JP4085980B2 - エネルギー吸収体及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、エネルギー吸収体及びその製造方法に係り、詳しくは衝撃力を受ける部位に配置されて使用されるとともに、繊維強化樹脂から成るエネルギー吸収体及びその製造方法に関する。

自動車の車体の前部や後部等の衝撃を受ける部位には衝撃時において変位し、かつ圧縮破壊されてエネルギーを吸収するエネルギー吸収体が設けられることが多い。例えば、車両のフロントサイドメンバやリヤサイドメンバは衝突エネルギーの吸収部材（エネルギー吸収体）として重要である。エネルギー吸収体を金属で形成した場合、重量が重くなる。そこで、軽量化を図るためエネルギー吸収体を繊維強化樹脂で形成することが行われている。

この種のエネルギー吸収体に対する要求性能として、変形初期において突発的に大きな荷重が掛からず、逐次的に圧縮破壊が進行して安定的にエネルギーを吸収することが可能であることが挙げられる。この要求を満たすエネルギー吸収体として、エネルギー吸収体の厚さがエネルギー吸収体に作用する圧縮荷重の方向においてエネルギー吸収体の先端側程薄くなるものが提案されている（特許文献１参照。）。特許文献１には、図８に示すように、四角筒状で先端側の壁６１ａの厚さが薄く基端（根本）側程厚く形成されたエネルギー吸収体６１が開示されている。また、壁６１ａの厚さを変更する構成として、エネルギー吸収体６１を構成する繊維強化樹脂の強化繊維を、図９に示すように、エネルギー吸収体６１への圧縮荷重の作用方向に沿って延びる繊維束６２の長さが異なる複数の層を積層した積層繊維で構成したものが開示されている。
米国特許第６４０６０８８号明細書（Ｆｉｇ３，Ｆｉｇ６）

特許文献１に開示されたエネルギー吸収体６１のように、エネルギー吸収体６１を構成する繊維強化樹脂として、エネルギー吸収体６１への圧縮荷重の作用方向に沿って延びる繊維束６２の長さが異なる複数の層を積層した積層繊維で強化繊維を構成した場合、繊維の配列が非常に面倒になる。なぜならば、長さが異なる繊維束の層を積層するには所定の長さで、かつ異なる長さに切断された繊維束を準備する必要があり、しかも、各繊維束を真っ直ぐに延びた状態に保持して配置するのが難しい。

本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その第１の目的は圧縮破壊の初期に圧縮荷重が大きくなるのを抑制することができるとともに、安定してエネルギーを吸収することができ、しかもエネルギー吸収量を高めることができるエネルギー吸収体を提供することにある。第２の目的は前記エネルギー吸収体を容易に製造することができるエネルギー吸収体の製造方法を提供することにある。

前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、繊維強化樹脂で形成されたエネルギー吸収体である。前記繊維強化樹脂の強化繊維は、連続繊維からなる繊維束が前記エネルギー吸収体の圧縮方向成分を持つように配列された圧縮方向繊維層を有する積層繊維群で構成されている。前記圧縮方向繊維層を構成する繊維束の配列密度が、前記エネルギー吸収体の先端側から基端側に向かって次第に高くなるように配列され、かつ、隣接する前記繊維束の中心の間隔が前記エネルギー吸収体の先端側から基端側に向かって次第に狭くなるように形成されている。ここで、「エネルギー吸収体の圧縮方向」とは、エネルギー吸収体の使用時において圧縮荷重を受ける際の圧縮方向を意味する。また、「圧縮方向成分を持つように配列される」とは、圧縮方向と平行あるいは圧縮方向に対して斜めに配列されることを意味する。

エネルギー吸収体によるエネルギーの吸収は、エネルギー吸収体の破壊によって行われ、破壊に必要な荷重が大きければエネルギー吸収量が多くなる。エネルギー吸収体が繊維強化樹脂で形成されている場合、樹脂の破壊だけでなく、強化繊維が破壊（破断）されることによりエネルギー吸収量が多くなる。この発明のエネルギー吸収体は、前記圧縮方向繊維層を構成する繊維束の配列密度が低い側が先端側となり、高い側が基端（根本）側となる状態で使用される。従って、圧縮破壊の初期には、繊維束の密度が低い先端側が破壊されるため、小さな圧縮荷重で破壊される。また、圧縮破壊が進むにつれて繊維束の量が多い部分が破壊されるため、圧縮荷重が大きくなり、エネルギー吸収量が多くなる。その結果、圧縮破壊の初期に圧縮荷重が大きくなるのを抑制することができるとともに、安定してエネルギーを吸収することができ、しかもエネルギー吸収量を高めることができる。また、この発明では、積層繊維群の密度が連続的に変化するエネルギー吸収体を得るのが、９０度繊維層を構成する繊維束の配列密度だけを変更する場合に比較して容易になる。

請求項２に記載の発明は、繊維強化樹脂で形成されたエネルギー吸収体である。前記繊維強化樹脂の強化繊維は、連続繊維からなる繊維束が前記エネルギー吸収体の圧縮方向成分を持つように配列された圧縮方向繊維層と、連続繊維からなる繊維束が前記圧縮方向と交差するように配列された９０度繊維層とを有する積層繊維群で構成されている。前記圧縮方向繊維層を構成する繊維束の配列密度及び前記９０度繊維層を構成する繊維束の配列密度の少なくとも一方の配列密度が、前記エネルギー吸収体の先端側から基端側に向かって次第に高くなるように配列され、かつ、隣接する前記繊維束の中心の間隔が前記エネルギー吸収体の先端側から基端側に向かって次第に狭くなるように形成されている。

この発明のエネルギー吸収体も、前記圧縮方向繊維層を構成する繊維束の配列密度が低い側が先端側となり、高い側が基端（根本）側となる状態で使用される。エネルギー吸収体は、前記圧縮方向と交差するように配列された繊維束で構成された９０度繊維層を有するため、エネルギー吸収体が破壊される際に該繊維束が破断されるため、エネルギー吸収量が多くなる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記９０度繊維層を構成する繊維束は前記圧縮方向と直交するように配列されている。この発明では、エネルギー吸収性能のバラツキが少ない状態で積層繊維群を形成するのが容易になる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記繊維強化樹脂は厚さがほぼ一定に形成されている。この発明では、エネルギー吸収体を製造する際、エネルギー吸収体を構成する繊維強化樹脂の強化繊維である積層繊維群に樹脂を含浸させる作業が、繊維強化樹脂の厚さが変化するエネルギー吸収体に比較して簡単になる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記繊維強化樹脂は厚さが前記一方側から他方側に向かって変化するように形成されている。この発明では、繊維束の量が同じで、厚さが一定の場合に比較して繊維強化樹脂の樹脂量が少なくなり、軽量化を図ることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記繊維強化樹脂は繊維体積含有率がほぼ一定に形成されている。ここで、「ほぼ一定」とは、変動範囲が５％以内を意味する。この発明では、繊維束の量が同じで、厚さが一定の場合に比較して繊維強化樹脂の樹脂量が少なくなり、軽量化を図ることができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記繊維強化樹脂は繊維体積含有率が前記一方側から他方側に向かって変化するように形成されている。この発明では、エネルギー吸収体を製造する際、エネルギー吸収体を構成する繊維強化樹脂の強化繊維である積層繊維群に樹脂を含浸させる作業が、繊維体積含有率がほぼ一定に形成されるエネルギー吸収体に比較して簡単になる。

請求項８に記載の発明は、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の発明において、前記積層繊維群は、繊維束の配列密度が低いほど繊維束の開繊量が大きく調整されるように形成されている。また、請求項９に記載の発明は、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の発明において、前記圧縮方向繊維層は、前記エネルギー吸収体の先端側から基端側にわたって同じ層数で積層されている。

請求項１０に記載の発明の製造方法は、先ず規制部材が所定ピッチで配置された支持体上に、繊維束を折り返し状に配列した繊維層を複数積層して積層繊維群を形成する。前記積層繊維群は、繊維束がエネルギー吸収体の圧縮方向成分を持つように配列された圧縮方向繊維層と、繊維束が前記圧縮方向と直交するように配列された９０度繊維層とを有する。また、積層繊維群は、前記圧縮方向繊維層を構成する繊維束の配列密度及び前記９０度繊維層を構成する繊維束の配列密度の少なくとも一方の配列密度が前記エネルギー吸収体の先端側から基端側に向かって次第に高くなるように配列し、隣接する前記繊維束の中心の間隔が前記エネルギー吸収体の先端側から基端側に向かって次第に狭くなるように形成される。その後、該積層繊維群の形態保持処理が行われ、その後、前記積層繊維群が前記支持体から取り外されて外形処理が行われる。その後、積層繊維群が樹脂含浸用金型内に配置され、積層繊維群に樹脂が含浸された後、樹脂が硬化される。

ここで、「積層繊維群の形態保持処理」とは、支持体上に積層された繊維束を規制部材から外した際に積層繊維群が崩れるのを防止して、積層繊維群を金型内に配置する作業を円滑に行うための処理である。積層繊維群の形態保持処理には、例えば、繊維束の一部を粘着剤や熱可塑性樹脂で仮止めしたり、積層繊維群を厚さ方向に貫通する結合糸（繊維束）を挿入したりする処理がある。また、「外形処理」とは、積層繊維群を金型内に配置するのに適した大きさ（所定の大きさ）にするため積層繊維群の周囲を切断加工することを意味する。

この発明では、先ず支持体上に積層繊維群が形成される。積層繊維群は、前記圧縮方向繊維層を構成する繊維束の配列密度及び前記９０度繊維層を構成する繊維束の配列密度の少なくとも一方の配列密度が前記圧縮方向の一方側から他方側に向かって次第に高くなるように形成される。そして、積層繊維群は繊維束の規制部材による規制が解除されても所定の形態を保持する状態で支持体から取り外される。その後、外形処理を受けた積層繊維群が樹脂含浸用金型内に配置され、樹脂の含浸及び硬化が行われてエネルギー吸収体が製造される。樹脂含浸用金型のキャビティの形状により、エネルギー吸収体の外形が決まる。

本発明のエネルギー吸収体によれば、圧縮破壊の初期に圧縮荷重が大きくなるのを抑制することができるとともに、安定してエネルギーを吸収することができ、しかもエネルギー吸収量を高めることができる。また、本発明の製造方法によれば、前記エネルギー吸収体を容易に製造することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１〜図４に従って説明する。図１（ａ）は圧縮方向繊維層の繊維束の配列状態を示す一部省略模式展開図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における部分模式拡大断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線における部分模式断面図、（ｄ）は９０度繊維層の繊維束の配列状態を示す模式展開図である。図２（ａ）はエネルギー吸収体の模式斜視図、（ｂ）はエネルギー吸収体を長手方向に切断した模式部分断面図である。図３は枠体の模式平面図、図４は金型内に積層繊維群がセットされて樹脂が含浸された状態の模式断面図である。

エネルギー吸収体は繊維強化樹脂で形成されている。図２（ａ）に示すように、エネルギー吸収体１１はほぼ円筒状に形成されるとともに、厚さがエネルギー吸収体１１の圧縮方向の一方側から他方側に向かって変化するように形成されている。「エネルギー吸収体１１の圧縮方向」とは、エネルギー吸収体１１の使用時において圧縮荷重を受ける際の圧縮方向を意味する。エネルギー吸収体１１は、使用時において所定の位置に固定される側となる基端側（根本側）から先端側に向かって薄くなるように形成されている。

図２（ｂ）に示すように、繊維強化樹脂の強化繊維は、連続繊維からなる繊維束がエネルギー吸収体１１の圧縮方向成分を持つように配列された圧縮方向繊維層１２と、繊維束がエネルギー吸収体１１の圧縮方向と直交するように配列された９０度繊維層１３とを有する積層繊維群１４で構成されている。なお、図２（ｂ）において黒丸は９０度繊維層１３を構成する繊維束を代表して表しており、図２（ｂ）において圧縮方向繊維層１２に挟まれた縦一列がそれぞれ９０度繊維層１３に対応する。圧縮方向繊維層１２及び９０度繊維層１３は交互に積層されている。また、積層繊維群１４には、積層繊維群１４を厚さ方向に貫通する結合糸１５が挿入されている。結合糸１５は、エネルギー吸収体１１を製造する工程の途中において積層繊維群１４を取り扱う際にその形態を保持する役割を果たす。

図１（ａ）に示すように、圧縮方向繊維層１２を構成する繊維束としての圧縮方向繊維束１２ａは、その配列密度が、エネルギー吸収体１１の先端側から基端側に向かって次第に高くなるように配列されている。即ち、圧縮方向繊維束１２ａはエネルギー吸収体１１の圧縮方向（図１（ａ）における上下方向）の一方側から他方側に向かって、その配列密度が次第に高くなるように配列されている。各圧縮方向繊維層１２において、エネルギー吸収体１１の先端側から基端側に向かって延びるように配列された隣接する圧縮方向繊維束１２ａの中心の間隔は、先端側から基端側に向かって狭くなる。従って、圧縮方向繊維束１２ａの殆どは、エネルギー吸収体１１の圧縮方向と平行ではなく、圧縮方向に対して傾斜する状態で配列されている。

なお、図１（ａ）では、便宜上、隣接する圧縮方向繊維束１２ａが離れているように図示したが、実際は、図１（ｂ），（ｃ）に示すように、各圧縮方向繊維束１２ａは扁平な状態で互いに接触する状態で配置されている。

一方、図１（ｄ）に示すように、９０度繊維層１３を構成する繊維束としての９０度繊維束１３ａは、その配列密度が一定となるように等間隔に配列されている。
結合糸１５は積層繊維群１４の一方の面でＵ字に折り返されており、他方の面では結合糸１５の配列ピッチだけ離れた挿入位置で再び積層繊維群１４に挿入された状態で連続している。結合糸１５がＵ字に折り返されている部分に抜け止め糸（図示せず）が挿通されており、結合糸１５及び抜け止め糸により、圧縮方向繊維層１２及び９０度繊維層１３が結合されている。

圧縮方向繊維束１２ａ、９０度繊維束１３ａ及び結合糸１５として、連続繊維から成る繊維束が使用されている。この実施形態では連続繊維として炭素繊維が使用されている。炭素繊維はフィラメント数が６０００〜４８０００本程度である。エネルギー吸収体１１のマトリックス樹脂としては熱硬化性樹脂が使用され、この実施形態ではエポキシ樹脂が使用されている。

エネルギー吸収体１１の厚さは１．５〜６ｍｍ程度であり、圧縮方向繊維層１２及び９０度繊維層１３の１層の厚さは０．１〜１．０ｍｍ程度である。圧縮方向繊維束１２ａ及び９０度繊維束１３ａの配列ピッチは目的とするエネルギー吸収量により適宜設定される。

次にエネルギー吸収体１１の製造方法を説明する。
先ず、支持体としての枠体を使用して、積層繊維群１４を形成する。図３に示すように、枠体１６は矩形状に形成され、規制部材としての多数のピン１６ａ，１６ｂが所定ピッチで着脱可能に立設されている。ピン１６ａのピッチは圧縮方向繊維束１２ａの配列ピッチに合わせて設定され、ピン１６ｂのピッチは９０度繊維束１３ａの配列ピッチに合わせて設定されている。

図３に示すように、圧縮方向繊維束１２ａはピン１６ａと係合する状態で折り返されて圧縮方向成分を持つように配列される。そして、圧縮方向繊維層１２が形成される。次に９０度繊維束１３ａが、ピン１６ｂと係合する状態で折り返されて圧縮方向と直交する方向に配列されて９０度繊維層１３が形成される。以下、圧縮方向繊維束１２ａの配列と、９０度繊維束１３ａの配列とが所定の回数繰り返されて積層繊維群１４が形成される。なお、圧縮方向繊維束１２ａ及び９０度繊維束１３ａの配列の際に繊維束の開繊が行われ、圧縮方向繊維束１２ａ及び９０度繊維束１３ａは扁平な状態で配列される。

なお、枠体１６を使用して圧縮方向繊維束１２ａを配列する際、ピン１６ａのみを利用して圧縮方向繊維束１２ａの配列を行うのではなく、９０度繊維束１３ａの配列用のピン１６ｂも利用して圧縮方向繊維束１２ａの配列を行うようにしてもよい。この場合は、枠体１６上に図１（ｂ）に示す状態に配列可能となり、後記する外形処理を行う際に、積層繊維群１４の切断除去量を少なくできる。

繊維束を開繊するとは、繊維束の幅を拡げて扁平にすることを意味する。繊維束の開繊は、例えば繊維束を配列する際に、繊維束を押圧することで行われ、押圧力の調整により開繊量即ち扁平の度合いを調整することができる。圧縮方向繊維束１２ａは配列密度が高い箇所ほど開繊量が少なくなるように開繊量が調整された状態で配列される。

図３では、圧縮方向繊維束１２ａ及び９０度繊維束１３ａの配列間隔が広く図示されているが、少なくとも圧縮方向繊維束１２ａは、隣接する圧縮方向繊維束１２ａ同士が接触する状態で配列される。

次に枠体１６上に積層された圧縮方向繊維束１２ａ及び９０度繊維束１３ａをピン１６ａ，１６ｂから外した際に積層繊維群１４が崩れるのを防止して、積層繊維群１４を金型内に配置する作業を円滑に行うために、積層繊維群１４の形態保持処理が行われる。この実施形態では形態保持処理として、積層繊維群１４に積層繊維群１４を厚さ方向に貫通する結合糸１５を挿入する。

結合糸１５の挿入は、例えば特開平８−２１８２４９号公報に開示されている方法により行われる。詳述すれば、積層繊維群１４の厚さ方向に、先端に孔を備え該孔に結合糸１５を掛止した図示しない挿入針を挿入する。挿入針は結合糸１５が掛止された孔が積層繊維群１４を貫通するまで前進する。その後、挿入針はわずかに後退される。その結果、結合糸１５はＵ字状のループを形成した状態となる。

次に図示しない抜け止め糸針が前記Ｕ字状のループ内を通過し、積層繊維群１４の端部まで到達した時点で停止する。この時抜け止め糸が抜け止め糸針の先端に掛止される。そして、抜け止め糸針が引き戻され、抜け止め糸が結合糸１５のＵ字状ループ内に挿通された状態になる。その状態で挿入針が引き戻され、結合糸１５により抜け止め糸が締め付けられて圧縮方向繊維層１２及び９０度繊維層１３が結合される。

次に、積層繊維群１４への樹脂の含浸、硬化作業が行われる。樹脂の含浸、硬化には、例えば、レジントランスファーモールディング（ＲＴＭ）法が採用される。ＲＴＭ法では、樹脂含浸用金型（成形金型）内に積層繊維群１４を配置し、この樹脂含浸用金型内に熱硬化性のマトリックス樹脂を注入して積層繊維群１４に含浸させた後、加熱硬化させることにより、エネルギー吸収体１１（繊維強化樹脂）が製造される。

図４に示すように、樹脂含浸用金型１７は下型１８と上型１９とからなり、下型１８及び上型１９には成形室１８ａ，１９ａがそれぞれ形成されている。成形室１８ａ，１９ａは、エネルギー吸収体１１の外径に対応した円錐台を構成するように形成されている。そして、円錐台状の内型２０の周面を覆うように配置した積層繊維群１４を内型２０とともに成形室１８ａ，１９ａ内に配置した状態で樹脂の含浸が行われる。内型２０は、成形室１８ａ，１９ａと内型２０外周面との間に配置された積層繊維群１４に樹脂が含浸された際に、その厚さが基端側から先端側に向かって徐々に薄くなるように形成されている。

上型１９には注入孔及びベント孔（いずれも図示せず）が形成され、注入孔にはマトリックス樹脂の注入管路２１に接続されたニップル２１ａが連結され、ベント孔には減圧装置に連結された管路２２に接続するためのニップル２２ａが連結されている。下型１８及び上型１９は、両者の間にシールリング（図示せず）が介在された状態で図示しないボルトにより締付け固定されるようになっている。

積層繊維群１４を樹脂含浸用金型１７内に収容するに先立って、その外形処理が行われる。「外形処理」とは、積層繊維群１４をエネルギー吸収体１１の形状に対応した所定の大きさ及び展開状態にするため、積層繊維群１４の周囲を切断加工することを意味する。

外形処理を行った後、積層繊維群１４を内型２０の周面を覆うように配置して成形室１８ａに収容（セット）する。積層繊維群１４を内型２０の周面を覆うように配置する際、樹脂液を積層繊維群１４に付けて貼り付けるようにしてもよい。その後、上型１９を被せて、下型１８及び上型１９をボルトで締め付ける。

次に図４に示すように、注入管路２１に注入孔側を接続し、管路２２にベント孔側を接続した状態で樹脂の注入を行う。先ず、注入管路２１側の弁２１ｂを閉じ、成形室１８ａ，１９ａ内を減圧とした後、弁２１ｂを開けて注入孔から樹脂含浸用金型１７内に樹脂を注入する。そして、管路２２の途中に設けられたガラス製の減圧トラップ（図示せず）によりベント孔からの樹脂の溢出を確認した後、管路２２側の弁２２ｂを閉じるとともに樹脂含浸用金型１７内を所定の圧力となるように加圧する。その状態で注入管路２１側の弁２１ｂを閉じ、樹脂含浸用金型１７を加熱してマトリックス樹脂を硬化させる。次いで樹脂含浸用金型１７が冷えた後に樹脂含浸用金型１７を開いて成型品を取り出し、ばり取りを行うことによりエネルギー吸収体１１の製造が完了する。エネルギー吸収体１１は、その厚さが基端側から先端側に向かって徐々に薄くなり、繊維強化樹脂は繊維体積含有率がほぼ一定に形成されている。

前記のように構成されたエネルギー吸収体１１は、先端側から圧縮荷重を受ける状態で使用される。エネルギー吸収体１１に圧縮荷重が作用して、その大きさがエネルギー吸収体１１の破壊を生じさせる大きさであれば、エネルギー吸収体１１は破壊されてエネルギーが吸収される。エネルギー吸収体１１が破壊される際、エネルギー吸収体１１を構成する繊維強化樹脂の樹脂だけでなく強化繊維が破断されることにより破壊に必要な荷重が大きくなり、エネルギー吸収量も多くなる。

エネルギー吸収体１１は、圧縮方向繊維束１２ａの密度が先端側ほど低くなるように形成されているため、圧縮破壊の初期には、繊維束の密度が低い先端側が小さな圧縮荷重で破壊される。また、圧縮破壊が進むにつれて繊維束の量が多い部分が破壊されるため、圧縮荷重が大きくなり、エネルギー吸収量が多くなる。即ち、圧縮破壊の初期荷重が小さくなり、破壊が開始された後は、逐次破壊が進展し、突発的に圧縮荷重が大きくなることなく、安定して破壊が進行してエネルギーが吸収される。

この実施の形態では以下の効果を有する。
（１） エネルギー吸収体１１を構成する繊維強化樹脂の強化繊維は、連続繊維からなる圧縮方向繊維束１２ａがエネルギー吸収体１１の圧縮方向成分を持つように配列された圧縮方向繊維層１２と、前記圧縮方向と直交するように配列された９０度繊維層１３とを有する積層繊維群１４で構成されている。そして、積層繊維群１４を構成する繊維束の配列密度が、前記圧縮方向の一方側から他方側に向かって次第に高くなるように配列されている。従って、エネルギー吸収体１１を繊維束の配列密度が高い側を基端側として使用することにより、圧縮破壊の初期に圧縮荷重が大きくなるのを抑制することができるとともに、安定してエネルギーを吸収することができ、しかもエネルギー吸収量を高めることができる。

（２） 圧縮方向繊維層１２を構成する圧縮方向繊維束１２ａの配列密度が、前記圧縮方向の一方側から他方側に向かって次第に高くなるように配列されている。従って、エネルギー吸収体１１を構成する積層繊維群１４の密度を連続的に変化させるのが、９０度繊維束１３ａの配列ピッチを調整して変化させるのに比較して容易になる。

（３） 繊維強化樹脂は厚さが一方側から他方側に向かって変化するように形成されている。従って、繊維束の量が同じで、厚さが一定の場合に比較して繊維強化樹脂の樹脂量が少なくなり、軽量化を図ることができる。

（４） 繊維強化樹脂は繊維体積含有率がほぼ一定に形成されている。従って、繊維束の量が同じで、厚さが一定の場合（繊維体積含有率が変化する場合）に比較して繊維強化樹脂の樹脂量が少なくなり、軽量化を図ることができる。

（５） 圧縮方向繊維束１２ａの配列が、枠体１６に固定されたピン１６ａ間で折り返すことで行われるため、異なる長さの繊維束を層毎に圧縮方向に沿って配列する特許文献１に記載された方法に比較して、配列作業が簡単になる。

（６） エネルギー吸収体１１の製造方法は、ピン１６ａ，１６ｂが所定ピッチで配置された枠体１６上に、繊維束を折り返し状に配列した繊維層を複数積層して積層繊維群１４を形成する。積層繊維群１４は、繊維束がエネルギー吸収体１１の圧縮方向成分を持つように配列された圧縮方向繊維層１２と、繊維束が前記圧縮方向と直交するように配列された９０度繊維層１３とを有する。また、積層繊維群１４は、圧縮方向繊維層１２を構成する圧縮方向繊維束１２ａの配列密度が前記圧縮方向の一方側から他方側に向かって次第に高くなるように形成される。そして、積層繊維群１４が形成された後、積層繊維群１４の形態保持処理が行われ、その後、積層繊維群１４が枠体１６から取り外されて外形処理が行われる。その後、積層繊維群１４が樹脂含浸用金型１７内に配置され、積層繊維群１４に樹脂が含浸された後、樹脂が硬化される。

従って、樹脂含浸用金型１７のキャビティ（成形室１８ａ，１９ａ）の形状により、エネルギー吸収体の外形が決まり、キャビティの形状と内型２０の形状とによりエネルギー吸収体１１の内側の形状が決まる。その結果、径が基端から先端に向かって徐々に変化し、厚さが一定のほぼ円筒状のエネルギー吸収体１１を容易に形成することができる。

（７） 形態保持処理として、積層繊維群１４をその厚さ方向に貫通する結合糸１５を挿入している。そのため、エネルギー吸収体１１に圧縮荷重が作用してエネルギー吸収体１１が破壊される際、結合糸１５が圧縮方向繊維層１２及び９０度繊維層１３の層間の剥離を防止する機能を果たし、その分、破壊に必要なエネルギーが多くなる。その結果、形態保持処理として、圧縮方向繊維層１２及び９０度繊維層１３の一部を粘着剤などで仮止めする方法を採用した場合に比較して、エネルギー吸収量を増やすことができる。

（８） 圧縮方向繊維束１２ａは配列密度が圧縮方向に沿って変化するように配列されているが、隣接する圧縮方向繊維束１２ａ同士が完全に樹脂で分離されているのではなく、圧縮方向繊維束１２ａ同士が接触するように配置されている。従って、隣接する圧縮方向繊維束１２ａ同士が完全に樹脂で分離されている場合に比較して、圧縮破壊に必要なエネルギーが大きくなり、エネルギー吸収量が増加する。

（第２の実施形態）
次に第２の実施形態を図５（ａ），（ｂ）に従って説明する。この実施形態では、エネルギー吸収体１１が厚さ一定で外径も一定の円筒状に形成されている点が前記第１の実施形態と異なっている。その他の構成は同じである。第１の実施形態と同様な部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。なお、図５（ａ）はエネルギー吸収体１１の模式断面図、（ｂ）は樹脂含浸用金型１７内の積層繊維群１４に樹脂が含浸された状態の模式断面図である。

この実施形態のエネルギー吸収体１１を製造する場合、枠体１６上に積層繊維群１４を形成し、積層繊維群１４に結合糸１５を挿入して形態保持処理を行うまでは第１の実施形態と同じである。積層繊維群１４に対する樹脂の含浸、硬化に使用する樹脂含浸用金型１７は、成形室１８ａ，１９ａの形状が一定径の円柱を構成するように形成されている。また、内型２３として一定径の円柱状のものが使用される。そして、その後、積層繊維群１４が枠体１６から取り外されて外形処理が行われる。その後、積層繊維群１４が樹脂含浸用金型１７内に配置され、積層繊維群１４に樹脂が含浸された後、樹脂が硬化される。エネルギー吸収体１１を構成する繊維強化樹脂は厚さがほぼ一定に形成されているため、繊維体積含有率はエネルギー吸収体１１の圧縮方向において一方側から他方側に向かって変化するように形成されている。

この実施形態のエネルギー吸収体１１も圧縮方向繊維束１２ａの配列密度が大きい側を基端側として使用される。この第２の実施形態においては、第１の実施形態の（１），（２），（５）〜（８）と同様な効果を有する他に次の効果を有する。

（９） 繊維強化樹脂は厚さがほぼ一定に形成されている。従って、エネルギー吸収体１１を製造する際、エネルギー吸収体１１を構成する繊維強化樹脂の強化繊維である積層繊維群１４に樹脂を含浸させる作業が、繊維強化樹脂の厚さが変化するエネルギー吸収体１１に比較して簡単になる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ エネルギー吸収体１１を構成する繊維強化樹脂の強化繊維は、連続繊維からなる繊維束がエネルギー吸収体１１の圧縮方向成分を持つように配列された圧縮方向繊維層を有する積層繊維群で構成され、前記圧縮方向繊維層を構成する繊維束の配列密度が、前記圧縮方向の一方側から他方側に向かって次第に高くなるように配列されていればよい。例えば、前記第１及び第２の実施形態と異なり、圧縮方向繊維束１２ａのみで積層繊維群１４が構成されていてもよい。圧縮方向繊維束１２ａのみで積層繊維群１４が構成される例として、圧縮方向繊維束１２ａの配列密度がエネルギー吸収体１１の圧縮方向の一方側から他方側に向かって次第に高くなるように配列された圧縮方向繊維層１２として、前記配列密度が異なる圧縮方向繊維層１２が重なるように積層された積層繊維群１４がある。

○ 圧縮方向繊維束１２ａのみで構成された積層繊維群１４として、圧縮方向繊維束１２ａの配列密度がエネルギー吸収体１１の圧縮方向の一方側から他方側に向かって次第に高くなるように配列された圧縮方向繊維層１２と、圧縮方向繊維束１２ａの配列密度が一定に配列された圧縮方向繊維層１２とが積層された構成のものを使用してもよい。

○ 圧縮方向繊維層１２と９０度繊維層１３とが積層された積層繊維群１４においても、一部の圧縮方向繊維層１２として圧縮方向繊維束１２ａの配列密度が一定の圧縮方向繊維層１２を設けてもよい。

○ 圧縮方向繊維層１２と、９０度繊維層１３とが積層された積層繊維群１４において、圧縮方向繊維束１２ａの配列密度が全ての圧縮方向繊維層１２において同じではなく、異なる配列密度の圧縮方向繊維層１２が積層された積層繊維群１４を強化繊維としてもよい。

○ ９０度繊維層１３を構成する９０度繊維束１３ａの配列方向は、エネルギー吸収体１１の圧縮方向と直交する方向に限らず前記圧縮方向と交差する方向であればよい。交差する角度としては、圧縮方向との成す角度が４５〜９０度が好ましい。

○ 積層繊維群１４が圧縮方向繊維層１２と９０度繊維層１３とを有する場合、積層繊維群１４を構成する圧縮方向繊維束１２ａ及び９０度繊維束１３ａの配列密度の少なくとも一方の配列密度が、エネルギー吸収体１１の圧縮方向の一方側から他方側に向かって次第に高くなるように配列されていればよい。従って、例えば、図６（ａ）に示すように、圧縮方向繊維束１２ａの配列密度を一定として、９０度繊維束１３ａの配列密度がエネルギー吸収体１１の圧縮方向の一方側から他方側に向かって次第に高くなるように配列された構成としてもよい。この場合、エネルギー吸収体１１の基端側の９０度繊維束１３ａの密度が高くなるため、圧縮破壊される際に繊維破断を起こす９０度繊維束１３ａの量が増え、圧縮破壊に必要な荷重が増加して効果的にエネルギーが吸収される。

○ 図６（ｂ）に示すように、圧縮方向繊維束１２ａ及び９０度繊維束１３ａの両方の配列密度を変更してもよい。この場合、前記各実施形態よりエネルギー吸収量が増加する。

○ エネルギー吸収体１１の形状は円筒状に限らない、例えば図７（ａ）に示すように断面形状が所謂ハット型や、図７（ｂ）に示すようにハット型が連続する形状としたり、図７（ｃ）に示すように角筒状としてもよい。また、エネルギー吸収体１１の断面形状を波形としてもよい。これらの形状のエネルギー吸収体１１も第１及び第２の実施形態のように、枠体１６を使用して積層繊維群１４を構成した後、エネルギー吸収体１１の形状に対応した成形室１８ａ，１９ａを備えた樹脂含浸用金型１７を使用して製造される。角筒状のエネルギー吸収体１１を製造する場合は、角柱状の内型を使用する。

○ 筒状で９０度繊維束１３ａの配列密度が変化するエネルギー吸収体１１は、フィラメントワインディング法で形成することも可能である。例えば、マンドレルの両端に圧縮方向繊維束１２ａを折り返し状に配列するピンを所定ピッチで配置し、樹脂が荷重された繊維束を前記ピンに係止させてマンドレルの軸方向に沿って配列する配列作業と、フープ巻きとを交互に行う。フープ巻きの際には、そのピッチをマンドレルの一端側から他端側に向かって次第に広くなるように配列する。

○ エネルギー吸収体１１の製造に際して、積層繊維群１４を形成した後、形態保持処理を行う場合、積層繊維群１４に結合糸１５を形成する方法に代えて、粘着剤や熱可塑性樹脂等で圧縮方向繊維束１２ａ及び９０度繊維束１３ａを所々仮止めしてもよい。粘着剤として、ゴムを主材とし粘着付与剤（タッキファイヤー）として樹脂を組み合わせたゴム・樹脂系の粘着剤を使用してもよい。積層繊維群１４の形態保持処理に結合糸１５を使用せず、粘着剤等で仮止めする場合、圧縮方向繊維束１２ａ及び９０度繊維束１３ａの配列に使用する支持体として、枠体１６ではなく支持板の周囲にピン１６ａ，１６ｂが固定された物を使用してもよい。

○ 圧縮方向繊維束１２ａ及び９０度繊維束１３ａを構成する繊維束として、太さの異なる繊維束を使用してもよい。
○ 圧縮方向繊維束１２ａ、９０度繊維束１３ａ、結合糸１５及び抜け止め糸である繊維束は炭素繊維に限らず、エネルギー吸収体１１の要求性能、用途に応じてガラス繊維、ポリアラミド繊維等種々のものを使用してもよい。

○ エネルギー吸収体１１を構成する熱硬化樹脂としてエポキシ樹脂に限らず、フェノール樹脂や不飽和ポリエステル樹脂等を使用してもよい。
○ エネルギー吸収体１１を構成するマトリックス樹脂として熱硬化性樹脂に代えて、熱可塑性樹脂を使用してもよい。マトリックス樹脂として熱可塑性樹脂を使用する場合は、積層繊維群１４に溶融含浸成形法など一般の含浸法で熱可塑性樹脂が含浸され、冷却されてエネルギー吸収体１１が形成される。熱可塑性樹脂としては、例えば、ナイロン、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネートなどが使用される。

○ エネルギー吸収体１１を構成するマトリックス樹脂として熱可塑性樹脂を使用する場合、繊維束全体に熱可塑性樹脂が含浸された状態のものを使用して、圧縮方向繊維束１２ａ及び９０度繊維束１３ａの配列を行った後、一体化して板材を製作し、その板材を成形型内にセットして、加熱軟化させて所定の形状のエネルギー吸収体１１を製造してもよい。

以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１） 請求項９に記載の発明において、前記形態保持処理は前記積層繊維群に、積層繊維群を貫通する繊維束を挿通することにより行われる。

（２） 請求項９に記載の発明において、前記形態保持処理は前記積層繊維群を構成する圧縮方向繊維層及び９０度繊維層の一部を粘着剤や熱可塑性樹脂で仮止めすることにより行われる。

（ａ）は第１の実施形態の圧縮方向繊維層の繊維束の配列状態を示す一部省略模式展開図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における部分模式拡大断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線における部分模式断面図模式図、（ｄ）は９０度繊維層の繊維束の配列状態を示す模式展開図。 （ａ）はエネルギー吸収体の模式斜視図、（ｂ）は部分模式断面図。 枠体の模式平面図。 金型内の積層繊維群に樹脂が含浸された状態の模式断面図。 （ａ）は第２の実施形態のエネルギー吸収体の模式断面図、（ｂ）は金型内に積層繊維群をセットした状態の模式断面図。 （ａ）は圧縮方向繊維層及び９０度繊維層の繊維束の配列状態を示す模式図、（ｂ）は別の実施形態の各繊維束の配列状態を示す模式図。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は別の実施形態のエネルギー吸収体の模式斜視図。 従来技術のエネルギー吸収体の模式断面図。 従来技術のエネルギー吸収体の部分模式斜視図。

符号の説明

１１…エネルギー吸収体、１２…圧縮方向繊維層、１２ａ…連続繊維からなる繊維束としての圧縮方向繊維束、１３…９０度繊維層、１３ａ…連続繊維からなる繊維束としての９０度繊維束、１４…積層繊維群、１６…支持体としての枠体、１６ａ，１６ｂ…規制部材としてのピン、１７…樹脂含浸用金型。

Claims (10)

1. 繊維強化樹脂で形成されたエネルギー吸収体であって、前記繊維強化樹脂の強化繊維は、連続繊維からなる繊維束が前記エネルギー吸収体の圧縮方向成分を持つように配列された圧縮方向繊維層を有する積層繊維群で構成され、前記圧縮方向繊維層を構成する繊維束の配列密度が、前記エネルギー吸収体の先端側から基端側に向かって次第に高くなるように配列され、かつ、隣接する前記繊維束の中心の間隔が前記エネルギー吸収体の先端側から基端側に向かって次第に狭くなるように形成されているエネルギー吸収体。
2. 繊維強化樹脂で形成されたエネルギー吸収体であって、前記繊維強化樹脂の強化繊維は、連続繊維からなる繊維束が前記エネルギー吸収体の圧縮方向成分を持つように配列された圧縮方向繊維層と、連続繊維からなる繊維束が前記圧縮方向と交差するように配列された９０度繊維層とを有する積層繊維群で構成され、前記圧縮方向繊維層を構成する繊維束の配列密度及び前記９０度繊維層を構成する繊維束の配列密度の少なくとも一方の配列密度が、前記エネルギー吸収体の先端側から基端側に向かって次第に高くなるように配列され、かつ、隣接する前記繊維束の中心の間隔が前記エネルギー吸収体の先端側から基端側に向かって次第に狭くなるように形成されているエネルギー吸収体。
3. 前記９０度繊維層を構成する繊維束は前記圧縮方向と直交するように配列されている請求項２に記載のエネルギー吸収体。
4. 前記繊維強化樹脂は厚さがほぼ一定に形成されている請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のエネルギー吸収体。
5. 前記繊維強化樹脂は厚さが前記一方側から他方側に向かって変化するように形成されている請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のエネルギー吸収体。
6. 前記繊維強化樹脂は繊維体積含有率がほぼ一定に形成されている請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のエネルギー吸収体。
7. 前記繊維強化樹脂は繊維体積含有率が前記一方側から他方側に向かって変化するように形成されている請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のエネルギー吸収体。
8. 前記積層繊維群は、繊維束の配列密度が低いほど繊維束の開繊量が大きく調整されるように形成されている請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載のエネルギー吸収体。
9. 前記圧縮方向繊維層は、前記エネルギー吸収体の先端側から基端側にわたって同じ層数で積層されている請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載のエネルギー吸収体。
10. 規制部材が所定ピッチで配置された支持体上に、繊維束を折り返し状に配列した繊維層を複数積層して、繊維束がエネルギー吸収体の圧縮方向成分を持つように配列された圧縮方向繊維層と、繊維束が前記圧縮方向と直交するように配列された９０度繊維層とを有する積層繊維群を、前記圧縮方向繊維層を構成する繊維束の配列密度及び前記９０度繊維層を構成する繊維束の配列密度の少なくとも一方の配列密度が前記エネルギー吸収体の先端側から基端側に向かって次第に高くなるように配列し、隣接する前記繊維束の中心の間隔が前記エネルギー吸収体の先端側から基端側に向かって次第に狭くなるように形成した後、前記積層繊維群の形態保持処理を行い、その後、前記積層繊維群を前記支持体から取り外して外形処理を行った後、樹脂含浸用金型内に配置し、前記積層繊維群に樹脂を含浸させた後、樹脂を硬化させるエネルギー吸収体の製造方法。

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