(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
塑性加工可能な直管を部分的に縮径又は拡径し、互いに向かい合う中間端縁５,７を環状段差部４により結んだ外径の異なる小管体２及び大管体３からなり、環状段差部４は小管体２の中間端縁５から折り返した円弧状断面の小環体６と、大管体３の中間端縁７から折り返した円弧状断面の大環体８とを結んだ断面構造である衝撃吸収部材において、大管体３は、相対的に小管体２より肉厚を薄くして塑性変形しやすくし、小管体２は、外径が大環体８内径より大きい圧入管部１,13,17,21を設けたことにより、小管体２が大管体３に没入していく際は大環体８から大管体３側面にかけて内向きに捲れ込む塑性変形の変形荷重として、圧入管部１,13,17,21が大管体３に圧入する際は大環体８から大管体３側面にかけて拡径する塑性変形の変形荷重として衝撃荷重を吸収することを特徴とする衝撃吸収部材。
【請求項２】
環状段差部４は、小環体６及び大環体８を平行筒又は錐台側面からなる傾倒防止環９で結んだ断面構造である請求項１記載の衝撃吸収部材。
【請求項３】
圧入管部１は、大環体８内径よりも大きくなるまで小管体２外径を環状段差部４側から小管体２の先端端縁に向けて徐変に拡径した錐台側面からなる請求項１又は２いずれか記載の衝撃吸収部材。
【請求項４】
圧入管部13は、大環体８内径よりも大きく小管体２外径を拡径した平行筒側面からなる請求項１又は２いずれか記載の衝撃吸収部材。
【請求項５】
圧入管部17は、大環体８内径よりも大きくなるまで小管体２外径を環状段差部４側から小管体２の先端端縁に向けて徐変に拡径した錐台側面15に続いて、前記錐台側面15端縁外径の平行筒側面16を設けてなる請求項１又は２いずれか記載の衝撃吸収部材。
【請求項６】
圧入管部21は、大環体８内径よりも大きく小管体２外径を拡径した平行筒側面18に続けて、該平行筒側面18端縁から小管体２の先端端縁に向けて徐変に拡径した錐台側面20を設けてなる請求項１又は２いずれか記載の衝撃吸収部材。
【請求項７】
小管体２は、外径が大環体８内径以下の非圧入管部14を小環体６及び圧入管部１,13,17,21間に設けてなる請求項１〜６いずれか記載の衝撃吸収部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バンパが受けた衝撃荷重を塑性変形に要する変形荷重に転換して吸収する衝撃吸収部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両衝突時の搭乗者に対する衝撃を吸収する衝撃吸収部材は、衝撃印加方向に縮退するシリンダを用いるタイプと、バンパが受けた衝撃荷重を塑性変形に要する変形荷重に転換して吸収するタイプとに大別できる。後者の衝撃吸収部材は、軽量で安価に製造できる利点があり、製造コスト低減が望まれる近年の傾向に適している。後者の例として、特公昭47-045986号、特公昭47-014535号、特公昭48-002300号、特公昭52-046344号、特開昭48-001676号、特開昭48-093045号、特開昭49-000672号、USP3,143,321、USP3,511,345、USP3,599,757等を挙げることができる。
【０００３】
特公昭47-014535号は、延性を有する中空筒体(本発明の小径管に相当)と、この中空筒体の有効径より大径(又は小径)の非塑性部(本発明の大径管に相当)と、丸みをもった段付部(本発明の環状段差部に相当)とからなる塑性負荷体を提案している。衝撃荷重は、段付部が逐次塑性変形し、中空筒体が折り返されることにより吸収する。特公昭47-045986号も同様な構成を採用している。
【０００４】
特公昭48-002300号は、大径部(本発明の大径管に相当)及び小径部(本発明の小径管に相当)を同一又は異なった肉厚の中空筒体で構成し、丸みを持った段部(本発明の環状段差部に相当)で大径部と小径部とを連続一体化した塑性負荷体からなる構成を提示している。衝撃は、段部から塑性変形を起こして小径部を折り返し、小径部より大きく大径部より小さい中間直径部を生起して吸収する。
【０００５】
特公昭52-046344号は、丸みを持つ段付部(本発明の環状段差部に相当)で互いに連なる小径部(本発明の小径管に相当)と大径部(本発明の大径管に相当)とが連続一体に共通の中心軸上に配列された所用肉厚の中空平行筒で構成されるアブソーバーにおいて、塑性変形の進行が抑制された後に、別途中空平行筒の壁面自体に座屈が生ずるアブソーバーを提案している。前記アブソーバーの基本的な衝撃荷重の吸収は、先ず段付部に連なる部分から始まって壁面の反転変形が進行することで実現する。
【０００６】
特開昭48-001676号は、互いに同心をなす小径部(本発明の小径管に相当)と大径部(本発明の大径管に相当)を、その各々の端面より反転する環状部(本発明の環状段差部に相当)をもって軸線方向に連設し、かつこの反転折曲部を、軸線方向に対して若干の傾斜を有する切削面を削成した構成を提案している。
【０００７】
特開昭48-093045号は、周長が大なる部分(本発明の大径管に相当)と小なる部分(本発明の小径管に相当)が軸方向に連続した緩衝体を用い、衝撃により周長が小なる部分が、周長が大なる部分に徐々に押し込まれる塑性変形を起こし、衝撃荷重を吸収する。また、特開昭49-000673号は、外筒部材に対して捲り返した内筒部材の端縁を内接した構造で、内筒部材に衝撃が印加されると、前記捲り返した部位が塑性変形を起こして衝撃を吸収する。
【０００８】
USP3,146,014は、金属製平行筒管(tube)にバンパ取付部材(bumper attaching member, rod member)を押し込む際に金属製平行筒管に生ずる塑性変形を利用して衝撃荷重を吸収する構成を提案している。他の先行技術と比較して２部材(金属製平行筒管及びバンパ取付部材)から構成する点で異なるが、金属製平行筒管の塑性変形を利用して衝撃荷重を吸収する点は同様である。
【０００９】
USP3,511,345は、第１管部(first tublar portion、本発明の小径管に相当)と、第２管部(second tublar portion、本発明の大径管に相当)と、両管部端縁を結ぶ段差中間部(round setpped intermediate portion、本発明の環状段差部に相当)で結んだ衝撃吸収部材(energy absorber)であり、前記段差中間部から塑性変形を起こして衝撃を吸収するとしている。USP3,599,757も同様な構成である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
塑性変形を利用した基本的な衝撃吸収部材は、図28及び図29に見られる外観を有する構成で、図30に見られるように、大環体内径Ｒiよりも小管体外径Ｒoは小さいため、前段の小管体２を後方へ変位して後段の大管体３に没入する。そして、前記没入の際、図31に見られるように、環状段差部４から大管体側面11にかけて塑性変形を起こし、この塑性変形に応じた衝撃荷重を吸収する。ここで、小管体２の変位量(＝没入量)と、塑性変形により吸収する衝撃荷重の大きさとの関係を表す変位-荷重特性は、図32に見られるように、(1)変位開始直後には比例関係で増加するものの、(2)塑性変形が定常状態になると、変位量とは無関係に過重が一定になる。衝撃吸収部材として吸収する衝撃荷重の全量は、変位-荷重特性の積分量(グラフ面積)であるから、管体の変位量を増やせば吸収できる衝撃荷重を増やすことができる。
【００１１】
しかし、要求される変位-荷重特性は、車両の軽重(小型車両、中型車両又は大型車両)や衝突時の速度(低速衝突又は高速衝突)の違いによって異なる。例えば低速衝突の場合、当然に衝撃荷重も小さくなり、荷重吸収量は比例した小さなものが好ましい。仮に過剰な荷重吸収量を発揮する衝撃吸収部材であると、車体に対する負荷が大きくなり、衝突相手に対する損傷、自身の車体及び乗員に対する損傷が大きくなる問題が発生する。これから、低速衝突に際しては、車両の軽重を問わず、発生する小さな衝撃荷重に見合った小さな荷重吸収量を発揮する変位-荷重特性が衝撃吸収部材に望まれることになる。
【００１２】
これに対して、高速衝突の場合、大きくなる衝撃荷重を十分に吸収できる程度の大きな荷重吸収量を有する衝撃吸収部材が必要となる。この場合、小管体の変位量(ストローク)を増やすことが考えられるが、それでは設置容積を増加させてしまうため、好ましくない。これから、荷重吸収量を増やすには、塑性変形の定常状態において、小管体の変位量(没入量)に比例して荷重吸収量を増加させる変位-荷重特性にすることが考えられる。しかし、このような増加傾向の変位-荷重特性は、中型車両及び大型車両では問題ないが、小型車両では車体強度の限界から荷重吸収量の上限値を設けなければならず、単純に増加傾向の変位-荷重特性を有する衝撃吸収部材を用いるわけにはいかない。
【００１３】
このように、塑性変形を利用した衝撃吸収部材は軽量で安価に製造できる利点があるものの、車両の軽重、衝突時の速度の違いに基づいて要求される変位-荷重特性を考えた場合、上述のような基本的な衝撃吸収部材の変位-荷重特性では満足できない点があった。そこで、車両の軽重、衝突時の速度の違いに基づいて適切な変位-荷重特性を設定できる塑性変形を利用した衝撃吸収部材について、検討した。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
検討の結果、塑性加工可能な直管を部分的に縮径又は拡径し、互いに向かい合う中間端縁を環状段差部により結んだ外径の異なる小管体及び大管体からなり、環状段差部は小管体の中間端縁から折り返した円弧状断面の小環体と、大管体の中間端縁から折り返した円弧状断面の大環体とを結んだ断面構造である衝撃吸収部材において、大管体は、相対的に小管体より肉厚を薄くして塑性変形しやすくし、小管体は、外径が大環体内径より大きい圧入管部を設けたことにより、小管体が大管体に没入していく際は大環体から大管体側面にかけて内向きに捲れ込む塑性変形の変形荷重として、圧入管部が大管体に圧入する際は大環体から大管体側面にかけて拡径する塑性変形の変形荷重として衝撃荷重を吸収する衝撃吸収部材を開発した。本発明の衝撃吸収部材は、小管体が大管体に没入していく際、圧入管部が大環体に当接し、大管体を拡径しながら圧入していく。これにより、衝撃荷重は、（１）小管体が大管体に没入していく際に大環体から大管体側面にかけて内向きに捲れ込む塑性変形（以下、主吸収作用と呼ぶ）と、（２）圧入管部が大管体に圧入する際に大環体から大管体側面にかけて拡径する塑性変形（以下、追加吸収作用と呼ぶ）とを引き起こす変形荷重として吸収され、衝撃荷重の総量を増加させたり（追加吸収作用が略一定）、小管体の変位量（没入量）に応じて荷重吸収量を増加させることができる（追加吸収作用が増加）。
【００１５】
主吸収作用及び追加吸収作用はいずれも塑性変形を主体としており、両者が連続的かつ滑らかに生じて、衝撃荷重を連続的に吸収することが望ましい。なぜなら、断続的又は急激な衝撃荷重の吸収は、仮に荷重吸収量の総量を増加させても、車体や乗員に衝撃を与えることになるからである。例えば、まず部材を破断させ（破断による衝撃荷重の吸収）、次いで破断した一方の部材を他方の部材に圧入する（塑性変形による衝撃荷重の吸収）２段階の作用を有する実開平06-022112号があるが、明示する荷重-変形量特性（本発明における変位-荷重特性）にはハッキリと前後の分断が見られる。これから、前記分断を跨ぐ衝撃荷重の吸収を図る際、車体や乗員に衝撃が加わることになる。これから、衝撃荷重は連続的かつ滑らかに吸収されることが重要であり、本発明は主吸収作用及び追加吸収作用が連続的かつ滑らかに生じるように構成している。
【００１６】
上記連続的かつ滑らかな衝撃荷重の吸収を実現するには、特に衝撃印加直後に環状段差部が破断せず、主吸収作用の塑性変形を円滑に引き起こす必要がある。そこで、小管体の中間端縁から折り返した円弧状断面の小環体と、大管体の中間端縁から折り返した円弧状断面の大環体とを結んだ断面構造の環状段差部を用いる。衝撃吸収部材全体は、直管を部分的に縮径又は拡径して小管体又は大管体を形成するため、相対的に小管体より大管体の肉厚が薄くなり、大管体の方が塑性変形しやすくなっている。このため、大環体を滑らかな円弧状断面とすると、大環体から大管体側面にかけて内側に捲れ込む塑性変形を円滑に引き起こせる。より好ましい環状段差部は、(i)小管体の中間端縁から折り返した円弧角度90度超円弧状断面の小環体と、大管体の中間端縁から折り返した円弧角度90度超円弧状断面の大環体とを結んだ断面構造で、かつ(ii)小環体の円弧状断面半径は大環体の円弧状断面半径に比べて相対的に小さくするとよい。ここで、各円弧状縁の半径は厚み方向中心線の半径とする。小管体が受ける衝撃は、相対的に急峻な折返となる小環体で塑性変形を引き起こしにくく、相対的に緩やかに連続する円弧状縁の大環体で塑性変形を引き起こしやすいので、主吸収作用が正しくかつ容易に発生する。
【００１７】
また、主吸収作用を発生させるためには、小管体が傾倒することなく大管体へ没入する必要がある。これから、環状段差部は、小環体及び大環体を平行筒又は錐台側面からなる傾倒防止環で結んだ断面構造にするとよい。円弧角度180度の各円弧状縁を結ぶ傾倒防止環は、小管体及び大管体の各側面と平行になる平行筒側面を基本とするが、各円弧状縁の円弧角度の組み合せにより、小管体から大管体に向けて縮径又は拡径する錐台側面としてもよい。この傾倒防止環は両円弧状縁を離隔し、斜め方向からの衝撃により小管体が傾倒した場合、早い段階で小管体側面に当接し、傾倒角度を抑制する。そして、小管体が大管体に没入を始めた段階で、傾倒防止環に小管体側面を摺接させながら傾倒を補正し、確実な小管体の大管体への没入を保証する。
【００１８】
荷重吸収量を増加させる圧入管部は、外径が大環体内径よりも大きいことを最低条件とするが、具体的には次の構成となる。すなわち、(1)大環体内径よりも大きくなるまで小管体外径を環状段差部側から小管体の先端端縁に向けて徐変に拡径した錐台側面からなる構成(以下錐台状圧入管部と呼ぶ)、又は(2)大環体内径よりも大きく小管体外径を拡径した平行筒側面からなる構成(以下平行筒状圧入管部と呼ぶ)である。(1)錐台状圧入管部は、錐台側面の傾斜に応じて、大環体から大管体側面にかけて拡径する追加吸収作用を連続的に増加させながら引き起こす。前記追加吸収作用は、錐台状圧入管部の大管体に対する没入量に比例して増加するため、衝撃荷重の荷重吸収量を経時的に増加させる場合に適している。(2)平行筒状圧入管部は、平行筒側面の外径に比例して大環体から大管体側面にかけて押し広げる追加吸収作用を引き起こす。前記追加吸収作用は、大環体から大管体側面にかけて一定の拡径割合を保って平行筒状圧入管部を大管体に没入して発揮されるため、衝撃荷重の荷重吸収量は総量的に増加するものの、小管体の変位量(没入量)に応じて荷重吸収量が増加することはなく、定量となる。
【００１９】
上記圧入管部は、それぞれ単独でも用いることができるが、両者を順に並べた構成の圧入管部とすると、小管体の変位量に応じて異なる荷重吸収量を発揮する変位-荷重特性を得ることができる。例えば、(a)大環体内径よりも大きくなるまで小管体外径を環状段差部側から小管体の先端端縁に向けて徐変に拡径した錐台側面に続いて、前記錐台側面端縁外径の平行筒側面を設けた圧入管部(以下抑制型圧入管部と呼ぶ)とすると、前半の錐台側面部分によって小管体の変位量に応じて増加していた荷重吸収量を、後半の平行筒側面部分によって定量に変更し、追加吸収作用の発生を抑制できる。これは、衝撃荷重の荷重吸収量が総量的に大きい衝撃吸収部材において、小型車両の高速衝突等、車体強度の関係から吸収できる衝撃に制限を設けたい場合に有効である。
【００２０】
また、上記抑制型圧入管部とは逆に、(b)大環体内径よりも大きく小管体外径を拡径した平行筒側面に続けて、この平行筒側面端縁から小管体の先端端縁に向けて徐変に拡径した錐台側面を設けた圧入管部(以下、増強型圧入管部と呼ぶ)にもできる。この増強型圧入管部は、前半の平行筒側面部分によって小管体の変位量とは無関係に定量であった荷重吸収量を、後半の錐台側面部分によって経時的に増加する傾向に変更でき、追加吸収作用を増強できる。これは、衝撃荷重の吸収を抑制的に構成した衝撃吸収部材において、高速衝突等、例外的に衝撃が大きくなる場合に、適宜荷重吸収量を増強する場合に有効である。
【００２１】
このほか、外径が大環体内径以下の非圧入管部を小環体及び圧入管部間に設けた小管体を用いれば、追加吸収作用の発生そのものを遅延させることができる。非圧入管部は外径が大環体内径以下であるため、小管体が大管体に没入をし始めた段階で大環体に接することがなく、衝撃荷重の吸収は大環体から大管体側面にかけて内側に捲れ込む塑性変形＝主吸収作用しか発揮できない。これにより、追加吸収作用の発生を、圧入管部が大環体に達するまで待機させる（以下、遅延作用）ことができる。これは、衝撃荷重の荷重吸収量が総量的に大きい衝撃吸収部材において、低速衝突等、あまり大きな荷重吸収量を必要としない段階で追加吸収作用を発生させないようにする場合に有効である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、図を参照しながら説明する。図１は錐台状圧入管部１を設けた小管体２及び大管体３からなる衝撃吸収部材の斜視図、図２は同衝撃吸収部材の衝撃印加前の状態を表す軸方向断面図、図３は図２中Ａ矢視部拡大図、図４は同衝撃吸収部材の衝撃印加後の状態を表す軸方向断面図であり、図５は同衝撃吸収部材における変位-荷重特性を表すグラフである。
【００２３】
最初に、本例以下に共通な構成部分を説明する。各衝撃吸収部材は、塑性可能な金属製直管を前後略等分し、前段を縮径する又は後段を拡径して、前段を小管体２、後段を大管体３とした構成(図28参照)を基本とし、小管体２に圧入管部を形成している。環状段差部４は、小管体２の中間端縁５から折り返した円弧状断面の小環体６と、大管体３の中間端縁７から折り返した円弧状断面の大環体８とを、平行筒側面からなる傾倒防止環９で結んだ断面構造である。小管体２は、小管体２の先端端縁10に受けた衝撃(衝撃は先端端縁10に直接又は先端端縁10に取り付けたバンパ構造材等を介して受ける)によって大管体３に向けて変位し、没入する。
【００２４】
傾倒防止環９は、衝撃が小管体２に対して斜め方向から印加された場合に小管体２の傾倒を防止し、小管体２を正しく大管体３に没入させる。本発明の衝撃吸収部材は、前記小管体２の大管体３に対する没入によって、大環体８から大管体側面11にかけて内向きに捲れ込む塑性変形(主吸収作用)を発生し、前記塑性変形の変形荷重として衝撃荷重を吸収する。主吸収作用としては、小環体６から小管体側面12にかけて外向きに捲れ上がる態様も考えられるが、直管を部分的に縮径又は拡径して構成する小管体２及び大管体３は、相対的に大管体側面11の厚みが小管体側面12より薄く、大環体８から大管体側面11にかけて内向きに捲れ込む塑性変形の方が容易になっている。
【００２５】
また、各例では、大環体８から大管体側面11にかけて内向きに捲れ込む塑性変形を確実に発生させるため、いずれの環状段差部４も、(i)円弧角度略180度の円弧状断面からなる小環体６及び大環体８を結んだ断面構造で、かつ(ii)小環体６の円弧状断面半径を大環体８の円弧状断面半径に比べて相対的に小さくしている。これにより、小管体２が衝撃を受けると、相対的に急峻な折返となる小環体６は塑性変形しにくく、相対的に緩やかに連続する円弧状縁の大環体８が塑性変形する主吸収作用が確実に起きることになる。
【００２６】
各例の相違は、小管体２に形成する圧入管部の構成と、非圧入管部の有無の違いにある。圧入管部は、大管体３に対して圧入することで、大環体６から大管体側面11にかけて拡径する塑性変形(追加吸収作用)を引き起こし、吸収する衝撃荷重を暫時(錐台状圧入管部１、図１参照)又は段階的(平行筒状圧入管部13、図17参照)に増加させる。非圧入管部は、追加吸収作用の発生を遅延させる遅延作用を有し、この非圧入管部と各圧入管部との組み合せによって、様々な変位-荷重特性に調整できる。こうした変位-荷重特の調整可能な点が、本発明の特徴である。以下、各例毎に本発明の特徴を構成する部分について説明する。
【００２７】
図１及び図２に見られる衝撃吸収部材は、大環体内径Ｒiよりも大きくなるまで小管体外径Ｒoを環状段差部４の小環体６から連続して小管体２の先端端縁10に向けて徐変に拡径した錐台状圧入管部１を形成している。すなわち、本例では小管体２＝錐台状圧入管部１となっており、錐台状圧入管部１の途中から先端端縁10に向けて小管体外径Ｒoを大環体内径Ｒiより大きくしている（図３参照）。このため、図４に見られるように、衝撃を受けて小管体２が大管体３に向けて没入し始めると、図５に見られるように、大環体８から大管体側面11にかけて内側に捲れ込む主吸収作用（図５中ａ領域）が発生すると同時に、追加吸収作用（図５中ｂ領域）も増加しながら発生する。
【００２８】
図１以下に見られる衝撃吸収部材は、大型車両、例えばトラックやバス等の利用に適している。これら大型車両は、質量が大きいために低速衝突でも大きな衝撃荷重を発生させる。このため、小管体２の没入開始の段階から小管体２の変位量(没入量)に応じて衝撃荷重を吸収できることが望ましい。しかも、大型車両は高い車体強度を有しているため、吸収する衝撃荷重の上限を設けなくてもよい。これから、主吸収作用及び追加吸収作用が同時に発生し、しかも小管体２の没入に合わせて追加吸収作用が増加する本例の衝撃吸収部材が、大型車両に適しているわけである。また、本例の衝撃吸収部材は、主吸収作用及び追加吸収作用を合わせた荷重吸収量は多い(図５中グラフ面積＝ａ領域＋ｂ領域：ハッチング領域)ので、衝撃吸収部材は全長を短くでき、結果として軽量化を可能にする。
【００２９】
図６〜図10に示す衝撃吸収部材は、上記例示同様の錐台状圧入管部１と小環体６との間に外径が傾倒防止環９内径以下の平行筒状非圧入管部14を設けた例で、図６は本例の衝撃吸収部材の図１相当斜視図、図７は同衝撃吸収部材の衝撃印加前の状態を表す軸方向断面図、図８は同衝撃吸収部材の衝撃印加後、平行筒非圧入管部14まで没入した状態を表す軸方向断面図、図９は前記没入状態から更に錐台状圧入管部１まで圧入した状態を表す軸方向断面図であり、図10は同衝撃吸収部材における変位-荷重特性を表すグラフである。
【００３０】
図６及び図７に見られる衝撃吸収部材は、上記例示(図１参照)と同様の錐台状圧入管部１を設けながら、この錐台状圧入管部１と小環体６との間に平行筒状非圧入管部14を介在させている。すなわち、本例では小管体２＝錐台状圧入管部１(小管体２の先端端縁10側)＋平行筒状非圧入管部14(小管体２の中間端縁５側)であり、錐台状圧入管部１の途中から先端端縁10に向けて小管体外径Ｒoを大環体内径Ｒiより大きくしている(図３参照)。平行筒状非圧入管部14は、主吸収作用に遅れて追加吸収作用を発生させる遅延作用を有しており、簡易には小環体６から延在する小管体２をそのまま利用し、平行筒状圧入管部１を先端端縁10側にずれた位置から形成するとよい。
【００３１】
こうした本例の衝撃吸収部材は、図８に見られるように、まず平行筒状非圧入管部14が大管体３に没入するのみで、追加吸収作用はなく、大環体８から大管体側面11にかけて内側に捲れ込む主吸収作用のみが発生する。しかし、錐台状圧入管部１が大環体８に達すると、図９に見られるように、この錐台状圧入管部１が大環体８を介して大管体３を拡径し始めるので、暫時追加吸収作用が発生し、荷重吸収量が増加することになる。こうして、本例の衝撃吸収部材は、図10に見られるように、小管体２が一定の変位量(没入量)までは従来の衝撃吸収部材と変わらないが、錐台状圧入管部１が大環体８に達した後は、上記例示同様に暫時増加する追加吸収作用を発生させることができる。
【００３２】
図６に見られる衝撃吸収部材は、例えば普通自動車のような中型車両での利用に適している。中型車両では、質量の大小から、当然に大型車両に比べて低速衝突時の衝撃荷重が小さくなる。このため、低速衝突時と高速衝突時とでは、求められる変位-荷重特性が異なる。本例の衝撃吸収部材は、平行筒状非圧入管部14を設けることで変位-荷重特性を前段及び後段に分け、前段では平行筒状非圧入管部14の没入により主吸収作用のみを発生させて低速衝突に対応させ、後段では錐台状圧入管部１の圧入により主吸収作用及び追加吸収作用を発生させて高速衝突に対応させている。このように、平行筒状非圧入管部14を設ける衝撃吸収部材は、低速衝突及び高速衝突での変位-荷重特性を異ならせる場合に適している。
【００３３】
図11〜図16に示す衝撃吸収部材は、錐台側面15に続いて平行筒側面16を設けた抑制型圧入管部17と小環体６との間に外径が傾倒防止環９内径以下の平行筒状非圧入管部14を設けた例で、図11は本例の衝撃吸収部材の図１相当斜視図、図12は同衝撃吸収部材の衝撃印加前の状態を表す軸方向断面図、図13は同衝撃吸収部材の衝撃印加後、平行筒状非圧入管部14まで没入した状態を表す軸方向断面図、図14は前記没入状態から更に抑制型圧入管部17の錐台側面15まで圧入した状態を表す軸方向断面図、図15は前記没入状態から更に抑制型圧入管部17の平行筒側面16まで圧入した状態を表す軸方向断面図であり、図16は同衝撃吸収部材における変位-荷重特性を表すグラフである。
【００３４】
図11及び図12に見られる衝撃吸収部材は、抑制型圧入管部17と小環体６との間に平行筒状非圧入管部14を介在させ、更に錐台側面15から小管体２の先端端縁10に向けて平行筒側面16を形成した抑制型圧入管部17を構成している。すなわち、本例では小管体２＝抑制型圧入管部17(平行筒側面16及び錐台側面15、小管体２の先端端縁10側)＋平行筒状非圧入管部14(小管体２の中間端縁５側)であり、錐台側面15の途中から平行筒側面16にかけて小管体外径Ｒoを大環体内径Ｒiより大きくしている(図３参照)。抑制型圧入管部17の平行筒側面16は、錐台側面15による大管体３の拡径を中止して過剰な拡径を抑制する働きを有し、荷重吸収量は総量的に増加させるが、小管体２の変位量に応じた荷重吸収量の変化は一定(変位-荷重特性のグラフの変化が一定)とする。
【００３５】
具体的には、図13に見られるように、まず平行筒状非圧入管部14が大管体３に没入する段階で追加吸収作用はなく、大環体８から大管体側面11にかけて内側に捲れ込む主吸収作用のみを発生させる。しかし、抑制型圧入管部17の錐台側面15が大環体８に達すると、図14に見られるように、この錐台側面15が大環体８を介して大管体３を拡径し始め、小管体２の没入量に応じて増加する追加吸収作用を発生させる。そして、抑制型圧入管部17の平行筒側面16が大環体８に達すると、図15に見られるように、平行筒側面16の外径で一定の圧入状態が続き、小管体２の没入量に比例しない一定の追加吸収作用が続くことになる。この変位-荷重特性は、図16に見られるグラフを描き、上記例示の衝撃吸収部材(図６以下)との比較から、追加吸収作用に上限を設けた特性であることが分かる。
【００３６】
図11に見られる衝撃吸収部材は、例えば軽自動車のような小型車両での利用に適している。小型車両では、上記中型車両と同様に、低速衝突時の衝撃荷重が小さいため、低速衝突時と高速衝突時とで変位-荷重特性を異ならせることが好ましい。加えて、小型車両では車体強度が低いため、無制限に追加吸収作用を発揮させることができない。そこで、本例のような追加吸収作用の発生に上限を設けた衝撃吸収部材が好ましいわけである。これにより、低速衝突では主吸収作用のみを、高速衝突では主吸収作用及び追加吸収作用を併せて発生させながら荷重吸収量に制限を設け、乗員への衝撃伝達を抑制又は防止する。
【００３７】
図17〜図21に示す衝撃吸収部材は、平行筒状圧入管部13を設けた小管体２及び大管体３からなる衝撃吸収部材の例で、図17は該衝撃吸収部材の図１相当斜視図、図18は同衝撃吸収部材の衝撃印加前の状態を表す軸方向断面図、図19は図18中Ｂ矢視部拡大図、図20は同衝撃吸収部材の衝撃印加後の状態を表す軸方向断面図であり、図21は同衝撃吸収部材における変位-荷重特性を表すグラフである。上述までの各例(図１、図６及び図11参照)は、いずれも錐台状圧入管部１又は錐台側面15を有する抑制型圧入管部17を用い、小管体２の大管体３に対する没入量に比例して増加する追加吸収作用を発生させていたが、本例以下の衝撃吸収部材は、主吸収作用を全体として定量だけ増加させる(衝撃荷重の荷重吸収量が増加する方向にオフセットする)ように、小管体２の変位量とは無関係な追加吸収作用を発生させる。
【００３８】
図17及び図18に見られる衝撃吸収部材は、大環体内径Ｒiよりも大きな小管体外径Ｒo(図19参照)に拡径した平行筒側面18からなる平行筒状圧入管部13を、環状段差部４から先端端縁10に向けて形成している。より具体的には、平行筒状圧入管部13は、平行筒側面18と、大環体８の接線方向に小環体６から立ち上がる圧入管部前面環19とから構成している。このような衝撃吸収部材は、小管体２が大管体３に向けて没入を開始すると、図20に見られるように、直ちに前記圧入管部前面環19が環状段差部４を押し広げ、平行筒側面18の外径に比例した大管体３の拡径からなる追加吸収作用を発生させる。
【００３９】
平行筒状圧入管部13による大管体３の拡径は、平行筒側面18の外径によって定まる一定割合に留まるので、主吸収作用に追加される追加吸収作用は一定となる。このため、変位-荷重特性は、主荷重吸収量(ａ領域)に対して、単純に追加吸収作用(ｂ領域)を足しあわせた恰好、すなわち追加吸収作用によるオフセットを加えたものとなる。こうした衝撃吸収部材は、主吸収作用＋追加吸収作用の荷重吸収量を上限として、小型車両から大型車両にまで利用できる。錐台状圧入管部を用いる場合と異なり、追加吸収作用は徐々に増加するわけではないので乗員に対して衝撃を与える可能性はあるものの、荷重吸収量は最も大きくできるため、衝撃吸収部材としての全長を短くし、軽量化を実現しやすい利点がある。
【００４０】
図22〜図26に示す衝撃吸収部材は、上記例示同様の平行筒状圧入管部13と小環体６との間に外径が傾倒防止環９内径以下の平行筒状非圧入管部14を設けた例で、図22は本例の衝撃吸収部材の図１相当斜視図、図23は同衝撃吸収部材の衝撃印加前の状態を表す軸方向断面図、図24は同衝撃吸収部材の衝撃印加後、平行筒状非圧入管部14まで没入した状態を表す軸方向断面図、図25は前記没入状態から更に平行筒状圧入管部13まで圧入した状態を表す軸方向断面図であり、図26は同衝撃吸収部材における変位-荷重特性を表すグラフである。平行筒状圧入管部13を用いた場合でも、平行筒状非圧入管部14を環状段差部４との間に介在させると、追加吸収作用の発生を遅らせる遅延作用を付加できる。
【００４１】
図22及び図23に見られる衝撃吸収部材は、大環体内径Ｒiよりも大きく小管体２外径を拡径した平行筒側面18からなる平行筒状圧入管部13を小管体２の先端端縁10に向けて形成すると共に、この平行筒状圧入管部13と小環体６との間に傾倒防止環９内径以下の平行筒状非圧入管部14を設けている。平行筒状圧入管部13は、平行筒側面18と、平行筒状非圧入管部14から急峻に立ち上がる圧入管部前面環19とから構成している。前記圧入管部前面環19の立ち上がり角度は、80〜90度を基本とするが、もう少し緩やかな立ち上がり角度(45度以上)でもよい。
【００４２】
このような衝撃吸収部材は、小管体２が大管体３に向けて没入を開始すると、図24に見られるように、まず平行筒状非圧入管部14が大管部３へ没入するため、この段階では主吸収作用しか発生しない。しかし、図25に見られるように、圧入管部前面環19が大環体８に達して平行筒状圧入管部13が大管部３への圧入を始めると、前記圧入管部前面環19が環状段差部４を押し広げ、追加吸収作用を発生させる。こうした段階的な追加吸収作用の発生は、主荷重吸収量(ａ領域)に対し、遅延した追加吸収作用(ｂ領域)を発生させる変位-荷重特性となる。この衝撃吸収部材は、主吸収作用＋追加吸収作用の荷重吸収量を上限とし、低速衝突と高速衝突とで異なる変位-荷重特性を要求する小型車両から中型車両に適している。必要により、平行筒状圧入管部13の平行筒側面18に続いて錐台側面20を有する増強型圧入管部21を小管体２に設ければ(図27：増強型圧入管部21を設けた衝撃吸収部材の図１相当斜視図参照)、大型車両への適用も可能となる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の衝撃吸収部材は、小型車両、中型車両又は大型車両や、低速衝突又は高速衝突の違いに基づいて要求される変位-荷重特性を容易に満たす効果がある。例えば、小型車両では、増強する衝撃荷重の荷重吸収量に上限が必要であるが、この上限は錐台側面及び平行筒側面からな抑制型圧入管部や、平行筒状圧入管部を用いることで実現できる。中型車両では、低速衝突及び高速衝突での荷重吸収量が異なる変位-荷重特性とすればよく、圧入管部と環状段差部との間に非圧入管部を設けたり、増強型圧入管部を用いればよい。そして、大型車両では、荷重吸収量に上限がないため、小管体の変位量に応じて荷重吸収量が増加する錐台状圧入管部や増強型圧入管部を用いればよい。
【００４４】
上記変位-荷重特性の調整は、各圧入管部及び非圧入管部を適宜組み合わせて構成することで容易に実現できる。この場合、本発明は小管体及び大管体の２段構成を基本としながら、更に段数を増やすこともでき、この段数の組み合せを加えると、調整可能な変位-荷重特性は更に拡がることになる。また、各圧入管部及び非圧入管部は、それぞれ基礎となる直管の縮径又は拡径による塑性加工で容易に形成できる。これにより、本発明の衝撃吸収部材は軽量で、塑性変形を利用した比較的簡易な加工方法により安価に製造できる。このほか、圧入管部を設けた小管体は、結果として小管体の先端端縁を拡径しており、前記先端端縁に接続するバンパ構造材と衝撃吸収部材との接合強度を高めたり、衝撃が斜め方向から加わる場合の小管体の曲げ変形抵抗を増大させ、バンパ構造材の支持部材としての性能をも向上させる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】錐台状圧入管部を設けた小管体及び大管体からなる衝撃吸収部材の斜視図である。
【図２】同衝撃吸収部材の衝撃印加前の状態を表す軸方向断面図である。
【図３】図２中Ａ矢視部拡大図である。
【図４】同衝撃吸収部材の衝撃印加後の状態を表す軸方向断面図である。
【図５】同衝撃吸収部材における変位-荷重特性を表すグラフである。
【図６】錐台状圧入管部と小環体との間に平行筒状非圧入管部を設けた衝撃吸収部材の図１相当斜視図である。
【図７】同衝撃吸収部材の衝撃印加前の状態を表す軸方向断面図である。
【図８】同衝撃吸収部材の衝撃印加後、平行筒非圧入管部まで没入した状態を表す軸方向断面図である。
【図９】前記没入状態から更に錐台状圧入管部まで圧入した状態を表す軸方向断面図である。
【図１０】同衝撃吸収部材における変位-荷重特性を表すグラフである。
【図１１】抑制型圧入管部と小環体との間に平行筒状非圧入管部を設けた衝撃吸収部材の図１相当斜視図である。
【図１２】同衝撃吸収部材の衝撃印加前の状態を表す軸方向断面図である。
【図１３】同衝撃吸収部材の衝撃印加後、平行筒状非圧入管部まで没入した状態を表す軸方向断面図である。
【図１４】前記没入状態から更に抑制型圧入管部の錐台側面まで圧入した状態を表す軸方向断面図である。
【図１５】前記没入状態から更に抑制型圧入管部の平行筒側面まで圧入した状態を表す軸方向断面図である。
【図１６】同衝撃吸収部材における変位-荷重特性を表すグラフである。
【図１７】平行筒状圧入管部を設けた小管体及び大管体からなる衝撃吸収部材の図１相当斜視図である。
【図１８】同衝撃吸収部材の衝撃印加前の状態を表す軸方向断面図である。
【図１９】図18中Ｂ矢視部拡大図である。
【図２０】同衝撃吸収部材の衝撃印加後の状態を表す軸方向断面図である。
【図２１】同衝撃吸収部材における変位-荷重特性を表すグラフである。
【図２２】平行筒状圧入管部と小環体との間に平行筒状非圧入管部を設けた衝撃吸収部材の図１相当斜視図である。
【図２３】同衝撃吸収部材の衝撃印加前の状態を表す軸方向断面図である。
【図２４】同衝撃吸収部材の衝撃印加後、平行筒状非圧入管部まで没入した状態を表す軸方向断面図である。
【図２５】前記没入状態から更に平行筒状圧入管部まで圧入した状態を表す軸方向断面図である。
【図２６】同衝撃吸収部材における変位-荷重特性を表すグラフである。
【図２７】増強型圧入管部を設けた衝撃吸収部材の図１相当斜視図である。
【図２８】小管体及び大管体からなる従来の基本的な衝撃吸収部材の斜視図である。
【図２９】同衝撃吸収部材の衝撃印加前の状態を表す軸方向断面図である。
【図３０】図29中Ｃ矢視部拡大図である。
【図３１】同衝撃吸収部材の衝撃印加後の状態を表す軸方向断面図である。
【図３２】同衝撃吸収部材における変位-荷重特性を表すグラフである。
【符号の説明】
１  錐台状圧入管部
２  小管体
３  大管体
４  環状段差部
６  小環体
８  大環体
９  傾倒防止環
13  平行筒状圧入管部
14  平行筒状非圧入管部
15  抑制型圧入管部の錐台側面
16  抑制型圧入管部の平行筒側面
17  抑制型圧入管部
18  平行筒状圧入管部の平行筒側面
19  圧入管部前面環
20  平行筒状圧入管部の錐台側面
21  増強型圧入管部
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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