JP4425771B2 - 衝撃エネルギー吸収材および衝撃エネルギー吸収構造 - Google Patents

Description

本発明は、自動車などのバンパカバーなどの内側に配設して、歩行者がバンパカバーに衝突したときに、歩行者の脚部の衝撃を緩和する衝撃エネルギー吸収材に関する。

我が国の国土交通省は、乗用車等を対象として、歩行者頭部保護基準の導入をするため、ボンネットの衝撃緩和性能を規定する道路運送車両の保安基準（昭和２６年運輸省令第６７号）と道路運送車両の保安基準の細目を定める告示（平成１４年国土交通省告示第６１９号）を改正している。
この基準は、人の頭部の模擬体を自動車のボンネットにぶつける試験によって、頭部インパクタが受ける衝撃を測定し、その結果から合否を判定するものである。これに伴って、歩行者の脚部も保護しようとする動向があり、自動車と歩行者との衝突の際に、バンパ部によって脚部の衝撃を緩和させることが求められている。

図１５は、下記の特許文献１によって開示されている歩行者の脚部保護構造を示す。
これは自動車の前部に、断面が凹形状のバンパビーム５１とこれを覆うバンパカバー５２を配設し、バンパビーム５１の前面側に形成した窪み５４に、基端側を嵌合し先端部をバンパカバー５２側に突出させて発泡体５３を取付けたものである。発泡体５３は、歩行者が車両に衝突した際に、歩行者の脚部の衝撃を緩和する。

特開２００４−３２２８６１号公報 特開平１０−０２９４８２号公報

特許文献１の技術は、発泡体５３の材質にポリプロピレン系樹脂やポリオレフィン系樹脂を用いている。そして歩行者との衝突の他に、車両同士の衝突も考慮し、衝突後の発泡体５３の復元をも考慮している。すなわち、発泡体５３が底付きする程度の荷重を受けると塑性変形するので、底付きしないように、発泡体５３の基端側を長さＬ１だけ窪み５４に嵌合させ、発泡体５３の先端側の長さがＬ２だけ潰れても、それは弾性領域の範囲であり、もとの形状に戻るようにしている。
図９は、荷重と歪みを示す線図であり、縦軸は荷重の大きさを示し、横軸は変形量（歪み）を示す。発泡体５３は弾性体であるので、荷重と歪みエネルギーの吸収は、ラインａに示すようにリニア的に作用する。しかしながら、ラインｂに示すように、初期に大きな荷重を受けたときに変形量が少なく、ある一定以上の荷重値に達した時に、一気に変形する方がエネルギーの吸収量が大きい。

さらに、発泡体に大きなエネルギーを吸収させようとすると、その厚さが大きくなり、車種によってはバンパカバーとバンパビームの隙間に入らず、そのための隙間を作ると車体が長くなってしまうという事情があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、上記ラインｂに示すように、大きなエネルギーを吸収するとともに隙間の狭い場所に配設できる衝撃エネルギー吸収材を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、車体の幅方向に延びるバンパビームと、該バンパビームを覆うバンパカバーとの間に配設される衝撃エネルギー吸収材であって、樹脂薄材からなる帯材を金属製の帯材の表裏両面に重ね合わせ、螺旋状に巻装して筒状体とし、前記筒状体の周壁部に凹凸条を螺旋状の配置で形成し、かつ全体を長手方向に一様な断面形状に成形してなり、前記断面形状が、配設部位への固定用平坦面を含む角丸多角形状であることを特徴とする。
上記衝撃エネルギー吸収材は、好適には前記断面形状が角丸四角形状である。
また、本発明は、上記衝撃エネルギー吸収材を、その長手方向を車幅方向に一致させて、前記バンパビームの前面に取付けた衝撃エネルギー吸収構造にある。
前記取り付け状態における前記衝撃エネルギー吸収材の前面が、それに対向する前記バンパカバーの内面形状と一致するように成形されていることが好ましい。

本発明は、上記構成により、車幅方向に延びるバンパビームと、該バンパビームを覆うバンパカバーの間に筒状部材を配設したので、歩行者がバンパカバーに衝突した際に、筒状部材が塑性変形して衝撃エネルギーを吸収し、歩行者の脚部を保護する。
上記筒状部材は、樹脂薄材からなる帯材を金属製帯材に重ね合わせて上記筒状部材を形成するとともに、該筒状部材の断面を四角形状に形成したので、大きな衝撃エネルギーを吸収することができる。
さらに、上記吸収材の前面を、該前面に対向するバンパカバーの面形状と一致するように形成したので、変形の際にバンパカバーと吸収材の追従性が向上する。

以下、本発明の実施の形態の衝撃エネルギー吸収材について、図面を参照しながら説明する。図１〜図３は、エネルギー吸収材１を示す。この吸収材１は、塑性変形により衝撃エネルギーを吸収するものである。
吸収材１は、断面が四角形の筒状部材であり、外側から順に外層材２、中間層材３及び内層材４の３層の部材を重ね合わせている。このうち、耐水性を必要とする外層材２と内層材４には、樹脂フィルムを用いる。外層材２および内層材４の厚さは０．０３ｍｍ〜０．２５ｍｍである。中間層材３は金属薄板、例えばアルミニウム、ステンレス、銅、鉄、チタン及びこれらに相当するものや合金が使用できる。中間層材３の厚さは０．０５〜０．１５ｍｍである。

本実施の形態では、中間層材３に硬質のアルミ箔を使用し、外層材２、中間層材３及び内層材４を重ね合わせて、これを、螺旋状に巻回して形成する。そして、重ね合わせたこれらの層材２〜４に、軸方向に連続して凹部５及び凸部６を形成し、吸収材１の軸方向の一端側から他端側へ全体が波状になるように形成する。よって、吸収材１は、材料が連続する限り軸方向に延長して形成できる。吸収材１には、凹凸部５，６が形成されているので、一定範囲で円弧形状やＳ字形状に曲げることができる。また、吸収材１の軸方向へ、引っ張り荷重や圧縮荷重を与えると一定値までは弾性を有し延び縮みができ、同様に曲げ力を与えると一定値までは弾性変形し、無負荷にすることによって元の形状に復元する。吸収材１の強度は、金属箔や層材２，４の材質を変えることで調整が可能であり、表面の凹凸部５，６の高さ、ピッチを変えることにより、微調整が可能である。

中間層材３は、製造時に帯材の切れ目で材料を代えて吸収材１の軸方向へ延ばすことができ、このような材料の変更点を設けることによって、吸収材１の強度を変えることができ、吸収材１の強度を部分的に変えられる。また、中間層材３の材質を維持したまま厚みを途中で変更し、吸収材１の強度を部分的に変えてもよい。
吸収材１の断面形状は、四角形（正方形）としたが、長方形、５角形等の他の形状であってもよい。また、吸収材１の断面形状は、その周囲の長さを変えることなく、正方形から長方形などの他の形状に途中で変更することも可能である。

次に、衝撃エネルギー吸収材１の使用例について説明する。
図４は自動車１１を示し、図５は、車体１２の前部の分解図である。車体１２の下部には、左右一対のサブフレーム１４を車体の前後方向に延設し、サブフレーム１４の前端部には、板状のバンパビーム１５を取付ける。バンパビーム１５の前方には、これを覆うバンパカバー１３が装着される。なお、バンパカバー１３は、車体１２の前側部にあるフェンダーパネル１６の下部や、図示しない車体側のクロスメンバなどの取付部に固定する。図６に示すように、バンパカバー１３とバンパビーム１５との間には隙間１８を設けて、衝撃エネルギー吸収材１を配設する。吸収材１は、バンパビーム１５の前面に軸を車幅方向に向けて取付ける。吸収材１は、バンパビーム１５が湾曲していても、フレキシブル性を有するので取付けでき、中空であるので軽く車体の重量負担にならない。

吸収材１の取付方法は、クリップ、ネジ、バンド、接着剤などを用いて行う。図７及び図８にそれらの取付方法を具体的に示す。
図７のＡは、吸収材１にクリップ１９を固定し、バンパビーム１５には瓢箪形状の孔２０を形成し、クリップ１９を孔２０に差し込んだ後、吸収材１を横方向にスライドさせて固定する。クリップ１９は、瓢箪孔２０の窪みの部分（図示せず）でクリップ１９の軸部が係止されて、吸収材１の移動を規制する。なお、図７のＡは、クリップ１９の取付部を２箇所のみ示しているが、実際は、吸収材１がバンパビーム１５の車幅方向へ延びているので、多数のクリップ１９の取付部を設けている。これについては、図７の他の各図と図８も同じである。

図７のＢは、吸収材１の周囲をバンド２１で巻き、バンド２１又は吸収材１にクリップ１９を固定しておく。そして、バンパビーム１５に形成した丸孔にクリップ１９を差し込んで、吸収材１を取付ける。
図７のＣは、引っ掛け部２２ａとヒンジ部２２ｂを付けたバンド２２にクリップ１９を固定し、予めバンド２２をバンパビーム１５に形成した丸孔に差し込んで固定する。バンド２２の引っ掛け部２２ａは、爪などを外して結合を解除でき、後から吸収材１をバンパビーム１５に着離できる。
図７のＤは、吸収材１の内周面の両端部に段差を持つ取付金具２３を固定し、取付金具２３の内周面からの突出部分にネジ孔を設け、ビスクリップ２４で取付金具２３をバンパビーム１５に固定している。吸収材１は取付金具２３の段差部分によって支持される。吸収材１の中間部には、前面側にボルト２５と工具の通し孔２６を形成し、ボルト２５によって吸収材１の中間部をバンパビーム１５に締結する。なお、ビスクリップ２４は、ビス２４ａを押し込むことにより、クリップ２４の先端部が広がって、クリップ２４がバンパビーム１５に固定される。

図８のＡは、ハット形バンド２７により吸収材１を取付けた状態を示す。吸収材１をバンパビーム１５の前面の取付場所に配置し、バンド２７で吸収材１を支持し、バンド２７のフランジ部に形成したネジ孔を介してビスクリップ２４で吸収材１を固定する。
図８のＢは、吸収材１の両端部を上述した取付金具２３（図７のＤ参照）で固定し、中間部の複数箇所（図では１箇所）をハット形バンド２７（図８のＡ参照）により固定したものである。
図８のＣは、略コの字状バンド２８を、バンパビーム１５の前面にクリップ１９によって予めその開口側を前方に向けて、複数箇所に取付けておく。吸収材１はコの字バンド２８の内側に湾曲した係止部２８ａによって、係止して取付けられる。吸収材１は係止部２８ａを拡げてバンパビーム１５に対して着離できる。

次に、衝撃エネルギー吸収材の作用について説明する。
図６に示すように、前方からの荷重Ｆが負荷したときに、バンパカバー１３が後方移動すると、まずバンパカバー１３が吸収材１の前面１ａに当接し、吸収材１が荷重Ｆを受け止める。この際、吸収材１の断面形状が四角形であるので、向かい合う水平部１ｂが荷重を支持する状態となり、一定荷重の大きさまでは、実質的な変形はしないで原形を維持する。一定の荷重を越えると水平部１ｂが座屈し、吸収材１が一気に塑性変形する。
このように、初期の状態では大きな荷重を受けても変形することなく、一定以上の荷重を受けて変形する。これを図９の荷重と変位の線図で示すと、ラインｂに示すような矩形になる。このようなラインｂは、従来例で説明した発泡体の示すラインａよりも大きな衝撃エネルギーを吸収できる。
吸収材１をバンパ部に配置する場合、約２ｋＮ／ｃｍ2の強度を目途とされる。硬質の発泡材と、本実施の形態の吸収材１を比較すると、同じエネルギーの吸収量であれば、車体の前後方向の長さに対して、吸収材１は発泡材の約２／３の長さですむ。例えば、正四角形の１辺が６０ｍｍの吸収材１を使用した場合、発泡材では９０ｍｍの長さのものが必要になる。よって、吸収材１は、バンパカバー１３とバンパビーム１５の隙間の狭い場所に配設することができ、かつ大きなエネルギーを吸収できる。

実際には、バンパカバー１３の形状などによってバンパカバー１３の各部の強度が異なる場合がある。例えば、バンパカバー１３の中央部よりもコーナ部の剛性が大きいような場合は、図１０に示すように、吸収材１の両端部１ｃの強度（エネルギー吸収量）を中央部１ｄよりも小さくする。好ましくは、バンパカバー１３と吸収材１とを合わせた強度が、車幅方向に一定になるようにするとよい。これは、上述したように、吸収材１の中央部１ｄと端部１ｃとで、中間層材３の材質又は厚みなどを変えればできる。なお、層材２，４もエネルギーの吸収に貢献するので、微妙な変化が必要な場合は、層材２，４の厚さを変えることによって行うことができる。さらには、吸収材１の凹凸部５，６の山の高さやピッチを、吸収材１の途中で変えてもよい。
また、バンパカバー１３とバンパビーム１５の隙間は、図１１に示すように、全体として一定でなく各部で異なることがある。例えば、バンパカバー１３の中央部１ｄで広く、両端部１ｃで狭い場合は、中央部１ｄと両端部１ｃとで断面形状を変えた吸収材１を配置するとよい。吸収材１の断面形状を変えると強度が変わるので、それに応じて中間層材３の材質又は厚みを変えて強度を調整してもよい。

図１２は、バンパビーム１５の前面１５ａに間隔を空けて複数の縦リブ２９を形成したものを示す。吸収材１が大きな衝撃エネルギーを吸収するのは、吸収材１の断面方向に塑性変形する際に、吸収材１の凹凸部５，６も延びる方向へ変形するからであると考えられる。すなわち、吸収材１が断面方向に塑性変形するとともに軸方向にも塑性変形するからである。よって、縦リブ２９間に荷重が負荷したときは、吸収材１が延びるようにして後方側に撓むので、全体としては、凹凸部５，６が延びて吸収材１が効率良く軸方向へ塑性変形するように潰され、大きなエネルギー吸収力を得ることができる。

図１３は、衝撃エネルギー吸収材１の前面部１ａをバンパカバー１３の曲率に対応させて、バンパカバー１３の曲面に平行になるように形成したものを示す。このように、前面部１ａの形状をバンパカバー１３の形状に合わせることで、バンパカバー１と前面部１ａの追従性が向上し、水平部１ｂが確実に座屈するようになる。
なお、バンパビーム１５の前面１５ａが湾曲しているような場合は、バンパビーム１５の曲面に対応させて後面部１ｆを湾曲させ、後面部１ｆの全体を前面１５ａに当接させるとよい。吸収材１の取付安定性が向上する。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく本発明の技術的思想に基づいて種々の変形及び変更が可能である。
上記実施の形態では、乗用車を例にあげたが、自動車の車種を問わずバンパ部に吸収材１を配設できる。また、吸収材１は、可撓性をもつので、バンパ部の形態に応じて湾曲させるなど、任意の形状に配設することができる。図１４に示すように、バンパビーム１５の幅が上下方向に広い場合は、吸収材１の軸を縦方向にして配設してもよく、または、上下に２段、又は複数段に配設してもよい。

吸収材１をバンパカバー１３側に取付けてもよい。吸収材１は、軸を横方向にして１本配設したが、複数に分割してもよい。

本発明の実施の形態における衝撃エネルギー吸収材の斜視図である。 図１のエネルギー吸収材を軸方向から見た正面図である。 図１のエネルギー吸収材の周壁部の拡大断面図である。 図１のエネルギー吸収材をバンパ部に配設した自動車の斜視図である。 図４の自動車の前部の分解斜視図である。 図４の自動車のバンパ部の断面図である。 本実施の形態のエネルギー吸収材のバンパビームへの取付け方を示す図であり、Ａは、吸収材をクリップで固定した状態の斜視図、Ｂは、吸収材をバンドとクリップで固定した状態の斜視図、Ｃは、引っ掛けバンドによって吸収材を固定した状態の斜視図、Ｄは、ボルトとビスクリップで吸収材を固定した状態の斜視図である。 本実施の形態のエネルギー吸収材のバンパビームへの取付け方を示す図であり、Ａは、ハット形バンドにより吸収材を固定した状態の斜視図、Ｂは、吸収材を取付金具とハット形バンドで固定した状態の斜視図、Ｃは、略コの字バンドで吸収材を固定した状態の斜視図である。 実施例によるエネルギー吸収材と比較例（発泡樹脂）の荷重と変位の関係を示す線図である。 本実施の形態の中央部と端部の強度が異なるエネルギー吸収材をバンパビームに取付けた状態の平面図である。 本実施の形態の中央部と端部とで断面形状が異なるエネルギー吸収材をバンパビームに取付けた状態の平面図である。 本実施の形態のエネルギー吸収材を縦リブを設けたバンパビームに取付けた状態の平面図である。 図４の自動車のバンパカバーの形状に吸収材の前端部を対応させて、吸収材をバンパビームに取付けた状態の断面図である。 本実施の形態の変形例であって、エネルギー吸収材を縦に取付けた状態の自動車の斜視図である。 従来例による発泡樹脂製のエネルギー吸収材をバンパ部に取付けた状態を断面図である。

１ 衝撃エネルギー吸収材
２ 外層材
３ 中間層材
４ 内層材
５ 凸部
６ 凹部
１１ 自動車
１３ バンパカバー
１５ バンパビーム
１６ フェンダーパネル

Claims (4)

1. 車体の幅方向に延びるバンパビームと、該バンパビームを覆うバンパカバーとの間に配設される衝撃エネルギー吸収材であって、樹脂薄材からなる帯材を金属製の帯材の表裏両面に重ね合わせ、螺旋状に巻装して筒状体とし、前記筒状体の周壁部に凹凸条を螺旋状の配置で形成し、かつ全体を長手方向に一様な断面形状に成形してなり、前記断面形状が、配設部位への固定用平坦面を含む角丸多角形状であることを特徴とする衝撃エネルギー吸収材。
2. 前記断面形状が角丸四角形状であることを特徴とする請求項１に記載の衝撃エネルギー吸収材。
3. 請求項１または２に記載の衝撃エネルギー吸収材を、その長手方向を車幅方向に一致させて、前記バンパビームの前面に取付けたことを特徴とする衝撃エネルギー吸収構造。
4. 前記取り付け状態における前記衝撃エネルギー吸収材の前面が、それに対向する前記バンパカバーの内面形状と一致するように成形されていることを特徴とする請求項３に記載の衝撃エネルギー吸収構造。

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