JP2013184630A - ビーム成形品およびそれを用いたバンパレインフォース - Google Patents

Abstract

【課題】安価に衝撃エネルギ吸収性能を効率よく向上させることができるビーム成形品と、それを用いたバンパレインフォースを提供する。
【解決手段】横断面が底部両側にフランジ部を備えたハット形の熱可塑性樹脂成形品にシート状繊維強化樹脂成形体を貼り付けたビーム成形品であって、シート状繊維強化樹脂成形体を熱可塑性樹脂成形品のハット形の天面および底部の一部あるいは全面に貼り付け、ハット形の側面は非貼り付け面とすることを特徴とするビーム成形品、およびそれを用いたバンパレインフォース。
【選択図】図１

Description

本発明は、繊維強化樹脂成形体を用いて補強されたビーム成形品と、それを用いた自動車用のバンパレインフォースに関する。

例えば自動車の軽量化のために、バンパレインフォースなど自動車用部材の樹脂化が検討されている。一方で、樹脂は金属に比べて破断しやすいため、十分に衝撃エネルギを吸収できないという問題がある。

このような問題に対し、特許文献１には、コ字状断面を有する樹脂製バンパの内面に斜めに延びる交差リブを設けることで、反力を大きくし、より多くの衝撃エネルギの吸収を狙った構造が開示されている。しかし、この構造においては、コ字状断面の開口部側から樹脂が破断し、十分なエネルギ吸収量が得られない可能性がある。

また、特許文献２には、２種以上の中空シート状材を交互に配置することで荷重、歪み、衝撃エネルギを分散するようにした衝撃吸収部材が開示されている。しかし、この衝撃吸収部材においては、中空シート状材が長尺の場合中空形状に成形できない可能性があるが、２つの部材（例えば、Ｌ字状部材）を溶着して中空形状を形成する場合、製造に高いコストがかかる。また、製品全体にシートを使用すると、製品価格が高くなる。

また、特許文献３には、可撓性を有する炭素繊維複合材料の表面に熱可塑性樹脂を射出成形して、外観および物性に優れた炭素繊維複合成形品を簡易且つ効率的に製造し得る方法が開示されている。しかし、この特許文献３には、炭素繊維複合材料の板やシートの配置に関する記載はなく、どのような配置が衝撃エネルギの吸収等にとって効果的なのかは記載、示唆されていない。

さらに、特許文献４には、強度の異なる複数の部位からなり、曲げ荷重に対してねじれモーメントが発生しエネルギが他部材へと分散されるようにした車体構造部材が開示されている。しかし、この特許文献４には、後述のような本発明における一方向繊維強化樹脂シート等に関する記載はなく、また、ねじれモーメントを発生させることを目的としているため、本発明とは概念が全く異なっている。

特開平６−３０５３７８号公報 特開２００６−２７４３５号公報 特許第３０３５４０９号公報 特開２００６−２４８３３６号公報

本発明の課題は、安価に衝撃エネルギ吸収性能を効率よく向上させることができるビーム成形品と、それを用いたバンパレインフォースを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るビーム成形品は、横断面が底部両側にフランジ部を備えたハット形の熱可塑性樹脂成形品にシート状繊維強化樹脂成形体を貼り付けたビーム成形品であって、前記シート状繊維強化樹脂成形体を前記熱可塑性樹脂成形品のハット形の天面および底部の一部あるいは全面に貼り付け、ハット形の側面は非貼り付け面とすることを特徴とするものからなる。すなわち、熱可塑性樹脂成形品のハット形の側面については、シート状繊維強化樹脂成形体は貼り付けられない。貼り付け方法としては、接着、溶着のいずれも可能である。また、金型内にあらかじめシート状繊維強化樹脂成形体を入れておき、インサート成形することも可能である。

このような本発明に係るビーム成形品においては、ハット形の熱可塑性樹脂成形品の天面側および底部側のみがシート状繊維強化樹脂成形体の貼り付けによって補強されているので、とくに天面側あるいは底部側から衝撃荷重がかかる場合、天面側および底部側部位が破断に至ることが効率よく回避される。ハット形の側面樹脂部は、シート状繊維強化樹脂成形体の貼り付けによっては補強されていないので、衝撃荷重がかかった場合にこの側面樹脂部には亀裂等が発生する可能性はあるが、たとえ亀裂等が発生しても、その亀裂等の進行はシート状繊維強化樹脂成形体で補強されている天面側部位および／または底部側部位で阻止されるため、ビーム成形品が破断に至ることはない。その結果、とくに上記方向に衝撃荷重がかかる場合、ビーム成形品に破断に至る部位を発生させることなく、衝撃エネルギが効率よく良好に吸収される。加えて、上記側面樹脂部が座屈する場合には、エネルギ吸収量をかせぐこともできる。そして、このシート状繊維強化樹脂成形体の貼り付けによる補強は、ハット形の熱可塑性樹脂成形品の天面側および底部側のみについて行えばよいので、シート状繊維強化樹脂成形体の使用量が少なくて済み、ビーム成形品の製品価格を低く抑えることが可能になる。

上記本発明に係るビーム成形品においては、上記シート状繊維強化樹脂成形体が連続強化繊維を一方向に並行に配置した一方向繊維強化樹脂シートからなることが好ましい。このような一方向繊維強化樹脂シートを、ビーム成形品に荷重が加わりその荷重によってビーム成形品が変形しようとする方向に沿って貼り付けておくことにより、その変形に対して高い抗力を効率よく発現させることが可能になり、ビーム成形品の強度や衝撃エネルギ吸収性能を一層効率よく高めることが可能になる。

また、上記シート状繊維強化樹脂成形体は、少なくともビーム成形品の長手方向に連続して延びていることが好ましい。すなわち、ビーム成形品に荷重が加わりその荷重によってビーム成形品が変形しようとする場合、ビーム成形品は長手方向に沿って部分的にまたは全体にわたって湾曲変形しようとする場合が多いので、シート状繊維強化樹脂成形体が長手方向に連続して延びていることにより変形方向に対する補強が効率よく行われ、このような湾曲変形量が効果的に小さく抑えられる。

また、上記シート状繊維強化樹脂成形体の強化繊維としては、炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維等の強化繊維、さらにはこれら強化繊維を組み合わせた構成を適用可能であるが、強度向上、破断防止の観点から、強化繊維として炭素繊維を含むことが好ましい。炭素繊維の使用により、強度設計なども容易に行うことが可能になる。

また、上記熱可塑性樹脂成形品には、リブを有する構造を採用することも可能である。例えば、ビーム成形品の荷重が負荷される面とは反対側の面にリブを形成しておくことが可能である。リブを設けることにより、ビーム成形品の強度を向上し、変形や破断を生じにくくするとともに、衝撃エネルギの吸収性能の一層の向上をはかることが可能になる。

本発明は、上記のようなビーム成形品を使用した自動車用のバンパレインフォースも提供する。本発明に係るビーム成形品は、安価に衝撃エネルギ吸収性能を効率よく向上させることが望まれるあらゆる部材に適用可能であるが、特に、このような要求が強い自動車用のバンパレインフォースに好適なものである。

なお、本発明における熱可塑性樹脂成形品に使用される熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂等が挙げられる。また、シート状繊維強化樹脂成形体のマトリックス樹脂としても、同様の熱可塑性樹脂を使用できる。

本発明によれば、横断面ハット形の熱可塑性樹脂成形品を少ないシート状繊維強化樹脂成形体の使用量をもって効率よく補強でき、安価に衝撃エネルギ吸収性能に優れたビーム成形品、およびそれを用いたバンパレインフォースを提供できる。

本発明の一実施態様に係るビーム成形品の前面側から見た斜視図（Ａ）および背面側から見た斜視図（Ｂ）である。 図１のビーム成形品の平面図である。 図１のビーム成形品の側面図である。 図１のビーム成形品に衝撃荷重が加わったときの変形の一例を示す斜視図である。 比較のために示したシート状繊維強化樹脂成形体を全く貼り付けていないビーム成形品に衝撃荷重が加わったときの変形の一例を示す斜視図である。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１〜図３は、本発明の一実施態様に係るビーム成形品を示しており、とくに該ビーム成形品を自動車用のバンパレインフォースとして構成した場合を示している。図において、１０は、ビーム成形品としてのバンパレインフォースを示しており、バンパレインフォース１０は、横断面が底部両側にフランジ部１１を備えたハット形の熱可塑性樹脂成形品１２にシート状繊維強化樹脂成形体１３を貼り付けたものからなる。シート状繊維強化樹脂成形体１３は、本実施態様では、連続炭素繊維を一方向に並行に配置した一方向炭素繊維強化樹脂シートからなり、該シート状繊維強化樹脂成形体１３は、熱可塑性樹脂成形品１２のハット形の天面１４（本実施態様の場合には車体前側面）の一部および底部１５の一部（本実施態様の場合には両フランジ部１１の車体前側の面）のみに貼り付けられており、ハット形の側面１６（本実施態様の場合には車体上下面）は非貼り付け面とされている。ハット形の天面１４においては、一方向炭素繊維強化樹脂シートからなるシート状繊維強化樹脂成形体１３は、その炭素繊維延設方向をバンパレインフォース１０の長手方向（本実施態様の場合には車体左右方向）として、天面１４の幅方向両側で（車体上下側で）、バンパレインフォース１０の長手方向に連続して延びている。両フランジ部１１においては、シート状繊維強化樹脂成形体１３は、その炭素繊維延設方向をバンパレインフォース１０の長手方向として、バンパレインフォース１０の長手方向に連続して延びている。また、本実施態様では、ハット形の天面１４の長手方向両端部において、シート状繊維強化樹脂成形体１３は天面１４の幅方向に横断して延びるようにも貼り付けられており、該シート状繊維強化樹脂成形体１３は、上記の天面１４の幅方向両側で長手方向に延びているシート状繊維強化樹脂成形体１３を接続している。なお、本実施態様では、熱可塑性樹脂成形品１２の底部１５側に貼り付けられるシート状繊維強化樹脂成形体１３は、両フランジ部１１の車体前側の面のみに貼り付けられているが、フランジ部１１の車体後側の面の一部あるいは全面に貼り付けることも可能である。また、天面のシート状繊維強化樹脂成形体１３についてもインサート成形により車体後側に配置することも可能である。

また、本実施態様では、図１に示すように、バンパレインフォース１０の車体後側の面に斜めに交差する複数のリブ１７が設けられている。このリブ１７は、熱可塑性樹脂成形品１２の成形時に一体成形可能である。また、リブ１７は、熱可塑性樹脂成形品１２のハット形の底面上に突設されてもよく、ハット形を略コ字状横断面に形成してそのコ字状横断面内に設けるようにしてもよい。バンパレインフォース１０には図の矢印の方向に衝撃荷重Ｐがかかるので、反荷重面側にリブ１７を設けることが好ましい。リブの形態はとくに制限されず、任意の形態を採用可能である。

このように構成された本実施態様に係るバンパレインフォース１０においては、図４に示すように、車体前側から衝撃荷重Ｐがかかった場合、ハット形横断面のバンパレインフォース１０の天面１４側および底部１５側のみがシート状繊維強化樹脂成形体１３の貼り付けによって補強されているので、これら天面１４側部位および底部１５側部位が破断に至ることが効率よく回避される。シート状繊維強化樹脂成形体１３の貼り付けによっては補強されていないハット形の側面１６部には、衝撃荷重Ｐがかかった部位での部材の変形により亀裂１８が発生する可能性があるが、たとえ亀裂１８が発生しても、その亀裂１８はシート状繊維強化樹脂成形体１３で補強されている天面１４側部位および／または底部１５側部位で亀裂１８の進行が阻止され、バンパレインフォース１０が部材の端面から破断に至ることは阻止される。換言すれば、シート状繊維強化樹脂成形体１３が貼り付けられていないハット形の側面１６部は、シート状繊維強化樹脂成形体１３で補強された天面１４側部位と底部１５側部位との間に挟まれて位置するので、天面１４側部位および底部１５側部位の破断防止により、バンパレインフォース１０が部材の端面から破断に至ることが防止される。その結果、バンパレインフォース１０の衝撃エネルギ吸収性能が大幅に向上されることになる。

図５に、比較のために、熱可塑性樹脂成形品１２と同様に天面２１側部位、側面２２部位、底部２３側部位を有するハット形の熱可塑性樹脂のみからなる（シート状繊維強化樹脂成形体１３が全く貼り付けられていない）成形品としてのバンパレインフォース２０を示す。このようなバンパレインフォース２０に、例えば車体前側から衝撃荷重Ｐが加わると、部材の変形に伴い、バンパレインフォース２０の底部２３側部位の端面から破断２４が生じる可能性が高くなり、図４に示した場合に比べ、衝撃エネルギ吸収性能に劣ることとなる。

また、上記のような本発明における衝撃エネルギ吸収性能の大幅な向上が、シート状繊維強化樹脂成形体１３を部材の全面に貼り付けることなく、ハット形横断面の天面１４側と底部１５側のみに部分的に貼り付けることによって達成されるので、シート状繊維強化樹脂成形体１３の使用量が少なくて済み、望ましい性能のバンパレインフォース１０を安価に製造することができる。

本発明に係るビーム成形品は、安価に衝撃エネルギ吸収性能を向上させることが要求されるあらゆるビーム部材に適用でき、特にバンパレインフォースに好適である。

１０ ビーム成形品としてのバンパレインフォース
１１ フランジ部
１２ 熱可塑性樹脂成形品
１３ シート状繊維強化樹脂成形体
１４ ハット形の天面
１５ ハット形の底部
１６ ハット形の側面
１７ リブ
１８ 亀裂
２０ バンパレインフォース
２１ 天面
２２ 側面
２３ 底部
２４ 破断
Ｐ 衝撃荷重

Claims (6)

1. 横断面が底部両側にフランジ部を備えたハット形の熱可塑性樹脂成形品にシート状繊維強化樹脂成形体を貼り付けたビーム成形品であって、前記シート状繊維強化樹脂成形体を前記熱可塑性樹脂成形品のハット形の天面および底部の一部あるいは全面に貼り付け、ハット形の側面は非貼り付け面とすることを特徴とするビーム成形品。
2. 前記シート状繊維強化樹脂成形体が連続強化繊維を一方向に並行に配置した一方向繊維強化樹脂シートからなる、請求項１に記載のビーム成形品。
3. 前記シート状繊維強化樹脂成形体が少なくともビーム成形品の長手方向に連続して延びている、請求項１または２に記載のビーム成形品。
4. 前記シート状繊維強化樹脂成形体の強化繊維として炭素繊維を含む、請求項１〜３のいずれかに記載のビーム成形品。
5. 前記熱可塑性樹脂成形品がリブを有する、請求項１〜４のいずれかに記載のビーム成形品。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のビーム成形品を使用した自動車用のバンパレインフォース。

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