JP2020197224A - 衝撃吸収体 - Google Patents

Abstract

【課題】塑性変形開始後における荷重変動を抑制可能な衝撃吸収体を提供すること。【解決手段】本発明によれば、中空成形体からなる衝撃吸収体であって、荷重入力面と、前記荷重入力面に対向する固定面と、前記荷重入力面と前記固定面の間を連結する連結面を備え、前記連結面は横溝リブを備え、前記横溝リブは前記衝撃吸収体の外側に向かって凸である屈曲誘発部を有し、前記荷重入力面からの距離が互いに異なる位置に設けられた前記屈曲誘発部が少なくとも２つ存在する、衝撃吸収体が提供される。【選択図】図１

Description

本発明は、中空成形体からなる衝撃吸収体に関し、特に、ニーボルスター（ｋｎｅｅ ｂｏｌｓｔｅｒ）、バンパーアブソーバー（ｂｕｍｐｅｒ ａｂｓｏｒｂｅｒ）などに好適な衝撃吸収体に関する。

自動車等の車両には、衝突事故の発生時に乗員が接触する可能性の高い内装部品と、その内装部品の車室側とは反対側（裏側）に位置せしめられた、ボデーの一部を構成する各種のパネル等のボデー構成部品と、の間の設置スペース内に、衝撃を吸収するための衝撃吸収体が設置されている。この衝撃吸収体によって、衝突事故時等に乗員が内装部品に接触した際に、乗員に加わる衝撃が緩和されて、乗員の保護が図られるようになっている。この種の衝撃吸収体としては、ニーボルスターが挙げられる。

また、対人事故において、歩行者の脚部に対して与える負荷を小さくして、歩行者の損害値を軽減することが可能なバンパー構造の設計もなされており、このバンパー構造に用いられる衝撃吸収体としては、バンパーアブソーバーが挙げられる。

例えばニーボルスターは、車両の前部座席に座る乗員の膝の前方に設置され、車両が正面衝突した際にニーボルスターが塑性変形することによって乗員の膝を保護する機能を有する。特許文献１には、ニーボルスターなどにも適用可能なブロー成形体からなる中空の衝撃吸収体が開示されている。

特開２００６−１３０９３６号公報

衝撃吸収体の荷重と変形の関係は、図２中“理想状態”で示すように、塑性変形が始まってからも変形量に対して荷重（力）がほぼ一定である期間が長いことが好ましい。

衝撃吸収体（ニーボルスターなど）の変形量と荷重（力）の関係を示す波形を図２に示す。衝撃吸収体としての理想状態は、塑性変形が始まってからの荷重変動がほぼ一定となることである。それに対し、特許文献１など従来技術の変形量−荷重特性では、衝撃吸収体の荷重が弾性変形の限界点（弾性限度）であるＬｍａｘに達するまでは衝撃吸収体が受ける荷重が変形量とともに徐々に上昇する一方、変形量が弾性限度Ｌｍａｘを超えると衝撃吸収体全体で急激に塑性変形が起きるため、荷重が小さくなってしまう。そのため、衝撃吸収体をニーボスルターとした場合、弾性限度Ｌｍａｘでは非常に大きな衝撃力が膝に加わってしまうという問題がある。さらには、変形量−荷重特性の面積積分値である吸収する衝撃エネルギー総量が小さくなるという問題も併発する。

本発明は、かかる事情を鑑等みてなされたものであり、塑性変形開始後における荷重変動を抑制可能な衝撃吸収体を提供することを目的とする。

本発明によれば、中空成形体からなる衝撃吸収体であって、荷重入力面と、前記荷重入力面に対向する固定面と、前記荷重入力面と前記固定面の間を連結する連結面を備え、前記連結面は横溝リブを備え、前記横溝リブは前記衝撃吸収体の外側に向かって凸である屈曲誘発部を有し、前記荷重入力面からの距離が互いに異なる位置に設けられた前記屈曲誘発部が少なくとも２つ存在する、衝撃吸収体が提供される。

本発明に係る衝撃吸収体は横溝リブを備え、さらに横溝リブは屈曲誘発部を有している。衝撃吸収体全体として複数存在する屈曲誘発部が衝撃吸収体の変形に伴い、異なるタイミングで順に弾性限度に達するため、衝撃吸収体全体で見ると、塑性変形開始後における荷重変動を抑制するという有利な効果を奏する。

本発明の実施形態に係る衝撃吸収体１の斜視図。 衝撃吸収体の荷重と変形量の関係を示す図。 衝撃吸収体１をニーボルスターとして自動車に取り付けた例を示す図。 ［図４Ａ］本発明の実施形態に係る衝撃吸収体１の側面図。［図４Ｂ］図４ＡにおけるＡ−Ａ断面図。 ［図５Ａ］図４ＡにおけるＢ−Ｂ断面図。［図５Ｂ］図４ＡにおけるＣ−Ｃ断面図。 荷重入力面１１から各屈曲誘発部１５の距離を説明する図。 衝撃吸収体１を縦に切断した構造体内側に光を当てて斜め上から見た図。

以下、図面を用いて実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。また、各特徴事項について独立して発明が成立する。

＜衝撃吸収体１のニーボルスターとしての取り付け例＞
まず、図３を参照しながら、本実施形態である衝撃吸収体１をニーボルスターとして自動車に取り付けた例について説明する。図３は、後述する衝撃吸収体１をニーボルスターとして自動車１００に取り付けた状態を示す。

図３に示す自動車１００は、ドライバー１０１を含む乗員のための前部座席１０２を備える乗員車室１０３を有して構成しており、メータ１０４がハンドル１０５の側面に位置している。ハンドル１０５は、ステアリングコラム（ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｃｏｌｕｍｎ：不図示）と接続しており、そのステアリングコラムを支持するステアリングサポートメンバが車体内壁面に支持されて車幅方向に設けられる。本実施形態の衝撃吸収体１は、ステアリングコラムの両側にステアリングコラムを挟んで運転席側に取り付けられる。但し、ステアリングコラムの両脇のスペースは、他の車両構成部材（メータ１０４、ナビ装置、空調機器等）の設置スペースとの関係で、縦長となるため、その縦長のスペースにおいてドライバー１０１の各々の膝１０６に隣接するように衝撃吸収体１が取り付けられる。これにより、自動車１００が衝撃を受けた場合に、ドライバー１０１の膝１０６が各々の衝撃吸収体１に接触し、衝撃吸収体１により衝撃を吸収し、膝１０６に加わる衝撃を低減することにしている。なお、図３には、運転席側の衝撃吸収体１（ニーボルスター）を示したが、助手席側にも運転席側と同様に、助手席に乗員した乗員者の膝に隣接するように肘受け部材が取り付けられることになる。

１．実施形態の構成
図１は本発明の実施形態に係る衝撃吸収体１の斜視図である。また、図４Ａは衝撃吸収体１の側面図、図４Ｂは図４ＡにおけるＡ−Ａ断面図を示している。さらに、図５Ａは図４ＡにおけるＢ−Ｂ断面図、図５Ｂは図４ＡにおけるＣ−Ｃ断面図を示している。

図１および図４Ａに示すように、衝撃吸収体１は、荷重入力面１１と、その荷重入力面１１に対向する固定面１２、および荷重入力面１１と固定面１２を連結する連結面１３を備えている。ここでは、衝撃吸収体１全体を角および辺がアール形状となっている略６面体とし、連結面１３を上部連結面１３（Ｔ）、下部連結面１３（Ｂ）、右側連結面１３（Ｒ）、左側連結面１３（Ｌ）である４面とした構成を示しているが、連結面１３の数や形状は限定されない。図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂの各断面図から明らかな様に衝撃吸収体１は中空成形体である。

右側連結面１３（Ｒ）および左側連結面１３（Ｌ）の少なくとも一方は、横溝リブ１４を備える。本実施形態では、右側連結面１３（Ｒ）は、３本の横溝リブ１４（ａ）、１４（ｂ）、１４（ｃ）を備え、また左側連結面１３（Ｌ）は３本の横溝リブ１４（ｄ）、１４（ｅ）、１４（ｆ）を備えている。横溝リブ１４の本数および横溝リブ１４を有する連結面１３の場所は限定されない。また、ここでは全ての横溝リブ１４の長手方向は荷重入力面１１に対して略垂直方向となっているが、この角度は限定されない。さらに複数存在する横溝リブ１４に関して、互いの長手方向が平行でなくても良い。

横溝リブ１４には衝撃吸収体１の外側に向かって凸である屈曲誘発部１５を有している。図４Ａでは横溝リブ１４（ａ）は屈曲誘発部１５（ａ１）、１５（ａ２）を、横溝リブ１４（ｂ）は屈曲誘発部１５（ｂ１）を、横溝リブ１４（ｃ）は屈曲誘発部１５（ｃ１）、１５（ｃ２）をそれぞれ有している。外側に向かって凸である様子は図５Ａ、図５Ｂを参照されたい。図５Ａでは横溝リブ１４（ｄ）が有する屈曲誘発部１５（ｄ１）、１５（ｄ２）を、図５Ｂでは横溝リブ１４（ｅ）が有する屈曲誘発部１５（ｅ１）も合わせて示している。なお、本実施形態では、横溝リブ１４（ｆ）は、横溝リブ１４（ｃ）と同様の形状である。個々の横溝リブ１４が有する屈曲誘発部１５の数は限定されない。

図６は荷重入力面１１から各屈曲誘発部１５の距離を説明する図である。本実施形態では、荷重入力面１１からの距離が互いに異なる位置に設けられた屈曲誘発部１５が少なくとも２つ存在する。屈曲誘発部１５（ａ１）、（ａ２）、（ｂ１）、（ｃ１）、（ｃ２）と荷重入力面１１の距離をそれぞれ、ｄａ１、ｄａ２、ｄｂ１、ｄｃ１、ｄｃ２と定義すると、ｄａ１＜ｄｃ１＜ｄｂ１＜ｄｃ２＜ｄａ２となっている。距離の順番はこのとおりである必要は無く、任意の順番とすることが可能である。また、全てが不等号である必要はなく、一部等号すなわち荷重入力面１１から等距離に位置する場所に複数の屈曲誘発部１５があっても良いが、少なくとも２つの異なる位置に屈曲誘発部１５が存在する様に構成する。

以上を換言すると、本実施形態である衝撃吸収体１は、中空成形体であって、荷重入力面１１と、前記荷重入力面１１に対向する固定面１２と、前記荷重入力面と前記固定面の間を連結する連結面１３を備え、前記連結面１３は横溝リブ１４を備え、前記横溝リブ１４は前記衝撃吸収体１の外側に向かって凸である屈曲誘発部１５を有し、前記荷重入力面１１からの距離が互いに異なる位置に設けられた前記屈曲誘発部１５が少なくとも２つ存在する、衝撃吸収体である。

このように、荷重入力面１１からの距離が異なる位置に複数の屈曲誘発部１５を有することにより、衝撃吸収体１の変形に伴う各屈曲誘発部１５の塑性変形が始まるタイミングを多段階にずらすことが出来る。それに伴い衝撃吸収体１全体としての塑性変形開始後における荷重変動を小さくすることも可能となる。

また、この衝撃吸収体１は中空構造であり、ブロー成形によって簡単に作製可能であるという利点も合わせて有する。

１つの横溝リブ１４に複数の屈曲誘発部１５が存在する場合、隣接する屈曲誘発部１５の間の横溝リブ１４を樽状形状部１６とすることが出来る。ここで樽状形状部１６とは、以下の（１）又は（２）を満たすものである。
（１）樽状形状部１６の中央部の幅が、樽状形状部１６の端部より大きく構成される。
（２）樽状形状部１６が衝撃吸収体１の内側に向かって凸である。
図４Ａでは、横溝リブ１４（ａ）は屈曲誘発部１５（ａ１）と屈曲誘発部１５（ａ２）の間に樽状形状部１６（ａ）を有し、横溝リブ１４（ｃ）は屈曲誘発部１５（ｃ１）と屈曲誘発部１５（ｃ２）の間に樽状形状部１６（ｃ）を有している。

図４における樽状形状部１６（ａ）においては、中央部の幅がｗｃ、端部の幅がｗｅであり、ｗｃ＞ｗｅの状態となっており、上記（１）の条件を満たしている。また、図７は衝撃吸収体１を縦に切断した構造体内側に光を当てて斜め上から見た図である。図７に示す通り、左側連結面１３（Ｌ）（図７裏面側）は横溝リブ１４（ｄ）、１４（ｅ）、１４（ｆ）を備え、横溝リブ１４（ｄ）が屈曲誘発部１５（ｄ１）、１５（ｄ２）と樽状形状部１６（ｄ）を、横溝リブ１４（ｅ）が屈曲誘発部１５（ｅ１）を、横溝リブ１４（ｆ）が屈曲誘発部１５（ｆ１）、１５（ｆ２）と樽状形状部１６（ｆ）を有している。樽状形状部１６（ｄ）および樽状形状部１６（ｆ）の光の反射具合から、樽状形状部１６（ｄ）、１６（ｆ）が衝撃吸収体１の内側に向かって凸であり、つまり上記（２）の条件を満たしていると言える。

これら樽状形状部１６の幅の変化量や、衝撃吸収体１の内側に向かって凸である程度を変化させることにより、衝撃吸収体１全体の剛性を調整することが可能である。

先に説明したとおり、本実施形態では、荷重入力面１１からの距離が互いに異なる位置に設けられた屈曲誘発部１５が少なくとも２つ存在しているが、この距離はなるべく広い範囲に分散して設定することにより、図２で示した荷重−変形量曲線の平坦部を長くすることが出来る。具体的には、荷重入力面１１と、この荷重入力面１１に最も近い屈曲誘発部１５との距離をｄｍｉｎ（図６におけるｄａ１）と定義し、荷重入力面１１と、荷重入力面１１から最も遠い屈曲誘発部１５との距離をｄｍａｘ（図６におけるｄａ２）と定義したときに、ｄｍａｘ／ｄｍｉｎ＞１．５を満たすことが好ましい。

また、ある横溝リブ１４に存在する屈曲誘発部１５が塑性変形を開始したときに、隣接する別の横溝リブ１４に存在する屈曲誘発部１５に与える影響を小さくした方が、衝撃吸収体１全体としての設計の自由度を高くすることが出来る。そのためには、屈曲誘発部１５は、隣接する横溝リブ１４が有する全ての屈曲誘発部１５と、荷重入力面１１からの距離が互いに異なる位置に存在することが好ましい。

隣接する横溝リブ１４毎に異なる位置に屈曲誘発部１５を配置するには、隣接する横溝リブ１４が互いに異なる個数の屈曲誘発部１５を有することが好ましい。例えば、図４Ａに示すごとく、横溝リブ１４（ａ）には屈曲誘発部１５（ａ１）と屈曲誘発部１５（ａ２）の２つ、横溝リブ１４（ｂ）には屈曲誘発部１５（ｂ１）の１つを有する構成にすることである。この様な構成とすることで、図６に示す通り荷重入力面１１とこれら屈曲誘発部１５（ａ１）、１５（ａ２）、１５（ｂ１）それぞれの距離であるｄａ１、ｄａ２とｄｂ１の差分を大きくとることが出来る。

個々の屈曲誘発部１５が塑性変形を開始する局所的な弾性限度は、その屈曲誘発部１５を構成する材質や厚さとともに、衝撃吸収体１の外側に向かって凸である程度、つまり屈曲誘発部の頂点の内角θ（図５Ａ参照）に依存する。この内角θは、効果的に屈曲を誘発するには１８０°未満である必要があり、極端に鋭角であると弾性限度が小さくなってしまうため、９０°以上の角度が良い。換言すると、屈曲誘発部１５の頂点の内角をθとすると、９０°≦θ＜１８０°を満たすことが好ましい。具体的には例えば、９０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１５５、１６０、１６５、１７０、１７５、１７９°であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。

本実施形態では複数の屈曲誘発部１５が多段階に塑性変形していくものであるが、不必要に設計パラメータが増えると、設計および評価に手間がかかるという問題が生じる。したがって、中空成形体である衝撃吸収体１を構成する素材の厚さは、場所によって大きく変動しないことが好ましい。すなわち、ブロー成形などの方法により衝撃吸収体１を作製する場合、各連結面１３における凹凸の程度を抑えることである。例えば、図５Ａに示した、横溝リブ１４の端部における深さｄｐｅ（１）およびｄｐｅ（２）を、樽状形状部１６の深さの極大値ｄｐｂに近づけることが良い。具体的には、横溝リブ１４の端部における深さをｄｐｅと定義し、樽状形状部の深さの極大値をｄｐｂと定義すると、０．７≦ｄｐｅ／ｄｐｂ≦１．５を満たすことである。好ましくは、０．８≦ｄｐｅ／ｄｐｂ≦１．３であり、さらに好ましくは、０．９≦ｄｐｅ／ｄｐｂ≦１．１である。具体的には例えば、０．７、０．８、０．９、１、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。

２．結言
以上のように、本実施形態によれば、塑性変形開始後における荷重変動を抑制可能な衝撃吸収体を実施することが出来る。

かかる衝撃吸収体１は、中空成形体からなる衝撃吸収体１であって、荷重入力面１１と、前記荷重入力面１１に対向する固定面１２と、前記荷重入力面１１と前記固定面１２の間を連結する連結面１３を備え、前記連結面１３は横溝リブ１４を備え、前記横溝リブ１４は前記衝撃吸収体１の外側に向かって凸である屈曲誘発部１５を有し、前記荷重入力面１１からの距離が互いに異なる位置に設けられた前記屈曲誘発部１５が少なくとも２つ存在する、衝撃吸収体である。

本発明の実施形態を説明したが、あくまでも例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ ：衝撃吸収体
１１ ：荷重入力面
１２ ：固定面
１３ ：連結面
１４ ：横溝リブ
１５ ：屈曲誘発部
１６ ：樽状形状部
１００ ：自動車
１０１ ：ドライバー
１０２ ：前部座席
１０３ ：乗員車室
１０４ ：メータ
１０５ ：ハンドル
１０６ ：膝
θ ：内角

Claims (7)

1. 中空成形体からなる衝撃吸収体であって、
   荷重入力面と、前記荷重入力面に対向する固定面と、前記荷重入力面と前記固定面の間を連結する連結面を備え、
   前記連結面は横溝リブを備え、
   前記横溝リブは前記衝撃吸収体の外側に向かって凸である屈曲誘発部を有し、
   前記荷重入力面からの距離が互いに異なる位置に設けられた前記屈曲誘発部が少なくとも２つ存在する、
   衝撃吸収体。
2. 請求項１に記載の衝撃吸収体において、
   前記横溝リブは、複数の前記屈曲誘発部と、樽状形状部を有し、
   前記樽状形状部は、前記屈曲誘発部の間に位置し、
   前記樽状形状部は、以下の（１）又は（２）を満たす；
   （１）前記樽状形状部の中央部の幅が、前記樽状形状部の端部の幅より大きく構成される
   （２）前記樽状形状部が前記衝撃吸収体の内側に向かって凸である
   衝撃吸収体。
3. 請求項１又は請求項２に記載の衝撃吸収体において、
   前記荷重入力面と、前記荷重入力面に最も近い前記屈曲誘発部との距離をｄｍｉｎと定義し、前記荷重入力面と、前記荷重入力面から最も遠い前記屈曲誘発部との距離をｄｍａｘと定義すると、
   ｄｍａｘ／ｄｍｉｎ＞１．５を満たす、
   衝撃吸収体。
4. 請求項１〜請求項３の何れか１つに記載の衝撃吸収体において、
   前記屈曲誘発部は、隣接する前記横溝リブが有する全ての前記屈曲誘発部と、前記荷重入力面からの距離が互いに異なる位置に存在する、
   衝撃吸収体。
5. 請求項１〜請求項４の何れか１つに記載の衝撃吸収体において、
   隣接する前記横溝リブは、互いに異なる個数の前記屈曲誘発部を有する、
   衝撃吸収体。
6. 請求項１〜請求項５の何れか１つに記載の衝撃吸収体において、
   前記屈曲誘発部の頂点の内角をθとすると、９０°≦θ＜１８０°を満たす、
   衝撃吸収体。
7. 請求項１〜請求項６の何れか１つに記載の衝撃吸収体において、
   前記横溝リブの端部における深さをｄｐｅと定義し、前記樽状形状部の深さの極大値をｄｐｂと定義すると、０．７≦ｄｐｅ／ｄｐｂ≦１．５を満たす、
   衝撃吸収体。