JP6310797B2 - 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。

特許文献１に記載されているように、近年、衝突事故などにおける衝撃を吸収するための衝撃吸収部材がフレームに搭載された自動車が広く普及している。衝撃吸収部材としては、例えば、特許文献２、３に記載されているように、炭素繊維やガラス繊維とプラスチックなどの複合材料が円筒状に形成される。このうち、特許文献３に記載されている衝撃吸収部材は、炭素繊維やガラス繊維などにプラスチックを含浸させた組糸が編み込まれたブレイディング製法によって形成される。

特開２００７−２３７９４４号公報 特許第４８８６７１０号公報 特開平８−１７７９２２号公報

上記の特許文献１の構成では、円筒状の衝撃吸収部材を、中心軸方向を衝撃の入力方向に沿わせて配していることから、例えば、車両の側面に配置する場合、多数の衝撃吸収部材を併設しなければならず、組立作業が容易ではない。また、単に、組立作業性のみを考慮して衝撃吸収部材の配置を設計しても、衝撃吸収部材が意図した破壊を起こさず、衝撃吸収部材が十分に衝撃を吸収できない可能性がある。

そこで、本発明は、組立作業性と衝撃吸収性を両立することが可能な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、中心軸方向に対して交差する２つの角のうち、鋭角側である組角だけ正方向および負方向に傾いた複数の組糸が編み込まれた円筒形状の複合材料で構成され、中心軸に交差する向きに衝撃が入力されるように配置される第１衝撃吸収部材と、複合材料で構成され、第１衝撃吸収部材の衝撃の入力側とは反対側に、第１衝撃吸収部材と平行に並設される第２衝撃吸収部材と、を備え、第１衝撃吸収部材の少なくとも一部の組角は、第２衝撃吸収部材のうち、一部に対向する部位の組角よりも大きいことを特徴とする。

第１衝撃吸収部材は、対向する第２衝撃吸収部材の部位と、組角が等しい部位を有してもよい。

第２衝撃吸収部材に対して第１衝撃吸収部材とは反対側に配され、中心軸方向に第１衝撃吸収部材および第２衝撃吸収部材より短く、衝撃が第１衝撃吸収部材および第２衝撃吸収部材を介して入力されるように配置される支持部材をさらに備え、支持部材の延長上に位置する第１衝撃吸収部材および第２衝撃吸収部材それぞれの部位の組角は互いに等しくてもよい。

本発明によれば、組立作業性と衝撃吸収性を両立することができる。

自動車の側面図である。 サイドシルを説明するための説明図である。 サイドシルの衝撃吸収の作用を説明するための説明図である。 変形例におけるサイドシル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の側面図である。図１に示すように、自動車１は、車両本体２の底部にサイドシル３を備えている。サイドシル３は、車両本体２を構成するフレームの一つであって、車両本体２の前後方向に延在し、車両本体２の両側面にそれぞれ配される。

図２は、サイドシル３を説明するための説明図であり、図２（ａ）には、図１に示す車両本体２の左側に配置されたサイドシル３の図１のＩＩ（ａ）‐ＩＩ（ａ）線断面を示す。図２（ａ）に示すように、サイドシル３は、例えば、アルミニウム合金などで構成される筐体４の内部に、第１衝撃吸収部材５と第２衝撃吸収部材６が収容されて構成されており、他の自動車の衝突などによる自動車１の側面に対する衝撃（以下、側面衝撃ともよぶ）を吸収する衝撃吸収構造となっている。

第１衝撃吸収部材５および第２衝撃吸収部材６は、いずれも円筒形状であって、サイドシル３の延在方向、つまり自動車１の前後方向に中心軸を沿わせて配置されている。したがって、第１衝撃吸収部材５および第２衝撃吸収部材６は、自動車１の側面衝撃の入力方向（図２（ａ）に白抜き矢印で示す）に対して中心軸が交差する向き（図２（ａ）中、垂直）に配置される。

第１衝撃吸収部材５は、第２衝撃吸収部材６よりも自動車１の左右方向の中心を基準として外側に配置されている。換言すると、第２衝撃吸収部材６は、第１衝撃吸収部材５における側面衝撃の入力側とは反対側（図２（ａ）中、下側）に、第１衝撃吸収部材５と平行に並設される。

第１衝撃吸収部材５および第２衝撃吸収部材６は、炭素繊維やガラス繊維などに樹脂を含浸させた組糸が編み込まれたブレイディング製法で製造された複合材料７で構成される。

図２（ｂ）は、複合材料７の外観斜視図である。複合材料７は、図２（ｂ）に示すように、中心軸方向に対して交差する２つの角のうち、鋭角側である組角αだけ正方向（＋α）および負方向（−α）に傾いた複数の組糸８と、中心軸方向に平行に配された複数の中央糸９とが編み込まれて成型される。なお、第１衝撃吸収部材５および第２衝撃吸収部材６の組角αについては後述する。

複合材料７は、組角αによって複合材料７の衝撃に対抗する曲げ剛性が異なり、組角αが小さいほど、すなわち、組糸８が中心軸方向に平行に近づくほど、中心軸を曲げる向きの荷重に対する曲げ剛性が高くなる。

図３は、サイドシル３の衝撃吸収の作用を説明するための説明図である。図３（ａ）には、サイドシル３の一部を抽出して示し、図３（ｂ）には、サイドシル３の変位量と荷重の関係を示す。また、図３（ｃ）には、第１比較例のサイドシルＳ１の図３（ａ）に対応する部位の図を示し、図３（ｄ）には、第１比較例におけるサイドシルＳ１の変位量と荷重の関係を示す。図３（ｅ）には、第２比較例のサイドシルＳ２の図３（ａ）に対応する部位の図を示し、図３（ｆ）には、第２比較例におけるサイドシルＳ２の変位量と荷重の関係を示す。

また、図３（ａ）、（ｃ）、（ｅ）において、組角αが大きい複合材料７ａを交差角が直角のクロスハッチングで示し、組角αが小さい複合材料７ｂを横長の菱形のクロスハッチングで示す。

図３（ａ）に示すように、サイドシル３は支持部材１０に固定されている。支持部材１０は、車両本体２の左右に並設されたサイドシル３間に複数掛け渡されている。したがって、支持部材１０は、サイドシル３のうち、第２衝撃吸収部材６に対して第１衝撃吸収部材５とは反対側（図３（ａ）中、下側）に配され、第１衝撃吸収部材５（第２衝撃吸収部材６）の中心軸方向（車両本体２の前後方向）の長さが、第１衝撃吸収部材５および第２衝撃吸収部材６より短い。そして、サイドシル３に、図３（ａ）中、白抜き矢印で示す向きに側面衝撃が入力されると、支持部材１０には、第１衝撃吸収部材５および第２衝撃吸収部材６を介して側面衝撃が入力される。

また、サイドシル３においては、図３（ａ）に示すように、第１衝撃吸収部材５は、組角αが大きい複合材料７ａと組角αが小さい複合材料７ｂが、第１衝撃吸収部材５の中心軸方向に交互に連設されて構成される。一方、第２衝撃吸収部材６は、すべて組角αが小さい複合材料７ｂで構成される。複合材料７ａは、組角αが３０度以上であって、例えば、４５度に設定される。また、複合材料７ｂは、組角αが３０度未満であり、例えば、１０度に設定される。

図３（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）に示すように、サイドシル３、Ｓ１、Ｓ２には、衝撃を吸収する際に、吸収すべき荷重である目標荷重Ｅが設定されている。つまり、目標荷重Ｅ以上の荷重で破壊が進行すると、サイドシル３、Ｓ１、Ｓ２は、衝撃によるエネルギを十分に吸収していると言える。

図３（ｃ）に示すように、第１比較例のサイドシルＳ１は、第１衝撃吸収部材Ａ１および第２衝撃吸収部材Ａ２のいずれも、組角αが小さい複合材料７ｂで構成される。この場合、図３（ｄ）に示すように、サイドシルＳ１の変形初期は、サイドシルＳ１の曲げ剛性が全体に大きいことから、第１衝撃吸収部材Ａ１および第２衝撃吸収部材Ａ２が曲がることにより、変位量が大きくなるにつれて荷重が増加して目標荷重Ｅを上回る。しかしながら、第１衝撃吸収部材Ａ１および第２衝撃吸収部材Ａ２の破壊（圧潰破壊）が開始すると、オーバーシュートが発生してしまう。その後、サイドシルＳ１は、目標荷重Ｅを上回る荷重で第１衝撃吸収部材Ａ１および第２衝撃吸収部材Ａ２の破壊による変形が進み、変位量が一定値を超えると、支持部材１０との締結部分などが割れて、急激に変位量に対する荷重が減少する。

一方、図３（ｅ）に示すように、第２比較例のサイドシルＳ２は、第１衝撃吸収部材Ｂ１および第２衝撃吸収部材Ｂ２のいずれも、組角αが大きい複合材料７ａで構成される。この場合、図３（ｆ）に示すように、サイドシルＳ２の変形初期は、変位量が大きくなるにつれて荷重が増加する。しかしながら、サイドシルＳ２の曲げ剛性が全体に小さいことから、第１衝撃吸収部材Ｂ１および第２衝撃吸収部材Ｂ２の曲げに要する荷重の増加後、破壊開始に伴うオーバーシュートは発生しないものの、目標荷重Ｅを大きく下回った状態で変形が進んでしまう。したがって、目標荷重Ｅを上回る荷重を吸収するためには、例えば、複合材料７ｂを設ける必要がある。

本実施形態のサイドシル３は、上記のように、第１衝撃吸収部材５は、組角αが大きい複合材料７ａと組角αが小さい複合材料７ｂが、中心軸方向に連設され、第２衝撃吸収部材６は、すべて組角αが小さい複合材料７ｂで構成される。この場合、図３（ｂ）に示すように、サイドシル３の変形初期には、変位量が大きくなるにつれて荷重が増加する。このとき、第１衝撃吸収部材５のうち、組角αが大きい複合材料７ａの曲げ剛性が小さいことから、サイドシル３全体としての曲げ剛性が小さくなり、変位量に対する荷重の増加幅は、第１比較例よりも小さい。

また、初期変形の間に、複合材料７ａから破壊が進行し始めて、複合材料７ａから複合材料７ｂへ連続して破壊される。複合材料７ｂは、一部でも破壊されると、その破壊部位をトリガに破壊が進行するため、複合材料７ｂの破壊が開始される荷重が第１比較例よりも小さくなる。したがって、図３（ｂ）に示すように、複合材料７ｂの破壊開始によるオーバーシュートがほとんど生じることなく、目標荷重Ｅを上回った状態で変形が進む。その結果、サイドシル３は、支持部材１０との締結部分に割れが生じ難く、目標荷重Ｅ以上での変形を大きく確保でき、高い衝撃吸収特性を有する。そのため、車両本体２の内部の乗員や構造物の損傷を抑えることが可能となる。サイドシル３は、特に、バッテリを搭載するような電動自動車に好適に用いることができる。

また、サイドシル３では、第１衝撃吸収部材５および第２衝撃吸収部材６は、荷重の入力方向に対して中心軸が大凡垂直に交差する向きに配置されており、荷重の入力方向に対して中心軸が平行になるように並べて配置する場合に比べ、配置する本数を抑えられる。そのため、サイドシル３の組立作業が容易となる。

また、図３（ａ）において、第１衝撃吸収部材５および第２衝撃吸収部材６のうち、所定範囲Ｘを破線で示す。所定範囲Ｘは、中心軸方向（図３（ａ）中、左右方向）に、支持部材１０の幅以上に広い範囲であって、車両本体２の左右方向（図３（ａ）中、上下方向）に向かう支持部材１０の延長上の範囲を含む。この所定範囲Ｘにおける第１衝撃吸収部材５および第２衝撃吸収部材６は、同じ複合材料７ｂで構成される。すなわち、支持部材１０の延長上に位置する第１衝撃吸収部材５および第２衝撃吸収部材６それぞれの部位の組角は、互いに等しい。

このような構成とすることで、サイドシル３に入力された側面衝撃は、必ず、第１衝撃吸収部材５における所定範囲Ｘの複合材料７ｂ、および、第２衝撃吸収部材６（複合材料７ｂ）を破壊しながら弱められた後、支持部材１０から車両本体２の中心側に伝搬することとなる。そのため、所定範囲Ｘに複合材料７ａを配置する場合に比べ、車両本体２の内部の乗員や構造物の損傷をより抑えることが可能となる。

図４は、変形例におけるサイドシル１３を説明するための説明図である。上述した実施形態では、第１衝撃吸収部材５は、複合材料７ａと複合材料７ｂで構成される場合について説明した。変形例のサイドシル１３においては、図４に示すように、第１衝撃吸収部材１５は、複合材料７ａのみで構成される。第２衝撃吸収部材１６は、上述した実施形態の第２衝撃吸収部材６と同じく、複合材料７ｂのみで構成される。

上述した実施形態のように、第１衝撃吸収部材５に、対抗する第２衝撃吸収部材６の部位と、組角が等しい部位を設けることで、サイドシル３の全体としての曲げ剛性を高め、より一層、衝撃吸収特性を高めることが可能となる。ただし、変形例のように、第１衝撃吸収部材１５の全ての組角が、第２衝撃吸収部材１６の全ての組角よりも大きければ、第１衝撃吸収部材１５から破壊が容易に進行することから、高い衝撃吸収特性を有することとなる。

また、上述した実施形態では、支持部材１０の延長上に位置する第１衝撃吸収部材５および第２衝撃吸収部材６それぞれの部位の組角を互いに等しくする場合について説明した。しかし、支持部材１０の延長上に限らず、他の部分で、第１衝撃吸収部材５の少なくとも一部の組角を、第２衝撃吸収部材６のうち、第１衝撃吸収部材５の一部と対向する部位の組角と等しくしてもよい。

また、上述した実施形態および変形例では、第１衝撃吸収部材５、１５と第２衝撃吸収部材６、１６の２つの衝撃吸収部材が、荷重の入力方向に並設される場合について説明したが、３以上の衝撃吸収部材が並設されてもよい。

また、上述した実施形態および変形例では、衝撃吸収構造をサイドシル３、１３に適用する場合について説明したが、上記の衝撃吸収構造を、自動車１やその他の構造物の他の構造部材に適用してもよい。

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。

上述した実施形態では、第１衝撃吸収部材５は、組角αが大きい複合材料７ａと組角αが小さい複合材料７ｂが、第１衝撃吸収部材５の中心軸方向に交互に連設されて構成される場合について説明した。このように、組角αの異なる複数の複合材料７を中心軸方向に連設する場合、複合材料７の成形途中で組角αを可変させることで、組角αの異なる複数の複合材料７を一部材として一体成形してもよい。

本発明は、衝撃を吸収する衝撃吸収構造に利用できる。

３、１３ サイドシル
５、１５ 第１衝撃吸収部材
６、１６ 第２衝撃吸収部材
７、７ａ、７ｂ 複合材料
８ 組糸
９ 中央糸
１０ 支持部材

Claims (3)

1. 中心軸方向に対して交差する２つの角のうち、鋭角側である組角だけ正方向および負方向に傾いた複数の組糸が編み込まれた円筒形状の複合材料で構成され、該中心軸に交差する向きに衝撃が入力されるように配置される第１衝撃吸収部材と、
   前記複合材料で構成され、前記第１衝撃吸収部材の前記衝撃の入力側とは反対側に、該第１衝撃吸収部材と平行に並設される第２衝撃吸収部材と、
   を備え、
   前記第１衝撃吸収部材の少なくとも一部の前記組角は、前記第２衝撃吸収部材のうち、該一部に対向する部位の該組角よりも大きいことを特徴とする衝撃吸収構造。
2. 前記第１衝撃吸収部材は、対向する前記第２衝撃吸収部材の部位と、前記組角が等しい部位を有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. 前記第２衝撃吸収部材に対して前記第１衝撃吸収部材とは反対側に配され、前記中心軸方向に前記第１衝撃吸収部材および該第２衝撃吸収部材より短く、前記衝撃が前記第１衝撃吸収部材および該第２衝撃吸収部材を介して入力されるように配置される支持部材をさらに備え、
   前記支持部材の延長上に位置する前記第１衝撃吸収部材および前記第２衝撃吸収部材それぞれの部位の組角は互いに等しい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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