(57)【要約】【課題】初期衝撃荷重が小さく連続圧潰形態となる安価で容易に製造できる衝撃吸収部材を提供することである。【解決手段】本発明の衝撃吸収部材は、筒状金属体の軸方向に衝撃荷重を受けて、該筒状金属体が圧潰することで衝突エネルギを吸収する衝撃吸収部材であって、該筒状金属体の先端周縁部に該筒状金属体が裂開する起点となる切欠を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状金属体の軸方向に衝撃荷重を受けて、該筒状金属体が圧潰することで衝突エネルギを吸収する衝撃吸収部材であって、
該筒状金属体の先端周縁部に該筒状金属体が裂開する起点となる切欠を有することを特徴とする衝撃吸収部材。
【請求項２】
前記筒状金属体の裂開を途中で停止させる停止手段を設けた請求項１に記載の衝撃吸収部材。
【請求項３】
前記停止手段は前記筒状金属体の後端部を嵌入して接合した外側部材である請求項２に記載の衝撃吸収部材。
【請求項４】
前記停止手段は前記筒状金属体の側部に前記軸方向に直角に穿設されているスリットである請求項２に記載の衝撃吸収部材。
【請求項５】
前記停止手段は前記筒状金属体の側部に前記軸方向に直角に設けた凸部である請求項２に記載の衝撃吸収部材。
【請求項６】
前記筒状金属体の外周面に前記軸方向に平行に吸収エネルギを増大させる補強手段を有する請求項１に記載の衝撃吸収部材。
【請求項７】
前記補強手段はリブである請求項６に記載の衝撃吸収部材。
【請求項８】
前記補強手段は棒状または板状の強度部材である請求項６に記載の衝撃吸収部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝突時の衝撃を圧潰することによって吸収または緩和する衝撃吸収部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の車体前部の両サイドには、フロントサイドメンバと呼ばれる閉断面構造の衝撃吸収部材が設けられ、正面からの衝突時に効率よく圧潰して衝突のエネルギを吸収または緩和して乗員の安全を確保する構造となっている。
【０００３】
例えば、図１２に示すような円筒状または角筒状の中空な金属体３０の側面にクラッシュビード３１を形成したものが知られている。このような衝撃吸収部材では、その筒状金属体の軸方向（想定衝突方向）に衝突荷重Ｆを受けたときに、この筒状金属体３０を蛇腹状に圧潰させることで衝突時のエネルギを吸収している。
【０００４】
しかしながら、上記のような筒状金属体３０では、ビード３１間の側壁部分３２はビード部３１に比較して相対的にエネルギ吸収に対する寄与度が小さく、また、蛇腹状の断続的な圧潰（以下、蛇腹圧潰という）によって衝撃エネルギを吸収する。従って、衝突時には、荷重を受けた端部側から順次部分的に蛇腹圧潰せざるを得ないために、衝突時のＦ−Ｓ特性は不安定なものとなる。図１１に蛇腹圧潰の圧潰挙動を示すＦ−Ｓ線図を模式的に示した。縦軸は衝撃荷重Ｆ、横軸は圧潰ストロークＳであり、Ｆ−Ｓ曲線と横軸とで囲まれた面積がこの衝撃吸収部材の吸収エネルギ量である。
【０００５】
図１１のような蛇腹圧潰においては、最初に蛇腹が生成されるときの衝撃力のピーク値Ｆｉ（初期衝撃荷重）が、これに引き続いて生じる蛇腹の連続生成過程で作用する衝撃力の平均的な値に比べて著しく大きく、衝撃発生時点の初期段階で搭乗者に大きな衝撃が作用するといった問題がある。
【０００６】
また、Ｆ−Ｓ線図が脈動的な不安定な挙動を示し、エネルギ吸収量のばらつきも大きく、設計時のコンピュータによる予測（以下，ＣＡＥ解析という）が困難であるという問題もあった。
【０００７】
図４に衝撃吸収部材に求められる理想特性を示す。エネルギ吸収量が多いことは勿論だが、Ｆ−Ｓ線図でストロークＳに対する荷重Ｆの変化が極力フラットであること、すなわち、Ｆ−Ｓ線図が脈動的な傾向を示さず、滑らかな曲線的な挙動を示すことが望ましい。この様な特性を持つ衝撃吸収部材であれば、実際の圧潰挙動をＣＡＥ解析などを用いて精度よく予測することが可能となり、所望の特性に合わせた適切な衝撃吸収部材を設計することができる。
【０００８】
上記のような滑らかで連続的な圧潰（以下、連続圧潰という）挙動を示す衝撃吸収部材として、衝撃吸収時の変形が無限変形軌道を描く構造を有する衝撃吸収部材が提案されている（特許文献１参照）。この衝撃吸収部材は衝突により無限変形軌道を描くように変形するので、部材の全ての部分がエネルギ吸収に寄与することができる。また、変形が断続的ではなく連続的となるため、Ｆ−Ｓ線図は理想的なものとなる。すなわち、圧潰挙動の安定化と吸収エネルギ量の安定化を図ることができるので、ＣＡＥ解析などともよく整合した理想的な衝撃吸収部材となる。
【０００９】
しかし、この従来技術になる衝撃吸収部材は、その構造が複雑であるために製造が困難であること、あるいは工程が多くコストが高いという問題がある。また、部材長さの半分しか有効ストロークとして使用することができないため、スペースの制約の大きい自動車用の衝撃吸収部材としては不向きな構造である。
【特許文献１】特開２００３−４００５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は以上の点に鑑みてなされたもので、初期衝撃荷重が小さく連続圧潰形態となる安価で容易に製造できる衝撃吸収部材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の衝撃吸収部材は、上記の目的を達成するために、筒状金属体の軸方向に衝撃荷重を受けて、該筒状金属体が圧潰することで衝突エネルギを吸収する衝撃吸収部材であって、該筒状金属体の先端周縁部に該筒状金属体が裂開する起点となる切欠を有することを特徴とする。
【００１２】
筒状金属体の先端周縁部に切欠を設けることにより、筒状金属体の側面先端部は衝突と同時に外側に曲げられる。そして、その周縁部に形成されている切欠を起点として、隣り合う外側面が剪断されて筒状金属体の裂開が進行する。従って、高い初期衝撃荷重を示すことなく連続圧潰状態を維持しながら変形することで、安定して衝撃エネルギを吸収することができる。
【００１３】
本発明の衝撃吸収部材は、前記筒状金属体の裂開を途中で停止させる停止手段を有することが望ましい。
【００１４】
衝突によって生じる筒状金属体の裂開を途中で停止させる停止手段を有し、その停止位置を任意に選択することにより吸収エネルギ量の調整や設置領域内の重要部品や重要部材の破損を防御することができる。
【００１５】
裂開の進行を停止させる停止手段としては、筒状金属体の後端側を嵌入させて接合した外側部材、前記筒状金属体の側部に前記軸方向に直角に穿設されているスリット、あるは前記筒状金属体の側部に前記軸方向に直角に設けた凸部であることが好ましい。
【００１６】
また、本発明の衝撃吸収部材は、前記筒状金属体の側部に前記軸方向に平行に吸収エネルギを増大させる補強手段を有することができる。
【００１７】
筒状金属体の側部にリブや棒状または板状などの強度部材を有することでその部分の衝撃吸収エネルギを増大させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１に本発明の衝撃吸収部材の一実施の形態を斜視図で示す。本形態の衝撃吸収部材１０は、断面が四角形の筒状金属体１１であり、筒状金属体１１の先端Ａの周縁部の各角部に切欠１２を有している。
【００１９】
筒状金属体１１の材質は特に規定しないが、鉄、アルミニウム、チタン、銅、およびそれらの合金などを採用できる。特に、鉄およびその合金については従来技術でも一般的に用いられており、多様で安定した品質のものを容易に得ることができるので好適である。例えば、ステンレス鋼などの合金鋼、炭素鋼、あるいは純鉄でもよく、亜共析鋼、共析鋼、過共析鋼でもよい。また、それらの組織についても特に制約はなく、フェライト−パーライトの混合組織、あるいはフェライト、オーステナイト、ベイナイト、ソルバイトなどの単一組織であってもよい。
【００２０】
また、筒状金属体の断面形状は、四角形に限定されることなく、円形や楕円形などの閉曲面、あるいは三角形以上の多角形などとすることができる。
【００２１】
切欠の形状や切欠の位置についても特に制約はないが、筒状金属体の断面形状が多角形の場合には、各角部に切欠を設けることが好ましい。
【００２２】
本発明の衝撃吸収部材の成形方法は特に規定しないが、例えば、ハイドロフォーム、押出し成形、プレス成形品を溶接したものなど、公知の方法で形成された筒状金属体の所定の部分に、レーザ加工、切削加工、あるいはプレス打ち抜きなどの公知の方法で切欠を形成して所望の衝撃吸収部材とすることができる。
【００２３】
次に、本実施形態における衝撃吸収部材の作用について図２〜４を参照しながら説明する。
【００２４】
図２（ａ）は衝撃吸収部材１０に対してほぼ想定通りの方向（軸心に平行）から衝撃荷重Ｆが加わる直前の状態を示す。衝撃荷重Ｆは衝撃吸収部材１０の先端面Ｓに垂直に作用するので、衝撃吸収部材１０の前後両端に圧縮力が働き、この力に基づいて、図２（ｂ）のように筒状金属体１１の側部の先端部分１３が外側に向かってめくれるように曲げ変形される。これは、図４の実線で示すＦ−Ｓ線図で、直線的に荷重が増加する（イ）の部分に相当する。当初形成された切欠１２は先端部分１３の曲げ変形によって隣り合う側部の稜線１４に沿って進行し、筒状金属体１１の裂開が開始される。図４においては荷重が曲線的に増加する（ロ）の範囲に相当する。
【００２５】
その後、図２（ｃ）（斜視図を図３に示す）のように、裂開の始まった筒状金属体１１の側部が、先端部１３を巻き込んでカール部１５を形成しながら剪断と曲げの連続変形を生じることで衝撃エネルギを吸収することとなる。すなわち、図４の（ハ）の領域であり、衝突時における衝撃吸収部材の変形挙動は吸収エネルギ量を安定化する連続圧潰挙動を示す。
【００２６】
また、本発明の衝撃吸収部材では、図４に破線で示す蛇腹圧潰とは異なり、初期衝撃荷重のピークＦｉを生じることがないので、搭乗者に大きな衝撃を与える危険を低減することができる。
【００２７】
本発明の衝撃吸収部材は、上記の実施形態に限定されるものではなく所望に応じて各種の変形が可能である。以下、変形例について説明する。
（変形例１）
図５は、本発明の衝撃吸収部材の筒状金属体１１の後端部を外側部材２１に嵌入させて接合したものである。この様な構成とすることで、筒状金属体１１で生じた裂開の進行を外側部材の先端部２１ａ付近で停止させることができる。つまり、衝撃吸収部材の吸収エネルギ量を調整したり、衝撃吸収部材の設置領域内において、重要部品や重要部材の破損を防御するために、衝撃吸収部材の裂開を途中で停止させる必要がある場合などには、同一形状の筒状金属体を用いて、外側部材を選択することにより圧潰のストロークを調節することができる。なお、筒状金属体１１と外側部材２１とは溶接あるいは接着など公知の方法で接合することができる。
【００２８】
また、図６に示す筒状金属体１１の裂開の停止位置付近の側面にスリット２３を穿設した構造や、図７のように、例えば棒状の凸部２４を筒状金属体１１側部の所定の位置に設けることによっても裂開の進行を途中で停止させることができる。
（変形例２）
本発明の衝撃吸収部材は、筒状金属体の厚さを厚くしたり、強度の高い材料を使用することで吸収エネルギ量を増大させることができる。しかし、厚さを厚くすると重量が増加する、また、強度の高い材料は筒状金属体への成形が困難であったりコストが高いなどの問題がある。そこで、図８のように、筒状金属体の側面にリブ２５を設けることによって、同一厚さの筒状金属体であっても裂開時の曲げ応力を高めることができ、全体の衝撃吸収エネルギを増大することができる。
ここで、リブの形状や数を調整することで、吸収エネルギ量を調節することができる。
【００２９】
また、図９は、裂開の途中から曲げ応力を高くして、部分的に吸収エネルギを大きくした例である。すなわち、図８に示す側面にリブ２５を形成した筒状金属体の側面の後半部に、リブの数を増やしたり、棒状あるいは板状の強度部材２６を接合して裂開時の側部の曲げ応力を前半部よりも高くすることができる。
【００３０】
図１０にこの様な構成とした衝撃吸収部材のＦ−Ｓ線図を模式的に示す。衝突により図９のリブ２５のみの部分が図１０の（ニ）の範囲のように連続圧潰される。さらに裂開が進行するとリブ２５の間に強度部材２６が接合された領域の裂開が始まるので、Ｆ−Ｓ線図の（ホ）の範囲では強度部材分だけの荷重が上乗せされたＦ−Ｓ線図となる。従って、同一吸収エネルギ量であれば、衝撃吸収部材を図９の構成とすることで図８のリブのみを形成した場合に比べて、ストロークは短くてよいこととなる。
【００３１】
本発明の衝撃吸収部材は、筒状金属体の先端周縁部に切欠を設けるという極めて簡単な構成であるので、上記以外にも所望に応じて様々に変形することができる。例えば、切欠を有する筒状金属体の先端開口部を漏斗状に拡げたものも好ましい。この様に、衝突開始端面の開口部をやや拡げておくことで、衝撃吸収部材の軸心線と角度をもって衝突した場合でも、筒状金属体の側部が容易に外側にカールして裂開を開始することができるので安定したＦ−Ｓ特性を得ることができる。また、高い吸収エネルギ量を得るために端部に切欠を有する筒状金属体の内部（あるいは外部）にさらに同様に切欠を有する筒状金属体を嵌挿して用いることもできる。
【００３２】
以上のように、本発明の衝撃吸収部材は、初期衝撃荷重のピーク荷重を小さくするとともに、所望のＦ−Ｓ線図を得るように吸収エネルギ量を調節することができる。また、安定した連続圧潰を実現できるので、圧潰の進行状況をＣＡＥ解析などで精度よく予測することができ、衝撃吸収部材について無駄のない限界設計を可能とする。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の衝撃吸収部材は、その筒状金属体の衝突端面の周縁部に切欠を設けるという極めて簡単な方法で、初期衝撃荷重を小さくし、かつ、安定した連続圧潰を実現することができる。従って、圧潰の状況をＣＡＥ解析などで精度よく予測することができ無駄のない設計が可能となる。
【００３４】
本発明の衝撃吸収部材は車体のクラッシュボックスなどとして好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の衝撃吸収部材の一例を示す斜視図である。
【図２】衝突により衝撃吸収部材が変形する様子を示した側面模式図である。（ａ）は衝突前、（ｂ）は衝突直後、（ｃ）は裂開の進行中を示す。
【図３】図２（ｃ）の斜視図である。
【図４】連続圧潰挙動におけるＦ−Ｓ線図の概念図である。
【図５】裂開を途中で止める構成とした衝撃吸収部材の一例を示す斜視図である。外側部材を用いたもの。
【図６】裂開を途中で止める構成とした衝撃吸収部材の一例を示す斜視図である。スリットを形成したもの。
【図７】裂開を途中で止める構成とした衝撃吸収部材の一例を示す斜視図である。棒状の凸部を設けたもの。
【図８】吸収エネルギ量を高くした衝撃吸収部材の一例を示す斜視図である。側部にリブを設けたもの。
【図９】裂開の途中から吸収エネルギ量が増加するようにした衝撃吸収部材の一例を示す斜視図である。リブと強度部材を設けたもの。
【図１０】図９の衝撃吸収部材のＦ−Ｓ特性の概念図である。
【図１１】蛇腹圧潰挙動におけるＦ−Ｓ線図を模式的に示したものである。
【図１２】クラッシュビードを設けた従来技術の衝撃吸収部材の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０：衝撃吸収部材  １１：筒状金属体  １２：切欠  １３：側部先端部  １５：カール部  ２１：外側部材  ２３：スリット  ２４：凸部  ２５：リブ  ２６：強度部材    ３１：クラッシュビーム
【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】
2005153567.tif 000013
【図１２】
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