JP2012224202A - Structural member excellent in collapse characteristic - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、構造部材に係り、特に、圧壊特性に優れ、例えば自動車用のエネルギー吸収部材として好適に用いられる中空の構造部材に関するものである。 The present invention relates to a structural member, and more particularly to a hollow structural member that has excellent crushing characteristics and is suitably used as an energy absorbing member for automobiles, for example.
従来より、自動車の衝突安全性向上のために、各種のエネルギー吸収部材(衝撃吸収部材)が用いられてきている。例えば、衝突時の車体の損傷を緩和するためのエネルギー吸収部材の一つとして、自動車用バンパー補強材が用いられている。そして、そのような自動車用バンパー補強材の一つとして、特開2006−27499号公報(特許文献1)においては、車両の幅方向に配設したバンパビームの外側に取り付けられて、このバンパビームに小さな衝撃が加わったときに変形することによって、衝撃を吸収するようにした衝撃吸収部材が、明らかにされている。 Conventionally, various energy absorbing members (impact absorbing members) have been used to improve collision safety of automobiles. For example, a bumper reinforcing material for automobiles is used as one of energy absorbing members for alleviating damage to a vehicle body at the time of a collision. As one of such bumper reinforcing materials for automobiles, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-27499 (Patent Document 1) is attached to the outside of a bumper beam disposed in the width direction of the vehicle and is small in this bumper beam. An impact absorbing member that absorbs an impact by being deformed when an impact is applied has been clarified.
具体的には、そのような公報に開示の衝撃吸収部材(バンパー補強材)は、アルミニウム押出形材にて形成されたものであって、自動車のバンパビームの外側に当接する板状の当接部と、この当接部の両端を略半円状に繋ぐ円弧部と、この円弧部に、前記当接部中央から二股状に且つ凸状の曲線状に延びる、湾曲したY字形状を呈する第1・第2の接続リブとを備えた中空構造において、構成されている。そして、この車両用バンパビームに設けられる衝撃吸収部材にあっては、第1・第2の接続リブを当接部中央から二股状に且つ凸状の曲線上に正面板まで延ばしたY字形状とされているところから、正面板に荷重が加わったときに、かかる第1・第2の接続リブは、正面板と当接部との間で突っ張ることがなく、凸状の二股部分が円滑に変形しつつ、衝撃を吸収することが出来ることとされている。 Specifically, the shock absorbing member (bumper reinforcing material) disclosed in such a gazette is formed of an aluminum extruded profile, and is a plate-like contact portion that contacts the outside of a bumper beam of an automobile. And a circular arc portion connecting both ends of the contact portion in a substantially semicircular shape, and a circular Y-shape extending in a bifurcated and convex curved shape from the center of the contact portion on the circular arc portion. The hollow structure having the first and second connecting ribs is configured. And, in the shock absorbing member provided in this vehicle bumper beam, the first and second connecting ribs are bifurcated from the center of the abutting portion and extend to the front plate on a convex curve, Therefore, when a load is applied to the front plate, the first and second connecting ribs do not stretch between the front plate and the contact portion, and the convex bifurcated portion is smooth. It is supposed that the shock can be absorbed while being deformed.
しかしながら、かかる特許文献1に明らかにされている衝撃吸収部材において採用される断面形状では、衝撃荷重が加わったときに、正面板が座屈し易いため、圧壊荷重が低くなってしまうという問題を内在するものであった。 However, the cross-sectional shape adopted in the shock absorbing member disclosed in Patent Document 1 has a problem in that the crushing load becomes low because the front plate is likely to buckle when an impact load is applied. It was something to do.
ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、正面板が座屈しにくく、圧壊荷重が高い、圧壊特性に優れた構造部材を提供することにある。 Here, the present invention has been made in the background of such circumstances, and the problem to be solved is to provide a structural member that is less likely to buckle the front plate, has a high crushing load, and has excellent crushing characteristics. There is to do.
そして、本発明にあっては、かくの如き課題の解決のために、横断面形状が円弧形状の正面板と、該正面板の円弧形状の両端部を繋いで、中空構造を形成する直線状の背面板と、該中空構造内において、それら正面板と背面板との間に配置され、それら両者を一体的に連結する2枚の連結板とよりなる中空の一体的な構造部材であって、その横断面形状において、前記2枚の連結板は、前記背面板の前記正面板の両端部を繋ぐ方向となる幅方向の中央の点を通って該背面板に直交する中心軸に対して、該背面板に向かって拡開する方向に傾斜し、且つその傾斜方向が互いに逆方向であると共に、該中心軸に関して各連結板が線対称に配置されており、更に、前記正面板の外側面と該中心軸との交点と、前記背面板の外側面との間の距離:Hと、該背面板の幅寸法の半分の長さ:Lとが、次式:
20mm≦H≦100mm
0.60≦(H/L)≦1.40
を満足する関係にあり、そして前記連結板の厚さ方向の中心線と前記正面板の外側面との交点をA1点とした場合に、前記中心軸から該A1点までの距離:a1が
(L/6)≦a1≦(L/4)
の範囲内にあり、また該中心軸と該連結板の厚さ方向の中心線がなす角度:θが、3°乃至7°の範囲内にあることを特徴とする構造部材を、その要旨とするものである。
And, in the present invention, in order to solve such problems, the front plate having a circular cross-sectional shape and the both ends of the circular arc shape of the front plate are connected to form a linear structure. A hollow integrated structural member comprising a back plate and two connecting plates which are disposed between the front plate and the back plate in the hollow structure and integrally connect them. In the cross-sectional shape, the two connecting plates pass through a central point in the width direction, which is a direction connecting both ends of the front plate of the back plate, with respect to a central axis perpendicular to the back plate. And inclined in the direction of expanding toward the back plate, and the inclined directions are opposite to each other, and the connecting plates are arranged symmetrically with respect to the central axis, and A distance between the intersection of the side surface and the central axis and the outer surface of the back plate: H Half the length of the width dimension of said back plate: L and has the following formula:
20mm ≦ H ≦ 100mm
0.60 ≦ (H / L) ≦ 1.40
When the intersection point between the center line in the thickness direction of the connecting plate and the outer surface of the front plate is defined as A1 point, the distance from the central axis to the A1 point: a1 is (1) L / 6) ≦ a1 ≦ (L / 4)
And an angle formed by the central axis and the center line in the thickness direction of the connecting plate: θ is in the range of 3 ° to 7 °, To do.
また、かかる本発明に従う構造部材の望ましい態様の一つによれば、前記正面板の横断面形状は、以下の式:
(X/L)2+(Y/H)2=1
(ここで、横断面形状における背面板中央の点を原点:Oとした場合において、Xは正 面板横断面形状の水平方向の座標であり、Yは正面板横断面形状の垂直方向の座標で あり、L及びHは、それぞれ先に規定の通りである)
によって、定められることとなる。
Moreover, according to one of the desirable aspects of the structural member according to this invention, the cross-sectional shape of the said front board is the following formula | equation:
(X / L) 2 + (Y / H) 2 = 1
(Here, when the center point of the back plate in the cross-sectional shape is the origin: O, X is the horizontal coordinate of the front plate cross-sectional shape, and Y is the vertical coordinate of the front plate cross-sectional shape. Yes, L and H are as defined above)
It will be determined by.
さらに、本発明に従う構造部材の別の望ましい態様の一つによれば、前記正面板、前記背面板、及び前記連結板の厚みは、それぞれ、1mm乃至4mmの範囲内とされ、更に別の望ましい態様の一つによれば、前記正面板、前記背面板、及び前記連結板は、アルミニウム合金にて一体的に形成されることとなる。 Furthermore, according to one of the other desirable embodiments of the structural member according to the present invention, the thicknesses of the front plate, the back plate, and the connecting plate are in the range of 1 mm to 4 mm, respectively, and are further desirable. According to one aspect, the front plate, the back plate, and the connecting plate are integrally formed of an aluminum alloy.
このような本発明に従う構造部材にあっては、正面板が、円弧形状を呈する略半円状の横断面形状とされると共に、その中空の内部に、二つの連結板が「ハ」の字状形態において配設されているところから、構造部材に加えられる荷重を、かかる略半円部分で受けることによって、アーチ効果と支承効果とが有利に発揮され得て、圧壊荷重を効果的に高めることが出来ることとなるのであり、以て、優れた圧壊特性を示すことが可能となる。 In such a structural member according to the present invention, the front plate has a substantially semicircular cross-sectional shape having an arc shape, and the two connecting plates have a letter C in the hollow interior. Since the load applied to the structural member is received by such a semi-circular portion from the arrangement in the shape, the arch effect and the bearing effect can be advantageously exhibited, and the crush load is effectively increased. Therefore, it is possible to exhibit excellent crushing characteristics.
特に、正面板と背面板との間に配置され、それら両者を一体的に連結する2枚の連結板が、背面板の幅方向中央の点を通って、背面板に直交する中心軸に対して傾斜し、且つ、その傾斜方向が互いに逆方向となって、前記中心軸に関して各連結板が線対称になるように、「ハ」の字形状に配置されていることによって、構造部材に荷重が加えられた際に、そのような荷重が入力する正面板が座屈し難くなる効果が、有利に発揮せしめられ得るのである。 In particular, the two connecting plates that are arranged between the front plate and the back plate and integrally connect both of them pass through a center point in the width direction of the back plate, and the center axis perpendicular to the back plate And the inclined directions are opposite to each other, and the connecting plates are arranged symmetrically with respect to the central axis, so that the load is applied to the structural member. The effect of making it difficult for the front plate to which such a load is input to be buckled is exerted advantageously.
また、本発明においては、正面板の外側面と背面板の幅方向の中央を通る中心軸との交点と、背面板の外側面との間の距離:Hが、20mm≦H≦100mmの範囲とされ、且つかかる距離:Hと背面板の幅寸法の半分の長さ:Lとの関係が、式:0.60≦(H/L)≦1.40を満足するように構成されているところから、衝撃荷重を充分に吸収できるだけの変形量を確保することが出来ると共に、実用的な幅寸法範囲において、構造部材に荷重が加えられた際の連結板の座屈形態が、幅方向においてほぼ対称となって、衝撃吸収性能を効果的に高めることが出来る特徴を発揮することとなる。 In the present invention, the distance H between the intersection of the outer surface of the front plate and the central axis passing through the center in the width direction of the rear plate and the outer surface of the rear plate is in the range of 20 mm ≦ H ≦ 100 mm. In addition, the relationship between the distance: H and the half length of the width dimension of the back plate: L satisfies the formula: 0.60 ≦ (H / L) ≦ 1.40. Therefore, it is possible to secure a deformation amount sufficient to absorb the impact load, and in the practical width dimension range, the buckling form of the connecting plate when the load is applied to the structural member is in the width direction. It becomes almost symmetrical and exhibits the characteristics that can effectively improve the shock absorbing performance.
さらに、本発明においては、連結板の前記中心軸からの距離:a1や、かかる中心軸と連結板の厚さ方向の中心線がなす角度:θが、適切な範囲内の値となるように構成されているところから、構造部材に衝撃荷重が加えられて、その衝撃を吸収するために変形する際に、その変形初期において、連結板同士が接触して変形が不安定となったり、正面板や連結板が座屈しやすくなったりすることがなく、効果的に衝撃吸収をすることが出来、その結果、優れた圧壊特性を示すことが可能となる。 Further, in the present invention, the distance from the central axis of the connecting plate: a1 and the angle formed by the central axis and the center line in the thickness direction of the connecting plate: θ are values within an appropriate range. When the structure member is subjected to an impact load and deforms to absorb the impact, the connecting plates come into contact with each other at the initial stage of the deformation, and the deformation becomes unstable. The face plate and the connecting plate are not easily buckled, and the shock can be effectively absorbed. As a result, it is possible to exhibit excellent crushing characteristics.
以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。 Hereinafter, in order to clarify the present invention more specifically, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
先ず、図1には、本発明に従う構造部材の実施形態の一つとして、自動車のバンパー補強材として好適に用いられる長手の衝撃吸収部材が、横断面図の形態において、概略的に示されている。そこにおいて、衝撃吸収部材10は、略半円状の正面板12と、この正面板12の両端部を繋いで中空構造を形成する直線状の背面板14と、それら正面板12と背面板14との間に配置され、両者を一体的に連結する2枚の連結板16,16とから構成されて、紙面に垂直な方向に延びる所定長さの構造体として構成されている。そして、かかる横断面図の形態において、それら2枚の連結板16,16は、背面板14の幅方向中央の点:Oを通り、背面板14に直交する、衝撃吸収部材10の横断面の中心軸:Zに対して傾斜して、その傾斜方向が互いに逆方向であり、更に、かかる中心軸:Zに対して、各連結板16,16が、線対称となるように配置されている。
First, FIG. 1 schematically shows a longitudinal impact absorbing member suitably used as a bumper reinforcing material for an automobile as one embodiment of a structural member according to the present invention in the form of a cross-sectional view. Yes. The
より詳細には、衝撃吸収部材10を構成する正面板12や背面板14、連結板16は、アルミニウム合金、鉄合金、マグネシウム合金等の金属材料や樹脂材料等の公知の材料の中から、適宜に選択された材料を用いて構成され得るが、それらの中でも、本発明では、アルミニウム合金からなる材料にて一体的に構成されていることが好ましく、ここでは、アルミニウム合金(材質、質別:A7021−T6、耐力:380MPa)により構成されている。また、正面板12及び背面板14の厚み:tは、ここでは3mmとされ、2枚の連結板16,16の厚み:t’は、ここでは2mmとされている。なお、これら正面板12や背面板14、連結板16の厚み(t、t’)は、好ましくは1mm乃至4mmの範囲内とされることとなる。これは、それら厚みt、t’が1mm未満とされた場合には、押出成形操作によって衝撃吸収部材10を製作する際に押出性が悪くなり、目的とする製品を製作するのが難しくなるためであり、一方、かかる厚みt、t’が4mmを超える場合にあっては、衝撃吸収部材10の質量が増加して、その適用用途における軽量化が困難となるからである。
More specifically, the
また、円弧形状の正面板12の外側面と背面板14の外側面との間の距離:H、即ち中心軸Zと正面板12の外側面との交点と、中心軸Zと背面板14の外側面との交点(O)との間の距離:Hは、20mm以上、100mm以下の範囲の大きさとされており、ここでは、30mmとなっている。これは、そのような距離:Hが20mm未満とされた場合には、連結板16の長さが短くなるため、衝撃吸収部材10に加えられる衝撃荷重を充分に吸収することが出来るだけの変形量を確保することが困難となるからである。一方、かかる距離:Hが100mmを超える場合には、連結板16の長さが長くなり、連結板16が幅方向において対称に座屈せず、幅方向の一方に偏った座屈形態が生じやすくなり、衝撃吸収量(耐荷重)の絶対値が低くなる問題を惹起する。
Further, the distance H between the outer surface of the arc-shaped
さらに、衝撃吸収部材10は、そのような距離:Hと、背面板14の幅寸法の半分の長さ:Lとの関係が、0.60≦(H/L)≦1.40を満足するようにされており、ここでは、Lの長さが30mmとされていることによって、H/Lの値は、1.00となっている。なお、前式において、H/Lの値が0.60未満となる場合には、幅寸法に比べて、厚み方向の寸法が小さくなり過ぎるために、衝撃吸収部材10としての実用的な幅寸法範囲においては、連結板16において衝撃を充分に吸収できるだけの変形量を確保することが困難となる問題がある。一方、H/Lが1.40を超える場合にあっては、連結板16が幅方向で対称に座屈せずに、幅方向の一方に偏った座屈を生じ易くなるため、衝撃吸収性が悪くなってしまう問題がある。このように、HとLの関係を上述の範囲に維持することによって、衝撃吸収部材10の実用的な幅寸法範囲において、衝撃を吸収する際の連結板16の座屈形態が幅方向においてほぼ対称となり、衝撃吸収性能を効果的に高めることが出来るのである。
Further, in the
なお、かかる正面板12の円弧形状は、図1の横断面形状における背面板14の幅方向中央の点を原点:Oとして、水平方向をX座標(図1における左右方向)とし、垂直方向をY座標(図1における上下方向)とした場合に、以下の式:
(X/L)2+(Y/H)2=1
によって定められることが好ましく、図1に例示された衝撃吸収部材10にあっても、その正面板12は、上記の関係を満たすものとなっている。
The arc shape of the
(X / L) 2 + (Y / H) 2 = 1
Preferably, the
さらに、正面板12と背面板14とを連結する連結板16にあっては、その厚さ方向の中心線:CLと正面板12の外側面との交点:A1点から、中心軸:Zまでの距離:a1が、前述した背面板14の幅寸法の半分の長さ:Lとの間に、(L/6)≦a1≦(L/4)の関係を満たす範囲内の距離とされ、ここでは、a1=6.0mmとなるように構成されている。これは、a1がL/6未満とされた場合には、衝撃吸収部材10が衝撃を吸収するために変形する際に、その変形初期において、2枚の連結板16,16同士が接触して変形が不安定となるからであり、一方、a1がL/4以上とされた場合は、2枚の連結板16,16同士の距離が離れているため、正面板12が座屈し易くなってしまい、充分な衝撃吸収が出来なくなる恐れがあるからである。
Further, in the connecting
また、かかる連結板16は、中心軸:Zと連結板16の厚さ方向の中心線:CLがなす角度:θが、3°乃至7°の範囲内となるように、配設されており、ここでは、5°となっている。けだし、θが3°未満となる場合には、衝撃吸収における変形の際に、連結板16が座屈し易くなる問題があり、一方、θが7°を超える場合には、衝突面から入力される荷重を分散し難くなるため、充分な衝撃吸収効果が発揮されなくなる恐れがあるからである。
The connecting
なお、かくの如き構成からなる衝撃吸収部材10は、その用途に応じて適宜の長さにおいて構成された長手の構造部材とされるのであるが、一般には、200mm〜1500mm程度の長さが採用されることとなる。
The
そして、このような本発明に従う構造を有する長手の衝撃吸収部材10にあっては、円弧形状を呈する略半円状の横断面形状とされた正面板12と、正面板12の円弧形状の両端部を繋ぐ直線状の背面板14によって中空構造が形成され、そのような中空の内部に、2枚の連結板16,16が「ハ」の字状に配設され、それらの大きさや厚さ等の寸法、配設位置等が適切な範囲とされているところから、衝撃吸収部材10に加えられる衝撃荷重を受ける際に、略半円状の正面板12によるアーチ効果と、連結板16による支承効果とが、有利に発揮されることとなる。そして、その結果、衝撃吸収部材10の圧壊荷重を効果的に高めることが出来、以て、優れた圧壊特性を示すことが可能となるのである。
In the longitudinal
以上、本発明の代表的な実施形態の一つについて詳述してきたが、それは、あくまでも例示に過ぎないものであって、本発明は、そのような実施形態に係る具体的な記述によって、何等、限定的に解釈されるものではないことが、理解されるべきである。また、その他、一々列挙はしないが、本発明は、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものであり、そして、そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、何れも、本発明の範疇に属するものであることは、言うまでもないところである。 As described above, one of the representative embodiments of the present invention has been described in detail. However, this is merely an example, and the present invention is not limited by the specific description according to such an embodiment. It should be understood that this is not to be construed as limiting. In addition, although not enumerated one by one, the present invention can be implemented in a mode with various changes, modifications, improvements, etc. based on the knowledge of those skilled in the art. Needless to say, all of these are within the scope of the present invention without departing from the spirit of the present invention.
以下に、本発明の代表的な実施例を示し、本発明の特徴について更に明確にすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等限定的に解釈されるものでないことは、言うまでもないところである。 In the following, typical examples of the present invention will be shown and the characteristics of the present invention will be further clarified. However, the present invention is not construed as being limited in any way by the description of such examples. It goes without saying.
[実施例1]
先ず、本発明に従う構造部材として、図1に示される横断面形状を呈する衝撃吸収部材(10)を、アルミニウム合金(材質、質別:A7021-T6、耐力:380MPa)を用いて、押出操作にて製作し、これを、試験材1とした。この試験材1に係る衝撃吸収部材(10)において、正面板12の外側面と背面板14の外側面との間の距離:Hは30mm、背面板14の幅寸法の半分の長さ:Lは30mmとした。つまり、試験材1たる衝撃吸収部材(10)における(H/L)は1.00とした。さらに、正面板12及び背面板14の厚み:tは3mm、連結板16の厚み:t’は2mmとし、中心軸:ZからA1点までの距離:a1は6.0mm、中心軸:Zと中心線:CLのなす角度:θは5°とした。
[Example 1]
First, as a structural member according to the present invention, an impact absorbing member (10) having a cross-sectional shape shown in FIG. 1 is subjected to an extrusion operation using an aluminum alloy (material, quality: A7021-T6, proof stress: 380 MPa). This was used as test material 1. In the shock absorbing member (10) according to the test material 1, the distance between the outer surface of the
一方、比較のために、従来の構造とされた構造部材として、図2に示される如きものを準備した。即ち、横断面形状が略半円状の円弧形状の正面板22と、その円弧形状の両端部を繋いで中空構造を形成する直線状の背面板24と、かかる中空構造内に、背面板24の中央から垂直に立ち上がり、その途中から二股状に分かれて、それぞれの先端が正面板22に連結された形状(略Y字形状)の連結板26が配置されて、構成される衝撃吸収部材20を、試験材1と同様に、アルミニウム合金(材質、質別:A7021−T6、耐力:380MPa)を用いて、押出操作にて製作し、これを、試験材2とした。ここで、正面板22の外側面と背面板24の外側面との間の距離:Hは30mm、背面板24の幅寸法の半分の長さ:Lは30mmとし、正面板22及び背面板24の厚み:tは3mm、連結板26の厚み:t’は2mmとした。なお、ここでは、正面板22と背面板24の大きさや形状は、本発明に従う構造とされた試験材1のものと同等のものとされている。そして、連結板26は、背面板24の中央から垂直に10mm立ち上がり、その途中から二股状に分かれた部位は、曲率半径(r):30mmで延び、その先端と正面板22との交点をPとする場合に、中心線:Zから交点:Pまでの距離:pが15mmとなるようにした。なお、各試験材の長さ(断面の奥行き方向長さ)は、何れも20mmとした。
On the other hand, for comparison, a structural member having a conventional structure was prepared as shown in FIG. That is, an arc-shaped
次いで、このように準備した試験材1及び試験材2の衝撃吸収部材について、荷重を付加する試験を行い、衝撃吸収性の評価を行った。かかる評価としては、図3に示されるようなプレス装置30を用いて、圧縮試験を行った。このプレス装置30は、載置台32に対して昇降部34が昇降するように構成されており、両者の間に生じる荷重は、ここでは図示しないロードセルによって測定出来るようにされている。そして、本評価においては、図3に示される如く、載置台32と昇降部34との間に試験材1及び試験材2の衝撃吸収部材を挟みこんで、両者で徐々に圧縮する試験を行った。そして、その結果を、図4の荷重・変位線図に示した。なお、かかる荷重・変位線図においては、縦軸を荷重(kN)とし、横軸を変位(mm)として、それらの関係を示している。
Next, the impact absorbing members of the test material 1 and the
かかる図4の結果より明らかなように、本発明に従う構造とされた試験材1に係る衝撃吸収部材は、従来の構造とされた試験材2に係る衝撃吸収部材と比較して、同一荷重では、変位を小さくすることが出来ることが確認できる。一方、同一変位では、高荷重に耐えることが出来ることが確認できる。即ち、本発明に従う試験材1に係る衝撃吸収部材は、従来の試験材2に係る衝撃吸収部材よりも、衝撃吸収性が優れていることが解るのである。つまり、本発明の構成を適用した衝撃吸収部材は、従来の構成とされた衝撃吸収部材と同程度の性能を確保しようとした場合に、薄肉化や小型化をすることが出来、その結果、衝撃吸収部材の軽量化が可能となるのである。また、本発明の構成を適用した衝撃吸収部材を、従来の構成とされた衝撃吸収部材と同程度の大きさや板厚で作製する場合には、より高い衝撃吸収性能を有することとなるのである。
As is clear from the results of FIG. 4, the impact absorbing member according to the test material 1 having the structure according to the present invention has the same load as that of the impact absorbing member according to the
[実施例2]
前述した実施例1と同様に、本発明に従う横断面形状を有する衝撃吸収部材について、更に、距離:Hと長さ:Lの各値を変更した試験材を各種作製した後、それらについて、圧縮試験を実施して、その座屈形態を観察し、更にエネルギー吸収量を測定して、評価を行った。ここで準備した試験材は、図1に示される如く横断面形状を有する、本発明に従う構成とされた実施例としての3種類の試験材E31〜E33と、H/Lの関係が本発明の範囲外の値となる比較例としての2種類の試験材C31、C32とした。
[Example 2]
In the same manner as in Example 1 described above, for the impact absorbing member having the cross-sectional shape according to the present invention, various test materials with different values of distance: H and length: L were prepared, and then compressed. The test was carried out, the buckling form was observed, and the energy absorption was further measured and evaluated. The test materials prepared here have a cross-sectional shape as shown in FIG. 1, and three types of test materials E31 to E33 as examples according to the present invention and the relationship of H / L are in accordance with the present invention. Two types of test materials C31 and C32 as comparative examples having values outside the range were used.
なお、これらの各試験材の材質、質別及び耐力は、いずれも同じとし、材質はA7021、質別はT6、耐力は380MPaのアルミニウム合金とした。また、これらの試験材において、何れも、正面板12及び背面板14の厚み:tは3mm、連結板16の厚み:t’は2mmとし、中心軸:ZからA1点までの距離:a1はL/5mm、中心軸:Zと中心線:CLのなす角度:θは5°とした。更に、各試験材によって異なる値としたHとLの寸法及びH/Lの関係については、下記表1に示した。また、各試験材の長さ(断面の奥行き方向長さ)は、何れも20mmとした。
Note that the materials, qualities and proof stresses of these test materials were all the same, and the material was an A7021, the tempered material was T6, and the proof stress was 380 MPa aluminum alloy. In these test materials, the thickness of the
そして、それら準備した各試験材に対する圧縮試験は、実施例1と同様に、図3に示すようなプレス装置30を用いて、実施した。即ち、載置台32に対して昇降部34が昇降するように構成され、両者の間に生じる荷重が、ここでは図示しないロードセルによって測定出来るようにされているプレス装置30を用い、そのプレス装置30の載置台32と昇降部34との間に、各試験材を挟みこんで、両者で徐々に圧縮する試験を行った。なお、このように行った試験において、評価方法は、次のようにした。
And the compression test with respect to each prepared test material was implemented like Example 1 using the
先ず、座屈形態は、図5に示す如く、発生する座屈形態、即ち、連結板16の変形形態が、L方向の対称軸(背面板14の幅方向中央の点:Oを通り、背面板14に直交する中心軸:Z)に関してほぼ対称である場合を、適正(○)とした。また、図6に示す如く、発生する座屈形態が、L方向の対称軸(中心軸:Z)に関して対称ではなく、一方に偏った非対称の場合を、不適正(×)とした。
First, as shown in FIG. 5, the buckling form is a buckling form that occurs, that is, the deformed form of the connecting
さらに、エネルギー吸収性能を評価するため、各試験材について得られた荷重・変位線図からエネルギー吸収量(N・m)をそれぞれ求めた。また、比較のために、図2に示されるような、横断面形状が略半円状の円弧形状の正面板22と、その円弧形状の両端部を繋いで中空構造を形成する直線状の背面板24と、かかる中空構造内に、背面板24の中央から垂直に立ち上がり、その途中から二股状に分かれて、それぞれの先端が正面板22と連結された形状(略Y字形状)の連結板26が配置されてなる、従来の構成とされた衝撃吸収部材において、HやL、及びtやt’の寸法が各試験材と同等のサイズのものを、比較材CE31,CE32,CE33,CC31,CC32として作製し、それらについても、同様の試験により、荷重・変位線図からエネルギー吸収量をそれぞれ求めた。なお、それら比較材の連結板26の背面板24からの立ち上がり寸法はH/3mmとし、Y字状に分かれた部位の曲率半径:rはLmm、中心線:Zから交点:Pまでの距離:pはL/2mmとなるようにした。そして、そのような各比較材のエネルギー吸収量と、対応する各試験材のエネルギー吸収量の比を、エネルギー吸収量比とした。
Furthermore, in order to evaluate energy absorption performance, the energy absorption amount (N · m) was obtained from the load / displacement diagram obtained for each test material. For comparison, as shown in FIG. 2, a straight plate that forms a hollow structure by connecting the arc-shaped
ここで、得られた荷重・変位線図の代表例として、図7には、試験材E32と比較材CE32についてのものを、また図8には、試験材C31と比較材CC31についてのものを、更に図9には、試験材C32と比較材CC32についてのものを、それぞれ示した。これらの図において、横軸は変位(mm)を、縦軸は荷重(kN、20mm幅)として示している。 Here, as representative examples of the obtained load / displacement diagrams, FIG. 7 shows the test material E32 and the comparative material CE32, and FIG. 8 shows the test material C31 and the comparative material CC31. Further, FIG. 9 shows the test material C32 and the comparative material CC32, respectively. In these drawings, the horizontal axis indicates displacement (mm), and the vertical axis indicates load (kN, 20 mm width).
以上の評価結果を、表1に併せて示した。なお、エネルギー吸収量(N・m)は、ストローク(変位量)10mmまでの値である。かかる表1から明らかなように、H/Lが本発明の範囲内である試験材E31、E32、E33は、全て座屈形態がL方向の対称軸について対称(図5参照)となり、且つ、従来の構造とされた比較材CE31、CE32、CE33に比べて、良好なエネルギー吸収性能を有していることが解る。 The above evaluation results are also shown in Table 1. The energy absorption amount (N · m) is a value up to a stroke (displacement) of 10 mm. As apparent from Table 1, the test materials E31, E32, and E33 whose H / L is within the scope of the present invention are all symmetric with respect to the symmetry axis in the L direction (see FIG. 5). It can be seen that the comparative materials CE31, CE32, and CE33 having a conventional structure have better energy absorption performance.
一方、試験材C31は、座屈形態は、L方向の対称軸についてほぼ対称な形態を示したものの、H/Lの関係が本発明の範囲外の値とされた0.50と下限を外れているため、従来の構造とされた比較材CC31と比べても、荷重・変位線図に大きな差がなく、エネルギー吸収性能の充分な向上効果が得られないことが解る。 On the other hand, although the test material C31 showed a substantially buckling shape with respect to the symmetry axis in the L direction, the H / L relationship was 0.50, which was outside the range of the present invention, and deviated from the lower limit. Therefore, even when compared with the comparative material CC31 having a conventional structure, it is understood that there is no large difference in the load / displacement diagram, and a sufficient improvement effect of energy absorption performance cannot be obtained.
また、試験材C32は、H/L=1.50と、本発明の範囲の上限を外れており、Lに対してHが大き過ぎるため、座屈形態がL方向の対称軸について非対称(図6参照)となった。このような非対称の座屈形態が容易に生じたことにより、エネルギー吸収量(耐荷重)の絶対値が低下して、充分なエネルギー吸収性能が得られなかった。ただし、従来の構造とされた比較材CC32も耐荷重の絶対値が低く、結果的には、形状的な効果によって、エネルギー吸収量比は適正な値となっている。 Further, the test material C32 is H / L = 1.50, which is outside the upper limit of the range of the present invention, and because H is too large with respect to L, the buckling form is asymmetric with respect to the symmetry axis in the L direction (see FIG. 6). Since such an asymmetric buckling form was easily generated, the absolute value of the amount of energy absorption (withstand load) was lowered, and sufficient energy absorption performance could not be obtained. However, the comparative material CC32 having a conventional structure also has a low absolute value of load resistance, and as a result, the energy absorption ratio is an appropriate value due to the shape effect.
総合的な評価として、座屈形態が適正(○)で、耐荷重の絶対値が比較的高く、且つ、エネルギー吸収量比が適正で従来形状よりも充分な向上効果が得られること、つまり、座屈形態とエネルギー吸収量比の両方が適正であることが必要である。 As a comprehensive evaluation, the buckling form is appropriate (◯), the absolute value of the load resistance is relatively high, and the energy absorption ratio is appropriate, and a sufficient improvement effect than the conventional shape can be obtained. It is necessary that both the buckling form and the energy absorption amount ratio are appropriate.
[実施例3]
ここで、実施例2の結果を補完するために、Hが20〜100mmの範囲内であることを前提とし、L及びHの値を変更した試験材31〜41を準備し、実施例2と同様の圧縮試験を行った。なお、これらの試験材において、L及びH以外の各値は、何れも、実施例2と同様とした。そして、実施例2と同様に、エネルギー吸収量及びエネルギー吸収量比を測定した。また、各試験材のエネルギー吸収量比を求めるために用いたそれぞれの比較材は、実施例2と同様の形状及び寸法とした。各試験材のLやHの値、及びその結果を、下記表2に示す。ここで、エネルギー吸収量は、400N・m以上を合格(○)とし、それ未満を不合格(×)として、評価した。
[Example 3]
Here, in order to complement the results of Example 2, on the premise that H is in the range of 20 to 100 mm, test materials 31 to 41 in which the values of L and H are changed are prepared. A similar compression test was performed. In these test materials, all values other than L and H were the same as in Example 2. Then, as in Example 2, the energy absorption amount and the energy absorption amount ratio were measured. Moreover, each comparison material used in order to obtain | require the energy absorption amount ratio of each test material was made into the same shape and dimension as Example 2. FIG. The values of L and H for each test material and the results are shown in Table 2 below. Here, the energy absorption amount was evaluated with 400 N · m or more as a pass (◯) and less than a reject (×).
かかる表2の結果から明らかなように、H/Lの値が0.60未満の場合には、エネルギー吸収量比が1.05を下回る場合が生じ、エネルギー吸収性能の充分な向上効果が得られなかった。さらに、H/Lの値が1.40を超える場合には、耐荷重が低く、エネルギー吸収量の絶対値が充分に得られなかった。 As is apparent from the results in Table 2, when the H / L value is less than 0.60, the energy absorption ratio may be less than 1.05, and a sufficient improvement effect of energy absorption performance is obtained. I couldn't. Furthermore, when the value of H / L exceeded 1.40, the load resistance was low, and the absolute value of the energy absorption amount was not sufficiently obtained.
[実施例4]
さらに、実施例2の結果を補完するために、Hが30mm、Lが30mm(H/L=1.00)の場合において、横断面形状における背面板14の中央部(O)に直交する中心軸:Zと、連結板16の厚さ方向の中心線:CLがなす角度:θと、連結板16の厚さ方向の中心線:CLと正面板12の外側面との交点:A1点から、中心軸:Zまでの距離:a1の値を各種変更した試験材42〜50を準備し、それぞれに対して、前記した実施例2と同様の圧縮試験を行った。そして、実施例2と同様に、エネルギー吸収量及びエネルギー吸収量比を測定した。各試験材の寸法とその試験結果を、下記表3に示す。ここで、エネルギー吸収量は、400N・m以上を合格(○)とし、それ未満を不合格(×)として、評価した。なお、各試験材のエネルギー吸収量比を求めるために用いたそれぞれの比較材は、実施例2と同様の形状及び寸法とした。
[Example 4]
Furthermore, in order to complement the results of Example 2, when H is 30 mm and L is 30 mm (H / L = 1.00), the center orthogonal to the central portion (O) of the
かかる表3の結果から明らかなように、a1/Lの値が1/6未満の場合には、変形初期において、連結板同士が接触するため、変形が不安定となり、エネルギー吸収性能の充分な向上効果が得られなかった。さらに、a1/Lの値が1/4を超える場合には、正面板が早期に座屈し、エネルギー吸収性能の充分な向上効果が得られなかった。また、θの値が3°未満の場合には、連結板が早期に座屈し、エネルギー吸収性能の充分な向上効果が得られなかった。さらに、θの値が7°を超える場合には、衝突面からの入力荷重を充分に分散できず、エネルギー吸収性能の充分な向上効果が得られなかった。 As is clear from the results of Table 3, when the value of a1 / L is less than 1/6, the connecting plates come into contact with each other in the initial stage of deformation, so that the deformation becomes unstable and the energy absorption performance is sufficient. Improvement effect was not obtained. Furthermore, when the value of a1 / L exceeds 1/4, the front plate buckled early and a sufficient improvement effect of energy absorption performance was not obtained. Moreover, when the value of θ was less than 3 °, the connecting plate was buckled early, and the effect of sufficiently improving the energy absorption performance could not be obtained. Further, when the value of θ exceeds 7 °, the input load from the collision surface cannot be sufficiently dispersed, and the effect of sufficiently improving the energy absorption performance cannot be obtained.
10 衝撃吸収部材
12 正面板
14 背面板
16 連結板
10
Claims (4)
その横断面形状において、前記2枚の連結板は、前記背面板の前記正面板の両端部を繋ぐ方向となる幅方向の中央の点を通って該背面板に直交する中心軸に対して、該背面板に向かって拡開する方向に傾斜し、且つその傾斜方向が互いに逆方向であると共に、該中心軸に関して各連結板が線対称に配置されており、更に、前記正面板の外側面と該中心軸との交点と、前記背面板の外側面との間の距離:Hと、該背面板の幅寸法の半分の長さ:Lとが、次式:
20mm≦H≦100mm
0.60≦(H/L)≦1.40
を満足する関係にあり、そして前記連結板の厚さ方向の中心線と前記正面板の外側面との交点をA1点とした場合に、前記中心軸から該A1点までの距離:a1が
(L/6)≦a1≦(L/4)
の範囲内にあり、また該中心軸と該連結板の厚さ方向の中心線がなす角度:θが、3°乃至7°の範囲内にあることを特徴とする構造部材。 A cross-sectional shape of the front plate having a circular arc shape, a straight back plate that connects the both ends of the circular arc shape of the front plate, forming a hollow structure, and the front plate and the back plate in the hollow structure A hollow integrated structural member that is arranged between two connecting plates that are disposed between and integrally connect them,
In the cross-sectional shape, the two connecting plates pass through a central point in the width direction, which is a direction connecting both ends of the front plate of the back plate, with respect to a central axis orthogonal to the back plate, Inclined in the direction of expanding toward the back plate, the directions of inclination are opposite to each other, and each connecting plate is arranged symmetrically with respect to the central axis, and further, the outer surface of the front plate The distance between the intersection between the center axis and the outer surface of the back plate: H, and the half length L of the width of the back plate:
20mm ≦ H ≦ 100mm
0.60 ≦ (H / L) ≦ 1.40
When the intersection point between the center line in the thickness direction of the connecting plate and the outer surface of the front plate is defined as A1 point, the distance from the central axis to the A1 point: a1 is (1) L / 6) ≦ a1 ≦ (L / 4)
An angle θ between the central axis and the center line in the thickness direction of the connecting plate: θ is in the range of 3 ° to 7 °.
(X/L)2+(Y/H)2=1
(ここで、横断面形状における背面板中央の点を原点:Oとした場合において、Xは正 面板横断面形状の水平方向の座標であり、Yは正面板横断面形状の垂直方向の座標で あり、L及びHは、それぞれ先に規定の通りである)
によって、定められることを特徴とする請求項1に記載の構造部材。 The cross-sectional shape of the front plate has the following formula:
(X / L) 2 + (Y / H) 2 = 1
(Here, when the center point of the back plate in the cross-sectional shape is the origin: O, X is the horizontal coordinate of the front plate cross-sectional shape, and Y is the vertical coordinate of the front plate cross-sectional shape. Yes, L and H are as defined above)
The structural member according to claim 1, defined by:
The structural member according to any one of claims 1 to 3, wherein the front plate, the back plate, and the connecting plate are integrally formed of an aluminum alloy.
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