JP3473145B2 - エネルギー吸収部材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、衝撃力を受ける部位に
配置されて衝突エネルギーを吸収するエネルギー吸収部
材に関する。 【０００２】 【従来の技術】一般に、自動車の車体の前部等の衝撃を
受ける部位には、衝突時における衝突エネルギーを吸収
するために、エネルギー吸収部材が取り付けられてい
る。かかるエネルギー吸収部材が必要とされる車のう
ち、エンジンルームが前方にある乗用車の場合には前記
のエネルギー吸収部材による緩衝に加えて、エンジンル
ーム等の部位をあまり頑丈な構造とせず、当該部位の潰
れによって衝突エネルギー及び衝撃を吸収し、乗員室の
潰れや乗員に伝わる衝撃の減少を図ることも可能であ
る。しかし、キャブオーバー型のトラックやワンボック
ス車等においては車体前部に潰れが許されるスペースは
無く、車体の潰れによって衝突エネルギー及び衝撃を吸
収させることは難しい。このような潰れスペースの無い
構造の自動車の衝突エネルギーの吸収を主たる目的とし
て、近年、図７に示すようなエネルギー吸収体１１（以
下、ＦＲＰ円筒１１という）が注目されている。 【０００３】一般に、エネルギー吸収体によって吸収さ
れるエネルギーは、図８に示すように、エネルギー吸収
体の潰れ等の変位と負荷された荷重Ｐとの関係を示す線
図の斜線部分の面積Ｅに相当する。従って、荷重Ｐが低
下すること無く一定のまま変形する方が斜線部分の面積
Ｅは大となり、変形によって吸収されるエネルギーも大
となる。かかる観点から、前記の図７に示すＦＲＰ円筒
１１は、素材としてエネルギー吸収効率が高い繊維強化
プラスチック（ＦＲＰ）を用い、全体の形状を図示のよ
うに両端が開口した中空円筒状とし、一方の端部に面取
り加工により約４５度のテーパ部１１ａを設けている。 【０００４】一方、ＦＲＰ円筒１１は、前記のように素
材がＦＲＰであり、しかも前記のような形状をしている
ため、単独で車体等に取り付けることは難しい。そのた
め、例えば図９に示すようにＦＲＰ円筒１１の両端に蓋
体１２，１３を取り付けて一体化したエネルギー吸収部
材１ａとし、蓋体１３，１２をフレーム及びバンパービ
ームに固定して車体等に装着するということが行われて
いる。蓋体１２，１３のＦＲＰ円筒１１への取り付け
は、図９の場合には、蓋体１２，１３に設けた突起部１
２ａ，１３ａをＦＲＰ円筒１１に嵌合させて軸直角方向
の位置を固定し、蓋体１２，１３間に可撓性のねじロッ
ド１４を差し渡して軸方向の位置を固定するという方法
によっているが、接着剤により接着して取付けることも
行われている。図１０及び図１１はテーパ部１１ａ側の
蓋体の他の例を示し、図１０の蓋体１２ｂはＦＲＰ円筒
１１のテーパ部１１ａ側の胴壁端部が差し込まれる溝１
２ｃを円周状に形成したものであり、図１１の蓋体１２
ｄはＦＲＰ円筒１１のテーパ部１１ａ側の端部全体が嵌
入される凹部１２ｅを形成したものである。図９乃至図
１１の突起部１２ａ，１３ａ、溝１２ｃ，及び凹部１２
ｅは何れもＦＲＰ円筒１１と蓋体１２等とを嵌合させる
ためのものであり、蓋体１２等のＦＲＰ円筒１１に対す
る軸直角方向の位置を固定するためには不可欠なものと
されてきた。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】ＦＲＰ円筒１１は前記
のように蓋体１２（１２ｂ，１２ｄ），１３が取り付け
られた状態で車体等に装着されるが、その際、ＦＲＰ円
筒１１はその軸方向に衝撃荷重を受けるような車体の位
置に装着される。そのように車体等に装着されたＦＲＰ
円筒１１に圧縮荷重Ｐが加えられると、先ずテーパ部１
１ａが破壊のトリガーとして破壊し、続いて、テーパ部
１１ａ側から、ＦＲＰ円筒１１の座屈をせずに破片を生
じながら順次他端側に向かって進行する圧縮破壊（以
下、圧潰という）が始まる。一方、蓋体を取り付けない
ＦＲＰ円筒１１そのものは、図１２で示すような態様で
圧潰する。すなわち、圧縮荷重Ｐを受けるとＦＲＰ円筒
１１は、恰かも厚い板紙がその肉厚の略中央から左右に
層間剥離するように、その肉厚の略中央から内外に裂け
て、ＦＲＰ円筒１１の内側に行く破片１５（以下、内側
破片１５という）と、ＦＲＰ円筒１１の外側に行く破片
１６（以下、外側破片１６という）とに分かれる。つま
り、内側破片１５と外側破片１６とが常に一対になって
発生する。一方、前記のように蓋体１２等のＦＲＰ円筒
１１に対する軸直角方向の位置を固定するためには、突
起部１２ａ等は不可欠である。そのため、ＦＲＰ円筒１
１の胴壁端部は、図９乃至図１１に示すように、何等か
の形で蓋体１２等からＦＲＰ円筒１１方向に突出する部
分と嵌合的に接せざるを得ない。そのような状況下で前
記のＦＲＰ円筒１１の圧潰が始まると、次のような問題
点が生ずる。 【０００６】例えば、図９のＦＲＰ円筒１１に圧潰が始
まると、ＦＲＰ円筒１１そのものは図１２に示すように
内側破片１５と外側破片１６とを発生させる。この内側
破片１５と外側破片１６のうち、外側破片１６は、図１
３に示すように、スムーズにＦＲＰ円筒１１の外側に行
くことが出来る。ＦＲＰ円筒１１より外側の蓋体１２の
下面に、外側破片の進行を妨げるような突起等が何もな
いからである。これに対し、内側破片１５は、図１３に
示すように、突起部１２ａによって進行を妨げられる。
しかし、後続の内側破片１５に押圧されて先発の内側破
片１５は前進せざるを得ず、前進するためにＦＲＰ円筒
１１を外側に押圧する。これによりＦＲＰ円筒１１は外
側へ押し広げられる。また、このような無理な前進を強
いられるため、内側破片１５の一部は突起部１２ａ近傍
に詰まって堆積し肥大化し易い。このような肥大化が発
生すると、ＦＲＰ円筒１１は更に大きく外側に押し広げ
られ、遂にはＦＲＰ円筒１１に図１４に示すような軸線
方向に沿う大きな亀裂１７が生じ、図１５示すように荷
重Ｐが急激に低下して一定荷重でのエネルギーの吸収が
不可能になるという問題点がある。なお、図１０及び図
１１の場合にも同様な問題が生ずるが説明を省略する。 【０００７】上記の問題点の解消と若干関連があると思
われる公知技術として特開平６−２６４９４９号公報が
挙げられる。この「エネルギー吸収部材」はＦＲＰ円筒
の肉厚を圧潰開始端側より他端側に向けて漸増させると
ともに、圧潰開始端近辺のみを小さく外側に湾曲するラ
ッパ形状とし、軸方向からの荷重によりＦＲＰ円筒が引
き裂かれながら花弁状に開くようにしたものである。し
かし、この公知技術には、本発明が問題としている前記
の、軸方向からの荷重によりＦＲＰ円筒そのものがその
肉圧の略中央からいわば層間剥離のように内側破片と外
側破片とに分離する、という点についての問題意識が全
然ない。よって、この公知技術では、ラッパ形状をした
湾曲部は花弁状に開くが、湾曲部以外の筒状の部分では
前記図１２乃至図１５により説明したのと同じ問題が生
じ、ＦＲＰ円筒と蓋体の突部との間に破片が詰まりＦＲ
Ｐ円筒が押し広げられ軸線方向に沿う大きな亀裂が生ず
るのを免れ得ないと解される。 【０００８】本発明は、エネルギー吸収部材を使用した
場合における前記したような問題点の発生を阻止すべく
創案されたものであり、ＦＲＰ円筒と蓋体の下方に突出
した部分との間に破片が詰まってＦＲＰ円筒を押し広げ
ＦＲＰ円筒の軸線方向に沿って大きな亀裂が発生するの
を防止し、衝突エネルギーを安定的に吸収し乗員への悪
影響を防止するエネルギー吸収部材を提供することを目
的とする。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明は、以上の目的を
達成するためにエネルギー吸収部材を、中空円筒状のＦ
ＲＰ円筒と、そのＦＲＰ円筒の両端に取り付けられる蓋
体とを備え、前記ＦＲＰ円筒の端部に軸断面Ｖ字型のＶ
溝が前記端部の全周にわたって設けられるとともに、前
記蓋体に前記Ｖ溝に係合する突起部が設けられているも
のとして構成した。 【００１０】 【作用】衝撃力が加えられるとＶ溝が形成されたＦＲＰ
円筒の端部が破壊のトリガーとなり、蓋体側からＦＲＰ
円筒の圧潰が開始される。その際、突起部の押圧力によ
り、Ｖ溝の先端に亀裂が生じ、続いて突起部によって加
えられる押圧力により亀裂の両側部は何物にも阻害され
ることなくそれぞれ内側破片、外側破片としてＦＲＰ円
筒の内外に分かれる。 【００１１】 【実施例】本発明の一実施例を図面に基づき説明する。
図１は本実施例のエネルギー吸収部材１の軸断面図、図
２はエネルギー吸収部材１の構成部材の一つであるＦＲ
Ｐ円筒２の斜視図及びその一部の拡大軸断面図、図３は
エネルギー吸収部材１の使用状態を示す軸断面図であ
る。エネルギー吸収部材１は、ＦＲＰ円筒２と、ＦＲＰ
円筒２の両端に取り付けられる蓋体３，４等からなる。
本実施例のＦＲＰ円筒２は、図７に示すＦＲＰ円筒１１
と同じく繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製で且つ両端
が開口した中空円筒体からなるが、図７のＦＲＰ円筒１
１のテーパ部１１ａとは異なり、ＦＲＰ円筒２の破壊開
始端側の端部２ａに軸断面Ｖ字型のＶ溝５が端部２ａの
全周にわたり円形状に形成されている。蓋体３，４のう
ち破壊開始端側の蓋体３にはＶ溝５と係合可能な軸断面
矩形状の突起部６が蓋体３の縁に沿って円周状に形成さ
れ、反対側の蓋体４にはＦＲＰ円筒２の内孔２ｂに嵌入
可能な突起部４ａが突設されている。蓋体３，４間には
可撓性のねじロッド７が差し渡され、このねじロッド７
により蓋体３，４は突起部６がＶ溝５に噛み合うととも
に、突起部４ａが内孔２ｂに嵌入した状態でＦＲＰ円筒
２の両端に固定される。 【００１２】図１の状態でエネルギー吸収部材１の軸方
向に衝撃力が加えられるとＶ溝５の形成により薄肉とな
ったＦＲＰ円筒２の端部２ａが破壊のトリガーとなり、
蓋体３側からＦＲＰ円筒２の圧潰が開始される。その
際、蓋体３の突起部６の押圧力により、図３に示すよう
に、Ｖ溝５の先端に亀裂８が発生し、続いて押し入って
来る突起部６により亀裂８の両側部は内外に押し分けら
れる。押し分けられたそれぞれは破片９，１０として一
旦蓋体３に当接してカールしつつ進行するが、破片９，
１０の行く手の蓋体３の下面は平坦で下方に突出する物
は何もない。そのため、破片９，１０の一部が何かに詰
まるということはあり得ず、破片９，１０の一部が詰ま
ってＦＲＰ円筒２が押し広げられるなどということが起
こり得る余地がない。そのため、ＦＲＰ円筒２は、図４
に示すように、略一定の荷重Ｐで安定的に圧潰し、自動
車の衝突エネルギー吸収部材等として優れた特性を発揮
することが出来る。 【００１３】図５及び図６はそれぞれ本発明の他の実施
例を示し、図５は突起部６ａを軸断面三角形状としたも
のであり、図６は突起部６ｂを軸断面半円形状としたも
のである。なお、突起部の形状はこれ等に限定されな
い。また、Ｖ溝５の角度は別に制限はないが６０〜１２
０度位が適当である。更に、ＦＲＰ円筒２の材質につい
ては強化繊維、マトリックス樹脂の種類に限定はなく、
ＦＲＰ円筒２の成形工法の種類も限定されない。 【００１４】 【発明の効果】ＦＲＰ円筒の端部に軸断面Ｖ字型のＶ溝
を全周にわたって設けるとともに、蓋体にＶ溝に係合す
る突起部を設けたことにより、衝撃力が加えられるとＶ
溝が形成された円筒壁の端部が破壊のトリガーとなり、
ＦＲＰ円筒の圧潰が開始される。その際、突起部の押圧
力によりＶ溝の先端に亀裂が生じ、続いて突起部によっ
て加えられる押圧力により亀裂の両側部は内外に分か
れ、何物にも阻害されることなく破片としてＦＲＰ円筒
の内外に進行することが出来る。これにより、ＦＲＰ円
筒は略一定の荷重で圧潰し、自動車の衝突エネルギー吸
収部材等として優れた特性を発揮することが出来る。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施例の軸断面図。 【図２】同実施例の構成部材の一つであるＦＲＰ円筒の
斜視図及び一部切欠拡大軸断面図。 【図３】同実施例の使用状態を示す軸断面図。 【図４】同実施例の圧潰変位−荷重線図。 【図５】本発明の他の実施例の一部切欠断面図。 【図６】本発明の更に他の実施例の一部切欠断面図。 【図７】従来のＦＲＰ円筒の斜視図及び一部切欠拡大軸
断面図。 【図８】一般的な変位と荷重で求められるエネルギー吸
収量を図示した線図。 【図９】従来のエネルギー吸収部材の一例の軸断面図。 【図１０】従来の他のエネルギー吸収部材の一部切欠軸
断面図。 【図１１】従来の更に他のエネルギー吸収部材の一部切
欠軸断面図。 【図１２】ＦＲＰ円筒そのものの圧潰状態を示す軸断面
図。 【図１３】従来のエネルギー吸収部材の圧潰状態を示す
一部切欠軸断面図。 【図１４】従来のエネルギー吸収部材の圧潰における問
題点を示す側面図。 【図１５】従来のエネルギー吸収部材の圧潰変位−荷重
線図。 【符号の説明】 １ エネルギー吸収部材 ２ ＦＲＰ円筒 ２ａ 端部 ２ｂ 内孔 ３ 蓋体 ４ 蓋体 ４ａ 突起部 ５ Ｖ溝 ６ 突起部 ６ａ 突起部 ６ｂ 突起部 ７ ねじロッド ８ 亀裂 ９ 破片 １０ 破片

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 中空円筒状のＦＲＰ円筒と、そのＦＲＰ
   円筒の両端に取り付けられる蓋体とを備えたエネルギー
   吸収部材であって、前記ＦＲＰ円筒の端部に軸断面Ｖ字
   型のＶ溝が前記端部の全周にわたって設けられるととも
   に、前記蓋体に前記Ｖ溝に係合する突起部が設けられて
   いることを特徴とするエネルギー吸収部材。