JP4157197B2

JP4157197B2 - 自動車用バンパー芯材の製造方法

Info

Publication number: JP4157197B2
Application number: JP20587998A
Authority: JP
Inventors: 徹山口; 基晶植栗; 真吾高橋
Original assignee: JSP Corp
Current assignee: JSP Corp
Priority date: 1998-07-06
Filing date: 1998-07-06
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2018-07-06
Also published as: JP2000016205A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用バンパーの内部に配置されるバンパー芯材、およびバンパー芯材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の車体の前、後部に取り付けられるバンパーは、エネルギー吸収部材としての合成樹脂発泡体からなる芯材（以下、バンパー芯材という）をポリプロピレンやポリウレタン成形品からなる表皮材で覆い、これをバックアップビームに取り付けてなる構造が公知である。上記バンパー芯材は、ポリオレフィン系樹脂発泡粒子を所要形状の金型内に充填し、加熱して発泡融着させて得られる成形体が一般に用いられている。
【０００３】
自動車のデザイン上、図９に示すようにバンパー１０１の表皮材１０２をエネルギー吸収部１０３よりも上部、又は下部、あるいはその両方に延長した形状に形成することがあるが、この場合、バンパー１０１の形状保持のため、バンパー芯材としてエネルギー吸収部の上部、又は下部に延長されたエネルギー吸収にあまり影響のない部分についても、エネルギー吸収部の上下に造形部１０４、１０５を設けてバンパー芯材を構成することが必要となる場合がある。
【０００４】
自動車用バンパー芯材において、エネルギー吸収部は高密度に形成する必要があるが、造形部は上記したように単に形状保持だけでよいため、そのような密度は必要とされない。しかしながら、バンパー芯材を全体に均質な密度の発泡粒子成形体から構成する場合は、全体の密度はエネルギー吸収部の密度に合わせて形成されるため、エネルギー吸収力を要求されない部分である造形部は過剰な高密度になってしまい、不要な重量増加になると共にコストの上昇を招いてしまう。
【０００５】
このため、造形部をエネルギー吸収部よりも低密度のポリオレフィン系樹脂発泡粒子成形体により形成することが試みられた。例えばその一つとして、予め別々に形成されたエネルギー吸収部と造形部とを後から接着、あるいは熱融着などによって接合してバンパー芯材としたが、この方法は製造コストの増加、バンパー芯材の寸法精度不良などを招いてしまう問題があった。
【０００６】
また、複数の密度の異なる発泡体を接合せずに、密度の異なる部分を一体に形成してなるバンパー芯材が公知である。例えば、特開平４−２１５５４４号公報には、部分的にエネルギー吸収能の異なる部分を一体に形成してなるバンパー芯材の製造方法が記載されている。具体的には、パンパー芯材成形用の型を長手方向に複数に分割し、それぞれの分割した型を異なる圧縮率で圧縮して、部分的に発泡倍率（密度）を異ならしめ、車両幅方向中心部と両サイドコーナー部とをエネルギー吸収能の高い低発泡倍率の強化発泡部として形成し、その間を低いエネルギー吸収能の高発泡倍率の発泡部とし両発泡部を連続して一体に成形したバンパー芯材である。
【０００７】
しかしながらこの金型を分割し圧縮圧力を変化させて発泡成形する方法では、発泡粒子が金型内で一部混合してしまい、融着不良、エネルギー吸収部の強度低下などを引き起こす虞れがあった。又、金型の圧縮率を変えるように金型を構成した場合、金型構造が複雑であり、実際の生産上は大変高価なバンパー芯材になってしまうため実用的ではない。
【０００８】
また、複数の密度の異なる部分を一体に形成する発泡成形体の上記以外の製造方法として、例えば実公昭６２−２２３５２号公報に記載されているように、異種原料を用いて一体に成形する方法が公知である。この方法は、発泡成形型のキャビティ内を仕切板で仕切り、その仕切られたそれぞれのキャビティ内へ異種の原料となる各々の樹脂粒子を充填し、充填後或は加熱途中等に仕切板をキャビティから除去して蒸気等の加熱媒体により加熱膨張させて異種となる原料を互いに加熱融着させる発泡成形方法である。本発明者らは、この方法をバンパー芯材の製造に適用することを試み、バンパー芯材後面側（車体側）の金型壁から金型内部に進退可能な仕切板を設け、仕切板によってキャビティ内を上下に分割して、分割された各々のキャビティ内に異なる密度の発泡粒子を充填し、エネルギー吸収部と該エネルギー吸収部よりも低密度の造形部とが一体に形成されたバンパー芯材を得た。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
バンパー芯材において、さらなる低コスト化及び軽量化が要望されている。また、上記製造方法では以下の問題があった。成形型のキャビティを上下に仕切る仕切板がバンパー芯材の幅方向の一端から他端までの長さを有し、仕切板はきわめて大きなものとなってしまい、仕切板を進退させるのに大きな出力のエアシリンダー等を必要とし、エアシリンダー等が故障しやすい等の問題があった。
【００１０】
また、仕切板が大きくなってしまうため、仕切板が成形型内においてそれ自体の自重で垂れ下がってしまい正確な位置から外れ、エネルギー吸収部と造形部との境界がずれてしまい、得られるバンパー芯材がエネルギー吸収能に劣ったものとなるおそれがある等の問題があった。
【００１１】
また、仕切板が大きいので、仕切板及び成形型が傷ついたり、壊れやすいという問題があった。
【００１２】
本発明は上記従来技術の欠点を解消するためのものであり、軽量であり、かつ低コストの自動車用バンパー芯材を提供すること、及び、軽量で低コストなバンパー芯材が得られると共に、設備が壊れにくく簡便であって、品質の安定したバンパー芯材を容易に製造することが可能なバンパー芯材の製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、（１）成形型のキャビティを仕切板によって仕切り、仕切られたキャビティ内にそれぞれ所定の発泡粒子を充填し、キャビティ内より仕切板を除いた後発泡粒子を加熱融着させて一体化させ、上下方向が所定間隔に区画されてエネルギー吸収部と造形部とが一体に形成された合成樹脂発泡粒子成形体からなる自動車用バンパー芯材を製造する方法であって、幅方向に分割され、それぞれがバンパー芯材の車体側の型に設けられた挿通孔を介してキャビティ内に進退自在に成形された仕切板によってキャビティがバンパー芯材の上下方向に仕切られると共に、上記分割された仕切板の間には、キャビティ内をバンパー芯材の前後方向に貫通する金型部材が設けられて仕切板同士が互いに接触しないように構成されている成形型を用いることを特徴とする自動車用バンパー芯材の製造方法、
（２）成形型のキャビティが仕切板及び型部材によりエネルギー吸収部を形成するキャビティと、その上部、または下部、或いは上部及び下部の造形部を形成するキャビティとに区画されている上記（１）記載の自動車用バンパー芯材の製造方法、を要旨とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に基づき説明する。図１に示す本発明の１例である自動車用バンパー芯材１は、エネルギー吸収部２と造形部３とが一体に形成されたポリオレフィン系樹脂発泡粒子成形体よりなるものである。更にバンパー芯材１にはエネルギー吸収部２と造形部３との境界部４に貫通孔５が設けられている。バンパー芯材１の貫通孔５は図２に示すように、エネルギー吸収部２と造形部３との間に位置し、バンパー芯材１を前後方向に貫通するように形成されている。
【００１５】
本発明バンパー芯材１は、合成樹脂発泡粒子を型内で蒸気等で加熱して融着一体化することで得られる。合成樹脂発泡粒子の基材樹脂は、プロピレン単独重合体、プロピレン−エチレンランダム共重合体、プロピレン−エチレンブロック共重合体、プロピレン−ブテンランダム共重合体、プロピレン−エチレン−ブテンランダム共重合体等のポリプロピレン系樹脂、スチレンモノマーやアクリル系モノマー等の単量体を含浸重合させた改質ポリプロピレン系樹脂、或いは高密度ポリエチレンや、エチレンとα−オレフィンとの共重合体である直鎖状低密度ポリエチレンや、エチレン−酢酸ビニル共重合体等のエチレン系共重合体等のポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン樹脂、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−アクリル酸共重合体、スチレン−メタクリル酸共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体等のポリスチレン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂等の熱可塑性芳香族ポリエステル樹脂、芳香族ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリウレタン樹脂、あるいは上記樹脂及び上記共重合体から選択された２以上の混合物、あるいは上記樹脂又は上記共重合体又は上記混合物を主成分（５０重量％以上）とする他の樹脂やエラストマーとの混合物が例示される。中でもポリオレフィン系樹脂が耐薬品性及びバンパー芯材への加工特性等の面で優れ、特に融点（ＤＳＣ法による主融解ピークの頂点）１３８℃以上のポリプロピレン系（プロピレン成分５０重量％以上）樹脂が耐熱性、バンパー芯材に加工された際の耐衝撃吸収性及び軽量性に優れるので好ましい。ポリオレフィン系樹脂にはエチレン−プロピレン共重合体ゴム等のゴム分をブレンドすることもできる。
【００１６】
エネルギー吸収部２は、衝突時にバンパーに加わる衝撃を吸収するためのものであり、該部分の密度は、基材樹脂としてプロピレン系重合体を用いる場合には、衝撃を吸収するの十分な強度を有する点から、０．４５〜０．０３０ｇ／ｃｍ³となるように形成するのが好ましい。
【００１７】
バンパー芯材１において造形部３は、バンパーの形状を維持するために設けられるものであり、バンパーの外形形状に応じて適宜設けられる。即ち、図１に示すようにエネルギー吸収部２の上部のみに設けてもよいが、図３に示すようにエネルギー吸収部２の上部及び下部の両方に設けても、或いは特に図示しないがエネルギー吸収部の下部のみに設けても、いずれでもよい。尚、図３に示すように、エネルギー吸収部２の上下に造形部３を設けた場合には、エネルギー吸収部２の上部の造形部３と下部の造形部３の両方の境界部４に貫通孔５が設けられる。
【００１８】
造形部３はバンパーの外形形状の保持性が十分であり且つ軽量化に寄与する点から、平均の密度を０．１５〜０．０２０ｇ／ｃｍ³に形成し、かつエネルギー吸収部２よりも低密度とすることが好ましい。
【００１９】
エネルギー吸収部２と造形部３との境界部４は図１及び図２に示すように、エネルギー吸収部２と造形部３とを上下に仕切るように、バンパー芯材の水平方向に貫通孔の部分を除いてほぼ平坦な面として設けられている。貫通孔５はエネルギー吸収部２と造形部３との１つの境界部４に少なくとも１個以上設けられていればよいが、２個以上設けてもよく、２〜１０個程度設けるのが好ましい。
【００２０】
また、貫通孔５の形状は、図２に示すようにバンパー芯材の前後方向に真っ直ぐに貫通する形状であり、バンパー芯材１の幅方向の垂直断面が図１及び図３に示すように方形、あるいは特に図示しないが円形、楕円形等の任意の形状に形成することができる。貫通孔５を設ける位置は、図１に示すようにエネルギー吸収部２と造形部３との間であって、エネルギー吸収部２と造形部３との両方に跨がっていても、あるいは図３に示すように造形部３側のみに設けてもよいが、造形部３側のみに設けることが好ましい。貫通孔５がエネルギー吸収部２側に大きく跨がる場合、エネルギー吸収部２のエネルギー吸収力が低下したり、衝突時に割れやすくなるおそれがあるため、好ましくない。
【００２１】
貫通孔５の大きさや個数は、造形部３の形状保持が可能な程度のエネルギー吸収部２との境界部４の面積が確保できる範囲で適宜設けることができる。
【００２２】
また、造形部３は図４に示すように軽量化のために肉逃げ部６を設けるのが好ましい。肉逃げ部６は図４に示すように、造形部３が表皮材８を支持してバンパーの形状保持が可能であればよいことから、バンパー芯材１の車体側からバンパー芯材内側に窪んだ凹部となるように形成するのが軽量化の上で好ましい。
【００２３】
エネルギー吸収部２及び造形部３とから構成される本発明バンパー芯材１は、例えば図４に示すように、表面が表皮材８等で覆われてバックアップビーム７の車体外方側に取り付けられバンパー９として構成される。
【００２４】
図５は図４のごとき形状をもつ本発明バンパー芯材の製造方法に用いる成形型の１例の要部断面の端面を示す説明図である。以下本発明バンパー芯材の製造方法について説明する。図５に示すように、成形型１０は金型フレーム１１、１２にバンパー芯材１の形状に応じたキャビティを形成する雌型１３、雄型１４が取り付けられている。尚、この例では、雄型１４はバンパー芯材１の車体側の型となり、雌型１３はバンパー芯材１の車両外方向側の型となる。
【００２５】
更に成形型１０は型内をバンパー芯材の上下方向に２つのキャビティ空間に区画する仕切板１５を備え、エネルギー吸収部のキャビティ２Ａと造形部のキャビティ３Ａとを形成するように構成されている。また仕切板１５を進退させるエアシリンダー１６が雄型１４側の金型フレーム１２に取り付けられ、仕切板１５をビーム側の雄型１４に設けられた挿通孔１９から型内部へ進退可能に形成されている。また、車体外方側の金型フレーム１１には仕切板１５によって区画されたキャビティ２Ａ、３Ａにそれぞれ発泡粒子を充填するための充填機１８が、各々のキャビティ毎に設けられている。
【００２６】
エネルギー吸収部のキャビティ２Ａと造形部のキャビティ３Ａとの境界は、１枚の仕切板で仕切られるのではなく、図７に示すように、仕切板１５ａ、１５ｂのように幅方向に複数に分割された仕切板が用いられる。各仕切板１５ａ、１５ｂは、各仕切板毎にエアシリンダ１６のシリンダーロッド１７に接続され、キャビティ内を各仕切板毎に各自別々に進退可能に形成されている。
【００２７】
仕切板１５ａと隣の仕切板１５ｂとの間には、バンパー芯材を前後方向に貫通する貫通孔５を形成可能とする型部材２０が金型内に設けられている。型部材２０は、仕切板１５ａ、１５ｂの間に設けられているように、幅方向に隣り合う各仕切板どうしの間にそれぞれ設けられている。
【００２８】
型部材２０は例えば図６に示すように雄型１４の一部をキャビティ内に突出する形状に構成したり、又、特に図示しないが、独立した中子を作り、キャビティに取り付けるようにして形成してもよい。
【００２９】
尚、仕切板１５ａ及び仕切板１５ｂと型部材２０とは、仕切板が移動することができる範囲であれば両者が軽く接触するように形成してもよいが、仕切板の進退の際にスムーズな進退を行うためには、図７に示すように仕切板１５と型部材２０との間から充填した発泡粒子がはみ出さない程度のわずかな隙間２１を設けるのが好ましい。貫通孔形成のための型部材２０は、貫通孔形状に応じて形成されるが、図７に示すように、内部を中空に形成してもよい。
【００３０】
また、型部材２０の高さは少なくとも仕切板の厚み以上あるのが好ましく、型部材によってバンパー芯材に形成される貫通孔の大きさがバンパー芯材の形状保持性、軽量性及びエネルギー吸収特性等に応じた適当な大きさとなるように適宜選択すれば良い。
【００３１】
また、特に図示しないが型部材２０の側面に案内溝を設けておき、案内溝内を仕切板１５がスライドできるようにすれば、仕切板１５の進退が安定し易い。
【００３２】
各仕切板１５は、特に図示しないが、仕切板の進退方法に対して両側縁が平行となるように（仕切板の幅が一定となるように）形成することが好ましく、そうすればキャビティ内をスムーズに進退することができる。また、この場合仕切板の幅が進退方向前後（車体側と車両外方向側）で同じである為、仕切板がキャビティより退出した際に仕切板の側縁や先端の周囲に空間が形成されず発泡粒子がキャビティ内からはみ出して車体側に突出し大きなバリが形成されにくくなるので好ましく、そのためバンパー芯材を型内から取り出すときにバリがひっかかって取り出すことが困難となるおそれはない。
【００３３】
上記成形型１０を用いてバンパー芯材を製造するには、まず仕切板１５をキャビティ内に進めてキャビティをエネルギー吸収部のキャビティ２Ａと造形部のキャビティ３Ａとに仕切る。次いで各充填機１８から発泡粒子をキャビティ２Ａ、３Ａ内にそれぞれ充填する。仕切板は発泡粒子が充填された後、或いは充填しながら退出させる。
【００３４】
尚、仕切板の先端形状が幅方向に曲面を形成している場合には、仕切板の先端の一部をキャビティ内に残して退出させることが好ましい。この場合、得られた芯材には仕切板先端形状の凹溝が形成されるが、大きなバリの発生を防ぐことができるので好ましい。その凹溝はバンパー芯材としては特に問題とはならない。
【００３５】
仕切板１５を作動させる場合、各々の仕切板はそれぞれ別々のエアシリンダーによって駆動される。又、その際、各仕切板どうしの間には型部材があるため、仕切板はスムーズに動き、その位置も正確に維持できる。
【００３６】
キャビティ内の各区画に発泡粒子が完全に充填され仕切板がキャビティ内部から退出したならば、キャビティを蒸気等で加熱して発泡粒子を融着して発泡成形体を得る。しかる後に該発泡成形体をキャビティから取り出して、エネルギー吸収部２と造形部３とが一体に形成されたバンパー芯材１が得られる。
【００３７】
各キャビティに充填される原料の発泡粒子は、それぞれ密度が同じ発泡粒子であっても、異なる発泡粒子であってもいずれでもよい。例えば同一の発泡粒子を用いて異なる密度の領域を形成するには、仕切板により区画された各々のキャビティ内に、発泡粒子の体積を減じて圧縮充填する際に、高い密度の領域として形成するキャビティに充填する発泡粒子の加圧量を他よりも大きくする方法や、クラッキング充填による場合、高い密度の領域として形成するキャビティに先に発泡粒子を充填し、その後型内の間隙を狭めてから低い密度の領域として形成するキャビティに発泡粒子を充填する方法等が挙げられる。
【００３８】
また、発泡粒子をキャビティ内に充填するには、型内に間隙を設けて空気等により発泡粒子をキャビティ内に充填する所謂クラッキング充填方法を用いることができる。この方法では高密度の領域及び低密度の領域を両方同時に充填することができる。また、発泡粒子を加圧して体積を小さくし、型のキャビティ内と発泡粒子のタンクとの間に圧力差を設けて充填（圧縮充填）する方法を用いてもよい。この場合には通常、低密度の領域の発泡粒子が圧縮され密度が変化するのを避けるため、はじめに高密度の領域を充填しておいて、次に低密度の領域を充填する。
【００３９】
また、密度以外にも粒子の重量や大きさが、基材樹脂等が異なる発泡粒子を用いて各領域を構成することもでき、例えば粒子の大きさが異なる発泡粒子を用いた場合、造形部のキャビティ内に大きさの小さい発泡粒子を充填することにより、肉逃げを設ける等して造形部が複雑形状となっている場合でも所定の形状に形成することが容易である。
【００４０】
また図８に示すように、キャビティ内の仕切板１５の先端が接する雌型１３には、仕切板１５によって成形型内を仕切った際に、仕切板１５の先端がバンパーの上下方向にずれないように支持するための支持部材２３を設けるのが好ましい。支持部材２３は、例えば仕切板１５を挟んでその両側から支持する円柱状突起として形成することができる。
【００４１】
この支持部材２３は両側に同じ数（例えば１個ずつ、或いは２個ずつ等）だけ設けてもよいが、図８に示すように、エネルギー吸収部のキャビティ２Ａ側の突起の数に対し、低密度の発泡粒子が充填される造形部のキャビティ３Ａ側の突起の数が多くなるように形成するのが好ましい。これは、密度の異なる領域を形成するために、それぞれ密度の異なる発泡粒子を充填する際、圧縮充填法を用いて高密度の領域を始めに充填した後低密度の領域を充填すると、圧力を下げた際に高密度の領域の側の発泡粒子が膨らんで仕切板を低密度の領域の側に押しやるため、低密度の領域の側に突起の数を多く設けるのが、キャビティ内においてより確実な仕切板の支持が可能となるといった理由からである。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明自動車用バンパー芯材は、エネルギー吸収部と造形部との境界部に貫通孔が設けられているため、更なる軽量化及び低コストを達成するものである。
【００４３】
本発明自動車用バンパー芯材の製造方法は、成形型の造形部を形成するキャビティとエネルギー吸収部を形成するキャビティとの境界を仕切る仕切板を幅方向に複数に分割し、仕切板どうしの間に型部材を設け各仕切板どうしが接触しないようにして成形を行う構成を採用したことにより、仕切板として大きなものを使用する必要が無いため仕切板を動かすために大きな出力のエアシリンダー等を必要とせず、このためエアシリンダー等の故障を少なくし、仕切板駆動のトラブルが解消される。また、仕切板が分割されているため、１枚の仕切板の重量が軽減され、自重で垂れ下がってしまうためにキャビティ内での位置が不正確となる不具合がなく、エネルギー吸収部と造形部との境界が確実に一定の位置に保たれるため、軽量で低コストなバンパー芯材を、簡便な設備を用いて安定した品質で提供できる。
【００４４】
尚、仕切板を単に複数に分割して仕切板間に型部材を設けなかった場合、型内の進退を円滑に行う為に仕切板どうしの間に設けられる遊びとしての隙間の間隔が一定に保たれず、異種の発泡粒子が混合してしまったり、仕切板どうしがぶつかってしまい円滑な仕切板の移動が困難になってしまう。これに対し、本発明では仕切板どうしの間に型部材が設けられていることによって、仕切板の型内の進退をきわめてスムーズに行うことが可能であり、上述の不具合が生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明パンパー芯材の１例を示すバンパー芯材幅方向の縦断面図である。
【図２】図１のII−II線縦断面図である。
【図３】本発明パンパー芯材の他の例を示すバンパー芯材幅方向の縦断面図である。
【図４】本発明バンパー芯材の使用例を示す説明図である。
【図５】本発明バンパー芯材の成形用型の説明図である。
【図６】成形用型の説明図である。
【図７】図５のVII −VII 線縦断面図である。
【図８】仕切板の支持部材を示す説明図である。
【図９】従来のバンパー芯材の断面図である。
【符号の説明】
１バンパー芯材
２エネルギー吸収部
３造形部
４エネルギー吸収部と造形部との境界部
５境界部に設けられた貫通孔
１０成形型
１５仕切板
２０貫通孔を形成するための型部材

Claims

成形型のキャビティを仕切板によって仕切り、仕切られたキャビティ内にそれぞれ所定の発泡粒子を充填し、キャビティ内より仕切板を除いた後発泡粒子を加熱融着させて一体化させ、上下方向が所定間隔に区画されてエネルギー吸収部と造形部とが一体に形成された合成樹脂発泡粒子成形体からなる自動車用バンパー芯材を製造する方法であって、
幅方向に分割され、それぞれがバンパー芯材の車体側の型に設けられた挿通孔を介してキャビティ内に進退自在に成形された仕切板によってキャビティがバンパー芯材の上下方向に仕切られると共に、上記分割された仕切板の間には、キャビティ内をバンパー芯材の前後方向に貫通する金型部材が設けられて仕切板同士が互いに接触しないように構成されている成形型を用いることを特徴とする自動車用バンパー芯材の製造方法。
成形型のキャビティが仕切板及び型部材によりエネルギー吸収部を形成するキャビティと、その上部、または下部、或いは上部及び下部の造形部を形成するキャビティとに区画されている請求項１記載の自動車用バンパー芯材の製造方法。