JP2003526763A - 構造部材と変形要素から成り横方向に負荷可能な複合体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 特に自動車衝突時の運動エネルギーを吸収する少なくとも１つの構造部材と、残留ブロック長迄変形方向に変形可能で、しかも変形方向に対し横方向の力に耐えるように形成された、ハニカム状母材を有する１つの変形要素とから成る複合体を提供する。このハニカム状母材（２）と少なくとも１つの構造部材（１ａ、１ｂ）とが、変形方向に対し横方向の力に耐え得るように、固定手段、例えば接着剤により互いに接合されて複合体を形成する。この複合体を備える自動車は、正面ばかりか側方からの衝突に対しても充分な強度を示す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、少なくとも１つの構造部材と、残留ブロック長迄変形可能で、ハニ
カム状母材を有する１つの変形要素とから成る複合体に関する。このような変形
要素は、衝突時の運動エネルギーを吸収するため特に自動車に使用される。

【０００２】 この種の変形要素は、例えば国際特許出願公開９９／５７４５４号、同９９／
５７４５５号及び同９９／５７４５３号明細書に記載されている。これら変形要
素は、特に自動車に使用され、それらの技術的安全基準は、例えば事故時に生じ
るエネルギーの少なくとも一部を吸収し、従って乗物の客室の変形を低下させ、
或いは阻止さえするに相応しい要素を設けることを要求する。比較的激しい衝突
が起こった際、その運動エネルギーは変形要素の塑性変形に置換される。その例
として乗物の縦方向部材に使用される変形要素が公知であり、それらは１５Ｋｍ
／時迄の速度で衝突した場合の運動エネルギーを吸収し、その際この変形要素は
残留ブロック長迄塑性変形する。

【０００３】 この種変形要素は、吸収すべき運動エネルギーを、変形要素の主に縦方向、即
ち変形方向に導入すべく、構造部材の片側又は両側で支持ないし保持される。ハ
ニカム状母材を持つ変形要素を設けると極めて有利である。所定の密度を持つ、
即ち一群の空洞を持ったハニカム状母材を形成し、かつ母材の異なる材料強度と
異なる種類の材料を使用することで、かかる変形要素の特殊な寸法の決定にあた
り、設計上大きな柔軟性が生ずる。この寸法決定は、力作用時の変形要素の変形
挙動を特徴付ける、相応しい変形力−変形変位曲線（Ｆ−ｓ曲線）の現れ方に直
接影響を及ぼす。かくして母材を各使用事例に適合させることができる。

【０００４】 変形要素の設計は、原則として所定の構造部材寸法で、できるだけ長い変形距
離を獲得し、加えて変形要素の簡単な組込みもしくは取り外しを可能にするよう
に施されている。更に母材の各ハニカム構造のこの造りは、場合によっては生じ
る衝撃負荷を補償することができるよう、このような変形要素を枠構造又は支持
構造内に集積又は組込んだ場合、保証せねばならない積載特性の獲得に重大な影
響を及ぼす。更に適した材料の選択に関し、溝壁の形成並びに支持構造内の特殊
な余地は母材の変形挙動に影響を及ぼす。

【０００５】 この種の変形要素は、特に運動エネルギーを吸収する優先変形方向を持つ。こ
の種変形要素の母材は、残留ブロック長迄変形方向に塑性変形可能である。その
際「残留ブロック長」とは、母材を形成する材料が殆ど完全に折り畳まれ、圧潰
されている母材の状態を表し、そのため空洞は殆ど存在せず、かつ母材を更に変
形又は圧縮するには、大幅に力を増大することを必要とする。従ってこの変形挙
動は、主に変形方向の力の導入又はエネルギーの吸収に合わせられている。

【０００６】 特別な技術的安全基準を持つ自動車への、この種変形要素の優先的な使用分野
に関しては、例えば殆どの事故時にそうであるように、衝撃が所定の変形方向の
みに加わる訳ではない。特に厳密に変形方向に起こらない、比較的僅かな力の印
加を伴う衝突の際、より大きな衝突時に、変形要素の所望の変形挙動をもはや保
証しない程、その変形要素の機能が強く害されないようにせねばならない。

【０００７】 従って本発明の課題は、自動車用の公知の変形要素を、これが側方からの著し
い力の作用にも耐えるように改善することにある。

【０００８】 この課題は、請求項１に記載の特徴を有する少なくとも１つの構造部材と、少
なくとも１つの変形要素とから成る複合体により解決される。

【０００９】 少なくとも１つの構造部材と変形要素とから成る本発明による複合体は、衝突
時の運動エネルギーを吸収すべく、特に自動車に使用される。その際この変形要
素は、衝突時に残留ブロック長迄変形可能である優先変形方向を有するハニカム
状母材を持つ。本発明による複合体は、母材と少なくとも１つの構造部材が、こ
の複合体が変形方向に対し横方向の力に耐えるように、固定手段により互いに接
合されていることを特徴とする。変形方向に対し横方向の力は、例えば自動車の
衝突が特に正面以外で起った場合に生ずる。

【００１０】 少なくとも１つの構造部材と変形要素とから成るこのような複合体は、特徴的
な変形力−変形変位曲線（Ｆ−ｓ曲線）を持つ。これは、概して変形中に力が平
均値から比較的小さなある値だけ変動する中間範囲を持つことを特徴とする。こ
の平均値は、変形方向に対し横方向の力の基準値として参照され、これを以後平
均変形力と呼ぶ。その際この複合体は、有利には変形方向に対し横方向の力に耐
えるように設計され、その値は少なくとも平均変形力の１０％に相当する。好ま
しくは、この複合体は、少なくとも３０％、特に少なくとも５０％の、変形方向
に対し横方向の平均変形力を吸収する。

【００１１】 有利な１実施形態によれば、固定手段として接着剤が使われる。母材は、この
ようにして端面側で少なくとも１つの構造部材と接着される。母材と構造部材の
この接着法は、特に簡単でかつ安価である。その上この接着剤は、変形要素の使
用分野に基づいて、例えば所定の温度及び／又は湿度に耐えるような接着剤の使
用を可能にする特徴がある。

【００１２】 もう１つの別の実施形態では、支持環を持つ少なくとも１つの構造部材が使用
される。この支持環は母材の端面側を収容する役目をし、その際この環は特に母
材の残留ブロック長の半分以下に幅が狭くなるよう形成される。かくして変形要
素の不所望な変形挙動の影響を阻止できる。母材は少なくともその外被面の一部
範囲で支持環と接着される。該支持環により母材と構造部材の接合範囲は一層安
定して形成され、こうして一層大きな横方向の負荷に耐える。これは、母材が端
面側と外被面とで、構造部材と接着されているときに特に助成される。

【００１３】 この複合体のもう１つの別の形態では、２つの構造部材とタイバー溝を有する
母材が形成される。この２つの構造部材と母材は、貫通形のタイバー溝が生ずる
ように配置される。このタイバー溝を通ってタイバーが延び、それによりこの初
期応力を外側に配置された構造部材を介して内部にある母材中の端面側に導入で
きる。この目的のため、タイバーは例えば特別に設計されたボルト結合部を有す
る。この初期応力の故に、母材は構造部材と摩擦力で結合され、その結果変形方
向に対し横方向の力の吸収が可能になる。この種装置は極めて厳密に初期応力を
調整でき、その結果この変形挙動を容易かつ安価な方法でその使用情況に適合さ
せることができる。

【００１４】 力の導入開始時点から残留ブロック長に達する迄、比較的一様な変形挙動が保
証されるよう、初期応力を選択すると特に有利である。公知の変形要素は、例え
ば母材を形成する材料が特に変形方向に向いており、従ってこの材料をまず圧縮
又は座屈せねばならず、そのため比較的高い力が必要となるので、運動エネルギ
ー導入の初期は大きな力に耐える。このような座屈又は圧縮歪みの後に好ましい
変形範囲が生じ、その結果、比較的低く、かつ一定した力レベルで引続き変形が
起こる。Ｆ−ｓ曲線中の大きな初期ピークは、本発明では回転軸により形成され
た初期応力が、初期ピークの最大の力と中間範囲の平均変形力との差に等しいこ
とで回避される。この初期応力により、変形は所定の比較的一定した力レベルで
始まり、残留ブロック長に達した時点で、初めて明瞭に上昇する。タイバーを変
形要素内に配置すると、変形時のタイバーの変位を可能にする変位可能性を予め
与えられる。その結果、母材は運動エネルギーを有利に吸収することになる。

【００１５】 もう１つの有利な実施形態では、少なくとも１つの半径方向変形制限器を持つ
複合体を用いる。この半径方向変形制限器は運動エネルギーを変形要素に導入す
る際、母材の変形を半径方向又は変形方向と異なる方向に制限する。かくして、
例えば車体の隣接範囲を損傷することなく、所望の変形特性を保証できる。

【００１６】 少なくとも１つの半径方向変形制限器を金属リングとして形成すると特に好ま
しい。その際この単数又は複数の金属リングは、場合により支持環も含めて共に
変形方向に、変形要素の残留ブロック長よりも短い長さを持つ。その結果、母材
が完全に変形したとき、これら半径方向変形制限器がその変形挙動に対し、また
従ってＦ−ｓ曲線に対しマイナスとなる影響を及ぼさないよう保証できる。

【００１７】 もう１つの実施形態によれば、２つの構造部材と端面側で接着され、かつ複数
の半径方向変形制限器により囲まれた母材を有する複合体が形成される。その際
１つの構造部材は１個の支持環を有するように形成される。これらの半径方向変
形制限器は、一様に、かつ所定の間隔に分散して設置される。母材を支持環内の
一方に容れることで、それら接合範囲は種々の横方向の力に対し頑丈になり、そ
の結果比較的弱く形成された接合箇所に一定の破断点が保証される。こうして、
この変形要素の過重負荷時の挙動を予め設定できる。

【００１８】 少なくとも１つの構造部材と変形要素とから成る本発明による複合体を、国際
特許出願公開９９／５７４５４号、同９９／５７４５５号並びに同９９／５７４
５３号明細書に記載の特徴と組み合わせると特に有利である。

【００１９】 次に本発明の特に好ましく、かつ有利な実施例を図面に基づき詳述する。

【００２０】 図１は、ハニカム状母材２の端面側の平面図を示す。このハニカム状母材２は
波形薄板１２と平滑薄板１３が交互する金属薄板層で組立てられている。平滑な
金属薄板１３は波形薄板１２の起伏上に載っており、そのため多数の溝１１が母
材２内部に形成される。この母材２は外被面４により囲まれている。そのため変
形要素は極めてコンパクトに形成できる。

【００２１】 図２は、構造部材１ａと母材２とから成る複合体の第１の実施例を示す。構造
部材１ａは支持環３を持ち、これが母材２の外被面４に密着している。この母材
２は端面側６で構造部材１ａと接着されている。ハニカム状母材２の外被面４上
には、３個の半径方向変形制限器５が配置されている。この半径方向変形制限器
５は金属リングとして形成されている。変形方向１４を破線で示す。構造部材１
ａは、例えば車体とバンパーとの間又は車体と緩衝器との間に配置される。

【００２２】 図３は、金属製のハニカム状母材を有し、支持構造内に配置された、公知の管
状変形要素のＦ−ｓ曲線を示す。この図から、変形要素内への相応する運動エネ
ルギーの導入開始時に、その変形力の高い初期ピーク９が生ずるのが判る。この
初期ピーク９に中間範囲１０が続き、その範囲内では力は比較的僅かだけ平均値
から変動している。最終変形状態に達すると、新たな変形力の上昇が始まる。こ
れは、変形要素に対する圧力負荷の更なる上昇時に、殆ど変形が起こらない（残
留ブロック長）ことを意味する。図３は、付加的に初期ピーク９中の最大の力と
中間範囲１０中の平均的力の差を、値Ｆｖに関して示す。この変形要素の変形開
始時に初期ピーク９が生じない場合、この初期応力Ｆｖで変形要素を変形しない
状態で衝撃を与えることができる。

【００２３】 図４は、２つの構造部材１ａ、１ｂと、１つの変形要素を有する複合体のもう
１つの実施例を示す。その際ハニカム状母材２はその端面側で構造部材１ａ、１
ｂの支持環６内に各々配置されている。母材２の外被面４上には、複数の半径方
向変形制限器５が配置されている。両方の構造部材１ａ／１ｂ並びにハニカム状
母材２は貫通性のタイバー溝７を備える。このタイバー溝７を通ってタイバー８
が延びる。タイバー８の端部の特別に設計されたボルト接合により、初期応力は
構造部材１ａ／１ｂを介して母材２の端面側６に導入される。この初期応力は、
図３に示すように初期ピーク９が運動エネルギーの導入開始時点で起こるように
選択するとよい。初期応力により、力の作用時ハニカム状母材２の端面側６に、
変形方向１４に対し横方向の力に逆らう摩擦力が生じる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるハニカム状母材の端面側の平面図。

【図２】 構造部材と変形要素とから成る複合体の１実施例。

【図３】 別の変形要素のＦ−ｓ曲線のグラフ図。

【図４】 本発明の他の実施例に係る変形要素の基本的配置図。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ 構造部材 ２ ハニカム状母材 ３ 支持環 ４ 外被面 ５ 半径方向変形制限器 ６ 端面側 ７ タイバー溝 ８ タイバー ９ 初期ピーク １０ 中間範囲 １１ 溝 １２ 波形薄板 １３ 平滑薄板 １４ 変形方向

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ブリュック、ロルフ ドイツ連邦共和国 デー‐51429 ベルギ ッシュ グラートバッハ フレーベルシュ トラーセ 12 Ｆターム(参考） 3J066 AA23 BA03 BB01 BC01 BF03 BG01

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１つの構造部材（１ａ、１ｂ）と、残留ブロック
   長迄変形方向に変形可能で、ハニカム状母材（２）を有する少なくとも１つの変
   形要素とから成る複合体において、この母材（２）と少なくとも１つの構造部材
   （１ａ、１ｂ）とが、この複合体が変形方向に対し横方向の力に耐えるように、
   固定手段により互いに結合されたことを特徴とする構造部材と変形要素とから成
   る横方向に負荷可能な複合体。
2. 【請求項２】 固定手段として接着剤が使用され、母材（２）が端面側（６
   ）で少なくとも１つの構造部材（１ａ、１ｂ）と接着されたことを特徴とする請
   求項１記載の複合体。
3. 【請求項３】 母材（２）の端面側（６）が支持環（３）内部に配置され、
   母材（２）の外被面（４）が部分的に支持環（３）と接着されたことを特徴とし
   、少なくとも１つの構造部材（１ａ、１ｂ）が、１つの支持環（３）を持ち、か
   つ母材（２）が外被面（４）を有する請求項１又は２記載の複合体。
4. 【請求項４】 ２つの構造部材（１ａ、１ｂ）とその母材（２）とから成る
   装置が、その中にタイバー（８）が延びている、少なくとも１つの貫通性のタイ
   バー溝（７）を持ち、この装置により初期応力を構造部材（１ａ、１ｂ） を経
   て母材（２）の端面側（６）に導入し、それにより母材（２）が構造部材（１ａ
   、１ｂ）と摩擦力により結合されたことを特徴とする請求項１記載の複合体。
5. 【請求項５】 初期応力が最大力と平均変形力の差と同じ大きさであること
   を特徴し、変形要素が、最大力を持つ初期ピークと平均変形力を持つ中間範囲（
   １０）とを有する、変形力−変形変位曲線（Ｆ−ｓ曲線）を示す請求項１記載の
   複合体。
6. 【請求項６】 変形要素が少なくとも１つの半径変形制限器（５）を有する
   ことを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の複合体。
7. 【請求項７】 少なくとも１つの半径方向変形制限器（５）が金属リングと
   して形成されたことを特徴とする請求項６記載の複合体。
8. 【請求項８】 母材（２）が、２つの構造部材（１ａ、１ｂ）とその端面側
   （６）で接着され、複数の半径方向変形制限器（５）により囲まれ、構造部材（
   １ａ、１ｂ）が母材（２）を容れるため、支持環（３）を持つよう形成されたこ
   とを特徴とする請求項１記載の複合体。