JP2003312533A

JP2003312533A - 衝撃吸収部材

Info

Publication number: JP2003312533A
Application number: JP2002121877A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Makuchi; 裕馬久地; Osamu Niikura; 治新倉
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-04-24
Filing date: 2002-04-24
Publication date: 2003-11-06

Abstract

(57)【要約】【課題】重量増を抑えながら、大きな衝撃エネルギ吸
収性能を有する衝撃吸収部材を提供すること。【解決手段】波板４と平板３とを複数枚交互に同一方
向に積層し、隣接する上記波板４と平板３とを互いに接
合したコルゲート材５を内部に充填した閉断面構造を有
し、衝撃荷重の反入力側端部から少なくとも５０％の長
さにわたって、波板４の稜線方向と衝撃吸収部材１の圧
縮方向とが一致する方向にコルゲート材５を充填した衝
撃吸収部材１である。波板４及び平板３をアルミニウム
やアルミニウム合金で形成すること、コルゲート材５の
見かけ比重を０．４〜０．８ｋｇ／ｍ^３で、且つセルの
一断面を２０ｍｍ^２以下とすることが好適である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、衝撃吸収部材に係
り、特に自動車等の車両のフロントサイドメンバーのよ
うに、軸方向に圧縮衝撃荷重を受けた際に変形してエネ
ルギを吸収する衝撃吸収部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の車両のフロントサイドメンバ
ー等の衝撃吸収部材は、軸方向に圧縮衝撃荷重を受けた
際、衝撃吸収部材自体が変形してエネルギを吸収する。
このような衝撃吸収部材として、従来、閉断面を有する
鋼製の部材が使用されている。この衝撃吸収部材は、衝
撃入力を受けると、圧縮され、潰れ変形によって加えら
れたエネルギを吸収する。その際、乗員の安全性を考慮
し、車室に近い側、即ち反入力側の潰れ変形を最小限に
留める必要がある。小さな変形でより大きなエネルギを
吸収するためには、衝撃吸収部材の寸法や肉厚を大きく
することが有効であるが、体積及び重量増を招き、車両
の燃費の悪化に繋がるとともに、車両同士の衝突の際に
は、相手方車両への衝撃量の増加を招来するため好まし
くない。そこで、特開平８−１６４８６９号公報に記載
の車両の前部フレーム構造、及び特開平１１−５９２９
８号公報に記載のエネルギー吸収素子では、発泡アルミ
ニウム等の発砲金属を充填した部材をバンパの後部、即
ちフロントサイドメンバーの前方に設け、エネルギ吸収
性能の向上を図っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記発泡アルミニウム
は、軽量で、エネルギ吸収性能も良好であるが、これら
の公報に記載の技術は、いずれも小さな潰れ量でのエネ
ルギ吸収性能の向上を図ったものであり、軽衝撃には対
応できるものの、大きな衝撃についてはエネルギ吸収性
能を確保する上で、重量が増加しがちであるという問題
点があった。

【０００４】本発明は、このような従来技術の有する課
題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、重量増を抑えながら、大きな衝撃エネルギ吸収性能
を有する衝撃吸収部材を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、コルゲート材を所
定の配置で充填することにより、上記課題が解決される
ことを見出し、本発明を完成するに至った。

【０００６】即ち、本発明の衝撃吸収部材は、波板と平
板とを複数枚交互に同一方向に積層し、隣接する上記波
板と平板とを互いに接合したコルゲート材を内部に充填
した閉断面構造を有し、上記衝撃荷重の反入力側端部か
ら少なくとも５０％の長さにわたって、上記波板の稜線
方向と該衝撃吸収部材の圧縮方向とが一致する方向に上
記コルゲート材を充填したことを特徴とする。

【０００７】そして、本発明によれば、コルゲート材
を、衝撃荷重の反入力側端部から少なくとも５０％の長
さにわたって、波板の稜線方向と該衝撃吸収部材の圧縮
方向とが一致する方向に充填したため、衝撃吸収部材の
反力増加率が重量増加率を上回り、エネルギ吸収効率が
向上し、重量増を抑えながら、大きな衝撃エネルギを吸
収することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の衝撃吸収部材につ
いて、図面を参照しながら詳細に説明する。本発明の衝
撃吸収部材は、上述のように、コルゲート材を内部に充
填した閉断面構造を有する衝撃吸収部材である。また、
衝撃荷重の反入力側端部から少なくとも５０％以上の長
さにわたって、コルゲート材の波板の稜線方向と衝撃吸
収部材の圧縮方向とが一致する方向にコルゲート材を充
填して成る。

【０００９】ここで、衝撃吸収部材とは、例えば、自動
車のフロントサイドメンバーのように軸方向に圧縮の衝
撃荷重を受けた際に、それ自体が変形してエネルギを吸
収する部材である。また、コルゲート材とは、波板と平
板とを複数枚交互に同一方向に積層し、隣接する波板と
平板とを互いに接合したものをいう。このコルゲート材
は、波板と平板とを複数枚交互に同一方向に積層してい
るため、その機械的性質に異方性がある。コルゲート材
は、圧縮荷重に対しては、波板の稜線方向について抵抗
が大きいため、衝撃力の作用方向と波板の稜線方向とが
一致するようにコルゲート材を充填するのが効果的であ
る。コルゲート材は、閉断面内に充填されると、圧縮加
重を受けて座屈しようとしても周囲の部材によって拘束
されるため、座屈しにくく、相乗的な効果を得ることが
できる。衝撃荷重が作用すると、衝撃吸収部材の変形
は、この衝撃荷重の入力側から発生する。自動車のフロ
ントサイドメンバーのような衝撃吸収部材では、衝撃荷
重を受けた場合の車室側の変形は小さい方が好ましく、
エネルギの吸収のための潰れ変形は、前方、即ち入力側
で受け持つのが好ましい。従って、変形抵抗が大きくな
るコルゲート材は、反入力側に充填するのがよい。反入
力側に充填すると、その分だけ重量も増すことになる
が、重量増加分以上の効果を得るには、即ち、コルゲー
ト材も含めた部材単位重量当たりのエネルギ吸収効率を
大きくするには、その充填量は全長の５０％以上とする
ことがよい。全長にわたって充填すると、衝撃吸収の効
果は最大となるが、変形量が少ない分だけ反力も大きく
なるため、却って車室にも大きな衝撃が伝わることにも
なり得る。従って、反力の許容設定範囲でコルゲート材
の充填量を決定すればよい。

【００１０】コルゲート材の材質としては、特に制限は
なく、種々の材料を使用することができる。しかし、例
えば、ステンレス鋼を使用すると、重量が大きくなるた
め、軽量化による効果を得ることが困難になる。銅やニ
ッケルについてもステンレス鋼の場合と同様である。チ
タンやマグネシウムは、軽量化の面では好適であるが、
素材そのものが高価であるとともに、加工コストも高い
ため現実的ではない。従って、重量、加工容易性、素材
価格のバランスから、アルミニウム又はアルミニウム合
金が好適である。この場合でも、特別なアルミニウム合
金を用いる必要はない。高強度材のアルミニウム合金を
用いることで、更に軽量化を図ることも可能である。コ
ルゲート材は、周囲が拘束された状態で圧縮変形するの
で、接合強度の影響は小さく、波板と平板との接合はろ
う付けでもよく、接着剤を用いて接合してもよい。

【００１１】コルゲート材の仕様としては、見かけ密度
を０．４〜０．８ｋｇ／ｍ^３、セルの断面積を２０ｍｍ
^２以下とすることが好適である。ここで、セルとは、隣
接する波板と平板とで囲繞された一つの空間をいう。見
かけ密度が０．４ｋｇ／ｍ^３未満では、圧縮強度が小さ
すぎ、変形抵抗を充分に向上させることができない。一
方、見かけ密度が０．８ｋｇ／ｍ^３を超えると、重量が
増加するだけで変形抵抗の増加が小さい。また、セルの
断面積が２０ｍｍ^２を越えると、部材閉断面内でのセル
数が少なくなり、荷重を均等に分散して受けることが困
難となり、衝撃吸収性能がばらつくおそれがある。上記
のような見かけ密度、セル断面積となるように、コルゲ
ート材の波板及び平板の寸法を定めればよい。波板の形
状は、サインカーブ（正弦波）であってもよく、三角
波、矩形状波、台形状波であってもよい。波板と平板と
の接合面積が大きくなると、変形抵抗は大きくなるが、
上述したように周囲が拘束された状態で圧縮変形するの
でその影響は小さい。

【００１２】波板の稜線方向と部材の圧縮方向とが一致
する方向にコルゲート材を１００％にわたって充填しな
い場合には、残りの入力側閉断面内には、積極的に潰れ
変形させることが望ましければ、空間のままとして、何
も充填しなくてよい。このときはコスト的に有利とな
る。また、上記残りの入力側閉断面内に、波板の稜線方
向と衝撃力の入力方向が一致しない方向にコルゲート材
を充填してもよい。この方向に充填したコルゲート材も
ある程度の変形抵抗を有し、その分だけ何も充填してい
ない場合より単位重量あたりのエネルギ吸収能力は高
く、波板の稜線方向と部材の圧縮方向とが一致する方向
にコルゲート材を１００％にわたって充填した場合と、
何も充填しない場合との中間的性能を発揮する。この場
合には、反力についても中間的な値となる。従って、許
容することのできる反力の程度と重量増とのバランスを
考慮して上記のいずれかの構成を選定すればよい。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を、図面を参照して一実施例に
より更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限
定されるものではない。

【００１４】（実施例１〜４）図１に示すように、厚さ
１．４ｍｍの鋼板をハット形状に成形し、２枚を合わせ
てフランジ部２を抵抗溶接して長さが３００ｍｍ、断面
が８３ｍｍ×９５ｍｍの閉断面部材１を得た。なお、閉
断面部材１の長手方向が衝撃荷重の入力方向である。内
部に充填するコルゲート部材は、図２に示すように、厚
さ０．５ｍｍのアルミニウム製平板３と、厚さ０．２ｍ
ｍ、ピッチ８．１ｍｍ、高さ４．２ｍｍの略々正弦波状
のアルミニウム製波板４とを、図３に示すように、複数
枚積層して接着剤で接合したものを使用した。また、こ
のコルゲート材５の密度は、約０．５２ｋｇ／ｍ^３、セ
ルの断面積は、約１７ｍｍ^２であった。

【００１５】そして、図３に示す素材から、図１の部材
の内寸に合わせてコルゲート材を切り出し、図３に示す
方向が閉断面部材の入力方向と一致するように反入力
側に充填した。各実施例では、表１に示すように、充填
パターン（試験条件）を変え、質量５００ｋｇの鋼製ブ
ロックを衝突時の速度が７．６ｍ／秒となるよう衝突さ
せて衝撃力を与えた。充填パターンと試験結果を表１に
示す。

【００１６】（比較材）閉断面部材１にコルゲート材を
充填しない衝撃吸収部材を比較材として得た。

【００１７】（比較例１）コルゲート材を衝撃荷重の反
入力側端部から２５％の長さまで充填したこと以外は、
実施例１と同様な衝撃吸収部材を作成し、同様に試験を
行った。

【００１８】

【表１】

【００１９】表１から明らかなように、実施例１〜４で
得られた衝撃吸収部材は、波板の稜線方向（図３の方
向）と入力方向が一致する方向にコルゲート材を５０％
以上の長さにわたって充填されているため、反力増加率
が重量増加率を上回り、エネルギ吸収効率が向上するこ
とがわかる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、コルゲート材を所定の配置で充填することとしたた
め、重量増を抑えながら、大きな衝撃エネルギ吸収性能
を有する衝撃吸収部材を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる衝撃吸収部材の衝撃試験に使用
した鋼製閉断面部材を示す図であって、（ａ）は概略斜
視図、（ｂ）は概略断面図である。

【図２】図１の閉断面部材に充填するコルゲート材の素
材を示す概略断面図である。

【図３】図２のコルゲート材の素材を複数枚同方向に交
互に積層して接合して作製したブロック状のコルゲート
材の概略斜視図であって、の方向が波板の稜線方向で
ある。

【符号の説明】

１閉断面部材２フランジ３アルミニウム製平板４アルミニウム製波板５コルゲート材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】波板と平板とを複数枚交互に同一方向に
積層し、隣接する上記波板と平板とを互いに接合したコ
ルゲート材を内部に充填した閉断面構造を有する衝撃吸
収部材であって、上記衝撃荷重の反入力側端部から少なくとも５０％の長
さにわたって、上記波板の稜線方向と該衝撃吸収部材の
圧縮方向とが一致する方向に上記コルゲート材を充填し
たことを特徴とする衝撃吸収部材。
【請求項２】上記波板及び平板が、アルミニウム及び
／又はアルミニウム合金から成ることを特徴とする請求
項１記載の衝撃吸収部材。
【請求項３】上記コルゲート材の見かけ比重が０．４
〜０．８ｋｇ／ｍ^３で、且つセルの一断面が２０ｍｍ^２
以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の衝撃
吸収部材。
【請求項４】上記コルゲート材を充填しない上記閉断
面構造の入力側を空間のまま残したことを特徴とする請
求項１〜３のいずれか１つの項に記載の衝撃吸収部材。
【請求項５】上記コルゲート材を充填しない上記閉断
面構造の入力側空間に、上記波板の稜線方向と該衝撃吸
収部材の圧縮方向とが異なる方向に上記コルゲート材を
充填したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つ
の項に記載の衝撃吸収部材。