JP2008261493A - Shock absorbing member and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、衝撃吸収部材及びその製造方法に関する。具体的には、本発明は、自動車等の車両の衝突時にその軸方向へ負荷される衝撃荷重により座屈することにより衝突エネルギーを吸収するための、金属板の成形体である筒体を備える、例えばクラッシュボックス等の衝撃吸収部材及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an impact absorbing member and a manufacturing method thereof. Specifically, the present invention includes a cylindrical body that is a molded body of a metal plate for absorbing collision energy by buckling due to an impact load applied in the axial direction when a vehicle such as an automobile collides. For example, the present invention relates to an impact absorbing member such as a crash box and a manufacturing method thereof.
自動車等の車両は、例えば前方衝突のような衝突の際には車両の前端から後端へ向けて順次配置される衝撃吸収部材により衝撃エネルギーを吸収することによってキャビン内の乗員を保護できるように、設計される。このような衝撃吸収部材の一例として、筒状体からなるクラッシュボックスがある。 Vehicles such as automobiles can protect passengers in the cabin by absorbing impact energy by impact absorbing members that are sequentially arranged from the front end to the rear end of the vehicle in the event of a collision such as a forward collision. Designed. An example of such an impact absorbing member is a crash box made of a cylindrical body.
クラッシュボックスは、車両の衝突時にその軸方向(本明細書ではクラッシュボックスの長手方向を意味する)へ衝撃荷重が負荷されると、自動車車体の強度部材であるサイドメンバーが塑性変形する前に優先して、軸方向へ繰り返し座屈して蛇腹状(アコーディオン状)に塑性変形することによって、衝突エネルギーを吸収する。クラッシュボックスを車体の所定の位置に装着することにより、(a)溶接によりボディーシェルに装着されることからその交換が事実上困難なサイドメンバーの機能の低下を抑制するとともにキャビン内の乗員を保護する機能を向上することによる安全性の向上と、(b)低速での衝突の際には、サイドメンバーの損傷を防止し、衝突により損傷したバンパー及びクラッシュボックスのみ交換することで補修できることによる修理費の低減とを、ともに図ることができる。 When an impact load is applied to the crash box in the axial direction (which means the longitudinal direction of the crash box in this specification) at the time of a vehicle collision, priority is given to the side member, which is a strength member of the automobile body, before plastic deformation. Then, by repeatedly buckling in the axial direction and plastically deforming into an accordion shape (accordion shape), the collision energy is absorbed. By installing the crash box at a predetermined position on the vehicle body, (a) Since it is attached to the body shell by welding, it is possible to prevent the side members from being effectively replaced and protect passengers in the cabin. (B) In the case of a collision at low speed, the side member can be prevented from being damaged and repaired by replacing only the bumper and crash box damaged by the collision. Both cost reduction can be achieved.
このため、クラッシュボックスに要求される衝撃吸収性能とは、大別すると、(a)衝撃荷重が軸方向へ負荷されると倒れや曲がりを生じずに軸方向へ安定して繰り返し座屈することにより蛇腹状に塑性変形すること、(b)クラッシュボックスの圧壊の後半まで荷重低下が小さいこと、さらには、(c)クラッシュボックスの圧壊の際に発生する最大反力がこのクラッシュボックスを介して衝撃荷重を負荷される、例えばサイドメンバー等の他の部材を破壊しない範囲に抑制され、その結果クラッシュボックスの圧壊が完了するまでの間にサイドメンバー等の損傷が生じないことの3点である。 For this reason, the shock absorption performance required for a crash box can be broadly classified as follows: (a) When an impact load is applied in the axial direction, it does not fall down or bend, and it buckles stably and repeatedly in the axial direction. It is plastically deformed into a bellows shape, (b) the load drop is small until the second half of the crush box crushing, and (c) the maximum reaction force generated when the crush box is crushed is impacted through this crush box. This is a point that the load is suppressed to a range where other members such as the side member are not destroyed, and as a result, the side member or the like is not damaged until the crush box is completely collapsed.
これまでにも、このクラッシュボックスの衝撃吸収性能を向上させるための材質や形状に係る発明が、多数提案されている。例えば、クラッシュボックスを構成する筒状体の外壁に、軸方向と直交する方向へのビードを、軸方向について複数列形成することにより、クラッシュボックスを軸方向へ繰り返し安定して座屈させる発明が知られており、既に実用化されている。しかし、この発明では、軸方向へ繰り返し座屈する途中においてクラッシュボックスが大きく屈曲変形してしまうことが多く、この場合には、軸方向の一部でしか蛇腹状に塑性変形しない。このため、狙いとする蛇腹状の塑性変形を安定して得ることが難しくなり、衝撃エネルギーの吸収量も少ない。 Many inventions related to materials and shapes for improving the impact absorbing performance of the crash box have been proposed so far. For example, an invention in which the crash box is repeatedly buckled stably in the axial direction by forming a plurality of beads in the axial direction on the outer wall of the cylindrical body constituting the crash box in the axial direction. Known and already in practical use. However, in the present invention, the crush box is often greatly bent and deformed during repeated buckling in the axial direction. In this case, only a part of the axial direction is plastically deformed in a bellows shape. For this reason, it becomes difficult to stably obtain the targeted bellows-like plastic deformation, and the amount of absorption of impact energy is small.
そこで、本出願人らは、先に、国際公開第WO2005−010398号(特願2005−512120号、特許第3912422号)により、略述すれば、横断面をなす多角形の長辺に内部へ向けて凸となるとともに軸方向へ向けて延設される溝部を有する筒体を備え、軸方向へ向けて負荷される衝撃荷重により確実に繰り返し座屈して蛇腹状に塑性変形することにより衝撃エネルギーを吸収するクラッシュボックスに係る特許発明を提案した。 In view of this, the applicants described in advance in International Publication No. WO2005-010398 (Japanese Patent Application No. 2005-512120, Japanese Patent No. 3912422), to the inside, on the long side of a polygon having a transverse section. It has a cylindrical body that has a groove that is convex toward the axial direction and that extends in the axial direction, and is repeatedly buckled by an impact load applied in the axial direction, and is plastically deformed into a bellows shape, thereby impact energy. Proposed a patented invention related to a crash box that absorbs water.
この提案に係る特許発明によれば、クラッシュボックスを構成する筒体の横断面をなす多角形の長辺に内部へ向けて凸となるとともに軸方向へ向けて延設される溝部を形成するので、溝部を設けられた部分の剛性が高まり、これにより、軸方向へ衝撃荷重を負荷されて繰り返し座屈する途中においてクラッシュボックスが倒れや曲がりを生じることを防止しながら、軸方向へ安定して繰り返し座屈して蛇腹状に塑性変形することができる。したがって、クラッシュボックスを構成する筒体の板厚を、従来の1.6mm程度から、0.8〜1.4mm程度に低減でき、単位質量当たりの衝撃吸収エネルギー量を飛躍的に高めることができる。
この特許発明に係るクラッシュボックスも含めて多くのクラッシュボックスは、通常、軸方向の一方の端面をバックプレートに突き合わせ溶接され、そのバックプレートは自動車のバンパーレインフォースの取り付け面にボルトとナットで固定され、あるいは、軸方向の一方の端面を自動車のバンパーレインフォースの取り付け面に突き合わせ溶接により固定される。そして、クラッシュボックスは、その他方の端面に突き合わせ溶接等により装着されたバックプレートを、自動車車体を構成するサイドメンバーの端面(フロントサイドメンバーでは前端面、リアーサイドメンバーの場合には後端面)に溶接等により装着されたセットプレート(又はサイドメンバーの端部に設けたフランジ)と重ね合わせ、これらを貫通して装着されるボルトとナットとにより締結することによって、車体に脱着自在に装着される。このように、クラッシュボックスを構成する筒体の少なくとも一方の端面は、バンパーレインフォースやバックプレートに突き合わせ溶接(通常はアーク溶接)される。 Many crash boxes including the crash box according to this patented invention are usually welded with one end face in the axial direction butt welded to the back plate, and the back plate is fixed to the mounting surface of the automobile bumper reinforcement with bolts and nuts. Alternatively, one end surface in the axial direction is fixed to the mounting surface of the bumper reinforcement of the automobile by butt welding. The crash box has a back plate attached to the other end face by butt welding or the like on the end face of the side member constituting the car body (front end face for the front side member, rear end face for the rear side member). A set plate (or a flange provided at the end of a side member) mounted by welding or the like is overlapped and fastened with a bolt and a nut that are mounted through the plate, so that the set plate is detachably mounted. . As described above, at least one end face of the cylinder constituting the crash box is butt welded (usually arc welding) to the bumper reinforcement or the back plate.
ここで、筒体の板厚を上述したように1.4mm未満に低減すると、バンパーレインフォースやバックプレートにアーク溶接等の大入熱溶接により突き合わせ溶接する際に筒体の端部が溶けて穴が開いたり、穴は開かなくとも端部の板厚が薄くなって突き合わせ溶接部の強度が低下してしまう。このため、例えば特許文献1により提案した特許発明が有する衝撃吸収性能を十分に発揮することができない。
When the plate thickness of the cylinder is reduced to less than 1.4 mm as described above, the end of the cylinder melts when butt welding is performed to the bumper reinforcement or back plate by high heat input welding such as arc welding. Even if the hole is opened or the hole is not opened, the plate thickness at the end portion becomes thin and the strength of the butt welded portion is lowered. For this reason, for example, the shock absorbing performance of the patented invention proposed by
本発明の目的は、例えばクラッシュボックス等の衝撃吸収部材を構成する筒体の板厚が1.4mmよりも薄い場合であってもバンパーレインフォースやバックプレートにアーク溶接等の大入熱溶接により突き合わせ溶接しても、筒体の端部における穴空きや板厚減少の発生を防止でき、これにより、例えば特許文献1により提案した特許発明が有する衝撃吸収性能を十分に発揮できる衝撃吸収部材及びその製造方法を提供することである。
The object of the present invention is to provide high heat input welding such as arc welding to a bumper reinforcement or back plate even when the thickness of a cylinder constituting an impact absorbing member such as a crash box is thinner than 1.4 mm. Even if it is butt welded, it is possible to prevent the occurrence of perforations and reduction in plate thickness at the end of the cylinder, and thereby, for example, an impact absorbing member that can sufficiently exhibit the impact absorbing performance of the patented invention proposed by
本発明は、軸方向の一方の端面から軸方向へ向けて負荷される衝撃荷重により座屈することにより衝突エネルギーを吸収するための、金属板の成形体である筒体を備える衝撃吸収部材であって、この筒体の軸方向の少なくとも一方の端面を含む端部における周方向の少なくとも一部に、金属板が折り重ねられた形状に形成される折り重ね部を有することを特徴とする衝撃吸収部材である。 The present invention is an impact-absorbing member including a cylindrical body, which is a molded body of a metal plate, for absorbing collision energy by buckling due to an impact load applied in the axial direction from one end face in the axial direction. And a shock absorber characterized by having a folded portion formed in a shape in which the metal plate is folded at at least a part of the end portion including at least one end face in the axial direction of the cylindrical body in the circumferential direction. It is a member.
この本発明に係る衝撃吸収部材は、上記端面に突き合わせて、あるいはこの端面を含む端部を差し込んでこの端面に溶接固定される板状部材を備えることが望ましい。
別の観点からは、本発明は、金属板における対向する二つの縁部のうち少なくとも一の縁部の長さ方向の少なくとも一部を折り返すヘム加工を行うことにより折り重ね部を形成し、形成された折り重ね部が軸方向の一方の端面を含む端部となるように、折り重ね部を形成された金属板を成形することによって、上記の本発明に係る衝撃吸収部材を構成する筒体を製造することを特徴とする衝撃吸収部材の製造方法である。
The impact absorbing member according to the present invention preferably includes a plate-like member which is abutted against the end face or inserted into an end including the end face and welded to the end face.
From another point of view, the present invention forms a folded portion by performing hem processing to fold back at least a part of the length direction of at least one of the two opposing edges of the metal plate. The cylindrical body constituting the shock absorbing member according to the present invention described above is formed by forming a metal plate on which the folded portion is formed so that the folded portion thus formed is an end portion including one end face in the axial direction. Is a manufacturing method of an impact-absorbing member.
この本発明に係る衝撃吸収部材の製造方法では、筒体を製造した後に、筒体と板状部材とを、折り重ね部により溶接することが望ましい。
これらの本発明では、折り重ね部の軸方向への長さが3mm以上20mm以下であることが望ましい。
In the manufacturing method of the impact absorbing member according to the present invention, it is preferable that the cylindrical body and the plate-like member are welded by the folded portion after the cylindrical body is manufactured.
In these inventions, the length of the folded portion in the axial direction is desirably 3 mm or more and 20 mm or less.
これらの本発明では、少なくとも一方の端面とは反対側の他方の端面を含む端部を構成する側壁に内部へ向けて凸となるとともに、軸方向へ向けて延設される溝部を有することが望ましい。 In these present inventions, at least one of the end faces opposite to the one end face has a groove portion that protrudes toward the inside and that extends in the axial direction on the side wall that forms the end portion including the other end face. desirable.
これらの本発明では、金属板の板厚が、0.8mm以上1.4mm未満であることが望ましい。
さらに、これらの本発明における衝撃吸収部材が自動車車体に用いられるクラッシュボックスであることが望ましい。
In the present invention, the thickness of the metal plate is desirably 0.8 mm or more and less than 1.4 mm.
Furthermore, it is desirable that the impact absorbing member in the present invention is a crash box used for an automobile body.
さらに、これらの本発明では、溝部が、略台形状又は略V字状の横断面を有する溝部であることが望ましい。さらに、これらの本発明では、衝撃吸収部材を構成する筒体が、閉断面構造を有するとともに外部へ向けたフランジを有さないことが望ましい。 Furthermore, in the present invention, it is desirable that the groove portion is a groove portion having a substantially trapezoidal shape or a substantially V-shaped cross section. Furthermore, in these present inventions, it is desirable that the cylindrical body constituting the impact absorbing member has a closed cross-sectional structure and does not have a flange directed to the outside.
本発明に係る衝撃吸収部材及びその製造方法によれば、例えばクラッシュボックス等の衝撃吸収部材を構成する筒体の板厚が1.4mmよりも薄い場合であってもバンパーレインフォースやバックプレートにアーク溶接等の大入熱溶接により突き合わせ溶接しても、筒体の端部における穴空きや板厚減少の発生を防止でき、これにより、例えば特許文献1により提案した特許発明が有する衝撃吸収性能を十分に発揮できるようになる。
According to the impact absorbing member and the manufacturing method thereof according to the present invention, for example, even when the plate thickness of the cylinder constituting the impact absorbing member such as a crash box is thinner than 1.4 mm, the bumper reinforcement or the back plate is used. Even when butt welding is performed by high heat input welding such as arc welding, it is possible to prevent the occurrence of perforations and reduction in plate thickness at the end of the cylinder, and thus, for example, the impact absorbing performance of the patented invention proposed in
(実施の形態1)
以下、本発明に係る衝撃吸収部材及びその製造方法を実施するための最良の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以降の実施の形態の説明では、衝撃吸収部材が、特許文献1により開示された特許発明に係るクラッシュボックスである場合を例にとるが、本発明に係る衝撃吸収部材はこのクラッシュボックスに限定されるものではなく、略述すれば、筒状体により構成される部材の一方の端面を、筒状体により構成されるサイドメンバーの軸方向の一方の端面に対向して配置することにより、軸方向と略平行な方向へ向けて負荷される衝撃荷重により繰り返し座屈して蛇腹状に塑性変形することにより衝撃エネルギーを吸収するためのクラッシュボックスであれば、特許文献1により開示されたクラッシュボックス以外のクラッシュボックスに対しても同様に適用可能である。
(Embodiment 1)
The best mode for carrying out the shock absorbing member and the manufacturing method thereof according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the embodiment, the case where the shock absorbing member is a crash box according to the patent invention disclosed in
また、以降の説明では、第1の部材が自動車車体を構成するサイドメンバーであるとともに、第2の部材がバンパーである場合を例にとるが、これはあくまでも例示であり、これら以外についても本発明は適用可能である。 Further, in the following description, the case where the first member is a side member constituting the automobile body and the second member is a bumper is taken as an example, but this is merely an example, and other cases are also described. The invention is applicable.
図1は、本実施の形態のクラッシュボックス1の構造を示す説明図であり、図1(a)はこのクラッシュボックス1の全体構成を示す斜視図、図1(b)は図1(a)に示すクラッシュボックス1における縦断面P1を示す斜視図、図1(c)は縦断面P1における筒体2の切断面を示す説明図、図1(d)は図1(a)に示すクラッシュボックス1における縦断面P2を示す斜視図、さらに図1(e)は縦断面P2における筒体2の切断面を示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory view showing the structure of the
上述したように、本実施の形態のクラッシュボックス1は、特許文献1により開示されたクラッシュボックスであるので、その特徴をはじめに簡単に説明する。
本実施の形態のクラッシュボックス1は、軸方向(図1(a)における両矢印方向)へ負荷される衝撃荷重を受けて蛇腹状に座屈することにより衝突エネルギーを吸収する筒体2を備える。
As described above, the
The
筒体2は、後述する溝部3a、3bを有するように例えばプレス成形された第1の金属板4aと、溝部3c、3dを有するように例えばプレス成形された第2の金属板4bとを、それぞれの端部に形成される平面部(図1(a)における左右の縦壁面5a,5b)で重ね合わせ、この重ね合わせ部で適宜手段(例えばレーザー溶接やスポット溶接)により接合することにより、組み立てられる。このため、筒体2は、その横断面形状が図示するような略多角形を有する閉断面であるとともに、この閉断面の外側へ向けたフランジを具備しないものである。
The
さらに、筒体2の横断面形状は、略多角形を構成する複数の頂点のうちの一部を直線で連結して得られる多角形のうちで最大の面積を有する断面である基本断面の多角形ABCDEFGHの辺AB、EFの一部の領域であって、かつこの辺の端点A、B、E及びFを除いた位置に、内側へ向けて凸となる溝部3a、3b、3c、3dを、筒体2の軸方向へ向けて有する。
Furthermore, the cross-sectional shape of the
つまり、このクラッシュボックス1は、筒体2の基本断面をなす八角形(辺AB、BC、CD、DE、EF、FG、GH、HAから構成され八角形)の長辺を含む側壁に、内部へ向けて凸となるとともに軸方向(図1(a)における両矢印方向)へ向けて延設される、溝部3a〜3dを形成される筒体2により構成されるものである。筒体2が、その軸方向へ向けて負荷される衝撃荷重により繰り返し座屈し、最終的に蛇腹状に塑性変形することによって、クラッシュボックス1は衝撃エネルギーを吸収する。
In other words, the
本実施の形態では、溝部3a〜3dが略台形状の横断面形状を有する場合を例にとった。しかし、溝部3a〜3dの横断面形状は略台形状に限定されるものではなく、例えば略V字状等の略台形状以外の形状の場合であっても、同様の作用効果が奏される。
In the present embodiment, the case where the
また、本実施の形態では、溝部3a〜3dを筒状体3の軸方向の全域に形成した場合を例に取ったが、溝部3a〜3dは軸方向の全域に設ける必要はなく、筒状体3のサイドメンバー側の一方の端面から他方の端面へ向けて、筒体2の軸方向の長さの少なくとも30%の範囲の全てに設けられていれば、後述する本発明の作用効果が奏せられる。
Moreover, in this Embodiment, although the case where the
このクラッシュボックス1は、特許文献1により開示されるように、筒体2の横断面をなす多角形ABCDEFGHの辺部分AB、EFに、内部へ向けて凸となるとともに軸方向へ向けて延設される溝部3a〜3dを形成されており、これら溝部3a〜3dを設けられた部分の剛性が高まっているので、隔壁の追加や板厚の増加を行わなくとも、軸方向へ衝撃荷重を負荷されて繰り返し座屈する途中において筒体2が倒れや曲がりを生じることが防止される。このため、クラッシュボックス1は、質量の増加を伴わずに軸方向へ安定して繰り返し座屈でき、これにより、最終的に蛇腹状に塑性変形することができる。したがって、単位質量当たりの衝撃エネルギーの吸収量を飛躍的に向上することができる。
As disclosed in
このように、本実施の形態のクラッシュボックス1は、第1の部材であるサイドメンバーと、第2の部材であるバンパーとの間に配置され、軸方向の一方の端面2aから軸方向へ向けて負荷される衝撃荷重により座屈することにより衝突エネルギーを吸収するための、金属板4a,4bの成形体である筒体を備える。本実施の形態における金属板4a,4bの板厚は、0.8mm以上1.4mm未満である。
As described above, the
そして、本実施の形態では、図1(a)〜図1(c)に示すように、筒体1の少なくとも軸方向の一方(本実施の形態では両方)の端面2a、2bを含む端部における周方向の一部又は全部(本実施の形態では全部)に、金属板4a,4bが折り重ねられた形状に形成される折り重ね部6a,6bが設けられている。
And in this Embodiment, as shown to Fig.1 (a)-FIG.1 (c), the edge part containing the end surfaces 2a and 2b of at least one (both in this Embodiment) of the axial direction of the
特に、図1(c)に示すように、金属板4aの折り重ね部6aは筒体2の外部側へ向けて折り返され、金属板4bの折り重ね部6aは筒体2の内部側へ向けて折り返されている。これにより、金属板4a及び金属板4bを縦壁面5a,5bで重ね合わせた際に、金属板4a、4bの間に隙間が生じない。このように、折り重ね部6a、6bの折り返し方向を筒体2の内部側及び外部側で異なる方向とすることが、金属板4a、4bの重ね合わせ部に隙間を生じないためには望ましい。
In particular, as shown in FIG. 1 (c), the folded
図2(a)及び図2(b)は,折り重ね部の説明図である。
図2(a)に示すように、折り重ね部6a、6bは、完全にヘミングされた構造であることが、溶接不良の発生を防止するためには望ましいが、ヘミング工程におけるスプリングバックが不可避的に生じるので、折り重ね部6a、6bにおける隙間dを零とすることは現実には難しい。隙間dは0.8mm程度までは許容される。
FIG. 2A and FIG. 2B are explanatory diagrams of the folded portion.
As shown in FIG. 2A, it is desirable that the folded
また、折り重ね部6a、6bの折り返し範囲lは、短過ぎると溶接不良の発生を防止できず、一方長過ぎると衝撃吸収性能及び重量増加につながるので、3mm以上40mm以下とすることが望ましい。なお、溶接作業の作業性等を勘案して、バンパー側又はバックプレート側に応じて折り返し範囲lを異ならせて適宜設定すればよいことはいうまでもない。
Further, if the folding range 6 of the folded
図3(a)〜図3(d)は、金属板4a(4b)の端部に折り重ね部6a、6bを形成する手順を模式的に示す説明図である。
図3(a)に示す金属板4a(4b)であるブランク(平板)の両縁部を、図3(b)に示すようにフランジアップする。この時の金型Rを大きく設定すると、ヘム加工形状精度が低下するおそれがあるため、できる限り小さくしたほうがよい。次に、図3(c)に示すようにヘム加工1を行う。この工程では、最終ヘム工程を行い易くするために135°程度に予曲げ成形する。さらに図3(d)に示すように180°曲げのヘム加工2を行って、図3に示す形状に折り重ね部6a,6bを形成する。以上のブランク加工工程により、金属板4a(4b)に折り重ね部6a,6bが形成される。なお、第1ヘム、第2ヘム工程は必ずしも工程をわける必要はなく、金型にカム機構を織り込むこと等により一の工程で行うようにしてもよい。
FIGS. 3A to 3D are explanatory views schematically showing a procedure for forming the folded
As shown in FIG. 3B, the both edges of the blank (flat plate) which is the
この後、折り重ね部6a,6bを形成された金属板4a(4b)に例えばプレス成形を行うことにより、図1(a)に示す溝部3a,3b(3c、3d)を有する金属板4a(4b)とする。
Thereafter, the
図4は、本実施の形態のクラッシュボックス1の構成要素である、折り重ね部6a,6bに形成される端面に突き合わせて溶接固定される板状部材であるバックプレート7を示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a
本実施の形態のクラッシュボックス1をなす筒体2の端面2aを構成する、金属板4a(4b)の端部に形成される折り重ね部6a,6bと、バックプレート7とを突き合わせ、図4(a)又は図4(b)に示すように、すみ肉溶接を行ってアーク溶接部を形成することにより、筒体2とバックプレート7とが溶接により接合される。
The folded
このアーク溶接の際に、本実施の形態のクラッシュボックス1によれば、クラッシュボックス1を構成する筒体2をなす金属板4a(4b)の板厚が1.4mmよりも薄い場合であっても,バックプレート7にアーク溶接等の大入熱溶接により突き合わせ溶接しても、筒体2の端部に折り重ね部6a,6bが形成されてこの端部の板厚が実質的に倍増しているので、この端部における穴空きや板厚減少の発生を防止でき、筒体2とバックプレート7とを溶接不良を生じることなく確実に溶接することができる。
In this arc welding, according to the
このため、本実施の形態によれば、例えば特許文献1により提案した特許発明に係るクラッシュボックスが有する衝撃吸収性能を十分に発揮することができるようになる。
For this reason, according to this Embodiment, the impact absorption performance which the crash box which concerns on the patent invention proposed by
(実施の形態2)
次に、実施の形態2を説明する。なお、以降の説明では上述した実施の形態1と相違する部分を説明し、共通する部分については重複する説明を省略する。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment will be described. In the following description, portions that are different from the above-described first embodiment will be described, and overlapping descriptions of common portions will be omitted.
本実施の形態が上述した実施の形態1と相違するのは、平板状のバックプレート7に筒体2を突き合わせてアーク溶接を行うのではなく、バックプレート7に筒体2の端部を差し込むことが可能な穴を、打ち抜くことにより形成しておき、この穴に筒体2の端部を差し込んで筒体2とバックプレート7とのアーク溶接を行う点である。
The present embodiment is different from the above-described first embodiment in that the end of the
図5(a)はこの穴を形成したバックプレート7に筒体2を貫通させ、溶接ワイヤーを用いてアーク溶接を行って得られるアーク溶接部を示す説明図であり、図5(b)はこの穴を形成したバックプレート7に筒体2を貫通させ、溶接ワイヤーを用いてアーク溶接を行って得られる他のアーク溶接部を示す説明図であり、図5(c)はこの穴を形成したバックプレート7に筒体2を貫通させ、溶接ワイヤーを用いずにアーク溶接を行って得られるアーク溶接部を示す説明図であり、さらも図5(d)はこの穴を形成したバックプレート7に筒体2を貫通させ、溶接ワイヤーを用いずにアーク溶接を行って得られるアーク溶接部を示す説明図である。図5(b)及び図5(d)は、溶接部がバックプレートの上面からはみ出さないように筒体の差し込み位置を調整したものである。
FIG. 5 (a) is an explanatory view showing an arc welded portion obtained by penetrating the
さらに、図6(a)〜図6(d)はそれぞれ図5(a)〜図5(d)を拡大して示す説明図である。
いずれに示す手法によっても、筒体2とバックプレート7とを確実にアーク溶接することが可能になる。
Further, FIGS. 6A to 6D are explanatory views showing enlarged views of FIGS. 5A to 5D, respectively.
In any of the methods, it is possible to reliably arc weld the
(実施の形態3)
次に、実施の形態3を説明する。
(Embodiment 3)
Next, a third embodiment will be described.
上述した実施の形態1及び2の説明では、衝撃吸収部材が、特許文献1により開示された特許発明に係るクラッシュボックス1である場合を例にとったが、本発明に係る衝撃吸収部材はこのクラッシュボックス1に限定されるものではなく、例えば、図7に示す横断面形状を有するクラッシュボックス10であってもよいので、このクラッシュボックス10について説明する。
In the description of the first and second embodiments described above, the case where the shock absorbing member is the
本実施の形態のクラッシュボックス10は、図7に示すように、対向して配置された一対のコーナー部11、12と、この一対のコーナー部11、12同士を結ぶ線に直交して配置された他の一対のコーナー部13、14とを備え、かつ外側にフランジを有さないとともにコーナー部11〜14により規定される四角形の横断面形状を有する金属製の筒体15から構成される。
As shown in FIG. 7, the
本実施の形態のクラッシュボックス10は、外側にフランジを有さないとともにコーナー部11〜14により規定される四角形の横断面形状を有する金属製の筒体15により構成するが、これとは異なり、外側にフランジを有する筒体によりクラッシュボックスを構成するようにしてもよい。
The
このように、このクラッシュボックス10は、車幅方向(例えば図7における左右方向)又は車高方向(例えば図7における上下方向)に、横断面形状の外郭をなす剛性が高い稜線部であるコーナー部11〜14を配置する四角形の断面形状を有する。
As described above, the
このクラッシュボックス10の横断面形状は、一対のコーナー部11、12を通過する仮想の線Lに対称な形状である。さらに、他の一対のコーナー部13、14を通過する仮の線Mに対称な形状であることが望ましい。対称性が高まるほど、それだけ多様な入力方向からの斜め荷重に対する性能が向上するからである。
The cross-sectional shape of the
オフセット衝突の場合、車幅方向又は上下方向への斜め荷重が入力されるので、クラッシュボックス10に曲げモーメントが生じる。このような斜め方向からの荷重入力に対してもクラッシュボックス10が安定して塑性座屈変形を発生するためには、曲げモーメントによって生じる全体での曲げ変形(折れ曲がり)を抑制することと、入力された衝撃荷重によって、筒体15の軸方向へ衝撃荷重が入力された場合と同様の座屈波長が短い連続的な塑性座屈変形を発生することが重要である。筒体15全体での曲げ変形を生じる場合は、座屈波長が長い変形となるからである。そこで、荷重が作用する外郭端に該当する位置に剛性が高いコーナー部13、14を配置する。このため、このクラッシュボックス10では、図7に示すように、断面中心を通る直線上にコーナー部11〜15を配置する。
In the case of an offset collision, an oblique load in the vehicle width direction or the vertical direction is input, so that a bending moment is generated in the
また、このクラッシュボックス10では、一対のコーナー部11、12の成す内角の角度θ1、θ2を90°以上150°以下とする(本実施の形態ではいずれも120度)とともに、他の一対のコーナー部13、14の成す内角の角度θ3、θ4を30°以上90°以下とする(本実施の形態ではいずれも60度)。この理由を説明する。
In the
稜線部であるコーナー部11〜14の剛性は、稜線部に存在する円弧長によって決定され、コーナー部11〜14が特定の曲率半径で設定される場合、この円弧長は、コーナー部11〜15の内角によって変化する。したがって、斜め方向から入力される衝撃荷重により生じる曲げモーメントに対してクラッシュボックス10が全体での曲がりを生じることなくこの衝撃荷重により塑性座屈変形を発生するためには、一対のコーナー部11、12の成す内角の角度θ1、θ2を90°以上150°以下とする。θ1、θ2が150°を超えると、クラッシュボックスの製造ならびに設計スペースを考慮に入れた範囲で決定される現実的な曲率半径(1.5〜10.0mm程度)の場合に、コーナー部13、14の円弧長が短くなり過ぎて所望の剛性を確保することができなくなり、狙いとする塑性座屈変形を生じることができなくなる。
The rigidity of the
また、他の一対のコーナー部13、14の成す内角の角度θ3、θ4は、一対のコーナー部11、12の成す内角の角度θ1、θ2と連動するので、角度θ1、θ2を90°以上150°以下とすることに伴って、30°以上90°以下とする。
Further, the angles θ 3 and θ 4 of the inner angles formed by the other pair of
一対のコーナー部11、12に比べ、他の一対のコーナー部13、14がより高い曲げ剛性が要求される場合は、一対のコーナー部11、12の成す角度θ1、θ2が、他の一対のコーナー部13、14の成す角度θ3、θ4よりも大きいことが望ましい。
When the bending rigidity of the other pair of
このクラッシュボックス10は、剛性が高い稜線部であるコーナー部11〜14における斜め荷重の負担度合いを増加させることが可能な形状、すなわち斜め荷重の入力方向に対してコーナー部11〜14が配置される横断面形状とする。このような横断面形状とすることにより、斜め方向から入力される荷重に対して生じる面外変形を小さくすることができるとともに、コーナー部11〜14に対する圧縮ひずみを高めることができる。
The
さらに、このクラッシュボックス10は一対のコーナー部11、12を通過する仮想の直線Lに対称に配置される2組の対をなす辺(16、17)、(18、19)のうちの全てに、一対のコーナー部11、12と、他の一対のコーナー部13、14とを除く位置に、長手方向へ延びるとともに内部へ向けて凸となる1又は複数(図7では一つの場合を示す)の溝20〜23を有している。
Further, the
そして、これらの溝20〜23は、いずれも、辺16〜19それぞれの、板厚t(mm)、長さW(mm)、溝20〜23それぞれの設置個数N(図7の場合では1)、及びN個の溝の開口幅の平均値Wc(mm)が、下記式(1)の関係を充足することが望ましく、下記式(1’)の関係を充足することがさらに望ましい。
Each of these
5<(W−N×Wc)/(N+1)/t<50 ・・・・・・・(1)
5<(W−N×Wc)/(N+1)/t<30 ・・・・・・(1’)
これにより、このクラッシュボックス10は、短い座屈波長により蛇腹状に塑性座屈変形することができ、高い衝撃吸収エネルギー吸収性能を得られる。この理由を説明する。
5 <(W−N × Wc) / (N + 1) / t <50 (1)
5 <(W−N × Wc) / (N + 1) / t <30 (1 ′)
Thus, the
クラッシュボックス10が連続的な塑性座屈(進行性座屈)を生じ、その変形によって生じる荷重履歴によって決定される衝撃吸収エネルギー吸収量を高めるためには、座屈発生から次の座屈発生までの荷重変動を抑制すること、すなわち、座屈波長を短くすることが有効である。この座屈波長は、クラッシュボックス10の横断面において衝撃荷重によって生じる面外変形(変位)と密接な関係があり、この面外変形の量が大きいと座屈波長が長くなり、一方面外変形が小さいと座屈波長が短くなる。そのため、クラッシュボックス10の横断面で生じる面外変形を小さくするためには、横断面を構成する辺16〜19の長さ、すなわち隣接するコーナー部11〜14間の距離を小さくすればよい。
From the occurrence of buckling to the next occurrence of buckling, the
具体的には、コーナー部11〜14の間の距離を、筒体15の板厚tの50倍未満とする。すなわち、コーナー部11〜14の間の距離が板厚tの50倍以上となる辺16〜19には、図7に示すように、溝20〜23をそれぞれ設けることによって、辺16〜19を分断する。なお、コーナー部の間の距離(11−14、14−12、12−13、13−11)が板厚の50倍未満の場合であっても、辺16〜19に溝20〜23を設けることにより辺16〜19をさらに細かく分断するようにしてもよい。
Specifically, the distance between the
溝20〜23は、斜め荷重が作用した際における全体での曲がり変形の抑制とともに、その荷重によって塑性座屈変形の起点となるコーナー部11〜14を含まない位置に設けることが望ましい。
The
このように、クラッシュボックス10は、辺16〜19の長さWが大きい横断面形状である場合に、短い座屈波長を得るために辺16〜19に溝20〜23を設けて、この溝20〜23により新たな稜線部を形成し、辺16〜19の長さを、短い座屈波長を得られる範囲に制御するものである。
Thus, the
なお、溝20〜23の深さが浅過ぎると、上述した辺16〜19を分断する効果が弱まるため、溝20〜23の深さは10mm超とすることが望ましい。
このクラッシュボックス10では、全てのコーナー部11〜15の曲率半径Rが、溝20〜23を構成する角部20a〜20d、21a〜21d、22a〜22d、23a〜23dのいずれの曲率半径Rcより大きいことが望ましい。この理由を説明する。
In addition, when the depth of the
In the
薄肉円環の断面2次モーメントは、径及び肉厚によって支配され、径が大きいほど断面2次モーメントは大きくなり、曲げ強度に影響を及ぼす断面係数も同様に径が大きいほど増大する。すなわち、クラッシュボックス10に対し斜め方向から荷重が作用した際に生じる曲げモーメントに対して曲げ変形を抑制するためには、横断面の外郭に位置して入力される荷重を支持するコーナー部11〜14の断面2次モーメントを大きくとることが有効である。また、溝20〜23を構成する角部20a〜20d、21a〜21d、22a〜22d、23a〜23dの曲率半径を大きくすると、溝20〜23での変形抵抗が過度に高まり、この部分での塑性座屈変形が生じ難くなる。
The cross-sectional secondary moment of the thin-walled ring is governed by the diameter and the wall thickness, and the cross-sectional secondary moment increases as the diameter increases, and the section modulus that affects the bending strength also increases as the diameter increases. That is, in order to suppress bending deformation against a bending moment generated when a load is applied to the
以上の理由により、本発明では、クラッシュボックス10の全体の曲げ強度を最も支配する全てのコーナー部11〜14の曲率半径Rを、溝20〜23を構成する角部20a〜20d、21a〜21d、22a〜22d、23a〜23dの曲率半径Rcより大きくすることが望ましい。
For the reasons described above, in the present invention, the curvature radii R of all the
このように、本実施の形態のクラッシュボックス10は、車幅方向又は車高方向にコーナー部11〜14を配置し、そのコーナー部11〜14を形成する内角θ1〜θ4を最適な範囲に制御するとともに、一対のコーナー部11、12を通過する仮想の直線Lに対称に配置される2組の対をなす辺(16、17)、(18、19)の全てに、コーナー部11〜14を除く位置に長手方向へ延び、内部へ向けて凸となるとともに式(1)を満足する1又は複数の溝を設けることによって、斜め荷重が入力された場合の曲げ強度を向上させるとともにこの衝撃荷重により塑性座屈変形を発生するものである。
As described above, the
さらに、このクラッシュボックス10の筒体15は、軸方向に沿って分割される二つの構成部材15a,15bを、それぞれの縁部を重ね合わせて接合されることによって構成され、コーナー部13、14を含む領域が平面状に切り欠かれて形成される切欠き部24を備える。そして、切欠き部24は、複数の構成部材同士の重ね合わせ接合部をなしている。これにより、切欠き部24の剛性が高められており、軸方向への圧壊の際によりいっそう曲がり変形を生じ難い構造とされている。
Furthermore, the
このため、このクラッシュボックス10は、軸方向に対して斜め方向へ向けて負荷される衝撃荷重に対しても、全体での曲がり変形の発生を抑制でき、蛇腹状に塑性座屈変形することができる。
For this reason, the
なお、図示していないが、本実施の形態においても、クラッシュボックス10を構成する筒体15の軸方向の少なくとも一方の端面を含む端部における周方向の少なくとも一部に折り重ね部が形成されており、この折り重ね部を介してバックプレート7にアーク溶接される。これにより、実施の形態1と同様の効果が得られる。
Although not shown, also in the present embodiment, a folded portion is formed at least in the circumferential direction at the end portion including at least one end face in the axial direction of the
なお、本実施の形態においても実施の形態2と同様に、バックプレート7に筒体15の端部を差し込むことが可能な穴を、打ち抜くことにより形成しておき、この穴に筒体15の端部を差し込んで筒体15とバックプレート7とのアーク溶接を行うようにしてもよい。
In the present embodiment, similarly to the second embodiment, a hole into which the end of the
(変形形態)
実施の形態1〜3では、外向きフランジを具備しない横断面形状を有するクラッシュボックス1、10を例にとって説明したが、本発明はこの形態に限定されるものではなく、例えば、図8(a)に示す、いわゆる片ハットの横断面形状を有するクラッシュボックス30や、図8(b)に示す、いわゆる両ハットの横断面形状を有するクラッシュボックス40といった、外向きフランジを具備する横断面形状を有するクラッシュボックスであっても、同様に適用される。
(Deformation)
In the first to third embodiments, the
さらに、実施例を参照しながら、本発明をより具体的に説明する。 Further, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
図4(a)に示すように、特許文献1により開示されたクラッシュボックスであって、板厚が0.8mm又は1.0mmである金属板4a及び4bにより構成される筒体の軸方向の両端部に軸方向長さ5mmの範囲に折り重ね部を設けた本発明例(A2、B2)、折り重ね部を設けなかった比較例(A1、B1)の端面を、板厚が2.9mmの平板状のバックプレートに突き合わせてすみ肉溶接を行い、溶接性を評価した。
As shown in FIG. 4 (a), it is a crash box disclosed in
この際、バックプレートと筒体との溶接はMAG溶接とし、溶接時のガス条件は(Ar+10体積%CO2)とし、溶接速度は60cm/minとし、溶接電流は80Aとし、溶接電圧は18Vとし、溶接ワイヤ径は0.9mmとし、さらに、溶接ワイヤの材質はJIS YGW−15相当のものを用いた。 At this time, the welding between the back plate and the cylinder is MAG welding, the gas condition during welding is (Ar + 10% by volume CO 2 ), the welding speed is 60 cm / min, the welding current is 80 A, and the welding voltage is 18V. The welding wire diameter was 0.9 mm, and the material of the welding wire was JIS YGW-15 equivalent.
そして、アーク溶接時に筒体2に穴空き等の溶接不良を生じなかったものを○とし、生じなかったものを×として、溶接性を評価した。
次に、汎用動的陽解法ソフトを用いて、本発明例(A2、B2)、比較例(A1、B1)の端面に平板状のバックプレートに突き合わせた解析モデルに、上方から剛体壁を15km/hの一定速度で衝突させ、クラッシュボックスの圧壊ストロークが0mmから120mmまでの軸圧壊時における平均荷重を測定した。
Then, the weldability was evaluated by making a circle that did not cause poor welding such as a hole in the
Next, using a general dynamic explicit method software, a rigid wall is applied to the analytical model in which the end face of the present invention example (A2, B2) and the comparative example (A1, B1) are abutted with a flat plate back plate from above. The average load at the time of axial crushing when the crushing stroke of the crush box was 0 mm to 120 mm was measured by colliding at a constant speed of h.
上記平均荷重の解析結果を、解析条件とともに表1にまとめて示すとともに、0〜120mmまでの圧壊ストローク(mm)と荷重との関係を図9にグラフで示す。 The analysis results of the average load are shown together with the analysis conditions in Table 1, and the relationship between the crush stroke (mm) from 0 to 120 mm and the load is shown in a graph in FIG.
表1においてA1とA2、B1とB2を比較すると、平均荷重に差はなく溶接性が向上することから、本発明によれば、折り重ね部を設けない比較例と衝突特性に差を生じることはなく、溶接性を顕著に向上させることができたことがわかる。 When comparing A1 and A2 and B1 and B2 in Table 1, there is no difference in average load and weldability is improved. According to the present invention, there is a difference in the collision characteristics with the comparative example in which no folded portion is provided. It can be seen that the weldability could be remarkably improved.
1 クラッシュボックス
2 筒体
3a〜3d 溝部
4a,4b 金属板
5a,5b 縦壁面
6a,6b 折り重ね部
7 バックプレート
8 アーク溶接部
10 クラッシュボックス
11、12 一対のコーナー部
13、14 他の一対のコーナー部
15 筒体
16〜19 辺
20〜23 溝
20a〜20d、21a〜21d、22a〜22d、23a〜23d 角部
24 切欠き部
30 片ハットの横断面形状を有するクラッシュボックス
40 両ハットの横断面形状を有するクラッシュボックス
DESCRIPTION OF
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