JP2020142569A - 車両用荷重吸収部材 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮荷重によって効果的に圧縮変形されること車両用荷重吸収部材を得る。【解決手段】本車両用荷重吸収部材１０では、分子構造が無極性の材質や分子間の結合が低い材質によって被覆部１４が形成されており、本体部１２の外周部が被覆部１４によって被覆されている。被覆部１４に被覆された本体部１２は、繊維強化樹脂材によって形成された枠体１６の内側に配置される。枠体１６は、圧縮荷重Ｆによって逐次圧壊され、本体部１２は、圧縮荷重Ｆによって圧縮変形される。【選択図】図１

Description

本発明は、車両用荷重吸収部材に関する。

下記特許文献１には、断面矩形の筒状に形成された中空材の内側に木材によって形成された充填材を設け、車両衝突時の衝撃を圧縮荷重として受け、蛇腹状に座屈変形されることで衝撃を吸収する衝撃吸収部材が開示されている。この衝撃吸収部材の中空材は、アルミニウム又はアルミニウム合金によって形成されている。このため、圧縮荷重によって全体が蛇腹状に変形する可能性がある。このような変形が中空材に生じると、中空材において断面の外側へ変形した部分は、充填材から離れる。

このように、中空材の一部が充填材から離れ、これによって、中空材の一部と充填材との間に隙間が形成されると、充填材は、この隙間を埋めるように変形し、その結果、充填材に割裂等が生じる可能性がある。このような割裂等の変形に比べて圧縮変形は、荷重の吸収性能が高い。このため、このような衝撃吸収部材等の車両用荷重吸収部材は、衝撃を圧縮荷重として受け、この圧縮荷重によって圧縮変形されることが望ましい。

特開２００１−１８２７６９号公報

本発明は、上記事実を考慮して、圧縮荷重によって効果的に圧縮変形されること車両用荷重吸収部材を得ることが目的である。

請求項１に記載の車両用荷重吸収部材は、木材によって形成された本体部と、繊維強化樹脂材によって形成され、少なくとも所定方向を軸方向とする軸周り方向の前記本体部の外周部を覆う枠体と、フッ素及びシリコーンの少なくとも一方を含んだ合成樹脂材によって形成され、前記本体部の前記外周部を被覆する被覆部と、を備えている。

請求項１に記載の車両用荷重吸収部材が所定方向側からの圧縮荷重を受けると、本体部は、所定方向に対し概ね直交する方向へ膨張しようとする。ここで、本体部において上記の所定方向を軸方向とする軸周り方向の外周部は、枠体によって覆われている。枠体は、繊維強化樹脂によって形成されており、剛性が高い。このため、枠体が上記の圧縮荷重を受けると、枠体は、所定方向側から逐次圧壊される。

したがって、枠体に上記の圧縮荷重が作用した場合、所定方向を軸方向とする蛇腹状に枠体が変形することを抑制できる。このため、枠体において圧縮荷重によって圧壊された部分よりも所定方向側では、本体部の所定方向に対して概ね直交する方向側への膨張が枠体によって制限される。このように、本体部が所定方向に対して概ね直交する方向側へ膨張して変形することを抑制できるため、所定方向とは反対方向（すなわち、圧縮荷重の方向）側への圧縮変形以外の他の変形が本体部に生じることを抑制できる。

また、本体部の外周部は、被覆部によって被覆される。ここで、被覆部は、フッ素及びシリコーンの少なくとも一方を含んだ合成樹脂材によって形成される。フッ素は、ほぼ無極性分子であり、シリコーンは、分子間結合が弱い。このため、繊維強化樹脂によって形成された枠体と被覆部との接着が抑制される。このため、枠体において上記の圧縮荷重により圧壊された部分が所定方向に対して直交する方向側へ移動しても、本体部が枠体の圧壊部分に追従して変形（本体部の割れ等を含む）することを抑制できる。所定方向とは反対方向側への圧縮変形以外の他の変形が本体部に生じることを抑制できる。

また、請求項１に記載の車両用荷重吸収部材を構成する前記本体部の前記所定方向側の端面は、木口面とされてもよい。

このような構成の車両用荷重吸収部材では、本体部の所定方向側の端面は、木口面とされるため、本体部を形成する木材の木材繊維方向は、概ね、所定方向になる。このため、枠体によって所定方向に対して概ね直交する方向側への膨張が制限された本体部が所定方向側から圧縮荷重を受けると、本体部を形成する木材の木材繊維が、木材繊維の長手方向に対して曲がるように微小座屈されて本体部が圧縮変形される。これによって、本体部の圧縮変形によって圧縮荷重を効果的に吸収できる。

さらに、請求項１に記載の車両用荷重吸収部材の前記被覆部を形成する前記繊維強化樹脂の繊維材の大部分の長手方向は、前記所定方向とされてもよい。

このような構成の車両用荷重吸収部材では、被覆部を形成する繊維強化樹脂の繊維材の大部分の長手方向が所定方向とされるため、圧縮荷重に対する被覆部の剛性を高くできる。これによって、圧縮荷重が作用した場合に所定方向を軸方向とする蛇腹状に枠体が変形することを効果的に抑制できる。このため、本体部が所定方向に対して概ね直交する方向側へ膨張して変形することを効果的に抑制でき、所定方向とは反対方向（すなわち、圧縮荷重の方向）側への圧縮変形以外の他の変形が本体部に生じることを効果的に抑制できる。

以上、説明したように、請求項１に記載の車両用荷重吸収部材では、圧縮荷重の方向側への圧縮変形以外の他の変形が本体部に生じることを抑制できるため、圧縮荷重による本体部の圧縮変形を効果的に生じさせることができ、本体部の圧縮変形によって圧縮荷重を効果的に吸収できる。

第１の実施の形態に係る車両用荷重吸収部材の分解斜視図である。 図１の２−２線に沿って切った車両用荷重吸収部材の断面図で、図中の一点鎖線の円Ｃは、図中の一点鎖線の円Ｄの部分を拡大した断面図である。 荷重Ｆが作用した状態を示す図２に対応する断面図である。 荷重Ｆが更に作用した状態を示す図３に対応する断面図である。 第２の実施の形態に係るサイドクラッシュボックスとサイドクラッシュボックスが取り付けられる車両のロッカの分解斜視図である。 図５の６−６線に沿って切ったサイドクラッシュボックスの断面図で、図中の一点鎖線の円Ｅは、図中の一点鎖線の円Ｇの部分を拡大した断面図である。

次に、本発明の各実施の形態を図１から図６の各図に基づいて説明する。なお、第１の実施の形態を示す図１から図４の各図において矢印Ａは、車両用荷重吸収部材１０の便宜上の軸方向を示す。さらに、第２の実施の形態を示す図５及び図６の各図において矢印ＦＲは、車両用荷重吸収部材としてのサイドクラッシュボックス３０が適用された車両３２の前側（車両前側）を示す。また、矢印ＯＵＴは、車幅方向外側を示し、矢印ＵＰは、車両上側を示す。なお、第２の実施の形態では、車幅方向右側を車幅方向外側として説明するが、車幅方向左側が車幅方向外側とされる構成に第２の実施の形態、ひいては、本発明を適用することも可能である。

＜第１の実施の形態の構成＞
図１に示されるように、第１の実施の形態に係る車両用荷重吸収部材１０は、本体部１２、被覆部１４、枠体１６を備えている。本体部１２は、略直方体又は略立方体形状とされている。また、本体部１２は、木材によって形成されており、本体部１２を形成する木材の繊維方向は、概ね、軸方向（図１の矢印Ａ方向及びその反対方向）とされている。このため、本体部１２の軸方向両側の面は、木口面とされており、本体部１２の外周面は、柾目面又は板目面（好ましくは、柾目面）とされている。

被覆部１４は、例えば、分子構造が無極性の材質（例えば、フッ素）や分子間の結合が低い材質（例えば、シリコーン）によって形成されている。被覆部１４は、シート状のフィルムによって上記の軸方向両側が開口した筒状とされている。この被覆部１４の内側には、本体部１２が挿入されており、被覆部１４は、本体部１２の外周面へ当接（更には、密着）されている。

枠体１６は、例えば、炭素繊維を含んで構成される合成樹脂材、所謂、炭素繊維強化樹脂（carbon fiber reinforced plastic）によって形成されている。本実施の形態では、炭素繊維強化樹脂を構成する炭素繊維の長手方向は、概ね、上記の軸方向（図１の矢印Ａ方向及びその反対方向）とされている。このような枠体１６の剛性、例えば、上記の軸方向側からの荷重に対する枠体１６の剛性（軸剛性）は、軸方向に対して直交する方向の枠体１６の厚さ寸法と同じ厚さのアルミニウム又はアルミニウム合金の板材よりも高く、更に好ましくは、枠体１６の厚さ寸法と同じ厚さのステンレス鋼板よりも高い。枠体１６は、筒状部１８を備えている（更に言えば、本実施の形態では、枠体１６は、筒状部１８によって構成されている）。

筒状部１８は、軸方向両側で開口された筒形状とされており、筒状部１８を軸直交方向に切った断面形状は、被覆部１４に被覆された状態の本体部１２を軸直交方向に切った断面形状（換言すれば、本体部１２を被覆した状態での被覆部１４の外周形状）と略同形状とされている。筒状部１８の内側には、被覆部１４に被覆された状態の本体部１２が配置されており、筒状部１８、すなわち、枠体１６は、被覆部１４によって被覆された状態の本体部１２に直接成形されている。

＜第１の実施の形態の作用、効果＞
次に、本車両用荷重吸収部材１０に圧縮荷重Ｆが作用した場合の本車両用荷重吸収部材１０の挙動の説明を通して本実施の形態の作用並びに効果について説明する。

本車両用荷重吸収部材１０では、概ね軸方向からの圧縮荷重Ｆが作用することが想定されている。このような圧縮荷重Ｆが本車両用荷重吸収部材１０に作用すると、図３に示されるように、本体部１２は、軸直交方向側（図３における矢印Ｂ１方向側及び矢印Ｂ２方向側等）へ膨張しようとする。

しかしながら、本体部１２は、枠体１６（筒状部１８）の内側に配置されており、本体部１２の外周部は、枠体１６（筒状部１８）によって覆われている。上述した本体部１２の膨張は、枠体１６によって制限される。ここで、本体部１２を形成する木材の繊維方向は、概ね、軸方向、すなわち、圧縮荷重Ｆの方向とされている。このため、膨張が枠体１６によって制限された本体部１２は、圧縮荷重Ｆによって本体部１２を形成する木材の繊維が上記の軸方向に対してジグザグ状に微小座屈される（図３参照）。

一方、枠体１６の圧縮荷重Ｆに対する剛性は、同じ厚さの鉄板の圧縮荷重Ｆに対する剛性よりも高い。このため、枠体１６が圧縮荷重Ｆを受けると、枠体１６は、枠体１６の軸方向一方（図３の矢印Ａ方向側）の端部から逐次圧壊される。このように枠体１６の圧壊された部分は、軸直交方向外側（図３の矢印Ｂ１方向側及び矢印Ｂ２方向側）へ移動するように変形される。

ここで、本体部１２の外周面は、被覆部１４に被覆されており、本体部１２の外周面と枠体１６の内周面との間には、被覆部１４が介在している。被覆部１４は、分子構造が無極性の材質や分子間の結合が低い材質によって形成されている。このため、被覆部１４は、枠体１６を構成する繊維強化樹脂の合成樹脂材へ接着されないか、又は、繊維強化樹脂の合成樹脂材との接着が弱い。このため、枠体１６が、軸方向一方の端部側から軸直交方向側へ移動するように変形されると、この枠体１６の変形部分は、被覆部１４から離れる。このため、枠体１６の変形に本体部１２が追従するように変形することを抑制でき、本体部１２が圧縮荷重Ｆによって軸直交方向外側へ割れる本体部１２の割裂の発生を抑制できる。

さらに、図４に示されるように、車両用荷重吸収部材１０に対して圧縮荷重Ｆが付与され、本体部１２を形成する木材の繊維が、木材内の空隙を充分に詰めると、本体部１２が充分に圧縮変形される。圧縮荷重Ｆの一部は、本体部１２の圧縮変形と、上記のような枠体１６の変形に供されて吸収される。このように、圧縮荷重Ｆが吸収されることによって、本車両用荷重吸収部材１０よりも軸方向他方の側（図４の矢印Ａ方向とは反対側で、図４における車両用荷重吸収部材１０よりも下側）へ伝わる圧縮荷重Ｆを低減できる。

また、本体部１２は、圧縮変形されることによって、軸直交方向へ膨張しようとする。したがって、上記のように、枠体１６が、充分に圧縮変形された本体部１２によって軸直交方向外側へ押圧され、これによって、枠体１６が破断されると、圧縮荷重Ｆの一部は、この枠体１６の破断に供される。さらに、このように、枠体１６が破断されることで枠体１６による本体部１２の拘束が解消されると、本体部１２は、圧縮荷重Ｆによって軸直交方向外側へ割れる（本体部１２が割裂される）。圧縮荷重Ｆの一部が、このような枠体１６の破断や本体部１２の割裂に供されることによって、圧縮荷重Ｆが更に吸収され、本車両用荷重吸収部材１０よりも軸方向他方の側への圧縮荷重Ｆの伝達を更に効果的に低減できる。

このように、本実施の形態では、枠体１６は、圧縮荷重Ｆによって軸方向一方端側から逐次圧壊される。このため、枠体１６における圧壊された部分よりも軸方向他方の側では、圧縮荷重Ｆによる変形（特に、面外変形を伴う座屈）が少ない。これによって、枠体１６と本体部１２との間に隙間が発生することを抑制できる。これによって、圧縮荷重Ｆによる本体部１２の軸直交方向への膨張が抑制され、本体部１２が圧縮荷重によって充分に圧縮変形されるまでに本体部１２に割裂が発生することを抑制できる。このため、本体部１２が充分に圧縮変形される前に本体部１２に割裂が発生した場合に比べて圧縮荷重Ｆの吸収量を大きくできる。

なお、本実施の形態では、車両における車両用荷重吸収部材１０の配置位置に関して特に言及していないが、車両の前面衝突、車両後側から車両への追突、車幅方向外側からの側突等、車両において様々な衝撃を受けることが想定される部位への適用が可能である。

＜第２の実施の形態の構成＞
上記の第１の実施の形態を基本形態として第２の実施の形態について説明する。

図５に示されるように、車両用荷重吸収部材としてのサイドクラッシュボックス３０は、車両３２のロッカ３４の車幅方向外側に設けられる。

サイドクラッシュボックス３０は、炭素繊維強化樹脂によって形成されている。サイドクラッシュボックス３０は、枠体１６を備えており、枠体１６は、筒状部１８を備えている。図６に示されるように、筒状部１８は、上下一対の横壁３６と、前後一対の縦壁３８を備えている。横壁３６は、平板状とされており、横壁３６の長手方向は、概ね、車両前後方向とされている。また、横壁３６の厚さ方向は、概ね、車両上下方向とされており、両横壁３６は、概ね、車両上下方向に対向するように配置されている。

縦壁３８は、平板状とされており、縦壁３８の厚さ方向は、概ね、車両前後方向とされている。一方の縦壁３８は、両横壁３６の車両前側端を繋いでおり、他方の縦壁３８は、両横壁３６の車両後側端を繋いでいる。これによって、筒状部１８を車幅方向に対して直交する方向に切った筒状部１８の断面形状は、車両前後方向に長い長方形の筒状とされている。

また、筒状部１８の内側には、複数の隔壁４０が設けられている。これらの隔壁４０は、平板状とされており、隔壁４０の厚さ方向は、概ね、車両前後方向とされている。これらの隔壁４０は、筒状部１８の内側で車両前後方向に所定の間隔をおいて設けられており、各隔壁４０の車両上側端は、一方の横壁３６の車両前後方向中間部で一方の横壁３６の車両下側面へ繋がっている。また、各隔壁４０の車両下側端は、他方の横壁３６の車両前後方向中間部で他方の横壁３６の車両下側面へ繋がっている。これらの隔壁４０によって、筒状部１８の内側の空間は、車両前後方向に分割されている。

このように、隔壁４０によって分割された筒状部１８の内側空間の各々には、本体部１２及び被覆部１４が設けられている。各本体部１２を形成する木材の繊維方向は、概ね、車幅方向とされており、各本体部１２の外周面（すなわち、本体部１２の車両前後方向側の面及び車両上下方向側の面）は、筒状の被覆部１４によって被覆されている。

ここで、枠体１６を形成する繊維強化樹脂に含まれる炭素繊維の長手方向は、少なくとも、筒状部１８（隔壁４０を含む）では、車幅方向となるように枠体１６が成形されている。

また、図５に示されるように、枠体１６は、閉止部４２を備えている。閉止部４２は、筒状部１８の車幅方向外側に設けられており、筒状部１８の車幅方向外側端は、閉止部４２によって閉止されている。さらに、枠体１６は、第１取付部４４を備えている。第１取付部４４は、平板状とされており、第１取付部４４の長手方向は、概ね、車両前後方向とされている。

また、第１取付部４４の厚さ方向は、車両上下方向とされている。この第１取付部４４の車両前後方向寸法は、筒状部１８の車両前後方向寸法よりも長くされており、第１取付部４４の車両前後方向中央部に筒状部１８が配置されている。第１取付部４４は、筒状部１８の車両後側端から車幅方向内側に延びており。第１取付部４４は、ロッカ３４の車両下側に配置され、例えば、ボルト等の締結部材によってロッカ３４へ固定される。

また、枠体１６は、第２取付部４６を備えている。第２取付部４６は、平板状とされており、第１取付部４４の厚さ方向は、概ね、車幅方向とされている。第２取付部４６は、筒状部１８よりも車両前側及び車両後側に設けられており、第１取付部４４における筒状部１８よりも車両前側部分及び車両後側部分の各々の車幅方向祖外側端から車両上側へ延びている。第２取付部４６は、ロッカ３４の車幅方向外側に配置され、例えば、ボルト等の締結部材によってロッカ３４へ固定される。

＜第２の実施の形態の作用、効果＞
以上の構成の本実施の形態が適用された車両３２に対して、車幅方向外側から他の車両が衝突すると（すなわち、所謂「側突」が生ずると）、サイドクラッシュボックス３０には、車幅方向外側からの荷重Ｆが作用する。このような荷重Ｆがサイドクラッシュボックス３０に作用すると、サイドクラッシュボックス３０を構成する本体部１２、被覆部１４、筒状部１８は、基本的に、前記第１の実施の形態における車両用荷重吸収部材１０に圧縮荷重Ｆが作用した場合の本体部１２、被覆部１４、筒状部１８と同様の挙動を示す。したがって、本実施の形態では、車幅方向外側からの荷重Ｆを本体部１２の圧縮変形によって効果的に吸収できる。

また、本実施の形態では、枠体１６の筒状部１８の断面形状が車両前後方向に長方形の筒状とされている。このため、筒状部１８を車幅方向や車両上下方向に長くすることなく、筒状部１８内の本体部１２の圧縮変形によって荷重Ｆを効果的に吸収できる。

さらに、本実施の形態では、枠体１６の筒状部１８の断面形状が車両前後方向に長い長方形の筒状とされている。しかしながら、筒状部１８を構成する両横壁３６の車両前後方向中間部は、隔壁４０によって繋がっている。このため、筒状部１８の両横壁３６が、車両上下方向側へ互いに離れるように曲がることを隔壁４０によって抑制できる。これによって、車両上下方向側への本体部１２の膨張を効果的に抑制でき、荷重Ｆによって本体部１２を効果的に圧縮変形させることができる。この本体部１２の圧縮変形によって荷重Ｆを効果的に吸収できる。

なお、第２の実施の形態では、隔壁４０は、筒状部１８において車両上下方向に対向する両横壁３６を繋ぐように設けられていた。しかしながら、筒状部１８において車両前後方向に対向する両縦壁３８を繋ぐように隔壁４０を設けてもよい。すなわち、隔壁４０は、荷重（圧縮荷重）Ｆの方向に対して概ね直交する方向に筒状部１８の内側の空間を分けるように設けられれば、その具体的な態様に限定されることなく広く適用が可能である。

また、上記の各実施の形態では、荷重（圧縮荷重）Ｆの方向に対して概ね直交する方向に切った本体部１２の断面形状及び枠体１６の筒状部１８の断面形状は、矩形であった。しかしながら、本体部１２の断面形状及び枠体１６の筒状部１８の断面形状は、例えば、八角形や六角形等の矩形以外の他の多角形であってもよいし、楕円形状等の多角形以外の形状であってもよい。

さらに、上記の各実施の形態では、被覆部１４がシート状のフィルムによって形成された構成であった。しかしながら、例えば、分子構造が無極性の材質（例えば、フッ素）や分子間の結合が低い材質（例えば、シリコーン）を含んで構成された液体を本体部１２の外周部に塗布することによって、被覆部１４の層を形成する構成にしてもよい。

また、上記の各実施の形態では、本体部１２を形成する木材の木材繊維方向は、概ね、荷重（圧縮荷重）Ｆの方向になっていた。しかしながら、本体部１２を形成する木材の木材繊維方向が、荷重（圧縮荷重）Ｆの方向に対して交差する方向であってもよい。

さらに、上記の各実施の形態では、枠体１６を構成する繊維強化樹脂を構成する繊維は、炭素繊維とされていた。しかしながら、枠体１６を構成する繊維強化樹脂を構成する繊維は、ガラス繊維やアラミド繊維等であってもよい。すなわち、枠体１６を構成する繊維強化樹脂を構成する繊維については、特に限定されるものではない。

また、上記の各実施の形態では、枠体１６を構成する繊維強化樹脂を構成する繊維の長手方向は、概ね、荷重（圧縮荷重）Ｆの方向になっていた。しかしながら、枠体１６を構成する繊維強化樹脂を構成する繊維の長手方向が、荷重（圧縮荷重）Ｆの方向に対して交差する方向であってもよい。

１０ 車両用荷重吸収部材
１２ 本体部
１４ 被覆部
１６ 枠体
３０ サイドクラッシュボックス（車両用荷重吸収部材）

Claims (1)

1. 木材によって形成された本体部と、
   繊維強化樹脂材によって形成され、少なくとも所定方向を軸方向とする軸周り方向の前記本体部の外周部を覆う枠体と、
   フッ素及びシリコーンの少なくとも一方を含んだ合成樹脂材によって形成され、前記本体部の前記外周部を被覆する被覆部と、
   を備える車両用荷重吸収部材。