JP2006077815A - エネルギ吸収部材及びそれを用いた自動車用フード - Google Patents

Abstract

【課題】軽量且つ高剛性であると共に適切なエネルギ吸収性能を具備することが可能なエネルギ吸収部材を提供する。
【解決手段】エネルギ吸収部材１は、繊維強化複合材料から構成される第１及び第２の表面材２、４と、樹脂発泡材料から構成される芯材３と、を備え、芯材３が第１の表面材２と第２の表面材４との間にサンドイッチされ、当該芯材３と第１及び第２の表面材２、４とが接合されており、芯材３において第１及び第２の表面材２、４と接合される側の表面に凹部３ａが形成されていることにより、芯材３と第１及び第２の表面材２、４との接合部に、芯材３と第１及び第２の表面材２、４とを接合していない非接合部分が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂発泡材料から構成される芯材を繊維強化複合材から構成される表面材の間にサンドイッチして当該芯材と表面材とを接合したエネルギ吸収部材、及び、それを用いた自動車用フードに関する。

ウレタン発泡体から構成される芯材を、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastics）から構成される表面材の間にサンドイッチして、当該芯材と表面材とを接合したサンドイッチ構造部材が従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。

このようなサンドイッチ構造部材は、ＣＦＲＰによる剛性の高い表面材と、ウレタン発泡体による密度の低い芯材とのサンドイッチ構造により、軽量且つ高剛性であり、集中荷重にも耐え得る構造が達成されることから、自動車の例えばフード等の構造部材に適用可能であると考えられる。

一方、新規な構造部材を自動車用として適用する場合には、重量や剛性の観点に加えて、歩行者保護の観点から自動車用部材として適切なエネルギ吸収性能を具備しているか否かを考慮する必要がある。
特開２００４−５８４９３号公報

本発明は、軽量且つ高剛性であると共に適切なエネルギ吸収性能を具備することが可能なエネルギ吸収部材及びそれを用いた自動車用フードを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明によれば、樹脂発泡材料から構成される芯材と、繊維強化複合材から構成される表面材と、を備え、前記芯材を前記表面材の間に挟み、前記芯材と前記表面材とを接合したエネルギ吸収部材であって、前記芯材と前記表面材との接合部に、前記芯材と前記表面材とを接合していない非接合部分が設けられているエネルギ吸収部材が提供される。

また、上記目的を達成するために、本発明によれば、樹脂発泡材料から構成される芯材と、繊維強化複合材料から構成される表面材と、を備え、前記芯材を前記表面材の間に挟み、前記芯材と前記表面材とを接合したエネルギ吸収部材を用いた自動車用フードであって、前記芯材と前記表面材との接合部に、前記芯材と前記表面材とを接合していない非接合部分が設けられているエネルギ吸収部材を用いた自動車用フードが提供される。

本発明では、芯材を表面材の間にサンドイッチしてこれらを接合したエネルギ吸収部材の接合部に、芯材と表面材とを接合しない非接合部分を意図的に設ける。このような構成により、芯材と表面材との接合面積が調整され、エネルギ吸収部材に衝撃が付与された際に芯材と表面材との剥離が促進されるので、軽量且つ高剛性なサンドイッチ構造部材に適切なエネルギ吸収性能を具備させることが出来る。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１実施形態に係るエネルギ吸収部材を示す断面図である。

本発明の第１実施形態に係るエネルギ吸収部材１は、図１に示すように、第１の表面材２及び第２の表面材４と、芯材３と、を備えており、第１の表面材２と第２の表面材４との間に芯材３がサンドイッチされ、この芯材３が第１及び表面材２及び第２の表面材４に接合されたサンドイッチ構造部材である。

このエネルギ吸収部材１の第１の表面材２及び第２の表面材４は何れも、マトリクス（母材）としての合成樹脂材料と、強化繊維（強化材）と、から成る繊維強化複合材料（ＦＲＰ：Fiber Reinforced Plastic）から構成されている。

この繊維強化複合材料の強化繊維としては、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、及び、ポリエステル繊維等を挙げることが出来る。

また、この繊維強化複合材料のマトリクスとしては、例えば、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等の熱硬化性樹脂材料や、例えば、ナイロン、ポリカーボネート、及び、熱可塑性ポリイミド等の熱可塑性樹脂材料等を挙げることが出来る。これらの中でも高剛性の観点から炭素繊維を強化材として用いたＣＦＲＰが特に好ましい。

エネルギ吸収部材１の芯材３は、樹脂発泡材料から構成される発泡材である。この樹脂発泡材料としては、例えば、ポリイソシアネート、ポリオール、水及び／又は発泡剤及び触媒等から得られる発泡ポリウレタン系樹脂材料を挙げることが出来る。

後述するように、この芯材３は、ＲＴＭ法等を用いて、第１の表面材２と第２の表面材４との間にサンドイッチされた状態で各表面材２、４にそれぞれ接合されているが、特に本実施形態では、図１に示すように、芯材３において第１の表面材２と接合される接合面に複数の凹部３ａが形成されている。同様に、当該芯材３において第２の表面材２と接合される接合面に複数の凹部３ａが形成されている。

このように、表面材２、４とのそれぞれの接合面に複数の凹部３ａを形成して、表面材２、４と芯材３とを接合させない非接合部分を意図的に設けることにより、芯材３と表面材２、４との接合面積が減少し、エネルギ吸収部材１に衝撃が付与された際に芯材３と表面材２、４との剥離を促進させることが出来、軽量且つ高剛性であると共に適切なエネルギ吸収性能を具備することが可能となる。

図２は本実施形態に係るエネルギ吸収部材１及び従来構造の部材に対して動的荷重をそれぞれ付与した場合の加速度−ストローク曲線を示すグラフである。同図に示すように、従来構造の部材に対して所定の動的荷重を付与した場合には高反発となり、その結果、歩行者保護の一つのパラメータとなるＨＩＣ値（Head Injury Criteria）に対して不利なエネルギ吸収構造となる傾向がある。なお、従来構造の部材とは、凹部を設けていない芯材を用いた従来のサンドイッチ構造部材である。

これに対し、本実施形態に係るエネルギ吸収部材１では、芯材３に凹部３ａを設けて、表面材２、４と芯材３との接合面積を少なくすることにより、当該表面材２、４と芯材３との剥離を促進させることが出来るので、図２に示すように、所定の動的荷重を付与した場合に低反発とすることが可能となり、その結果として、ＨＩＣ値に対して有利なエネルギ吸収構造とすることが出来る。

なお、芯材３に形成する凹部３ａの面積等を調整して、表面材２、４と芯材３との接合面積を調整することにより、当該表面材２、４と芯材３との剥離の程度、即ち、反発の具合を調整することが出来、これにより所望するエネルギ吸収性能を付与することが可能となる。

具体的には、各凹部３ａの開口面積を広げたり、凹部３ａ同士の間隔を狭めたり、凹部３ａの数を増やすことにより、表面材２、４と芯材３との接合面積を少なくすることが出来るので、反発力を相対的に弱く設定することが出来る。これに対し、各凹部３ａの開口面積を小さくしたり、凹部３ａ同士の間隔を広げたり、凹部３ａの数を減らすことにより、表面材２、４と芯材３との接合面積を多くすることが出来るので、反発力を相対的に強く設定することが出来る。

図３は本発明の第２実施形態に係るエネルギ吸収部材を示す断面図である。本発明の第２実施形態に係るエネルギ吸収部材１’は、適切なエネルギ吸収性能を具備させるために、芯材３に凹部３ａを設ける代わりに、複数の孔５ａ、６ａが形成された第１及び第２のシート５、６をさらに備えている。

第１のシート５は、図３に示すように、第１の表面材２と芯材３との間に介装されており、この第１のシート５の孔５ａが空いている部分のみで、第１の表面材２と芯材３とが接合されている。第２のシート６は、同図に示すように、芯材３と第２の表面材４との間に介装されており、この第２のシート６の孔６ａが空いている部分のみで、芯材３と第２の表面材４とが接合されている。

このように、複数の孔５ａ、６ａが形成されたシート５、６を、表面材２、４と芯材３との間に介装して、各孔５ａ、６ａ以外の部分において、表面材２、４と芯材３とを接合させない非接合部分を意図的に設けることにより、芯材３と表面材２、４との接合面積が減少し、エネルギ吸収部材１’に衝撃が付与された際に芯材３と表面材２、４との剥離を促進させることが出来、軽量且つ高剛性であると共に適切なエネルギ吸収性能を具備することが可能となる。

なお、第１及び第２のシート５、６に形成する各孔５ａ、６ａの面積等を調整して、表面材２、４と芯材３との接合面積を調整することにより、当該表面材２、４と芯材３との剥離の程度、即ち、反発の具合を調整することが出来、これにより所望するエネルギ吸収性能を付与することが可能となる。

具体的には、各孔５ａ、６ａの開口面積を狭めたり、孔５ａ、６ａ同士の間隔を広げたり、孔５ａ、６ａの数を減らすことにより、表面材２、４と芯材３との接合面積を少なくすることが出来るので、反発力を相対的に弱く設定することが出来る。これに対し、各孔５ａ、６ａの開口面積を広げたり、孔５ａ、６ａ同士の間隔を狭めたり、孔５ａ、６ａの数を増やすことにより、表面材２、４と芯材３との接合面積を多くすることが出来るので、反発力を相対的に強く設定することが出来る。

以上のように構成されるエネルギ吸収部材１は、以下に説明するＲＴＭ（Resin Transfer Molding）法により製造されている。

先ず、第１の表面材２の強化材である炭素繊維織物を、製品形状に対応した形状を持つ密閉型の一方の型のキャビティに沿って賦形（ドレープ：dreaping）し、プリフォーム状態とする。同様に、第２の表面材４の強化材である炭素繊維織物を、製品形状に対応した形状を持つ密閉型の他方の型のキャビティに沿って賦形してプリフォーム状態とする。なお、上述の第２実施形態に係るエネルギ吸収部材１’の場合には、プリフォームされた炭素繊維織物の上にさらに第１及び第２のシート５、６をそれぞれセットする。

次いで、凹部３ａが形成された芯材３を、上記一対の型にそれぞれプリフォーム状態とされた炭素繊維織物同士の間に挟み込むようにセットする。そして、当該密閉型を密閉した後に型内を真空状態とすると共にエポキシ樹脂を圧入充填し、各炭素繊維織物に当該エポキシ樹脂を含浸させる。そして、エポキシ樹脂が硬化したら密閉型から離型することで、本実施形態に係るエネルギ吸収部材１が製造される。

このように製造されたエネルギ吸収部材１は、凹部３ａが形成されていない部分で芯材３と表面材２、４とがエポキシ樹脂により接合されているのに対し、凹部３ａが形成されている部分で芯材と表面材２、４とが接合されていない。また、このように製造された第２実施形態に係るエネルギ吸収部材１’では、シート５、６の孔５ａ、６ａを介して芯材３と表面材２、４とがエポキシ樹脂により接合されているのに対し、孔５ａ、６ａが形成されていない部分では、シート５、６が介在していることにより、芯材３と表面材２、４とが接合されていない。

以上のエネルギ吸収部材１は、軽量且つ高剛性であり、集中荷重にも耐え得る構造であることから自動車用部材に適用することが可能であり、特に、適切なエネルギ吸収性能を具備していることから、例えばフード等に適用することが好ましい。

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

図１は、本発明の第１実施形態に係るエネルギ吸収部材を示す断面図である。 図２は、本発明の第１実施形態に係るエネルギ吸収部材の効果を説明するための加速度−ストローク曲線を示すグラフである。 図３は、本発明の第２実施形態に係るエネルギ吸収部材を示す断面図である。

符号の説明

１…エネルギ吸収部材
２…第１の表面材
３…芯材
３ａ…凹部
４…第２の表面材
５…第１のシート
５ａ…孔
６…第２のシート
６ａ…孔

Claims (6)

1. 樹脂発泡材料から構成される芯材と、繊維強化複合材料から構成される表面材と、を備え、前記芯材を前記表面材の間に挟み、前記芯材と前記表面材とを接合したエネルギ吸収部材であって、
   前記芯材と前記表面材との接合部に、前記芯材と前記表面材とを接合していない非接合部分が設けられているエネルギ吸収部材。
2. 前記芯材において前記表面材と接合される側の表面に凹部を形成することにより、前記接合部に前記非接合部分が設けられている請求項１記載のエネルギ吸収部材。
3. 複数の孔が形成されたシートをさらに備え、
   前記シートを前記芯材と前記表面材との間に介装することにより、前記接合部に前記非接合部分が設けられている請求項１記載のエネルギ吸収部材。
4. 前記芯材を構成する樹脂発泡材料は、ポリウレタン系樹脂を含有している請求項１〜３の何れかに記載のエネルギ吸収部材。
5. 前記表面材を構成する繊維強化複合材料は、炭素繊維を強化材として含有している請求項１〜４の何れかに記載のエネルギ吸収部材。
6. 請求項１〜５の何れかに記載のエネルギ吸収部材を用いた自動車用フード。

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