JP4391212B2 - 衝撃吸収部材 - Google Patents

Description

この発明は、車両などに取り付けられ、この車両の衝突などによって生じる衝撃を吸収して自車両の損傷や衝突相手の損傷などを軽減する衝撃吸収部材に関するものである。

自動車のバンパ型材などに用いられる衝撃吸収部材は、断面四角形などの中空型材を用い、この中空型材が断面方向からの衝撃によって圧潰するまで塑性変形するときの応力によって衝撃を吸収するように構成されている（例えば特許文献１）。
ところで上記のような衝撃吸収部材では、衝撃が加わった直後には、衝撃方向に沿った壁部によって大きな応力がピーク的に発生し、その後は、壁部が座屈し始めることによって圧潰に至るまで応力が次第に減少する。しかし上記したピーク応力が大きいと、衝撃吸収部材に連結されている、例えばフレーム部材やサイドメンバ部材に大きな荷重が伝達され、これら部材に損傷を与えてしまうという問題がある。このため、上記したピーク応力を低下させることが要望されている。
特開平７−８１５０４号公報

例えば、衝撃時に衝撃吸収部材に発生するピーク応力を低下させる方法としては、衝撃吸収部材の強度を低下させる方法が考えられる。しかし、衝撃吸収部材の強度が低下すると、これに伴って圧潰に至るまでの衝撃吸収部材の応力値が全体的に低下し、衝撃吸収能力が低下してしまうという問題がある。

本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、前記初期ピーク応力を小さくできるとともに、その後の応力低下を小さくして良好な衝撃吸収能を発揮する衝撃吸収部材を提供するものである。

すなわち、本発明の衝撃吸収部材のうち、第１の発明は、高さの異なる複数の縦壁が、隣接する縦壁同士で互いに対面するように配置され、該縦壁の上下部に、それぞれ隣接する縦壁同士を連結する横壁を有するとともに、上下方向の少なくとも一方で前記横壁が互いに多段に位置し、前記縦壁のうち背低縦壁は、縦方向からの衝撃によって座屈する際に、該背低縦壁が塑性変形を開始して応力が低下し始めた後、圧潰に至るまでに隣接する縦壁と当接して干渉し合うように配置されていることを特徴とする。

なお、横方向中心線に対し、前記縦壁および横壁が線対称に位置していることが望ましい。これにより横方向において対称的に衝撃吸収作用を得ることができ、安定した衝撃吸収能が得られる。

また、本発明の衝撃吸収部材の他の形態の発明は、横方向両側にそれぞれ対となる背高の縦壁が距離を隔てて配置され、前記対となる背高縦壁の底部間および頂部間に横壁が連結され、これら背高縦壁の内側に背の低い縦壁が配置され、該背低縦壁とこの両側に位置する背高縦壁との底部間が横壁で連結され、前記背低縦壁頂部の高さ位置で該背低縦壁と両側に位置する背高縦壁とが横壁で連結されており、前記縦壁のうち背低縦壁は、縦方向からの衝撃によって座屈する際に、該背低縦壁が塑性変形を開始して応力が低下し始めた後、圧潰に至るまでに隣接する縦壁と当接して干渉し合うように配置されていることを特徴とする。

また、さらに他形態の衝撃吸収部材の発明は、横方向両側にそれぞれ対となる背高の縦壁が距離を隔てて配置され、前記対となる背高縦壁の底部間および頂部間に横壁が連結され、前記背高縦壁のうち内側同士の背高縦壁間に、底部で横壁が連結されているとともに前記頂部間横壁よりも低い位置で中段横壁が連結され、さらに前記背高縦壁のうち内側の縦壁は、中段横壁よりも高い位置の部位が、上方に向かうに従ってより外側に位置するように傾斜しているとともに、中段横壁よりも下方位置の部位が、縦方向からの衝撃によって座屈する際に、該部位が塑性変形を開始して応力が低下し始めた後、圧潰に至るまでに隣接する縦壁と当接して干渉し合うように配置されていることを特徴とする。

なお、前記背高の縦壁は、一部で肉厚を減少させることができる。これにより、背高の縦壁による応力を比較的小さくでき、例えば初期ピーク値を小さくすることができる。特に肉厚を減少させた部位は、背低の縦壁の頂部に設けられた横壁のほぼ上方に位置しているのが望ましい。該横壁のほぼ上方位置にある縦壁を全て肉厚減少部位としてもよい。
また、背低の縦壁の肉厚を、背高の縦壁の肉厚よりも小さくしておくことができる。これにより、背低の縦壁で支持される横壁で衝撃を受け始めた際に、応力が大きく上昇するのを避けて衝撃吸収部材に連結されるフレーム部材などに損傷が生じないようにすることができる。

すなわち本発明によれば、衝撃吸収部材への衝撃が多段に配置した横壁によって多段階で加わり、衝撃吸収部材で発生する初期ピーク応力を低くすることができる。また、各横壁は、それぞれ個別の縦壁で支持されており、衝撃吸収部材の強度を低下させることなく前記ピーク応力を低下させ、また、初期ピーク後の応力低下を小さくして衝撃吸収性能を高く維持することができる。しかも、縦壁の少なくとも一部では、座屈する際に、圧潰に至るまでに隣接する縦壁と当接して干渉し合うように配置されているので、応力低下時に再度、上記干渉によって衝撃吸収部材の応力を高めることができ、衝撃吸収性能をさらに向上させることができる。

（実施形態１）
以下に、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
衝撃吸収部材１は、両側に２つの背高縦壁２ａ、２ｂおよび背高縦壁３ａ、３ｂが対になって互いに対面するように位置しており、対となる背高縦壁２ａ、２ｂおよび背高縦壁３ａ、３ｂは、それぞれの頂部間に上段横壁４、５が連結され、それぞれの底部間に他方側の背高縦壁底部に至る下段横壁６が連結されている。

また、これらの背高縦壁（２ｂ、３ｂ）の内側中央には、背高縦壁２ａ〜３ｂよりも高さＨ分、背を低くした背低縦壁８が配置されており、該背低縦壁８は、上記背高縦壁２ａ〜３ｂよりも肉厚が小さくなっている（約６割の肉厚）。そして上記背低縦壁８の底部は、前記下段横壁６に連結されており、背低縦壁８の頂部には、上段横壁９が連結されている。上段横壁９は左右に伸長して両側端は、背高縦壁２ｂ、３ｂの壁面にそれぞれ連結されている。
上記によって上段横壁４、５と上段横壁９とが多段に配置されている。なお、上記縦壁２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂは、上段横壁９のほぼ上方側が、肉厚が小さくなっている減肉部２０、３０になっている。また、上段横壁９は、上段横壁４、５よりも肉厚が大きくなっており、背高縦壁２ａ〜３ｂの減肉部以外とほぼ同じ肉厚になっている。一方、上段横壁４、５は、上記減肉部２０、３０とほぼ同じ肉厚になっている。

次に、上記衝撃吸収部材１による衝撃吸収作用について図２に基づいて説明する。
図２は、衝撃吸収部材１が衝撃を受けることによって変形する挙動を示した図である。衝撃吸収部材１の上方から所定の速度で荷重が加わると、先ず、上段横壁４、５に荷重が加わり（図２（１））、背高縦壁２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂの突っ張り強度によって衝撃吸収部材１に比較的大きな応力が発生する。その後、これら背高縦壁２ａ〜３ｂが塑性変形を開始して座屈し始める（図２（２））。この段階では応力が徐々に低下する。すなわち、上記（１）〜（２）に至る過程で初期応力ピークが現れる。なお、上記背高縦壁２ａ〜３ｂは、上段横壁９のほぼ上方側が肉厚が小さくなっている減肉部２０、３０になっているので、衝撃が加わった初期に該減肉部２０、３０が比較的容易に座屈することで初期応力を小さくすることができる。

上記のように背高縦壁２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂの座屈が進むと、これら背高縦壁の高さが小さくなり、高さＨ分低くなると、衝撃荷重は上段横壁４、５とともに、上段横壁９に加わるようになる（図２（３））。なお、上段横壁９は、上段横壁４、５よりも肉厚が厚く、背高縦壁２ａ〜３ｂの減肉部２０、３０以外と同等の厚さがあるので、上段横壁４、５に荷重が加わって背高縦壁２ａ〜３ｂが塑性変形している際にも、変形が小さく保たれる。このため、荷重が上段横壁９に加わる際には、荷重が広い範囲で上段横壁９に伝わって、局所的に一気に背低縦壁８に加わらないようになっている。
なお、上段横壁９に荷重が加わると、縦壁８の突っ張り強度によって衝撃吸収部材１の応力が増大し、その後、背低縦壁８も塑性変形を開始して座屈し始める。この段階では応力が徐々に低下する。すなわち、上記（３）〜の過程で第２の小ピークが現れる。

次いで、背高縦壁２ａ〜３ｂおよび背低縦壁８の座屈が進むと、背低縦壁８と背高縦壁２ｂ、３ｂのいずれかに当接するに至る（図２（４））。図では、背低縦壁８と背高縦壁２ｂとが当接する。さらに各縦壁の座屈が進むと、当接した縦壁同士の干渉によって座屈した縦壁の一部分で突っ張り効果が現れて応力が増大し、その後は、突っ張り効果を示した一部分の縦壁も座屈して応力が低下する。すなわち、上記（４）〜の過程で第３の小ピークが現れる。

さらに、各縦壁の座屈が進むと、背高縦壁２ｂ、３ｂの一方に干渉していた背低縦壁８が他方の背高縦壁の２ｂ、３ｂのいずれかに当接するに至り、ここで応力の増加が見られる。図では、背低縦壁８と背高縦壁３ｂとが当接するに至る。上記座屈が進むことで衝撃干渉部材１は完全に圧潰する。
上記過程によって衝撃吸収部材１に加えられて衝撃荷重が吸収、緩和され、衝撃吸収部材１が取り付けられた自車や衝突相手に対する損傷を軽減できる。また、上記に示すように衝撃荷重は、多段の上段横壁４、５と上段横壁９とによって多段に受け止められるので初期応力ピーク値が軽減されており、衝撃吸収部材１に連結されているフレーム部材などに大きな荷重が伝達されるのを防止できる。

（実施形態２）
次に、他の実施形態を図３に基づいて説明する。
衝撃吸収部材４０は、両側に２つの背高縦壁４２ａ、４２ｂおよび背高縦壁４３ａ、４３ｂが対になって互いに対面するように位置しており、対となる背高縦壁４２ａ、４２ｂおよび背高縦壁４３ａ、４３ｂは、それぞれの頂部間に上段横壁４４、４５が連結され、それぞれの底部間に他方側の背高縦壁底部に至る下段横壁４６が連結されている。

また、内側の背高縦壁４２ｂ、４３ｂ間には、上記上段横壁４４、４５よりも低い位置で中段横壁４７が連結されている。上記によって上段横壁４４、４５と中段横壁４７とが多段に配置されている。なお、背高縦壁４２ｂ、４３ｂは、中段横壁４７の下方側の縦壁部４２ｂ１、４３ｂ１が直立し、中段横壁の上方側の縦壁部４２ｂ２、４３ｂ２では、互いに外側に拡がるように傾斜して逆ハ字状になっている。なお、この実施形態では、中段横壁４７の直上で傾斜させているが、本発明としては傾斜位置は中段横壁４７の上方であれば適宜選択可能である。また、傾斜開始位置では屈曲させてもよく、また、湾曲形状によって傾斜させるものであってもよい。

次に、上記衝撃吸収部材４０による衝撃吸収作用について説明する。
衝撃吸収部材４０の上方から所定の速度で荷重が加わると、先ず、上段横壁４４、４５に荷重が加わり、背高縦壁４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂの突っ張り強度によって衝撃吸収部材４０に比較的大きな応力が発生する。その後は、縦壁部４２ｂ２、４３ｂ２が逆ハ字状になっているため、外側の背高縦壁４２ａ、４３ａ側に荷重が多くかかり、この背高縦壁４２ａ、４３ａ側が最初に塑性変形を開始して座屈し始める（図３（ｂ））。この段階では応力が徐々に低下する。上記過程で初期応力ピークが現れる。この際には、背高縦壁４２ｂ、４３ｂは、逆ハ字状の縦壁部４２ｂ２、４３ｂ２によって荷重が分散するため、座屈が抑制されている。

上記のように背高縦壁４２ａ、４３ａの座屈が進むと、これら背高縦壁の高さが小さくなり、衝撃荷重は上段横壁４４、４５とともに、中上段横壁４７に加わるようになる。中段横壁４７に荷重が加わると、縦壁部４２ｂ１、４２ｂ２の突っ張り強度によって衝撃吸収部材４０の応力が増大し、その後、縦壁部４２ｂ１、４３ｂ１も塑性変形を開始して座屈し始める。この段階では応力が徐々に低下する。上記過程で第２の小ピークが現れる。

次いで、縦壁部４２ｂ１、４３ｂ１の座屈が進むと、これら縦壁部４２ｂ１、４３ｂ１が互いに当接するに至る（図３（ｃ））。さらに各縦壁の座屈が進むと、当接した縦壁同士の干渉によって応力が増大し、その後は、突っ張り効果を示した一部分の縦壁も座屈して応力が低下する。この過程で第３の小ピークが現れる。上記座屈が進むことで衝撃干渉部材４０は完全に圧潰する。上記過程によって衝撃吸収部材４０に加えられて衝撃荷重が吸収、緩和される。

なお、上記各実施形態では、衝撃吸収部材を縦に設置して衝撃が上方から加わるものとして説明したが、本発明としては衝撃吸収部材の配置方向は特に限定されるものではない。したがって、上記で説明した上下、左右の方向も絶対的なものではなく、その配置方向を基準にして便宜上示されるものである。
また、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲において適宜変更することができる。

次に、本発明の一実施例を説明する。
前記図１に示す衝撃吸収部材１を試験材として用意し、図４に示すように試験台５０に固定具５１、５２によって固定した。なお、衝撃吸収部材１の背高縦壁２ａ〜３ｂ、上段横壁９の肉厚は５ｍｍ、減肉部２０、３０、上段横壁４、５の肉厚は、４．５ｍｍ、背低縦壁の肉厚は３ｍｍに設定し、全体の高さを１１５ｍｍ、Ｈを２０ｍｍに設定した。この衝撃吸収部材１に対し、圧縮速度１０ｍｍ／分によって３０トンの荷重５５による圧縮試験を行った。該試験において荷重移動距離と衝撃吸収部材１に発生する応力とを測定し、その関係を図５に示した。なお、図中の括弧番号は、図２に示す変形挙動の括弧番号と一致している。図に示されるように、本発明の衝撃吸収部材では、初期応力ピークが低く、その後は、複数の小ピークを有することで応力の低下を小さくしており、良好な衝撃吸収性能が得られる。

本発明の一実施形態の衝撃吸収部材を示す正面図である。 同じく変形挙動を示す図である。 同じく他の実施形態の衝撃吸収部材およびその変形挙動を示す図である。 同じく実施例に用いる試験材を示す斜視図である。 同じく実施例における荷重移動量と発生応力との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 衝撃吸収部材
２ａ 背高縦壁
２ｂ 背高縦壁
２０ 減肉部
３ａ 背高縦壁
３ｂ 背高縦壁
３０ 減肉部
４ 上段横壁
５ 上段横壁
６ 下段横壁
８ 背低横壁
９ 上段横壁
４０ 衝撃吸収部材
４２ａ 背高縦壁
４２ｂ 背高縦壁
４３ａ 背高縦壁
４３ｂ 背高縦壁
４２ｂ１ 縦壁部
４２ｂ２ 縦壁部
４３ｂ１ 縦壁部
４３ｂ２ 縦壁部
４４ 上段横壁
４５ 上段横壁
４７ 中段横壁

Claims (7)

1. 高さの異なる複数の縦壁が、隣接する縦壁同士で互いに対面するように配置され、該縦壁の上下部に、それぞれ隣接する縦壁同士を連結する横壁を有するとともに、上下方向の少なくとも一方で前記横壁が互いに多段に位置し、前記縦壁のうち背低縦壁は、縦方向からの衝撃によって座屈する際に、該背低縦壁が塑性変形を開始して応力が低下し始めた後、圧潰に至るまでに隣接する縦壁と当接して干渉し合うように配置されていることを特徴とする衝撃吸収部材。
2. 横方向中心線に対し、前記縦壁および横壁が線対称に位置していることを特徴とする請求項１記載の衝撃吸収部材。
3. 横方向両側にそれぞれ対となる背高の縦壁が距離を隔てて配置され、前記対となる背高縦壁の底部間および頂部間に横壁が連結され、これら背高縦壁の内側に背の低い縦壁が配置され、該背低縦壁とこの両側に位置する背高縦壁との底部間が横壁で連結され、前記背低縦壁頂部の高さ位置で該背低縦壁と両側に位置する背高縦壁とが横壁で連結されており、前記縦壁のうち背低縦壁は、縦方向からの衝撃によって座屈する際に、該背低縦壁が塑性変形を開始して応力が低下し始めた後、圧潰に至るまでに隣接する縦壁と当接して干渉し合うように配置されていることを特徴とする衝撃吸収部材。
4. 横方向両側にそれぞれ対となる背高の縦壁が距離を隔てて配置され、前記対となる背高縦壁の底部間および頂部間に横壁が連結され、前記背高縦壁のうち内側同士の背高縦壁間に、底部で横壁が連結されているとともに前記頂部間横壁よりも低い位置で中段横壁が連結され、さらに前記背高縦壁のうち内側の縦壁は、中段横壁よりも高い位置の部位が、上方に向かうに従ってより外側に位置するように傾斜しているとともに、中段横壁よりも下方位置の部位が、縦方向からの衝撃によって座屈する際に、該部位が塑性変形を開始して応力が低下し始めた後、圧潰に至るまでに隣接する縦壁と当接して干渉し合うように配置されていることを特徴とする衝撃吸収部材。
5. 背高の縦壁の肉厚を一部で減少させていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の衝撃吸収部材。
6. 肉厚を減少させた部位は、背低の縦壁の頂部に設けられた横壁のほぼ上方に位置していることを特徴とする請求項５記載の衝撃吸収部材。
7. 背低の縦壁の肉厚を、背高の縦壁の肉厚よりも小さくしていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の衝撃吸収部材。

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