JP3912422B2 - クラッシュボックス - Google Patents

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、クラッシュボックスに関する。具体的には、本発明は、例えば自動車等の車両の衝突時に発生する衝撃エネルギを吸収することができるクラッシュボックスに関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、現在の多くの自動車の車体は、軽量化と高剛性とを両立するために、フレームと一体化したボディ全体により荷重を支えるモノコックボディによって構成される。自動車の車体は、車両の衝突時には、車両の機能の損傷を抑制し、かつキャビン内の乗員の生命を守る機能を有さなければならない。車両の衝突時の衝突エネルギを吸収してキャビンへの衝撃力を緩和することによってキャビンの損傷をできるだけ低減するためには、例えばエンジンルームやトランクルームといったキャビン以外のスペースを優先的に潰すことが有効である。
【０００３】
このような安全上の要請から、車体の前部、後部あるいは側部等の適宜箇所には、衝突時の衝撃荷重が負荷されると圧壊することによって衝突エネルギを積極的に吸収するための衝撃吸収部材が設けられている。これまでにも、このような衝撃吸収部材として、フロントサイドメンバ、サイドシルさらにはリアサイドメンバ等が知られている。
【０００４】
近年には、クラッシュボックスといわれる衝撃吸収部材をフロントサイドメンバの先端に例えば締結や溶接等の適宜手段によって装着することによって、車体の安全性の向上と、軽衝突による車体の損傷を略解消することによる修理費の低減とをともに図ることが、行われるようになってきた。クラッシュボックスとは、軸方向（本明細書ではクラッシュボックスの長手方向を意味する）へ負荷される衝撃荷重によって軸方向へ蛇腹状（アコーデオン状）に優先的に座屈することにより衝突エネルギを吸収する部材である。
【０００５】
このクラッシュボックスの衝撃吸収性能を向上させるための材質や形状がこれまでにも種々開発されている。クラッシュボックスに要求される衝撃吸収性能とは、具体的には、衝撃荷重が軸方向へ負荷されると軸方向へ繰り返し安定して座屈することにより蛇腹状に変形すること、クラッシュボックスの圧壊時の平均荷重が高いこと、さらには、クラッシュボックスの圧壊の際に発生する最大反力がこのクラッシュボックスの近傍に配置された他の部材を破壊しない範囲にあることである。
【０００６】
これまでに一般的に用いられてきた衝撃吸収部材は、例えば特許文献１に開示されるような、ハット形の横断面形状の部材に設けられたフランジを介して裏板を溶接して箱状部材としたものである。なお、本明細書において「フランジ」とは、横断面における輪郭から外部へ向けて突出して設けられた縁部を意味する。
【０００７】
これに対し、特許文献２には、一端から他端へ向けての横断面形状が四角形以上の多角形からこの多角形よりも辺の数が多い他の多角形へと連続的に変化する閉断面構造を有することによって、衝突の初期の荷重を低減しながら衝撃吸収量を向上させた衝撃吸収部材に係る発明が開示されている。
【０００８】
特許文献３には、内部に隔壁を有する多角形の閉断面形状を有する衝撃吸収部材に係る発明が開示されている。
【０００９】
特許文献４には、四角形の横断面を有する素材の４つの頂点を含む領域に、内部へ向けた略直角三角形状の溝部を形成することによって強度を確保した衝撃吸収部材に係る発明が開示されている。
【００１０】
さらに、特許文献５には、フランジを有するハット形の断面形状のフロントサイドフレームの側面に軸方向へ延在するビードを形成することにより、衝撃荷重が負荷された際のフロントサイドフレームの折れ曲がりを抑制する発明が開示されている。
【特許文献１】
特開平８−１２８４８７号公報
【特許文献２】
特開平９−２７７９５３号公報
【特許文献３】
特開２００３−４８５６９号公報
【特許文献４】
特開２００２−２８４０３３号公報
【特許文献５】
特開平８−１０８８６３号公報
【００１１】
しかし、これらの従来のいずれの発明によっても、隔壁の追加や板厚の増加による重量の増加を招くことなく、安定して軸方向へ座屈することにより所定の衝撃吸収量を確保することができるクラッシュボックスを提供することはできない。
【００１２】
すなわち、自動車の車体に用いられるクラッシュボックスの横断面形状は、殆どの場合、扁平である。このため、特許文献２により開示されたような単純な正多角形等の多角形の横断面形状を有するクラッシュボックスを用いることは難しい。また、特許文献２により開示された発明では、衝撃吸収部材の横断面形状が略全長に渡って徐々に変化する。このため、軸方向の位置によっては、衝撃吸収部材の横断面形状が不可避的に安定した座屈には適さない形状になるおそれがある。したがって、この衝撃吸収部材は、衝撃荷重が軸方向へ負荷されると、軸方向へ繰り返し安定して座屈することができず、蛇腹状に変形しないおそれがある。
【００１３】
特許文献３により開示された発明では、隔壁を設けられた部分の強度が過剰に上昇するおそれがある。このため、この発明では、座屈が不安定となってかえって衝撃吸収量が不足するおそれがあるとともに、圧壊の特に初期に衝撃吸収部材に生じる最大反力が他の部材の強度を超え、衝撃吸収部材が圧壊される前に他の部材が先に圧壊されるおそれもある。さらに、この発明では、内部に隔壁を設ける分だけ衝撃吸収部材の重量が不可避的に増加する。このため、この発明は近年特に強く要請されている車体の軽量化に逆行する。
【００１４】
特許文献４により開示された発明では、もともと強度が高いコーナ部にさらに加工を行って切欠き部を設けるため、この切欠き部の強度が過剰に上昇し、安定して座屈することができないおそれがある。したがって、この発明では、特許文献３により開示された発明と同様に、衝撃吸収量が不足するおそれがあるとともに、この衝撃吸収部材が圧壊される前に他の部材が先に圧壊してしまうおそれがある。
【００１５】
さらに、特許文献５により開示された発明では、衝撃吸収部材がフランジを有するハット形の横断面形状を有する。このため、この発明によれば、負荷された衝撃荷重による折れ曲がりを抑制することは確かに可能になると考えられる。しかし、この発明によっては、衝撃荷重を負荷されても、軸方向へ蛇腹状に安定して圧壊することはできない。
【００１６】
本発明の目的は、隔壁の追加や板厚の増加による重量の増加や、軸方向での屈曲を招くことなく、衝撃荷重を負荷されると、軸方向へ安定して蛇腹状に座屈することによって所定の衝撃吸収量を確保できるクラッシュボックスを提供することである。
【００１７】
本発明者らは、上述した従来の技術が有する課題に鑑みて種々検討を重ねた結果、以下に列記する新規かつ重要な知見（Ｉ）及び（ＩＩ）を得て、本発明を完成した。
【００１８】
（Ｉ）クラッシュボックスの横断面形状を、（ａ）略多角形からなる閉断面をなし、（ｂ）外向きフランジを有さず、（ｃ）略多角形を構成する複数の頂点のうちの一部を直線で連結して得られる多角形のうちで最大の面積を有する多角形として規定される基本断面の少なくとも一の辺の一部の領域でかつこの辺の端点を除く位置に、この基本断面の内側へ凸となる溝部を有し、さらに、（ｄ）溝部を有する辺の一部の領域を除いた辺の残余の領域が、直線に形成されるという４要素（ａ）〜（ｄ）を全て備える形状とすることにより、実際のクラッシュボックスでは多用される扁平な横断面形状の場合であっても、隔壁の追加や板厚の増加による重量の増加や軸方向での屈曲変形を招くことなく、軸方向へ安定して蛇腹状に座屈することにより所定の衝撃吸収性能を確保できること。及び
【００１９】
（ＩＩ）ＦＥＭ解析を鋭意行って検討した結果、この溝部の形状には座屈の安定化を図るために選択すべき好適な条件が存在し、この条件を逸脱してしまうと座屈の挙動が不安定となって、衝撃吸収性能が低下するおそれがあること。
【００２０】
本発明は、軸方向の一方の端部からこの軸方向へ向けて負荷される衝撃荷重により蛇腹状に座屈できることにより衝突エネルギを吸収するための筒体からなるクラッシュボックスであって、軸方向の少なくとも一部の横断面形状が、略多角形からなる閉断面であり、この閉断面の外側にフランジを具備しないとともに、略多角形を構成する複数の頂点のうちの一部を直線で連結して得られる多角形のうちで最大の面積を有する多角形として規定される基本断面の少なくとも一の辺の一部の領域でかつこの辺の端点を除く位置に基本断面の内側へ凸となる、筒体の軸方向に延びる溝部を有する形状であり、さらに、溝部を有する辺の一部の領域を除いた辺の残余の領域が、直線に形成されることを特徴とするクラッシュボックスである。
【００２１】
この本発明に係るクラッシュボックスでは、クラッシュボックスの軸方向の全長をＴとした場合、（ｉ）溝部を、一方の端部から軸方向へ距離（Ｔ×０．３）離れた位置から他方の端部までの範囲に設けること、（ｉｉ）溝部を、一方の端部から軸方向へ距離（Ｔ×０．３）離れた位置から他方の端部までの範囲の全てに設けること、又は（ｉｉｉ）クラッシュボックスの横断面積が、一方の端部から軸方向へ距離（Ｔ×０．３）離れた位置までの範囲の少なくとも一部において、他の部位よりも小さいことが、それぞれ望ましい。
【００２２】
これらの本発明に係るクラッシュボックスでは、蛇腹状の座屈が、溝部と残余の領域とが交互に反対方向へ変形することにより、発生することが、例示される。
【００２３】
これらの本発明に係るクラッシュボックスでは、溝部を有する幅ａの辺と溝部の輪郭線との交点の内角αが、辺の端点の内角β以上であることが望ましい。
【００２４】
これらの本発明に係るクラッシュボックスでは、溝部の断面形状が、台形状、曲線を有する形状、三角形状若しくは四角形状又はこれらの形状を二つ以上組み合わせた形状であることが望ましい。
【００２５】
さらに、これらの本発明に係るクラッシュボックスは、自動車に装着されるバンパーに負荷される衝撃エネルギーを吸収するためのクラッシュボックスである。
【００２６】
本発明により、隔壁の追加や板厚の増加による重量の増加や軸方向での屈曲を招くことなく、軸方向へ安定して蛇腹状に座屈することによって所定の衝撃吸収量を確保することができるクラッシュボックスを提供することができる。
【００２７】
（実施の形態１）
次に、本発明に係るクラッシュボックスを実施するための最良の形態を、添付図面を参照しながら詳述する。なお、この実施の形態１の説明では、溝部が、横断面において、閉断面をなす略多角形を構成する複数の頂点のうちの一部を直線で連結して得られる多角形のうちで最大の面積を有する多角形として規定される基本断面の少なくとも一の辺の一部の領域であってこの辺の端点を除く位置に、最大の輪郭の内側へ凸となる溝部を有する形状に設けられ、かつ、一の辺からこの領域を除いた残余の領域が直線に形成される場合を例にとる。
【００２８】
本実施の形態のクラッシュボックスは、軸方向へ負荷される衝撃荷重を受けて蛇腹状に座屈することにより衝突エネルギを吸収するクラッシュボックスである。そして、軸方向の少なくとも一部の横断面形状が、略多角形を構成する複数の頂点を有する閉断面であり、かつ、閉断面の外側へ向けたフランジを具備しない形状である。さらに、軸方向の少なくとも一部の横断面形状が、略多角形を構成する複数の頂点のうちの一部を直線で連結して得られる多角形のうちで最大の面積を有する多角形として規定される基本断面の少なくとも一の辺の一部の領域でかつこの辺の端点を除く位置に輪郭の内側へ凸となる溝部を有する形状である。
【００２９】
つまり、本実施の形態では、クラッシュボックスの横断面形状を、（ｉ）略多角形からなる閉断面とすること、（ｉｉ）閉断面の外側へ向けたフランジを具備しないこと、及び（ｉｉｉ）略多角形を構成する複数の頂点のうちの一部を直線で連結して得られる多角形のうちで最大の面積を有する多角形として規定される基本断面の少なくとも一の辺の一部の領域でかつこの辺の端点を除く位置に輪郭の内側へ凸となる溝部を有する形状であること、（ｉｖ）溝部を有する辺の一部の領域を除いた辺の残余の領域が直線に形成されることという４要素（ｉ）〜（ｉｖ）を全て備える形状とする。
【００３０】
これにより、クラッシュボックスが扁平な横断面形状を有する場合であっても、隔壁の追加や板厚の増加による重量の増加や軸方向での屈曲を招くことなく、衝撃荷重を負荷されると、軸方向へ蛇腹状に安定して座屈することにより所定の衝撃吸収性能を確保する。そこで、本実施の形態のクラッシュボックスの原理を説明する。
【００３１】
説明を行うための対象材料として、５９０ＭＰａ級の１．６ｍｍ厚の鋼板からなり、長さが２００ｍｍであるクラッシュボックスを用いた。このクラッシュボックスの横断面形状は、（ａ）長辺の長さが８０ｍｍ、短辺の長さが６０ｍｍの四角形又は一辺の長さが３５ｍｍの正八角形をなし、（ｂ）外向きのフランジを有さないとともに（ｃ）台形形状の溝部を有する多角形形状とし、そのうちの対向する２辺の長さを延ばすことによって八角形の扁平度を様々に変更した。これらのクラッシュボックスについてＦＥＭ数値解析を行うことにより、座屈安定性に対する溝部の形状の効果を調査した。その結果、以下に列記する本実施の形態のクラッシュボックスの原理［原理１］〜［原理３］を得た。
【００３２】
［原理１］例えばプレス成形等によって成形された２つ以上の部材を、例えばスポット溶接等により接合する際の接合代となるフランジを具備するクラッシュボックスと、このフランジを具備しないクラッシュボックスとのそれぞれに衝撃荷重を負荷したときの圧壊の挙動を、ＦＥＭ数値解析によって分析した。
【００３３】
図１は、ＦＥＭ数値解析による四角形の横断面を有するクラッシュボックスの圧壊の様子を示す説明図であり、図１（ａ）はフランジを具備する場合を示し、図１（ｂ）はフランジを具備しない場合を示す。
【００３４】
図１（ａ）に示すように、クラッシュボックスがフランジを具備すると、衝撃荷重を負荷されたクラッシュボックスに生じる座屈が極めて不安定になり、クラッシュボックスは圧壊の途中で、長手方向で折れ曲がる。これに対し、図１（ｂ）に示すように、クラッシュボックスがフランジを具備しないと、クラッシュボックスは長手方向で折れ曲がることなく安定して蛇腹状に座屈する。
【００３５】
［原理２］正八角形の横断面形状を有するクラッシュボックスを用い、正八角形から対向する２辺の長さを徐々に大きくした扁平な形状の八角形の圧壊の様子を図２に示す。扁平度を増していくと、圧壊時の座屈が安定しなくなって複雑な形状となり、次第に圧壊時の座屈が不安定になる。
【００３６】
［原理３］この際に、座屈が不安定となる扁平な八角形の長辺部に溝部を設けることにより、座屈を安定にすることができる。
【００３７】
図３は、扁平な八角形の横断面を有するクラッシュボックス１０の長辺部１２の一部に、台形状に溝部１４を設けた状況を示す説明図である。このクラッシュボックス１０では、溝部１４は、幅Ｗ及び深さｄの寸法で対称な位置に二つ設けられている。
【００３８】
クラッシュボックス１０の横断面形状を図３に示す形状とすること、具体的には（ｉ）略多角形を構成する複数の頂点Ａ〜Ｐを有する閉断面とすること、（ｉｉ）この閉断面の外側へ向けたフランジを具備しないこと、（ｉｉｉ）複数の頂点Ａ〜Ｐのうちの一部を直線で連結して得られる多角形のうちで最大の面積を有する多角形として規定される基本断面（図３における図形Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｉ−Ｊ−Ｋ−Ｌ−Ａ）の内側へ凸となる溝部１４を、この基本断面を構成する辺１２（Ａ−Ｌ）及び辺１２（Ｄ−Ｉ）のそれぞれの一部の領域で頂点Ａ、Ｄ、Ｉ、Ｌをいずれも含まない位置に一つ有する形状であること、及び（ｉｖ）溝部１４を有する辺１２（Ａ−Ｌ）及び辺１２（Ｄ−Ｉ）の一部の領域を除いた辺の残余の領域が直線に形成されること、という４要素（ｉ）〜（ｉｖ）を全て備える形状とすることにより、衝撃吸収性能を発揮でき、安定して座屈が起こり、クラッシュボックス１０は蛇腹状に座屈する。すなわち、このクラッシュボックス１０は、衝撃荷重を受けて座屈することにより、溝部１４とこの溝部１４によって分割されて残った直線部分とが交互に変形することにより、蛇腹状に座屈する。
【００３９】
本実施の形態のクラッシュボックス１０がこのような優れた作用効果を奏する機構は、前述のＦＥＭ数値解析の結果等を勘案して総合的に判断すると、以下のように考えられる。
【００４０】
辺１２に設ける溝部１４は、上述した基本断面（図３における図形Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｉ−Ｊ−Ｋ−Ｌ−Ａ）の内側へ凸となる。このため、衝撃荷重が負荷された際に溝部１４、１４の変位は、図形Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｉ−Ｊ−Ｋ−Ｌ−Ａの内側を指向する方向となる。
【００４１】
これに対し、基本断面（図形Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｉ−Ｊ−Ｋ−Ｌ−Ａ）を構成する頂点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｉ、Ｊ、Ｋ及びＬの変位は、図形Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｉ−Ｊ−Ｋ−Ｌ−Ａの外側を指向する方向となる。
このため、溝部１４、１４の変位方向と、頂点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｉ、Ｊ、Ｋ及びＬの変位方向とは、互いに反対向きとなり、それぞれの変位が互いに打ち消され合う。
【００４２】
このため、クラッシュボックス１０が座屈の途中で一方向へ折れ曲がるといった大きな崩れを生じ難い。さらに、溝部１４で座屈が発生する時期と、各頂点Ａ〜Ｐで座屈が発生する時期とが異なる。このため、座屈の挙動が安定する。
【００４３】
そして、この溝部１４が形成される範囲についての好適条件をＦＥＭ解析により調査した。この調査では、正四角形、正六角形、正八角形、正十角形の圧壊時のＦＥＭ解析を行って、各多角形を構成する辺の長さの好適な範囲を検討した。
【００４４】
ＦＥＭ解析の結果を図４にグラフで示す。図４のグラフにおける横軸はｌ（辺の長さ）／ｔ（板厚）を示し、縦軸Ｓは７０％圧壊での単位断面周長当りの平均荷重（ｋＮ／ｍｍ）を示す。
【００４５】
図４にグラフで示すように、一つの辺の長さｌが板厚ｔに対して、４＜（ｌ／t）＜６５の範囲を満足すれば、多角形の角数には関係なく安定した変形が得られ、衝撃吸収性能が安定して確保される。すなわち、図４に示すグラフにおいて、（ｌ／t）が４を僅かに下回る３．６であると、クラッシュボックス１０が蛇腹状に座屈せずに折れ曲がりを生じ、吸収エネルギを確保できなくなることがある。一方、（ｌ／t）が４を僅かに上回る４．７であると、クラッシュボックス１０は折れ曲がりを生じることなく蛇腹状の望ましい座屈が得られ、吸収エネルギを十分に確保できる。
【００４６】
一方、同図に示すグラフにおいて、（ｌ／t）が６５を僅かに下回る６４であると、蛇腹状の座屈が得られ吸収エネルギを十分に確保できる。一方、（ｌ／t）が６５以上であるとクラッシュボックス１０の全体の曲がりを生じるために吸収エネルギ量は低下する。
【００４７】
以上の結果から、溝部１４が、この溝部１４を有する辺の幅をａとし、一つの溝部１４の開口幅をＷｉとし、クラッシュボックス１０の板厚をｔとし、上記辺に設けられた溝部１４の個数をｎとし、距離ａの辺がｎ個の溝部１４によって分割されて残った（ｎ＋１）個の残余の領域の一つの領域の幅をＸｊとした場合に、下記（１）式及び（２）式を満足するように、設けられることが望ましい。
【００４８】
４ｔ＜Ｗｉ＜６５ｔ ｉ＝１〜ｎの間の自然数 ・・・・・（１）
４ｔ＜Ｘｊ＜６５ｔ ｊ＝１〜（ｎ＋１）の間の自然数・・・・（２）
【００４９】
ただし、ΣＷｉ＋ΣＸｊ＝ａであり、かつΣＷｉは、幅ａの辺に形成された溝部の開口幅Ｗｉの総和であり、溝部の開口幅は、幅ａの辺と溝部の輪郭線との２つの交点の間の距離であり、ΣＸｊは前記幅Ｘｊの総和である。
【００５０】
より好ましくは、図４のグラフにおいて、顕著に平均荷重が増加する範囲として、
４ｔ＜Ｗｉ＜３５ｔ ｉ＝１〜ｎの間の自然数 ・・・・・（１ａ）
４ｔ＜Ｘｊ＜３５ｔ ｊ＝１〜（ｎ＋１）の間の自然数・・・・（２ａ）
である。
【００５１】
なお、溝部１４の深さｄは、この溝部１４の開口幅Ｗｉの０．３未満と小さ過ぎる場合には、溝部１４の強度が溝部１４を構成しない他の頂点の強度に対して弱くなり、座屈が不安定となり易い。このため、溝部１４の深さｄは、溝部１４の開口幅Ｗｉの０．３倍以上であることが望ましい。
【００５２】
すなわち、一つの溝部１４の開口幅Ｗｉは、クラッシュボックス１０の板厚をｔとしたとき、４ｔ＜Ｗｉ＜６５ｔを満足する。Ｗｉが４ｔ以下である場合には、溝部１４の座屈に対する強度が、多角形をなす他の頂点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌよりも過剰に高くなり、圧壊中に曲がり等の座屈不安定を生じるおそれがある。一方、Ｗｉが６５ｔ以上である場合は、逆に溝部１４を設けることの効果が弱まるおそれがある。このような関係はｎ個数のいずれについても満足される。
【００５３】
また、本実施の形態における溝部１４は、多角形のいずれの辺に存在しても良いし、溝部１４の個数は一の辺に２以上であってもよい。ただし、溝部１４を、基本断面の頂点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｉ、Ｊ、Ｋ及びＬのいずれかを含む位置に設けると、特許文献４に記載された発明と同様に、その頂点の強度が過剰に上昇する。このために座屈が不安定となって、かえって衝撃吸収量が不足するおそれがあるとともに、圧壊の特に初期にクラッシュボックス１０に生じる最大反力が他の部材の強度を超え、他の部材が損傷するおそれもある。
【００５４】
次に、溝部１４が形成された一部の領域を除いた残余の領域について説明する。
図３において、辺１２にｎ個の溝部１４を設けた場合、この辺は溝部１４によって（ｎ＋１）個の新たな直線部分に分割されることになる。このとき、（ｎ＋１）個の分割された各直線部分の幅をＸｊとすると、（２）式を満足する。
【００５５】
４ｔ＜Ｘｊ＜６５ｔ ｊ＝１〜（ｎ＋１）の間の自然数・・・・・（２）
この幅Ｘｊが、４ｔ以下又は６５ｔ以上である場合には、十分な吸収エネルギが得られない。
【００５６】
これらの関係を図５に具体的に示す。図５には幅ａを有する辺１２上に、溝部１４を３つ設けた場合を示す。各溝部１４の開口幅Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３が、いずれも、板厚ｔの４倍より大きいとともに板厚ｔの６５倍よりも小さい。同時に、幅ａの辺１２が分割されて残存する４つの直線部分の幅Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４のいずれもが板厚ｔの４倍より大きいとともに板厚ｔの６５倍よりも小さい。
【００５７】
以上の説明では、溝部１４の横断面形状が台形である形態を例にとった。しかし、本発明はこの形態に限定されるものではない。この形態以外に、溝部の横断面形状は、曲線を有する形状、三角形状若しくは四角形状又はこれらの形状を二以上組み合わせた形状であってもよい。
【００５８】
また、この溝部１４の底部の形状は平坦面でなくともよい。溝部１４の断面形状の幾つかの例を図６（ａ）〜図６（ｄ）にまとめて示す。図６（ａ）は円弧を有する形状に形成された場合を示し、図６（ｂ）は四角形状に形成された場合を示し、図６（ｃ）は三角形状に形成された場合を示し、さらに、図６（ｄ）は三角形の一部と円弧を有する形状とを組み合わせた形状に形成された場合を示す。
【００５９】
図７は、図３と同様の図面であって、同一符号は同一部材を示す。
本実施の形態では、図７に示すように、溝部１４の輪郭線と辺との交点Ｍの内角αが、辺の端点Ｌの内角β以上であること、すなわち図７においてα≧βであることが好ましい。αがβ未満では、溝部１４の強度が基本断面の頂点Ａ、Ｄ、Ｉ、Ｌの強度を上回り、座屈が不安定になり易い。
【００６０】
本実施の形態のクラッシュボックス１０は、十分な吸収エネルギを確保できるが、圧壊開始時の初期荷重が高くなり問題となることがある。このため、他の部材との関係によっては、高い初期最大荷重により他の部材を損傷するおそれがある。そこで、本実施の形態では、初期最大荷重を低減するために、クラッシュボックス１０の軸方向の全長をＴとした場合に、クラッシュボックスの横断面積が距離（Ｔ×０．３）離れた位置までの範囲において他の部位よりも小さいように設ける。例えば、一方の端部から軸方向へ距離（Ｔ×０．３）離れた位置までの範囲の少なくとも一部の領域において、距離（Ｔ×０．３）離れた位置から一方の端部１５へ向かうにつれて横断面積が徐々に減少するように、設ける。
【００６１】
次に、横断面積を減少させる軸方向の長さと、初期最大荷重の低減効果との関係を説明する。
【００６２】
図８は、本実施の形態のクラッシュボックス１０を示す説明図である。同図に示すように、扁平度２．０で全長がＴである八角形断面の筒体に、開口幅Ｗが３７．５ｔである溝部１４を設けて、クラッシュボックスとした。図８に示すクラッシュボックス１０では、衝撃荷重が負荷される一方の端部１５における横断面積を、他方の端部１６における横断面積の６０％とした。そして、一方の端部１５から（Ｔ×０．３）以下の長さの範囲でこの横断面積を徐々に増加させ、この範囲を脱する位置の横断面積を、他方の端部１６における横断面積と同じとした。そして、軸方向へ部材長の７０％を圧壊する条件で解析を行って、初期最大荷重の大小を検討した。
【００６３】
検討結果を図９にグラフで示す。図９のグラフにおける横軸Ｕは、断面積を減じる部位の長さ／部材長Ｔを示す。また、左側の縦軸Ｖは、初期最大荷重比(断面積を減じない場合を１とする)を示し、右側の縦軸Ｚは、７０％圧壊時の吸収エネルギ比（断面積を減じない場合を１とする）を示す。また、図９のグラフでは、黒四角印は初期最大荷重比を示し、黒丸印は吸収エネルギ比を示す。
【００６４】
図９にグラフで示すように、一方の端部１５の断面積を減少させない場合に比較すると、一方の端部１５から軸方向へ距離（Ｔ×０．３）離れた位置までの範囲の少なくとも一部において、所定の位置から一方の端部に向かうにつれて横断面積を徐々に減少させることにより、初期最大荷重の低減効果が得られ、かつ、衝撃エネルギ吸収量の大幅な低下を抑制できる。
【００６５】
また、図８に示す実施の形態とは異なり、図１０に示すように、この範囲では、一方の端部１５から軸方向へ距離（Ｔ×０．３）離れた位置から他方の端部までの範囲にのみ溝部１４を設けるようにしてもよい。
【００６６】
このように、本実施の形態では、初期最大荷重を低減するとともに衝撃エネルギ吸収量の大幅な低下を抑制するために、一方の端部１５から軸方向へ距離（Ｔ×０．３)離れた位置までの範囲の全部又はこの範囲の一部において、（１）図１０に示すように、安定座屈のための溝部１４を設けないことによって、この範囲の部材をあえて不安定座屈として初期最大荷重を低減すること、または（２）図８に示すように、一方の端部１５の横断面積を他方の端部１６における横断面積の６０％とし、一方の端部１５から（Ｔ×０．３）以下の長さの範囲でこの横断面積を徐々に増加させ、この範囲を脱する位置の横断面積を、他方の端部１６における横断面積と同じとすること、のいずれかによって、初期最大荷重の低減効果が得られるとともに、衝撃エネルギ吸収量の大幅な低下を抑制できる。
【００６７】
なお、図８では、距離（Ｔ×０．３）を超える範囲の横断面積は、他方の端部の横断面積と同じとしたが、必ずしも一定の断面積でなくてもよい。
【００６８】
これら（１）又は（２）の手段を部材長Ｔの３０％を超える範囲にまで施してしまうと、初期座屈以後の座屈にまで影響し、安定座屈が得られなくなる。換言すれば、本発明で規定する溝部１４は、クラッシュボックス１０に衝撃荷重が作用する一方の端部１５の反対の他方の端部１６から軸方向の７０％以上の領域にわたって設けられることが望ましい。
【００６９】
なお、図８、１０に示す実施の形態では、他方の端部１６から軸方向へ７０％以上の領域の全域において溝部１４を連続して設けたが、溝部１４はこの領域の全域に連続して設ける必要はなく、この領域内に断続的に設けるようにしてもよい。
【００７０】
なお、図８に示す（２）の手段は、図８からも分かるように、クラッシュボックスの軸方向の全長をＴとした場合にこのクラッシュボックスの横断面積が距離（Ｔ×０．３）離れた位置までの範囲の少なくとも一部において他の部位よりも小さい限り、横断面積を急激に又は徐々に減じるように構成してもよい。また、これら（１）又は（２）の手段の他に、距離（Ｔ×０．３）離れた位置までの範囲の少なくとも一部に、連続的又は断続的につぶれの起点となるビードを形成してもよい。
【００７１】
本実施の形態のクラッシュボックス１０は、周知慣用の適宜手段により製造すればよく、特定の製造法には限定されない。例えば、中空材に押出、ハイドロフォーム(液封成形)若しくはロールフォーミング等の加工をいずれか一つあるいは複数行うことや、所定厚さの鋼板にプレス曲げ、絞り、巻き若しくはロールフォーミング等の加工をいずれか一つあるいは複数行うことにより、多角形の横断面形状を有する筒体としてから適宜箇所を接合することにより閉断面形状としてもよい。この際の接合方法としては、例えばスポット、カシメ若しくはスポット摩擦攪拌接合等の断続接合や、アーク（プラズマ）、レーザー若しくは摩擦攪拌接合等の連続接合等を用いればよい。
【００７２】
また、成形された後のクラッシュボックス１０に高周波焼き入れ、レーザ焼き入れ、浸炭、窒化等の後処理を行えば、クラッシュボックス１０の強度をさらに高めることができるため、望ましい。なお、テーラードブランク、さらには軽量化のために薄鋼板、アルミニウム合金以外の素材等を利用して本例のクラッシュボックス１０を構成すれば高荷重化を図ることもできる。
【００７３】
このように、本実施の形態のクラッシュボックス１０は、隔壁の増加や板厚の増加に起因した重量の増加や軸方向での屈曲を招くことなく、軸方向へ安定して蛇腹状に座屈することができ、これにより、所定の衝撃吸収性能を確保することができる。このため、このクラッシュボックス１０を、フロントサイドメンバの先端に、例えば締結や溶接等の適宜手段によって装着すれば、車体の重量増加を殆ど伴うことなく、車体の安全性の向上と、軽衝突による車体の損傷を略解消することによる修理費の低減とを、ともに図ることができる。
【実施例１】
【００７４】
次に、本発明を、実施例を参照しながら、さらに具体的に説明する。
本実施例では、上述した実施の形態1のクラッシュボックスの効果をさらに説明するため、下記の要領で衝突試験を行った。
【００７５】
板厚１．６ｍｍの５９０ＭＰａ級の高張力鋼板を素材として折り曲げ加工を行って多角形断面とし、突き合わせ面を溶接することによって、図１１に示す横断面形状を有する筒体から成るクラッシュボックス１０を構成した。図１１に示すように、形成した溝部１４によって２つに分割された辺の一方の長さをＸ５とし、他方の長さをＸ６とし、さらに、溝部１４の深さをｄとした。
【００７６】
そして、２００ｋｇｆの重量の錘体を１１．９ｍの高さからこのクラッシュボックス１０に対して自由落下させ、５５ｋｍ／ｈの速度でクラッシュボックス１０に軸方向へ衝突させ、クラッシュボックス１０の軸方向への圧壊時の変形抵抗を、圧電式のロードセルで測定した。なお、部材長Ｔはいずれも１８０ｍｍとし、１３０ｍｍ圧壊までの吸収エネルギを比較した。
【００７７】
なお、このクラッシュボックス１０を自動車車体のフロントサイドメンバの前端部に配置した場合の衝突試験では、このクラッシュボックス１０がまず圧壊し、次にフロントサイドメンバが圧壊する。したがって、この試験は衝突試験における前半の現象とよい相関を示す。
【００７８】
本発明例であるＮｏ．１から本発明例であるＮｏ．３では、図１１に示す幅ａを１３０ｍｍとし、上下の辺に溝部を一つずつ具備する形状とするとともに、内角αを１３５°とし、内角βを１０６°とした。
【００７９】
本発明例であるＮｏ．４では、Ｎｏ．１の形状のうち内角αを１００°とし、内角β（１０６°）よりも小さくした。また、本発明例であるＮｏ．５では、幅ａを１３０ｍｍとし、上下の辺に溝部を二つずつ具備することとし、内角αは１０７°とした。
【００８０】
本発明例であるＮｏ．６では、Ｎｏ．１の形状のうち、衝撃荷重を負荷される一方の端部から軸方向へ３０ｍｍの長さの範囲には、溝部１４を設けないこととした。
【００８１】
本発明例であるＮｏ．７では、Ｎｏ．１の形状のうち、衝撃荷重を負荷される一方の端部の側の断面積がＮｏ．１の断面積の０．６倍となるように断面形状の各寸法を０．７７倍に縮小させた形状とした。この端部の形状とＮｏ．１の断面形状を軸方向への長さ３０ｍｍの範囲で滑らかにつなぎ、以下の部分１５０ｍｍはＮｏ．１と同一の形状とした。
【００８２】
本発明例であるＮｏ．８では、Ｎｏ．１の形状のうち、衝撃荷重を負荷される一方の端部から軸方向へ８０ｍｍの長さの範囲には溝部１４を設けないこととした。
【００８３】
比較例であるＮｏ．９としては、一辺の長さが３５ｍｍの正八角形のうち、対向する一組の２辺の長さを１１９．５ｍｍに拡大して、断面の扁平率が２．０である形状とした。
各条件及び代表寸法を表１にまとめて示す。
【００８４】
【表１】

【００８５】
また、初期最大荷重および部材長の７０％圧壊までの吸収エネルギ量を表２に示す。
【００８６】
【表２】

【００８７】
表２に示す結果から、適正な溝部を設けることにより、従来は利用することができなかった扁平な多角形の横断面形状を有するクラッシュボックスを用いることができ、さらに、衝撃荷重を負荷される一方の端部の側を適正な範囲で形状変更することにより、初期最大荷重の低減も可能となることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】ＦＥＭ数値解析による四角形の横断面を有するクラッシュボックスの圧壊の様子を示す説明図であり、図１（ａ）はフランジを具備する場合を示し、図１（ｂ）はフランジを具備しない場合を示す。
【図２】正八角形から対向する２辺の長さを徐々に大きくした扁平な形状の八角形の圧壊の様子を示す説明図である。
【図３】扁平な八角形の横断面を有するクラッシュボックスの長辺部の一部に、台形状に溝部を設けた状況を示す説明図である。
【図４】ＦＥＭ解析の結果を示すグラフである。
【図５】長さａを有する辺上に、溝部を３つ設けた場合を示す説明図である。
【図６】図６（ａ）〜図６（ｄ）は、溝部の断面形状の幾つかの例をまとめて示す説明図である。
【図７】扁平な八角形の横断面を有するクラッシュボックスの長辺部の一部に設けられた溝部の形状例を示す説明図である。
【図８】クラッシュボックスの長手方向の端部の形状例を示す説明図である。
【図９】実施の形態１の結果を示すグラフである。
【図１０】クラッシュボックスの長手方向の端部の形状例を示す説明図である。
【図１１】実施例１のクラッシュボックスの横断面形状の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１０ クラッシュボックス
１２ 辺
１４ 溝部
１５、１６ 端部
Ａ〜Ｐ 頂点

Claims (6)

1. 軸方向の一方の端部から該軸方向へ向けて負荷される衝撃荷重により蛇腹状に座屈できることにより衝突エネルギを吸収するための筒体からなるクラッシュボックスであって、前記軸方向の少なくとも一部の横断面形状は、略多角形からなる閉断面であり、該閉断面の外側にフランジを具備しないとともに、前記略多角形を構成する複数の頂点のうちの一部を直線で連結して得られる多角形のうちで最大の面積を有する多角形として規定される基本断面の少なくとも一の辺の一部の領域でかつ該辺の端点を除く位置に前記基本断面の内側へ凸となる、前記筒体の軸方向に延びる溝部を有する形状であり、さらに、前記溝部を有する前記辺の前記一部の領域を除いた前記辺の残余の領域は、直線に形成されることを特徴とするクラッシュボックス。
2. 前記クラッシュボックスの軸方向の全長をＴとした場合、前記溝部を、前記一方の端部から軸方向へ距離（Ｔ×０．３）離れた位置から他方の端部までの範囲に設ける請求項１に記載されたクラッシュボックス。
3. 前記クラッシュボックスの軸方向の全長をＴとした場合、前記溝部を、前記一方の端部から軸方向へ距離（Ｔ×０．３）離れた位置から他方の端部までの範囲の全てに設ける請求項１に記載されたクラッシュボックス。
4. 前記クラッシュボックスの軸方向の全長をＴとした場合、該クラッシュボックスの横断面積は、前記一方の端部から前記軸方向へ距離（Ｔ×０．３）離れた位置までの範囲の少なくとも一部において、他の部位よりも小さい請求項１に記載されたクラッシュボックス。
5. 前記蛇腹状の座屈は、前記溝部と前記残余の領域とが交互に反対方向へ変形することにより、発生する請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載されたクラッシュボックス。
6. 前記溝部を有する幅ａの辺と前記溝部の輪郭線との交点の内角（α）は、前記辺の端点の内角（β）以上である請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載されたクラッシュボックス。

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