(57)【要約】【課題】プレス成形が容易でエネルギー吸収性に優れる自動車用バンパービームの提供。【解決手段】少なくとも２層の炭素繊維強化樹脂層（Ａ）からなる炭素繊維強化部と少なくとも１層の繊維強化樹脂層（Ｂ）からなる繊維強化部との積層体からなる自動車用バンパービームであって、層（Ａ）のそれぞれは熱可塑性樹脂と一方向に配向性を有する連続炭素繊維からなり、層（Ａ）のうちの少なくとも１層が配向角がαの炭素繊維強化樹脂層であり、残りの層（Ａ）のうちの少なくとも１層が配向角がβの炭素繊維強化樹脂層であり（配向角はバンパービームの長手方向に対して連続炭素繊維の配向方向がなす角度。４５°≦α≦７５°。−４５°≧β≧−７５°）、層（Ｂ）は熱可塑性樹脂と不連続強化繊維とからなり、積層体の積層方向における２つの表面のうちの少なくとも一方の表面が炭素繊維強化部によって形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２層の炭素繊維強化樹脂層（Ａ）からなる炭素繊維強化部と、少なくとも１層の繊維強化樹脂層（Ｂ）からなる繊維強化部と、の積層体からなる自動車用バンパービームであって、
前記炭素繊維強化樹脂層（Ａ）のそれぞれは、熱可塑性樹脂と、一方向に配向性を有する連続炭素繊維からなり、
前記炭素繊維強化樹脂層（Ａ）のうちの少なくとも１層が、配向角がαである炭素繊維強化樹脂層（Ａα）であり、残りの炭素繊維強化樹脂層（Ａ）のうちの少なくとも１層が、配向角がβである炭素繊維強化樹脂層（Ａβ）であり、ここで、配向角はバンパービームの長手方向に対して前記連続炭素繊維の配向方向がなす角度であり、４５°≦α≦７５°、かつ、−４５°≧β≧−７５°であり、
前記繊維強化樹脂層（Ｂ）は、熱可塑性樹脂と、不連続強化繊維とからなり、
前記積層体の積層方向における２つの表面のうちの少なくとも一方の表面が、前記炭素繊維強化部によって形成されている、
自動車用バンパービーム。
【請求項２】
全ての前記炭素繊維強化樹脂層（Ａ）の配向角が、−９０°以上、−１５°未満の範囲または１５°を超え、９０°以下の範囲にある、請求項１に記載の自動車用バンパービーム。
【請求項３】
全ての前記炭素繊維強化樹脂層（Ａ）の配向角が、αまたはβである、請求項２に記載の自動車用バンパービーム。
【請求項４】
前記炭素繊維強化部が、配向角がαである炭素繊維強化樹脂層（Ａα）と配向角がβである炭素繊維強化樹脂層（Ａβ）とが１層ずつ隣り合って配置された少なくとも１つの対からなる、請求項３に記載の自動車用バンパービーム。
【請求項５】
前記積層体の積層方向における２つの表面のうちの一方の表面が前記炭素繊維強化部によって形成され、他方の表面が別の前記炭素繊維強化部によって形成されている、請求項１から４のいずれかに記載の自動車用バンパービーム。
【請求項６】
前記積層体の積層方向における２つの表面のうちの一方の表面のみが前記炭素繊維強化部によって形成され、
この炭素繊維強化部が、ｎ個の前記対からなる第一の部分と、別のｎ個の前記対からなる第二の部分とからなり、ここでｎは正の整数を表し、
前記積層方向において、前記第一の部分における積層構成と前記第二の部分における積層構成とが対称である、請求項４に記載の自動車用バンパービーム。
【請求項７】
前記積層体の積層方向における２つの表面のうちの一方の表面が前記炭素繊維強化部によって形成され、他方の表面が別の前記炭素繊維強化部によって形成され、
前記２つの面のうちの一方の表面を形成する炭素繊維強化部がｍ個の前記対からなり、他方の表面を形成する炭素繊維強化部が別のｍ個の前記対からなり、ここでｍは正の整数を表し、
前記積層方向において、前記一方の表面を形成する炭素繊維強化部における積層構成と、前記他方の表面を形成する炭素繊維強化部における積層構成とが対称である、請求項４に記載の自動車用バンパービーム。
【請求項８】
前記αの絶対値と、前記βの絶対値が等しい、請求項１から７のいずれかに記載の自動車用バンパービーム。
【請求項９】
前記炭素繊維強化樹脂層（Ａ）を構成する前記熱可塑性樹脂と、前記繊維強化樹脂層（Ｂ）を構成する前記熱可塑性樹脂がそれぞれポリアミド、ポリカーボネート、及び変性されていてもよいポリプロピレンから選ばれる、請求項１から８のいずれかに記載の自動車用バンパービーム。
【請求項１０】
前記炭素繊維強化樹脂層（Ａ）を構成する前記熱可塑性樹脂と、前記繊維強化樹脂層（Ｂ）を構成する前記熱可塑性樹脂とが、同一系の樹脂である、請求項９に記載の自動車用バンパービーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用バンパービームに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の軽量化のために有効な、繊維強化樹脂製のバンパービームが知られている。特許文献１には、不連続繊維が一方向に配向された繊維強化熱可塑性樹脂スタンパブルシートからなるバンパービームが開示される。当該不連続繊維は、バンパー長手方向に配向している。
【０００３】
特許文献２には、ハット形の熱可塑性樹脂成形品の天面および底部に、連続強化繊維を一方向に並行に配置した一方向繊維強化樹脂シートを貼り付け、当該成形品のハット形の側面には当該シートを貼り付けない、バンパービームが開示されている。
【０００４】
特許文献３には、断面がΘ形状のバンパービームであって、強化繊維が織り込まれたクロス材を全面に使用し、連続強化繊維が一方向に引き揃えられた一方向材を車体側の底面に使用したバンパービームが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１５５４９５号公報
【特許文献２】特開２０１３−１８４６３０号公報
【特許文献３】国際公開第２０１４／１３６８５８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のバンパービームは、強化繊維が不連続繊維であるため、大きな荷重がかかった際に破断してしまう可能性がある。すなわち、このバンパービームでは、優れたエネルギー吸収性が得られない可能性がある。
【０００７】
特許文献２のバンパービームに対してセンターポール衝突試験を行った場合、強化されていない立ち面（ハット形状の側面）が開き、また長手方向に延伸されることでバンパービームが破断し、優れたエネルギー吸収性が得られない可能性がある。
【０００８】
特許文献３では、立ち面のクロス材を積極的に圧縮破壊させることでエネルギー吸収性を向上させようとしている。しかしながらクロス材はプレス成形が難しく、特許文献３のように複雑な形状の全面をクロス材で覆って成形することは非常に難しい。またクロス材は一方向に配向性を有する連続繊維材（ＵＤ材）と比較して機械強度が小さく、この小さい圧縮強度を利用したエネルギー吸収性は高くない。
【０００９】
本発明の目的は、プレス成形が容易であり、かつエネルギー吸収性に優れる、繊維強化樹脂製の自動車用バンパービームを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の要旨は、以下の（１）〜（１０）に存する。
【００１１】
（１）少なくとも２層の炭素繊維強化樹脂層（Ａ）からなる炭素繊維強化部と、少なくとも１層の繊維強化樹脂層（Ｂ）からなる繊維強化部と、の積層体からなる自動車用バンパービームであって、
前記炭素繊維強化樹脂層（Ａ）のそれぞれは、熱可塑性樹脂と、一方向に配向性を有する連続炭素繊維からなり、
前記炭素繊維強化樹脂層（Ａ）のうちの少なくとも１層が、配向角がαである炭素繊維強化樹脂層（Ａα）であり、残りの炭素繊維強化樹脂層（Ａ）のうちの少なくとも１層が、配向角がβである炭素繊維強化樹脂層（Ａβ）であり、ここで、配向角はバンパービームの長手方向に対して前記連続炭素繊維の配向方向がなす角度であり、４５°≦α≦７５°、かつ、−４５°≧β≧−７５°であり、
前記繊維強化樹脂層（Ｂ）は、熱可塑性樹脂と、不連続強化繊維とからなり、
前記積層体の積層方向における２つの表面のうちの少なくとも一方の表面が、前記炭素繊維強化部によって形成されている、
自動車用バンパービーム。
【００１２】
（２）全ての前記炭素繊維強化樹脂層（Ａ）の配向角が、−９０°以上、−１５°未満の範囲または１５°を超え、９０°以下の範囲にある、上記（１）に記載の自動車用バンパービーム。
【００１３】
（３）全ての前記炭素繊維強化樹脂層（Ａ）の配向角が、αまたはβである、上記（２）に記載の自動車用バンパービーム。
【００１４】
（４）前記炭素繊維強化部が、配向角がαである炭素繊維強化樹脂層（Ａα）と配向角がβである炭素繊維強化樹脂層（Ａβ）とが１層ずつ隣り合って配置された少なくとも１つの対からなる、上記（３）に記載の自動車用バンパービーム。
【００１５】
（５）前記積層体の積層方向における２つの表面のうちの一方の表面が前記炭素繊維強化部によって形成され、他方の表面が別の前記炭素繊維強化部によって形成されている、上記（１）から（４）のいずれかに記載の自動車用バンパービーム。
【００１６】
（６）前記積層体の積層方向における２つの表面のうちの一方の表面のみが前記炭素繊維強化部によって形成され、
この炭素繊維強化部が、ｎ個の前記対からなる第一の部分と、別のｎ個の前記対からなる第二の部分とからなり、ここでｎは正の整数を表し、
前記積層方向において、前記第一の部分における積層構成と前記第二の部分における積層構成とが対称である、上記（４）に記載の自動車用バンパービーム。
【００１７】
（７）前記積層体の積層方向における２つの表面のうちの一方の表面が前記炭素繊維強化部によって形成され、他方の表面が別の前記炭素繊維強化部によって形成され、
前記２つの面のうちの一方の表面を形成する炭素繊維強化部がｍ個の前記対からなり、他方の表面を形成する炭素繊維強化部が別のｍ個の前記対からなり、ここでｍは正の整数を表し、
前記積層方向において、前記一方の表面を形成する炭素繊維強化部における積層構成と、前記他方の表面を形成する炭素繊維強化部における積層構成とが対称である、上記（４）に記載の自動車用バンパービーム。
【００１８】
（８）前記αの絶対値と、前記βの絶対値が等しい、上記（１）から（７）のいずれかに記載の自動車用バンパービーム。
【００１９】
（９）前記炭素繊維強化樹脂層（Ａ）を構成する前記熱可塑性樹脂と、前記繊維強化樹脂層（Ｂ）を構成する前記熱可塑性樹脂がそれぞれ、ポリアミド、ポリカーボネート、及び変性されていてもよいポリプロピレンから選ばれる、上記（１）から（８）のいずれかに記載の自動車用バンパービーム。
【００２０】
（１０）前記炭素繊維強化樹脂層（Ａ）を構成する前記熱可塑性樹脂と、前記繊維強化樹脂層（Ｂ）を構成する前記熱可塑性樹脂とが、同一系の樹脂である、上記（９）に記載の自動車用バンパービーム。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、プレス成形が容易であり、かつエネルギー吸収性に優れる、繊維強化樹脂製の自動車用バンパービームを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれバンパービームの例を示す断面模式図である。
【図２】炭素繊維強化部の例を示す断面模式図である。
【図３】配向角を説明するための模式図である。
【図４】実施例でシミュレーションに用いたモデルを示す模式図であり、同図（ａ）はモデル全体の正面図、同図（ｂ）は試験部材の側面図である。
【図５】実施例で得られた変位−荷重曲線を示すグラフである。
【図６】実施例で得られた変位−荷重曲線を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明者らは、機械的強度の高い一方向に配向性を有する連続炭素繊維層と成形が容易である不連続繊維層を積層することが、プレス成形が容易でありかつエネルギー吸収性に優れる繊維強化樹脂製の自動車用バンパービームを得るために有効であることを見出した。本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。
【００２４】
本発明に係る自動車用バンパービームは、少なくとも２層の炭素繊維強化樹脂層（Ａ）からなる炭素繊維強化部と、少なくとも１層の繊維強化樹脂層（Ｂ）からなる繊維強化部との積層体からなる。すなわち、炭素繊維強化部では、少なくとも２層の炭素繊維強化樹脂層（Ａ）が積層されている。また、繊維強化部が、２層以上の繊維強化樹脂層（Ｂ）からなる場合、それら繊維強化樹脂層（Ｂ）が積層されている。
【００２５】
・炭素繊維強化樹脂層（Ａ）
それぞれの炭素繊維強化樹脂層（Ａ）は、熱可塑性樹脂と、一方向に配向性を有する連続炭素繊維からなる。すなわち、それぞれの炭素繊維強化樹脂層（Ａ）は、連続炭素繊維が一方向に配向した一方向材によって形成される。
【００２６】
炭素繊維強化樹脂層（Ａ）のうちの少なくとも１つが、配向角がαである炭素繊維強化樹脂層（Ａα）であり、残りの炭素繊維強化樹脂層（Ａ）のうちの少なくとも１つが、配向角がβである炭素繊維強化樹脂層（Ａβ）である。ここで、配向角は、それぞれの炭素繊維強化樹脂層（Ａ）において、バンパービームの長手方向に対して前記連続炭素繊維の配向方向がなす角度である。そして、４５°≦α≦７５°、かつ、−４５°≧β≧−７５°である。以下、配向角がαである炭素繊維強化樹脂層（Ａα）を「Ａα層」といい、また、配向角がβである炭素繊維強化樹脂層（Ａβ）を「Ａβ層」ということがある。Ａα層が複数存在する場合、全てのＡα層の配向角は、同じ値（α）である。Ａβ層が複数存在する場合、全てのＡβ層の配向角は、同じ値（β）である。
【００２７】
・繊維強化樹脂層（Ｂ）
繊維強化樹脂層（Ｂ）は、熱可塑性樹脂と、不連続強化繊維とからなる。不連続強化繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、有機繊維など、繊維強化樹脂の分野で公知の強化繊維を利用できる。不連続強化繊維の平均繊維長は、例えば、５ｍｍ以上、１００ｍｍ以下である。
【００２８】
繊維強化樹脂層（Ｂ）の強化繊維は、配向性を有さなくてよい。すなわち、繊維強化樹脂層（Ｂ）において、強化繊維はランダムな方向に配されていてよい。あるいは、強化繊維は、配向性を有していてもよい。その場合、異方性を軽減する観点から、全ての繊維強化樹脂層（Ｂ）の配向角が実質的に０°もしくは９０°であることが好ましい。繊維強化樹脂層（Ｂ）についての配向角は、バンパービームの長手方向に対して、強化繊維がなす角度である。
【００２９】
・積層構造
本明細書において、バンパービームが車体に取り付けられた際に、車体側を向く方向を「後方」、後方とは反対を向く方向を「前方」、上に向かう方向を「上方」、下に向かう方向を「下方」、車体右側を向く方向を「右方」、車体左側を向く方向を「左方」という。
【００３０】
バンパービームを構成する積層体の積層方向における２つの表面のうちの少なくとも一方の表面が、炭素繊維強化部によって形成されている。
【００３１】
図１（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ、バンパービームの一例の断面（バンパービームの長手方向に直交する断面）を模式的に示す。バンパービームを構成する積層体１は、ハット形状の断面を有する。この積層体１において、炭素繊維強化部１０と、繊維強化部２０が積層されている。積層方向は、ハット形の天面（最も前方に位置する面）をなす部分において車体の前後方向である。
【００３２】
図１（ａ）に示すように、炭素繊維強化部１０が後方側に、繊維強化部２０が前方側に配置されてよい。あるいは、同図（ｂ）に示すように、繊維強化部２０が後方側に、炭素繊維強化部１０が前方側に配置されていてもよい。これらの場合、炭素繊維強化部１０と繊維強化部２０がそれぞれ１つずつ存在する。また、積層体１の積層方向における２つの表面のうちの一方の表面のみが炭素繊維強化部１０によって形成され、他方の表面は繊維強化部２０によって形成される。
【００３３】
あるいは、図１（ｃ）に示すように、繊維強化部２０を挟んで、後方側と前方側の両方にそれぞれ炭素繊維強化部１０が配置されていてもよい。この場合、炭素繊維強化部１０が２つ存在し、繊維強化部２０が１つ存在する。また、積層体１の積層方向における２つの表面のうちの一方の表面が炭素繊維強化部１０によって形成され、他方の表面が別の炭素繊維強化部１０によって形成される。
【００３４】
炭素繊維強化部１０の積層構成例を、図２を用いて説明する。この炭素繊維強化部１０では、２層の炭素繊維強化樹脂層（Ａ）が車体の前後方向に積層されている。例えば、炭素繊維強化部１０において、Ａα層１１が後方側に、Ａβ層１２が前方側に配置される。
【００３５】
図３（ａ）及び（ｂ）は、それぞれＡα層１１及びＡβ層１２のハット形の天面をなす部分を、後方側から前方側に向かって見た模式図である。バンパービームの長手方向に延在し且つ車体の上下方向に延在する平面内で、炭素繊維が配向角αもしくはβ方向に配向している。
【００３６】
積層体１が、配向角がαでもβでもない炭素繊維強化樹脂層を含むことができる。ただし、バンパービームのエネルギー吸収性の観点から、積層体１に含まれる全ての炭素繊維強化樹脂層（Ａ）の配向角が、−９０°以上、−１５°未満の範囲または１５°を超え、９０°以下の範囲にあることが好ましい。なお、配向角が９０°の場合と、配向角が−９０°の場合とで、配向性は同じである。また、全ての炭素繊維強化樹脂層（Ａ）の配向角がαまたはβであることが、さらに好ましい。
【００３７】
バンパービームのエネルギー吸収性の観点から、炭素繊維強化部１０が、Ａα層１１とＡβ層１２とが１層ずつ隣り合って配置された少なくとも１つの対からなることが好ましい。
【００３８】
積層体１の積層方向における２つの表面のうちの一方の表面のみが炭素繊維強化部１０によって形成される場合、特には図１（ａ）または（ｂ）に示すように、積層体１が炭素繊維強化部１０を１つだけ有する場合、その炭素繊維強化部１０が、ｎ個の前記対（１層のＡα層と１層のＡβ層との対）からなる第一の部分と、別のｎ個の前記対からなる第二の部分とからなることが好ましい（ｎは正の整数を表す）。この場合、積層体１の積層方向において、前記第一の部分における積層構成と前記第二の部分における積層構成とが対称であることが、より好ましい。
【００３９】
例えば、後述する実施例４では、α＝４５°であって、第１、第３、第６及び第８層がＡα層であり、β＝−４５°であって、第２、第４、第５及び第７層がＡβ層である。第１層と第２層との対、第３層と第４層との対、第６層と第５層との対、及び第８層と第７層との対が存在する。また、実施例４では、ｎ＝４であり、第１層〜第４層が第一の部分を形成し、第５層〜第８層が第二の部分を形成している。そして、第４層と第５層との間の境界面を基準として、第一の部分の積層構成と第二の部分の積層構成とが積層方向に対称である。なお、第９層〜第１２層は、繊維強化部２０を形成する。
【００４０】
また、積層体１の積層方向における２つの表面のうちの一方の表面が炭素繊維強化部１０によって形成され、他方の表面が別の炭素繊維強化部１０によって形成される場合、特には図１（ｃ）に示すように繊維強化部２０の両側にそれぞれ炭素繊維強化部１０を有する場合、一方の表面を形成する炭素繊維強化部１０がｍ個の前記対からなり、他方の表面を形成する炭素繊維強化部１０が別のｍ個の前記対からなることが好ましい（ｍは正の整数を表す）。この場合、積層体１の積層方向において、一方の炭素繊維強化部１０における積層構成と、他方の炭素繊維強化部１０における積層構成とが対称であることがより好ましい。
【００４１】
例えば、後述する実施例１では、α＝４５°であって、第１、３、１０及び１２層がＡα層であり、β＝−４５°であって、第２、４、９及び１１層がＡβ層である。実施例１において、第１層〜第４層が一方の炭素繊維強化部１０を形成し、第９層〜第１２層が他方の炭素繊維強化部１０を形成している。第１層と第２層との対、第３層と第４層との対、第１０層と第９層との対、及び第１２層と第１１層との対が存在する。そして、繊維強化部２０（第５層〜第８層）を挟んで、一方の炭素繊維強化部１０の積層構成と、他方の炭素繊維強化部１０の積層構成とが対称である。
【００４２】
バンパービームのエネルギー吸収性の観点から、αの絶対値とβの絶対値との差が、例えば３０°以下であることが好ましい。また、αの絶対値とβの絶対値が等しいことが、より好ましい。
【００４３】
なお、繊維強化部２０は、１層もしくは複数層の繊維強化樹脂層（Ｂ）からなる。
【００４４】
・熱可塑性樹脂
炭素繊維強化樹脂層（Ａ）を構成する熱可塑性樹脂及び繊維強化樹脂層（Ｂ）を構成する熱可塑性樹脂はそれぞれ、特に限定されないが、例えばナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２、ナイロンＭＸＤ６等のポリアミド；低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン（酸等により変性されていてもよい）；ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル；ポリカーボネート；ポリアミドイミド；ポリフェニレンオキシド；ポリスルホン；ポリエーテルスルホン；ポリエーテルエーテルケトン；ポリエーテルイミド；ポリスチレン；ＡＢＳ樹脂；ポリフェニレンサルファイド；液晶ポリエステル；アクリロニトリルとスチレンの共重合体；ナイロン６とナイロン６６の共重合体等の樹脂を用いることができる。変性ポリオレフィンは、例えば、マレイン酸等の酸によりポリオレフィンを変性した酸変性ポリオレフィンである。炭素繊維強化樹脂層（Ａ）を構成する熱可塑性樹脂及び繊維強化樹脂層（Ｂ）を構成する熱可塑性樹脂はそれぞれ、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
【００４５】
バンパービームのエネルギー吸収性とプレス成形性の観点から、炭素繊維強化樹脂層（Ａ）を構成する熱可塑性樹脂と、繊維強化樹脂層（Ｂ）を構成する熱可塑性樹脂が、それぞれポリプロピレン（酸等により変性されていてもよい）、ポリアミド、及びポリカーボネートから選ばれることが好ましい。
【００４６】
さらに、接着性の観点から、炭素繊維強化樹脂層（Ａ）を構成する熱可塑性樹脂と、繊維強化樹脂層（Ｂ）を構成する熱可塑性樹脂とが、同一系の樹脂であることが好ましい。複数の樹脂が同一系であるとは、それらの樹脂の主成分が共通するモノマー単位を有すること、もしくは樹脂の主成分のモノマー同士が同一の官能基で結合されていることを意味する。例えば、炭素繊維強化樹脂層（Ａ）を構成する熱可塑性樹脂及び繊維強化樹脂層（Ｂ）を構成する熱可塑性樹脂がそれぞれ、ポリプロピレン（一方もしくは両方が酸等により変性されていてもよい）であることが好ましい。また、これらの樹脂がそれぞれ、ナイロン６及びナイロン６６からなる群から選ばれる１種であることが好ましい。
【００４７】
・バンパービームの製造方法
炭素繊維強化樹脂層（Ａ）を形成するために、炭素繊維強化樹脂シートを用いることができる。繊維強化樹脂層（Ｂ）を形成するために、繊維強化樹脂シートを用いることができる。例えば、炭素繊維強化樹脂シート及び繊維強化樹脂シートを適宜積み重ね、加熱加圧成形することによって、積層体１を得ることができる。得られた積層体を自動車用バンパービームとして用いることができる。炭素繊維強化部が、複数の同じ炭素繊維強化樹脂シートからなることができる。繊維強化部が、複数の同じ繊維強化樹脂シートからなることができる。炭素繊維強化樹脂シートとして一方向材を用い、Ａα層を形成するために当該一方向材を配向角がαとなるように配置し、Ａβ層を形成するために当該一方向材を配向角がβとなるように配置することができる。
【００４８】
本発明に係る自動車用バンパービームは、クロス材を使用しないので、加熱加圧成形によって容易に作製することができる。
【００４９】
・バンパービームの形状
バンパービームの形状については特に限定されない。例えばバンパービームの断面がハット形であってもよく、ハット形のフランジ同士を張り合わせた形状でもよく、またΘ状であってもよい。
【実施例】
【００５０】
〔実施例１〕
シミュレーションソフト（商品名：ＬＳ−ＤＹＮＡ。ＬＳＴＣ社製）を使用して、シミュレーションによって積層体からなるバンパービームを評価した。
【００５１】
シミュレーションにおいては、３点曲げ試験を模擬したモデルを作成した（図４参照）。３点曲げ試験の圧子３１はＲ（角丸の半径）７５ｍｍを有し、２つの支持部３２はＲ  １５ｍｍを有し、支点間距離は３５０ｍｍとした。
【００５２】
試験部材は、長さ４００ｍｍのハットチャンネル（積層体１）とした。そのハット形状は次のとおりとした（図４（ｂ）参照）。
幅：７２ｍｍ、
高さ：２５ｍｍ、
厚さ：２ｍｍ、
ハット形状側面のテーパー：９３°、
角部のＲ：４ｍｍ、
ハット形状の天面（平坦部）の幅：４０ｍｍ。
【００５３】
圧子３１と支持部３２は剛体と設定し、ハットチャンネル（積層体１）は繊維強化樹脂複合材料として設定した。この繊維強化樹脂材料は、異方性積層体を対象とした材料物性データベース「材料５８（＊ＭＡＴ＿ＬＡＭＩＮＡＴＥＤ＿ＣＯＭＰＯＳＩＴＥ＿ＦＡＢＲＩＣ）」を用いて炭素繊維強化樹脂層（Ａ）と繊維強化樹脂層（Ｂ）の積層体であるように定義した。
【００５４】
繊維強化樹脂層（Ｂ）は、実在の不連続ガラス繊維を用いた複合材料（商品名：ユニシートＰ４０３８、クオドラント・プラスチック・コンポジット・ジャパン製。熱可塑性樹脂：ポリプロピレン）を想定して、繊維方向の弾性率が６，４００ＭＰａ、繊維直交方向の弾性率が６，４００ＭＰａである等方性材料（表において「ＧＭＴ」と示す）として設定し、破壊は生じないものとした。
【００５５】
炭素繊維強化樹脂層（Ａ）は、実在の一方向連続繊維複合材料（後述する製造例１によって製造したもの。熱可塑性樹脂：酸変性ポリプロピレン）を想定して、繊維方向の弾性率が１０１，０００ＭＰａ、繊維直交方向の弾性率が４，６００ＭＰａである異方性材料（表において「ＣＦＵＤ」と示す）として設定した。また繊維方向において圧縮強度は４６０ＭＰａ、引張強度は１５７０ＭＰａ、繊維直交方向において圧縮強度は７０ＭＰａ、引張強度は２１ＭＰａ、せん断強度は２０７ＭＰａとして設定した。シミュレーションにおいては各要素において上記の強度を超える応力が発生した場合、要素が除去されるよう設定した。
【００５６】
また、シミュレーションでは、圧子３１とハットチャンネル（積層体１）との接触、及び支持部３２とハットチャンネルとの接触は、拘束のない接触と定義した。さらに、圧子が一定の速度１００ｍｍ／ｓで積層方向（前方から後方に向かう方向）に４０ｍｍ移動するように設定した。シミュレーションの結果として、圧子の移動量と、圧子が受ける反力を読み込み、同時刻における移動量と反力をグラフ化することにより、３点曲げ試験時に確認されるような変位と荷重の関係を再現した（図５、図６参照）。
【００５７】
バンパービームのエネルギー吸収性を表す指標として、このようにして得られた変位−荷重曲線における、荷重最大値を示す変位を評価した。荷重最大値を示す変位が大きいほど、エネルギー吸収性が良いと言える。
【００５８】
ハットチャンネルの積層構成は、支持部３２側から圧子３１側に向かって、下表に示すとおりとした。なお、第１層が支持部３２に最も近く（最も後方側）、第１２層が圧子３１に最も近い（最も前方側）。全ての炭素繊維強化樹脂層（Ａ）は、同一の材料からなる（配向角以外は同一である）。また全ての繊維強化樹脂層（Ｂ）は、同一の材料からなる（配向角以外は同一である）。なお、それぞれ厚さが０．２５ｍｍである４つの繊維強化樹脂層（Ｂ）を重ねているが、これは単にシミュレーションの都合による。これら４つの繊維強化樹脂層（Ｂ）は、実際には、厚さ１ｍｍの１つの層であってもよい。他の例についても同様である。
【００５９】
最大荷重は３７１０Ｎであり、そのときの変位は２４ｍｍであった。
【００６０】
・製造例１
ここで炭素繊維強化樹脂層（Ａ）として想定した一方向連続繊維複合材料は、次のようにして製造した。炭素繊維（商品名：パイロフィルＴＲ  ５０Ｓ、三菱ケミカル製、炭素繊維直径７μｍ）を一方向に、かつ平面状に引き揃えて、目付が７２ｇ／ｍ２である繊維シートとした。酸変性ポリプロピレン樹脂（商品名：モディックＰ９５８Ｖ、三菱ケミカル製）からなる目付が３６ｇ／ｍ２のフィルムによって、該繊維シートを両面から挟んだ。これらをカレンダロールに複数回通して加熱と加圧を行い、樹脂を繊維シートに含浸させ、繊維体積含有率（Ｖｆ）が３３体積％、厚み１２５μｍの一方向連続繊維複合材料を作製した。
【００６１】
【表１】
2020131827.tif 000003
【００６２】
〔実施例２〕
下表のとおりの積層構成とした以外は、実施例１と同様の評価を行った。最大荷重は３７３０Ｎであり、そのときの変位は３２ｍｍであった。
【００６３】
【表２】
2020131827.tif 000004
【００６４】
〔実施例３〕
下表のとおりの積層構成とした以外は、実施例１と同様の評価を行った。最大荷重は３７７０Ｎでの変位は４０ｍｍであった。
【００６５】
【表３】
2020131827.tif 000005
【００６６】
〔比較例１〕
下表のとおりの積層構成とした以外は、実施例１と同様の評価を行った。最大荷重は２２９０Ｎであり、そのときの変位は９ｍｍであった。
【００６７】
【表４】
2020131827.tif 000006
【００６８】
〔比較例２〕
下表のとおりの積層構成とした以外は、実施例１と同様の評価を行った。最大荷重は３３４０Ｎであり、そのときの変位は１６ｍｍであった。
【００６９】
【表５】
2020131827.tif 000007
【００７０】
〔実施例４〕
下表のとおりの積層構成とした以外は、実施例１と同様の評価を行った。最大荷重は２６５０Ｎであり、そのときの変位は２３ｍｍであった。
【００７１】
【表６】
2020131827.tif 000008
【００７２】
〔実施例５〕
下表のとおりの積層構成とした以外は、実施例１と同様の評価を行った。最大荷重は２６６０Ｎであり、そのときの変位は２７ｍｍであった。
【００７３】
【表７】
2020131827.tif 000009
【００７４】
〔実施例６〕
下表のとおりの積層構成とした以外は、実施例１と同様の評価を行った。最大荷重は２７３０Ｎであり、そのときの変位は３１ｍｍであった。
【００７５】
【表８】
2020131827.tif 000010
【００７６】
〔比較例３〕
下表のとおりの積層構成とした以外は、実施例１と同様の評価を行った。最大荷重は２２７０Ｎであり、そのときの変位は９ｍｍであった。
【００７７】
【表９】
2020131827.tif 000011
【００７８】
〔比較例４〕
下表のとおりの積層構成とした以外は、実施例１と同様の評価を行った。最大荷重は２５２０Ｎであり、そのときの変位は１５ｍｍであった。
【００７９】
【表１０】
2020131827.tif 000012
【００８０】
〔実施例７〕
下表のとおりの積層構成とした以外は、実施例１と同様の評価を行った。最大荷重は２４７０Ｎであり、そのときの変位は２５ｍｍであった。
【００８１】
【表１１】
2020131827.tif 000013
【００８２】
〔比較例５〕
下表のとおりの積層構成とした以外は、実施例１と同様の評価を行った。最大荷重は２７４０Ｎであり、そのときの変位は１１ｍｍであった。
【００８３】
【表１２】
2020131827.tif 000014
【００８４】
〔実施例８〕
下表のとおりの積層構成とした。ここで、繊維強化樹脂層（Ｂ）は、実在の不連続炭素繊維を用いた複合材料（後述する製造例２によって製造したもの。熱可塑性樹脂：酸変性ポリプロピレン）を想定して、繊維方向の弾性率が２９，６００ＭＰａ、繊維直交方向の弾性率が１８，０００ＭＰａである異方性材料（表において「ＣＭＴ」と示す）として設定した。また繊維方向において圧縮強度は３４０ＭＰａ、引張強度は３４０ＭＰａ、繊維直交方向において圧縮強度は２５０ＭＰａ、引張強度は２５０ＭＰａ、せん断強度は２０７ＭＰａとして設定した。
【００８５】
上記以外は、実施例１と同様の評価を行った。最大荷重は４８１０Ｎであり、そのときの変位は２１ｍｍであった。
【００８６】
・製造例２
製造例１で得られた一方向連続繊維複合材料から、２２０ｍｍ（繊維軸に対して０゜方向）×９００ｍｍ（繊維軸に対して９０゜方向）の矩形のシートを切り出した。カッティングプロッタ（商品名：Ｌ−２５００カッティングプロッタ、レザック製）を用いて、強化繊維の繊維軸となす角度の絶対値が４５゜、強化繊維の繊維長が２５ｍｍになるように、切り出したシートに強化繊維を切断する深さの切込みを入れ、切込入りシートを得た。この切込入りシートを強化繊維の繊維軸が同一方向となるように２枚積層してシート積層体を得た。シート積層体の厚みは０．２５ｍｍであった。加圧装置として、ロールの軸方向が材料（当該シート積層体）の走行方向に対する直交方向に一致する２段式のプレスロールを備え、上下のベルトが１．０ｍ／分で駆動するダブルベルト式加熱加圧機を用いた。前記シート積層体を、前記ダブルベルト式加熱加圧機に、前記直交方向に対して強化繊維の繊維軸の方向がなす角度が０°となるように投入した。ダブルベルト式加熱加圧機では、ロール温度２７０℃、線圧１０．７Ｎ／ｍの条件の２段式のプレスロールにより、シート積層体を加熱して熱可塑性樹脂を溶融させた状態で加圧した。その後、ロール温度３０℃、線圧２．５Ｎ／ｍの条件の１段式の温水ロールを備えた１．５ｍの冷却区間を通過させ、熱可塑性樹脂を固化させて、不連続炭素繊維を用いた複合材料を得た。なお、シート積層体の走行速度は、ベルトの駆動速度と同じとした。
【００８７】
【表１３】
2020131827.tif 000015
【００８８】
〔実施例９〕
下表のとおりの積層構成とした以外は、実施例８と同様の評価を行った。最大荷重は４４９０Ｎであり、そのときの変位は２６ｍｍであった。
【００８９】
【表１４】
2020131827.tif 000016
【００９０】
〔実施例１０〕
下表のとおりの積層構成とした以外は、実施例８と同様の評価を行った。最大荷重は３７８０であり、そのときの変位は２８ｍｍであった。
【００９１】
【表１５】
2020131827.tif 000017
【００９２】
〔比較例６〕
下表のとおりの積層構成とした以外は、実施例８と同様の評価を行った。最大荷重は３５２０であり、そのときの変位は１０ｍｍであった。
【００９３】
【表１６】
2020131827.tif 000018
【００９４】
〔比較例７〕
下表のとおりの積層構成とした以外は、実施例８と同様の評価を行った。最大荷重は４３１０であり、そのときの変位は１４ｍｍであった。
【００９５】
【表１７】
2020131827.tif 000019
【００９６】
〔実施例１１〕
下表のとおりの積層構成とした以外は、実施例８と同様の評価を行った。最大荷重は４４４０Ｎであり、そのときの変位は２３ｍｍであった。
【００９７】
【表１８】
2020131827.tif 000020
【００９８】
〔実施例１２〕
下表のとおりの積層構成とした以外は、実施例８と同様の評価を行った。最大荷重は４３００Ｎであり、そのときの変位は２７ｍｍであった。
【００９９】
【表１９】
2020131827.tif 000021
【０１００】
〔実施例１３〕
下表のとおりの積層構成とした以外は、実施例８と同様の評価を行った。最大荷重は３７２０Ｎであり、そのときの変位は２７ｍｍであった。
【０１０１】
【表２０】
2020131827.tif 000022
【０１０２】
〔比較例８〕
下表のとおりの積層構成とした以外は、実施例８と同様の評価を行った。最大荷重は３４７０Ｎであり、そのときの変位は１０ｍｍであった。
【０１０３】
【表２１】
2020131827.tif 000023
【０１０４】
〔比較例９〕
下表のとおりの積層構成とした以外は、実施例８と同様の評価を行った。最大荷重は３５８０Ｎであり、そのときの変位は１０ｍｍであった。
【０１０５】
【表２２】
2020131827.tif 000024
【０１０６】
〔比較例１０〕
下表のとおりの積層構成とした以外は、実施例８と同様の評価を行った。最大荷重は３９６０Ｎであり、そのときの変位は１６ｍｍであった。
【０１０７】
【表２３】
2020131827.tif 000025
【０１０８】
〔実施例１４〕
下表のとおりの積層構成とした以外は、実施例８と同様の評価を行った。最大荷重は４９５０Ｎであり、そのときの変位は２２ｍｍであった。
【０１０９】
【表２４】
2020131827.tif 000026
【０１１０】
〔実施例１５〕
下表のとおりの積層構成とした以外は、実施例８と同様の評価を行った。最大荷重は４１１０Ｎであり、そのときの変位は２４ｍｍであった。
【０１１１】
【表２５】
2020131827.tif 000027
【０１１２】
〔実施例１６〕
下表のとおりの積層構成とした以外は、実施例８と同様の評価を行った。最大荷重は３４３０Ｎであり、そのときの変位は２４ｍｍであった。
【０１１３】
【表２６】
2020131827.tif 000028
【０１１４】
〔比較例１１〕
下表のとおりの積層構成とした以外は、実施例８と同様の評価を行った。最大荷重は４５７０Ｎであり、そのときの変位は１２ｍｍであった。
【０１１５】
【表２７】
2020131827.tif 000029
【０１１６】
〔比較例１２〕
下表のとおりの積層構成とした以外は、実施例８と同様の評価を行った。最大荷重は５１２０Ｎであり、そのときの変位は１８ｍｍであった。
【０１１７】
【表２８】
2020131827.tif 000030
【０１１８】
〔比較例１３〕
下表のとおりの積層構成とした以外は、実施例８と同様の評価を行った。最大荷重は３０５０Ｎであり、そのときの変位は２０ｍｍであった。
【０１１９】
【表２９】
2020131827.tif 000031
【０１２０】
〔実施例１７〕
下表のとおりの積層構成とした以外は、実施例１と同様の評価を行った。最大荷重は３７３０Ｎであり、そのときの変位は２７ｍｍであった。
【０１２１】
【表３０】
2020131827.tif 000032
【０１２２】
〔実施例１８〕
下表のとおりの積層構成とした以外は、実施例１と同様の評価を行った。最大荷重は３８２０Ｎであり、そのときの変位は３０ｍｍであった。
【０１２３】
【表３１】
2020131827.tif 000033
【０１２４】
以上の結果を表３２及び３３にまとめる。これらの表において、慣用される表記法を用いて積層構成を略記するが、各例の積層構成は、上に詳述される。なお、当該略記における「ｓ」は、「対称」を意味する。
【０１２５】
【表３２】
2020131827.tif 000034
【０１２６】
【表３３】
2020131827.tif 000035
【０１２７】
図５には、実施例８〜１０及び比較例６〜７において得られた変位−荷重曲線を示す。図６には実施例１４〜１６及び比較例１１〜１３において得られた変位−荷重曲線を示す。前述の最大荷重と、最大荷重を与える変位は、このような曲線から読み取ったものである。
【符号の説明】
【０１２８】
１  バンパービームを構成する積層体
１０  炭素繊維強化部
１１  配向角がαである炭素繊維強化樹脂層
１２  配向角がβである炭素繊維強化樹脂層
２０  繊維強化部
【図１】
2020131827.tif 000036
【図２】
2020131827.tif 000037
【図３】
2020131827.tif 000038
【図４】
2020131827.tif 000039
【図５】
2020131827.tif 000040
【図６】
2020131827.tif 000041