JP2008222035A - 緩衝ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】例えば車両のサイドフレームの前端又は後端に取り付けることによって外部からの衝撃を吸収してサイドフレームの変形を抑制する緩衝ユニットを提供する。
【解決手段】緩衝ユニット２０は、複数の筒状部材２１，２２，２３，２４を備えている。各筒状部材２１，２２，２３，２４は、互いに相似形である。筒状部材２１の一辺の長さＬは、筒状部材２２の中空部の一辺の長さよりも僅かに短く、筒状部材２１の後端部の外面と筒状部材２２の先端部の開口の周縁部は溶接Ｗ１で接続されている。同様に、筒状部材２２の一辺の長さは、筒状部材２３の中空部の一辺の長さよりも僅かに短く、筒状部材２２の後端部の外面と筒状部材２３の先端部の開口の周縁部は溶接Ｗ２で接続されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、外部からの衝撃を緩衝する緩衝ユニットに関する。

トラック用の車枠（一対のサイドフレームと複数本のクロスメンバ等から構成される）では通常、その前部にエンジンなどの大型ユニットが搭載される。また、この車枠の外側にはサスペンションや車輪が配置されており、これらサスペンションや車輪の仕様は、前方の車軸と後方の車軸とでは相違する。さらに、車枠の上には車体が搭載される。このように車枠の上や下、外側には各種の部品が配置・搭載されているので、車枠は直線状のものではなく、その途中でやや湾曲した形状（湾曲形状）となっている。

このような湾曲形状の車枠をもつトラックに、前方からの衝突等によって正面から衝撃が加わった場合、バンパーを介してサイドフレームに衝撃の力が作用する。この力によって、サイドフレームのうち湾曲形状の部分には曲げモーメントが発生することとなる。この曲げモーメントによってサイドフレームの湾曲形状の部分は更に曲がって変形が大きくなる。変形が大きくなるに伴ってモーメントアームは長くなるので、変形が加速される。

一方、サイドフレームの湾曲形状の部分の変形が大きくなるほど、サイドフレーム内の空間の横断面積や断面係数が減少するのでこの変形が加速される。即ち、上記した車枠に前方又は後方から衝撃が加わって一対のサイドフレームの両方又は一方が変形した場合、その変形量は、湾曲形状の部分の長さの最大２倍程度になるまで減少した加重で変形を続ける。

上記のようなサイドフレームの変形を防止してこのサイドフレームの衝撃エネルギー吸収性能を向上させる技術として、サイドフレームの外面に凹状又は凸状の潰しビードを形成する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平３−０９４１３７号公報

上記のような潰しビードを形成するためには、サイドフレームのうち潰しビードを形成する部分の周辺を部分的に伸ばす作業が必要となる。このため、潰しビードを形成するサイドフレームの材料としては、ネッキング等の板厚減少や成形割れ発生の起こりにくい高級材料が使用されることとなる。また、サイドフレームに成形した後の残留応力に起因するスプリングバックを抑制するために、このスプリングバックを見込んだ金型を作製したり、上記の残留応力を除去する作業をしたりする必要がある。

本発明は、上記事情に鑑み、例えば車両のサイドフレームの前端又は後端に取り付けることによって外部からの衝撃を吸収してサイドフレームの変形を抑制する緩衝ユニットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の緩衝ユニットは、外部からの衝撃を緩衝する緩衝ユニットにおいて、
（１）隣接する一方の部材が外部からの衝撃によって他方の部材の内側に入り込むように互いに隣接して接続された少なくとも２つの個別緩衝部材を備えたことを特徴とするものである。

ここで、
（２）前記個別緩衝部材はそれぞれ筒状の部材であり、
（３）互いに隣接する２つの筒状部材は、一方の筒状部材が他方の筒状部材の中空部に入り込むものであってもよい。

また、
（４）前記筒状部材それぞれは、互いに相似形のものであってもよい。

さらに、
（５）複数の前記個別緩衝部材がその太さの順に連続して接続されたものであってもよい。

さらにまた、
（６）前記連続して接続された複数の前記個別緩衝部材は、これらのうちの最大太さの個別緩衝部材の内側に、残りの個別緩衝部材が全て入り込むものであってもよい。

さらにまた、
（７）互いに隣接する２つの前記個別緩衝部材は溶接によって接続されたものであってもよい。

さらにまた、
（８）互いに隣接する２つの前記個別緩衝部材の接続強度と、互いに隣接する他の２つの前記個別緩衝部材の接続強度とは互いに相違するものであってもよい。

さらにまた、
（９）車両のサイドフレームの前端又は後端に取り付けられるものであってもよい。

本発明の緩衝ユニットでは、外部からの衝撃によって一方の部材が他方の部材の内側に入り込む際に、２つの個別緩衝部材が接続された接続部分が破壊されるので、この破壊によって衝撃のエネルギーが吸収されて緩衝されることとなる。従って、この緩衝ユニットを取り付けた部品や部材の変形を抑制できる。また、上記した接続部分の接続強度に応じて、この接続部分の破壊に必要なエネルギーが変わる。このため、接続部分の接続強度（例えば、溶接で接続するときは、溶接ビードの長さや幅など）を適宜に変えることにより、外部からの衝撃を吸収する吸収エネルギーを適宜に変更できる。

本発明は、トラックのサイドフレームに取り付けられる緩衝ユニットに実現された。

図１と図２を参照して、本発明の緩衝ユニットの一例を説明する。

図１は、トラックのサイドフレームに取り付けられた緩衝ユニットを示す斜視図である。図２は、図１の緩衝ユニットを示す斜視図である。

トラックの車枠１０は、一対のサイドフレーム１２，１２と複数本のクロスメンバ１４，１５，１６，１７，１８等から構成されている。一対のサイドフレーム１２，１２の先端（トラックの前方部分）にはそれぞれ同一構造の緩衝ユニット２０，２０が取り付けられている。緩衝ユニット２０は、外部からの衝撃を緩衝してサイドフレーム１２などの変形を抑制するものである。

緩衝ユニット２０は、複数の筒状部材２１，２２，２３，２４を備えている。各筒状部材２１，２２，２３，２４は、本発明にいう個別緩衝部材の一例である。図２では、横断面がほぼ正方形の４つの筒を示しているが、横断面が円形の円筒部材、横断面が六角形の筒状部材を使用してもよい。各筒状部材２１，２２，２３，２４は、互いに相似形である。筒状部材２１の一辺の長さＬは、筒状部材２２の中空部（開口）の一辺の長さよりも僅かに短く、筒状部材２１の後端部の外面と筒状部材２２の先端部の開口の周縁部は溶接Ｗ１で接続されている。同様に、筒状部材２２の一辺の長さは、筒状部材２３の中空部（開口）の一辺の長さよりも僅かに短く、筒状部材２２の後端部の外面と筒状部材２３の先端部の開口の周縁部は溶接Ｗ２で接続されている。筒状部材２３の一辺の長さは、筒状部材２４の中空部（開口）の一辺の長さよりも僅かに短く、筒状部材２３の後端部の外面と筒状部材２４の先端部の開口の周縁部は溶接Ｗ３で接続されている。なお、筒状部材２４はサイドフレーム１２の先端（前端）に溶接Ｗ４で固定されている。

上記した溶接Ｗ１の溶接長さ（Ｗ１Ｌ）と溶接箇所の個数（Ｗ１の和）によって、筒状部材２１と筒状部材２２の接続強度Ｓ１が決められる。この接続強度を高めるためには、溶接長さ（Ｗ１Ｌ）と溶接箇所の個数を増やす。溶接Ｗ２、Ｗ３についても同様であり、筒状部材２２と筒状部材２３の接続強度Ｓ２、筒状部材２３と筒状部材２４の接続強度Ｓ３が決められる。なお、溶接Ｗ４は、接続部分の全周にわたっており、接続強度Ｓ４は、接続強度Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３よりも高い。

上記のように緩衝ユニット２０では、複数の筒状部材２１，２２，２３，２４がその太さの順に連続して接続されている。また、接続強度Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は、この順に高くなっている。即ち、この３つの中で接続強度Ｓ１（Ｗ１Ｌの和）が最も低く、接続強度Ｓ２（Ｗ２Ｌの和）が次に低く、接続強度Ｓ３（Ｗ３Ｌの和）が最も高い。この接続強度は、上記したように溶接長さ（Ｗ１Ｌ等）と溶接箇所の個数を適宜に変えることにより、どのようにでも変更できる。

図３と図４を参照して、図１と図２の緩衝ユニットに衝撃が加わった状態を説明する。

図３（ａ）は、衝撃が加わった初期に一番先端の筒状部材が二番面の筒状部材の内側に入り込んだ状態を示す模式図であり、（ｂ）は、衝撃の後期に最後端の筒状部材の内側に残りの筒状部材が入り込んだ状態を示す模式図である。図４は、衝撃の開始から終了までの衝撃荷重と緩衝ユニットの変形量を示すグラフであり、曲線Ｘは、従来の一本の筒状部材による緩衝を表し、曲線Ｙは、本発明の緩衝ユニットによる緩衝を表す。

矢印Ａ方向から緩衝ユニット２０に衝撃が加えられた場合、溶接Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４のなかで溶接Ｗ１の接続強度Ｓ１が最も低いので、溶接Ｗ１が破壊されて、図３（ａ）に示すように筒状部材２１が筒状部材２２の内側（中空部）に入り込む。この衝撃のエネルギーは、溶接Ｗ１が破壊されることにより吸収されので、この衝撃が緩衝される。衝撃のエネルギーの全てが溶接Ｗ１の破壊のために費やされたときは、溶接Ｗ１が破壊されて筒状部材２１が筒状部材２２の内側に入り込んだ状態になるだけであり、緩衝ユニット２０の他の部分は変形しない。サイドフレーム１２は勿論変形しない。しかし、衝撃のエネルギーの一部だけが溶接Ｗ１の破壊のために費やされた場合、残りの衝撃エネルギーが溶接Ｗ２を破壊できるエネルギーのときは、溶接Ｗ２が破壊される。この溶接Ｗ２の破壊によって残りの衝撃エネルギーが費やされたときは、筒状部材２１が内側に入り込んでいる筒状部材２２が筒状部材２３の内側に入り込んだ状態になる。同様にして、衝撃エネルギーの大きさによっては、図３（ｂ）に示すように、筒状部材２１，２２が内側に入り込んでいる筒状部材２３が筒状部材２４の内側に入り込んだ状態になる。

上記のように連続して接続された複数の筒状部材２１、２２、２３、２４では、外部からの衝撃の大きさによっては、これらのうちの最大の筒状部材２４の内側に、残りの筒状部材２１、２２、２３が全て入り込む。また、サイドフレーム１２の変形を抑制するためには、接続強度Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を実験や計算等によって適宜に決めておき溶接を施す。即ち、溶接長さ（Ｗ１Ｌ等）と溶接箇所の個数（Ｗ１Ｌ等の和）を変更することにより、衝撃エネルギーの吸収量を容易に変更できることとなる。

図４の曲線Ｘで表すように、一本の筒状部材（従来の緩衝部材の一例）を使用したときは、衝撃が加わった初期（衝突時）に大きな衝撃荷重となり、その後、衝撃荷重が減少する。一方、緩衝ユニット２０を使用したときは、曲線Ｙで表すように、衝突時には大きな衝撃荷重とはならず、その後、衝突時と同程度の衝撃荷重が続く。このように緩衝ユニット２０を使用した場合は、衝突時における衝撃荷重の初期ピーク（初期の衝撃の激しさ）を抑えることができる。なお、上記の例では、緩衝ユニット２０をサイドフレーム１２の前端に取り付けたが、後端に取り付けて後方からの衝撃を緩和するように構成してもよい。また、接続強度Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の大きさは、この順に大きくなるようにする必要はなく、適宜に変更してもよい。さらに、いっそうの衝撃緩和のために、図３（ｂ）に示す状態の緩衝ユニット２０がサイドフレーム１２の内側に入り込むように構成してもよい。

図５を参照して、緩衝ユニットの他の例を説明する。

図５は、緩衝ユニットの他の例を示す斜視図である。

上記した緩衝ユニット２０では、複数の筒状部材２１，２２，２３，２４がその太さの順に連続して接続されているが、太さ（又は外径）にかかわらず複数の筒状部材を接続してもよい。例えば、緩衝ユニット３０では、横断面が円形の４つの円筒状部材３１，３２，３３，３４を接続しているが、２つの円筒状部材３１、３３は同じ大きさであり、円筒状部材３２は、２つの円筒状部材３１、３３の内側に入り込む大きさであり、その長さは円筒状部材３１（又は３３）の長さの２倍である。また、円筒状部材３４は、その内側に円筒状部材３１、３３が入り込む大きさであり、その長さは円筒状部材３２の長さと同じ程度である。各円筒状部材の接続部分は溶接であるが、図５では溶接箇所を省略している。このような緩衝ユニット３０を使用しても、外部からの衝撃を緩衝できる。予測される衝撃に応じて、各筒状部材の形状や長さ、接続強度を適宜なものとする。

トラックのサイドフレームに取り付けられた緩衝ユニットを示す斜視図である。 図１の緩衝ユニットを示す斜視図である。 （ａ）は、衝撃が加わった初期に一番先端の筒状部材が二番面の筒状部材の内側に入り込んだ状態を示す模式図であり、（ｂ）は、衝撃の後期に最後端の筒状部材の内側に残りの筒状部材が入り込んだ状態を示す模式図である。 衝撃の開始から終了までの衝撃荷重と緩衝ユニットの変形量を示すグラフであり、曲線Ｘは、従来の一本の筒状部材による緩衝を表し、曲線Ｙは、本発明の緩衝ユニットによる緩衝を表す。 緩衝ユニットの他の例を示す斜視図である。

符号の説明

１２ サイドフレーム
２０，３０ 緩衝ユニット
２１，２２，２３，２４ 筒状部材
３１，３２，３３，３４ 円筒状部材

Claims (8)

1. 外部からの衝撃を緩衝する緩衝ユニットにおいて、
   隣接する一方の部材が外部からの衝撃によって他方の部材の内側に入り込むように互いに隣接して接続された少なくとも２つの個別緩衝部材を備えたことを特徴とする緩衝ユニット。
2. 前記個別緩衝部材はそれぞれ筒状の部材であり、
   互いに隣接する２つの筒状部材は、一方の筒状部材が他方の筒状部材の中空部に入り込むものであることを特徴とする請求項１に記載の緩衝ユニット。
3. 前記筒状部材それぞれは、互いに相似形のものであることを特徴とする請求項２に記載の緩衝ユニット。
4. 複数の前記個別緩衝部材がその太さの順に連続して接続されたものであることを特徴とする請求項１、２、又は３に記載の緩衝ユニット。
5. 前記連続して接続された複数の前記個別緩衝部材は、これらのうちの最大太さの個別緩衝部材の内側に、残りの個別緩衝部材が全て入り込むものであることを特徴とする請求項４に記載の緩衝ユニット。
6. 互いに隣接する２つの前記個別緩衝部材は溶接によって接続されたものであることを特徴とする請求項１から５までのうちのいずれか一項に記載の緩衝ユニット。
7. 互いに隣接する２つの前記個別緩衝部材の接続強度と、互いに隣接する他の２つの前記個別緩衝部材の接続強度とは互いに相違するものであることを特徴とする請求項１から６までのうちのいずれか一項に記載の緩衝ユニット。
8. 車両のサイドフレームの前端又は後端に取り付けられることを特徴とする請求項１から７までのうちのいずれか一項に記載の緩衝ユニット。

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