(57)【要約】【課題】外殻構造体の中空部にエネルギ吸収材を充填した衝撃エネルギ吸収構造部材において、軽量化や衝撃エネルギ吸収量の向上を実現する。【解決手段】長手方向に中空部１１ａを有する外殻構造体と、中空部１１ａに充填したエネルギ吸収材１２を備え、外殻構造体１１の長手方向を負荷入力方向とした衝撃エネルギ吸収構造部材１０である。外殻構造体１１が、その断面において、中空部１１ａを分割する隔壁１３Ａ、１３Ｂを有すると共に、この隔壁１３Ａ、１３Ｂを一部とする長方形領域を形成している。外殻構造体１１とエネルギ吸収材１２の相互作用でより大きなエネルギ吸収量を実現した。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向にわたって中空部を有する外殻構造体と、この外殻構造体の中空部に充填したエネルギ吸収材を備えると共に、外殻構造体の長手方向を負荷入力方向とした衝撃エネルギ吸収構造部材であって、外殻構造体が、その断面において、中空部を分割する少なくとも１つの隔壁を有すると共に、この隔壁を一部とする長方形領域が形成してあり、長方形領域内を含む中空部にエネルギ吸収材が充填してあることを特徴とする衝撃エネルギ吸収構造部材。
【請求項２】
隔壁が、外殻構造体の外周壁を形成する一辺に対して略平行であると共に、外殻構造体の長手方向に沿って設けてあることを特徴とする請求項１に記載の衝撃エネルギ吸収構造部材。
【請求項３】
長方形領域における短辺と長辺の長さの比が、０．１６７〜０．５の範囲であることを特徴とする請求項１又は２に記載の衝撃エネルギ吸収構造部材。
【請求項４】
外殻構造体の外周壁の厚さと、長方形領域における短辺と長辺の平均長さとの比が、０．０１〜０．０２５の範囲であり、且つエネルギ吸収材の圧縮強度と、外殻構造体の負荷入力方向に対する降伏強度あるいはそれに相当する強度との比が、０．００５〜０．０３５の範囲であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の衝撃エネルギ吸収構造部材。
【請求項５】
外殻構造体が、鋼板及びアルミニウム製押出し材の一方から成り、エネルギ吸収材が、多孔質金属から成ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の衝撃エネルギ吸収構造部材。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の衝撃エネルギ吸収構造部材を用いたことを特徴とする車両用構造部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、自動車等の車両用構造部材として用いられて、衝突時の衝撃エネルギを吸収して衝撃を和らげるのに利用される衝撃エネルギ吸収構造部材に関するものである
【０００２】
【従来の技術】
一般に、例えば自動車の車体には、衝撃エネルギが入力された際にその衝撃エネルギを効率良く吸収して、車体の主構造に影響が及ばないようにする衝撃エネルギ吸収構造部材が用いられている。この衝撃エネルギ吸収構造部材には、吸収する衝撃エネルギの量を高めるために、構造部材の板厚を大きくしたり、構造部材の材料強度を高めたり、中空部を有する構造部材の中空部にエネルギ吸収材を充填したりしたものがある。
【０００３】
とくに、構造部材の中空部にエネルギ吸収材を充填した衝撃エネルギ吸収構造部材としては、例えば特開平８−１６４８６９号公報に記載されているように、シャーシフレームの左右のサイドメンバ内に、衝撃エネルギ吸収用の発泡アルミニウムを充填し、外部から負荷される圧縮応力に対して発泡アルミニウムを圧潰させることで衝撃エネルギを吸収するようにしたものがあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年では、環境の保護や資源の節約等の観点から自動車の燃費の改善が行われており、改善策の一つである車体の軽量化に伴って、車体を構成する衝撃エネルギ吸収構造部材の軽量化が要望されている。そして、このような車両用構造部材を代表例とする衝撃エネルギ吸収構造部材には、従来と同等の衝撃エネルギ吸収量を達成する場合には軽量化が求められ、また、従来と同等の質量を有する場合には衝撃エネルギ吸収量の向上が求められていた。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたもので、外殻構造体の中空部にエネルギ吸収材を充填した衝撃エネルギ吸収構造部材であって、軽量化や衝撃エネルギ吸収量の向上を実現することができる衝撃エネルギ吸収構造部材を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の衝撃エネルギ吸収構造部材は、長手方向にわたって中空部を有する外殻構造体と、この外殻構造体の中空部に充填したエネルギ吸収材を備えており、外殻構造体の長手方向を負荷入力方向としている。そして、外殻構造体が、その断面において、中空部を分割する少なくとも１つの隔壁を有しており、且つ同断面において、隔壁を一部とする長方形領域が形成してあり、この長方形領域内を含む中空部にエネルギ吸収材が充填してあることを特徴としている。
【０００７】
【発明の作用】
本発明の衝撃エネルギ吸収構造部材では、外部からの負荷入力方向に対向する外殻構造体の断面に、中空部を分割する隔壁を設けて長方形領域を形成すると共に、この長方形領域内を含む中空部にエネルギ吸収材を充填したことから、エネルギ吸収部材が部材全体のエネルギ吸収に大きく寄与することとなり、部材全体のエネルギ吸収量が、外殻構造体のエネルギ吸収量とエネルギ吸収材のエネルギ吸収量との単純和ではなく、外殻構造体とエネルギ吸収材との相互作用によってさらに大きいものとなる。
【０００８】
【発明の効果】
本発明の衝撃エネルギ吸収構造部材によれば、隔壁により断面に長方形領域を形成した外殻構造体とこの外殻構造体の中空部に充填したエネルギ吸収材との相互作用で、部材全体としてより一層大きなエネルギ吸収量を得ることができ、例えば、隔壁をもたない衝撃エネルギ吸収構造部材と比較した場合、同等の衝撃エネルギ吸収量を達成しつつ軽量化を実現することができ、もしくは同等の質量を有するものとしたうえで衝撃エネルギ吸収量の向上を実現することができる。
【０００９】
【実施例】
以下、図面に基づいて、本発明の衝撃エネルギ吸収構造部材の実施例を説明する。なお、本発明の衝撃エネルギ吸収構造部材は、その詳細な構成が以下の実施例のみに限定されるものではない。
【００１０】
図１に示す衝撃エネルギ吸収構造部材１０は、図２に示す自動車の車体Ｂにおいて、車両用構造部材である左右のフロントサイドメンバ１，１に用いるものである。各フロントサイドメンバ１は、その後方に配置したサイドメンバエクステンション２に連結してある。そして、車体Ｂは、衝突により前方から衝撃が加わった際、その衝撃エネルギをフロントサイドメンバ１で吸収し、サイドメンバエクステンション２の変形を極力抑えつつ荷重をフロア３やサイドシル４に伝達する構造になっている。
【００１１】
上記の衝撃エネルギ吸収構造部材１０は、長手方向にわたって中空部１１ａを有する外殻構造体１１と、この外殻構造体１１の中空部１１ａに充填したエネルギ吸収材１２を備えており、図中に矢印で示すように、外殻構造体１１の長手方向を負荷入力方向とする。外殻構造体１１は、鋼板もしくはアルミニウム製押出し材から成る断面矩形状の部材である。また、エネルギ吸収材１２は、多孔質金属から成るものである。
【００１２】
さらに、外殻構造体１１は、負荷入力方向に対向する断面において、中空部１１ａを上下にほぼ三等分する２つの隔壁１３Ａ，１３Ｂを有している。これらの隔壁１３Ａ，１３Ｂは、外殻構造体１１の外周壁を形成する上下の二辺に対して平行であり、外殻構造体１１の長手方向に沿って設けてある。これにより、外殻構造体１１は、その断面において、隔壁１３Ａ，１３Ｂを長辺とする長方形領域を形成していると共に、隔壁１３Ａ，１３Ｂにより３分割した中空部１１ａにエネルギ吸収材１２が充填してある。
【００１３】
上記の構成を備えた衝撃エネルギ吸収構造部材１０は、外殻構造体１１に、中空部１１ａを３分割する隔壁１３Ａ，１３Ｂを長手方向に沿って設け、隔壁１３Ａ，１３Ｂを長辺とする長方形領域を形成すると共に、中空部１１ａにエネルギ吸収材１２を充填したことにより、負荷が入力されると、とくに長方形領域において構造不安定性に起因する塑性座屈を防止して、連続的な座屈変形が生じることとなる。
【００１４】
そして、エネルギ吸収部材１２が部材全体のエネルギ吸収に大きく寄与することとなり、部材全体のエネルギ吸収量が、外殻構造体１１のエネルギ吸収量とエネルギ吸収材１２のエネルギ吸収量との単純和ではなく、外殻構造体１１とエネルギ吸収材１２との相互作用によってさらに大きいものとなる。
【００１５】
ここで、図３は、本発明の衝撃エネルギ吸収構造部材において、外殻構造体の断面を正方形とし、この正方形内に隔壁を長辺とする長方形領域を形成した場合に、短辺と長辺の長さの比（アスペクト比）に対する単位質量当たりの平均反力を示すグラフである。なお、アスペクト比１は、隔壁の無い断面無分割の外殻構造体を用いた場合を示す。また、単位質量当たりの平均反力は、断面無分割の外殻構造体を用いた場合を１としている。
【００１６】
さらに、外殻構造体は、５９０ＭＰａ級の鋼板を使用し、板厚が１．４ｍｍであり、断面の縦横寸法が８０ｍｍ×８０ｍｍである。エネルギ吸収材は、多孔質金属であって、密度が０．４５ｇ／ｃｍ３であり、圧縮強度（プラトー応力）が５ＭＰａである。
【００１７】
図３から明らかなように、本発明の衝撃エネルギ吸収構造部材は、断面無分割の外殻構造体を用いた場合に比べて、長方形領域における短辺と長辺の長さの比（アスペクト比）が０．１６７〜０．５の範囲で、単位質量当りのエネルギ吸収量が充分に高められ、最大で約１３％上昇した。つまり、衝撃エネルギ吸収構造部材１０は、望ましくは、隔壁１３Ａ，１３Ｂにより形成した長方形領域における短辺と長辺の長さの比を、０．１６７〜０．５の範囲とするのが良い。
【００１８】
次に、図４は、本発明の衝撃エネルギ吸収構造部材で用いる外殻構造体とエネルギ吸収材のそれぞれのエネルギ吸収量に加えて、外殻構造体とエネルギ吸収材の相互作用によりさらなるエネルギ吸収量が得られる範囲を調べた結果を示すものである。
【００１９】
図４において、横軸は、外殻構造体の外周壁の厚さｔと、外殻構造体の断面形状を特徴付ける無次元数である一辺の平均長さｂとの比ｔ／ｂであり、縦軸は、エネルギ吸収材の圧縮強度σｆと、部材の強度バランスを示す無次元数である外殻構造体の降伏強度あるいはそれに相当する強度σｙとの比σｆ／σｙである。
【００２０】
また、グラフ中の各ポイントの横に記載した数字は、外殻構造体単体でのエネルギ吸収量とエネルギ吸収材単体でのエネルギ吸収量の和に対して、当該衝撃エネルギ吸収構造部材全体としてのエネルギ吸収量の増加代（％）すなわち相互作用によるエネルギ吸収量の増加代を示したものである。
【００２１】
図４から明らかなように、本発明の衝撃エネルギ吸収構造部材は、とくに、グラフ中において太い点線で囲んだ領域で１５％以上の高い相互作用が得られることが判る。つまり、衝撃エネルギ吸収構造部材１０は、望ましくは、外殻構造体１１の外周壁の厚さｔと、長方形領域における短辺と長辺の平均長さｂとの比ｔ／ｂを、０．０１〜０．０２５の範囲とし、且つエネルギ吸収材１２の圧縮強度σｆと、外殻構造体１１の負荷入力方向に対する降伏強度あるいはそれに相当する強度σｙとの比σｆ／σｙを、０．００５〜０．０３５の範囲にするのが良い。なお、相互作用の大きい領域は、長方形領域の短辺と長辺の長さの比が大きくなっても変わらない。
【００２２】
次に、図５は、図４に示す結果を踏まえて、長方形領域の短辺と長辺の長さの比（アスペクト比）と、外殻構造体単体でのエネルギ吸収量とエネルギ吸収材単体でのエネルギ吸収量との和に対する当該衝撃エネルギ吸収構造部材全体としてのエネルギ吸収量の増加代（相互作用の割合）を示したものである。
【００２３】
アスペクト比が小さくて長方形領域が扁平な断面であっても、直軸圧潰による連続座屈が生じる場合（上側の線）には、アスペクト比が１の場合よりも相互作用の割合が大きいことが判る。一方、直軸圧潰が生じずに大きな塑性座屈を伴う場合（下側の線）には、アスペクト比が小さくなるにつれて相互作用も減少していくことが判る。したがって、衝撃エネルギ吸収構造部材において、外殻構造体とこれに充填したエネルギ吸収材との間の相互作用を大きくするためには、図４中に太い点線で示す領域を満たしつつ、アスペクト比が１よりも小さい矩形断面を直軸圧潰変形させることが有効である。
【００２４】
図６は、本発明の衝撃エネルギ吸収構造部材の製造方法を模式的に示す図である。この実施例では、断面において長方形領域を形成する３つの単位部材１１Ａ〜１１Ｃを押出し成形等により形成し、これらの単位部材１１Ａ〜１１Ｃを上下３段に積層して、単位部材同士の接触面の稜線Ｐをレーザ等で溶接することで外殻構造体１１を作製し、各単位部材１１Ａ〜１１Ｃの中空部にエネルギ吸収材１２を充填して衝撃エネルギ吸収構造部材１０としている。
【００２５】
図７は、本発明の衝撃エネルギ吸収構造部材の他の製造方法を模式的に示す図である。この実施例では、中空状の外殻本体（１１）内に別体の隔壁１３Ａ，１３Ｂを挿設し、外殻本体（１１）の外側からレーザ等で溶接することにより、隔壁１３Ａ，１３Ｂを備えた外殻構造体１１を作製し、その中空部１１ａにエネルギ吸収材１２を充填して図１に示すものと同様の衝撃エネルギ吸収構造部材１０としている。この場合、外殻構造体１１の本体には、隔壁１３Ａ，１３Ｂを位置決めして固定するためのフランジ等を設けるようにしても良い。
【００２６】
図６及び図７に示す衝撃エネルギ吸収構造部材１０にあっても、図１に示すものと同様の作用及び効果を得ることができる。また、当該衝撃エネルギ吸収構造部材１０は、図２に例示したような車両用構造部材に好適であって、隔壁１３Ａ，１３Ｂにより断面に長方形領域を形成した外殻構造体１１とこの外殻構造体１１の中空部１１ａに充填したエネルギ吸収材１２との相互作用により、部材全体としてより一層大きなエネルギ吸収量を得ることができ、隔壁をもたない衝撃エネルギ吸収構造部材と比較した場合、同等の衝撃エネルギ吸収量を達成しつつ軽量化を実現し、これにより車体の軽量化に貢献することができる。また、軽量化と衝撃エネルギ吸収量の向上の両方を実現することも当然可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の衝撃エネルギ吸収構造部材の一実施例を説明する斜視図である。
【図２】図１に示す衝撃エネルギ吸収構造部材を車両用構造部材として用いた車体を説明する斜視図である。
【図３】長方形領域の短辺と長辺の長さ比（アスペクト比）に対する単位質量当たりの平均反力を示すグラフである。
【図４】外殻構造体の外周壁の厚さと外周壁の一辺の平均長さの比と、エネルギ吸収材の圧縮強度と外殻構造体の降伏強度あるいはそれに相当する強度の比との関係を示すグラフである。
【図５】長方形領域の短辺と長辺の長さ比（アスペクト比）と、当該衝撃エネルギ吸収構造部材全体としてのエネルギ吸収量の増加代（相互作用の割合）との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の衝撃エネルギ吸収構造部材の製造方法を模式的に示す斜視分解図である。
【図７】本発明の衝撃エネルギ吸収構造部材の他の製造方法を模式的に示す斜視図である。
【符号の説明】
１　　　フロントサイドメンバ（衝撃エネルギ吸収構造部材・車両用構造部材）
１１　　外殻構造体
１１ａ　中空部
１２　　エネルギ吸収材
１３Ａ　隔壁
１３Ｂ　隔壁
【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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