JP2001208120A

JP2001208120A - 繊維強化プラスチック製衝撃エネルギー吸収部材

Info

Publication number: JP2001208120A
Application number: JP2000334479A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Shinoda; 知行篠田; Takuya Karaki; 琢也唐木; Hitoshi Nishiyama; 等西山
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1999-11-02
Filing date: 2000-11-01
Publication date: 2001-08-03
Anticipated expiration: 2020-11-01
Also published as: JP4491955B2

Abstract

(57)【要約】【課題】多方向からの衝撃に対しても衝撃エネルギーを
効果的に吸収することができるとともに、例えば自動車
のような移動体がスピンしながら衝突しても、輸送体や
建造物等の損傷を極力低減し、輸送体中の乗員を保護で
きる衝撃エネルギー吸収部材を提供する。【解決手段】強化繊維とマトリクス樹脂とからなるＦＲ
Ｐ製の柱状エネルギー吸収部材において、繊維含有率を
部材の部位によって異なるせる。一つの実施態様とし
て、表面に繊維含有率を異ならせた少なくとも３つの格
子点６から形成される格子形状平面７のエネルギー吸収
部４を設けた衝撃エネルギー吸収部材とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば自動車や
電車等の輸送体の技術分野に用いられる衝撃エネルギー
吸収部材に関し、詳しくはこれらの輸送体の衝突、追突
時において、乗員や輸送体の損傷を低減・保護するため
の繊維強化プラスチック製衝撃エネルギー吸収部材の改
良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の繊維強化プラスチック製衝撃エネ
ルギー吸収部材としては、構成材料が繊維強化樹脂から
なるエネルギー吸収部材を、例えば図１に示すように自
動車１のバンパー２部分に円筒状の衝撃エネルギー吸収
部材３を取り付けたものが知られている（例えば特開平
6-300068号公報）。

【０００３】この吸収部材３は、衝撃エネルギーを良好
に吸収することの他、自動車に取り付けるために軽量、
高剛性であることが要求され、その構成材質として繊維
強化樹脂製のものが適しているとしている。また、この
吸収部材３は、衝突時に効率よくエネルギーを吸収でき
るようにするため、荷重の作用端側に破壊の開始（トリ
ガー）となるテーパ部を形成することにより、逐次破壊
が生じるように工夫されているものもある（例えば特開
平8-219215号公報）。

【０００４】しかし、これらＦＲＰ製の衝撃吸収部材
は、輸送体に働く衝撃力が多方向に亘る場合には、多方
向に複数の衝撃吸収体を配置させる必要がある。また、
輸送体が自動車の場合、スピンして衝突するケースも多
く、予期せぬ方向に衝撃力が加わった場合には逐次破壊
が起こらず、吸収部材のエネルギー吸収量が十分に発現
しないという問題があった。

【０００５】このように従来のＦＲＰ製エネルギー吸収
体は、エネルギー吸収部材が逐次破壊して所定のエネル
ギー吸収特性が発現するものではあったが、一方向から
の衝撃に対処するもので、多方向からの衝撃に対しては
考慮がなされていないものであった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の問題点を解消し、多方向からの衝撃に対しても衝撃エ
ネルギーを効果的に吸収することができるとともに、破
壊の開始条件となる上記テーパー部分が不要で、例えば
自動車のような移動体がスピンしながら衝突しても、輸
送体や建造物等の損傷を極力低減し、輸送体中の乗員を
保護できる衝撃エネルギー吸収部材を提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、本発明は次の第１、第２発明からなる。

【０００８】第１の発明は、強化繊維とマトリクス樹脂
とからなる繊維強化樹脂製の柱状をしたエネルギー吸収
部材であって、繊維含有率が吸収部材の部位によって異
なることを特徴とする繊維強化プラスチック製衝撃エネ
ルギー吸収部材である。

【０００９】また、第２の発明は、吸収部材の表面に、
少なくとも３つの格子点から形成される格子形状平面を
有するエネルギー吸収部を備えてなることを特徴とする
繊維強化プラスチック製衝撃エネルギー吸収部材であ
る。

【００１０】上記繊維含有率が異なる部位としては、部
材の形状にもよるが柱状体の断面において、厚みが変化
する部分、例えば、格子状の場合交差部と非交差部（図
２参照）とが該当し、この部分で１．２倍から３．０倍
の範囲内で異ならせるのが好ましい。吸収部材内に繊維
を交差させる部位を設けることで、破壊が安定的に進行
してエネルギー吸収量も大きくなる。より好ましい具体
的部材形状としては、表面に少なくとも３つの格子点か
ら形成される格子形状平面のエネルギー吸収部を設ける
ことである。ここで、少なくとも３つの格子点を必要と
する理由は、３つの格子点により一つの格子形状平面の
エネルギー吸収部を備えたエネルギー吸収部材が形成さ
れるからである。このような構成にすると、格子点の一
つ一つが従来技術の柱状、円筒状などの衝撃吸収体と同
様の衝撃エネルギー低減の作用効果を果たし、しかもそ
れぞれの格子における格子点は、マトリクス樹脂中の補
強繊維が交差して積層構成をしているために、繊維含有
率が他の部位より高くなり、その結果剛性が高くエネル
ギー吸収効率が高い作用効果を有する。また、それぞれ
のエネルギー吸収部における格子点は、立体的形状をし
ており、かつ複数存在するので、幅広い方向からの衝撃
に対して衝撃エネルギーを効果的に吸収することができ
る。また、独立したもう一つの有効手段として、部材中
に逐次破壊のトリガーとなるボイドを有することで、斜
め方向からの衝撃に対しても良好にエネルギー吸収させ
ることが可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施態様
をその一実施例を示した図面に基づいて詳細に説明す
る。

【００１２】図２〜図５は、いずれも本発明に係る衝撃
エネルギー吸収部材の一実施例の斜視図であり、図２は
外形が井桁状の格子点を有するエネルギー吸収部４を示
しており、格子点６が４個の例である。これら格子点で
は補強繊維の量が他の部位より多く強度が不均一となっ
ている。このため、斜め方向からの衝撃力に対して部材
は全体破壊せず、逐次破壊して高いエネルギー吸収特性
を呈する。すなわち、補強繊維の少ない箇所が破壊のト
リガーとなり、補強繊維の多い箇所が逐次破壊してエネ
ルギー吸収するというメカニズムを有する。勿論、補強
繊維量は、格子点以外でも高くすることが可能である
が、よりエネルギー吸収の高い後述の連続繊維を使用し
て部材を製造したいという観点から、格子点で補強繊維
を交差させて格子点の繊維含有率を大きくすることが経
済性上好ましい。

【００１３】尚、格子点以外で繊維含有率を高くする方
法としては、例えば、別成形あるいは別途プリフォーム
化した基材を挿入するというものであってもよい。

【００１４】図３は田の字状の格子点を有する吸収部
８、図４は格子形状が矩形状でなく曲線形状のものが多
数ランダムに集合してなる吸収部９、図５は１個が矩形
状の筒状体を複数個集合させて一体化させて格子点を形
成させた吸収部１０である。

【００１５】各図に示したように格子点としては、井桁
状、田の字状、曲線状、集合体状と種々のものがあるが
これらは一例であり、図２の態様でいうと衝撃エネルギ
ー吸収部４としては、要は移動体の進行方向（図中の矢
印方向）に突起部５が突出し、集合して格子点６（突起
部５の交差点）を複数個形成し、格子形状平面を形成し
ていればよい。なお、吸収部４は、図示は省略したが前
述の図１のバンパー２や専用のベース体等に固定されて
本発明の衝撃エネルギー吸収部材を構成している。

【００１６】ここで、一つの格子７の平面積、すなわち
４個の格子点６で包囲される部分の平面積としては、１
〜１０００ｃｍ２の範囲内であるのが好ましい。衝撃エ
ネルギーを効果的に吸収し、製造コストを考慮するとよ
り好ましくは５〜５００ｃｍ２である。格子面積が１ｃ
ｍ２未満では製造コストが高く、また格子点間距離が小
さいために逐次破壊したＦＲＰが格子内に入り込むため
逐次破壊がし難くなり、効率良く衝撃エネルギーを吸収
できないなどの問題があり、１０００ｃｍ２を越えると
一定の補強繊維使用量において該部材が剛性不足となっ
て、エネルギー吸収効果を十分に発揮できないことがあ
る。

【００１７】また、突起部５の厚さ（ｔ）は０．１〜５
０ｍｍの範囲内が好ましい。その理由は、０．１ｍｍ未
満では剛性不足となり、かつ格子点６も小さくなり十分
な衝撃エネルギー吸収ができない。一方５０ｍｍを越え
ると繊維量が多いため製造コストが高く、重量も大きく
なるため輸送体などへの設置が困難となるからである。
製造コストと単位重量あたりの衝撃吸収エネルギーの点
を考慮すると、より好ましくは３〜３０ｍｍの範囲内で
ある。一つの格子７の平面積は、前述したとおりである
が、一辺の長さの具体的寸法としては１０〜３００ｍｍ
の範囲が好ましい。より好ましくは３０〜２００ｍｍで
ある。図２のような吸収部はドアや側壁などの広い面積
のものに取り付けるのに適している。

【００１８】図３の田の字状の柱状吸収部８の場合も一
辺の長さは１０〜３００ｍｍの範囲が好ましい。より好
ましくは３０ｍｍ〜２００ｍｍである。

【００１９】柱状の吸収部８は輸送体前後に位置するバ
ンパーなどの比較的方向性が高く、大きな衝撃エネルギ
ー吸収が求められる箇所への取付けに適している。

【００２０】図４のような曲線状の突起部１０を有する
吸収部９の場合は、格子の平面積は１〜１０００ｃｍ２
の範囲内が好ましい。より好ましくは５〜５００ｃｍ２
である。この態様のものは、輸送体の外壁や前後に位置
するバンパーなどのように意匠性が求められ、図２、図
３のような吸収部４、８の設置が困難な場所への取付け
に適している。

【００２１】これら格子の平面積７および突起部の厚さ
ｔ、すなわち格子の大きさは、吸収すべき衝撃エネルギ
ーの大きさと、取付面積によって決まる。各エネルギー
吸収部は、格子点における高さ（ｔ）と格子点の隣接辺
の幅（Ｌ）との比（Ｈ／Ｌ）が、１／２以上のボード状
のものであるのが好ましい。また、当然に吸収部４は、
格子を成す格子点６がその内部に存在する強化繊維（詳
細後述）の積層構成により剛性が高くなるので、エネル
ギー吸収率が高い。よって、格子点６が多い方が吸収エ
ネルギーは大きくなる。すなわち、発明者の知見によれ
ば、格子面積Ａを小さくして、格子点６の数を多くする
ことにより単位面積あたりの吸収エネルギーを大きくす
ることができるのである。一方、格子を小さくすると基
材のレイアップが複雑になるから製造コストが高くな
る。格子の大きさは求める吸収エネルギーと設置面積、
製造コストなどによって調節する。このようにエネルギ
ー吸収部材は、格子形状を有しない場合に比べ、単位面
積あたりの吸収エネルギー量を大きくすることができ、
また、格子点の数を適宜調節することによりエネルギー
吸収量を調節することができる。具体的には、発明者の
知見によれば単位面積あたりの吸収エネルギーでは９０
Ｊ／ｃｍ２以上、重量あたりの吸収エネルギーでは４０
Ｊ／ｇ以上であるものが好ましい。単位面積あたりの吸
収エネルギーが９０Ｊ／cm２以下、重量あたりの吸収エ
ネルギーが４０Ｊ／ｇ以下であると所定の衝撃エネルギ
ーを吸収するのに、体積が大きくなり、また重量も重く
なることになる。

【００２２】図５の吸収部１０は、柱状の衝撃エネルギ
ー吸収部を寄せ集めて一体化することにより格子状とし
たものである。全体の大きさがそれぞれ異なる図２〜図
４の吸収エネルギー部４、８、９を多種類作製するに
は、金型の準備や基材のプリフォームなどの製造が面倒
であり、一体成形が困難である場合が多いが、図５に示
した集合タイプの吸収部１０の場合は製造が格段に容易
化される。なお、以上のどのタイプのものでも吸収部を
構成する格子の形状や大きさ、厚さ、高さ等は一定であ
る必要はなく、部分的に異なったり、取り付ける箇所の
形状に合わせて異なっていても構わない。

【００２３】図６は、以上に述べた各種衝撃エネルギー
吸収部４、８、９、１０の取付例であり、図では自動車
１のバンパー２に図５の態様の吸収部10を、ドアー１１
に図４の態様の吸収部４を取り付けたものである。す
なわち、ボード状にして固定することにより、鉄道車両
や飛行機の側壁、自動車のドアなどの側壁やバンパーな
ど大面積である構造物の表面を容易に覆うことができ
る。また、構造物が多角形や曲面を含むような通常取付
が困難と思われるものの場合でも大面積の格子状吸収部
材から所定の小片に複数個切り出し、これらを適宜集合
させることにより、所望形状の吸収部材を容易に得るこ
とができる。また、小片化することで、衝撃により部材
が損傷した場合の取り替え面積を最小限に押さえること
ができるというメリットもある。さらに、構造物が凹凸
を有する場合でも、簡単な機械加工により、格子の長さ
を調節して構造物に添わすことができる。また、吸収部
材の格子内に発泡フォーム材など高分子材料からなる緩
衝材や発泡モルタル、セメントなどのセラミックからな
る緩衝材、発泡アルミやアルミハニカム等の金属からな
る緩衝材を格子内の一部または全体に充填しても差し支
えない。また、格子の一部、片面、あるいは両面を上記
の高分子材料やセラミック材料のボードなどで覆うこと
により、様々な方向からの衝撃を均一に、もしくは広範
囲に伝搬することができる。すなわち、これらエネルギ
ー吸収部の軸方向（衝突方向）の上部、下部、または上
下部に、上記有機または無機材料のボードを貼り付けた
ものを被設置体に接着剤などで簡単に取り付けることが
できる。

【００２４】上述した本発明に係る吸収体は、いずれも
強化繊維とマトリクス樹脂とから構成されている。

【００２５】強化繊維としては、特に限定しないが炭素
繊維、ガラス繊維、アルミナ繊維、窒化珪素繊維などの
無機繊維や、アラミド繊維などの有機繊維が使用でき
る。

【００２６】無機繊維としては、炭素繊維はＰＡＮ（ポ
リアクリルニトリル）系、ピッチ系のいずれでもかまわ
ないが、中でもＰＡＮ系の炭素繊維は圧縮特性にもすぐ
れるので好ましい。ガラス繊維としては、好ましいのは
汎用品で価格が安く、成形性、衝撃エネルギー吸収量な
どの理由により目付が２０〜４００ｇ／ｍ２の範囲内も
のである。

【００２７】有機繊維としては、具体的にはポリアミド
系合成繊維、ポリオレフィン系合成繊維、ポリエステル
系合成繊維、ポリフェニルスルフォン繊維、ポリベンゾ
オキサジン繊維、アセテート、アクリロニトリル系合成
繊維、モダクリル繊維、ポリ塩化ビニル系合合成繊維、
ポリ塩化ビニリデン系合成繊維、ポリビニルアルコール
系合成繊維、ポリウレタン繊維、ポリクラール繊維、タ
ンパク−アクリロニトリル共重合系繊維、フッ素系繊
維、ポリグリコール酸繊維、フェノール繊維、パラ系ア
ラミド繊維などである。これらの中でも本発明の吸収部
材用としては、繊維引張強度が１．０ＧＰａ以上、引張
弾性率が７０Ｇｐａ以上の特性を有するものが好まし
い。更に該吸収部材を輸送体に取り付けることを考慮す
れば、重量に対する比強度、比弾性が大きい方がよく、
具体的には比強度が１．１以上、比弾性が３０以上の炭
素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維が好ましい。

【００２８】これら強化繊維の形態としては、長繊維、
短繊維、織物状、マット状、不織布状にしたものやこれ
ら形態の混合物などをマトリクス樹脂中に規則的または
不規則的に配置させて繊維強化樹脂を形成したものが好
ましい。最も好ましいのは高エネルギー吸収であるこ
と、成形が容易であることの理由から、長繊維形態のも
のであり、その配列方向はあらゆる方向にランダムに配
列されているものが好ましい。また、樹脂との相性を向
上させるために強化繊維表面には、油剤、カップリング
剤、サイジング剤、平滑剤などの表面仕上げ剤が塗布さ
れていてもかまわない。

【００２９】マトリクス樹脂としては、不飽和ポリエス
テル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノ
ール樹脂、ベンゾオキサジン樹脂などの熱硬化性樹脂、
あるいは、ポリエチレン、ポリプロピレン樹脂、ポリア
ミド樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポチブチレンテレフタレート樹
脂、ポリアセタール樹脂、ポリフェニレンサルファイド
樹脂、ポリカーボネート等の樹脂などの熱可塑性樹脂、
及びこれら樹脂をアロイ化した変性樹脂が挙げられる。
なかでも耐薬品性、耐候性などに優れるエポキシ樹脂、
ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂およびこれら樹
脂の変性樹脂が好ましい。上記樹脂には、例えば、リン
酸エステル、ハロゲン化炭化水素、酸化アンチモンやホ
ウ酸亜鉛、含リンポリオール、含臭素ポリオール、四塩
化無水フタル酸、四臭化無水フタル酸のような公知の難
燃剤を配合して難燃性を付与してもよい。吸収部全体に
対する補強繊維の混合割合としては、樹脂に対して重量
比で１０〜７０％の範囲内であることが好ましい。１０
％を下回ると衝撃吸収性能が十分ではなくなる場合があ
り、７０％を越えると樹脂の含浸が難しくなり、やはり
衝撃エネルギー吸収が十分でなくなる可能性があるから
である。ボイド量（体積含有率）は、１〜１０２〜６％
が好ましい。ボイドは通常１％未満が機械物性上好まし
いとされているが、本発明においては、ボイドがある程
度存在することで、斜め方向からの衝撃に対してもボイ
ドがトリガーの役割を果たして逐次破壊がスムースに進
行する。最も好ましいのは２〜６％である。ボイドの測
定法は、ＪＩＳＫ７０５３又はＫ７０７５に準ずる
が、顕微鏡で任意の５０断面（面積は１０×１０cm２）
の断面写真を撮り、その平均面積から求めてもよい。
尚、ボイドとは、格子の開口部ではなく、Engineered M
aterial Handbook. Vol.1,"Composites", ASM Internat
ional, 1987等に記載さている通り、樹脂内部に包含さ
れている空孔のことであり、球形をしたものが多い。ボ
イドの大きさとしては、体積が０．４ｍｍ³〜５ｍｍ³の
範囲内のものが逐次破壊のトリガーとして作用する上で
好ましい。体積がこれ以上であると部材の強度が低下し
て逐次破壊しにくくなる場合があり、本範囲以下である
と、斜めからの低エネルギーの衝撃に対し、逐次破壊の
トリガーとして作用しにくくなる可能性があるからであ
る。全ボイドに締める上記体積が０．４ｍｍ³〜５ｍｍ³
の範囲内のボイド量は７０％以上であるとさらに好まし
い。

【００３０】尚、ボイドを本範囲内とする製造方法とし
て、マトリックスとして使用する樹脂を空気や窒素雰囲
気中で高速で混錬、あるいは攪拌して気体を溶解させる
方法、発泡剤を使用する方法などがある。また、樹脂の
硬化条件は、従来のオートクレーブなどのように高圧力
下で行うと気泡が樹脂に溶解するので、ボイドのサイズ
を上記範囲としたい場合には常圧付近の圧力下で成形す
ることが好ましい。また、ボイドの量は、界面活性剤や
消泡剤を添加することでも調整することができる。具体
的には、消泡剤を添加するとボイドの量が少なくなり、
添加量を上げていくとボイドの量が少なくなる。これら
消泡剤や界面活性剤、上記の発泡剤は、樹脂に直接混入
するだけでなく、繊維にあらかじめ付着させておいても
差し支えない。さらに、ボイドの量は、繊維の形態にも
影響される。具体的には、繊維の径とともに、ボイドの
サイズは大きくなるので、補強繊維の径は、５〜２０ミ
クロンの範囲が好ましい。また、繊維に撚りを入れるこ
とでボイド量を多くすることができる。クロス（織物）
や組み紐材は、縦糸と横糸の交点などの繊維が屈曲する
部分でボイドを形成しやすく、好ましい形態である。

【００３１】最後に、ボイドによるトリガーに加え、従
来同様、格子状部材の先端にテーパー部を設けても一向
に差し支えない。

【００３２】なお、本発明のＦＲＰ製衝撃吸収部材の成
形法としては、ハンドレイアップ法、プルトルージョン
法（引き抜き成形法）、レジントランスファーモールデ
ィング（ＲＴＭ）法、ＳＣＲＩＭＰ法、プルワインド
法、フィラメントワインド法、プリプレグレイアップ法
等、公知のあらゆる成形技術を用いることができる。中
でも、繊維束を樹脂を含浸させながら一体成形する、引
き抜き（プルトルージョン）成形法を用いることが性能
発現上好ましい。少量の生産や複雑／特殊な構造に対し
ては、ハンドレイアップ法が適している。特に、格子状
の衝撃吸収部に於いては、前記のハンドレイアップ法で
繊維を格子状の型溝内に配列して、型溝内に樹脂を流し
込むと作業効率よく所望の格子形状を有する繊維強化吸
収部材が得られて好ましい。また、常圧で成型する方
が、前記したボイドを形成する上でも、コスト的にも好
ましい。

【００３３】

【実施例および比較例】実施例１以下、本発明に係る衝撃エネルギー吸収部材の実施例に
ついて説明する。

【００３４】図２に示したエネルギー吸収部４として、
マトリクス樹脂に不飽和ポリエステル樹脂を使用し、強
化繊維にガラス繊維を用いて井桁状の吸収部材（平均繊
維含有率は３０％、格子点の繊維含有率は５６％）を作
成した。

【００３５】具体的寸法は、一片４０ｍｍ、高さ４０ｍ
ｍ、厚さ３ｍｍの４つの格子点２をもつ柱状吸収部であ
る。上記吸収部材をインストロン-1128を用い、ロード
セルは３０トン、クロスヘッドスピード２mm／minで圧
縮試験を行った。

【００３６】その結果を吸収部材の加重−変位曲線を示
す図９に示す。この曲線とｘ軸と囲む面積が吸収エネル
ギーである。面積から本吸収部材のエネルギー吸収量を
求めると１８００Ｊ、重量は３５ｇ、断面積は１６ｃｍ
²であるため、単位重量あたりの吸収エネルギー、単位
面積あたりの吸収エネルギーはそれぞれ５１．４Ｊ／
ｇ、４１０Ｊ／ｃｍ²である。なお、本部材のボイド量
をＪＩＳＫ７０５３により測定したところ、３％であっ
た。

【００３７】比較例１比較のために繊維含有率が５０％均一の円筒状吸収部材
（図１０）を同様に試験した結果、図１１の曲線とな
り、単位重量あたりの吸収エネルギー、単位面積あたり
の吸収エネルギーはそれぞれ４２Ｊ／ｇ、１６０Ｊ／ｃ
ｍ²であり、上記実施例１のものよりも吸収エネルギー
は低かった。すなわち、図２の実施例１の格子状吸収部
材の方が単位重量、面積あたりの吸収エネルギーは高い
ことになる。

【００３８】実施例２実施例１と同一構造の柱状部材をインストロン-1128を
用い、ロードセルは３０トン、クロスヘッドスピード２
mm／minで部材の高さ方向に対し、斜め１０°の方向か
ら圧縮負荷試験を行った。

【００３９】その結果、部材は逐次破壊し、単位重量あ
たりの吸収エネルギー、単位面積あたりの吸収エネルギ
ーはそれぞれ４９．７Ｊ／ｇ、３９６Ｊ／ｃｍ²であっ
た。

【００４０】比較例２比較例１と同一の円筒を、実施例２と同様、斜め１０度
の方向から圧縮試験した。その結果、円筒は剪断破壊し
て２つ割れし、単位重量あたりの吸収エネルギー、単位
面積あたりの吸収エネルギーはそれぞれ８Ｊ／ｇ、３０
Ｊ／ｃｍ²であった。

【００４１】実施例３〜５図２に示したエネルギー吸収部４として、マトリックス
樹脂に不飽和ポリエステル樹脂を使用し、強化繊維に１
ｍ当たり２ターンの撚りの入ったガラス繊維と炭素繊維
（弾性率２３５ＧＰａ、伸度２％）を繊維比率１：１で
用いて井桁状の部材（サイズは、一辺４０ｍｍ、高さ５
０ｍｍ、厚さは５ｍｍ、平均繊維含有率は２５％、格子
点の繊維含有率は４４％）をハンドレイアップ法（常
圧）で製造した。本製造工程においては、不飽和ポリエ
ステル樹脂を空気中で泡立つように混錬し、硬化温度を
室温（２５℃）、４０℃、６０℃、８０℃と変えること
でボイドの量を調整（温度が高いと樹脂の粘度が低下し
てボイド量が減る）して、表１に示すボイド量の異なる
井桁状部材を３種類得た。尚、断面の顕微鏡観察の結果
は、ボイドは球形で、サイズは０．５ｍｍ³〜２ｍｍ³の
ものが殆ど（７割以上）であった。これら井桁部材を実
施例２と同様の装置で、斜め３０℃の方向から圧縮試験
した。結果は、表１の通りで、ボイド量が１．８％と
６．１％のものが斜め衝突に対し最もエネルギー吸収量
が高かった。以上の結果を纏めたのが次の表１である。

【００４２】

【表１】

【００４３】

【発明の効果】本発明に係る衝撃エネルギー吸収部材
は、次のような顕著な作用効果を奏することができる。

【００４４】１）強化繊維とマトリクス樹脂とからなる
ＦＲＰ製の柱状エネルギー吸収部材において、繊維含有
率を部材の部位毎に異ならせたので、多方向からの衝撃
に対しても安定した破壊による高いエネルギー吸収が可
能となるうえ、破壊の開始となる面取り等のトリガーが
不要という効果を奏することができる。

【００４５】２）衝撃エネルギー吸収部を格子状形状と
したことにより、格子点は強化繊維が交差した状態で立
体的形状をなすので、多方向からの衝撃に対する剛性が
高くエネルギー吸収効率が高い。よって、従来の吸収部
材に比べ単位あたりの吸収エネルギーを大きくすること
ができる。

【００４６】３）上記したように格子点は強化繊維が交
差しているので、剛性が高く、エネルギー吸収効率が高
い。よって、この格子点の数およびその配置を調節する
ことにより、吸収エネルギー量を使用目的に応じて調節
することが可能となる。

【００４７】４）格子形状を平面状に配列させ、全体を
ボード状あるいは曲面状の衝撃吸収部材に固定すること
により、幅広い方向からの衝撃に対して衝撃エネルギー
を吸収することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の衝撃エネルギー吸収部材の使用例を示す
斜視図である。

【図２】本発明に係る衝撃エネルギー吸収部材の一実施
例を示す斜視図である。

【図３】図２の吸収部材とは異なる実施態様の本発明に
係る衝撃エネルギー吸収部材の斜視図である。

【図４】図２、３の吸収部材とは異なる実施態様の本発
明に係る衝撃エネルギー吸収部材の斜視図である。

【図５】図２〜４の吸収部材とは異なる実施態様の本発
明に係る衝撃エネルギー吸収部材の斜視図である。

【図６】本発明に係る衝撃エネルギー吸収部材の適用例
を示す斜視図である。

【図７】本発明のエネルギー吸収部の取付例の正面図で
ある。

【図８】図２の吸収部の寸法を示した斜視図である。

【図９】本発明のエネルギー吸収部の加重−変位曲線図
である。

【図１０】比較例における吸収部の斜視図である。

【図１１】図１０の吸収部材のエネルギー吸収部の加重
−変位曲線図である。

【符号の説明】

１：自動車２：バンパー３：エネルギー吸収部４：エネルギー吸収部５：突起部６：格子点７：格子（格子形状平面）８：吸収部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０８Ｊ 5/04 ＣＥＲＣ０８Ｊ 5/04 ＣＥＺＣＥＺＢ２９Ｋ 101:00 // Ｂ２９Ｋ 101:00 105:06 105:06 Ｂ２９Ｌ 31:30 Ｂ２９Ｌ 31:30 Ｃ０８Ｌ 101:00 Ｃ０８Ｌ 101:00 Ｂ２９Ｃ 67/14 Ｐ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】強化繊維とマトリクス樹脂とからなる繊維
強化樹脂製の柱状をしたエネルギー吸収部材であって、
繊維含有率が吸収部材の部位によって異なることを特徴
とする繊維強化プラスチック製衝撃エネルギー吸収部
材。
【請求項２】繊維含有率は、厚みが変化する部位におい
て、１．２〜３．０倍の範囲内で異なることを特徴とす
る請求項１に記載の繊維強化プラスチック製衝撃エネル
ギー吸収部材。
【請求項３】吸収部材の表面に、少なくとも３つの格子
点から形成される格子形状平面を有するエネルギー吸収
部を備えてなることを特徴とする繊維強化プラスチック
製衝撃エネルギー吸収部材。
【請求項４】格子点の繊維含有率は、格子点以外の部位
よりも１．２〜３．０倍の範囲内で高いことを特徴とす
る請求項３に記載の繊維強化プラスチック製衝撃エネル
ギー吸収部材。
【請求項５】３つの格子点で形成される格子形状平面の
面積は、１〜１０００ｃｍ²の範囲内にあることを特徴
とする請求項３または４に記載の繊維強化プラスチック
製衝撃エネルギー吸収部材。
【請求項６】エネルギー吸収部の衝突方向の厚さは、
０．１〜５０ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求
項３〜５のいずれかに記載の繊維強化プラスチック製衝
撃エネルギー吸収部材。
【請求項７】エネルギー吸収部は、格子点における高さ
（ｔ）と格子点の隣接辺の幅（Ｌ）との比（Ｈ／Ｌ）
が、１／２以上のボード状のものであることを特徴とす
る請求項３〜６のいずれかに記載の繊維強化プラスチッ
ク製衝撃エネルギー吸収部材。
【請求項８】格子内の一部またはすべてに、発泡フォー
ムまたは発泡モルタルが充填されていることを特徴とす
る請求項３〜７のいずれかに記載の繊維強化プラスチッ
ク製衝撃エネルギー吸収部材。
【請求項９】エネルギー吸収部の軸方向の上部、下部、
または上下部に、有機または無機材料のボードを貼り合
わせてなることを特徴とする請求項３〜８のいずれかに
記載の繊維強化プラスチック製衝撃エネルギー吸収部
材。
【請求項１０】強化繊維は、炭素繊維であって、その含
有率が１０〜７０ｗｔ％の範囲内であることを特徴とす
る請求項１〜９のいずれかに記載の繊維強化プラスチッ
ク製衝撃エネルギー撃吸収部材。
【請求項１１】エネルギー吸収部のボイド量は、２〜６
ｖｏｌ％の範囲内であることを特徴とする請求項３〜１
０のいずれかに記載の繊維強化プラスチック製衝撃エネ
ルギー吸収部材。
【請求項１２】エネルギー吸収量は、４０Ｊ／ｇ以上で
あることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載
の繊維強化プラスチック製衝撃エネルギー吸収部材。