JP2000240706A - エネルギー吸収部材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 良好なエネルギー吸収性能を実現し、且つ生
産性にも優れたエネルギー吸収部材、その製造方法及び
自動車用骨格材を提供すること。 【解決手段】 エネルギー吸収部材１００は、一端、即
ち図面では鉛直上向きの端部１００ｔが尖頭形をなして
おり、繊維強化樹脂層１０、２０及び１０を順次積層し
た積層管の構造を有する。強化繊維の配向は、軸線の尖
頭端部１００ｔの方向を０゜、軸線と強化繊維とがなす
配向角度をθとし、配向角度θのうち積層管の内部側に
できるものに負の符号を付し、積層管の外部側にできる
ものに正の符号を付すと、配向角度θが、各層１０、２
０及び１０において、±１０゜〜±４５゜となるように
制御されていることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エネルギー吸収部
材及びその製造方法に係り、更に詳細には、靱性の高い
熱可塑性樹脂をマトリックス樹脂とし、強度の高い層を
低い層で挟持した積層構造とすることができるので、エ
ネルギー吸収量が大きく、また、射出成形法を適用でき
るために、生産性が高いエネルギー吸収部材及びその製
造方法に関し、例えば、耐久性や安全性が要求される車
両等の衝撃作用部位に用いられ、衝突時等におけるエネ
ルギーを好適に吸収して衝撃力を緩和する。

【０００２】

【従来の技術】近年、車両等の衝撃作用部位に配置する
筒状エネルギー吸収体が種々検討されている。例えば、
特開平５−３３２３８５号公報、特開平５−３３２３８
６号公報には、バンパースティに用いられる側面傾斜付
き筒状エネルギー吸収体として、一端を斜めに切り取っ
た形状及び二段階の板厚形状のものが提案されている。
しかし、これらはフィラメントワインディング（以下、
「ＦＷ」という。）成形法によるものであるため生産性
が悪く、また、用いられる繊維強化樹脂のマトリックス
樹脂が熱硬化性樹脂であるために靱性が低く、靱性の高
い熱可塑性樹脂に比してエネルギー吸収性能が低い。

【０００３】特開平６−１２３３２２号公報、特開平６
−１２３３２３号公報及び特開平０６−２６４９４号公
報には、生産性を向上したバンパースティ用短繊維強化
筒状エネルギー吸収体が提案されているが、そのエネル
ギー吸収性能は未だ十分とは言えない。また、特開平６
−３００６８号公報記載の技術では、高強度強化繊維層
と高弾性率補強繊維層とを積層することにより、高エネ
ルギー吸収量を達成しているが、連続繊維強化によるＦ
Ｗ成形法を用いるものであるため生産性が悪い。

【０００４】更に、特開平８−１７７９２２号公報記載
の技術では、繊維強化複合材料のエネルギー吸収体にお
いて、繊維種／繊維配合の異なった積層構造（ハイブリ
ット化）により、エネルギー吸収の安定化及び吸収量の
増加が達成されている。しかし、強化繊維が連続繊維
で、その成形方法は生産性の悪いＦＷ成形法であってコ
スト高であり、一部でシートワインディング法を用いて
いることから、生産性の若干の向上は推測されるが、同
時に積層界面の密着性低下によるエネルギー吸収性能の
低下が懸念される。

【０００５】更にまた、特開平１０−９５０３５号公報
には、射出成形時に金型の回転体の角度、速度、トルク
及びタイミングを任意に制御しながら回転させることに
より、射出した樹脂中の繊維を配向させる技術が開示さ
れているが、２本一組のシリンダーを用い、２種類の材
料を同時又は順次に共通の金型に射出するという、二色
成形に関する記載はなく、積層構造を形成する概念は開
示されていない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
エネルギー吸収体において、連続繊維強化によるもので
は、ある程度のエネルギー吸収性能が実現されている
が、これらはＦＷ成形法によらざるを得ないため、生産
性が悪く、一方、熱可塑性樹脂による繊維強化では、射
出成形法の適用が可能で生産性は向上するが、現状の形
状や構造ではそのエネルギー吸収性能が十分と言えない
という課題があった。

【０００７】本発明は、このような従来技術の有する課
題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、良好なエネルギー吸収性能を実現し、且つ生産性に
も優れたエネルギー吸収部材、その製造方法及び自動車
用骨格材を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決すべく鋭意研究を重ねた結果、強化繊維の配向を制
御した繊維強化樹脂層を適切に積層し、且つ全体、特に
端部を所定の形状にすることにより、上記課題が解決で
きることを見出し、本発明を完成するに至った。

【０００９】即ち、本発明のエネルギー吸収部材は、マ
トリックス樹脂に強化繊維が分散した繊維強化樹脂から
成る複数の繊維強化樹脂層を積層して成る積層管状のエ
ネルギー吸収部材であって、上記強化繊維が、上記積層
管の軸線に対して任意の角度をもって配向しており、上
記積層管の管壁の厚みが一端に近づくにつれて減少し、
その一端が尖頭形をなすことを特徴とする。

【００１０】また、本発明のエネルギー吸収部材の好適
形態は、上記積層管の軸線を通りこれに平行な断面にお
いて、上記軸線の上記一端方向を０゜とし、この軸線と
上記強化繊維とがなす配向角度のうち、上記積層管の内
部側にできる角度を負の大きさ、外部側にできる角度を
正の大きさで表示すると、上記積層管の一方の管壁断面
における上記配向角度が±１０゜〜±４５゜であり、且
つ他方の管壁断面における上記配向角度が−（±１０゜
〜±４５゜）であることを特徴とする。

【００１１】更に、本発明のエネルギー吸収部材の他の
好適形態は、隣接する上記繊維強化樹脂層において、上
記強化繊維の配向角度に付された正負の符号が逆転して
いることを特徴とする。

【００１２】更にまた、本発明のエネルギー吸収部材の
更に他の好適形態は、上記尖頭形が、上記管壁の外壁厚
が減少するテーパーで規定され、そのテーパー角度が３
０〜７５゜であることを特徴とする。

【００１３】また、本発明のエネルギー吸収部材の他の
好適形態は、上記マトリックス樹脂が、ポリプロピレン
及び／又はポリアミドであり、その含有量が２５〜９０
重量％であり、上記強化繊維が、ガラス繊維及び／又は
カーボン繊維であり、その含有量が７５〜１０重量％で
あることを特徴とする。

【００１４】更に、本発明のエネルギー吸収部材の更に
他の好適形態は、上記マトリックス樹脂がポリアミド
で、上記強化繊維がガラス繊維である繊維強化樹脂層を
３層積層して成り、ガラス繊維の含有量が２０〜３０重
量％である２層の繊維強化樹脂層の間に、ガラス繊維含
有量が４０〜５０重量％である繊維強化樹脂層を挿入し
て成ることを特徴とする。

【００１５】また、本発明の自動車用骨格材は、上述の
如きエネルギー吸収部材を備えることを特徴とする。

【００１６】更に、本発明のエネルギー吸収部材の製造
方法は、上述の如きエネルギー吸収部材を製造するに当
たり、同心に配置された複数個の円筒状コアを有するコ
ア部と、このコア部を任意の回転角度、速度、トルク及
びタイミングで回転させる回転制御装置とを備えた金型
を用い、（１）この金型に、複数の繊維強化樹脂のうち
の第１繊維強化樹脂を充填し、上記コア部を作動させ
て、強化繊維が配向した第１繊維強化樹脂層を形成した
後、上記コア部から、複数個の円筒状コアのうちの最外
周部に設置された第１コアを取り外し、（２）次いで、
第２繊維強化樹脂を充填して第２繊維強化樹脂層を形成
した後、上記コア部から第２コアを取り外し、（３）上
記（１）工程又は（２）工程を、形成する繊維強化樹脂
層の層数に応じて繰り返す、ことを特徴とする。

【００１７】

【作用】本発明においては、積層管の構成を採用し、エ
ネルギー吸収部材の各層を構成する繊維強化樹脂中の強
化繊維の配向を制御した。よって、衝撃時に強い衝撃エ
ネルギーを受けても、優れたエネルギー吸収性能を発揮
する。また、衝撃作用部位に相当する積層管の一端を所
定の尖頭形としたため、衝撃エネルギーに対して、良好
な耐座屈性を有する。

【００１８】更に、本発明のエネルギー吸収部材では、
各層を構成する繊維強化樹脂のマトリックス樹脂を基本
的に熱可塑性樹脂としたため、靱性を向上することがで
きる。また、本発明のエネルギー吸収部材は、二色成形
を応用した射出成形により製造できるため、積層界面の
接着性や生産性を向上できるのみならず、異なる特性を
有する複数種の繊維強化樹脂を任意に積層配置できるた
め、設計の自由性に優れ、例えば、硬さや剛性の良好な
層を、靱性や柔軟性に優れる層の間に挟持した積層構造
を形成することが可能であり、所望のエネルギー吸収特
性を実現することが可能になる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明のエネルギー吸収部
材について詳細に説明する。上述の如く、本発明のエネ
ルギー吸収部材は、繊維強化樹脂層を積層した積層管の
構造を有するが、この積層管構造では、管壁の厚みが一
端に近づくにつれて減少しており、その一端が尖頭形を
なしている。また、繊維強化樹脂層中の強化繊維は、積
層管構造の軸線に対して任意の角度をもって配向してい
る。

【００２０】図１及び図２に、本発明のエネルギー吸収
部材の代表例を示す。この場合、図１は、本エネルギー
吸収部材の外観形状を示しており、図２は、この積層管
の軸線を通りこれに平行な断面を示している。このエネ
ルギー吸収部材１００は、一端、即ち図面では鉛直上向
きの端部１００ｔが尖頭形をなしており、繊維強化樹脂
層１０、２０及び１０を順次積層した積層管の構造を有
している。なお、積層管の管壁構造に着目すれば、繊維
強化樹脂層２０を特性の異なる繊維強化樹脂層１０，１
０で挟持した構造を採用していると言える。

【００２１】ここで、上述した強化繊維の配向は、図１
及び図２において、軸線の尖頭端部１００ｔの方向を０
゜、軸線と強化繊維とがなす配向角度をθとし、配向角
度θのうち積層管の内部側にできるものに負の符号を付
し、積層管の外部側にできるものに正の符号を付すと、
配向角度θが、各層１０、２０及び１０において、±１
０゜〜±４５゜となるように制御されていることが好ま
しい。なお、積層管における管壁構造が軸線に対して対
称であるため、図示右側の管壁断面１００（Ｒ）と左側
の管壁断面１００（Ｌ）とでは、θに付された正負の符
号が逆転し、例えば、管壁断面１（Ｒ）における各層の
強化繊維の配向角度θを±１０゜〜±４５゜とすれば、
管壁断面１００（Ｌ）における各層の強化繊維の配向角
度θは−（±１０゜〜４５゜）と表示される。以上の関
係は、図２に示したように、管壁１００（Ｒ）におい
て、積層管の内側から順に、強化繊維ＧＦ（ガラス繊
維）の配向角度が、−１５゜（層１０）、＋１５゜（層
２０）及び−１５゜（層１０）であるのに対し、管壁１
００（Ｌ）では、積層管の内側から＋１５゜（層１
０）、−１５゜（層２０）及び＋１５゜（層１０）であ
ることによって示されている。

【００２２】本発明のエネルギー吸収部材において、上
述した配向角度θの大きさ｜θ｜が１０゜〜４５゜の範
囲を逸脱すると、エネルギー吸収量の大幅な低下やエネ
ルギー吸収部材の座屈を起こすことがあり、好ましくな
い。また、このエネルギー吸収部材では、隣接する繊維
強化樹脂層間において、強化繊維の配向角度に付された
正負の符号が逆転しており、強化樹脂の配向方向が逆転
していることが、エネルギー吸収上好ましい。例えば、
図２の管壁１００（Ｒ）においては、層１０と層２０と
の間で、配向角度θに付された正負の符号は、層１０で
（−）であり、層２０で（＋）である。但し、この条件
は、配向角度θの大きさを限定するものではなく、正負
の符号が逆転していれば十分であり、例えば、隣接する
３層間でθが（＋）３０゜、（−）２０゜及び（＋）１
０゜の場合にも満足される。

【００２３】なお、強化繊維の配向については、本発明
のエネルギー吸収部材が後述する製造方法により成形さ
れることから、実際には、強化繊維が管壁を渦巻き状に
上昇又は下降した立体的配向をとっていると考えられ
る。よって、上述した強化繊維の配向は、厳密には、強
化繊維の管壁断面への射影を規定したものということに
なるが、本発明を実施するに当たっては、かかる射影を
規定すれば十分である。

【００２４】次に、本発明のエネルギー吸収部材におけ
る尖頭形端部につき説明する。図１及び図２に示したよ
うに、かかる尖頭形端部１００ｔは、積層管の管壁の厚
みが最端部に接近するにつれて減少する形式で形成され
ており、管壁の厚みが一定の場合は除かれる。この尖頭
形端部は、本発明のエネルギー吸収部材の使用状態にお
いて、衝撃方向に対向させて配置されて衝撃作用部位と
して機能し、本吸収部材の座屈を抑制する。

【００２５】かかる尖頭形状は、通常、金型キャビティ
自体をその形状にしたり、積層管の意図する端部を所定
角度で研削することによって形成され、代表的には、管
壁における外壁の厚みが減少するテーパー形状で規定さ
れるが、この場合、図２に示すテーパー角度αを３０〜
７５゜とすることが好ましい。この範囲を逸脱すると、
耐座屈性が大幅に低減することがあり、好ましくない。

【００２６】なお、本発明において、「尖頭形」は上述
のような条件を満足すれば十分であり、例えば、管壁の
外壁厚が徐々に減少するとともに内径が増大するような
形状であってもよい。また、テーパーの勾配面が曲面で
あってもよく、更には、若干の段付き形状であってもよ
い。

【００２７】また、本発明のエネルギー吸収部材におい
ては、上述の積層管の他端を底付きとすることも可能で
あり、この場合には、例えば、骨格部材として自動車へ
固定する際、より安定した据え付けができるという利点
がある。更に、この積層管の全体形状をほぼ円錐台形と
することも可能であり、この場合には、先端部からの破
壊が安定して起こるため、安定したエネルギー吸収がで
きるという利点が得られる。

【００２８】次に、上述の積層管構造を構成する繊維強
化樹脂層及びこれに用いられる繊維強化樹脂につき説明
する。本発明において、かかる繊維強化樹脂としては、
靱性向上の観点から、熱可塑性樹脂をマトリックス樹脂
とするものが好ましく、具体的には、ポリプロピレン及
び／又はポリアミドをマトリックス樹脂とし、強化繊維
をガラス繊維及び／又はカーボン繊維としたものが好適
である。

【００２９】繊維強化樹脂におけるポリプロピレン及び
／又はポリアミドの含有量は、２５〜９０重量％とする
ことが好ましい。２５重量％未満では、座屈が起こりや
すくエネルギー吸収が不安定となる場合があり、９０重
量％を超えると、強度が低くエネルギー吸収が不安定と
なる場合があるため望ましくない。一方、ガラス繊維及
び／又はカーボン繊維の含有量は、７５〜１０重量％と
することが好ましい。

【００３０】また、強化繊維の繊維長は、１０ｍｍ以上
とすることが好ましく、１０ｍｍ未満では、エネルギー
吸収量が不十分となることがあるため望ましくない。更
に、強化繊維の繊維径は、１０〜２０μｍとすることが
好ましく、この範囲を逸脱すると、エネルギー吸収量が
不十分となることがあるため望ましくない。

【００３１】本発明においては、繊維強化樹脂層の特性
を適切に変化させることが可能であり、異なる特性を有
する繊維強化樹脂層を適切に積層配置することにより、
エネルギー吸収部材に所望の特性を付与することができ
る。異なる特性は、マトリックス樹脂及び強化繊維の種
類や含有量を変化させたり、強化繊維の配向角度を変化
させることなどにより実現できる。また、層の個数は２
以上であれば特に限定されるものではなく、更に、層毎
に異なる特性を有する必要がないのは言うまでもない。

【００３２】上述のような多層構造の代表例としては、
強度が高く硬さや剛性の良好な層を、若干強度は低いが
靱性や柔軟性に優れる層で挟持した３層構造を挙げるこ
とができ、この構造によれば、適度な衝撃吸収性を発揮
させ易い。構成が簡易なものの具体例としては、ポリア
ミド樹脂にガラス繊維を分散させた繊維強化樹脂を用
い、ガラス繊維の含有量によって各層の強度を調整した
構造を挙げることができ、この場合、強化繊維含有量が
４０〜５０重量％の層を、強化繊維含有量が２０〜３０
重量％の層で挟持した構造のものが好ましい。

【００３３】以上に説明した本発明のエネルギー吸収部
材は、各種骨格材の支柱材、具体的にはバンパースティ
等として用いるのに好適である。また、本発明の自動車
用骨格材は、かかるエネルギー吸収部材を有する部材で
あり、具体的には、フロントサイドメンバー、リヤサイ
ドメンバー及びバンパーなどを挙げることができる。

【００３４】次に、本発明のエネルギー吸収部材の製造
方法について説明する。図１８に、本発明の製造方法に
用いる金型の一例を示す。同図において、この金型１
は、ほぼ中空の円柱状をなしており、同心に配置された
円筒状コア２、３及び４から成るコア部を収容し、その
内壁とコア２との間にはキャビティ５が形成されてい
る。また、上記コア部は、モーター７と連結した回転軸
６により回転可能に収容されており、かかる回転運動の
回転角度、速度、トルク及びタイミングが回転制御ユニ
ット９によって制御可能に構成されている。

【００３５】本発明の製造方法では、複数の繊維強化樹
脂を成形材料として用いるが、まず、その第１繊維強化
樹脂を樹脂注入口８から金型１のキャビティ５に充填
し、上記コア部を所望の回転角度、速度、トルク及びタ
イミングで作動させて、強化繊維が配向した第１繊維強
化樹脂層を形成し、その後、上記コア部から、最外周部
に設置された円筒状コア２を取り外す。（（１）工
程）。次いで、コア２の取り外しにより形成されたキャ
ビティ（図示せず）に、第２繊維強化樹脂を充填し、コ
ア部を所望条件で作動させて第２繊維強化樹脂層を形成
した後、上記コア部からコア３を取り外す（（２）工
程）。そして、上記（１）工程や（２）工程を、形成す
る繊維強化樹脂層の層数に応じて繰り返す（図１８に示
す例では、第３繊維強化樹脂層を形成するので、もう１
回繰り返す）。

【００３６】本発明の製造方法では、上述の如く、二色
成形を応用した射出成形を行うため、シートワインディ
ング法やＦＷ法などの物理的巻回法に比し、複数個の繊
維強化樹脂層を密着性良く積層することができ、更に
は、生産性を大幅に向上することができる。また、強化
繊維の配向は、上述の回転制御ユニットにより精密に制
御することができるので、各繊維強化樹脂層に所望の特
性を付与することができる。なお、上述の製造方法にお
いては、金型を固定してコア部を回転させたが、これに
限定されるものではなく、コア部を固定して金型を回転
させたり、双方を回転させることができるのは言うまで
もない。

【００３７】

【実施例】以下、本発明を、図面を参照して実施例及び
比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実
施例に限定されるものではない。

【００３８】（実施例１）図１８に示した金型を用いて
本発明の製造方法を実施し、図１及び図２に示したよう
な積層管構造を有する本実施例のエネルギー吸収部材を
得た。本実施例では、層１０としては、管壁断面１００
（Ｒ）において、ガラス繊維の配向角度θが−１５゜
（以下、「ＧＦ配向−１５゜」と略す）であり、６６−
ナイロンをマトリックスとしガラス繊維（ＧＦ）含有量
が４０重量％の繊維強化樹脂（以下、「ＰＡ６６／ＧＦ
４０ｗｔ％」と略す）を配置し、層２０としては、ＧＦ
配向＋１５゜のＰＡ６６／ＧＦ５０ｗｔ％を配置し、２
つの層１０で層２０を挟持した３層構造を採用した。な
お、ＧＦの繊維長は１２ｍｍ、繊維径は１３μｍとし
た。また、外形形状は、テーパー角度αが４５゜で、肉
厚が一定の円筒状をなし、その大きさは長さ２００ｍｍ
×外径５０ｍｍ×厚み２．５ｍｍである。

【００３９】［性能評価］本例のエネルギー吸収部材を
下記の条件で静的圧潰してその吸収エネルギーを測定
し、得られた値（ｋＪ）を圧潰したエネルギー吸収部材
の重量（ｋｇ）で除すことにより、比エネルギー吸収量
を求め、この結果を表１に示した。 ・試験条件 装置：デジタル静的材料試験機−５５０７（インストロ
ン（株）製） 試験速度：１０ｍｍ／ｍｉｎ 変位量：６０ｍｍ 試験温度：２３℃

【００４０】（実施例２）層１０をＰＡ６６／ＧＦ３０
ｗｔ％（ＧＦ配向−１５゜）とし、層２０をＰＡ６６／
ＧＦ４０ｗｔ％（ＧＦ配向＋１５゜）とした以外は、実
施例１と同様の構成を採用した。図３に、本例のエネル
ギー吸収部材を示す。実施例１と同様の性能評価を行
い、得られた結果を表１に示した。

【００４１】（実施例３）層１０をＰＡ６６／ＧＦ２０
ｗｔ％（ＧＦ配向−１５゜）とし、層２０をＰＡ６６／
ＧＦ３０ｗｔ％（ＧＦ配向＋１５゜）とした以外は、実
施例１と同様の構成を採用した。図４に、本例のエネル
ギー吸収部材を示す。実施例１と同様の性能評価を行
い、得られた結果を表１に示した。

【００４２】（実施例４）層１０及び層２０におけるマ
トリックスをポリプロピレン（ＰＰ）とした以外は、実
施例１と同様の構成を採用した。図５に、本例のエネル
ギー吸収部材を示す。実施例１と同様の性能評価を行
い、得られた結果を表１に示した。

【００４３】（実施例５）層１０及び層２０におけるマ
トリックスをポリプロピレン（ＰＰ）とした以外は、実
施例２と同様の構成を採用した。図６に、本例のエネル
ギー吸収部材を示す。実施例１と同様の性能評価を行
い、得られた結果を表１に示した。

【００４４】（比較例１）テーパー１００ｔを形成しな
かった以外は、実施例１と同様の構成を採用した。図７
及び図８に、本例のエネルギー吸収部材を示す。実施例
１と同様の性能評価を行い、得られた結果を表２に示し
た。

【００４５】（比較例２）層１０及び層２０におけるＧ
Ｆ配向を０゜とした以外は、実施例１と同様の構成を採
用した。図９に、本例のエネルギー吸収部材を示す。実
施例１と同様の性能評価を行い、得られた結果を表２に
示した。

【００４６】（実施例６）層１０及び層２０におけるＧ
Ｆ配向を、それぞれ−７５゜及び＋７５゜とした以外
は、実施例１と同様の構成を採用した。図１０に、本例
のエネルギー吸収部材を示す。実施例１と同様の性能評
価を行い、得られた結果を表２に示した。

【００４７】（実施例７）ＧＦの繊維長を５ｍｍとした
以外は、実施例１と同様の構成を採用した。図１１に、
本例のエネルギー吸収部材を示す。実施例１と同様の性
能評価を行い、得られた結果を表２に示した。

【００４８】（比較例５）マトリックス樹脂がエポキシ
樹脂でＧＦを４９ｗｔ％含有する連続繊維を用いてＦＷ
法を行い、図１２に示すように、実施例１のエネルギー
吸収部材と同一の形状・寸法を有する本例のエネルギー
吸収部材を得た。なお、ＧＦの配向角度は±７５゜程度
である。実施例１と同様の性能評価を行い、得られた結
果を表２に示した。

【００４９】（比較例６）６６−ナイロンをマトリック
ス樹脂としＧＦ（繊維長５ｍｍ）を５０重量％含む繊維
強化樹脂（ＰＡ６６／ＧＦ４０ｗｔ％）を用いて射出成
形を行い、図１６に示すように、ＧＦ配向−１５°の一
層構造から成り、実施例１のエネルギー吸収部材と同一
形状・寸法を有する本例のエネルギー吸収部材を得た。
実施例１と同様の性能評価を行い、得られた結果を表２
に示した。

【００５０】（比較例７）スチールパイプＪＩＳ Ｇ３
４４５に準拠した鋼材を用い、実施例１のエネルギー吸
収部材と同一形状・寸法を有する本例のエネルギー吸収
部材（スチールパイプ）を作成した。図１７に、本例の
エネルギー吸収部材を示す。実施例１と同様の性能評価
を行い、得られた結果を表２に示した。

【００５１】（実施例６）側面が１０°傾斜した円錐台
形状を適用した以外は、実施例１と同様の構成を採用し
た。図１３及び図１４に、本例のエネルギー吸収部材を
示す。実施例１と同様の性能評価を行い、得られた結果
を表１に示した。

【００５２】（実施例７）底付き形状を適用した以外
は、実施例１と同様の構成を採用した。但し、底部では
ＧＦの配向は無い。図１５に、本例のエネルギー吸収部
材を示す。実施例１と同様の性能評価を行い、得られた
結果を表１に示した。

【００５３】

【表１】

【００５４】

【表２】

【００５５】表１及び２より、本発明の範囲に属する実
施例１〜７と比較例１〜７とを比較すると、以下のこと
が分かる。比エネルギー吸収量は、エネルギー吸収部材
を構成するマトリックス樹脂の含有量にほぼ比例する
（実施例１〜３）。マトリックス樹脂としては、６６−
ナイロンを用いた場合の方がポリプロピレンの場合より
も比エネルギー吸収量が高く、エネルギー吸収部材に用
いるのに好適である（実施例１、２に対する実施例４、
５）。

【００５６】強化繊維の配向角度を所定の範囲内、例え
ば軸線方向に対して±１５°に制御すると、繊維配向を
±０°としたものに比べ、比エネルギー吸収量が増加
し、また、座屈も有効に防止できる（実施例１に対する
比較例２及び３）。また、衝撃作用部位を尖頭形にする
と、座屈を有効に防止できる（実施例１に対する比較例
１）。更に、強化繊維の長さを１０ｍｍ以上、例えば１
２ｍｍとすれば、５ｍｍ以下の場合と比べて、比エネル
ギー吸収量が増加するためより好ましい（実施例１に対
する実施例７）。

【００５７】更にまた、３層による積層構造とすること
により良好なエネルギー吸収能が得られ、１層構造では
吸収部材が座屈してしまう（実施例１に対する比較例
６）。また、熱硬化性樹脂（エポキシ樹脂）の連続繊維
を素材として、ＦＷ成形法によって得られたエネルギー
吸収部材では、比エネルギー吸収量が著しく低下する
（実施例１に対する比較例５）。

【００５８】また、素材に鋼材を用いたエネルギー吸収
部材（スチールパイプ）は、素材が繊維強化樹脂のもの
と比べて、比エネルギー吸収量が極めて小さい（実施例
１〜７に対する比較例７）。なお、形状を円錐台形とし
た場合（実施例６）や、底付きとした場合（実施例７）
であっても、実施例１とほぼ同一の比エネルギー吸収量
が得られる。

【００５９】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、強化繊維の配向を制御した繊維強化樹脂層を適切に
積層し、且つ全体、特に端部を所定の形状にすることと
したため、良好なエネルギー吸収性能を実現し、且つ生
産性にも優れたエネルギー吸収部材、その製造方法及び
自動車用骨格材を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のエネルギー吸収部材の一実施例を示す
斜視図である。

【図２】図１のエネルギー吸収部材の断面図である。

【図３】本発明のエネルギー吸収部材の他の実施例を示
す断面図である。

【図４】本発明のエネルギー吸収部材の他の実施例を示
す断面図である。

【図５】本発明のエネルギー吸収部材の他の実施例を示
す断面図である。

【図６】本発明のエネルギー吸収部材の他の実施例を示
す断面図である。

【図７】本発明外のエネルギー吸収部材（比較例１）を
示す斜視図である。

【図８】図７のエネルギー吸収部材の断面図である。

【図９】本発明外のエネルギー吸収部材（比較例２）を
示す断面図である。

【図１０】本発明外のエネルギー吸収部材（実施例６）
を示す断面図である。

【図１１】本発明外のエネルギー吸収部材（実施例７）
を示す断面図である。

【図１２】本発明外のエネルギー吸収部材（比較例５）
を示す断面図である。

【図１３】本発明のエネルギー吸収部材の他の実施例を
示す斜視図である。

【図１４】図１３のエネルギー吸収部材の断面図であ
る。

【図１５】本発明のエネルギー吸収部材の他の実施例を
示す断面図である。

【図１６】本発明外のエネルギー吸収部材（比較例６）
を示す断面図である。

【図１７】スチールパイプの斜視図である。

【図１８】本発明の製造方法に用いる金型の一例を示す
断面図である。

【符号の説明】

１ 金型 ２、３、４ 円筒状コア ５ 金型キャビティ ６ 回転軸 ７ モータ ８ 樹脂注入口 ９ 回転制御ユニット １０、２０ 繊維強化樹脂層 １００ エネルギー吸収部材 １００ｔ 尖頭形端部

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マトリックス樹脂に強化繊維が分散した
   繊維強化樹脂から成る複数の繊維強化樹脂層を積層して
   成る積層管状のエネルギー吸収部材であって、 上記強化繊維が、上記積層管の軸線に対して任意の角度
   をもって配向しており、 上記積層管の管壁の厚みが一端に近づくにつれて減少
   し、その一端が尖頭形をなすことを特徴とするエネルギ
   ー吸収部材。
2. 【請求項２】 上記積層管の軸線を通りこれに平行な断
   面において、上記軸線の上記一端方向を０゜とし、この
   軸線と上記強化繊維とがなす配向角度のうち、上記積層
   管の内部側にできる角度を負の大きさ、外部側にできる
   角度を正の大きさで表示すると、 上記積層管の一方の管壁断面における上記配向角度が±
   １０゜〜±４５゜であり、且つ他方の管壁断面における
   上記配向角度が−（±１０゜〜±４５゜）であることを
   特徴とする請求項１記載のエネルギー吸収部材。
3. 【請求項３】 隣接する上記繊維強化樹脂層において、
   上記強化繊維の配向角度に付された正負の符号が逆転し
   ていることを特徴とする請求項２記載のエネルギー吸収
   部材。
4. 【請求項４】 上記尖頭形が、上記管壁の外壁厚が減少
   するテーパーで規定され、そのテーパー角度が３０〜７
   ５゜であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１
   つの項に記載のエネルギー吸収部材。
5. 【請求項５】 上記積層管の他端が底付きであることを
   特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載のエ
   ネルギー吸収部材。
6. 【請求項６】 上記積層管が、ほぼ円錐台形をなすこと
   を特徴とする請求項１〜５のいずれか１つの項に記載の
   エネルギー吸収部材。
7. 【請求項７】 上記強化繊維の長さが１０ｍｍ以上であ
   ることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つの項に
   記載のエネルギー吸収部材。
8. 【請求項８】 上記マトリックス樹脂が、ポリプロピレ
   ン及び／又はポリアミドであり、その含有量が２５〜９
   ０重量％であることを特徴とする請求項１〜７のいずれ
   か１つの項に記載のエネルギー吸収部材。
9. 【請求項９】 上記強化繊維が、ガラス繊維及び／又は
   カーボン繊維であり、その含有量が７５〜１０重量％で
   あることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つの項
   に記載のエネルギー吸収部材。
10. 【請求項１０】 上記マトリックス樹脂がポリアミド
    で、上記強化繊維がガラス繊維である繊維強化樹脂層を
    ３層積層して成り、ガラス繊維の含有量が２０〜３０重
    量％である２層の繊維強化樹脂層の間に、ガラス繊維含
    有量が４０〜５０重量％である繊維強化樹脂層を挿入し
    て成ることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つの
    項に記載のエネルギー吸収部材。
11. 【請求項１１】 請求項１〜１０のいずれか１つの項に
    記載のエネルギー吸収部材を備えることを特徴とする自
    動車用骨格材。
12. 【請求項１２】 請求項１〜１０のいずれか１つの項に
    記載のエネルギー吸収部材を製造するに当たり、 同心に配置された複数個の円筒状コアを有するコア部
    と、このコア部を任意の回転角度、速度、トルク及びタ
    イミングで回転させる回転制御装置とを備えた金型を用
    い、（１）この金型に、複数の繊維強化樹脂のうちの第
    １繊維強化樹脂を充填し、上記コア部を作動させて、強
    化繊維が配向した第１繊維強化樹脂層を形成した後、上
    記コア部から、複数個の円筒状コアのうちの最外周部に
    設置された第１コアを取り外し、（２）次いで、第２繊
    維強化樹脂を充填して第２繊維強化樹脂層を形成した
    後、上記コア部から第２コアを取り外し、（３）上記
    （１）工程又は（２）工程を、形成する繊維強化樹脂層
    の層数に応じて繰り返す、ことを特徴とするエネルギー
    吸収部材の製造方法。