JP2002036413A - 中空充填補強構造体及び構造体補強方法 - Google Patents
中空充填補強構造体及び構造体補強方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 重量を高めることなく所定の強度を維持する
と共に、衝撃吸収エネルギーを大きくし、もって、緩衝
特性を高めることができる中空充填補強構造体及び構造
体補強方法を得る。 【解決手段】 構造体１２の内部に発泡補強材１３を充
填したときの単位重量当たりの衝撃吸収エネルギーが、
構造体１２の内部に発泡補強材１３を充填しないときの
単位重量当たりの衝撃吸収エネルギーに対して、 １．０＜１．３７６（Ｔ／Ｄ／Ｆ）-0.157 Ｔ＝中空を有する構造体の外周の肉厚（ｍｍ） Ｄ＝中空を有する構造体の内径（ｍｍ） Ｆ＝上記発泡補強材の圧縮強度（ＭＰａ） を満足するようになっている。
と共に、衝撃吸収エネルギーを大きくし、もって、緩衝
特性を高めることができる中空充填補強構造体及び構造
体補強方法を得る。 【解決手段】 構造体１２の内部に発泡補強材１３を充
填したときの単位重量当たりの衝撃吸収エネルギーが、
構造体１２の内部に発泡補強材１３を充填しないときの
単位重量当たりの衝撃吸収エネルギーに対して、 １．０＜１．３７６（Ｔ／Ｄ／Ｆ）-0.157 Ｔ＝中空を有する構造体の外周の肉厚（ｍｍ） Ｄ＝中空を有する構造体の内径（ｍｍ） Ｆ＝上記発泡補強材の圧縮強度（ＭＰａ） を満足するようになっている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本願発明は、車体のシャーシ
ーフレームやピラー等に適用可能な中空充填補強構造体
及びこれを形成する中空充填補強方法に関するもので、
特に、単位重量当たりの衝撃吸収エネルギーを大きくし
て緩衝特性を高めることができる中空充填補強構造体及
び構造体補強方法に関するものである。
ーフレームやピラー等に適用可能な中空充填補強構造体
及びこれを形成する中空充填補強方法に関するもので、
特に、単位重量当たりの衝撃吸収エネルギーを大きくし
て緩衝特性を高めることができる中空充填補強構造体及
び構造体補強方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、自動車の衝突安全の向上が図られ
ている。乗員を衝突から保護するためには、車体の前後
にクラッシャブルゾーンを設けて衝突エネルギーを吸収
すると共に、乗員が居るキャビンの強度を高めて乗員の
生存空間を確保しなければならない。
ている。乗員を衝突から保護するためには、車体の前後
にクラッシャブルゾーンを設けて衝突エネルギーを吸収
すると共に、乗員が居るキャビンの強度を高めて乗員の
生存空間を確保しなければならない。
【０００３】キャビンの強度を高めるためには、シャー
シーフレームやピラー等の肉厚をより厚くする必要があ
るが、シャーシーフレームやピラー等の肉厚を厚くする
と、車体の重量が増して、その結果、自動車の燃費が悪
くなってしまうという問題が生じてしまう。そこで、従
来においては、シャーシーフレームやピラー等の閉断面
部内に二液型発泡性ウレタン組成物を充填することなど
により、キャビンの強度を高めると共に、車体の軽量化
を図っている。
シーフレームやピラー等の肉厚をより厚くする必要があ
るが、シャーシーフレームやピラー等の肉厚を厚くする
と、車体の重量が増して、その結果、自動車の燃費が悪
くなってしまうという問題が生じてしまう。そこで、従
来においては、シャーシーフレームやピラー等の閉断面
部内に二液型発泡性ウレタン組成物を充填することなど
により、キャビンの強度を高めると共に、車体の軽量化
を図っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】一方、乗員を衝突から
保護するためには、上述のように、車体の前後にクラッ
シャブルゾーンを設けて衝突エネルギーを吸収しなけれ
ばならない。そこで、従来においては、車体の閉断面内
部に発泡性樹脂を充填することにより、衝突エネルギー
を吸収している。特開平７−１１７７１３号公報記載の
ものがそれである。しかしながら、上記公報記載の発明
のように、単に、車体の閉断面内部に発泡性樹脂を充填
しただけでは、良好に衝突エネルギーを吸収することは
困難である。
保護するためには、上述のように、車体の前後にクラッ
シャブルゾーンを設けて衝突エネルギーを吸収しなけれ
ばならない。そこで、従来においては、車体の閉断面内
部に発泡性樹脂を充填することにより、衝突エネルギー
を吸収している。特開平７−１１７７１３号公報記載の
ものがそれである。しかしながら、上記公報記載の発明
のように、単に、車体の閉断面内部に発泡性樹脂を充填
しただけでは、良好に衝突エネルギーを吸収することは
困難である。
【０００５】本発明は、上述のような従来技術の問題点
に鑑みてなされたものであり、中空を有する構造体の外
周の肉厚、内径、および、この構造体の内部に充填され
る発泡補強材の圧縮強度をそれぞれ最適値に設定するこ
とにより、重量を高めることなく所定の強度を維持する
と共に、衝撃吸収エネルギーを大きくし、もって、緩衝
特性を高めることができる中空充填補強構造体及び構造
体補強方法を提供することを目的とする。
に鑑みてなされたものであり、中空を有する構造体の外
周の肉厚、内径、および、この構造体の内部に充填され
る発泡補強材の圧縮強度をそれぞれ最適値に設定するこ
とにより、重量を高めることなく所定の強度を維持する
と共に、衝撃吸収エネルギーを大きくし、もって、緩衝
特性を高めることができる中空充填補強構造体及び構造
体補強方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、中空を
有する構造体の内部に、上記構造体を補強するための発
泡補強材が充填された中空充填補強構造体において、上
記構造体の内部に上記発泡補強材を充填したときの単位
重量当たりの衝撃吸収エネルギーが、上記構造体の内部
に上記発泡補強材を充填しないときの単位重量当たりの
衝撃吸収エネルギーに対して、 １．０＜１．３７６（Ｔ／Ｄ／Ｆ）-0.157 Ｔ＝中空を有する構造体の外周の肉厚（ｍｍ） Ｄ＝中空を有する構造体の内径（ｍｍ） Ｆ＝上記発泡補強材の圧縮強度（ＭＰａ） を満足する中空充填補強構造体を提供する。
有する構造体の内部に、上記構造体を補強するための発
泡補強材が充填された中空充填補強構造体において、上
記構造体の内部に上記発泡補強材を充填したときの単位
重量当たりの衝撃吸収エネルギーが、上記構造体の内部
に上記発泡補強材を充填しないときの単位重量当たりの
衝撃吸収エネルギーに対して、 １．０＜１．３７６（Ｔ／Ｄ／Ｆ）-0.157 Ｔ＝中空を有する構造体の外周の肉厚（ｍｍ） Ｄ＝中空を有する構造体の内径（ｍｍ） Ｆ＝上記発泡補強材の圧縮強度（ＭＰａ） を満足する中空充填補強構造体を提供する。
【０００７】中空を有する上記構造体は、筒状膜で形成
してもよいし、金属製構造体、プラスチック製構造体、
紙製構造体、または、流出防止膜を有するメッシュ状構
造体で形成することもできる。
してもよいし、金属製構造体、プラスチック製構造体、
紙製構造体、または、流出防止膜を有するメッシュ状構
造体で形成することもできる。
【０００８】また、上記発泡補強材は、ポリウレタン系
硬質材料、ポリスチレン系硬質材料、エポキシ樹脂系硬
質材料、または、フェノール樹脂系硬質材料にすること
ができる。
硬質材料、ポリスチレン系硬質材料、エポキシ樹脂系硬
質材料、または、フェノール樹脂系硬質材料にすること
ができる。
【０００９】また、上記中空充填補強構造体は、衝撃圧
縮による座屈変形により少なくともコンサルチナ型の座
屈モードになるようにすることができる。また、この上
記中空充填補強構造体は、フレームまたはピラーに用い
ることができる。
縮による座屈変形により少なくともコンサルチナ型の座
屈モードになるようにすることができる。また、この上
記中空充填補強構造体は、フレームまたはピラーに用い
ることができる。
【００１０】さらに、本発明によれば、中空構造体の内
部に、発泡材を充填して上記中空構造体を補強する構造
体補強方法において、上記構造体の内部に上記発泡材を
充填したときの単位重量当たりの衝撃吸収エネルギー
が、上記構造体の内部に上記発泡材を充填しないときの
単位重量当たりの衝撃吸収エネルギーに対して、 １．０＜１．３７６（Ｔ／Ｄ／Ｆ）-0.157 Ｔ＝中空構造体の外周の肉厚（ｍｍ） Ｄ＝中空構造体の内径（ｍｍ） Ｆ＝上記発泡材の圧縮強度（ＭＰａ） を満足する構造体補強方法を提供する。また、上記中空
構造体は、フレームまたはピラーにすることができる。
また、上記中空構造体は、上記構造体補強方法を用いて
構成することができる。
部に、発泡材を充填して上記中空構造体を補強する構造
体補強方法において、上記構造体の内部に上記発泡材を
充填したときの単位重量当たりの衝撃吸収エネルギー
が、上記構造体の内部に上記発泡材を充填しないときの
単位重量当たりの衝撃吸収エネルギーに対して、 １．０＜１．３７６（Ｔ／Ｄ／Ｆ）-0.157 Ｔ＝中空構造体の外周の肉厚（ｍｍ） Ｄ＝中空構造体の内径（ｍｍ） Ｆ＝上記発泡材の圧縮強度（ＭＰａ） を満足する構造体補強方法を提供する。また、上記中空
構造体は、フレームまたはピラーにすることができる。
また、上記中空構造体は、上記構造体補強方法を用いて
構成することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる中空充填補
強構造体の実施の形態について図面を参照しながら述べ
る。図１において、符号１０は、中空充填補強構造体と
しての車両用のピラーの断面を示している。図１に示す
ように、このピラー１０は、中空１１を有する構造体１
２の内部（中空１１内）に発泡補強材１３が充填されて
構成されている。中空１１を有する上記構造体１２は、
金属製構造体、プラスチック製構造体、紙製構造体、ま
たは、流出防止膜を有するメッシュ状構造体で形成され
ている。また、この構造体１２は、筒状膜で形成するこ
ともできる。
強構造体の実施の形態について図面を参照しながら述べ
る。図１において、符号１０は、中空充填補強構造体と
しての車両用のピラーの断面を示している。図１に示す
ように、このピラー１０は、中空１１を有する構造体１
２の内部（中空１１内）に発泡補強材１３が充填されて
構成されている。中空１１を有する上記構造体１２は、
金属製構造体、プラスチック製構造体、紙製構造体、ま
たは、流出防止膜を有するメッシュ状構造体で形成され
ている。また、この構造体１２は、筒状膜で形成するこ
ともできる。
【００１２】一方、中空１１を有する上記構造体１２の
内部に充填される上記発泡補強材１３は、上記構造体１
２を補強するためのものであり、この発泡補強材１３と
しては、硬質発泡体、より具体的には、ポリウレタン系
硬質材料、ポリスチレン系硬質材料、エポキシ樹脂系硬
質材料、または、フェノール樹脂系硬質材料を用いるこ
とができる。
内部に充填される上記発泡補強材１３は、上記構造体１
２を補強するためのものであり、この発泡補強材１３と
しては、硬質発泡体、より具体的には、ポリウレタン系
硬質材料、ポリスチレン系硬質材料、エポキシ樹脂系硬
質材料、または、フェノール樹脂系硬質材料を用いるこ
とができる。
【００１３】上記中空充填補強構造体は、上記ピラー１
０の他に、自動車などの車体のフレーム等に適用可能な
ものであり、他に、電車、車椅子、自転車等のフレー
ム、ストック等の棒状物の軽量化に有用であり、後述す
るように、単位重量当たりの衝撃吸収エネルギーを大き
くして緩衝特性を高めることができるものである。ま
た、この中空充填補強構造体は、衝撃圧縮による座屈変
形により少なくともコンサルチナ型の座屈モードになる
ようになっている。
０の他に、自動車などの車体のフレーム等に適用可能な
ものであり、他に、電車、車椅子、自転車等のフレー
ム、ストック等の棒状物の軽量化に有用であり、後述す
るように、単位重量当たりの衝撃吸収エネルギーを大き
くして緩衝特性を高めることができるものである。ま
た、この中空充填補強構造体は、衝撃圧縮による座屈変
形により少なくともコンサルチナ型の座屈モードになる
ようになっている。
【００１４】発明が解決しようとする課題の欄で述べた
ように、本発明は、中空部１１を有する上記構造体１２
の外周の肉厚、内径、および、この構造体１２の内部に
充填される上記発泡補強材１３の圧縮強度をそれぞれ最
適値に設定することにより、重量を高めることなく所定
の強度を維持すると共に、中空充填補強構造体の単位重
量当たりの衝撃吸収エネルギーを大きくすることを特徴
としている。以下、これについてより具体的に述べる。
ように、本発明は、中空部１１を有する上記構造体１２
の外周の肉厚、内径、および、この構造体１２の内部に
充填される上記発泡補強材１３の圧縮強度をそれぞれ最
適値に設定することにより、重量を高めることなく所定
の強度を維持すると共に、中空充填補強構造体の単位重
量当たりの衝撃吸収エネルギーを大きくすることを特徴
としている。以下、これについてより具体的に述べる。
【００１５】まず、構造体１２の内部に発泡補強材１３
を充填したときの衝撃吸収エネルギー（以下、第１衝撃
吸収エネルギーという）と、構造体１２の内部に発泡補
強材１３を充填しないときの衝撃吸収エネルギー（以
下、第２衝撃吸収エネルギーという）とを図２に示す衝
撃試験装置３０を用いてそれぞれ求める。図２に示すよ
うに、この衝撃試験装置３０は、試験対象物である構造
体１２を中心位置に固定する固定台２０と、この固定台
２０上の中心位置に固定された構造体１２に向けて重鐘
２１を垂直落下させることができるように重鐘２１を支
持するガイド２２とで主に構成されている。
を充填したときの衝撃吸収エネルギー（以下、第１衝撃
吸収エネルギーという）と、構造体１２の内部に発泡補
強材１３を充填しないときの衝撃吸収エネルギー（以
下、第２衝撃吸収エネルギーという）とを図２に示す衝
撃試験装置３０を用いてそれぞれ求める。図２に示すよ
うに、この衝撃試験装置３０は、試験対象物である構造
体１２を中心位置に固定する固定台２０と、この固定台
２０上の中心位置に固定された構造体１２に向けて重鐘
２１を垂直落下させることができるように重鐘２１を支
持するガイド２２とで主に構成されている。
【００１６】まず、上記第１衝撃吸収エネルギーの算出
について述べる。図２に示すように、内部に発泡補強材
１３が充填された構造体１２（中空充填補強構造体）を
固定台２０上の中心位置に固定し、ガイド２２の重鐘２
１をこの構造体１２に向けて垂直落下させて構造体１２
を衝撃的に圧縮変位させる。この圧縮変位をさせたとき
の結果は、図３に示すような縦軸に荷重−変位線図で示
すことができる。この荷重−変位線図における変位の０
〜破壊終点までの積分値（チャート面積）から上記第１
衝撃吸収エネルギーを算出することができる。また、中
空充填補強構造体を上述のようにして衝撃的に圧縮変位
させた際に、上記中空充填補強構造体は、座屈変形して
少なくともコンサルチナ型の座屈モードになる。
について述べる。図２に示すように、内部に発泡補強材
１３が充填された構造体１２（中空充填補強構造体）を
固定台２０上の中心位置に固定し、ガイド２２の重鐘２
１をこの構造体１２に向けて垂直落下させて構造体１２
を衝撃的に圧縮変位させる。この圧縮変位をさせたとき
の結果は、図３に示すような縦軸に荷重−変位線図で示
すことができる。この荷重−変位線図における変位の０
〜破壊終点までの積分値（チャート面積）から上記第１
衝撃吸収エネルギーを算出することができる。また、中
空充填補強構造体を上述のようにして衝撃的に圧縮変位
させた際に、上記中空充填補強構造体は、座屈変形して
少なくともコンサルチナ型の座屈モードになる。
【００１７】次に、上記第２衝撃吸収エネルギーの算出
について述べる。第１衝撃吸収エネルギーの算出と同
様、図２に示すように、内部に発泡補強材１３が充填さ
れていない構造体１２を固定台２０上の中心位置に固定
し、ガイド２２の重鐘２１をこの構造体１２に向けて垂
直落下させて構造体１２を衝撃的に圧縮変位させる。こ
の圧縮変位をさせたときの結果は、図３に示すような縦
軸に荷重−変位線図で示すことができ、この荷重−変位
線図における変位の０〜破壊終点までの積分値（チャー
ト面積）から上記第２衝撃吸収エネルギーを算出するこ
とができる。
について述べる。第１衝撃吸収エネルギーの算出と同
様、図２に示すように、内部に発泡補強材１３が充填さ
れていない構造体１２を固定台２０上の中心位置に固定
し、ガイド２２の重鐘２１をこの構造体１２に向けて垂
直落下させて構造体１２を衝撃的に圧縮変位させる。こ
の圧縮変位をさせたときの結果は、図３に示すような縦
軸に荷重−変位線図で示すことができ、この荷重−変位
線図における変位の０〜破壊終点までの積分値（チャー
ト面積）から上記第２衝撃吸収エネルギーを算出するこ
とができる。
【００１８】次に、構造体１２の内部に発泡補強材１３
を充填したときの重さ、すなわち、中空充填補強構造体
の重さで、上記第１衝撃吸収エネルギーを除して、単位
重量当たりの第１衝撃吸収エネルギーを算出する。同様
に、構造体１２の内部に発泡補強材１３を充填しないと
きの重さ、すなわち、構造体１２のみの重さで、上記第
２衝撃吸収エネルギーを除して、単位重量当たりの第２
衝撃吸収エネルギーを算出する。
を充填したときの重さ、すなわち、中空充填補強構造体
の重さで、上記第１衝撃吸収エネルギーを除して、単位
重量当たりの第１衝撃吸収エネルギーを算出する。同様
に、構造体１２の内部に発泡補強材１３を充填しないと
きの重さ、すなわち、構造体１２のみの重さで、上記第
２衝撃吸収エネルギーを除して、単位重量当たりの第２
衝撃吸収エネルギーを算出する。
【００１９】そして、上記構造体１２の外周の肉厚をＴ
（ｍｍ）、内径をＤ（ｍｍ）とし、上記発泡補強材１３
の圧縮強度をＦ（ＭＰａ）とするとき、上述のようにし
て得られた単位重量当たりの第１衝撃吸収エネルギー
が、単位重量当たりの第２衝撃吸収エネルギーに対し
て、 １．０＜１．３７６（Ｔ／Ｄ／Ｆ）-0.157 を満足するように、上記構造体１２の外周の肉厚Ｔ（ｍ
ｍ）、内径Ｄ（ｍｍ）、および、上記発泡補強材１３の
圧縮強度Ｆ（ＭＰａ）がそれぞれ最適値に設定されてい
る。すなわち、単位重量当たりの第１衝撃吸収エネルギ
ーの、単位重量当たりの第２衝撃吸収エネルギーに対す
る比（以下、単位重量当たりの衝撃吸収エネルギー比と
いう）が、上式において、１．０よりも大きくなるよう
に、上記構造体１２の外周の肉厚Ｔ（ｍｍ）、内径Ｄ
（ｍｍ）、および、上記発泡補強材１３の圧縮強度Ｆ
（ＭＰａ）がそれぞれ最適値に設定されている。従っ
て、上式を満足するように、上記構造体１２の外周の肉
厚Ｔ（ｍｍ）、内径Ｄ（ｍｍ）、および、上記発泡補強
材１３の圧縮強度Ｆ（ＭＰａ）を最適値に設定すること
により、重量を高めることなく所定の強度を維持すると
共に、衝撃吸収エネルギーを大きくし、もって、緩衝特
性を高めることができる中空充填補強構造体を得ること
ができる。
（ｍｍ）、内径をＤ（ｍｍ）とし、上記発泡補強材１３
の圧縮強度をＦ（ＭＰａ）とするとき、上述のようにし
て得られた単位重量当たりの第１衝撃吸収エネルギー
が、単位重量当たりの第２衝撃吸収エネルギーに対し
て、 １．０＜１．３７６（Ｔ／Ｄ／Ｆ）-0.157 を満足するように、上記構造体１２の外周の肉厚Ｔ（ｍ
ｍ）、内径Ｄ（ｍｍ）、および、上記発泡補強材１３の
圧縮強度Ｆ（ＭＰａ）がそれぞれ最適値に設定されてい
る。すなわち、単位重量当たりの第１衝撃吸収エネルギ
ーの、単位重量当たりの第２衝撃吸収エネルギーに対す
る比（以下、単位重量当たりの衝撃吸収エネルギー比と
いう）が、上式において、１．０よりも大きくなるよう
に、上記構造体１２の外周の肉厚Ｔ（ｍｍ）、内径Ｄ
（ｍｍ）、および、上記発泡補強材１３の圧縮強度Ｆ
（ＭＰａ）がそれぞれ最適値に設定されている。従っ
て、上式を満足するように、上記構造体１２の外周の肉
厚Ｔ（ｍｍ）、内径Ｄ（ｍｍ）、および、上記発泡補強
材１３の圧縮強度Ｆ（ＭＰａ）を最適値に設定すること
により、重量を高めることなく所定の強度を維持すると
共に、衝撃吸収エネルギーを大きくし、もって、緩衝特
性を高めることができる中空充填補強構造体を得ること
ができる。
【００２０】図４ないし図９は、実験データを示してお
り、かかるデータに基づいて上式が得られた。また、図
４ないし図７には、上式を満足するように、上記構造体
１２の外周の肉厚Ｔ（ｍｍ）、内径Ｄ（ｍｍ）、およ
び、上記発泡補強材１３の圧縮強度Ｆ（ＭＰａ）が設定
された実施例の、単位重量当たりの衝撃吸収エネルギー
比と肉厚（＝Ｔ）との関係のグラフをそれぞれ示してい
る。なお、上記構造体１２として、図４には内径が２
７．８ｍｍの鋼、図５には内径が３４．０ｍｍの鋼、図
６には内径が４１．６ｍｍの鋼、図７には内径が３４．
０ｍｍのアルミニウムを用いている。また、各グラフに
おいて、上記発泡補強材１３として、相対密度が０．
１、０．２、０．３３の３種類のポリウレタン系硬質材
料をそれぞれ用いている。例えば、図５に示すように、
内径が３４．０ｍｍの鋼は、肉厚（＝Ｔ）が０．２ｍｍ
のときで、相対密度が０．２のポリウレタン系硬質材料
を充填した場合、単位重量当たりの衝撃吸収エネルギー
比が略１．７倍となっている。従って、上記式を十分に
満足していることがわかる。また、図７に示すように、
内径が３４．０ｍｍのアルミニウムは、肉厚（＝Ｔ）が
０．３ｍｍのときで、相対密度が０．３３のポリウレタ
ン系硬質材料を充填した場合、単位重量当たりの衝撃吸
収エネルギー比が略２．１倍となっている。従って、こ
の場合も上記式を十分に満足していることがわかる。ま
た、相対密度が０．２あるいは０．３３のポリウレタン
系硬質材料を充填した場合、肉厚（＝Ｔ）が小さいほ
ど、単位重量当たりの衝撃吸収エネルギー比が大きくな
っているのがわかる（図４ないし図７参照）。これらか
らわかるように、肉厚（＝Ｔ）が小さいほど、単位重量
当たりの衝撃吸収エネルギー比を大きくすることができ
る。特に、肉厚（＝Ｔ）が０．４ｍｍ以下のときに、単
位重量当たりの衝撃吸収エネルギー比の増加が顕著とな
っている（図４ないし図７参照）。
り、かかるデータに基づいて上式が得られた。また、図
４ないし図７には、上式を満足するように、上記構造体
１２の外周の肉厚Ｔ（ｍｍ）、内径Ｄ（ｍｍ）、およ
び、上記発泡補強材１３の圧縮強度Ｆ（ＭＰａ）が設定
された実施例の、単位重量当たりの衝撃吸収エネルギー
比と肉厚（＝Ｔ）との関係のグラフをそれぞれ示してい
る。なお、上記構造体１２として、図４には内径が２
７．８ｍｍの鋼、図５には内径が３４．０ｍｍの鋼、図
６には内径が４１．６ｍｍの鋼、図７には内径が３４．
０ｍｍのアルミニウムを用いている。また、各グラフに
おいて、上記発泡補強材１３として、相対密度が０．
１、０．２、０．３３の３種類のポリウレタン系硬質材
料をそれぞれ用いている。例えば、図５に示すように、
内径が３４．０ｍｍの鋼は、肉厚（＝Ｔ）が０．２ｍｍ
のときで、相対密度が０．２のポリウレタン系硬質材料
を充填した場合、単位重量当たりの衝撃吸収エネルギー
比が略１．７倍となっている。従って、上記式を十分に
満足していることがわかる。また、図７に示すように、
内径が３４．０ｍｍのアルミニウムは、肉厚（＝Ｔ）が
０．３ｍｍのときで、相対密度が０．３３のポリウレタ
ン系硬質材料を充填した場合、単位重量当たりの衝撃吸
収エネルギー比が略２．１倍となっている。従って、こ
の場合も上記式を十分に満足していることがわかる。ま
た、相対密度が０．２あるいは０．３３のポリウレタン
系硬質材料を充填した場合、肉厚（＝Ｔ）が小さいほ
ど、単位重量当たりの衝撃吸収エネルギー比が大きくな
っているのがわかる（図４ないし図７参照）。これらか
らわかるように、肉厚（＝Ｔ）が小さいほど、単位重量
当たりの衝撃吸収エネルギー比を大きくすることができ
る。特に、肉厚（＝Ｔ）が０．４ｍｍ以下のときに、単
位重量当たりの衝撃吸収エネルギー比の増加が顕著とな
っている（図４ないし図７参照）。
【００２１】また、図４ないし図７に示すように、相対
密度が０．１のポリウレタン系硬質材料を充填した場合
の単位重量当たりの衝撃吸収エネルギー比は、相対密度
が０．２あるいは０．３３のポリウレタン系硬質材料を
充填した場合の単位重量当たりの衝撃吸収エネルギー比
に比べて、全体的に小さくなっているのがわかる。この
ことから、相対密度が高いほど、換言すれば、発泡補強
材１３の圧縮強度（＝Ｆ）を大きくするほど、単位重量
当たりの衝撃吸収エネルギー比を大きくすることができ
ると言える。
密度が０．１のポリウレタン系硬質材料を充填した場合
の単位重量当たりの衝撃吸収エネルギー比は、相対密度
が０．２あるいは０．３３のポリウレタン系硬質材料を
充填した場合の単位重量当たりの衝撃吸収エネルギー比
に比べて、全体的に小さくなっているのがわかる。この
ことから、相対密度が高いほど、換言すれば、発泡補強
材１３の圧縮強度（＝Ｆ）を大きくするほど、単位重量
当たりの衝撃吸収エネルギー比を大きくすることができ
ると言える。
【００２２】また、図４に示すものよりも、図５に示す
ものの方が、単位重量当たりの衝撃吸収エネルギー比が
大きいのがわかる。また、図５に示すものよりも、図６
に示すものの方が、単位重量当たりの衝撃吸収エネルギ
ー比が大きいのがわかる。このことから、内径（＝Ｄ）
を大きくするほど、単位重量当たりの衝撃吸収エネルギ
ー比を大きくすることができると言える。
ものの方が、単位重量当たりの衝撃吸収エネルギー比が
大きいのがわかる。また、図５に示すものよりも、図６
に示すものの方が、単位重量当たりの衝撃吸収エネルギ
ー比が大きいのがわかる。このことから、内径（＝Ｄ）
を大きくするほど、単位重量当たりの衝撃吸収エネルギ
ー比を大きくすることができると言える。
【００２３】また、図５及び図７に示すグラフからわか
るように、図５に示す単位重量当たりの衝撃吸収エネル
ギー比よりも、図７に示す単位重量当たりの衝撃吸収エ
ネルギー比の方が大きくなっている。このことから、上
記構造体１２は、鋼よりもアルミニウムの方が単位重量
当たりの衝撃吸収エネルギー比を大きくすることができ
る。すなわち、上記構造体１２は、材質が軟らかいほ
ど、単位重量当たりの衝撃吸収エネルギー比を大きくす
ることができると言える。
るように、図５に示す単位重量当たりの衝撃吸収エネル
ギー比よりも、図７に示す単位重量当たりの衝撃吸収エ
ネルギー比の方が大きくなっている。このことから、上
記構造体１２は、鋼よりもアルミニウムの方が単位重量
当たりの衝撃吸収エネルギー比を大きくすることができ
る。すなわち、上記構造体１２は、材質が軟らかいほ
ど、単位重量当たりの衝撃吸収エネルギー比を大きくす
ることができると言える。
【００２４】また、図８には、図４ないし図７に示す４
つのグラフのデータをまとめたものを示し、図９には、
この４つのグラフを統合した、単位重量当たりの衝撃吸
収エネルギー比とＴ／Ｄ／Ｆとの関係を示すグラフと近
似曲線を示している。図９に示すように、Ｔ／Ｄ／Ｆの
値が略０．１２以下のときに単位重量当たりの衝撃吸収
エネルギー比が大きくなっているのがわかる。
つのグラフのデータをまとめたものを示し、図９には、
この４つのグラフを統合した、単位重量当たりの衝撃吸
収エネルギー比とＴ／Ｄ／Ｆとの関係を示すグラフと近
似曲線を示している。図９に示すように、Ｔ／Ｄ／Ｆの
値が略０．１２以下のときに単位重量当たりの衝撃吸収
エネルギー比が大きくなっているのがわかる。
【００２５】図９から、上記構造体１２の内部に上記発
泡補強材１３を充填したときの単位重量当たりの衝撃吸
収エネルギーが、上記構造体１２の内部に上記発泡補強
材１３を充填しないときの単位重量当たりの衝撃吸収エ
ネルギーに対して、 １．０＜１．３７６（Ｔ／Ｄ／Ｆ）-0.157 を満足することにより、上記構造体１２の外周の肉厚Ｔ
（ｍｍ）、内径Ｄ（ｍｍ）、および、この構造体１２の
内部に充填される上記発泡補強材１３の圧縮強度Ｆ（Ｍ
Ｐａ）をそれぞれ最適値に設定可能になることが理解で
きる。これによって、重量を高めることなく所定の強度
を維持すると共に、衝撃吸収エネルギーを大きくし、も
って、緩衝特性を高めることができる中空充填補強構造
体を得ることができる。
泡補強材１３を充填したときの単位重量当たりの衝撃吸
収エネルギーが、上記構造体１２の内部に上記発泡補強
材１３を充填しないときの単位重量当たりの衝撃吸収エ
ネルギーに対して、 １．０＜１．３７６（Ｔ／Ｄ／Ｆ）-0.157 を満足することにより、上記構造体１２の外周の肉厚Ｔ
（ｍｍ）、内径Ｄ（ｍｍ）、および、この構造体１２の
内部に充填される上記発泡補強材１３の圧縮強度Ｆ（Ｍ
Ｐａ）をそれぞれ最適値に設定可能になることが理解で
きる。これによって、重量を高めることなく所定の強度
を維持すると共に、衝撃吸収エネルギーを大きくし、も
って、緩衝特性を高めることができる中空充填補強構造
体を得ることができる。
【００２６】また、上記構造体１２の肉厚Ｔ（ｍｍ）お
よび内径Ｄ（ｍｍ）が決まっている場合には、上記式を
満足するように、上記発泡補強材１３の圧縮強度Ｆ（Ｍ
Ｐａ）を最適値に設定することにより、中空充填補強構
造体の単位重量当たりの衝撃吸収エネルギーを大きくす
ることができる。また、上記発泡補強材１３の圧縮強度
Ｆ（ＭＰａ）および上記構造体１２の内径Ｄ（ｍｍ）が
決まっている場合は、上記式を満足するように、構造体
１２の肉厚Ｔ（ｍｍ）を最適値に設定することにより、
中空充填補強構造体の単位重量当たりの衝撃吸収エネル
ギーを大きくすることができる。
よび内径Ｄ（ｍｍ）が決まっている場合には、上記式を
満足するように、上記発泡補強材１３の圧縮強度Ｆ（Ｍ
Ｐａ）を最適値に設定することにより、中空充填補強構
造体の単位重量当たりの衝撃吸収エネルギーを大きくす
ることができる。また、上記発泡補強材１３の圧縮強度
Ｆ（ＭＰａ）および上記構造体１２の内径Ｄ（ｍｍ）が
決まっている場合は、上記式を満足するように、構造体
１２の肉厚Ｔ（ｍｍ）を最適値に設定することにより、
中空充填補強構造体の単位重量当たりの衝撃吸収エネル
ギーを大きくすることができる。
【００２７】また、上記中空充填補強構造体は、衝撃的
に圧縮変位させた際に座屈変形して少なくともコンサル
チナ型の座屈モードになるため、より衝撃吸収エネルギ
ーを大きくすることができる。
に圧縮変位させた際に座屈変形して少なくともコンサル
チナ型の座屈モードになるため、より衝撃吸収エネルギ
ーを大きくすることができる。
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、中空を有する構造体の
内部に、上記構造体を補強するための発泡補強材が充填
された中空充填補強構造体において、上記構造体の内部
に上記発泡補強材を充填したときの単位重量当たりの衝
撃吸収エネルギーが、上記構造体の内部に上記発泡補強
材を充填しないときの単位重量当たりの衝撃吸収エネル
ギーに対して、 １．０＜１．３７６（Ｔ／Ｄ／Ｆ）-0.157 Ｔ＝中空を有する構造体の外周の肉厚（ｍｍ） Ｄ＝中空を有する構造体の内径（ｍｍ） Ｆ＝上記発泡補強材の圧縮強度（ＭＰａ） を満足するようになっているため、上記構造体の外周の
肉厚、内径および、上記発泡補強材の圧縮強度Ｆ（ＭＰ
ａ）をそれぞれ最適値に設定することにより、重量を高
めることなく所定の強度を維持すると共に、中空充填補
強構造体の単位重量当たりの衝撃吸収エネルギーを大き
くし、もって、緩衝特性を高めることができる。また、
上記中空充填補強構造体は、衝撃圧縮による座屈変形に
より少なくともコンサルチナ型の座屈モードになるた
め、より衝撃吸収エネルギーを大きくすることができ
る。
内部に、上記構造体を補強するための発泡補強材が充填
された中空充填補強構造体において、上記構造体の内部
に上記発泡補強材を充填したときの単位重量当たりの衝
撃吸収エネルギーが、上記構造体の内部に上記発泡補強
材を充填しないときの単位重量当たりの衝撃吸収エネル
ギーに対して、 １．０＜１．３７６（Ｔ／Ｄ／Ｆ）-0.157 Ｔ＝中空を有する構造体の外周の肉厚（ｍｍ） Ｄ＝中空を有する構造体の内径（ｍｍ） Ｆ＝上記発泡補強材の圧縮強度（ＭＰａ） を満足するようになっているため、上記構造体の外周の
肉厚、内径および、上記発泡補強材の圧縮強度Ｆ（ＭＰ
ａ）をそれぞれ最適値に設定することにより、重量を高
めることなく所定の強度を維持すると共に、中空充填補
強構造体の単位重量当たりの衝撃吸収エネルギーを大き
くし、もって、緩衝特性を高めることができる。また、
上記中空充填補強構造体は、衝撃圧縮による座屈変形に
より少なくともコンサルチナ型の座屈モードになるた
め、より衝撃吸収エネルギーを大きくすることができ
る。
【図１】図１は、本発明の実施の形態にかかる中空充填
補強構造体の一例を示す断面図である。
補強構造体の一例を示す断面図である。
【図２】図２は、衝撃吸収エネルギーの算出に用いるこ
とができる衝撃試験装置の一例を示す正面図である。
とができる衝撃試験装置の一例を示す正面図である。
【図３】図３は、圧縮変位をさせたときの荷重と変位と
の関係の一例を示す荷重−変位線図である。
の関係の一例を示す荷重−変位線図である。
【図４】図４は、内径が２７．８ｍｍの鋼の単位重量当
たりの衝撃吸収エネルギー比と肉厚（＝Ｔ）との関係を
示すグラフである。
たりの衝撃吸収エネルギー比と肉厚（＝Ｔ）との関係を
示すグラフである。
【図５】図５は、内径が３４．０ｍｍの鋼の単位重量当
たりの衝撃吸収エネルギー比と肉厚（＝Ｔ）との関係を
示すグラフである。
たりの衝撃吸収エネルギー比と肉厚（＝Ｔ）との関係を
示すグラフである。
【図６】図６は、内径が４１．６ｍｍの鋼の単位重量当
たりの衝撃吸収エネルギー比と肉厚（＝Ｔ）との関係を
示すグラフである。
たりの衝撃吸収エネルギー比と肉厚（＝Ｔ）との関係を
示すグラフである。
【図７】図７は、内径が３４．０ｍｍのアルミニウムの
単位重量当たりの衝撃吸収エネルギー比と肉厚（＝Ｔ）
との関係を示すグラフである。
単位重量当たりの衝撃吸収エネルギー比と肉厚（＝Ｔ）
との関係を示すグラフである。
【図８】図８は、図４ないし図７に示す、単位重量当た
りの衝撃吸収エネルギー比と肉厚（＝Ｔ）との関係のグ
ラフのデータである。
りの衝撃吸収エネルギー比と肉厚（＝Ｔ）との関係のグ
ラフのデータである。
【図９】図９は、単位重量当たりの衝撃吸収エネルギー
比とＴ／Ｄ／Ｆとの関係を示すグラフである。
比とＴ／Ｄ／Ｆとの関係を示すグラフである。
１０ 中空充填補強構造体としてのピラー １１ 中空 １２ 構造体 １３ 発泡補強材 Ｔ 中空を有する構造体の外周の肉厚（ｍｍ） Ｄ 中空を有する構造体の内径（ｍｍ） Ｆ 上記発泡補強材の圧縮強度（ＭＰａ）
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｆ 7/12 Ｆ１６Ｆ 7/12 (72)発明者 宮本 睦久 大阪府高槻市明田町７番１号 サンスター 技研株式会社内 (72)発明者 谷村 眞治 大阪府河内長野市青葉台27−10 Ｆターム(参考） 3D003 AA01 AA04 AA05 BB01 CA09 CA17 CA18 CA32 CA36 CA45 3J066 AA01 AA23 BA03 BC01 BD05 BF02 BG04 4F100 AB01A AK01A AK12B AK33B AK51B AK53B BA02 DA11A DA16 DC11A DJ01B GB32 JA20A JA20B JK05 JK05A JK05B JK10 JK10A JK10B JK11 YY00A YY00B
Claims (9)
- 【請求項１】 中空を有する構造体の内部に、上記構造
体を補強するための発泡補強材が充填された中空充填補
強構造体において、 上記構造体の内部に上記発泡補強材を充填したときの単
位重量当たりの衝撃吸収エネルギーが、上記構造体の内
部に上記発泡補強材を充填しないときの単位重量当たり
の衝撃吸収エネルギーに対して、 １．０＜１．３７６（Ｔ／Ｄ／Ｆ）-0.157 Ｔ＝中空を有する構造体の外周の肉厚（ｍｍ） Ｄ＝中空を有する構造体の内径（ｍｍ） Ｆ＝上記発泡補強材の圧縮強度（ＭＰａ） を満足することを特徴とする中空充填補強構造体。 - 【請求項２】 中空を有する上記構造体は、筒状膜で形
成されていることを特徴とする請求項１記載の中空充填
補強構造体。 - 【請求項３】 中空を有する上記構造体は、金属製構造
体、プラスチック製構造体、紙製構造体、または、流出
防止膜を有するメッシュ状構造体で形成されていること
を特徴とする請求項１または２記載の中空充填補強構造
体。 - 【請求項４】 上記発泡補強材は、ポリウレタン系硬質
材料、ポリスチレン系硬質材料、エポキシ樹脂系硬質材
料、または、フェノール樹脂系硬質材料であることを特
徴とする請求項１、２、または３記載の中空充填補強構
造体。 - 【請求項５】 上記中空充填補強構造体は、衝撃圧縮に
よる座屈変形により少なくともコンサルチナ型の座屈モ
ードになることを特徴とする請求項１、２、３、または
４記載の中空充填補強構造体。 - 【請求項６】 上記中空充填補強構造体は、フレームま
たはピラーに用いられることを特徴とする請求項１、
２、３、４、または５記載の中空充填補強構造体。 - 【請求項７】 中空構造体の内部に、発泡材を充填して
上記中空構造体を補強する構造体補強方法において、上
記構造体の内部に上記発泡材を充填したときの単位重量
当たりの衝撃吸収エネルギーが、上記構造体の内部に上
記発泡材を充填しないときの単位重量当たりの衝撃吸収
エネルギーに対して、 １．０＜１．３７６（Ｔ／Ｄ／Ｆ）-0.157 Ｔ＝中空構造体の外周の肉厚（ｍｍ） Ｄ＝中空構造体の内径（ｍｍ） Ｆ＝上記発泡材の圧縮強度（ＭＰａ） を満足するようになっていることを特徴とする構造体補
強方法。 - 【請求項８】 上記中空構造体は、フレームまたはピラ
ーであることを特徴とする請求項７記載の構造体補強方
法。 - 【請求項９】 請求項７に記載の構造体補強方法を用い
て構成されたことを特徴とする中空構造体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000228237A JP2002036413A (ja) | 2000-07-28 | 2000-07-28 | 中空充填補強構造体及び構造体補強方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000228237A JP2002036413A (ja) | 2000-07-28 | 2000-07-28 | 中空充填補強構造体及び構造体補強方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002036413A true JP2002036413A (ja) | 2002-02-05 |
Family
ID=18721567
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000228237A Pending JP2002036413A (ja) | 2000-07-28 | 2000-07-28 | 中空充填補強構造体及び構造体補強方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002036413A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6959894B2 (en) | 2002-12-04 | 2005-11-01 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Impact resistant structure for the helicopter and energy absorber used for the same |
| JP2015123617A (ja) * | 2013-12-25 | 2015-07-06 | 株式会社ジェイエスピー | 複合体 |
| JP2020138558A (ja) * | 2019-02-26 | 2020-09-03 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 自動車用構造部材、及び自動車用中空部材の補強方法 |
-
2000
- 2000-07-28 JP JP2000228237A patent/JP2002036413A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6959894B2 (en) | 2002-12-04 | 2005-11-01 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Impact resistant structure for the helicopter and energy absorber used for the same |
| JP2015123617A (ja) * | 2013-12-25 | 2015-07-06 | 株式会社ジェイエスピー | 複合体 |
| JP2020138558A (ja) * | 2019-02-26 | 2020-09-03 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 自動車用構造部材、及び自動車用中空部材の補強方法 |
| JP7001075B2 (ja) | 2019-02-26 | 2022-02-03 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 自動車用構造部材、及び自動車用中空部材の補強方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20050706 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20050909 |