JP5186087B2

JP5186087B2 - 樹脂中空ビーム及びその成形方法

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Publication number: JP5186087B2
Application number: JP2006140389A
Authority: JP
Inventors: 信由梶岡
Original assignee: Daikyo Nishikawa Corp
Current assignee: Daikyo Nishikawa Corp
Priority date: 2006-05-19
Filing date: 2006-05-19
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2026-05-19
Also published as: JP2007307828A

Description

本発明は、樹脂中空ビーム及びその成形方法に関するものである。

従来より、中空部を有する膨張可能な筒状マンドレルの外周面全体に樹脂製のシート材を巻き付けてこれを成形型内に配置し、上記中空部に加圧液体を供給してマンドレルを膨張させて上記シート材を成形型の成形面に押圧し、かつ軟化させて樹脂中空ビームを成形する成形方法が知られている。

一般に、このような樹脂中空ビームは、金属製のものに比べて低剛性であるため、図６に示すように、樹脂中空ビームａの外面に衝撃が矢印Ｆ方向（中心線に対して略直交する方向）から加わると、仮想線のように変形し易い。

一方、特許文献１には、補強用板状部材が樹脂中空成形体本体の内周面に一体的に設けられた樹脂中空成形体を上記のようにマンドレルの中空部に加圧液体を供給して成形する成形方法が開示されている。この中空成形体は板状部材があるため、剛性が高まっている。
特開昭６３−９９９１５号公報（第２頁、第７図）

しかし、上記特許文献１により成形される中空成形体は、板状部材が中空成形体本体に対して周方向に等間隔をあけて長手方向に沿うように配置されているため、中心線方向の曲げ力に対しては強いが、中心線に対して略直交する方向の衝撃に対しては弱く、剛性を十分に高めることができない。また、板状部材は、中子に樹脂含浸繊維を巻き付けて形成しているため、その巻き付け工数が増えるとともに部品点数が増加して製造コストの増大を招く。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、樹脂中空ビーム全体の剛性を高め、かつ安価な樹脂中空ビームを簡単に成形することである。

上記の目的を達成するために、この発明では、樹脂中空ビームのビーム本体の内周面全体に被覆材を設けたことを特徴とする。

具体的には、請求項１に記載の発明は、閉断面で長尺状の中空部を有する熱硬化性樹脂製の筒状ビーム本体と、テキスタイルからなる被覆材と、筒状マンドレルとの３つの部材で構成され、上記ビーム本体の中空部側内周面全体には、上記被覆材がビーム本体成形時の加圧膨張により膨張した状態の上記マンドレルと、成形型の成形面に押圧されて成形されたビーム本体とで挟圧されて一体的に付着され、当該被覆材には上記ビーム本体の成形時の軟化樹脂が含浸硬化していることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、中空部を有する膨張可能な筒状マンドレルの外周面全体にテキスタイルからなる被覆材を被覆した後、該被覆材の外周面全体を覆うように上記マンドレルに熱硬化性樹脂製のシート材を巻き付けて積層体を構成し、次いで、該積層体を成形型内に配置して上記マンドレルの中空部に液体を加圧供給することにより、該マンドレルを加圧膨張させて上記シート材を成形型の成形面に押圧し、かつ該シート材を軟化させて閉断面で長尺状の中空部を有する樹脂製の筒状ビーム本体を成形するとともに、上記シート材の上記被覆材との接触面側の軟化樹脂を被覆材に含浸硬化させ、該被覆材を上記マンドレルとビーム本体とで挟圧してビーム本体の中空部側内周面全体に一体的に付着させることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、ビーム本体の中空部側内周面全体にテキスタイルからなる被覆材がビーム本体成形時の加圧膨張により膨張した状態のマンドレルと、成形型の成形面に押圧されて成形されたビーム本体とで挟圧されて一体的に付着され、当該被覆材には上記ビーム本体の成形時の軟化樹脂が含浸硬化しているので、樹脂中空ビームの外面に衝撃が中心線に対して略直交する方向から加わると、上記ビーム本体の加圧側の内面が変形して伸びようとするが、上記被覆材が抵抗体となってビーム本体の伸び（変形）を抑制し、樹脂中空ビームの剛性を高めることができる。また、樹脂中空ビームの中心線方向に加圧力が作用すると、ビーム本体は折曲変形しようとするが凹状湾曲部側の筒状内面に付着した上記被覆材が抵抗体となってビーム本体の折曲変形を抑制し、樹脂中空ビームの剛性を高めることができる。加えて、成形後にマンドレルを抜き取らないので成形工程を簡単にすることができる。

請求項２に記載の発明によれば、マンドレルの外周面全体に被覆材及びシート材を設けるだけでよく、簡単に樹脂中空ビームを成形することができる。また、被覆材（テキスタイル）の織目、編目や組目に軟化樹脂が含浸硬化するので、被覆材とシート材との一体性を高めることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る樹脂中空ビームとしての角筒状バンパービーム１を車体（図示せず）の２本の角筒状サイドフレーム３に車体取付部材５を介して取り付ける直前の状態を示す斜視図である。上記車体取付部材５は、車体内側に断面矩形の凹部７ａを有する本体部７と、該本体部７に一体に形成されたフランジ部９とからなり、該フランジ部９の四隅にはボルト挿通孔９ａが形成されている。一方、上記各サイドフレーム３の車体前方側の端部にもフランジ部１１が一体的に形成され、該フランジ部１１の四隅にもボルト挿通孔１１ａが形成されている。

そして、上記バンパービーム１を車体に取り付けるには、まず、２個の車体取付部材５のフランジ部９を車体側に向けた状態で、バンパービーム１の両端に本体部７の凹部７ａを嵌合させて車体取付部材５をバンパービーム１に取り付ける。次に、各車体取付部材５のフランジ部９とサイドフレーム３のフランジ部１１とを合わせてボルト挿通孔９ａ，１１ａにボルト（図示せず）を挿通し、バンパービーム１をサイドフレーム３に取り付ける。

上記バンパービーム１は、図２に示すように、閉断面で矩形長尺状の中空部１３を有する熱硬化性樹脂製の筒状ビーム本体としての角筒状バンパービーム本体１５を備え、該バンパービーム本体１５の中空部側１３側内周面全体には、テキスタイルからなる被覆材１７が一体的に付着されている。さらに、上記バンパービーム本体１５の中空部１３には、中空部１３′を有する角筒状の樹脂製マンドレル１９が上記被覆材１７を上記バンパービーム本体１５とで一体的に挟圧するように配置されている。つまり、このバンパービーム１は、上記バンパービーム本体１５、被覆材１７及びマンドレル１９の３つの部材で３層構造体に構成されている。そして、上記被覆材１７は、バンパービーム本体１５成形時の加圧膨張により膨張した状態の上記マンドレル１９と、成形型２９の成形面３３ａ，３５ａに押圧されて成形されたバンパービーム本体１５とで挟圧され、当該被覆材１７には上記バンパービーム本体１５の成形時の軟化樹脂が含浸硬化している。

上記バンパービーム本体１５は、例えば、フェノール樹脂（ＰＦ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）、メラミン樹脂（ＭＦ）等の熱硬化性樹脂よりなるが、この熱硬化性樹脂にカーボンファイバーやガラスファイバーなどの強化繊維が混合されたものであってもよく、熱硬化性樹脂単体に強化繊維を積層して形成したものでもよい。

また、上記被覆材１７は、例えば化学繊維や天然繊維製の織物、編物、組物等であるテキスタイルからなる。さらに、上記マンドレル１９は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂製でバンパービーム本体１５の成形の際膨張可能な性質を有する。しかし、これらに限定されない。

次に、上記のような構成のバンパービーム１の成形要領について説明する。

成形に先立ち、マンドレル１９と該マンドレル１９に加圧液体としての加圧オイルを導入する導入ノズル３１とを用意する。

上記マンドレル１９は、図３及び図４に示すように、中空部１３を有し、該中空部１３の一端側が開放された開口部２１が形成されているとともに、他端側が底部２３により閉塞された有底角筒状に形成され、成形されたバンパービーム１の一部となる前の単体の状態では、上記開口部２１近傍外周に鍔部２５が一体に形成されている。

上記導入ノズル３１は、図５に示すように、導入ノズル本体３９を備え、該導入ノズル本体３９には、短尺のエアパイプ４３と長尺のオイルパイプ４５とが平行に挿着され、該オイルパイプ４５は一端をノズル本体３９の一端から僅かに突出させているとともに、他端をノズル本体３９の他端から長く突出させている。これに対し、上記エアパイプ４３は一端をノズル本体３９から僅かに突出させているが、他端はノズル本体３９の他端から突出していない。また、ノズル本体３９の他端寄り外周には鍔部４１が一体に形成されている。

まず、第１シールリング４７を鍔部２５に当接するようにマンドレル１９の開口部２１側外周に嵌め込んだ後、導入ノズル３１の他端を上記オイルパイプ４５がマンドレル１９の中空部１３′に挿入されるように、マンドレル１９の開口部２１に差し込み、鍔部４１を上記マンドレル１９の開口部２１端縁に当接させる。この状態で、オイルパイプ４５の先端がマンドレル１９の底部２３に接近して配置される。

その後、第２シールリング４９を導入ノズル３１の一端側から嵌め込み、これを鍔部４１に当接させる。なお、第２シールリング４９は、上記導入ノズル３１をマンドレル１９に差し込む前に導入ノズル３１に予め差し込んでいてもよい。

次に、上記マンドレル１９の鍔部２５近傍から底部２３にかけての外周面全体に、テキスタイルからなる矩形シート状の被覆材１７（図３参照）を被覆し、その後、該被覆材１７の外周面全体にバンパービーム本体１５を構成する熱硬化性樹脂製の矩形シート材２７（図３参照）を巻き付けて積層体５１を構成する。

続いて、上記導入ノズル３１が差し込まれた積層体５１を、図４に示すように、第１型３３及び第２型３５を備えた成形型２９にセットする。該成形型２９は、例えば、約１１０〜１５０℃に設定されている。

次に、成形型２９を型閉じし、上記第１及び第２シールリング４７，４９を上記第１型３３の成形面３３ａ及び第２型３５の成形面３５ａに圧接させる。これにより、マンドレル１９内（中空部１３′内）に充填された後述する加圧オイルがマンドレル１９外及び成形型２９外に漏れないようにシールしている。また、この状態で、シート材２７が成形型２９の成形面３３ａ，３５ａに当接ないし微小な間隔をあけて接近している。

続いて、上記マンドレル１９の中空部１３′に、例えば、約１００〜１１０℃に加熱されたオイルをオイルタンク（図示せず）からオイルパイプ４５を経て加圧供給して充填する。これにより、加圧オイルの圧力と温度との影響によりマンドレル１９が加圧膨張する。この際、中空部１３′のエアは、オイルの供給に伴ってエアパイプ４３を経て外部に排出される。このエアの排出が終了すると、マンドレル１９の中空部１３′内の圧力がほぼ一定の高圧となるように加圧オイルが図外の油圧制御装置により制御され、これによりマンドレル１９が加圧膨張し、シート材２７は成形型２９の成形面３３ａ，３５ａに押圧されて型温により軟化し、閉断面で長尺状の中空部１３を有するバンパービーム本体１５が成形されるとともに、上記シート材２７の上記被覆材１７との接触面側の軟化樹脂が被覆材１７の織目、編目、組目等に含浸硬化する。これにより、バンパービーム本体１５の中空部１３に、マンドレル１９が被覆材１７をバンパービーム本体１５とで一体的に挟圧するように配置され、上記被覆材１７が上記バンパービーム本体１５の中空部１３側内周面全体に一体的に付着して、図２に示すような３層構造体のバンパービーム１が成形される。

次いで、上記のようにして、バンパービーム１が成形されると、エア供給源（図示せず）からエアがエアパイプ４３を経て中空部１３（１３′）に送り込まれ、これに伴い中空部１３（１３′）のオイルがオイルパイプ４５を経て排出される。中空部１３（１３′）のオイルが十分に排出されるとエアの供給をストップする。このように、無理にマンドレル１９の中空部１３′内に負圧を加えてオイルを排出させることはないので、バンパービーム１が凹んで変形するという悪影響を受けることはない。

次いで、成形型２９を型開きしてバンパービーム１を取り出した後、導入ノズル３１をバンパービーム１（マンドレル１９）から抜き取り、マンドレル１９のバンパービーム１から突出している部分を切除することにより、バンパービーム１が完成する。

したがって、本実施形態によれば、バンパービーム本体１５の中空部１３側内周面全体にテキスタイルからなる被覆材１７がバンパービーム本体１５成形時の加圧膨張により膨張した状態のマンドレル１９と、成形型２９の成形面３３ａ，３５ａに押圧されて成形されたバンパービーム本体１５とで挟圧されて一体的に付着され、当該被覆材１７には上記バンパービーム本体１５の成形時の軟化樹脂が含浸硬化しているので、バンパービーム１の外面に衝撃が中心線に対して略直交する方向から加わると、上記バンパービーム本体１５の加圧側の内面が変形して伸びようとするが、上記被覆材１７が抵抗体となってバンパービーム本体１５の伸び（変形）を抑制し、バンパービーム１の剛性を高めることができる。また、上記バンパービーム１の中心線方向に加圧力が作用すると、上記バンパービーム本体１５は折曲変形しようとするが凹状湾曲部側の中空部内面に付着した上記被覆材１７が抵抗体となってバンパービーム本体１５の折曲変形を抑制し、バンパービーム１の剛性を高めることができる。

また、マンドレル１９もバンパービーム１の一部を構成しているので、該マンドレル１９がある分、さらに剛性を高めることができる。加えて、成形後にマンドレル１９を抜き取らないので成形工程を簡単にすることができる。

さらに、マンドレル１９の外周面全体に被覆材１７及びシート材２７を設けるだけでよく、簡単にバンパービーム１を成形することができる。また、被覆材１７（テキスタイル）の織目、編目や組目に軟化樹脂が含浸硬化するので、被覆材１７とシート材２７との一体性を高めることができる。

なお、本実施形態では、被覆材１７及びシート材２７でマンドレル１９の底部２３を被覆しないようにしたが、該底部２３をも被覆してもよい。

また、本実施形態では、加圧用液体としてオイルを使用しているが、水やその他の液体でもよい。この場合、液体は上記実施形態と同様の温度に加熱しておくことが望ましい。また、エアとして、空気を使用しているが、窒素ガス等の不活性ガスでもよい。

さらにまた、本実施形態では、樹脂中空ビームとして角筒状バンパービーム１を示しているが、その形状は角筒状でない形状、例えば円筒状などでもよく、これらに限定されない。

加えて、樹脂中空ビームとしてバンパービーム１を例示したが、サイドドアビームでもよく、これらに限定されない。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。

本発明の実施形態に係る樹脂中空ビームとしてのバンパービームをサイドフレームに車体取付部材を介して取り付ける直前の状態を示す斜視図である。図１のバンパービームの断面図である。本発明の実施形態に係るバンパービームの構成要素である、マンドレル、被覆材及びシート材の斜視図である。図１のバンパービームを成形する成形型の断面図である。図４における導入ノズルの平面図である。従来の樹脂中空成形体において衝撃により変形する状態を説明する図である。

１バンパービーム（樹脂中空ビーム）
１３，１３′ 中空部
１５バンパービーム本体（ビーム本体）
１７被覆材
１９マンドレル
２７シート材
２９成形型
３３第１型
３３ａ第１成形面
３５第２型
３５ａ第２成形面
５１積層体

Claims

閉断面で長尺状の中空部(13)を有する熱硬化性樹脂製の筒状ビーム本体(15)と、テキスタイルからなる被覆材(17)と、筒状マンドレル(19)との３つの部材で構成され、
上記ビーム本体(15)の中空部(13)側内周面全体には、上記被覆材(17)がビーム本体(15)成形時の加圧膨張により膨張した状態の上記マンドレル(19)と、成形型(29)の成形面(33a,35a)に押圧されて成形されたビーム本体(15)とで挟圧されて一体的に付着され、当該被覆材(17)には上記ビーム本体(15)の成形時の軟化樹脂が含浸硬化していることを特徴とする樹脂中空ビーム。
中空部(13')を有する膨張可能な筒状マンドレル(19)の外周面全体にテキスタイルからなる被覆材(17)を被覆した後、該被覆材(17)の外周面全体を覆うように上記マンドレル(19)に熱硬化性樹脂製のシート材(27)を巻き付けて積層体(51)を構成し、
次いで、該積層体(51)を成形型(29)内に配置して上記マンドレル(19)の中空部(13')に液体を加圧供給することにより、該マンドレル(19)を加圧膨張させて上記シート材(27)を成形型(29)の成形面(33a,35a)に押圧し、かつ該シート材(27)を軟化させて閉断面で長尺状の中空部(13)を有する樹脂製の筒状ビーム本体(15)を成形するとともに、上記シート材(27)の上記被覆材(17)との接触面側の軟化樹脂を被覆材(17)に含浸硬化させ、該被覆材(17)を上記マンドレル(19)とビーム本体(15)とで挟圧してビーム本体(15)の中空部(13)側内周面全体に一体的に付着させることを特徴とする樹脂中空ビームの成形方法。