JP5729275B2 - 車両の衝撃吸収部材 - Google Patents

Description

本発明は、車両の衝撃吸収部材に関し、詳しくは、柱状の木材と、該木材の外周面を囲う金属製の中空筒状の枠体とを備え、衝突時の衝撃を軸方向の圧縮荷重として受ける車両の衝撃吸収部材に関する。

この種の車両の衝撃吸収部材は、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１では、中空四角筒状のアルミニウム製中空材からなる枠体に木材が隙間無く嵌め込まれることで、衝撃を受けて衝撃吸収部材が変位するのに伴い反力としての圧縮荷重が変動するのを抑制して衝撃エネルギーの吸収性能を向上させることができるとされている。更に、木材の繊維方向を枠体の軸方向に一致させることで、衝撃エネルギーの吸収量の増加が図られている。

特開２００１−１８２７６９号公報

たしかに、木材は、元来多孔質であるとともに繊維が一方向に配列しているため、繊維方向を圧縮方向に一致させ、真っ直ぐに圧縮することができれば、圧縮荷重の変動を効果的に抑制しながら衝撃エネルギーの吸収量を向上させることができる。このとき、従来の衝撃吸収部材では、圧縮変形時に枠体が波を打つように内側にも外側にも曲がりながら蛇腹変形して潰れる。この場合、蛇腹の振幅が大きいと内側に曲がった枠体が木材に食い込み、局所的に木材の繊維の変形方向が傾斜するため、木材本来の特徴を最大限には活かせない。すなわち、局所的に繊維が傾斜することで圧縮荷重が大きく変動してしまう。

そこで、本発明は、圧縮変形時に枠体が木材に食い込むのを抑制し、木材本来の機能を的確に発揮させて、圧縮荷重の安定した車両の衝撃吸収部材を提供することを目的とする。

本発明は、繊維方向を軸方向とする柱状の木材と、該木材の外周面を囲う金属製の中空筒状の枠体とを備え、前記木材の繊維方向と軸方向が一致しており、衝突時の衝撃を軸方向の圧縮荷重として受ける車両の衝撃吸収部材であって、前記枠体は、外表面にのみ多数の凹みを有し、外表面のみが凹凸状とされており、且つ外表面全体が凹凸状とされていることを特徴とする車両の衝撃吸収部材である。前記凹みは、軸方向に対して直交又は平行な縞状に形成された溝であるのが望ましい。

本発明の衝撃吸収部材によれば、枠体は、外表面に多数の凹みが形成されていることによって、内側よりも外側に曲がりやすく、主として外側に膨らみながら軸方向に真っ直ぐに潰れる。そのため、枠体が木材に食い込みにくく、木材本来の機能を的確に発揮させることができる。それにより、圧縮荷重の安定した車両の衝撃吸収部材を提供することができる。

本発明の実施形態１に係る衝撃吸収部材の斜視図である。 本発明の実施形態１に係る衝撃吸収部材を構成する枠体の変形態様について模式的に示す斜視図である。 本発明の実施形態２に係る衝撃吸収部材の斜視図である。 実施例１の衝撃吸収部材について衝撃吸収部材の変位と反力としての圧縮荷重との関係を示すグラフである。 実施例２の衝撃吸収部材について衝撃吸収部材の変位と反力としての圧縮荷重との関係を示すグラフである。 比較例１の衝撃吸収部材について衝撃吸収部材の変位と反力としての圧縮荷重との関係を示すグラフである。 実施例１の衝撃吸収部材について、圧縮後の外観を斜め方向から見た状態として示す写真である。 実施例２の衝撃吸収部材について、圧縮後の外観を斜め方向から見た状態として示す写真である。 比較例１の衝撃吸収部材について、圧縮途中の状態を正面から見た状態として示す写真である。 比較例１の衝撃吸収部材について、圧縮後の外観を斜め方向から見た状態として示す写真である。

＜実施形態１＞
図１、２等を参照しながら本発明の一実施形態について説明する。本実施形態の衝撃吸収部材１１は、自動車等の車両に設置されて衝突時の衝撃エネルギーを吸収するための部材である。図１に示されるように、衝撃吸収部材１１は、軸方向に直交する平断面が正方形の四角柱状の木材２１と、木材２１の外周面を囲う金属製の枠体３１とからなり、衝突時の衝撃を軸方向の圧縮荷重として受ける。

木材２１は、その繊維方向が圧縮荷重（軸方向）と平行になるように四角柱状に製材されている。木材２１の種類は特に限定されず、例えば、スギ、ヒノキ、マツ等の針葉樹や、ケヤキやブナ等の広葉樹を用いることができる。

枠体３１は、中空四角筒状である。枠体３１は、木材２１を支持することができるとともに、軸方向の圧縮荷重を受けて木材２１とともに変形することのできるものであり、例えば、アルミニウムや銅などの軟金属からなる。枠体３１には、木材２１との間にわずかな間隙Ｓを形成して木材２１が収容されており、枠体３１により木材２１の外周面全体が過不足無く覆われている。枠体３１の外表面には、多数の溝３３が形成されている。溝３３は軸方向に直交し枠体３１の全周を廻って連続的に形成されており、軸方向の全体に亘り縞状に形成されている。溝３３の断面形状は、特に限定されず、例えば、Ｕ字状、Ｖ字状、角形、半円形等とすることができる。

次に、衝撃吸収部材１１に衝突に伴う圧縮荷重が作用したときの作用機能について説明する。衝撃吸収部材１１は、木材２１の軸方向（繊維方向）と車両の衝突方向とが平行になるように設置される。衝突に伴って衝撃吸収部材１１に軸方向の圧縮荷重が作用すると、木材２１は枠体３１の存在により転倒が抑制されて軸方向にそのまま真っ直ぐ圧縮変形し、木材２１を囲う枠体３１は軸方向がずれることなく座屈しながら押し潰される。

ここで、枠体３１は、外表面にのみ溝３３が形成されているため、内側よりも外側に曲がりやすい。そして、全周の各面が夫々に外側に膨らむように折れ曲がろうとする結果、隣り合う面が軸方向に交互に外側に折れ曲がりながら潰れる（図７参照）。このとき、外側に折れ曲がらない部分はほとんど変形しない。その変形態様の理解を容易にするために、図２には、衝撃吸収部材１１の外側に折れ曲がる部分に網掛けして極めて模式的に例示した。枠体３１の軸方向の一区間においてＡ面の区域Ａ１が外側に折れ曲がると隣接するＢ面の区域Ｂ１は変形せず、それに続く軸方向の他区間ではＢ面の区域Ｂ２が外側に折れ曲がり、隣接するＡ面の区域Ａ２は変形しない。ここで、枠体３１に溝３３が形成されていない場合には、各面において内外方向の曲がり易さに差が無く、Ａ面の区域Ａ１が外側に折れ曲がると、その歪を吸収すべく隣接するＢ面の区域Ｂ１は内側に折れ曲がりやすい。しかしながら、本実施形態の衝撃吸収部材１１では、枠体３１の全周面に溝３３が形成されており、全ての面が内側よりも外側に曲がりやすくなっている。その上、溝が形成されることで枠体３１が脆弱化しており、木材２１に食い込むほどの強度が担保されていない。そのため、Ａ面の区域Ａ１が外側に折れ曲がると、隣接するＢ面の区域Ｂ１は外側に折れ曲がることも内側にも折れ曲がることもできず、ほとんど変形しないままとなる。

かかる衝撃吸収部材１１によれば、軸方向の圧縮荷重が作用すると、木材２１を囲う枠体３１が軸方向を変えることなく潰れるため、木材２１が転倒することなく繊維方向に沿って真っ直ぐ圧縮変形する。そのため、応力としての圧縮荷重の変動が少ない。ここで、枠体３１は、内側には折れ曲がらずに外側に折れ曲がりながら潰れるため、木材２１に食い込みにくく、食い込みにより木材２１の繊維を部分的に傾倒することによる圧縮荷重の変動を引き起こしにくい。枠体３１と木材２１との間に間隙Ｓが設けられていることも食い込み抑制に寄与している。ただし、枠体３１は主として外側に変形し、本来木材２１とは干渉しにくいため、間隙Ｓはなくてもよい。間隙Ｓを設定する場合には、ごくわずかに設定するだけで食い込み抑制効果を高めることができ、枠体３１の木材２１を真っ直ぐに保持する機能を担保することができる。間隙Ｓは、好ましくは１ｍｍ以下であり、より好ましくは０．５ｍｍ以下である。

衝撃吸収部材１１の設置場所は、乗員や歩行者等を保護するために衝突エネルギーを吸収すべき場所であれば特に限定されない。例えば、フェンダパネルとボディパネルとの間、バンパリインホースとサイドメンバとの間、ドアパネルとドアトリムとの間、ピラーとピラートリムとの間、天井パネルとルーフライナとの間、フロアパネルとカーペットとの間などに設置することができる。衝撃吸収部材１１の車両への固定方法は特に限定されず、例えば、枠体３１を溶接や接着等によって車両へ固定したり、あるいはブラケットを介して車両へ固定してもよい。

＜実施形態２＞
図３を参照しながら、本発明の別の実施形態について説明する。本実施形態の衝撃吸収部材１２は、四角柱状の木材２１と、木材２１の外周面を囲う金属製の枠体３１とからなる点では上記実施形態１と同様であるが、枠体３１の外表面の形状が実施形態１とは異なっている。上記実施形態１から変更を要しない部分については図中に同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

実施形態２では、枠体３１の外表面に軸方向に平行な溝３５が多数形成されている。各溝３５は、軸方向の端から端まで連続して形成されており、枠体３１の各面において面全体に亘り縞状に形成されている。溝３５の断面形状は、特に限定されず、例えば、Ｕ字状、Ｖ字状、角形、半円形等とすることができる。

このような衝撃吸収部材１２に軸方向の圧縮荷重が作用すると、枠体３１は、軸方向の略中間において、溝３５が開いて全周が丸く膨らみながら座屈し、軸方向がずれることなく押し潰される。そして、中の木材２１は枠体３１により転倒が抑制されて軸方向にそのまま圧縮変形する。その際、枠体３１が主として外側に折れ曲がりながら潰れるため、木材２１には食い込みにくい。そのため、木材の繊維が部分的に傾倒することによる圧縮荷重の変動を引き起こしにくい。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が考えられるものである。例えば、衝撃吸収部材の形状は、軸方向に直交する平断面が長方形の四角柱状であってもよいし、四角柱以外の多角柱状や円柱状であってもよい。また、枠体の外表面に形成される凹みは、軸方向の圧縮荷重に対して枠体が内側よりも外側に曲がり易くなればよく、その形状は種々の形態が考えられる。例えば、細長い凹み（溝）に限らず、例えば、ディンプル状の窪みとして各面に点在させてもよい。また、凹みが溝状である場合、各溝を一本一本縞状に独立して形成するに限らず、例えば、螺子切り状（螺旋状）に連続して形成してもよい。この場合、生産性を高めることができる。また、溝は、並列して形成するに限らず、例えば格子状に互いに交わるように形成してもよい。

以下に、上記実施形態１、２と同じ構成の具体的な実施例を用いて衝撃エネルギーの吸収性能を評価した結果について説明するが、本発明は当該実施例に限られるものではない。

評価用の実施例には枠体の外表面に形成された凹みの形態の異なる実施例１、２の衝撃吸収部材を用いた。実施例１は、上記実施形態１と同様に枠体の外表面に軸方向に直交する溝が形成されたものであり、実施例２は、上記実施形態２と同様に枠体の外表面に軸方向に平行に溝が形成されたものである。また、比較対照として、枠体の外表面になんら凹みのない比較例１の衝撃吸収部材も併せて用いた。実施例１、２及び比較例１の衝撃吸収部材において、木材には、外寸３９．３ｍｍ角×軸方向長さ７０ｍｍのスギの角材を用いた。また、枠体には、外寸４２ｍｍ角×軸方向長さ７０ｍｍ、厚み１ｍｍのアルミニウム（Ａ５０５２）製の中空四角筒状部材を用いた。実施例１、２の枠体の外表面に形成された溝の形態は次のとおりである。

＜実施例１の溝の形態＞
長手方向：軸方向に直交
断面形状：丸みを帯びたＶ字状
溝寸法：幅０．５ｍｍ、深さ０．５ｍｍ
溝間隔：２ｍｍ（合計３４本）
＜実施例２の溝の形態＞
長手方向：軸方向に平行
断面形状：丸みを帯びたＶ字状
溝寸法：幅０．５ｍｍ、深さ０．６ｍｍ
溝間隔：０．５ｍｍ（各壁面に合計４１本ずつ）

上記構成の各衝撃吸収部材を、株式会社島津製作所製の圧縮試験機（オートグラフＡＧ−１００ＫＮＥ型）へ設置し、２ｍｍ／ｍｉｎの条件で軸方向に圧縮した場合の、変位と圧縮荷重（反力）との関係を測定した。その結果を図４〜６に示す。また、図７〜９に各衝撃吸収部材の圧縮後の状態を写真で示す。

衝撃吸収部材の変位と圧縮荷重（反力）との関係を示す図４〜６のグラフを参照すると、圧縮荷重が初期変位での立ち上がった後には、枠体の外表面に凹みを有しない比較例１に比べて、凹みを有する実施例１、２の方が直線的に推移し、より安定していることが明らかとなった。ここで、衝撃吸収部材の変形に注目したところ、実施例１、２及び比較例１の全てにおいて、内側の木材は倒れることなく圧縮変形していた。しかし、外側の枠体の変形態様はそれぞれ異なっていた。枠体の外表面に軸方向と垂直な溝が形成された実施例１では、図７に示されるように、枠体の隣り合う面が外側への膨らみを交互に複数段の形成しながら潰れており、枠体が内側に折れ曲がって木材に食い込むことはなかった。また、枠体の外表面に軸方向と平行な溝が形成された実施例２では、図８に示されるように、枠体の軸方向の略中央において全周が外側に拡がるように膨らみながら潰れており、枠体が内側に折れ曲がって木材に食い込むことはなかった。これに対し、枠体の外表面に凹みを有しない比較例１は、図９、１０に示されるように、枠体が内外方向に交互に波を打ちながら屈曲して蛇腹状に潰れており、内側に折れ曲がった枠体が木材に干渉していた。この結果から、枠体の外表面に凹みを形成して枠体を内側よりも外側に曲がり易くすることで、木材への枠体の食い込みを有効に抑制することができ、木材の本来の機能を的確に発揮させて圧力荷重を安定させられることが明らかとなった。

１１ 衝撃吸収部材
１２ 衝撃吸収部材
２１ 木材
３１ 枠体
３３ 溝
３５ 溝
Ｓ 間隙

Claims (3)

1. 柱状の木材と、該木材の外周面を囲う金属製の枠体とを備え、前記木材の繊維方向と軸方向が一致しており、衝突時の衝撃を軸方向の圧縮荷重として受ける車両の衝撃吸収部材であって、
   前記枠体は、外表面にのみ多数の凹みを有し、外表面のみが凹凸状とされており、且つ外表面全体が凹凸状とされていることを特徴とする車両の衝撃吸収部材。
2. 請求項１に記載の車両の衝撃吸収部材であって、
   前記凹みは、軸方向に対して直交する縞状に形成された溝であることを特徴とする車両の衝撃吸収部材。
3. 請求項１に記載の車両の衝撃吸収部材であって、
   前記凹みは、軸方向に対して平行な縞状に形成された溝であることを特徴とする車両の衝撃吸収部材。