JP6184130B2 - Cylindrical structure for automobile frame structure and automobile frame structure - Google Patents
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Description
本発明は、筒状構造体及び該筒状構造体を用いた自動車用フレーム構造体に関する。 The present invention relates to a tubular structure and an automobile frame structure using the tubular structure.
例えば、自動車が衝突したときに発生するようなエネルギを吸収する筒状構造体として、自動車のフロントサイドメンバや、フロントサイドメンバの前方に配置されるクラッシュボックス等が用いられる。このようなエネルギ吸収用の筒状構造体は、エネルギが負荷されたときに圧潰することにより、エネルギを吸収する。 For example, as a cylindrical structure that absorbs energy generated when an automobile collides, a front side member of the automobile, a crash box disposed in front of the front side member, or the like is used. Such a cylindrical structure for energy absorption absorbs energy by crushing when energy is loaded.
このような筒状構造体としては、例えば、角筒状の部材であって、一定の距離間隔でビードが設けられたものが知られている(特許文献1、2等)。例えば、特許文献1、2に記載された筒状構造体では、一定間隔で角筒状部材の全周に亘って形成された環状のビードが設けられている。
As such a cylindrical structure, for example, a prismatic member having a bead provided at a constant distance is known (
特に、特許文献1に記載された筒状構造体では、ビードが角筒状部材の周方向に隣接する二つの平面部のうち一方では凹状に、他方では凸状に形成されると共に、ビードにおける断面の周長とビードが設けられていない断面の周長とがほぼ同一とされる。また、特許文献2に記載された筒状構造体では、ビードは角筒状部材の周方向に隣接する二つの平面部では凸状に形成されると共に、これら二つの平面部間の角部では凹状に形成されている。このように角筒状部材の表面にビードを設けることにより、角筒状部材にエネルギが負荷されたときに、これらビードを起点に蛇腹状に圧潰する。このため、角筒状部材の圧潰を制御することができ、その結果、角筒状部材にエネルギが負荷されたときに効果的にエネルギを吸収することができるとされている。
In particular, in the cylindrical structure described in Patent Document 1, one of the two planar portions adjacent to the circumferential direction of the rectangular tubular member is formed in a concave shape on the one hand, and on the other side in a convex shape. The circumference of the cross section and the circumference of the cross section where no bead is provided are substantially the same. Moreover, in the cylindrical structure described in
また、構造物を小さな荷重で荷重方向に非常に小さく折り畳むことが可能な構造として、折紙工学を利用した構造が知られている(例えば、特許文献3)。特に、特許文献3には、連続して配置された複数の筒状の部分構造体を具備する筒状構造体が開示されており、この筒状構造体では各部分構造体が互いに同一の六角形状の第一端部及び第二端部と、これら第一端部と第二端部との間に延びる側部とを有している。加えて、この筒状構造体では、第一端部が第二端部に対して所定角度ねじれており、第一端部の各辺とこの辺に対応する第二端部の各辺との間に設けられた各部分側部には対角線上に谷折り線が形成されている。特許文献3によれば、筒状構造体をこのように構成することで、エネルギ吸収量を大きく且つ反力を高めることができるとされている。 Further, a structure using origami engineering is known as a structure that can fold a structure very small in the load direction with a small load (for example, Patent Document 3 ). In particular, Patent Document 3 discloses a cylindrical structure including a plurality of cylindrical partial structures arranged in succession, and in this cylindrical structure, each partial structure is the same hexagon. It has a first end portion and a second end portion having a shape, and a side portion extending between the first end portion and the second end portion. In addition, in this cylindrical structure, the first end portion is twisted at a predetermined angle with respect to the second end portion, and between each side of the first end portion and each side of the second end portion corresponding to this side. A valley fold line is formed on a diagonal line in each of the partial side portions provided in FIG. According to Patent Document 3, by configuring the cylindrical structure in this way, the amount of energy absorption can be increased and the reaction force can be increased.
ところで、自動車が衝突するときには必ずしも前方から衝突するわけではなく、斜めに衝突する場合もある。したがって、上述したような筒状構造体を、例えば自動車のフロントサイドメンバや、フロントサイドメンバの前方に配置されるクラッシュボックスとして用いる場合、衝突荷重は必ずしも筒状構造体の軸線方向に入力されるわけではなく、軸線方向に対して傾斜した方向から入力される場合もある。 By the way, when a car collides, it does not necessarily collide from the front, and may collide diagonally. Therefore, when the cylindrical structure as described above is used as, for example, a front side member of an automobile or a crash box disposed in front of the front side member, the collision load is not necessarily input in the axial direction of the cylindrical structure. However, it may be input from a direction inclined with respect to the axial direction.
このように、軸線方向に対して傾斜した方向から荷重の入力が行われると、特許文献1〜4に記載の筒状構造体はその根本部分で折れ曲がる傾向にある。この様子を、図1に示す。図示した例では、筒状構造体100はフロントサイドメンバ101の前方に配置されたクラッシュボックスとして用いられている。図1(a)は荷重入力前の筒状構造体100を、図1(b)は荷重入力後の筒状構造体100をそれぞれ示している。筒状構造体100はフロントサイドメンバ101の前方に固定されており、図1(a)に矢印Xで示した方向の衝突荷重が入力される。このような衝突荷重が入力されると、図1(b)に示したように、筒状構造体100は点Yで示した箇所にて折れ曲がる。
As described above, when a load is input from a direction inclined with respect to the axial direction, the cylindrical structures described in Patent Documents 1 to 4 tend to bend at the root portion. This is shown in FIG. In the illustrated example, the
このように筒状構造体100が折れ曲がってしまうと、もはや筒状構造体100によっては十分なエネルギの吸収を行うことはできない。その結果、筒状構造体に対して傾斜した方向から荷重の入力が行われると、筒状構造体100によって吸収されるエネルギの量は少ないものとなってしまう。このため、如何なる方向から荷重が加わっても同じように変形、圧潰する性質であるロバスト性の高い筒状構造体が必要とされている。
If the
また、筒状構造体100をクラッシュボックスとして用いた場合、筒状構造体100の圧潰時における反力変動が大きくなると、フロントサイドメンバの予期せぬ変形を招くか、或いは十分なエネルギの吸収を行うことができなくなる。すなわち、筒状構造体100の圧潰時における反力の最大値が大きくなると、クラッシュボックスに結合されたフロントサイドメンバに大きな荷重が加わってしまうことになり、フロントサイドメンバの予期せぬ変形を招くことになる。また、筒状構造体100によって吸収されるエネルギは反力の大きさに比例することから、筒状構造体100の圧潰時における反力の最小値が小さいと筒状構造体100によって吸収されるエネルギも小さくなる。
In addition, when the
そこで、上記問題に鑑みて、本発明の目的は、圧潰時における反力変動を抑制しつつロバスト性の高い筒状構造体を提供することにある。 Therefore, in view of the above problems, an object of the present invention is to provide a cylindrical structure having high robustness while suppressing reaction force fluctuation during crushing.
本発明者は、筒状構造体の圧潰時における反力変動及びロバスト性に関して、種々の構成の筒状構造体について検討を行い、このうち、筒状構造体として、以下のような構成を有するものについても検討を行った。すなわち、連続して配置された複数の筒状の部分構造体を具備し、各部分構造体が互いに同一の六角形状の第一端部及び第二端部と、これら第一端部と第二端部との間に延びる側部とを有している筒状構造体であって、第一端部が第二端部に対して所定角度ねじれており、第一端部の各辺とこの辺に対応する第二端部の各辺との間に設けられた各部分側部には対角線上に谷折り線が形成されると共にこの部分側部の両側には六角形状の第一端部の角部とこの角部に対応する六角形状の第二端部の角部とを結んだ山折り線が形成されている筒状構造体について検討を行った。 The present inventor has studied various structures of the cylindrical structure regarding the reaction force fluctuation and robustness at the time of crushing the cylindrical structure, and among these, the cylindrical structure has the following structure. We also examined things. That is, it comprises a plurality of cylindrical partial structures arranged in succession, and each partial structure has the same hexagonal first end and second end, and these first end and second A cylindrical structure having a side portion extending between the first end portion and the second end portion, the first end portion being twisted by a predetermined angle, and each side of the first end portion and this side On each side portion of the second end corresponding to each side, a valley fold line is formed on a diagonal line, and hexagonal first end portions are formed on both sides of the side portion. A cylindrical structure in which a mountain fold line connecting the corner portion and the corner portion of the hexagonal second end corresponding to the corner portion was examined.
その結果、各部分側部の山折り線と第一端部が位置する平面及び二端部が位置する平面との間の角度を共にほぼθで同一とすると共に、筒状構造体を構成する複数の部分構造体のうち筒状構造体の一方の端部に位置する部分構造体における角度θを適切な値とすることにより従来の筒状構造体に比べて筒状構造体の圧潰時における反力変動及びロバスト性を大幅に向上させることを見出した。 As a result, the angle between the mountain fold line on each side portion and the plane on which the first end portion is located and the plane on which the two end portions are located are substantially the same at θ, and the cylindrical structure is configured. By setting the angle θ in the partial structure located at one end of the tubular structure among the plurality of partial structures to an appropriate value, the tubular structure can be crushed compared to the conventional tubular structure. It has been found that reaction force fluctuation and robustness are greatly improved.
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
(1)連続して配置された複数の筒状の部分構造体を具備する筒状構造体において、各部分構造体は、多角形状の第一端部と、該第一端部とほぼ同一形状の多角形状であって前記第一端部の位置する平面とほぼ平行な平面上に位置する第二端部と、これら第一端部と第二端部との間に延びる側部とを有し、前記多角形状の第一端部は前記多角形状の第二端部に対して所定角度ねじれており、前記多角形状の第一端部の各辺と該第一端部の辺に対応する前記多角形状の第二端部の各辺との間には前記側部の一部である部分側部が設けられ、各部分側部には対角線上に谷折り線が形成されると共に該部分側部の両側には前記多角形状の第一端部の角部と該角部に対応する前記多角形状の第二端部の角部とを結んだ山折り線が形成され、各部分側部の山折り線と前記第一端部が位置する平面及び前記第二端部が位置する平面との間の角度は共にほぼθで同一であり、当該筒状構造体を構成する複数の部分構造体のうち当該筒状構造体の一方の端部に位置する部分構造体における角度θは、他の部分構造体における角度θよりも小さく且つ当該筒状構造体を構成する全ての部分構造体について前記角度θは20°以上60°以下である、自動車用フレーム構造体用の筒状構造体。
This invention was made | formed based on the said knowledge, and the summary is as follows.
(1) In a cylindrical structure including a plurality of cylindrical partial structures arranged continuously, each partial structure has a polygonal first end and substantially the same shape as the first end. Having a second end located on a plane substantially parallel to the plane on which the first end is located, and a side extending between the first end and the second end. The polygonal first end is twisted at a predetermined angle with respect to the polygonal second end, and corresponds to each side of the polygonal first end and the side of the first end. Partial side portions that are a part of the side portions are provided between the sides of the second end portion of the polygonal shape, and valley fold lines are formed diagonally on the side portions of the respective side portions. Mountain fold lines connecting the corners of the first end of the polygon and the corners of the second end of the polygon corresponding to the corner are formed on both sides of the side, and each side part The angle between the mountain fold line and the plane on which the first end is located and the plane on which the second end is located are substantially the same at θ, and a plurality of partial structures constituting the cylindrical structure The angle θ in the partial structure located at one end of the cylindrical structure is smaller than the angle θ in the other partial structure, and for all the partial structures constituting the cylindrical structure A cylindrical structure for an automobile frame structure having an angle θ of 20 ° to 60 °.
(2)当該筒状構造体を構成する複数の部分構造体のうち当該筒状構造体の一方の端部に位置する部分構造体以外の部分構造体における角度θは全てほぼ同一である、上記(1)に記載の自動車用フレーム構造体用の筒状構造体。 (2) Of the plurality of partial structures constituting the cylindrical structure, all the angles θ in the partial structures other than the partial structure located at one end of the cylindrical structure are substantially the same, A cylindrical structure for the automobile frame structure according to (1).
(3)当該筒状構造体を構成する複数の部分構造体のうち当該筒状構造体の一方の端部に位置する部分構造体から他方の端部に位置する部分構造体に向かうにつれて部分構造体における角度θが大きくなっていく、上記(1)に記載の自動車用フレーム構造体用の筒状構造体。 (3) Of the plurality of partial structures constituting the tubular structure, the partial structure is moved from the partial structure located at one end of the tubular structure toward the partial structure located at the other end. The cylindrical structure for an automobile frame structure according to (1), wherein the angle θ in the body increases.
(4)前記各部分側部の平面状の部分には開口部が設けられる、上記(1)〜(3)のいずれか1つに記載の自動車用フレーム構造体用の筒状構造体。 (4) The tubular structure for an automobile frame structure according to any one of the above (1) to (3), wherein an opening is provided in a planar portion of each side portion.
(5)客室側の主フレームと、該主フレームに結合された上記(1)〜(4)のいずれか1つに記載の自動車用フレーム構造体用の筒状構造体を用いた自動車用フレーム構造体において、前記筒状構造体は、前記他の部分構造体よりも角度θが小さい部分構造体が設けられた筒状構造体の端部とは反対側の端部が客室側の主フレームに結合される、自動車用フレーム構造体。 (5) A vehicle frame using the passenger-side main frame and the tubular structure for the vehicle frame structure according to any one of (1) to (4) coupled to the main frame. in structure, the tubular structure, the main frame at the opposite end of the room side of the end portion of the other substructures angle θ than a small portion structure provided tubular structure An automobile frame structure coupled to the vehicle .
(6)客室側の主フレームと、該主フレームに結合された上記(1)〜(4)のいずれか1つに記載の自動車用フレーム構造体用の筒状構造体を用いた自動車用フレーム構造体において、前記筒状構造体は、前記他の部分構造体よりも角度θが小さい部分構造体が設けられた筒状構造体の端部とは反対側の端部が客室側の主フレームに結合され、サイドメンバ又はクラッシュボックスとして用いられる、自動車用フレーム構造体。 (6) A vehicle frame using the cabin-side main frame and the tubular structure for the vehicle frame structure according to any one of (1) to (4) coupled to the main frame. In the structure, the tubular structure has an end opposite to the end of the tubular structure provided with the partial structure having an angle θ smaller than that of the other partial structure. A frame structure for an automobile that is used as a side member or a crash box.
本発明によれば、圧潰時における反力変動を抑制しつつロバスト性の高い筒状構造体を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a cylindrical structure with high robustness can be provided, suppressing the reaction force fluctuation | variation at the time of crushing.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals are assigned to similar components.
図2は、本発明の第一実施形態の筒状構造体の概略的な斜視図であり、図3は、本発明の筒状構造体の概略的な側面図である。本発明の筒状構造体10は、図2及び図3に示したように、連続して配置された複数の筒状の部分構造体11〜14を具備する折紙構造となっている。図示した例では、筒状構造体10は4つの部分構造体11〜14を有しているが、複数の部分構造体を有していればいくつ有していてもよい。
FIG. 2 is a schematic perspective view of the cylindrical structure of the first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a schematic side view of the cylindrical structure of the present invention. As shown in FIGS. 2 and 3, the
複数の部分構造体11〜14のうち図2及び図3において最も上方側の部分構造体11を例にとって説明する。部分構造体11は、それぞれ、図2及び図3において上方側に位置する上方端部11aと、図2及び図3において下方側に位置する下方端部11bとを具備する。下方端部11bは、上方端部11aが位置する平面とほぼ平行な平面上に位置する。図2からわかるように、本実施形態では、上方端部11a及び下方端部11bはいずれも六角形状であるが、これら端部は互いにほぼ同一の多角形状であれば如何なる形状であってもよい。
Of the plurality of
なお、部分構造体12〜14も、部分構造体11と同様に上方端部12a〜14a及び下方端部12b〜14bを具備する。また、隣り合う部分構造体のうち上側の部分構造体(例えば、11)の下方端部11bと、下側の部分構造体(例えば、12)の上方端部12aとは互いに同一の形状であり、これら端部11b、12a同士は結合されている。
Similarly to the
また、部分構造体11は、上方端部11aと下方端部11bとの間に延びる筒状の側部11cを具備する。側部11cは、上方端部11a及び下方端部11bの多角形の角数と同一の数の部分側部21を具備する。各部分側部21は、その上方側の端部が六角形状の上方端部11aの一つの辺に一致し、その下方側の端部が六角形状の下方端部11bの一つの辺に一致する。換言すると、側部11cの一部である部分側部21は、六角形状の上方端部11aの各辺と、この辺に対応する六角形状の下方端部11bの各辺との間に設けられたものであるといえる。したがって、各部分側部21は、六角形状の上方端部11aの各辺と、この辺に対応する六角形状の下方端部11bの各辺と、これら辺の一方側に位置するする角部同士を結んだ山折り線22と、これら辺の他方側に位置する角部同士を結んだ山折り線22とに囲まれた領域であるといえる。
The
また、図2及び図3からわかるように、部分構造体11は、上方端部11aに対して下方端部11bが部分構造体11の軸線回りでねじられた構造となっている。このため、各部分側部21は、図2及び図3において鉛直に延びるのではなく、傾斜して延びている。各部分側部の両側には六角形状の上方端部11aの角部とこの角部に対応する六角形状の下方端部11bの角部とを結んだ山折り線22が形成されているが、部分側部21の傾斜に伴ってこれら山折り線22も傾斜せしめられる。加えて、各部分側部21には長い方の対角線上に谷折り線23が形成される。
As can be seen from FIGS. 2 and 3, the
本実施形態では、隣り合う部分構造体では、上方端部に対する下方端部のねじり方向が逆向きとされる。例えば、図2及び図3において最も上方に位置する部分構造体11では、上方端部11aに対して下方端部11bは下方から見て反時計回りにねじられているのに対して、部分構造体11の下方に位置する部分構造体12では、上方端部12aに対して下方端部12bは下方から見て時計回りにねじられている。
In the present embodiment, in the adjacent partial structures, the twist direction of the lower end with respect to the upper end is reversed. For example, in the
ここで、再び部分構造体11について考えると、部分構造体11の上方端部11aと下方端部11bとは互いにほぼ平行であることから、一つの部分側部21を構成する上方端部11aの辺と山折り線22との角度と、この側面を構成する下方端部11bの辺と山折り線22との角度とは、共に角度θ11でほぼ同一である。この角度θ11は、上方端部11aに対して下方端部11bが部分構造体11の軸線回りにねじられた角度に応じて変化する。上方端部11aに対する下方端部11bのねじり角度が大きくなるように部分構造体11が構成されている場合には、角度θ11は小さくなり、逆に上方端部11aに対する下方端部11bのねじり角度が小さくなるように部分構造体11が構成されている場合には、角度θ11は大きくなる。
Here, considering the
他の部分構造体12〜14も同様に構成されている。特に、上から二つ目の部分構造体12では、一つの部分側部21を構成する上方端部12aの辺及び下方端部12bの辺と山折り線22との角度はθ12とされる。同様に、上から三つ目の部分構造体13及び上から四つ目の部分構造体14における端部の辺と山折り線22との角度は、それぞれθ13、θ14とされる。
The other
図4を参照して、上述した角度θ11について再度説明する。図4は、筒状構造体10のうち部分構造体11のみを抜き出して表した図である。特に、図4(a)は、上方端部11aに対して下方端部11bがねじられていない角筒状である場合の部分構造体11を、図4(b)は、図2及び図3に示した場合と同様な部分構造体11をそれぞれ示している。
The angle θ 11 described above will be described again with reference to FIG. FIG. 4 is a view showing only the
図4(a)に示したように、部分構造体11が上方端部11aに対して下方端部11bがねじられていない角筒状である場合、各部分側部21は矩形となっていると共に、対角線上には谷折り線は形成されていない(図4(a)では便宜上、線23を図示しているが、これは単に対角線を示すものであって、谷折り線を示すものではない)。このとき、各部分側部21を画成する一方の稜線(山折り線)22とこの部分側部21を形成する上方端部11aの辺との角度、及び各部分側部21を画成する一方の稜線(山折り線)とこの部分側部21を形成する下方端部11bの辺との角度を、θ’(=90°)とする。
As shown to Fig.4 (a), when the
この状態から、上方端部11aの中心O回りに、図4(a)に矢印で示した方向に上方端部11aを角度αだけねじれさせると、部分構造体11は図4(b)に示した形状となる。すなわち、下方端部11bに対して上方端部11aを角度αだけねじれされると、これに伴って、側部11cの形状が変化し、よって各部分側部21の形状が変化する。このような変化後において、図4(a)における角度θ’に対応するのが、角度θ11である。
From this state, when the
本実施形態では、このようにして定義される角度θ11が、20°以上60°以下とされ、好ましくは20°以上55°以下とされ、より好ましくは20°以上50°以下とされる。加えて、本実施形態では、角度θ11が角度θ12〜θ14よりも小さな角度とされる。 In the present embodiment, the angle θ 11 defined in this way is 20 ° or more and 60 ° or less, preferably 20 ° or more and 55 ° or less, and more preferably 20 ° or more and 50 ° or less. In addition, in the present embodiment, the angle θ 11 is smaller than the angles θ 12 to θ 14 .
加えて、本実施形態では、他の部分構造体12、13、14についても、角度θ12、θ13、θ14が、20°以上60°以下とされ、好ましくは20°以上55°以下とされ、より好ましくは20°以上50°以下とされる。また、本実施形態では、角度θ12、θ13、θ14は同一の角度とされる。 In addition, in the present embodiment, the angles θ 12 , θ 13 , and θ 14 are set to 20 ° to 60 °, preferably 20 ° to 55 °, for the other partial structures 12 , 13 , and 14. More preferably, the angle is 20 ° or more and 50 ° or less. In the present embodiment, the angles θ 12 , θ 13 , and θ 14 are the same angle.
以下では、まず、角度θ11〜θ14を20°以上60°以下とすることの効果について説明する。ところで、筒状構造体10の長手方向から筒状構造体10に荷重が加わった場合、すなわち図2において矢印Aの方向に荷重が加わった場合、筒状構造体10の端部間の長さにおける変位(より詳細には、筒状構造体に荷重を加えるインパクターの変位)と、筒状構造体10からの単位質量あたりの反力との関係は、図5の実線のようになる。図5の実線からわかるように、変位と反力との関係は一定ではなく、変位の増大に伴って反力は増減を繰り返して変化する。このうち、一定の変位内において、単位質量あたりの反力の最も大きな値をFmax、単位質量辺りの最も小さな値をFminとする。
Below, the effect of setting the angles θ 11 to θ 14 to 20 ° or more and 60 ° or less will be described first. By the way, when a load is applied to the
また、筒状構造体10の長手方向に対して10°の角度から筒状構造体10に荷重が加わった場合、すなわち図2において矢印Bの方向に荷重が加わった場合、筒状構造体10の端部間の長さにおける変位と、筒状構造体10からの単位質量あたりの反力との関係は、図5の破線のようになる。図5の破線からわかるように、長手方向に対して角度をもって荷重が加わった場合においても、図5の実線と同様に、変位の増大に伴って反力は増減を繰り返して変化する。そして、この場合においても、一定の変位内において、単位質量あたりの反力の最も大きな値をFmax、単位質量あたりの最も小さな値をFminとする。
When a load is applied to the
ここで、筒状構造体10を自動車のフロントサイドメンバやクラッシュボックスとして用いた場合、Fmaxの許容値は決まっている。例えば、筒状構造体10をクラッシュボックスとして用いた場合、筒状構造体10に衝突荷重が加わったときには、クラッシュボックスの後方に配置されたフロントサイドメンバに伝達される荷重の最大値はFmaxとなる。このため、筒状構造体10に衝突荷重が加わったときのFmaxが許容値を超えて大きくなると、フロントサイドメンバに大きな荷重が加わってしまい、フロントサイドメンバの予期せぬ変形を招くことになる。このため、筒状構造体10は、衝突荷重が加わった際に反力の最大値Fmaxが或る許容値以下になるように設計することが必要となる。
Here, when the
一方、筒状構造体10に衝突荷重が加わったときに筒状構造体10によって吸収されるエネルギは、単位質量あたりの反力を変位で積分した値に比例する。このため、筒状構造体10によって吸収されるエネルギを大きくするためには、筒状構造体10に変位が生じても単位質量あたりの反力を常に高く維持することが必要となる。
On the other hand, the energy absorbed by the
ここで、筒状構造体10に変位が生じたときの反力変動を示す指標として、Fmin/Fmaxが挙げられる。このFmin/Fmaxが小さいと単位質量あたりの反力は大きく変動し、その結果、単位質量あたりの反力を変位で積分した値は小さくなる。逆に、Fmin/Fmaxが大きいと、単位質量あたりの反力の変動は小さく、その結果、単位質量あたりの反力を変位で積分した値は大きくなる。したがって、Fmin/Fmaxが大きいほど、筒状構造体10によって吸収されるエネルギは大きくなるといえる。
Here, Fmin / Fmax may be mentioned as an index indicating the reaction force fluctuation when the
表1は、筒状構造体10の各部分構造体11〜14における上方端部11a〜14a及び下方端部11b〜14bの辺と山折り線22との角度θ11〜θ14(以下、これらをまとめて「角度θ」という)と、Fmax、Fmin及びFmin/Fmaxとの関係を示している。なお、表1は、筒状構造体10の材料をJSC440W相当材、板厚を1.0mm、直径を約48.6mm、軸長を210mmとした場合を示している。
表1からわかるように、角度θが60°よりも大きいときには、Fmin/Fmaxは0.46となっている。これに対して、角度θが46.5°及び27°であるときには、Fmin/Fmaxは0.5以上となっている。ここで、筒状構造体10と同一の板厚の同一の材料から六角柱を作成した場合(すなわち、本発明のように折紙構造としていない場合)、Fmin/Fmaxを高める方法としては構造体の側面上に一定間隔でビードを設けることが挙げられる。このようなビードを設けた構造体では一般にFmin/Fmaxは0.5程度までしか高めることができない。これに対して、本発明の筒状構造体10では、角度θを60°以下とすることで、Fmin/Fmaxを0.5以上とすることができる。したがって、本発明の筒状構造体10では、筒状構造体10に変位が生じたときの単位質量あたりの反力の最大値を低く維持しつつ、筒状構造体10によって吸収されるエネルギを大きなものとすることができる。
As can be seen from Table 1, when the angle θ is larger than 60 °, Fmin / Fmax is 0.46. On the other hand, when the angle θ is 46.5 ° and 27 °, Fmin / Fmax is 0.5 or more. Here, when a hexagonal column is created from the same material having the same thickness as the cylindrical structure 10 (that is, when it is not an origami structure as in the present invention), as a method for increasing Fmin / Fmax, For example, beads may be provided on the side surface at regular intervals. In a structure provided with such a bead, Fmin / Fmax can generally be increased only to about 0.5. On the other hand, in the
なお、本発明の筒状構造体10では、角度θ11〜θ14を20°以上としている。これは、角度θ11〜θ14をこれ以上小さくすると、山折り線22の両側に位置する面間の角度及び谷折り線23の両側に位置する面間の角度が小さくなり、圧潰時に破断が生じる虞があるためである。このため、本発明の筒状構造体10では、角度θ11〜θ14を20°以上とすることで、破断を抑制するようにしている。
In the
次に、部分構造体11における角度θ11を部分構造体12〜14における角度θ12〜θ14よりも小さな角度とすることの効果について説明する。上述したように、例えば、筒状構造体をクラッシュボックスとして用いた場合、自動車が衝突するときには常に衝突荷重が前方から、すなわち筒状構造体の軸線方向(図2の矢印Aの向き)に入力されるわけではなく、傾斜した方向から、すなわち筒状構造体の軸線方向に対して傾斜した方向(例えば、図2の矢印Bの向き)に入力される場合もある。
Next, the effect of setting the angle θ 11 in the partial structure 11 to be smaller than the angles θ 12 to
筒状構造体10の全ての部分構造体11〜14についてその角度θ11〜θ14を同一にした場合、筒状構造体10に傾斜した方向から荷重の入力が行われると、筒状構造体10の根本に応力が集中する。この結果、筒状構造体10は根本で折れ曲がってしまい、結果的に十分に衝突エネルギを吸収することができなくなってしまう。
When the angles θ 11 to θ 14 are the same for all the
この様子を図6に示す。図6は、図1(b)に示したように、全ての部分構造体11〜14についてその角度θ11〜θ14を同一にした筒状構造体10にその軸線方向に対して傾斜した方向(図中に矢印Bで示した方向)に荷重を入力した場合に、筒状構造体10が変形していく様子を解析した結果を示している。図中の最も左側には、荷重負荷による筒状構造体10の全長における変位が30mmであるときの筒状構造体10の様子が示されており、そこから右にいくに連れて変位が60mm、90mm、120mm、150mmであるときの筒状構造体の様子が示されている。
This is shown in FIG. FIG. 6 shows a direction in which the
図6からわかるように、矢印Bで示した方向に荷重を入力した場合、筒状構造体10の両端に位置する部分構造体11、14は屈曲・圧潰するが、これら部分構造体11、14の間に位置する部分構造体12、13はあまり圧潰せずに残ってしまう。このため、部分構造体12〜14によっては十分なエネルギの吸収が行われず、結果的に、十分に衝突エネルギを吸収することができなくなってしまうことがわかる。
As can be seen from FIG. 6, when a load is input in the direction indicated by the arrow B, the
これに対して、図7は、部分構造体11における角度θ11を部分構造体12〜14における角度θ12〜θ14よりも小さな角度とした筒状構造体10に、その軸線方向に対して傾斜した方向(図中に矢印Bで示した方向)に荷重を入力した場合に、筒状構造体10が変形していく様子を解析した結果を示している。図6と同様に、図中の最も左側には、荷重負荷による筒状構造体10の全長における変位が30mmであるときの筒状構造体10の様子が示されており、そこから右にいくに連れて変位が60mm、90mm、120mm、150mmであるときの筒状構造体の様子が示されている。
On the other hand, FIG. 7 shows the
図7からわかるように、矢印Bで示した方向に荷重を入力した場合、他の部分構造体12〜14の角度θ12〜θ14よりも小さい角度θ11を有する部分構造体11が圧潰する(図中の、変位が30mm及び60mmであるときを参照)。このとき、他の部分構造体12〜14はほとんど圧潰しない。一方の端部に配置された部分構造体11が圧潰すると、次に、圧潰した部分構造体11に隣接した部分構造体12及び部分構造体13が圧潰し始め(図中の、変位が90mmであるときを参照)、最後に、部分構造体14が圧潰し始めることになる。
As can be seen from FIG. 7, when a load is input in the direction indicated by the arrow B, the partial structure 11 having an angle θ 11 smaller than the angles θ 12 to
すなわち、本発明によれば、部分構造体11における角度θ11が他の部分構造体12〜14の角度θ12〜θ14よりも小さいことにより、部分構造体11が最初に圧潰する。加えて、筒状構造体10の一部が圧潰すると、筒状構造体10の圧潰はそこから周りに広がっていくことから、部分構造体12、13、14の順に徐々に圧潰していくことになる。これにより、本発明によれば筒状構造体10は途中で折れてしまうことなく圧潰し、よって各部分構造体11〜14によって十分なエネルギの吸収が行われることになり、その結果、十分に衝突エネルギを吸収することができるようになる。
That is, according to the present invention, the
図8は、図6に示した筒状構造体の圧潰時における変位と単位質量あたりの反力との関係(図中の破線)及び図7に示した筒状構造体の圧潰時における変位と単位質量あたりの反力との関係(図中の実線)を示す図である。図8からわかるように、図中の破線(図6に示した筒状構造体)ではFmaxが非常に大きく、その結果、Fmin/Fmaxが小さいのに対して、図中の実線(図7に示した筒状構造体)ではFmaxはそれほど大きくなく、その結果、Fmin/Fmaxも比較的大きくなる。したがって、図7に示した本発明の筒状構造体によれば、図6に示した筒状構造体に対して、筒状構造体10に変位が生じたときの単位質量あたりの反力の最大値を低く維持しつつ、筒状構造体10によって吸収されるエネルギを大きなものとすることができるといえる。
FIG. 8 shows the relationship between the displacement of the cylindrical structure shown in FIG. 6 during crushing and the reaction force per unit mass (broken line in the figure) and the displacement of the cylindrical structure shown in FIG. It is a figure which shows the relationship (solid line in a figure) with the reaction force per unit mass. As it can be seen from FIG. 8, the broken line (tubular structure shown in FIG. 6) at Fmax is very large in the figure, as a result, with respect to Fmin / Fmax is small Ino, solid line in FIG. (FIG. 7 tubular structure) the Fmax is not so large as shown in, the result, Fmin / Fmax relatively large Kunar. Therefore, according to the cylindrical structure of the present invention shown in FIG. 7, the reaction force per unit mass when the
なお、上記実施形態では、部分構造体11についてのみ他の部分構造体12〜14よりも角度θ11が小さいものとされており、他の部分構造体12〜14の角度θ12〜θ14は同一の角度とされている。しかしながら、他の部分構造体11〜14の角度θ11〜θ14は、角度θ11から角度θ14に向かって徐々に大きくなるようにしてもよい。換言すると、一方の端部に位置する部分構造体11から他方の端部に位置する部分構造体14に向かうにつれて部分構造体における角度θが大きくなっていくように構成されてもよい。
In the above embodiment, only the partial structure 11 has an angle θ 11 smaller than the other
次に、図9を参照して、本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態における筒状構造体30の基本的な構成は、第一実施形態における筒状構造体の構成と同様である。ただし、本実施形態の筒状構造体30では、各部分側部21の平面状の部分には開口部が設けられている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The basic configuration of the
図9からわかるように、第二実施形態の筒状構造体30も複数の筒状の部分構造体11〜14を具備する折紙構造となっており、各部分構造体11〜14は、六角形の上方端部11a〜14aと、六角形の下方端部11b〜14bと、側部11c〜14cとを具備する。側部11c〜14cは、複数の部分側部21を有し、各部分側部21の両側には山折り線22が形成されると共に部分側部21内には対角線上に延びる谷折り線23が形成される。
As can be seen from FIG. 9, the
加えて、本実施形態では、各部分側部21の平面状の部分、すなわち各部分側部21の山折り線22と谷折り線23とに囲まれた部分に開口部31が設けられる。本実施形態では、部分側部21の山折り線22と谷折り線23とに囲まれた全ての部分に開口部31が設けられているが、必ずしも全ての部分に開口部31が形成されている必要はない。例えば、一つの部分側部21には一つの開口部31が形成されるようにしてもよい。
In addition, in the present embodiment, the
ここで、図9に示したような折紙構造を持つ筒状構造体30では、衝突荷重が加わったとき等におけるエネルギの吸収は主に部分側部21の山折り線22及び谷折り線23近傍の領域によって行われる。換言すると、部分側部21の山折り線22と谷折り線23とに囲まれた平面状の部分によってはあまりエネルギの吸収が行われない。このため、部分側部21の平面状の部分に開口部を設けても、吸収されるエネルギに大きな変化はない。したがって、本実施形態によれば、衝突荷重が加わったとき等におけるエネルギの吸収量は維持しつつ、筒状構造体30を軽量化することができる。
Here, in the
次に、このように構成された筒状構造体10、30の使用例について説明する。図10は、筒状構造体10を用いた自動車用フレーム構造体を概略的に示す図である。図10に示した例では、自動車用フレーム構造体40は、フロントサイドメンバ41と、フロントサイドメンバ41の車両後方側に位置すると共に車両の客室を画成する客室フレーム42とを具備する主フレーム43を備える。図10に示した例では、筒状構造体10、30は、フロントサイドメンバ41の車両前方側に結合され、クラッシュボックスとして用いられる。特に、筒状構造体10は、他の部分構造体12〜14よりも角度θが小さい部分構造体11が設けられた筒状構造体の端部とは反対側の端部において、主フレーム43の前方、すなわちフロントサイドメンバ41の前方に結合される。
Next, the usage example of the
図11は、筒状構造体10を用いた自動車用フレーム構造体の別の例を概略的に示す図である。図11に示した例では、自動車用フレーム構造体40は、フロントサイドメンバとして用いられる筒状構造体10、30と、筒状構造体10、30の車両後方側に位置すると共に車両の客室を画成する客室フレーム42とを具備する。図11に示した例では、筒状構造体10、30は、筒状構造体10は、他の部分構造体12〜14よりも角度θが小さい部分構造体11が設けられた筒状構造体の端部が車両の外側に、すなわち車両の前方側に向くように配置される。
FIG. 11 is a diagram schematically showing another example of an automobile frame structure using the
なお、本明細書において、「ほぼ」という用語が複数用いられている。この「ほぼ」という用語は、製造誤差等により値に変動が含まれてしまう場合を含むことを意味するものである。例えば、上方端部11aと下方端部11bとは互いにほぼ平行であって且つほぼ同一の多角形状とされているが、これは上方端部11aと下方端部11bとを互いが平行になるように且つほぼ同一の多角形状となるように製造した際に、製造誤差によって両者が平行から僅かにずれている場合や両者の形状が僅かに異なっているような場合を含むことを意味するものである。
In this specification, a plurality of terms “almost” are used. The term “substantially” means that the value includes a variation due to a manufacturing error or the like. For example, the
10 筒状構造体
11、12、13、14 部分構造体
11a、12a、13a、14a 上方端部
11b、12b、13b、14b 下方端部
11c、12c、13c、14c 側部
21 部分側部
22 山折り線(稜線)
23 谷折り線(対角線)
10
23 Valley fold line (diagonal line)
Claims (6)
各部分構造体は、多角形状の第一端部と、該第一端部とほぼ同一形状の多角形状であって前記第一端部の位置する平面とほぼ平行な平面上に位置する第二端部と、これら第一端部と第二端部との間に延びる側部とを有し、
前記多角形状の第一端部は前記多角形状の第二端部に対して所定角度ねじれており、前記多角形状の第一端部の各辺と該第一端部の辺に対応する前記多角形状の第二端部の各辺との間には前記側部の一部である部分側部が設けられ、各部分側部には対角線上に谷折り線が形成されると共に該部分側部の両側には前記多角形状の第一端部の角部と該角部に対応する前記多角形状の第二端部の角部とを結んだ山折り線が形成され、
各部分側部の山折り線と前記第一端部が位置する平面及び前記第二端部が位置する平面との間の角度は共にほぼθで同一であり、当該筒状構造体を構成する複数の部分構造体のうち当該筒状構造体の一方の端部に位置する部分構造体における角度θは、他の部分構造体における角度θよりも小さく且つ当該筒状構造体を構成する全ての部分構造体について前記角度θは20°以上60°以下である、自動車用フレーム構造体用の筒状構造体。 In the cylindrical structure comprising a plurality of cylindrical partial structures arranged in succession,
Each partial structure has a polygonal first end and a second polygonal shape that is substantially the same shape as the first end and is positioned on a plane substantially parallel to the plane on which the first end is located. An end and a side extending between the first end and the second end,
The polygonal first end is twisted at a predetermined angle with respect to the polygonal second end, and each side of the polygonal first end and the polygon corresponding to the side of the first end. Partial side portions that are part of the side portions are provided between each side of the second end portion of the shape, and a valley fold line is formed diagonally on each partial side portion and the partial side portions On both sides, a fold line is formed connecting the corner of the first end of the polygon and the corner of the second end of the polygon corresponding to the corner,
The angle between the mountain fold line of each partial side and the plane on which the first end is located and the plane on which the second end is located are substantially the same at θ, and constitute the cylindrical structure. Of the plurality of partial structures, the angle θ in the partial structure located at one end of the cylindrical structure is smaller than the angle θ in the other partial structures and all the components constituting the cylindrical structure are included. A tubular structure for a frame structure for an automobile, wherein the angle θ is 20 ° or more and 60 ° or less for the partial structure.
前記筒状構造体は、前記他の部分構造体よりも角度θが小さい部分構造体が設けられた筒状構造体の端部とは反対側の端部が客室側の主フレームに結合される、自動車用フレーム構造体。 In the vehicle frame structure using the main frame on the cabin side and the tubular structure for the vehicle frame structure according to any one of claims 1 to 4 coupled to the main frame,
The end of the tubular structure opposite to the end of the tubular structure provided with the partial structure having an angle θ smaller than that of the other partial structure is coupled to the main frame on the passenger cabin side. , Automotive frame structure.
前記筒状構造体は、前記他の部分構造体よりも角度θが小さい部分構造体が設けられた筒状構造体の端部とは反対側の端部が客室側の主フレームに結合され、サイドメンバ又はクラッシュボックスとして用いられる、フレーム構造体。 In the vehicle frame structure using the main frame on the cabin side and the tubular structure for the vehicle frame structure according to any one of claims 1 to 4 coupled to the main frame ,
The tubular structure has an end opposite to the end of the tubular structure provided with a partial structure having a smaller angle θ than the other partial structures, coupled to the passenger-side main frame, Frame structure used as a side member or crash box.
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