JP2022035454A - 衝撃吸収部材 - Google Patents

Abstract

【課題】衝突エネルギーの吸収効率を向上させた衝撃吸収部材を提供する。
【解決手段】 衝撃吸収装置は、所定の方向に延設された筒状の周壁部１１であって、前記所定の方向にそれぞれ延設された複数の帯板状の壁部からなる周壁部１１と、周壁部１１の内部にて前記所定の方向に延設された帯板状のリブ１２であって、その幅方向における少なくとも一方の端部が周壁部１１の内周面に接続されているリブ１２と、を備える。前記複数の壁部のうちの隣り合う壁部同士の接続部、又は前記周壁部の内周面と前記リブとの接続部を含む所定の範囲の板厚に比べて、その他の部分の板厚が大きい。
【選択図】図３

Description

本発明は、衝撃吸収部材に関する。

例えば、下記特許文献１には、角筒状の衝撃吸収部材が開示されている。この衝撃吸収部材の中心軸の延設方向における一端面（後端面）が、例えば、車両の骨格部材（サイドメンバ）に固定される。そして、その他端面（前端面）に、バンパーリインフォースメントが接続される。車両のバンパーに物体が衝突して、衝撃吸収部材に衝撃荷重が作用すると、衝撃吸収装置が、その中心軸方向に圧縮されるように変形していく。すなわち、衝撃吸収部材を構成する各壁部が座屈変形する。これにより、衝撃エネルギーが吸収（変形エネルギーに変換）される。

特開２０１９－２１９０５０号公報

衝撃吸収部材による衝撃エネルギーの吸収量は、衝撃吸収部材に作用する衝撃荷重（言い換えれば、衝撃荷重に対する衝撃吸収部材の反力（以下、単に「荷重」と呼ぶ））及び衝撃吸収部材の変形ストロークの積分値に相当する。よって、衝撃吸収効率を高めるためには、荷重の変化（衝撃吸収部材の反力の変化）をできるだけ抑制することが好ましい。すなわち、衝撃吸収部材の変形開始から変形終了までの過程において、荷重の変動の振幅を小さく、周期を短くすることが好ましい。

ここで、衝撃吸収部材は、その先端側（バンパーリインフォースメント側）の部分から後端側（サイドメンバ側）の部分へ向かって、順に座屈していく。すなわち、衝撃吸収部材は、蛇腹状に変形する。言い換えれば、衝撃吸収部材を構成する各壁部の複数の箇所にて座屈が生じる。その過程において、荷重が変動する。具体的には、バンパーに物体が衝突してから衝撃吸収部材が変形し始めるまでの過程で、荷重が急激に上昇する。そして、衝撃吸収部材の各壁部の前端部である第１部分がそれぞれ座屈し始めると、荷重が一時的に低下する。第１部分が座屈してそれ以上変形しなくなると、再び、荷重が増大する。つぎに、第１部分の後方に位置する第２部分が座屈し始めると、再び、荷重が低下する。このように、荷重（衝撃吸収部材の反力）は、衝撃吸収部材の変形ストロークに応じて周期的に変化する。すなわち、衝撃吸収部材の変形過程において、周期的に荷重が低下する。上記のような荷重の変動が、衝撃エネルギーの吸収効率を低下させる要因の１つとして挙げられる。

本発明は上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、衝撃エネルギーの吸収効率を向上させた衝撃吸収部材を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る衝撃吸収装置は、所定の方向に延設された筒状の周壁部であって、前記所定の方向にそれぞれ延設された複数の帯板状の壁部からなる周壁部と、前記周壁部の内部にて前記所定の方向に延設された帯板状のリブであって、その幅方向における少なくとも一方の端部が前記周壁部の内周面に接続されているリブと、を備える。前記複数の壁部のうちの隣り合う壁部同士の接続部、又は前記周壁部の内周面と前記リブとの接続部を含む所定の範囲の板厚に比べて、その他の部分の板厚が大きい。

本発明の一態様において、前記複数の壁部及び前記リブの板厚がそれらの全体に亘って一定であって、且つ前記リブの板厚が前記複数の壁部の板厚に比べて大きい。

上記のように、本発明に係る衝撃吸収部材において、隣り合う周壁部同士の接続部、又は前記筒状部の内周面と前記リブとの接続部を含む所定の範囲の板厚を、その他の部分の板厚に比べて小さく設定した。従来の衝撃吸収部材では、前記所定の範囲の板厚がその他の部分と同一である、又は前記所定の範囲の板厚が他の部分に比べて大きい。よって、本発明に係る衝撃吸収部材の前記接続部付近が、従来の衝撃吸収部材に比べて座屈し易い。よって、衝撃吸収部材の座屈箇所（周壁部における折れ曲がり箇所）の数が比較的多くなる。言い換えれば、変形ストロークと荷重との関係を表す特性図（図４参照）において、荷重の振幅が小さく、且つ周期が短くなる。また、その他の部分の板厚が比較的大きいので、荷重の最大値を高く保持できる。したがって、本発明によれば、衝撃エネルギーを効率的に吸収できる。

本発明の一実施形態に係る衝撃吸収部材が適用された車両の平面図である。 図１の衝撃吸収部材の斜視図である。 図２のＡ－Ａ断面図である。 実施例１の荷重の変化を示すグラフである。 実施例２の荷重の変化を示すグラフである。 実施例３の荷重の変化を示すグラフである。 実施例４の荷重の変化を示すグラフである。 比較例の荷重の変化を示すグラフである。 実施例１乃至実施例４及び比較例に係る衝撃吸収部材の衝撃吸収効率を比較したグラフである。 実施例１乃至実施例４及び比較例に係る衝撃吸収部材の荷重の振幅を比較したグラフである。 本発明の第１の変形例に係る衝撃吸収部材の衝撃吸収部の断面図である。 本発明の第２の変形例に係る衝撃吸収部材の衝撃吸収部の断面図である。

本発明の一実施形態に係る衝撃吸収部材１（１Ｌ，１Ｒ）について説明する。衝撃吸収部材１は、車両Ｖに適用され、車両Ｖに物体が衝突したとき、その衝撃エネルギーを吸収する。ここで、まず、衝撃吸収部材１が組み付けられた車両Ｖの前部の構成について簡単に説明しておく。この車両Ｖは、図１に示すように、左右一対のサイドメンバＳＬ，ＳＲ、及びバンパーリインフォースメントＢＲを有する。サイドメンバＳＬ，ＳＲは、車両の側部にて車両前後方向にそれぞれ延設されている。サイドメンバＳＬ，ＳＲは、車両前後方向に延設された筒状の本体部と、前記本体部の前端面及び後端面に形成されたフランジ状のブラケットを有する。バンパーリインフォースメントＢＲは、サイドメンバＳＬ，ＳＲの前方にて、車両Ｖの車幅方向における左端から右端に亘って延設されている。バンパーリインフォースメントＢＲは、車幅方向に延びる筒状に形成されている。車両Ｖの平面視において、バンパーリインフォースメントＢＲは、車幅方向における中央部よりも車幅方向における両端側が少し後方に位置するように湾曲している。バンパーリインフォースメントＢＲは、衝撃吸収部材１（１Ｌ，１Ｒ）を介してサイドメンバＳＬ，ＳＲに接続される。つまり、衝撃吸収部材１（１Ｌ，１Ｒ）の後端部がサイドメンバＳＬ，ＳＲのフランジ部に組み付けられ、その衝撃吸収部材１（１Ｌ，１Ｒ）の前端部に、バンパーリインフォースメントＢＲが組み付けられ、る。なお、サイドメンバＳＬに取り付けられる衝撃吸収部材１ＬとサイドメンバＳＲに取り付けられる衝撃吸収部材１Ｒとは、車幅方向に対して垂直な平面（対称面）に関して面対称である。そこで、以下、衝撃吸収部材１Ｌについて説明し、衝撃吸収部材１Ｒの説明を省略する。

次に、衝撃吸収部材１Ｌの構成について説明する。衝撃吸収部材１Ｌは、衝撃吸収部１０とブラケット２０とを備える。衝撃吸収部１０の外郭は、角筒状に形成されている。衝撃吸収部１０の中心軸に対して垂直な断面Ａの外形は長方形を呈する（図３参照）。以下の説明において、衝撃吸収部１０の中心軸の延設方向をＸ方向と呼ぶ。また、断面Ａの長辺の延設方向をＹ方向と呼び、短辺の延設方向をＺ方向と呼ぶ。なお、衝撃吸収部材１は、衝撃吸収部１０のＸ方向が車両前後方向に一致し、Ｙ方向が車幅方向に一致し、Ｚ方向が車両高さ方向に一致するように、サイドメンバＳＬ（ＳＲ）とバンパーリインフォースメントＢＲとの間に配置される。

すなわち、衝撃吸収部１０の外郭は、衝撃吸収部材１が車両に取り付けられた状態において車両前後方向（Ｘ方向）に延びる筒状の周壁部１１を有する。周壁部１１は、Ｘ方向にそれぞれ延びる帯板状の上壁部１１ａ、下壁部１１ｂ、右壁部１１ｃ及び左壁部１１ｄを有する（図２及び図３３参照）。上壁部１１ａ及び下壁部１１ｂの形状は同一であり、両者が車両高さ方向（Ｚ方向）に離間している。上壁部１１ａ及び下壁部１１ｂの板厚方向が、車両高さ方向（Ｚ方向）に対して平行である。右壁部１１ｃ及び左壁部１１ｄの形状は同一であり、両者が車幅方向（Ｙ方向）に離間している。右壁部１１ｃ及び左壁部１１ｄの板厚方向が、車幅方向（Ｙ方向）に対して平行である。右壁部１１ｃの上端が、上壁部１１ａの右端に接続され、右壁部１１ｃの下端が、下壁部１１ｂの右端に接続されている。また、左壁部１１ｄの上端が、上壁部１１ａの左端に接続され、左壁部１１ｄの下端が、下壁部１１ｂの左端に接続されている。

周壁部１１の内部に、車両前後方向（Ｘ方向）にそれぞれ延びる帯板状の複数（例えば３個）のリブ１２が、車幅方向（Ｙ方向）に等間隔に設けられている。各リブ１２の板厚方向が、車幅方向（Ｙ方向）に対して平行である。つまり、リブ１２は、右壁部１１ｃ（左壁部１１ｄ）に対して平行配置されている。リブ１２の上端が上壁部１１ａに接続され、リブ１２の下端が、下壁部１１ｂに接続されている。

上壁部１１ａ、下壁部１１ｂ、右壁部１１ｃ及び左壁部１１ｄの板厚ｔ１は同一であり、各壁部の全面にわたり、板厚ｔ１が一定である。各リブ１２の板厚ｔ２は同一であり、各リブ１２の全面に亘り、板厚ｔ２が一定である。リブ１２の板厚ｔ２は、周壁部１１の板厚ｔ１よりも大きく設定されている。なお、衝撃吸収部１０の後端面１０ａは、車両前後方向（Ｘ方向）に対して垂直な平面状である。衝撃吸収部１０の前端面１０ｂは、その左側端部を除き、車両前後方向（Ｘ方向）に対して垂直な平面状である。衝撃吸収部１０の左端部は、バンパーリインフォースメントＢＲの形状（湾曲形状）に沿うように（干渉しないように）、前端面１０ｂのその他の部分に対して傾斜している（図２参照）。

衝撃吸収部１０は、次のようにして製造される。まず、金属材料（例えばアルミニウム材）を押出加工して、角筒状の中間成形体が形成される。この中間成形体は、衝撃吸収部１０を構成する各壁部（上壁部１１ａ、下壁部１１ｂ、右壁部１１ｃ、左壁部１１ｄ及びリブ１２）に相当する部位を有する。なお、前記金属材料の押出方向が、Ｘ方向に相当する。次に、中間成形体の前端部の左端部が、バンパーリインフォースメントＢＲの形状（湾曲形状）に沿うように（干渉しないように）トリミングされる。このようにして、衝撃吸収部１０が製造される。

ブラケット２０は、衝撃吸収部１０の後端面１０ｂ（サイドメンバＳＬ側）に接合される後側ブラケット２１と、衝撃吸収部１０の前端１０ａ（バンパーリインフォースメントＢＲ側）に接合される前側ブラケット２２から構成されている。後側ブラケット２１は、略平板状部材である。衝撃吸収部材１Ｌの正面視（車両Ｖの前方（又は後方））から見た状態）において、後側ブラケット２１の外縁部は、衝撃吸収部１０の外周面から外方へ張り出している。後側ブラケット２１の外縁部には、その板厚方向へ貫通する複数の貫通孔ＴＨ_２１が設けられている。この貫通孔ＴＨ_２１に締結部材（ボルト）が挿入され、その先端がサイドメンバＳＬに締結される。これにより、衝撃吸収部材１がサイドメンバＳＬに固定される。

前側ブラケット２２は、衝撃吸収部１０の前端面に沿うように形成された（曲げ形成）板状部材である。衝撃吸収部材１Ｌの正面視（車両Ｖの前方（又は後方））から見た状態）において、前側ブラケット２２の外縁部は、衝撃吸収部１０の外周面から外方へ少し張り出している。前側ブラケット２２には、その板厚方向へ貫通する複数の貫通孔ＴＨ_２２が設けられている。この貫通孔ＴＨ_２２に締結部材（ボルト）が挿入され、その先端がバンパーリインフォースメントＢＲに締結される。これにより、バンパーリインフォースメントＢＲが、衝撃吸収部材１に固定される。

上記のように構成された衝撃吸収部材１が適用された車両Ｖの前方から、物体が、衝撃吸収部材１のＸ方向に対して平行に衝突した際の、衝撃吸収部材１の変形ストロークＳ及び荷重Ｆに関するコンピュータシミュレーション結果を図４乃至図７に示す。同コンピュータシミュレーションにおいて、周壁部１１（上壁部１１ａ、下壁部１１ｂ、右壁部１１ｃ及び左壁部１１ｄ）の板厚ｔ１とリブ１２の板厚ｔ２の比率Ｒ（＝ｔ２／ｔ１）を下記のように設定した。上記のように、本実施形態では、板厚ｔ２が板厚ｔ１より大きく設定しているため、比率Ｒは「１」より大きい。また、比較例として、比率Ｒが「１」である場合のシミュレーション結果を図８に示す。なお、各実施例及び比較例の外形は同一であり、相違点は、比率Ｒの設定のみである。また、各実施例及び比較例における板厚ｔ１は共通である。
・実施例１ Ｒ＝１．１３ （図４）
・実施例２ Ｒ＝１．３ （図５）
・実施例３ Ｒ＝１．５ （図６）
・実施例４ Ｒ＝２．０ （図７）
・比較例 Ｒ＝１．０ （図８）

各実施例及び比較例において、衝撃吸収部材１がサイドメンバＳＬに支持された状態でＸ方向に蛇腹状に圧縮されるように変形していく。すなわち、衝撃吸収部１０の周壁部１１を構成する上壁部１１ａ、下壁部１１ｂ、右壁部１１ｃ及び左壁部、並びに各リブ１２が、それらの前端側の部分から後端側の部分へ向かって順に座屈していく。

ここで、一般に、単なる帯板状の構造材の座屈強度に比べ、長手方向に延びる稜線部、又は交差部（長手方向に垂直な断面においてＴ字形、十字形、Ｈ字形などを呈する部位）を有する構造材の座屈強度が大きい。

実施例１乃至実施例４及び比較例において、上壁部１１ａと右壁部１１ｃとの接続部、上壁部１１ａと左壁部１１ｄとの接続部、下壁部１１ｂと右壁部１１ｃとの接続部、及び下壁部１１ｂと左壁部１１ｄとの接続部は、Ｘ方向に延びる稜線部（角部）を構成している。また、各リブ１２と上壁部１１ａとの接続部、及び各リブ１２と上壁部１１ａとの接続部は、その断面Ａ（図３参照）においてＴ字形を呈する交差部を構成している。

比較例では、周壁部１１の板厚ｔ１とリブ１２の板厚ｔ２とを同一に設定しているのに対し、実施例１乃至実施例４では、板厚ｔ２を板厚ｔ１より大きく設定している。このように、比較例の稜線部及び交差部に比べて、実施例１乃至実施例４の稜線部及び交差部の座屈強度を少し小さく設定した。なお、板厚ｔ１に加えて板厚ｔ２を小さくしてしまうと、荷重Ｆの最大値が低下してしまい、全体としての衝撃吸収量が低下してしまうので、リブ１２の板厚ｔ２の板厚を周壁部ｔ１の板厚ｔ１より大きく設定して、荷重Ｆの最大値の低下を抑制した。これにより、実施例１乃至実施例４の座屈箇所の数を、比較例に比べて多くして（分散させて）、実施例１乃至実施例４（図４乃至図７参照）の荷重Ｆの振幅を、比較例（図８参照）よりも小さくするとともに、実施例１乃至実施例４の荷重Ｆの変動周期を、比較例より短く設定し、且つ荷重Ｆの最大値を高く保持できた。このように、実施例１乃至実施例４によれば、比較例に比べて、衝撃エネルギーを効率的に吸収できる。なお、図９及び図１０に示すように、実施例１乃至実施例４のうち、比率Ｒを「１．１３」に設定した実施例１の荷重Ｆの振幅（最大荷重と最小荷重の差）が最も小さく、衝撃吸収効率が高くなった。実施例１より比率Ｒが大きい実施例２乃至実施例４では、リブ１２の座屈強度が大きくなりすぎるため、上記のような結果になると考えられる。なお、図９において、変形の全過程において荷重Ｆが一定（最大荷重）であると仮定した場合の衝撃吸収量（１００％）に対する、実施例１乃至実施例４及び比較例の衝撃吸収量の比率を示した。

さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

本実施形態は、衝撃吸収部材１（１Ｌ，１Ｒ）を、車両の前部に設けられて、車両の前方から作用する衝撃エネルギーを吸収する部材として利用した例であるが、本発明は、他の方向から（後方、側方）などから作用する衝撃吸収エネルギーを吸収する部材としても利用可能である。その場合、衝撃吸収部１０のＸ方向が、衝撃荷重の方向（衝突物体の移動方向）に一致するように、衝撃吸収部材１を配置すればよい。

また、上記実施形態では、周壁部１１を構成する上壁部１１ａ、下壁部１１ｂ、右壁部１１ｃ及び左壁部１１ｄの板厚ｔ１をそれらの全面に亘って一定とし、且つリブ１２の板厚ｔ２をそれらの全面に亘って一定とし、そのうえで、板厚ｔ２を板厚ｔ１より大きく設定した。しかし、これに代えて、図１１及び図１２に示すように、稜線部及び／又は交差部の近傍の所定の範囲の板厚ｔ３に比べて、その他の部分の板厚ｔ０を大きく設定することによっても、上記実施形態（実施例１乃至実施例４）と同様の効果が得られる。

また、上記実施形態では、衝撃吸収部１０の断面形状が長方形を呈するが（図３参照）、断面形状は、上記実施形態に限られない。例えば、衝撃吸収部１０の断面形状が、正方形又は多角形を呈してもよい。また、上記実施形態では、衝撃吸収部１０の周壁部１１の内部に３つのリブ１２が設けられているが、リブ１２の数を変更してもよい。また、上記実施形態では、複数のリブ１２が平行配置されているが、リブ１２同士が交差していてもよい。例えば、２つのリブ１２が互いに垂直に交差していてもよい。

１（１Ｌ，１Ｒ）…衝撃吸収部材、１１…周壁部、１１ａ…上壁部、１１ｂ…下壁部、１１ｃ…右壁部、１１ｄ…左壁部、１２…リブ、２０…ブラケット、ＢＲ…バンパーリインフォースメント、Ｆ…荷重、Ｒ…比率、Ｓ…変形ストローク、ＳＬ，ＳＲ…サイドメンバ、Ｖ…車両、ｔ０～ｔ３…板厚

Claims (2)

1. 所定の方向に延設された筒状の周壁部であって、前記所定の方向にそれぞれ延設された複数の帯板状の壁部からなる周壁部と、
   前記周壁部の内部にて前記所定の方向に延設された帯板状のリブであって、その幅方向における少なくとも一方の端部が前記周壁部の内周面に接続されているリブと、
   を備え、
   前記複数の壁部のうちの隣り合う壁部同士の接続部、又は前記周壁部の内周面と前記リブとの接続部を含む所定の範囲の板厚に比べて、その他の部分の板厚が大きい、衝撃吸収部材。
2. 請求項１に記載の衝撃吸収部材において、
   前記複数の壁部及び前記リブの板厚がそれらの全体に亘って一定であって、且つ前記リブの板厚が前記複数の壁部の板厚に比べて大きい、衝撃吸収部材。

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