JP2018144529A - 自動車用衝突エネルギー吸収部品 - Google Patents

Abstract

【課題】車体の前方又は後方から衝突荷重が入力し、軸圧壊して衝突エネルギーを吸収させるに際し、衝突エネルギー吸収効果を向上した自動車用衝突エネルギー吸収部品を提供する。
【解決手段】本発明に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品は、車体の前部又は後部に設けられ、該車体の前方又は後方から衝突荷重が入力した際に衝突エネルギーを吸収するものであって、軸圧壊して衝突エネルギーを吸収する筒状部材３と、筒状部材３内に充填された発泡樹脂９とを有し、筒状部材３は、軸圧壊する際に発泡樹脂９を外部に排出するための開口部１１を周壁部に備えてなることを特徴とするものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車用衝突エネルギー吸収部品に関し、特に、車体の前方又は後方から衝突荷重が入力した際に、軸圧壊して衝突エネルギーを吸収する自動車用衝突エネルギー吸収部品に関する。

自動車の衝突エネルギー吸収特性を向上させる技術として、自動車部品の形状・構造・材料最適化など多くの技術が存在する。さらに、近年では、閉断面構造を有する自動車部品の内部に発泡樹脂を充填することで、該自動車部品の衝突エネルギー吸収特性の向上と軽量化を両立させる技術が数多く提案されている。

例えば特許文献１には、内部に閉鎖空間を有する構造の自動車用構造部材において、その内部に発泡充填材を充填することにより、最小限の重量増で該自動車用構造部材の曲げ強度、ねじり剛性及び衝撃エネルギー吸収性を向上し、車体の剛性及び衝突安全性を向上させる技術が開示されている。
また、特許文献２には、ピラー等の閉断面構造の内部空間内に高剛性発泡体を充填するに際し、該高剛性発泡体を確実に固定し、振動音の伝達を抑制する防振性の向上を図るとともに、強度、剛性、衝撃エネルギー吸収性を向上させる技術が開示されている。

特開２００６−２４０１３４号公報 特開２０００−３１８０７５号公報

特許文献１及び２に開示されている技術によれば、自動車部品の内部に発泡樹脂を充填することにより、自動車部品の曲げ変形に対する強度や衝撃エネルギー吸収性、さらには捻り変形に対する剛性を向上することができ、当該自動車部品の変形を抑制することが可能であるとされている。
しかしながら、フロントサイドメンバーやクラッシュボックスのように、自動車の前方又は後方から衝突荷重が入力して軸圧壊する際に、蛇腹状に座屈変形して部品の体積が著しく減少し衝突エネルギーを吸収する自動車部品に対しては、該自動車部品の内部に発泡樹脂を充填して衝突エネルギーの吸収性を向上させる技術はこれまで提案されていなかった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、車体の前方又は後方から衝突荷重が入力して軸圧壊する際に、内部に発泡樹脂を充填して衝突エネルギーの吸収効果を向上することができる自動車用衝突エネルギー吸収部品を提供することを目的とする。

発明者は、フロントサイドメンバーやクラッシュボックスのように、自動車の前方又は後方から衝突荷重が入力したときに軸圧壊する自動車部品に発泡樹脂を充填し、衝突エネルギーの吸収を向上させることを試みたが、単に発泡樹脂を前記自動車部品の内部に充填しただけでは、衝突エネルギーの吸収を向上するという効果は得られなかった。

この理由について精査したところ、前記自動車部品の内部のように一定体積の閉断面空間に発泡樹脂を充填した場合、前記自動車部品の軸圧壊により前記閉断面空間の体積が著しく減少して前記発泡樹脂がその圧縮限界を超えると、前記自動車部品を構成する鋼板部材が破断したり、該鋼板部材同士のスポット溶接部が破裂して発泡樹脂が自動車部品の内部から系外へと噴出してしまい、該発泡樹脂による衝突エネルギー吸収の向上効果が得られなくなるためであることを見出した。

そこで、発明者はさらに検討をすすめた結果、発泡樹脂を充填した閉断面空間を構成する鋼板部材に開口部を形成し、軸圧壊する過程において前記発泡樹脂の圧縮限界を越えずに前記発泡樹脂を開口部から排出させることで、前記鋼板部材を座屈変形させて衝突エネルギーの吸収性を向上することができるという知見を得た。
本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであり、具体的には以下の構成を備えてなるものである。

（１）本発明に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品は、車体の前部又は後部に設けられ、該車体の前方又は後方から衝突荷重が入力した際に衝突エネルギーを吸収するものであって、軸圧壊して衝突エネルギーを吸収する筒状部材と、該筒状部材内に充填された発泡樹脂とを有し、前記筒状部材は、軸圧壊する際に前記発泡樹脂を外部に排出するための開口部を周壁部に備えてなることを特徴とするものである。

（２）本発明に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品は、車体の前部又は後部に設けられ、該車体の前方又は後方から衝突荷重が入力した際に衝突エネルギーを吸収するものであって、軸圧壊して衝突エネルギーを吸収する筒状部材と、該筒状部材の外側又は内側に設けられ、該筒状部材の周壁部との間に所定の閉断面空間を形成する閉断面空間形成壁部材と、前記閉断面空間に充填された発泡樹脂とを有し、前記閉断面空間形成壁部材及び／又は前記周壁部は、軸圧壊する際に前記発泡樹脂を外部に排出するための開口部を備えてなることを特徴とするものである。

（３）上記（２）に記載のものにおいて、前記閉断面空間形成壁部材は、前記筒状部材の内側に設けられ、該筒状部材を補強する機能を兼ね備えていることを特徴とするものである。

（４）上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のものにおいて、前記開口部は、前記筒状部材の先端から軸方向に距離L₁の位置にあり、該距離L₁は、前記筒状部材の軸方向長さをL₀としたとき、L₁/L₀≧1/2の関係を満たすことを特徴とするものである。

（５）上記（１）乃至（４）のいずれかに記載のものにおいて、前記開口部は、少なくとも１個形成され、開口部の合計面積A₁は、前記筒状部材の断面積をA₀としたとき、1/15≦A₁/A₀≦1/2の関係を満たすことを特徴とするものである。

本発明においては、車体の前部又は後部に設けられ、該車体の前方又は後方から衝突荷重が入力した際に衝突エネルギーを吸収するものであって、軸圧壊して衝突エネルギーを吸収する筒状部材と、該筒状部材内に充填された発泡樹脂とを有し、前記筒状部材は、軸圧壊する際に前記発泡樹脂を外部に排出するための開口部を周壁部に備えてなることにより、車体の前方又は後方から衝突荷重が入力して軸圧壊する過程において、座屈耐力を向上するとともに、前記発泡樹脂が圧縮変形しても圧縮限界を越えずに前記開口部から外部に排出することで前記筒状部材の破断を防ぐことができ、前記筒状部材の変形抵抗を低下させずに衝突エネルギーの吸収効果を向上することができる。

本発明の実施の形態１に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品の構成を説明する説明図である。 本発明の実施の形態２に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品の構成を説明する説明図である。 実施の形態２に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品の他の態様を説明する説明図である。 実施例における自動車用衝突エネルギー吸収部品の軸圧壊試験方法を説明する図である。 実施例において軸圧壊試験に用いた試験体の構造を示す図である。 実施例において比較例に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品を試験体として軸圧壊試験を行ったときの、衝突荷重と軸圧壊変形量（ストローク）の測定結果と、該試験体の軸圧壊挙動を示す図である（その１）。 実施例において比較例に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品を試験体として軸圧壊試験を行ったときの、衝突荷重と軸圧壊変形量（ストローク）の測定結果と、該試験体の軸圧壊挙動を示す図である（その２）。 実施例において本発明に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品を試験体として軸圧壊試験を行ったときの、衝突荷重と軸圧壊変形量（ストローク）の測定結果と、該試験体の軸圧壊挙動を示す図である。

本発明の実施の形態１及び２に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品について、図１〜３に基づいて以下に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
また、本明細書において、「上方」又は「下方」とは、各構成部材や部位の互いの位置関係を表すための便宜的な表現であり、本発明に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品を自動車車体に設置したときの絶対的な位置関係を規定するものではない。

［実施の形態１］
本発明の実施の形態１に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品１は、図１に示すように、アウタリンフォース５とインナリンフォース７からなる筒状部材３を有し、車体の前部又は後部に設けられて該車体の前方又は後方から筒状部材３の軸方向に衝突荷重が入力した際に、筒状部材３が軸圧壊して衝突エネルギーを吸収するものであって、筒状部材３内に充填された発泡樹脂９と、筒状部材３の周壁部に形成され、筒状部材３が軸圧壊する際に発泡樹脂９を外部に排出するための開口部１１を備えたものである。
以下、上記の各構成について説明する。

＜筒状部材＞
筒状部材３は、図１に示すように、鋼板からなるハット断面形状のアウタリンフォース５と、鋼板からなる平板状のインナリンフォース７とを接合して筒状に形成し、その内部に閉断面空間を有するものである。
ここで、閉断面空間とは、筒状部材３の軸方向に交差する方向の断面形状が閉断面であり、該閉断面が筒状部材３の軸方向に沿って連続して形成された空間のことをいう。

このような閉断面空間を有する筒状部材３は、車体前部の左右位置において車体前後方向に延びて車体骨格の一部を構成するフロントサイドメンバーや、該車体骨格の前端又は後端に設けられるクラッシュボックスといった閉断面構造を有する自動車部品に用いられ、該自動車部品は、筒状部材３の軸方向が車体の前後方向と一致するように前記車体に配設される。

＜発泡樹脂＞
発泡樹脂９は、筒状部材３内に充填されたものであり、図１においては、アウタリンフォース５とインナリンフォース７との間に形成された閉断面空間に充填されている。
発泡樹脂９としては、エポキシ系又はウレタン系のものを好適に使用することができるが、発泡樹脂９は、これらに限定されるものではない。また、筒状部材３内に充填したときの発泡樹脂９の発泡倍率についても、特に制限はなく、適宜設定することができる。

＜開口部＞
開口部１１は、図１に示すように、筒状部材３の周壁部の一部であるインナリンフォース７に形成されたものであり、筒状部材３の先端に衝突荷重が入力して筒状部材３が軸圧壊する際に、アウタリンフォース５とインナリンフォース７の間に充填された発泡樹脂９が開口部１１を介して筒状部材３の外部に排出するためのものである。

なお、図１は、自動車用衝突エネルギー吸収部品１の外観を示す図であるため、同図において開口部１１は視認できるものではないが、説明の都合上、同図において開口部１１を二点鎖線で示している。
また、図１において、開口部１１はインナリンフォース７に形成されたものであるが、開口部１１は、筒状部材３の周壁部に形成されたものであればよく、例えば、アウタリンフォース５に開口部１１が形成されたものであってもよい。

筒状部材３の周壁部に形成される開口部１１の位置に関しては、図１に示すように、筒状部材３の先端から開口部１１の先端までの距離をL₁とし、筒状部材３の軸方向長さをL₀としたとき、距離L₁は、L₁/L₀≧1/2の関係を満たすように設定することが好ましい。

また、開口部１１の大きさに関しては、筒状部材３の断面積、すなわち、筒状部材３の軸方向に直交する方向における断面積であり、図１に示すようにアウタリンフォース５及びインナリンフォース７により形成される閉断面空間の断面積をA₀とすると、開口部１１の面積A₁は、1/15≦A₁/A₀≦1/2の関係を満たすように設定することが好ましい。

さらに、図１に示す自動車用衝突エネルギー吸収部品１は、インナリンフォース７に１個の開口部１１が形成されたものであるが、本実施の形態１に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品１は、筒状部材３の周壁部に少なくとも１個の開口部１１が形成されたものであればよく、アウタリンフォース５及び／又はインナリンフォース７に複数の開口部が形成されたものであってもよい。そして、複数の開口部を形成した場合においては、該複数の開口部の合計面積A₁が、筒状部材３の断面積A₀を基準として、1/15≦A₂/A₀≦1/2を満たす範囲に設定すればよい。
なお、上記の開口部１１の好ましい位置及び大きさについては、後述する実施例にて実証されている。

次に、本発明に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品が軸圧壊する過程において衝突エネルギーの吸収性が向上する理由について、以下に説明する。

鋼板等で形成された筒状部材を有する従来の自動車部品は、該自動車部品の先端に衝突荷重が入力して該筒状部材が座屈耐力を越えて軸圧壊する過程において、該筒状部材は蛇腹状に繰り返し座屈を繰り返すことで衝突エネルギーを吸収する。そのため、前記自動車部品における衝突エネルギーの吸収性を向上させるためには、前記筒状部材の座屈耐力を向上させるとともに、軸圧壊過程において該筒状部材に繰り返し座屈を発生させることが重要である。

しかしながら、自動車用衝突エネルギー吸収部品の筒状部材内に発泡樹脂を単に充填した場合、該自動車用衝突エネルギー吸収部品は、その軸方向の先端に衝突荷重が入力してクラッシュが開始した直後から軸圧壊変形の終了に至るまでの過程において、前記筒状部材内に充填された発泡樹脂は圧縮変形してその体積が減少するが、該発泡樹脂は圧縮限界に達するともはや圧縮変形することができないため、圧縮限界を越えてもなお衝突荷重が入力すると前記発泡樹脂が充填された筒状部材が破断したり、該筒状部材の形成に用いられたスポット溶接部が破断してしまう。

そして、これらの破断によって前記筒状部材に生じた隙間から前記発泡樹脂が外部へと噴出してしまい、その結果、前記破断により該自動車部品の衝突抵抗が低下し、前記発泡樹脂により衝突エネルギー吸収性を向上させることができなくなってしまう。

これに対し、本実施の形態１に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品１においては、筒状部材３の内部に充填された発泡樹脂９は、筒状部材３の座屈耐力を向上させるとともに、筒状部材３が軸圧壊する際に発泡樹脂９の圧縮限界を越えることなく開口部１１から外部に排出される。

その結果、自動車用衝突エネルギー吸収部品１を構成する各部材（アウタリンフォース５及びインナリンフォース７など）の破断や各部材同士の溶接部（アウタリンフォース５とインナリンフォース７の接合部）の破断と、これらによる発泡樹脂９の噴出を防止することができるので、筒状部材３の変形抵抗を低下させることなく、筒状部材３に蛇腹状に繰り返し座屈変形を発生させ、衝突エネルギーの吸収性を向上させることができる。

なお、上記の説明において、筒状部材３は、ハット断面形状のアウタリンフォース５と平板状のインナリンフォース７とを接合して形成されたものであるが、筒状部材３はこれに限定するものではなく、例えば、ハット断面形状やコ字断面形状の部材同士をスポット溶接等により接合して筒状に形成したものであってもよく、その内部に閉断面空間を有し、周壁部に所定の面積の開口部を形成できるものであればよい。
また、図１に示す開口部１１は矩形状のものであったが、開口部の形状はこれに限るものではなく、適宜変更してもよい。

［実施の形態２］
本発明の実施の形態２に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品１５は、図２に示すように、筒状部材３を有し、車体の前部又は後部に設けられて該車体の前方又は後方から筒状部材３の軸方向に衝突荷重が入力した際に、筒状部材３が軸圧壊して衝突エネルギーを吸収するものであって、閉断面空間形成壁部材１７と、発泡樹脂１９と、開口部２１とを備えたものである。

筒状部材３は、前述の実施の形態１と同様であるのでその説明は割愛し、以下、閉断面空間形成壁部材１７、発泡樹脂１９及び開口部２１について説明する。

＜閉断面空間形成壁部材＞
閉断面空間形成壁部材１７は、図２に示すように、筒状部材３を構成するアウタリンフォース５の上方に設けられ、アウタリンフォース５との間に所定の閉断面空間を形成するハット断面形状のものであり、アウタリンフォース５及びインナリンフォース７の幅方向端部と一体してスポット溶接等により接合されている。

閉断面空間形成壁部材１７とアウタリンフォース５との間に形成される閉断面空間とは、前述の実施の形態１と同様、筒状部材３の軸方向に交差する方向の断面形状が閉断面であり、該閉断面が筒状部材３の軸方向に沿って連続して形成された空間のことをいう。

＜発泡樹脂＞
発泡樹脂１９は、閉断面空間形成壁部材１７とアウタリンフォース５との間に形成された閉断面空間に充填されたものである。
発泡樹脂１９としては、前述の実施の形態１と同様に、エポキシ系又はウレタン系のものを好適に使用することができるが、本発明は、これらに限定するものではない。また、発泡樹脂１９の発泡倍率についても、特に制限はない。

＜開口部＞
開口部２１は、図２に示すように、閉断面空間形成壁部材１７に形成されたものであり、筒状部材３の先端に衝突荷重が入力して筒状部材３が軸圧壊する際に、閉断面空間形成壁部材１７とアウタリンフォース５との間に充填された発泡樹脂１９を開口部２１から外部に排出させるためのものである。

開口部２１が形成される位置に関しては、図２に示すように、筒状部材３の先端から開口部２１の先端までの距離をL₁とし、筒状部材３の軸方向長さをL₀としたとき、距離L₁は、L₁/L₀≧1/2の関係を満たすように設定することが好ましい。

さらに、開口部２１の大きさに関しては、筒状部材３の断面積、すなわち、筒状部材３の軸方向に直交する方向における断面積であり、図２に示すようにアウタリンフォース５及びインナリンフォース７により形成される閉断面空間の断面積をA₀とすると、開口部２１の面積A₁は、1/15≦A₁/A₀≦1/2の関係を満たすように設定することが好ましい。

なお、図２に示す自動車用衝突エネルギー吸収部品１５は、閉断面空間形成壁部材１７に開口部２１が形成されたものであるが、本実施の形態２に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品１５は、アウタリンフォース５に開口部が形成されたものであってもよい。

さらに、図２においては、閉断面空間形成壁部材１７に１個の開口部２１が形成されたものであるが、閉断面空間形成壁部材１７又はアウタリンフォース５に少なくとも１個の開口部が形成されればよく、アウタリンフォース５及び／又は閉断面空間形成壁部材１７に複数の開口部が形成されたものであってもよい。そして、複数の開口部を形成した場合においては、該複数の開口部の面積を合計した合計面積をA₁とすると、筒状部材３の断面積A₀を基準として1/15≦A₁/A₀≦1/2の関係を満たすことが好ましい。
なお、上記の開口部２１の好ましい位置及び大きさについては、後述する実施例にて実証されている。

本実施の形態２に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品１５においても、筒状部材３の座屈抵抗を向上させるとともに、軸圧壊する際に発泡樹脂１９は圧縮限界を越えずに開口部２１から外部へと排出される。その結果、アウタリンフォース５及び閉断面空間形成壁部材１７の破断やアウタリンフォース５とインナリンフォース７のスポット溶接部の破断と、これらによる発泡樹脂１９の噴出を防止し、筒状部材３に繰り返し座屈を発生させることできるので、筒状部材３の変形抵抗を低下させることなく、筒状部材３に蛇腹状に繰り返し座屈を発生させ、衝突エネルギーの吸収性を向上させることができる。

さらに、自動車用衝突エネルギー吸収部品１５においては、前述の実施の形態１に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品１に比べると、発泡樹脂１９が充填される閉断面空間の体積を小さくすることができるため、発泡樹脂１９を充填したことによる重量増加を抑制することができて好ましい。

なお、上記の説明は、筒状部材３の外側に閉断面空間形成壁部材１７を設けたものであるが、本実施の形態２の他の態様としては、図３に示すように、筒状部材３の内側に閉断面空間形成壁部材として内部補強部材２５を設けた自動車用衝突エネルギー吸収部品２３がある。

内部補強部材２５は、筒状部材３を補強するものであって、例えば図３に示す自動車用衝突エネルギー吸収部品２３においては、アウタリンフォース５とインナリンフォース７との間に設置されてアウタリンフォース５とスポット溶接等によって接合される。

ここで、内部補強部材２５とアウタリンフォース５との接合に際して、内部補強部材２５とアウタリンフォース５との間に所定の閉断面空間が形成されるようにすることにより、内部補強部材２５は、本実施の形態２に係る閉断面空間形成壁部材としての機能と筒状部材３を補強する機能とを兼ね備える。

すなわち、図３に示す自動車用衝突エネルギー吸収部品２３は、内部補強部材２５とアウタリンフォース５との間に形成された閉断面空間に充填された発泡樹脂２７と、内部補強部材２５に形成された開口部２９を備えたことにより、自動車用衝突エネルギー吸収部品２３に衝突荷重が入力して軸圧壊する過程において、発泡樹脂２７は開口部２９から閉断面空間の外部に排出されるので、アウタリンフォース５及び内部補強部材２５の破裂や、アウタリンフォース５と内部補強部材２５とのスポット溶接部等の破断と、これらによる発泡樹脂２７の噴出を防止し、筒状部材３に繰り返し座屈を発生させることでき、筒状部材３の座屈耐力を低下させずに衝突エネルギーの吸収性を向上させることができる。

なお、上記の説明において、開口部２９は内部補強部材２５に形成されたものであったが、開口部２９は、アウタリンフォース５に形成されたものであってもよい。
さらに、自動車用衝突エネルギー吸収部品２３においても、開口部２９を形成する位置及び大きさは、前述の自動車用衝突エネルギー吸収部品１５と同様に設定すればよい。

本発明に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品の効果を確認するための実験を行ったので、その結果について以下に説明する。

実験は、本発明に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品を試験体として軸圧壊試験を行うものであり、図４（ａ）に示すように、試験体３３の軸方向に試験速度2m/sで荷重を入力して試験体長（試験体３３の軸方向長さL₀）を200mmから100mmまで軸圧壊変形させたときの荷重−ストローク曲線の測定及び高速度カメラによる変形状態の撮影を行った。さらに、測定した荷重−ストローク曲線から、ストロークが0〜60mmにおける吸収エネルギーを求めた。

本実施例では、発泡樹脂を充填し、開口部の位置及び大きさが本発明の実施の形態１及び２で示した好適範囲内である試験体を発明例として、軸圧壊試験を行った。

図５に、発明例とした試験体の構造及び形状を示す。
図５（ａ）は、実施の形態１に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品１（図１）を試験体３１としたものであり、アウタリンフォース５とインナリンフォース７との間の閉断面空間に発泡樹脂９が充填され、インナリンフォース７に開口部１１が形成されている。

図５（ｂ）は、実施の形態２に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品１５（図２）を試験体３３としたものであり、アウタリンフォース５と閉断面空間形成壁部材１７との間の閉断面空間に発泡樹脂１９が充填され、閉断面空間形成壁部材１７に開口部２１が形成されている。

図５（ｃ）は、実施の形態２の他の態様に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品２３（図３）を試験体３５としたものであり、内部補強部材２５とアウタリンフォース５との間の閉断面空間に発泡樹脂２７が充填され、内部補強部材２５に開口部２９が形成されている。

ここで、図５に示す試験体３１、３３及び３５に用いられるアウタリンフォース５及びインナリンフォース７は、いずれも同一形状・寸法であり、これらの試験体長L₀は200mmとした。なお、試験体３１及び３５については、試験体３３との比較のために閉断面空間形成壁部材１７が設けられている。

さらに、本実施例では、比較例として、発泡樹脂が充填されてない試験体（例えば、図４（ｂ）の試験体３７）、発泡樹脂は充填されているものの開口部が形成されていない試験体（例えば、図４（ｃ）の試験体３９）、及び、試験体３３において開口部の位置及び大きさが本発明の好適範囲外であるものについても、軸圧壊試験を行った。なお、比較例とした試験体は、図５に示す試験体３１、３３及び３５と同一形状及び寸法とした。
表１に、発明例及び比較例とした試験体の構造、発泡樹脂及び開口部についての各条件を示す。

図６〜図８に、比較例１、比較例４及び発明例６において軸圧壊試験を行ったときの荷重―ストローク曲線の測定結果と試験体の変形状態を示す。

また、図６〜図８において、左側のグラフは、横軸を衝突開始から試験体の軸方向における変形量を表すストローク(mm)、縦軸を試験体に入力した荷重（kN）とした荷重―ストローク曲線であり、右側の写真は、荷重―ストローク曲線中に示すａ〜ｃの各タイミングにおける試験体の変形状態を高速度カメラで撮影したものである。さらに、荷重―ストローク曲線中に示す吸収エネルギーは、ストロークが0〜60mmにおける衝突エネルギーの吸収量である。

図６に示す比較例１は、発泡樹脂が充填されていない試験体３７（図４（ｂ））を用いたものであり、試験体３７に入力する荷重は、入力開始直後に最大値を示し、その後、壁座屈とともにその値は上下に変動した（荷重―ストローク曲線中のａ付近）。そして、試験終了時において（荷重―ストローク曲線中のｃ）、試験体３７は繰り返し座屈した形状となった。また、ストロークが0〜60mmにおける吸収エネルギーは、3.6kJであった。

図７に示す比較例４は、発泡樹脂が充填されているものの開口部が形成されていない試験体３９（図４（ｃ））を用いたものであり、アウタリンフォース５と閉断面空間形成壁部材１７との間に発泡樹脂１９が充填されているため、比較例１に比べて荷重入力開始直後の最大荷重が上昇し、座屈耐力が増加した。しかしながら、ストロークが50mmのタイミング（荷重―ストローク曲線中のａ付近）ですでに閉断面空間形成壁部材１７が破断し、発泡樹脂１９が試験体の系外に噴出した（荷重―ストローク曲線中のｂ付近）。その結果、繰り返し座屈が発生せずに、吸収エネルギーは4.1kJとなった。

図８に示す発明例６は、図４（ａ）に示す試験体３３を用いたものであり、閉断面空間形成壁部材１７とアウタリンフォース５の間に発泡樹脂１９が充填され、閉断面空間形成壁部材１７に開口部２１が形成されているため、ストロークが50mm時点（荷重―ストローク曲線中のｃ）において発泡樹脂１９が圧縮変形により砕けて開口部１１から噴出し（図８（ｂ））、試験終了後（荷重―ストローク曲線中のｃ）において試験体３３は繰り返し座屈形状となった。
さらに、図８に示す荷重−ストローク曲線においても、図６に示す比較例１に比べて荷重入力開始直後の最大荷重は上昇して座屈耐力が増加した。このように、試験体３３においては、変形抵抗を低下させずに繰り返し座屈が発生したことから吸収エネルギーは4.5kJとなり、比較例１及び４に比べて上昇した。

次に、軸圧壊試験に用いる試験体の構造、発泡樹脂の種類及び開口部の位置及び大きさを変更して軸圧壊試験を行ったときの吸収エネルギーの結果を、前掲した表１に示す。

発明例１は、図５（ｂ）に示す試験体３３を用いた場合であり、吸収エネルギーは4.5kJとなり、アウタリンフォース５及びインナリンフォース７の鋼板強度が同じである比較例１に比べて上昇する結果となった。

発明例２は、図５（ａ）に示す試験体３１を用いた場合であり、吸収エネルギーは11.0kJとなり、アウタリンフォース５とインナリンフォース７との間に発泡樹脂９を充填しているため、比較例１に比べて著しく上昇する結果となった。
発明例３は、図５（ｃ）に示す試験体３５を用いた場合であり、吸収エネルギーは、5.3kJとなり、アウタリンフォース５とインナリンフォース７との間に内部補強部材２５を設けているため、発明例１よりも上昇する結果となった。

発明例４は、発明例１と同じ形状の試験体３３において発泡樹脂１９としてウレタン系発泡樹脂を用いた場合である、吸収エネルギーは、エポキシ系発泡樹脂を用いた発明例１と同等（=4.5kJ）であった。
発明例５は、試験体３３（図５（ｂ））において発泡樹脂１９の発泡倍率を5倍とした場合であり、吸収エネルギーは4.4kJとなり、発泡倍率を3倍とした発明例１よりもわずかに減少した。

発明例６は、試験体３３（図５（ｂ））において開口部２１の位置及び面積を変更した場合であり、前述した図８に示したとおり、吸収エネルギーは4.5kJとなり、発明例１と同等であった。
発明例７は、試験体３３（図５（ｂ））において、閉断面空間形成壁部材１７に複数（３個）の開口部を形成し、開口部２１の面積を変更した場合であり、吸収エネルギーは4.5kJとなり、発明例１と同等であった。

一方、表１に示す比較例１〜６は、本発明の比較対象とした試験体（図４（ｂ）及び（ｃ）参照）を用いたものである。

比較例１は、発泡樹脂が充填されていない試験体３７（図４（ｂ））を用いた場合であり、前述した図６に示したとおり、吸収エネルギーは、3.6kJとなった。
比較例２は、発泡樹脂が充填されていない試験体３７（図４（ｂ））を用いた場合であるが、比較例１に比べてアウタリンフォース５に用いた鋼板の強度が高い（980MPa級）ため、吸収エネルギーは比較例１よりも上昇して4.1kJとなったが、発明例１よりも若干低い結果であった。
比較例３は、比較例１に用いた試験体３７（図４（ｂ））に対して内部補強部材２５（図５（ｃ）参照）を追加した場合であり、比較例１に比べて吸収エネルギーは4.35kJに上昇したが、内部補強部材２５に加えて発泡樹脂２７を充填した試験体３５（図５（ｃ））を用いた発明例３と比べて低い結果となった。

比較例４は、発泡樹脂が充填されているものの開口部が形成されていない試験体３９（図４（ｃ））を用いた場合であり、前述した図７に示したとおり、吸収エネルギーは、4.1kJとなり、発明例１よりも低い結果となった。

比較例５は、発明例１に係る試験体３３（図４（ａ）参照）について開口部２１を軸方向の先端からL₁/L₀=1/4の位置に形成し、その位置が本発明の好適範囲外の場合であり、吸収エネルギーは、4.1kJ（比較例４と同じく樹脂が破裂するため）となり、比較例１よりもわずかに上昇したものの、発明例１よりも低い結果となった。

比較例６は、発明例１に係る試験体３３（図４（ａ）参照）について開口部２１の面積をA₁/A₀＝1/20とし、その面積が本発明の好適範囲外の場合であり、吸収エネルギーは、4.1kJとなり、開口部２１の面積が小さいために発泡樹脂１９を充填したことによる効果が限定的であり、発明例１よりも低い結果となった。

以上、本発明に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品においては、筒状部材の内部、又は、筒状部材と閉断面空間形成壁部材との間に形成された閉断面空間に発泡樹脂を充填し、該発泡樹脂を排出させる開口部を形成することより、前記筒状部材の座屈耐力を向上するとともに、前記自動車用衝突エネルギー吸収部品が軸圧壊する際に発泡樹脂が圧縮限界を越えずに前記開口部から外部に排出されるため、前記自動車用衝突エネルギー吸収部品の破断及び溶接部の破裂を防止し、前記筒状部材の変形抵抗を低下させずに繰り返し座屈を発生させることができるので、衝突エネルギーの吸収効果を向上できることが実証された。

１ 自動車用衝突エネルギー吸収部品
３ 筒状部材
５ アウタリンフォース
７ インナリンフォース
９ 発泡樹脂
１１ 開口部
１５ 自動車用衝突エネルギー吸収部品
１７ 閉断面空間形成壁部材
１９ 発泡樹脂
２１ 開口部
２３ 自動車用衝突エネルギー吸収部品
２５ 内部補強部材
２７ 発泡樹脂
２９ 開口部
３１ 試験体（発明例）
３３ 試験体（発明例）
３５ 試験体（発明例）
３７ 試験体（比較例）
３９ 試験体（比較例）

Claims (5)

1. 車体の前部又は後部に設けられ、該車体の前方又は後方から衝突荷重が入力した際に衝突エネルギーを吸収する自動車用衝突エネルギー吸収部品であって、
   軸圧壊して衝突エネルギーを吸収する筒状部材と、
   該筒状部材内に充填された発泡樹脂とを有し、
   前記筒状部材は、軸圧壊する際に前記発泡樹脂を外部に排出するための開口部を周壁部に備えてなることを特徴とする自動車用衝突エネルギー吸収部品。
2. 車体の前部又は後部に設けられ、該車体の前方又は後方から衝突荷重が入力した際に衝突エネルギーを吸収する自動車用衝突エネルギー吸収部品であって、
   軸圧壊して衝突エネルギーを吸収する筒状部材と、
   該筒状部材の外側又は内側に設けられ、該筒状部材の周壁部との間に所定の閉断面空間を形成する閉断面空間形成壁部材と、
   前記閉断面空間に充填された発泡樹脂とを有し、
   前記閉断面空間形成壁部材及び／又は前記周壁部は、軸圧壊する際に前記発泡樹脂を外部に排出するための開口部を備えてなることを特徴とする自動車用衝突エネルギー吸収部品。
3. 前記閉断面空間形成壁部材は、前記筒状部材の内側に設けられ、該筒状部材を補強する機能を兼ね備えていることを特徴とする請求項２記載の自動車用衝突エネルギー吸収部品。
4. 前記開口部は、前記筒状部材の先端から軸方向に距離L₁の位置にあり、該距離L₁は、前記筒状部材の軸方向長さをL₀としたとき、L₁/L₀≧1/2の関係を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の自動車用衝突エネルギー吸収部品。
5. 前記開口部は、少なくとも１個形成され、開口部の合計面積A₁は、前記筒状部材の断面積をA₀としたとき、1/15≦A₁/A₀≦1/2の関係を満たすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の自動車用衝突エネルギー吸収部品。