JP2016155509A - 衝撃吸収部材 - Google Patents

Abstract

【課題】吸収エネルギーを確保しつつ軽量化できる衝撃吸収部材を提供する。
【解決手段】金属板から成形される本体２０および中板３０を備える衝撃吸収部材である。本体２０は、軸方向に垂直な断面における形状が４角形である。中板３０は、本体２０の軸方向に沿って設けられるとともに、幅方向の両端が本体２０の４角形の一対の長辺にそれぞれ重ね合わせて接合され、さらに、本体２０の軸方向に沿って並べて所定の領域Ｘ内に配置される複数の穴３０ａを有する。所定の領域Ｘは、中板３０の幅方向の中央に位置し、かつ、中板の幅Ｗ１（ｍｍ）に対して３９％の幅（ｍｍ）である。中板３０の板厚（ｍｍ）は、本体２０の板厚（ｍｍ）に対して１４０〜２９０％である。
【選択図】図２Ｃ

Description

本発明は、軸方向に負荷される衝撃荷重を周期的な座屈によって吸収する衝撃吸収部材に関する。

自動車や鉄道、船舶等の輸送機械では、衝撃吸収部材が用いられる。その衝撃吸収部材は、衝突時に衝撃荷重を受けて変形することによって衝突のエネルギーを吸収し、その結果、乗員の安全の確保と修理費用の軽減を図ることができる。このような衝撃吸収部材として、例えば、自動車の骨格部材やクラッシュボックスがある。

図１は、自動車における骨格部材およびクラッシュボックスの配置を模式的に示す斜視図である。同図に示すように、自動車の側部には、フロントサイドメンバー２、リアサイドメンバー３およびサイドシル７が配置されている。これらの部材は、いずれも、自動車の前後方向に沿って設けられる。フロントサイドメンバー２は自動車の側部のうちの前部に、リアサイドメンバー３は自動車の側部のうちの後部に、サイドシル７は自動車の側部のうちの中間部に配置される。

自動車の前後方向の中間部には、床（フロア）が設けられる。そのフロアには、フロアクロスメンバー（４、４’）が配置され、フロアクロスメンバー（４、４’）は自動車の幅方向に延びる。

クラッシュボックス（１ａ、１ｂ）は、上述の骨格部材で構成されるフレームの先端に配置される。より具体的には、第１のクラッシュボックス１ａがフロントサイドメンバー２の前端に設けられ、第２のクラッシュボックス１ｂがリアサイドメンバー３の後端に設けられる。

これらのフロントサイドメンバー２、リアサイドメンバー３、サイドシル７およびフロアクロスメンバー（４、４’）といった骨格部材、並びに、クラッシュボックス（１ａ、１ｂ）は、衝突時にそれらの軸方向に荷重が負荷される場合がある。この場合、それらの部材が軸方向に蛇腹状に縮むように座屈変形することにより、衝撃荷重を吸収する。

このような衝撃吸収部材は、材料である金属板に曲げ加工や重ね合わせ溶接を施すことによって作製できる。金属板から作製される衝撃吸収部材は、筒状であり、すなわち、軸方向と垂直な断面での形状が閉じている。このため、衝撃吸収部材は、その内部が中空である。

衝撃荷重を周期的な座屈によって吸収する衝撃吸収部材に関し、従来から種々の提案がなされており、例えば、特許文献１がある。特許文献１には、クラッシュボックスが記載されている。そのクラッシュボックスは、中空断面を形成する部材（本体）に加え、中空断面の上下方向の中央付近で中空領域を上下に仕切るように水平状に延びた中板を備える。中板を備えることにより、クラッシュボックスが衝突時に座屈して潰れずに、折れ曲がるのが抑制されるとしている。その構成例では、中空断面を形成する部材（第１の部材、第２の部材）および中板を構成する第３の部材が、いずれも金属板からなり、同じ板厚である。

特許第４７６６４２２号公報 特願２０１４−２１２６３１号

綾紀元、他１名、「車体のエネルギ吸収特性」、自動車技術会論文集，Ｎｏ．７，１９７４、ｐ．６０−６６

衝撃吸収部材は、前述の通り、金属板から作製される場合がある。この場合、軸方向と垂直な断面の形状が閉じているので、衝撃吸収部材の内部が中空である。特許文献１には、衝撃吸収部材（本体）の中空部に、中板を軸方向に沿って設けることが記載されている。

このように衝撃吸収部材を本体および中板で構成すれば、確かに、本体によるエネルギーの吸収を中板が補助することが可能となる。このため、衝撃吸収部材の吸収エネルギーを大きくすることができ、例えば、大型車の衝撃吸収部材において有効である。

衝撃吸収部材を本体および中板で構成する場合、従来、エネルギーの吸収を主に本体が担い、補助的に中板が担っていた。このため、中板の板厚は、本体の板厚より、薄かった。あるいは、特許文献１の構成例で示されるように、中板の板厚は、本体の板厚と同じであった。

ところで、自動車では、燃費向上の観点から、部品の軽量化が要求されている。このため、衝撃吸収部材においても、吸収エネルギーを確保しつつ軽量化することが求められる。前述の特許文献１に記載されるような本体と中板を備える衝撃吸収部材においても、吸収エネルギーを確保しつつ軽量化することが求められる。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、吸収エネルギーを確保しつつ軽量化できる衝撃吸収部材を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態である衝撃吸収部材は、金属板から成形される本体および中板を備える衝撃吸収部材であって、前記本体は、軸方向に垂直な断面における形状が４角形であり、前記中板は、前記本体の軸方向に沿って設けられるとともに、幅方向の両端が前記４角形の一対の長辺にそれぞれ重ね合わせて接合され、さらに、前記軸方向に沿って並べて所定の領域内に配置される複数の穴を有し、前記所定の領域は、前記中板の幅方向の中央に位置し、かつ、前記中板の幅（ｍｍ）に対して３９％の幅（ｍｍ）であり、前記中板の板厚（ｍｍ）は、前記本体の板厚（ｍｍ）に対して１４０〜２９０％である。

前記複数の穴の中心間隔（ｍｍ）は、座屈周期（ｍｍ）に対して７５〜１３５％であるのが好ましい。前記座屈周期は、前記４角形を前記中板で仕切ることによって形成される第１および第２の４角形について、平均辺長さ（ｍｍ）をそれぞれ算出し、算出した前記平均辺長さ（ｍｍ）を平均したものである。

前記穴は、前記中板の幅方向の両端に近づくに従い、前記軸方向の長さが小さくなるのが好ましい。

本発明の衝撃吸収部材は、中板のうちで幅方向の中央に位置し、かつ、所定の幅である領域内に穴が本体の軸方向に並べて配置される。また、中板の板厚は、本体の板厚よりも厚い。これらより、単位質量あたりの吸収エネルギーを向上させることができ、衝撃吸収部材の軽量化が可能となる。

図１は、自動車における骨格部材およびクラッシュボックスの配置を模式的に示す斜視図である。 図２Ａは、本発明の衝撃吸収部材の構成例を模式的に示す正面図である。 図２Ｂは、本発明の衝撃吸収部材の構成例を示す模式図であり、図２ＡのＡ−Ａ断面図である。 図２Ｃは、本発明の衝撃吸収部材の構成例を示す模式図であり、図２ＡのＢ−Ｂ断面図である。 図３Ａは、平均辺長さの算出における各辺の長さを例示する横断面図であり、本体が１枚の金属板からなる場合を示す。 図３Ｂは、平均辺長さの算出における各辺の長さを例示する横断面図であり、本体が２枚の金属板からなる場合を示す。 図４Ａは、穴が長方形である場合を示す図である。 図４Ｂは、穴がひし形である場合を示す図である。 図５は、中板の穴の幅と、単位質量あたりの吸収エネルギーの関係を示す図である。 図６は、中板の板厚と、吸収エネルギー比の関係を示す図である。 図７は、座屈周期に対する穴の中心間隔の割合と、単位質量あたりの吸収エネルギーの関係を示す図である。 図８は、穴の形状と、単位質量あたりの吸収エネルギーの関係を示す図である。

１．本発明に至る知見
本発明者らは、特許文献２において、閉断面を有する本体の板厚よりも、中空部に設けられる中板の板厚を厚くすることを提案した。中板の板厚を厚くすることにより、衝撃吸収部材が周期的に座屈変形する際に、中板の両側で位相が異なる座屈変形が発生し、その変形の振幅（座屈変形に伴って形成される山の高さと谷の深さ）が小さくなるとともに波長（周期）が短くなる。これにより、衝撃吸収部材の吸収エネルギーが増加するのみならず、単位質量当たりの吸収エネルギーを増加させることができる。したがって、本体の板厚を薄くした場合でも、吸収エネルギーを確保することができ、軽量化を行うことが可能となる。

一方で、本発明者らは、吸収エネルギーを確保しながら軽量化を行うため、中板に穴を設けることによる肉抜きを検討した。ここで、中板の役割として、衝撃吸収時の口開きの抑制がある。口開きとは、本体が周期的に座屈変形する際に、本体の横断面において対向する長辺が湾曲し、長辺の中央で長辺同士の間隔が広がる現象である。このような口開きを抑制するため、中板の両端は、本体の横断面における一対の長辺にそれぞれ接合される。

中板の幅方向の両端部は、折り曲げられて本体の一対の長辺に重ね合わせた状態でそれぞれ接合される。衝撃吸収時には、両端部の折り曲げに伴って形成される稜線部（曲げＲ部）も衝撃吸収に寄与する。これは、中板の稜線部が本体の軸方向に沿うように配置されることによる。

ところで、非特許文献１には、衝撃吸収時の座屈変形の周期（以下、「座屈周期」ともいう）が、本体の閉断面の平均辺長さ（ｍｍ）となることが開示されている。特許文献１のように中板を設ければ、本体の閉断面が中板で仕切られて２つの閉断面に分割される。この場合、座屈周期は、中板で分割された各閉断面の平均辺長さを平均したものとなる。このため、中板を設けることにより、衝撃吸収部材の平均辺長さが小さくなり、座屈周期も小さくなるので、衝撃吸収能が向上する。

中板に穴を設ける肉抜きを行うにあたり、上述の中板の役割、および、座屈周期を考慮し、鋭意検討を重ねた結果、本発明者らは、下記（１）および（２）の知見を得た。
（１）中板に穴を設ける場合、穴の一部が稜線部に配置されると、衝撃吸収能が損なわれる。換言すると、中板の幅方向の中央領域に穴を配置すれば、衝撃吸収能を確保できる。
（２）穴のピッチ（間隔）を座屈変形のピッチ（周期）に同期させれば、周期的な座屈変形を促進でき、衝撃吸収能を向上できる。

本発明者らは、上記（１）および（２）の知見に基づき、後述の実施例に示す試験を行い、前述の本発明を完成させた。以下に、図面を参照しながら、本発明の一実施形態を説明する。

２．本実施形態の衝撃吸収部材
図２Ａ〜２Ｃは、本発明の衝撃吸収部材の構成例を示す模式図であり、図２Ａは正面図、図２ＢはＡ−Ａ断面図、図２ＣはＢ−Ｂ断面図である。同図に示す衝撃吸収部材１０は、本体２０と、中板３０とを備える。

本体２０は、同図Ｂに示すように、軸方向と垂直な断面（横断面）における形状が４角形であり、その４角形の各辺は曲線でつながれる。同図に示す本体２０は、横断面における形状が長方形であり、長方形の各辺は、曲げ加工に伴って発生する円弧でつながれる。また、本体２０は、一枚の金属板からなり、閉断面を有する。４角形の４辺のうちで一方の対辺は長辺であり、他方の対辺は、長辺より短い短辺である。

中板３０は、金属板からなり、本体２０の中空部に軸方向に沿って設けられる。その中板３０は、本体２０と接合される両端部と、両端部の間に設けられる直線状部と、端部と直線状部とをつなぐ稜線部とを有する。また、中板３０は、両端部が、本体２０の４角形の４辺のうちで一対の長辺２０ａにそれぞれ重ね合わせ接合される。この中板３０によって本体２０の４角形が仕切られ、本体２０および中板３０によって２つの４角形が形成される。

中板３０は、複数の穴３０ａを有し、その穴３０ａは、本体２０の軸方向に沿って並べて配置される。同図Ｃに示す中板３０には、中板３０の幅方向の中央に楕円の穴が等間隔（ピッチ）で設けられる。このように複数の穴３０ａを設けることにより、肉抜きが図られ、衝撃吸収部材を軽量化できる。

また、中板３０の穴３０ａは、所定の領域Ｘ内に配置される。その領域Ｘは、中板３０の幅方向の中央に位置し、本体２０の軸方向に沿って伸びる。領域Ｘの幅は、中板の幅Ｗ１（ｍｍ）の３９％である。ただし、中板の幅Ｗ１は、中板３０の直線状部の長さとする。

ここで、前述の通り、衝撃吸収時に中板３０の稜線部が衝撃吸収に寄与する。一方で、中板３０の中央は、衝撃吸収にほとんど寄与しない。領域Ｘ内に穴３０ａを配置すれば、中板の稜線部およびその周辺には穴が侵入しないので、稜線部による衝撃吸収作用を維持しながら、衝撃吸収部材を軽量化できる。これにより、単位質量あたりの吸収エネルギーを増加させることができる。

穴３０ａの一部または全部が領域Ｘ外に位置すると、単位質量あたりの吸収エネルギーが低下する場合がある。これは、中板３０の稜線部による衝撃吸収効果が阻害され、衝撃吸収時に周期的な座屈変形が不安定となるからである。

穴の幅Ｗｈの上限は、自ずと、領域Ｘの幅に対して１００％となる。穴の幅Ｗｈは、軽量化を促進する観点から、領域Ｘの幅に対して５０％以上とするのが好ましい。

中板３０の板厚（ｍｍ）は、前述の特許文献２と同様に、本体２０の板厚（ｍｍ）よりも厚くする。具体的には、中板３０の板厚（ｍｍ）は、本体２０の板厚（ｍｍ）に対して１４０〜２９０％とする。

中板３０の板厚（ｍｍ）が１４０％未満であれば、領域Ｘ内に穴を配置しても、後述の実施例に示すように、単位質量あたりの吸収エネルギーが低下する。これは、本体２０の口開きを抑制できないことと、上下のそれぞれの空間の一辺としては薄くなりすぎ、座屈時のバランスが崩れ安定した座屈が阻害されてしまうことによる。

中板３０の板厚（ｍｍ）が１４０〜２９０％であれば、領域Ｘ内に穴を設けることにより、軽量化しながら、吸収エネルギーを向上でき、単位質量あたりの吸収エネルギーも向上できる。これは、特許文献２で明らかにする通り、中板３０の両側で位相が異なる周期的な座屈変形が発生し、その変形の振幅が小さくなるとともに波長が短くなることによる。単位質量あたりの吸収エネルギーをより向上させる観点から、中板３０の板厚（ｍｍ）は、１５０％以上とするのが好ましく、２２０％以上とするのがより好ましい。同様の観点から、中板３０の板厚（ｍｍ）は、２８５％以下とするのが好ましく、２８０％以下とするのがより好ましい（後述の図６参照）。

中板３０の板厚（ｍｍ）が２９０％を超えると、後述の実施例に示すように、領域Ｘ内に穴を配置しても、単位質量あたりの吸収エネルギーが低下する。これは、中板３０の厚肉化による質量増の影響と、上下のそれぞれの空間の一辺としては厚くなりすぎ、座屈時のバランスが崩れ安定した座屈が阻害されてしまうことによる。

穴３０ａの中心間隔（ピッチ）Ｐｈは、特に制限はなく、例えば、中板３０と本体２０の接合する際の作業性を考慮し、適宜設定してもよい。また、等間隔としてもよく、不等間隔としてもよい。穴３０ａの中心間隔Ｐｈ（ｍｍ）は、座屈周期（ｍｍ）に対して７５〜１３５％であるのが好ましい。なお、穴３０ａの中心間隔Ｐｈは、本体の軸方向の間隔である。

ここで、座屈周期は、以下の手順によって算出する。
（１）本体２０の４角形を中板３０で仕切ることによって形成される第１および第２の４角形について、４辺の平均辺長さ（ｍｍ）をそれぞれ算出する。
（２）第１の４角形の平均辺長さ（ｍｍ）と、第２の４角形の平均辺長さ（ｍｍ）との平均値を求め、座屈周期とする。

図３Ａおよび３Ｂは、平均辺長さの算出における各辺の長さを例示する横断面図であり、図３Ａは本体が１枚の金属板からなる場合、図３Ｂは本体が２枚の金属板からなる場合を示す。平均辺長さ（ｍｍ）の算出において、辺の長さは、稜線部を除き、直線状の部分の長さとする。ただし、稜線部の中心が４角形の外側に位置する場合、４角形の外側に存在する部分は、除外する。例えば、中板３０の下側の４角形において、辺ｃと辺ｇをつなぐ稜線部の中心は当該４角形の外側に位置する。この場合、辺ｃは、４角形の外側にも直線状に伸びるが、辺ｇが辺ｃまで伸びるとみなして辺ｃの長さを求める。図３Ａの辺ｅおよび図３Ｂの辺ｄも同様に、４角形の外側に存在する部分は、除外する。

穴３０ａの中心間隔Ｐｈ（ｍｍ）を座屈周期（ｍｍ）に対して７５〜１３５％とすれば、穴３０ａのピッチと座屈ピッチとが同期する。この場合、衝撃吸収部材が周期的に座屈変形する際に、穴３０ａが設けられた部分が山状や谷状に変形し易いことから、座屈ピッチおよび座屈変形の振幅（山の高さと谷の深さ）が安定し、周期的な座屈変形が促進される。これにより、単位質量当たりの吸収エネルギーをさらに増加させることができる。このため、衝撃吸収部材をさらに軽量化できる。

穴３０ａの形状は、例えば、楕円や長方形、ひし形、正方形、円等とすることができる。

図４Ａおよび４Ｂは、穴の形状例を示す図であり、図４Ａは長方形である場合、図４Ｂはひし形である場合を示す。後述の実施例では、穴３０ａの形状を楕円、長方形またはひし形とし、単位質量あたりの吸収エネルギーを比較した。その結果、楕円およびひし形とすれば、単位質量あたりの吸収エネルギーがより増加することが明らかになった。これは、長方形のように穴３０ａの長さＬｈ（本体の軸方向の長さ）が中板の幅方向で一定であると、角部で応力が集中し、中板の稜線部による衝撃吸収作用に悪影響を及ぼすからである。

これを防止するため、穴３０ａは、中板の幅方向の両端に近づくに従い、穴の長さＬｈが小さくなるのが好ましい。より具体的には、穴３０ａの形状は、楕円、ひし形または円とするのが好ましい。

前述の特許文献２に記載するように、本体の板厚が薄いほど、中板の板厚増加によって単位質量当たりの吸収エネルギーが向上する効果が大きい。このため、本体の板厚は、２．３ｍｍ以下が好ましく、１．６ｍｍ以下がより好ましい。

本体と中板との重ね合わせ接合は、衝突時に本体と中板とが分離することなく、一体で変形できる限り、種々の方法により行うことができ、例えば、重ね合わせ溶接を採用できる。この場合、例えば、連続溶接や所定ピッチでのスポット溶接を採用できる。

本体は、例えば、単一の金属板から作製することができる。この場合、金属板を断面が多角形状になるように折り曲げ、前記図２に示すように、その両端を中板とともに重ね合わせ溶接すればよい。本体は、前記図３Ｂに示すように、２枚の金属板、より具体的には、ハット型断面の金属板と、平面状の金属板を重ね合わせ溶接することによって作製することもできる。この場合、２枚の金属板の板厚が異なってもよい。２枚の金属板の板厚が異なる場合、前述の本実施形態の効果を得るため、中板の板厚（ｍｍ）は、本体のいずれの金属板の板厚（ｍｍ）に対しても前述の範囲とする。

本体および中板は、いずれも引張強度が２７０〜１２００ＭＰａである金属板からなるのが好ましい。これは、一般的に金属板の引張強度は２７０ＭＰａ以上であり、引張強度が２７０ＭＰａ未満の金属板を入手するのが困難なことによる。また、引張強度が１２００ＭＰａを超えると、金属板を加工する際に割れが発生し易く、加工が困難なことにもよる。吸収エネルギーをより増加させるとともに、加工の際の割れ発生をより抑制する観点から、金属板の引張強度は、４４０〜９８０ＭＰａとするのがより好ましい。

本実施形態の衝撃吸収部材は、自動車や鉄道、船舶等の輸送機械における衝撃吸収部材として用いることができる。より具体的には、自動車の衝撃吸収部材として用いる場合であれば、クラッシュボックスまたは骨格部材に用いることができる。骨格部材の場合、フロントサイドメンバー、リアサイドメンバー、サイドシルまたはフロアクロスメンバー等に用いることができる。

本実施形態の衝撃吸収部材による効果を確認するため、衝撃試験を行った。

１．穴の配置領域の確認試験
本試験では、落錘式衝撃試験を模擬した解析を行った。具体的には、前記図２に示す形状の衝撃吸収部材をその軸方向を鉛直方向に沿って配置した状態で、質量７００ｋｇの衝突体を高さ１６．１ｍから落下させることにより、衝撃吸収部材の一端に衝突させた。その際、衝突体の軸方向の荷重と軸方向の変位とを算出し、荷重と変位との関係を求めた。

衝撃吸収部材１０は、軸方向の長さを３００ｍｍとした。本体２０は、横断面の形状が長方形（４角形）であった。本体２０において、一対の長辺（２０ａ、２０ｂ）は、いずれも、直線状部の長さが１２８ｍｍ、一対の短辺は、いずれも、直線状部の長さが５８ｍｍ、稜線部は、いずれも、半径が６ｍｍの円弧であった。

中板３０は、本体２０の一対の長辺の中央に中板３０の直線状部が位置するように配置した。中板３０の直線状部の長さ（中板の幅Ｗ１）は５５．２ｍｍであり、中板３０の稜線部は半径が６ｍｍの円弧とした。中板３０には、幅方向の中央に楕円または円の穴３０ａを複数並べて設けた。中板３０の穴３０ａの中心間隔Ｐｈは、５０ｍｍの等間隔とした。穴３０ａの幅Ｗｈは、１０、２０、２２．５、２５、３０、４０、５０または６０ｍｍとし、穴の長さＬｈ（本体の軸方向の最大長さ）は、１０、２０、３０または４０ｍｍとした。

本体の４角形を中板で仕切ることにより、第１および第２の４角形が形成され、そのうちの図３Ａで上側を第１とし、下側を第２とした。上側の第１の４角形は、辺ａの長さが５８ｍｍ、辺ｂの長さが５８ｍｍ、辺ｇの長さ５５．２ｍｍが、辺ｆの長さが５８ｍｍであった。したがって、上側の第１の４角形は、平均辺長さが５７．３ｍｍであった。

また、下側の第２の４角形は、辺ｃの長さが６４ｍｍ、辺ｄの長さが５８ｍｍ、辺ｅの長さが６４ｍｍ、辺ｇの長さが５５．２ｍｍであった。したがって、下側の第２の４角形は、平均辺長さが６０．３ｍｍであった。これらの平均辺長さより、衝撃吸収部材の座屈周期は５８．８ｍｍであった。

本体２０および中板３０は、いずれも、引張強度が９８０ＭＰａ級の鋼板を用いた。本体２０の板厚は０．８ｍｍ、中板３０の板厚は２ｍｍとした。本体２０と中板３０との接合部は、スポット溶接を模擬した境界条件を設定し、より具体的には、直径５ｍｍのスポット溶接を４５ｍｍピッチで行った場合を模擬して境界条件を設定した。

衝撃試験における荷重と変位の関係から衝撃吸収部材の吸収エネルギー（ｋJ）を算出し、その吸収エネルギーを衝撃吸収部材の質量（ｋｇ）で除することにより、単位質量あたりの吸収エネルギー（ｋJ／ｋｇ）を求めた。比較のため、中板３０が穴３０ａを有さない衝撃吸収部材についても、同様の条件で、衝突試験を行い、単位質量あたりの吸収エネルギー（ｋJ／ｋｇ）を求めた。

図５は、中板の穴の幅（ｍｍ）と、単位質量あたりの吸収エネルギーの関係を示す図である。同図には、穴の長さごとに、中板の穴の幅と、単位質量あたりの吸収エネルギーの関係を示す。また、単位質量あたりの吸収エネルギーは、中板が穴を有さない衝撃吸収部材を基準（１）とし、相対値で示す。

同図より、穴の長さがいずれであっても、穴の幅が２１．５３ｍｍを超えると、単位質量あたりの吸収エネルギーが低下するケースが発生した。すなわち、中板の幅方向の中央に位置し、かつ、中板の幅Ｗ１（５５．２ｍｍ）に対して３９％の幅である領域外に穴の一部が位置すると、単位質量あたりの吸収エネルギーが低下するケースが発生した。

一方、穴の長さがいずれであっても、穴の幅が２１．５３ｍｍ以下であれば、単位質量あたりの吸収エネルギーが増加した。したがって、中板の幅方向の中央に位置し、かつ、中板の幅（５５．２ｍｍ）に対して３９％の幅である領域内に穴を配置すれば、単位質量あたりの吸収エネルギーを増加できることが明らかになった。

２．板厚の確認試験
本試験では、前述の［穴の配置領域の確認試験］と同様に、前記図２に示す形状の衝撃吸収部材を用いて衝撃試験を行い、単位質量あたりの吸収エネルギーを求めた。本試験では、本体の板厚を０．８ｍｍとし、中板の板厚を０．８、１．０、１．２、１．６、２．０、２．２または２．４ｍｍとした。また、中板が穴を有するケースと、中板が穴を有しないケースとを設けた。中板が穴を有するケースでは、穴の形状を幅Ｗｈ２０ｍｍ、長さＬｈ４０ｍｍの楕円とし、穴の中心間隔Ｐｈを５０ｍｍの等間隔とした。これら以外の試験条件は、前述の［穴の配置領域の確認試験］と同じにした。

図６は、中板の板厚（ｍｍ）と、吸収エネルギー比（単位なし）の関係を示す図である。同図の吸収エネルギー比は、中板の板厚ごとに、中板が穴を有するケースの単位質量あたりの吸収エネルギー（ｋＪ／ｋｇ）を、中板が穴を有しないケースの単位質量あたりの吸収エネルギー（ｋＪ／ｋｇ）で除したものである。

図６より、中板の板厚が本体の板厚に対して１４０〜２９０％であれば、単位質量あたりの吸収エネルギーが増加することが明らかになった。

３．穴の中心間隔の確認試験
本試験では、前述の［穴の配置領域の確認試験］と同様に、前記図２に示す形状の衝撃吸収部材を用いて衝撃試験を行い、単位質量あたりの吸収エネルギーを求めた。本試験では、穴を有する中板を用い、穴の形状を幅Ｗｈ２０ｍｍ、長さＬｈ４０ｍｍの楕円とした。穴の中心間隔Ｐｈは、４０、４５、５０、６０、７０または９０ｍｍの等間隔とした。これら以外の試験条件は、前述の［穴の配置領域の確認試験］と同じにした。

図７は、座屈周期（ｍｍ）に対する穴の中心間隔（ｍｍ）の割合（％）と、単位質量あたりの吸収エネルギーの関係を示す図である。同図の単位質量あたりの吸収エネルギーは、中板が穴を有さない衝撃吸収部材を基準（１）とし、相対値で示す。

同図より、穴の中心間隔（ｍｍ）は、座屈周期（５８．８ｍｍ）に対して７５〜１３５％とすれば、すなわち、４４．１〜７９．３８ｍｍとすれば、単位質量あたりの吸収エネルギーが増加することが明らかになった。

４．穴形状の確認試験
本試験では、前述の［穴の配置領域の確認試験］と同様に、前記図２に示す形状の衝撃吸収部材を用いて衝撃試験を行い、単位質量あたりの吸収エネルギーを求めた。穴の中心間隔Ｐｈは、５０ｍｍの等間隔とした。

穴の形状は、図２Ｃに示すような楕円、図４Ａに示すような長方形、または、図４Ｂに示すようなひし形とした。いずれの穴の形状でも、穴の幅Ｗｈは２０ｍｍ、穴の長さＬｈは４０ｍｍとした。これら以外の試験条件は、前述の［穴の配置領域の確認試験］と同じにした。

図８は、穴の形状と、単位質量あたりの吸収エネルギーの関係を示す図である。同図の単位質量あたりの吸収エネルギーは、中板が穴を有さない衝撃吸収部材を基準（１）とし、相対値で示す。

同図より、楕円およびひし形とした場合は、穴の形状を長方形とした場合と比べ、単位質量あたりの吸収エネルギーが増加した。このため、穴の形状を楕円またはひし形とすれば、単位質量あたりの吸収エネルギーを増加できることが確認できた。換言すると、穴を、中板の幅方向の両端に近づくに従い、軸方向の長さＬｈが小さくなる形状とすれば、単位質量あたりの吸収エネルギーを増加できることが確認できた。

本発明の衝撃吸収部材は、吸収エネルギーを確保しつつ軽量化できる。このため、自動車のクラッシュボックスや骨格部材に適用すれば、燃費の向上に大きく寄与することができる。

１０：衝撃吸収部材、 ２０：本体、 ２０ａ：長辺、 ２０ｂ：短辺、
３０：中板、 ３０ａ：穴、 Ｘ：本発明で穴を配置する領域

Claims (3)

1. 金属板から成形される本体および中板を備える衝撃吸収部材であって、
   前記本体は、軸方向に垂直な断面における形状が４角形であり、
   前記中板は、前記本体の軸方向に沿って設けられるとともに、幅方向の両端が前記４角形の一対の長辺にそれぞれ重ね合わせて接合され、さらに、前記軸方向に沿って並べて所定の領域内に配置される複数の穴を有し、
   前記所定の領域は、前記中板の幅方向の中央に位置し、かつ、前記中板の幅（ｍｍ）に対して３９％の幅（ｍｍ）であり、
   前記中板の板厚（ｍｍ）は、前記本体の板厚（ｍｍ）に対して１４０〜２９０％である、衝撃吸収部材。
2. 請求項１に記載の衝撃吸収部材であって、
   前記複数の穴の中心間隔（ｍｍ）は、座屈周期（ｍｍ）に対して７５〜１３５％であり、
   前記座屈周期は、前記４角形を前記中板で仕切ることによって形成される第１および第２の４角形について、平均辺長さ（ｍｍ）をそれぞれ算出し、算出した前記平均辺長さ（ｍｍ）を平均したものである、衝撃吸収部材。
3. 請求項１または２に記載の衝撃吸収部材であって、
   前記穴は、前記中板の幅方向の両端に近づくに従い、前記軸方向の長さが小さくなる、衝撃吸収部材。