(57)【要約】【課題】荷重を受ける方向によらず、そのエネルギを充分に吸収する。【解決手段】エネルギ吸収構造体１は、筒状体２と、筒状体２の外周面２ａに設けられ、外方に向かって突出すると共に可撓性を有する複数の突起体３３と、を備えている。このエネルギ吸収構造体１では、例えば支持体４で筒状体２を傾動可能に軸支すると、筒状体２の軸線方向と傾斜する傾斜方向から衝突体５０が衝突した場合、突起体３３が衝突体５０に接触し、突起体３３がその可撓性でもって適宜撓む。これに伴って、筒状体２がその軸線方向を傾斜方向とするように傾動する。そして、衝突が進行するにつれて筒状体２が支持体４に接触し、筒状体２に軸圧縮力が生じてプログレッシブ・クラッシングが生じる。つまり、傾斜方向の荷重Ｗを受けた場合、かかる荷重Ｗを筒状体２の軸圧縮力に自立的に変換させ、そのエネルギを充分に吸収できる。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷重によるエネルギを吸収するためのエネルギ吸収構造体であって、
軸体と、前記軸体の外周面に設けられ、外方に向かって突出すると共に可撓性を有する複数の突起体と、を備えることを特徴とするエネルギ吸収構造体。
【請求項２】
前記軸体の前記外周面には、シート状体が巻き付けられており、
前記突起体は、前記シート状体を切り起してなることを特徴とする請求項１記載のエネルギ吸収構造体。
【請求項３】
前記軸体は、炭素繊維強化プラスチックからなることを特徴とする請求項１又は２記載のエネルギ吸収構造体。
【請求項４】
荷重によるエネルギを吸収するためのエネルギ吸収構造体の製造方法であって、
熱硬化型のシート状体に複数のスリットを形成するスリット形成工程と、
前記スリット形成工程の後、前記スリットが開く方向の引張力を前記シート状体に作用させて前記シート状体を切り起こすことで、複数の突起体を前記シート状体に形成する突起体形成工程と、
前記突起体形成工程の後、軸体の外周面に、前記突起体が外方に向かって突出するよう前記シート状体を巻き付ける巻付け工程と、
前記巻き付け工程の後、前記シート状体を加熱して硬化する硬化工程と、を含むことを特徴とするエネルギ吸収構造体の製造方法。
【請求項５】
前記突起体形成工程の後で前記巻付け工程の前に、前記巻付け工程にて前記突起体の形状を保持可能な硬化深度となるように、前記シート状体を加熱して仮硬化する仮硬化工程をさらに含むことを特徴とする請求項４記載のエネルギ吸収構造体の製造方法。
【請求項６】
前記スリットは、前記シート状体に千鳥状に配置されることを特徴とする請求項４又は５記載のエネルギ吸収構造体の製造方法。
【請求項７】
前記軸体は、炭素繊維強化プラスチックからなることを特徴とする請求項４〜６の何れか一項記載のエネルギ吸収構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷重によるエネルギを吸収するためのエネルギ吸収構造体、及びエネルギ吸収構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のエネルギ吸収構造体としては、例えば特許文献１に記載されているように、軸体を備えたものが知られている。このようなエネルギ吸収構造体では、軸圧縮力を受けた場合、微細な座屈変形であるマイクロバックリングが発生し、軸体が逐次破壊を起こしながらエネルギを吸収していく（プログレッシブ・クラッシング）。これにより、高いエネルギ吸収特性を発揮させることが図られている。
【特許文献１】特開２０００−１４２４６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述したようなエネルギ吸収構造体においては、軸体の軸線方向と傾斜する方向から荷重を受けた場合、軸体が曲げ破断を起こすおそれがあり、そのエネルギを充分に吸収することができないことがある。
【０００４】
そこで、本発明は、荷重を受ける方向によらず、そのエネルギを充分に吸収することができるエネルギ吸収構造体、及びエネルギ吸収構造体の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を達成するために、本発明に係るエネルギ吸収構造体は、荷重によるエネルギを吸収するためのエネルギ吸収構造体であって、軸体と、軸体の外周面に設けられ、外方に向かって突出すると共に可撓性を有する複数の突起体と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
この本発明のエネルギ吸収構造体では、例えば図８（ａ）に示すように、支持体４で軸体２を傾動可能に軸支することで、軸体２の軸線方向と傾斜する方向（以下、単に「傾斜方向」という）から衝突体５０が衝突した場合に次の作用が奏される。すなわち、図８（ｂ）に示すように、突起体３３が衝突体５０に接触し、突起体３３がその可撓性でもって適宜撓む。これに伴って、軸体２がその軸線方向を傾斜方向とするように傾動する。そして、衝突が進行するにつれ軸体２が支持体４に接触し、軸体２に軸圧縮力が生じてプログレッシブ・クラッシングが生じる。つまり、傾斜方向の荷重を受けた場合、かかる荷重が軸体の軸圧縮力に自立的に変換され、そのエネルギが充分に吸収されることとなる。よって、本発明によれば、荷重を受ける方向によらず、そのエネルギを充分に吸収することができる。
【０００７】
ここで、軸体の外周面には、シート状体が巻き付けられており、突起体は、シート状体を切り起してなることが好ましい。この場合、突起体を簡易に製造することができる。
【０００８】
また、軸体は、具体的には、炭素繊維強化プラスチックからなる場合がある。
【０００９】
また、本発明に係るエネルギ吸収構造体の製造方法は、荷重によるエネルギを吸収するためのエネルギ吸収構造体の製造方法であって、熱硬化型のシート状体に複数のスリットを形成するスリット形成工程と、スリット形成工程の後、スリットが開く方向の引張力をシート状体に作用させてシート状体を切り起こすことで、複数の突起体をシート状体に形成する突起体形成工程と、突起体形成工程の後、軸体の外周面に、突起体が外方に向かって突出するようシート状体を巻き付ける巻付け工程と、巻き付け工程の後、シート状体を加熱して硬化する硬化工程と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
この本発明の製造方法で製造されたエネルギ吸収体では、軸体の外周面に、外方に向かって突出すると共に可撓性を有する複数の突起体が設けられることになる。従って、上述したように、荷重を受ける方向によらず、そのエネルギを充分に吸収することができる。また、突起体の形成の際、シート状体にスリットを形成し、スリットが開く方向の引張力をシート状体に作用させて切り起こしている。よって、シート状体を容易に切り起こすことができ、突起体を簡易に形成することが可能となる。
【００１１】
ここで、突起体形成工程の後で巻付け工程の前に、巻付け工程にて突起体の形状を保持可能な硬化深度となるように、シート状体を加熱して仮硬化する仮硬化工程をさらに含むことが好ましい。この場合、巻付け工程において、シート状体を、突起体の形状を崩すことなく軸体に容易に巻き付けることができる。
【００１２】
また、スリットは、シート状体に千鳥状に配置されることが好ましい。この場合、スリットが開く方向の引張力をシート状体に作用させると、シート状体が好適に切り起こされて突起体が形成されることになる。
【００１３】
また、軸体は、具体的には、炭素繊維強化プラスチックからなる場合がある。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、荷重を受ける方向によらず、そのエネルギを充分に吸収することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、「上」「下」「左」「右」の語は、図面に示す状態に基づいており、便宜的なものである。また、同一又は相当要素には同一又は相当の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１６】
まず、本発明の一実施形態に係るエネルギ吸収構造体の構成について説明する。図１に示すように、本実施形態に係るエネルギ吸収構造体１は、荷重によるエネルギ（以下、単に「エネルギ」という）を吸収するためのものである。具体的には、エネルギ吸収構造体１では、プログレッシブ・クラッシングを生じさせてエネルギを吸収する。なお、プログレッシブ・クラッシングとは、微細な座屈変形であるマイクロバックリングが発生し、破壊が連続的に進展する破壊挙動のことをいう。このエネルギ吸収構造体１は、例えば、自動車等の車両の衝撃吸収装置として用いられ、筒状体（軸体）２と、シート状体３と、支持体４と、を備えている。
【００１７】
筒状体２は、例えば炭素繊維強化プラスチック（CarbonFiber Reinforced Plastics：ＣＦＲＰ）で形成され、図３に示すように、円筒状を呈している。この筒状体２は、エネルギ吸収構造体１においてプロブレッシブ・クラッシングを生じさせるための主構造となる。
【００１８】
図６に示すように、シート状体３は、例えば炭素強化繊維プラスチックで形成されている。シート状体３は、内皮部３１と、この内皮部３１に連続する外皮部３２と、を有している。
【００１９】
内皮部３１は、その幅（図中の上下方向の寸法）が筒状体２の高さと等しくされ、その長さが筒状体２の外周長さと等しくされている。外皮部３２は、その幅が内皮部３１よりも大きくされている。この外皮部３２には、その表面３２ａに外皮部３２を切り起してなる複数の突起体３３が設けられている。突起体３３は、可撓性を有している。ここでの突起体３３は、筒状体２よりも可撓性を有し、外力により適宜に撓むような、ばね体としての機能を発揮する。また、突起体３３は、外皮部３２において千鳥状に配置されている。
【００２０】
そして、図１に示すように、シート状体３は、表面３２ａを外側にして筒状体２の外周面２ａ（図３参照）に巻き付けられている。具体的には、内皮部３１が、筒状体２の外周面２ａに当接して該外周面２ａに巻き付けられて固定され、そして、この内皮部３１に、外皮部３２が巻き付けられている。これにより、突起体３３が、外方に向かって突出するように筒状体２の外周面２ａに設けられる。これと共に、図６に示すように、内皮部３１と外皮部３２とが連続する領域が、リブ部３５として外周面２ａに固定される。
【００２１】
図７に示すように、支持体４は、例えばアルミニウムで形成され、円板状を呈している。この支持体４は、その上面４ａの中央部が半球状に膨らんでなる座面４１を有している。ここでは、座面４１は、筒状体２の内径の３倍以上の半径の半球状となっている。
【００２２】
この支持体４においては、図８に示すように、その座面４１上に、筒状体２が立設するよう配置されている。また、支持体４の上面４ａが、筒状体２に巻き付けられた外皮部３２の下端部３２ｂに接着接合されている。具体的には、外皮部３２の下端部３２ｂが座面４１を覆うように上面４ａと当接され、上面４ａが下端部３２ｂにエポキシ系接着剤で接着接合されている。これにより、筒状体２が座面４１を中心にして傾動可能で軸支されることになる。
【００２３】
次に、説明したエネルギ吸収構造体１の製造方法について、図２に示すフローチャートを参照しつつ説明する。
【００２４】
まず、カーボン繊維及び熱硬化型樹脂であるエポキシ樹脂を含むプリプレグ（Ｗ３１０１／Ｑ１１２Ｊ：東邦テナックス社製）をアルミ棒に適宜巻きつけ、ナイロンバッグで覆う。これを炉に投入し、真空吸引しながら雰囲気温度９０℃で１時間加熱して硬化させる。そして、雰囲気温度１３０℃で１．５時間さらに加熱して硬化させた後、アルミ棒を抜出する。これにより、図３に示す筒状体２を形成する（Ｓ１）。なお、「プリプレグ」とは、強化繊維で織られた織物に樹脂を含浸させて半硬化させたものをいい、例えば、厚さが０．２ｍｍとされている。
【００２５】
続いて、上記と同様のプリプレグを積層し、これを筒状体２の軸線方向に対し±４５°の配向角となるように所定形状に裁断し、シート状体３を形成する（Ｓ２）。図４に示すように、ここでのシート状体３では、内皮部３１の幅Ｈ１を筒状体２の高さと等しく、内皮部３１の長さＬ１を筒状体２の外周長さと等しくしている。また、外皮部３２の幅Ｈ２を、筒状体２の高さに後述のスリット長ｄの２倍の長さ加えたものとし、外皮部３２の長さＬ２を、スリット長ｄの１０倍としている。
【００２６】
続いて、シート状体３の外皮部３２に、スリット長ｄのスリットＳを、スリット長ｄと等しい間隔で千鳥状に複数形成する（Ｓ３）。そして、スリットＳが開く方向の引張力Ｔを外皮部３２に作用させ、図５に示すように、外皮部３２を切り起こしてなる突起体３３を複数形成する（Ｓ４）。
【００２７】
続いて、突起体３３を固定型上に配置しながらシート状体３を加熱し、シート状体３の硬化深度が１５〜３０%となるよう仮硬化する（Ｓ５）。ここでは、真空吸引しながらシート状体３を雰囲気温度９０℃で加熱し、硬化深度が２０％になるまで硬化させている。硬化深度は、プリプレグの表面に埋設されたセンサを、マイクロダイエレクトロメータ（Microdielectrometer）（Eumetric systemIII：NETZSCH-Geratebau社製）を用いてＣｕｒｅ−Ｉｎｄｅｘ値が２０となるまでモニターすることで検出する。そして、その後、直ちに加熱を停止し、硬化反応を停止させる。
【００２８】
続いて、シート状体３を、その温度が６０〜８０℃になるように加熱する。ここでは、雰囲気温度８０℃で３０分間シート状体３を加熱している。続いて、突起体３３を外側にして、筒状体２の外周面２ａにシート状体３を巻き付ける（Ｓ６）。つまり、図６に示すように、内皮部３１を筒状体２に巻き付け、この内皮部３１に外皮部３２を巻き付ける。なお、外皮部３２の巻き終わり側の端部は、プリプレグの粘着力でもって、巻き付いた外皮部３２に粘着固定されている。
【００２９】
その後、雰囲気温度１３０℃で１．５〜２時間加熱して、本硬化（完全硬化）させる（Ｓ７）。そして最後に、図７に示すように、筒状体２に巻き付けられたシート状体３を支持体４と接合する（Ｓ８）。具体的には、座面４１上で筒状体２が立設されるように、支持体４の上面４ａと、シート状体３の外皮部３２の下端部と、を例えばエポキシ系接着剤等で接着接合する。
【００３０】
以上、説明したエネルギ吸収構造体１では、例えば図８（ａ）に示すように、傾斜方向から衝突体５０が衝突し、傾斜方向からの荷重Ｗを受けた場合、次の作用が奏される。すなわち、図８（ｂ）に示すように、筒状体２が衝突体５０に接触するのに先立って、まず突起体３３が衝突体５０に接触し、突起体３３がその可撓性でもって適宜撓む。このとき、筒状体２がリブ部３５でシート状体３と強固に固定されていることから、突起体３３が撓むのに伴って、筒状体２がその軸線方向を傾斜方向とするように傾動し、荷重Ｗに対し面直となる。その後、衝突が進行するにつれて、筒状体２が支持体４の座面４１に接触する。その結果、筒状体２に軸圧縮力が生じてプログレッシブ・クラッシングが生じることとなる。
【００３１】
従って、エネルギ吸収構造体１によれば、傾斜方向の荷重Ｗを受けた場合、この荷重Ｗが筒状体２の軸圧縮力に自立的に変換され、エネルギが充分に吸収されることとなる。よって、荷重を受ける方向によらず、エネルギを充分に吸収することができる。
【００３２】
すなわち、エネルギ吸収構造体１にあっては、軸圧縮に対して逐次破壊を起こすエネルギ吸収効率の高いＣＦＲＰ筒状体２が、傾動可能なＣＦＲＰばね体としてのシート状体３で覆い囲まれて一体化されている。そして、傾斜方向からの荷重Ｗの入力に対してシート状体３が傾動し、これに伴って、軸方向が傾斜方向となるよう筒状体２が傾動することで、筒状体２に軸圧縮が作用され、高いエネルギ吸収が可能となる。
【００３３】
また、エネルギ吸収構造体１では、上述したように、シート状体３を切り起こす際、シート状体３にスリットＳを形成し、スリットＳが開く方向の引張力Ｔを作用させている。これにより、シート状体３を容易に切り起して、突起体３３を簡易に形成することができる。
【００３４】
また、エネルギ吸収構造体１では、上述したように、シート状体３が熱硬化性を有し、突起体形成工程の後で巻付け工程の前に、シート状体３を加熱して硬化している（上記Ｓ５）。このとき、外皮部３２の硬化深度が、突起体３３の形状を保持しつつシート状体３を巻き付けることができる硬化深度域の１５〜３０%に抑えられている。つまり、外皮部３２は、巻き付け工程Ｓ６にて突起体３３の形状を保持可能な硬化深度となっている。そのため、雰囲気温度６０〜８０℃で加熱されたシート状体３にあっては、外力により容易に変形させることができ、筒状体２の外周面２ａに好適に巻き付けることが可能となる。さらに、突起体３３に外力を加えなければ、本硬化の際（上記Ｓ７）の１３０℃の雰囲気温度下で、その形状を保持したまま完全硬化することができる（セルフスタンドキュアー）。これらにより、突起体３３の形状を崩すことなく、シート状体３が筒状体２に容易に巻き付けられる。
【００３５】
また、エネルギ吸収構造体１では、上述したように、スリットＳが、シート状体３に千鳥状に配置されている（上記Ｓ３）。よって、スリットＳが開く方向の引張力Ｔをシート状体に作用させることで、シート状体３を好適に切り起こして突起体３３を精度よく形成することができる。
【００３６】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００３７】
例えば、上記実施形態では、プリプレグとして、カーボン繊維及びエポキシ樹脂を含むプリプレグを用いたが、アラミド繊維又はガラス繊維等と、ビニルエステル樹脂等と、を含むプリプレグを用いてもよい。つまり、筒状体２及びシート状体３は、炭素繊維強化プラスチックで形成される他に、その他の種々の強化繊維プラスチックで形成されてもよく、場合によっては、繊維強化プラスチック以外のものであってもよい。
【００３８】
また、上記実施形態では、筒状体２を形成した後（Ｓ１）にシート状体３を形成した（Ｓ２）が、シート状体３を形成した後、筒状体２を形成しても勿論よい。また、上記実施形態は、軸体として筒状体２を備えたが、軸体は、筒状でなくとも柱状でもよく、断面円形状でなくとも多角形状でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態に係るエネルギ吸収構造体を示す斜視図である。
【図２】図１のハニカム様構造体の製造方法を示すフローチャートである。
【図３】図１のハニカム様構造体の製造工程を説明するための図である。
【図４】図３の続きを示す図である。
【図５】図４のV-V線に沿う一部断面図である。
【図６】図４の続きを示す図である。
【図７】図６の続きを示す図である。
【図８】図１のハニカム様構造体の作用を説明するための概略図である。
【符号の説明】
【００４０】
１…エネルギ吸収構造体、２…軸体、２ａ…外周面、３…シート状体、３３…突起体。
【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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