면을 갖지 않는다). 팽창성 재료의 팽창 후에, 국부 강화부는 하나 이상의 노출 표면(예컨대, 팽창성 재료 또는 기부 강화부에 의해 덮이지 않는 표면)을 계속하여 가질 수 있다. 국부 강화부의 최외각 표면은 기부 강화부와 일반적으로 동일 평면이거나 또는 연속적일 수 있다. 국부 강화부의 최외각 표면은 그 길이의 적어도 일부에 걸쳐 기부 강화부를 넘어 돌출하거나/돌출하고 기부 강화부에 대해 함몰될 수 있다.
국부 강화부는 하나 이상의 벽, 바람직하게는 서로로부터 각도 이격된 적어도 2개의 인접한 벽을 포함할 수 있다. 국부 강화부의 하나 이상의 벽은 사실상 평면형일 수 있거나 또는 만곡될 수 있다. 국부 강화부는 평면형인 벽 및 만곡된 벽 양자 모두를 포함할 수 있다. 국부 강화부의 벽은 기부 강화부의 대응하는 벽을 따르고 그 벽에 부합할 수 있다(예컨대, 국부 강화부의 벽은 각도 및/또는 곡률이 상보적이도록 기부 강화부의 하나 이상의 벽과 접촉한다). 기부 강화부는 제1 표면, 반대되는 제2 표면, 및 적어도 하나의 측벽을 포함할 수 있다. 제1 표면은 하나 이상의 리브를 포함할 수 있다. 제2 표면은 하나 이상의 리브를 포함할 수 있다. 하나 이상의 측벽은 하나 이상의 리브를 포함할 수 있다. 리브는 기부 강화부의 종방향 축에 대해 사실상 횡방향으로 연장할 수 있다. 리브는 기부 강화부의 종방향 축에 대해 사실상 평행한 방향으로 연장할 수 있다. 기부 강화부는 제1 부분이 국부 강화부와 접촉하지 않으며 제2 부분이 국부 강화부와 접촉하도록 제1 부분과 제2 부분을 포함할 수 있다. 기부 강화부는 다수의 제1 부분을 포함할 수 있다. 기부 강화부는 적어도 2개의 제1 부분을 포함할 수 있으며, 적어도 2개의 제1 부분은 각각 제2 부분의 말단과 인접한다. 적어도 하나의 측벽 중 하나 이상은 국부 강화부의 적어도 일부를 포함할 수 있다.
국부 강화부는 스틸 강화부일 수 있다. 국부 강화부는 알루미늄, 압출 알루미늄, 알루미늄 폼, 마그네슘, 마그네슘 합금, 성형 마그네슘 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 성형 티타늄 합금, 니켈, 구리, 전이금속, 폴리우레탄, 폴리우레탄 복합체, 또는 이들의 임의의 조합으로 이루어질 수도 있다. 국부 강화부의 재료는 국부 강화부의 인장 강도 및 탄성률이 기부 강화부 및/또는 팽창성 재료의 인장 강도 및 탄성률(modulus)보다 높을 수 있도록 선택된다. 국부 강화부 재료의 인장 강도는 기부 강화부 재료의 인장 강도의 적어도 약 1.2배일 수 있다. 국부 강화부 재료의 인장 강도는 기부 강화부 재료의 인장 강도의 적어도 약 2배일 수 있으며, 심지어 기부 강화부 재료의 인장 강도의 5배일 수 있다. 국부 강화부의 재료는 기부 강화부에 비해 증가된 열전도성을 가질 수도 있다. 국부 강화부는 적어도 1.2의 굽힘 탄성률(flexural modulus)을 가질 수 있다.
국부 강화부에 사용되는 재료는 약 0.5mm정도로 얇을 수 있다. 국부 강화부 재료의 벽 두께는 약 0.5mm보다 클 수 있다. 국부 강화부 재료의 벽 두께는 약 3.5mm보다 작을 수 있다. 국부 강화부 재료의 벽 두께는 약 1.5mm일 수 있다. 벽 두께는 국부 강화부를 따라 다른 지점에서 다를 수 있으며, 또는 국부 강화부의 전체 프로파일을 따라 일정하게 유지될 수 있다. 국부 강화부는 적어도 2개의 비평면형 벽을 가질 수 있다. 국부 강화부는 3개 이상의 벽을 가질 수 있으며 사실상 만곡형 또는 U 형상의 프로파일을 가질 수도 있다. 국부 강화부의 프로파일은 국부 강화부를 따라 일정하거나 변화할 수 있다. 국부 강화부의 벽은 캐비티를 형성할 수 있으며, 이 캐비티는 리브 구조 및/또는 팽창성 재료를 포함할 수 있다.
기부 강화부는 적절한 폴리아미드(예컨대, 나일론) 또는 다른 중합체 재료로 이루어질 수 있다. 기부 강화부는 폴리설폰, 폴리아미드(예컨대, 나일론, PBI, 또는 PEI), 또는 이들의 조합과 같은 재료를 포함하여 사출 성형, 압출, 다이 주조, 또는 기계가공될 수 있다. 기부 강화부는 알루미늄, 압출 알루미늄, 알루미늄 폼, 마그네슘, 마그네슘 합금, 성형 마그네슘 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 성형 티타늄 합금, 폴리우레탄, 폴리우레탄 복합체, 저밀도 고체 충전제, 및 성형된 SMC 및 BMC로 이루어지는 재료로부터 선택될 수 있다. 기부 강화부는 사출 성형되거나 압출될 수 있다. 중합체 재료는 충전되거나, 그렇지 않으면 강화될 수 있다. 예를 들어, 중합체 재료는 유리 강화된 중합체 재료를 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 국부 강화부 재료가 구조적 강화부의 기부 강화부 재료와 달라지도록 기부 강화부(13)상의 증가된 변형 영역 안으로 국부 강화부(12)를 제공한다. 국부 강화부가 끼워진 기부 강화부의 영역은 국부 강화부가 끼워지지 않은 기부 강화부의 부분과 비교할 때 더 적은 변형을 겪을 수 있다. 강화 구조부는 제1 표면(22) 및 제2 표면(23)을 포함할 수 있다. 국부 강화부는 (도 2에 예시적으로 도시된 바와 같이) 국부 강화부가 제1 표면하고만 접촉하도록 배치될 수 있다. 제1 표면은 국부 강화부를 수용하기 위한 하나 이상의 벽을 갖는 함몰 영역(26)을 포함할 수 있다. 함몰 영역의 벽은 도 2 및 도 3에 예시적으로 도시된 바와 같이 사실상 평면형이거나 만곡될 수 있다.
도 4 및 도 5에 예시적으로 도시된 바와 같이, 본 발명의 강화부는 본원에 참조로 통합된 미국특허 제7,374,219호, 제7,160,491호, 제7,105,112호, 제6,467,834호, 및 공유이며 공동 계류중인 미국특허출원 제11/863,929호에 도시된 바와 같이 성형된 리브 구성(10)을 포함할 수 있다. 성형된 리브 구성(10)은 상호연결된 리브의 네트워크를 포함할 수 있으며 하나 이상의 체결구(11)(예컨대, 푸시-핀 체결구)를 포함할 수 있다. 성형된 리브는 리브가 강화 구조부의 종방향 축을 횡단하도록 배치될 수 있다. 횡방향으로 성형된 리브는 강화 구조부를 따라 배치된 복수의 캐비티(27)를 형성할 수 있다. 각각의 캐비티는 적어도 하나의 벽이 국부 강화부에 의해 형성되도록 복수의 벽을 포함할 수 있다. 예를 들어 도 11에 도시된 바와 같이, 강화부는 유체[예컨대, 전기-코팅(e-coat) 유체]가 통과하여 배출될 수 있는 하나 이상의 관통 구멍(16), 및 캐리어와 차량 캐비티 사이에 공간을 제공하기 위한 하나 이상의 러그 또는 이격부(standoff)를 더 포함할 수 있다. 성형된 리브 구성은 팽창성 재료(15)를 더 포함할 수 있다. 적절한 강화부의 예는 본원에 참조로 통합된 미국특허 제6,953,219호 및 제6,467,834호에서 찾을 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
도 4 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 국부 강화부(12)는 국부 강화부를 기부 강화부에 체결하거나 임의의 차량 브래킷, 장착 브래킷, 안전벨트 기구, 안전벨트 견인기, 풀 핸들 브래킷, 루프 래크, 미러 브래킷, 선루프 브래킷, 범퍼 브래킷, 힌지 구성요소, 새시 장착 브래킷, 엔진 브래킷, 서스펜션 구성요소 또는 라디에이터 브래킷을 비제한적으로 포함하는 차량의 임의의 부재에 체결하기 위한 하나 이상의 구조부(11)를 포함할 수도 있다. 이 구조부는 트리-체결구(tree-fastener) 또는 나사형 나사 체결구와 같은 체결구를 포함할 수 있다. 예시적으로, 공유인 미국특허출원 제12/405,481호에 개시된 바와 같은 푸시-핀 체결구가 사용될 수 있다. 체결구는 재료의 유형 또는 다중층을 구조부에 고정할 수 있는 것일 수 있다. 적절한 체결구의 예는 기계적 체결구, 클립, 스냅 끼움부, 나사, 후크, 이들의 조합 등을 포함한다. 차량 구조에 부착하기 위해, 국부 강화부는 강화부를 제자리로 유지하기 위해 차량 구조상에 위치하는 탭 주위에 끼워지도록 절단되어 형성된 개구를 포함할 수 있다. 또한, 하나 이상의 체결구가 국부 강화부와 함께 단일 재료로 일체로 형성되거나 다른 재료로 형성되어, 국부 강화부에 영구적으로 또는 제거가능하게 부착될 수 있는 것으로 생각될 수도 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 기부 강화부(13)는 상부(17), 중간부(18), 및 하부(19)를 포함할 수 있다. 중간부는 국부 강화부(12)와 접촉할 수 있는 반면, 상부와 하부는 국부 강화부와 접촉하지 않을 수 있다. 상부는 구조적 강화부를 차량 구성요소에 부착하기 위한 관통 구멍(20)을 포함할 수 있다. 하부는 캐비티 내로 구조적 강화부의 끼움을 촉진하기 위한 전체적으로 U 형상의 절단 영역(21)을 포함할 수도 있다. 기부 강화부는 국부 강화부가 제1 표면과 접촉하여 배치되도록 제1 표면(22) 및 제2 표면(23)을 포함할 수도 있다. 제1 표면(22)은 기부 강화부의 중간부(18)를 따라 오목한 형태로 만곡될 수 있다. 국부 강화부는 국부 강화부가 기부 강화부의 중간부의 형상과 상보적이게 오목한 만곡부(24)를 포함할 수도 있다. 국부 강화부는 중간부의 제1 표면의 일부만을 덮을 수 있거나 중간부의 제1 표면 전체를 덮을 수 있다. 제1 표면, 제2 표면, 또는 제1 표면과 제2 표면 모두는 복수의 리브(10)를 포함할 수도 있다.
팽창성 재료는 약 148.89℃ 내지 약 204.44℃ (화씨 온도로는 약 300도 내지 약 400도)(즉, 자동차의 도색 또는 코팅 작업시에 통상적으로 경험하는 온도) 사이의 온도에 노출되면 팽창하는 재료일 수 있다. 팽창성 재료는 본래의 팽창되지 않은 체적을 기준으로 통상적으로 적어도 5% 넘게, 적어도 50% 넘게, 적어도 200% 넘게, 적어도 1000% 넘게, 적어도 2000% 넘게, 적어도 5000% 넘게 또는 그 이상의 체적으로 발포된다. 팽창성 재료의 발포 버전 또는 발포되지 않은 버전에 대해 경화(예컨대, 가교형성)로 인해, 재료의 체적은 활성화된 후에 더 적어질 것으로도 생각된다.
기부 강화부는 본원에 참조로 통합된 공유인 미국특허공보 제2008/0029200호에 개시된 것과 같은 하나 이상의 팽창성 재료와도 접촉될 수 있다. 팽창성 재료는 본원에 참조로 통합된 미국특허 제5,884,960호, 제6,348,513호, 제6,368,438호, 제6,811,864호, 제7,125,461호, 제7,249,415호, 및 미국특허공보 제2004/0076831호에 개시된 것과 같은 에폭시계 재료일 수 있다. 기부 강화부는 (도 10에 도시된 바와 같이) 하나 이상의 연장부(14)를 포함할 수도 있다. 차량 캐비티에 장착시 차량에 구조적 강화부를 제공하는 것 이외의 기부 강화부의 한 기능은 활성가능한 팽창성 재료를 보유하는 구조 부재를 제공하는 것이다. 따라서, 기부 강화부는 팽창성 재료의 층이 배치될 수 있는 하나 이상의 외측을 대면하는 표면을 포함할 수 있다. 팽창성 재료(15)는 (팽창되기 전에) 이 위치에서 기부 강화부의 표면에 제공된다. 선택적으로, 팽창의 방향은 미국특허 제6,941,719호에 개시된 것과 같은 하나 이상의 연장부에 의해 제어될 수 있다. 기부 강화부는 본원에 참조로 통합된 공유인 미국특허공보 제2007/0090560호에 개시된 것과 같은 팽창성 재료를 포함할 수도 있다. 기부 강화부 및 팽창성 재료는 동일한 재료로 일체로 형성될 수도 있다.
본 발명에 따른 팽창성 재료는 높은 정도의 연성을 나타내면서 비교적 높은 강도 탄성률을 나타낼 수 있다. 특히 본원에 개시된 바와 같은 특정 조합 및 성분의 양(예컨대, 특정 부가물의 양, 충격 개질제의 양 또는 이들 모두의 조합)에 대한 팽창성 재료는 이러한 증가된 연성을 나타낼 수 있다. 이러한 특성은 종래의 더블 랩(double lap) 전단 시험법을 사용하여 명백하게 나타난다. 이러한 방법은 ASTM 방법 D3528-96, 유형 A 구성에 설명되며, 이하의 시험 파라미터를 사용한다: 시험 접착판은 아세톤으로 선세정된 0.1524cm (0.060 인치) 두께, 2.54cm (1 인치) X 10.16cm (4 인치) EG-60 금속이며, 각각의 접착제 결합 라인은 3mm이며, 시험 오버랩 치수는 2.54cm (1 인치) X 1.27cm (0.5 인치)이며, 시험속도는 1.27cm/분(0.5 인치/분)이다. 이러한 시험법은 다음과 같은 소정의 특성을 유도하는데 사용될 수 있다: 본원에서 연성비로 호칭되는 파단까지의 변형률을 피크 응력에서의 변형률로 나눈 비, 및 면적 계산을 위한 최종 값으로서 파단에서의 변형률을 사용하여 응력-변형률 곡선 아래의 면적으로 계산되는 파단까지의 에너지.
본 발명에 따라 형성된 특정 팽창성 재료는 약 2.0보다 큰, 더욱 통상적으로는 약 2.5보다 큰, 심지어 가능하게는 약 2.8보다 큰 활성후(post-activation) 연성비를 보여왔다. 본 발명에 따라 형성된 특정 팽창성 재료는 전술한 시험법에 따라 결정될 때 약 550Nmm보다 큰, 더욱 통상적으로는 약 700Nmm보다 큰, 가능하게는 약 750Nmm보다 큰 활성후 파단까지의 에너지 값을 보여왔다.
팽창성 재료는 전체적으로 장방형 또는 블록 구성의 형상일 수 있지만, 기부 강화부 및/또는 국부 강화부의 구성에 따라 필요한 형상 또는 소정의 형상일 수도 있다. 물론, 재료는 단일 조각(예컨대, 스트립) 또는 다수의 조각(예컨대, 스트립들)으로서 기부 강화부 및/또는 국부 강화부에 제공될 수 있다. 팽창시에, 팽창성 재료는 초기에 임의의 장벽과 접촉할 때까지 수직으로 팽창할 수 있으며, 장벽과 접촉하는 지점에서 팽창성 재료는 수평방향으로 팽창을 개시할 수 있다. 팽창성 재료는 약 1mm보다 큰 폭을 갖는 임의의 틈으로 팽창가능할 수 있다. 또한, 본 발명의 팽창성 재료는 기부 강화부의 연성을 증가시킬 수 있다. 팽창성 재료는 팽창성 재료의 표면에 걸쳐 하중을 균일하게 분배한 다음 하중을 아래에 위치한 기부 강화부 및 국부 강화부에 균일하게 전달함으로써, 기부 강화부 및/또는 국부 강화부의 내재하는 강도를 이용하도록 작용할 수 있다.
다른 기재가 없는 한, 본원에 묘사된 다양한 구조의 치수 및 기하학적 구조는 본 발명을 제한코자 의도된 것이 아니며, 다른 치수 및 기하학적 구조도 가능하다. 복수의 구조적 구성요소는 단일 통합 구조에 의해 제공될 수 있다. 대안적으로, 단일 통합 구조는 분리된 복수의 구성요소로 분할될 수 있다. 추가적으로, 본 발명의 특징은 도시된 실시예 중 하나만의 맥락에서 설명되었더라도, 이러한 특징은 임의의 주어진 용례에 대해 다른 실시예의 하나 이상의 다른 특징과 결합될 수도 있다. 전술한 것으로부터 본원의 고유한 구조의 제작 및 그 작동은 본 발명에 따른 방법을 또한 구성하는 것으로도 이해될 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예가 설명되었다. 그러나 본 기술분야의 통상의 기술자는 특정한 개조가 본 발명의 가르침의 범위 내에 있다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 이하의 특허청구범위는 본 발명의 진정한 범위 및 내용을 결정하는 것으로 이해되어야 한다.
본원에 제공된 설명 및 묘사는 본 발명, 그 원리, 및 그 실질적 용례로 본 기술분야의 통상의 기술자가 습득하도록 의도된 것이다. 본 기술분야의 이러한 기술자는 특정 용도의 요구에 가장 알맞게 다양한 형태로 본 발명을 구성하고 적용할 것이다. 따라서, 제공된 본 발명의 구체적인 실시예는 완전무결하거나 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 설명을 참조하여 결정되어서는 안 되며, 대신에 특허청구범위의 권리가 미치는 등가물의 전 범위와 함께 첨부된 특허청구범위를 참조하여 결정되어야 한다. 특허출원 및 특허공보를 포함하는 모든 문헌 및 참조의 내용은 모든 목적으로 참조로 통합된다. 이하의 특허청구범위로부터 얻어지는 바와 같이 다른 조합도 가능하며, 그에 따라 이러한 조합도 본 명세서에 참조로 통합된다.
Claims (20)
- 구조적 강화부이며,
i) 종방향 축을 갖는 기다란 형태의 기부 강화부와,
ⅱ) 기부 강화부와 적어도 부분적으로 연결되는 팽창성 중합체 재료와,
ⅲ) 종방향 축에 일반적으로 평행하게 정렬되고 구조적 강화부의 예상 충격 변형 영역 내에 위치하는 국부 강화부를 포함하며,
충격 변형 영역에서의 충격 시의 변형의 정도가 국부 강화부가 없는 부분에 비하여 감소하도록, 국부 강화부는 기부 강화부의 재료와 다른 재료로 이루어지고 기부 강화부의 재료보다 더 높은 인장 강도를 갖는
구조적 강화부. - 제1항에 있어서,
기부 강화부 및 팽창성 중합체 재료는 동일한 재료로 일체로 형성되는
구조적 강화부. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
국부 강화부는 차량 구조 또는 기부 강화부에 국부 강화부를 체결하는 체결 수단을 포함하는
구조적 강화부. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
체결 수단은 임의의 장착 브래킷, 안전벨트 기구 또는 견인기, 풀 핸들 브래킷, 루프 래크, 미러 브래킷, 선루프 브래킷, 범퍼 브래킷, 힌지 구성요소, 새시 장착 브래킷, 엔진 브래킷, 서스펜션 구성요소 또는 라디에이터 브래킷에 부착되는
구조적 강화부. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
국부 강화부는 스틸, 알루미늄, 티타늄, 니켈, 마그네슘, 합금, 전이금속, 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 금속 재료로 이루어지는
구조적 강화부. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
기부 강화부는 제1 표면, 제2 표면, 및 적어도 하나의 측벽을 포함하며, 국부 강화부는 제1 표면 및 상기 적어도 하나의 측벽과 접촉하는
구조적 강화부. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
국부 강화부는 기부 강화부, 팽창성 재료, 또는 기부 강화부와 팽창성 재료 모두에 의해 사실상 완전히 덮이는
구조적 강화부. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
기부 강화부는 만곡된 국부 강화부와 접촉하는 만곡된 제1 표면을 포함하는
구조적 강화부. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
국부 강화부는 복합재료인
구조적 강화부. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
국부 강화부는 외부 표면을 가지며, 외부 표면의 적어도 일부는 팽창 후의 팽창성 재료와 접촉하는
구조적 강화부. - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
구조적 강화부는 제1 표면과 제2 표면을 포함하며, 제1 표면과 제2 표면은 하나 이상의 횡단하는 리브 구조를 포함하는
구조적 강화부. - 제11항에 있어서,
상기 하나 이상의 횡단하는 리브 구조는 제1 표면과 제2 표면을 따라 하나 이상의 캐비티를 형성하는 벽으로 작용하는
구조적 강화부. - 제12항에 있어서,
하나 이상의 캐비티는 국부 강화부에 의해 형성된 적어도 하나의 벽을 포함하는
구조적 강화부. - 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
팽창성 재료는 약 2.5의 연성비를 갖는
구조적 강화부. - 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
국부 강화부는 전체적으로 만곡형 또는 U 형상의 프로파일을 갖는
구조적 강화부. - 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
기부 강화부는 금속 부재, 복합체 부재, 중합체 부재, 또는 이들의 임의의 조합인
구조적 강화부. - 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
기부 강화부 재료의 연성은 국부 강화부 재료의 연성보다 작은
구조적 강화부. - 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
국부 강화부는 팽창성 재료의 팽창 후에 하나 이상의 가시적 노출 표면을 갖는
구조적 강화부. - 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
구조적 강화부는 국부 강화부가 중간부하고만 접촉하도록 상부, 중간부, 및 하부를 포함하는
구조적 강화부. - 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
기부 강화부, 국부 강화부, 또는 기부 강화부와 국부 강화부 모두는 기계적 인터로킹 수단을 포함하는
구조적 강화부.
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