JPS60109630A - エネルギ−吸収具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、力学的エネルギー、特に衝撃的、打撃的荷重
を吸収する繊維強化プラスチックを用いたエネルギー吸
収具に関する。

［従来技術］ 物体に衝撃的荷重がかかり、物体内部に装着しである装
置等の物体あるいは人体がその衝撃荷重によって損傷を
きたしたり、機能を満たさなくなる場合がある。一つの
例として自動車等の衝突事故を考えると、運転者は走行
速度の負性により萌方にはおり出され、胸部をステアリ
ングホイールに強打して負傷し、また自動車本体も衝突
により大破することがある。この様な衝撃的荷重から物
体を守るために、衝突の運動エネルギーを吸収する各種
エネルギー吸収装置が開発されており、先の自動車等の
場合には、例えばエネルギー吸収バンパー、エネルギー
吸収ステアリング、エネルギー吸収シートベルト等によ
り車体及び人体にかかる衝撃的荷重を緩和して安全をは
かつている。

従来のエネルギー吸収装置のエネルギー吸収具としては
、弾性変形エネルギーを利用する鋼製スプリングあるい
は架硫ゴム、流動抵抗を利用する粘性油、未架硫ゴムあ
るいは空気、塑性変形エネルギーを利用した錆性ハニカ
ム、発泡体、摩擦エネルギーを利用したブレーキバット
、材料の破壊エネルギーを利用した高分子ハニカム、高
分子発泡体が一般に利用されている。

しかし、例えば、錆性スプリングは、一般に弾性変形範
囲内で使用するものであるため、くり返し使用が可能で
あり、また最大抗力値を容易に設計出来る利点はあるが
、その抗力−変位曲線は第１図の直線ＯＢであり、吸収
するエネルギーは変位量の割りには少なくまた重量も大
きい。

油圧を利用したエネルギー吸収装置の杭カー変位曲線は
第１図の短形ＯＡＢに近い型に設計可能であるが加工精
度を要し、従って、価格も高くなり、油を利用するため
保守も面倒であるという欠点を有する。

発泡体を利用したエネルギー吸収装置は原理も簡単で、
かつ、抗力−変位曲線は矩形のＯＡＢに近い形となるが
発泡体の単位面積当たりの抗力Ｆが非常に小さく、衝撃
力の大きい場合のエネルギー吸収においては、発泡体の
受圧面積を広くする必要があり、エネルギー吸収装置の
形状が大きくなり、スペースの制約がある場合は適用で
きない場合もあるという欠点をもつ。

［発明の目的］ 本発明は、上記従来のエネルギー吸収具の有していた問
題点を解消し、理想的なエネルギー吸収特性を有するエ
ネルギー吸収具な提供することを目的とする。

本発明者らは、上記本発明の目的を達成するためエネル
ギー吸収具のエネルギー吸収特性に関する系統的実験及
び解析を実施した結果、以下の知見を得た。

エネルギー吸収装置の特性を評価するために今、静止し
ている物体へに物体Ｂが衝突する場合を考える。衝撃を
弱めるためには、エネルギー吸収装置を物体Ａと物体Ｂ
との間に介在させることが効果的である。この際、物体
Ａを衝突から守るかあるいは運動している物体Ｂを衝突
から守るかによって、エネルギー吸収装置の特性を論す
る場合の表現は異なるが、エネルギー吸収装置自体の特
性は変わらないので、ここでは、静止している物体Ａに
物体Ｂが衝突した際に物体Ａを衝撃から守る立場でエネ
ルギー吸収装置の特性を論じる。

上述の第１図は、あるエネルギー吸収装置をとり付けた
物体Ａを固定し、エネルギー吸収装置の受圧部に物体Ｂ
が衝突した際のエネルギー吸収装置の物体Ｂに対する抗
力を縦軸にとり、また受圧部の後退距離（変位）を横軸
にとったものである。

エネルギー吸収装置の受圧部に物体Ｂが衝突すると、受
圧部は物体Ｂに対し抗力を発生させながら後退（変位）
し、物体Ｂの持つ運動エネルギーを吸収する。従って、
物体Ａにはエネルギー吸収装置の抗力に等しく方向の逆
むきの荷重が、受圧部の変位が止まるまで作用し、衝撃
的な荷重からまぬがれる。この時の抗力−変位曲線と横
軸とに囲まれる面積（斜線部）がエネルギー吸収量に相
当する。

第１図において、斜線部は抗力と変位が放物線状の特性
になるものを示した。この吸収量が物体Ｂの初期の運動
エネルギーに等しくなるまで受圧部が変位した時点で物
体Ｂの運動は止まり、同時に物体Ａに作用する荷重もな
くなる。ここで、もしエネルギー吸収装置のエネルギー
吸収の総量が物体Ｂの運動エネルギーよりも小さい場合
には、このエネルギーの差に相当する衝撃的荷重が物体
Ａに更に作用することになる。

エネルギー吸収装置を物体Ａにとり付ける場合、衝撃的
荷重に対して発生する抗力Ｆは物体Ａが損傷しない荷重
範囲内にとどめる必要があり、かつ、受圧部の変位はエ
ネルギー吸収装置が使用の場における取得るスペースに
よって制約される。

この様な制約のもとて最大限のエネルギー吸収量を得る
には図にＯＡ　Ｂで示した様に、衝撃的荷重が作用した
瞬時において抗力は急激に立ち上がり、物体Ａを損傷し
ない範囲内の所定の荷重値に達した後は、それ以上増大
することなく一定となり変位のみ増大して運動エネルギ
ーを吸収する抗力−変位特性を持たせる必要がある。

本発明者らは、この様な知見に基づき、抗力の最大ｆ１
αを任意に設定でき、その長さにより変位量をかせぎ、
作用する衝撃的打撃的エネルギーを充分吸収し得る、簡
単な構成のエネルギー吸収具を案出するため、試作実験
解析を繰り返した結果、本発明に悪例したものである。

［発明の説明］ 本発明のエネルギー吸収具は繊維を異なった配向方向で
交叉関係に配接して繊維強化したプラスチック製の中空
筒状体と、該中空筒状体の両端にそれぞれ配置され該中
空筒状体の軸方向に平行に相対移動可能な１対の押圧部
材とから成り、衝撃荷重作用時、前記１対の押圧部材の
相対的近接により、前記中空筒状体をその軸端部から逐
次破壊させることにより衝撃エネルギーを吸収するもの
である。

上述の構成より成る本発明のエネルギー吸収具の上方の
押圧板１に下向きに衝撃力が作用した場合の繊維強化中
空筒状体の変形、破壊状況を第２図を用いて説明する。

衝撃が作用した瞬間に中空筒状体３は圧縮され、わずか
に軸方向に縮小する。

これは衝撃荷重による弾性変形によるものである。

次に中空筒状体３の押圧板１と接している部分が白化し
始める。この白化は、繊維とマトリックスの接着部の界
面のはく離によるものであり、更に負荷が増大すると中
空筒状体３の端部から異なる配向方向で交叉積ＪＦＩ　
シた繊維束がお互いに繊維京間で層間剥離破壊が発生ず
る。また、その剥離した繊維束内には、繊維の切断、マ
トリックスの破壊、ｆ＆紺とマトリックスの界面の剥離
が発生している。これらの破壊は中空筒状体３の押圧板
ｌとの接触部近傍だけに発生し中空筒状体３の他の部分
には急激に進展せず、第３図に示すように破壊部を押圧
＆１に沿って周縁方向に排除しつつ押圧板ｌの変位に伴
って押圧板１との接触部にだけ破壊が進行するため中空
筒状体は端部より逐次破壊していく。この中空筒状体３
の端部の逐次破壊によって？ｌＴ撃エネルギーを吸収し
、全？！Ｔｇエネルギーを吸収し得た時点で破壊は止ま
る。中空筒状体３が逐次破壊していく時、中空筒状体３
は常に押圧板１と接触し、その接触面近傍が逐次破壊し
周縁方向に排除されていくため押圧板ｌは常にＦＲＰ中
空体の未だ破壊していない新生面と接触しながら下方に
変位することになる。

この衝撃荷重によって中空筒状体３に発生する抗力と押
圧板１の下方への変位を示したものが第４図である。衝
撃初期に抗力が急激に発生し、以後、抗力はほぼ一定の
ままで変位だけが増大した。

これは、第１図において示した理想的なエネルギー吸収
装置としての抗力−変位特性に近いものである。ここで
本発明のエネルギー吸収具の抗力−変位特性における急
激な抗力の立上がりは中空筒状体の弾性変形領域に対応
し、以後の一定抗力値で変位だけ増加する領域は中空筒
状体３の端部が白化し、端部より逐次破壊を伴いなから
押圧板１が中空筒状体３と接触しつつ下方へ変位してい
く状態に対応する。

従って、本発明のエネルギー吸収具のエネルギー吸収の
メカニズムは、中空筒状体が端部より逐次破壊していく
際における繊維の破損、マトリックスの破壊、繊維とマ
トリックスとの界面の接着の破壊及び交叉積層した繊維
束間の層間はく離破壊の様な各種の破壊エネルギーの組
み合わせによる相乗的消費と、押圧板が中空筒状体の端
部に朦捺接触しながら逐次破壊に伴って変位して破壊部
を排除していく際における閉擦エネルギーとしての消費
によるものとが付加されたものである。

［実＆態様の説明コ 本発明の第１の態様のエネルギー吸収具は、前記中空筒
状体に配接した繊維の配向方向が該中空筒状体の軸方向
に対して＋（１０°〜６０°）の角度を成す方向と、該
中空筒状体の軸方向に対して−（１０°〜６０°）の角
度を成す方向とで構成されているものである。

本箱１の態様のエネルギー吸収具は、上述の様な配向関
係で繊維を配接して交叉させるものであるため、衝撃的
荷重によって中空筒状体の端部より繊維に沿ってクラッ
クが発生するが、そのクラックの伸展は互いに交叉する
繊維によって阻止する。従ってクラックが急激に中空筒
状体の軸方向に伸展して抗力を発生させなくなる様な破
壊には到らず、破壊は軸端部より徐々に逐次進行させる
ことができるという利点を有する。

また一般に交叉積層した繊維強化複合材料の圧縮強度及
び座屈強度は交叉積層角度に大きく依存する。よって繊
維の配接角度を変えることによって抗カー変特性の最大
抗力値を任意に設定可能である。

従って、本箱１の態様は、繊維を一定角度関係範囲で交
叉配接することにより、抗力が保持されたまま破壊が徐
々に進行し、大きなエネルギーを吸収する利点を有する
。

第２の態様のエネルギー吸収具は、前記中空筒状体に配
接した繊維な織布で構成したものである。

本箱２の態様のエネルギー吸収具は、織布で強化繊維を
構成するものであるため、使用する繊維、織り方、織布
の配列方向により抗力−変位特性を変えることができエ
ネルギー吸収特性を変えることができるという利点を有
する。

本箱２の態様は、繊維を互いに交叉配接するといった技
術的複雑さは無く、所定の織布な単に配接するだけで、
ｊａｌｔｔが交叉した繊維強化中空荷状体が得られると
いう利点を有する。

第３の態様のエネルギー吸収具は、前記中空筒状体を強
化する繊維が、該中空筒状体の側壁にその軸方向に対し
て略直角の関係に巻き付けた繊維を含むものである。

本箱３の態様のエネルギー吸収具は、中空筒状体の軸方
向に対して略直角に巻き付けた、いわゆるフープ巻きし
た繊維を有するため、軸方向に対しである角度関係で交
叉巻きした繊維をはち巻きの様に巻きつけるものであり
、円周方向の強度を高めるため、エネルギー吸収具の最
大抗力（エネルギー吸収時の荷重）を高め、大きな衝撃
的エネルギーの吸収に適する。

また時には最大抗力は小さいがエネルギー吸収量の大き
いエネルギー吸収具を必要とする場合があり、これには
エネルギー吸収具の変位位を大きくする必要がある。こ
のような場合、中空筒状体の長さを長くする必要がある
が、一般に中空筒状体の断面、径の長さに対し、筒状体
の長さの比が大きくなると中空筒状体中央で座屈破壊し
やすくなる。しかし、本箱３の態様は中空筒状体にフー
プ巻きを施すため、円周方向の強度を増すことにより、
半径方向の拘束力を高めるものであるため、座屈強度が
増加し、圧縮荷重に対して座屈することなく端部から逐
次破壊する様になり、エネルギー吸収のための変位量を
大きくとることが可能であり、結果的に吸収エネルギー
量を増大させるという利点を有する。

第４の態様のエネルギー吸収具は、前記中空筒状体に強
化した繊維は、中空筒状体の側壁にその軸方向に対し互
いに４５度の配向方向になるように交互に積層したもの
である。

本箱４の態様のエネルギー吸収具は、中空筒状体の軸方
向に対して互いに４５度の角度関係になる様に交互に積
層したものであるため、繊維が中空筒状体の円周方向及
び軸方向に等しい強さを有し、かつ軸対称の関係で配接
されるものであるため、エネルギー吸収時の中空筒状体
の端部の破壊が一様に進行し、均一なエネルギー吸収特
性を有するという利点を有する。

また繊維束内の破壊では、繊維の長軸に沿った繊維とマ
トリックスとの界面破壊が発生しやすいが、本箱４の態
様においては繊維束が互いに直交しているため界面破壊
の進展は直交する他の繊維束によって−ＰＩ確実に阻止
する。従って、本箱４の態様は他の交叉角度のものに比
へ、最大抗力値が高くなり、破壊も一層徐々に進行する
ため、吸収エネルギー量が最大になるという利点を有す
る。

第５の態様のエネルギー吸収具は、前記１対の押圧部材
が前記中空筒状体の両端に、それぞれ該中空筒状体の軸
方向に対して垂直に設けられた１対の平板で構成したも
のである。

第５の態様のエネルギー吸収具は、押圧部材としての一
対の平板の両方から繊維強化中空筒状体に衝撃エネルギ
ーを圧縮荷重として作用させ、両方もしくは一方と接す
る繊維強化中空荷状体の軸端部から破壊させることによ
り、エネルギーを吸収するものである。

第６の態様のエネルギー吸収具は、前記１対の押圧部材
は、前記中空筒状体の一端に、該中空筒状体の軸方向に
対して垂直に設けられた平板と、該平板に垂直に固着さ
れ前記中空筒状体内に介挿された連設棒とから成る第１
の押圧部材と、前記中空筒状体の他端に該中空筒状体の
軸方向に対して垂直に設けられた平板であって、前記連
設棒が該中空筒状体の軸方向に移動し得る貫通孔を有す
る第２の押圧部材とから成るものである。

本箱６の態様のエネルギー吸収具は、連接棒を介して第
２の押圧部材を通して第１の押圧部材に荷重を作用させ
るので衝撃的な引張エネルギーを繊維強化中空筒状体に
圧縮荷重として作用させるものであり、引張荷重による
衝撃的エネルギーの吸収を可能にしたものである。

第７の態様のエネルギー吸収具は、前記一対の押圧部材
のうち、前記中空筒状体が逐次破壊される側の一端に設
けられる押圧部材が前記中空筒状体の端部との接触部に
、該押圧部材の中央が突出したテーバがつりられている
ものである。

本箱７の態様のエネルギー吸収具は、押圧部Ｉ４にテー
バを形成したので、テーパ面と当接する繊維強化中空筒
状体の軸端部には、衝撃荷重作用時、テーパ面から半径
方向外方に向いた荷重を作用させることにより、破壊さ
れた軸端部を第３図に示すように半径方向外方すなわち
周縁方向に円滑に排除し°Ｃ１常に未だ破壊していない
新生の軸端部をテーパ面に接触させるようにするもので
あり、破壊進行時の抗力値の変動幅を狭くして、安定さ
せるという利点を有する。

本箱７の態様において、中空筒状体の軸とテーパ面との
なす角すなわちテーバ角度を小さくしすぎると、衝撃龍
重作用時中空筒状体の縦割れが生じ、抗力が急激に低下
してエネルギー吸収効果が阻害される場合もあるため、
発明者らの行った実験によればテーバ角度は３０度以上
が望ましく、さらに望ましくは７０度以上であるのが良
い。

第８の態様のエネルギー吸収具は、前記一対の押圧部材
のうち、前記中空筒状体が逐次破壊される側の一端に設
けられる押圧部材が前記中空筒状体の端部と複数カ所で
接触する突起形状を有するものである。

本箱８の態様のエネルギー吸収具は、押圧部材を突起形
状にしたことにより、繊維強化中空荷状体の軸端部と複
数箇所で接触させ、この接触部から破壊を進行させるも
のであり、接触箇所の数、突起の形状により、抗力−変
位特性を変えることができ、エネルギー吸収特性を変え
ることができるという初点を有する。

本発明は上述以外にも、実施するに当たり、次の様な態
様を採り得る。

繊維強化中空荷状体（以下簡単にＦＲＰバイブと言う）
の長軸方向の長さは、エネルギー吸収具に許容される変
位量（上記Ｘ＋　）によって決定される。

また、ＦＲＰパイプの繊維の配向方向、積層数、径の大
きさ、肉厚、強化繊維および母材プラスチックの種類等
はエネルギー吸収具に許容される荷重（上記Ｆ、）によ
って決定される。一般にＦＲＰの積層数、強化繊維の配
向方向、径の大きさ、肉厚を増すとＦＲＰバイブが支え
得る荷重（−，１−記Ｆ、に相当）は大きくなる。

ＦＲＰ中空体に用いる強化繊維としては、カラス繊維、
炭素繊維、有機繊組［、アルミナａ紺等の連続繊維を用
いることができる。又、母Ｉ４であるプラスチックとし
ては不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂、ポリイミド樹
脂等の熱硬化製樹脂、あるいは熱可塑性樹脂を用いるこ
とができる。

ＦＲＰバイブの製造方法としては、例えば、強化繊維を
予め所定の形状に配置し、その上から−に記繊維を含浸
させるハントレイアップ法、強化繊維束に上記樹脂を含
浸させながら所定のマンドレルに巻付けるＦＷ法、ある
いは強化繊維に予め樹脂を含浸させテープ状に配列させ
たいわゆるブリフレグを所定のマンドレルに巻き付け、
その後、加熱等により樹脂を硬化させる手法等の方法を
用いることができる。

また、繊維を切断しランダムに分イＵさせて樹脂を含浸
させてシート状にしたいわゆるＳＭＣをマンドレルに巻
き付け、その後、繊維を円周方向にフープ巻きした後、
加熱して樹脂を硬化させる方法も用いることができる。

上記した１対の押圧部材は、上記衝撃的荷重を受け、該
荷重を上記ＦＲＰバイブに伝える機能を有する。荷重が
加わると押圧部材はＦＲＰバイブの軸方向に相対移動し
、該移動によって上記ＦＲＰバイブを逐次破壊する。そ
して該逐次的な被破壊によって上記Ｆ　ＲＰバイブは衝
撃的荷重を吸収する。

押圧部材の形状は、上記衝撃的荷重なＦＲＰバイブに伝
達し得るものであれば良い。

又、ＦＲＰバイブはそれぞれ径の異なる２種類以」−の
ＦＲＰパイプを同軸的に配置して形成することもでき、
抗力−変位特性、エネルギー吸収特性を制御することが
できる。

上述の実施態様のエネルギー吸収具を、例えば自動車用
シートベルト、エネルギー吸収ステアリング装置、エネ
ルギー吸収バンパー等に用いると、限られた変位の間に
より多くのエネルギーを効率よく吸収することができ、
上記各種装置による被保護物体の保訛の効果をさらに市
めることができる。

［実施例］ （１）各種試験例 本発明のエネルギー吸収具の効果を確認するため、表に
示す各種のＦＲＰバイブな用いた本発明の具体例のエネ
ルギー吸収具のサンプルＡ〜１１と、比較例のサンプル
とについて試験を行い、抗力−変位特性すなわちエネル
ギー吸収特性を測定した。

繊維としてはガラス繊維を、樹脂としてはエポキシ樹脂
を用い、又、押圧部材としては上記第２図に示すような
ＦＲＰバイブの両端に該Ｆ　Ｒｌ）の軸方向に対して直
角に配置した１対のｑＬ仮を用いた。

試験は第５図に示ず様にＦＲｌ）バイブ３、押圧板１、
底板２より成るエネルギー吸収具をロードセル■−Ｃを
介して、電気油圧試験機の定盤と油圧ピストンＯＰの間
に挟持し、油圧ピストン０１〕によって押圧板１に一定
速度の変位を与えることにより実施した。油圧ピストン
ＯＰの変位の速度は１００ｍｍ／ｓｅｅである。抗力は
ロードセルＬＣにて、変位は油圧ピストンＯＰに内蔵し
た差動トランス（図示せず）にて計測して、第６図（Ａ
）〜第６図（Ｇ）に示すこのエネルギー吸収具の抗力−
変位特性をめた。

又、試験に用いた表に示すＦＲＰバイブの各種サンプル
は次の様に作製した。

サンプルＡ−Ｆは連続したガラス繊維を引き揃え、エポ
キシ樹脂を含浸させ半硬化の状態にした厚さ０．２ｍｍ
のいわゆるプリプレグチーブを所定径のマンドレルにワ
インデングしたものである。

サンプルＡ、ＢＳＦはプリプレグをマンドレル軸に対し
て−４，５’、＋４５’傾けてそれぞれ交互にワインデ
ングしたものであり、サンプルＣＳＤ。

ＥはサンプルＡの最外層上に更にプリプレグを円周方向
にフープワインデングしたものである。サンプルＧはガ
ラス繊維を用いた織物を所定のマンドレルに巻き付けそ
の上からエポキシ樹脂を含浸したものである。比較例１
のサンプルはガラス繊維ストランドを長さ１ｉｎｃｈに
切断し、それを平面ランダムに分散させた後エポキシ樹
脂を含浸させてシート状にしたいわゆるＳＭＣ（シート
モールデングコンパウンド）を所定のマンドレルに巻き
付けたものであり、繊維は無配向となる。サンプルＨは
比較例１の最外層にプリプレグテープを円周巻きしたも
のである。上記素利付きマンドレルを加熱炉内に入れ、
樹脂部を加熱硬化させ、その後所定の長さに切断してサ
ンプルとした。

試験例１（矩形の抗力−変位曲線の検討）第６図（Ａ）
は、サンプルへの抗力−変位曲線を示したものである。

衝撃初１１１に抗力は急激に立ち上がり、以後微弱な変
動はあるものの抗力は一定とな・〕で変位し、エネルギ
ー吸収材として理想に近い抗力−変位特性を示した。尚
、最終で荷重が上昇するのは逐次破壊が全域にわたり、
押圧板か底板を直接圧縮したためである。図中には、比
較例１のサンプルの抗力−変位特性を示したが、比較例
１のサンプルは衝墾と同時にクラックが全域にわたって
発生し、中空体形状を保たなくなり、抗力は急激に減少
する。

試験例２（矩形の抗力−変位曲線の検討）第６図（Ｂ）
は、比較例１のサンプルの最外層に連続繊維をフープ巻
きしたサンプル１１の抗力−変位曲線を示したものであ
る。サンプル１１ではフープ巻きした繊維の拘束により
急激なりラック伝ばんがなくなり、バイブ端部より逐次
破壊し、そのために最大抗力値は大きくないが、矩形に
近い抗力−変位特性を示した。

試験例３（抗力値の設定の検討１） 第６図（Ｃ）は、サンプルＢの抗力−変位特性を示した
ものであり、ＦＲＰバイブの肉厚が増加すると、抗力値
は増大する。このことより、抗力−変位特性の抗力１１
６をＦＲＰ中空体の肉厚を変えることによって任意に設
定出来ることを実証した。

試験例４（抗力値の設定の検討２） 第６図（Ｄ）はサンプルへの最外層にテープ巻き１層、
２層、４層巻き付けたサンプルＣ，Ｄ。

Ｅの抗力−変位曲線を示したものである。フープ巻きを
施すことによって抗力値は増大し、エネルギー吸収量が
飛躍的に改善されることがわかった。

この結果より交叉積層とフープ巻きを組合わずことによ
って、抗力値の任意設定が可能であり、またエネルギー
吸収量も改善出来ることを実証した。

試験例６（抗力値の設定の検討３） 第６図（Ｅ）はサンプルＦの抗力−変位特性を示したも
のであり、ＦＲＰバイブの径を小さくすると、抗力値も
減少することを示す。このことより、抗力−変位特性の
抗力値をＦＲＰバイブの径を変えることにより任意に設
定出来ることを実証した。

試験例６（抗力値の設定の検討ｌｌ） 第６図（Ｆ）は長さ５０ｍｍのサンプルＦと長さ４０ｍ
ｍのサンプルＡを同軸的に配置したエネルギー吸収具の
抗力−変位特性を示すものであり、まず、サンプルＦの
パイプ先端から１０ｍｍ逐次破壊しその時の抗力値は４
００　ｋｇとなる。次にサンプルＦとサンプルＡが共に
逐次破壊するためその時の抗力値は１２００ｋｇとなる
。この様に長さと径の異なるパイプを同軸的に配置する
と抗力が段階的に増加する様な抗力−変位特性が得られ
ることを実証した。

試験例７（織物を強化材としたＦＲＰパイプの検討） 第６図（Ｇ）はＦＲＰパイプの簡単な成形方法として、
ガラス繊維の織物（平織物）の経糸をマンドレルの軸方
向になる様にして、マンドレル上に巻き付けその後樹脂
を含浸させて成形したサンプルＧの抗力−変位特性を示
したものである。この様に織物を使用して非常に簡便に
成形したバイブにおいても矩形に近い抗力−変位特性を
示すことを実証した。

第６図（Ａ）〜第６図（Ｇ）の各種試験例の測定結果か
られかるように、本発明の具体例の各種のエネルギー吸
収具ではＦＲＰバイブの肉厚、強化繊維の配向方向、径
の大きさ等を変えることにより、支え得る荷重を任意に
設定することができる。又、ＦＲＰバイブの長さを変え
ることにより。

吸収し得るエネルギー量を設定することができる。

従って目的に応じ、最適なエネルギー吸収具を設計する
ことが可能である。

次に本発明の実施例のエネルギー吸収具を説明する。

［第１実施例］ 本実施例のエネルギー吸収具は、引張荷重による衝撃的
エネルギーを吸収する点に特徴があり、第７図を用いて
説明する。

本実施例のエネルギー吸収共は、Ｆ　ＲＰバイブ３と、
該ＦＲＰバイブ３の上端に配置された上部押圧部材１と
、Ｆ　ＲＰバイブのド端に配置された下部押圧部材２と
から成る。

ＦＲＰバイブ３は、円径６０ｍｍ、長さ５０闘、肉厚２
．１ｍｍのバイブであり、連続したカラス繊維を引き揃
えエポキシ樹脂を含浸させて半硬化吠態にした厚さ０．
２ｍｍのいわゆるプリプレグチーブを外径６０ｍｍのマ
ンドレルにワインデングしたものである。このプリプレ
グチーブは、マンドレルの軸に対して＋４５度のテープ
と一４５度のテープを交互に５層ずつ積層して、合計１
０層積層する。更にその最外層にマンドレルの軸に対し
て直角にすなわち円周方向にプリプレグチーブをフープ
ワインディングしたものである。

上部押圧部ｔ４’　１の中央には連設棒１１が該上部押
圧部材１に対し直角に立設固着されている。一方、下部
押圧部材２には該連設棒１１を通す穴２ｄが設けられ、
又、下部押圧部材２の外周部には上記ＦＲＰバイブ３を
収納する外筒２Ｉが連設され、該外筒２１にはその上部
において前記上部押圧部材１を収納する上板２２が連設
固着されている。さらに上板２２の中央部には連設棒２
３が前記連設棒１１と反対方向に立設固着されている。

上述の構成より成る本実施例のエネルギー吸収具では、
下部押圧部Ｉ４’　２を連設棒２３及び筒２１を介して
図の上方に、又、上部押圧部材１を連設棒１１を介して
図の下方にそれぞれ引張荷重を作用さぜると、該引張荷
重はＦＲＰバイブ３への圧縮荷重に変換される。即ち引
張荷重が圧縮荷重ｔこ変換され、ＦＲＰバイブ３によっ
て吸収される。

すなわち、本実施例のエネルギー吸収具に引張による衝
撃的エネルギーが作用すると、上部押圧部材１と下部押
圧部材２との間のＦＲＰバイブ３に圧縮荷重として作用
し、ＦＲＰバイブ３の軸端から逐次破壊して、与えられ
た衝撃的エネルギー量にバランスするまで破壊が進行し
、エネルギーを、その破壊エネルギーによる消費と、バ
イブ３と押圧部材との接触面による摩擦エネルギーによ
る消費とにより、有効に吸収するものである。

［第２実施例］ 本実施例のエネルギー吸収具は押圧面のＦＴ（Ｐ中空バ
イブとの当接面にテーパ面を形成した点に特徴があり、
第８図及び第９図を用いて説明する。

本実施例のエネルギー吸収共は、第１実施例と同様のＦ
ＲＰバイブ３と、Ｆ　ＲＰバイブ３の上端に配置され下
面のバイブ３との当接面にはバイブ３の軸に対して約７
０度の角度を成すテーパ面１０を形成した上部押圧部材
１と、ＦＲＰバイブ；うの下端に配置した下部押圧部材
（図示せず）とから成る。

上述の構成より成る本実施例のエネルギー吸収具は、最
適なテーパ角度を有するテーパ面１０を上部押圧部材１
に形成したので、Ｆ　ＲＰパイプ３の軸端部に、衝撃的
荷重作用時においてテーパ面１０から゛半径方向外方に
向いた荷重を作用させる。

従って、破壊されたＦＲＰバイブ３の軸端部を半径方向
外方に円滑に排除して、常に未だ破壊されていない新生
の軸端部をテーパ面１０に接触させるものであるため、
ＦＲＰバイブの逐次破壊が円滑となり、第９図において
破線で示す平板の押圧部材を用いた場合に比へ、結果と
して抗力値の変動幅が格段に減少して、はぼ一様になっ
て安定するという利点を有する。すなわち、平板状の押
圧部材な用いた場合、ＦＲＰバイブの軸端から逐次破壊
が進行するが、破壊部の半径方向外方への排除がスムー
ズでないため、第９図において破線で示すように抗力値
の変動幅が大きく、またバイブの強度、構造によっては
局部で座屈が発生する場合もあった。

［第３実施例］ 本実施例は、ＦＲＰバイブの軸端部に４ケ所で当接する
十字形状の押圧部材を用いる点に特徴があり、第１０図
を用いて説明する。

本実施例は、第１Ｏ図に示すように、−Ｌ部押圧部材ｌ
を、圧縮荷重を作用させる中央の角接部材の四辺にそれ
ぞれ棒部材を４個並設して固着したものである。よって
Ｆ　ＲＩ）バイブ３の軸端部には、９０度間隔で４個の
棒部材が当接する構成になっている。

本実施例のエネルギー吸収具は、ＦＲＰバイブ３の軸端
面全体を圧縮するのではなく、４箇所を圧縮することに
より適切な抗力−変位特性を得るものである。

また抑圧部材としてはエネルギー吸収具の使用目的に応
じ、各種形状の押圧部材を用いることができる。

すなわち、第１１図に示すように、ＦＲＰバイブに当接
する下端面のテーパ面に放射状にｉｌ、ｉｉ歯状の突起
を形成しても良い。

前述した様に中空筒状体のエネルギー吸収機構は繊維破
損、マトリックス破壊、繊維とマトリックスとの接着の
界面の剥離、また繊維束間の層間剥離破壊等の破壊によ
るエネルギー吸収と、押圧部材と中空筒状体の端部との
摩擦によるエネルギー吸収の二つの機構によるものであ
り、従って、押圧部材のテーパ面に放射状に鋸歯状の突
起を形成すると、繊維破損の箇所、マトリックス破壊の
箇所が増加したり、あるいは接着の界面の剥離、又層間
剥離による破壊の様相が複雑になるため、破壊によって
消費されるエネルギーは増加する。

又、中空筒状体と接触する面積は増加し、かつ押圧部材
と中空筒状体との摩擦係数も大きくなるために摩擦によ
って消費されるエネルギーは増加し、エネルギー吸収具
としての吸収特性が改良される。

又、次の第４の実施例にて詳細に述べるが、ＦＲＰパイ
プでは衝撃初期にピーク抗力が発生するが、本実施例の
放射状に鋸歯状の突起を形成すると、ＦＲＰパイプの破
壊がスムーズに開始されるため、ピーク抗力値も減少し
、保護物体に過大な？！Ｔ撃力が作用しなくなるという
利点も有する。

［第４実施例コ 本実施例のエネルギー吸収具は、ＦＲＰパイプの軸端部
に複数の切欠部を形成する点に特徴があり、第１２図を
用いて説明する。

本実施例のＦＲＰバイブは、第１実施例と同様のＦＲＰ
パイプの軸端部に、深さ３ｍｍ、輻１　ｍｍの切欠を円
周上全周に一様に形成するものである。

第１２図は本実施例の切欠を形成したＦ　ＲＰパイプと
、入れてないＦＲＰパイプのそれぞれの抗力−変位特性
を示したものである。切り込みの入ってないＦＲＰパイ
プでは衝撃初期には非常に高いピーク的な抗力が発生し
、以後それより小さい抗力でほぼ一定になって変位して
いく。これはバイブ端部の破壊以前の弾性変形による抗
力が非常に大きいためであり、このピーク抗力によって
保護する物体に損傷をきたす場合も考えられる。一方切
り込みを入れた本実施例のＦＲＰバイブでは衝撃初期の
ピーク抗力はなくなり抗力は初期からほぼ一定値となっ
て変位する。これはバイブ端部の破壊がＦＲＰバイブの
軸端部に形成した切欠によってスムーズに開始され、破
壊以前の弾性変形が小さくなったためである。この様に
本実施例のエネルギー吸収具は、バイブ端部に切欠を形
成することにより破壊開始点を規制することによって、
より理想的な抗力−変位特性が得られるという利点を有
する。

［第５実施例コ 本実施例のエネルギー吸収具は、本発明を航空機、自動
車等の乗り物における乗員保護用のシートベルトに適用
したものである。

航空機、船舶、自動車等において事故等の衝突発生時に
乗員を衝撃に基づく災害より保護させるため乗員を座席
に緊締しておく安全ベルトが使用される。安全ベルトは
衝撃が加えられたとき乗員の重量と衝撃力とにより発生
する荷重を受けて破断しない強度を要求されると同時に
該荷重により僅かに伸長して乗員の運動エネルギーを吸
収して衝撃を緩和することが望ましい。しかしながら安
全ベルトの伸長はこれが大きいときは乗員の座席に対す
る移動量が大となって計器醗その他の車両部分に衝突す
る二次衝突を発生するおそれがある。

従って、安全ベルトは、（１）衝撃を受けたときに人間
の運動をある範囲に限定し二次衝突の発生を防止する機
能Ｊ（２）人間の運動エネルギーを吸収して衝撃を緩和
し人間にがかる荷重を減少させる機能の両方を満足させ
る必要がある。

本実施例は前記第２のエネルギー吸収を目的とした安全
シートベルトの発明である。

従来、乗員等の運動エネルギーの吸収はシートベルト自
体の伸長によりてなされていた。しかしシートベルトの
伸長は僅かでありエネルギー吸収量が小さいために乗員
は大きな衝撃力を受けているのが実状である。シートベ
ルトの織りの組織を変えて伸長を大きくしたシートベル
トも考案されたがベルトの厚みが増大し、かつヘルドの
剛性が大きくなってシートベルトの取扱いが不便になる
という欠点を有した。又、ベルトとは別に油の粘性抵抗
を利用した緩衝器をベルトに直結させて乗員の運動エネ
ルギーを吸収する安全ベルトも考案されている。しかし
、かかる機械的緩衝器は、いきおい高価となり、かつ重
量が大きいという欠点を有する。

本実施例は、上記緩衝器をＦＲＰパイプを主体に構成し
、エネルギー吸収装置として理想的な抗力−変位特性を
有するとともに軽量でかつ安価な安全シートベルトを提
供するものである。

本実施例では、ＦＲＰバイブをベルトにより支持される
被保護体か運動をしてベルトに衝撃的な張力が発生した
ときに挟圧されて圧縮破壊する様にベルトに組込んだも
のであり、その際、ＦＲＰバイブの端部からの逐次破壊
によって被保護体の運動エネルギーを吸収して被保護体
にかかる衝撃力を緩和するものである。この場合、用い
るＦＲＰバイブの抗力−変位特性は、エネルギー吸収量
に関係するものであり、被保護体の重量安全ベルトが装
備される車両等の移動速度、被保護体の耐衝撃力及び二
次衝突の発生を防止すべく被保護体に許容される運動距
離により決定される。従ってこれらの条件に適した抗力
−変位特性を有するＦＲＰバイブの径、肉厚、長さ及び
繊維の配向角度を選定する必要がある。次に実施例を詳
細に説明する。

本実施例のＦＲＰパイプを用いたエネルギー吸収具をエ
ネルギー吸収装置として、自動車用のシートベルトに適
用するために、第１３図に示すナイロン等任意の材質の
ラップベルト９２．９３にその一端を連結したショルダ
ーベルト９１の他端と車両等の固定部としてのピラー等
のフレーム８との間にＦＲＰバイブを収納したエネルギ
ー吸収具Ｘを装備する必要がある。

本実施例のＦＲＰパイプ３は、外径６０　ｍｍφのマン
ドレル上にカラスｍ１ｔｔ束に不飽和ポリエステルを含
浸させながらマンドレル軸に対して±１１５０傾けてワ
インデングし、更に最外１４ｊこマンドレル軸に対して
、垂直となる様にフープ谷きを施して最終肉厚を２ｍｍ
に成形したものである。成形後、所定の長さ１００　ｍ
ｍに切断し、その一方の切断面に深さ３ＩＩＩＩＩＩＳ
幅１　ｍｍの切り込みを等間隔で放射状に８箇所入れた
。このＦＲＰバイブ３の衝撃力に対する抗力−変位特性
を第１５図に示した。

エネルギー吸収装置Ｘを第１４図に示す。一端が間口し
た金属製の有底筒体２１に上述のＦＲＰ台バイブ３を収
納し、パイプ３の外径よりやや大きめの円板状押圧板１
００と一端を押圧板中央部に直角に固定した連接棒５２
とよりなるＴ字型のパイプ押圧部材１を押圧板１００の
一面（連接棒の立設された側の而）がパイプの一端面に
接するようにし、また連接棒１１がパイプの中心線上及
び筒体底板２０の中央部の通孔２７１を貫通する様に配
し、筒体外の連接棒１１端部に形成した止め金具９０と
ショルダーベルト９１の一端な回動可能に連接する。

組立に当たっては、例えば連接棒１１の一端を底板２０
の通孔２７Ｎ及びパイプ３に挿入貫通して押圧板１００
に螺着固定する。一方筒体２１の開口部にはキャップ２
２を覆着し、その上面中央部に設けた止め金具２３に連
接板２３０の一端を回動可能に連接するとともにその他
端をボルトＢＴにより固定部８に固着する。

上述の様に構成した本実施例のエネルギー吸収具を用い
たエネルギー吸収装置Ｘを車両に装備すると、車両が後
部より衝撃を受けて人体が前傾しベルトに張力が発生し
た１１ケ、第１１１図中押圧部材ｌは矢印方向に作用し
て筒体内のパイプ；３は固定部に支承された筒体の底＆
２０とベルトに連接された押圧板１００との間で圧縮さ
れる。この時パイプ３は端部より逐次破壊しながら、第
１５図に示す様な抗力−変位特性を示すため、人体に作
用する運動エネルギーは吸収される。従って、人体には
、荷重が急激に作用するものの、その値は人体に害を及
ぼす程度のものではなく、人体は一定の荷重を受けたま
まで移動しその後静止する。

第１３図ではエネルギー吸収装置を車両の上部に装備し
たが、本エネルギー吸収装置Ｘを車両の床部に装備すれ
ば、空間的制約も弱まり、更に理想的な抗力−変位特性
をもつエネルギー吸収装置を装備することにも可能とな
る。

［第６実施例］ 本実施例は、本発明のエネルギー吸収具を自動車のエネ
ルギー吸収ステアリングに適用したものである。

最近、自動車等においては、その走行速度が高速化され
衝突時等において人身事故が最悪の事態をまねくことが
多く社会問題となっている。従来一般のステアリング装
置はステアリングホイールを取付けているステアリング
シャフトならびに該シャフトを回転自在に支承している
ステアリングコラムチューブが軸方向に移動不可能な構
造であったため、例えば自動車が衝突事故を起こしたと
きには運転者は走行速度の負性により前方に放り出され
て胸部をステアリングホイールに強打して負傷し、−命
を失うことがしばしばある。

この様な事故から運転者を守るため、ステアリングシャ
フトならびにステアリングコラムチューブを移動可能に
構成せしめ、運転者がステアリングホイールに衝突した
ときにステアリング装置が軸方向に移動し、その間に運
転者の運動エネルギーを吸収せしめて運転者の安全を図
ることが一部で実用化されている。実用化されたエネル
ギー吸収装置は、金属球あるいは金属網の塑性変形エネ
ルギーを利用したものであり、抗力−変位特性が安定し
なかったり、取付は機構が複雑であったり、また強度等
にも問題が有り、より効果的なステアリング装置が待望
されていた。

本実施例はエネルギー吸収材として理想的な荷重−変位
特性をもつＦＲＰパイプを用いて構造が簡単で、かつ安
価なエネルギー吸収ステアリング装置を提供するもので
ある。

本実施例はステアリングシャフトの上端部をステアリン
グホイールに連結するとともに、その下端部をギヤボッ
クスに連結して成るステアリング装置において、ステア
リングホイールに衝ｇ荷重が加えられたときにステアリ
ングシャフトの端部と車体の固定部材との間にＦＲＰバ
イブを挟持せしめステアリングシャフトが衝撃により軸
方向に移動せしめられたときに上記ＦＲＰバイブを挟圧
して逐次破壊せしめ、この間にステアリングホイールに
対する衝撃物の運動エネルギーを吸収する様になしたこ
とを特徴とするエネルギー吸収ステアリング装置である
。

本装置においては、ステアリングホイールに衝撃が加え
られたときにＦＲＰバイブはこれを両端より挟持する部
材により押圧されて端部より逐次破壊されるがこの間Ｆ
ＲＰバイブはエネルギー吸収材として後述するように理
想的な抗力−変位特性を示す。

以下本実施例を詳細に説明する。

第１６図ないし第１８図に示す如くステアリング装置Ｙ
は一端にステアリングホイールＤを度付は他端をギヤボ
ックスＣに連結したステアリングシャフト５と該シャツ
ｌ−５の外筒な形成するステアリングコラムチューブ６
とからなる。

上記シャフト５は断面がほぼ長円形の棒状の上部シャフ
ト５１及び筒状の下部シャフト５２とより成り、上部シ
ャフト５１の上端にはステアリングホイールＤが取付け
られ、その下端部は下部シャフト５２の上端部に嵌入結
合し、その先端はＦＲＰパイプの外径よりも大きくかつ
、下部シャフト５２の内径よりも若干小さい外径をもつ
円板状押圧板１００を結合し、下部シャフト５２の下端
はダストキーパ２００により閉塞されるとともにユニバ
ーサルジヨイントＣ１を介してギヤボックスＣに連結さ
れ、ステアリングホイールＩ〕のトルクを前輪に伝達す
る様に構成せしめられている。

一方ステアリングコラムチューブ６は上部シャフト５１
の外筒を形成する上部チューブ６１と下部シャフトδ２
の外筒を形成する下部チューブ６２とより成り、上部チ
ューブ６１の下端と下部チューブ６２の上端とは互いに
嵌合せしめられている。そしてステアリングコラムチュ
ーブ６はトウボーＦ　Ｔ及び計器取付板１（を介して車
体に固定せしめられるとともにスナップリング９により
ハンドル軸５を回転自在に支承している。

上部シャフト５１と下部シャフト５２ならびに上部チュ
ーブ６１と下部チューブ６２との嵌合部は第１７図に示
す如くであって上部シャフト５１と下部シャフト５２の
嵌合部の間隙には下部シャフト５２の孔５２１より圧入
した合成樹脂モールド７１により充填し、上部チューブ
６１と下部チューブ６２嵌合部の間隙には上部チューブ
６１の孔６１１より圧入した合成樹脂モールド７２によ
り充填し、通常の運転状態においては、上部シャフト５
１と下部シャフト５２及び上部チューブ６１と下部チュ
ーブ６２は固着状態にあるが、自動車の衝突時等におい
て運転者の身体によりステアリングホイールＤに衝突荷
重が加えられたときには上部シャフト５１と下部シャフ
ト５２間の合成樹脂モールド７１による結合が破壊され
て、上部シャフト５１は軸方向（×方向）に移動しこの
結果、ステアリングホイールＤにより押される」二部チ
ューブ６１も上記同様合成樹脂モールド７２による下部
チューブ６２との結合が破壊されて軸方向に移動可能に
構成せしめる。

上部チューブ６１の計器板への取付は第１８図に示す如
くであって、クランプＫｌ、に２により固定され、該ク
ランプと上部チューブとの間には低摩擦性バッキング７
３を介在せしめ、上記シャフト及びチューブの嵌合部と
同様、上記チューブ６１がステアリングホイールＤを介
して運転者の衝撃荷重が加えられたときのみ、軸方向に
移動可能とする。

次に筒状の下部シャフト５２内の上部シャフト５１の先
端とダストキーパ２００の間にはエネルギー吸収部材と
してＦＲＰバイブ３を配接する。

ＦＲＰバイブは外径３０ｍｍのマンドレルにエポキシ樹
脂を含浸させたガラス繊維束をマンドレル軸に対して、
まず±３０°１頃はで、肉厚１．５ｍｍになるまでワイ
ンデングし、次にその上に士／１５゜傾けて肉厚２．５
ｍｍになるまでワインデング積層し、最後に更にその上
にマンドレル軸に対して、おおむね垂直なる様にフープ
ワインデング積層を施し、最終肉厚を３ｍｍとしたもの
である。電気炉内で樹脂部を硬化させた後、マンドレル
を引抜き、ＦＲＰパイプを得た。得られたＦ　ＲＰバイ
ブを所定の長さ１０ｍｍに切断し、一方の切断面に深さ
；Ｊｍｍ　ｓ幅１　ｍｍの切込みを、等間隔に放射状に
６箇所入れた。ＦＲＰパイプの外径は、ＦＲＰ外周面と
下部シャフト５２の内周面との間に適当な間隙を形成す
る大きさとする。これは押圧板によって破壊されたＦＲ
Ｐバイブの組織が押圧板の進行に伴って円周方向に排除
されるためである。

本実施例のエネルギー吸収具は、−に記の如くステアリ
ング装置を構成することにより、該装置を有する自動車
の衝突時等において運転者がスピードの負性により前方
に放り出されてその身体がステアリングホイールＤに衝
撃荷重を加えたときにＦ　Ｆ＜　Ｐバイブ３は上部シャ
フト５１の先端の押圧板１００とダスキーバ２００との
間で圧縮され、Ｆ　ＲＰバイブ３がその軸端部から逐次
破壊して荷重が作用する間破壊が進行することにより運
動エネルギーを吸収して運転者を保護し、傷害を最小限
にとどめることができる。

［第７実施例］ 本実施例は、本発明のエネルギー吸収具を自動車の衝撃
吸収バンパーに適用したものである。自動車の安全性は
大きくわけて乗員の安全確保を目的とする場合と車体の
保護の確保を目的とする場合に分けられる。前者の例と
してシートベルトによる安全確保があり、後者の例とし
てバンパーによる安全確保がある。シートベルトが普及
した今日、特に車体の保護を目的としたエネルギー吸収
バンパーの開発がさかんである。

エネルギー吸収バンパーを大別すると３ｔ！あり、第１
にバンパーを樹脂で成形し、例えばウレタン系ゴムで成
形してバンパー自体にエネルギー吸収機能をもたせたも
の、第２にバンパーと車体との間にエネルギー吸収装置
を装備してバンパーに作用した衝撃を車体に伝ぼんする
以前に吸収してしまうもの、第３は前述の２つの機能を
併用したものである。

いわゆる樹脂性バンパーは小さな衝撃に対してはエネル
ギーを吸収し、又、還元力もあるため、メンテナンスフ
リーで有効ではあるがエネルギー吸収量は少なくまた重
量を増大する欠点がある。

又、バンパーと車体との間に装備する従来のエネルギー
吸収装置は油、あるいはシリコンをオリフィスから押し
出す時の粘性抵抗によってエネルギー吸収するものであ
り、エネルギー吸収量は大きいが、構造が複雑で重量も
大きく又高価である。

本実施例は、エネルギー吸収体としてＦＲＰバイブを使
用しているため、軽量でかつ、理想的な抗力−変位特性
を持ち安価なエネルギー吸収バンパー用エネルギー吸収
具を提供するものである。

即ち、本実施例はＦＲＰバイブのエネルギー吸収能を利
用したものでＦＲＰバイブをバンパ一本体と車体固定部
との間に金具を介して挟持せしめ？！ｉＱＭ　重が加わ
るとバンパーが車体側へ移動したときにＦＲＰパイプが
挟圧されバイブ端部より逐次破壊するため、この間にバ
ンパーに対する衝撃物の運動エネルギーを吸収するよう
にしたことを特徴とするバンパー用エネルギー吸収装置
である。

以下に本実施例を詳細に説明する。

本バンパー用エネルギー吸収具に用いたＦＲＰバイブは
外径８０ｍｍφ、肉厚５ＩＩＩＩ１１１外径７０ｎ＋ｍ
φ、肉厚５ｍｍ、外径６０ｍｍφ、肉厚５ｍｍで同一長
さの３つのバイブを同軸的に配設したものであり、各Ｆ
ＲＰバイブは、カラス繊維束にエポキシ樹脂を含浸させ
て、一方向にシート状に配列した厚さ０゜２５ｍｍのプ
リプレグを用いて成形した。４枚のプリプレグを所定の
形状に切り出し、第１Ｆｊのプリプレグ上に第２層のプ
リプレグは繊維方向を、第１層の繊維方向に対して右４
５°傾けて積層し、第３Ｎのプリプレグは繊維方向を第
１層と平行に積層し、第４Ｊ！！のプリプレグは繊維方
向を左４５°に傾けて積層し、得られた肉厚１　ｍｍの
積層材を、所定の径のマンドレルに、マンドレル軸に対
して第１Ｐ：の繊維方向が垂直となる様にマンドレル周
上に積層材を巻き例け、最終的には、積層材を５回転さ
せて５積層し肉厚を５ｍｍとした。そのｇ外層に、輻１
５ｍｍ、厚さ０．０５ｍｍのポリプロピレンから成る熱
収縮テープをフープ巻きし、マンドレル上の積層材を更
に締め付けた。

これを電気炉に入れ、プリプレグの樹脂部を熱硬化させ
、硬化後、マンドレルを引抜き、ｌ”　ＲＰパイプを得
た。得られたＦＲＰは繊維方向がマンドレル軸に対して
９０ｅ１右４５°、左４５°の順に繰り返し積層されて
おり、積層数は２０層になっている。ＦＲＰバイブを所
定の長さに切断し、その一方の切断面に深さ３　ｍｍ　
ｓ幅１關の切り込みを等間隔に放射状に８箇所入れた。

（構造） 第１９図はバンパー用エネルギー吸収装置な示したもの
である。内筒１２の一端には、フランジ／１１が接合（
固定）され他端には押圧板１が接合（固定）されている
。押圧板１は外筒１３の内壁に案内されてＢ方向に移動
できるようになっている。外筒１３に固定された底板２
には同軸的に配設された径の異なる３つのＦＲＰバイブ
３のそれぞれの一端かかん合されている。ＦＲＰパイプ
３は押圧板１と底板２によって挟持され固定されている
。底板２には本装置を車体に取付けるための取付具が設
けられている。外筒１３の内壁とＦＲＰバイブロ０間に
は空間が設けられておりＦＲＰバイブ３が押圧板ｌによ
って、Ｂ方向に圧壊されたときに生じる破壊分離したＦ
ＲＰパイプ片がその外側へ順次排除されるようにしてＦ
ＲＰバイブ３の圧縮を妨げない様にしである。

本装置は、図１９のように構造が簡単でかつ、ＦＲＰバ
イブを含めて製造、品質の維持、管理が容易であるため
大量に安価に提供でき自動車の安全性という社会的要求
に十分答え得るものと思われる。

［作動状況］ 図１９において衝撃力Ｆがバンパー４に加わるとバンパ
ー４に接合（固定）したフランジ４１から内筒１２を介
して押圧板１に衝撃力Ｆが伝えられる。底板２と押圧板
１の間に同軸的に挟持されたＦＲＰバイブ３は外筒１３
の内壁を押圧板１がＢ方向へ移動することにより圧縮荷
重を受け、ＦＲＰパイプ３は押圧板１と接触する端部よ
り逐次破壊する。このとき前記実験例同様、理想的な抗
力−変位特性を示すため衝撃エネルギーは吸収され、衝
撃による車体の損傷を極力押さえる効果を生じる。押圧
板１のストロークは衝撃の強さによって決まりその最大
範囲はパイプが完全に圧壊した場合のストロークに限定
される。

本実施例の吸収バンパーでは＃１重荷重がバンパー４に
加わるとバンパー４が車体側へ移動し、車体との間に介
在させたエネルギー吸収具Ｚが圧縮され逐次破壊される
。これにより運動エネルギーが吸収される。即ち、第１
９図に示すようにバンパー４に衝撃力Ｆが加わるとフラ
ンジ４１に立設され゛た内、筒１２が押圧部材１を押圧
する。これにともない該押圧部材ｌは外筒１３の内壁に
案内されて移動し、該移動により同軸的に配設された３
本のＦＲＰ中空体３は圧縮され逐次破壊され、エネルギ
ーが吸収される。

［発明の構成及び効果の要約］ 以−ヒ、要するに本発明のエネルギー吸収具は、繊維強
化した中空筒状体と、該中空筒状体の両端に設置され軸
方向に相対移動可能な１対の押圧部材とから成り、中空
筒状体は、それぞれ配向方向の異なる繊維によって強化
され、押圧部材は上記相対移動によってＦＲＰ中空体を
端部から逐次破壊し、エネルギーを吸収するものである
。

実施例に述べたところからも明らかな様に、本発明のエ
ネルギー吸収具は、外的要因による制約を受ける荷重Ｆ
　と、変位ｆｌＫ　とのもとてエネルギー吸収量を最大
と成し得る理想的な特性を有する。又本発明のエネルギ
ー吸収具は、押圧部材の形状を工夫することにより、自
動車用のシートベルト、エネルギー吸収ステアリング装
置、エネルギー吸収バンパー等以外のエネルギー吸収装
置に通用することができる。故に本発明のエネルギー吸
収具は、シートベルト等上記各種安全装置に逆用するこ
とにより、エネルギー吸収効果をより一層高めることが
できる。又、本発明のエネルギー吸収具は、上記した様
にＦＲＰ中空体を用いているために、耐久性が良く、従
って上記各種装置に用いると耐久性、経済性、メインテ
ナンスの点で有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図はエネルギー吸収具に加わる荷重Ｆと、該荷重に
よるエネルギー吸収具の変位Ｘとの関係（荷重−変位特
性曲線）を表わす図である。第２図及び第３図は本発明
のエネルギー吸収具の構成の一例を表わす断面模式図で
あり、第２図はＦＲＰ中空体３の破壊されていない状態
、第３図はＦＲＰ中空体３が端部から逐次破壊され始め
た状態を表わす図である。第４図は第２図および第３図
に示すエネルギー吸収具の荷重−変位特性曲線を表わす
図である。第５図はエネルギー吸収具の工（Ｆ）は本発
明のエネルギー吸収具のサンプルＡ〜■１及び比較例の
サンプル１の荷重−変位特性曲線を表わす図である。第
７図は本発明のエネルギー吸収具の押圧部４Ａの形状の
第１の例を表わす図であり、第８図は第２の例を失わず
図である。第９図は第８図に示すテーバを形成した押圧
部材を用いた場合と、テーパな形成しない押圧部材を用
いた場合とのそれぞれの場合のエネルギー吸収具の荷重
−変位特性曲線を比較するグラフである。 第１０図はエネルギー吸収具の押圧部材の形状の第３の
例を表わす図であり、第１１図は第４の例を表わす図で
ある。第１２図は、エネルギー吸収具のＦＲＰパイプの
端部に切欠を入れた場合と、入れない場合の荷重−変位
特性を比較するグラフである。第１３図は本発明のエネ
ルギー吸収具を自動車用シートベルトに装着した状態を
表わす図であり、第１７１図は第１３図における装着部
の拡大図である。第１５図は第１３図及び第１４図で用
いるエネルギー吸収具の荷重−変位特性曲線を表わす図
である。第１６図（Ａ）は本発明のエネルギー吸収具を
エネルギー吸収ステアリング装置に装着した状態を表わ
す図であり、第１６図（Ｂ）はエネルギー吸収具の車体
への取付部の拡大図である。第１７図はステアリング装
置のコラムとシャフトの嵌合部（１６図（Ａ）、Ｘ■−
Ｘ■線）の断面図であり、第１８図はシャフトの計器板
への取付部（１６図（Ａ）Ｘ■−Ｘ■線）の断面図であ
る。第１９図は本発明のエネルギー吸収具をエネルギー
吸収バンパーに装着した状態を表わす図である。 特許出願人　株式会社豊田中央五取究所同　豊田紡織株
式会社 代理人　弁理士　大川　宏 同　弁理士　藤谷　修 同　弁理士　先山　明夫 第１図 り 変　位 第２図　第３図 押圧材の変位 第５図 第６図（Ｅ）　第６図（Ｆ） 第６図（Ｇ） 第１１図 第１３図

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）繊維を異なった配向方向で交叉関係に配接して、
   繊維強化したブラースチック製の中空筒状体と、− 該中空筒状体の両端にそれぞれ配置され該中空筒状体の
   軸方向に平行に相対移動可能な１対の押圧部材とから成
   り、 衝撃荷重作用時、前記１対の押圧部材の相対的近接によ
   り、前記中空筒状体をその軸端部から逐次破壊させるこ
   とにより衝撃エネルギーを吸収するようにしたことを特
   徴とするエネルギー吸収具。
2. （２）前記中空筒状体に配接した繊維の配交方向は、 該中空筒状体の軸方向ごこ対して＋（１００〜６０°）
   の角度を成す方向と、 該中空筒状体の軸方向に対して−（１ｏ°〜６０°）の
   角度を成す方向とであることを特徴とする特許請求の範
   囲第（１）項記載のエネルギー吸収具。
3. （３）前記中空筒状体に配接した繊維は、織布で構成し
   たことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載のエ
   ネルギー吸収具。
4. （４）前記中空筒状体を強化する繊維が、該中空筒状体
   の側壁にその軸方向に対して略直角の関係に巻き付けた
   繊維を含むことを特徴とする特許請求の範囲第（２）項
   記載のエネルギー吸収具。
5. （５）前記中空筒状体に強化した繊維は、中空筒状体の
   側壁にその軸方向に対し互いζこ４５°の配向方向にな
   るように交互に積層したことを特徴とする特許請求の範
   囲第（２）項記載のエネルギー吸収巨。
6. （６）前記１対の押圧部材は、前記中空筒状体の両端に
   、それぞれ該中空櫛状体の軸方向に対して垂直に設けら
   れた１対の平板である特許請求の範囲第（１）項記載の
   エネルギー吸収具。
7. （７）前記１対の押圧部材は、前記中空筒状体の一端に
   、該中空筒状体の軸方向に対して垂直に設けられた平板
   と、該平板に垂直に固着され前記中空筒状体内に介挿さ
   れた連接棒とから成る第１の抑圧部材と、 前記中空筒状体の他端に該中空筒状体の軸方向に対して
   垂直に設けられた平板であって、前記連接棒が該中空筒
   状体の軸方向に移動し得る貫通孔を有する第２の押圧部
   材とから成る特許請求の範囲第（１）項記載のエネルギ
   ー吸収具。
8. （８）前記１対の押圧部材のうち、前記中空筒状体が逐
   次破壊される側の一端に設けられる押圧部材は、前記中
   空筒状体の端部との接触部に、該押圧部材の中央が突出
   したテーパがつけられている特許請求の範囲第（１）項
   記載のエネルギー吸収具。
9. （９）前記１対の押圧部材のうち、前記中空筒状体が逐
   次破壊される側の一端に設りられる押圧部材は、前記中
   空筒状体の端部と複数カ所で接触する突起形状を有する
   特許請求の範囲第（１）項記載のエネルギー吸収具。