JP2005271872A - 繊維強化プラスチック製エネルギー吸収部材の取付け構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 重量や車体長を増加させることなく車両に適用可能なＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造を提供する。
【解決手段】 軸方向からの入力荷重により入力端側から逐次圧壊を起こすよう補強繊維と樹脂とからなる筒状断面のＦＲＰ製エネルギー吸収部材２と、前記ＦＲＰ製エネルギー吸収部材２に筒状断面の端部が接合され、成形用コア３を内部に備えて繊維強化プラスチックで形成された支持部材１とからなり、前記支持部材１の端部に前記エネルギー吸収部材２の内部空間に連なる空間４を形成した。
【選択図】 図２

Description

本発明は、衝撃時のエネルギー吸収特性を向上させた補強繊維と樹脂とからなる繊維強化プラスチック（以下ＦＲＰと略す）製エネルギー吸収部材の取付け構造に関し、特に、車両のフロントサイドメンバに好適なＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造に関するものである。

従来から衝撃時のエネルギー吸収特性を向上させた補強繊維と樹脂とからなるＦＲＰ製エネルギー吸収部材は複数提案されている（特許文献１〜７参照）。

このようなＦＲＰ製エネルギー吸収部材は、軸方向の入力荷重があった時に、部材前端側から逐次圧壊を起こすことで、従来一般に使用されているスチールを材料としたエネルギー吸収部材に対しエネルギー吸収効率が良いことが知られている。そのため、例えば、車両部品では衝突時のエネルギー吸収を司る部位、例えば、前面衝突時の衝撃エネルギー吸収を行うフロントサイドメンバの前端部分などに応用することが可能である。
特開平０４−１４３１７３号公報 特開平０５−３３２３８６号公報 特開平０６−３０００７０号公報 特開平０６−３４１４７７号公報 特開平０６−３４６９３５号公報 特開平０７−２１７６８８号公報 特開平０９−２２６０３９号公報

ところで、上記ＦＲＰ製エネルギー吸収部材の部材前端側から逐次圧壊は、筒状をなす肉厚の中央部分を境として、内周側部分は半径方向内側へ、また外周側部分は半径方向外側へ夫々開く状態で圧壊する、いわゆるフラワーリングという圧壊形式で逐次圧壊してゆく。半径方向内側へ圧壊された破片は、エネルギー吸収部材の筒状の空間に溜まる。このため、逐次圧壊が進んで残りの空間容積と空間内に溜まっていく圧壊破片の容積とが略等しくなる段階で、圧壊破片を圧縮する状態となり、エネルギー吸収部材のエネルギー吸収作動が停止される。したがって、エネルギー吸収部材の全長に亘ってエネルギー吸収作動させることができず、必要なエネルギー吸収長さに加えて、半径方向内側への圧壊破片を収容する空間容積分の長さのエネルギー吸収部材を余分に必要とし、車両に適用する場合には、重量や車体長の増加を招くものであった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、重量や車体長を増加させることなく車両に適用可能なＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造を提供することを目的とする。

本発明は、軸方向からの入力荷重により入力端側から逐次圧壊を起こすよう補強繊維と樹脂とからなる筒状断面の繊維強化プラスチック製エネルギー吸収部材と、前記繊維強化プラスチック製エネルギー吸収部材に筒状断面の端部が接合され、成形用コアを内部に備えて繊維強化プラスチックで形成された支持部材とからなり、前記支持部材の端部に前記エネルギー吸収部材の内部空間に連なる空間を形成するようにした。

したがって、本発明では、軸方向からの入力荷重により入力端側から逐次圧壊を起こすよう補強繊維と樹脂とからなる筒状断面の繊維強化プラスチック製エネルギー吸収部材と、前記繊維強化プラスチック製エネルギー吸収部材に筒状断面の端部が接合され、成形用コアを内部に備えて繊維強化プラスチックで形成された支持部材とからなり、前記支持部材の端部に前記エネルギー吸収部材の内部空間に連なる空間を形成したため、衝撃力がエネルギー吸収部材に入力され、エネルギー吸収部材が肉厚中央を境に順次半径方向外側と半径方向内側とに開く状態で逐次圧壊しながら衝撃エネルギーを吸収する際の半径方向内側への逐次圧壊破片を、エネルギー吸収部材内に溜めることなく、支持部材の端部の空間内に収容でき、意図したエネルギー吸収作動をさせることができる。このため、重量や車体長を増加させることなく車両に適用可能なＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造とすることができる。

以下、本発明のＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造を一実施形態に基づいて説明する。

図１〜図６は、本発明を適用したＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造の第１実施形態を示し、図１はＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造を車体の前部フレーム構造に適用した斜視図、図２はＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造を含むフロントサイドメンバの側面図、図３はフロントサイドメンバの各部の断面図、図４はＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造の断面図、図５はＦＲＰ製エネルギー吸収部材の逐次圧壊状態を示す作動図、図６はＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造の第２実施例の断面図である。

図１において、車体の前部フレーム構造は、車体幅方向の両端部に車両前後方向に平行に配置したフロントサイドメンバＳＭを備える。このフロントサイドメンバＳＭの車両前方端部には、図示しない取付けフランジを介してラジエータ取付け枠（ラジエータコアサポート）やバンパーレインフォースが取付けられる。フロントサイドメンバＳＭの上部にはフードリッジパネルＦＲ、車両後方には車室を構成するダッシュロアクロスメンバやカウルサイドパネルが夫々配設・結合されている。フードリッジパネルＦＲには、フェンダＦが脱着可能に固定される。

前記フロントサイドメンバＳＭは、図２および図３に示すように、車両に対する後半部分を繊維強化樹脂により支持部材１として形成し、その前半部分は補強繊維と樹脂とからなるＦＲＰ製エネルギー吸収部材２により形成し、両者を接着等により接合して構成する。

前記ＦＲＰ製エネルギー吸収部材２は、単純な四角形や円形等の筒状に形成され、前端に図示しない取付けフランジを介してラジエータ取付け枠（ラジエータコアサポート）やバンパーレインフォースが取付けられ、前面衝突時に部材前端側から逐次圧壊を起こすことで衝撃エネルギー吸収するエネルギー吸収機能を備える。エネルギー吸収部材２は、円柱体でも、角柱体でも、あるいはテーパ付き柱状体でも良い。ＦＲＰ製エネルギー吸収部材２は、例えば、フィラメントワインディング、プルワインディング、プルトルージョン、シートワインディング、ブレイディング工法等で製作することができる。ＦＲＰの補強繊維としては、炭素繊維あるいはガラス繊維などの高強度繊維が好ましい。

前記支持部材１は、エンジンやサスペンションを保持し、前記した各車体部品と接合されており、内部に補強構造や他部品との接合のためのボルト・ナット等を備えた複雑な３次元形状となっている。このため、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）で製作する場合には、一般的な３次元形状の製作工法である補強繊維の織物を裁断して硬質発泡ウレタン等のコア（型）と前記したＦＲＰ製エネルギー吸収部材２の基部２Ａをインサートとして、これらに積層し樹脂を含浸させて加熱硬化させるＲＴＭ工法（熱硬化性樹脂成形若しくはトランスファ成形、Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）を利用する。

成形に使用されたコア材は、成形後に抜取られるが、抜取りが不可能な複雑な中空形状の場合には、発泡コア材等の軽量な材質でコア材を製作し、成形後は製品の中に残しておいてもよい。フロントサイドメンバＳＭの支持部材１部分をＦＲＰで成形する場合には、内部に強度上必要なリブを配したり、他の構造部品との結合の為の金属部品を埋め込むため、成形後コア材を取出せない中空形状となり、発泡コアを残すようにする。使用する発泡コア３は、軽量化のために、硬質発泡コアを利用する。硬質発泡コアの材質としては、ウレタン、アクリル、ポリイミド等が挙げられる。

具体的には、図４に示すように、発泡コア３のＦＲＰ製エネルギー吸収部材２と接する部分には、エネルギー吸収部材２の内部空間に連なる穴４を形成し、この穴４とエネルギー吸収部材２の内部空間とに嵌合する位置決め部材を挿入して、発泡コア３とエネルギー吸収部材２とを位置決めする。そして、エネルギー吸収部材２の基部２Ａおよび発泡コア３の周囲に、補強繊維の織物を複数層に積層し、これら補強繊維に樹脂を含浸させて加熱・硬化させることで、支持部材１の成形段階でエネルギー吸収部材２を一体的に接着・固定する。

以上の構成のＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造においては、図５（Ａ）に示す初期状態から、ラジエータ取付け枠やバンパーレインフォース等の他の取付け部品からＦＲＰ製エネルギー吸収部材２に衝突荷重が軸方向に加わると、図５（Ｂ）に示すように、エネルギー吸収部材２は半径方向外側と半径方向内側に開く形で逐次圧壊を起こし、衝撃エネルギーを吸収していく。

半径方向外側への圧壊破片１０は周辺に飛散するが、半径方向内側への圧壊破片１１はエネルギー吸収部材２の内部空間に入り込み、その先端が前記硬質発泡ウレタンコア３で形成した空間４の底部に当接した段階で破砕されて空間４内に溜まってゆく。

図５（Ｃ）に示すように、エネルギー吸収が進んだ状態においても、硬質発泡ウレタンコア３で形成した空間４には圧壊破片で満たされることがなく余裕があり、エネルギー吸収部材２は逐次圧壊によるエネルギー吸収を継続する。したがって、エネルギー吸収部材２の設定したエネルギー吸収長さの全長で逐次圧壊によるエネルギー吸収をさせることができ、意図したエネルギー吸収性能を発揮する。

図６に示す第２実施例のエネルギー吸収部材の取付け構造においては、後端が閉じ且つ前端が開口した、例えば、ＦＲＰで形成した筒部材５を支持部材１の成形時にエネルギー吸収部材２と共にインサートしておき、支持部材１の成形段階でエネルギー吸収部材２とともに一体的に接着・固定するようにしたものである。この構造においても、筒部材５の内部空間４にエネルギー吸収部材２の半径方向内側への圧壊破片１１を収容させることができ、第１実施例と同様に作動させることができる。

本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。

（ア）軸方向からの入力荷重により入力端側から逐次圧壊を起こすよう補強繊維と樹脂とからなる筒状断面のＦＲＰ製エネルギー吸収部材２と、前記ＦＲＰ製エネルギー吸収部材２に筒状断面の端部が接合され、成形用コア３を内部に備えて繊維強化プラスチックで形成された支持部材１とからなり、前記支持部材１の端部に前記エネルギー吸収部材２の内部空間に連なる空間４を形成したため、衝撃力がエネルギー吸収部材２に入力され、エネルギー吸収部材２が肉厚中央を境に順次半径方向外側と半径方向内側とに開く状態で逐次圧壊しながら衝撃エネルギーを吸収する際の半径方向内側への逐次圧壊破片１１を、エネルギー吸収部材２内に溜めることなく、支持部材１の端部の空間４内に収容でき、意図したエネルギー吸収作動をさせることができる。このため、重量や車体長を増加させることなく車両に適用可能なＦＲＰ製エネルギー吸収部材２の取付け構造とすることができる。

（イ）図４に示す空間４は、前記成形用コア３の端部に設けた穴により形成したため、成形時にこの穴を利用してエネルギー吸収部材２および成形用コア３を位置決めすることができる。

（ウ）図６に示す空間４は、前記支持部材１の筒状断面の内面に嵌合させた有底の筒部材５により形成したため、支持部材１の端部の強度およびエネルギー吸収部材２の軸方向支持強度を向上させ、エネルギー吸収部材２のエネルギー吸収作動を確実化できる。

（エ）空間４は、前記エネルギー吸収部材２の逐次圧壊する体積の半分以上の容積を備えるため、圧壊したエネルギー吸収部材２の破片１１がエネルギー吸収部材２内に溜まることなく、その全てを空間４内に収容でき、意図したエネルギー吸収長さでエネルギー吸収部材２を逐次圧壊をさせることができる。

なお、上記実施形態において、ＦＲＰ製エネルギー吸収部材２の支持部材１への接合形態として、エネルギー吸収部材２を支持部材１の端部内に嵌合させたものについて説明したが、図示はしないが、エネルギー吸収部材２を支持部材１の端部の外周に嵌合させたものであってもよい。

本発明の一実施形態を示すＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造を車体の前部フレーム構造に適用した斜視図。 同じくＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造を含むフロントサイドメンバの側面図。 図２に示すフロントサイドメンバのＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃ部の各断面を（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）で示す断面図。 ＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造の断面図。 ＦＲＰ製エネルギー吸収部材の逐次圧壊状態を（Ａ）〜（Ｃ）に分けて示す作動図。 ＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造の第２実施例を示す断面図。

符号の説明

ＳＭ フロントサイドメンバ
１ 支持部材
２ ＦＲＰ製エネルギー吸収部材、エネルギー吸収部材
３ 成形用コアとしての発泡コア、コア
４ 空間
５ 筒部材
１０、１１ 圧壊破片

Claims (4)

1. 軸方向からの入力荷重により入力端側から逐次圧壊を起こすよう補強繊維と樹脂とからなる筒状断面の繊維強化プラスチック製エネルギー吸収部材と、
   前記繊維強化プラスチック製エネルギー吸収部材に筒状断面の端部が接合され、成形用コアを内部に備えて繊維強化プラスチックで形成された支持部材とからなり、
   前記支持部材の端部に前記エネルギー吸収部材の内部空間に連なる空間を形成したことを特徴とする繊維強化プラスチック製エネルギー吸収部材の取付け構造。
2. 前記空間は、前記成形用コアの端部に設けた穴により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化プラスチック製エネルギー吸収部材の取付け構造。
3. 前記空間は、前記支持部材の筒状断面の内面に嵌合させた有底の筒部材により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化プラスチック製エネルギー吸収部材の取付け構造。
4. 前記空間は、前記エネルギー吸収部材の逐次圧壊する体積の半分以上の容積を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の繊維強化プラスチック製エネルギー吸収部材の取付け構造。

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