吸能部件的制作方法

本发明涉及具备含有浸渍的树脂的纤维构造体并对受到碰撞载荷时的碰撞能量进行吸收的吸能部件。

背景技术：

例如，在保险杠与车体框架之间配置有吸能部件。该吸能部件在受到过大的碰撞载荷的情况下，通过自身的破坏来吸收碰撞能量。作为吸能部件，公知有具有优越的能量吸收能力的纤维强化复合材料。另外，吸能部件具有成为受到过大的碰撞载荷时的破坏的起点的触发部。

例如，如图5所示，专利文献1公开的碰撞吸收复合材构造80具备含有浸渍的树脂的纤维层叠体。纤维层叠体具有层叠的多个加强纤维。碰撞吸收复合材构造80在从施加有载荷的方向(以下，记载为载荷方向)的前端沿着载荷方向直至规定位置的范围具有触发部82。触发部82为了不提高纤维层叠体的层间结合力而设置。在碰撞吸收复合材构造80中，除了从上述规定位置到末端的部分、即除了触发部82之外的部分是通过横撑杆83而提高了层间结合力的层间加强区域81。对于这样的碰撞吸收复合材构造80而言，在受到过大的碰撞载荷的情况下，在层间加强区域81之前触发部82产生局部破坏而吸收能量，从而抑制层间加强区域81破坏的进行。

专利文献1:日本特开2004-324814号公报

但是，在专利文献1的碰撞吸收复合材构造80中，在使树脂浸渍之前的纤维层叠体的状态，触发部82容易从前端向载荷方向裂开、或挠曲。因此，使纤维层叠体浸渍树脂，因此例如在进行将纤维层叠体封入模具内的作业时，如图5所示，触发部82从前端裂开、或触发部82整体挠曲。因此，存在纤维层叠体的操作非常困难、碰撞吸收复合材构造80的生产率降低的担忧。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供能够抑制生产率的降低的吸能部件。

为了实现上述目的，提供以能够吸收受到碰撞载荷时的碰撞能量的方式构成的吸能部件。吸能部件具备：具有浸渍的树脂的纤维构造体。上述纤维构造体具有沿着与承受载荷的方向正交的方向层叠的多个纤维层。各纤维层排列有沿着承受载荷的方向延伸的多个载荷方向线。上述纤维构造体通过上述多个纤维层的结合而具有层间结合力。上述纤维构造体具有：以最初承受载荷的方式构成的第1端面、以及位于在承受载荷的方向上与该第1端面相反一侧的第2端面。上述纤维构造体具备：形状保持部，其包括上述第1端面；主体部，其包括上述第2端面，并抑制上述纤维构造体的破坏的加剧；以及触发部，其配置于上述形状保持部与上述主体部之间，并在接受碰撞载荷时成为破坏的起点。上述形状保持部以及上述主体部分别通过编织组织而具有比上述触发部高的层间结合力。

附图说明

图1中，(a)是表示第1实施方式的吸能部件的立体图，(b)是表示形状保持部以及主体部的俯视剖视图，(c)是表示触发部的俯视剖视图。

图2中，(a)是表示第2实施方式的吸能部件的立体图，(b)是表示形状保持部以及主体部的俯视剖视图，图2(c)是表示触发部的俯视剖视图。

图3中，(a)是表示第3实施方式的吸能部件的立体图，(b)是表示形状保持部以及主体部的俯视剖视图，(c)是表示触发部的俯视剖视图。

图4是表示第3实施方式的触发部的其他例子的俯视剖视图。

图5是表示背景技术的图。

具体实施方式

(第1实施方式)

以下，根据图1的(a)～图1的(c)对将吸能部件具体化的第1实施方式进行说明。

如图1的(a)所示，吸能部件10是纤维强化复合材料。吸能部件10使筒状的纤维构造体11浸渍作为基体树脂的热固化性树脂15而构成。即，吸能部件10具备：具有浸渍的热固化性树脂15的纤维构造体11。吸能部件10在沿着筒体的轴向接受过大的碰撞载荷的情况下，通过自身的破坏来吸收能量。以下，将对吸能部件10施加载荷的方向(筒体的轴向)定义为载荷方向Z。作为热固化性树脂15，例如使用环氧树脂。

纤维构造体11具有在载荷方向Z上彼此位于相反的一侧的两个端面。详细而言，纤维构造体11具有以最初承受载荷的方式构成的第1端面11a，并具有位于在载荷方向Z上与第1端面11a相反一侧的第2端面11b。

纤维构造体11具备：包括第1端面11a的形状保持部22、包括第2端面11b并抑制纤维构造体11的破坏的加剧的主体部24、以及配置于形状保持部22与主体部24之间并在接受碰撞载荷时成为破坏的起点的触发部23。纤维构造体11构成为按照形状保持部22、触发部23、以及主体部24的顺序承受载荷。

即，纤维构造体11在载荷方向Z的中途具有触发部23。触发部23设置于载荷方向Z上的相对于第2端面11b而言更靠近第1端面11a的位置。换言之，在载荷方向Z上第1端面11a与第2端面11b之间定义了纤维构造体11的中间位置的情况下，触发部23配置于第1端面11a与中间位置之间。

主体部24位于在载荷方向Z上比触发部23更靠近第2端面11b的位置。形状保持部22位于在载荷方向Z上比触发部23更靠近第1端面11a的位置。

另外，触发部23配置于载荷方向Z上形状保持部22与主体部24之间。对于沿着载荷方向Z的长度而言，主体部24最长，触发部23第二长。而且，对于沿着载荷方向Z的长度而言，形状保持部22最短。

如图1的(b)所示，纤维构造体11具有在与载荷方向Z正交的方向(层叠方向X)上层叠的多个纤维层13。各纤维层13排列有沿整个载荷方向Z延伸的多个载荷方向线12。而且，对于筒状的纤维构造体11而言，多个纤维层13以沿载荷方向Z延伸的中心轴为中心的同心圆状层叠。在本实施方式中，纤维构造体11具有五个纤维层13。五个纤维层13包括沿层叠方向X即径向配置的第1纤维层13a、第2纤维层13b、第3纤维层13c、第4纤维层13d以及第5纤维层13e。具体而言，位于层叠方向X的一端即外端的纤维层13是第1纤维层13a，以下，沿着层叠方向X而朝向另一端即内端依次排列有第2纤维层13b，第3纤维层13c、第4纤维层13d、第5纤维层13e。

对于形状保持部22以及主体部24各自而言，沿着层叠方向X邻接的两个纤维层13通过作为交织线的第1交织线14a以及第2交织线14b相互结合。即，第1纤维层13a与第2纤维层13b相互结合，第2纤维层13b与第3纤维层13c相互结合，第3纤维层13c与第4纤维层13d相互结合，第4纤维层13d与第5纤维层13e相互结合。纤维构造体11由于多个纤维层13的结合而具有层间结合力。

第1交织线14a以及第2交织线14b贯通在层叠方向X上邻接的两个纤维层13，并且在各纤维层13的载荷方向线12折回。若观察第1交织线14a与第2交织线14b的朝一个方向的行进方向，则相对于在层叠方向X上邻接的两个载荷方向线12，第1交织线14a在一方的载荷方向线12折回，第2交织线14b在另一方的载荷方向线12折回。因此，第1交织线14a与第2交织线14b以从相反的方向夹入在层叠方向X上邻接的两个载荷方向线12的方式与各载荷方向线12络交。

另外，在形状保持部22与主体部24，对于五个纤维层13而言，通过第1交织线14a以及第2交织线14b相对于载荷方向线12的络交，在层叠方向X上邻接的纤维层13彼此相互结合，从而提高层叠方向X上的层间结合力。主体部24具有与形状保持部22相同的构造，具有相同的层间结合力。主体部24以及形状保持部22各自通过编织组织而具有比触发部23高的层间结合力。此外，形状保持部22从载荷方向Z的第1端面11a起仅设置有一层交织线14a、14b。与此相对，主体部24包括沿着载荷方向Z层叠的多层的交织线14a、14b。

如图1的(c)所示，触发部23包括与形状保持部22以及主体部24相同的五个纤维层13、第1交织线14a以及第2交织线14b。其中，触发部23具有比形状保持部22以及主体部24低的层间结合力。在触发部23，在层叠方向X上邻接的第1纤维层13a与第2纤维层13b通过第1交织线14a以及第2交织线14b结合，并且第4纤维层13d与第5纤维层13e通过第1交织线14a以及第2交织线14b结合。

另一方面，对于触发部23而言，第2纤维层13b和第3纤维层13c、以及第3纤维层13c和第4纤维层13d中第1交织线14a以及第2交织线14b不与各层的载荷方向线12络交。即，第1交织线14a以及第2交织线14b不相对于第3纤维层13c的载荷方向线12络交，触发部23存在纤维层13彼此未在层叠方向上结合的部位。即，仅通过五个纤维层13中的层叠方向X的两侧的两个提高层间结合力。

因此，与五个纤维层13全部由邻接的纤维层13彼此提高了层间结合力的形状保持部22以及主体部24相比，触发部23层间结合力低。因此，在纤维构造体11中，对于形状保持部22而言，通过使用第1交织线14a以及第2交织线14b将多个纤维层13结合，从而由于编织组织相比触发部23更提高层间结合力。

载荷方向线12、第1交织线14a以及第2交织线14b全部由同种材质制的无捻的纤维束构成。该实施方式中载荷方向线12以及各交织线14a、14b使用由碳纤维构成的无捻的纤维束。碳纤维束是通过将数百～数万根细纤维捆束而构成一根纤维束。选择满足所需性能的纤维根数的纤维束。

另外，在使具有形状保持部22、触发部23以及主体部24的纤维构造体11成为强化纤维的吸能部件10中，当在第1端面11a沿着载荷方向Z受到过大的碰撞载荷时，使触发部23产生局部破坏而吸收能量。其后，抑制主体部24破坏的加剧。

接下来，对吸能部件10的制造方法以及作用共同进行说明。

首先，制造具有形状保持部22、触发部23以及主体部24的纤维构造体11。接下来，使纤维构造体11浸渍热固化性树脂15而固化。树脂15的浸渍以及固化通过RTM(树脂传递模塑；Resin Transfer Molding)法进行。具体而言，若在由凹凸构成的模具封入纤维构造体11，在模具内注入热固化性树脂15，使热固化性树脂15固化，则可制造吸能部件10。

根据上述实施方式，能够得到以下的效果。

(1)在具有触发部23的吸能部件10中，在比触发部23更靠近纤维构造体11的第1端面11a的位置设置形状保持部22。形状保持部22设置于最初承受载荷的位置。形状保持部22通过第1交织线14a以及第2交织线14b使在层叠方向X上邻接的纤维层13彼此结合而构成，具有难以散开的构造。由此，在为了制造吸能部件10而将纤维构造体11封入模具内时，通过形状保持部22，能够抑制纤维构造体11的第1端面11a纤维层13彼此之间断开、挠曲。其结果，模具封入纤维构造体11时的纤维构造体11的操作变容易，从而能够抑制吸能部件10的生产率的降低。

(2)通过在纤维构造体11设置形状保持部22，能够通过触发部23抑制纤维构造体11的第1端面11a的裂开、挠曲，从而能够抑制触发部23的层叠方向X或者载荷方向线12的排列方向上的载荷方向线12的偏倚。因此，能够抑制制造出的吸能部件10由于载荷方向线12的偏倚、载荷方向线12的偏倚而出现树脂密度参差不齐的情况。

(3)形状保持部22从第1端面11a起仅设置有一层。即，设置于使用第1交织线14a以及第2交织线14b而能够形成的最小区域。因此，通过形状保持部22，能够抑制纤维构造体11的第1端面11a的层间结合力过高、并且保持形状。

(4)对于形状保持部22以及主体部24、与触发部23而言，使纤维构造体11的编织组织不同而使功能不同。因此，与例如在制造了相同的编织组织的纤维构造体后，在其纤维构造体的载荷方向Z的前端涂覆粘合剂而形成形状保持部、以使纤维构造体的厚度较薄的方式进行加工而形成触发部、形状保持部的情况相比，纤维构造体11的制造容易。

(5)形状保持部22与主体部24具有相同的编织组织，具有相同的层间结合力。因此，与通过不同编织组织形成形状保持部22、触发部23以及主体部24的全部的情况相比，能够使纤维构造体11的制造进而吸能部件10的制造简单。

(第2实施方式)

接下来，根据图2的(a)～图2的(c)对将吸能部件具体化的第2实施方式进行说明。对第2实施方式中与第1实施方式相同的部分省略其详细的说明。

如图2的(a)所示，第2实施方式的吸能部件30与第1实施方式的吸能部件10同样具有筒状的纤维构造体31，该纤维构造体31具有：沿着载荷方向Z并设的形状保持部32、触发部33以及主体部34。第2实施方式的纤维构造体31提高形状保持部32以及主体部34的层间结合力的方法与第1实施方式不同。纤维构造体31通过三维编织装置制造。另外，纤维构造体31具有：以在载荷方向Z上最初承受载荷的方式构成的第1端面31a、以及位于载荷方向Z上与该第1端面31a相反的一侧的第2端面31b。

如图2的(b)所示，纤维构造体31是编带组织。形状保持部32以及主体部34各自具有：多个纤维层36、以贯通纤维层36的方式进行编织的第1贯通线37a以及第2贯通线37b。各纤维层36排列多个载荷方向线35而形成。载荷方向线35、第1贯通线37a以及第2贯通线37b是由碳纤维构成的无捻的纤维束。将各纤维层36中与层叠方向X正交并且排列有载荷方向线35的方向设为排列方向Y。

纤维构造体31具有五个纤维层36。四个纤维层36包括：在叠方向X即径向上配置的第1纤维层36a、第2纤维层36b、第3纤维层36c、以及第4纤维层36d。具体而言，层叠方向X的一端即外端的纤维层36是第1纤维层36a，以下，沿着层叠方向X朝向另一端即内端依次排列有第2纤维层36b、第3纤维层36c、第4纤维层36d。纤维构造体31中，对于形状保持部32与主体部34而言，第1贯通线37a贯通在层叠方向X上邻接的两个纤维层36，并且在贯通的各纤维层36的载荷方向线35折回。即，第1贯通线37a中的两根贯通第1纤维层36a与第2纤维层36b，并且在贯通的各纤维层36a、36b的载荷方向线35折回。第1贯通线37a中的其他两根贯通第2纤维层36b与第3纤维层36c，并且在贯通的各纤维层36b、36c的载荷方向线35折回。第1贯通线37a的另外两根贯通第3纤维层36c与第4纤维层36d，并且在贯通的各纤维层36c、36d的载荷方向线35折回。

具体而言，在邻接的两个纤维层36，第1贯通线37a在一方的纤维层36的载荷方向线35折回后，在另一方的纤维层36沿着排列方向Y使一根载荷方向线35以朝向放出的下一个载荷方向线35的方式延伸。而且，第1贯通线37a贯通两个纤维层36，并在后者的纤维层36的载荷方向线35折回。因此，第1贯通线37a以从在排列方向Y上经由不同的载荷方向线35而从相反的方向夹入在层叠方向X上邻接的两个纤维层36的方式在各载荷方向线35折回。而且，第1贯通线37a结合邻接的两个纤维层36。

第2贯通线37b以仅贯通层叠方向一端的第1纤维层36a、以及层叠方向另一端的第4纤维层36d而折回的方式进行编织。而且，通过第1贯通线37a和第2贯通线37b夹住各纤维层36的各载荷方向线35，提高在层叠方向X上邻接的纤维层36彼此的层间结合力。形状保持部32与主体部34是相同的构造，层间结合力也相同。此外，形状保持部32从载荷方向Z的第1端面31a仅设置有一层。

如图2的(c)所示，对于触发部33而言，以第2贯通线37分别贯通四个纤维层36而折回的方式进行编织。而且，第1贯通线37a以贯通第1纤维层36a和第2纤维层36b并沿着各纤维层36的载荷方向线35折回的方式进行编织，并且以贯通第3纤维层36c和第4纤维层36d并沿着各纤维层36的载荷方向线35折回的方式进行编织。

因此，对于触发部33而言，第1贯通线37a不以跨越第2纤维层36b与第3纤维层36c的方式贯通，第2纤维层36b与第3纤维层36c不通过第1贯通线37a而结合。即，对于触发部33而言，不进行基于第1贯通线37a的层叠方向上的结合，存在不使纤维层36彼此在层叠方向上结合的部位。因此，对于触发部33而言，仅通过四个纤维层36中的层叠方向X的两侧的双层来提高层间结合力，与四个纤维层36全部通过邻接的纤维层36彼此而结合的形状保持部32以及主体部34相比，触发部33的层间结合力低。因此，在纤维构造体31中，形状保持部32以及主体部34各自通过使用第1贯通线37a以及第2贯通线37b而结合多个纤维层36，从而通过编织组织具有比触发部33高的层间结合力。

另外，本实施方式的吸能部件30使由三维编织装置制造出的纤维构造体31浸渍固化热固化性树脂15而制造，树脂的浸渍固化通过RTM(树脂传递模塑)法进行。

因此，根据第2实施方式，除了第1实施方式记载的效果之外还能够得到以下的效果。

(6)第2实施方式的吸能部件30能够通过三维编织装置制造纤维构造体31，从而能够容易地制造筒状的吸能部件30。

(第3实施方式)

接下来，根据图3的(a)～图3的(c)对将吸能部件具体化的第3实施方式进行说明。此外，对第3实施方式中与第1实施方式相同的部分省略其详细的说明。

如图3的(a)所示，第3实施方式的吸能部件40与第1实施方式的吸能部件10相同具有筒状的纤维构造体41，该纤维构造体41具有：沿着载荷方向Z并设的形状保持部42、触发部43以及主体部44。另外，纤维构造体41具有以最初承受载荷的方式构成的第1端面41a，并具有位于载荷方向Z上与第1端面41a相反的一侧的第2端面41b。

如图3的(b)所示，第3实施方式的纤维构造体41具有层叠的多个纤维层46。纤维层46通过将作为多个载荷方向线的经线45a与多个纬线45b一根一根交替组合的平织(织物)而形成。在本实施方式中，使纤维层46成为平织，但除了平织以外，也可以通过缎纹织、斜纹织形成。

在各纤维层46中，将与层叠方向X正交并且排列了经线45a的方向定义为排列方向Y。纤维构造体41具有四个纤维层46。四个纤维层46包括在层叠方向X即径向上配置的第1纤维层46a、第2纤维层46b、第3纤维层46c、以及第4纤维层46d。具体而言，位于层叠方向X的一端即外端的纤维层46是第1纤维层46a，以下，沿着层叠方向X朝向另一端即内端依次排列有第2纤维层46b、第3纤维层46c、第4纤维层46d。

在纤维构造体41中，对于形状保持部42以及主体部44各自而言，多个纤维层46通过多个面内线47以及防脱线48结合。除了面内线47以及防脱线48之外，上述的经线45a、纬线45b是由碳纤维构成的无捻的纤维束。

在层叠方向一端的第1纤维层46a的表面，多个防脱线48在经线45a的排列方向Y上隔开间隔地设置。多个面内线47分别从层叠方向另一端的第4纤维层46d的表面插入四个纤维层46的层叠体内，在层叠方向X上贯通四个纤维层46后，在第1纤维层46a的表面通过防脱线48的外侧而折回。并且，面内线47从第1纤维层46a的表面插入四个纤维层46的层叠体内，在层叠方向X上贯通了四个纤维层46后，在第4纤维层46d的表面被拉出。而且，面内线47也可以在第1纤维层46a以及第4纤维层46d的表面反复折回，通过面内线47，将四个纤维层46在多个位置结合。

如图3的(c)所示，在纤维构造体41，触发部43是仅层叠了纤维层46的结构，纤维层46彼此未通过面内线47以及防脱线48结合。因此，对于触发部43而言，与形状保持部42以及主体部44相比，层间结合力低。即，形状保持部42以及主体部44各自通过编织组织而具有比触发部43高的层间结合力。

因此，根据第3实施方式，除了第1实施方式记载的效果之外还能够得到以下的效果。

(7)在第3实施方式的吸能部件40中，对于形状保持部42以及主体部44而言，纤维层46彼此通过面内线47以及防脱线48结合，相对于此，对于触发部43而言，纤维层46彼此未通过面内线47以及防脱线48结合。因此，在纤维构造体41的制造时，通过仅形状保持部42以及主体部44的面内线47以及防脱线48将四个纤维层46结合即可。因此，能够简单地制造具有形状保持部42、触发部43以及主体部44的纤维构造体41。

上述各实施方式也可以如以下那样变更。

在第1实施方式以及第2实施方式各自中，在触发部23、33，也可以在全部的纤维层中通过第1交织线14a以及第2交织线14b、第1贯通线37a以及第2贯通线37b进行层叠方向X的结合。该情况下，也可以使触发部23、33的基于第1交织线14a以及第2交织线14b的络交次数、基于第1贯通线37a以及第2贯通线37b的贯通次数比形状保持部、主体部的络交次数、贯通次数少从而使触发部的层间结合力比形状保持部以及主体部低。

或者，使触发部23、33的第1交织线14a以及第2交织线14b的粗细、第1贯通线37a以及第2贯通线37b的粗细比形状保持部以及主体部的粗细更细而使触发部的层间结合力比形状保持部以及主体部低。

在第3实施方式中，触发部43也可以使用面内线47以及防脱线48。该情况下，如图4所示，也可以使触发部43的面内线47以及防脱线48的使用根数比形状保持部42以及主体部44的使用根数少从而使触发部43的层间结合力比形状保持部42以及主体部44的层间结合力低。

或者，虽未图示，但在触发部43也使用面内线47以及防脱线48的情况下，也可以使触发部43所使用的面内线47的粗细比形状保持部42以及主体部44细。而且，即使使用的面内线47以及防脱线48的根数在触发部43、形状保持部42以及主体部44相同，也可以通过粗细之差，使触发部43的层间结合力比形状保持部42以及主体部44的层间结合力低。

在第2实施方式的形状保持部32中，基于第1贯通线37a以及第2贯通线37b的纤维层36的结合的方法也可以适当地变更。另外，也可以不使用第1贯通线37a和第2贯通线37b两种贯通线而仅通过一种贯通线将纤维层36彼此结合。

在第1实施方式的形状保持部22中，第1交织线14a以及第2交织线14b络交的纤维层13也可以是3层以上，该情况下，夹住的载荷方向线12成为在层叠方向X上邻接的三根以上。

在各实施方式中，形状保持部22、32、42的层间结合力若比触发部23、33、43的层间结合力高，则比主体部24、34、44的层间结合力可以低，也可以高。

在各实施方式中，若形状保持部22、32、42的层间结合力比触发部23、33、43的层间结合力高，则形状保持部22、32、42和主体部24、34、44编织组织也可以不同。

在各实施方式中，作为基体树脂使用了热固化性树脂15，但也可以使用其他种类的树脂。

在各实施方式中，层叠的纤维层13、36、46的数量可以任意地变更。

载荷方向线12、35、第1交织线14a、第2交织线14b、第1贯通线37a、第2贯通线37b、经线45a、纬线45b、面内线47以及防脱线48不局限于碳纤维。例如，各线也可以与吸能部件10、30、40所要求的物性对应地适当地变更。作为能够使用的线，可举出芳纶纤维、聚对苯撑苯并二恶唑纤维、超高分子量聚乙烯纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维等任意的纤维。

纤维构造体11、31、41的形状也可以不是筒状，也可以是载荷方向线沿载荷方向Z延伸的柱状、板状。