JP2011178300A - Seatback frame structure for vehicle, and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は炭素繊維強化樹脂を用いた車両用シートバックのフレーム構造およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a frame structure of a vehicle seat back using a carbon fiber reinforced resin and a manufacturing method thereof.
自動車用リアシートバックフレームの構造としては、金属製のパイプ材を外周部に配し、このパイプ材によって囲まれた領域内に鋼鈑などの金属製板材を配置したものが一般的であるが、車両重量の軽減に関する要望から、シートバックフレームについても軽量化が求められており、シートバックフレームを樹脂で製作することが考えられている。例えば、特許文献１には、ブロー成形による中空シートバックフレームの一体成形技術が開示されている。 As a structure of a rear seat back frame for automobiles, a metal pipe material is arranged on the outer periphery, and a metal plate material such as a steel plate is arranged in an area surrounded by the pipe material, Due to the demand for reducing the vehicle weight, the seat back frame is also required to be lighter, and it is considered that the seat back frame is made of resin. For example, Patent Document 1 discloses a technique for integrally forming a hollow seat back frame by blow molding.
ところで、近年においては自動車の衝突安全性を向上すべく種々の対策が実施されており、リアシートにおいてもECE-R17-07に定められた荷室隔壁強度試験において、重さ１８ｋｇの規格荷物が衝突時の慣性力でシート背面に当たった際に、ヘッドレスト部分がＲポイント（着席基準点）より１５０ｍｍ以上、シートバック部分がＲポイントより１００ｍｍ以上、前方へ移動しないことが義務付けられている。また、これまで２点式が主流だったリアシート中央座席のシートベルトが、乗員安全性向上のため３点式へと移行しつつあり、リアシートバックフレームには中央座席シートベルトのアンカレッジ荷重に対しても十分な強度を保持することが求められている。 By the way, in recent years, various measures have been implemented to improve the collision safety of automobiles, and the standard load of 18 kg in weight has collided with the rear seat in the cargo compartment bulkhead strength test defined in ECE-R17-07. When hitting the back of the seat with the inertial force of the time, the headrest portion is required to be 150 mm or more from the R point (seating reference point), and the seat back portion is not moved forward by 100 mm or more from the R point. In addition, the seat belt of the rear seat center seat, which has been the mainstream so far, has been shifting to a three-point system to improve occupant safety, and the rear seat back frame has a resistance against the anchorage load of the center seat seat belt. However, it is required to maintain sufficient strength.
したがって、樹脂フレームについても強度・剛性を高めるための方策が数多く提案されており、例えば、特許文献２や特許文献３には、ブロー成形による中空樹脂成形体の内部全体もしくは外枠部に発泡樹脂成型体を充填する技術が開示されている。特許文献４や特許文献５には、金属フレーム体と中空樹脂成型体を組み合わせる技術が開示されている。特許文献６には、中空樹脂成型体もしくは２枚のパネルを貼りあわせた構造において、表裏のパネル材の一部を接合して一体型補強構造を形成する技術が開示されている。 Accordingly, many measures for increasing the strength and rigidity of the resin frame have been proposed. For example, in Patent Document 2 and Patent Document 3, foamed resin is applied to the entire inside of the hollow resin molded body by blow molding or the outer frame portion. A technique for filling a molded body is disclosed. Patent Documents 4 and 5 disclose a technique for combining a metal frame body and a hollow resin molded body. Patent Document 6 discloses a technique for forming an integral reinforcing structure by joining a part of front and back panel materials in a structure in which a hollow resin molded body or two panels are bonded together.
また、より一層の軽量化を実現するため、強度・剛性に優れた繊維強化樹脂を用いたシートバックフレームが考案されている。特許文献７には熱可塑性マトリクスと補強ファイバーを備えた複合材料によるシートバックフレームの一体成形技術が開示されている。特許文献８には繊維強化樹脂製シートに過大な入力があった際に、非露出部分で破壊させるための脆弱部が設けられたシートバックフレーム構造が開示されている。 In order to achieve further weight reduction, a seat back frame using a fiber reinforced resin having excellent strength and rigidity has been devised. Patent Document 7 discloses a technique for integrally forming a seat back frame using a composite material including a thermoplastic matrix and reinforcing fibers. Patent Document 8 discloses a seat back frame structure provided with a fragile portion to be broken at an unexposed portion when an excessive input is applied to a fiber reinforced resin sheet.
ブロー成形などによる中空樹脂成形体を用いたシートでは、樹脂の剛性・強度が高くないことから、樹脂スキンの厚みを大きく取らざるを得ず、軽量化に限界がある。中空樹脂成型体内部に発泡樹脂成型体を充填することにより、樹脂スキンの厚みを減らすことが可能であるが、リアシートに要求される厳しい要件を満たすためには、圧縮強度の高い発泡樹脂成型体を充填する必要があり、一般的に圧縮強度の高い発泡樹脂成型体は比重が高いため、軽量化に限界がある。中空樹脂成型体と金属フレーム体と組み合わせた場合には、シートの信頼性は高まるものの、大部分の荷重を金属フレーム体が受け持つ構造となるため、軽量化に限界がある。 In a sheet using a hollow resin molded body by blow molding or the like, since the rigidity and strength of the resin are not high, the thickness of the resin skin must be increased, and there is a limit to weight reduction. It is possible to reduce the thickness of the resin skin by filling the hollow resin molded body with the foamed resin molded body, but in order to meet the strict requirements required for the rear sheet, the foamed resin molded body with high compressive strength In general, a foamed resin molded body having a high compressive strength has a high specific gravity, so that there is a limit to weight reduction. When the hollow resin molded body and the metal frame body are combined, although the reliability of the sheet is increased, there is a limit to the weight reduction because the metal frame body takes a large part of the load.
一方、繊維強化樹脂をシートバックフレームに用いる場合には注意が必要である。破断時の伸びが非常に小さい繊維強化樹脂（特に炭素繊維強化樹脂）を用いるにあたっては、中空樹脂成型体の材料を単に繊維強化樹脂に置き換えるだけでは、衝突時に割れや破断を生じてしまい、乗客の安全性を確保することが困難である。特許文献６や特許文献７に開示されているような剛直な構造体に繊維強化樹脂を適用するためには、少ない移動量でエネルギー吸収する際に発生する大きな荷重に耐え得るだけ構造体の厚みを増やすか、破断時の伸びが比較的大きいガラス繊維やアラミド繊維など伸度の高い繊維を補強用ファイバーとして用いるか、もしくは大型の金属製取り付けアダプターを併用して、当該アダプターを塑性変形させることでエネルギーを吸収するなどの対策が必要となるが、いずれの場合においてシートバックフレームの重量は増える傾向にある。 On the other hand, care must be taken when fiber reinforced resin is used for the seat back frame. When using fiber reinforced resin (especially carbon fiber reinforced resin) with very low elongation at break, simply replacing the material of the hollow resin molding with fiber reinforced resin will cause cracks and breaks at the time of collision. It is difficult to ensure safety. In order to apply a fiber reinforced resin to a rigid structure as disclosed in Patent Document 6 or Patent Document 7, the thickness of the structure can withstand a large load generated when absorbing energy with a small amount of movement. Or use high-strength fibers such as glass fiber or aramid fiber, which have a relatively large elongation at break, as reinforcing fibers, or use a large metal mounting adapter together to plastically deform the adapter. However, in any case, the weight of the seat back frame tends to increase.
本発明は、シートバックフレームの大幅な軽量化を図るにあたって、車両衝突時の荷物の移動によるエネルギーを受けても割れや破断を生じることがない、エネルギー吸収性の高いシートバックフレームを提供することを目的とする。 The present invention provides a seatback frame having high energy absorption that does not cause cracking or breaking even when receiving energy from the movement of a load at the time of a vehicle collision when attempting to significantly reduce the weight of the seatback frame. With the goal.
すなわち本発明は、繊維強化樹脂をシートバックフレームに適用して大幅な軽量化を図るにあたって、車両衝突時の荷物の移動によるエネルギーを受けても割れや破断を生じることがない、エネルギー吸収性の高いシートバックフレームを提供することを目的とする。 That is, in the present invention, when applying a fiber reinforced resin to a seat back frame to achieve a significant weight reduction, even if it receives energy from the movement of a load at the time of a vehicle collision, it does not cause breakage or breakage. The object is to provide a high seat back frame.
本発明はパネル体とその外周部に配置されたフレーム体を有するシートバックフレーム構造であって、フレーム体は、マトリックスが樹脂であり、強化繊維として一方向に引き揃えられた炭素繊維束を含む複合材料であって、複合材料中で、炭素繊維束は実質的に二軸配向しており、二軸の織り成す角度が６０〜１２０度であることを特徴とする車両用シートバックフレーム構造、およびその製造方法である。 The present invention relates to a seat back frame structure having a panel body and a frame body disposed on the outer periphery thereof, and the frame body includes a carbon fiber bundle in which a matrix is a resin and aligned in one direction as reinforcing fibers. A vehicle seat back frame structure, wherein the carbon fiber bundle is substantially biaxially oriented in the composite material, and the biaxial weaving angle is 60 to 120 degrees, and It is the manufacturing method.
炭素繊維束を含む複合材料は、繊維束方向の比強度、比剛性に優れる反面、破断時の伸びが１〜２％と非常に小さい。また、繊維束と直角方向であっても、破断時の伸びは数％程度である。したがって、シートバックフレームのように車両衝突時に大きく変形してエネルギーを吸収する構造物に炭素繊維束を含む複合材料を適用する場合、割れや破断が極めて発生しやすい。そこで本発明者らは、複合材料中で、炭素繊維束は実質的に二軸配向しており、二軸の織り成す角度が６０〜１２０度である場合、二軸の中間に位置する軸方向に引っ張った際の破断ひずみが１０％以上あることに着目し、炭素繊維を強化繊維に用いて、車両前後方向への大きな変形量を有するシートバックフレーム構造を提供できることを見出し、本発明に到達した。 A composite material including a carbon fiber bundle is excellent in specific strength and specific rigidity in the fiber bundle direction, but has a very small elongation at break of 1 to 2%. Even in the direction perpendicular to the fiber bundle, the elongation at break is about several percent. Therefore, when a composite material including a carbon fiber bundle is applied to a structure that is largely deformed and absorbs energy at the time of a vehicle collision, such as a seat back frame, cracks and fractures are very likely to occur. Therefore, the inventors of the present invention, in the composite material, the carbon fiber bundle is substantially biaxially oriented, and when the biaxial weaving angle is 60 to 120 degrees, the carbon fiber bundle is in the axial direction located in the middle of the biaxial. Focusing on the fact that the breaking strain when pulled is 10% or more, the present inventors have found that a carbon fiber can be used as a reinforcing fiber to provide a seat back frame structure having a large amount of deformation in the vehicle front-rear direction. .
すなわち本発明はパネル体とその外周部に配置されたフレーム体を有するシートバックフレーム構造であって、フレーム体は、マトリックスが樹脂であり、強化繊維として一方向に引き揃えられた炭素繊維束を含む複合材料であって、複合材料中で、炭素繊維束は実質的に二軸配向しており、二軸の織り成す角度が６０〜１２０度であることを特徴とする車両用シートバックフレーム構造である。本発明により軽量かつ高強度でありながら伸度が低い炭素繊維を強化繊維に用いて、車両前後方向への変形量が大きいシートバックフレーム構造とすることが可能となる。 That is, the present invention is a seat back frame structure having a panel body and a frame body arranged on the outer peripheral portion thereof, and the frame body is made of a carbon fiber bundle in which a matrix is a resin and aligned in one direction as a reinforcing fiber. In the composite material, the carbon fiber bundle is substantially biaxially oriented, and the biaxial weaving angle is 60 to 120 degrees. is there. According to the present invention, it is possible to obtain a seat back frame structure having a large amount of deformation in the vehicle front-rear direction by using carbon fibers that are lightweight and have high strength but low elongation as reinforcing fibers.
更に本発明は、フレーム体を開断面形状とすることで変形性を増大できる車両用シートバックフレーム構造を含む。
更に本発明は、フレーム体のマトリックスを熱可塑性樹脂とし、変形性を増大できる車両用シートバックフレーム構造を含む。フレーム体のマトリックスを熱可塑性樹脂とすることで、二軸の中間に位置する軸方向に引っ張った際の破断ひずみを２０％前後まで増加させることが可能となる。なお、二軸の車両方向との関係は、シートバックフレームと車体との接合方法によるため任意であるが、いずれの場合においても、二軸の織り成す角度が６０〜１２０度であることが重要である。
Furthermore, the present invention includes a vehicle seat back frame structure which can increase the deformability by making the frame body into an open cross-sectional shape.
Furthermore, the present invention includes a vehicle seat back frame structure in which the matrix of the frame body is made of a thermoplastic resin and the deformability can be increased. By using a thermoplastic resin as the matrix of the frame body, it becomes possible to increase the breaking strain when pulled in the axial direction located in the middle of the two axes to about 20%. The relationship between the biaxial vehicle direction is arbitrary because it depends on the method of joining the seat back frame and the vehicle body. In any case, it is important that the biaxial weave angle is 60 to 120 degrees. is there.
本発明によれば、シートバックフレームを大幅に軽量化でき、また車両衝突時の荷物の移動による荷重を受けた際に、割れや破断を生じることなくシートの変形が可能なため、効率的なエネルギー吸収が可能である。 According to the present invention, the seat back frame can be significantly reduced in weight, and when receiving a load due to the movement of the load at the time of a vehicle collision, the seat can be deformed without causing breakage or breakage. Energy absorption is possible.
以下に、本発明の実施の形態について順次説明するが、本発明はこれらに制限されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in order, but the present invention is not limited thereto.
[シートバックフレーム構造]
本発明はパネル体とその外周部に配置されたフレーム体を有する車両用シートバックフレーム構造である。フレーム体はパネル体の外周部に配置されていることが好ましく、フレーム構造の形状は車両のデザインによるが、例えば略方形、台形、逆台形などがあげられる。パネル体の外縁とフレーム体の外縁とは同一、もしくはパネル体の外縁がフレーム体の外縁より外側に位置しても良い。
またフレーム体はパネル体の外周部のみならず、パネル体の中間部にも設けても良い。
フレーム体をパネル体の外周部に配置した場合のシートバックフレーム構造の一例を図１と図２に示す。図１はパネル体（記号１）の外縁とフレーム体（記号２）の外縁とが同一のものであり、図２はパネル体（記号１）の外縁がフレーム体（記号２）の外縁より外側に位置しているものである。図３は図１のＡ−Ａ線における断面を示す。
[Seatback frame structure]
The present invention is a vehicle seat back frame structure having a panel body and a frame body arranged on the outer periphery thereof. The frame body is preferably arranged on the outer peripheral portion of the panel body, and the shape of the frame structure depends on the design of the vehicle, and examples thereof include a substantially square shape, a trapezoidal shape, and an inverted trapezoidal shape. The outer edge of the panel body and the outer edge of the frame body may be the same, or the outer edge of the panel body may be located outside the outer edge of the frame body.
Further, the frame body may be provided not only at the outer peripheral portion of the panel body but also at the intermediate portion of the panel body.
An example of the seat back frame structure when the frame body is disposed on the outer peripheral portion of the panel body is shown in FIGS. 1 shows that the outer edge of the panel body (symbol 1) and the outer edge of the frame body (symbol 2) are the same, and FIG. 2 shows that the outer edge of the panel body (symbol 1) is outside the outer edge of the frame body (symbol 2). Is located. FIG. 3 shows a cross section taken along line AA of FIG.
[フレーム体]
フレーム体は、マトリックスが樹脂であり、強化繊維として一方向に引き揃えられた炭素繊維束を含む複合材料である。フレーム体の形状はシートバックフレーム構造に応じたものになり、例えば略方形、台形、逆台形などが挙げられる。角部の形状は曲率を有していても、直線を基調としたものでも良い。角部の形状の一例を図４〜図６に示す。図４は角部が曲率を有する形状であり、図５と図６は角部が直線を基調とする形状の一例である。フレーム体は、シートベルトユニット取り付け用の部位を有していても良く、シートベルトを乗員の肩口から引き出すためのアーチ機構を有していても良い。アーチ機構はフレーム体に取り付けることも可能であるが、ベルトユニットに取り付けたり、ベルトユニットと一体化したりすることも可能である。
[Frame body]
The frame body is a composite material including a carbon fiber bundle in which a matrix is a resin and the fibers are aligned in one direction as reinforcing fibers. The shape of the frame body depends on the seat back frame structure, and examples thereof include a substantially square shape, a trapezoid shape, and an inverted trapezoid shape. The shape of the corner may have a curvature or may be based on a straight line. An example of the shape of the corner is shown in FIGS. FIG. 4 shows a shape in which the corner has a curvature, and FIGS. 5 and 6 show examples of shapes in which the corner is based on a straight line. The frame body may have a portion for attaching a seat belt unit, and may have an arch mechanism for pulling out the seat belt from the shoulder of the occupant. The arch mechanism can be attached to the frame body, but can also be attached to the belt unit or integrated with the belt unit.
フレーム体は、シートバックフレームを回転自在に取り付けるためのヒンジ機構を有していても良い。また、フレーム体はシートバックフレームをほぼ直立した状態に保つための保持機構を有しても良い。ヒンジ機構と保持機構は一般的には金属で製造されるが、樹脂や複合材料で製造することも可能である。上記の図１と図２において、シートベルトユニット取り付け用の部位を記号３、ヒンジ機構を記号４、保持機構を記号５で示すが、本発明のシートバックフレーム構造ははこれに限られるものではない。 The frame body may have a hinge mechanism for rotatably mounting the seat back frame. The frame body may have a holding mechanism for keeping the seat back frame substantially upright. The hinge mechanism and the holding mechanism are generally made of metal, but can be made of resin or composite material. 1 and 2, the seat belt unit mounting portion is indicated by symbol 3, the hinge mechanism is indicated by symbol 4, and the holding mechanism is indicated by symbol 5, but the seat back frame structure of the present invention is not limited to this. Absent.
[フレーム体の複合材料]
フレーム体はマトリックスが樹脂であり、強化繊維として一方向に引き揃えられた炭素繊維束を含む複合材料であるが、複合材料の部分と樹脂のみの部分との積層体やサンドイッチ構造にすることもできる。サンドイッチ構造の場合は、コア部材が複合材料であって表皮部材が樹脂であっても良く、逆にコア部材が樹脂のみの部分であって、表皮部材が複合材料であっても良い。
[Frame composite material]
The frame body is a composite material whose matrix is a resin and includes carbon fiber bundles aligned in one direction as reinforcing fibers, but it can also be a laminate or sandwich structure of a composite material part and a resin-only part. it can. In the case of a sandwich structure, the core member may be a composite material and the skin member may be a resin. Conversely, the core member may be a resin-only portion and the skin member may be a composite material.
[マトリックス]
マトリックスは樹脂であるが、成形性、生産性、加工性に優れる点から熱可塑性樹脂が好ましい。またフレーム体のマトリックスを熱可塑性樹脂とすることで、二軸の中間に位置する軸方向に引っ張った際の破断ひずみを２０％前後まで増加させることが可能となる。熱可塑性樹脂としては、例えば塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン樹脂（ＡＳ樹脂）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド６樹脂、ポリアミド１１樹脂、ポリアミド１２樹脂、ポリアミド４６樹脂、ポリアミド６６樹脂、ポリアミド６１０樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ボリブチレンテレフタレート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂などが挙げられる。この中でも、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド６樹脂、ポリアミド６６樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ボリブチレンテレフタレート樹脂、ポリアリレート樹脂はより好ましく、特に好ましいのは、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド６樹脂、ポリアミド６６樹脂が挙げられる。
[matrix]
The matrix is a resin, but a thermoplastic resin is preferable from the viewpoint of excellent moldability, productivity, and processability. In addition, by using a thermoplastic resin as the matrix of the frame body, it is possible to increase the breaking strain when pulled in the axial direction located between the two axes to about 20%. Examples of the thermoplastic resin include vinyl chloride resin, vinylidene chloride resin, vinyl acetate resin, polyvinyl alcohol resin, polystyrene resin, acrylonitrile-styrene resin (AS resin), acrylonitrile-butadiene-styrene resin (ABS resin), acrylic resin, and methacrylic resin. Resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polyamide 6 resin, polyamide 11 resin, polyamide 12 resin, polyamide 46 resin, polyamide 66 resin, polyamide 610 resin, polyacetal resin, polycarbonate resin, polyethylene terephthalate resin, polyethylene naphthalate resin, boribylene terephthalate Resin, polyarylate resin, polyphenylene ether resin, polyphenylene sulfide resin, polysulfone resin, polyethersulfone Fat, such as polyether ether ketone resins. Among these, vinyl chloride resin, polystyrene resin, ABS resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polyamide 6 resin, polyamide 66 resin, polyacetal resin, polycarbonate resin, polyethylene terephthalate resin, polyethylene naphthalate resin, boribylene terephthalate resin, polyarylate resin Are more preferable, and particularly preferable are polypropylene resin, polyamide 6 resin, and polyamide 66 resin.
[炭素繊維]
複合材料における強化繊維としては一方向に引き揃えられた炭素繊維束であり、複合材料中で、実質的に二軸配向しており、二軸の織り成す角度が６０〜１２０度である。より好ましくは８０〜１００度である。 二軸配向の基準方向はフレームの縦横方向とは関係なく、任意の方向に設定することができる。また、フレーム体の全体にわたって一様である必要はなく、部位によって変化させることも可能である。二軸配向の基準方向は例えばフレームの長軸に対してほぼ平行および垂直な方向であっても、フレームの長軸に対して斜め方向（±４５度）に配置されていても良い。
[Carbon fiber]
The reinforcing fibers in the composite material are carbon fiber bundles that are aligned in one direction, are substantially biaxially oriented in the composite material, and the biaxial weaving angle is 60 to 120 degrees. More preferably, it is 80 to 100 degrees. The biaxial orientation reference direction can be set in any direction regardless of the vertical and horizontal directions of the frame. Moreover, it does not need to be uniform over the whole frame body, and it is also possible to change it depending on the part. The biaxial orientation reference direction may be, for example, a direction substantially parallel and perpendicular to the long axis of the frame, or may be arranged in an oblique direction (± 45 degrees) with respect to the long axis of the frame.
炭素繊維束の二軸配向の具体例（特に角部）を図７〜図１０に示す。図７は二軸をフレーム体の縦方向と横方向に一致させた例である。図８は１軸をフレーム体の中心軸に一致させ、それと垂直方向にもう一軸を一致させた例である。図９は二軸をフレーム体の縦方向から±４５度に配置させた例である。図１０はフレーム体の直線部分と角部で配向を変化させた例である。 Specific examples (particularly corner portions) of the biaxial orientation of the carbon fiber bundle are shown in FIGS. FIG. 7 shows an example in which the two axes are aligned with the vertical direction and the horizontal direction of the frame body. FIG. 8 shows an example in which one axis coincides with the central axis of the frame body and another axis coincides with the center axis of the frame body. FIG. 9 shows an example in which the two axes are arranged at ± 45 degrees from the longitudinal direction of the frame body. FIG. 10 shows an example in which the orientation is changed between the straight portion and the corner portion of the frame body.
二軸の織り成す角度はフレームの各部分で異なっていて良く、上述のとおり例えば角部と直線部分で配向を適宜変化させることができる。また本発明の目的を損なわない範囲であれば、フレームの一部については二軸の織り成す角度が６０〜１２０度の範囲から外れている部分を有していても良い。すなわちフレームの全面積の８０〜１００％について二軸の織り成す角度が６０〜１２０度を満たしていることが好ましく、さらには全面積の９０〜１００％について炭素繊維束の二軸の織り成す角度が６０〜１２０度を満たしていることが好ましい。 The biaxial weaving angle may be different in each part of the frame, and as described above, for example, the orientation can be appropriately changed between the corner part and the straight part. Further, as long as the object of the present invention is not impaired, a part of the frame may have a portion where the biaxial weaving angle is out of the range of 60 to 120 degrees. That is, the biaxial weaving angle is preferably 60 to 120 degrees for 80 to 100% of the total area of the frame, and the biaxial weaving angle of the carbon fiber bundle is 60 for 90 to 100% of the total area. It is preferable to satisfy ˜120 degrees.
炭素繊維が実質的に二軸配向して、二軸が織り成す角度が６０〜１２０度であることによって、フレーム体の面内せん断変形モードを発生しやすくすることが出来る。その結果、割れや破断を生じることなくフレーム体の変形性を高めることができるため。効率的なエネルギー吸収が可能となる。
炭素繊維を実質的に一軸配向させた場合、繊維と直角方向の強度が大幅に低下するため、せん断変形モードを有効に利用する前に、フレーム体が破断してしまう。また、炭素繊維を擬似等方に近い状態で多軸配向させた場合は、せん断変形モードにおける破断ひずみが小さくなってしまうため、有効にエネルギー吸収を行なうことが出来ない。
When the carbon fibers are substantially biaxially oriented and the angle of the biaxial weaving is 60 to 120 degrees, an in-plane shear deformation mode of the frame body can be easily generated. As a result, the deformability of the frame body can be improved without causing cracks or breakage. Efficient energy absorption is possible.
When the carbon fibers are substantially uniaxially oriented, the strength in the direction perpendicular to the fibers is greatly reduced, so that the frame body is broken before the shear deformation mode is effectively used. In addition, when the carbon fibers are multiaxially oriented in a state close to quasi-isotropic, the breaking strain in the shear deformation mode becomes small, so that energy cannot be absorbed effectively.
[開断面形状]
フレーム形状としては開断面形状もしくは閉断面形状が挙げられる。ここで開断面形状とは断面が開いた形状のものであり、閉断面形状とは断面が閉じた形状のものである。変形性を高める目的より、開断面形状が好ましい。開断面形状としては、ハット形状、Ｕ字形状、Ｖ字形状などが挙げられ、パネル体との接合部を有した構造とすることが好ましい。開断面形状の具体例を図１１〜図１４に示すが、本発明のシートバックフレーム構造ははこれに限られるものではない。図１１はハット形状の例であり、図１２はハット形状に任意の角度を持たせた形状の例であり、図１３はＵ字形状の例であり、図１４はＶ字形状の例である。フレーム体の厚み（図１１〜図１４の記号７）は特に限定はないが、６ｍｍ以下とすることが好ましく、より好ましくは４ｍｍ以下である。厚みの下限は実質１ｍｍである。開断面の高さ（図１１〜図１４の記号８）は特に限定はないが、好ましくは１０ｍｍ以上、１００ｍｍ以下、より好ましくは４０ｍｍ以上、６０ｍｍ以下である。開断面の幅（図１１〜図１４の記号９）は１０ｍｍ以上、１００ｍｍ以下、より好ましくは２０ｍｍ以上、４０ｍｍ以下である。接合部の幅（図１１〜図１４の記号１０）は接合が可能であれば良いが、具体的には５ｍｍ以上、５０ｍｍ以下、より好ましくは１０ｍｍ以上、３０ｍｍ以下である。これらはフレーム体において一様であっても、フレームの部位によって適宜選択しても良い。このような形状とすることにより、フレーム体の変形性を高めることができるため、効率的なエネルギー吸収が可能となる。
また開断面形状について、例えば型を用いたプレス成形を行う観点から本発明の目的を損なわない範囲で抜き勾配を任意に加えることもできる。
[Open sectional shape]
Examples of the frame shape include an open cross-sectional shape and a closed cross-sectional shape. Here, the open cross-sectional shape is a shape having an open cross section, and the closed cross-sectional shape is a shape having a closed cross section. An open cross-sectional shape is preferable for the purpose of improving the deformability. Examples of the open cross-sectional shape include a hat shape, a U shape, a V shape, and the like, and a structure having a joint portion with the panel body is preferable. Although the specific example of an open cross-sectional shape is shown in FIGS. 11-14, the seat back frame structure of this invention is not restricted to this. 11 is an example of a hat shape, FIG. 12 is an example of a shape in which the hat shape is given an arbitrary angle, FIG. 13 is an example of a U shape, and FIG. 14 is an example of a V shape. . The thickness of the frame body (symbol 7 in FIGS. 11 to 14) is not particularly limited, but is preferably 6 mm or less, and more preferably 4 mm or less. The lower limit of the thickness is substantially 1 mm. The height of the open section (symbol 8 in FIGS. 11 to 14) is not particularly limited, but is preferably 10 mm or more and 100 mm or less, more preferably 40 mm or more and 60 mm or less. The width of the open section (symbol 9 in FIGS. 11 to 14) is 10 mm or more and 100 mm or less, more preferably 20 mm or more and 40 mm or less. Although the width | variety of a junction part (symbol 10 of FIGS. 11-14) should just be able to join, it is 5 mm or more and 50 mm or less specifically, More preferably, it is 10 mm or more and 30 mm or less. These may be uniform in the frame body or may be appropriately selected depending on the part of the frame. By adopting such a shape, the deformability of the frame body can be improved, so that efficient energy absorption is possible.
Further, with respect to the open cross-sectional shape, for example, a draft can be arbitrarily added as long as the object of the present invention is not impaired from the viewpoint of performing press molding using a mold.
[パネル体]
パネル体は本発明の目的からして軽量でエネルギー吸収に優れていれば良い。金属、樹脂から選択できる。金属の場合は高張力鋼鈑やアルミなどが好ましい。樹脂の場合は、成形性、生産性、加工性に優れる点から熱可塑性樹脂であることが好ましい。熱可塑性樹脂としては、例えば塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン樹脂（ＡＳ樹脂）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド６樹脂、ポリアミド１１樹脂、ポリアミド１２樹脂、ポリアミド４６樹脂、ポリアミド６６樹脂、ポリアミド６１０樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ボリブチレンテレフタレート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂などが挙げられる。この中でも、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド６樹脂、ポリアミド６６樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ボリブチレンテレフタレート樹脂、ポリアリレート樹脂はより好ましく、特に好ましいのは、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド６樹脂、ポリアミド６６樹脂、ポリカーボネート樹脂が挙げられる。
[Panel body]
The panel body may be lightweight and excellent in energy absorption for the purpose of the present invention. It can be selected from metals and resins. In the case of metal, high-strength steel or aluminum is preferable. In the case of a resin, a thermoplastic resin is preferable from the viewpoint of excellent moldability, productivity, and processability. Examples of the thermoplastic resin include vinyl chloride resin, vinylidene chloride resin, vinyl acetate resin, polyvinyl alcohol resin, polystyrene resin, acrylonitrile-styrene resin (AS resin), acrylonitrile-butadiene-styrene resin (ABS resin), acrylic resin, and methacrylic resin. Resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polyamide 6 resin, polyamide 11 resin, polyamide 12 resin, polyamide 46 resin, polyamide 66 resin, polyamide 610 resin, polyacetal resin, polycarbonate resin, polyethylene terephthalate resin, polyethylene naphthalate resin, boribylene terephthalate Resin, polyarylate resin, polyphenylene ether resin, polyphenylene sulfide resin, polysulfone resin, polyethersulfone Fat, such as polyether ether ketone resins. Among these, vinyl chloride resin, polystyrene resin, ABS resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polyamide 6 resin, polyamide 66 resin, polyacetal resin, polycarbonate resin, polyethylene terephthalate resin, polyethylene naphthalate resin, boribylene terephthalate resin, polyarylate resin Are more preferable, and particularly preferable are polypropylene resin, polyamide 6 resin, polyamide 66 resin, and polycarbonate resin.
さらに該パネル体は熱可塑製樹脂をマトリックスとし、強化繊維として有機長繊維を含む複合材料とすることが好ましい。
強化繊維として用いられる有機長繊維としては、例えばポリエーテルエーテルケトン繊維、ポリフェニレンサルファイド繊維、ポリエーテルスルホン繊維、アラミド繊維、ポリベンゾオキサゾール繊維、ポリアリレート繊維、ポリケトン繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリプロピレン繊維などが挙げられる。その中でも、融点が２００℃以上の有機長繊維が好ましい。
有機長繊維の形態としては、一方向に引き揃えられた繊維束、該繊維束の多方向積層体、織物、および編み物からなる群から選ばれる少なくとも一種が好ましい。ここで多方向とは二方向の他、複数の任意方向にランダムに配向しているものも含む。
Further, the panel body is preferably a composite material including a thermoplastic resin as a matrix and organic long fibers as reinforcing fibers.
Examples of the organic long fiber used as the reinforcing fiber include polyether ether ketone fiber, polyphenylene sulfide fiber, polyether sulfone fiber, aramid fiber, polybenzoxazole fiber, polyarylate fiber, polyketone fiber, polyester fiber, polyamide fiber, and polyvinyl alcohol. Examples thereof include fibers and polypropylene fibers. Among these, organic long fibers having a melting point of 200 ° C. or higher are preferable.
The form of the organic long fiber is preferably at least one selected from the group consisting of a fiber bundle aligned in one direction, a multi-directional laminate of the fiber bundle, a woven fabric, and a knitted fabric. Here, the multi-direction includes not only two directions but also those randomly oriented in a plurality of arbitrary directions.
該パネル体は略平板形状であり、一枚板であっても積層体であっても良い。積層体の場合は、同種部材の積層であっても、異種部材の積層体やサンドイッチ構造であっても良い。パネルの剛性を上げるために、パネル体内部に局所的に炭素繊維を配置することも好ましく実施可能であるが、この際はサンドイッチ構造とし、コア材料として炭素繊維を用いることが、さらに好ましい。厚みは特に限定はないが、本発明の目的からして１ｍｍ以上、１０ｍｍ以下、より好ましくは２ｍｍ以上、５ｍｍ以下である。また、必要に応じてリブを設けることも出来る。 The panel body has a substantially flat plate shape and may be a single plate or a laminate. In the case of a laminate, it may be a laminate of the same kind of members, or a laminate of different members or a sandwich structure. In order to increase the rigidity of the panel, it is also possible to dispose carbon fibers locally in the panel body. In this case, it is more preferable to use a sandwich structure and use carbon fibers as the core material. The thickness is not particularly limited, but for the purpose of the present invention, it is 1 mm or more and 10 mm or less, more preferably 2 mm or more and 5 mm or less. Moreover, a rib can also be provided as needed.
[その他]
フレーム体の内部、すなわち、フレーム体とパネル体で形成される空間（図３の記号６）には、ハニカム材、発泡樹脂、紙などを充填することも可能である。また、パネル体はフレーム体の片側だけでなく、両側に接合することも可能である。図１５にフレーム体の両側にパネル体を接合した場合の一例を示す。
[Other]
The inside of the frame body, that is, the space formed by the frame body and the panel body (symbol 6 in FIG. 3) can be filled with a honeycomb material, foamed resin, paper, or the like. Further, the panel body can be bonded not only to one side of the frame body but also to both sides. FIG. 15 shows an example when the panel body is joined to both sides of the frame body.
[フレーム体製造方法]
フレーム体の製造方法は特に限定されないが、一体成形、または別体成形した部材を接合しても良い。フレーム体を構成する炭素繊維束を含む複合材料の成形方法としては、真空成形、プレス成形、ＲＴＭ成形、オートクレーブ成形などの方法が挙げられる。別体成形したものを組み合わせる場合、図４で表されるような角部が曲率を有しているものにおいては、例えば図１６に示すように角部と直線部を分割して製造することができる。図５または図６に表されるような角部が直線を基調としたものにおいては、例えば図１７に示すように二本の直線的な部材に分割して製造することや、図１８に示すように３つの部材に分割して製造することが可能である、各部材は直接接合しても良く、または、図１９に示すように部材の１つをジョイント部として用い、一部分をラップさせて接合しても良い。接合方法としては、接着または溶着が好ましく挙げられる。マトリックスが熱可塑性樹脂である場合、振動溶着、熱板溶着、溶剤接着などの溶着がさらに好ましく用いられる。また、一部の部材をあらかじめ成形し、それをインサート部品として型内に挿入し、インサート成形によって型内で接合することも可能である。
[Frame body manufacturing method]
The method for manufacturing the frame body is not particularly limited, but a member formed integrally or separately may be joined. Examples of a method for forming a composite material including a carbon fiber bundle constituting the frame body include methods such as vacuum forming, press forming, RTM forming, and autoclave forming. When combining separately molded ones, in the case where the corners as shown in FIG. 4 have a curvature, for example, as shown in FIG. it can. In the case where the corner portion as shown in FIG. 5 or 6 is based on a straight line, for example, as shown in FIG. 17, it is divided into two linear members, or as shown in FIG. Each member may be directly joined, or one of the members may be used as a joint as shown in FIG. You may join. As a joining method, adhesion or welding is preferably mentioned. When the matrix is a thermoplastic resin, welding such as vibration welding, hot plate welding, and solvent adhesion is more preferably used. It is also possible to form some members in advance, insert them into the mold as insert parts, and join them in the mold by insert molding.
図１と図２の記号３に示すシートベルトユニット取り付け用の部位を有する場合には、一体成形、または別体成形した部材を接合することで製造が可能である。接合方法としては、接着または溶着が好ましく挙げられる。マトリックスが熱可塑性樹脂である場合、振動溶着、熱板溶着、溶剤接着などの溶着がさらに好ましく用いられる。また、シートベルトユニット取り付け用部位をあらかじめ成形し、それをインサート部品として型内に挿入し、インサート成形によって型内で接合することも可能である。
図１と図２の記号４に示すヒンジ機構や、図１と図２の記号５に示す保持機構を有する場合には、接着、溶着、機械的締結などによって接合することが可能である。また、あらかじめ製造した保持機構および／またはヒンジ機構をインサート部品として型内に挿入し、インサート成形によって型内で接合することも可能である。
When the seat belt unit mounting portion indicated by symbol 3 in FIGS. 1 and 2 is provided, it can be manufactured by joining integrally molded members or separately formed members. As a joining method, adhesion or welding is preferably mentioned. When the matrix is a thermoplastic resin, welding such as vibration welding, hot plate welding, and solvent adhesion is more preferably used. It is also possible to form a seat belt unit attachment part in advance, insert it into the mold as an insert part, and join the parts in the mold by insert molding.
When the hinge mechanism indicated by symbol 4 in FIGS. 1 and 2 and the holding mechanism indicated by symbol 5 in FIGS. 1 and 2 are provided, they can be joined by adhesion, welding, mechanical fastening, or the like. It is also possible to insert a pre-manufactured holding mechanism and / or hinge mechanism into the mold as an insert part and join them in the mold by insert molding.
[パネル体製造方法]
パネル体の製造方法は特に限定されないが、熱可塑性樹脂の場合は射出成形、真空成形、プレス成形などから製造することができる。複合材料の場合は、真空成形、プレス成形などから製造することができる。
[Panel body manufacturing method]
Although the manufacturing method of a panel body is not specifically limited, In the case of a thermoplastic resin, it can manufacture from injection molding, vacuum forming, press molding, etc. In the case of a composite material, it can be manufactured from vacuum forming, press forming or the like.
［シートバックフレーム構造の製造方法］
パネル体の外周部にフレーム体を接合することで、本発明のシートバックフレーム構造を製造することができる。接合方法としては、接着または溶着が好ましく挙げられる。マトリックスが熱可塑性樹脂である場合、振動溶着、熱板溶着、溶剤接着などの溶着がさらに好ましく用いられる。また、フレーム体もしくパネル体のいずれかをあらかじめ成形し、それをインサート部品として型内に挿入し、インサート成形によって型内で接合することも可能である。ボルト結合、リベット結合などの機械的締結を併用することも可能である。
[Method for manufacturing seat back frame structure]
The seat back frame structure of the present invention can be manufactured by joining the frame body to the outer periphery of the panel body. As a joining method, adhesion or welding is preferably mentioned. When the matrix is a thermoplastic resin, welding such as vibration welding, hot plate welding, and solvent adhesion is more preferably used. It is also possible to form either a frame body or a panel body in advance, insert it into the mold as an insert part, and join in the mold by insert molding. It is also possible to use mechanical fastening such as bolt connection and rivet connection in combination.
１ パネル体
２ フレーム体
３ シートベルトユニット取り付け用の部位
４ ヒンジ機構
５ 保持機構
６ フレーム体とパネル体で形成される空間
７ フレーム体の厚み
８ 開断面の高さ
９ 開断面の幅
１０ 開断面の接合部の幅
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Panel body 2 Frame body 3 Seat belt unit attachment part 4 Hinge mechanism 5 Holding mechanism 6 Space formed by frame body and panel body 7 Frame body thickness 8 Open section height 9 Open section width 10 Open section Joint width
Claims (8)
フレーム体は、マトリックスが樹脂であり、強化繊維として一方向に引き揃えられた炭素繊維束を含む複合材料であって、複合材料中で、炭素繊維束は実質的に二軸配向しており、二軸の織り成す角度が６０〜１２０度であることを特徴とする車両用シートバックフレーム構造。 A seat back frame structure having a panel body and a frame body arranged on the outer periphery thereof,
The frame body is a composite material including a carbon fiber bundle in which a matrix is a resin and aligned in one direction as reinforcing fibers, and the carbon fiber bundle is substantially biaxially oriented in the composite material. A vehicle seat back frame structure characterized in that the biaxial weaving angle is 60 to 120 degrees.
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