JP4689300B2 - 車両用衝撃吸収部材 - Google Patents

Description

本発明は、車両の衝突などによって発生する衝撃を吸収して自車両や衝突物等への衝撃、損傷を緩和する衝撃吸収部材に関するものである。

車両のバンパリインフォースメント等に使用される衝撃吸収部材は、矩形断面等の中空構造で形成され、この中空構造による形成材が衝突などによる衝撃で自ら変形や圧壊することで衝突エネルギを吸収して車両本体や衝突物などへのダメージの軽減を図るものである。バンパリインフォースメントは、バンパの内側に強度補強を兼ねて配置されるものであり、ステーなどを介して車両本体に支持固定される。

ところで、車両の衝突形態は様々であり、オフセット衝突やポール衝突などの衝突形態も多い。これらの衝突形態では、衝撃荷重を衝撃吸収部材の面ではなく点で受けることになり、多くの場合では車体中央部寄りで起こる。このため、衝撃吸収部材が全体的に変形や圧壊をするよりも先に、荷重がステーによる支持部分に集中してステー周辺で衝撃吸収部材の部分的な座屈、圧壊が生じてしまう。このような部分的な圧壊が生じてしまうと、それ以降は衝撃吸収部材で衝突エネルギを十分に吸収することができなくなり、衝突エネルギが自車両や衝突対象物に伝わってしまう。

これに対し、従来、ステー支持部近傍での衝撃吸収部材の座屈を防止するため、衝撃吸収部材の肉厚を厚くしたり衝撃吸収部材の内部に支柱やリブを組み付けて強度を上げたりする方法（例えば特許文献１、２参照）がとられている。また、衝撃吸収部材の衝突面側にさらに付加的な衝撃吸収部材を後付けする方法もとられている（例えば特許文献３）。
特開平７−１６４９８３号公報 特開平６−２８６５３７号公報 特開２００１−２２５７６３号公報

しかし、上記のように衝撃吸収部材の強度を上げるものでは、強度アップによって衝撃吸収能力が低下してしまう。
また、特許文献１、２のように衝撃吸収部材の内部に補強用リブや支柱を差し込んで補強する方法は、現在の一般的な製造工程のように、押し出し成形された中空材を湾曲に曲げ加工を施してバンパリインフォースメント等の成形を行う場合、差し込み後の曲げ加工または曲げ加工後の差し込みとも難しく実施が困難である。
また、特許文献３のように後付けの衝撃吸収部材を付加する方法では、重量増を招くとともに、衝撃吸収部材全体の嵩が増えてデザイン上の制約を大きく受けることになる。さらに、衝突の対象が人体であった場合、エネルギ吸収量（性能）が不十分であるという問題もある。

本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、衝撃吸収性能を損なうことなくステー近傍での座屈を防止して、良好な衝撃吸収性能を、ある程度の時間をもって維持することができる衝撃吸収部材を提供することを目的とする。

すなわち、本発明の車体用衝撃吸収部材のうち、請求項１記載の発明は、衝突側前方壁と車体側後方壁と天板および底板とを備える略矩形断面中空構造を有し、前記車体側後方壁と車体側との連結部接続面の近傍において前記天板および床板の一方または両方に補強プレートが重ね合わされてレーザ溶接による線溶接で固定されており、該線溶接によって、車体側と衝突側にそれぞれ１本または並列した２本以上の溶接ビードが形成され、前記線溶接は、車体側の溶接強度が衝突側の溶接強度よりも大きくなっていることを特徴とする。

請求項２記載の車両用衝撃吸収部材の発明によれば、請求項１に記載の発明において、前記天板または底板の長手方向に略沿って前記線溶接が施されていることを特徴とする。

請求項３記載の車両用衝撃吸収部材の発明によれば、請求項１または２に記載の発明において、前記車体側の溶接ビードは、前記衝突側の溶接ビードよりも多くの本数からなることを特徴とする。

すなわち本発明によれば、中空構造で形成された衝撃吸収部材に、車体側連結接続面の近傍で補強プレートを有することによって、全体的な強度アップを招くことなく車体側連結部近傍の強度を部分的に高くでき、車体側連結部に衝撃荷重が集中した際に、該連結近傍で衝撃吸収部材が部分的に座屈、圧壊するのを防止して、衝撃吸収部材全体に亘る変形を促す。これにより、衝撃吸収部材に加わる衝撃エネルギを効果的に吸収し、また、エネルギ吸収が持続的に行われる。
上記補強プレートは、衝撃吸収部材の天板と底板の少なくとも一方に重ね合わされて固定されるものであり、中空押出材を用いて曲げ加工して衝撃吸収部材を製造する際にも、曲げ加工された衝撃吸収部材に補強プレートを重ね合わせ、固定をするなどして本発明の構成とすることができる。また、プレートを重ね合わせるので、嵩の増加は殆ど無視することができ、重量増も僅かである。

なお、補強プレートは、衝撃吸収部材を構成する天板と底板の少なくとも一方に設けられたものであればよい。補強プレートの固着面は、天板および底板内外面のいずれであってもよいが、通常は外面に設けられる。
また、補強プレートは、衝撃吸収部材の車体側後方壁と車体側の連結部接続面の近傍において上記天板、底板の少なくとも一方に設けられている。補強プレートは、上記接続面の幅方向中心を基準にして左右に伸長するように配置されているのが望ましく、前記接続面の幅方向中心に、補強プレートの幅方向中心が略一致しているのが一層望ましい。また、補強プレートの幅および奥行きの大きさは特に限定されるものではないが、幅について前記接続面の幅を超える幅が望ましい。また、奥行きについては、天板または底板と同等とするのが望ましい。

次に、補強プレートは、天板または底板に重ね合わせられて衝撃荷重時に補強効果を発揮するものであるから、該作用を得られるように前記固定がなされている必要がある。固定方法として線固着が用いられる。点固着のみによる場合には、点固着部に応力が集中し、補強効果が小さくなる。

また、固着方法にはレーザ溶接を用いる。レーザ溶接や溶融溶接は、線固着の方法として好適であり、この中でレーザ溶接は、溶接ひずみが出にくく溶接時の熱による強度低下が僅かであるという利点を有している。一方、溶融溶接は、溶接跡が材料が抉られたようになって溶接線の脇が盛り上がる状態になり、ひずみが大きく溶接時の熱で強度が低下しやすいという点で不利な点がある。
また、接着剤は面固着に適しており固着作業は容易である。ただし固着強度が不足しやすいという点で不利な点がある。
さらに、機械的固着は点固着に適しており、補強プレートを強固に固定することができる。ただし、固着部に応力が集中し、天板、底板が破壊されやすいという点で不利な点がある。したがって、レーザ溶接による線固着が最も適した方法である。なお、レーザ溶接は上記のように熱ひずみ等による強度低下が最小限に抑えられるとともに、溶接跡の盛り上がりも殆どない。

また、線固着に際しては、前記天板または底板の長手方向に略沿って車体側と衝突側にそれぞれ１本または並列した２本以上の溶接ビードを形成したものが主となるものが望ましい。該溶接ビードは、衝撃吸収部材に衝撃が加わって該衝撃吸収部材が変形する際に、応力が分散されることで良好な固着力を発揮して衝撃吸収部材の部分的な補強作用が効果的に得られる。
なお、複数本の溶接ビードを形成するのは以下の理由による。
衝撃吸収部材と補強プレートでは衝突時の変形の形態が異なるため、一定以上の力が加わると補強の効果が薄れて衝撃吸収部材にクラックが入ってしまう。このクラックを予防するためには、単に線溶接の強度を増しても効果は小さく、理想は面固着を施して、衝撃吸収部材と補強プレートが同じ形状で変形することである。しかし、レーザー溶接の幅を広げても、レーザー溶接の溶接は▼形状で行われるため、目的の効果が得ることは困難であり、また衝撃吸収部材側での熱劣化を招き好ましくない。そこで、並列した線溶接を施すことで、面固着を行ったのと同様な効果が得られる。なお、並列する溶接ビードは互いに間隔を有している他、一部で重なるように形成されたものであってもよい。

また、上記溶接ビードにおいては、車体側の溶接強度が衝突側の溶接強度よりも大きくなっているのが望ましく、例えば、車体側の溶接ビードの本数を衝突側の溶接ビードよりも多くの本数とする。
その理由は、衝突側の線溶接によるプレート補強が十分に行われて衝撃吸収部材と補強プレートの変形形態が一体になると、本来出来るだけ低いことが望ましい衝突時のピーク荷重が上がってしまう。また反対に、未固着であったり、衝突時に容易に剥がれてしまっては補強効果がなくなってしまう。よって、衝突側の線溶接は衝突時に剥がれない程度で、車体側よりも溶接強度が低く溶接されているのが望ましい。この実現は、溶接深さや溶接幅を調整することによって達成可能であるが、溶接ビードの本数を異なるものとするのが施工上容易である。

なお、衝撃吸収部材、補強プレートの材料は限定されるものではないが、加工性、軽量などによりアルミニウム合金が望ましい。衝撃吸収部材は、ＪＩＳ Ａ６０００系、７０００系を使用することが望ましい。また、補強プレートにはＪＩＳ Ａ５０００系、６０００系のアルミニウム合金が望ましい。

以上説明したように、本発明の車両用衝撃吸収部材は、衝突側前方壁と車体側後方壁と天板および底板とを備える略矩形断面中空構造を有し、前記車体側後方壁と車体側との連結部接続面の近傍において前記天板および床板の一方または両方に補強プレートが重ね合わされてレーザ溶接による線溶接で固定されており、該線溶接によって、車体側と衝突側にそれぞれ１本または並列した２本以上の溶接ビードが形成され、前記線溶接は、車体側の溶接強度が衝突側の溶接強度よりも大きくなっているので、車両物等との衝突による衝撃を受けた際に、車体側との連結部近傍が早期に圧壊するのを防止して、全体が圧壊するまで適切な衝撃吸収を得ることを可能にする。また、平板な補強プレートで効果が得られることにより重量増大が僅かであり、また嵩の増大も殆どなくてデザイン上の制約を受けることもない。

なお、前記補強プレートの固定では、前記天板または底板の長手方向に略沿った線溶接が含まれ、さらに前記線溶接が、車体側の溶接強度が衝突側の溶接強度よりも大きくなっているものとすれば、衝突時のピーク荷重を上げることなく衝撃吸収エネルギを効果的に吸収することが可能になる。

（実施形態１）
以下に、本発明の一実施形態の車両用衝撃吸収部材１を図１に基づいて説明する。
アルミニウム合金の押出成形によって、略矩形断面中空構造の長尺な押出材を得て、曲げ加工を施すことで車両用衝撃吸収部材１を得る。該車両用衝撃吸収部材１は、互いに対向する衝突側前方壁１ａと車体側後方壁１ｂとを有し、また互いに対向する天板１ｃと底板１ｄとを備えている。さらに、内部には衝突側前方壁１ａの内面から車体側後方壁１ｂの内面に亘って横方向にリブ１ｅが形成されている。該リブ１ｅは、上記押出によって一体的に形成されたものである。なお、本発明としてはリブ１ｅを有しないものであってもよく、また製造方法も押出成形に限定されるものではない。

上記衝撃吸収部材１は、図１に示すように、車体側の取り付けステー１０との取り付けが行われる接続面予定位置の近傍において、天板１ｃの上面と底板１ｄの下面とにそれぞれ補強プレート２、３が重ねられ固定されている。補強プレート２、３は、天板１ｃおよび底板１ｄの奥行きと同じ奥行きを有し、また、前記接続面の幅を両側でそれぞれ僅かに超える幅を有している。

上記衝撃吸収部材１は、図１に示す状態で車体（図示しない）に取り付けられる。
すなわち車体の両側に設けられたステー１０、１０の先端に接続板１１、１１が固定され、該接続板１１、１１を介して衝撃吸収部材１の車体側後方壁１ｂが固定される。接続板１１と車体側後方壁１ｂとの固定方法は特に限定されるものではなく、リベット、ボルトナット、溶接などの適宜の手段によって固定することができる。前記接続板１１と車体側後方壁１ｂとの重なり面が前記接続面となる。なお、衝撃吸収部材１から衝突側にはバンパ１２が配置、固定される。上記衝撃吸収部材１は、車両の前方、後方のいずれに配置するものであってもよく、また、両方に配置するものであってもよい。また、上記衝撃吸収部材１は、バンパリインフォースメントとして用いられるものとして説明されているが、本発明の衝撃吸収部材は、バンパの構造材として使用することも可能である。
また上記では、補強プレートを天板と底板の両方に設けるものとしたが、いずれか一方に設けるものであってもよい。

次に、衝撃吸収部材に対する上記補強プレートの好適な固定構造について図２、図３（ａ）に基づいて説明する。
補強プレート２、３は、車体側では天板１ｃまたは底板１ｄの長手方向に沿って並列するように形成された２本の溶接ビード４、４によって天板１ｃに固着され、衝突側では、同じく天板または底板の長手方向に沿って形成された１本の溶接ビード５によって天板１ｃに固着されている。また、上記溶接ビード４、５間において、該溶接ビード４、５と直角に形成された３本の溶接ビード６…６によって天板１ｃに固着されている。上記各溶接ビード４、５、６はレーザ溶接によって形成されたものである。

上記の補強プレート２、３は、衝撃吸収部材１に衝撃が加わった際に、前記ステー１０の近傍において衝撃吸収部材１が部分的に早期に圧壊するのを阻止し、衝撃吸収部材１全体で均等に変形、圧壊することを可能にして衝撃吸収エネルギを効果的に吸収することができる。また、補強プレート２、３は、衝撃吸収部材１全体の強度を増加させるものではなく、衝撃が加わった際の荷重ピークを低く抑えたままにして衝撃吸収性能を良好にする。
以上、本発明について上記実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記本実施形態の説明に限定されるものだけではなく、車両用衝撃吸収部材として本発明の範囲を逸脱しない範囲においては変更が可能である。

次に、本発明の実施例を比較例と従来例と比較しつつ説明する。
上記実施形態で示した固定構造によって補強プレートが固定された衝撃吸収部材を発明例として用意し、比較例として天板および底板のいずれにも補強プレートを設けていないもの（従来例）を用意した。さらに、車体側、衝突側ともに溶接ビードを１本とした参考例１と、車体側、衝突側ともに溶接ビードを２本とした参考例２とを用意した。これらの概略を図３（ａ）〜（ｄ）に示す。

上記発明例と従来例および参考例１について、接続板に向けて衝突側から衝撃を加える衝撃試験を行った。該衝撃試験によって衝撃吸収部材が変形した状態を図４に示した。
衝撃吸収部材に補強プレートを溶接した本発明品の場合は、衝撃吸収部材に衝撃が加わると天板１ｃ、底板１ｄで外側に緩やかに凸状となる変形過程が進む。衝撃吸収部材の凸状変形に押し出されるように補強プレートも変形する。特に発明例のように接続面に平行した２本の溶接ビードを車体側に設けて車体側の溶接強度を選択的に高めたものでは、衝撃吸収部材の変形に伴って補強プレートの変形が進み、衝撃吸収能力において衝突直後のピークから徐々に下がった以降圧壊するまで、大きな変化なく安定する。

一方、従来例では、早期に衝撃吸収部材の天板、底板に圧壊が生じた。
なお、衝突側、車体側ともに溶接ビードを１本とした参考例１では、衝撃荷重によっては、応力が車体側の溶接ビード近傍に集中し、破断が生じてしまうことがある。補強プレートの破断が起こると、第２のピークが発生したり強度が急激に低下したりして、衝撃吸収能力が安定せず、良好な衝撃吸収能力が得られなくなる。したがって、車体側の溶接強度を高めた上記発明例の方がより好適である。

次に、前記発明例、従来例、参考例１、２について、ステーによる応力集中を想定して衝撃吸収材の車体側、すなわち車体側後方壁を上向きにして配置して、その上方から荷重を下向きに加えた際の荷重ストローク量と荷重とを測定し、その結果を図５において、ストローク量と荷重との関係としてグラフに示した。また、荷重ピーク後の荷重維持が上記発明例と同等となるように、衝撃吸収部材を構成する肉厚を厚くした参考例３についても上記同様の測定を行った。

上記測定の結果、本発明例は、荷重ピークも高くなく、また、荷重も長い時間に亘って維持されており、良好な衝撃吸収性能を有することが分かる。
一方、従来例は、早期に高い荷重ピークが出現した後、荷重が急激に低下しており、衝撃吸収性能に劣っていることが分かる。
また、衝突側、車体側とも１本の溶接ビードを形成した参考例１では、荷重ピークは発明例と同等であるものの、その後の荷重の低下量が発明例よりも多く、発明例よりも衝撃吸収性能に劣っている。ただし、従来例よりも良好な衝撃吸収性能を示している。
また、衝突側、車体側ともに２本の溶接ビードを形成した参考例２では、荷重ピークが高く、衝撃によっては衝撃が車体側、衝突物側に伝わるおそれがある。なお、ピーク後の荷重の低下量は小さくなっている。参考例２においても荷重ピークに問題がない場合、従来例よりも良好な衝撃吸収性能を示している。
さらに参考例３では、荷重ピーク後の荷重維持は良好であるものの、荷重ピークは、参考例２と同等の高いものとなった。また、押出材を厚肉にすることによる重量増は明らかである。

本発明の一実施形態の衝撃吸収部材を車体側に取り付けた状態を示す斜視図である。 本発明の一実施形態を示す断面図である。 本発明の実施例における発明例、従来例、参考例１、２を部分的に示す平面図である。 本発明の実施例における発明例、従来例、参考例１に衝撃が加わった際の変形挙動を示す説明図である。 同じく、荷重−ストローク量曲線を示すグラフである。

符号の説明

１ 衝撃吸収部材
１ａ 衝突側前方壁
１ｂ 車体側後方壁
１ｃ 天板
１ｄ 底板
２ 補強プレート
４ 溶接ビード
５ 溶接ビード
６ 溶接ビード

Claims (3)

1. 衝突側前方壁と車体側後方壁と天板および底板とを備える略矩形断面中空構造を有し、前記車体側後方壁と車体側との連結部接続面の近傍において前記天板および床板の一方または両方に補強プレートが重ね合わされてレーザ溶接による線溶接で固定されており、該線溶接によって、車体側と衝突側にそれぞれ１本または並列した２本以上の溶接ビードが形成され、前記線溶接は、車体側の溶接強度が衝突側の溶接強度よりも大きくなっていることを特徴とする車両用衝撃吸収部材。
2. 前記天板または底板の長手方向に略沿って前記線溶接が施されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用衝撃吸収部材。
3. 前記車体側の溶接ビードは、前記衝突側の溶接ビードよりも多くの本数からなることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用衝撃吸収部材。

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