能量吸收部件及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種能量吸收部件及其制造方法，所述能量吸收部件在部件厚度方向上具有復(fù)數(shù)層纖維增強樹脂層的層合結(jié)構(gòu)，并且，作為所述復(fù)數(shù)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(fù)數(shù)個單向構(gòu)件、及含有增強纖維織物與樹脂的復(fù)數(shù)個交叉構(gòu)件，所述能量吸收部件的特征在于，所述復(fù)數(shù)個單向構(gòu)件的在外部負(fù)荷輸入方向上的長度依序改變?？梢栽诓淮蠓淖儾考耐庑涡螤畹那闆r下，根據(jù)目標(biāo)值容易地調(diào)整、設(shè)定為最佳的能量吸收量。
【專利說明】能量吸收部件及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及使用纖維增強樹脂而構(gòu)成的能量吸收部件及其制造方法，特別地，涉 及可W將應(yīng)吸收能量的量容易地調(diào)整、設(shè)定為最佳的量的能量吸收部件及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 使用纖維增強樹脂（例如碳纖維增強樹脂）而構(gòu)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，公開了通過復(fù)數(shù)層纖維增強樹脂層的特定的層合 結(jié)構(gòu)、使得用于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，其通過針對層合的復(fù)數(shù)層纖維增強樹脂層、將層合部分的厚 度與層數(shù)之比調(diào)整為特定的范圍，W期實現(xiàn)部件壓壞時的負(fù)荷的穩(wěn)定化和對早期壓壞的避 免。
[0003] 在該樣的現(xiàn)有技術(shù)中，雖然均是將具有不同性能的復(fù)數(shù)層纖維增強樹脂層W規(guī)定 的形態(tài)、順序?qū)雍?，但作為被層合的纖維增強樹脂層，使用了實質(zhì)上尺寸相同、形狀相同的 物體。因此，將要制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范圍內(nèi)，想要吸收遠超出該范圍的能量的量時，經(jīng)常存在難W設(shè)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(shè)計時，由于沖撞時應(yīng) 吸收能量的量根據(jù)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(yīng)的新設(shè)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(fā)明內(nèi)容】

[0008] 因此，本發(fā)明的課題是提供下述能量吸收部件及其制造方法，所述能量吸收部件 能夠?qū)崿F(xiàn)下述目的；即使想改變應(yīng)吸收能量的量的目標(biāo)值時，也可W在不大幅改變部件的 外形形狀的情況下，根據(jù)該目標(biāo)值容易地調(diào)整、設(shè)定為最佳的能量吸收量。
[0009] 為了解決上述課題，本發(fā)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復(fù)數(shù)層纖維增強樹脂層的層合結(jié)構(gòu)，并且，作為所述復(fù)數(shù)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(fù)數(shù)個單向構(gòu)件、及含有 增強纖維織物與樹脂的復(fù)數(shù)個交叉構(gòu)件，所述能量吸收部件特征在于，所述復(fù)數(shù)個單向構(gòu) 件的在外部負(fù)荷輸入方向上的長度依序改變。
[0010] 在該樣的本發(fā)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復(fù)數(shù)個 交叉構(gòu)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復(fù)數(shù)個單向構(gòu)件，可W使所述單向構(gòu) 件相對于所述增強纖維的延伸方向作為支撐構(gòu)件發(fā)揮功能，因此能夠防止沖擊力輸入后的 立即壓彎、壓壞或向近似于它們的狀態(tài)變形，能夠在維持高負(fù)荷后轉(zhuǎn)變?yōu)橐来纹茐模鵺可 W發(fā)揮很高的能量吸收性能。而且，在本發(fā)明中，復(fù)數(shù)個單向構(gòu)件的在外部負(fù)荷輸入方向上 的長度依序改變，因此復(fù)數(shù)個單向構(gòu)件將實質(zhì)上按順序去阻止外部負(fù)荷。其結(jié)果，針對輸入 的外部負(fù)荷，可W在不產(chǎn)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(diào)整 復(fù)數(shù)個單向構(gòu)件的層合數(shù)、配設(shè)位置、將被改變的各長度等，來容易地調(diào)整、設(shè)定為所期望 的能量吸收量。換言之，本發(fā)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(diào)整復(fù)數(shù)個單向構(gòu)件的層合數(shù)、各層的配設(shè)位置、各層的長度等，來容易地調(diào) 整、設(shè)定為最佳的能量吸收量。
[0011] 在上述本發(fā)明的能量吸收部件中，優(yōu)選地，設(shè)定為：位于部件厚度方向的內(nèi)層側(cè) 的單向構(gòu)件的長度比位于外層側(cè)的單向構(gòu)件的長度短。該樣的話，各單向構(gòu)件的壓彎或 壓壞自部件的外層側(cè)開始逐漸進展，例如在能量吸收部件內(nèi)部收納有其他零部件、線束 化arness)等內(nèi)置物時，能夠在能量吸收部件整體大幅變形之前適當(dāng)?shù)乇Ｗo內(nèi)置物。
[0012] 此外，優(yōu)選地，將所述復(fù)數(shù)個單向構(gòu)件的增強纖維的拉齊方向全部設(shè)定為上文所 述的外部負(fù)荷輸入方向。該樣的話，可W使所有的單向構(gòu)件相對于所述增強纖維的延伸方 向作為支撐構(gòu)件發(fā)揮功能，隨著輸入的外部負(fù)荷變大，可W確實地W規(guī)定的順序使各單向 構(gòu)件發(fā)揮能量吸收功能，可W實現(xiàn)更順利的能量吸收，同時，對應(yīng)吸收能量的量的調(diào)整、設(shè) 定也能夠更確實地實現(xiàn)向作為目標(biāo)的值的調(diào)整、設(shè)定。
[0013] 此外，優(yōu)選地，所述單向構(gòu)件分別被夾持于交叉構(gòu)件與交叉構(gòu)件之間而層合。該樣 的話，通過鄰接的交叉構(gòu)件，可W將壓彎或壓壞進展之前的單向構(gòu)件的形態(tài)維持為穩(wěn)定的 形態(tài)，由此，作為目標(biāo)的能量吸收性能也能穩(wěn)定地體現(xiàn)。
[0014] 此外，優(yōu)選地，在所述復(fù)數(shù)個單向構(gòu)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(yōu)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(gòu)件自身具有高的能量吸收性能，并且，作為能量吸 收部件整體，也被賦予優(yōu)異的能量吸收性能。
[0015] 此外，在本發(fā)明的能量吸收部件中，可W成為在所述復(fù)數(shù)層纖維增強樹脂層的層 合結(jié)構(gòu)的任意部位處夾入有芯材的結(jié)構(gòu)。作為芯材，可W使用樹脂泡沫體、蜂窩鉛板等形成 的輕質(zhì)芯材。在該樣的夾也式（sandwich)結(jié)構(gòu)中，由于可W提高彎曲剛性、增加板厚，因此 能夠防止在輸入更高的沖擊力時的壓彎、壓壞或或向近似于它們的狀態(tài)的變形，所W即使 在輸入高沖擊力的情況下也可W發(fā)揮適當(dāng)?shù)哪芰课招阅埽⑶铱蒞滿足能量吸收部件整 體的輕量性。
[0016] 此外，還可W采用如下形態(tài)：其中，作為所述復(fù)數(shù)個交叉構(gòu)件，設(shè)置為含有相對于 所述外部負(fù)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(gòu) 件、及含有相對于所述外部負(fù)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(gòu)件。在該樣的形態(tài)中，通過交叉構(gòu)件的配置，在接近于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(gòu)件，可W對部件的扭曲剛性、扭曲強度進行適當(dāng)?shù)脑O(shè)定，可W更容易地設(shè)計最佳 的能量吸收部件。
[0017] 此外，交叉構(gòu)件被配置作為在所述部件厚度方向上層合的復(fù)數(shù)層纖維增強樹脂層 的最外層與最內(nèi)層的形態(tài)也是優(yōu)選的。關(guān)于自身的形態(tài)保持性，通常認(rèn)為，與含有向單向拉 齊的增強纖維的單向構(gòu)件相比，含有增強纖維織物的交叉構(gòu)件的自身形態(tài)保持性較高，所 W通過不用單向構(gòu)件、而是用交叉構(gòu)件去形成將成為最外層和最內(nèi)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(tài)的保持。
[0018] 該情況下，在所述最外層的交叉構(gòu)件的外側(cè)進一步配置有用于形成外觀特征面的 纖維增強樹脂層的形態(tài)也是優(yōu)選的。作為用于形成外觀特征面的纖維增強樹脂層，例如，交 叉構(gòu)件中，構(gòu)成交叉構(gòu)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(yōu)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(zhì)上不要求其具有承擔(dān)能量吸 收部件整體的強度或剛性的功能，因此可W僅基于能獲得所期望的外觀的觀點來選定。
[0019] 進一步地，本發(fā)明還提供上述該樣的能量吸收部件的制造方法。目P，下述的能量吸 收部件的制造方法，其中，在部件厚度方向上層合復(fù)數(shù)層纖維增強樹脂層，所述復(fù)數(shù)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(fù)數(shù)個單向構(gòu)件、及含有增強纖 維織物與樹脂的復(fù)數(shù)個交叉構(gòu)件，所述制造方法的特征在于，依序改變所述復(fù)數(shù)個單向構(gòu) 件的在外部負(fù)荷輸入方向上的長度并層合所述復(fù)數(shù)個單向構(gòu)件。
[0020] 由此，根據(jù)本發(fā)明的能量吸收部件及其制造方法，通過依序改變復(fù)數(shù)個單向構(gòu)件 的在外部負(fù)荷輸入方向上的長度，可W在不產(chǎn)生急劇變化的情況下順利地吸收能量，同時 可W通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)整各單向構(gòu)件的層合數(shù)、配設(shè)位置、將被改變的各長度等，來容易地且實 質(zhì)上自由地將能量吸收部件的能量吸收量調(diào)整、設(shè)定為作為目標(biāo)的所期望的值。其結(jié)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(yīng)于車身重量等的 能量吸收部件的最佳設(shè)計。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] [圖1]是本發(fā)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(jié)構(gòu)的示意性剖面圖。

【具體實施方式】
[0024] W下，參考附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。
[0025] 圖1、圖2展示了本發(fā)明的一個實施方式的能量吸收部件1，特別地展示了設(shè)置在 位于車輛前部的發(fā)動機艙內(nèi)的前部的、用于防備正面碰撞等而吸收能量的能量吸收部件1。 關(guān)于能量吸收部件1，從側(cè)面觀察時，其構(gòu)成為具有W前部側(cè)為頂邊側(cè)的梯形的箱狀部件， 成為梯形底邊側(cè)的后部側(cè)朝向后方開口。關(guān)于該能量吸收部件1，可被構(gòu)成為根據(jù)需要也可 W在其內(nèi)部收納其他零部件的形式，附圖標(biāo)記2所示的開口部表示用于使用于所述其他零 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(cè)施加的負(fù)荷，因 此附圖中的箭頭A方向被設(shè)定作為負(fù)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復(fù)數(shù)層纖維增強樹脂層 的層合結(jié)構(gòu)，作為所述復(fù)數(shù)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(fù)數(shù)個單向構(gòu)件、及含有增強纖維織物與樹脂的復(fù)數(shù)個交叉構(gòu)件，所述復(fù)數(shù)個單向構(gòu) 件的在外部負(fù)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(xiàn)優(yōu) 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(yōu)選使用碳纖維。作為 各纖維增強樹脂層的基質(zhì)樹脂，可W使用熱塑性樹脂、熱固性樹脂中的任何。關(guān)于上述復(fù)數(shù) 個單向構(gòu)件與復(fù)數(shù)個交叉構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，W如圖2所示的部件構(gòu)成部位3為例，在圖3 W及下 表1中例示了具體的層合結(jié)構(gòu)。
[0027] 如圖3所示，該部位3由在部件厚度方向上層合的復(fù)數(shù)層纖維增強樹脂層4構(gòu)成， 同時在層合結(jié)構(gòu)的大致中央的部位，夾入由輕質(zhì)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(gòu)成用材料中標(biāo)記有"W"的表示含有增強纖 維織物與樹脂的交叉構(gòu)件，標(biāo)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(gòu) 件，它們?nèi)縒東麗株式會社制造的纖維增強樹脂層構(gòu)成用材料的型號表示。需要說明的 是，標(biāo)記有"FA"的表示膜類型（film type)的粘結(jié)劑。各單向構(gòu)件中的增強纖維的拉齊方 向全部設(shè)定為上述外部負(fù)荷輸入方向A(表1中的0°方向）。特別地，在該些單向構(gòu)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 麗株式會社制造的單向構(gòu)件）。而且，該些單向構(gòu)件在負(fù)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(fù)荷輸入方向中的頂端部的位置（負(fù)荷輸入方 向中的車輛前側(cè)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(jié)構(gòu)的一例，但本發(fā)明 并不限定于該例。
[0030] [表 1]
[0031]

【權(quán)利要求】
1. 一種能量吸收部件，其在部件厚度方向上具有復(fù)數(shù)層纖維增強樹脂層的層合結(jié)構(gòu)， 并且，作為所述復(fù)數(shù)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(fù) 數(shù)個單向構(gòu)件、及含有增強纖維織物與樹脂的復(fù)數(shù)個交叉構(gòu)件，所述能量吸收部件的特征 在于，所述復(fù)數(shù)個單向構(gòu)件的在外部負(fù)荷輸入方向上的長度依序改變。
2. 如權(quán)利要求1所述的能量吸收部件，其中，設(shè)定為：位于部件厚度方向的內(nèi)層側(cè)的單 向構(gòu)件的長度比位于外層側(cè)的單向構(gòu)件的長度短。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的能量吸收部件，其中，將所述復(fù)數(shù)個單向構(gòu)件的增強纖維的 拉齊方向全部設(shè)定為所述外部負(fù)荷輸入方向。
4. 如權(quán)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(gòu)件分別被夾持于 交叉構(gòu)件與交叉構(gòu)件之間而層合。
5. 如權(quán)利要求1?4中任一項所述的能量吸收部件，其中，在所述復(fù)數(shù)個單向構(gòu)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(quán)利要求1?5中任一項所述的能量吸收部件，其中，在所述復(fù)數(shù)層纖維增強樹脂 層的層合結(jié)構(gòu)的任意部位處夾入有芯材。
7. 如權(quán)利要求1?6中任一項所述的能量吸收部件，其中，作為所述復(fù)數(shù)個交叉構(gòu)件， 設(shè)置為含有相對于所述外部負(fù)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(gòu)件、及含有相對于所述外部負(fù)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(gòu)件。
8. 如權(quán)利要求1?7中任一項所述的能量吸收部件，其中，交叉構(gòu)件被配置作為在所述 部件厚度方向上層合的復(fù)數(shù)層纖維增強樹脂層的最外層與最內(nèi)層。
9. 如權(quán)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(gòu)件的外側(cè)，進一步 配置有用于形成外觀特征面的纖維增強樹脂層。
10. -種能量吸收部件的制造方法，其中，在部件厚度方向上層合復(fù)數(shù)層纖維增強樹脂 層，所述復(fù)數(shù)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(fù)數(shù)個單向 構(gòu)件、及含有增強纖維織物與樹脂的復(fù)數(shù)個交叉構(gòu)件，所述制造方法的特征在于，依序改變 所述復(fù)數(shù)個單向構(gòu)件的在外部負(fù)荷輸入方向上的長度并層合所述復(fù)數(shù)個單向構(gòu)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(yōu)先權(quán)日:2012年8月27日
【發(fā)明者】若林宏樹, 黑田義人, 木本幸胤 申請人:東麗株式會社