(57)【要約】車両用エネルギー吸収システム（２０）は、補強ビーム（２４）に取り付けるためのフランジ付きフレーム（３２，３４）と、本体（４４）とを含む細長いエネルギー吸収部材（２２）を備えており、本体（４４）は衝撃時に変形し徐々に潰れて衝撃エネルギーを吸収することのできる複数の離間した調整可能なクラッシュボックス（５４）を含んでいる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両への取付に適合した一体の細長いエネルギー吸収部材であって、当該エネルギー吸収部材は車両に取り付けるためのフランジ付きフレームと該フレームから延びる本体とを備えており、上記本体が第一横断壁と、第一横断壁から離間した第二横断壁と、それらの間に延在する複数の調整可能なクラッシュボックスとを含む、エネルギー吸収部材。
【請求項２】
前記第一及び第二横断壁が波形に構成されている、請求項１記載のエネルギー吸収部材。
【請求項３】
前記複数のクラッシュボックスが本体に沿って互いに離間していてそれらの間に隙間を有する、請求項１記載のエネルギー吸収部材。
【請求項４】
前記クラッシュボックスが全体として三次元Ｉ字形をなす、請求項１記載のエネルギー吸収部材。
【請求項５】
前記クラッシュボックスが側壁と後壁を有する、請求項１記載のエネルギー吸収部材。
【請求項６】
前記側壁と後壁に所定の形状及び寸法の窓が設けられている、請求項５記載のエネルギー吸収部材。
【請求項７】
前記側壁と後壁の公称肉厚が約１．７５ｍｍ〜３．０ｍｍである、請求項５記載のエネルギー吸収部材。
【請求項８】
さらに、第一横断壁と第二横断壁の間に延在する複数の連結部材を備える、請求項１記載のエネルギー吸収部材。
【請求項９】
前記連結部材が、最小平均幅／高さ比約１：５の前壁を有する鉛直方向に延在する支柱を含む、請求項８記載のエネルギー吸収部材。
【請求項１０】
前記連結部材の少なくとも幾つかが水平方向に延在する支柱を含んでいて十字形の連結部材を画成する、請求項９記載のエネルギー吸収部材。
【請求項１１】
自動車用エネルギー吸収システムであって、
補強ビーム、
上記補強ビームに取り付けるためのフランジ付きフレームと該フレームから延びる本体とを備えるエネルギー吸収部材であって、上記本体が第一横断壁と、第一横断壁から離間した第二横断壁と、それらの間に延在する複数の調整可能なクラッシュボックスとを含む、エネルギー吸収部材、及び
上記補強ビームとエネルギー吸収部材を実質的に囲繞するようにエネルギー吸収部材に取り付け可能なフェーシア
を備えるエネルギー吸収システム。
【請求項１２】
前記第一及び第二横断壁が波形に構成されている、請求項１０記載のエネルギー吸収部材。
【請求項１３】
前記複数の調整可能なクラッシュボックスが本体に沿って互いに離間していてそれらの間に隙間を有する、請求項１０記載のエネルギー吸収部材。
【請求項１４】
前記クラッシュボックスが全体として三次元Ｉ字形をなす、請求項１０記載のエネルギー吸収部材。
【請求項１５】
前記クラッシュボックスが側壁と後壁を有する、請求項１０記載のエネルギー吸収部材。
【請求項１６】
前記側壁と後壁に所定の形状及び寸法の窓が設けられている、請求項１５記載のエネルギー吸収部材。
【請求項１７】
前記側壁と後壁の公称肉厚が約１．７５ｍｍ〜３．０ｍｍである、請求項１５記載のエネルギー吸収部材。
【請求項１８】
さらに、第一横断壁と第二横断壁の間に延在する複数の連結部材を備える、請求項１０記載のエネルギー吸収部材。
【請求項１９】
前記連結部材が、最小平均幅／高さ比約１：５の前壁を有する鉛直方向に延在する支柱を含む、請求項１８記載のエネルギー吸収部材。
【請求項２０】
前記連結部材の少なくとも幾つかが水平方向に延在する支柱を含んでいて十字形の連結部材を画成する、請求項１９記載のエネルギー吸収部材。
【請求項２１】
車両への取付に適合した一体の細長いエネルギー吸収部材であって、当該エネルギー吸収部材は車両に取り付けるためのフランジ付きフレームと該フレームから延びる本体とを備えており、上記本体がａ）第一横断壁と、ｂ）第一横断壁から離間した第二横断壁と、ｃ）第一横断壁と第二横断壁の間に延在する複数の後方に延びる調整可能なクラッシュボックスと、ｄ）第一横断壁と第二横断壁の間に延在し、互いに離間した複数の前方に位置する連結部材とを含む、エネルギー吸収部材。
【請求項２２】
前記第一及び第二横断壁が波形に構成されている、請求項２１記載のエネルギー吸収部材。
【請求項２３】
前記複数の調整可能なクラッシュボックスが本体に沿って互いに離間していてそれらの間に隙間を有する、請求項２１記載のエネルギー吸収部材。
【請求項２４】
前記クラッシュボックスが全体として三次元Ｉ字形をなす、請求項２１記載のエネルギー吸収部材。
【請求項２５】
前記クラッシュボックスが側壁と後壁を有する、請求項２１記載のエネルギー吸収部材。
【請求項２６】
前記側壁と後壁に所定の形状及び寸法の窓が設けられている、請求項２５記載のエネルギー吸収部材。
【請求項２７】
前記側壁と後壁の公称肉厚が約１．７５ｍｍ〜３．０ｍｍである、請求項２５記載のエネルギー吸収部材。
【請求項２８】
前記連結部材が、最小平均幅／高さ比約１：５の前壁を有する鉛直方向に延在する支柱を含む、請求項２１記載のエネルギー吸収部材。
【請求項２９】
前記連結部材の少なくとも幾つかが水平方向に延在する支柱を含んでいて十字形の連結部材を画成する、請求項２８記載のエネルギー吸収部材。
【請求項３０】
エネルギー吸収部材の製造方法であって、
ａ）一組の衝撃荷重特性を規定する段階、
ｂ）上記衝撃荷重特性に応じて熱可塑性樹脂材料を選択する段階、及び
ｃ）上記熱可塑性樹脂材料から、外壁と側壁を有し複数の外側に延びるクラッシュボックスを含むエネルギー吸収部材を成形する段階であって、上記外壁と側壁の少なくとも１つが入力荷重特性に適合する所定の幾何形状の窓を有するエネルギー吸収部材を成形する段階、
を含む方法。
【請求項３１】
エネルギー吸収部材の製造方法であって、
外壁と側壁を有し複数の外側に延びるクラッシュボックスを含む第一のエネルギー吸収部材を成形する段階であって、上記外壁と側壁の少なくとも１つが、第一の組の衝撃荷重特性を規定する所定の幾何形状の窓を有する第一のエネルギー吸収部材を成形する段階、及び
第二のエネルギー吸収部材を形成する段階であって、第二のエネルギー吸収部材に異なる衝撃荷重特性を与えるべく窓の幾何形状が異なる点を除いては第一のエネルギー吸収部材と基本的に同じ構成の第二のエネルギー吸収部材を成形する段階
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー吸収システム、特にエネルギー吸収車両バンパシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
バンパは典型的には車両の前後に幅方向に延在しており、長さ方向に延在するレールに装着される。望ましいエネルギー吸収バンパシステムは、衝突の衝撃エネルギーを、車両のレール荷重限度を超えることなく最小限の貫入量で緩和することによって、車両の損傷を最小限に抑える。理想的なエネルギー吸収部材は、レール荷重限度を僅かに下回る程度まで荷重を迅速に増大させ、衝撃エネルギーが散逸するまでその荷重を一定に保つことによって高い効率を達成する。
【０００３】
本田技研工業株式会社の米国特許第４７６２３５２号には、エネルギー吸収バンパシステムが記載されている。この米国特許によれば、ポリプロピレン、ポリウレタンなどの発泡樹脂をバックアップビームと外側フェーシア（表皮）との間に配置してアセンブリを形成する。
【０００４】
Ｌｏｒｅｎの米国特許第４９４１７０１号には、別の発泡樹脂型エネルギー吸収バンパシステムが記載されている。この米国特許によれば、バンパ構造体の前方に半剛性弾性フェーシアが離間して設けられ、それらの間に画成される空間に弾性変形可能なウレタンインテグラルスキンフォームが充填され、両部材を一体に結合する。
【０００５】
発泡樹脂系の短所として、衝撃時の荷重応答が遅く、その結果変位が大きくなることが挙げられる。通例、発泡樹脂は圧縮率６０乃至７０％まで有効である。この範囲を超えると、発泡樹脂は圧縮不能となり、衝撃エネルギーを完全には吸収できなくなる。残りの衝撃エネルギーはバックアップビーム及び／又は車両構造の変形によって吸収される。発泡樹脂は温度に敏感であるため、変位及び衝撃吸収挙動は温度によって大きく変化しかねない。通例、温度が下がると発泡樹脂は剛性が高まり、その結果荷重は大きくなる。逆に、温度が上ると、発泡樹脂はコンプライアンスが高まり、その結果変位が大きくなり、車両損傷のおそれがでてくる。
【０００６】
Ｓｔｏｋｅｓの米国特許第４５３３１６６号には、断面コ字形の成形外側ビームの内側に断面コ字形の内側ビームを配置した非発泡樹脂型エネルギー吸収システムが記載されている。外側ビームは横断リブを有しており、これらのリブの間に設けられた長さ方向スチフナと共に鉛直部を補剛する。内側ビームには、該ビームの外側面に横断インタービーム支持部が成形されている。インタービーム支持部は、外側ビーム部材を内側ビーム部材に互いに離間した状態で取り付けるためバンパ支持部材から長さ方向にずれた位置に配置される。このダブルビームバンパは、バンパ衝撃吸収部材をなくす目的で、エネルギー吸収及び衝撃力に関する限り衝撃点の位置に比較的敏感でないように設計されている。このシステムでは、各々特定の形状を有する外側ビーム部材と内側ビーム部材を別々に成形する必要がある。
【特許文献１】
米国特許第４７６２３５２号
【特許文献２】
米国特許第４９４１７０１号
【特許文献３】
米国特許第４５３３１６６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、衝撃時に迅速な荷重応答と効率的なエネルギー吸収を達成するよう設計された非発泡樹脂型エネルギー吸収システムに関する。衝撃発生時の運動エネルギーを吸収し終わるまでエネルギー吸収部材を変形することにより、低速衝撃時の衝撃力は所定レベルを僅かに下回る程度に維持される。衝撃が過ぎ去れば、吸収部材はほぼ元の形状に戻り、その後の衝撃に耐えるのに十分な健全性を保持する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のエネルギー吸収システムは、優れたエネルギー吸収効率と迅速な荷重応答を促進する構造を有する。この構造は、従来の発泡樹脂系と比較して、比較的小さなスペースにエネルギー吸収システムを収納することを可能にする。これは、バンパシステムの衝撃性能を高めつつ、張出しの少ないバンパシステムをスタイリングする自由を自動車設計者に与える。バンパ衝撃性能の向上は、低速での接触事故の修理費の低減及び高速衝突時の乗員安全性の向上につながる。主要吸収システムは単一の一体成形熱可塑性エンジニアリング樹脂で得ることができるので、主要エネルギー吸収システムはリサイクルが容易である。発泡樹脂を利用しないので、温度変化による衝撃性能のバラツキを少なくすることができる。本発明の別の望ましい利点として、荷重応答が、荷重方向とは基本的に無関係に、滑らかで予測可能であることである。これは、バンパシステムの応答が一定していることがクラッシュセンサに重要となる前部エネルギー吸収用途では特に重要である。
【０００９】
本発明の好ましい実施形態によれば、車両への取付に適合した一体の細長いエネルギー吸収部材であって、当該エネルギー吸収部材は車両に取り付けるためのフランジ付きフレームと該フレームから延びる本体とを備えており、上記本体が第一横断壁と、第一横断壁から離間した第二横断壁と、それらの間に延在する複数の調整可能なクラッシュボックスとを含む、エネルギー吸収部材が提供される。
【００１０】
また、本発明では、エネルギー吸収部材は、取付に適合した単体の一体成形熱可塑性樹脂部材として提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１及び図２には、補強ビーム１２と共に用いられる従来のエネルギー吸収部材１０の断面図が示してある。図示の通り、エネルギー吸収部材は上部フランジ１４と下部フランジ１６を含んでおり、これらは装着時にビームの一部に重なる。図２にもっと明瞭に示されているように、従来のエネルギー吸収部材は、衝突による衝撃エネルギーを吸収・散逸するのとは反対に、座屈する傾向がある。これは当然望ましくなく、本発明のエネルギー吸収部材とは対照的である。
【００１２】
図３に示すように、本発明は、エネルギー吸収部材２２を含むエネルギー吸収システム２０に関するもので、エネルギー吸収システム２２は補強ビーム２４とフェーシア２６の間に配置され、これらは組立時に車輌バンパを形成する。当業者には明らかであろうが、、補強ビームは長さ方向に延在するフレームレール（図示せず）に取り付けられ、鋼、アルミニウム、複合材料、熱可塑性樹脂などの高強度材料から作られる。
【００１３】
フェーシア２６は一般に熱可塑性樹脂材料から作られ、好ましくは従来の車輌塗装及び／又はコーティング法を利用した仕上げ作業に適した熱可塑性樹脂材料から作られる。一般に、フェーシアは、エネルギー吸収部材２２と補強ビーム２４を囲繞し、車両取付後はこれらの部材はいずれも見えなくなる。
【００１４】
図４〜図６に最も明瞭に示されているように、エネルギー吸収部材２２は、縦方向に延在する第一フランジ３２及び第二フランジ３４を有するフレーム３０を備えており、これらのフランジは補強ビーム２４に重なる。フランジ３２，３４は、成形加工に際して、フェーシアの取付を容易にする特定の形状を有するように構成してもよい。例えば、図示した具体例では、第一フランジ３２は略Ｕ字形の縁部３６を有しており、縁部３６はフェーシア２６の一方の縁部４０で少なくとも部分的に覆われる。同様に、第二フランジ３４は略Ｌ字形の縁部３８を有しており、縁部３８はフェーシア２６の他方の縁部４２で少なくとも部分的に覆われる。
【００１５】
エネルギー吸収部材フレーム３０から外側に延びているのは本体４４であり、第一の横断壁４６と、第二の横断壁４８と、それらの間に延在する複数の調整可能なクラッシュボックス５４を含んでいる。横断壁４６，４８は好ましくは、凸部５０と凹部５２とが交互に連なる波形に構成され、衝撃時の撓みに耐える増強された剛性を横断壁に与える。なお、波形の幅と深さの寸法は必要に応じて様々な剛性特性を達成すべく変更し得る。
【００１６】
補強ビーム２４の反対方向に延びるクラッシュボックス５４は、主に車輌の衝撃エネルギー要件に応じて、種々の異なる幾何形状を取り得る。図５に示すように現時点で好ましい設計には、概して、全体として三次元Ｉ字形をなす複数の離間したクラッシュボックス５４（ａ〜ｄ）が含まれる。Ｉ字形クラッシュボックス自体は、第一横断壁４６に隣接したウィングもしくは上部５６と、第二横断壁４８に隣接しかつ上部５６と平行な底ウィング部５８とを含んでおり、縦方向クロス部材６０が上部５６と底部５８に接している。図５に示すように、クラッシュボックス５４は三次元形状をなしているので側壁６２と外壁６４を有する。隣り合うクラッシュボックス５４間には隙間６６が設けられ、隙間６６は概して内側フレーム３０に向かって延び、連結部材７４に至るが、連結部材７４については後述する。
【００１７】
エネルギー吸収部材２２のクラッシュボックス５４は少なくとも二つの重要な機能を果たすように設計される。第一の機能は衝突時におけるエネルギー吸収部材の安定化に関するものである。これに関して、クラッシュボックスは米国連邦自動車安全基準（ＦＭＶＳＳ）及びカナダ自動車安全基準（ＣＭＶＳＳ）に規定されるバリア衝突試験及びペンデュラム衝突試験の両方で軸方向クラッシュモードに対応できる。第二の機能は、所望の衝突荷重撓み基準を満足するように剛性の調整可能性に関するものである。すなわち、ある所定の用途での目標基準を満足するためクラッシュボックス５４に変更を加えることができる。例えば、図９Ａ〜９Ｅに示すように、クラッシュボックスは好ましくは外壁６４及び側壁６２にそれぞれ複数の窓７０及び７１を有する。窓７０及び７１は、クラッシュボックスの所望の剛性を達成すべく、特に限定されないが、正方形（図示せず）、寸法の種々異なる長方形７０（ａ、ｃ〜ｅ），７１（ａ、ｃ〜ｅ）及び涙滴形７０ｂ，７１ｂなどにすることができる。プラスチック成形加工業者には明らかであろうが、窓を形成するための典型的な金型は最適製造条件が得られるように５°程度の抜き勾配をもつ。
【００１８】
側壁及び後壁の肉厚を変えることによって、クラッシュボックス５４の調整可能性を特定の用途に合わせることもできる。例えば、側壁６２及び外壁６４の公称肉厚は約１．７５ｍｍから約３．０ｍｍまで広く変更し得る。さらに具体的には、低衝撃用途では公称肉厚は概して約１．７５ｍｍ〜約２．０ｍｍの範囲であり、他の用途、特にＦＭＶＳＳ又はＣＭＶＳＳの５ｍｐｈ系では、側壁及び外壁の公称肉厚は約２．５ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲内となる可能性が高いであろう。
【００１９】
エネルギー吸収部材２２を適切に調整する際のもう一つの見地は、使用する熱可塑性樹脂の選択である。使用する樹脂は、必要に応じて、低弾性率、中弾性率又は高弾性率の材料とすることができる。これらの変数の各々を慎重に考慮することによって、所望のエネルギー衝撃目標を満足するエネルギー吸収部材を製造することができる。
【００２０】
図６に最も明瞭に示されているように、本発明のもう一つの重要な設計上の特徴は、第一横断壁４６と第二横断壁４８の間に鉛直方向に延在する一体成形連結部材７４である。連結部材７４は、鉛直方向に延在する支柱７６ａの形態であってもよいし、鉛直方向に延在する支柱７６ａと水平方向に延在する支柱７６ｂからなる十字型構造であってもよい。連結部材のデザインの如何を問わず、連結部材は、好ましくは、鉛直方向に延在する支柱７６ａの内壁８０に沿って１：５の最小平均幅／高さ比を有する。ここで、高さは第一横断壁４６と第二横断壁４８の間の距離として測定される。連結部材７４が窓７３を含む場合、上記幅／高さ比は好ましくは１：３である。図４に最も明瞭に示されているように、連結部材７４の内壁８０は、エネルギー吸収部材２２とフェーシア２６を取り付けたときに、補強ビーム２４の外面に隣接して配置される。
【００２１】
図７及び図８を参照すると、エネルギー吸収部材２２が理論的な衝突後の状態として示してある。図から明らかな通り、エネルギー吸収部材は圧潰するが、補強ビーム２４、特に縦方向第一フランジ３２及び第二フランジ３４に沿って補強ビーム２４と接したままであるべきである。
【００２２】
エネルギー吸収部材の製造に利用される材料の好ましい特性としては、例えば、高い靭性／延性、熱安定性、高いエネルギー吸収能力、良好な弾性率／伸び率比、リサイクル性などが挙げられる。
【００２３】
エネルギー吸収部材は複数のセグメントに分けて成形してもよいが、強靭なプラスチック材料でできた一体構造のものであるのが好ましい。エネルギー吸収部材の成形に有用な好ましい材料はエンジニアリング熱可塑性樹脂である。代表的なエンジニアリング熱可塑性樹脂には、特に限定されないが、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）、ポリカーボネート、ポリカーボネート／ＡＢＳブレンド、コポリカーボネート−ポリエステル、アクリル−スチレン−アクリロニトリル（ＡＳＡ）、アクリロニトリル−（エチレン−ジアミン変性ポリプロピレン）−スチレン（ＡＥＳ）、フェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンエーテル／ポリアミドブレンド（Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社製、ＮＯＲＹＬ  ＧＴＸ（登録商標））、ポリカーボネート／ＰＥＴ／ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）及び衝撃改質剤のブレンド（Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社製、ＸＥＮＯＹ（登録商標）樹脂）、ポリアミド、フェニレンスルフィド樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、耐衝撃性ポリスチレン（ＨＩＰＳ）、低／高密度ポリエチレン（ｌ／ｈｄｐｅ）、ポリプロピレン（ｐｐ）、熱可塑性オレフィン（ｔｐｏ）などがある。
【００２４】
本発明の好ましい実施形態は上述の様々な目的を満たすべく十分に検討されたものであることは明らかであるが、本発明の技術的思想から逸脱せずに修正、代替及び変更を加えることができることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来のエネルギー吸収部材の衝撃前の状態を示す断面図である。
【図２】従来のエネルギー吸収部材の衝撃後の状態を示す断面図である。
【図３】本発明に係るエネルギー吸収システムの分解斜視図である。
【図４】図３のエネルギー吸収システムの組立状態を示す断面図である。
【図５】本発明に係るエネルギー吸収部材の一部の後方斜視図である。
【図６】本発明に係るエネルギー吸収部材の一部の前方斜視図である。
【図７】本発明に係るエネルギー吸収部材の一部の衝撃後の状態を示す前方斜視図である。
【図８】本発明に係るエネルギー吸収部材の一部の衝撃後の状態を示す断面図である。
【図９】エネルギー吸収部材の斜視図であり、図９Ａ〜９Ｅは代替可能な様々な窓配置を示す拡大部分斜視図である。
【符号の説明】
【００２６】
２０  エネルギー吸収システム
２２  エネルギー吸収部材
２４  補強ビーム
２６  フェーシア
３０  フレーム
３２  第一フランジ
３４  第二フランジ
４４  本体
４６  第一横断壁
４８  第二横断壁
５４  クラッシュボックス
６２  側壁
６４  外壁
６６  隙間
７０，７１  窓
【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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【国際公開パンフレット】
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2004535322.tif 000013
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2004535322.tif 000017
2004535322.tif 000018
2004535322.tif 000019
2004535322.tif 000020
2004535322.tif 000021
2004535322.tif 000022
2004535322.tif 000023
2004535322.tif 000024
2004535322.tif 000025
2004535322.tif 000026
2004535322.tif 000027
2004535322.tif 000028
2004535322.tif 000029
2004535322.tif 000030
2004535322.tif 000031
【国際調査報告】
2004535322.tif 000032
2004535322.tif 000033
2004535322.tif 000034