(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷重作用方向（０°配向，又は軸方向という）とこれに直交する方向（９０°配向，又は周方向という）にそれぞれ繊維を配列する繊維複合材料（ＦＲＰという）から形成される厚肉筒状体からなり、その肉厚ｔと内径Ｄとの比ｔ／Ｄが０．０９以上であるエネルギー吸収体であって、該エネルギー吸収体は、内層部と外層部とからなり、該外層部における９０°配向の繊維配向量が０°配向の繊維配向量よりも多く、前記内層部における０°配向の繊維配向量が９０°配向の繊維配向量よりも多く、前記外層部の厚さｔｏが肉厚ｔの１０乃至１５％であることを特徴とするＦＲＰ厚肉エネルギー吸収体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、厚肉筒状体のエネルギー吸収体に係り、特に、外周面の剥れを防止し安定したエネルギ吸収ができるＦＲＰ厚肉エネルギー吸収体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５に示す繊維複合材料（ＦＲＰという）の中空筒状体のエネルギー吸収体１ａは図６に示すように、軸線方向に沿って圧縮力を受けると図示のように荷重作用端に圧潰８が生じ、多くのエネルギーを吸収する。また、図７に示すように、横軸に変位をとり、縦軸に荷重をとると、圧縮力の作用時には図示のように当初に最大荷重Ｐｍａｘが発生して圧潰が始まり、圧潰により以下、平均荷重Ｐｍｅａｎに近いほぼ安定した荷重が作用する。エネルギー吸収量Ｅは図７の斜線で示した面積に相当するため、Ｐｍｅａｎ／Ｐｍａｘの値が大きいとＥは大きくなる。そして、かゝるエネルギー吸収体１ａでは、一般に内径に対して比較的薄肉の場合には前記のＰｍｅａｎ／Ｐｍａｘが大きく安定したエネルギー吸収が行なわれるということが知られている。
【０００３】
また、図８に示すように、エネルギー吸収量Ｅは荷重作用方向の繊維配向量によって異なるということが知られている。エネルギー吸収体１ａは荷重作用方向（０°配向，又は軸方向という）とこれと直交する方向（９０°配向，又は周方向という）に沿って繊維を配向した織布からなる。図８の曲線Ｃは図９（ａ）に示すように０°配向の繊維配向量が９０°配向の繊維配向量よりも多い場合の荷重−変位曲線を示し、曲線Ｆは図９（ｂ）に示すように０°配向と９０°配向の繊維配向量がほぼ等しい場合の荷重−変位曲線を示す。図示のように、０°配向の繊維配向量が９０°配向のものより多いとエネルギー吸収量が大きいということが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上の説明は、内径Ｄ（図５）に対する肉厚ｔ（図５）が比較的薄い薄肉の筒状体のエネルギー吸収体１ａに適用されるものであり、前記のものは内径Ｄが４０［ｍｍ］で肉厚ｔが約５［ｍｍ］程度の場合のデータである。一方、図１０に示すように、例えば内径Ｄが３５［ｍｍ］に対して肉厚ｔが７．５［ｍｍ］程度の比較的厚肉の筒状体のエネルギー吸収体１ｂの場合には次のような問題点がある。
【０００５】
すなわち、一般に構造物等に使用されるエネルギー吸収体１ｂは厚肉の筒状体からなり、かつ図１０に示すように０°配向が９０°配向よりも繊維配向量の多い朱子織織布からなる。しかしながら、この厚肉のエネルギー吸収体１ｂに圧縮荷重が作用すると、その荷重作用端が大きく圧潰変形すると共に、大きなクラックが生じ外層部が一定の厚みだけ剥がれ、大きな破片６が剥離する。そのため、図１１の曲線Ｇに示すように圧潰時に大きな荷重低下点７が複数回生じ、エネルギー吸収が十分に行なわれず、エネルギー吸収も不安定になるという問題点がある。
【０００６】
以上のことから、特に厚肉のエネルギー吸収体の場合には、外層部に剥離が発生せず、エネルギー吸収の安定化とエネルギー吸収量の増大を図ることが重要な課題となる。この課題に関連する公知技術として特開平６−３０７４７７号公報が挙げられる。この「エネルギー吸収部材」は、一方向に引き揃えられた補強繊維を内層側に設け、外層側に補強繊維織物を配設した多層の補強繊維層を有するものからなる。以上の構造により、エネルギー吸収時の部材の破壊が一定のメカニズムで円滑に開始し、安定、かつ信頼性の高いエネルギー吸収が行なわれるものである。しかしながら、この「エネルギー吸収部材」は後に説明する本発明のエネルギー吸収体のように特に厚肉の筒状体に適用されるものではなく、繊維の配向構造も大きく相異し、大荷重時におけるエネルギー吸収を効果的に行なわせるものではない。
【０００７】
本発明は、以上の事情に鑑みて創案されたものであり、厚肉に形成され、エネルギー吸収量が大で外層側の剥離もなく、安定したエネルギー吸収ができ、例えば、車両の衝突時等の大荷重作用時にも乗員空間を確保して乗員の安全を図り得るＦＲＰ厚肉エネルギー吸収体を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以上の目的を達成するために、荷重作用方向（０°配向，又は軸方向という）とこれに直交する方向（９０°配向，又は周方向という）にそれぞれ繊維を配列する繊維複合材料（ＦＲＰという）から形成される厚肉筒状体からなり、その肉厚ｔと内径Ｄとの比ｔ／Ｄが０．０９以上であるエネルギー吸収体であって、該エネルギー吸収体は、内層部と外層部とからなり、該外層部における９０°配向の繊維配向量が０°配向の繊維配向量よりも多く、前記内層部における０°配向の繊維配向量が９０°配向の繊維配向量よりも多く、前記外層部の厚さｔｏが肉厚ｔの１０乃至１５％であることを特徴とするものである。
【０００９】
ｔ／Ｄ＞０．０９の厚肉の筒状体のエネルギー吸収体の肉厚ｔの１０乃至１５［％］に当る外層部の９０°配向の繊維配向量を０°配向の繊維配向量よりも大とし、残りの内層部の０°配向の繊維配向量を９０°配向の繊維配向量よりも大とすることにより、厚肉の筒状体であっても外層部側の剥離が防止され、従来技術のように大きな荷重低下点が生じない。このため、エネルギー吸収が十分に行なわれると共に、安定したエネルギー吸収が行なわれる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のＦＲＰ厚肉エネルギー吸収体の実施の形態を図面を参照して詳述する。図１に示すように、本発明のエネルギー吸収体１は厚肉筒状体からなり、図示のように外層部３と内層部４からなる。なお、圧縮荷重の作用側にはトリガー２が形成され、円滑な圧潰が行なわれるようにしてある。なお、本発明のエネルギー吸収体１は厚肉の筒状体に適用されるものであるが、厚肉の筒状体の範囲は実験的に次のようにして求められる。すなわち、本発明は荷重−変位曲線においてＰｍａｘ後における荷重低下点７（図１１）が発生するような厚肉の筒状体について効果的なものである。そこで、ｔ／Ｄが０．１２０，０．１０６，０．０９１，０．０８３，０．０３６の筒状体について圧潰テストを行なって荷重−変位曲線を求めたところ、０．０８３以下では荷重低下点７が発生しないことがわかった。そこで、本発明が適用される厚肉の筒状体の境界をｔ／Ｄ＞０．０９のものとした。
【００１１】
また、本発明における外層部３の厚さｔ0 （図１）は従来の厚肉の筒状体において剥離の生じ易い肉厚を参考として実験的に決定したものである。すなわち、織布の全層数を２８層又は３１層とした場合、圧潰時には外周から約４層目の部分が剥離した。このことからｔ0 は肉厚ｔの１０乃至１５［％］の範囲が適当であるとした。勿論、その範囲はそれに限定するものではない。
【００１２】
本発明のエネルギー吸収体１の外層部３および内層部４はいずれもＦＲＰからなる。本発明では、ＦＲＰは０°配向と９０°配向の繊維を有する織布を樹脂材と結合したものからなり、外層部３と内層部４の織布の構造が相異する。本例では、厚さｔ0 に相当する外層部３は図２（ａ）に示すように９０°配向の繊維配向量が０°配向の繊維配向量よりも多く配設されるタイプの織布を積層（例えば４層分だけ）したものからなる。その具体的な繊維配向量はエネルギー吸収体１の形状，大きさ等により適宜設定される。
【００１３】
一方、図２（ｂ）に示すように、エネルギー吸収体１の内層部４は０°配向の繊維配向量が９０°配向の繊維配向量よりも多く配設されるものからなる。なお、外層部３の９０°配向の繊維配向量と内層部４の０°配向の繊維配向率の量は必ずしも同量でなくてもよいが、一例として同一ピッチ間隔で配列されるものでもよい。また、外層部３の０°配向の繊維配向量と内層部４の９０°配向の繊維配向量も同一でなくてもよいが、一例として同一ピッチで配向されるものでもよい。
【００１４】
図３は本発明に係るエネルギー吸収体１に圧縮力が作用し、圧潰した状態を示す。図示のように、トリガー２の部分が大きく圧潰変形するが、従来技術のように大きな破片６（図１０）が発生せず細い破片５のみが発生し、この状態でエネルギーが大幅に吸収される。以上により、安定したエネルギー吸収が行なわれる。
【００１５】
図４は本発明に係るエネルギー吸収体１と従来のエネルギー吸収体１ｂ（図１０）とのエネルギー吸収状態を示す荷重−変位曲線である。なお、エネルギー吸収体１およびエネルギー吸収体１ｂは内径Ｄが３５［ｍｍ］で肉厚ｔが７．５［ｍｍ］のｔ／Ｄ＝０．２２の厚肉の筒状体からなる。また、エネルギー吸収体１の外層部３は２８層からなる肉厚ｔのうちの外周から４層目までに相当する。従って、ｔ0 は肉厚ｔの１４［％］である。また、図４において曲線Ａが本発明のエネルギー吸収体１であり、曲線Ｂが従来のエネルギー吸収体１ｂである。また、表１は本発明のエネルギー吸収体１と従来のエネルギー吸収体１ｂのＰｍａｘおよびＰｍｅａｎと両者間の増加率［％］を示すものである。
【００１６】
【表１】
0003837818.tif 000002
【００１７】
図４に示すように、曲線Ｂでは前記したように荷重低下点７が複数回発生するのに対し、曲線Ａは荷重低下点７がなく、円滑なエネルギー吸収が行なわれていることがわかる。また、表１に示すように、本発明のエネルギー吸収体１のＰｍａｘは２６．８４［ｔｏｎ］であり、従来のエネルギー吸収体１ｂのＰｍａｘの２５．３２［ｔｏｎ］よりも６．０［％］しか大きくなく、Ｐｍｅａｎは本発明のエネルギー吸収体１が２２．０２［ｔｏｎ］であるのに対し従来のエネルギー吸収体１ｂは１７．０７［ｔｏｎ］であり、本発明のものが２９．０［％］高い。以上より、エネルギー吸収量Ｅの値は本発明のエネルギー吸収体１がはるかに大きいことがわかる。
【００１８】
本発明のエネルギー吸収体１は前記したように厚肉の筒状体からなり、比較的大きな圧縮荷重の作用する場合に使用される。例えば、本発明のエネルギー吸収体１は車両の衝突時等において衝撃力が負荷される部材の支持部に適用される。このエネルギー吸収体１を用いることにより衝突時等におけるキャブの変形等が防止され、乗員に作用する減速度の低減や、乗員空間を確保し乗員の保護を図ることができる。
【００１９】
【発明の効果】
１）本発明の請求項１に記載のＦＲＰ厚肉エネルギー吸収体によれば、剥離し易い厚肉の筒状体の外層部の９０°配向の繊維配向量を０°配向の繊維配向量よりも多くすることにより圧潰時における剥離方向の繊維強度が向上し、大きな破片が発生せず、エネルギー吸収量の増大と安定化が図れる。また、内層部の０°配向の繊維配向量を９０°配向の繊維配向量よりも多くすることにより、大きなエネルギー吸収が安定して行われる効果が上げられる。また、外層部の厚さｔｏを肉厚ｔの１０乃至１５［％］とすることにより、ｔ／Ｄ＞０．０９のすべて厚肉筒状体において大きなエネルギー吸収を安定して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＦＲＰ厚肉エネルギー吸収体の軸断面図。
【図２】図１のＦＲＰ厚肉エネルギー吸収体の外層部および内層部の繊維配向量の構成を示す模式図。
【図３】図１のＦＲＰ厚肉エネルギー吸収体の圧縮力作用時の圧潰状態を示す模式図。
【図４】本発明のＦＲＰ厚肉エネルギー吸収体と従来の厚肉のエネルギー吸収体の圧潰時の荷重−変位線図。
【図５】従来の比較的薄肉のエネルギー吸収体の軸断面図。
【図６】図１のエネルギー吸収体の圧縮力作用時における圧潰状態を示す模式図。
【図７】従来の薄肉のエネルギー吸収体の圧潰時の荷重−変位曲線。
【図８】繊維配向量の異なる従来の薄肉のエネルギー吸収体における圧潰時の荷重−変位線図。
【図９】図８におけるエネルギー吸収体の繊維配向量の形態を示す模式図。
【図１０】従来の厚肉のエネルギー吸収体の圧潰時の問題点を説明するための模式図。
【図１１】従来の厚肉のエネルギー吸収体の圧潰時の荷重−変位線図。
【符号の説明】
１  エネルギー吸収体
２  トリガー
３  外層部
４  内層部
５  細い破片
６  大きな破片
７  荷重低下点
８  圧潰
【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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