JP2015199468A - 衝撃吸収構造およびこれを備えた車両用外板部材 - Google Patents
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Abstract
【課題】衝撃によるエネルギーが加わった際におけるエネルギー吸収量を増大させることができる衝撃吸収構造およびこれを備えた車両用外板部材を提供する。
【解決手段】本発明に係る衝撃吸収構造は、板厚方向に間隔をおいて一対に配設される繊維強化樹脂板１１，１２と、これら一対の繊維強化樹脂板１１，１２の間に配設される板状の中間部材１３と、を備える。中間部材１３は断面波形状に形成され、中間部材１３の波形状の頂部１４が繊維強化樹脂板１１，１２の内表面１５，１６に各々接合されている。
【選択図】図１
【解決手段】本発明に係る衝撃吸収構造は、板厚方向に間隔をおいて一対に配設される繊維強化樹脂板１１，１２と、これら一対の繊維強化樹脂板１１，１２の間に配設される板状の中間部材１３と、を備える。中間部材１３は断面波形状に形成され、中間部材１３の波形状の頂部１４が繊維強化樹脂板１１，１２の内表面１５，１６に各々接合されている。
【選択図】図１
Description
本発明は、衝撃吸収構造およびこれを備えた車両用外板部材に関する。
従来から、自動車の車体などを構成する部材として、いわゆるサンドイッチ構造が公知である（例えば、特許文献１）。この特許文献１に記載のサンドイッチ構造は、板厚方向に間隔をおいて配設される炭素繊維強化樹脂製のアウターパネルおよびインナーパネルと、これらのアウターパネルおよびインナーパネルとの間に配設される複数のリブと、を備えている。前記リブは円筒形状に形成されており、衝撃によるエネルギーがアウターパネルに加わった際に、前記リブが変形、破壊されることにより衝撃によるエネルギーを吸収するようになっている。
しかしながら、前記特許文献１に記載のサンドイッチ構造においては、前記リブの長手方向端部は、アウターパネルおよびインナーパネルとの接触面積が小さいため、アウターパネルおよびインナーパネルと前記リブとの接着面積を大きくとることができない。このため、サンドイッチ構造全体の剛性が比較的低く、エネルギー吸収量が低下するという問題がある。
そこで、本発明は、衝撃によるエネルギーが加わった際におけるエネルギー吸収量を増大させることができる衝撃吸収構造およびこれを備えた車両用外板部材を提供することを目的とする。
本発明の第1の態様は、一対の繊維強化樹脂板の間に配設される板状の中間部材を備えた衝撃吸収構造である。前記中間部材は断面波形状に形成され、この中間部材の波形状の頂部が前記繊維強化樹脂板の内表面に接合されている。
本発明の第２の態様は、前記衝撃吸収構造を備えた車両用外板部材である。
本発明によれば、衝撃によるエネルギーが加わった際におけるエネルギー吸収量を増大させることができる衝撃吸収構造およびこれを備えた車両用外板部材を提供することができる。
以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。
本発明の実施形態に係る衝撃吸収構造を備えた自動車用のフード（ボンネット）１０を図１に基づいて説明する。
図１に示すように、フード１０は、板厚方向に間隔をおいて一対に配設される繊維強化樹脂板１１，１２と、これら一対の繊維強化樹脂板１１，１２の間に配設される板状の中間部材１３と、を備えている。このフード１０を構成する繊維強化複合材は、サンドイッチパネルとも称されるものである。
本実施形態に係る衝撃吸収構造は、自動車用のフードに限定されず、ドアパネル、バンパー、トランクリッド、リアゲート、フェンダパネル、サイドボディパネル、ルーフパネルなど車両用外板部材に適用することができる。なお、この衝撃吸収構造は、車両用外板部材に限定されず、各種構成部材に適用することが可能である。
繊維強化樹脂板１１，１２は、衝撃吸収構造の表層（表面および裏面）を構成するものである。本実施形態では、繊維強化樹脂板（表側部材）１１が衝撃吸収構造の車外側の表層を構成し、繊維強化樹脂板（裏側部材）１２が衝撃吸収構造の車内側の表層を構成する。繊維強化樹脂板１１，１２は、繊維強化樹脂（繊維強化プラスチック）から板状に形成されている。この繊維強化樹脂としては、炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）、ガラス繊維強化樹脂（ＧＦＲＰ）、アラミド繊維強化樹脂（ＡＦＲＰ）など、種々の繊維強化樹脂を用いることができる。繊維強化樹脂板１１，１２の板厚は、例えば０．８〜１ｍｍ程度とされ、フード１０全体の板厚は、例えば１０ｍｍ程度とされる。
中間部材１３は、衝撃吸収構造のコア層を構成するものである。中間部材１３は、断面波形状（コルゲート形状）に形成され、中間部材１３の波形状の頂部１４が接着剤により繊維強化樹脂板１１，１２の内表面１５，１６に各々接合（接着）されている。中間部材１３としては、繊維強化樹脂製、金属製または合成樹脂製の板バネを用いることが可能である。本実施形態では、中間部材１３の断面は正弦波形状に形成されているが、これに限定されず、中間部材１３の断面が三角波形状、台形波形状などに形成されていてもよい。
本実施形態では、中間部材１３は、フード１０を構成する衝撃吸収構造の積層方向と交差する方向に間隔をおいて複数配設され、各中間部材１３の波形状の頂部１４が接着剤により繊維強化樹脂板１１，１２の内表面１５，１６に各々接合（接着）されている。ある程度の面積をもった中間部材１３を衝撃吸収構造に複数配設して、衝撃によるエネルギーの入力初期の剛性をある程度確保しつつ、中間部材１３が衝撃吸収構造の積層方向に対して局所的に潰れやすくするためである。例えば、繊維強化樹脂板１１，１２と中間部材１３との接着力（あるいは接着面積）が大きくなるほど中間部材１３の１枚あたりの面積（大きさ）を小さく設定する。また、中間部材１３を構成する板バネのバネ定数が大きくなるほど中間部材１３の１枚あたりの面積（大きさ）を小さく設定する。
フード１０を成形する際には、まず、中間部材１３の両面における波形状の頂部１４に、接着剤を塗布する。次いで、中間部材１３の両面に繊維強化樹脂板１１，１２を重ね合わせ、これらの積層体（一対の繊維強化樹脂板１１，１２、中間部材１３）を上下から挟んで、加圧、加熱する。このようにすることにより、中間部材１３の両面における波形状の頂部１４に塗布した接着剤が溶融、硬化して、この接着剤により繊維強化樹脂板１１，１２と中間部材１３とが接着される。なお、この成形方法は一例であり、種々の方法を採用することが可能である。
繊維強化樹脂板１１，１２と中間部材１３とを接着する接着剤としては、エポキシ樹脂系接着剤や、ウレタン樹脂系接着剤などを用いることができる。また、繊維強化樹脂板１１，１２と中間部材１３とを接着する接着剤は、熱硬化性の接着剤であってもよく、熱可塑性の接着剤であってもよい。
本実施形態に係る衝撃吸収構造によるエネルギー吸収を図２および図３に基づいて説明する。
前述のように構成されたフード１０に対して、歩行者保護試験で使用されるインパクター（ヘッドインパクター）Ｐを衝突させ、フード１０への入力荷重（反力）Ｆおよびフード１０のストローク（変位量）Ｓを測定した。図３に、フード１０のＦ−Ｓ線図、すなわち、フード１０への入力荷重とフード１０のストロークＳとの関係を表すグラフを示す。
［フェーズ１］
図２（ａ）に示されるように、衝撃によるエネルギーがフード１０の表面（繊維強化樹脂板１１）に入力されると、表面側の繊維強化樹脂板１１が裏面側の繊維強化樹脂板１２側に変位する。すると、図２（ｂ）に示されるように、中間部材１３の接合部には、繊維強化樹脂板１１の変位方向と略直交する方向の力が作用し、繊維強化樹脂板１１，１２と中間部材１３との接合部１７で剥離が生じる。この際、衝撃によるエネルギーが繊維強化樹脂板１１に入力され、繊維強化樹脂板１１，１２と中間部材１３との接合部１７で剥離が生じるまで、図３に示す如く、フード１０の反力はピーク反力Ｆ１まで大きくなる。
図２（ａ）に示されるように、衝撃によるエネルギーがフード１０の表面（繊維強化樹脂板１１）に入力されると、表面側の繊維強化樹脂板１１が裏面側の繊維強化樹脂板１２側に変位する。すると、図２（ｂ）に示されるように、中間部材１３の接合部には、繊維強化樹脂板１１の変位方向と略直交する方向の力が作用し、繊維強化樹脂板１１，１２と中間部材１３との接合部１７で剥離が生じる。この際、衝撃によるエネルギーが繊維強化樹脂板１１に入力され、繊維強化樹脂板１１，１２と中間部材１３との接合部１７で剥離が生じるまで、図３に示す如く、フード１０の反力はピーク反力Ｆ１まで大きくなる。
［フェーズ２］
また、そののち、図２（ｃ）に示されるように、繊維強化樹脂板１１，１２との接合が解除された中間部材１３が衝撃吸収構造の積層方向に潰れて変形し、図２(ｄ)に示されるように、中間部材１３が略平坦な状態となる。つまり、板バネから構成される中間部材１３が伸びきり、繊維強化樹脂板１１，１２と平行な板状になる。この際、中間部材１３が衝撃吸収構造の積層方向に潰れて変形し、中間部材１３が略平坦な状態となるまで、図３に示すごとく、フード１０の反力はピーク反力Ｆ１から反力Ｆ２まで小さくなる。
また、そののち、図２（ｃ）に示されるように、繊維強化樹脂板１１，１２との接合が解除された中間部材１３が衝撃吸収構造の積層方向に潰れて変形し、図２(ｄ)に示されるように、中間部材１３が略平坦な状態となる。つまり、板バネから構成される中間部材１３が伸びきり、繊維強化樹脂板１１，１２と平行な板状になる。この際、中間部材１３が衝撃吸収構造の積層方向に潰れて変形し、中間部材１３が略平坦な状態となるまで、図３に示すごとく、フード１０の反力はピーク反力Ｆ１から反力Ｆ２まで小さくなる。
［フェーズ３］
さらに、そののち、図２（ｅ）に示されるように、中間部材１３が略平坦な状態となり、フード１０全体（繊維強化樹脂板１１，１２、中間部材１３）が曲げ変形する。この際、図３に示す如く、フード１０の反力は反力Ｆ２から２つ目のピーク反力Ｆ３（Ｆ１＞Ｆ３＞Ｆ２）まで再び大きくなる。
さらに、そののち、図２（ｅ）に示されるように、中間部材１３が略平坦な状態となり、フード１０全体（繊維強化樹脂板１１，１２、中間部材１３）が曲げ変形する。この際、図３に示す如く、フード１０の反力は反力Ｆ２から２つ目のピーク反力Ｆ３（Ｆ１＞Ｆ３＞Ｆ２）まで再び大きくなる。
以下に、本実施形態による作用効果を説明する。
（１）本実施形態に係る衝撃吸収構造は、板厚方向に間隔をおいて一対に配設される繊維強化樹脂板（表側部材）１１および繊維強化樹脂板（裏側部材）１２と、これら一対の繊維強化樹脂板１１，１２の間に配設される板状の中間部材１３と、を備える。中間部材１３は断面波形状に形成され、中間部材１３の波形状の頂部１４が繊維強化樹脂板１１，１２の内表面１５，１６に各々接合されている。
衝撃によるエネルギーがフード１０の表面（繊維強化樹脂板１１）に入力されると、まず、繊維強化樹脂板１１、１２と中間部材１３との接合部１７（図２（ｂ）参照）が剥離しつつ、中間部材１３が衝撃吸収構造の積層方向に潰れる。繊維強化樹脂板１１、１２と中間部材１３との接合部１７が剥離するまでは曲げ剛性が確保されて、フード１０の反力が大きくなり、衝撃によるエネルギーが吸収される。また、そののち、中間部材１３が衝撃吸収構造の積層方向に潰れて変形し、中間部材１３が略平坦な状態となるまでは、フード１０の反力は一旦小さくなる。さらに、そののち、中間部材１３が略平坦な状態となり、フード１０全体が曲げ変形することにより、フード１０の反力が再び大きくなり、衝撃によるエネルギーがさらに吸収される。すなわち、衝撃によるエネルギーの入力初期（フェーズ１、フェーズ２）は、繊維強化樹脂板１１、１２と中間部材１３との接合部１７が剥離しつつ、中間部材１３が衝撃吸収構造の積層方向に潰れることによりエネルギーを吸収し、ストロークが大きくなる入力後期（フェーズ３）では、フード１０全体が曲げ変形することによりエネルギーを吸収する。このため、本実施形態に係る衝撃吸収構造によれば、衝撃によるエネルギーを効果的に吸収することが可能となる。
（２）中間部材１３は、繊維強化樹脂板１１，１２の板厚方向（衝撃吸収構造の積層方向）と交差する方向に間隔をおいて複数配設され、各中間部材１３の波形状の頂部１４が繊維強化樹脂板１１，１２の内表面に各々接合されている。
このようにすることにより、衝撃によるエネルギーの入力に対し過度の反力が発生することを抑制することができる。このため、フード１０において、衝撃によるエネルギーの入力初期の剛性をある程度確保しつつ、フード１０（中間部材１３）が局所的に積層方向に対して潰れやすい構造とすることが可能となる。よって、フード１０によって、衝撃によるエネルギーを効果的に吸収することが可能となる。
ところで、本発明の衝撃吸収構造およびこれを備えた車両用外板部材は前述の実施形態に例をとって説明したが、この実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採用することができる。
１０ フード（車両用外板部材）
１１ 繊維強化樹脂板
１２ 繊維強化樹脂板
１３ 中間部材
１４ 中間部材の波形状の頂部
１５ 繊維強化樹脂板の内表面
１６ 繊維強化樹脂板の内表面
１１ 繊維強化樹脂板
１２ 繊維強化樹脂板
１３ 中間部材
１４ 中間部材の波形状の頂部
１５ 繊維強化樹脂板の内表面
１６ 繊維強化樹脂板の内表面
Claims (3)
- 板厚方向に間隔をおいて一対に配設される繊維強化樹脂板と、
これら一対の繊維強化樹脂板の間に配設される板状の中間部材と、を備え、
前記中間部材は断面波形状に形成され、この中間部材の波形状の頂部が前記繊維強化樹脂板の内表面に接合されていることを特徴とする衝撃吸収構造。 - 前記中間部材は、前記繊維強化樹脂板の板厚方向と交差する方向に間隔をおいて複数配設され、各中間部材の波形状の頂部が前記繊維強化樹脂板の内表面に各々接合されていることを特徴とする請求項１に記載の衝撃吸収構造。
- 請求項１または２に記載の衝撃吸収構造を備えた車両用外板部材。
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