(57)【要約】  エネルギー吸収システムは、連続した高分子の材料から成る筒を有する。筒は、中間筒部によって接続される第１リング部及び第２リング部を有する。この構造により、バンパシステムが長手方向に衝撃を受けたときに、第１リング部及び第２リング部が、予測可能な一定のロール潰れにより入れ子式に圧壊する。
2008512627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に衝撃を受けたときに相当な衝撃エネルギーを確実且つ予測可能に吸収するようになっているエネルギー管理筒であって、
高分子の第１筒部と、
該第１筒部と整合する高分子の第２筒部と、
前記第１筒部と前記第２筒部とをそれぞれ一体接続する第１端部及び第２端部を有する、高分子の中間筒部と
を備え、
前記第１筒部及び前記第２筒部はサイズが寸法的に異なり、
前記中間筒部は、前記第１筒部から前記第２筒部に移行する形状を有し、
前記第１筒部は、前記第２筒部よりもサイズが大きく、且つ筒境目を画定する外面を有し、
前記第１端部は、長手方向に衝撃を受けたときに前記第１筒部のコラム強度を支持及び維持するように作用する材料のひと続きのバンドを有し、
衝撃を受けている間、前記第１筒部はそのコラム強度を維持するが、それとは対照的に、前記第２端部は、前記第２筒部の入れ子状の丸め込みを開始するように構成される、エネルギー管理筒。
【請求項２】
長手方向に衝撃を受けたときに相当な衝撃エネルギーを確実且つ予測可能に吸収するようになっているエネルギー管理筒であって、
第１の耐変形性を有する、高分子の第１筒部と、
該第１の耐変形性よりも大きい第２の耐変形性を有する、高分子の第２筒部と、
前記第１筒部を前記第２筒部に接続する、高分子の中間筒部と
を備え、
それによって、長手方向に衝撃を受けると、前記中間筒部及び前記第１筒部が予測可能に、且つ前記中間筒部が長手方向の衝撃から力を受ける際に、前記第２筒部よりも迅速に丸め込む、エネルギー管理筒。
【請求項３】
前記第１筒部及び前記第２筒部の一方の自由端に取り付けられるバンパビームを有する、請求項１又は２に記載のエネルギー管理筒。
【請求項４】
前記第１筒部及び前記第２筒部の少なくとも一方に取り付けられる車両フレームを有する、請求項１又は２に記載のエネルギー管理筒。
【請求項５】
前記第１筒部及び前記第２筒部の少なくとも一方に取り付けられるクロスカーフレーム部材を有する、請求項１又は２に記載のエネルギー管理筒。
【請求項６】
前記第１筒部及び前記第２筒部は、同様の幾何学的形状の断面形状を有するが、断面積サイズは異なる、請求項１又は２に記載のエネルギー管理筒。
【請求項７】
前記第１筒部及び前記第２筒部の少なくとも一方は、円形の断面を有する、請求項１又は２に記載のエネルギー管理筒。
【請求項８】
底面を有する昇降路と、該昇降路の内部に位置する請求項１又は２に記載のエネルギー管理筒とを有する、エレベータシステム。
【請求項９】
ブリッジピラーを備え、
該ブリッジピラーは、該ブリッジピラーの前に配置される、請求項１又は２に記載のエネルギー管理筒を有する運転者保護システム。
【請求項１０】
前記第１筒部及び前記第２筒部の少なくとも一方は、様々な厚みを有する壁を含む、請求項１又は２に記載のエネルギー管理筒。
【請求項１１】
前記筒部の少なくとも１つに成形される少なくとも１つの金属部品をさらに含む、請求項１又は２に記載のエネルギー管理筒。
【請求項１２】
前記第１筒部及び前記第２筒部の少なくとも一方は、少なくとも１つの圧壊開始溝を含む、請求項１又は２に記載のエネルギー管理筒。
【請求項１３】
請求項１又は２に記載の複数のエネルギー管理筒を備える、エネルギー管理マット。
【請求項１４】
長手方向に衝撃を受けたときに相当な衝撃エネルギーを確実且つ予測可能に吸収するようになっているエネルギー管理筒を製造する方法であって、
高分子の第１筒部を成形すること、
高分子の第２筒部を成形すること、
該第２の筒部を前記第１筒部と整合させること、及び
前記第１筒部と前記第２筒部とをそれぞれ一体接続する第１端部及び第２端部を有する、高分子の中間筒部を成形すること
を含み、
前記第１筒部及び前記第２筒部はサイズが寸法的に異なり、
前記中間筒部は、前記第１筒部から前記第２筒部に移行する形状を有し、
前記第１筒部は、前記第２筒部よりもサイズが大きく、且つ筒境目を画定する外面を有し、
前記第１端部は、長手方向に衝撃を受けたときに前記第１筒部のコラム強度を支持及び維持するように作用する材料のひと続きのバンドを有し、
衝撃を受けている間、前記第１筒部はそのコラム強度を維持するが、それとは対照的に、前記第２端部は、前記第２筒部の入れ子状の丸め込みを開始するように構成される、エネルギー管理筒を製造する方法。
【請求項１５】
前記第１筒部及び前記第２筒部の一方の自由端にバンパビームを取り付けることを含む、請求項１４に記載のエネルギー管理筒を製造する方法。
【請求項１６】
前記第１筒部及び前記第２筒部の少なくとも一方に車両フレームを取り付けることを含む、請求項１４に記載のエネルギー管理筒を製造する方法。
【請求項１７】
前記第１筒部及び前記第２筒部の少なくとも一方にクロスカーフレーム部材を取り付けることを含む、請求項１４に記載のエネルギー管理筒を製造する方法。
【請求項１８】
前記第１筒部及び前記第２筒部は、同様の幾何学的形状の断面形状を有するが、断面積サイズは異なる、請求項１４に記載のエネルギー管理筒を製造する方法。
【請求項１９】
前記第１筒部及び前記第２筒部の少なくとも一方は、円形の断面を有する、請求項１４に記載のエネルギー管理筒を製造する方法。
【請求項２０】
前記筒部の少なくとも１つに少なくとも１つの金属部品を成形することをさらに含む、請求項１４に記載のエネルギー管理筒を製造する方法。
【請求項２１】
前記第１筒部及び前記第２筒部の少なくとも一方は、少なくとも１つの圧壊開始溝を含む、請求項１４に記載のエネルギー管理筒を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［背景］
本発明は、衝撃ストローク中、一定の且つ予測可能な方法で著しい衝撃エネルギーを吸収するように構成されている、高分子材料から成るエネルギーアブソーバを含むエネルギー管理システムに関する。
【０００２】
［関連出願の相互参照］
本願は、「PLASTIC ENERGY MANAGEMENT BEAM」と題する、２００４年９月７日付けで出願された米国仮出願番号６０／６０７，６７７（その全内容は本明細書に参照により援用される）の利益を主張する。
【０００３】
本願は、「TUBULAR ENERGY MANAGEMENT SYSTEM FOR ABSORBING IMPACT ENERGY」と題する米国出願番号１０／９９７，３３２の一部継続出願であり、この米国出願番号１０／９９７，３３２は、「TUBULAR ENERGY MANAGEMENT SYSTEM FOR ABSORBING IMPACT ENERGY」と題する、２００３年８月２６日付けで出願された米国出願番号１０／６４８，７５７の継続出願であり、この米国出願番号１０／６４８，７５７は、「CRUSH TOWER WITH RINGS OF VARIED STRENGTH」と題する、２００１年９月２７日付けで出願された米国出願番号０９／９６４，９１４（現在、米国特許第６，６４８，３８４号）（その全内容は参照により本明細書中に援用される）の一部継続出願である。本願はまた、「ENERGY MAMAGEMENT BEAM」と題する、２００３年８月２６日付けで出願された米国出願番号１０／８０８，１２７（その全内容は参照により本明細書中に援用される）の一部継続出願である。最後に、本願は、「BUMPER SYSTEM INCORPORATING THERMOFORMED ENERGY ABSORBER」と題する、米国出願番号６０／４８４，７１２に対する、優先権を主張する、２００３年１２月１５日付けで出願された国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ０３／３９８０３（その双方の全内容は参照により本明細書中に援用される）の一部継続出願である。
【０００４】
連邦政府、保険会社、並びに車両安全に関わる代理店、協会及び会社は、車両バンパシステムが合格しなければならない標準化された衝撃試験を規定している。バンパマウント及びクラッシュタワーは通常、バンパバーを車両フレーム上に支持するために使用されており、車両が衝撃を受けている間にエネルギーを吸収するのに使用されることが多い。いくつかの特徴が、バンパマウント及びクラッシュタワーを「効果的な」ものにするために役立っている。既知の狭い範囲内の一定且つ予測可能な衝撃強度を与え、それにより、個々の車両のバンパシステムがすべて、試験に確実に合格するようにする、バンパマウント及びクラッシュタワーを製造することが望ましい。これにより、製造者はより安全な車両を製造することができ、また、余分な重量を削減するとともに低コストの材料を使用するために、バンパシステムをより正確に最適化することができる。さらに詳しくは、一定の力対撓み曲線を提供する、バンパマウント及びクラッシュタワーを製造し、一定のエネルギー吸収対時間曲線を提供し、一定且つ予測可能な圧壊パターンを提供することが望ましい。これにより、車両製造者は、或る特定の衝撃力でどれだけの撓みが発生するか、また、衝撃、すなわち、車両が衝突を受けている間の任意の時点でどれだけのエネルギーが吸収されるかを確実に知ることができる。次に、これにより、車両製造者は、製品のばらつきを補償するとともに車両フレーム上にバンパシステムを十分に支持するための空間を無駄に使うことなく、衝撃の被害がないことを可能にするのに十分な空間(room)をバンパシステムの周囲に設計することができる。力対撓み曲線には、クラッシュタワーが弾性変形から永久変形に変化して、完全に圧壊して底づくまで(bottoming out)のいくつかの重要な範囲がある。これらの様々な圧壊点が予測可能であり、それにより、圧壊の前及びその最中に相当量のエネルギーを確実に吸収するようにするだけでなく、過度の負荷がバンパシステムを介して車両及びその乗員に伝達される前に、圧壊が確実に起きるようにすることが重要である。
【０００５】
以上に加えて、バンパ開発プログラムには長いリードタイムが必要であり、また、いずれのクラッシュタワーも、バンパ開発プログラムの遅い段階で特定の車両モデル用に最適化するために予測して変更及び調整することができるように、融通性、適応性及び「可調整性」を有することが重要である。また、様々なバンパビームに、且つ様々なバンパシステムで、また、車両要件が大きく変化するにもかかわらず様々な車両モデルで使用することができ、それにより、各新しいバンパシステムが、新しいにもかかわらず、全てが未試験で且つ「未知」のシステムではないようにすることができるクラッシュタワー設計を提供することが望ましい。
【０００６】
バンパビームをバンパシステム内に支持するためのいくつかの筒状クラッシュタワーが既知である。１つのタイプでは、２つの打ち抜き半割シェルを合わせて溶接する。しかし、この工程によって、原材料のスクラップが発生する。また、溶接工程は、製造間接費に追加される二次作業である。さらに、溶接されたクラッシュタワーは、製品における大きなばらつきや、製品の衝撃強度、力対撓み曲線、エネルギー吸収曲線及びクラッシュ破壊点(crush failure point)における大きなばらつきを受けやすい。
【０００７】
クラッシュタワーによっては、他のクラッシュタワーよりも強度の高い材料を用いるものもある。しかしながら、クラッシュタワーの強度が増すにつれ、より高い負荷がバンパビームから車両フレームに直接伝達される傾向がある。このことは望ましくない場合が多い。代わりに、タワー自体が予測可能に圧壊（crush and collapse）するとともに、分布時間にわたって最大エネルギーを吸収することが望ましい。特に、強度が非常に高いクラッシュタワーは、望ましくない程高い負荷スパイクをバンパビームから車両フレームに伝達する傾向が強い。その後に、エネルギーがごくわずかしか吸収されず、且つエネルギー吸収が車両ごとに一定ではないか又は予測不可能であるクラッシュタワーの破滅的な圧壊が続いて起こる場合が多い。また、その結果、車両フレームに、時期的に早い段階での被害がもたらされる。車両の衝突の間にクラッシュタワーが示す圧壊ストローク全体にわたって、連続的且つ予測可能に材料を撓ませて曲げるようにクラッシュタワーが設計されることが特に重要である。同時に、高強度低合金（ＨＳＬＡ）鋼、又は強度対重量比が非常に高い超高強度鋼等の超高強度材料の使用を可能にする設計が望まれる。バンパ製造分野の熟練者（当業者）には既知のように、単に、より強度の材料からクラッシュタワーを製造するという着想は不十分な着想である場合が多く、実際、車両フレームに対して高い衝撃負荷及び負荷スパイクが伝達されることに起因してバンパシステムの故障につながるとともに、不十分なエネルギー吸収に付随する問題につながる場合が多い。
【０００８】
車両フレームは、バンパマウント及びクラッシュタワーと同様に、エネルギー吸収及びエネルギー消散の双方に関して衝撃エネルギーを管理するように設計されることが好ましい。これには、車両部品に対する被害を最小限に抑える必要があり、また、車両乗員に対する傷害を最小限に抑える必要がある。バンパマウント及びクラッシュタワーと同様に、車両フレームは、長期の開発時間を有し、さらに、開発の遅い段階で調整及び調節を必要とする場合が多い。車両フレーム（及びフレームマウント部品）は、当然のことながら、バンパマウント及びクラッシュタワー（及びその他の車両部品）が取り付けられる車両フレームであるため、バンパマウント及びクラッシュタワーと同じ多くの懸念を有する。
【０００９】
さらに広範には、融通性があるとともに広範の状況及び用途で使用することができるエネルギー吸収システムが望まれる。かかるエネルギー吸収システムは、バンパシステムにおいてだけでなく、車両フレーム（縦方向／クロスカー）、及び他の用途、並びに非車両用途のいずれにおいても有用であることが好ましい。特に、高分子材料から成る部品においてさえもエネルギー吸収を制御することが重要である。例えば、射出成形及び熱成形されたエネルギーアブソーバは多くの場合、筒状金属補強ビームの一面に高分子エネルギーアブソーバを配置すること等により、車両バンパシステムにおいて使用される。
【発明の開示】
【００１０】
したがって、上記問題を解決するとともに上記利点を有するエネルギー管理システムが望ましい。特に、一定の衝撃強度、一定の力対撓み曲線、一定のエネルギー吸収（弾性変形及び永久変形について）、及び、一定の圧壊点及び圧壊パターンを与え、これらのすべてが製品及び特性のばらつきにおいて厳格な／狭い範囲に入る、エネルギー管理システムが望ましい。また、二次作業の必要性を減じるとともに、手作業の必要性を減少させて製造することができるが、それでもなお融通性があり調整可能なコスト競争力があるエネルギー管理システムが望ましい。
【００１１】
［発明の概要］
本発明の一態様は、長手方向に衝撃を受けたときに相当な衝撃エネルギーを確実且つ予測可能に吸収するようになっているエネルギー管理筒を提供することである。当該エネルギー管理筒は、高分子の第１筒部と、第１筒部と整合する高分子の第２筒部と、第１筒部と第２筒部とをそれぞれ一体接続する第１端部及び第２端部を有する、高分子の中間筒部とを備える。第１筒部及び第２筒部はサイズが寸法的に異なり、中間筒部は、第１筒部から第２筒部に移行する形状を有する。第１筒部は、第２筒部よりもサイズが大きく、且つ筒境目を画定する外面を有する。第１端部は、長手方向に衝撃を受けたときに第１筒部のコラム強度を支持及び維持するように作用する材料のひと続きのバンドを有し、第２端部は、衝撃を受けている間、第１筒部はそのコラム強度を維持するが、それとは対照的に、第２筒部の入れ子状の丸め込み（a telescoping rolling）を開始するように構成される。
【００１２】
本発明の別の態様は、長手方向に衝撃を受けたときに相当な衝撃エネルギーを確実且つ予測可能に吸収するようになっているエネルギー管理筒を提供することである。当該エネルギー管理筒は、第１耐変形性を有する、高分子の第１筒部と、第１耐変形性よりも大きい第２耐変形性を有する、高分子の第２筒部と、第１筒部を第２筒部に接続する、高分子の中間筒部とを備える。長手方向に衝撃を受けると、中間筒部及び第１筒部が予測可能に、且つ中間筒部が長手方向の衝撃から力を受ける際の第２筒部よりも迅速に丸め込む。
【００１３】
本発明のさらに別の態様は、長手方向に衝撃を受けたときに相当な衝撃エネルギーを確実且つ予測可能に吸収するようになっているエネルギー管理筒を製造する方法を提供することである。当該方法は、高分子の第１筒部を成形すること、高分子の第２筒部を成形すること、第２の筒部を第１筒部と整合させること、及び第１筒部と第２筒部とをそれぞれ一体接続する第１端部及び第２端部を有する、高分子の中間筒部を成形することを含む。第１筒部及び第２筒部はサイズが寸法的に異なり、中間筒部は、第１筒部から第２筒部に移行する形状を有する。第１筒部は、第２筒部よりもサイズが大きく、且つ筒境目を画定する外面を有する。第１端部は、長手方向に衝撃を受けたときに第１筒部のコラム強度を支持及び維持するように作用する材料のひと続きのバンドを有し、第２端部は、衝撃を受けている間、第１筒部はそのコラム強度を維持するが、それとは対照的に、第２筒部の入れ子状の丸め込みを開始するように構成される。
【００１４】
本発明の上記及び他の態様、目的及び特徴は、以下の詳細な説明、特許請求の範囲及び添付図面を精査すれば、当業者には理解され認識されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
［好適な実施形態の詳細な説明］
本明細書での説明のため、用語「上方」「下方」、「右」、「左」、「後」「前」、「垂直」、「水平」、及びそれらの派生語は、本発明の図１における向きに関する。しかしながら、そうではない旨を明記している場合を除き、本発明は様々な代替的な向きを考慮し得ることを理解されたい。また、添付の図面に示すと共に以下の明細書に説明する特定の装置及びプロセスは、添付の特許請求の範囲に定義される本発明の概念の例示的な実施形態にすぎないことを理解されたい。したがって、本明細書に開示される実施形態に関する特定の寸法及び他の物理的特徴は、特許請求の範囲で明確に別記されていない限り、限定するものと見なされるべきではない。
【００１６】
本発明は、充填材及び補強材料、例えばタルク、ガラス繊維等を用いる又は用いない、熱可塑性高分子材料及び熱硬化性高分子材料でのエネルギー管理技術（ＥＭＴ）の利用を含むことに留意されたい。
【００１７】
車両バンパシステム１０（図１）は、取り付けブラケットを有する車両前バンパビーム１１と、レール取り付けプレート１２を含む車両フレームと、ブラケットとプレート１２との間に取り付けられたクラッシュタワー１３とを備える。クラッシュタワー１３は、高強度熱処理可能鋼等のひと続きの連続した（continuous contiguous）材料でできた筒を有する。筒は、中間接続部１６によって接続された第１リング部１４及び第２リング部１５を有する。中間接続部１６は、漏斗形ランプを形成する円錐台形部分１７を有する。一つの態様では、第１リング部１４は、熱処理されて高い材料強度、例えば、約１４０ＫＳＩの引張り強度になっており、これは、約６０ＫＳＩの引張り強度に保持される第２リング部１５より相当に高い。第１リング部１４の引張り強度は、第２リング部１５の引張り強度より相当に高く、例えば、約１０％高くするべきであるが、好ましくは第２リング部１５の引張り強度の約２倍の引張り強度、すなわち、約６０ＫＳＩだけ高くするべきであると考えられる。この構造によって、リング部１４がリング部１５の上に入れ子状に丸め込んで、中間接続部１６の円錐台形部分１７において塊状になるために必要な剛性が与えられる。
【００１８】
この構造により、バンパシステム１０がクラッシュタワー１３の長さに対して平行な端部衝撃を受けたとき、第１リング部１４及び第２リング部１５は、予測可能且つ一定の多段階変形順序で互いに入れ子式に圧壊し、第３リングすなわち小径挟持部１８（図２）が第１リング部１４と第２リング部１５との間に形成され始め、やがて実際に形成される（図３）。中間接続部１６の長さによって制限されながら第３リング１８が完全に形成されると、部分２２によって形成された「フック」の下側の位置２０で材料が座屈して塊状になり始める。車両モデルに十分な空間があるとともに、クラッシュタワーが最終的に底づく前に追加のエネルギー吸収が望まれる場合、追加リング部及び中間接続部を設けることができると考えられる。
【００１９】
図示のバンパビーム１１は、筒状ビームであって、当該技術分野では既知である。例えば、Sturrusの特許第５，０９２，５１２号及び第５，８１３，５９４号を参照されたい。しかしながら、ビームはまた、開端した非筒状ビームとすることができると考えられる。また、バンパビームは、直線的又は曲線的にすることができる。それらの形状に応じて、取り付けブラケット又はプレートを使用して、クラッシュタワーに取り付けるようになっている比較的平坦な取り付け面をバンパに設けることができる。（特許第５，０９２，５１２号の図１４及び特許第５，８１３，５９４号の図４を参照されたい。）同様に、クラッシュタワーの車両接続端部に様々な異なる手段を使用して、クラッシュタワーを車両フレームに固定するための取り付け点を設けることができる。
【００２０】
本発明のクラッシュタワー１３は、単一の筒状形材（tubular shape）から形成することができる。最初に、筒状形材はロール成形及び溶接をして、一定の円形断面を有し、一定の厚さの均一壁を有する永久筒(permanent tube)にすることが考えられる。しかしながら、本発明では、非円形筒を使用することもできると考えられる。
【００２１】
筒を形成して所望の長さに切断した後、中間接続部１６をロール成形又はスタンピング加工して、筒の中心線２１に対して小さい角度を成す内向き変形した円錐台形部分１７（漏斗状の形状）と、中心線２１に対してより大きい角度を成す内向き変形した丸み付き「急開き」(quick-out)部分２２とを形成する。図示の円錐台形部分１７は、衝撃を受けている間にリング部１５をリング部１４内へ誘導する剛直ランプを形成するようにに、比較的直線状の漏斗形状区域を有する。また、急開き部分２２は、丸みが付けられて傾斜しており、それにより、曲げ力を受けて、丸められて内向きに変形したフック形状になる（図２を参照のこと）。内向きに変形した材料は、筒部１５のコラム強度を維持する部分１５の均一なコラム支持体を形成する。これは、後述するように、衝撃を受けている間の部分１４及び１５の入れ子作用に役立つ。
【００２２】
クラッシュタワー１３内の内部キャビティ２５は、開放状態にあり、衝撃を受けている間も開放したままである。その結果、クラッシュタワー１３の性能に悪影響を与えることなく、部品をキャビティ２５内に配置することができる。所望ならば、例えば、牽引フックブッシュをキャビティ２５内に配置することができる。
【００２３】
作用を説明すると、クラッシュタワー１３は、ロール成形等によって筒を形成し、次にその筒に縮径の中間接続部をロール成形又は変形し、次にリング部１４（及び／又は部分１５、１７及び２２）を熱処理することによって製造される。次に、１対のクラッシュタワー１３を、互いに水平方向及び横方向に間隔を置いた状態で、バンパビーム１１に取り付けることによって、バンパシステム１０に組み付ける。次に、バンパシステム１０を車両フレームに取り付ける。
【００２４】
衝撃を受けている間に、中間接続部１６は、中心線２１に沿ったリング部１４及び１５の直線的強度(linear strength)に起因して、座屈し始める。特に、急開き部分２２が折り返されて二重になるとき、円錐台形部分１７が急開き部分２２の下側に押し進められ、その急開き部分２２は、部分１７を把持する内向きに変形したフック状リングを形成する。部分１７の材料の残部に比して、部分２２の半径は、このような成果を生じさせるのに役立つ。これは、第１（低）エネルギー吸収レベルの第１圧壊段階を提供する。クラッシュタワー１３が車両衝撃による長いストローク中にさらなる入れ子作用を受けると、中間接続部１６の端部が曲がって、リング部１４の残りの材料の下側に引き寄せられる。リング部１５の端部が曲がって筒部１５の外面に丸め込む際、リング部１４とリング部１５との間に第３リング部１８が形成される。様々な部分１４〜１６のこの順次の圧壊及び変形、特に、筒部１４の材料の丸め込みは、非常に予測可能な方法で、且つ比較的狭い変動範囲で相当なエネルギーを吸収する。
【００２５】
本発明のクラッシュタワーは、ロール成形機で高強度低合金（ＨＳＬＡ）鋼から成るロールから製造されることができることが考えられる。さらに、鋼のロールは、高強度鋼（例えば７０ＫＳＩ引張り強度）又は超高強度鋼（例えば８０ＫＳＩ以上の引張り強度）とすることができることが考えられる。必要に応じて、これらの材料を選択領域でアニールして、延伸特性を高めるか、又は降伏強度（例えば６０ＫＳＩ以下の引張り強度）を下げるか、且つ／又は選択領域を熱処理して強度を高めることができる。例えば、一端に６０ＫＳＩ引張り強度の領域を有するとともに、対向端に１２０ＫＳＩ強度の領域を有するクラッシュタワーを、いずれかの方法で製造することができる。中間リング部は、良好な圧壊順序をより確実にするために、約６０ＫＳＩであり、強度がより低い強度のリング部と同様であることが好ましい。本開示では、「熱処理(heat treat)」という用語は、用語「アニール」よりも広範であると考えられること、また、熱及び熱手段を用いることにより材料特性を増減させることを含むことに留意されたい。熱処理及び／又はアニールは、ロール成形装置でインラインで行われるとともに連続工程としてロール成形と同時に行うことができることも考えられる。アニールのステップが、装置でインラインで行われるとともにロール成形工程と同時に行われる場合、隣接するクラッシュタワーが反対方向を向くように、ロール成形された筒状形状が作られることが有用である。例えば、リング１５（すなわちバンパビームに取り付けられるべき端）が高強度から低強度にアニールされる場合、単一のアニール熱がより広い領域にわたって加えられることができるように、互いに隣り合った（すなわち分離した筒部に分離される前に）隣接するクラッシュタワーの２つのリング部１５を互いに隣り合わせることが有用である。これにより、ロール成形工程及びアニール工程に対する効率、制御、及びライン速度が加味される。
【００２６】
［変更例］
以下の説明では、同様の部品、特徴、及び態様は、同一の識別符号で識別されるが、ただし、文字「Ａ」、「Ｂ」等が付記されている。これは、冗長な説明を減らすためになされている。
【００２７】
長手方向に衝撃を受けたときに相当な衝撃エネルギーを確実且つ予測可能に吸収するようになっている、変更形のエネルギー管理筒１３Ａ（図４）が提供される。エネルギー管理筒１３Ａは、第１筒部１４Ａと、第１筒部１４Ａと整合する第２筒部１５Ａと、第１端部３０及び第２端部３１をそれぞれ有する中間筒部１６Ａとを有する。端部３０及び３１は、第１筒部１４Ａと第２筒部１５Ａとをそれぞれ一体接続する。第１筒部１４Ａは、第２筒部１５Ａよりもサイズが寸法的に大きいが、同様のシリンダ状断面形状を有する。しかしながら、第１筒部１４Ａ及び第２筒部１５Ａは、例えば矩形、四角形、楕円、円形、又は他の幾何学的形状の種々の形状とすることができることに留意されたい（図５を参照のこと）。さらに、筒部１４Ａ及び１５Ａは、各自の長さに沿って、特に、中間筒部１６Ａから離間した、筒部１４Ａ及び１５Ａが例えば車両フレーム部品等の種々の構造に接続されるようになっていなければならない場所で異なる断面形状を有し得ることが考えられる（図１９〜図２２を参照のこと）。中間筒部１６Ａは、第１筒部１４Ａから第２筒部１５Ａに移行する形状を有し、さらに、第１端部３０及び第２端部３１は、以下に示すように形状が異なる（図９〜図１２）。
【００２８】
本発明のエネルギー管理筒１３Ａ（図４）は、アニール可能な鋼材料のシートから成るものとして開示され、ユニットとして合わせて一体形成される筒部１４Ａ、１５Ａ、及び１６Ａのそれぞれが、ユニットとして合わせて一体形成される。壁厚は、機能上の設計要件を満たすよう必要に応じて変えることができる。例えば、バンパクラッシュタワー及び／又は車両フレーム用としては、材料強度及び特定の用途の使用要件に応じて、厚みは約１．５ｍｍ〜４ｍｍとすることができる。シートは最初に、ロール成形機により連続した長い筒になるように製造され、その後、所定の長さの筒状ブランク６０（図６）になるようにカットされることが考えられる。次いで、筒状ブランクは筒部１５Ａ及び１６Ａの領域をアニールされ、次いで形状６１（図７）に形成され、ここでは、第２筒部１５Ａは、縮径を有するよう圧縮され、中間部１６Ａは一時的な円錐台形状を一時的にとる。エネルギー管理筒１３Ａを固定し且つ事前設定状態（図８）になるように長手方向に変形することが有用であることがわかっている。それにより、中間部１６Ａは、以下に示すように、初期の衝撃を受けている間、高い負荷スパイクを回避する特定の形状をとる。自動バンパシステム及びフレーム部品の場合、材料シートは、構造用鋼等の良好で信頼性の高いグレードの鋼であることが好ましい。約３５ＫＳＩを上回る降伏強度を有する鋼が非常によく機能する。構造用鋼、又は高強度低合金鋼（ＨＳＬＡＳ）又は超高強度鋼（ＵＨＳＳ）等の、最適な降伏特性及び延伸特性を選択領域に達成するように熱処理又はアニールすることができる鋼もまた優れた候補である。
【００２９】
材料についての具体的な記載は好適なものである。選択材料がより強度を増し且つより硬くなるほど、降伏強度が高く、引張り強度が高く、且つ延伸値が低くなるため、半径のきつい部分でより影響を受けやすくなり、丸め込みに抗する傾向が高くなる場合が多い。その代わり、半径のきつい部分での破損、キンク、せん断、亀裂、及び／又は破損の傾向が強くなる。この破損問題は、半径が材料の厚さ寸法に近づくにつれ悪化することになる。本発明は、外向き及び内向きのフレア状の拡がり、クリアランス、及びこの問題を対処するのに特に選択された半径を用いる。種々のグレートの鋼は、当該技術分野において既知であるとともに当業者により理解される。標準化された工業規格としてのＡＳＴＭ  Ａ１００８／Ａ及びＡ１００８Ｍ−０１ａ、並びにＡＳＴＭ  Ａ１０１１Ａ及びＡ１０１１Ｍ−０１ａに留意する必要がある。約２５ＫＳＩ以上を有する鋼等の構造用鋼は、上述した品質上の問題が生じ始める強度特性を有する。構造用鋼は一般に、冷間圧延された商用品質の鋼又は熱間圧延された商用品質の鋼よりも若干良好なグレードである。それにもかかわらず、特に、構造用鋼は２５〜３５ＫＳＩ引張り強度に近づくにつれて、問題を呈する傾向が強くなる。本発明は、上記に示したエネルギー管理筒１３（及び筒１３Ａ及び１３Ｂ）では、約２５ＫＳＩ以上の引張り強度を有する鋼等の構造用鋼を用いて十分に機能することが特に考えられる。本発明はまた、８０ＫＳＩ以上のより強度な材料、及び超高強度鋼（ＵＨＳＳ）の場合に十分に適合するとともに十分に機能する。機能性及び材料の高度な圧延が望まれる場合、これらの鋼は、エネルギー管理筒に沿った目的にかなう（strategic）領域にて最適な特性を達成するように熱処理又はアニールを行うことができる。
【００３０】
本明細書中で説明した種々の鋼は、鋼材料分野及びロール成形分野における熟練者（当業者）により十分に理解されることが意図されているとともにそのように考えられていることを理解されたい。読み手の利便性のため、付加的な情報はアメリカ材料試験協会（ＡＳＴＭ）から入手することができるということを特記しておく。本明細書中で用いられている鋼についての用語は、ＡＳＴＭの規格及び定義に準拠していることが意図されている。それにもかかわらず、本発明の技術は、非常に融通性があり、広範な材料とともに機能するように適合可能であるということを強調しておく。したがって、種々の用語は、合理的に解釈されるものの、広範に解釈されることが意図される。
【００３１】
本発明の概念は、ＨＳＬＡ鋼、及び二相鋼（dual phase plate）、三相（ＴＲＩＰ）鋼、又はマルテンサイト材料等の超高強度鋼（ＵＨＳＳ）にとって特に有用であると考えられている。本発明の概念はまた、アルミニウム及びさらにはより軟質の材料等の他のエンジニアリンググレードの材料にとっても有用である。本発明の概念は、高強度材料により、壁厚が薄くなること（すなわちゲージの低減）によって重量を低減させる場合に特に有用である。熱処理可能であることにより、材料は本質的に機能しやすくなるとともに流動しやすくなり、且つ／又は選択領域にてより機能しやすくなるとともに流動しやすくすることができる。例えば、これにより、小径を有するものの、微細亀裂及び／又は巨大亀裂及び／又は分裂が生じるおそれが少なく、せん断の問題及びシェルビング（shelving）等の材料分離のおそれが少なく、且つ小径曲げの領域の材料強度を低減させる他の品質上の欠陥のおそれが少ない状態の事前設定を中間筒部１６Ａに与えることができる。また、アニール特性により、せん断、引き割り(ripping)、又は引裂き(tearing)を生じることなく材料を丸め込ませることが可能となり、このことは、衝撃及び長手方向に圧壊を受けている間、最大のエネルギー吸収を達成するのに重要である（図１３を参照のこと）。
【００３２】
特に、本発明のエネルギー管理筒の性能は、以下の変数：材料厚、材料タイプ、材料硬度、及び降伏率、アニール温度及びその状態、筒の直径及びその形状、特にロール半径構造（design）、並びに事前設定の程度、筒部内（又は筒部外）に位置する圧壊可能なインサートの使用、並びに材料を丸め込ませるのに影響を与える他の因子、コラム強度、エネルギー吸収、並びに長手方向に圧壊する衝撃を受けている間の応力の分配、を調節することを含めた多数の方法により、特定の基準を満たすように調節及び調整することができる。
【００３３】
図９〜図１２に示すように、第１筒部１４Ａは、第２筒部１５Ａよりも寸法が大きい。第１筒部１４Ａは、筒境目３２を画定する外面を有する。筒境目３２は、第１筒部１４Ａの第１端部３０付近の領域の断面形状に合致する。第１端部３０は、約２５°の最小角度等で、境目３２を越えて半径方向外向きにフレア状に拡がっているきつく変形した材料３４の周方向に連続したバンドを有する。このきつく変形した材料３４は、材料の丸め込みに抗する「挟持（pinched）」領域を効果的に形成する小さい半径を画定する。また、小半径にある材料を硬化する機能がいくらかある。（その凹状面に関して）小半径は、第１端部３０の材料厚の約０．５倍以上であることが好ましい。したがって、せん断又は亀裂傾向に対し十分に耐性がある。変形材料３４が丸め込みに抗する理由は多数あるが、些細なものである。フレア状とともに厳格な「小」半径が、第１筒部１４Ａの均一なリング状の支持体を形成し、この支持体は、長手方向に衝撃を受けたときに第１筒部のコラム強度を支持及び維持するように作用すると考えられる。長手方向に応力がかかると、厳格な変形材料３４は、第１端部３０と第１筒部１４Ａの材料との丸め込みに抗する。
【００３４】
対照的に、第２端部３１（図１２）は、第２端部３１の材料厚の少なくとも約１．０倍等、（その凹状面に関して）比較的より大きな半径を画定する変形材料３５を有する。第２端部３１の変形部分３５は、その半径がより大きいことに起因して、第２筒部１５Ａの材料の丸め込みに対する耐性が低く、且つ第２筒部１５Ａのコラム強度の支持性が低い。実際、第２端部３１は、衝撃を受けている最中に第１筒部１４Ａがそのコラム強度を維持している間、第２筒部１５Ａの入れ子状の丸め込みを開始するように構成される。筒部１５Ａ及び１６Ａはアニールされ、第１筒部１４Ａはアニールされないことにより、このような成果を得やすくするとともにこのような成果を生じさせる（ただし、材料が丸め込み傾向を有するのにアニールは必要とされない）。丸め込むのに必要なほどの材料流動のためにクリアランスが与えられる。潜在的に、筒部１４Ａ及び１５Ａは、衝撃を受けている間の材料の丸め込みの際に互いに支持を行うような寸法にすることができる。中間筒部１６Ａの事前設定状態もまた、初期の急激な高い負荷ピークを避けることに役立ち、それにより、負荷が所定の初期レベルに達したとき急激にレベルが下がり、次いで、衝撃ストロークの間そのレベルのままとなるので、重要である（図１７を参照のこと）。
【００３５】
第２エネルギー管理筒１３Ｂ（図１４〜図１６）は、第１筒部１４Ｂ、第２筒部１５Ｂ、及び筒部１４Ｂと１５Ｂとを相互接続する中間筒部１６Ｂを有する。しかしながら、筒１３Ｂは筒１３Ａとは異なる。筒１３Ｂでは、大径を有する第１筒部１４Ｂの端部３０Ｂは、より大きな半径を画定する変形材料３４Ｂを有する。さらに、変形材料３４Ｂは外向きにフレア状に拡がっていないが、代わりに、第１筒部１４Ｂの外面によって画定される境界内に概ねとどまる。同時に、第２筒部１５Ｂの端部３１Ｂは、より小さな半径を画定する変形材料３５Ｂを有する。変形材料３５Ｂは、約１２°の最小角度等で、筒境目３２Ｂの内側で内向きにフレア状に拡がっている。
【００３６】
図１３は、筒１３Ｂの第１筒部１４Ｂから材料３６の部分が丸め込んでいる部分的なストローク衝撃を示す（筒１３Ａでは、より小さい第２筒部１５Ａは、同様の方法で丸め込む際、衝撃を受けている間に丸め込む部分である）。
【００３７】
図１７は、筒１３Ａ及び１４Ａの典型的な負荷対撓み曲線を示す。衝撃ストロークを受けている間、負荷に一部ばらつきが見られるが、バンパ及びフレーム等についてのエネルギー管理システムを設計する分野の熟練者（当業者）には、負荷が急激に所定レベルに達し、衝撃ストローク全体を通して選択されたレベルで比較的一定のままであることは明らかであろう。負荷撓み曲線の下側の領域は、衝撃ストロークを受けている間の実際のエネルギー吸収（「ＡＥＡ」）を示す。完全なエネルギー吸収（「ＰＥＡ」）は、衝撃（Ｄ１）を受けている間に達成される最大負荷を完全な衝撃ストローク（Ｄ２）に乗算することで計算されるであろう。本発明のエネルギー管理システムは、非常に高い効率定格（すなわち「ＰＥＡ」で除算した「ＡＥＡ」）を提供する。具体的には、本発明のエネルギー管理筒技術は、比較的急激な初期の負荷、及び衝撃ストローク全体を通して継続する比較的良好に維持された一定レベルの負荷により、既知のバンパクラッシュタワーよりもはるかに高く、より一定のエネルギー吸収効率定格となる。具体的には、本発明の概念は、驚くべき想定外の、負荷対撓み曲線の一定性及び信頼性を提供し、また、一定且つ確実なエネルギー吸収及び圧壊ストロークを提供する。
【００３８】
図１８は、例えば図１７の結果を得るために用いられ得る典型的なアニールされた筒を示すチャートであり、図１８Ａは、図１８の筒に用いられる材料に対するアニールの影響を示すグラフである。一連のアニール温度線Ａ〜Ｊは、アニール温度の上昇に基づく降伏強度の漸次的な低減、引張り強度の低減、並びに歪み及び成形性の全体的な増加、及び成形性を示す。また、引張り強度と降伏強度との概略的な関係、及びこれらの特性と歪みとの関係も示す。
【００３９】
図１９は、図１１及び図１５の本発明のエネルギー管理筒の概念を、筒状側部材に取り込んだ筒状車両フレームの斜視図である。それぞれ本発明のエネルギー管理システム技術を用いることができる場所を示す４つの特定の領域が、４つの領域付近に拡大して示されている。しかしながら、本発明の技術は付加的な領域に用いることもできることに留意されたい。さらに、「実際の」フレームでは、使用位置は、フレーム上ではより対称的な位置にある可能性が高いであろう。
【００４０】
図示の筒４０（図１９）は、車両フレーム３９の前端付近に、前部フレーム側部フレーム部材の長手方向部分の前部クロスカービームのすぐ前方に位置する。筒４０は、断面が矩形であり、入れ子式に衝撃を受けている間、筒の一方（１４Ｃ又は１５Ｃ）の材料の丸め込みを開始するように構成されている単一の中間筒部（１６Ｃ）（図１１を参照のこと）を有する。エネルギー管理筒４０は、車両フレームの同様な前方位置に位置する。筒４０は、断面が円形であり、入れ子式に衝撃を受けている間に材料の丸め込みを開始するために単一の中間筒部（１６Ｄ）を有する。筒４０はまた、円形断面が車両フレーム部材の前端（又は後端）に係合する正方形部に移行する一端に移行ゾーン４２を有する。筒４０は例えば、車両バンパを支持するのに用いることができる。
【００４１】
２つの端部を有する、２端筒４３は、図示の車両フレームの側部の中間部に位置する。筒４３は、断面が円形であり、筒部４６の中心に位置する小径の対向端の対向方向に向いた２つの中間筒部４４及び４５を有する。２端筒４３はさらに、中間筒部４４及び４５の各外端に２つの大径筒部４７及び４８を有する。さらに、大径筒部は、外端で正方形断面に移行する。別のエネルギー管理筒４９は、筒４０と同様であり、車両フレームの１つの側部材の一端に位置する。しかしながら、最も近いクロスビームの前にあるのではなく、溶接等によりエネルギー管理筒４９の大径筒部にクロスビーム５０が直接取り付けられている。
【００４２】
図２０は、２つのクロスカービームの斜視図であり、一方が車両フレームと同じ平面内に用いられるクロスカービーム５２である。ビームすなわちエネルギー管理筒５２は、上述するように２端筒４３と同様である。ビームすなわちエネルギー管理筒５２は、中間位置に位置する小径筒部５３を有し、２つの大径筒部５４及び５５が車両フレームの側部材に取り付けられている。特に、フレームレールの幾何学形状により良好に合致するように改良しやすくするために、筒１３Ａ（又は１３Ｂ）の両端をアニールすることができる。
【００４３】
図２０の他のエネルギー管理システムは、一対の筒部５５を有する。その一対の筒部５５は、車両のクロスカービームとして配置されるが、車両のフロアパンの上方に用いられるか、又は、少なくとも、シートが一対の筒部５５に固定され得る、フロアパンに関連した位置に、位置する。各筒５５は、その対向する両端が車両の側部に固定されるという点で筒５２と同様である。各筒５５は、より小さな中間筒部５６及びより大きな２つの外側の筒部５７及び５８を有する。車両は、より大きな筒部５７及び５８に取り付けられる前部及び後部の外側脚部６１、及びより小さな筒部５６に取り付けられる前部及び後部の内側脚部６２を有するシート５９及び６０’を有する。
【００４４】
図２１は、バンパ補強ビーム６４、及び車両フレームにバンパビーム６４を支持するエネルギー管理筒６５を組み込んでいるバンパシステムの斜視図である。クラッシュタワー６５は、筒４０と同様のエネルギー管理筒であるため、詳細には説明する必要がない。
【００４５】
図２２は、インストルメントパネル６８を支持するのに用いられるクロスカービーム６７の斜視図である。ビーム６７は、単一の長い小径筒部６９を有し、各端には、２つの大径筒部７０を含む。大径筒部７０は、前部の乗員ドアのすぐ前の車両「Ａ」ピラー等における車両構造に取り付けられる。いくつかのカラー７１が、ブラケット７２及び開口した取り付けフランジ７３を支持するために、小径筒部６９に位置付けられる。ブラケット７２は、インストルメントパネル６８等の種々のアイテム、種々の部品、及びインストルメントパネル６８内及びその周りの付属品を固定するのに用いられる。
【００４６】
図２３は、エネルギー管理筒７６の外端に配置されるとともに、その内部に軸方向に設置されようとしている、圧壊可能なインサート７５を示す斜視図である。筒７６は、小径筒部７７、大径筒部７８、及びそれらを相互接続する中間筒部７９を有し、この中間筒部は、小径筒部７７が長手方向に衝撃を受けたときに大径筒部７８に丸め込み可能に移動する際に、小径筒部７７の材料の所定の丸め込みを行うように設計されている。圧壊可能なインサート７５は、周方向に強度を有するとともに大径筒部７８を半径方向に支持するようになっている構造リング８０を有する。構造リング８０は、構造リング８０を長手方向に離間させる薄肉リング８１により相互接続される。しかしながら、薄肉リング８１は、所定の長手方向強度を有し、それにより、長手方向に力を受け取ったときに所定の力で圧壊するようになっている。したがって、圧壊可能なインサート７５は、エネルギー管理筒７６内に配置される際（図２４）、がたつきを防止するように、最初に大径筒部７８にぴったりと嵌まる。しかしながら、長手方向に衝撃を受けている間、小径筒部７７が大径筒部７８に向かって移動する際、小径筒部７７の材料が、丸め込みを開始し、移動して圧壊可能なインサート７５の端と係合する。小径筒部７７が丸め込み、圧壊可能なインサート７５の薄肉リング８１が圧壊することで、材料をより多く丸め込ませるための追加的な空間が形成される。圧壊可能なインサート７５が完全に圧壊するまで、このシーケンスが続く。衝撃ストロークを受けている間、圧壊可能なインサート７５は、丸め込み中の材料に係合してその制御に役立つ。例えば、一試験では、圧壊可能なインサート７５は、長手方向の負荷が１０，０００重量ポンドだけ増えた。また、負荷がより一定となり、そのため、エネルギー管理システムの効率定格（すなわち、上述したように「ＰＥＡ」で除算した「ＡＧＡ」）が増し得ることが、試験により潜在的に示されている。
【００４７】
したがって、圧壊可能なインサートは、筒部７７の丸め込みに対して付加的な耐性を与え、エネルギー管理筒の性能を調整するのに用いることができる。図２２及び図２３の図示の圧壊可能なインサート７５は、エラストマー材料から成り、長手方向に負荷を受けたときに中間筒部７９のロール半径付近で衝突して圧壊する。凸状円形リング８１は、より厚肉の境界リング８０間に位置する。圧壊可能なインサートが負荷を受けると、リング８０は負荷を受けたときに圧壊を開始する凸状領域に負荷を伝達する。凸状領域８１の外方への圧壊は、筒部７８の内面によって妨げられる。同様な性能は、筒部７８が丸め込み、筒部７７がコラム強度を維持する場合に達成することができる。圧壊可能なインサートは、種々の材料から成ることができ、エネルギー管理筒の性能を調整するのに異なる（幾何学）形状を使用してもよい。圧壊可能なインサートは、筒径又は材料厚を増大させる代わりに、筒の性能を調整するのに用いることができる。いくつかの標準的な調整方法では、材料厚を増大させるか又は筒径を増大させることによって筒の性能を達成することができるものもある。圧壊可能なインサートの使用により、著しいコストの追加がなく、また、重量的な損もなく、性能を調整する代替的方法が提供される。
【００４８】
［さらなる変更例］
参照符号１１３（図２５Ａ）は、塑性エネルギー管理筒を有する本発明の別の実施形態を全体として示す。塑性エネルギー管理筒１１３は、前述したエネルギー管理筒１３Ａと同様である。塑性エネルギー管理筒１１３は、第１筒部１１４と、第１筒部１１４と整合する第２筒部１１５と、第１筒部１１４及び第２筒部１１５を接続する中間筒部１１６とを有する。第１筒部１１４は、第２筒部１１５よりもサイズが寸法的に大きいが、好ましくは同様の断面形状を有する。しかしながら、第１筒部１１４及び第２筒部１１５は、例えば六角形、八角形、長円形、レーストラック状(race-track shaped)、円筒形、矩形、正方形、楕円形、円形、又は他の幾何学的形状の種々の形状とすることができることに留意されたい。さらに、筒部１１４及び１１５は、各自の長さに沿って、特に、中間筒部１１６から離間した、筒部１１４及び１１５が例えば車両フレーム部品等の種々の構造部に接続されるようになっていなければならない場所で種々の異なる断面形状を有し得ることが考えられる。中間筒部１１６は、第１筒部１１４から第２筒部１１５に移行する形状を有する。
【００４９】
図示の塑性エネルギー管理筒１１３は好ましくは、エネルギーを吸収するための部品に用いられることが多い、ＰＣ、ＰＢＴ、ＰＣ／ＰＢＴ、ＰＣ／ＡＢＳ、及び他の組み合わせプラスチック等の熱可塑性プラスチックから成り、筒部１１４、１１５、及び１１６のそれぞれは、一体形成されるか又は１つのユニットとして一緒に成形される。塑性エネルギー管理筒１１３は射出成形で作製されることが好ましいが、塑性エネルギー管理筒１１３を他の方法で作製してもよいと考えられる。肉厚は機能設計要件を満たすように必要に応じて様々とすることができる。また、塑性エネルギー管理筒１１３は内部に成形される金属部インサートを有し、これにより、塑性エネルギー管理筒１１３の補強強度が確立され、且つ／又は塑性エネルギー管理筒１１３を他の部品に組み付ける際に役立つ。
【００５０】
図２５Ａ〜図２５Ｃに示すように、第１筒部１１４は第２筒部１１５よりもサイズが大きい。中間筒部１１６は、第１筒部１１４の上部につながった第１端部１３０と、第２筒部１１５の下部につながった第２端部１３１とを有する。図示の第１端部１３０は逆Ｌ字状部を有し、第２端部１３１は「Ｕ」又は「Ｊ」字状部を有し、第１の端部１３０につながっている。図２５Ｂ及び図２５Ｃに示すように、第１端部１３０は「Ｌ」字状部の２つの脚部間に延びるさらなる材料１３３を有することが好ましい。塑性エネルギー管理筒１１３が圧壊を受けている間に、第２筒部１１５は中間筒部１１６の第２端部１３１にて入れ子状の丸め込みを開始して、図２５Ｃに示すように塑性エネルギー管理筒１１３を圧壊する。第１筒部１１４及び第１端部１３０は第２筒部１１５の圧壊中は不動状態のままであることが好ましい。さらなる材料１３３が第１端部１３０を補強するのに役立つ。したがって、第２端部１３１は、衝撃を受けている間、第１筒部１１４はそのコラム強度を維持するが、第２筒部１１５の入れ子状の丸め込みを開始するように構成される。丸め込むのに必要なほどの材料流動のためにクリアランスが設けられる。潜在的に、筒部１１４及び１１５は、衝撃を受けている間の材料の丸め込みの際に互いに支持を行うような寸法にすることができる。第２端部１３１（すなわち中間筒部１１６の事前設定状態）もまた、初期の急激な高い負荷ピークを避けることに役立ち、それにより、負荷が所定の初期レベルに達したとき急激にレベルが下がり、次いで、衝撃ストロークの間そのレベルのままとなるため、重要である。塑性エネルギー管理筒１１３は材料の丸め込みを用いて、ピーク／バレー（peaks and valleys）がなく、その代わり、図２５Ｄに示すような平坦な応答性（flat response）をもたらすように設計することができる負荷対撓み応答をもたらす。方形波応答は最も効率的なエネルギー吸収を表す。負荷がかかると、負荷は、構造部のコラム強度が達成されて丸め込みが開始するまで増大する。エネルギーが全て吸収されるまで均一な丸め込みが或るレベル負荷で行われることになる
【００５１】
参照符号１１３ａ（図２６Ａ）は、第２の実施形態の塑性エネルギー管理筒を有する、本発明の別の実施形態を全体として示す。塑性エネルギー管理筒１１３ａは前述した塑性エネルギー管理筒１１３と同様であるため、図２５Ａ〜図２５Ｃ及び図２６Ａそれぞれに見られる同様の部品は同一の対応する参照符号で示すが、ただし、図２６Ａの符号には「ａ」を添えている。第２の実施形態の塑性エネルギー管理筒１１３ａは、中間筒部１１６ａの第２端部１３１ａからテーパ状になっている内壁１３４を有する第２筒部１１５ａを有する。内壁１３４がテーパ状になっていることにより、図２６Ｂの負荷対撓みのグラフに示すように負荷が上がる。
【００５２】
参照符号１１３ｂ（図２７Ａ〜図２７Ｄ）は、第３の実施形態の塑性エネルギー管理筒を有する、本発明の別の実施形態を全体として示す。塑性エネルギー管理筒１１３ｂは前述した塑性エネルギー管理筒１１３と同様であるため、図２５Ａ〜図２５Ｃ及び図２７Ａ〜図２７Ｄそれぞれに見られる同様の部品は同一の対応する参照符号で示すが、ただし、図２７Ａ〜図２７Ｄの符号には「ｂ」を添えている。第３の実施形態の塑性エネルギー管理筒１１３ｂは内側エネルギー管理筒部１４０を有する。内側エネルギー管理筒部１４０は第１の実施形態の塑性エネルギー管理筒１１３のほぼ逆の形態であり、中間筒部１１６ｂの第２端部１３１ｂの遠位の、第２筒部１１５ｂの端に、スパン部１４１によってつながっている。そのため、内側エネルギー管理筒部１４０は、第１筒部１１４ｂ’と、第２筒部１１５ｂ’と、中間筒部１１６ｂ’とを有する。
【００５３】
図２７Ｂに示すように、第３の実施形態の塑性エネルギー管理筒１１３ｂは、第１の実施形態の塑性エネルギー管理筒１１３と同じようにして圧壊する。したがって、第２筒部１１５ｂは中間筒部１１６ｂの第２端部１３１ｂにて入れ子状に丸め込みを開始して、図２７Ｂに示すように塑性エネルギー管理筒１１３ｂの外側部を圧壊する。第１筒部１１４ｂ及び第１端部１３０ｂは第２筒部１１５ｂの圧壊中は不動状態のままであることが好ましい。ここでもまた、さらなる材料１３３ｂが第１端部１３０ｂを補強するのに役立つ。したがって、第２端部１３１ｂは、衝撃を受けている間、第１筒部１１４ｂはそのコラム強度を維持するが、第２筒部１１５ｂの入れ子状の丸め込みを開始するように構成される。丸め込むのに必要なほどの材料流動のためにクリアランスが設けられる。潜在的に、筒部１１４ｂ及び１１５ｂは、衝撃を受けている間の材料の丸め込みの際に互いに支持を行うような寸法にすることができる。第２端部１３１ｂ（すなわち中間筒部１１６ｂの事前設定状態）もまた、初期の急激な高い負荷ピークを避けることに役立ち、それにより、負荷が所定の初期レベルに達したとき急激にレベルが下がり、次いで、衝撃ストロークの間そのレベルのままとなるため、重要である。
【００５４】
図２７Ｂに示すように第３の実施形態の塑性エネルギー管理筒１１３ｂの外側部が圧壊した後、内側エネルギー管理筒部１４０が第３の実施形態の塑性エネルギー管理筒１１３ｂの外側部の圧壊に引き続いて圧壊することになる。したがって、第１筒部１１４ｂ’が中間筒部１１６ｂ’の第１端部１３１ｂ’にて入れ子状の丸め込みを開始して、図２７Ｃに示すように内側エネルギー管理筒部１４０を圧壊する。第２筒部１１５ｂ’及び第２端部１３０ｂ’は第２筒部１１５ｂの圧壊中は不動状態のままであることが好ましい。ここでもまた、さらなる材料１３３ｂ’は第２端部１３０ｂ’を補強するのに役立つ。したがって、第１端部１３１ｂ’は、衝撃を受けている間、第２筒部１１５ｂ’はそのコラム強度を維持するが、第１筒部１１５ｂ’の入れ子状の丸め込みを開始するように構成される。丸め込むのに必要なほどの材料流動のためにクリアランスが設けられる。潜在的に、筒部１１４ｂ’及び１１５ｂ’は、衝撃を受けている間の材料の丸め込みの際に互いに支持を行うような寸法にすることができる。第１端部１３１ｂ’（すなわち中間筒部１１６ｂ’の事前設定状態）もまた、初期の急激な高い負荷ピークを避けることに役立ち、それにより、負荷が所定の初期レベルに達したとき急激にレベルが下がり、次いで、衝撃ストロークの間そのレベルのままとなるため、重要である。
【００５５】
塑性エネルギー管理筒１１３ｂは材料の丸め込みを用いて、ピーク／バレーがなく、その代わり、図２７Ｄにおける地点１４５及び１５０間に示すような、第３の実施形態のエネルギー管理筒１１３ｂの外側部が圧壊を受けている間に平坦な応答性を、また、（図２７Ｄにおける地点１５０及び１６０間に示すような、第３の実施形態のエネルギー管理筒１１３ｂの外側部及び内側エネルギー筒部１４０の双方が圧壊を受けている間により高い別の平坦な応答性をもたらすように設計することができる負荷対撓み応答をもたらす。
【００５６】
上述した塑性エネルギー管理筒１１３、１１３ａ、及び１１３ｂでは、塑性エネルギー管理筒１１３、１１３ａ、及び１１３ｂを逆にすることができるように第１筒部１１４又は第２筒部１１５のいずれかを支持構造体に接続することができる。さらに、第３の実施形態の塑性エネルギー管理筒１１３ｂの内側エネルギー管理筒部１４０を、第２筒部１１５ｂ’がスパン部１４１につながるように逆方向に位置付けすることができる。さらに、塑性エネルギー管理筒１１３、１１３ａ、及び１１３ｂは段階的に小さくなっている複数部から成ることもできるであろう（図２８Ｃ）。さらに、筒部のいずれかは第２の実施形態の塑性エネルギー管理筒１１３ａにおいて上述したようにテーパ壁を有することができる。さらに、塑性エネルギー管理筒１１３、１１３ａ、及び１１３ｂのいずれかは、図２７Ｆに示すようなサイン波エネルギー曲線をもたらす、図２７Ｅに示すような圧壊開始溝１７７を有することができる。溝１７７は、第２筒部１１５にあるように示されているが筒部のどこにあってもよい。
【００５７】
塑性エネルギー管理筒１１３、１１３ａ、及び１１３ｂの応用形態は、スタンドアロン型の圧壊可能な構造体、及び／又は、成形されてより大きな塑性成形部分になる圧壊可能な特徴部を含み、その塑性成形部にアンカット及びブラインド面を与える、ツーリング作業や、ツーリングの可動部を、必要とすることがない。成形部のサイズは任意の所望のサイズに成形することができ、複数の塑性ＥＭＴの組み合わせを成形して同時に又は順次に作動するように成形するか、又は大表面積を含むように構成することができる。単一の塑性ＥＭＴ１１３、１１３ａ、及び１１３ｂは、図２８Ａに示すように車両内の運転者の膝２０２の正面にニーボルスター２００として、図２７Ｂに示すようにバンパシステム２１０の正面且つフェイシア２１２の後ろに塑性ＥＭＴ１１３、１１３ａ、及び１１３ｂのような別の構造体の正面に圧壊部材として、図２８Ｃに示すように車両の支持フレーム２２０とファイシア２２２とのバンパブラケットとして、車両のＡピラー及びＢピラーへの内部部品として（図示せず）、図２７Ｄに示すようにブリッジ２４２用の保護支持体２４０に対する道路盛土として、又は他の方法で用いることができる。さらに、一群の塑性ＥＭＴを、図２９に示すエネルギーアブソーバとしてバンパ３００の一面にわたって、又は図３０Ａ〜図３０Ｃに示すようにビーム４００（例えば「ＥＮＥＲＧＹ  ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ  ＢＥＡＭ」と題する米国特許出願番号１０／８０８，１２７（その全内容は参照により本明細書中に援用される）に開示されているビーム）内に用いることができるか、又は図３１Ａ及び図３１Ｂに示されるように頭部保護用の車両ヘッドライナ内に用いることができる。さらに、塑性エネルギー管理筒１１３、１１３ａ、又は１１３ｂを昇降路５００の底部に用いて、図３２に示すように下降中のエレベータ（dropping elevator）５０２のエネルギーを吸収することができる。基本的に、スタンドアロン型構造体として、又はエネルギー吸収を行うのに或る面積が要されるいくつかのより大きな面積に対して、エネルギー吸収が必要とされるどこにでも、塑性ＥＭＴ技術を用いることができる。
【００５８】
部品を製作するのにプラスチックを使用することの利点としては、複雑な形状を成形すると共に、本発明の性能を調整するのに用いることができる複雑な特徴部になるように成形することができる融通性が挙げられる。塑性ＥＭＴは、成形プロセスにおいて厚みを変更することができることにより、外側がフレヤ状に拡がった大径部を有するより大きな筒を必要とせず、そのため、小径部を大径部に入れ子状にするのを促進する。塑性成形プロセスは非常に融通性がある。単純な単一の又は複数のＥＭＴ構造部は、単純なインダイ／アウトダイで容易に成形される。内側剛性用リブ及びベーンを含むより複雑な構造は、動作を内包するダイを必要とし得る。プラスチックを成形する融通性により、必要とされる材料厚の仕様を可能にする。厚みの変更を用いて、コラム強度及び所望の丸め込み負荷を与えることができる。成形プロセスによって与えられるプラスチックの厚さを変更できること、及び成形プロセスによる融通性は、プラスチックの使用に関連する利点を示す。ＥＭＴはまた、他のＥＭＴ内に成形されると共に入れ子状にして、さらなる負荷調整能力をもたらすようにすることができる（図２８Ｂを参照）。
【００５９】
本発明の概念から逸脱することなく、上記構造に変形及び変更を加えることができることは理解されるであろうし、また、そのような概念は、そうでないことが明言されていない限り、添付の特許請求の範囲に包含されるものとすることも理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】車両フレームに取り付けられる取り付けプレートと、バンパビームと、対向する両端部が取り付けプレート及びバンパビームに取り付けられているクラッシュタワーとを備えるバンパシステムの横断面図である。
【図２】図１と同様であるが、クラッシュタワーが第１（比較的短い）距離だけ圧壊した状態にある図である。
【図３】図２と同様であるが、クラッシュタワーが第２（より長い）距離だけ圧壊した状態にある図である。
【図４】本発明を具現化するエネルギー管理筒の側面図である。
【図５】エネルギー管理筒が有することができるさらなる断面形状の斜視図でる。
【図６】第１直径を有する筒状ブランクの側面図である。
【図７】筒状ブランクの一端が縮径に圧縮されている様子を示す側面図である。
【図８】予め設定されたＳ形状を有するように中間筒部が長手方向に変形されている様子を示す側面図であり、本発明のエネルギー管理筒を示す図である。
【図９】大径筒部に隣接する中間筒部の外向きにフレア状に拡がった端部を有する、図８の筒の側面図である。
【図１０】大径筒部に隣接する中間筒部の外向きにフレア状に拡がった端部を有する、図８の筒の底面図である。
【図１１】大径筒部に隣接する中間筒部の外向きにフレア状に拡がった端部を有する、図８の筒の長手方向断面図である。
【図１２】図１０の丸で囲んだ領域ＸＩＩの拡大図である。
【図１３】一部が入れ子式に圧壊し、大径筒部側に丸め込んだ材料を有する、図１４に示す筒の斜視図である。
【図１４】小径筒部に隣接する中間筒部の内向きにフレア状に拡がった端部を有する、変更例のエネルギー管理筒の側面図である。
【図１５】小径筒部に隣接する中間筒部の内向きにフレア状に拡がった端部を有する、変更例のエネルギー管理筒の長手方向断面図である。
【図１６】図１５の丸で囲んだ領域ＸＶＩの拡大図である。
【図１７】図１０に示した筒の長手方向に衝撃を受けた場合の負荷対撓み曲線を示すグラフである。
【図１８】筒が直立しており、中間部（約７５ｍｍ〜約９５ｍｍの範囲）及び第２筒部がアニールされている状態の、図１０の筒の底面からの距離における硬度及び引張り強度に関してアニール効果を示すチャートである。
【図１８Ａ】図１８の筒に用いられる材料に関してアニール効果を示すグラフであり、一連のアニール温度線Ａ〜Ｊは、アニール温度の上昇に基づく降伏強度の漸次的低減、引張り強度の低減、並びに歪み及び成形性の全体的な増加を示すグラフである。
【図１９】本発明のエネルギー管理システムが用いられている４つの特定の領域の拡大図を含む、図１０の本発明のエネルギー管理筒を組み込んでいる車両フレームの斜視図である。
【図２０】２つのクロスカービームの斜視図であり、一方は車両のフロアパン下に位置する車両フレームに用いられるクロスカービームであり、他方は車両のフロアパンの上方に用いられるとともに車両シートを支持するのに用いられるクロスカービームである。
【図２１】バンパ補強ビーム、及び車両フレームにバンパビームを支持するクラッシュタワーを組み込んでいるバンパシステムの斜視図である。
【図２２】インストルメントパネルを支持するのに用いられるクロスカービームの斜視図である。
【図２３】エネルギー管理筒から分解された圧壊可能な支持部材を示す斜視図である。
【図２４】筒内に位置している圧壊可能な支持部材を示す斜視図である。
【図２５Ａ】本発明の塑性エネルギー管理筒（ＥＭＴ）の前面斜視図である。
【図２５Ｂ】初期位置の本発明の塑性ＥＭＴの断面図である。
【図２５Ｃ】衝撃後の本発明の塑性ＥＭＴの断面図である。
【図２５Ｄ】本発明の塑性ＥＭＴについての負荷対変位のチャートを示すグラフである。
【図２６Ａ】本発明の第２の実施形態の塑性ＥＭＴの断面図である。
【図２６Ｂ】本発明の第２の実施形態の塑性ＥＭＴについての負荷対変位のチャートを示すグラフである。
【図２７Ａ】初期位置の本発明の第３の実施形態の塑性ＥＭＴの断面図である。
【図２７Ｂ】第１の圧壊位置の本発明の第３の実施形態の塑性ＥＭＴの断面図である。
【図２７Ｃ】第２の圧壊位置の本発明の第３の実施形態の塑性ＥＭＴの断面図である。
【図２７Ｄ】本発明の第３の実施形態の塑性ＥＭＴの負荷対変位のチャートを示すグラフである。
【図２７Ｅ】本発明の塑性ＥＭＴの変形例の正面図である。
【図２７Ｆ】本発明の変更した塑性ＥＭＴについての負荷対変位のチャートを示すグラフである。
【図２８Ａ】本発明の塑性ＥＭＴの第１の使用を示す図である。
【図２８Ｂ】本発明の塑性ＥＭＴの第２の使用を示す図である。
【図２８Ｃ】本発明の塑性ＥＭＴの第３の使用を示す図である。
【図２８Ｄ】本発明の塑性ＥＭＴの第４の使用を示す図である。
【図２９】本発明の塑性ＥＭＴを採用する、第１の実施形態のバンパビームの斜視図である。
【図３０Ａ】本発明の塑性ＥＭＴを採用する、第２の実施形態のバンパビームの斜視図である。
【図３０Ｂ】本発明の塑性ＥＭＴを採用する、第２の実施形態のバンパビームの一部を切り取った斜視図である。
【図３０Ｃ】本発明の塑性ＥＭＴを採用する、第２の実施形態のバンパビームの断面図である。
【図３１Ａ】本発明の塑性ＥＭＴを採用するヘッドライナの斜視図である。
【図３１Ｂ】図３１Ａの線Ａ−Ａに沿った本発明の塑性ＥＭＴを採用するヘッドライナの断面図である。
【図３２】本発明の塑性ＥＭＴを採用するエレベータ昇降路を表す図である。
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１８Ａ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２５Ｃ】
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【図２５Ｄ】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２７Ｃ】
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【図２７Ｄ】
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【図２７Ｅ】
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【図２７Ｆ】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２８Ｃ】
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【図２８Ｄ】
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【図２９】
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【図３０Ａ】
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【図３０Ｂ】
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【図３０Ｃ】
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【図３１Ａ】
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【図３１Ｂ】
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【図３２】
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