JP6185810B2 - 衝撃吸収構造 - Google Patents

Description

本発明は、衝撃を吸収する衝撃吸収構造に関する。

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。エネルギ吸収部材は、例えば、素材としてＦＲＰ（繊維強化プラスチック）が用いられ、円筒形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）。

特許文献１には、このようなエネルギ吸収部材をガイドするガイド機構が挙げられている。具体的には、エネルギ吸収部材の軸中心方向の両端を押圧部と支持部で挟み、押圧部に４本のロッドの一端を固定するとともに、支持部に孔を形成してロッドを挿通する。押圧部は、ロッドによってエネルギ吸収部材の軸中心方向に移動するように規制され、衝撃が発生したとき、エネルギ吸収部材に対して軸中心方向の荷重を作用させ易い。

特開平７−２１７６９０号公報

上記の特許文献１に記載のように、ガイド機構を設ける場合、ロッドに引張荷重を作用させて、押圧部と支持部が近接する方向へエネルギ吸収部材に荷重を作用させることで、エネルギ吸収部材が保持される。すなわち、上記のガイド機構を、エネルギ吸収部材を保持する保持機構として利用できる。しかし、このような保持機構では、衝撃発生時、エネルギ吸収部材に、軸方向に対して傾斜して荷重が作用すると、ロッドが支持部の孔に詰まって変形してしまうおそれがある。

このように、ロッドが変形すると、エネルギ吸収特性に影響が及ぼされ、上記のプログレッシブクラッシングが生じにくくなる。つまり、従来の保持機構は、エネルギ吸収部材のプログレッシブクラッシングを阻害する要因となっていた。

そこで、本発明は、プログレッシブクラッシングを阻害することなくエネルギ吸収部材を保持することができる衝撃吸収構造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、円筒形状であるとともに径方向に複数の層を有する複合材料で形成され、保護対象に作用する衝撃エネルギを吸収するエネルギ吸収部材と、保護対象と離隔して設けられ、エネルギ吸収部材の一端が対向配置される押圧部と、保護対象に設けられ、エネルギ吸収部材の他端側に押圧部と対向して配される支持部と、押圧部と支持部とを近接させる方向に荷重を作用させ、押圧部と支持部との間にエネルギ吸収部材を挟持させるとともに、エネルギ吸収部材の反力にともなう張力によって緊張状態となり、押圧部と支持部が近接方向に移動すると撓む挟持部材と、押圧部側からエネルギ吸収部材の層間破壊を誘発するトリガ部と、押圧部のうち支持部に対向する面に設けられ、エネルギ吸収部材の外径よりも径が大きく、支持部側に突出する円筒形状であって、挟持部材よりもエネルギ吸収部材の径方向内側に位置するガイド部と、を備えたことを特徴とする。

エネルギ吸収部材は、押圧部側に設けられた小径部と、小径部の支持部側に連続し、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た大径部と、を備え、小径部がトリガ部として機能してもよい。

トリガ部として機能する小径部は、大径部側から押圧部側に向かって、断面積が漸減するテーパ部であってもよい。

本発明によれば、プログレッシブクラッシングを阻害することなくエネルギ吸収部材を保持することができる。

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。 比較例の衝撃吸収構造におけるエネルギ吸収の態様を説明するための説明図である。 本実施形態の衝撃吸収構造におけるエネルギ吸収の態様を説明するための説明図である。

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（保護対象）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側の一端８ａから一端８ａとは逆側に位置する他端８ｂまで、小径部７のうち最も断面積の大きい一端７ａと同じ断面積となっている。

ところで、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の間に配されており、エネルギ吸収部材の保持機構によっては、エネルギ吸収部材によるエネルギの吸収を阻害するおそれがある。

図３は、比較例の衝撃吸収構造Ｓにおけるエネルギ吸収の態様を説明するための説明図である。図３（ａ）に示すように、衝撃吸収構造Ｓは、エネルギ吸収部材Ｅを支持部Ａおよび押圧部Ｔで挟んで構成される。支持部Ａは、サイドフレーム３に固定され、押圧部Ｔは、バンパビーム６に固定されている。

押圧部Ｔには、複数のロッドＬの一端Ｌａが固定されている。また、支持部Ａには、ロッドＬの他端Ｌｂが挿通される挿通孔Ａａが設けられている。ロッドＬは、他端Ｌｂを挿通孔Ａａに挿通した状態で、挿通孔Ａａからの突出部位に不図示の締結手段が取り付けられる。締結手段は、例えば、ナットなどであって、ロッドＬのうち、挿通孔Ａａからの突出部位にナットに螺合するネジ溝が設けられる。

ロッドＬに締結手段が取り付けられた状態で、ロッドＬにはエネルギ吸収部材Ｅの軸方向に引張荷重が作用するとともに、エネルギ吸収部材Ｅには支持部Ａおよび押圧部Ｔからの圧縮荷重が作用する。こうして、支持部Ａと押圧部Ｔでエネルギ吸収部材Ｅが挟持される。

そして、自動車１の衝突などによって押圧部Ｔ側からエネルギ吸収部材Ｅに衝撃荷重が作用すると、図３（ｂ）に示すように、エネルギ吸収部材Ｅの破壊が進展する。このとき、エネルギ吸収部材Ｅの軸方向の長さが短くなり、その分、支持部Ａと押圧部Ｔが近づく。また、ロッドＬはさらに奥まで挿通孔Ａａに挿通されることとなる。

しかし、ロッドＬは衝撃荷重の大きさや向きによっては、押圧部Ｔに対して軸垂直方向以外の荷重が作用し、図３（ｃ）に示すように、ロッドＬが曲がってしまうことがある。そうすると、ロッドＬが挿通孔Ａａに引っかかってしまい、エネルギ吸収部材Ｅのエネルギ吸収特性に影響が及ぼされ、プログレッシブクラッシングの進展が阻害や、意図しない荷重介入に繋がるおそれがある。

図４は、本実施形態の衝撃吸収構造９におけるエネルギ吸収の態様を説明するための説明図である。図４（ａ）に示すように、本実施形態の衝撃吸収構造９は、上記のエネルギ吸収部材５に加え、押圧部１０、支持部１１、挟持部材１２、および、ガイド部１３を含んで構成される。

押圧部１０は、バンパビーム６に固定されてバンパビーム６とエネルギ吸収部材５との間に介在する板状部材であって、車両本体２から離隔した状態で、エネルギ吸収部材５の一端５ａが対向配置され、自動車１の衝突などによる衝撃荷重をエネルギ吸収部材５に伝達する。

支持部１１は、サイドフレーム３とエネルギ吸収部材５との間に介在する板状部材であって、エネルギ吸収部材５の他端５ｂ側に押圧部１０と対向して配され、エネルギ吸収部材５を支持するとともに車両本体２に支持される。

挟持部材１２は、引張りでは張力を発現し、圧縮では抗力を発現しない材料、例えば、ワイヤー、チェーン（鎖）などで構成される。挟持部材１２は、一端１２ａが押圧部１０に固定されている。また、支持部１１には、支持部１１をエネルギ吸収部材５の軸方向に貫通する貫通孔１１ａが複数形成されており、サイドフレーム３の前面には、貫通孔１１ａと対向する挿通孔３ａが形成されている。そして、この貫通孔１１ａと挿通孔３ａとに挟持部材１２が挿通される。

挟持部材１２は、所定の張力がかかった状態で、挟持部材１２のうち、貫通孔１１ａおよび挿通孔３ａよりも押圧部１０と反対側に引き出された部位が、挿通孔３ａを通過しない固定部材によって固定される。また、例えば、挟持部材１２のうち、挿通孔３ａよりも押圧部１０と反対側に引き出された部位を、サイドフレーム３自体に巻きつけるなどしてもよい。いずれにしても、挟持部材１２には所定の張力がかかり、挟持部材１２によって、支持部１１と押圧部１０からエネルギ吸収部材５に圧縮荷重が作用する。

また、押圧部１０および支持部１１を介さずに、エネルギ吸収部材５を直接、バンパビーム６およびサイドフレーム３に固定してもよい。この場合には、バンパビーム６が押圧部１０として機能し、サイドフレーム３が支持部１１として機能することとなる。

挟持部材１２は、押圧部１０と支持部１１とを近接させる方向に荷重を作用させ、押圧部１０と支持部１１との間にエネルギ吸収部材５を挟持させるとともに、エネルギ吸収部材５の反力にともなう張力によって緊張状態となる。

また、押圧部１０のうち支持部１１に対向する面には、小径部７および大径部８の外径よりも径が大きく、支持部１１側に突出する円筒形状のガイド部１３が設けられている。

そして、自動車１の衝突などによって押圧部１０側からエネルギ吸収部材５に衝撃荷重が作用すると、図４（ｂ）に示すように、エネルギ吸収部材５の破壊が進展する。具体的には、小径部７の押圧部１０側から支持部１１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。

そして、図４（ｃ）に示すように、押圧部１０側から支持部１１側に向かって、小径部７の破壊がさらに進むと、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、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）。

このように、テーパ部７ｃ（小径部７）は、層間破壊を誘発するトリガ部として機能する。エネルギ吸収部材５は、テーパ部７ｃが押圧部１０側に配置されていることから、エネルギ吸収部材５は、押圧部１０側から支持部１１側に向かって層間破壊が進展することとなる。

そして、押圧部１０が衝撃によって支持部１１側に押圧されると、エネルギ吸収部材５の軸方向の長さが短くなり、その分、押圧部１０と支持部１１が近接方向に移動する。すると、挟持部材１２は、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、張力が作用せずに弛緩状態となって撓む。そのため、比較例よりも、挟持部材１２によってエネルギ吸収特性に及ぼされる影響が小さくなり、図４（ｄ）に示すように、大径部８の層間破壊が進展し、エネルギ吸収部材５によって十分なエネルギが吸収される（プログレッシブクラッシング）。

こうして、衝撃吸収構造９は、エネルギ吸収部材５のプログレッシブクラッシングを阻害することなくエネルギ吸収部材５を保持して、衝撃のエネルギを吸収することが可能となる。

また、層間破壊が進展すると、小径部７の径方向外側の層は、小径部７の径方向外側に捲れ上がり、ガイド部１３に接触する。すると、図４（ｄ）に示すように、捲れ上がった部位は、ガイド部１３によってガイドされながら、ガイド部１３よりもエネルギ吸収部材５の径方向内側に巻き込まれていく。

その結果、ガイド部１３と、ガイド部１３の内側に巻き込まれた部位とによって、エネルギ吸収部材５の径方向への移動が規制され、エネルギ吸収部材５が径方向にずれ難くなる。そのため、エネルギ吸収部材５の位置がずれて、エネルギ吸収部材５に軸方向に対して傾斜した荷重が作用する事態を回避することが可能となる。

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。また、テーパ部７ｃの代わりに、エネルギ吸収部材５のうちの少なくとも押圧部１０側から層間破壊を誘発するトリガ部として機能する他の構成が設けられていてもよい。

また、上述した実施形態では、ガイド部１３を備える場合について説明したが、ガイド部１３は必須の構成ではない。

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に利用できる。

２ 車両本体（保護対象）
５ エネルギ吸収部材
５ａ 一端
５ｂ 他端
７ 小径部
７ｃ テーパ部
８ 大径部
９ 衝撃吸収構造
１０ 押圧部
１１ 支持部
１２ 挟持部材
１３ ガイド部

Claims (3)

1. 円筒形状であるとともに径方向に複数の層を有する複合材料で形成され、保護対象に作用する衝撃エネルギを吸収するエネルギ吸収部材と、
   前記保護対象と離隔して設けられ、前記エネルギ吸収部材の一端が対向配置される押圧部と、
   前記保護対象に設けられ、前記エネルギ吸収部材の他端側に前記押圧部と対向して配される支持部と、
   前記押圧部と前記支持部とを近接させる方向に荷重を作用させ、該押圧部と該支持部との間に前記エネルギ吸収部材を挟持させるとともに、該エネルギ吸収部材の反力にともなう張力によって緊張状態となり、該押圧部と該支持部が近接方向に移動すると撓む挟持部材と、
   前記押圧部側から前記エネルギ吸収部材の層間破壊を誘発するトリガ部と、
   前記押圧部のうち前記支持部に対向する面に設けられ、前記エネルギ吸収部材の外径よりも径が大きく、該支持部側に突出する円筒形状であって、前記挟持部材よりも該エネルギ吸収部材の径方向内側に位置するガイド部と、
   を備えたことを特徴とする衝撃吸収構造。
2. 前記エネルギ吸収部材は、
   前記押圧部側に設けられた小径部と、
   前記小径部の前記支持部側に連続し、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た大径部と、
   を備え、
   前記小径部が前記トリガ部として機能することを特徴とする請求項１に記載の衝撃吸収構造。
3. 前記トリガ部として機能する前記小径部は、前記大径部側から前記押圧部側に向かって、前記断面積が漸減するテーパ部であることを特徴とする請求項２に記載の衝撃吸収構造。

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