JP2014218179A - Energy absorption member - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車用構造部材としてのエネルギー吸収部材に関する。 The present invention relates to an energy absorbing member as a structural member for an automobile.
自動車用構造部材には、衝突安全性の点から、部材の高強度化とともに、高エネルギー吸収性能が求められている。従来の一般的な自動車用構造部材の構造として、例えば図6に示すような構造が挙げられる。図6に示す自動車用構造部材100の構造では、金属製のアウターパネル101と金属製のインナーパネル102とで形成される中空領域内に、金属製の補強部材103が配置されている。
From the viewpoint of collision safety, automobile structural members are required to have high energy absorption performance as well as higher strength of the members. As a structure of a conventional general automobile structural member, for example, a structure as shown in FIG. In the structure of the automotive
しかし上記のような金属製の補強部材103で補強された自動車用構造部材100においては、衝突時に部材に大きな曲げ荷重が加わると、金属材料が降伏し、荷重を受け持つことができず、荷重低下が起こる。さらに、後述の如く、部材の断面変形も発生し、断面が縮小して、さらに荷重低下を招くことがある。
However, in the automobile
このような金属製の自動車用構造部材における問題に対処するために、構造部材の少なくとも一部に、一般的にエネルギー吸収性能が高いと言われている繊維強化樹脂製の部材を用いる技術が知られている。 In order to cope with such a problem in metal structural members for automobiles, a technique using a member made of fiber reinforced resin, which is generally said to have high energy absorption performance, as at least a part of the structural member is known. It has been.
例えば、特許文献1には、自動車用構造部材のアウターパネル内に、凹凸形状の(波形形状の)繊維強化樹脂製補強部材を取り付けた車両の骨格構造が開示されている。また、特許文献2には、横断面四角の、積層シート状繊維強化材を有する繊維強化樹脂からなる自動車用衝撃吸収部材が開示されている。さらに、特許文献3には、略ハット型断面の繊維強化樹脂製アウターパネルの内面に、それと相似形の金属製レインフォースを配設した自動車のセンターピラー構造が開示されている。
For example,
しかしながら、特許文献1に記載の構造では、付加された繊維強化樹脂製補強部材が波形形状に形成されているため、例えば、該補強部材の軸方向(長手方向)には高いエネルギー吸収性能を持たせることができず、骨格構造部材に加わる曲げ荷重等に対して部材全体として優れたエネルギー吸収性能は期待できない。また、特許文献2、3に記載の構造は、アウターパネル自体が繊維強化樹脂で構成されているので、金属製のアウターパネル構造が要求される場合には適用できない。
However, in the structure described in
そこで本発明の課題は、金属製のアウターパネルと金属製のインナーパネルの構成が要求される自動車用構造部材において、高いエネルギー吸収性能を有する繊維強化樹脂製の補強部材を用いて、曲げ荷重等が加わる場合にも部材全体として優れたエネルギー吸収性能を発現できるようにしたエネルギー吸収部材を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to use a reinforcing member made of fiber reinforced resin having high energy absorption performance in a structural member for an automobile that requires a configuration of a metal outer panel and a metal inner panel, bending load, etc. An object of the present invention is to provide an energy absorbing member capable of exhibiting excellent energy absorbing performance as a whole member even when the pressure is applied.
上記課題を解決するために、本発明に係るエネルギー吸収部材は、金属製のアウターパネルと金属製のインナーパネルとで形成される中空領域に、繊維強化樹脂製の補強部材を配置した自動車用構造部材であって、前記補強部材は中空閉断面形状を有しており、かつ、少なくとも前記インナーパネルと接合固定されていることを特徴とするものからなる。 In order to solve the above-mentioned problems, an energy absorbing member according to the present invention is an automotive structure in which a reinforcing member made of fiber reinforced resin is arranged in a hollow region formed by a metal outer panel and a metal inner panel. The reinforcing member has a hollow closed cross-sectional shape and is joined and fixed to at least the inner panel.
このような本発明に係るエネルギー吸収部材においては、アウターパネルとインナーパネルとで部材の金属製外面形成構造が確保されつつ、アウターパネルとインナーパネルとで形成される中空領域に繊維強化樹脂製の補強部材が配置されることにより、該補強部材によって、繊維強化樹脂が有する高いエネルギー吸収性能の発現が可能になる。この繊維強化樹脂製の補強部材は、中空閉断面形状を有していることにより、部材自身として高い剛性を有し、優れた補強性能の発現が可能であり、かつ、少なくともインナーパネルと接合固定されていることにより、曲げ荷重が加わった際等に、断面内方向の破壊の進行が抑えられ、断面変形の抑制が可能になって、受け持つことができる荷重の低下が抑えられる。また、曲げ荷重が加わる際の繊維強化樹脂製補強部材の破壊部では、あたかも、その両側部分の突き合わせの状態となり、該破壊部で曲げモードがあたかも軸圧縮モードへと移行して、後述の如く、略一定の荷重―ストローク(変位)特性となり、逐次破壊特性が発現されて優れたエネルギー吸収性能が発現される。その結果、中空領域内に配置された特定の繊維強化樹脂製補強部材により、自動車用構造部材の望ましい補強性能が得られるとともに、優れたエネルギー吸収性能が発現される。 In such an energy absorbing member according to the present invention, the metal outer surface forming structure of the member is ensured by the outer panel and the inner panel, and the hollow region formed by the outer panel and the inner panel is made of fiber reinforced resin. By arranging the reinforcing member, the reinforcing member can exhibit high energy absorption performance of the fiber reinforced resin. This fiber reinforced resin reinforcing member has a hollow closed cross-sectional shape, so that the member itself has high rigidity, can exhibit excellent reinforcing performance, and is bonded and fixed at least to the inner panel. As a result, when a bending load is applied, the progress of the fracture in the cross-section direction is suppressed, the cross-section deformation can be suppressed, and a decrease in load that can be handled is suppressed. In addition, at the fracture portion of the fiber reinforced resin reinforcing member when a bending load is applied, it is as if both sides of the fracture portion are in a butted state, and the bending mode shifts to the axial compression mode at the fracture portion, as described later. As a result, the load-stroke (displacement) characteristic becomes substantially constant, and the sequential fracture characteristic is manifested, and the excellent energy absorption performance is manifested. As a result, the specific fiber-reinforced resin reinforcing member disposed in the hollow region provides the desired reinforcing performance of the automotive structural member and exhibits excellent energy absorption performance.
上記本発明に係るエネルギー吸収部材においては、上記補強部材は上記アウターパネルと接触するように配置されていることが好ましい。このようにすれば、補強部材はインナーパネルとアウターパネルで挟まれることになり、例えば曲げ荷重が補強部材の破壊荷重に達した後、断面方向への破壊が進行せず、断面変形をより抑制することが可能となって、荷重低下が一層抑制されるとともに、上述のような優れたエネルギー吸収性能が一層確実に発現される。 In the energy absorbing member according to the present invention, the reinforcing member is preferably disposed so as to contact the outer panel. In this way, the reinforcing member is sandwiched between the inner panel and the outer panel. For example, after the bending load reaches the breaking load of the reinforcing member, the breaking in the cross-sectional direction does not proceed, and the cross-sectional deformation is further suppressed. As a result, it is possible to further suppress the load drop and to exhibit the excellent energy absorption performance as described above more reliably.
また、上記補強部材が上記アウターパネルとも接合固定されていることも好ましい。このようにすれば、補強部材の断面変形をより確実に抑制することが可能となって、荷重低下が一層抑制されるとともに、上述のような優れたエネルギー吸収性能が一層確実に発現される。 It is also preferable that the reinforcing member is bonded and fixed to the outer panel. If it does in this way, it will become possible to control cross-sectional deformation of a reinforcing member more certainly, while being able to control load fall further and to express the above-mentioned outstanding energy absorption performance more certainly.
このような本発明に係るエネルギー吸収部材のより具体的な形態として、例えば、上記アウターパネル、上記インナーパネルおよび上記補強部材が上記自動車用構造部材の長手方向に延びており、上記補強部材の横断面が上記中空閉断面形状を有している形態が挙げられる。 As a more specific form of such an energy absorbing member according to the present invention, for example, the outer panel, the inner panel, and the reinforcing member extend in the longitudinal direction of the structural member for automobile, and the transverse of the reinforcing member The form in which the surface has the said hollow closed cross-sectional shape is mentioned.
本発明に係るエネルギー吸収部材における上記補強部材を構成する繊維強化樹脂に使用される強化繊維としては、とくに限定されず、炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維等、さらにはこれらを組み合わせた強化繊維の使用が可能であるが、高い機械特性や強度設計の行い易さ等の面から、炭素繊維を含んでいることが好ましい。 The reinforcing fiber used in the fiber reinforced resin constituting the reinforcing member in the energy absorbing member according to the present invention is not particularly limited, and carbon fiber, glass fiber, aramid fiber, etc. Although it can be used, it is preferable that carbon fiber is included from the viewpoints of high mechanical properties and ease of strength design.
また、本発明に適用できる繊維強化樹脂のマトリックス樹脂としては、熱硬化性樹脂であっても熱可塑性樹脂であってもよい。熱硬化性樹脂の場合、その主材としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコン樹脂などを例示することができ、1種類だけであっても、或いは2種類以上を混合して使用してもよい。これら熱硬化性樹脂をマトリックス樹脂に採用する場合、前記熱硬化性樹脂に適切な硬化剤や反応促進剤を添加することが可能である。熱可塑性樹脂の場合、その主材としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ABS樹脂、ポリスチレン樹脂、AS樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、熱可塑性ポリエステル樹脂、PPS(ポリフェニレンサルファイド)樹脂、フッ素樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリイミド樹脂など例示でき、1種類だけであっても、或いは2種類以上を混合して使用してもよい。これら熱可塑性樹脂は単独でも、混合物でも、また共重合体であってもよい。混合物の場合には相溶化剤を併用してもよい。さらに、難燃剤として臭素系難燃剤、シリコン系難燃剤、赤燐などを加えてもよい。比較的大量生産することが求められる自動車用構造部材には、成形のし易さ、量産性の面から、熱可塑性樹脂の使用が好ましい。この場合、使用される熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ナイロン6、ナイロン66等のポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルフォン、芳香族ポリアミド等の樹脂を用いることができる。中でも可塑性マトリックス樹脂がポリアミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリプロピレン、ポリエーテルエーテルケトン及びフェノキシ樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。 The matrix resin of the fiber reinforced resin applicable to the present invention may be a thermosetting resin or a thermoplastic resin. In the case of a thermosetting resin, examples of the main material include an epoxy resin, an unsaturated polyester resin, a vinyl ester resin, a phenol resin, a polyurethane resin, a silicon resin, and the like. Two or more types may be mixed and used. When these thermosetting resins are employed as the matrix resin, it is possible to add an appropriate curing agent or reaction accelerator to the thermosetting resin. In the case of thermoplastic resins, the main materials are polyethylene resin, polypropylene resin, polyvinyl chloride resin, ABS resin, polystyrene resin, AS resin, polyamide resin, polyacetal resin, polycarbonate resin, thermoplastic polyester resin, PPS (polyphenylene sulfide). ) Resin, fluororesin, polyetherimide resin, polyetherketone resin, polyimide resin and the like can be exemplified, and only one kind may be used or two or more kinds may be mixed and used. These thermoplastic resins may be used alone, as a mixture, or as a copolymer. In the case of a mixture, a compatibilizer may be used in combination. Further, brominated flame retardants, silicon-based flame retardants, red phosphorus and the like may be added as flame retardants. For structural members for automobiles that are required to be relatively mass-produced, it is preferable to use a thermoplastic resin from the viewpoint of ease of molding and mass productivity. In this case, examples of the thermoplastic resin used include polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene, polyamide resins such as nylon 6 and nylon 66, polyester resins such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate, polyether ketone, Resins such as polyether sulfone and aromatic polyamide can be used. Among them, the plastic matrix resin is preferably at least one selected from the group consisting of polyamide, polyphenylene sulfide, polypropylene, polyether ether ketone, and phenoxy resin.
このように、本発明に係るエネルギー吸収部材によれば、アウターパネルとインナーパネルとで所定の金属製外面形成構造を確保しつつ、特定の繊維強化樹脂製補強部材の特定の配置構造により、自動車用構造部材として、受け持つことができる荷重の低下を抑えながら優れたエネルギー吸収性能の発現が可能になる。 As described above, according to the energy absorbing member according to the present invention, a specific metal outer surface forming structure is secured between the outer panel and the inner panel, and the specific arrangement structure of the specific fiber-reinforced resin reinforcing member is used for an automobile. As a structural member, it is possible to develop excellent energy absorption performance while suppressing a decrease in load that can be handled.
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は、本発明の一実施態様に係るエネルギー吸収部材を示している。図1に示すエネルギー吸収部材1は、金属製のアウターパネル2と金属製のインナーパネル3とを有しており、アウターパネル2とインナーパネル3とで形成される中空領域4に、繊維強化樹脂製の補強部材5を配置した自動車用構造部材からなる。この補強部材5は、横断面が中空閉断面形状に形成されており、少なくともインナーパネル3の内面に接合固定されている。本実施態様では、繊維強化樹脂製補強部材5は、アウターパネル2と接触するように配置されており、該アウターパネル2の内面とも接合固定されている。アウターパネル2、インナーパネル3、補強部材5は、図2に示すように、それぞれ同断面形状にて、自動車用構造部材の長手方向に連続的に延びている。ただし、本実施態様ではそれぞれ同断面形状に形成されているが、実際には意匠や締結構造を考慮した断面変化形態も可能である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an energy absorbing member according to an embodiment of the present invention. An
このような本実施態様に係るエネルギー吸収部材1においては、アウターパネル2とインナーパネル3とで自動車用構造部材の金属製外面形成構造が確保されており、両部材2、3で形成される中空領域4に軽量の繊維強化樹脂製補強部材5が配置されている。補強部材5の横断面が中空閉断面形状に形成されていることにより、補強部材5は部材自身として高い剛性を有することになり、それがアウターパネル2とインナーパネル3との間に配置されることにより、大幅な重量増加を伴うことなく、自動車用構造部材のための優れた補強性能を発現することになる。
In such an
そして、繊維強化樹脂製の補強部材5は、金属製の補強部材に比べ、高いエネルギー吸収性能の発現が可能である。図3に、曲げ荷重が加わった際の変形例を比較して示すように、図1に示した繊維強化樹脂製補強部材5を有するエネルギー吸収部材1では(図3(A))、曲げ荷重Pが加わった際、大きな断面変形を伴うことなく、荷重Pを受けることが可能であるが、図6に示したような従来の自動車用構造部材100(エネルギー吸収部材)では(図3(B))、荷重Pが大きくなり、材料の降伏点を超えると、受け持つことができる荷重が大きく低下するとともに、大きな断面変形(断面変形部104)が生じ、それに伴って受け持つことができる荷重がさらに大きく低下する。
The reinforcing
上記繊維強化樹脂製補強部材5は、少なくともインナーパネル3に接合固定されているので、本実施態様ではアウターパネル2とも接合固定されているので、両部材2、3に確実に挟まれている状態となり、横断面方向への破壊が進行しにくく、断面変形の抑制が可能になって、受け持つことができる荷重の低下が抑えられる。また、曲げ荷重Pが加わった際に、例えば図4に示すように、繊維強化樹脂製補強部材5の破壊部10では、その両側部分の突き合わせの状態となり、該破壊部10で曲げモードがあたかも軸圧縮モードへと移行されて、逐次破壊特性が発現され、優れたエネルギー吸収性能が発現される。
Since the fiber reinforced
このような優れたエネルギー吸収性能は、補強部材5を構成する繊維強化樹脂が本来有する圧縮モードにおける逐次破壊特性を利用して発現されるものである。例えば図5に、繊維強化樹脂(炭素繊維強化樹脂[CFRP])製の補強部材21と金属(STEEL)製の補強部材22の荷重―ストローク(変位量)特性を比較して示す。CFRP製の補強部材21では、最大荷重Pmaxを超えた点から、圧縮破壊が進行しストローク(変位量)が増えても略一定の荷重を受け持つことができ、安定してエネルギー吸収を続けることができるが、金属(STEEL)製の補強部材22の場合には、ストローク(変位量)の増加に伴って急激に荷重が低下し、高いエネルギー吸収性能が得られない。このような優れたエネルギー吸収性能は、とくに、繊維強化樹脂製補強部材5がインナーパネル3とアウターパネル2に挟まれた状態にて、中でもとくに繊維強化樹脂製補強部材5が少なくともインナーパネル3に接合固定された状態にて、好ましくはアウターパネル2とも接合固定された状態にて、発現される。
Such excellent energy absorption performance is manifested by utilizing the sequential fracture characteristics in the compression mode inherent to the fiber reinforced resin constituting the reinforcing
このように、本発明においては、繊維強化樹脂製補強部材をインナーパネルとアウターパネルとの間に特定の形態で配置することにより、自動車用構造部材の望ましい補強性能が得られるとともに、優れたエネルギー吸収性能が発現される。 As described above, in the present invention, by arranging the reinforcing member made of fiber reinforced resin in a specific form between the inner panel and the outer panel, desirable reinforcing performance of the structural member for automobile can be obtained and excellent energy can be obtained. Absorption performance is developed.
本発明に係るエネルギー吸収部材の構造は、あらゆる自動車用構造部材に適用可能であり、例えば、フロントピラーやセンターピラー、さらにはバンパービームなど、エネルギー吸収を必要とするあらゆる自動車用構造部材に適用可能である。 The structure of the energy absorbing member according to the present invention can be applied to any automotive structural member, and can be applied to any automotive structural member that requires energy absorption, such as front pillars, center pillars, and bumper beams. It is.
1 エネルギー吸収部材
2 金属製アウターパネル
3 金属製インナーパネル
4 中空領域
5 繊維強化樹脂製補強部材
10 繊維強化樹脂製補強部材の破壊部
21 CFRP製補強部材
22 STEEL製補強部材
P 荷重
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170704 |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20180112 |