(57)【要約】【課題】  衝接箇所以外でも変形することができる衝撃エネルギー吸収体を提供する。【解決手段】  金属部と樹脂部とを有する長尺の衝撃エネルギー吸収体であって、金属部が、長手方向の一部に強度が他の部分よりも低い低強度部を有し、樹脂部が、長手方向において前記低強度部と実質的に同位置にウエルド部を有している衝撃エネルギー吸収体とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属部と樹脂部とを有する長尺の衝撃エネルギー吸収体であって、金属部が、長手方向の一部に強度が他の部分よりも低い低強度部を有し、樹脂部が、長手方向において前記低強度部と実質的に同位置にウエルド部を有している衝撃エネルギー吸収体。
【請求項２】
前記低強度部は、長手方向に直交する方向の厚みが他の部分よりも薄い部分、または切欠部もしくは凹部である、請求項１に記載の衝撃エネルギー吸収体。
【請求項３】
前記樹脂部の周囲が前記金属部で被覆されている、請求項１または２に記載の衝撃エネルギー吸収体。
【請求項４】
自動車のセンターピラー、フロントピラー、リアピラー、またはバンパーに用いられる、請求項１〜３のいずれかに記載の衝撃エネルギー吸収体。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載の衝撃エネルギー吸収体を含む車両用構造体。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれかに記載の衝撃エネルギー吸収体を含む自動車部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝撃エネルギー吸収体に関するものであり、詳しくは車両用、中でも自動車部品等として好適に用いることができる衝撃エネルギー吸収体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、船や電車、自動車外板部材など、耐衝撃性を必要とする部材には金属部材が用いられるケースがほとんどであったが、質量が重い、加工が困難などの点から樹脂材料への置き換えが検討されてきた。また、樹脂は、使い方によって衝撃エネルギーを鉄に比べてより効率的に吸収することが可能であるため、近年では自動車外板部材のほか自動車構造部材などへの適用も増加している。
車両用の構造体であるセンターピラーにおいても、特許文献１のように、樹脂を金属の内側に補強体として加えた構造が提案されている。特許文献１では、複数の車体パネルで構成された金属製の閉断面フレームの内部に、強化繊維を含む補強シートと発泡材を設け、結果的に金属と樹脂材料を使用することによって、車重を殆ど増加させることなくフレーム強度を高めた車体の補強構造が記載されている。
しかしながら、この文献に記載の構造では、衝撃エネルギーは実質的に内部に設けられた発泡材のみによって吸収されるため、ある程度の寸法の制約がある車両用構造体としては、エネルギー吸収量が小さいものとなり易い。また、センターピラーは、側面衝突された時、衝接した部分から折れ曲がる。一方、衝突してくる相手車は様々な車種があり、衝接する高さが異なる。このため、衝接する位置によっては、折れ曲がったセンターピラーが乗員に危害を加える可能性がある。
【０００３】
また、樹脂を用いた構造体で衝撃エネルギーを吸収する方法としては、その構造体を逐次破壊させる方法が知られている。たとえば特許文献２には、自動車用ドアトリムにおいて、成形時に複数箇所から射出した溶融樹脂が合流して形成された境界線であるウエルドラインを起点として破壊させ、衝撃エネルギーを吸収させる方法が記載されている。
【０００４】
しかしながら、この文献に記載の構造は、ウエルド部が平常時にはある程度の剛性を有し衝突時には変形しやすいという特性を利用したものであるため、広範囲にわたってウエルド部が形成される自動車用ドアトリム等のような平面的な部品においては所望する性能を容易に得ることができるものの、ピラーやバンパーなど長尺部材の場合は十分な効果を得ることが難しい。すなわち、ピラーやバンパーなど長尺の部材の場合は、ある一部にしかウエルド部が形成されず、衝突時にウエルド部以外の箇所に衝接する可能性が高い。一方、ウエルド部以外の箇所に衝接した場合、上記のような作用効果はほとんど見られない。したがって、ピラーやバンパーなど長尺部材への上記構造の適用はあまり現実的ではない。
【特許文献１】特開２０００−３８１５７号公報
【特許文献２】特許第３０８０２９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、衝接箇所以外でも変形することができる衝撃エネルギー吸収体を提供することを目的とし、ひいてはその吸収体を適用した車両の乗員等への危険を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
これらの課題を解決するための本発明は以下の構成を有する。
（１）金属部と樹脂部とを有する長尺の衝撃エネルギー吸収体であって、金属部が、長手方向の一部に強度が他の部分よりも低い低強度部を有し、樹脂部が、長手方向において前記低強度部と実質的に同位置にウエルド部を有している衝撃エネルギー吸収体。
（２）前記低強度部は、長手方向に直交する方向の厚みが他の部分よりも薄い部分、または切欠部もしくは凹部である、上記（１）に記載の衝撃エネルギー吸収体。
（３）前記樹脂部の周囲が前記金属部で被覆されている、上記（１）または（２）に記載の衝撃エネルギー吸収体。
（４）自動車のセンターピラー、フロントピラー、リアピラー、またはバンパーに用いられる、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の衝撃エネルギー吸収体。
（５）上記（１）〜（３）のいずれかに記載の衝撃エネルギー吸収体を含む車両用構造体。
（６）上記（１）〜（３）のいずれかに記載の衝撃エネルギー吸収体を含む自動車部品。
【０００７】
なお、ウエルド部とは、樹脂部を成形する際に、複数箇所から射出した溶融樹脂が合流して形成された境界線であり、平常時には、ある程度の剛性が得られ、衝突時には変形しやすいという特性を有する箇所である。
【０００８】
また、樹脂部が長手方向において低強度部と実質的に同位置にウエルド部を有しているとは、低強度部から衝撃エネルギー吸収体の幅方向の長さの１／２以下の範囲内の位置にウエルド部が存在していることをいう。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の衝撃エネルギー吸収体は、金属部と樹脂部とを有する長尺の衝撃エネルギー吸収体であって、金属部が、長手方向の一部に強度が他の部分よりも低い低強度部を有し、樹脂部が、長手方向において前記低強度部と実質的に同位置にウエルド部を有しているので、該構造体の低強度部やウエルド部以外に衝撃荷重が加わった時でもその低強度部およびウエルド部から変形を生じさせることができる。
【００１０】
そのため、この衝撃エネルギー吸収体をたとえば自動車のセンターピラーに適用する場合には、低強度部およびウエルド部をシート側面部、特に座位部分の側面部に設けることで、乗員への危険性を低減することができ、さらにこのセンターピラーとシートとでエネルギー吸収量を向上させることができる。
【００１１】
また、樹脂部は金属部の補強体にもなるので、衝撃エネルギー吸収体としては金属部の肉厚を減らすことができる。したがって、それを適用した車両などとしても、軽量化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施の形態について図および表を参照しながら説明する。図１は、本発明にかかる衝撃エネルギー吸収体の一実施態様を示すもので、自動車のセンターピラーの概略図である。詳しくは、（ａ）が衝撃エネルギー吸収体の斜視図、（ｂ）が（ａ）における金属部１１の斜視図、（ｃ）が（ａ）における樹脂部１３の斜視図、（ｄ）が（ｃ）に示した樹脂部を車内側から見た斜視図、（ｅ）が（ｄ）におけるＡ−Ａ矢視断面図である。
図１に示すセンターピラー１０は、長尺形状をしており、断面がＥ型形状（車内側が開口）の樹脂部１３と、その樹脂部１３の周囲を被覆している、断面が四角形の金属部１１などで構成されている。このセンターピラー１０において、金属部１１は、長手方向の一部に強度、すなわち引張強度あるいは圧縮強度が他の部分よりも低い低強度部１２を有し、樹脂部１３は、長手方向においてその低強度部と同位置にウエルド部１４を有している。ウエルド部１４は、樹脂部１３を成形する際に複数箇所から射出した溶融状態の樹脂が金型内で合流することで形成された境界線であって、結果的に周辺部分に比べて強度が低くなっている。
【００１３】
金属部１１を構成する金属の種類は特に限定されないが、好ましくは引張強さ400N/mm2以上の鋼，アルミニウムなどが挙げられる。
【００１４】
金属部１１は、上述したとおり、長手方向の一部に強度が他の部分よりも低い低強度部１２を有しているが、低強度部１２は、たとえば、長手方向に直交する方向の厚みを他の部分よりも薄くしたり、切欠、凹部などを設けたりすることで、構成される。
【００１５】
金属部１１は、樹脂部１３の周囲を被覆するのではなく、樹脂部１３の一方の側に隣接配置するだけでもよい。しかしながら、本実施形態のように金属部１１で樹脂部１３を被覆することで、衝撃エネルギー吸収体の強度を高くすることができるので、好ましい。
【００１６】
一方、樹脂部１３は、断面がＥ型形状のものとしなくても、多角形など中空部が形成されるような形状にすればよい。しかしながら、本実施形態のように断面がＥ型形状となるようにリブを立てることで、断面を大きくすることができ、強度を向上させる効果がある。
樹脂部１３は、特に限定されないが、熱可塑性樹脂で構成されることが好ましい。熱可塑性樹脂を使用することで、溶融成形が可能となり、生産性を向上させることができる。好ましい熱可塑性樹脂の例としては、ポリプロピレン、スチレン系樹脂、ナイロン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネイト、ポリアセタールなどが挙げられ、これらはポリマーアロイとしたり、また、ガラス繊維、難燃剤、着色剤、耐候剤などの添加剤を加えたりして用いることもできる。
【００１７】
樹脂部１３の成形方法としては、押出成形、圧縮成形、射出成形などが挙げられ、特に限定されない。しかしながら、複雑な形状を成形できることと一度に大量の製品を成形できることから、射出成形によって樹脂部１３を成形することが望ましい。
【００１８】
上記のような構成のセンターピラー１０は、金属部１１の低強度部１２と樹脂部１３のウエルド部１４が長手方向において実質的に同位置にあることから、この部分が長尺のセンターピラー全体において弱部となる。そして、センターピラーに衝撃が加わると、衝撃が加わった部分から折れ曲がるのではなく、この弱部から折れ曲がることになる。したがって、センターピラーを折り曲げたい位置にこの弱部を設けることによって、車内にいる乗員に危害を加えないようにセンターピラーを設計することができる。ただし、上記効果を得るためには、弱部は、衝撃が加わる部分と、これに最も近い他部品（例えば、図２における３０）との接続部との間に設けられるように設計することが必要である。
【００１９】
本発明の衝撃エネルギー吸収体の用途は特に限定されないが、上述したような自動車のセンターピラーの他、フロントピラー、リアピラー、バンパーなどその他の自動車部品にも好適である。自動車部品に使われる場合、衝撃エネルギー吸収体は対衝突物に略垂直になるように設置する。さらに、本発明の衝撃エネルギー吸収体は、自動車部品のみならず,電車や船舶、航空機、自転車、自動二輪車などの車両用構造体としても好適である。
【００２０】
そして、本発明の衝撃エネルギー吸収体は、自動車を含む車両用構造体として乗員側に配置される場合、衝撃エネルギー吸収体の折れ曲がった部分が、乗員に衝接しないように設計することが好ましい。具体的には、たとえば図２に示すように自動車のセンターピラー１０として用いられる場合、衝突時にセンターピラー１０が自動車シート１７の側面部、特にシート座位１８の側面部で折れ曲がるように、金属部の低強度部および樹脂部のウエルド部を設けることが好ましい。
なお、これら衝撃エネルギー吸収体の形状設計にあたっては、実際に試作、試験を行うことによっても可能であるが、短期間に低コストで検討できることから、コンピューターシミュレーションによる仮想的な試験結果に基づいて最適な形状を決定する方法が好ましく用いられる。
【実施例】
【００２１】
以下に実施例・比較例を示すが、本発明は、これに限定されるものではない。
【００２２】
また、実施例・比較例において、対衝撃特性は図３に示すように評価した。図３は、衝撃試験の模式図であり、１９はインパクター、２０は衝撃エネルギー吸収体の支持部であり、衝撃エネルギー吸収体を固定するものである。この試験では、インパクター１９が衝撃エネルギー吸収体（センターピラー１０）に衝撃荷重を付与する際に、インパクター１９の変位とインパクターと衝撃エネルギー吸収体の間に発生する荷重を測定する。この荷重−変位線図の履歴面積が衝撃エネルギー吸収体のエネルギー吸収量となる。また、測定の結果得られた荷重−変位線図はノイズが多いため、試験データを整理する際にはローパスフィルターを使用してノイズを除去する。なお、インパクターは質量５０ｋｇ、直径９０ｍｍの円柱形状とし、衝突時のスピードが１０ｍ／ｓｅｃとなるようにし、衝撃エネルギー吸収体の長手方向中央部に衝突させた。試験はバラツキが生じるため、Ｎ数は５回とし、エネルギー吸収量は５回の算術平均で評価した。
【００２３】
（実施例１）
図１に示す衝撃エネルギー吸収体（外形寸法：断面積が上辺６０ｍｍ、下辺７０ｍｍ、高さ５５ｍｍの台形で長手方向長さ６００ｍｍの四角柱、質量：２．６１５ｋｇ）を作製し、対衝撃特性を評価した。なお、樹脂部１３は、東レ株式会社製ガラス繊維強化ナイロン６６樹脂“アミラン”ＣＭ３００１Ｇ３０を使用し、射出成形により成形した。樹脂部１３は車内側が開口しており、リブを除いて厚みが５ｍｍであった。リブの厚みは３ｍｍであり、リブは長手方向に１本、長手方向に直交する方向に３本均等に設けた。また、ウエルド部は車両下側から200mmの位置に設けた。一方、金属部１１は、樹脂部１３の周囲を覆うように、板厚１．７ｍｍの高張力鋼板（引張強さ400N/mm2）で構成し、低強度部は金属部の上辺を幅５ｍｍで切り取った切欠によって構成し、車両下側から200mmの位置に設けた。
【００２４】
衝撃エネルギー吸収体の形態の詳細を表１に、評価結果を表２に示す。
【００２５】
評価の結果、インパクターが衝接した部分からは折れ曲がらず、意図していた、低強度部およびウエルドを設けた部分から折れ曲がった。また、インパクターの変位量が５０ｍｍの時に、センターピラーが吸収するエネルギー量は２８．３８Ｊとなった。
【００２６】
（実施例２）
実施例１に比べてウエルド部が車両上側へ２０ｍｍ移動したものを評価した。センターピラーの幅は６０ｍｍ〜７０ｍｍのため、２０ｍｍ移動とは、低強度部とウエルド部が実質的に同位置の範囲内にある状態のことである。
【００２７】
評価の結果、実施例１と同様に、インパクターが衝接した部分からは折れ曲がらず、意図していた、低強度部およびウエルドを設けた部分から折れ曲がった。また、インパクターの変位量が５０ｍｍの時に、センターピラーが吸収するエネルギー量は２６．４５Ｊとなった。
【００２８】
（比較例１）
以下の点を変更した以外は、実施例１と同様に衝撃エネルギー吸収体を作製し、対衝撃特性を評価した。
・樹脂部を設けず、断面が中空四角形の金属部だけで衝撃エネルギー吸収体を構成した。
・板厚１．７ｍｍの高張力鋼板（引張強さ400N/mm2）で構成した金属部を、板厚３．０ｍｍの高張力鋼板（引張強さ400N/mm2）で構成した。
【００２９】
衝撃エネルギー吸収体の形態の詳細を表１に、評価結果を表２に示す。
【００３０】
評価の結果、衝撃エネルギー吸収体は３．１５７ｋｇとなり、実施例１に比べて重量が０．５４２ｋｇ増加した。また、意図していたように、低強度部を設けた部分から折れ曲がったものの、インパクターの変位量が５０ｍｍの時のエネルギー吸収量は６．３２Ｊとなった。すなわち、実施例１と比較すると、センターピラー全体の重量が０．５４２ｋｇ増加したにも関わらず、エネルギー吸収量は２２．０６Ｊ小さくなった。
【００３１】
（比較例２）
実施例１において金属部に設けた低強度部を設けなかった以外は、実施例１と同様に衝撃エネルギー吸収体を作製し、対衝撃特性を評価した。なお、低強度部を設けなかったので、衝撃エネルギー吸収体の質量は２．６２０ｋｇとなった。
【００３２】
衝撃エネルギー吸収体の形態の詳細を表１に、評価結果を表２に示す。
【００３３】
評価の結果、インパクターの変位量が５０ｍｍの時のエネルギー吸収量は７４．２０Ｊと実施例に比べて大きくなったが、衝接部で折れ曲がってしまい、意図した場所では折れ曲がらなかった。したがって、実施例１に比べて、センターピラーとして用いた場合に、折れ曲がったセンターピラーが乗員に衝接する可能性が高いといえる。
【００３４】
（比較例３）
実施例１において樹脂部にウエルド部を設けなかった以外は実施例１と同様に衝撃エネルギー吸収体を作製し、対衝撃特性を評価した。
【００３５】
衝撃エネルギー吸収体の形態の詳細を表１に、評価結果を表２に示す。
【００３６】
評価の結果、インパクターの変位量が５０ｍｍの時のエネルギー吸収量は４１．９６Ｊと実施例に比べて大きくなったが、ウエルドが無いため樹脂部品がインパクター付近で破断してしまい、意図した場所で折れ曲がらなかった。したがって、実施例１に比べて、センターピラーとして用いた場合に、破断したセンターピラーが乗員に衝接する可能性が高いといえる。
【００３７】
（比較例４）
実施例１に比べてウエルド位置が車両上側へ５０ｍｍ移動したものを評価した。センターピラーの幅は６０ｍｍ〜７０ｍｍのため、５０ｍｍ移動とは、低強度部とウエルド部が実質的に同位置ではない状態のことである。
【００３８】
評価の結果、インパクターの変位量が５０ｍｍの時のエネルギー吸収量は４４．５７Ｊと実施例に比べて大きくなったが、低強度部とウエルド部がセンターピラーの長手方向の位置関係において離れているため、金属部と樹脂部とがそれぞれ別の位置で折れ曲がり、結果的にセンターピラーは意図した場所で折れ曲がらず、低強度部とウエルド部の間で折れ曲がった。したがって、実施例１に比べて、センターピラーとして用いた場合に、破断したセンターピラーが乗員に衝接する可能性が高いといえる。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
【表２】
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【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明にかかる衝撃エネルギー吸収体の一実施態様を示す自動車のセンターピラーの概略図である。
【図２】センターピラーと自動車シートとの関係を示す模式図である。
【図３】実施例で行った衝撃試験の模式図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０：センターピラー
１１：金属部
１２：低強度部
１３：樹脂部
１４：ウエルド部
１５：長手方向に直交する方向のリブ
１６：長手方向のリブ
１７：自動車シート
１８：シート座位
１９：インパクター
２０：支持部
３０：低強度部に最も近い他部品
【図１】
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【図２】
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【図３】
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