能量吸收部件及其製造方法
2023-12-11 01:37:47
能量吸收部件及其製造方法
【專利摘要】本發明提供一種能量吸收部件及其製造方法，所述能量吸收部件在部件厚度方向上具有複數層纖維增強樹脂層的層合結構，並且，作為所述複數層纖維增強樹脂層，至少包含含有向單向拉齊的增強纖維與樹脂的複數個單向構件、及含有增強纖維織物與樹脂的複數個交叉構件，所述能量吸收部件的特徵在於，所述複數個單向構件的在外部負荷輸入方向上的長度依序改變。可以在不大幅改變部件的外形形狀的情況下，根據目標值容易地調整、設定為最佳的能量吸收量。
【專利說明】能量吸收部件及其製造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及使用纖維增強樹脂而構成的能量吸收部件及其製造方法，特別地，涉 及可W將應吸收能量的量容易地調整、設定為最佳的量的能量吸收部件及其製造方法。
【背景技術】
[0002] 使用纖維增強樹脂（例如碳纖維增強樹脂）而構成的各種能量吸收部件是一直 W來已知的。例如，在專利文獻1、2中，公開了通過複數層纖維增強樹脂層的特定的層合 結構、使得用於能量吸收的部件的破壞得W順利進行的能量吸收部件。此外，在專利文獻 3中，公開了下述能量吸收體，其通過針對層合的複數層纖維增強樹脂層、將層合部分的厚 度與層數之比調整為特定的範圍，W期實現部件壓壞時的負荷的穩定化和對早期壓壞的避 免。
[0003] 在該樣的現有技術中，雖然均是將具有不同性能的複數層纖維增強樹脂層W規定 的形態、順序層合，但作為被層合的纖維增強樹脂層，使用了實質上尺寸相同、形狀相同的 物體。因此，將要製備的能量吸收部件的整體形狀、整體尺寸一旦確定，則能夠吸收的能量 的量就在某個有限的範圍內，想要吸收遠超出該範圍的能量的量時，經常存在難W設計的 情況。
[0004] 然而實際上，例如對安裝在車輛前部的能量吸收部件進行設計時，由於衝撞時應 吸收能量的量根據安裝有能量吸收部件的車身的重量而大為變化，因此若車的種類改變， 需要每次進行與之相適應的新設計。
[0005] 專利文獻1 ;日本特開平6 - 300067號公報
[0006] 專利文獻2 ;日本特開平6 - 307477號公報
[0007] 專利文獻3 :日本特開平11 - 280815號公報
【發明內容】
[0008] 因此，本發明的課題是提供下述能量吸收部件及其製造方法，所述能量吸收部件 能夠實現下述目的；即使想改變應吸收能量的量的目標值時，也可W在不大幅改變部件的 外形形狀的情況下，根據該目標值容易地調整、設定為最佳的能量吸收量。
[0009] 為了解決上述課題，本發明的能量吸收部件包括下述能量吸收部件，所述能量吸 收部件在部件厚度方向上具有複數層纖維增強樹脂層的層合結構，並且，作為所述複數層 纖維增強樹脂層，至少包含含有向單向拉齊的增強纖維與樹脂的複數個單向構件、及含有 增強纖維織物與樹脂的複數個交叉構件，所述能量吸收部件特徵在於，所述複數個單向構 件的在外部負荷輸入方向上的長度依序改變。
[0010] 在該樣的本發明的能量吸收部件中，通過包含含有增強纖維織物與樹脂的複數個 交叉構件，能夠容易地確保部件整體的必需強度、剛性，同時容易形成所期望的外形形狀。 此外，通過包含含有向單向拉齊的增強纖維與樹脂的複數個單向構件，可W使所述單向構 件相對於所述增強纖維的延伸方向作為支撐構件發揮功能，因此能夠防止衝擊力輸入後的 立即壓彎、壓壞或向近似於它們的狀態變形，能夠在維持高負荷後轉變為依次破壞，所w可 W發揮很高的能量吸收性能。而且，在本發明中，複數個單向構件的在外部負荷輸入方向上 的長度依序改變，因此複數個單向構件將實質上按順序去阻止外部負荷。其結果，針對輸入 的外部負荷，可W在不產生急劇的變化的情況下而使能量被順利吸收，同時可W通過調整 複數個單向構件的層合數、配設位置、將被改變的各長度等，來容易地調整、設定為所期望 的能量吸收量。換言之，本發明的能量吸收部件中，能夠在不大幅改變部件的外形形狀的情 況下，僅通過調整複數個單向構件的層合數、各層的配設位置、各層的長度等，來容易地調 整、設定為最佳的能量吸收量。
[0011] 在上述本發明的能量吸收部件中，優選地，設定為：位於部件厚度方向的內層側 的單向構件的長度比位於外層側的單向構件的長度短。該樣的話，各單向構件的壓彎或 壓壞自部件的外層側開始逐漸進展，例如在能量吸收部件內部收納有其他零部件、線束 化arness)等內置物時，能夠在能量吸收部件整體大幅變形之前適當地保護內置物。
[0012] 此外，優選地，將所述複數個單向構件的增強纖維的拉齊方向全部設定為上文所 述的外部負荷輸入方向。該樣的話，可W使所有的單向構件相對於所述增強纖維的延伸方 向作為支撐構件發揮功能，隨著輸入的外部負荷變大，可W確實地W規定的順序使各單向 構件發揮能量吸收功能，可W實現更順利的能量吸收，同時，對應吸收能量的量的調整、設 定也能夠更確實地實現向作為目標的值的調整、設定。
[0013] 此外，優選地，所述單向構件分別被夾持於交叉構件與交叉構件之間而層合。該樣 的話，通過鄰接的交叉構件，可W將壓彎或壓壞進展之前的單向構件的形態維持為穩定的 形態，由此，作為目標的能量吸收性能也能穩定地體現。
[0014] 此外，優選地，在所述複數個單向構件的增強纖維中使用拉伸彈性模量為290GPa W上的碳纖維。更優選地，期望使用拉伸彈性模量為430GPaW上的碳纖維。通過使用該樣 的高彈性模量的碳纖維，可W使各單向構件自身具有高的能量吸收性能，並且，作為能量吸 收部件整體，也被賦予優異的能量吸收性能。
[0015] 此外，在本發明的能量吸收部件中，可W成為在所述複數層纖維增強樹脂層的層 合結構的任意部位處夾入有芯材的結構。作為芯材，可W使用樹脂泡沫體、蜂窩鉛板等形成 的輕質芯材。在該樣的夾也式（sandwich)結構中，由於可W提高彎曲剛性、增加板厚，因此 能夠防止在輸入更高的衝擊力時的壓彎、壓壞或或向近似於它們的狀態的變形，所W即使 在輸入高衝擊力的情況下也可W發揮適當的能量吸收性能，並且可W滿足能量吸收部件整 體的輕量性。
[0016] 此外，還可W採用如下形態：其中，作為所述複數個交叉構件，設置為含有相對於 所述外部負荷輸入方向而言的增強纖維的取向角度為0度/90度的增強纖維織物的交叉構 件、及含有相對於所述外部負荷輸入方向而言的增強纖維的取向角度為±45度的增強纖 維織物的交叉構件。在該樣的形態中，通過交叉構件的配置，在接近於所有方位的方向上均 可W向能量吸收部件賦予合適的強度、剛性，特別地，通過配備含有±45度的增強纖維織 物的交叉構件，可W對部件的扭曲剛性、扭曲強度進行適當的設定，可W更容易地設計最佳 的能量吸收部件。
[0017] 此外，交叉構件被配置作為在所述部件厚度方向上層合的複數層纖維增強樹脂層 的最外層與最內層的形態也是優選的。關於自身的形態保持性，通常認為，與含有向單向拉 齊的增強纖維的單向構件相比，含有增強纖維織物的交叉構件的自身形態保持性較高，所 W通過不用單向構件、而是用交叉構件去形成將成為最外層和最內層的纖維增強樹脂層， 可W更容易、更確實地進行對能量吸收部件整體所期望的形態的保持。
[0018] 該情況下，在所述最外層的交叉構件的外側進一步配置有用於形成外觀特徵面的 纖維增強樹脂層的形態也是優選的。作為用於形成外觀特徵面的纖維增強樹脂層，例如，交 叉構件中，構成交叉構件的股線寬度（strand wi化h)較窄的種類因為具有形狀賦形性等原 因而優選。此外，還可W使用下述纖維增強樹脂層，其包含W隨機方式配備有增強纖維的增 強纖維墊層和樹脂。對該樣的表層纖維增強樹脂層而言，實質上不要求其具有承擔能量吸 收部件整體的強度或剛性的功能，因此可W僅基於能獲得所期望的外觀的觀點來選定。
[0019] 進一步地，本發明還提供上述該樣的能量吸收部件的製造方法。目P，下述的能量吸 收部件的製造方法，其中，在部件厚度方向上層合複數層纖維增強樹脂層，所述複數層纖維 增強樹脂層至少包含含有向單向拉齊的增強纖維與樹脂的複數個單向構件、及含有增強纖 維織物與樹脂的複數個交叉構件，所述製造方法的特徵在於，依序改變所述複數個單向構 件的在外部負荷輸入方向上的長度並層合所述複數個單向構件。
[0020] 由此，根據本發明的能量吸收部件及其製造方法，通過依序改變複數個單向構件 的在外部負荷輸入方向上的長度，可W在不產生急劇變化的情況下順利地吸收能量，同時 可W通過適當地調整各單向構件的層合數、配設位置、將被改變的各長度等，來容易地且實 質上自由地將能量吸收部件的能量吸收量調整、設定為作為目標的所期望的值。其結果，能 夠在不大幅改變部件的外形形狀的情況下容易且確實地進行對例如適應於車身重量等的 能量吸收部件的最佳設計。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021] [圖1]是本發明的一個實施方式的能量吸收部件的示意性斜視圖。
[0022] [圖2]是沿著圖1的II - II線的能量吸收部件的縱剖面圖。
[0023] [圖3]是例示圖2的部位3的具體剖面結構的示意性剖面圖。
【具體實施方式】
[0024] W下，參考附圖對本發明的實施方式進行說明。
[0025] 圖1、圖2展示了本發明的一個實施方式的能量吸收部件1，特別地展示了設置在 位於車輛前部的發動機艙內的前部的、用於防備正面碰撞等而吸收能量的能量吸收部件1。 關於能量吸收部件1，從側面觀察時，其構成為具有W前部側為頂邊側的梯形的箱狀部件， 成為梯形底邊側的後部側朝向後方開口。關於該能量吸收部件1，可被構成為根據需要也可 W在其內部收納其他零部件的形式，附圖標記2所示的開口部表示用於使用於所述其他零 部件的線束等通過的開口部2。在正面碰撞等情況下，因為輸入了從前部側施加的負荷，因 此附圖中的箭頭A方向被設定作為負荷輸入方向。
[0026] 該樣的能量吸收部件1的各部分在部件厚度方向上具有複數層纖維增強樹脂層 的層合結構，作為所述複數層纖維增強樹脂層，至少包含含有向單向拉齊的增強纖維與樹 脂的複數個單向構件、及含有增強纖維織物與樹脂的複數個交叉構件，所述複數個單向構 件的在外部負荷輸入方向A上的長度依序改變。從保持部件整體的高強度、高剛性，體現優 異的能量吸收性能的觀點考慮，作為各纖維增強樹脂層的增強纖維優選使用碳纖維。作為 各纖維增強樹脂層的基質樹脂，可W使用熱塑性樹脂、熱固性樹脂中的任何。關於上述複數 個單向構件與複數個交叉構件的結構，W如圖2所示的部件構成部位3為例，在圖3 W及下 表1中例示了具體的層合結構。
[0027] 如圖3所示，該部位3由在部件厚度方向上層合的複數層纖維增強樹脂層4構成， 同時在層合結構的大致中央的部位，夾入由輕質部件形成的芯材5。
[0028] 在圖3 W及表1中，纖維增強樹脂層構成用材料中標記有"W"的表示含有增強纖 維織物與樹脂的交叉構件，標記有"UD"的表示含有向單向拉齊的增強纖維與樹脂的單向構 件，它們全部W東麗株式會社製造的纖維增強樹脂層構成用材料的型號表示。需要說明的 是，標記有"FA"的表示膜類型（film type)的粘結劑。各單向構件中的增強纖維的拉齊方 向全部設定為上述外部負荷輸入方向A(表1中的0°方向）。特別地，在該些單向構件中， 使用了"UD M46J"(作為增強纖維使用了拉伸彈性模量為436G化的高彈性模量碳纖維的東 麗株式會社製造的單向構件）。而且，該些單向構件在負荷輸入方向上的長度如圖3所示 依序改變，特別地，在附圖所示的實例中，在負荷輸入方向中的頂端部的位置（負荷輸入方 向中的車輛前側頂端部的位置）依序改變。需要說明的是，如圖3所示的各尺寸的單位為 "mm'，。
[0029] 需要說明的是，圖3 W及表1所示的例子僅為具體表示層合結構的一例，但本發明 並不限定於該例。
[0030] [表 1]
[0031]
【權利要求】
1. 一種能量吸收部件，其在部件厚度方向上具有複數層纖維增強樹脂層的層合結構， 並且，作為所述複數層纖維增強樹脂層，至少包含含有向單向拉齊的增強纖維與樹脂的復 數個單向構件、及含有增強纖維織物與樹脂的複數個交叉構件，所述能量吸收部件的特徵 在於，所述複數個單向構件的在外部負荷輸入方向上的長度依序改變。
2. 如權利要求1所述的能量吸收部件，其中，設定為：位於部件厚度方向的內層側的單 向構件的長度比位於外層側的單向構件的長度短。
3. 如權利要求1或2所述的能量吸收部件，其中，將所述複數個單向構件的增強纖維的 拉齊方向全部設定為所述外部負荷輸入方向。
4. 如權利要求1?3中任一項所述的能量吸收部件，其中，所述單向構件分別被夾持於 交叉構件與交叉構件之間而層合。
5. 如權利要求1?4中任一項所述的能量吸收部件，其中，在所述複數個單向構件的增 強纖維中使用拉伸彈性模量為290GPa以上的碳纖維。
6. 如權利要求1?5中任一項所述的能量吸收部件，其中，在所述複數層纖維增強樹脂 層的層合結構的任意部位處夾入有芯材。
7. 如權利要求1?6中任一項所述的能量吸收部件，其中，作為所述複數個交叉構件， 設置為含有相對於所述外部負荷輸入方向而言的增強纖維的取向角度為〇度/90度的增強 纖維織物的交叉構件、及含有相對於所述外部負荷輸入方向而言的增強纖維的取向角度為 ±45度的增強纖維織物的交叉構件。
8. 如權利要求1?7中任一項所述的能量吸收部件，其中，交叉構件被配置作為在所述 部件厚度方向上層合的複數層纖維增強樹脂層的最外層與最內層。
9. 如權利要求8所述的能量吸收部件，其中，在所述最外層的交叉構件的外側，進一步 配置有用於形成外觀特徵面的纖維增強樹脂層。
10. -種能量吸收部件的製造方法，其中，在部件厚度方向上層合複數層纖維增強樹脂 層，所述複數層纖維增強樹脂層至少包含含有向單向拉齊的增強纖維與樹脂的複數個單向 構件、及含有增強纖維織物與樹脂的複數個交叉構件，所述製造方法的特徵在於，依序改變 所述複數個單向構件的在外部負荷輸入方向上的長度並層合所述複數個單向構件。
【文檔編號】F16F7/00GK104395634SQ201380034036
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2013年8月26日 優先權日:2012年8月27日
【發明者】若林宏樹, 黑田義人, 木本幸胤 申請人:東麗株式會社