構造補強システム
開示されているのは、構造補強システム（２０）の様々な実施形態である。システムは、様々な製品内の中空空洞を補強して、製品の構造剛性を増加させる。システムは通常剛体キャリア（２２）、接合材料（４０）、及び挿入部材（３０）を含む。剛体キャリアは、空洞内の主構造補強をもたらし、そしてまた接合材料を載せる基体として役立つ。挿入部材は補強システムの構造剛性を増加させるために提供される。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
車、トラック、ボート、列車、及び飛行機は大抵中空の空洞を備えたフレームを含む。中空空洞は、これらの製品でよく作られて、製品の全体重量及び材料コストを減少させる。しかしながら、中空空洞をフレームに導入することは、フレームの総強度を減少させるかもしれず、そして車両の他の部分にノイズ及び振動を増加させるかもしれない。
【０００２】
これら及び他の悪い影響を軽減するため、中空空洞は、大抵補強を含み、様々な接合材料を含む。そのような補強は、ノイズ及び振動を減少させることができ、製品の構造剛性を増加させ、それらにより顕著な重量及び材料コストの減少を可能にする。補強システムは、例えば膨張可能な発泡体のように、剛体キャリアを付けられる接合材料を含むことができる。発泡体は、製造工程中に膨張し、発泡体が中空空洞の壁に接触するように、剛体キャリアを適所に固定する。補強システムは追加の構造補強をもたらすことができ、さらに、新規な形状、材料、及び構造の使用を通じて、他の利点をもたらす。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
開示されているのは、構造補強システムの様々な実施形態である。システムは、様々な製品内の中空空洞を補強して、製品の構造剛性を増加させる。システムは通常剛体キャリア、接合材料、及び挿入部材を含む。剛体キャリアは、空洞内の主構造補強をもたらし、そしてまた接合材料を載せる基体として役立つ。挿入部材は補強システムの構造剛性を増加させるために提供される。さらに、システムは、特定の場所の製品の構造剛性を増加させることにより特定のシナリオに特に対処し、そして特定の負荷方向に対処するように構成されることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】複数の空洞を有する自動車フレームの斜視図である。
【図２】構造補強システムの斜視図である。
【図３】図２の線３−３に沿った図２の構造補強システムの断面図である。
【図４Ａ】空洞内に配置された構造補強システムの側面図である。
【図４Ｂ】図４Ａの構造補強システムの頂面図である。
【図５Ａ】水平空洞中の別の構造補強システムの側面図である。
【図５Ｂ】図５Ａの構造補強システムの頂面図である。
【図６Ａ】水平空洞中のさらに別の構造補強システムの側面図である。
【図６Ｂ】図６Ａの構造補強システムの頂面図である。
【図７】空洞に配置された様々な構成の構造補強システムの断面図である。
【図８】空洞に配置された様々な構成の構造補強システムの断面図である。
【図９】空洞に配置された様々な構成の構造補強システムの断面図である。
【図１０】空洞に配置された様々な構成の構造補強システムの断面図である。
【図１１】空洞に配置された様々な構成の構造補強システムの断面図である。
【図１２】ノードのエルボー部分中に配置された構造補強システムの側面図である。
【図１３】ファスナーを含む別の構造補強システムの斜視図である。
【図１４】図１３で示された構造補強システムのより低い部分の斜視拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
図１は、開示される構造補強システムを使用して補強された多くの空洞を含む車両フレーム１０を図示する。そのような空洞は任意の寸法、形状、又は配向であることができ、そして、様々な金属、複合材料、及び／又はプラスチックを含む、任意の材料から形成されることができる。例えば、車両フレーム１０内の潜在的に補強可能な空洞は、Ａ−ビラー１２、Ｂ−ピラー１４、ロッカー１６、及びフレームレール１８を含む、フレームの様々な部分内に見出すことができる。さらなる用途には、Ｃ−ビラー、Ｄ−ピラー１４、ルーフレール、横断ビーム等が挙げられる。通常、車両フレーム１０の構造剛性は、車両フレーム１０内のそのような中空空洞を補強することにより、大きく増大させることができる。もちろん、開示された構造補強システムは、製品の構造剛性を増加させるため、他の製品にも使用されることができ、そして車両フレーム内の中空空洞に制限されることはない。
【０００６】
図２は、車両フレーム１０内の空洞を補強するための構造補強システム２０の斜視図である。空洞は、例えば車両フレーム１０の様々な場所内などの製品の任意の部分に配置されることができる。典型的には、システム２０は、例えば、Ａ−ビラー１２内のような、特定の空洞のためにデザインされることができるが、システム２０は異なる寸法の空洞に一般的に適合するようにデザインされることもできる。システム２０は、空洞の一部に適合するようにデザインすることができ、又は全体の空洞に適合又は充填するようにデザインされることもできる。システム２０は典型的には製造工程中に空洞内に配置されることができる運搬可能なアセンブリである。以下に詳細に議論されるように、システム２０は、剛体キャリア２２、挿入部材３０、及び接合材料４０を通常含む。もちろん、システム２０はまた１以上の化学的な若しくは機械的なファスナー又は特定の応用にシステム２０を強化又は仕立てることができる他の任意の部材を含むことができる。
【０００７】
キャリア２２は、大抵、空洞内に構造補強をもたらす剛性構造物であり、接合材料４０のためのベース又は基体を提供する。キャリア２２は、単一の材料から形成されることができ、又は一緒に固定される分離したコンポーネントとして形成されることができる。キャリア２２は、様々なポリアミドを含む、様々な金属、プラスチック、複合材料、等を含む任意の数の異なる材料から作られることができる。もちろん、特定の材料又は色々な材料は、あるデザイン選択が重量、強度、及び材料を特定の形状又は構成に形成するための能力を基にするように、特定の応用に依存することもできる。キャリア２２は、円柱状、矩形状、起伏状（ｃｏｎｔｏｕｒｅｄ）、角度付けされた（ａｎｇｌｅｄ）、折り曲げられた（ｂｅｎｔ）、湾曲した（ｃｕｒｖｅｄ）、及び／又は平坦な、部分を含む様々な形状及び構成で形成されることができ、空洞内に適合するようにデザインされた任意の形状の組み合わせを含む。
【０００８】
図２に示すように、キャリア２２は、均等な間隔を有して且つ１以上の垂直な壁により接続される複数のリブを含む。例えば、図２に示されるように、キャリア２２は、複数の横断リブ２６に相互接続された複数の長手方向リブ２４を含む。もちろん、キャリア２２は、任意の数、形状、及び構成のリブを含むように構成することができる。通常、各リブは、空洞壁に近接して配置される晒された水平面及び晒された垂直な面を含む。典型的には、接合材料４０は、例えばリブ２４、２６の外側表面のような、キャリア２２の外表面に配置される。リブ２４、２６の厚さ及び間隔は、実質的に特定の応用に依存して変えることができる。しかしながら、リブ２４、２６は、２〜８ｍｍの厚さとすることができ、そして２０〜４０ｍｍ離れた間隔とすることができる。もちろん、そのようなデザイン選択は、特定の応用の性能要求により影響されることになりうる。横断リブ２４は、典型的には、圧縮荷重を受け、空洞が負荷の主方向の、又はセクションの局所領域の、許容可能な限度を越えて変形する機会を減少させる。長手方向リブ２６は、典型的には引張荷重を受ける。さらに、図２に示されるように、キャリア２２のリブ２４、２６は、接合材料４０を収容するためにも使用されることができる複数の窪み２８を提供するように構成される。
【０００９】
接合材料４０は、膨張可能な発泡体、構造発泡体、接着剤、構造接着剤、流動可能材料、又は、空洞壁にキャリア２２を接合させるそれらのいくつかの組み合わせであることができる。通常、接合材料４０は、キャリア２２に配置され、活性化工程を経た後にキャリア２２を空洞に接合させる。キャリア２２は、典型的には、例えば、リブ２４、２６の交差部中に形成されることができる窪み２８のような、保持領域中に、接合材料４０を保持する。接合材料４０は、例えば、膠剤、接着剤、又は機械的クリップのような、化学的又は機械的ファスナーを含む、任意の可能な方法を使用して、窪み２８に保持されることができる。キャリア２２は、通常、接合材料４０を収容するため少なくとも１つの窪み２８を含む。図２で示されているように、キャリア２２は、キャリア２２の至るところに間隔を周期的に空けた多重窪み２８を含み、そして窪み２８内に配置され窪み２８を越えて突出している接合材料４０の一部を含む。しかしながら、接合材料４０は、キャリア２２の任意の表面に配置されることができ、それにより活性化後、接合材料４０は、キャリア２２を空洞内の適所に固定することができ、そして典型的には追加の構造補強を提供するようにできる。通常、接合材料４０が膨張可能材料であるか、または、流動可能な材料であるとき、キャリア２２は典型的には、複数の窪み２８を伴って構成される。しかしながら、接合材料４０が構造接着剤であるとき、キャリア２２は、典型的には、構造接着剤に接合するために１以上の実質的な平坦な外側／外観表面で構成される。
【００１０】
典型的には、キャリア２２は、多種多様の形状に簡単に形成することが可能なプラスチック又は複合材料から製造されることができる。通常、キャリア２２をプラスチックから形成することは、空洞が補強されることができる一方、製品の総重量を減少させることもできることを確実にする。さらに、プラスチックは、複雑な３−Ｄ形状に形成されることができ、新規な形状及びデザインを通じて強化された構造補強を提供することができる。しかしながら、そのような材料は、典型的には、例えば鉄又は鋼鉄のような金属よりも少ない構造補強を提供する。金属は、一方、より重く、複雑な３−Ｄ形状を形成することはより難しいが、典型的には、プラスチックまたは複合材料よりもさらに構造補強を提供する。このように、以下で説明するように、システム２０は、空洞の強化された補強を提供することができる一方、軽量のままで、そしてさまざまな構成の１以上の金属挿入部材３０を含むことにより簡単に形成可能であるものを提供する。
【００１１】
さらに図２で図示されているようにシステム２０はまた挿入部材３０を含む。挿入部材３０は、図２で図示されたように、細長く、実質的に平坦なプレートでありキャリア２２内に配置されている。挿入部材３０は、金属から製造されることができる一方、キャリア２２は、挿入部材３０周りにオーバーモールドされた剛性プラスチックから製造されることもできる。図２で図示されているように、挿入部材３０は長手方向にまたは負荷適用と反対側の空洞壁の近くに配置され、典型的にはシステムは引っ張り負荷の影響を受ける。そのような構成において、システム２０は金属の増加された構造補強から利点を得る一方、同時に減少された重量及びプラスチックの複雑な３−Ｄ形状を形成する能力から利点を得る。挿入部材３０は、任意の配向に配置されることができ、システム２０が任意の形状及び寸法の空洞を補強することができるように形成又は成形されることができる。さらに、挿入部材３０は、特定の局所化された領域及び配向で、特定の要求を達成するために、追加の構造補強に対処することができる。例えば、検査データは、ある配向でストレスを受けたとき空洞が所望の量よりも変形することを示すことができる。補強システムはそして、特定の変形問題に対処するために、特定の場所及び配向で挿入部材３０で増補されることができる。以下でさらに詳しく説明されるように、構造補強システムは、特定の変形懸念に対処するためまたは特定の顧客要求に対処するため戦略的に配置された１以上の挿入部材３０で増補されることができる一方、全ての製品に追加される重量を最小化することができる。挿入部材３０はまた金属のように強化された構造補強を提供することができるファイバーマット（ｆｉｂｅｒ ｍａｔ）であることができる。例えば、ファイバーマットは、熱可塑性プラスチックからなる熱成型されたラミネートであることができる。そのようなファイバーマットは、軽量ハイブリッド構造を形成するためプラスチックを使用したオーバーモールド工程を通じて形成されることができる。
【００１２】
力が、例えばフレームレール１８のような、車両フレーム１０のレール形状の空洞に加えられたとき、レールは、横断方向に変形する傾向があるだけではなく、レールのセクションが、負荷を受ける局所領域に受容可能な限度を越えて変形することになりうる。そのような局所変形は、全てのレールの構造完全性に不利な影響を与えうる。典型的には、そのようなレールは、キャリア２２及び接合材料４０を含む構造補強システムを使用して補強されることができる。そのような補強システムはレールの構造剛性を圧縮の際増加させることができる一方、負荷に対して通常の方向の引っ張りの際にはレールの構造剛性を増加させる必要はないかもしれない。挿入部材３０は、システム２０内で受容不可能な量の変形に影響をうける位置及び方向に含まれることができる。そのような変形はレールの１つの領域に限定されないかもしれないので、多重補強システム２０がレールの全体の長さを補強するために使用されることができる。さらに、１つのシステム２０が使用されることができ、１つのシステム２０は、キャリア２２に固定された多重挿入部材３０を含む。
【００１３】
通常、システム２０は挿入部材３０を含み、それは鋼鉄又はアルミニウムの金属プレートであって、そしてキャリア２２により取り囲まれており、それはプラスチックリブ化構造であることができる。システム２０は、また、キャリア２２を１以上の空洞壁に接合する膨張可能な発泡体を含むことができる。挿入部材３０は、実質的に平坦な金属プレートであることができ、又は、例えば「Ｕ」形状、「Ｓ」形状、又は「Ｗ」形状のような形状にすることができる。さらに、金属からなる挿入部材３０を含めることにより、システム２０は次に金属空洞に溶接されることができる。
【００１４】
図３は、図２の線３−３に沿った構造補強システム２０の断面図である。図３に示されるように、システム２０は、接合材料４０が膨張の後空洞壁１９とキャリア２２の両方に接触するように構成され、それにより適所にキャリア２２を固定し、また追加の構造補強をも提供する。典型的には、接合材料４０及びキャリア２２は、活性化前にシステム２０と空洞壁１９の間の予備膨張隙間を維持するように構成される。予備膨張隙間を提供することは、製造者に、液体コーティングを例えば窪み又は槽のような空洞内の壁４２に適用することを可能にし、そしてより広い組立公差を可能にする。通常、システム２０は、接合材料４０が活性化されるとき、接合材料が、キャリア２２及び１以上の空洞壁１９の両方に膨張し接触する。活性化工程の後、接合材料４０は、実質的に固相に転移して、硬化する。接合材料４０は、構造発泡体であることができ、それにより追加の構造補強を空洞内に提供することができる。
【００１５】
活性化する前には、接合材料４０は、非膨張状態に止まり、おそらくキャリア２２内の窪み２８を占有するか、キャリア２２の外観面に配置される。通常、システム２０は、車両製造工程の初期段階中に、車両フレーム１０内の窪みに配置されうる。後の段階で、車両フレーム１０は、例えば塗装工程中のような加熱処理又は焼成工程を受ける。通常、接合材料４０は、キャリア２２と空洞壁１９の間の任意の空間を充填するために膨張することができる熱活性化材料である。活性化は通常熱を加えることにより起こるが、接合材料４０は、マイクロウェーブ、超音波、放射、電流、化学反応等を使用した様々な他の電気的な又は化学的な工程を通じて活性化されることもできる。
【００１６】
図３に示したように、システム２０は、噛み合うように又は空洞壁１９内に固定されるように構成されることができる挿入部材３０を含む。さらに、挿入部材３０は直接的に空洞壁１９に接触することはないかもしれず、しかし単にシステム２０内に含まれることができる。挿入部材３０は、おそらく所望の性能特性に応じて異なる場所及び配向を含む任意の形式でキャリア２２に一体化されることができる。キャリア２２は２つのピースの構造物であることができ、２分割されたものが互いに挿入部材３０に、膠剤、接着剤、又は機械的ファスナーを使用して取り付けられることができる。さらに、キャリア２２は、挿入部材３０上及び周辺でオーバーモールドされることができる。挿入部材３０は、挿入部材３０がキャリア２２に一体的に形成されることを可能とする複数のホール３２を含むことができる。ホール３２はそして、液体プラスチックがホール３２を通じて流れることを可能にし、キャリア２２が形成されて挿入部材３０と一体的に接合されることができる。形成に続いて、接合材料４０はそしてキャリア２２及び／又は挿入部材３０に追加されることができる。
【００１７】
図４Ａ及び４Ｂは、挿入部材３０を含む構造補強システム２０の一例を示す。図４Ａはシステム２０の側面図であり、システム２０は、挿入部材３０により空洞壁１９に取り付けられることを示している。図４Ａで示されているように、キャリア２２は挿入部材３０及び接合材料４０を含む。図４Ａ及び４Ｂで示されているように、挿入部材３０は、空洞壁１９の間の距離にわたるキャリア２２内に配置された、単一の、細長い、実質的に平坦なプレートである。そのような例では、挿入部材３０はその部分の長さの大部分に固定されることができる。空洞壁１９は空洞内の継ぎ目を溶接されることができる。挿入部材３０は、金属から作ることができ、溶接を通じてシステム２０を空洞壁１９に固定するために使用されることができる複数の溶接ポイント５０を含むことができる。図４Ｂで示されているように、システム２０はキャリア２２に配置される少なくとも２つの接合材料４０の堆積場所を含む。
【００１８】
図５Ａ及び５Ｂは、複数の挿入部材３０を含む構造補強システム２０の例を示す。図５Ａは、システム２０の側面図であり、互いに接触しない２つの挿入部材３０を含むシステム２０を例示し、各挿入部材３０はキャリア２２に固定されている。システム２０は、溶接ポイント５０で挿入部材３０により空洞壁１９に取り付けられている。挿入部材３０は、キャリア２２の対向する端部でそれぞれ配置されている。図５Ａ及び５Ｂにより示されているように、各挿入部材３０は、空洞壁１９の間の距離にわたって、細長く、実質的に平坦なストリップである。そのような例において、システム２０は、キャリア２２に固定される複数の局所化された金属挿入部材３０を含む。システム２０は、キャリア２２に配置された少なくとも２つの接合材料の堆積場所を含む。
【００１９】
図６Ａ及び６Ｂは、挿入部材３０を含む構造補強システム２０の別の例を示す。図６Ａはシステム２０の側面図であり、システム２０は、キャリア２２に固定された１つの挿入部材３０を含むことを示している。システム２０は再び、溶接ポイント５０で挿入部材３０により空洞壁１９に取り付けられている。図６Ａ及び６Ｂで示されているように、挿入部材３０は、「Ｉ」形状の構成で形成される、細長く、実質的に平坦なプレートである。再び、挿入部材３０は空洞壁１９の間の距離にわたる。システム２０はまた、キャリア２２に配置された少なくとも２つの接合材料４０の堆積場所を含む。
【００２０】
例えばＡ−ピラー１２及びＢ−ピラー１４のようなピラーは、通常、負荷がかかるときに、１以上の領域で変形する傾向がある。ピラーを補強することは、システム２０を使用することで達成されることができる。ピラーに加えられたストレスによりよく対処するために、システム２０は、ピラーの長手方向に配置され且つ通常「Ｃ」「Ｕ」又は「Ｗ」断面形状を有する金属からなる挿入部材３０を含むことができる。上に示されているように、挿入部材３０はキャリア２２内に配置されることができ、キャリア２２はリブ２４、２６のアレイを含む。リブ２４、２６は、横断及び長手方向の両方に挿入部材３０に対して垂直に配置されることができる。
【００２１】
図７−１１は、例えばピラーのように、空洞内に配置される様々な構成の構造補強システム２０の切り取り図である。図７に示されているように、システム２０のキャリア２２は、２つの長手リブ２４により分離された複数の横断リブ２６を含む。システム２０はまた挿入部材３０、及び接合材料４０を含む。挿入部材３０は、図７で示されているように、長手リブ２４の端部でキャリア２２内に配置されている。挿入部材３０は、実質的に平坦な中間セクションとともに対向する端部で上向きにされた部分を含む。１つの例では、挿入部材３０はそれぞれの端部で２つの上向きにされたセクションを備えた金属シートであり、それにより実質的に空洞の形状と一致する。別の例において、挿入部材３０は、空洞の形状と実質的に一致するような形状であるファイバーマットである。接合材料４０が活性化後に挿入部材３０を空洞壁１９に接合させることにより空洞内にシステム２０を固定することができるように、接合材料４０は、次に挿入部材３０上に配置される。別の例において、接着剤が使用されることができ、接合材料４０を置き換えることができる。
【００２２】
図８は、補強システム２０の別の例を示す。図８に示されているように、実質的に「Ｕ」形状であり且つそれぞれの側に追加のフランジ状の突起を含む長手方向リブ２４により分離された複数の横断リブ２６をキャリア２２は含む。システム２０はまた挿入部材３０、及び接合材料４０を含む。挿入部材３０は、図８に示されているように、長手リブ２４の端部でキャリア２２内に配置されている。挿入部材３０は、実質的に平坦な中間セクションを備える対向する端部で上向きにされた部分を含む。再び、挿入部材３０は成形金属プレートであることができ、また成形ファイバーマットであることができる。接合材料４０はそして挿入部材３０及びキャリア２２と空洞壁１９との間のリブ２４の外観面上に配置され、それにより、実質的にキャリア２２と挿入部材３０を囲む。
【００２３】
図９は、補強システム２０の別の例を示し、キャリア２２は、実質的に「Ｗ」形状である長手リブ２４を含む。システム２０はまた挿入部材３０、及び接合材料４０を含む。挿入部材３０は、図９に示されているように、リブ２４の中間セクションでキャリア２２内に配置され、実質的にリブ２４の形状と一致している。しかしながら、挿入部材３０は：リブ２４の副セクションのみに沿って配置され、リブ２４の領域の一つの半分よりも少ない領域を覆っている。示されているように、挿入部材３０は実質的に「Ｕ」形状であり且つキャリア２２及び空洞壁１９の間のリブ２４の外観面に配置されている。再び、挿入部材３０は成形金属プレートであることができ、そして成形ファイバーマットであることもできる。接合材料４０はそして少なくとも３つの場所に配置されている。例えば、接合材料４０は、挿入部材３０のセクション上、及びキャリア２２と空洞壁１９の間のリブ２４のセクション上に配置され、それにより部分的にキャリア２２と挿入部材３０を囲んでいる。
【００２４】
図１０は補強システム２０の別の例を示し、実質的に「Ｗ」形状であり、図９のそれに似ている、長手リブ２４を、キャリア２２は含み、その２つの端部は、中間セクションの長さ近くに延在する。システム２０は、また、挿入部材３０、及び接合材料４０を含む。挿入部材３０は、図１０に示されているように、キャリア２２内に配置され、「Ｗ」形状であり、リブ２４の形状に実質的に一致している。図１０に示されているように、挿入部材３０はリブ２４の表面領域のかなりの部分を覆う。再び、挿入部材３０は、成形プレートであることができ、成形ファイバーマットであることもできる。接合材料４０は、再び、少なくとも３つの場所、すなわち、挿入部材３０のセクション上、及びキャリア２２と空洞壁１９の間のリブ２４のセクション上に配置される。
【００２５】
図１１は、補強システム２０のさらに別の例を示し、キャリア２２は、また実質的に「Ｕ」形状の長手リブ２４を含む。システム２０はまた、少なくとも２つの挿入部材３０を含み、そして少なくとも３つの接合材料４０の部分を含む。挿入部材３０は、図１１で示されているように、実質的に「Ｕ」形状であり、リブ２４のものに対向する配向で構成されている。挿入部材３０は、リブ２４の延長された部分と噛み合うように構成されている。図１１で示されているように、各「Ｕ」形状の挿入部材３０の１つの側が外側に、キャリア２２の内側セクションから離れて延在し、空洞壁１９に向かって延在するように、挿入部材３０は、リブ２４に固定されている。さらに、図１１で示されるように、挿入部材３０は、リブ２４の表面領域の副部分のみを覆う。再び、挿入部材３０は成形金属プレートであることができ、そして成形ファイバーマットであることができる。接合材料４０は、再び少なくとも３つの場所、すなわち、挿入部材３０と空洞壁１９の間の挿入部材３０のセクション上、及びキャリア２２と空洞壁１９の間のリブ２４のセクション上に配置される。
【００２６】
図１２は車両フレーム内のエルボー部分を示す。例えば、正面負荷を受容するＡ−ピラー１２のような負荷を受けるノードは、ｙ及びｚ軸周りに回転する傾向があり、そのｙ軸は車両の横断軸であり、ｚ軸は車両の垂直軸である。そのような望ましくない回転を減少又は防ぐために、構造補強システム２０は、図１２に示されているように、ノードのエルボー部分に挿入されることができる。システム２０は実質的に平坦な挿入部材３０を含むことができる。さらに、挿入部材３０は、「Ｌ」、「Ｕ」又は「Ｓ」形状の形状にすることができる。さらに、挿入部材３０は、追加の安定性をもたらし、そのような望まない回転を防ぐために、軸外に備えられることができる。
【００２７】
図１２に示されているように、システム２０は、「Ｌ」形状のキャリア２２内に配置された挿入部材３０を含む。キャリア２２は、複数の横断リブ２６に相互接続した複数の長手リブ２４を含む。もちろん、キャリア２２は、空洞に一致する任意の数、形状、及び構成のリブを含むように構成されることができる。システム２０は、空洞壁１９に溶接及び固定するための対向する端部で延長部を含む実質的に「Ｌ」形状の挿入部材３０を含む。挿入部材３０はまた、局部剛性を増大させるために中間領域で長手変形を含む。挿入部材３０の延長部は、両方空洞の幅にわたり且つ溶接ポイント５０で空洞壁１９に固定されることができる。挿入部材３０の長手変形は、波形又は実質的に「Ｓ」形状の構造であることができ、それは空洞内のキャリア２２のエルボー部分を通じて対角線状に延在し、図１２に示されているように、それにより空洞の垂直及び水平部分の両方に延在する。キャリア２２は、挿入部材３０にわたりオーバーモールドされることができ、又は、膠剤、接着剤、若しくは機械的ファスナーを使用して挿入部材３０の両側上に機械的に固定されることができる。
【００２８】
図１３は別の構造補強システム２０の斜視図である。図１３で示されているように、システム２０は、キャリア２２、キャリア２２の全体長を越えて延在する挿入部材３０、及び（示されていない）接合材料を含む。示されているように、挿入部材３０は、システム２０を空洞壁１９に固定するために使用されることができる１以上のナット６０を含むことができ、また、空洞壁１９の対向側で追加の構造要素のための固定ポイントとして使用されることができる。例えば、ナット６０は、挿入部材３０に溶接されることができ、そして空洞壁１９の対向側で追加の構造要素を固定することができる対応するボルトにかみ合うように構成されることができる。典型的な構造的要素は、ドアヒンジ、ドアストライカー、シートベルトアタッチメント、等を含むことができる。もちろん、ファスナーの他の種類も、例えばねじ、ナットとボルト、フック、ピン、等のように、良好に使用されることができる。さらに、挿入部材３０は、空洞内の対応するスロットに噛み合うように構成された延長部６２を含むことができ、それにより空洞内のシステム２０の簡単な操作及び配置を促進することができる。延長部は、図１４でさらに示されているように、対応するスロットと噛み合うように構成されたフランジ状の金属延長部であることができる。さらに、図１４で示されているように、挿入部材３０は、ガイド６４を使用してキャリア２２に固定されることができる。ガイド６４は、例えば図１４で示される小さな突起のような、摩擦力を使用して適所に挿入部材３０を維持するために使用されることができるキャリア２２の一体的な部分であることができる。
【００２９】
ある構成においては、挿入部材３０と空洞壁１９の間に絶縁層を維持することが望まれる。例えば、空洞壁１９がアルミニウムから製造され且つ挿入部材３０が鋼鉄から製造されるとき、通常「バッテリー効果」として知られる、２つの金属界面で腐蝕が起こることがある。上述されているように、２つの要素の間にバッファ又は絶縁層を提供することが望まれるそのようなシナリオにおいて、システム２０はオーバーモールドされたプラスチック層、接合材料４０、又は接着剤で構成されることができる。認識できるように、そのような構成は金属接触する金属の量を制限することができる。
【００３０】
本願発明は、前述の好ましい及び代替的な実施例を参照して特に示され記載されている一方、当業者は、ここに記載されている発明の実施形態の様々な代替物が、以下の請求項で記載されるような発明の精神及び範囲から離れることなく、本発明を実施することを採用することができることが理解されるべきである。以下の請求項は、本発明の範囲を規定し、これらの請求項の範囲内の方法及び装置及びそれらの均等物がそれらにより含まれることが意図されている。本発明のこの記載は、新規であり、ここに記載された要素の非自明な組み合わせを含み、請求項はこれ又は後の出願中でこれらの要素の任意の新規で非自明な組み合わせで表わされることができることが理解されるべきである。前述の実施形態は、例示的であり、どの単一の特徴又は要素も、この又は後の出願で請求される全ての可能な組み合わせについて本質的ではない。
【符号の説明】
【００３１】
１０ 車両フレーム
１２ Ａ−ピラー
１４ Ｂ−ピラー
１６ ロッカー
１８ フレームレール
１９ 空洞壁
２０ 構造補強システム
２２ キャリア
２４ 長手リブ
２６ 横断リブ
２８ 窪み
３０ 挿入部材
４０ 接合材料
６０ ナット
６２ 延長部
【背景技術】
【０００１】
車、トラック、ボート、列車、及び飛行機は大抵中空の空洞を備えたフレームを含む。中空空洞は、これらの製品でよく作られて、製品の全体重量及び材料コストを減少させる。しかしながら、中空空洞をフレームに導入することは、フレームの総強度を減少させるかもしれず、そして車両の他の部分にノイズ及び振動を増加させるかもしれない。
【０００２】
これら及び他の悪い影響を軽減するため、中空空洞は、大抵補強を含み、様々な接合材料を含む。そのような補強は、ノイズ及び振動を減少させることができ、製品の構造剛性を増加させ、それらにより顕著な重量及び材料コストの減少を可能にする。補強システムは、例えば膨張可能な発泡体のように、剛体キャリアを付けられる接合材料を含むことができる。発泡体は、製造工程中に膨張し、発泡体が中空空洞の壁に接触するように、剛体キャリアを適所に固定する。補強システムは追加の構造補強をもたらすことができ、さらに、新規な形状、材料、及び構造の使用を通じて、他の利点をもたらす。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
開示されているのは、構造補強システムの様々な実施形態である。システムは、様々な製品内の中空空洞を補強して、製品の構造剛性を増加させる。システムは通常剛体キャリア、接合材料、及び挿入部材を含む。剛体キャリアは、空洞内の主構造補強をもたらし、そしてまた接合材料を載せる基体として役立つ。挿入部材は補強システムの構造剛性を増加させるために提供される。さらに、システムは、特定の場所の製品の構造剛性を増加させることにより特定のシナリオに特に対処し、そして特定の負荷方向に対処するように構成されることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】複数の空洞を有する自動車フレームの斜視図である。
【図２】構造補強システムの斜視図である。
【図３】図２の線３−３に沿った図２の構造補強システムの断面図である。
【図４Ａ】空洞内に配置された構造補強システムの側面図である。
【図４Ｂ】図４Ａの構造補強システムの頂面図である。
【図５Ａ】水平空洞中の別の構造補強システムの側面図である。
【図５Ｂ】図５Ａの構造補強システムの頂面図である。
【図６Ａ】水平空洞中のさらに別の構造補強システムの側面図である。
【図６Ｂ】図６Ａの構造補強システムの頂面図である。
【図７】空洞に配置された様々な構成の構造補強システムの断面図である。
【図８】空洞に配置された様々な構成の構造補強システムの断面図である。
【図９】空洞に配置された様々な構成の構造補強システムの断面図である。
【図１０】空洞に配置された様々な構成の構造補強システムの断面図である。
【図１１】空洞に配置された様々な構成の構造補強システムの断面図である。
【図１２】ノードのエルボー部分中に配置された構造補強システムの側面図である。
【図１３】ファスナーを含む別の構造補強システムの斜視図である。
【図１４】図１３で示された構造補強システムのより低い部分の斜視拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
図１は、開示される構造補強システムを使用して補強された多くの空洞を含む車両フレーム１０を図示する。そのような空洞は任意の寸法、形状、又は配向であることができ、そして、様々な金属、複合材料、及び／又はプラスチックを含む、任意の材料から形成されることができる。例えば、車両フレーム１０内の潜在的に補強可能な空洞は、Ａ−ビラー１２、Ｂ−ピラー１４、ロッカー１６、及びフレームレール１８を含む、フレームの様々な部分内に見出すことができる。さらなる用途には、Ｃ−ビラー、Ｄ−ピラー１４、ルーフレール、横断ビーム等が挙げられる。通常、車両フレーム１０の構造剛性は、車両フレーム１０内のそのような中空空洞を補強することにより、大きく増大させることができる。もちろん、開示された構造補強システムは、製品の構造剛性を増加させるため、他の製品にも使用されることができ、そして車両フレーム内の中空空洞に制限されることはない。
【０００６】
図２は、車両フレーム１０内の空洞を補強するための構造補強システム２０の斜視図である。空洞は、例えば車両フレーム１０の様々な場所内などの製品の任意の部分に配置されることができる。典型的には、システム２０は、例えば、Ａ−ビラー１２内のような、特定の空洞のためにデザインされることができるが、システム２０は異なる寸法の空洞に一般的に適合するようにデザインされることもできる。システム２０は、空洞の一部に適合するようにデザインすることができ、又は全体の空洞に適合又は充填するようにデザインされることもできる。システム２０は典型的には製造工程中に空洞内に配置されることができる運搬可能なアセンブリである。以下に詳細に議論されるように、システム２０は、剛体キャリア２２、挿入部材３０、及び接合材料４０を通常含む。もちろん、システム２０はまた１以上の化学的な若しくは機械的なファスナー又は特定の応用にシステム２０を強化又は仕立てることができる他の任意の部材を含むことができる。
【０００７】
キャリア２２は、大抵、空洞内に構造補強をもたらす剛性構造物であり、接合材料４０のためのベース又は基体を提供する。キャリア２２は、単一の材料から形成されることができ、又は一緒に固定される分離したコンポーネントとして形成されることができる。キャリア２２は、様々なポリアミドを含む、様々な金属、プラスチック、複合材料、等を含む任意の数の異なる材料から作られることができる。もちろん、特定の材料又は色々な材料は、あるデザイン選択が重量、強度、及び材料を特定の形状又は構成に形成するための能力を基にするように、特定の応用に依存することもできる。キャリア２２は、円柱状、矩形状、起伏状（ｃｏｎｔｏｕｒｅｄ）、角度付けされた（ａｎｇｌｅｄ）、折り曲げられた（ｂｅｎｔ）、湾曲した（ｃｕｒｖｅｄ）、及び／又は平坦な、部分を含む様々な形状及び構成で形成されることができ、空洞内に適合するようにデザインされた任意の形状の組み合わせを含む。
【０００８】
図２に示すように、キャリア２２は、均等な間隔を有して且つ１以上の垂直な壁により接続される複数のリブを含む。例えば、図２に示されるように、キャリア２２は、複数の横断リブ２６に相互接続された複数の長手方向リブ２４を含む。もちろん、キャリア２２は、任意の数、形状、及び構成のリブを含むように構成することができる。通常、各リブは、空洞壁に近接して配置される晒された水平面及び晒された垂直な面を含む。典型的には、接合材料４０は、例えばリブ２４、２６の外側表面のような、キャリア２２の外表面に配置される。リブ２４、２６の厚さ及び間隔は、実質的に特定の応用に依存して変えることができる。しかしながら、リブ２４、２６は、２〜８ｍｍの厚さとすることができ、そして２０〜４０ｍｍ離れた間隔とすることができる。もちろん、そのようなデザイン選択は、特定の応用の性能要求により影響されることになりうる。横断リブ２４は、典型的には、圧縮荷重を受け、空洞が負荷の主方向の、又はセクションの局所領域の、許容可能な限度を越えて変形する機会を減少させる。長手方向リブ２６は、典型的には引張荷重を受ける。さらに、図２に示されるように、キャリア２２のリブ２４、２６は、接合材料４０を収容するためにも使用されることができる複数の窪み２８を提供するように構成される。
【０００９】
接合材料４０は、膨張可能な発泡体、構造発泡体、接着剤、構造接着剤、流動可能材料、又は、空洞壁にキャリア２２を接合させるそれらのいくつかの組み合わせであることができる。通常、接合材料４０は、キャリア２２に配置され、活性化工程を経た後にキャリア２２を空洞に接合させる。キャリア２２は、典型的には、例えば、リブ２４、２６の交差部中に形成されることができる窪み２８のような、保持領域中に、接合材料４０を保持する。接合材料４０は、例えば、膠剤、接着剤、又は機械的クリップのような、化学的又は機械的ファスナーを含む、任意の可能な方法を使用して、窪み２８に保持されることができる。キャリア２２は、通常、接合材料４０を収容するため少なくとも１つの窪み２８を含む。図２で示されているように、キャリア２２は、キャリア２２の至るところに間隔を周期的に空けた多重窪み２８を含み、そして窪み２８内に配置され窪み２８を越えて突出している接合材料４０の一部を含む。しかしながら、接合材料４０は、キャリア２２の任意の表面に配置されることができ、それにより活性化後、接合材料４０は、キャリア２２を空洞内の適所に固定することができ、そして典型的には追加の構造補強を提供するようにできる。通常、接合材料４０が膨張可能材料であるか、または、流動可能な材料であるとき、キャリア２２は典型的には、複数の窪み２８を伴って構成される。しかしながら、接合材料４０が構造接着剤であるとき、キャリア２２は、典型的には、構造接着剤に接合するために１以上の実質的な平坦な外側／外観表面で構成される。
【００１０】
典型的には、キャリア２２は、多種多様の形状に簡単に形成することが可能なプラスチック又は複合材料から製造されることができる。通常、キャリア２２をプラスチックから形成することは、空洞が補強されることができる一方、製品の総重量を減少させることもできることを確実にする。さらに、プラスチックは、複雑な３−Ｄ形状に形成されることができ、新規な形状及びデザインを通じて強化された構造補強を提供することができる。しかしながら、そのような材料は、典型的には、例えば鉄又は鋼鉄のような金属よりも少ない構造補強を提供する。金属は、一方、より重く、複雑な３−Ｄ形状を形成することはより難しいが、典型的には、プラスチックまたは複合材料よりもさらに構造補強を提供する。このように、以下で説明するように、システム２０は、空洞の強化された補強を提供することができる一方、軽量のままで、そしてさまざまな構成の１以上の金属挿入部材３０を含むことにより簡単に形成可能であるものを提供する。
【００１１】
さらに図２で図示されているようにシステム２０はまた挿入部材３０を含む。挿入部材３０は、図２で図示されたように、細長く、実質的に平坦なプレートでありキャリア２２内に配置されている。挿入部材３０は、金属から製造されることができる一方、キャリア２２は、挿入部材３０周りにオーバーモールドされた剛性プラスチックから製造されることもできる。図２で図示されているように、挿入部材３０は長手方向にまたは負荷適用と反対側の空洞壁の近くに配置され、典型的にはシステムは引っ張り負荷の影響を受ける。そのような構成において、システム２０は金属の増加された構造補強から利点を得る一方、同時に減少された重量及びプラスチックの複雑な３−Ｄ形状を形成する能力から利点を得る。挿入部材３０は、任意の配向に配置されることができ、システム２０が任意の形状及び寸法の空洞を補強することができるように形成又は成形されることができる。さらに、挿入部材３０は、特定の局所化された領域及び配向で、特定の要求を達成するために、追加の構造補強に対処することができる。例えば、検査データは、ある配向でストレスを受けたとき空洞が所望の量よりも変形することを示すことができる。補強システムはそして、特定の変形問題に対処するために、特定の場所及び配向で挿入部材３０で増補されることができる。以下でさらに詳しく説明されるように、構造補強システムは、特定の変形懸念に対処するためまたは特定の顧客要求に対処するため戦略的に配置された１以上の挿入部材３０で増補されることができる一方、全ての製品に追加される重量を最小化することができる。挿入部材３０はまた金属のように強化された構造補強を提供することができるファイバーマット（ｆｉｂｅｒ ｍａｔ）であることができる。例えば、ファイバーマットは、熱可塑性プラスチックからなる熱成型されたラミネートであることができる。そのようなファイバーマットは、軽量ハイブリッド構造を形成するためプラスチックを使用したオーバーモールド工程を通じて形成されることができる。
【００１２】
力が、例えばフレームレール１８のような、車両フレーム１０のレール形状の空洞に加えられたとき、レールは、横断方向に変形する傾向があるだけではなく、レールのセクションが、負荷を受ける局所領域に受容可能な限度を越えて変形することになりうる。そのような局所変形は、全てのレールの構造完全性に不利な影響を与えうる。典型的には、そのようなレールは、キャリア２２及び接合材料４０を含む構造補強システムを使用して補強されることができる。そのような補強システムはレールの構造剛性を圧縮の際増加させることができる一方、負荷に対して通常の方向の引っ張りの際にはレールの構造剛性を増加させる必要はないかもしれない。挿入部材３０は、システム２０内で受容不可能な量の変形に影響をうける位置及び方向に含まれることができる。そのような変形はレールの１つの領域に限定されないかもしれないので、多重補強システム２０がレールの全体の長さを補強するために使用されることができる。さらに、１つのシステム２０が使用されることができ、１つのシステム２０は、キャリア２２に固定された多重挿入部材３０を含む。
【００１３】
通常、システム２０は挿入部材３０を含み、それは鋼鉄又はアルミニウムの金属プレートであって、そしてキャリア２２により取り囲まれており、それはプラスチックリブ化構造であることができる。システム２０は、また、キャリア２２を１以上の空洞壁に接合する膨張可能な発泡体を含むことができる。挿入部材３０は、実質的に平坦な金属プレートであることができ、又は、例えば「Ｕ」形状、「Ｓ」形状、又は「Ｗ」形状のような形状にすることができる。さらに、金属からなる挿入部材３０を含めることにより、システム２０は次に金属空洞に溶接されることができる。
【００１４】
図３は、図２の線３−３に沿った構造補強システム２０の断面図である。図３に示されるように、システム２０は、接合材料４０が膨張の後空洞壁１９とキャリア２２の両方に接触するように構成され、それにより適所にキャリア２２を固定し、また追加の構造補強をも提供する。典型的には、接合材料４０及びキャリア２２は、活性化前にシステム２０と空洞壁１９の間の予備膨張隙間を維持するように構成される。予備膨張隙間を提供することは、製造者に、液体コーティングを例えば窪み又は槽のような空洞内の壁４２に適用することを可能にし、そしてより広い組立公差を可能にする。通常、システム２０は、接合材料４０が活性化されるとき、接合材料が、キャリア２２及び１以上の空洞壁１９の両方に膨張し接触する。活性化工程の後、接合材料４０は、実質的に固相に転移して、硬化する。接合材料４０は、構造発泡体であることができ、それにより追加の構造補強を空洞内に提供することができる。
【００１５】
活性化する前には、接合材料４０は、非膨張状態に止まり、おそらくキャリア２２内の窪み２８を占有するか、キャリア２２の外観面に配置される。通常、システム２０は、車両製造工程の初期段階中に、車両フレーム１０内の窪みに配置されうる。後の段階で、車両フレーム１０は、例えば塗装工程中のような加熱処理又は焼成工程を受ける。通常、接合材料４０は、キャリア２２と空洞壁１９の間の任意の空間を充填するために膨張することができる熱活性化材料である。活性化は通常熱を加えることにより起こるが、接合材料４０は、マイクロウェーブ、超音波、放射、電流、化学反応等を使用した様々な他の電気的な又は化学的な工程を通じて活性化されることもできる。
【００１６】
図３に示したように、システム２０は、噛み合うように又は空洞壁１９内に固定されるように構成されることができる挿入部材３０を含む。さらに、挿入部材３０は直接的に空洞壁１９に接触することはないかもしれず、しかし単にシステム２０内に含まれることができる。挿入部材３０は、おそらく所望の性能特性に応じて異なる場所及び配向を含む任意の形式でキャリア２２に一体化されることができる。キャリア２２は２つのピースの構造物であることができ、２分割されたものが互いに挿入部材３０に、膠剤、接着剤、又は機械的ファスナーを使用して取り付けられることができる。さらに、キャリア２２は、挿入部材３０上及び周辺でオーバーモールドされることができる。挿入部材３０は、挿入部材３０がキャリア２２に一体的に形成されることを可能とする複数のホール３２を含むことができる。ホール３２はそして、液体プラスチックがホール３２を通じて流れることを可能にし、キャリア２２が形成されて挿入部材３０と一体的に接合されることができる。形成に続いて、接合材料４０はそしてキャリア２２及び／又は挿入部材３０に追加されることができる。
【００１７】
図４Ａ及び４Ｂは、挿入部材３０を含む構造補強システム２０の一例を示す。図４Ａはシステム２０の側面図であり、システム２０は、挿入部材３０により空洞壁１９に取り付けられることを示している。図４Ａで示されているように、キャリア２２は挿入部材３０及び接合材料４０を含む。図４Ａ及び４Ｂで示されているように、挿入部材３０は、空洞壁１９の間の距離にわたるキャリア２２内に配置された、単一の、細長い、実質的に平坦なプレートである。そのような例では、挿入部材３０はその部分の長さの大部分に固定されることができる。空洞壁１９は空洞内の継ぎ目を溶接されることができる。挿入部材３０は、金属から作ることができ、溶接を通じてシステム２０を空洞壁１９に固定するために使用されることができる複数の溶接ポイント５０を含むことができる。図４Ｂで示されているように、システム２０はキャリア２２に配置される少なくとも２つの接合材料４０の堆積場所を含む。
【００１８】
図５Ａ及び５Ｂは、複数の挿入部材３０を含む構造補強システム２０の例を示す。図５Ａは、システム２０の側面図であり、互いに接触しない２つの挿入部材３０を含むシステム２０を例示し、各挿入部材３０はキャリア２２に固定されている。システム２０は、溶接ポイント５０で挿入部材３０により空洞壁１９に取り付けられている。挿入部材３０は、キャリア２２の対向する端部でそれぞれ配置されている。図５Ａ及び５Ｂにより示されているように、各挿入部材３０は、空洞壁１９の間の距離にわたって、細長く、実質的に平坦なストリップである。そのような例において、システム２０は、キャリア２２に固定される複数の局所化された金属挿入部材３０を含む。システム２０は、キャリア２２に配置された少なくとも２つの接合材料の堆積場所を含む。
【００１９】
図６Ａ及び６Ｂは、挿入部材３０を含む構造補強システム２０の別の例を示す。図６Ａはシステム２０の側面図であり、システム２０は、キャリア２２に固定された１つの挿入部材３０を含むことを示している。システム２０は再び、溶接ポイント５０で挿入部材３０により空洞壁１９に取り付けられている。図６Ａ及び６Ｂで示されているように、挿入部材３０は、「Ｉ」形状の構成で形成される、細長く、実質的に平坦なプレートである。再び、挿入部材３０は空洞壁１９の間の距離にわたる。システム２０はまた、キャリア２２に配置された少なくとも２つの接合材料４０の堆積場所を含む。
【００２０】
例えばＡ−ピラー１２及びＢ−ピラー１４のようなピラーは、通常、負荷がかかるときに、１以上の領域で変形する傾向がある。ピラーを補強することは、システム２０を使用することで達成されることができる。ピラーに加えられたストレスによりよく対処するために、システム２０は、ピラーの長手方向に配置され且つ通常「Ｃ」「Ｕ」又は「Ｗ」断面形状を有する金属からなる挿入部材３０を含むことができる。上に示されているように、挿入部材３０はキャリア２２内に配置されることができ、キャリア２２はリブ２４、２６のアレイを含む。リブ２４、２６は、横断及び長手方向の両方に挿入部材３０に対して垂直に配置されることができる。
【００２１】
図７−１１は、例えばピラーのように、空洞内に配置される様々な構成の構造補強システム２０の切り取り図である。図７に示されているように、システム２０のキャリア２２は、２つの長手リブ２４により分離された複数の横断リブ２６を含む。システム２０はまた挿入部材３０、及び接合材料４０を含む。挿入部材３０は、図７で示されているように、長手リブ２４の端部でキャリア２２内に配置されている。挿入部材３０は、実質的に平坦な中間セクションとともに対向する端部で上向きにされた部分を含む。１つの例では、挿入部材３０はそれぞれの端部で２つの上向きにされたセクションを備えた金属シートであり、それにより実質的に空洞の形状と一致する。別の例において、挿入部材３０は、空洞の形状と実質的に一致するような形状であるファイバーマットである。接合材料４０が活性化後に挿入部材３０を空洞壁１９に接合させることにより空洞内にシステム２０を固定することができるように、接合材料４０は、次に挿入部材３０上に配置される。別の例において、接着剤が使用されることができ、接合材料４０を置き換えることができる。
【００２２】
図８は、補強システム２０の別の例を示す。図８に示されているように、実質的に「Ｕ」形状であり且つそれぞれの側に追加のフランジ状の突起を含む長手方向リブ２４により分離された複数の横断リブ２６をキャリア２２は含む。システム２０はまた挿入部材３０、及び接合材料４０を含む。挿入部材３０は、図８に示されているように、長手リブ２４の端部でキャリア２２内に配置されている。挿入部材３０は、実質的に平坦な中間セクションを備える対向する端部で上向きにされた部分を含む。再び、挿入部材３０は成形金属プレートであることができ、また成形ファイバーマットであることができる。接合材料４０はそして挿入部材３０及びキャリア２２と空洞壁１９との間のリブ２４の外観面上に配置され、それにより、実質的にキャリア２２と挿入部材３０を囲む。
【００２３】
図９は、補強システム２０の別の例を示し、キャリア２２は、実質的に「Ｗ」形状である長手リブ２４を含む。システム２０はまた挿入部材３０、及び接合材料４０を含む。挿入部材３０は、図９に示されているように、リブ２４の中間セクションでキャリア２２内に配置され、実質的にリブ２４の形状と一致している。しかしながら、挿入部材３０は：リブ２４の副セクションのみに沿って配置され、リブ２４の領域の一つの半分よりも少ない領域を覆っている。示されているように、挿入部材３０は実質的に「Ｕ」形状であり且つキャリア２２及び空洞壁１９の間のリブ２４の外観面に配置されている。再び、挿入部材３０は成形金属プレートであることができ、そして成形ファイバーマットであることもできる。接合材料４０はそして少なくとも３つの場所に配置されている。例えば、接合材料４０は、挿入部材３０のセクション上、及びキャリア２２と空洞壁１９の間のリブ２４のセクション上に配置され、それにより部分的にキャリア２２と挿入部材３０を囲んでいる。
【００２４】
図１０は補強システム２０の別の例を示し、実質的に「Ｗ」形状であり、図９のそれに似ている、長手リブ２４を、キャリア２２は含み、その２つの端部は、中間セクションの長さ近くに延在する。システム２０は、また、挿入部材３０、及び接合材料４０を含む。挿入部材３０は、図１０に示されているように、キャリア２２内に配置され、「Ｗ」形状であり、リブ２４の形状に実質的に一致している。図１０に示されているように、挿入部材３０はリブ２４の表面領域のかなりの部分を覆う。再び、挿入部材３０は、成形プレートであることができ、成形ファイバーマットであることもできる。接合材料４０は、再び、少なくとも３つの場所、すなわち、挿入部材３０のセクション上、及びキャリア２２と空洞壁１９の間のリブ２４のセクション上に配置される。
【００２５】
図１１は、補強システム２０のさらに別の例を示し、キャリア２２は、また実質的に「Ｕ」形状の長手リブ２４を含む。システム２０はまた、少なくとも２つの挿入部材３０を含み、そして少なくとも３つの接合材料４０の部分を含む。挿入部材３０は、図１１で示されているように、実質的に「Ｕ」形状であり、リブ２４のものに対向する配向で構成されている。挿入部材３０は、リブ２４の延長された部分と噛み合うように構成されている。図１１で示されているように、各「Ｕ」形状の挿入部材３０の１つの側が外側に、キャリア２２の内側セクションから離れて延在し、空洞壁１９に向かって延在するように、挿入部材３０は、リブ２４に固定されている。さらに、図１１で示されるように、挿入部材３０は、リブ２４の表面領域の副部分のみを覆う。再び、挿入部材３０は成形金属プレートであることができ、そして成形ファイバーマットであることができる。接合材料４０は、再び少なくとも３つの場所、すなわち、挿入部材３０と空洞壁１９の間の挿入部材３０のセクション上、及びキャリア２２と空洞壁１９の間のリブ２４のセクション上に配置される。
【００２６】
図１２は車両フレーム内のエルボー部分を示す。例えば、正面負荷を受容するＡ−ピラー１２のような負荷を受けるノードは、ｙ及びｚ軸周りに回転する傾向があり、そのｙ軸は車両の横断軸であり、ｚ軸は車両の垂直軸である。そのような望ましくない回転を減少又は防ぐために、構造補強システム２０は、図１２に示されているように、ノードのエルボー部分に挿入されることができる。システム２０は実質的に平坦な挿入部材３０を含むことができる。さらに、挿入部材３０は、「Ｌ」、「Ｕ」又は「Ｓ」形状の形状にすることができる。さらに、挿入部材３０は、追加の安定性をもたらし、そのような望まない回転を防ぐために、軸外に備えられることができる。
【００２７】
図１２に示されているように、システム２０は、「Ｌ」形状のキャリア２２内に配置された挿入部材３０を含む。キャリア２２は、複数の横断リブ２６に相互接続した複数の長手リブ２４を含む。もちろん、キャリア２２は、空洞に一致する任意の数、形状、及び構成のリブを含むように構成されることができる。システム２０は、空洞壁１９に溶接及び固定するための対向する端部で延長部を含む実質的に「Ｌ」形状の挿入部材３０を含む。挿入部材３０はまた、局部剛性を増大させるために中間領域で長手変形を含む。挿入部材３０の延長部は、両方空洞の幅にわたり且つ溶接ポイント５０で空洞壁１９に固定されることができる。挿入部材３０の長手変形は、波形又は実質的に「Ｓ」形状の構造であることができ、それは空洞内のキャリア２２のエルボー部分を通じて対角線状に延在し、図１２に示されているように、それにより空洞の垂直及び水平部分の両方に延在する。キャリア２２は、挿入部材３０にわたりオーバーモールドされることができ、又は、膠剤、接着剤、若しくは機械的ファスナーを使用して挿入部材３０の両側上に機械的に固定されることができる。
【００２８】
図１３は別の構造補強システム２０の斜視図である。図１３で示されているように、システム２０は、キャリア２２、キャリア２２の全体長を越えて延在する挿入部材３０、及び（示されていない）接合材料を含む。示されているように、挿入部材３０は、システム２０を空洞壁１９に固定するために使用されることができる１以上のナット６０を含むことができ、また、空洞壁１９の対向側で追加の構造要素のための固定ポイントとして使用されることができる。例えば、ナット６０は、挿入部材３０に溶接されることができ、そして空洞壁１９の対向側で追加の構造要素を固定することができる対応するボルトにかみ合うように構成されることができる。典型的な構造的要素は、ドアヒンジ、ドアストライカー、シートベルトアタッチメント、等を含むことができる。もちろん、ファスナーの他の種類も、例えばねじ、ナットとボルト、フック、ピン、等のように、良好に使用されることができる。さらに、挿入部材３０は、空洞内の対応するスロットに噛み合うように構成された延長部６２を含むことができ、それにより空洞内のシステム２０の簡単な操作及び配置を促進することができる。延長部は、図１４でさらに示されているように、対応するスロットと噛み合うように構成されたフランジ状の金属延長部であることができる。さらに、図１４で示されているように、挿入部材３０は、ガイド６４を使用してキャリア２２に固定されることができる。ガイド６４は、例えば図１４で示される小さな突起のような、摩擦力を使用して適所に挿入部材３０を維持するために使用されることができるキャリア２２の一体的な部分であることができる。
【００２９】
ある構成においては、挿入部材３０と空洞壁１９の間に絶縁層を維持することが望まれる。例えば、空洞壁１９がアルミニウムから製造され且つ挿入部材３０が鋼鉄から製造されるとき、通常「バッテリー効果」として知られる、２つの金属界面で腐蝕が起こることがある。上述されているように、２つの要素の間にバッファ又は絶縁層を提供することが望まれるそのようなシナリオにおいて、システム２０はオーバーモールドされたプラスチック層、接合材料４０、又は接着剤で構成されることができる。認識できるように、そのような構成は金属接触する金属の量を制限することができる。
【００３０】
本願発明は、前述の好ましい及び代替的な実施例を参照して特に示され記載されている一方、当業者は、ここに記載されている発明の実施形態の様々な代替物が、以下の請求項で記載されるような発明の精神及び範囲から離れることなく、本発明を実施することを採用することができることが理解されるべきである。以下の請求項は、本発明の範囲を規定し、これらの請求項の範囲内の方法及び装置及びそれらの均等物がそれらにより含まれることが意図されている。本発明のこの記載は、新規であり、ここに記載された要素の非自明な組み合わせを含み、請求項はこれ又は後の出願中でこれらの要素の任意の新規で非自明な組み合わせで表わされることができることが理解されるべきである。前述の実施形態は、例示的であり、どの単一の特徴又は要素も、この又は後の出願で請求される全ての可能な組み合わせについて本質的ではない。
【符号の説明】
【００３１】
１０ 車両フレーム
１２ Ａ−ピラー
１４ Ｂ−ピラー
１６ ロッカー
１８ フレームレール
１９ 空洞壁
２０ 構造補強システム
２２ キャリア
２４ 長手リブ
２６ 横断リブ
２８ 窪み
３０ 挿入部材
４０ 接合材料
６０ ナット
６２ 延長部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造補強システム（２０）であって、
剛性キャリア（２２）；
前記剛性キャリア（２２）に固定的に固定された挿入部材（３０）；及び
前記剛性キャリア（２２）及び前記挿入部材（３０）が前記接合材料（４０）が膨張した後に適所に固定されるように、前記剛性キャリア（２２）又は前記挿入部材（３０）の少なくとも一部にわたって配置された接合材料（４０）
を備えることを特徴とする構造補強システム（２０）。
【請求項２】
前記剛性キャリア（２２）はプラスチックから形成され、前記挿入部材（３０）は金属又はファイバーマットから形成され、そして前記接合材料（４０）は構造膨張可能材料、流動可能材料、及び構造接着剤の少なくとも１つからなることを特徴とする請求項１に記載の構造補強システム（２０）。
【請求項３】
前記剛性キャリア（２２）は、複数の横断リブ（２６）に相互接続された複数の長手リブ（２４）を含むことを特徴とする請求項１に記載の構造補強システム（２０）。
【請求項４】
前記挿入部材（３０）は、実質的に矩形のプレート、実質的に「Ｌ」形状の構成、実質的に「Ｕ」形状の構成、実質的に「Ｓ」形状の構成、又は実質的に「Ｗ」形状の構成であることを特徴とする請求項１に記載の構造補強システム（２０）。
【請求項５】
前記挿入部材（３０）は、前記挿入部材（３０）が前記キャリア（２２）と一体的に形成されることを可能とする複数のホール（３２）を含むことを特徴とする請求項１に記載の構造補強システム（２０）。
【請求項６】
前記挿入部材（３０）の少なくとも一部は、２つの空洞壁（１９）の間の距離にわたるように構成されることを特徴とする請求項４に記載の構造補強システム（２０）。
【請求項７】
前記挿入部材（３０）は、局所的に細長い波形変形を含むことを特徴とする請求項６に記載の構造補強システム（２０）。
【請求項８】
第２挿入部材（３０）をさらに備え、前記挿入部材（３０）は互いに直接接触せず、それぞれの前記挿入部材（３０）は前記剛性キャリア（２２）内に一体的に形成され、それぞれの前記挿入部材（３０）は前記剛性キャリア（２２）の対向する端部に配置され、それぞれの前記挿入部材（３０）は細長く、実質的に平坦なストリップとして形成されていることを特徴とする請求項１に記載の構造補強システム（２０）。
【請求項９】
前記挿入部材（３０）は、「Ｉ」形状の構成で形成される細長い、実質的に平坦なプレートであり、そして空洞壁（１９）の間の距離にわたりさらに構成されることを特徴とする請求項１に記載の構造補強システム（２０）。
【請求項１０】
前記挿入部材（３０）は、空洞内に配置されるときに前記挿入部材（３０）が空洞壁（１９）にかなり接近して配置されるように、長手リブ（２４）の端部で前記剛性キャリア（２２）内に配置されることを特徴とする請求項３に記載の構造補強システム（２０）。
【請求項１１】
前記挿入部材（３０）は、実質的に平坦な中間セクションを備えて対向する端部で上向きにされた部分を含むこと特徴とする請求項１０に記載の構造補強システム（２０）。
【請求項１２】
前記長手リブ（２４）は実質的に「Ｕ」形状であり、且つさらに少なくとも２つのフランジ状の突起を前記長手リブ（２４）の対向する側上に含むことを特徴とする請求項３に記載の構造補強システム（２０）。
【請求項１３】
前記挿入部材（３０）は、実質的に平坦な中間セクションを備えて対向する端部で上向きにされた部分を含み、空洞内に配置されるときに前記挿入部材（３０）が空洞壁（１９）にかなり近接して配置されるように、前記長手リブ（２４）の端部で前記剛性キャリア（２２）内に配置されることを特徴とする請求項１２に記載の構造補強システム（２０）。
【請求項１４】
前記長手リブ（２４）は実質的に「Ｗ」形状であり、並びに前記挿入部材（３０）は実質的に「Ｕ」形状であり、前記長手リブ（２４）の中間セクションで前記キャリア（２２）内に配置され、前記挿入部材（３０）は、前記長手リブ（２４）の形状に実質的に一致することを特徴とする請求項３に記載の構造補強システム（２０）。
【請求項１５】
前記長手リブ（２４）は実質的に「Ｗ」形状であり、並びに前記挿入部材（３０）も実質的に「Ｗ」形状であり、前記挿入部材（３０）は実質的に形状に一致するような形状であることを特徴とする請求項３に記載の構造補強システム（２０）。
【請求項１６】
空洞内に配置されるとき前記接合材料（４０）が前記剛性キャリア（２２）及び空洞壁（１９）の間に配置されるように、前記接合材料（４０）は前記挿入部材（３０）上及び前記長手リブ（２４）の外観面上に配置されることを特徴とする請求項１１、１３、又は１５のいずれか１つに記載の構造補強システム（２０）。
【請求項１７】
第２挿入部材（３０）をさらに備え、前記長手リブ（２４）は実質的に「Ｕ」形状であり、並びに前記挿入部材（３０）も実質的に「Ｕ」形状であり且つ各「Ｕ」形状の挿入部材（３０）の１つの側が前記剛性キャリア（２２）の内側セクションから離れるように延在し、空洞内に配置されるとき空洞壁（１９）に向かって延在するように、前記「Ｕ」形状の長手リブ（２４）の配向に、対向する配向で構成されていることを特徴とする請求項３に記載の構造補強システム（２０）。
【請求項１８】
ナット（６０）及び延長部（６２）の少なくとも１つをさらに備え、前記ナット（６０）は空洞壁（１９）の対向側で追加の構造要素のための固定ポイントとして役立つことができ、並びに前記延長部（６２）は前記挿入部材（３０）と一体的に形成され且つ空洞壁（１９）に形成された対応するスロットと噛み合うように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の構造補強システム（２０）。
【請求項１９】
空洞を補強する方法であって、
補強されるべき空洞の一部を同定するステップ；
追加の構造補強を確立するために負荷方向を同定するステップ；
前記空洞部分内に挿入部材（３０）の位置及び配向を選択するステップ；
前記同定された空洞部分を補強するために、前記挿入部材（３０）を剛性キャリア（２２）に固定するステップであって、前記挿入部材（３０）は、追加の構造補強が前記同定された負荷方向に対応して提供するために配置され且つ配向されるステップ;及び
接合材料（４０）を前記挿入部材（３０）又は前記剛性キャリア（２２）に提供するステップ
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
複数の横断リブ（２６）に相互接続される複数の長手リブ（２４）を含むために前記剛性キャリア（２２）を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
実質的に矩形プレート、実質的に「Ｌ」形状の構成、実質的に「Ｕ」形状の構成、実質的に「Ｓ」形状の構成、又は実質的に「Ｗ」形状の構成に、前記挿入部材（３０）を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記剛性キャリア（２２）はプラスクックから形成され、前記挿入部材（３０）は金属又はファイバーマットから形成され、そして前記接合材料（４０）は、構造膨張可能材料、流動可能材料、及び構造接着剤の少なくとも１つからなることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項１】
構造補強システム（２０）であって、
剛性キャリア（２２）；
前記剛性キャリア（２２）に固定的に固定された挿入部材（３０）；及び
前記剛性キャリア（２２）及び前記挿入部材（３０）が前記接合材料（４０）が膨張した後に適所に固定されるように、前記剛性キャリア（２２）又は前記挿入部材（３０）の少なくとも一部にわたって配置された接合材料（４０）
を備えることを特徴とする構造補強システム（２０）。
【請求項２】
前記剛性キャリア（２２）はプラスチックから形成され、前記挿入部材（３０）は金属又はファイバーマットから形成され、そして前記接合材料（４０）は構造膨張可能材料、流動可能材料、及び構造接着剤の少なくとも１つからなることを特徴とする請求項１に記載の構造補強システム（２０）。
【請求項３】
前記剛性キャリア（２２）は、複数の横断リブ（２６）に相互接続された複数の長手リブ（２４）を含むことを特徴とする請求項１に記載の構造補強システム（２０）。
【請求項４】
前記挿入部材（３０）は、実質的に矩形のプレート、実質的に「Ｌ」形状の構成、実質的に「Ｕ」形状の構成、実質的に「Ｓ」形状の構成、又は実質的に「Ｗ」形状の構成であることを特徴とする請求項１に記載の構造補強システム（２０）。
【請求項５】
前記挿入部材（３０）は、前記挿入部材（３０）が前記キャリア（２２）と一体的に形成されることを可能とする複数のホール（３２）を含むことを特徴とする請求項１に記載の構造補強システム（２０）。
【請求項６】
前記挿入部材（３０）の少なくとも一部は、２つの空洞壁（１９）の間の距離にわたるように構成されることを特徴とする請求項４に記載の構造補強システム（２０）。
【請求項７】
前記挿入部材（３０）は、局所的に細長い波形変形を含むことを特徴とする請求項６に記載の構造補強システム（２０）。
【請求項８】
第２挿入部材（３０）をさらに備え、前記挿入部材（３０）は互いに直接接触せず、それぞれの前記挿入部材（３０）は前記剛性キャリア（２２）内に一体的に形成され、それぞれの前記挿入部材（３０）は前記剛性キャリア（２２）の対向する端部に配置され、それぞれの前記挿入部材（３０）は細長く、実質的に平坦なストリップとして形成されていることを特徴とする請求項１に記載の構造補強システム（２０）。
【請求項９】
前記挿入部材（３０）は、「Ｉ」形状の構成で形成される細長い、実質的に平坦なプレートであり、そして空洞壁（１９）の間の距離にわたりさらに構成されることを特徴とする請求項１に記載の構造補強システム（２０）。
【請求項１０】
前記挿入部材（３０）は、空洞内に配置されるときに前記挿入部材（３０）が空洞壁（１９）にかなり接近して配置されるように、長手リブ（２４）の端部で前記剛性キャリア（２２）内に配置されることを特徴とする請求項３に記載の構造補強システム（２０）。
【請求項１１】
前記挿入部材（３０）は、実質的に平坦な中間セクションを備えて対向する端部で上向きにされた部分を含むこと特徴とする請求項１０に記載の構造補強システム（２０）。
【請求項１２】
前記長手リブ（２４）は実質的に「Ｕ」形状であり、且つさらに少なくとも２つのフランジ状の突起を前記長手リブ（２４）の対向する側上に含むことを特徴とする請求項３に記載の構造補強システム（２０）。
【請求項１３】
前記挿入部材（３０）は、実質的に平坦な中間セクションを備えて対向する端部で上向きにされた部分を含み、空洞内に配置されるときに前記挿入部材（３０）が空洞壁（１９）にかなり近接して配置されるように、前記長手リブ（２４）の端部で前記剛性キャリア（２２）内に配置されることを特徴とする請求項１２に記載の構造補強システム（２０）。
【請求項１４】
前記長手リブ（２４）は実質的に「Ｗ」形状であり、並びに前記挿入部材（３０）は実質的に「Ｕ」形状であり、前記長手リブ（２４）の中間セクションで前記キャリア（２２）内に配置され、前記挿入部材（３０）は、前記長手リブ（２４）の形状に実質的に一致することを特徴とする請求項３に記載の構造補強システム（２０）。
【請求項１５】
前記長手リブ（２４）は実質的に「Ｗ」形状であり、並びに前記挿入部材（３０）も実質的に「Ｗ」形状であり、前記挿入部材（３０）は実質的に形状に一致するような形状であることを特徴とする請求項３に記載の構造補強システム（２０）。
【請求項１６】
空洞内に配置されるとき前記接合材料（４０）が前記剛性キャリア（２２）及び空洞壁（１９）の間に配置されるように、前記接合材料（４０）は前記挿入部材（３０）上及び前記長手リブ（２４）の外観面上に配置されることを特徴とする請求項１１、１３、又は１５のいずれか１つに記載の構造補強システム（２０）。
【請求項１７】
第２挿入部材（３０）をさらに備え、前記長手リブ（２４）は実質的に「Ｕ」形状であり、並びに前記挿入部材（３０）も実質的に「Ｕ」形状であり且つ各「Ｕ」形状の挿入部材（３０）の１つの側が前記剛性キャリア（２２）の内側セクションから離れるように延在し、空洞内に配置されるとき空洞壁（１９）に向かって延在するように、前記「Ｕ」形状の長手リブ（２４）の配向に、対向する配向で構成されていることを特徴とする請求項３に記載の構造補強システム（２０）。
【請求項１８】
ナット（６０）及び延長部（６２）の少なくとも１つをさらに備え、前記ナット（６０）は空洞壁（１９）の対向側で追加の構造要素のための固定ポイントとして役立つことができ、並びに前記延長部（６２）は前記挿入部材（３０）と一体的に形成され且つ空洞壁（１９）に形成された対応するスロットと噛み合うように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の構造補強システム（２０）。
【請求項１９】
空洞を補強する方法であって、
補強されるべき空洞の一部を同定するステップ；
追加の構造補強を確立するために負荷方向を同定するステップ；
前記空洞部分内に挿入部材（３０）の位置及び配向を選択するステップ；
前記同定された空洞部分を補強するために、前記挿入部材（３０）を剛性キャリア（２２）に固定するステップであって、前記挿入部材（３０）は、追加の構造補強が前記同定された負荷方向に対応して提供するために配置され且つ配向されるステップ;及び
接合材料（４０）を前記挿入部材（３０）又は前記剛性キャリア（２２）に提供するステップ
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
複数の横断リブ（２６）に相互接続される複数の長手リブ（２４）を含むために前記剛性キャリア（２２）を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
実質的に矩形プレート、実質的に「Ｌ」形状の構成、実質的に「Ｕ」形状の構成、実質的に「Ｓ」形状の構成、又は実質的に「Ｗ」形状の構成に、前記挿入部材（３０）を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記剛性キャリア（２２）はプラスクックから形成され、前記挿入部材（３０）は金属又はファイバーマットから形成され、そして前記接合材料（４０）は、構造膨張可能材料、流動可能材料、及び構造接着剤の少なくとも１つからなることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公表番号】特表２０１１−５３０４５０（Ｐ２０１１−５３０４５０Ａ）
【公表日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５２２５０８（Ｐ２０１１−５２２５０８）
【出願日】平成２１年８月１２日（２００９．８．１２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００９／０６０４３１
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０１８１９０
【国際公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【出願人】（５０４２７４５０５）シーカ・テクノロジー・アーゲー (227)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月１２日（２００９．８．１２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００９／０６０４３１
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０１８１９０
【国際公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【出願人】（５０４２７４５０５）シーカ・テクノロジー・アーゲー (227)
【Ｆターム（参考）】
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