(57)【要約】【課題】  ＦＲＰ材の材料特性を活かしたＦＲＰ衝撃吸収部材構造体を提供することを目的とする。【解決手段】  衝撃吸収部材として軽量・高強度なＦＲＰを使用し、ＦＲＰの特徴である繊維方向への圧縮または引張強度を活用することで、圧縮荷重や吸収エネルギー量が従来に比べてさらに増加した衝突吸収部材構造体を提案する。即ち、衝撃吸収部材であるＦＲＰ円筒と、ＦＲＰ円筒の端部が円筒軸方向に分割破壊を行うような立体形状を備えた押圧部材とにより、圧縮荷重値と吸収エネルギー量が改善された衝撃吸収部材構造体を提供することができる。【選択図】        図４
2005233263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒軸方向からの圧縮荷重による衝撃吸収を行うＦＲＰ材から形成された円筒状ＦＲＰと、前記円筒状ＦＲＰの端部に当接する押圧部材と、からなるＦＲＰ衝撃吸収部材構造体であって、
前記押圧部材は、前記円筒状ＦＲＰの端部が当接する面に、当該円筒状ＦＲＰの長さ方向の開裂を誘導する開裂誘導構造体を備え、
前記円筒状ＦＲＰは、前記円筒軸方向からの圧縮荷重を前記開裂誘導構造体による端部開裂によって前記ＦＲＰ材の繊維方向への荷重に分散することにより衝撃吸収を行うＦＲＰ衝撃吸収部材構造体。
【請求項２】
前記押圧部材は、前記円筒状ＦＲＰを誘導する円形状の凹凸部を備えた押圧台座部と、前記円筒状ＦＲＰの長さ方向に開裂を誘導する開裂誘導構造体を備え、
前記円形状の凹凸部は、前記円筒状ＦＲＰが当接する内周側が凸状であり、外周側が凹状である中空切株状であって、
前記開裂誘導構造体は、一以上の凸状トリガ部位であって、
前記円形状の凹凸部の凹部に、前記一以上の凸状トリガ部位が円状に配置された押圧部材を含む、請求項１記載のＦＲＰ衝撃吸収部材構造体。
【請求項３】
請求項１記載のＦＲＰ衝撃吸収部材構造体において、前記開裂誘導構造体は独立した状態で取り外しが可能なものである着脱式開裂誘導構造体。
【請求項４】
前記押圧部材は、前記円筒状ＦＲＰが当接する押圧台座部と、前記円筒状ＦＲＰの開裂を誘導する開裂誘導構造体とを備え、
前記開裂誘導構造体は、一以上の凹凸の組み合わせの凸部と凹部の境界である境界部を含む凹凸構造体であって、
前記圧縮荷重により、前記円筒状ＦＲＰの端部に前記開裂誘導構造体が当接することで前記境界部近傍から前記円筒状ＦＲＰの円筒軸方向への開裂を生じさせる開裂誘導構造体を含む、請求項１記載のＦＲＰ衝撃吸収部材構造体。
【請求項５】
前記凹凸構造体は、一以上の独立した扇状立体部位が前記円筒状ＦＲＰを誘導するように、放射状に配置されることで形成された円柱状または偶数の角数を有する多角柱状の形状をした凹凸構造体であって、
前記放射状に配置された前記扇状立体部位間の境界により一以上の第一の境界部が生成され、
前記扇状立体部位の各々は、前記扇状の半径方向に凹凸を形成し、当該凹凸により一以上の第二の境界部が生成されており、
前記一以上の第一の境界部近傍と前記一以上の第二の境界部近傍とから、前記円筒軸方向へ前記円筒状ＦＲＰを開裂する開裂誘導構造体を含む請求項４記載のＦＲＰ衝撃吸収部材構造体。
【請求項６】
請求項１から５いずれか記載のＦＲＰ衝撃吸収部材構造体が、自動車のクラッシュボックス構造体に採用されている自動車。
【請求項７】
自動車の衝突時の圧縮荷重に対する緩衝力を向上するための緩衝力向上方法であって、前記衝突により衝撃吸収を行うＦＲＰ材から形成された円筒状ＦＲＰと当該円筒状ＦＲＰに当接される押圧部材とにより緩衝力を向上する方法であって、
前記押圧部材に備えられた開裂誘導構造体により、当該円筒状ＦＲＰの端部が開裂し、当該開裂によって前記円筒状ＦＲＰは、前記圧縮荷重を前記ＦＲＰ材の繊維方向の荷重に分散することで、自動車の衝突時の緩衝力が向上される緩衝力向上方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高いエネルギー吸収量を実現したＦＲＰの衝撃吸収部材の構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車や航空機の衝突安全性を高めるために、衝突エネルギーを効果的に吸収する衝撃吸収用の部材や衝撃吸収構造が提案されている。特に自動車の場合は、ボディの前後に加わる衝突エネルギーを効果的に吸収するクラッシュボックス等をどのような構造にするかが検討されている。一般に、衝撃吸収部材は、軽量であって剛性が高いことが要求される。
【０００３】
２種以上の材料を組み合わせた複合材料は、素材単独では出せない優れた特性を得る目的でつくられた人工材料であり、材料を強化する目的等の様々な目的のために開発されている。複合材料のうち材料を繊維で強化したものは、繊維強化複合材料とよばれ、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）が代表的である。ＦＲＰは、マトリックス（素地）としてプラスチックを使用したもので、強化材としては一般的には、ガラスやカーボン等の繊維が使用される。
【０００４】
ＦＲＰのうちカーボン繊維で形成されるＣＦＲＰは、繊維の配向に応じて異なる性質を持つ、ＵＤ材（ユニダイレクショナル材）、クロス材が知られている。ＵＤ材は、カーボン繊維をうすく一方向に並べてエポキシ樹脂等により成型した素材形態である。一方、クロス材はカーボン繊維を織物状にし、エポキシ樹脂等により成型した素材形態である。例えばＵＤ材においては、炭素繊維の長さ方向（長手方向）には引張力が強いが、長さ方向に対しては引張力が弱い性質がある。
【０００５】
このようなＦＲＰ材により構成した衝撃吸収部材のみならず、衝撃吸収部材の端部に当接する押圧部材を含めた、衝撃吸収部材構造が吸収エネルギーを向上させるものとして提案されている。即ち、押圧部材の構造及び形状として、衝撃吸収部材が高いエネルギー吸収量を実現するような構造及び形状が検討されている。例えば、特許文献１は、ＦＲＰ円筒管の圧縮変形において、ＦＲＰ先端部に設置される押圧部材形状に破壊の起点となる三角形状の突起部を設けることで、部材の強度を高め破壊の形態を調整可能にしたプロペラシャフトの発明である。さらに、特許文献２は押圧部材に拡幅部を設けることで、耐えうる荷重を高め、ＦＲＰパイプの座屈を防ぎ、拡幅部の傾斜角を調整することで、従来よりもエネルギー吸収を高めることを開示している。加えて、特許文献３は、押圧部材に凹部を設けることで、ＦＲＰ円筒管が凹部から破壊が進むことで繊維を破断させエネルギー吸収量を増加させた発明である。
【特許文献１】特開平０７−０９１４３２号公報
【特許文献２】特開平０８−１８５９６９号公報
【特許文献３】特開平０７−２２４８７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のような従来技術において、押圧部材に拡幅部や凹部を設けることで円滑な層間剥離を生じさせ、拡幅部や凹部に沿って繊維を曲げることで、圧縮荷重やエネルギー吸収量の増加を実現している。しかし、これらの従来技術ではＦＲＰ材の材料特性を十分に活用しているとは言い難い。一般に、ＦＲＰ材は繊維方向の引張強度が強いため、破壊による引張方向がＦＲＰ材の繊維方向であれば、さらに大きな圧縮荷重に対応することが可能であり、よりエネルギー吸収のよいＦＲＰ衝撃吸収部材構造体が実現できる。従って、本発明ではＦＲＰ材の材料特性を活かしたＦＲＰ衝撃吸収部材構造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】
【０００７】
そこで、本発明者は、上記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、円筒状ＦＲＰの繊維方向の強度を活用し、円筒軸方向に分割を促進するような開裂誘導構造体を備えた押圧部材を提供することにより、ＦＲＰ材の繊維方向に強度がある特徴を活かし、従来よりも大きな荷重値やエネルギー吸収量を実現した衝撃吸収部材構造体を提供する。より具体的には、本発明は以下のような衝撃吸収部材構造体を提供する。
【０００８】
（１）  円筒軸方向からの圧縮荷重による衝撃吸収を行うＦＲＰ材から形成された円筒状ＦＲＰと、前記円筒状ＦＲＰの端部に当接する押圧部材と、からなるＦＲＰ衝撃吸収部材構造体であって、前記押圧部材は、前記円筒状ＦＲＰの端部が当接する面に、当該円筒状ＦＲＰの長さ方向の開裂を誘導する開裂誘導構造体を備え、前記円筒状ＦＲＰは、前記円筒軸方向からの圧縮荷重を前記開裂誘導構造体による端部開裂によって前記ＦＲＰ材の繊維方向への荷重に分散することにより衝撃吸収を行うＦＲＰ衝撃吸収部材構造体。
【０００９】
（２）  前記押圧部材は、前記円筒状ＦＲＰを誘導する円形状の凹凸部を備えた押圧台座部と、前記円筒状ＦＲＰの長さ方向に開裂を誘導する開裂誘導構造体を備え、前記円形状の凹凸部は、前記円筒状ＦＲＰが当接する内周側が凸状であり、外周側が凹状である中空切株状であって、前記開裂誘導構造体は、一以上の凸状トリガ部位であって、前記円形状の凹凸部の凹部に、前記一以上の凸状トリガ部位が円状に配置された押圧部材を含む、（１）記載のＦＲＰ衝撃吸収部材構造体。
【００１０】
（３）  （１）記載のＦＲＰ衝撃吸収部材構造体において、前記開裂誘導構造体は独立した状態で取り外しが可能なものである着脱式開裂誘導構造体。
【００１１】
（４）  前記押圧部材は、前記円筒状ＦＲＰが当接する押圧台座部と、前記円筒状ＦＲＰの開裂を誘導する開裂誘導構造体とを備え、前記開裂誘導構造体は、一以上の凹凸の組み合わせの凸部と凹部の境界である境界部を含む凹凸構造体であって、前記圧縮荷重により、前記円筒状ＦＲＰの端部に前記開裂誘導構造体が当接することで前記境界部近傍から前記円筒状ＦＲＰの円筒軸方向への開裂を生じさせる開裂誘導構造体を含む、（１）記載のＦＲＰ衝撃吸収部材構造体。
【００１２】
（５）  前記凹凸構造体は、一以上の独立した扇状立体部位が前記円筒状ＦＲＰを誘導するように、放射状に配置されることで形成された円柱状または偶数の角数を有する多角柱状の形状をした凹凸構造体であって、前記放射状に配置された前記扇状立体部位間の境界により一以上の第一の境界部が生成され、前記扇状立体部位の各々は、前記扇状の半径方向に凹凸を形成し、当該凹凸により一以上の第二の境界部が生成されており、前記一以上の第一の境界部近傍と前記一以上の第二の境界部近傍とから、前記円筒軸方向へ前記円筒状ＦＲＰを開裂する開裂誘導構造体を含む（４）記載のＦＲＰ衝撃吸収部材構造体。
【００１３】
（６）  （１）から（５）いずれか記載のＦＲＰ衝撃吸収部材構造体が、自動車のクラッシュボックス構造体に採用されている自動車。
【００１４】
（７）  自動車の衝突時の圧縮荷重に対する緩衝力を向上するための緩衝力向上方法であって、前記衝突により衝撃吸収を行うＦＲＰ材から形成された円筒状ＦＲＰと当該円筒状ＦＲＰに当接される押圧部材とにより緩衝力を向上する方法であって、前記押圧部材に備えられた開裂誘導構造体により、当該円筒状ＦＲＰの端部が開裂し、当該開裂によって前記円筒状ＦＲＰは、前記圧縮荷重を前記ＦＲＰ材の繊維方向の荷重に分散することで、自動車の衝突時の緩衝力が向上される緩衝力向上方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の衝撃吸収部材構造を使用することで、ＦＲＰ材を衝撃吸収部材に使用した際に、従来よりも大きな圧縮荷重を実現し、かつ大きなエネルギー吸収を実現することが可能である。即ち、繊維配向や繊維の種類で異なる様々なＦＲＰに合わせて、そのＦＲＰの繊維方向の強度を活かした最適な立体構造である開裂誘導構造体を備えた押圧部材を用いることで、従来よりも衝撃吸収性を高めることが可能である。さらに、押圧部材の立体的形状は、設計者が自由に設定可能であるために、ＦＲＰ材の繊維の破壊をどのように促進するかを調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に好適な実施形態の一例について、図を参照しながら説明する。
【００１７】
図１は、繊維構造の異なる円筒状ＣＦＲＰ（内径８０ｍｍ、外径８８ｍｍ、長さ２５０ｍｍ）とＣＦＲＰが当接する立体構造の異なる押圧部材を用いて、圧縮試験を行った結果を示した図である。円筒状ＣＦＲＰの軸方向からの圧縮荷重を、円筒状ＣＦＲＰに押圧部材を当接させて行い、その際の平均荷重値（ｋＮ）と荷重変動量（％）を測定した。荷重特性におけるグラフに示した値が、平均荷重値である。ＣＦＲＰ材としては、ＵＤ材とクロス材を使用した。押圧部材は、平板を使用したものと、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にて示した円形状の凹凸部を備えた押圧部材である中空切株状部材２００を使用した。ここでの円形状の凹凸部とは、円筒状ＦＲＰが当接する内周側が凸状であり、外周側が凹状である中空の切株状の形状である。
【００１８】
図１の結果を参照すると、クロス材・ＵＤ材といった素材形態に依らずに中空切株状部材よりも平板のほうが、平均荷重値が大きい。例えば、ＵＤ材においては平板では平均荷重値が７３ｋＮであるが、中空切株状部材では４８ｋＮである。しかし、荷重変動量においては、中空切株状部材の方が平板の押圧部材よりも、小さくなる。従って、平均荷重値においては平板の方が押圧部材として適当であるが、荷重変動量においては中空切株状部材が適当という結果になる。このように、中空切株状部材の平均荷重値が減少するのは、押圧部材と当接することで円筒状ＣＦＲＰが圧縮により曲げ変形を行う際に、圧縮によるエネルギーが主に積層したＣＦＲＰ材の層間を剥離するように使用されるからである。ＣＦＲＰ材は繊維方向の引張または圧縮に強いため、この強度を活かして圧縮エネルギーが繊維方向への引張・圧縮のエネルギーとして消費されれば、平均荷重値が上がり、さらに大きなエネルギー吸収を実現できるものと考えられる。
【００１９】
荷重変動量とは、荷重をかけ始めた初期荷重変動域を除いた荷重領域変動領域において、測定最大値と測定最小値の和を２で割ったものからその領域での平均値を引き、その値を平均値で割ったものである。また、平均荷重値とは上述の平均値と同義であり、荷重をかけ始めた初期荷重変動域を除いた荷重領域変動領域においての平均値である。図１の荷重特性に示すように、荷重が降伏点を越えて一定の変位を超えてから、安定した荷重値を保持するが、この荷重値はぶれが小さく、急激に降下しないことが望ましい。即ち、荷重変動量が小さい衝撃吸収部材や構造は、安定したエネルギー吸収を行える部材または構造である。従って、エネルギー吸収のよい衝撃吸収部材や構造にするためには、その平均荷重値を大きくし、荷重変動量を小さくすることが望まれる。
【００２０】
本明細書におけるＦＲＰとしては、ＣＦＲＰを使用しているが、その他の例えば、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、炭化珪素繊維、アルミナ繊維を使用してもよい。本発明は、繊維配向の特徴を活かした衝撃吸収部材の構造体に関するものであるため、繊維の種類を限定するものではない。
【００２１】
ＵＤ材は、ＣＦＲＰ材の素材形態であって、カーボン繊維の構造として繊維をほぼ一方向に揃えて固めたシート状のＣＦＲＰ材、又はこのシート状のＣＦＲＰ材を積層したＣＦＲＰ材である。一般にＵＤ材は、シート状のＣＦＲＰ材の繊維方向を統一させ積層させたＵＤ材であってもよいが、繊維方向がＣＦＲＰ材の層ごとに異なり、一定の角度を有して積層してもよい。例えば層ごとに繊維方向が直角であるといった場合である。繊維方向を統一させ積層させたＵＤ材は、繊維方向の引張強度が強いため、異方性を有するＣＦＲＰ材料であるが、繊維方向を層ごとに直角に積層させたものは、等方性を有するＣＦＲＰ材料となる。図１の圧縮実験では、円筒軸方向に対して０度と９０度の繊維方向を有するシート状のＣＦＲＰ材を積層させて形成したＵＤ材を使用している。
【００２２】
クロス材は、ＣＦＲＰ材の素材形態であって、ＣＦＲＰ材のカーボン繊維の構造として繊維を織り込むことで織物状に配向したシート状のＣＦＲＰ材、又はこのシート状のＣＦＲＰ材を積層したＣＦＲＰ材である。即ち、クロス材とは、カーボン繊維の套を一本もしくは複数本ずつ編むことで平面を構成し、その平面に樹脂等のマトリクスを使用し固めたＣＦＲＰ材である。織物状を形成するための編み方としては、平織りや綾織りであってよい。一方向ＵＤ材とは異なり、一般にクロス材は、その強度においては等方性を有するＣＦＲＰ材料である。
【００２３】
次に、ＣＦＲＰ材の繊維方向に同じ荷重値がかかったときに、圧縮荷重と引張荷重ではどちらのひずみが大きいかを検討する。
【００２４】
図３は、ＵＤ材（繊維方向は一方向のみ）の圧縮と引張を繊維方向に行ったときの応力・歪み線図である。ここでのＣＦＲＰ材は、東レ（株）製カーボン繊維（Ｔ７００Ｓ）を強化繊維とし、マトリクスに樹脂（＃２５００）を用いた。これによれば、繊維の圧縮応力は繊維の引張応力の半分以下の値になっている。即ち、圧縮は少ない荷重で大きく変形を行うのに対して、引張は大きな荷重で小さな変形を行う。従って、一方向に配向したＵＤ材の特徴としては、繊維方向に圧縮荷重よりも引張荷重に衝撃荷重がかかれば、部材の変形が少ないと考えられる。これより、エネルギー吸収の大きい衝撃吸収構造体を提供するという観点からは、ＦＲＰ材の引張荷重を活用した衝撃吸収部材構造体が望ましいと考えられる。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
表１は、図１にて示した圧縮実験における円筒状ＣＦＲＰ（円筒の軸方向に対して０度と９０度の繊維方向であるシート状のＣＦＲＰ材を交互に積層させたＵＤ材）の圧縮による、変形後の形態と、円筒軸方向の分割数と、平均荷重値との関係を示す表である。同一のＵＤ材であっても、押圧部材を中空切株状部材から平板にすることで、平均荷重値が３０％以上向上する。押圧部材に平板を使用した場合は、圧縮による円筒状ＣＦＲＰの変形が円筒の内側と外側の両開きになる。中空切株状部材は、円筒の外側が凹状であり内側が凸状であるため、圧縮により変形方向が促され、円筒に対して外向きに開き、内側には開かない。従って、中空切株状部材では、荷重による圧縮応力が円筒を外開きにする向きに集中し、円筒の端部が一箇所でも開裂されると、その部分の破壊が進んでしまい、結果として平均荷重値が低いのではないかと予想できる。さらに、円筒状ＣＦＲＰの軸方向の分割数は、平板の方が多い。軸方向に分割するとは、軸方向に対して９０度方向（円筒の円環方向）に繊維方向を有するＵＤ材の繊維を切ることを意味する。即ち、ＣＦＲＰ円筒端部の分割数の多い平板の方が、平均荷重値が大きいことから、軸方向への開裂箇所が多い方が、繊維の強度を利用して圧縮荷重が行われているのではないかと考えられる。
【００２７】
この結果より、円筒状ＣＦＲＰの軸方向の分割、即ち円筒状ＣＦＲＰ端部の破壊箇所を増やすように押圧部材が誘導することで、ＣＦＲＰ材の特徴である繊維方向の引張強度が活用され、荷重値とエネルギー吸収量の増加が促されると考え、以下のような実施例について検討する。
【００２８】
図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は第１の実施例を示した図である。第１の実施例の押圧部材４００は、中空切株状部材２００の円形状凹凸部の凹部に凸状のトリガ部位４０１を円形に配置した押圧部材である。このトリガ部位４０１は開裂誘導構造体の一例であって、円筒状ＦＲＰの長さ方向（円筒軸方向）の開裂を誘導し、円筒状ＦＲＰの端部開裂の起点となる。トリガ部位４０１の形状は、四角い形状であってもよいし任意の多角形であってもよい。トリガ部位４０１の配置は、図４では押圧部材の凹部に円筒の円周を３０度の角度で均等に配置しているが、角度は設計者が任意に設定できる。また、一定の角度で均等に配置していなくてもよい。トリガ部位４０１の部材は、押圧部材と同一のスチール等の部材であってもよいし、異なっていてもよい。また、押圧部材４００に示すように、図４の実施例ではトリガ部位４０１の凸部の高さが円筒外側の凹部の高さと同じであるが、凹部の高さより高くても低くてもよい。また、トリガ部位の台座となる中空切株状部材２００の切株（円筒内側が当接する凸部）の高さは任意に設定することが可能であり、円筒外側に凹部を設けなくてもよい。
【００２９】
図４（ｄ）に示すように、各トリガ部位４０１が環状に結合されたリング状の独立した構造体であってもよい。即ち、円筒状ＦＲＰの外周側の凹部に独立した状態で装着可能であって、トリガ部位４０１を一定の角度で配置した着脱式開裂誘導構造体４５０とすることで、複数のトリガ部位を中空切株状部材２００から容易に着脱可能にすることができる。図４（ｄ）での着脱式開裂誘導構造体４５０の形状は、輪切りにしたドーナツ形状の円環内部に、複数のトリガ部位４０１が組み込まれているが、これは本発明の一実施例を示したに過ぎない。従って、中空切株状部材２００の円筒外周側の凹部がない場合は、中空円盤にトリガ部位４０１を周上に配置した着脱式開裂誘導構造体４５０が使用されてもよい。
【００３０】
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、第２の実施例を示した図である。第２の実施例の押圧部材５００は、円筒状ＣＦＲＰ１００の形状に合わせて、円筒が当接する内側及び外側に開裂誘導構造体５０１と、構造体の台座となる押圧台座部とからなる。開裂誘導構造体５０１は、凹凸構造体であって、凹凸の境界部近傍から円筒状ＣＦＲＰの端部開裂を行うような構造になっている。図５の実施例での凹凸構造体は、２種類の扇状立体部位５０５、５０６が放射状に独立して配置され、全体として１２角柱を形成した凹凸構造である。扇状立体部位５０５、５０６それ自体にも、半径方向（１２角柱の対角線方向）に異なる高さの段階状の凹凸が形成されている。即ち、扇状立体部位５０５、５０６の扇形状である面の領域が３つに分割され、各領域により高さが異なる。扇状立体部位５０５は、高さの順番が、円周の外側、円周の内側、その真ん中という３段階である扇状立体部位５０５と、高さの順番が、円周の内側、その真ん中、円周の外側という３段階である第２の扇状立体部位５０６がある。扇状立体部位５０５と扇状立体部位５０６は、交互に配置されており、１２角形の開裂誘導構造体５０１を形成する。尚、一の扇状立体部位５０５、５０６ともう一つの扇状立体部位５０５、５０６の間である境界部を第１の境界部５１０とし、扇状立体部位５０５、５０６に有する領域により異なる高さの凹凸部の境界部を第２の境界部５２０とする。
【００３１】
実施例では、扇状立体部位５０５、５０６により、開裂誘導構造体５０１は１２角柱を形成しているが、この形状は例示したものであって、８角柱、１６角柱、２４角柱等の任意の偶数の角を有する多角柱もしくは円柱を形成してもよい。また、扇状立体部位５０５、５０６は、円周の半径方向に高さが３段階以上分かれていてもよく、２段階であってもよい。また、開裂誘導構造体５０１は、中央部が中空でなくてもよく、円筒状ＣＦＲＰの厚みに適合させて各扇状立体部位に円筒状ＣＦＲＰが嵌め込まれる凹部を設けてもよい。
【００３２】
【表２】
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【００３３】
表２は、実施例１、２の荷重変動量及び平均荷重値を、平板、中空切株状部材と比較し、ＣＦＲＰとしてＵＤ材（円筒軸方向０度と９０度を交互に積層）、クロス材に対して測定した結果である。実施例１、２の押圧部材は、平均荷重値において平板を大きく上回る結果であり、ＵＤ材においては７０％以上（実施例１）向上している。また、荷重変動量においても、中空切株状部材の値と同じ３．８％であった。クロス材を用いた荷重変動量は、実施例２においては中空切り株状部材以下の値を示している。即ち、実施例１と２の押圧部材は、平均荷重値と荷重変動量において、平板と中空切株状部材の両方のメリットを持った押圧部材である。従って、実施例１、２の押圧部材は従来よりもさらに大きな圧縮荷重とエネルギー吸収を実現できる部材を提供するものである。
【００３４】
実施例１の押圧部材では、円筒状ＦＲＰの厚み部分に当接する開裂誘導構造体であるトリガ部位が、円筒状ＦＲＰの長さ方向に開裂を誘導する。即ち、トリガ部位が円筒端部を分割する端部起点となり開裂を行う。ＦＲＰ材の繊維方向は円筒の円周方向にも有しうるため、軸方向の開裂は円周方向の繊維を切断することを意味する。さらなる圧縮荷重が加わると、起点となった開裂部から継続して割裂が行われるが、割裂を行うためには円周方向の繊維の切断を行わなくてはならないため、大きな圧縮荷重を必要とする。実施例１のトリガ部位は円周上に一定の角度で配置されているため、割裂の起点となる開裂部の数が多くなる。従って、押圧部材として中空切株状部材を採用したときのように、圧縮荷重が一の開裂部に集中し破壊されることはなく、割裂による円筒状ＦＲＰの破壊が複数箇所に分散して行われる。即ち、円筒状ＦＲＰの複数箇所の開裂により、開裂部から、さらなる割裂を行うために、繊維方向である円周方向の引張力に圧縮荷重が分散される。従って、実施例１の押圧部材により大きな平均荷重値を実現していると推察される。
【００３５】
実施例２の押圧部材では、開裂誘導構造体５０１の第１の境界部５１０と第２の境界部５２０が、円筒状ＦＲＰの長さ方向に開裂を誘導する。即ち、境界部近傍が円筒端部を分割する端部起点となり開裂を行う。ＦＲＰ材の繊維方向は円筒の円周方向にも有しうるため、軸方向の開裂は円周方向の繊維を切断することを意味する。さらなる圧縮荷重が加わると、起点となった開裂部から継続して割裂が行われるが、割裂を行うためには円周方向の繊維の切断を行わなくてはならないため、大きな圧縮荷重を必要とする。実施例２の第１の境界部は１２角形を等間隔に分割して配置され、第２の境界部は一定の距離で半径方向に等間隔にて配置されているため、割裂の起点となる開裂部の数が多くなる。従って、押圧部材として平板を使用したときのように、圧縮荷重が一の開裂部に集中し破壊されることはなく、割裂による円筒状ＦＲＰの破壊が複数箇所に分散して行われる。即ち、円筒状ＦＲＰの複数箇所の開裂により、開裂部からさらなる割裂を行うために、繊維方向である円周方向の引張力に圧縮荷重が分散される。従って、実施例２の押圧部材により従来よりも大きな平均荷重値を実現していると推察される。
【００３６】
さらに、実施例１、２におけるトリガ部位や境界部位の大きさや高さは、設計者が自由に調整可能であるため、望ましい圧縮荷重値、荷重変動量を有するような開裂誘導構造体を作製することが可能である。これより、繊維配向や繊維の種類で異なる様々なＦＲＰに合わせて、そのＦＲＰの繊維方向の強度を活かした最適な立体構造を備えた押圧部材を提供することが可能である。
【００３７】
本発明のＦＲＰ衝撃吸収部材構造体は、自動車のクラッシュボックス構造体に採用することが可能である。例えば、ＦＲＰ円筒を採用したクラッシュボックスに、本発明の押圧部材を採用することで、ボディの前後に加わる衝突荷重を従来よりもさらに効率的に吸収することができる。
【００３８】
本発明は、自動車の衝突時の圧縮荷重に対する緩衝力向上方法として提供することも可能である。上述のように、衝突により衝撃吸収を行うＦＲＰ材から形成された円筒状ＦＲＰと押圧部材とにより、押圧部材に備えられた開裂誘導構造体が、当該円筒状ＦＲＰの端部を開裂し、当該開裂によって前記円筒状ＦＲＰは、前記圧縮荷重を前記ＦＲＰ材の繊維方向の荷重に分散することで、自動車の衝突時の緩衝力が向上される緩衝力向上方法である。例えば、実施例１、２においては、円筒状ＦＲＰの複数箇所の開裂により、開裂部から、さらなる割裂を行うために、繊維方向である円周方向の引張力に圧縮荷重が分散される。この、荷重の分散により圧縮荷重に対する緩衝力が向上される方法である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の衝撃吸収部材構造を自動車、二輪車、航空機等の乗物に利用することで、従来よりもさらにエネルギー吸収が高い衝撃吸収を行う乗物を提供することができる。即ち、繊維配向や繊維の種類で異なる様々なＦＲＰ材に合わせて、そのＦＲＰ材の繊維方向の強度を活かした最適な立体構造を備えた押圧部材を提供することが可能である。さらに、本発明の衝撃吸収部材構造における押圧部材の形状は、設計者が自由に設定可能であるために、ＦＲＰ材の繊維の開裂をどのように行うか、破壊後の形状をどうするか、といった観点から押圧部材の形状を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】繊維構造の異なるＣＦＲＰ材と立体構造の異なる押圧部材を用いた圧縮試験の結果を示した図である。
【図２】中空切株状部材の形状を示した図である。
【図３】ＵＤ材の圧縮と引張を繊維方向に行ったときの応力・歪み線図である。
【図４】本発明の第１の実施例を示した図である。
【図５】本発明の第２の実施例を示した図である。
【符号の説明】
【００４１】
１００  円筒状ＣＦＲＰ
２００  押圧部材
４００  押圧部材
４０１  トリガ部位
４００  押圧部材
４５０  着脱式開裂誘導構造体
５００  押圧部材
５０１  開裂誘導構造体
５０５  扇状立体部位
５０６  扇状立体部位
５１０  第１の境界部
５２０  第２の境界部
【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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