JP6106058B2 - 衝撃吸収構造および自動車 - Google Patents

Description

本発明は、衝撃を吸収する衝撃吸収構造およびこれを備えた自動車に関する。

近年、衝突事故などにおける衝撃を吸収するため、エネルギ吸収部材が搭載された自動車が広く普及している。このようなエネルギ吸収部材としては、例えば、特許文献１、２に記載されているようなＦＲＰ（繊維強化プラスチック）であって、特に、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）が用いられる。

上記のエネルギ吸収部材は、円筒状に形成されるとともに径方向に複数の層が積層されている。そして、車体が破壊されるような大きな衝撃が作用すると、エネルギ吸収部材は、軸方向の一端側から他端側に向かって、逐次、層間破壊（剥離）を起こすことで、衝撃のエネルギを吸収する（プログレッシブクラッシング）。

特開平６−３０００６８号公報 特開平８−１７０６７５号公報

ところで、衝撃によってエネルギ吸収部材に入力される荷重は、必ずしもエネルギ吸収部材の軸方向とは限らず、軸方向に対して傾斜している場合もあり得る。エネルギ吸収部材は、このように、軸方向に対して傾斜して作用する荷重に対しては、層間破壊が生じにくく、プログレッシブクラッシングが生じにくいため、エネルギの吸収量が小さくなってしまう。

そこで、本発明は、入力荷重の向きが軸方向に対して傾斜していても、安定的にプログレッシブクラッシングを誘発してエネルギを吸収可能な衝撃吸収構造およびこれを備えた自動車を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の衝撃吸収構造は、複数の層を有する複合材料からなる円筒形状のエネルギ吸収部材を備え、層間破壊によって衝撃エネルギを吸収する衝撃吸収構造であって、エネルギ吸収部材は、径方向に複数の層を有する複合材料からなる円筒形状の小径部と、小径部の軸方向の一端に連続して設けられ、小径部よりも軸方向に垂直な面による断面積が大きく形成されて、小径部と連続する部分に、小径部よりも内径側および外径側のいずれか一方または双方に段差面が形成された、複合材料からなる円筒形状の大径部と、を備え、大径部のうち、小径部に連続する一端とは逆側に位置する他端側には、層間破壊の起点となるトリガ部が設けられていることを特徴とする。

小径部と大径部は一体形成されていてもよい。

トリガ部は、大径部の他端において小径部側に窪んだ穴部と、穴部に嵌合して配された突起部とで構成されてもよい。

穴部および突起部は、大径部の周方向に環状に形成されていてもよい。

小径部は、大径部側の一端から、一端に対して逆側に位置する他端に向かって、断面積が漸減するテーパ部を有してもよい。

上記課題を解決するために、本発明の自動車は、上記の衝撃吸収構造と、車両本体と、を備えた自動車であって、エネルギ吸収部材は、車両本体の外装側に小径部が位置するとともに、車両本体の室内側に大径部が位置することを特徴とする。

本発明によれば、入力荷重の向きが軸方向に対して傾斜していても、安定的にプログレッシブクラッシングを誘発してエネルギを吸収することができる。

自動車の上面図である。 エネルギ吸収部材の外観図である。 衝撃吸収構造によるエネルギ吸収の態様を説明するための第１の図である。 衝撃吸収構造によるエネルギ吸収の態様を説明するための第２の図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、自動車１の上面図であり、自動車１の車両本体２のうち、図１中、左側に位置する前部については、内部のフレーム構造を簡略化して示す。図１に示すように、自動車１は、車両本体２の前部において、車両本体２の前後方向に延在する２つのサイドフレーム３を備えている。サイドフレーム３は、後端が不図示の後部側のフレームに連結されるとともに、前端側がラジエータパネル４に連結される。

また、サイドフレーム３それぞれの前端には、エネルギ吸収部材５が取り付けられ、両エネルギ吸収部材５の先端には、車幅方向に延在するバンパビーム６が固定されている。このように、バンパビーム６は、エネルギ吸収部材５を介して車両本体２のフレーム（サイドフレーム３）に取り付けられている。

図２は、エネルギ吸収部材５の外観図であり、図２（ａ）には、エネルギ吸収部材５の斜視図を示し、図２（ｂ）には、エネルギ吸収部材５の側面図を示す。

図２に示すように、エネルギ吸収部材５は、小径部７と大径部８が一体形成されている。小径部７および大径部８は、それぞれ、円筒形状であって、径方向に複数の層を有する複合材料で構成されている。ここでは、複合材料として、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）、特に、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）が用いられている。

小径部７は、大径部８側の一端７ａから、一端７ａに対して逆側に位置する他端７ｂに向かって、軸方向に垂直な面による断面積が漸減するテーパ部７ｃを有している。ここでは、小径部７の内径は一定であって、小径部７の外径が一端７ａから他端７ｂに向かって漸減している。

大径部８は、小径部７の軸方向の一端７ａに連続して設けられ、小径部７よりも断面積が大きく形成される。大径部８においては、小径部７側の一端８ａであって、小径部７と連続する部分に、小径部７よりも外径側に段差面９が形成される。段差面９は、軸方向に垂直な面であって、小径部７の一端７ａから小径部７の径方向外側に突出して形成される。

図２（ｂ）において、一点鎖線で囲った部位の部分拡大図に示すように、大径部８には、小径部７側に連続する一端８ａとは逆側に位置する他端８ｂに、穴部１０が設けられている。穴部１０は、大径部８の他端８ｂにおいて小径部７側に窪んだ穴であり、大径部８の周方向に環状に形成されている。

エネルギ吸収部材５は、自動車１の車両本体２の外装側（図１においてはエネルギ吸収部材５の左側）に小径部７が位置するとともに、車両本体２の室内側（図１においてはエネルギ吸収部材５の右側）に大径部８が位置するように、サイドフレーム３に固定される。

図３は、衝撃吸収構造１１によるエネルギ吸収の態様を説明するための第１の図であり、エネルギ吸収部材５の軸方向に平行な面による断面を示す。また、図３では、エネルギ吸収部材５と、エネルギ吸収部材５の大径部８の他端８ｂに不図示の固定手段で固定されたサイドフレーム３の一部と、エネルギ吸収部材５の小径部７の他端７ｂに不図示の固定手段で固定されたバンパビーム６の一部とを抽出して示す。

本実施形態の衝撃吸収構造１１は、図３（ａ）に示すように、上記のエネルギ吸収部材５に加え、サイドフレーム３、バンパビーム６を含んで構成される。エネルギ吸収部材５は、サイドフレーム３とバンパビーム６とで挟まれた状態で自動車１に搭載されている。図３（ａ）において、一点鎖線で囲った部位の部分拡大図に示すように、サイドフレーム３には、大径部８側に突出し、大径部８の穴部１０に嵌合して配された突起部１２が設けられている。突起部１２は、穴部１０と同様、大径部８の周方向に環状に形成されている。

自動車１の衝突などによって、バンパビーム６側から衝撃荷重（入力荷重）が伝達されると、図３（ｂ）に示すように、まず、小径部７の他端７ｂから破壊が生じる。具体的には、小径部７の他端７ｂから一端７ａ側に向かって、小径部７の径方向内側に捲れ上がるように、小径部７が変形する。

さらに、図３（ｃ）に示すように、他端７ｂから一端７ａ側に向かって、小径部７の破壊が進むと、小径部７の径方向外側の層と径方向内側の層とが分断される。そして、小径部７の径方向外側の層が小径部７の径方向外側に捲れ上がるとともに、小径部７の径方向内側の層が小径部７の径方向内側にも捲れ上がる（層間破壊）。

小径部７には、テーパ部７ｃが形成されていることから、このような層間破壊が誘発されるとともに、他端７ｂから一端７ａに向かって破壊が進展するにつれて、徐々に破壊に要するエネルギが大きくなる。このように、徐々に大きなエネルギを吸収することで、後の大径部８の層間破壊を誘発し易くなる。

その後、図３（ｄ）に示すように、小径部７の一端７ａ（段差面９）まで破壊が進むと、大径部８は、小径部７よりも断面積が大きいことから、一旦、小径部７からの破壊が停滞する。その間に、図３（ｅ）に示すように、サイドフレーム３に設けられた突起部１２（図３（ａ）参照）によって、大径部８の他端８ｂに設けられた穴部１０が起点となって、大径部８の層間破壊が進展する。

このように、穴部１０と突起部１２は、大径部８の他端８ｂに設けられたトリガ部１３として機能する。トリガ部１３は、穴部１０と突起部１２とで構成され、エネルギ吸収部材５が衝撃のエネルギを吸収するときに、大径部８の層間破壊の起点となって層間破壊を誘発する。

その後、図３（ｆ）に示すように、大径部８の他端８ｂから一端８ａに向かって層間破壊が進展する（プログレッシブクラッシング）ことで、衝撃荷重のエネルギが吸収されることとなる。

ところで、バンパビーム６側からエネルギ吸収部材５に作用する衝撃荷重の向きによっては、従来のエネルギ吸収部材では、エネルギ吸収が行われ難くなるおそれがあった。

図４は、衝撃吸収構造１１によるエネルギ吸収の態様を説明するための第２の図である。図４（ａ）に示すように、エネルギ吸収部材５が、サイドフレーム３とバンパビーム６とで挟まれた状態でバンパビーム６側から衝撃荷重が伝達される。このとき、衝撃荷重の向きが、エネルギ吸収部材５の軸方向（図４中、上下方向）に対して傾斜していると、例えば、図４（ｂ）に示すように、小径部７において、周方向の一部の破壊が進む。

従来のエネルギ吸収部材では、このように偏って破壊が進むと、層間破壊が生じないまま、エネルギ吸収部材がサイドフレーム３やバンパビーム６から外れてしまって、十分なエネルギの吸収がなされない場合があった。

本実施形態では、小径部７と大径部８との連続部分に段差面９が形成されている。そのため、図４（ｃ）に示すように、小径部７の一部の破壊が偏って進展しても、段差面９に到達すると、一旦、破壊の進展が停滞する。これは、段差面９を境として、断面積が非連続的に大きくなり、破壊に要するエネルギが非連続的に大きくなるためである。

その間に、図４（ｄ）、（ｅ）に示すように、小径部７の残りの部位の破壊が進展しながら、衝撃荷重の向きが軸方向に平行に近づくようにならされる。そして、図４（ｅ）、（ｆ）に示すように、トリガ部１３（図３（ａ）参照）によって、大径部８の他端８ｂから層間破壊が進展することとなる。

上述したように、エネルギ吸収部材５は、段差面９を有することから、小径部７が破壊されるとき、軸方向に対して傾斜して作用する衝撃荷重を、軸方向に平行に近づくようにならすことが可能となる。そして、小径部７が破壊されると、大径部８に設けられたトリガ部１３によって、大径部８の層間破壊が生じ、十分なエネルギの吸収がなされる。

このような構成によって、エネルギ吸収部材５は、衝撃荷重の向きが軸方向に対して傾斜していても、安定的にプログレッシブクラッシングを誘発してエネルギを吸収することが可能となる。

上述した実施形態では、段差面９は、小径部７よりも外径側に形成される場合について説明したが、段差面は、小径部７よりも内径側に形成されてもよいし、内径側および外径側の両方に形成されてもよい。

また、上述した実施形態では、トリガ部１３は、穴部１０と突起部１２で構成される場合について説明したが、トリガ部１３は、大径部８の他端８ｂから層間破壊を誘発できれば、どのような構成であってもよい。トリガ部は、例えば、小径部７と同様、大径部８の一端８ａから他端８ｂに向かって、軸方向に垂直な面による断面積が漸減するテーパ部であってもよい。

また、上述した実施形態では、小径部７はテーパ部７ｃを有する場合について説明したが、テーパ部７ｃは必須の構成ではない。例えば、テーパ部７ｃの代わりに、トリガ部１３のように、小径部７の層間破壊の起点となる構成が設けられていてもよい。

以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例又は修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。

本発明は、衝撃を吸収する衝撃吸収構造およびこれを備えた自動車に利用できる。

１ 自動車
２ 車両本体
５ エネルギ吸収部材
７ 小径部
７ａ 一端
７ｂ 他端
７ｃ テーパ部
８ 大径部
８ａ 一端
８ｂ 他端
９ 段差面
１０ 穴部
１１ 衝撃吸収構造
１２ 突起部
１３ トリガ部

Claims (6)

1. 複数の層を有する複合材料からなる円筒形状のエネルギ吸収部材を備え、層間破壊によって衝撃エネルギを吸収する衝撃吸収構造であって、
   前記エネルギ吸収部材は、
   径方向に複数の層を有する複合材料からなる円筒形状の小径部と、
   前記小径部の軸方向の一端に連続して設けられ、該小径部よりも軸方向に垂直な面による断面積が大きく形成されて、該小径部と連続する部分に、該小径部よりも内径側および外径側のいずれか一方または双方に段差面が形成された、前記複合材料からなる円筒形状の大径部と、
   を備え、
   前記大径部のうち、前記小径部に連続する一端とは逆側に位置する他端側には、層間破壊の起点となるトリガ部が設けられていることを特徴とする衝撃吸収構造。
2. 前記小径部と前記大径部は一体形成されていることを特徴とする請求項１に記載の衝撃吸収構造。
3. 前記トリガ部は、該大径部の他端において前記小径部側に窪んだ穴部と、該穴部に嵌合して配された突起部とで構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の衝撃吸収構造。
4. 前記穴部および前記突起部は、前記大径部の周方向に環状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の衝撃吸収構造。
5. 前記小径部は、前記大径部側の一端から、該一端に対して逆側に位置する他端に向かって、前記断面積が漸減するテーパ部を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の衝撃吸収構造。
6. 前記請求項１から５のいずれか１項に記載の衝撃吸収構造と、
   車両本体と、
   を備えた自動車であって、
   前記エネルギ吸収部材は、前記車両本体の外装側に前記小径部が位置するとともに、該車両本体の室内側に前記大径部が位置することを特徴とする自動車。

Images