JP2005282792A - 衝撃吸収部材 - Google Patents

Abstract

【課題】 衝撃荷重を受けた場合に安定した変形モードを示し、従来の衝撃吸収部材と比較して衝撃吸収性能に優れる衝撃吸収部材を提供する。
【解決手段】 全体が金属材からなって、衝撃荷重を受けて変形する衝撃吸収部材１０であって、一方から他方にかけて肉厚が部分的に又は全体に渡って徐々に変化する筒体部１１と、筒体部１１の両側に設けられたフランジ１２、１３と、筒体部１１の周囲に沿って設けられ、筒体部１１の変形に対してその形を保持可能な１又は複数の補強部材１４とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、塑性変形して衝撃エネルギーを効果的に吸収できる衝撃吸収部材に係り、更に詳細には、自動車等の衝突時における衝撃を吸収し、搭乗者の安全を確保可能な衝撃吸収部材に関する。

例えば、自動車等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、衝突時における乗員の安全を確保するため、一定値を超える荷重が作用すると変形し、その衝撃エネルギーを吸収する衝撃吸収部材が用いられている。
衝撃吸収部材で構成される車体部品としては、例えば、図１１（Ａ）に示すように、バンパー９０を車体本体（図示しない）に取付けるためのステイ（固定部）９１等がある。このステイ９１を使用することで、図１１（Ｂ）に示すように、自動車の衝突時の初期段階においては、ステイ９１で衝撃荷重を受け、このステイ９１で衝撃荷重を受けることができなくなった後、引き続きバンパー９０で衝撃荷重を受けることができる。
このように、衝突時における衝撃は、衝撃吸収部材で緩衝された後、搭乗者に伝達されるため、搭乗者の安全確保を図ることが可能になる。

更に、このような衝撃吸収部材として、例えば、特許文献１には、アルミニウム合金鋳物製衝撃吸収部材が開示されている。
この衝撃吸収部材は、アルミニウム合金鋳物で構成された筒体部からなり、この筒体部の肉厚が軸方向に沿って連続的又は部分的に変化したものである。
これにより、衝撃荷重を受けた場合の筒体部の変形モード（変形形態）を一定にでき、同じ位置で塑性変形を生起させ、筒体部の軸方向に連続する蛇腹状の塑性変形を進行させて、衝撃エネルギーを効果的に吸収できる。

特開２００２−３９２４５号公報（図１〜図４）

しかしながら、前記従来の衝撃吸収部材には、未だ解決すべき以下のような問題があった。
前記した衝撃吸収部材で、更なる衝撃エネルギーの吸収を行うためには、筒体部の長さを長くする必要がある。しかし、筒体部の長さを更に長くすれば、例えば、筒体部の途中で折れ曲がり等が生じ易く、筒体部の軸方向全体に渡って連続する蛇腹状の塑性変形を形成できない恐れがある。このため、衝撃エネルギーの吸収性能を、筒体部の長さに対応させて向上させることができない。
また、前記した塑性変形を生起させるため、筒体部の肉厚を軸方向全体に渡って徐々に厚くする場合、筒体部の長さが長くなるに伴って、肉厚も厚くなる。このため、筒体部が塑性変形するために必要となる荷重が高くなり過ぎ、衝撃吸収部材による衝撃力の緩衝を、目的とするレベルまで低減できない恐れがある。このため、衝突時における搭乗者の安全確保が難しくなる恐れがある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、衝撃荷重を受けた場合に安定した変形モードを示し、従来の衝撃吸収部材と比較して衝撃吸収性能に優れる衝撃吸収部材を提供することを目的とする。

前記目的に沿う請求項１記載の衝撃吸収部材は、全体が金属材からなって、衝撃荷重を受けて変形する衝撃吸収部材であって、一方から他方にかけて肉厚が部分的に又は全体に渡って徐々に変化する筒体部と、前記筒体部の両側に設けられたフランジと、前記筒体部の周囲に沿って設けられ、前記筒体部の変形に対してその形を保持可能な１又は複数の補強部材とを有する。

請求項１記載の衝撃吸収部材において、衝撃吸収部材は、例えば、アルミニウム、マグネシウム、チタン、銅、及び鉄等のいずれか１又はこの金属を主成分（例えば、８０質量％以上、好ましくは９０質量％以上）とする合金等で構成できる。
また、筒体部とは、衝撃吸収部材が衝撃荷重を受けた場合に、例えば、軸方向に連続する蛇腹状の塑性変形を進行させ、この塑性変形により衝撃エネルギーを吸収できるものである。従って、筒体部の長さが長くなるに伴って、吸収可能な衝撃エネルギーも増加できる。
そして、フランジとは、衝撃吸収部材が衝撃を受けた場合に、筒体部の両側の形状が崩れないようにその形状を保持させようとするものである。
更に、補強部材とは、衝撃吸収部材が衝撃を受けた場合に、筒体部の形状の崩れを抑制、更には防止し、筒体部が安定した変形モードを示して、筒体部の軸方向に連続する蛇腹状の塑性変形を進行させることを可能にするものである。従って、筒体部の長さが長くなるに伴って、筒体部の周囲に沿って複数の補強部材を設けることが好ましく、この場合、各補強部材は、筒体部の軸方向に等間隔に設けることが好ましい。

請求項２記載の衝撃吸収部材は、請求項１記載の衝撃吸収部材において、前記筒体部は、該筒体部の軸方向にその外形寸法が拡大又は縮小する。
請求項２記載の衝撃吸収部材において、筒体部の軸方向に、筒体部の外形寸法を拡大又は縮小することで、筒体部に安定した変形モードの塑性変形を進行させ易くできる。

請求項３記載の衝撃吸収部材は、請求項１及び２記載の衝撃吸収部材において、前記両フランジから前記筒体部の中央にかけてその外形寸法が縮小している。
請求項３記載の衝撃吸収部材において、フランジから筒体部の中央にかけてその外形寸法が縮小した形状としては、例えば、鼓型等がある。

請求項４記載の衝撃吸収部材は、請求項１記載の衝撃吸収部材において、前記筒体部は、該筒体部の軸方向にその内形寸法が拡大又は縮小する。
請求項４記載の衝撃吸収部材において、筒体部の軸方向に、筒体部の内形寸法を拡大又は縮小することで、筒体部に安定した変形モードの塑性変形を進行させ易くできる。

請求項５記載の衝撃吸収部材は、請求項１及び４記載の衝撃吸収部材において、前記両フランジから前記筒体部の中央にかけてその内形寸法が縮小している。
請求項５記載の衝撃吸収部材において、フランジから筒体部の中央にかけてその内形寸法が縮小した形状としては、例えば、筒体部の外形が円柱等がある。

請求項６記載の衝撃吸収部材は、請求項１〜５記載の衝撃吸収部材において、前記筒体部はその外断面形状が円形、長円形、及び角形のいずれか１からなって、軸方向にその外断面形状が実質的に相似である。
請求項６記載の衝撃吸収部材において、長円形としては、例えば、楕円形、卵形等がある。また、角形としては、例えば、三角形、四角形、五角形などの多角形、長方形等がある。
なお、軸方向にその外断面形状が実質的に相似とは、筒体部の外断面形状が軸方向の途中で他の形状に変わることなく、連続的に相似となっていることを意味する。

請求項７記載の衝撃吸収部材は、請求項１〜６記載の衝撃吸収部材において、少なくとも一方側の前記フランジに接する部分の前記筒体部の肉厚が薄く他方側に向けて徐々にその肉厚が厚くなる。
請求項７記載の衝撃吸収部材において、筒体部の肉厚が薄くなっている部分を塑性変形の起点にでき、塑性変形を他方側に向けて進行させることができる。

請求項８記載の衝撃吸収部材は、請求項７記載の衝撃吸収部材において、他方側の前記フランジに接する部分の前記筒体部の肉厚が薄く一方側に向けて徐々にその肉厚が厚くなって、前記筒体部の中央部分が最大の肉厚となっている。
請求項８記載の衝撃吸収部材において、筒体部の肉厚が薄くなった両側を塑性変形の起点にでき、塑性変形を筒体部の中央部分に向けて進行させることができる。

請求項９記載の衝撃吸収部材は、請求項８記載の衝撃吸収部材において、前記筒体部の中央の肉厚部に前記補強部材が設けられている。
請求項９記載の衝撃吸収部材において、補強部材は、筒体部の肉厚への影響を低減できる部分に設けられている。

請求項１０記載の衝撃吸収部材は、請求項１〜９記載の衝撃吸収部材において、前記補強部材は前記筒体部の外側周囲に設けられている。
請求項１０記載の衝撃吸収部材において、補強部材は、例えば、筒体部と一体的に製造することが好ましいが、予め別部材として製造し、これを筒体部の外側から取付けることも可能である。

請求項１１記載の衝撃吸収部材は、請求項１〜１０の衝撃吸収部材において、前記補強部材は、前記筒体部の内側に設けられている。
請求項１１記載の衝撃吸収部材において、補強部材は、例えば、筒体部と一体的に製造することが好ましく、例えば、軽量化のために１又は複数の開口部が設けられたもの、またこの開口部が設けられることなくそのままの状態のもの等を使用できる。
また、補強部材として、例えば、筒体部の内側を完全に塞ぎ、その形状が竹の節部のようになったもの、また、筒体部の内側周囲にバンド状（リング状）に設けたもの等も使用できる。

請求項１２記載の衝撃吸収部材は、請求項１〜１１の衝撃吸収部材において、前記金属材はアルミニウム又はアルミニウム合金からなっている。
請求項１２記載の衝撃吸収部材において、衝撃吸収部材は、例えば、使用する目的や性能等を考慮して、アルミニウム又は従来公知のアルミニウム合金で構成する。

請求項１〜１２記載の衝撃吸収部材は、肉厚が部分的に又は全体に渡って徐々に変化する筒体部と、筒体部の両側に設けられたフランジと、筒体部の周囲に沿って設けられた補強部材とを有するので、衝撃吸収部材が衝撃荷重を受けた場合に、筒体部の変形モードが一定となり、常に同じ位置で塑性変形を生起でき、筒体部の軸方向に蛇腹状の塑性変形を進行させることができる。従って、従来の衝撃吸収部材と比較して、衝撃エネルギーの吸収性能に優れた衝撃吸収部材を提供することが可能になる。

特に、請求項２〜９記載の衝撃吸収部材は、使用する目的や性能等に応じた衝撃吸収部材を提供でき、衝撃吸収部材の衝撃吸収性能を更に高めることができる。

請求項９記載の衝撃吸収部材は、筒体部の中央の肉厚部に補強部材を設けるので、筒体部の両側と比較して、筒体部の形状を保持する力が弱まる中央の形状保持力を向上させ、筒体部の軸方向に安定した塑性変形を進行させることができる。

請求項１０記載の衝撃吸収部材は、補強部材を筒体部の外側周囲に設けるので、筒体部の初期形状を補強部材が外側から保持し、筒体部の軸方向に安定した塑性変形を進行させることができる。

請求項１１記載の衝撃吸収部材は、補強部材を筒体部の内側に設けるので、筒体部の初期形状を補強部材が内側から保持し、筒体部の軸方向に安定した塑性変形を進行させることができる。

請求項１２記載の衝撃吸収部材は、金属材はアルミニウム又はアルミニウム合金からなっているので、衝撃吸収部材の軽量化を図ることができる。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係る衝撃吸収部材の側断面図、図２は同衝撃吸収部材と従来例１の衝撃吸収部材とが受けた荷重と変位との関係を比較した説明図、図３は本発明の実施例に係る衝撃吸収部材と従来例２の衝撃吸収部材とが受けた荷重と変位との関係を比較した説明図、図４（Ａ）〜（Ｄ）、図５（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ本発明の変形例に係る衝撃吸収部材の説明図である。

図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る衝撃吸収部材１０は、一方から他方にかけて肉厚が全体に渡って徐々に変化する筒体部１１と、筒体部１１の両側に設けられたフランジ１２、１３と、筒体部１１の軸方向中間部に筒体部１１の周囲に沿って設けられた補強部材１４とを有するものであり、全体が金属材からなって、衝撃荷重（以下、単に荷重ともいう）を受けて変形するものである。以下、詳しく説明する。

図１に示すように、筒体部１１は、その外断面形状が円形となった円筒状のものであり、筒体部１１の両端に設けられた各フランジ１２、１３から、筒体部１１の中央に向かってその外形寸法が縮小している。従って、筒体部１１は、軸方向にその外断面形状が実質的に相似となっている。
なお、フランジ１２の端面１５（本実施の形態では上面）に対する筒体部１１の上側内面１７の傾斜角θ１、及びフランジ１３の端面１６（本実施の形態では底面）に対する筒体部１１の下側内面１８の傾斜角θ２は、例えば、６０〜８９度（好ましくは７５〜８９度）の範囲内に調整されている。ここで、本実施の形態では、傾斜角θ１と傾斜角θ２が同じ角度になっているが、上記した範囲内で異なる角度であってもよい。

また、衝撃吸収部材の筒体部は、その外形寸法を縮小させることなく、外径寸法が実質的に同一となった円筒状で構成することも可能である。この筒体部は、その内面の傾斜角を前記した傾斜角θ１、θ２に調整することで、筒体部の軸方向中央に向かってその内径寸法を縮小させ、筒体部の一方から他方にかけてその肉厚を全体に渡って徐々に変化させる。

また、筒体部１１の各フランジ１２、１３（厚みが例えば、２〜５０ｍｍ程度）に接する部分には、その肉厚が薄くなった肉薄部１９、２０が設けられ、筒体部１１の肉厚が肉薄部１９、２０から筒体部１１の中央に向けて徐々に厚くなって、筒体部１１の中央部分で最大の肉厚となっている。ここで、肉薄部１９、２０の最小肉厚ｔ１、ｔ２は、例えば、０．５〜５ｍｍ程度であり、肉厚部（縮径部）２１の最大肉厚ｔ３は、例えば、ｔ１又はｔ２の１．５〜５倍程度となっている。

筒体部１１の中央に位置する肉厚部２１の外側周囲には、リング状となった補強部材１４が一体的に設けられている。
この補強部材１４は、衝撃吸収部材１０が荷重を受けた場合に、筒体部１１の変形に対してその形を保持可能とするものであり、その厚みｔ４を、例えば、肉厚部２１の肉厚ｔ３の０．５〜３倍程度としている。
ここで、筒体部１１の肉厚部２１の内側周囲には、二点鎖線で示すように、円盤状となった板状の補強部材２２を一体的に設けることが好ましい。この補強部材としては、衝撃吸収部材の軽量化のため、１又は２以上の開口部が形成されたものを使用することもできる。

前記した衝撃吸収部材１０は、金型に溶融金属を流し込んで鋳物を得るダイカスト法を用いて一体的に製造することが好ましいが、金型を用いたプレス成形により製造することも可能である。
なお、ダイカスト法を用いた製造時においては、円錐台状の２個の金型部の縮径部分を当接させ、筒体部１１の内部形状に対応した鼓型となるように配置する。そして、筒体部１１及びフランジ１２、１３の外側面の形状に対応し、例えば軸心を含む縦断面で２分割（縦割り）された金型部を、鼓型に配置された金型部の外側から組み合わせる。これにより、組み合わされた金型部で隙間が形成され、この隙間が、衝撃吸収部材１０を構成する筒体部１１、各フランジ１２、１３、及び補強部材１４の形状と実質的に同一になる。

従って、この隙間に溶融金属を流し込み、溶融金属を凝固させた後、２分割された外側の金型部を取り外し、次に円錐台状の２個の金型部を筒体部の内部から引き抜くことで、衝撃吸収部材１０が製造できる。
ここで、筒体部１１の内側周囲に補強部材２２を設ける場合は、円錐台状の２個の金型部を、当接させることなく補強部材２２の厚みに対応した隙間を開けて配置する。これにより、筒体部１１の内部に補強部材２２が設けられた衝撃吸収部材を製造できる。

なお、衝撃吸収部材１０の材質、大きさ、形状等は、使用する目的や性能等に応じて設定される。
衝撃吸収部材の材質は、例えば、衝撃吸収部材を自動車のバンパーのステイに使用する場合、軽量化のため衝撃吸収部材の全体をアルミニウム又はアルミニウム合金で構成することが好ましいが、他の金属材、例えば、マグネシウム、チタン、銅、及び鉄等のいずれか１又はこの金属を主成分とする合金等で構成することも可能である。
また、衝撃吸収部材の大きさは、衝撃吸収部材を自動車のバンパーのステイ（固定部）に使用する場合、例えば、筒体部の軸方向の長さを２００〜４００ｍｍ程度に設定するが、これに限定されるものではない。

そして、筒体部の外断面形状についても、前記したように円形に限定されるものでなく、例えば、楕円形、卵形等などの長円形、また、三角形、四角形（正方形、長方形を含む）、五角形などの多角形等にすることも可能である。
この場合、この筒状部の形状に応じて、フランジの形状、補強部材の形状もそれぞれ設定する。

このように構成することで、衝撃吸収部材１０が荷重を受けた場合、まず他の部分と比較して肉厚が薄くなっている筒体部１１の両端部に設けられた各肉薄部１９、２０を起点として、筒体部１１の軸方向中央部に向かって、連続する蛇腹状の塑性変形が進行する。このとき、補強部材１４により筒体部１１の折れ曲がりが防止される。

図２に示すように、本発明の衝撃吸収部材１０（筒体部１１の肉厚が軸方向に渡って変化したもの）と、この衝撃吸収部材１０が初期に受けた荷重と略同じレベルを示す従来例１の衝撃吸収部材（衝撃吸収部材１０の筒体部１１と実質的に同一の外形で、その肉厚のみが筒体部の軸方向に渡って同一厚みのもの）との荷重の変化を比較した。なお、ここでは、衝撃吸収部材の形状の影響を確認するため、本発明の衝撃吸収部材１０と従来例１の衝撃吸収部材は、同一の材質（アルミニウム合金）で構成している。また、試験は、衝撃吸収部材に対して、高さ１８３７ｍｍの場所から質量１トンの重錘を落下し、２１．６ｋｍ／時間の速度で衝突させて行った。

衝撃吸収部材１０が受ける荷重は、筒体部１１の変位量（筒体部１１の潰れ量）の増加に伴って徐々に増加していく（図２の◆）。即ち、これは、衝撃吸収部材１０が荷重を受けた場合の衝撃エネルギーの吸収量が高まっていることを示している。
一方、従来例１の衝撃吸収部材は、筒体部の変位量が増加しても、衝撃吸収部材が受ける荷重の増加はなく、即ち、衝撃エネルギーの吸収量が略同じ量であることを示している（図２の■）。
このことから、本発明の衝撃吸収部材１０は、従来例１の衝撃吸収部材と比較して、衝撃エネルギーの吸収性能が高いことがわかる。

また、図３に示すように、前記した本発明の実施例に係る衝撃吸収部材（衝撃吸収部材１０の筒体部１１の外形寸法が筒体部の軸方向に渡って同一となったもの）と、従来例２の衝撃吸収部材（筒体部の外断面形状が実質的に６角形となって、肉薄部が設けられておらず、その肉厚が筒体部の軸方向に渡って同一厚みのもの）との荷重の変化を比較した。なお、ここでは、衝撃吸収部材の形状の影響を確認するため、実施例に係る衝撃吸収部材と従来例２の衝撃吸収部材は、同一の材質（アルミニウム合金）で構成している。また、試験は、前記した条件と同一条件（重錘質量：１トン、衝突速度：２１．６ｋｍ／時間、重錘落下高さ：１８３７ｍｍ）である。
本発明の実施例に係る衝撃吸収部材は、筒体部に肉薄部が設けられているので、衝撃吸収部材が受ける初期荷重が、肉薄部が設けられていない従来例２の衝撃吸収部材が受ける初期荷重と比較して、約１／３程度に低減できることが分かる。

なお、衝撃吸収部材は、前記した形状に限定されるものでなく、例えば、図４（Ａ）〜（Ｄ）及び図５（Ａ）〜（Ｃ）に示す形状にすることも可能である。
図４（Ａ）に示すように、衝撃吸収部材３０の筒体部３１は、筒体部３１の両端に設けられた各フランジ３２、３３から、筒体部３１の中央に向かってその外形寸法が拡大している。この筒体部３１は、その外断面形状が軸方向に実質的に相似となっている。

筒体部３１の軸方向中間部には、筒体部３１の変形に対してその形を保持可能な補強部材３４が設けられている。この補強部材３４に接する部分には、その肉厚が薄くなった肉薄部が設けられ、筒体部３１の肉厚が肉薄部から筒体部３１の両端に設けられた各フランジ３２、３３に向けて徐々に厚くなって、筒体部３１の両端部で最大の肉厚となっている。従って、筒体部３１の肉厚は、筒体部３１全体に渡って徐々に変化している。
ここで、筒体部の肉厚は、補強部材の一方（本実施の形態においては上方）側及び他方（本実施の形態においては下方）側のいずれか一方のみを、前記した肉厚の変化と逆にすることも、また両方とも逆にすることも可能である。

また、図４（Ｂ）に示すように、衝撃吸収部材４０の筒体部４１は、筒体部４１の一端（本実施の形態においては上端）に設けられたフランジ４２から、筒体部４１の中央に向かってその外形寸法が拡大し、また、筒体部４１の他端（本実施の形態においては下端）に設けられたフランジ４３から、筒体部４１の中央に向かってその外形寸法が縮小している。この筒体部４１は、その外断面形状が軸方向に実質的に相似となっている。

筒体部４１の一端のフランジ４２に接する部分には、その肉厚が厚くなった肉厚部が設けられ、筒体部４１の肉厚が肉厚部から筒体部４１の軸方向中間部に設けられた補強部材４４に向けて徐々に薄くなって、補強部材４４で最小の肉厚となっている。また、筒体部４１の他端のフランジ４３に接する部分には、その肉厚が薄くなった肉薄部が設けられ、筒体部４１の肉厚が肉薄部から筒体部４１の軸方向中間部に設けられた補強部材４４に向けて徐々に厚くなって、補強部材４４で最大の肉厚となっている。従って、筒体部４１の肉厚は、筒体部４１全体に渡って徐々に変化している。
ここで、筒体部の肉厚は、補強部材の一方（本実施の形態においては上方）側及び他方（本実施の形態においては下方）側のいずれか一方のみを、前記した肉厚の変化と逆にすることも、また両方とも逆にすることも可能である。

そして、図４（Ｃ）に示すように、衝撃吸収部材５０の筒体部５１は、筒体部５１の両端に設けられた各フランジ５２、５３から、筒体部５１の上部に設けた縮径部５４に向かってその外形寸法が縮小している。この筒体部５１は、その外断面形状が軸方向に実質的に相似となっている。この筒体部５１の縮径部５４の位置と異なる位置であって、筒体部５１の軸方向中間部には補強部材５５が設けられている。
筒体部５１の各フランジ５２、５３に接する部分には、その肉厚が薄くなった肉薄部が設けられ、筒体部５１の肉厚が、肉薄部から筒体部５１の縮径部５４に向けて徐々に厚くなって、筒体部５１の縮径部５４で最大の肉厚となっている。従って、筒体部５１の肉厚は、筒体部５１全体に渡って徐々に変化している。
ここで、筒体部の肉厚は、縮径部５４の一方（本実施の形態においては上方）側及び他方（本実施の形態においては下方）側のいずれか一方のみを、前記した肉厚の変化と逆にすることも、また両方とも逆にすることも可能である。

更に、図４（Ｄ）に示すように、衝撃吸収部材６０の筒体部６１は、筒体部６１の一端（本実施の形態においては上端）に設けられたフランジ６２から、筒体部６１の他端（本実施の形態においては下端）に設けられたフランジ６３に向かって、その外形寸法が拡大している。この筒体部６１は、その外断面形状が軸方向に実質的に相似となっている。
また、筒体部６１の軸方向中間部には、筒体部６１の変形に対してその形を保持可能な補強部材６４が設けられている。
そして、筒体部６１の他端に設けられたフランジ６３に接する部分には、その肉厚が薄くなった肉薄部が設けられ、筒体部６１の肉厚が、肉薄部から筒体部６１の一端に設けられたフランジ６２に向けて徐々に厚くなっている。従って、筒体部６１の肉厚は、筒体部６１全体に渡って徐々に変化している。
ここで、筒体部の肉厚は、前記した肉厚の変化と逆にすることも可能である。

なお、図５（Ａ）に示す衝撃吸収部材６５のように、前記した衝撃吸収部材１０の筒体部１１の形状の半分に相当する部分を、筒体部１１に更に付け加えた形状である筒体部６６を設け、筒体部６６の軸方向の長さを長くすることもできる。この場合、筒体部６６の軸方向に渡って略等間隔（最小縮径部と最大拡径部）に２個の補強部材６７、６８を設ける。
また、図５（Ｂ）に示す衝撃吸収部材７０のように、前記した衝撃吸収部材１０の筒体部１１を軸方向に２個接続した形状である筒体部７１を設け、筒体部７１の軸方向の長さを更に長くすることもできる。この場合、筒体部７１の軸方向に渡って略等間隔（２つの最小縮径部と最大拡径部）に３個の補強部材７２、７３、７４を設ける。

そして、図５（Ｃ）に示す衝撃吸収部材７５のように、前記した衝撃吸収部材６０の筒体部６１の長さを更に長くした筒体部７６を設け、この筒体部７６の軸方向に渡って略等間隔に２個の補強部材７７、７８を設けることもできる。
上記したように、筒体部の長さを更に長くすることで、衝撃吸収部材の衝撃エネルギーの吸収性能を更に高めることができる。なお、補強部材の数は、前記した個数に限定されるものでなく、筒体部の長さや、筒体部が受ける荷重の大きさに応じて、４個以上設けることも可能である。
なお、筒体部の肉厚は、前記した肉厚の変化と一部を逆にすることも、また全部を逆にすることも可能である。

次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。なお、実施例の試験は、各衝撃吸収部材に対して、高さ１８３７ｍｍの場所から質量１トンの重錘を落下し、２１．６ｋｍ／時間の速度で衝突させて行った。
ここでは、従来例に係る衝撃吸収部材として、外径寸法が実質的に同一の円筒状となった筒体部を有するものを使用する。なお、使用した筒体部の寸法は、軸方向の長さが２８０ｍｍのものである。
筒体部の肉厚を一定にした図６（Ａ）に示す従来例に係る衝撃吸収部材８０は、図６（Ｂ）に示すように、軸方向に連続して蛇腹状の塑性変形を進行させることが困難であった。なお、この現象は、筒体部の長さが長くなるに伴って更に顕著になる。
従って、筒体部の肉厚が一定となった衝撃吸収部材８０では、衝撃エネルギーの吸収を効果的に行うことができないことを確認できた。

そこで、筒体部の肉厚を変化させ、この筒体部の軸方向中間部に補強部材を設けた影響について説明する。なお、比較例として補強部材が無い場合、実施例１として補強部材を筒体部の外側周囲に設けた場合、実施例２として補強部材を筒体部の内部及び外側周囲に設けた場合の各衝撃吸収部材をそれぞれ使用する。また、使用した筒体部の寸法は、軸方向の長さ２８０ｍｍ、外径１０９ｍｍ、最大内径１０６ｍｍ、最小内径１０３ｍｍ、肉薄部の厚み１．５ｍｍ、フランジの厚み７ｍｍ、補強部材の厚み６ｍｍである。

図７（Ａ）に示す比較例に係る補強部材が無い衝撃吸収部材８１に荷重を加えた場合、図７（Ｂ）に示すように、筒体部８２の保持力が小さくなる筒体部８２の軸方向中間部で、筒体部８２の側壁が、筒体部８２の内部に大きく入り込む変形が発生する。この結果、筒体部８２の肉厚を一定にした場合よりも、軸方向に連続した蛇腹状の塑性変形を進行させることはできたが、目的とする結果を満足できるものではなかった。

次に、図８（Ａ）に示す実施例１に係る補強部材８３を筒体部８２の外側周囲に設けた衝撃吸収部材８４に荷重を加えた場合、図８（Ｂ）に示すように、筒体部８２の軸方向中間部で、補強部材８３により筒体部８２の変形に対してその形を保持する力が働いているため、筒体部８２の側壁が、筒体部８２の内部へ大きく入り込む変形は抑制できた。この結果、補強部材８３を設けなかった場合よりも、軸方向に連続した蛇腹状の塑性変形を進行させることができた。

更に、図９（Ａ）に示す実施例２に係る補強部材８５を筒体部８２の内部及び外側周囲に設けた衝撃吸収部材８６に荷重を加えた場合、図９（Ｂ）に示すように、筒体部８２の軸方向中間部で、筒体部８２の変形に対してその形を保持する力が働いているため、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た。なお、この塑性変形後の全体形状を図８（Ｃ）に示す。

また、このとき（実施例２）の荷重（実線）及び衝撃吸収エネルギー（一点鎖線）と変位量との関係を図１０に示す。図１０から明らかなように、変位量が大きくなることで、衝撃吸収部材８６の受ける荷重が増加すると共に、衝撃吸収エネルギーの吸収性能が高まっていることがわかる。
以上のことから、筒体部の肉厚を変化させ、筒体部の軸方向中間部に補強部材を設けた衝撃吸収部材を使用することで、荷重を受けた場合の衝撃エネルギーを、筒体部の長さに対応させて効果的に吸収させることができる。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の衝撃吸収部材を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
また、前記実施の形態においては、自動車のバンパーのステイに衝撃吸収材を使用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、自動車のクロスメンバー、フロントサイドメンバー、リアサイドメンバー、ピラー、フレーム継手等に使用することも可能である。また、衝撃吸収部材は、自動車に限らず、例えば、電車、飛行機、船舶、各種プラント設備等の各衝撃吸収を行う必要がある部位に、それぞれ適用することも可能である。
そして、衝撃吸収部材を筒体部の軸方向に複数個接続して使用することも可能である。

本発明の一実施の形態に係る衝撃吸収部材の側断面図である。 同衝撃吸収部材と従来例１の衝撃吸収部材とが受けた荷重と変位との関係を比較した説明図である。 本発明の実施例に係る衝撃吸収部材と従来例２の衝撃吸収部材とが受けた荷重と変位との関係を比較した説明図である。 （Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ本発明の変形例に係る衝撃吸収部材の説明図である。 （Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ本発明の変形例に係る衝撃吸収部材の説明図である。 （Ａ）は肉厚が一定となった筒体部を有する従来例に係る衝撃吸収部材の側断面図、（Ｂ）は荷重を受けた後の同衝撃吸収部材の側断面図である。 （Ａ）は比較例に係る衝撃吸収部材の側断面図、（Ｂ）は荷重を受けた後の同衝撃吸収部材の部分側断面図である。 （Ａ）は本発明の実施例１に係る衝撃吸収部材の側断面図、（Ｂ）は荷重を受けた後の同衝撃吸収部材の部分側断面図である。 （Ａ）は本発明の実施例２に係る衝撃吸収部材の側断面図、（Ｂ）は荷重を受けた後の同衝撃吸収部材の部分側断面図、（Ｃ）は同衝撃吸収部材の塑性変形後の全体図である。 本発明の実施例２に係る衝撃吸収部材が受けた荷重及び衝撃エネルギーと変位との関係を示す説明図である。 （Ａ）はバンパーの全体図、（Ｂ）はバンパーが衝撃荷重を受けた場合の荷重と変位との関係を示す説明図である。

符号の説明

１０：衝撃吸収部材、１１：筒体部、１２、１３：フランジ、１４：補強部材、１５、１６：端面、１７：上側内面、１８：下側内面、１９、２０：肉薄部、２１：肉厚部、２２：補強部材、３０：衝撃吸収部材、３１：筒体部、３２、３３：フランジ、３４：補強部材、４０：衝撃吸収部材、４１：筒体部、４２、４３：フランジ、４４：補強部材、５０：衝撃吸収部材、５１：筒体部、５２、５３：フランジ、５４：縮径部、５５：補強部材、６０：衝撃吸収部材、６１：筒体部、６２、６３：フランジ、６４：補強部材、６５：衝撃吸収部材、６６：筒体部、６７、６８：補強部材、７０：衝撃吸収部材、７１：筒体部、７２〜７４：補強部材、７５：衝撃吸収部材、７６：筒体部、７７、７８：補強部材、８０、８１：衝撃吸収部材、８２：筒体部、８３：補強部材、８４：衝撃吸収部材、８５：補強部材、８６：衝撃吸収部材

Claims (12)

1. 全体が金属材からなって、衝撃荷重を受けて変形する衝撃吸収部材であって、一方から他方にかけて肉厚が部分的に又は全体に渡って徐々に変化する筒体部と、前記筒体部の両側に設けられたフランジと、前記筒体部の周囲に沿って設けられ、前記筒体部の変形に対してその形を保持可能な１又は複数の補強部材とを有する衝撃吸収部材。
2. 請求項１記載の衝撃吸収部材において、前記筒体部は、該筒体部の軸方向にその外形寸法が拡大又は縮小することを特徴とする衝撃吸収部材。
3. 請求項１及び２のいずれか１項に記載の衝撃吸収部材において、前記両フランジから前記筒体部の中央にかけてその外形寸法が縮小していることを特徴とする衝撃吸収部材。
4. 請求項１記載の衝撃吸収部材において、前記筒体部は、該筒体部の軸方向にその内形寸法が拡大又は縮小することを特徴とする衝撃吸収部材。
5. 請求項１及び４のいずれか１項に記載の衝撃吸収部材において、前記両フランジから前記筒体部の中央にかけてその内形寸法が縮小していることを特徴とする衝撃吸収部材。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の衝撃吸収部材において、前記筒体部はその外断面形状が円形、長円形、及び角形のいずれか１からなって、軸方向にその外断面形状が実質的に相似であることを特徴とする衝撃吸収部材。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の衝撃吸収部材において、少なくとも一方側の前記フランジに接する部分の前記筒体部の肉厚が薄く他方側に向けて徐々にその肉厚が厚くなることを特徴とする衝撃吸収部材。
8. 請求項７記載の衝撃吸収部材において、他方側の前記フランジに接する部分の前記筒体部の肉厚が薄く一方側に向けて徐々にその肉厚が厚くなって、前記筒体部の中央部分が最大の肉厚となっていることを特徴とする衝撃吸収部材。
9. 請求項８記載の衝撃吸収部材において、前記筒体部の中央の肉厚部に前記補強部材が設けられていることを特徴とする衝撃吸収部材。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の衝撃吸収部材において、前記補強部材は前記筒体部の外側周囲に設けられていることを特徴とする衝撃吸収部材。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の衝撃吸収部材において、前記補強部材は、前記筒体部の内側に設けられていることを特徴とする衝撃吸収部材。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の衝撃吸収部材において、前記金属材はアルミニウム又はアルミニウム合金からなっていることを特徴とする衝撃吸収部材。

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