(57)【要約】      （修正有）【課題】高いエネルギー吸収性能を有する繊維強化樹脂製の補強部材を用いて、曲げ荷重等が加わる場合にも部材全体として優れたエネルギー吸収性能を発現できるようにしたエネルギー吸収部材を提供する。【解決手段】金属製のアウターパネル２と金属製のインナーパネル３とで形成される中空領域４に、繊維強化樹脂製の補強部材５を配置した自動車用構造部材であって、補強部材５は中空閉断面形状を有しており、かつ、少なくともインナーパネル３と接合固定されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製のアウターパネルと金属製のインナーパネルとで形成される中空領域に、繊維強化樹脂製の補強部材を配置した自動車用構造部材であって、前記補強部材は中空閉断面形状を有しており、かつ、少なくとも前記インナーパネルと接合固定されていることを特徴とするエネルギー吸収部材。
【請求項２】
前記補強部材が前記アウターパネルと接触するように配置されている、請求項１に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項３】
前記補強部材が前記アウターパネルとも接合固定されている、請求項１または２に記載のエネルギー吸収部材。
【請求項４】
前記アウターパネル、前記インナーパネルおよび前記補強部材が前記自動車用構造部材の長手方向に延びており、前記補強部材の横断面が前記中空閉断面形状を有している、請求項１〜３のいずれかに記載のエネルギー吸収部材。
【請求項５】
前記繊維強化樹脂に使用される強化繊維として炭素繊維を含む、請求項１〜４のいずれかに記載のエネルギー吸収部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用構造部材としてのエネルギー吸収部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用構造部材には、衝突安全性の点から、部材の高強度化とともに、高エネルギー吸収性能が求められている。従来の一般的な自動車用構造部材の構造として、例えば図６に示すような構造が挙げられる。図６に示す自動車用構造部材１００の構造では、金属製のアウターパネル１０１と金属製のインナーパネル１０２とで形成される中空領域内に、金属製の補強部材１０３が配置されている。
【０００３】
しかし上記のような金属製の補強部材１０３で補強された自動車用構造部材１００においては、衝突時に部材に大きな曲げ荷重が加わると、金属材料が降伏し、荷重を受け持つことができず、荷重低下が起こる。さらに、後述の如く、部材の断面変形も発生し、断面が縮小して、さらに荷重低下を招くことがある。
【０００４】
このような金属製の自動車用構造部材における問題に対処するために、構造部材の少なくとも一部に、一般的にエネルギー吸収性能が高いと言われている繊維強化樹脂製の部材を用いる技術が知られている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、自動車用構造部材のアウターパネル内に、凹凸形状の(波形形状の)繊維強化樹脂製補強部材を取り付けた車両の骨格構造が開示されている。また、特許文献２には、横断面四角の、積層シート状繊維強化材を有する繊維強化樹脂からなる自動車用衝撃吸収部材が開示されている。さらに、特許文献３には、略ハット型断面の繊維強化樹脂製アウターパネルの内面に、それと相似形の金属製レインフォースを配設した自動車のセンターピラー構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１９５３５２号公報
【特許文献２】特許第４１１８２６３号公報
【特許文献３】特許第４０９３１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の構造では、付加された繊維強化樹脂製補強部材が波形形状に形成されているため、例えば、該補強部材の軸方向(長手方向)には高いエネルギー吸収性能を持たせることができず、骨格構造部材に加わる曲げ荷重等に対して部材全体として優れたエネルギー吸収性能は期待できない。また、特許文献２、３に記載の構造は、アウターパネル自体が繊維強化樹脂で構成されているので、金属製のアウターパネル構造が要求される場合には適用できない。
【０００８】
そこで本発明の課題は、金属製のアウターパネルと金属製のインナーパネルの構成が要求される自動車用構造部材において、高いエネルギー吸収性能を有する繊維強化樹脂製の補強部材を用いて、曲げ荷重等が加わる場合にも部材全体として優れたエネルギー吸収性能を発現できるようにしたエネルギー吸収部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係るエネルギー吸収部材は、金属製のアウターパネルと金属製のインナーパネルとで形成される中空領域に、繊維強化樹脂製の補強部材を配置した自動車用構造部材であって、前記補強部材は中空閉断面形状を有しており、かつ、少なくとも前記インナーパネルと接合固定されていることを特徴とするものからなる。
【００１０】
このような本発明に係るエネルギー吸収部材においては、アウターパネルとインナーパネルとで部材の金属製外面形成構造が確保されつつ、アウターパネルとインナーパネルとで形成される中空領域に繊維強化樹脂製の補強部材が配置されることにより、該補強部材によって、繊維強化樹脂が有する高いエネルギー吸収性能の発現が可能になる。この繊維強化樹脂製の補強部材は、中空閉断面形状を有していることにより、部材自身として高い剛性を有し、優れた補強性能の発現が可能であり、かつ、少なくともインナーパネルと接合固定されていることにより、曲げ荷重が加わった際等に、断面内方向の破壊の進行が抑えられ、断面変形の抑制が可能になって、受け持つことができる荷重の低下が抑えられる。また、曲げ荷重が加わる際の繊維強化樹脂製補強部材の破壊部では、あたかも、その両側部分の突き合わせの状態となり、該破壊部で曲げモードがあたかも軸圧縮モードへと移行して、後述の如く、略一定の荷重―ストローク(変位)特性となり、逐次破壊特性が発現されて優れたエネルギー吸収性能が発現される。その結果、中空領域内に配置された特定の繊維強化樹脂製補強部材により、自動車用構造部材の望ましい補強性能が得られるとともに、優れたエネルギー吸収性能が発現される。
【００１１】
上記本発明に係るエネルギー吸収部材においては、上記補強部材は上記アウターパネルと接触するように配置されていることが好ましい。このようにすれば、補強部材はインナーパネルとアウターパネルで挟まれることになり、例えば曲げ荷重が補強部材の破壊荷重に達した後、断面方向への破壊が進行せず、断面変形をより抑制することが可能となって、荷重低下が一層抑制されるとともに、上述のような優れたエネルギー吸収性能が一層確実に発現される。
【００１２】
また、上記補強部材が上記アウターパネルとも接合固定されていることも好ましい。このようにすれば、補強部材の断面変形をより確実に抑制することが可能となって、荷重低下が一層抑制されるとともに、上述のような優れたエネルギー吸収性能が一層確実に発現される。
【００１３】
このような本発明に係るエネルギー吸収部材のより具体的な形態として、例えば、上記アウターパネル、上記インナーパネルおよび上記補強部材が上記自動車用構造部材の長手方向に延びており、上記補強部材の横断面が上記中空閉断面形状を有している形態が挙げられる。
【００１４】
本発明に係るエネルギー吸収部材における上記補強部材を構成する繊維強化樹脂に使用される強化繊維としては、とくに限定されず、炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維等、さらにはこれらを組み合わせた強化繊維の使用が可能であるが、高い機械特性や強度設計の行い易さ等の面から、炭素繊維を含んでいることが好ましい。
【００１５】
また、本発明に適用できる繊維強化樹脂のマトリックス樹脂としては、熱硬化性樹脂であっても熱可塑性樹脂であってもよい。熱硬化性樹脂の場合、その主材としては、エポキシ樹脂、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、ポリウレタン樹脂、シリコン樹脂などを例示することができ、１種類だけであっても、或いは２種類以上を混合して使用してもよい。これら熱硬化性樹脂をマトリックス樹脂に採用する場合、前記熱硬化性樹脂に適切な硬化剤や反応促進剤を添加することが可能である。熱可塑性樹脂の場合、その主材としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリスチレン樹脂、ＡＳ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、熱可塑性ポリエステル樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、フッ素樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリイミド樹脂など例示でき、１種類だけであっても、或いは２種類以上を混合して使用してもよい。これら熱可塑性樹脂は単独でも、混合物でも、また共重合体であってもよい。混合物の場合には相溶化剤を併用してもよい。さらに、難燃剤として臭素系難燃剤、シリコン系難燃剤、赤燐などを加えてもよい。比較的大量生産することが求められる自動車用構造部材には、成形のし易さ、量産性の面から、熱可塑性樹脂の使用が好ましい。この場合、使用される熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ナイロン６、ナイロン６６等のポリアミド系樹脂、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系樹脂、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルフォン、芳香族ポリアミド等の樹脂を用いることができる。中でも可塑性マトリックス樹脂がポリアミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリプロピレン、ポリエーテルエーテルケトン及びフェノキシ樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
このように、本発明に係るエネルギー吸収部材によれば、アウターパネルとインナーパネルとで所定の金属製外面形成構造を確保しつつ、特定の繊維強化樹脂製補強部材の特定の配置構造により、自動車用構造部材として、受け持つことができる荷重の低下を抑えながら優れたエネルギー吸収性能の発現が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施態様に係るエネルギー吸収部材の斜視図（図１（Ａ））および図１（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う横断面図（図１（Ｂ））である。
【図２】図１のエネルギー吸収部材の分解斜視図である。
【図３】図１のエネルギー吸収部材の変形の一例を示す概略側面図（図３（Ａ））および図６に示す従来のエネルギー吸収部材の変形の一例を示す概略側面図（図３（Ｂ））である。
【図４】図１のエネルギー吸収部材の補強部材の破壊モードの一例を示す概略側面図である。
【図５】繊維強化樹脂（炭素繊維強化樹脂［ＣＦＲＰ］）製補強部材と金属（ＳＴＥＥＬ）製補強部材の荷重―ストローク特性の概略比較図である。
【図６】従来の自動車用構造部材の一例を示す斜視図（図６（Ａ））および図６（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う横断面図（図６（Ｂ））である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係るエネルギー吸収部材を示している。図１に示すエネルギー吸収部材１は、金属製のアウターパネル２と金属製のインナーパネル３とを有しており、アウターパネル２とインナーパネル３とで形成される中空領域４に、繊維強化樹脂製の補強部材５を配置した自動車用構造部材からなる。この補強部材５は、横断面が中空閉断面形状に形成されており、少なくともインナーパネル３の内面に接合固定されている。本実施態様では、繊維強化樹脂製補強部材５は、アウターパネル２と接触するように配置されており、該アウターパネル２の内面とも接合固定されている。アウターパネル２、インナーパネル３、補強部材５は、図２に示すように、それぞれ同断面形状にて、自動車用構造部材の長手方向に連続的に延びている。ただし、本実施態様ではそれぞれ同断面形状に形成されているが、実際には意匠や締結構造を考慮した断面変化形態も可能である。
【００１９】
このような本実施態様に係るエネルギー吸収部材１においては、アウターパネル２とインナーパネル３とで自動車用構造部材の金属製外面形成構造が確保されており、両部材２、３で形成される中空領域４に軽量の繊維強化樹脂製補強部材５が配置されている。補強部材５の横断面が中空閉断面形状に形成されていることにより、補強部材５は部材自身として高い剛性を有することになり、それがアウターパネル２とインナーパネル３との間に配置されることにより、大幅な重量増加を伴うことなく、自動車用構造部材のための優れた補強性能を発現することになる。
【００２０】
そして、繊維強化樹脂製の補強部材５は、金属製の補強部材に比べ、高いエネルギー吸収性能の発現が可能である。図３に、曲げ荷重が加わった際の変形例を比較して示すように、図１に示した繊維強化樹脂製補強部材５を有するエネルギー吸収部材１では（図３（Ａ））、曲げ荷重Ｐが加わった際、大きな断面変形を伴うことなく、荷重Ｐを受けることが可能であるが、図６に示したような従来の自動車用構造部材１００（エネルギー吸収部材）では（図３（Ｂ））、荷重Ｐが大きくなり、材料の降伏点を超えると、受け持つことができる荷重が大きく低下するとともに、大きな断面変形（断面変形部１０４）が生じ、それに伴って受け持つことができる荷重がさらに大きく低下する。
【００２１】
上記繊維強化樹脂製補強部材５は、少なくともインナーパネル３に接合固定されているので、本実施態様ではアウターパネル２とも接合固定されているので、両部材２、３に確実に挟まれている状態となり、横断面方向への破壊が進行しにくく、断面変形の抑制が可能になって、受け持つことができる荷重の低下が抑えられる。また、曲げ荷重Ｐが加わった際に、例えば図４に示すように、繊維強化樹脂製補強部材５の破壊部１０では、その両側部分の突き合わせの状態となり、該破壊部１０で曲げモードがあたかも軸圧縮モードへと移行されて、逐次破壊特性が発現され、優れたエネルギー吸収性能が発現される。
【００２２】
このような優れたエネルギー吸収性能は、補強部材５を構成する繊維強化樹脂が本来有する圧縮モードにおける逐次破壊特性を利用して発現されるものである。例えば図５に、繊維強化樹脂（炭素繊維強化樹脂［ＣＦＲＰ］）製の補強部材２１と金属（ＳＴＥＥＬ）製の補強部材２２の荷重―ストローク(変位量)特性を比較して示す。ＣＦＲＰ製の補強部材２１では、最大荷重Ｐｍａｘを超えた点から、圧縮破壊が進行しストローク(変位量)が増えても略一定の荷重を受け持つことができ、安定してエネルギー吸収を続けることができるが、金属（ＳＴＥＥＬ）製の補強部材２２の場合には、ストローク(変位量)の増加に伴って急激に荷重が低下し、高いエネルギー吸収性能が得られない。このような優れたエネルギー吸収性能は、とくに、繊維強化樹脂製補強部材５がインナーパネル３とアウターパネル２に挟まれた状態にて、中でもとくに繊維強化樹脂製補強部材５が少なくともインナーパネル３に接合固定された状態にて、好ましくはアウターパネル２とも接合固定された状態にて、発現される。
【００２３】
このように、本発明においては、繊維強化樹脂製補強部材をインナーパネルとアウターパネルとの間に特定の形態で配置することにより、自動車用構造部材の望ましい補強性能が得られるとともに、優れたエネルギー吸収性能が発現される。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明に係るエネルギー吸収部材の構造は、あらゆる自動車用構造部材に適用可能であり、例えば、フロントピラーやセンターピラー、さらにはバンパービームなど、エネルギー吸収を必要とするあらゆる自動車用構造部材に適用可能である。
【符号の説明】
【００２５】
１  エネルギー吸収部材
２  金属製アウターパネル
３  金属製インナーパネル
４  中空領域
５  繊維強化樹脂製補強部材
１０  繊維強化樹脂製補強部材の破壊部
２１  ＣＦＲＰ製補強部材
２２  ＳＴＥＥＬ製補強部材
Ｐ  荷重
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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