(57)【要約】【課題】重量増加を招くことなく必要な荷重特性を得ることができる衝撃吸収装置を提供する。【解決手段】衝撃吸収装置たるクラッシュボックス１０は、略円筒状に形成された円筒部１３と、その円筒部１３の後端側に段差部１４を介して連続するように略四角筒状に形成された角筒部１５を備えている。角筒部１５はフロントサイドメンバ１２の外周側に重ね合わさるように配置されて溶接Ｗによって結合されている。円筒部１３はフロントサイドメンバ１２の外周側に沿って捲り込まれるように大きな半径Ｒ１からなる円筒とされていることから、円筒部１３の断面係数は高い。そのため、重量増加に繋がる厚肉化等を行なわなくとも、必要な荷重特性が得られる。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部材と第２部材との間に設けられ、第１部材に対して第２部材側へ向かう想定衝突方向に沿って衝撃が加わるとその衝撃を塑性変形により吸収又は緩和する衝撃吸収装置であって、
前記想定衝突方向に沿って延び当該方向に塑性変形される筒部を有し、該筒部は塑性変形により前記第２部材の外周側において捲り込まれるように構成したことを特徴とする衝撃吸収装置。
【請求項２】
前記筒部の後端には前記第２部材に取り付けられる取付部を設け、該取付部は前記第２部材の外周に重ね合わされる形状としたことを特徴とする請求項１記載の衝撃吸収装置。
【請求項３】
前記取付部は前記第２部材の外周位置に取り付けられていることを特徴とする請求項２記載の衝撃吸収装置。
【請求項４】
前記筒部と前記取付部とは前記段差部を介して一体形成されていることを特徴とする請求項２又は３記載の衝撃吸収装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、衝突時の衝撃を塑性変形によって吸収又は緩和する衝撃吸収装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両において、衝突時の衝撃を吸収又は緩和するために衝撃吸収装置が設けられている。例えば、車体のフロントサイドメンバの先端部とバンパリインフォースメントの後端部との間には、クラッシュボックスと称される衝撃吸収装置が設けられている。
【０００３】
従来のクラッシュボックスについて図７及び図８に基づいて説明すると、クラッシュボックス３０は円筒状に形成された円筒部３１を備えている。円筒部３１の後端側には外方へ延びる取付フランジ３２が形成されている。取付フランジ３２に相対するようにフロントサイドメンバ３３の先端は内方に折り曲げられている。円筒部３１の後端側は、フロントサイドメンバ３３先端の折り曲げ部に取付フランジ３２を重ね合せた状態でボルト３４にて固定されている。一方、円筒部３１の先端側には取付部３５が設けられており、その取付部３５が図示しないボルトを介してバンパリインフォースメント３６に取り付けられている。
【０００４】
そして、衝突によりバンパリインフォースメント３６の前方から衝撃が加わった場合、図８の二点鎖線で示すように、クラッシュボックス３０の円筒部３１が後端側から順次捲り込まれるように塑性変形して、衝突時の衝撃を吸収又は緩和するようになっている。また、円筒部３１の捲り込み部分、すなわち図８の二点鎖線で示すように円筒部３１の後方側折返し部を挟んだ内外重複部分は、フロントサイドメンバ３３の内部空間に入り込むようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
米国特許第８８４９５３号明細書
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のクラッシュボックス３０では、その塑性変形対象たる円筒部３１がフロントサイドメンバ３３の内部空間に入り込むことができるよう、比較的小径なものしか使用できないため、クラッシュボックス３０の断面係数が低い。そのため、想定した衝撃を吸収するのに必要な荷重特性を得るには、クラッシュボックス３０を厚肉化したり全長を長くしたりしなければならない。ところが、クラッシュボックス３０を厚肉化したり全長を長くしたりする方策では、クラッシュボックス３０の重量増加、ひいては車両の重量増加を招き、コスト高等になって好ましくない。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、重量増加を招くことなく必要な荷重特性を得ることができる衝撃吸収装置を提供することを主たる目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１部材と第２部材との間に設けられ、第１部材に対して第２部材側へ向かう想定衝突方向に沿って衝撃が加わるとその衝撃を塑性変形により吸収又は緩和する衝撃吸収装置において、前記想定衝突方向に沿って延び当該方向に塑性変形される筒部を有し、該筒部は塑性変形により前記第２部材の外周側において捲り込まれるように構成した。
【０００９】
かかる構成によれば、第１部材に想定衝突方向に沿って衝撃が加わると、衝撃吸収装置には同方向に沿って圧縮力が作用し、この力に基づいて筒部の後端が捲り込まれるように塑性変形していく。その変形が第２部材の外周側において生じるように、筒部は第２部材を囲み込むことができる程度の大きな形状とされていることから、筒部の断面係数は高く、単位移動量あたりの衝撃エネルギー吸収効果が高い。その結果、筒部を厚肉化したり全長を長くしたりするといった重量増加を招く対策を講ずることなく必要な荷重特性を得ることができる。
【００１０】
なお、車両に関していえば、第１部材としてバンパ又はその構成部品が対応し、第２部材として車体フレームが対応する。
【００１１】
ここで、上記構成において、前記筒部の後端には前記第２部材に取り付けられる取付部を設け、該取付部は前記第２部材の外周に重ね合わされる形状とすることが好ましい。かかる構成によれば、第２部材の第１部材との対向部に取付部が配置される場合に比べて筒部の塑性変形に伴う必要なストローク量を容易に確保することができる。
【００１２】
また、前記取付部は前記第２部材の外周位置に取り付けられていることが好ましい。かかる構成によれば、第２部材の先端を取付部のために折り曲げる等の加工が不要となり、コスト低減を図ることができる。
【００１３】
さらに、前記筒部と取付部とは段差部を介して一体形成されていることが好ましい。筒部、段差部及び取付部を一体形成すれば、部品点数を低減できるし、取付部は第２部材の外周に沿った形状であればよいからプレスやハイドロフォーミング等によって容易に成形できる。また、段差部の存在によって、筒部の塑性変形を誘発することが可能となるし、筒部の大径化を図ることができる。なお、この場合、取付部は前記第２部材の外周形状とほぼ同一形状となる筒状に形成することが一層好ましい。
【００１４】
なお、前記取付部は第２部材に対して着脱自在に取り付けられるように構成するとよい。同様に、第１部材に対しても前記筒部が着脱自在に取り付けられるように構成するとよい。着脱自在とすることで、必要に応じて衝撃吸収装置の交換が可能となるからである。
【００１５】
また、前記筒部は、同一軸線上に小径筒部とそれよりも大径の大径筒部とを備え、それらの端部間を段差部で一体に連結した構成としてもよい。これにより、断面係数をさらに高めることが可能となるからである。この場合、大径筒部は第１部材側に、小径筒部は第２部材側に配されることが好ましい。塑性変形により捲り込まれた大小各筒部が第２部材の外周側に上手く納められるからである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、衝撃吸収装置の代表例である車両用クラッシュボックス及びその周辺構成に関する一実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
図１に示すように、クラッシュボックス１０は、車両前部に配置されるバンパの構成要素であるバンパリインフォースメント１１と、車体フレームの構成要素であるフロントサイドメンバ１２との間に設けられた衝撃吸収装置である。なお、クラッシュボックス１０は一般に左右一対で使用されるが、図１にはその片方のみを示す。
【００１８】
図１乃至図３に示すように、クラッシュボックス１０は、略円筒状に形成された円筒部１３と、その円筒部１３の後端側に段差部１４を介して連続するように略四角筒状に形成された角筒部１５を備えている。角筒部１５は円筒部１３の中心軸線Ｌに沿って延びるように設けられている。円筒部１３、段差部１４及び角筒部１５は、例えば機械構造用鋼を円筒状に形成した上で、その端部の所定長分をプレス成形することにより形成される。すなわち、プレス部位が角筒部１５、プレス部位と非プレス部位との境界が段差部１４、非プレス部位が円筒部１３となる。
【００１９】
円筒部１３の先端側には、周方向にみて等間隔に４つのフランジ片１６が一体形成されており、各フランジ片１６は円筒中心に向け折り曲げられている。各フランジ片１６には円筒部１３の延びる方向に貫通するボルト孔１７が形成されており、ボルト孔１７に対応するフランジ片１６の後面側にはそれぞれナット１８が固定されている。
【００２０】
角筒部１５は、その内周面形状がフロントサイドメンバ１２先端側の外周面形状とほぼ同一となるように、かつ若干大きめに形成されている。そして、角筒部１５内にフロントサイドメンバ１２の先端部が挿入された状態となるように、クラッシュボックス１０が配置されている。そして、角筒部１５の後端部全周とフロントサイドメンバ１２の外周面の対応位置との間に溶接Ｗが施されることにより、角筒部１５がその後端部でフロントサイドメンバ１２に対して強固に固定されている。また、円筒部１３の先端側はバンパリインフォースメント１１に突き当てられ、その状態で図示しないボルトがボルト孔１７を介してナット１８に螺入されることにより、円筒部１３がその先端部でバンパリインフォースメント１１に取外し可能に固定されている。
【００２１】
このようにクラッシュボックス１０が取り付けられた状態では、車両の前後方向とクラッシュボックス１０の円筒部１３の中心軸線Ｌ方向とが一致している。すなわち、車両の正面衝突を想定した場合、想定衝突方向に沿ってクラッシュボックス１０が配置されている。また、円筒部１３は、段差部１４の外周縁から連続して延びるように形成されていることで、角筒部１５及びフロントサイドメンバ１２の外周側に余裕をもって配置されるほど大きな半径Ｒ１からなる円筒となっている。
【００２２】
次に、本実施の形態におけるクラッシュボックス１０の衝突吸収作用について説明する。
【００２３】
例えば、クラッシュボックス１０を具備した車両が障害物に正面衝突したと仮定すると、バンパリインフォースメント１１によって受け止められた衝撃は、クラッシュボックス１０に伝達される。一方、クラッシュボックス１０はフロントサイドメンバ１２に強固に固定されている。そのため、中心軸線Ｌに沿った方向（想定衝突方向）に加えられた衝撃は、クラッシュボックス１０を前後方向に押し潰そうとする圧縮力として作用する。
【００２４】
すると、前後方向への圧縮力に対する耐力の最も弱い段差部１４から塑性変形が始まり、次いで円筒部１３の後端部が段差部１４を後方へ向け押し潰し、その後、円筒部１３の後端に折返し部が形成されてその折返し部が後退するように円筒部１３が捲り込まれていく。すなわち、図３の実線に示す衝撃が与えられる前の状態から２点鎖線で示す塑性変形後の状態となり、その塑性変形の過程において円筒部１３は、角筒部１５の外周側すなわちフロントサイドメンバ１２の外周側に沿って捲り込まれていくこととなる。以上の塑性変形により、衝突時の衝撃が吸収又は緩和される。
【００２５】
次に、本実施の形態におけるクラッシュボックス１０について、従来例と比較説明しつつ、有利な効果を説明する。なお、図４のグラフにおいて、実線で本実施の形態のクラッシュボックス１０のＦ−Ｓ特性を示すとともに、一点鎖線で従来例として説明したクラッシュボックス３０のＦ−Ｓ特性を示した。
【００２６】
図４から理解できるように、本実施の形態のクラッシュボックス１０では円筒部１３の塑性変形途中においてほぼ一定となる荷重Ｆ１が従来例のクラッシュボックス３０における荷重Ｆ２よりも大きい。すなわち、本実施の形態のクラッシュボックス１０は高強度であるということを確認できる。かかる差異は、従来例のクラッシュボックス３０では、図８に示すように塑性変形される円筒部３１の半径Ｒ２が本実施の形態における円筒部１３の半径Ｒ１よりも小さいことに起因する。
【００２７】
すなわち、従来例では塑性変形される円筒部３１はフロントサイドメンバ３３の内周側に入り込み得る程度の大きさとなっているのに対し、本実施の形態では塑性変形される円筒部１３はフロントサイドメンバ１２の外周側において捲り込まれるものであるため、上記のように円筒部１３，３１の半径Ｒ１，Ｒ２に大きな差異が生じる。そして、荷重Ｆ１，Ｆ２の大小は断面係数に依存するが、断面係数は半径の二乗に比例するから、従来のクラッシュボックス３０と比べて本実施の形態のクラッシュボックス１０は格段に断面係数が高くなり、単位ストロークあたりの衝撃エネルギー吸収量が多くなる。
【００２８】
また、エネルギー吸収量はＦ−Ｓ特性を示すグラフの面積から把握される。ここで、上記のように本実施の形態におけるクラッシュボックス１０の荷重Ｆ１は従来のクラッシュボックス３０の荷重Ｆ２よりも大きい。そのため、従来のクラッシュボックス３０において必要なエネルギー吸収量を得るのに円筒部３１の有効ストローク量としてＳ２が必要であったとした場合、本実施の形態のクラッシュボックス１０では円筒部１３の有効ストローク量としてはＳ２よりも短いＳ１だけでよくなる。
【００２９】
その結果、従来のクラッシュボックス３０と本実施の形態のクラッシュボックス１０とが同じ肉厚であると仮定すれば、円筒部１３のストローク量を短くしても必要なエネルギー吸収量を得ることができる。一方、従来のクラッシュボックス３０と本実施の形態のクラッシュボックス１０とが同じ有効ストロークであったとすれば、円筒部１３の肉厚を薄くすることができる。すなわち、従来のクラッシュボックス３０と同等のエネルギー吸収量を得るために、本実施の形態では、クラッシュボックス１０の有効ストローク又は肉厚を低減し得るため、重量軽減効果がある。
【００３０】
また、本実施の形態のクラッシュボックス１０では、フロントサイドメンバ１２の外周側に重なり合うように配置される角筒部１５が、フロントサイドメンバ１２との間で溶接Ｗによって結合されているため、従来のクラッシュボックス３０のようにフロントサイドメンバ３３の先端を内側に折り曲げた折り曲げ部を形成する必要がない。同様に、角筒部１５については特別なフランジ等の取付部を形成する必要もない。その結果、クラッシュボックス１０の加工部位を削減することができ、材料費の低減、歩留まりの向上を図ることができる。従って、コスト低減及び更なる軽量化が可能である。
【００３１】
また、従来ではクラッシュボックス３０とフロントサイドメンバ３３との取付に際して、円筒部３１の中心軸線Ｌ方向にみて取付フランジ３２やボルト３４がフロントサイドメンバ３３の先端側に配置されている。このボルト３４等の配置領域が円筒部３１のストローク量を制限することとなり、クラッシュボックス３０の有効ストローク量を確保するためには、クラッシュボックス３０の全長を長くせざるを得ない。この点、本実施の形態のクラッシュボックス１０によれば、クラッシュボックス１０とフロントサイドメンバ１２との取付箇所は、フロントサイドメンバ１２の外周領域に存在するため、円筒部１３のストローク量がその取付部によって制限されることがない。従って、ストロークの無駄分が少なくなってクラッシュボックス１０の全長を短くすることができ、更なる軽量化を図ることができる。
【００３２】
なお、以上説明した実施の形態を、以下に示すように適宜変更することも可能である。
【００３３】
（ａ）クラッシュボックス１０の角筒部１５をフロントサイドメンバ１２に固定する手段として、溶接Ｗを施すことに代えて他の固定手段を用いてもよい。例えば、図５に示すように、角筒部１５及びフロントサイドメンバ１２の重ね合せ部分の対応位置にボルト孔をそれぞれ形成し、フロントサイドメンバ１２のボルト孔に対応した位置にナット２１を固定し、ボルト孔同士を合わせた状態でボルト２２によって締付固定してもよい。
【００３４】
このようにすれば、クラッシュボックス１０の取付工程において溶接作業が不要となる。しかも、万一、クラッシュボックス１０が破損等した場合にあっても、ボルト２２を外せば容易にクラッシュボックス１０を取り外して交換することができる。また、これに加え、クラッシュボックス１０をバンパリインフォースメント１１に直接溶接するように構成してもよく、この場合にはクラッシュボックス１０はバンパリインフォースメント１１とともに部品交換されることになる。
【００３５】
（ｂ）クラッシュボックス１０の塑性変形部である円筒部１３は全長に亘って均一の径を有するものとする必要はなく、径を中途で異ならせてもよい。例えば、図６に示すように、円筒部を、第１円筒部１３ａと、その第１円筒部１３ａよりも大径の第２円筒部１３ｂとから構成し、それら第１円筒部１３ａと第２円筒部１３ｂとが段差部２６を介して繋がるように一体形成されるように構成してもよい。
【００３６】
但し、塑性変形時の捲り込み部分を上手く納めるために、バンパリインフォースメント１１側を大径の第２円筒部１３ｂとし、フロントサイドメンバ１２側を小径の第１円筒部１３ａとすることが好ましい。このようにすれば、小径側の第１円筒部１３ａが塑性変形によってフロントサイドメンバ１２の外周側において捲り込まれるとともに、大径側の第２円筒部１３ｂは小径側の第１円筒部１３ａの外周側において捲り込まれることとなり、必要な荷重特性を容易に実現できる。また、第１円筒部１３ａですらフロントサイドメンバ１２の外周側に配置されるほどの大径であるのに、それよりも大径となる第２円筒部１３ｂが設けられることとなり、断面係数を更に高めることができる。なお、円筒部１３を上記のように２段式にするのみならず３段以上の複数段としてもよく、この場合も上記と同様の理由から、バンパリインフォースメント１１側ほど大径の円筒部が配置されるようにすることが好ましい。
【００３７】
（ｃ）クラッシュボックス１０のバンパリインフォースメント１１への取付部として、フランジ片１６を円筒部１３に一体形成したが、フランジ片を円筒部１３とは別体として構成し、当該フランジ片を円筒部１３に溶接等の固定手段によって固定してもよい。
【００３８】
（ｄ）クラッシュボックス１０の塑性変形部を円筒部１３により構成したが、フロントサイドメンバ１２の外周側に沿って塑性変形される筒状物であればよく、角筒部１５よりも大きな角筒部によって構成してもよい。また、角筒部１５はフロントサイドメンバ１２への取付部として機能するものであるから、筒状に形成されていなくてもよい。
【００３９】
（ｅ）クラッシュボックス１０の構成材料は、機械構造用鋼に限らず、ステンレス材料や、アルミニウム材料等の他の材料を用いてもよい。また、クラッシュボックス１０の円筒部１３及び角筒部１４の成形は、プレス成形に限らず、ハイドロフォーミングにより行なってもよい。
【００４０】
（ｆ）クラッシュボックス１０を車両後方のバンパリインフォースメントとリヤサイドメンバとの間に設けたものとしてもよい。また、クラッシュボックスに適用する以外にも他の衝撃吸収装置として適用してもよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の衝撃吸収装置によれば、重量増加を招くことなく必要な荷重特性を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両本体の前部に設けられたクラッシュボックスの一実施の形態を示す部分平面図。
【図２】一実施形態におけるクラッシュボックスの斜視図。
【図３】一実施形態におけるクラッシュボックスの縦断面図（図１におけるＡ−Ａ線断面図）。
【図４】一実施形態及び従来例のＦ−Ｓ特性を示すグラフ。
【図５】クラッシュボックスの他の実施形態を示す縦断面図。
【図６】クラッシュボックスの更に他の実施形態を示す縦断面図。
【図７】車両本体の前部におけるクラッシュボックスの従来例を示す部分平面図。
【図８】従来例におけるクラッシュボックスの縦断面図（図７におけるＢ−Ｂ線断面図）。
【符号の説明】
１０…クラッシュボックス（衝撃吸収装置）、１１…バンパリインフォースメント（第１部材）、１２…フロントサイドメンバ（第２部材）、１３…円筒部（筒部）、１３ａ…第１円筒部（小径筒部）、１３ｂ…第２円筒部（大径筒部）、１４…段差部、１５…角筒部（取付部）。
【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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