JP4440683B2

JP4440683B2 - 繊維強化プラスチック製エネルギー吸収部材の取付け構造

Info

Publication number: JP4440683B2
Application number: JP2004092180A
Authority: JP
Inventors: 勉西田; 恭介八角; 彰彦北野; 真明山崎
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd; Toray Industries Inc
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd; Toray Industries Inc
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2024-03-26
Also published as: JP2005271871A

Description

本発明は、衝撃時のエネルギー吸収特性を向上させた補強繊維と樹脂とからなる繊維強化プラスチック（以下ＦＲＰと略す）製エネルギー吸収部材の車両への取付構造に関するものである。

従来から衝撃時のエネルギー吸収特性を向上させた補強繊維と樹脂とからなるＦＲＰ製エネルギー吸収部材は複数提案されている（特許文献１〜７参照）。

このようなＦＲＰ製エネルギー吸収部材は、軸方向の入力荷重があった時に、部材前端側から逐次圧壊を起こすことで、従来一般に使用されているスチールを材料としたエネルギー吸収部材に対しエネルギー吸収効率が良いことが知られている。そのため、例えば、車両部品では衝突時のエネルギー吸収を司る部位、例えば、前面衝突時の衝撃エネルギー吸収を行うフロントサイドメンバの前端などに応用することが可能である。
特開平０４−１４３１７３号公報特開平０５−３３２３８６号公報特開平０６−３０００７０号公報特開平０６−３４１４７７号公報特開平０６−３４６９３５号公報特開平０７−２１７６８８号公報特開平０９−２２６０３９号公報

ところで、車両においては、衝突を起しても、破損の程度によっては破損した部分を修復・修理して車両として乗り続けることが望まれている。従って、上記ＦＲＰ製エネルギー吸収部材も車両の衝突時のエネルギー吸収のためにフロントサイドメンバの前端などに適用する場合には、修理時に容易に取外し取付可能であり且つ使用時において破損しない取付方法が望まれる。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、修理時に容易に取外し取付け可能であり且つ使用時において破損しないＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造を提供することを目的とする。

本発明は、少なくとも端部を筒状断面に形成した支持部材と、筒状断面をなし軸方向からの入力荷重により入力端側から逐次圧壊を起こす補強繊維と樹脂とからなる繊維強化プラスチック製エネルギー吸収部材とを備え、前記エネルギー吸収部材の基部を支持部材の開口端に嵌合させ、エネルギー吸収部材の基部の端面を前記支持部材の開口端に形成した段付き部分に接触させてエネルギー吸収部材を軸方向に支持すると共に、前記互いに嵌合したエネルギー吸収部材の基部と支持部材の開口端とを互いに貫通させる取付穴に締結軸部を貫通させて固定する機械的な結合による締結手段により脱着可能に結合し、前記エネルギー吸収部材の基部の取付穴は開口端の取付穴に対して基部端面から離れる方向にオフセットされるか若しくは両取付穴の少なくとも一方は締結軸部に対して大径に形成したものである。

したがって、本発明では、少なくとも端部を筒状断面に形成した支持部材の開口端に、筒状断面をなし軸方向からの入力荷重により入力端側から逐次圧壊を起こす補強繊維と樹脂とからなる繊維強化プラスチック製エネルギー吸収部材の基部を嵌合させて締結手段により脱着可能に結合するため、入力端側からの逐次圧壊によるエネルギー吸収作動後に締結手段を外して損傷されたエネルギー吸収部材を支持部材から取除き、新しいエネルギー吸収部材に交換して同様に締結して修復することができる。
また、支持部材の開口端は、嵌合したエネルギー吸収部材の基部の端面に接触してエネルギー吸収部材を軸方向に支持する段付き部分を備えているため、衝突などの荷重入力時は、支持部材に設けた段付き部分が衝突荷重を受持ち、エネルギー吸収部材は前端からの逐次圧壊モードで圧壊し、意図したエネルギー吸収性能を得ることができる。
しかも、互いに嵌合したエネルギー吸収部材の基部と支持部材の開口端とを機械的に結合する締結手段は、互いに嵌合したエネルギー吸収部材の基部と支持部材の開口端とを互いに貫通させる取付け穴に締結軸部を貫通させて固定するものであり、エネルギー吸収部材の基部の取付け穴は開口端の取付け穴に対して基部端面から離れる方向にオフセットされるか若しくは両取付け穴の少なくとも一方は締結軸部に対して大径に形成したため、エネルギー吸収時に取付け穴に応力集中が発生せず、締結手段は圧壊されず、エネルギー吸収部材の取外し取付ける修理が容易に行える。

以下、本発明のＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造を各実施形態に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１および図２は、本発明を適用したＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造の第１実施形態を示し、図１はＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造を車体の前部フレーム構造に適用した斜視図、図２はＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造の断面図である。

図１において、車体の前部フレーム構造は、車体幅方向の両端部に車両前後方向に平行に配置したフロントサイドメンバＳＭを備える。このフロントサイドメンバＳＭの車両前方端部には、図示しない取付フランジを介してラジエータ取付枠（ラジエータコアサポート）やバンパーレインフォースが取付けられる。フロントサイドメンバＳＭの上部にはフードリッジパネルＦＲ、車両後方には車室を構成するダッシュロアクロスメンバおよびカウルサイドパネルが夫々配設されている。フードリッジパネルＦＲには、フェンダＦが脱着可能に固定される。

前記フロントサイドメンバＳＭは、四角形や円形等の筒状の断面形状に形成され、車両に対する後半部分は鋼板若しくはＲＴＭ（ＲｅｓｉｎＴｒａｎｓｆｅｒＭｏｌｄｉｎｇ）製法になる繊維強化樹脂により支持部材１として形成し、その前半部分は補強繊維と樹脂とからなるＦＲＰ製エネルギー吸収部材２により形成して、衝突時に部材前端側から逐次圧壊を起こすことで衝撃エネルギー吸収するよう構成する。ＦＲＰの補強繊維としては、炭素繊維やガラス繊維などの高強度繊維が好ましい。

前記支持部材１は、図２の概略断面図に示すように、ＦＲＰ製エネルギー吸収部材２の基部１１の端面を受ける段付き部分１２を持つ前端開口１０を備える。前記段付き部分１２は、図示例では、支持部材１の内面を前端側で拡径させて形成しているが、図示しないが、支持部材１の内外径部分を前端側で共に拡径させて形成してもよく、また、支持部材１の内周面に内方へ突出するフランジを設けるか、若しくは、内外径部を共に部分的に縮径させて形成してもよい。前端開口１０の内径は、エネルギー吸収部材２の基部１１の外径と隙間なく嵌合するよう設定する。そして、支持部材１の前端開口１０に補強繊維と樹脂とからなるＦＲＰ製エネルギー吸収部材２の基部１１を挿入し、エネルギー吸収部材２の基部１１と支持部材１とに設けた複数の取付け穴１３Ａ、１３Ｂ同士をボルトナットやリベット等の締結手段１４により締結して構成する。

前記エネルギー吸収部材２の基部１１と支持部材１とに設ける複数の取付け穴１３Ａ、１３Ｂは、ＦＲＰ製エネルギー吸収部材２の軸方向に長くした長穴若しくは締結手段１４の軸部より大きい内径の穴で形成する。そして、これらの複数の取付け穴１３Ａ、１３Ｂは、ＦＲＰ製エネルギー吸収部材２の基部１１の端面を前端開口１０の段付き部分１２に当接させた状態で、ＦＲＰ製エネルギー吸収部材２の取付け穴１３Ｂの基部１１端面側と支持部材１の取付け穴１３Ａの前端側とが互いに重なり合って貫通されるようオフセットさせて形成している。前記エネルギー吸収部材２の前端側には、前述のように、図示しない取付フランジを介してラジエータ取付枠（ラジエータコアサポート）やバンパーレインフォースが取付けられる。

以上の構成のＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付構造においては、通常の走行時は、エネルギー吸収部材２は支持部材１にボルトナットやリベット等の締結手段１４により機械的に締結されているので、エネルギー吸収部材２に支持されているラジエータ取付枠やバンパーレインフォース等の他の取付部品が外れることもない。

車両が万一に前面衝突した時には、ラジエータ取付枠やバンパーレインフォース等の他の取付部品からＦＲＰ製エネルギー吸収部材２に衝突荷重が軸方向に加わる。ＦＲＰ製エネルギー吸収部材２はその基部１１端面を支持部材１の前端開口１０の段付き部分１２に当接させて嵌合支持されているため、衝突荷重はＦＲＰ製エネルギー吸収部材２の圧縮荷重として作用し、ＦＲＰ製エネルギー吸収部材２は前端から逐次圧壊モードで圧壊され、意図したエネルギー吸収性能を発揮する。

このエネルギー吸収作動時において、ＦＲＰ製エネルギー吸収部材２の取付け穴１３Ｂの基部１１端面側と支持部材１の取付け穴１３Ａの前端側とが互いに重なり合って貫通されるようオフセットさせて締結手段１４により締結しているため、前記圧縮荷重により弾性変形したり、ＦＲＰ製エネルギー吸収部材２の基部１１と支持部材１の前端開口１０の段付き部分１２との間に隙間があり軸方向に移動したとしても、これらの取付け穴１３Ａ、１３Ｂに応力が集中して、支持部材１やＦＲＰ製エネルギー吸収部材２の基部１１および締結手段１４がエネルギー吸収作動中に先行して破損されることはない。

前記衝突によるエネルギー吸収によるＦＲＰ製エネルギー吸収部材２の前端からの逐次圧壊がＦＲＰ製エネルギー吸収部材２の全長に及ばずに途中段階で完了された場合には、支持部材１の交換が不要な程度の損傷であり、締結手段１４を外して損傷されたＦＲＰ製エネルギー吸収部材２を支持部材１から取除き、新しいエネルギー吸収部材２に交換して同様に取付けることができる。

なお、上記実施形態において、エネルギー吸収部材２の基部１１を支持部材１の前端開口１０内に嵌合させるものについて説明したが、図示しないが、支持部材の前端外周にエネルギー吸収部材の基部を嵌合させるものであってもよく、その際には、支持部材の外周にエネルギー吸収部材の基部の端面に当接する段付き部分を設けることとなる。

また、上記実施形態において、支持部材１として、車両の幅方向両端部に互いに平行に車両前後方向に亘って配設された車両のサイドメンバＳＭであり、エネルギー吸収部材２は、前記サイドメンバＳＭより車両前方側へ突出されて車両前部の構造物を支持するよう配置されるものについて説明したが、図示しないが、車両の座席周り、ハンドル周り、各種構造部材の衝撃エネルギーを吸収するエネルギー吸収部材に適用するものであってもよい。

本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。

（ア）少なくとも端部を筒状断面に形成した支持部材１の開口１０端に、筒状断面をなし軸方向からの入力荷重により入力端側から逐次圧壊を起こす補強繊維と樹脂とからなるＦＲＰ製エネルギー吸収部材２の基部１１を嵌合させて締結手段１４により脱着可能に結合するため、入力端側からの逐次圧壊によるエネルギー吸収作動後に締結手段１４を外して損傷されたエネルギー吸収部材２を支持部材１から取除き、新しいエネルギー吸収部材２に交換して同様に締結して修復することができる。

（イ）締結手段１４として、互いに嵌合したエネルギー吸収部材２の基部１１と支持部材１の開口１０端とをボルトナットやリベット等の締結手段１４により機械的に結合するため、振動等で外れることが無く、またエネルギー吸収部材２に他の部材、例えば、ラジエータ取付枠やバンパーレインフォース等を取付けることもできる。また、エネルギー吸収圧壊で、支持部材１の損傷が少なく補修が可能な場合は、ボルト等の締結手段１４を外してエネルギー吸収部材２を容易に取外し、新しいエネルギー吸収部材２に交換することができる。

（ウ）支持部材１の開口１０端は、嵌合したエネルギー吸収部材２の基部１１の端面に接触してエネルギー吸収部材２を軸方向に支持する段付き部分１２を備えているため、衝突などの荷重入力時は、支持部材１に設けた段付き部分１２が衝突荷重を受持ち、エネルギー吸収部材２は前端からの逐次圧壊モードで圧壊し、意図したエネルギー吸収性能を得ることができる。

（エ）互いに嵌合したエネルギー吸収部材２の基部１１と支持部材１の開口１０端とを機械的に結合する締結手段１４は、互いに嵌合したエネルギー吸収部材２の基部１１と支持部材１の開口１０端とを互いに貫通させる取付け穴１３Ａ、１３Ｂに締結軸部を貫通させて固定するものであり、エネルギー吸収部材２の基部１１の取付け穴１３Ｂは開口１０端の取付け穴１３Ａに対して基部１１端面から離れる方向にオフセットされるか若しくは両取付け穴１３Ａ、１３Ｂの少なくとも一方は締結軸部に対して大径に形成したため、エネルギー吸収時に取付け穴１３Ａ、１３Ｂに応力集中が発生せず、締結手段１４は圧壊されず、エネルギー吸収部材２の取外し取付ける修理が容易に行える。

（オ）支持部材１は、車両の幅方向両端部に互いに平行に車両前後方向に亘って配設された車両のサイドメンバＳＭであり、前記エネルギー吸収部材２は、前記サイドメンバＳＭより車両前方側へ突出されて車両前部の構造物を支持するよう配置されるものであるため、車両の前方での衝突の際の衝突エネルギー吸収を効果的に行わせることができる。

（第２実施形態）
図３および図４は、本発明を適用したＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造の第２実施形態を示し、図３はＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造の第１実施例の断面図、図４はＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造の第２実施例の断面図である。本実施形態においては、締結手段として、解体性接着剤によりＦＲＰ製エネルギー吸収部材を支持部材に締結するようにしたものである。なお、図１、２と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。

図３において、ＦＲＰエネルギー吸収部材２の基部１１は支持部材１の前端開口１０に隙間なく嵌合し、嵌合部に締結手段としての解体性接着剤１５を介在させて接着することにより締結している。解体性接着剤１５は、例えば、化研テック株式会社製エコセパラ（エポキシ−耐熱タイプ）を使用する。この解体性接着剤１５は、摂氏１２０度程度までは溶融せず、更に高温の摂氏１５０〜１７０度で剥離可能な高強度接着剤である。接着面積は、エネルギー吸収部材２の逐次圧壊荷重以上で、且つ他の取付部品（エネルギー吸収部材の前端側の図示しないラジエータ取付枠やバンパーレインフォース）を保持するのに十分な接着強度となるように設定する。設定した接着面積とするために、エネルギー吸収部材２の外周面上に支持部材１の前端開口１０への嵌合深さが設定長さに達したときに支持部材１の前端開口１０の縁に接触する突起等を設けることが望ましい。解体性接着剤１５としては、誘電加熱式や発泡型のものも適用できる。

以上の構成のＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付構造においては、通常の走行時は、エネルギー吸収部材２は支持部材１に十分な強度で接着されて締結されているので、エネルギー吸収部材２に支持されているラジエータ取付枠やバンパーレインフォース等の他の取付部品が外れることもない。

車両が万一に前面衝突した時には、ラジエータ取付枠やバンパーレインフォース等の他の取付部品からＦＲＰ製エネルギー吸収部材２に衝突荷重が軸方向に加わる。ＦＲＰ製エネルギー吸収部材２はその基部１１を支持部材１の前端開口１０に嵌合して逐次圧壊強度より高い接着強度で接着されているため、衝突荷重はＦＲＰ製エネルギー吸収部材２の圧縮荷重として作用し、ＦＲＰ製エネルギー吸収部材２は前端から逐次圧壊モードで圧壊され、意図したエネルギー吸収性能を発揮する。

前記衝突によるエネルギー吸収によるＦＲＰ製エネルギー吸収部材２の前端からの逐次圧壊がＦＲＰ製エネルギー吸収部材２の全長に及ばずに途中段階で完了された場合には、支持部材１の交換が不要な程度の損傷であり、締結手段としての解体性接着剤１５を解体温度（摂氏１５０〜１７０度）に加熱して溶融させて損傷されたＦＲＰ製エネルギー吸収部材２を支持部材１から取除き、新しいエネルギー吸収部材２に交換して同様に取付けることができる。

図４に示すＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造の第２実施例によれば、支持部材１は、ＦＲＰエネルギー吸収部材２の基部１１の端面を受ける段付き部分１２を持つ前端開口１０を備える。前記段付き部分１２は、図示例では、支持部材１の内面を前端側で拡径させて形成しているが、図示しないが、支持部材１の内外径部分を前端側で共に拡径させて形成してもよく、また、支持部材１の内周面に内方へ突出するフランジを設けるか、若しくは、内外径部を共に部分的に縮径させて形成してもよい。前端開口１０の内径は、エネルギー吸収部材２の基部１１の外径と隙間なく嵌合するよう設定する。そして、支持部材１の前端開口１０に補強繊維と樹脂とからなるＦＲＰ製エネルギー吸収部材２の基部１１を挿入し、第１実施例と同様に、エネルギー吸収部材２の基部１１と支持部材１の前端開口１０とを解体性接着剤１５により接着して一体化させて構成している。

前記第２実施例によれば、ＦＲＰ製エネルギー吸収部材２はその基部１１端面を支持部材１の前端開口１０の段付き部分１２に当接させて嵌合支持されているため、解体性接着剤１５に衝突時の剪断力が作用せず、解体性接着剤１５による接着強度をエネルギー吸収部材２の逐次圧壊荷重以上に高める必要がなく、他の取付部品（エネルギー吸収部材の前端側の図示しないラジエータ取付枠やバンパーレインフォース）を保持するのに十分な接着強度であればよい。

この構造においても、車両が万一に前面衝突した時には、ラジエータ取付枠やバンパーレインフォース等の他の取付部品からＦＲＰ製エネルギー吸収部材２に衝突荷重が軸方向に加わる。ＦＲＰ製エネルギー吸収部材２はその基部１１を支持部材１の前端開口１０の段付き部分１２に当接させて前端開口１０に嵌合して接着されているため、衝突荷重はＦＲＰ製エネルギー吸収部材２の圧縮荷重として作用し、ＦＲＰ製エネルギー吸収部材２は前端から逐次圧壊モードで圧壊され、意図したエネルギー吸収性能を発揮する。

そして、前記衝突によるエネルギー吸収によるＦＲＰ製エネルギー吸収部材２の前端からの逐次圧壊がＦＲＰ製エネルギー吸収部材２の全長に及ばずに途中段階で完了された場合には、支持部材１の交換が不要な程度の損傷であり、締結手段としての解体性接着剤１５を解体温度（摂氏１５０〜１７０度）に加熱して溶融させて損傷されたＦＲＰ製エネルギー吸収部材２を支持部材１から取除き、新しいエネルギー吸収部材２に交換して同様に取付けることができる。

なお、本実施形態においても、エネルギー吸収部材２の基部１１を支持部材１の前端開口１０内に嵌合させるものについて説明したが、図示しないが、支持部材の前端外周にエネルギー吸収部材の基部を嵌合させるものであってもよく、その際には、支持部材の外周にエネルギー吸収部材の基部の端面に当接する段付き部分を設けることとなる。

また、本実施形態においても、支持部材１として、車両の幅方向両端部に互いに平行に車両前後方向に亘って配設された車両のサイドメンバＳＭであり、エネルギー吸収部材２は、前記サイドメンバＳＭより車両前方側へ突出されて車両前部の構造物を支持するよう配置されるものについて説明したが、図示しないが、車両の座席周り、ハンドル周り、各種構造部材の衝撃エネルギーを吸収するエネルギー吸収部材に適用するものであってもよい。

本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）、（オ）に加えて以下に記載した効果を奏することができる。

（カ）締結手段として、互いに嵌合したエネルギー吸収部材２の基部１１と支持部材１の開口１０端とを解体性接着剤１５で結合するものであるため、エネルギー吸収圧壊で、支持部材１の損傷が少なく補修が可能な場合は、解体性接着剤１５を溶融させてエネルギー吸収部材２を容易に取外し、新しいエネルギー吸収部材に交換することができる。

（キ）支持部材１の開口１０端は、嵌合したエネルギー吸収部材２の基部１１の端面に接触してエネルギー吸収部材２を軸方向に支持する段付き部分１２を備えているため、衝突などの荷重入力時は、支持部材１に設けた段付き部分１２が衝突荷重を受持ち、エネルギー吸収部材２は前端からの逐次圧壊モードで圧壊し、意図したエネルギー吸収性能を得ることができる。また、解体性接着剤１５の接着強度をエネルギー吸収部材２の逐次圧壊荷重以上に高める必要がなく、他の取付部品（エネルギー吸収部材の前端側の図示しないラジエータ取付枠やバンパーレインフォース）を保持するのに十分な接着強度であればよい。

本発明の一実施形態を示すＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造を車体の前部フレーム構造に適用した斜視図。同じくＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造の断面図。本発明の第２実施形態を示すＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造の第１実施例の断面図。同じくＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造の第２実施例の断面図。

符号の説明

ＳＭフロントサイドメンバ
１支持部材
２ＦＲＰ製エネルギー吸収部材、エネルギー吸収部材
１０前端開口、開口
１１基部
１２段付き部分
１３Ａ、１３Ｂ取付け穴
１４締結手段
１５解体性接着剤

Claims

少なくとも端部を筒状断面に形成した支持部材と、筒状断面をなし軸方向からの入力荷重により入力端側から逐次圧壊を起こす補強繊維と樹脂とからなる繊維強化プラスチック製エネルギー吸収部材とを備え、
前記エネルギー吸収部材の基部を支持部材の開口端に嵌合させ、エネルギー吸収部材の基部の端面を前記支持部材の開口端に形成した段付き部分に接触させてエネルギー吸収部材を軸方向に支持すると共に、
前記互いに嵌合したエネルギー吸収部材の基部と支持部材の開口端とを互いに貫通させる取付穴に締結軸部を貫通させて固定する機械的な結合による締結手段により脱着可能に結合し、
前記エネルギー吸収部材の基部の取付穴は開口端の取付穴に対して基部端面から離れる方向にオフセットされるか若しくは両取付穴の少なくとも一方は締結軸部に対して大径に形成したことを特徴とする繊維強化プラスチック製エネルギー吸収部材の取付け構造。
前記支持部材は、車両の幅方向両端部に互いに平行に車両前後方向に亘って配設された車両のサイドメンバであり、前記エネルギー吸収部材は、前記サイドメンバより車両前方側へ突出されて車両前部の構造物を支持するよう配置されるものであることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化プラスチック製エネルギー吸収部材の取付け構造。