JP4509505B2 - Aluminum alloy hollow extruded shape for energy protection member for personal protection - Google Patents
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Description
本発明は、自動車乗員などの人間を車体衝突時の衝撃から保護する機能を持つ、対人保護エネルギー吸収部材用アルミニウム合金中空押出形材に関するものである。 The present invention has the function of protecting the human like automobiles occupant from impact during the vehicle collision, to a personal protection energy-absorbing member for an aluminum alloy hollow extruded shape member.
近年、自動車のバンパーには、歩行者と衝突することを想定し、歩行者の特に脚部 (下肢、以下膝とも言う) を保護するような性能が求められるようになっている。このような歩行者の特に脚部を保護する場合、バンパーが、歩行者衝突により加わった衝突エネルギーを吸収して、歩行者の脚部を保護する性能が求められる。 In recent years, bumpers of automobiles have been required to have a performance that protects the legs (lower limbs, hereinafter referred to as knees) of pedestrians, assuming that they collide with pedestrians. When protecting especially a leg part of such a pedestrian, the performance which a bumper absorbs the collision energy added by the pedestrian collision and protects a pedestrian's leg part is calculated | required.
このための手段として、従来から、衝撃吸収装置やエアバックをバンパー下部に設けるなどのアイデアが種々提案されている。しかし、現在実際に実用化されているのは、バンパー補強材の車体前面側であってバンパーカバーの裏側に、発泡ウレタン材や発泡スチロール材などの比較的厚いアブソーバ（クッション材、エネルギー吸収部材）を設けることのみである (例えば特許文献１、２、３のエネルギー吸収部材参照）。 As means for this purpose, various ideas such as providing an impact absorbing device and an air bag under the bumper have been proposed. However, what is actually put into practical use is a relatively thick absorber (cushion material, energy absorbing member) such as foamed urethane or polystyrene foam on the front side of the bumper reinforcement body and on the back side of the bumper cover. It is only provided (for example, refer to the energy absorbing members of Patent Documents 1, 2, and 3).
また、自動車の車内には、車体衝突時に乗員の膝を保護する、ニープロテクタなどとも称される乗員保護用部材が設けられている。従来から提案されているニープロテクタはアルミニウム合金中空形材からなり、車体衝突時に乗員の膝を保護すべく、自動車車体における前座席の前方に設けられている。 In addition, an occupant protection member called a knee protector or the like that protects the occupant's knees in the event of a vehicle collision is provided in the interior of the automobile. A conventionally proposed knee protector is made of a hollow aluminum alloy material, and is provided in front of a front seat in an automobile body to protect an occupant's knee in the event of a vehicle collision.
従来のこれらニープロテクタは、略菱形断面形状（またはパンタグラフ状）を有するアルミニウム合金中空形材から構成される (特許文献４、５参照）。これら略菱形断面形状は、乗員の膝が衝突した際に、順次塑性変形しやすい一定長さの隔壁 (エネルギー吸収部) を構成する。 These conventional knee protectors are made of an aluminum alloy hollow material having a substantially rhombic cross-sectional shape (or pantograph shape) (see Patent Documents 4 and 5). These substantially rhombic cross-sectional shapes constitute a fixed length partition wall (energy absorption part) that is easily plastically deformed sequentially when the occupant's knee collides.
先ず、歩行者保護について、前記アブソーバ（クッション材）の、歩行者との衝突時のエネルギー吸収量には大きな限界がある。即ち、バンパー補強材の車体前面側とバンパーカバーとの間の距離 (隙間) には車体設計上自ずと限界があり、必然的に設置するアブソーバの厚みにも限界がある。このため、歩行者との衝突時に、厚み方向に収縮して衝突時のエネルギーを吸収する方式のアブソーバでは、衝突時のエネルギー吸収量に大きな限界がある。
また、厚み方向に収縮したアブソーバの密度と剛性が急激に高くなって、剛体として機能する領域が必然的に存在する。このため、アブソーバの厚みを小さくしすぎた場合、前記剛体としの機能が変位量の小さい領域で生じてしまうため、却って、歩行者の脚部に大きな反力を与える可能性もある。
First, with regard to pedestrian protection, there is a great limit to the amount of energy absorbed when the absorber (cushion material) collides with a pedestrian. That is, the distance (gap) between the front side of the vehicle body of the bumper reinforcement and the bumper cover is naturally limited in terms of vehicle body design, and the thickness of the absorber to be installed is inevitably limited. For this reason, in the absorber of the system which shrink | contracts in the thickness direction and absorbs the energy at the time of a collision with a pedestrian, there is a big limit in the energy absorption amount at the time of a collision.
Further, the density and rigidity of the absorber contracted in the thickness direction suddenly increases, and there is an area that functions as a rigid body. For this reason, when the thickness of the absorber is too small, the function as the rigid body occurs in a region where the amount of displacement is small. On the contrary, there is a possibility that a large reaction force is applied to the legs of the pedestrian.
このため、歩行者保護については、バンパー内において、これらアブソーバに代わる、あるいは、これらアブソーバと併用して、歩行者との衝突時に衝突エネルギーを吸収する適切な手段が求められていたのが実情である。 For this reason, with regard to pedestrian protection, the actual situation is that an appropriate means for absorbing collision energy in the event of a collision with a pedestrian has been sought in the bumper instead of or in combination with these absorbers. is there.
この点は、車体衝突時に乗員の膝を保護する、ニープロテクタなどとも称される乗員保護用部材でも同様である。アルミニウム合金中空形材製の対人保護部材によって、歩行者や自動車乗員を含めて、人間の膝を衝突から保護するためには、対人保護部材が図1 にA で示すような理想的な荷重- 変位関係 (曲線) を示す必要がある。 This also applies to an occupant protection member called a knee protector that protects the occupant's knees in the event of a vehicle collision. In order to protect human knees from collision, including pedestrians and automobile occupants, with the personal protective member made of aluminum alloy hollow shape, the human protective member has an ideal load as shown by A in Fig. 1. It is necessary to show the displacement relationship (curve).
図1 にA で示す理想的な荷重- 変位関係では、先ず、初期に荷重が大きく立ち上がっておらず、そのままの荷重レベルで推移している。これは、小さい衝突荷重で、しかも初期の荷重 (脚部への反力) が大きくならずに、中空形材の変形が開始されることを示している。また、A の荷重- 変位関係は、その後の変位 (変形) によっても、荷重レベルが一定であり、上下の変動がない (少ない) 。これは、変位方向に中空形材の変形が持続して、エネルギー吸収が長く持続され、時間的な経過によっても脚部への反力が大きくならないことを示している。このような、A の荷重- 変位関係ではエネルギー吸収量も高くなる。 In the ideal load-displacement relationship indicated by A in Fig. 1, first, the load does not rise significantly at the initial stage, but remains at the same load level. This indicates that the deformation of the hollow shape is started with a small collision load and without increasing the initial load (reaction force on the legs). In addition, the load-displacement relationship of A is constant even with the subsequent displacement (deformation), and there is no vertical fluctuation (small). This indicates that the deformation of the hollow shape member is continued in the displacement direction, the energy absorption is continued for a long time, and the reaction force to the leg portion does not increase over time. In such a load-displacement relationship of A, the amount of energy absorption increases.
これに対して、図1 にB で示す荷重- 変位関係では、上記A と同様に、小さい衝突荷重で、しかも衝突初期の荷重 (脚部への反力) が大きくならずに変形が開始される。しかし、その後の変位 (変形) によって、荷重レベルが下がっている。そして、図1 にA で示す理想的な荷重- 変位関係よりも、変位量の小さい領域で荷重が急激に立ち上がっている。このため、歩行者の脚部に加わる負荷も大きいことを示している。このB の例には前記パンパにおけるアブソーバが該当し、厚み方向に収縮したアブソーバの密度と剛性が急激に高くなって、剛体として機能する領域が速く到来するために、変位量の小さい領域で荷重が急激に立ち上がる。この場合には、歩行者の脚部の損傷が大きくなる。 On the other hand, in the load-displacement relationship indicated by B in Fig. 1, as in the case of A above, deformation is started with a small impact load and without increasing the initial load (reaction force on the legs). The However, the load level decreases due to subsequent displacement (deformation). In addition, the load suddenly rises in a region where the amount of displacement is smaller than the ideal load-displacement relationship indicated by A in FIG. For this reason, it has shown that the load added to a pedestrian's leg part is also large. This example of B corresponds to the absorber in the above-mentioned bumper, and the density and rigidity of the absorber contracted in the thickness direction suddenly increases, and the region that functions as a rigid body arrives quickly. Suddenly stands up. In this case, the pedestrian's leg is greatly damaged.
また、図1 にC で示す荷重- 変位関係は、初期に荷重が大きく立ち上がってしまっている。これは、アルミニウム合金中空形材の剛性や強度が高過ぎるために生じる。そして、衝突初期の荷重 (脚部への反力) が大きくなってしまい、脚部の損傷が大きくなることを示している。 In addition, the load-displacement relationship indicated by C in FIG. This occurs because the rigidity and strength of the aluminum alloy hollow profile are too high. This indicates that the load at the beginning of the collision (reaction force to the leg) increases, and the damage to the leg increases.
図1 にD で示す荷重- 変位関係は、初期荷重の立ち上りは小さいものの、その後の変位 (変形) によって、荷重レベルが上がっており、時間的な経過によって脚部への反力が順次大きくなっていることを示している。この場合でも脚部の損傷が大きくなる。 The load-displacement relationship indicated by D in Fig. 1 shows that although the initial load rise is small, the load level increases due to the subsequent displacement (deformation), and the reaction force on the legs gradually increases over time. It shows that. Even in this case, the damage to the leg portion is increased.
図1 にE で示す荷重- 変位関係は、前記B で示した荷重- 変位関係の例と同様である。 The load-displacement relationship indicated by E in FIG. 1 is the same as the load-displacement relationship indicated by B above.
しかし、アルミニウム合金中空形材製対人保護部材においては、図1 の上記A で示す理想的な荷重- 変位関係 (曲線) に大きく影響する、部材の断面形状と素材中空形材の引張特性 (引張強度、耐力) との関係が、歩行者保護や乗員保護を含めて今だ明確ではない。 However, for personal protection members made of aluminum alloy hollow shape members, the cross-sectional shape of the members and the tensile properties (tensile properties of the hollow shape material) that greatly affect the ideal load-displacement relationship (curve) indicated by A in Figure 1 above. The relationship between strength and strength is still unclear, including pedestrian protection and occupant protection.
前記した通り、対人保護用部材の荷重- 変位関係に大きく影響する、部材の断面形状と素材中空形材の引張特性 (引張強度、耐力) との関係が明確ではない。このため、これらの設計条件によっては、上記図1 のB からE の荷重- 変位関係にならざるを得ないことが多く、上記図1 にA で示す対人保護用部材としての理想的な荷重- 変位関係 (曲線) は得られない場合が多い。この結果、これまでのアルミニウム合金中空形材製対人保護部材においては、実際にも、試行錯誤の上で製作されているのが実情である。 As described above, the relationship between the cross-sectional shape of the member and the tensile properties (tensile strength, proof stress) of the material hollow shape, which greatly affects the load-displacement relationship of the personal protection member, is not clear. For this reason, depending on these design conditions, the load-displacement relationship from B to E in Fig. 1 is often unavoidable, and the ideal load as a member for personal protection shown by A in Fig. 1- The displacement relationship (curve) is often not obtained. As a result, the actual situation is that the conventional personal protective members made of hollow aluminum alloy members have been manufactured through trial and error.
したがって、本発明の目的は、自動車乗員などの人間を確実に保護する機能を持ち、人間の脚部衝突の際に必要なエネルギー吸収量を確保するとともに、ダメージを与えない荷重しか人間の脚部に負荷しないこととの両立を図った対人保護エネルギー吸収部材用アルミニウム合金中空押出形材を提供するものである。 Accordingly, an object has a function to reliably protect the human like automobiles occupant while securing the energy absorption amount required when the human legs collision, only the load to prevent damage of the human foot of the present invention It is intended to provide an aluminum alloy hollow extruded shape for an interpersonal protection energy absorbing member that is compatible with not loading on the part.
この目的を達成するために、本発明対人保護エネルギー吸収部材用アルミニウム合金押出中空形材の要旨は、断面方向に変形して対人衝突エネルギーを吸収するアルミニウム合金押出中空形材(1) であって、形材壁の肉厚が0.3 〜10mmの範囲である、中リブを設けない略菱形断面形状を有し、対人保護エネルギー吸収部材としての使用時における引張特性として0.2%耐力が30〜300MPaの範囲であり、かつ引張強度と0.2%耐力との差が100MPa以下であり、前記略菱形断面が、略平行に間隔をあけて設けられた二つのフランジ(2、3)と、これらのフランジ(2、3)間をつなぐとともに間隔をあけて設けられた二つのウエブ(4、4)と、前記各ウエブ(4、4)は、前記フランジ2 の内面2cと前記ウエブ4 、4 の各外面4aとの交差する角度θ 1 、θ 2 および前記フランジ3 の内面3cと前記ウエブ4 、4 の各外面4aとの交差する角度θ 3 、θ 4 が45度以内とされて、各々外側方に向かって湾曲していることから構成され、これらのフランジ(2、3)は外側方に向かう張出フランジ(2a 、2bと3a、3b) を有するとともに、前記フランジ(2) 側から衝突荷重(F) を受けた際に、前記各ウエブ(4、4)が各々外側方に向かって変形するものであり、乗員と車体との間にあって、保護すべき乗員の膝(24)の位置に対して向き合うように、乗員の膝(24)の前方に配置され、ダメージを与えない荷重しか人間の脚部に負荷しない自動車乗員保護用部材(20)として用られることとする。 In order to achieve this object, the gist of the aluminum alloy extruded hollow member for human protection energy absorbing member of the present invention is an aluminum alloy extruded hollow member (1) that deforms in the cross-sectional direction to absorb human collision energy. The wall thickness of the profile wall is in the range of 0.3 to 10 mm, it has a substantially rhombic cross-sectional shape with no intermediate ribs, and 0.2% proof stress is 30 to 300 MPa as tensile characteristics when used as a personal protection energy absorbing member Range, and the difference between the tensile strength and the 0.2% proof stress is 100 MPa or less, and the substantially rhombic cross section is provided with two flanges (2, 3) provided in parallel and spaced apart, and these flanges ( 2 and 3) two webs (4, 4) provided between and spaced from each other, and each of the webs (4, 4) includes an inner surface 2c of the flange 2 and outer surfaces of the webs 4, 4. The angles θ 1 and θ 2 intersecting with 4a and the inner surface 3c of the flange 3; Angles θ 3 and θ 4 intersecting with the outer surfaces 4a of the webs 4 and 4 are set to be within 45 degrees and are curved outward , respectively, and these flanges (2 and 3) Has overhanging flanges (2a, 2b and 3a, 3b) facing outward, and when the web (4, 4) is subjected to a collision load (F) from the flange (2) side, It is placed in front of the occupant's knee (24) so as to face the position of the occupant's knee (24) to be protected. It is used as a member (20) for protecting an automobile occupant in which only a load that is not applied is applied to a human leg.
本発明アルミニウム合金押出中空形材（以下、単に中空形材とも言う）は、対人保護用部材の荷重- 変位関係に大きく影響する、部材の断面形状と素材中空形材の引張特性 (引張強度、耐力) との関係を明確化した。この結果、歩行者保護用や乗員保護用などの対人保護エネルギー吸収部材として、前記図1 にA で示す理想的な荷重- 変位関係 (曲線) に近似する荷重- 変位関係が得られる。したがって、人間の脚部衝突の際に必要なエネルギー吸収量を確保するとともに、ダメージを与えない荷重しか人間の脚部に負荷しないこととの両立ができる。但し、本発明は、以下に記載する、バンパー内のバンパー補強材の前面側に取り付けられて歩行者の膝部の保護を図るなどの歩行者保護用のものは、その範囲に含まず、自動車乗員保護用部材として用られるものに限定する。 The aluminum alloy extruded hollow profile of the present invention (hereinafter also simply referred to as a hollow profile) has a significant influence on the load-displacement relationship of the personal protection member, and the tensile properties (tensile strength, Clarification of relationship with proof stress. As a result, a load-displacement relationship that approximates the ideal load-displacement relationship (curve) indicated by A in FIG. 1 is obtained as a personal protection energy absorbing member for protecting pedestrians and passengers. Therefore, it is possible to ensure both the amount of energy absorption necessary for a human leg collision and to load only a load that does not cause damage to the human leg. However, the present invention does not include a pedestrian protection device that is attached to the front side of the bumper reinforcing material in the bumper and protects the pedestrian's knee, as described below. It limits to what is used as a member for crew protection.
また、本発明アルミニウム合金中空形材は、乗員保護用の対人保護用エネルギー吸収部材として、乗員の特に膝部の保護を確実に図ることができる。即ち、本発明中空形材は、乗員と車体との間にあって、保護すべき乗員の膝の位置に対して向き合うように、乗員の膝 (自動車前座席) の前方に配置され、衝突エネルギーを吸収する手段として用いることができる。 In addition, the aluminum alloy hollow profile of the present invention can reliably protect the occupant, particularly the knee, as a human-protecting energy absorbing member for protecting the occupant. That is, the hollow profile of the present invention is disposed in front of the occupant's knee (the front seat of the automobile) so as to face the position of the occupant's knee to be protected between the occupant and the vehicle body, and absorbs collision energy. It can be used as a means to do.
本発明では、先ず、対人保護エネルギー吸収部材用として、アルミニウム合金中空形材の形状を後述する略菱形断面形状とすることを前提とする。本発明では、中空形材が、その長手方向ではなく、その断面方向に変形して衝突エネルギーを吸収することを前提とする。即ち、前記図1 にA で示す理想的な荷重- 変位関係を達成するために、前提として、先ず、小さい衝突荷重で、しかも初期の荷重 (脚部への反力) が大きくならずに、中空形材の変形が開始されるために、その断面方向に変形して衝突エネルギーを吸収するようにする。これ以外の断面形状、例えば、アルミニウム合金中空形材が通常の略矩形の断面形状であれば、フランジ側から衝突荷重を受けた際に、中空形材の剛性が高過ぎ、断面方向の変形がしにくくなり、大きな反力を膝に与える。 In the present invention, first, it is premised that the shape of the aluminum alloy hollow shape is a substantially rhombic cross-sectional shape, which will be described later, for the personal protection energy absorbing member. In the present invention, it is assumed that the hollow shape member is deformed not in the longitudinal direction but in the cross-sectional direction to absorb the collision energy. That is, in order to achieve the ideal load-displacement relationship indicated by A in FIG. 1, first of all, with a small impact load, the initial load (reaction force to the leg) does not increase, In order to start the deformation of the hollow member, it is deformed in the cross-sectional direction so as to absorb the collision energy. If the cross-sectional shape other than this, for example, the aluminum alloy hollow shape is an ordinary substantially rectangular cross-sectional shape, the rigidity of the hollow shape is too high when the impact load is received from the flange side, and the cross-sectional direction is not deformed. It gives a great reaction force to the knee.
更に前提として、本発明アルミニウム合金中空形材は形材壁の肉厚を0.3mm 〜10mmの範囲とする。形材壁の肉厚が10mmを越えた場合、幾ら中空形材の強度を小さくしても、剛性が高くなり過ぎて、断面方向に変形しにくくなる結果、対人衝突エネルギー吸収効果が発揮できない。また、軽量化のためのアルミニウム合金中空形材採用の利点を活かすためにも、形材壁の肉厚が10mm以下の比較的薄い中空形材とする。本発明アルミニウム合金中空形材は対人保護エネルギー吸収部材として車体に新たに付加されるため、それ自体が軽量といえども、車体にとっては締結 (固定) 手段などを含めて新たな重量増加となる。したがって、形材壁の肉厚が10mmを越えた場合、アルミニウム合金採用によっての重量増加を最小限に抑える効果が薄くなる。言い換えると、本発明アルミニウム合金中空形材は肉厚が10mm以下の薄いものでも、対人衝突時の衝撃吸収効果を高めることが可能である利点がある。但し、対人保護エネルギー吸収部材としての最低限必要な剛性を保障する必要はあるので、最低の肉厚は0.3mm 以上とする。 As a further premise, the aluminum alloy hollow profile of the present invention has a profile wall thickness in the range of 0.3 mm to 10 mm. When the wall thickness of the profile wall exceeds 10 mm, even if the strength of the hollow profile is reduced, the rigidity becomes too high and it becomes difficult to deform in the cross-sectional direction. In order to take advantage of the adoption of aluminum alloy hollow shape for weight reduction, the wall thickness of the shape wall should be relatively thin with 10mm or less. Since the aluminum alloy hollow profile of the present invention is newly added to the vehicle body as a personal protection energy absorbing member, the weight of the vehicle body including the fastening (fixing) means is newly increased even though it is light in itself. Therefore, when the wall thickness of the profile wall exceeds 10 mm, the effect of minimizing the weight increase due to the use of the aluminum alloy is reduced. In other words, even if the aluminum alloy hollow shape material of the present invention is thin with a thickness of 10 mm or less, there is an advantage that it is possible to enhance the impact absorbing effect at the time of a human collision. However, since it is necessary to ensure the minimum required rigidity as a personal protection energy absorbing member, the minimum wall thickness is 0.3 mm or more.
因みに、従来の特許文献４、５などのアルミニウム合金中空形材から構成されるこれらニープロテクタでも、この中空形材断面方向の変形では共通し、その断面形状も、本発明と同じく略菱形断面形状（またはパンタグラフ状）を有している。しかし、前記した通り、対人保護用部材の荷重- 変位関係に大きく影響する、部材の断面形状と素材中空形材の引張特性 (引張強度、耐力) との関係が明確ではない。このため、アルミニウム合金中空形材の引張特性の選択によっては、上記初期以降の中空形材の断面方向の変形による衝突エネルギーの吸収が大きく変動しやすくなり、対人保護エネルギー吸収部材としての特性が劣る。 Incidentally, even these knee protectors composed of aluminum alloy hollow shapes such as the conventional patent documents 4 and 5 are common in the deformation in the cross-sectional direction of the hollow shape, and the cross-sectional shape is also substantially rhombic cross-sectional shape as in the present invention. (Or pantograph shape). However, as described above, the relationship between the cross-sectional shape of the member and the tensile properties (tensile strength, proof stress) of the material hollow shape that greatly affects the load-displacement relationship of the personal protection member is not clear. For this reason, depending on the selection of the tensile characteristics of the aluminum alloy hollow profile, the absorption of collision energy due to deformation in the cross-sectional direction of the hollow profile after the initial stage is likely to fluctuate greatly, and the characteristics as a personal protection energy absorbing member are inferior. .
即ち、従来の特許文献４、５などでは、前記図1 にB やD で示した荷重- 変位関係のようになりやすい。例えば、B で示した荷重- 変位関係になると、その後の中空形材断面方向の変位 (変形) によって、荷重レベルが下がっている。また、必要なストローク (中空形材断面方向の変位量) に対して、実際のストロークが小さくなり、ストロークの比較的小さい領域で荷重が急激に立ち上がる。このため、図1 にA で示す理想的な荷重- 変位関係よりも歩行者の脚部に加わる負荷も大きくなる。 That is, in the conventional patent documents 4, 5, etc., the load-displacement relationship shown by B and D in FIG. For example, in the load-displacement relationship shown by B, the load level is lowered by the subsequent displacement (deformation) in the cross-section direction of the hollow shape member. In addition, the actual stroke becomes smaller than the required stroke (displacement in the direction of the cross section of the hollow profile), and the load suddenly rises in a relatively small stroke area. For this reason, the load applied to the pedestrian's legs is larger than the ideal load-displacement relationship indicated by A in FIG.
また、D で示す荷重- 変位関係になると、その後の中空形材断面方向の変位によって、荷重レベルが上がっており、時間的な経過によって脚部への反力が順次大きくなり、脚部の損傷が大きくなる。 In addition, in the load-displacement relationship indicated by D, the load level increases due to the subsequent displacement in the cross-section direction of the hollow profile, and the reaction force on the legs gradually increases over time, causing damage to the legs. Becomes larger.
本発明では、特に、この初期以降の中空形材断面方向の変形による荷重レベルを一定に保つために、略菱形断面形状を有するアルミニウム合金中空形材の、対人保護エネルギー吸収部材としての使用時における引張特性を規定することを大きな特徴とする。また、それだけではなく、小さい衝突荷重で、しかも初期の荷重 (脚部への反力) が大きくならずに、中空形材の変形が確実に開始されるためにも、中空形材の、対人保護エネルギー吸収部材としての使用時における引張特性を規定する。 In the present invention, in particular, in order to keep the load level due to the deformation in the cross-sectional direction of the hollow shape material after this initial stage, the aluminum alloy hollow shape material having a substantially rhombic cross-sectional shape at the time of use as a personal protection energy absorbing member. A major feature is to define tensile properties. In addition to this, in order to ensure that the deformation of the hollow shape starts with a small collision load and without increasing the initial load (reaction force to the legs), Specifies the tensile properties when used as a protective energy absorbing member.
即ち、本発明では、略菱形断面形状を有するアルミニウム合金中空形材の、対人保護エネルギー吸収部材としての使用時における引張特性として、0.2%耐力が30〜300MPaの範囲であり、かつ引張強度と0.2%耐力との差が100MPa以下、好ましくは引張強度と0.2%耐力との差が70MPa 以下であることとする。 That is, in the present invention, as a tensile characteristic when using the aluminum alloy hollow shape member having a substantially rhombic cross-sectional shape as a personal protection energy absorbing member, the 0.2% proof stress is in the range of 30 to 300 MPa, and the tensile strength is 0.2. The difference between% proof stress is 100 MPa or less, preferably the difference between tensile strength and 0.2% proof stress is 70 MPa or less.
本発明において、中空形材の引張特性を対人保護エネルギー吸収部材としての使用時と規定したのは、アルミニウム合金中空形材が押出等によって製造された後で、対人保護エネルギー吸収部材として使用されるまでに、中空形材の引張特性( 機械的な性質) が変わる可能性があるためである。即ち、アルミニウム合金の種類によってはこの間に室温時効したり、自動車製造工程によっては車体に予め取り付けられて塗装焼き付け処理 (人工時効硬化処理) を受ける。また、後で車体に取り付けられる場合や、衝突後の修理の際に取り替えられる、あるいは別途取り付けられる、などの場合には、上記塗装焼き付け処理を受けない。これらの種々の使用までの履歴によって、中空形材の引張特性( 機械的な性質) が変わったとしても、実際の対人保護エネルギー吸収部材としての使用時における中空形材の引張特性が問題となる。したがって、本発明では、中空形材の引張特性を対人保護エネルギー吸収部材としての使用時と規定する。 In the present invention, the tensile property of the hollow shape material is defined as when used as a personal protection energy absorbing member. After the aluminum alloy hollow shape material is manufactured by extrusion or the like, it is used as a personal protection energy absorption member. This is because the tensile properties (mechanical properties) of the hollow profile may change. That is, depending on the type of the aluminum alloy, it is aged at room temperature during this time, or is attached to the vehicle body in advance according to the automobile manufacturing process and is subjected to a paint baking process (artificial age hardening process). In addition, when it is attached to the vehicle body later, it is replaced at the time of repair after a collision, or it is attached separately, it does not receive the paint baking process. Even if the tensile properties (mechanical properties) of the hollow profile change due to the history of these various uses, the tensile properties of the hollow profile during use as an actual personal protection energy absorbing member will be a problem. . Therefore, in this invention, the tensile characteristic of a hollow shape material is prescribed | regulated as the time of use as a personal protection energy absorption member.
先ず、アルミニウム合金中空形材の引張特性の内の0.2%耐力の意義について以下に説明する。アルミニウム合金中空形材が略菱形断面形状をしていても、0.2%耐力が300MPaを越えた場合には、中空形材の剛性が高くなり過ぎ、断面方向の変形がしにくくなる。このため、前記図1 にC で示す荷重- 変位関係となり、初期に荷重が大きく立ち上がってしまう。この結果、衝突初期の荷重 (脚部への反力) が大きくなってしまい、脚部の損傷が大きくなる。また、中空形材断面方向の変形による変位が進んでも、特にウエブでの破断などが起きる可能性が高い。この場合には、図1 にE で示す荷重- 変位関係の初期以後の変位のように、荷重レベルが下がってしまう。 First, the significance of 0.2% proof stress among the tensile properties of the aluminum alloy hollow profile will be described below. Even if the aluminum alloy hollow shape has a substantially rhombic cross-sectional shape, if the 0.2% proof stress exceeds 300 MPa, the rigidity of the hollow shape becomes too high and deformation in the cross-sectional direction becomes difficult. For this reason, the load-displacement relationship indicated by C in FIG. 1 is established, and the load rises greatly in the initial stage. As a result, the load at the beginning of the collision (reaction force on the leg) increases, and the damage to the leg increases. Even if the displacement due to the deformation in the cross-section direction of the hollow shape progresses, there is a high possibility that the web breaks in particular. In this case, the load level decreases like the displacement after the initial stage of the load-displacement relationship indicated by E in FIG.
一方、同じく、0.2%耐力が30MPa 未満では、図1 にB で示す荷重- 変位関係となる。即ち、小さい衝突荷重で、しかも衝突初期の荷重 (脚部への反力) が大きくならずに変形が開始されるものの、変位量の小さい領域で荷重が急激に立ち上がり、この時点で、歩行者の脚部に大きな反力が加わる。したがって、アルミニウム合金中空形材の0.2%耐力は0.2%耐力が30〜300MPaの範囲とする。 On the other hand, when the 0.2% proof stress is less than 30 MPa, the load-displacement relationship indicated by B in FIG. 1 is obtained. In other words, although the deformation starts with a small collision load and the initial load (reaction force on the legs) does not increase, the load suddenly rises in a region with a small amount of displacement. A large reaction force is applied to the legs. Accordingly, the 0.2% proof stress of the aluminum alloy hollow profile is set in the range of 0.2 to 300 MPa.
次に、アルミニウム合金中空形材の引張特性の内の引張強度と0.2%耐力との差の意義について以下に説明する。この引張強度と0.2%耐力との差が小さいほど、前記図1 にA で示す理想的な荷重- 変位関係に近似し、荷重初期後の変位 (変形) において、荷重レベルを一定に保つことができる。これは、中空形材の引張強度と0.2%耐力との差が小さいほど、対人衝突荷重による歪みが中空形材に入った場合でも、歪みの増加に伴う加工硬化が小さく、塑性変形（断面方向乃至幅方向に変形）が進むことによると推考される。 Next, the significance of the difference between the tensile strength and the 0.2% proof stress of the tensile properties of the aluminum alloy hollow profile will be described below. The smaller the difference between this tensile strength and 0.2% proof stress, the closer to the ideal load-displacement relationship shown by A in Fig. 1, and the load level can be kept constant during the displacement (deformation) after the initial load. it can. This is because the smaller the difference between the tensile strength and 0.2% proof stress of the hollow shape material, the smaller the work hardening associated with the increase in strain, even when strain due to interpersonal impact load enters the hollow shape material, and plastic deformation (cross-sectional direction) It is assumed that this is due to the progress of deformation in the width direction.
これに対し、引張強度と0.2%耐力との差が100MPa、厳しくは70MPa を越えた場合、前記図1 にA で示す理想的な荷重- 変位関係における、その後の変位 (変形) によって、荷重レベルを一定にたもつことができない。即ち、図1 にD で示す荷重- 変位関係となり、その後の変位 (変形) によって荷重レベルが上がり、時間的な経過によって脚部への反力が順次大きくなっていき、脚部の損傷を大きくする。これは、中空形材の引張強度と0.2%耐力との差が大きいほど、対人衝突荷重による歪みが中空形材に入った場合でも、歪みの増加によって加工硬化し、塑性変形（断面方向に変形）に要する荷重が増加するためと推考される。したがって、アルミニウム合金中空形材の引張強度と0.2%耐力との差は100MPa以下、好ましくは70MPa 以下であることとする。 On the other hand, when the difference between the tensile strength and 0.2% proof stress exceeds 100 MPa, strictly 70 MPa, the load level depends on the subsequent displacement (deformation) in the ideal load-displacement relationship indicated by A in Fig. 1 above. Cannot be kept constant. In other words, the load-displacement relationship indicated by D in Fig. 1 is reached, the load level increases with subsequent displacement (deformation), and the reaction force on the legs gradually increases over time, resulting in significant damage to the legs. To do. This is because the greater the difference between the tensile strength and 0.2% proof stress of the hollow shape, the more the strain caused by interpersonal collision load enters the hollow shape, the more the work hardens due to the increase in strain and the plastic deformation (deformation in the cross-sectional direction). This is probably because the load required for Therefore, the difference between the tensile strength and the 0.2% proof stress of the aluminum alloy hollow profile is 100 MPa or less, preferably 70 MPa or less.
本発明のような断面形状と引張特性とすることによって、アルミニウム合金中空形材を、前記図1 にA で示す理想的な荷重- 変位関係に近似させることができる。即ち、エネルギー吸収部材の、対人衝突を想定した際の荷重変位における、最大荷重を低くすることができ、対人衝突に見合った低い衝突荷重でエネルギー吸収に必要な断面方向の変形を生じることができる。 By setting the cross-sectional shape and tensile properties as in the present invention, the aluminum alloy hollow profile can be approximated to the ideal load-displacement relationship indicated by A in FIG. That is, the energy absorbing member can reduce the maximum load in the load displacement when assuming an interpersonal collision, and can cause a deformation in the cross-sectional direction necessary for energy absorption with a low collision load commensurate with the interpersonal collision. .
また、中空形材の前記断面方向の変形による変位が進んでも、特にウエブの破断などが起こらず、荷重低下量が極めて少なく、継続的にエネルギー吸収が行われ、対人保護に必要なエネルギー吸収量を確保することができる。 In addition, even if the displacement of the hollow profile progresses due to the deformation in the cross-sectional direction, there is no breakage of the web in particular, the load reduction amount is extremely small, energy absorption is performed continuously, and the amount of energy absorption necessary for personal protection Can be secured.
更に、これらの中空形材 (対人保護エネルギー吸収部材) の作用は、全て、このエネルギー吸収部材が取り付けられる、あるいは支持する自動車部材 (車体) の圧壊強度や剛性よりも、遥かに低いレベルで行われる。このため、これら対人保護エネルギー吸収部材の作用中には、エネルギー吸収部材が取り付けられる自動車部材自体には、何ら影響が無い。このエネルギー吸収部材が取り付けられる乃至支持する部材とは、歩行者保護用ではバンパー補強材、乗員保護用ではポール状のインパネ補強部材となる。したがって、例えば歩行者衝突後にバンパーを修理する場合でも、バンパー補強材やステイなどを取り代える必要は全く無く、付加したこれらエネルギー吸収部材のみの交換で済み、非常に経済的である。この点は、乗員保護用でも同様であり、乗員の膝が衝突後にニープロテクタを修理する場合でも、インパネ補強部材などを取り代える必要は全く無く、付加したこれらニープロテクタのみの交換で済む。 Furthermore, all of these hollow members (personal protection energy absorbing members) operate at a level far lower than the crushing strength and rigidity of the automobile member (vehicle body) to which this energy absorbing member is attached or supported. Is called. For this reason, there is no influence on the automobile member itself to which the energy absorbing member is attached during the operation of these personal protection energy absorbing members. The member to which this energy absorbing member is attached or supported is a bumper reinforcement for pedestrian protection and a pole-shaped instrument panel reinforcement for occupant protection. Therefore, for example, even when the bumper is repaired after a pedestrian collision, there is no need to replace the bumper reinforcing material or the stay, and only the added energy absorbing member needs to be replaced, which is very economical. This is also the case for occupant protection, and even when the knee protector is repaired after the occupant's knee collides, there is no need to replace the instrument panel reinforcing member or the like, and only the added knee protector can be replaced.
以下、本発明のアルミニウム合金中空形材の略菱形断面形状の好ましい実施の形態につき説明する。図2 、3 は本発明のアルミニウム合金中空形材の種々の略菱形断面形状の好ましい実施態様を示す平面図である。 Hereinafter, preferred embodiments of the substantially rhombic cross-sectional shape of the aluminum alloy hollow profile of the present invention will be described. 2 and 3 are plan views showing preferred embodiments of various substantially rhombic cross-sectional shapes of the aluminum alloy hollow profile of the present invention.
先ず、図2(a)、(b) の本発明アルミニウム合金中空形材1a、1bの断面構造 (形状) は、基本的に、各々図の上下方向に略平行に間隔を開けて設けられたフランジ2 とフランジ3 の二つのフランジ、およびこれらのフランジ間をつなぐ間隔を開けて設けられた左右の二つのウエブ4 、4 とから一体に構成される。直線状のフランジ (縦壁部)2、3 同士は、図の上下方向に間隔を設けて平行に配列され、これらのフランジに、これらのフランジに一定角度θ1 、θ2 、θ3 、θ4 で交差する形で、図の左右方向 (例えば車体幅方向) に間隔を設けて配置された左右のウエブ4 、4 が交わり、フランジ間をつないでいる。そして、各フランジ2 、3 は、図の左右方向 (例えば車体幅方向) の外側方に向かって張り出した張出フランジ2a、2bと3a、3bとを各々有する。 First, the cross-sectional structures (shapes) of the aluminum alloy hollow profiles 1a and 1b of the present invention shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b) are basically provided at intervals substantially parallel to each other in the vertical direction of the drawings. The flange 2 and the flange 3 are composed of two flanges, and two left and right webs 4 and 4 provided at intervals to connect the flanges. The straight flanges (vertical wall portions) 2 and 3 are arranged in parallel with an interval in the vertical direction in the figure, and these flanges are arranged at a certain angle θ 1 , θ 2 , θ 3 , θ The left and right webs 4, 4 arranged at intervals in the left-right direction in the figure (for example, the vehicle body width direction) intersect with each other and connect the flanges. The flanges 2 and 3 have projecting flanges 2a and 2b and projecting flanges 3a and 3b, respectively, projecting outward in the left-right direction (for example, the vehicle body width direction) in the figure.
図2(a)の中空形材1aと図2(b)の中空形材1bとは、基本的に相似形であるが、フランジ2 、3 間の間隔が違い、中空形材1aの方が中空形材1bよりも間隔が長い。この点、フランジ同士の間隔H と、両フランジの長さB との比H/B がより大きい中空形材1aの方が、このH/B がより小さい中空形材1bよりも、圧壊強度が低くなり、断面方向に変形しやすい。 The hollow profile 1a in FIG. 2 (a) and the hollow profile 1b in FIG. 2 (b) are basically similar, but the spacing between the flanges 2 and 3 is different, and the hollow profile 1a is more The interval is longer than that of the hollow shape member 1b. In this regard, the hollow shape 1a having a larger ratio H / B between the distance H between the flanges and the length B of both flanges has a higher crushing strength than the hollow shape 1b having a smaller H / B. It becomes low and easily deforms in the cross-sectional direction.
なお、本発明アルミニウム合金中空形材1a、1bは、後述する中空形材を含めて、図示する対人衝突荷重F の方向に対して、その断面方向 (図の上下方向) に変形するように、車体に対して配置される。例えば、歩行者保護部材用としてバンパー補強材の前面に取り付けられる場合には、図の上下方向が車体前後方向 (車体長手方向) となる。 The aluminum alloy hollow profile 1a, 1b of the present invention, including the hollow profile described later, is deformed in the cross-sectional direction (vertical direction in the figure) with respect to the direction of the interpersonal collision load F shown in the figure. It is arranged with respect to the vehicle body. For example, when it is attached to the front surface of a bumper reinforcement for a pedestrian protection member, the vertical direction in the figure is the vehicle longitudinal direction (vehicle longitudinal direction).
ここにおいて、各ウエブ4 、4 は各々図の左右方向の外側方に向かって円弧状に湾曲するとともに、更に、各ウエブ4 、4 の略中央部には、各々外側方に向かって凸状に張り出した屈曲部5 、5 が形成されている。これらの要件によって、図1 、2 のアルミニウム合金中空形材1a、1bは略菱形形状を有している。なお、本発明では、各ウエブ4 、4 の円弧状の湾曲方向を外側方としているが、これは向かい合うウエブ4 、4 同士の内側方向ではなく、外側方向に向かう意味である。そして、車体に対する湾曲方向は取り付け方にもより、後述する歩行者保護部材としての態様の場合、前記外側方とは、後述する図4 では車体の上下方向、後述する図5 では、前記外側方とは車体の幅方向となる。 Here, each of the webs 4, 4 is curved in an arc shape toward the outer side in the left-right direction in the figure, and is further convex at the substantially central portion of each of the webs 4, 4. Overhanging bent portions 5 and 5 are formed. Due to these requirements, the aluminum alloy hollow members 1a and 1b in FIGS. 1 and 2 have a substantially rhombus shape. In the present invention, the arc-shaped bending direction of each of the webs 4 and 4 is outward, but this means that the webs 4 and 4 face outward rather than inward of each other. In the case of a pedestrian protection member described later, the bending direction with respect to the vehicle body also depends on the attachment method, and in the case of an aspect as a pedestrian protection member described later, the outer side is the vertical direction of the vehicle body in FIG. Is the width direction of the car body.
このウエブ4 、4 の、外側方への円弧状の湾曲 (膨らみ) と略中央部の屈曲部5 、5 との相乗作用によって、荷重方向を示す矢印F から対人衝突による荷重がかかった際、各ウエブ4 、4 は、後述する図9 、10に、荷重変形状態の経時変化を示す通り、屈曲部5 、5 を中心として外方へ広がるように、また、荷重に対する前面側フランジ2 が後面側フランジ3 側に接近するように、言わば電車のパンタグラフ状に、断面方向に変形する。そして、前記ウエブ4 、4 の略中央部の屈曲部5 、5 は、このような作用を助長し、円弧状の湾曲との相乗作用を発揮するため、対人保護性がより要求される用途に対して設けることが好ましい。 When a load due to interpersonal collision is applied from the arrow F indicating the load direction due to the synergistic action of the outwardly curved arcs (bulges) of the webs 4 and 4 and the bent portions 5 and 5 of the substantially central portion, As shown in FIGS. 9 and 10, which will be described later, the webs 4 and 4 spread outwardly around the bent portions 5 and 5 as shown in FIGS. 9 and 10 to be described later, and the front side flange 2 against the load has a rear surface. As it approaches the side flange 3 side, it is transformed into a pantograph shape of a train in the cross-sectional direction. The bent portions 5 and 5 at the substantially central portions of the webs 4 and 4 promote such a function and exhibit a synergistic action with the arc-shaped curve, so that the personal protection is more required. It is preferable to provide it.
この円弧状の湾曲が無く、例えば、ウエブ4 、4 が直線状の略矩形断面形状であれば、本発明の中空形材の引張特性範囲内であっても、歩行者などの対人衝突による曲げ変形開始時に大きな荷重が必要となり、本発明の前記作用が生じず、対人保護用のエネルギー吸収部材となり得ない。また、ウエブ4 、4 が逆に内側に凹む円弧状などの形状であれば、変形途中にウエブ4 、4 同士が接触して、荷重が上昇してしまい、同じく本発明の前記作用が生じず、対人保護用のエネルギー吸収部材となり得ない。 For example, if the webs 4 and 4 have a straight, substantially rectangular cross-sectional shape, there is no bending due to interpersonal collisions such as pedestrians even within the tensile property range of the hollow profile of the present invention. A large load is required at the start of deformation, the above-described action of the present invention does not occur, and it cannot be an energy absorbing member for personal protection. In addition, if the webs 4 and 4 have a shape such as an arc that is recessed inward, the webs 4 and 4 come into contact with each other during the deformation and the load increases, and thus the above-described action of the present invention does not occur. It cannot be an energy absorbing member for personal protection.
図9 に本発明アルミニウム合金中空形材1a、図10に本発明アルミニウム合金中空形材1bの、変位5mm 毎の荷重変形状態の経時変化のFEM 解析結果を各々示す。これら図中の(a) 〜(h) の順に変形状態が変化している。例えば対人衝突による荷重がアルミニウム合金中空形材にかかった際 (例えば図の上方から) 、ウエブ4 、4 の、円弧状の湾曲の作用によって、各ウエブ4 、4 は (屈曲部5 、5 を有する場合はこの屈曲部5 、5 を中心として) 外方へ広がるように、また、前面フランジ2 が後面フランジ3 側に接近するように変形する。また、断面方向の変形による変位が進んでも、ウエブの破断などが起こらず、断面方向に変形する。この効果は、上記屈曲部5 、5 が形成されている場合に顕著となる。これらの結果前記図1 のA で示した理想的な荷重−変位曲線が得られる。 FIG. 9 shows the FEM analysis results of the time-dependent change in the load deformation state of the aluminum alloy hollow profile 1a of the present invention and FIG. 10 for the aluminum alloy hollow profile 1b of the present invention for each displacement of 5 mm. The deformation state changes in the order of (a) to (h) in these figures. For example, when a load due to an interpersonal collision is applied to an aluminum alloy hollow shape (for example, from the upper side of the figure), each of the webs 4 and 4 is caused to have a bent portion 5 and 5 by the action of the arc-shaped curvature of the webs 4 and 4. If so, the front flange 2 is deformed so as to spread outward (with the bent portions 5 and 5 as the center) and so that the front flange 2 approaches the rear flange 3 side. Further, even if the displacement due to the deformation in the cross-sectional direction advances, the web does not break or the like and deforms in the cross-sectional direction. This effect is remarkable when the bent portions 5 and 5 are formed. As a result, the ideal load-displacement curve shown by A in FIG. 1 is obtained.
次に、図3(a)、(b) 、(c) に、本発明アルミニウム合金中空形材の略菱形断面形状の他の態様を示す。これら図3(a)、(b) 、(c) における中空形材の断面形状は、前記図2 の中空形材の断面形状と基本的には同じである。但し、図3(a)の中空形材1cの各ウエブの略中央部には、前記図2 のアルミニウム合金中空形材1a、1bの屈曲部5 よりも更に外側方に向かって凸状に張り出した、屈曲部5 が形成されている。したがって、断面形状的には、より小さな衝突荷重で断面方向に変形しやすくなっている。 Next, FIGS. 3 (a), (b), and (c) show other embodiments of the substantially rhombic cross-sectional shape of the aluminum alloy hollow profile of the present invention. The sectional shape of the hollow profile in FIGS. 3 (a), (b), and (c) is basically the same as the sectional profile of the hollow profile in FIG. However, at the substantially central portion of each web of the hollow shape member 1c of FIG. 3 (a), the aluminum alloy hollow shape members 1a and 1b of FIG. In addition, a bent portion 5 is formed. Therefore, the cross-sectional shape is easily deformed in the cross-sectional direction with a smaller collision load.
図3(b)、(c) のアルミニウム合金中空形材1d、1eは、前記中空形材1cよりも各ウエブ間の間隔が大きくなっている。また、前記屈曲部5 について、図3(b)の中空形材1dは、図2 の中空形材1a、1bの屈曲部5 よりも張出量が小さくなっている。更に図3(c)の中空形材1eは、各ウエブの略中央部に屈曲部5 が形成されていない。このため、断面形状的には、図3(a)の中空形材1cや図2 の中空形材1a、1bよりも、断面方向に変形しにくくなっている。なお、荷重方向を示す矢印F から対人衝突による荷重がかかった際の、これら各湾曲ウエブ4 、4 の変形は、図2 の中空形材1a、1bや図3(a)の中空形材1cなどと同様に( 共通して) 、外側方( 図の左右方向) へ広がるように断面方向( 図の上下方向) に変形する。 In the aluminum alloy hollow shapes 1d and 1e shown in FIGS. 3B and 3C, the distance between the webs is larger than that of the hollow shape 1c. Further, with respect to the bent portion 5, the hollow shape member 1d of FIG. 3 (b) has a smaller overhang than the bent portion 5 of the hollow shape members 1a and 1b of FIG. Further, in the hollow shape member 1e of FIG. 3 (c), the bent portion 5 is not formed at the substantially central portion of each web. Therefore, the cross-sectional shape is less likely to deform in the cross-sectional direction than the hollow shape member 1c in FIG. 3 (a) and the hollow shape members 1a and 1b in FIG. Note that the deformation of each of the curved webs 4 and 4 when a load due to an interpersonal collision is applied from the arrow F indicating the load direction causes the hollow profile 1a, 1b in FIG. 2 or the hollow profile 1c in FIG. Like (commonly), it is deformed in the cross-sectional direction (vertical direction in the figure) so as to spread outward (in the horizontal direction in the figure).
ここにおいて、前記本発明各中空形材の各ウエブ4 、4 の前記円弧状の湾曲は、前記外方へ広がるような断面変形を保証するために、前面フランジ内面2cと左右のウエブ各外面4aとの交差する角度θ1 、θ2 および後面フランジ内面3cと左右のウエブ各外面4aとの交差する角度θ3 、θ4 が45度以内とする。図2 〜5 に示すアルミニウム合金中空形材は全てこのθ1 〜θ4 が45度以内である。これらのウエブ角度θ1 、θ2 、θ3 、θ4 の調整によって、アルミニウム合金中空形材の荷重変位における最大荷重と荷重低下量とを制御可能である。ただ、この交差する角度θ1 、θ2 、θ3 、θ4 が45度を越えた場合、本発明の中空形材の引張特性範囲内であっても、対人衝突時の荷重負荷の状態( 前面フランジ2 に対する偏った荷重負荷など) によっては、変形の際に破断しやすくなる。この破断現象が生じた場合、荷重低下が起こり、対人保護に必要なエネルギー吸収量を確保することが困難となる。 Here, the arc-shaped curvature of each of the webs 4 and 4 of each hollow profile of the present invention ensures that the cross-sectional deformation spreads outward, so that the front flange inner surface 2c and the left and right web outer surfaces 4a crossing angle theta 1 with, theta 2 and the rear flange inner surface 3c and the left and right angle theta 3 the intersection of the web each outer surface 4a, theta 4 is within 45 degrees. All the aluminum alloy hollow shapes shown in FIGS. 2 to 5 have θ 1 to θ 4 within 45 degrees. By adjusting these web angles θ 1 , θ 2 , θ 3 , and θ 4 , it is possible to control the maximum load and the amount of load reduction in the load displacement of the aluminum alloy hollow profile. However, when this intersecting angle θ 1 , θ 2 , θ 3 , θ 4 exceeds 45 degrees, even if it is within the tensile property range of the hollow shape material of the present invention, Depending on the load applied to the front flange 2 and the like, it tends to break during deformation. When this rupture phenomenon occurs, load reduction occurs, and it becomes difficult to secure an energy absorption amount necessary for personal protection.
更に、これら本発明各中空形材においては、フランジ2 とフランジ3 とに、前記した両外側方に向かう (図の左右方向、例えば車体幅方向に張り出した) 張出フランジ2a、2bと3a、3bとを各々有する。この張出フランジ2a、2bと3a、3bは、各フランジに対し、いずれか片方にあっても良い。この張出フランジ2a、2bと3a、3bには以下に説明する利点がある。 Furthermore, in each of the hollow profiles according to the present invention, the flanges 2 and 3 are extended outward (toward the left and right directions in the figure, for example, in the vehicle body width direction), as described above. 3b respectively. The protruding flange 2a, 2b and 3a, 3b, for each flange, even in either one has good. This overhanging flanges 2a, 2b and 3a, the Ru advantages have to be described below in 3b.
この張出フランジ2a、2bと3a、3bとを各々有することで、フランジ2 と3 とは充分な壁面積 (衝突面積) をもって、対人衝突に応対することができる。即ち、対人衝突によって、前面側フランジ2 に Fの方向から衝撃が加わった場合でも、荷重変位における最大荷重は低いものの、前面側フランジ2 の曲げ剛性が大きくなり、圧壊乃至損壊を防止できる点で好ましい。また、対人（膝など）の衝突位置が異なったとしても、あるいは対人衝突位置がフランジ中心点からずれたとしても、同様に、エネルギー吸収できる点で好ましい。 By having the overhanging flanges 2a, 2b and 3a, 3b, the flanges 2 and 3 can respond to an interpersonal collision with a sufficient wall area (collision area). In other words, even when an impact is applied to the front flange 2 from the direction F due to an interpersonal collision, the maximum load in load displacement is low, but the bending rigidity of the front flange 2 is increased, preventing crushing or damage. preferable. Further, even if the collision position of the person (eg, knee) is different, or even if the position of the person collision is shifted from the flange center point, it is preferable in terms of energy absorption.
また、これら張出フランジ2a、2bや3a、3bの部分で、後述するように、本発明アルミニウム合金中空形材を支持する部材と溶接あるいはボルトなどの機械的な接合が簡便にでき、接合性や接合作業性の点からも好ましい。なお、フランジ2 、3 は必ずしも直線状でなくとも、外側や内側に膨らむ円弧状などの、曲線的であっても良い。また、その表面も平坦でなくとも凹凸を設けても良い。したがって、上記した基本的な要件を備えた上で中空形材の形状を、使用条件に応じて、適宜変更することは許容される。 In addition, these overhanging flanges 2a, 2b and 3a, 3b can be easily joined to a member supporting the aluminum alloy hollow profile of the present invention, such as welding or a bolt, as will be described later. And from the viewpoint of joining workability. Note that the flanges 2 and 3 are not necessarily linear, but may be curved such as arcs that swell outward or inward. In addition, unevenness may be provided even if the surface is not flat. Therefore, it is allowed to appropriately change the shape of the hollow shape material in accordance with the use conditions while having the above basic requirements.
本発明では、これらの略菱形断面形状の断面方向の変形特性と、アルミニウム合金中空形材の引張特性(0.2% 耐力、引張強度と0.2%耐力との差) とを、各用途における許容最大荷重 (初期荷重) や必要エネルギー吸収量から考慮して、略菱形断面形状と引張特性とを適宜選択する。言い換えると、これら断面形状と中空形材の引張特性とを選択することによって、対人保護部材の用途に応じた荷重変位における最大荷重とエネルギー吸収量とを自由に制御、選択可能である。 In the present invention, the deformation characteristics in the cross-sectional direction of these approximately rhombic cross-sectional shapes and the tensile characteristics (0.2% proof stress, the difference between tensile strength and 0.2% proof stress) of the aluminum alloy hollow shape material, the allowable maximum load in each application In consideration of (initial load) and necessary energy absorption amount, a substantially rhombic cross-sectional shape and tensile properties are appropriately selected. In other words, by selecting the cross-sectional shape and the tensile characteristics of the hollow shape member, it is possible to freely control and select the maximum load and the amount of energy absorption in the load displacement according to the use of the personal protection member.
そして、以上説明したような略菱形断面形状を有する本発明中空形材の実施態様であれば、アルミニウム合金中空形材の、対人保護エネルギー吸収部材としての使用時における前記引張特性と合わせて、荷重変位乃至加速度変位における最大荷重乃至最大加速度を確実に低くすることができ、歩行者などの対人衝突に見合った適切な衝突荷重でエネルギー吸収に必要な断面方向の変形を生じることができる。また、アルミニウム合金中空形材の、対人保護エネルギー吸収部材としての使用時における前記引張特性と合わせて、断面方向の変形による変位が進んでも、特にウエブの破断などが起こらず、荷重変動が極めて少ない一定の荷重レベルが確実に持続でき、変形ストロークが長くなることにより、継続的にエネルギー吸収が行われ、歩行者などの対人保護に必要なエネルギー吸収量や変形量 (変位量) を確実に確保することができる。 And if it is an embodiment of the hollow shape material of the present invention having a substantially rhombic cross-sectional shape as described above, the load of the aluminum alloy hollow shape material is combined with the tensile characteristics at the time of use as a personal protection energy absorbing member. The maximum load or maximum acceleration in the displacement or acceleration displacement can be surely lowered, and deformation in the cross-sectional direction necessary for energy absorption can be generated with an appropriate collision load commensurate with an interpersonal collision such as a pedestrian. In addition, when the aluminum alloy hollow shape material is used as a personal protection energy absorbing member in combination with the tensile characteristics, even if the displacement due to deformation in the cross-sectional direction proceeds, the web does not break in particular, and the load fluctuation is extremely small. A constant load level can be reliably maintained and the deformation stroke is extended, so that energy is continuously absorbed, and the amount of energy absorption and deformation (displacement) necessary to protect people such as pedestrians are ensured. can do.
以下に、本発明範囲には含まない参考例として、図4 、5 を用いて、前記図2(a)の本発明中空形材1aを、歩行者保護用としてパンパー補強材に取り付けるとともに、車体バンパに取り付けた一実施態様を説明する。図4 は車体バンパ全体の一部断面側面図、図5 は車体バンパの内のパンパー補強材などの要部を示す平面図である。 Hereinafter, as a reference example not included in the scope of the present invention, the hollow shape member 1a of the present invention of FIG. 2 (a) is attached to a bumper reinforcing material for pedestrian protection using FIGS. One embodiment attached to the bumper will be described. FIG. 4 is a partial cross-sectional side view of the entire vehicle body bumper, and FIG.
図4 において、先ず、10はバンパカバー、9 はアブソーバ、1aは本発明アルミニウム合金中空形材、6 はパンパー補強材、7 はステイ、8 は車体サイドメンバーであり、これらが車体前後方向に順に配列乃至接合されている。アブソーバ9 は発泡ウレタンや発泡スチロールなどの市販の材料などで適宜構成するが、前記した通り、本発明では、このアブソーバ9 の厚みを従来よりも薄くあるいは少量とすることができる。また、歩行者保護のためには、アブソーバ9 を一切使用しないことも可能である。 In FIG. 4, first, 10 is a bumper cover, 9 is an absorber, 1a is a hollow aluminum alloy material of the present invention, 6 is a bumper reinforcement, 7 is a stay, 8 is a vehicle body side member, and these are in order in the vehicle longitudinal direction. Arranged or joined. The absorber 9 is appropriately composed of a commercially available material such as foamed urethane or polystyrene, but as described above, in the present invention, the thickness of the absorber 9 can be made thinner or smaller than that of the prior art. Further, it is possible to use no absorber 9 for pedestrian protection.
図4 、5 において、アルミニウム合金中空形材1aは、エネルギー吸収部材として、パンパー補強材6 の前面に間隔をおいて2 個配置されている。但し、図4 における中空形材1aの各ウエブ4 、4 は、円弧状の湾曲方向が、車体の上下方向の外側方とされている。また、図5 における中空形材1aの各ウエブ4 、4 は、円弧状の湾曲方向が、車体の幅方向の外側方とされている。いずれの方向でも、あるいはこれらの方向から多少ずれても、効果は変わらない。また、中空形材のエネルギー吸収部材としてのパンパー補強材前面への配置個数や位置は、バンパの設計条件や歩行者保護条件に応じ、適宜決定される。この点、中空形材1aは、前記した通り、張出フランジ2a、2bと3a、3bとを各々有することで、歩行者の衝突位置が異なったとしても、あるいは歩行者の衝突位置がフランジ中心点からずれたとしても、同様に、エネルギー吸収できる利点がある。このため、前記配置個数や位置がバンパの設計条件や歩行者保護条件に応じて決定でき、バンパの設計条件や歩行者保護条件が中空形材 (エネルギー吸収部材) の側からの制約をあまり受けないという利点がある。 4 and 5, two aluminum alloy hollow members 1a are arranged as energy absorbing members on the front surface of the bumper reinforcing member 6 with a space therebetween. However, in each of the webs 4 and 4 of the hollow shape member 1a in FIG. 4, the arcuate bending direction is the outer side in the vertical direction of the vehicle body. Further, in each of the webs 4 and 4 of the hollow shape member 1a in FIG. 5, the arcuate bending direction is the outer side in the width direction of the vehicle body. The effect does not change in any direction or slightly deviating from these directions. In addition, the number and position of the hollow shape members arranged on the front surface of the bumper reinforcing material as the energy absorbing member are appropriately determined according to the bumper design conditions and pedestrian protection conditions. In this regard, the hollow shape member 1a has the overhanging flanges 2a, 2b and 3a, 3b as described above, so that even if the pedestrian collision position is different, or the pedestrian collision position is the center of the flange Even if it deviates from the point, there is an advantage that energy can be absorbed similarly. For this reason, the number and position of the arrangement can be determined according to the bumper design conditions and pedestrian protection conditions, and the bumper design conditions and pedestrian protection conditions are not subject to restrictions from the hollow shape (energy absorbing member) side. There is no advantage.
図4 、5 において、アルミニウム合金中空形材1aは、いずれもその後面側フランジ3 において、パンパー補強材6 の前面側フランジ11 (フランジ面11a ) により背面から支持されるとともに、その後面側フランジ3 の張出フランジ3a、3bの部分で、パンパー補強材6 の前面側フランジ11と、ボルト19によって機械的に接合されている。なお、この接合方法は溶接や、溶接と機械的な接合を組み合わせたもの等であっても良い。 4 and 5, the aluminum alloy hollow profile 1a is supported from the back side by the front side flange 11 (flange surface 11a) of the bumper reinforcement 6 at the rear side flange 3 and the rear side flange 3 is also provided. These flanges 3a and 3b are mechanically joined to the front flange 11 of the bumper reinforcement 6 by bolts 19. This joining method may be welding or a combination of welding and mechanical joining.
また、図４、５において、中空形材からなるバンパー補強材6 は、いずれもその背面において、中空筒状のステイ7 2 本によって支持されている。また、このステイ7 を介して、車体サイドメンバー8 と接合され、車体側に支持されている。具体的には、ステイ7 側の前面側フランジ16とバンパー補強材6 の後面側フランジ12とが、ステイ7 側の後面側フランジ17とサイドメンバー8 の前面側フランジ18とが、各々ボルト19により接合されている。なお、この接合方法も溶接や、溶接と機械的な接合を組み合わせたもの等であっても良い。 4 and 5 , each of the bumper reinforcing members 6 made of a hollow material is supported by two hollow cylindrical stays 7 on the back surface thereof. Further, it is joined to the vehicle body side member 8 via the stay 7 and supported on the vehicle body side. Specifically, the front flange 16 on the stay 7 side and the rear flange 12 on the bumper reinforcement 6 are connected to the rear flange 17 on the stay 7 side and the front flange 18 on the side member 8 by bolts 19, respectively. It is joined. This joining method may also be welding or a combination of welding and mechanical joining.
本態様におけるバンパー補強材自体はアルミニウム合金製あるいは鋼製の中空形材が使用できる。更に、バンパー補強材の長手方向の形状は、車体設計上から自由に選択でき、上記直線的な形状以外に、両端に直線的なあるいは曲線的な湾曲部 (屈曲部) を有していても良く、また、全体が湾曲していても良い。バンパー補強材 (中空形材) 自体の断面形状、構造は、車体の前方や後方からの、あるいは前方や後方への衝突により加わった外力のエネルギーを、自らの曲げ変形および断面方向の変形により吸収するため、略矩形断面中空形材に構成されている。具体的には、図4 の通り、衝突方向乃至車体前後方向に対峙して立設された前面壁 (前面側フランジ)11 と、後方に位置する後面壁 (後面側フランジ)12 、およびこれらを直角方向で接続する水平な側壁 (ウエブ)13 、14により、略矩形断面に構成されている。 As the bumper reinforcing material itself in this embodiment, a hollow shape made of aluminum alloy or steel can be used. Furthermore, the longitudinal shape of the bumper reinforcement can be freely selected from the viewpoint of the vehicle body design. In addition to the above-mentioned linear shape, it may have linear or curved curved portions (bent portions) at both ends. The whole may be curved. Bumper reinforcement (hollow profile) The cross-sectional shape and structure of the bumper itself absorbs the energy of external forces applied from the front and rear of the vehicle body or by collisions in the front and rear, by its own bending deformation and cross-sectional deformation. Therefore, it is comprised by the substantially rectangular cross-section hollow shape material. Specifically, as shown in FIG. 4, a front wall (front side flange) 11 erected in the collision direction or the longitudinal direction of the vehicle body, a rear wall (rear side flange) 12 positioned rearward, and The side walls (webs) 13 and 14 connected at right angles form a substantially rectangular cross section.
更に、図4 のバンパー補強材6 では、圧壊強度を増すために、断面が日形形状となっており、略矩形中空断面内に、更に二つの中空部区画を有するよう、前記側壁13、14と平行に、水平な中間壁 (中リブ)15 が設けられている。これらバンパー補強材 (中空形材) の断面形状、構造は、車体設計によるバンパー補強材の断面の大きさ (高さ) や、前記強度あるいは衝突エネルギー吸収量などの要求特性に応じて、日形断面の他に、これら中リブを設けない口形、中リブを2 本設けた目形、縦横の中リブを交差させて設けた田形などから適宜選択される。 Furthermore, in the bumper reinforcing member 6 of FIG. 4, the side walls 13 and 14 are formed so that the cross section has a cricoid shape in order to increase the crushing strength, and two hollow section sections are provided in the substantially rectangular hollow cross section. A horizontal intermediate wall (medium rib) 15 is provided in parallel with the horizontal wall 15. The cross-sectional shape and structure of these bumper reinforcements (hollow shape members) depends on the size (height) of the bumper reinforcement cross-section according to the vehicle body design and the required characteristics such as the strength or impact energy absorption. In addition to the cross-section, these are appropriately selected from a mouth shape without the middle ribs, an eye shape with two middle ribs, and a rice field with the vertical and horizontal middle ribs crossed.
次に、図4 のステイ7 は、バンパー補強材に接合されるため、バンパー補強材の直線的、曲線的、傾斜状などの背面形状に応じた前面壁とされる。また、ステイの軽量化のためには、ステイ自体も中空の筒体乃至形材であることが好ましい。そして、材質や製法については、バンパー補強材と同じく、普通鋼やハイテンなどの鋼板、アルミニウム合金押出形材や板材などが適宜選択される。 Next, since the stay 7 in FIG. 4 is joined to the bumper reinforcing material, the stay 7 is a front wall according to the back surface shape of the bumper reinforcing material such as a straight line, a curved line, or an inclined shape. In order to reduce the weight of the stay, it is preferable that the stay itself is also a hollow cylinder or shape. And about a material and a manufacturing method, as with a bumper reinforcement material, steel plates, such as normal steel and high tension, an aluminum alloy extrusion shape material, a board | plate material, etc. are selected suitably.
次に、本発明アルミニウム合金押出中空形材を、対人保護用エネルギー吸収部材として、車体衝突時に乗員の膝を保護するニープロテクタなどの乗員保護用部材として用いる実施形態について、図6 〜8 を用いて説明する。図6 、7 は各々本発明アルミニウム合金中空形材同士を連結して乗員保護用部材とした正面図である。図8 は、前記図6(a)の乗員保護用部材20aを車体部材に取り付けた一実施態様を示す正面図である。 Next, an embodiment in which the aluminum alloy extruded hollow member of the present invention is used as an energy absorbing member for personal protection as an occupant protection member such as a knee protector for protecting an occupant's knee at the time of a vehicle collision is used with reference to FIGS. I will explain. 6, 7 is a front view of the occupant protection member coupled respectively present invention an aluminum alloy hollow shaped Zaido workers. FIG. 8 is a front view showing an embodiment in which the occupant protection member 20a of FIG. 6 (a) is attached to a vehicle body member.
図6 、7 における各々の乗員保護用部材20a 〜20d は、共通して、前記図2 、3 などで説明したアルミニウム合金中空形材1a〜1dなどを選択的に組み合わせて構成する。即ち、これら選択された中空形材同士が、その幅方向 (断面方向) に2 〜3 の複数個互いに連結されて、中空形材の幅方向 (断面方向) に連なるエネルギー吸収部 (隔壁) を構成している。なお、図6 、7 においては、各図の右側を乗員の膝側、図の左側を車体の前方側と想定している。 Each of the occupant protection members 20a to 20d in FIGS. 6 and 7 is configured by selectively combining the aluminum alloy hollow shapes 1a to 1d described in FIGS. That is, these selected hollow members are connected to each other in the width direction (cross-sectional direction), and a plurality of the two hollow shape members are connected to each other to form an energy absorbing portion (partition wall) continuous in the width direction (cross-sectional direction) of the hollow shape member. It is composed. 6 and 7, the right side of each figure is assumed to be the occupant's knee side, and the left side of the figure is assumed to be the front side of the vehicle body.
これら中空形材を連結する個数は、乗員保護用部材として、連続的な断面方向の塑性変形による衝突エネルギー吸収量を確保するために、また、膝部に対する車体部材への最適位置での取り付けのために、必要な長さ (ストローク) が選択されて、決定される。この連結個数があまり多くなっても、互いに接合する工程が増すとともに、接合強度が低下する可能性がある。したがって、車体の設置スペースの制約からしても、中空形材の連結個数をあまり多くする必要は無い。また、中空形材の幅 (ウエブの長さ) を長くして連結個数を少なくする方法もある。しかし、ウエブの長さ) を長くしてフランジ2 内面とウエブ外面との交差する角度θ1 、θ2 、θ3 、θ4 が45度を越えた場合、前記した通り、本発明の中空形材の引張特性範囲内であっても、対人衝突時の荷重負荷の状態によっては、変形の際にウエブが破断しやすくなる。この点、好ましい中空形材の連結個数は2 〜4 個程度である。 The number of these hollow members to be connected is as an occupant protection member, in order to ensure the amount of impact energy absorbed by continuous plastic deformation in the cross-sectional direction, and to be attached to the vehicle body member at the optimum position relative to the knee. To do this, the required length (stroke) is selected and determined. Even if the number of connections is excessively large, the number of steps for bonding to each other increases, and the bonding strength may decrease. Therefore, it is not necessary to increase the number of connected hollow profiles even if the installation space of the vehicle body is limited. There is also a method of reducing the number of connections by increasing the width of the hollow member (the length of the web). However, when the angle θ 1 , θ 2 , θ 3 , θ 4 intersecting the flange 2 inner surface and the web outer surface exceeds 45 degrees by increasing the web length), as described above, the hollow shape of the present invention Even within the tensile property range of the material, the web is likely to break during deformation depending on the state of load applied at the time of interpersonal collision. In this respect, the preferred number of connected hollow shapes is about 2 to 4.
図6(a)の乗員保護用部材20a は、前記図2(a)に示した本発明中空形材1a同士2 個を組み合わせている。即ち、これら中空形材1a同士を互いのフランジ3 、2 および、これらフランジに設けられた張出フランジ3a、2aにおいて接合し、中空形材の幅方向に (断面方向に) 互いに連結している。これは、図6(b)や図7(a)、(b) の態様も基本的に同様である。 An occupant protection member 20a shown in FIG. 6 (a) is a combination of two hollow profiles 1a of the present invention shown in FIG. 2 (a). That is, these hollow members 1a are joined to each other at flanges 3 and 2 and overhanging flanges 3a and 2a provided on these flanges, and are connected to each other in the width direction (in the cross-sectional direction) of the hollow members. . This is basically the same for the modes of FIGS. 6 (b), 7 (a), and (b).
図6(b)の乗員保護用部材20b は、前記図2(a)に示した本発明中空形材1aと、これよりフランジ間隔が小さい図2(b)に示した本発明中空形材1bとの2 個を組み合わせて、図6(a)と同様に連結している。 The passenger protecting member 20b in FIG. 6 (b) includes the hollow profile 1a of the present invention shown in FIG. 2 (a) and the hollow profile 1b of the present invention shown in FIG. Are combined in the same manner as in FIG. 6 (a).
図7(a)の乗員保護用部材20c は、前記図2(a)に示した本発明中空形材1a同士3 個を組み合わせて、図6(a)と同様に連結している。図7(b)の乗員保護用部材20d は、前記図2(a)に示した本発明中空形材1a同士2 個と、乗員の膝側に (図の右側に) 、前記図2(b)に示した本発明中空形材1b1 個とを組み合わせて、図6(a)と同様に連結している。 The occupant protection member 20c in FIG. 7 (a) is connected in the same manner as in FIG. 6 (a) by combining three hollow members 1a of the present invention shown in FIG. 2 (a). The occupant protection member 20d in FIG. 7 (b) includes two hollow profile members 1a of the present invention shown in FIG. 2 (a) and the occupant's knee side (on the right side of the figure). The hollow shape members 1b1 of the present invention shown in FIG. 6) are combined and connected in the same manner as in FIG. 6 (a).
以上説明した、本発明アルミニウム合金中空形材同士を連結する乗員保護用部材の態様では、中空形材の連結する個数によって、前記したエネルギー吸収部の長さ (ストローク) を必要により長くも短くも調整できる。このため、条件の異なる多様な多くの車種に対応して、乗員保護用部材に適用できる。 In the aspect of the occupant protection member for connecting the aluminum alloy hollow members of the present invention described above, the length (stroke) of the energy absorbing portion described above may be made longer or shorter as necessary depending on the number of hollow members to be joined. Can be adjusted. For this reason, it can be applied to a member for protecting an occupant corresponding to many various vehicle types having different conditions.
これら中空形材同士を互いのフランジおよび/ または張出フランジにおいて連結するための接合手段は、接着剤、ボルトなどの機械的な接合、溶接、これらを組み合わせたもの等が適宜選択される。言い換えると、本発明では、ボルトなどの機械的な接合や溶接などの比較的煩雑な接合手段を用いて接合強度を高めずとも、接着剤による接合で、アルミニウム合金中空形材の連結体として、乗員保護用部材としての機能を満足できる接合強度を確保できる利点もある。 As a joining means for connecting these hollow members to each other at their flanges and / or overhanging flanges, a mechanical joint such as an adhesive or a bolt, welding, a combination thereof, or the like is appropriately selected. In other words, in the present invention, without using a relatively complicated joining means such as mechanical joining such as bolts or welding to increase the joining strength, joining with an adhesive, as a connected body of aluminum alloy hollow shapes, There is also an advantage that a bonding strength that can satisfy the function as an occupant protection member can be secured.
図8 は、前記図6(a)の乗員保護用部材20a を車体部材に取り付けた態様を示している。図8 において、乗員保護用部材20a は、乗員の膝24の位置に対して、斜め上方から下方に向かって向き合うように、膝24の前方に配置される。なお、この配置位置は車種や車体設計に応じて種々選択乃至決定される。例えば、乗員の膝24の位置に対して水平方向に向き合うように、膝24の前方に配置されても良い。そして、乗員保護用部材20a は、図示しない車体部材の両側に設けられたピラーに両端が連結された、ポール状のインパネ補強部材22などに、直接乃至ブラケット21などを介して、接合される。ブラケット21には、インパネ補強部材22との接合用の腕21a と、乗員保護用部材20a の後面となるフランジ2a、2bとの接合用のフランジ21b とを有する。 FIG. 8 shows an aspect in which the occupant protection member 20a of FIG. 6 (a) is attached to a vehicle body member. In FIG. 8, the occupant protection member 20a is disposed in front of the knee 24 so as to face the position of the occupant's knee 24 from obliquely upward to downward. This arrangement position is variously selected or determined according to the vehicle type and the vehicle body design. For example, it may be disposed in front of the knee 24 so as to face the position of the occupant's knee 24 in the horizontal direction. The occupant protection member 20a is joined directly or through a bracket 21 or the like to a pole-shaped instrument panel reinforcing member 22 or the like that is connected at both ends to pillars provided on both sides of a vehicle body member (not shown). The bracket 21 includes an arm 21a for joining to the instrument panel reinforcing member 22 and a flange 21b for joining to the flanges 2a and 2b which are rear surfaces of the passenger protecting member 20a.
一方、乗員の膝24側の前面 (衝突面) 側フランジ3a、3bには、乗員の膝24の保護と、前記した乗員の膝の衝突位置が異なる際に対応できるように、軟質性などの材料から選択的に構成されるとともに、乗員の膝24面に対応して延在するニーパネル (膝の保護用パネル)23 などが選択的に設けられる。これらの各部材の接合は、接着剤、機械的な接合、溶接、これらを組み合わせたもの等が適宜選択される。 On the other hand, the front flange (collision surface) side flanges 3a and 3b on the occupant's knee 24 side are provided with softness and the like so that the protection of the occupant's knee 24 and the above-described collision position of the occupant's knee can be accommodated. A knee panel (a knee protection panel) 23 and the like that are selectively formed from materials and extend corresponding to the occupant's knee 24 surface are selectively provided. For joining these members, an adhesive, mechanical joining, welding, a combination thereof, or the like is appropriately selected.
ここで、本発明アルミニウム合金中空形材同士を連結した乗員保護用部材の荷重変形状態の経時変化をFEM 解析結果で図11、12に各々示す。図11(a) 、(b) 、(c) は、前記図8 における本発明乗員保護用部材20a の荷重変位曲線における、変位20mm、40mm、60mm毎の荷重変形状態の経時変化を各々示す。図12(a) 、(b) 、(c) は、図9 における本発明乗員保護用部材1bの荷重変位曲線における、変位20mm、30mm、40mm毎の荷重変形状態の経時変化を示す。 Here, FIGS. 11 and 12 show the time-dependent changes in the load deformation state of the occupant protection members in which the aluminum alloy hollow members of the present invention are connected to each other as FEM analysis results. FIGS. 11 (a), 11 (b), and 11 (c) show changes over time in the load deformation state for each displacement of 20 mm, 40 mm, and 60 mm in the load displacement curve of the occupant protection member 20a of the present invention in FIG. FIGS. 12 (a), 12 (b) and 12 (c) show changes over time in the load deformation state for every displacement of 20 mm, 30 mm and 40 mm in the load displacement curve of the occupant protection member 1b of the present invention in FIG.
図11(a) 、(b) 、(c) から分かる通り、乗員保護用部材20a における、同じアルミニウム合金中空形材1bは各々、衝突による荷重がかかった際、ウエブ4 の円弧状の湾曲の作用によって、各ウエブ4 、4 は屈曲部5 、5 を中心として、両外方へ広がるように、またフランジ2 、3 が互いに接近するように塑性変形する。その際、同じ断面形状のアルミニウム合金中空形材1a同士であれば、このような塑性変形( 断面方向の変形) は、連結されているにも関わらず、同時にかつ均等に変形していくことが分かる。 As can be seen from FIGS. 11 (a), (b), and (c), the same aluminum alloy hollow profile 1b in the occupant protection member 20a has an arcuate curve of the web 4 when a load is applied due to a collision. By the action, the webs 4 and 4 are plastically deformed so that the webs 4 and 4 are spread outwards with the bent portions 5 and 5 as the center, and the flanges 2 and 3 are close to each other. At that time, if the aluminum alloy hollow shapes 1a have the same cross-sectional shape, such plastic deformation (deformation in the cross-sectional direction) can be deformed simultaneously and evenly even though they are connected. I understand.
これに対し、異なる断面形状のアルミニウム合金中空形材1a、1b同士の組み合わせである本発明乗員保護用部材20b では、図12(a) 、(b) 、(c) の通り、衝突による荷重がかかった際、中空形材同士は同時にかつ均等に塑性変形しない。即ち、フランジ同士の間隔H と両フランジの長さB との比H/B が大きく、圧壊強度のより低い中空形材1aから先に変形し、次いで、このH/B が小さく圧壊強度のより高い中空形材1bが変形していくことが分かる。 In contrast, in the occupant protection member 20b of the present invention, which is a combination of aluminum alloy hollow shapes 1a and 1b having different cross-sectional shapes, the load caused by the collision is as shown in FIGS. 12 (a), (b), and (c). When applied, the hollow profiles do not plastically deform simultaneously and evenly. That is, the ratio H / B between the distance H between the flanges and the length B of both flanges is large and the hollow shape 1a having a lower crushing strength is deformed first, and then this H / B is smaller and the crushing strength is lower. It can be seen that the high hollow profile 1b is deformed.
このように、本発明では、上記中空形材 (エネルギー吸収部) の長さの調整と相まって、組み合わせる上記中空形材断面形状の調整や選択によって、乗員保護用部材のエネルギー吸収性能を、自由に制御、設計できる。 As described above, according to the present invention, the energy absorption performance of the occupant protection member can be freely adjusted by adjusting and selecting the cross-sectional shape of the hollow shape material combined with the adjustment of the length of the hollow shape material (energy absorption portion). Can control and design.
これらの要求特性を満足するアルミニウム合金としては、通常、この種構造部材用途に汎用される、AA乃至JIS 規格に規定された3000系、5000系、6000系、7000系等の汎用 (規格) アルミニウム合金材 (押出形材）で、O 、T4、T6、T7等の、前記本発明引張特性になるように調質乃至熱処理をされたものが好適かつ選択的に用いられる。その中でも、成形性が良く、耐力の比較的高い5000系、6000系等のアルミニウム合金が好ましい。本発明アルミニウム合金中空形材は、熱間押出の常法にて製造された中空形材を使用する。 As an aluminum alloy that satisfies these required characteristics, general-purpose (standard) aluminum such as 3000 series, 5000 series, 6000 series, 7000 series, etc. stipulated in AA to JIS standards, which are generally used for such structural member applications an alloy material (press Dekatachizai), O, T4, T6, of T7, etc., are used suitably and selectively those wherein is the so refining to heat treatment so that the present invention tensile properties. Among them, aluminum alloys such as 5000 series and 6000 series having good formability and relatively high yield strength are preferable. The present invention aluminum alloy hollow shape member uses a hollow profile produced at normal method of hot extrusion.
前記図2(a)、(b) に各々示したアルミニウム合金中空形材1a、1bを、合金の種類および調質 (熱処理) によって引張特性を変えたものを、実際に圧壊試験を行い、荷重−変位関係を求めた。これらの結果を図13(a) 、(b) 、図14(a) 、(b) に各々示す。 The aluminum alloy hollow shapes 1a and 1b shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), respectively, were subjected to a crush test and subjected to a load test by changing the tensile properties depending on the type of alloy and tempering (heat treatment). -The displacement relationship was determined. These results are shown in FIG. 13 (a), (b), FIG. 14 (a), and (b), respectively.
圧壊試験条件は、上記発明例、比較例ともに、以下の共通した条件とした。即ち、荷重の負荷は、中空形材断面方向を垂直方向として (丁度図2 の上下方向に) 基台に載置した中空形材1a、1bに、プレス試験装置によって、図2 にF で示す荷重を各中空形材1a、1bにおけるフランジ2 の中心にかける条件とした。 The crushing test conditions were the following common conditions in both the above invention examples and comparative examples. That is, the load of the load is indicated by F in FIG. 2 by the press test device on the hollow shape members 1a and 1b placed on the base with the cross-section direction of the hollow shape as the vertical direction (just in the vertical direction in FIG. 2). The load was applied to the center of the flange 2 in each hollow profile 1a, 1b.
JIS 規格で、6063、6N01、3004の組成成分である各アルミニウム合金鋳塊を均質化熱処理後に熱間押出して、各形材壁の肉厚が4.0mm の中空形材1a、1bとした。そして、これらの中空形材を、O 、T6などの調質処理を施し、0.2%耐力と、引張強さと0.2%耐力との差と、の引張特性を調節した。これらの条件と引張特性、および断面形状を整理して表1 に示す。 Each aluminum alloy ingot, which is a composition component of 6063, 6N01, 3004 according to JIS standard, was hot-extruded after homogenization heat treatment to form hollow shapes 1a, 1b having a wall thickness of 4.0 mm. These hollow shapes were subjected to tempering treatment such as O 2 and T6 to adjust the tensile properties of 0.2% proof stress and the difference between tensile strength and 0.2% proof strength. These conditions, tensile properties, and cross-sectional shapes are organized and shown in Table 1.
中空形材1a、1bの外寸形状は、両フランジ2 、3 の各長さB は40mm、フランジ2 、3 同士の間隔H は1aが40mm、1bが30mm、ウエブ4 同士のフランジにおける間隔は1aが5mm 、1bが10mm、ウエブ4 の左右への張出量は1aが17.5mm、1bが15mm、ウエブ角度θ1 、θ2 、θ3 、θ4 は等しく45度とした。
The outer dimensions of the hollow sections 1a and 1b are 40 mm for the length B of both flanges 2 and 3, and the distance H between the flanges 2 and 3 is 40 mm for 1a, 30 mm for 1b, and the distance between the flanges of the webs 4 is 4 1a is 5 mm, 1b is 10 mm, the web 4 is projected to the left and right 1a is 17.5 mm, 1b is 15 mm, and the web angles θ 1 , θ 2 , θ 3 , and θ 4 are equally 45 degrees.
図13(a) 、(b) の本発明アルミニウム合金中空形材1aは、図2(a)の通り略菱形断面形状を有し、前記表1 の通り対人保護エネルギー吸収部材としての使用時における引張特性として、0.2%耐力が30〜300MPaの範囲であり、かつ引張強度と0.2%耐力との差が100MPa以下である。このため、図13(a) 、(b) に各々実線で示す通り、各々点線A で示す (図1 のような) 理想的な荷重- 変位関係に近似している。 The aluminum alloy hollow profile 1a of the present invention shown in FIGS. 13 (a) and 13 (b) has a substantially rhombic cross-sectional shape as shown in FIG. 2 (a). As the tensile properties, the 0.2% proof stress is in the range of 30 to 300 MPa, and the difference between the tensile strength and the 0.2% proof stress is 100 MPa or less. For this reason, as shown by solid lines in FIGS. 13 (a) and 13 (b), each approximates an ideal load-displacement relationship (as shown in FIG. 1) indicated by a dotted line A.
即ち、初期に荷重が大きく立ち上がっておらず、そのままの荷重レベルで推移している。これは、小さい衝突荷重で、しかも初期の荷重 (脚部への反力) が大きくならずに、中空形材の変形が開始されることを示している。また、その後の変位 (変形) によっても、荷重レベルが一定であり、上下の変動が少ない。したがって、変位方向に中空形材の変形が持続して、エネルギー吸収が長く持続され、時間的な経過によっても脚部への反力が大きくならない。また、この荷重- 変位関係ではエネルギー吸収量も高くなる。 That is, the load does not rise significantly at the initial stage, and the load level remains unchanged. This indicates that the deformation of the hollow shape is started with a small collision load and without increasing the initial load (reaction force on the legs). Also, the load level is constant due to the subsequent displacement (deformation), and the vertical fluctuation is small. Therefore, the deformation of the hollow shape member is continued in the displacement direction, the energy absorption is continued for a long time, and the reaction force to the leg does not increase even with the passage of time. In addition, this load-displacement relationship also increases energy absorption.
ただ、引張強度と0.2%耐力との差が70MPa とより小さい図13(b) の6063-T6 調質材の方が、引張強度と0.2%耐力との差が90MPa とより大きい図13(a) の6063-O調質材に比して、点線A で示す図1 のような理想的な荷重- 変位関係に近似している。そして、引張強度と0.2%耐力との差がより大きい図13(a) の6063-O調質材は、点線A の理想的な荷重- 変位関係に比して荷重が徐々に上昇している。 However, the difference between the tensile strength and 0.2% proof stress of 6063-T6 tempered material in Fig. 13 (b), where the difference between the tensile strength and 0.2% proof stress is smaller, is greater than 90 MPa. Compared to the 6063-O tempered material in Fig. 1, it approximates the ideal load-displacement relationship shown in Fig. 1 indicated by the dotted line A. The 6063-O tempered material in Fig. 13 (a), which has a larger difference between tensile strength and 0.2% proof stress, gradually increases its load compared to the ideal load-displacement relationship indicated by dotted line A. .
これに対して、図14(a) 、(b) において各々一点鎖線で示す比較例の3004-O材は、表1 の通り引張強度と0.2%耐力との差が110MPaと、上限の100MPaを越えている。このため、図2(a)の通り略菱形断面形状を有している中空形材1aであり、0.2%耐力も70MPa と発明範囲内にあるにも関わらず、点線A で示す理想的な荷重- 変位関係に比して、変位による荷重が上昇している。即ち、これらの結果から、引張強度と0.2%耐力との差が大きいほど、荷重が上昇する傾向にあることが分かる。したがって、略菱形断面形状を前提とすると、引張強度と0.2%耐力との差が100MPa辺りに許容できる荷重上昇の臨界点があることが分かる。 On the other hand, the 3004-O material of the comparative example indicated by the alternate long and short dash line in FIGS. 14 (a) and 14 (b) has a difference between the tensile strength and the 0.2% proof stress of 110 MPa as shown in Table 1, and the upper limit of 100 MPa. It is over. Therefore, as shown in FIG. 2 (a), it is a hollow section 1a having a substantially rhombic cross-sectional shape, and the ideal load indicated by the dotted line A is in spite of the fact that the 0.2% proof stress is within the scope of the invention of 70 MPa. -Compared to the displacement relationship, the load due to displacement is increasing. That is, it can be seen from these results that the load tends to increase as the difference between the tensile strength and the 0.2% proof stress increases. Therefore, it is understood that there is a critical point of load increase where the difference between the tensile strength and the 0.2% proof stress is allowable around 100 MPa, assuming a substantially rhombic cross-sectional shape.
更に、図14(a) 、(b) において各々実線で示す6N01-T6 材は、引張強度と0.2%耐力との差は30MPa と、100MPa以下の発明範囲内であるものの、0.2%耐力が255MPaと比較的高い。このため、図13の6063材に比して、初期の最大荷重が比較的大きく立ち上がってしまっている。この傾向は0.2%耐力が高いほど顕著になる。したがって、略菱形断面形状を前提とすると中空形材の0.2%耐力が300MPaの辺りに上限があることが分かる。 Furthermore, the 6N01-T6 material indicated by the solid lines in FIGS. 14 (a) and 14 (b) has a difference between the tensile strength and the 0.2% yield strength of 30 MPa and within the invention range of 100 MPa or less, but the 0.2% yield strength is 255 MPa. And relatively high. For this reason, the initial maximum load has risen relatively large compared to the 6063 material of FIG. This tendency becomes more prominent as the 0.2% yield strength is higher. Therefore, it is understood that the 0.2% proof stress of the hollow profile has an upper limit around 300 MPa, assuming a substantially rhombic cross-sectional shape.
本発明によれば、自動車乗員などの人間を確実に保護する機能を持つ対人保護エネルギー吸収部材用アルミニウム合金中空形材と、このアルミニウム合金中空形材からなる対人保護エネルギー吸収部材を提供することができる。言い換えると、人間の脚部衝突の際に必要なエネルギー吸収量を確保するとともに、ダメージを与えない荷重しか人間の脚部に負荷しないこととの両立ができる。したがって、本発明はエネルギー吸収部材へのアルミニウム合金材の用途を大きく拡大するものであり、工業的な価値が大きい。 According to the present invention, a personal protection energy-absorbing member for an aluminum alloy hollow shape members having the ability to reliably protect the human like automobiles occupant, to provide personal protection energy-absorbing member made of the aluminum alloy hollow profile Can do. In other words, it is possible to ensure both the amount of energy absorption necessary for a human leg collision and that only a load that does not cause damage is applied to the human leg. Therefore, the present invention greatly expands the use of the aluminum alloy material for the energy absorbing member, and has a great industrial value.
1:アルミニウム合金中空形材、2:前面フランジ、3:後面フランジ、4:ウエブ、
5:張出部、6:バンパー補強材、7:ステイ、8:サイドメンバ、9 : アブソーバ、
10: バンパーカバー、11: 前面フランジ、12: 後面フランジ、13、14: ウエブ、15: 中リブ、16、17、18: フランジ、19: ボルト、20: 乗員保護部材、
21: ブラケット、22: インパネ補強部材、23: ニーパネル、24: 乗員の膝、
1: Aluminum alloy hollow shape, 2: Front flange, 3: Rear flange, 4: Web,
5: Overhang, 6: Bumper reinforcement, 7: Stay, 8: Side member, 9: Absorber,
10: Bumper cover, 11: Front flange, 12: Rear flange, 13, 14: Web, 15: Medium rib, 16, 17, 18: Flange, 19: Bolt, 20: Crew protection member,
21: Bracket, 22: Instrument panel reinforcement, 23: Knee panel, 24: Crew knee,
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