(57)【要約】【課題】断面が６以上の偶数辺からなる正多角形でない多角形断面の外周壁を有するアルミニウム合金押出材をサイドメンバー等のエネルギー吸収部材として用いる場合において、押出材の軽量化を可能とし、寸法精度の低下を抑え、生産性を上げる。【解決手段】偶数辺（１〜８）からなる外周壁の内側に、該外周壁の対向する頂点間（１１−１３、１２−１４）を接続し、かつ一箇所で交差する複数本のリブ（９、１０）を有するアルミニウム合金押出材からなるエネルギー吸収部材。外周壁の辺の数をｍとし前記リブの本数をｎとしたときｎ＜ｍ／２で、かつ前記リブで接続されていない頂点がｍ−２ｎ個存在する。前記リブが接続する頂点はその内角がリブが接続していない頂点の内角より大きい。【選択図】　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面が６以上の偶数辺からなる正多角形でない凸多角形の外周壁の内側に、該外周壁の対向する頂点間を接続し、かつ一箇所で交差する複数本のリブを有するアルミニウム合金押出材からなり、前記外周壁の辺の数をｍとし前記リブの本数をｎとしたときｎ＜ｍ／２で、かつ前記リブで接続されていない頂点がｍ−２ｎ個存在し、さらに前記リブが接続する頂点はその内角がリブが接続していない頂点の内角より大きいことを特徴とする軸方向の衝撃を吸収するエネルギー吸収部材。
【請求項２】
断面が６以上の偶数辺からなる正多角形でない凸多角形の外周壁の内側に、該外周壁の頂点間を接続し、かつ互いに交差しない複数本のリブを有するアルミニウム合金押出材からなり、前記外周壁の辺の数をｍとし前記リブの本数をｎとしたときｎ＜ｍ／２で、かつ前記リブで接続されていない頂点がｍ−２ｎ個存在し、さらに前記リブが接続する頂点はその内角がリブが接続していない頂点の内角より大きいことを特徴とする軸方向の衝撃を吸収するエネルギー吸収部材。
【請求項３】
自動車用のサイドメンバーであることを特徴とする請求項１又は２に記載したエネルギー吸収部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸方向に圧縮の衝撃荷重を受けたとき、その衝撃を吸収する作用を持ち、例えば自動車等の構造部材として好適な衝撃エネルギー吸収性に優れるアルミニウム合金製エネルギー吸収部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のフレーム構造において、軽量化のためアルミニウム合金中空押出材が注目されている。自動車のフレーム材は衝突時衝撃的な変形を受けるが、この場合に脆性的に破断せず、その衝撃エネルギーを吸収する必要がある。例えばサイドメンバーやバンパーステイなどでは、押出軸方向に圧縮の衝撃荷重を受けたとき、形材全体が蛇腹状に収縮変形して、安定した高いエネルギー吸収を得ることが必要である。
【０００３】
この種の用途に用いるアルミニウム合金押出材として、一般に口形、日形、目形、田形等の４角形の断面形状が提案されているが、エネルギー吸収特性を向上させるため、最近では、４角形を超える多角形断面も提案されている。例えば特開２００１−１２４１２８には、正５角形及び正６角形の外周壁と、その頂点及び中心を通るリブからなる断面形状、特開平１１−２０８５１９号公報には、正６角形の外周壁とその頂点同士を直線的に接続するリブからなる断面形状、さらに特開平８−２６８３２３号公報には、略矩形状ではあるが６角形の外周壁と円形の内周壁及びそれらを連結するリブからなる断面形状が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
自動車の限られた許容スペースを最大限に活用しようとした場合、サイドメンバー等の断面形状について、必ずしも正多角形がベスト形状とは限らず正多角形でない多角形が望ましい場合がある。
一方、前記公報に例示された断面形状の場合、従来の四角形断面のエネルギー吸収部材に比べ、多数のリブ又は内周壁の存在により押出材が重量化し、かつ多数の独立した中空部があるため押出材に溶着部が多くなり断面の寸法精度が低下し、さらに押出速度が上がらず生産性が低下したり、外周壁の内部の熱容量が大きく焼きが入りにくくなって機械的性質が不安定になるなどの問題がある。
【０００５】
本発明は、特に断面が６以上の偶数辺からなる正多角形でない多角形断面の外周壁を有するアルミニウム合金押出材をサイドメンバー等のエネルギー吸収部材として用いる場合において、押出材の軽量化が可能で、寸法精度の低下を抑え、さらに生産性を上げ、機械的性質の安定化を図ることができるエネルギー吸収部材を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るエネルギー吸収部材は、自動車のサイドメンバー等の軸方向の衝撃を吸収するエネルギー吸収部材に関し、断面が６以上の偶数辺からなる正多角形でない凸多角形の外周壁の内側に、該外周壁の対向する頂点間を接続し、かつ一箇所で交差する複数本のリブを有するアルミニウム合金押出材からなり、前記外周壁の辺の数をｍとし前記リブの本数をｎとしたときｎ＜ｍ／２で、かつ前記リブで接続されていない頂点がｍ−２ｎ個存在し、さらに前記リブが接続する頂点はその内角がリブが接続していない頂点の内角より大きいことを特徴とする。
また、本発明に係る別のエネルギー吸収部材は、同じく自動車のサイドメンバー等の軸方向の衝撃を吸収するもので、断面が６以上の偶数辺からなる正多角形でない凸多角形の外周壁の内側に、該外周壁の頂点間を接続し、かつ互いに交差しない複数本のリブを有するアルミニウム合金押出材からなり、前記外周壁の辺の数をｍとし前記リブの本数をｎとしたときｎ＜ｍ／２で、かつ前記リブで接続されていない頂点がｍ−２ｎ個存在し、さらに前記リブが接続する頂点はその内角がリブが接続していない頂点の内角より大きいことを特徴とする。
【０００７】
本発明において、正多角形でない凸多角形とは、外周壁のある辺の長さと異なる長さの辺が少なくとも１つ存在するか、又は／及び外周壁のある頂点の内角と異なる内角の頂点が少なくとも１つ存在する凸多角形を意味し、凸多角形とは頂点の内角が全て１８０゜未満の多角形を意味する。多角形を偶数辺としたのは、圧縮の衝撃荷重を軸方向に受けたとき、蛇腹状変形の伝達の位相をそろえて変形の伝達がスムースに進行するようにするためである。
【０００８】
また、本発明において、ｎ＜ｍ／２で、かつリブで接続されていない頂点がｍ−２ｎ個存在するということは、リブが接続していない頂点が少なくとも２つは存在し、かつ１つの頂点に２本以上のリブが接続していないことを意味する。
このように、多角形の頂点の全てをリブで接続するのではなく、効果的な箇所にリブを設けることにより、リブの一部を省略して押出材を軽量化すると同時に、押出材の溶着部を減らして寸法精度を確保し、押出速度を向上させ、外周壁内部の熱容量を減らして焼入れ処理が十分にできるようになる。なお、剛性の面からいえば、ｎ＝ｍ／２−１が望ましい。
【０００９】
正多角形でない多角形の場合、辺の長さに長短があるか又は／及び頂点の内角に大小があるため、リブで接続する必要性の程度は頂点毎に異なってくる。リブで接続された頂点（１つのリブに対し２つの頂点）について、その内角がリブが接続していない頂点の内角より大きくなるように、リブを接続する頂点を選択することにより、単位重量当りのエネルギー吸収量を増大させ、同時に（平均荷重／最大荷重）を上げることが可能となる。（平均荷重／最大荷重）値が大きいということは、最大荷重が比較的小さいということであり、衝撃時の初期反力が小さく乗員に対する衝撃が小さいことを意味する。得られるエネルギー吸収量が同じであれば最大荷重は小さい方が望ましい。
【００１０】
本発明において、各リブは互いに交差するように形成される場合と、交差しないように形成される場合がある。
前者の場合、リブは外周壁の対向する頂点間を接続するように形成される。ここで対向する頂点とは、１つの頂点に対して、該頂点から外周壁に沿って数えてｍ／２番目にある頂点を意味する。図１はそれを示すもので、６角形のいずれかの頂点ａに対し、該頂点ａから数えて３番目の頂点ｂが対向する頂点である。同時に、全てのリブが一箇所で交差するように外周壁の多角形の形状が設定される。本発明において交差する箇所が一箇所であるということは、図２（ａ）に示すように、リブにより囲まれた中空部が形成されないことを意味する。図２（ｂ）に示すようにリブにより囲まれた中空部が形成されると、押出材に溶着部が多くなって断面の寸法精度の低下、押出速度の低下、焼入れ性の低下等が生じる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係るエネルギー吸収部材の断面形状は、例えば図３〜図５に示すような形態を取り得る。
図３に示すエネルギー吸収部材は、押出方向に垂直な断面において、８つの辺１〜８からなる８角形の外周壁と２本の直線的なリブ９、１０からなり、各辺の長さはＬ１＝Ｌ５、Ｌ２＝Ｌ４＝Ｌ６＝Ｌ８、Ｌ３＝Ｌ７、Ｌ２＞Ｌ３＞Ｌ１であり、リブ９、１０は最も内角の大きい対向する頂点１１、１３と１２、１４をそれぞれ接続し、断面の中心で互いに交差している。この押出材の断面は、線対称及び点対象である。
図４に示すエネルギー吸収部材は、８つの辺１〜８からなる８角形の外周壁を備える点では、図１のものと同じであるが、２本の直線的なリブ１５、１６が最も内角の大きい頂点１１、１４と１２、１３を接続し、交差していない。この押出材の断面も、線対称及び点対象である。
【００１２】
本発明において、図５に示すように、リブが接続していない頂点に、内向きに突起１７〜２０を形成することもできる。この押出材の断面も、線対称及び点対象である。これにより部材の剛性が向上し、しかも断面積の上昇が少ないため重量のアップが少なく、かつ断面に新たな中空部を導入するものではないから、押出性を阻害しない。
この突起は、リブが接続していない頂点の全てに形成してもよいし、その一部のみに形成してもよい。
【００１３】
なお、本発明において、押出形材の断面形状として、次の形態が現実的に考えられ、かつ望ましい。
▲１▼外周壁の多角形の形状は８角形のほか、６角形、１０角形。
▲２▼外周壁の各辺の肉厚は１．５ｍｍ〜３ｍｍ程度で、基本的に外周壁全体で均一。
▲３▼外周壁の各辺の長さに過大な差がなく、最長の辺と最短の辺の長さの比は１．５以内。従来の断面四角形のエネルギー吸収部材においても、この比（長辺長さ：短辺長さ）は概ねこの範囲内にある。
▲４▼外周壁の縦横比が概ね５：３以内。縦横比は、本発明において、図６に示すように、最も距離の長い頂点間距離をｒ１とし、それに垂直な方向に測定した部材の幅をｒ２としたとき、ｒ１：ｒ２を意味するものとする。従来の断面四角形のエネルギー吸収部材においても、縦横比（ｒ１は対角線長さ）は概ねこの範囲内にある。
▲５▼外周壁及びリブを含む全体の断面形状が線対称及び／又は点対称。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
ＤＣ鋳造により、Ｍｇ：０．４９％、Ｓｉ：０．６１％、Ｔｉ：０．０２％からなるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金ビレットを溶製し、４７０℃×４ｈｒの均熱処理を行った。続いて、押出温度５００℃、押出速度５ｍ／分の条件で押出加工を行い、押出直後位置で空冷（冷却速度：約１９０℃／ｍｉｎ）によるプレス焼入れを行い、図７（ａ）、（ｂ）に示す中空断面の押出材、及び全ての対向する頂点間にリブが形成された中空断面（図示せず）の押出材を得た。外周壁の断面形状は３者とも同一であり、外周壁及びリブの厚さは３者とも１．６ｍｍである。
リブが接続した頂点の内角が接続していない頂点の内角より大きい押出材（図７（ａ））をＮｏ．１、リブが接続した頂点の内角が接続していない頂点の内角より小さい押出材（図７（ｂ））をＮｏ．２、もう１つの押出材をＮｏ．３とし、時効処理は、初期反力（最大荷重）をほぼ一定に揃えるため、Ｎｏ．１及びＮｏ．２に対しては１９０℃×３ｈｒの条件で、Ｎｏ．３に対しては２４０℃×３ｈｒの条件で行い、供試材とした。
【００１５】
これらの供試材を用い、以下の試験を行った。その結果と、供試材の質量及び断面積を表１に示す。
・引張試験；各供試材の外周壁からＪＩＳ５号試験片を採取し、ＪＩＳＺ２２４１に準拠して引張試験を行った。
・圧縮試験；各供試材（長さ２００ｍｍ）に対し軸方向に圧縮荷重を加え、荷重と変位量の関係をプロットし、変位量が１００ｍｍまでの範囲でエネルギー吸収量を測定した。なお、いずれも蛇腹状に圧縮変形した。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
Ｎｏ．１はリブが接続した頂点の内角が接続していない頂点の内角より大きい本発明例（図７（ａ））、Ｎｏ．２はリブが接続した頂点の内角が接続していない頂点の内角より小さい比較例（図７（ｂ））であるが、表１に示すように、Ｎｏ．１は、Ｎｏ．２に比べて単位重量当りのエネルギー吸収量が多く、軽量であるにも関わらずエネルギー吸収量が多く、かつ（平均荷重／最大荷重）値が大きい。また、Ｎｏ．３は全ての対向する頂点間にリブが形成された比較例であるが、表１に示すように、リブが多いために重量増となり、単位重量当りのエネルギー吸収量が低い。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、断面が６以上の偶数辺からなる正多角形でない多角形断面の外周壁を有するアルミニウム合金押出材をサイドメンバー等のエネルギー吸収部材として用いる場合において、押出材の軽量化が可能で、寸法精度の低下を抑え、さらに生産性を上げ、機械的性質の安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るエネルギー吸収部材の断面形状を説明するための概念図である。
【図２】同じく本発明に係るエネルギー吸収部材の断面形状を説明するための概念図である。
【図３】同じく本発明に係るエネルギー吸収部材の断面形状を説明するための概念図である。
【図４】同じく本発明に係るエネルギー吸収部材の断面形状を説明するための概念図である。
【図５】同じく本発明に係るエネルギー吸収部材の断面形状を説明するための概念図である。
【図６】同じく本発明に係るエネルギー吸収部材の断面形状を説明するための概念図である。
【図７】実施例に用いたエネルギー吸収部材の断面形状である。
【符号の説明】
１〜８　外周壁の辺
９、１０、１５、１６　リブ
１１〜１４　リブが形成された頂点
１７〜２０　突起
【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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