JP2015055258A - Energy absorption member and impact absorption device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば自動車に搭載されて衝突時の衝撃エネルギーを吸収するエネルギー吸収部材、及び、これを備える衝撃吸収装置に関する。 The present invention relates to an energy absorbing member that is mounted on, for example, an automobile and absorbs impact energy at the time of a collision, and an impact absorbing device including the same.
従来、例えば自動車などに搭載されて、外部からの衝撃を吸収する衝撃吸収装置が知られている。この衝撃吸収装置では、例えば円筒状に形成されたエネルギー吸収部材が、衝撃荷重を受けて軸方向に圧潰することによって当該衝撃荷重(衝撃エネルギー)を吸収する。エネルギー吸収部材としては、従来から金属(例えばアルミニウム合金)製のものが用いられてきたが、近年では、より優れたエネルギー吸収性能を有し且つ軽量な複合材料(例えば繊維強化プラスチック)製のものが開発され、実用化されつつある。 2. Description of the Related Art Conventionally, an impact absorbing device that is mounted on, for example, an automobile and absorbs an external impact is known. In this impact absorbing device, for example, an energy absorbing member formed in a cylindrical shape receives the impact load and compresses it in the axial direction to absorb the impact load (impact energy). As an energy absorbing member, a metal (for example, aluminum alloy) has been conventionally used, but in recent years, it has a more excellent energy absorbing performance and is made of a lightweight composite material (for example, fiber reinforced plastic). Is being developed and put into practical use.
ところで、このようなエネルギー吸収部材においては、単純な円筒状に形成されていると、その軸方向に対して斜めの方向から衝撃荷重が作用したときに、一方の側方側だけで当該衝撃荷重を受けてしまい、所望の圧潰形態で圧潰しない場合がある。つまり、単純な円筒状のエネルギー吸収部材では、一方の側方側だけに偏った衝撃荷重を受けたときに、この一方の側方側に存在する微細なクラックなどの意図しない箇所から破壊してしまい、所望のエネルギー吸収性能を発揮できなくなるおそれがある。 By the way, in such an energy absorbing member, when it is formed in a simple cylindrical shape, when an impact load is applied obliquely with respect to the axial direction, the impact load is applied only on one side. May not be crushed in a desired crushing form. That is, with a simple cylindrical energy absorbing member, when it receives an impact load that is biased to only one side, it breaks from unintended locations such as fine cracks that exist on the one side. As a result, the desired energy absorption performance may not be exhibited.
そこで、例えば特許文献1に記載のエネルギー吸収部材では、押圧部材に押圧される先端部を、その最端部の面積が完全な円筒状部の断面積の2/3以下となり、且つ断面積が軸方向に連続的に変化するように斜めに切り取った形状とすることで、斜め方向の荷重に対しても大きなエネルギー吸収量を確保できるようにしている。
Therefore, for example, in the energy absorbing member described in
しかしながら、先端部が斜めに切り取られた形状のエネルギー吸収部材では、当該エネルギー吸収部材の先端側を支持する部材(自動車の場合は車体)に対する取り付け構造が制限されてしまい、つまりは取り付けが困難となってしまう。 However, in the energy absorbing member having a shape in which the tip is cut obliquely, the mounting structure for a member (a vehicle body in the case of an automobile) that supports the tip side of the energy absorbing member is limited, that is, the mounting is difficult. turn into.
本発明は、上記課題を鑑みてなされたもので、取り付けが容易であるとともに、斜め方向からの荷重に対しても好適にそのエネルギーを吸収することができるエネルギー吸収部材及びこれを備える衝撃吸収装置の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and is easy to mount and can absorb energy suitably even with respect to a load from an oblique direction, and an impact absorbing device including the energy absorbing member The purpose is to provide.
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、
樹脂を繊維で強化した複合材料で構成され、所定の圧潰方向の一端側からの荷重を受けて当該圧潰方向へ圧潰することでエネルギーを吸収するエネルギー吸収部材であって、
前記圧潰方向に沿った中心軸を回転対称軸とする円錐台状に形成され、前記圧潰方向の一端側に向かうに連れて径が小さくなるように設けられた円錐台部と、
前記円錐台部と共通する中心軸を有する円筒状に形成され、前記円錐台部の前記一端側に当該円錐台部と連結して設けられた円筒部と、
を有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention described in
An energy absorbing member that is composed of a composite material reinforced with resin and absorbs energy by receiving a load from one end side in a predetermined crushing direction and crushing in the crushing direction,
A frustoconical part formed in a truncated cone shape having a central axis along the crushing direction as a rotationally symmetric axis, and having a diameter decreasing toward one end side in the crushing direction;
A cylindrical portion that is formed in a cylindrical shape having a central axis common to the truncated cone portion, and is connected to the truncated cone portion on the one end side of the truncated cone portion;
It is characterized by having.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のエネルギー吸収部材において、
前記複合材料が炭素繊維強化プラスチックであることを特徴とする。
The invention according to
The composite material is a carbon fiber reinforced plastic.
請求項3に記載の発明は、衝撃吸収装置であって、
請求項1又は2に記載のエネルギー吸収部材と、
前記円筒部の前記一端側の端面に当接配置され、前記エネルギー吸収部材を前記圧潰方向へ押圧して圧潰させる押圧部材と、
を備えることを特徴とする。
The invention according to
The energy absorbing member according to
A pressing member that is disposed in contact with an end face of the one end side of the cylindrical portion and presses the energy absorbing member in the crushing direction to be crushed;
It is characterized by providing.
本発明によれば、所定の圧潰方向の一端側から荷重を受けるエネルギー吸収部材が、圧潰方向に沿った中心軸を回転対称軸とする円錐台状に形成されて圧潰方向の一端側に向かうに連れて径が小さくなるように設けられた円錐台部と、この円錐台部と共通する中心軸を有する円筒状に形成されて円錐台部の一端側に当該円錐台部と連結して設けられた円筒部とを有している。これにより、エネルギー吸収部材に作用する斜め方向の荷重は、円筒部を通じて圧潰方向に沿うように分布されつつ円錐台部に伝わることとなるため、単純な円筒状であった従来のエネルギー吸収部材と異なり、荷重が一方の側方側だけに偏って作用することがない。よって、圧潰方向に沿った荷重は勿論のこと、斜め方向からの荷重に対しても、好適にそのエネルギーを吸収することができる。
また、荷重を受けるエネルギー吸収部材の一端側が円筒部であるので、この端部が斜めに切り取られていた従来と異なり、当該エネルギー吸収部材を支持する部材に容易に取り付けることができる。
したがって、取り付けが容易であるとともに、斜め方向からの荷重に対しても好適にそのエネルギーを吸収することができる。
According to the present invention, an energy absorbing member that receives a load from one end side in a predetermined crushing direction is formed in a truncated cone shape having a central axis along the crushing direction as a rotationally symmetric axis, and goes toward one end side in the crushing direction. A circular truncated cone part that is provided so that the diameter is reduced, and a cylindrical shape having a central axis common to the circular truncated cone part, and is provided on one end side of the circular truncated cone part connected to the circular truncated cone part. And a cylindrical portion. As a result, the load in the oblique direction acting on the energy absorbing member is transmitted to the truncated cone part while being distributed along the crushing direction through the cylindrical part, so that the conventional energy absorbing member that is a simple cylindrical shape and In contrast, the load does not act on one side only. Therefore, not only the load along the crushing direction but also the load from the oblique direction can be favorably absorbed.
Moreover, since the one end side of the energy absorption member which receives a load is a cylindrical part, it can be easily attached to the member which supports the said energy absorption member unlike the prior art from which this edge part was cut off diagonally.
Therefore, attachment is easy and the energy can be suitably absorbed even with respect to a load from an oblique direction.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図1は、本実施形態における衝撃吸収装置1を搭載した車両100の斜視図であり、図2は、衝撃吸収装置1の断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view of a
図1に示すように、衝撃吸収装置1は、車両(自動車)100のバンパービーム101とボディフレーム102の間に2つ並設されて、車両前方からの衝撃を吸収するものである。
なお、以下の説明では、「前」「後」との記載は、特に断りのない限り、衝撃吸収装置1が搭載される車両100から見た方向を意味するものとする。
As shown in FIG. 1, two
In the following description, “front” and “rear” refer to directions as viewed from the
具体的には、図2に示すように、衝撃吸収装置1は、クラッシュボックス2と、クラッシュボックス2を押圧する押圧部材3と、クラッシュボックス2を支持する支持部材4とを備えている。
Specifically, as shown in FIG. 2, the
クラッシュボックス2は、本発明に係るエネルギー吸収部材であり、樹脂を繊維で強化した複合材料である繊維強化プラスチック(Fiber Reinforced Plastics:FRP)で構成されている。繊維の種類としては、炭素繊維、ガラス繊維、バサルト繊維、アラミド繊維等があるが、エネルギー吸収量と強度に優れる炭素繊維を用いることが好ましい。このクラッシュボックス2は、衝撃荷重を受けた押圧部材3に前方から押圧されて前後方向へ圧潰することで、その衝撃エネルギーを吸収する。具体的には、クラッシュボックス2は、円錐台部21と円筒部22とが前後方向に連結された形状に形成されている。
The
このうち、円錐台部21は、クラッシュボックス2のうち、主としてエネルギー吸収性能を発揮する部分であり、クラッシュボックス2のうちの大部分の前後方向長さを占めている。この円錐台部21は、前後方向に沿った中心軸Axを回転対称軸として略均一な肉厚を有する中空の円錐台状に形成されており、前方に向かうに連れて径が小さくなるように設けられている。
Among these, the
一方、円筒部22は、クラッシュボックス2のうち、前方からの衝撃荷重を受けて当該衝撃荷重を前後方向に沿うように分布させつつ円錐台部21に伝えるための荷重入力部分である。この円筒部22は、円錐台部21と共通する中心軸Axを有するとともに、円錐台部21と略同一の肉厚を有する円筒状に形成されており、円錐台部21の前側に当該円錐台部21と連結して(すなわち内外周面を連続させて)設けられている。また、円筒部22は、少なくとも周方向に巻回された繊維を含んでいる。なお、初期押圧時に押圧部材3に押圧される円筒部22の前端面は、クラッシュボックス2の所望の圧潰形態に応じた形状とすることができ、図示は省略するが、例えば先細り状に傾斜するテーパー状などに形成されていてもよい。
On the other hand, the
押圧部材3は、クラッシュボックス2を押圧して圧潰させるためのものであり、前後方向と直交する略平板状に形成されて、クラッシュボックス2(円筒部22)の前端面に全周に亘って当接するように配置されている。また、押圧部材3は、衝撃吸収装置1の車両100への取り付け部分でもあり、前面が車両100のバンパービーム101の後面に当接するように、当該バンパービーム101に取り付けられる(図1参照)。そのため、押圧部材3は、後述するように、バンパービーム101を介して前方から加わる衝撃荷重を受けて、クラッシュボックス2を前方から押圧して圧潰させる。なお、クラッシュボックス2をバンパービーム101に固定する方法としては、例えば押圧部材3と支持部材4をボルトで拘束することで、クラッシュボックス2と押圧部材3に面圧を生じさせてクラッシュボックス2を固定する方法などがある。
The pressing
支持部材4は、クラッシュボックス2を支持するためのものであり、前後方向と直交する略平板状に形成されて、クラッシュボックス2(円錐台部21)の後端面に全周に亘って当接するように配置されている。また、支持部材4は、衝撃吸収装置1の車両100への取り付け部分でもあり、後面が車両100のボディフレーム102の前面に当接するように、当該ボディフレーム102に取り付けられる(図1参照)。
The
以上の構成を具備する衝撃吸収装置1では、例えば当該衝撃吸収装置1を搭載した車両100が前方の物体に斜めに衝突するなどすると、図3(a)に示すように、前後方向に対して斜めに傾斜した方向からの衝撃荷重がバンパービーム101を介して押圧部材3に加わる。そして、この衝撃荷重を受けた押圧部材3が、当該衝撃荷重の方向に沿って斜め前方からクラッシュボックス2を押圧する。
In the
すると、クラッシュボックス2に作用した斜め前方からの荷重は、クラッシュボックス2の荷重入力部分である円筒部22を圧潰させる際に、周方向に巻回された繊維をロール状に破壊させることで、このロール方向に倣って前後方向に沿うように方向変換される。つまり、この斜め前方からの荷重は、円筒部22を通じて前後方向に沿うように分布されつつ円錐台部21に伝わる。そのため、円錐台部21には、荷重が一方の側方側だけに偏って作用することがない。
Then, the load from the diagonally forward acting on the
そして、図3(b)に示すように、クラッシュボックス2は、押圧部材3に直接押圧された円筒部22の前部から繊維が破断し、その破断片が内外に分かれて後方へ巻かれながら順次圧潰していく。その結果、このクラッシュボックス2の圧潰によって衝撃エネルギーが吸収され、衝撃荷重が緩衝される。このとき、クラッシュボックス2のうちの円錐台部21は、押圧部材3に押圧される面積が圧潰に伴って単調に増加するので、前後方向の変位に対して圧潰荷重が単調に増加するようなエネルギー吸収特性が得られる。
And as shown in FIG.3 (b), as for the
以上のように、本実施形態によれば、前側から荷重を受けるクラッシュボックス2が、前後方向に沿った中心軸Axを回転対称軸とする円錐台状に形成されて前側に向かうに連れて径が小さくなるように設けられた円錐台部21と、この円錐台部21と共通する中心軸Axを有する円筒状に形成されて円錐台部21の前側に当該円錐台部21と連結して設けられた円筒部22とを有している。これにより、クラッシュボックス2に作用する斜め前方からの荷重は、円筒部22を通じて前後方向に沿うように分布されつつ円錐台部21に伝わることとなるため、単純な円筒状であった従来のエネルギー吸収部材と異なり、荷重が一方の側方側だけに偏って作用することがない。よって、前後方向に沿った荷重は勿論のこと、斜め前方からの荷重に対しても、好適にそのエネルギーを吸収することができる。
また、荷重を受けるクラッシュボックス2の前側部分が円筒部22であるので、この端部が斜めに切り取られていた従来と異なり、当該クラッシュボックス2を支持する部材(押圧部材3や車体など)に容易に取り付けることができる。
したがって、取り付けが容易であるとともに、斜め方向からの荷重に対しても好適にそのエネルギーを吸収することができる。
As described above, according to the present embodiment, the
Further, since the front side portion of the
Therefore, attachment is easy and the energy can be suitably absorbed even with respect to a load from an oblique direction.
また、円錐台部21が前方に向かって径が小さくなるように設けられているので、クラッシュボックス2の圧潰時に内周側に巻き込まれていく破断片は、その圧潰部よりも広い空間である円錐台部21の底部側に広がることとなる。したがって、圧潰済みのクラッシュボックス2の破断片が堆積して新たな破断片を拘束することがなく、ひいては、意図しない圧潰荷重(圧潰に要する荷重)の上昇を防止することができる。
Moreover, since the
なお、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 The embodiments to which the present invention can be applied are not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention.
例えば、円錐台部21の詳細形状は所望のエネルギー吸収特性に応じたものとしてよく、例えば円錐台部21の肉厚(つまり断面積)や形状を変えて圧潰荷重を変化させたりしてもよい。
For example, the detailed shape of the
また、本発明に係るエネルギー吸収部材及び衝撃吸収装置は、車両(自動車)に搭載されるものに限定されず、例えばヘリコプターに搭載されて着陸時の衝撃を吸収するものなどにも好適に適用可能である。 In addition, the energy absorbing member and the impact absorbing device according to the present invention are not limited to those mounted on a vehicle (automobile), and can be suitably applied to, for example, those mounted on a helicopter to absorb a landing impact. It is.
1 衝撃吸収装置
2 クラッシュボックス(エネルギー吸収部材)
21 円錐台部
22 円筒部
Ax 中心軸
3 押圧部材
4 支持部材
1
21
Claims (3)
前記圧潰方向に沿った中心軸を回転対称軸とする円錐台状に形成され、前記圧潰方向の一端側に向かうに連れて径が小さくなるように設けられた円錐台部と、
前記円錐台部と共通する中心軸を有する円筒状に形成され、前記円錐台部の前記一端側に当該円錐台部と連結して設けられた円筒部と、
を有することを特徴とするエネルギー吸収部材。 An energy absorbing member that is composed of a composite material reinforced with resin and absorbs energy by receiving a load from one end side in a predetermined crushing direction and crushing in the crushing direction,
A frustoconical part formed in a truncated cone shape having a central axis along the crushing direction as a rotationally symmetric axis, and having a diameter decreasing toward one end side in the crushing direction;
A cylindrical portion that is formed in a cylindrical shape having a central axis common to the truncated cone portion, and is connected to the truncated cone portion on the one end side of the truncated cone portion;
An energy absorbing member characterized by comprising:
前記円筒部の前記一端側の端面に当接配置され、前記エネルギー吸収部材を前記圧潰方向へ押圧して圧潰させる押圧部材と、
を備えることを特徴とする衝撃吸収装置。 The energy absorbing member according to claim 1 or 2,
A pressing member that is disposed in contact with an end face of the one end side of the cylindrical portion and presses the energy absorbing member in the crushing direction to be crushed;
An impact absorbing device comprising:
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