(57)【要約】【課題】破壊に要する荷重を複数設定可能とするとともに、破壊に要する荷重が変位量に対して、一定、または、増加して衝撃エネルギを吸収する。【解決手段】衝撃吸収構造９は、円筒形状であるとともに径方向に複数の層を有する複合材料で形成され、第１荷重で中心軸方向に層間破壊が進み、衝撃エネルギを吸収するエネルギ吸収部材６と、エネルギ吸収部材よりも剛性が高く、第１荷重よりも大きい荷重を受けると、破壊に要する荷重が増加するにつれて徐々に破壊されつつ衝撃エネルギを吸収する本体７ａを有し、エネルギ吸収部材の中心軸方向の一端に連結され、外部からの荷重を受けてエネルギ吸収部材を押圧する押圧部材７と、を備える。【選択図】図２
2015190542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形状であるとともに径方向に複数の層を有する複合材料で形成され、第１荷重で中心軸方向に層間破壊が進み、衝撃エネルギを吸収するエネルギ吸収部材と、
前記エネルギ吸収部材よりも剛性が高く、前記第１荷重よりも大きい荷重を受けると、破壊に要する荷重が増加するにつれて徐々に破壊されつつ衝撃エネルギを吸収する被破壊部を有し、前記エネルギ吸収部材の前記中心軸方向の一端に連結され、外部からの荷重を受けて該エネルギ吸収部材を押圧する押圧部材と、
を備えることを特徴とする衝撃吸収構造。
【請求項２】
前記エネルギ吸収部材の前記中心軸方向の他端側を支持する支持部材をさらに備え、
前記押圧部材は、
前記エネルギ吸収部材の一端側を、該エネルギ吸収部材の径方向外側から周方向にわたって支持するとともに、前記支持部材と前記中心軸方向に離隔する突起部を有し、
前記エネルギ吸収部材は、
前記中心軸方向の一端に、前記層間破壊の起点となるトリガが形成されるとともに、該層間破壊後の部材が、該層間破壊されていない部位の内部に保持され、該内部が該層間破壊後の部材で充填されるまで該層間破壊が進んだとき、該層間破壊されていない部位の長さが、該中心軸方向に、該突起部と前記支持部材の離隔距離以上であることを特徴とする請求項１に記載の衝撃吸収構造。
【請求項３】
前記被破壊部は、内部が中空であるとともに、中空部分の径方向外側を囲繞する壁は、前記エネルギ吸収部材の中心軸に垂直な方向の厚みが、前記中心軸方向の一端から他端に向かって漸増することを特徴とする請求項１または２に記載の衝撃吸収構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝撃を吸収する衝撃吸収構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、衝突事故などにおける衝撃を吸収するため、エネルギ吸収部材が搭載された自動車が広く普及している。このようなエネルギ吸収部材としては、例えば、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）であって、特に、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）が用いられる。エネルギ吸収部材は、特許文献１、２に記載されているように、円筒状に形成されるとともに径方向に複数の層が積層され、衝撃が作用すると、軸方向の一端側から他端側に向かって、逐次、層間破壊（剥離）を起こすことで、衝撃エネルギを吸収する（プログレッシブクラッシング）。
【０００３】
また、特許文献３には、アルミニウム製押出形材からなり、中空部が圧縮方向に複数形成されたエネルギ吸収部材が記載されている。この構成では、中空部を形成する壁が座屈して潰れるまでの荷重が中空部毎に異なることから、荷重の大きさが異なる複数の段階で衝撃エネルギを吸収することができる。このように、エネルギ吸収部材は、破壊に要する荷重が複数設定されている場合、衝撃エネルギを吸収可能な衝撃の大きさの範囲を拡大することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４８０２４８５号公報
【特許文献２】特開２００５−２７３８７２号公報
【特許文献３】特開平７―２７７１１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献３に記載の構成では、１つの中空部が潰れてから次の中空部が潰れるまでに、エネルギ吸収部材の変位（変形）量に対して、エネルギ吸収部材の破壊に要する荷重が一旦、減少してしまう。
【０００６】
このような荷重の増減は、例えば、エネルギ吸収部材が搭載された自動車の搭乗者には、加速度の変化となって伝わってしまう。そのため、破壊に要する荷重を複数段階に設定可能とするとともに、破壊に要する荷重が変位量に対して、一定、または、増加するように設計されたエネルギ吸収部材の開発が望まれている。
【０００７】
そこで、本発明は、破壊に要する荷重を複数設定可能とするとともに、破壊に要する荷重が変位量に対して、一定、または、増加しながら衝撃エネルギを吸収可能な衝撃吸収構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の衝撃吸収構造は、円筒形状であるとともに径方向に複数の層を有する複合材料で形成され、第１荷重で中心軸方向に層間破壊が進み、衝撃エネルギを吸収するエネルギ吸収部材と、エネルギ吸収部材よりも剛性が高く、第１荷重よりも大きい荷重を受けると、破壊に要する荷重が増加するにつれて徐々に破壊されつつ衝撃エネルギを吸収する被破壊部を有し、エネルギ吸収部材の中心軸方向の一端に連結され、外部からの荷重を受けてエネルギ吸収部材を押圧する押圧部材と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
エネルギ吸収部材の中心軸方向の他端側を支持する支持部材をさらに備え、押圧部材は、エネルギ吸収部材の一端側を、エネルギ吸収部材の径方向外側から周方向にわたって支持するとともに、支持部材と中心軸方向に離隔する突起部を有し、エネルギ吸収部材は、中心軸方向の一端に、層間破壊の起点となるトリガが形成されるとともに、層間破壊後の部材が、層間破壊されていない部位の内部に保持され、内部が層間破壊後の部材で充填されるまで層間破壊が進んだとき、層間破壊されていない部位の長さが、中心軸方向に、突起部と支持部材の離隔距離以上であってもよい。
【００１０】
被破壊部は、内部が中空であるとともに、中空部分の径方向外側を囲繞する壁は、エネルギ吸収部材の中心軸に垂直な方向の厚みが、中心軸方向の一端から他端に向かって漸増してもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、破壊に要する荷重を複数設定可能とするとともに、破壊に要する荷重が変位量に対して、一定、または、増加して衝撃エネルギを吸収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】自動車の上面図である。
【図２】衝撃吸収構造のエネルギ吸収部材の中心軸を含む断面図である。
【図３】衝撃吸収構造による衝撃エネルギ吸収の態様を説明するための説明図である。
【図４】衝撃吸収構造において、破壊に要する荷重とストロークの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１４】
図１は、自動車１の上面図であり、自動車１の車両本体２のうち、図１中、左側に位置する前部については、内部のフレーム構造を簡略化して示す。図１に示すように、自動車１は、車両本体２の前部において、車両本体２の前後方向に延在する２つのサイドフレーム３を備えている。サイドフレーム３は、後端が不図示の後部側のフレームに連結されるとともに、前端側がラジエータパネル４に連結される。
【００１５】
また、サイドフレーム３それぞれの前端には、支持部材５、エネルギ吸収部材６および押圧部材７が取り付けられ、両押圧部材７の先端には、車幅方向に延在するバンパビーム８が固定されている。このように、バンパビーム８は、エネルギ吸収部材６を介して車両本体２のフレーム（サイドフレーム３）に取り付けられている。
【００１６】
これらの支持部材５、エネルギ吸収部材６、および、押圧部材７は、自動車１への衝撃を吸収する衝撃吸収構造９を構成している。以下、衝撃吸収構造９について詳述する。
【００１７】
図２は、衝撃吸収構造９のエネルギ吸収部材６の中心軸を含む断面図である。支持部材５は、円盤状の部材であって、一端面５ａに環状の突出部５ｂを有する。
【００１８】
エネルギ吸収部材６は、円筒形状であって、径方向に複数の層を有する複合材料で構成されている。ここでは、複合材料として、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）、特に、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）が用いられている。
【００１９】
エネルギ吸収部材６の中心軸方向（以下、単に軸方向と称す）の一端側には、テーパ部６ａ（トリガ）が形成されている。テーパ部６ａは、軸方向に亘って内径が一定であるとともに、一端に向かって外径が縮径する先細り形状となっている。すなわち、テーパ部６ａは、一端に向かって軸方向に垂直な面による断面積が漸減する。
【００２０】
また、エネルギ吸収部材６は、他端が、支持部材５の突出部５ｂの内側に嵌入され、支持部材５の突出部５ｂによって径方向外側から周方向にわたって支持されている。
【００２１】
押圧部材７は、円柱形状の本体７ａ（被破壊部）を有する。本体７ａは、内部が中空となっており、中空部分の径方向外側を囲繞する壁は、中心軸に垂直な方向の厚みが、軸方向の一端から他端に向かって漸増している。ここでは、本体７ａの中空部分は、中心軸を含む断面形状が台形となっている。
【００２２】
押圧部材７の本体７ａは、エネルギ吸収部材６よりも剛性が高く、エネルギ吸収部材６が層間破壊を起こす第１荷重よりも大きい荷重を受けると徐々に破壊される。このとき、本体７ａは、中心軸に垂直な方向の壁の厚みが、軸方向の一端から他端に向かって漸増していることから、破壊に要する荷重が増加する。
【００２３】
本体７ａのエネルギ吸収部材６側には、軸方向に突出する突起部７ｂが形成されており、突起部７ｂの内側に、エネルギ吸収部材６の一端が嵌入される。突起部７ｂは、軸方向の長さが、エネルギ吸収部材６のテーパ部６ａよりも長く、テーパ部６ａは、全長に亘って突起部７ｂの内側に位置することとなる。
【００２４】
このように、突起部７ｂは、エネルギ吸収部材６の一端側を、エネルギ吸収部材６の径方向外側から周方向にわたって支持するとともに、支持部材５と軸方向に離隔する。
【００２５】
図３は、衝撃吸収構造９による衝撃エネルギ吸収の態様を説明するための説明図であり、衝撃吸収過程における図２と同じ位置の断面を示す。図３（ａ）に白抜き矢印で示すように、衝撃による外部からの荷重が押圧部材７に作用すると、押圧部材７はエネルギ吸収部材６を押圧する。
【００２６】
その結果、図３（ｂ）に示すように、テーパ部６ａが破壊される。テーパ部６ａは、エネルギ吸収部材６の一端側が、軸方向に垂直な面による断面積が最も小さく、軸方向の他端側に向かって徐々に断面積が漸増することから、一端側から他端側に向かって破壊されていくとともに、テーパ部６ａの任意の部位から層間破壊が発生する。
【００２７】
そして、図３（ｃ）、（ｄ）に示すように、テーパ部６ａの破壊が完了すると、残ったエネルギ吸収部材６のテーパ部６ａ側から層間破壊が進展する。このように、エネルギ吸収部材６は、テーパ部６ａを起点として軸方向に層間破壊が進展する。
【００２８】
エネルギ吸収部材６は、破壊が生じる押圧部材７側において、突起部７ｂによって外周が覆われている。そのため、層間破壊後の繊維などの部材（以下、破壊部位と称す）は、エネルギ吸収部材６のうち、層間破壊されていない部位（以下、残存部位と称す）の内部に押し出されて保持され、破壊部位の飛散が防止される。
【００２９】
さらに、層間破壊が進展し、図３（ｅ）に示すように、残存部位の内部が破壊部位で充填されると、エネルギ吸収部材６の層間破壊が止まる。このとき、支持部材５の突出部５ｂと、押圧部材７の突起部７ｂは、離間した状態を維持するように、突出部５ｂ、突起部７ｂ、および、エネルギ吸収部材６の寸法が設計されている。
【００３０】
すなわち、破壊部位が残存部位の内部に保持され、内部が破壊部位で充填されるまで層間破壊が進んだとき、残存部位の長さが、軸方向に、突起部７ｂと突出部５ｂの離隔距離以上となっている。
【００３１】
そのため、エネルギ吸収部材６の層間破壊が止まる前に、突起部７ｂと突出部５ｂとが当接し、突起部７ｂや突出部５ｂが座屈して、エネルギ吸収部材６に作用する荷重が軸方向に対して傾斜して、層間破壊が阻まれてしまうといった事態を回避することが可能となる。
【００３２】
また、エネルギ吸収部材６は、残存部位の内部に破壊部位が充填されると、残存部位と破壊部位が一体化して円柱形状の部材のようになっている。そのため、エネルギ吸収部材６に押圧部材７から衝撃による荷重が作用すると、残存部位と破壊部位のうち、押圧部材７との当接部分全体から、押圧部材７に対して反作用の荷重がかかる。こうして、図３（ｆ）に示すように、押圧部材７の本体７ａが潰れる。
【００３３】
このように、残存部位と破壊部位のうち、押圧部材７との当接部分全体から、押圧部材７に対して反作用の荷重を作用させることから、衝撃による荷重が軸方向に対して傾斜していても、比較的、押圧部材７の周方向に均等に荷重を作用させることが可能となる。また、残存部位が破壊部位によって内側から支持されることから、エネルギ吸収部材６の一部が折れるといった事態を回避することができる。すなわち、荷重の方向に対するロバスト性を向上することが可能となる。
【００３４】
図４は、衝撃吸収構造９において、破壊に要する荷重とストロークの関係を示す図であり、横軸にストローク（変位量）を示し、縦軸に破壊に要する荷重を示す。ストロークが０から変位量ａまでの状態では、図３（ａ）、（ｂ）に示したように、テーパ部６ａの破壊が進展しており、軸方向の他端側に向かって徐々に断面積が漸増することから、破壊に要する荷重も比例して大きくなっている。
【００３５】
ストロークが変位量ａから変位量ｂまでの状態では、図３（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示したように、エネルギ吸収部材６のうち、軸方向の断面積が一定の部位が層間破壊を起こすことから、破壊に要する荷重は一定（第１荷重Ａ）となっている。
【００３６】
そして、ストロークが変位量ｂを超えると、図３（ｆ）に示したように、押圧部材７の本体７ａが潰れる。本体７ａは、中心軸に垂直な方向の壁の厚みが、軸方向の一端から他端に向かって漸増していることから、破壊に要する荷重も比例して大きくなっている。
【００３７】
このように、衝撃吸収構造９においては、エネルギ吸収部材６の破壊に要する第１荷重Ａと、押圧部材７の破壊に要する荷重を異ならせている。詳細には、押圧部材７の本体７ａは、エネルギ吸収部材６よりも剛性が高く、第１荷重Ａよりも大きい荷重を受けると、徐々に破壊されつつ、破壊に要する荷重が増加する。
【００３８】
そのため、衝撃吸収構造９では、破壊に要する荷重を複数段階に設定して、衝撃エネルギを吸収可能な衝撃の大きさの範囲を拡大するとともに、ストロークの増加に伴って破壊に要する荷重が減少せずに、一定、または、漸増しており、自動車１の搭乗者に伝わる加速度の変化を抑えることが可能となる。
【００３９】
また、押圧部材７の本体７ａは、中心軸に垂直な方向の壁の厚みが、軸方向の一端から他端に向かって漸増し、破壊に要する荷重がストロークに比例して増加する。そのため、入力荷重とつり合うまで滑らかに破壊が進むとともに、破壊に要する荷重と入力荷重がつり合うまでに衝撃吸収構造９の変位速度を抑え、さらに加速度変化の抑制が可能となる。
【００４０】
上述した実施形態では、層間破壊の起点となるトリガは、テーパ部６ａで構成される場合について説明したが、層間破壊の起点となれば、トリガはテーパ部６ａの形状に限らない。例えば、トリガは、エネルギ吸収部材６のうち、軸方向に外径が一定であって、内径が一端に向かって漸増する部位であってもよい。
【００４１】
また、上述した実施形態では、破壊部位が残存部位の内部に保持され、内部が破壊部位で充填されるまで層間破壊が進んだとき、残存部位の長さが、軸方向に突起部７ｂと突出部５ｂの離隔距離以上となる場合について説明した。しかし、破壊部位が残存部位の内部に保持されなくてもよいし、残存部位の内部が破壊部位で充填されるまで層間破壊が進んだとき、残存部位の長さが、軸方向に突起部７ｂと突出部５ｂの離隔距離未満であってもよい。
【００４２】
また、上述した実施形態では、支持部材５に突出部５ｂが形成され、突出部５ｂの内側にエネルギ吸収部材６の他端が挿入される場合について説明した。しかし、支持部材５は、例えば、環状の溝が形成されて環状の溝にエネルギ吸収部材６の他端が挿入されてもよいし、突出部５ｂがエネルギ吸収部材６の内側に挿入される寸法であってもよい。また、小径の突出部５ｂがエネルギ吸収部材６の内側に挿入され、大径の突出部５ｂの内側にエネルギ吸収部材６の他端が挿入されることで、エネルギ吸収部材６の他端を、径方向外側および内側から支持してもよい。
【００４３】
また、上述した実施形態では、押圧部材７の本体７ａは、内部が中空であるとともに、中空部分の径方向外側を囲繞する壁は、中心軸に垂直な方向の厚みが、軸方向の一端から他端に向かって漸増する場合について説明した。しかし、押圧部材７は、中空でなくてもよいし、中心軸に垂直な方向の壁の厚みが、軸方向の一端から他端に向かって漸増しなくてもよい。
【００４４】
以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例又は修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、衝撃を吸収する衝撃吸収構造に利用できる。
【符号の説明】
【００４６】
５  支持部材
６  エネルギ吸収部材
６ａ  テーパ部（トリガ）
７  押圧部材
７ａ  本体（被破壊部）
７ｂ  突起部
９  衝撃吸収構造
【図１】
2015190542.tif 000003
【図２】
2015190542.tif 000004
【図３】
2015190542.tif 000005
【図４】
2015190542.tif 000006