JP4425035B2 - 車両用衝撃吸収体 - Google Patents

Description

本発明は、車両用衝撃吸収体に係り、特に、車両に衝撃が作用した場合において、膝部（knee）等の受圧面積の小さい身体部位が内装材と干渉したとき、膝部等に過大過重が発生するのを抑制しやすい車両用衝撃吸収体に関する。

以下、車両用衝撃吸収体として、車両の衝突時に、着座した乗員の拘束予定部位（例えば膝部）に向かって突出し、該拘束予定部位の移動を抑制する乗員保護装置（乗員拘束装置）における拘束体の裏面に組み付ける場合を例に採り説明するが、これに限られるものではない。

すなわち、乗員拘束機構を有しない、サイドドア、クォータパネル、フロント・バックシート等の単なる車両内装材の裏面に配設して、衝撃荷重ないし衝撃エネルギーの低減を目的とする場合にも適用可能である。

従来、この種の乗員拘束装置として、駆動機構に連結されたニーボルスターやニーパネル等の膝部拘束体（拘束パネル）が、その前面が内装材の一部を構成するように、着座した乗員の膝部と対面させて配設されたものがある（例えば、特許文献１・２参照）。

このとき、膝部拘束パネルが膝部と干渉した場合において、膝部が受ける衝撃荷重及び／又は衝撃エネルギーを低減させる見地から、膝部拘束パネルの裏面に、衝撃吸収体を配設することが望ましい。

当該衝撃吸収体として、合成樹脂製のリブ構造の車両用衝撃吸収構造体（車両用衝撃吸収体）を使用することが考えられる（特許文献３・４等）。

特許文献３には、支持板部（天板）の一方の面に、所定高さを有する薄肉のリブを格子状に立設させたものが、また、特許文献４には、特許文献３に記載の構成のものにおいて、リブの一部若しくは全部を、少なくともリブ上部が、上端に向うにしたがって次第に狭幅となるように構成したものが記載されている。

なお、本発明の発明性に影響を与えるものではないが、特許文献５に、格子状リブを備えた衝撃吸収体において、格子空間を遮断する表板と底板とを互い違いに設けて、底着き時における発生荷重上昇を抑制する技術が提案されている。
特開平４−２７８８５８号公報 特開２００１−１２２０６１公報 特開平８−１４２２３４号公報 特開平８−９１１６０号公報 特開平１０−１２９３７７号公報

しかし、上記特許文献３の構成の車両用衝撃吸収体は、拘束パネル等の内装材壁面を介して荷重が先端側から（荷重受け面に）作用したとき、衝撃吸収体における荷重（Ｆ）−変位（ストローク：Ｓ）曲線（以下、「Ｆ−Ｓ曲線」という。）において、初期荷重値（座屈荷重）と、終期荷重値（底着き荷重）とに突出（尖り）が、特に、変形終了間際の終期荷重が出易い（図６実線参照）。

特許文献４においては、リブの上部が、上端に向うに従って次第に狭幅となるように構成されているため、初期荷重値の突出は出ないが、特許文献３と同様、終期荷重値には突出が出る。

これは、通常、薄肉リブ衝撃吸収終期における荷重尖りは、リブの座屈変形が底着き近くまで及ぶと、底部にはリブの潰れ残りが多量に存在する結果となるため、膝部が格子リブの根元部近くまで進入した場合において発生する。

これらの衝撃吸収体のＦ−Ｓ曲線における初期及び終期における荷重尖りは、可及的に小さい方が望ましい。通常、荷重尖りが膝部に対する最大作用荷重値となるためである。

なお、最大荷重作用値が許容値を超えるようなときは、リブ高さを高くして、リブの組成変形（座屈変形）が底着きするまでに完了させる必要がある。このため、衝撃吸収体が相対的に大型（嵩高）となり、省スペース化の見地から望ましくない。

本発明は、上記にかんがみて、薄肉リブを連結させて格子状等に形成した衝撃吸収部を備えた車両用衝撃吸収体のＦ−Ｓ曲線における、特に、終期の荷重尖りを抑制できる車両用撃吸収体を提供することを目的（課題）とする。

本発明に係る車両用衝撃吸収体は、下記構成により、上記課題を解決するものである。

車両における衝撃吸収のために使用される合成樹脂製の衝撃吸収体であって、
衝撃吸収部を備え、
該衝撃吸収部が、複数の薄肉リブを連結して形成されて、衝撃荷重作用時に塑性変形して衝撃エネルギーを吸収可能とされ、
前記薄肉リブの立設方向直交断面の断面積が、先端部側から元部側に亘って略同一となるように、
前記薄肉リブが、立設方向断面がテーパ（衝撃荷重作用側である先端部側を基準とする。以下同じ。）とされたテーパ断面部と、立設方向断面が逆テーパとされた逆テーパ断面部とを前記薄肉リブの長手方向に沿って交互に備えるとともに、
前記テーパ断面部が、該テーパ断面部の幅が先端部側から元部側に向かって漸減されている、ことを特徴とする。

上記構成とすることにより、荷重（Ｆ）−変位量（Ｓ）における終期における荷重尖りの発生が抑制される。すなわち、衝撃荷重により底着き近く（変形終了間際）なっても潰れ残り量が相対的に少なくなり、終期における荷重尖り（ピーク）が相対的に小さくなる（抑制される）。従って、前述の如く、最大衝撃荷重作用時におけるリブの塑性変形を底着き前に完了させるために、リブ高さを高くする必要がなく、衝撃吸収体の相対的なコンパクト化が可能となる。

また、前記薄肉リブの立設方向直交断面の断面積が、先端部側から元部側に亘って略同一となるようにテーパ断面部の幅が先端部側から元部側に向かって漸減されている構成であるため、衝撃荷重吸収時における初期から終期に亘る間の荷重値の変動を無くすことができる。

さらに、テーパ断面部と逆テーパ断面部とは、通常、交互に形成する構成であるため、衝撃荷重の作用部位による発生荷重のバラツキが相対的に小さくなる。

前記衝撃吸収部は、複数の薄肉リブを格子状に交差させて形成することができる。この場合は、衝撃荷重の作用部位・方向による発生荷重のバラツキが、格子状でない縞状等に比して小さくなる。

前記衝撃吸収部を基板部上に形成する場合は、薄肉リブにおけるテーパ断面部に対応させて基板部に型抜き用孔を形成して、衝撃吸収部を基板部とともに一体成形する構成とすることができる。この場合は、薄肉リブと基板を別に成形して一体化する必要がなく、しかも、薄肉リブの根元部に形成される型抜き用穴が、底着き時の材料逃げ空間の作用を奏して、潰れ残り量が少なくなり、結果として底着き時荷重も低減される。

そして、上記各構成の車両用衝撃吸収体は、通常、拘束装置における乗員拘束パネルで一部が構成された車両用内装材の、乗員拘束パネルの裏面に配して使用する。

乗員拘束パネルとしては、衝撃荷重作用時に、乗員側に突出して乗員膝部を拘束保護する膝部拘束パネルとすることが、本発明の効果が顕著となり望ましい。

以下、本発明の実施形態について、図例に基づいて説明をする。

図１に本実施形態の衝撃吸収体を取付ける乗員保護装置（乗員拘束装置）の一例を示す。

当該乗員拘束装置Sは、図１に示すように、乗員としての運転者（乗員）１２の膝部１４を拘束予定部位とし、膝部１４の移動を抑制して運転者１２を保護するものである。運転者の車両前方側であるステアリングコラム１８の下方に配設される。

以下の説明で、上下・前後・左右の関係は、乗員拘束装置を車両に搭載した状態を基準とするもので、搭載時における車両の上下・前後・左右の関係と一致する。

ステアリングコラム１８は、ステアリングホイール２０に連結されるメインシャフト２２と、メインシャフト２２の周囲を覆うコラムチューブ２４と、さらに、コラムチューブ２４を覆うコラムカバー２６とを備えたものである。コラムカバー２６は、インストルメントパネル（以下「インパネ」という。）２８から斜め上方へ突出するように配設される。

そして、乗員拘束体Ｓは、インパネ２８の開口部３０に、該開口部３０を塞ぐように配設されて、乗員左右膝部を拘束な可能な長さを備えた横長矩形板状の拘束パネル３２と、該拘束パネル３２を、車両に衝撃荷重作用時、前方へ突出させる駆動機構３４とを備えている。駆動機構（アクチュエータ）３４は、一対のシリンダ３６を備え、該シリンダ３６のピストンロッド３８の各先端が拘束パネル３２を裏面左右と結合されている。該アクチュエータ３４は、車両に衝撃荷重作用時、車両ボディ（車体）等に組み込まれた検知手段からの信号によりインフレータ（図示せず。）が作動して各拘束パネル３２を前方へ突出させて乗員を拘束保護する。

なお、インパネ開口部３０は、インパネ２８を形成するアッパパネル２８ａとロアパネル２８ｂとで段差受け部３０ａを備えて形成され、該段差受け部３０ａに横長矩形板状の拘束パネル３２が嵌合セットされるようになっている。

上記乗員保護装置において、拘束パネル３２の裏面に、本実施形態の衝撃吸収体４０が配設されている。

本実施形態における衝撃吸収体４０は、図２〜５に示す如く、基板部（支持板部）４１と、支持板部４１上に形成された衝撃吸収部４６とからなる。衝撃吸収部４６は、支持板部４１上に形成された矩形箱体（外枠）４２内に複数を薄肉リブ４４、４４を格子状に配設して形成されている。

本実施形態では、支持板部４１と衝撃吸収部４６の平面大きさは同一であるが、支持板部４１のみ大きくして、フランジ部等を備えた構成としてもよい。

また、外枠４２がない構成であってもよい。なお、外枠４２は、当然、衝撃荷重作用時、塑性変形可能な肉厚を有するものとする。

即ち、格子形状は、図例の如く、矩形に限られず、三角形、正多角形（五角形、六角形）等、さらには、平行四辺形、ひし形等であってもよい。さらには、薄肉リブの立設の態様は、支持板部４１上に直立でなくても、斜設（１０〜２０°）でもよい。

また、支持板部４１の上に形成した矩形箱体４２又は矩形箱体４２の長手方向壁４２ａ、４２ａを無くして一対の短手方向壁４２ｂ、４２ｂのみとして、該短手方向壁４２ｂ、４２ｂ間に薄肉リブ４４を長手方向のみにパラレル配した構成としたり、薄肉リブ４４を短手方向のみにパラレルに配して、該薄肉リブ４４間を、衝撃荷重作用時に衝撃荷重の変動に影響を与えない薄さのフィルム体で結合させたり、任意である。

また、薄肉リブ４４、４４の格子の交差点ピッチは、通常、１０〜５０ｍｍの範囲で適宜設定する。衝撃吸収部７の平面大きさは、膝部を十分に受け可能な大きさとし、例えば、左右膝部に対応して一対仕様とする場合は、縦５０〜３００ｍｍ、横５０〜３００ｍｍとする。

さらに、支持板部４１は、必然的ではなく、前後方向（衝撃荷重作用方向）において両側開口の構成としてもよい。

そして、薄肉リブ４４の高さ及び肉厚は、形成する合成樹脂材料及び要求される衝撃吸収特性により異なる。通常、高さ２０〜１００ｍｍ、肉厚０．６〜１．２ｍｍの範囲とする。このとき、肉厚は、本実施形態では、薄肉リブ４４が後述の如く、テーパ断面部４４ａさらには逆テーパ断面部４４ｂを備えているため、リブ縦方向断面における平均肉厚（通常、中間高さ位置）を意味する。

また、支持板部４１の厚みは、合成樹脂材料の種類や、衝撃吸収体４０の車両への取付け態様により異なるが、通常、２〜３ｍｍとする。

ここで本実施形態では、薄肉リブ４４、４４は、テーパ断面部４４ａと逆テーパ断面部４４ｂ（何れも衝撃荷重作用側である先端部側を基準とする。）とを交互に各セル間で備えている。この結果、荷重（Ｆ）−変位量（Ｓ）における終期における荷重尖りの発生が抑制される（図４参照二点鎖線）。なお、矩形箱体４２を形成する外枠板体４２ａ、４２ｂは、外側に塑性変形を阻害する干渉部材が存在しないため、テーパ断面部及び逆テーパ断面部を交互に設ける必要はない。

具体的には、テーパ断面部４４ａと逆テーパ断面部４４ｂとが薄肉リブ４４の長手方向に沿って交互に形成されている。このとき、テーパ角度は、通常の抜きテーパ角度（２〜３°）より倍以上大きなもの、通常、４〜１５°、望ましくは、７〜１２°とする。テーパ角度が小さすぎては、十分な衝撃吸収荷重が得られず、逆に、テーパ角度が大き過ぎては、射出成形で製造する場合の金型の抜き角度が十分ではなくなるからである。

例えば、リブ高さ６０ｍｍで、テーパ断面の元部（広幅）側肉厚ｔ１：２．０ｍｍ、先側肉厚ｔ２：１．０ｍｍとしたとき、テーパ角度は約９．５°である。

薄肉リブ４４の肉厚が厚すぎたり、格子ピッチが短すぎたりすると、格子状リブからなる衝撃吸収部が塑性変形し難く、衝撃荷重値が高くなり易い。また、リブの肉厚が薄すぎたり、格子ピッチが広すぎたりすると、衝撃吸収部の塑性変形が容易となりすぎて、衝撃エネルギー吸収効率が低下する。

例えば、格子のリブ間距離（内側基準）を、３０ｍｍとして、中央に先端幅１０ｍｍで根元幅２０ｍｍのテーパ断面部４４ａを、両側にそれぞれ先端幅１０ｍｍで根元幅５ｍｍの逆テーパ断面部４４ｂを形成したものである。すなわち、テーパ断面４４ａの幅を先端側から元部側に向けて漸増させてある（末広がりとしてある。）。

このとき、上面、中央高さ断面、根元断面は、それぞれ、下記の如くになり、立設方向直交断面の断面積が、先端部側から元部（根元部）側に亘って略同一となることが分かる。

上面断面（図３の４(1)−４(1)位置）：２（１０×１）+２×１０＝４０（ｍｍ²）
中央高さ断面（同４(2)−４(2)位置）：３０×１．５＝４５（ｍｍ²）
根元部断面（同４(3)−４(3)位置）：２（５×２）+１×３０＝４０（ｍｍ²）
なお、上記ではテーパ断面部４４ａと逆テーパ断面部４４ｂを交互に設け、テーパ断面部４４ａをさらに末広がりとしてあるが、逆テーパ断面部４４ｂを設けずに、テーパ断面部４４ａを立設方向で形成し、両側にテーパ断面部４４ａの上端又は下端厚みの同一肉厚の平板断面部を形成してもよい。

そして、本実施形態では、衝撃吸収体４０の成形に際して、支持板部（基板部）４１と衝撃吸収部４６とが一体成形可能に、すなわち、衝撃吸収体（成形品）４０を離型可能に、薄肉リブ４４のテーパ断面部４４ａに対応させて、薄肉リブ４４の根元部に支持板部４１に型抜き用孔４１ａが形成されている。

このとき型抜き用孔４１ａの幅は、上記寸法の場合、α≒２〜５ｍｍとする（図５参照）。

本実施形態衝撃吸収体４０を製造する場合の金型構造の一例における概略断面図を図５に示す（衝撃吸収部４６を支持板部４１と共に一体射出成形する場合の。）。図５(1)及び(2)は、図３のそれぞれ５(1)−５(1)位置及び５(2)−５(２)位置に対応する各部位における金型断面図である。

なお、通常、射出成形に際しては、通常、雌型を固定型（上型）５２、雄型を可動型（下型）５４とするため、支持板部４１を上側として、すなわち、箱体を反転（逆立ち）させた状態で成形する。図例では、スプルー・ランナー・ゲート等の材料流入路及び冷却媒体通路は省略してある。

成形材料としての合成樹脂材料（プラスチック材料）としては、特に限定されるものではないが、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、及びポリマーアロイ等のポリオレフィン系のものが可塑変形（延性）しやすく、かつ、軽量であり好ましい。これらのうちで、通常、曲げ弾性率が９８００ＭＰａ以下のものを使用する。

次に、上記構成の衝撃吸収体４０を、前述の拘束パネル（通常、インパネ内装材と同一仕様）３２の裏面左右に取付ける。取付け手段としては、接着剤、溶着等を挙げることができ、特に限定されない。例えば、超音波溶着により一体化させ、取付ける。このとき、拘束パネル３２は、図例では、アクチュエータ３４の構成部品であるシリンダ３６の先端に取付けた押圧板３９に直接、取付けてある。なお、押圧板３９は拘束パネル３２との間に隙間を形成しておき、衝撃吸収体４０を一体化させた拘束パネル３２をクリップ等により別に設けた保持部材に取付け可能としてもよい。

なお、押圧板３９は、硬質合成樹脂板ないし、金属板とする。

そして、衝撃が車両に作用したとき、該衝撃をバンパ等の内蔵されているセンサが検知して、インフレータが作動する。該インフレータの作動により、押圧板３９により衝撃吸収体一体化された拘束パネル３２が前方へ突出されて、乗員の膝部１４を拘束する。このとき、膝部と拘束パネル３２が干渉して、膝部１４が拘束パネル３２を介して衝撃吸収体４０に食い込むことがある。

このとき、衝撃吸収体４０は、薄肉リブ４４にテーパ断面部４４ａを備えているため、Ｆ−Ｓ曲線における終期荷重の尖りが抑制される（図６点線参照）。さらには、相対的にストローク量も増大して、衝撃エネルギー吸収体のエネルギー吸収効率を向上させることが可能となり、ひいては、衝撃吸収体の薄肉化（小型化）も可能となる。

本発明の衝撃吸収体の一適用例である乗員拘束装置の組付け部位の概略断面図である。 本発明の衝撃吸収体の一実施形態を示す斜視図である。 同じく要部切欠き部分斜視図である。 （１）、（２）及び（３）は、それぞれ図３における４(1)−(1)線、４(2)−(2)線及び４(3)−(3)線の後側省略断面図である。 （１）及び（２）は、それぞれ図３における５(1)−(1)線及び５(2)−(2)線に対応する部位における成形用金型の各概略断面図である。 点線及び実線はそれぞれ本発明及び従来例におけるＦ−Ｓ曲線をモデル的に表したものである。

符号の説明

４０ 衝撃吸収体
４１ 支持板部（基板部）
４４ 薄肉リブ
４６ 衝撃吸収部

Claims (5)

1. 車両における衝撃吸収のために使用される合成樹脂製の衝撃吸収体であって、
   衝撃吸収部を備え、
   該衝撃吸収部が、複数の薄肉リブを連結して形成されて、衝撃荷重作用時に塑性変形して衝撃エネルギーを吸収可能とされ、
   前記薄肉リブの立設方向直交断面の断面積が、先端部側から元部側に亘って略同一となるように、
   前記薄肉リブが、立設方向断面がテーパ（衝撃荷重作用側である先端部側を基準とする。以下同じ。）とされたテーパ断面部と、立設方向断面が逆テーパとされた逆テーパ断面部とを前記薄肉リブの長手方向に沿って交互に備えるとともに、
   前記テーパ断面部が、該テーパ断面部の幅が先端部側から元部側に向かって漸減されている、
   ことを特徴とする車両用衝撃吸収体。
2. 前記衝撃吸収部が、複数の薄肉リブを格子状に交差させて形成されていることを特徴とする請求項１記載の車両用衝撃吸収体。
3. 前記衝撃吸収部が基板部上に形成されるとともに、前記薄肉リブにおけるテーパ断面部に対応させて型抜き用孔が前記基板部に形成されて、前記衝撃吸収部が基板部とともに一体成形されていることを特徴とする請求項１又は２記載の車両用衝撃吸収体。
4. 乗員拘束装置における乗員拘束パネルで一部が構成された車両用内装材であって、前記乗員拘束パネルの裏面に請求項１〜３いずれか一記載の車両用衝撃吸収体が配されていることを特徴とする車両用内装材。
5. 前記乗員拘束パネルが、衝撃荷重作用時に、乗員側に突出して乗員膝部を拘束保護する膝部拘束パネルであることを特徴とする請求項４記載の車両用内装材。

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