(57)【要約】【課題】衝突物の形状による影響を最小限に抑えた十分な衝撃エネルギー吸収を可能とする。【解決手段】衝撃エネルギー吸収部材１０は、強化繊維と樹脂とからなる繊維複合シートを、山部１４と谷部１６とが交互に並ぶ波板状に成形した成形体からなるものである。そして、この衝撃エネルギー吸収部材１０は、車両の外板と車室側の壁との間に、波板状の成形体の波状側面に対する法線方向が車両の外板及び車室側の壁に対して略直交するように配置されることで、衝突物の形状によらず、外板に加わる外部からの衝撃エネルギーを十分に吸収することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維と樹脂とからなる繊維複合シートを、山部と谷部とが交互に並ぶ波板状に成形した成形体からなり、
衝撃力を受ける第一の板材と波板状の成形体を固定する第二の板材との間に、波板状の成形体の波状側面に対する法線方向が第一及び第二の板材に対して略直交するように配置され、第一の板材に加わる衝撃力を吸収する、
ことを特徴とする衝撃エネルギー吸収部材。
【請求項２】
強化繊維と樹脂とからなる繊維複合シートを、山部と谷部とが交互に並ぶ波板状に成形した成形体からなり、
車両の外板と車室側の壁との間に、波板状の成形体の波状側面に対する法線方向が車両の外板及び車室側の壁に対して略直交するように配置され、外板に加わる外部からの衝撃力を吸収する、
ことを特徴とする衝撃エネルギー吸収部材。
【請求項３】
請求項１または２に記載の衝撃エネルギー吸収部材において、
波板状に成形した成形体は、繊維複合シートを複数枚積層してなる、
ことを特徴とする衝撃エネルギー吸収部材。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載の衝撃エネルギー吸収部材において、
波板状の成形体における山部の頂面は円弧状の凸湾曲面であり、谷部の底面は円弧状の凹湾曲面である、
ことを特徴とする衝撃エネルギー吸収部材。
【請求項５】
請求項２から４のいずれか１つに記載の衝撃エネルギー吸収部材が、車両の外板と車室側の壁との間に配置された、
ことを特徴とする衝撃エネルギー吸収構造体。
【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、衝撃により生じる衝撃エネルギーを吸収する衝撃エネルギー吸収部材及び衝撃エネルギー吸収構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両の軽量化を図る目的で、例えば車両の外板といったボディー部品などに、従来の金属材料に替えて、比強度及び比剛性に優れたＦＲＰ（繊維強化プラスチック）材料が適用されている。
【０００３】
ここで、車両の外板にＦＲＰ材料を適用した場合、このような外板を有する車両が障害物などに衝突すると、ＦＲＰ材料からなる外板は、衝突による衝撃力により脆性破壊を起こし、衝突によって生じた衝撃エネルギーが吸収されないまま直接的に車室内の乗員に伝達してしまうといった事態が生じる虞がある。
【０００４】
そこで、車両の外板にＦＲＰ材料を適用する場合において上記のような事態を回避するための方法として、衝突により生じた衝撃エネルギーを吸収する衝撃エネルギー吸収部材を、車両の外板と車室側の壁との間に配置する、というものがある。
【０００５】
ところで、従来から車両などに用いられている衝撃エネルギー吸収部材としては、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）からなる中空円筒形状のものが主流である。この中空円筒形状の衝撃エネルギー吸収部材によれば、衝撃エネルギー吸収部材に対して円筒の軸方向に衝撃力が加わると、衝撃エネルギー吸収部材において強化繊維のマイクロバックリングによる逐次破壊が生じ、この逐次破壊が円滑に進行して衝撃エネルギー吸収部材自身が壊れていくことで、衝撃エネルギーが吸収される。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２１７６８８号公報
【特許文献２】特開平７−２１７６８９号公報
【特許文献３】特開平７−２１７６９０号公報
【特許文献４】特開平５−３３２３８６号公報
【特許文献５】実用新案登録第２５５２４５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のような中空円筒形状の衝撃エネルギー吸収部材では、障害物などへの衝突時に衝撃エネルギーを十分に吸収できない場合がある。これについて具体的に説明する。まず、壁などの平板状の衝突物における平面状の衝突面の法線方向が中空円筒形状の衝撃エネルギー吸収部材の軸方向に略一致した状態で衝突が起こる場合（図７（ａ）参照）には、逐次破壊は円滑に進行するため、衝撃エネルギーの十分な吸収が可能である。これに対し、平板状の衝突物における平面状の衝突面の法線方向が中空円筒形状の衝撃エネルギー吸収部材の軸方向からずれた状態で衝突が起こる場合（図７（ｂ）参照）や、衝突物が平板状でない場合、例えば電柱などのような円筒状の衝突物と衝突する場合（図７（ｃ）参照）においては、軸方向への荷重以外に、中空円筒形状の衝撃エネルギー吸収部材に対して曲げ荷重が加わるため、逐次破壊が円滑に進行せず、十分に衝撃エネルギーが吸収されない。
【０００８】
特に車両に用いられる衝撃エネルギー吸収部材としては、例えば電柱などのポール状衝突物との衝突（ポール側突など）を考慮すると、円筒状の衝突物との衝突において十分な衝撃エネルギー吸収能を発揮できるのが好ましく、衝撃エネルギー吸収能が衝突物の形状に大きく影響を受けないようにするのが望ましい。
【０００９】
そこで本発明の目的は、衝突物の形状にかかわらず十分に衝撃エネルギーを吸収できる衝撃エネルギー吸収部材及び衝撃エネルギー吸収構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の衝撃エネルギー吸収部材は、強化繊維と樹脂とからなる繊維複合シートを、山部と谷部とが交互に並ぶ波板状に成形した成形体からなり、衝撃力を受ける第一の板材と波板状の成形体を固定する第二の板材との間に、波板状の成形体の波状側面に対する法線方向が第一及び第二の板材に対して略直交するように配置され、第一の板材に加わる衝撃力を吸収することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の衝撃エネルギー吸収部材は、強化繊維と樹脂とからなる繊維複合シートを、山部と谷部とが交互に並ぶ波板状に成形した成形体からなり、車両の外板と車室側の壁との間に、波板状の成形体の波状側面に対する法線方向が、車両の外板及び車室側の壁に対して略直交するように配置され、外板に加わる外部からの衝撃力を吸収することを特徴とする。
【００１２】
好適な態様では、波板状に成形した成形体は、繊維複合シートを複数枚積層して成形される。また、好適な態様では、波板状の成形体における山部の頂面は円弧状の凸湾曲面であり、谷部の底面は円弧状の凹湾曲面である。
【００１３】
また、本発明の衝撃エネルギー吸収構造体は、上記のような構成の衝撃エネルギー吸収部材が、車両の外板と車室側の壁との間に配置されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の衝撃エネルギー吸収部材及び衝撃エネルギー吸収構造体によれば、衝突物の形状による影響を最小限に抑えた十分な衝撃エネルギー吸収が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における衝撃エネルギー吸収部材の斜視図である。
【００１６】
この衝撃エネルギー吸収部材１０は、衝撃力を受ける部位、例えば車両の外板２０と車室側の壁３０との間に配置され、車両の外部からの衝突による衝撃エネルギーを吸収するものである。
【００１７】
衝撃エネルギー吸収部材１０は、強化繊維と樹脂とからなる繊維複合シート又は該繊維複合シートを積層し、さらにこのシート又は積層体を波板状に成形して作製される。具体的には、まず強化繊維（例えば炭素繊維など）を用いた各種織りの織物に樹脂（例えばエポキシ系熱硬化性樹脂など）を含浸させて得られた繊維複合シート（プリプレグ）を成形型に複数枚積層し、続いてこの積層体に加圧・加熱処理を施して、図１のような波板状の成形体である衝撃エネルギー吸収部材１０が作製される。
【００１８】
また、波板状の衝撃エネルギー吸収部材１０における片側の波状側面には、この衝撃エネルギー吸収部材１０を後述のように配置部位に固定するために用いられるフランジ部１２が設けられている。このフランジ部１２は、この片側の波状側面に対する法線方向と略直交するように設けられている。なお、このフランジ部１２は、上記のような波板成形時に同時に成形されても良く、あるいはこのフランジ部１２を波板成形後に設けるような加工を施しても良い。
【００１９】
ここで、上述のようにして作製された波板状の衝撃エネルギー吸収部材１０において、山部１４の頂面は円弧状の凸湾曲面に、谷部１６の底面は円弧状の凹湾曲面に成形されるのが好適である。つまり、波板状といっても、例えば三角波のように角部が存在する波状の面を形成しているのではなく、滑らかな波状の面を形成している状態が好ましい。例えば、波状側面が略正弦波形、あるいは、上に凸の半円と下に凸の半円とを交互に繋げてなる波形、といった波形の形状を有するようなものが好ましい。
【００２０】
そして、このような波板状の衝撃エネルギー吸収部材１０を、波状側面に対する法線方向が、車両の外板２０及び車室側の壁３０に対して略直交するように、車両の外板２０と車室側の壁３０との間に配置する。具体的には、片側の波状側面に対する法線方向が車両の外板２０に略直交するようにして、反対側の波状側面に設けられたフランジ１２を、ボルトなどの固定具を用いて車室側の壁３０に固定する。これにより、対向する双方の波状側面に対する法線方向が、車両の外板２０及び車室側の壁３０に対して略直交するように配置された状態となる。またこのとき、例えば図２のように、複数枚（図２では３枚）の波板状の衝撃エネルギー吸収部材１０を、車両の外板２０と車室側の壁３０との間に、鉛直方向に層状に配置して固定するのが好適である。更に、複数枚の波板状の衝撃エネルギー吸収部材１０を図２（Ｃ）に示すように組み合わせて、車両の外板２０と車室側の壁３０との間に配置して固定してもよい。
【００２１】
こうして衝撃エネルギー吸収部材１０が配置された状態で、車両が衝突物と衝突し、車両の外板２０に外部から衝撃力が加わると、この波板状の衝撃エネルギー吸収部材１０には、波状側面に対する法線方向、すなわち波板状の衝撃エネルギー吸収部材１０の長手方向（図１及び図２（ａ）の矢印方向）に衝撃力が加わる。図２のように複数枚の波板状の衝撃エネルギー吸収部材１０を層状に配置した場合には、各衝撃エネルギー吸収部材１０に対して長手方向に衝撃力が加わることとなる。
【００２２】
また、上記のような衝撃力が衝撃エネルギー吸収部材１０の長手方向に加わるという現象は、衝突物の形状によって大きく変化することはなく、例えば電柱のように衝突物の形状が例えば円筒形状であっても、衝撃エネルギー吸収部材１０は、衝突による衝撃力を長手方向で受けて衝撃エネルギーを吸収することとなる。
【００２３】
また、特に波状面に角部が存在しない図１のような波板状の衝撃エネルギー吸収部材１０によれば、従来の中空円筒形状のものと同様に、応力分散を損なうことなく衝撃エネルギーを吸収することが可能となる。
【００２４】
さらに、衝撃エネルギー吸収部材１０は波板状であることから、水平方向に広範囲に亘り衝撃エネルギーを吸収できる構造となっている。したがって、例えば衝突物が車両の外板２０に対して斜め方向（すなわち、外板の法線方向からずれた斜め方向）から外板２０に対して衝突した場合であっても、この衝撃エネルギー吸収部材１０によって衝撃力を十分に受け止めることができ、それによって十分な衝撃エネルギー吸収を実現できる。
【００２５】
また、波板状の衝撃エネルギー吸収部材１０は、プレス成形等の方法により容易に作製することができると共に、均一厚さの衝撃エネルギー吸収部材を作製できるため、大量生産における品質維持の観点からも有効である。
【００２６】
なお、上記実施形態における衝撃エネルギー吸収部材について、図３に示すように、波状側面における山部１４ａ，１４ｂや谷部１６ａ，１６ｂの曲率半径を適宜変更したり（図３では、山部１４ａの曲率半径をＲ１、山部１４ｂの曲率半径をＲ２とし、谷部１６ａの曲率半径をＲ３、谷部１６ｂの曲率半径をＲ４としている）、山部１４ａ，１４ｂと谷部１６ａ，１６ｂとを繋ぐ平板部１８ａ〜１８ｃを設けたりする、等のような構成の変更を行うことで、衝撃エネルギー吸収能を適宜調整することが可能である。この場合においても、角部が存在する波状の面を形成するのではなく、滑らかな波状の面を形成するように平板部を設けるのが好ましい。
【実施例】
【００２７】
以下、一例として、波板状の衝撃エネルギー吸収部材と衝突物との衝突実験による実験結果を示す。図４は、実験で用いた衝撃エネルギー吸収部材の構成を説明するための図である。
【００２８】
図４に示す衝撃エネルギー吸収部材は、ＣＦＲＰ繊維の織物にエポキシ系熱硬化性樹脂を含浸させてなる繊維複合シート（プリプレグ）を複数枚積層し、厚さ約３．５ｍｍの積層体を作製し、この積層体を波板状に成形したものである。ここで、この衝撃エネルギー吸収部材は、厚さＴを３５ｍｍ、波状側面の幅方向のサイズＷを１４０ｍｍ、長手方向のサイズＬを３５０ｍｍとした。また、波状側面における山部と谷部との曲率半径を、各々１７．５ｍｍとした。すなわち、図４に示す衝撃エネルギー吸収部材では、波状側面における山部の断面は半径１７．５ｍｍの上に凸の半円状であり、一方の谷部の断面は半径１７．５ｍｍの下に凸の半円状であり、波状側面はこれらの半円状の山部及び谷部が交互に連結した形状となっている。
【００２９】
そして、このようなサイズの衝撃エネルギー吸収部材を油圧式高速圧縮試験機上の所定の試験機稼動部に固定し、この固定された衝撃エネルギー吸収部材に対して、衝突物として平板状の圧子治具を用い、衝突試験（衝突速度＝６．１ｍ/ｓ〜６．３ｍ/ｓ）を行った。
【００３０】
このとき、詳細には、衝撃エネルギー吸収部材を固定する試験機稼動部における固定面に対して、衝撃エネルギー吸収部材の波状側面に対する法線方向が略直交するように、衝撃エネルギー吸収部材を固定した。また、衝突物としての平板状の圧子治具を、衝突物の衝突方向が衝撃エネルギー吸収部材の波状側面に対する法線方向と略同一方向となるように、換言すれば衝撃エネルギー吸収部材の波状側面に対して略直交方向に、衝撃エネルギー吸収部材に圧子治具における衝突面（平面）を衝突させた。
【００３１】
図５は、このとき得られた荷重変位曲線（Ｆ−Ｓ曲線）を示す図である。図５によれば、荷重変位曲線の形状から見ても、立ち上がり角度も大きく、変位量を大きくとれることから、従来の中空円筒形状のものと同様、波板状の衝撃エネルギー吸収部材には優れたエネルギー吸収能があると言える。
【００３２】
またこのとき、衝突後の衝撃エネルギー吸収部材を観察したところ、衝突側の波状側面から衝撃エネルギー吸収部材の長手方向に逐次破壊が生じた状態が見られた。さらに、衝突後の衝撃エネルギー吸収部材において、衝突物としての圧子治具が停止した位置から先の部分（すなわち、圧子治具が進入していない部分）においては、き裂や積層剥がれ等の現象が全く生じていなかった。
【００３３】
したがって、波板状の衝撃エネルギー吸収部材は、平板状の衝突物に対して、円滑に衝撃エネルギーを吸収することが認められた。
【００３４】
また、波板状の衝撃エネルギー吸収部材と円筒形状の衝突物との衝突実験も行った。この実験では、長手方向のサイズＬを１００ｍｍに変更した以外は上記と同様のサイズの衝撃エネルギー吸収部材を油圧式高速圧縮試験機上の所定の試験機稼動部に固定し、この固定された衝撃エネルギー吸収部材に対してポール半径１２７ｍｍの円筒形ポールを衝突速度１００ｍｍ／ｍｉｎで衝突させた。
【００３５】
このとき、詳細には、衝撃エネルギー吸収部材を固定する試験機稼動部における固定面に対して、衝撃エネルギー吸収部材の波状側面に対する法線方向が略直交するように、衝撃エネルギー吸収部材を固定した。また本実験では、円筒形ポールの衝突方向が衝撃エネルギー吸収部材の波状側面に対する法線方向と略同一方向となるように、換言すれば衝撃エネルギー吸収部材の波状側面に対して略直交方向に、衝撃エネルギー吸収部材に円筒形ポールを衝突させた。
【００３６】
図６は、このとき得られた荷重変位曲線（Ｆ−Ｓ曲線）、及び変位とエネルギー吸収量との関係を示す図である。図６によれば、荷重変位曲線の形状から見ても、立ち上がり角度も大きく、変位量を大きくとれることから、波板状の衝撃エネルギー吸収部材には優れたエネルギー吸収能があると言える。
【００３７】
またこのとき、衝突後の衝撃エネルギー吸収部材を観察したところ、衝突側の波状側面から衝撃エネルギー吸収部材の長手方向に逐次破壊が生じた状態が見られた。さらに、衝突後の衝撃エネルギー吸収部材において、衝突物としての円筒形ポールが停止した位置から先の部分（すなわち、円筒形ポールが進入していない部分）においては、き裂や積層剥がれ等の現象が全く生じていなかった。
【００３８】
したがって、波板状の衝撃エネルギー吸収部材は、例えば衝突物の形状が円筒形状であっても、円滑に衝撃エネルギーを吸収することが認められた。
【００３９】
なお、本発明は、上記の実施の形態に何等限定されるものではなく、車両の外板と車室側の壁との間に配置する以外にも、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で衝撃エネルギー吸収部材として実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態における衝撃エネルギー吸収部材の斜視図である。
【図２】複数枚の衝撃エネルギー吸収部材を、車両の外板と車室側の壁との間に層状に配置して固定した状態を示す図であり、図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明の実施の形態における衝撃エネルギー吸収部材の変形例を示す断面図である。
【図４】実施例で用いた衝撃エネルギー吸収部材の構成を説明するための図である。
【図５】図４の衝撃エネルギー吸収部材と平板状の圧子治具とによる衝突試験で得られた荷重変位曲線を示す図である。
【図６】図４の衝撃エネルギー吸収部材と円筒形ポールとによる衝突試験で得られた荷重変位曲線、及び変位とエネルギー吸収量との関係を示す図である。
【図７】中空円筒形状の衝撃エネルギー吸収部材と各種形状の衝突物との衝突状態を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  衝撃エネルギー吸収部材、１２  フランジ部、１４，１４ａ，１４ｂ  山部、１６，１６ａ，１６ｂ  谷部、１８ａ〜１８ｃ  平板部、２０  車両の外板、３０  車室側の壁。
【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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【図７】
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