JP2525541B2 - 自動車バンパ用の繊維強化プラスチック製の桁材の製法並びに強化プラスチック製の桁材 - Google Patents

自動車バンパ用の繊維強化プラスチック製の桁材の製法並びに強化プラスチック製の桁材

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JP2525541B2 JP5053302A JP5330293A JP2525541B2 JP 2525541 B2 JP2525541 B2 JP 2525541B2 JP 5053302 A JP5053302 A JP 5053302A JP 5330293 A JP5330293 A JP 5330293A JP 2525541 B2 JP2525541 B2 JP 2525541B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車バンパ用の繊維
強化プラスチック製の桁材の製法並びに強化プラスチッ
ク製の桁材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】当今の自動車、特に乗用車は、安全性に
対する高い要求に充分応えるものでなければならない。
相応した安全対策には車両の前端及び後端に配置された
バンパも所属し、該バンパは衝突時に、運動エネルギの
可成りの部分を吸収して変形することになる。
【０００３】車両は、ますます軽量化させて燃費を節減
するように構想されるので、バンパについても、一方で
は「最低重量」基準によって、また他方では「最大可能
な安定性」基準によって満たされるような知的な解決手
段が発見されねばならない。
【０００４】今日のバンパは、シャシ又はボディに装備
された衝撃緩衝器（ダンパ）に固定された桁材（所謂バ
ンパレール）を主体としている。該桁材の前方には、エ
ネルギを吸収するフォーム部材が配置されている。ダン
パ全体はプラスチック外殼によって外装され、該プラス
チック外殼は車体デザインの範疇に組入れられている。
従って前記プラスチック外殼が実質的に美学と空力学の
視点に立って見なければならないのに対して、桁材は、
ダンパの機械的特性に対する責任を担っている。
【０００５】従来は殊にスチール製桁材が慣用されてい
た。しかしながら該スチール製桁材は、比較的高い自重
を有している以外に、可逆変形可能性が少ないという別
の欠点を有している。そればかりかスチール製桁材の製
造時に生じる工具費が極度に高い。スチール製桁材の場
合は概ね、比較的複雑な形状に構成された工具を用いて
断裁板金から製造されるプレス成形部品である。
【０００６】従って技術趨勢は、桁材をプラスチックか
ら製造する方向に移行している。
【０００７】その場合に先ず第１に挙げられねばならな
いのがＳＭＣ（Ｓｈｅｅｔ Ｍｏｕｌｄｉｎｇ Ｃｏｍ
ｐｏｕｎｄ）法であり、この場合ポリエステル樹脂で含
浸されたガラス繊維マットが加熱された工具内において
圧力作用下で硬化されて架橋される。
【０００８】すでに述べたスチール製桁材の場合と同様
に、この場合も工具費が高くつく。そればかりでなく含
浸されたガラス繊維マットを加熱工具内に挿入しておく
時間が長いので、作業サイクル時間が著しく高い。この
特殊な製法によっては、このようにして製造される桁材
の物理的特性は、完全にはコントロールすることができ
ない。このＳＭＣ法の別の欠点は、健康に有害なダスト
を発生させるような後加工が必要で、しかもスチロール
が使用されるので、これによってリサイクリング問題が
生じることである。
【０００９】前記欠点の一部分は所謂ＧＭＴ（ガラスマ
ット強化熱可塑性樹脂）法の場合にも生じる。ＳＭＣ法
とは異なって、この場合のマトリックスは、熱作用下で
改めて変形可能な熱可塑性樹脂から成っている。従って
先ず半製品が製造され、該半製品は後に、改めて加熱し
て成形型工具内に挿入することによって後加工を施すこ
とができる。該半製品は成形型工具内において圧力作用
下で変形され、次いで成形型工具内で冷却される。しか
しながらこの場合もやはり高い工具費が生じ、かつ、こ
のようにして製造される桁材の物理的特性もやはり完全
にはコントロールすることができない。それというのは
該ＧＭＴ半製品内には、補強のために非配向繊維が設け
られているからである。
【００１０】別の公知の方法はブロー成形法である。こ
の方法の場合には、閉じた横断面ひいては安定した横断
面を製造することが可能である。しかしながら補強材を
プラスチック内に配置することは不可能である。それゆ
えにプラスチック壁はそれ相応に厚肉にしなければなら
ず、これに伴って重量増大と高い材料費が生じることに
なる。
【００１１】前記の事項はその他すべての公知のプラス
チック溶液についても当て嵌まる。繊維強化材料の場合
は明らかに、繊維特性の利用が前記のように充分に活用
されていない。それというのは繊維がマトリックス内に
配向されないままで位置しているからである。
【００１２】これらすべての公知製造法において共通の
欠点は、間歇的にしか生産することができないこと、つ
まり半製品を成形型内へ装入し、成形しかつ完成部品を
取出した上で、改めて製造作業サイクルを開始せねばな
らないことである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の課題
は、自動車バンパ用の繊維強化プラスチック製の桁材の
製法を改良して、生産速度を高めると共に、所定の機械
的特性を有する軽量の桁材を製造できるようにすること
である。
【００１４】更に本発明の別の課題は、所期の特性を有
する強化プラスチック製の桁材を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明の方法上の第１の構成手段は、請求項１に記載したよ
うに、製造済み成形条材内における後の配列に相応した
構造の補強体を押出機内で、連続的に一緒に導かれてく
る繊維製のホース、ベルト及び糸から構成し、しかも引
張り応力と圧縮応力とを受ける桁材領域内では前記繊維
又は糸を主として力の方向に、また剪断応力を受ける桁
材領域内では主として互いに交差する方向に配列し、か
つこのようにして形成された強化プラスチック条材を押
出成形工具から力作用の下に引出し、次いで、押出され
た強化プラスチック条材を所望の長さに分断する点にあ
る。
【００１６】本発明の方法の実施態様によれば、プラス
チック含浸補強体を、繊維、織物などから成る糸及び／
又はベルトの形で圧縮成形型工具を通して連続的にガイ
ドし、該圧縮成形型工具内において前記補強体を加熱し
かつ最終横断面形状で硬化させ、かつ、応力の性質と大
きさとに応じて補強体の配列方向を特定しかつ補強体材
料を選択して前記補強体を配置するようにする。
【００１７】本発明の製法によって製造された桁材で
は、該桁材が全長にわたって等しい横断面形状を有する
連続的に製造されたプラスチック条材の一部分であり、
補強体が、応力を受ける方向に相応して配向されている
点にある。
【００１８】なお本発明の桁材の有利な実施態様は、特
許請求の範囲の従属請求項に記載した通りである。
【００１９】
【作用】従来技術とは異なって本発明の製法によれば桁
材を連続的に製造することが可能である。この連続製造
は第１に、公知の製法に対比して生産速度を著しくアッ
プできるという利点を有している。第２に、製法の連続
性によって製造関連パラメータ（温度、粘性、補強体の
供給）を一層正確に設定しかつ一層容易に制御できると
いう利点が得られる。
【００２０】補強体を配向してプラスチックマトリック
ス内に埋め込むことによって、このような補強体の特性
が著しく良好に活用される。例えば引張り力及び圧縮力
を吸収するためには、力の方向に平行に補強体を配向す
ることが選ばれる。これに対して、主として剪断力が伝
達されるような桁材範囲では、例えばＩ形成形材として
構成された桁材のウェブにおいては、補強体は、補強体
の一部分を桁材縦軸線に対して４５°の角度で配置する
一方、補強体の他の部分を前記桁材縦軸線に対して垂直
に同一平面内に配置するように配向される。
【００２１】桁材内において準等方性の特性を実現する
ために、例えば、一方向の補強体を有する層が、すでに
述べたように、直交する方向に補強体を配列した層と交
番に位置するような層構成が選ばれる。この場合は付加
的に補強体を、応力に応じて選ぶことも可能である。こ
のような補強体構成はハイブリッド繊維構成と呼ばれ、
その場合異なった材料の繊維（ガラス繊維、アラミド繊
維、カーボン繊維）は異なった層内で使用されるか、又
は断片的に並列的に使用される（例えば織物の場合には
経糸としてはカーボン繊維が使用され、また緯糸として
はアラミド繊維が使用される）。
【００２２】成形されたプラスチック条材を安定化する
ために付加的に、特に強い応力を受ける範囲には、所謂
コールドベルトを挿入することが可能である。コールド
ベルトは、同じく繊維強化プラスチックから成る半製品
であり、該半製品は押出し成形時に、やはり繊維強化さ
れた熱間プラスチックマトリックスによって被覆され
る。
【００２３】本発明の製法によれば、補強体を押出機内
でプラスチックに供給し、押出成形型工具内においてプ
ラスチックマトリックス内における特定の最終位置を前
記補強体に与え、こうして形成されたプラスチック条材
を、押出成形型工具から離反した方の側で力作用下で引
出すようになっている。その場合、補強体はいわばエン
ドレスの長尺繊維或いは長尺製織ベルト又は長尺製織ホ
ースであってもよい。これらの繊維、ベルト又はホース
は可塑性プラスチックと一緒に押出成形型工具を通して
正確にガイドされる。これは、プラスチックマトリック
ス内の所望位置に補強体が常に配置されるという利点を
有している。この正確な補強体ガイド作用は、製造され
たプラスチック条材が押出成形型工具から力作用下で引
出されるので、補強体が常に或る所定の引張り力を受け
ることによって助成される。このことは補強体位置を安
定化するために役立つ。
【００２４】またベルト又は糸の形でプラスチック含浸
補強体だけを型工具（圧縮成形型工具）を通してガイド
することも可能である。前記工具内でプラスチック含浸
補強体は所望の横断面形状で硬化する。
【００２５】本発明の製法の変化実施態様では、更に補
強するために繊維強化プラスチックマトリックス内に、
プレハブの繊維強化プラスチックベルトが挿入される。
【００２６】このようにして製造された強化プラスチッ
ク条材が充分な長さに達したのち、前記強化プラスチッ
ク条材は、一緒に走行する走間鋸断機によって所望の長
さに分断される。
【００２７】この場合それ以外の後加工の必要はない。
【００２８】各自動車においては幾何学的事情が、僅か
であれ微妙に異なっており、特に有効組付けスペース及
び負荷が異なることがあるので、本発明の桁材は、真直
ぐなエレメントとしても、またやや湾曲したエレメント
としても製造することができる。やや湾曲した桁材の場
合には、湾曲成形操作は、引出し装置内におけるプラス
チック条材の引出し操作と同時に行われるのが有利であ
る。
【００２９】桁材の横断面形状は、負荷条件及び組付け
スペース寸法に応じて変化させることができる。例えば
すでに述べたＩ形成形桁材の場合のような、開いた中空
横断面以外に、閉じた中空横断面も当然考えられる。
【００３０】請求項９乃至２０は補強材のための有利な
配列手段又は材料選択手段を呈示するものであるが、こ
れについては図面に基づいて追って詳説する。
【００３１】
【実施例】図１では自動車バンパ用の桁材１は、上部フ
ランジ２、下部フランジ３並びに、前記上下の両フラン
ジを結合するウェブ４を有するプラスチック製のＩ形成
形桁材である。図１に示した桁材１はその縦軸線の経過
方向でやや湾曲されている。該桁材１は、車両に配置さ
れた２つの衝撃緩衝器（ダンパ）５に固定されている。
上部フランジ２の表面には、エネルギ吸収性フォームか
ら成るストリップ材６が配置される。バンパ全体は皮殻
状の外殼成形材７によってカバーされる。
【００３２】図２では同様な配置構成が図示されている
が、この場合は桁材１は真直ぐに形成され、かつストリ
ップ材６は中央部分を両縁部よりも厚肉に、つまり中高
に構成されている。
【００３３】図３には本発明の製造法を実施する装置が
略示されている。押出成形型工具を有する押出成形機が
総体的に符号８で、またロール体又はリールが符号９で
図示されており、該ロール体から補強材が繊維、糸、ベ
ルト又はホースの形で繰り出されて、なお液相の状態に
あるプラスチック流内へ導入され、所望の配列で該プラ
スチックと一緒に押出成形型工具から押し出される。押
出成形型工具によって所望の断面形状に成形されて硬化
した長尺の繊維強化プラスチック条材又は織布強化プラ
スチック条材１０は油圧式引出しユニット１１によって
押出成形型工具から引出され、かつ本例では小曲率の円
弧状に湾曲されている。単に二重矢印で略示したにすぎ
ない走間鋸断機１２はプラスチック条材１０を適当な長
さに分断する。油圧式引出しユニット１１は、プラスチ
ック条材１０を交互に掴んで押出成形型工具８から引出
す引張りジョー対と型ジョー対とから成っている。
【００３４】図４には本発明による桁材１の一部分が例
示されており、かつこの桁材に発生する応力が略示され
ている。図４の右上に示したように、両端で下から支持
された桁材１の中点に力が作用するような曲げ応力を受
けた場合には、上部フランジ２では圧縮応力が生じるの
に対して、下部フランジ３では引張り応力が生じる。こ
れによってウェブ４内には剪断応力が生じる。前記の個
々の応力の力方向に相応して、（図面では略示したにす
ぎない）補強繊維が配置されている。例えば上部フラン
ジ２及び下部フランジ３内では繊維は力の方向に延在し
ているのに対して、ウェブ４内では繊維は交差状に配置
されている。ウェブの繊維はフランジ平面に対して±４
５°の角度で延在している。
【００３５】図５では、Ｉ形桁材の補強方式が例示され
ている。多数の小×印１４は製織ホースを表し、該製織
ホースは押出成形型工具内でＩ形桁材の形状に相応して
プラスチックマトリックス内に埋込まれている。多数の
小楕円印１５は、前記製織ホース内に埋め込まれた一方
向繊維を表している。微小四角形印１６は１実施態様で
あり、上部フランジ及び下部フランジの区域の製織ホー
ス上に一方向繊維を載設することも可能であることを表
している。製織ホースの織物は、延在する桁材１全体に
わたって前記の交差状繊維配列が生じるように構成され
ている。
【００３６】図６には、例示した桁材の異なった補強方
式が図示されている。ウェブ４の領域には、所謂コール
ドベルト２０が配置されている。該コールドベルト２０
は、繊維強化プラスチックベルトから成るプレハブの半
製品である。プラスチックマトリックスの押出成形時
に、前記コールドベルトがプラスチックマトリックスに
よって包み込まれる。このプラスチックマトリックス自
体は補強材を有することもできる。
【００３７】図７では補強材のための若干の例が示され
ている。図７の（ａ）では、いわゆる層構造の補強材が
示されている。最下位層は−４５°の角度で配列された
補強繊維から成っている。該最下位層の上には、＋４５
°の角度で配列された補強繊維層が第２層として位置し
ている。第３の層は９０°の角度で配列された補強繊維
によって形成されるのに対して、第４の層は０゜の角度
で配列された補強繊維から成っている。前記の角度は、
最上位層の方向を基準としている。
【００３８】図７の（ｂ）には、いわゆる編成ホースの
２つの例が、また図７の（ｃ）には２種の織物が図示さ
れている。この場合加工すべき繊維又は糸は異なった材
料から成っていてもよい。例えば経糸はガラス繊維製、
また緯糸はカーボン繊維製であってもよい。カーボン繊
維とガラス繊維とアラミド繊維との組合せであってもよ
い。このことは、やはり図７の（ａ）に示した層配列に
ついても当て嵌まる。補強繊維配列と補強材料との巧み
な組合せによって、プラスチックマトリックスと相俟っ
て等方性構造が得られる。
【００３９】本発明の桁材では原則として補強繊維は配
向されているが、配向繊維層間に非配向繊維層を設ける
ことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例によるバンパの分解図である。
【図２】図１に示した実施例の変化態様によるバンパの
分解図である。
【図３】バンパ製造過程の概略図である。
【図４】Ｉ形桁材を例にとって負荷のかかり方を示す概
略図である。
【図５】本発明による桁材の横断面図である。
【図６】コールドベルトによって補強されたＩ形桁材の
斜視図である。
【図７】種々異なった補強方式（ａ），（ｂ），（ｃ）
を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 桁材、 ２ 上部フランジ、 ３ 下部フラ
ンジ、 ４ ウェブ、 ５ 衝撃緩衝器、 ６
ストリップ材、 ７ 外殻成形材、 ８押出成形型工
具を有する押出成形機、 ９ ロール体又はリール、
１０プラスチック条材、 １１ 油圧式引出しユニ
ット、 １２ 走間鋸断機、１４ 小×印、 １５
小楕円印、 １６ 微小四角形印、 ２０コール
ドベルト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−86718（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−27419（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−92756（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−82717（ＪＰ，Ａ) 実開 昭51−158041（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−135347（ＪＰ，Ｕ)

Claims (20)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 押出機内で繊維補強材（１４，１５，２
    ０）を可塑化されたプラスチックマトリックス内へ埋込
    みかつ押出成形型工具内において被成形材を所望の形状
    にする形式の、自動車バンパ用の桁材（１）のような繊
    維強化熱可塑性プラスチック成形部品を連続的に製造す
    る方法において、製造済み成形条材内における後の配列
    に相応した構造の補強体を押出機内で、連続的に一緒に
    導かれてくる繊維製のホース、ベルト及び糸（１４，１
    ５，２０）から構成し、しかも引張り応力と圧縮応力と
    を受ける桁材領域内では前記繊維又は糸（１４，１５，
    ２０）を主として力の方向に、また剪断応力を受ける桁
    材領域内では主として互いに交差する方向に配列し、か
    つこのようにして形成された強化プラスチック条材を押
    出成形工具から力作用の下に引出し、次いで、押出され
    た強化プラスチック条材を所望の長さに分断することを
    特徴とする、自動車バンパ用の繊維強化プラスチック製
    の桁材の製法。
  2. 【請求項２】 引出し中のプラスチック条材を分断前
    に、該プラスチック条材縦軸線に対して横方向に湾曲さ
    せる、請求項１記載の桁材の製法。
  3. 【請求項３】 引出し・湾曲操作を油圧作動式の掴みジ
    ョー対によって行なう、請求項１又は２記載の桁材の製
    法。
  4. 【請求項４】 異なった配向の複数の層内に繊維を配置
    する、請求項１から３までのいずれか１項記載の桁材の
    製法。
  5. 【請求項５】 繊維配列のためにハイブリッド繊維構成
    を選ぶ、請求項４記載の桁材の製法。
  6. 【請求項６】 更に補強するために、繊維強化プラスチ
    ックマトリックス内へ、プレハブの繊維強化プラスチッ
    クベルト（２０）を挿入する、請求項４又は５記載の桁
    材の製法。
  7. 【請求項７】 桁材が閉じられた中空横断面を有してい
    ることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１
    項記載の製法によって製作された自動車バンパ用の繊維
    強化プラスチック製の桁材。
  8. 【請求項８】 桁材が開いた中空横断面を有しているこ
    とを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記
    載の製法によって製作された自動車バンパ用の繊維強化
    プラスチック製の桁材。
  9. 【請求項９】 繊維製のホース、ベルト及び糸（１４，
    １５，２０）から構成する補強体が一方向に配向されて
    いる、請求項７又は８記載の桁材。
  10. 【請求項１０】 補強体が多方向に配向されている、請
    求項７又は８記載の桁材。
  11. 【請求項１１】 補強体が一方向並びに多方向に配向さ
    れている、請求項７から１０までのいずれか１項記載の
    桁材。
  12. 【請求項１２】 配向された補強体を有する補強層間
    に、非配向の補強体が設けられている、請求項７から１
    １までのいずれか１項記載の桁材。
  13. 【請求項１３】 補強体が種々異なった材料から成って
    いる、請求項７から１２までのいずれか１項記載の桁
    材。
  14. 【請求項１４】 補強体が繊維から成っている、請求項
    ７から１３までのいずれか１項記載の桁材。
  15. 【請求項１５】 補強体が、糸として紡績された繊維で
    ある、請求項１４記載の桁材。
  16. 【請求項１６】 補強体が、糸から編成されたマット、
    ホースなどのような編成物である、請求項１５記載の桁
    材。
  17. 【請求項１７】 補強体がガラス繊維から成っている、
    請求項７から１６までのいずれか１項記載の桁材。
  18. 【請求項１８】 補強体がカーボン繊維から成ってい
    る、請求項７から１７までのいずれか１項記載の桁材。
  19. 【請求項１９】 補強体がアラミド繊維から成ってい
    る、請求項７から１７までのいずれか１項記載の桁材。
  20. 【請求項２０】 補強体がガラス繊維、カーボン繊維及
    び／又はアラミド繊維の組合せである、請求項７から１
    ７までのいずれか１項記載の桁材。
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