(57)【要約】      （修正有）【課題】  衝撃エネルギー吸収性能に優れる一方で、軽量かつ低コストな衝撃吸収部材を提供する。【解決手段】  中空部を有する外殻構造体１０と、該中空部に充填された多孔質体２０とを備え、該多孔質体２０はその一部に空間部３０を有することを特徴とする、衝撃吸収部材１である。また前記空間部３０のアスペクト比は、前記外殻構造体１０のアスペクト比とは異なる。また前記空間部３０は二個以上存在する。また前記外殻構造体１０の断面における、前記空間部３０の衝撃エネルギー入力方向の径は、該方向に直交する方向の径より大きい。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空部を有する外殻構造体と、該中空部に充填された多孔質体とを備え、該多孔質体はその一部に空間部を有することを特徴とする、衝撃吸収部材。
【請求項２】
前記空間部のアスペクト比は、前記外殻構造体のアスペクト比と異なることを特徴とする、請求項１に記載の衝撃吸収部材。
【請求項３】
前記空間部は２個以上存在することを特徴とする、請求項１または２に記載の衝撃吸収部材。
【請求項４】
前記外殻構造体の断面における、前記空間部の衝撃エネルギー入力方向の径は、該方向に直交する方向の径よりも大きいことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の衝撃吸収部材。
【請求項５】
前記空間部の上部および下部に存在する多孔質体の厚さは、３〜５ｍｍであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の衝撃吸収部材。
【請求項６】
前記空間部の体積は、前記多孔質体の見かけ体積の２５〜４７％であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の衝撃吸収部材。
【請求項７】
前記多孔質体は、見かけ密度０．２〜０．５ｇ／ｃｍ３の発泡アルミニウムであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項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、衝撃吸収部材に関する。また本発明は、例えば自動車の構造部材として用いられ、衝突時の衝撃エネルギーを吸収して衝撃を和らげるための衝撃吸収部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の衝突安全性を確保するため、フロントバンパー、サイドシルおよびセンターピラーといった構造部材は、衝突時の衝撃エネルギーを効率よく吸収することが求められている。
【０００３】
従来、上記の構造部材において、衝撃エネルギーの吸収効率を向上させるべく、多くの研究がなされており、種々の技術が提案されている。
【０００４】
かかる技術として、例えば、特許文献１には、発泡アルミニウムを充填したフレーム部よりなる部材にて構成した衝撃吸収サイドメンバが開示されている。これは、一定の反力を示しつつ圧縮変形するという発泡アルミニウムの性質を利用したものであり、これによって自動車の構造部材における衝撃エネルギーの吸収性能を高めうる。
【０００５】
しかしながら、前記文献１に記載の技術のように、単に構造部材の内部に発泡アルミニウムを充填するのみでは、衝撃吸収性能は向上するが、その一方で部材の総質量が増大する結果、自動車の燃費を低下させ、さらには地球環境にも影響を及ぼしかねないという問題があった。また、発泡アルミニウムは高価であるため、この観点からも、衝撃吸収性能を低下させずに発泡アルミニウムの使用量を低減させる技術が求められている。
【特許文献１】特開平８−１６４８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、衝撃エネルギー吸収性能に優れる一方で、軽量かつ低コストな衝撃吸収部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
中空部を有する外殻構造体と、該中空部に充填された多孔質体とを備え、該多孔質体はその一部に空間部を有することを特徴とする、衝撃吸収部材である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、従来の衝撃吸収部材と比較して、衝撃吸収性能を低下させることなく、部材の総質量および総コストを低減させうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、中空部を有する外殻構造体と、該中空部に充填された多孔質体とを備え、該多孔質体はその一部に空間部を有することを特徴とする、衝撃吸収部材である。
【００１０】
以下、本発明の好ましい一実施形態を、図面に基づき説明するが、本発明の技術的範囲は以下の態様に制限されない。
【００１１】
図１は、本発明の衝撃吸収部材の好ましい一実施形態を示す図である。図１（ａ）は、本発明の衝撃吸収部材の斜視図を示し、図１（ｂ）は、本発明の衝撃吸収部材の側面図を示し、図１（ｃ）は、図１（ｂ）のＡ−Ａ’断面図を示す。図１において、１は本発明の衝撃吸収部材を示し、１０は外殻構造体を示し、２０は多孔質体を示し、３０は空間部を示す。なお、本発明において、衝撃エネルギーは、図１（ａ）〜（ｃ）のいずれにおいても図の上方向から下方向へ入力される。
【００１２】
本発明において、衝撃吸収部材の外殻を構成する外殻構造体は、中空部を有し、該中空部に多孔質体を充填しうるものであれば、その材質は特に制限されない。外殻構造体の材質としては、例えば、鋼板、およびアルミニウム等の薄肉金属板等が例示されうる。ここで、形状の自由度やコストの点から、好ましくは鋼板が用いられる。また、外殻構造体の形状としては、閉断面構造を有していることが好ましく、例えば、図１（ａ）に示すダブルハット形や片ハット形のような四角柱状形または略四角柱状形等が例示されうる。
【００１３】
さらに、外殻構造体の形状は、必ずしも柱状形に限定されず、複数の柱状形がその長手方向に複数連結された形状や、錘状形等の形状であってもよい。すなわち、図１（ｃ）に示す断面図の形状は、常に合同である必要はなく、切断する箇所により異なっていてもよい。ここで好ましくは、成形が容易であり、かつ広範な用途を有する点で四角柱状形または略四角柱状形が用いられる。よって以下、外殻構造体が四角柱状形または略四角柱状形である態様について説明するが、特にこれに制限されない。
【００１４】
本発明において、外殻構造体の有する中空部に充填される多孔質体は、特に制限されないが、圧縮応力が負荷された際に略一定の反力（一定の反力またはその近傍の反力）を維持しつつ崩壊しうる多孔質体であることが好ましい。これにより、衝撃吸収特性に優れる衝撃吸収部材が得られるためである。ここで「多孔質体」とは、連通または独立した空孔またはセルを有する構造体をいう。前記多孔質体は、外殻構造体の中空部内にぴったりとまたは若干きつく充填可能な大きさに形成され、該中空部に充填される。この際、該多孔質体は外殻構造体に単に嵌入されていてもよく、または接着により、その一部もしくは全部を外殻構造体に固定されていてもよい。
【００１５】
前記多孔質体としては、例えば、発泡アルミニウム、発泡マグネシウム、発泡鉄のような発泡金属、ステンレスやアルミニウムを用いた金属繊維焼結体、およびポリウレタンフォームのような発泡体等が例示されうる。中でも、発泡アルミニウムが好ましく用いられうる。これは、発泡アルミニウムは、衝撃を吸収して圧潰する際の降伏強度が小さく、かつ圧潰時のプラトー状態における反力が比較的大きいことから、衝突時の反力が小さく初期衝撃吸収に優れており、大きい衝撃エネルギー吸収量が要求される衝撃吸収部材に適しているためである。該多孔質体の見かけ密度は、特に制限されないが、好ましくは、０．２〜０．５ｇ／ｃｍ３である。ここで、多孔質体の密度が０．２ｇ／ｃｍ３未満では、吸収しうるエネルギー量が低下する場合がある。一方、多孔質体の密度が０．５ｇ／ｃｍ３を超えると衝撃吸収部材全体の質量が増大する場合がある。よって、多孔質体の密度をかかる範囲内の値とすることで、衝撃吸収性能を低下させることなく吸収部材の軽量化が図られる。
【００１６】
本発明においては、多孔質体が外殻構造体の中空部に充填されてなる衝撃吸収部材において、該多孔質体が空間部を有する点に特徴がある。かかる構成とすることにより、衝撃吸収部材の単位質量あたりの衝撃吸収性能が向上し、その結果、衝撃吸収部材の軽量化とそれに伴うコストの低減が図られる。
【００１７】
本発明において「空間部」とは、充填される多孔質体の一部が除去されることにより形成される空間をいう。なお、多孔質体はその性質上、本来的に微細な空隙部を多数有するが、かかる空隙部は、本発明の衝撃吸収部材における「空間部」には含まれない。
【００１８】
空間部の形状としては、例えば、四角柱等の柱状、四角錘等の錘状が例示されうる。前記空間部は、特に好ましくは図１（ａ）に示すように外殻構造体長手方向と平行な四角柱状に形成される。よって以下、空間部が外殻構造体の長手方向と平行な四角柱状に形成される態様について説明するが、これに制限されない。なお、かかる場合には、図１（ｃ）に示すように図１（ｂ）におけるＡ−Ａ’断面は長方形である。
【００１９】
ここで、本発明における空間部のアスペクト比は、外殻構造体のアスペクト比と異なる値であることが好ましい。なお、「空間部のアスペクト比」とは、図１（ｃ）に示される空間部の断面の長方形における、高さ／幅の比の値をいう。一方、「外殻構造体のアスペクト比」とは、四角柱状形または略四角柱状形を有する外殻構造体の、図１（ｃ）に示される断面における、高さ／幅の比の値をいう。ここで、四角柱状形を有する前記空間部の図１（ｃ）に示される断面において、圧縮応力入力方向の径（寸法ｄ）は、該方向に直交する方向の径（寸法ｃ）と比較して大きいことがより好ましい。かかる態様によれば、空間部の増加に伴う衝撃吸収性能の低下を効果的に抑制しうるためである。
【００２０】
本発明において、多孔質体に形成される空間部の位置は、衝撃吸収性能に優れる点で、好ましくは、空間部の重心が外殻構造体の中心軸上に存在するような位置に形成され、より好ましくは、空間部の重心が外殻構造体の重心と一致するような位置に形成される。また、外殻構造体の全体積に占める多孔質体の見かけ体積は特に制限されず、用途等に応じて任意に選択されうる。
【００２１】
本発明において多孔質体に形成される空間部の個数は、１個には限られず、２個以上であってもよい。かかる態様であっても、衝撃吸収性能の低下を伴うことなく、部材の軽量化が図られる。なお、前記空間部が２個以上存在する場合において、各空間部の相対的な位置関係は、発泡体の中心に対して対称であることが好ましく、空間部の大きさについてもそれぞれが同一であることが好ましい。かかる態様により、潰れモードが軸中心に対して対称となる結果、優れた衝撃吸収性能が得られる。
【００２２】
さらに、特に制限されないが空間部の上部および下部に存在する多孔質体の厚さ、例えば図４（ｃ）に示す寸法ｅは、好ましくは３〜５ｍｍである。多孔質体の厚さをかかる範囲とすることで、特に衝撃吸収性能を低下させずに軽量化が図られ、加工にも適している。ここで、本明細書中、「上部」および「下部」とは、それぞれ衝撃エネルギーの入力方向側とその反対側をいい、図１の上部および下部と一致する。
【００２３】
本発明において多孔質体に形成される空間部の体積は、特に制限されないが、好ましくは、外殻構造体の中空部に充填される多孔質体の全見かけ体積の２５〜４７％である。多孔質体の全体積に占める空間部の割合が２５％未満では、空間部を設けることによる効果が充分に得られない場合がある。一方、空間部の占める割合が４７％を超えると、軽量化という観点では効果が得られるものの、衝撃エネルギー入力時に該エネルギーを充分に吸収することなく座屈変形してしまう場合がある。
【００２４】
本発明の衝撃吸収部材を製造する方法は特に制限されず、従来周知の方法を用いて製造しうる。例えば、本発明の衝撃吸収部材は、以下の方法により製造されうる。
【００２５】
まず、外殻構造体の中空部に充填される多孔質体を用意する。該多孔質体はそのまま用いられてもよく、予め従来周知の成形工程に供されることによって、形状および密度等が所望の態様とされてもよい。ここで、多孔質体への空間部の形成が必要な場合、空間部の形成は、この段階で行われてもよく、外殻構造体へ充填された後に行われてもよい。なお、空間部の形成は、特に制限されず、従来周知の方法により行われうる。
【００２６】
さらに、前記多孔質体を充填するための外殻構造体を用意する。該外殻構造体は、上記のように任意の形状のものが用いられうる。外殻構造体は、予め成形されていてもよく、新たに従来周知の成形工程により製造されてもよい。該成形工程としては、例えば、プレス成形工程、スポット溶接による片ハットまたはダブルハット形成形工程等が例示されうる。
【００２７】
前記で用意された外殻構造体への多孔質体の充填は、特に制限されず従来周知の方法により行われうる。また、多孔質体を外殻構造体に固定する場合、その方法は特に制限されず従来周知の方法が用いられ、例えば、圧入、および接着剤による接着等が例示されうる。
【００２８】
本発明の衝撃吸収部材は、従来よりも軽量化および低コスト化が図られたにもかかわらず、優れた衝撃吸収性能を示すことから、特に制限されないが、例えば、自動車のフロントサイドメンバ、リヤサイドメンバ、クロスメンバ、サイドシルおよびピラー等の自動車用強度部材として好ましく用いられうる。また本発明は、曲げ衝撃に対する吸収性能に特に優れることから、好ましくは、曲げ衝撃に対してその衝撃を吸収するための曲げ衝撃吸収部材として用いられる。
【００２９】
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されず、様々な設計変更が可能である。例えば、本発明の衝撃吸収部材は、自動車用強度部材以外の用途にも適用されうる。
【実施例】
【００３０】
以下、図面を参照しながら、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、以下の実施例によって本発明の技術的範囲は何ら制限されない。
【００３１】
（実施例１）
図１は、本発明の衝撃吸収部材の一実施例を示す。なお、図１（ａ）は、本発明の衝撃吸収部材の斜視図を示し、図１（ｂ）は、本発明の衝撃吸収部材の側面図を示し、図１（ｃ）は、図１（ｂ）のＡ−Ａ’断面図を示す。図１（ａ）に示すように、本実施例の衝撃吸収部材１は、外殻構造体１０と、該外殻構造体１０の中空部に充填される多孔質体２０とを備えており、該多孔質体２０は空間部３０を有している。
【００３２】
（衝撃吸収部材の作製）
以下に示す方法および材料を用い、図１に示す衝撃吸収部材を作製した。
【００３３】
本実施例においては、外殻構造体１０として、長手方向に垂直な断面の形状が略四角形であるダブルハット部材を用いた。ダブルハット部材は、長さ６００ｍｍ、板厚１．２ｍｍの２枚の５９０ＭＰａ級鋼板をハット形状に折り曲げ、フランジ部をスポット溶接にて締結することにより作製した。ここで、図１（ｃ）に示すダブルハット部材の幅（寸法ａ）は８０ｍｍとし、高さ（寸法ｂ）は９０ｍｍとした。
【００３４】
本実施例においては、多孔質体２０として、見かけ密度０．４５ｇ／ｃｍ３の発泡アルミニウムを用いた。また、前記発泡アルミニウムは、上記で作製したダブルハット部材にぴったりと嵌入しうる形状で、長さが３００ｍｍとなるように成形された。さらに、空間部は、前記ダブルハット部材の長手方向に垂直な断面の形状（図１（ｃ）参照）が該方向の軸を中心とする長方形となるように、前記発泡アルミニウムをくり抜くことにより形成された。ここで、図１（ｃ）に示す空間部３０の幅（寸法ｃ）は４０ｍｍとし、高さ（寸法ｄ）は４５ｍｍとした。したがって、本実施例において、多孔質体２０である発泡アルミニウムの見かけ体積に占める空間部３０の体積の割合は、約２５％であった。
【００３５】
（曲げ衝撃吸収性能試験）
上記で作製した衝撃吸収部材１を用いて、衝撃吸収性能試験を行った。
【００３６】
まず、上記で作製した衝撃吸収部材１の両端とＨ鋼４０との間にエンドプレート５０を挟み、衝撃吸収部材１とエンドプレート５０との接触部、およびエンドプレート５０とＨ鋼４０との接触部をそれぞれ全周溶接し、図２（ａ）に示す試験片を作製した。
【００３７】
次いで、図２（ｂ）に示すように、上記で作製した試験片を、支点間距離が７００ｍｍである支点６０上にセットし、質量５００ｋｇのストライカ７０を７．８７ｍ／ｓで落下させて試験片の中央に衝突させ、曲げ衝撃吸収性能を測定した。
【００３８】
上記の衝撃吸収性能試験の、１００ｍｍ変形時の試験結果を図３に示す。ここで、図３のグラフａは、発泡アルミニウムが充填されていない衝撃吸収部材において、部材の板厚を変化させた場合の部材総質量の変化に対するエネルギー吸収量の変化を示している。
【００３９】
図３の点ｂは、本実施例で作製された衝撃吸収部材の結果である。これからわかるように、本実施例の衝撃吸収部材の総質量は約３．３ｋｇであるにもかかわらず、総質量４．３２ｋｇの発泡アルミニウム未充填部材と同程度のエネルギー吸収特性を示した。したがって、本実施例の衝撃吸収部材は、発泡アルミニウム未充填部材と比較して、約２３％の軽量化効果を有することが示された。
【００４０】
（実施例２）
図４は、本発明の衝撃吸収部材の一実施例を示す。なお、図４（ａ）は、本発明の衝撃吸収部材の斜視図を示し、図４（ｂ）は、本発明の衝撃吸収部材の側面図を示し、図４（ｃ）は、図４（ｂ）のＢ−Ｂ’断面図を示す。実施例１と同様に、本実施例の衝撃吸収部材１は、外殻構造体１０と、該外殻構造体１０の中空部に充填される多孔質体２０とを備えており、該多孔質体２０は空間部３０を有している。
【００４１】
（衝撃吸収部材の作製）
上記実施例１と同様のダブルハット部材（図４（ｃ）における寸法ａ＝８０ｍｍ、寸法ｂ＝９０ｍｍ）および発泡アルミニウム（見かけ密度＝０．４５ｇ／ｃｍ３）を用い、図４に示す衝撃吸収部材を作製した。
【００４２】
本実施例においては、発泡アルミニウム中に空間部３０を２個形成させ、図４（ｃ）に示すように、空間部３０の幅（寸法ｃ）は２０ｍｍとし、高さ（寸法ｄ）は８４ｍｍとし、空間部の上部および下部に存在する発泡アルミニウムの厚さ（寸法ｅ）は３ｍｍとした。したがって、本実施例において、多孔質体２０である発泡アルミニウムの見かけ体積に占める空間部３０の体積の割合は、約４７％であった。
【００４３】
（曲げ衝撃吸収性能試験）
上記で作製した衝撃吸収部材１を用いて、上記実施例１と同様の方法により曲げ衝撃吸収性能試験を行った。
【００４４】
上記の衝撃吸収性能試験の、１５０ｍｍ変形時の試験結果を図５に示す。ここで、図５のグラフは、図３と同様に、発泡アルミニウムが充填されていない衝撃吸収部材において、部材の板厚を変化させた場合の部材総質量の変化に対するエネルギー吸収量の変化を示している。
【００４５】
図５の点ｂは、本実施例で作製された衝撃吸収部材の結果である。これからわかるように、本実施例の衝撃吸収部材の総質量は約３．０ｋｇであるにもかかわらず、総質量３．８４ｋｇの発泡アルミニウム未充填部材と同様のエネルギー吸収特性を示した。したがって、本実施例の衝撃吸収部材は、発泡アルミニウム未充填部材と比較して、約２１％の軽量化効果を有することが示された。
【００４６】
なお、図５の点ｃは、比較例として、本実施例の衝撃吸収部材と同様に約４７％の空間部を有するが、該空間部のアスペクト比が外殻構造体のアスペクト比（９０／８０）と同じである衝撃吸収部材について、衝撃吸収性能試験を行った結果である。これと比較してわかるように、本実施例の衝撃吸収部材は、空間部のアスペクト比を外殻構造体のアスペクト比とは異なるものとすることで、軽量化が図られ、その結果相対的に衝撃吸収性能を向上させうる。
【００４７】
以上より、本発明によれば、充填される多孔質体中に空間部を形成させることで、衝撃吸収性能に優れるにもかかわらず、軽量かつ低コストな衝撃吸収部材が提供されうることが示された。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１（ａ）は、実施例１の衝撃吸収部材の斜視図を示す図であり、図１（ｂ）は、実施例１の衝撃吸収部材の側面図を示す図であり、図１（ｃ）は、図１（ｂ）のＡ−Ａ’断面図を示す図である。
【図２】図２（ａ）は、実施例１の衝撃吸収部材についての衝撃吸収性能試験における試験片を示す図であり、図２（ｂ）は、実施例１の衝撃吸収部材についての衝撃吸収性能試験の試験方法を示す図である。
【図３】図３は、実施例１の衝撃吸収部材についての衝撃吸収性能試験の結果を示す図である。
【図４】図４（ａ）は、実施例２の衝撃吸収部材の斜視図を示す図であり、図４（ｂ）は、実施例２の衝撃吸収部材の側面図を示す図であり、図４（ｃ）は、図４（ｂ）のＡ−Ａ’断面図を示す図である。
【図５】図５は、実施例２の衝撃吸収部材についての衝撃吸収性能試験の結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１：衝撃吸収部材
１０：外殻構造体、
２０：多孔質体
３０：空間部、
４０：Ｈ鋼、
５０：エンドプレート、
６０：支点、
７０：ストライカ。
【図１】
2005083459.tif 000003
【図２】
2005083459.tif 000004
【図３】
2005083459.tif 000005
【図４】
2005083459.tif 000006
【図５】
2005083459.tif 000007