(57)【要約】【課題】 外殻構造体の中空部分の全てに多孔質金属の成形体を充填した場合とほぼ同等のエネルギ吸収量を維持しつつ、衝突時における初期反力の上昇をも抑制することが可能である衝撃エネルギ吸収部材及びその製造方法を提供する。【解決手段】略筒状を成す外殻構造体３と、この外殻構造体３の中空部分３ａに充填されて圧縮応力が負荷された段階で略一定の反力を維持しつつ崩壊する多孔質金属から成る成形体４を備え、外殻構造体３の衝撃エネルギ入力側端部には、成形体４の未充填空間Ｓを設けた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略筒状を成す外殻構造体と、この外殻構造体の中空部分に充填されて圧縮応力が負荷された段階で略一定の反力を維持しつつ崩壊する多孔質金属から成る成形体を備えた衝撃エネルギ吸収部材において、上記外殻構造体の衝撃エネルギ入力側端部には、上記成形体の未充填空間を設けたことを特徴とする衝撃エネルギ吸収部材。
【請求項２】
略筒状を成す外殻構造体と、この外殻構造体の中空部分に充填されて圧縮応力が負荷された段階で略一定の反力を維持しつつ崩壊する多孔質金属から成る成形体を備えた衝撃エネルギ吸収部材において、複数個の発泡金属片を具備した発泡金属体を上記成形体とし、この発泡金属体は複数個の発泡金属片がそれぞれ有する金属表皮層同士を互いに接合して成っていることを特徴とする衝撃エネルギ吸収部材。
【請求項３】
複数個の発泡金属片を具備した発泡金属体を成形体とし、この発泡金属体は、複数個の発泡金属片がそれぞれ有する金属表皮層同士を互いに接合して成っている請求項１に記載の衝撃エネルギ吸収部材。
【請求項４】
発泡金属体は、その外周面の少なくとも一部分に金属表皮層を有している請求項２又は３に記載の衝撃エネルギ吸収部材。
【請求項５】
金属表皮層の厚みを１ｍｍ以上とした請求項２〜４のいずれか１つの項に記載の衝撃エネルギ吸収部材。
【請求項６】
金属表皮層同士の接合面は、外殻構造体の軸方向に対して略平行を成している請求項２〜５のいずれか１つの項に記載の衝撃エネルギ吸収部材。
【請求項７】
複数個の発泡金属片の金属表皮層同士をせん断応力が０．８ＭＰａ以上の接着剤を介して接合している請求項２〜６のいずれか１つの項に記載の衝撃エネルギ吸収部材。
【請求項８】
多孔質金属を発泡アルミニウムとした請求項１〜７のいずれか１つの項に記載の衝撃エネルギ吸収部材。
【請求項９】
複数個の発泡金属片がそれぞれ外周面に有する金属表皮層同士を互いに接合して発泡金属体を形成する工程と、この発泡金属体を外殻構造体の中空部分に充填する工程とを経て、請求項２〜８のいずれかに記載の衝撃エネルギ吸収部材を製造することを特徴とする衝撃エネルギ吸収部材の製造方法。
【請求項１０】
発泡金属を複数の発泡金属片に切断する工程と、切断した複数個の発泡金属片がそれぞれ外周面に有する金属表皮層同士を互いに接合して発泡金属体を形成する工程と、この発泡金属体を外殻構造体の中空部分に充填する工程とを経て、請求項２〜８のいずれかに記載の衝撃エネルギ吸収部材を製造することを特徴とする衝撃エネルギ吸収部材の製造方法。
【請求項１１】
せん断応力が０．８ＭＰａ以上の接着剤を用いて複数個の発泡金属片の各金属表皮層同士を互いに接合する請求項９又は１０に記載の衝撃エネルギ吸収部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、衝撃エネルギを効率良く吸収することが求められる自動車用構造部材として用いるのに好適な衝撃エネルギ吸収部材及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、上記したような衝撃エネルギ吸収部材としては、例えば、フロントクロスメンバとサイドメンバとの連結部分に配置するフレーム部材（自動車用構造部材）がある。このフレーム部材は、肉厚の薄いアルミニウム（アルミニウム合金を含む）板から形成した角筒状を成す外殻構造体の中空部分に発泡アルミニウムを充填して成っていて、その一端部をサイドメンバの前端に連結していると共に、他端部に設けたクロスメンバ取付部にフロントクロスメンバを連結しており、フロントクロスメンバをアルミニウム（アルミ合金を含む）の押し出し型材とすることで、衝撃エネルギの吸収性能をより一層高めるようにしている。
【０００３】
【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】
【０００４】
しかしながら、上記したフレーム部材では、外殻構造体の中空部分に発泡アルミニウムを充填することで、衝撃エネルギの吸収量の増加が図られるものの、この衝撃エネルギの吸収量増加とともに衝突時における初期反力も上昇してしまうことから、衝突の初期において、衝突相手やキャビンに対して、外殻構造体の中空部分に発泡アルミニウムを充填していない場合よりも大きな反力が伝達されてしまうといった問題があり、この問題を解決することが従来の課題となっていた。
【０００５】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたものであり、外殻構造体の中空部分の全てに多孔質金属の成形体を充填した場合とほぼ同等のエネルギ吸収量を維持しつつ、衝突時における初期反力の上昇をも抑制することが可能である衝撃エネルギ吸収部材及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、外殻構造体の中空部分の衝撃エネルギ入力側に成形体の未充填空間を設けることで、上記目的が達成されることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明は、略筒状を成す外殻構造体と、この外殻構造体の中空部分に充填されて圧縮応力が負荷された段階で略一定の反力を維持しつつ崩壊する多孔質金属から成る成形体を備えた衝撃エネルギ吸収部材において、上記外殻構造体の衝撃エネルギ入力側端部には、上記成形体の未充填空間を設けた構成としたことを特徴としており、この衝撃エネルギ吸収部材の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【０００８】
また、本発明は、略筒状を成す外殻構造体と、この外殻構造体の中空部分に充填されて圧縮応力が負荷された段階で略一定の反力を維持しつつ崩壊する多孔質金属から成る成形体を備えた衝撃エネルギ吸収部材において、複数個の発泡金属片を具備した発泡金属体を上記成形体とし、この発泡金属体は複数個の発泡金属片がそれぞれ有する金属表皮層同士を互いに接合して成っている構成としたことを特徴としており、この衝撃エネルギ吸収部材の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【０００９】
一方、本発明の衝撃エネルギ吸収部材の製造方法は、発泡金属を複数の発泡金属片に切断する工程（あらかじめ小片に別けられた複数の発泡金属片を用いる場合はこの工程省略）と、複数個の発泡金属片がそれぞれ外周面に有する金属表皮層同士を互いに接合して発泡金属体を形成する工程と、この発泡金属体を外殻構造体の中空部分に充填する工程とを経て、請求項２〜８のいずれかに記載の衝撃エネルギ吸収部材を製造する構成としたことを特徴としており、この衝撃エネルギ吸収部材の製造方法の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【００１０】
この場合、多孔質金属とは、独立した空孔を有する金属部材（いわゆるクローズドセル）や互いに連通する空孔を有する金属部材（いわゆるオープンセル）のことであり、発泡アルミニウムがその代表的なものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の衝撃エネルギ吸収部材によれば、上記した構成としているので、外殻構造体の中空部分の全てに多孔質金属の成形体を充填した場合と同様に衝撃エネルギを効率良く吸収することができるのは勿論のこと、外殻構造体の中空部分に多孔質金属の成形体を充填していない場合と同様に衝突時における初期反力の上昇を大幅に抑制することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【００１２】
また、本発明の衝撃エネルギ吸収部材の製造方法によれば、複数個の発泡金属片を具備した発泡金属体を成形体としている衝撃エネルギ吸収部材、すなわち、請求項２〜８のいずれかに記載の衝撃エネルギ吸収部材の製造を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の衝撃エネルギ吸収部材、すなわち、外殻構造体の衝撃エネルギ入力側端部に成形体の未充填空間を設けた衝撃エネルギ吸収部材において、複数個の発泡金属片を具備した発泡金属体を上記成形体とし、複数個の発泡金属片がそれぞれ有する金属表皮層同士を互いに接合して発泡金属体を形成することが望ましい。
【００１４】
上記のようにして形成した発泡金属体は、その外周面の少なくとも一部分に金属表皮層を有している構成とすることが望ましく、この際、金属表皮層の厚みは１ｍｍ以上とすることが望ましい。
【００１５】
また、発泡金属体を形成する際の金属表皮層同士の接合面は、外殻構造体の軸方向に対して略平行を成していることが望ましく、発泡金属片の金属表皮層同士の接合には、せん断応力が０．８ＭＰａ以上の接着剤を用いることが望ましい。
【００１６】
ここで、多孔質金属には、衝撃エネルギの吸収を主に受け持つためにある程度の強度が必要であり、材質としては、強度と重量の兼ね合いを考慮して発泡アルミニウムを用いることが望ましい。この際、密度が小さいと強度不足となって衝撃エネルギの吸収能力が不十分なものとなり、密度が大きいといわゆるプラトー現象が崩れて反力が高くなるうえ、重量も増すことになる。したがって、密度を０．２〜０．８ｇ／ｃｍ３とすることが望ましい。
【００１７】
上記のように、外殻構造体の衝撃エネルギ入力側端部に設けた未充填空間以外に充填する多孔質金属から成る成形体を複数個の発泡金属片を具備した発泡金属体とし、複数個の発泡金属片がそれぞれ有する金属表皮層同士をせん断応力が０．８ＭＰａ以上の接着剤を用いて互いに接合して発泡金属体を形成し、この際、金属表皮層同士の接合面が外殻構造体の軸方向に対して略平行を成すように配置すると、上記未充填空間以外に単に多孔質金属から成る成形体を充填する場合と比較して、エネルギ吸収量がより一層増加することとなる。つまり、単に多孔質金属から成る成形体を充填した衝撃エネルギ吸収部材と同等ないしそれ以上のエネルギ吸収性能を確保しつつ、初期反力の大幅な抑制を実現し得ることとなる。
【実施例】
【００１８】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００１９】
［実施例１］
図１に示すように、板厚１．４ｍｍの５９０ＭＰａ級鋼板にプレス加工を施して断面ハット形状の２本の長尺部材２を形成し、これらの長尺部材２の各フランジ部２ａ同士をスポット溶接により接合して８０ｍｍ角の断面を有する長さ１５０ｍｍの外殻構造体３を作製した後、この外殻構造体３の中空部分３ａに、厚さ２ｍｍの金属表皮層４ａを有する密度が０．３ｇ／ｃｍ３の発泡アルミニウムからなる成形体４を充填して衝撃エネルギ吸収部材１を製造した。このとき、外殻構造体３のエネルギ入力側端部（図１（ｂ）左側端部）に、長さ１０ｍｍの成形体未充填空間Ｓを設けた。
【００２０】
この際、上記外殻構造体３の中空部分３ａの全体に、厚さ２ｍｍの金属表皮層４ａを有する密度が０．３ｇ／ｃｍ３の発泡アルミニウムからなる成形体４を充填して比較例としての衝撃エネルギ吸収部材を製造した。
【００２１】
そして、上記実施例１の衝撃エネルギ吸収部材１及び比較例の衝撃エネルギ吸収部材に対して衝撃軸圧潰試験を行うために、図２に示すように、両吸収部材の各外殻構造体３のエネルギ入力側とは反対側の端部に、全周溶接によってエンドプレート５をそれぞれ取付けた。
【００２２】
そこで、図３に示すように、上記エンドプレート５を取付けた実施例１の衝撃エネルギ吸収部材１及び比較例の衝撃エネルギ吸収部材を衝撃軸圧潰試験機の試料台１０上にセットし、実施例１の衝撃エネルギ吸収部材１及び比較例の衝撃エネルギ吸収部材に対して、質量５００ｋｇのストライカ１１を７．８７ｍ／ｓの速度でそれぞれ衝突させて衝撃軸圧潰試験を行った。この衝撃軸圧潰試験の結果（反力で整理した結果）を図４に示す。
【００２３】
図４のグラフから判るように、実施例１の衝撃エネルギ吸収部材１の初期反力が２２２ｋＮであるのに対して、従来の衝撃エネルギ吸収部材、すなわち、比較例の衝撃エネルギ吸収部材の初期反力は２９６ｋＮとなっており、これにより、実施例１の衝撃エネルギ吸収部材１では、比較例の衝撃エネルギ吸収部材と比べて、初期反力を７４ｋＮ（約２５％）抑制できることが立証された。
【００２４】
［実施例２］
図５に示すように、まず、実施例１の成形体４をそのほぼ中央で切断して２個の半割成形体（発泡金属片）４Ａ，４Ａとし、これらの半割成形体４Ａ，４Ａを互いに背中合わせにして各々の外周に有する金属表皮層４ａ同士をせん断強度が０．８ＭＰａの接着剤で接合して成形体（発泡金属体）２４を形成した後、この成形体２４を実施例１の外殻構造体３と同じ仕様の外殻構造体２３の中空部分２３ａの全体に充填して衝撃エネルギ吸収部材２１を製造した。
【００２５】
上記実施例２の衝撃エネルギ吸収部材２１の外殻構造体２３にも実施例１と同様にしてエンドプレート５を取付け、この実施例２の衝撃エネルギ吸収部材２１に対しても上記と同じ条件で衝撃軸圧潰試験を行った。この衝撃軸圧潰試験の結果（エネルギ吸収量で整理した結果）を図６に示す。
【００２６】
図６のグラフから判るように、実施例２の衝撃エネルギ吸収部材２１のエネルギ吸収量が１４５９４Ｊであるのに対して、従来の衝撃エネルギ吸収部材、すなわち、比較例の衝撃エネルギ吸収部材のエネルギ吸収量は１４４１２Ｊとなっており、これにより、実施例２の衝撃エネルギ吸収部材２１では、比較例の衝撃エネルギ吸収部材と比べて、エネルギ吸収量を１８２Ｊ（約１．５％）増加可能であることが立証された。
【００２７】
［実施例３］
図７に示すように、まず、実施例２と同様にして成形体３４を形成した後、この成形体３４を実施例１の外殻構造体３と同じ仕様の外殻構造体３３の中空部分３３ａに充填して衝撃エネルギ吸収部材３１を製造した。このとき、外殻構造体３３のエネルギ入力側端部（図７（ｂ）左側端部）に、長さ１０ｍｍの成形体未充填空間Ｓを設けた。
【００２８】
上記実施例３の衝撃エネルギ吸収部材３１の外殻構造体３３にも実施例１と同様にしてエンドプレート５を取付け、この実施例３の衝撃エネルギ吸収部材３１に対しても上記と同じ条件で衝撃軸圧潰試験を行った。この衝撃軸圧潰試験の反力で整理した結果を図８に示し、単位重量当たりのエネルギ吸収量で整理した結果を図９に示す。
【００２９】
図８のグラフから判るように、実施例１の衝撃エネルギ吸収部材１の初期反力が２２４ｋＮであるのに対して、従来の衝撃エネルギ吸収部材、すなわち、比較例の衝撃エネルギ吸収部材の初期反力は２９６ｋＮとなっており、これにより、実施例１の衝撃エネルギ吸収部材１では、比較例の衝撃エネルギ吸収部材と比べて、初期反力を７２ｋＮ（約２５％）抑制できることが立証された。
【００３０】
一方、図９のグラフから判るように、実施例２の衝撃エネルギ吸収部材２１の単位重量当たりのエネルギ吸収量が１８．０２Ｊ／ｇであるのに対して、従来の衝撃エネルギ吸収部材、すなわち、比較例の衝撃エネルギ吸収部材の単位重量当たりのエネルギ吸収量は１８．２８Ｊ／ｇとなっており、その差は約１．４％とほぼ同等である。したがって、上記実施例３の衝撃エネルギ吸収部材３１は、従来の衝撃エネルギ吸収部材とほぼ同等のエネルギ吸収量を確保しつつ、初期反力を大幅に抑制できることが立証された。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
上記した実施例２，３では、いずれも外周面の全体に金属表皮層４ａを有する成形体４（実施例１の成形体４）をそのほぼ中央で切断して２個の半割成形体４Ａ，４Ａとし、これらの半割成形体４Ａ，４Ａを互いに背中合わせにして各々の金属表皮層４ａ同士を接着剤（せん断強度０．８ＭＰａ）で接合して成形体２４，３４を形成したうえで、残りの金属表皮層４ａを外殻構造体２３，３３を構成する長尺部材２の底面に接合させるようにしているが、これに限定されるものではなく、例えば、図１０（ａ）に示すように、上記成形体２４，３４の残りの金属表皮層４ａを外殻構造体２３，３３を構成する長尺部材２の内側の側面に接合させて成る衝撃エネルギ吸収部材４１としてもよい。
【００３２】
また、図１０（ｂ）に示すように、あらかじめ三角柱状に切断した発泡金属片４Ｂ，４Ｂを四角柱形状に組み合わせて、各々の金属表皮層４ａ同士を接合して成る成形体５４を有する衝撃エネルギ吸収部材５１としたり、図１０（ｃ）に示すように、あらかじめ薄板状に切断した発泡金属片４Ｃを四角柱形状に積層して、各々の金属表皮層４ａ同士を接合して成る成形体６４を有する衝撃エネルギ吸収部材６１としたり、図１０（ｄ）に示すように、あらかじめ断面が略正方形となるように角柱状に切断した発泡金属片４Ｄを四角柱形状に組み合わせて、各々の金属表皮層４ａ同士を接合して成る成形体７４を有する衝撃エネルギ吸収部材７１としたりしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施例による衝撃エネルギ吸収部材の端面説明図（ａ）及び側面説明図（ｂ）である。（実施例１）
【図２】図１の衝撃エネルギ吸収部材を衝撃軸圧潰試験用の試験片とした状態の端面説明図（ａ）及び側面説明図（ｂ）である。
【図３】衝撃軸圧潰試験機の外観説明図である。
【図４】図１の衝撃エネルギ吸収部材及び比較例の衝撃エネルギ吸収部材に対して行った衝撃軸圧潰試験の結果を反力で整理して表したグラフである。
【図５】本発明の他の実施例による衝撃エネルギ吸収部材の端面説明図（ａ）及び側面説明図（ｂ）である。（実施例２）
【図６】図５の衝撃エネルギ吸収部材及び比較例の衝撃エネルギ吸収部材に対して行った衝撃軸圧潰試験の結果をエネルギ吸収量で整理して表したグラフである。
【図７】本発明のさらに他の実施例による衝撃エネルギ吸収部材の端面説明図（ａ）及び側面説明図（ｂ）である。（実施例３）
【図８】図７の衝撃エネルギ吸収部材及び比較例の衝撃エネルギ吸収部材に対して行った衝撃軸圧潰試験の結果を反力で整理して表したグラフである。
【図９】図７の衝撃エネルギ吸収部材及び比較例の衝撃エネルギ吸収部材に対して行った衝撃軸圧潰試験の結果を単位重量当たりのエネルギ吸収量で整理して表したグラフである。
【図１０】本発明の衝撃エネルギ吸収部材における成形体の他の形態例を示す端面説明図（ａ）〜（ｄ）である。
【符号の説明】
【００３４】
１，２１，３１，４１，５１，６１，７１   衝撃エネルギ吸収部材
３，２３，３３   外殻構造体
３ａ，２３ａ，３３ａ  中空部分
４    成形体
４Ａ  半割成形体（発泡金属片）
４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ 発泡金属片
４ａ  金属表皮層
２４，３４   成形体（発泡金属体）
Ｓ    未充填空間
【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】
2005247166.tif 000010
【図９】
2005247166.tif 000011
【図１０】
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