JP2007512490A

JP2007512490A - エネルギ吸収素子

Info

Publication number: JP2007512490A
Application number: JP2006543424A
Authority: JP
Inventors: ノルベルト・ウイリアムスツケ，
Original assignee: エルプスロー・アルミニウム・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング
Priority date: 2003-11-29
Filing date: 2004-11-27
Publication date: 2007-05-17
Also published as: EP1687549A1; EP1687549B1; WO2005052404A1; DE502004007173D1; US20070113406A1

Abstract

本発明は、少なくとも２つの多室中空異形材（１０，１１，１２）から成るエネルギ吸収素子に関する。これらの多室中空異形材（１０，１１，１２）は、２つの平行な長辺面を有する扁平異形断面を持っている。多室中空異形材は、エネルギ吸収素子において順次に設けられ、その長辺面を作用する可能性のある力（Ｆ）の方へ向けられ、長辺面において互いに結合されている。多室中空異形材（多孔異形材特に微小多孔異形材）の使用により、重量に比して非常に高いエネルギ吸収が保証される。更に所望の力、変形行程特性曲線を持つエネルギ吸収素子を提供することも可能である。

Description

本発明は、２つの平行な長辺面及び湾曲するか又は平らな短辺面を有する扁平異形断面を持つ押出し成形された多室中空異形材から成るエネルギ吸収素子に関する。

車両における衝撃エネルギを減少するため、エネルギを吸収する素子としてアルミニウム押出し異形材を使用することは公知である。ドイツ連邦共和国実用新案第９２１８３８８号明細書には、扉へ組込むための衝突梁が記載されている。

更にドイツ連邦共和国特許第１９５２６７０７号明細書から、縦軸線に交差して延びかつ横材に固定されている異形材を持つ衝突梁が公知である。この衝突梁は多室異形材である。このような押出し異形材のエネルギ吸収能力を更に高めるため、この公知のエネルギ吸収素子では、押出し異形材が発泡アルミニウムで満たされている。このような構造は、発泡アルミニウムのため重量に比して高いエネルギ吸収能力を持っている。このような異形材の変形特性を特定の使用目的に合わせることは困難である。これはケースの壁厚の変化によってのみ可能である。なぜならば、発泡アルミニウムは所望の程度に再現可能ではなく、同じ気孔数又は気孔寸法で製造可能ではないからである。

重量に比して高いエネルギ吸収は、蜂の巣構造によっても得られる。樹脂を含浸された紙、プラスチック又は軽金属の六角蜂の巣は、２つの覆い板の間に設けられる。このような蜂の巣構造の使用は、異なる材料を使用すると、リサイクルに費用がかかるという欠点を持っている。軽金属からこのような蜂の巣構造の製造は、一般に刻印板となるように変形されるアルミニウム板から行われ、それぞれ２つの板が硬ろうにより互いに結合されるので、それらの間に六角空所が生じる。このような蜂の巣構造は、国際出願第ＷＯ０２／１０２５３９号に示されている。そのような構造により、所定の変形特性を持つエネルギ吸収素子がどのように得られるかは示されていない。

本発明の基礎になっている課題は、所望の力−変形特性曲線を持ちかつ重量に比して高いエネルギ吸収を行うエネルギ吸収素子を提供することである。

この課題は、請求項１に規定されている種類のエネルギ吸収素子によって解決される。このようなエネルギ吸収素子は、請求項２１に記載の方法により製造される。本発明によるエネルギ吸収素子は、多室中空異形材（多孔異形材）特に多微孔異形材を使用するため、重量に比して非常に高いエネルギ吸収能力を持っている。任意の数の異なる多室中空異形材を、１つの構造となるように互いに結合することができる。多室中空異形材は、軽金属合金なるべくアルミニウム合金から押出し成形により製造される。構造全体の材料が同一であるため、このようなエネルギ吸収素子は、使用後よくリサイクルされる。

特に自動車の乗客を保護するため、常に高まる安全性の要求により、客室の周りの範囲に多様な吸収素子が取付けられる。この吸収素子が運動エネルギをできるだけ吸収することによって、衝突の際負傷の危険が減少する。自動車のどの範囲にエネルギ吸収素子を設けるか、また他の装置においても使用する際エネルギ吸収素子がどんな衝撃荷重を受けるかに応じて、エネルギ吸収素子に対して、即ち特殊な使用事例のために望まれる多室中空異形材の選択により、所望の力−変形行程特性曲線が設定される。同じ又は異なる多室中空異形材の数は、任意に変えることができる。これらの異形材の高さ及び幅、外壁及び室壁の壁厚、室の数及び異形材相互の方向づけも、使用目的に応じて自由に選択可能である。更に異なる多室中空異形材に対して、異なる合金を使用することもできる。その上多室中空異形材用ウェブの配置及び形状は種々に考慮されるので、所望の特定の屈曲特性が設定可能である。

押出し成形されてエネルギ吸収素子にまとめられる多室中空異形材は、２つの平行な長辺面を有する扁平異形断面を持っている。これらの平行で平らな長辺面において、複数の多室中空異形材（ＭＰ異形材、ＭＭＰ異形材）が互いに結合されている。このような結合は、適当な結合手段、硬ろう結合、軟ろう結合又は接着結合を介する摩擦結合又ははまり合い結合とすることができる。ＭＭＰ異形材を使用する場合、僅かな壁厚のため、接着結合が望まれている。

重量に比して高いエネルギ吸収は、多数の室なるべく少なくとも３つの室を有する多室中空異形材（ＭＰ異形材、ＭＭＰ異形材）によって行われる。このような多室中空異形材の積み重ね及び相互結合により、蜂の巣に類似の構造が得られる。しかしエネルギ吸収素子内で力の作用する方向に異なる高さ及び異なる断面の多室中空異形材の選択により、エネルギ吸収素子の変形が予め決定される。

３：１〜４０：１の範囲にある幅と高さの比を持つ多室中空異形材のみが使用される。これらの多室中空異形材の外壁の壁厚は、０．１５〜３ｍｍなるべく０．１５〜１ｍｍ特になるべく０．１５〜０．５ｍｍの範囲にある。多室中空異形材内の室を区画する内壁は、０．１〜３ｍｍなるべく０．１〜１ｍｍ特になるべく０．１〜０．５ｍｍの壁厚を持っている。

重量に比して高いエネルギ吸収を得るため、多室中空異形材は軽金属又は軽金属合金なるべくアルミニウム又はアルミニウム合金から製造される。

本発明による方法は、２つの平行で平らな長辺面を有する連続多室中空異形材の押出し成形を含んでいる。これらの長辺面は、平ら又は湾曲した短辺面を介して互いに結合されている。長辺面及び短辺面は多室中空異形材の外壁を形成している。異形材において縦方向に延びかつ隣接する室は、内壁により互いに隔離されている。押出し成形により、多室中空異形材において異なる室断面が簡単に製造される。押出し成形後、まだ暖かい連続中空異形材は結合手段で被覆される。このような結合手段は、軟ろう用の亜鉛層、硬ろうから成る硬ろう混合物、結合剤及び融剤とすることができる。更に結合手段として、接着剤を塗布することも可能である。接着剤が熱硬化可能な接着剤であると、連続多室中空異形材が接着剤の熱硬化温度より下の温度に冷却されている時に初めて、この接着剤が連続多室中空異形材上に塗布される。

押出し機から出て被覆される連続多室中空異形材は、冷却後所望の長さの多質中空異形材に裁断される。この分離過程は、押出し機の出口に設けるか、又はそれから場所的に分離することができる。場所的分離の場合、連続多室中空異形材はその間にコイル上に巻付けられる。

所望のエネルギ吸収素子のために、選ばれた同じ又は異なる多室中空異形材が重ねられ、互いに結合される。選ばれる結合手段に応じて、軟ろう付け、硬ろう付け、クリップ結合又は接着により結合が行われる。多室中空異形材が熱硬化可能な合金から成っている場合、これらの多室中空異形材の結合は接着により行われ、その際好ましいやり方で、熱硬化及び多室中空異形材の結合を行う接着剤の硬化が１つの方法段階で行われる。

本発明の実施例が図面により以下に更に詳細に説明される。

図１〜４に示すエネルギ吸収素子１，１’，１”，１”’は、それぞれ３つの同じ又は異なる押出し成形された多室中空異形材１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６から成っている。公知の衝突梁とは異なり、少なくとも２つの多室中空異形材が結合手段３０を介して結合され、なるべくＭＰ異形材又はＭＭＰ異形材が使用される。もちろん３つより多い多室中空異形材もエネルギ吸収素子に設けられる。

図１に示すエネルギ吸収素子１は、３つの同じ多室中空異形材１０から成っている。多室中空異形材１０は、２つの平行で平らな長辺面２０，２１を有する扁平異形断面を持ち、これらの長辺面は短辺面２２，２３と共に多室中空異形材１０の外壁をなしている。各多室中空異形材１０は、異形材縦方向に延びる複数の室２５を持ち、長辺面２０，２１に垂直に設けられる内壁２４により、これらの室が互いに隔離されている。外壁即ち長辺面２０，２１及び短辺面２２，２３の壁厚ｄ１は０．３ｍｍである。室２５を区画する内壁２４は０．２ｍｍの壁厚ｄ２を持っている。多室中空異形材１０は、接着結合を介して互いに結合されている。多室中空異形材１０の間の接着剤は、エネルギ吸収素子１にあるこれらの多室中空異形材１０のせん断に対して強い結合を保証する。このようなエネルギ吸収素子１は、例えば長辺面２０，２１が予想される力の作用Ｆに対してほぼ直角に向けられているように、車両に組込まれる。このようなエネルギ吸収素子１の力−変形行程特性曲線は、力Ｆが第１の多室中空異形材１０の長辺面２０へ当たるまで直線的に増大するように見え、それから衝撃エネルギがこの多室中空異形材１０により吸収される。多室中空異形材１０が変形し、それにより力−変形行程線図における特性曲線の上昇が減少する。エネルギ吸収素子１にある同種の多室中空異形材のため、引続く一定な力作用Ｆの際特性曲線の上昇が維持される。

図２は別のエネルギ吸収素子１’を示す。このエネルギ吸収素子１’は異なる多室中空異形材１１，１２，１６から成っている。異なる多室中空異形材１１，１２，１６は同じ幅ｂを持っているが、異なる高さを持っている。多室中空異形材１１は最小の高さｈ１１を持っている。その下に最大の高さｈ１６を持つ多室中空異形材１６が設けられている。力の作用Ｆから最も大きく離れている多室中空異形材１２は高さｈ１２を持っている。更に多室中空異形材１１，１２，１６は異なる数の室２５を持っている。室の数及び多室中空異形材の高さの変化により、異なる大きさのエネルギが個々の多室中空異形材１１，１２，１６により吸収される。

図３には、多室中空異形材１３，１４，１５から成るエネルギ吸収素子１”が示され、これらの多室中空異形材１３，１４，１５は異なる形状の室２５’，２５”を持っている。図１及び２では、それぞれ長方形の室断面が見られた。エネルギ吸収素子１”では、三角形の室断面２５’及び円形の室断面２５”が示されている。異形材縦方向に円筒状の室２５”は内壁２４”により互いに隔離され、その際長辺面から始まって内壁２４”が異形材の中央へ縮小し、それから拡大している。三角形状の室２５’は、多室中空異形材１３において長辺面に対して斜めに設けられる内壁２４’により生じる。多室中空異形材１４では、斜めに設けられる内壁２４’に加えて、長辺上に垂直に立つ内壁２４が設けられているので、斜めに設けられる２つの内壁２４’の間に垂直に設けられる内壁２４が、斜めに設けられる２つの内壁２４’の間の空間を、２つの三角形状室２５’に分割している。異なるように形成されるか又は設けられる内壁２４，２４’，２４”は、同じ重量で、異なる屈曲特性を持っている。これはエネルギ吸収素子において有利であり、そこでは力の作用Ｆは垂直に行われるだけではない。エネルギ吸収素子１”に設けられる多室中空異形材１３，１４及び１５は、もちろん任意のやり方で、他の多室中空異形材１０，１１，１２，１６と、所望のエネルギ吸収素子となるように組合わされる。

図１，２及び３には、多室中空異形材の室２５，２５’，２５”がエネルギ吸収素子１，１’，１”の端部２６，２７の間で１つの方向に延びているエネルギ吸収素子１，１’，１”が示されている。

図４には、多室中空異形材１０が異なる向きで重ねられかつ互いに結合されているエネルギ吸収素子１”’が示されている。一番上の多室中空異形材１０は、端部２６，２７の間で互いに平行に延びる長方形状の室を持っている。一番下の多室中空異形材１０の室も同じ方向に向けられている。中間の多室中空異形材１０は、端部２８と２９の間に延びる室がその上又はその下に設けられる多室中空異形材の室に対して直角に向くように、設けられている。

エネルギ吸収素子１，１’，１”，１”’の図示した実施例は、多室中空異形材により、所望のエネルギ吸収素子を製造できるように、多数の変形可能性を示している。本発明は図示した実施例には限定されない。

同じ多室中空異形材から成る本発明によるエネルギ吸収素子の斜視図を示す。異なる多室中空異形材から成るエネルギ吸収素子の斜視図を示す。異なる多室中空異形材から成るエネルギ吸収素子の斜視図を示す。同じ多室中空異形材から成るエネルギ吸収素子の斜視図を示す。

符号の説明

１，１’，１”，１”’ 複合異形材
１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６多室中空異形材
２０，２１長辺面
２２，２３短辺面
２４，２４’，２４” 内壁
２５，２５’，２５” 室
２６，２７，２８，２９端部
３０結合手段
ｂ幅
ｄ１外壁の厚さ
ｄ２内壁の厚さ
ｈ１１１１の高さ
ｈ１２１２の高さ
ｈ１６１６の高さ
Ｆ力

Claims

アルミニウム又はアルミニウム合金から成る少なくとも２つの押出し成形された多室中空異形材（１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６）から成るエネルギ吸収素子であって、多室中空異形材が、２つの平行な長辺面（２０，２１）及び湾曲するか又は平らな短辺面（２２，２３）を有する扁平異形断面を持ち、多室中空異形材（１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６）がその平行な長辺面（２０，２１）を互いに固定的に結合されているものにおいて、
同じ又は異なる多室中空異形材（１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６）が、エネルギ吸収素子（１，１’，１”，１”’）に順次に設けられて、その長辺面（２０，２１）を作用する可能性のある力（Ｆ）の方へ向けられ、
多室中空異形材（１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６）がそれぞれ幅ｂ及び高さｈを持ち、幅ｂと高さｈとの比がｂ：ｈ＝３：１〜ｂ：ｈ＝４０：１の範囲にあり、
多室中空異形材（１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６）が同じ及び／又は異なる壁厚（ｄ１）の外壁（２０，２１，２２，２３）を持ち、外壁（２０，２１，２２，２３）の壁厚（ｄ１）が０．１５〜３ｍｍの範囲にある
ことを特徴とする、エネルギ吸収素子。
多室中空異形材（１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６）が、異形材縦方向に延びる少なくとも３つの室（２５，２５’，２５”）を持っていることを特徴とする、請求項１に記載のエネルギ吸収素子。
多室中空異形材（１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６）が、同じ及び／又は異なる数の室（２５，２５’，２５”）を持っていることを特徴とする、請求項２に記載のエネルギ吸収素子。
多室中空異形材（１０，１１，１２）にある室（２５）が、長辺面（２０，２１）の間に垂直に及び／又は傾斜して設けられかつ異形材縦方向に延びる平らな内壁（２４，２４′）により区画され、従って三角形室断面が生じることを特徴とする、請求項２又は３に記載のエネルギ吸収素子。
多室中空異形材（１５）にある室（２５”）が、長辺面（２０，２１）の間に設けられて異形材縦方向に延びる湾曲した内壁（２４”）により区画されることを特徴とする、請求項２又は３に記載のエネルギ吸収素子。
多室中空異形材（１５）にある室（２５”’）が、長辺面（２０，２１）の間に設けられて異形材縦方向に延びる湾曲した内壁（２４”）により区画されることを特徴とする、請求項２又は３に記載のエネルギ吸収素子。
多室中空異形材（１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６）が同じ及び／又は異なる室断面を持っていることを特徴とする、請求項４〜６の１つに記載のエネルギ吸収素子。
多室中空異形材（１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６）が同じ及び／又は異なる幅ｂを持っていることを特徴とする、請求項１に記載のエネルギ吸収素子。。
多室中空異形材（１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６）が同じ及び／又は異なる高さｈを持っていることを特徴とする、請求項１に記載のエネルギ吸収素子。
多室中空異形材（１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６）が、０．１５〜１ｍｍなるべく０．１５〜０．５ｍｍの範囲にある壁厚（ｄ１）の外壁（２０，２１，２２，２３）を持っていることを特徴とする、請求項１〜９の１つに記載のエネルギ吸収素子。
多室中空異形材（１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６）が、０．１〜３ｍｍなるべく０．１〜１ｍｍ特になるべく０．１〜０．５ｍｍの範囲にある壁厚（ｄ２）を持ちかつ室（２５，２５’，２５”）を区画する内壁（２４，２４’，２４”）を持っていることを特徴とする、請求項１〜１０の１つに記載のエネルギ吸収素子。
多室中空異形材（１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６）が同じ及び／又は異なる壁厚（ｄ２）のウエブを持っていることを特徴とする、請求項１１に記載のエネルギ吸収素子。
多室中空異形材（１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６）が、互いに連動的になるべく軟ろう又は硬ろう又は接着により結合されていることを特徴とする、請求項１〜１２の１つに記載のエネルギ吸収素子。
多室中空異形材（１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６）が熱硬化可能な接着手段（３０）により互いに結合されていることを特徴とする、請求項１３に記載のエネルギ吸収素子。
互いに連動的に結合される同じ及び／又は異なる多室中空異形材（１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６）は、隣接する多室中空異形材（１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６）の縦軸線が互いに平行に延びるように、互いに方向づけられていることを特徴とする、請求項１〜１４の１つに記載のエネルギ吸収素子。
互いに連動的に結合される同じ及び／又は異なる多室中空異形材（１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６）は、隣接する多室中空異形材（１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６）の縦軸線が互いに角をなして延びるように、互いに方向づけられていることを特徴とする、請求項１〜１４の１つに記載のエネルギ吸収素子。
２つの平行な長辺面（２０，２１）及び湾曲するか又は平らな短辺面（２２，２３）と異形材縦方向に延びる少なくとも３つの室（２５，２５’，２５”）とを有する扁平異形断面のアルミニウム又はアルミニウム合金製の連続多室中空異形材を押出し成形し、
押出し機を出るまだ暖かい連続多室中空異形材を結合手段（３０）で被覆し、
被覆された連続多室中空異形材を所望の長さの多室中空異形材（１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６）に裁断し、
異なる異形断面のための過程を繰返し、
同じ及び／又は異なる多室中空異形材（１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６）を上下に配置して互いに結合する
ことによって、エネルギ吸収素子を製造する方法。
エネルギ吸収素子において多室中空異形材のクリップ結合を可能にする結合手段を一体に形成された多室中空異形材を押出し成形することを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
押出し成形された連続多室中空異形材の長辺面（２０，２１）を被覆する結合手段（３０）が、亜鉛又は硬ろう混合物又は接着剤であることを特徴とする、請求項１７又は１８に記載の方法。
接着剤が熱硬化可能な接着剤であることを特徴とする、請求項１９に記載の方法。
多室中空異形材（１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６）の結合を熱の作用により行うことを特徴とする、請求項１９又は２０に記載の方法。
多室中空異形材（１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６）を熱硬化可能なアルミニウム合金から製造し、熱硬化及び多室中空異形材（１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６）の結合部を形成する接着剤の硬化を１つの方法段階で行うことを特徴とする、請求項２１に記載の方法。