(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周部とその外周部に接続する内側のリブを有するアルミニウム合金の中空押出形材からなり、前記外周部とリブがそれぞれ基本的に均一な厚さを有し、前記リブの厚さをｂとし前記外周部の厚さをａとしたときｂ＜ａであり、前記リブと外周部が接続する部位のコーナーＲが前記リブの厚さの１／２以下であることを特徴とする軸圧壊特性に優れた自動車のフレーム構造におけるエネルギー吸収部材。
【請求項２】
外周部とその外周部に接続しかつ互いに交差する複数の内側のリブを有するアルミニウム合金の中空押出形材からなり、前記外周部とリブがそれぞれ基本的に均一な厚さを有し、前記リブの厚さをｂとし前記外周部の厚さをａとしたときｂ＜ａであり、前記複数のリブが交差する部位のコーナーＲが１ｍｍ以下であることを特徴とする軸圧壊特性に優れた自動車のフレーム構造におけるエネルギー吸収部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム合金の中空押出形材からなり、その押出軸方向に圧縮の衝撃荷重あるいは圧縮の静的負荷を受けたとき、その衝撃荷重及び静的負荷を吸収する作用を持つエネルギー吸収部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のフレーム構造において、サイドメンバやバンパーステイなどのエネルギー吸収部材として、アルミニウム合金の中空押出形材の適用が検討されている（例えば特開平７−３１０１５６号公報、特開平７−１１８７８２号公報、特開平８−２１６９１７号公報、特開平６−２４７３３８号公報参照）。軸方向に圧縮の衝撃荷重を受けるこれらのエネルギー吸収部材に要求される特性の１つは、上記公報にも記載されているように、部材が押出軸方向に荷重を受けたとき形材全体がオイラー座屈（形材全体がくの字形に曲がる座屈）を起こさず、かつ圧壊割れを発生することなく蛇腹状に収縮変形して、安定したエネルギー吸収を得ることである。
【０００３】
上記公報のうち、例えば特開平６−２４７３３８号公報では、矩形断面の中空形材からなるサイドメンバにオイラー座屈を抑えて蛇腹状の収縮変形を起こさせるために、断面においてＸ軸回りの断面二次モーメント（剛性）とＹ軸回りの断面二次モーメントに意識的に差を付け、サイドメンバの蛇腹状に座屈する確率の高いパネルが衝突の始めに他のパネルよりも先に座屈するように、その断面形状が設定されている。そして、いったんどれかのパネルが座屈すると他のパネルに蛇腹状の座屈が次々に伝搬し、サイドメンバの全長が長くなってもその全長にわたり蛇腹状の座屈が安定して起こるとされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、軸方向に圧縮荷重を受ける自動車のサイドメンバ等のエネルギー吸収部材において、上記特開平６−２４７３３８号公報の技術と同じく断面形状に工夫を加え、オイラー座屈を抑えて蛇腹状の収縮変形を誘発し、安定したエネルギー吸収を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る軸圧壊特性に優れたエネルギー吸収部材は、▲１▼外周部とその外周部に接続する内側のリブを有するアルミニウム合金の中空押出形材からなり、リブと外周部が接続する部位のコーナーＲをリブの厚さの１／２以下としたこと、▲２▼外周部とその外周部に接続しかつ互いに交差する複数の内側のリブを有するアルミニウム合金の中空押出形材からなり、複数のリブが交差する部位のコーナーＲを１ｍｍ以下としたこと、あるいは、▲３▼外周部とその外周部に接続する内側のリブを有するアルミニウム合金の中空押出形材からなり、内側のリブの厚さを外周部の厚さより薄く形成したこと、のいずれかの特徴を備える。これらの特徴のうち２以上の特徴を同時に備えることもできる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、外周部と外周部に接続する内側のリブを有する中空押出形材において、その断面形状を外周部と内側のリブに分けて捉え、外周部を構成する板と内側のリブを構成する板の接続部の剛性、内側のリブを構成する板同士の交差部の剛性、あるいは内側のリブの剛性が、オイラー座屈又は蛇腹状変形の起こりやすさに関係していること、そして、この部分の剛性が小さいと外周部又はリブを構成する板の座屈が起こりやすく、蛇腹状の変形が誘発されやすいことを見いだした。本発明はこの知見に基づいてなされたものである。
【０００７】
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る中空押出形材を例示するもので、これらは断面形状において基本的に均一な厚さａをもつ矩形の外周部と、同じく基本的に均一な厚さｂをもつリブを備えている。ここで、基本的に均一な厚さとは、外周部とリブそれぞれについて接続部、交差部及びコーナー部以外の厚さが均一という意味である。しかし、本発明に係る中空押出形材はこのような特定の断面形状に限定されるわけではない。
【０００８】
中空押出形材の外周部とリブの接続部のコーナーＲ（Ｒａ）がリブの厚さｂの１／２より小さい（Ｒａ≦ｂ／２）と、当該接続部の剛性が低くなり、外周部又はリブを構成する板の座屈が起こりやすく、蛇腹状の変形が誘発されやすい。ここで、リブの厚さが板幅方向に変化する場合もあり得るが、その場合は当該リブの厚さｂは前記接続部又は交差部を除く部分で最も厚い部位の厚みとする。また、リブ同士の交差部のコーナーＲ（Ｒｂ）が１ｍｍより小さい（Ｒｂ≦１）と、当該交差部の剛性が低くなり、リブを構成する板の座屈が起こりやすく、蛇腹状の変形が誘発されやすい。これら２つの要件のうちいずれかを満たす中空押出形材の外周部とリブのそれぞれの厚さについては、リブの厚さｂを外周部の厚さａと同一又は小さく（ｂ≦ａ）形成することが望ましい。
さらに、中空押出形材の外周部の板厚ａよりリブの厚さｂが薄く（ｂ＜ａ）形成されていると、剛性が小さくなってリブの座屈が起こりやすく、蛇腹状の変形が誘発されやすい。そして、リブの厚さｂをより薄く形成することで蛇腹状の変形が一層安定する。
アルミニウム合金からなる中空押出形材が上記の３つの要件のいずれか１つ又は複数を満たす場合、外周部又はリブを構成する板の一部が座屈し、それに伴い他の板の座屈が誘発され、オイラー座屈が抑制され蛇腹状の変形が起こりやすくなる。
【０００９】
【実施例】
以下、図２〜図５を参照して本発明の実施例を説明する。
図２のＡ〜Ｃに示す断面形状を有する全長２００ｍｍの６０６３−Ｔ５アルミニウム合金中空押出形材に対し軸方向に圧縮荷重を加え、荷重と変位量の関係を調査した。Ａ〜Ｃの外周部の形状はすべて同じ形状で、外形が４５ｍｍ×５５ｍｍ、厚さが２ｍｍである。また、ＡはＲａ、Ｒｂが全て６ｍｍ、リブの厚さｂが２ｍｍ、ＢはＲａ、Ｒｂが全て１ｍｍ、リブの厚さｂが２ｍｍ、ＣはＲａ、Ｒｂが全て１ｍｍ、リブの厚さｂが１．５ｍｍである。
【００１０】
Ａ〜Ｃそれぞれの荷重−変位曲線を図３〜図５に、また、図３〜図５から読み取った最大荷重、エネルギー吸収量、有効変位、及びそれぞれの座屈形態を表１に示す。なお、表１中の有効変位は、実施例のものは軸方向に蛇腹状に潰れきって荷重が再度上昇し、初期の最大荷重と同等の荷重値まで達したときの変位量を意味し、表１中のエネルギー吸収量は、上記有効変位に達するまでのエネルギー吸収量を意味する。一方、比較例のものはオイラー座屈が始まって荷重が単調に減少していくため、実施例と同じ意味での有効変位を定義できないことから、適当な変位で試験をストップさせ、これを表１の有効変位の欄に参考値として記載し、エネルギー吸収量の欄にその変位に達するまでのエネルギー吸収量を参考値として記載した。
【００１１】
【表１】
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【００１２】
比較例Ａは、外周部とリブの接続部のコーナーＲ（Ｒａ）が６ｍｍ、リブ同士の交差部のコーナーＲ（Ｒｂ）が６ｍｍであり、断面積が大きいため最大荷重が大きくなっているが、オイラー座屈を起こしたため、有効変位（参考値）が小さくエネルギー吸収量（参考値）が小さくなっている。一方、実施例Ｂは、外周部とリブの接続部のコーナーＲ（Ｒａ）が１ｍｍ、リブ同士のコーナーＲ（Ｒｂ）が１ｍｍでいずれも本発明の規定を満たしており、蛇腹状に圧縮変形を起こし、有効変位及びエネルギー吸収量が大きくなっている。また、実施例Ｃは、外周部とリブの接続部のコーナーＲ（Ｒａ）が１ｍｍで本発明の規定を満たさない（Ｒａ＞ｂ／２）が、リブ同士のコーナーＲ（Ｒｂ）が１ｍｍで本発明の規定を満たし、さらにリブの板厚が外周部の板厚より薄く形成されて本発明の規定を満たし、蛇腹状に圧縮変形を起こし、有効変位及びエネルギー吸収量が大きくなっている。なお、実施例Ｃを実施例Ｂと比較したとき、最大荷重が小さいのは断面積が小さいためと考えられる。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によれば、軸方向に圧縮の衝撃荷重あるいは圧縮の静的負荷を受けたとき、オイラー座屈を起こさずに蛇腹状に収縮変形し、有効変位及びエネルギー吸収量の大きい、軸圧壊特性に優れたエネルギー吸収部材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る中空押出形材の断面形状を説明する図である。
【図２】  比較例Ａ、実施例Ｂ、Ｃの中空押出形材の断面形状である。
【図３】  比較例Ａの荷重−変位曲線である。
【図４】  実施例Ｂの荷重−変位曲線である。
【図５】  実施例Ｃの荷重−変位曲線である。
【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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