車體加強件配設結構的製作方法
2023-06-12 20:05:06
專利名稱：車體加強件配設結構的製作方法
技術領域：
本發明有關在汽車車體中在兩個以上板件組合形成的汽車結構物或車體內配設加強件後構成的車體加強件配設結構。
背景技術：
眾所周知，在汽車車體中，構成它的至少兩個車體構件(車體板件)即內板件及外板件組合形成的汽車結構物或車體，以往是把在R/F(加強件)和外鋼板之間填充發泡填料作為加強的方法，作為加強例如支柱等的方法。以往的方法，發泡填料被填充在整個汽車結構物或車體內，或者利用例如尼龍性的支撐構件把汽車結構物或車體內進行區劃，在被區劃的部分內填充發泡填料。
以往這種技術，在例如WO96/07016號(特表平11-505777號)公報，以及特開平3-208777號(專利註冊2748683號)公報中有詳細說明。以往這些技術就是把汽車車體板件形成的支柱部等的被封閉的空間的一部分進行隔開，在被隔開的部分內配設硬質發泡填料。利用這種加強方法的話，不會大幅增加車輛重量，可以增強車架剛性，增強車體板件的彎曲剛性。
這種車體加強件配設結構，在支柱等的加強件配設結構體受到彎曲應力作用時，最好具有高韌性，以便不會急劇屈服而是緩慢破壞。由此可以提高汽車撞擊時的安全性。此外，希望通過配設加強件不會使車體重量較大地增大，可以給予很高的剛性以及很高的韌性，即有效地配設加強件以便可以提高剛性及韌性。
另外，眾所周知，在以往技術中，對發泡填料進行在汽車車體板件塗飾工序中必須的防鏽液浸漬處理(ED液浸泡處理)時，要使用在該處理溫度下發泡的填料。使用這種發泡填料可以使車體製造效率化，是我們所希望的。
但是，以往技術，如上所述就有效配設加強件提高剛性及韌性的情況，沒有進行詳細研究的說明。因此，不能認為加強件的配設是最佳的。
此外，以往技術在進行上述防鏽液浸漬處理之前，在製造工序初期，開始發泡前的發泡填料把其一面粘結在車體板件的內面，或者在被迫緊貼的狀態下進行配設。這個方法，在車體板件的、發泡填料接合的內面，在浸漬工序中不能接合防鏽液，因而防鏽液沒有被浸漬。由該結果可知，這個內面隨時間推移生鏽。內面生鏽的話，發泡填料和車體板件的粘結力降低，結果通過配設發泡填料提高剛性及韌性的效果降低。此外，還擔心產生異常噪音等不良影響。
發明內容
本發明的目的在於，通過配設加強件，提供不會使汽車結構物或車體的重量較大地增大，可以充分提高汽車結構物或車體的剛性及韌性用以提高汽車撞擊時安全性的車體加強件配設結構。
為了達到這個目的，本發明者配設了具有發泡性的樹脂成型體，作為汽車結構物或車體內部加強件的發泡填料，進行了有關它的彎曲破壞的詳細試驗，並進行了分析。結果直至探明了該車體加強件配設結構儘管很輕量，但具有很高的剛性，在受彎曲應力作用時，不是急劇屈服，而是帶著韌性緩慢地破壞，表現出安全性很高的破壞方式。並且這種車體加強件配設結構儘量減少配設的加強件，即有效地配設加強件，從而可以得到這樣優異的特性。
也就是說，本發明者找到了以下所示的在構成具有上述優異特性的車體加強件配設結構中的重要要件。
1.使用物性值特別是壓縮強度和剪切強度較大的樹脂成型體，對提高剛性及韌性是很重要的。具體最好是壓縮強度在10Mpa以上，剪切強度在1Mpa以上。本發明者通過實驗確認，通過把樹脂成型體的這些物性值設定在這些數值以上，可以充分地得到加強車體的效果。
除此之外，楊氏模數也最好選擇大的。
另外，在上述實驗中，關於壓縮強度，是以20mm/min的壓縮速度把壓力施加在直徑30mm×高30mm的圓柱狀試樣上進行評價的。此外，關於剪切強度，是以50mm/min的剪切速度把剪切力施加在面積為625mm2(25×25mm)、厚度為1mm～6mm的試樣上進行評價的。
2.樹脂成型體如果配置成使汽車結構物或車體的剖面二次力矩較高的話，那麼可以有效地提高剛性及韌性。也就是說，例如配設一定重量的樹脂成型體時，最好儘量使樹脂成型體遠離中心軸配置。
另外，即使單純地加厚樹脂成型體的板厚，雖然重量增加，但是剖面二次力矩卻不變大，即使加厚到一定程度以上，也不能期待較大地提高剛性及韌性。本發明者利用實驗對這個現象進行確認，結果發現，配設的樹脂成型體的板厚最好為1mm～4mm，特別是設定為4mm。
此外，滿足上述第1項特性條件的那種硬樹脂成型體，一般與壓縮強度相比，其針對拉伸的強度很弱。為此，新發現即使在車體變形時拉力作用的部位上配設樹脂成型體，其提高剛性及韌性的效果是不足的。
3.樹脂成型體在最終配設在汽車上的狀態，即發泡後的狀態下，最好使其表面涉及儘量大的面積緊貼在形成汽車結構物或車體的車體板件上進行配設。而且像這樣緊貼的樹脂成型體和車體板件間的剪切粘結力越大越好。通過滿足這些條件，可以較大地提高車體的剛性及韌性。
與此相關，為了防止剪切粘結力隨時間推移而降低，車體板件上的、樹脂成型體緊貼的部分最好在塗飾工序中被防鏽液浸漬處理。這樣，可以防止車體板件粘結部生鏽，長期間維持較高的剪切粘結力。為了像這樣使防鏽液在塗飾工序中浸漬在車體板件的、樹脂成型體緊貼的內面上，需要在與車體板件的內面之間空出小的間隙配置發泡前的樹脂成型體。
4.如上述第1項所述，壓縮強度及剪切強度較高，因而硬的樹脂成型體一般比較脆，使之變形較大時容易被破壞。也就是說，這種樹脂成型體單體隨著變形推進，有裂縫進入，終於不能維持自己的形狀，為此有時配設了樹脂成型體的汽車結構物或車體的強度急劇地降低。因此在把這種樹脂成型體用作車體的加強件時，最好隔開汽車結構物內或車體內部，使用薄的、伸展性優異的、或者撓曲量大不至於破壞的板狀支持體，作為把樹脂成型體保持在與車體板件內面鄰接的、被隔開的空間內的支持體。這種板狀支持體在車體變形時，不會破壞，跟隨車體的變形而變形，並維持把樹脂成型體保持在與車體板件內面鄰接的空間內的狀態。這樣即使樹脂成型體產生裂縫，也能把樹脂成型體維持在與車體板件緊貼的狀態，從而可以維持所施加的應力被傳遞並分散到樹脂成型體內的狀態。因此，通過使用這種板狀支持體，可以在車體變形過程中，長期間維繫汽車結構物或車體很高的剛性。
基於這種實踐性認識而構成的、本發明的車體加強件配設結構，其加強件，由至少局部沿著構成汽車結構物或車體的板件的內面，具有在與該板件之間空出規定間隔被配置的部分的板狀支持體，以及在板狀支持體的、沿著板件被配置的部分和板件之間配置的、具有加熱發泡性的樹脂成型體構成。這個樹脂成型體在發泡後，充滿板狀支持體和板件之間與板件緊貼。
像這樣，通過使樹脂成型體與板件緊貼後進行配設，可以提高汽車結構物或車體的剛性和韌性。進而通過利用板狀支持體把樹脂成型體保持在面向板件的領域，即使汽車結構物或車體變形較大，也能把樹脂成型體維繫在與板件緊貼的狀態，在汽車結構物或車體變形的過程中，可以利用樹脂成型體，使汽車結構物或車體的剛性長期間維持在較高的狀態，即可以提高韌性。因此，利用本發明的構成的話，汽車結構物或車體受彎曲應力作用時，不會急劇屈服，而是帶著韌性破壞，由此可以較大地提高汽車撞擊時的安全性。
此外，通過把樹脂成型體設置在與板件鄰接的領域，可以有效地提高汽車結構物或車體的剛性及韌性。也就是說，利用本發明的構成的話，使用少量的樹脂成型體，因而可以不會使汽車結構物或車體的重量較大地增大，較大地提高汽車結構物或車體的剛性及韌性。
還有在本發明的車體加強件配設結構中，樹脂成型體在發泡之前，被支持在板狀支持體上，在與板件內面之間空出間隙後位於其間。利用這個構成的話，在防鏽液浸泡處理時，可以使防鏽液接觸發泡後樹脂成型體緊貼的、板件的內面，從而可以很容易對板件的內面施行防鏽液浸泡處理。通過施行這種防鏽液浸泡處理，可以防止樹脂成型體的緊貼面隨時間推移生鏽，由於生鏽使樹脂成型體和板件的粘結力降低情況。因此，利用這個構成的話，可以長期間維繫汽車結構物或車體較高的剛性及韌性。
在本發明的車體加強件配設結構中，樹脂成型體和板狀支持體可以利用嵌入成型形成一體，或者也可以把樹脂成型體和板狀支持體作為不同體形成，利用對兩者進行結合的結合片相互固定。像這樣，通過事先把樹脂成型體和板狀支持體相互固定，可以在樹脂成型體發泡前，穩定維持在樹脂成型體和車體板件的內面之間空出了間隙的狀態，從而在車體板件的內面良好地施行防鏽液浸泡處理。
進而，板狀支持體可以利用對板狀支持體和板件進行結合的結合片對相對於板件的相對位置進行限制後配置，這樣，可以在樹脂成型體發泡前，更加穩定維持在樹脂成型體和車體板件的內面之間空出了間隙的狀態。此外，這時板狀支持體的、由結合片結合的固定部最好在與板件之間空出間隙進行配置。利用這個構成的話，可以對這個間隙部分的板件施行防鏽液浸泡處理，此外，還可以填充發泡後的樹脂成型體，這樣可以提高板件這個固定部的強度。
另外，樹脂成型體的位置限制是利用設置在板件上的斜接結構部對板狀支持體以及(或者)樹脂成型體進行位置限制的，或者也可以利用焊接、粘結或熱粘接把板狀支持體以及(或者)樹脂成型體固定在板件上進行。進而，也可以利用對板狀支持體、樹脂成型體以及車體板件進行結合的結合片，同時對板狀支持體和樹脂成型體之間的相對位置，以及它們和車體板件之間的位置進行限制。
另外，在本發明的構成中，也可以利用樹脂成型體，形成延伸至板件內面間的至少1個中間壁，以隔開汽車結構物內或車體內部。通過形成中間壁，特別是扁平形狀的汽車結構物或車體時，可以進一步有效地提高其剛性及韌性。
設置中間壁時，在樹脂成型體的、構成中間壁的部分的周圍可以設置板狀支持體以便把它夾住。中間壁從板件內面的、沿著樹脂成型體設置的部分，延伸至沒有設置樹脂成型體的部分時，板狀支持體也可以在沒有設置樹脂成型體的部分側的端部，延伸至包住該端部。像這樣以包住樹脂成型體而延伸的部分最好在與板件內面之間空出間隙後進行配置。利用這個構成的話，可以在板件內面的、中間壁的這個端部最終緊貼的部分上施行防鏽液浸泡處理，此外，發泡時可以把樹脂成型體填充在該間隙之間使它與板件的內面緊貼，這樣可以提高這個部分的強度。
使用在一般的汽車板件防鏽液浸漬處理溫度150～205℃下具有發泡膨脹特性的樹脂成型體是有利的。這時樹脂成型體由於在防鏽液浸泡處理時加熱發泡，所以也可不另外進行為了使發泡對樹脂成型體進行的加熱處理，從而可以提高車體的製造效率。
如上所述，最好樹脂成型體發泡結束後的壓縮強度在10Mpa以上，剪切強度在1Mpa以上，此外最好與板件之間的剪切粘結力在4Mpa以上。通過滿足這些條件，可以給予汽車結構物或車體優異的剛性和韌性，從而可以充分提高汽車撞擊時的安全性。
最好使用厚度在0.3mm以下，伸展率為5～10％以上的金屬板作為板狀支持體。如果像這樣使用薄的、伸展率高的板狀支持體的話，那麼即使汽車結構物或車體變形較大，板狀支持體不會破壞而是跟隨汽車結構物或車體的變形而變形。因此，利用這個板狀支持體，可以在變形過程中長期間使樹脂成型體保持在緊貼在板件內面的狀態，從而可以維持汽車結構物或車體很高的剛性。
另外，板狀支持體除了金屬板外，還可以使用耐熱性的樹脂，形成薄的、與樹脂成型體相比，撓曲量大不至於破壞的板狀支持體。即使在這個構成情況下，板狀支持體，也能起到在汽車結構物或車體的變形過程中長期間使樹脂成型體保持在緊貼在板件內面的狀態的作用。作為構成這種板狀支持體的樹脂，特別是可以使用66尼龍。
板狀支持體最好在汽車結構物或車體變形的過程中，在樹脂成型體產生裂縫後的充分長的期間，特別是汽車結構物或車體的彎曲位移在10mm以上，特別是在達到20mm以上之前，不會破壞，並且跟隨汽車結構物或車體進行變形。本發明的車體加強件配設結構，通過這樣做，最好在汽車結構物或車體變形的過程中，在樹脂成型體產生裂縫後的充分長的期間，汽車結構物或車體的彎曲載荷能夠維持在10kN以上。
圖1a以及圖1b是具有本發明第1實施形態的車體加強件配設結構的、車體的方柱狀部的剖面圖，圖1a所示的是樹脂成型體發泡前的狀態，圖1b所示的是樹脂成型體發泡後的狀態。
圖2是圖1b的方柱狀部的立體圖。
圖3是表示圖1a的方柱狀部的、板狀支持體的固定部的立體圖。
圖4是表示樹脂成型體以及板狀支持體的固定方法與圖1a不同的其他構成例的剖面圖。
圖5是表示圖1a的再有的其他構成例的剖面圖。
圖6a及圖6b是表示圖5構成中對樹脂成型體以及板狀支持體進行固定的、被設置在車體構成構件側的斜接結構部的一構成例的模式圖，圖6a是立體圖，圖6b是圖6a的針狀部的剖面圖。
圖7a及圖7b是表示設置在車體構成構件側的斜接結構部的其他構成例的模式圖，圖7a是立體圖，圖7b是圖7a的邊緣狀部的剖面圖。
圖8是表示圖1a的再有的其他構成例的剖面圖。
圖9是表示圖1a的再有的另外構成例的剖面圖。
圖10a及圖10b是具有本發明第2實施形態的車體加強件配設結構的、車體的方柱狀部的剖面圖，圖10a所示的是樹脂成型體發泡前的狀態，圖10b所示的是樹脂成型體發泡後的狀態。
圖11a、圖11b及圖11c是表示圖10的方柱狀部的中間壁部分的圖，圖11a是樹脂成型體發泡前的分解立體圖，圖11b是剖面圖，圖11c是樹脂成型體發泡後的剖面圖。
圖12是圖10a的變形例的方柱狀部的剖面圖。
圖13是圖10a的其他變形例的柱狀部的剖面圖。
圖14是圖10a的再有的其他變形例的方柱狀部的剖面圖。
圖15是表示本發明實施例中方柱狀部彎曲試驗情況的立體圖。
圖16a及圖16b是表示本發明實施例中進行彎曲試驗時的、彎曲載荷相對位移變化的曲線圖。
圖17a至圖17d是表示彎曲試驗時的方柱狀部破壞情況的模式圖。
具體實施例方式
以下參照
本發明的實施形態。
(第1實施形態)圖1a、圖1b和圖2所示的是本發明第1實施形態的車體加強件配設結構。該車體加強件配設結構是在由外板件1和內板件2形成的、剖面實質上是正方形的方柱狀部上，以加強件方式配設樹脂成型體3和對它進行支持的板狀支持體4而構成。
板狀支持體4具有由外板件1構成的、位於汽車外側的壁，以及空出一定間隔面向與它鄰接的兩側壁內面的3個壁部。樹脂成型體3與板狀支持體4的、這3個壁部的外面接合，並配置在由外板件1和內板件2形成的外側的壁以及兩側的壁之間。
在這個構成中，外板件1和內板件2是構成汽車車體的車體板件，它們通常使用0.7～1.2mm厚度的鋼板。本實施形態的車體加強件配設結構是外壁由這些車體板件構成的處於空心的方柱狀部的結構，這種方柱狀部形成例如剖面內斜度為50×50mm～50×120mm左右的支柱部等。
樹脂成型體3是對加熱發泡性的樹脂注射成型而構成。成型形狀的自由度很高，如上所述有關發泡後硬度的物性值在一定值以上，即壓縮強度在10Mpa以上，剪切強度在1Mpa以上的比較適合作為樹脂成型體3。此外，在汽車車體板件一般防鏽液浸漬處理溫度150～205℃下開始發泡的，以及發泡引起的體積膨脹率為150～250％左右的也比較適合作為樹脂成型體3。
綜合滿足上述特性的樹脂成型體，有對WO00/27920號說明書中記載的樹脂進行注射成型的樹脂成型體。使該材料發泡後再與經防鏽液浸漬處理的汽車板件進行緊貼，對材料和汽車板件間的剪切粘結力測量後確認，在粘結面積為625mm2、樹脂成型體3的厚度為5mm的條件下測量後，可確保剪切粘結力在8MPa以上(這個測量結果是在車體塗飾後的燒結工序中進行加熱溫度160～170℃、20～30分鐘燒結處理後的結果)。剪切粘結力被維持越高，發泡後的樹脂成型體在汽車車體的變形過程中越能持續長時間與車體板件緊貼，所以這是我們所希望的。
另外，剪切粘結力較高時，剪切試驗中有時在粘結面剝離前會產生樹脂成型體的材料內斷裂(所謂材斷)。這意味著能夠確保非常高的剪切粘結力，是好的結果。
薄的、輕量的、富於伸展性、跟隨大的變形而變形、且不易斷裂的構成比較適合板狀支持體4。為了具有這種特性，金屬板特別是鋁板比較適合作為板狀支持體4，而且厚度最好在0.3mm以下，伸展率在5～10％以上。除了鋁板外，還可以使用鍍鋅鋼板和油麵鋼板等。或者除了金屬板外，板狀支持體4也可以使用耐熱性樹脂例如66尼龍，形成薄的、與樹脂成型體3相比，撓曲量較大不至於破壞的板狀支持體。
以下就這些加強件的配設進行說明。
樹脂成型體3和板狀支持體4如上所述預先在使對面的面相互接觸的狀態下進行結合。它可以利用把樹脂成型體3一體性成型在板狀支持體4上即例如嵌入成型的方法進行。或者也可以把樹脂成型體3作為與板狀支持體4不同體成型，並緊貼或結合在板狀支持體4上進行結合。
接著把像這樣相互結合的樹脂成型體3和板狀支持體4配置在方柱狀部內部。板狀支持體4配置在方柱狀部內時，由內板件2構成的、面向位於汽車內側的壁的兩端部在方柱狀部的中央側沿著該壁被折彎後形成固定部4a。固定部4a在偏離方柱狀部內側的壁的方向上，在與樹脂成型體3的端部偏移幾mm的位置上被折彎後形成，因而樹脂成型體3還從固定部4突出在方柱狀部的內側的壁側。
如圖3所示，固定部4a形成橢圓形的開口4b，還有在內板件上，在與該開口4b對應的位置上，同樣形成了橢圓形的開口2a。夾具(結合片)5穿過這些開口4b、2a。這個夾具5的一方的端部形成了具有比開口4b、2a的短徑更長的直徑的圓筒狀部。夾具5的另一方的端部被分叉，被分叉的支腳部相互延伸到相反側後，變成上方彎曲的形成。這些支腳部可以彈性變形。
這個夾具5在把支腳部延伸的方向對著開口4b、2a長徑方向的狀態下，穿過開口4b、2a內。然後通過使夾具5旋轉90°，各支腳部的前端與開口2a的短徑方向的邊沿對接。這樣做的話，板狀支持體4利用夾具5支腳部的彈力，可以把力施加在固定部4a按壓在方柱狀部內側的壁側上的方向上。這樣，樹脂成型體3和板狀支持體4可以在樹脂成型體3的端部被按壓在內板件2上的狀態下固定。
這時，樹脂成型體3的端部，如上所述，從固定部4a突出，所以如圖1a所示，固定部4a和內板件2之間形成幾mm左右的小間隙6。此外，在像這樣對樹脂成型體3和板狀支持體進行固定的狀態下，樹脂成型體3和方柱狀部的、外側的壁及其兩側的壁之間，形成了幾mm左右的小間隙7。這個間隙7可以通過調整樹脂成型體3發泡前的厚度和板狀支持體4的固定位置加以確保。
加強件即樹脂成型體3和板狀支持體4固定後的車體板件，即外板件1和內板件2，然後施行防鏽液浸漬處理。在這個工序中，由於方柱狀部的、外板件1及內板件2的內面和樹脂成型體之間可以確保間隙7，所以這個內面也接觸到防鏽液，並被迫浸漬。此外，板狀支持體4的固定部4a和內板件2的內面之間的間隙6也浸入防鏽液，內面的這個部分也被迫浸漬防鏽液。
這時樹脂成型體3通過被加熱到防鏽液浸漬處理溫度，發泡並膨脹，如圖1b和圖2所示，方柱狀部的壁和板狀支持體4之間完全被膨脹的樹脂成型體3充滿。這對於板狀支持體4的固定部4a和內板件2之間的間隙6來說也是同樣的，如圖1b所示，發泡後間隙6被樹脂成型體3充滿。像這樣膨脹至接觸到方柱狀部外壁內面的樹脂成型體3，與這個內面緊貼且粘結。
如上所述，在本實施形態的構成中，在由外板件1和內板件2構成的方柱狀部內，通過配設壓縮強度和剪切強度都充分高的樹脂成型體3，可以有效地提高方柱狀部的剛性及韌性。此外，通過把樹脂成型體3配置在沿著方柱狀部外壁的領域，可以使用比較少量的樹脂成型體3有效地提高方柱狀部的剛性及韌性。樹脂成型體3被接合併設置在特別是在汽車撞擊事故時，施加壓縮力可能性比較高的、外側壁及其兩側壁的內面，這樣就可以有效地抑制事故時方柱狀部的變形。
進而，在本實施形態中，利用伸展性高的、或者撓曲量大不至於破壞的板狀支持體4，把樹脂成型體3保持在與方柱狀部外壁內面接觸的領域。利用這個構成的話，即使方柱狀部變形較大，板狀支持體4會跟隨其變形而變形，為此可以維持把樹脂成型體3保持在與方柱狀部外壁內面接觸的領域的狀態。這樣具有上述物性值，從而即使比較硬的樹脂成型體3變形較大，並且有裂縫進入等，也可以維持在把樹脂成型體3粘結在方柱狀部外壁內面的狀態。為此，利用樹脂成型體3提高方柱狀部剛性的效果就可以在方柱狀部變形過程中維持比較長的期間。
此外，在本實施形態的構成中，被發泡後的樹脂成型體3粘結的、方柱狀部外壁的內面在樹脂成型體3發泡前最終被防鏽液浸漬。為此，經過長期間後，可以防止該部分生鏽，而維持樹脂成型體3的粘結力，從而利用樹脂成型體3，可以維持提高方柱狀剛性及韌性的效果。
還有本實施形態雖然表示的是適用於剖面形狀實質上為正方形的方柱狀部的例子，但是也可以有效地適用於具有四角和五角等其他剖面形狀的柱狀部。此外，對於剖面形狀的角部略微成圓弧的柱狀部，本實施形態的構成也是有效的。另外，本實施形態的加強件配設結構不限於方柱狀部，可以設置在汽車各種結構物內以及車體內部各種場所。
另外，樹脂成型體3、板狀支持體4的固定方法不限於上述方法，可以考慮各種方法。利用其他固定方法固定樹脂成型體3、板狀支持體4的其他構成例的模式圖如圖4～9所示。
圖4所示的是把板狀支持體4的端部朝向側壁側後折彎形成固定部4a，使夾具5結合在該固定部4a上的構成例。在這個構成中，固定部4a可以在柱狀部的長度方向斷續形成，發泡的樹脂成型體3穿過固定部4a的中斷部分被填充在間隙6內。此外，也可以在發泡前的樹脂成型體3的端部，形成穿過固定部4a的中斷部分而延伸的凸部，使該凸部與內板件2接合進行構成。
圖5所示的是不使用夾具對利用嵌入成型等方法相互固定的樹脂成型體3和板狀支持體4的匚字狀組成體進行固定的構成。在這個構成中，也可以使板狀支持體4端部至少一部分偏離內板件2，在該間隙中填充發泡的樹脂成型體3進行構成。作為匚字狀組成體的固定方法，可以考慮利用焊接、粘結或者熱粘接，使樹脂成型體3、板狀支持體4或兩者固定在內板件2上的方法。
另外，作為不使用夾具進行固定的方法，除此之外可以考慮在外板件1及內板件2等構成車體的構件側設置斜接結構部的方法。圖6a和圖6b所示的是這種斜接結構部的一構成例。在這個例子中，在內板件2的、樹脂成型體3的端部接合的位置上，形成了朝向上方尖銳的針狀部2a。通過把樹脂成型體3的端部插在這個針狀部2a上，可以固定樹脂成型體3。
此外，圖7a和圖7b所示的是斜接結構部其他的構成例。在這個構成中，在內板件2的、柱狀部的長度方向的兩端部上，設置了朝向內側傾斜豎起而形成的支柱狀部2b。樹脂成型體3和板狀支持體4的組成體在兩端的支柱狀部2b之間，使支柱狀部2b彈性變形後夾進配置。這樣，該組成體可以由支柱狀部2b的復原力壓住而固定。
圖8所示的是把樹脂成型體3和板狀支持體4作為不同體形成，使用貫通兩者的夾具5b使兩者相互固定的構成例。圖9所示的是使用貫通樹脂成型體3和板狀支持體4進而外板件1的夾具5c，固定樹脂成型體3和板狀支持體4的構成例。
樹脂成型體3和板狀支持體4的固定方法不限於以上的例子，也可以使用眾所周知的方法進行固定。
(第2實施形態)圖10a、圖10b所示的是本發明第2實施形態的車體加強件配設結構。本實施形態的車體加強件配設結構是在剖面形狀為長方形的方柱狀部內配設樹脂成型體3和板狀支持體4而構成。樹脂成型體3不僅配設在沿著方柱狀部外壁內面的領域，而且還配設於在長邊中央在短邊方向延伸的領域，樹脂成型體3的、像這樣配設在長邊中央的部分，與把其周圍包住而配設的板狀支持體4一起共同形成中間壁10。
板狀支持體4的、構成中間壁10的部分的、由內板件2構成的、汽車內側壁附近的端部，在與方柱狀部的、該內側壁的內面之間空出幾mm左右的間隙11後位於其間。板狀支持體4的這個端部，如圖11a、11b、11c所示，形成多個開口4c。發泡前的樹脂成型體3的、構成中間壁10的部分的端部，如圖11a和圖11b所示，形成了穿過該開口4c延伸，並與內板件2的內面接合的多個凸部3a。
像這樣在配置了樹脂成型體3的狀態下，進行防鏽液浸漬處理的話，發泡膨脹的樹脂成型體3，在中間壁10的端部，如圖10b、11c所示，被填充以填滿間隙11。這時由於被設置了間隙11，所以還可以如此地對樹脂成型體3的、構成中間壁10的部分的端部所粘結的領域浸漬防鏽液，從而可以防止該部分生鏽。
在本實施形態的構成中，通過設置中間壁10，可以在車體變形時，由中間壁10支承部分載荷，從而可以更加提高方柱狀部的剛性及韌性。此外，可以防止板狀支持體4及樹脂成型體3在方柱狀部長邊方向的中央部折曲，偏離外板件1的情況。這樣，可以在變形過程中，長期間維持樹脂成型體3帶來的加強效果。
本實施形態的構成，對剖面形狀為細長形狀的方柱狀部，特別是剖面形狀長邊長度為短邊長度的2倍左右以上的方柱狀部，特別有效。也就是說，像這樣剖面形狀為細長形狀時，在剖面形狀的長邊中央附近雖然強度容易變得較弱，但是通過設置中間壁10，可以有效地提高容易變弱部分的強度。
還有圖10a和圖10b雖然表示的是板狀支持體4與第1實施形態相同，在沿著方柱狀部側方壁的部分的端部位置上被固定的構成，但是如圖12所示，也可以做成在中間壁10的端部位置上進行固定的構成。在這個構成中，設置在內板件2上的、夾具5用的開口數可以比較少。因此，這個構成在因內板件2形狀原因形成很多開口比較困難時是有效的。
在圖12所示的構成中，板狀支持體4的端部沒有固定。這樣即使事先把板狀支持體4的端部設為自由，在使樹脂成型體3發泡膨脹後，由於樹脂成型體3被粘結在方柱狀部的內面，所以這部分的強度可以充分地增高。
此外，如圖13所示，本實施形態的構成，還可以有效地適用於剖面形狀的一部分角變成圓弧的柱狀部。這時也可以通過配設樹脂成型體3和板狀支持體4，有效地提高該柱狀部的剛性及韌性。
另外，如圖14所示，對扁平度更高，特別是具有長邊長度為短邊的3倍以上剖面形狀的方柱狀部配設加強件時，可以設置多個中間壁10。這樣可以有效地提高整個方柱狀部的強度，而且在這個構成中，如圖14例示，若干個中間壁10，還可以在其周圍的板狀支持體4的端部形成如第1實施形態中所說明那樣的固定部4a，由夾具5對它進行固定。
(實施例)以下，就根據各實施形態構成的實施例的車體加強件配設結構，以及構成的可與實施例對比的比較例的車體加強件配設結構，對它們進行的彎曲試驗的結果進行說明。
(實施例1)在本實施例中，根據第1實施形態，製造了具有如圖1a和圖1b所示的車體加強件配設結構的方柱狀車體模型。
這個方柱狀車體模型，作為車體板件使用厚度為0.7mm的2片鋼板，使它們組合，以剖面形狀為50mm×50 mm的充分長的四角柱狀部而構成。在構成這個方柱狀車體模型的外壁內的3個內面沿邊，配設了厚度為0.15mm、伸展率為10％的鋁板作為板狀支持體4。
板狀支持體4和車體板件之間配設了西卡(シ一カ)公司製造的SikaReinforcer(商品名)作為樹脂成型體3。這個樹脂成型體3的厚度為4mm。該樹脂成型體的發泡溫度為150℃，發泡後的壓縮強度為22MPa(使用直徑為50mm，高度為100mm的圓柱狀試樣測量的)，剪切強度為4MPa(使用粘結面積為625mm2，厚度為3mm的試樣測量的)。
這樣把樹脂成型體3與板狀支持體4一起共同配設的方柱狀車體模型在溫度為170℃的電爐內放置20分鐘後，使樹脂成型體3發泡、硬化，使板狀支持體4和車體板件之間毫無間隙地進行了填充。這時的樹脂成型體3的外觀發泡倍率約為150％，與發泡結束後的車體板件間的剪切粘結力為7～9MPa。
(比較例1-1～1-3)作為可與實施例1對比的例子，製造了比較例1-1～1-3的三種方柱狀車體模型。這些方柱狀車體模型與實施例1相同，作為車體板件使用厚度為0.7mm的2片鋼板，使它們組合，以剖面形狀為50mm×50mm的充分長的四角柱狀部而構成。
比較例1-1的方柱狀車體模型，做成了內部不配設任何加強件的構成。比較例1-2，使用了與實施例1相比伸展率低、厚度為0.15mm的鋼板作為板狀支持體4，這個鋼板的伸展率為4％。比較例1-3，使用了與實施例1相比發泡後的壓縮強度及剪切強度都低的作為樹脂成型體3，這個樹脂成型體3的、發泡後的壓縮強度為8MPa，剪切強度為0.6MPa。
這些實施例1和比較例1-1～1-3的構成歸納後如表1所示。
(表1)
(實施例2)在本實施例中，根據第2實施形態，製造了具有如圖10a和圖10b所示的車體加強件配設結構的方柱狀車體模型。
這個方柱狀車體模型，作為車體板件使用厚度為0.7mm的2片鋼板，使它們組合，以剖面形狀為50mm×120mm的充分長的四角柱狀部而構成。在構成這個方柱狀車體模型的外壁內的3個內面沿邊，配設了厚度為0.15mm、伸展率為10％的鋁板作為板狀支持體4。
板狀支持體4和車體板件之間配設了西卡(シ一カ)公司製造的SikaReinforcer(商品名)作為樹脂成型體3。這個樹脂成型體3的厚度為4mm。該樹脂成型體3的發泡溫度為150℃，發泡後的壓縮強度為22MPa(使用直徑為50mm，高度為100mm的圓柱狀試樣測量的)，剪切強度為4MPa(使用粘結面積為625mm2，厚度為3mm的試樣測量的)。
這樣把樹脂成型體3與板狀支持體4一起共同配設的方柱狀車體模型在溫度為170℃的電爐內放置20分鐘後，使樹脂成型體3發泡、硬化，使板狀支持體4和車體板件之間毫無間隙地進行了填充。這時的樹脂成型體3的外觀發泡倍率約為150％，與發泡結束後的車體板件間的剪切粘結力為8～9MPa。
(比較例2-1～2-3)作為可與實施例2對比的例子，製造了比較例2-1～2-3的三種方柱狀車體模型。這些方柱狀車體模型與實施例2相同，作為車體板件使用厚度為0.7mm的2片鋼板，使它們組合，以剖面形狀為50mm×120mm的充分長的四角柱狀部而構成。
比較例2-1做成了不設置中間板的構成。比較例2-2，使用了與比較例2相比伸展率低、厚度為0.15mm的鋼板作為板狀支持體4，這個鋼板的伸展率為5％。比較例2-3，使用了與實施例2相比發泡後的壓縮強度及剪切強度都低的作為樹脂成型體3，這個樹脂成型體的、發泡後的壓縮強度為8MPa，剪切強度為0.6MPa。
這些實施例2和比較例2-1～2-3的構成歸納後如表2所示。
(表2)
(根據彎曲試驗進行的評價)如圖15所示，把各實施例、比較例的方柱狀車體模型，按照外板件1構成的外側壁朝上方式放在支座20上，在長度方向的兩端部支持，使用加壓裝置21，從上方在方柱狀車體模型支點間的中央施加壓力，實施彎曲試驗。使用的支座20，其兩端支持部的間隔為500mm。使用的加壓裝置21，其具有直徑為120mm半圓筒形的壓頭21a，並使該壓頭21a以20mm/s的速度移動施加壓力。
圖16a和圖16b的曲線圖所示的是在該彎曲試驗中，使方柱狀車體模型位移時的、施加在壓頭21a上的載荷即彎曲載荷的變化。此外，圖17a～圖17d所示的是在該彎曲試驗中，目視觀測的實施例1的方柱狀車體模型破壞過程的結果。
圖17a所示的是方柱狀車體模型的、開始位移前的狀態(相當於圖16a中符號A表示的時刻)。從這個狀態使方柱狀車體模型彎曲的話，方柱狀車體模型在達到某種程度位移量之前，幾乎是彈性變形，這期間彎曲載荷與位移量幾乎成比例增加。
變形到了彈性極限附近(相當於圖16a中符號B表示的時刻)的話，如圖17b所示，在變形中心附近的領域25，樹脂成型體3的、由發泡形成的網眼(氣泡)開始壓壞。這時，樹脂成型體3可以利用該粘結力維繫在與外板件1以及板狀支持體4緊貼的狀態。此外，板狀支持體4跟隨外板件1的變形而變形，由此樹脂成型體3被壓住與外板件1接合。結果，樹脂成型體3被穩定維繫在與外板件1以及板狀支持體4緊貼的狀態。板件1的應力通過這樣緊貼的樹脂成型體3被分散，結果可以提高方柱狀車體模型的剛性。
使方柱狀車體模型超過彈性極限進一步變形的話，如圖17a所示，網眼的壓壞從變形中心向外側擴大。此外，這時可觀測到外板件1產生皺摺。這樣即使變形推進，由於板狀支持體4跟隨外板件1的變形而變形，樹脂成型體3被壓住與外板件1接合，所以樹脂成型體3可以在變形過程中長期間維繫在與外板件1緊貼的狀態(相當於圖16a中符號C表示的時刻附近)。利用像這樣與外板件1緊貼的樹脂成型體3，方柱狀車體模型的剛性可長期間維繫在比較高的一定的強度上，結果如圖16a所示，即使位移量加大，彎曲載荷也可以維繫在比較大的幾乎一定的數值上。
如果進一步使方柱狀車體模型加大變形的話(相當於圖16a中符號C以後)，如圖17d所示，樹脂成型體3發生裂縫(裂紋)，在外板件1以及板狀支持體4之間，如符號26所示那樣產生剝離。結果方柱狀車體模型的彎曲剛性開始降低，但是由於樹脂成型體3被板狀支持體4繼續保持在與外板件1鄰接的領域內，所以應力向樹脂成型體3進行的傳遞和分散被繼續。為此，彎曲剛性不會急劇降低，彎曲剛性的降低被較低地抑制。
這樣，實施例1的方柱狀車體模型的彎曲剛性可以在變形過程中長期間維繫在比較高的一定的數值上。在圖16a的曲線圖中，彎曲載荷在彎曲位移涉及10mm至25mm較寬的領域內能維繫在10kN左右幾乎一定的數值上，就證明了這個事實。
(評價結果)如圖16a所示，可知沒有配設加強件的比較例1-1的構成，彎曲剛性值比較小，在比較小的載荷下就變形。此外，在比較小的變形量的階段，彎曲載荷急劇減少。這意味著，如果對因汽車撞擊原因施加了載荷的情況考慮的話，那麼車體的方柱狀部彎曲某種程度後，只要施加小的力就容易變形，從而變形急劇地推進。這在安全上是不希望的。
此外，如圖16b所示，可知對於具有長邊長度為短邊長度的2倍以上的扁平形狀的方柱狀部，沒有設置中間壁10的比較例2-1而言，與設置有中間壁10的情況相比，彎曲剛性較低。由此可見，對於扁平的方柱狀部而言，適宜地設置中間壁對提高方柱狀部的剛性是有效的。
對於使用伸展率低(5％以下)的板狀支持體4的比較例1-2和2-2，可知位移小的時候雖然可以得到與實施例幾乎同樣的高的剛性，但是位移量變大，在這個例中，超過10～15mm的話，具有彎曲載荷急劇降低的傾向。這個彎曲載荷的降低，經分解試驗後的樣品後確認的結果可知，是因為板狀支持體4斷裂後樹脂成型體3崩落而產生的。由此可見，通過使用伸展率高的板狀支持體4，可以得到在位移過程中長期間維持很高剛性的效果。
對於使用壓縮強度以及剪切強度都低，即更軟的樹脂成型體3的比較例1-3和2-3而言，彎曲載荷值相對位移長期間維繫在一定的數值上。這可認為是因為樹脂成型體3難以發生裂紋等。但是，對於比較例1-3和2-3，可以確認，與實施例1和2相比，彎曲載荷的絕對值較小，安全上不能說充分。由此可見，通過按照本發明那樣把樹脂成型體3的壓縮強度以及剪切強度都充分地增高，可以充分地提高柱狀部的強度。
權利要求
1.一種車體加強件配設結構，其中，在汽車的車體中，在把2個以上的板件組合形成的汽車結構物內或車體內部配設了加強件，上述加強件，由至少局部沿著上述板件的內面，具有在與該板件之間空出規定間隔被配置的部分的板狀支持體，以及在該板狀支持體的、沿著上述板件被配置的部分和上述板件之間配置的、具有加熱發泡性的樹脂成型體構成，上述樹脂成型體在發泡之前，被支持在上述板狀支持體上，與上述板件內面之間空出間隙後位於其間，發泡後，充滿在上述板狀支持體和上述板件之間與上述板件緊貼。
2.如權利要求1所述的車體加強件配設結構，其中，上述樹脂成型體緊貼的、上述板件的內面被施行了防鏽液浸漬處理。
3.如權利要求1所述的車體加強件配設結構，其中，上述樹脂成型體和上述板狀支持體，由嵌入成型形成一體。
4.如權利要求1所述的車體加強件配設結構，其中，上述樹脂成型體和上述板狀支持體，利用對兩者進行結合的結合片相互固定。
5.如權利要求1所述的車體加強件配設結構，其中，上述板狀支持體，利用對該板狀支持體和上述板件進行結合的結合片對相對於上述板件的相對位置進行限制後被配置，
6.如權利要求5所述的車體加強件配設結構，其中，上述板狀支持體的、由上述結合片結合的固定部，在與上述板件之間空出間隙被配置。
7.如權利要求1所述的車體加強件配設結構，其中，上述板狀支持體以及/或者上述樹脂成型體，利用焊接、粘結或熱粘接被固定在上述板件上。
8.如權利要求1所述的車體加強件配設結構，其中，上述板狀支持體以及/或者上述樹脂成型體，利用設置在上述板件上的斜接結構部對相對於上述板件的相對位置進行限制後被配置。
9.如權利要求1所述的車體加強件配設結構，其中，上述板狀支持體以及上述樹脂成型體，利用對該板狀支持體、該樹脂成型體以及上述車體板件進行結合的結合片，對相對於上述板件的相對位置進行限制後被配置。
10.如權利要求1所述的車體加強件配設結構，其中，上述樹脂成型體，形成了延伸至上述板件內面間的至少1個中間壁，以把上述汽車結構物內或上述車體內部隔開。
11.如權利要求10所述的車體加強件配設結構，其中，至少1個上述中間壁，從上述樹脂成型體的、沿著上述板件被配置的部分，延伸至與它對置的、上述板件的內面上，上述板狀支持體，具有上述樹脂成型體的、沿著形成上述中間壁部分的兩側面延伸的部分，以及把該部分間在上述中間壁的、向上述板件內面上延伸側的端部進行連結的部分，該連結的部分，在與上述板件的內面之間空出間隙後被配置。
12.如權利要求1所述的車體加強件配設結構，其中，上述樹脂成型體，具有在一般的汽車板件的防鏽液浸漬處理溫度下發泡膨脹的特性。
13.如權利要求12所述的車體加強件配設結構，其中，上述樹脂成型體具有在150～205℃的溫度下發泡膨脹的特性。
14.如權利要求1所述的車體加強件配設結構，其中，上述樹脂成型體發泡結束後的壓縮強度為10MPa以上，剪切強度在1MPa以上。
15.如權利要求1所述的車體加強件配設結構，其中，上述樹脂成型體和上述板件之間的剪切粘結力在4MPa以上。
16.如權利要求1所述的車體加強件配設結構，其中，上述板狀支持體，由厚度在0.3mm以下、伸展率在5～10％以上的金屬板構成。
17.如權利要求1所述的車體加強件配設結構，其中，上述板狀支持體，由耐熱性的樹脂構成，與上述樹脂成型體相比，撓曲量較大不至於破壞。
18.如權利要求17所述的車體加強件配設結構，其中，構成上述板狀支持體的樹脂是66尼龍。
19.如權利要求1所述的車體加強件配設結構，其中，在上述汽車結構物或上述車體變形的過程中，在上述樹脂成型體產生裂縫後的充分長的期間，上述板狀支持體跟隨上述汽車結構物或上述車體的變形而變形，並被維繫在把上述樹脂成型體保持在與上述板件內面之間的狀態。
20.如權利要求19所述的車體加強件配設結構，其中，上述樹脂成型體，在上述汽車結構物或上述車體彎曲位移10mm以上，特別是位移到20mm以上之前，被維繫在把上述樹脂成型體保持在與上述板件內面之間的狀態。
21.如權利要求1所述的車體加強件配設結構，其中，在上述汽車結構物或上述車體變形的過程中，在上述樹脂成型體產生裂縫後的充分長的期間，上述汽車結構物或上述車體的彎曲載荷維持在10kN以上。
22.如權利要求20所述的車體加強件配設結構，其中，上述汽車結構物或上述車體的彎曲載荷，在上述汽車結構物或上述車體彎曲位移10mm以上，特別是位移到20mm以上之前，被維持在10kN以上。
全文摘要
本發明提供在構成汽車車體的板件組合形成的汽車結構物內或車體內部配設了加強件後構成的車體加強件配設結構。作為加強件，至少局部沿著板件的內面，設置了具有在與板件之間空出規定間隔被配置的部分的板狀支持體，並且在該板狀支持體的、沿著板件被配置的部分和板件之間，配置了具有加熱發泡性的樹脂成型體。樹脂成型體在發泡之前，被支持在板狀支持體上，與板件內面之間空出間隙後位於其間，發泡後充滿在板狀支持體和板件之間與板件緊貼進行配置。
文檔編號B62D29/00GK1659077SQ0282952
公開日2005年8月24日 申請日期2002年6月28日 優先權日2002年6月28日
發明者五十嵐三千也, 番馬健一 申請人:林西卡汽車株式會社