JP2013231484A

JP2013231484A - 衝撃吸収機構

Info

Publication number: JP2013231484A
Application number: JP2012104436A
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: 2012-05-01
Filing date: 2012-05-01
Publication date: 2013-11-14
Also published as: WO2013164931A1

Abstract

【課題】本発明は、筒状部材と木材との潰れる範囲を大きくできるようにして衝撃吸収量を増加させることを目的とする。
【解決手段】本発明に係る衝撃吸収機構は、荷重受け部材３を介して加わった衝撃荷重を軸方向で受けられるように構成されて、衝撃荷重により軸方向に変形可能に構成された筒状部材２３と、年輪の軸心方向が筒状部材の軸方向に沿うように、その筒状部材２３に収納された木材１２とを備える衝撃吸収機構であって、筒状部材２３、あるいは木材１２の軸方向における一端側は、衝撃荷重を筒状部材２３と木材１２の軸方向で受けられるように、車両の骨格部材５に固定されており、筒状部材２３と木材１２の軸方向における他端側は、非固定状態であることを特徴とする。
【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吸収できるように構成された衝撃吸収機構に関する。

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、自動車のクラッシュボックス等に使用される衝撃吸収部材であって、図１１に示すように、角筒状の金属製中空部材１０２と、その中空部材１０２内に充填された木片１０５とから構成されている。
衝撃吸収部材１００は、図１２に示すように、基端部側がサポート材１０６を介して自動車の左右のサイドメンバ１０７の先端に固定されており、先端側が同じくサポート材１０６を介してフロントバンパ（図示省略）のバンパーリインフォース１０８の背面に固定されている。このように、衝撃吸収部材１００の軸方向における両端が固定されるため、衝撃荷重Ｆを受けたときに衝撃吸収部材１００が倒れ難くなり、その衝撃荷重Ｆを衝撃吸収部材１００の軸方向で受けられるようになる。
さらに、衝撃吸収部材１００により、バンパーリインフォース１０８をサイドメンバ１０７に対して所定位置に保持できるようになる。

特開２００１−１８２７６９号公報

しかし、衝撃吸収部材１００の軸方向における両端（先端側と基端部側）をサポート材１０６等により固定する構成では、衝撃吸収部材１００の軸方向における両端がサポート材１０６等によって保護されるため、図１３に示すように、衝撃荷重Ｆによって衝撃吸収部材１００の両端が潰れ難くなる。即ち、衝撃吸収部材１００の軸方向における両端を除く部分が潰れることで衝撃荷重Ｆが吸収されるようになる。
このように、衝撃吸収部材１００の限られた長さ寸法（ストローク）の中で潰れる範囲が少なくなるため、衝撃吸収量を大きくすることが難しい。

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、筒状部材と木材との潰れる範囲を大きくできるようにして衝撃吸収量を増加させることである。

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の発明は、衝撃荷重を直接的に受ける車両の荷重受け部材と骨格部材との間に設置されて、前記骨格部材に加わる衝撃荷重を軽減させる機構であり、前記荷重受け部材を介して加わった衝撃荷重を軸方向で受けられるように構成されて、前記衝撃荷重により軸方向に変形可能に構成された筒状部材と、年輪の軸心方向が前記筒状部材の軸方向に沿うように、その筒状部材に収納された木材とを備える衝撃吸収機構であって、前記筒状部材、あるいは木材の軸方向における一端側は、前記衝撃荷重を前記筒状部材と前記木材の軸方向で受けられるように、前記車両の骨格部材、あるいは前記荷重受け部材に固定されており、前記筒状部材と木材の軸方向における他端側は、非固定状態、あるいは衝撃荷重を受けたときに固定が解除される構成であることを特徴とする。

本発明によると、筒状部材と木材とに衝撃荷重が加わったときに、その筒状部材等の軸方向における一端側のみが車両の骨格部材、あるいは荷重受け部材に固定されるようになる。このように、筒状部材等の軸方向における一端側のみが固定手段等により固定される片持ちの状態となるため、固定されていない他端側は他の部分と同じように潰れるようになる。
即ち、従来のように、筒状部材等の軸方向における両端をそれぞれ固定手段等で固定する構造と比較して、片側の固定手段等を省略できるため、筒状部材と木材との潰れ可能範囲を広くできる。
このため、筒状部材と木材との長さ寸法が従来と同じであっても、従来と比較して衝撃吸収量を大きくできる。

請求項２の発明によると、筒状部材、あるいは木材の軸方向における一端側を車両の骨格部材、あるいは荷重受け部材に固定する主固定手段と、前記筒状部材、あるいは木材の軸方向における他端側を前記荷重受け部材、あるいは前記車両の骨格部材に固定する補助固定手段とを備えており、前記主固定手段の強度が前記衝撃荷重を受けたときに固定が解除されない強度で、前記補助固定手段の強度が前記衝撃荷重を受けたときに固定が解除される強度に設定されていることを特徴とする。
このように、筒状部材、あるいは木材の軸方向における一端側と他端側との固定強度に意図的に差を設けることで、筒状部材と木材との潰れ可能範囲を広くできる。
請求項３の発明によると、骨格部材に取付けられて荷重受け部材を所定位置で支持する支持部材を備えており、前記支持部材は、前記荷重受け部材に加わる衝撃荷重を受けて変形することで、前記衝撃荷重が前記筒状部材と木材とに加わるのを妨げないように構成されていることを特徴とする。
このように、支持部材によって荷重受け部材を所定位置に支持できるため、筒状部材と木材とによって荷重受け部材を支持する必要がなくなる。さらに、筒状部材と木材とは軸方向における一端側のみが固定される構成である。このため、筒状部材と木材との交換が容易になる。

請求項４の発明によると、支持部材は、筒状部材と木材とを囲むように形成されて、前記衝撃荷重を受けることで外側に凸変形する形状に成形されていること、あるいは前記衝撃荷重を受けることで外側に凸変形するように内側から支持材により支持されていることを特徴とする。
このため、筒状部材と木材とが半径方向外側に膨らむように潰れる場合に、支持部材の変形が筒状部材と木材との変形を妨げることがない。

本発明によると、筒状部材と木材との潰れストロークを大きくできるため、衝撃吸収量が大きくなる。

本発明の実施形態１に係る衝撃吸収機構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に係る衝撃吸収機構を表す斜視図である。図１のIII-III矢視断面図である。本発明の実施形態１に係る衝撃吸収機構の衝撃吸収部（筒状部材と木材）を表す縦断面図である。衝撃荷重によって筒状部材と木材とが潰れる様子を表す縦断面図である。本実施形態に係る衝撃吸収機構に加わる衝撃荷重と筒状部材及び木材の潰れ量（ストローク）との関係を表すグラフ（Ａ図）、従来の衝撃吸収部材に加わる衝撃荷重と筒状部材及び木材の潰れ量（ストローク）との関係を表すグラフ（Ｂ図）である。本実施形態の変更例に係る衝撃吸収機構を表す側面図である。本実施形態の変更例に係る衝撃吸収機構を表す側面図である。本実施形態の変更例に係る衝撃吸収機構の動作を表す側面図である。本実施形態の変更例に係る衝撃吸収機構を表す側面図である。従来の衝撃吸収部材の模式縦断面図である。従来の衝撃吸収部材の取付け構造を表す模式縦断面図である。従来の衝撃吸収部材が潰れる様子を表す模式縦断面図である。

［実施形態１］
以下、図１から図１０に基づいて本発明の実施形態１に係る衝撃吸収機構について説明する。
ここで、図中に示す前後左右、及び上下は、衝撃吸収機構が取付けられる車両の前後左右、及び上下に対応している。

＜衝撃吸収機構１０の構成概要について＞
本実施形態に係る衝撃吸収機構１０は、車両衝突時の衝撃荷重Ｆを受けてその衝撃荷重Ｆを吸収する機構であり、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。
即ち、前記バンパーリインフォース３が本発明の荷重受け部材に相当し、前記サイドメンバ５が本発明の車両の骨格部材に相当するようになる。
衝撃吸収機構１０は、図２、図３に示すように、サイドメンバ５の先端に取付けられて、そのサイドメンバ５に対してバンパーリインフォース３を所定位置に位置決めする支持部材３０と、衝撃荷重Ｆを吸収するための衝撃吸収部２０とから構成されている。

＜支持部材３０について＞
支持部材３０は、図３に示すように、サイドメンバ５の先端に縦向きに固定される荷重受け部３２を備えている。荷重受け部３２は、肉厚寸法が大きな平板状部材であり、前面側に平坦な荷重受け面３２ｆが形成されている。なお、荷重受け面３２ｆは平坦でなく凹凸を備えていても良い。
そして、前記荷重受け面３２ｆがバンパーリインフォース３の後面３ｂと対向するように、荷重受け部３２は左右のサイドメンバ５の先端にそれぞれ取付けられている。
荷重受け部３２の荷重受け面３２ｆには、支持部材３０を構成するバンパー支持部３５が取付けられている。バンパー支持部３５は、図３に示すように、帯板状の平板を側面略台形状に折り曲げることにより形成されている。即ち、バンパー支持部３５は、前端に設けられた縦壁部３５ｍと、その縦壁部３５ｍの上下位置で横方向に折り曲げられた上下の横壁部３５ｗと、それらの横壁部３５ｗの端部でそれぞれ上下方向に折り曲げられたフランジ部３５ｆとから構成されている。そして、バンパー支持部３５の上下のフランジ部３５ｆが、図２に示すように、荷重受け部３２の上端縁と下端縁とに、例えば、ボルト３７等により固定されている。なお、ボルト３７の代わりに溶接で固定することも可能である。
また、バンパー支持部３５の前端の縦壁部３５ｍには、バンパーリインフォース３が、そのバンパーリインフォース３の後面３ｂを面接触させた状態で取付けられている。
ここで、バンパー支持部３５は鋼板等の金属製であり、バンパーリインフォース３を介して衝撃荷重Ｆを受けたときに、図５に示すように、上側の横壁部３５ｗが上方に膨らむように変形し、下側の横壁部３５ｗが下方に膨らむように変形して、バンパーリインフォース３が取付けられた縦壁部３５ｍがその荷重方向に移動可能なように構成されている。

＜衝撃吸収部２０について＞
衝撃吸収部２０は、図４に示すように、筒状部材２３と、その筒状部材２３に収納される木材１２とを備えており、衝撃荷重Ｆを衝撃吸収部２０の軸方向で受けられるように構成されている。
筒状部材２３は、例えば、アルミ合金を使用した押出成形品であり、図２に示すように、軸心に対して直角な断面が正六角形状に形成されている。なお、断面四角形、断面正五角形等に成形することも可能である。
ここで、筒状部材２３の軸方向における長さ寸法は約70mm、幅寸法（六角形の外接円の直径寸法）は約28mm、肉厚寸法は約0.8mm程度に設定されている。

衝撃吸収部２０を構成する木材１２は、図４等に示すように、筒状部材２３の軸心に対して直角な断面形状（横断面形状）と等しい横断面形状（六角柱形）に形成されており、その筒状部材２３の軸方向の長さ寸法とほぼ等しい長さ寸法（約70mm）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）に延びるように六角柱形に成形されている。このため、木材１２を筒状部材２３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２３の軸方向とほぼ一致するようになる。即ち、前記木材１２は年輪１２ｋの軸心方向が筒状部材２３の軸方向に沿うように、その筒状部材２３に収納される。このため、木材１２の軸心方向の強度が高くなり、その木材によって大きな衝撃荷重Ｆを受けられるようになる。
前記木材１２としては、例えば、杉材が好適に使用される。
ここで、木材１２の幅寸法（六角形の外接円の直径寸法）は、木材１２の外周面と筒状部材２３の内周面間のクリアランスが約0.25mm程度になる値（約28mm）に設定されている。

＜衝撃吸収部２０の取付けについて＞
衝撃吸収部２０は、図２、図３に示すように、支持部材３０のバンパー支持部３５に囲まれた状態で荷重受け部３２の荷重受け面３２ｆの中央位置に固定されている。即ち、衝撃吸収部２０を構成する筒状部材２３の軸方向における一端側（基端部側）にはその周囲に断面略Ｌ字形のサポート材２５が等間隔で複数個固定されており、それらのサポート材２５が荷重受け部３２の荷重受け面３２ｆに溶接、あるいはボルト等により固定されている。これにより、衝撃吸収部２０は軸心が荷重受け面３２ｆに対して直角になるように、その荷重受け面３２ｆに固定される。
前述のように、支持部材３０の荷重受け部３２はサイドメンバ５の先端に固定されているため、衝撃吸収部２０の一端側（基端部側）は前記荷重受け部３２を介してサイドメンバ５に固定されるようになる。
ここで、衝撃吸収部２０の軸方向の長さ寸法は、支持部材３０の荷重受け面３２ｆから縦壁部３５ｍまでの寸法よりも小さく設定されている。このため、衝撃吸収部２０（筒状部材２３）の基端部側をサイドメンバ５側に固定した状態で、衝撃吸収部２０の先端側は支持部材３０の縦壁部３５ｍから離れるようになる。即ち、衝撃吸収部２０はいわゆる片持ちの状態に保持されている。
なお、サポート材２５により衝撃吸収部２０の筒状部材２３を荷重受け部３２に固定する例を示したが、例えば、荷重受け部３２にボルト孔等を形成し、ボルトにより衝撃吸収部２０の木材１２を荷重受け部３２に固定する構成でも可能である。また、サポート材２５を省略して筒状部材２３を直接的に荷重受け面３２ｆに強固に溶接することも可能である。

＜衝撃吸収機構１０の動作について＞
次に、図５、図６等に基づいて、前記衝撃吸収機構１０の動作について説明する。
車両２が前方衝突をし、衝撃荷重Ｆがバンパーリインフォース３に加わると、その衝撃荷重Ｆがバンパーリインフォース３を介して支持部材３０のバンパー支持部３５に加わり、バンパー支持部３５の上側の横壁部３５ｗが上方に膨らむように変形し、下側の横壁部３５ｗが下方に膨らむように変形する。これにより、バンパーリインフォース３とバンパー支持部３５の縦壁部３５ｍとが衝撃荷重Ｆに方向に移動して衝撃吸収部２０（筒状部材２３と木材１２）の先端に当接する。即ち、バンパーリインフォース３を介して衝撃荷重Ｆが衝撃吸収部２０の筒状部材２３と木材１２に対して軸方向から加わるようになる。そして、図６（Ａ）に示すように、その衝撃荷重Ｆが許容値Ｈを超えた段階で木材１２と筒状部材２３とが軸方向に潰れるようになる。ここで、図６（Ａ）は、前記衝撃吸収機構１０における木材１２と筒状部材２３との潰れ量（mm）を横軸、木材１２等に対して軸方向から加わる衝撃荷重Ｆ（Ｎ）を縦軸に表したグラフである。

即ち、許容値Ｈを超える衝撃荷重Ｆにより、図５に示すように、木材１２と筒状部材２３とが先端側から順番に潰れるようになる。これにより、衝撃荷重Ｆが木材１２と筒状部材２３とにより吸収されて、サイドメンバ５に加わる衝撃荷重Ｆが軽減される。
このように、本実施形態に係る衝撃吸収機構１０では、衝撃吸収部２０（筒状部材２３と木材１２）はいわゆる片持ちの状態に保持されため、先端側が良好に潰れることで、図６（Ａ）に示すように、全長（70mm）の木材１２等が約54mm程度潰れるようになる。これに対し、従来のように衝撃吸収部２０（筒状部材２３と木材１２）の軸方向における両側が固定される構成では、図６（Ｂ）に示すように、衝撃吸収部２０の両側に潰れない部分が生じるため、全長（70mm）の木材１２等が約40mm程度しか潰れなくなる。
このため、本実施形態に係る衝撃吸収機構１０では、従来の構成と比較して、同じストロークでも衝撃吸収量が大きくなる。

＜本実施形態に係る衝撃吸収機構１０の長所について＞
本実施形態に係る衝撃吸収機構１０によると、筒状部材２３と木材１２とに衝撃荷重Ｆが加わったときに、その筒状部材２３等の軸方向における一端側（基端部側）のみが車両２のサイドメンバ５に固定されるようになる。即ち、筒状部材２３等の軸方向における一端側のみがサポート材２５等により固定される構成のため、固定されていない他端側（先端側）は他の部分と同じように潰れるようになる。
したがって、従来のように、筒状部材２３等の軸方向における両端をそれぞれ固定手段等で固定する構造と比較して、片側の固定手段等を省略できるため、筒状部材２３と木材１２との潰れ可能範囲を広くできる。
このため、筒状部材２３と木材１２との長さ寸法が従来と同じであっても、従来と比較して衝撃吸収量を大きくできる。

また、支持部材３０によってバンパーリインフォース３をサイドメンバ５に対して所定位置に位置決めできるため、衝撃吸収部２０（筒状部材２３と木材１２）によってバンパーリインフォース３を支持する必要がなくなる。また、支持部材３０によりバンパーリインフォース３の位置決め保持剛性がアップする。さらに、衝撃吸収部２０（筒状部材２３と木材１２）は軸方向における一端側のみが固定される構成である。このため、衝撃吸収部２０（筒状部材２３と木材１２）の交換が容易になる。
また、支持部材３０のバンパー支持部３５は、衝撃吸収部２０（筒状部材２３と木材１２）を囲むように形成されて、衝撃荷重Ｆを受けることで外側に膨らむように変形可能な構成である。このため、衝撃吸収部２０（筒状部材２３と木材１２）が半径方向外側に膨らむように潰れる場合に、バンパー支持部３５の変形が衝撃吸収部２０の変形を妨げない。

＜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、図３に示すように、衝撃吸収部２０（筒状部材２３）の基端部側をサイドメンバ５側に固定し、先端側を支持部材３０の縦壁部３５ｍから離す例を示した。しかし、図７に示すように、衝撃吸収部２０の先端を支持部材３０の縦壁部３５ｍに当接させることも可能である。また、例えば、衝撃吸収部２０の先端を支持部材３０の縦壁部３５ｍに点溶接し、衝撃荷重Ｆによりその溶接が外れるようにすることも可能である。これにより、衝撃荷重Ｆが加わった状態で、衝撃吸収部２０はいわゆる片持ちの状態となり、衝撃吸収部２０の先端側が潰れるようになる。
即ち、衝撃吸収部２０（筒状部材２３）の軸方向における一端側（基端部側）を固定するサポート材２５等が本発明の主固定手段に相当し、衝撃吸収部２０（筒状部材２３）の先端の点溶接が本発明の補助固定手段に相当する。
また、本実施形態では、衝撃吸収部２０（筒状部材２３）の基端部側をサイドメンバ５側に固定する例を示したが、図８に示すように、衝撃吸収部２０（筒状部材２３）の先端側をバンパーリインフォース３側に固定し、基端部側をサイドメンバ５側から離す事も可能である。これにより、図９に示すように、許容値Ｈを超える衝撃荷重Ｆが加わることで、木材１２と筒状部材２３とが基端部側から順番に潰れるようになる。

また、本実施形態では、支持部材３０のバンパー支持部３５を側面略台形状に形成して衝撃吸収部２０を囲むように設ける例を示した。しかし、例えば、バンパーリインフォース３が軽量化しているような場合には、図１０に示すように、バンパー支持部３８の構成を簡素化することも可能である。
さらに、本実施形態では、支持部材３０を荷重受け部３２とバンパー支持部３５とから構成する例を示した。しかし、荷重受け部３２を省略してサイドメンバ５の先端面を荷重受け面３２ｆとし、バンパー支持部３５をサイドメンバ５の荷重受け面３２ｆに取付ける構成でも可能である。
また、本実施形態では、支持部材３０のバンパー支持部３５を側面略台形状に形成して外側に膨らむように変形（凸変形）させる例を示した。しかし、バンパー支持部３５が外側に凸変形するように予め外側に凸となるように湾曲させておりことも可能であるし、外側に凸となるように折線を設けておくことも可能である。さらに、外側に凸変形するように内側から支持材により支持することも可能である。
また、筒状部材２３にアルミの押出成形品を使用する例を示したが、アルミの引き抜き成形品であっても良いし、アルミ以外の金属であっても良い。
また、本実施形態では、衝撃吸収機構１０をバンパーリインフォース３とサイドメンバ５間のクラッシュボックスの部分に設ける例を示したが、車両のフレームの一部に衝撃吸収機構１０を設けることも可能である。

３・・・・・バンパーリインフォース（荷重受け部材）
５・・・・・サイドメンバ（骨格部材）
１０・・・・衝撃吸収機構
１２・・・・木材
１２ｋ・・・年輪
２３・・・・筒状部材
２５・・・・サポート材（主固定手段）
３０・・・・支持部材
３５・・・・バンパー支持部
３８・・・・バンパー支持部

Claims

衝撃荷重を直接的に受ける車両の荷重受け部材と骨格部材との間に設置されて、前記骨格部材に加わる衝撃荷重を軽減させる機構であり、前記荷重受け部材を介して加わった衝撃荷重を軸方向で受けられるように構成されて、前記衝撃荷重により軸方向に変形可能に構成された筒状部材と、年輪の軸心方向が前記筒状部材の軸方向に沿うように、その筒状部材に収納された木材とを備える衝撃吸収機構であって、
前記筒状部材、あるいは木材の軸方向における一端側は、前記衝撃荷重を前記筒状部材と前記木材の軸方向で受けられるように、前記車両の骨格部材、あるいは前記荷重受け部材に固定されており、
前記筒状部材と木材の軸方向における他端側は、非固定状態、あるいは前記衝撃荷重を受けたときに固定が解除される構成であることを特徴とする衝撃吸収機構。
請求項１に記載された衝撃吸収機構であって、
前記筒状部材、あるいは木材の軸方向における一端側を前記車両の骨格部材、あるいは前記荷重受け部材に固定する主固定手段と、前記筒状部材、あるいは木材の軸方向における他端側を前記荷重受け部材、あるいは前記車両の骨格部材に固定する補助固定手段とを備えており、
前記主固定手段の強度が前記衝撃荷重を受けたときに固定が解除されない強度で、前記補助固定手段の強度が前記衝撃荷重を受けたときに固定が解除される強度に設定されていることを特徴とする衝撃吸収機構。
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機構であって、
前記骨格部材に取付けられて前記荷重受け部材を所定位置で支持する支持部材を備えており、
前記支持部材は、前記荷重受け部材に加わる衝撃荷重を受けて変形することで、前記衝撃荷重が前記筒状部材と木材とに加わるのを妨げないように構成されていることを特徴とする衝撃吸収機構。
請求項３に記載された衝撃吸収機構であって、
前記支持部材は、前記筒状部材と木材とを囲むように形成されて、前記衝撃荷重を受けることで外側に凸変形する形状に成形されていること、あるいは前記衝撃荷重を受けることで外側に凸変形するように内側から支持材により支持されていることを特徴とする衝撃吸収機構。