(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
剛体支持部と、前記支持部と組み合わされる合成樹脂材とを含む、車本体のキャビティを補強するための膨張性補強物であり、
前記剛体支持部は、第１、第２相互連結部材を含み、前記支持部の前記第１相互連結部材は、別の剛体支持部の第２相互連結部材とのピボット連結部に適用され、
前記合成樹脂材は、少なくとも約３００°Ｆの温度で加熱された時に膨張性を有する、膨張性補強物。
【請求項２】
前記第１相互連結部材が雌連結部を含み、前記支持部の前記第２相互連結部材が雄連結部を含む、請求項１に記載の補強物。
【請求項３】
前記雄連結部がボールを含み、前記雌連結部がソケットを含む、請求項２に記載の補強物。
【請求項４】
前記支持部が第１端と第２端を含み、前記第１相互連結部材が前記第１端に隣接し、前記第２相互連結部材が前記第２端に隣接する、請求項１に記載の補強物。
【請求項５】
前記補強物が、１組の前記剛体支持部を含み、前記支持部のうち一方の支持部の前記第１相互連結部材が、他方の前記支持部の第２相互連結部材に保持されてピボット連結部を形成する、請求項１に記載の補強物。
【請求項６】
ピボット連結部に取り付けられる前記樹脂材を更に含む、請求項５に記載の補強物。
【請求項７】
前記補強物が、ピボット連結されて配置された少なくとも３つの前記剛体支持部を含む、請求項５に記載の補強物。
【請求項８】
前記補強物が更に、ピボット連結部によって第１剛体支持部と組み合わされる第２剛体支持部を含み、前記第２剛体支持部が、ピラミッド形およびくさび形のうちの１つの形をしている、請求項１に記載の補強物。
【請求項９】
前記支持部が、外面を有し、前記樹脂材が前記外面に取り付けられるチューブ状の本体を含む、請求項１に記載の補強物。
【請求項１０】
前記チューブ状の本体の断面が長方形である、請求項９に記載の補強物。
【請求項１１】
前記チューブ状の本体が長手方向を含み、前記樹脂材が、前記長手方向の実質的に全長にわたって前記本体の外面に取り付けられ、前記本体の周囲にスリーブを形成する、請求項９に記載の補強物。
【請求項１２】
前記支持部が外面を有する本体を含み、前記樹脂材が、前記外面に取り付けられる複数の間隔を置いて配置される細片を含む、請求項１に記載の補強物。
【請求項１３】
前記細片が前記外面および前記本体の周囲に取り付けられ、前記本体の周囲に前記材料の帯状物を形成する、請求項１２に記載の補強物。
【請求項１４】
前記本体が、中に凹部が形成される外壁を含み、前記細片の１つが前記凹部内に配置される、請求項１３に記載の補強物。
【請求項１５】
前記支持部が、外面を有する本体を含み、前記樹脂材が、前記外面に取り付けられる複数の塊を含む、請求項１に記載の補強物。
【請求項１６】
前記本体が複数の角部を含み、前記塊の少なくとも１つが前記角部の少なくとも１ヶ所に取り付けられる、請求項１５に記載の補強物。
【請求項１７】
前記支持部が、各々長手方向を有する複数の端面を有する延在する本体を含み、前記樹脂材の少なくとも１つの細片が、少なくとも１つの前記端面に、実質的にその全長にわたって取り付けられる、請求項１に記載の補強物。
【請求項１８】
前記支持部が空洞の本体を含み、前記本体の中に前記樹脂材の少なくとも１つの細片が配置される、請求項１に記載の補強物。
【請求項１９】
前記空洞の本体が内面を与え、前記樹脂材片が前記内面に取り付けられる、請求項１８に記載の補強物。
【請求項２０】
キャビティを定義する構造部材と、前記キャビティ内に受容される延在する補強物とを含む、補強できる状態の構造部材であり、
前記補強物が、各々軸を有する複数の部分を含み、前記部分のうち少なくとも２つが、平行な軸位置と非平行な軸位置との間で移動できるように、前記補強物が構成され、
前記部分がピボット連結された支持部を含む、構造部材。
【請求項２１】
前記支持部の少なくともいくつかが更に、一緒に組み合わされる合成樹脂材を含み、前記樹脂材が、少なくとも約３００°Ｆの温度に加熱された時に膨張性を有する、請求項２０に記載の部材。
【請求項２２】
前記支持部各々が、第１、第２相互連結部材を含み、少なくとも２つの前記部分のうちの一方の第１相互連結部材が、他方の第２相互連結部材とピボット連結部を形成するように構成される、請求項２０に記載の部材。
【請求項２３】
前記第１相互連結部材が雌連結部を含み、前記第２相互連結部材が雄連結部を含む、請求項２２に記載の部材。
【請求項２４】
前記雄連結部がボールを含み、前記雌連結部がソケットを含む、請求項２３に記載の部材。
【請求項２５】
前記ピボット連結部に取り付けられる多量の膨張性合成樹脂材を更に含む、請求項２２に記載の部材。
【請求項２６】
前記支持部のうちの１つが、ピラミッド形およびくさび形のうちの１つの形を含む、請求項２０に記載の部材。
【請求項２７】
少なくとも１つの前記支持部が、外面を有するチューブ状の本体を含み、更に前記支持部の外面に取り付けられる膨張性樹脂材を含む、請求項２０に記載の部材。
【請求項２８】
前記チューブ状の本体の断面が長方形である、請求項２７に記載の部材。
【請求項２９】
前記チューブ状の本体が長手方向を含み、前記樹脂材が、前記長手方向の実質的に全長にわたって前記本体の外面に取り付けられ、前記本体の周囲にスリーブを形成する、請求項２７に記載の部材。
【請求項３０】
少なくとも１つの前記支持部が外面を有する本体を含み、更に、前記外面に取り付けられる複数の間隔を置いて配置される細片を含む、請求項２０に記載の部材。
【請求項３１】
前記細片が前記本体の周囲に取り付けられ、前記本体の周囲に前記材料の帯状物を形成する、請求項３０に記載の部材。
【請求項３２】
前記本体が、中に凹部が形成される外壁を含み、前記細片の１つが前記凹部内に配置される、請求項３１に記載の部材。
【請求項３３】
少なくとも１つの前記支持部が、外面を有する本体を含み、前記樹脂材が、前記外面に取り付けられる複数の塊を含む、請求項２０に記載の部材。
【請求項３４】
前記本体が、複数の角部を含み、少なくとも１つの前記塊が、少なくとも１つの前記角部に取り付けられる、請求項３３に記載の部材。
【請求項３５】
少なくとも１つの前記支持部が、各々長手方向を有する複数の端面を有する延在する本体を含み、前記樹脂材の少なくとも１つの細片が、少なくとも１つの前記端面に、実質的にその全長にわたって取り付けられる、請求項２０に記載の部材。
【請求項３６】
前記支持部が空洞の本体を含み、膨張性合成樹脂材の少なくとも１つの細片が前記本体の空洞内に配置される、請求項２０に記載の部材。
【請求項３７】
前記空洞の本体が内面を与え、前記樹脂材の少なくとも１つの細片が前記内面に取り付けられる、請求項３６に記載の部材。
【請求項３８】
前記構造部材が動力車のレールである、請求項２０に記載の部材。
【請求項３９】
前記構造部材が動力車のフレームである、請求項２０に記載の部材。
【請求項４０】
キャビティを定義する構造部材と、前記キャビティ内に受容される補強物を含む補強された構造部材であり、
前記補強物が、剛体支持部と、膨張させた合成樹脂材を含み、
前記剛体支持部が、第１、第２相互連結部材を含み、
前記膨張させた合成樹脂材が前記支持部と組み合わされ、前記樹脂材が膨張する前に、前記剛体支持部の前記第１相互連結部材が、もう１つの剛体支持部の第２相互連結部材にピボット連結される、補強された構造部材。
【請求項４１】
前記支持部の前記第１相互連結部材と、別の支持部の第２相互連結部材が、ボールとソケットによる連結を含む、請求項４０に記載の部材。
【請求項４２】
入口開口部に通じる、延在する直線状でない経路を有する構造部材を補強する方法であり、前記方法が、延在する、自由に曲げられる補強物を入口開口部を通過させて長手方向に挿入する段階を含み、そのことにより該補強物は前記経路に沿って移動でき、前記補強物が、支持部と、前記支持部に組み合わされる膨張性合成樹脂材を含み、
前記補強物が、互いにピボット連結される少なくとも２つの前記支持部を含む、構造部材を補強する方法。
【請求項４３】
前記経路が、前記入口開口部に隣接する第１端と、前記入口開口部から離れて位置する第２端と、前記第１、第２端の約中間に位置する地点とを含み、前記補強物が少なくとも前記中間点あたりまで移動する、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記構造部材が動力車のレールである、請求項４２に記載の方法。
【請求項４５】
前記構造部材が動力車のフレームである、請求項４２に記載の方法。
【請求項４６】
前記合成樹脂材が膨張するように前記補強物を加熱する段階を更に含み、膨張後は前記補強物が実質的に動かない、請求項４２に記載の方法。
【請求項４７】
キャビティを定義する構造部材を補強する方法であり、前記方法が前記キャビティ内に補強物を配置する段階を含み、前記補強物が１組の剛体支持部と合成樹脂材を含み、
前記１組の剛体支持部が各々、第１、第２相互連結部材を含み、前記剛体支持部の一方の前記第１相互連結部材が、他方の剛体支持部の第２相互連結部材にピボット連結され、
前記合成樹脂材が前記支持部と組み合わされ、前記樹脂材が、少なくとも約３００°Ｆの温度で加熱された時に膨張性を有し、
膨張性合成樹脂材が膨張するように、前記補強物を十分に過熱する、構造部材を補強する方法。
【請求項４８】
前記構造部材が動力車のレールである、請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記構造部材が動力車のフレームである、請求項４７に記載の方法。
【請求項５０】
前記合成樹脂材が膨張するように前記補強物を加熱する段階を更に含み、膨張後は、前記第１相互連結部材と第２相互連結部材との間の連結が本質的に動かない、請求項４７に記載の方法。
【請求項５１】
キャビティを定義する構造部材を補強する方法であり、前記方法が、前記キャビティ内に補強物を配置する段階を含み、前記補強物が、各々軸を有する複数の部分を含み、前記配置の段階の間必要に応じ、前記部分のうち少なくとも２つが、平行な軸位置と非平行な軸位置との間で移動できるように前記補強物が構成される、構造部材を補強する方法。
【請求項５２】
前記構造部材が動力車のレールである、請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記構造部材が動力車のフレームである、請求項５１に記載の方法。
【請求項５４】
前記合成樹脂材が膨張するように前記補強物を加熱する段階を更に含み、膨張後は、前記部分が本質的に動かない、請求項５１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［発明の背景］
発明の分野
本発明は概して、補強物および車において一般的に見られるような空洞の構造部材を補強するために該補強物を使用する方法を指向する。より具体的には、該補強物は、膨張性合成樹脂の補強材が取り付けられた支持部を含み、該補強物は、直線状でない、または不規則な形のキャビティに対応できるように、十分に柔軟で湾曲させることができる。
【０００２】
従来技術の説明
自動車、トラック、航空機、船舶等の設計および開発の間、本体構造の多くが、空洞のキャビティ、レール、またはフレーム部分を含む。多くの場合、局部的な重要部分における剛性を増加させることにより、本体構造の完全性が改善される。該部分における剛性の増加は、一般的に、振動、騒音、および／または疲労の伝播の減少をもたらす。該部分の剛性を増すことにより、衝突または衝撃状態時におけるエネルギー制御も実現されてきた。
【０００３】
該キャビティを補強するために多くの試みが行われてきた。そうした方法のひとつには、自立して補強する製品のキャビティへの導入が含まれ、これには支持構造またはキャリア構造が含まれる場合と含まれない場合がある。しかし、こうした方法は一般的に、構造部材における過度の重量の増加を招く結果となり、ほとんどの場合これは望ましいことではない。
【０００４】
より軽量であるか支持構造を使用しない補強用製品を利用するための試みも行われてきたが、これらの試みは通常、構造部材を適切に補強するために必要な強度に欠ける製品を含む。多くの場合、こうした製品の発泡可能な部分は、活性化の工程中に材料の中心部が適切に加熱されないため、加熱時に十分膨張しない。すなわち、発泡製品が十分に厚みがあるため、製品の核が最少量の熱にしかさらされないので、該核の十分な膨張が阻まれるのである。これは、構造部材の不十分な補強につながり得る。
【０００５】
更に、補強が必要な構造部材の多くが、形が不規則であったり幅が狭いキャビティを有するので、現在入手可能な補強用装置を十分なだけ中に配置するのは、不可能ではないにしても困難である。例えば、自動車のフロントガラスおよび側柱部は、一般的に湾曲し、非常に狭い。その結果、現在入手可能な補強用製品は一般的に、部材の全長にわたる均一な補強に必要な方法で、湾曲して狭い部材の中に通すことができない。したがって、該柱部を適切に補強するために、製造業者は、特定の柱部用に特別に組み立てられた部品を提供しなければならない。これは、高度な製造トレランス（許容公差範囲）を必要とし、ひとつの部品を多様な空洞の構造部材に使用することは許容されない。
小さいまたは不規則な形の多様なチャネル（経路、ｃｈａｎｎｅｌｓ）に容易に挿入できるように十分に万能であり、軽量で強度の高い補強用製品が必要である。
【０００６】
［発明の概要］
本発明は、小さいおよび／または不規則な形のキャビティを有する空洞の構造部材（自動車のレール等）を補強するために、熱膨張性の補強物を与えることにより、これらの問題を克服する。
より詳しくは、補強用部材は、複数のピボット連結された部分（例えばボールとソケットによる連結（玉継手による連結）など）を含み、各部分は支持部およびそれに取り付けられた熱膨張性の材料を含む。支持部は、好ましくは、ナイロンまたは金属で形成され、各支持部は、多様なキャビティの中で使用できる、チューブ状、箱状の構造として形づくられてもよい。または、ひとつあるいは複数の支持部が、補強物が特に狭い部分に容易に入ることができるように、特別な形（例えばピラミッド形など）を有していてもよい。
【０００７】
補強用材料は、好ましくは、合成樹脂ベースの材料で、製造工程における特定の時点で得られる温度にさらされたときに膨張する（例えば、自動車製造過程における塗料または粉体（ｐｏｗｄｅｒ）焼き付け段階の間など）。この膨張は、内部で作られる熱エネルギーによって、または材料を活性化させるために外部から熱を加えることによって達成される。ここに使用されているように、「熱膨張性の」という用語は、補強材を膨張および発泡させるための、内部で作られる熱エネルギーと、外部から加える熱の両方を意味する。材料が膨張する温度は少なくとも約３００°Ｆであるべきである。
【０００８】
本発明の補強物は、ピボット連結により、構造部材の開口部の中に長手方向に容易に入れることができるという点が特に有用である。さらに、相互に連結された部分を多数有する補強物を利用することにより、構造部材の補強は、部材全長にわたって均一にいきわたる。
【０００９】
［好ましい実施形態の詳細な説明］
図を見ていくと、図１は、ピボット連結部２４ａ、ｂによって列車のような配置に連結された、３つの箱状剛体支持部２２ａ〜ｃを含む補強物２０を示している。
図２では、補強物２６がより詳しく示されている。補強物２６は、鎖状の部分２８ａ〜ｃを含み、これらの部分各々が各支持部３０ａ〜ｃを含む。支持部３０ａ〜ｃは各々、チューブ状、箱状の形態から成り、それぞれ外面３２ａ〜ｃを含む。各支持部３０ａ〜ｃを囲むように、多量の膨張性合成樹脂材が各外面３２ａ〜ｃに取り付けられ、各支持部の周囲にスリーブ３４ａ〜ｃを形成する。スリーブ３４ａ〜ｃは、摩擦固定を手段として支持部３０ａ〜ｃ上に維持される。
【００１０】
各支持部は類似の構造をしている。すなわち、支持部３０ａ〜ｃは各々、第１端３６ａ〜ｃと、第１端３６ａ〜ｃから離れた第２端３８ａ〜ｃと、を含む。ボール４０ａ〜ｃは、軸部４２ａ〜ｃによって、第１端３６ａ〜ｃに隣接して各支持部３０ａ〜ｃに取り付けられる。さらに、ソケット４４ａ〜ｃは、軸部４６ａ〜ｃによって、第２端３８ａ〜ｃに隣接して各支持部３０ａ〜ｃに取り付けられる。最後に、各ソケット４４ａ〜ｃは、膨張性合成樹脂材の１つあるいは複数の塊５０が取り付けられた外面４８ａ〜ｃを含む。
【００１１】
当然のことながら、ボール４０ａ〜ｃおよびソケット４４ａ〜ｃの使用により、部分２８ａ〜ｃの各組の間に、ボールとソケットによるピボット連結部５２ａ、ｂを形成することができる。該連結部は、図３および図４に最もよく示されており、ソケット５６を含む支持部５４が、ソケット５６の中に形成された開口部５８を有する。支持部６０は、開口部５８の中に配置されるボール６２を含むので、支持部５４と６０の間は、連結を維持しつつも自由に動くことが可能である。
【００１２】
図１〜４は、膨張性合成樹脂材のスリーブが取り付けられた箱状の支持部を有する本発明の補強物を示しているが、当然のことながら、補強されるべき構造部材に応じて多様な形態が使用できる。例えば、図５は、第１部分６６、第２部分６８ａ、第３部分６８ｂを含む補強物６４を示している。第１部分６６は、５つの角部分７２を有する（図５では角部分７２は４つしか見えていない）ピラミッド形支持部７０を含み、各角部分７２に膨張性合成樹脂材の塊７４が取り付けられる。最後に、第１部分６６は、膨張性合成樹脂材の塊７８が取り付けられたソケット７６を含む。ピラミッド形の支持部７０を使用することにより、補強物６４が、構造部材の小さくて入りにくい角や隙間に適合できるので有利である。
【００１３】
第２部分６８ａおよび第３部分６８ｂは互いに構造上類似しており、各々支持部８０ａ、ｂを含む。各支持部８０ａ、ｂは、チューブ状、箱状の形態からなり、各々外面８２ａ、ｂを含み、その中に凹部８４ａ〜ｄが形成される。各凹部８４ａ〜ｄは、その中に配置される膨張性合成樹脂材の帯状物８６を有する。帯状物８６を凹部８４ａ〜ｄ内に配置することは、帯状物８６を適所に「固定する」のに役立ち、従って支持部８０ａ、ｂの全長にわたって動くことを防ぐ。
【００１４】
各支持部８０ａ、ｂは、それぞれ第１端８８ａ、ｂと、第１端８８ａ、ｂから離れた第２端９０ａ、ｂを含む。ボール（示されていない）が、第１端８８ａ、ｂに隣接して各支持部８０ａ、ｂに取り付けられ、一方でソケット９２ａ、ｂが、第２端９０ａ、ｂに隣接して各支持部８０ａ、ｂに取り付けられる。さらに、各ソケット９２ａ、ｂには、膨張性合成樹脂材の１つあるいは複数の塊９４が取り付けられる。最後に、部分６６、６８ａ、６８ｂはそれぞれ、図２に関して述べたものと同様に、ボールとソケットによるピボット連結部９６ａ、ｂによって列車のような配置に連結される。
【００１５】
図６および７は、本発明の補強物の支持部上における膨張性合成樹脂材のもう１つの配置を示している。図６および７に示された支持部は、図２に示されたものと類似しており、同じ番号が同じ部品を示す。図６において、膨張性合成樹脂材で形成された複数の細片（ｓｔｒｉｐｓ）９８が、第１端３６ａ、ｂおよび第２端３８ａ、ｂに隣接して、支持部３０ａ、ｂの対向する面の上に取り付けられる（例えば接着剤などにより）。
【００１６】
図７の支持部２８ａ、ｂは各々、８つの角部分１００を含む（図７では、支持部２８ａ、ｂ各々の角部分１００のうち６つしか見えていない）。膨張性合成樹脂材の塊１０２が、各角部分１００に保持される。当然のことながら、本発明の補強物の支持部に膨張性合成樹脂材を取り付けるのに多様な形態が可能であることにより、使用者は、様々な形や大きさの経路やキャビティを有する多数の構造部材に該補強物を適用できる。
【００１７】
図８は本発明に記載の補強物の一部分の断面図であり、図５の第２部分６８ａおよび第３部分６８ｂに類似しており、同じ番号が同じ部品を示す。この実施形態においては、膨張性合成樹脂材の塊１０４が更に与えられる。塊１０４は、更なる構造的補強が望まれる場合は補強用材料で形成されてもよく、あるいは塊１０４は、概して空洞の構造部材を伝わる音を減少する一助としてバッフル材（流体進路妨げ材）で形成されてもよい。特に好ましいバッフル材は、米国特許出願番号０９／４０７，８２０において開示されており、引用することにより本明細書の一部をなす。
【００１８】
図９は、小さいおよび／または不規則な形のキャビティの中に適合するのに有用な、支持部の別の形を示している。この実施形態においては、支持部１０６はくさび形をしており、上端１０８、下端１１０、縁１１２ａ〜ｃを含む。支持部１０６は、下端１１０に隣接してボール１１４を含む。したがって、支持部１０６は、既出の実施形態について述べた通り、別の支持部のソケットにボール１１４によってピボット連結できる。
【００１９】
前述の支持部、ボール、ソケット、および軸部は各々、膨張性の材料の膨張または発泡温度より高い融点を有する材料で形成されるべきである。さらに、これら部材の融点は、対象とする構造部材がさらされる、いかなる中間処理の温度よりも高くあるべきである。好ましいこのような材料は、金属およびナイロンを含む。
【００２０】
本発明で使用される膨張性合成樹脂の補強用材料は、好ましくは乾燥していてはじめは非粘着性の材料であり、膨張時に粘着性が増し、活性化された時に周囲の構造部材に付着する。活性化は、例えば自動車組立工場で行われているように、加熱によるものでよい。少なくとも約３００°Ｆの温度にさらされる時、熱膨張性発泡材は、十分な構造的補強および圧縮強度を与えるために、少なくとも約４０％の膨張率を有するべきであり、好ましくは少なくとも約１２５％、より好ましくは約１５０〜３００％の膨張率である。本発明に使用される膨張率は以下のように定義される：
伸張率＝１００×｛［（加熱前の材料の比重）−（加熱後の材料の比重）］／（加熱後の材料の比重）｝
【００２１】
補強用材料として使用するのに好ましいひとつの組成物が、ＳｉｋａＲｅｉｎｆｏｒｃｅｒという商品名で、ミシガン州マジソンハイツのシカコーポレーション社によって商品化されている。より詳しくは、最も好ましい組成物は以下より成る：約２０〜３０質量％のスチレン−ブタジエン−スチレン（ＳＢＳ）ブロック共重合体（例えばＦｉｎａ  Ｃｌｅａｒ  ５３０（登録商標））；約５〜２０質量％のポリスチレン（例えばＦｉｎａ  Ｃｒｙｓｔａｌ  ５００（登録商標）およびＦｉｎａ  Ｃｒｙｓｔａｌ  ５３５（登録商標））；約３０〜４５質量％のビスフェノールＡをベースにした液体エポキシ樹脂（例えばＡｒａｌｄｉｔｅ  ６０１０（登録商標）およびＥｐｏｎ  ７１（登録商標））；約０．５〜５質量％のカーボンブラックなどの顔料；最大約５質量％までのブタジエンアクリロニトリルゴム（例えばＮｉｐｏｌ  １４１１）；約１〜１０質量％の水和アモルファスシリカ（例えばＨｉＳｉｌ  ２３３）；約１０〜２０質量％のガラスミクロスフェア（ガラス微小球体、ｇｌａｓｓ  ｍｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅｓ）（例えばＳｃｏｔｃｈｌｉｔｅ  Ｓ６０）；約０．１〜５質量％の、アゾジカーボンアミドなどの発泡剤（例えばＣｅｌｏｇｅｎ  ＡＺ  ７６５（登録商標）、Ｃｅｌｏｇｅｎ  ＡＺ  ７５４Ａ（登録商標）、Ｃｅｌｏｇｅｎ  ＡＺ  １３０（登録商標））；約０．１〜５質量％の、Ｎ，Ｎ，ジメチルフェニル尿素（例えばＵ４０５）などの触媒；約０．１〜５質量％のジシアンジアミドなどの硬化剤（例えばＤＤＡ１０）；および、最大約５質量％までの、発泡温度を下げるための、酸化亜鉛などの「分解促進剤（ｋｉｃｋｅｒ）」。すべての質量パーセントは、組成物の総質量を１００％とした場合のものである。
【００２２】
補強用材料として使用するのに特に好ましい組成物は、約１２．９４質量％のポリスチレン、約２３．２２質量％のＳＢＳブロック共重合体、約０．５７質量％のカーボンブラック、約１．９０質量％のブタジエンアクリロニトリルゴム、約４．２８質量％の水和アモルファスシリカ、約３８．０７質量％のビスフェノールＡをベースにした液体エポキシ樹脂、約１４．７５質量％のガラスミクロスフェア、約０．４６質量％の酸化亜鉛、約２．８５質量％のジシアンジアミド、約０．３８質量％のＮ，Ｎ，ジメチルフェニル尿素、および約０．５７質量％のアゾジカーボンアミドから成る。一定の用途において、圧縮強度を高め発泡と膨張を抑えることが望まれる場合、前述の組成物は、ポリスチレンを約１２．６３質量％に減らし、ＳＢＳブロック共重合体を約２２．５９質量％に減らし、ブタジエンアクリロニトリルゴムを約２．８５質量％に増やして調整できる。
【００２３】
該組成物は、好ましくは、加熱したミキサの中で、ＳＢＳブロック共重合体と少量の（総量の約４０分の１）ビスフェノールＡをベースにした液体エポキシ樹脂を混ぜることにより形成される。これは、ミキサの温度が約２４０〜２６０°Ｆに達し（ミキサ内の混合物の温度は少なくとも約１７５°Ｆである）、混合物が実質的に均質になるまで続けられ、その時、ポリスチレンをミキサに加え混合を継続する。ポリスチレンがＳＢＳブロック共重合体／エポキシ樹脂の混合物と実質的に混合された後、ビスフェノールＡをベースにしたエポキシ樹脂の残りをミキサにゆっくりと加え、必要に応じてミキサを作動させたり止めたりし、実質的に均質の混合物を得るために原料を完全に混ぜる。この混合物の望ましい分量が、加熱したミキサ内（約２５０°Ｆに設定）に配置され、混合が開始される。混合する間、ミキサにカーボンブラックおよびゴムが加えられ、ミキサ内で一旦均質の混合物が得られれば混合を止める。シリカまたはガラスミクロスフェアがミキサに加えられ、混合物が均質になるまで混合を再開し、継続する。この段階は、次にシリカまたはガラスミクロスフェアのいずれかを加えることにより繰り返される。
【００２４】
次にミキサの温度は１６０°Ｆ未満に設定され、発泡剤、触媒、分解促進剤、および硬化剤が加えられ、混合物が均質になるまで混合を再開し、継続する。結果として生じた混合物は、次に好ましくはストランド（縄状、ｓｔｒａｎｄｓ）に押出成形され（押出成形の温度は１７０〜１８０°Ｆであり、スクリューの回転速度は約４００ｒｐｍである）、ペレット（粒状体、ｐｅｌｌｅｔｓ）に切り取られる。結果として生じたペレットは、支持部に取り付けられる補強用材料が望ましい形に形成されるように設計された射出成形装置を使用して、約１８０〜２００°Ｆの温度で射出成形される。
【００２５】
適用の際、補強物は好ましくは、例えば自動車の組立の間などに、望まれる構造部材のキャビティの中に長手方向に挿入できるように、あらかじめ組み立てられて製造業者に提供される（すなわち、膨張させていない合成樹脂材が特定の支持部に取り付けられた状態で）。すなわち、支持部の数、形、大きさは、補強物が中に使われる特定の柱部または他の構造部材に従って選択される。しかし、先行技術の補強用製品とは違い、本発明の補強物は、独立した支持部同士のピボット連結のおかげで、多様な車の多様な構造部材に適用できる。
【００２６】
図１０に示された自動車１１６は、フロントガラス柱部１１８、上部レール１２０、中央柱部（Ｂ  ｐｉｌｌａｒ）１１２、および底部レール１２４を有し、その各々が一般的に空洞で、特に側面衝撃衝突時の車の乗員の安全のために、構造上の補強を必要とする。フロントガラス柱部１１８は、補強物１２８が中に配置されるキャビティ１２６を含む。該補強物１２８は、図２で示された実施形態に類似の膨張性合成樹脂材のスリーブを有する、ピボット連結された２つの部分１３０ａ、ｂを含む。上部レール１２０および中央柱部１１２は各々、補強物１３６、１３８が中に配置されるキャビティ１３２、１３４を含む。補強物１３６、１３８は各々、図５の実施形態に関して説明された配置に類似の、膨張性合成樹脂材の帯状物を含む。
最後に、底部レール１２４は、４つの部分から成る補強物１４２が中に配置されるキャビティ１４０を含む。部分１４４ａ〜ｄには、図６に示された配置と同様、膨張性合成樹脂の補強用材料からなる細片が対向して取り付けられる。
【００２７】
当然のことながら、キャビティ１２６、１３２、１３４、１４０は各々（特にキャビティ１２６、１３２、１３４は）狭く、うまく補強するのが非常に困難である。すなわち、特定の車の特定の構造部材のために特に合わせて作られた金属棒を配置することが、概して必要とされてきた。これは高度の製造トレランスを必要とし、車に望ましくない重量が加わる。あるいは、先行技術の発泡性補強用製品が利用されたとしても、柱部内部の多数の場所に別個のユニットを加える必要があった。これは非常に多くの時間を必要とし、概して、構造部材に均一で確実な補強を与えない。しかし、図１０に示されたように、本発明の補強物は、狭く不規則な形のキャビティの中に長手方向に入れ、キャビティの開口部付近１ヶ所に一時的に保持することが簡単にできる。本発明の補強物の多様な部分の間をピボット連結することにより、該部分は、必要に応じて曲がりくねりながら構造部材のキャビティ内を自在に移動できる。
【００２８】
補強物が構造部材のキャビティ内に配置された後、車は多数の工程または製造段階にかけることができるが、これらは概して、合成樹脂の補強材が活性化温度に実際にさらされた時に膨張する能力に影響を与えずに、車本体の上で実施される。該活性化温度に達した時（例えば塗料焼き付け段階中など）、合成樹脂材は、キャビティを形成する壁（図１１参照）に向かって全方向に膨張し始め、実質的にキャビティを満たす。更に、ソケット外面上の合成樹脂材もピボット連結の周囲に膨張し、連結を本質的、実質的に固定して、構造部材内に強度が高く剛体の補強を形成する。
【００２９】
膨張させた合成樹脂材は、好ましくは少なくとも約１２００ｐｓｉの圧縮強度を有し（直径２インチ、長さ４インチ、圧縮率０．５インチ／分の標本を使用）、好ましくは少なくとも約１４００ｐｓｉ、より好ましくは少なくとも約１６００ｐｓｉの圧縮強度である。膨張前の該材料の比重（水に比較して）は少なくとも約０．９０である一方、膨張させた材料の比重（水に比較して）は約０．４７未満、好ましくは約０．３７未満、より好ましくは約０．３２未満である。膨張させた材料の、焼き付け後の圧縮強度：比重の比率は、少なくとも約２５００：１、好ましくは少なくとも約３０００：１、より好ましくは少なくとも約３６００：１である。
【００３０】
本発明は、添付の図に示された好ましい実施形態について述べられてきたが、本発明の範囲を離れずに、代替物を作成し、同等物を採用することができることが留意される。例えば、好ましい実施形態は自動車の構造部材に関連して示されているが、本発明の補強用部材は他の構造部材にも同様に採用することができる（例えば、ボートや飛行機など）。更に、膨張性合成樹脂材が形成できる好ましい組成物の１つとして、ＳｉｋａＲｅｉｎｆｏｒｃｅｒが引用されているが、前述の強度および膨張特性を満たすいかなる材料も好適である。
【００３１】
また、前述の実施形態において、支持部上に膨張性の材料を保持するために、粘着性の細片、摩擦固定、凹部分が使用されるが、その他の留め具（ｆａｓｔｅｎｅｒｓ）も同様に使用できる。例えば、図１２および１３は、膨張性合成樹脂材の塊１４８が支持される支持壁１４６を示している。特に、塊１４８は開口部１５０を有し、湾曲したタブ１５２がそこを通過して、塊１４８が熱膨張するまで適所に保持する。図１４および１５は別の留め具を示しており、保持壁１５４には、膨張性合成樹脂材の塊１５６が取り付けられる。この実施形態において、保持壁１５４上の開口部１６０から塊１５６の中にかけて押しピン１５８を通過させ、塊を適所に保持する。
【００３２】
本発明に記載の補強物は、複数のピボット連結された部分として説明されてきたが、当然のことながら、これには、小さいおよび／または不規則なキャビティの中に配置し、通過させることのできる単独の部分が含まれる。最後に、図示された実施形態は、列車のような配置の（すなわち枝分かれしていない）複数の支持部として本発明の補強物を示しているが、望まれる場合、支持部を枝分かれさせて配置することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に記載の補強物の斜視図である。
【図２】  箱状支持部の周囲に熱膨張性の材料のスリーブを備えた、本発明の補強物の平面図である。
【図３】  補強物の支持部の１つの部分断面図であり、ボールとソケットによる連結（玉継手の連結）を示している。
【図４】  補強物の支持部の断片的な拡大正面図であり、点線で示された１つの支持部のボールが別の補強物のソケットに連結される様子を示している。
【図５】  本発明のもう１つの実施形態の斜視図であり、補強物の支持部の１つがピラミッド形をしている。
【図６】  本発明のもう１つの実施形態の斜視図であり、補強物の支持部上における熱膨張性の材料の細片の使用を示している。
【図７】  本発明のもう１つの実施形態の斜視図であり、補強物の支持部の角部における熱膨張性の材料の塊の使用を示している。
【図８】  図５に類似の支持部の断面図であり、支持部内におけるバッフル材の使用を示している。
【図９】  補強物の支持部のもう１つの形の斜視図である。
【図１０】  本発明の補強物で補強される構造部材を有する自動車の斜視図であり、熱膨張前の様子である。
【図１１】  熱膨張が起こった後、本発明に記載の通りに補強された構造部材を示している。
【図１２】  熱膨張性の材料を本発明の補強物の支持部に保持するための、湾曲したタブの使用を示している。
【図１３】  図１２を線１３−１３に沿って切断した断面図である。
【図１４】  熱膨張性の材料を本発明の補強物の支持部に保持するための、押しピンの使用を示している。
【図１５】  図１４を線１５−１５に沿って切断した断面図である。
【図１】
0004767477.tif 000002
【図５】
0004767477.tif 000003
【図２】
0004767477.tif 000004
【図３】
0004767477.tif 000005
【図４】
0004767477.tif 000006
【図６】
0004767477.tif 000007
【図７】
0004767477.tif 000008
【図８】
0004767477.tif 000009
【図９】
0004767477.tif 000010
【図１０】
0004767477.tif 000011
【図１１】
0004767477.tif 000012
【図１２】
0004767477.tif 000013
【図１３】
0004767477.tif 000014
【図１４】
0004767477.tif 000015
【図１５】
0004767477.tif 000016