车辆保险杠及车辆保险杠的制造方法

摘要

一种保险杠(13)，由至少包含沿车宽方向取向的连续纤维的纤维增强树脂构成，可在发生高速碰撞时通过包含连续纤维的纤维增强树脂充分吸收碰撞能量，抑制车身框架(11)的变形。保险杠(13)具备：中央部分(13a)，其位于车宽方向中央并向前后方向外侧突出；和左右的外侧部分(13b)，其从中央部分的车宽方向两端向前后方向内侧倾斜。在左右的外侧部分设置有向前后方向外侧突出的树脂发泡材料(16)。在发生低速碰撞时，通过树脂发泡材料的垮塌来吸收一部分碰撞能量，可将碰撞能量分散至保险杠的中央部分及外侧部分来吸收，抑制车身框架的变形。据此，无论是高速碰撞还是低速碰撞时均能有效吸收碰撞能量以抑制车身框架变形。

说明书

技术领域

本发明涉及一种车辆保险杠(bumper beam)及该车辆保险杠的制造方法，其中车辆保险杠由至少包含沿车宽方向取向的连续纤维的纤维增强树脂来构成在车身前端或后端沿车宽方向配置的保险杠。

背景技术

下述专利文献1公开了一种技术，对连续纤维增强树脂层与不连续纤维增强树脂层进行积层构成剖面呈U字形的保险杠，利用所施加的碰撞载荷使连续纤维增强树脂层与不连续纤维增强树脂层剥离，并使各纤维增强树脂层的纤维与树脂剥离，据此吸收碰撞能量。

此外，下述专利2公开了一种技术，在保险杠的车宽方向中央部配置蜂窝结构部，并在保险杠的车宽方向两端部配置树脂发泡材料，使蜂窝结构部与树脂发泡材料在两者边界部沿前后方向重叠，据此防止在发生全平面(full flat)碰撞及柱状碰撞时，蜂窝结构部与树脂发泡材料的边界部的碰撞反作用力发生骤变，从而抑制保险杠外板发生损伤。

此外，下述专利文献3公开了一种技术，在保险杠的表面沿车宽方向交替配置箱形的注塑成型树脂材料和树脂发泡材料，使树脂发泡材料的形状发生变化，据此能够以较低成本制造不同种类的保险杠。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本发明专利公开公报特开2014－24394号公报

专利文献2：日本发明专利公开公报实用新型注册第2569826号公报

专利文献3：日本发明专利公开公报特许第4295208号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

根据专利文献1所述的技术，由于左右两端支承于左右的后侧架的后端的保险杠的中央部向后方弯曲成弧状，要在保险杠被从后方高速碰撞时将后侧架的变形控制在最小程度，必须通过增加保险杠的强度来增加能量吸收量。其结果，当保险杠被从后方低速碰撞时，可能会导致后侧架发生变形而增加修理费用。

此外，根据专利文献2所述的技术，无论是保险杠与平坦的壁障发生了平面碰撞时，还是与柱子或树木发生了柱状碰撞时，由于是通过蜂窝结构部及树脂发泡材料的反作用力来吸收碰撞能量，因此存在能量吸收量较小的问题。

此外，根据专利文献3所述的技术，与专利文献2所述的技术相同，由于是通过注塑成型树脂材料及树脂发泡材料的反作用力来吸收碰撞能量，因此存在能量吸收量较小的问题。

鉴于上述问题的存在，本发明的目的在于：提供一种无论是高速碰撞时还是低速碰撞时均能有效吸收碰撞能量来抑制车身框架发生变形的车辆保险杠及车辆保险杠的制造方法。

解决技术问题的方案

本发明的第1方案为，一种车辆保险杠，其中，由至少包含沿车宽方向取向的连续纤维的纤维增强树脂，构成沿车宽方向配置于车身前端或后端的保险杠，其特征在于，该保险杠具备：中央部分，其位于车宽方向中央并向前后方向外侧突出；以及左右的外侧部分，其从中央部分的车宽方向两端向前后方向内侧倾斜，在左右的外侧部分设置有向前后方向外侧突出的树脂发泡材料。

本发明的第2方案为，根据第1方案所述的车辆保险杠，其特征在于，树脂发泡材料具备向车宽方向内侧延伸并与外侧部分的车宽方向外表面连接的防倒部。

本发明的第3方案为，根据第1方案所述的车辆保险杠，其特征在于，为了将树脂发泡材料支承于保险杠，树脂发泡材料具备嵌合在形成于保险杠的嵌合凸部的嵌合凹部，在嵌合凹部的内表面突出设置有由于压入嵌合凸部而垮塌的多条压缘。

本发明的第4方案为，根据第3方案所述的车辆保险杠，其特征在于，保险杠具备位于树脂发泡材料的车宽方向外侧的蜂窝结构部，嵌合凸部与蜂窝结构部形成为一体。

本发明的第5方案为，根据第4方案所述的车辆保险杠，其特征在于，蜂窝结构部具备抵接于树脂发泡材料来对该树脂发泡材料进行定位的定位部。

本发明的第6方案为，根据第3方案所述的车辆保险杠，其特征在于，为了将树脂发泡材料支承于保险杠，树脂发泡材料具备嵌合在形成于保险杠的嵌合肋的嵌合槽。

本发明的第7方案为，一种第4方案所述的车辆保险杠的制造方法，其特征在于，其包括：冲压成型工序，使包含沿车宽方向取向的连续纤维的纤维增强树脂制的具有日文字母“コ”字形剖面的保险杠主体部，与连接于保险杠主体部的开口部的外周的不连续纤维增强树脂制的凸缘成为一体；注塑成型工序，使以成为一体的方式具有嵌合凸部的蜂窝结构部横跨保险杠主体部及凸缘；以及安装工序，通过将树脂发泡材料的嵌合凹部嵌合于嵌合凸部，来将该树脂发泡材料安装于保险杠。

而且，实施方式的后保险杠13对应于本发明的保险杠，实施方式的横肋17c、17g对应于本发明的定位部，实施方式的横肋17d～17f对应于本发明的嵌合肋。

【发明效果】

根据第1方案，由至少包含沿车宽方向取向的连续纤维的纤维增强树脂，构成沿车宽方向配置于车身前端或后端的保险杠。因此，在发生高速全平面碰撞时或发生高速柱状碰撞时，能够通过包含连续纤维的纤维增强树脂来充分吸收碰撞能量，从而抑制车身框架的变形。而且，保险杠具备：中央部分，其位于车宽方向中央并向前后方向外侧突出；以及左右的外侧部分，其从中央部分的车宽方向两端向前后方向内侧倾斜。此外，还在左右的外侧部分设置有向前后方向外侧突出的树脂发泡材料。因此，在发生轻微碰撞时，能够通过压塌设置于保险杠外侧部分的树脂发泡材料来吸收一部分碰撞能量，从而将碰撞能量分散至保险杠的中央部分及外侧部分并加以吸收，抑制车身框架的变形。

根据第2方案，树脂发泡材料具备向车宽方向内侧延伸并与外侧部分的车宽方向外表面连接的防倒部。因此，能够通过防倒部防止因碰撞载荷导致树脂发泡材料向车宽方向内侧倒塌，以促进压塌树脂发泡材料来提高碰撞能量的吸收效果。

根据第3方案，为了将树脂发泡材料支承于保险杠，树脂发泡材料具备嵌合在形成于保险杠的嵌合凸部的嵌合凹部，在嵌合凹部的内表面突出设置有通过嵌合凸部的压入而垮塌的多条压缘。因此，能够省略螺栓等特殊固定部件而安装树脂发泡材料，而且，将嵌合凹部压入嵌合凸部时，多条压缘垮塌，降低了压入载荷，使安装作业更加容易。

根据第4方案，保险杠具备位于树脂发泡材料的车宽方向外侧的蜂窝结构部，嵌合凸部与蜂窝结构部形成为一体。因此，不仅能够在发生斜碰撞时压塌蜂窝结构部来吸收碰撞能量，还能通过使嵌合凸部及蜂窝结构部形成为一体来简化制造工序。

根据第5方案，蜂窝结构部具备抵接于树脂发泡材料来对该树脂发泡材料进行定位的定位部。因此，不仅能使嵌合凸部及嵌合凹部的定位嵌合作业变得更加容易，还能防止树脂发泡材料发生错位，提高组装精度。

根据第6方案，为了将树脂发泡材料支承于保险杠，树脂发泡材料具备嵌合在形成于保险杠的嵌合肋的嵌合槽。因此，能够省略螺栓等特殊固定部件而安装树脂发泡材料。

根据第7方案，首先，在冲压成型工序中，使包含沿车宽方向取向的连续纤维的纤维增强树脂制的具有日文字母“コ”字形剖面的保险杠主体部，与和保险杠主体部的开口部的外周连接的不连续纤维增强树脂制的凸缘成为一体；然后，在注塑成型工序中，使以成为一体的方式具有嵌合凸部的蜂窝结构部横跨保险杠主体部及凸缘；然后，在安装工序中，通过将树脂发泡材料的嵌合凹部嵌合于嵌合凸部，将该树脂发泡材料安装于保险杠。因此，不仅能够制造轻量且具有较高能量吸收性能的车辆保险杠，还能在即使废止了迄今配置于保险杠的车宽方向两端及车身框架之间的碰撞盒(crash can)的情况下，也能够确保发生轻微碰撞时的碰撞能量吸收性能。而且，使车辆保险杠的制造变得更加容易。

附图说明

图1为后保险杠的立体图。

图2为图1的方向2的向视图。

图3为图2的部分3的放大图。

图4为图3的方向4的向视图。

图5为图4的5－5线剖面图。

图6为图4的6－6线剖面图。

图7为树脂发泡材料的零件图(part drawing)。

图8为后保险杠的制造工序的说明图。

具体实施方式

以下，根据图1～图8来对本发明的实施方式进行说明。而且，本说明书中所谓的前后方向、车宽方向(左右方向)以及上下方向，均以就坐于驾驶席的乘员为标准定义。

如图1所示，在汽车的车身后部沿前后方向配置有具有矩形封闭剖面的左右一对后侧架11、11。在焊接于左右的后侧架11、11后端的端板12、12处，支承有沿车宽方向延伸的CFRP(碳纤维增强树脂)制的后保险杠13。后保险杠13具备：剖面为向前方打开的日文字母“コ”字形的保险杠主体部14，以及从保险杠主体部14的开口部的周边向外侧突出的凸缘15。

如图2及图3所示，后保险杠13具备：中央部分13a，其位于车宽方向中央并延伸为大致直线状；以及左右一对外侧部分13b、13b，其从中央部分13a的车宽方向两端向前方倾斜。后保险杠13整体弯曲成弓形。后保险杠13中，中央部分13a位于最靠近前后方向外侧(后方)的位置，外侧部分13b、13b位于比中央部分13a更靠近前后方向内侧(前方)的位置。

如图3及图4所示，在左右的外侧部分13b、13b的后面，安装有例如聚丙烯制的树脂发泡材料16、16，而且，CFRP制的蜂窝结构部17、17与左右的外侧部分13b、13b以与各个树脂发泡材料16、16的车宽方向外侧邻接的方式形成为一体。

如图8所示，保险杠主体部14的制造方法为：将预浸渍片22积层为多层，其中预浸渍片22是在将众多碳连续纤维朝一个方向平行牵拉而成的材料上浸渍热可塑性树脂而形成；利用金属模具23的凸模24和凹模25对积层的多层进行加热加压来冲压成型为规定的形状后进行冷却。此时，多层预浸渍片22被配置为：使碳连续纤维的取向方向互为交叉。但至少1层预浸渍片22被配置为：碳连续纤维的取向方向与后保险杠13的长度方向(车宽方向)一致。

此外，凸缘15的成型方法为：将预浸渍片26与保险杠主体部14的预浸渍片22一起配套安装于金属模具23内来进行加热及加圧后进行冷却，据此与保险杠主体部14同时冲压成型，其中预浸渍片26在随机取向的碳不连续纤维上浸渍热可塑性树脂而形成。此时，凸缘15不仅从保险杠主体部14的外缘向外侧突出，还以与保险杠主体部14的前表面重叠的方式进行积层而形成为一体。此外，在后保险杠13的左右的外侧部分13b、13b的凸缘15处分别埋设有3个金属垫圈18(参照图4及图5)。

使保险杠主体部14及凸缘15成型的金属模具23具备用于使蜂窝结构部17成型的模腔27，在使保险杠主体部14及凸缘15成型后，通过向金属模具23的模腔27注入包含碳不连续纤维的热可塑性树脂来注塑成型蜂窝结构部17。

如图4～图6所示，蜂窝结构部17的结构为：沿上下方向延伸的2条纵肋17a、17b与沿车宽方向延伸的5条横肋17c～17g交叉而成网格状，沿车宽方向延伸的5条横肋17c～17g以从保险杠主体部14的后表面连接凸缘15的后表面的方式延伸。沿车宽方向延伸的上下2条横肋17c、17g弯曲为波形，而其他的纵肋17a、17b及横肋17d～17f为直线形。在沿车宽方向延伸的3条横肋17d～17f处，形成有沿上下方向排列成一列的突起17h(参照图4(B))。

在沿车宽方向延伸的5条横肋17c～17g中，在中央的1条横肋17e的车宽方向内端，连接有用于支承树脂发泡材料16的呈圆筒形的嵌合凸部17i。该嵌合凸部17i与蜂窝结构部17成型为一体。

如图4～图7所示，树脂发泡材料16中，在抵接于后保险杠13的外侧部分13b的后表面的大致平坦的安装面16a处，形成有圆形的嵌合凹部16b以及3条嵌合槽16c～16e。在嵌合凹部16b的内表面，突出配置有间隔60°配置的沿前后方向延伸的6条压缘16f。此外，树脂发泡材料16的上缘16g及下缘16h以抵接于蜂窝结构部17上侧的横肋17c及下侧的横肋17g的方式弯曲。

在树脂发泡材料16的后端，设置有沿着保险杠外板21(参照图5)的内壁面的形状的保险杠外板支承部16i。此外，在树脂发泡材料16的前端，设置有向车宽方向内侧膨出的防倒部16j，通过该防倒部16j，树脂发泡材料16的车宽方向的宽度，扩大至安装面16a的附近(参照图3)。树脂发泡材料16的保险杠外板支承部16i，比后保险杠13的中央部分13a的后端更向后方突出(参照图2)。

后保险杠13的左右外端部13b、13b，通过使贯穿了埋设于其凸缘15的3个金属垫圈18的螺栓19啮合于设置在端板12的前表面的3个焊接螺母20，固定于后侧架11的后端。接着，对具备上述结构的本发明的实施方式进行说明。

在通过金属模具23成型了以成为一体的方式具备蜂窝结构部17的后保险杠13后，将树脂发泡材料16的嵌合凹部16b压入与蜂窝结构部17形成为一体的圆筒状的嵌合凸部17i，据此将树脂发泡材料16安装于后保险杠13。此时，通过嵌合凸部17i按压突出设置于嵌合凹部16b的内周面的6条压缘16f并使其垮塌，即可省略螺栓等特殊固定部件而安装树脂发泡材料16，而且，由于将嵌合凹部16b压入嵌合凸部17i时的压入载荷降低，安装作业变得更加容易。

此外，树脂发泡材料16具备嵌合于蜂窝结构部17的3条横肋17d～17f的3条嵌合槽16c～16e，而且3条横肋17d～17f具备压入3条嵌合槽16c～16e的突起17h，因此，能够更加切实地将树脂发泡材料16固定于蜂窝结构部17。

此外，在将树脂发泡材料16安装于蜂窝结构部17的状态下，树脂发泡材料16的上缘16g及下缘16h分别抵接于蜂窝结构部17上侧的横肋17c及下侧的横肋17g，因此，不仅使嵌合凸部17i及嵌合凹部16b的定位嵌合作业变得更加容易，还能防止树脂发泡材料16的错位，从而提高组装精度。

而且，当车辆被其他车辆高速追尾而在后保险杠13的中央部分13a施加了高速全平面碰撞的碰撞载荷时，由于后保险杠13的保险杠主体部14由包含沿车宽方向取向的连续纤维的连续纤维增强树脂构成因而具有较高的強度，通过该后保险杠13的垮塌来吸收碰撞能量，能够抑制支承后保险杠13的后侧架11、11的变形。当后保险杠13与支柱或树木发生高速柱状碰撞时，同样可通过后保险杠13的垮塌来吸收碰撞能量，能够抑制后侧架11、11的变形。

此外，设置于后保险杠13的左右外侧部分13b、13b的树脂发泡材料16、16中，最向后方突出的保险杠外板支承部16i、16i，比后保险杠13的中央部分13a的后表面(图2的平面壁障面B)更向后方突出，因此，在车辆被其他车辆低速追尾而被施加了低速全平面碰撞的碰撞载荷时，该碰撞载荷首先压塌左右的树脂发泡材料16、16，然后传递至后保险杠13的中央部分13a，碰撞载荷分散至后保险杠13的中央部分13a及左右的外侧部分13b、13b。

仅凭低速全平面碰撞无法压塌強度较高的后保险杠13，因此，当只有该中央部分13a被施加了碰撞载荷时，有较大的弯曲力矩作用于连接在后保险杠13的后侧架11、11的后端，可能导致后侧架11、11发生变形。但是，根据本实施方式，由于碰撞载荷分散至后保险杠13的车宽方向整个区域，因此能够防止较大的弯曲力矩作用于后侧架11、11的后端，从而避免其发生变形。

如图3所示，当有来自后方的碰撞载荷F1施加至树脂发泡材料16时，由于树脂发泡材料16中最向后方突出的载荷施加点(保险杠外板支承部16i)从树脂发泡材料16的中心线向车宽方向内侧偏移了距离δ，当碰撞载荷F1产生的力矩M发生作用，树脂发泡材料16向车宽方向内侧倒伏，可能会妨碍树脂发泡材料16的压塌而降低碰撞能量的吸收性能。但是，根据本实施方式，由于树脂发泡材料16具有向车宽方向内侧延伸并连接于后保险杠13的外侧部分13b的后表面的防倒部16j，因此能够通过防倒部16j防止树脂发泡材料16因碰撞载荷F1而向车宽方向内侧倒伏，能够促进树脂发泡材料16的压塌而提高碰撞能量的吸收效果。

进而，当有斜碰撞的碰撞载荷F2施加于后保险杠13的外侧部分13b时，能够通过设置于外侧部分13b的蜂窝结构部17的压塌而吸收碰撞能量。而且，由于用于安装树脂发泡材料16的嵌合凸部17i及蜂窝结构部17形成为一体(参照图4(B))，能够简化其制造工程。

此外，在制造后保险杠13时，首先，使包含沿车宽方向取向的连续纤维的纤维增强树脂制的具有日文字母“コ”字形剖面的保险杠主体部14，与连接于保险杠主体部14的开口部的外周的不连续纤维增强树脂制的凸缘15一体冲压成型；接着，使以成为一体的方式具有嵌合凸部17i的蜂窝结构部17跨保险杠主体部14及凸缘15而注塑成型；然后，通过将树脂发泡材料16的嵌合凹部16b嵌合于蜂窝结构部17的嵌合凸部17i来将树脂发泡材料16安装于保险杠13。因此，不仅能够制造轻量且具有较高能量吸收性能的车辆保险杠13，在即使废止了以往配置于保险杠的车宽方向两端及车身框架之间的碰撞盒的情况下，也能确保发生轻微碰撞时的碰撞能量吸收性能。而且，车辆保险杠13的制造能够更加容易。

以上对本发明的实施方式进行了说明。本发明可在不脱离其主旨的范围内进行各种设计变更。

例如，实施方式中对沿车宽方向配置于车身后端部的后保险杠13进行了说明，但本发明也可适用于沿车宽方向配置于车身前端部的前保险杠。

附图标记说明

13 后保险杠(保险杠)

13a中央部分

13b外侧部分

14 保险杠主体部

15 凸缘

16 树脂发泡材料

16b嵌合凹部

16c嵌合槽

16d嵌合槽

16e嵌合槽

16f压缘

16j防倒部

17 蜂窝结构部

17c横肋(定位部)

17d横肋(嵌合肋)

17e横肋(嵌合肋)

17f横肋(嵌合肋)

17g横肋(定位部)

17i嵌合凸部