(57)【要約】【課題】衝撃時の衝撃荷重を繊維方向に沿って受ける木材を備える車両の衝撃吸収部材において、潰れる前の寸法に対して効率よくクラッシュストロークを確保する。【解決手段】衝突時の衝撃荷重Ｆを繊維方向に沿って受ける木材３１と、該木材３１の繊維方向の外周を囲う枠体４１とを備える衝撃吸収部材２１を備えた衝撃吸収構造１１において、木材３１は、衝撃荷重Ｆにより圧縮されながら潰れ、且つその潰れた部分が食み出すことのできる孔部３３が繊維方向に延びて形成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
衝突時の衝撃荷重を繊維方向に沿って受ける木材と、該木材の繊維方向の外周を囲う枠体とを備える衝撃吸収部材を備えた車両の衝撃吸収構造であって、
前記木材は、衝撃荷重により圧縮されながら潰れ、且つその潰れた部分が食み出すことのできる孔部が繊維方向に延びて形成されていることを特徴とする車両の衝撃吸収構造。
【請求項２】
請求項１に記載の車両の衝撃吸収構造であって、
前記木材は、繊維方向の一端面が車両骨格部材の被取付面に当接した状態で前記車両骨格部材に接続されており、
前記車両骨格部材の被取付面には位置決め突起が設けられており、前記木材の孔部の開口部を前記位置決め突起に外嵌させることで、前記木材が前記車両骨格部材の被取付面に対して位置決めされていることを特徴とする車両の衝撃吸収構造。
【請求項３】
請求項２に記載の車両の衝撃吸収構造であって、
前記位置決め突起は、車両骨格部材の被取付面をバーリング加工することにより形成されていることを特徴とする車両の衝撃吸収構造。
【請求項４】
請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の車両の衝撃吸収構造であって、
前記衝撃吸収部材は、筒状で前記孔部に内嵌されており、その端部から前記木材の潰れた部分が前記孔部に食み出すのを許容するガイド部材を備えることを特徴とする車両の衝撃吸収構造。
【請求項５】
請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の車両の衝撃吸収構造であって、
前記木材は、分割形成されて組み合わされてなることを特徴とする車両の衝撃吸収構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の衝撃吸収構造に関する。特に、衝突時の衝撃を繊維方向の圧縮荷重として受ける木材を備える衝撃吸収部材を備えた車両の衝撃吸収構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１では、車両前部にてバンパリインフォースとサイドメンバとの間に介装され、軸方向に圧縮荷重を受ける角筒状の金属製中空部材からなる衝撃吸収部材において、繊維方向を衝撃荷重の方向と一致させた状態で木材を充填することが提案されている。この場合、金属製中空部材単体で衝撃を吸収する場合に比べ、衝突初期の圧縮荷重の跳ね上がりが抑制されるとともに、その後の圧縮荷重の変動が抑制して、衝撃エネルギーの吸収量を高めることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１８２７６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
木材では、樹木の幹で縦方向に並んだ細胞の内部が空洞化している。そのため、木材は、細胞壁で区切られた多数の細孔を有する多孔質構造であり、細胞壁を構成する繊維で縦方向に補強されている。木材は、かかる元来有する特徴的な構造により、縦方向（繊維方向）に荷重を加えて真っ直ぐに潰せば細孔が順次潰れて圧縮されるため、反力としての圧縮荷重の初期の跳ね上がりが小さく、その後の圧縮荷重が変動しにくいという、優れた衝撃吸収性能を発揮することが期待される。
【０００５】
しかし、特許文献１の衝撃吸収部材では、金属製中空部材内にその中空部と略同サイズの木材が嵌入されており、木材の細孔が順次潰れた後に残る木材の実質部分、すなわち細胞壁が金属製中空部材内で詰まり、衝撃吸収部材が潰れるのが妨げられる。そのため、一定のクラッシュストロークを確保して衝撃吸収量を一層高めるためには、衝撃吸収部材の寸法を、衝撃荷重の方向に長くしなければならならない。これに対し、特にコンパクトカーなどでは、車室空間を広く確保しながらも車体の全長を短くするために、衝撃吸収部材においては、より短い寸法で効率よくクラッシュストロークを確保することが要求されている。
【０００６】
そこで、本発明は、衝撃時の衝撃荷重を繊維方向に沿って受ける木材を備える車両の衝撃吸収部材において、潰れる前の寸法に対して効率よくクラッシュストロークを確保することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、衝突時の衝撃荷重を繊維方向に沿って受ける木材と、該木材の繊維方向の外周を囲う枠体とを備える衝撃吸収部材を備えた車両の衝撃吸収構造であって、前記木材は、衝撃荷重により圧縮されながら潰れ、且つその潰れた部分が食み出すことのできる孔部が繊維方向に延びて形成されている。
【０００８】
かかる衝撃吸収構造によれば、衝撃吸収部材を構成する木材は、元来多孔質構造を形成する細孔が衝撃を受けることで潰れて圧縮されながら潰れる。このとき、木材の潰れた部分、すなわち細孔が潰れて残った実質部分（細胞壁）が孔部に食み出しながら潰れる。そのため、木材全体としての潰れ度合いを大きくすることができる。ひいて、クラッシュストロークが長くなり、潰れる前の寸法に対して効率よくクラッシュストロークを確保することが可能である。
【０００９】
この衝撃吸収構造では、一実地形態において、木材は、繊維方向の一端面が車両骨格部材の被取付面に当接した状態で車両骨格部材に接続される。車両骨格部材の被取付面には位置決め突起が設けられており、前記木材の孔部の開口部を前記位置決め突起に外嵌させることで、木材が車両骨格部材の被取付面に対して位置決めされているのが好ましい。かかる位置決め手段によれば、容易に木材を車両骨格部材の被取付面に対して位置決めすることができる。車両骨格部材の被取付面に設けられた位置決め突起が、バーリング加工により形成されていると、容易に位置決め突起を形成することができてより好ましい。
【００１０】
また、衝撃吸収部材は、筒状で前記孔部に内嵌されており、その端部から木材の潰れた部分が孔部に食み出すのを許容するガイド部材を備えるのも好ましい。この場合、ガイド部材により、木材が折れ曲がることなくより確実に圧縮されながら潰れることで、その衝撃吸収性能をより的確に発揮することができ、且つ、木材の潰れ度合いを大きくすることができる。
【００１１】
また、木材は、分割形成されて組み合わせてなるものでもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、木材の潰れる前の圧縮方向の寸法に対して、効率よくクラッシュストロークを確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態１に係る車両の衝撃吸収構造を模式的に示す平面図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る衝撃吸収部材の斜視図である。
【図３】図１に示される衝撃吸収構造のIII-III断面図である。
【図４】本発明の実施形態２に係る衝撃吸収部材の斜視図である。
【図５】本発明の実施形態２に係る衝撃吸収構造の断面を図３に対応して示す図である。
【図６】本発明に係る変更例１の衝撃吸収部材を示す平面図である。
【図７】本発明に係る変更例２の衝撃吸収部材を示す平面図である。
【図８】本発明に係る変更例３の衝撃吸収部材を示す平面図である。
【図９】試験例１の結果を示すグラフであり、Ｎｏ．１及びＮｏ．８の衝撃吸収部材について、荷重（圧縮荷重）とストローク（潰れ量）との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［実施形態１］
図１〜図３を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。本実施形態の車両の衝撃吸収構造１１は、自動車の前部にて衝突時の衝撃を受け、その衝撃荷重Ｆを吸収する機構である。
【００１５】
＜衝撃吸収構造１１の構成＞
衝撃吸収構造１１は、バンパリインフォース１３と左右のサイドメンバ１５との間に介装された衝撃吸収部材２１を備える。なお、図中に矢印で示される前後左右は、車両の前後左右方向を示す。
【００１６】
バンパリインフォース１３は、アルミニウム合金の押出材や鉄鋼等からなる筒状の剛体であり、車体の前部において左右に延びて配設されている。サイドメンバ１５は、鉄鋼等からなる筒状の剛体であり、車両前後方向に沿って、幅方向に離間して対で配され、車両の骨格を構成する。図３に示されるように、サイドメンバ１５は筒状の本体１５ａを備え、その前端は板状の蓋部材１５ｂで塞がれている。蓋部材１５ｂにより形成されたサイドメンバ１５の前端面が、衝撃吸収部材２１が取り付けられる被取付面１７を構成している。被取付面１７には、位置決め突起１９が形成されている。位置決め突起１９は、蓋部材１５ｂにバーリング加工することにより形成されており、円形の穴の外周から立ち上がった環状の突起である。このサイドメンバ１５が、本発明の車両骨格部材に相当する。
【００１７】
衝撃吸収部材２１は、正四角柱状の木材３１と、木材３１の軸方向の外周を囲う枠体４１とからなる。衝撃吸収部材２１は、衝撃荷重Ｆを軸方向の圧縮荷重として受けるように配設されており、軸方向が車両の前後方向に指向して配設される。
【００１８】
木材３１は、その繊維方向が軸方向と平行になるように製材されている。したがって、木材３１は、衝撃荷重Ｆを繊維方向に受け、繊維方向に圧縮される。すなわち、衝撃荷重Ｆを受ける面に年輪が見えるように配されている（図２参照）。木材３１には、孔部３３が形成されている。孔部３３は、木材３１の軸方向（繊維方向）に延びて形成されている。孔部３３は、軸方向に直交する断面が円形である。孔部３３は、木材３１自体と同軸で一箇所形成されている。図３に示されるように、孔部３３は、木材３１の一端面から他端面まで貫通し、その全長に亘って同じ大きさの孔として形成されている。孔部３３の軸方向に直交する断面の大きさは、この孔部３３が設けられることで肉薄になった木材３１が、軸方向の荷重によって折れ曲がるのではなく、軸方向に圧縮変形することのできる大きさの範囲内にて設定される。後で詳述するが、衝撃吸収部材２１が衝撃荷重Ｆを受けて木材３１が圧縮されて潰れると、潰れた木材３１が孔部３３に食み出すことで、クラッシュストロークを長くすることができる。したがって、孔部３３の大きさは、上記範囲内において、潰れた木材３１がこの孔部３３に入り込むことで、木材３１全体がより高度に潰れることが可能となる大きさとされる。木材３１の種類は特に限定されず、例えば、スギ、ヒノキ、マツ等の針葉樹や、ケヤキやブナ等の広葉樹を用いることができる。
【００１９】
枠体４１は、正四角筒状であり、例えば、アルミニウムや鉄などの金属からなる。枠体４１の内周寸法は、木材３１の軸周りの外周寸法よりも一回り大きく、木材３１は、枠体４１の内周面との間に僅かな間隙を形成して枠体４１に収容されている。枠体４１の軸方向の寸法は木材３１と同じであり、枠体４１によって木材３１の外周面が過不足無く覆われている。枠体４１は、衝撃荷重Ｆを受けて木材３１とともに軸方向に潰れることができるものであり、厚みは０．５ｍｍ程度とされる。
【００２０】
衝撃吸収部材２１は、サイドメンバ１５と同軸で配設されている。衝撃吸収部材２１は、枠体４１の軸方向の一端部がサイドメンバ１５の被取付面１７に溶接され、他端部がバンパリインフォース１３に溶接されている。これにより、枠体４１を介してサイドメンバ１５とバンパリインフォース１３とが連結されている。木材３１は、枠体４１に収容された状態で、孔部３３の一端部の開口部３５が被取付面１７の位置決め突起１９に外嵌されることで被取付面１７に対して位置決めされるとともに、枠体４１に対しても位置決めされている。
【００２１】
衝撃吸収構造１１の組立ては、例えば、次のように行うことができる。先ず、サイドメンバ１５の被取付面１７と枠体４１とを溶接する。次に、枠体４１に木材３１を収容し、木材３１に形成された孔部３３の開口部３５を被取付面１７の位置決め突起１９に外嵌する。次に、枠体４１とバンパリインフォース１３とを溶接する。これにより、衝撃吸収構造１１を組立てることができる。
【００２２】
［衝撃吸収構造１１の衝撃吸収機構］
衝撃吸収構造１１によれば、車両の前方衝突時、バンパリインフォース１３に前方からの衝撃荷重Ｆが加わると、より剛性の高いバンパリインフォース１３とサイドメンバ１５とに挟まれた衝撃吸収部材２１が潰れることで衝撃を吸収する。衝撃吸収部材２１に衝撃荷重Ｆが加わると、枠体４１は、それ自体は蛇腹状に変形して軸方向に潰れながら、木材３１の転倒するのを抑制する。そのため、木材３１は、枠体４１の内部にて、軸方向に略真っ直ぐに圧縮させられながら潰れる。木材３１は、元来、細胞の空洞化により多数の細孔が形成された多孔質構造であり、衝撃荷重Ｆを受けて略真っ直ぐに潰れると、細孔が順次潰れることで、応力としての圧縮荷重は、衝突初期の跳ね上がりが小さく、且つ、変動が少ない。木材３１は、細孔が潰れて残った実質部分（細胞壁）が緻密になりながら全体の潰れが進行するが、このとき、実質部分が孔部３３に蛇腹状に食み出しながら潰れるため、全体として、スムーズに且つより高度に潰すことが可能である。したがって、この衝撃吸収部材２１によれば、応力としての圧縮荷重の変動を抑えながら、効率よくクラッシュストロークを確保することができる。ひいて、衝撃吸収部材２１の軸方向の寸法を短くして設置スペースを小さくすることができるとともに、衝撃吸収部材２１を軽量化することが可能である。
【００２３】
＜実施形態２＞
図４、図５を参照しながら本発明の別の実施形態について説明する。本実施形態の衝撃吸収構造１２では、両図に示されるように、衝撃吸収部材２２が、木材３１と枠体４１とを備え、更にガイド部材５１を備えている。以下、上記実施形態１との相違点を中心に説明し、実施形態１と同様の構成については図中に同じ符号で示し、その詳細な説明は省略する。
【００２４】
ガイド部材５１は、円筒状であり、例えば、アルミニウムや鉄などの金属からなる。ガイド部材５１の外径は、孔部３３の内径と略一致しており、孔部３３の内壁に沿って、孔部３３に収容されている。図５に示されるように、ガイド部材５１の軸方向長さは、孔部３３の軸方向長さよりも若干短い。ガイド部材５１は、衝撃荷重Ｆが入力される側の端部５１ａがバンパリインフォース１３に接合されており、反対側の端部５１ｂは固定されていない。ガイド部材５１は、衝撃荷重Ｆを受けて木材３１とともに軸方向に潰れることができ、潰れた木材３１が固定されていない端部５１ｂから、孔部３３に食み出すのを許容することがきるものである。
【００２５】
［衝撃吸収構造１２の衝撃吸収機構］
衝撃吸収構造１２によれば、車両の前方衝突時、バンパリインフォース１３に前方からの衝撃荷重Ｆが加わると、衝撃吸収部材２２が潰れることで衝撃を吸収する。衝撃吸収部材２２に衝撃荷重Ｆが加わると、枠体４１とガイド部材５１とがそれぞれ蛇腹状に変形しながら軸方向に潰れ、木材３１は、軸方向に略真っ直ぐに圧縮させられながら潰れる。このとき、枠体４１により木材３１の転倒が抑制され、ガイド部材５１により木材３１が折れ曲がって孔部３３内に入り込むのが抑制される。それにより、木材３１は、より確実に略真っ直ぐに圧縮されながら潰れる。したがって、圧縮荷重の衝突初期の跳ね上がりが小さく、且つ、変動が少ないという、木材特有の衝撃吸収性能を的確に発揮することができる。木材３１は、潰れが進行すると、図５に矢印Ａで示すように、その潰れた部分がガイド部材５１の固定されていない端部５１ｂ側から孔部３３に食み出そうとする。ガイド部材５１は、木材３１の孔部３３に食み出そうとする力によって、固定されていない端部５１ｂ側から木材３１とともに孔部３３の内側に入り込み、木材３１が孔部３３に進入するのを許容する。そのため、木材３１は、全体として高度に潰すことが可能であり、効率よくクラッシュストロークを確保することができる。
【００２６】
＜その他の実施形態＞
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変更が可能である。例えば、木材３１は、正四角柱状のものに限らず、他の多角柱状としてもよいし、円柱状としてもよい。木材３１に形成される孔部３３の数は限定されず、複数形成することもできる。孔部３３の数の変更例を代表して、図６には、軸方向に直交する断面が円形の５つの孔部３３ａを形成した衝撃吸収部材２３（変更例１）を例示する。また、図７には、軸方向に直交する断面が円形の９つの孔部３３ｂを形成した衝撃吸収部材２４を例示する（変更例２）。孔部３３の円形の開口部３５を被取付面１７に形成された位置決め突起１９に外嵌することで位置決めする場合、複数の孔部３３を対応する突起に対して外嵌することで、軸周りの位置決めをより確実且つ簡単に行うことができる。なお、孔部３３、３３ａ、３３ｂの形状は、軸方向に直交する断面が円形のものに限らず、例えば、断面角形でもよい。
【００２７】
木材３１は、一つの材木をくり貫くことで成形してもよいし、複数の材木を組み合わせて用いてもよい。例えば、図８に示される衝撃吸収部材２５のように、複数の角材３７ａ〜３７ａを用い、これらを、孔部３９を囲うように組み合わせて配置することで、軸方向に直交する断面が四角形の孔部３９を備えた木材３７を形成してもよい（変更例３）。
【００２８】
孔部３３は、必ずしも軸方向に貫通していることを要しない。また、孔部３３は、軸方向に沿って同じ大きさで形成されているものに限らず、軸方向に沿って一部ないし全体が漸次窄まった形状であってもよい。
【００２９】
被取付面１７における位置決め突起の形成は、バーリング加工に限らない。突起を別部材として形成して、被取付面１７に接合してもよいし、例えば、被取付面１７にボルトを締結し、そのボルトを位置決め突起とすることもできる。
【００３０】
また、上記実施形態では、衝撃吸収構造１１、１２をバンパリインフォース１３とサイドメンバ１５間に設ける例を示したが、本発明の衝撃吸収構造の設定場所は、衝突エネルギーを吸収すべき場所であれば特に限定されない。例えば、フェンダパネルとボディパネルとの間、ドアパネルとドアトリムとの間、ピラーとピラートリムとの間、天井パネルとルーフライナとの間、フロアパネルとカーペットとの間などに設置することもできる。
【実施例】
【００３１】
〔試験例１〕
木材と枠体とからなるＮｏ．１〜８衝撃吸収部材について、その衝撃吸収性能を評価した。各衝撃吸収部材において、木材は、スギを繊維方向が軸方向と平行になるように製材した、約４０ｍｍ角×軸方向長さ７０ｍｍの四角柱状のものを用いた。Ｎｏ．１〜７の衝撃吸収部材では、木材に、軸方向に貫通する孔部を形成した。孔部は、軸方向に直交する断面が円形であり、軸方向に同じ太さで貫通形成されている。表１に、各衝撃吸収部材について、木材の外寸法の実測値と、孔部の直径と数を示すとともに、孔部面積比（木材の軸方向に直交する孔部の断面積／孔部形成前の木材の軸方向に直交する断面積）を示す。なお、表１に示す木材の外寸法の幅１、幅２とは、木材の軸方向を高さ方向としたときの底面の縦、横方向の寸法である。孔部の数が１つの場合は、孔部の軸心と木材の軸心とを一致させた。孔部が５つの場合は、図６に示されるように孔部を配置し、孔部が９つの場合は、図７に示されるように孔部を配置した。Ｎｏ．８の衝撃吸収部材では、孔部を形成しない木材を用いた。枠体は、内寸約４０ｍｍ角×軸方向長さ７０ｍｍのアルミニウム（Ａ５０５２）製の四角筒状ものを用い、この枠体に、木材を収容して衝撃吸収部材とした。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
木材に孔部を有するＮｏ．１の衝撃吸収部材と、孔部の無いＮｏ．８の衝撃吸収部材とを、株式会社島津製作所製の圧縮試験機（オートグラフＡＧ−１００ＫＮＥ型）へ設置し、２ｍｍ／ｍｉｎの条件で軸方向に圧縮し、ストローク（変位量）と荷重（反力としての圧縮荷重）との関係を測定した。その結果のグラフを図９に示す。木材に孔部を有するＮｏ．２〜７の衝撃吸収部材についても同様にストロークと荷重との関係を測定した。木材に孔部を有する各衝撃吸収部材について、クラッシュストローク延長効果の有無を判定した。判定は、孔部の無いＮｏ．８の衝撃吸収部材と比して最大ストロークが向上していれば○、向上していなければ×とし、その結果を表１に併記した。衝撃吸収部材の潰れが進行し、圧縮荷重が急激に上昇し始めるときのストロークを最大ストロークとした。
【００３４】
試験の結果、木材に孔部を有するＮｏ．１の衝撃吸収部材は、木材が蛇腹変形するように孔部に食み出しながら圧縮荷重の方向に真っ直ぐに潰れた。図９に示すストロークと荷重のグラフから明らかなように、グラフの挙動は、木材に孔部の無いＮｏ．８の衝撃吸収部材と同様に、圧縮荷重入力初期の荷重の跳ね上がりが小さく、その後の荷重変動も小さい。そして、最大ストロークはＮｏ．８の衝撃吸収部材が４５ｍｍであったのに対して、５０ｍｍと約１１％も向上していた。孔部を複数形成したＮｏ．２〜６の衝撃吸収部材でも、Ｎｏ．１と同様に真っ直ぐに潰れ、クラッシュストローク延長効果が確認された。一方、比較的大きな孔部を一つのみ形成した孔部Ｎｏ．７の衝撃吸収部材では、木材に孔部を形成することで、圧縮荷重に対して圧縮変形せずに座屈変形し、折れて孔部に入り込んで潰れた。その結果、クラッシュストロークの延長効果は得られなかった。
【符号の説明】
【００３５】
１１     衝撃吸収構造
１２     衝撃吸収構造
１３     バンパリインフォース
１５     サイドメンバ
１７     被取付面
１９     位置決め突起
２１     衝撃吸収部材
２２     衝撃吸収部材
２３     衝撃吸収部材
２４     衝撃吸収部材
２５     衝撃吸収部材
３１     木材
３３     孔部
３３ａ  孔部
３３ｂ  孔部
３５     （木材の）開口部
３７     木材
３７ａ  角材
３９     孔部
４１     枠体
５１     ガイド部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2015182560.tif 000009
【図７】
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【図８】
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【図９】
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