JP2015175431A - 樹脂製衝撃吸収部材及び車両用部品 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)第1樹脂材料からなりフランジ部を有する複数の樹脂成形品が、上記フランジ部が相互に接することによって境界部を形成するように組み合わされ、中空構造体とされた中空衝撃吸収体と、第2樹脂材料からなり上記境界部を覆うように形成された衝撃吸収補助部とを有する衝撃吸収部を備えることを特徴とする樹脂製衝撃吸収部材。
(2)上記衝撃吸収補助部は、上記衝撃吸収部の衝撃吸収方向に対して垂直方向における断面積が、上記衝撃吸収方向において異なっていることを特徴とする、上記(1)の樹脂製衝撃吸収部材。
(3)上記衝撃吸収補助部は、上記断面積が上記衝撃吸収方向に沿って大きくなるように形成されていることを特徴とする上記(2)の樹脂製衝撃吸収部材。
(4)上記境界部が、少なくとも一部において、上記境界部の端面と上記衝撃吸収補助部の内面との間に空間を有するように、上記衝撃吸収補助部によって覆われていることを特徴とする、上記(1)から上記(3)までのいずれかの樹脂製衝撃吸収部材。
(5)上記境界部を形成するフランジ部が相互に接合されていることを特徴とする、上記(1)から上記(4)までのいずれかの樹脂製衝撃吸収部材。
(6)上記第1樹脂材料又は上記第2樹脂材料が強化繊維と、マトリックス樹脂とを含有する繊維強化樹脂材料であることを特徴とする、上記(1)から上記(5)までのいずれかの樹脂製衝撃吸収部材。
(7)上記(1)から(6)までのいずれかの樹脂製衝撃吸収部材が用いられたことを特徴とする車両用部品。
上述したように、本発明の樹脂製衝撃吸収部材は、第1樹脂材料からなりフランジ部を有する複数の樹脂成形品が、上記フランジ部が相互に接することによって境界部を形成するように組み合わされ、中空構造体とされた中空衝撃吸収体と、第2樹脂材料からなり上記境界部を覆うように形成された衝撃吸収補助部とを有する衝撃吸収部を備えることを特徴とするものである。
さらに、本発明によれば、衝撃吸収補助部の形状を工夫し、フランジ部に対して空間を設けることにより、フランジ部を熱溶着、特に振動溶着を施した際に発生するバリも覆うことが出来るため、フランジ部の加工処理も省略できることが期待できる。
また、上記「衝撃吸収特性」とは、吸収した衝撃エネルギー量を吸収の際に破壊された部位の部品重量で除した値を指しており、この数値が大きい程「衝撃吸収特性」に優れていることを意味する。
本発明の樹脂製衝撃吸収部材は、少なくとも上記衝撃吸収部を有するものであり、必要に応じて他の構成を有してもよいものである。以下、本発明に用いられる各構成について順に説明する。
本発明における衝撃吸収部は、第1樹脂材料からなりフランジ部を有する複数の樹脂成形品が、上記フランジ部が相互に接することによって境界部を形成するように組み合わされ、中空構造体とされた中空衝撃吸収体と、第2樹脂材料からなり上記境界部を覆うように形成された衝撃吸収補助部とを有する衝撃吸収部を備えることを特徴とするものである。以下、このような衝撃吸収部について詳細に説明する。なお、上記樹脂成形品に用いられる第1樹脂材料については後述する。
本発明における中空衝撃吸収体は、第1樹脂材料からなりフランジ部を有する複数の樹脂成形品が、上記フランジ部が相互に接することによって境界部を形成するように組み合わされ、これによって中空構造体とされたものである。
次に、本発明に用いられる衝撃吸収補助部について説明する。本発明に用いられる衝撃吸収補助部は、第2樹脂材料からなり、複数の樹脂成形品のフランジ部が相互に接するよう組み合わされてなる境界部を覆うように形成されたものである。以下、このような衝撃吸収補助部について詳細に説明する。なお、第2樹脂材料については後述する。
また、上記線状凹部の数、及び深さ、幅、長さ等の具体的な形状については、本発明の樹脂製衝撃吸収部材の用途等に応じて、上記衝撃吸収部に衝撃が加わった際の座屈開始位置を所定の位置にできるように適宜調整すればよい。
次に、上記樹脂成形品に用いられる第1樹脂材料、及び上記衝撃吸収補助部に用いられる第2樹脂材料について説明する。なお、以下の説明においては、第1樹脂材料及び第2樹脂材料を合わせて、単に「樹脂材料」と称する場合がある。
本発明に用いられる熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、熱可塑性ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂(ポリオキシメチレン樹脂)、ポリカーボネート樹脂、(メタ)アクリル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルニトリル樹脂、フェノキシ樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリケトン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、熱可塑性ウレタン樹脂、フッ素系樹脂、熱可塑性ポリベンゾイミダゾール樹脂等を挙げることができる。
本発明に用いられる熱硬化性樹脂の例としては、例えば、熱硬化性樹脂の場合、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、フェノール樹脂、マレイミド樹脂、シアネート樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂などの硬化物及びこれらの変性体を挙げることができる。上記エポキシ樹脂としては、分子中にエポキシ基を有するものであれば特に限定されず、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、グリシジルエステル系樹脂、グリシジルアミン系エポキシ樹脂、複素環式エポキシ樹脂、ジアリールスルホン型エポキシ樹脂、ヒドロキノン型エポキシ樹脂及びそれらの変性物などが挙げることができる。なお、本発明に用いられる熱硬化性樹脂は1種類のみであってもよく、2種類以上であってもよい。
本発明に用いられる樹脂材料は、上述した熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂のみからなるものであってもよいが、上記熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂がマトリックス樹脂として用いられ、かつ当該マトリックス樹脂中に強化繊維が含まれる繊維強化樹脂材料が用いられることが好ましい。従来、衝撃吸収部材は金属材料から構成されることが一般的であったところ、このような繊維強化樹脂材料は、金属材料よりも重量あたりの強度が優れているため、従来の金属材料の代替材料としての使用に適しているからである。
上記強化繊維の種類は、熱可塑性樹脂の種類や衝撃吸収部に付与する衝撃吸収性能の程度に応じて適宜選択することができるものであり、特に限定されるものではない。このため、本発明に用いられる強化繊維としては無機繊維又は有機繊維のいずれであっても好適に用いることができる。
La=ΣLi/100
臨界単糸数=600/D (1)
(ここでDは炭素繊維の平均繊維径(μm)である)
0.6×104/D2<N<1×105/D2 (2)
(ここでDは炭素繊維の平均繊維径(μm)である)
上述した通り、本発明に用いられる繊維強化樹脂材料は、強化繊維とマトリックス樹脂とを含有するものであるが、本発明においては上記マトリックス樹脂として、熱可塑性樹脂が用いられることが好ましい。上記マトリックス樹脂として熱可塑性樹脂を用いることにより、例えば、本発明の樹脂製衝撃吸収部材をプレス成形によって製造する場合に、成形時間を短くすることができる等の利点があるからである。また、マトリックス樹脂として熱可塑性樹脂を用いることにより、本発明に用いられる繊維強化樹脂材料をリサイクル又はリユースすることができる場合があるからである。
なお、繊維強化樹脂材料の圧縮弾性率及び圧縮強度は、例えば、JIS K7076に記載された方法によって測定することができる。
次に本発明に用いられる繊維強化樹脂材料の製造方法について説明する。本発明に用いられる繊維強化樹脂材料は、一般的に公知の方法を用いて製造することができる。例えば、マトリックス樹脂として熱可塑性樹脂が用いられる場合は、1.強化繊維をカットする工程、2.カットされた強化繊維を開繊させる工程、3.開繊させた強化繊維と繊維状又は粒子状の熱可塑性樹脂を混合した後、加熱圧縮してプリプレグを得る工程により製造することができるが、この限りではない。なお、この方法の場合、前記プリプレグが繊維強化樹脂材料である。
上述したように、本発明の樹脂製衝撃吸収部材は、少なくとも上述した衝撃吸収部を有するものであるが、本発明を損なわない範囲で、当該衝撃吸収部以外の他の構成を有していてもよい。本発明に用いられる他の構成としては、本発明の樹脂製衝撃吸収部材の用途等に応じ、本発明の目的を損なわない範囲で適宜選択することができるものであり、特に限定されるものではないが、例えば、周辺の部品と接続するためのフランジ部材を挙げることができる。
次に、本発明の車両用部品について説明する。本発明の車両用部品は、上述した本発明の樹脂製衝撃吸収部材が用いられることを特徴とするものである。本発明の車両用部品としては、本発明の樹脂製衝撃吸収部材が用いられているものであれば特に限定されるものではないが、例えば、クラッシュボックス、フロントサイドメンバ、リアサイドメンバ、フロントホイールハウスアッパメンバ、ロアメンバ等が挙げられる。
(1)強化繊維の平均繊維長
繊維強化樹脂材料中の強化繊維の平均繊維長は、繊維強化樹脂材料を500℃の炉内にて1時間加熱して、熱可塑性樹脂を除去した後、無作為に抽出した強化繊維100本の長さをノギスで1mm単位まで測定し、その平均値とする。平均繊維長が1mmを下回る場合は、光学顕微鏡下で0.1mm単位まで測定する。
繊維強化樹脂材料中の強化繊維の体積含有率は、水中置換法により繊維強化樹脂材料の密度を求め、予め測定した強化繊維単独の密度と樹脂単独の密度との関係から、強化繊維の体積含有率を算出する。
繊維強化樹脂材料の圧縮弾性率及び圧縮強度は、事前に80℃真空下で24時間乾燥させた試験片をJIS K7076に準拠して測定する。
樹脂製衝撃吸収部材の衝撃吸収性能の評価は、IMATEK社製落錐衝撃試験機IM10を使用して、樹脂製衝撃吸収部材の中空構造の貫通方向と同軸方向に2500Jの衝撃エネルギーを付与した際の、初期衝撃荷重と衝撃吸収に要した変位を測定することによって行う。なお、初期衝撃荷重及び衝撃吸収に要した変位共に小さい方が、衝撃吸収性能は優れているといえる。
また、各実施例及び各比較例で形成する樹脂製衝撃吸収部材のサイズを表す符号の内容は、図11に示すとおりである。
強化繊維として平均繊維長20mmにカットした東邦テナックス社製のPAN系炭素繊維「テナックス(登録商標)」STS40−24KS(平均繊維径7μm)を使用し、熱可塑性樹脂としてユニチカ社製のナイロン6樹脂A1030を使用して、面内方向に炭素繊維が2次元ランダム配向し、かつ、繊維強化樹脂材料全体に対する繊維体積含有率が35Vol%となるように混合し、280℃に加熱したプレス装置にて、圧力2.0MPaで5分間加熱圧縮することで繊維強化樹脂材料Aを作製する。得られる繊維強化樹脂材料Aの平均繊維長は約20mmであり、圧縮弾性率は10GPaであり、圧縮強度は150MPaであり、密度は1300kg/m3である。
第1樹脂材料及び第2樹脂材料として参考例の繊維強化樹脂材料Aを用い、これを280℃まで加熱し、コールドプレス成形を行うことにより、樹脂成形品及び衝撃吸収補助部を作製する。次いで、作製した樹脂成形品のフランジ部を振動溶着し、かつフランジ部から構成される境界部を覆うように衝撃吸収補助部を形成することにより、図12に示す衝撃吸収部からなる樹脂製衝撃吸収部材を作製する。本実施例における衝撃吸収部の各部の寸法は、m=36.32mm、n=12mm、p=90mm、q=30mm、r=105度、s=105度である。また、樹脂成形品の厚みは2mm均一である。さらに、衝撃吸収補助部は厚みが1mmで均一であり、衝撃吸収方向全域に渡って、衝撃吸収方向に直交する方向の断面形状は略一様とする。
作製した樹脂製衝撃吸収部材を落錐衝撃試験機に、衝撃吸収方向が鉛直となるようにセットし、衝撃吸収方向と同軸方向に6000Jの衝撃エネルギーを付与すると、初期衝撃荷重は132kN、衝撃吸収に要した変位は109mmとなる。また、衝撃吸収特性は66.4J/gとなる。
衝撃吸収補助部の厚みを2mmとすること以外は、実施例1と同様の方法により樹脂製衝撃吸収部材を作製する。
作製した樹脂製衝撃吸収部材を落錐衝撃試験機に、衝撃吸収方向が鉛直となるようにセットし、衝撃吸収方向と同軸方向に6000Jの衝撃エネルギーを付与すると、初期衝撃荷重は156kN、衝撃吸収に要した変位は90mmとなる。また、衝撃吸収特性は69.9J/gとなる。
衝撃吸収補助部の厚みを4mmとすること以外は、実施例1と同様の方法により樹脂製衝撃吸収部材を作製する。
作製した樹脂製衝撃吸収部材を落錐衝撃試験機に、衝撃吸収方向が鉛直となるようにセットし、衝撃吸収方向と同軸方向に6000Jの衝撃エネルギーを付与すると、初期衝撃荷重は198kN、衝撃吸収に要した変位は68mmとなる。また、衝撃吸収特性は72.1J/gとなる。
参考例1の繊維強化樹脂材料Aを280℃まで加熱し、コールドプレス成形を行うことにより樹脂成形品を作製する。次いで、当該樹脂成形品のフランジ部を振動溶着することにより、図13に示すような衝撃吸収部からなる樹脂製衝撃吸収部材を作製する。本比較例においては、衝撃吸収補助部は用いない。本比較例における衝撃吸収部の各部の寸法は、m=36.32mm、n=12mm、p=90mm、q=30mm、r=105度、s=105度である。また、樹脂成形品の厚みは2mmである。
作製した樹脂製衝撃吸収部材を落錐衝撃試験機に、衝撃吸収方向が鉛直となるようにセットし、衝撃吸収方向と同軸方向に6000Jの衝撃エネルギーを付与すると、初期衝撃荷重は114kN、衝撃吸収に要した変位は141mmとなる。また、衝撃吸収特性は59.8J/gとなる。
20 中空衝撃吸収体
21、22 樹脂成形
21a 境界部
21b 開口部
30 衝撃吸収補助部
31 凸形状
32 凸部
33 線状凹部
X 衝撃吸収方向
Claims (7)
- 第1樹脂材料からなりフランジ部を有する複数の樹脂成形品が、前記フランジ部が相互に接することによって境界部を形成するように組み合わされ、中空構造体とされた中空衝撃吸収体と、第2樹脂材料からなり前記境界部を覆うように形成された衝撃吸収補助部とを有する衝撃吸収部を備えることを特徴とする、樹脂製衝撃吸収部材。
- 前記衝撃吸収補助部は、前記衝撃吸収部の衝撃吸収方向に対して垂直方向における断面積が、前記衝撃吸収方向において異なっていることを特徴とする、請求項1に記載の樹脂製衝撃吸収部材。
- 前記衝撃吸収補助部は、前記断面積が前記衝撃吸収方向に沿って大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項2に記載の樹脂製衝撃吸収部材。
- 前記境界部が、少なくとも一部において、前記境界部の端面と前記衝撃吸収補助部の内面との間に空間を有するように、前記衝撃吸収補助部によって覆われていることを特徴とする、請求項1から請求項3までのいずれかに記載の樹脂製衝撃吸収部材。
- 前記境界部を形成するフランジ部が相互に接合されていることを特徴とする、請求項1から請求項4までのいずれかに記載の樹脂製衝撃吸収部材。
- 前記第1樹脂材料又は前記第2樹脂材料が強化繊維と、マトリックス樹脂とを含有する繊維強化樹脂材料であることを特徴とする、請求項1から請求項5までのいずれかに記載の樹脂製衝撃吸収部材。
- 請求項1から請求項6までのいずれかに記載の樹脂製衝撃吸収部材が用いられたことを特徴とする、車両用部品。
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