JP2012201286A - 衝撃吸収部材 - Google Patents

Abstract

【課題】車両のコスト増にならず、衝撃吸収部材の重量当たりの吸収エネルギーを大きくすることができる衝撃吸収部材を得る。
【解決手段】本発明に係る衝撃吸収部材１は、筒状の本体部３と、本体部３の基端側に本体部３に連続して形成された屈曲部５を介して設けられたフランジ部７とを備え、本体部３の先端側に作用する衝撃荷重によって本体部３が裏返り変形をすることで衝撃エネルギーを吸収する衝撃吸収部材１であって、本体部３の軸方向直交断面を正多角形にすると共に、軸方向に直交する断面積が先端側ほど小さくなるテーパ形状にしたことを特徴とするものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車の衝突によるエネルギーを効率良く吸収できる衝撃吸収部材に関するものである。

自動車が前面衝突する際の衝撃を緩和するために、自動車のフロントバンパーに衝撃吸収部材が装着される。衝撃吸収部材は衝突によるエネルギーを吸収するものであり、内部が空洞の箱体（いわゆるクラッシュボックス）が衝突の衝撃で変形することによってエネルギーを吸収する。
今日では種々の衝撃吸収部材が実用化されており、その一例が特許文献１に開示されている。

特許文献１に開示された衝撃吸収部材は、「金属材料からなる外壁を有する筒状体からなる第１の部分と、該第１の部分の外壁に連続するとともに外側に折れ曲がって形成される折れ曲がり部である第２の部分と、該第２の部分に連続するとともに該第２の部分の支持部をなす第３の部分とを有し、前記第１の部分の端部から前記筒状体の軸方向へ向けて負荷される衝撃荷重によって、前記第１の部分の外壁が折り返されて形成される折り返し部の長さが増加する曲げ変形を連続して生じることにより衝撃エネルギーを吸収する衝撃吸収部材であって、前記第１の部分は、前記外壁のうちで、少なくとも、前記曲げ変形を連続して生じる範囲に、前記筒状体の軸方向へ延びて設けられる複数の稜線を有することを特徴とする」ものである（特許文献１の請求項１参照）。
また、「前記第１の部分および前記第３の部分は、いずれも、前記筒状体の軸方向と略平行な方向へ延びて設けられる」とされている（特許文献１の請求項１０参照）。

特開２００２−３５６１７９号公報

発明者は、特許文献１に記載されたような「第１の部分の外壁が折り返されて形成される折り返し部の長さが増加する曲げ変形を連続して生じることにより衝撃エネルギーを吸収する衝撃吸収部材」のエネルギー吸収性能について検討した。
なお、衝撃吸収部材の変形形態として、従来技術では「外壁が折り返される」と表現しているが本発明の説明においては、「本体部が裏返り変形をする」と表現しており、両者は表現が異なるが同じ意味である。

検討の対象として、断面を八角形にしたものについて、断面が円形のものとの比較検討を行った。
ストロークが50mm以降の定常変形状態において、円断面のものは反力が一定値であるが、八角形断面のものは徐々に反力が増加した。この理由は、八角形断面のものはストロークが増加するに伴って壁の折り返し変形の曲率が小さくなるために、変形のエネルギーが増大するためと考えられる。

反力が増加するということはそれだけエネルギー吸収量も大きくなるが、その一方で衝撃吸収部材が取り付けられる車両本体側は当該反力に抵抗できるだけの強度が要求される。そのため、車両本体側の剛性を高めなければならず、コストが増大する。
また、ストロークの途中から反力が増大するということは、逆にいえばストロークの前半では反力が小さいことを意味しており、衝撃吸収部材の重量当たりの吸収エネルギーが小さい。
また、衝撃力が衝撃吸収部材の軸方向に沿った場合には上記変形が生ずるが、衝撃力が軸方向からずれて作用する場合には、衝撃吸収部材が変形の途中で衝撃吸収部材を取り付けている部材に当接して衝撃吸収部材全体が折れる（倒れ込む）という問題があった。

本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、車両のコスト増にならず、衝撃吸収部材の重量当たりの吸収エネルギーを大きくし、衝撃吸収部材全体の倒れ込みを防止し、安定した変形をすることができる衝撃吸収部材を得ることを目的としている。

発明者は衝撃吸収部材の重量当たりの吸収エネルギーを高め、車両側のコスト増にならないようにするために、ストロークの全体で反力を一定値にする、つまり変形エネルギーを一定にすることを検討した。
その結果、折り返し変形の曲率の変化を制御して変形エネルギーを一定にすることは困難であるため、変形している部分の体積を変形が増すに伴って小さくなるようにすることで、変形エネルギーを一定にすることを考えた。具体的には、衝撃吸収部材の先端にいくほど衝撃吸収部材の軸方向直交断面積を小さくするというテーパ形状にすることを考えた。
本発明は上記のような知見に基づくものであり、具体的には以下の構成からなるものである。

（１）本発明に係る衝撃吸収部材は、筒状の本体部と、該本体部の基端側に前記本体部に連続して形成された屈曲部を介して設けられたフランジ部とを備え、前記本体部の先端側に作用する衝撃荷重によって前記本体部が裏返り変形をすることで衝撃エネルギーを吸収する衝撃吸収部材であって、
前記本体部の軸方向直交断面を正多角形にすると共に、軸方向に直交する断面積が先端側ほど小さくなるテーパ形状にしたことを特徴とするものである。

（２）また、上記の（１）に記載のものにおいて、前記本体部は、軸方向直交断面形状が正八角形であることを特徴とするものである。

（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記本体部の側壁に、軸方向に延びる直線状溝を等間隔で設けたことを特徴とするものである。

本発明においては、衝撃吸収部材における本体部の軸方向直交断面を正多角形にすると共に、軸方向に直交する断面積が先端側ほど小さくなるテーパ形状にしたことにより、車両のコスト増にならず、衝撃吸収部材の重量当たりの吸収エネルギーを大きくすることができる。

本発明の一実施の形態に係る衝撃吸収部材の斜視図である。 本発明の一実施の形態に係る衝撃吸収部材の断面図である。 本発明の一実施の形態に係る衝撃吸収部材の作用の説明図である。 図３の一部を拡大して示す図である。 本発明の一実施の形態に係る衝撃吸収部材の効果を説明するために用いた比較例の断面図である。 本発明の一実施の形態に係る衝撃吸収部材の効果を説明するグラフである。 本発明の他の実施の形態に係る衝撃吸収部材の斜視図である。 本発明の他の実施の形態に係る衝撃吸収部材の断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る衝撃吸収部材の効果を説明するグラフである。

[実施の形態１]
本実施の形態１に係る衝撃吸収部材１は、筒状の本体部３と、本体部３の基端側に本体部３に連続して形成された屈曲部５を介して設けられたフランジ部７とを備え、本体部３の先端側に作用する衝撃荷重によって本体部３が裏返り変形をすることで衝撃エネルギーを吸収する衝撃吸収部材１であって、本体部３の軸方向直交断面を正八角形にすると共に、軸方向に直交する断面積が先端側ほど小さくなるテーパ形状にしたことを特徴とするものである。
なお、衝撃吸収部材１は金属材料によって形成されている。
以下、各構成部分を詳細に説明する。

＜本体部＞
本体部３は、軸方向直交断面が正八角形の筒状体からなるものである。金属材料によって形成され、また、本体部３は先端側になるほど軸方向直交断面積が小さくなるテーパ状になっている。テーパ角度αは、反力が一定値になるように適宜設定すればよい。

＜屈曲部＞
屈曲部５は、本体部３の基端側に設けられ、下方に向かって突出するＵ字状をしている。屈曲部５は、衝撃吸収部材１に衝撃力が作用した際に、初期の裏返り変形を誘発する作用を有している。屈曲部５がない場合には、衝撃力が作用した初期において、本体部３の基端部に座屈が生じ、反力の低下を招くことを確認している。

＜フランジ部＞
フランジ部７は、屈曲部５の外周側にリング状に設けられて、衝撃吸収部材１を車両側のブラケット９に取り付ける取付部となる。なお、衝撃吸収部材１が裏返り変形をするためには、ブラケット９側には、図２に示すように、衝撃吸収部材１の屈曲部５が設けられている部位の面積よりも大きな面積の開口を有することが必要である。

上記のように構成された本実施の形態の衝撃吸収部材１について、衝撃荷重が作用した際の作用を図３、図４に基づいて説明する。
図３においては、衝撃吸収部材１の上端側に矢印Ａで示すような衝撃荷重が作用した際に、本体部３が裏返り変形をする様子を、変形量が大きくなる順に図３（ａ）〜図３（ｃ）に示している。図４は図３における変形部を拡大して示したものである。
図３に示すように、衝撃吸収部材１の上端側に衝撃荷重が作用すると、屈曲部５を起点として本体部３が裏返り変形を行う。このとき、図４に示すように、変形量が大きくなるにしたがって、変形の曲率が小さくなる。前述したように、変形の曲率が小さくなると、反力が大きくなる。
しかしながら、本実施の形態の衝撃吸収部材１は、上端側になるほど軸方向直交断面が小さくなるテーパ形になっているので、上端側ほど変形体積が小さくなっている。つまり、変形の曲率が小さくなることで反力が大きくなるのを、変形体積が小さくなることで相殺し、反力がほぼ一定になるようにしている。
また、テーパ形のため、衝撃力が軸方向よりずれて作用する場合でも、ブラケット９との間に空間があるため、衝撃吸収部材１の変形の途中で衝撃吸収部材１がブラケット９と接触することがなく、衝撃吸収部材１全体の折れ（倒れ込み）を防止できる。

このように、変形量が増しても反力が一定になることで、車両のコスト増にならず、衝撃吸収部材１の重量当たりの吸収エネルギーを大きくすることができる。

上記の効果を確認するための実験をおこなったので、以下説明する。比較例として、図５に示すような軸方向直交断面が八角形の筒状の本体部を有する衝撃吸収部材１０を用いた。比較例が本実施の形態のものと異なる点は、本実施の形態のものがテーパ形であるが、比較例は基端側から上端側までの軸方向直交断面積が同じである点である。

実験の結果を図６に示す。図６は縦軸が反力（ｋＮ）、横軸がストローク（ｍｍ）を示している。
図６に示されるように、本実施の形態のものでは、ストロークが６０ｍｍ以降は反力がほぼ一定でるのに対して、比較例ではストロークが６０ｍｍを超えても反力が徐々に大きくなっている。その結果、比較例は本実施の形態のものよりも最大反力が約３０（ｋＮ）近く大きくなっている。
このため、比較例の衝撃吸収部材１０を車両に設置した場合には、車両側において最大反力に対して抵抗できる剛性を持たせる必要があり、その分コスト増となる。換言すれば、比較例のものでは、最大反力が本実施の形態と同じであれば、吸収できるエネルギーが本実施の形態よりも小さいことを意味する。逆にいえば、本実施の形態のものは、比較例に比べて最大反力が同じであれば、吸収エネルギーが大きい。
このように、本実施の形態では、車両側のコスト増になることなく、エネルギー吸収性能に優れている。

自動車の衝突によるエネルギーは、必ずしもフランジ水平部に対して垂直に作用しない場合がある。衝突によるエネルギーが斜め方向から作用すると、衝撃吸収部材１の本体部３の側壁がブラケット９の開口部の周縁に接触する恐れがあるが、本実施の形態の衝撃吸収部材１の本体部３の側壁はテーパ形状になっているので、本体部３の側壁がブラケット９の開口部の周縁に接触しにくくなっているとい効果もある。

[実施の形態２]
本実施の形態を図７〜図９に基づいて説明する。なお、図７、図８において、実施の形態１，２を示した図１、２と同一部分には同一の符号が付してある。
本実施の形態の衝撃吸収部材１１は、実施の形態１のものにおいて、本体部３における各側面に、基端側から上端側に直線状に延びる直線状溝１３を等間隔で設けたものである。直線状溝１３の溝深さは上端側になるにしたがって浅くなるように設定されている。

本実施の形態の効果を確認するため、実施の形態１と同様の実験を実施の形態１の衝撃吸収部材１との比較を行った。
実験の結果を図９に示す。図９においては、図６と同様に、縦軸が反力（ｋＮ）、横軸がストローク（ｍｍ）を示している。
図９に示されるように、本実施の形態のものでは、ストロークが４０ｍｍまでの初期の段階において、実施の形態１のものよりも反力が増していることが分かる。そして、ストロークが６０ｍｍを超えると実施の形態１と同様に反力がほぼ一定である。
このように、本実施の形態によれば、変形の初期における反力を実施の形態１のものよりも大きくすることができ、その結果、衝撃エネルギー吸収量を増すことができる。
このように、本実施の形態では、実施の形態１と同様に車両側のコスト増になることなく、エネルギー吸収性能に優れており、実施の形態１よりもエネルギー吸収量が大きくなるという効果がある。

なお、上記の実施の形態においては、本体部３の軸方向直交断面を八角形にした例を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、４角形、５角形、６角形、７角形あるいは８角形以上の多角形のものも含む。

１ 衝撃吸収部材（実施の形態１）
３ 本体部
５ 屈曲部
７ フランジ部
９ ブラケット
１０ 衝撃吸収部材（比較例）
１１ 衝撃吸収部材（実施の形態２）
１３ 直線状溝

Claims (3)

1. 筒状の本体部と、該本体部の基端側に前記本体部に連続して形成された屈曲部を介して設けられたフランジ部とを備え、前記本体部の先端側に作用する衝撃荷重によって前記本体部が裏返り変形をすることで衝撃エネルギーを吸収する衝撃吸収部材であって、
   前記本体部の軸方向直交断面を正多角形にすると共に、軸方向に直交する断面積が先端側ほど小さくなるテーパ形状にしたことを特徴とする衝撃吸収部材。
2. 前記本体部は、軸方向直交断面形状が正八角形であることを特徴とする請求項１記載の衝撃吸収部材。
3. 前記本体部の側壁に、軸方向に延びる直線状溝を等間隔で設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の衝撃吸収部材。

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