JP2005238836A - Ｆｒｐ構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】衝撃吸収のために適切なクラッシャブル構造を備えたＦＲＰ構造体、とくに自動車用外板部材における歩行者保護性能の観点等から、衝突時における歩行者への衝撃を適切に吸収することが可能な自動車用外板部材として好適なＦＲＰ構造体を提供する。
【解決手段】複数の強化繊維基材の積層構成を有するＦＲＰ製の面状構造部分を備えたＦＲＰ構造体において、面状構造部分における少なくとも一つの強化繊維基材層が、該層延在方向に、強化繊維基材の不連続部分を有することを特徴とするＦＲＰ構造体。
【選択図】図１２

Description

本発明は、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）構造体に関し、とくに、衝撃荷重を効果的に吸収できるようにした、自動車用外板部材等に用いて好適なＦＲＰ構造体に関する。

ＦＲＰ構造体の用途として、衝撃荷重をより効果的に吸収できる性能が求められることがある。たとえば、自動車用外板部材がＦＲＰ構造体で構成される場合には、その自動車用外板部材には、衝突時等における安全性を高めることが要求されており、とくに、衝撃的な外力が加わった際の乗員側の安全性とともに、事故時の歩行者保護性能を高めることが要求されている。自動車が歩行者に衝突した際には、歩行者は、自動車の前部やボンネット等に対し、脚や頭部に衝撃荷重を受けることになるが、とくに死亡事故の低減には、頭部へのダメージを低減することが不可欠であると言われている。したがって、とくに頭部にダメージを与えやすい自動車側部位、とくにボンネットに対しては、衝突事故時にも極力衝撃力を吸収でき、頭部へのダメージを小さく抑えることが求められている。

このような衝撃吸収性能を持たせるためには、自動車用外板部材が、適切に変形あるいは破壊することにより、自動車内部部品の破損や乗員へのダメージを極力小さく抑えつつ、歩行者への衝撃力付与を極力小さく抑える必要がある。つまり、歩行者保護の観点から、衝撃吸収のために適切なクラッシャブル構造とする必要がある。

ＦＲＰ製自動車用パネルとしては、各種の構造が提案されているが、従来の提案は、主として必要な部分の強度や剛性を局部的に向上することを目的としており（例えば、特許文献１）、ＦＲＰ製自動車用パネルとして、上記のような衝撃吸収のために適切なクラッシャブル構造とする提案はほとんど見当たらない。
特開２００３−１４６２５２号公報

そこで本発明の課題は、従来の技術開発指向とは視点を変え、衝撃吸収のために適切なクラッシャブル構造を備えたＦＲＰ構造体を提供することにあり、とくに自動車用外板部材における歩行者保護性能の観点等から、衝突時における歩行者への衝撃を適切に吸収して小さく抑えることが可能なＦＲＰ製自動車用外板部材として好適なＦＲＰ構造体を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るＦＲＰ構造体は、複数の強化繊維基材の積層構成を有するＦＲＰ製の面状構造部分を備えたＦＲＰ構造体において、前記面状構造部分における少なくとも一つの強化繊維基材層が、該層延在方向に、強化繊維基材の不連続部分を有することを特徴とするものからなる。

このＦＲＰ構造体においては、上記不連続部分は、必要に応じて複数設けることができる。複数設ける場合には、クラッシャブル構造として効果的に衝撃を吸収可能な部位を考慮して、適切に不連続部分を配置すればよい。

また、上記不連続部分は、ほぼ直線的に延在していることが好ましい。直線的に延在していることにより、外部から衝撃が加わった場合、その不連続部分から、より破壊されやすくなり、かつ不連続部分における破壊が直線的に伝播することにより、より良好かつ円滑に衝撃が吸収されるようになる。

上記不連続部分は、基本的には、衝撃が加わった場合に引っ張り側に力が作用する部位に設けられ、それによって、間隔が開けられた不連続部分が容易に破断して衝撃を吸収することができる。また、この不連続部分では、強化繊維基材層が間隔が開けられた状態で不連続となっているから、ＦＲＰ構造体の意匠面を形成する最表面層に設けることは好ましくない。このような観点から、不連続部分は、以下のような各部に設けることができる。

たとえば、上記積層構成を有する複数の強化繊維基材の、上記面状構造部分の裏側に位置する強化繊維基材に上記不連続部分が設けられている構成とすることができる。また、上記積層構成を有する複数の強化繊維基材のうち中間層の強化繊維基材に上記不連続部分が設けられている構成とすることもできる。

上記面状構造部分は、単板のＦＲＰ板から構成することもできるし、表裏ＦＲＰ層間にコア材が介在されたサンドイッチ構造に構成し、少なくとも一方のＦＲＰ層を、複数の強化繊維基材の積層構成を有し、そのうち少なくとも一つの強化繊維基材層を上記不連続部分を有する構造に構成することもできる。さらに、表裏ＦＲＰ層間に空間を形成した中空構造に構成し、少なくとも一方のＦＲＰ層を複数の強化繊維基材の積層構成を有し、そのうち少なくとも一つの強化繊維基材層を上記不連続部分を有する構造に構成することもできる。

サンドイッチ構造や中空構造に構成する場合には、上記不連続部分は、意匠面側の最表層以外の強化繊維基材層に設けることが好ましい。たとえば、表側ＦＲＰ層の裏側に位置する強化繊維基材または中間層の強化繊維基材に上記不連続部分を設けることができる。あるいは、裏側ＦＲＰ層の表側に位置する強化繊維基材または中間層の強化繊維基材または裏側に位置する強化繊維基材に上記不連続部分を設けることもできる。

本発明に係るＦＲＰ構造体は、たとえば自動車用外板部材に用いて好適なものである。ＦＲＰ構造体が自動車用外板部材からなる場合、上記不連続部分は、自動車の進行方向に関し、０°／９０°の方向に対し±２０°の範囲内の方向に延びている構成を採用できる。あるいは、不連続部分が、自動車の進行方向に関し、±４５°の方向に対し±２０°の範囲内の方向に延びている構成とすることもできる。衝撃荷重の加わりやすい方向を考慮し、その方向に対してより効果的なクラッシャブル構造を実現する観点から、不連続部分の延在を決定すればよい。

また、ＦＲＰ構造体が自動車用外板部材からなる場合において、上記不連続部分が、該部材の外周形状に沿って配設されている構成を採用することもできる。また、上記不連続部分が、該部材の面上で略同心相似形の多重閉曲線を描くように設けられている構成を採用することもできる。さらに、上記不連続部分が、該部材の車体との取付部（例えば、ヒンジ構造の支持あるいは係合部）間を結ぶ線に沿って、該部材の面上で略同心相似形の多重閉曲線を描くように設けられている構成を採用することもできる。

このような本発明に係るＦＲＰ構造体は、自動車用外板部材、中でもとくに自動車のボンネット用に用いて好適なものである。自動車のボンネット用に用いられる場合、前述したような衝突事故時の歩行者のとくに頭部保護に有効である。ただし、自動車のボンネットに限らず、他の自動車用外板部材、さらには、衝撃荷重の吸収性能向上が要求されるあらゆる用途に適用可能であることは言うまでもない。

本発明に係るＦＲＰ構造体によれば、外部から衝突等のエネルギーが入力された場合に、不連続部分が破壊の起点となって該不連続部分からＦＲＰ製面状構造部分が破断し、良好に衝撃エネルギーを吸収できるようになる。サンドイッチ構造の場合には、さらに発泡材等からなるコア材で衝撃エネルギーを吸収することが可能であるから、一層良好に衝撃エネルギーを吸収できるようになる。本発明に係るＦＲＰ構造体を自動車用外板部材に適用すれば、衝突時等の衝撃に対して外板部材を適切に変形あるいは破壊させてその衝撃を効果的に吸収できるクラッシャブルな構造を実現できるので、近年の衝突事故時等における歩行者保護の要求に対処することが可能になる。これによって、死亡事故等の件数を顕著に低減できることが期待される。

以下に、本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係るＦＲＰ構造体を示しており、単板のＦＲＰ板からなる場合を示している。図１において、１は、ＦＲＰ製の面状構造部分２を備えたＦＲＰ構造体としてのＦＲＰ板を示している。ＦＲＰ板１は、面状構造部分２を形成するために、内部に複数の強化繊維基材３を有しており、このうち本実施態様では、意匠面を形成する表側とは反対側の裏側に位置する数層の強化繊維基材３ａが、該層延在方向に、間隔が開けられた強化繊維基材３ａの不連続部分４を有している。この不連続部分４の存在部が、外部からの衝撃荷重に対して破壊の開始点となる。なお、図１においては、不連続部分４は空隙部の如く図示してあるが、この部分にもＦＲＰ板１のマトリックス樹脂は存在している。こうすることで、通常の外荷重が作用している場合には、たとえ強化繊維基材が不連続であっても、マトリックス樹脂を介して強化繊維基材にひずみが伝達され、所定の合成および強度を持った構造物とすることができるのである。しかし、通常を越える外荷重、すなわち、自動車と歩行者の衝突時に歩行者の体、特に頭が本発明の構造体にぶつかった場合には、前記不連続部分が破壊の起点となり、本構造物は逐次破壊を進行させ、衝突の衝撃を吸収することができるようになる。以下の図においても同様である。

上記不連続部分は、基本的に、意匠面を形成する表側以外に位置する強化繊維基材に対して形成可能である。たとえば、図２に示すように、層間、つまり、中間層の強化繊維基材に不連続部分５を設けたＦＲＰ板６とすることもできる。

また、図３に示すように、表側ＦＲＰ層７と裏側ＦＲＰ層８の間にコア材９を介在させたサンドイッチ構造のＦＲＰ構造体１０の場合には、たとえば、表側ＦＲＰ層７の層間、つまり、中間層の強化繊維基材に不連続部分１１を設けたり、図４に示すように、表側ＦＲＰ層７の裏面側、つまり、コア材９に接するあるいは面する側の強化繊維基材に不連続部分１２を設けたＦＲＰ構造体１３とすることができる。

また、図５に示すように、裏側ＦＲＰ層８の表面側、つまり、コア材９に接するあるいは面する側の強化繊維基材に不連続部分１４を設けたＦＲＰ構造体１５とすることができ、図６に示すように、裏側ＦＲＰ層８の層間、つまり、中間層の強化繊維基材に不連続部分１６を設けたＦＲＰ構造体１７とすることもでき、図７に示すように、裏側ＦＲＰ層８の裏面側（裏面下側）の強化繊維基材に不連続部分１８を設けたＦＲＰ構造体１９とすることもできる。

上記のようなＦＲＰ板あるいはＦＲＰ層とは、強化繊維により強化された樹脂層を指し、強化繊維としては、たとえば、炭素繊維、ガラス繊維等の無機繊維や、ケブラー繊維、ポリエチレン繊維、ポリアミド繊維などの有機繊維からなる強化繊維が挙げられる。面剛性等の制御の容易性の面からは、とくに炭素繊維が好ましい。ＦＲＰのマトリックス樹脂としては、たとえば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられ、さらには、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂、ポリウレタン樹脂等の熱可塑性樹脂も使用可能である。また、コア材としては、弾性体や発泡材、ハニカム材の使用が可能であり、軽量化のためにはとくに発泡材やハニカム材が好ましい。発泡材の材質としては特に限定されず、たとえば、ポリウレタンやアクリル、ポリスチレン、ポリイミド、塩化ビニル、フェノールなどの高分子材料のフォーム材などを使用できる。ハニカム材の材質としては特に限定されず、たとえばアルミニウム合金、紙、アラミドペーパーなどのハニカム材を使用することができる。

前記のような不連続部分は、衝撃が加わった際に破壊の起点になりやすいように、所定の方向にほぼ直線状に延びていることが好ましい。この不連続部分の延在方向は、適用部位に応じて設定すればよいが、たとえば自動車用外板部材、とくに自動車のボンネットに適用する場合には、自動車の進行方向に対して、衝突時等に衝撃エネルギーが加わった際に最も効果的に衝撃エネルギーを吸収できるように、すなわち、衝撃エネルギーに対して望ましいクラッシャブル構造を実現できるように設定すればよい。

たとえば図８に示すように、ボンネットを構成するＦＲＰ構造体２１において、自動車の進行方向Ａに関して、０°／９０°の方向に対し±２０°の範囲内の方向に不連続部分２２が延びている構成を採ることができる。また、図９に示すように、ほぼ０°／９０°の方向ではあるが、不連続部分２３を多重閉曲線を形成するように延在させたＦＲＰ構造体２４とすることもできる。また、図１０に示すように、不連続部分２６が、自動車の進行方向Ａに関し、±４５°の方向に対し±２０°の範囲内の方向に延びているＦＲＰ構造体２６とすることもできる。さらに、図１１に示すように、通常、自動車用外板部材としてのボンネットの車体との取付部として、３点のヒンジ構造の支持あるいは係合部２７が設けられるので、これらを結ぶ線に沿って多重三角形状に不連続部分２８を設けたＦＲＰ構造体２９とすることもできる。

上記のような本発明に係るＦＲＰ構造体において、衝撃荷重がかかった際の破壊の様子は、たとえば図１２に示すようになる。図１２は、前述の図３のサンドイッチ構造を有するＦＲＰ構造体１０について示したものであるが、衝撃荷重３１が加わると、表側ＦＲＰ層７の裏面側に設けられた、対応する不連続部分１１に急激な引っ張り荷重が作用し、この部分に存在する不連続部分１１が破壊の起点になって、図示の如く破壊が進行し、衝撃エネルギーが吸収される。このとき、サンドイッチ構造の発泡材等からなるコア材９でも自身の変形により衝撃エネルギーを吸収するので、一層良好に衝撃エネルギーが吸収されることになる。

本発明の一実施態様に係るＦＲＰ構造体の部分断面図である。 本発明の別の実施態様に係るＦＲＰ構造体の部分断面図である。 本発明のさらに別の実施態様に係るＦＲＰ構造体の部分断面図である。 本発明のさらに別の実施態様に係るＦＲＰ構造体の部分断面図である。 本発明のさらに別の実施態様に係るＦＲＰ構造体の部分断面図である。 本発明のさらに別の実施態様に係るＦＲＰ構造体の部分断面図である。 本発明のさらに別の実施態様に係るＦＲＰ構造体の部分断面図である。 本発明のさらに別の実施態様に係るＦＲＰ構造体の斜視図である。 本発明のさらに別の実施態様に係るＦＲＰ構造体の斜視図である。 本発明のさらに別の実施態様に係るＦＲＰ構造体の斜視図である。 本発明のさらに別の実施態様に係るＦＲＰ構造体の斜視図である。 本発明の一実施態様に係るＦＲＰ構造体における衝撃吸収の様子を示す部分断面図である。

符号の説明

１、６ ＦＲＰ構造体としてのＦＲＰ板
２ 面状構造部分
３ 強化繊維基材
３ａ 不連続部分を有する強化繊維基材
４、５、１１、１２、１４、１６、１８、２２、２３、２５、２８ 不連続部分
７ 表側ＦＲＰ層
８ 裏側ＦＲＰ層
９ コア材
１０、１３、１５、１７、１９ サンドイッチ構造を有するＦＲＰ構造体
２１、２４、２６、２９ ボンネットとして適用されたＦＲＰ構造体
３１ 衝撃荷重
Ａ 自動車の進行方向

Claims (16)

1. 複数の強化繊維基材の積層構成を有するＦＲＰ製の面状構造部分を備えたＦＲＰ構造体において、前記面状構造部分における少なくとも一つの強化繊維基材層が、該層延在方向に、強化繊維基材の不連続部分を有することを特徴とするＦＲＰ構造体。
2. 前記不連続部分が複数設けられている、請求項１のＦＲＰ構造体。
3. 前記不連続部分がほぼ直線的に延在している、請求項１または２のＦＲＰ構造体。
4. 前記積層構成を有する複数の強化繊維基材の、前記面状構造部分の裏側に位置する強化繊維基材に前記不連続部分が設けられている、請求項１〜３のいずれかに記載のＦＲＰ構造体。
5. 前記積層構成を有する複数の強化繊維基材のうち中間層の強化繊維基材に前記不連続部分が設けられている、請求項１〜３のいずれかに記載のＦＲＰ構造体。
6. 前記面状構造部分が、単板のＦＲＰ板から構成されている、請求項１〜５のいずれかに記載のＦＲＰ構造体。
7. 前記面状構造部分が、表裏ＦＲＰ層間にコア材が介在されたサンドイッチ構造に構成されており、少なくとも一方のＦＲＰ層が複数の強化繊維基材の積層構成を有し、そのうち少なくとも一つの強化繊維基材層が前記不連続部分を有する構造に構成されている、請求項１〜５のいずれかに記載のＦＲＰ構造体。
8. 前記面状構造部分が、表裏ＦＲＰ層間に空間を形成した中空構造に構成されており、少なくとも一方のＦＲＰ層が複数の強化繊維基材の積層構成を有し、そのうち少なくとも一つの強化繊維基材層が前記不連続部分を有する構造に構成されている、請求項１〜５のいずれかに記載のＦＲＰ構造体。
9. 表側ＦＲＰ層の裏側に位置する強化繊維基材または中間層の強化繊維基材に前記不連続部分が設けられている、請求項７または８のＦＲＰ構造体。
10. 裏側ＦＲＰ層の表側に位置する強化繊維基材または中間層の強化繊維基材または裏側に位置する強化繊維基材に前記不連続部分が設けられている、請求項７または８のＦＲＰ構造体。
11. 自動車用外板部材であり、前記不連続部分が、自動車の進行方向に関し、０°／９０°の方向に対し±２０°の範囲内の方向に延びている、請求項１〜１０のいずれかに記載のＦＲＰ構造体。
12. 自動車用外板部材であり、前記不連続部分が、自動車の進行方向に関し、±４５°の方向に対し±２０°の範囲内の方向に延びている、請求項１〜１０のいずれかに記載のＦＲＰ構造体。
13. 自動車用外板部材であり、前記不連続部分が、該部材の外周形状に沿って配設されている、請求項１〜１０のいずれかに記載のＦＲＰ構造体。
14. 自動車用外板部材であり、前記不連続部分が、該部材の面上で略同心相似形の多重閉曲線を描くように設けられている、請求項１〜１０のいずれかに記載のＦＲＰ構造体。
15. 自動車用外板部材であり、前記不連続部分が、該部材の車体との取付部間を結ぶ線に沿って、該部材の面上で略同心相似形の多重閉曲線を描くように設けられている、請求項１〜１０のいずれかに記載のＦＲＰ構造体。
16. 自動車のボンネット用に用いられる、請求項１〜１５のいずれかに記載のＦＲＰ構造体。

Images