能量吸收部件及其制造方法
【专利摘要】本发明提供一种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复数层纤维增强树脂层的层合结构，并且，作为所述复数层纤维增强树脂层，至少包含含有向单向拉齐的增强纤维与树脂的复数个单向构件、及含有增强纤维织物与树脂的复数个交叉构件，所述能量吸收部件的特征在于，所述复数个单向构件的在外部负荷输入方向上的长度依序改变。可以在不大幅改变部件的外形形状的情况下，根据目标值容易地调整、设定为最佳的能量吸收量。
【专利说明】能量吸收部件及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及使用纤维增强树脂而构成的能量吸收部件及其制造方法，特别地，涉 及可W将应吸收能量的量容易地调整、设定为最佳的量的能量吸收部件及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 使用纤维增强树脂（例如碳纤维增强树脂）而构成的各种能量吸收部件是一直 W来已知的。例如，在专利文献1、2中，公开了通过复数层纤维增强树脂层的特定的层合 结构、使得用于能量吸收的部件的破坏得W顺利进行的能量吸收部件。此外，在专利文献 3中，公开了下述能量吸收体，其通过针对层合的复数层纤维增强树脂层、将层合部分的厚 度与层数之比调整为特定的范围，W期实现部件压坏时的负荷的稳定化和对早期压坏的避 免。
[0003] 在该样的现有技术中，虽然均是将具有不同性能的复数层纤维增强树脂层W规定 的形态、顺序层合，但作为被层合的纤维增强树脂层，使用了实质上尺寸相同、形状相同的 物体。因此，将要制备的能量吸收部件的整体形状、整体尺寸一旦确定，则能够吸收的能量 的量就在某个有限的范围内，想要吸收远超出该范围的能量的量时，经常存在难W设计的 情况。
[0004] 然而实际上，例如对安装在车辆前部的能量吸收部件进行设计时，由于冲撞时应 吸收能量的量根据安装有能量吸收部件的车身的重量而大为变化，因此若车的种类改变， 需要每次进行与之相适应的新设计。
[0005] 专利文献1 ;日本特开平6 - 300067号公报
[0006] 专利文献2 ;日本特开平6 - 307477号公报
[0007] 专利文献3 :日本特开平11 - 280815号公报
【发明内容】
[0008] 因此，本发明的课题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 能够实现下述目的；即使想改变应吸收能量的量的目标值时，也可W在不大幅改变部件的 外形形状的情况下，根据该目标值容易地调整、设定为最佳的能量吸收量。
[0009] 为了解决上述课题，本发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复数层纤维增强树脂层的层合结构，并且，作为所述复数层 纤维增强树脂层，至少包含含有向单向拉齐的增强纤维与树脂的复数个单向构件、及含有 增强纤维织物与树脂的复数个交叉构件，所述能量吸收部件特征在于，所述复数个单向构 件的在外部负荷输入方向上的长度依序改变。
[0010] 在该样的本发明的能量吸收部件中，通过包含含有增强纤维织物与树脂的复数个 交叉构件，能够容易地确保部件整体的必需强度、刚性，同时容易形成所期望的外形形状。 此外，通过包含含有向单向拉齐的增强纤维与树脂的复数个单向构件，可W使所述单向构 件相对于所述增强纤维的延伸方向作为支撑构件发挥功能，因此能够防止冲击力输入后的 立即压弯、压坏或向近似于它们的状态变形，能够在维持高负荷后转变为依次破坏，所w可 W发挥很高的能量吸收性能。而且，在本发明中，复数个单向构件的在外部负荷输入方向上 的长度依序改变，因此复数个单向构件将实质上按顺序去阻止外部负荷。其结果，针对输入 的外部负荷，可W在不产生急剧的变化的情况下而使能量被顺利吸收，同时可W通过调整 复数个单向构件的层合数、配设位置、将被改变的各长度等，来容易地调整、设定为所期望 的能量吸收量。换言之，本发明的能量吸收部件中，能够在不大幅改变部件的外形形状的情 况下，仅通过调整复数个单向构件的层合数、各层的配设位置、各层的长度等，来容易地调 整、设定为最佳的能量吸收量。
[0011] 在上述本发明的能量吸收部件中，优选地，设定为：位于部件厚度方向的内层侧 的单向构件的长度比位于外层侧的单向构件的长度短。该样的话，各单向构件的压弯或 压坏自部件的外层侧开始逐渐进展，例如在能量吸收部件内部收纳有其他零部件、线束 化arness)等内置物时，能够在能量吸收部件整体大幅变形之前适当地保护内置物。
[0012] 此外，优选地，将所述复数个单向构件的增强纤维的拉齐方向全部设定为上文所 述的外部负荷输入方向。该样的话，可W使所有的单向构件相对于所述增强纤维的延伸方 向作为支撑构件发挥功能，随着输入的外部负荷变大，可W确实地W规定的顺序使各单向 构件发挥能量吸收功能，可W实现更顺利的能量吸收，同时，对应吸收能量的量的调整、设 定也能够更确实地实现向作为目标的值的调整、设定。
[0013] 此外，优选地，所述单向构件分别被夹持于交叉构件与交叉构件之间而层合。该样 的话，通过邻接的交叉构件，可W将压弯或压坏进展之前的单向构件的形态维持为稳定的 形态，由此，作为目标的能量吸收性能也能稳定地体现。
[0014] 此外，优选地，在所述复数个单向构件的增强纤维中使用拉伸弹性模量为290GPa W上的碳纤维。更优选地，期望使用拉伸弹性模量为430GPaW上的碳纤维。通过使用该样 的高弹性模量的碳纤维，可W使各单向构件自身具有高的能量吸收性能，并且，作为能量吸 收部件整体，也被赋予优异的能量吸收性能。
[0015] 此外，在本发明的能量吸收部件中，可W成为在所述复数层纤维增强树脂层的层 合结构的任意部位处夹入有芯材的结构。作为芯材，可W使用树脂泡沫体、蜂窝铅板等形成 的轻质芯材。在该样的夹也式（sandwich)结构中，由于可W提高弯曲刚性、增加板厚，因此 能够防止在输入更高的冲击力时的压弯、压坏或或向近似于它们的状态的变形，所W即使 在输入高冲击力的情况下也可W发挥适当的能量吸收性能，并且可W满足能量吸收部件整 体的轻量性。
[0016] 此外，还可W采用如下形态：其中，作为所述复数个交叉构件，设置为含有相对于 所述外部负荷输入方向而言的增强纤维的取向角度为0度/90度的增强纤维织物的交叉构 件、及含有相对于所述外部负荷输入方向而言的增强纤维的取向角度为±45度的增强纤 维织物的交叉构件。在该样的形态中，通过交叉构件的配置，在接近于所有方位的方向上均 可W向能量吸收部件赋予合适的强度、刚性，特别地，通过配备含有±45度的增强纤维织 物的交叉构件，可W对部件的扭曲刚性、扭曲强度进行适当的设定，可W更容易地设计最佳 的能量吸收部件。
[0017] 此外，交叉构件被配置作为在所述部件厚度方向上层合的复数层纤维增强树脂层 的最外层与最内层的形态也是优选的。关于自身的形态保持性，通常认为，与含有向单向拉 齐的增强纤维的单向构件相比，含有增强纤维织物的交叉构件的自身形态保持性较高，所 W通过不用单向构件、而是用交叉构件去形成将成为最外层和最内层的纤维增强树脂层， 可W更容易、更确实地进行对能量吸收部件整体所期望的形态的保持。
[0018] 该情况下，在所述最外层的交叉构件的外侧进一步配置有用于形成外观特征面的 纤维增强树脂层的形态也是优选的。作为用于形成外观特征面的纤维增强树脂层，例如，交 叉构件中，构成交叉构件的股线宽度（strand wi化h)较窄的种类因为具有形状赋形性等原 因而优选。此外，还可W使用下述纤维增强树脂层，其包含W随机方式配备有增强纤维的增 强纤维垫层和树脂。对该样的表层纤维增强树脂层而言，实质上不要求其具有承担能量吸 收部件整体的强度或刚性的功能，因此可W仅基于能获得所期望的外观的观点来选定。
[0019] 进一步地，本发明还提供上述该样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，在部件厚度方向上层合复数层纤维增强树脂层，所述复数层纤维 增强树脂层至少包含含有向单向拉齐的增强纤维与树脂的复数个单向构件、及含有增强纤 维织物与树脂的复数个交叉构件，所述制造方法的特征在于，依序改变所述复数个单向构 件的在外部负荷输入方向上的长度并层合所述复数个单向构件。
[0020] 由此，根据本发明的能量吸收部件及其制造方法，通过依序改变复数个单向构件 的在外部负荷输入方向上的长度，可W在不产生急剧变化的情况下顺利地吸收能量，同时 可W通过适当地调整各单向构件的层合数、配设位置、将被改变的各长度等，来容易地且实 质上自由地将能量吸收部件的能量吸收量调整、设定为作为目标的所期望的值。其结果，能 够在不大幅改变部件的外形形状的情况下容易且确实地进行对例如适应于车身重量等的 能量吸收部件的最佳设计。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] [图1]是本发明的一个实施方式的能量吸收部件的示意性斜视图。
[0022] [图2]是沿着图1的II - II线的能量吸收部件的纵剖面图。
[0023] [图3]是例示图2的部位3的具体剖面结构的示意性剖面图。
【具体实施方式】
[0024] W下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。
[0025] 图1、图2展示了本发明的一个实施方式的能量吸收部件1，特别地展示了设置在 位于车辆前部的发动机舱内的前部的、用于防备正面碰撞等而吸收能量的能量吸收部件1。 关于能量吸收部件1，从侧面观察时，其构成为具有W前部侧为顶边侧的梯形的箱状部件， 成为梯形底边侧的后部侧朝向后方开口。关于该能量吸收部件1，可被构成为根据需要也可 W在其内部收纳其他零部件的形式，附图标记2所示的开口部表示用于使用于所述其他零 部件的线束等通过的开口部2。在正面碰撞等情况下，因为输入了从前部侧施加的负荷，因 此附图中的箭头A方向被设定作为负荷输入方向。
[0026] 该样的能量吸收部件1的各部分在部件厚度方向上具有复数层纤维增强树脂层 的层合结构，作为所述复数层纤维增强树脂层，至少包含含有向单向拉齐的增强纤维与树 脂的复数个单向构件、及含有增强纤维织物与树脂的复数个交叉构件，所述复数个单向构 件的在外部负荷输入方向A上的长度依序改变。从保持部件整体的高强度、高刚性，体现优 异的能量吸收性能的观点考虑，作为各纤维增强树脂层的增强纤维优选使用碳纤维。作为 各纤维增强树脂层的基质树脂，可W使用热塑性树脂、热固性树脂中的任何。关于上述复数 个单向构件与复数个交叉构件的结构，W如图2所示的部件构成部位3为例，在图3 W及下 表1中例示了具体的层合结构。
[0027] 如图3所示，该部位3由在部件厚度方向上层合的复数层纤维增强树脂层4构成， 同时在层合结构的大致中央的部位，夹入由轻质部件形成的芯材5。
[0028] 在图3 W及表1中，纤维增强树脂层构成用材料中标记有"W"的表示含有增强纤 维织物与树脂的交叉构件，标记有"UD"的表示含有向单向拉齐的增强纤维与树脂的单向构 件，它们全部W东丽株式会社制造的纤维增强树脂层构成用材料的型号表示。需要说明的 是，标记有"FA"的表示膜类型（film type)的粘结剂。各单向构件中的增强纤维的拉齐方 向全部设定为上述外部负荷输入方向A(表1中的0°方向）。特别地，在该些单向构件中， 使用了"UD M46J"(作为增强纤维使用了拉伸弹性模量为436G化的高弹性模量碳纤维的东 丽株式会社制造的单向构件）。而且，该些单向构件在负荷输入方向上的长度如图3所示 依序改变，特别地，在附图所示的实例中，在负荷输入方向中的顶端部的位置（负荷输入方 向中的车辆前侧顶端部的位置）依序改变。需要说明的是，如图3所示的各尺寸的单位为 "mm'，。
[0029] 需要说明的是，图3 W及表1所示的例子仅为具体表示层合结构的一例，但本发明 并不限定于该例。
[0030] [表 1]
[0031]
【权利要求】
1. 一种能量吸收部件，其在部件厚度方向上具有复数层纤维增强树脂层的层合结构， 并且，作为所述复数层纤维增强树脂层，至少包含含有向单向拉齐的增强纤维与树脂的复 数个单向构件、及含有增强纤维织物与树脂的复数个交叉构件，所述能量吸收部件的特征 在于，所述复数个单向构件的在外部负荷输入方向上的长度依序改变。
2. 如权利要求1所述的能量吸收部件，其中，设定为：位于部件厚度方向的内层侧的单 向构件的长度比位于外层侧的单向构件的长度短。
3. 如权利要求1或2所述的能量吸收部件，其中，将所述复数个单向构件的增强纤维的 拉齐方向全部设定为所述外部负荷输入方向。
4. 如权利要求1?3中任一项所述的能量吸收部件，其中，所述单向构件分别被夹持于 交叉构件与交叉构件之间而层合。
5. 如权利要求1?4中任一项所述的能量吸收部件，其中，在所述复数个单向构件的增 强纤维中使用拉伸弹性模量为290GPa以上的碳纤维。
6. 如权利要求1?5中任一项所述的能量吸收部件，其中，在所述复数层纤维增强树脂 层的层合结构的任意部位处夹入有芯材。
7. 如权利要求1?6中任一项所述的能量吸收部件，其中，作为所述复数个交叉构件， 设置为含有相对于所述外部负荷输入方向而言的增强纤维的取向角度为〇度/90度的增强 纤维织物的交叉构件、及含有相对于所述外部负荷输入方向而言的增强纤维的取向角度为 ±45度的增强纤维织物的交叉构件。
8. 如权利要求1?7中任一项所述的能量吸收部件，其中，交叉构件被配置作为在所述 部件厚度方向上层合的复数层纤维增强树脂层的最外层与最内层。
9. 如权利要求8所述的能量吸收部件，其中，在所述最外层的交叉构件的外侧，进一步 配置有用于形成外观特征面的纤维增强树脂层。
10. -种能量吸收部件的制造方法，其中，在部件厚度方向上层合复数层纤维增强树脂 层，所述复数层纤维增强树脂层至少包含含有向单向拉齐的增强纤维与树脂的复数个单向 构件、及含有增强纤维织物与树脂的复数个交叉构件，所述制造方法的特征在于，依序改变 所述复数个单向构件的在外部负荷输入方向上的长度并层合所述复数个单向构件。
【文档编号】F16F7/00GK104395634SQ201380034036
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2013年8月26日 优先权日:2012年8月27日
【发明者】若林宏树, 黑田义人, 木本幸胤 申请人:东丽株式会社