CN100398379C - 制造固结颗粒物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制造固结颗粒物(215)的方法，该固结颗粒物填充在框架部件(210)和一个由该框架部件和四周面板部件包围的空间的至少之一中，该方法包括以下步骤：将空心的用树脂作的第一颗粒物(212)与第二颗粒物(213)混合起来；将第一颗粒物(212)的表面熔化，通过第一颗粒物(212)将相邻的第二颗粒物(213)彼此粘接在一起。

Description

制造固结颗粒物的方法

技术领域

本发明涉及框架部件的结构，这种结构具有改进的冲击能吸收能力，而其重量不增加。本发明还涉及一种形成固结颗粒物的方法。

背景技术

在例如以下文献中公开了这种框架部件结构，这些框架部件结构具有充满填充材料的框架部件或者结构部件：(1)先前出版的题为“ATTEMPT TO COPE WITH BOTH CRASHWORTHINESS ANDWEIGHT REDUCTION”(2001 JSAE(Society of AutomotiveEngineers of Japan)Spring General Meeting)的会议论文(以下称为现有技术1)；(2)题为“STATIC AND DYNAMIC AXIAL CRUSHINGOF FOAM-FILLED SHEET METAL TUBES”(1986，The university ofManchester，England)的研究论文(以下称为现有技术2)；(3)题为“DEVELOPMENT OF A METHOD OF ENHANCING BODYFRAME STRENGTH USING STRUCTURAL FOAM”(AutomobileEngineering，Vol.55，April，2001)的论文(以下称为现有技术3)；(4)题为“IMPACT ENERGY ABSORBING MEMBER”的日本专利公开NO.2001-130444(以下称为现有技术4)；(5)题为“DAMPING PANEL”的日本专利公开NO.2000-46106(以下称为现有技术5)。

在例如以下文献中公开了形成固结颗粒物的方法：(6)题为“METHOD OF REINFORCING A STRUCTRUAL MEMBER”的美国专利NO.4610836(以下称为现有技术6)；(7)利用树脂材料固结颗粒物的方法(以下称为现有技术7)；(8)利用交联液膜固结颗粒物的技术(以下称为现有技术8)；(9)通过自身固结颗粒物的技术(以下称为现有技术9)。

现有技术1的目的在于提供一种用泡沫填充材料充填汽车框架部件的方法，从而可以减轻重量，同时又确保在汽车碰撞时吸收碰撞能量。

在现有技术2中，在301页的图3(b)(ii)示出一个充满泡沫聚氨酯的方形横截面的管发生形变的例子。

现有技术3公开一种用泡沫树脂填充一部分支架内部的技术，从而通过分散碰撞能量阻止该支架的局部弯曲形变。

现有技术4在第4页的[0025]一节说到：“为了使碰撞能量吸收部件可以容易地吸收沿其表面方向的冲击负载，在冲击能量吸收部件具有空腔部件的情况下，最好将适当的物质例如颗粒物、泡沫材料或者芯材嵌入到冲击能量吸收部件的内部，以增强冲击能量吸收部件的纵向刚性”。另外，同一文献的图14公开一种冲击能量吸收部件，该部件的内部装有填充物质。

现有技术5的图1(a)和1(b)示出一种缓冲面板，该面板充满高刚性颗粒物和低弹性颗粒物的混合物，以便通过弹性形变吸收振动能。

现有技术6的图2示出一种结构，在这种结构中，框架部件充满涂有粘接剂的玻璃微球，该微球装在玻璃纤维袋中。美国专利NO.4695343也公开一种类似的结构。

下面参照图27和28说明现有技术7。

图27示出一种结构部件402，在该部件中构成框架结构的框架部件400充满固结的颗粒物401。

图28所示的固结颗粒物401是用颗粒物403和树脂材料404形成的，该颗粒物403之间的空隙充满该树脂材料，从而固结该颗粒物403。

下面参考其图29说明现有技术8。

图29所示的固结颗粒物410具有一种结构，在这种结构中，相邻的颗粒物403由交联液膜411彼此粘合在一起，在形成这种粘接结构的情况时，在颗粒物403上加上水分等，然后加压和加热该颗粒物403，形成交联的液膜411，由此形成固结的颗粒物410。

图30所示固结颗粒物420是一种物质，在这种物质中通过熔化颗粒物403的表面使相邻的颗粒物403彼此粘接在一起。编号421表示固结部分，在这种部分中颗粒物403的表面在熔化之后被固结。

现有技术1～3具有一种结构，在这种结构中框架部件充满泡沫材料，但是具有以下的问题。下面参考图20A和20B示出的曲线说明此问题。

图20A是曲线图，用于说明泡沫材料发泡率和在压力负载沿其轴向方向加在结构部件上时发生弯曲的弯曲负载之间的关系，该图的垂直轴代表弯曲负载，而水平轴代表发泡率。按照此图，当增加结构部件的弯曲负载时，必须降低发泡率。

图20B是曲线图，用于说明泡沫材料发泡率和结构部件重量之间的关系，该图的垂直轴和水平轴分别代表重量和发泡率。按照此图，当发泡率变小时，结构部件的重量增加。

从这些图中可以看出，在发泡率不大于获得预定弯曲负载b的发泡率范围内(在图20B中所示的泡沫材料有效区域中)，重量变大，降低结构部件的重量变得很困难。

下面参考图21A、21B和21C说明结构部件的抗弯曲实验，这些结构部件分别充满上述现有技术1～3中说明的泡沫材料和现有技术4中公开的颗粒物，例如固体粉末。

在图21A中，由箭头表示的轴向加压负载P作用在结构部件300上，该部件具有充满泡沫材料固体颗粒物的管形框架部件300a，由此迫使结构部件300发生形变。

在图21B中假定λ是结构部件300的形变量，当形变量λ增加时，该结构部件300便发生弯曲，并形变为图21B所示的Z字形形状或者狗腿形形状。

图21C是曲线图，用于解释形变量λ和使结构部件300按上述方式形变的负载P之间的关系，图中垂直轴和水平轴分别代表负载P和形变量λ。另外，实验了三种样品：样品A其内部没有填充材料，只使用框架部件；样品B充满泡沫材料；而样品C充满实心颗粒物。

当形变量λ小时，样品B(充满泡沫材料)的负载大于样品A，当形变量λ变大时，负载P急剧下降。

对于样品C(充满实心颗粒)，当形变量λ相对大时，该负载P急剧降低。这是因为在样品B和C中的各个样品因为泡沫材料或者实心颗粒物不容易在形变的早期阶段破裂，所以结构部件的内部压力可以过度上升，并且弯曲成Z字形或狗腿形形状，而且负载P由于这种弯曲而急剧下降。

下面参照图22A、22B和22C说明现有技术的结构部件的抗压裂实验，该结构部件充满高刚性的颗粒物和低弹性的颗粒物。

在图22A中，该结构部件301是一种部件，在这种部件中，管形框架部件301a充满许多低弹性颗粒物302和许多高刚性颗粒物303。首先，作为轴向压力的负载P作用在结构部件301上，由此迫使结构部件301发生形变。结果，低弹性颗粒物302逐渐发生形变，如图27B所示。当结构部件301的形变量λ达到L时，低弹性颗粒物302几乎完全压扁，随后，负载P直接作用在高刚性的颗粒物303上。

图22C是曲线图，用于解释结构部件301如上所述形变时，形变量λ和负载P之间的关系，图中垂直轴和水平轴分别代表负载P和形变量λ。另外，由实线表示的样品A仅包括图21C所示的框架部件，而由虚线表示的样品D是图22A和22B所示的结构部件301。

样品D的负载P基本上等于样品A的负载，直至形变量λ达到L，但是当形变量λ超过L时，该负载P便急剧增加，这是因为如上所述，当形变量λ超过L时，负载P便作用在很难破裂的高刚性颗粒物上，因而负载P可以急剧增加。当进一步增大负载P时，样品D便弯曲和形变成Z字形状或狗腿形状，和图21B所示的形状类似，这样负载P便急剧降低。

下面参考图23A～23F说明装有填充材料的结构部件的抗弯曲实验。

图23A表示结构部件300B(图21c中所示样品B)支撑在两个支撑点306、306上的状态，该结构部件具有充满泡沫材料的框架部件300a。δ表示其上加上负载时结构部件300B的形变量(在下面的说明中，δ的定义相同)。

图23B示出结构部件300B的框架部件300a充满泡沫材料308。

在图23C中，当负载W沿一个方向加在该结构部件300B上时，该结构部件300B便向下弯曲，该方向垂直于结构部件300B的轴线，即箭头表示的方向。

如图23D所示，在框架部件300a的顶侧面311和底侧面312之间的颗粒物308被压缩，而结构部件300a的横侧面313和314则向外膨胀，由此横侧面313和314与泡沫材料308剥离。

如图23E所示，当负载W进一步作用在结构部件300B上时，该结构部件300B便发生进一步的形变，如图23F所示，该结构部件便在垂直方向压弯到更大的程度，而侧面313和314则向侧向膨胀到更大的程度。

如图23D和23F所示，当形变发生时，框架部件300a的侧面313和314便剥离泡沫材料308，使得泡沫材料308不能容易制止结构部件300B的形变。

下面参考图24A～24F说明固体颗粒物的框架部件的抗弯曲实验。

图24A示出结构部件300C(图21C所示的例子C)被支撑在两个支撑点306、306上的状态，该结构部件具有充满实心颗粒物的框架部件300a。

图24B示出结构部件300a充满实心颗粒物317。

如图24C所示，当负载W沿垂直于结构部件300C的方向即空心箭头的方向作用于结构部件300C时，该结构部件300C向下弯曲。如图24D所示，在结构部件300a顶侧面311和底侧面312之间的实心颗粒物317受到压力，而框架部件300a的侧面313和314则向外膨胀，由于侧面313和314的膨胀而将实心颗粒物317挤向侧面。

如图24E所示，当负载进一步加到结构部件300C上时，该结构部件300C便进一步形变，造成结构部件300C的底面破裂，即如图24F所示，该结构部件300C在垂直方向产生更大程度的破裂，而侧面313和314向侧面膨胀到更大程度。内压变得过大，使底面312破裂。

当构件部件300a破裂时，结构部件300C的弯曲刚性便极端低。

图24A～25F示出结构部件的抗弯曲实验，该结构部件具有充满低弹性颗粒物和高刚性颗粒物的框架部件。

图25A示出结构部件301被支撑在两个支撑点306、306上，该结构部件(图22C所示的样品D)具有充满低弹性颗粒物和高刚性颗粒物的框架部件301a。

图25B示出框架部件301a充满低弹性颗粒物302和高刚性颗粒物303。

如图25C所示，当负载W沿垂直于结构部件301轴线的方向即箭头的方向作用于结构部件301时，该结构部件301将向下弯曲，如图25D所示，该负载作用于在构件部件301a的顶侧面311和低侧面312之间的低弹性颗粒物302和高刚性颗粒物303上，该低弹性颗粒物302被压扁，而框架部件301a的侧面313和314则向外膨胀，因此，由于侧面313和314的膨胀而使低弹性颗粒物302和高刚性颗粒物303向侧面移动。

如图25E所示，当负载W进一步加在结构部件301时，该结构部件301便进一步形变，使结构部件301的底侧面破裂。即如图25F所示，该结构部件301沿垂直方向发生更大程度的破裂，而侧面313和314更大程度地向侧向膨胀，使得内部压力过大，造成底侧面312破裂。

在框架部件301a破裂时，该结构部件301的抗弯刚性便变得极端小。

在图26的曲线中示出充满相应填充材料的常规结构部件的试验结果。图26示出样品A的结果和图23～25所示样品B～D的结果。图中垂直轴线表示作用在结构部件上的负载W，而水平轴表示形变量δ。

样品B的负载W一般大于样品A的负载，但是当形变量λ增加时，该负载逐渐降低。

在样品C和样品D的情况下，负载W的量在形变的较早阶段增加，但是因为在形变量δ小时，负载W急剧降低，所以形变量δ的最大量较小。

在车辆相撞期间，能够由结构部件吸收的吸收能量基本上等于假定δ比较小，对形变量δ从零到最大积分对应于这种小形变量的负载W得到的结果，即各个曲线下面的面积。如果对应于各个形变量δ的负载W可以保持在较大的值，而且可以增加最大形变量，则可以增加碰撞期间结构部件的吸收能量。另外，如果负载W不变，则可以稳定地吸收冲击能。

在上述样品B的情况下，最大的形变量δ增加，但是对应于各个形变量λ值的负载W不是很大，而在样品C和D的情况下，最大负载W很大，但是最大形变量λ变小。因此，样品B～D中任一个样品总的吸收能量小，即不能充分吸收冲击能量。

在样品C和样品D的情况下，负载W的变化是很大的，所以冲击能量的吸收不稳定。

在现有技术6说明的结构中，因为个别的微球用粘接剂粘接在一起，所以可以整个形成具有高刚性的固体物质。然而例如当冲击力作用在框架部件上时，如果各个微球的形变很小，则在框架部件上产生的负载便急剧增加，所以也不能充分吸收冲击能量。

在现有技术7中，如图27和28所示，因为颗粒物403由树脂材料404固结在一起，所以结构部件402的刚性增加，但树脂材料404的量很大，增加了结构部件402的重量。

在现有技术8中，如图29所示，利用交联的液膜411进行颗粒物材料403的相互粘接是基于表面张力，所以这种粘接力是很小的，大的固结颗粒物质很难形成为固结颗粒物材料410。

在现有技术9中，如图30所示，通过熔化颗粒物403本身的表面可以固结颗粒物材料403，使得相邻的颗粒物材料403可以牢固地彼此粘接。然而在颗粒物材料403是陶瓷例如玻璃、二氧化硅和氧化铝的情况下，该颗粒物403必须被加热到很高的温度。另外，因为需要采用特殊的设备，所以不容易形成固结的颗粒物材料420。

因此需要一种能够稳定吸收更多冲击能量的框架部件结构，尽管其重量稍微增加。

发明内容

本发明的一方面提供一种框架部件的结构，这种结构的特征在于，框架部件和具有空心部分的颗粒物材料或者多孔的颗粒物材料，在框架部件中的空间和/或由框架部件和四周面板部件包围的空间中充满颗粒物。当该空间充满颗粒物时，该空间最好直接用颗粒物充满，或者由预先充满颗粒物材料的充填部件嵌入到该框架部件中。

该框架部件最好包括许多整个用在汽车上的支架、侧梁、横挡、支柱、梁和护梁。

利用具有空心部分或者多孔的颗粒物可以限制框架部件重量的增加。当框架部件受到冲击时，由于在颗粒物之间的摩擦力和颗粒物本身的形变或者破裂，在产生大的负载时，框架部件的形变可以平稳地从负载作用的一侧开始，逐渐进行，由此可以更稳定地吸收大得多的冲击能量。

该框架部件的结构最好还包括第二颗粒物，相邻的第二颗粒物可以利用空心的第一颗粒物彼此粘接在一起。该第一颗粒物用树脂材料制作。该第二颗粒物也可以是实心的，但是最好用空心的或者多孔的颗粒物形成。

因为第二颗粒物由空心的第一颗粒物彼此粘接在一起，所以可以降低框架部件结构的重量。另外，第二颗粒物相互粘接得很牢固，而且当框架部件受到冲击时，该第一颗粒物便被压塌，由此可以高效地吸收大得多的冲击能量。本发明的另一方面提供一种形成固结颗粒物的方法，该固结的颗粒物嵌入到框架部件中，和/或嵌入到由框架部件和四周面板部件包围的空间中，这种方法的特征在于以下步骤：将空心的用树脂做的第一颗粒物与第二颗粒物混合起来；将第一颗粒物的表面熔化，使相邻的第二颗粒物经第一颗粒物彼此粘接在一起。

通过熔化空心的和树脂做的第一颗粒物的表面，可以使第一颗粒物和第二颗粒物彼此牢固地粘接在一起，由此可以形成重量轻的尺寸大的固结颗粒物。另外，树脂做的第一材料的表面可以在低温下熔化，因此可以容易形成固结颗粒物，而不需要特别的设备。

附图说明

图1是本发明第一实施例的框架部件结构的透视图；

图2是沿图1的2-2线截取的放大横截面图；

图3A～3D示出本发明第一实施例结构部件的压碎状态；

图4A、4B和4C示出第一实施例结构部件抗压实验中的形变状态，而图4D和4E示出比较例子的形变状态；

图5A～5F是视图，示出第一实施例结构部件的抗弯实验中的形变状态；

图6A和6B是透视图，示出可以应用本发明车辆框架结构的部分车辆框架结构；

图7A～7E是横截面图，示出许多例子，在这些例子中可选用本发明的汽车框架结构作汽车的前支架；

图8A～8D是横截面图，示出许多例子，在这些例子中选用本发明的汽车框架结构作汽车的后支架；

图9A～9F是横截面图，示出许多例子，在这些例子中选用本发明的汽车框架结构作汽车的中央支柱；

图10A～10E是横截面图，示出许多例子，在这些例子中选用本发明的汽车框架结构作汽车顶侧的护梁；

图11A～11G示出第一实施例的许多颗粒物实施例；

图12是曲线图，示出本发明结构部件以及比较例子压裂实验的实验结果；

图13是曲线图，示出在本发明结构部件压裂实验中的能量吸收效率；

图14示出本发明结构部件以及比较例子抗弯实验的测试结果；

图15是横截面图，示出用来填充框架部件的本发明第二实施例的固结颗粒物；

图16是放大图，示出图15所示固结颗粒物的一部分；

图17A和17B示出在加上负载时示于图15的固结颗粒物的形变状态；

图18A示出在进行结构部件压碎实验时施加负载的状态，该结构部件具有充满图15所示固结颗粒物的框架部件，而图18B是曲线图，示出压碎实验和比较例的实验结果；

图19是比较图，示出充满图15所示固结颗粒物的结构部件以及比较例的相对重量；

图20A是曲线图，示出压力负载沿轴向作用于常规结构部件时发泡率和弯曲负载之间的关系，该常规结构部件具有充满泡沫材料的框架部件，而图20B是曲线图，示出发泡率和结构部件重量之间的关系；

图21A和21B示出压力负载沿轴向方向作用于常规结构部件时该常规结构部件的形变状态，该常规结构部件具有充满泡沫材料或实心颗粒物的管状框架部件，而图21C是曲线图，示出结构部件的形变量和压力负载之间的关系；

图22A和22B示出压力负载沿轴向方向作用于常规结构部件时该结构常规部件的形变状态，该常规结构部件具有充满低弹性颗粒物和高刚性颗粒物的管状框架部件，而图22C是曲线图，示出该结构部件形变量和压力负载之间的关系；

图23A～23F示出加上负载进行结构部件抗弯强度测试时，常规结构部件的形变状态，该常规结构部件具有充满泡沫材料的框架部件；

图24A～24F示出当加上负载以便进行结构部件抗弯强度实验时，该常规结构部件的形变状态，该常规结构部件具有充满实心颗粒物的框架部件；

图25A～25F示出加上负载以便进行结构部件抗弯强度实验时，该常规结构部件的状态，该常规结构部件具有充满低弹性颗粒物和高刚性颗粒物的框架部件；

图26是曲线图，示出常规结构部件抗弯强度测试的结果，该常规结构部件具有充满相应填充物的框架部件；

图27是横截面图，示出一种结构部件，该结构部件具有充填常规固结颗粒物的框架部件；

图28是放大横截面图，示出图27所示的常规固结颗粒物；

图29是横截面图，示出用常规交联液膜将颗粒物彼此粘接在一起的状态；

图30是横截面图，示出通过熔化常规颗粒物表面使颗粒物彼此粘接在一起的状态。

具体实施方式

图1所示的结构部件10对应于形成汽车框架或者支架结构的部件，该结构部件是用来测试的一个样品，进行测试的目的是掌握汽车框架结构的冲击能量吸收特性。

如图2所示，该结构部件10由管形的框架部件11和许多充填在该框架部件11中的空心颗粒物或者颗粒物12构成。编号12a表示空心部分。颗粒物12与框架部件11相比相当小，但是在图2中，为说明方便，尺寸有所放大。该框架部件11包括两端的封闭部件13、13，如图1所示。

可以用二氧化硅(SiO₂)、氧化铝(AL₂O₃)、石英氧化铝、树脂、玻璃或者陶瓷作颗粒物12。

图3A～3D示出本发明结构部件受压的状态。

图3A示出将轴向压力负载的负载P加在结构部件上以使该结构部件10发生形变的状态。此时该结构部件10的位移量是λ。

图3B示出轴向压力负载加在结构部件10上之前，该结构部件10的横截面状态。

如图3C所示，当负载作用于结构部件10时，相邻颗粒物12便彼此紧密接触和移动，同时产生很大的摩擦力，从而通过结构部件的形变产生很大的阻力。

如图3D所示，当负载继续作用时，位于加负载一侧的结构部件10中的颗粒物12便发生小的形变并被压碎(12b表示由于压碎颗粒物12形成的碎片)，由此可以限制框架部件11中内压的急剧增加，因而可以防止在框架部件11上形成Z字形或狗腿形状的弯曲形变。

图4A～4E示出在受压实验中结构部件的形变状态。图4A、4B和4C示出本发明的实施例，而图4D和4E示出比较例。首先说明实施例。

图4A示出形变前的状态。如图4B所示，当作为轴向压力负载的负载P作用在图4A所示状态的结构部件10上时，该颗粒物12便从负载P作用于结构部件10的一端(即顶端)开始发生较小程度的形变，最后造成颗粒物12的破裂。与此相反，在结构部件10的另一端即底端则不容易发生形变。

如图4C所示，当继续增加负载P时，图4B所示的颗粒物12发生的较小程度的形变和破碎便逐渐向下延伸，并且结构部件10几乎平稳地形成为波纹形状。

下面说明比较例

图4D示出图24F所示样品C(充满实心颗粒物的结构部件)的结构部件形变之前的状态。如图4E所示，当在图4D所示状态下加上作为轴向压力负载的负载P时，充满结构部件221的实心颗粒物217很难破碎，负载P急剧增加，使得结构部件221开始弯曲，并形变成狗腿形的形状或者Z字形状(未示出)。此后负载P急剧增加。

如上所述，在本发明的实施例中，因为结构部件10顺序地从其一端开始被压碎，所以结构部件10可获得很大位移量，同时保持基本上相同的较大的反作用力，因此可以高效吸收作用在该结构部件上的能量。

另一方面，在比较例子中，负载P在形变的较早阶段便达到相当大，而当结构部件221被压弯，形变成Z字形和狗腿形状时，该负载P便急剧降低，所以结构部件221不能随着形变有效吸收能量。

图5A～5F示出本发明结构部件的抗弯曲实验。

图5A示出结构部件10支撑在两个支撑点15、15上的状态。δ表示加上负载时结构部件10的形变量。

图5B是横截面图，示出结构部件10充满颗粒物12的状态。

如图5C所示，当负载W沿箭头方向作用于结构部件10时，该结构部件10向下弯曲，如图5D所示，在结构部件10顶表面17和底表面18之间的颗粒物12受到压力，而结构部件10的侧面21和22便向外膨胀，因而颗粒物12侧向移动。

如图5E所示，当进一步增加作用于结构部件10的负载W时，该结构部件形变进一步加大，如图5F所示，在垂直方向结构部件10被压扁的程度进一步加大，而侧面21和22向侧面膨胀的程度又进一步加大。靠近顶面17的颗粒物12由于结构部件内部的压力增大而被压碎，因此可以防止过分的压力增加。

和现有技术不同，不会发生由于结构部件内压力增加造成的框架部件的损坏，而且可以防止图5E所示的负载W急剧降低。

图6A和6B示出本发明汽车框架结构的一部分，上述结构部件适用于这些汽车框架结构。

如图6A所示，本发明的框架结构适用于：两个前侧支架31、31，该支架位于车身前部发动机两个相对横侧面的下面；两个侧梁38、38，该侧梁配置在车厢两个侧面的下面；前部底层横梁58，该横梁在两个左右侧梁38、38之间穿过；两个中央支柱75、75，该中央支柱直立于相应的侧梁38；两个后支架61、61，该后支架从相应的两个侧梁38、38向后伸出。

另外，如图6B所示，本发明的框架结构还适用于左右两个前部支柱73、73、分别配置在两个左右前门89a和两个左右后门95a上的前门梁89和后门梁95、配置在顶部两个相对侧面的左右顶部护梁96、96以及在左右顶部护梁96之间横过的顶部护梁117和118。

图7A～7E分别示出第一～第五例子，在各个例子中选用本发明的汽车框架结构作前侧支架。在第一～第四例子的前侧支架31A～31D中，其框架部件直接充满颗粒物12，而在第五例子的前侧支架31E中，在其框架部件中嵌入预先填充颗粒物12的填充部件。

示于图7A的第一例子的前侧支架31A构成框架部件34，该框架部件由外侧面板32和内侧面板33构成，该内侧面板比外侧面板32更靠近发动机隔间。该框架部件34充满颗粒物12，当前侧支架31A预定充满颗粒物12时，该前侧支架31A可以沿其长度整个地充满颗粒物12，或者前侧支架31A可以沿其长度部分地充满颗粒物12，即，在前侧支架31A中配置两个分隔壁，以便沿纵方向形成彼此相隔预定距离的空间，在这两个分隔壁之间的空间可以充填颗粒物12。可以用类似方法形成下面要说明的部分。

图7B所示第二例子的前侧支架31B构成一种框架结构44，该框架结构由具有倾斜面37的外侧面板32和比外侧面板32更靠近发动机隔间的也具有倾斜面42的内侧面板33构成。该框架结构44充满颗粒物12。

图7C所示的第三例子的前侧支架31C构成框架结构48，该框架结构由外侧面板32、内侧面板33和固定在外侧面板32和内侧面板33中各个面板内侧的分隔壁47构成。在外侧壁32和内侧壁33之间由分隔壁47彼此分隔开的第一室51和第二室52中，第一室51充满颗粒物12。

在图7D所示的第四例子的前侧支架31D中，示于图7C的前侧支架31C的第二室52充满颗粒物12。

图7E所示第五例子的前侧支架31E是一种部件，该部件代表在框架部件34中嵌入充填部件57的例子，在该充填部件中预先封装颗粒物12。即，框架部件34通过充填部件57充填颗粒物12。

图8A～8D示出第一～第四例子，在这些例子中选用本发明的车辆框架结构作后部支架。在作为第一和第二例子的后部支架61A～61D中的各个支架中，该框架部件直接充满颗粒物12。

在作为第一例子的示于图8A的后部支架61A中示出一个例子，在该例子中，在下部面板62和位于该下部面板62上面位置的后部底层面板63之间的空间充满颗粒物12。

在作为第二例子的示于图8B的后部支架61B中示出一个例子，在该例子中，在下部面板62和位于该下部面板62上面位置的次下部面板66之间的空间充满颗粒物12。

在作为第二例子的示于图8C的后部支架61C中示出一个例子，在该例子中，在固定于下部面板62上面位置的图8B所示的次下部面板66和位于该次下部面板66上面位置的后部底层面板63之间的空间充满颗粒物12。

在作为第三例子的示于图8D的后部支架61D中示出一个例子，在该例子中，填充部件72填充在由下部面板62和后部底层面板63包围的空间中，该填充部件72充满颗粒物12。

图9A～9F示出第一～第六例子，在各个例子中，选用本发明的汽车框架结构作中央支柱，在作为第一～第五例子的中央支柱75A～75E中的各个支柱上，该框架部件直接充满非固结状态的颗粒物12，而在作为第六例子的中央支柱75F上，则示出一种在框架部件中嵌入填充部件的例子，该填充部件预先充填颗粒物12。

示于图9A的作为第一例子的中央支柱75A中，示出一个例子，在此例子中框架部件78由外侧面板76和配置在该外侧面板76车厢侧的内侧面板77构成，该框架部件78直接充满颗粒材料12。

示于图9B的作为第二例子的中央支柱75B是一种框架部件80，该框架部件通过将增强部件79固定在外侧面板76和内侧面板77之间形成。在增强部件79和外侧面板76之间的空间充满颗粒物12。

示于图9C的作为第三例子的中央支柱75C中，示出一个例子，在该例子中，在示于图9B的增强部件79和内侧面板77之间的空间中充满颗粒物12。

示于图9D的作为第四例子的中央支柱75D中，示出一个例子，在该例子中，中央支柱装饰件84固定在构件部件78的车厢侧，该中央支柱装饰件84和框架部件78之间的空间充满颗粒物12。

示于图9E的作为第五例子的中央支柱75E中，示出一个例子，在该例子中，中央支柱装饰件91具有许多肋条87和88，该装饰件固定在构件部件78的车厢侧，在中央支柱装饰件91和构件部件78之间的空间中充满颗粒物12。

对于图9F中的作为第六例子的中央支柱75F，该中央支柱装饰件84固定在框架部件78的车厢侧，填充件94预先充满颗粒物12，该填充件嵌入到在这些中央支柱装饰件84和框架部件78之间的空间中。

图10A～10E示出第一至第五例子，在各个例子中，选用本发明的汽车框架结构作汽车顶侧的护梁，在作为第一至第五例子的各个顶侧护梁96A～96E中，该框架部件直接充满颗粒物12。

示于图10A的第一例子的顶侧护梁96A构成框架部件101，该框架部件由外侧面板97和配置在该外侧面板97车厢侧的内侧面板98构成。该构件部件101直接充满颗粒物12。

示于图10B的第二例子的顶侧护梁96B是一种框架部件105，该框架部件这样形成，使得增强部件104固定在外侧面板97和内侧面板98之间。在增强部件104和外侧部件97之间的空间中直接充满颗粒物12。

在示于图10C的第三例子的顶侧护梁96C中，示出一个例子，在该例子中，在图10B所示的增强部件104和内侧面板98之间的空间中直接充满颗粒物12。

示于图10D的第四例子的顶侧护梁96D中，示出一个例子，在该例子中，顶侧护梁装饰件111固定在框架部件101的车厢侧，在车厢侧护梁装饰件111和框架部件101之间的空间直接充满颗粒物12。

对于图10E所示的第五例子的顶侧护梁96E，示出一个例子，在该例子中，示于图10D的顶侧护梁装饰件111具有许多肋条114，在该顶侧护梁装饰件111和框架部件101之间的空间直接充满颗粒物12。

图11A～11G示出本发明颗粒物的其它许多例子。

示于图11A的第一例子的颗粒物122是多孔的不定形的颗粒物，该颗粒物的形状不定，具有许多独立的孔部分121。

图11B所示的第二例子中示出一种多孔的形状不定的颗粒物125，该颗粒物具有许多彼此连通的孔部分124。

在图11C所示的第三例子中，示出一种多孔的形状确定的(在图11C中为椭圆形)的颗粒物127，该颗粒物具有许多独立的孔部分121。

示于图11D的第四例子中，示出一种多孔的形状确定(在图11D中为椭圆形)的颗粒物131，该颗粒物具有许多彼此连通的独立孔部分124。

在图11E所示的第五例子中，示出一种颗粒物134，，该颗粒物具有星形外部形状以及空心部分133。

在图11F所示的第六例子中，示出管状的颗粒物136。

在图11G所示的第七例子中，示出一种具有空心部分138的球形颗粒物137。

图12是曲线图，示出本发明结构部件抗压测试的实验结果，图中垂直轴线代表作为轴向压力负载的负载P，而水平轴代表纵向压缩的形变量λ。

实施例1是充满空心颗粒物的结构部件。实施例2是充满多孔颗粒物(这种颗粒物122示于图11A)的框架部件。对照例1是示于图16C的仅由框架结构构成的不填充填充物的样品A构成结构部件。对照例2是图16C所示的充满实心颗粒物的样品C构成的结构部件。对照例子3是示于图16C的充满泡沫材料的样品B构成的结构部件。

与对照例子1～3相比，在实施例1和实施例2中，负载P在形变的较早阶段没有急剧上升，它稳定地保持在较大的负载P，同时还可以得到较大的形变量λ。即，负载P对形变量λ从零积分到最大的积分增大，由此可以得到较大的吸收能量。

图13是对照图，示出本发明结构部件抗压实验中得到的能量吸收效率。具体是，图13对比地示出实施例1、实施例2、对照例子2和对照例子3中各个例子的能量吸收效率E。其中没有填充物的对照例子1的结构部件其能量吸收效率是1。能量吸收效率E等于结构部件的重量除以吸收的能量。

实施例1和实施例2中各个实施例的能量吸收效率E大于1，该效率显示出空心颗粒物和多孔颗粒物的作用。

图14是曲线图，示出本发明结构部件抗弯曲实验的实验结果，图中纵轴代表垂直作用于结构部件轴线的负载W，而水平轴线代表由负载W引起的结构部件的位移量δ。

作为结构部件，示出实施例1(空心颗粒物)、实施例2(多孔颗粒物)、对照例子1(样品A)、对照例子2(样品C)和对照例子3(样品B)，所有这些结构部件已参考图12进行说明。

在实施例1和实施例2中，从形变的较早阶段到形变的较后阶段，负载W几乎恒定地保持在较大的量，因而可以在形变期间吸收较大的能量。

如参考图2、9A、9D和11A所作的说明，本发明的特征在于，在中央支柱75A的空间中，或者由中央支柱75A和外周中央支柱装饰件84包围的空间中，或者既在中央支柱75A的空间中又在由中央支柱75A和外周中央支柱装饰件84包围的空间中直接充满具有空心部分12a和颗粒物12的颗粒物12，或者嵌入预先填充的部件，该填充部件预先充满具有空心部分12a和颗粒物12的颗粒物12。

参考图15～19说明固结的颗粒物，该颗粒物充填在本发明第二实施例的结构部件中。

图15是横截面图，示出填充本发明第二实施例结构部件的固结颗粒物。该固结颗粒物215由空心的树脂作的第一颗粒物212和实心的第二颗粒物213构成。相邻的第二颗粒物213由上述第一颗粒物212彼此粘接在一起。实际上，第一颗粒物212已近乎密集的状态充填第二颗粒物213之间的空隙，只是为方便说明，只示意示出。

图16是本发明第二实施例固结颗粒物的放大图。该固结颗粒物215是一种部件，在这种部件中，相邻的第二颗粒物213通过熔化，然后再固化第一颗粒物212而被粘接在一起。编号212a表示第一颗粒物212的空心部分，而编号214表示由于第一颗粒物212固化形成的固结部分。

下面参考图17A和17B说明负载加在上述固结颗粒物215上时该固结物的状态。

在图17A中，在车辆相撞时，负载P从外面作用于结构部件210时，该负载P便通过框架部件211传送到固结的颗粒物215上，因此，该固结的颗粒物215便发生形变，如图17B所示。

即，在固结颗粒物215的早期形变阶段，该第一颗粒物212和第二颗粒物213只发生稍微的形变。当负载进一步增加时，形变继续发生，空心的第一颗粒物212产生的形变较大，而第二颗粒物213基本上不形变，靠近加负载位置的那部分结构部件210的第一颗粒物212被压碎。当负载P持续加大时，第一颗粒物212的压碎过程逐渐伸展到结构部件210的底侧。

由于第一颗粒物212破裂，造成的破碎部分212b与相邻的碎片部分212b及相邻的第二颗粒物213产生较大的摩擦力。当固结的颗粒物215形变时，这种摩擦力形成很大的阻力，因而可以吸收碰撞期间较大的冲击能量。因为第一颗粒物212的破裂是逐渐进行的，所以可以稳定和有效地吸收冲击能量。

图18A和18B示出第二实施例结构部件的抗压实验的状态。在图18A中，示出当作为压力负载的负载P沿轴向方向作用于结构部件210时，该结构部件210的形变量为λ。图18B是曲线图，示出负载P和形变量λ之间的关系，图中垂直轴代表负载P，而水平轴代表形变量λ。

如图18B所示，比较例1是结构部件充满实心颗粒物的结构部件，而颗粒物不是固化的颗粒物。与这种对照例子1相比，在结构部件210充满本发明固结颗粒物215(见图15)的实施例中，可以看出，和对照例子1相比，负载P增加，同时提高了冲击能量吸收特性。

图19是比较图，示出第二实施例结构部件的重量和对照例子的重量。假定对照例子1(结构部件仅充满图18B所示的实心颗粒物)的重量W是1，则本实施例的充满固结颗粒物215(见图2)的结构部件的重量W只稍许超过1，这种重量的增加相对于对照例子1是很小的。

对照例2是其内部充满尿烷树脂的结构部件，相对于本实施例重量W增加很多。

作为例子，示于图15、16、17A和17B的实施例其第二颗粒物213可以是上述的实心颗粒物，但是在本发明中，第二颗粒物213不限于实心颗粒物，而且还可以是如第一实施例中图11A～11G所述的那些颗粒物，例如为形状不定的多孔颗粒物、形状确定的多孔颗粒物、具有空心部分的星形颗粒物、管形颗粒物或者具有空心部分的球形颗粒物。

因为第二颗粒物213可以形成为空心的或多孔的颗粒物，所以与第一颗粒物212(见图15)相结合可以进一步降低结构部件的重量，该第一颗粒物将第二颗粒物213粘接在一起。

可以在图6A和图6B所示的车辆框架结构中选用第二实施例的固结颗粒物215。

如前面对图15、17A和17B所作的说明，本发明的这些实施例其特征在于，框架部件210和/或由框架部件210和外周面板部件包围的空间用颗粒物充满，在这种结构中，该颗粒物可以由空心的第一颗粒物212和第二颗粒物213组成，利用第一颗粒物212将相邻的空心的第二颗粒物213彼此粘接起来。

由于采用空心的第一颗粒物212以这种方式将相邻的第二颗粒物213彼此沾接在一起，所以可以降低结构部件210的重量。另外，通过熔化第一颗粒物212可以将第二颗粒物213牢固粘接在一起。因此在框架部件210受到碰撞时，第一颗粒物将破裂，由这些第一颗粒物212破裂产生的碎片部分212b在固结颗粒物215正发生形变时可以形成较大的摩擦力，由此可以得到较大的阻力来吸收较大的冲击能量。另外，因为第一颗粒物212的破裂是逐渐进行的，所以可以稳定和有效地吸收冲击能量。

另外，本发明的特征在于，当框架部件210和/或在框架部件210和外周面板部件之间的空间要用固结颗粒物215充满时，按以下步骤形成固结的颗粒物215：将树脂作的空心的第一颗粒物212与第二颗粒物213混合起来；使第一颗粒物212的表面熔化，从而使第一颗粒物212和第二颗粒物213粘接在一起。

按照这种固结颗粒物的形成方法，可以通过熔化树脂作的空心第一颗粒物212的表面将第一颗粒物212和第二颗粒物213牢固粘接在一起，由此可以得到重量轻的大尺寸的固结颗粒物215。另外，在低温下便可熔化树脂做的第一颗粒物212的表面，因此可以容易形成固结的颗粒物215，而不需要使用例如特殊的加热装置。

在本发明中，当框架部件预定充满固结颗粒物时，该固结颗粒物还可以在形成预定形状以后嵌入到框架部件中。或者可以这样形成固结的颗粒物，即先将第一和第二颗粒物混合起来，然后将这种混合颗粒物充填在框架部件中，随后再加热该框架部件。

工业适用性

如上所述，按照本发明，利用具有空心部分的颗粒物或者多孔的颗粒物可以限制框架部件结构重量的增加。当框架部件受到冲击时，由于颗粒物的摩擦力以及形变或者颗粒物本身的破裂造成框架部件的形变可以逐渐地从负载作用侧发生，同时在受到大的负载作用时可以平稳地进行形变，由此可以更稳定地吸收较大的冲击能量。因此，本发明的框架部件结构可以有效地用于火车、船舶、飞机、摩托车等的框架部件，特别适用于汽车的框架部件。

Claims (1)

1.一种制造固结颗粒物(215)的方法，该固结颗粒物填充在框架部件(210)和一个由该框架部件和四周面板部件包围的空间的至少之一中，该方法包括以下步骤：

将空心的用树脂制成的第一颗粒物(212)与第二颗粒物(213)混合起来；

将第一颗粒物(212)的表面熔化，通过第一颗粒物(212)将相邻的第二颗粒物(213)彼此粘接在一起。

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