JP4365232B2 - 車両の衝撃吸収部材 - Google Patents

Description

本発明は、衝突荷重が入力される荷重入力部と衝突荷重が伝達される荷重伝達部との間に介在されて軸方向に圧縮変形することにより衝突時のエネルギーを吸収する車両の衝撃吸収部材に関する。

従来から、フロントサイドメンバの前端部とフロントバンパリインフォースメントとの間に衝撃吸収部材としてのクラッシュボックスを設定することが行われている。

この種のクラッシュボックスは、筒状のクラッシュボックス本体部と、クラッシュボックス本体部の後端部に固定されてボディーへの取付部とされるボディー側取付ブラケットと、クラッシュボックス本体部の前端部に固定されてフロントバンパリインフォースメントへの取付部とされるバンパリインフォースメント側取付ブラケットの三部品によって構成されていることが多い。

しかし、クラッシュボックスを三部品で構成すると、部品点数が多くなり、組付工数も増えることから、前後どちらかの取付ブラケットをクラッシュボックス本体部に一体形成することも行われている。更に部品点数を削減するべく、鋼板を深絞り成形することによりクラッシュボックスを一部品で構成したものもある（下記特許文献１、２参照）。

これらの特許文献に開示された構造について簡単に説明すると、このクラッシュボックスでは、鋼板の深絞り成形によって全体が断面ハット形状に形成されている。閉止端となるクラッシュボックスの底部（前端部）にはウエルドナットが予め固着されており、ボルト締結によりフロントバンパリインフォースメントに固定されるようになっている。また、開放端となるクラッシュボックスの後端部にはフランジ部が一体に形成されており、かかるフランジ部がフロントサイドメンバの前端部にボルト締結により固定されるようになっている。

さらに、上記クラッシュボックスでは、クラッシュボックス本体部とフランジ部との間に折り返し部が設定されており、かかる折り返し部をクラッシュボックスの前端部内へ嵌合させて取付状態とし、前面衝突時にはクラッシュボックス本体部の後端部が順次折り返し部の一部とされながら、フロントサイドメンバの前端部の内方へ押し込まれるようになっている。
特開２００３−３１２４００号公報 特開２００３−３１２４０１号公報

ところで、この種のクラッシュボックスでは、前面衝突時にどのようなエネルギー吸収を行わせるのか、というエネルギー吸収特性が非常に重要な要素となる。かかる観点から、クラッシュボックスの断面形状を単体の筒状に形成するのではなく、複数の筒状部の複合体として構成することも検討されている。この場合、単体の筒状に形成されたものよりエネルギー吸収性能が上がるが、複数の筒状部が接する部位に壁が密に配置されるため、この部分の強度が高くなり、前面衝突時のエネルギー吸収を妨げ、狙い通りのエネルギー吸収性能が十分に発揮されない可能性がある。

本発明は上記事実を考慮し、少ない部品点数で衝突時に狙い通りのエネルギー吸収特性（即ち、衝突初期のピーク荷重を抑制すること）が得られる車両の衝撃吸収部材を得ることが目的である。

請求項１記載の本発明に係る車両の衝撃吸収部材は、衝突荷重が入力される荷重入力部と衝突荷重が伝達される荷重伝達部との間に介在されて軸方向に圧縮変形することにより衝突時のエネルギーを吸収する車両の衝撃吸収部材であって、前記衝撃吸収部材は、全体として複数の筒状部が軸直角方向に並列的に配置された筒状部の複合体として構成されており、更に軸方向の一端部は閉止されて荷重入力部へ結合される底部とされかつ軸方向の他端部は開放されて荷重伝達部へ結合されるフランジ部が周囲に形成されており、さらに、前記衝撃吸収部材の底部における筒状部を構成する壁が集まる部位の厚さを、当該底部の他の部位の厚さよりも薄く設定した、ことを特徴としている。

請求項２記載の本発明に係る車両の衝撃吸収部材は、請求項１記載の発明において、前記底部の他の部位と前記底部における筒状部を構成する壁が集まる部位との段差は、衝突初期のピーク荷重が発生するストロークに対応する高さに設定されている、ことを特徴としている。

請求項３記載の本発明に係る車両の衝撃吸収部材は、請求項１又は請求項２記載の発明において、前記底部の他の部位に、荷重入力部への取付部が設定されている、ことを特徴としている。

請求項１記載の本発明によれば、衝突時になると、衝突荷重は荷重入力部に入力される。入力された衝突荷重は、衝撃吸収部材を介して荷重伝達部へ伝達される。この際に、衝撃吸収部材が備える複数の筒状部が軸方向に圧縮されて変形することにより、衝突時のエネルギーが吸収される。

ここで、本発明では、衝撃吸収部材の軸方向の一端部は閉止されて荷重入力部へ結合される底部とされており、かかる底部における筒状部を構成する壁が集まる部位の厚さを、当該底部の他の部位の厚さよりも薄く設定したので、衝突時には荷重入力部は最初に（厚さが厚い）底部の他の部位に当接し、当該底部の他の部位を軸圧縮変形させた後に、（厚さが薄い）底部における筒状部の壁が集まる部位に当接する。

今仮に、衝撃吸収部材の底部の厚さが一様であったとすると、筒状部を構成する壁が集まる部位にも最初から荷重入力部が当接することになる。壁が集まるということはその部分の剛性が高くなることを意味するから、荷重伝達能力も高くなり、その結果、衝突時の初期荷重が急峻に立ち上がるエネルギー吸収特性となる。

これに対し、本発明では、底部における筒状部の壁が集まる部位の厚さを他の部位の厚さよりも薄くしたので、薄くなった分だけ衝突時の初期荷重の入力量が低減される。従って、衝突初期のピーク荷重が低減される。

さらに、本発明によれば、衝撃吸収部材が複数の筒状部の複合体として構成されており、軸方向の一端部側に形成された底部が荷重入力部に結合され、軸方向の他端部側に形成されたフランジ部が荷重伝達部に結合されるため、一部品で衝撃吸収部材を構成することができる。従って、従来の三部品で構成された衝撃吸収部材よりも部品点数が少なくなり、その分コストダウンを図ることができる。

請求項２記載の本発明によれば、衝撃吸収部材の底部の他の部位と底部における筒状部を構成する壁が集まる部位との段差を、衝突初期のピーク荷重が発生するストロークに対応する高さに設定したので、衝突初期のピーク荷重が発生する前に、底部における筒状部を構成する壁が集まる部位に荷重入力部が当接して衝突荷重が直接入力されるのを避けることができる。

請求項３記載の本発明によれば、衝撃吸収部材の底部の他の部位に荷重入力部への取付部を設定したので、衝突時には確実に荷重入力部から当該底部の他の部位に衝突荷重が入力される。

以上説明したように請求項１記載の本発明に係る車両の衝撃吸収部材は、衝突荷重が入力される荷重入力部と衝突荷重が伝達される荷重伝達部との間に介在されて軸方向に圧縮変形することにより衝突時のエネルギーを吸収する車両の衝撃吸収部材であって、衝撃吸収部材は、全体として複数の筒状部が軸直角方向に並列的に配置された筒状部の複合体として構成されており、更に軸方向の一端部は閉止されて荷重入力部へ結合される底部とされかつ軸方向の他端部は開放されて荷重伝達部へ結合されるフランジ部が周囲に形成されており、さらに、衝撃吸収部材の底部における筒状部を構成する壁が集まる部位の厚さを、当該底部の他の部位の厚さよりも薄く設定したので、少ない部品点数で衝突時に狙い通りのエネルギー吸収特性（即ち、衝突初期のピーク荷重を抑制すること）が得られるという優れた効果を有する。

請求項２記載の本発明に係る車両の衝撃吸収部材は、請求項１記載の発明において、衝撃吸収部材の底部の他の部位と底部における筒状部を構成する壁が集まる部位との段差を、衝突初期のピーク荷重が発生するストロークに対応する高さに設定したので、衝突初期のピーク荷重が発生する前に、底部における筒状部を構成する壁が集まる部位に荷重入力部が当接して衝突荷重が直接入力されるのを避けることができ、その結果、より高い精度で狙い通りのエネルギー吸収特性を得ることができるという優れた効果を有する。

請求項３記載の本発明に係る車両の衝撃吸収部材は、請求項１又は請求項２記載の発明において、衝撃吸収部材の底部の他の部位に荷重入力部への取付部を設定したので、衝突時には確実に荷重入力部から当該底部の他の部位に衝突荷重を入力させることができ、その結果、衝突時の入力荷重にバラツキが生じないという意味で、より高い精度で狙い通りのエネルギー吸収特性を得ることができるという優れた効果を有する。

以下、図１〜図１０を用いて、本発明に係る車両の衝撃吸収部材の一実施形態について説明する。なお、これらの図において適宜示される矢印ＦＲは車両前方側を示しており、矢印ＵＰは車両上方側を示しており、矢印ＩＮは車両幅方向内側を示している。

図７には、本実施形態に係る衝撃吸収部材としてのクラッシュボックス１０が採用された車体前部の平面図が示されている。この図に示されるように、車体の前端部には、平面視で略コ字状に形成された荷重入力部としての長尺状のフロントバンパリインフォースメント１２が車両幅方向を長手方向して配置されている。このフロントバンパリインフォースメント１２は高強度部材であり、その前面側に図示しないフロントバンパカバーが取り付けられている。

一方、前輪１４が配置されるフロントホイールハウス１６の内側には、長尺状に形成された荷重伝達部としての高強度のフロントサイドメンバ１８が車両前後方向を長手方向として配置されている。フロントサイドメンバ１８の後端部は、フロントクロスメンバ２０の前面に結合されている。また、フロントサイドメンバ１８の前端部は、フロントバンパリインフォースメント１２に対して所定距離だけ車両後方側へ離間した位置（オフセットした位置）に配置されている。そして、フロントサイドメンバ１８の前端部とフロントバンパリインフォースメント１２の後端面との間に、長尺状のクラッシュボックス１０が介在されている。なお、クラッシュボックス１０は、フロントサイドメンバ１８に対して連続的に配置されている。

図１には上記クラッシュボックス１０の全体斜視図が示されており、又図２〜図４には当該クラッシュボックス１０の適宜断面図が示されている。さらに、図５にはクラッシュボックス１０の正面図が示されており、又図６には、クラッシュボックス１０の横断面図が示されている。

これらの図に示されるように、本実施形態のクラッシュボックス１０は、上下二個の上側筒状部２２及び下側筒状部２４が軸直角方向（車両上下方向）に並列的に配置された筒状部の複合体として構成されている。図２及び図３に示されるように、上側筒状部２２及び下側筒状部２４は各々正八角形に形成されており、底壁と頂壁を共有することで全体としては高いエネルギー吸収性能を発揮する略８の字形状に形成されている。また、上側筒状部２２の左右の上部壁２２Ａ及び下側筒状部２４の左右の下部壁２４Ａには、座屈起点を特定するためのビード（脆弱部）２６が形成されている。

上記クラッシュボックス１０の軸方向の一端部（前端部）は閉止されており、フロントバンパリインフォースメント１２へ結合される底部２８とされている。なお、底部２８の先端面（前端面）は、フロントバンパリインフォースメント１２の湾曲形状に合わせて所定角度の傾斜面とされている（図４参照）。一方、クラッシュボックス１０の軸方向の他端部（後端部）は開放されており、フロントサイドメンバ１８の前端部へ結合される矩形平板状のフランジ部３０が周囲に一体に形成されている。フランジ部３０の四隅には、ボルト挿通孔３２が形成されている。なお、フランジ部３０の板厚は、フロントサイドメンバ１８の前端部への結合剛性を確保するべく、上側筒状部２２及び下側筒状部２４の板厚よりも厚く設定されている。

このように本実施形態に係るクラッシュボックス１０は一部品によって構成されており、後述するようにアルミニウム合金を鍛造することにより製作されている。

ここで、図１及び図５等に示されるように、上述したクラッシュボックス１０の底部２８は、略８の字形状に形成された縦長の厚肉部２８Ａと、この厚肉部２８Ａの高さ方向中間部の左右両側を抉るように形成された一対の薄肉部２８Ｂと、によって構成されている。

薄肉部２８Ｂは、上側筒状部２２の下部壁２２Ｂと、下側筒状部２４の上部壁２４Ｂと、上側筒状部２２及び下側筒状部２４の共有壁２３の三枚の壁が交差する部分（なお、この部分が請求項１記載の「衝撃吸収部材の底部における筒状部を構成する壁が集まる部位」に相当する。）を包囲した範囲に設定されている。一方、厚肉部２８Ａは、クラッシュボックス１０の８の字状の外形形状から左右一対の薄肉部２８Ｂを除いた範囲（なお、この部分が請求項１記載の「当該底部のその他の部位」に相当する。）に設定されている。

また、図６に示されるように、薄肉部２８Ｂの厚さｔは一定であるが、厚肉部２８Ａの厚さは、前述したように底部２８の先端面をフロントバンパリインフォースメント１２の湾曲形状に合わせて傾斜させている関係で一定ではない。最も厚いところで厚さＴ１であり、最も薄いところで厚さＴ２である。但し、最も薄いところの厚さＴ２は薄肉部２８Ｂの厚さｔよりも厚く設定されているため、厚肉部２８Ａと薄肉部２８Ｂとの間には最低でも高さｈ分の段差３４が形成されている。この段差３４の高さｈは、衝突初期のピーク荷重が発生するストロークＬ（図８参照）に対応する所定高さ（数ミリ程度）に設定されている。

さらに、厚肉部２８Ａの上下四箇所（上側筒状部２２の中間両サイド二箇所と下側筒状部２４の中間両サイド二箇所）には、フロントバンパリインフォースメント１２への取付部としての取付孔３６が形成されている。取付孔３６の内周面には雌ねじが形成されており（図１参照）、フロントバンパリインフォースメント１２側から図示しないボルトが螺合されるようになっている。なお、クラッシュボックス１０のフロントバンパリインフォースメント１２側への締結方向及びフロントサイドメンバ１８の前端部側への締結方向は、いずれも車両前後方向とされている。

次に、本実施形態の作用並びに効果について説明する。

まず、本実施形態に係るクラッシュボックス１０の製造方法について説明する。

本実施形態に係るクラッシュボックス１０は、前方押出し工法と後方押出し工法の二工程を活用した（組み合わせた）アルミニウム合金の鍛造によって製造されている。

すなわち、図９に示されるように、最初に前方押出し工法（アルミ鍛造１工程目）によって、クラッシュボックス１０の全体形状が成形される。このとき使用される下型３８は、フランジ部３０の外形形状に合致する中空の本体部３８Ａを備えており、本体部３８Ａの底部３８Ｂには上側筒状部２２及び下側筒状部２４の外形形状に合致する所定深さの凹部４０が形成されている。そして、この下型３８とその本体部３８Ａ内に配置された上型４２とで鍛造成形することにより、材料を図上において下側へ押し出すことにより、第一段階の成形品４４が作られる。

続いて、図１０に示されるように、後方押出し工法（アルミ鍛造２工程目）によって、上記成形品４４をクラッシュボックス１０に成形していく。具体的には、図１０（Ａ）に示されるように、断面ハット形状に形成された下型４６と、上側筒状部２２及び下側筒状部２４に相当する一対の筒体４８が形成された上型５０とを使って鍛造成形することにより、図１０（Ｂ）に示されるように、材料が図上において上側へ押し出されていく。

このように二段階の鍛造成形によってクラッシュボックス１０は製造される。補足すると、仮に前方押出し工法だけでクラッシュボックス１０を成形しようとすると、アルミの変形抵抗が大き過ぎるため、クラッシュボックス１０の高さが得られない。そして、通常の押出し工法を採用すると、フロントバンパリインフォースメント１２への取付用のブラケットを別途接合する必要があり、一部品から成る本実施形態のクラッシュボックス１０は製造できない。一方、仮に後方押出し工法だけでクラッシュボックス１０を成形しようとすると、今度はフランジ部３０を成形することができなくなり、フロントサイドメンバ１８への取付用のブラケットを別途接合する必要があり、やはり一部品から成る本実施形態のクラッシュボックス１０は製造できない。

上記の製造方法によって製造されたクラッシュボックス１０が、フロントバンパリインフォースメント１２とフロントサイドメンバ１８の前端部との間に組付けられる。そして、この車両が正面衝突すると、その際の衝突荷重はフロントバンパリインフォースメント１２に入力される。入力された衝突荷重は、クラッシュボックス１０を介してフロントサイドメンバ１８へ伝達される。この際、クラッシュボックス１０の上側筒状部２２及び下側筒状部２４が軸方向に圧縮されて変形（圧壊）することにより、所定のエネルギー吸収がなされる。

ここで、本実施形態では、クラッシュボックス１０の軸方向の一端部は閉止されてフロントバンパリインフォースメント１２へ結合される底部２８とされており、かかる底部２８を厚肉部２８Ａと薄肉部２８Ｂで構成し、更に上側筒状部２２及び下側筒状部２４を構成する壁が集まる部位に薄肉部２８Ｂを設定したので、前面衝突時にはフロントバンパリインフォースメント１２は最初に厚肉部２８Ａに当接し、当該厚肉部２８Ａを軸圧縮変形させた後に、薄肉部２８Ｂに当接する。

今仮に、クラッシュボックスの底部の厚さが一様であったとすると、筒状部を構成する壁が集まる部位にも最初からフロントバンパリインフォースメント１２が当接することになる。壁が集まるということはその部分の剛性が高くなることを意味するから、荷重伝達能力も高くなり、その結果、前面衝突時の初期荷重が急峻に立ち上がるエネルギー吸収特性（図８のグラフＰ参照）となる。

これに対し、本実施形態では、底部２８における上側筒状部２２及び下側筒状部２４の壁が集まる部位に薄肉部２８Ｂを設定したので、薄くなった分だけ前面衝突時の初期荷重の入力量が低減される。従って、衝突初期のピーク荷重が低減される（図８のグラフＱ参照）。

さらに、本実施形態では、クラッシュボックス１０のエネルギー吸収部がエネルギー吸収効率が高い略８の字形状の上側筒状部２２及び下側筒状部２４によって構成されており、更に前述した製造方法を採用することにより、フロントバンパリインフォースメント１２への結合部となる底部２８を軸方向の一端部側に一体形成すると共に、フロントサイドメンバ１８の前端部への結合部となるフランジ部３０を軸方向の他端部側に一体形成したので、一部品でクラッシュボックス１０を構成することができる。従って、従来の三部品で構成されたクラッシュボックスよりも部品点数が少なくなり、その分コストダウンを図ることができる。

総じて言えば、本実施形態に係るクラッシュボックス１０によれば、少ない部品点数で衝突時に狙い通りのエネルギー吸収特性（即ち、衝突初期のピーク荷重を抑制すること）が得られる。補足すると、エネルギー吸収量をどの程度にするかは、薄肉部２８Ｂと厚肉部２８Ａとの配置バランス（機能的には強度バランス）で任意に調節することができるというメリットもある。

加えて、本実施形態に係るクラッシュボックス１０では、底部２８の厚肉部２８Ａと薄肉部２８Ｂとの（最小の）段差３４を、前面衝突初期のピーク荷重が発生するストロークＬ（ｍｍ）（図８参照）に対応する高さｈ（図６参照）に設定したので、前面衝突初期のピーク荷重が発生する前に、底部２８における上側筒状部２２及び下側筒状部２４を構成する壁が集まる部位にフロントバンパリインフォースメント１２が当接して衝突荷重が直接入力されるのを避けることができる。その結果、本実施形態によれば、より高い精度で狙い通りのエネルギー吸収特性を得ることができる。

さらに、本実施形態によれば、クラッシュボックス１０の底部２８の厚肉部２８Ａにフロントバンパリインフォースメント１２への結合用のボルト挿通孔３２を設定したので、換言すれば、フロントバンパリインフォースメント１２への取付部となる厚肉部２８Ａを、底部２８の一部としてクラッシュボックス１０の断面内に設定したので、前面衝突時には確実にフロントバンパリインフォースメント１２から当該底部２８の厚肉部２８Ａへ衝突荷重が入力される。その結果、本実施形態によれば、前面衝突時の入力荷重にバラツキが生じないという意味で、より高い精度で狙い通りのエネルギー吸収特性を得ることができる。

なお、上述した本実施形態では、クラッシュボックス１０のエネルギー吸収部を軸圧壊性能が優れる上側筒状部２２及び下側筒状部２４から成る略８の字状に形成したが、これに限らず、「日」の字状等に形成してもよい。また、筒状部も二本に限らず、三本以上でもよい。

また、上述した本実施形態では、底部２８を厚肉部２８Ａと薄肉部２８Ｂの二種類で構成したが、例えば、厚肉部２８Ａを更に二段階の厚さに分けて厚肉部、中肉部、薄肉部の三種類で構成するようにしてもよい。

本実施形態に係るクラッシュボックスを単体で示す斜視図である。 図１に示されるクラッシュボックスの縦断面構造（車両前後方向に切断した状態）を示す図１のＡ−Ａ線断面図である。 図１に示されるクラッシュボックスの縦断面構造（車両幅方向に切断した状態）を示す図１のＢ−Ｂ線断面図である。 図１に示されるクラッシュボックスの横断面構造を示す図１のＣ−Ｃ線断面図である。 本実施形態に係るクラッシュボックスの正面図である。 図５に示されるクラッシュボックスの底部の横断面構造を示す図５のＤ−Ｄ線断面図である。 本実施形態に係るクラッシュボックスが採用された車体前部の構造を示す平面図である。 本実施形態に係るクラッシュボックスのエネルギー吸収特性を従来例との対比において示すＦ−Ｓ線図である。 本実施形態に係るクラッシュボックスの製造方法の鍛造第１工程を示す説明図である。 本実施形態に係るクラッシュボックスの製造方法の鍛造第２工程を示す説明図である。

符号の説明

１０ クラッシュボックス（衝撃吸収部材）
１２ フロントバンパリインフォースメント（荷重入力部）
１８ フロントサイドメンバ（荷重伝達部）
２２ 上側筒状部
２２Ｂ 下部壁
２３ 中間壁
２４ 下側筒状部
２４Ｂ 上部壁
２８ 底部
２８Ａ 厚肉部
２８Ｂ 薄肉部
３０ フランジ部
３４ 段差
３６ 取付孔（取付部）

Claims (3)

1. 衝突荷重が入力される荷重入力部と衝突荷重が伝達される荷重伝達部との間に介在されて軸方向に圧縮変形することにより衝突時のエネルギーを吸収する車両の衝撃吸収部材であって、
   前記衝撃吸収部材は、全体として複数の筒状部が軸直角方向に並列的に配置された筒状部の複合体として構成されており、更に軸方向の一端部は閉止されて荷重入力部へ結合される底部とされかつ軸方向の他端部は開放されて荷重伝達部へ結合されるフランジ部が周囲に形成されており、
   さらに、前記衝撃吸収部材の底部における筒状部を構成する壁が集まる部位の厚さを、当該底部の他の部位の厚さよりも薄く設定した、
   ことを特徴とする車両の衝撃吸収部材。
2. 前記底部の他の部位と前記底部における筒状部を構成する壁が集まる部位との段差は、衝突初期のピーク荷重が発生するストロークに対応する高さに設定されている、
   ことを特徴とする請求項１記載の車両の衝撃吸収部材。
3. 前記底部の他の部位に、荷重入力部への取付部が設定されている、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両の衝撃吸収部材。

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