JP3456600B2 - エネルギー吸収部材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エネルギー吸収部材に
関し、とくに、樹脂と補強繊維との複合材料からなる、
衝撃エネルギー吸収部材の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、航空機の座席周り等や、自動
車の座席周り、バンパー周り、各種構造部材に、衝撃エ
ネルギーを吸収するエネルギー吸収部材が用いられる
（特開昭６０−１０９６３０号公報、特開昭６２−１７
４３８号公報等）。このエネルギー吸収部材には、衝撃
エネルギーを良好に吸収できる性能の他、一般に軽量、
高剛性であることが要求されることから、樹脂と補強繊
維との複合材料、いわゆる繊維強化プラスチック（以
下、ＦＲＰと言うこともある。）、中でも炭素繊維強化
プラスチック（以下、ＣＦＲＰと言うこともある。）が
適しているとされている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の樹脂
と補強繊維との複合材料からなるエネルギー吸収部材
は、エネルギー吸収能力、剛性、樹脂と補強繊維との接
着性等に未だ不十分な面があり、十分に実用に供されて
いないのが実情である。

【０００４】本発明は、剛性、樹脂と補強繊維との接着
性等に優れ、十分に高いエネルギー吸収能力を発揮可能
なエネルギー吸収部材を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この目的に沿う本発明の
請求項１に係るエネルギー吸収部材は、樹脂と補強繊維
との複合材料からなり、前記樹脂の破断伸度が３０％以
上であり、前記補強繊維の破断伸度が１．２％以上であ
ることを特徴とするものからなる。

【０００６】

【０００７】また、本発明の請求項２に係るエネルギー
吸収部材は、樹脂と補強繊維との複合材料からなり、前
記樹脂の破断伸度が３０％以上であり、前記補強繊維の
引張弾性率が１７，０００ｋｇｆ／ｍｍ² 以上であるこ
とを特徴とするものからなる。

【０００８】また、本発明の請求項３に係るエネルギー
吸収部材は、樹脂と補強繊維との複合材料からなり、前
記樹脂の破断伸度が３０％以上であり、前記補強繊維の
表面起伏度が１．０８以上であることを特徴とするもの
からなる。

【０００９】また、本発明の請求項４に係るエネルギー
吸収部材は、樹脂と補強繊維との複合材料からなり、前
記樹脂の破断伸度が３０％以上であり、前記補強繊維の
破断伸度が１．２％以上、引張強度が２００ｋｇｆ／ｍ
ｍ² 以上であることを特徴とするものからなる。

【００１０】また、本発明の請求項５に係るエネルギー
吸収部材は、樹脂と補強繊維との複合材料からなり、前
記樹脂の破断伸度が３０％以上であり、前記補強繊維の
破断伸度が１．２％以上、引張弾性率が１７，０００ｋ
ｇｆ／ｍｍ² 以上であることを特徴とするものからな
る。

【００１１】また、本発明の請求項６に係るエネルギー
吸収部材は、樹脂と補強繊維との複合材料からなり、前
記樹脂の破断伸度が３０％以上であり、前記補強繊維の
破断伸度が１．２％以上、表面起伏度が１．０８以上で
あることを特徴とするものからなる。

【００１２】また、本発明の請求項７に係るエネルギー
吸収部材は、樹脂と補強繊維との複合材料からなり、前
記樹脂の破断伸度が３０％以上であり、前記補強繊維の
破断伸度が１．２％以上、引張強度が２００ｋｇｆ／ｍ
ｍ² 以上、引張弾性率が１７，０００ｋｇｆ／ｍｍ² 以
上であることを特徴とするものからなる。

【００１３】また、本発明の請求項８に係るエネルギー
吸収部材は、樹脂と補強繊維との複合材料からなり、前
記樹脂の破断伸度が３０％以上であり、前記補強繊維の
破断伸度が１．２％以上、引張強度が２００ｋｇｆ／ｍ
ｍ² 以上、表面起伏度が１．０８以上であることを特徴
とするものからなる。

【００１４】また、本発明の請求項９に係るエネルギー
吸収部材は、樹脂と補強繊維との複合材料からなり、前
記樹脂の破断伸度が３０％以上であり、前記補強繊維の
破断伸度が１．２％以上、引張弾性率が１７，０００ｋ
ｇｆ／ｍｍ² 以上、表面起伏度が１．０８以上であるこ
とを特徴とするものからなる。

【００１５】また、本発明の請求項１０に係るエネルギ
ー吸収部材は、樹脂と補強繊維との複合材料からなり、
前記樹脂の破断伸度が３０％以上であり、前記補強繊維
の破断伸度が１．２％以上、引張強度が２００ｋｇｆ／
ｍｍ² 以上、引張弾性率が１７，０００ｋｇｆ／ｍｍ²
以上、表面起伏度が１．０８以上であることを特徴とす
るものからなる。

【００１６】また、本発明の請求項１１に係るエネルギ
ー吸収部材は、樹脂と補強繊維との複合材料からなり、
前記樹脂の破断伸度が３０％以上であり、前記補強繊維
の引張強度が２００ｋｇｆ／ｍｍ² 以上、引張弾性率が
１７，０００ｋｇｆ／ｍｍ²以上であることを特徴とす
るものからなる。

【００１７】

【００１８】また、本発明の請求項１２に係るエネルギ
ー吸収部材は、樹脂と補強繊維との複合材料からなり、
前記樹脂の破断伸度が３０％以上であり、前記補強繊維
の引張強度が２００ｋｇｆ／ｍｍ² 以上、引張弾性率が
１７，０００ｋｇｆ／ｍｍ²以上、表面起伏度が１．０
８以上であることを特徴とするものからなる。

【００１９】また、本発明の請求項１３に係るエネルギ
ー吸収部材は、樹脂と補強繊維との複合材料からなり、
前記樹脂の破断伸度が３０％以上であり、前記補強繊維
の引張弾性率が１７，０００ｋｇｆ／ｍｍ² 以上、表面
起伏度が１．０８以上であることを特徴とするものから
なる。

【００２０】上記各エネルギー吸収部材においては、補
強繊維が炭素繊維からなる場合には、該補強繊維の、表
面の酸素（Ｏ）と炭素（Ｃ）の原子数比である表面官能
基量（Ｏ／Ｃ）が０．０８以上であることが好ましい。
表面官能基量（Ｏ／Ｃ）が０．０８以上であると、活性
化されたＯによって補強繊維表面の接着性が高められ、
樹脂と補強繊維との接着強度が高められて、複合材料全
体として極めて高い剛性、エネルギー吸収能力を発揮で
きる。表面官能基量（Ｏ／Ｃ）が０．０８未満である
と、樹脂と補強繊維との接着性が不十分となり、エネル
ギー吸収時に樹脂と補強繊維との界面で剥離、あるいは
破壊が生じやすくなり、その分エネルギー吸収能力が低
下する。

【００２１】また、上記炭素繊維の補強繊維にあって
は、結晶サイズが２０Å以上であることが好ましい。こ
の結晶サイズは、とくに引張弾性率に影響し、結晶サイ
ズが２０Å以上であると高い引張弾性率を容易に達成で
きるようになる。引張弾性率が高いと、それだけエネル
ギー吸収能力が向上する。

【００２２】さらに、本発明の請求項１５に係るエネル
ギー吸収部材は、樹脂と補強繊維との複合材料からな
り、前記樹脂の破断伸度が３０％以上であり、前記補強
繊維の破断伸度が１．２％以上であり、かつ、前記樹脂
と補強繊維との界面における剪断強度と前記樹脂の剪断
強度との比が０．８〜１．２であることを特徴とするも
のからなる。

【００２３】上記各エネルギー吸収部材においては、補
強繊維は炭素繊維に限定されず、炭素繊維以外の補強繊
維として、たとえば、ガラス繊維、芳香族ポリアミド繊
維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維およびボロン繊維の中
から選ぶことができる。

【００２４】上記の複合材料からなるエネルギー吸収部
材について、以下に、さらに詳細に説明する。

【００２５】本発明のエネルギー吸収部材を構成する複
合材料における樹脂は、破断伸度が３０％以上のもので
ある。破断伸度が３０％未満であると、高いエネルギー
吸収能力を達成するのが困難になる。本発明において
は、この高い破断伸度を有する高靱性の樹脂と、破断伸
度、引張強度、引張弾性率の少なくともいずれかが高い
補強繊維との複合材料とすることにより、優れたエネル
ギー吸収能力を発揮でき、高い比吸収エネルギー量を達
成できる。また、補強繊維の表面起伏度を大きくしてお
くことにより、あるいは、補強繊維が炭素繊維である場
合には表面官能基量（Ｏ／Ｃ）を大きくすることによ
り、樹脂と補強繊維との接着性が高められ、両者界面で
剥離、破壊しにくい複合材料を実現でき、優れたエネル
ギー吸収能力を達成できる。すなわち、本発明のエネル
ギー吸収部材においては、高靱性の樹脂と、高強度また
は／および高接着性の補強繊維とを組み合わせた複合材
料とすることにより、優れたエネルギー吸収能力を発揮
でき、高い比吸収エネルギー量を達成できるようにな
る。

【００２６】破断伸度が３０％以上の樹脂としては、た
とえば、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１１、ナ
イロン６１０、ナイロン６１２などのポリアミド、また
はこれらポリアミドの共重合ポリアミド、また、ポリエ
チレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートな
どのポリエステル、またはこれらポリエステルの共重合
ポリエステル、さらに、ポリカーボネート、ポリアミド
イミド、ポリフェニレンスルファイド、ポリフェニレン
オキシド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリ
エーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリオ
レフィンなど、さらにまた、ポリエステルエラストマ
ー、ポリアミドエラストマーなどに代表される熱可塑性
エラストマー、等が挙げられる。

【００２７】本発明において、補強繊維は、破断伸度が
１．２％以上、引張強度が２００ｋｇｆ／ｍｍ² 以上、
引張弾性率が１７，０００ｋｇｆ／ｍｍ² 以上、表面起
伏度が１．０８以上のいずれかの特性を前述の如く組み
合わせた特性を有するものである。

【００２８】補強繊維の破断伸度が１．２％以上である
と、複合材料からなるエネルギー吸収部材の、破断が予
期される部位が実際に破断に至るまでに、大きなエネル
ギー量を吸収できるようになる。破断伸度が１．２％未
満であると、エネルギー吸収部材の少量の変形で補強繊
維が破断に至り、補強繊維が破断した状態では大きなエ
ネルギーを吸収できないから、結局エネルギー吸収部材
のエネルギー吸収能力が低下することになる。

【００２９】補強繊維の引張強度が２００ｋｇｆ／ｍｍ
² 以上であると、複合材料からなるエネルギー吸収部材
に加わる衝撃エネルギーに対して、繊維の破断に要する
エネルギー量が大きくなるので、同じ破壊量について大
きなエネルギー量を吸収できるようになる。引張強度が
２００ｋｇｆ／ｍｍ² 未満であると、補強繊維が小さな
エネルギー量で破断しやすくなり、大きなエネルギー量
を吸収することが難しくなって、結局エネルギー吸収部
材のエネルギー吸収能力が低下することになる。

【００３０】補強繊維の引張弾性率が１７，０００ｋｇ
ｆ／ｍｍ² 以上であると、複合材料からなるエネルギー
吸収部材に加わる衝撃エネルギーに対して、高剛性のエ
ネルギー吸収部材を実現でき、大きなエネルギー量を吸
収できるようになる。また、エネルギー吸収部材の座屈
が起こりにくくなり、１個のエネルギー吸収部材の長さ
を長くすることができる。引張弾性率が１７，０００ｋ
ｇｆ／ｍｍ² 未満であると、エネルギー吸収部材の剛性
が低く、大きなエネルギー量を吸収することが難しくな
って、結局エネルギー吸収部材のエネルギー吸収能力が
低下することになる。

【００３１】補強繊維の表面起伏度が１．０８以上であ
ると、表面の起伏による、いわゆるアンカー効果が向上
するので、補強繊維と樹脂との接着性が向上し、極めて
剥離あるいは破壊しにくい界面を達成できる。接着性の
向上により、複合材料における補強繊維の強度を極めて
有効に利用できるようになり、複合材料全体としての剛
性を向上できるので、大きなエネルギー量を吸収できる
ようになる。表面起伏度が１．０８未満であると、上記
のようなアンカー効果を期待できなくなるか、あっても
僅かであるので、エネルギー吸収部材の剛性向上が難し
く、結局エネルギー吸収部材のエネルギー吸収能力向上
が難しくなる。

【００３２】この補強繊維と樹脂との接着性向上は、前
述の如く、補強繊維が炭素繊維である場合には、さら
に、表面官能基量（Ｏ／Ｃ）を０．０８以上とすること
が有効である。この表面官能基量（Ｏ／Ｃ）０．０８以
上の特性は、補強繊維に、上記破断伸度が１．２％以
上、引張強度が２００ｋｇｆ／ｍｍ² 以上、引張弾性率
が１７，０００ｋｇｆ／ｍｍ² 以上、表面起伏度が１．
０８以上の特性とともにもたせることが好ましい。

【００３３】また、本発明においては、補強繊維と樹脂
との高い接着性を確保するために、補強繊維の少なくと
も破断伸度が１．２％以上とされ、かつ、樹脂と補強繊
維との界面における剪断強度と樹脂の剪断強度との比が
０．８〜１．２の範囲とされる。補強繊維の破断伸度を
１．２％以上とすることにより上述したような作用、効
果が得られ、剪断強度比を０．８〜１．２の範囲とする
ことにより（つまり、樹脂と補強繊維との界面における
剪断強度を樹脂の剪断強度と同等かそれに近い値にする
ことにより）、樹脂と補強繊維との接着性を、望ましい
程度に、かつ、必要なだけ、高めることができる。補強
繊維の高破断伸度と、樹脂と補強繊維との高接着性によ
り、高いエネルギー吸収能力をもつエネルギー吸収部材
の実現が可能となる。

【００３４】本発明のエネルギー吸収部材においては、
複合材料における補強繊維の配列は、特殊な組み合わせ
配列を行う場合を除き、エネルギー吸収部材の圧縮方向
の軸に対して、０°〜±６０°の範囲で行えばよい。あ
まり大きな角度の配列では、圧縮方向に作用する衝撃エ
ネルギーの吸収に対し、補強繊維が有効に活用されなく
なる。また、補強繊維の形態としては、とくに限定され
ず、通常のフィラメントの他、補強繊維の織物も使用で
きる。

【００３５】また、本発明の複合材料からなるエネルギ
ー吸収部材の形状もとくに限定されず、筒状、柱状、板
状等、各種形状を採用可能である。代表的な形状、ある
いは採用可能な形状を図１ないし図１０に例示する。

【００３６】エネルギー吸収部材の代表的な形状とし
て、まず、筒状形状を挙げることができる。筒状形状と
して最も代表的な形状は、図１に示すような円筒１であ
る。図における矢印方向が、衝撃エネルギーとしての圧
縮荷重作用方向である。また、図２に示すように、円筒
の頂部を円錐状あるいは球面状に形成した円筒２も適用
できる。さらに、図示は省略するが、角筒、円錐、角
錐、円錐台、角錐台、あるいは、横断面が楕円の筒、さ
らには、図３に示すように、フランジ部３を備えた円筒
（又は角筒）等の筒状形状４も採用できる。

【００３７】また、筒状形状に限らず、柱状形状でもよ
い。たとえば、円柱、角柱形状を挙げることができる。

【００３８】さらに、板状形状の採用も可能である。た
とえば、波板形状の部材とすれば、座屈に対して強いの
で、エネルギー吸収部材として使用可能となる。また、
図４に示すように、リブ５を有する、たとえば横断面Ｔ
字形の形状６、図５に示すように、横断面コ字状の形状
７とすることもできる。図５に示す横断面コ字状の形状
７では、２点鎖線で示すように蓋部材８を設けることも
できる。さらに、図６に示すように、横断面十字状の形
状９とすることもできる。

【００３９】さらにまた、各種形状の部材を組み合わせ
た構造とすることも可能である。たとえば、図７、図８
に示すように、大きい円筒１０、大きい円錐台１１の中
に、小さい細長形状の円柱１２、１３を入れ、これらを
複合材料で構成することにより、より座屈しにくいエネ
ルギー吸収部材にすることができる。

【００４０】さらに、エネルギー吸収部材は、１個の部
材から構成されるものの他、複数の部材を重ねて、ある
いは組み合わせて構成してもよい。たとえば、図９、図
１０に示すように、同一あるいは同様の形状の複合材料
からなる部材１４、１５ａ、１５ｂ、１５ｃを縦に積層
してエネルギー吸収部材１６、１７を構成するようにし
てもよい。図１０の構成にあっては、各部材を中、外交
互に積層してもよい。

【００４１】なお、上記のようなエネルギー吸収部材に
おいては、エネルギー吸収部材を端部から逐次破壊させ
るためのトリガ形状を形成しておくことが望ましく、こ
のトリガは、エネルギー吸収部材を押圧する押圧部材側
に設けてもよい。

【００４２】〔特性の測定方法および効果の評価方法〕
以下に、本発明における特性の測定方法および効果の評
価方法について説明する。 （１）樹脂の引張破断伸度の測定方法 ＡＳＴＭ−Ｄ−６３８に従い測定する。

【００４３】（２）繊維の破断伸度、引張強度、引張弾
性率 ＪＩＳ−Ｒ７６０１に規定されている樹脂含浸ストラン
ド試験法に準じて測定した。試験に用いた樹脂処方およ
び硬化条件を次に示す。 樹脂処方：“ベークライト”ＥＲＬ−４２２１ １００部 ３−フッ化ホウ素モノエチルアミン（ＢＦ₃ ・ＭＥＡ） ３部 アセトン ４部 硬化条件：１３０℃、３０分

【００４４】（３）表面起伏度 繊維方向に垂直に複合材料を切断し、切断面を金相研磨
により鏡面研磨する。ここで研磨面に垂直な単繊維の断
面形状を走差型電子顕微鏡（日本電子株式会社製ＪＳＭ
−Ｔ３００型）を用いて、加速電圧１５ｋＶ、撮影倍率
１００００倍での反射電子組成像をフイルムに撮影す
る。このようにして得られた反射電子組成像写真をさら
に焼付時に２倍に引き伸ばして、すなわち倍率は合計２
００００倍として表面起伏度解析用写真とする。ここで
該表面起伏度解析用写真から、単繊維断面の面積Ｓ（ｍ
ｍ² ）および外周長さＬ（ｍｍ）を測定する。表面起伏
度は上記Ｌと、同一のＳを有する仮想真円の外周長さの
比として、下式に従って求められる。 表面起伏度＝Ｌ・（πＳ）^-1/2／２ Ｌの測定は２００００倍にて焼き付けされた写真の単繊
維断面像の外周上に伸縮性のない木綿糸を正確に貼付し
たのち、これを外し、その直線長さを実測する方法にて
行うことができる。また、Ｓの測定は２００００倍にて
焼き付けされた写真上に、単位面積当たりの重量が既知
のトレース紙を置き、単繊維断面像の外周を正確にトレ
ースし、トレース線上を正確に切断したのち、切断され
た単繊維断面像の重量とトレース紙の単位面積当たりの
重量から換算により行うことができる。測定は１０本の
単繊維について行い、その平均値をもってその表面起伏
度とする。なお、Ｌ、Ｓの測定にはそれを正確に測定で
きる方法であればその方法に制約はなく、上記の方法以
外に、イメージアナライザーを用いて測定することもで
きる。

【００４５】（４）表面官能基量（Ｏ／Ｃ） Ｘ線光電子分光法により、次の手順に従って求めた。先
ず、溶媒でサイジング剤などを除去した炭素繊維（束）
をカットして銅製の試料支持台上に拡げて並べた後、光
電子脱出角度を９０°とし、Ｘ線源としてＭｇＫα１，
２を用い、試料チャンバー中を１×１０^-8Ｔｏｒｒに保
つ。測定時の帯電に伴うピークの補正としてＣ_1Sの主ピ
ークの運動エネルギー値（Ｋ．Ｅ．）を９６９ｅＶに合
わせる。Ｃ_1Sピーク面積をＫ．Ｅ．として９５８〜９７
２ｅＶの範囲で直線のベースラインを引くことにより求
める。Ｏ_1Sピーク面積をＫ．Ｅ．として７１４〜７２６
ｅＶの範囲で直線のベースラインを引くことにより求め
る。ここで表面官能基量（Ｏ／Ｃ）とは、上記Ｏ_1Sピー
ク面積とＣ_1Sピーク面積の比から、装置固有の感度補正
値を用いて原子数比として算出したものである。なお本
発明者らは、島津製作所（株）製モデルＥＳＣＡ−７５
０を用いてＯ_1Sピーク面積とＣ_1Sピーク面積の比を測定
し、その比を感度補正値２．８５で割ることにより表面
官能基量（Ｏ／Ｃ）を求めた。

【００４６】（５）結晶サイズ（Ｌｃ） 結晶サイズＬｃとは、広角Ｘ線回折により次の手順に従
って求めた値をいう。すなわち、Ｘ線源として、Ｎｉフ
ィルターで単色化されたＣｕのＫα線を用い、２θ＝２
６．０°付近に観察される面指数（００２）のピークを
赤道方向にスキャンして得られたピークからその半価幅
を求め、次の式により算出した値を結晶サイズＬｃとす
る。 Ｌｃ＝λ／（β₀ ｃｏｓθ） ここで、λ：Ｘ線の波長（この場合１．５４１８オング
ストローム）、θ：回折角、β₀ ：真の半価幅をいう。
なお、β₀ は次式により算出される値を用いる。 β₀ ＝（β_A ² −β₁ ² ）^1/2 ここで、β_A ² ：見かけの半価幅、β₁ ² ：装置定数
（理学電気社製４０３６Ａ２型Ｘ線発生装置を出力３５
ｋＶ、１５ｍＡで使用した場合、１．０５×１０^-2ｒａ
ｄ）をいう。

【００４７】（６）樹脂の剪断強度 ＡＳＴＭ−Ｄ−７３２に従い測定する。

【００４８】（７）界面剪断強度 ＣｏｘモデルにおけるＫｅｌｌｙ−Ｔｙｓｏｎ則に基づ
いた、いわゆる“単糸埋め込み法”で測定する。たとえ
ば、上下２枚（ないしはそれ以上）のマトリックス樹脂
フイルムの間に、補強繊維のモノフィラメント１本（単
糸）を直線状に置き、これを加熱加圧して上下フイルム
を融着固化させ、補強繊維の単糸と樹脂とを一体化する
（樹脂中に単糸が埋め込まれた状態にする）。これから
埋め込んだ単糸と平行な方向に、単糸を中心とした適当
な幅の短冊状に切出し、試験片とする。この試験片の両
端部を把持して引張荷重を加えて行くと、引張荷重がマ
トリックス樹脂から樹脂と繊維の界面を通じて樹脂中の
単糸に伝達され、単糸はある長さで切断する。さらに荷
重を上げ、ある荷重以上になると単糸はそれ以上切断し
なくなる状態が得られる。この時の補強繊維の切断長さ
を測定し、その平均値をＬav、強化繊維の引張強度をσ
_f 、単糸径をｄ_f とすると、繊維と樹脂の界面剪断強度
τは τ＝（３・σ_f ・ｄ_f ）／（８Ｌav） で計算される。この界面剪断強度は、繊維と樹脂とが完
全に接着していれば樹脂の剪断強度τ_m と一致するの
で、両者の比 τ／τ_m は、繊維と樹脂との界面の接着の程度を表す指標と成り
得る。また、樹脂の硬化収縮などに起因する、繊維表面
の法線方向で繊維向きの力が作用している場合には、繊
維と樹脂との完全な接着状態になくとも、界面剪断強度
τは樹脂の剪断強度τ_m に近い値になるか、またはこれ
以上の値になる場合があり、いずれにしろ繊維と樹脂と
の界面の接着の程度を表す指標と成り得る。

【００４９】（８）比吸収エネルギー量 規格や標準化された手法はまだ無い。図１１に示すよう
にエネルギー吸収部材２１に押圧部材２２を介して圧縮
荷重Ｐを負荷して部材２１を破壊していくと、一般に図
１２のような荷重−変位（押圧部材の変位）線図が得ら
れる。この荷重−変位線図において、変位ｘ₁ からｘ₂
の間に吸収されたエネルギーは図の斜線部の面積として
求められる。その間に破壊されたエネルギー吸収部材の
重量を求めて（同一断面の部材であれば、断面積と（ｘ
₂ −ｘ₁ ）と比重の積で求まる）、吸収エネルギー量を
重量で除した値を比吸収エネルギー量とする。ｘ₁ 、ｘ
₂ の設定や押圧部材の変位の速度等は適当に設定するこ
とができる。

【００５０】

【実施例】

実施例１ 東レ（株）製炭素繊維Ｔ３００（破断伸度：１．５％、
引張弾性率：２３，５００ｋｇｆ／ｍｍ² ）を補強繊維
とし、マトリクスにナイロン６（破断伸度７５％以上）
を用いて、内径７０ｍｍ、肉厚約１．１ｍｍ、繊維配向
角±１５°（円筒軸に対する角度）の円筒を、シート状
繊維補強熱可塑性樹脂をマンドレルに巻いてオートクレ
ープ成形した。なお、シート状繊維補強熱可塑性樹脂
は、特公平１−４４１４４号公報に開示されているよう
に、補強繊維束を連続的に走行させながら溶融熱可塑性
樹脂に接触させ、その補強繊維束に熱可塑性樹脂を付着
せしめ、熱可塑性樹脂が付着している補強繊維束を、張
力下に、加熱領域と樹脂が軟化点温度未満になる温度に
維持された冷却領域とを有する一対の無端ベルト間に導
き、その加熱領域において、一対の無端ベルトによる押
圧力を利用して、熱可塑性樹脂が付着している補強繊維
束を圧縮して補強繊維束に熱可塑性樹脂を含浸し、その
まま冷却領域に通して熱可塑性樹脂を固化せしめて、シ
ート状繊維補強熱可塑性樹脂を得た。

【００５１】このようにして得られた円筒複合材料か
ら、機械加工により、図１３に示すような、内径７０ｍ
ｍ、肉厚約１．１ｍｍ、繊維配向角±１５°、長さｌが
７０ｍｍ、上端の傾斜角θが４５度の、円筒形状の複合
材料からなるエネルギー吸収部材３１を得た。

【００５２】エネルギー吸収部材３１を、図１４に示す
ように万能試験機３２に装着して、クロスヘッド３３か
らロードセル３４、押圧部材３５を介してエネルギー吸
収部材３１に圧縮荷重を加えていき、クロスヘッド３３
の変位を押圧部材３５の変位として荷重−変位特性を測
定した。変位の速度は１０ｍｍ／分とした。その結果図
１５に示すような荷重−変位線図が得られ、比吸収エネ
ルギー量は１３０ｋＪ／ｋｇであった。

【００５３】実施例２ 東レ（株）製炭素繊維Ｔ７００Ｓ、Ｔ７００Ｓ表面処理
変更糸および試作糸を補強繊維とし、マトリクスにナイ
ロン６（破断伸度７５％以上）を用いて、実施例１に記
載した方法によって内径７０ｍｍ、肉厚約１．５ｍｍ、
繊維配向角±１５°（円筒軸に対する角度）の円筒を成
形し、比吸収エネルギー量の評価を行った。

【００５４】得られた比吸収エネルギーを実施例１の評
価結果を含めて表１に記載する。補強繊維に東レ（株）
製炭素繊維Ｔ３００、マトリクスにエポキシ樹脂（破断
伸度２．６％）を用い、フィラメントワインディング法
によって成形した円筒の比吸収エネルギー量は、５９ｋ
Ｊ／ｋｇである。これに比較すると、本発明に記載され
るように樹脂の破断伸度が３０％以上のマトリクスを用
いることにより、表１に示されるような高い比エネルギ
ー吸収量が得られる。

【００５５】しかしながら、試作糸やＴ３００糸に比較
して、Ｔ７００Ｓ糸は破断伸度、強度ともに高いにもか
かわらず、比エネルギー吸収量はむしろ低くなってい
る。これは、Ｔ７００Ｓ糸の表面起伏度や表面官能基量
が他に比較して低く、樹脂と補強繊維との接着性が不足
して、両者界面で剥離しやすい状態となって繊維の強度
を活かしきれていないためと考えられる。反面、試作糸
のように破断伸度や強度が特に優れていなくとも、繊維
と樹脂の界面の接着が良好で有れば、その繊維の特性を
充分に活かすことができ、比較的高い比エネルギー吸収
量が示される。また、同一の製造工程をもって得られた
繊維であっても、最終の表面処理の強化により表面官能
基量を増大させることが可能である。表１に示すＴ７０
０Ｓ表面処理変更糸は、表面起伏度はほとんど変化がな
いが、表面官能基量が著しく改善されたものである。こ
のような補強繊維を用いることにより、比エネルギー吸
収量は増大する。通常のＴ７００Ｓ糸に比較して、表面
処理を変更した糸は、比エネルギー吸収量が約２０％増
加することが示された。

【００５６】

【表１】

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のエネルギ
ー吸収部材によるときは、エネルギー吸収部材を樹脂と
補強繊維との複合材料から構成するとともに、樹脂を破
断伸度が３０％以上の高靱性のものとし、かつ、少なく
とも、補強繊維の破断伸度、引張強度、引張弾性率、表
面起伏度のいずれかを特定の値以上としたので、高剛性
で、エネルギー吸収性能の高いエネルギー吸収部材を実
現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のエネルギー吸収部材の形状の一例を示
す斜視図である。

【図２】本発明のエネルギー吸収部材の別の形状例を示
す斜視図である。

【図３】本発明のエネルギー吸収部材のさらに別の形状
例を示す斜視図である。

【図４】本発明のエネルギー吸収部材のさらに別の形状
例を示す斜視図である。

【図５】本発明のエネルギー吸収部材のさらに別の形状
例を示す斜視図である。

【図６】本発明のエネルギー吸収部材のさらに別の形状
例を示す斜視図である。

【図７】本発明のエネルギー吸収部材の別の構造例を示
す斜視図である。

【図８】本発明のエネルギー吸収部材のさらに別の構造
例を示す斜視図である。

【図９】本発明のエネルギー吸収部材のさらに別の構造
例を示す縦断面図である。

【図１０】本発明のエネルギー吸収部材のさらに別の構
造例を示す縦断面図である。

【図１１】比吸収エネルギー量の測定法を示す分解斜視
図である。

【図１２】比吸収エネルギー量の測定における荷重−変
位線図である。

【図１３】実施例１におけるエネルギー吸収部材の斜視
図である。

【図１４】実施例１における荷重−変位特性の測定を示
す万能試験機の部分正面図である。

【図１５】実施例１における荷重−変位線図である。

【符号の説明】

１、２ 円筒形状のエネルギー吸収部材 ３ フランジ部 ４ フランジ部を備えた円筒形状のエネルギー吸収部材 ５ リブ ６ 横断面Ｔ字形のエネルギー吸収部材 ７ 横断面コ字形のエネルギー吸収部材 ８ 蓋部材 ９ 横断面十字状のエネルギー吸収部材 １０ 円筒形状のエネルギー吸収部材 １１ 円錐台形状のエネルギー吸収部材 １２、１３ 細長形状の部材 １４、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ エネルギー吸収部材を
構成する部材 １６、１７ 組み合わせ構成のエネルギー吸収部材 ２１ エネルギー吸収部材 ２２ 押圧部材 ３１ エネルギー吸収部材 ３２ 万能試験機 ３３ クロスヘッド ３４ ロードセル ３５ 押圧部材

フロントページの続き (72)発明者 石橋 壮一 愛媛県伊予郡松前町大字筒井1515番地 東レ株式会社 愛媛工場内 (72)発明者 京野 哲幸 愛媛県伊予郡松前町大字筒井1515番地 東レ株式会社 愛媛工場内 (72)発明者 西原 正浩 愛媛県伊予郡松前町大字筒井1515番地 東レ株式会社 愛媛工場内 (56)参考文献 特開 平６−307476（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16F 7/12 C08J 5/04

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 樹脂と補強繊維との複合材料からなり、
   前記樹脂の破断伸度が３０％以上であり、前記補強繊維
   の破断伸度が１．２％以上であることを特徴とするエネ
   ルギー吸収部材。
2. 【請求項２】 樹脂と補強繊維との複合材料からなり、
   前記樹脂の破断伸度が３０％以上であり、前記補強繊維
   の引張弾性率が１７，０００ｋｇｆ／ｍｍ ² 以上である
   ことを特徴とするエネルギー吸収部材。
3. 【請求項３】 樹脂と補強繊維との複合材料からなり、
   前記樹脂の破断伸度が３０％以上であり、前記補強繊維
   の表面起伏度が１．０８以上であることを特徴とするエ
   ネルギー吸収部材。
4. 【請求項４】 樹脂と補強繊維との複合材料からなり、
   前記樹脂の破断伸度が３０％以上であり、前記補強繊維
   の破断伸度が１．２％以上、引張強度が２００ｋｇｆ／
   ｍｍ ² 以上であることを特徴とするエネルギー吸収部
   材。
5. 【請求項５】 樹脂と補強繊維との複合材料からなり、
   前記樹脂の破断伸度が３０％以上であり、前記補強繊維
   の破断伸度が１．２％以上、引張弾性率が１７，０００
   ｋｇｆ／ｍｍ ² 以上であることを特徴とするエネルギー
   吸収部材。
6. 【請求項６】 樹脂と補強繊維との複合材料からなり、
   前記樹脂の破断伸度が３０％以上であり、前記補強繊維
   の破断伸度が１．２％以上、表面起伏度が１．０８以上
   であることを特徴とするエネルギー吸収部材。
7. 【請求項７】 樹脂と補強繊維との複合材料からなり、
   前記樹脂の破断伸度が３０％以上であり、前記補強繊維
   の破断伸度が１．２％以上、引張強度が２００ｋｇｆ／
   ｍｍ ² 以上、引張弾性率が１７，０００ｋｇｆ／ｍｍ ²
   以上であることを特徴とするエネルギー吸収部材。
8. 【請求項８】 樹脂と補強繊維との複合材料からなり、
   前記樹脂の破断伸度が３０％以上であり、前記補強繊維
   の破断伸度が１．２％以上、引張強度が２００ｋｇｆ／
   ｍｍ² 以上、表面起伏度が１．０８以上であることを特
   徴とするエネルギー吸収部材。
9. 【請求項９】 樹脂と補強繊維との複合材料からなり、
   前記樹脂の破断伸度が３０％以上であり、前記補強繊維
   の破断伸度が１．２％以上、引張弾性率が１ ７，０００
   ｋｇｆ／ｍｍ ² 以上、表面起伏度が１．０８以上である
   ことを特徴とするエネルギー吸収部材。
10. 【請求項１０】 樹脂と補強繊維との複合材料からな
    り、前記樹脂の破断伸度が３０％以上であり、前記補強
    繊維の破断伸度が１．２％以上、引張強度が２００ｋｇ
    ｆ／ｍｍ ² 以上、引張弾性率が１７，０００ｋｇｆ／ｍ
    ｍ² 以上、表面起伏度が１．０８以上であることを特徴
    とするエネルギー吸収部材。
11. 【請求項１１】 樹脂と補強繊維との複合材料からな
    り、前記樹脂の破断伸度が３０％以上であり、前記補強
    繊維の引張強度が２００ｋｇｆ／ｍｍ² 以上、引張弾性
    率が１７，０００ｋｇｆ／ｍｍ² 以上であることを特徴
    とするエネルギー吸収部材。
12. 【請求項１２】 樹脂と補強繊維との複合材料からな
    り、前記樹脂の破断伸度が３０％以上であり、前記補強
    繊維の引張強度が２００ｋｇｆ／ｍｍ² 以上、引張弾性
    率が１７，０００ｋｇｆ／ｍｍ² 以上、表面起伏度が
    １．０８以上であることを特徴とするエネルギー吸収部
    材。
13. 【請求項１３】 樹脂と補強繊維との複合材料からな
    り、前記樹脂の破断伸度が３０％以上であり、前記補強
    繊維の引張弾性率が１７，０００ｋｇｆ／ｍｍ ² 以上、
    表面起伏度が１．０８以上であることを特徴とするエネ
    ルギー吸収部材。
14. 【請求項１４】 前記補強繊維が、結晶サイズが２０Å
    以上の炭素繊維である、請求項１ないし１３のいずれか
    に記載のエネルギー吸収部材。
15. 【請求項１５】 樹脂と補強繊維との複合材料からな
    り、前記樹脂の破断伸度が３０％以上であり、前記補強
    繊維の破断伸度が１．２％以上であり、かつ、前記樹脂
    と補強繊維との界面における剪断強度と前記樹脂の剪断
    強度との比が０．８〜１．２であることを特徴とするエ
    ネルギー吸収部材。