JP2012218712A

JP2012218712A - 衝撃吸収部材

Info

Publication number: JP2012218712A
Application number: JP2011090154A
Authority: JP
Inventors: Nobuhisa Okuda; 修久奥田
Original assignee: Toyota Auto Body Co Ltd
Current assignee: Toyota Auto Body Co Ltd
Priority date: 2011-04-14
Filing date: 2011-04-14
Publication date: 2012-11-12
Also published as: EP2698558A4; EP2698558A1; US20140124315A1; WO2012140803A1

Abstract

【課題】本発明は、簡易な構成で車両衝突時の高荷重を効率的に吸収できるようにする。
【解決手段】衝撃吸収部材１０は、軸方向から衝撃荷重を受けられるように配置され、衝撃荷重を受けて軸方向に潰れる筒状部材２０と、筒状部材２０に非接触な状態で収納されており、衝撃荷重に対する強度が筒状部材２０よりも大きい木材１２と、筒状部材２０に対する木材１２の位置決めが可能であり、発泡することで木材１２の外側面と筒状部材２０の内壁面との隙間Ｓに、部分的、あるいは全体に亘って充填される発泡材３０とを有しており、発泡した発泡材３０は、衝撃荷重で筒状部材２０が木材１２と共に軸方向に潰れる際、その筒状部材２０が径方向内側に変形するのを妨げない強度である。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両衝突時等の衝撃荷重を受けてその衝撃荷重を効率的に吸収できるように構成された衝撃吸収部材に関する。

車両衝突時等の衝撃荷重を受けてその衝撃荷重を吸収できるように構成された衝撃吸収部材に関する技術が特許文献１に記載されている。
特許文献１に記載された衝撃吸収部材１００は、図９に示すように、アルミニウム合金製の筒状のハウジング１０２と、そのハウジング１０２内に収納された高剛性の発泡弾性体１０４とから構成されている。この衝撃吸収部材１００は、車両のバンパーやドアのインパクトビーム等に使用されており、衝突荷重を筒状のハウジング１０２の側面で受けてその車両衝突時の衝撃荷重及び振動エネルギーとを吸収できるように構成されている。

特開２００１−２４６９９５号公報

上記した衝撃吸収部材１００では、車両の衝突荷重を主としてハウジング１０２で受ける構成であり、発泡弾性体１０４のみで前記衝突荷重を受けることはできない。したがって、前記衝撃吸収部材１００を高荷重域で使用する場合には、筒状のハウジング１０２の強度を高める必要があり、そのハウジング１０２の肉厚寸法を増加させたり、ハウジング１０２の内部を仕切り壁等により複数に仕切る等の対策が必要になる。この結果、衝撃吸収部材１００の重量が増加し、さらに構造が複雑になってコスト高となる。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、簡易な構成で車両衝突時の高荷重を効率的に吸収できるようにすることである。

上記した課題は、各請求項の発明によって解決される。
請求項１の衝撃吸収部材は、軸方向から衝撃荷重を受けられるように配置され、前記衝撃荷重を受けて軸方向に潰れる筒状部材と、前記筒状部材に非接触な状態で収納されており、前記衝撃荷重に対する強度が前記筒状部材よりも大きい木材と、前記筒状部材に対する前記木材の位置決めが可能であり、発泡することで前記木材の外側面と前記筒状部材の内壁面との隙間に、部分的、あるいは全体に亘って充填される発泡材とを有しており、前記発泡した発泡材は、前記衝撃荷重で前記筒状部材が前記木材と共に軸方向に潰れる際、その筒状部材が径方向内側に変形するのを妨げない強度であることを特徴とする。

本発明によると、筒状部材に収納されている木材が前記筒状部材よりも衝撃荷重に対する強度が大きいため、衝撃荷重を主として木材で受けられるようになる。また、木材の外側面と筒状部材の内壁面との間には、発泡した発泡材が充填されているため、木材を筒状部材に対して非接触の状態で確実に位置決めできるようになる。さらに、発泡材は、衝撃荷重で筒状部材が木材と共に軸方向に潰れる際、その筒状部材が径方向内側に変形するのを妨げない。したがって、前記筒状部材は前記木材の周囲でジャバラ状に潰れることができるようになる。これにより、木材はジャバラ状に潰れた筒状部材によって周囲からバランス良く支えられ、転倒し難くなる。この結果、前記木材により軸方向の荷重を効率的に受けられ、前記木材及び筒状部材が軸方向に潰れることで高荷重を効率的に吸収できるようになる。
また、筒状部材に木材を収納するだけでの構造で、前記筒状部材に対する木材の位置決めを発泡材で行うため、構成が簡単であり、コスト低減を図ることができる。

請求項２の発明によると、木材の外側面と筒状部材の内壁面との隙間には、全体に亘って前記発泡した発泡材が充填されていることを特徴とする。
このため、筒状部材に対して木材を確実に位置決めできるとともに、車両等の振動が衝撃吸収部材に加わった場合でも筒状部材と木材間で振動が発生することがない。

請求項３の発明によると、発泡材の発泡倍率は、約5倍から約30倍の間に設定されていることを特徴とする。
このため、発泡した発泡材の強度が、筒状部材に対して木材を位置決め等するために必要な最小限の強度に近くなり、前記衝撃荷重で前記筒状部材が前記木材と共に軸方向に潰れる際、その筒状部材が径方向内側に変形するのを妨げることがなくなる。

請求項４の発明によると、筒状部材は角筒形に形成されて、木材は角柱形に形成されており、前記発泡した発泡材の厚み寸法が一定であることを特徴とする。
このため、木材及び筒状部材が周方向において均等に潰れるようになる。
請求項５の発明によると、筒状部材はアルミ合金による成形品であり、木材は杉材であり、発泡材は硬質発泡ウレタンであることを特徴とする。
請求項６の発明によると、筒状部材の厚み寸法が約0.4mmから約1.1mmの範囲内であり、前記発泡した発泡材の厚み寸法が約2mmから約4mmの範囲内に設定されていることを特徴とする。
したがって、木材により大荷重を効率的に受けられるとともに、筒状部材が木材の周囲でジャバラ状に潰れ、その木材を回りから効果的に支えられるようになる。

本発明によると、簡易な構成で車両衝突時の大荷重を効率的に吸収できるようになる。

本発明の実施形態１に係る衝撃吸収部材を備える車両前部の模式平面図である。本発明の実施形態１に係る衝撃吸収部材の全体縦断面図である。図２のIII-III矢視断面図である。前記衝撃吸収部材が衝撃荷重を受けて軸方向に潰れた様子を表す模式斜視図（Ａ図）、Ａ図のB-B矢視断面図（Ｂ図）、Ａ図のC-C矢視断面図（Ｃ図）、Ａ図、Ｂ図のD-D矢視断面図（Ｄ図）、及びＢ図のE-E矢視断面図（Ｅ図）である。前記衝撃吸収部材に加わる衝撃荷重と、その前記衝撃吸収部材の潰れ量（ストローク）との関係を表す測定データである（Ａ図）（Ｂ図）（Ｃ図）。変更例に係る衝撃吸収部材の模式横断面図である。変更例に係る衝撃吸収部材の模式横断面図である。変更例に係る衝撃吸収部材の全体縦断面図である。従来の衝撃吸収部材の横断面図である。

［実施形態１］
以下、図１から図８に基づいて本発明の実施形態１に係る衝撃吸収部材について説明する。
なお、図中に示すＸ方向（横方向）、Ｙ方向（縦方向）、及びＺ方向（長さ方向）は、衝撃吸収部材が取付けられる車両の幅方向、高さ方向、及び前後方向に対応している。

＜衝撃吸収部材１０の取付け部分概要について＞
本実施形態に係る衝撃吸収部材１０は、車両衝突時の衝撃荷重を受けてその衝撃荷重を吸収する部材であり、図１に示すように、フロントバンパ（図示省略）のバンパーリインフォース３と車両２の左右のサイドメンバ５との間に配置されるクラッシュボックスの部分に取付けられている。

＜衝撃吸収部材１０の構成について＞
衝撃吸収部材１０は、図２、図３に示すように、筒状部材２０と、その筒状部材２０に非接触状態で同軸に収納される木材１２と、筒状部材２０と木材１２との隙間に充填される発泡した発泡材３０とから構成されている。
筒状部材２０は、アルミ合金を使用した押出成形品であり、図３に示すように、軸心に対して直角な断面形状（横断面形状）が正方形の角筒形に形成されている。
ここで、筒状部材２０の縦（Ｙ方向）、横（Ｘ方向）寸法は約47mm、長さ寸法（Ｚ方向）は約70mm、肉厚寸法は約0.5mm程度に設定されている。なお、筒状部材２０の肉厚寸法は、約0.4mm〜1.1mmの範囲内に設定するのが好ましい。

木材１２は、図２、図３に示すように、横断面形状が正方形の角柱形に形成されており、その角柱の縦（Ｙ方向）、横（Ｘ方向）寸法が筒状部材２０の縦、横寸法よりも一定寸法だけ小さな値に設定されている。即ち、木材１２が筒状部材２０に収納されて、同軸、かつ同位相に位置決めされた状態で、筒状部材２０の内壁上面２１ｕ、内壁下面２１ｄ、内壁左側面２１ｆ、及び内壁右側面２１ｒと、木材１２の上面１２ｕ、下面１２ｄ、左側面１２ｆ、及び右側面１２ｒとの間にはそれぞれ一定寸法の隙間Ｓが形成されるようになる。ここで、木材１２の縦（Ｙ方向）、横（Ｘ方向）寸法は、前記隙間Ｓが約3mmとなるような値に設定されている。
また、木材１２の長さ寸法（Ｚ方向の寸法）は、筒状部材２０の軸方向の長さ寸法（約70mm）と等しい値に設定されている。
木材１２は、年輪１２ｋの軸心方向が長手方向（軸方向）に延びるように角柱形に成形されている。このため、木材１２を筒状部材２０に収納した状態で、その木材１２の年輪１２ｋの軸心方向が筒状部材２０の軸方向とほぼ一致するようになる。
木材１２としては、例えば、杉材が好適に使用される。

＜発泡材３０について＞
発泡材３０は、筒状部材２０に対して木材１２を同軸、かつ同位相に位置決めするとともに、筒状部材２０に対して木材１２がガタつかないように支持する部材である。発泡材３０としては、5倍〜30倍に発泡させた硬質発泡ウレタンが使用される。
発泡材３０を木材１２と筒状部材２０との隙間Ｓに充填する方法としては、筒状部材２０に対して木材１２を同軸、かつ同位相に位置決めした状態で、発泡させた硬質発泡ウレタンを、例えば、スプレー等により木材１２と筒状部材２０との隙間Ｓに充填する。これにより、硬質発泡ウレタンが固化すると、木材１２は筒状部材２０に対してガタつきのない状態で、同軸、かつ同位相に位置決めされる。前述のように、木材１２と筒状部材２０との隙間Ｓは周方向に一定で約3mmに設定されているため、発泡材３０の厚み寸法は周方向に一定で約3mmとなる。
ここで、スプレー等で硬質発泡ウレタンを木材１２と筒状部材２０との隙間Ｓに充填する代わりに、硬質発泡ウレタンの原液である主剤と硬化剤とを混合して攪拌し、この原液を木材１２と筒状部材２０との隙間Ｓに注入する方法でも可能である。
なお、発泡材３０として硬質発泡ウレタンを使用する例を示したが、硬質発泡ウレタンの代わりに、発泡スチロール板等を木材１２と筒状部材２０との隙間Ｓに挿入することも可能である。

＜衝撃吸収部材１０の働きについて＞
次に、図４、図５に基づいて、衝撃吸収部材１０の働きについて説明する。
ここで、図５（Ａ）は、衝撃吸収部材１０に、例えば、発泡倍率が10倍の発泡材３０（密度0.09g/cm³）を使用したときの測定データである。図５（Ｂ）は、例えば、発泡倍率が5倍の発泡材３０（密度0.14g/cm³）、図５（Ｃ）は発泡倍率が30倍の発泡材３０（密度0.03g/cm³）を使用したときの測定データである。また、図５（Ａ）〜（Ｃ）における縦軸は衝撃荷重の大きさを表しており、横軸は衝撃吸収部材１０の軸方向における潰れ量（ストローク）を表している。
車両２が前方衝突をして衝撃吸収部材１０に対して軸方向から衝撃荷重が加わり、その衝撃荷重が、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、許容値Ｈ（例えば、５〜６×１０⁴N ）を超えると、衝撃吸収部材１０が軸方向に潰れて前記衝撃荷重が吸収される。即ち、衝撃吸収部材１０を構成する木材１２と筒状部材２０等が前記衝撃荷重を受けて、その衝撃荷重により軸方向に潰れるようになる。

前述のように、木材１２の外側面と筒状部材２０の内壁面との間には周方向に均等な約3mmの隙間Ｓが形成されて、その隙間Ｓに発泡した発泡材３０が充填されている。ここで、発泡材３０は、硬質発泡ウレタンを5倍〜30倍の間で発泡させたものであるため、発泡材３０の強度が筒状部材２０に対して木材１２を位置決め等するために必要な最小限の強度に近い状態となる。このため、図４（Ａ）〜（Ｅ）に示すように、筒状部材２０が木材１２と共に潰れる際、発泡材３０が筒状部材２０の径方向内側の変形を妨げることがない。したがって、図４（Ｄ）（Ｅ）に示すように、前記筒状部材２０は木材１２の周囲でジャバラ状に潰れるようになる。

即ち、衝撃吸収部材１０の先端側の第１曲げ位置Ｌ１（図４（Ｄ）参照）では、例えば、図４（Ｂ）に示すように、筒状部材２０の上部と下部とはそれぞれ径方向外側に変形し、左部と右部は径方向内側に変形する。これにより、第１曲げ位置Ｌ１では、筒状部材２０の上部と下部とが山形に膨らみ（図４（Ｂ）（Ｄ）参照）、左部と右部は木材１２の外側面に当接するまで溝状に変形するようになる（図４（Ｂ）（Ｅ）参照）。
また、第１曲げ位置Ｌ１の後側に位置する第２曲げ位置Ｌ２では、図４（Ｃ）に示すように、筒状部材２０の上部と下部とは木材１２の外側面に当接するまで溝状に変形し、左部と右部は山形に膨らむように変形する。
また、第２曲げ位置Ｌ２の後側に位置する第３曲げ位置Ｌ３では、第１曲げ位置Ｌ１と同様に変形し、第３曲げ位置Ｌ３の後側に位置する第４曲げ位置Ｌ３では、第２曲げ位置Ｌ２と同様に変形するようになる。
このように、筒状部材２０は、上部、下部と左部、右部とで位相が約90°ずれた状態で、前記木材１２の周囲でジャバラ状に潰れるようになる。
そして、筒状部材２０が木材１２の周囲でジャバラ状に潰れることで、その筒状部材２０が木材１２の転倒を防止できるようになる。この結果、木材１２が軸方向に確実に潰れ、図５に示すように、木材１２が潰れたストローク分だけ、衝撃荷重が吸収されるようになる。
なお、発泡材３０の発泡倍率が5倍よりも小さい場合には、発泡材３０の強度が許容範囲よりも高くなり、発泡材３０が筒状部材２０の径方向内側の変形を妨げて、筒状部材２０がジャバラ状に潰れなくなる。また、発泡材３０の発泡倍率が30倍よりも大きい場合には、発泡材３０の強度が許容範囲より低下して筒状部材２０に対する木材１２の位置決め性、耐震性が低下する。

＜本実施形態に係る衝撃吸収部材１０の長所について＞
本実施形態に係る衝撃吸収部材１０によると、筒状部材２０に収納されている木材１２がその筒状部材２０よりも衝撃荷重に対する強度が大きいため、衝撃荷重を主として木材１２で受けられるようになる。また、木材１２の外側面と筒状部材２０の内壁面との間には、発泡した発泡材３０が充填されているため、木材１２を筒状部材２０に対して非接触の状態で確実に位置決めできるようになる。さらに、発泡材３０は、衝撃荷重で筒状部材２０が木材１２と共に軸方向に潰れる際、その筒状部材２０が径方向内側に変形するのを妨げない。したがって、前記筒状部材２０は木材１２の周囲でジャバラ状に潰れるようになる。これにより、木材１２はジャバラ状に潰れた筒状部材２０によって周囲からバランス良く支えられ、転倒し難くなる。この結果、木材１２により軸方向の荷重を効率的に受けられるようになり、前記木材１２及び筒状部材２０が軸方向に潰れることで高荷重を効率的に吸収できるようになる。
また、筒状部材２０に木材１２を収納するだけでの構造で、前記筒状部材２０に対する木材１２の位置決めを発泡材３０で行うため、構成が簡単であり、コスト低減を図ることができる。

また、木材１２の外側面と筒状部材２０の内壁面との隙間Ｓには、全体に亘って発泡した発泡材３０が充填されているため、筒状部材２０に対して木材１２を確実に位置決めできるとともに、車両等の振動が衝撃吸収部材１０に加わった場合でも筒状部材２０と木材１２間で振動が発生することがない。
また、発泡材３０の発泡倍率が約5倍から約30倍の間に設定されている。このため、発泡した発泡材３０の強度が、筒状部材２０に対して木材１２を位置決め等するために必要な最小限の強度に近くなる。これにより、前記衝撃荷重で筒状部材２０が木材１２と共に軸方向に潰れる際、発泡材３０が筒状部材２０の径方向内側の変形を妨げることがない。
また、筒状部材２０は角筒形に形成されて、木材１２は角柱形に形成されており、発泡材３０の厚み寸法が一定であるため、木材１２及び筒状部材２０が周方向において均等に潰れるようになる。
また、筒状部材２０はアルミ合金を使用した押出成形品で、木材１２は杉材であり、発泡材３０は発泡倍率が約5〜30倍の硬質発泡ウレタンであるため、前記木材１２により大荷重を効率的に受けられるとともに、筒状部材２０が木材１２の周囲でジャバラ状に潰れ、その木材１２を周囲から効果的に支えられるようになる。

＜変更例＞
ここで、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、本実施形態では、角筒状の筒状部材２０に対して四角柱形の木材１２を挿入して、発泡材３０の厚み寸法を約3mmに設定する例を示した。しかし、発泡材３０を木材１２と筒状部材２０との隙間Ｓを約2mmから約4mmの範囲内で設定し、発泡材３０の厚み寸法を約2mmから約4mmの間で設定することも可能である。
また、本実施形態では、角筒状の筒状部材２０に対して四角柱形の木材１２を同軸、同位相で挿入する例を示したが、筒状部材２０と木材１２とが非接触であれば、筒状部材２０と木材１２との軸心、あるいは位相がずれることもある程度許容できる。
また、角筒状の筒状部材２０に対して四角柱形の木材１２を例示したが、図６に示すように、角筒状の筒状部材２０に対して六角柱形の木材１２を使用しても良いし、図７に示すように、角筒状の筒状部材２０に対して楕円柱形の木材１２を使用することも可能である。
さらに、図８に示すように、発泡材３０を木材１２と筒状部材２０との隙間Ｓの軸方向両端部のみに充填する構造でも可能である。
また、筒状部材２０としてアルミ合金の押出成形品を使用する例を示したが、アルミ押出グレードの素材を使用して筒状部材２０を引き抜き成形することも可能である。

１０・・・衝撃吸収部材
１２・・・木材
２０・・・筒状部材
３０・・・発泡材
Ｓ・・・・隙間

Claims

軸方向から衝撃荷重を受けられるように配置され、前記衝撃荷重を受けて軸方向に潰れる筒状部材と、
前記筒状部材に非接触な状態で収納されており、前記衝撃荷重に対する強度が前記筒状部材よりも大きい木材と、
前記筒状部材に対する前記木材の位置決めが可能であり、発泡することで前記木材の外側面と前記筒状部材の内壁面との隙間に、部分的、あるいは全体に亘って充填される発泡材とを有しており、
前記発泡した発泡材は、前記衝撃荷重で前記筒状部材が前記木材と共に軸方向に潰れる際、その筒状部材が径方向内側に変形するのを妨げない強度であることを特徴とする衝撃吸収部材。
請求項１に記載された衝撃吸収部材であって、
前記木材の外側面と前記筒状部材の内壁面との隙間には、全体に亘って前記発泡した発泡材が充填されていることを特徴とする衝撃吸収部材。
請求項１又は請求項２のいずれかに記載された衝撃吸収部材であって、
前記発泡材の発泡倍率は、約5倍から約30倍の間に設定されていることを特徴とする衝撃吸収部材。
請求項１から請求項３のいずれかに記載された衝撃吸収部材であって、
前記筒状部材は角筒形に形成されて、前記木材は角柱形に形成されており、前記発泡した発泡材の厚み寸法が一定であることを特徴とする衝撃吸収部材。
請求項１から請求項４のいずれかに記載された衝撃吸収部材であって、
前記筒状部材はアルミ合金による成形品であり、
前記木材は杉材であり、
前記発泡材は硬質発泡ウレタンであることを特徴とする衝撃吸収部材。
請求項５に記載された衝撃吸収部材であって、
前記筒状部材の厚み寸法が約0.4mmから約1.1mmの範囲内であり、前記発泡した発泡材の厚み寸法が約2mmから約4mmの範囲内に設定されていることを特徴とする衝撃吸収部材。