(57)【要約】【課題】共通の形状を有するＦＲＰ柱状部材を使用しても、様々な車重に合わせた衝突エネルギーの吸収が可能であり且つ荷重変動を抑制することができる荷重制御アタッチメント及び衝突エネルギー吸収装置を提供する。【解決手段】所定の曲率半径を有する第１の曲面１４を介して第１のベース面１２に連続的に形成された凸部１３を有する内周面拘束部材１０と、所定の曲率半径を有する第２の曲面３３を介して第２のベース面３６に連続的に形成される開口部３２を有する外周面拘束部材３０を備え、第１のベース面１２と第２のベース面３６が、間隔形成部材５０を介して対向するよう組合わされ、凸部１３が中空部１０１に挿入され且つ端部が開口部３２に挿入されたＦＲＰ円筒部材１００の内周面１０２を第１の曲面１４が拘束し、外周面１０３を第２の曲面３３が拘束する。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化プラスチックを含む中空の柱状部材の端部に取付けられ、衝突荷重が加わった際に、当該柱状部材が吸収する衝突エネルギーを制御する荷重制御アタッチメントであって、
第１のベース面と、当該第１のベース面に立設され且つ前記柱状部材の中空部に挿入される凸部と、を有し、当該凸部が挿入された柱状部材の内周面と接触して当該内周面を拘束する内周面拘束部と、
第２のベース面と、当該第２のベース面に開口され且つ前記柱状部材の端部が挿入される開口部と、を有し、当該開口部に挿入された柱状部材の外周面と接触して当該外周面を拘束する外周面拘束部と、
を備え、
前記凸部は、所定の曲率半径を有する第１の曲面を介して前記第１のベース面に連続的に形成され、前記開口部は、所定の曲率半径を有する第２の曲面を介して前記第２のベース面に連続的に形成されてなり、
前記内周面拘束部と外周面拘束部は、前記開口部に前記凸部を挿入し且つ前記第１のベース面と第２のベース面が対向するよう組合わされ、当該対向した第１のベース面と第２のベース面との間には、当該両ベース面同士を所定の間隔で離間させる間隔形成部が配設されてなる荷重制御アタッチメント。
【請求項２】
前記内周面拘束部と外周面拘束部を組合わせた際に対向する第１のベース面と第２のベース面との間隔は、前記柱状部材の厚さと略同一である請求項１記載の荷重制御アタッチメント。
【請求項３】
前記内周面拘束部と外周面拘束部を組合わせた際に対向する第１のベース面と第２のベース面との間隔は、前記凸部の外周面と前記開口部を画定する内周面との間隔よりも狭い請求項１記載の荷重制御アタッチメント。
【請求項４】
前記内周面拘束部と外周面拘束部を組合わせ、前記凸部に前記柱状部材を挿入し且つこの柱状部材を前記開口部に挿入した状態で、当該柱状部材の軸方向から衝突荷重が加わった際に、
前記第１の曲面は、前記柱状部材を外側に拡げるように破壊しながら前記柱状部材の内周面を拘束し且つ前記第１のベース面と第２のベース面との間に誘導し、
前記第２の曲面は、前記柱状部材の外周面を内側に拘束し且つ前記第１のベース面と第２のベース面との間に誘導する請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の荷重制御アタッチメント。
【請求項５】
前記第１のベース面と第２のベース面との間に誘導された柱状部材の先端面に当接可能であり、当接した柱状部材の内周面及び外周面を拘束して当該柱状部材の進行方向を変更させる方向変更部をさらに備えた請求項４記載の荷重制御アタッチメント。
【請求項６】
前記間隔形成部は、一端が先端に向けて細くなるナイフエッジ形状を有し、当該ナイフエッジ形状側が、前記凸部が挿入された開口部側に配設されてなる請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の荷重制御アタッチメント。
【請求項７】
前記外周面拘束部は、前記第２のベース面とは反対側に形成された第３のベース面と、当該第３のベース面に立設され且つ前記開口部に連通する中空部を有する中空凸部と、をさらに有する外周面拘束部材からなり、
前記中空凸部は、所定の曲率半径を有する第３の曲面を介して前記第３のベース面に連続的に形成されてなり、
前記外周面拘束部材を複数備え、
前記複数の外周面拘束部材のうち、前記内周面拘束部と組合わされる外周面拘束部材の中空凸部は、当該中空凸部よりも内径が大きい他の外周面拘束部材の中空部及びこれに連通する開口部に挿入され、当該他の外周面拘束部材の第２の面と、前記内周面拘束部と組合わされる外周面拘束部材の第３の面との間には、前記間隔形成部が配設されてなる請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の荷重制御アタッチメント。
【請求項８】
前記他の外周面拘束部材の中空凸部は、当該中空凸部よりも内径が大きい中空凸部を備えた別の外周面拘束部材の中空部及びこれに連通する開口部に挿入され、当該別の外周面拘束部材の第２の面と、前記他の外周面拘束部材の第３の面との間には、前記間隔形成部が配設されてなる請求項７記載の荷重制御アタッチメント。
【請求項９】
一対の部材間に設けられ、一方の部材側から衝突荷重が加わった際に、他方の部材側へ伝達される衝突荷重を制御する衝突エネルギー吸収装置であって、
繊維強化プラスチックを含む中空の柱状部材と、
第１のベース面と、当該第１のベース面に立設され且つ前記柱状部材の中空部に挿入される凸部と、を有し、当該凸部が挿入された柱状部材の内周面と接触して当該内周面を拘束する内周面拘束部と、
第２のベース面と、当該第２のベース面に開口され且つ前記柱状部材の端部が挿入される開口部と、を有し、当該開口部に挿入された柱状部材の外周面と接触して当該外周面を拘束する外周面拘束部と、
を備え、
前記凸部は、所定の曲率半径を有する第１の曲面を介して前記第１のベース面に連続的に形成され、前記開口部は、所定の曲率半径を有する第２の曲面を介して前記第２のベース面に連続的に形成されてなり、
前記内周面拘束部と外周面拘束部は、前記開口部に前記凸部を挿入し且つ前記第１のベース面と第２のベース面が対向するよう組み合わされ、当該対向した第１のベース面と第２のベース面との間には、当該両ベース面同士を所定の間隔で離間させる間隔形成部が配設されてなり、
前記柱状部材は、前記凸部が挿入された端部が、前記開口部に挿入された状態で、前記内周面拘束部と外周面拘束部との間に配設されてなる衝突エネルギー吸収装置。
【請求項１０】
前記対向した第１のベース面と第２のベース面との間隔は、前記柱状部材の厚さと略同一である請求項９記載の衝突エネルギー吸収装置。
【請求項１１】
前記内周面拘束部と外周面拘束部を組合わせた際に対向する第１のベース面と第２のベース面との間隔は、前記凸部の外周面と前記開口部を画定する内周面との間隔よりも狭い請求項９記載の衝突エネルギー吸収装置。
【請求項１２】
前記柱状部材の軸方向から衝突荷重が加わった際に、
前記第１の曲面は、前記柱状部材を外側に拡げるように破壊しながら前記柱状部材の内周面を拘束し且つ前記第１のベース面と第２のベース面との間に誘導し、
前記第２の曲面は、前記柱状部材の外周面を内側に拘束し且つ前記第１のベース面と第２のベース面との間に誘導する請求項９ないし請求項１１のいずれか一項に記載の衝突エネルギー吸収装置。
【請求項１３】
前記第１のベース面と第２のベース面との間に誘導された柱状部材の先端面に当接可能であり、当接した柱状部材の内周面及び外周面を拘束して当該柱状部材の進行方向を変更させる方向変更部をさらに備えた請求項１２記載の衝突エネルギー吸収装置。
【請求項１４】
前記間隔形成部は、一端が先端に向けて細くなるナイフエッジ形状を有し、当該ナイフエッジ形状側が、前記凸部が挿入された開口部側に配設されてなる請求項９ないし請求項１３のいずれか一項に記載の衝突エネルギー吸収装置。
【請求項１５】
前記外周面拘束部は、前記第２のベース面とは反対側に形成された第３のベース面と、当該第３のベース面に立設され且つ前記開口部に連通する中空部を有する中空凸部と、をさらに有する外周面拘束部材からなり、
前記中空凸部は、所定の曲率半径を有する第３の曲面を介して前記第３のベース面に連続的に形成されてなり、
前記外周面拘束部材を複数備え、
前記複数の外周面拘束部材のうち、前記内周面拘束部と組合わされる外周面拘束部材の中空凸部は、当該中空凸部よりも内径が大きい他の外周面拘束部材の中空部及びこれに連通する開口部に挿入され、当該他の外周面拘束部材の第２の面と、前記内周面拘束部と組合わされる外周面拘束部材の第３の面との間には、前記間隔形成部が配設されてなり、
前記内周面拘束部と組合わされる外周面拘束部材の中空凸部の外周面と、前記他の外周面拘束部材の中空凸部の内周面との間に、さらに柱状部材が配設されてなる請求項９ないし請求項１４のいずれか一項に記載の衝突エネルギー吸収装置。
【請求項１６】
前記他の外周面拘束部材の中空凸部は、当該中空凸部よりも内径が大きい中空凸部を備えた別の外周面拘束部材の中空部及びこれに連通する開口部に挿入され、当該別の外周面拘束部材の第２の面と、前記他の外周面拘束部材の第３の面との間には、前記間隔形成部が配設されてなり、
前記他の外周面拘束部材の中空凸部の外周面と、前記別の外周面拘束部材の中空凸部の内周面との間に、さらに柱状部材が配設されてなる請求項１５記載の衝突エネルギー吸収装置。
【請求項１７】
前記柱状部材は、長繊維を用いた繊維強化プラスチックを含む請求項９ないし請求項１６のいずれか一項に記載の衝突エネルギー吸収装置。
【請求項１８】
前記柱状部材は、長繊維を用いた繊維強化プラスチックを含むシートを複数積層してなる請求項１７記載の衝突エネルギー吸収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝突等により生じるエネルギーを吸収する繊維強化プラスチックを含む中空の柱状部材に取付けられる荷重制御アタッチメント及びこの荷重制御アタッチメントを備えた衝突エネルギー吸収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、輸送機器等、衝突等により荷重が作用する剛性の高い二つの部材間には、衝突エネルギーを吸収する衝突エネルギー吸収部材が配設されている。近年、地球温暖化問題に対する輸送機器、特に自動車による温室効果ガス排出の影響は大きく、環境負荷低減のため、輸送機器の軽量化が要求されている。一方、衝突時の乗員安全性確保も重要であり、衝突安全性の向上と軽量化の両立のため、軽量高強度な複合材料である繊維強化プラスチック(Fiber reinforced plastic: FRP)が用いられている。
【０００３】
このようなＦＲＰを用いた衝突エネルギー吸収部材として、略円筒状に成形されたＦＲＰからなるパイプと、このＦＲＰパイプの一端側開口部に挿入可能な略円柱状の挿入部を有すると共に、前記挿入部と一体で且つこの挿入部に連続して径が拡がる側面を有し且つ前記側面と前記ＦＲＰパイプの中心軸とのなす角が、前記挿入部から遠ざかるにつれて段階的または連続的に大きくなる拡幅部を有するトリガーと、を具備し、前記ＦＲＰパイプの前記開口部に当該トリガーの挿入部を挿入してなる衝突エネルギー吸収部材が紹介されている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、車室内のレイアウトの自由性を拡大させるため、シフトレバーをインパネに配置したインパネシフト構造を採用した車両では、衝突時の安全を確保するため、ＦＲＰパイプの端部内周面に楔のような働きをするトリガーを挿入し、このトリガーによる楔効果で、ＦＲＰパイプの端部に連続的な拡開破壊を発生させることで、衝突エネルギーを吸収するＦＲＰ製衝撃エネルギー吸収ステーが紹介されている。（例えば、非特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−３０６６９号公報
【非特許文献１】三菱自動車テクニカルレビュー  １９９８  Ｎｏ．１０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述した特許文献１に記載された衝突エネルギー吸収部材は、ＦＲＰパイプの端部内周面がトリガーによって押圧され、ＦＲＰパイプの端部が放射状に破壊されることで、衝突エネルギーを吸収する構成を備えている。すなわち、特許文献１に記載された衝突エネルギー吸収部材は、前記衝突エネルギー吸収時に、ＦＲＰパイプの端部外周面に、トリガーを取り付けて、ＦＲＰパイプの端部外周面を拘束することについては、何ら考慮がなされていない。
【０００６】
また、特許文献１に記載された衝突エネルギー吸収部材は、ＦＲＰパイプの中心軸に対し鋭角に傾斜した第１の傾斜部と、ＦＲＰパイプの中心軸に対し略垂直な面（ＦＲＰの径方向と平行な面）からなる第２の傾斜部とを備えており、ＦＲＰパイプは、第１の傾斜部によって端部先端周辺に亀裂が生じる時に吸収されるエネルギー量よりも、第２の傾斜部によって放射状に分断される時に吸収されるエネルギー量の方がはるかに大きくなっている。すなわち、特許文献１に記載された衝突エネルギー吸収部材が吸収可能なエネルギー量は、トリガーを取付けずにＦＲＰパイプを平坦な面（第２の傾斜部に相当する）に押し付けて、ＦＲＰパイプの端部を放射状に分断する際に吸収可能なエネルギー量よりも低下してしまう。したがって、より高いエネルギー吸収量が必要となる車両には適用することができない。
【０００７】
そしてまた、非特許文献１に記載されたＦＲＰ製衝撃エネルギー吸収ステーは、車両衝突時に乗員がシフトレバーに直接ぶつかることを想定して設計されており、開発目標値である平均破壊荷重は、５６６Ｎ以上と非常に低い値である。このＦＲＰ製衝撃エネルギー吸収ステーに用いられているトリガーは、ＦＲＰパイプの端部に連続的な破壊を発生させることはできるが、吸収可能なエネルギー量は、トリガーを取付けずにＦＲＰパイプを平坦な面に押し付けてＦＲＰパイプの端部を放射状に分断する際に吸収可能なエネルギー量よりも低くなる。したがって、この場合も、より高いエネルギー吸収量が必要となる車両には適用することができない。
【０００８】
ここで、輸送機器等（例えば、自動車等）には、重量の異なる多くの種類があり、その範囲は、数百Ｋｇから数十ｔｏｎと広範囲である。ＦＲＰによる衝突エネルギー吸収部材は、その強化繊維や母材、積層構成や繊維体積含有率、断面形状を変えることによって衝突エネルギー吸収量の制御が可能であることが報告されているが、衝突エネルギー吸収部材をそれぞれの車種に合わせて設計し、製作することは非常に高コストである。長繊維を用いたＦＲＰによる衝突エネルギー吸収部材の実用化は重要な課題であるが、自動車等の多種大量生産品への適用はコストの面から非常に難しい。
【０００９】
また、衝突時における乗員への損傷を低減させるため、安定荷重時の荷重変動は少ない方が望ましいが、特許文献１及び非特許文献１に記載された両者とも、荷重変動の低減を行うことが困難である。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、衝突エネルギー吸収部材としての中空のＦＲＰ柱状部材に取り付けられるアタッチメントの形状を適宜変更することで、共通の形状を有するＦＲＰ柱状部材を使用しても、様々な車重に合わせた衝突エネルギーの吸収が可能であると共に、荷重変動を抑制することができる荷重制御アタッチメント及び衝突エネルギー吸収装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的を達成するため本発明は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）を含む中空の柱状部材の端部に取付けられ、衝突荷重が加わった際に、当該柱状部材が吸収する衝突エネルギーを制御する荷重制御アタッチメントであって、第１のベース面と、当該第１のベース面に立設され且つ前記柱状部材の中空部に挿入される凸部と、を有し、当該凸部が挿入された柱状部材の内周面と接触して当該内周面を拘束する内周面拘束部と、第２のベース面と、当該第２のベース面に開口され且つ前記柱状部材の端部が挿入される開口部と、を有し、当該開口部に挿入された柱状部材の外周面と接触して当該外周面を拘束する外周面拘束部と、を備え、前記凸部は、所定の曲率半径を有する第１の曲面を介して前記第１のベース面に連続的に形成され、前記開口部は、所定の曲率半径を有する第２の曲面を介して前記第２のベース面に連続的に形成されてなり、前記内周面拘束部と外周面拘束部は、前記開口部に前記凸部を挿入し且つ前記第１のベース面と第２のベース面が対向するよう組合わされ、当該対向した第１のベース面と第２のベース面との間には、当該両ベース面同士を所定の間隔で離間させる間隔形成部が配設されてなる荷重制御アタッチメントを提供するものである。
【００１２】
この構成を備えた荷重制御アタッチメントは、内周面拘束部に形成された第１の曲面の曲率と、外周面拘束部に形成された第２の曲面の曲率を任意に変更することができる。ここで、本発明にかかる荷重制御アタッチメントが取付けられた柱状部材は、当該柱状部材の軸方向から衝突荷重が加えられると、前記第１の曲面に内周面が拘束され、前記第２の曲面に外周面が拘束されて破壊される。この柱状部材が破壊されることによって吸収される衝突エネルギーの量は、前記第１の曲面の曲率と、第２の曲面の曲率によって変化させることができる。したがって、共通の形状を有する柱状部材を使用しても、衝突エネルギーを吸収させる必要がある物体（例えば、車両等）の重量等に応じて、前記曲率を変更することで、当該柱状部材に、様々な重量に合わせた衝突エネルギー量を吸収させることが可能となる。このため、高価であるＦＲＰを含む材料からなる柱状部材の種類を複数用意する必要がなく、部品の低価格化を達成することができる。また、柱状部材の内周面及び外周面の両方が拘束されることにより、破壊が連続的に進行するため、荷重変動を抑制することができる。
【００１３】
また、本発明にかかる荷重制御アタッチメントは、前記内周面拘束部と外周面拘束部を組合わせた際に対向する第１のベース面と第２のベース面との間隔を、前記柱状部材の厚さと略同一にすることができる。このようにすることで、第１のベース面で、前記破壊された柱状部材の内周面を拘束し、第２のベース面で当該破壊された柱状部材の外周面を拘束しながら、さらに当該柱状部材を放射状に破壊して、当該第１のベース面と第２のベース面とが形成する隙間を通過させ、外部に排出させることができる。
【００１４】
そしてまた、本発明にかかる荷重制御アタッチメントは、前記内周面拘束部と外周面拘束部を組合わせた際に対向する第１のベース面と第２のベース面との間隔を、前記凸部の外周面と前記開口部を画定する内周面との間隔よりも狭く構成することもできる。このようにすることで、前記柱状部材が、当該第１のベース面と第２のベース面とが形成する隙間を通過する際に、当該柱状部材の内周面及び外周面を拘束する力を、さらに増加させることができ、エネルギー吸収量を一層増加させることができる。
【００１５】
そしてまた、本発明にかかる荷重制御アタッチメントは、前記内周面拘束部と外周面拘束部を組合わせ、前記凸部に前記柱状部材を挿入し且つこの柱状部材を前記開口部に挿入した状態で、当該柱状部材の軸方向から衝突荷重が加わった際に、前記第１の曲面は、前記柱状部材を外側に拡げるように破壊しながら前記柱状部材の内周面を拘束し且つ前記第１のベース面と第２のベース面との間に誘導し、前記第２の曲面は、前記柱状部材の外周面を内側に拘束し且つ前記第１のベース面と第２のベース面との間に誘導することができる。このように、第２の曲面によって柱状部材の外周面を内側に拘束することで、当該柱状部材の無駄な拡開を妨げて、内周面拘束部に形成された第１の曲面の曲率にしたがって柱状部材を破壊させることができる。
【００１６】
この構成の場合、本発明にかかる荷重制御アタッチメントは、前記第１のベース面と第２のベース面との間に誘導された柱状部材の先端面に当接可能であり、当接した柱状部材の内周面及び外周面を拘束して当該柱状部材の進行方向を変更させる方向変更部をさらに備えることができる。このように構成することで、前記柱状部材は、第１のベース面と第２のベース面との間を通過して放射状に破壊された後、さらにその進行方向が変更されるため、当該柱状部材をさらに変形させることができる。したがって、柱状部材によって吸収される衝突エネルギー量をさらに増加させることができる。
【００１７】
また、本発明にかかる荷重制御アタッチメントは、前記間隔形成部の一端が、先端に向けて細くなるナイフエッジ形状を有し、当該ナイフエッジ形状側を、前記凸部が挿入された開口部側に配設することができる。このようにすることで、第１のベース面と第２のベース面との間を通過した柱状部材が外部に排出される際に、間隔形成部が、当該排出の抵抗（邪魔）になることを防止することができる。
【００１８】
そしてまた、本発明にかかる荷重制御アタッチメントは、前記外周面拘束部が、前記第２のベース面とは反対側に形成された第３のベース面と、当該第３のベース面に立設され且つ前記開口部に連通する中空部を有する中空凸部と、をさらに有する外周面拘束部材からなり、前記中空凸部は、所定の曲率半径を有する第３の曲面を介して前記第３のベース面に連続的に形成されてなり、前記外周面拘束部材を複数備え、前記複数の外周面拘束部材のうち、前記内周面拘束部と組合わされる外周面拘束部材の中空凸部は、当該中空凸部よりも内径が大きい他の外周面拘束部材の中空部及びこれに連通する開口部に挿入され、当該他の外周面拘束部材の第２の面と、前記内周面拘束部と組合わされる外周面拘束部材の第３の面との間には、前記間隔形成部が配設されてなる構成を備えることができる。なお、この構成の場合、前記中空凸部は、例えば、当該中空凸部の径方向の厚さと前記柱状部材の厚さの２倍とを加えた長さ分だけ内径が大きい中空凸部を備えた前記他の外周面拘束部材の中空部及びこれに連通する開口部に挿入されることができる。
【００１９】
また、この構成の場合、前記他の外周面拘束部材の中空凸部は、当該中空凸部当該中空凸部よりも内径が大きい中空凸部を備えた別の外周面拘束部材の中空部及びこれに連通する開口部に挿入され、当該別の外周面拘束部材の第２の面と、前記他の外周面拘束部材の第３の面との間には、前記間隔形成部が配設されてなる構成とすることもできる。このようにすることで、さらに柱状部材によって吸収される衝突エネルギー量の範囲を拡げることができる。なお、この構成の場合、前記中空凸部は、例えば、当該中空凸部の径方向の厚さと前記柱状部材の厚さの２倍とを加えた長さ分だけ内径が大きい中空凸部を備えた前記別の外周面拘束部材の中空部及びこれに連通する開口部に挿入されることができる。
【００２０】
また、本発明は、一対の部材間に設けられ、一方の部材側から衝突荷重が加わった際に、他方の部材側へ伝達される衝突荷重を制御する衝突エネルギー吸収装置であって、繊維強化プラスチックを含む中空の柱状部材と、第１のベース面と、当該第１のベース面に立設され且つ前記柱状部材の中空部に挿入される凸部と、を有し、当該凸部が挿入された柱状部材の内周面と接触して当該内周面を拘束する内周面拘束部と、第２のベース面と、当該第２のベース面に開口され且つ前記柱状部材の端部が挿入される開口部と、を有し、当該開口部に挿入された柱状部材の外周面と接触して当該外周面を拘束する外周面拘束部と、を備え、前記凸部は、所定の曲率半径を有する第１の曲面を介して前記第１のベース面に連続的に形成され、前記開口部は、所定の曲率半径を有する第２の曲面を介して前記第２のベース面に連続的に形成されてなり、前記内周面拘束部と外周面拘束部は、前記開口部に前記凸部を挿入し且つ前記第１のベース面と第２のベース面が対向するよう組み合わされ、当該対向した第１のベース面と第２のベース面との間には、当該両ベース面同士を所定の間隔で離間させる間隔形成部が配設されてなり、前記柱状部材は、前記凸部が挿入された端部が、前記開口部に挿入された状態で、前記内周面拘束部と外周面拘束部との間に配設されてなる衝突エネルギー吸収装置を提供するものである。
【００２１】
この構成を備えた衝突エネルギー吸収装置は、内周面拘束部に形成された第１の曲面の曲率と、外周面拘束部に形成された第２の曲面の曲率を任意に変更することができるため、共通の形状を有する柱状部材を使用しても、伝達される衝突荷重を低減させる必要がある物体（例えば、車両等）の重量等に応じて、前記曲率を変更することで、様々な重量に合わせた衝突エネルギー量を吸収することが可能となる。このため、高価であるＦＲＰを含む材料からなる柱状部材の種類を複数用意する必要がなく、部品の低価格化を達成することができる。また、柱状部材の内周面及び外周面の両方が拘束されることにより、破壊が連続的に進行するため、荷重変動を抑制することができる。
【００２２】
また、本発明にかかる衝突エネルギー吸収装置は、前記対向した第１のベース面と第２のベース面との間隔を、前記柱状部材の厚さと略同一にすることができる。このようにすることで、第１のベース面で、前記破壊された柱状部材の内周面を拘束し、第２のベース面で当該破壊された柱状部材の外周面を拘束しながら、さらに当該柱状部材を放射状に破壊して、当該第１のベース面と第２のベース面とが形成する隙間を通過させ、外部に排出させることができる。
【００２３】
そしてまた、本発明にかかる衝突エネルギー吸収装置は、前記内周面拘束部と外周面拘束部を組合わせた際に対向する第１のベース面と第２のベース面との間隔を、前記凸部の外周面と前記開口部を画定する内周面との間隔よりも狭く構成することもできる。このように、第１のベース面と第２のベース面とが形成する隙間を狭くすることで、前記柱状部材が、当該隙間を通過する際に、当該柱状部材の内周面及び外周面を拘束する力を生じさせ、エネルギー吸収量を一層増加させることができる。これは、特に、第１の曲面及び第２の曲面の曲率半径が小さい時（例えば、第１の曲面の曲率半径が３ｍｍ以下、第２の曲面の曲率半径が０の時等）に、前記柱状部材が前記隙間を通過する際に、あえて摩擦力を生じさせ、破壊曲率を小さくすることができ、有効である。
【００２４】
そしてまた、本発明にかかる衝突エネルギー吸収装置は、前記柱状部材の軸方向から衝突荷重が加わった際に、前記第１の曲面は、前記柱状部材を外側に拡げるように破壊しながら前記柱状部材の内周面を拘束し且つ前記第１のベース面と第２のベース面との間に誘導し、前記第２の曲面は、前記柱状部材の外周面を内側に拘束し且つ前記第１のベース面と第２のベース面との間に誘導することができる。このように、第２の曲面によって柱状部材の外周面を内側に拘束することで、当該柱状部材の無駄な拡開を妨げて、内周面拘束部に形成された第１の曲面の曲率にしたがって柱状部材を破壊させることができる。
【００２５】
この構成の場合、本発明にかかる衝突エネルギー吸収装置は、前記第１のベース面と第２のベース面との間に誘導された柱状部材の先端面に当接可能であり、当接した柱状部材の内周面及び外周面を拘束して当該柱状部材の進行方向を変更させる方向変更部をさらに備えることができる。このように構成することで、前記柱状部材は、第１のベース面と第２のベース面との間を通過して放射状に破壊された後、さらにその進行方向が変更されるため、当該柱状部材をさらに変形させることができる。したがって、柱状部材によって吸収される衝突エネルギー量をさらに増加させることができる。
【００２６】
さらにまた、本発明にかかる衝突エネルギー吸収装置は、前記間隔形成部の一端が、先端に向けて細くなるナイフエッジ形状を有し、当該ナイフエッジ形状側を、前記凸部が挿入された開口部側に配設することができる。このようにすることで、第１のベース面と第２のベース面との間を通過した柱状部材が外部に排出される際に、間隔形成部が、当該排出の抵抗（邪魔）になることを防止することができる。
【００２７】
また、本発明にかかる衝突エネルギー吸収装置は、前記外周面拘束部が、前記第２のベース面とは反対側に形成された第３のベース面と、当該第３のベース面に立設され且つ前記開口部に連通する中空部を有する中空凸部と、をさらに有する外周面拘束部材からなり、前記中空凸部は、所定の曲率半径を有する第３の曲面を介して前記第３のベース面に連続的に形成されてなり、前記外周面拘束部材を複数備え、前記複数の外周面拘束部材のうち、前記内周面拘束部と組合わされる外周面拘束部材の中空凸部は、当該中空凸部よりも内径が大きい他の外周面拘束部材の中空部及びこれに連通する開口部に挿入され、当該他の外周面拘束部材の第２の面と、前記内周面拘束部と組合わされる外周面拘束部材の第３の面との間には、前記間隔形成部が配設されてなり、前記内周面拘束部と組合わされる外周面拘束部材の中空凸部の外周面と、前記他の外周面拘束部材の中空凸部の内周面との間に、さらに柱状部材が配設されてなるよう構成することもできる。なお、この構成の場合、前記中空凸部は、例えば、当該中空凸部の径方向の厚さと前記柱状部材の厚さの２倍とを加えた長さ分だけ内径が大きい中空凸部を備えた前記別の外周面拘束部材の中空部及びこれに連通する開口部に挿入されることができる。
【００２８】
また、この構成の場合、前記他の外周面拘束部材の中空凸部は、当該中空凸部よりも内径が大きい中空凸部を備えた別の外周面拘束部材の中空部及びこれに連通する開口部に挿入され、当該別の外周面拘束部材の第２の面と、前記他の外周面拘束部材の第３の面との間には、前記間隔形成部が配設されてなり、前記他の外周面拘束部材の中空凸部の外周面と、前記別の外周面拘束部材の中空凸部の内周面との間に、さらに柱状部材が配設されてなるよう構成することもできる。このようにすることで、さらに柱状部材によって吸収される衝突エネルギー量の範囲を拡げることができる。なお、この構成の場合、前記中空凸部は、例えば、当該中空凸部の径方向の厚さと前記柱状部材の厚さの２倍とを加えた長さ分だけ内径が大きい中空凸部を備えた前記別の外周面拘束部材の中空部及びこれに連通する開口部に挿入されることができる。
【００２９】
そしてまた、前記柱状部材は、長繊維を用いた繊維強化プラスチックを含むことが望ましい。
【００３０】
さらにまた、前記柱状部材は、長繊維を用いた繊維強化プラスチックを含むシートを複数積層した構造を有することができる。また、柱状部材の荷重制御アタッチメントに取付けられる先端には、破壊を促すためにテーパー等を形成してもよい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明にかかる荷重制御アタッチメントは、内周面拘束部に形成された第１の曲面の曲率と、外周面拘束部に形成された第２の曲面の曲率を任意に変更することで、共通の形状を有する柱状部材を使用しても、当該柱状部材に、様々な重量に合わせて生じる衝突エネルギー量を吸収させることが可能となる。この結果、高価であるＦＲＰを含む材料からなる柱状部材の種類を複数用意する必要がなく、部品の低価格化を達成することができる。また、柱状部材の内周面及び外周面の両方が拘束されることにより、破壊が連続的に進行するため、荷重変動を抑制することができる。
【００３２】
また、本発明にかかる衝突エネルギー吸収装置は、内周面拘束部に形成された第１の曲面の曲率と、外周面拘束部に形成された第２の曲面の曲率を任意に変更することで、共通の形状を有する柱状部材を使用しても、当該柱状部材に様々な重量に合わせた衝突エネルギー量を吸収させることが可能となる。この結果、高価であるＦＲＰを含む材料からなる柱状部材の種類を複数用意する必要がなく、部品の低価格化を達成することができる。また、柱状部材の内周面及び外周面の両方が拘束されることにより、破壊が連続的に進行するため、荷重変動を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
次に、本発明の好適な実施の形態にかかる荷重制御アタッチメント及び衝突エネルギー吸収装置について図面を参照して説明する。なお、以下に記載される実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施の形態にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。
【００３４】
図１は、本発明の実施の形態にかかる荷重制御アタッチメントの構成要素である内周面拘束部材の側面図、図２は、図１に示す内周面拘束部材の底面図、図３は、本実施の形態にかかる荷重制御アタッチメントの構成要素である外周面拘束部材の断面図、図４は、図２に示す外周面拘束部材の平面図、図５は、本実施の形態にかかる内周面拘束部材と、本実施の形態にかかる外周面拘束部材との間に配設される間隔形成部材の平面図、図６は、図５に示す間隔形成部材の側面図、図７は、本実施の形態にかかる内周面拘束部材上に図５に示す間隔形成部材を配設した状態を示す平面図、図８は、本実施の形態にかかる荷重制御アタッチメントの底面図、図９は、図８に示す荷重制御アタッチメントの断面図、図１０は、本発明の実施の形態にかかる衝突エネルギー吸収装置の断面図、図１１は、図１０に示す衝突エネルギー吸収装置に、軸方向から荷重が加えられた状態を示す断面図、図１２は、図１１に示す状態からさらに軸方向から荷重が加えられた状態を示す断面図である。
【００３５】
なお、前記各図では、説明を判りやすくするため、各部材の厚さやサイズ、拡大・縮小率等は、実際のものとは一致させずに記載したものがある。また、本実施の形態では、ＦＲＰを含む中空の柱状部材として、長繊維を用いたＦＲＰを含む中空の円筒部材（以下、「ＦＲＰ円筒部材」という）を用いている。
【００３６】
図１〜図１２に示すように、本実施の形態にかかる荷重制御アタッチメント１は、ＦＲＰ円筒部材１００（図１０〜図１２参照）の端部に配設され、ＦＲＰ円筒部材１００の内周面を拘束する内周面拘束部材１０と、ＦＲＰ円筒部材１００の端部に配設され、ＦＲＰ円筒部材１００の外周面を拘束する外周面拘束部材３０と、内周面拘束部材１０と外周面拘束部材３０との間に配設される間隔形成部材５０を備えて構成されている。
【００３７】
内周面拘束部材１０は、特に図１及び図２に示すように、略円盤状のベース部１１と、ベース部１１の第１のベース面１２から立設した略円柱状の凸部１３を備えている。ベース部１１には、互いに略９０度ずれた位置に、固定用のボルト７０が挿入されるボルト孔３５が貫通形成されている。凸部１３は、第１のベース面１２に対し略垂直方向に突出形成されており、ＦＲＰ円筒部材１００の中空部１０１の内径と略同一の外径を有しており、中空部１０１に挿入可能となっている。そして、中空部１０１に挿入された凸部１３は、中空部１０１を画定する内周面１０２に接触し、内周面１０２を拘束することができる。また、凸部１３は、所定の曲率半径（Ｒin）を有する第１の曲面１４を介して第１のベース面１２に連続的に形成されている。
【００３８】
外周面拘束部材３０は、特に図３及び図４に示すように、略円盤状のベース部３１と、ベース部３１を軸方向に貫通する開口部３２を備えている。ベース部３１には、互いに略９０度ずれた位置に、固定用のボルト７０が挿入されるボルト孔３５が貫通形成されている。また、ベース部３１は、一方側の面が第２のベース面３６となっており、第２のベース面３６とは反対側の面が第３のベース面３７となっている。開口部３２は、所定の曲率半径（Ｒout）を有する第２の曲面３３を介して第２のベース面３６から連続的に開口されている。この開口部３２は、ＦＲＰ円筒部材１００の外径と略同一の内径を有しており、ＦＲＰ円筒部材１００は、この開口部３２に挿入可能となっている。そして、開口部３２を画定する内周面３８は、開口部３２に挿入されたＦＲＰ円筒部材１００の外周面１０３と接触し、外周面１０３を拘束することができる。
【００３９】
間隔形成部材５０は、特に図５及び図６に示すように、平面視で、一端が先端に向けて細くなるナイフエッジ形状である略五角形を有している。間隔形成部材５０の厚さ（Ｃ）は、ＦＲＰ円筒部材１００の厚さと略同一となっている。また、間隔形成部材５０の略中央部には、固定用のボルト７０が挿入されるボルト孔５１が貫通形成されている。
【００４０】
そして、本実施の形態にかかる荷重制御アタッチメント１は、内周面拘束部材１０の第１のベース面１２と、外周面拘束部材３０の第２のベース面３６とを対向させ、第１のベース面１２と第２のベース面３６との間に、ボルト孔５１が、ボルト孔１５及び３５と連通するように間隔形成部材５０を配置し、内周面拘束部材１０に形成された凸部１３を、外周面拘束部材３０に形成された開口部３２に挿入し、ボルト孔１５、５１及び３５にボルト７０を貫通させ、図９に示すように、外周面拘束部材３０の第３のベース面３７側からナット７１で固定することで組立てられる。この時、間隔形成部材５０は、図７に示すように、ナイフエッジ形状側が、凸部１３側を向くように配置した。
【００４１】
なお、荷重制御アタッチメント１は、例えば、車体等、任意の部材にＦＲＰ円筒部材１００を取付けるための取付部の役割も果たしている。また、車体等、任意の部材の一部としてもよい。そしてまた、本実施の形態では、内周面拘束部材１０のベース部１１及び外周面拘束部材３０のベース部３１を、略円盤形状に構成した場合について説明したが、内周面拘束部材１０のベース部１１は、例えば、車体等、任意の部材と一体的に形成されていてもよく、また、任意の部材にボルト等で固定してもよい。なお、荷重制御アタッチメント１と、フレーム等の車体とを一体化することで、車両のさらなる軽量化を向上させることもできる。
【００４２】
この荷重制御アタッチメント１をＦＲＰ円筒部材１００の端部に取付けることで衝突エネルギー吸収装置２が得られる。具体的には、衝突エネルギー吸収装置２は、図１０に示すように、内周面拘束部材１０の凸部１３がＦＲＰ円筒部材１００の中空部１０１に挿入され、このＦＲＰ円筒部材１００が、外周面拘束部材３０の開口部３２に挿入された状態で、内周面拘束部材１０と外周面拘束部材３０との間に、ＦＲＰ円筒部材１００の端部が配設された構成を備えている。なお、このＦＲＰ円筒部材１００の端部には、衝突荷重が加えられた際に生じる破壊を促すためにテーパー等を形成することもできる。
【００４３】
この衝突エネルギー吸収装置２に対し、軸方向から衝突荷重が加えられると、内周面拘束部材１０の凸部１３が、ＦＲＰ円筒部材１００の中空部１０１の奥側にさらに挿入しようとし、ＦＲＰ円筒部材１００の内周面１０２を、第１の曲面１４で拘束して外側に拡がるように破壊し始める。そして、第１の曲面１４は、ＦＲＰ円筒部材１００を破壊しながら内周面１０２を拘束し且つ第１のベース面１２と第２のベース面３６との間に、破壊されたＦＲＰ円筒部材１００を誘導する。これと同時に、外周面拘束部材３０に形成された第２の曲面３３が、ＦＲＰ円筒部材１００の外周面１０３を拘束して外側に拡がるように破壊しながら外周面１０３を、第１のベース面１２と第２のベース面３６との間に誘導する。（図１１参照）。
【００４４】
この時、第１のベース面１２と第２のベース面３６との間には、間隔形成部材５０によって、ＦＲＰ円筒部材１００の厚さと略同一の間隔（間隔形成部材５０の厚さ（Ｃ））が開けられているため、ＦＲＰ円筒部材１００は、第１のベース面１２及び第２のベース面３６によって両面が拘束された状態で、放射状に拡げられていく。そして、さらに破壊が進み、図１２に示すように、ＦＲＰ円筒部材１００の先端が、荷重制御アタッチメント１から外部に排出される。この時、第１のベース面１２と第２のベース面３６との間に配設されている間隔形成部材５０は、ナイフエッジ形状側が凸部１３側を向くように配置（すなわち、ＦＲＰ円筒部材１００の進行方向と向かい合う方向に配置）されているため、破壊されたＦＲＰ円筒部材１００の排出時に、抵抗による影響を低減することができる。
【００４５】
このＦＲＰ円筒部材１００の破壊によって、前記衝突荷重により生じた衝突エネルギーが吸収される。
【００４６】
次に、内周面拘束部材１０に形成された第１の曲面１４の曲率半径（Ｒin）と、外周面拘束部材３０に形成された第２の曲面３３の曲率半径（Ｒout）と、その軸方向圧縮破壊による単位重量当りのエネルギー吸収量（比エネルギー吸収量，Specific sustained crushing stress：ＳＳＣＳ）との関係を、以下の条件で圧縮破壊試験を行うことによって検討した。
【００４７】
（試験片の作製）
ＦＲＰ円筒部材１００として、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）による中空のＦＲＰ円筒を用いてエネルギー吸収特性を検討した。このＦＲＰ円筒を構成する材料としては、三菱レイヨン製一方向プリプレグシート：ＰＹＲＯＦＩＬ＃３８０（商品名）を使用し、直径５０．５ｍｍのアルミ製マンドレルにプリプレグシートを１２層積層し、オートクレーブにて１３０℃で９０分間硬化させた。ＦＲＰ円筒の端部は、ダイヤモンドカッターにて切断した。なお、プリプレグシートは、１２枚とも、繊維の方向が円筒の軸方向となるようにして積層し、ＦＲＰ円筒公称寸法は全長８０ｍｍ、内径５０ｍｍ、厚さ２．９ｍｍとした。
【００４８】
次に、このＦＲＰ円筒の端部に、表１に示す各々の荷重制御アタッチメントを取付けて試験片をとした。なお、ＦＲＰ円筒には、内周面拘束部材１０に形成された第１の曲面１４の曲率半径（Ｒin）＝０ｍｍ、外周面拘束部材３０に形成された第２の曲面３３の曲率半径（Ｒout）＝０ｍｍである荷重制御アタッチメントを使用する場合のみ、端部からの破壊を誘起するため、旋盤を用いて２０度の面取り加工を施した。それ以外の荷重制御アタッチメントを使用する場合には、低コスト化を目的としていることから加工は施していない。
【００４９】
なお、本実施の形態では、表１に示す各々の荷重制御アタッチメントを取付けた試験片を３本ずつ作製し、以下に示す圧縮破壊試験を各々の試験片に対し行った。
【００５０】
【表１】
2008232369.tif 000003
【００５１】
（圧縮破壊試験）
圧縮破壊試験は、試験片の両側を金属製プレートで挟み、圧縮試験機（島津製オートグラフ  ＡＧ−ＩＳ  １５０ｋＮ（商品名））を用い、各々の試験片を、負荷速度１．０ｍｍ／ｍｉｎでＦＲＰ円筒全長の半分となる４０ｍｍまで圧縮した。試験片とアタッチメントが接触する部分にはグリスを塗布し、摩擦抵抗による影響は低減させている。グリスを塗布せずに実験を行うことで、エネルギー吸収量の向上が期待されるが、ここでは破壊曲率の影響を検討するために塗布していない。
【００５２】
（比エネルギー吸収量）
先ず、ＦＲＰ円筒を圧縮した場合の典型的なプログレッシブクラッシング破壊の荷重−変位線図を図１３に示す。比エネルギー吸収量は、安定荷重時の応力を試験片密度で除したもので定義され、試験片の形状や材質、積層構成等が異なる場合のエネルギー吸収効率の比較に用いられる。
【００５３】
【数１】
2008232369.tif 000004
ここで、σaは平均安定応力、Ｐaは平均安定荷重、ρは密度、ｌは試験片全長、ｍは試験片重量である。なお、本実施の形態では、ＳＳＣＳの算出に、変位が１０〜４０ｍｍの範囲の平均安定荷重値Ｐaを用いた。
【００５４】
（試験結果）
前記圧縮破壊試験により得られた荷重−変位線図を図１４に示す。図１４には、それぞれ３回試験したものの中から一つを選んで示してある。また、それぞれ３回の試験結果より、初期最大荷重Ｐmax、平均安定荷重Ｐa、及びＳＳＣＳの平均値を算出したものを図１５に示す。
【００５５】
なお、図１４及び図１５に記載された２桁の数字は、それぞれ荷重制御アタッチメントの内側（第１の曲面１４）及び外側（第２の曲面３３）の曲率半径の値を示す。すなわち、「５２」であれば、Ｒin＝５ｍｍ、Ｒout＝２ｍｍの荷重制御アタッチメントでの試験結果である。
【００５６】
図１４から、荷重制御アタッチメントの曲率半径が小さくなるほど、比エネルギー吸収量は増加しており、曲率半径の変更でＳＳＣＳが制御できることが判る。必要なエネルギー吸収量が決まれば、図１５より容易に荷重制御アタッチメントを選定することが可能となる。曲率半径が小さい場合には、ＦＲＰ円筒の破壊モードは、繊維破断と層間剥離であり（図１６及び図１７参照）、曲率半径が大きくなると繊維破断をほとんど生じず、層間剥離のみの破壊モードとなる（図１８及び図１９参照）。この破壊モードの変化が、エネルギー吸収量を変化させる原因となっている。
【００５７】
ＳＳＣＳは、荷重制御アタッチメントの曲率半径を小さくすると向上するが、Ｒin＝０ｍｍ、Ｒout＝０ｍｍの場合には、Ｒin＝２ｍｍ、Ｒout＝０ｍｍと比較して増加していない。これは、本実施の形態では、内周面拘束部材１０と外周面拘束部材３０との間隔を、間隔形成部材５０により３ｍｍになるように接続しているが、ＦＲＰ円筒に破壊を生じさせる角部では、曲率半径がそれぞれゼロのときにはその間隔が広がるためであると考えられる。間隔が広がることで破壊曲率を小さくすることができず、結果として、さらなる繊維破断を生じさせることができないためにＳＳＣＳが頭打ち状態になっていると考えられる。
【００５８】
また、この角部での間隔の増加は、破壊曲率の拘束が緩くなることから安定荷重時の変動を生じさせている。一方、間隔が常に一定となる荷重制御アタッチメント（「００」及び「２０」以外）を用いた場合には、安定荷重時の荷重変動がほとんど生じていないことが判る。大きな荷重変動は、乗員に損傷を与える可能性がある。ＦＲＰ円筒圧縮時の荷重変動は、破壊が連続的に進行しない（セントラルクラックの不連続な進展）に起因することが報告されているが、荷重制御アタッチメントを用いることで破壊曲率を両側から拘束することにより破壊が連続的に進行するため、荷重変動は生じていない。
【００５９】
本実施の形態では、曲率半径がＲin＝２ｍｍ、Ｒout＝０ｍｍの荷重制御アタッチメントを使用した場合に、最も高いＳＳＣＳを示した。その平均値は、１７８ＫＪ／Ｋｇである。ここで、荷重制御アタッチメントを用いない場合の炭素繊維／エポキシ材のＳＳＣＳは、８２ＫＪ／Ｋｇ程度であると報告されている。一方、これまでに報告されている中で最も高いＳＳＣＳを示すものは炭素繊維／ＰＥＥＫ材であり、一方向円筒の場合には１９４ＫＪ／Ｋｇである。しかしながら、炭素繊維／ＰＥＥＫ材は製作が難しく、非常に高価である。本実施の形態では、荷重制御アタッチメントを使用することで、炭素繊維／エポキシ材を用いても炭素繊維／ＰＥＥＫ材と同等なＳＳＣＳ値を達成することが可能であることが示された。
【００６０】
このように、荷重制御アタッチメントを使用することで、一種類の長繊維強化プラスチック円筒を用いてそのエネルギー吸収量の幅広い制御を行うことができる。また、荷重制御アタッチメントを使用することで、比エネルギー吸収量の大幅な向上も可能である。さらにまた、荷重制御アタッチメントを使用することで、安定荷重時の荷重変動低減が可能である。さらに、エネルギー吸収量を制御するための設計変数は、荷重制御アタッチメントの曲率半径のみであり、それぞれの車重に合わせたエネルギー吸収量の設計が容易である。
【００６１】
次に、ＦＲＰ円筒を構成する材料（本実施の形態では、三菱レイヨン製一方向プリプレグシート：ＰＹＲＯＦＩＬ＃３８０（商品名））の積層構造が、エネルギー吸収量に与える影響について検討した。
【００６２】
（試験片の作製）
ＦＲＰ円筒部材１００として、前記と同様の材料を使用し、直径５０ｍｍのアルミ製マンドレルに１１０ｍｍ幅で切断したプリプレグシートを１２層積層し、オートクレーブにて１３０℃で９０分間硬化させ、ＦＲＰ円筒を作製する。このＦＲＰ円筒の端部は、ダイヤモンドカッターにて切断し、片側端部より破壊を促すために２０度のテーパーを旋盤によって加工した。ＦＲＰ円筒の公称寸法は、全長１００ｍｍ、内径５０ｍｍ、厚さ２．６ｍｍとした。作製したＦＲＰ円筒の積層構成を表２に示す。
【００６３】
【表２】
2008232369.tif 000005
なお、表２に記載された「Stacking sequence」は、プリプレグシートの積層状態を示すものであり、（９０2／０10）のうち（９０2）は、繊維の方向が円筒の軸方向と直交する方向であるプリプレグシート（９０度層）を２層積層したことを示し、（０10）は、繊維の方向が円筒の軸方向となるであるプリプレグシート（０度層）を１０層積層したことを示す。また、（／）の左側は、ＦＲＰ円筒の内周側を、（／）の右側は、外周側となることを示している。
【００６４】
次に、この各々のＦＲＰ円筒の端部に、内周面拘束部材１０に形成された第１の曲面１４の曲率半径（Ｒin）＝０ｍｍ、外周面拘束部材３０に形成された第２の曲面３３の曲率半径（Ｒout）＝０ｍｍである荷重制御アタッチメントを取付け、試験片を作製した。
【００６５】
（圧縮破壊試験）
圧縮破壊試験は、試験片の両側を金属製プレートで挟み、圧縮試験機（島津製オートグラフ  ＡＧ−ＩＳ  １５０ｋＮ（商品名））を用い、各々の試験片を、負荷速度１．０ｍｍ／ｍｉｎでＦＲＰ円筒全長の半分となる４０ｍｍまで圧縮した。試験片とアタッチメントが接触する部分にはグリスを塗布し、摩擦抵抗による影響は低減させている。また、比較として、荷重制御アタッチメントを取付けていないＦＲＰ円筒についても同様の圧縮破壊試験を行った。なお、これらの荷重制御アタッチメント未使用の結果には、試験片番号に「ｎ−」をつけて区別した。この結果を図２０及び図２１に示す。なお、図２２は、図２０に記載した試験片の初期最大荷重及びＳＳＣＳを示し、図２３は、図２１に記載した試験片の初期最大荷重及びＳＳＣＳを示している。
【００６６】
図２０及び図２２から、荷重制御アタッチメント使用時は、９０度層が最外層にある試験片（Ｎｏ．６）が最もＳＳＣＳが高くなっていることが判る。一方、荷重制御アタッチメントを使用しない場合にも同様に、９０度層が外側にあるほどＳＳＣＳが高くなっているが、内側に近いとその影響による差異は小さいことが判る。エネルギー吸収量は、荷重制御アタッチメントを使用することで大幅に向上しており、また、初期最大荷重からの荷重低下も抑制されている。
【００６７】
また、９０度層が最外層にある場合に、その積層数がＳＳＣＳに与える影響について検討した。図２１及び図２３に示すように、９０度層を最外層に１層だけ積層した試験片（Ｎｏ．７）が最も高いＳＳＣＳを示した。用いた荷重制御アタッチメントは、一方向材ＦＲＰ円筒に対してエネルギー吸収量を向上させるため、０度層の比率が高い方がＳＳＣＳの向上が期待される。しかしながら、９０度層を最外層にのみ積層した場合が最もＳＳＣＳが向上したことが判る。
【００６８】
次に、図２４に、プログレッシブクラッシング時の模式図を示す。今回用いた荷重制御アタッチメントの曲率は、Ｒin＝Ｒout＝０ｍｍであるため、その角部で間隔が、３ｍｍ以上になり、ＦＲＰ円筒は、できるだけ破断を避けるように進行する（図２４（１）参照）。一方、積層構成が（０11／９０1）である試験片（Ｎｏ．７）の場合、最外層に９０度層を有するため、ＦＲＰ円筒が曲げられる時に、９０度層が周方向応力を発生させる（図２４（２）参照）。そのために破壊曲率を大きくする効果を生み、ＳＳＣＳが向上したと考えられる。また、９０度層数の増加は、ＳＳＣＳの減少を導いたが、これは主にエネルギー吸収を担う０度層の比率が低下したことによるためであると考えられる。
【００６９】
また、本発明にかかる荷重制御アタッチメント及び衝突エネルギー吸収装置は、例えば、図２５〜図２７に示すように、内周面拘束部材１０に、外周面拘束部材３０Ａ〜３０Ｃを多段に積層した構成を備えていてもよい。具体的には、外周面拘束部材３０Ａは、前述した外周面拘束部材３０に形成された開口部３２に連通する中空部４３Ａを有する中空凸部４５Ａが第３のベース面３７に立設されている。中空凸部４５Ａは、所定の曲率半径を有する第３の曲面４６Ａを介して第３のベース面３７に連続的に形成されている。なお、開口部３２及び第２の曲面３３については、前述した外周面拘束部材３０と同様である。
【００７０】
外周面拘束部材３０Ｂは、第３のベース面３７に、中空凸部４５Ａよりも内径が、外周面拘束部材３０Ａの厚さとＦＲＰ円筒１００の厚さの約２倍を加えた長さ分だけ大きい以外は、中空凸部４５Ａと同様の形状を有する中空凸部４５Ｂが形成されている。この中空凸部４５Ｂは、所定の曲率半径を有する第３の曲面４６Ｂを介して第３のベース面３７に連続的に形成されている。また、外周面拘束部材３０Ｂの開口部３２Ｂは、その内径が、外周面拘束部材３０Ａの厚さとＦＲＰ円筒１００の厚さを加えた長さ分だけ大きい以外は、開口部３２と同様の形状を有している。また、第２の曲面３３については、前述した外周面拘束部材３０と同様である。
【００７１】
外周面拘束部材３０Ｃは、第３のベース面３７に、中空凸部４５Ｂよりも内径が、外周面拘束部材３０Ｂの厚さとＦＲＰ円筒１００の厚さを加えた長さ分だけ大きい以外は、中空凸部４５Ｂと同様の形状を有する中空凸部４５Ｃが形成されている。この中空凸部４５Ｃは、所定の曲率半径を有する第３の曲面４６Ｃを介して第３のベース面３７に連続的に形成されている。また、外周面拘束部材３０Ｃの開口部３２Ｃは、その内径が、外周面拘束部材３０Ａの厚さとＦＲＰ円筒１００の厚さの約２倍を加えた長さ分だけ大きい以外は、開口部３２と同様の形状を有している。また、第２の曲面３３については、前述した外周面拘束部材３０と同様である。
【００７２】
そして、内周面拘束部材１０と、外周面拘束部材３０Ａ〜３０Ｃは、以下のように組立てられる。すなわち、内周面拘束部材１０の第１のベース面１２と、外周面拘束部材３０Ａの第２のベース面３６とを対向させ、第１のベース面１２と第２のベース面３６との間に、前記と同様に間隔形成部材５０を配置し、内周面拘束部材１０に形成された凸部１３を、外周面拘束部材３０Ａに形成された開口部３２に挿入し、内周面拘束部材１０、間隔形成部材５０及び外周面拘束部材３０Ａを螺子７５により固定する。また、外周面拘束部材３０Ａの第３のベース面３７と、外周面拘束部材３０Ｂの第２のベース面３６とを対向させ、第３のベース面３７と第２のベース面３６との間に、前記と同様に間隔形成部材５０を配置し、中空凸部４５Ａを、外周面拘束部材３０Ｂに形成された開口部３２Ｂに挿入し、外周面拘束部材３０Ａ、間隔形成部材５０及び外周面拘束部材３０Ｂを螺子７５により固定する。さらに、外周面拘束部材３０Ｂの第３のベース面３７と、外周面拘束部材３０Ｃの第２のベース面３６とを対向させ、第３のベース面３７と第２のベース面３６との間に、前記と同様に間隔形成部材５０を配置し、中空凸部４５Ｂを、外周面拘束部材３０Ｃに形成された開口部３２Ｃに挿入し、外周面拘束部材３０Ｂ、間隔形成部材５０及び外周面拘束部材３０Ｃを螺子７５により固定する。このようにして、外周面拘束部材３０Ａ〜３０Ｃを多段に積層した。
【００７３】
この図２５〜図２７に示す構成を備えた荷重制御アタッチメント３は、内周面拘束部材１０の凸部１３がＦＲＰ円筒部材１００の中空部１０１に挿入され、ＦＲＰ円筒部材１００の端部が内周面拘束部材１０と外周面拘束部材３０Ａとの間に配置され、外周面拘束部材３０Ａの中空凸部４５ＡがＦＲＰ円筒部材１００Ｂの中空部１０１Ｂに挿入され、ＦＲＰ円筒部材１００Ｂの端部が外周面拘束部材３０Ａと外周面拘束部材３０Ｂとの間に配置され、外周面拘束部材３０Ｂの中空凸部４５ＢがＦＲＰ円筒部材１００Ｃの中空部１０１Ｃに挿入され、ＦＲＰ円筒部材１００Ｃの端部が外周面拘束部材３０Ｂと外周面拘束部材３０Ｃとの間に配置されて、衝突エネルギー吸収装置４を構成している。
【００７４】
すなわち、外周面拘束部材３０Ａの中空凸部４５Ａの第３のベース面３７は、内周面拘束部材１０の第１のベース面１２と同様の役割を果たし、外周面拘束部材３０Ａの第３の曲面４６Ａは、内周面拘束部材１０の第１の曲面１４と同様の役割を果たすことになる。なお、外周面拘束部材３０Ｂ及び３０Ｃについても同様である。したがって、この衝突エネルギー吸収装置４に軸方向から衝突荷重が加えられると、衝突エネルギー吸収装置２と同様に、第１の曲面１４は、ＦＲＰ円筒部材１００を破壊しながら内周面１０２を拘束し、第２の曲面３３は、ＦＲＰ円筒部材１００を破壊しながら外周面１０３を拘束して、第１のベース面１２と第２のベース面３６との間に、破壊されたＦＲＰ円筒部材１００を誘導する。
【００７５】
また、同様に、外周面拘束部材３０Ａの中空凸部４５Ａが、ＦＲＰ円筒部材１００Ｂの中空部１０１Ｂの奥側にさらに挿入し、外周面拘束部材３０Ａの第３の曲面３３は、ＦＲＰ円筒部材１００Ｂを破壊しながら内周面１０２Ｂを拘束し、外周面拘束部材３０Ｂの第２の曲面３３は、ＦＲＰ円筒部材１００Ｂを破壊しながら外周面１０３Ｂを拘束して、第３のベース面３７と第２のベース面３６との間に、破壊されたＦＲＰ円筒部材１００Ｂを誘導する。さらに同様に、外周面拘束部材３０Ｂの中空凸部４５Ｂが、ＦＲＰ円筒部材１００Ｃの中空部１０１Ｃの奥側にさらに挿入し、外周面拘束部材３０Ｂの第３の曲面３３は、ＦＲＰ円筒部材１００Ｃを破壊しながら内周面１０２Ｃを拘束し、外周面拘束部材３０Ｃの第２の曲面３３は、ＦＲＰ円筒部材１００Ｃを破壊しながら外周面１０３Ｃを拘束して、第３のベース面３７と第２のベース面３６との間に、破壊されたＦＲＰ円筒部材１００Ｃを誘導する。
【００７６】
これらのＦＲＰ円筒部材１００、１００Ｂ及び１００Ｃの破壊によって、前記衝突荷重により生じた衝突エネルギーが吸収される。図２８に、衝突エネルギー吸収装置４による荷重−変位線図を示す。図２８から、外周面拘束部材３０Ａ〜３０Ｃを多段に積層した衝突エネルギー吸収装置４は、衝突エネルギー吸収装置２よりも、エネルギー吸収量を増加させることができることが判る。また、前記多段構造であるため、少スペースでエネルギー吸収能力を向上させることができる。そしてまた、車重のみならず、衝突時の各速度に合わせて、より最適なエネルギー吸収能力を発揮させることができ、乗員に及ぼす影響の低減が可能である。
【００７７】
なお、衝突エネルギー吸収装置４は、３つの外周面拘束部材３０Ａ〜３０Ｃを多段に積層した場合について説明したが、これに限らず、外周面拘束部材の積層数は、所望により任意に決定することができる。また、中空凸部４５Ｂの内径が、中空凸部４５Ａの内径に外周面拘束部材３０Ａの厚さとＦＲＰ円筒１００の厚さの約２倍を加えた長さ分だけ大きい場合について説明したが、これに限らず、中空凸部４５Ａの内径は、中空凸部４５Ａを挿入可能であり、中空凸部４５Ａと中空凸部４５Ｂとの間に配置したＦＲＰ円筒１００を拘束可能であれば、所望により決定することができる。これは、中空凸部４５Ｃについても同様である。
【００７８】
また、本発明にかかる荷重制御アタッチメント及び衝突エネルギー吸収装置は、例えば、図２９〜図３１に示すように、外周面拘束部材３０の第２のベース面３６の外周に沿って立設する方向変更部３９を形成してもよい。この方向変更部３９は、第１のベース面１２と第２のベース面３６との間に誘導されたＦＲＰ円筒部材１００の破壊された先端面に当接し、当接したＦＲＰ円筒部材１００の進行方向を変更させるものである。このように、ＦＲＰ円筒部材１００の進行方向が変更されることで、ＦＲＰ円筒部材１００に図３１（３）に示す矢印方向から力がかかり、ＦＲＰ円筒部材１００が変形して、さらにエネルギー吸収量を増加させることができる。なお、この構成の場合、内周面拘束部材１０の外周面の互いに略９０度ずれた位置に、雄螺子が形成されている間隔形成部材１５０を設け、方向変更部３９の対応する位置に、間隔形成部材１５０の先端が貫通するボルト孔７６を各々形成し、この各々のボルト孔７６に、間隔形成部材１５０を挿入して、ナット７７で固定することで、内周面拘束部材１０と外周面拘束部材３０とを固定すればよい。
【００７９】
また、４つのボルト孔７６とは別に、例えば、方向変更部３９の高さ方向の位置（図３０でいう上下方向の位置）が、ボルト孔７６とは異なる他のボルト孔を、方向変更部３９の周方向にボルト孔７６とはずらして形成し、任意のボルト孔を選択することによって、内周面拘束部材１０の外周面拘束部材３０に対する相対的な位置を変更することで、第１のベース面１２と第２のベース面３６との間隔を変更してもよい。この場合、第１のベース面１２と第２のベース面３６との間隔が、凸部１３と開口部３２を画定する内周面３８との間隔よりも狭くなるように設定することで、ＦＲＰ円筒部材１００が、第１のベース面１２と第２のベース面３６との間を通過する際に、ＦＲＰ円筒部材１００の内周面１０２及び外周面１０３を拘束する力を増加させることができ、さらにエネルギー吸収量を増加させることができる。
【００８０】
なお、方向変更部３９が形成されていない外周面拘束部材３０（３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ）を用いた場合に、第１のベース面１２と第２のベース面３６との間隔が、凸部１３と開口部３２を画定する内周面３８との間隔よりも狭くなるようにすることでも、ＦＲＰ円筒部材１００の内周面１０２及び外周面１０３を拘束する力を増加させることができ、さらにエネルギー吸収量を増加させることができる。
【００８１】
そしてまた、第１のベース面１２と第２のベース面３６との間隔を変更する他の手段としては、例えば、ボルト孔７６を、方向変更部３９の高さ方向（図３０でいう上下方向）に長い長孔とし、間隔形成部材１５０の固定する位置を変更してもよい。
【００８２】
また、本発明にかかる荷重制御アタッチメント及び衝突エネルギー吸収装置は、例えば、図３２及び図３３に示すように、内周面拘束部材１０と、方向変更部３９が形成された外周面拘束部材３０は、ＦＲＰ円筒部材１００が配設される側とは反対側の面に配設された略板状を有する間隔形成部材１６０を介して、図示しないボルトあるいは螺子等によって固定してもよい。このようにすることで、凸部１３と開口部３２を画定する内周面３８との間隔、第１のベース面１２と第２のベース面３６との間隔、方向変更部３９の内周面と、内周面拘束部材１０との間隔を、さらに簡単に正確に維持させることができる。また、内周面拘束部材１０と間隔形成部材１６０との間に、高さ調整用のシム１７０を配設し、この高さ調整用のシム１７０の厚さを任意に変更することで、第１のベース面１２と第２のベース面３６との間隔を任意に変更することができる。
【００８３】
なお、本実施の形態では、ＲＦＰを含む中空の柱状部材として、中空の円筒部材を使用した場合について説明したが、これに限らず、前記柱状部材は、例えば、三角柱や四角柱等の多角柱であってもよい。
【００８４】
また、本実施の形態では、４つの間隔形成部材５０を配置した場合について説明したが、これに限らず、間隔形成部材５０は、２つ以上であれば、その配設数や配設箇所は、所望により任意に決定することができる。また、本実施の形態では、間隔形成部材５０を独立した部材として形成した場合について説明したが、これに限らず、間隔形成部材５０は、例えば、内周面拘束部材１０の第１のベース面１２に一体的に形成されていてもよく、あるいは、外周面拘束部材３０の第２のベース面３６に一体的に形成されていてもよい。また、その形状は、所望により任意に決定することができる。
【００８５】
そしてまた、ＦＲＰ円筒部材１００を構成するシートの種類や積層数等は、所望により任意により決定することができることは、勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の実施の形態にかかる荷重制御アタッチメントの構成要素である内周面拘束部材の側面図である。
【図２】図１に示す内周面拘束部材の底面図である。
【図３】本実施の形態にかかる荷重制御アタッチメントの構成要素である外周面拘束部材の断面図である。
【図４】図２に示す外周面拘束部材の平面図である。
【図５】本実施の形態にかかる内周面拘束部材と、本実施の形態にかかる外周面拘束部材との間に配設される間隔形成部材の平面図である。
【図６】図５に示す間隔形成部材の側面図である。
【図７】本実施の形態にかかる内周面拘束部材上に図５に示す間隔形成部材を配設した状態を示す平面図である。
【図８】本実施の形態にかかる荷重制御アタッチメントの底面図である。
【図９】図８に示す荷重制御アタッチメントの断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態にかかる衝突エネルギー吸収装置の断面図である。
【図１１】図１０に示す衝突エネルギー吸収装置に、軸方向から荷重が加えられた状態を示す断面図である。
【図１２】図１１に示す状態からさらに軸方向から荷重が加えられた状態を示す断面図である。
【図１３】ＦＲＰ円筒を圧縮した場合の典型的なプログレッシブクラッシング破壊の荷重−変位線図である。
【図１４】本実施の形態にかかる衝突エネルギー吸収装置に圧縮破壊試験を行った際の荷重−変位線図である。
【図１５】本実施の形態にかかる衝突エネルギー吸収装置に圧縮破壊試験を行った際の初期最大荷重Ｐmax、平均安定荷重Ｐa、及びＳＳＣＳの平均値を示す図である。
【図１６】ＦＲＰ円筒の破壊状態を平面的に示す写真を記載した図である。
【図１７】ＦＲＰ円筒の破壊状態を側面的に示す写真を記載した図である。
【図１８】ＦＲＰ円筒の破壊状態を平面的に示す写真を記載した図である。
【図１９】ＦＲＰ円筒の破壊状態を側面的に示す写真を記載した図である。
【図２０】本実施の形態にかかる衝突エネルギー吸収装置に圧縮破壊試験を行った際の荷重−変位線図である。
【図２１】本実施の形態にかかる衝突エネルギー吸収装置に圧縮破壊試験を行った際の荷重−変位線図である。
【図２２】本実施の形態にかかる衝突エネルギー吸収装置に圧縮破壊試験を行った際の初期最大荷重及びＳＳＣＳを示す図である。
【図２３】本実施の形態にかかる衝突エネルギー吸収装置に圧縮破壊試験を行った際の初期最大荷重及びＳＳＣＳを示す図である。
【図２４】プログレッシブクラッシング時の模式図である。
【図２５】本発明の他の実施の形態にかかる荷重制御アタッチメントの断面図である。
【図２６】本発明の他の実施の形態にかかる衝突エネルギー吸収装置の断面図である。
【図２７】図２６に示す衝突エネルギー吸収装置の一部を拡大して示す断面図である。
【図２８】本発明の他の実施の形態にかかる衝突エネルギー吸収装置に圧縮破壊試験を行った際の荷重−変位線の簡略図である。
【図２９】本発明の他の実施の形態にかかる荷重制御アタッチメントの平面図である。
【図３０】図２９に示す荷重制御アタッチメントの断面図である。
【図３１】本発明の他の実施の形態にかかる衝突エネルギー吸収装置に、軸方向から荷重が加えられた状態を示す断面図である。
【図３２】本発明の他の実施の形態にかかる荷重制御アタッチメントの平面図である。
【図３３】図３２に示す荷重制御アタッチメントの断面図である。
【符号の説明】
【００８７】
１、３…荷重制御アタッチメント、  ２、４…衝突エネルギー吸収装置、  １０…内周面拘束部材、１２…第１のベース面、  １３…凸部、  １４…第１の曲面、  ３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ…外周面拘束部材、  ３２…開口部、  ３３…第２の曲面、  ３６…第２のベース面、  ３７…第３のベース面、  ３９…方向変更部、  ４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ…中空凸部、  ４６Ａ、４６Ｂ、４６Ｃ…第３の曲面、  ５０、１５０、１６０…間隔形成部材、  １００、１００Ｂ、１００Ｃ…ＦＲＰ円筒部材
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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