JP4092478B2

JP4092478B2 - Shock-absorbing component integrated with connecting member and method of manufacturing the same

Info

Publication number: JP4092478B2
Application number: JP2002380544A
Authority: JP
Inventors: 伸敏清水; 文子 ▲高▼野
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2022-12-27
Also published as: JP2004211760A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維強化プラスチック製のエネルギ吸収体に、他の部品を取り付けるための取付部を備える連結部材を一体化した衝撃吸収部品、および、その製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マトリックス樹脂と強化繊維との複合材料である繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）を、衝撃エネルギを吸収するエネルギ吸収体として用いることが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−３４６９３５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
繊維強化プラスチック製のエネルギ吸収体を、例えば、自動車が衝突したときの衝撃エネルギを吸収する衝撃吸収部品として用いる場合には、何らかの連結手段を介して、エネルギ吸収体を他の部品としての車体構成部品に連結したり組み込んだりする必要がある。
【０００５】
しかしながら、エネルギ吸収性能の悪化を招来しない点、および、他の部品を取り付けたときの信頼性を十分に高め得る点を満足し得る連結手段は見当たらない。
【０００６】
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであり、エネルギ吸収性能の悪化を招来せず、かつ、他の部品を取り付けたときの信頼性を十分に高め得る、連結部材を一体化した衝撃吸収部品を提供し、さらには、連結部材を一体化した衝撃吸収部品の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記する手段により達成される。
【０００８】
本発明は、圧縮破壊して衝撃エネルギを吸収する繊維強化プラスチック製のエネルギ吸収体と、
前記エネルギ吸収体に締結される締結部および他の部品を取り付けるための取付部を備える連結部材と、
前記連結部材の前記締結部に貫通して形成された貫通穴と、を有し、
前記繊維強化プラスチックのマトリックス樹脂が前記貫通穴に充填されて前記締結部が前記エネルギ吸収体に締結されてなり、
前記締結部のうち少なくとも前記貫通穴を含む領域は、前記マトリックス樹脂により挟み込まれ、
さらに、前記貫通穴の大きさは、前記貫通穴に充填された前記マトリックス樹脂が、衝撃時には破壊する一方、前記連結部材を牽引ないし押すときに必要な荷重には耐える大きさに設定されてなる、連結部材を一体化した衝撃吸収部品である。
【０００９】
また、本発明は、他の部品を取り付けるための取付部を備える連結部材に設けられた中空パイプ形状をなす締結部が、圧縮破壊して衝撃エネルギを吸収する繊維強化プラスチック製のエネルギ吸収体に締結されてなる、連結部材を一体化した衝撃吸収部品を製造する方法であって、
長手方向に沿う溝部が形成されたマンドレルを、前記締結部に貫通して形成された貫通穴と前記溝部とを連通させて、前記締結部内に嵌め込む工程と、
前記締結部および前記マンドレルの周りに強化繊維を巻き付けるとともに、前記締結部のうち少なくとも前記貫通穴を含む領域を前記繊維強化プラスチックのマトリックス樹脂により挟み込んで、前記マトリックス樹脂を前記貫通穴に充填する工程と、
マトリックス樹脂が固化した後にマンドレルを前記締結部内および成形品から引き抜く工程と、を有してなり、
中空状のエネルギ吸収体に連結部材が挟み込まれた構造をなす成形品を得ることを特徴とする、連結部材を一体化した衝撃吸収部品の製造方法である。
【００１０】
【発明の効果】
本発明によれば、繊維強化プラスチック製のエネルギ吸収体を他の部品に連結するに当たり、エネルギ吸収性能の悪化を招来せず、かつ、他の部品を取り付けたときの信頼性を十分に高め得る、連結部材を一体化した衝撃吸収部品を得ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係る、連結部材３０を一体化した衝撃吸収部品１０を、自動車の構成部品の一つであるフロントサイドメンバ１００に適用した例を示す斜視図、図２（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ、本発明の一実施形態に係る、連結部材３０を一体化した衝撃吸収部品１０を示す斜視図、側面図、図２（Ｂ）の２Ｃ−２Ｃ線に沿う断面図、図２（Ｂ）の２Ｄ−２Ｄ線に沿う断面図である。図３（Ａ）は、本発明の一実施形態に係る連結部材３０を、製造時に使用されるマンドレル４０とともに示す斜視図、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の３Ｂ−３Ｂ線に沿う断面図である。
【００１３】
図１を参照して、自動車の構成部品の一つであるフロントサイドメンバ１００は、エンジンおよびサスペンションを支える重要な部位であり、前面衝突時の衝撃エネルギを吸収する前端側クラッシャブルゾーンを形成している。さらに、フロントサイドメンバ１００の先端部には、ブラケットなどを介して、ラジエタやバンパなどを取り付けるための部品であるラジエタコアサポート１１０（他の部品に相当する）が掛け渡されるように取り付けられている。この構成のため、自動車を牽引するときには、その荷重は、ラジエタコアサポート１１０を介してフロントサイドメンバ１００にも掛かることになる。
【００１４】
本実施形態では、衝撃エネルギを効率的に吸収するために、繊維強化プラスチック製のエネルギ吸収体を備える衝撃吸収部品１０を、フロントサイドメンバ１００に適用している。
【００１５】
衝撃吸収部品１０をフロントサイドメンバ１００に適用するに当たり、繊維強化プラスチック製のエネルギ吸収体と連結部材とを、一般的な連結手法、例えば、ボルト止めや、接着剤による接着によって連結することが考えられる。
【００１６】
しかしながら、ボルト止めをした場合には、衝撃エネルギを吸収しなければならない部位にボルトが存在すること、および、ボルトを挿通するための下穴がエネルギ吸収体に形成されていることにより、衝突時のエネルギ吸収性能が悪化する虞がある。
【００１７】
また、接着した場合には、他の部品であるラジエタコアサポート１１０を取り付けたときの信頼性を十分に高めることができない。
【００１８】
そこで、本実施形態では、エネルギ吸収性能の悪化を招来せず、かつ、他の部品を取り付けたときの信頼性を十分に高めるべく、衝撃吸収部品１０を次の如く形成している。
【００１９】
本発明の一実施形態に係る衝撃吸収部品１０を概説すれば、図２（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、圧縮破壊して衝撃エネルギを吸収する繊維強化プラスチック製のエネルギ吸収体２０と、エネルギ吸収体２０に締結される締結部３１およびラジエタコアサポート１１０を取り付けるための取付フランジ３２（取付部に相当する）を備えるブラケット３０（連結部材に相当する）と、ブラケット３０の締結部３１に貫通して形成された貫通穴３３と、を有し、繊維強化プラスチックのマトリックス樹脂が貫通穴３３に充填されて締結部３１がエネルギ吸収体２０に締結されてなる、連結部材３０を一体化した衝撃吸収部品１０である。前記締結部３１のうち少なくとも貫通穴３３を含む領域は、マトリックス樹脂により挟み込まれている。
【００２０】
以下、詳述する。
【００２１】
前記エネルギ吸収体２０には、衝撃エネルギを良好に吸収できる性能の他、一般に軽量かつ高剛性であることが要求される。このようなエネルギ吸収体２０をなす、マトリックス樹脂と強化繊維との複合材料である繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）としては、特に限定されるものではないが、安定したエネルギ吸収性能および自動車の軽量化の要求を満たすために、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を用いることが好ましい。マトリックス樹脂も特に限定されるものではないが、例えば、ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂が挙げられる。
【００２２】
前記ブラケット３０は、図３（Ａ）にも示すように、中空パイプ形状を有する締結部３１と、円盤形状を有する取付フランジ３２とを備えている。締結部３１には、外周壁を貫通して複数個の貫通穴３３が形成されている。取付フランジ３２は、締結部３１の一端部に一体的に形成されている。ブラケット３０は例えば金属製であり、取付フランジ３２は、溶接により、ラジエタコアサポート１１０側のフランジ（図示せず）に連結固定されている。
【００２３】
締結部３１のこのような形状に対応して、前述したエネルギ吸収体２０も中空パイプ形状に形成されている。
【００２４】
そして、図２（Ｄ）を参照して、繊維強化プラスチックのマトリックス樹脂が貫通穴３３に充填されて締結部３１がエネルギ吸収体２０に締結され、エネルギ吸収体２０とブラケット３０とが一体的に固定されている。図示例では、締結部３１のうち少なくとも貫通穴３３を含む領域は、マトリックス樹脂により挟み込まれた構造となっている。
【００２５】
ここで、貫通穴３３の大きさや形状は、貫通穴３３に充填されたマトリックス樹脂が、衝撃時には破壊する一方、ブラケット３０を牽引ないし押すときに必要な荷重には耐える大きさに設定されている。換言すれば、貫通穴３３の大きさや形状は、マトリックス樹脂の剪断破壊強度が、車両牽引時に必要な荷重以上、かつ、衝突時にかかる荷重以下の強度になるように設定されている。貫通穴３３の総個数つまりマトリックス樹脂を充填すべき開口面積についても同様の基準により決定されている。
【００２６】
車両牽引時に衝撃吸収部品１０に作用する荷重や、衝突時に衝撃吸収部品１０にかかる荷重は、車両重量や、前端側クラッシャブルゾーンに配置された他の部材の構造や強度、締結部３１の肉厚などによって種々異なる。このため、貫通穴３３の具体的な寸法範囲は特定の範囲に限定されるものではなく、要求された条件に応じた最適な寸法を採用している。なお、一例を挙げれば、繊維強化プラスチック製のエネルギ吸収体２０の外径寸法は例えば７０ｍｍ、個々の貫通穴３３の内径寸法は例えば１０〜１５ｍｍである。
【００２７】
取付フランジ３２に向かい合うエネルギ吸収体２０の先端部はテーパ面２０ａに形成されている。このテーパ面２０ａを、エネルギ吸収体２０を先端部から逐次破壊させるためのトリガとして機能させている。
【００２８】
次に、他の部品を取り付けるための取付フランジ３２を備えるブラケット３０に設けられた中空パイプ形状をなす締結部３１が繊維強化プラスチック製のエネルギ吸収体２０に締結されてなる、連結部材３０を一体化した衝撃吸収部品１０を製造する手順について説明する。図４（Ａ）〜（Ｄ）は、連結部材３０を一体化した衝撃吸収部品１０を製造する手順を示す概略図である。
【００２９】
本実施形態では、フィラメントワインディングによって衝撃吸収部品１０を成形している。製造に際しては、図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、長手方向に沿う溝部４１が先端部に形成されたマンドレル４０を使用する。マンドレル４０の先端部は、ブラケット３０の締結部３１の内径寸法に合致した外径寸法を有している。一方、マンドレル４０の基端部４２は、締結部３１の外径寸法に合致した外径寸法を有している。
【００３０】
まず、図４（Ａ）に示すように、マンドレル４０の先端部を、貫通穴３３と溝部４１とを連通させて、締結部３１内に嵌め込む。
【００３１】
次いで、図４（Ｂ）に示すように、締結部３１およびマンドレル４０の周りに炭素繊維（強化繊維に相当する）を巻き付け、通常のフィラメントワインディングとして中空の成形品を成形する。これととともに、図４（Ｃ）に示すように、締結部３１のうち少なくとも貫通穴３３を含む領域を繊維強化プラスチックのマトリックス樹脂により挟み込んで、マトリックス樹脂を貫通穴３３に充填する。
【００３２】
貫通穴３３へのマトリックス樹脂の充填に際しては、マンドレル４０の溝部４１にマトリックス樹脂を予め充填しておく形態、炭素繊維を巻きつけた後にマトリックス樹脂を溝部４１に充填する形態のいずれでもよい。
【００３３】
充填が完了すると、マトリックス樹脂を固化させる。
【００３４】
そして、図４（Ｄ）に示すように、マトリックス樹脂が固化した後にマンドレル４０を締結部３１内および成形品から引き抜く。
【００３５】
上記一連の工程を経て、図２（Ｄ）に示したような、中空状のエネルギ吸収体２０に連結部材３０が挟み込まれた構造をなす成形品、すなわち、連結部材３０を一体化した衝撃吸収部品１０を得ることができる。
【００３６】
次に、作用を説明する。
【００３７】
連結部材３０を一体化した衝撃吸収部品１０をフロントサイドメンバ１００に適用した場合には、衝撃エネルギを吸収しなければならない部位にボルトが存在せず、ボルトを挿通するための下穴がエネルギ吸収体２０に形成されることもない。したがって、繊維強化プラスチック製のエネルギ吸収体２０とブラケット３０とを、エネルギ吸収性能の悪化を招来せずに連結することができる。さらに、他の部品であるラジエタコアサポート１１０を取付フランジ３２に取り付けたときの信頼性を十分に高めることができる。
【００３８】
また、車両牽引時に必要な荷重に耐え、衝突時にかかる荷重以下で、ブラケット３０の貫通穴３３に充填したマトリックス樹脂が破壊するように貫通穴３３の形状および大きさを設定してある。このため、衝撃吸収部品１０が適用されたフロントサイドメンバ１００は、衝突時には、貫通穴３３に充填されているマトリックス樹脂が剪断破壊を起こし、エネルギ吸収体２０は、その先端部が取付フランジ３２に当たって、当該先端部より破壊が進行する。これによって、衝撃エネルギを吸収するエネルギ吸収性能が得られる。しかも、貫通穴３３に充填したマトリックス樹脂は車両牽引時に必要な荷重を支える機能を備えるので、車両の牽引を支障なく行うことができる。
【００３９】
上述したように、第１の実施形態によれば、圧縮破壊して衝撃エネルギを吸収する繊維強化プラスチック製のエネルギ吸収体２０と、エネルギ吸収体２０に締結される締結部３１およびラジエタコアサポート１１０を取り付けるための取付フランジ３２を備えるブラケット３０と、ブラケット３０の締結部３１に貫通して形成された貫通穴３３と、を有し、繊維強化プラスチックのマトリックス樹脂が貫通穴３３に充填されて締結部３１がエネルギ吸収体２０に締結されてなる、ブラケット３０を一体化した衝撃吸収部品１０であるので、エネルギ吸収性能の悪化を招来せず、かつ、他の部品を取り付けたときの信頼性を十分に高め得る、ブラケット３０を一体化した衝撃吸収部品１０を提供することができる。
【００４０】
また、締結部３１のうち少なくとも貫通穴３３を含む領域は、マトリックス樹脂により挟み込まれているので、エネルギ吸収体２０とブラケット３０とをより一層強固に連結することができる。
【００４１】
また、貫通穴３３の大きさは、貫通穴３３に充填されたマトリックス樹脂が、衝撃時には破壊する一方、ブラケット３０を牽引ないし押すときに必要な荷重には耐える大きさに設定されているので、衝突時には所定のエネルギ吸収性能を得る一方、車両の牽引を支障なく行うことができる。
【００４２】
また、前記繊維強化プラスチックは、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）であるので、安定したエネルギ吸収性能および自動車の軽量化の要求を満たすことができる。
【００４３】
また、ブラケット３０の締結部３１は中空パイプ形状を有し、エネルギ吸収体２０は中空パイプ形状に形成されているので、自動車の構成部品の一つであるフロントサイドメンバ１００などに好適に適用でき、製造も容易なものとなる。
【００４４】
また、自動車の構成部品の一つであるフロントサイドメンバ１００に適用され、他の部品がラジエタコアサポート１１０であるので、自動車が衝突したときの衝撃エネルギを効率的に吸収して、乗員にかかる衝撃的加速度を軽減できる。
【００４５】
また、ラジエタコアサポート１１０を取り付けるための取付フランジ３２を備えるブラケット３０に設けられた中空パイプ形状をなす締結部３１が、圧縮破壊して衝撃エネルギを吸収する繊維強化プラスチック製のエネルギ吸収体２０に締結されてなる、ブラケット３０を一体化した衝撃吸収部品１０を製造する方法であって、
長手方向に沿う溝部４１が形成されたマンドレル４０を、締結部３１に貫通して形成された貫通穴３３と溝部４１とを連通させて、締結部３１内に嵌め込む工程と、
締結部３１およびマンドレル４０の周りに炭素繊維を巻き付けるとともに、締結部３１のうち少なくとも貫通穴３３を含む領域を繊維強化プラスチックのマトリックス樹脂により挟み込んで、マトリックス樹脂を貫通穴３３に充填する工程と、
マトリックス樹脂が固化した後にマンドレル４０を締結部３１内および成形品から引き抜く工程と、を有してなり、
中空状のエネルギ吸収体２０にブラケット３０が挟み込まれた構造をなす成形品を得るので、エネルギ吸収性能の悪化を招来せず、かつ、他の部品を取り付けたときの信頼性を十分に高め得る、ブラケット３０を一体化した衝撃吸収部品１０を得ることができる。
【００４６】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る、連結部材３０を一体化した衝撃吸収部品１１を、マンドレル４０が嵌め込まれた製造時の状態で示す斜視図である。
【００４７】
図５に示すように、この他の実施形態では、貫通穴３３に強化繊維としての炭素繊維５０を貫通させてある。
【００４８】
第２の実施形態に係る、ブラケット３０を一体化した衝撃吸収部品１１を製造する手順について概説する。
【００４９】
第２の実施形態も、第１の実施形態と同様に、フィラメントワインディングによって衝撃吸収部品１１を成形している。製造に際しては、第１の実施形態と同じマンドレル４０（図３（Ａ）（Ｂ））を使用する。
【００５０】
まず、マンドレル４０の先端部を、貫通穴３３と溝部４１とを連通させて、締結部３１内に嵌め込む。マンドレル４０の溝部４１にはマトリックス樹脂を予め充填してある。
【００５１】
次いで、図５に示すように、貫通穴３３に炭素繊維５０を貫通させる。一の貫通穴３３から挿入した炭素繊維５０を、マンドレル４０の溝部４１に沿って伸ばし、他の貫通穴３３を通して外部に引き出す。これにより、マトリックス樹脂の充填部である貫通穴３３が炭素繊維５０により補強される。
【００５２】
次いで、締結部３１およびマンドレル４０の周りに炭素繊維を巻き付け、通常のフィラメントワインディングとして中空の成形品を成形する。これととともに、締結部３１のうち少なくとも貫通穴３３を含む領域を繊維強化プラスチックのマトリックス樹脂により挟み込んで、マトリックス樹脂を貫通穴３３に充填する。
【００５３】
充填が完了すると、マトリックス樹脂を固化させる。
【００５４】
そして、マトリックス樹脂が固化した後にマンドレル４０を締結部３１内および成形品から引き抜く。
【００５５】
上記一連の工程を経て、中空状のエネルギ吸収体２０にブラケット３０が炭素繊維を含有したマトリックス樹脂で挟み込まれた構造をなす成形品、すなわち、ブラケット３０を一体化した衝撃吸収部品１１を得ることができる。
【００５６】
かかる形態によれば、貫通穴３３を貫通する炭素繊維５０によって、貫通穴３３に充填されたマトリックス樹脂の剪断破壊強度を補強できる。したがって、貫通穴３３を貫通する炭素繊維５０の量を増減することにより、貫通穴３３内のマトリックス樹脂の剪断破壊強度を所望の値に調整することが可能となる。
【００５７】
但し、第１の実施形態と同様に、貫通穴３３の大きさや形状は、炭素繊維５０を含有したマトリックス樹脂の剪断破壊強度が、車両牽引時に必要な荷重以上、かつ、衝突時にかかる荷重以下の強度になるように設定されている。
【００５８】
上述したように、第２の実施形態によれば、第１の実施形態の構成に加えて、貫通穴３３に炭素繊維５０を貫通させたことから、貫通穴３３に充填されたマトリックス樹脂の剪断破壊強度が炭素繊維５０で補強され、第１の実施形態のものよりも高い剪断破壊強度を得ることができる。したがって、第２の実施形態に係る、連結部材３０を一体化した衝撃吸収部品１１は、高い剪断破壊強度が要求された場合であっても、かかる要求に容易に対応できる。
【００５９】
（変形例）
なお、連結部材３０を一体化した衝撃吸収部品１０をフロントサイドメンバ１００に適用した実施形態について説明したが、本発明はこの場合に限定されないことは言うまでもなく、他の部品１１０を取り付けるための取付部３２を備える連結部材３０を繊維強化プラスチック製のエネルギ吸収体２０に連結する限りにおいて、自動車部品以外の他の部品にも適用できる。
【００６０】
また、繊維強化プラスチックのマトリックス樹脂および強化繊維も、要求される剪断破壊強度に応じて適宜選択できる。例えば、マトリックス樹脂は、例示したポリエステル樹脂の他、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、けい素樹脂などの熱硬化性樹脂でもよい。また、熱硬化性樹脂の他、熱可塑性樹脂、ゴムから選ばれた複数をブレンドした樹脂なども用いることもできる。強化繊維も、ガラス、アラミド、ボロン、アルミナ、炭化けい素、金属などを用いた強化繊維でもよい。
【００６１】
また、締結部３１およびエネルギ吸収体２０を中空円筒形状に形成した場合を図示したが、この形状に限定されるものではない。締結部３１およびエネルギ吸収体２０は、例えば、角筒、板形状、円錐、角錐、円錐台、角錐台など適宜の形状を採用でき、中空形状に限定されるものでもない。貫通穴３３の形状も、円形に限られず、長孔形状、楕円形状、スリット形状など適宜の形状に形成できる。
【００６２】
また、締結部３１が取付部３２の一方の側にのみ設けられた連結部材３０を示したが、取付部３２の両側に締結部３１を設け、２つのエネルギ吸収体２０の間に取付部３２が存在する形態の衝撃吸収部品としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る、連結部材を一体化した衝撃吸収部品を、自動車の構成部品の一つであるフロントサイドメンバに適用した例を示す斜視図である。
【図２】図２（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ、本発明の一実施形態に係る、連結部材を一体化した衝撃吸収部品を示す斜視図、側面図、図２（Ｂ）の２Ｃ−２Ｃ線に沿う断面図、図２（Ｂ）の２Ｄ−２Ｄ線に沿う断面図である。
【図３】図３（Ａ）は、本発明の一実施形態に係る連結部材を、製造時に使用されるマンドレルとともに示す斜視図、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の３Ｂ−３Ｂ線に沿う断面図である。
【図４】図４（Ａ）〜（Ｄ）は、連結部材を一体化した衝撃吸収部品を製造する手順を示す概略図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る、連結部材を一体化した衝撃吸収部品を、マンドレルが嵌め込まれた製造時の状態で示す斜視図である。
【符号の説明】
１０、１１…衝撃吸収部品
２０…エネルギ吸収体
３０…ブラケット（連結部材）
３１…締結部
３２…取付フランジ（取付部）
３３…貫通穴
４０…マンドレル
４１…溝部
５０…炭素繊維（強化繊維）
１００…フロントサイドメンバ
１１０…ラジエタコアサポート（他の部品）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an impact-absorbing component obtained by integrating a connecting member having an attachment portion for attaching another component to an energy absorber made of fiber-reinforced plastic, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, it is known to use a fiber reinforced plastic (FRP), which is a composite material of a matrix resin and a reinforced fiber, as an energy absorber that absorbs impact energy (see, for example, Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 6-346935
[Problems to be solved by the invention]
When an energy absorber made of fiber reinforced plastic is used as, for example, an impact absorbing component that absorbs impact energy when an automobile collides, the vehicle body configuration as another component through some connecting means It needs to be connected to or built into the part.
[0005]
However, there is no connection means that can satisfy the point that the energy absorption performance is not deteriorated and the reliability when other components are attached can be sufficiently improved.
[0006]
The present invention has been made in view of such a current situation, and does not cause deterioration of energy absorption performance, and can sufficiently enhance reliability when other parts are attached. An object of the present invention is to provide an absorbing component, and further to provide a method for manufacturing an impact absorbing component in which a connecting member is integrated.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The object of the present invention is achieved by the following means.
[0008]
The present invention includes an energy absorber made of fiber reinforced plastic that absorbs impact energy by compressive failure;
A coupling member comprising a fastening part fastened to the energy absorber and an attachment part for attaching other parts;
A through hole formed through the fastening portion of the connecting member,
Ri Na said fastening portion matrix resin of the fiber reinforced plastic is filled in the through hole is fastened to the energy absorbing member,
The region including at least the through hole in the fastening portion is sandwiched by the matrix resin,
Furthermore, the size of the through hole is set to a size that can withstand the load required when the connecting member is pulled or pushed while the matrix resin filled in the through hole is destroyed upon impact. This is an impact absorbing part in which the connecting members are integrated.
[0009]
In addition, the present invention provides a fiber reinforced plastic energy absorber in which a fastening portion having a hollow pipe shape provided in a connecting member provided with an attachment portion for attaching other parts compresses and absorbs impact energy. A method for producing a shock absorbing component integrated with a connecting member,
A step of fitting a mandrel in which a groove portion along the longitudinal direction is formed, through a through hole formed through the fastening portion and the groove portion, and fitting in the fastening portion;
A step of winding reinforcing fibers around the fastening portion and the mandrel, and sandwiching at least a region including the through hole in the fastening portion with a matrix resin of the fiber reinforced plastic, and filling the through hole with the matrix resin When,
A step of drawing the mandrel from the inside of the fastening portion and the molded product after the matrix resin is solidified,
A method for producing an impact-absorbing component integrated with a connecting member, wherein a molded product having a structure in which the connecting member is sandwiched between hollow energy absorbers is obtained.
[0010]
【The invention's effect】
According to the present invention, when connecting an energy absorber made of fiber reinforced plastic to other parts, the energy absorption performance is not deteriorated and the reliability when other parts are attached can be sufficiently enhanced. In addition, it is possible to obtain an impact absorbing component in which the connecting members are integrated.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0012]
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing an example in which a shock absorbing component 10 integrated with a connecting member 30 according to an embodiment of the present invention is applied to a front side member 100 that is one of components of an automobile. (A)-(D) are the perspective view, side view, and 2C-2C line | wire of FIG. 2 (B) which respectively show the impact-absorbing component 10 which integrated the connection member 30 based on one Embodiment of this invention. FIG. 3 is a sectional view taken along a line 2D-2D in FIG. 2 (B). FIG. 3A is a perspective view showing the connecting member 30 according to one embodiment of the present invention together with a mandrel 40 used at the time of manufacture, and FIG. 3B is a line 3B-3B in FIG. It is sectional drawing which follows.
[0013]
Referring to FIG. 1, a front side member 100 that is one of the components of an automobile is an important part that supports an engine and a suspension, and forms a front end side crushable zone that absorbs impact energy at the time of a frontal collision. ing. Further, a radiator core support 110 (corresponding to other parts), which is a part for attaching a radiator, a bumper, or the like, is attached to a front end portion of the front side member 100 via a bracket or the like. Yes. Due to this configuration, when the automobile is towed, the load is also applied to the front side member 100 via the radiator core support 110.
[0014]
In the present embodiment, in order to efficiently absorb impact energy, the impact absorbing component 10 including an energy absorber made of fiber reinforced plastic is applied to the front side member 100.
[0015]
In applying the shock absorbing component 10 to the front side member 100, it is considered that the energy absorber made of fiber reinforced plastic and the connecting member are connected by a general connecting method, for example, by bolting or bonding with an adhesive. It is done.
[0016]
However, when bolted, there are bolts where impact energy must be absorbed, and a pilot hole is formed in the energy absorber to insert the bolts. There is a possibility that the energy absorption performance of the battery deteriorates.
[0017]
Moreover, when it adhere | attaches, the reliability when the radiator core support 110 which is another component is attached cannot fully be improved.
[0018]
Therefore, in the present embodiment, the impact absorbing component 10 is formed as follows in order to prevent the energy absorbing performance from deteriorating and to sufficiently improve the reliability when other components are attached.
[0019]
An outline of an impact absorbing component 10 according to an embodiment of the present invention is as follows. As shown in FIGS. 2 (A) to 2 (D), an energy absorber 20 made of fiber reinforced plastic that absorbs impact energy by compressive failure; A bracket 30 (corresponding to a connecting member) including a fastening part 31 fastened to the energy absorber 20 and a mounting flange 32 (corresponding to a mounting part) for attaching the radiator core support 110, and a fastening part 31 of the bracket 30 And a through hole 33 formed so as to penetrate the through hole 33, and the coupling member 30 is integrated by filling the through hole 33 with a matrix resin of fiber reinforced plastic and fastening the fastening portion 31 to the energy absorber 20. Shock absorbing component 10. A region including at least the through hole 33 in the fastening portion 31 is sandwiched between matrix resins.
[0020]
Details will be described below.
[0021]
The energy absorber 20 is generally required to be lightweight and highly rigid in addition to the ability to absorb impact energy satisfactorily. The fiber reinforced plastic (FRP), which is a composite material of matrix resin and reinforced fibers, that constitutes such an energy absorber 20, is not particularly limited. In order to satisfy the requirements, it is preferable to use carbon fiber reinforced plastic (CFRP). The matrix resin is not particularly limited, and examples thereof include a thermosetting resin such as a polyester resin.
[0022]
As shown in FIG. 3A, the bracket 30 includes a fastening portion 31 having a hollow pipe shape and a mounting flange 32 having a disk shape. A plurality of through holes 33 are formed in the fastening portion 31 so as to penetrate the outer peripheral wall. The mounting flange 32 is formed integrally with one end portion of the fastening portion 31. The bracket 30 is made of metal, for example, and the mounting flange 32 is connected and fixed to a flange (not shown) on the radiator core support 110 side by welding.
[0023]
Corresponding to such a shape of the fastening portion 31, the above-described energy absorber 20 is also formed in a hollow pipe shape.
[0024]
2D, the matrix resin of fiber reinforced plastic is filled in the through-hole 33, the fastening portion 31 is fastened to the energy absorber 20, and the energy absorber 20 and the bracket 30 are integrally formed. It is fixed. In the illustrated example, the region including at least the through hole 33 in the fastening portion 31 has a structure sandwiched between matrix resins.
[0025]
Here, the size and shape of the through-hole 33 are set so that the matrix resin filled in the through-hole 33 breaks down at the time of impact and can withstand a load required when the bracket 30 is pulled or pushed. . In other words, the size and shape of the through-hole 33 are set so that the shear fracture strength of the matrix resin is not less than the load necessary for towing the vehicle and not more than the load for the collision. The total number of the through holes 33, that is, the opening area to be filled with the matrix resin is also determined based on the same criteria.
[0026]
The load acting on the shock absorbing component 10 when the vehicle is towed and the load applied to the shock absorbing component 10 at the time of collision are the vehicle weight, the structure and strength of other members disposed in the front end side crushable zone, and the meat of the fastening portion 31. It varies depending on the thickness. For this reason, the specific dimension range of the through hole 33 is not limited to a specific range, and an optimum dimension according to the required condition is adopted. For example, the outer diameter of the energy absorber 20 made of fiber reinforced plastic is 70 mm, for example, and the inner diameter of each through hole 33 is 10 to 15 mm, for example.
[0027]
The tip of the energy absorber 20 facing the mounting flange 32 is formed on the tapered surface 20a. The tapered surface 20a functions as a trigger for sequentially breaking the energy absorber 20 from the tip.
[0028]
Next, the coupling member 30 is integrally formed by fastening the fastening portion 31 having the shape of a hollow pipe provided on the bracket 30 provided with the mounting flange 32 for attaching other components to the energy absorber 20 made of fiber reinforced plastic. A procedure for manufacturing the shock absorbing component 10 will be described. 4A to 4D are schematic views illustrating a procedure for manufacturing the shock absorbing component 10 in which the connecting member 30 is integrated.
[0029]
In the present embodiment, the shock absorbing component 10 is formed by filament winding. In manufacturing, as shown in FIGS. 3A and 3B, a mandrel 40 in which a groove 41 along the longitudinal direction is formed at the tip is used. The tip portion of the mandrel 40 has an outer diameter that matches the inner diameter of the fastening portion 31 of the bracket 30. On the other hand, the base end portion 42 of the mandrel 40 has an outer diameter that matches the outer diameter of the fastening portion 31.
[0030]
First, as shown in FIG. 4A, the tip of the mandrel 40 is fitted into the fastening portion 31 with the through hole 33 and the groove portion 41 communicating with each other.
[0031]
Next, as shown in FIG. 4B, a carbon fiber (corresponding to a reinforcing fiber) is wound around the fastening portion 31 and the mandrel 40 to form a hollow molded product as a normal filament winding. At the same time, as shown in FIG. 4C, the region including at least the through hole 33 in the fastening portion 31 is sandwiched between the matrix resin of fiber reinforced plastic, and the through hole 33 is filled with the matrix resin.
[0032]
When filling the through hole 33 with the matrix resin, either a form in which the groove 41 of the mandrel 40 is pre-filled with the matrix resin or a form in which the matrix resin is filled in the groove 41 after winding the carbon fiber may be used.
[0033]
When filling is completed, the matrix resin is solidified.
[0034]
Then, as shown in FIG. 4D, after the matrix resin is solidified, the mandrel 40 is pulled out from the fastening portion 31 and the molded product.
[0035]
Through the above-described series of steps, as shown in FIG. 2D, a molded product having a structure in which the coupling member 30 is sandwiched between the hollow energy absorbers 20, that is, the shock absorber in which the coupling member 30 is integrated. Part 10 can be obtained.
[0036]
Next, the operation will be described.
[0037]
When the shock absorbing component 10 in which the connecting member 30 is integrated is applied to the front side member 100, there is no bolt at a portion where the impact energy must be absorbed, and the pilot hole for inserting the bolt absorbs the energy. It is not formed on the body 20. Therefore, the energy absorber 20 made of fiber reinforced plastic and the bracket 30 can be connected without causing deterioration of energy absorption performance. Furthermore, the reliability when the radiator core support 110 which is another component is attached to the attachment flange 32 can be sufficiently improved.
[0038]
Further, the shape and size of the through hole 33 are set such that the matrix resin filled in the through hole 33 of the bracket 30 is destroyed under the load required for the vehicle towing and less than the load applied at the time of collision. Therefore, in the front side member 100 to which the shock absorbing component 10 is applied, at the time of collision, the matrix resin filled in the through hole 33 undergoes shear fracture, and the energy absorber 20 has its tip portion hitting the mounting flange 32. Destruction proceeds from the tip. As a result, energy absorption performance for absorbing impact energy is obtained. In addition, since the matrix resin filled in the through holes 33 has a function of supporting a load required when the vehicle is towed, the vehicle can be pulled without any trouble.
[0039]
As described above, according to the first embodiment, the energy absorber 20 made of fiber reinforced plastic that compresses and breaks and absorbs impact energy, the fastening portion 31 fastened to the energy absorber 20 and the radiator core support 110. A bracket 30 having an attachment flange 32 for attaching the through hole 33 and a through hole 33 formed through the fastening portion 31 of the bracket 30, and a matrix resin of fiber reinforced plastic is filled in the through hole 33 and fastened. Since the impact absorbing component 10 in which the bracket 30 is integrated, the portion 31 is fastened to the energy absorber 20, the energy absorbing performance is not deteriorated and the reliability when other components are attached is improved. It is possible to provide the shock absorbing component 10 with the bracket 30 integrated, which can be sufficiently increased.
[0040]
Moreover, since the area | region including the through-hole 33 at least among the fastening parts 31 is pinched | interposed with matrix resin, the energy absorber 20 and the bracket 30 can be connected still more firmly.
[0041]
In addition, the size of the through hole 33 is set to a size that can withstand the load required when pulling or pushing the bracket 30 while the matrix resin filled in the through hole 33 is destroyed upon impact. While a predetermined energy absorption performance is obtained at the time of a collision, the vehicle can be pulled without any trouble.
[0042]
Further, since the fiber reinforced plastic is carbon fiber reinforced plastic (CFRP), it is possible to satisfy the demand for stable energy absorption performance and weight reduction of the automobile.
[0043]
Further, since the fastening portion 31 of the bracket 30 has a hollow pipe shape and the energy absorber 20 is formed in a hollow pipe shape, it can be suitably applied to the front side member 100 which is one of the components of the automobile. Manufacturing is also easy.
[0044]
Moreover, since it is applied to the front side member 100 which is one of the components of the automobile and the other part is the radiator core support 110, the impact energy when the automobile collides is efficiently absorbed and applied to the occupant. Impact acceleration can be reduced.
[0045]
In addition, the fastening portion 31 having a hollow pipe shape provided in the bracket 30 provided with the mounting flange 32 for mounting the radiator core support 110 is compressed into the energy absorber 20 made of fiber reinforced plastic that absorbs impact energy by compressing it. A method of manufacturing a shock absorbing component 10 integrated with a bracket 30 that is fastened.
A step of fitting the mandrel 40 formed with the groove portion 41 along the longitudinal direction into the fastening portion 31 by connecting the through hole 33 formed through the fastening portion 31 and the groove portion 41, and
Winding the carbon fiber around the fastening portion 31 and the mandrel 40, and sandwiching at least the region including the through hole 33 in the fastening portion 31 with a matrix resin of fiber reinforced plastic, and filling the through hole 33 with the matrix resin;
A step of pulling out the mandrel 40 from the fastening portion 31 and the molded product after the matrix resin is solidified,
Since a molded product having a structure in which the bracket 30 is sandwiched between the hollow energy absorbers 20 is obtained, the energy absorption performance is not deteriorated and the reliability when other components are attached can be sufficiently increased. In addition, the shock absorbing component 10 in which the bracket 30 is integrated can be obtained.
[0046]
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a perspective view showing the shock absorbing component 11 in which the connecting member 30 is integrated according to the second embodiment of the present invention in a manufacturing state in which the mandrel 40 is fitted.
[0047]
As shown in FIG. 5, in this other embodiment, carbon fibers 50 as reinforcing fibers are penetrated through the through holes 33.
[0048]
An outline of a procedure for manufacturing the shock absorbing component 11 in which the bracket 30 is integrated according to the second embodiment will be described.
[0049]
Similarly to the first embodiment, the second embodiment also forms the shock absorbing component 11 by filament winding. In manufacturing, the same mandrel 40 (FIGS. 3A and 3B) as in the first embodiment is used.
[0050]
First, the tip portion of the mandrel 40 is fitted into the fastening portion 31 with the through hole 33 and the groove portion 41 communicating with each other. The groove 41 of the mandrel 40 is filled with a matrix resin in advance.
[0051]
Next, as shown in FIG. 5, the carbon fiber 50 is passed through the through hole 33. The carbon fiber 50 inserted from one through hole 33 extends along the groove 41 of the mandrel 40 and is drawn out through the other through hole 33. Thereby, the through hole 33 which is a filling part of the matrix resin is reinforced by the carbon fiber 50.
[0052]
Next, carbon fibers are wound around the fastening portion 31 and the mandrel 40 to form a hollow molded product as normal filament winding. At the same time, the region including at least the through hole 33 in the fastening portion 31 is sandwiched between the matrix resin of fiber reinforced plastic, and the matrix resin is filled into the through hole 33.
[0053]
When filling is completed, the matrix resin is solidified.
[0054]
Then, after the matrix resin is solidified, the mandrel 40 is pulled out from the fastening portion 31 and the molded product.
[0055]
Through the above-described series of steps, a molded product having a structure in which the bracket 30 is sandwiched between the hollow energy absorber 20 and a matrix resin containing carbon fiber, that is, the shock absorbing component 11 in which the bracket 30 is integrated is obtained. Can do.
[0056]
According to such a form, the shear fracture strength of the matrix resin filled in the through hole 33 can be reinforced by the carbon fiber 50 penetrating the through hole 33. Therefore, by increasing or decreasing the amount of the carbon fiber 50 that penetrates the through hole 33, the shear fracture strength of the matrix resin in the through hole 33 can be adjusted to a desired value.
[0057]
However, as in the first embodiment, the size and shape of the through holes 33 are such that the shear fracture strength of the matrix resin containing the carbon fibers 50 is greater than or equal to the load required during vehicle towing and less than or equal to the load applied during a collision. It is set to be strong.
[0058]
As described above, according to the second embodiment, in addition to the configuration of the first embodiment, since the carbon fiber 50 is penetrated through the through hole 33, shearing of the matrix resin filled in the through hole 33 is performed. The fracture strength is reinforced by the carbon fiber 50, and a higher shear fracture strength than that of the first embodiment can be obtained. Therefore, the impact absorbing component 11 integrated with the connecting member 30 according to the second embodiment can easily meet such a request even when a high shear fracture strength is required.
[0059]
(Modification)
In addition, although embodiment which applied the impact-absorbing component 10 which integrated the connection member 30 to the front side member 100 was described, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to this case, The attachment for attaching other components 110 As long as the connecting member 30 provided with the portion 32 is connected to the energy absorber 20 made of fiber reinforced plastic, it can be applied to other parts other than automobile parts.
[0060]
Further, the matrix resin and the reinforcing fiber of the fiber reinforced plastic can be appropriately selected according to the required shear fracture strength. For example, the matrix resin may be a thermosetting resin such as an epoxy resin, a phenol resin, a melamine resin, or a silicon resin in addition to the exemplified polyester resin. In addition to a thermosetting resin, a resin obtained by blending a plurality selected from thermoplastic resins and rubbers can also be used. The reinforcing fiber may also be a reinforcing fiber using glass, aramid, boron, alumina, silicon carbide, metal or the like.
[0061]
Moreover, although the case where the fastening part 31 and the energy absorber 20 were formed in the hollow cylindrical shape was illustrated, it is not limited to this shape. The fastening part 31 and the energy absorber 20 can adopt appropriate shapes such as a rectangular tube, a plate shape, a cone, a pyramid, a truncated cone, and a truncated pyramid, and are not limited to a hollow shape. The shape of the through hole 33 is not limited to a circle, and can be formed in an appropriate shape such as a long hole shape, an elliptical shape, or a slit shape.
[0062]
Further, although the connecting member 30 in which the fastening portion 31 is provided only on one side of the attachment portion 32 is shown, the fastening portion 31 is provided on both sides of the attachment portion 32, and the attachment portion 32 is between the two energy absorbers 20. It is good also as an impact-absorbing component of the form which exists.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an example in which a shock absorbing part integrated with a connecting member according to an embodiment of the present invention is applied to a front side member that is one of constituent parts of an automobile.
2 (A) to 2 (D) are a perspective view, a side view, and 2C in FIG. 2 (B), respectively, illustrating an impact absorbing component integrated with a connecting member according to an embodiment of the present invention. It is sectional drawing which follows the -2C line, and sectional drawing which follows the 2D-2D line of FIG. 2 (B).
FIG. 3A is a perspective view showing a connecting member according to an embodiment of the present invention together with a mandrel used at the time of manufacture, and FIG. 3B is 3B-3B in FIG. 3A. It is sectional drawing which follows a line.
FIGS. 4A to 4D are schematic views showing a procedure for manufacturing an impact-absorbing component in which connecting members are integrated.
FIG. 5 is a perspective view showing an impact absorbing part integrated with a connecting member according to a second embodiment of the present invention in a state in which a mandrel is fitted.
[Explanation of symbols]
10, 11 ... Shock absorbing component 20 ... Energy absorber 30 ... Bracket (connecting member)
31 ... Fastening part 32 ... Mounting flange (mounting part)
33 ... Through hole 40 ... Mandrel 41 ... Groove 50 ... Carbon fiber (reinforced fiber)
100 ... Front side member 110 ... Radiator core support (other parts)

Claims

An energy absorber made of fiber reinforced plastic that compresses and absorbs impact energy;
A coupling member comprising a fastening part fastened to the energy absorber and an attachment part for attaching other parts;
A through hole formed through the fastening portion of the connecting member,
Ri Na said fastening portion matrix resin of the fiber reinforced plastic is filled in the through hole is fastened to the energy absorbing member,
The region including at least the through hole in the fastening portion is sandwiched by the matrix resin,
Furthermore, the size of the through hole is set to a size that can withstand the load required when the connecting member is pulled or pushed while the matrix resin filled in the through hole is destroyed upon impact. the shock absorbing component, integrating the connecting member.

The impact-absorbing component according to claim 1, wherein a reinforcing fiber is penetrated through the through hole .

2. The shock absorbing part integrated with a connecting member according to claim 1, wherein the fiber reinforced plastic is carbon fiber reinforced plastic (CFRP) .

2. The shock absorbing part integrated with a connecting member according to claim 1, wherein the fastening portion of the connecting member has a hollow pipe shape, and the energy absorber is formed in a hollow pipe shape .

The connecting member according to any one of claims 1 to 4 , wherein the connecting member is applied to a front side member that is one of components of an automobile, and the other component is a radiator core support. Integrated shock absorbing part.

A coupling part, which is formed in a hollow pipe shape provided in a coupling member having a mounting part for mounting other parts, is fastened to an energy absorber made of fiber reinforced plastic that absorbs impact energy by compressive failure. A method of manufacturing a shock absorbing part with integrated members,
  A step of fitting a mandrel in which a groove portion along the longitudinal direction is formed, through a through hole formed through the fastening portion and the groove portion, and fitting in the fastening portion;
  A step of winding reinforcing fibers around the fastening portion and the mandrel, and sandwiching at least a region including the through hole in the fastening portion with a matrix resin of the fiber reinforced plastic, and filling the through hole with the matrix resin When,
  A step of drawing the mandrel from the inside of the fastening portion and the molded product after the matrix resin is solidified,
  A method for producing an impact-absorbing component integrated with a connecting member, wherein a molded product having a structure in which the connecting member is sandwiched between hollow energy absorbers is obtained.