JP2010185495A - 衝撃吸収部材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】長手方向と短手方向とを有し、長手方向に直交する方向から入力される衝撃荷重を吸収する繊維強化材料製の衝撃吸収部材1であって、衝撃荷重の入力方向に平行で且つ互いに対向する一対の側面部11と、一対の側面部11を連結する底面部12と、を少なくとも備え、一対の側面部11はそれぞれ、衝撃荷重の入力方向に沿って延びるように設けられたスリット111を備える。
【選択図】図1
Description
以下、本発明の第1実施形態について、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る衝撃吸収部材1の概略斜視図である。図1に示すように、衝撃吸収部材1は長尺の中空構造体である。衝撃吸収部材1は、シート状部材を積層して形成された部材からなっており、この部材を囲み形成してなる。衝撃吸収部材1は、衝撃荷重の入力方向に平行で且つ互いに対向する一対の側面部11と、一対の側面部11を連結する底面部12と、底面部12に対向し一対の側面部11を連結する上面部13と、を備える。
本実施形態で用いられるシート状部材は、上記のような繊維強化材料を用いて形成された部材であればよく、例えば、繊維方向を一方向に揃えたシート状一方向UD材や、繊維を織り込んだクロス材の他、プリプレグを用いることができる。
スリット111を介して対向する側面部11の一端部112と他端部113は、後述するように、上面部13に対して衝撃荷重が入力されて一対の側面部11が長手方向に圧潰する際に、互いに突き当てられる。
また、本実施形態では、スリット111は長手方向の中間の一箇所のみに設けられているだけであるが、複数設けられていてもよい。ただし、複数のスリット111を備える場合には、衝撃荷重が入力された際に、複数のスリット111が同時に圧潰して初期のエネルギー吸収量が大きくなり過ぎるおそれがあるため、本実施形態のように1箇所に設けることが好ましい。
また、本実施形態では、スリット111は矩形状の切り欠きであるが、形状は限定されず、例えばV字形状の切り欠きであってもよい。
なお、本実施形態では、脆弱部としてスリット111を設けたが、これに限定されず、例えば側面部11を構成する部材よりも脆弱な部材で脆弱部を構成してもよい。
図2は、衝撃吸収部材1が他の部品に組み付けられた状態で衝撃を受け、他の部品が支点となって3点曲げを受けるときの様子を模式的に示したものである。
図2(A)は、衝撃吸収部材1の上面に衝撃荷重が入力される直前の状態を示す模式図であり、(B)は、衝撃吸収部材1の上面に衝撃荷重が入力された直後の状態を示す模式図であり、(C)は、衝撃吸収部材1に衝撃荷重が入力され、エネルギーを吸収した後の状態を示す模式図である。
次いで、図2(B)に示すように、衝撃吸収部材1に対して、衝撃荷重が入力されると、支点4,4により、衝撃吸収部材1は3点曲げを受ける。衝撃吸収部材1が3点曲げを受けると、スリット111がトリガとなって、衝撃吸収部材1は上面側から順に圧潰する。即ち、曲げ方向の入力に対して、軸圧潰(即ち、衝撃吸収部材1の長手方向の圧潰)が生ずる。
軸圧潰が生じることにより、図2(C)に示すように、スリット111を介して対向していた一端部112と他端部113は、上端側から順に互いに突き当たる。これにより、初期のエネルギー吸収量が大きくなり過ぎることを回避できるとともに、入力された衝撃エネルギーを安定的に吸収することができる。
上述した通り、本実施形態に係る衝撃吸収部材1では、側面部11にスリット111を備えるため、曲げ方向からの衝撃荷重の入力に対して、長手方向の軸圧潰を起こすことができる。しかも、衝撃荷重が入力される上面側から順に、側面部11が圧潰するため、初期のエネルギー吸収量が大きくなり過ぎることを回避できるとともに、入力された衝撃エネルギーを安定的に吸収することができる。
また、本実施形態では、従来の繊維強化材料からなる衝撃吸収部材に対して、側面部11にスリット111を1箇所設けるだけで上記の効果が奏される。スリット111は、従来公知の加工方法により容易に形成できるため、製造が容易であり、高い生産性を有する。
さらには、スリット111を設ければよいため、他の材料を用いる必要がなく、製造コストを削減できる。
以下、本発明の第2実施形態を、図面を参照して説明する。
図5は、衝撃吸収部材2が他の部品に組み付けられた状態で衝撃を受け、他の部品が支点となって3点曲げを受けるときの様子を模式的に示したものである。
基本的に、本実施形態の衝撃吸収部材2の衝撃エネルギー吸収の原理は、第1実施形態の衝撃吸収部材1と同様である。なお、図5(A)、(B)、(C)はそれぞれ、上述した図2(A)、(B)、(C)に対応する。
次いで、図5(B)に示すように、衝撃吸収部材2に対して、衝撃荷重が入力されると、支点4,4により、衝撃吸収部材2は3点曲げを受ける。衝撃吸収部材2が3点曲げを受けると、スリット211がトリガとなって、衝撃吸収部材2は上面側から順に圧潰する。即ち、上面側が開放された開断面形状であっても、曲げ方向の入力に対して、軸圧潰(即ち、衝撃吸収部材1の長手方向の圧潰)が生ずる。
軸圧潰が生じることにより、図5(C)に示すように、スリット211を介して対向していた一端部212と他端部213は、上端側から順に互いに突き当たる。これにより、初期のエネルギー吸収量が大きくなり過ぎることを回避できるとともに、入力された衝撃エネルギーを安定的に吸収することができる。
第2実施形態に係る衝撃吸収部材2は、底面部12に対向し且つ上記衝撃荷重が入力される上方側が開放されている。即ち、第2実施形態に係る衝撃吸収部材2は、コの字型の開断面形状を有しており、プレス成形、引抜き成形等の簡便な成形方法により、容易に製造することができる。
また、開断面形状であるため軽量化を図ることができ、自動車の構造部材に用いた場合には、燃費の向上が期待できる。さらには、上面部が不要であるため、製造コストも削減できる。
例えば、第2実施形態では、図6に示すように、側面部21の一端部212と他端部213の変形方向を規制し、これらの両端部を突き当てるためのガイド部3を備えていてもよい。
図6に示すように、ガイド部3は、一対の側面部21,21に略接して、一端部212及び他端部213に跨って設けられている。したがって、衝撃吸収部材2に対して長手方向に直交する方向から衝撃荷重が加えられたときに、側面部21の一端部212と他端部213とが、すれ違うことなく確実に突き当たり、衝撃エネルギーを確実に吸収することができる。
ガイド部3は、一方の側面部の突き当てをガイドする部位と、他方の側面部の突き当てをガイドする部位とが連結されているが、これらは互いに独立であってもよい。
カーボンファイバー/エポキシ樹脂のプリプレグ(カーボンファイバーの体積含有率が55%、繊維形態が一方向材、目付け200g/m3「プリプレグQ−1111−2000」、東邦テナックス社製)を用い、このCFRP製プリプレグを金型に巻き付けて、積層角度が0°と90°が交互になるように積層させ、積層物をオートクレーブによって、硬化温度130℃、硬化時間を2時間、圧力を0.6MPaで成形した。これにより、外径断面が50mm×50mm、長手方向の長さが600mm、成形品の板厚が4mm、重量が675gの角パイプ形状の中空成形品を得た。この中空成形品の一対の側面部の上端部より短手方向に沿って4mmから50mmの位置に、幅0.5mmのスリットをウォータージェット加工により施し、実施例1の衝撃吸収部材を作製した。
実施例1と同様の材料を用いて、実施例1と同様のオートクレーブ成形により幅50mm、フランジ高さ50mm、長手方向の長さ600mm、成形品の板厚4mmのコの字型開断面形状のシート状部材を作製した。一対の側面部の上端部より短手方向に沿って4mmから50mmの位置に、幅0.5mmのスリットをウォータージェット加工により施し、重量が502gの実施例2の衝撃吸収部材を作製した。
実施例2に記載の方法と同様にして、重量が504gの実施例3の衝撃吸収部材を作製した。
シャーリングで板厚1.35mmの非メッキ処理材である270MPa級鋼板(軟鋼板)をカットした後、ベンダーマシンで幅が50mm、フランジ高さ25mmのコの字型断面材を作製した。コの字型の外側の角Rについては、外側Rが4Rとなるようにした。上記コの字型断面材を2個使用し、フランジ面を突き当て、レーザーによって連続接合を行い、外径断面が50mm×50mm、長手方向の長さが600mm、重量が1224gの比較例1の衝撃吸収部材を作製した。
270MPa級鋼板(軟鋼板)を590MPa級鋼板(高張力鋼板)に変更した以外は、比較例1と同様の方法で、重量が1210gの比較例2の衝撃吸収部材を作製した。
カーボンファイバー/エポキシ樹脂のプリプレグ(カーボンファイバーの体積含有率が55%、繊維形態が一方向材、目付け200g/m3「プリプレグQ−1111−2000」、東邦テナックス社製)を用い、金型にCFRP製プリプレグを巻き付けて、積層角度が0°と90°が交互になるように積層させ、積層物をオートクレーブによって、硬化温度130℃、硬化時間を2時間、圧力を0.6MPaで成形した。これにより、外径断面が50mm×50mm、長手方向の長さが600mm、成形品の板厚が4mm、重量が680gの角パイプ形状の中空成形品を得た。このパイプ形状の中空成形品を比較例3の衝撃吸収部材とした。
比較例1と同様の材料を用いて、比較例1と同様のオートクレーブ成形によりで幅50mm、フランジ高さ50mm、長手方向の長さ600mm、成形品の板厚4mm、重量が506gのコの字型のシート状部材を作製した。このシート状部材を比較例4の衝撃吸収部材とした。
比較例1と同様の方法で、重量が2645gの比較例5の衝撃吸収部材を作製した。
10tonオートグラフ試験機(島津製作所社製)を用いて下記の試験条件にて、静的試験を行い、実施例及び比較例の衝撃吸収部材の破壊箇所の変位量と破壊箇所にかかる荷重との関係を測定した。実施例及び比較例の衝撃吸収部材を上記試験機に設置する際には、コの字型の衝撃吸収部材については開放された開断面に衝撃荷重が入力するように設置し、パイプ形状の中空成形品の場合には接合面が上下になるように設置し、実施例ではスリットが衝撃荷重の入力方向に沿うように設置した。測定結果を、表1、2、図7に示した。
[試験条件]
試験速度:10mm/min
下圧子間距離:500mm
圧子形状:上下ともR50mm
落錘衝撃試験機(前川試験機社製)を用いて下記の試験条件にて動的試験を行い、実施例及び比較例の衝撃吸収部材の破壊箇所の変位量と破壊箇所にかかる荷重との関係を測定した。なお、衝撃吸収部材の設置は評価1と同様にした。測定結果を、表1、表2、図7に示した。
[試験条件]
試験速度:50km/h(落重高さ:9.8m、錐体重量:200kg)
下圧子間距離:500mm
圧子形状:上下ともR50mm
11 側面部
111 スリット
112 一端部
113 他端部
12 底面部
13 上面部
Claims (4)
- 長手方向と短手方向とを有し、前記長手方向に直交する方向から入力される衝撃荷重を吸収する繊維強化材料製の衝撃吸収部材であって、
前記衝撃荷重の入力方向に平行で且つ互いに対向する一対の側面部と、
前記一対の側面部を連結する底面部と、を少なくとも備え、
前記一対の側面部はそれぞれ、前記衝撃荷重の入力方向に沿って延びるように設けられた脆弱部を備えることを特徴とする衝撃吸収部材。 - 前記脆弱部は、前記側面部に設けられた切り欠き部であることを特徴とする請求項1記載の衝撃吸収部材。
- 前記衝撃吸収部材は、前記底面部に対向し且つ前記衝撃荷重が入力される上方側が開放された開断面形状を有することを特徴とする請求項1又は2記載の衝撃吸収部材。
- 前記側面部に沿って設けられ、
前記衝撃荷重を入力することにより、前記脆弱部が前記長手方向に圧潰するときに、前記脆弱部を介して対向する前記側面部の一端部と他端部の変形方向を規制し、これらの両端部を突き当てるためのガイド部をさらに備えることを特徴とする請求項3に記載の衝撃吸収部材。
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JP2007168122A (ja) * | 2005-12-19 | 2007-07-05 | Toyota Motor Corp | 繊維強化プラスチック構造体 |
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