(57)【要約】【課題】より効率的にエネルギーを吸収する。【解決手段】中空筒状のエネルギー吸収体１０は、その上端面全周に略Ｖ字状の溝１２が形成される。溝１２は、凸円弧部１６と当該凸円弧部１６に接続された直線部１８からなる辺がそれぞれ対向して形成されている。凸円弧部１６は、１／８円の凸円弧からなり、溝１２の下端で対向する凸円弧部１６と接触して溝１２の谷部２０を形成する。凸円弧部１６の上端には直線部１８が接続されている。対向する二つの直線部１８は、それぞれ、溝１２の中心部に向かって４５度に傾斜している。そして、それぞれが、円筒形状の内側面２２または外側面２４まで延びて、内側面２２または外側面２４との間に略三角形状のトリガ部１４を形成する。この構成により、溝１２の下端の開口角度θｂを小さくしつつも、トリガ部１４の先端角度θ２を大きくできる。【選択図】図１
2006194300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空筒状のエネルギー吸収体であって、
その上端面に断面略Ｖ字状の溝が形成されており、
前記略Ｖ字状の開口角度は、溝の上端から下端にかけて少なくとも二段階以上変化し、上端側の開口角度は、下端側の開口角度より大きいことを特徴とするエネルギー吸収体。
【請求項２】
請求項１に記載のエネルギー吸収体であって、
前記略Ｖ字状は、互いに対向し、その下端で接触して鋭角を形成する一対の凸円弧を有することを特徴とするエネルギー吸収体。
【請求項３】
請求項２に記載のエネルギー吸収体であって、
前記略Ｖ字状は、互いに対向して下端で接触して鋭角を形成する一対の凸円弧と、前記凸円弧の上端から延びる前記凸円弧の接線と、を有することを特徴とするエネルギー吸収体。
【請求項４】
請求項２に記載のエネルギー吸収体であって、
前記凸円弧は、四分の一円弧であることを特徴とするエネルギー吸収体。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載のエネルギー吸収体であって、
前記溝は、前記上端面において均等に形成されることを特徴とするエネルギー吸収体。
【請求項６】
請求項５に記載のエネルギー吸収体であって、
前記溝は、上端面の全周に形成されることを特徴とするエネルギー吸収体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝撃力を受ける部位に配置されて、この衝撃エネルギーを吸収するエネルギー吸収体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車体の前面などの、大きな衝撃力を受ける部位には衝撃エネルギーを吸収するエネルギー吸収体が配されることが多い。このエネルギー吸収体は、通常、保護したい部材の前面に設けられる。例えば、車両の場合、車体の前面にエネルギー吸収体が設けられ、その背後に車体の骨格部分が配される。そして、車体が大きな衝撃を受けた場合、当該衝撃のエネルギーをエネルギー吸収体で吸収し、背後の骨格部分は保護することが望ましい。
【０００３】
そこで、従来から、より効率的にエネルギーを吸収でき得るエネルギー吸収体が多数提案されている。例えば、特許文献１には、繊維強化樹脂からなり、先端が外方に突出するように外側に湾曲形成された筒状のエネルギー吸収部材が開示されている。また、特許文献２には、中空円筒の端部に軸断面Ｖ字型のＶ溝が全周にわたって設けられたエネルギー吸収部材が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２６４９４９号公報
【特許文献２】特開平８−１７０６７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の技術では、円筒部の側面に、軸線方向に沿う大きな亀裂が生じやすく、かかる亀裂が生じた場合、圧縮荷重が急激に低下して、一定荷重でのエネルギー吸収が不可能になるという問題が生じる。
【０００６】
一方、特許文献２で開示された技術の場合、Ｖ字溝を設けることにより、円筒側面の亀裂を防止し、確実に、円筒の肉厚中心部から下側に亀裂を生じさせることができる。肉厚中心部に亀裂が生じた後、エネルギー吸収体は、所定の剥離荷重で、円筒の内外に裂けて変位していく。この剥離荷重は、ほぼ一定の値であるため、亀裂発生後は、安定したエネルギー吸収が可能となる。しかしながら、Ｖ字溝の開口角度を大きくすると、最初の亀裂発生までにかかる荷重が大きくなりすぎたり、最初の亀裂発生後に急激にエネルギー吸収量が低下するなどの問題があった。逆に、Ｖ字溝の開口角度を小さくすると、初期に吸収できるエネルギー量が低下し、全体として効率的なエネルギー吸収ができないという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明では、より効率的にエネルギーを吸収でき得るエネルギー吸収体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のエネルギー吸収体は、中空筒状のエネルギー吸収体であって、その上端面に断面略Ｖ字状の溝が形成されており、前記略Ｖ字状の開口角度は、溝の上端から下端にかけて少なくとも二段階以上変化し、上端側の開口角度は、下端側の開口角度より大きいことを特徴とする。
【０００９】
好適な態様では、前記略Ｖ字状は、互いに対向し、その下端で接触して鋭角を形成する一対の凸円弧を有する。前記略Ｖ字状は、互いに対向して下端で接触して鋭角を形成する一対の凸円弧と、前記凸円弧の上端から延びる前記凸円弧の接線と、を有することが望ましい。あるいは、前記凸円弧は、四分の一円弧であることが望ましい。
【００１０】
他の好適な態様では、前記溝は、前記上端面において均等に形成される。より好適な態様では、前記溝は、上端面の全周に形成される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、略Ｖ字状の開口角度は、溝の上端から下端にかけて少なくとも二段階以上変化し、上端側の開口角度は、下端側の開口角度より大きくしている。したがって、初期に吸収できるエネルギー量を大きくしつつも、安定したエネルギー吸収ができる。その結果、より効率的にエネルギーを吸収できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態であるエネルギー吸収体１０の斜視図である。このエネルギー吸収体１０は、保護対象部材の前方、たとえば、車室を構成する車体骨格部の前方などに配され、前方からの衝突のエネルギーを吸収するものである。
【００１３】
エネルギー吸収体１０は、中空円筒形状に形成され、その上端面には略Ｖ字状の溝１２が全周囲に設けられる。したがって、エネルギー吸収体１０の上端面は、上方に頂点を向けた一対の略三角形が互いに対向しているような形状となっている。この略三角形部分は、トリガ部１４と呼ばれ、後述するように衝突初期のエネルギーを吸収する。
【００１４】
このトリガ部１４および溝１２について図２を用いて説明する。図２は、トリガ部１４および略Ｖ字状の溝１２の拡大図である。本実施形態の溝１２は、その開口角度が二段階以上、変化し、さらに、溝１２の上端側の開口角度θａが溝の下端側の開口角度θｂより大きくなっている。より具体的には、本実施形態の溝１２は、凸円弧部１６と当該凸円弧部１６に接続された直線部１８からなる辺がそれぞれ対向して形成されている。凸円弧部１６は、１／８円の凸円弧からなり、溝１２の下端で対向する凸円弧部１６と接触して溝１２の谷部２０を形成する。凸円弧部１６の上端には直線部１８が接続されている。対向する二つの直線部１８は、それぞれ、溝１２の中心部に向かって４５度に傾斜している。そして、それぞれが、円筒形状の内側面２２または外側面２４まで延びて、内側面２２または外側面２４との間に略三角形状のトリガ部１４を形成する。
【００１５】
つまり、本実施形態の略Ｖ字の溝１２の開口角度は、直線部１８においては９０度、凸円弧部１６においては９０度から徐々に小さくなり、溝１２の下端（谷部２０）ではほぼ０度へと変化していく。したがって、溝１２の下端近傍における開口角度θｂが極めて小さいのに対し、トリガ部１４の先端角度θ２は、十分大きな角度（４５度）が保てることが分かる。
【００１６】
なお、ここで説明した溝１２の形状は一例であり、凸円弧部１６の中心角度や直線部１８の傾斜角度は、トリガ部１４に必要とされる強度や亀裂発生に要する荷重に応じて、適宜、変更できる。すなわち、トリガ部１４の破壊に要する荷重は、トリガ部１４の先端角度、換言すれば、溝１２の上端近傍の開口角度θａに大きく影響される。また、溝１２の下端から亀裂を生じさせるための荷重も溝１２の下端近傍の開口角度θｂに大きく影響される。通常、トリガ部１４の破壊に要する荷重は、最初の亀裂発生後にエネルギー吸収体１０の肉厚中心から内外に裂ける層間剥離に要する荷重、すなわち、剥離荷重より小さいことが必要とされる。また、最初の亀裂発生に要する荷重も剥離荷重より小さいことが望ましい。したがって、凸円弧部１６の中心角度や直線部１８の傾斜角度は、トリガ部１４の破壊および亀裂発生に必要な荷重に応じて適宜変更できる。
【００１７】
エネルギー吸収体１０の素材としては、適宜の材料が選択可能であるが、ガラス長繊維強化熱可塑性樹脂複合シート（GMT: Glass Mat reinforced Thermoplastics）、ガラス繊維強化プラスチック（GFRP: Glass Fiber Reinforced Plastics）、炭素繊維強化プラスチック（CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastics）などの繊維強化複合材料が好適に用いられる。ここでは、図３に示されるように、エネルギー吸収体は、２枚のガラス長繊維強化熱可塑性樹脂複合シート２６ａ，２６ｂ（以下、「複合シート２６」と称す）が筒径方向に同心状に積層されてなる。ここで、複合シート２６は、熱可塑性樹脂（ポリプロピレン）を連続ガラス繊維マットで強化したシート状の複合材料である。この複合シート２６は、２枚のガラス繊維マットと３枚の熱可塑性樹脂シートとを交互に積層し、これを加熱加圧し、ガラス繊維マットに熱可塑性樹脂を溶融含浸させることにより製造される。
【００１８】
なお、いずれの材質を選択する場合であっても、剥離荷重が保護対象部材の耐荷重を超えないことが必要とされる。剥離荷重が保護対象部材の耐荷重を超えた場合、エネルギー吸収体が受けた荷重の一部が保護対象部材に伝達されることとなり、保護対象部材に悪影響を与えるからである。
【００１９】
エネルギー吸収体は、プレス加工、射出成型、フィラメントワインディング法など、適宜の成形方法を用いて製造可能である。ここでは、プレス加工により２枚の複合シート２６を中空円筒状に成形し、得られた円筒体に切削加工を施すことによりトリガ部１４および溝１２を形成する。
【００２０】
使用時において、このエネルギー吸収体１０は、図４に示すように、皿状のフランジ２８で支持される。また、エネルギー吸収体１０の上側には板状の蓋部材３０が配される。フランジ２８は、中心部に円形凹部２８ａが形成された円板状部材で、円形凹部２８ａの直径はエネルギー吸収体１０の直径よりわずかに大きくなっている。このフランジ２８の後部（図２における下側）には、車体骨格部などの保護対象部材が配される。蓋部材３０は、エネルギー吸収体１０の上面全体を覆える大きさの板状部材である。この蓋部材３０をエネルギー吸収体１０の上側に配置することで、前方（図２における上側）から受けた衝突エネルギーを、均等にエネルギー吸収体１０に伝達できる。
【００２１】
次に、上記構成を有するエネルギー吸収体１０の作用について、従来の単純Ｖ字溝を備えたエネルギー吸収体４０と比較して説明する。図５は、従来の単純Ｖ字溝４２を備えたエネルギー吸収体４０の単純Ｖ字溝４２近傍を示す図である。
【００２２】
従来のエネルギー吸収体４０の多くも、円筒筒状に形成され、その上端面には全周囲に渡って溝４２が設けられている。溝４２は、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、二直線で構成される単純Ｖ字型である。換言すれば、溝４２の上端から下端にかけて、その開口角度θ１が変化しない形状である。かかる形状の場合、トリガ部４４の先端角度θ２は、溝４２の開口角度θ１に１／２比例することになる。
【００２３】
たとえば、図５（Ａ）に示すように、開口角度θ１が１２０度の場合、先端角度θ２はその１／２である６０度となる。また、図５（Ｂ）に示すように開口角度θ１＝９０度の場合は、先端角度θ２は４５度、図５（Ｃ）に示すように開口角度θ１＝６０度の場合、先端角度θ２は３０度となる。つまり、開口角度θ１を大きくすれば、先端角度θ２も大きくなり、開口角度θ１を小さくすれば、先端角度θ２も小さくなる。
【００２４】
これに対し、本実施形態のエネルギー吸収体１０は、記述したように、溝１２の上端から下端にかけて、その開口角度が次第に小さくなるように変化している。したがって、溝１２の下端近傍の開口角度θｂが小さくしても、トリガ部１４の先端角度θ２を大きくできる（図２参照）。
【００２５】
次に、これらエネルギー吸収体１０，４０でのエネルギー吸収の流れについて簡単に説明する。軸方向の圧縮荷重を受けたエネルギー吸収体１０，４０は、まず、そのトリガ部１４，４４の破壊が生じる。その後、エネルギー吸収体１０，４０には、その肉厚の略中央から左右に向かう力がかかる。この力を受けて、溝１２，４２の下端から下側に向けて亀裂が生じる。亀裂が生じた後、エネルギー吸収体１０，４０は、その肉厚の略中央から内外に裂けて、変位する。その後は、所定の剥離荷重で順次、内外に裂け続ける。この一連の破壊の流れで要した荷重とエネルギー吸収体１０，４０の変位の積和が吸収されたエネルギーとなる。なお、この一連の破壊で要する荷重は、保護対象部材の耐荷重を超えないことが必要とされる。破壊（変位）に要する荷重が保護対象部材の耐荷重を超えると、エネルギー吸収体１０，４０で吸収できなかった衝突エネルギーが保護対象部材に伝達され、保護対象部材にも悪影響を与える。
【００２６】
次に、溝１２，４２の形状によるエネルギー吸収の違いを図６に示す。図６は、横軸にエネルギー吸収体１０，４０の変位、縦軸に変位に要した荷重を示す荷重−変位線図である。図６において、曲線ａは、開口角度θ１＝１２０度の、曲線ｂは開口角度θ１＝９０度の、曲線ｃは開口角度θ１＝６０度の単純Ｖ字型溝４２を備えたエネルギー吸収体４０でのエネルギー吸収を示す。また、曲線ｄは、本実施形態のエネルギー吸収体１０でのエネルギー吸収を示す。各エネルギー吸収体１０，４０で吸収されたエネルギーの総和は、エネルギー吸収体１０，４０の変位と荷重の積和であるから、各曲線で囲まれた面積が吸収されたエネルギーとなる。
【００２７】
開口角度θ１＝１２０度の単純Ｖ字溝４２ａのエネルギー吸収体４０ａの場合、初期の段階で、大きな荷重を要していることが分かる。これは、初期に破壊されるトリガ部４４ａが、その先端角度θ２が大きく、破壊されにくい形状となっているからである。また、トリガ部４４ａが破壊された後も、開口角度θ１が大きいため、溝の下端からの亀裂が生じにくい。したがって、さらに、大きな荷重を要することになる。そして、保護対象部材の耐荷重ＰＳをはるかに超える、ある一定の荷重Ｐ１（Ｐ１＞ＰＳ）に達した時点で亀裂が生じる。亀裂が生じると、変位に必要な荷重が急激に低下する。そして、その後は、所定の剥離荷重Ｐ３（Ｐ３＜ＰＳ）で、変位する。
【００２８】
ここで、エネルギー吸収量は、変位と荷重の積和であるため、荷重が亀裂発生後に急激に低下することは望ましくない。また、最初の亀裂発生の際に、保護対象部材の耐荷重ＰＳを大きく上回る荷重を要するため、最初の亀裂発生までの間に、保護対象部材に悪影響を与える恐れがある。
【００２９】
一方、開口角度θ１が小さい、開口角度θ１＝６０度の単純Ｖ字溝４２ｃの場合は、トリガ部４４ｃの先端角度θ２も小さいため、比較的、小さな荷重で破壊が開始される。また、開口角度θ１が小さいため、比較的、小さい荷重で最初の亀裂が生じる。亀裂が生じた後は、所定の剥離荷重Ｐ１で内外に裂け、変位する。つまり、この場合、荷重の急激な低下はなく、また、保護対象部材の耐荷重を超えることもない。しかしながら、この場合、初期に要する荷重が小さいため、全体としてのエネルギー吸収量が小さいという問題がある。
【００３０】
また、１２０度と６０度との中間である開口角度θ１＝９０度の単純Ｖ字溝４２ｂの場合であっても、いくつかの問題がある。すなわち、初期に要する荷重は、開口角度θ１＝１２０度の場合に比べて小さいものの、やはり、保護対象部材の耐荷重ＰＳを超えてしまう。そして、最初の亀裂が生じた後は、急激に荷重が落ち込み、エネルギー吸収量が低下する。さらに、所定の剥離荷重Ｐ３に達するまでの時間が開口角度θ１＝１２０度の場合と比べて遅いため、効率的にエネルギー吸収を開始するまでの時間が遅いという問題もある。
【００３１】
つまり、従来の単純Ｖ字型溝４２の場合、開口角度θ１を大きくすれば、荷重の急激な落ち込みや保護対象部材の耐荷重ＰＳを超える荷重の発生などの問題が生じる。逆に開口角度θ１を小さくすると、全体としてのエネルギー吸収量の低下や、効率的エネルギー吸収までの時間、応答性が低下するという問題が生じた。
【００３２】
これに対して本実施形態のエネルギー吸収体１０の場合は、トリガ部１４の先端角度θ２と、溝１２の下端部での開口角度θｂとが比例関係にないため、極めて効率的なエネルギー吸収が可能となる。すなわち、トリガ部１４が破壊される初期段階では、トリガ部の先端角度θ２が大きく、破壊されにくい形状となっているため、比較的大きな荷重を要する。したがって、早急に荷重が立ち上がる。その後、亀裂発生のために荷重を要するが、本実施形態の場合、溝１２の下端部での開口角度θｂは極めて小さいため、比較的、小さい荷重で亀裂が生じる。したがって、亀裂発生に要する荷重が、保護対象部材の耐荷重ＰＳを超えることはなく、また、亀裂発生後の荷重の急激な低下も生じない。そして、亀裂が生じた後は、所定の剥離荷重Ｐ３で内外に裂け、変位する。
【００３３】
つまり、本実施形態によれば、荷重の急激な落ち込みがなく、安定してエネルギー吸収ができる。また、荷重立ち上がりが早く、初期段階から効率的なエネルギー吸収ができる。結果として、より効率的なエネルギー吸収ができる。
【００３４】
図７は、エネルギー吸収の実験結果を示す図である。図７において実線ａは本実施形態のエネルギー吸収体での、破線ｂは単純Ｖ字溝のエネルギー吸収体４０でのエネルギー吸収の結果を示す。実験では、エネルギー吸収体１０，４０の素材として、ユニシート（日本ジーエムティー社製）を用いている。ユニシートは、熱可塑性樹脂（ポリプロピレン）を連続ガラス繊維マットで強化したシート状の複合材料である。
【００３５】
また、本実施形態のエネルギー吸収体１０の略Ｖ字溝は、記述したように、１／８円弧の凸円弧部１６に４５度傾斜の直線部１８が接続された辺を互いに対向して構成される溝１２である。単純Ｖ字溝４２は、開口角度θ１＝４５度となっている。
【００３６】
この二つのエネルギー吸収体１０，４０に、それぞれ、軸方向の圧縮荷重をかけた場合、単純Ｖ字溝４２の場合は、初期段階で急激に荷重が立ち上がる。すなわち、約０．５ｃｍ変位するまでの間に、荷重は８０ＫＮ以上に上昇する。荷重が約８３ＫＮに達した後、荷重は急激に低下し、変位が約０．８ｃｍになるまでの間に、荷重は約３０ＫＮまで落ち込む。その後は、徐々に荷重も上昇し、４０ＫＮ〜６０ＫＮの荷重で変位を続ける。つまり、単純Ｖ字溝４２の場合は、初期において急激に荷重が上昇するものの、途中で急激な荷重の落ち込みが発生し、全体としてのエネルギー吸収量が小さいことがわかる。
【００３７】
これに対し、本実施形態のエネルギー吸収体１０の場合、初期における荷重の上昇は、単純Ｖ字溝４２に比べて緩慢なものの、約０．８ｃｍ変位する間に、荷重が約６３ＫＮまで上昇する。そして、その後も、急激な荷重の低下はなく、約６０〜７０ＫＮの安定した荷重での変位を続けることが分かる。つまり、本実施形態によれば、安定して、効率的なエネルギー吸収ができることがわかる。
【００３８】
以上、説明したように本実施形態によれば、より効率的なエネルギー吸収ができる。なお、本実施形態では、略Ｖ字を、傾斜直線と、凸円弧とで構成したが、溝１２の下端と上端とで開口角度が異なるのであれば、当然、他の形状でもよい。たとえば、図８に示すように、互いに対向する凸円弧５０のみで略Ｖ字溝１２を構成してもよい。図８の例では、略Ｖ字溝１２は、１／４円の凸円弧５０のみで構成される。したがって、トリガ部１４の先端角度θ２は大きく（ほぼ９０度）、溝１２の下端での開口角度θｂは極めて小さく（ほぼ０度）できる。その結果、エネルギー吸収体に軸方向の圧縮荷重を付加した最初の段階で、荷重が大きく立ち上がるものの、最初の亀裂が生じるための荷重は比較的小さく抑えることができる。そして、全体として安定して、効率的なエネルギー吸収ができる。なお、当然ながら、凸円弧の中心角度は、９０度（１／４円弧）に限らず、適宜、変更可能である。
【００３９】
また、図８（Ｂ）に示すように、溝１２の上端は緩傾斜の直線５２で、溝１２の下端は急傾斜の直線５４で構成してもよい。かかる構成とすることで、溝１２の上端側の開口角度θａは大きく、溝１２の下端側の開口角度θｂは小さくできる。その結果、全体として安定して、効率的なエネルギー吸収ができる。なお、図８（Ｂ）に示すように二直線（二平面）で溝１２の一側面を形成する場合、各直線５２，５４は、円弧５６等で滑らかに接続され、溝１２の側面に角部が生じないようにすることが望ましい。これは、溝１２の側面に角部が存在すると、その角部に不規則な荷重がかかり、安定したエネルギー吸収ができなくなるからである。
【００４０】
また、本実施形態では、中空円筒の上端面の全周囲に溝１２を形成したが、一部分にだけ溝１２を形成するようにしてもよい。その場合、荷重の受け方が平均的になるように、上端面に均等に溝１２が形成されることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態であるエネルギー吸収体の斜視図である。
【図２】エネルギー吸収体の略Ｖ字溝およびトリガ部近傍の拡大図である。
【図３】エネルギー吸収体の構成を示す図である。
【図４】エネルギー吸収体の使用時の状態を示す図である。
【図５】従来の単純Ｖ字溝を備えたエネルギー吸収体の一例を示す図である。
【図６】エネルギー吸収体でのエネルギー吸収の様子を示すグラフである。
【図７】エネルギー吸収体でのエネルギー吸収の実験結果を示すグラフである。
【図８】他の実施形態であるエネルギー吸収体の略Ｖ字溝およびトリガ部近傍の拡大図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０，４０  エネルギー吸収体、１２，４２  溝、１４，４４  トリガ部、１６  凸円弧部、１８  直線部、２０  谷部、２２  内側面、２４  外側面、２６  複合シート、２８  フランジ、３０  蓋部材。
【図１】
2006194300.tif 000003
【図２】
2006194300.tif 000004
【図３】
2006194300.tif 000005
【図４】
2006194300.tif 000006
【図５】
2006194300.tif 000007
【図６】
2006194300.tif 000008
【図７】
2006194300.tif 000009
【図８】
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