JP2002039245A

JP2002039245A - アルミニウム合金鋳物製衝撃吸収部材

Info

Publication number: JP2002039245A
Application number: JP2000231100A
Authority: JP
Inventors: Shigetaka Morita; 茂隆森田; Hisashi Yasuda; 久安田
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2000-07-31
Filing date: 2000-07-31
Publication date: 2002-02-06

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のアルミニウム押出材を用いた衝撃吸収
部材での問題点を解決し、衝撃吸収性能に優れ、安定し
た変形モードを示し、かつ、容易、効率的に製造が可能
な衝撃吸収部材を得る。【解決手段】中空部が形成されたアルミニウム合金鋳
物からなり、前記中空部の肉厚が軸方向に沿って連続的
又は部分的に変化していることを特徴とする。アルミニ
ウム合金鋳物で中空部の肉厚を軸方向に沿って連続的又
は部分的に変化させると、一定の変形モードで軸方向に
蛇腹状に塑性変形し、軽量かつ衝撃吸収能力に優れた衝
撃吸収部材が得られる。また、鋳造により製造されるの
で、従来の押出材に製造する方法に比べ断面形状を変化
させることが容易で、かつ、フランジなども単一の鋳造
工程で一体的に形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車の衝突時に
塑性変形して衝撃エネルギーを効果的に吸収し、搭乗者
の安全を確保できるアルミニウム合金鋳物製衝撃吸収部
材に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車などの車両の車体部品には車両強
度を高める高剛性部材のみならず、衝突時に乗員の安全
を確保するために、一定値を超える荷重が作用すると変
形して、衝撃エネルギーを吸収する衝撃吸収部材が用い
られようとしている。

【０００３】従来、衝撃吸収部材としては、高張力鋼板
のプレス材をミグ（ＭＩＧ）溶接、スポット溶接などに
より溶接して中空部を形成した鋼板製のものがある。し
かし、近年、環境問題対策及び燃費向上のために、車体
を軽量化することが本格的に検討されてきている。鋼板
製の衝撃吸収部材においても、軽量化するため薄肉化が
検討されているが、強度や剛性が低下するので軽量化に
は限界があり、鋼板製の衝撃吸収部材に代わる、軽量で
かつ衝撃吸収能力が高い衝撃吸収部材の開発が要求され
ていた。

【０００４】この要求を満たす部材として、アルミニウ
ム押出材を用いた衝撃吸収部材が多数提案されている。
例えば、特開平６−３４４０２３号公報には、中空アル
ミニウム押出材又は中リブを有する中空アルミニウム押
出材の押出表面又は中リブの少なくとも一方にうねりを
形成した衝撃吸収部材の開示がある。そして、うねり
は、押出型材用ダイスチャンバー部の位置や大きさ或い
はベアリング長さや角度を変化させる方法や、プレス加
工、曲げ加工、機械加工、或いは押出水冷による冷却時
の歪みによって付与されている。

【０００５】また、特開平７−１４５８４２号公報に
は、調質された熱処理型アルミニウム合金中空押出材か
らなり、押出材の長さ方向の端部には、押出材の長さ方
向に圧縮応力を負荷したとき、壁面を外面又は内面に屈
曲させる溝条を、押出材の横方向に形成しているアルミ
ニウム合金製自動車用エネルギー吸収部材の開示があ
る。そして、この溝条は、予めアルミニウム押出材の長
さ方向に圧縮荷重を負荷することにより形成されてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記アルミニウム押出
材を用いることにより、軽量化した衝撃吸収部材を得る
ことが出来る。しかし、アルミニウム押出材を用いた衝
撃吸収部材では、塑性変形の際、時として大きな座屈や
割れが生じることがあり、衝撃エネルギーが十分吸収さ
れないことがある。また、衝撃力の入力位置や方向のわ
ずかな違いで、塑性変形のモードが異なり、衝撃吸収能
力にばらつきが生じ、塑性変形モードが正確に予測出来
ないなどの問題がある。

【０００７】また、押出材では断面形状を変化させるこ
とが極めて困難である。例えば、前記特開平６−３４４
０２３号公報は、第２欄、第３５〜３９行において、ア
ルミニウム押出材には断面設計に限界があること、押出
材に穴や切欠き加工を施すことは製造コストを増大させ
ることが教示されている。

【０００８】また、特開平７−３１０１５６号公報は、
第２欄、第２２〜３３行において、押出材に長手方向に
順次変形し衝撃力を吸収するための張り出し部を加工す
ることは、型構造を複雑にし加工方法の変更も必要にな
り、製造コストを増大させる問題点があることを指摘し
ている。

【０００９】更に、押出材を用いた衝撃吸収部材では、
車体の他部材に接合するための取付フランジなどを一度
の成形工程で一体的に成形することも難しく、取付フラ
ンジ形成のための溶接などの余分な工程が必要である。

【００１０】従って、本発明の課題は、上記した従来の
アルミニウム押出材を用いた衝撃吸収部材での問題点を
解決し、衝撃吸収性能に優れ、安定した変形モードを示
し、かつ、容易、効率的に製造が可能な衝撃吸収部材を
得ることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的に鑑み鋭意研究
の結果、本発明者らは、圧縮に強く、圧縮により連続的
に塑性変形し難いと一般的に考えられていたアルミニウ
ム合金鋳物で、肉厚を軸方向に沿って連続的又は部分的
に変化させると、一定の変形モードで軸方向に蛇腹状に
塑性変形し、軽量かつ衝撃吸収能力に優れた衝撃吸収部
材が得られることを見出した。更に、前記のアルミニウ
ム合金鋳物製衝撃吸収部材（以下、「アルミニウム合金
鋳物製衝撃吸収部材」を略して単に「衝撃吸収部材」と
いう）は鋳造により製造されるので、従来の押出材よ
り、肉厚を軸方向に沿って連続的又は部分的に変化させ
ることが容易で、かつ、取付フランジも単一の鋳造工程
で一体的に形成でき、製造工程の簡略化と製造コストの
削減が可能であることを見出し、これらの知見に基づき
本発明に想到した。

【００１２】即ち、第１発明の衝撃吸収部材は、中空部
が形成されたアルミニウム合金鋳物からなり、前記中空
部の肉厚が軸方向に沿って連続的又は部分的に変化して
いることを特徴とする。ここで、中空部の肉厚とは中空
部を形成する衝撃吸収部材の肉厚を言う。中空部の形状
は、円筒状、角筒状又は多角筒状であって、その内部に
リブを有しても良い。荷重が軸方向に作用した場合、肉
厚が軸方向に沿って連続的又は部分的に変化していると
曲げモーメントが生じ、屈曲したり破断したりして十分
な衝撃吸収能力を示さないと予想されていた。しかし、
肉厚を軸方向に軸方向に沿って連続的又は部分的に変化
させることで、変形モードが一定となり、常に同じ位置
で塑性変形が生起し、軸方向に連続する蛇腹状の塑性変
形を進行させることができる。このような塑性変形によ
り衝撃エネルギーを効果的に吸収する。一方、従来のア
ルミニウム押出材製衝撃吸収部材は、肉厚が連続して均
一であり、前述のとおり、僅かな衝撃条件の違い、例え
ば衝撃の入力位置、入力角度により衝撃吸収部材の変形
モードが異なることが多く、衝撃エネルギーの吸収がば
らついたり、極端な場合には破断などにより衝撃エネル
ギーの吸収が不可能になることがある。

【００１３】第２発明の衝撃吸収部材は、前記中空部の
肉厚が、前記中空部の端部又は中間部から軸方向に傾斜
していることを特徴とする。傾斜させた肉厚の薄い部分
は強度が弱くなるので、弱い衝撃力で蛇腹変形が開始す
る。そして、衝突初期のショックを和らげることができ
る。また、蛇腹変形が開始する部位が肉厚の薄い部分に
限定されるので、変形モードが安定する。なお、中空部
の肉厚の軸方向への傾斜は、一端から他端に連続的に増
加又は減少するようにしても良く、途中から連続的に増
加又は減少するようにしても良い。

【００１４】第３発明の衝撃吸収部材は、前記中空部の
外表面及び／又は内表面に少なくとも１の窪みを有する
ことを特徴とする。外表面及び／又は内表面の窪みは、
傾斜した肉厚と同様に、蛇腹状変形の起点を制御でき、
変形モードが安定する。

【００１５】第４発明の衝撃吸収部材は、前記中空部材
の外周面及び／又は内周面に少なくとも１の溝を有する
ことを特徴とする。外表面及び／又は内表面の溝は、蛇
腹状変形の起点が円周状にでき、変形モードが安定す
る。また、蛇腹の数、形状を制御できるので、変形モー
ド及び衝撃吸収能の正確な予測が可能となる。

【００１６】第５発明の衝撃吸収部材は、前記溝が螺旋
状であることを特徴とする。溝を螺旋状にすると、厚肉
で強度の高い部分も螺旋状に連続するため、溝に万一亀
裂が発生しても、厚肉の部分で連結させて、衝撃吸収部
材の破断を防止することができる。

【００１７】第６発明の衝撃吸収部材は、他部材との取
付フランジを一体に有することを特徴とする。取付フラ
ンジを一度の成形工程で一体的に成形することで、取付
フランジ形成のための溶接などの余分な工程を不要と
し、車体の他部材への接合ができる。

【００１８】第７発明の衝撃吸収部材は、その組成が、
質量比で、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｇ：１．５〜７％、
Ｍｎ：０．２〜１．０％、Ｆｅ０．３％未満、Ｔｉ：
０．０５〜０．２％を含むことを特徴とする。そして、
第８発明の衝撃吸収部材は、Ｃｕ：０．０５％以下、Ｚ
ｎ：０．１５％以下、Ｎｉ：０．０５％以下、Ｓｎ：
０．０５％以下を含むことを特徴とする。上記組成限定
の理由を説明する。

【００１９】Ｓｉ：０．５％以下Ｓｉは湯流れ性などの鋳造性を向上させるが、Ｓｉが
０．５％を超えて多量に存在すると、Ｍｇ−Ｓｉ化合物
を形成して靭性の低下を招く。衝撃吸収部材では、靱性
は特に重要で、衝撃を受けて塑性変形するモードを支配
し、衝撃エネルギーの吸収に影響する。従って、Ｓｉは
０．５％以下とする。

【００２０】Ｍｇ：１．５〜７％Ｍｇは、アルミニウム合金のマトリックス中に固溶して
強度を向上させるほか、湯流れ性などの鋳造性や、靭性
に影響を及ぼす。Ｍｇが１．５％未満では強度向上の効
果が小さく、湯流れ性も悪い。一方、Ｍｇが７％を超え
ると粗大晶出物が晶出するようになり靭性を低下させ
る。従って、Ｍｇは１．５〜７％とする。好ましくは、
Ｍｇは３〜６％である。

【００２１】Ｍｎ：０．２〜１．０％Ｍｎは、アルミニウム合金のマトリックス中に固溶し強
度を向上させるほか、針状晶のＦｅ化合物の形状を塊状
に変え、Ｍｎが０．２％以上で後述するダイカストでの
金型との焼付きを防止する効果がある。一方、Ｍｎが
１．０％を超えると粗大なＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ化合物が多
量に晶出して靭性を低下させる。従って、Ｍｎは０．２
〜１．０％とする。

【００２２】Ｆｅ：０．３％未満Ｆｅが０．３％以上であると、針状晶のＦｅ化合物を形
成して靭性の低下を招く。従って、Ｆｅは０．３％未満
とする。

【００２３】Ｔｉ：０．０５〜０．２％Ｔｉは、ダイカストでの晶出物を小さくする効果を有す
る。Ｔｉが０．０５％未満ではその効果が少なく、一
方、Ｔｉが０．２％を超えると、Ａｌ−Ｔｉ化合物が晶
出して引張強さが低下する。従って、Ｔｉは０．０５〜
０．２％とする。

【００２４】Ｃｕ：０．０５％以下Ｃｕは、Ａｌ−Ｃｕ化合物を晶出して靭性を阻害する。
従って、Ｃｕは０．０５％以下が好ましく、０．０１％
以下が更に好ましい。

【００２５】Ｚｎ：０．１５％以下Ｚｎは、Ｍｇ−Ｚｎ化合物を晶出して靭性を阻害する。
従って、Ｚｎは０．１５％以下が好ましく、０．０９％
以下が更に好ましい。

【００２６】Ｎｉ：０．０５％以下Ｎｉは、Ａｌ−Ｎｉ化合物を晶出して靭性を阻害する。
従って、Ｎｉは０．０５％以下が好ましく、０．０１％
以下が更に好ましい。

【００２７】Ｓｎ：０．０５％以下Ｓｎは、靭性を阻害する不可避的不純物である。従っ
て、Ｓｎは０．０５％以下が好ましく、０．０１％以下
が更に好ましい。

【００２８】第９発明の衝撃吸収部材は、ダイカスト製
鋳物であることを特徴とする。ダイカスト装置で、衝撃
吸収部材のキャビティ内に上述した組成のアルミニウム
合金でダイカスト法で製造することにより、容易かつ効
率的に衝撃吸収部材を製造することができる。なお、熱
処理を施さずとも高靱性となる場合は、更に容易かつ効
率的に、衝撃吸収部材を製造することができる。

【００２９】第１０発明の衝撃吸収部材は、前記衝撃吸
収部材の試験片が、（ＪＩＳＺ２２４８）金属材料曲
げ試験方法の押曲げ法で、押金具の先端部半径（ｒ）を
１２．５ｍｍ、試験片の厚さ（ｔ）を１〜５ｍｍ、支え
間距離をＬ＝２ｒ＋３ｔとして、１００°以上亀裂なく
曲げ可能であることを特徴とする。靭性を評価する手段
として、上記（ＪＩＳＺ２２４８）金属材料曲げ試
験方法がある。そのうち押曲げ法は、試験片を２個の支
えに載せ、その中央部に押金具を当て、徐々に荷重を加
えて規定の形に曲げる方法である。押金具の先端部半径
（ｒ）を１２．５ｍｍ、試験片の厚さ（ｔ）を１〜５ｍ
ｍ、支え間距離をＬ＝２ｒ＋３ｔとして曲げ試験を行
い、１００°以上亀裂なく曲げ可能であれば、靭性が高
いと評価できる。本発明の衝撃吸収部材は、１００°以
上曲げても、折れ及び亀裂が生じることは少ない。一
方、従来組成でダイカスト法により製造した衝撃吸収部
材の試験片は、同じ（ＪＩＳＺ２２４８）金属材料
曲げ試験方法での押曲げ法で、約２０°程度の曲げで破
断することがある。

【００３０】第１１発明の衝撃吸収部材は、車体用衝撃
吸収部材であることを特徴とする。そして、第１２発明
の衝撃吸収部材は、前記車体用衝撃吸収部材が、クロス
メンバー、フロントサイドメンバー、リアサイドメンバ
ー、ピラー、又はフレーム継手の少なくとも１つの部品
であることを特徴とする。クロスメンバー、フロントサ
イドメンバー、リアサイドメンバー、ピラー、又はフレ
ーム継手の少なくとも１つの部品とすることで、万が
一、自動車が衝突した時に軸方向に蛇腹状に連続的に塑
性変形して衝撃エネルギーを効果的に吸収し、搭乗者の
安全を確保しやすい。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態として
詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるもので
はない。（実施の形態１）図１は、実施の形態１での衝撃吸収部
材１１の部分断面図である。衝撃吸収部材１１は、質量
比で、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｇ：１．５〜７％、Ｍ
ｎ：０．２〜１．０％、Ｆｅ０．３％未満、Ｔｉ：０．
０５〜０．２％、Ｃｕ：０．０５％以下、Ｚｎ：０．１
５％以下、Ｎｉ：０．０５％以下、Ｓｎ：０．０５％以
下、残部Ａｌを含む組成のアルミニウム合金を、ダイカ
スト法により製造したアルミニウム合金鋳物からなる。
そして、衝撃吸収部材１１は、中空部１２の肉厚を軸１
１ｓ方向に、右方の肉厚ｔ１１から左方の肉厚ｔ１２に
連続的に漸減するように傾斜させ、両端に他部材と連結
する取付フランジ１７ａ、１７ｂを一体に設けている。
なお、中空部１２の肉厚は、連続的に漸増してもよい
し、途中から連続的に増加又は減少するように形成して
もよい。衝撃吸収部材１１から試験片を採取し、（ＪＩ
ＳＺ２２４８）金属材料曲げ試験方法の押曲げ法
で、押金具の先端部半径（ｒ）を１２．５ｍｍ、試験片
の厚さ（ｔ）を１〜５ｍｍ、支え間距離をＬ＝２ｒ＋３
ｔとして試験をすると、１００°以上亀裂なく曲げ可能
であり、衝撃吸収部材１１は靱性が優れている。一方、
衝撃吸収部材１１は、中空部１２の左方の肉厚ｔ１２は
薄くて強度が他の部分より弱いので、弱い衝撃力で蛇腹
変形が開始する。そのため、衝突初期のショックを和ら
げることができる。また、蛇腹変形が開始する部位が肉
厚ｔ１２付近に限定されるので、変形モードが安定す
る。また、高靱性であるので、座屈や割れが生じること
がない。

【００３２】（実施の形態２）図２は、実施の形態２の
衝撃吸収部材２１であり、（ａ）はその部分断面図、
（ｂ）は（ａ）の矢視Ａ−Ａの断面図である。衝撃吸収
部材２１は、質量比で、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｇ：
１．５〜７％、Ｍｎ：０．２〜１．０％、Ｆｅ０．３％
未満、Ｔｉ：０．０５〜０．２％、Ｃｕ：０．０５％以
下、Ｚｎ：０．１５％以下、Ｎｉ：０．０５％以下、Ｓ
ｎ：０．０５％以下、残部Ａｌを含む組成のアルミニウ
ム合金を、ダイカスト法により製造したアルミニウム合
金鋳物からなる。そして、衝撃吸収部材２１は、右方か
ら左方への肉厚ｔ２２は同じであるが、中空部２２に窪
み２３を形成して、窪み２３を付した部分の肉厚ｔ２３
を他の部分より薄くして、肉厚を軸２１ｓ方向に部分的
に変化させ、両端に取付フランジ２７ａ、２７ｂを一体
に設けている。このような窪み２３を一個又は複数個中
空部２２に設けることにより、偏肉と同様の効果を得る
ことができる。衝撃吸収部材２１から試験片を採取し、
（ＪＩＳＺ２２４８）金属材料曲げ試験方法の押曲
げ法で、押金具の先端部半径（ｒ）を１２．５ｍｍ、試
験片の厚さ（ｔ）を１〜５ｍｍ、支え間距離をＬ＝２ｒ
＋３ｔとして試験をすると、１００°以上亀裂なく曲げ
可能であり、衝撃吸収部材２１は靱性が優れている。一
方、衝撃吸収部材２１は、窪み２３の位置により蛇腹状
変形の起点を制御することができ、安定な変形モードが
得られる。なお、窪み２３は中空部２２の外表面、内表
面、又はその双方に設けても良い。窪み２３の形状は特
に制限されないが、製造効率の観点から、通常円形、楕
円形、正方形、長方形などが好ましい。

【００３３】複数個の窪み２３を形成する場合は、衝撃
吸収部材２１の軸２１ｓ方向に沿って１列又は複数列に
なるように配置しても良い。また窪み２３を、円周状、
螺旋状に複数個配列しても良い。一般的に、蛇腹の数は
アルミニウム合金の組成、中空部２２の肉厚ｔ２２等に
より決まる。従って、複数個の窪み２３を形成する場
合、その蛇腹の周期と同じ周期で窪み２３を軸２１ｓ方
向に配列するのが一定数の蛇腹を形成させるうえで好ま
しい。なお、衝撃吸収部材２１は、高靱性であるので、
座屈や割れが生じることがない。

【００３４】（実施の形態３）図３は、実施の形態３で
の衝撃吸収部材３１の部分断面図である。衝撃吸収部材
３１は、組成が、質量比で、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍ
ｇ：１．５〜７％、Ｍｎ：０．２〜１．０％、Ｆｅ０．
３％未満、Ｔｉ：０．０５〜０．２％、不可避不純物と
して、Ｃｕ：０．０５％以下、Ｚｎ：０．１５％以下、
Ｎｉ：０．０５％以下、Ｓｎ：０．０５％以下、残部Ａ
ｌを含むアルミニウム合金を、ダイカスト法により製造
し、熱処理が施されていないアルミニウム合金鋳物から
なる。そして、衝撃吸収部材３１は、中空部３２に円周
状の溝３３を形成し、溝を付した部分の肉厚ｔ３３を他
の肉厚ｔ３２より薄くして、軸３１ｓ方向に肉厚を部分
的に変化させ、両端には他部材と連結する取付フランジ
３７ａ、３７ｂを一体に設けている。衝撃吸収部材３１
から試験片を採取し、（ＪＩＳＺ２２４８）金属材
料曲げ試験方法の押曲げ法で、押金具の先端部半径
（ｒ）を１２．５ｍｍ、試験片の厚さ（ｔ）を１〜５ｍ
ｍ、支え間距離をＬ＝２ｒ＋３ｔとして試験をすると、
１００°以上亀裂なく曲げ可能であり、衝撃吸収部材３
１は靱性が優れている。一方、衝撃吸収部材３１は、円
周状に溝３３を設けることにより、蛇腹状変形の起点が
円周状にできて、変形モードが安定する。また、蛇腹の
数、形状を制御できるので、変形モード及び衝撃吸収能
の正確な予測が可能である。円周状の溝３３を複数個設
ける場合、衝撃吸収部材３１の軸方向に等間隔又は間隔
を変えて設けてもよい。溝３３の間隔ｐ３３は、蛇腹の
周期と同じ周期にするのが好ましい。また、溝３３は、
窪みの場合と同様に、中空部２２の外表面、内表面、又
はその双方に設けても良い。なお、衝撃吸収部材２１
は、高靱性であるので、座屈や割れが生じることがな
い。

【００３５】（実施の形態４）図４は、実施の形態４で
の衝撃吸収部材４１の部分断面図である。衝撃吸収部材
４１は、質量比で、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｇ：１．５
〜７％、Ｍｎ：０．２〜１．０％、Ｆｅ０．３％未満、
Ｔｉ：０．０５〜０．２％、Ｃｕ：０．０５％以下、Ｚ
ｎ：０．１５％以下、Ｎｉ：０．０５％以下、Ｓｎ：
０．０５％以下、残部Ａｌを含む組成のアルミニウム合
金を、ダイカスト法により製造し、熱処理が施されてい
ないアルミニウム合金鋳物からなる。そして、衝撃吸収
部材４１は、中空部４２に螺旋状の溝４３を形成し、溝
４３を付した肉厚ｔ４３を他の肉厚ｔ４２より薄くし
て、軸４１ｓ方向に肉厚を部分的に変化させ、両端には
他部材と連結する取付フランジ４７ａ、４７ｂを一体に
設けている。

【００３６】衝撃吸収部材４１から試験片を採取し、
（ＪＩＳＺ２２４８）金属材料曲げ試験方法の押曲
げ法で、押金具の先端部半径（ｒ）を１２．５ｍｍ、試
験片の厚さ（ｔ）を１〜５ｍｍ、支え間距離をＬ＝２ｒ
＋３ｔとして試験をすると、１００°以上亀裂なく曲げ
可能であり、衝撃吸収部材４１は靱性が優れている。

【００３７】一方、衝撃吸収部材４１は、螺旋状の溝４
３を形成することにより、厚肉で強度の高い部分も螺旋
状に連続するため、蛇腹状変形部の溝４３内に亀裂が発
生しても衝撃吸収部材４１の破断を防止することができ
る。溝４３の形状、大きさ、数などはアルミニウム合金
の組成、衝撃吸収部材４１の長さ、外径などに依存する
が、溝４３の底面は平坦もしくは曲面が好ましい。また
溝４３の間隔ｐ４３は、蛇腹の周期と同じ周期にするの
が好ましい。なお、溝４３終端の中央と取付フランジ４
７ｂからの距離ｅは通常５〜１５ｍｍである。また、溝
４３は、窪みの場合と同様に、中空部４２の外表面、内
表面、又はその双方に設けても良い。なお、衝撃吸収部
材４１は、高靱性であるので、座屈や割れが生じること
がない。

【００３８】上述した実施の形態の衝撃吸収部材１１〜
４１は、組成が、質量比で、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍ
ｇ：１．５〜７％、Ｍｎ：０．２〜１．０％、Ｆｅ０．
３％未満、Ｔｉ：０．０５〜０．２％、Ｃｕ：０．０５
％以下、Ｚｎ：０．１５％以下、Ｎｉ：０．０５％以
下、Ｓｎ：０．０５％以下、残部Ａｌを含む組成のアル
ミニウム合金を、ダイカスト法で製造したものを説明し
たが、使用する目的や性能を満足すれば、従来知られて
いる組成のアルミニウム合金も使用できる。

【００３９】

【実施例】次に、実施例を説明する。（実施例１、実施例２）ダイカスト装置として、型締め
力が３５００ｋＮ、鋳造圧力が５０ＭＰａ、プランジャ
スリーブはサイアロン製、プランジャチップは直径６０
ｍｍで３連のリング付を用いた。また、このダイカスト
装置での金型は、図１に示す衝撃吸収部材１１で、外径
Ｄ１１を直径５４．７ｍｍ、長さＬ１１を１８０ｍｍ、
取付フランジ１７ａ、１７ｂの外径を直径８０ｍｍ、取
付フランジ１７ａ、１７ｂの幅ｔ１７ａ、ｔ１７ｂを１
１．５ｍｍとし、実施例１では、肉厚ｔ１１を３．３ｍ
ｍ、肉厚ｔ１２を２．２ｍｍに、実施例２では、肉厚ｔ
１１を３．３ｍｍ、肉厚ｔ１２を１．９ｍｍとなるキャ
ビティを形成した。また金型には、粉体離型剤を塗布
し、またキャビティを減圧する減圧バルブを付けた。

【００４０】一方、質量比で、Ｓｉ：０．１９％、Ｍ
ｇ：４．５％、Ｍｎ：０．５％、Ｆｅ０．２０％、Ｔ
ｉ：０．１０％、Ｃｕ：０．０１％、、Ｚｎ：０．０５
％、Ｎｉ：０．０１％以下、Ｓｎ：０．０１％、残部Ａ
ｌを含む組成のアルミニウム合金を溶製した。溶製に
は、酸化膜除去と水素除去を目的としてガスバブリング
による脱ガス処理を施した。ダイカストは、金型を型締
め後、溶製した前述のアルミニウム合金を７００℃の温
度で、また充填率３４％でサイアロン製プランジャスリ
ーブに給湯口より注湯した。そして、リングチップ付き
プランジャチップにより、平均速度０．５４ｍ／ｓで低
速射出し、続いて平均速度１．８ｍ／ｓで、鋳造圧２０
ＭＰａで高速射出した。なお、高速射出のとき、プラン
ジャチップが給湯口を塞いだ時点から減圧バルブを作動
させて減圧を開始して、キャビティ内圧力を絶対圧８ｋ
Ｐａまで減圧し、粉末離型剤ほかから発生するガス量を
減少させ、高速射出直前に減圧バルブを閉じた。そし
て、溶湯の凝固が完了した後、冷却し、実施例１及び実
施例２の衝撃吸収部材１１をキャビティから取り出し
た。

【００４１】（金属材料曲げ試験）実施例１及び実施例
２の衝撃吸収部材１１について、熱処理を施さないで試
料を作製し、（ＪＩＳＺ２２４８）金属材料曲げ試
験方法の押曲げ法で、押金具の先端部半径（ｒ）を１
２．５ｍｍ、試験片の厚さ（ｔ）を３ｍｍ、支え間距離
をＬ＝２ｒ＋３ｔ＝３４ｍｍとして試験を行った。その
結果、実施例１及び実施例２とも１１０°以上亀裂なく
曲げ可能であった。

【００４２】（準静的軸圧縮試験）次に、実施例１及び
実施例２の衝撃吸収部材１１について、準静的軸圧縮試
験を行った。この準静的軸圧縮試験では、万能型引張試
験機（テンシロン）を用い、実施例１及び実施例２の衝
撃吸収部材１１を圧縮速度５ｍｍ／ｍｉｎで軸方向に圧
縮し、変形モード、亀裂の発生及び位置を観察した。図
５に、実施例１及び実施例２の準静的軸圧縮試験結果
を、荷重と圧縮量の関係として示す。図５において、吸
収エネルギー量は、荷重−圧縮量の曲線と横軸の間の面
積に相当する。図５に示すように、実施例１では第２の
蛇腹状変形が発生しなかったが、圧縮量が１００ｍｍを
超えても破断せず、大きなエネルギー吸収能力をもつこ
とが確認された。これは、亀裂が斜め方向に単発的に発
生、進展するが、円周方向には進展しないためで、偏肉
のため軸対称変形しないことが、大変形を可能にしてい
ると考えられた。また、実施例２では、立ち上がり荷重
は、実施例１とほぼ同じ傾向を示したが、圧縮量が約７
０ｍｍのところで再び荷重が大きくなっていた。これは
中空部１２の略中央部から左方での蛇腹状変形が一段落
したところで、今度は中空部１２の略中央部から右方で
第２の蛇腹状変形が発生したためであった。

【００４３】（動的軸圧縮試験）蛇腹変形モードに及ぼ
す圧縮速度の影響を調べるために、前記実施例２と同じ
衝撃吸収部材１１について、圧縮速度５００ｍｍ／ｍｉ
ｎで動的軸圧縮試験を行った。図６に荷重と圧縮量の関
係を、前記した実施例２の準静的軸圧縮試験結果と共に
示す。図６から、準静的軸圧縮試験の場合と同様に、中
空部１２の略中央から蛇腹状変形が発生し、その後、左
方から次々に蛇腹状変形が連続的に発生した。圧縮速度
の違いにより蛇腹状変形モードは変化したが、荷重−圧
縮量の関係には圧縮速度の影響はあまりないこと、即
ち、吸収エネルギー量は圧縮速度にあまり影響されない
ことが分かった。

【００４４】（実施例３）蛇腹変形モードに及ぼす鋳造
圧の影響を調べるために、金型のキャビティを実施例２
と同じとし、ダイカスト時の鋳造圧を６４ＭＰａと高く
して、衝撃吸収部材１１を鋳造して実施例３とした。な
お、その他の条件は、実施例２と同様とした。そして、
得られた実施例３の衝撃吸収部材１１について、圧縮速
度５００ｍｍ／ｍｉｎの動的軸圧縮試験を行った。図６
に、実施例３の衝撃吸収部材１１の荷重と圧縮量の関係
を、実施例２の動的軸圧縮試験と併記して示す。図６
で、実施例２に比較して鋳造圧が６４ＭＰａと高い実施
例３は、中空部１２の略中央部から右方にわたり蛇腹状
変形が発生したが、第２の蛇腹状変形は発生しなかっ
た。しかし、実施例３は、大きな荷重を示しており、吸
収エネルギーが大きいことが分かった。鋳造圧が高い実
施例３は、実施例２に比較して密度が大きくなり、その
結果吸収エネルギーも大きくなると考えられた。

【００４５】また実施例３の衝撃吸収部材１１は、ダイ
カスト法で製造したままで、０．２％耐力が１４５ＭＰ
ａ、引張強さ２４０ＭＰａ、伸び１７％と大きかった。
衝撃吸収部材において、伸びは特に重要で、衝撃を受け
て塑性変形するモードを支配し、衝撃エネルギーの吸収
に影響する。即ち、衝撃を受けた衝撃吸収部材は蛇腹状
に連続的に塑性変形するが、伸びの値が大きいほど蛇腹
の数は増加する。この蛇腹はクッンョンの役割を果たす
ので、その数が増えるほど、即ち伸びが大きいほど衝撃
吸収能力は高くなる。伸びが１０％未満の場合には、連
続的な蛇腹塑性変形が困難で、大きな座屈、割れなどが
生じ易く、衝撃エネルギーの吸収が不可能になることが
多い。

【００４６】（比較例１）蛇腹変形モードに及ぼす衝撃
吸収部材の形状の影響を調べるために、中空部の肉厚を
（ｔ１１＋ｔ１２）／２で均一とし、その他は実施例１
と同様にしたキャビティを持つ金型で、実施例１と同じ
組成のアルミニウム合金、また実施例１と同じ鋳造条件
で衝撃吸収部材を鋳造して比較例１とした。そして、得
られた比較例１の衝撃吸収部材について、圧縮速度５０
０ｍｍ／ｍｉｎの動的軸圧縮試験を行った。その結果、
比較例１の衝撃吸収部材は、中空部の左方で屈曲し、そ
の後破断し、以降のエネルギー吸収は不可能であった。

【００４７】以上のことから、実施例１〜３は比較例１
に比べて、衝撃エネルギー吸収に優れていることがわか
った。また、実施例１〜３での中空部肉厚の連続的又は
部分的な変化一に加え、窪み、溝を中空部に形成、また
た中空部の肉厚を自由に変化させることで、従来の押出
材では限界があった断面形状の設計が容易になる。そし
て、衝撃を受けたときの塑性変形モードが安定し、その
制御が容易になる。

【００４８】そして、実施例１〜３の衝撃吸収部材は、
その軸方向に連続的に蛇腹状塑性変形が起こるので吸収
エネルギーが大きくなり、特に、クロスメンバー、フロ
ントサイドメンバー、リアサイドメンバー、ピラー、フ
レーム継手のうち、少なくとも１つの部品の車体用衝撃
吸収部材として有用である。また、取付フランジなどの
締結部も一度の鋳造工程で同時に一体的に形成できるの
で、製造工程数を少なくし製造コストを低くすることが
できる。

【００４９】

【発明の効果】以上、本発明の衝撃吸収部材は、衝撃吸
収性能に優れ、安定した変形モードを示す。また、本発
明の衝撃吸収部材は、容易、効率的に製造が可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

、

【図１】実施の形態１での衝撃吸収部材の部分断面図で
ある。

【図２】実施の形態２の衝撃吸収部材であり、（ａ）は
その部分断面図、（ｂ）は（ａ）の矢視Ａ−Ａの断面図
である。

【図３】実施の形態３での衝撃吸収部材の部分断面図で
ある。

【図４】実施の形態４での衝撃吸収部材の部分断面図で
ある。

【図５】実施例１及び実施例２の準静的軸圧縮試験結果
を、荷重と圧縮量の関係として示す図である。

【図６】実施例２の準静的軸圧縮試験及び動的軸圧試験
結果と、実施例３の動的軸圧試験結果とを、荷重と圧縮
量の関係として示す図である。

【符号の簡単な説明】

１１，２１，３１，４１：衝撃吸収部材１２，２２，３２，４２：中空部１７ａ，１７ｂ，２７ａ，２７ｂ，３７ａ，３７ｂ，４
７ａ，４７ｂ：取付フランジ２３：窪み３３：溝４３：螺旋状溝ｔ１１，ｔ１２，ｔ２２，ｔ３２，ｔ３３，ｔ４２，ｔ
４３：肉厚ｐ３３，ｐ４３：間隔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ６２Ｄ 25/04 Ｂ６２Ｄ 25/04 Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中空部が形成されたアルミニウム合金鋳
物からなり、前記中空部の肉厚が軸方向に沿って連続的
又は部分的に変化していることを特徴とするアルミニウ
ム合金鋳物製衝撃吸収部材。
【請求項２】請求項１に記載の前記中空部の肉厚が、
前記中空部の端部又は中間部から軸方向に傾斜している
ことを特徴とするアルミニウム合金鋳物製衝撃吸収部
材。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載の前記中空
部の外表面及び／又は内表面に少なくとも１の窪みを有
することを特徴とするアルミニウム合金鋳物製衝撃吸収
部材。
【請求項４】請求項１乃至請求項３何れかに記載の前
記中空部の外周面及び／又は内周面に少なくとも１の溝
を有することを特徴とするアルミニウム合金鋳物製衝撃
吸収部材。
【請求項５】請求項４に記載の前記溝が螺旋状である
ことを特徴とするアルミニウム合金鋳物製衝撃吸収部
材。
【請求項６】請求項１乃至請求項５何れかに記載のア
ルミニウム合金鋳物製衝撃吸収部材は、他部材との取付
フランジを一体に有することを特徴とするアルミニウム
合金鋳物製衝撃吸収部材。
【請求項７】請求項１乃至請求項６何れかに記載の前
記アルミニウム合金鋳物製衝撃吸収部材は、組成が、質
量比で、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｇ：１．５〜７％、Ｍ
ｎ：０．２〜１．０％、Ｆｅ０．３％未満、Ｔｉ：０．
０５〜０．２％を含むことを特徴とするアルミニウム合
金鋳物製衝撃吸収部材。
【請求項８】請求項７に記載の前記アルミニウム合金
鋳物製衝撃吸収部材は、Ｃｕ：０．０５％以下、Ｚｎ：
０．１５％以下、Ｎｉ：０．０５％以下、Ｓｎ：０．０
５％以下を含むことを特徴とするアルミニウム合金鋳物
製衝撃吸収部材。
【請求項９】請求項１乃至請求項８何れかに記載の前
記アルミニウム合金鋳物製衝撃吸収部材は、ダイカスト
製鋳物であることを特徴とするアルミニウム合金鋳物製
衝撃吸収部材。
【請求項１０】請求項１乃至請求項９何れかに記載の
前記アルミニウム合金鋳物製衝撃吸収部材は、その試験
片が、（ＪＩＳＺ２２４８）金属材料曲げ試験方法
の押曲げ法で、押金具の先端部半径（ｒ）を１２．５ｍ
ｍ、試験片の厚さ（ｔ）を１〜５ｍｍ、支え間距離をＬ
＝２ｒ＋３ｔとして、１００°以上亀裂なく曲げ可能で
あることを特徴とするアルミニウム合金鋳物製衝撃吸収
部材。
【請求項１１】請求項１乃至請求項１０何れかに記載
の前記アルミニウム合金鋳物製衝撃吸収部材は、車体用
衝撃吸収部材であることを特徴とするアルミニウム合金
鋳物製衝撃吸収部材。
【請求項１２】請求項１１に記載の前記車体用衝撃吸
収部材が、クロスメンバー、フロントサイドメンバー、
リアサイドメンバー、ピラー、又はフレーム継手の少な
くとも１つの部品であることを特徴とするアルミニウム
合金鋳物製衝撃吸収部材。