エネルギ吸収体、およびエネルギ吸収方法
【課題】より大きなエネルギ吸収量の実現が可能なエネルギ吸収体、およびエネルギ吸収方法を提供する。
【解決手段】エネルギ吸収体２１は、壁部３１によって囲まれる中空部３２を備え、繊維強化プラスチックから形成された中空成形体３０を有している。中空成形体は、壁部に圧縮荷重が作用したときに、壁部の外表面３１ａが中空部の中に折り返されるように壁部を折り曲げることによって、または、壁部の内表面３１ｂが外側に折り返されて外表面同士が向かい合うように壁部を折り曲げることによって、エネルギを吸収する。中空成形体は、中空部の中に壁部を折り曲げるときには、折り曲げられた壁部同士を相互に接触させ、摩擦力によってもエネルギを吸収する。
【解決手段】エネルギ吸収体２１は、壁部３１によって囲まれる中空部３２を備え、繊維強化プラスチックから形成された中空成形体３０を有している。中空成形体は、壁部に圧縮荷重が作用したときに、壁部の外表面３１ａが中空部の中に折り返されるように壁部を折り曲げることによって、または、壁部の内表面３１ｂが外側に折り返されて外表面同士が向かい合うように壁部を折り曲げることによって、エネルギを吸収する。中空成形体は、中空部の中に壁部を折り曲げるときには、折り曲げられた壁部同士を相互に接触させ、摩擦力によってもエネルギを吸収する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギ吸収体、およびエネルギ吸収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、自動車等の車両には、衝突時などにおける衝撃エネルギを吸収するエネルギ吸収体が設けられている。エネルギ吸収体は、例えば、繊維強化プラスチックから形成された中空成形体を用い、衝撃エネルギを自身の破壊によって吸収している（特許文献１、２を参照）。
【０００３】
繊維強化プラスチックからなる中空成形体を用いるエネルギ吸収体において、より効率的にエネルギを吸収させるために、繊維の開裂方向（周方向）を制御する方法と、開裂のトリガ部になる中空成形体の先端形状を工夫する方法とが採用されている。
【０００４】
前者の開裂方向を制御する方法については、複数の凹凸形状を設けた押圧部材を使い、繊維が周方向に複数に拡開するように制御することによって、エネルギ吸収の効率化を図っている（特許文献１を参照）。
【０００５】
後者の中空成形体の先端形状を工夫する方法については、中空成形体の先端をテーパ形状の複数の凹凸形状とし、衝突初期の荷重の低下を防ぐことによって、エネルギ吸収の効率化を図っている（特許文献２を参照）。
【０００６】
いずれの方法においても、エネルギ吸収については、層間剥離力および繊維の引っ張り破断力を利用している。
【特許文献１】特開２００５−２３３２６３号公報
【特許文献２】特開２００６−１２５５３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この種のエネルギ吸収体にあっては、より大きなエネルギ吸収量を実現することによって、車両の軽量化などに寄与することが要請されている。
【０００８】
しかしながら、従来のエネルギ吸収体にあっては、エネルギ吸収の効率化つまりエネルギ吸収量の向上は、層間剥離力および繊維の引っ張り破断力をいかに大きくするかにかかっており、材料特性の限界もあり十分な効率化を得ることが難しい。
【０００９】
本発明の目的は、より大きなエネルギ吸収量の実現が可能なエネルギ吸収体、およびエネルギ吸収方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明に係るエネルギ吸収体は、壁部によって囲まれる中空部を備え、繊維強化プラスチックから形成された中空成形体を有するエネルギ吸収体である。前記中空成形体は、前記壁部に圧縮荷重が作用したときに、前記壁部の外表面が前記中空部の中に折り返されるように前記壁部を折り曲げることによって、または、前記壁部の内表面が外側に折り返されて前記外表面同士が向かい合うように前記壁部を折り曲げることによって、エネルギを吸収する。
【００１１】
上記目的を達成するための本発明に係るエネルギ吸収方法は、壁部によって囲まれる中空部を備え、繊維強化プラスチックから形成された中空成形体によってエネルギを吸収する。そして、前記中空成形体の前記壁部に圧縮荷重が作用したときに、前記壁部の外表面が前記中空部の中に折り返されるように前記壁部を折り曲げることによって、エネルギを吸収する。前記壁部の内表面が外側に折り返されて前記外表面同士が向かい合うように前記壁部を折り曲げることによって、エネルギを吸収するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、層間剥離力および繊維の引っ張り破断力を利用してエネルギを吸収するのに加えて、曲げエネルギを利用した繊維破断によってもエネルギを吸収できる。したがって、より大きなエネルギ吸収量の実現が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は、本発明に係るエネルギ吸収体２１を適用したフロントサイドメンバ１０の要部を示す斜視図、図２は、第１の実施形態のエネルギ吸収体２１を示す断面図、図３は、図２に示される中空成形体３０および押圧部材４０を示す分解斜視図、図４は、押圧部材４０を示す断面図である。
【００１５】
図１を参照して、車体骨格部材としてのフロントサイドメンバ１０は、自動車の車体前方の車幅方向両側下方に位置し、車体の前後方向に長尺な形状を有している。図示するフロントサイドメンバ１０にあっては、車体の前方側に位置する先端部分１１にエネルギ吸収体２１を配置している。
【００１６】
図２および図３を参照して、第１の実施形態のエネルギ吸収体２１は、概説すれば、壁部３１によって囲まれる中空部３２を備え、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）から形成された筒形状を有する中空成形体３０を有している。この中空成形体３０は、筒状の軸方向から壁部３１に圧縮荷重が作用したときに、壁部３１の外表面３１ａが中空部３２の中に折り返されるように壁部３１を折り曲げることによってエネルギを吸収している。このようにして、軸方向からの圧縮荷重による衝撃を緩和する。エネルギ吸収体２１はさらに、中空成形体３０に取り付けられ荷重を中空成形体３０の壁部３１に作用させる押圧部材４０を有している。
【００１７】
中空成形体３０の中空部３２の大きさ、壁部３１の厚さなどは、吸収すべきエネルギの大きさに応じて適宜選択される。本実施形態の中空成形体３０は、壁部３１の曲げエネルギを利用して繊維破断させ、中空部３２の中に壁部３１を折り曲げるときには、折り曲げられた壁部３１同士が相互に接触するようにしてある。曲げエネルギを利用した繊維破断によるエネルギ吸収は、繊維の量、壁部３１の厚み、形状（例えば、リブ形状）を選択することによって変化させることができる。折り曲げられた壁部３１同士を相互に接触させることによって摩擦力を発生させ、この摩擦力によってエネルギを吸収する。逆に言えば、摩擦力によるエネルギ吸収は、繊維の量および中空成形体３０の形状を選択することによって変化させることができる。
【００１８】
中空成形体３０を形成する繊維強化プラスチックは、強化繊維と樹脂との複合材料である。強化繊維は、例えば炭素繊維であり、樹脂は例えばエポキシ樹脂である。
【００１９】
前記強化繊維は、強化材となるものであれば特に制限されるものではない。強化繊維は、炭素繊維の他に、例えば黒鉛繊維、またはガラス繊維や、アラミド、パラフェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリビニルアルコール、ポリアリレートなどの有機繊維などを使用することができる。さらには、上記した強化繊維の２種類以上を併用したものも使用できる。
【００２０】
前記樹脂は、繊維強化プラスチックのマトリックス樹脂となるものであればあらゆる樹脂を使用することができる。樹脂は、エポキシ樹脂の他に、例えば不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂や、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド樹脂などの熱可塑性樹脂を使用することができる。さらには、上記の樹脂の混合樹脂も使用できる。
【００２１】
中空成形体３０の成形法は、特に限定されず、公知の作製方法を適用することができる。例えば、成形型内に封入した強化繊維に溶融した熱硬化性樹脂を注入して加熱硬化させるＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）成形法や、シートワインディング成形や、プレス成形などを適用して中空成形体３０を作製することがきる。中空成形体３０は、壁部３１の厚み方向に、強化繊維の層が積層している。
【００２２】
図４をも参照して、押圧部材４０は、ブロック形状を有し、壁部３１の先端部３３が当接することによって壁部３１を折り曲げるための凹部４１を形成してある。
【００２３】
押圧部材４０は、中空成形体３０の端部に被せるように取り付けている。押圧部材４０は、接着剤４２を介して、中空成形体３０の壁部３１の外表面３１ａに取り付けている（図２を参照）。接着剤４２は、通常使用時には押圧部材４０と中空成形体３０とを接合する一方、エネルギを吸収するときには壁部３１の折り曲げを阻害することがない接着強さを有している。
【００２４】
押圧部材４０の前面側は、図示しないバンパーレインフォースにボルトなどを介して固定されている。バンパーレインフォースおよびフロントサイドメンバ１０によって、衝撃を吸収するクラッシャブルゾーンを構成している。
【００２５】
押圧部材４０の材料は、荷重を中空成形体３０の壁部３１に作用し得る限りにおいて適宜の材料を用いることができる。例えば、鉄やアルミを挙げることができるが、繊維強化プラスチックよりも硬い材料、例えば鉄などが好ましい。
【００２６】
図２および図４を参照して、壁部３１の先端部３３は、内表面３１ｂの側が先端となり外表面３１ａの側が先端から離れるように傾斜する断面テーパ形状を有している。押圧部材４０の凹部４１の底部角部４３は、折り曲げられる壁部３１をガイドする断面円弧形状を有している。押圧部材４０の底部角部４３のアール形状が、壁部３１の先端部３３を内側に破壊する誘導起点となる。凹部４１の内側面と壁部３１の外表面３１ａとの間のクリアランスは、例えば、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍが望ましい。クリアランスが大きくなると、壁部３１の変形形態が底部角部４３のアール形状に沿う形態にならなくなるからである。
【００２７】
図５は、第１の実施形態のエネルギ吸収体２１によるエネルギ吸収メカニズムを説明するための断面図、図６は、対比例のエネルギ吸収メカニズムを説明するための断面図である。図７は、壁部３１が内側に折り曲げられる繊維強化プラスチックの繊維の破断状態を示す概念図、図８は、壁部１３１が花弁状に開裂している繊維強化プラスチックの繊維の破断状態を示す概念図である。
【００２８】
まず、第１の実施形態におけるエネルギ吸収メカニズムについて説明する。
【００２９】
図５を参照して、中空成形体３０に押圧部材４０を取り付ける。中空成形体３０の壁部３１の先端部３３は、押圧部材４０の凹部４１の底部に接触している（図５（Ａ））。中空成形体３０の後端部は、他の部材３４に接合され、中空部３２の開口は閉じている。
【００３０】
軸方向からの圧縮荷重Ｆが押圧部材４０を介して中空成形体３０の壁部３１に作用すると、壁部３１の先端部３３が凹部４１の底部に当接して押し付けられ、先端部３３の破壊が始まる（図５（Ｂ））。
【００３１】
圧縮荷重がさらに作用すると、中空成形体３０の壁部３１は、押圧部材４０の底部角部４３のアール形状に沿って変形を開始する（図５（Ｃ））。壁部３１は、その外表面３１ａが中空部３２の中に折り返されるように、内側に折り曲がる。壁部３１は、急激に曲げられることによって、引張り側（外表面３１ａの側）および圧縮側（内表面３１ｂの側）ともに、曲げ応力が大きくなり、変形エネルギを蓄積する。このエネルギの解放として、中空成形体３０を構成する繊維強化プラスチックにおける強化繊維とマトリックス樹脂との界面に破壊が発生し、繊維の破断が開始する。また、壁部３１が内側に曲げられると破壊領域が短縮されるため、周方向の剪断破壊が発生し、折れ曲がった壁部３１が分割される。
【００３２】
壁部３１が分割されつつ内側にさらに折り曲がると、曲げ変形の後、折り曲げられた壁部３１同士が相互に接触し、摩擦力が発生する（図５（Ｄ））。摩擦力による熱または繊維の破断の形によって、ここでもエネルギが吸収される。折り曲げられた壁部３１は、中空部３２の中に詰まり始める。内側に折り曲げられる図５（Ｄ）のＰ１点における繊維強化プラスチックの繊維の破断状態を確認したところ、層間剥離は少なく、その一方、層内において破断した繊維が多かった（図７を参照）。
【００３３】
壁部３１が内側にさらに折り曲がると、折り曲げられた壁部３１は、中空部３２の中に詰まって行き場がなくなる。中空部３２の中に詰め込まれる壁部３１同士が相互に押し付け合い、圧縮による摩擦力が発生する（図５（Ｅ））。圧縮による摩擦力による熱または繊維の破断の形によって、ここでもエネルギが吸収される。
【００３４】
次に、対比例におけるエネルギ吸収メカニズムについて説明する。
【００３５】
図６を参照して、対比例のエネルギ吸収体１２１は、中空成形体１３０と、中空成形体１３０の壁部１３１の先端部１３３を花弁状に開裂させる押圧部材１４０と、を有している。中空成形体１３０は、上述した実施形態の中空成形体３０と同様に形成されている。押圧部材１４０は、壁部１３１の先端部１３３が接触する面を平坦面に形成してある。
【００３６】
図６を参照して、中空成形体１３０の壁部１３１の先端部１３３は、押圧部材４０の平坦面に接触している（図６（Ａ））。
【００３７】
軸方向からの圧縮荷重Ｆが押圧部材１４０を介して中空成形体１３０の壁部１３１に作用すると、壁部１３１の先端部１３３が平坦面に当接して押し付けられ、先端部１３３の破壊が始まる（図６（Ｂ））。壁部１３１の先端部１３３は、花弁状に開裂する。中空成形体１３０を構成する繊維強化プラスチックは、主に層間剥離によってエネルギを吸収する。層間剥離によるエネルギ吸収は比較的少ない。
【００３８】
圧縮荷重がさらに作用すると、外側に開裂した層はそのまま開放し、内側に開裂した層は、中空部１３２の中に折り返されるように、内側に折り曲がる（図６（Ｃ））。内側に開裂した層同士は相互に接触するが、中空部１３２の断面積および容積に対して繊維強化プラスチックの絶対量が少ないため、摩擦力によってエネルギを吸収するという効果は比較的少ない。壁部１３１が花弁状に開裂している図６（Ｃ）のＰ２点における繊維強化プラスチックの繊維の破断状態を確認したところ、層間剥離が進展しており、その一方、層内において破断した繊維が少なかった（図８を参照）。
【００３９】
図９は、本実施形態のエネルギ吸収体２１および対比例のエネルギ吸収体１２１のエネルギ吸収実験によって得られた荷重変位線図である。図９において、本実施形態の荷重変位曲線は実線を用いて表し、対比例の荷重変位曲線は破線を用いて表している。
【００４０】
エネルギ吸収実験は、落錘試験機を用いて行った。図示するように、初期の荷重の立ち上がりについては、本実施形態および対比例ともほぼ同様である。その後、対比例では、荷重が若干低下し、あるレベルで荷重が推移する。本実施形態では、荷重が低下することなく、対比例よりも高いレベルで荷重が推移する。本実施形態では、図中符号Ｚ１の領域で荷重が急激に増加している。この領域Ｚ１では、折り曲げられた壁部３１同士が相互に接触しており、発生した摩擦力によってエネルギを吸収している。さらに図中符号Ｚ２の領域で荷重がさらに増加している。この領域Ｚ２では、中空部３２の中に詰め込まれて行き場を失った壁部３１同士が相互に押し付け合っており、発生した圧縮による摩擦力によってエネルギを吸収している。本実施形態の最大変位は、対比例の最大変位に比べて小さい。
【００４１】
対比例のエネルギ吸収体１２１にあっては、花弁状の破壊形態であり、層間剥離力および繊維の引っ張り破断力のみを利用して、エネルギを吸収している。
【００４２】
第１の実施形態にあっては、対比例におけるエネルギ吸収に加えて、第１に、曲げエネルギを利用した繊維破断によってエネルギを吸収し、第２に、中空成形体３０の内側に折り曲げられた壁部３１が相互に押し合うことにより発生する摩擦力によってエネルギを吸収している。したがって、本実施形態のエネルギ吸収方法、およびこれを具現化したエネルギ吸収体２１によれば、より大きなエネルギ吸収量の実現が可能となる。図９に示したように、本実施形態は、破壊形態が花弁状である対比例に比べて、約２倍のエネルギを吸収することができる。さらに、本実施形態は、対比例と比べると、同じ変位量でより多くのエネルギを吸収することができる。
【００４３】
押圧部材４０を備えることによって、荷重を中空成形体３０の壁部３１に確実に作用させることができ、凹部４１を設けることによって、壁部３１を折り曲げることができる。
【００４４】
壁部３１の先端部３３を断面テーパ形状とし、凹部４１の底部角部４３を断面円弧形状とすることによって、底部角部４３の断面円弧形状が壁部３１の先端部３３を破壊する誘導起点となって、壁部３１をガイドして折り曲げることができる。
【００４５】
押圧部材４０には、中空成形体３０が接触する部分に凹部４１を設けるだけでよい。複数の凹凸形状を押圧部材に設けて開裂方向を制御する形態に比べて、押圧部材４０の加工が容易となる。
【００４６】
中空成形体３０の壁部３１の先端部３３には、一つのテーパ部を設けるだけでよい。複数の凹凸形状を壁部の先端部に設けてトリガ部の形状を工夫する形態に比べて、壁部３１の先端部３３の加工が容易となる。
【００４７】
本実施形態のエネルギ吸収体２１は、より大きなエネルギ吸収量を実現し得ることから、同じエネルギ吸収量であれば、中空成形体３０の繊維の量を低減し、エネルギ吸収体２１の小型軽量化を図ることができる。これを通して、車両の軽量化などに寄与することができる。
【００４８】
図１０（Ａ）（Ｂ）は、底部角部４３のアール形状の大きさが異なる押圧部材４０を示す断面図、図１１は、底部角部４３のアール形状の大きさが異なる押圧部材４０を用いたエネルギ吸収実験によって得られた荷重変位線図である。図１０において、底部角部４３のアール形状の大きさは、理解の容易のために、誇張して示してある。また、図１１において、アール形状の大きさが小さい方の押圧部材４０（図１０（Ａ））を用いたときの荷重変位曲線は実線を用いて表し、アール形状の大きさが大きい方の押圧部材４０（図１０（Ｂ））を用いたときの荷重変位曲線は破線を用いて表している。
【００４９】
図１０（Ａ）の押圧部材４０は、底部角部４３のアール形状の大きさが例えばＲ２、図１０（Ｂ）の押圧部材４０は、底部角部４３のアール形状の大きさが例えばＲ５である。説明の便宜上、アール形状の大きさが小さい方の押圧部材４０を「小Ｒの押圧部材４０」と言い、アール形状の大きさが大きい方の押圧部材４０を「大Ｒの押圧部材４０」と言う。
【００５０】
エネルギ吸収実験は、落錘試験機を用いて行った。図１１に示すように、初期の荷重の立ち上がりについては、小Ｒの押圧部材４０を用いたときの方が大きい。その後、小Ｒの押圧部材４０を用いたとき、および大Ｒの押圧部材４０を用いたときの両方とも、あるレベルで荷重が推移する。小Ｒの押圧部材４０を用いたときの方が、大Ｒの押圧部材４０を用いるよりも高いレベルで荷重が推移する。いずれの押圧部材４０を用いても、荷重が急激に増加する点については、レベルの差はあるものの同様である。発生した摩擦力によってエネルギを吸収している。小Ｒの押圧部材４０を用いたときの最大変位は、大Ｒの押圧部材４０を用いたときの最大変位に比べて小さい。
【００５１】
このように、エネルギ吸収量は、押圧部材４０の底部角部４３のアール形状の大きさにより変化させることができ、要求されるエネルギ吸収量に応じて、アール形状の大きさを設定すればよい。
【００５２】
（第２の実施形態）
図１２は、第２の実施形態のエネルギ吸収体２２を示す断面図、図１３は、第２の実施形態のエネルギ吸収体２２によるエネルギ吸収メカニズムを説明するための断面図である。なお、第１の実施形態と共通する部位には同じ符号を付してその説明は一部省略する。
【００５３】
第２の実施形態は、中空成形体３０の壁部３１を折り曲げる方向が外側である点で、内側に折れ曲がる第１の実施形態と相違している。壁部３１を折り曲げる方向が異なるため、押圧部材４０の形状も若干相違している。
【００５４】
図１２を参照して、第２の実施形態のエネルギ吸収体２２は、第１の実施形態と同様に、壁部３１によって囲まれる中空部３２を備え、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）から形成された筒形状を有する中空成形体３０を有している。この中空成形体３０は、筒状の軸方向から壁部３１に圧縮荷重が作用したときに、壁部３１の内表面３１ｂが外側に折り返されて外表面３１ａ同士が向かい合うように壁部３１を折り曲げることによってエネルギを吸収している。このようにして、軸方向からの圧縮荷重による衝撃を緩和する。エネルギ吸収体２２はさらに、中空成形体３０に取り付けられ荷重を中空成形体３０の壁部３１に作用させる押圧部材４０を有している。
【００５５】
第２の実施形態の押圧部材４０も、ブロック形状を有し、壁部３１の先端部３３が当接することによって壁部３１を折り曲げるための凹部４５を形成してある。但し、壁部３１を外側に向けて折り曲げるために、押圧部材４０の中心には中空成形体３０の中空部３２に嵌り合う挿入部４６を突出して設け、凹部４５をリング形状に形成している。さらに、壁部３１の内表面３１ｂが外側に折り返されて外表面３１ａ同士が向かい合うように壁部３１を折り曲げるために、リング形状の凹部４５は、内周側の底部角部４７と外周側の底部角部４７とが向かい合っている。凹部４５における外周側の縦壁は、壁部３１の外表面３１ａに向かい合い、外周側の底部角部４７から図中下側に伸びている。
【００５６】
押圧部材４０は、挿入部４６を中空部３２に嵌め込み、中空成形体３０の端部に被せるように取り付けている。押圧部材４０は、接着剤を介して、中空成形体３０の壁部３１の内表面３１ｂに取り付けている。
【００５７】
壁部３１の先端部３３は、内表面３１ｂの側が先端となり外表面３１ａの側が先端から離れるように傾斜する断面テーパ形状を有している。押圧部材４０の凹部４５の底部角部４７は、内周側および外周側ともに、折り曲げられる壁部３１をガイドする断面円弧形状を有している。内周側の底部角部４７のアール形状が、壁部３１の先端部３３を内側に破壊する誘導起点となる。挿入部４６と壁部３１の内表面３１ｂとの間のクリアランスは、例えば、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍが望ましい。クリアランスが大きくなると、壁部３１の変形形態が底部角部４７のアール形状に沿う形態にならなくなるからである。
【００５８】
図１３を参照して、第２の実施形態におけるエネルギ吸収メカニズムについて説明する。
【００５９】
中空成形体３０の壁部３１の先端部３３は、押圧部材４０の凹部４５の底部に接触している（図１３（Ａ））。
【００６０】
軸方向からの圧縮荷重Ｆが押圧部材４０を介して中空成形体３０の壁部３１に作用すると、壁部３１の先端部３３が凹部４５の底部に当接して押し付けられ、先端部３３の破壊が始まる（図１３（Ｂ））。
【００６１】
圧縮荷重がさらに作用すると、中空成形体３０の壁部３１は、押圧部材４０の底部角部４７のアール形状に沿って変形を開始する（図１３（Ｃ））。壁部３１は、その内表面３１ｂが外側に折り返されて外表面３１ａ同士が向かい合うように、外側に折り曲がる。壁部３１は、急激に曲げられることによって、引張り側（内表面３１ｂの側）および圧縮側（外表面３１ａの側）ともに、曲げ応力が大きくなり、変形エネルギを蓄積する。このエネルギの解放として、中空成形体３０を構成する繊維強化プラスチックにおける強化繊維とマトリックス樹脂との界面に破壊が発生し、繊維の破断が開始する。また、壁部３１が外側に曲げられると破壊領域が拡大されるため、周方向の剪断破壊が発生し、折れ曲がった壁部３１が分割される。
【００６２】
第２の実施形態にあっては、壁部３１は、曲げ変形の後に押圧部材４０から開放される。このため、摩擦力によるエネルギ吸収は生じていない。
【００６３】
第２の実施形態にあっては、摩擦力によるエネルギ吸収を行っていないが、層間剥離力および繊維の引っ張り破断力を利用したエネルギ吸収に加えて、曲げエネルギを利用した繊維破断によってエネルギを吸収している。したがって、第２の実施形態のエネルギ吸収方法、およびこれを具現化したエネルギ吸収体２２によれば、第１の実施形態よりもエネルギ吸収量は小さいものの、前述した対比例に比べて、より大きなエネルギ吸収量の実現が可能となる。
【００６４】
（第３の実施形態）
図１４は、第３の実施形態のエネルギ吸収体２３を示す断面図である。なお、第２の実施形態と共通する部位には同じ符号を付してその説明は一部省略する。
【００６５】
第３の実施形態は、摩擦力によるエネルギ吸収をも行うようにした点で、摩擦力によるエネルギ吸収を行っていない第２の実施形態と相違している。
【００６６】
図１４を参照して、第３の実施形態のエネルギ吸収体２３は、押圧部材４０に取り付けられ、外側に折り曲げられた壁部３１を詰め込む空間５１を形成するリング部材５０をさらに有している。リング部材５０を押圧部材４０に取り付けることにより、壁部３１は曲げ変形の後に押圧部材４０から開放されずに、空間５１の中に詰まって行き場がなくなる。空間５１の中に詰め込まれる壁部３１同士が相互に押し付け合い、圧縮による摩擦力が発生する。この圧縮による摩擦力による熱または繊維の破断の形によって、エネルギが吸収される。
【００６７】
第３の実施形態にあっては、第２の実施形態に加えて、中空成形体３０の外側に折り曲げられた壁部３１が相互に押し合うことにより発生する摩擦力によってエネルギを吸収している。したがって、第１の実施形態と同程度に、より大きなエネルギ吸収量の実現が可能となる。
【００６８】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変できる。例えば、本発明のエネルギ吸収体２１、２２、２３を車体骨格部材としてのフロントサイドメンバ１０に適用する場合に限定されず、エネルギを吸収する必要があるいかなる箇所にも適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明に係るエネルギ吸収体を適用したフロントサイドメンバの要部を示す斜視図である。
【図２】第１の実施形態のエネルギ吸収体を示す断面図である。
【図３】図２に示される中空成形体および押圧部材を示す分解斜視図である。
【図４】押圧部材を示す断面図である。
【図５】第１の実施形態のエネルギ吸収体によるエネルギ吸収メカニズムを説明するための断面図である。
【図６】対比例のエネルギ吸収メカニズムを説明するための断面図である。
【図７】壁部が内側に折り曲げられる繊維強化プラスチックの繊維の破断状態を示す概念図である。
【図８】壁部が花弁状に開裂している繊維強化プラスチックの繊維の破断状態を示す概念図である。
【図９】本実施形態のエネルギ吸収体および対比例のエネルギ吸収体のエネルギ吸収実験によって得られた荷重変位線図である。
【図１０】図１０（Ａ）（Ｂ）は、底部角部のアール形状の大きさが異なる押圧部材を示す断面図である。
【図１１】底部角部のアール形状の大きさが異なる押圧部材を用いたエネルギ吸収実験によって得られた荷重変位線図である。
【図１２】第２の実施形態のエネルギ吸収体を示す断面図である。
【図１３】第２の実施形態のエネルギ吸収体によるエネルギ吸収メカニズムを説明するための断面図である。
【図１４】第３の実施形態のエネルギ吸収体を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１０ フロントサイドメンバ、
２１、２２、２３ エネルギ吸収体、
３０ 中空成形体、
３１ 壁部、
３１ａ 壁部の外表面、
３１ｂ 壁部の内表面、
３２ 中空部、
３３ 壁部の先端部、
４０ 押圧部材、
４１、４５ 凹部、
４２ 接着剤、
４３、４７ 凹部の底部角部、
４６ 挿入部、
５０ リング部材、
５１ 空間。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギ吸収体、およびエネルギ吸収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、自動車等の車両には、衝突時などにおける衝撃エネルギを吸収するエネルギ吸収体が設けられている。エネルギ吸収体は、例えば、繊維強化プラスチックから形成された中空成形体を用い、衝撃エネルギを自身の破壊によって吸収している（特許文献１、２を参照）。
【０００３】
繊維強化プラスチックからなる中空成形体を用いるエネルギ吸収体において、より効率的にエネルギを吸収させるために、繊維の開裂方向（周方向）を制御する方法と、開裂のトリガ部になる中空成形体の先端形状を工夫する方法とが採用されている。
【０００４】
前者の開裂方向を制御する方法については、複数の凹凸形状を設けた押圧部材を使い、繊維が周方向に複数に拡開するように制御することによって、エネルギ吸収の効率化を図っている（特許文献１を参照）。
【０００５】
後者の中空成形体の先端形状を工夫する方法については、中空成形体の先端をテーパ形状の複数の凹凸形状とし、衝突初期の荷重の低下を防ぐことによって、エネルギ吸収の効率化を図っている（特許文献２を参照）。
【０００６】
いずれの方法においても、エネルギ吸収については、層間剥離力および繊維の引っ張り破断力を利用している。
【特許文献１】特開２００５−２３３２６３号公報
【特許文献２】特開２００６−１２５５３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この種のエネルギ吸収体にあっては、より大きなエネルギ吸収量を実現することによって、車両の軽量化などに寄与することが要請されている。
【０００８】
しかしながら、従来のエネルギ吸収体にあっては、エネルギ吸収の効率化つまりエネルギ吸収量の向上は、層間剥離力および繊維の引っ張り破断力をいかに大きくするかにかかっており、材料特性の限界もあり十分な効率化を得ることが難しい。
【０００９】
本発明の目的は、より大きなエネルギ吸収量の実現が可能なエネルギ吸収体、およびエネルギ吸収方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明に係るエネルギ吸収体は、壁部によって囲まれる中空部を備え、繊維強化プラスチックから形成された中空成形体を有するエネルギ吸収体である。前記中空成形体は、前記壁部に圧縮荷重が作用したときに、前記壁部の外表面が前記中空部の中に折り返されるように前記壁部を折り曲げることによって、または、前記壁部の内表面が外側に折り返されて前記外表面同士が向かい合うように前記壁部を折り曲げることによって、エネルギを吸収する。
【００１１】
上記目的を達成するための本発明に係るエネルギ吸収方法は、壁部によって囲まれる中空部を備え、繊維強化プラスチックから形成された中空成形体によってエネルギを吸収する。そして、前記中空成形体の前記壁部に圧縮荷重が作用したときに、前記壁部の外表面が前記中空部の中に折り返されるように前記壁部を折り曲げることによって、エネルギを吸収する。前記壁部の内表面が外側に折り返されて前記外表面同士が向かい合うように前記壁部を折り曲げることによって、エネルギを吸収するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、層間剥離力および繊維の引っ張り破断力を利用してエネルギを吸収するのに加えて、曲げエネルギを利用した繊維破断によってもエネルギを吸収できる。したがって、より大きなエネルギ吸収量の実現が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は、本発明に係るエネルギ吸収体２１を適用したフロントサイドメンバ１０の要部を示す斜視図、図２は、第１の実施形態のエネルギ吸収体２１を示す断面図、図３は、図２に示される中空成形体３０および押圧部材４０を示す分解斜視図、図４は、押圧部材４０を示す断面図である。
【００１５】
図１を参照して、車体骨格部材としてのフロントサイドメンバ１０は、自動車の車体前方の車幅方向両側下方に位置し、車体の前後方向に長尺な形状を有している。図示するフロントサイドメンバ１０にあっては、車体の前方側に位置する先端部分１１にエネルギ吸収体２１を配置している。
【００１６】
図２および図３を参照して、第１の実施形態のエネルギ吸収体２１は、概説すれば、壁部３１によって囲まれる中空部３２を備え、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）から形成された筒形状を有する中空成形体３０を有している。この中空成形体３０は、筒状の軸方向から壁部３１に圧縮荷重が作用したときに、壁部３１の外表面３１ａが中空部３２の中に折り返されるように壁部３１を折り曲げることによってエネルギを吸収している。このようにして、軸方向からの圧縮荷重による衝撃を緩和する。エネルギ吸収体２１はさらに、中空成形体３０に取り付けられ荷重を中空成形体３０の壁部３１に作用させる押圧部材４０を有している。
【００１７】
中空成形体３０の中空部３２の大きさ、壁部３１の厚さなどは、吸収すべきエネルギの大きさに応じて適宜選択される。本実施形態の中空成形体３０は、壁部３１の曲げエネルギを利用して繊維破断させ、中空部３２の中に壁部３１を折り曲げるときには、折り曲げられた壁部３１同士が相互に接触するようにしてある。曲げエネルギを利用した繊維破断によるエネルギ吸収は、繊維の量、壁部３１の厚み、形状（例えば、リブ形状）を選択することによって変化させることができる。折り曲げられた壁部３１同士を相互に接触させることによって摩擦力を発生させ、この摩擦力によってエネルギを吸収する。逆に言えば、摩擦力によるエネルギ吸収は、繊維の量および中空成形体３０の形状を選択することによって変化させることができる。
【００１８】
中空成形体３０を形成する繊維強化プラスチックは、強化繊維と樹脂との複合材料である。強化繊維は、例えば炭素繊維であり、樹脂は例えばエポキシ樹脂である。
【００１９】
前記強化繊維は、強化材となるものであれば特に制限されるものではない。強化繊維は、炭素繊維の他に、例えば黒鉛繊維、またはガラス繊維や、アラミド、パラフェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリビニルアルコール、ポリアリレートなどの有機繊維などを使用することができる。さらには、上記した強化繊維の２種類以上を併用したものも使用できる。
【００２０】
前記樹脂は、繊維強化プラスチックのマトリックス樹脂となるものであればあらゆる樹脂を使用することができる。樹脂は、エポキシ樹脂の他に、例えば不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂や、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド樹脂などの熱可塑性樹脂を使用することができる。さらには、上記の樹脂の混合樹脂も使用できる。
【００２１】
中空成形体３０の成形法は、特に限定されず、公知の作製方法を適用することができる。例えば、成形型内に封入した強化繊維に溶融した熱硬化性樹脂を注入して加熱硬化させるＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）成形法や、シートワインディング成形や、プレス成形などを適用して中空成形体３０を作製することがきる。中空成形体３０は、壁部３１の厚み方向に、強化繊維の層が積層している。
【００２２】
図４をも参照して、押圧部材４０は、ブロック形状を有し、壁部３１の先端部３３が当接することによって壁部３１を折り曲げるための凹部４１を形成してある。
【００２３】
押圧部材４０は、中空成形体３０の端部に被せるように取り付けている。押圧部材４０は、接着剤４２を介して、中空成形体３０の壁部３１の外表面３１ａに取り付けている（図２を参照）。接着剤４２は、通常使用時には押圧部材４０と中空成形体３０とを接合する一方、エネルギを吸収するときには壁部３１の折り曲げを阻害することがない接着強さを有している。
【００２４】
押圧部材４０の前面側は、図示しないバンパーレインフォースにボルトなどを介して固定されている。バンパーレインフォースおよびフロントサイドメンバ１０によって、衝撃を吸収するクラッシャブルゾーンを構成している。
【００２５】
押圧部材４０の材料は、荷重を中空成形体３０の壁部３１に作用し得る限りにおいて適宜の材料を用いることができる。例えば、鉄やアルミを挙げることができるが、繊維強化プラスチックよりも硬い材料、例えば鉄などが好ましい。
【００２６】
図２および図４を参照して、壁部３１の先端部３３は、内表面３１ｂの側が先端となり外表面３１ａの側が先端から離れるように傾斜する断面テーパ形状を有している。押圧部材４０の凹部４１の底部角部４３は、折り曲げられる壁部３１をガイドする断面円弧形状を有している。押圧部材４０の底部角部４３のアール形状が、壁部３１の先端部３３を内側に破壊する誘導起点となる。凹部４１の内側面と壁部３１の外表面３１ａとの間のクリアランスは、例えば、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍが望ましい。クリアランスが大きくなると、壁部３１の変形形態が底部角部４３のアール形状に沿う形態にならなくなるからである。
【００２７】
図５は、第１の実施形態のエネルギ吸収体２１によるエネルギ吸収メカニズムを説明するための断面図、図６は、対比例のエネルギ吸収メカニズムを説明するための断面図である。図７は、壁部３１が内側に折り曲げられる繊維強化プラスチックの繊維の破断状態を示す概念図、図８は、壁部１３１が花弁状に開裂している繊維強化プラスチックの繊維の破断状態を示す概念図である。
【００２８】
まず、第１の実施形態におけるエネルギ吸収メカニズムについて説明する。
【００２９】
図５を参照して、中空成形体３０に押圧部材４０を取り付ける。中空成形体３０の壁部３１の先端部３３は、押圧部材４０の凹部４１の底部に接触している（図５（Ａ））。中空成形体３０の後端部は、他の部材３４に接合され、中空部３２の開口は閉じている。
【００３０】
軸方向からの圧縮荷重Ｆが押圧部材４０を介して中空成形体３０の壁部３１に作用すると、壁部３１の先端部３３が凹部４１の底部に当接して押し付けられ、先端部３３の破壊が始まる（図５（Ｂ））。
【００３１】
圧縮荷重がさらに作用すると、中空成形体３０の壁部３１は、押圧部材４０の底部角部４３のアール形状に沿って変形を開始する（図５（Ｃ））。壁部３１は、その外表面３１ａが中空部３２の中に折り返されるように、内側に折り曲がる。壁部３１は、急激に曲げられることによって、引張り側（外表面３１ａの側）および圧縮側（内表面３１ｂの側）ともに、曲げ応力が大きくなり、変形エネルギを蓄積する。このエネルギの解放として、中空成形体３０を構成する繊維強化プラスチックにおける強化繊維とマトリックス樹脂との界面に破壊が発生し、繊維の破断が開始する。また、壁部３１が内側に曲げられると破壊領域が短縮されるため、周方向の剪断破壊が発生し、折れ曲がった壁部３１が分割される。
【００３２】
壁部３１が分割されつつ内側にさらに折り曲がると、曲げ変形の後、折り曲げられた壁部３１同士が相互に接触し、摩擦力が発生する（図５（Ｄ））。摩擦力による熱または繊維の破断の形によって、ここでもエネルギが吸収される。折り曲げられた壁部３１は、中空部３２の中に詰まり始める。内側に折り曲げられる図５（Ｄ）のＰ１点における繊維強化プラスチックの繊維の破断状態を確認したところ、層間剥離は少なく、その一方、層内において破断した繊維が多かった（図７を参照）。
【００３３】
壁部３１が内側にさらに折り曲がると、折り曲げられた壁部３１は、中空部３２の中に詰まって行き場がなくなる。中空部３２の中に詰め込まれる壁部３１同士が相互に押し付け合い、圧縮による摩擦力が発生する（図５（Ｅ））。圧縮による摩擦力による熱または繊維の破断の形によって、ここでもエネルギが吸収される。
【００３４】
次に、対比例におけるエネルギ吸収メカニズムについて説明する。
【００３５】
図６を参照して、対比例のエネルギ吸収体１２１は、中空成形体１３０と、中空成形体１３０の壁部１３１の先端部１３３を花弁状に開裂させる押圧部材１４０と、を有している。中空成形体１３０は、上述した実施形態の中空成形体３０と同様に形成されている。押圧部材１４０は、壁部１３１の先端部１３３が接触する面を平坦面に形成してある。
【００３６】
図６を参照して、中空成形体１３０の壁部１３１の先端部１３３は、押圧部材４０の平坦面に接触している（図６（Ａ））。
【００３７】
軸方向からの圧縮荷重Ｆが押圧部材１４０を介して中空成形体１３０の壁部１３１に作用すると、壁部１３１の先端部１３３が平坦面に当接して押し付けられ、先端部１３３の破壊が始まる（図６（Ｂ））。壁部１３１の先端部１３３は、花弁状に開裂する。中空成形体１３０を構成する繊維強化プラスチックは、主に層間剥離によってエネルギを吸収する。層間剥離によるエネルギ吸収は比較的少ない。
【００３８】
圧縮荷重がさらに作用すると、外側に開裂した層はそのまま開放し、内側に開裂した層は、中空部１３２の中に折り返されるように、内側に折り曲がる（図６（Ｃ））。内側に開裂した層同士は相互に接触するが、中空部１３２の断面積および容積に対して繊維強化プラスチックの絶対量が少ないため、摩擦力によってエネルギを吸収するという効果は比較的少ない。壁部１３１が花弁状に開裂している図６（Ｃ）のＰ２点における繊維強化プラスチックの繊維の破断状態を確認したところ、層間剥離が進展しており、その一方、層内において破断した繊維が少なかった（図８を参照）。
【００３９】
図９は、本実施形態のエネルギ吸収体２１および対比例のエネルギ吸収体１２１のエネルギ吸収実験によって得られた荷重変位線図である。図９において、本実施形態の荷重変位曲線は実線を用いて表し、対比例の荷重変位曲線は破線を用いて表している。
【００４０】
エネルギ吸収実験は、落錘試験機を用いて行った。図示するように、初期の荷重の立ち上がりについては、本実施形態および対比例ともほぼ同様である。その後、対比例では、荷重が若干低下し、あるレベルで荷重が推移する。本実施形態では、荷重が低下することなく、対比例よりも高いレベルで荷重が推移する。本実施形態では、図中符号Ｚ１の領域で荷重が急激に増加している。この領域Ｚ１では、折り曲げられた壁部３１同士が相互に接触しており、発生した摩擦力によってエネルギを吸収している。さらに図中符号Ｚ２の領域で荷重がさらに増加している。この領域Ｚ２では、中空部３２の中に詰め込まれて行き場を失った壁部３１同士が相互に押し付け合っており、発生した圧縮による摩擦力によってエネルギを吸収している。本実施形態の最大変位は、対比例の最大変位に比べて小さい。
【００４１】
対比例のエネルギ吸収体１２１にあっては、花弁状の破壊形態であり、層間剥離力および繊維の引っ張り破断力のみを利用して、エネルギを吸収している。
【００４２】
第１の実施形態にあっては、対比例におけるエネルギ吸収に加えて、第１に、曲げエネルギを利用した繊維破断によってエネルギを吸収し、第２に、中空成形体３０の内側に折り曲げられた壁部３１が相互に押し合うことにより発生する摩擦力によってエネルギを吸収している。したがって、本実施形態のエネルギ吸収方法、およびこれを具現化したエネルギ吸収体２１によれば、より大きなエネルギ吸収量の実現が可能となる。図９に示したように、本実施形態は、破壊形態が花弁状である対比例に比べて、約２倍のエネルギを吸収することができる。さらに、本実施形態は、対比例と比べると、同じ変位量でより多くのエネルギを吸収することができる。
【００４３】
押圧部材４０を備えることによって、荷重を中空成形体３０の壁部３１に確実に作用させることができ、凹部４１を設けることによって、壁部３１を折り曲げることができる。
【００４４】
壁部３１の先端部３３を断面テーパ形状とし、凹部４１の底部角部４３を断面円弧形状とすることによって、底部角部４３の断面円弧形状が壁部３１の先端部３３を破壊する誘導起点となって、壁部３１をガイドして折り曲げることができる。
【００４５】
押圧部材４０には、中空成形体３０が接触する部分に凹部４１を設けるだけでよい。複数の凹凸形状を押圧部材に設けて開裂方向を制御する形態に比べて、押圧部材４０の加工が容易となる。
【００４６】
中空成形体３０の壁部３１の先端部３３には、一つのテーパ部を設けるだけでよい。複数の凹凸形状を壁部の先端部に設けてトリガ部の形状を工夫する形態に比べて、壁部３１の先端部３３の加工が容易となる。
【００４７】
本実施形態のエネルギ吸収体２１は、より大きなエネルギ吸収量を実現し得ることから、同じエネルギ吸収量であれば、中空成形体３０の繊維の量を低減し、エネルギ吸収体２１の小型軽量化を図ることができる。これを通して、車両の軽量化などに寄与することができる。
【００４８】
図１０（Ａ）（Ｂ）は、底部角部４３のアール形状の大きさが異なる押圧部材４０を示す断面図、図１１は、底部角部４３のアール形状の大きさが異なる押圧部材４０を用いたエネルギ吸収実験によって得られた荷重変位線図である。図１０において、底部角部４３のアール形状の大きさは、理解の容易のために、誇張して示してある。また、図１１において、アール形状の大きさが小さい方の押圧部材４０（図１０（Ａ））を用いたときの荷重変位曲線は実線を用いて表し、アール形状の大きさが大きい方の押圧部材４０（図１０（Ｂ））を用いたときの荷重変位曲線は破線を用いて表している。
【００４９】
図１０（Ａ）の押圧部材４０は、底部角部４３のアール形状の大きさが例えばＲ２、図１０（Ｂ）の押圧部材４０は、底部角部４３のアール形状の大きさが例えばＲ５である。説明の便宜上、アール形状の大きさが小さい方の押圧部材４０を「小Ｒの押圧部材４０」と言い、アール形状の大きさが大きい方の押圧部材４０を「大Ｒの押圧部材４０」と言う。
【００５０】
エネルギ吸収実験は、落錘試験機を用いて行った。図１１に示すように、初期の荷重の立ち上がりについては、小Ｒの押圧部材４０を用いたときの方が大きい。その後、小Ｒの押圧部材４０を用いたとき、および大Ｒの押圧部材４０を用いたときの両方とも、あるレベルで荷重が推移する。小Ｒの押圧部材４０を用いたときの方が、大Ｒの押圧部材４０を用いるよりも高いレベルで荷重が推移する。いずれの押圧部材４０を用いても、荷重が急激に増加する点については、レベルの差はあるものの同様である。発生した摩擦力によってエネルギを吸収している。小Ｒの押圧部材４０を用いたときの最大変位は、大Ｒの押圧部材４０を用いたときの最大変位に比べて小さい。
【００５１】
このように、エネルギ吸収量は、押圧部材４０の底部角部４３のアール形状の大きさにより変化させることができ、要求されるエネルギ吸収量に応じて、アール形状の大きさを設定すればよい。
【００５２】
（第２の実施形態）
図１２は、第２の実施形態のエネルギ吸収体２２を示す断面図、図１３は、第２の実施形態のエネルギ吸収体２２によるエネルギ吸収メカニズムを説明するための断面図である。なお、第１の実施形態と共通する部位には同じ符号を付してその説明は一部省略する。
【００５３】
第２の実施形態は、中空成形体３０の壁部３１を折り曲げる方向が外側である点で、内側に折れ曲がる第１の実施形態と相違している。壁部３１を折り曲げる方向が異なるため、押圧部材４０の形状も若干相違している。
【００５４】
図１２を参照して、第２の実施形態のエネルギ吸収体２２は、第１の実施形態と同様に、壁部３１によって囲まれる中空部３２を備え、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）から形成された筒形状を有する中空成形体３０を有している。この中空成形体３０は、筒状の軸方向から壁部３１に圧縮荷重が作用したときに、壁部３１の内表面３１ｂが外側に折り返されて外表面３１ａ同士が向かい合うように壁部３１を折り曲げることによってエネルギを吸収している。このようにして、軸方向からの圧縮荷重による衝撃を緩和する。エネルギ吸収体２２はさらに、中空成形体３０に取り付けられ荷重を中空成形体３０の壁部３１に作用させる押圧部材４０を有している。
【００５５】
第２の実施形態の押圧部材４０も、ブロック形状を有し、壁部３１の先端部３３が当接することによって壁部３１を折り曲げるための凹部４５を形成してある。但し、壁部３１を外側に向けて折り曲げるために、押圧部材４０の中心には中空成形体３０の中空部３２に嵌り合う挿入部４６を突出して設け、凹部４５をリング形状に形成している。さらに、壁部３１の内表面３１ｂが外側に折り返されて外表面３１ａ同士が向かい合うように壁部３１を折り曲げるために、リング形状の凹部４５は、内周側の底部角部４７と外周側の底部角部４７とが向かい合っている。凹部４５における外周側の縦壁は、壁部３１の外表面３１ａに向かい合い、外周側の底部角部４７から図中下側に伸びている。
【００５６】
押圧部材４０は、挿入部４６を中空部３２に嵌め込み、中空成形体３０の端部に被せるように取り付けている。押圧部材４０は、接着剤を介して、中空成形体３０の壁部３１の内表面３１ｂに取り付けている。
【００５７】
壁部３１の先端部３３は、内表面３１ｂの側が先端となり外表面３１ａの側が先端から離れるように傾斜する断面テーパ形状を有している。押圧部材４０の凹部４５の底部角部４７は、内周側および外周側ともに、折り曲げられる壁部３１をガイドする断面円弧形状を有している。内周側の底部角部４７のアール形状が、壁部３１の先端部３３を内側に破壊する誘導起点となる。挿入部４６と壁部３１の内表面３１ｂとの間のクリアランスは、例えば、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍが望ましい。クリアランスが大きくなると、壁部３１の変形形態が底部角部４７のアール形状に沿う形態にならなくなるからである。
【００５８】
図１３を参照して、第２の実施形態におけるエネルギ吸収メカニズムについて説明する。
【００５９】
中空成形体３０の壁部３１の先端部３３は、押圧部材４０の凹部４５の底部に接触している（図１３（Ａ））。
【００６０】
軸方向からの圧縮荷重Ｆが押圧部材４０を介して中空成形体３０の壁部３１に作用すると、壁部３１の先端部３３が凹部４５の底部に当接して押し付けられ、先端部３３の破壊が始まる（図１３（Ｂ））。
【００６１】
圧縮荷重がさらに作用すると、中空成形体３０の壁部３１は、押圧部材４０の底部角部４７のアール形状に沿って変形を開始する（図１３（Ｃ））。壁部３１は、その内表面３１ｂが外側に折り返されて外表面３１ａ同士が向かい合うように、外側に折り曲がる。壁部３１は、急激に曲げられることによって、引張り側（内表面３１ｂの側）および圧縮側（外表面３１ａの側）ともに、曲げ応力が大きくなり、変形エネルギを蓄積する。このエネルギの解放として、中空成形体３０を構成する繊維強化プラスチックにおける強化繊維とマトリックス樹脂との界面に破壊が発生し、繊維の破断が開始する。また、壁部３１が外側に曲げられると破壊領域が拡大されるため、周方向の剪断破壊が発生し、折れ曲がった壁部３１が分割される。
【００６２】
第２の実施形態にあっては、壁部３１は、曲げ変形の後に押圧部材４０から開放される。このため、摩擦力によるエネルギ吸収は生じていない。
【００６３】
第２の実施形態にあっては、摩擦力によるエネルギ吸収を行っていないが、層間剥離力および繊維の引っ張り破断力を利用したエネルギ吸収に加えて、曲げエネルギを利用した繊維破断によってエネルギを吸収している。したがって、第２の実施形態のエネルギ吸収方法、およびこれを具現化したエネルギ吸収体２２によれば、第１の実施形態よりもエネルギ吸収量は小さいものの、前述した対比例に比べて、より大きなエネルギ吸収量の実現が可能となる。
【００６４】
（第３の実施形態）
図１４は、第３の実施形態のエネルギ吸収体２３を示す断面図である。なお、第２の実施形態と共通する部位には同じ符号を付してその説明は一部省略する。
【００６５】
第３の実施形態は、摩擦力によるエネルギ吸収をも行うようにした点で、摩擦力によるエネルギ吸収を行っていない第２の実施形態と相違している。
【００６６】
図１４を参照して、第３の実施形態のエネルギ吸収体２３は、押圧部材４０に取り付けられ、外側に折り曲げられた壁部３１を詰め込む空間５１を形成するリング部材５０をさらに有している。リング部材５０を押圧部材４０に取り付けることにより、壁部３１は曲げ変形の後に押圧部材４０から開放されずに、空間５１の中に詰まって行き場がなくなる。空間５１の中に詰め込まれる壁部３１同士が相互に押し付け合い、圧縮による摩擦力が発生する。この圧縮による摩擦力による熱または繊維の破断の形によって、エネルギが吸収される。
【００６７】
第３の実施形態にあっては、第２の実施形態に加えて、中空成形体３０の外側に折り曲げられた壁部３１が相互に押し合うことにより発生する摩擦力によってエネルギを吸収している。したがって、第１の実施形態と同程度に、より大きなエネルギ吸収量の実現が可能となる。
【００６８】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変できる。例えば、本発明のエネルギ吸収体２１、２２、２３を車体骨格部材としてのフロントサイドメンバ１０に適用する場合に限定されず、エネルギを吸収する必要があるいかなる箇所にも適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明に係るエネルギ吸収体を適用したフロントサイドメンバの要部を示す斜視図である。
【図２】第１の実施形態のエネルギ吸収体を示す断面図である。
【図３】図２に示される中空成形体および押圧部材を示す分解斜視図である。
【図４】押圧部材を示す断面図である。
【図５】第１の実施形態のエネルギ吸収体によるエネルギ吸収メカニズムを説明するための断面図である。
【図６】対比例のエネルギ吸収メカニズムを説明するための断面図である。
【図７】壁部が内側に折り曲げられる繊維強化プラスチックの繊維の破断状態を示す概念図である。
【図８】壁部が花弁状に開裂している繊維強化プラスチックの繊維の破断状態を示す概念図である。
【図９】本実施形態のエネルギ吸収体および対比例のエネルギ吸収体のエネルギ吸収実験によって得られた荷重変位線図である。
【図１０】図１０（Ａ）（Ｂ）は、底部角部のアール形状の大きさが異なる押圧部材を示す断面図である。
【図１１】底部角部のアール形状の大きさが異なる押圧部材を用いたエネルギ吸収実験によって得られた荷重変位線図である。
【図１２】第２の実施形態のエネルギ吸収体を示す断面図である。
【図１３】第２の実施形態のエネルギ吸収体によるエネルギ吸収メカニズムを説明するための断面図である。
【図１４】第３の実施形態のエネルギ吸収体を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１０ フロントサイドメンバ、
２１、２２、２３ エネルギ吸収体、
３０ 中空成形体、
３１ 壁部、
３１ａ 壁部の外表面、
３１ｂ 壁部の内表面、
３２ 中空部、
３３ 壁部の先端部、
４０ 押圧部材、
４１、４５ 凹部、
４２ 接着剤、
４３、４７ 凹部の底部角部、
４６ 挿入部、
５０ リング部材、
５１ 空間。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
壁部によって囲まれる中空部を備え、繊維強化プラスチックから形成された中空成形体を有するエネルギ吸収体であって、
前記中空成形体は、前記壁部に圧縮荷重が作用したときに、前記壁部の外表面が前記中空部の中に折り返されるように前記壁部を折り曲げることによって、または、前記壁部の内表面が外側に折り返されて前記外表面同士が向かい合うように前記壁部を折り曲げることによって、エネルギを吸収してなるエネルギ吸収体。
【請求項２】
前記中空成形体は、前記中空部の中に前記壁部を折り曲げるときには、折り曲げられた壁部同士が相互に接触している請求項１に記載のエネルギ吸収体。
【請求項３】
前記中空成形体に取り付けられ圧縮荷重を前記中空成形体の前記壁部に作用させる押圧部材をさらに有し、
前記押圧部材は、前記壁部の先端部が当接することによって前記壁部を折り曲げるための凹部が形成されている請求項１または請求項２に記載のエネルギ吸収体。
【請求項４】
前記壁部の前記先端部は、内表面の側が先端となり外表面の側が先端から離れるように傾斜する断面テーパ形状を有し、
前記押圧部材の前記凹部の底部角部は、折り曲げられる前記壁部をガイドする断面円弧形状を有している請求項３に記載のエネルギ吸収体。
【請求項５】
壁部によって囲まれる中空部を備え、繊維強化プラスチックから形成された中空成形体によってエネルギを吸収するエネルギ吸収方法であって、
前記中空成形体の前記壁部に圧縮荷重が作用したときに、前記壁部の外表面が前記中空部の中に折り返されるように前記壁部を折り曲げることによって、または、前記壁部の内表面が外側に折り返されて前記外表面同士が向かい合うように前記壁部を折り曲げることによって、エネルギを吸収するエネルギ吸収方法。
【請求項６】
前記中空部の中に前記壁部を折り曲げるときには、折り曲げられた壁部同士を相互に接触させる請求項５に記載のエネルギ吸収方法。
【請求項７】
前記中空成形体に取り付けた押圧部材を介して圧縮荷重を前記中空成形体の前記壁部に作用させ、前記押圧部材に形成した凹部に前記壁部の先端部が当接することによって、前記壁部を折り曲げる請求項５または請求項６に記載のエネルギ吸収方法。
【請求項８】
前記壁部の前記先端部は、内表面の側が先端となり外表面の側が先端から離れるように傾斜する断面テーパ形状を有し、
前記押圧部材の前記凹部の底部角部は、折り曲げられる前記壁部の前記先端部をガイドする断面円弧形状を有している請求項７に記載のエネルギ吸収方法。
【請求項１】
壁部によって囲まれる中空部を備え、繊維強化プラスチックから形成された中空成形体を有するエネルギ吸収体であって、
前記中空成形体は、前記壁部に圧縮荷重が作用したときに、前記壁部の外表面が前記中空部の中に折り返されるように前記壁部を折り曲げることによって、または、前記壁部の内表面が外側に折り返されて前記外表面同士が向かい合うように前記壁部を折り曲げることによって、エネルギを吸収してなるエネルギ吸収体。
【請求項２】
前記中空成形体は、前記中空部の中に前記壁部を折り曲げるときには、折り曲げられた壁部同士が相互に接触している請求項１に記載のエネルギ吸収体。
【請求項３】
前記中空成形体に取り付けられ圧縮荷重を前記中空成形体の前記壁部に作用させる押圧部材をさらに有し、
前記押圧部材は、前記壁部の先端部が当接することによって前記壁部を折り曲げるための凹部が形成されている請求項１または請求項２に記載のエネルギ吸収体。
【請求項４】
前記壁部の前記先端部は、内表面の側が先端となり外表面の側が先端から離れるように傾斜する断面テーパ形状を有し、
前記押圧部材の前記凹部の底部角部は、折り曲げられる前記壁部をガイドする断面円弧形状を有している請求項３に記載のエネルギ吸収体。
【請求項５】
壁部によって囲まれる中空部を備え、繊維強化プラスチックから形成された中空成形体によってエネルギを吸収するエネルギ吸収方法であって、
前記中空成形体の前記壁部に圧縮荷重が作用したときに、前記壁部の外表面が前記中空部の中に折り返されるように前記壁部を折り曲げることによって、または、前記壁部の内表面が外側に折り返されて前記外表面同士が向かい合うように前記壁部を折り曲げることによって、エネルギを吸収するエネルギ吸収方法。
【請求項６】
前記中空部の中に前記壁部を折り曲げるときには、折り曲げられた壁部同士を相互に接触させる請求項５に記載のエネルギ吸収方法。
【請求項７】
前記中空成形体に取り付けた押圧部材を介して圧縮荷重を前記中空成形体の前記壁部に作用させ、前記押圧部材に形成した凹部に前記壁部の先端部が当接することによって、前記壁部を折り曲げる請求項５または請求項６に記載のエネルギ吸収方法。
【請求項８】
前記壁部の前記先端部は、内表面の側が先端となり外表面の側が先端から離れるように傾斜する断面テーパ形状を有し、
前記押圧部材の前記凹部の底部角部は、折り曲げられる前記壁部の前記先端部をガイドする断面円弧形状を有している請求項７に記載のエネルギ吸収方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図４】
【図９】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図４】
【図９】
【公開番号】特開２００９−２８７７４９（Ｐ２００９−２８７７４９Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４３５５３（Ｐ２００８−１４３５５３）
【出願日】平成２０年５月３０日（２００８．５．３０）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１７年度 新エネルギー・産業技術総合開発機構「地球温暖化防止新技術プログラム 自動車軽量化炭素繊維強化複合材料の研究開発」、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月３０日（２００８．５．３０）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１７年度 新エネルギー・産業技術総合開発機構「地球温暖化防止新技術プログラム 自動車軽量化炭素繊維強化複合材料の研究開発」、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]