(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２の相対的に剛性の高い高剛性部と、前記高剛性部以外の部位でかつ相対的に剛性の低い低剛性部と、からなる筒状の本体を備え、
前記高剛性部は、前記本体の周壁において、筒軸の方向に対して傾いた斜め方向に相対して配置され、
前記低剛性部は、前記斜め方向に相対する高剛性部の間に少なくとも配置されており、
前記本体に対して前記筒軸方向の圧縮荷重が入力したときには、前記斜め方向に相対する高剛性部が筒軸方向に互いに接近するように移動することに伴い、前記高剛性部の間に位置する低剛性部がせん断変形するエネルギ吸収部材。
【請求項２】
請求項１に記載のエネルギ吸収部材において、
前記本体に対して前記筒軸方向の圧縮荷重が入力したときには、前記低剛性部がせん断変形すると共に、前記本体の全体が前記筒軸方向に蛇腹状に変形するエネルギ吸収部材。
【請求項３】
請求項１に記載のエネルギ吸収部材において、
前記本体は、その周壁が稜線部と平面部とを周方向に交互に配置することで構成された横断面多角形状であってかつ、前記筒軸方向に隣り合う２つの領域において、前記稜線部の位置が周方向に互いにずれており、
前記高剛性部は前記稜線部によって構成され、前記低剛性部は前記平面部によって構成されているエネルギ吸収部材。
【請求項４】
請求項１に記載のエネルギ吸収部材において、
前記高剛性部と低剛性部とは、肉厚が互いに異なるエネルギ吸収部材。
【請求項５】
請求項１に記載のエネルギ吸収部材において、
前記高剛性部と低剛性部とは、材料が互いに異なるエネルギ吸収部材。
【請求項６】
請求項１に記載のエネルギ吸収部材において、
前記高剛性部は、前記本体の側壁に対して局所的に熱処理を施すことにより形成されているエネルギ吸収部材。
【請求項７】
請求項３に記載のエネルギ吸収部材において、
前記横断面多角形状の本体は、両端開口の円筒部材に対し所定形状の成形型をその各開口から筒軸方向に挿入して前記円筒部材の周壁を曲げ変形させることにより成形されるエネルギ吸収部材。
【請求項８】
請求項４に記載のエネルギ吸収部材において、
肉厚が互いに異なる高剛性部及び低剛性部からなる本体は、テーラードブランク工法、又は、ハイドロフォーム工法によって成形されるエネルギ吸収部材。
【請求項９】
請求項５に記載のエネルギ吸収部材において、
材料が互いに異なる高剛性部及び低剛性部からなる本体は、溶接工法、又は、摩擦撹拌接合工法によって成形されるエネルギ吸収部材。
【請求項１０】
請求項１に記載のエネルギ吸収部材において、
前記高剛性部及び低剛性部からなる本体を複数備え、
前記複数の本体は、互いに同軸に積み重ねられているエネルギ吸収部材。
【請求項１１】
請求項１に記載のエネルギ吸収部材において、
前記本体は、その筒軸方向が車両前後方向と一致するように配置されてその車両のフロントフレームの一部を構成すると共に、前記車両に入力された衝突荷重を、前記低剛性部がせん断変形することによって吸収するエネルギ吸収部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮荷重が入力されたときに塑性変形することで、そのエネルギを吸収するエネルギ吸収部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１には、車両のフレームの一部分を構成し、衝突時の衝撃荷重を吸収するために用いられるエネルギ吸収部材が開示されている。このエネルギ吸収部材は、筒状の本体と、この本体の外周面における筒軸方向の中間位置に形成された凹凸部と、を備えている。このエネルギ吸収部材では、本体に対し筒軸方向の圧縮荷重が入力されたときには、前記凹凸部が起点となって本体が筒軸方向に比較的大きく折れ曲げ変形し、それによって、エネルギを吸収するようにしている。
【特許文献１】特開２００５−２９０６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のエネルギ吸収部材は、本体の折れ曲げ変形が比較的大きいため、その変形する部分以外の部分、つまり本体の大部分がエネルギの吸収にほとんど関与しない。このため、部材重量に対するエネルギの吸収量（エネルギ吸収の重量効率）が比較的低いという問題がある。
【０００４】
こうした低い重量効率に起因して、エネルギ吸収部材を車両のフレームの一部分を構成するために用いた場合は、車両重量の増大に伴い例えば燃費の悪化を招くことにもなる。
【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エネルギ吸収の重量効率の高いエネルギ吸収部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面によると、エネルギ吸収部材は、少なくとも２の相対的に剛性の高い高剛性部と、前記高剛性部以外の部位でかつ相対的に剛性の低い低剛性部と、からなる筒状の本体を備え、前記高剛性部は、前記本体の周壁において、筒軸の方向に対して傾いた斜め方向に相対して配置され、前記低剛性部は、前記斜め方向に相対する高剛性部の間に少なくとも配置されており、前記本体に対して前記筒軸方向の圧縮荷重が入力したときには、前記斜め方向に相対する高剛性部が筒軸方向に互いに接近するように移動することに伴い、前記高剛性部の間に位置する低剛性部がせん断変形する。
【０００７】
この構成によると、筒軸方向の圧縮荷重が本体に対して入力されたときには、本体が筒軸方向に縮むように変形する。これにより、このエネルギ吸収部材では、斜め方向に相対する高剛性部が筒軸方向に互いに接近する方向に移動するが、この移動に伴い高剛性部の間に位置する低剛性部がせん断変形するようになる。このせん断変形では、筒軸に対し傾斜した方向に比較的長く延びる変形しわ（曲げによるしわ）が、高剛性部の相対方向に短い間隔で多数形成される。そのため、エネルギ吸収部材の広い範囲に亘って変形が生じることになると共に、変形が複雑であることでエネルギの吸収量も増大するため、エネルギ吸収の重量効率が大幅に向上する。
【０００８】
前記エネルギ吸収部材は、前記本体に対して前記筒軸方向の圧縮荷重が入力したときには、前記低剛性部がせん断変形すると共に、前記本体の全体が前記筒軸方向に蛇腹状に変形する、としてもよい。
【０００９】
つまり、本体に対して筒軸方向の圧縮荷重が入力することによって、斜め方向に相対していた高剛性部同士が周方向に略隣り合う位置まで移動して低剛性部のせん断変形がほとんど完了した後に、本体がさらに筒軸方向に蛇腹状に変形するようにしてもよい。こうすることによって、エネルギ吸収部材の変形がより一層複雑になってエネルギ吸収量が増大することに伴い、エネルギ吸収の重量効率がより一層向上する。
【００１０】
前記本体は、その周壁が稜線部と平面部とを周方向に交互に配置することで構成された横断面多角形状であってかつ、前記筒軸方向に隣り合う２つの領域において、前記稜線部の位置が周方向に互いにずれており、前記高剛性部は前記稜線部によって構成され、前記低剛性部は前記平面部によって構成されている、としてもよい。
【００１１】
また、前記高剛性部と低剛性部とは、肉厚が互いに異なる、としてもよい。さらに、前記高剛性部と低剛性部とは、材料が互いに異なる、としてもよい。
【００１２】
前記高剛性部は、前記本体の側壁における所定の位置に、局所的に熱処理を施すことによって形成されている、としてもよい。
【００１３】
前記横断面多角形状の本体は、両端開口の円筒部材に対し所定形状の成形型をその各開口から筒軸方向に挿入して前記円筒部材の周壁を曲げ変形させることによって成形される、としてもよい。
【００１４】
肉厚が互いに異なる高剛性部及び低剛性部からなる本体は、テーラードブランク工法、又は、ハイドロフォーム工法によって成形される、としてもよい。
【００１５】
材料が互いに異なる高剛性部及び低剛性部からなる本体は、溶接工法、又は、摩擦撹拌接合工法によって成形される、としてもよい。
【００１６】
前記高剛性部及び低剛性部からなる本体を複数備え、前記複数の本体は、互いに同軸に積み重ねられている、としてもよい。
【００１７】
こうすることで、吸収可能なエネルギ量がより一層増大し、エネルギ吸収の重量効率がさらに向上する。
【００１８】
前記本体は、その筒軸方向が車両前後方向と一致するように配置されてその車両のフロントフレームの一部を構成すると共に、前記車両に入力された衝突荷重を、前記低剛性部がせん断変形することによって吸収する、としてもよい。
【００１９】
前述したように、このエネルギ吸収部材はエネルギ吸収の重量効率が高いため、車両のフレーム部材として用いたときに、車両重量が軽減するという利点が得られる。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明によると、高剛性部及び低剛性部からなる本体に対して筒軸方向の圧縮荷重が入力されたときに、高剛性部の間に位置する低剛性部がせん断変形することによって、エネルギ吸収部材の広い範囲に亘って、複雑な変形が生じることになり、エネルギ吸収の重量効率を大幅に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２２】
（実施形態１）
図２は、本発明の実施形態１に係るエネルギ吸収部材１０を示しており、このエネルギ吸収部材１０は、図１に示すように、例えば車両前部における車幅方向の両側位置で車両前後方向にそれぞれ延びるフロントサイドフレーム９１の前端部分や、フロントサイドフレーム９１の前端とバンパーレインフォースメントとの間に介設されるクラッシュカン９２として用いられる。
【００２３】
前記エネルギ吸収部材１０は、筒状の本体１１を備えており、本体１１の周壁は、相対的に剛性の高い高剛性部と、相対的に剛性の低い低剛性部と、から構成されている。具体的に本体１１は、図２，３に示すように、それぞれ高剛性部に相当する３つの稜線部１２と、それぞれ低剛性部に相当する３つの平面部１３とが周方向に交互に配置された、横断面が三角形状であって、筒軸方向の一方の側の領域（例えば図２における左側の領域）と、他方の側の領域（図２における右側の領域）とにおいて、その稜線部１２の位置が周方向に互いにずれて配置されて構成されている。本体１１は、換言すれば、中空状の２つの三角柱を、その稜線を互いにずらした状態で、筒軸方向に突き合わすようにして構成されている。
【００２４】
ここで、前記本体１１において、筒軸方向に相対する稜線部１２と平面部１３とは、滑らかに接合されており、これによって、本体１１においては、稜線部１２が筒軸の方向に対して傾いた斜め方向に相対して配置されると共に、その斜め方向に相対する稜線部１２の間に、低剛性部に相当する、平面部の一部としての接合部１４が配置されるようになっている。
【００２５】
本体１１の材質は、例えば鋼やアルミニウム等の、車両のフレームを構成する部材として用いられる各種材料の中から適宜選択することができる。
【００２６】
前記構成のエネルギ吸収部材１０は、種々の公知の成形方法を適宜採用することによって製造することが可能である。一例としては、図４に示すように、エネルギ吸収部材１０の本体１１となる円筒状の部材８２を、所定形状の成形型８１を用いて曲げ加工することによって、製造することが可能である。
【００２７】
つまり、所定の成形方向によって予め成形した両端開口の円筒状の部材８２を用意する。また、基端側が三角柱形状で、先端側が三角錐形状となった成形型８１を一対用意する。
【００２８】
そうして、一対の成形型８１を、その基端側の正三角形状を互いに６０°だけずらした上で相対して配置すると共に、その各成形型８１を、前記円筒状の部材８２の各開口から筒軸方向の内方へと挿入させる。そうすることによって、成形型８１により、筒軸方向の両端部においては、円筒状の部材８２の周壁が断面三角形状となるように曲げ加工されると共に、筒軸方向の中央部においては、稜線部１２と平面部１３とが滑らかにつながるようになる。そうして、その各成形型８１を部材８２から抜くことによって、稜線部１２が斜め方向に相対して配置されると共に、その斜め方向に相対する稜線部１２の間に接合部１４が配置された前記のエネルギ吸収部材１０が成形されることになる。
【００２９】
次に、前記のエネルギ吸収部材１０に対し圧縮荷重が入力されたときに、当該エネルギ吸収部材１０が変形する様子について、図５を参照しながら説明する。尚、以下の説明においてエネルギ吸収部材１０の、図５における右側の領域を右側領域、左側の領域を左側領域と呼ぶ。
【００３０】
図５における本体１１の右端に対して、その右側方から筒軸方向の圧縮荷重（衝撃荷重）が入力したとする（同図の黒矢印参照）。その圧縮荷重は、本体１１を筒軸方向に伝達する（Ｐ１参照）。
【００３１】
その圧縮荷重によって、本体１１は筒軸方向に縮むように変形する。このときに右側領域の各稜線部１２は、左側領域の平面部１３に対して食い込むように相対移動し、それによって、斜め方向に相対する稜線部１２同士の間に位置する接合部１４は、せん断変形をするようになる（Ｐ２参照）。ここで、前記せん断変形によって、接合部１４には筒軸に対して傾斜した方向に延びる変形しわが多数発生する。
【００３２】
そうして、右側領域の各稜線部１２が、左側領域の各稜線部１２に対して周方向に隣り合う位置まで移動してせん断変形がほぼ完了したときには、図示は省略するが、エネルギ吸収部材１０は、その横断面が略六角形状の筒状になる。その後は、その略六角形状の筒状の本体１１が、筒軸方向の圧縮荷重によって蛇腹状に変形することになる（Ｐ３参照）。
【００３３】
このように、このエネルギ吸収部材１０では、筒軸方向の圧縮荷重が入力したときに、接合部１４がせん断変形をする。このせん断変形によって、図５に模式的に示すように、傾斜した方向に比較的長く延びる変形しわが、稜線部１２が相対する方向に短い間隔で多数形成される。つまり、筒軸方向に比較的大きく折れ曲げ変形する従来構成と比べて、このエネルギ吸収部材１０は、圧縮荷重の入力時に、広い範囲に亘って複雑な変形が生じることになる。
【００３４】
その結果、このエネルギ吸収部材１０は、エネルギ吸収の重量効率を従来に比べて向上させることができる。
【００３５】
また、前記エネルギ吸収部材１０は、前記のせん断変形に加えて、筒軸方向に蛇腹状に変形するため、エネルギ吸収量はさらに増大しており、その重量効率は従来に比べて大幅に向上することになる。
【００３６】
尚、この実施形態では、エネルギ吸収部材１０の横断面を三角形状に設定したが、エネルギ吸収部材は、稜線部１２と平面部１３とが周方向に交互に配置されるような横断面多角形状であって、稜線部１２の間に接合部１４が形成されればよい。図示は省略するが、エネルギ吸収部材の横断面形状は、例えば四角形状や五角形状等、適宜設定することが可能である。
【００３７】
（実施形態２）
図６は、実施形態２に係るエネルギ吸収部材２０を示している。このエネルギ吸収部材２０は、本体２１が円筒状とされている。このエネルギ吸収部材２０では、高剛性部２２及び低剛性部２３が、肉厚を相違させることによって形成されている。
【００３８】
つまり、前記本体２１は、相対的に厚肉の部分によって構成される高剛性部２２と、相対的に薄肉の部分によって構成される低剛性部２３と、が所定の配置で配置されて形成されている。具体的には、前記筒状の本体２１を図７に展開して模式的に示すように、筒軸方向の一方の領域においては、それぞれ筒軸方向の端部から中央部に向かって延びる舌状の、２つの高剛性部２２ａが等間隔を空けて配置されていると共に、筒軸方向の他方の領域においては、同じく舌状の２つの高剛性部２２ｂが、前記一方の領域の高剛性部２２ａに対して、周方向に位置をずらして配置されている。
【００３９】
これによって、一方の領域の高剛性部２２ａと、他方の領域の高剛性部２２ｂとは、筒軸の方向に対して傾斜した斜め方向に相対するようになり、その斜め方向に相対する高剛性部２２ａ，２２ｂの間に、低剛性部２３が位置することになる。
【００４０】
こうした肉厚の異なる部位を有する筒体であるエネルギ吸収部材２０は、例えばハイドロフォーム工法によって一体的に成形することで製造してもよいし、例えば肉厚の異なる部材を溶接により接合して成形するテーラードブランク工法によって製造してもよい。
【００４１】
このエネルギ吸収部材２０においても、図示は省略するが、筒軸方向の一端部に圧縮荷重が入力されたときには、高剛性部２２の間の低剛性部２３がせん断変形をすることになり、エネルギ吸収の重量効率を向上させることができる。
【００４２】
尚、エネルギ吸収部材における高剛性部２２の数は特に限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。例えば図８に展開図を示すように、高剛性部２２の数を、図７に示すエネルギ吸収部材よりも増やすことによって高剛性部２２の間隔を小さくしてもよい。
【００４３】
また、高剛性部２２の形状も特に限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。例えば図９に示すように、各高剛性部２２を、筒軸方向の端部から中央部に向かって先細となる三角形状にし、それに伴い低剛性部２３を帯状にしてもよい。この場合も、エネルギ吸収部材における高剛性部の数は、適宜設定することができる。例えば図９に示すように、筒軸方向の一方の領域及び他方の領域のそれぞれに３つずつ高剛性部２２を設けるようにしてもよいし、例えば図１０に示すように、筒軸方向の一方の領域及び他方の領域のそれぞれに１つずつ高剛性部２２を設けるようにしてもよい。
【００４４】
（実施形態３）
図１１は、実施形態３に係るエネルギ吸収部材３０を示している。このエネルギ吸収部材３０は、実施形態２と同様に本体３１が円筒状であるが、高剛性部３２及び低剛性部３３が互いに異なる材料によって構成されている。
【００４５】
つまり、前記高剛性部３２は相対的に剛性の高い材料によって形成されているのに対し、前記低剛性部３３は相対的に剛性の低い材料によって形成されている。例えば高剛性部３２を鋼製とし、低剛性部３３をアルミニウム製としてもよい。
【００４６】
こうした異種材料から構成されるエネルギ吸収部材３０は、例えば溶接や摩擦撹拌接合等の、異種材料を互いに接合する手法を適宜採用することによって製造することができる。
【００４７】
このエネルギ吸収部材３０においても、図示は省略するが、筒軸方向の一端部に圧縮荷重が入力されたときには、高剛性部３２の間に位置する低剛性部３３がせん断変形をすることになり、エネルギ吸収の重量効率を向上させることができる。
【００４８】
尚、エネルギ吸収部材３０における高剛性部の数や形状は特に限定されるものではない点は、前記実施形態２と同様である。
【００４９】
（実施形態４）
図１２は、実施形態４に係るエネルギ吸収部材４０を示している。この実施形態４に係るエネルギ吸収部材４０は、円筒状の部材（本体）４１に対して局所的に焼き入れ処理を施すことによって、相対的に剛性の高い高剛性部４２を作成している。
【００５０】
つまり、筒状の本体４１の所定の位置、具体的には、図７〜１０においてハッチングを付した高剛性部となる位置に、局所的に焼き入れ処理を施す。このことにより、剛性が部分的に向上するようになるため、他の部分（つまり低剛性部４３）よりも相対的に剛性の高い高剛性部４２を構成することができるようになる。
【００５１】
このエネルギ吸収部材４０においても、図示は省略するが、筒軸方向の一端部に圧縮荷重が入力されたときには、高剛性部４２の間に位置する低剛性部４３がせん断変形をすることになり、それによってエネルギ吸収の重量効率を向上させることができる。
【００５２】
（実施形態５）
図１３は、実施形態５に係るエネルギ吸収部材を示している。このエネルギ吸収部材５０は、図２に示すエネルギ吸収部材１０（本体１１）を複数（図例では３個）、互いに同軸となるように突き合わせることによって多段に構成されている。
【００５３】
この多段のエネルギ吸収部材５０に対し、筒軸方向の圧縮荷重が入力したときには（Ｐ１参照）、図１４に示すように、本体１１の一つ一つがせん断変形した後に（Ｐ２参照）、本体１１の一つ一つが蛇腹状に変形する（Ｐ３参照）。
【００５４】
この多段のエネルギ吸収部材５０は、重量効率をさらに向上させることができる。また、積み重ねる本体１１の数を調整することにより、エネルギ吸収部材５０の長さを調整することが可能になる。
【００５５】
尚、図６、図１１、及び図１２のそれぞれに示すエネルギ吸収部材２０、３０、４０を、互いに同軸となるように複数積み重ねることで、多段のエネルギ吸収部材を構成してもよい。また、同じ構成のエネルギ吸収部材を積み重ねるのではなく、互いに異なる構成のエネルギ吸収部材を積み重ねることで、多段のエネルギ吸収部材を構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
以上説明したように、本発明は、エネルギ吸収部材の重量効率が向上するから、例えば車両のフレーム、特にフロントやリヤのフレームの一部を構成するためのエネルギ吸収部材として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】エネルギ吸収部材が適用される車両のフロントフレームを示す一部破断の側面図である。
【図２】実施形態１に係るエネルギ吸収部材を示す斜視図である。
【図３】前記エネルギ吸収部材の左側面図である。
【図４】前記エネルギ吸収部材の製造方法の一例を示す説明図である。
【図５】前記エネルギ吸収部材が変形する様子を示す説明図である。
【図６】実施形態２に係るエネルギ吸収部材を示す斜視図である。
【図７】前記エネルギ吸収部材の展開説明図である。
【図８】実施形態２の変形例に係るエネルギ吸収部材の展開説明図である。
【図９】実施形態２の変形例に係るエネルギ吸収部材の展開説明図である。
【図１０】実施形態２の変形例に係るエネルギ吸収部材の展開説明図である。
【図１１】実施形態３に係るエネルギ吸収部材を示す斜視図である。
【図１２】実施形態４に係るエネルギ吸収部材を示す斜視図である。
【図１３】実施形態５に係るエネルギ吸収部材を示す斜視図である。
【図１４】前記エネルギ吸収部材が変形する様子を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０，２０，３０，４０  エネルギ吸収部材
１１，２１，３１，４１  本体
１２  稜線部
１３  平面部
１４  接合部（低剛性部）
２２，３２，４２  高剛性部
２３，３３，４３  低剛性部
８１  成形型
９１  フロントサイドフレーム（フロントフレーム）
９２  クラッシュカン（フロントフレーム）
【図１】
0004760782.tif 000002
【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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