JPH08198995A - 加熱発泡充填補強材及び同加熱発泡充填補強材を用いた閉断面構造部材補強構造 - Google Patents

加熱発泡充填補強材及び同加熱発泡充填補強材を用いた閉断面構造部材補強構造

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JPH08198995A
JPH08198995A JP7026330A JP2633095A JPH08198995A JP H08198995 A JPH08198995 A JP H08198995A JP 7026330 A JP7026330 A JP 7026330A JP 2633095 A JP2633095 A JP 2633095A JP H08198995 A JPH08198995 A JP H08198995A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、加熱発泡充填補強材を用いた閉断
面構造部材補強構造に関し、従来にない軽量で安価な高
剛性なもの提供することを目的とする。 【構成】 複数の閉断面構造部材１１〜１５を結合して
なるものにおいて、閉断面構造部材１１〜１５の内部
に、エポキシ樹脂材，合成ゴム材，熱可塑性樹脂材を成
分として含む加熱発泡充填補強材１を充填するように構
成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、加熱発泡充填補強材及
び同加熱発泡充填補強材を用いた閉断面構造部材補強構
造に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、発泡充填材は車体のピラー，ルー
フヘッダーパネルなどに遮音性向上やエネルギー吸収特
性向上をねらって高級車中心に使用されている。その取
付箇所を示したのが、図１５である。この図１５に示す
ように、発泡充填材１００が車体１０のピラー（フロン
トピラー１１，センタピラー１２，リヤピラー１３）内
に充填されている。
【０００３】ここで、発泡充填剤１００としては、ＢＲ
ゴム系（ブタジエンラバー系）やＳＢＲゴム（スチレン
ブタジエンラバー系）等の合成ゴム又はポリエチレン系
の成形シート材及びポリウレタン系の液状材が使用され
る。その特徴を表１に示す。なお、成形シート材は装着
作業が容易でトータルコストも液状材に比べて有利であ
る。
【０００４】
【表１】
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな合成ゴムやウレタン系材料からなる従来の発泡充填
材１００（その発泡率は２００〜２０００パーセント）
をピラーやルーフヘッダーパネルなどに使用したもので
は、その使用目的が遮音性向上やエネルギー吸収特性向
上であるため、構造上の強度や剛性向上には寄与しない
という課題がある。
【０００６】ところで、車体の閉断面構造は結合部材が
多いので、発泡充填材を高剛性化することができれば、
結合部材の剛性向上や一体化が期待できる。しかし、従
来の発泡充填材１００は上述のように遮音性向上又は吸
収エネルギー向上が主体であるため、剛性向上性能はな
い。本発明は、このような課題に鑑み創案されたもの
で、従来にない軽量で安価な高剛性の加熱発泡充填補強
材及び加熱発泡充填補強材を用いた閉断面構造部材補強
構造を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び作用】このため、本発
明の加熱発泡充填補強材は、少なくともエポキシ樹脂
材，合成ゴム材，熱可塑性樹脂材を成分として含み、該
エポキシ樹脂材が重量比で３０〜４５重量パーセント，
該合成ゴム材が重量比で５〜１５重量パーセント，該熱
可塑性樹脂材が重量比で５〜１５重量パーセント含まれ
ていることを特徴としている。このとき、充填剤が重量
比で４０〜５０重量パーセント含まれるようにしてもよ
い。
【０００８】また、本発明の加熱発泡充填補強材を用い
た閉断面構造部材補強構造は、複数の閉断面構造部材を
結合してなるものにおいて、該閉断面構造部材の内部
に、エポキシ樹脂材，合成ゴム材，熱可塑性樹脂材を成
分として含む加熱発泡充填補強材が充填されていること
を特徴としている。このとき、該閉断面構造部材の結合
部または該結合部の近傍に、部分的に、上記のエポキシ
樹脂材，合成ゴム材，熱可塑性樹脂材を成分として含む
加熱発泡充填補強材が充填されるようにすることができ
る。
【０００９】また、この場合、該発泡材料を構成する該
エポキシ樹脂材が重量比で３０〜４５重量パーセント，
該合成ゴム材が重量比で５〜１５重量パーセント，該熱
可塑性樹脂材が重量比で５〜１５重量パーセント含まれ
ていることが好ましい。さらに、該加熱発泡充填補強材
として、加熱硬化後、発泡率が２００〜５００パーセン
トとなる発泡材料が使用されることが好ましい。
【００１０】
【実施例】以下、図面により、本発明の一実施例として
の加熱発泡充填補強材及びこの加熱発泡充填補強材を用
いた閉断面構造部材補強構造について説明する。まず、
本発明にかかる加熱発泡充填補強材についての特徴及び
物性について説明する。
【００１１】本加熱発泡充填補強材（開発材料というこ
ともある）の開発に際しては、従来使用している発泡充
填材と同じような取扱ができ、軽くて安価なものとし
て、実車において重量軽減はもちろんのこと、総合的に
コストメリットが出るものを目標として検討された。こ
の場合、材料の主成分はエポキシ樹脂，ポリウレタン，
アクリル樹脂などを検討したが、上述目標に最も近づけ
る可能性が高いエポキシ樹脂に絞られた。
【００１２】材料形態は車体部品の溶接組立工程（図３
の工程参照）で使用することを前提とし、成形シートに
設定した。なお図３の工程においては、まずプレス工程
で部品２０をプレスし、プレス部品２１に成形シート状
の加熱発泡充填補強材１を貼り付け、プレス部品２１，
２２間を溶接し、その後、脱脂・洗浄工程，電着工程を
経て、焼付工程で、発泡を完了するようにしている。
【００１３】上記のようにプレス部品２１に成形シート
状の加熱発泡充填補強材１を貼り付けるが、このときの
初期密着性の向上と防錆性向上をねらって、図４に示す
ように、加熱発泡充填補強材１は、加熱発泡充填補強層
ａと接着層ｂとの２層タイプとした。なお、この図４に
おいて、ｃは離型紙である。次に、本加熱発泡充填補強
材１の大きな特徴である高発泡かつ高剛性を実現した配
合組成上の工夫点について説明する。
【００１４】エポキシ樹脂の粘度は温度の影響を受けや
すく、車の塗装焼付け炉のような高い温度域（１６０〜
２００°Ｃ）では、受信粘度が低くなりすぎて発泡剤の
分解発生ガスを保持できないため高発泡化が難しい。従
来は、このような背景のもとに、ガス保持に多量の合成
ゴム（ＢＲ，ＳＢＲなど）とこれの混和性を高める可塑
剤を配合していたため、この配合系では高剛性発泡体を
得ることは困難であった。
【００１５】しかし、今回、焼付硬化時の材料の溶融粘
度を高め、ガス保持性の向上をねらって、可塑剤抜きで
エポキシ樹脂と合成ゴムとの相溶性をよくすることに着
目した。そこで、あらかじめ合成ゴムが重合されたエポ
キシ樹脂をベースとして、同系統のゴムを後添加し、更
に樹脂系エラストマー（熱可塑性樹脂材）を配合した。
即ち、本加熱発泡充填補強材１は、少なくともエポキシ
樹脂材，合成ゴム材，熱可塑性樹脂材を成分として含
み、更に詳しくはエポキシ樹脂材が重量比で３０〜４５
重量パーセント，合成ゴム材が重量比で５〜１５重量パ
ーセント，熱可塑性樹脂材が重量比で５〜１５重量パー
セント含まれ、更に充填剤が重量比で４０〜５０重量パ
ーセント含まれるような構成となっているのである。ま
た、本加熱発泡充填補強材１としては、加熱硬化後、発
泡率が２００〜５００パーセントとなる発泡材料が使用
される。さらに圧縮強度が１０Ｋｇ／ｃｍ2 以上のもの
が使用される。
【００１６】ここで、本加熱発泡充填補強材１の配合成
分と配合目的を示す表を表２として示す。
【００１７】
【表２】
【００１８】この表２からもわかるように、エポキシ樹
脂材は高剛性，高耐久性，高接着性を配合目的としてお
り、合成ゴム材は成形性を配合目的としており、熱可塑
性樹脂材は溶融粘度調整を配合目的としている。なお、
発泡剤は発泡を配合目的としており、硬化剤，硬化促進
剤はエポキシ樹脂材の架橋を配合目的としており、カー
ボンブラックは補強性，着色を配合目的としており、充
填剤は形成補特性を配合目的としている。
【００１９】また、エポキシ樹脂材，合成ゴム材，熱可
塑性樹脂材等の配分比は次のようにして決められる。ま
ず、エポキシ樹脂材については、配分比が低いと、高剛
性，高耐久性，高接着性が劣るため、最低２５重量パー
セント必要としており、また配分比が高いと、コストの
点で問題となるため、最高４０重量パーセント程度とし
ている。
【００２０】また、合成ゴム材については、配分比が低
いと、成形性の点で問題となるため、最低５重量パーセ
ント必要としており、また配分比が高いと、硬くなるた
め、最高１５重量パーセント程度としている。熱可塑性
樹脂材については、溶融粘度調整の観点から、５〜１５
重量パーセントとしている。
【００２１】さらに、本発明の要点である合成ゴムと熱
可塑性樹脂についての説明を更にすると、次の通りであ
る。まず、合成ゴムから説明する。エポキシ樹脂は、常
温での形態（液状〜固形）にかかわらず、１６０〜２５
０°Ｃの高温時には、低粘度の液状となり発泡剤の分解
ガスを保持できないため、高発砲物が得られない。ま
た、加工時に温度による粘度変化が大きいと混和時の混
和性及び成形時の押出し性等に不具合が生じる。
【００２２】これらの課題を解決するために、本発明で
は、エポキシ樹脂と相溶性の良い合成ゴムを用いたので
ある。そして、使用しうる合成ゴムとしては、例えば、
ＮＢＲ，カルボキシル化ＮＢＲ，エポキシＮＲ，エピク
ロルヒドリンゴム，変性ＮＢＲ等があげられる。これら
のゴムをエポキシ樹脂とブレンドすると、高温時に粘り
が出て、発泡による皮膜生長を助長し発泡ガスの保持を
高め、高発泡体を得ることができるのである。
【００２３】また、温度による粘度変化も少なくなり、
加工性を向上させ、この事実と常温での粘着向上でプレ
ス部品への貼付が四季を問わず良好となる。また、これ
らの効果を出すには、合成ゴムは上記のごとく５〜１５
重量部配合されるが、最適な発泡を得るには、５〜１０
重量部が望ましい。なお、多量に配合すると補強性を失
う。
【００２４】熱可塑性樹脂については、次のとおりであ
る。すなわち、熱可塑性樹脂は、加熱発泡充填補強材
（開発材）１を垂直部に用いたときにＥＤ乾燥炉の加熱
による流れ落ち（ダレ）を防止するために用いられ、そ
の例としては、ポリビニルブチラール，スチレン，スチ
レン変性物，アクリル，アクリル変性物，ポリアミド等
がある。従来は、有機ベントナイト，コロイダルシリカ
等が用いられたが、これらを用いると、高温時の粘りが
なく、発泡ガスが逃げやすくなるため、高発泡物を得ら
れない。
【００２５】それを解決するため、本発明では、熱可塑
性樹脂を用いて、高温時の粘りけを発泡でき、且つ、ダ
レのない粘度に調整した。この粘度調整は、上記樹脂の
分子量や融点によっても変わるが、総じて５〜１５重量
部配合されるが、最適な量は５〜１０重量部である。多
量に配合すると補強性と油面定着性が悪くなる。
【００２６】なお、繊維（ガラス，パルプ，石綿），微
粒子炭酸カルシウムは流れ落ちダレ防止に使用される。
このようにして、本加熱発泡充填補強材１では、合成ゴ
ムの添加量が従来の約１／２に減り、可塑剤も不要とな
ったので、高発泡かつ高合成が達成できたのである。
【００２７】次に いくつかの例を比較例とともに示す
と、表３〜表５のようになる。
【００２８】
【表３】
【００２９】
【表４】
【００３０】ここで、上記の表において、比較例１は、
ゴム相溶性のないＳＢＲ−１５０２を使用したため、粘
着がでず、油面定着性が高くなって、材料がパテ状とな
り、発泡しなかった例であり、比較例２は、タレ止めを
有機ベントナイトにしたが、発泡に悪影響がでた例であ
り、比較例３は、合成ゴムを増したため、高温での粘度
が上がり、発泡率が低くシートも硬くなり、粘着低下を
来した例であり、比較例４は、熱可塑性樹脂材を増した
ため、比較例３と同じく、発泡低下シートが硬くなり、
粘着低下を来した例であり、比較例５は、熱可塑性樹脂
材を減らしたため、タレが多くなった例であり、比較例
６は、合成ゴムを減らしたため、発泡低下を来たし、シ
ート性に難が出た例である。
【００３１】
【表５】
【００３２】なお、表５において、開発材とは、本加熱
発泡充填補強材１のことをいう。また、この配合剤は溶
融粘度の調整により発泡硬化時の垂れ防止及び発泡倍率
の均一化にも寄与することも判明した（図５参照）。ま
た、安価な材料とするため、前述のごとく、高発泡化の
ほかに充填剤（炭酸カルシウムなど）の量を全体の５割
近く（重量比）としたことが特徴としてあげられる。
【００３３】さらに、開発材料（本加熱発泡充填補強
材）１の物性を現行発泡充填材と比較したものを、表６
に示す。
【００３４】
【表６】
【００３５】次に、開発材料（本加熱発泡充填補強材）
１の作業特性について説明する。まず、本開発材料は部
品の溶接組立工程で使用する（図３参照）ので、油面密
着性、垂直焼付性及び塗装工程への影響など、作業工程
への適合性確認が必要である。また、最近、低温短時間
硬化タイプの電着塗料が採用され、塗装焼付け炉は温度
が低く、時間も短くなっているため、発泡硬化性も重要
となる。
【００３６】しかし、本開発材料１は、低温反応型硬化
剤および低温分解型発泡剤の採用により、低温域から高
温域までの広範囲の焼付け条件に対応可能であることが
わかる（図６参照）。また、本加熱発泡充填補強材１を
適用する車体のフロントピラーやセンターピラーはトリ
ム，ウェザーストリップゴムなどを固定するクリップ取
付け穴が多数設けられており、本加熱発泡充填補強材１
をそのまま適用すると、穴が塞がれて、しかも硬いた
め、クリップを埋め込めなくなる。しかし、図７（ａ）
に示すように、穴部分３１は一部を合成ゴム系の柔らか
い層（軟質発泡層）３２となるように複層シート構造と
なっている。これにより、図７（ｂ）に示すように、剛
性が低下することなく、クリップ３３が容易に押し込め
る。なお、図７（ａ），（ｂ）において、符号３４はピ
ラーアウタパネル、３５はピラーインナパネルを示して
いる。
【００３７】なお、その他の作業特性は、現行発泡充填
剤とほぼ同等で特に問題はない。その比較結果を表７に
示す。
【００３８】
【表７】
【００３９】さらに、閉断面構造部材への適用について
説明する。まず、ストレートフレームによる確認から説
明する。 （１）試験方法 供試品としては、ハット形状のフレーム内面に加熱発泡
充填補強材（これを発泡材ということがある）を貼付け
他方のフレームを重ねてスポット溶接したのち、所定の
焼付け条件に通して成形シートを発泡硬化させて制作し
たもの４１（図８参照）が使用された。そして、供試品
４１の両端に固定板を溶接して、試験機への装着を容易
にして曲げ、捩じり試験および圧縮試験を行なった。
【００４０】（２）試験結果 本発泡材１を充填したフレームはいずれの特性も向上
し、発泡材なしのものに比べ、曲げ剛性が１５％も高い
値が得られ（図９参照）、又捩じり剛性も約２０％高い
値が得られ、これにより発泡材１を充填した効果が十分
あることが判明した。
【００４１】また、図１０に示すように、圧縮試験で
は、平均座折荷重が約５０％上昇することがわかり、更
にエネルギー吸収効率についても、従来の発泡材使用の
ものよりもよい結果が得られた。次に、実部品による確
認について説明する。この場合は、車のルーフレールと
センターピラーの結合部を用いてパネル板厚の低減可能
性および発泡材充填範囲と剛性について確認した。供試
体の仕様および試験条件は図１１に示す。その結果は、
曲げ剛性と捩じりを評価し、現行板厚の発泡材無充填供
試品に対する向上率で表すと、図１２のようになった。
【００４２】すなわち、板厚低減品は捩じり剛性で３．
０倍，曲げ剛性（前方向）で３．７倍も向上し、特に室
内方向の曲げ剛性は約８倍で発泡材充填の効果が大き
い。これは、断面形状がルーフレール，センターピラー
とも室外方向へ凸状になっている厚さ効果によるものと
考えられる。また、部分充填品の剛性向上率は全面充填
品に比べて低下率が少なく、発泡材の充填範囲の寄与度
は小さいことも判明した。このことは部分充填品で十分
効果があることを示しており、コスト，重量面でのアッ
プ分が少なくてすみ、実用化に有利な条件といえる。
【００４３】さらに、実車での確認について説明する。
図１，図２に示すように、本加熱発泡充填補強材１を、
ピラー１１〜１３やルーフレール１４あるいはサイドシ
ル１５のように複数の閉断面構造部材を結合してなる車
体１０の各部位へ適用し、最適効果を見いだすため、さ
まざまな確認試験を行なった。今回は、図１，図２に示
すように、センターピラー１２とルーフレール結合部１
４およびフロントピラー１１内に適用した。すなわち、
複数の閉断面構造部材１１〜１５を結合してなる車体構
造において、閉断面構造部材の結合部または結合部の近
傍に、部分的に、即ち結合部の近傍部例えば３００ｍｍ
以内の部分に、エポキシ樹脂材，合成ゴム材，熱可塑性
樹脂材を成分として含む本加熱発泡充填補強材１が充填
されているのである。
【００４４】このとき剛性についての試験は、図１のＡ
点を外から室内方向へ垂直に負荷して行ない、遮音性は
図２のＢ点をマイクロホンで測定した。まず、剛性はセ
ンターピラー１２の室内方向への静負荷曲げ試験で発泡
材未充填品に比べ、約１４％向上し、荷重−変位曲線に
おける荷重の立ち上がりが急でピーク荷重時の変位が約
７ｍｍ移動しており、エネルギー吸収性の向上も期待で
きることが判明した（図１３参照）。
【００４５】また、遮音性は１００Ｋｍ／ｈ走行時のフ
ロントピラー内音が２５０Ｈｚ以上の周波数域で平均７
〜８ｄＢ低減しており十分効果があることがわかった
（図１４参照）。なお、上記の実施例において、符号１
を付けて説明したもの（発泡材，開発材，開発材料等）
は全て本発明にかかる加熱発泡充填補強材のことであ
る。
【００４６】従って、次のようなことが言える。すなわ
ち、本実施例においては、閉断面構造内を加熱発泡充填
補強材１の使用で剛性向上を図ることができ、パネルの
板厚低減による軽量化や、バルクヘッドなどの補強部品
の廃止をも図ることができ、これにより、所定の効果が
得られ（数Ｋｇ／台の重量減）、又従来の遮音性も十分
確保できたのである。
【００４７】なお、ピラー等の閉断面構造部材の内部の
かなりの部分（全ての部分を含む）にわたって、エポキ
シ樹脂材，合成ゴム材，熱可塑性樹脂材を成分として含
む加熱発泡充填補強材１を充填してもよい。
【００４８】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の加熱発泡
充填補強材によれば、少なくともエポキシ樹脂材，合成
ゴム材，熱可塑性樹脂材を成分として含み、該エポキシ
樹脂材が重量比で３０〜４５重量パーセント，該合成ゴ
ム材が重量比で５〜１５重量パーセント，該熱可塑性樹
脂材が重量比で５〜１５重量パーセント含まれているの
で、曲げ剛性や捩り剛性が大幅に向上し、更にエネルギ
ー吸収特性も向上する。
【００４９】また、充填剤が重量比で４０〜５０重量パ
ーセント含まれているので、コストの低減におおいに寄
与する。本発明の加熱発泡充填補強材を用いた閉断面構
造部材補強構造は、複数の閉断面構造部材を結合してな
るものにおいて、該閉断面構造部材の内部に、エポキシ
樹脂材，合成ゴム材，熱可塑性樹脂材を成分として含む
加熱発泡充填補強材が充填されているので、剛性向上を
図ることができ、パネルの板厚低減による軽量化や、バ
ルクヘッドなどの補強部品の廃止をも図ることができ、
これにより、車１台当たり数Ｋｇの重量減となり、又従
来の遮音性も十分確保できる利点がある。
【００５０】また、該閉断面構造部材の結合部または該
結合部の近傍に、部分的に、上記の加熱発泡充填補強材
が充填することもでき、このようにしても、従来のもの
よりも剛性を向上させて、更なる重量軽減に寄与しう
る。さらに、加熱発泡充填補強材として、加熱硬化後、
発泡率が２００〜５００パーセントとなる発泡材料が使
用されているので、閉断面構造部材内への加熱発泡充填
補強材の充填効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の適用部位を説明する図である。
【図２】本発明の適用部位を説明する図である。
【図３】成形シート発泡充填材の作業工程を説明する図
である。
【図４】本加熱発泡充填補強材の使用を説明する図であ
る。
【図５】焼付け発泡硬化条件と発泡倍率を説明する図で
ある。
【図６】適正焼付け発泡硬化条件範囲を説明する図であ
る。
【図７】（ａ），（ｂ）はクリップ穴の処理方法を説明
する図である。
【図８】ストレートフレーム供試品の使用を説明する図
である。
【図９】曲げ剛性結果を説明する図である。
【図１０】圧縮試験での荷重−変位特性を説明する図で
ある。
【図１１】供試体品の仕様及び試験条件を説明する図で
ある。
【図１２】実部品での剛性を説明する図である。
【図１３】センタピラーの静負荷試験結果を説明する図
である。
【図１４】遮音性能結果を説明する図である。
【図１５】従来品の適用部位を説明する図である。
【符号の説明】
１ 加熱発泡充填補強材 １１〜１３ ピラー（閉断面構造部材） １４ ルーフレール（閉断面構造部材） １５ サイドシル（閉断面構造部材） ２０ 部品 ２１，２２ プレス部品 ３１ クリップ穴 ３２ 軟質発泡層 ３３ クリップ ３４ ピラーアウタパネル ３５ ピラーインナパネル ４１ 供試品

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくともエポキシ樹脂材，合成ゴム
    材，熱可塑性樹脂材を成分として含み、該エポキシ樹脂
    材が重量比で３０〜４５重量パーセント，該合成ゴム材
    が重量比で５〜１５重量パーセント，該熱可塑性樹脂材
    が重量比で５〜１５重量パーセント含まれていることを
    特徴とする、加熱発泡充填補強材。
  2. 【請求項２】 充填剤が重量比で４０〜５０重量パーセ
    ント含まれていることを特徴とする、加熱発泡充填補強
    材。
  3. 【請求項３】 複数の閉断面構造部材を結合してなるも
    のにおいて、 該閉断面構造部材の内部に、エポキシ樹脂材，合成ゴム
    材，熱可塑性樹脂材を成分として含む加熱発泡充填補強
    材が充填されていることを特徴とする、加熱発泡充填補
    強材を用いた閉断面構造部材補強構造。
  4. 【請求項４】 該閉断面構造部材の結合部または該結合
    部の近傍に、部分的に、上記のエポキシ樹脂材，合成ゴ
    ム材，熱可塑性樹脂材を成分として含む加熱発泡充填補
    強材が充填されていることを特徴とする、加熱発泡充填
    補強材を用いた閉断面構造部材補強構造。
  5. 【請求項５】 該発泡材料を構成する該エポキシ樹脂材
    が重量比で３０〜４５重量パーセント，該合成ゴム材が
    重量比で５〜１５重量パーセント，該熱可塑性樹脂材が
    重量比で５〜１５重量パーセント含まれていることを特
    徴とする請求項３または請求項４に記載の加熱発泡充填
    補強材を用いた閉断面構造部材補強構造。
  6. 【請求項６】 該加熱発泡充填補強材として、加熱硬化
    後、発泡率が２００〜５００パーセントとなる発泡材料
    が使用されていることを特徴とする請求項３〜５のいず
    れかに記載の加熱発泡充填補強材を用いた閉断面構造部
    材補強構造。
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