CN105793602A - 冲击吸收零件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种即使承受冲击载荷的方向是与冲击吸收方向交叉的方向、也可更稳定地产生波纹状的压扁变形的且轻量的冲击吸收零件。本发明的冲击吸收零件由对在芯层(5)的两侧面接合层叠由金属板形成的表层(3A、3B)而成的层叠金属板(1)进行成形而成的构件构成。通过对构成冲击吸收零件的层叠金属板(1)的中心层的变形率进行控制，无论冲击载荷的承受方向如何，都以较小的波长变形，因此，本发明的冲击吸收零件能够更稳定地进行波纹状的压扁变形。

Description

冲击吸收零件
技术领域
本发明涉及汽车等输送机车所使用的冲击吸收零件。
背景技术
输送机车的安全基准年年提高，重要的是，在碰撞时即使损伤输送机车的功能，也要保护驾驶室的乘员。因此，出于吸收碰撞时的能量而对向驾驶室内传递的冲击进行缓和的目的，驾驶室周围的框架应用高强度钢板，谋求了碰撞安全性的提高。
而且，近年来，不仅考虑碰撞安全性，还考虑碰撞后的修复性，增多了通过冲撞盒那样的能够更换的冲击吸收零件吸收冲击的车种。该冲击吸收零件以冲击吸收零件的冲击吸收方向成为汽车的长度方向的方式安装在驾驶室的前面以及后面，在碰撞时沿着冲击吸收方向呈波纹状压扁变形，从而吸收冲击能量。另外，所述冲击吸收零件的形状由于车种的不同而略微不同，但受到设置空间的制约。
在此，波纹状的压扁变形是指，如图1的(a)～(e)所示，通过反复进行以一定压曲波长H形成的压曲折皱bw被折叠那样的变形，从而呈波纹状压扁变形。除了该变形以外，存在产生整个零件弯折的不稳定的变形的情况，但在这样的变形中，无法充分地吸收冲击能量是显而易见的。
另外，汽车的碰撞未必与冲击吸收零件的冲击吸收方向平行，因此，在从与冲击吸收方向交叉的方向(例如，与冲击吸收方向交叉的交叉角度为10度的倾斜方向)承受冲击载荷的情况下也需要吸收冲击能量。
根据以上内容，冲击吸收零件所要求的是，出于将轻碰撞时(例如，15km/h时的碰撞)的冲击能量全部吸收并抑制其他构件的损伤这样的观点考虑，无论承受冲击载荷的方向如何，都切实且稳定产生波纹状的压扁变形。另外，出于提高燃料经济性的观点考虑，构件的轻量化也是非常重要的课题。
以往，为了使冲击吸收零件更稳定地进行波纹状的压扁变形，进行了将冲击吸收零件的材料以及形状参数严密地控制的研究。
例如，在非专利文献1中报告了如下内容：受到轴向的压缩载荷的薄壁圆筒构件的压扁行为由材料的屈服应力σy与纵弹性系数(杨氏模量)E之比σy/E支配，在σy/E较小的情况下，容易产生轴对称的压曲模式，在σy/E较大的情况下，产生非轴对称的压曲模式。
同样，在非专利文献2中报告了如下内容：对于薄壁圆筒构件的压扁行为，由于构件的直径d与板厚t之比d/t，压扁模式发生变化。
另外，在专利文献1中公开了如下研究：通过将具有截面形状为四边形以上的多边形截面的冲击吸收零件的板厚t与截面的周长M之比t/M控制在0.0025以上，使冲击吸收零件呈波纹状压扁变形。
另外，在专利文献2中公开了如下研究：通过将构成截面形状为多边形的冲击吸收零件的截面的多边形的边中的邻接的边的长度之比控制在2.3以下，使冲击吸收零件呈波纹状压扁变形。
将上述的冲击吸收零件的材料以及形状参数严密地控制的研究对于使由一般的金属材料形成的冲击吸收零件呈波纹状压扁变形是有用的见解。另一方面，在是由在芯层的两侧面接合层叠由金属板形成的表层而成的层叠金属板形成的冲击吸收零件的情况下，仅通过控制上述的材料以及形状参数，难以提供一种最大限度地应用了重量与金属板相比较轻量、且以较小的压曲波长变形的层叠金属板的特征的冲击吸收零件。
关于由层叠金属板形成的冲击吸收零件，报告了如下内容：通过对表层的金属板的杨氏模量与芯层的杨氏模量之比进行控制，使该由层叠金属板形成的冲击吸收零件以较小的压曲波长呈波纹状压扁变形，该变形的机理如下所述。
层叠金属板的芯层对两面的金属板进行接合约束，因此层叠金属板能够模型化成用弹性弹簧11将彼此约束的两张金属板12、12(图2的(a))。金属板12的变形自由度存在差异，但该两张金属板12、12的压扁变形模式与弹性基底(日文：弾性床)13上的金属板12的压扁变形模式(图2的(b))是等价的。弹性基底13相当于约束弹性弹簧。在由弹性弹簧11约束的两张金属板12、12(图2的(a))中，两张金属板12是非固定的，在弹性基底13上的金属板12(图2的(b))中，仅1张金属板12是非固定的。因此，在使由弹性弹簧11约束的两张金属板12、12压扁变形的情况下的弹性弹簧11的变形相当于剪切变形，使弹性基底13上的金属板12压扁变形的情况下的弹性弹簧11的变形相当于拉伸变形。然而，哪一种情况都通过弹性体的变形和金属板的变形来吸收压扁能量。并且，在变形时，成为变形能量的总和最小的变形。在此，表层的金属板12在以与直线部相等的压曲波长H1(图2的(c))变形时，能量ef最小。另一方面，弹性基底的变形能够缩小使拉伸极小的情况下的能量。其结果，在如图2的(d)所示那样以较小的压曲波长H2变形时，能量ec最小。因而，弹性基底上的板的压曲波长由ec、ef的大小的平衡决定，成为小于H1且大于H2的值(图2的(c)、(d))。
层叠金属板也基于同样的原理以较小的压曲波长压扁变形。即、在以较大的压曲波长变形的情况下变形能量小的表层和在以较小的压曲波长变形的情况下变形能量小的芯层之间的变形能量的大小关系上平衡、且以双方的变形能量的和最小那样的压曲波长变形。在以较小的压曲波长变形的情况下存在变形能量小的芯层的变形贡献，因此，与由单一材料构成的冲击吸收零件相比较，由层叠金属板形成的冲击吸收零件能够以较小的波长压扁变形。然而，在芯层的杨氏模量较高、且接合材料使用了焊料那样的难以变形的材料的层叠金属板中，芯层几乎不变形，难以以较小的压曲波长变形，因此，冲击吸收零件存在无法稳定地获得波纹状的压扁变形的可能性。
另外，在专利文献3中公开一种冲击吸收零件，该冲击吸收零件由具有朝向内部凹陷的槽部的多边形闭合截面构成，且在截面的一部分的弯曲力矩设置有差异。示出了如下内容：通过设为这样的复杂的截面形状，使压曲波长缩小，相对于来自倾斜方向的碰撞也能获得稳定的波纹状的压扁变形，能够进行充分的冲击能量吸收。然而，上述研究以金属板为对象，在用层叠金属板设为同样的复杂的形状的情况下，在成形时产生表层的断裂等成形不良，无法获得所期望的形状的可能性较高。
如上所述，以往，为了即使是与冲击吸收零件的冲击吸收方向交叉的方向、也呈波纹状压扁变形，对冲击吸收零件的材料以及形状参数进行了控制，但通过以轻量的材料构成且更稳定地呈波纹状压扁变形，无法达到兼顾提高输送机车的燃料经济性和确保充分的冲击能量吸收量。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平9－277953号公报
专利文献2：日本特开2011－218935号公报
专利文献3：日本特开2006－207724号公报
非专利文献
非专利文献1：M&M材料力学会议2008，“OS0905-1”-“OS0905-2”
非专利文献2：一般社团法人日本机械学会关西支部报告会报告论文集2005(80)
发明内容
发明要解决的问题
本发明的目的在于提供一种即使承受冲击载荷的方向为与冲击吸收方向交叉的方向、也更稳定地产生波纹状的压扁变形的且轻量的冲击吸收零件。
用于解决问题的方案
本发明人等为了解决上述问题对于由层叠金属板形成的冲击吸收零件进行了更详细的研究，结果发现了如下内容：在芯层的杨氏模量较高、且接合材料使用了焊料那样的难以变形的材料的层叠金属板中，芯层几乎不变形，难以以较小的压曲波长变形，因此，存在由于承受载荷的方向而无法稳定获得波纹状的压扁变形的可能性。
针对该问题反复进行了深入研究，结果得到了如下结论：为了使层叠金属板更稳定地以小的压曲波长压扁变形，接合层的变形行为也为重要的因素，因此，应该严密地控制包括芯层和接合层的层的变形。
作为解决上述的层叠金属板特有的问题而提供即使承受冲击载荷的方向是与冲击吸收方向交叉的方向、也更稳定地产生波纹状的压扁变形的且轻量的冲击吸收零件的手段，发现了以下的项目。
(1)一种冲击吸收零件，其在零件的冲击吸收方向上的一端部承受冲击载荷时吸收冲击能量，其特征在于，该冲击吸收零件是对在芯层的两面接合层叠由金属板形成的表层而成的层叠金属板进行成形加工而构成的，所述层叠金属板的除了表层之外的中心层的变形率为7.0％～75.0％，该变形率是通过实验测定出的弯曲刚度相对于能够根据所述层叠金属板的结构算出的计算刚度的减小率。
(2)根据(1)所记载的冲击吸收零件，其特征在于，所述表层由杨氏模量比所述芯层的杨氏模量大的金属板形成，所述表层的板厚tf与所述芯层的板厚tc的板厚比tc/tf为2.0～7.0。
(3)根据(1)所记载的冲击吸收零件，其特征在于，所述表层由杨氏模量比所述芯层的杨氏模量大的金属板形成，所述表层的板厚tf与所述芯层的板厚tc的板厚比tc/tf为3.5～5.0。
(4)根据(1)所记载的冲击吸收零件，其特征在于，所述表层的杨氏模量Ef与所述芯层的杨氏模量Ec的杨氏模量比Ef/Ec为1×10－3～1×10－1。
(5)根据(1)所记载的冲击吸收零件，其特征在于，所述中心层的变形率为7.0％～50.0％。
(6)根据(1)所记载的冲击吸收零件，其特征在于，该冲击吸收零件的与冲击吸收方向垂直的任意的截面的形状具有最小曲率半径为7.0mm以上的曲线部，该截面的周长中的所述曲线部为30.0％以上，
而且，所述截面的形状为闭合构造、或者所述截面的形状具有小于截面周长的15.0％的开口部。
(7)根据(1)所记载的冲击吸收零件，其特征在于，该冲击吸收零件的与冲击吸收方向垂直的截面具有4个以上的向所述截面的中心侧凹陷的曲线部即槽部，该曲线部由曲率半径为7.0mm～15mm的曲线构成。
(8)根据(1)所记载的冲击吸收零件，其特征在于，所述表层的屈服应力为100MPa～1000MPa。
(9)根据(1)所记载的冲击吸收零件，其特征在于，所述芯层的密度ρc相对于表层的密度ρf即ρc/ρf为1/300～1/2。
(10)根据(1)所记载的冲击吸收零件，其特征在于，所述层叠金属板还在所述表层以及所述芯层之间设置有接合层，所述接合层的剪切弹性模量为50MPa～500MPa。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种即使是与冲击吸收方向交叉的方向、也更稳定地产生波纹状的压扁变形的且轻量的冲击吸收零件。其结果，只要使用本发明的冲击吸收零件，不仅针对来自正面的碰撞、而且针对来自倾斜方向的碰撞也能够呈波纹状压扁变形、吸收冲击能量。并且，由于由轻量材料构成，因此零件自身也能够轻量化。其结果，在提高燃料经济性的方面也是有效的。
本发明的冲击吸收零件能够发现上述的效果，因此，能够不仅适于使用于普通乘用车、而且能够适于使用于从轻型汽车到卡车、公共汽车等大型车辆的所有汽车、电车等输送机车的冲击吸收零件。
附图说明
图1是表示沿着冲击吸收方向承受有冲击载荷的情况的代表性的变形行为(日文：変形挙動)的示意图，(a)～(d)表示变形过程，(e)表示变形后的照片。
图2是表示层叠金属板的压扁变形时的表层以及芯层的变形行为的示意图。
图3是表示本发明的一实施方式的冲击吸收零件的结构的说明图。
图4是具有开口部的冲击吸收零件的压扁行为的示意图。
图5是表示本发明的实施方式的冲击吸收零件的截面的中心线的形状的示意图。
图6是表示本发明的不同的实施方式的冲击吸收零件的截面的中心线的形状的示意图。
图7是表示具有局部开口部的冲击吸收零件的示意图。
图8是表示在实施例中所使用的冲击吸收零件的截面的中心线的形状的示意图。
图9是表示在实施例中所使用的冲击吸收零件的截面的中心线的形状的示意图。
图10是表示在实施例中所使用的冲击吸收零件的截面的中心线的形状的示意图。
图11是表示在实施例中所使用的冲击吸收零件的截面的中心线的形状的示意图。
图12是表示在实施例中所使用的冲击吸收零件的截面的中心线的形状的示意图。
图13是表示在实施例中所使用的冲击吸收零件的截面的中心线的形状的示意图。
图14是表示在比较例中所使用的冲击吸收零件的截面的中心线的形状的示意图。
图15是表示在比较例中所使用的冲击吸收零件的截面的中心线的形状的示意图。
图16是表示在实施例中所使用的层叠钢板和冲击吸收零件的截面的中心线的形状的示意图。
图17是表示在比较例中所使用的冲击吸收零件的截面的中心线的形状的示意图。
图18是表示在比较例中所使用的冲击吸收零件的截面的中心线的形状的示意图。
图19是表示在实施例中所使用的冲击吸收零件的截面的中心线的形状的示意图。
图20是表示冲击吸收零件承受倾斜载荷的试验方法的示意图。
图21是表示本发明的第2实施例的冲击吸收零件的形状的说明图。
图22是在实施例24、比较例14、15中表示平均压曲波长相对于Ec/Ef的曲线图。
图23是表示与冲击吸收零件的形状相对应的平均压曲波长的曲线图。
附图标记说明
1、层叠金属板；3A、3B、表层；5、芯层；7A、7B、接合层；11、弹性弹簧；12、金属板；21、开口部端面；22、槽部。
具体实施方式
以下，参照附图详细地对本发明的优选的实施方式进行说明。此外，在本说明书以及附图中，通过对实质上具有相同的功能构成的构成要素标注相同的附图标记，省略重复说明。
本发明的冲击吸收零件是在冲击吸收方向上的一个端部承受冲击载荷时吸收冲击能量的冲击吸收零件。
另外，本发明的冲击吸收零件即使是在从与冲击吸收方向交叉的方向承受冲击载荷的情况下也更稳定地呈波纹状压扁变形，从而能够吸收冲击能量。在此，在本发明中，与冲击吸收方向交叉的方向是以与冲击吸收方向之间的交叉角度是0°以上且小于60°，称大于0°且小于60°的方向为倾斜方向，称从该方向施加的冲击载荷为倾斜载荷。在交叉角度为60°以上的情况下，由冲击载荷导致的该零件的变形模式大多不是以压扁变形的模式为主，而是以由横向载荷(与冲击吸收方向成直角的载荷)导致整个零件弯折的变形模式为主。优选的是，冲击载荷的输入方向以相对于冲击吸收方向成为45°以下、更优选成为30°以下的方式设置。由此，呈波纹状压扁变形的模式所占的比例变得更大，能够更高效地吸收冲击能量。
以下，参照图3对以上述内容说明了的本发明的一实施方式的冲击吸收零件的结构进行说明。图3是表示本发明的一实施方式的冲击吸收零件的结构的说明图。
(层叠金属板的结构)
首先，参照图3对构成本发明的冲击吸收零件的层叠金属板进行说明。
本发明的层叠金属板是在芯层的两侧面利用接合材料接合层叠由金属板形成的表层而成的板。在此，层叠金属板的芯层是指具有比表层金属板的密度低的密度的板状层。
如图3所示，构成本发明的一实施方式的冲击吸收零件的层叠金属板1是将接合层7A、7B以及由金属板形成的表层3A、3B层叠接合在芯层5的两面而成的层叠金属板。不过，芯层5的杨氏模量小于表层3A、3B的杨氏模量。
表层3A、3B只要是杨氏模量比芯层5的杨氏模量大的金属板即可，优选屈服应力为100MPa～1000MPa的金属板，根据所要显现的冲击能量吸收量适当选择即可。在表层的屈服应力小于100MPa的情况下，为了确保充分的冲击能量吸收量，必须增大表层的厚度或者增大冲击吸收零件的截面周长，任一种做法的冲击吸收零件的重量增加都成为问题。另外，表层的屈服应力大于1000MPa的金属板以具有比通常的金属板的厚度厚的厚度的金属板为对象，因此，重量增加成为问题。因而，为了大幅度提高冲击吸收零件的轻量化效果而提供比以往产品轻量的冲击吸收构件，优选表层的屈服应力为100MPa～1000MPa的金属板。另外，在出于仅利用全部冲击吸收零件吸收轻碰撞时的冲击能量、抑制其他连接构件的损伤的目的而使用的情况下，需要冲击吸收零件的变形阻力小于连接构件的阻力，因此，更优选表层的屈服应力为100MPa～590MPa。作为实现表层3A、3B的材料，具体而言，能够使用碳钢、铝合金、纯钛、钛合金、镁合金等。而且，在层叠金属板1的制造成本方面考虑，更优选表层3A、3B为碳钢、铝合金等。另外，为了确保耐腐蚀性，表层3A、3B既可以被实施各种镀覆处理(例如、锌镀覆、合金镀覆)，也可以实施铬酸盐处理、磷酸盐处理、有机树脂处理等公知的表面处理。
另外，表层3A、3B的板厚优选为0.2mm以上。在表层3A、3B的板厚小于0.2mm的情况下，在制造冲击吸收零件之际的弯曲加工时，表层3A、3B容易产生断裂，因此并不优选。另外，在表层3A、3B的板厚超过2.0mm的情况下，层叠金属板1的总板厚变厚，质量增加，因此，出于冲击吸收零件的轻量化的观点考虑，优选表层3A、3B的板厚为2.0mm以下。
芯层5只要是杨氏模量比表层3A、3B的杨氏模量小的材料，就没有特别限定，能够适当选择公知的材料来使用。作为实现芯层5的材料，具体而言，可列举出铝合金、钛、铜等金属材料、陶瓷、树脂、纤维强化树脂、纸等非金属材料，以及这些材料的组合并复合化而成的复合材料。作为复合材料的例子，可列举出向蜂窝结构体的空孔填充发泡树脂而成的复合材料、将树脂片、网状构造体依次层叠而成的复合材料等。
此外，为了确保已安装有由层叠金属板形成的冲击吸收零件的汽车等的燃料经济性效率，优选层叠金属板为更轻量的。作为为了构成这样的轻量化的层叠金属板而优选的芯层，优选使用对前述的金属材料、Fe合金以及不锈钢等赋予了具有空隙的公知的构造而成的材料。具有空隙的公知的构造是例如网状构造、蜂窝结构、拉伸网、冲孔网等设有孔的构造、波型构造体、瓦楞(日文：コルゲート)构造、卷(日文：ロール)构造、发泡构造等。尤其是，金属编织网(日文：金網)、金属拉伸网(日文：エキスパンドメタル)、金属冲孔网(日文：パンチングメタル)等通用性材料能够容易地制造，因此更优选。在这样的构造体的情况下，能够根据目的容易地控制芯层的密度(ρc)。例如，通过以开孔率为50％的方式在钢板设置多个孔，能够将金属冲孔网的密度控制成钢板的密度的一半。
另外，芯层的密度(ρc)为表层的密度(ρf)以下即可，优选ρc/ρf为1/300～1/2。在ρc/ρf＞1/2的情况下，与通常的金属板之间的重量差异变小，因此，由该层叠金属板形成的冲击吸收零件的重量削减效果变小，存在无法获得大幅的燃料经济性改善效果的可能性。
作为ρc/ρf小于1/300的芯层，可列举出是树脂等轻量材料且具有非常多的空气层的发泡体(例如50倍发泡聚苯乙烯)。该芯层大量含有刚度非常小的空气层，因此，层叠金属板的刚度变小，存在作为冲击吸收零件无法获得充分的冲击能量吸收量的可能性。因而，为了在轻碰撞以上的激烈的碰撞时也确保充分的冲击能量吸收量，并提高轻量化效果，优选ρc/ρf为1/300～1/2。
另外，若从ρc/ρf为1/20～1/2的范围选择材料，则原料容易获得，能够使层叠金属板的制造成本便宜，因此更优选。例如，作为ρc/ρf为1/20～1/2的范围的材料，可列举出表层为钢板、芯层为金属编织网等的金属构造体，或表层为Al板、芯层为树脂等的材料。
在此，在层叠金属板1中，表层3A、3B的板厚tf与芯层5的板厚tc的板厚比tc/tf为2.0～7.0。如在随后论述的实施例中所证实那样，在层叠金属板1的表层3A、3B与芯层5的板厚比tc/tf成为这样的范围的值的情况下，本发明的一实施方式的冲击吸收零件能够缩小压曲波长。
具体而言，在表层3A、3B与芯层5的板厚比tc/tf小于2.0的情况下，轴压扁变形时的变形能量中的芯层5的变形能量的贡献变小，因此，无法缩小压曲波长。另外，在表层3A、3B与芯层5的板厚比tc/tf超过7.0的情况下，相对于表层3A、3B而言芯层5变得非常厚，因此，刚度在表层3A、3B和层叠金属板1之间产生较大的乖离。因此，冲击吸收零件存在接合层7A、7B被破坏，从而无法稳定地进行波纹状的轴压扁变形的可能性。
另外，在层叠金属板1中，也可以是，表层3A、3B的板厚tf与芯层5的板厚tc的板厚比tc/tf优选为3.5～5.0。在层叠金属板的表层3A、3B与芯层5的板厚比tc/tf成为这样的范围的值的情况下，本发明的一实施方式的冲击吸收零件能够更加缩小压曲波长，能够稳定地引起波纹状的轴压扁变形。具体而言，在表层3A、3B与芯层5的板厚比tc/tf为3.5～5.0的情况下，轴压扁变形时的芯层5的变形能量和表层3A、3B的变形能量的平衡最佳，因此能够进一步缩小压曲波长。
另外，在层叠金属板1中，也可以是，表层3A、3B的杨氏模量Ef与芯层5的杨氏模量Ec的杨氏模量比Ec/Ef为1×10－3～1×10－1。在层叠金属板的表层3A、3B与芯层5的杨氏模量比Ec/Ef成为这样的范围的值的情况下，本发明的一实施方式的冲击吸收零件能够提高冲击能量的吸收效率。
具体而言，在层叠金属板的表层3A、3B与芯层5的杨氏模量比Ec/Ef小于1×10－3的情况下，层叠金属板1虽然能够缩小冲击吸收零件的压曲波长，但由于Ec的降低而使压曲变形时的平均载荷W降低，使冲击能量的吸收效率降低，因此并不优选。另外，在层叠金属板的表层3A、3B与芯层5的杨氏模量比Ec/Ef超过1×10－1的情况下，芯层5的杨氏模量Ec变大、难以进行剪切变形。因此，轴压扁变形时的行为接近单一材料的金属板，不能够缩小压曲波长，因此并不优选。此外，对于表层3A、3B、芯层5的杨氏模量，例如能够通过依据ASTM－D638的拉伸试验等进行测定。
接合层7A、7B由公知的接合材料形成。例如，接合层7A、7B也可以由粘接剂、导电性粘接剂、焊料等形成。作为粘接剂，例如能够使用环氧系粘接剂、丙烯酸系粘接剂以及聚氨酯系粘接剂等，作为导电性粘接剂，能够使用向前述的粘接剂添加预定量的铝、镍、铁等金属粉末而成的粘接剂。另外，作为焊料，能够使用由铅、锡、锑、镉、锌等合金形成的软焊料(软钎料)、Ni－Cr系焊料、铜焊料、金焊料、钯焊料、银焊料、铝焊料等硬焊料。
其中，在芯层5为导电材料的情况下，优选接合层7A、7B由导电性粘接剂或焊料形成。在这样的情况下，层叠金属板1整体具有导电性，因此，能够确保焊接性，能够通过焊接等方法接合层叠金属板1。
另外，为了对包括芯层5和接合层7A、7B的层的剪切变形进行控制，优选接合层7A、7B的剪切弹性模量为50MPa～500MPa。在接合层7A、7B的剪切弹性模量小于50MPa的情况下，接合层7A、7B过度地剪切变形，从而存在表层3A、3B彼此独立地变形的可能性，难以产生稳定的压曲变形，因此，并不优选。另外，在接合层7A、7B的剪切弹性模量超过500MPa的情况下，难以产生包括芯层5和接合层7A、7B的层的剪切变形，因此，存在压曲波长变大的可能性，并不优选。此外，对于上述的剪切弹性模量，能够通过依据JIS－K6850的拉伸剪切试验进行测定。
作为剪切弹性模量大于500MPa的接合材料，可列举焊料。在为焊料的情况下，需要加热而使焊料熔融，因此，能够接合的芯层以具有焊料以上的熔点的金属材料以及对金属材料赋予构造而成的构造体为对象。该芯层是比树脂等非金属材料难以剪切变形的材料，因此，如上所述，使用了焊料的层叠金属板有可能以与金属板同样大小的压曲波长变形。另外，在使用了剪切弹性模量小于50MPa的接合材料的层叠金属板中，接合层过度地剪切变形，表层金属板分别独立地变形。其结果，存在根据芯层所使用的材料而以与金属板的压曲波长同样大小的压曲波长变形的可能性。因而，为了层叠金属板更稳定地以较小的压曲波长变形，优选接合材料的剪切弹性模量为50MPa～500MPa。
另外，只要接合材料的剪切弹性模量为100MPa～300MPa，接合层能够适度剪切变形，能够更稳定地以较小的压曲波长使层叠金属板变形。作为剪切弹性模量为100MPa～300MPa的接合材料，具体而言，可列举出环氧系的粘接剂、丙烯酸系粘接剂、聚氨酯系粘接剂。
另外，在芯层为导电材料的情况下，出于确保层叠金属板的焊接性的观点考虑，优选接合材料为导电性粘接剂。具体而言，可列举出向随后论述的粘接剂添加预定量的铝粉、镍粉、铁粉等金属粉而成的粘接剂等。而且，为了能够稳定地进行焊接，优选导电性粘接剂的电阻率为1.0×10－4Ω·cm～1.0×10－3Ω·cm。
以上，对构成本发明的一实施方式的冲击吸收零件的层叠金属板1进行了说明。此外，构成本发明的一实施方式的冲击吸收零件的层叠金属板1能够应用公知的层叠方法来制造，具体而言，能够通过以下的制造方法制造。
(层叠金属板的制造方法)
在芯层5的两面涂敷接合材料(例如粘接剂等)，按照表层3B、芯层5、表层3A的顺序层叠，或在常温下加压，或一边进行加热一边加压，从而获得层叠金属板1。另外，在表层3A、3B的单面涂敷接合材料，在涂敷有接合材料的面彼此之间夹入芯层5而层叠，或在常温下加压，或一边进行加热一边加压，从而也能够获得层叠金属板1。
以下，对利用前述的层叠金属板制作了冲击吸收零件的情况的效果进行论述。
层叠金属板层叠了具有比表层的密度小的密度的芯层，因此，在同与层叠金属板的总厚同等的板厚的金属板相比较的情况下，重量较小。因而，由该层叠金属板形成的冲击吸收零件相对于由金属板形成的冲击吸收零件谋求大幅的轻量化。另外，在冲击吸收零件承受冲击载荷的情况下的变形如前所述那样是所形成的压曲折皱被折叠的变形。在这样的变形中，变形时的阻力(刚度、强度)与总厚的平方或者立方成正比的弯曲变形成为主体，因此，能够抑制重量增加且增大总厚的由层叠金属板形成的冲击吸收零件与重量相等的金属板相比较，能够提高冲击能量吸收量。
(层叠金属板的中心层的变形率)
接着，对构成本发明的冲击吸收零件的层叠金属板的中心层的变形率进行说明。
构成冲击吸收零件的层叠金属板的中心层的变形率为7.0％～75.0％。在此，层叠金属板的中心层为除了层叠金属板的表层之外的层、具体而言为包括芯层和接合层的层。另外，层叠金属板的中心层的变形率是在压扁变形时中心层进行剪切变形的指标，具体而言，是通过实验测定出的弯曲刚度(Dexp：以后称为实测刚度)相对于能够根据层叠金属板的结构算出的计算刚度(Dcal)的减小率。
(层叠金属板的中心层的变形率)＝100×(Dcal－Dexp)/Dcal
以下，对必须将层叠金属板的中心层的变形率控制成7.0％～75.0％的理由进行说明。
在压扁变形时，接合层也较大程度地变形，因此，重要的是控制芯层和接合层这两者的剪切变形。另一方面，如前所述那样，在关于由层叠金属板形成的冲击吸收零件的压扁变形的至此为止的报告中，芯层的变形被严密地控制，但没有考虑接合层的变形，因此，无法获得较小的压曲波长的压扁变形。因而，为了更稳定地以较小的压曲波长压扁变形，需要对作为芯层和接合层的混合层的层叠金属板的中心层的剪切变形恰当地进行把握并进行控制。另一方面，把握压扁变形时的层叠金属板的中心层的剪切变形的试验法尚未确立，因此，在本发明中，以能够根据由3点弯曲试验获得的实测刚度与根据由层叠金属板的结构预测的计算刚度之间的差异算出的中心层的变形率为层叠金属板的中心层的剪切变形的指标(日文：指針)。实测刚度是反映了中心层的剪切变形的值，而计算刚度没有反映中心层的剪切变形，因此，实测刚度和计算刚度之间的差异能够认为是中心层的剪切变形的影响。
若层叠金属板的中心层的变形率为7.0％～75.0％，则中心层适度剪切变形，从而中心层以更小的变形能量变形，层叠金属板以较小的压曲波长变形。因而，优选层叠金属板的中心层的变形率为7.0％～75.0％。
另一方面，在中心层的变形率小于7.0％的情况下，中心层难以剪切变形，因此，以与单一材料的压曲波长同样大小的压曲波长压扁变形。另外，在中心层的变形率大于75.0％的情况下，由于中心层的过度的剪切变形，表层几乎不受到中心层的约束的影响。其结果，表层以较大的压曲波长变形的情况的变形能量变小，因此，以与单一材料同样的压曲波长压扁变形。因而，通过将构成冲击吸收零件的层叠金属板的中心层的变形率控制成7.0％～75.0％，能够更稳定地以较小的压曲波长压扁变形。
而且，基本上，在层叠金属板的情况下，弯曲刚度的大小取决于中心层的变形率，因此，更优选所述层叠金属板的中心层的变形率为7.0％～50.0％。在中心层的变形率为50.0％以下的情况下，由中心层的剪切变形导致的层叠金属板的刚度的降低量较小，因此，能够确保充分的冲击能量吸收量且产生较小的压曲波长的压扁变形。
(冲击吸收零件的形状)
接着，对本发明的冲击吸收零件的优选形状进行说明。
本发明的冲击吸收零件是与冲击吸收方向垂直的任意的截面具有最小曲率半径为7.0mm以上的曲线、该截面的周长中的曲线部为30.0％以上的形状，而且，所述截面是成为闭合构造的形状、或者所述截面是具有小于截面周长的15.0％的开口部的形状。在此，冲击吸收零件的与冲击吸收方向垂直的任意的截面(以后称为冲击吸收零件的截面)的周长以及曲线部的长度是对连结层叠金属板的板厚的中心的线(以后称为中心线)进行测定而得到的值。此外，在本说明书中，将曲率半径为1m以下的情况定义为曲线，将曲率半径大于1m的情况定义为直线。而且，冲击吸收零件的截面中的曲线的最小曲率半径为对该曲线的全部的曲率半径进行测定而得到的值的最小值。
另外，在冲击吸收零件的截面具有小于截面周长的15.0％的开口部的情况下，开口部的长度是用直线将开口部端部彼此连结的情况下的直线的长度，具有开口部的截面的截面周长是将用直线彼此连结开口部端部的情况下的直线的长度和具有开口部的截面的中心线的长度相加而得到的值。因而，开口部的比例是用直线彼此连结开口部端部的情况下的直线的长度除以具有开口部的截面的截面周长而得到的值。此外，冲击吸收零件的与冲击吸收向垂直的任意的截面的外周由3维形状测定机测定，通过考虑金属板或层叠金属板的厚度，能够把握冲击吸收零件的周长、曲线部的长度、曲率半径以及开口部的长度。
在此，对在冲击吸收零件承受倾斜载荷时难以获得稳定的波纹状的压扁变形的理由进行说明。
在冲击吸收零件承受倾斜载荷的情况下，容易从最初承受倾斜载荷的部分产生局部的变形。在通常的金属板的情况下，此时产生的局部的变形是较大的压曲波长的变形，因此，容易以该较大的压曲波长变形了的部位成为起点而产生冲击吸收零件整体弯折的变形。其结果，在承受倾斜载荷时大多无法获得稳定的波纹状的压扁变形。
进行了如下研究：在通常的金属板中，如前述那样通过设为复杂的截面形状，缩小压曲波长，抑制冲击吸收零件整体弯折的变形。另一方面，在层叠金属板的情况下，该研究也是有效的，但通过更简易的方法、具体而言、通过在冲击吸收零件的截面设置曲线部，也能够缩小压曲波长，抑制冲击吸收零件整体弯折的变形。
具体而言，优选本发明的冲击吸收零件的截面的周长中的曲线部为30.0％以上。在截面的周长中的曲线部小于30.0％的情况下，通过使冲击吸收零件的截面内的直线部的长度变大，存在压曲波长变大的可能性。其理由如下所述。
在通常的金属板中，压曲波长与直线部分的长度一致。弄清楚了在层叠金属板中，由于具有以较小的压曲波长变形的特征，因此压曲波长虽与直线部分的长度不一致但取决于直线部分的长度(也就是说，存在若直线部变长、则压曲波长变大的倾向)。因而，为了以较小的压曲波长变形，需要使曲线部为截面周长的30.0％以上，以尽力避免直线部的长度变大。为了更稳定地以较小的压曲波长变形，优选曲线部为截面周长的50.0％以上。也就是说，优选冲击吸收零件的截面形状为直线部较少的形状。只要曲线部为截面周长的50.0％以上，就更稳定地以较小的压曲波长变形，即使倾斜载荷的交叉角度较大，也能够获得稳定的波纹状的压扁变形。
另外，在与碰撞能量吸收量相等的金属板相比较的情况下，层叠金属板的厚度比金属板的厚度厚，因此，在层叠金属板的情况下，在对曲线部进行成形之际在表层产生的应变变大，表层容易产生断裂。因而，优选冲击吸收零件的截面中的曲线部的最小曲率半径为7.0mm以上。在曲线部的最小曲率半径小于7.0mm的情况下，存在如下情况：在制造冲击吸收零件之际的弯曲加工时，在表层产生的应变非常大，表层容易产生断裂，无法获得所期望的截面形状。因而，优选冲击吸收零件的截面中的曲线部的最小曲率半径为7.0mm以上。
另外，对于本发明的冲击吸收零件，冲击吸收零件的截面的形状是闭合构造、或者具有小于截面周长的15.0％的开口部。在冲击吸收零件的截面的形状为具有开口部的开放构造的情况下，在冲击吸收零件产生自由端部(没有被约束的部分)。在图4的(a)所示那样的通常的金属板的情况下，若沿着箭头的方向施加冲击载荷，则在开口部端面21的自由端部附近如图4的(b)所示那样容易产生单纯使板弯曲那样的压曲波长较大的变形。因而，在压扁变形时在开口部附近(自由端部附近)产生压曲波长较大的变形，构件整体以该变形部位为起点产生弯折变形，因此，无法稳定地获得波纹状的压扁变形。另一方面，在构成本发明的冲击吸收零件的层叠金属板中，即使是自由端部，也具有以较小的压曲波长变形的特征，因此，容易稳定地压扁变形。然而，开口部的比例为15.0％以上，零件整体以开口部为起点容易产生弯折变形，因此，存在无法稳定地获得压扁变形的可能性。
以上，对层叠金属板进行成形加工以成为本发明的冲击吸收零件的形状，制作成的冲击吸收零件即使是与冲击吸收方向交叉的方向，也更稳定地产生波纹状的压扁变形，且制作成的冲击吸收零件是轻量的。
而且，更优选对层叠金属板进行成形加工，以使在本发明的冲击吸收零件的截面上存在4个以上由曲率半径为7mm以上的曲线构成的槽部，这样做是由于可期待冲击能量吸收量的增大。在此，槽部是指曲率半径为7mm～15mm的曲线部的曲率中心位于冲击吸收零件截面的外侧的曲线部。也就是说，槽部是在冲击吸收零件的截面中向内侧(中心侧)凹陷的曲线部。
该槽部与曲率半径较大的曲线部以及直线部相比较，刚度较大，因此，通过对冲击吸收零件的截面赋予4个以上的槽部，能够期待冲击能量吸收量的大幅增加。另一方面，于在冲击吸收零件的截面上存在的槽部少于4个的情况下，不怎么能够获得冲击能量吸收量的增大效果。另外，在以对冲击吸收零件的截面赋予16个以上的槽部的方式进行了成形加工的情况下，形状变得非常复杂，成形成本增加，因此即使提高冲击能量吸收量的增大效果，成形成本增加也成为问题。
接着，对本发明的具体的形状例进行说明。
对于本发明的冲击吸收零件的形状，冲击吸收零件的截面至少具有最小曲率半径为7.0mm以上的曲线，该截面的周长中的曲线部为30.0％以上，只要以该截面的形状为闭合构造、或者小于截面周长的15.0％成为开口部的方式进行成形加工即可，并没有特别限定。
例如，可列举出冲击吸收零件的截面的周长中的曲线部为100％那样的圆形状，另外，可列举出曲线的曲率半径连续地变化的椭圆形状、或者图5所示那样的将椭圆形状组合而成的形状以及类似形状。
另外，在冲击吸收零件的截面具有直线部的情况下，可列举出用直线将圆形状、椭圆形状连结而成的图6的(a)、(b)所示那样的形状以及类似形状。在图5以及图6的(b)所示那样的形状的情况下，在冲击吸收零件的截面存在4个槽部22，可预料冲击能量吸收量的增大。
另外，冲击吸收零件的截面是具有小于截面周长的15.0％的开口部的形状的情况下，可列举出冲击吸收零件的开口部沿着冲击吸收方向连续的形状、或者开口部沿着冲击吸收方向断续的形状。在图7的(a)所示的形状的情况下，位置a的截面成为图7的(b)，位置b的截面成为图7(c)，开口部局部地沿着冲击吸收方向断续，构成冲击吸收零件的材料减少，因此可预料冲击吸收零件重量的削减。
(冲击吸收零件的制造方法)
最后，对本发明的实施方式的冲击吸收零件的制造法进行说明。
冲击吸收零件只要通过公知的方法制造即可，并不限定于特定的制造法。也可以是，例如通过对层叠金属板进行冲压弯曲、拉深、辊轧成形等加工中任一个或者多个，制造冲击吸收零件。
(作用效果)
本发明是一种冲击吸收零件，该冲击吸收零件在零件的冲击吸收方向的一个端部承受冲击载荷时吸收冲击能量，其特征在于，该冲击吸收零件是对在芯层的两面接合层叠由金属板形成的表层而成的层叠金属板进行成形加工而构成的，所述层叠金属板的除了表层之外的中心层的变形率为7.0％～75.0％，该变形率是通过实验测定出的弯曲刚度相对于能够根据所述层叠金属板的结构算出的计算刚度的减小率。
由层叠金属板形成的冲击吸收零件的截面形状至少具有曲线，该截面的周长中的曲线部为30.0％以上，因此，在承受倾斜载荷之际层叠金属板也以较小的压曲波长变形，冲击吸收零件容易稳定地产生波纹状的压扁变形。
另外，通过将构成冲击吸收零件的层叠金属板的表层3A、3B的板厚tf与芯层5的板厚tc的板厚比tc/tf设为2.0～7.0，能够更加缩小压曲波长，能够提高冲击能量的吸收效率。
另外，本发明的冲击吸收零件不需要对形状复杂地进行加工，能够以更单纯的形状提高冲击能量吸收效率。而且，本发明的冲击吸收零件无需为了使压曲波长更加缩小而使层叠金属板的表层和芯层的杨氏模量比进一步降低，因此，无需变更冲击吸收零件的强度就能够提高冲击能量吸收效率。
而且，通过在截面形状设置小于截面周长的15.0％的开口部，能够一边更轻量化一边产生稳定的压扁变形。另外，通过由层叠金属板形成冲击吸收零件，可谋求构件的进一步轻量化，通过严密地控制该层叠金属板的中心层的变形率，能够产生更稳定的波纹状的压扁变形。其结果，不仅针对来自正面的碰撞，而且针对来自倾斜方向的碰撞，也产生更稳定的波纹状的压扁变形，从而吸收冲击能量，且冲击吸收零件由轻量材料构成，因此，零件自身也能够轻量化，因此，也能够兼顾确保充分的冲击能量吸收量和提高燃料经济性。
实施例
以下，使用实施例进一步具体地说明本发明。
＜第1实施例＞
(所使用的层叠金属板的结构和制造方法)
作为本发明的实施例以及比较例，制造了表1所示的表层和芯层的结构的层叠金属板。另外，表层和芯层之间的接合使用了粘接剂[1](基材：环氧树脂、涂敷量200g/m2、剪切弹性模量300MPa)、粘接剂[2](变性聚烯烃片、涂敷量300g/m2、剪切弹性模量220MPa)、粘接剂[3](基材：聚氨酯树脂、涂敷量200g/m2、剪切弹性模量135MPa)、粘接剂[4](基材：聚氨酯、软质材料、涂敷量200g/m2、剪切弹性模量30MPa)。
对于层叠金属板A、H，使用粘接剂[1]作为接合材料，在表层上按照接合材料、芯层、接合材料、表层的顺序层叠接合材料、芯层、接合材料、表层，加热到了180℃。接下来，以压接力40kgf/cm2(2.92MPa以下)将层叠后的表层、接合材料以及芯层加热压接20分钟，之后，冷却到常温，获得了各层叠金属板。
另外，对于层叠金属板B、D、E、G、I、K，使用粘接剂[2]作为接合剂，在表层上按照接合材料、芯层、接合材料、表层的顺序层叠接合材料、芯层、接合材料、表层，通过以240℃、40kgf/cm2加压1分钟，获得了各层叠金属板。
另外，对于层叠金属板C、F，使用粘接剂[3]作为接合剂，将层叠后的表层、接合材料以及芯层加热到80℃，以压接力40kgf/cm2加热压接30分钟，之后，冷却到常温，获得了各层叠金属板。
另外，对于层叠金属板J，使用焊料(低温焊剂、Sn－Pb系、熔点183℃、使用量15g/m2、剪切弹性模量大于500MPa)作为接合剂，将层叠后的表层、接合材料以及芯层加热到300℃，以压接力40kgf/cm2加热压接20分钟，之后，冷却到常温，制造了层叠金属板。
另外，对于层叠金属板L，使用粘接剂[4]作为接合剂，将层叠后的表层、接合材料以及芯层加热到80℃，以压接力40kgf/cm2加热压接20分钟，之后，冷却到常温，制造了层叠金属板。
用作层叠金属板的表层的金属板是Al镇静钢板(屈服应力：400MPa)、Al合金板(屈服应力：150MPa)、纯Al板(屈服应力：80MPa)。
用作层叠金属板的芯层的材料是金属编织网(线径：φ0.6mm、线材间的间隙：2mm、密度：1.76g/cm3)、聚丙烯(密度0.94g/cm3)、金属冲孔网(方孔、孔径：4mm、间隔(间距)：4.5mm、开孔率：79.0％、密度：1.63g/cm3)、2倍发泡聚乙烯(发泡倍率2倍、密度：0.45g/cm3)、冷轧钢板(密度：7.8g/cm3)、50倍发泡聚苯乙烯(发泡倍率50倍、密度：0.021g/cm3)。
另外，作为比较例，使用了980MPa级的高张力钢板(板厚：1.0mm)。
(层叠金属板的中心层的变形率的算出方法)
将各层叠金属板以成为宽度25mm、长度60mm的方式切断，获得了3点弯曲试验样品。基于ASTMD790实施了3点弯曲试验。具体而言，以支点间距离50mm、压头的半径5mm、支承台的半径5mm、试验速度5mm/min实施了3点弯曲。根据由试验获得的载荷－位移曲线求出弹性变形区域的倾斜度(Pexp/δexp)，代入(i)式，算出了层叠金属板的刚度Dexp。
接下来，由(ii)式算出计算刚度Dcal，确定了式(iii)所示的层叠金属板的中心层的变形率。
Dexp＝(Pexp/δexp)×(L3/48)···(i)
Dcal＝Eb(H2－h2)/12···(ii)
(层叠金属板的中心层的变形率)＝100×(Dcal－Dexp)/Dcal···(iii)
其中，P：载荷、δ：位移、L：支点间距离、E：表层的杨氏模量、b：样品宽度、H：层叠金属板的厚度、h：芯层的厚度。
表1
(要实施试验的冲击吸收零件的形状制作)
首先，对为了验证本发明的冲击吸收零件的效果而进行了落锤冲击试验的冲击吸收零件的形状制作法进行说明。
对于形状a，对金属板或层叠金属板进行成形加工，获得了冲击吸收零件的截面如图8的(a)那样的冲击吸收零件的半成品。接着，通过激光焊接将该半成品的端部彼此接合，制作了具有图8的(b)的截面的高度200mm的冲击吸收零件。
对于形状b，对层叠金属板进行成形加工，制作了具有图9的截面的高度200mm的冲击吸收零件。
对于形状c，对层叠金属板进行成形加工，获得了冲击吸收零件的截面如图10的(a)那样的冲击吸收零件的半成品。接着，通过激光焊接将该半成品的端部彼此接合，制作了具有图10的(b)的截面的高度200mm的冲击吸收零件。
对于形状d，对层叠金属板进行成形加工，获得了冲击吸收零件的截面如图11的(a)那样的冲击吸收零件的半成品。接着，通过激光焊接将该半成品的端部彼此接合，制作了具有图11的(b)的截面的高度200mm的冲击吸收零件。
对于形状e，对金属板或层叠金属板进行成形加工，获得了冲击吸收零件的截面如图12的(a)那样的冲击吸收零件的半成品。接着，通过激光焊接将该半成品的端部彼此接合，制作了具有图12的(b)的截面的高度200mm的冲击吸收零件。
对于形状f，对层叠金属板进行成形加工，获得了冲击吸收零件的截面如图13的(a)那样的冲击吸收零件的半成品。接着，通过激光焊接将该半成品的端部彼此接合，制作了具有图13的(b)的截面的高度200mm的冲击吸收零件。
对于形状g，对层叠金属板进行成形加工，获得了冲击吸收零件的截面如图14的(a)那样的冲击吸收零件的半成品。接着，通过激光焊接将该半成品的端部彼此接合，制作了具有图14的(b)的截面的高度200mm的冲击吸收零件。
对于形状h，对层叠金属板进行成形加工，制作了具有图15的截面的高度200mm的冲击吸收零件。
对于形状i，对赋予了图16的(a)所示那样的开口部的层叠金属板进行成形加工，获得了冲击吸收零件的截面如图16的(b)那样的冲击吸收零件的半成品。接着，通过激光焊接将该半成品的端部彼此接合，制作了如图7的(b)、(c)那样具有局部开放截面的高度200mm的冲击吸收零件(图7的(a))。
对于形状j，对层叠金属板进行成形加工，获得了冲击吸收零件的截面如图17的(a)那样的冲击吸收零件的半成品。接着，通过激光焊接将该半成品的端部彼此接合，制作了具有图17的(b)的截面的高度200mm的冲击吸收零件。
对于形状k，对层叠金属板进行成形加工，制作了具有图18的截面的高度200mm的冲击吸收零件。
对于形状l，对层叠金属板进行成形加工，获得了冲击吸收零件的截面如图19的(a)那样的冲击吸收零件的半成品。接着，通过激光焊接将该半成品的端部彼此接合，制作了具有图19的(b)的截面的高度200mm的冲击吸收零件。
表2
接着，对为了验证本发明的冲击吸收零件的效果而实施的落锤冲击试验方法进行说明。
用夹具将冲击吸收零件的与锤所要碰撞的端部相反的一侧的端部固定，使120kg的质量的锤从3.5m的高度自由落下，从而使该锤沿着冲击吸收零件的冲击吸收方向以30km/h的速度碰撞冲击吸收零件。
另外，在承受倾斜载荷的情况下，如图20所示，冲击吸收零件S以其宽度方向以相对于地面FL倾斜10°的方式固定于工作台，承受与地面FL垂直的方向的冲击载荷P，以与上述同样的顺序实施了落锤冲击试验。接着，使冲击吸收零件S在工作台上旋转90°，冲击吸收零件S以其进深方向相对于地面FL倾斜10°的方式固定于工作台，承受与地面FL垂直的方向的冲击载荷P，实施了落锤冲击试验。在此，将冲击吸收零件截面的轮廓为四边形时的纵横比大的方向设为冲击吸收零件的宽度方向，将该纵横比小的方向设为冲击吸收零件的进深方向。另外，将从宽度方向承受倾斜载荷的条件设为倾斜载荷承受条件1，将从进深方向承受倾斜载荷的条件设为倾斜载荷承受条件2。
(碰撞性能的评价)
根据落锤冲击试验时的载荷－位移曲线算出了直到压扁100mm为止的冲击能量吸收量En。而且，为了评价零件的轻量性，冲击能量吸收量除以零件的质量w而设为每单位质量的冲击能量吸收量(En/w)，并进行了比较评价。另外，也用同样的方法算出了承受了倾斜载荷的情况的冲击能量吸收量。
此外，表3、表4的变形形态的栏中的“◎”表示以较小的压曲波长稳定地产生了波纹状的压扁变形，“△”表示以较大的波长产生了波纹状的压扁变形。另外，“×”表示零件整体以在变形初始产生的以较大的压曲波长变形了的部位为起点产生了呈V字状弯折的变形。在此，压曲波长的大小以由比较例4的钢板构成的冲击吸收零件的压曲波长为基准，判断为以实施试验了的冲击吸收零件的压曲波长小于钢板的压曲波长的2/3这样的较小的波长进行了压扁变形。
表3示出了沿着冲击吸收零件的冲击吸收方向承受载荷的情况下的落锤冲击试验结果。
表3
材料 冲击吸收零件形状 En/w(J/g) 变形形态
实施例1 层叠金属板A a 10.6 ◎
实施例2 层叠金属板B a 10.3 ◎
实施例3 层叠金属板C a 9.9 ◎
实施例4 层叠金属板D a 8.5 ◎
实施例5 层叠金属板E a 9.3 ◎
实施例6 层叠金属板F a 9.6 ◎
实施例7 层叠金属板G a 7.9 ◎
实施例8 层叠金属板A e 11 ◎
实施例9 层叠金属板B e 10.6 ◎
实施例10 层叠金属板C e 10.3 ◎
实施例11 层叠金属板D e 8.9 ◎
实施例12 层叠金属板K e 8.4 ◎
实施例13 层叠金属板E e 9.6 ◎
实施例14 层叠金属板F e 10 ◎
实施例15 层叠金属板G e 8.3 ◎
实施例16 层叠金属板A b 10.3 ◎
实施例17 层叠金属板A c 10.8 ◎
实施例18 层叠金属板A d 11.5 ◎
实施例19 层叠金属板A f 10.2 ◎
实施例20 层叠金属板A i 10.1 ◎
实施例21 层叠金属板A l 9.8 ◎
比较例1 层叠金属板H a 6.2 △
比较例2 层叠金属板I a 6.8 △
比较例3 层叠金属板J a 6.9 △
比较例4 高张力钢 a 6.6 △
比较例5 层叠金属板L e 7.5 △
比较例6 层叠金属板H e 6.6 △
比较例7 层叠金属板I e 7.1 △
比较例8 层叠金属板J e 7.3 △
比较例9 高张力钢 e 6.9 △
比较例10 层叠金属板A g 7.4 △
比较例11 层叠金属板A h 5.3 ×
比较例12 层叠金属板A j - -
比较例13 层叠金属板A k 6.2 ×
实施例1～21的冲击吸收零件是En/w＞6.9，与比较例4、9的由高张力钢(板厚1mm、拉伸强度980MPa)形成的冲击吸收零件相比较，判断为呈现较高的冲击能量吸收能且轻量性优异。
实施例1、8、17、18是构成材料相同、仅形状不同的冲击吸收零件。若对实施例1、8、17、18进行比较，则实施例18的En/w最大。实施例18是具有8个槽部的形状，因此，冲击能量吸收量最容易增大。其结果，与实施例1、8、17相比较，认为En/w变大。
可知：与表层的材质、厚度、芯层的厚度相等的结构的实施例1～3、5、6相比较，实施例7的En/w较小。实施例7的层叠金属板G的中心层的变形率大达67.7％，因此，中心层进行剪切变形，从而层叠金属板的刚度大幅度降低，因此，认为在实施例7中产生了冲击能量吸收量的降低。
在对仅表层的屈服应力不同的实施例11和实施例12进行了比较的情况下，实施例11的En/w较大。实施例12的表层的屈服应力小到80MPa，因此，冲击能量吸收量稍微变小，因此，认为与实施例11相比变小。
能够确认到实施例1～21针对来自冲击吸收零件的冲击吸收方向的冲击载荷以较小的压曲波长稳定地进行波纹状的压扁变形。
另一方面，能够确认到比较例1～10以较大的压曲波长稳定地进行波纹状的压扁变形以及比较例11、13在变形中途产生弯折的变形。此外，比较例12能够在成形后的形状测定时确认到表层的断裂，因此，未实施落锤冲击试验。
比较例1、6的中心层的变形率小到4.2％，因此，中心层几乎不剪切变形，因此，认为以较大的压曲波长产生了波纹状的压扁变形。
另外，比较例2、7的中心层的变形率大达83.2％，因此，中心层过度地进行剪切变形，因此认为以较大的压曲波长产生了波纹状的压扁变形。
比较例5使用了剪切弹性模量非常小的接合材料，因此，层叠金属板的中心层的变形率变得非常大，认为以较大的压曲波长产生了波纹状的压扁变形。
另外，在实施例6和比较例3以及实施例14和比较例8中，构成冲击吸收零件的层叠金属板的构成要素中的仅接合材料不同，弄清楚压扁变形时的压曲波长存在较大的差异。在比较例3、8中，接合材料使用了焊料，结果，不怎么产生中心层的剪切变形，因此，认为以较大的压曲波长产生了波纹状的压扁变形。
比较例10的冲击吸收零件的截面中的、曲线部小于30％。其结果，认为不以较小的压曲波长变形而以较大的压曲波长进行了压扁变形。
比较例11、13的冲击吸收零件的截面中的、开口部所占的比例大达15％以上。其结果，认为：以开口部附近部位为起点产生弯折，无法获得压扁变形。
表4中示出本发明的冲击吸收零件承受了倾斜载荷的情况的落锤冲击试验结果。
表4
判断为实施例1～21的倾斜载荷承受条件1、2的En/w和从冲击吸收零件的冲击吸收方向承受了冲击载荷的情况的En/w大致相等。这被认为：在承受倾斜载荷的情况下，层叠金属板也以较小的压曲波长变形，稳定地产生了波纹状的压扁变形，因此，冲击能量吸收量几乎没有差异。
另一方面，判断为比较例1～11、13的倾斜载荷承受条件1、2的En/w和从冲击吸收零件的冲击吸收方向承受冲击载荷的情况的En/w存在较大的差异。在比较例1～11、13中，在冲击载荷向冲击吸收零件整体传播之前，在最初承受冲击载荷的部分以较大的压曲波长进行了变形，因此，产生以该部位为起点的零件整体的弯折变形，其结果，认为冲击能量吸收量大幅地减少。
这样，本发明的冲击吸收零件针对来自汽车等所设想的正面方向以及倾斜方向的碰撞也产生更稳定的压扁变形，从而吸收冲击能量，且由轻量材料构成，因此，零件自身也能够轻量化，因此，也能够兼顾碰撞安全性和燃料经济性提高。
＜第2实施例＞
(层叠金属板的制造)
首先，将表5所示的表层以及芯层层叠接合而制造了层叠金属板。另外，表层和芯层之间的接合使用了表5所示的接合材料。在表层上按照接合材料、芯层、接合材料、表层的顺序层叠接合材料、芯层、接合材料、表层，加热到80℃～180℃，以压接力40kgf/cm2(3.92MPa)加热压接20～30分钟，之后，冷却到常温而大气开放，制造了各实施例以及各比较例的层叠金属板。
表5
在表5中，粘接剂1是基材为环氧树脂的粘接剂，以涂敷量200g/m2、加热180℃、压接力40kgf/cm2(3.92MPa)、压接时间20分钟使用于接合。另外，粘接剂2是基材为聚氨酯树脂的粘接剂，以涂敷量200g/m2、80℃加热、压接力40kgf/cm2(3.92MPa)、压接时间30分钟使用于接合。而且，粘接剂3是使弹性橡胶分散于粘接剂2而成的粘接剂，以涂敷量200g/m2、加热80℃、压接力40kgf/cm2(3.92MPa)、压接时间20分钟使用于接合。另外，在钎焊中，以使用量15g/m2使用了焊料(低温焊料、Sn－Pb系、熔点183℃)。此外，接合材料的剪切弹性模量通过依据JIS－K6850的拉伸剪切试验进行了测定。
另外，在表5中，用作芯层的聚丙烯的密度是0.94g/cm3，另外，用作芯层的金属编织网的线径为φ0.6mm、线材间的间隙为1.6mm。而且，如上所述，Ec为芯层的杨氏模量，Ef为表层的杨氏模量，tc为芯层的板厚，tf为表层的板厚。
(碰撞性能评价试验)
接着，进行了由上述制造出的各实施例以及各比较例的层叠金属板形成的冲击吸收零件的碰撞性能评价。具体而言，使用表5中所示的结构的各实施例以及各比较例的层叠金属板，通过弯扳机的弯曲加工进行成形，制造了图21所示的长度200mm的帽型形状的冲击吸收零件。图21是表示本发明的实施例的冲击吸收零件的形状的说明图，图21的(A)是以与冲击吸收方向即棱线方向垂直的截面剖切而得到的剖视图，图21的(B)是立体图。
通过落锤冲击试验进行了制造成的冲击吸收零件的碰撞性能评价。具体而言，将制造成的冲击吸收零件以棱线方向成为冲击吸收方向的方式进行配置，利用夹具将与锤所要碰撞的端部相反的一侧的端部固定。之后，通过使120kg的质量的锤从3.5m的高度自由落下，使其以30km/h的速度碰撞冲击吸收零件的碰撞端侧。
根据上述的落锤冲击试验的载荷－位移曲线算出了直到压扁100mm为止的冲击能量吸收量。对于冲击能量吸收量，为了对冲击吸收零件的轻量性进行评价，冲击能量吸收量除以零件的质量，设为每单位质量的冲击能量吸收量。
而且，根据落锤冲击试验时的载荷－位移曲线算出了平均压曲波长。具体而言，按照载荷波动的每个周期，对载荷变得极小的位移进行测定，通过从前一载荷变成极小的位移减去接下来载荷变得极小的位移，算出了周期单位的压曲波长。以同样的方法算出各周期的压曲波长，通过取算术平均数，算出了平均压曲波长。将上述算出来的每单位质量的冲击能量吸收量以及平均压曲波长的评价结果示出在表6中。
此外，在表6中，压曲形态的栏的“◎”表示产生了稳定的波纹状的压扁变形，“△”表示零件整体产生了的压扁变形中的、局部产生了压曲波长较大的部位的情况。另外，“×”表示零件整体产生了以在变形初始产生的第1次的压曲部位为起点呈‘日文平假名く字状’弯折的变形。
表6
若参照表6，则可知：相对于比较例14～16的冲击吸收零件而言，本发明的实施例22～30的冲击吸收零件的平均压曲波长变小，每单位质量的冲击能量吸收量增加了。具体而言，可知：比较例14、15的tc/tf小于2.0，因此，平均压曲波长变大，冲击能量吸收量减少了。另外，可知：比较例16的tc/tf虽然包含于本发明的范围内，但芯层的杨氏模量和表层的杨氏模量相同，因此，呈现与由单一材料构成的冲击吸收零件实质上同样的压曲变形的行为，平均压曲波长变大，冲击能量吸收量减少了。
另外，可知：实施例23、24、26～30的tc/tf包含于本发明的一实施方式的优选范围内，因此，平均压曲波长变得更小，每单位质量的冲击能量吸收量进一步增加了。另一方面，实施例22的tc/tf小于3.5，因此，平均压曲波长大于实施例23、24、26～30的平均压曲波长。另外，实施例25的tc/tf超过5.0，因此，压曲形态成为“△”。
另外，可知：实施例22～28、30的接合层的剪切弹性模量包含于本发明的一实施方式的优选范围内，因此，平均压曲波长变得更小。另一方面，实施例29的接合层的剪切弹性模量超过500MPa，因此，相对于其他条件相同的实施例26而言，平均压曲波长变大，冲击能量吸收量减少了。
另外，可知：实施例22～29的芯层与表层的杨氏模量比Ec/Ef包含于本发明的一实施方式的优选范围内，因此，每单位质量的冲击能量吸收量能够进一步增加。另一方面，实施例30的芯层与表层的杨氏模量比Ec/Ef小于1×10－3，因此，相对于其他条件相同的实施例26而言，冲击能量吸收量减少了。
而且，对于实施例24、比较例14、15的层叠金属板，通过模拟一边变更表层与芯层的杨氏模量比Ec/Ef、一边对平均压曲波长相对于表层与芯层的杨氏模量比Ec/Ef的变化进行了评价。模拟使用非线形分析程序即Marc并实施了压曲固有值分析。将其评价结果示出在图22中。在此，图22是在实施例24、比较例14、15的冲击吸收零件中表示平均压曲波长相对于Ec/Ef的曲线图。在图22中，纵轴为平均压曲波长，横轴为Ec/Ef的常用对数。
如图22所示，可知：对于实施例24(总厚2.0mm、tc/tf＝4.3)的任一表层与芯层的杨氏模量比Ec/Ef，相对于比较例1(总厚1.0mm、tc/tf＝1.1)以及比较例15(总厚1.8mm、tc/tf＝1.1)而言，平均压曲波长变小。即、实施例24的tc/tf包含于本发明的一实施方式的范围内，因此，可知：无论表层与芯层的杨氏模量比Ec/Ef如何，相对于比较例14以及15而言能够缩小平均压曲波长。
另外，实施例24以及比较例15的弯曲刚度为9.6×104N·cm2，比较例14的弯曲刚度为1.7×104N·cm2。即、实施例24相对于比较例15而言不降低层叠金属板的强度(具体而言，弯曲刚度)就能够缩小平均压曲波长。
而且，若参照图22，则实施例24相对于比较例14、15而言，尤其是在表层与芯层的杨氏模量比Ec/Ef为1×10－3～1×10－1的范围中，能够更加缩小平均压曲波长。具体而言，在表层与芯层的杨氏模量比Ec/Ef超过1×10－1的情况下，平均压曲波长的减少量较小，因此并不优选。另外，在表层与芯层的杨氏模量比Ec/Ef小于1×10－3的情况下，由于Ec的降低，压曲变形时的平均载荷W降低，冲击能量的吸收效率降低，因此并不优选。
(与冲击吸收零件的形状相对应的碰撞性能评价试验)
接着，与上述同样地通过使用了Marc的模拟对平均压曲波长相对于将棱线间距离L分别设为50mm、65mm、80mm的帽型形状构件中的表层与芯层的杨氏模量比Ec/Ef的变化进行了评价。将其评价结果示出在图23中。在此，图23是表示平均压曲波长与冲击吸收零件的形状相对应的曲线图。在图23中，纵轴为平均压曲波长，横轴为Ec/Ef的常用对数。
若参照图23，则可知：在冲击吸收零件的棱线间距离L为50mm～80mm的情况下，在本发明的一实施方式中优选的杨氏模量比Ec/Ef的范围即1×10－ 3～1×10－1内，平均压曲波长更显著地降低了。另一方面，在棱线间距离L超过80mm的情况下，压曲波长变大，且难以稳定地产生波纹状的轴压扁变形，因此并不优选。另外，在棱线间距离L小于50mm的情况下，冲击吸收零件的形状变得复杂，受到形状制约，因此并不优选。
如根据以上的结果可知那样，采用本发明的一实施方式的冲击吸收零件，通过由在芯层的两面接合层叠由杨氏模量比芯层的杨氏模量大的金属板形成的表层、表层的板厚tf与芯层的板厚tc的板厚比tc/tf设为2.0～7.0的层叠金属板形成，能够缩小压曲波长，提高冲击能量的吸收效率。
另外，采用本发明的一实施方式的冲击吸收零件，即使不对冲击吸收零件的形状复杂地进行加工，也能够缩小压曲波长，因此，能够使冲击吸收零件的形状更单纯化。而且，本发明的一实施方式的冲击吸收零件为了进一步缩小压曲波长，无需进一步降低层叠金属板的表层与芯层的杨氏模量比，因此，不降低冲击吸收零件的强度就能够提高冲击能量的吸收效率。
而且，相对于以往的冲击吸收零件而言，本发明的一实施方式的冲击吸收零件由杨氏模量较小、且密度较小的芯层的比例较大的层叠金属板形成，因此，能够进一步谋求轻量化。因而，本发明的一实施方式的冲击吸收零件能够进一步谋求轻量化。
以上，参照附图对本发明的优选的实施方式详细地进行了说明，但本发明并不限定于该例子。只要是具有本发明所属的技术领域中的通常的知识的人，就能够在权利要求书所记载的技术思想的范畴内想到各种的变更例或修正例是不言而喻的。可理解为这些也当然属于本发明的保护范围。
产业上的可利用性
本发明不仅能够适合用作普通汽车的冲击吸收零件，而且能够适合用作包括轻型汽车、卡车以及公共汽车等大型车辆在内的所有汽车、电车等输送机车的冲击吸收零件。

Claims (10)

1.一种冲击吸收零件，其在零件的冲击吸收方向的一个端部承受冲击载荷时吸收冲击能量，其特征在于，
该冲击吸收零件是对在芯层的两面接合层叠由金属板形成的表层而成的层叠金属板进行成形加工而构成的，
所述层叠金属板的除了表层之外的中心层的变形率为7.0％～75.0％，该变形率是通过实验测定出的弯曲刚度相对于能够根据所述层叠金属板的结构算出的计算刚度的减小率。
2.根据权利要求1所述的冲击吸收零件，其特征在于，
所述表层由杨氏模量比所述芯层的杨氏模量大的金属板形成，
所述表层的板厚tf与所述芯层的板厚tc的板厚比tc/tf为2.0～7.0。
3.根据权利要求1所述的冲击吸收零件，其特征在于，
所述表层由杨氏模量比所述芯层的杨氏模量大的金属板形成，
所述表层的板厚tf与所述芯层的板厚tc的板厚比tc/tf为3.5～5.0。
4.根据权利要求1所述的冲击吸收零件，其特征在于，
所述表层的杨氏模量Ef与所述芯层的杨氏模量Ec的杨氏模量比Ef/Ec为1×10－3～1×10－1。
5.根据权利要求1所述的冲击吸收零件，其特征在于，
所述中心层的变形率为7.0％～50.0％。
6.根据权利要求1所述的冲击吸收零件，其特征在于，
该冲击吸收零件的与冲击吸收方向垂直的任意的截面的形状具有最小曲率半径为7.0mm以上的曲线部，该截面的周长中的所述曲线部为30.0％以上，
而且，所述截面的形状为闭合构造、或者所述截面的形状具有小于截面周长的15.0％的开口部。
7.根据权利要求1所述的冲击吸收零件，其特征在于，
该冲击吸收零件的与冲击吸收方向垂直的截面具有4个以上的向所述截面的中心侧凹陷的曲线部即槽部，该曲线部由曲率半径为7.0mm～15mm的曲线构成。
8.根据权利要求1所述的冲击吸收零件，其特征在于，
所述表层的屈服应力为100MPa～1000MPa。
9.根据权利要求1所述的冲击吸收零件，其特征在于，
所述芯层的密度ρc相对于表层的密度ρf即ρc/ρf为1/300～1/2。
10.根据权利要求1所述的冲击吸收零件，其特征在于，
所述层叠金属板还在所述表层以及所述芯层之间具有接合层，所述接合层的剪切弹性模量为50MPa～500MPa。
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