JP2005273872A - 繊維強化プラスチック製エネルギー吸収部材の取付け構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 長期使用においても接合強度を確保できるＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造を提供する。
【解決手段】 少なくとも端部１０を筒状断面に形成した支持部材１と、筒状断面をなし軸方向からの入力荷重により入力端側から逐次圧壊を起す補強繊維と樹脂とからなるＦＲＰ製エネルギー吸収部材２とを備え、前記エネルギー吸収部材２の基部１１を支持部材１の端部１０に嵌合させて半径方向嵌合面同士を接着により接合させるとともに、前記エネルギー吸収部材２を軸方向当接面（１０、１１）により支持部材１に当接させて接合させるようにした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、車両の衝撃時のエネルギー吸収特性を向上させた補強繊維と樹脂とからなる繊維強化プラスチック（以下ＦＲＰと略す）製エネルギー吸収部材の取付構造に関するものである。

従来から衝撃時のエネルギー吸収特性を向上させた補強繊維と樹脂とからなるＦＲＰ製エネルギー吸収部材は複数提案されている（特許文献１〜７参照）。

このようなＦＲＰ製エネルギー吸収部材は、軸方向の入力荷重があった時に、部材前端側から逐次圧壊を起すことで、従来一般に使用されているスチールを材料としたエネルギー吸収部材に対しエネルギー吸収効率が良いことが知られている。そのため、例えば、車両部品では衝突時のエネルギー吸収を司る部位、例えば、前面衝突時の衝撃エネルギー吸収を行うフロントサイドメンバの前端部分などに応用することが可能である。
特開平０４−１４３１７３号公報 特開平０５−３３２３８６号公報 特開平０６−３０００７０号公報 特開平０６−３４１４７７号公報 特開平０６−３４６９３５号公報 特開平０７−２１７６８８号公報 特開平０９−２２６０３９号公報

ところで、車両においては、衝突を起しても、破損の程度によっては破損した部分を修復・修理して車両として乗り続けることが望まれている。従って、上記ＦＲＰ製エネルギー吸収部材も車両の衝突時のエネルギー吸収のためにフロントサイドメンバの前端などに適用する場合には、修理時に取外し取付可能な取付方法が望まれる。一般的な取付方法としては、ボルト・ナットやリベットにより機械的に締結する方法もあるが、このような機械的な締結方法では、重量を増加させたり締結穴部への応力集中が生じたりすることから、軽量で応力集中の生じない接着による締結方法が望ましい。しかしながら、接着による締結方法では、時の経過につれて接着力が低下する可能性があり、長期使用においても接合強度を確保できる取付構造とする必要がある。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、長期使用においても接合強度を確保できるＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造を提供することを目的とする。

本発明は、少なくとも端部を筒状断面に形成した支持部材と、軸方向からの入力荷重により入力端側から逐次圧壊を起す補強繊維と樹脂とからなる筒状断面のＦＲＰ製エネルギー吸収部材とを備え、前記エネルギー吸収部材の基部を支持部材の端部に嵌合させて半径方向嵌合面同士を接着により接合させるとともに、前記エネルギー吸収部材を軸方向当接面により支持部材に当接させて接合させるようにした。

したがって、本発明では、エネルギー吸収部材の基部を支持部材の端部に嵌合させて半径方向嵌合面同士を接着により接合させるとともに、前記エネルギー吸収部材を軸方向当接面により支持部材に当接させて接合させるため、接着力の低下があった場合でも、荷重負荷時に接合部から圧壊することがなく、先端からの逐次圧壊モードで圧壊し、意図したエネルギー吸収性能を得られる。

以下、本発明のＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造を各実施形態に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１〜図３は、本発明を適用したＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造の第１実施形態を示し、図１はＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造を車体の前部フレーム構造に適用した斜視図、図２はＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造の断面図、図３はＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造の斜視図である。

図１において、車体の前部フレーム構造は、車体幅方向の両端部に車両前後方向に平行に配置したフロントサイドメンバＳＭを備える。このフロントサイドメンバＳＭの車両前方端部には、図示しない取付フランジを介してラジエータ取付枠（ラジエータコアサポート）やバンパーレインフォースが取付けられる。フロントサイドメンバＳＭの上部にはフードリッジパネルＦＲ、車両後方には車室を構成するダッシュロアクロスメンバおよびカウルサイドパネルが夫々配設・結合されている。フードリッジパネルＦＲには、フェンダＦが脱着可能に固定される。

前記フロントサイドメンバＳＭは、四角形や円形等の筒状の断面形状に形成され、車両に対する後半部分を鋼板若しくは繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）により支持部材１として形成し、その前半部分は補強繊維と樹脂とからなるＦＲＰ製エネルギー吸収部材２により形成し、両者を接着剤により接合する。

前記支持部材１は、エンジンやサスペンションを保持し、前記した各車体部品と接合されており、内部に補強構造や他部品との接合のためのボルト・ナット等を備えた複雑な３次元形状となっている。このため、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）で製作する場合には、一般的な３次元形状の製作工法である補強繊維の織物を裁断して硬質発泡ウレタン等のコア（型）に積層し樹脂を含浸させて加熱硬化させるＲＴＭ工法（Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）が利用される。

前記ＦＲＰ製エネルギー吸収部材２は、単純な筒状に形成され、前端に図示しない取付フランジを介してラジエータ取付枠（ラジエータコアサポート）やバンパーレインフォースが取付けられ、前面衝突時に部材前端側から逐次圧壊を起こすことで衝撃エネルギー吸収するエネルギー吸収機能を備える。エネルギー吸収部材２は、円柱体でも、角柱体でも、あるいはテーパ付き柱状体でも良い。ＦＲＰ製エネルギー吸収部材２は、例えば、フィラメントワインディング、プルワインディング、プルトルージョン、シートワインディング、ブレイディング工法等で製作することができる。ＦＲＰの補強繊維としては、炭素繊維あるいはガラス繊維などの高強度繊維が好ましい。

前記支持部材１とＦＲＰ製エネルギー吸収部材２との接合構造は、図２の概略断面図に示すように、支持部材１の前端開口１０を車両前方に向けて開くテーパ状に形成し、ＦＲＰ製エネルギー吸収部材２の基部１１を支持部材１の前端開口１０に隙間なく嵌る先細のテーパ状に形成する。そして、両テーパ状部分１０、１１を嵌合させて両者間に接着剤１２を介在させて結合する。前記テーパの傾斜角度としては、１０〜２０度に設定する。支持部材１側のテーパ状部分の背面には、支持部材１の成形時に、図３に示すように、補強繊維１３を円周方向にテーパ全域に亘って巻付けて前端開口１０部分を補強する。補強繊維１３の巻付けは、一層でもよいが必要な強度が得られるよう複数層に積層して巻付けることが望ましい。

前記支持部材１とＦＲＰ製エネルギー吸収部材２との接合は、上記接着剤１２を介在させて接着する方法以外の方法によっても可能である。例えば、先にエネルギー吸収部材２を成形し、エネルギー吸収部材２のテーパ部分１１（基部）を、支持部材１の成形時にコアの一部として使用し、補強繊維の織物をテーパ部分１１（基部）の上から積層しつつ補強繊維をテーパ全域に亘って巻付ける。この織物の積層と補強繊維の巻付けとを交互に繰返して積層させる。そして、これら補強繊維に樹脂を含浸させて加熱・硬化させることで、支持部材１の成形段階で一体的に接着・固定する接合方法であってもよい。

なお、上記実施形態において、テーパ状接合面として、エネルギー吸収部材２の基部１１に先細のテーパ状面を形成し、支持部材１の前端開口１０を前方に開いたテーパ状面を形成したものについて説明したが、図示はしないが、エネルギー吸収部材の基部側に開いたテーパ状面を形成し、支持部材側に先細のテーパ状面を形成するものであってもよく、この場合には、開いたテーパ状面を備えるエネルギー吸収部材の基部に補強繊維を巻付けて補強するようにする。

以上の構成のＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造においては、接合部は接着力に加えて、径方向への変形破壊に対して補強したテーパ形状面の前端開口１０で荷重を受けるため、エネルギー吸収部材２の圧壊荷重以上の接合強度を確実に得ることができる。

このため、ラジエータ取付枠やバンパーレインフォース等の他の取付部品からＦＲＰ製エネルギー吸収部材２に衝突荷重が軸方向に加わる万一の前面衝突時には、ＦＲＰ製エネルギー吸収部材２は接合部から圧壊が始まることはなく、衝突荷重はＦＲＰ製エネルギー吸収部材２の圧縮荷重として作用し、ＦＲＰ製エネルギー吸収部材２は前端から逐次圧壊モードで圧壊され、意図したエネルギー吸収性能を発揮する。

また、テーパ状面同士を接着している接着剤１２の接着力の低下があった場合においても、衝突荷重負荷時に接合部から圧壊することがなく、エネルギー吸収部材２は先端からの逐次圧壊モードで圧壊し、意図したエネルギー吸収性能を得られる。

本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。

（ア）少なくとも端部１０を筒状断面に形成した支持部材１と、筒状断面をなし軸方向からの入力荷重により入力端側から逐次圧壊を起す補強繊維と樹脂とからなるＦＲＰ製エネルギー吸収部材２とを備え、前記エネルギー吸収部材２の基部１１を支持部材１の端部１０に嵌合させて半径方向嵌合面同士を接着により接合させるとともに、前記エネルギー吸収部材２を軸方向当接面（１０、１１）により支持部材１に当接させて接合させるようにした。このため、接着力の低下があった場合でも、荷重負荷時に接合部から圧壊することがなく、先端からの逐次圧壊モードで圧壊し、意図したエネルギー吸収性能を得られる。

（イ）半径方向嵌合面と軸方向当接面は、エネルギー吸収部材２の基部１１に形成したテーパ状接合面とこのテーパ状接合面に嵌合するよう支持部材１の端面１０に形成したテーパ状接合面とで構成され、前記両テーパ状接合面同士を嵌合させて接着により接合させるため、衝突荷重の入力に対し、接着力とテーパ状接合面で荷重を受け持たせることができ、万一の接着力の低下があっても接合部から圧壊が始まることが無く、エネルギー吸収部材２は先端からの逐次圧壊モードで圧壊し、意図したエネルギー吸収性能を得られる。

（ウ）外側から嵌合するテーパ状接合面を構成する部材１０または１１は、補強繊維１３により半径方向外周側への拡大変形を抑制しているため、衝突荷重負荷時に接合部から圧壊することがなく、エネルギー吸収部材２は先端からの逐次圧壊モードで圧壊し、意図したエネルギー吸収性能を得られる。

（第２実施形態）
図４〜図８は、本発明を適用したＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造の第２実施形態を示し、図４はＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造の第１実施例の断面図、図５はＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造の第２実施例の断面図、図６はＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造の第３実施例の断面図、図７はＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造の第４実施例の断面図、図８はＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造の第５実施例の断面図である。本実施形態においては、エネルギー吸収部材と支持部材とを円筒面同士で嵌合・接着し、エネルギー吸収部材の基部と支持部材とを軸方向に当接させて位置決めするようにしたものである。なお、図１〜図３と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。

図４に示す第１実施例のＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造においては、支持部材１の筒状の前端開口１０内に、別に製作した片側が閉塞した筒状の受け部材１５を固定配置する。受け部材１５は、支持部材１の前端開口１０の内面に接着して固定するか、支持部材１の成形時のフォームコア１６の端部に固定し、このフォームコア１６および受け部材１５の周囲に補強繊維の織物を複数層に積層し、これら補強繊維に樹脂を含浸させて加熱・硬化させることで、支持部材１の成形段階で一体的に形成する。

前記エネルギー吸収部材２は、その基部１１を支持部材１の前端開口１０に挿入し、基部１１端面を支持部材１に固定した受け部材１５に突き当てた状態で、エネルギー吸収部材２の基部１１と支持部材１の前端開口１０の内面および基部１１端面と受け部材１の接触面とを接着剤１２により接着して一体化させる。この場合、エネルギー吸収部材２の基部１１の外形寸法と支持部材１の前端開口１０の内形寸法は、隙間なく嵌るように夫々の寸法を設定する。

前記エネルギー吸収部材２の支持部材１への接合は、上記のように別部品に形成したエネルギー吸収部材２と支持部材１とを互いに嵌合させ受け部材１５に突き当てて接着により接着する方法に代えて、以下の方法によって一体化させてもよい。即ち、支持部材１の成形時のフォームコア１６の端部に受け部材１５およびエネルギー吸収部材２を位置決め固定し、このフォームコア１６、受け部材１５およびエネルギー吸収部材２の基部１１の周囲に補強繊維の織物を複数層に積層する。次いで、これら補強繊維に樹脂を含浸させて加熱・硬化させることで、支持部材１の成形段階で受け部材１５およびエネルギー吸収部材２を一体的に接着・固定するようにしてもよい。

図５に示す第２実施例のＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造においては、エネルギー吸収部材２の基部１１の外周に一体に突起１７を設けている。この突起１７は別体に形成して接着等により固定してもよい。そして、支持部材１の筒状の前端開口１０内にエネルギー吸収部材２の基部１１を挿入し、基部１１外周に設けた突起１７を支持部材１の前端開口１０の端面に当接させた状態とする。そして、この状態で、エネルギー吸収部材２の基部１１と支持部材１の前端開口１０の内面および突起１７と前端開口１０の端面とを接着剤１２により接着して一体化させるようにしている。

前記エネルギー吸収部材２の支持部材１への接合は、以下の方法によって一体化させてもよい。即ち、支持部材１の成形時にエネルギー吸収部材２の基部１１を位置決め固定し、このエネルギー吸収部材２の基部１１の周囲およびフォームコア１６に補強繊維の織物を複数層に積層する。次いで、これら補強繊維に樹脂を含浸させて加熱・硬化させることで、支持部材１の成形段階でエネルギー吸収部材２を一体的に接着・固定するようにしてもよい。

図６に示す第３実施例のＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造においては、支持部材１の前端開口１０内に一体に突起１８を設けている。この突起１８は別体に形成して接着等により固定してもよい。そして、支持部材１の筒状の前端開口１０内にエネルギー吸収部材２の基部１１を挿入し、基部１１端面を支持部材１の前端開口１０内の突起１８の端面に当接させた状態とする。この状態で、エネルギー吸収部材２の基部１１および基部１１端面と支持部材１の前端開口１０の内面および突起１８端面とを接着剤１２により接着して一体化させるようにしている。

図７に示す第４実施例のＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造においては、支持部材１の前端１０外周に、段付き部分１９によりエネルギー吸収部材２の基部１１の内面に嵌合する嵌合面２０を形成している。そして、支持部材１の前端の嵌合面２０にエネルギー吸収部材２の基部１１の内面を嵌合させ、基部１１端面を支持部材１の前端外周の段付き部分１９に当接させた状態とする。この状態で、エネルギー吸収部材２の基部１１内面および基部１１端面と支持部材１の前端の嵌合面２０および段付き部分１９とを接着剤１２により接着して一体化させるようにしている。

なお、段付き部分１９を形成するために、別体の部材を支持部材１に嵌合させて接着等により固定するようにしてもよい。また、支持部材１の外周面に段付き部分１９を設けることに代えて、図示しないが、エネルギー吸収部材２の内面に突起を別体若しくは一体に形成して、この部材と支持部材１の端面とを当接させることにより、エネルギー吸収部材２の軸方向の位置決めを行うようにしてもよい。

図８に示す第５実施例のＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造においては、支持部材１の前端面に、エネルギー吸収部材２の基部１１を挿入する環状の溝２１を形成している。そして、支持部材１の前端の環状溝２１にエネルギー吸収部材２の基部１１の内外面を嵌合させ、基部１１端面を環状溝２１の底部に当接させた状態とする。この状態で、エネルギー吸収部材２の基部１１の内外面および基部１１端面と支持部材１の前端の環状溝２１の内外壁面および底面とを接着剤により接着して一体化させるようにしている。

以上説明した第１実施例〜第５実施例のエネルギー吸収部材の取付け構造では、接合部はエネルギー吸収部材２の基部１１と支持部材１とを嵌合させての筒状の接触面同士の間の接着力に加えて、支持部材１と基部１１との端面同士の当接によっても軸方向荷重を受けるため、エネルギー吸収部材２の圧壊荷重以上の接合強度を確実に得ることができる。このため、ラジエータ取付枠やバンパーレインフォース等の他の取付部品からＦＲＰ製エネルギー吸収部材２に衝突荷重が軸方向に加わる万一の前面衝突時には、ＦＲＰ製エネルギー吸収部材２は接合部から圧壊が始まることはなく、衝突荷重はＦＲＰ製エネルギー吸収部材２の圧縮荷重として作用し、ＦＲＰ製エネルギー吸収部材２は前端から逐次圧壊モードで圧壊され、意図したエネルギー吸収性能を発揮する。

本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）に加えて以下に記載した効果を奏することができる。

（エ）エネルギー吸収部材２の基部１１は、支持部材１の筒状断面（１０）の内面若しくは外面に嵌合して半径方向嵌合面同士を接着により接合し、前記支持部材１の筒状断面（１０）の内面若しくは外面に一体若しくは接着により一体化された部材（１５、１８、１９）とエネルギー吸収部材２の基部１１端面とを当接させるか、または、エネルギー吸収部材２の基部１１の内面若しくは外面に一体若しくは接着により一体化された部材（１７）と支持部材１の端面とを当接させることで、エネルギー吸収部材２と支持部材１とを軸方向に接合する。このため、エネルギー吸収部材２の圧壊荷重以上の接合強度を確実に得ることができ、ラジエータ取付枠やバンパーレインフォース等の他の取付部品からＦＲＰ製エネルギー吸収部材２に衝突荷重が軸方向に加わる万一の前面衝突時には、ＦＲＰ製エネルギー吸収部材２は接合部から圧壊が始まることはなく、衝突荷重はＦＲＰ製エネルギー吸収部材２の圧縮荷重として作用し、ＦＲＰ製エネルギー吸収部材２は前端から逐次圧壊モードで圧壊され、意図したエネルギー吸収性能を発揮する。

（オ）支持部材１の端部に開口する環状溝２１を設け、エネルギー吸収部材２の基部１１を、前記環状溝２１に内外面を嵌合させて半径方向嵌合面同士を接着により接合され、エネルギー吸収部材２の基部１１端面を前記環状溝２１の底部に当接して軸方向に接合させると、半径方向嵌合面同士の接合強度も格段に向上し、上記（エ）の効果をより一層向上できる。

なお、上記各実施形態において、支持部材１として、車両の幅方向両端部に互いに平行に車両前後方向に亘って配設された車両のサイドメンバＳＭであり、エネルギー吸収部材２は、前記サイドメンバＳＭと一体となって車両前方側へ突出されて車両前部の構造物を支持するよう配置されるものについて説明したが、図示しないが、車両の座席周り、ハンドル周り、各種構造部材の衝撃エネルギーを吸収するエネルギー吸収部材に適用するものであってもよい。

本発明の一実施形態を示すＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造を車体の前部フレーム構造に適用した斜視図。 同じくＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造の断面図。 同じくＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造の斜視図。 本発明の第２実施形態を示すＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造の第１実施例の断面図。 同じくＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造の第２実施例の断面図。 同じくＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造の第３実施例の断面図。 同じくＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造の第４実施例の断面図。 同じくＦＲＰ製エネルギー吸収部材の取付け構造の第５実施例の断面図。

符号の説明

ＳＭ フロントサイドメンバ
１ 支持部材
２ ＦＲＰ製エネルギー吸収部材、エネルギー吸収部材
１０ 前端開口
１１ 基部
１２ 接着剤
１３ 補強繊維
１５ 受け部材
１６ コア
１７、１８ 突起
１９ 段付き部分
２０ 嵌合面
２１ 環状溝

Claims (5)

1. 少なくとも端部を筒状断面に形成した支持部材と、軸方向からの入力荷重により入力端側から逐次圧壊を起す補強繊維と樹脂とからなる筒状断面の繊維強化プラスチック製エネルギー吸収部材とを備え、
   前記エネルギー吸収部材の基部を支持部材の端部に嵌合させて半径方向嵌合面同士を接着により接合させるとともに、前記エネルギー吸収部材を軸方向当接面により支持部材に当接させて接合させることを特徴とする繊維強化プラスチック製エネルギー吸収部材の取付け構造。
2. 前記半径方向嵌合面と軸方向当接面は、エネルギー吸収部材の基部に形成したテーパ状接合面とこのテーパ状接合面に嵌合するよう支持部材の端面に形成したテーパ状接合面とで構成され、前記両テーパ状接合面同士を嵌合させて接着により接合させることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化プラスチック製エネルギー吸収部材の取付け構造。
3. 前記外側から嵌合するテーパ状接合面を構成する部材は、補強繊維により半径方向外周側への拡大変形を抑制していることを特徴とする請求項２に記載の繊維強化プラスチック製エネルギー吸収部材の取付け構造。
4. 前記エネルギー吸収部材の基部は、支持部材の筒状断面の内面若しくは外面に嵌合して半径方向嵌合面同士を接着により接合し、
   前記支持部材の筒状断面の内面若しくは外面に一体若しくは接着により一体化された部材とエネルギー吸収部材の基部端面とを当接させるか、または、エネルギー吸収部材の基部の内面若しくは外面に一体若しくは接着により一体化された部材と支持部材の端面とを当接させることで、エネルギー吸収部材と支持部材とを軸方向に接合することを特徴とする請求項１に記載の繊維強化プラスチック製エネルギー吸収部材の取付け構造。
5. 前記支持部材は、端部に開口する環状溝を備え、
   前記エネルギー吸収部材の基部は、前記環状溝に内外面を嵌合させて半径方向嵌合面同士を接着により接合され、エネルギー吸収部材の基部端面を前記環状溝の底部に当接して軸方向に接合されていることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化プラスチック製エネルギー吸収部材の取付け構造。

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