JP2018069905A - 車両の衝撃吸収構造 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の衝突時に、衝撃吸収部材によってより高い衝撃エネルギを吸収させる。
【解決手段】各衝撃吸収部材４を、車幅方向の一方側に開口する開断面形状とし、各衝撃吸収部材４に、上壁部４１と、下壁部４２と、これら上壁部４１と下壁部４２の各車幅方向の他方側の縁部間にわたって上下方向に延びる側壁部４３と、上壁部４１の車幅方向の一方側の縁部から上方に延びる上側フランジ部４８と、下壁部４２の車幅方向の一方側の縁部から下方に延びる下側フランジ部４９とを設け、側壁部４３に、車幅方向に凸状に湾曲する湾曲部４３ａ〜４３ｃを形成するとともに、上壁部４１と下壁部４２とに、それぞれ、車幅方向に隣接する複数の平板状の平面部４１ａ、４１ｃ、４２ａ、４２ｃと、隣接する平面部４１ａ、４１ｃ、４２ａ、４２ｃどうしを上下方向に段差を形成しつつつなぐ段部４１ｂ、４２ｂとを設ける。
【選択図】図４

Description

本発明は、車幅方向に延びるバンパレインフォースメントと、前後方向に連続して延びるように配列された複数の強化繊維を含む繊維強化樹脂で成形され且つ前記バンパレインフォースメントの車幅方向両端部からそれぞれ前後方向の一方側に延びる一対の衝撃吸収部材とを備えた車両の衝撃吸収構造に関する。

従来より、車体前部又は後部に、車幅方向に並設された一対のフロントサイドフレーム又は一対のリヤサイドフレームが設けられるとともに、これらサイドフレームの先端部に、衝突時の衝撃エネルギを吸収可能な衝撃吸収部材（所謂クラッシュカン）が設けられた構造が知られている。

衝撃吸収部材としては、主に金属材料によって成形されたものが用いられている。この構成では、車両衝突時、衝撃吸収部材は、軸方向の座屈を伴う弾塑性変形することによって衝撃エネルギを吸収する。

ここで、衝撃吸収部材ひいては車体重量の軽量化を狙いとして、衝撃吸収部材を繊維強化樹脂成形体で構成することも検討されている。繊維強化樹脂成形体は、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維等を強化材とし、これを母材（マトリックス）と組み合わせることによって形成されたものである。特に、炭素繊維樹脂（Ｃａｒｂｏｎ−Ｆｉｂｅｒ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ−Ｐｌａｓｔｉｃ：ＣＦＲＰ）は、比強度（強度／比重）と比剛性（剛性／比重）が高く所謂軽さと強度・剛性とを併せ持つ特性を有している。従って、このような特性の炭素繊維樹脂を衝撃吸収部材に用いれば、強度・剛性を維持しつつ車体重量をより軽量化することができる。

例えば、特許文献１には、１対の繊維強化樹脂製の荷重エネルギ吸収材（衝撃吸収部材）と、これら荷重エネルギ吸収材の先端部に取り付けられた車幅方向に延びるバンパレインフォースメントとを備えた構造であって、荷重エネルギ吸収材が、車幅方向に開口する複数のコ字状の断面形状で構成されたものが開示されている。具体的には、特許文献１には、荷重エネルギ吸収材が、車幅方向に延びる４つの平板と、これら平板どうしをコ字状となるように上下方向につなぐ３つの平板とで構成されたものが開示されている。

特開２００７−００８２８３号公報

特許文献１のように、繊維強化性樹脂製の衝撃吸収部材を用いれば、前後方向に衝撃荷重が加えられたときに、この衝撃荷重が加えられた側（前方または後方）からその反対側（後方または前方）にかけて連続して破壊が生じる所謂逐次破壊が発生することで、効率よく衝撃エネルギを吸収することができる。また、特許文献１のように、荷重エネルギ吸収材すなわち衝撃吸収部材を繊維強化性樹脂製とした場合において、これを車幅方向に開口する開断面形状とし、かつ、これを平板状の部分で構成すれば、製造を容易にすることができる。

しかしながら、このように衝撃吸収部材を開断面形状および平板状の部分で構成した場合には、衝撃吸収部材が座屈しやすく、この座屈の発生によって前記逐次破壊が阻害されて衝撃エネルギが適切に吸収されないおそれがある。

本発明の目的は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、車両の衝突時において、衝撃吸収部材により高い衝撃エネルギを吸収させることができる車両の衝撃吸収構造を提供することである。

前記課題について、本願発明者らは、鋭意研究の結果、特許文献１のような開断面形状の衝撃吸収部材では、平板状の部分が広くなるほど座屈しやすくなること、言い換えると、平板状の部分が広範囲に連続しないような形状とすることが、座屈荷重の低下を避ける上で有効であることを突き止めた。

本発明は、この知見に基づいてなされたものであり、車幅方向に延びるバンパレインフォースメントと、前後方向に連続して延びるように配列された複数の強化繊維を含む繊維強化樹脂で成形され且つ前記バンパレインフォースメントの車幅方向両端部からそれぞれ前後方向の一方側に延びる一対の衝撃吸収部材とを備えた車両の衝撃吸収構造であって、前記各衝撃吸収部材は、車幅方向の一方側に開口する開断面形状を有し、上壁部と、当該上壁部の下方にこれと対向するように配設された下壁部と、これら上壁部と下壁部の各車幅方向の他方側の縁部間にわたって上下方向に延びる側壁部と、前記上壁部の車幅方向の一方側の縁部から上方に延びる上側フランジ部と、前記下壁部の車幅方向の一方側の縁部から下方に延びる下側フランジ部とを備え、前記側壁部には、車幅方向に凸状に湾曲する湾曲部が少なくとも一つ形成されており、前記上壁部と下壁部とは、それぞれ、車幅方向に隣接する複数の平板状の平面部と、隣接する平面部どうしを上下方向に段差を形成しつつつなぐ段部とを有することを特徴とする車両の衝撃吸収構造を提供する（請求項１）。

本発明によれば、衝撃吸収部材が開断面形状であることでこれを容易に製造することができるとともに、衝撃吸収部材の破壊時において強化繊維を断面外に排出することができ破壊後の強化繊維が衝撃吸収部材の破壊を阻害するのを抑制することができる。

しかも、衝撃吸収部材の側壁部に車幅方向に凸状に湾曲する湾曲部が形成されることで、この側壁部の座屈荷重をその全体を平板状とした場合に比べて高めることができ、かつ、衝撃吸収部材の上壁部と下壁部とに段部が形成されていることで、これら上壁部と下壁部とをそれぞれ一枚の平板部材で構成する場合に比べてこれら壁部の座屈荷重を高めることができる。従って、座屈の発生を抑制して衝撃吸収部材を適切に逐次破壊させることができ、より高い衝撃エネルギを衝撃吸収部材に吸収させることができる。

前記構成において、前記衝撃吸収部材は、複数の強化繊維が配列された繊維層が複数積層された強化繊維積層部材で形成されており、前記上壁部および下壁部の各平面部の板厚ｔ１（ｍｍ）は、それぞれ下式（１）を満足するように設定されているのが好ましい（請求項２）。

ここに、ｂ１：前記上壁部および下壁部の各平面部の車幅方向の長さ（ｍｍ）、Ｅ：前記衝撃吸収部材の前後方向に対応する方向の前記強化繊維積層部材のヤング率（ＧＰａ）、ν：前記強化繊維積層部材のポアソン比、ｋ１：前記上壁部および下壁部の各平面部の拘束係数、σ_ｆ：前記強化繊維積層部材の圧縮強度（ＧＰａ）、Ａ：逐次破壊荷重換算係数であって０．２２５以上かつ０．２７５以下の値に設定された定数である。

このようにすれば、より確実に座屈の発生を抑制して適切に逐次破壊を発生させて衝撃吸収部材に衝撃エネルギを適切に吸収させることができる。

具体的には、前後方向に延びる平板状の前記強化繊維積層部材において、前後方向に荷重を加えたときの座屈荷重ｆｃｒは、その板厚をｔ（ｍｍ）、板幅をｂ（ｍｍ）とし、その拘束係数をｋとし、前記パラメータを用いて下式（４）で表すことができる。

そして、繊維層が積層されることで形成された繊維強化樹脂からなる平板部材では、逐次破壊が発生するときの荷重である逐次破壊荷重が、強化繊維単体の圧縮強度のおよそ１／４であって０．２２５倍以上かつ０．２７５倍以下（少なくとも０．２２５倍以上）の値に相当することが分かっている。従って、上壁部および下壁部の各平面部の板厚ｔ１をそれぞれ上式（１）を満足するように構成すれば、座屈荷重ｆｃｒを逐次破壊荷重よりも大きくすることができ、座屈が生じる前に衝撃吸収部材を逐次破壊させることができる。

前記構成において、前記上壁部および下壁部の各平面部の板厚ｔ１（ｍｍ）は、下式（２）を満足するように設定されているのが好ましい（請求項３）。

具体的には、繊維層が積層されることで形成された繊維強化樹脂からなる平板部材については、そのポアソン比νに約０．３という値を用いることができる。また、この平板部材において、その幅方向の端部が他の部材に接続されている場合には、その拘束係数に４．０を用いることができる。ここで、前記上壁部および前記下壁部の各平面部は、その車幅方向の端部が他の平面部、フランジ部または側壁部に接続されている。そのため、これら平面部の拘束係数ｋ１には、４．０を用いることができる。

従って、上壁部および下壁部の各平面部を、前記各値を用いて式（１）を簡略化した式（２）を満足するように設定すれば、座屈を抑制して適切に逐次破壊を発生させることができる。

また、前記構成において、前記上側フランジ部は、その上端から前記上壁部に向かって上下方向に延びる平板状の上側フランジ平面部を有し、前記下側フランジ部は、その下端から前記下壁部に向かって上下方向に延びる平板状の下側フランジ平面部を有し、前記上側フランジ平面部および前記下側フランジ平面部の板厚ｔ２（ｍｍ）は、それぞれ下式（３）を満足するように設定されているのが好ましい（請求項４）。

ここに、ｂ２：前記上側フランジ平面部および前記下側フランジ平面部の上下方向の長さ（ｍｍ）である。

具体的には、繊維層が積層されることで形成された繊維強化樹脂からなる平板部材において、その幅方向の一方端が開放されている場合には、その拘束係数ｋ（ｋ１）に０．４３５を用いることができる。従って、前記上側フランジ部が、その上端から前記上壁部に向かって上下方向に延びる平板状の上側フランジ平面部を有し、前記下側フランジ部が、その下端から前記下壁部に向かって上下方向に延びる平板状の下側フランジ平面部を有する構成において、これら幅方向の一方端が開放されている上側フランジ平面部と下側フランジ平面部とを、前記各値を用いて式（１）を簡略化した式（３）を満足するように設定すれば、座屈を抑制して適切に逐次破壊を発生させることができる。

また、前記構成において、前記側壁部は、車幅方向の前記他方側に凸状に湾曲する湾曲部を２つ以上有するとともに、隣接する当該湾曲部の間に介在して車幅方向の前記一方側に凸状に湾曲する内側湾曲部を有するのが好ましい（請求項５）。

このようにすれば、側壁部を複数の湾曲部で構成することでその座屈荷重を高めることができる。しかも、内側湾曲部が設けられていることで、衝撃吸収部材に衝撃荷重が加えられたときに、上壁部と下壁部の離間距離が拡大するような変形挙動、所謂開口の拡開変形が発生するのを抑制して、逐次破壊を適切に行わせることができる。

以上説明したように、本発明の車両の衝撃吸収構造によれば、車両の衝突時において、衝撃吸収部材によってより高い衝撃エネルギを吸収させることができる。

本発明の一実施形態に係る車両の衝撃吸収構造を備える車体後部の概略斜視図である。 車体後部の右側部分の平面図である。 クラッシュカンを示した図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 車体後部の右端部を図１の矢印Ｙ１に沿って見た部分拡大図である。 図４のＶＩ部分の拡大図である。 繊維強化樹脂の破壊の様子を示した概略図である。 平均発生応力と板厚との関係を示したグラフである。 他の例に係るクラッシュカンの断面を示した図である。 他の例に係るクラッシュカンの断面を示した図である。

（１）車体後部の構造
本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態では、本発明の車両の衝撃吸収構造を車体後部に適用した場合について説明する。

図１は、本実施形態に係る車両の衝撃吸収構造を備える車体後部の概略斜視図である。なお、本明細書において前後方向とは車体の前後方向のことをいう。また、以下では、適宜、車幅方向を左右方向といい、車体の前側を向いた状態での右、左をそれぞれ右、左という。

図１に示すように、車両１００は、前後方向に延びる左右一対のリヤサイドフレーム１と、これら１対のリヤサイドフレーム１の間を掛け渡すように設けられて水平面にほぼ沿って延びるフロアパネル２と、バンパフェイシャ（図示略）に後側外周部分を覆われた状態で左右に延びるバンパレインフォースメント（以下、バンパレインと省略する）３と、１対のリヤサイドフレーム１とバンパレイン３との間に配設されて前後方向に延びる左右一対のクラッシュカン４（衝撃吸収部材）を備えている。

リヤサイドフレーム１は、フロアパネル２等を支持する部材である。各リヤサイドフレーム１は、前後方向に延びる略直方体形状を有しており、前後方向と直交する断面は閉断面となっている。各リヤサイドフレーム１は、例えば、アルミ合金材料を押出成形にて一体部品として成形されている。本実施形態では、図１に示すように、各リヤサイドフレーム１は、左右方向に略平行に延びる側面を有し、車幅方向の内側の側面の上下方向の寸法の方が右側の上下方向の寸法よりも短い略台形の断面を有している。

フロアパネル２は、その左右両端部分が、１対のリヤサイドフレーム１にそれぞれ溶接にて接合されることでこれに支持されている。フロアパネル２の後側部分には、下方に凹入してスペアタイヤ（図示略）を格納可能なスペアタイヤパン２ａが形成されている。

図２は、車体後部の右側部分の平面図である。図３は、車体後部の右側面図の一部を示した図である。

バンパレイン３は、左右方向に延びる略直方体形状を有しており、前後方向と直交する縦断面は略台形状を有している。すなわち、バンパレイン３は、前後方向について略平行に並び上下方向に延びるバンパ後壁部３ａおよびバンパ前壁部３ｂと、バンパ後壁部３ａとバンパ前壁部３ｂの上縁どうしにわたって延びるバンパ上壁部３ｃと、バンパ後壁部３ａとバンパ前壁部３ｂの下縁どうしにわたって延びるバンパ下壁部３ｄとを有している。バンパレイン３の内側は上下２つの閉断面に区画されており、バンパレイン３は、バンパ後壁部３ａの上下略中央部分とバンパ前壁部３ｂの上下略中央部分とを連結する節壁部３ｅを有する。

本実施形態では、バンパ後壁部３ａおよびバンパ前壁部３ｂは、わずかに後方に膨出するように湾曲している。また、バンパ上壁部３ｃおよびバンパ下壁部３ｄはバンパ前壁部３ｂよりも前方まで延びている。バンパレイン３は、例えば、アルミ合金材料を押出成形にて一体部品として成形されている。

（クラッシュカン）
各クラッシュカン４は、車両の後突時にその衝撃エネルギを吸収するための部材である。各クラッシュカン４は、繊維強化樹脂で形成された部材であって、後述するように、強化材の繊維が配列された繊維層が複数積層された強化繊維積層部材で形成されている。このように繊維強化樹脂で形成されたクラッシュカン４では、車両後突時に後方から衝撃荷重が加えられたときに、後方から前方に向かって連続して破壊が生じる所謂逐次破壊が発生することで、効率よく衝撃エネルギを吸収できるようになっている。

一対のクラッシュカン４は、左右方向について互いに対称な形状を有している。以下では、右側のクラッシュカン４について説明する。図３は、右側のクラッシュカン４を取り出して示した図である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。図５は、車体後部の右端部を図１の矢印Ｙ１に沿って見た部分拡大図である。

図４等に示すように、クラッシュカン４は、右側（車幅方向の外側）に開口する開断面形状を有している。

図３等に示すように、クラッシュカン４は、前後方向に開口する形状を有する本体部４０と、本体部４０の後端部を塞ぐ先端壁部５１と、本体部４０の前端部から右側へ突出する基端壁部５２とを有している。先端壁部５１は、本体部４０よりも右方まで延びている。

図４に示すように、クラッシュカン４の本体部４０は、略ハット状の断面を有しており、前後方向および左右方向に延びる上壁部４１と、上壁部の下方にこれと対向するように配設された下壁部４２と、これら上壁部４１と下壁部４２の左縁部間にわたって上下方向に延びる側壁部４３とを有している。また、クラッシュカン４の本体部４０は、上壁部４１の右縁から上方に延びる上側フランジ部４８と、下壁部４２の右縁から下方に延びる下側フランジ部４９とを有している。本実施形態では、上壁部４１は、全体として右斜め上方にわずかに傾斜しており、下壁部４２は、全体として右斜め下方にわずかに傾斜している。

側壁部４３は、３つの湾曲部４３ａ、４３ｂ、４３ｃで構成されている。具体的には、側壁部４３は、側壁部４３の上部を構成して左側に凸状に湾曲する上側湾曲部４３ａと、側壁部４３の下部を構成して左側に凸状に湾曲する下側湾曲部４３ｃと、上側湾曲部４３ａと下側湾曲部４３ｃとの間に介在して右側に凸状に湾曲する中間湾曲部４３ｂとで構成されている。上側湾曲部４３ａと下側湾曲部４３ｃとは上下方向について対称となる形状を有している。

上側湾曲部４３ａは、その上下略中央部分が最も左側に位置するように左方に膨出しており、この上下略中央に位置する最左端部分から上方および下方に至るほど右側に位置するように湾曲している。上側湾曲部４３ａは、円弧にほぼ沿うように湾曲している。同様に、下側湾曲部４３ｃも、その上下略中央部分が最も左側に位置し、この最左端部分から上方および下方に至るほど右側に位置するように、また、円弧にほぼ沿うように湾曲している。

中間湾曲部４３ｂは、上側湾曲部４３ａの下縁から下方に至るほど右側に位置するように湾曲した後、下方に至るほど左側に位置するように湾曲しており、その上下中央部分が最も右側に位置するように右方に膨出している。中間湾曲部４３ｂも、円弧にほぼ沿うように湾曲している。

中間湾曲部４３ｂは、上側湾曲部４３ａおよび下側湾曲部４３ｃと、その接続部分の接線が同一線となるように湾曲しており、側壁部４３は、その全体が湾曲する部分でのみ構成されている。

図４に示した例では、中間湾曲部４３ｂの車幅方向の寸法すなわち車幅方向の突出量と、上側湾曲部４３ａおよび下側湾曲部４３ｃの車幅方向の寸法すなわち車幅方向の突出量とはほぼ同じに設定されている。

上壁部４１は、隣接する２つの平板状の平面部４１ａ、４１ｃと、これら平面部４１ａ、４１ｂどうしを上下方向に段差を形成しながらつなぐ段部４１ｂとで構成されている。具体的には、上壁部４１は、側壁部４３（上側湾曲部４３ａ）の上縁から右斜め上方にまっすぐに延びる上側第１平面部４１ａと、上側第１平面部４１ａよりも上方かつ右方となる位置において、上側第１平面部４１ａとほぼ同じ傾きで右斜め上方にまっすぐに延びる上側第２平面部４１ｃと、これらをつなぐ上側段部４１ｂとで構成されている。上側段部４１ｂは、そのほぼ全体が湾曲している。具体的には、上側段部４１ｂは、上側第１平面部４１ａの右縁と上側第２平面部４１ｃの左縁とをまっすぐにつなぐ線よりも上方に膨出するように湾曲している。

下壁部４２は、上壁部４１と上下方向について対称となる形状を有しており、下壁部４２は、側壁部４３（下側湾曲部４３ｃ）の下縁から右斜め下方にまっすぐに延びる平板状の下側第１平面部４２ａと、下方に膨出するように湾曲する下側段部４２ｂと、下側段部４２ｂの右縁から右斜め下方にまっすぐに延びる下側第２平面部４２ｃとで構成されている。

上側フランジ部４８は、上壁部４１（上側第２平面部４１ｃ）の右縁から湾曲しながら上方に延びている。本実施形態では、上側フランジ部４８の上端部分は平板状となっており、上側フランジ部４８は、上壁部４１の右縁から、右斜め上方に向かって、右斜め下方に膨出するように湾曲する上側フランジ湾曲部４８ａと、上側フランジ湾曲部４８ａの上端から上方にまっすぐに延びる上側フランジ平面部４８ｂとで構成されている。

下側フランジ部４９は、上側フランジ部４８と上下方向について対称となる形状を有しており、下側フランジ部４９は、下壁部４２（下側第２平面部４２ｃ）の右縁から、右斜め下方に向かって、右斜め上方に膨出するように湾曲する下側フランジ湾曲部４９ａと、下側フランジ湾曲部４９ａの下端から下方にまっすぐに延びる下側フランジ平面部４９ｂとで構成されている。

本実施形態では、図３に示すように、上壁部４１は全体として前側に至るほど上方に位置するように傾斜しており、下壁部４２は前側に至るほど下方に位置するように傾斜しており、クラッシュカン４の上下方向の寸法は前側程大きくなっている。また、図２等に示すように、上壁部４１および下壁部４２は、前側ほど右方（車幅方向の外方）に広がるような形状を有しており、クラッシュカン４は前側ほど右方に広がる形状となっている。

このように構成されたクラッシュカン４は、図５に示すように、先端壁部５１とバンパレイン３のバンパ前壁部３ｂとがボルトおよびナット９で締結されることでバンパレイン３に固定されている。この固定状態において、クラッシュカン４の先端壁部５１、上側フランジ部４８および下側フランジ部４９は、バンパレイン３のバンパ上壁部３ｃとバンパ下壁部３ｄの間に配置される。

また、クラッシュカン４は、図１に示すように、取付けブラケット２０を介してリヤサイドフレーム１にも固定されている。本実施形態では、取付けブラケット２０は、クラッシュカン４の基端壁部５２を挟持した状態でリヤサイドフレーム１に固定され、これにより、クラッシュカン４をリヤサイドフレーム１に固定している。

（積層構造）
図６は、図４のＶＩで示した部分を拡大した図である。図６に示すように、また、前記のように、クラッシュカン４は、強化繊維積層部材からなり、複数の繊維層Ｓ１、Ｓ２が積層されることで形成されている。本実施形態では、クラッシュカン４は、強化材として炭素繊維が用いられており、炭素繊維が前後方向に延びるように配列された第１繊維層Ｓ１と、炭素繊維が前後方向と直交する方向（図６に示した部分では上下方向）に延びるように配列された第２繊維層Ｓ２とを含んでいる。第１繊維層Ｓ１は、前後方向に一様に延びる単繊維（フィラメント）が所定数束ねられた繊維束（トウ）Ｒ１が、前後方向と直交する方向に配列されることで形成されており、第２繊維層Ｓ２は、前後方向と直交する方向に一様に延びる単繊維（フィラメント）が所定数束ねられた繊維束（トウ）Ｒ２が、前後方向に配列されることで形成されている。炭素繊維の単繊維Ｒ１，Ｒ２の直径は、例えば７〜１０μｍである。なお、本実施形態では、クラッシュカン４の母材には、熱硬化性エポキシ系合成樹脂が使用されている。また、図６では、母材の図示は省略している。

クラッシュカン４の大部分は、第１繊維層Ｓ１で形成されており、クラッシュカン４の板厚方向の端部付近に第２繊維層Ｓ２が第１層Ｓ１に挟まれるように配置されている。

図６に示した例では、第１繊維層Ｓ１は、クラッシュカン４の本体部４０の厚さ方向の両端に１層ずつ配置され、それらの内側に第２繊維層Ｓ２が２層ずつ配置され、これら第２繊維層Ｓ２の間に３以上の多数の第１繊維層Ｓ１が配置されている。

このように繊維層Ｓ１、Ｓ２が積層されることで、本実施形態では、衝突部材Ｂが前後方向に衝突した際に、図７に示すように、前後方向に略直交して圧縮破壊される柱状部分（以下、ピラー部という）Ｐと、板厚方向の両端部分においてピラー部Ｐから剥離されて衝突部材Ｂに略湾曲上に当接する枝部（以下、フロンズ部という）Ｆとを形成することができ、クラッシュカン４に逐次破壊を生じさせることができる。なお、図７は、前記の積層構造を有する試験片に、衝突部材Ｂに対応する加圧部Ｂを押し付けて加圧したときの様子を示した概略図である。

具体的には、第２繊維層Ｓ２では、前後方向と直交する方向に繊維が延びるように配置されていることで、前後方向の圧縮荷重に対する強度が第１繊維層Ｓ１よりも小さくなる。そのため、クラッシュカン４に衝撃荷重が加えられた際に、この第２繊維層Ｓ２を早期に破壊させて、第２繊維層Ｓ２およびこれよりも厚さ方向の外側に位置する第１繊維層Ｓ１（フロンズ部Ｆ）が厚さ方向の中間部分に位置する第１繊維層Ｓ１（ピラー部Ｐ）から剥離するのを促進することができる。従って、剥離破壊ひいては逐次破壊の起点を確実に形成して、フロンズ部Ｆの剥離破壊とピラー部Ｐの圧縮破壊とを連続して生じさせて、クラッシュカン４を適切に逐次破壊させることができる。また、フロンズ部に相当する部分が剥離破壊するときに、第２繊維層Ｓ２が複数の第１繊維層Ｓ１の間にファイバーブリッジを形成するため、引張荷重によって切断される第２繊維層Ｓ２の切断エネルギをエネルギ吸収に利用することができ、クラッシュカン４に効果的に衝撃エネルギを吸収させることができる。

なお、本実施形態では、クラッシュカン４は、長繊維である炭素繊維を強化材とした炭素繊維樹脂（ＣＦＲＰ）成形体により、例えば、ＲＴＭ法を用いて一体形成されている。また、ＲＴＭ法とは、炭素繊維のプリフォームを上下分離可能な成形型のキャビティ内にセットし、このキャビティ内に溶融させた合成樹脂を射出する成形方法である。

（２）クラッシュカンの平板部分の板厚と板幅
次に、クラッシュカン４のうち平板状を有する部分、すなわち、上側第１平面部４１ａ、上側第２平面部４１ｃ、下側第１平面部４２ａ、下側第２平面部４２ｃ、上側フランジ平面部４８ｂ、下側フランジ平面部４９ｂの、板厚と板幅との関係について説明する。

前記のように、クラッシュカン４は、逐次破壊することで車両衝突時の衝撃エネルギを効果的に吸収できるようになっている。そのため、クラッシュカン４に効果的に衝撃エネルギを吸収させるためには、その破壊を前後方向に適切に伝達させる必要がある。しかしながら、本願発明者らは、クラッシュカン４を単純に平板状の部材で構成した場合には、この破壊の伝達が適切に行われ難いこと、そして、これが平板状部分において比較的早期に座屈が発生してしまうためであることを突き止めた。

そこで、本実施形態では、平板状を有する前記各平面部４１ａ、４１ｃ、４２ａ、４２ｃ、４８ｂ、４９ｂについて、その板厚と板幅とを座屈荷重が逐次破壊荷重よりも大きくなるような寸法に設定している。

具体的には、平板状の部材（板厚一定の直方体形状を有する部材）の座屈荷重ｆｃｒは、下式（４）で表すことができる。

ここに、ｔ：平板状の部材の板厚（ｍｍ）、ｂ：平板状の部材の板幅（各平面部４１ａ、４１ｃ、４２ａ、４２ｃの車幅方向の長さ、各平面部４８ｂ、４９ｂの上下方向の長さに相当）（ｍｍ）、Ｅ：長手方向（各平面部４１ａ、４１ｃ、４２ａ、４２ｃ、４８ｂ、４９ｂの前後方向に相当）の強化繊維積層部材のヤング率（ＧＰａ）、ν：強化繊維積層部材のポアソン比、ｋ：拘束係数である。

一方、繊維強化樹脂で成形された平板部材の逐次破壊荷重の理論的な式は明確にわかっていない。これに対して、本願発明者らは、多数の実験を行った結果、複数の強化繊維が配列された繊維層が複数積層された強化繊維積層部材で形成された繊維強化樹脂製の平板部材では、その逐次破壊荷重が、強化繊維積層部材単体の圧縮強度に比例し、この圧縮強度に所定値Ａ（逐次破壊荷重換算係数）をかけた値になることを突き止めた。さらに、この所定値Ａがおよそ１／４であること、詳細には、１／４の±１０％以内の値すなわち０．２２５以上かつ０．２７５以下の値であって、少なくとも０．２２５以上となる値であることを突き止めた。

これに対応して、本実施形態では、各平面部４１ａ、４１ｃ、４２ａ、４２ｃ、４８ｂ、４９ｂの板厚をｔ（ｍｍ）は下式（５）を満足するように設定されている。なお、例えば、ＣＲＦＰのヤング率Ｅ（ＧＰａ）は、２〜１３２である。

ここに、ｂ：各平面部４１ａ、４１ｃ、４２ａ、４２ｃ、４８ｂ、４９ｂの板幅（各平面部４１ａ、４１ｃ、４２ａ、４２ｃの車幅方向の長さｂ１、各平面部４８ｂ、４９ｂの上下方向の長さｂ２に相当）（ｍｍ）、ｋ：各平面部４１ａ、４１ｃ、４２ａ、４２ｃ、４８ｂ、４９ｂの拘束係数、σ_ｆ：強化繊維積層部材の圧縮強度（ＧＰａ）である。また、Ａは、前記のように、逐次破壊荷重換算係数であって０．２２５以上かつ０．２７５以下の値に設定された定数である。

さらに、本願発明者らは、繊維層が積層されることで形成された繊維強化樹脂からなる平板部材では、そのポアソン比νは約０．３になることを突き止めた。

ここで、平板部材において、その板幅方向の端部が他の部材に接続されている場合には、その拘束係数ｋには４．０を用いることができる。そして、上側第１平面部４１ａ、上側第２平面部４１ｃ、下側第１平面部４２ａ、下側第２平面部４２ｃは、それぞれ、その板幅方向（車幅方向）の両端部が側壁部４３、段部４１ｂ、４２ｂ、フランジ湾曲部４８ａ、４９ｂに接続されており、その拘束係数ｋ（ｋ１）には、４．０を用いることができる。

これに対応して、本実施形態では、前記所定値Ａを１／４として、上側第１平面部４１ａ、上側第２平面部４１ｃ、下側第１平面部４２ａ、下側第２平面部４２ｃにおいて、それぞれ、その板厚ｔ１（ｍｍ）と板幅ｂ１（ｍｍ）とは、下式（２）を満足するように設定されている。

本実施形態では、上側第１平面部４１ａ、上側第２平面部４１ｃ、下側第１平面部４２ａ、下側第２平面部４２ｃの板幅はほぼ同じ値に設定されている。また、本実施形態では、段部４１ｂ、４２ｂ、上側フランジ湾曲部４８ａ、下側フランジ湾曲部４９ａおよび側壁部４３の板厚は、これら平面部４１ａ、４１ｃ、４２ａ、４２ｃと同じ値に設定されている。

また、平板部材において、その板幅方向の一方端が開放されている場合には、拘束係数ｋに０．４３５を用いることができる。そして、上側フランジ平面部４８ｂ、下側フランジ平面部４９ｂは、それぞれ、その一方端が開放されている。

これに対応して、本実施形態では、上側フランジ平面部４８ｂ、下側フランジ平面部４９ｂの板厚ｔ２（ｍｍ）と板幅ｂ２（ｍｍ）とは、それぞれ、下式（３）を満足するように設定されている。

ここで、前記のように、上側第１平面部４１ａ、上側第２平面部４１ｃ、下側第１平面部４２ａ、下側第２平面部４２ｃの各板幅ｂ（ｂ１）は、式（２）を満足するように設定されればよいが、クラッシュカン４はリヤサイドフレーム１に取付けられており、クラッシュカン４からリヤサイドフレーム１に荷重を適切に伝達するためには、クラッシュカン４の車幅方向の寸法はリヤサイドフレーム１の車幅方向の寸法以下にするのが好ましい。これに伴い、本実施形態では、これら上側第１平面部４１ａ、上側第２平面部４１ｃ、下側第１平面部４２ａ、下側第２平面部４２ｃの板幅ｂ（ｂ１）は、それぞれ１００ｍｍ以下に設定されている。

（３）作用等
以上のように、本実施形態では、クラッシュカン４が、開断面形状を有している。そのため、クラッシュカン４を比較的容易に成形することができる。また、車両衝突時において、逐次破壊された繊維強化樹脂をクラッシュカン４内部に蓄積することなくクラッシュカン４内部から外部に排出することができ、クラッシュカン４の潰れ残しの発生を防止することができる。そして、クラッシュカン４の潰れによってより多くの衝撃エネルギを吸収することができる。

しかも、クラッシュカン４の側壁部４３に車幅方向に凸状に湾曲する湾曲部４３ａ、４３ｂ、４３ｃが形成されていることで、側壁部４３全体を平板部材で構成した場合に比べて側壁部４３の座屈荷重が高くされている。特に、本実施形態では、側壁部４３が、これら湾曲部４３ａ、４３ｂ、４３ｃでのみ構成されているため、その座屈荷重が非常に高くなっている。また、本実施形態では、クラッシュカン４の上壁部４１と下壁部４２とにそれぞれ段部４１ｂ、４２ｂが形成されていることで、これら上壁部４１と下壁部４２をそれぞれ一枚の平板部材で構成する場合に比べて、これら上壁部４１と下壁部４２の座屈荷重が高くされている。

従って、上壁部４１と下壁部４２の車幅方向の長さひいてはクラッシュカン４の断面積を大きくしてその剛性を確保しつつ、座屈の発生を抑制してクラッシュカン４を適切に逐次破壊させることができ、クラッシュカン４に多くの衝撃エネルギをより確実に吸収させることができる。

なお、平板部材で構成する場合に比べて座屈荷重をより確実に高くするためには、各湾曲部４３ａ、４３ｂ、４３ｃの曲率は２０００以下とするのが好ましい。また、この曲率は小さい方が好ましいが、製造する上では３以上とするのが好ましい。

また、本実施形態では、側壁部４３に車幅方向の内側すなわち開口方向に向かって凸状に湾曲する中間湾曲部４３ｂが設けられているため、クラッシュカン４が、上壁部４１と下壁部４２の離間距離が拡大するような変形挙動、所謂開口の拡開変形が発生するのを抑制することができ、これによっても逐次破壊を適切に行わせることができる。

また、本実施形態では、平板状を有する各平面部４１ａ、４１ｃ、４２ａ、４２ｃ、４８ｂ、４９ｂが、式（５）を満足するように設定されている。特に、板幅方向の両端が拘束されている上側第１平面部４１ａ、上側第２平面部４１ｃ、下側第１平面部４２ａ、下側第２平面部４２ｃは式（２）を満足するように、板幅方向の一端が開放されている上側フランジ湾曲部４８ａ、下側フランジ湾曲部４９ａは式（３）を満足するように設定されている。そのため、各平面部４１ａ、４１ｃ、４２ａ、４２ｃ、４８ｂ、４９ｂの座屈荷重を逐次破壊荷重よりも大きくして逐次破壊が生じる前にまたは逐次破壊の途中でこれら平面部４１ａ、４１ｃ、４２ａ、４２ｃ、４８ｂ、４９ｂにおいて座屈が生じるのを抑制することができ、クラッシュカン４の適切な逐次破壊をより確実に実現することができる。

ここで、このように、各平面部４１ａ、４１ｃ、４２ａ、４２ｃ、４８ｂ、４９ｂを式（５）（式（２）または式（３））を満足するように構成すれば、これら平面部４１ａ、４１ｃ、４２ａ、４２ｃ、４８ｂ、４９ｂの座屈荷重を逐次破壊荷重よりも大きくすることができる。

ただし、本実施形態のように繊維層が複数積層されることで形成された繊維強化樹脂製のクラッシュカン４において、逐次破壊が発生するときの平均発生応力と、板厚との関係を調べた結果、図８に示すように板厚が所定の値となる場合に平均発生応力が最大となり、板厚がこの値から離れるほど平均発生応力が低くなることが分かった。なお、平均発生応力は、クラッシュカン４に加えられた荷重をクラッシュカン４のうち亀裂が発生していない部分（例えば、荷重が加えられた側の端部から５〜３０ｍｍ程度離れた部位）の断面積で割った値である。板厚を過剰に小さくすると平均発生応力が低くなるのは、板厚が小さいことに伴って前記ピラー部の厚みが小さくなり、ピラー部が局所的に座屈することでストロークの単位長さあたりすなわち前後方向の単位長さあたりの繊維破断量が低下し、クラッシュカン４によって吸収できる衝撃エネルギが小さくなってしまうためと考えられる。

従って、クラッシュカン４の板厚、少なくとも衝撃荷重を主に吸収する上壁部４１、下壁部４２および側壁部４３の板厚は、所定の範囲に抑えるのが好ましい。

例えば、板厚を０．６ｍｍよりも小さくするとピラー部が十分に確保できないことが分かっている。また、繊維層が複数積層されることで形成された繊維強化樹脂製の円筒部材では、前記基準値が例えば２．４ｍｍ程度の値になり、平均発生応力を所定値以上とすることのできる板厚は６．０ｍｍ以下となる。従って、クラッシュカン４において、各平面部４１ａ、４１ｃ、４２ａ、４２ｃ、４８ｂ、４９ｂの板厚ｔを、０．６ｍｍ以上６．０ｍｍ以下の値、あるいは、２．４ｍｍ付近の値（例えば、１．６ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の値）に設定しつつ、その板幅ｂを式（５）を満足するように構成すれば、クラッシュカン４によって吸収できる衝撃エネルギをより一層高くすることができる。

また、本実施形態では、前記のように、クラッシュカン４の上側フランジ部４８および下側フランジ部４９が、バンパレイン３のバンパ上壁部３ｃとバンパ下壁部３ｄの間に配置されている。そのため、これらバンパ上壁部３ｃおよびバンパ下壁部３ｄによって、クラッシュカン４の上側フランジ部４８および下側フランジ部４９がそれぞれ上方および下方に変位するのを規制することができる。従って、クラッシュカン４が拡開変形するのを抑制して、この拡開変形に伴うクラッシュカン４の予期せぬ座屈を防止することができる。

（４）変形例
ここで、前記実施形態では、上側フランジ部４８および下側フランジ部４９が、それぞれ、湾曲部（上側フランジ湾曲部、下側フランジ湾曲部）４８ａ、４９ａと、平面部（上側フランジ平面部、下側フランジ平面部）４８ｂ、４９ｂとで構成される場合について説明したが、平面部４８ｂ、４９ｂを省略して湾曲部４８ａ、４９ａのみで構成してもよい。

また、前記実施形態では、段部４１ｂ、４２ｂを湾曲形状とした場合について説明したが、これら段部４１ｂ、４２ｂを直線形状（平板状）としてもよい。ただし、これら段部４１ｂ、４２ｂを湾曲させれば、これら段部４１ｂ、４２ｂおよび上壁部４１と下壁部４２の座屈をより確実に抑制することができる。

また、前記実施形態では、中間湾曲部４３ｂの車幅方向の寸法と、上側湾曲部４３ａおよび下側湾曲部４３ｃの車幅方向の寸法とがほぼ同じ場合について説明したが、これらの寸法は互いに異なっていてもよい。例えば、中間湾曲部４３ｂの車幅方向の寸法すなわち突出量が他の湾曲部４３ａ、４３ｂの車幅方向の寸法すなわち突出量よりも小さく設定されていてもよい。

また、前記実施形態では、側壁部４３に３つの湾曲部４３ａ、４３ｂ、４３ｃが形成された場合について説明したが、湾曲部の数はこれに限らない。例えば、側壁部４３に１つの湾曲部のみを設けてもよいし、図９に示すように、側壁部１４３に５個の湾曲部１４３ａ〜１４３ｅを形成してもよい。

また、図１０に示すように、側壁部２４３に車幅方向の同じ側（図例では、車幅方向外側）に凸状に湾曲する湾曲部２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃを複数形成してもよい。

ただし、側壁部４３に車幅方向の外側に凸状に湾曲する湾曲部と、車幅方向の内側に凸状に湾曲する湾曲部とを設ければ、車幅方向の外側に凸状に湾曲する湾曲部によってクラッシュカン４の断面積を大きくしてその剛性を高めることができるとともに、車幅方向の内側に凸状に湾曲する湾曲部によって、前記のように、クラッシュカン４の拡開変形を抑制することができる。

また、前記実施形態では、リヤサイドフレーム１に取り付けられるリヤ側のクラッシュカンに適用した場合について説明したが、フロントサイドフレームに取り付けられるフロント側のクラッシュカンに適用しても良い。

また、前記実施形態では、クラッシュカン４が車幅方向の外側に開口する開断面形状を有する場合について説明したが、車幅方向の内側に開口する開断面形状を有するクラッシュカンに適用してもよい。

また、前記実施形態では、クラッシュカン４が炭素繊維樹脂により形成される場合について説明したが、これに代えてガラス繊維や金属繊維等を用いても良い。

また、母材樹脂についても、クラッシュカンの仕様に応じて任意に選択することができる。

また、繊維層の積層構造は前記に限らない。例えば、クラッシュカン４を、前後方向に強化材の繊維が延びるように配列された複数の配向０度繊維層を積層した配向０度繊維強化樹脂で形成してもよい。また、クラッシュカン４を、配向０度繊維層と、前後方向に対して４５度交差した方向に繊維が延びるように配列された配向４５度繊維層と、前後方向と直交する方向に繊維が延びるように配列された配向９０度繊維層と、前後方向に対して−４５度交差した方向に繊維が延びるように配列された配向−４５度繊維層とを順に積層した擬似等方繊維強化樹脂で形成してもよい。

１ リヤサイドフレーム
３ バンパレイン（バンパレインフォースメント）
４ クラッシュカン
４１ 上壁部
４１ａ 上側第１平面部（平面部）
４１ｂ 上側段部
４１ｃ 上側第２平面部（平面部）
４２ 下壁部
４２ａ 下側第１平面部（平面部）
４２ｂ 下側段部
４２ｃ 下側第２平面部（平面部）
４３ 側壁部
４３ａ 上側湾曲部（湾曲部）
４３ｂ 中間湾曲部（湾曲部）
４３ｃ 下側湾曲部（湾曲部）
４８ 上側フランジ部
４８ｂ 上側フランジ平面部
４９ 下側フランジ部
４９ｂ 下側フランジ平面部

前記構成において、前記衝撃吸収部材は、複数の強化繊維が配列された繊維層が複数積層された強化繊維積層部材で形成されており、前記上壁部および下壁部の各平面部の板厚ｔ１（ｍｍ）は、それぞれ下式（１）を満足するように設定されているのが好ましい。

従って、前記上壁部および下壁部の各平面部の板厚ｔ１（ｍｍ）は、下式（２）を満足するように設定されているのが好ましい（請求項２）。

また、前記構成において、前記上側フランジ部は、その上端から前記上壁部に向かって上下方向に延びる平板状の上側フランジ平面部を有し、前記下側フランジ部は、その下端から前記下壁部に向かって上下方向に延びる平板状の下側フランジ平面部を有し、前記上側フランジ平面部および前記下側フランジ平面部の板厚ｔ２（ｍｍ）は、それぞれ下式（３）を満足するように設定されているのが好ましい（請求項３）。

また、前記構成において、前記側壁部は、車幅方向の前記他方側に凸状に湾曲する湾曲部を２つ以上有するとともに、隣接する当該湾曲部の間に介在して車幅方向の前記一方側に凸状に湾曲する内側湾曲部を有するのが好ましい（請求項４）。

側壁部４３は、３つの湾曲部４３ａ、４３ｂ、４３ｃで構成されている。具体的には、側壁部４３は、側壁部４３の上部を構成して左側に凸状に湾曲する上側湾曲部４３ａと、側壁部４３の下部を構成して左側に凸状に湾曲する下側湾曲部４３ｃと、上側湾曲部４３ａと下側湾曲部４３ｃとの間に介在して右側に凸状に湾曲する中間湾曲部（内側湾曲部）４３ｂとで構成されている。上側湾曲部４３ａと下側湾曲部４３ｃとは上下方向について対称となる形状を有している。

Claims (5)

1. 車幅方向に延びるバンパレインフォースメントと、前後方向に連続して延びるように配列された複数の強化繊維を含む繊維強化樹脂で成形され且つ前記バンパレインフォースメントの車幅方向両端部からそれぞれ前後方向の一方側に延びる一対の衝撃吸収部材とを備えた車両の衝撃吸収構造であって、
   前記各衝撃吸収部材は、車幅方向の一方側に開口する開断面形状を有し、上壁部と、当該上壁部の下方にこれと対向するように配設された下壁部と、これら上壁部と下壁部の各車幅方向の他方側の縁部間にわたって上下方向に延びる側壁部と、前記上壁部の車幅方向の一方側の縁部から上方に延びる上側フランジ部と、前記下壁部の車幅方向の一方側の縁部から下方に延びる下側フランジ部とを備え、
   前記側壁部には、車幅方向に凸状に湾曲する湾曲部が少なくとも一つ形成されており、
   前記上壁部と下壁部とは、それぞれ、車幅方向に隣接する複数の平板状の平面部と、隣接する平面部どうしを上下方向に段差を形成しつつつなぐ段部とを有することを特徴とする車両の衝撃吸収構造。
2. 請求項１に記載の車両の衝撃吸収構造において、
   前記衝撃吸収部材は、複数の強化繊維が配列された繊維層が複数積層された強化繊維積層部材で形成されており、
   前記上壁部および下壁部の各平面部の板厚ｔ１（ｍｍ）は、それぞれ下式（１）を満足するように設定されていることを特徴とする車両の衝撃吸収構造。
   ここに、
   ｂ１：前記上壁部および下壁部の各平面部の車幅方向の長さ（ｍｍ）
   Ｅ：前記衝撃吸収部材の前後方向に対応する方向の前記強化繊維積層部材のヤング率（ＧＰａ）
   ν：前記強化繊維積層部材のポアソン比
   ｋ１：前記上壁部および下壁部の各平面部の拘束係数
   σ_ｆ：前記強化繊維積層部材の圧縮強度（ＧＰａ）
   Ａ：逐次破壊荷重換算係数であって０．２２５以上かつ０．２７５以下の値に設定された定数
3. 請求項２に記載の車両の衝撃吸収構造において、
   前記上壁部および下壁部の各平面部の板厚ｔ１（ｍｍ）は、下式（２）を満足するように設定されていることを特徴とする車両の衝撃吸収構造。
   
4. 請求項２または３に記載の車両の衝撃吸収構造において、
   前記上側フランジ部は、その上端から前記上壁部に向かって上下方向に延びる平板状の上側フランジ平面部を有し、
   前記下側フランジ部は、その下端から前記下壁部に向かって上下方向に延びる平板状の下側フランジ平面部を有し、
   前記上側フランジ平面部および前記下側フランジ平面部の板厚ｔ２（ｍｍ）は、それぞれ下式（３）を満足するように設定されていることを特徴とする車両の衝撃吸収構造。
   ここに、
   ｂ２：前記上側フランジ平面部および前記下側フランジ平面部の上下方向の長さ（ｍｍ）
5. 前記側壁部は、車幅方向の前記他方側に凸状に湾曲する湾曲部を２つ以上有するとともに、隣接する当該湾曲部の間に介在して車幅方向の前記一方側に凸状に湾曲する内側湾曲部を有することを特徴とする車両の衝撃吸収構造。