JP6137707B2 - 自動車用バンパービームの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、車幅方向に沿って配置される繊維強化樹脂製のバンパービームが、前後方向内側に開放するコ字状断面のバンパービーム本体と、前記バンパービーム本体の端縁から延びるフランジ部とを備え、前記バンパービーム本体および前記フランジ部は連続繊維強化樹脂層を含む自動車用バンパービームの製造方法に関する。

繊維を含まない熱可塑性樹脂と、連続繊維を含む熱可塑性樹脂とを重ね合わせてプレス金型でプレス成形することで、樹脂層および連続繊維強化樹脂層の２層構造を有するバンパービームを製造するものが、下記特許文献１により公知である。

特表２０００−５１５８２８号公報

ところで、上記従来のものは、連続繊維強化樹脂層に含まれる連続繊維の切断端部が製品の端縁からバリとなってはみ出す場合があり、このバリが作業者の手に当たって作業性を悪化させたり、製品の美観を低下させたりする可能性があった。そのため、製品のプレス成形後に、連続繊維がバリとなってはみ出した製品の端縁を滑らかに切断するトリム加工が必要になり、加工工数の増加によるコストアップの要因となる問題があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、連続繊維強化樹脂層を含むバンパービームの端縁から連続繊維がバリとなってはみ出すのを、トリム加工を必要とせずに防止することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、車幅方向に沿って配置される繊維強化樹脂製のバンパービームが、前後方向内側に開放するコ字状断面のバンパービーム本体と、前記バンパービーム本体の端縁から延びるフランジ部とを備え、前記バンパービーム本体および前記フランジ部は連続繊維強化樹脂層を含む自動車用バンパービームであって、前記バンパービームの上下の前記フランジ部の端縁に、上下方向外側に延びて前後方向外側に屈曲するＬ字状断面を有する熱可塑性樹脂製の第１フランジ先端部を接続したバンパービーム（１２）の製造方法において、プレス成形金型でプリプレグを加熱プレスして前記バンパービーム本体および前記フランジ部を成形する第１工程と、前記プレス成形金型内の前記フランジ部の端縁に臨む位置に形成された空間に熱可塑性樹脂を射出して前記第１フランジ先端部を成形する第２工程とを含むことを特徴とする自動車用バンパービームの製造方法が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記第２工程後に、前記フランジ部に取付孔を形成する第３工程と、前記取付孔にカラーを圧入あるいはカシメにより固定する第４工程とを含むことを特徴とする自動車用バンパービームの製造方法が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記第１工程において、前記プリプレグは積層された不連続繊維プリプレグおよび連続繊維プリプレグから成り、前記プレス成形金型の雌型および雄型の成形面の間隔は、前記バンパービーム本体および前記フランジ部の境界において他の部分よりも大きいことを特徴とする自動車用バンパービームの製造方法が提案される。

尚、実施の形態のリヤバンパービーム１２は本発明のバンパービームに対応し、実施の形態の連続繊維プリプレグ２０´および不連続繊維プリプレグ２１´は本発明のプリプレグに対応し、実施の形態のフランジ付きカラー２３は本発明のカラーに対応する。

請求項１の構成によれば、車幅方向に沿って配置される繊維強化樹脂製のバンパービームが、前後方向内側に開放するコ字状断面のバンパービーム本体と、バンパービーム本体の端縁から延びるフランジ部とを備え、バンパービーム本体およびフランジ部は連続繊維強化樹脂層を含む自動車用バンパービームであって、バンパービームの上下のフランジ部の端縁に、上下方向外側に延びて前後方向外側に屈曲するＬ字状断面を有する熱可塑性樹脂製の第１フランジ先端部を接続したバンパービームの製造方法において、プレス成形金型でプリプレグを加熱プレスしてバンパービーム本体およびフランジ部を成形する第１工程と、プレス成形金型内のフランジ部の端縁に臨む位置に形成された空間に熱可塑性樹脂を射出して第１フランジ先端部を成形する第２工程とを含むので、連続繊維強化樹脂層の連続繊維やマトリクス樹脂がバリとなってフランジ部の端縁からはみ出しても、そのバリを第１フランジ先端部で覆うことで、バリ取りのためのトリミング作業を不要にしながら製品の品質を高めることができ、且つ連続繊維強化樹脂層のプリプレグを金型内にセットする際に位置ずれしても、プリプレグの端縁がＬ字状断面の先端に達することがなく、第１フランジ先端部を成形する空間を確保してバリのはみ出しを一層確実に防止することができる自動車用バンパービームを、バンパービーム本体およびフランジ部を成形するプレス成形金型を利用して第１フランジ先端部を成形することが可能となり、設備費および加工工数を削減することができる。

また請求項２の構成によれば、第２工程後に、フランジ部に取付孔を形成する第３工程と、取付孔にカラーを圧入あるいはカシメにより固定する第４工程とを含むので、フランジ部の取付孔をカラーで補強してバンパービームの車体への取付強度を高めることができる。

また請求項３の構成によれば、第１工程において、プリプレグは積層された不連続繊維プリプレグおよび連続繊維プリプレグから成り、プレス成形金型の雌型および雄型の成形面の間隔は、バンパービーム本体およびフランジ部の境界において他の部分よりも大きいので、前記境界において不連続繊維強化樹脂層の厚さが他の部分よりも大きくなり、厚い不連続繊維強化樹脂層によって前記境界における連続繊維強化樹脂層の変形自由度が高まることで、連続繊維強化樹脂層が急激に屈曲して連続繊維が破断するのを防止することができる。

リヤバンパービームの斜視図。（第１の実施の形態） 図１の２方向矢視図。（第１の実施の形態） 図２の３部拡大図。（第１の実施の形態） 図３の４−４線断面図。（第１の実施の形態） 図３の５−５線断面図。（第１の実施の形態） 図４の６部拡大図。（第１の実施の形態） バンパービームの成形工程の説明図。（第１の実施の形態） リヤバンパービームの斜視図。（第２の実施の形態）

第１の実施の形態

以下、図１〜図７に基づいて本発明の第１の実施の形態を説明する。尚、本明細書において前後方向、左右方向（車幅方向）および上下方向とは、運転席に着座した乗員を基準として定義される。

図１〜図５に示すように、自動車の車体後部に前後方向に配置された左右一対のリヤサイドフレーム１１，１１の後端に、車幅方向に延びる繊維強化樹脂製のリヤバンパービーム１２が取り付けられる。リヤバンパービーム１２の本体を構成するバンパービーム本体１３は、上下方向に延びる底壁１４と、底壁１４の上端から前方に延びる上壁１５と、底壁１４の下端から前方に延びる下壁１６とを有しており、前方に向けて開放する断面コ字状に形成される。

バンパービーム本体１３は、車幅方向中央に位置して比較的に小さい略一定断面を有する小断面積部１７と、車幅方向両端に位置して比較的に大きい略一定断面を有する大断面積部１８，１８と、小断面積部１７の車幅方向外端を大断面積部１８，１８の車幅方向内端に接続する左右一対の断面積変化部１９，１９とからなり、断面積変化部１９，１９は小断面積部１７から大断面積部１８，１８に向かって断面積が次第に増加する。

また小断面積部１７は、車幅方向中央に位置して直線状に延びる直線部１７ａと、直線部１７ａの車幅方向外端から断面積変化部１９，１９の車幅方向内端に向かって前方に湾曲する左右一対の湾曲部１７ｂ，１７ｂとからなる。湾曲部１７ｂ，１７ｂの車幅方向内端近傍は後方に最も突出しており、その位置が後面衝突時に衝突荷重Ｆ，Ｆが入力する衝突荷重入力部Ｐ，Ｐとなる。

バンパービーム本体１３の外面、即ち底壁１４の後面、上壁１５の上面および下壁１６の下面はガラス連続繊維をナイロン等の熱可塑性樹脂で結合した連続繊維強化樹脂層２０で構成され、バンパービーム本体１３の内面、即ち底壁１４の前面、上壁１５の下面および下壁１６の上面はガラス不連続繊維をナイロン等の熱可塑性樹脂で結合した不連続繊維強化樹脂層２１で構成される。連続繊維樹強化脂層２０の連続繊維は、車幅方向と、それに直交する上下方向および前後方向とに配向される。

またバンパービーム本体１３の外周縁には全周に亙ってフランジ部２２が突設されており、このフランジ部２２もバンパービーム本体１３から連続する連続繊維強化樹脂層２０および不連続繊維強化樹脂層２１より成る２層構造である。

図４〜図６に示すように、バンパービーム本体１３の上壁１５および下壁１６からそれぞれ上方および下方に延びるフランジ部２２の外周縁には、ガラス繊維を含まぬナイロン等の熱可塑性樹脂で構成された第１フランジ先端部２２ａが接続される。上側の第１フランジ先端部２２ａは上側のフランジ部２２の上端から上方に延びた後に後方に屈曲するＬ字状断面であリ、同様に下側の第１フランジ先端部２２ａは下側のフランジ部２２の下端から下方に延びた後に後方に屈曲するＬ字状断面である。またバンパービーム本体１３の車幅方向外端の底壁１４、上壁１５、下壁１６からそれぞれ後方、上方および下方に延びるフランジ部２２の外周縁には、ガラス繊維を含まぬナイロン等の熱可塑性樹脂で構成された第２フランジ先端部２２ｂが接続される。第２フランジ先端部２２ｂはＩ字状断面であり、フランジ部２２をそのまま延長するように形成される。これらの第１フランジ先端部２２ａおよび第２フランジ先端部２２ｂは、図面において網かけして示される。

連続繊維強化樹脂層２０の肉厚は略一定であり、それに積層される不連続繊維強化樹脂層２１の肉厚を調整することで、フランジ部２２の肉厚はバンパービーム本体１３の肉厚よりも大きく設定される。バンパービーム本体１３およびフランジ部２２の境界において、不連続繊維強化樹脂層２１の肉厚は最大である。第１フランジ先端部２２ａおよび第２フランジ先端部２２ｂの肉厚は、フランジ部２２の肉厚と同じである。

図７（Ａ）に示すように、バンパービーム本体１３およびフランジ部２２をプレス成形するプレス成形金型４１は、連続繊維強化樹脂層２０を成形する凹状のキャビティ４２ａを有する雌型４２と、不連続繊維強化樹脂層２１を成形する凸状のコア４３ａを有する雄型４３とからなる。先ずプレス形成金型４１を型開きした状態で、雌型４２のキャビティ４２ａおよび雄型４３のコア４３ａ間に、連続繊維プリプレグ２０′と不連続繊維プリプレグ２１′とを予備加熱した状態で配置する。

続いて図７（Ｂ）に示すように、プレス成形金型４１を型締めすることでバンパービーム本体１３およびフランジ部２２をプレス成形する。このとき、フランジ部２２に連続する第１フランジ先端部２２ａおよび第２フランジ先端部２２ｂに対応する部分は、ガラス繊維や樹脂が存在しない空間４４として残される。続いて図７（Ｃ）に示すように、前記空間４４に溶融した熱可塑性樹脂を射出することで、第１フランジ先端部２２ａおよび第２フランジ先端部２２ｂを成形する。このように、バンパービーム本体１３およびフランジ部２２を成形するためのプレス成形金型４１を利用して第１フランジ先端部２２ａおよび第２フランジ先端部２２ｂを成形するので、設備費および加工工数を削減することができる。

このようにして成形されたリヤバンパービーム１２をプレス成形金型４１から取り出した後、図７（Ｄ）に示すように、フランジ部２２に取付孔２２ｃ…を加工する。そして図６（Ｅ）に示すように、フランジ部２２の取付孔２２ｃ…にフランジ付きカラー２３…を圧入あるいはカシメにより固定してリヤバンパービーム１２を完成する。

図６に示すように、リヤバンパービーム１２の車幅方向両端部の上下のフランジ部２２に形成された各３個の取付孔２２ｃ…に、フランジ付きカラー２３…が嵌合する。フランジ付きカラー２３は本体部２３ａの前端から径方向外側に突出するフランジ２３ｂを有するもので、本体部２３ａがフランジ部２２の取付孔２２ｃに嵌合し、フランジ２３ｂがフランジ部２２の前面に当接する。リヤサイドフレーム１１の後端を閉塞する取付板１１ａの前面には、ウエルドナット２５が溶接される。取付板１１ａの後面とフランジ付きカラー２３のフランジ２３ｂの前面との間にリヤパネル２６を挟んだ状態で、フランジ付きボルト２４が後方からフランジ付きカラー２３、リヤパネル２６および取付板１１ａを貫通してウエルドナット２５に螺合することで、リヤバンパービーム１２が左右の取付板１１ａ，１１ａに固定される。このとき、フランジ付きボルト２４のフランジ２４ａとリヤバンパービーム１２のフランジ部２２の後面との間に、ゴム等で構成されたリング状の弾性材２７が配置される。

ところで、フランジ付きカラー２３の本体部２３ａの後端がリヤバンパービーム１２のフランジ部２２の後面から突出していると、フランジ付きボルト２４の締結力がリヤバンパービーム１２のフランジ部２２に直接作用しなくなり、リヤバンパービーム１２のフランジ部２２はフランジ付きカラー２３との間の摩擦力だけで保持されて振動や騒音が発生し易くなる。しかしながら、フランジ付きカラー２３の本体部２３ａの後端の突出部の周囲に弾性材２７を配置したので、フランジ付きボルト２４の締結力が圧縮された弾性材２７を介してリヤバンパービーム１２のフランジ部２２の後面に作用することで、リヤバンパービーム１２を強固に固定して振動や騒音を防止することができる。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

自車のリヤバンパーに他車のフロントバンパーが軽衝突したような場合、単純に後方に凸に湾曲している従来のリヤバンパービームは、そのバンパービームの車幅方向中央の１点に衝突荷重が集中的に入力するため、リヤバンパービームの車幅方向中央部に大きな曲げモーメントが作用する問題がある。

それに対し、図２に示す本実施の形態のリヤバンパービーム１２は、最も後方に突出する左右一対の衝突荷重入力部Ｐ，Ｐを備えるため、一対の衝突荷重入力部Ｐ，Ｐに衝突荷重Ｆ，Ｆが集中的に入力する。その結果、リヤバンパービーム１２の車幅方向中央部に作用する曲げモーメントの最大値が低減することで、曲げ変形に対するリヤバンパービーム１２の強度を高めることができる。

しかもバンパービーム本体１３は、車幅方向中央の小断面積部１７と、小断面積部１７の車幅方向外側に連続して断面積が次第に増加する一対の断面積変化部１９，１９と、断面積変化部１９，１９の車幅方向外側に連続する一対の大断面積部１８，１８とを備えるので、一対の衝突荷重入力部Ｐ，Ｐに衝突荷重Ｆ，Ｆが入力したときに、断面積変化部１９，１９および大断面積部１８，１８で曲げモーメントを支持することで、バンパービーム本体１３の肉厚を減少させて軽量化を図りながら強度を高めることができる。

またバンパービーム本体１３およびフランジ部２２は、ガラス連続繊維を車幅方向とそれに直交する方向とに配向して熱可塑性樹脂で結合した連続繊維強化樹脂層２０と、ガラス不連続繊維をランダムな方向に配向して熱可塑性樹脂で結合した不連続繊維強化樹脂層２１との少なくとも２層の積層体であるので、バンパービーム本体１３に高価な連続繊維強化樹脂層２０と安価な不連続繊維強化樹脂層２１とを併用することで、バンパービーム本体１３全体を高価な連続繊維強化樹脂層２０で構成する場合に比べてコストダウンを図りながら、高強度の連続繊維強化樹脂層２０によりリヤバンパービーム１２に要求される強度を確保することができる。

ところで、リヤバンパービーム１２のバンパービーム本体１３およびフランジ部２２は連続繊維強化樹脂層２０および不連続繊維強化樹脂層２１の２層構造であり、そのフランジ部２２の端縁は連続繊維プリプレグ２０´および不連続繊維プリプレグ２１´の切断面で構成されるため、連続繊維強化樹脂層２０および不連続繊維強化樹脂層２１の切断されたガラス繊維の先端やマトリクス樹脂の一部がフランジ部２２の端縁からバリとなって突出する。特に、連続繊維強化樹脂層２０に含まれるガラス連続繊維層の鋭い先端がバリとなって突出すると、このバリが作業者の手に当たって作業性を悪化させたり、製品の美観を低下させたりする可能性があるため、従来はフランジ部２２の端縁が滑らかになるように切断するトリム加工が必要であった。

しかしながら、本実施の形態によれば、リヤバンパービーム１２の外周のフランジ部２２のバリがはみ出した端縁を第１フランジ先端部２２ａおよび第２フランジ先端部２２ｂで覆ったので、バリ取りのためのトリム加工を不要にしながら、バリの突出を防止して製品の品質を高めることができる。

またプレス成形金型４１の内部に連続繊維プリプレグ２０´および不連続繊維プリプレグ２１´をセットする際に位置ずれしてしまい、連続繊維プリプレグ２０´および不連続繊維プリプレグ２１´の端縁がプレス金型４１の空間４４（図７（Ｃ）参照）の奥まで突出してしまうと、第１フランジ先端部２２ａあるいは第２フランジ先端部２２ｂを成形する合成樹脂が空間４４内に充分に流入できなくなり、第１フランジ先端部２２ａあるいは第２フランジ先端部２２ｂでバリを完全に覆えなくなる可能性があるが、本実施の形態では、特に第１フランジ先端部２２ａがＬ字状断面に形成されているため、連続繊維プリプレグ２０´および不連続繊維プリプレグ２１´の端縁がＬ字状断面の先端に達することがなく、バリを第１フランジ先端部２２ａで完全に覆ってはみ出しを防止することができる。

またリヤバンパービーム１２は連続繊維強化樹脂層２０および不連続繊維強化樹脂層２１を積層した２層構造であり、フランジ部２２の不連続繊維強化樹脂層２１はバンパービーム本体１３の不連続繊維強化樹脂層２１よりも厚いので、成形性に優れた不連続繊維強化樹脂層２１によりフランジ部２２を厚くすることが容易であり、厚いフランジ部２２によってリヤバンパービーム１２の取付強度を高めることができる。

またバンパービーム本体１３およびフランジ部２２の境界部において不連続繊維強化樹脂層２１の肉厚は最大になるため、境界部における連続繊維強化樹脂層２０の位置の自由度が高まることで、連続繊維強化樹脂層２０は急激に折れ曲がることなく滑らかに屈曲することができる。これにより、リヤバンパービーム１２をプレス成形金型４１でプレス成形する際に、連続繊維強化樹脂層２０が前記境界部で急激に屈曲してガラス連続繊維が破断するのを防止することができる。

第２の実施の形態

次に、図８に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。

第２の実施の形態のリヤバンパービーム１２は、そのバンパービーム本体１３の車幅方向中央部および車幅方向両端部にハニカム構造体２８…を備える。ハニカム構造体２８…は熱可塑性の合成樹脂製であって、第１フランジ先端部２２ａおよび第２フランジ先端部２２ｂの射出成形時に同時に射出成形される。

本実施の形態によれば、後方あるいは斜め後方からの軽衝突時にハニカム構造体２８…が圧壊することで、衝突エネルギーを効率的に吸収することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態ではリヤバンパービーム１２について説明したが、本発明はフロントバンパービームに対しても適用することができる。リヤバンパービーム１２の場合には，前後方向外側が後方に対応し、フロントバンパービームの場合には，前後方向外側が前方に対応する。

１１ａ 取付板（車体フレーム部材）
１２ リヤバンパービーム（バンパービーム）
１３ バンパービーム本体
２０ 連続繊維強化樹脂層
２０´ 連続繊維プリプレグ（プリプレグ）
２１ 不連続繊維強化樹脂層
２１´ 不連続繊維プリプレグ（プリプレグ）
２２ フランジ部
２２ａ 第１フランジ先端部
２２ｂ 第２フランジ先端部
２２ｃ 取付孔
２３ フランジ付きカラー（カラー）
２３ｂ フランジ
２４ フランジ付きボルト
２４ａ フランジ
２７ 弾性材
２８ ハニカム構造体
４１ プレス成形金型
４２ 雌型
４３ 雄型
４４ 空間

Claims (3)

1. 車幅方向に沿って配置される繊維強化樹脂製のバンパービーム（１２）が、前後方向内側に開放するコ字状断面のバンパービーム本体（１３）と、前記バンパービーム本体（１３）の端縁から延びるフランジ部（２２）とを備え、前記バンパービーム本体（１３）および前記フランジ部（２２）は連続繊維強化樹脂層（２０）を含む自動車用バンパービームであって、前記バンパービーム（１２）の上下の前記フランジ部（２２）の端縁に、上下方向外側に延びて前後方向外側に屈曲するＬ字状断面を有する熱可塑性樹脂製の第１フランジ先端部（２２ａ）を接続したバンパービーム（１２）の製造方法において、
   プレス成形金型（４１）でプリプレグ（２０′，２１′）を加熱プレスして前記バンパービーム本体（１３）および前記フランジ部（２２）を成形する第１工程と、
   前記プレス成形金型（４１）内の前記フランジ部（２２）の端縁に臨む位置に形成された空間（４４）に熱可塑性樹脂を射出して前記第１フランジ先端部（２２ａ）を成形する第２工程と、
   を含むことを特徴とする自動車用バンパービームの製造方法。
2. 前記第２工程後に、前記フランジ部（２２）に取付孔（２２ｃ）を形成する第３工程と、
   前記取付孔（２２ｃ）にカラー（２３）を圧入あるいはカシメにより固定する第４工程と、
   を含むことを特徴とする、請求項１に記載の自動車用バンパービームの製造方法。
3. 前記第１工程において、前記プリプレグ（２０′，２１′）は積層された不連続繊維プリプレグ（２１′）および連続繊維プリプレグ（２０′）から成り、前記プレス成形金型（４１）の雌型（４２）および雄型（４３）の成形面の間隔は、前記バンパービーム本体（１３）および前記フランジ部（２２）の境界において他の部分よりも大きいことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の自動車用バンパービームの製造方法。

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