JP4469096B2 - 強度部材 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は複数の室(中空部即ちホロー)を有する押出し型材への穿孔、ビード付けを容易にしかつ軸線方向に圧縮荷重が作用したときの降伏点応力(初期座屈荷重相当)を下げ、しかも、充分なエネルギー吸収能力を示す強度部材に関する。
【0002】
【従来の技術】
複数の室(中空部即ちホロー)を有する押出型材はその内部に仕切り(リブ)を有し、一般に、断面形状が、室が2つのダブルホローの日の字、室が3つのトリプルホローの目の字、室が4つの田の字のものが多用されている。このような断面を有するアルミ合金やスチール製の押出型材は、たとえば、車両の前部のバンパリインフオースと車両の車体側のサイドメンバーとを連結し(クラッシュボックス相当)、バンパリインフオースに衝突時の衝撃荷重が作用したとき、その衝撃力の車体側への伝達を最小限に抑え、乗員へのショックや車体の損傷を妨ぐ強度部材として利用される。
【0003】
前述の如く、強度部材は、その両端を他部材への取付部として用いかつその長手方向に作用する圧縮荷重を塑性変形しながら吸収するものである。
他部材への強度部材の取付けのため、強度部材の端部に孔あけをするが、押出型材内部の仕切りが孔あけ位置を制限し、他部材への取付けのためのブラケットと強度部材との固定強度に問題を残す。
さらに、大きな孔を強度部材に穿けようとすると、シングルホロー(一つの室)の押出型材の場合には、内部に治具を入れ、プレス作業で該大きな孔の加工が可能であるが、複数の室(中空部即ちホロー)を有する押出型材にあっては内部の仕切りが大きな孔あけを不可能にする。
【0004】
特開平5−65076号公報にも開示されかつ本願の図4に点線で示す如く、複数の室を有する押出型材に、その長手方向即ち軸方向に圧縮荷重を加えると、初期座屈荷重に相当する高いピーク値の降伏点応力A、これにつづく塑性域応力(加えられる荷重を吸収し、衝撃力等を減衰させる領域)Bを示す。このため、前述の押出型材を強度部材の一つの応用例としてのクラッシュボックスとして用いた場合、高い値を示す降伏点応力を乗員が容易に耐え得る低い値の降伏点応力かつ車体損傷を最小とする降伏点応力に下げ、しかも、高いエネルギー吸収量を確保するため塑性域Bの平均応力値Cを上げることが望まれる。
【0005】
このため、特開平5−65076号公報は、内部に向かう傾斜部を作るよう仕切りの一部を切除することを教示する。特開平7−145842号公報は型材の長さ方向の端部に溝や突条を設けることを、特開平11−208518号公報は中空型材の軸方向端面を部分的に切除して荷重が加わる面積を小さくすることを教示する。
【0006】
従来技術は、低い降伏点応力及び高エネルギー吸収量を確保するため、穿孔、切除といった加工手段を提案するが、先きに述べたように、複数の室(中空部即ちホロー)を有する押出型材には、このような従来の加工手段の適用は、加工作業を複雑にして難しくしており、実用的でない。しかも、降伏点応力(初期座屈荷重相当)の下げの度合いが、穿孔や切除の加工精度の影響を受けバラつくという欠点を示す。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述した従来技術の不具合を解決することを解決すべき課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述した課題を解決するために、中空押出型材の内部に複数の室(中空部即ちホロー)を作る仕切り(リブ)を圧潰し、中空押出型材の少なくとも一方の端部をシングルホロー即ち一つの室とさせる技術的手段を用いる。
この手段の採用は、押出型材の端部への穿孔、ビード付け或いは取付ブラケットの固定を容易にさせる。
又、本発明による強度部材をエネルギー吸収部材として機能させた場合、このシングルホロー(室)の端部は降伏点応力を下げかつ複数の室を有する残部が高い平均応力の塑性域を作る働きをし、これにより、高いエネルギー吸収量を示す。
【0009】
本発明によれば、枠により作られる中空部を枠と一体の仕切りにより複数の室に画定する押出型材からなり、該押出型材の少なくとも一端部の仕切りと枠との結合部を長手方向に沿って一部剪断し、剪断された部分の仕切りが該押出型材の内部へと圧漬され該一端部に一つの室を作っていることを特徴とする強度部材が提供される。
この強度部材の端部は一つの室となっているので、枠への孔あけやビード付け作業を常用手段で簡単に行うことができ、さらに、エネルギー吸収部材として機能させると、軸方向負荷に対する降伏点応力(初期座屈荷重相当)を下げるのに有効である。
加えて、複数の室を有する残部が軸方向負荷に対して室の形や数に応じた高い平均応力の塑性域を作るのに有効である。
【0010】
好ましくは、強度部材の端部(一つの室の部分)が他の部分より先きに長手方向に座屈するよう外力を作用させる。これにより、エネルギー吸収部材として機能させると、前述した降伏点応力の下げ及びエネルギー吸収量の多い塑性域を効率よく作り出すことができる。
【0011】
一つの室を作る端部を内方又は外方に折曲げ、或いは該端部に孔やビードを設ける。
これにより他部材への取付けは容易となり、さらに、エネルギー吸収部材として機能させると、初期座屈荷重に相当する降伏点応力の値を初期の値に選定できる。
【0012】
本発明による強度部材は、バンパのリインフオースと車体のサイドメンバーとを連結させるクラッシュボックスとして効果的なエネルギー吸収能力を示すエネルギー吸収部材として機能するが、勿論、衝撃等のエネルギーを吸収することの必要な他の用途ばかりでなく、車体のフレーム部材としても利用できるものである。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明の強度部材の一つの態様であるエネルギー吸収部材の一例を構成するAl合金材の押出型材1の一部を図1に示す。図示例の型材1は、方形の枠2内に十字状の仕切り3を一体に成形し、室(中空部即ちホロー)4を複数作る断面田の字のものであるが、断面形状は図示例に限定されない。室4は3ケの断面目の字状のもの又は2ケの断面日の字状のものでもよい。
【0014】
押出型材1の外側を金型(図示なし)で囲い、上方よりポンチ5を下向きに押込むことで、仕切り3を内部へ圧潰させる。
ポンチ5の下向きの動きに応じて枠2の内壁面と仕切り3の縁との結合面に剪断力が作用し、仕切り3の縁が枠2の内壁面から剥離し、仕切り3は、波形に折り重ね合されながら、押出型材1の内部へたたまれて収容される。その結果、押出し型材1により図3に示すようにその端部を一つの室6としたエネルギー吸収部材7が作られる。
図2は仕切り3の一部が波形に重ね合った状態を上からみた図である。
【0015】
断面田の字の中空部を有するJIS規格のA6063 T5のアルミ合金押出型材(枠2の厚みが1.7mm,仕切り3の厚みが2.4mm,外形寸法が60×100mm)に対して、プレス機により上方より500キログラムから1トン程度の荷重を加え、仕切り3を圧潰させた。その結果、図1乃至3に示す深さ30mmの一つの室6が得られた。
【0016】
図1乃至3に図示したエネルギー吸収部材7に対しその軸方向より圧縮荷重を加えると、一つの室(シングルホロー)6を有する端部が初期座屈変形するため、降伏点応力が図4の実線で示されるように従来の点線で示す値より相当下げられ、さらに次に続く複数の室4を有する残りの部分の塑性変形が従来とほゞ近似する塑性変形領域を作る。このため、高い降伏点応力を示すことなく、高エネルギー吸収量の確保が可能となる。
押出型材1としてはAl合金材以外の材質のものを用いることができる。必要なエネルギー吸収量、降伏点応力を考慮して押出型材1の断面形状、材質、枠2と仕切り(リブ)3の厚みを選定すればよい。
【0017】
エネルギー吸収部材7の車両への応用例を図5に示す。この例はエネルギー吸収部材7をクラッシュボックス8として用いたものである。
対のクラッシュボックス8は、車両のフロント部分のバンパリインフオース9の両端に、その前部が固定させられる。クラッシュボックス8の後部は、アッパフレーム及びロアフレームを有する略四角形状のラジエータサポート10の車両幅方向に延在する左右のブラケット11に当接する。
車両のボディの一部を構成しかつ該ボディの左右の位置から後方へ延在するサイドメンバー13の前端に固定したブラケット12にラジエータサポート10のブラケット11とクラッシュボックス8の後部がボルト止めさせられる。
【0018】
エネルギー吸収部材7を図5に示したクラッシュボックス8として利用した場合の作用を述べる。
車両の衝突等により前方から衝撃力がバンパに加えられると、その衝撃力はバンパリインフオース9からクラッシュボックス8に伝達され、次いで、サイドメンバー13から車体へと伝達される。この際、本発明の強度部材としての応用例の一つのクラッシュボックス8はその軸方向に加えられる負荷により座屈変形して衝撃エネルギーを吸収し、乗員への悪影響及び車体への損傷を最小限にくい止める働きをする。このときのエネルギー吸収量は図4の実線に示した通りである。
【0019】
図1乃至3に示したエネルギー吸収部材7のクラッシュボックス8への転用のための作業について述べる。
図6に示す例は、エネルギー吸収部材7の端部の一つの室6の部分の枠2に縦方向へ4ケ所(好ましくは角部)スリット14を入れる。次いで、図7に示すように、スリット14により区画された4つの片15を外方に折り曲げ、各片15にビス孔16を穿ける。
ビス孔16を有する各片15は、バンパリインフオース9の前面の作業孔17を利用して、バンパリインフオース9の後面にボルト止めされる。
スリット14を枠2に入れるのみで、バンパリインフオース9への取付のための片15を作れるので、エネルギー吸収部材7のクラッシュボックス8への応用は容易である。
【0020】
スリット14の深さにより、クラッシュボックス8の端部の一つの室6の容量が決められ、それにより初期座屈荷重相当の降伏点応力のピーク値が変えられる。
【0021】
図8に示す例は、エネルギー吸収部材7の一つの室6を作る枠2の部分に向い合うU字状の切込み18を作り、その隣りの向い合う部分19を内方へ折り込みクラッシュボックス8とするものである。
図9に示すように、クラッシュボックス8の内方に折り込んだ部分19にビス孔20を穿け、この部分19をバンパリインフオース9の後面に当接させ、作業孔17とビス孔20とを用いて、バンパリインフオース9の後面にクラッシュボックス8をボルト止めさせる。
この例においても、切り込み18をエネルギー吸収部材7の端部に入れるのみで、バンパリインフオース9の取付の容易なクラッシュボックス8を作ることが可能である。
【0022】
図8と図9に示す例においても、切り込み18の深さにより一つの室6の容量が決まり、これにより初期座屈荷重に対応する降伏点応力のピーク値が選定できるので、図4の実線で示すエネルギー吸収量が確保できる。
図7と図9に示す例で取付片15,19の曲げ部のRは50〜10mmとするとよい。
【0023】
図示例では、押出型材1の一端に一つの室6を設けているが両端に一つの室6を設けても良く、クラッシュボックス8として利用するとき、ラジエータサポート10のブラケット11への取付けのために片15や内方折り込み部分19を用いることもできる。
【0024】
図10に示す例は、複数の室を有するバンパリインフオース9の端部の仕切りを、図1乃至3に示す手法により圧潰し、一つの室6を作った例である。一つの室6としたことにより壁部に大きな孔21を、内部に治具を挿入してプレス作業により穿けることができる。この孔21は、クラッシュボックス8の前部をこの孔21に通し、該前部をバンパリインフオース9の内壁面に固定させることを可能とする。
【0025】
図10に示す例は、JIS規格のA7003 T5のアルミ合金押出型材(枠2の厚みが2.5mm,仕切り3の厚みが1.2mm,外形寸法が60×100mm)に対して、プレス機により上方より500キログラムから1トン程度の荷重を加え、仕切り3を圧潰させたものである。一つの室6の深さは50mmである。
【0026】
図11に示す例は、根元で折れては困る部材に対し、設定値以上の荷重が作用したとき、根元部以外に折れ部を作るものである。
この例では、一つの室6を作る枠2の部分に向い合うビードやノッチ或いは小さなスリット22を入れ折れポイントとしたものである。このように、一つの室6を作る枠2の部分の加工作業が容易で、しかも、残部では仕切り3により押出型材1の強度が維持される。
【図面の簡単な説明】
【図1】複数の室を有する中空押出型材の端部の仕切り(リブ)への圧潰作業を示す図である。
【図2】圧漬された仕切り(リブ)の平面図である。
【図3】押出型材の端部を一つの室とした例の部分斜視図である。
【図4】軸方向圧縮荷重と変位(ストローク)との関係を示すグラフ図である。
【図5】車両のフロント部分を示す斜視図である。
【図6】枠にスリットを入れた状態を示す斜視図である。
【図7】外方へ張出した取付片とバンパリインフオースとを示す斜視図である。
【図8】枠に切り込みを入れた例を示す斜視図である。
【図9】内方へ折曲げた取付片とバンパリインフオースとを示す斜視図である。
【図10】バンパリインフオースの端部を一つの室とした例を示す斜視図である。
【図11】折れポイントを作る例を示した斜視図である。
【符号の説明】
1 押出型材
2 枠
3 仕切り
4,6 室
7 エネルギー吸収部材(強度部材)
8 クラッシュボックス
15,19 取付片
16,20 取付孔
Claims (5)
- 枠により作られる中空部を枠と一体の仕切りにより複数の室に画定する押出型材からなり、該押出型材の少なくとも一端部の仕切りと枠との結合部を長手方向に沿って一部剪断し、剪断された部分の仕切りが該押出型材の内部へと圧漬され該一端部に一つの室を作っていることを特徴とする強度部材。
- 一つの室を作っている枠の一端部が外力入力部を構成し、入力される外力によって該一端部が他の部分より先きに長手方向に座屈変形する、請求項1記載の車両用の強度部材。
- 一つの室を作っている枠の一端部を内方又は外方に折曲げている請求項1記載の強度部材。
- 一つの室を作っている枠の一端部に少なくとも一つの孔又はビードを設けている請求項1記載の強度部材。
- 一つの室を作っている枠の一端部側が車両のバンパリインフオースに固定されかつ他端部側が車両のサイドメンバーに固定される請求項1乃至4のいずれかに記載の強度部材。
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