JP2007008283A - 荷重エネルギー吸収材 - Google Patents

Abstract

【課題】横断面形状が開き断面形状である荷重エネルギー吸収材における初期の破損の助長を防止する。
【解決手段】ネジ通し孔１７１に通されたボルト１４とナット１５との締め付け、及びネジ通し孔１７２に通されたボルト１４Ａとナット１５Ａとの締め付けにより、荷重エネルギー吸収材１２がバンパレインフォース１１に締め付け固定されている。荷重応力が集中すると見なした特定箇所Ｑを境として、荷重エネルギー吸収材１２の横断面形状を第１の区分け横断面形状部Ｇ１と第２の区分け横断面形状部Ｇ２とに区分けした場合、ネジ通し孔１７１の形成位置は、第１の区分け横断面形状部Ｇ１に関する剪断中心Ｃ１に設けられている。ネジ通し孔１７２は、第２の区分け横断面形状部Ｇ２に関する剪断中心Ｃ２に設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、荷重エネルギーを吸収する荷重エネルギー吸収材に関する。

車両の衝突時における衝撃を緩和するバンパ装置を構成する荷重エネルギー吸収材は、バンパ装置を構成するバンパレインンフォースに加えられた衝撃荷重のエネルギーを吸収する。このような荷重エネルギー吸収材の軽量化のため、荷重エネルギー吸収材を繊維強化樹脂で形成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、筒形状の荷重エネルギー吸収材が開示されている。筒形状の荷重エネルギー吸収材は、レジントランスファー成形（樹脂注入成形）によって形成される。つまり、荷重エネルギー吸収材は、繊維製の薄い素材をプレス加工によって筒形状に成形し、型内の繊維製の筒形状の素材に樹脂を含浸させる。

しかし、筒形状（閉じ断面形状）の荷重エネルギー吸収材の形成では、筒の内面を形成するための型（中子）も用いて筒形状に形成する必要がある。そのため、型（中子）を用いるレジントランスファー成形では、型（中子）を用いないレジントランスファー成形に比べて、型（中子）を扱う工程が入るために成形時の工数が多くなるという問題がある。

特許文献１には、横断面形状がコ字形状（溝が１つある開き断面形状）の荷重エネルギー吸収材が開示されている。このような開き断面形状の荷重エネルギー吸収材は、筒形状の荷重エネルギー吸収材に比べて製作容易である。

荷重エネルギー吸収材としては、長手方向に延びる２つの溝を有する開き断面形状のものも考えられる。このような開き断面形状の荷重エネルギー吸収材は、コ字形状（溝が１つある開き断面形状）の荷重エネルギー吸収材に比べて、溝深さを小さくできることから溝側壁が挫屈するおそれが少なく、横断面形状の保持機能に優れる。つまり、複数の溝を有する開き断面形状の荷重エネルギー吸収材は、コ字形状の荷重エネルギー吸収材に比べて、荷重エネルギーの吸収能力に優れる。

これらの開き断面形状の荷重エネルギー吸収材は、その端部をバンパレインンフォースにネジ止めして結合される。通常、ネジ止めは、２箇所で行われる。
特開平６−３０７４７９号公報

２つの溝を有する開き断面形状の荷重エネルギー吸収材では、溝の長さ方向に対して斜交する方向の荷重が荷重エネルギー吸収材に加えられると、荷重エネルギー吸収材に捻れが生じ易い。荷重エネルギー吸収材に捻れが生じることによって荷重エネルギー吸収材に応力集中が起こった場合には、この応力集中部分で破損（割れ）が発生することがある。この破損は、荷重エネルギー吸収材の端部（溝の端部付近）に生じやすく、このような破損が発生すると、この破損を境とした２つの断面部分に別々のネジ止め部分から力の伝達（衝撃荷重の伝達）が行われる。

別々のネジ止め部分が外側の２つの溝に対応する部分にあるとすると、２つの断面部分が別々に捻れ変形しようとする。別々の捻れにより初期の破損が助長され、２つの溝の間の部分において初期破損部位からエネルギー吸収材の長手方向に割れが走る。割れが助長されると、荷重エネルギー吸収材は、２つの溝がある１つの横断面形状の構造ではなく、１つの溝をそれぞれ有する２つの横断面形状の構造になってしまう。２つの溝を有する１つの横断面形状に比べ、溝を１つのみ有する横断面形状は、挫屈し易い形状である。つまり、２つの溝の間の部分において割れが入った構造は、挫屈が起きやすい不安定な構造である。

２つの溝の間の部分において割れが入らなければ挫屈は起こらず、荷重エネルギー吸収材は逐次破壊するのであるが、２つの溝の間の部分において割れが入った場合には、荷重エネルギー吸収材が途中で折れてしまう等の意図しない破壊挙動を起こすことがある。途中で折れてしまう等の破壊挙動では、荷重エネルギー吸収能力が低く、不安定破壊となってしまう。従って、不安定破壊が起きる原因である初期破損の助長（割れが走ること）の防止が望まれる。

本発明は、横断面形状が開き断面形状である荷重エネルギー吸収材における初期の破損の助長を防止することを目的とする。

本発明は、横断面形状が開き断面形状である梁部と、前記梁部の端部に設けられた取り付け部とを有し、前記梁部の横断面に対して垂直な方向の荷重の荷重エネルギーを吸収する荷重エネルギー吸収材を対象とし、請求項１の発明は、前記荷重エネルギー吸収材の取り付け対象と前記取り付け部とを固定する位置が、前記梁部の横断面形状を複数に区分けした各区分け横断面形状部に関する剪断中心であることを特徴とする。

取り付け対象に加えられた荷重は、固定位置を介して荷重エネルギー吸収材に伝達される。この荷重により荷重エネルギー吸収材に初期破損が生じたと仮定し、この初期破損の位置を境にして梁部の横断面形状を区分けした複数の各区分け横断面形状部に関する剪断中心は、計算によって求めることができる。剪断中心は、荷重が加えられた場合にも荷重エネルギー吸収材に回転変形（捻れ変形）が生じない位置である。このようにして求められた剪断中心に固定位置が設けられるので、初期破損が助長されることはない。

好適な例では、前記梁部は、並列に設けられた溝を少なくとも２つ有し、各溝を形成する溝形成壁の横断面形状が前記区分け横断面形状部又は前記区分け横断面形状部の一部である。

複数の溝を有する開き断面形状の荷重エネルギー吸収材は、荷重エネルギーの吸収能力に優れている。荷重エネルギーの吸収能力に優れた開き断面形状の荷重エネルギー吸収材は、本発明の適用対象として好適である。

好適な例では、前記溝は、第１の溝と第２の溝とからなり、前記梁部は、前記第１の溝を含む第１の区分け横断面形状部と、前記第２の溝を含む第２の区分け横断面形状部とからなり、前記第１の区分け横断面形状部と前記第２の区分け横断面形状部とに関するそれぞれの剪断中心で固定手段が固定される。

２つの溝を並列に有する開き断面形状の荷重エネルギー吸収材では、荷重応力集中部分の特定が容易であり、区分けする複数の２つの区分け横断面形状部を適正に特定することができる。

好適な例では、前記荷重エネルギー吸収材は、繊維強化樹脂製である。
繊維強化樹脂は、硬くて脆く、塑性変形せずに破壊（割れ発生）してゆく。このような性質を持つ繊維強化樹脂製の荷重エネルギー吸収材は、本発明の適用対象として好適である。

好適な例では、前記取り付け対象は、車両の衝突時における衝撃を緩和するためのバンパ装置を構成するバンパレインフォースであり、前記バンパレインフォースに固定された前記荷重エネルギー吸収材と前記バンパレインフォースとは、前記バンパ装置を構成する。

バンパ装置を構成する荷重エネルギー吸収材は、本発明の適用対象として好適である。

本発明は、横断面形状が開き断面形状である荷重エネルギー吸収材における初期の破損の助長を防止できるという優れた効果を奏する。

以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。
図１（ａ）に示すように、バンパレインフォース１１の両端部には繊維強化樹脂製の荷重エネルギー吸収材１２，１３がボルト１４，１４Ａとナット１５，１５Ａとによって締め付け結合されている。荷重エネルギー吸収材１２，１３は、同じ構成であるので、以下においては荷重エネルギー吸収材１２についてのみ説明する。

図１（ｂ），（ｃ）に示すように、荷重エネルギー吸収材１２は、梁部１６と、梁部１６の一方の端部１６１に一体形成された取り付け部１７とからなる。取り付け部１７は、梁部１６の長手方向に対して直交する平板形状に形成されており、取り付け部１７には一対のネジ通し孔１７１，１７２が貫設されている。ボルト１４は、ネジ通し孔１７１に通されてナット１５に螺合されており、ボルト１４Ａは、ネジ通し孔１７２に通されてナット１５Ａに螺合されている。ボルト１４とナット１５との締め付け、及びボルト１４Ａとナット１５Ａとの締め付けにより、荷重エネルギー吸収材１２がバンパレインフォース１１に締め付け固定されている。荷重エネルギー吸収材１２は、梁部１６の横断面に対して垂直な方向の荷重の荷重エネルギーを吸収する。

梁部１６の横断面形状は、並列に設けられた第１の溝１８と第２の溝１９とを有する開き断面形状である。平板形状の取り付け部１７は、溝１８，１９の底（平面形状）を形成する平板形状の底壁１８１，１９１の端部と、溝１８，１９の側面を形成する平板形状の側壁１８２，１８３，１９２，１９３の端部とに溝１８，１９の外側から連なっている。つまり、取り付け部１７は、底壁１８１，１９１の端部と側壁１８２，１８３，１９２，１９３の端部とから溝１８，１９の外側へ張り出している。ネジ通し孔１７１は、第１の溝１８の底壁１８１と取り付け部１７との連結部１７３に近い位置に形成されており、ネジ通し孔１７２は、第２の溝１９の底壁１９１と取り付け部１７との連結部１７４に近い位置に形成されている。底壁１８１及び側壁１８２，１８３は、溝１８を形成する溝形成壁を構成し、底壁１９１及び側壁１９２，１９３は、溝１９を形成する溝形成壁を構成する。

荷重エネルギー吸収材１２の取り付け対象であるバンパレインフォース１１に加えられた荷重は、ボルト１４，１４Ａ及びナット１５，１５Ａを介して荷重エネルギー吸収材１２に伝達される。例えば図１（ａ），（ｃ）に矢印Ｒで示す方向の衝撃荷重がバンパレインフォース１１に掛かる場合がある。これは、被衝突物の下にバンパレインフォース１１が潜り込むような場合である。矢印Ｒで示す方向の衝撃荷重がバンパレインフォース１１に掛かる場合、荷重エネルギー吸収材１２を捻る力が働き、梁部１６と取り付け部１７との連結部における特定箇所Ｑ〔図１（ｃ）に図示〕に荷重応力（荷重に対する応力）が集中する。従って、荷重エネルギー吸収材１２が破壊するほどの大きさの衝撃荷重が掛かった場合には、特定箇所Ｑに先ず割れが生じるものと予想される。

図１（ｂ）に示すように、荷重応力が集中すると見なした特定箇所Ｑを境として、荷重エネルギー吸収材１２の横断面形状を第１の区分け横断面形状部Ｇ１と第２の区分け横断面形状部Ｇ２とに区分けした場合、ネジ通し孔１７１の形成位置は、第１の区分け横断面形状部Ｇ１に関する剪断中心Ｃ１に設けられている。つまり、溝１８，１９の方向（梁部１６の長手方向）に見た場合、剪断中心Ｃ１は、ネジ通し孔１７１内にある。又、ネジ通し孔１７２は、第２の区分け横断面形状部Ｇ２に関する剪断中心Ｃ２に設けられており、溝１８，１９の方向（梁部１６の長手方向）に見た場合、剪断中心Ｃ２は、ネジ通し孔１７２内にある。

ボルト１４及びナット１５は、第１の溝１８に対応する第１の区分け横断面形状部Ｇ１に関する剪断中心Ｃ１に設けられた第１の固定手段を構成する。ボルト１４Ａ及びナット１５Ａは、第２の溝１９に対応する第２の区分け横断面形状部Ｇ２に関する剪断中心Ｃ２に設けられた第２の固定手段を構成する。つまり、バンパレインフォース１１に取り付け部１７を固定するための第１の固定手段（ボルト１４及びナット１５）は、荷重エネルギー吸収材１２の横断面形状を複数に区分けした各区分け横断面形状部Ｇ１，Ｇ２のうちの第１の区分け横断面形状部Ｇ１に関する剪断中心Ｃ１に設けられている。又、バンパレインフォース１１に取り付け部１７を固定するための第２の固定手段（ボルト１４Ａ及びナット１５Ａ）は、第２の区分け横断面形状部Ｇ２に関する剪断中心Ｃ２に設けられている。

なお、第１の区分け横断面形状部Ｇ１に関する剪断中心Ｃ１、及び第２の区分け横断面形状部Ｇ２に関する剪断中心Ｃ２は、例えば、「軽構造の理論とその応用（上）、林毅編、財団法人日本科学技術連盟、１９６６年９月１４日、Ｐ．８５〜８６、例題３」に記載のように、計算によって求めることができる。

図２（ａ），（ｂ）は、梁部１６の端部１６１に平板形状の取り付け部２１を一体形成した荷重エネルギー吸収材２０を示す。平板形状の取り付け部２１は、溝１８，１９の底壁１８１，１９１の端部と、溝１８，１９の側壁１８２，１８３，１９２，１９３の端部とに溝１８，１９の内側から連なっている。ネジ通し孔２１１，２１２は、溝１８，１９に対応する取り付け部２１の部分に形成されており、ネジ通し孔２１１，２１２に通されたボルト１４，１４Ａとナット１５，１５Ａとの締め付けにより、取り付け部２１がバンパレインフォースに締め付け固定されるようになっている。ネジ通し孔２１１，２１２は、本実施形態におけるネジ通し孔１７１，１７２の場合とは異なり、剪断中心Ｃ１，Ｃ２から大きく離れた位置にある。

荷重エネルギー吸収材２０においても、矢印Ｒの方向の衝撃荷重が掛かると、荷重応力が特定箇所Ｑに集中し、荷重エネルギー吸収材１２が破壊するほどの大きさの衝撃荷重が掛かった場合には、特定箇所Ｑに先ず割れが生じるものと予想される。荷重応力が集中すると見なした荷重エネルギー吸収材２０の特定箇所Ｑに割れ（初期破損）が生じた場合、バンパレインフォースに引き続き加えられる荷重の作用により、第１の区分け横断面形状部Ｇ１には荷重が主としてボルト１４及びナット１５を経由して伝わる。又、バンパレインフォースに引き続き加えられる荷重の作用により、第２の区分け横断面形状部Ｇ２には荷重が主としてボルト１４Ａ及びナット１５Ａを経由して伝わる。

ネジ通し孔２１１は、剪断中心Ｃ１から大きく離れた位置にあるため、ボルト１４及びナット１５を経由して第１の区分け横断面形状部Ｇ１に伝わる荷重は、第１の区分け横断面形状部Ｇ１を捻り変形しようとする。又、ネジ通し孔２１２は、剪断中心Ｃ２から大きく離れた位置にあるため、ボルト１４Ａ及びナット１５Ａを経由して第２の区分け横断面形状部Ｇ２に伝わる荷重は、第２の区分け横断面形状部Ｇ２を捻り変形しようとする。つまり、荷重エネルギー吸収材２０の第１の区分け横断面形状部Ｇ１と第２の区分け横断面形状部Ｇ２とは、別々に捻り変形しようとするため、荷重エネルギー吸収材２０の特定箇所Ｑにおける割れ（初期破損）が助長されてしまう。荷重エネルギー吸収材２０は、衝撃荷重を緩和する（荷重エネルギー吸収能力を高める）ために先端側（取り付け部２１側）から順次破壊してゆくのが望ましい。しかし、荷重エネルギー吸収材２０の特定箇所Ｑにおける割れ（初期破損）が助長されてしまうと、荷重エネルギー吸収材２０の先端側から順次破壊させてゆくことができず、荷重エネルギー吸収材２０の荷重エネルギー吸収能力が極端に低下してしまう。

第１の実施形態では以下の効果が得られる。
（１）本実施形態の荷重エネルギー吸収材１２では、ネジ通し孔１７１，１７２が剪断中心Ｃ１，Ｃ２に設けられているため、荷重エネルギー吸収材２０の第１の区分け横断面形状部Ｇ１と第２の区分け横断面形状部Ｇ２とが別々に捻り作用を受けるおそれがなくなる。つまり、荷重エネルギー吸収材１２の特定箇所Ｑにおける割れ（初期破損）が助長されることはなく、荷重エネルギー吸収材１２の荷重エネルギー吸収能力が低下することはない。

（２）２つの溝１８，１９を並列に有する荷重エネルギー吸収材１２では、初期破損（割れ）が最も生じやすい荷重応力集中部（特定箇所Ｑ）の特定が容易である。従って、初期破損（割れ）の発生後における初期破損を境として分割された横断面形状部に一致すると予想される２つの区分け横断面形状部Ｇ１，Ｇ２は、適正に特定される。

（３）荷重エネルギー吸収材１２側に圧縮荷重が掛かると共に、他の荷重エネルギー吸収材１３側には引っ張り荷重が掛かるという場合がある。第１の溝１８に対応するボルト１４とナット１５との組と、第２の溝１９に対応するボルト１４Ａとナット１５Ａとの組という２組の固定手段によってバンパレインフォース１１に荷重エネルギー吸収材１２，１３を固定する構成は、別の荷重エネルギー吸収材１３とバンパレインフォース１１との解離を防止する上で有利である。

（４）２つの溝１８，１９を有する荷重エネルギー吸収材１２に比べ、溝が１つしかない荷重エネルギー吸収材では、溝の深さを大きくする必要があり、溝の深さ方向における側壁の長さが長くなる。溝の深さ方向における溝の側壁の長さが大きいと、溝の側壁が挫屈し易くなり、荷重エネルギー吸収能力が悪くなる。並列に設けられた２つの溝１８，１９を有する荷重エネルギー吸収材１２では、溝１８，１９が浅く、溝１８，１９の側壁１８２，１８３，１９２，１９３が挫屈し難い。つまり、並列に設けられた２つの溝１８，１９を有する荷重エネルギー吸収材１２は、荷重エネルギー吸収能力に優れており、荷重エネルギー吸収能力に優れた開き断面形状の荷重エネルギー吸収材１２は、本発明の適用対象として好適である。

（５）ネジ通し孔１７１，１７２は、剪断中心Ｃ１，Ｃ２に設けられている。ネジ通し孔１７１を剪断中心Ｃ１に設ければ、ボルト１４及びナット１５からなる固定手段が剪断中心Ｃ１の位置に確実に配置される。ネジ通し孔１７２を剪断中心Ｃ２に設ければ、ボルト１４Ａ及びナット１５Ａからなる固定手段が剪断中心Ｃ２の位置に確実に配置される。ボルト１４，１４Ａ及びナット１５，１５Ａからなる固定手段は、バンパレインフォース１１と荷重エネルギー吸収材１２とを連結して固定する手段として簡便であり、しかも剪断中心に確実に配置する上で好適な固定手段である。

（６）繊維強化樹脂は、金属に比べて軽量であって、高弾性、高強度の優れた材料である。しかも、繊維強化樹脂は、脆性の材料（硬くて脆い材料）であって、塑性変形せずに破壊（割れ発生）してゆく。従って、繊維強化樹脂は、荷重エネルギー吸収材の材質として好適である。このような性質を持つ繊維強化樹脂製の荷重エネルギー吸収材１２は、本発明の適用対象として好適である。

本発明では以下のような実施形態も可能である。
・３つ以上の溝が並列に設けられた開き横断面形状の荷重エネルギー吸収材に本発明を適用してもよい。

・特定箇所Ｑ（荷重応力集中部）における繊維密度を他部位よりも小さくしたり、あるいは特定箇所Ｑには繊維を配設しないようにして、破損起点特定部としてもよい。
・凹みや貫通孔を破損起点特定部としてもよい。

・取り付け部１７と梁部１６とを接着剤を用いて連結してもよい。
・溝の底の面形状を曲面（凹面）形状にしてもよい。
・溝の側面の面形状を曲面形状にしてもよい。

・荷重エネルギー吸収材の材質として、繊維強化樹脂以外に、例えば脆性の材料であるＣＭＣ（セラミック基複合材料）を用いてもよい。
・荷重エネルギー吸収材の取り付け対象と荷重エネルギー吸収材の取り付け部とをリベット締結によって固定してもよい。

前記した実施形態から把握できる技術思想について以下に記載する。
〔１〕前記取り付け対象に前記取り付け部を固定する手段は、前記取り付け対象に前記取り付け部を締め付け固定するためのボルトとナットとからなり、前記ボルトを通すために前記取り付け部に設けられるネジ通し孔は、前記剪断中心に設けられている請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の荷重エネルギー吸収材。

ボルト及びナットからなる固定手段は、取り付け対象と荷重エネルギー吸収材とを連結して固定する手段として簡便であり、しかも剪断中心に的確に配置する上で好適な固定手段である。

第１の実施形態を示し、（ａ）は、バンパレインフォースと荷重エネルギー吸収材との平面図。（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図。（ｃ）は、荷重エネルギー吸収材の斜視図。 第１の実施形態の荷重エネルギー吸収材と比較するための荷重エネルギー吸収材を示し、（ａ）は、斜視図。（ｂ）は、断面図。

符号の説明

１１…取り付け対象としてのバンパレインフォース。１２，１３…荷重エネルギー吸収材。１４…第１の固定手段を構成するボルト。１５…第１の固定手段を構成するナット。１４Ａ…第２の固定手段を構成するボルト。１５Ａ…第２の固定手段を構成するナット。１６…梁部。１６１…端部。１７…取り付け部。１８…第１の溝。１８１…溝形成壁を構成する底壁。１８２，１８３…溝形成壁を構成する側壁。１９…第２の溝。１９１…溝形成壁を構成する底壁。１９２，１９３…溝形成壁を構成する側壁。Ｇ１…第１の区分け横断面形状部。Ｇ２…第２の区分け横断面形状部。Ｃ１，Ｃ２…剪断中心。

Claims (5)

1. 横断面形状が開き断面形状である梁部と、前記梁部の端部に設けられた取り付け部とを有し、前記梁部の横断面に対して垂直な方向の荷重の荷重エネルギーを吸収する荷重エネルギー吸収材において、
   前記荷重エネルギー吸収材の取り付け対象と前記取り付け部とを固定する位置が、前記梁部の横断面形状を複数に区分けした各区分け横断面形状部に関する剪断中心であることを特徴とする荷重エネルギー吸収材。
2. 前記梁部は、並列に設けられた溝を少なくとも２つ有し、各溝を形成する溝形成壁の横断面形状が前記区分け横断面形状部又は前記区分け横断面形状部の一部であることを特徴とする請求項１に記載の荷重エネルギー吸収材。
3. 前記溝は、第１の溝と第２の溝とからなり、前記梁部は、前記第１の溝を含む第１の区分け横断面形状部と、前記第２の溝を含む第２の区分け横断面形状部とからなり、前記第１の区分け横断面形状部と前記第２の区分け横断面形状部とに関するそれぞれの剪断中心で固定手段が固定されることを特徴とする請求項２に記載の荷重エネルギー吸収材。
4. 前記荷重エネルギー吸収材は、繊維強化樹脂製であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の荷重エネルギー吸収材。
5. 前記取り付け対象は、車両の衝突時における衝撃を緩和するためのバンパ装置を構成するバンパレインフォースであり、前記バンパレインフォースに固定された前記荷重エネルギー吸収材と前記バンパレインフォースとは、前記バンパ装置を構成する請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の荷重エネルギー吸収材。

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