JP2004513008A - 自動車用緩衝装置 - Google Patents

Abstract

エネルギ吸収部材に基づく自動車用のエネルギ吸収部材とバンパーシステムとが記載されている。エネルギ吸収部材は、複数の所定の曲点（１１）を有して対向して配置された少なくとも２つの金属シート（７，８）を有し、その曲げポイント（１１）によってシート（７，８）が縦方向（Ｘ方向）に折たたまれ、また対向する金属シート（７，８）を相互結合する結合リブ（９）を有する。

Description

【０００１】
本発明は、エネルギ吸収部材に関するものであり、また、例えば自動車事故において放出された運動エネルギを伝達吸収するエネルギ吸収部材に基づく自動車用緩衝装置に関する。このエネルギ吸収部材は、自動車の緩衝装置に特に適しているが、類似の必要形状を備える他の乗物構造物や他の安全装置要素の部分としても同様に用いられる。
【０００２】
エネルギ伝達システムやエネルギ変換システムは、特に自動車用バンパーの分野において使用されるものが知られており、また首尾よく使用されている。エネルギ吸収部材により、小さな事故（約８ｋｍ／ｈまでの衝撃速度の事故）に損傷することなく耐えるバンパーシステムが普及している。自動車保険加入者の危険等級を適性に行うために、１０ｋｍ／ｈ以上の衝突速度に耐え得る衝撃吸収システムが多くの自動車メーカーに求められている（米国のダメージフリーバンパーシステムにおいては、一般的に時速８ｋｍ／ｈ以下の衝突速度が採用されている）。システムに伝達されるエネルギが大きい場合、例えば１５ｋｍ／ｈの速度のＡＺＴ衝突において、エネルギは特別なエネルギ吸収部材によって吸収される。
【０００３】
一般に、上述の公知のシステムに使用される設置スペースは非常に小さい。損壊事故における高運動エネルギーを変換するために、システムの高効率性、すなわち、できるだけ理想的な力―変形特性を備えたエネルギ吸収部材が必要である。この理想的な特性は、エネルギの吸収が時間と共に進行する過程で、最初に力の急激な上昇が起きた後、一定の水平状態が発生するということである。ここで吸収されたエネルギは力―変位曲線の下の領域（面積）で定義され、またこの領域は可能な限り大きくすべきである。
【０００４】
エネルギ吸収に関し、いわゆるリバーシブルシステムと非リバーシブルシステムは明らかに区別される。上記リバーシブルシステムの例として、油圧ダンパー（ガスが充満されたスプリング）を備えるものがある。これらのシステムは、非常に効率的であり、またエネルギを効率よく変換する。この油圧ダンピングシステムは複雑で非常に生産コストが高いという欠点があり、そのために、これらのシステムは普及していない。
【０００５】
非リバーシブルシステムの例として、エネルギを吸収するために塑性変形可能な鋼材またはアルミニウム材を用いた鋼鉄製またはアルミニウム製のサポートシステムがある。比較的低いエネルギを変換する場合、準リバーシブルシステム（エネルギ吸収（ＥＡ）発泡材またはアルミニウム発泡材から作成された発泡ブロック）が使用される。大きいエネルギを吸収する場合、変形可能なシート状金属材が一般的に使用される。
【０００６】
エネルギ変換とは別に、吸収システムは他の必要条件を満たさなければならない。気候や天候の影響を受けないこと、エネルギ変換の高再現性、システム交換時の整備の容易さまたはシステム据え付け時の誤差補正の容易さが重要な必要条件となる。
【０００７】
本発明の目的は、材料の塑性変形によって、可能な限り小さいスペースで、移動する自動車の運動エネルギを変換する（大部分を熱に変換する）エネルギ伝達吸収システムを提供することである。このシステムは簡単に扱えるようにすべきであり、特に自動車に取付けられる際に３空間方向全てに位置合わせ（誤差補正）できるようにすべきである。さらに、使用期間中はいつでも必ず復元するようにすべきであり、安価に製造でき軽量にすべきである。
【０００８】
エネルギ変換とは別に、システムは、損壊事故によって外部から加えられる力を隣接している構造物に分散でき、また自動車の本体やフレーム構造物を安定させる能力を有する。
【０００９】
生産の容易性、軽量、エネルギ吸収挙動の点で上述の要件を満たすエネルギ吸収部材は既に知られている。とりわけ、横梁やエネルギ吸収部材の特定の配置やエネルギ吸収部材の特殊な形状により、加えられたエネルギを予め設定された変形距離の中で高効率に吸収できるバンパーシステムが知られている。特に、横梁に対してエネルギ吸収部材をその横に配置することにより、このシステムは、エネルギ吸収部が横梁の背面に配置されている従来のシステムに比べて、エネルギ変換のための距離が長くなる。
【００１０】
本発明の実態はエネルギ吸収部材であり、このエネルギ吸収部材は、複数の所定の曲点を備えて対向配置された少なくとも２つの金属シートを有し、その曲点によってシートを長手方向（Ｘ方向）に折りたたむことが可能になる。また、このエネルギ吸収部材は、特に、熱可塑性プラスチックまたは熱硬化性プラスチックから作成されて対向する複数の金属シートを相互連結する連結リブを有する。
【００１１】
リブは、熱可塑性プラスチックから、特にポリアミド、ポリプロピレン、ポリエステルから構成されるのが好ましく、また、例えば射出成形によって取付けられ、予め形成された複数の金属シートを相互連結する。
【００１２】
特に、エネルギ吸収部材は、リブが不連続の固定点で、特にこぶ（節）または開口若しくは金属シートの縁部で、その周囲にモールド成形された形状によってシートに連結されるように特別にデザインされるのが好ましい。
【００１３】
それにより、エネルギ吸収の方向に対して横方向のエネルギ吸収部材の機械的安定性が向上する。
【００１４】
金属シートの曲点は、特に、金属シートの波状、台形状、鋸歯状側面によって形成されるのが好ましい。
【００１５】
好適な形態において、エネルギ吸収部材の横方向の安定性は、リブが金属シートの対向する曲点を相互連結することによって増加する。
【００１６】
特に、リブが金属シートの対向する凸部または凹部それぞれを相互連結しているエネルギ吸収部材が好ましい。この場合、金属シートは、１つの金属シートの凹部が他の金属シートの凹部と対向するように、他の金属シートに対して配置されている。
【００１７】
エネルギ吸収部材の更なる好適な改良例は、リブが金属シートとの連結点に付加的なフランジウェブを有することを特徴とする。
【００１８】
取付けを簡略化するために、好適な更なる実施形態において、エネルギ吸収部材は、エネルギ吸収部材の一端でベースプレートに連結される。ベースプレートは、例えば、Ｘ方向に対して横方向に配置され、また自動車部品に取付けるための穴を有する。
【００１９】
本発明の更なる目的とするものに、本発明に係るエネルギ吸収部材を少なくとも１つ有する自動車用バンパーシステム（緩衝装置）がある。
【００２０】
自動車用バンパーシステムには、少なくとも１つの横梁とその横梁の２つの端部それぞれに取付けられている少なくとも１つのエネルギ吸収部材とを有するバンパーシステムが好ましい。
【００２１】
バンパーシステムの好適なデザインにおいて、横梁はエネルギ吸収部材に取り外し可能に横方向に固定されている。
【００２２】
エネルギ吸収部材の固定は、特にフランジ接続によって行われ、横梁のフランジはＸ方向に、すなわちエネルギ緩衝部材が力を吸収する方向に縦長い穴を有する。
【００２３】
エネルギ吸収部材は複数の所定の曲点を備えて対向配置されている２つの金属シートを有し、その曲点によってシートが縦方向（Ｘ方向に）折り畳まれる。金属シートは、上記のように、波状、台形状、鋸歯状の形状に構成されている。
【００２４】
連結リブは、特に、相互に対向する複数の金属シートの間の連結する熱可塑性プラスチックまたは熱硬化性プラスチックから構成される。金属シートへのプラスチックリブの連結は、例えばポジティブ結合として行われる。この場合、リブは、不連続の固定点で、特にこぶ（節）、開口（貫通してモールド成形される形状）によって、または金属シートの縁部で、その周囲にモールド成形された形状によってシートに結合される。
【００２５】
リブは、リブそれぞれが金属シートの対向する凸部または凹部それぞれを連結するように配置されている。エネルギ吸収部材の付加的な支持や安定のために、プラスチックリブは付加的なフランジウェブを有することが可能である。これらのウェブは金属シートとプラスチックリブの間に摩擦結合を形成する。
【００２６】
エネルギ吸収部材の相互に対向するシートは、ベースプレートに固定（溶接）することが可能である。ベースプレートは、エネルギ吸収部材をその背後に配置されている構造物（例えば自動車においては縦梁）に結合するために機能する。
【００２７】
バンパーシステムの２つ主要部分、すなわちエネルギ吸収部材と横梁は、繰り返し取り外せて又再固定できるように、摩擦結合および／またはポジティブ結合されるのが好ましい。この特別な形態の結合は、横梁のＸ方向の位置調整を可能にするために、ネジと横梁のフランジの細長穴とによって行われる。Ｙ方向やＺ方向の調整は、例えばエネルギ吸収部材のベースプレートの過大穴によって行われる。
【００２８】
横梁とエネルギ吸収部材のこの新たな配置によって、システムは、別の部材を要することなく３つの空間方向全てにおいて自動車に対し位置合わせできる。これにより、システムは安価に製造される。
【００２９】
エネルギ伝達吸収システムが開発されることにより、従来技術に比べて著しい効果が得られる。
【００３０】
エネルギ吸収効率は、特定の方法による曲げプロセスを操作する性能により非常に高いものとなる。従来の金属製箱型の衝突において、形成される折りたたみの数や大きさを制御するまたは操作することは非常に困難である。それに比べ、本発明に係るエネルギ吸収部材の構成は、折りたたみ数を正確に規定できる。そのため、エネルギ吸収や力―変形特性は非常に良好な再現性を備える。波状構造物を徐々に変形させることによって、従来の部材では不可能であった力―変形特性の向上および／または低下が行われる。プラスチックが金属シートに連結されているため、プラスチックは金属の変形の形態に影響を与える。エネルギ吸収部材の作成やシートとプラスチックとの間の連結は、プラスチック射出成形プロセスによって安価に製造でき又簡単に実行される。個々の部品の新たな取付けは、不要である。射出成形プロセスの間に、他の構成部材をバンパーシステムに組込むことが可能である。極めて近傍に追加される部品は、寸法的に正確な状態で配置されるまたは固定される。
【００３１】
プラスチック―金属の連結（ハイブリッド技術と言われている）は、例えば金属構造物がプラスチック射出成形用金型内に配置され、次にプラスチック溶融物が密閉されたこの金型に射出されることによって実行される。シート部材は、塗装、リン酸塩処理、亜鉛メッキ等によって腐食から保護される。とりわけ、プラスチックには、特にＰＡ６、ＰＡ６６、ＰＢＴまたはＰＡ６ ＧＦ、ＰＡ６６ ＧＦ、ＰＢＴ ＧＦなどの熱可塑性プラスチック、または熱硬化性などの他のプラスチックが適当である。プラスチック射出成形プロセスによってシステムを製造することにより、製造において高再現性が実現される。
【００３２】
エネルギ吸収部材と横梁の連結によってＸ方向についてシステムの調整が可能となり、またエネルギ吸収部材のベースプレートによってＹ、Ｚ方向の調整が可能となる。３空間次元全てについての位置変更は、付加的な部材を用いることにより従来のシステムでも可能となる。
【００３３】
今日の乗用車においては取り付けスペースが制限されるため、従来のエネルギ吸収システムは、縦梁のフランジと横梁の間の内部スペースを利用している。本発明に係るエネルギ吸収部材を特に横方向に配置することにより、エネルギ変換のための新たな距離が形成される。それにより、横梁の奥行き（Ｘ方向の長さ）がエネルギ変換に利用可能となる。
【００３４】
本発明は、図面を参照すると共に実施例によって以下に詳細に説明される。また、実施例は本発明を制限するものではない。
【００３５】
（例）
例１．
図１には、バンパーシステム（緩衝装置）の斜視図が示されている。バンパーシステムは、横梁１とその横梁の両端部に取付けられている２つのエネルギ吸収部材２、２’とを有する。エネルギ吸収部材２、２’それぞれは、複数の所定の曲点１１を備えて対向配置されている２つの金属シート７，８を有する。金属シート７，８は鋸歯形状に構成されている。上記曲点１１により、エネルギ吸収部材２、２’の構造物は、所定の限界荷重を超えた場合に、長手方向（Ｘ方向）へ所定の状態に折りたたまれる。横梁１の２つの端部に、細長い穴４を有するフランジ３が形成されている。そこで、２つのエネルギ吸収部材２、２’は、横梁１がＸ方向について理想的に配置されるようにそれぞれネジ止めされている。これにより、自動車の縦方向における寸法誤差は、付加的な距離調整用の板を用いることなく補正される。
【００３６】
例２．
図２には、エネルギ吸収部材２の長手方向断面が示されている。連結リブ９は、熱可塑性プラスチック（ガラス繊維により補強されたポリアミド６）から構成され、また相互に対向する金属シート７，８の間を連結している。金属シート７、８へのプラスチックリブ９の連結は、ポジティブ結合により行われる。本実施例では、リブ９は特に、金属シート７，８の不連続の固定点１０で金属シート７，８に連結される。金属シートは、所定の固定点１０に穴１６を有する。エネルギ吸収部材２、２’全体はプラスチック射出成形プロセスによって１工程で作成されるため、プラスチック溶融物は、金属シート７、８の穴１６を通過し、プラスチックリブ９と金属シート７，８の間にボタン状またはリベット状の連結部を形成する。エネルギ吸収部材２の相互に対向するシート７、８は、溶接によってベースプレート６に固定されている。ベースプレート６は、固定用穴４を有し、またエネルギ吸収部材２をその背後に配置されている構造物（自動車においては、縦梁）に結合する役割をする。
【００３７】
金属シート７，８にプラスチックリブ９を連結する他の方法が図３ａに示されている。シート７の周囲にモールド成形された円形断面形状１４が、金属側面７の上縁部に配置されており、一方、シートの底面部には、プラスチック溶融物が充填されて貫通したモールド成形形状が配置されている。この貫通したモールド成形形状１０は、リベット結合と同等とみなすことができる。底部を示す図３ｂには、いわゆるフランジウェブ１５によって金属シート７，８にプラスチックリブ９を支持するために取り得る手段が示されている。
【００３８】
図４ａと４ｂには、高い長手方向の力を受けているエネルギ吸収部２の基本的な挙動が示されている。エネルギ吸収部材２は、波状構造によって所定の形態に折り重なり、非常に簡素な幾何学的形状によってほぼ理想的な方法で伝達されるエネルギを吸収する。これに関連する力―変位曲線が、図５に示されている。力は、極めて短時間の間に最大レベルに上昇する。エネルギ吸収部材が更に変形すると、力曲線は概してほぼ一定となる。この力―変形特性は、理想的なエネルギ吸収部材の特性に非常に近い。
【図面の簡単な説明】
【図１】バンパーシステムの斜視図である。
【図２】本発明に係るエネルギ吸収部材の断面図である。
【図３ａ】リブと金属シートの結合の異なる形態を示している。
【図３ｂ】リブと金属シートの結合の異なる形態を示している。
【図４ａ】単一のエネルギ吸収部材の変形挙動を示している。
【図４ｂ】単一のエネルギ吸収部材の変形挙動を示している。
【図５】単一のエネルギ吸収部材（２）の力―変形特性（有限要素法による計算の結果）を示している。

Claims (12)

1. エネルギ吸収部材であって、
   上記吸収部材は対向配置された少なくとも２つの金属シート（７，８）を有し、上記金属シートは予め決められた多数の曲点（１１）を有し、
   上記曲点により上記シート（７，８）は長手方向（Ｘ方向）に折り畳むことができ、
   上記吸収部材はまた、熱可塑性プラスチックまたは熱硬化性プラスチックからなり対向する金属シート（７，８）を相互に連結する複数の連結リブ（９）を有するエネルギ吸収部材。
2. リブ（９）が、熱可塑性プラスチック材料、特に、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリエステルから構成されていることを特徴とする請求項１のエネルギ吸収部材。
3. リブ（９）が、不連続な固定点（１０）で、特にこぶ（節）または開口（１６）若しくは金属シート（７，８）の縁部で、その周囲にモールド成形された形状（１４）によって金属シート（７，８）に連結されていることを特徴とする請求項１または２のエネルギ吸収部材。
4. 曲点が、金属シート（７，８）の波状側面または台形側面若しくは鋸歯側面によって形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つのエネルギ吸収部材。
5. リブ（９）が、複数の金属シートの対向する複数の曲点（１１）を相互に連結していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つのエネルギ吸収部材。
6. リブ（９）が、金属シート（７，８）の対向する複数の凸部（１２）や複数の凹部（１３）それぞれを連結していることを特徴とする請求項５のエネルギ吸収部材。
7. リブ（９）が、金属シート（７，８）との連結点に付加的なフランジウェブ（１４）を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つのエネルギ吸収部材。
8. ベースプレート（６）が、エネルギ吸収部材（２）の一端に配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つのエネルギ吸収部材。
9. 請求項１〜７のいずれか１つのエネルギ吸収部材を少なくとも１つ有する自動車用緩衝装置。
10. 緩衝装置が、少なくとも１つの横梁（１）と、その横梁（１）の２つの端部それぞれに取付けられる少なくとも１つのエネルギ吸収部材とを有することを特徴とする請求項９の自動車用緩衝装置。
11. 横梁（１）が、分離可能に横方向にエネルギ吸収部材（２、２’）に固定されていることを特徴とする請求項９または１０の自動車用緩衝装置。
12. エネルギ吸収部材（２、２’）の固定がフランジ接続によって行われ、横梁（１）のフランジがＸ方向を主方向とする細長い穴（４）を有することを特徴とする請求項１１の自動車用緩衝装置。

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