JP5632147B2 - クラッシュボックス - Google Patents

Description

本発明は、クラッシュボックスに関し、例えば、自動車等の車両に装着されて、衝突時に負荷される衝撃荷重により曲げ変形を連続して生じることによって衝撃エネルギーを吸収する筒状体を有するクラッシュボックスに関する。

近年、自動車の衝突時の衝突安全性の向上が、地球環境保護を目的とする燃費向上を図るための軽量化とともに、積極的に推進されている。衝突安全性の向上を図るため、車体各部の構造や各構造部材の見直しや適正化が推進され、また、衝突時に負荷される衝撃荷重により塑性変形を生じることによって衝撃エネルギーを効率的に吸収するための衝撃吸収部材も用いられている。

このような衝撃吸収部材として、旧来から用いられているサイドメンバーやバンパーレインフォースに加えて、バンパーレインフォースに固定されてサイドメンバーの長手方向の端部に装着され、バンパーレインフォースを介して負荷される衝撃荷重によりその軸方向への座屈を繰り返して蛇腹状に塑性変形することによって、サイドメンバーの損傷を防ぎながら衝撃エネルギーを吸収する衝撃吸収部材、いわゆるクラッシュボックスが用いられている。本出願人も、先に特許文献１により、極めて高い衝撃吸収性能を有するクラッシュボックスに係る特許発明を開示した。

図１１は、クラッシュボックスおよびサイドメンバーそれぞれの耐力の関係を示す説明図である。クラッシュボックスがサイドメンバーに優先して圧壊するためには、図１１にグラフで示すように、クラッシュボックスの耐力Ｆ１がサイドメンバーの耐力Ｆ２よりも小さいことが必要である。

一方、クラッシュボックスで極力短い圧壊量で最も効率よく衝撃エネルギーを吸収するためには、クラッシュボックスの耐力Ｆ１がサイドメンバーの耐力Ｆ２に限りなく近いことも要求される。

この際、クラッシュボックスの耐力Ｆ１の荷重振幅が大きいと、サイドメンバーの耐力Ｆ２を瞬間的に超える反力がクラッシュボックスの圧壊中に生じるおそれがあり、この場合には、クラッシュボックスによる衝撃エネルギーの吸収が完了する前に、サイドメンバーの損傷を招くおそれがある。

この損傷を確実に防止するには、サイドメンバーの耐力Ｆ２を超える反力の発生を恐れてクラッシュボックスの反力Ｆ１を低めに設定せざるを得ず、結果的にクラッシュボックスの衝撃エネルギーの吸収性能の低下を招く場合もある。

このように、繰り返し座屈して蛇腹状に塑性変形することにより衝撃エネルギーを吸収する構造では、蛇腹状の塑性変形により一定周期の荷重振幅（反力の上昇および下降の繰り返しの幅）が不可避的に発生するので、その反力により構造部材を損傷させるおそれがある。したがって、構造部材を損傷させず、かつ衝撃エネルギーの吸収性能が高い衝撃吸収部材が求められている。すなわち、衝突の際に発生する反力（荷重）が圧壊初期から極力平坦で安定した特性を有する衝撃吸収部材が求められている。

特許文献２、３には、略述すると、小径部と、この小径部に連続して段差状に形成される大径部とを有する金属製の円筒管からなる衝撃吸収部材に係る発明が開示されている。この円筒管は、上述した特許文献１により開示される筒体のように衝撃荷重により座屈を繰り返して蛇腹状に塑性変形するのではなく、一方の端部から軸方向へ向けて負荷される衝撃荷重により小径部と大径部との間に形成される段差部を起点として、円筒体の外壁面の一部が折り返される曲げ変形を連続して発生することによって衝撃エネルギーを吸収する。特許文献２、３により開示された発明によれば、反力の変化が小さく、安定して衝撃エネルギーを吸収することが可能であるとされている。

また、特許文献４には、塑性加工可能な直管を部分的に縮径または拡径して段差を介して繋がる小管体および大管体を形成してなり、段差は円弧角度９０°超の円弧状断面からなる小管体の折返縁および大管体の折返縁を連続して形成され、軸方向斜めから衝撃が加えられても、なお大管体に対する小管体の没入を確保して、塑性変形による衝撃エネルギーの吸収を達成できる衝撃吸収部材に係る発明が開示されている。

特許文献５には、互いに径が異なる第１の筒状部材および第２の筒状部材が、それらの端部が合わされた状態で同軸的に一体化されてなり、軸方向の変形により、衝突時の反力が小さく、かつ部材変形時の反力変化が小さく、衝突する方向によらず安定した性能を発揮して衝突エネルギーを吸収する衝撃吸収部材に係る発明が開示されている。

さらに、特許文献６には、塑性加工可能な直管を部分的に縮径または拡径し、互いに向かい合う中間端縁を環状段差部により結んだ外径の異なる小管体および大管体からなり、環状段差部は小管体の中間端縁から折り返した円弧状断面の小管体と、大管体の中間端縁から折り返した円弧状断面の大管体とを結んだ断面構造を有し、外径が大管体内径よりも大きい圧入管部を小管体に設けることによって、車両の軽重、衝突時の速度の違いに基づいて適切な変位−荷重特性を設定できる塑性変形を利用した衝撃吸収部材に係る発明が開示されている。

特許３９１２４２２号明細書 特開２００１−４７９５２号公報 特開２００１−１３８８４１号公報 特開２００４−５１０８４号公報 特開２００１−２４１４７８号公報 特開２００３−３２７０６２号公報

しかし、本発明者らの検討結果によれば、特許文献２〜６により開示された発明に係る衝撃吸収部材は、いずれも、圧壊の進行につれて荷重（反力）が上昇と下降を繰り返す現象は抑制されるものの、圧壊の進行につれて衝撃吸収部材に発生する反力が増大する。このため、例えばロアークロスメンバーや軽自動車のサイドメンバー等といった比較的低強度の構造部材の損傷を防ぐためには、反力の最大値を低目に設定せざるを得ず、衝撃エネルギーの吸収性能の低下を招く。

本発明は、このような従来の技術が有する課題に鑑みてなされたものであり、荷重振幅が小さく、圧壊の進行に伴う反力の増加を抑制し、高い衝撃エネルギーの吸収性能を発揮できるクラッシュボックスを提供することを目的とする。

本発明は、金属材料からなる外壁を有する筒状体を備え、筒状体が、第１の部分と、第１の部分に連続するとともに外壁が外側に折れ曲がって形成される折れ曲がり部である第２の部分と、第２の部分に連続するとともに筒状体の支持部をなす第３の部分とを有し、第１の部分の端部から筒状体の軸方向へ向けて負荷される衝撃荷重によって、外壁が折り返されて形成される折り返し部の長さが増加する曲げ変形を連続して生じることにより衝撃エネルギーを吸収するクラッシュボックスであって、第１の部分が、第１の部分と第２の部分との境界部から端部の方向に向かって外壁の周長が減少する領域を有すること、筒状体は、自動車車体の構造部材であるロアークロスメンバーに装着されること、筒状体の第１の部分の先端は、バンパーレインフォースの後面に接合されること、および、第１の部分および第３の部分はいずれも筒状体の軸方向と略平行な方向へ延びて設けられることを特徴とするクラッシュボックスである。

この本発明に係るクラッシュボックスでは、外壁の周長が減少する領域が、境界部から端部の間の全領域に、設けられることが望ましい。

これらの本発明に係るクラッシュボックスでは、第１の部分の横断面形状が、
（ａ）円形形状または楕円形状であること、または
（ｂ）扁平な多角形形状であること
が望ましい。

これらの本発明に係るクラッシュボックスでは、
（ｃ）後述する図１に示すように、第３の部分を支持する支持部材を備え、この支持部材が、筒状体の軸方向へ折り返し部が投影される位置に、折り返し部の外法よりも大きな内法を有する貫通孔を有すること、または
（ｄ）後述する図８に示すように、筒状体の軸方向への第３の部分の長さが、この軸方向への折り返し部の長さよりも、大きいこと
が望ましい。

本発明に係るクラッシュボックスは、折り返し量が増加するように折れ曲がり変形が連続して生じるので、荷重振幅が小さく、かつ、外壁の周長が衝突端側に向けて減少するので、圧壊の進行に伴う反力の増加を抑制することができ、反力が平坦化するため、高い衝撃エネルギーの吸収効率を得られるという効果を得ることができる。

図１は、実施の形態１の衝撃吸収部材の構造の一例を、簡略化して示す分解斜視図である。 図２は、実施の形態１において２つのケースでの荷重線図を、各々の圧壊中に生じた最大荷重で除して無次元化した値で示すグラフである。 図３は、円筒体を有する衝撃吸収部材に衝撃荷重が負荷された際の曲げ変形の発生状況を模式的に示す説明図であり、図３（ａ）は曲げ変形前を示し、図３（ｂ）は曲げ変形時を示し、図３（ｃ）は図３（ｂ）の円筒体１３をＡ−Ａ断面で切断して展開して示す。 図４（ａ）および図４（ｂ）は、いずれも、実施の形態１の衝撃吸収部材に衝撃荷重が負荷された際の曲げ変形により衝撃エネルギーが吸収される状況を、模式的に示す説明図であり、図４（ｃ）および図４（ｄ）は、いずれも、実施の形態２の衝撃吸収部材に衝撃荷重が負荷された際の曲げ変形により衝撃エネルギーが吸収される状況を、模式的に示す説明図であり、さらに、図４（ｅ）は、参考の形態の衝撃吸収部材に衝撃荷重が負荷された際の曲げ変形により衝撃エネルギーが吸収される状況を、模式的に示す説明図である。 図５は、金属板を素材として、本発明に係るクラッシュボックスを構成する筒状体を製造する方法を模式的に示す説明図である。 図６は、先細テーパ状の筒状体を製造するテーパ加工方法を経時的に示す説明図で、図６（ａ）はテーパ加工前を示し、図６（ｂ）はテーパ加工終了時を示す。 図７は、金属管を素材として本発明に係るクラッシュボックスを構成する筒状体を製造する際の管端の曲げ加工方法を経時的に示す説明図であり、図７（ａ）は初期状態を示し、図７（ｂ）は中間状態を示し、図７（ｃ）はつば拡げを示し、図７（ｄ）は折り返しを示す。 図８は、実施の形態２の衝撃吸収部材の構造の一例を、簡略化して示す分解斜視図である。 図９は円形の断面の場合の荷重線図を示すグラフである。 図１０は、正１２角形の断面の場合の荷重線図を示すグラフである。 図１１は、クラッシュボックスおよびサイドメンバーそれぞれの耐力の関係を示す説明図である。

（実施の形態１）
以下、本発明に係るクラッシュボックスを実施するための形態を、添付図面を参照しながら説明する。なお、以降の説明では、本発明に係るクラッシュボックスを構成する筒状体が鋼板からなる場合を例にとる。

図１は、本発明に係るクラッシュボックス１の構造の一例を、簡略化して示す分解斜視図である。なお、以降の説明では、クラッシュボックス１を構成する筒状体２が円形の横断面形状を有する場合を例にとる。

図１に示すように、このクラッシュボックス１は、鋼板からなる外壁２ａを有する筒状体２を備える。図１中のＡ−Ａ断面図に示すように、筒状体２は、その軸方向に関して、第１の部分３と、第２の部分４と、第３の部分５とを有する。そして、第１の部分３は、第１の部分３と第２の部分４との境界部３ｂから端部３ａの方向に向かって外壁２ａの周長が減少する領域を有する。図１に示すクラッシュボックス１では、外壁２ａの周長が減少する領域が、境界部３ｂから端部３ａの間の全領域に、設けられている。すなわち、筒状体２の第１の部分３の外径Ｒ１は、第１の部分３の端部３ａから境界部３ｂへ向けて徐々に増加しており、筒状体２は、先細のテーパ状の外形を有する。

第１の部分３は、筒状体２の軸方向から傾斜した方向へ真っ直ぐに延びて形成される部分である。第２の部分４は、第１の部分３に連続するとともに筒状体２の外壁２ａが筒状体２の外側に折れ曲がって形成される折れ曲がり部である。

さらに、第３の部分５は、第２の部分４に連続して筒状体２の軸方向へ延び、さらに、この軸方向と直交する方向であって筒状体２の外側へ延びて外向きフランジ状に形成される。第３の部分５は、第３の部分５を支持するための支持部材である取付け台座６に例えば溶接により接合される際における、筒状体２の支持部をなす部分である。

図１に示す例では、第３の部分５に、筒状体２の軸方向と直交する方向であって筒状体２の外側へ延びる外向きフランジ部５ａを設けたが、外向きフランジ部５ａを設けずに、第３の部分５における筒状体２の軸方向へ延びる部分を介して、取付け台座６に例えば溶接により接合するようにしてもよい。いずれにしても、第３の部分５は、第２の部分４の支持部をなす部分である。

支持部材である取付け台座６には、構造部材である例えばロアークロスメンバー７に取り付けるためのボルト８が貫通するための貫通穴６ａが設けられるとともに、筒状体２の軸方向へ折り返し部１０が投影される位置に、折り返し部１０の最大の外径よりも大きな内径を有する貫通孔６ｂが設けられている。貫通孔６ｂは、衝撃エネルギーの吸収時における筒状体２との干渉を防止するための当たり逃げ部として、機能する。筒状体２は、フランジ部５ａよりも第２の部分４の側の部分をこの通過穴６ｂに挿入されることにより、フランジ部５ａの表面が取付け台座６の表面６ｃに突き当てられ、フランジ部５ａを例えば溶接等の適当な接合手段によって接合することにより、取付け台座６に固定される。

ロアークロスメンバー７には、貫通穴６ａが設けられる位置と一致するように同一ピッチでネジ穴７ａが設けられる。貫通穴６ａとネジ穴７ａとを一致させてから、ボルト８をネジ穴７ａにねじ込むことによって、取付け台座６がロアークロスメンバー７に脱着自在に締結固定される。取付け台座６のロアークロスメンバー７への取付けは、この締結に代表される機械的手段等の適宜手段により、脱着自在としておくことが、望ましい。

筒状体２の第１の部分３の先端３ａは、図１において図面を見易くするために二点鎖線により透視状態で示すバンパーレインフォースメント９の後面９ａに、例えば溶接等の適宜手段により接合される。なお、図１では、ロアークロスメンバー７およびバンパーレインフォースメント９はいずれも簡略化して示しており、それらの実際の形状を示すものではない。

このクラッシュボックス１は、特許文献２〜６により開示された衝撃吸収部材と同様に、バンパーレインフォースメント９を介して第１の部分３の端部３ａから境界部３ｂへ向かう筒状体２の軸方向へ向けて負荷される衝撃荷重によって、最初に折れ曲がり部である第２の部分４を起点として、折れ曲がり部の近傍の第１の部分の外壁が折り返され、以後、第１の部分の外壁２ａが順次折り返されて形成される折り返し部１０の軸方向の長さＬが増加する曲げ変形を連続して生じることにより衝撃エネルギーを吸収する。

本発明に係るクラッシュボックス１の筒状体２では、第１の部分３が、第１の部分３と第２の部分４との境界部３ｂから端部３ａの方向に向かって外壁２ａの周長が減少する領域を有する。すなわち、外壁２ａのうちで少なくとも曲げ変形を連続して生じて折り返し部１０を形成することを予定する範囲において、筒状体２の外径Ｒ１がその第１の部分３の端部３ａから境界部３ｂへ向けて増加するように、設定される。すなわち、筒状体２は先細のテーパ状の外形を有する。

図１に示すクラッシュボックス１の筒状体２は、軸方向の全域について、先細のテーパ状の外形を有するが、これに限定されるものではなく、衝撃荷重を入力された際に曲げ変形を連続して生じることによって折り返し部１０を形成することとなる外壁２ａに相当する範囲が、先細のテーパ状の外形を有していればよく、折り返し部１０を形成することとはならない外壁２ａは、先細のテーパ状の外形を有していなくともよい。

クラッシュボックス１を構成する筒状体２は、バンパーレインフォースメント９を介してその一方の端部３ａから衝撃荷重Ｆを筒状体２の軸方向へ負荷されると、折り返し部１０の折り返し量（図１における長さＬ）が増加するように、外壁２ａに曲げ変形を連続して生じることによって、衝撃エネルギーを吸収する。

筒状体２の一方の端部３ａ側の周長を小さくする効果を検証すべく、外径４５ｍｍ、全長１５０ｍｍである外壁２ａが２７０ＭＰａ級の１．２ｍｍ厚の鋼板からなる円筒部材を基本として、ＦＥＭ数値解析を行った。

テーパ無し部材は、第１の部分３が全て外径４５ｍｍである。一方、テーパ付き部材は、第２の部分４との境界部３ｂが外径４５ｍｍであり、衝突端である一方の端部３ａの外径が３０ｍｍであり、その間では外径が線形的に変化するテーパ状の外形とした。

第１の部分３の端部３ａに、筒状体２の中心軸に対して垂直な平面を有する剛体壁を６４ｋｍ／ｈの速度で衝突させ、筒状体２の軸方向への剛体壁の変位量が１００ｍｍに達するまで圧壊した。

図２は、これら２つのケースでの荷重線図を、各々の圧壊中に生じた最大荷重で除して無次元化した値で示すグラフである。
図２のグラフから明らかなように、端部３ａの周長を小さくすることによって全体が同一の周長である場合に比較して圧壊の進行に伴う荷重の増加が小さく、平坦化した荷重履歴を得られることが判る。

筒状体２の外形を先細のテーパ状とすることによって図２のグラフに例示するような平坦化した荷重履歴を得られる理由は、以下のように説明することができる。

図３は、長手方向に一様な円形断面を有する円筒体１３を有する衝撃吸収部材に衝撃荷重が負荷された際の曲げ変形の発生状況を模式的に示す説明図であり、図３（ａ）は曲げ変形前を示し、図３（ｂ）は曲げ変形時を示し、図３（ｃ）は図３（ｂ）の円筒体１３をＡ−Ａ断面で切断して展開して示す。

円筒体１３の一端１３ａから衝撃荷重Ｆが負荷された後、円筒体１３は以下に列記するように曲げ変形を生じる。

（ｉ）最初に折れ曲がり部である第２の部分１３−２を基点として第２の部分近傍の第１の部分の外壁が外側に折り返され、以降、第１の部分１３−１は外側に順次裏返しに折り返される。
（ｉｉ）この際、第１の部分１３−１の各断面は拡大する。すなわち、第１の部分１３−１の周長が増大する方向に変形する。

（ｉｉｉ）したがって、この周長の増大によって折り返された部分には周方向への引張力が作用する。
（ｉｖ）この反力により、折り返し部の内側の折り返し予定部（曲げ変形を生じていない第１の部分１３−１）には周方向への圧縮力が作用する。

（ｖ）曲げ変形を生じていない第１の部分１３−１は、この周方向の圧縮力によって、初期断面よりも折り返し部近傍において縮径変形を生じていく。
（ｖｉ）この縮径変形によって押し込むために必要な力が増加していく。
（ｖｉｉ）やがて、縮径変形が一様となるところで、上記の押し込み力が一定となる。

このように、特許文献２〜６により開示された発明のように軸方向に一様な円形断面形状を有する円筒体を有する衝撃吸収部材では、衝撃荷重を負荷されて円筒体の軸方向へ圧縮荷重が負荷されると、折り返し部の横断面に一様に圧縮荷重が作用し、折り返し変形は周方向に一様となる。特に上記（ｖｉ）項に示すように、周長が長手方向に一定の部材では、圧壊進行に伴い荷重が不可避的に増加する。

これに対し、筒状体２の外形を先細のテーパ状とすることにより、上記（ｖｉ）項に示す縮径による押し込み力の増加が、周長の減少による折り返し変形領域の減少と相殺されるために荷重の増加が抑制され、荷重が平坦化する。

このため、衝撃荷重の負荷により本発明に係るクラッシュボックス１にも反力（荷重）が発生するものの、特許文献２〜６により開示された衝撃吸収部材とは異なり、圧壊の進行に伴う反力の増大を抑制することが可能となる。このため、本発明に係るクラッシュボックス１によれば、圧壊の進行に関わらず、反力を平坦状化することができ、衝撃エネルギーの吸収性能を大幅に高めることができる。

図４（ａ）および図４（ｂ）は、いずれも、本発明に係るクラッシュボックス１に衝撃荷重が負荷された際の曲げ変形により衝撃エネルギーが吸収される状況を、模式的に示す説明図である。図４（ａ）および図４（ｂ）における左図は正面図、中央図は曲げ変形開始時の断面図、右図は曲げ変形終了時の断面図である。

図１、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、筒状体２は、バンパーレインフォースメント９を介して端部３ａから衝撃荷重Ｆを筒状体２の軸方向（図１および図２（ａ）における矢印方向）へ負荷されると、折り返し部１０の折り返し量（図１における長さＬ）が増加するように、外壁２ａが折り返される曲げ変形（圧縮変形）を連続して生じることによって衝撃エネルギーを吸収する。

この際、本発明に係るクラッシュボックス１は、先細テーパ状の外形を有するので、図３（ａ）〜図３（ｃ）を参照しながら説明したように、最初に折れ曲がり部である第２の部分４を基点として第２の部分近傍の第１の部分３の外壁が外側に折り返され、以降、第１の部分３は外側に順次裏返しに折り返される。この際、第１の部分３の各断面は拡大し、第１の部分１３−１の周長が増大する方向に変形し、この周長の増大によって折り返された部分には周方向への引張力が作用し、この反力により、折り返し部の内側の折り返し予定部（曲げ変形を生じていない第１の部分３）は周方向への圧縮力が作用する。曲げ変形を生じていない第１の部分３は、この周方向の圧縮力によって、初期断面よりも折り返し部近傍において縮径変形を生じていき、この縮径変形による押し込み力の増加が、周長の減少による折り返し変形領域の減少と相殺されるために荷重の増加が抑制され、図２のグラフに示すように、平坦化した荷重履歴を得られるようになる。

このため、本発明に係るクラッシュボックス１によれば、衝撃エネルギーの吸収性能を大幅に高めることができる。

このように、本発明に係るクラッシュボックス１による衝撃エネルギーの吸収は、筒状体２の折り返し部１０の折り返し量（図１における長さＬ）が変化するように、筒状体２の外壁２ａに曲げ変形を連続して生じることにより、行われる。このため、本発明に係るクラッシュボックス１では、筒状体２の折り返し部１０をなす外壁２ａの部分を、異なる複数種の材料により構成すれば、圧壊の当初においては、筒状体の支持部をなす第３の部分５に変形を生じることなく、折れ曲がり部である第２の部分４を優先的に曲げ変形させることが出来、さらに圧壊進行中においても第２の部分４に連続する第１の部分を順次折り返す間、第３の部分５での変形が抑制され、部材が圧壊中に固定部で倒れることなく、圧壊が進行する。

例えば、第１の部分３が一の鋼板からなるとともに、第３の部分５が、例えばこの一の鋼板とは板厚および材質の少なくとも一つが異なることによってこの一の鋼板とは相違する他の一の鋼板からなることが望ましい。

図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す場合において、筒状体２が、第１の部分３および第２の部分４を構成する一の鋼製材料Ｓ１と、第３の部分を構成する他の一の鋼製材料Ｓ２と、外壁２ａにおける曲げ変形を連続して生じる部分に形成され、一の材料Ｓ１および他の一の材料Ｓ２を接合する接合部１２とを有する場合を示す説明図である。

図４（ｂ）に示す場合は、図４（ａ）に示す場合と同様に、筒状体２は、バンパーレインフォースメント９を介して端部３ａから衝撃荷重Ｆを筒状体２の軸方向（図１および図４（ｂ）における矢印方向）へ負荷されると、筒状体２は、折り返し部１０の折り返し量（図１における長さＬ）が増加するように、外壁２ａが折り返される曲げ変形（圧縮変形）を連続して生じることによって衝撃エネルギーを吸収する。

図４（ｂ）に示す場合には、筒状体２が、一の材料Ｓ１と他の一の材料Ｓ２と接合部１２とを有するので、一の材料Ｓ１および他の一の材料Ｓ２それぞれの板厚や強度を異ならせて設定することにより、折り返し部１０における曲げ変形の変形挙動を所望のように制御することができる。

例えば、材料Ｓ２の板厚を材料Ｓ１の板厚よりも大きく設定すること、あるいは材料Ｓ２の強度を材料Ｓ１の強度より大きく設定することによって、折り返し部１０の折れ曲がり変形が継続している間は、材料Ｓ２の変形が抑制されるため、より安定して衝撃エネルギーを吸収することが可能になる。つまり、折れ曲がり変形を受けない部分（例えば第３の部分５）には、板厚が大きい材料を用いるか、あるいは強度が高い材料を用いることが望ましい。

特許文献２〜６により開示された衝撃吸収部材では、衝撃荷重を負荷されて円筒体の軸方向へ圧縮荷重が負荷されると、折り返し部の横断面に一様に圧縮荷重が作用し、折り返し変形が周方向に一様となる。また、特許文献２〜５では横断面の直径が軸方向に均一であるため、本発明に比べて圧壊進行に伴う荷重増分が大きくなることは容易に類推できる。さらに、特許文献６においては折り返し部の横断面の直径が増大しながら圧壊進行となるため、圧壊進行に伴う荷重増分は上記文献２〜５に比して更に甚大となる。

これに対し、本発明に係るクラッシュボックス１の筒状体２は、特許文献２〜６により開示された衝撃吸収部材とは異なり、先細のテーパ状の外形を有し、かつ円形の横断面形状を有するので、折り返し変形の進行に伴って、変形荷重の上昇が抑制される。言い換えれば、圧壊の初期から所定の一定荷重で圧壊が進行するため、圧壊初期からの吸収エネルギーが確保でき、衝撃エネルギーの吸収効率を高めることが可能になる。

以上の説明では、筒状体２が円形の横断面形状を有する場合を例にとった。しかし、本発明は、筒状体２が円形の横断面形状を有する場合に限定されるものではなく、長円形や楕円形等といった横断面形状を有する場合にも等しく適用される。楕円形状の場合には、長軸と短軸の比は２．０以下であることが望ましい。この比の値が２．０超であると、圧壊中に断面が早期に長方形状に変形し、座屈に転じてしまうおそれがある。

なお、この周長の減少は、筒状体２の軸方向全体に一様であってもよいし、第２の部分３の境界部３ｂの近傍のみであってもよい。
また、筒状体２の横断面形状は、例えば扁平な多角形形状等の多角形であってもよく、さらに正多角形であってもよい。ここで、正多角形は内角、辺の長さのバラツキが１５％以内のものは包含する。

次に、本発明に係るクラッシュボックス１の製造方法を説明する。本発明に係るクラッシュボックス１は、特定の製造方法には限定されず、上述した特徴を満足するクラッシュボックス１を製造することができる方法により適宜製造されるが、生産性等の観点から好適な製造方法を説明する。

図５は、金属板を素材して、本発明に係るクラッシュボックス１を構成する筒状体２を製造する方法を模式的に示す説明図である。
図５に示すように、薄鋼板や薄アルミニウム合金板等の素材１４に、段階的な深絞り加工（多段絞り加工）を行って、先細のテーパ状の外形を有する深絞り成形品１５を製造する。
図６（ａ）および図６（ｂ）は、深絞り成形品１５の別の製造法を経時的に示す説明図である。

この製造法は、素材に深絞り加工を行って、図５における深絞り成形品と略同等の深絞り成形品であって円筒状部の軸方向の周長が一定である深絞り成形品１６を製造し、この深絞り成形品１６に対して、図６（ａ）に示すように、円筒状の深絞り成形品１６のフランジ部１６ａを、上押え治具１７および下押え治具１８によりホールドし、深絞り成形品１６の内面をテーパ状に成形する内面成形工具１９ａを深絞り成形品１６の内部に配置してから、深絞り成形品１６の外面をテーパ状に成形する外周成形工具１９ｂを下降することによって、深絞り成形品１６にテーパ化加工を行う。このテーパ化加工の際に、図６（ｂ）に示すように、適宜折れ曲がり部４も含めて成形することにより、筒状体２を製造する。

なお、深絞り成形品１６は、管を素材とし、その軸方向の一方の端部に拡径加工を行うことにより、製造してもよい。
図７は、金属管２０を素材として本発明に係るクラッシュボックスを構成する筒状体２を製造する方法を経時的に示す説明図である。図７（ａ）は初期状態を示し、図７（ｂ）は中間状態を示し、図７（ｃ）はつば拡げを示し、図７（ｄ）は折り返しを示す。

図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、初期状態から中間状態において第１の工具２１によって１回または複数回に分けて金属管２０の管端を折り曲げ、その後、図７（ｃ）に示すように第２の工具２２を用いてつば拡げまで完了させて、中間品２４とする。

この中間品２４を、図６（ａ）により示す工程に投入して筒状体２を製造してもよいし、あるいは、さらに図７（ｄ）に示すように第３の工具２３によって中間品２４の管端を折り曲げることによって筒状体２を製造してもよい。

このようにして、本発明に係るクラッシュボックス１を構成する筒状体２を製造する。そして、この筒状体２を、例えば溶接等の適当な接合手段によって取付け台座６に接合することによって、本発明に係るクラッシュボックス１が製造される。

本発明に係るクラッシュボックス１によれば、衝突時に負荷される衝撃荷重により、第１の部分３の端部３ａから軸方向へ向けて増加する外径を有する筒状体２の折り返し量Ｌが増加するように折れ曲がり変形を連続して生じることによって、圧壊の進行に伴う荷重の増加が抑制され、衝撃エネルギーの吸収量を増加することができる。

このため、本発明に係るクラッシュボックス１によれば、このクラッシュボックス１が装着される他の部材（ロアメンバーや小型のサイドメンバー等）の損傷を防止しながら、衝撃エネルギーの吸収量の増加を図ることができる。

このように、本発明に係るクラッシュボックスは、荷重振幅が小さく、かつ圧壊の進行に伴い荷重の増加を抑制することができるので、強度やサイズに関わらず、例えば、ロアーメンバーに装着して一台あたりの衝撃吸収部材の装着数を増やすことや、例えば軽自動車といったこれまでには衝撃吸収部材を装着できなかった小型の車両にもクラッシュボックス１を装着することが可能になり、これにより、衝撃エネルギーの吸収量を高めて乗員の安全性を高めることや、事故の補修費の低減を図ることができる。

また、本発明によれば、この小型のクラッシュボックス１の衝撃エネルギーの吸収効率を高めることができるので、目標とする衝撃エネルギーの値に応じて、筒状体２を構成する外壁２ａをなす鋼板の板厚を低減することができ、軽量化を図ることもできる。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係る衝撃吸収部材を説明する。以降の説明では、上述した実施の形態１と相違する部分を説明し、同一の部分については同一の符号を付することにより重複する説明は適宜省略する。

図８は、実施の形態２のクラッシュボックス１−１の構造の一例を、簡略化して示す分解斜視図である。また、図４（ｃ）および図４（ｄ）は、いずれも、実施の形態２のクラッシュボックスに衝撃荷重が負荷された際の曲げ変形により衝撃エネルギーが吸収される状況を、模式的に示す説明図であり、図４（ｃ）および図４（ｄ）における左図は正面図、中央図は曲げ変形開始時の断面図、右図は曲げ変形終了時の断面図である。

このクラッシュボックス１−１が実施の形態１のクラッシュボックス１と相違するのは、クラッシュボックス１のように、第３の部分５が筒状体２の軸方向と交差する方向へ延びて設けられ、かつこの第３の部分５を支持するための支持部材である取付け台座６に、折り返し部１０との干渉を防止するための通過穴６ｂが設けられているのではなく、第３の部分５が筒状体２の軸方向へ真っ直ぐに延びて設けられ、かつ折り返し部１０はこの第３の部分５の内部に収容されるために取付け台座６−１に貫通孔６ｂを設ける必要がない点である。

図８に示すように、このクラッシュボックス１−１における第２の部分４は、第１の部分３に連続するとともに筒状体２の外壁２ａが筒状体２の外側に折れ曲がって形成される折れ曲がり部である。そして、第３の部分５は、第２の部分４に連続するとともに筒状体２の軸方向へ延びて設けられる。第３の部分５の端部５ａは、取付け台座６−１の表面６ｃに突き当てられて、例えば溶接等の適当な接合手段によって取付け台座６に接合される。

筒状体２の軸方向への第３の部分５の長さは、筒状体２の軸方向への折り返し部１０の長さの最大値よりも大きく設定されているので、折り返し部１０が取付け台座６−１と干渉することがない。このため、取付け台座６−１には貫通孔６ｂが設けられていない。

図４（ｃ）に示すように、このクラッシュボックス１−１は、上述したクラッシュボックス１と同様に、バンパーレインフォースメント９を介して第１の部分３の端部３ａから筒状体２の軸方向へ向けて負荷される衝撃荷重によって、最初に折れ曲がり部である第２の部分４を基点として第２の部分近傍の第１の部分３の外壁が外側に折り返され、以降、第１の部分３は外側に順次裏返しに折り返されることにより衝撃エネルギーを吸収するものである。

このように、クラッシュボックス１を構成する筒状体２は、バンパーレインフォースメント９を介してその他方の端部３ｂから衝撃荷重Ｆを筒状体２の軸方向へ負荷されると、折り返し部１０の折り返し量（図８における長さＬ）が増加するように、外壁２ａに曲げ変形を連続して生じることによって、衝撃エネルギーを吸収する。

このクラッシュボックス１−１による衝撃エネルギーの吸収は、筒状体２の折り返し部１０の折り返し量（図８における長さＬ）が変化するように、筒状体２の外壁２ａに曲げ変形を連続して生じることにより、行われる。

図４に示すクラッシュボックス１−１の筒状体２も、先細のテーパ状の外形を有するために外壁２ａの折り返しの進行に伴って荷重の増加を抑制することができ、これにより、衝撃エネルギーの吸収量を増加することができる。

また、このクラッシュボックス１−１においても、筒状体２の折り返し部１０をなす外壁２ａの部分を、異なる複数種の材料により構成すれば、折れ曲がり部４に発生する曲げ変形の挙動を制御することができる。

例えば、第１の部分３が一の鋼板からなるとともに、第３の部分５が、例えばこの一の鋼板とは板厚および材質の少なくとも一つが異なることによってこの一の鋼板とは相違する他の一の鋼板からなることが望ましい。

図４（ｄ）は、図４（ｃ）に示す場合において、筒状体２が、第１の部分３および第２の部分４を構成する一の鋼製材料Ｓ１と、第３の部分５を構成する他の一の鋼製材料Ｓ２と、外壁２ａにおける曲げ変形を連続して生じる部分に形成され、一の材料Ｓ１および他の一の材料Ｓ２を接合する接合部１２とを有する場合を示す説明図である。

図４（ｄ）に示す場合には、筒状体２が、一の材料Ｓ１と他の一の材料Ｓ２と接合部１２とを有するので、一の材料Ｓ１および他の一の材料Ｓ２それぞれの板厚や強度を異ならせて設定することにより、折り返し部１０における曲げ変形の変形挙動を所望のように制御することができる。例えば、材料Ｓ２の板厚を材料Ｓ１の板厚よりも大きく設定すること、あるいは材料Ｓ２の強度を材料Ｓ１の強度より大きく設定することによって、折り返し部１０の折れ曲がり変形が継続している間は、材料Ｓ２の変形が抑制されるため、より安定して衝撃エネルギーを吸収することが可能になる。

本発明に係るクラッシュボックス１−１によれば、上述したクラッシュボックス１と同様の効果を奏することができるとともに、取付け台座６−１に貫通孔６ｂを設ける必要がないため、クラッシュボックス１−１の取付け部付近の剛性の低下を抑制することができるとともに、取付け台座６−１の製造コストを低下することができる。

（参考の形態）
次に、参考の形態３に係る衝撃吸収部材を説明する。図４（ｅ）は、参考の形態のクラッシュボックス１−２に衝撃荷重が負荷された際の曲げ変形により衝撃エネルギーが吸収される状況を、模式的に示す説明図であり、図４（ｅ）における左図は正面図、中央図は曲げ変形開始時の断面図、右図は曲げ変形終了時の断面図である。

このクラッシュボックス１−２は、実施の形態１のクラッシュボックス１の変形例として位置付けられるものであって、図４（ｅ）に示すように、第２の部分４の構造を簡素化し、Ｌ字状に屈曲する曲げ部として第２の部分４を構成するものである。

この場合、取付け台座６の貫通孔６ｂの内径を、第２の部分４の外径よりも若干大きい適正な寸法に設定することにより、クラッシュボックス１と同様の曲げ変形を継続して発生することができる。

本発明を、実施例を参照しながら、より具体的に説明する。
本発明の効果を検証するため、本発明例の衝撃吸収部材および比較例の衝撃吸収部材それぞれについて、ＦＥＭ数値解析を行った。

本発明例および比較例ともに、筒状体は、外径４５ｍｍ、全長１００ｍｍであるとともに外壁が２７０ＭＰａ級の１．２ｍｍ厚の鋼板からなる円筒部材とした。筒状体の断面は円形または正１２角形とし、円形の場合は外径４５ｍｍとし、正１２角形の場合は外径４５ｍｍの円に内接する形状とした。

断面周長が長さ方向に同一の円形断面部材と正１２角形断面部材をそれぞれ比較例１、比較例２とした。一方、本発明例のテーパ付きの部材は、第２の部分との境界部が外径４５ｍｍの円形、または外接円の直径４５ｍｍの正１２角形であり、衝突端側の端部の外径を３０ｍｍまたは外接円の直径を３０ｍｍとし、その間は線形的に外径が変化する形状とした。周長を変化させた場合の円断面部材を実施例１とし、正１２角形部材を実施例２とした。

実施例１、２、比較例１、２ともに、第１の部分の端部に、筒状体の中心軸に対して垂直な平面の剛体壁を６４ｋｍ／ｈの速度で衝突させ、剛体壁の筒状体の軸方向の変位量が８０ｍｍに達するまで圧壊した。

図９は円形の断面の場合の荷重線図を示すグラフであり、図１０は正１２角形の断面の場合の荷重線図を示すグラフである。図９、１０に示すグラフでは、各圧壊量での荷重反力を部材圧壊全体を通じて生じた最大荷重で除した無次元量で荷重を示す。

図９、１０にグラフで示す結果から、円形の断面および正１２角形のいずれの場合にも、実施例によれば比較例と比べて、圧壊初期から荷重が立ち上がり、平坦状化した荷重履歴が得られることが明らかである。

１、１−１、１−２ 本発明に係るクラッシュボックス
２ 筒状体
２ａ 外壁
３ 第１の部分
３ａ 先端部
３ｂ 境界部
４ 第２の部分
５ 第３の部分
５ａ フランジ部
６、６−１ 取付け台座
６ａ 貫通穴
６ｂ 貫通孔
６ｃ 表面
７ ロアークロスメンバー
７ａ ネジ穴
８ ボルト
９ バンパーレインフォースメント
１０ 折り返し部
１２ 接合部
１３ 円筒体
１４ 素材
１５、１６ 深絞り成形品
１６ａ フランジ部
１７ 上押え治具
１８ 下押え治具
１９ａ 内面成形工具
１９ｂ 外周成形工具
２０ 金属管
２１ 第１の工具
２２ 第２の工具
２３ 第３の工具
２４ 中間品

Claims (6)

1. 金属材料からなる外壁を有する筒状体を備え、前記筒状体は、第１の部分と、該第１の部分に連続するとともに前記外壁が外側に折れ曲がって形成される折れ曲がり部である第２の部分と、該第２の部分に連続するとともに前記筒状体の支持部をなす第３の部分とを有し、前記第１の部分の端部から前記筒状体の軸方向へ向けて負荷される衝撃荷重によって、前記外壁が折り返されて形成される折り返し部の長さが増加する曲げ変形を連続して生じることにより衝撃エネルギーを吸収するクラッシュボックスであって、
   前記第１の部分は、該第１の部分と前記第２の部分との境界部から前記端部の方向に向かって前記外壁の周長が減少する領域を有すること、
   前記筒状体は、自動車車体の構造部材であるロアークロスメンバーに装着されること、
   前記筒状体の第１の部分の先端は、バンパーレインフォースの後面に接合されること、および
   前記第１の部分および前記第３の部分はいずれも筒状体の軸方向と略平行な方向へ延びて設けられること
   を特徴とするクラッシュボックス。
2. 前記外壁の周長が減少する領域は、前記境界部から前記端部の間の全領域に、設けられる請求項１に記載されたクラッシュボックス。
3. 前記第１の部分の横断面形状は、円形形状または楕円形状である請求項１または請求項２に記載されたクラッシュボックス。
4. 前記第１の部分の横断面形状は、扁平な多角形形状である請求項１または請求項２に記載されたクラッシュボックス。
5. 前記第３の部分を支持する支持部材を備え、該支持部材は、前記筒状体の軸方向へ前記折り返し部が投影される位置に、該折り返し部の外法よりも大きな内法を有する貫通孔を有する請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載されたクラッシュボックス。
6. 前記筒状体の軸方向への前記第３の部分の長さは、該軸方向への前記折り返し部の長さよりも、大きいことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載されたクラッシュボックス。

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