JPH0669729B2 - Ｆｒｐ構造体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はFRP構造体、更に詳しくは衝撃的な圧縮力を吸
収することができるFRP構造体に関するものである。

〔従来の技術〕

FRP（繊維強化樹脂）構造体は軽量で強度が大きく、耐
腐食性や成形性に優れているなどの種々の利点を有する
ことから、各種の分野における応用が検討されている。
例えば自動車への応用においては、部品や外板のみなら
ず構造部材への応用も検討されている。ところで鋼製の
フレームを有するトラックやトラクタなどの重量の大き
な車両用として、実開昭59−196373号公報には、車両フ
レームの前端又は後端部分におけるサイドレールに適数
の凹所を設け、フレーム長手方向に作用する設定値以上
の衝撃力によって上記サイドレールが上記凹所の部分で
座屈変形を生起するように構成したことを特徴とする車
両用衝撃吸収装置が開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕 FRP構造体の衝撃エネルギー吸収特性は第17図に示す如
く、材料そのものが持つ脆性的な破壊特性のために鋼製
構造物に比べて衝撃エネルギー吸収量が少ない。そのた
め、前述の衝撃吸収の技術をFRP構造体に応用する場合
には、FRP構造体を大型化することで所望とするエネル
ギー吸収量を満足することが考えられるが、大型化によ
りFRP構造体の持つ有意性がそこなわれてしまう。又、
強化繊維の配向角を調整することによりエネルギー吸収
量を高める検討が行なわれている。しかし、強化繊維を
所定方向に配向させるためには例えばフィラメントワイ
ンディング法などの方法を用いて別途製造する必要があ
り、製造工程も複雑となる。又、強化繊維を配向させた
FRP部品と他のFRP部品とは特性が異なるため、相互の接
合が非常に困難である。それ故、簡単な構造で衝撃エネ
ルギー吸収力を向上させたFRP構造体が望まれていた。

本発明は上記従来技術における問題点を解決するための
ものであり、その目的とするところは充分な衝撃エネル
ギー吸収量を有し、且つ製造が容易なFRP構造体を提供
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

すなわち本発明のFRP構造体は、互いに径を異にする少
なくとも二つのFRP製の筒状体は長手方向に沿った一端
部同士が非接着部を有し長手方向に対しての強度が最も
弱い部分である段差部で嵌着され、前記筒状体の少なく
とも一つの内周面又は外周面に、長手方向に沿って衝撃
を受けることにより前記段差部で破壊されて一つの筒状
体が他の筒状体の内部又は外部に嵌合した状態で摺動す
る際に、相手側の筒状体の嵌合先端部に当接して相手側
の筒状体により連続して破壊されるか又は相手側の筒状
体を連続して破壊するための複数の凸部が設けられてい
ることを特徴とする。

本発明の構造体に用いるFRPは慣用のものであってよ
い。例えば基材樹脂としては熱硬化性樹脂例えば不飽和
ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メ
ラミン樹脂、熱可塑性樹脂例えばポリ塩化ビニル樹脂、
ポリアミド樹脂、ポリスチレン樹脂、等を挙げることが
できる。強化繊維としては無機繊維例えばガラス繊維、
炭素繊維、硼素繊維、有機繊維例えばポリアラミド繊
維、等の短繊維、長繊維又は連続繊維を挙げることがで
きる。前記基材樹脂及び強化繊維は各々単独又は組合せ
て用いてよい。

FRP製の筒状体の大きさ及び形状は適宜選択する。形状
は例えば円筒状、角筒状などであってよい。又、筒状体
の数は二つ以上の適当数を用いる。

互いに径を異にする少なくとも二つのFRP製の筒状体は
長手方向に沿った一端部同士が非接着部を介在し、段差
部で嵌着されている。

少なくとも二つのFRP製の筒状体の嵌着部に介在させる
非接着体としては、FRPに対して実質的に接着しない材
料例えばポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂等
のフィルム又は前記材料を表面に貼付した非接着処理紙
などを用いることができる又、ウレタン発泡体のような
強度の弱いものを介在させてもよい。段差部は、長手方
向に衝撃を受けた場合にこの個所で破壊されるように強
度を最も弱くする。又、段差部は非接着部を介在させな
がら一体成形することにより形成してもよいし、又は予
め筒状体を別々に成形した後、非接着体を介在させて接
着剤又は接続部材を用いて筒状体を接続することにより
形成してもよい。尚、段差部は厚さを薄くすること以外
に、切欠を設けることにより強度を弱くしてもよい。

筒状体の接続方法は特に限定されず、例えば順に大きさ
を異ならしめて接続してもよいし、又はそうでなくても
よい。又、筒状体は、二つ以上が間隙を設けて嵌合され
た多重筒として、その間隙に凸部（又は両側の凸部が連
結した区画壁）を設けたものを用いることもできる。

凸部は、好ましくは段差部近傍の筒状体の内周面のみ又
は外周面のみ又は内周面及び外周面に複数個設ける。凸
部はその性質において、相手側の筒状体により連続して
破壊されるものと、反対に相手側の筒状体を連続して破
壊するものの二種に分けることができる。

相手側の筒状体により連続して破壊されるための凸部は
筒状体の内周面及び／又は外周面の周方向に沿って複数
個又はフランジ状に設ける。又、筒状体の長手方向に沿
って複数個設ける。この場合、凸部の材質はFRPが好ま
しい。又、その強度は相手側の筒状体よりも小さくす
る。

相手側の筒状体を連続して破壊するための凸部は筒状体
の内周面及び／又は外周面の長手方向に複数個設ける。
又、凸部は筒状体を長手方向に沿ってある程度の長さの
ある方が好ましく、周方向の幅はあまり広くない方が好
ましい。凸部の材質はFRPや金属であってよい。凸部の
強度は、破壊すべき相手側の筒状体の強度よりも大きく
することは勿論である。

前記二種の凸部の大きさ、形状、数、間隔などは吸収特
性が最適となるように決定する。凸部は筒状体と一体成
形してもよいし、又は別に成形した後、接着剤又は接続
部材を用いて筒状体に結合させてもよい。

〔作 用〕

前述の鋼製構造物の衝撃吸収の技術は衝撃を受けた場合
に塑性変形を生じ、これにより衝撃エネルギーが吸収さ
れるのに対して、本発明のFRP構造体が長手方向に沿っ
て衝撃を受けると、最初に段差部が破壊され、次いで一
つの筒状体が他の筒状体の内部又は外部に嵌合した状態
で摺動する際に、複数の凸部が相手側の筒状体により連
続して破壊されるか又は複数の凸部により相手側の筒状
体を連続して破壊するので、この連続した破壊により衝
撃エネルギーが順次吸収される。

〔実施例〕

以下の実施例及び比較例により本発明を更に詳細に説明
する。なお、下記実施例に限定的なものではない。

実施例１ ウレタンコアである発泡体５を成形し、これにガラス繊
維（連続繊維）を巻き付け、ポリエチレン、ポリプロピ
レン、フッ素樹脂等のフィルム又はこれらを表面に貼付
した非接着処理紙などからなる非接着体を所定位置にイ
ンサートし、その後成形型内に配置し、次いで基材樹脂
として不飽和ポリエステル樹脂60重量部と強化繊維とし
てガラス繊維（平均直径15μｍ、平均長さ2inch）40重
量部とからなる成形組成物を所定条件下で注入して外殻
を成形した。このようにして第１図に示す実施例１のFR
P構造体を得た。第１図中、１は大径部、２は小径部、
３は最弱部（段差部）である。尚、図中の矢印は衝撃力
を受ける方向を示す。又、第２図は第１図のＡ−Ａ線に
沿った断面図の中心線を境とした半分を示す。第２図
中、４は凸部、５は発泡体、６は非接着体（非接着部）
を示す。

以下、同様の材料及び方法を用いて、実施例２〜４のFR
P構造体を得た。

実施例２ 第３図に実施例２のFRP構造体を示す。本例では凸部４
を小径部２の外周面に設けた構造とした。

実施例３ 第４図に実施例３のFRP構造体を示す。本例では大径部
１と小径部２とからなる二重筒の隙間に凸部４を設け、
これを最弱部３で中径部７と接続した。

実施例４ 第５図に実施例４のFRP構造体を示す。本例では大径部
１の内周面と小径部２の外周面に凸部４を設けた。大径
部１と小径部２の両方に凸部４を設けたことにより凸部
４の破壊頻度が増大し、衝撃エネルギー吸収曲線の変動
が少なく滑らかになる。

実施例５ 凸部４の形状が異なること以外は実施例１と同様にして
図６に示す実施例５のFRP構造体を得た。この外観は第
１図の実施例１のFRP構造体と同じである。第７図は第
１図のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。凸部４は大径部
１や小径部２と同一の材料によって形成してもよいし、
又は、更に圧縮強度の高いFRPを用いて予め形成したも
のを、注型成形時に一体に固着するか、又は成形後接着
剤を用いて接着することにより形成してもよい。

以下、同様の材料及び方法を用いて、実施例６〜８のFR
P構造体を得た。

実施例６ 第８図に実施例６のFRP構造体を示す。本例では凸部４
を小径部２の外周面に設けた構造とした。

実施例７ 第９図に実施例７のFRP構造体を示す。本例では大径部
１と小径部２とからなる二重筒の隙間に凸部４を設け、
これを最弱部３で中径部７と接続した。

実施例８ 第10図に実施例８のFRP構造体を示す。本例では大径部
１の内周面と小径部２の外周面に凸部４を設けた。大径
部１と小径部２の両方に凸部４を設けたことにより大径
部１と小径部２がともに破壊されるので破壊の程度が増
大し、衝撃エネルギー吸収曲線の変動が少なく滑らかに
なる。

実施例９ 凸部４として第11図（ａ）に示すような波状鋼板８を板
状鋼板９に接着剤などにより接合したもの、第11図
（ｂ）に示すようなＬ字鋼板10を前記と同様にして板状
鋼板９に接合したもの、又は第11図（ｃ）に示すような
波状鋼板８のみをインサート成形によって大径部１の内
壁面に固着すること以外は、実施例５と同様にして本発
明のFRP構造体を得ることができる。第12図に、第11図
（ｂ）に示す凸部４を使用した実施例９のFRP構造体の
第７図に相当する断面図を示す。

比較例１ 非接着体６を介した嵌着部を設けないこと以外は実施例
１と同様にして、第13図に示す比較例１のFRP構造体を
得た。尚、このFRP構造体は特願平１−259793号におい
て本発明者らが提案したものである。

比較例２（従来品） 凸部４を設けないこと以外は実施例１と同様にして、比
較例２のFRP構造体を得た。

＜性能評価試験１＞ 実施例１及び比較例２のFRP構造体を長手方向に圧縮し
た場合の、ストロークの変化に対する圧縮荷重の変化を
調べた。結果を第14図に示す。図から明らかな如く、本
発明のFRP構造体は従来のFRP構造体に比べて全体的に圧
縮荷重の変動が少なく且つ初期破断後の圧縮荷重が遥か
に大きい。これは、本発明のFRP構造体においては長手
方向に圧縮すると最初に最弱部３が破壊され、次いで小
径部２が大径部１内に潜り込んでいく。この際、大径部
１の内周面にある一番目の凸部４に小径部２の先端部が
当り最弱部３の破壊後の急激な荷重低下が食い止められ
る。そして更に圧縮荷重が加わると一番目の凸部４が破
壊され、二番目の凸部４に小径部２の先端部が当るこの
ような破壊を連続的に発生させることにより、従来のFR
P構造体に比べてエネルギー吸収量を大きくすることが
できる。尚、凸部４が破壊されていく際の圧縮荷重は、
凸部４の形状、材質等の正常を変化させることにより要
求に応じて調節することができる。

＜性能評価試験２＞ 実施例１及び比較例１のFRP構造体を長手方向に圧縮し
た場合の、ストロークの変化に対する圧縮荷重の変化を
調べた。結果を第15図に示す。実施例１のFRP構造体は
比較例１のFRP構造体に比べて初期の圧縮荷重は若干上
昇するものの、以後の破壊における平均的な荷重はほと
んど同じである。又、第16図に実施例１及び比較例１の
FRP構造体の長手方向に直交する方向の荷重に対する曲
げ剛性を示す。第16図より、嵌着部の長さが長くなるに
従って曲げ剛性が向上しているのが分る。

〔発明の効果〕

上述の如く本発明のFRP構造体は、筒状体の少なくとも
一つの内周面又は外周面に筒状体が長手方向に圧縮され
る際に相手側の筒状体により連続して破壊されるか又は
相手側の筒状体を連続して破壊するための複数の凸部が
設けられているため、従来の凸部が設けられていないFR
P構造体に比べて衝撃エネルギー吸収量が多く、又、筒
状体の圧縮変形に伴う衝撃エネルギー吸収量の変動が少
なく、優れた衝撃エネルギー吸収特性を示す。又、本発
明のFRP構造体は、筒状体の一端部同士（小径部と大径
部）が非接触部を有する段差部で嵌着されているため、
段差部を破壊するための初期の圧縮荷重を大きくするこ
となく長手方向に直交する方向の曲げ剛性強度を高める
ことができる。このため、車両などに片持ち梁の形態で
装着した場合にも振動などにより生ずる曲げ荷重に対す
る耐性が大きい。又、その製造においても、凸部を設け
ること以外は従来のFRP構造体の製造方法と同様である
ので容易に実施可能である。又、種々の性状のものも一
体成形により容易に製造できるので金属製の衝撃吸収装
置に比べて製造が容易である。更に、基材樹脂や強化繊
維の種類や組合せ、凸部の種類や数や形状、段差部の長
さや数などを変えることにより種々の変形が可能であ
り、適用範囲が広い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のFRP構造体の実施例１の斜視図、 第２図は第１図のＡ−Ａ線に沿った断面図の中心線を境
とした半分を示す半断面図、 第３図ないし第６図は本発明の実施例２ないし５の第２
図と同様の半断面図、 第７図は実施例５に対応する第１図のＢ−Ｂ線に沿った
断面図、 第８図ないし第10図は本発明の実施例６ないし８の第２
図と同様の半断面図、 第11図（ａ）〜（ｃ）は本発明のFRP構造体に使用する
ことができる種々の凸部の例の説明図、 第12図は本発明の実施例９の第７図と同様の断面図、 第13図は比較例１のFRP構造体の第２図と同様の半断面
図、 第14図は実施例１及び比較例２のFRP構造体を長手方向
に圧縮した場合の、ストロークの変化に対する圧縮荷重
の変化を示す図、 第15図は実施例１及び比較例１のFRP構造体の第14図と
同様の図、 第16図は実施例１及び比較例１のFRP構造体の、嵌着部
の長さと長手方向に直交する方向の荷重に対する曲げ剛
性との関係を示す図、 第17図は各種材料の脆性的な破壊特性を示す図である。 図中、 １……大径部、２……小径部、３……最弱部 ４……凸部、５……発泡体、６……非接着体 ７……中径部、８……波状鋼板、９……板状鋼板 10……Ｌ字鋼板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに径を異にする少なくとも二つのFRP
   製の筒状体は長手方向に沿った一端部同士が非接着部を
   有し長手方向に対しての強度が最も弱い部分である段差
   部で嵌着され、前記筒状体の少なくとも一つの内周面又
   は外周面に、長手方向に沿って衝撃を受けることにより
   前記段差部で破壊されて一つの筒状体が他の筒状体の内
   部又は外部に嵌合した状態で摺動する際に、相手方の筒
   状体の嵌合先端部に当接して相手方の筒状体により連続
   して破壊されるか又は相手方の筒状体を連続して破壊す
   るための複数の凸部が設けられていることを特徴とする
   FRP構造体。