JP2006214481A - 衝撃吸収部材 - Google Patents

Abstract

【課題】短い変形ストロークと大きなエネルギー吸収効率を両立させうる衝撃吸収部材を提供すること。
【解決手段】長手方向と短手方向を有する中空の部材であり、衝撃を直接受けることにより圧縮応力が発生する圧縮部位１０１と、この圧縮部位に対向し引張応力が発生する引張部位１０２と、これら圧縮部位１０１と引張部位１０２との両端側を連結する一対の側方部位１０３と、を有し、前記側方部位１０３には、所定の角度を有する山部１０４と、所定の角度を有する谷部１０５と、これらを連結する斜面部１０６と、が複数連設されて形成された蛇腹状の第一変形促進手段１０７が設けられ、前記第一変形促進手段１０７は、前記谷部１０５の頂点が、前記長手方向における前記第一変形促進手段１０７の両端１０８を結ぶ直線よりも内側になる位置に配置された衝撃吸収部材１００。
【選択図】図１

Description

本発明は、衝撃吸収部材に関し、特に、短い変形ストロークと大きなエネルギー吸収効率を両立させうる衝撃吸収部材に関する。

従来より、軽量且つ高強度の構造部材として、アルミに加えて、繊維強化材料が用いられている。繊維強化材料は、複合材料を繊維で強化したものであり、繊維強化ゴム（ＦＲＲ）、繊維強化金属（ＦＲＭ）、繊維強化セラミックス（ＦＲＣ）、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）等が知られている。これらのうち、繊維強化材料として最もよく利用されるＦＲＰは、マトリクス（素地）としてプラスチックを使用したもので、強化材としては一般に、炭素やガラス等の繊維が使用されることが知られている。

ＦＲＰの強化材として炭素繊維を使用したものは、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）とよばれる。ＣＦＲＰは、先端複合材料の中核に位置し、軽量、高強度、高弾性率材料として、航空分野、宇宙分野等に欠くことのできない構造材料として知られている。ＣＦＲＰ材は、炭素繊維の配向に応じて異なる構造及び性質を持つ、ユニダイレクショナル材（ＵＤ材）や、クロス材が知られている。ＵＤ材は、炭素繊維をうすく一方向に並べてエポキシ樹脂等により成型した素材形態である。一方、クロス材はカーボン繊維などの繊維を織物又は編物として、エポキシ樹脂等により成型した素材形態である。これらのＣＦＲＰは、鉄の約２５％の重量と軽量ながら、耐熱性及び耐蝕性に優れる。

ところで、従来より、自動車等の衝撃吸収部材として、乗員の保護対策及び燃費向上等の観点から、軽量且つ高強度の構造部材であるアルミニウム材やアルミニウム合金材が用いられている。特に、フロントピラー、センターピラー、リアピラー等の自動車側部に使用されるビーム材においては、衝突時の衝撃から乗員を保護するために、より優れたエネルギー吸収量を有する衝撃吸収部材が望まれている。

例えば、自動車の側部構造材に設置されるフレームでは、単一材料を押出成型やプレス成型し、断面形状を閉断面化、大断面化して強度及び剛性を上げることにより、衝突時のエネルギー吸収量の増大が図られている。一般に、側面衝突時の変形モードとしては、センターピラーを例に挙げると、上部サイドルーフレールと下部サイドシルを支点として折れ曲がる、３点曲げによる曲げ変形を受ける。従って、側部構造材としては、曲げの荷重に対する耐久力が強く、曲げによるたわみが小さいことが望まれる。

また、自動車の側部構造部材であるピラーでは、アルミニウム材又はアルミニウム合金材を用いた場合、同じ重量で大きな断面２次モーメントを得るために中空構造が採用されている。このようなアルミニウム等の衝撃吸収部材は、衝撃によって加わる荷重が最大強度に達した直後に荷重強度が急激に減少するという性質がある。これは、加わる荷重が降伏点を越えると、小さな荷重で容易に衝撃吸収部材が変形するため、一旦降伏点を越えると車体の変形量が大きいことを意味する。即ち、降伏点を越えると耐え得る荷重が小さくなり、小さい荷重で大きな車体の変形を生じるため、荷重と変位の積で算出されるエネルギー吸収量は結果的に小さくなる。従って、ピラー等の衝撃吸収部材としては、荷重が最大強度に達して降伏点を越えた後、降伏点近傍の荷重が引き続き加わったとしても、一定の変位に達するまでは荷重強度を保持し続けるものであることが望まれる。

これに関し、特許文献１には、アルミ中空形材の引張面側にＦＲＰ材を隣接して一体化させた部材が開示されている。これは、圧縮面側に塑性変形容易な部材を使用し、引張面側に高強度軽量部材を使用することで、圧縮面側で衝撃吸収を受け持ち、引張面側では面の変化量を少なくすることで大きなエネルギー吸収と小さな変形を実現しようとする技術である。

また、特許文献２には、軸圧壊してエネルギーを吸収させる車体構造部材において、曲げ変形を受ける箇所に蛇腹状の荷重伝達部材を配置し、山折した蛇腹の稜線を荷重受け面とし、谷折した蛇腹の稜線を構造部材への結合部として、良好な軸圧壊特性の実現と、曲げ入力に対する強度を向上させるという技術が開示されている。
特開平０６−１０１７３２号公報 特開２００４−７５０２１号公報

しかし、特許文献１に開示されている衝撃吸収部材は、圧縮側に塑性変形しやすいアルミを使用しているため、衝撃吸収部材の吸収エネルギー量は、圧縮側の降伏応力が支配的要因となってしまう。つまり、引張側の高強度ＦＲＰ材は、エネルギー吸収材としての寄与が低く、かつ、アルミを使用することで重量効率の向上にも限界がある。また、この衝撃吸収部材においては、アルミとＦＲＰがボルトにより接合された構造を有しているため、荷重による変形に伴ってボルト接合部に応力集中が発生してしまい、この発明特有の利点を発揮する以前に接合部から破断に至る可能性がある。ボルトの代わりとして接着剤を使用したとしても、接着剤の強度で衝撃吸収部材全体の強度の上限値が決まってしまう。

また、特許文献２に開示されている荷重伝達部材を、荷重を受ける中空長材に採用した場合、荷重伝達部材自身が抵抗となって荷重を発生させるだけで、長材に略直角方向に働く荷重を長手方向に変換することはできない。図１９に、特許文献２に開示される荷重伝達部材の荷重受け面３０１に、衝撃を加えた状況を示す。図１９（Ａ）の矢印方向から、山折部分３０２に衝撃を加えた場合、特許文献２に開示された荷重伝達部は、衝撃により図１９（Ｂ）に示されるように、断面がつぶれるのみとなる。図１９（Ｃ）は、図１９（Ｂ）のＡ−Ａにおける構造部材の断面図を示すものである。すなわち、特許文献２に開示された荷重伝達部材は、荷重伝達部材自身が抵抗となって荷重に寄与するのみであり、結局のところ、曲げ荷重により断面がつぶれてしまい、曲げモーメントに耐えられなくなるという根本的な問題を解決することができない。

また仮に、特許文献２に開示された荷重伝達部材を、接着、溶接等により接続して断面のつぶれを防ごうとしても、接続部から破壊が進行する危険性が高まり、かつ、接続範囲の剛性が上がり、圧縮時の荷重変動が大きくなるため、軸圧壊特性の向上を図ることができなくなる可能性がある。また、そもそもこの荷重伝達部材はあくまで軸圧壊エネルギー吸収部材の性能向上を図ったものであり、軸圧壊方向の荷重を受けずに曲げ荷重のみを受ける構造部材を対象としたものではないため、曲げ変形のみに対するエネルギー吸収性能の向上を達成するものではない。

本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、短い変形ストロークと大きなエネルギー吸収効率を両立させうる衝撃吸収部材を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、衝撃吸収部材の衝撃を受ける部位の側方に、変形促進手段を設けることにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。より具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。

（１） 長手方向と短手方向とを有し、曲げ変形を行うことにより衝撃を吸収する中空の衝撃吸収部材であって、前記衝撃を直接受けることにより圧縮応力が発生する圧縮部位と、この圧縮部位に対向し引張応力が発生する引張部位と、これら圧縮部位と引張部位との両端側を連結する一対の側方部位と、を有し、少なくとも前記側方部位には、所定の角度を有する山部と、所定の角度を有する谷部と、これらを連結する斜面部と、が複数連設されて形成された蛇腹状の第一変形促進手段が設けられ、前記第一変形促進手段は、前記谷部の頂点が、前記長手方向における前記第一変形促進手段の両端を結ぶ直線よりも内側になる位置に配置された衝撃吸収部材。

（１）の衝撃吸収部材は、衝撃を受ける部位の側方に、変形促進手段として、蛇腹状の構造を有するものである。一般に、構造部材は、衝撃を受けると、荷重部及び曲げモーメントが極値を取る部分において折れ曲がる。構造部材が曲げ変形を受ける際には、衝撃を直接受ける部分には圧縮応力が発生し、この圧縮応力が発生する部位に対向する部位には引っ張り応力が発生し、この圧縮応力がある大きさを越えたときに、曲げ荷重が低下して圧縮部位が座屈し、断面がつぶれてしまう。

（１）の衝撃吸収部材によれば、中空の衝撃吸収部材の中に、蛇腹状の変形促進手段を設けたことによって、衝撃吸収部材に対して衝撃による荷重が加わったときに、圧縮応力が発生する部位の蛇腹が順に折りたたまれる。折りたたまれた後は、干渉により荷重が上昇するため、その力により周囲の蛇腹を更に折りたたむ。これにより、断面をつぶす力を、蛇腹の折りたたみ荷重に変換し続けることができ、荷重部の断面形状を維持したままで周囲に変形を拡大することが可能となり、曲げエネルギー吸収効率を向上することができる。

また、蛇腹状の谷部が、前記両端部を結ぶ直線よりも内側になる位置に配置されることにより、蛇腹の折りたたみ時に、蛇腹部分が外側に膨らみ、断面がつぶれることを防止することができる。

（２） 前記第一変形促進手段は、前記山部及び谷部の各稜線が前記長手方向に対して略直交する向きに配置された（１）記載の衝撃吸収部材。

（２）の衝撃吸収部材によれば、変形促進手段となる蛇腹状の山部及び谷部の各稜線を前記長手方向に対して略直交する向きに配置することによって、曲げ変形時に圧縮部位及び引張部位の両方に一定荷重を発生させることができ、エネルギー吸収効率を向上させるとともに、変形ストロークを短くすることができる。

（３） 前記山部の角度及び前記谷部の角度は、いずれも鋭角である（１）又は（２）記載の衝撃吸収部材。

（３）の衝撃吸収部材によれば、山部及び谷部の角度が小さいため、蛇腹部分の折りたたみの際の干渉のタイミングが早まる。このため、多くの箇所で荷重が発生し、曲げエネルギー吸収効率を向上することができる。

（４） 対向する前記側方部位間の最短距離に対する、隣接する前記谷部の頂点を結ぶ直線間の最短距離の比は、６／５０以上５０／５０以下である（１）から（３）いずれか記載の衝撃吸収部材。

（４）の衝撃吸収部材によれば、対向する側方部位間の最短距離に対する、隣接する谷部の頂点を結ぶ直線間の最短距離の比を６／５０以上５０／５０以下とすることで、断面係数を確保することが可能となり、十分なエネルギーの吸収を行うことができる。

（５） 長手方向と短手方向とを有し、曲げ変形を行うことにより衝撃を吸収する中空の衝撃吸収部材であって、前記衝撃を直接受けることにより圧縮応力が発生する圧縮部位と、この圧縮部位に対向し引張応力が発生する引張部位と、これら圧縮部位と引張部位との両端側を連結する一対の側方部位と、を有し、少なくとも前記側方部位には、ヤング率の異なる第一部材及び第二部材が前記長手方向に交互に配置され、且つ、厚み方向にも交互に配置されて形成された第二変形促進手段が設けられた衝撃吸収部材。

（５）の衝撃吸収部材は、衝撃を受ける部位の側方に、変形促進手段として、ヤング率の異なる第一部材と第二部材が長手方向に交互に配置され、且つ、厚み方向にも交互に配置されて形成された第二変形促進手段を備えるものである。ここで、第一部材および第二部材はいずれも、同一部材を積層して形成された積層体であってもよい。

（５）の衝撃吸収部材によれば、変形促進手段にヤング率の異なる二種の部材を設けることにより、衝撃吸収部材に対して衝撃による荷重が加わったときには、圧縮応力が発生する部位のヤング率の小さい部材が順に折りたたまれる。折りたたまれた後は、干渉により荷重が上昇するため、その力により、周囲のヤング率の小さい部材を更に折りたたむ。これにより、断面をつぶす力を、低ヤング率を有する部材の折りたたみ荷重に変換し続けることができ、荷重部の断面形状を維持したままで周囲に変形を拡大することが可能となり、結果として、曲げエネルギー吸収効率を向上することができる。

（６） 前記第一部材及び第二部材は、繊維強化プラスチック材である（５）記載の衝撃吸収部材。

（６）の衝撃吸収部材によれば、変形促進手段となる第一部材と第二部材は、繊維強化プラスチック材であるため、軽量で高強度であり、耐熱性、耐蝕性に優れた衝撃吸収部材を得ることが可能となる。このため、例えば、自動車等の衝撃吸収部材として使用した際には、自動車等の燃費の向上に寄与するばかりでなく、乗員の保護対策として好ましい部材となる。

本発明の衝撃吸収部材によれば、衝撃による曲げ荷重が加わった際に、衝撃吸収部材の側方に設けられた変形促進手段が、側方に発生する圧縮応力を利用して、曲げ荷重を長手方向の圧縮荷重に変換し、断面をつぶさないことにより曲げ荷重の低下を防止することができる結果、曲げエネルギー吸収量を向上させることが可能となる。したがって、本発明の衝撃吸収部材は、従来よりも短い変形ストロークと大きなエネルギー吸収効率を両立させることが可能となる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下、共通する構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略若しくは簡略化する。

＜第一実施形態＞
図１は、本発明の第一実施形態を示した図である。本実施形態にかかる衝撃吸収部材１００は、長手方向と短手方向を有する中空の部材であり、衝撃を直接受けることにより圧縮応力が発生する圧縮部位１０１と、この圧縮部位に対向し引張応力が発生する引張部位１０２と、これら圧縮部位１０１と引張部位１０２との両端側を連結する一対の側方部位１０３と、を有し、前記側方部位１０３には、鋭角な山部１０４と、鋭角な谷部１０５と、これらを連結する斜面部１０６と、が複数連設されて形成された蛇腹状の第一変形促進手段１０７が設けられ、前記山部１０４と谷部１０５の各稜線が長手方向に対して直行する向きに配置されたものである。また、前記第一変形促進手段１０７は、前記谷部１０５の頂点が、前記長手方向における前記第一変形促進手段１０７の両端１０８を結ぶ直線よりも内側になる位置に配置されており、すなわち、衝撃吸収部材１００の厚みＡの内側に、谷部１０５の頂点を結ぶ直線が存在する位置に配置されたものである。

図１（Ａ）は、衝撃を受ける圧縮部位１０１の側から衝撃吸収部材１００を示した図であり、図１（Ｂ）は、側方部位１０３の側から衝撃吸収部材１００を示した図である。

［衝撃吸収機構］
図２は、本発明の衝撃吸収部材における衝撃吸収機構を表す図である。一般に、構造部材が衝撃により曲げ変形を受ける際には、側方部位１０３の衝撃加圧部１０９寄りには、矢印方向の圧縮応力が発生し、側方部位１０３の衝撃加圧部分と反対寄りには、圧縮応力と反対方向の引張応力が発生する。構造部材が曲がってしまうのは、構造部材の曲げ荷重が低下するためであり、曲げ荷重の低下は、前記圧縮応力により、衝撃加圧部１０９および側方部位１０３が座屈し、断面がつぶれてしまうためである。本発明においては、側方部位１０３に設けられた変形促進手段により、この圧縮応力を利用して、曲げ荷重を長手方向の圧縮荷重に変換し、断面をつぶさないことにより曲げ荷重の低下を防ぐことが可能となり、その結果、曲げエネルギー吸収量を向上することができる。

図３は、第一実施形態における衝撃吸収機構を説明する図である。本実施形態においては、中空の衝撃吸収部材１００の中に、蛇腹状の第一変形促進手段１０７を設けたことによって、衝撃吸収部材１００に対して衝撃による荷重が加わったときに、圧縮応力が発生する圧縮部位１０１側の蛇腹が順に折りたたまれる。折りたたまれた後は、干渉により荷重が上昇するため、その力により周囲の蛇腹を更に折りたたむ。これにより、断面をつぶす力を、蛇腹の折りたたみ荷重に変換し続けることができ、荷重部の断面形状を維持したままで周囲に変形を拡大し、曲げ荷重を長手方向の圧縮荷重に変換することが可能となる。更に、蛇腹状の谷部１０５の頂点が、前記長手方向における前記第一変形促進手段１０７の両端１０８を結ぶ直線よりも内側になる位置に配置されることにより、蛇腹の折りたたみ時に、蛇腹部分が外側に膨らみ、断面がつぶれること防止することができ、結果として、曲げエネルギー吸収効率を向上することができる。

［変形促進手段の領域の大きさ、位置］
本発明においては、変形促進手段は、少なくとも側方部位に設けられるものであり、側方部位と同時に、圧縮部位、引張部位に更に設けられていてもよい。変形促進手段が設けられる領域の大きさは、特に限定されるものではなく、衝撃吸収部材が使用される構造部材の種類に応じて適宜選択することができる。荷重負荷部が長手方向で特定されない場合には、全ての荷重パターンに対応するため、長手方向の全体に変形促進手段を設けてもよい。また、変形促進手段が設けられる領域の位置は、衝撃吸収部材の中で、衝撃を受ける可能性のある部分であれば特に限定されるものではない。衝撃吸収部材が配置される構造部材が用いられる場所に応じて、変形促進手段を設ける領域を適宜選択することも可能である。

［衝撃吸収部材の形状］
本発明の衝撃構造部材は、長手方向と短手方向を有し、衝撃時には、長手方向に対して略直角に曲げ変形がなされることにより衝撃の吸収を行うものである。本発明に係る衝撃吸収部材の形状は、中空の衝撃吸収部材となるものであれば特に限定されるものではない。例えば、四角柱などの断面多角形形状、円筒形状を挙げることができ、場所によって断面形状が異なっていてもよい。

［衝撃吸収部材の材料］
本発明に係る衝撃吸収部材の材料としては、特に限定されるものではなく、例えば、繊維強化プラスチック、繊維強化金属などの繊維強化材料、鉄やアルミニウムなどの金属、樹脂単体等を挙げることができる。なかでも、自動車等の車両側部に常用されるアルミニウムもしくはアルミニウム合金を好適に用いることができる。

［変形促進手段の形状］
第一実施形態においては、第一変形促進手段１０７の形状は、鋭角な山部１０４と、鋭角な谷部１０５と、これらを連結する斜面部１０６と、が複数連設されて形成された蛇腹状の形状である。第１実施形態においては、山部１０４および谷部１０５のそれぞれは、略直線の稜線を持つ鋭角な形状である。また、山部１０４の頂点及び谷部１０５の頂点の角度は、特に限定されるものではなく、鋭角であっても鈍角であってもよいが、折りたたみの際の干渉のタイミングを早め、多くの箇所で荷重を発生させることにより、曲げエネルギー吸収効率をより向上させるためには、９０度以下であることが好ましい。なお、山部１０４と隣接する山部１０４の稜線間の距離は、衝撃吸収部材の大きさ、変形促進手段を設ける領域の大きさ、頂点の角度によって適宜選択することが可能である。

第一実施形態における山部１０４と谷部１０５の各稜線は、衝撃吸収部材１００の長手方向に対して略直交する向きに配置されることが好ましい。略直交する向きに配置することにより、曲げ変形時に圧縮部位１０１及び引張部位１０２の両方に一定荷重を発生させることができ、エネルギー吸収効率を向上させるとともに、変形ストロークを短くすることができる。

また、第一実施形態の第一変形促進手段１０７は、谷部１０５の頂点が、長手方向における第一変形促進手段１０７の両端１０８を結ぶ直線よりも内側になる位置に配置されており、すなわち、衝撃吸収部材１００の厚みＡの内側に、隣接する谷部１０５の頂点を結ぶ直線が存在する位置に配置される。ここで、隣接する谷部１０５の頂点を結ぶ直線間の最短距離Ｂの中心点は、衝撃吸収部材の厚みＡの略中心点であることが好ましい。

図４は、図１に示される本発明の第一実施形態に係る衝撃吸収部材１００に関して、対向する側方部位１０３間の最短距離Ａ（衝撃吸収部材１００の厚みＡ）に対する、隣接する谷部１０５の頂点を結ぶ直線間の最短距離Ｂの比（Ｂ／Ａ）と、エネルギー吸収量との関係を示す図である。これは、衝撃吸収部材１００の３点曲げ荷重変位特性を基にしたものである。図４に示されるように、変形促進手段を有しない場合のエネルギー吸収量は、２４００Ｊ程度である。本実施形態においては、Ａに対するＢの比が、６／５０以上５０／５０以下の範囲であれば、エネルギー吸収量が大きく、好ましい。６／５０よりも小さいと、Ｂの寸法が小さすぎることから断面係数が減少してしまい、十分なエネルギーの吸収を行うことができない。一方で、５０／５０より大きい場合には、変形促進手段を設けていない衝撃吸収部材と同等のエネルギー吸収量しか得られない。より好ましい設定範囲は、１０／５０以上４０／５０以下である。

［変形促進手段の材料、製造方法］
本発明に係る変形促進手段を構成する領域の材料は、特に限定されるものではなく、衝撃吸収部材と同一でも、異なっていてもよい。また、変形促進手段を衝撃吸収部材に設ける方法は、特に限定されるものではなく、衝撃吸収部材の製造時に変形促進手段を同時に形成しても、また予め衝撃吸収部材が形成された後に、衝撃吸収部材に変形促進手段を設けてもよい。例えば、衝撃吸収部材の材料として、車両側部に常用されるアルミニウムもしくはアルミニウム合金を用いた場合には、衝撃吸収部材の製造時に、同時に変形促進手段をプレス成型等により設けることが可能となる。また、衝撃吸収部材を形成した後に、衝撃吸収部材の材料とは別に、繊維強化材料等により製造することも可能である。このときの積層は、マンドレルにプリプレグを順に巻いて行い、オートクレーブ成形にて製作することが可能である。尚、繊維強化材料としては、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）の他、繊維強化ゴム（ＦＲＲ）、繊維強化金属（ＦＲＭ）、繊維強化セラミックス（ＦＲＣ）などを挙げることができる。

＜変形例一＞
図５は、第一実施形態の変形例一を示す図である。図５は、変形例一の衝撃吸収材１００ａを、側方部位１０３ａの側から示した図である。第一実施形態にかかる衝撃吸収部材１００の変形例一は、衝撃を直接受けることにより圧縮応力が発生する圧縮部位１０１ａと、この圧縮部位に対向し引張応力が発生する引張部位１０２ａと、これら圧縮部位１０１ａと引張部位１０２ａとの両端側を連結する一対の側方部位１０３ａと、を有し、前記側方部位１０３ａには、鋭角な山部１０４ａと、鋭角な谷部１０５ａと、これらを連結する斜面部１０６ａと、が複数連設されて形成された蛇腹状の変形促進手段１０７ａが設けられ、前記山部１０４ａと谷部１０５ａの各稜線が長手方向に対して所定の傾斜角度を有する向きに配置されたものである。

本変形例一においても、第一実施形態と同様に、側方部位１０３ａに設けられた変形促進手段１０７ａが折りたたまれることにより、圧縮応力を利用して、曲げ荷重を長手方向の圧縮荷重に変換し、断面をつぶさないことにより曲げ荷重の低下を防ぐことが可能となり、その結果、曲げエネルギー吸収量を向上することができる。

＜変形例二＞
図６は、第一実施形態の変形例二を示す図である。図６は、変形例二の衝撃吸収材１００ｂを、側方部位１０３ｂの側から示した図である。第一実施形態にかかる衝撃吸収部材１００の変形例二は、衝撃を直接受けることにより圧縮応力が発生する圧縮部位１０１ｂと、この圧縮部位に対向し引張応力が発生する引張部位１０２ｂと、これら圧縮部位１０１ｂと引張部位１０２ｂとの両端側を連結する一対の側方部位１０３ｂと、を有し、前記側方部位１０３ｂには、鋭角な山部１０４ｂと、鋭角な谷部１０５ｂと、これらを連結する斜面部１０６ｂと、を有し、前記山部１０４ｂと谷部１０５ｂの各稜線が円周上になるよう配置されたものである。

本変形例二においては、側方部位１０３ｂに設けられた円形の変形促進手段１０７ｂが折りたたまれることにより、圧縮部位により多くかかる圧縮応力が、曲げ荷重を長手方向の圧縮荷重として分散し、これにより断面がつぶれないため曲げ荷重の低下を防ぐことが可能となり、その結果、曲げエネルギー吸収量を向上することができる。

＜第二実施形態＞
図７は、本発明の第二実施形態による衝撃吸収部材の部分斜視図である。図８は、図７の点線で囲まれた範囲の部分拡大図である。本実施形態にかかる衝撃吸収部材２００は、長手方向と短手方向を有する中空の部材であり、衝撃を直接受けることにより圧縮応力が発生する圧縮部位２０１と、この圧縮部位に対向し引張応力が発生する引張部位２０２と、これら圧縮部位２０１と引張部位２０２との両端側を連結する一対の側方部位２０３と、を有し、前記側方部位２０３には、ヤング率の異なる第一部材２０５及び第二部材２０６が前記長手方向に交互に配置された層が二層積層され、且つ、これら二層は、第一部材２０５と第二部材２０６とが重なることなく積層された第二変形促進手段２０４が設けられている。

［衝撃吸収機構］
第二実施形態における衝撃吸収部材２００は、衝撃を受ける部位の側方に、第二変形促進手段２０４として、ヤング率の異なる第一部材２０５と第二部材２０６が長手方向に交互に配置された層が、二層積層され、且つ、これら二層は、第一部材と第二部材とが重なることなく積層された変形促進手段を備えるものである。第二実施形態の衝撃吸収部材２００は、第二変形促進手段２０４にヤング率の異なる二種の部材を設けることにより、衝撃吸収部材２００に対して衝撃による荷重が加わると、圧縮応力が発生する圧縮部位２０１側のヤング率の小さいほうの部材が順に折りたたまれる。折りたたまれた後は、干渉により荷重が上昇するため、その力により、周囲のヤング率の小さい部材を更に折りたたむ。これにより、断面をつぶす力を、低ヤング率を有する部材の折りたたみ荷重に変換し続けることができ、荷重部の断面形状を維持したままで周囲に変形を拡大することが可能となり、結果として、曲げエネルギー吸収効率を向上することができる。

［変形促進手段の材料、製造方法］
第二実施形態に係る第二変形促進手段２０４を構成する第一部材２０５及び第二部材２０６の材料としては、ヤング率の異なる２種の材料であれば特に限定されるものではないが、軽量で高強度であり、耐熱性、耐蝕性に優れた衝撃吸収部材を得ることが可能となることから、繊維強化材料を好ましく用いることが可能となる。中でも、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）が特に好ましい。また、第二変形促進手段２０４の製造方法としては、例えば、マンドレルにプリプレグを順に巻いて行い、オートクレーブ成形にて製作する方法を挙げることができる。

＜用途＞
本発明の衝撃吸収部材は、短い変形ストロークと大きなエネルギー吸収効率を両立させうることから、優れた衝撃エネルギー吸収が必要となる部材に用いることができる。そのような部材としては、例えば、自動車のフロントピラー、センターピラー、リアピラー等の自動車側部に使用されるビーム材を挙げることが可能である。本発明の衝撃吸収部材を構造部材に用いた自動車は、追突事故等により車体に衝撃が加わった際に、曲げ荷重に対する耐久性に優れることから、優れた衝撃エネルギーの吸収が期待でき、乗員の保護に寄与しうる。

図９は、本発明の衝撃吸収部材を自動車センターピラーのビーム材として適用した例を示す図である。自動車センターピラーとは、図９（Ａ）にて示される部分であり、センターピラーには、図９（Ｂ）に示されるように、内部構造材としてのビーム材が存在している。図９（Ｂ）に示されるビーム材のＹ−Ｙにおける断面図が図９（Ｃ）である。一般に、自動車の側方からの衝突時の荷重は、矢印に示される方向から受ける。このため、矢印方向からの衝撃を受ける面を荷重受け面（圧縮部位）とし、その側方部位に対して変形促進手段を設ける。

次に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

＜実施例１＞
［衝撃吸収部材の全体構成］
図１０に示されるような、本発明の第一実施形態に係る蛇腹状の第一変形促進手段１０７を備える中空の衝撃吸収部材１００を、高張力鋼７８０Ｔを材料として作成した。実施例１に用いた衝撃吸収部材１００は、長手方向の長さ６００ｍｍ、断面が５０×５０ｍｍの中空部材である。この衝撃吸収部材１００の長手方向の略中心部分のＰ部に、９０ｍｍの領域で、蛇腹状の第一変形促進手段１０７を設けた。尚、図１０における矢印を衝撃加圧方向とした。

［変形促進手段の構成］
図１１は、実施例１にて用いた衝撃吸収部材１００の第一変形促進手段１０７を有する領域Ｐ部を示す図である。尚、図１１（Ａ）は、衝撃を受ける圧縮部位１０１の側から衝撃吸収部材１００を示した図であり、図１１（Ｂ）は、側方部位１０３の側から衝撃吸収部材１００を示した図である。Ｐ部においては、側方部位１０３に、鋭角な山部１０４と、鋭角な谷部１０５と、これらを連結する斜面部１０６と、が複数連設されて形成された蛇腹状の第一変形促進手段１０７を形成し、これら山部１０４と谷部１０５の各稜線は、衝撃吸収部材１００の長手方向に対して直交する向きに配置した。第一変形促進手段１０７の山部１０４と隣接する山部１０４の稜線の距離は、１８ｍｍのサイクルとして形成し、また、谷部１０５の頂点を結ぶ直線の距離は３０ｍｍとし、衝撃吸収部材１００の厚み５０ｍｍよりも小さく、且つ、厚みの内側に谷部１０５の頂点を結ぶ直線が入るように作成した。

［衝撃吸収部材の製造］
図１２は、実施例１に用いた衝撃吸収部材１００の製造工程を示す図である。先ず、材料となる高張力鋼７８０Ｔの鋼板（図１２（Ａ））を用意した。次に、この高張力鋼７８０Ｔの鋼板に対し、図１２（Ｂ）に示されるように、Ｐ部を構成する蛇腹状の第一変形促進手段１０７をプレス成形により作成した。最後に、図１２（Ｃ）に示されるように、矢印方向に鋼板を折り曲げて閉断面を構成し、鋼板末端の重なり部分をレーザー溶接または炭酸ガスアーク溶接により溶着させ、衝撃吸収部材１００を得た。

＜比較例１＞
比較例１として、実施例１に使用したのと同一の高張力鋼７８０Ｔを材料として用い、変形促進手段を設けない以外は実施例１と同様にして、中空状の衝撃吸収部材を作成した。

実施例１及び比較例１により作成された衝撃吸収部材を用いて、３点曲げ荷重変位につき測定を行った。試験機としては、島津製作所オートグラフを用い、試験速度を５ｍｍ／ｍｉｎとして、押子に設置したロードセルにより測定を実施した。

図１３は、エネルギー効率比較を示すグラフである。図１３に示されるように、変形促進手段を設けた実施例１のほうが、比較例よりも、エネルギー吸収効率が良い結果が得られた。

図１４は、ＬｏａｄとＤｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔの関係を示すグラフである。図１４に示されるように、変形促進手段を設けた実施例１のほうが、比較例よりも、最大荷重後の荷重低下が少なくなる結果が得られた。

図１５は、衝撃加圧前後の実施例１のＰ部につき、衝撃を受ける圧縮部位１０１の側から示した図であり、（Ａ）図が衝撃加圧前、（Ｂ）図が衝撃加圧後を示す図である。変形促進手段を設けた実施例１では、衝撃による側方部位１０３の膨らみが抑えられ、断面形状を維持したまま、曲げモーメントに耐えながら蛇腹部分の折りたたみ変形が進行した。

図１６は、比較例１の衝撃加圧部分につき、衝撃を受ける部位の側から示した図である。変形促進手段の存在しない比較例１では、衝撃により側方部位が膨らみ、断面がつぶれてしまった。

＜実施例２＞
実施例２として、図１７の部分斜視図に示される、本発明の第二実施形態に係るヤング率の異なる２つの部材を備えた第二変形促進手段２０４を備えた衝撃吸収部材２００を作成した。図１８は、図１７の点線で囲まれた範囲の部分拡大図である。衝撃吸収部材２００を構成する材料、および第二変形促進手段となる第一部材２０５および第二部材２０６としては、それぞれ異なるヤング率を有する積層繊維強化プラスチック材（ＦＲＰ）を用いた。実施例２においては、第一部材２０５及び第二部材２０６の二層は、それぞれ１０ｐｌｙの積層体の層とし、第二変形促進手段２０４全体として厚み２０ｐｌｙとした。実施例２において使用した繊維強化プラスチック材（ＦＲＰ）を構成する繊維としては、東邦テナックス社製の商品名：カーボン繊維ＨＴＡを、マトリクスとしては、エポキシ樹脂（＃１１２）を使用した。また、積層は、図１８に示されるように、マンドレルにプリプレグを順に巻いて行い、オートクレーブ成形にて製作した。

図１７に示される構造を有する衝撃吸収部材２００は、第二変形促進手段２０４を有する領域において、衝撃吸収部材２００の座屈を安定的に発生させた。

本発明の第一実施形態を示す図である。 本発明の衝撃吸収機構を示す図である。 第一実施形態の衝撃吸収機構を示す図である。 第一実施形態に係る衝撃吸収部材のエネルギー吸収量を説明するための図である。 第一実施形態の変形例一を示す図である。 第一実施形態の変形例二を示す図である。 本発明の第二実施形態による衝撃吸収部材の部分斜視図である。 図７の点線で囲まれた範囲の部分拡大図である。 本発明の衝撃吸収部材を自動車センターピラーのビーム材として適用した例を示す図である。 実施例１に用いた衝撃吸収部材１００の全体構成図である。 図１０の領域Ｐ部を示す図である。 実施例１に用いた衝撃吸収部材１００の製造工程図である。 エネルギー効率比較を表す図である。 ＬｏａｄとＤｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔの関係を示す図である。 実施例１における衝撃加圧前後のＰ部を示した図である。 比較例１における衝撃加圧後のＰ部を示した図である。 実施例２における衝撃吸収部材の部分斜視図である。 図１７の点線で囲まれた範囲の部分拡大図である。 特許文献２の構成部材を説明するための図である。

符号の説明

１００、１００ａ、１００ｂ、２００ 衝撃吸収部材
１０１、１０１ａ、１０１ｂ、２０１、３０１ 荷重受け面（圧縮部位）
１０２、１０２ａ、１０２ｂ、２０２ 引張部位
１０３、１０３ａ、１０３ｂ、２０３ 側方部位
１０４、１０４ａ、１０４ｂ 山部
１０５、１０５ａ、１０５ｂ 谷部
１０６、１０６ａ、１０６ｂ 斜面部
１０７、１０７ａ、１０７ｂ 第一変形促進手段
１０８、１０８ａ 第一変形促進手段の両端
１０９ 衝撃加圧部
２０４ 第二変形促進手段
２０５ 第一部材
２０６ 第二部材
３０２ 山折部分
３０３ 結合部
Ａ 衝撃吸収部材の厚み
Ｂ 隣接する谷部の頂点を結ぶ直線間の最短距離
Ｐ 変形促進手段を有する領域

Claims (6)

1. 長手方向と短手方向とを有し、曲げ変形を行うことにより衝撃を吸収する中空の衝撃吸収部材であって、
   前記衝撃を直接受けることにより圧縮応力が発生する圧縮部位と、この圧縮部位に対向し引張応力が発生する引張部位と、これら圧縮部位と引張部位との両端側を連結する一対の側方部位と、を有し、
   少なくとも前記側方部位には、所定の角度を有する山部と、所定の角度を有する谷部と、これらを連結する斜面部と、が複数連設されて形成された蛇腹状の第一変形促進手段が設けられ、
   前記第一変形促進手段は、前記谷部の頂点が、前記長手方向における前記第一変形促進手段の両端を結ぶ直線よりも内側になる位置に配置された衝撃吸収部材。
2. 前記第一変形促進手段は、前記山部及び谷部の各稜線が前記長手方向に対して略直交する向きに配置された請求項１記載の衝撃吸収部材。
3. 前記山部の角度及び前記谷部の角度は、いずれも鋭角である請求項１又は２記載の衝撃吸収部材。
4. 対向する前記側方部位間の最短距離に対する、隣接する前記谷部の頂点を結ぶ直線間の最短距離の比は、６／５０以上５０／５０以下である請求項１から３いずれか記載の衝撃吸収部材。
5. 長手方向と短手方向とを有し、曲げ変形を行うことにより衝撃を吸収する中空の衝撃吸収部材であって、
   前記衝撃を直接受けることにより圧縮応力が発生する圧縮部位と、この圧縮部位に対向し引張応力が発生する引張部位と、これら圧縮部位と引張部位との両端側を連結する一対の側方部位と、を有し、
   少なくとも前記側方部位には、ヤング率の異なる第一部材及び第二部材が前記長手方向に交互に配置され、且つ、厚み方向にも交互に配置されて形成された第二変形促進手段が設けられた衝撃吸収部材。
6. 前記第一部材及び第二部材は、繊維強化プラスチック材である請求項５記載の衝撃吸収部材。

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