JP5997085B2 - 車両衝撃吸収部材 - Google Patents

Description

本発明は、アルミニウム合金製車両衝撃吸収部材に関するものである。

自動車やトラックなどの車両の、バンパリーンフォースメント（以下、バンパーＲ／Ｆともいう）やアンダーランプロテクタなどの車両衝撃吸収部材は、取り付けられた車両の衝突において、その衝突エネルギを吸収する。そして、これによって、乗員や車体あるいは背面に置かれている機器類（ラジエータ、オルタネータなど）を保護するために、車両の前端および後端などに各々設けられている。

これら車両衝撃吸収部材は、鋼板をプレス成形したものに代えて、軽量でかつ前記衝突エネルギの吸収性能が高い、押出形材などのアルミニウム合金製のものが用いられるようになっている。これらアルミニウム合金製の車両衝撃吸収部材は、矩形中空断面形状である口型断面のほか、これに補強用の中リブを設けた、日型断面、目型断面、田型断面などの種類がある。

以下は、これら矩形断面形状のアルミニウム合金押出形材製バンパーＲ／Ｆを例として説明する。ここで、バンパーＲ／Ｆのうち、車両の前後方向に互いに間隔をあけて平行に立設する２枚の平板状の壁をフランジという。また、車両の上下方向に互いに間隔をあけて車両の前後方向に平行に延在して、前記フランジ同士をつなぐ、２枚の平板状の壁をウエブという。

従来から、バンパーＲ／Ｆに対しては、他車が衝突することで生じる車両上下軸まわりの曲げモーメントおよび車両前後方向の圧壊荷重に対して、できるだけ軽化した少ない重量、少ない断面積で、必要な強度を持つような断面の設計がなされてきた。

このため、バンパーＲ／Ｆにおける、断面の車両前後方向の幅を確保する、フランジの肉厚ないし板厚を厚くする、などの車両上下軸まわりの曲げモーメントに対する、バンパーＲ／Ｆの断面２次モーメント、断面係数や塑性断面係数が効率的に確保されるように設計がなされてきた。例えば、高い曲げ強度が要求される部位に限定して補強部材を溶接する方法なども考案されている（特許文献１）。

車両前後方向の圧壊荷重に対しては、ウエブの本数およぴ配置、板厚または肉厚を適正化することが行われてきた。例えば、高い圧壊強度が要求される部位に限定して、ウエブを補強する部材を挿入するなどの方法も提案されている（特許文献２)。また、圧壊強度と曲げ強度を同時に向上させるため、バンパーＲ／Ｆの矩形断面において、ウエブとフランジの交差点である４隅を厚肉とする手法も提案されている（特許文献３）。更に、バンパーＲ／Ｆの曲げ強度向上と軽量化とを両立できる断面形状として、ウエブの曲げ中立軸より圧縮フランジ側の肉厚を引張フランジ側の肉厚より厚肉とする、場合によっては圧縮フランジ側に行く程厚肉になるようにテーパー状とする手法も提案されている（特許文献４）。

特開２００４−２０３０６号公報 特開２００６−１４４６号公報 特開平１１−１７０９３５号公報 特開平１１−５９２９６号公報

車両同士の衝突における、車両の前面や後面同士あるいは前面と後面との衝突において、衝突の状況や衝突する車両同士の車種の違いなどによって、衝突するバンパーＲ／Ｆ同士の、互いの車両上下方向の位置がずれ、しかも、このずれが大きくなる場合が当然起こりうる。

この現象を説明するために、図１５、１６に、車両の前側（フロント）に設けた自車側のバンパーＲ／Ｆ４０が、他車側のバンパーＲ／Ｆ４１に衝突するときの状況を模式的に示す。図１５は、車両前側の矩形中空断面形状のバンパーＲ／Ｆ４０が、他車側の同じ矩形中空断面形状のバンパーＲ／Ｆ４１よりも、取り付けられた車高（位置）が低い場合を示している。この場合、自車側バンパーＲ／Ｆ４０には、車両高さ方向にオフセットした入力荷重（衝突荷重）が伝達されるため、図１５の上下方向となる車幅方向を軸とした、右回りの矢印で示す「ねじりモーメント」が生じる。この結果、自車側バンパーＲ／Ｆ４０は、車幅方向の軸まわりに右回りの矢印で示すように回転し、その上側が車両後方側へ倒れながら（傾きながら）変形することになる。

図１６は、車両のレイアウトやデザイン上の制約などによって、車両前側のバンパーＲ／Ｆの衝突面（前面側フランジ、以下前フランジと言う）が、車両上下方向の軸に対して、例えば下方側が部分的に傾斜して幅狭となっている断面形状の場合を示す。この場合には、たとえ他車側のバンパーＲ／Ｆ４１と取り付けられた車高（位置）が同じでも、自社バンパーＲ／Ｆ４０の衝突面には、他車バンパーＲ／Ｆ４１による衝突荷重が均等に伝わらない。このため、図１５と同じく、図の上下方向となる車幅方向を軸とした、右回りの矢印で示す「ねじりモーメント」が生じる。この結果、自車側バンパーＲ／Ｆ４０は、やはり車幅方向の軸まわりに、前記右回りの矢印で示すように回転し、その上側が車両後方側へ倒れながら変形することになる。

また、車両の衝突安全性を評価する衝突試験でも、このような回転変形は起こりえる。すなわち、このような衝突試験では、車両に衝突させるバリアの形状、衝突位置、衝突速度など自体は法規等により予め定められている。しかし、これらバリアと、試験体であるバンパーＲ／Ｆの車両上下方向の位置のずれ、あるいはバンパーＲ／Ｆの衝突面（前面側フランジ）に前記図１６のような傾斜がある場合、上記した理由によってバンパーＲ／Ｆは、前記車幅方向の軸まわりに、右回りの矢印で示すように回転し、その上側が車両後方側へ倒れながら変形することが多い。

このように、車両衝突の衝撃によって、車両の前方側に設けられた車両衝撃吸収部材が車幅方向の軸まわりに回転した場合には、図１７に示すように、本来、車両上下方向に垂直な、矩形中空断面形状の車両衝撃吸収部材の曲げ中立軸Ｃ０が、車両前後方の後方側か、前方側かのいずれかの側に向かって傾斜する。前記図１５、図１６のように、バンパーＲ/Ｆがバリアよりも下方に位置する衝突の場合には、図１７の右上側に示すように、自車側の矩形中空断面形状のバンパーＲ／Ｆ４０が、車幅方向の軸まわりに前記右回りの矢印で示すように回転する。このため、車両衝撃吸収部材は車両後方側に向かって傾斜し、曲げ中立軸はＣ１のように車両前方側に向かって傾斜することが多い。一方、この反対に、図１７の右下側に示すように、バンパーＲ/Ｆがバリアよりも上方に位置する衝突の場合は、自車側の矩形中空断面形状のバンパーＲ／Ｆ４０が、車幅方向の軸まわりに前記左回りの矢印で示すように回転する。このため、車両衝撃吸収部材は車両前方側に向かって傾斜し、曲げ中立軸はＣ２のように車両後方側に向かって傾斜することが多い。

したがって、矩形中空断面形状の車両衝撃吸収部材がそのエネルギ吸収機能を発揮するためには、衝突荷重による車両衝撃吸収部材の車幅方向の軸まわりの回転によって、その曲げ中立軸が車両前方側に向かって傾斜し、その上側が車両後方側へ倒れながら変形するような傾斜状態においても、前記車両衝撃吸収部材の車両上下方向の軸まわりの曲げに対する断面係数およぴ塑性断面係数を高める必要がある。しかし、これまで、特にバンパーＲ／Ｆなどの車両衝撃吸収部材について、このような車幅方向の軸まわりの回転を考慮した断面の設計は、これまであまり無かったのが実状である。

前記特許文献３などのように、バンパーＲ／Ｆの矩形断面において、ウエブとフランジの交差点である４隅を厚肉とすれば、前記傾斜状態において、前記車両衝撃吸収部材の車両上下方向の軸まわりの曲げに対する断面係数およぴ塑性断面係数を高めることが結果的にできる。しかし、充分にこの効果を発揮するために厚肉化した場合、その分重量が増加して軽量化が犠牲になり、アルミニウム合金製車両衝撃吸収部材を鋼製に代えて用いる利点自体が損なわれる。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、衝突荷重による車両衝撃吸収部材の車幅方向の軸まわりの回転によって、その曲げ中立軸が車両前方側に向かって傾斜し、その上側が車両後方側へ倒れながら変形するような傾斜状態においても、車両上下方向の軸まわりの曲げに対する断面係数およぴ塑性断面係数を、軽量化を犠牲にせずに、高めた車両衝撃吸収部材を提供することである。

上記目的達成のために、本発明車両衝撃吸収部材の要旨は、車両の前後方向に互いに間隔をあけて立設する２枚の平板状のフランジ（２、３）と、これら前後のフランジ（２、３）同士を車両の上下方向に互いに間隔をあけるとともに車両の前後方向に延在してつなぐ２枚の平板状の上下のウエブ（４、５）とで、矩形中空断面を構成し、前後のフランジ（２、３）の車両上下方向の長さＨが１００〜２００ｍｍの範囲であるとともに、上下のウエブ（４、５）の車両前後方向の長さＷが５０〜１００ｍｍの範囲であるアルミニウム合金製衝撃吸収部材において、
前記車両衝撃吸収部材が垂直な曲げ中立軸（Ｃ０）を前記矩形中空断面の中央部に有するものであり、この曲げ中立軸（Ｃ０）を車両の前方側か後方側のいずれかに向かって傾斜させた仮想曲げ中立軸（Ｃ１）からの距離が最も離れた、前フランジ２と後フランジ３との上下いずれか半分側の肉厚を、前フランジ２と後フランジ３との他方の上下半分側の肉厚よりも、部分的に厚くするものであり、
前記矩形中空断面を車両の前後方向と高さ方向とで各々等分に区切って４等分に分割した際の、車両の前側に位置する前フランジの下半分側（２a）と下ウエブの前半分側（５a）との合計面積（Ｓ１）と、車両の後ろ側に位置する後フランジの上半分側（３ｂ）と上ウエブの後半分側（４ｂ）との合計面積（Ｓ４）との面積の和（Ｓ１+Ｓ４）か、あるいは前フランジの上半分側（２ｂ）と上ウエブの前半分側（４a）との合計面積（Ｓ２）と、後フランジの下半分側（３a）と下ウエブの後ろ半分側（５ｂ）との合計面積（Ｓ３）との面積の和（Ｓ２+Ｓ３）かの、どちらかの面積の和が他方の面積の和よりも、１．５倍〜３．５倍の範囲で大きくなるように、前フランジの下半分側（２a）と後フランジの上半分側（３ｂ）との肉厚か、 前フランジの上半分側（２ｂ）と後フランジの下半分側（３a）との肉厚かのいずれかを、各フランジの他方の上下半分側の肉厚よりも、部分的に厚くしたことである。

本発明によれば、車両衝突の荷重（衝撃）によって車両衝撃吸収部材が前記車幅方向の軸まわりに回転することを予め考慮した設計思想とする。すなわち、衝突荷重による車両衝撃吸収部材の車幅方向の軸まわりの回転によって、その曲げ中立軸が車両前方側あるいは後方側に向かって傾斜する場合を想定して設計する。言い換えると、車両衝撃吸収部材の上側が車両後方側へ倒れながら（その下側が車両前方側へ倒れながら）、あるいは、車両衝撃吸収部材の上側が車両前方側へ倒れながら（その下側が車両後方側へ倒れながら）、変形するような傾斜状態を想定して設計している。これによって、車両衝撃吸収部材が車幅方向の軸まわりに回転するような場合においても、車両衝撃吸収部材の車両上下方向の軸まわりの曲げに対する、断面係数およぴ塑性断面係数を高める設計とする。

このために、本発明では、その曲げ中立軸が車両前方側に向かって傾斜した状態での仮想曲げ中立軸を選択し、この仮想曲げ中立軸からの距離が最も離れた前記フランジの部位の肉厚を、特定範囲で、それ以外のフランジの部位の肉厚よりも各々部分的に厚くするような設計思想としている。

その一方で、それ以外のフランジの部位の肉厚を、特定範囲で薄くして、前記厚肉化した場合の断面積の増加率を、全てのフランジが均一な厚みの元の車両衝撃吸収部材に比して、５％以下に抑制する。これによって、部分的にせよ、単純な厚肉化による重量増加を極力抑えて、アルミニウム合金製車両衝撃吸収部材を鋼製に代えて用いる、軽量化の利点を維持する。

この結果、本発明は、軽量化を犠牲にせずに、前記した、上側が車両後方側へ倒れながら、あるいは上側が車両前方側へ倒れながら、変形するような各々の傾斜状態においても、車両上下方向の軸まわりの曲げに対する断面係数およぴ塑性断面係数を高めた車両衝撃吸収部材を提供できる。

本発明車両衝撃吸収部材の一態様を示す断面図である。 図１の設計方法（設計原理）を示す模式図である。 本発明車両衝撃吸収部材の他の態様を示す断面図である。 図３の設計方法（設計原理）を示す模式図である。 本発明車両衝撃吸収部材の他の態様を示す断面図である。 本発明車両衝撃吸収部材の他の態様を示す断面図である。 比較例あるいは従来例の車両衝撃吸収部材の態様を示す断面図である。 図７の設計方法（設計原理）を示す模式図である。 本発明実施例の解析条件を示す断面図である。 図９の車両衝撃吸収部材の断面積や変位を示す説明図である。 図９の試験条件を示す模式図である。 実施例の試験結果を示す説明図である。 実施例の試験結果を示す説明図である。 実施例の試験結果を示す説明図である。 従来の車両衝撃吸収部材の一衝突形態を示す模式図である。 従来の車両衝撃吸収部材の他の衝突形態を示す模式図である。 図１６、１７の車両衝撃吸収部材の回転状態を示す模式図である。

以下に図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

車両衝撃吸収部材の基本構造：
図１〜図６、図９に本発明の車両衝撃吸収部材の実施形態を各々示す。また図７、８に比較例の車両衝撃吸収部材の実施形態を示す。

これらの図は、車両衝撃吸収部材が車両前方（フロント）側のバンパーＲ／Ｆとして取り付けられて使用される態様を示している。また、図中の矢印Ｆが図の左側の車両前方（フロント）側からの衝突の荷重方向を示している。したがって、図の右側が車両前方（フロント）側、左側が車両後方（リア）側を共通して示している。但し、本発明は車両後方（リア）側でも使用されて良く、その場合は、前後のフランジ２、３を、車両後方に向かっての前後側と読みかえる。

先ず、図１の例を用いて説明するが、本発明のアルミニウム合金製の車両衝撃吸収部材１は、自動車やトラックなどのバンパーＲ／Ｆやアンダーランプロテクタなどの車両衝撃吸収部材を意図した、矩形中空断面構造（矩形断面中空構造）を有する。図１〜５はアルミニウム合金押出形材からなる車両衝撃吸収部材を示しており、この押出形材を用いる場合、車両衝撃吸収部材の矩形中空断面形状は、口型断面のほか、これに補強用の中リブを設けた、日型断面、目型断面、田型断面などが自由に選択あるいは適用できる。

図１において、この矩形中空断面構造は、車両の前後方向に互いに間隔をあけて立設する２枚の平板状の壁である車両前面（前方）側の前フランジ２と、車両後面（後方）側の後フランジ３とを有する。これらフランジ２、３同士は、車両の上下方向に互いに間隔をあけて車両の前後方向に延在する２枚の平板状の壁である、図の上側の上ウエブ４と、図の下側の下ウエブ５とで互いに車両の上下方向の各端部同士がつながっている（接続されている）。

そして、これらの壁で、車両の上下方向に延びる垂直な曲げ中立軸Ｃ０を中央部に有する、矩形中空断面構造を構成する。そして、断面の中央部には補強用の中リブ６をフランジ２、３の間で水平に設けた日型断面形状を有する。

ここで、フランジ２、３の長さが各々１００〜２００ｍｍの範囲であるとともに、ウエブ４、５の長さが各々５０〜１００ｍｍの範囲とする。車両衝撃吸収部材はこの範囲内で設計、使用される。このため、これらの寸法未満や、これらの寸法を超えても意味がなく、また、これらの寸法を逸脱した範囲で本発明が有効かどうかも不明である。

なお、フランジ２、３同士の長さ、ウエブ４、５同士の長さは必ずしも同じとする必要はなく、車両（車体）の設計や車両衝撃吸収部材の取り付け空間（スペース）に応じて、互いに変えても良い。同様に、矩形中空断面構造も、完全な矩形（四角形、長方形）でなくとも良く、フランジ２、３やウエブ４、５も平坦な直線状あるいは互いに平行でなくても、互いに傾斜や湾曲あるいは凹凸を設けてもよい。更に、前記各壁の交点となる隅角部（コーナー部）７、８、９、１０の外側や内側は図示する直角となる交点にならずとも、Ｒを設けた円弧（曲線）状として良い。

矩形中空断面の等分化によるフランジ部分厚肉化の目安：
以上の使用態様や矩形中空断面を前提として、図１におけるアルミニウム合金製衝撃吸収部材１における部分的な厚肉部位を明確に規定するために、先ず、その矩形中空断面を車両の前後方向と高さ方向とで各々等分に区切って４等分に分割したとする。より具体的には、その矩形中空断面を、車両の前後方向（図の左右方向）の最大長さ（幅）と、高さ方向（図の上下方向）の最大長さとを、各々等分（２等分）して区切った４等分に分割（４分割）する。

これによって、Ｆの衝突荷重方向に対する前（前側）フランジ２が、下半分側２aと、上半分側２ｂとに二等分される。同様に、Ｆの衝突荷重方向に対する後（後側）フランジ３が、上半分側３ｂと、下半分側３aとに二等分される。また、下（下側）ウエブ５が、前半分側５aと、後ろ半分側５ｂとに二等分される。更に、上（上側）ウエブ４が、前半分側４aと、後半分側４ｂとに二等分される。

ちなみに、図１では、矩形中空断面を高さ方向で等分した点線（横線）が、補強用の中リブ６の中央部に沿って走っているが、これは中リブ６がたまたま矩形中空断面の中央部にあるからである。これに対して、中リブ６が矩形中空断面の中央部に無い場合は、当然ながら、このように等分した点線は中リブ６の中央部から上下にずれることとなる。

図１において、４等分された矩形中空断面の面積のうち、前フランジ２の下半分側２aと、下ウエブ５の前半分側５aとの合計面積をＳ１とする。後フランジ３の上半分側３ｂと上ウエブ４の後半分側４ｂとの合計面積をＳ４とする。前フランジ２の上半分側２ｂと上ウエブ４の前半分側４aとの合計面積をＳ２とする。後フランジ３の下半分側３aと下ウエブ５の後ろ半分側５ｂとの合計面積をＳ３とする。これは後の図２〜７でも共通する。 但し、これらの面積に、補強用の中リブの面積は含まず、全て中リブが無い口形断面として扱って上記各面積を算定する。これは図１、３、６の日型断面での横１本の中リブ６でも、目型断面の上下２本の中リブ、田型断面の縦横２本の中リブでも同じとする。

この前提にもとづき、本発明では、これらの４等分された矩形中空断面の面積のうち、車両の前側に位置する前フランジの下半分側（２a）と下ウエブの前半分側（５a）との合計面積（Ｓ１）と、車両の後ろ側に位置する後フランジの上半分側（３ｂ）と上ウエブの後半分側（４ｂ）との合計面積（Ｓ４）との面積の和（Ｓ１+Ｓ４）か、あるいは前フランジの上半分側（２ｂ）と上ウエブの前半分側（４a）との合計面積（Ｓ２）と、後フランジの下半分側（３a）と下ウエブの後ろ半分側（５ｂ）との合計面積（Ｓ３）との面積の和（Ｓ２+Ｓ３）かの、どちらかの面積の和（Ｓ１+Ｓ４）か（Ｓ２+Ｓ３）かが、他方の面積の和よりも、１．５倍〜３．５倍の範囲で大きくなるようにする。

そして、このために、前フランジの下半分側（２a）と後フランジの上半分側（３ｂ）との肉厚か、 前フランジの上半分側（２ｂ）と後フランジの下半分側（３a）との肉厚かのいずれかを、各フランジの他方の上下半分側の肉厚よりも、部分的に厚くする。

図１では、車両衝撃吸収部材１の（図１の）右側からの車両衝突の衝撃によって、前記図１５、１６や図１７の右上側の場合のように、車両衝撃吸収部材１が図２の通り車幅方向の軸まわりに右回りの矢印で示すように回転すると予め想定している。これは、前記図１５、１６のように、バンパーＲ/Ｆがバリアよりも下方に位置する衝突の場合を想定しており、車両衝撃吸収部材１が車両後方側に向かって傾斜し、曲げ中立軸がＣ１のように車両前方側に向かって傾斜するとの想定に基づき設計している。

このため、前記合計面積Ｓ１と合計面積Ｓ４との和が、前記合計面積Ｓ２と合計面積Ｓ３との和よりも、１．５倍〜３．５倍の範囲で大きくするようにしている。すなわち、衝突荷重方向に対する前フランジ２の下半分側２aと下ウエブ５の前半分側５aとの合計面積（Ｓ１）と、衝突荷重方向に対する後フランジ３の上半分側３ｂと上ウエブ４の後半分側４ｂとの合計面積（Ｓ４）との面積の和を、前フランジ２の上半分側２ｂと上ウエブ４の前半分側４aとの合計面積（Ｓ２）と、後フランジ３の下半分側３aと下ウエブ５の後ろ半分側５ｂとの合計面積（Ｓ３）との面積の和よりも、１．５倍〜３．５倍の範囲で大きくする。
そして、この面積比（面積関係）となるように、この面積関係となるように、前フランジ２の下半分側２aと後フランジ３の上半分側３ｂとの肉厚を、 前フランジ２の上半分側２ｂと後フランジ３の下半分側３aとの肉厚よりも、後述する範囲で部分的に厚くしている。

図１では、このように、前記合計面積Ｓ１と合計面積Ｓ４との和が、前記合計面積Ｓ２と合計面積Ｓ３との和よりも１．５倍以上大きくすることによって、衝突時に車両衝撃吸収部材１が回転して元の曲げ中立軸Ｃ０が傾斜しても、この傾斜した曲げ中立軸Ｃ１からの距離が最も離れたフランジの肉厚、すなわち、前フランジ２の下半分側２aおよび後フランジ３の上半分側３ｂの肉厚を 、部分的に厚肉化する。このため、衝突荷重による車両衝撃吸収部材の車幅方向の軸まわりの回転によって、その曲げ中立軸が車両前方側に向かって傾斜し、その上側が車両後方側へ倒れながら変形するような傾斜状態においても、衝突エネルギ吸収性能を高めることができる。すなわち、車両衝撃吸収部材の車両上下方向の軸まわりの曲げに対する、断面係数およぴ塑性断面係数を高めて、断面のつぶれ変形や長手方向（車幅方向）の曲げ変形による、衝突エネルギ吸収性能を高めることができる。

この点、４等分された矩形中空断面の面積のうち、前記合計面積（Ｓ１）と前記合計面積（Ｓ４）との和が、前記合計面積（Ｓ２）と合計面積（Ｓ３）との面積の和よりも１．５倍未満では、前フランジ２や後フランジ３の部分的な厚肉化が不足して、この効果が得られない。一方、４等分された矩形中空断面の面積のうち、前記合計面積（Ｓ１）と前記合計面積（Ｓ４）との和が、前記合計面積（Ｓ２）と合計面積（Ｓ３）との面積の和の３．５倍を超えた場合、前フランジ２や後フランジ３の部分的な厚肉化が大きすぎる。このため、前厚肉化した場合の断面積の増加率を、フランジが均一な厚みの元の車両衝撃吸収部材に比して、５％以下に抑制することができず、車両衝撃吸収部材１の軽量化が犠牲になる。

これに対して、前記図１７の右下側のように、バンパーＲ/Ｆがバリアよりも上方に位置する衝突の場合には、図の右側からの車両衝突の衝撃によって、車両衝撃吸収部材１が車幅方向の軸まわりに左回りの矢印で示すように回転すると予め想定し、この想定に基づき設計する必要がある。このため、前記図１、３とは全く逆に、前記合計面積Ｓ２と合計面積Ｓ３との和が、前記合計面積Ｓ１と合計面積Ｓ４との和よりも、１．５倍〜３．５倍の範囲で大きくするようにする。そして、この面積比（面積関係）となるように、前フランジ２の上半分側２ｂおよび後フランジ３の下半分側３aの肉厚を、図１、３とは全く逆に、前フランジ２の下半分側２aと、後フランジ３の上半分側３ｂの肉厚よりも、部分的に厚肉化する。

曲げ中立軸の考慮：
これら衝突エネルギ吸収性能の向上と軽量化とを兼備させるために、好ましくは、前記した車両衝撃吸収部材の曲げ中立軸を考慮した、フランジの厚肉化の設計とする。言い換えると、前記合計面積Ｓ１と合計面積Ｓ４との和を、前記合計面積Ｓ２と合計面積Ｓ３との和よりも１．５倍〜３．５倍の範囲で大きくするために、車両衝撃吸収部材の曲げ中立軸を考慮した、フランジの部分的な厚肉化設計とする。

この車両衝撃吸収部材の曲げ中立軸を考慮したフランジを厚くする部位の設計方法では、垂直方向から傾斜させた仮想曲げ中立軸を基準とする。この際、車両衝突の衝撃によって車両衝撃吸収部材が前記車幅方向の軸まわりに回転する場合に、車両上下方向に垂直な、矩形中空断面形状の車両衝撃吸収部材１の元の曲げ中立軸Ｃ０が、車両前方側に向かって傾斜するか、車両後方側に向かって傾斜するかを選択する。

図２は、この垂直方向から傾斜させた仮想曲げ中立軸に基づく設計方法を示している。図２の右側の車両衝撃吸収部材１は、図１と同じ図２の右側からの車両衝突の衝撃によって、前記図１５や図１７の右上側の場合と同様に、車幅方向の軸まわりに右回りの矢印で示すように回転すると想定（設計）している。この図２の場合は、元の取り付け状態では、矩形中空断面形状の中央部にあり、車両上下方向に垂直な曲げ中立軸Ｃ０が、図２の右側の車両衝撃吸収部材１のように、仮想曲げ中立軸Ｃ１として、車両前方側に向かって傾斜すると想定している。すなわち、衝突荷重による車両衝撃吸収部材の車幅方向の軸まわりの回転によって、その上側が車両後方側へ倒れながら変形するような傾斜状態においては、その曲げ中立軸が車両前方側に向かって傾斜すると想定している。図１の厚肉化はこの設計思想に基づく。

この逆に、車両衝撃吸収部材１が、車幅方向の軸まわりに左回りに回転した場合は、曲げ中立軸は、前記図１７のＣ２のように、車両後方側に向かって傾斜する。この場合は、前記した通り、前記図１、３とは逆に、前記合計面積Ｓ２と合計面積Ｓ３との和を、前記合計面積Ｓ１と合計面積Ｓ４との和よりも１．５倍以上大きくする。そして、この面積比（面積関係）となるように、図１とは逆に、前フランジ２の上半分側２ｂおよび後フランジ３の下半分側３aの肉厚を、前フランジ２の下半分側２aと、後フランジ３の上半分側３ｂの肉厚よりも、部分的に厚肉化することとなる。

この仮想曲げ中立軸Ｃ１が傾く方向や傾き角度は、車両衝撃吸収部材の断面形状や取り付け位置や取り付け条件と、衝突条件との兼ね合いから決定（設計）される。すなわち、車両衝撃吸収部材１が、その正面から受ける衝突の衝撃に対して、前記図１７の右側の上下いずれの衝突形態となるのか、いずれの仮想曲げ中立軸となって傾斜するのか、予測して決定する。言い換えると、車両衝撃吸収部材１を、前記図１７の右側の上下いずれの衝突形態とするのか設計して、そうなるように取りつけ位置や取り付け方を設計する。

ここで、仮想曲げ中立軸Ｃ１の傾斜角度は、垂直な曲げ中立軸Ｃ０からの傾斜角度が４５度以下の角度のうちから、特定の一つの角度の仮想曲げ中立軸Ｃ１を選択する。そして、この選択された特定の一つの仮想曲げ中立軸Ｃ１に対して、この仮想曲げ中立軸Ｃ１からの距離が最も離れたフランジ２、３と、これに伴うウエブ４、５の前記領域の部位の肉厚を厚くする。仮想曲げ中立軸Ｃ１の傾斜角度は、９０度以下の角度であれば、選択する傾斜角度が何度であっても、仮想曲げ中立軸Ｃ１から距離が最も離れたフランジ２、３と、ウエブ４、５の部位は同じとなる。したがって仮想曲げ中立軸Ｃ１の傾斜角度は、９０度以下の傾斜角度を適宜選択すれば良い。ただ、あまり車両衝撃吸収部材が回転して傾斜しすぎた衝突形態自体起こりにくく、仮に起こった場合は、衝撃エネルギの車両衝撃吸収部材の断面への伝わり方がいびつとなって、本来の衝撃エネルギ吸収性能が発揮できなくなるので、そのような回転を起こす取り付け方などの問題の方が大きい。したがって、４５度を超える傾斜角度は考慮しなくても良いため、本発明では前記垂直な曲げ中立軸Ｃ０からの仮想曲げ中立軸Ｃ１の傾斜角度（傾き）を４５度以下の角度と規定する。

このような仮想曲げ中立軸Ｃ１からの距離が最も離れたフランジ２、３と、これに交わるウエブ４、５の部位の、部分的な厚肉化によって、衝突荷重による車両衝撃吸収部材１の車幅方向の軸まわりの回転によって、その上側が車両後方側へ倒れながら変形するような傾斜状態においても、車両衝撃吸収部材１の車両上下方向の軸まわりの曲げに対する断面係数およぴ塑性断面係数を高めることができる。断面係数や塑性断面係数は、車両衝撃吸収部材１の断面全体の面積のうち、前記した曲げ中立軸から離れたフランジ２、３と、これに交わるウエブ４、５の部位（領域）の面積を大きくする（大きく設計する）ことで効率的に高めることができる。

勿論、車両の衝突形態や衝突条件は千差万別であるので、必ず予測した衝突形態になるとは限らず、予測した仮想曲げ中立軸通りになるとは限らない。しかし、本発明は、例え予測とは逆の衝突形態や仮想曲げ中立軸の傾斜方向となっても、矩形中空断面形状の車両衝撃吸収部材１の、従来レベルでの車両上下方向の軸まわりの曲げに対する断面係数およぴ塑性断面係数は維持されており、エネルギ吸収性能も維持されるため、何ら支障はない。

厚肉化する部位：
車両に取り付けた状態での図２の左側の車両衝撃吸収部材１では、矩形中空断面形状の中央部に、車両上下方向に垂直な曲げ中立軸Ｃ０に対して、この曲げ中立軸Ｃ０からの距離が最も離れたフランジ２、３とウエブ４、５の部位は、ＡとＢ、ＣとＤの点線で囲む左右二つの領域となる。すなわち、広がりとしては、フランジ２、３の車両上下方向の全高さ部分とコーナー部７、８および９、１０を含む領域である。

これに対して、図２の右側の車両衝撃吸収部材１のように、図の右側からの車両衝突の衝撃によって、車幅方向の軸まわりに右回りの矢印で示すように回転した状態での車両衝撃吸収部材１では、この回転した車両衝撃吸収部材１の中央部における曲げ中立軸は仮想曲げ中立軸Ｃ１となる。そして、この仮想曲げ中立軸Ｃ１からの距離が最も離れたフランジ２、３とウエブ４、５の部位は、ＡとＤとの点線で囲む左右二つの領域に変化する。すなわち、広がりとしては、対角線となるコーナー部７と１０とを中心として、フランジ２、３やウエブ４、５のコーナー寄りの一部を含む領域のみとなる。

前記図１では、この仮想曲げ中立軸Ｃ１からの距離が最も離れたＡとＤとの点線で囲む左右二つの領域が、前フランジ２の下半分側２aおよび後フランジ３の上半分側３ｂ、およびこれに交わるウエブ４、５の部位４ｂ、５aの一部に対応している。

本発明では、このような仮想曲げ中立軸Ｃ１からの距離が最も離れた領域である、Ｄの点線で囲むフランジ２の下部領域１２と、Ａの点線で囲むフランジ２の上部領域１１との左右二つの領域を部分的に厚肉化する。具体的には、前記図１における、これらＡとＤとの点線で囲む左右二つの領域に対応する、前フランジ２の下半分側２aおよび後フランジ３の上半分側３ｂと、これに交わるウエブ４、５の部位４ｂ、５aの一部を厚肉化する。 この逆に、車両衝撃吸収部材１が、車幅方向の軸まわりに左回りに回転した場合は、このような仮想曲げ中立軸からの距離が最も離れた領域である、Ｃの点線で囲む前フランジ２の上部領域と、Ｂの点線で囲む後フランジ３の下部領域との左右二つの領域を部分的に厚肉化する。具体的には、図１の、前フランジ２の上半分側２ｂおよび後フランジ３の下半分側３aの肉厚を、前フランジ２の下半分側２aおよび後フランジ３の上半分側３ｂにおける肉厚 よりも部分的に厚肉化する。

これに伴い、これら厚肉化されたフランジ２a、３ｂの部位に、各コーナー部（隅角部）で各々交わる（接続される）ウエブ４、５の部位４ｂ、５aの各肉厚も、部分的に厚くすることが好ましい。これは、この接続部分での急激な肉厚の変化を避けて、この急激な肉厚の変化による作りにくさや強度低下を避けるためであって、厚肉化されたフランジ２a、３ｂの部位の肉厚に応じて、適宜の範囲の長さ（領域）だけで部分的に厚くすることが好ましい。

この肉厚を厚くする範囲（断面で言うと厚くする壁の長さの範囲）は、仮想曲げ中立軸Ｃ１からの距離が最も離れた、ＡとＤとの点線で囲む左右二つの領域、あるいは、これらに対応する前フランジ２の下半分側２aおよび後フランジ３の上半分側３ｂ、およびこれに交わるウエブ４、５の部位４ｂ、５aの領域の範囲で適宜選択される。言い換えると、フランジ（場合によってはウエブ）の他の薄肉化する部位の各肉厚（厚肉化する肉厚）や範囲（断面で言う壁の長さ）との関係で、前記傾斜状態においても、車両衝撃吸収部材の車両上下方向の軸まわりの曲げに対する断面係数およぴ塑性断面係数を高めることができ、エネルギ吸収機能を発揮できるように適宜決定される。

厚肉化する部位の厚さ：
このような特性発揮のためには、前記厚肉化する側の各フランジの上下いずれか半分側の肉厚を３.５〜１２ｍｍの 範囲とする一方で、前記薄肉化する各フランジの他方の上下半分側の肉厚を１〜４ｍｍの範囲とする 。すなわち、厚肉化する部位の範囲とともに、仮想曲げ中立軸からの距離が最も離れた部位の肉厚を厚肉化する。

図１、２の、車両衝撃吸収部材１が車幅方向の軸まわりに右回りに回転すると想定して設計する場合には、仮想曲げ中立軸Ｃ１からの距離が最も離れた部位として、厚肉化される部位Ａ、Ｄの領域の肉厚を厚肉化するために決定する。
この逆に、図１７の右下側の図のように、車両衝撃吸収部材１が車幅方向の軸まわりに左回りに回転した場合は、仮想曲げ中立軸Ｃ２からの距離が最も離れた部位として、厚肉化される部位Ｂ、Ｃの領域の肉厚を厚肉化するために決定する。
以下に、図１、２の場合の厚肉化や薄肉化などの実施形態につき、詳細に説明するが、この逆の前記図１７の右下側の場合のように、車両衝撃吸収部材１が車幅方向の軸まわりに左回りに回転すると想定して設計する場合には、厚肉化する部位を、前記Ｂ、Ｃの領域である、前フランジ２の上半分側２ｂおよび後フランジ３の下半分側３aや、下ウエブ５の部位５ｂ、上ウエブ４の部位４aなどに置き換えて設計する。また、薄肉化する部位を、前記Ａ、Ｄ領域である、前フランジ２の下半分側２aおよび後フランジ３の上半分側３ｂと、これに交わるウエブ４、５の部位４ｂ、５aなどに置き換えて設計する。

図１、２の場合には、このＡ、Ｄに含まれる領域として、前フランジ２の下半分側２aおよび後フランジ３の上半分側３ｂと、これに交わるウエブ４、５の部位４ｂ、５aの一部における肉厚を 、前フランジ２の上半分側２ｂおよび後フランジ３の下半分側３aの肉厚よりも、各々部分的に厚くして、その厚みの範囲を３．５〜１２ｍｍ とすることが好ましい。これは以下の図３〜図６などの本発明例でも共通する。
ちなみに、図１では、点線で囲むＤの領域の、前フランジ２の下半分側２aおよびこれに交わる下ウエブ５の部位５aの一部と、点線で囲むＡの領域の後フランジ３の上半分側３ｂおよびこれに交わる上ウエブ４の部位４ｂの一部とが、前記矩形中空断面の中心に対して互いに点対称となるよう、テーパ状に厚肉化している。

より具体的に、フランジ２の下部２aのうちのＤの点線で囲む部分的な厚肉部１２の厚み（板厚）をｔ２、フランジ３の上部３ｂのうちのＡの点線で囲む部分的な厚肉部１１の厚み（板厚）をｔ３とする。一方、フランジ２の上部２ｂのうちのＣの点線で囲む部分的な薄肉部の厚み（板厚）をｔ１、同じくフランジ３下部３aのＢの点線で囲む部分的な薄肉部の厚み（板厚）をｔ４とする。更に、上側のウエブ４の厚み（板厚）をｔ５、下側のウエブ５の厚み（板厚）をｔ６とする。

図１、２において、仮想曲げ中立軸Ｃ１（Ｃ２）からの距離が最も離れた、厚肉化される部位Ａ、Ｄの領域内での厚肉化する部位は、前フランジ２の下半分側２aのうちの厚肉化部分１２のｔ２、後フランジ３の上半分側３ｂのうちの厚肉化部分１１のｔ３である。 そして、仮想曲げ中立軸Ｃ１（Ｃ２）からの距離が最も離れた部位が、コーナー部７、１０に交わる、これらコーナー部近傍のウエブ４、５の部位にも及ぶ場合には、これらコーナー部７、１０近傍の上ウエブ４の後半分側４ｂ、下ウエブ５の前半分側５aの厚みｔ５、ｔ６も部分的に厚くする。

そして、これらの厚肉化する部位の厚み（板厚）ｔ２、ｔ３、場合によってはｔ５、ｔ６を３.５〜１２ｍｍの範囲から選択して、それ以外の（薄肉化する）フランジとウエブの部位の各肉厚よりも、各々部分的に厚くする。この厚くする方法は、それ以外の（薄肉化する）フランジとウエブの部位と、板厚の段差を設けてフランジやウエブの壁の延在方向に均一に厚くしてもよく、図１のように、傾斜状（テーパ状）に厚みを順次連続的あるいは段階的に（階段状に）増加あるいは減少させてもよい。

ここで、厚肉化する部位のｔ２、ｔ３などの肉厚が３.５ｍｍ未満では、厚肉化が不足して、傾斜状態における車両衝撃吸収部材の車両上下方向の軸まわりの曲げに対する断面係数およぴ塑性断面係数を高めることができず、エネルギ吸収機能を高めることができない。

一方、厚肉化する部位のｔ２、ｔ３などの肉厚が１２ｍｍを超えて厚肉化しても、前記エネルギ吸収機能はさして向上せず、後述する他の部位の薄肉化にも限界があるため、厚肉化による断面積と重量の増加分を補うことができない。このため、フランジが均一な厚みの元の車両衝撃吸収部材に比して、断面積の増加率を５％以下に抑制できなくなる。

ちなみに、これらフランジ２、３の部位の肉厚を３.５〜１２ｍｍの範囲で、それ以外のフランジとウエブの部位の各肉厚よりも、各々部分的に厚くした例は、従来でも存在する。しかし、これらは後述する他の部位の薄肉化を行っておらず、フランジが均一な厚みの元の車両衝撃吸収部材に比して、断面積の増加率を５％以下には抑制できていない。また、通常も（従来も）、フランジ２、３の部位の肉厚は２〜１２ｍｍの範囲から選択されるが、前記した補強のために部分的に肉厚化する場合を除いて、当然ながら、各々の壁の長手方向で均一な厚みとしている。

薄肉化する部位の厚さ：
一方で、前記厚肉化する以外のフランジ２、３とウエブ４、５の部位の各肉厚は１〜４ｍｍの範囲で各々薄くすることが好ましい。図１では、前フランジ２の上半分側２ｂおよび後フランジ３の下半分側３aの肉厚を、前フランジ２の下半分側２aおよび後フランジ３の上半分側３ｂにおける肉厚 よりも、前記した１〜４ｍｍ の範囲に各々部分的に薄くすることが好ましい。これは以下の図３〜図６などの本発明例でも共通する。

図１、２で具体的に言うと、このように薄肉化するのは、前記厚肉化する以外のその他の部位として、フランジ２上部の点線で囲むＣ領域を含む部位（前フランジ２の上半分側２ｂ）から、前記厚肉化する領域Ｄ（前フランジ２の下半分側２a）に至るまでの領域の厚み（板厚）ｔ１である。そして、フランジ３下部の点線で囲むＢ領域を含む部位（後フランジ３の下半分側３aと下ウエブ５の後ろ半分側５ｂ）から、前記厚肉化する領域Ａ（後フランジ３の上半分側３ｂ）に至るまでの領域の厚み（板厚）ｔ４である。そして、更に、前記コーナー部７の近傍で厚肉化する領域以外の、コーナー部９に至るまでの領域（壁長さあるいは壁幅）の上ウエブ４の後半分側４ｂや前半分側４aの厚み（板厚）ｔ５、同じく前記コーナー部１０の近傍で厚肉化する領域以外の、コーナー部８に至るまでの領域（壁長さあるいは壁幅）の下ウエブ５の後ろ半分側５ｂや前半分側５aの厚み（板厚）ｔ６である。

このように、前記したフランジの薄肉化部分に加えて、前フランジ２の上半分側２ｂおよび後フランジ３の下半分側３aに各コーナー部（隅角部）で各々交わるウエブ４、５の部位４a、５ｂの各肉厚も薄くすることが好ましい。これは、勿論、前記したフランジの部分的な厚肉化に伴う重量増加を抑えるためであって、この接続部分での急激な肉厚の変化による作りにくさや強度低下を避けるためでもある。したがって、薄肉化された前フランジ２の上半分側２ｂおよび後フランジ３の下半分側３aの部位の肉厚に応じて、適宜の範囲の長さ（領域）だけ部分的に薄くすることが好ましい。

図１、２において、逆に、車両衝撃吸収部材１が、車幅方向の軸まわりに左回りに回転した場合は、前記図１における、これらＡとＤとの点線で囲む左右二つの領域に対応する、前フランジ２の下半分側２aおよび後フランジ３の上半分側３ｂと、これに交わるウエブ４、５の部位４ｂ、５aを同様に薄肉化する。

ここで、薄肉化するフランジとウエブの部位の各肉厚ｔ１、ｔ４、ｔ５、ｔ６が１ｍｍ未満では、これらの部位の強度、剛性が低下して、前記衝撃を受けた際に破断しやすくなり、傾斜するしないを問わず、車両衝撃吸収部材としてのエネルギ吸収機能を発揮できない。また、これらの肉厚が４ｍｍを超えた場合には、前記厚肉化部位による断面積と重量の増加分を補うことができないくなり、フランジが均一な厚みの元の車両衝撃吸収部材に比して、断面積の増加率を５％以下に抑制できなくなる。

これら薄肉化する部位の厚み（板厚）ｔ１、ｔ４も、この薄くする方法は、前記厚肉化する場合と同様に、（厚肉化する）フランジとウエブの部位と、板厚の段差を設けてフランジやウエブの壁の延在方向に均一に薄くしてもよく、図１のように、傾斜状（テーパ状）に厚みを順次連続的あるいは段階的に（階段状に）増加あるいは減少させてもよい。

断面積増加率の基準とする「フランジが均一な厚みの元の車両衝撃吸収部材」とは、前記フランジの厚みが部位によらず、本発明の最大厚肉部と最小薄肉部との平均値として均一な、同じ大きさ（形状）の矩形中空断面構造である。

車両衝撃吸収部材のその他の例：
図３、４：
図３、４は、前記図１の日型断面の変形例であり、前記図１６と同じ断面を有している。すなわち、車両のレイアウトやデザイン上の制約などによって、車両衝撃吸収部材１の衝突面である、前面側フランジ２が、車両上下方向の軸に対して、例えば下方側１２が下方にいくほど傾斜して順次幅狭となっている（ウエブ５が最も幅狭となっている）断面形状を示す。図３も、図１と同じアルミニウム合金押出形材からなる車両衝撃吸収部材を示している。

この場合も、他車側の車両衝撃吸収部材と取り付けられた車高（位置）が同じでも、車両衝撃吸収部材１の衝突面には、他車車両衝撃吸収部材による衝突荷重が均等に伝わらない。このため、前記図１５と同じく、図の上下方向となる車幅方向を軸とした、右回りの矢印で示す「ねじりモーメント」が生じる。この結果、車両衝撃吸収部材１は、やはり車幅方向の軸まわりに、前記右回りの矢印で示すように回転しながら変形することになる。

この図３、４において、車両の前側に向かって傾斜すると想定している仮想曲げ中立軸Ｃ１からの距離が最も離れた厚肉化する部位は、点線で囲む領域Ｅの前フランジ２の中央部１４のｔ２、点線で囲む領域Ａの後フランジ３上部１３のｔ３である。すなわち、前フランジ２の下半分側２aと上半分側２ｂとに亘る中央部の、点線で囲む領域Ｅの前フランジ２の中央部１４のｔ２と、後フランジ３の上半分側３ｂの点線で囲む領域Ａの後フランジ３上部１３のｔ３とを厚肉化する。

このうち、厚肉化する部位である、後フランジ３上部１３のｔ３は、前記図１の厚肉化する部位７と同じである。これに対して、前フランジ２中央部１４のｔ２は、前記図１の厚肉化する前フランジ２の下部の部位１２とは異なる。これは、図３、４の断面形状が、特に前フランジ２の下部の形状が幅狭な部分で、図１、２の断面形状と異なるために、必然的に、この前フランジ２の仮想曲げ中立軸Ｃ１からの距離が最も離れた部位（厚肉化する部位）が異なるためである。これに対して、図３、４の断面形状が図１、２の断面形状と同じ後フランジ３では、必然的に、この後フランジ３の仮想曲げ中立軸Ｃ１からの距離が最も離れた部位（厚肉化する部位）は同じとなる。

すなわち、この図３では、点線で囲む領域Ａの後フランジ３の上部１３と、点線で囲む領域Ｅの前フランジ２中央部１４との左右二つの領域を、テーパ状に厚肉化している。そして、これらの厚肉化する部位の厚み（板厚）ｔ２、ｔ３、場合によってはｔ５、ｔ６を、３．５〜１２ｍｍの範囲から選択して、それ以外の（薄肉化する）フランジとウエブの部位の各肉厚よりも、各々部分的に厚くする。

その一方で、図３、４において薄肉化するのは、前記厚肉化する以外のその他の部位として、前フランジ２上部の点線で囲むＣ領域から前記厚肉化する点線で囲む領域Ｅに至るまでの前フランジ２の上半分側２ｂ領域の厚み（板厚）ｔ１と、前フランジ２の下部の点線で囲むＤ領域から前記厚肉化する領域Ｅに至るまでの前フランジ２の下半分側２a領域の厚み（板厚）ｔ１である。そして、後フランジ３下部の点線で囲むＢ領域を含む後フランジ３の下半分側３a領域から、前記厚肉化する領域Ａに至るまでの領域の後フランジ３の上半分側３ｂの厚み（板厚）ｔ４である。そして、更に、前記コーナー部７の近傍で厚肉化する領域以外の、コーナー部９に至るまでの領域（壁長さあるいは壁幅）の上ウエブ４（４a、４b）の厚み（板厚）ｔ５、同じく前記コーナー部１０からコーナー部８に至るまでの領域（壁長さあるいは壁幅）の下のウエブ５（５a、５b）の厚み（板厚）ｔ６である。

図５の例：
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、共通して、車両衝撃吸収部材１の矩形中空断面構造が、補強用の中リブ６が無い、口型断面の例である。図５も、図１と同じアルミニウム合金押出形材からなる車両衝撃吸収部材を示している。

この図５においても、仮想曲げ中立軸Ｃ１は、前記図１や図３と同様に、車両の前方側に向かって傾斜すると想定している。そして、この仮想曲げ中立軸Ｃ１からの距離が最も離れた部位として、対角線上の部位Ａ、Ｄの領域の肉厚を前記特定範囲の厚肉化する。

図５（ａ）、図５（ｂ）は、各々Ｄの点線で囲む厚肉化するフランジ２下部の１６、１８およびＡの点線で囲むフランジ３上部の１５、１７の厚み（板厚）を前記特定範囲で、図５（ａ）は段差状に、図５（ｂ）はテーパ状に、互いに点対称になるように厚肉化している。そして、仮想曲げ中立軸Ｃ１からの距離が最も離れた部位がコーナー部７、１０に交わる、これらコーナー部近傍のウエブ４、５の部位の厚みも前記特定範囲で厚くする。すなわち、これらＡとＤとの点線で囲む左右二つの領域に対応する、前フランジ２の下半分側２aおよび後フランジ３の上半分側３ｂと、これに交わるウエブ４、５の部位４ｂ、５aの一部を厚肉化する。

そして、その他の部位として、フランジ２上部の点線で囲むＣ領域を含む部位、フランジ３下部の点線で囲むＢ領域を含む部位、上側のウエブ４や下側のウエブ５などの厚み（板厚）を、前記厚みを厚くした領域に至るまでの領域で薄肉化する。すなわち、これらＣとＢとの点線で囲む左右二つの領域に対応する、前フランジ２の上半分側２ｂおよび後フランジ３の下半分側３aと、これに交わるウエブ４、５の部位４a、５ｂを薄肉化する。

図５（ｃ）は、前記図３と同じ断面形状を有しており、車両の前側に向かって傾斜すると想定している仮想曲げ中立軸Ｃ１からの距離が最も離れた厚肉化する部位は、点線で囲む領域Ｅのフランジ２の中央部２０と、点線で囲む領域Ａのフランジ３上部１９である。すなわち、前フランジ２の下半分側２aと上半分側２ｂとに亘る中央部の、点線で囲む領域Ｅの前フランジ２の中央部１４（ｔ２）と、後フランジ３の上半分側３ｂの点線で囲む領域Ａの後フランジ３上部１３（ｔ３）とを厚肉化する。

そして、図５（ｃ）において薄肉化する部位は、前記図３、４と同じであり、前記厚肉化する以外のその他の部位として、フランジ２上部の点線で囲むＣ領域から前記厚肉化する点線で囲む領域Ｅに至るまでの領域と、フランジ２下部の点線で囲むＤ領域から前記厚肉化する領域Ｅに至るまでの領域の厚み（板厚）である。そして、フランジ２下部の点線で囲むＢ領域を含む部位から、前記厚肉化する領域Ａに至るまでの領域の厚み（板厚）である。そして、更に、前記コーナー部７の近傍で厚肉化する領域以外の、コーナー部９に至るまでの領域の上側のウエブ４の厚み（板厚）、同じく前記コーナー部１０からコーナー部８に至るまでの領域の下側のウエブ５の厚み（板厚）である。

図６の例：
図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、共通して、車両衝撃吸収部材１の矩形中空断面構造が補強用の中リブ６がある日型断面の例であるが、アルミニウム合金板からなる例である。 すなわち、圧延、調質されたアルミニウム合金板を、曲げ加工などの成形によって矩形中空断面構造とし、端部同士を溶接接合して、矩形中空断面構造したものである。そして、別途平板な中リブ６を中空内に取り付けて溶接などで接合している。なお、図６（ｄ）だけは、同じくアルミニウム合金板を成形したものではあるが、口型断面を示している。

この図６も、仮想曲げ中立軸Ｃ１は、前記図１や図３と同様に、車両の前方側に向かって傾斜すると想定している。そして、この仮想曲げ中立軸Ｃ１からの距離が最も離れた部位として、前記図１や図３と同様に、対角線上の部位Ａ、Ｄの領域の肉厚を前記特定範囲の厚肉化する。すなわち、これらＡとＤとの点線で囲む左右二つの領域に対応する、前フランジ２の下半分側２aおよび後フランジ３の上半分側３ｂを厚肉化する。

また、その他の部位を薄肉化する。すなわち、これらＣとＢとの点線で囲む左右二つの領域に対応する、前フランジ２の上半分側２ｂおよび後フランジ３の下半分側３を薄肉化する。この厚肉化や薄肉化の領域や厚みの設計は前記図１や図３と同様に行うものである。

ただ、この図６は板の成形材であるので、前記押出材のように、厚肉部や薄肉部の厚みや断面形状を自由に選択、設計して製造できない。このため、Ａ、Ｄの領域の肉厚の前記特定範囲の厚肉化は、別の（別に準備した）アルミニウム合金板の接合（貼り合わせ）によって行っている。

図６（ａ）は、一枚のアルミニウム合金板を成形し、両端部同士をコーナー部７で溶接して一体化した矩形中空断面構造を示している。そして、Ａ、Ｄの点線で囲む厚肉化するフランジ２、３の各部位に、別の平板２１、２２を、溶接あるいは接着剤などによって貼り合わせている。そして、これらＡ、Ｄの厚肉化領域が互いに点対称になるように厚肉化している。

図６（ｂ）は、フランジ２とウエブ４、フランジ３とウエブ５とからなる２枚の別々に成形されたアルミニウム合金同士を、その両端部同士で互いに溶接して一体化した矩形中空断面構造を示している。そして、この両端部同士での互いの溶接を、Ａ、Ｄの点線で囲む厚肉化するフランジ２、３に相当する部位において行い、Ｌ字状の突起（張出フランジ）２３、２４を中空内に張り出させて、この突起同士を溶接あるいは接着剤などによって貼り合わせて厚肉部としている。そして、これらＡ、Ｄの厚肉化領域が互いに点対称になるように厚肉化している。

図６（ｃ）は、一枚のアルミニウム合金板を成形し、両端部同士をコーナー部７で溶接して一体化した矩形中空断面構造を示している。但し、これらアルミニウム合金板の部位同士を部分的に重ね合わせるように成形（曲げ加工）して、Ａ、Ｄの点線で囲む厚肉化するフランジ２、３に相当する部位を形成している。また、中リブ６自体もこの同じアルミニウム合金板を成形して形成している。

図６（ｄ）は、フランジ２とウエブ４、フランジ３とウエブ５とからなる２枚の別々に成形されたアルミニウム合金板同士を、その両端部同士で互いに溶接して一体化した矩形中空断面構造である点は、前記図６（ｂ）と同じである。ただ、これらアルミニウム合金板の一方の端部を折り曲げて重ね合わせ、Ａ、Ｄの点線で囲む厚肉化するフランジ２、３に相当するものとしている。そして、これらＡ、Ｄの厚肉化領域が互いに点対称になるように厚肉化している。

この図６の場合、微小な圧延クラウン以外は板幅方向や長手方向に板厚の差がつかない圧延板を用いているので、板の部位によらず均一な板厚とならざるを得ない。すなわち、アルミニウム合金圧延板の板厚を部位によって異ならせることは、特殊な圧延板以外はできない。したがって、前記厚肉化する以外の部位の薄肉化は、素材アルミニウム合金圧延板の板厚を予め薄肉化しておかざるを得ず、前記厚肉化も圧延板の重ね合わせや張り合わせの枚数によって調節せざるを得ない。

比較例：
図７、８は比較例を示しており、アルミニウム合金製車両衝撃吸収部材１において、前記垂直な曲げ中立軸Ｃ０を車両の前方側に向かって傾斜させた仮想曲げ中立軸Ｃ１と、車両の後方側に向かって傾斜させた仮想曲げ中立軸Ｃ２のいずれか一つではなく、これら両方を共に選択している。すなわち、本発明のように、特定の一つの仮想曲げ中立軸ではなく、前記二つの仮想曲げ中立軸Ｃ１、Ｃ２に対して、これら仮想曲げ中立軸Ｃ１とＣ２からの距離が最も離れた前記フランジ２、３と、ウエブ４、５の部位の肉厚を共に厚くしている。

この比較例では、車両衝撃吸収部材１が、車両衝突の衝撃によって、前記図１７の右上側の車幅方向の軸まわりに右回りの矢印で示すように回転する場合だけでなく、前記図１７の右下側の車幅方向の軸まわりに左回りの矢印で示すように回転する場合も考慮している。本発明では、前記いずれの仮想曲げ中立軸Ｃ１、Ｃ２とするかを、車両衝撃吸収部材１が、その正面から受ける衝突の衝撃に対して、前記図１７の右側の上下いずれの衝突形態となるのか、いずれの仮想曲げ中立軸となって傾斜するのか、予測して決定する。しかし、車両衝撃吸収部材１を、前記図１７の右側の上下いずれの衝突形態とするのか設計して、そうなるように取りつけ位置や取り付け方を設計したとしても、実際の衝突では、予測とは逆の場合となることもあり得る。

したがって、この比較例では、車両衝撃吸収部材１が車両衝突の衝撃によって、前記図１７の右上側の場合や右下側の場合のいずれに回転してもいいように、仮想曲げ中立軸Ｃ１からの距離が最も離れた、フランジ２、３とウエブ４、５の、ＡとＤとの点線で囲む左右二つの領域と、仮想曲げ中立軸Ｃ２からの距離が最も離れた、フランジ２、３とウエブ４、５のＢとＣとの点線で囲む左右二つの領域をともに厚肉化している。図７（a）は４つのコーナー部（四隅）をともに前記図１の場合と同じテーパ状に厚肉化し、図７（a）は４つのコーナー部（四隅）をともに前記図５の場合と同じ段差状に厚肉化している。

しかし、この比較例のように、二つの仮想曲げ中立軸Ｃ１、Ｃ２からの距離が最も離れたフランジ２、３とウエブ４、５の部位、ＡとＤ、ＢとＣを各々全て厚肉化した場合には、この厚肉化する肉厚と領域とを最小限にとどめ、他の部位を強度の限界まで薄肉化しても、前記厚肉化部位による断面積と重量の増加分を補うことができなくなり、フランジが均一な厚みの元の車両衝撃吸収部材に比して、断面積の増加率を、５％以下に抑制できなくなる。したがって、この点で幾ら衝撃吸収効果が高くても、アルミニウム合金化による軽量化が犠牲となって実用化の利点が失われる。

使用アルミニウム合金：
本発明で車両衝撃吸収部材として使用するアルミニウム合金は、高強度と押出や圧延、更には曲げなどの車両衝撃吸収部材への加工性からして、ＡＡ乃至ＪＩＳ規格に規定される５０００系、６０００系などのアルミニウム合金が好ましく、溶体化および焼入れ処理、時効処理などの調質条件を適宜選択して使用する。

次に本発明の実施例を説明する。本発明の効果をセンターバリア衝突試験を用いた有限要素解析によって確認した。図９に解析に用いた車両衝撃吸収部材としてのバンパーＲ/Ｆの矩形中空断面構造の断面形状と数値条件とを示す。また、この解析結果を図１２、１３、１４に示す。

図９（a）は、フランジとウエブとの各長さや断面構造が本発明矩形中空断面構造と同じで、これらフランジとウエブとの厚みが各々の部位によらず均一で、前記フランジの厚みが４ｍｍである、本発明でいう前記した「仮想矩形中空断面構造」である。すなわち、車幅方向の軸まわりの回転を考慮せずに設計した、フランジ２、３の厚みが各々の部位によらず４ｍｍと均一で、図９（b）の本発明のバンパーＲ/Ｆと同じフランジとウエブの長さ（同じ大きさ）を有する、従来例のバンパーＲ/Ｆを示す。厚肉化される部位Ａ、Ｄの領域の肉厚を特定の範囲とする。この比較例では、図９（a）に示す通り、フランジ２、３の厚み（板厚）ｔ１、ｔ４をともに４ｍｍと部位によらず均一としている。また、ウエブ４、５のｔ５、ｔ６も２ｍｍと部位によらず均一とした。また、中リブ６の位置や長さ、そして厚みも２ｍｍで共通している。

図９（ｂ）は、前記図１と同じく、図１において点線で囲むＤの領域のフランジ２の下部１２と、点線で囲むＡの領域のフランジ３の上部１１との左右二つの領域を、互いに点対称となるようにテーパ状に厚肉化している本発明例を示す。本発明例では、図９（ｂ）に示す通り、厚肉化したフランジ２下部１２の厚み（板厚）ｔ２と、フランジ３上部１１の厚み（板厚）ｔ３を、最も厚いウエブ４、５との交点（コーナー部）で８ｍｍ、最も薄い中リブ６との交点で４ｍｍとするテーパ状（傾斜状）の厚み分布とした。一方、薄肉化した部位として、フランジ２上部（図１でいうＣ領域）のｔ２、フランジ３下部（図１のＢ領域）のｔ４を各々２ｍｍとした。また、ウエブ４、５のｔ５、ｔ６は、前記コーナー部でフランジとともに厚肉化した部位（厚み＝長さ＝８ｍｍ）を除いて、２ｍｍと薄肉化しているが、こちらは前記図９（a）の従来例と同じ厚みである。図９（a）、（ｂ）ともに、車両上下方向の高さＨは１２０ｍｍ、車両前後方向の幅は６０ｍｍと同じとした。

これら同じ断面積としたバンパーＲ/Ｆについて、図１１に模式的に示す、ＩＩＨＳ（米国道路安全保険協会）のセンターバリア衝突試験を実施したと想定して解析を行った。このセンターバリア衝突試験においては、図１１の右側のバリア下端と、左側のバンパーＲ/Ｆ上下端との車両上下方向のずれは６０ｍｍあり、図１１の右側のバリアが左側のバンパーＲ/Ｆの上部に矢印のように衝突する。このため、前記図２あるいは前記図１７の右上側のように、車幅方向の軸まわりに右回りの矢印で示すように回転する。したがって、図９（a）、（ｂ）ともに、矩形中空断面形状の中央部にある車両上下方向に垂直な曲げ中立軸Ｃ０は、前記図２の右側の車両衝撃吸収部材１のように、仮想曲げ中立軸Ｃ１として、車両前方側に向かって１０度傾斜する。

この解析結果として、先ず図１０に、図９（a）の従来例（断面Ａ）、図９（ｂ）の発明例（断面Ｂ）の断面積（ｍｍ^２）とバリアの最大変位（/ｍｍ）を示す。図１０の通り、断面積が互いに同じでも、バリアの最大変位は従来例（断面Ａ）の方が４％大きくなっており、発明例（断面Ｂ）の方が、前記曲げ中立軸Ｃが傾斜するような状態での衝突エネルギの吸収能が高いことが分かる。

これは、図１２のバリアの反力と変位の関係からも裏付けられる。図１２において、太線の従来例（断面Ａ）と細線の発明例（断面Ｂ）とは、衝突の前半では両者のバリア反力に有意な差は認められない。しかし、衝突の中盤から後半にかけては、細線の発明例（断面Ｂ）のバリア反力は、太線の従来例（断面Ａ）のバリア反力 に比べて、最大で約１０％高くなり、その結果として、バリア最大変位は６ｍｍ程度、約４％程度抑制できることが分かる。

車両上下方向からのバンパーＲ/Ｆ乃至仮想曲げ中立軸Ｃ１の車両前方側への回転角（傾斜角）と車体上下軸まわりの断面係数との関係を図１３に示す。また、同じく、これらの回転角（傾斜角）と車体上下軸まわりの塑性断面係数との関係を図１４に示す。図１４、１５において、白四角印を細線でつないだ発明例（断面Ｂ）は、白丸印を太線でつないだ従来例（断面Ａ）に比べて、回転角によらず、一定して、車体上下軸まわりの断面係数と、車体上下軸まわりの塑性断面係数とが各々高いことが分かる。そして、これは、図１３の車体上下軸まわりの断面係数で約３％、図１４の車体上下軸まわりの塑性断面係数で約２％発明例（断面Ｂ）の方が高くなっている。これらの結果として、前記図１１のバリアの最大変位は、６ｍｍ、約４％、従来例（断面Ａ）よりも抑制できる。

以上、本発明車両衝撃吸収部材は、本発明は、衝突荷重による車両衝撃吸収部材の車幅方向の軸まわりの回転によって、その曲げ中立軸が車両前方側に向かって傾斜し、その上側が車両後方側へ倒れながら変形するような傾斜状態においても、車両上下方向の軸まわりの曲げに対する断面係数およぴ塑性断面係数を、軽量化を犠牲にせずに、高めた車両衝撃吸収部材を提供できる。このため、自動車やトラックなどのバンパリーンフォースメントやアンダーランプロテクタなどの車両衝撃吸収部材等に好適に使用することができる。

１：車両衝撃吸収部材、２、３：フランジ、４、５：ウエブ、６：中リブ、７、８、９、１０：コーナー部（隅角部）、１１〜２９：厚肉部、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ：厚肉化または薄肉化領域、Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２：曲げ中立軸

Claims (4)

1. 車両の前後方向に互いに間隔をあけて立設する２枚の平板状のフランジ（２、３）と、これら前後のフランジ（２、３）同士を車両の上下方向に互いに間隔をあけるとともに車両の前後方向に延在してつなぐ２枚の平板状の上下のウエブ（４、５）とで、矩形中空断面を構成し、前後のフランジ（２、３）の車両上下方向の長さＨが１００〜２００ｍｍの範囲であるとともに、上下のウエブ（４、５）の車両前後方向の長さＷが５０〜１００ｍｍの範囲であるアルミニウム合金製衝撃吸収部材において、
   前記車両衝撃吸収部材が垂直な曲げ中立軸（Ｃ０）を前記矩形中空断面の中央部に有するものであり、この曲げ中立軸（Ｃ０）を車両の前方側か後方側のいずれかに向かって傾斜させた仮想曲げ中立軸（Ｃ１）からの距離が最も離れた、前フランジ２と後フランジ３との上下いずれか半分側の肉厚を、前フランジ２と後フランジ３との他方の上下半分側の肉厚よりも、部分的に厚くするものであり、
   前記矩形中空断面を車両の前後方向と高さ方向とで各々等分に区切って４等分に分割した際の、車両の前側に位置する前フランジの下半分側（２a）と下ウエブの前半分側（５a）との合計面積（Ｓ１）と、車両の後ろ側に位置する後フランジの上半分側（３ｂ）と上ウエブの後半分側（４ｂ）との合計面積（Ｓ４）との面積の和（Ｓ１+Ｓ４）か、あるいは前フランジの上半分側（２ｂ）と上ウエブの前半分側（４a）との合計面積（Ｓ２）と、後フランジの下半分側（３a）と下ウエブの後ろ半分側（５ｂ）との合計面積（Ｓ３）との面積の和（Ｓ２+Ｓ３）かの、どちらかの面積の和が他方の面積の和よりも、１．５倍〜３．５倍の範囲で大きくなるように、前フランジの下半分側（２a）と後フランジの上半分側（３ｂ）との肉厚か、 前フランジの上半分側（２ｂ）と後フランジの下半分側（３a）との肉厚かのいずれかを、各フランジの他方の上下半分側の肉厚よりも、部分的に厚くしたことを特徴とする車両衝撃吸収部材。
2. 前記前フランジの下半分側（２a）と下ウエブの前半分側（５a）との合計面積（Ｓ１）と、前記後フランジの上半分側（３ｂ）と上ウエブの後半分側（４ｂ）との合計面積（Ｓ４）との面積の和（Ｓ１+Ｓ４）が、前記前フランジの上半分側（２ｂ）と上ウエブの前半分側（４a）との合計面積（Ｓ２）と、前記後フランジの下半分側（３a）と下ウエブの後ろ半分側（５ｂ）との合計面積（Ｓ３）との面積の和（Ｓ２+Ｓ３）よりも、１．５倍〜３．５倍の範囲で大きくなるように、前記前フランジの下半分側（２a）と後フランジの上半分側（３ｂ）との肉厚を、 前記前フランジの上半分側（２ｂ）と後フランジの下半分側（３a）との肉厚よりも、部分的に厚くした請求項１に記載の車両衝撃吸収部材。
3. 前記厚肉化する側の各フランジの上下いずれか半分側の肉厚を３.５〜１２ｍｍの範囲とする一方で、前記薄肉化する各フランジの他方の上下半分側の肉厚を１〜４ｍｍの範囲とする 請求項１または２に記載の車両衝撃吸収部材。
4. 前記車両衝撃吸収部材がアルミニウム合金押出形材からなる請求項１乃至３のいずれか１項に記載の車両衝撃吸収部材。