(57)【要約】【課題】衝突開始直後に所定の荷重となるとともに、変形が進行してもその一定の荷重を維持させることで衝撃吸収特性に優れ、しかも傾斜した衝突荷重にも対応できるニーボルスタを提供する。【解決手段】一方の端部に膝当て部材が取付けられた内筒又は外筒と、車体に固定され、前記内筒を移動自在に部分的に内挿する外筒又は前記外筒を移動自在に部分的に外挿する内筒とを備え、前記内筒及び外筒が鋼製であり、前記内筒の外筒側端部に複数の突起部を設けたニーボルスタ。  前記内筒及び／又は外筒の膝当て部材側及び／又は車体側の端部にバルジ部を設けると、傾斜した荷重が加わっても、曲げ成分がバルジ部の変形で吸収され、当該ニーボルスタを破損させることなく、大きな衝撃を吸収することが可能となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の端部に膝当て部材が取付けられた内筒又は外筒と、車体に固定され、前記内筒を移動自在に部分的に内挿する外筒又は前記外筒を移動自在に部分的に外挿する内筒とを備え、前記内筒及び外筒が鋼製であり、前記内筒の外筒側端部に複数の突起部が形成されていることを特徴とする衝撃吸収特性に優れたニーボルスタ。
【請求項２】
内筒及び／又は外筒の膝当て部材側及び／又は車体側の端部にバルジ部が設けられている請求項１に記載の衝撃吸収特性に優れたニーボルスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の衝突時に乗員の膝部に当接し、衝突による外部からの衝撃を吸収・緩和するニーボルスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の衝突により前方から大きな衝撃荷重が作用した際に、乗員の姿勢がくずれることを防止し傷害を低減させる安全装置として、シートベルトやエアバッグ等がよく知られている。自動車に前方から大きな衝撃荷重が作用すると、自動車は急激に減速し、運転席や助手席に着座している乗員は、慣性によって前方に押し出される。ニーボルスタは、乗員の下肢が前方に飛び出すことを防止するもので、慣性によって前方に押し出され始めた乗員の膝を、緩衝しながら支えるものである。なお、乗員の上体は、上記したエアバッグやシートベルト等、併用した他の装置によって支えることができる。
【０００３】
近年、板金タイプのニーボルスタに替わって、ウレタン樹脂製のニーボルスタが使用されるようになっている。
例えば特許文献１に見られる通りである。車体側のリインフォースにブラケットを介して支持され、乗員の膝部に対向して硬質ウレタン製のニーパッドを配置している。そして、この硬質ウレタンに、所定の変位量に達するまでの変形により衝撃エネルギを吸収させようとするものである。
【特許文献１】特開２００３−３１２４１９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、図１に示す硬質ウレタン製のニーボルスタの変位と荷重の関係のように、硬質ウレタン製のニーボルスタは変形に応じて強度が変化し、変形開始時の荷重‐変位線図の傾きも比較的に緩やかになるため、例えば衝撃荷重を受けたときの変形量が過大となり、乗員の膝部を安定して拘束することができなくなってしまう。また、ニーボルスタの変形が大きくなるにつれて荷重が増大するために、膝部への負荷が増大し傷害が大きくなることが懸念される。そのため、ニーボルスタの変位と荷重の関係は、変形直後に所定の荷重となるとともに、変形が進行してもその一定の荷重を維持することが望ましい。
【０００５】
また、自動車の衝突には正面衝突以外にも斜めからの衝突も発生するため、衝突時の荷重は、ニーボルスタや乗員に対して垂直方向とは限らず傾いている場合も発生する。また、乗員の体格の違いにより膝とニーボルスタの相対位置が異なることから、膝からニーボルスタへの負荷荷重も斜めになることが多い。
【０００６】
本発明は、このような問題を解消するために案出されたものであり、衝突開始直後に所定の荷重となるとともに、変形が進行してもその一定の荷重を維持することで衝撃吸収特性を高めたニーボルスタを提供することを目的とする。また傾斜した衝突荷重にも対応できるニーボルスタ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】
本発明の衝撃吸収特性に優れたニーボルスタは、その目的を達成するため、一方の端部に膝当て部材が取付けられた内筒又は外筒と、車体に固定され、前記内筒を移動自在に部分的に内挿する外筒又は前記外筒を移動自在に部分的に外挿する内筒とを備え、前記内筒及び外筒が鋼製であり、前記内筒の外筒側端部に複数の突起部が形成されていることを特徴とする。
前記内筒及び／又は外筒の膝当て部材側及び／又は車体側の端部にバルジ部が設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のニーボルスタは、入れ子式の２つの鋼製パイプを主たる構成部材とし、かつ内筒になるパイプの外筒側端部表面に複数の突起部を形成している。このため、衝突荷重を受けて内筒が外筒内に押し込まれるとき、当該衝突荷重は前記複数の突起部が外筒の内側壁を塑性変形させることに費やされる。したがって、衝突開始直後に所定の荷重となるとともに、変形が進行してもその一定の荷重を維持することができる。また吸収する衝撃の大きさは、形成する突起の大きさや数で調整することができる。
さらに、内筒或いは外筒の膝当て部材側及び／又は車体側の端部側にバルジ部を設けると、傾斜した角度から受ける衝突荷重の横方向応力をバルジ部の塑性変形に費やすことができ、その結果として、乗員の膝部を安定的に拘束することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明に係るニーボルスタの具体的形状について、添付図面を参照しながら説明する。
図２は、本発明の好ましい形態を示すものである。
本発明に係るニーボルスタは、入れ子式の２つの鋼製パイプ１，２を主たる構成部材としている。そして内筒になるパイプ１の外筒側端部表面に複数の突起部３を形成している。なお、４は膝当て部材であり、５は車体側メンバである。
パイプ１の外筒側先端部からある程度の間隔をあけて複数の突起部３を形成し、その内筒パイプ１を突起部が変形しない手前まで外筒パイプ２内に挿入しておいてもよいが、図２に示すように、突起部３を形成した内筒パイプ１を外筒パイプ２に所定長さ押し込んで、両者を予め固定した状態で自動車に搭載することが好ましい。
また、上記実施の態様では乗員側に内筒を、車体側に外筒を配置しているが、逆であっても構わない。
【００１０】
衝突荷重を受け、パイプ１がパイプ２内に深く押し込まれようとするとき、パイプ１の表面に形成された突起部３がパイプ２の内側壁を塑性変形しつつ押し込まれる。このときの塑性変形に費やされる荷重が吸収荷重となる。
したがって、高さを含め突起部３の形状が大きく、かつ突起部の数が多いほど衝撃吸収能は高いことになる。前記高さの要因には内筒外径と外筒内径の間の差も当然に影響している。
実際の設計に当っては、素材鋼管のサイズ，肉厚や素材そのものの変形強度、及びニーボルスタとしてどの程度の衝撃荷重を吸収させるかによって、突起部３の形状や数が決められる。
【００１１】
実験例１：
図２において、φ３１．８×ｔ１．０×Ｌ１４０ｍｍの鋼管をパイプ１に、φ３５×ｔ０．８×Ｌ１４０ｍｍの鋼管をパイプ２とし、先端に高さ２．７ｍｍの半球状突起を周方向に４個ずつ軸方向に２列で形成したパイプ１をパイプ２に押し込んでパイプ長さを２００ｍｍとしたニーボルスタを用いて静的な強度試験を行った。
静的強度試験での荷重−変位の関係は図３に示す通りとなった。
変形開始直後に、荷重が６ｋＮ近くに達し、その後変位が大きくなっても、ほとんど荷重が変化しない。そのため、本発明で提供されるニーボルスタは、衝突開始時に膝部を安定的に拘束するとともに、一定の荷重を維持するため膝部への負荷が過大とならず、膝部の拘束特性に優れることがわかる。
【００１２】
実験例２：
同様に、φ３１．８×ｔ１．０×Ｌ１４０ｍｍの鋼管をパイプ１に、φ３５×ｔ０．８×Ｌ１４０ｍｍの鋼管をパイプ２とし、パイプ１に形成する半球状突起の大きさ及び数と変形荷重の関係を、静的な強度試験で確認した。
パイプ１の先端に高さを１．７ｍｍ，２．２ｍｍ，２．７ｍｍ及び３．２ｍｍの半球状突起を、それぞれ周方向に４個，８個及び１２個ずつ軸方向に２列で形成したニーボルスタを用いて静的な強度試験を行った。
静的強度試験での荷重と半球状突起数の関係は図４に示す通りとなった。なお、荷重は変形が進行した時に安定して維持される荷重とした。
突起の高さが高いほど、また突起数が多いほど変形荷重が大きくなることがわかる。
本実験例で用いたサイズのニーボルスタでは、たとえば、図１に示した硬質ウレタン製ニーボルスタで安定的な荷重となる約５ｋNを目標とした場合は、高さ２．７ｍｍの半球状突起を８個以上設ければ所望の変形荷重を確保できることになる。高さが２．２ｍｍの突起では１２個以上必要であることもわかる。
【００１３】
次に衝突荷重が乗員の膝部に対して垂直方向に当るのではなく、角度を有して当る際の対策について説明する。
実験例３：
φ３１．８×ｔ１．０×Ｌ１４０ｍｍの鋼管をパイプ１に、φ３５×ｔ０．８×Ｌ１４０ｍｍの鋼管をパイプ２とし、先端に高さ２．７ｍｍの半球状突起を４個ずつ２列で形成したパイプ１をパイプ２に押し込んで全体のパイプ長さを２００ｍｍとしたニーボルスタを用いた。本実験例では、内筒となるパイプ１の膝当て部側端部にＲ５ｍｍの膨出部、いわゆるバルジ部を設けたニーボルスタも準備した。
【００１４】
バルジ部を設けたニーボルスタとバルジ部のないニーボルスタを試料とし、垂直方向に荷重を加えた場合と垂直方向に対して３０度傾けて荷重を加えた場合とで、ニーボルスタの変形状態を観察した。なお、加えた荷重は６ｋＮである。
図５は、バルジ部のないニーボルスタでの結果である。荷重が垂直方向に加わった際、突起部が外筒内側面を均等に塑性変形しつつ内筒が押し込まれている（図５（ｂ））が、３０度傾いた角度で荷重が加わった際には、不均等な変形が進行し、ニーボルスタの折れに繋がる。
【００１５】
これに対して、図６は、バルジ部を設けたニーボルスタでの結果である。荷重が垂直方向に加わった際、突起部が外筒内側面を均等に塑性変形しつつ内筒が押し込まれている（図６（ｂ））点では、バルジ部のないニーボルスタの場合と同じである。３０度傾いた角度で荷重が加わった際には、負荷の曲げ成分の大部分がバルジ部の変形に費やされ、筒部に加わる曲げ成分は少なくなって、外筒部の不均一変形が軽減させ、ニーボルスタの折れが抑制される。
【００１６】
上記実験例では、内筒となるパイプ１の膝当て部側端部にバルジ部を設けたが、外筒となるパイプ２の車体側に設けても、同程度の曲げ成分吸収効果が期待できる。
さらに図７では、膝当て側及び車体側の両端にバルジ部を設けているが、図７（ｃ）に示すように片方にバルジ部を設ける以上の曲げ成分吸収効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】硬質ウレタン製ニーボルスタの強度特性を説明する図
【図２】本発明ニーボルスタの構造を概略的に説明する図
【図３】本発明ニーボルスタの強度特性を説明する図
【図４】形成した突起数と吸収可能荷重の関係を示した図
【図５】請求項１のニーボルスタの変形状況を説明する図
【図６】請求項２の片側にバルジ部を設けたニーボルスタの変形状況を説明する図
【図７】請求項２の両側にバルジ部を設けたニーボルスタの変形状況を説明する図
【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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