JP2021195069A - 自動車用衝突エネルギー吸収部品 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、本発明が目的とする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方向(長手方向)に軸圧壊する際に、蛇腹状に座屈変形して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充填材や発泡体を充填する技術を適用したとしても、衝突エネルギーの吸収性を向上させることが困難であるという課題があった。
引張強度が590MPa級以上1180MPa級以下の鋼板から形成されてなり、天板部と、該天板部の両端からコーナー部を介して連続する一対の縦壁部と、を有する筒状部材と、
該筒状部材よりも引張強度の低い鋼板から形成されてなり、前記筒状部材の内面側に配設されて少なくとも前記コーナー部との間に閉断面空間を形成する閉断面空間形成壁部材と、
前記閉断面空間に設けられた樹脂と、を備え、
該樹脂は、ゴム変性エポキシ樹脂と硬化剤とを含んでなり、引張破断伸びが2%以上80%未満、前記筒状部材及び前記閉断面空間形成壁部材との接着強度が12MPa以上、圧縮公称歪10%における圧縮公称応力が6MPa以上、であることを特徴とするものである。
引張強度が590MPa級以上1180MPa級以下の鋼板から形成されてなり、天板部と、該天板部の両端からコーナー部を介して連続する一対の縦壁部と、を有する筒状部材と、
該筒状部材よりも引張強度の低い鋼板から形成されてなり、前記筒状部材の内面側に配設されて少なくとも前記コーナー部との間に閉断面空間を形成する閉断面空間形成壁部材と、
前記閉断面空間に設けられた樹脂と、を備え、
該樹脂は、ゴム変性エポキシ樹脂を含んでなり、引張破断伸びが2%以上80%未満、前記筒状部材及び前記閉断面空間形成壁部材との接着強度が12MPa以上、圧縮公称歪10%における圧縮公称応力が6MPa以上、であることを特徴とするものである。
前記閉断面空間形成壁部材は、前記天板部及び前記コーナー部を跨ぐように配設されて、両端部が前記一対の縦壁部の内面に接合されるとともに中央部が前記天板部の内面に接していることを特徴とするものである。
前記閉断面空間形成壁部材は、中央部が前記天板部の内面に接合されていることを特徴とするものである。
前記閉断面空間形成壁部材は、前記コーナー部を跨ぐように配設されて、一端側が該コーナー部から連続する前記縦壁部の内面に接合され、他端側が該コーナー部から連続する前記天板部の内面に接合されていることを特徴とするものである。
前記樹脂は、前記閉断面空間における少なくともコーナー領域に設けられ、前記閉断面空間における前記樹脂の両側の領域のうち少なくとも一方の領域が空洞であることを特徴とするものである。
筒状部材3は、天板部5aと、天板部5aの両端からコーナー部5bを介して連続する一対の縦壁部5cと縦壁部5cから連続するフランジ部5dとを有するハット断面形状のアウタ部品5のフランジ部5dと、平板形状のインナ部品7の両端部とが接合部13で接合されて筒状に形成されたものである。ここで、コーナー部5bとは、天板部5aと縦壁部5cとをつなぐ屈曲した部位であって、天板部5a側のR止まり5eと縦壁部5c側のR止まり5eとの間の部位である(図2参照)。以下の説明においても同様である。
閉断面空間形成壁部材9は、筒状部材3よりも引張強度の低い(例えば、270MPa級、440MPa級等の)鋼板から形成されてなり、図2に示すように、筒状部材3の内面側において配設されて、天板部5aの中央付近に接合、接触又は分割される場合も含めて、少なくともコーナー部5bとの間に閉断面空間を形成するものである。
そして、閉断面空間形成壁部材9の両端部と縦壁部5cの内面又は天板部5aの内面は、例えばスポット溶接等により接合されている。
樹脂11は、閉断面空間形成壁部材9とアウタ部品5との間に形成された閉断面空間の軸方向の全長に設けられたものである。なお、樹脂11は、閉断面空間の軸方向における一部、例えば、衝突荷重が入力する側の一部、に設けられてもよい。
さらに、樹脂11は、引張破断伸びが2%以上80%未満、筒状部材3及び閉断面空間形成壁部材9との接着強度が12MPa以上、圧縮公称歪10%における圧縮公称応力が6MPa以上の物性を有するものである。これら各物性はいずれも、樹脂11を加熱処理した後の値である。
所定の間隙に調整した2枚の鋼板の間に未硬化の樹脂を入れ、所定の条件で加熱硬化させ、鋼板を剥がして平板状樹脂を作製し、該平板状樹脂を所定の形状に加工して試験片を作製する。次いで、所定の引張速度で樹脂が破断するまで引張試験を行い、樹脂破断時の標線間伸び量を測定する。そして、該測定した樹脂破断時の標線間伸び量を初期の標線間距離で除して百分率表示した値を引張破断伸びとする。
そこで、自動車用衝突エネルギー吸収部品1においては、引張破断伸びが2%以上80%未満であることにより、雨天や高湿度等の使用環境においても樹脂11と筒状部材3及び閉断面空間形成壁部材9との密着性が低下せず、衝突エネルギーの吸収効果を保持可能となる耐水性を確保することが可能となる。
図4(a)は、耐水性評価試験において接着面から剥離した樹脂の面積の割合である樹脂界面剥離面積率(=(破断時に樹脂が剥離した接着面の面積)/(試験片における接着面の面積)×100)と、樹脂の引張破断伸びとの関係を示すグラフである。
一方、図4(b)は、上記の耐水性評価試験において樹脂の内部から破壊(凝集破壊)したときの凝集破壊強度と、樹脂の引張破断伸びとの関係を示すグラフである。
所定の間隙に調整した2枚の鋼板の間に未硬化の樹脂を入れ、所定の条件で加熱硬化させ、試験片を作製する。次いで、所定の引張速度で該試験片の引張試験を行い、鋼板と樹脂とが破断した時の荷重を測定する。そして、該測定した破断時の荷重を鋼板と樹脂との接着面積で除した値(=せん断接着強度)を接着強度とする。
所定の間隙に調整した2枚の鋼板の間に未硬化の樹脂を入れ、所定の条件で加熱硬化させ、鋼板を剥がして平板状樹脂を作製する。次いで、該平板状樹脂を円柱状に切り出して試験片を作製する。そして、当該試験片における円形状面を圧縮面とし、所定の試験速度で公称歪10%まで圧縮した時の荷重について、初期の試験片の断面積で除した値を圧縮公称応力する。
これらによって、天板部5aとの間に閉断面空間を形成する閉断面空間形成壁部材9を小さくすることができて、車体の軽量化とも両立できる。
なお、図9において、アウタ部品5については図5〜図8と同じ符号を付し、インナ部品7についてはアウタ部品5と対応する符号を付している。
発明例は、前述した本発明の実施の形態に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品1(図1及び図2)を試験体31とし、軸圧壊試験を行ったものである。
また、閉断面空間形成壁部材9には、引張強度270MPa級、板厚0.5mmの鋼板を用いた。
樹脂11の引張破断伸び、接着強度及び圧縮公称応力は、それぞれ下記の試験方法を別途行うことにより求めた。
2枚の鋼板の間隙を2mmに調整し、その間に未硬化の樹脂を入れ、180℃×20分保持の条件で加熱硬化させ、鋼板を剥がして厚さ2mmの平板状樹脂を作製した。続いて、当該平板状樹脂をダンベル形状(JIS6号ダンベル)に加工して試験片を作製し、引張速度2mm/minで樹脂が破断するまで引張試験を行い、樹脂破断時の標線間伸び量を測定した。そして、該測定した樹脂破断時の標線間伸び量を初期の標線間距離(=20mm)で除した値を百分率表示し、引張破断伸びとした。
図11に示すように、被着体23及び被着体25は、幅25mm、厚さ1.6mm、長さ100mmの鋼板(SPCC)とし、接着部(幅25mm、長さ10mm)に未硬化の樹脂27を設置し、厚み0.15mmに調整した状態で、180℃×20分保持の条件で加熱硬化したものを試験片21とした。次いで、試験片21を引張速度5mm/minで被着体23又は被着体25と樹脂27とが破断するまでの引張試験を行い、破断時の荷重を測定した。そして、破断時の荷重を接着部の面積(接着面積:幅25mm×長さ10mm)で除した値をせん断接着強度とした。
2枚の鋼板の間隙を3mmに調整し、その間に未硬化の樹脂を入れ、180℃×20分保持の条件で加熱硬化させた後、鋼板を剥がして厚さ3mmの平板状樹脂を作製した。次いで、該平板状樹脂から直径20mmの円柱状に切り出したものを円形状樹脂試験片とした。そして、当該円形状樹脂試験片における直径20mmの円形状面を圧縮面とし、試験速度2mm/minで公称歪10%まで圧縮した時の荷重について、初期の円形状樹脂試験片の断面績で除した値を圧縮公称応力とした。
図11に示す試験片21を70℃の温水に72時間浸漬した後、試験片21を引張速度5mm/minで被着体23又は被着体25と樹脂27とが破断するまでの引張試験を行い、被着体23又は被着体25と樹脂27の剥離状態を観察した。樹脂27の内部から破壊した凝集破壊(破断時に被着体23と被着体25の樹脂接着面に樹脂が残存する)面積率が100%であった場合を界面剥離なし(○)、被着体23又は被着体25と樹脂27の間の界面剥離(破断時に被着体表面が現れて、被着体23と被着体25の接着面に樹脂が残存する割合が100%未満)が発生した場合を×評価とした。
表1に、発明例及び比較例とした試験体の構造、樹脂の種類、引張破断伸び、接着強度、圧縮公称歪10%における圧縮公称応力の各条件を示す。
図13及び図14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)とし、縦軸を試験体に入力した衝突荷重(kN)とした荷重―ストローク曲線である。グラフ中に示す吸収エネルギーは、ストロークが0〜80mmにおける衝突エネルギーの吸収量である。
発明例2における吸収エネルギーは10.0kJであり、比較例1(=6.5kJ)に比べて大幅に向上した。
また、発明例2における試験体重量は1.11kgであり、発明例1よりも軽量であった。そして、発明例2における単位重量当たりの吸収エネルギーは9.0kJ/kgであり、比較例1(=6.1kJ/kg)よりも向上した。
発明例3における吸収エネルギーは12.8kJであり、引張強度1180MPa級の鋼板をアウタ部品5に用いた比較例4(=8.5kJ)に比べて大幅に向上した。
また、発明例3における試験体重量は1.12kgであり、発明例1よりも軽量であった。その上、発明例3における単位重量当たりの吸収エネルギーは11.4kJ/kgであり、比較例4(=7.9kJ/kg)よりも向上した。
発明例4における吸収エネルギーは10.5kJであり、比較例1(=6.5kJ)に比べても大幅に向上した。
また、発明例4における試験体重量は1.17kgであり、発明例1よりも軽量となった。そして、発明例4における単位重量当たりの吸収エネルギーは9.0kJ/kgであり、比較例1(=6.1kJ/kg)よりも向上した。
発明例5における吸収エネルギーは13.8kJであリ、比較例1における吸収エネルギー6.5kJに比べて大幅に向上した。また、比較例1よりも引張強度の高い鋼板(1180MPa級)をアウタ部品5に用いた比較例4における吸収エネルギー(=8.5kJ)と比較しても、発明例5においては吸収エネルギーが大幅に向上した。
また、発明例5における単位重量当たりの吸収エネルギーは11.1kJ/kgであり、比較例1(=6.1kJ/kg)よりも大幅に向上した。
発明例6における吸収エネルギーは12.8kJであり、比較例4(=8.5kJ)に比べて大幅に向上した。
また、発明例6における試験体重量は1.11kgであり、発明例1よりも軽量であった。その上、発明例6における単位重量当たりの吸収エネルギーは11.5kJ/kgであり、比較例4(=7.9kJ/kg)よりも向上した。
発明例7における吸収エネルギーは10.4kJであり、比較例1(=6.5kJ)に比べても大幅に向上した。
また、発明例7における試験体重量は1.17kgであり、発明例1よりも軽量となった。そして、発明例7における単位重量当たりの吸収エネルギーは8.9kJ/kgであり、比較例1(=6.1kJ/kg)よりも向上した。
比較例2における吸収エネルギーは7.0kJ、単位重量当たりの吸収エネルギーは6.0kJ/kgであり、吸収エネルギーは比較例1よりも増加したものの、発明例1〜発明例7には及ばなかった。
比較例3における吸収エネルギーは8.1kJ、単位重量当たりの吸収エネルギーは7.6kJ/kgであり、いずれも比較例1よりも増加したものの、発明例1〜発明例7には及ばなかった。
比較例4における吸収エネルギーは8.5kJ、単位重量当たりの吸収エネルギーは7.9kJ/kgであり、双方とも比較例1よりも増加したものの、発明例1〜発明例7には及ばなかった。
比較例5、比較例6及び比較例7における吸収エネルギー及び単位重量当たりの吸収エネルギーは、発明例1〜発明例7のいずれにも及ばなかった。
3 筒状部材
5 アウタ部品
5a 天板部
5b コーナー部
5c 縦壁部
5d フランジ部
5e R止まり
7 インナ部品
7a 天板部
7b コーナー部
7c 縦壁部
9 閉断面空間形成壁部材
9a 縦壁部
9b R止まり
11 樹脂
13 接合部
15 接合部
17 閉断面空間
19 コーナー領域
21 試験片
23 被着体
25 被着体
27 樹脂
31 試験体
33 試験体
Claims (6)
- 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であって、
引張強度が590MPa級以上1180MPa級以下の鋼板から形成されてなり、天板部と、該天板部の両端からコーナー部を介して連続する一対の縦壁部と、を有する筒状部材と、
該筒状部材よりも引張強度の低い鋼板から形成されてなり、前記筒状部材の内面側に配設されて少なくとも前記コーナー部との間に閉断面空間を形成する閉断面空間形成壁部材と、
前記閉断面空間に設けられた樹脂と、を備え、
該樹脂は、ゴム変性エポキシ樹脂と硬化剤とを含んでなり、引張破断伸びが2%以上80%未満、前記筒状部材及び前記閉断面空間形成壁部材との接着強度が12MPa以上、圧縮公称歪10%における圧縮公称応力が6MPa以上、であることを特徴とする自動車用衝突エネルギー吸収部品。 - 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であって、
引張強度が590MPa級以上1180MPa級以下の鋼板から形成されてなり、天板部と、該天板部の両端からコーナー部を介して連続する一対の縦壁部と、を有する筒状部材と、
該筒状部材よりも引張強度の低い鋼板から形成されてなり、前記筒状部材の内面側に配設されて少なくとも前記コーナー部との間に閉断面空間を形成する閉断面空間形成壁部材と、
前記閉断面空間に設けられた樹脂と、を備え、
該樹脂は、ゴム変性エポキシ樹脂を含んでなり、引張破断伸びが2%以上80%未満、前記筒状部材及び前記閉断面空間形成壁部材との接着強度が12MPa以上、圧縮公称歪10%における圧縮公称応力が6MPa以上、であることを特徴とする自動車用衝突エネルギー吸収部品。 - 前記閉断面空間形成壁部材は、前記天板部及び前記コーナー部を跨ぐように配設されて、両端部が前記一対の縦壁部の内面に接合されるとともに中央部が前記天板部の内面に接していることを特徴とする請求項1又は2に記載の自動車用衝突エネルギー吸収部品。
- 前記閉断面空間形成壁部材は、中央部が前記天板部の内面に接合されていることを特徴とする請求項3記載の自動車用衝突エネルギー吸収部品。
- 前記閉断面空間形成壁部材は、前記コーナー部を跨ぐように配設されて、一端側が該コーナー部から連続する前記縦壁部の内面に接合され、他端側が該コーナー部から連続する前記天板部の内面に接合されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の自動車用衝突エネルギー吸収部品。
- 前記樹脂は、前記閉断面空間における少なくともコーナー領域に設けられ、前記閉断面空間における前記樹脂の両側の領域のうち少なくとも一方の領域が空洞であることを特徴とする請求項1乃至5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。
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