JP4007168B2

JP4007168B2 - エネルギ吸収部材及びその形成方法

Info

Publication number: JP4007168B2
Application number: JP2002337052A
Authority: JP
Inventors: 治新倉; 寛桜井; 昌樹久野; 茂雄渡辺
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-11-20
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2022-11-20
Also published as: JP2004169833A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エネルギ吸収部材及びその形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のエネルギ吸収部材は、外側円筒体と内側円筒体とを有する２重円筒体からなり、外側円筒体と内側円筒体との間に、多孔質金属からなるエネルギ吸収体が配置され、外側円筒体および内側円筒体とエネルギ吸収体との固定に、接着剤を適用している（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
また、金属ライナーと複合被覆体との固定に、熱硬化型の接着剤を適用しているものもある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【非特許文献１】
ジェイ．バンハート，エム．エフ．アッシュバイ，エヌ．エー．フレック（J. Banhart, M. F. Ashby, N. A. Fleck），メタルフォームズアンドポーラスメタルストラクチャーズ（Metal Foams and Porous Metal Structures），（ドイツ），エムアイティーフェアラーク（MIT Verlag），１９９９年，ｐ．３１３−３１６
【特許文献１】
特表２０００−５０４８１０号公報（第４図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、非特許文献１に記載の方法においては、外側円筒体および内側円筒体とエネルギ吸収体との界面の全面にわたり、接着剤が適用されるため、材料費が増加して、生産コストを上昇させる問題を有している。
【０００６】
特許文献２に記載の方法においては、接着剤を硬化するための熱処理工程を追加する必要があり、作業工数および設備費用が増加して、生産コストを上昇させる問題を有している。
【０００７】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、生産コストに優れたエネルギ吸収部材及びその形成方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、
外周に貫通穴が形成された内側中空体と、前記内側中空体が挿入される外側中空体と、前記内側中空体と前記外側中空体との間に配置され、前記内側中空体と前記外側中空体の双方に接する多孔質金属からなるエネルギ吸収体と、前記外側中空体と前記エネルギ吸収体との間に配置される熱硬化型の接着剤とを有する２重中空体を、
縮管することによって、前記外側中空体および前記エネルギ吸収体を変形させ、
前記外側中空体の変形による発熱によって、前記接着剤を硬化させ、前記外側中空体と前記エネルギ吸収体とを固定し、
前記エネルギ吸収体の変形によって、前記エネルギ吸収体を構成する前記多孔質金属を前記貫通穴と嵌合するように突出させ、前記エネルギ吸収体と前記内側中空体とを固定する
ことを特徴とするエネルギ吸収部材の形成方法である。
【０００９】
上記目的を達成するための請求項１１に記載の発明は、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のエネルギ吸収部材の形成方法を用いて形成されたことを特徴とするエネルギ吸収部材である。
【００１０】
【発明の効果】
上記のように構成した本発明は以下の効果を奏する。
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、接着剤は、エネルギ吸収体と内側中空体との固定に適用されないため、材料費を低減することができる。また、接着剤を用いる外側中空体とエネルギ吸収体の固定は、エネルギ吸収体と内側中空体を固定する際に、同時に実行される。つまり、接着剤を硬化するための追加の工程は不要であり、作業工数および設備費用が増加しない。したがって、生産コストに優れたエネルギ吸収部材の形成方法を提供することができる。
【００１２】
請求項１１に記載の発明によれば、生産コストに優れたエネルギ吸収部材を提供することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るエネルギ吸収部材の構成を説明するための分解図である。
【００１４】
本発明の実施の形態に係るエネルギ吸収部材は、２重中空体を縮管することによって形成され、例えば、車体の衝撃作用部位に用いられ、衝突時等におけるエネルギを吸収して衝撃力を緩和する。２重中空体は、内側中空体１１と、エネルギ吸収体１３と、外側中空体１４と、接着剤（不図示）とを有する。
【００１５】
内側中空体１１は、円筒状であり、外周に貫通穴１２が形成されている。貫通穴１２は、内側中空体１１とエネルギ吸収体１３とを固定するために使用される。
【００１６】
エネルギ吸収体１３は、多孔質金属からなる円筒体であり、内側中空体１１と外側中空体１４との間に配置され、内側中空体１１と外側中空体１４の双方に接する。多孔質金属は、例えば、発泡アルミニウムであり、エネルギ吸収体１３は、発泡アルミニウムを刳り貫くことで形成することができる。
【００１７】
エネルギ吸収体１３は、外側中空体１４と内側中空体１１とにより区切られる空間内部の少なくとも一部に設けることも可能である。また、エネルギ吸収体１３の材質は、発泡アルミニウムに限定されず、優れたエネルギ吸収性を有するその他の発泡金属を適用することも可能である。
【００１８】
外側中空体１４は、円筒状であり、内側中空体１１が挿入されるエネルギ吸収体１３が、内部に配置されて、エネルギ吸収体１３と接する。
【００１９】
接着剤は、熱硬化型であり、エネルギ吸収体１３と外側中空体１４とを固定するために使用される。接着剤は、例えば、エネルギ吸収体１３の外周面の一部あるいは全面に塗布され、当該エネルギ吸収体１３を外側中空体１４に挿入することで、エネルギ吸収体１３と外側中空体１４との間に配置される。接着剤は、エネルギ吸収体１３と内側中空体１１との固定に適用されないため、材料費が低減され、生産コストは上昇しない。
【００２０】
したがって、上記構成を有する２重中空体を縮管する場合、外側中空体１４およびエネルギ吸収体１３は、変形する。その際に、外側中空体１４の変形による発熱によって、接着剤が硬化し、外側中空体１４とエネルギ吸収体１３とが固定される。また、エネルギ吸収体１３の変形によって、エネルギ吸収体１３を構成する多孔質金属が、貫通穴１２と嵌合するように突出し、エネルギ吸収体１３と内側中空体１１とが固定される。
【００２１】
つまり、接着剤を用いる外側中空体とエネルギ吸収体の固定は、エネルギ吸収体と内側中空体を固定する際に、同時に実行される。したがって、接着剤を硬化するための工程は不要であり、作業工数および設備費用が増加しないため、生産コストは上昇しない。
【００２２】
以上のように、本実施の形態においては、生産コストに優れたエネルギ吸収部材及びその形成方法を提供することができる。
【００２３】
なお、２重中空体の縮管は、スピニング法を適用することが、生産効率の点で好ましい。特に、２重中空体が円筒状である場合、２重中空体を回転させて、ローラを押し付けて塑性加工する方式が、好ましい。
【００２４】
また、接着剤は、本硬化を引き起こす硬化温度と仮硬化（プレゲル化）を引き起こす擬似硬化温度を有する二段階の熱硬化履歴を有することも可能である。この場合、接着剤は、外側中空体の変形による発熱によって、擬似硬化温度に達する。擬似硬化温度は、硬化温度より低いため、外側中空体の変形による発熱は、少量しか必要としない。したがって、２重中空体を縮管するための操作条件の自由度が増す。
【００２５】
なお、外側中空体の変形による発熱によって、外側中空体とエネルギ吸収体とは、仮固定される。したがって、接着剤を本硬化させて、外側中空体とエネルギ吸収体とを最終固定するための工程に達するまで、外側中空体とエネルギ吸収体とを所定の位置に安定的に保つことが容易である。
【００２６】
二段階の熱硬化履歴を有する接着剤は、優れた擬似硬化性と貯蔵安定性をバランス良く有するエポキシ樹脂系組成物によって構成することが可能である。エポキシ樹脂系組成物は、例えば、エポキシ樹脂１００重量部に対して、基本粒径５μ未満の粉末状（メタ）アクリレート重合体Ａと、基本粒径５〜１００μの粉末状（メタ）アクリレート重合体Ｂとを、Ａ／Ｂ＝１／９〜９／１の重量比率範囲内で混合したものを、１０〜１００重量部添加することによって調製することができる。なお、（メタ）アクリレート重合体Ｂの基本粒径は、２０〜５０μであることがさらに好ましい。
【００２７】
また、二段階の熱硬化履歴を有する接着剤の擬似硬化温度は、接着剤に使用されるエポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤の組合せにより適当に設定できる。例えば、アミン系硬化剤を用いる場合、擬似硬化温度が６０℃以上、かつ硬化温度が１５０℃以上である接着剤を得ることができる。
【００２８】
一方、車体の製造工程には、電着塗料等の塗料を車体に被覆して形成される塗膜を焼き付ける工程を含んでいる。したがって、エネルギ吸収部材を、車体の衝撃作用部位に用い、かつ、例えば、電着塗料を焼き付けするため温度と、接着剤の硬化温度とを同一とする場合、電着塗料を焼き付けするための工程において、接着剤を本硬化させて、外側中空体とエネルギ吸収体とを最終固定することができる。したがって、接着剤を本硬化するための工程を追加する必要はない。
【００２９】
図２は、本発明の実施の形態に係るエネルギ吸収部材の形成方法を説明するための斜視図である。
【００３０】
なお、２重中空体１０の縮管は、ローラ３０，３１を押し付けて塑性加工するスピニング法が適用される。スピニング法に適用されるローラ数は、３個であるが、図の簡略化のために１個を省略して示している。ローラ３０，３１の送り速度は、１ｍｍ／ｓである。なお、縮管量が過大であると、２重中空体１０に割れが生じるため、必要に応じ、縮管を複数回に分けて、目標の寸法を達成することが好ましく、本実施例においては、加工繰り返しは、３パスである。
【００３１】
２重中空体１０の内側中空体は、引張強度が４９０ＭＰａ、板厚が１．０ｍｍ、直径が４０ｍｍ、全長が５００ｍｍである円筒状鋼管からなる。内側中空体の外側に配置されるエネルギ吸収体は、発泡アルミニウムからなる円筒体であり、内側中空体の外周寸法と略同一となる寸法を有しかつ中心軸が略一致している。なお、内側中空体の貫通穴は、３０ｍｍの直径を有し、発泡アルミニウムの平均セルサイズの６倍である。
【００３２】
エネルギ吸収体の外側に配置される外側中空体１４は、引張強度が４９０ＭＰａ、板厚が１．６ｍｍ、直径が８０ｍｍ、全長が５００ｍｍである円筒状鋼管からなる。外側中空体とエネルギ吸収体との間に配置される接着剤は、擬似硬化温度が６０℃以上、かつ硬化温度が１５０℃以上である二段階の熱硬化履歴を有する。
【００３３】
まず、２重中空体１０の表面を構成する外側中空体１４の外周に、機械油を潤滑材として塗布して、回転治具２０，２１の間に、２重中空体１０をセットした。次に、２重中空体１０を回転させて、ローラ３０，３１を押し付けながら矢印方行に移動させて塑性加工させることによって、２重中空体１０を縮管した。
【００３４】
この縮管の際、外側中空体１４およびエネルギ吸収体が変形した。そして、外側中空体１４の変形による発熱によって、外側中空体１４の温度は、接着剤の擬似硬化温度を越える７０℃に達し、接着剤を仮硬化させ、外側中空体１４とエネルギ吸収体とを仮固定した。
【００３５】
一方、エネルギ吸収体の変形によって、エネルギ吸収体を構成する発泡アルミニウムは、内側中空体の貫通穴を経由して内側中空体の内部に突出し、発泡アルミニウムは、貫通穴と嵌合した。その結果、エネルギ吸収体と内側中空体とが固定された。
【００３６】
次に、２重中空体１０に対して、電着塗装により被覆された塗膜の焼き付け条件に対応する硬化条件（１７０℃で２０分間）で、熱処理を施した。その結果、外側中空体１４とエネルギ吸収体との間に配置されている接着剤は、本硬化し、外側中空体１４とエネルギ吸収体とを最終固定した。
【００３７】
得られたエネルギ吸収部材においては、接着剤によって外側中空体１４とエネルギ吸収体とが良好に固定され、かつ、内側中空体の貫通穴から突出した多孔質金属と貫通穴とが確実に嵌合することによって、エネルギ吸収体と内側中空体とが、強固に固定されていた。
【００３８】
図３は、内側中空体の貫通穴のサイズＳを変更した場合における、外側中空体の縮管量とエネルギ吸収体を構成する多孔質金属の突出長さとの関係を示しているグラフである。
【００３９】
貫通穴のサイズＳは、エネルギ吸収体を構成する多孔質金属の平均セルサイズによって規格化している。外側中空体の縮管量は、縮管の前後における、外側中空体の外周と内側中空体の外周との間の距離の減少率である。多孔質金属の突出長さは、内側中空体の貫通穴を経由して、内側中空体の内部に突出している部位の長さである。なお、エネルギ吸収体として、平均セルサイズが５ｍｍかつ密度が０．２４ｇ／ｃｍ³である発泡アルミニウムを使用した。
【００４０】
図に示されるように、貫通穴のサイズＳが、多孔質金属の平均セルサイズの２倍である場合、多孔質金属の突出長さは小さく、また、外側中空体の縮管量を大きくしても、多孔質金属の突出長さは顕著に増加しない。そのため、エネルギ吸収体と内側中空体とを確実に固定することが困難である。
【００４１】
一方、貫通穴のサイズＳを大きくするに従い、多孔質金属の突出長さは増加し、また、外側中空体の縮管量が大きくなるに伴なって、多孔質金属の突出長さは顕著に増加する。
【００４２】
特に、貫通穴のサイズＳが、多孔質金属の平均セルサイズの４倍である場合、エネルギ吸収体と内側中空体とを安定して確実に固定することできた。なお、貫通穴のサイズＳが、多孔質金属の平均セルサイズの１０倍を越える場合、外側中空体の縮管の際の圧下量と、発多孔質金属の突出長さとは、略一致した。
【００４３】
したがって、貫通穴は、多孔質金属の平均セルサイズの４倍以上である等価半径を有することが好ましい。この場合、多孔質金属が貫通穴と確実に嵌合するように突出するため、エネルギ吸収体と内側中空体との固定品質が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るエネルギ吸収部材の構成を説明するための分解図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るエネルギ吸収部材の形成方法を説明するための斜視図である。
【図３】内側中空体の貫通穴のサイズを変更した場合における、外側中空体の縮管量とエネルギ吸収体を構成する多孔質金属の突出長さとの関係を示しているグラフである。
【符号の説明】
１０…２重中空体、
１１…内側中空体、
１２…貫通孔、
１３…エネルギ吸収体、
１４…外側中空体、
２０，２１…回転治具、
３０，３１…ローラ。

Claims

外周に貫通穴が形成された内側中空体と、前記内側中空体が挿入される外側中空体と、前記内側中空体と前記外側中空体との間に配置され、前記内側中空体と前記外側中空体の双方に接する多孔質金属からなるエネルギ吸収体と、前記外側中空体と前記エネルギ吸収体との間に配置される熱硬化型の接着剤とを有する２重中空体を、
縮管することによって、前記外側中空体および前記エネルギ吸収体を変形させ、
前記外側中空体の変形による発熱によって、前記接着剤を硬化させ、前記外側中空体と前記エネルギ吸収体とを固定し、
前記エネルギ吸収体の変形によって、前記エネルギ吸収体を構成する前記多孔質金属を前記貫通穴と嵌合するように突出させ、前記エネルギ吸収体と前記内側中空体とを固定する
ことを特徴とするエネルギ吸収部材の形成方法。
前記２重中空体は、スピニング法によって縮管されることを特徴とする請求項１に記載のエネルギ吸収部材の形成方法。
前記２重中空体は、円筒状であり、
前記スピニング法は、回転している前記２重中空体に押し付けて、前記２重中空体を塑性加工するためのローラを用いることを特徴とする請求項２に記載のエネルギ吸収部材の形成方法。
前記貫通穴は、前記多孔質金属の平均セルサイズの４倍以上である等価半径を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のエネルギ吸収部材の形成方法。
前記接着剤は、仮硬化を引き起こす擬似硬化温度を有し、前記外側中空体の変形による発熱によって、前記擬似硬化温度に達することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のエネルギ吸収部材の形成方法。
前記接着剤は、液状エポキシ樹脂および加熱活性型硬化剤を含んでおり、擬似硬化温度が６０℃以上、かつ硬化温度が１５０℃以上であることを特徴とする請求項５に記載のエネルギ吸収部材の形成方法。
前記２重中空体は、円筒状であり、前記２重中空体を回転させて、ローラを押し付けて塑性加工するスピニング法によって縮管され、
前記接着剤は、液状エポキシ樹脂および加熱活性型硬化剤を含んでおり、擬似硬化温度が６０℃以上、かつ硬化温度が１５０℃以上であり、
前記ローラの送り速度は、１ｍｍ／ｓ以上であることを特徴とする請求項１に記載のエネルギ吸収部材の形成方法。
前記エネルギ吸収部材は、車体の衝撃作用部位に用いられることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のエネルギ吸収部材の形成方法。
前記エネルギ吸収部材は、車体の衝撃作用部位に用いられ、
前記車体に被覆された塗膜を焼き付けする際に、前記接着剤を本硬化させて、外側中空体とエネルギ吸収体とを最終固定することを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載のエネルギ吸収部材の形成方法。
前記多孔質金属は、発泡金属からなることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のエネルギ吸収部材の形成方法。
請求項１〜１０のいずれか１項に記載のエネルギ吸収部材の形成方法を用いて形成されたことを特徴とするエネルギ吸収部材。