(57)【要約】      （修正有）【課題】重量当たりのエネルギー吸収量を大きくして、軽量化を図る。【解決手段】軸方向の衝撃圧縮荷重によって変形する筒体６を有するエネルギー吸収部材であって、筒体６は、半径方向内方に向けて屈曲する内向き屈曲部７が周方向に間隔をおいて３個〜１０個形成されるとともに、これら内向き屈曲部７は、二つの辺９を８８°〜９２°の角度で交差してなり、各内向き屈曲部７の間が半径方向外方に向けて凸となる円弧状壁部８により形成され、板厚をｔｍｍとし、内向き屈曲部７の各辺９の幅をＤｍｍとすると、これら板厚と各辺の幅とは、２．３ｔ２−３ｔ＋１５≦Ｄ≦２．３ｔ２−３ｔ＋１６．５となるように設定されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向の衝撃圧縮荷重によって変形する筒体を有するエネルギー吸収部材であって、前記筒体は、半径方向内方に向けて屈曲する内向き屈曲部が周方向に間隔をおいて３個〜１０個形成されるとともに、これら内向き屈曲部は、二つの辺を８８°〜９２°の角度で交差してなり、各内向き屈曲部の間が半径方向外方に向けて凸となる円弧状壁部により形成され、板厚をｔｍｍとし、前記内向き屈曲部の各辺の幅をＤｍｍとすると、これら板厚と各辺の幅とは、２．３ｔ２−３ｔ＋１５≦Ｄ≦２．３ｔ２−３ｔ＋１６．５となるように設定されていることを特徴とするエネルギー吸収部材。
【請求項２】
前記筒体の板厚は１．０ｍｍ〜２．０ｍｍとされていることを特徴とする請求項１記載のエネルギー吸収部材。
【請求項３】
前記円弧状壁部は一つの円に沿って形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のエネルギー吸収部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の衝突時等に発生する衝撃エネルギーを吸収することができるエネルギー吸収部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の衝突時にキャビン内の乗員を保護するために、車両の前後方向に延びるサイドメンバなどの車体フレームにエネルギー吸収部材が設けられている。このエネルギー吸収部材は、車体フレームよりも軸方向の衝撃圧縮荷重に対する変形荷重が低く設定されており、車両の衝突時に発生する衝撃エネルギーによって蛇腹状に座屈変形することにより、キャビンに伝達される衝撃エネルギーを低減し、キャビン内の乗員を保護することができる。
このようなエネルギー吸収部材として、従来では、例えば特許文献１〜３に記載のものがある。
【０００３】
特許文献１記載のエネルギー吸収部材は、衝撃吸収部材を構成する筒体の横断面形状が、複数の頂点を有する閉断面であり、この閉断面の外側にフランジを具備しないとともに、複数の頂点のうちの一部を直線で連結して得られる最大の輪郭からなる基本断面が凸多角形であり、この凸多角形のうちの少なくとも一つの辺の全域がこの凸多角形の内部を通過する非直線に形成される構造とされている。このような構造とすることによって、底付きを生じるまでの変位量（ストローク）を長く確保することができ、これにより、衝撃エネルギーの吸収量を安定して確保できるとされている。このエネルギー吸収部材は鋼製とされる。
【０００４】
特許文献２記載のエネルギー吸収部材は、基本矩形断面の４つのコーナーに切り欠き部を有し、全体として十字形状の閉断面を有している。そして、そのコーナーの切り欠き部の板厚を切り欠き部以外の部分の板厚よりも厚くするか、又は切り欠き部の硬さを切り欠き部以外の部分の硬さよりも硬くしており、これにより、単位長さあたりの部材質量が同一であってもエネルギー吸収量を増加させ、かつ曲げ強度性能を向上させることができるとされている。このエネルギー吸収部材も鋼製とされる。
【０００５】
特許文献３記載のエネルギー吸収部材は、特許文献２記載のものと同様に、略十字形状の閉断面（略十字ボックス形状）となっている。そして、上下左右それぞれの四方に突出する略矩形の凸部の各辺の長さは、ほぼ均等となるように設定され、各辺間の角部のなす角度も、ほぼ直角となるように設定されている。これにより、上下方向の縦方向だけでなく、車幅方向の横方向についても断面係数を大きくでき、横方向の剛性を高めることができ、例えば、車幅方向のオフセット荷重を受けた場合であっても、倒れ変形するのを防止することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４３７５２３９号公報
【特許文献２】特許第３８５４８１２号公報
【特許文献３】特開２００９−８３６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、軽量化の要請の下、エネルギー吸収部材も省スペース化、軽量化のため、鋼製のものに代えてアルミニウム合金等の軽金属を使用すること、肉厚を薄くすること等が検討されており、小さい重量のものでもエネルギー吸収量の大きいものが求められている。各特許文献記載のエネルギー吸収部材では、軽量化に限界がある。
【０００８】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、重量当たりのエネルギー吸収量を大きくして、軽量化を図ることができるエネルギー吸収部材の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のエネルギー吸収部材は、軸方向の衝撃圧縮荷重によって変形する筒体を有するエネルギー吸収部材であって、前記筒体は、半径方向内方に向けて屈曲する内向き屈曲部が周方向に間隔をおいて３個〜１０個形成されるとともに、これら内向き屈曲部は、二つの辺を８８°〜９２°の角度で交差してなり、各内向き屈曲部の間が半径方向外方に向けて凸となる円弧状壁部により形成され、板厚をｔｍｍとし、前記内向き屈曲部の各辺の幅をＤｍｍとすると、これら板厚と各辺の幅とは、２．３ｔ２−３ｔ＋１５≦Ｄ≦２．３ｔ２−３ｔ＋１６．５となるように設定されていることを特徴とする。
【００１０】
このような形状とすることにより、筒体は、各円弧状壁部が全体としてはほぼ円形又は楕円形の外殻を構成しており、これら円弧状壁部は、衝撃圧縮荷重を受けたときの拡径しようとする力に対して太鼓状に変形して抵抗力を示す。一方、各内向き屈曲部は、二つの辺が衝撃圧縮荷重を受けたときに蛇腹状に座屈する。この場合、内向き屈曲部の各辺のなす角度が８８°〜９２°に設定されていることから、その蛇腹状の座屈変形を各辺で交互に折り重なるようにして適切に生じさせることができる。
【００１１】
両辺の幅寸法は、板厚との関係で、（２．３ｔ２−３ｔ＋１６．５）を超えると、蛇腹状の変形が大きくなって、エネルギー吸収が断続的になる。また、辺の幅が大きいと重量も増加し、軽量化を損なう。一方、（２．３ｔ２−３ｔ＋１５）未満であると、辺の幅が小さ過ぎてエネルギー吸収が不十分となる。
内向き屈曲部の個数は、蛇腹状の変形によるエネルギー吸収能力と、円弧状壁部の太鼓状変形による抵抗力とのバランスにより設定され、両者の機能を効率的に発揮させるには、３個〜１０個がよく、４個〜８個がより好ましい。
このような形状とすることにより、アルミニウム合金等の軽金属の使用が可能となり、軽量化を図ることができる。
【００１２】
本発明のエネルギー吸収部材において、前記筒体の板厚は１．０ｍｍ〜２．０ｍｍとされているとよい。
軽量化のため、薄肉に形成され、薄肉になる程、内向き屈曲部及び円弧状壁部の形状によるエネルギー吸収能力を有効に発揮することができる。
【００１３】
本発明のエネルギー吸収部材において、前記円弧状壁部は一つの円に沿って形成されているとよい。
各円弧状壁部としては、円形の一部、楕円形の一部などが適用できるが、筒体全体として円形を基本とするように、各円弧状壁部が一つの円形に沿って形成されていると、半径方向外方に押し広げられる力に対して大きな抵抗力を有し、エネルギー吸収量を大きくすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のエネルギー吸収部材によれば、衝撃圧縮荷重を受けたときに、内向き屈曲部が蛇腹状に座屈変形するとともに、円弧状壁部が太鼓状に変形して、衝撃エネルギーを吸収することができ、その場合に、内向き屈曲部の個数、寸法を適宜に設定したことにより、重量当たりのエネルギー吸収量を大きくすることができ、軽量化に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態におけるエネルギー吸収部材の取り付けプレートを透視状態とした斜視図である。
【図２】図１のエネルギー吸収部材の筒体の端面図である。
【図３】図１のエネルギー吸収部材の車体フレームへの取り付け構造例を示す模式図である。
【図４】本発明の実施例と比較例とにおいて角筒体に対する単位重量当たりのエネルギー吸収量の比率と辺の幅との関係を示したグラフである。
【図５】本発明の実施例のうち、角筒体に対する単位重量当たりのエネルギー吸収量の比率と内向き屈曲部の個数との関係を異なる板厚について示したグラフである。
【図６】本発明の実施例のうち、種々の板厚毎の辺の幅と単位重量当たりのエネルギー吸収量との関係を示したグラフである。
【図７】本発明の実施例において、単位重量当たりのエネルギー吸収量をピークとする板厚と辺の幅との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係るエネルギー吸収部材の実施形態を図面を参照しながら説明する。
このエネルギー吸収部材１は、図３に示すように、車体フレームのサイドメンバ２の先端とバンパリインフォース３との間に設けられ、サイドメンバ２及びバンパリインフォース３への取り付けプレート４，５の間にサイドメンバ２の軸方向に沿う筒体６が一体に設けられている。
なお、図３に示す例では、バンパリインフォース３の傾斜した部分に取り付けられているため、筒体６の一端部は斜めに形成され、取り付けプレート５もバンパリインフォース３の取り付け部分に合わせて斜めに配置されているが、取り付け位置によっては、図１に示すように、筒体６の両端を軸方向に直交する方向に形成し、取り付けプレート４，５も相互に平行に設ける場合もある。以下では、特に注釈しない限り、筒体６の両端を平行としたもので説明する。
【００１７】
筒体６は、図１及び図２に示すように、円筒の周方向に沿う複数箇所が半径方向内方に屈曲した形状とされており、これにより、半径方向内方に向けて屈曲する内向き屈曲部７が周方向に間隔をおいて複数形成され、各内向き屈曲部７の間が円筒の一部を構成する円弧状壁部８とされている。内向き屈曲部７の個数は３個〜１０個が好適である。図示例では、周方向に等間隔で８個の内向き屈曲部７が形成され、その間が半径方向外方に向けて凸となる円弧状壁部８により連結されている。
各円弧状壁部８はそれぞれ曲率半径、幅とも同じ寸法に設定されていることにより、同じ断面形状に形成され、各円弧状壁部８の曲率中心が一つの円の中心Ｃに一致するように配置されている。
そして、この筒体６の両端に取り付けプレート４，５が設けられている。
【００１８】
各内向き屈曲部７は、二つの辺９を８８°〜９２°の角度θ１で交差させた横断面Ｖ字状に形成されている。また、これら内向き屈曲部７は、それぞれ同じ断面形状に形成され、各内向き屈曲部７を構成する二つの辺９は、いずれも同じ幅寸法Ｄに形成されている。したがって、各内向き屈曲部７の各辺９と円弧状壁部８の接線とがなす角度θ２もすべて同じ角度とされている。
【００１９】
具体的には、筒体６は、ＪＩＳの６０００番台又は７０００番台のアルミニウム合金によって製作され、直径（円弧状壁部８を連続してなる円の直径）が８０ｍｍ〜１２０ｍｍとされ、板厚が１．０ｍｍ〜２．０ｍｍとされる。このうち、内向き屈曲部７の各辺９の幅Ｄｍｍは、板厚ｔｍｍに対して、２．３ｔ２−３ｔ＋１５≦Ｄ≦２．３ｔ２−３ｔ＋１６．５の関係となるように設定される。板厚が１．０ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲であると、内向き屈曲部７の各辺９の幅Ｄは１４．３ｍｍ〜１９．７ｍｍの範囲に設定される。
【００２０】
このような形状を有するエネルギー吸収部材１は、その筒体６の軸方向をサイドメンバ２の軸方向に沿わせた状態として取り付けプレート４，５によりサイドメンバ２とバンパリインフォース３との間に固定される。そして、車両の衝突により軸方向に衝撃圧縮荷重が作用すると、筒体６が、その軸方向に蛇腹状（アコーデオン状）に座屈変形することにより、衝撃エネルギーを吸収し、キャビン（図示略）に伝達される衝撃エネルギーを低減する。
【００２１】
このとき、筒体６の円弧状壁部８は、その周方向に等間隔で配置され、全体として円形の外殻を構成しており、衝撃圧縮荷重を受けたときに拡径しようとする力に対して太鼓状に変形して抵抗力を示す。
一方、各内向き屈曲部７は、二つの辺９が衝撃圧縮荷重を受けたときに蛇腹状に座屈する。この場合、内向き屈曲部７の各辺９のなす角度θ１が８８°〜９２°に設定されていることから、その蛇腹状の座屈変形を各辺９で交互に折り重なるようにして適切に生じさせることができる。両辺９のなす角度θ１は９０°が最も好ましい。
【００２２】
この角度θ１が９２°を超えると、二つの辺９が開き過ぎることで、交互に折り重ならずに同じ方向に変形するおそれがある。これら両辺９が同じ方向に変形すると、蛇腹の変形周期が大きくなり、これに対応してエネルギー吸収量が断続的に変化し、その間に衝撃圧縮荷重が吸収されずに車体フレーム（サイドメンバ２）に伝達されてしまう。二つの辺９のなす角度θ１が８８°未満である場合も、両辺９が接近することで、ほぼ一枚のように同じ方向に変形しようとし、両辺９の角度θ１が大きい場合と同様に、エネルギー吸収が断続的となる。
したがって、各辺９のなす角度θ１を８８°〜９２°とすることにより、衝撃圧縮荷重に対して両辺９が交互に折り重なるようにして連続的に座屈変形して、衝撃エネルギーを確実に吸収することができる。また、±２°の範囲であれば、アルミニウムの押出成形による公差上も有利である。
【００２３】
また、これら両辺９の幅寸法Ｄは、板厚ｔとの関係で、２．３ｔ２−３ｔ＋１５≦Ｄ≦２．３ｔ２−３ｔ＋１６．５となるように設定される。この幅寸法Ｄが（２．３ｔ２−３ｔ＋１６．５）を超えると、蛇腹状の変形が大きくなって、エネルギー吸収が断続的になる。また、辺９の幅Ｄが大きいと重量も増加し、軽量化を損なう。したがって、辺９の幅Ｄが小さい方が軽量化に有利であるとともに、蛇腹状の変形が連続的に発生して、エネルギー吸収能力が大きくなるが、（２．３ｔ２−３ｔ＋１５）未満であると、辺９の幅Ｄが小さ過ぎてエネルギー吸収が不十分となる。
内向き屈曲部７の個数は、蛇腹状の変形によるエネルギー吸収能力と、円弧状壁部８の太鼓状変形による抵抗力とのバランスにより設定され、両者の機能を効率的に発揮させるには、３個〜１０個がよく、４個〜８個がより好ましい。
このような形状とすることにより、アルミニウム合金等の軽金属で板厚も１．０ｍｍ〜２．０ｍｍと薄くしても、その重量に対するエネルギー吸収量が大きく、軽量化を図ることができる。
【実施例】
【００２４】
次に、本発明の実施例について説明する。
材質には６０６３−Ｔ５のアルミニウムを用い、板厚１．５ｍｍで、直径（外径）が１００ｍｍ、長さが１１５ｍｍの内向き屈曲部を有しない円筒状の筒体と、内向き屈曲部の個数及び二つの辺の幅をそれぞれ変えた実施例の筒体とを作製した。内向き屈曲部の角度は９０°とした。そして、これら筒体を軸方向に５０ｍｍ／ｍｉｎの速度で加圧して８０ｍｍ圧縮し、そのときの圧壊エネルギー量を測定し、これを筒体の重量で割った単位重量当たりのエネルギー吸収量を求めた。
また、比較例としては、内向き屈曲部を有しない円筒状の筒体の他に、同じ材質、同じ板厚で、一つの辺が１００ｍｍの横断面正方形の外殻をなす長さ１１５ｍｍの角筒体と、その四隅を内側に９０°で屈曲させることにより、特許文献３に示されるような横断面十字形とし、その屈曲部の幅を変えた筒体とを作製し、同様に単位重量当たりのエネルギー吸収量を求めた。
【００２５】
その結果を図４に示した。この図４では、比較例のうちの屈曲部を有しない角筒体における単位重量当たりのエネルギー吸収量を１とし、これに対する比率をそれぞれ示した。図中、４個、６個、８個、１０個とあるのは、実施例の筒体における内向き屈曲部の個数である。内向き屈曲部を有しない円筒状の筒体及び角筒体は、内向き屈曲部の個数は０個となる。
この図４からわかるように、単位重量当たりのエネルギー吸収量は、角筒型よりも円筒型の方が大きく、また、内向き屈曲部を設けた方が設けない場合よりも大きくなっている。これは、内向き屈曲部の間の円弧状壁部が太鼓状に拡径しようとする際の抵抗力が大きいためと考えられる。
【００２６】
また、円筒型の筒体において、内向き屈曲部を４個〜１０個設けたものは、いずれも単位重量当たりのエネルギー吸収量が大きくなっている。特に内向き屈曲部が８個及び１０個のものは辺の幅が１５ｍｍ前後でエネルギー吸収量がピークになっており、極めて高いエネルギー吸収能力を有していることがわかる。内向き屈曲部の両辺が適切に座屈変形することにより、エネルギー吸収量が増大するものと考えられる。ただし、内向き屈曲部の辺の幅を必要以上に大きくすると、単位重量当たりのエネルギー吸収量は低減する傾向であることがわかる。両辺の幅が大きくなって重量が増加するため、単位重量当たりのエネルギー吸収量としては低減することになると考えられる。
【００２７】
ただし、内向き屈曲部が４個〜８個の筒体の場合は、辺の幅が１２ｍｍ程度から２０ｍｍ程度までの間で、辺の幅に対するエネルギー吸収量の変化は比較的小さいが、内向き屈曲部が１０個の筒体の場合は、辺の幅によるエネルギー吸収量の変化が大きく、辺の幅が１５ｍｍの場合をピークとして、これより幅が小さい場合も大きい場合も、エネルギー吸収量としては大きく低下している。
【００２８】
次に、材質は同じ６０６３−Ｔ５で、直径（外径）が１００ｍｍ、長さが１１５ｍｍの円筒状の筒体を板厚が１．５ｍｍ及び２．０ｍｍでそれぞれ作製し、内向き屈曲部の個数とエネルギー吸収量との関係を調べた。内向き屈曲部の辺の幅は、板厚１．５ｍｍの筒体で１５ｍｍ、板厚２．０ｍｍの筒体が１８ｍｍとした。
図５には、前述した内向き屈曲部を有しない角筒体のエネルギー吸収量を１としたときの比率を縦軸に表わしている。いずれの場合も、角筒体よりもエネルギー吸収量が大きく、内向き屈曲部の個数が８個程度までの場合は、その個数が多い方がエネルギー吸収量が増加するが、ある程度まで内向き個数を増加させると、それ以上増加させてもエネルギー吸収量は増加せず、逆に減少する傾向が見られる。
この図５及び前述した図４の結果から併せて考えると、内向き屈曲部の個数としては、３個〜１０個が適切であり、４個〜８個がより好ましいと言える。
【００２９】
次に、材質は同じ６０６３−Ｔ５で、直径（外径）が１００ｍｍ、長さが１１５ｍｍの円筒状の筒体に８個の内向き屈曲部を辺の幅を変えて複数形成した。また、板厚についても１．０ｍｍ〜２．２ｍｍに変化させた。これら筒体を軸方向に５０ｍｍ／ｍｉｎの速度で加圧して８０ｍｍ圧縮し、そのときの圧壊エネルギー量を測定し、これを筒体の重量で割った単位重量当たりのエネルギー吸収量を求めた。
【００３０】
その結果を図６に示す。この図６に示されるように、板厚ｔが大きくなる程、エネルギー吸収量が増加しているが、板厚が２．０ｍｍと２．２ｍｍとを比較するとそれほど変わらないため、軽量化を考慮すれば、２．０ｍｍまでの板厚が好ましいと言える。また、いずれの板厚の場合も、内向き屈曲部の辺の幅が特定の寸法のときに特に顕著になっていることがわかる。
【００３１】
そこで、これらの筒体においてエネルギー吸収量がピークとなる辺の幅と板厚との関係を図７に示した。この図７に示されるように、板厚ｔと辺の幅Ｄとの間には、特定の関係があることがわかり、これを近似式で表わすと、Ｄ＝２．３ｔ２−３ｔ＋１５．７となる。この近似式と図６の結果から総合して、両辺の幅寸法Ｄは、板厚ｔとの関係で、２．３ｔ２−３ｔ＋１５≦Ｄ≦２．３ｔ２−３ｔ＋１６．５となるように設定すれば、単位重量当たりのエネルギー吸収量を最も効率的に増大させることができる。
【００３２】
以上の実験を総合すると、エネルギー吸収部材として、その筒体の板厚が１．０ｍｍ〜２．０ｍｍ、内向き屈曲部が３個〜１０個、各内向き屈曲部の辺のなす角度が８８°〜９２°、板厚ｔｍｍと内向き屈曲部の各辺の幅Ｄｍｍとの関係が、２．３ｔ２−３ｔ＋１５≦Ｄ≦２．３ｔ２−３ｔ＋１６．５となるように設定すると、単位重量当たりのエネルギー吸収量が大きく、最も軽量化に有効であると認められる。
【００３３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、筒体の板厚、内向き屈曲部の各寸法は各部で均等な寸法としてもよいし、前述した数値範囲内で部分的に変えても良い。
【符号の説明】
【００３４】
１  エネルギー吸収部材
２  サイドメンバ
３  バンパリインフォース
４，５  取り付けプレート
６  筒体
７  内向き屈曲部
８  円弧状壁部
９  辺
【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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