JP2023167946A - 車両用衝撃吸収部材 - Google Patents

Abstract

【課題】衝撃吸収性のばらつきを低減できる車両用衝撃吸収部材を提供する。【解決手段】衝撃吸収部材２０は、衝突荷重を受けるように構成された端面４１を有している。衝撃吸収部材２０は、強化繊維に熱可塑性の樹脂が含浸されて形成された複数の繊維強化樹脂層が互いに溶着されるとともに積層方向Ａに積層されて構成された内側部５０を有している。衝撃吸収部材２０は、強化繊維に熱可塑性の樹脂が含浸されて形成された複数の繊維強化樹脂層が互いに溶着されるとともに積層方向Ａに積層されて構成される２つの外側部６０を有している。外側部６０は、積層方向Ａにおいて内側部５０を両側から挟んでいる。衝撃吸収部材２０は、内側部５０と外側部６０の各々との間に位置するとともに、内側部５０と外側部６０とにそれぞれ溶着される熱可塑性の２つの樹脂層８０を有している。端面４１に直交する方向と積層方向Ａとが直交している。【選択図】図１

Description

本発明は、車両用衝撃吸収部材に関する。

特許文献１には、エネルギー吸収部材が記載されている。特許文献１に記載のエネルギー吸収部材は、長繊維基材を複数積層することによって形成されている。長繊維基材は、複数の長繊維をシート状にした強化部材にマトリクス樹脂を含浸することによって形成されている。長繊維基材の長繊維は、当該長繊維基材に隣り合う他の長繊維基材の長繊維と９０度交差している。

各長繊維基材におけるエネルギーの入力方向に直交する断面は、波形状を有している。
エネルギー吸収部材の一端面全体に、同一端面に直交する方向に沿って衝突荷重が加えられると、上記波形状の各変曲点を起点として、長繊維基材同士の間で剥離が生じる。また、エネルギーの入力方向に沿う長繊維が変形することにより、当該長繊維と９０度交差する長繊維が破断される。こうした剥離及び破断を通じて衝突エネルギーが吸収される。

特開２０１０－１３８９５３号公報

ところで、特許文献１に記載のエネルギー吸収部材の場合、エネルギー吸収部材に衝突荷重が加えられた際に、長繊維基材同士の間の各々のうち剥離が生じる箇所がばらつくおそれがある。その結果、エネルギー吸収部材による衝撃吸収性が安定しない。

上記課題を解決するための車両用衝撃吸収部材は、衝突荷重を受けるように構成された端面を有する車両用衝撃吸収部材において、強化繊維に熱可塑性の樹脂が含浸されて形成された複数の繊維強化樹脂層が互いに溶着されるとともに積層方向に積層されて構成された内側部と、強化繊維に熱可塑性の樹脂が含浸されて形成された複数の繊維強化樹脂層が互いに溶着されるとともに前記積層方向に積層されて構成され、前記積層方向において前記内側部を両側から挟む２つの外側部と、前記内側部と前記外側部の各々との間に位置し、前記内側部と前記外側部とにそれぞれ溶着される熱可塑性の２つの樹脂層と、を備え、前記端面に直交する方向と前記積層方向とが直交している。

図１は、一実施形態に係る車両用衝撃吸収部材の断面図である。 図２は、図１の車両用衝撃吸収部材の斜視図である。 図３は、図１の車両用衝撃吸収部材の分解斜視図である。 図４は、図１の車両用衝撃吸収部材の本体部の層構成を示す斜視断面図である。 図５は、図１の車両用衝撃吸収部材の本体部の横断面図である。 図６（ａ）及び図６（ｂ）は、図１の車両用衝撃吸収部材の作用を示す断面図である。 図７は、図１の車両用衝撃吸収部材の本体部を構成する積層体の分解斜視図である。 図８（ａ）及び図８（ｂ）は、図１の車両用衝撃吸収部材の本体部の製造工程を示す断面図である。 図９は、第１変更例に係る車両用衝撃吸収部材の本体部を構成する積層体の分解斜視図である。 図１０は、第２変更例に係る車両用衝撃吸収部材の本体部の横断面図である。 図１１は、第３変更例に係る車両用衝撃吸収部材の本体部の横断面図である。 図１２は、第４変更例に係る車両用衝撃吸収部材の本体部の横断面図である。

以下、図１～図８を参照して、車両用衝撃吸収部材（以下、衝撃吸収部材２０）の一実施形態について説明する。
以降において、車両の前後方向を前後方向Ｌとし、車幅方向を車幅方向Ｗとし、車両が水平面上に位置しているときの車両の上下方向を上下方向Ｚとして説明する。

また、前後方向Ｌにおける前側及び後側を、それぞれ単に「前側」及び「後側」とし、上下方向Ｚにおける上側及び下側を、それぞれ単に「上側」及び「下側」として説明する。

図１に示すように、車両の前部には、前側から順に、バンパリインフォースメント１０と、衝撃吸収部材２０と、フロントサイドメンバ１１とが設けられている。衝撃吸収部材２０は、前後方向Ｌにおいてバンパリインフォースメント１０とフロントサイドメンバ１１とにより挟まれている。

図１～図３に示すように、衝撃吸収部材２０は、フロントサイドメンバ１１の前端面に固定される固定台３０と、固定台３０とバンパリインフォースメント１０との間に位置し、固定台３０に固定される本体部４０とを備えている。

まず、本体部４０について説明する。
本体部４０は、バンパリインフォースメント１０の後面に当接する端面４１を有している。すなわち、本体部４０は、衝突荷重を受けるように構成された端面４１を有している。

本体部４０は、内側部５０と、積層方向Ａにおいて内側部５０を両側から挟む２つの外側部６０と、内側部５０と外側部６０の各々との間に位置する２つの樹脂層８０とを備えている。

端面４１に直交する方向と積層方向Ａは直交している。
＜内側部５０＞
図４に示すように、内側部５０は、複数の繊維強化樹脂層５１が互いに溶着されるとともに積層方向Ａに積層されて構成されている。繊維強化樹脂層５１は、単一方向に延在する長繊維からなり、シート状に配置された複数の強化繊維５２に熱可塑性の樹脂が含浸されて形成されている。内側部５０は、例えば４枚の繊維強化樹脂層５１を有している。強化繊維５２は、ガラス繊維であることが好ましい。繊維強化樹脂層５１を構成する樹脂は、ポリプロピレンであることが好ましい。

互いに隣り合う繊維強化樹脂層５１の強化繊維５２同士は、互いに直交していることが好ましい。
＜外側部６０＞
図４に示すように、外側部６０は、複数の繊維強化樹脂層６１が互いに溶着されるとともに積層されて構成されている。繊維強化樹脂層６１は、単一方向に延在する長繊維からなり、シート状に配置された複数の強化繊維６２に熱可塑性の樹脂が含浸されて形成されている。繊維強化樹脂層６１は、内側部５０を構成する繊維強化樹脂層５１と同一の構成を有している。この場合、外側部６０を構成する繊維強化樹脂層６１の数は、内側部５０を構成する繊維強化樹脂層５１の数よりも少ないことが好ましい。外側部６０は、例えば２枚の繊維強化樹脂層６１を有している。強化繊維６２は、ガラス繊維であることが好ましい。繊維強化樹脂層６１を構成する樹脂は、ポリプロピレンであることが好ましい。

互いに隣り合う繊維強化樹脂層６１の強化繊維６２同士は、互いに直交していることが好ましい。
＜樹脂層８０＞
図４に示すように、樹脂層８０は、熱可塑性の樹脂で形成されている。樹脂層８０は、内側部５０と外側部６０とにそれぞれ溶着されている。樹脂層８０を構成する樹脂は、内側部５０を構成する樹脂及び外側部６０を構成する樹脂よりも高伸度な樹脂であることが好ましい。樹脂層８０を構成する樹脂は、ポリプロピレンであることが好ましい。

図５に示すように、端面４１に平行な本体部４０の断面Ｓ１の形状は、前後方向Ｌの全体にわたって同一である。
断面Ｓ１の形状は、開断面形状であることが好ましい。

断面Ｓ１は、略Ｗ字状であることが好ましい。
次に、本実施形態の本体部４０の断面形状について詳細に説明する。
図５に示すように、断面Ｓ１は、いずれも直線状に延在する第１延在部４３、第２延在部４４、第３延在部４５、第１連結部４６、第２連結部４７、第１側部４８、及び第２側部４９を有している。

ここで、断面Ｓ１を含む仮想平面Ｖ上に位置し、互いに平行な２つの仮想直線を、第１仮想直線Ｖ１及び第２仮想直線Ｖ２とする。また、仮想平面Ｖ上に位置し、第１仮想直線Ｖ１及び第２仮想直線Ｖ２に直交する仮想直線を第３仮想直線Ｖ３とする。

断面Ｓ１は、第１仮想直線Ｖ１の延在方向において対称な形状を有している。
第１延在部４３及び第２延在部４４は、第１仮想直線Ｖ１上において第１仮想直線Ｖ１に沿って延在し、第１仮想直線Ｖ１の延在方向（同図の左右方向）において互いに間隔をあけて配置されている。

第３延在部４５は、第２仮想直線Ｖ２上において第２仮想直線Ｖ２に沿って延在するとともに、第１仮想直線Ｖ１の延在方向において第１延在部４３と第２延在部４４との間に位置している。

第１連結部４６は、第１延在部４３の一対の端４３ａ，４３ｂのうち第３延在部４５に近い第１端４３ａと、第３延在部４５の一対の端４５ａ，４５ｂのうち第１延在部４３に近い第１端４５ａとを連結している。第１連結部４６は、第３仮想直線Ｖ３の延在方向（同図の上下方向）において第３延在部４５に近づくほど第１仮想直線Ｖ１の延在方向において第１延在部４３から離れるように第３仮想直線Ｖ３に対して傾斜している。

第２連結部４７は、第２延在部４４の一対の端４４ａ，４４ｂのうち第３延在部４５に近い第２端４４ｂと、第３延在部４５の一対の端４５ａ，４５ｂのうち第２延在部４４に近い第２端４５ｂとを連結している。詳しくは、第２連結部４７は、第３仮想直線Ｖ３の延在方向において第３延在部４５に近づくほど第１仮想直線Ｖ１の延在方向において第２延在部４４から離れるように第３仮想直線Ｖ３に対して傾斜している。

第１側部４８は、第１延在部４３の第１端４３ａとは反対側の第２端４３ｂから延在するとともに第１連結部４６と対向している。第１側部４８は、第３仮想直線Ｖ３の延在方向において第３延在部４５に近づくほど第１仮想直線Ｖ１の延在方向において第１延在部４３から離れるように第３仮想直線Ｖ３に対して傾斜している。

第２側部４９は、第２延在部４４の第２端４４ｂとは反対側の第１端４４ａから延在するとともに第２連結部４７と対向している。第２側部４９は、第３仮想直線Ｖ３の延在方向において第３延在部４５に近づくほど第１仮想直線Ｖ１の延在方向において第２延在部４４から離れるように第３仮想直線Ｖ３に対して傾斜している。

第１側部４８の先端４８ａ及び第２側部４９の先端４９ａは、第２仮想直線Ｖ２上に位置している。
ここで、第１延在部４３の第１仮想直線Ｖ１に沿った長さ、第２延在部４４の第１仮想直線Ｖ１に沿った長さ、及び第３延在部４５の第２仮想直線Ｖ２に沿った長さを、それぞれＷ１，Ｗ２，Ｗ３とする。また、第１側部４８の先端４８ａと第２側部４９の先端４９ａとの距離、及び断面Ｓ１の第３仮想直線Ｖ３に沿った長さを、それぞれＷ４，Ｈとする。

このとき、以下の（式１）、（式２）、（式３）が成立することが好ましい。
Ｗ４＝Ｈ ・・・（式１）
Ｗ１＝Ｗ２ ・・・（式２）
Ｗ３／Ｗ１＝１．１～１．４ ・・・（式３）
また（式３）において、Ｗ３／Ｗ１＝１．４であることが更に好ましい。

図２及び図３に示すように、固定台３０は、連結板３１と支持部３２とを有している。
連結板３１は、車幅方向Ｗ及び上下方向Ｚに延在している。連結板３１には、前後方向Ｌに貫通する複数の孔３１ａが設けられている。孔３１ａには、連結板３１をフロントサイドメンバ１１の前端面に連結するボルトが挿通される。

支持部３２は、連結板３１の前面から突出している。支持部３２の前面には、本体部４０の後端部が挿入されて固定される溝部３２ａが開口している。
次に、衝撃吸収部材２０の本体部４０の製造手順について説明する。

まず、帯状の原反（図示略）を所定の長さに裁断することにより繊維強化樹脂層５１，６１を形成する。
また、帯状の原反（図示略）を所定の長さに裁断することにより樹脂層８０を形成する。

次に、図７に示すように、下から順に、２枚の繊維強化樹脂層６１、１枚の樹脂層８０、４枚の繊維強化樹脂層５１、１枚の樹脂層８０、及び２枚の繊維強化樹脂層６１を積層することにより、積層体９０を形成する。

次に、図８（ａ）に示すように、積層体９０を加熱するとともに、成形型１００における第１型１０１及び第２型１０２の間に積層体９０が配置される。
次に、図８（ｂ）に示すように、第２型１０２に対して第１型１０１が型締めされることによって積層体９０がプレス成形される。

そして、図示しないトリミング工程を経て、本体部４０が製造される。
次に、本実施形態の作用について説明する。
図６（ａ）に矢印にて示すように、車両が前面衝突すると、衝撃吸収部材２０の本体部４０の端面４１に衝突荷重が加えられる。

すると、図６（ｂ）に示すように、繊維強化樹脂層５１，６１と比べて脆弱な２つの樹脂層８０が優先的に破断する。このため、内側部５０と２つの外側部６０との間でそれぞれ剥離が発生しながら、内側部５０は座屈するとともに、２つの外側部６０は曲げ変形するようになる。このように、本実施形態によれば、剥離が生じる箇所がばらつかなくなる。

次に、本実施形態の効果について説明する。
（１）衝撃吸収部材２０の本体部４０は、内側部５０と外側部６０の各々との間に位置するとともに、内側部５０と外側部６０とにそれぞれ溶着される熱可塑性の樹脂層８０を備えている。

こうした構成によれば、上記作用を奏することから、衝撃吸収部材２０による衝撃吸収性のばらつきを低減できる。
（２）端面４１に平行な断面Ｓ１の形状は、開断面形状である。

こうした構成によれば、内側部５０、２つの外側部６０、及び２つの樹脂層８０が重ねられた積層体９０を加熱するとともに、プレスすることによって衝撃吸収部材２０の本体部４０を成形できる。このため、本体部４０、ひいては衝撃吸収部材２０を容易に製造できる。

（３）衝撃吸収部材２０の本体部４０が断面Ｗ字状であるため、断面Ｕ字状の構成と比べて、衝撃吸収部材２０の断面の周長を長くできる。このため、断面耐力及び断面効率を向上できる。

（４）Ｗ４＝Ｈであり、Ｗ１＝Ｗ２であり、Ｗ３／Ｗ１＝１．１～１．４である。
Ｗ４＝Ｈであり、Ｗ１＝Ｗ２である断面Ｗ字状を有する衝撃吸収部材２０において、Ｗ３／Ｗ１が１．１～１．４の範囲では断面耐力が最大になるとともに、Ｗ３／Ｗ１が１．１～１．４の範囲から離れるほど断面耐力が小さくなる。

このため、Ｗ３／Ｗ１を１．１～１．４に設定することによって、Ｗ４＝Ｈであり、Ｗ１＝Ｗ２である断面Ｗ字状を有する衝撃吸収部材２０において、断面耐力を最大にすることができる。

＜変更例＞
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・固定台３０を省略し、本体部４０を直接、フロントサイドメンバ１１の前端面に固定するようにしてもよい。
・Ｗ１＞Ｗ２であってもよいし、Ｗ１＜Ｗ２であってもよい。すなわち、断面Ｓ１は、第１仮想直線Ｖ１の延在方向において非対称な形状を有していてもよい。

・第１側部４８の先端４８ａ及び第２側部４９の先端４９ａの位置を、第２仮想直線Ｖ２に対して第１延在部４３及び第２延在部４４から離れた位置に設定してもよい。
・断面Ｓ１の形状は、図１０に示すようなＵ字状であってもよいし、図１１に示すようなＳ字状であってもよい。また、断面Ｓ１の形状は、図１２に示すようなジグザグ形状であってもよい。

・端面４１に平行な断面Ｓ１の形状は、閉断面形状であってもよい。
・図９に示すように、内側部５０及び外側部６０は、隣り合う繊維強化樹脂層５１（６１）の強化繊維５２（６２）同士が平行である部分を含んでいてもよい。

・強化繊維５２，６２は、炭素繊維であってもよい。
・内側部５０、外側部６０、及び樹脂層８０を形成する樹脂としてポリプロピレンを使用したが、ナイロン６などのポリアミドを含む他の熱可塑性の樹脂に変更することができる。

１０…バンパリインフォースメント
１１…フロントサイドメンバ
２０…衝撃吸収部材（車両用衝撃吸収部材）
３０…固定台
３１…連結板
３１ａ…孔
３２…支持部
３２ａ…溝部
４０…本体部
４１…端面
４３…第１延在部
４３ａ…第１端
４３ｂ…第２端
４４…第２延在部
４４ａ…第１端
４４ｂ…第２端
４５…第３延在部
４５ａ…第１端
４５ｂ…第２端
４６…第１連結部
４７…第２連結部
４８…第１側部
４９…第２側部
５０…内側部
５１…繊維強化樹脂層
５２…強化繊維
６０…外側部
６１…繊維強化樹脂層
６２…強化繊維
８０…樹脂層
９０…積層体
１００…成形型
１０１…第１型
１０２…第２型

Claims (3)

1. 衝突荷重を受けるように構成された端面を有する車両用衝撃吸収部材において、
   強化繊維に熱可塑性の樹脂が含浸されて形成された複数の繊維強化樹脂層が互いに溶着されるとともに積層方向に積層されて構成された内側部と、
   強化繊維に熱可塑性の樹脂が含浸されて形成された複数の繊維強化樹脂層が互いに溶着されるとともに前記積層方向に積層されて構成され、前記積層方向において前記内側部を両側から挟む２つの外側部と、
   前記内側部と前記外側部の各々との間に位置し、前記内側部と前記外側部とにそれぞれ溶着される熱可塑性の２つの樹脂層と、を備え、
   前記端面に直交する方向と前記積層方向とが直交している、
   車両用衝撃吸収部材。
2. 前記端面に平行な断面の形状は、開断面形状である、
   請求項１に記載の車両用衝撃吸収部材。
3. 前記断面は、
   前記断面を含む仮想平面上の第１仮想直線上において前記第１仮想直線に沿って延在し、前記第１仮想直線の延在方向において互いに間隔をあけて配置された第１延在部及び第２延在部と、
   前記仮想平面上における前記第１仮想直線と平行な第２仮想直線上において前記第２仮想直線に沿って延在し、前記第１仮想直線の延在方向において前記第１延在部と前記第２延在部との間に位置する第３延在部と、
   前記第１延在部の一対の端のうち前記第３延在部に近い第１端と、前記第３延在部の一対の端のうち前記第１延在部に近い第１端とを連結する第１連結部と、
   前記第２延在部の一対の端のうち前記第３延在部に近い第２端と、前記第３延在部の一対の端のうち前記第２延在部に近い第２端とを連結する第２連結部と、
   前記第１延在部の前記第１端とは反対側の第２端から延在するとともに前記第１連結部と対向する第１側部と、
   前記第２延在部の前記第２端とは反対側の第１端から延在するとともに前記第２連結部と対向する第２側部と、を有しており、
   前記第１仮想直線の延在方向において対称な形状を有する、
   請求項２に記載の車両用衝撃吸収部材。

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