JP7226272B2 - 車両の衝撃吸収部材 - Google Patents
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Description
図1に示す車両2では、後述する適宜の位置に衝撃吸収部材4が配設され、車両衝突時などに車両が受けた衝撃荷重(以下、単に荷重Fと呼ぶ)を吸収することが可能となっている。そして衝撃吸収部材4は、図2及び図5に示すように、木材6と、一対の拘束部材10,12と、複数の連結部21~24と、脆弱部としての貫通部41~44(変形起点領域31~34)を有している(各構成の詳細は後述)。この衝撃吸収部材4では、車両2が受けた荷重Fを、木材6が荷重入力方向である左方に向けて圧壊することで吸収する。また一対の拘束部材10,12は、木材6を上下から挟み付けて拘束しつつ、これらの前端側と後端側に位置する連結部21~24で部分的に連結されている。
ここで図1の車両2に対する衝撃吸収部材4の配設位置は、荷重Fの入力が想定される車両2の適宜の位置に設定できる。例えば車両2は、車両の前後方向に対向している前部2a及び後部2bと、車幅方向である左右方向に対向している右側部2c及び左側部2dとを有している。そして衝撃吸収部材4は、車両2の各部2a~2dの適宜の位置に配設することが可能であり、必要に応じて車両2の内部に配設することもできる。例えば本実施形態では、車両側突時の荷重Fを衝撃吸収部材4で吸収する場合を想定し、衝撃吸収部材4を車両2の右側部2cと左側部2dに配設しておく(図1では、便宜上、右側部の衝撃吸収部材のみ図示する)。そして車両2の右側部2c等には、車両ボディの一部をなす金属製のボディ3が配置されており、このボディ3の右側に衝撃吸収部材4が取付けられている。なお車両2に対する衝撃吸収部材4の取付け手法は特に限定しないが、典型的には締結や溶接などの手法を例示できる。例えば本実施形態では、衝撃吸収部材4の周縁側に図示しないボルト材を挿設するとともに、これらボルト材を介して衝撃吸収部材4をボディ3等に締結して取付けている。
木材6は、図2~図4を参照して、衝撃吸収部材4の芯部となる部材であり、車両側突時の荷重Fによって変形することができる。この木材6は、図1の車両2に配設された状態において、図4に示すように年輪の軸心方向Aが荷重Fの入力方向(各図の左右方向)とほぼ一致するように配置されている。このため衝撃吸収部材4では、車両側突時の荷重Fを、木材6が年輪の軸心方向Aに圧縮しつつ潰れる(圧壊する)ことで良好に吸収することが可能となっている。なお木材6は、スギやヒノキやマツなどの針葉樹、ケヤキやブナなどの広葉樹から採取することが可能であり、特に相対的に年輪がはっきりしている針葉樹から採取することが望ましい。
一対の拘束部材(上側拘束部材10,下側拘束部材12)は、図2~図4を参照して、それぞれ木材6を拘束するための部材である。これら上側拘束部材10と下側拘束部材12は、いずれも略矩形状の板材(同形同寸)で構成されており、これらの外形は、木材6の上下の各面8a,8bの外形に概ね一致している。そして各拘束部材10,12は、木材6よりも硬い素材で形成されているとともに、荷重Fの入力によって塑性変形することができる。この種の素材として、塑性変形可能な各種の素材を用いることができ、相対的に硬く且つ強度性に優れる金属(合金を含む)を用いることができる。なお金属の種類は、塑性変形可能である限り特に限定しないが、アルミニウムや鉄や鋼やステンレスなどの各種金属を例示でき、なかでも軽量なアルミニウムを素材として用いることが望ましい。
そして図2を参照して、一対の拘束部材10,12は、複数の連結部(一対の右連結部21,22,一対の左連結部23,24)を介して連結された状態で木材6に取付けられている。すなわち各連結部21~24は、一対の拘束部材10,12同士を連結するとともに、各拘束部材10,12を木材6に取付けている部材である。なお各連結部21~24の素材は、適度な強度を備えていれば特に限定しないが、典型的には拘束部材で例示の素材を用いることができる。そして各連結部21~24は、いずれも上下方向に長尺なボルト状の部材であり、概ね同一の基本構成を有している。例えば図4に示す前側の右連結部21は、上下に延びる軸状の部材であって、上側の端部には相対的に径大とされた頭部HMが設けられ、さらに下側の端部にはナットNTを螺合できる。
そして図3を参照して、各右連結部21,22の間の各拘束部材10,12には、木材6の入力端側において連結部にて連結されていない非連結領域50が形成される。この非連結領域50は、各右連結部21,22が存在しない領域であり、本実施形態ではこれらの連結力が作用する領域(右連結部の近傍)を除くように設定している。そして非連結領域50は、各右連結部21,22が存在しないため、各右連結部21,22によって木材6のスムーズな圧壊が過度に邪魔されるといった事態が極力回避されている。そこで本実施形態では、各拘束部材10,12に大きな非連結領域50を意図的に設け、一対の拘束部材10,12で木材6を適度に拘束することにより、木材6のスムーズな圧壊を確保することが可能となっている。さらに衝撃吸収部材4では、非連結領域50を大きくすることで、連結部の配設数を極力抑えることができ、軽量化と製造コストの低減に資する構成となっている。
そして図2、図3及び図5を参照して、上側拘束部材10の非連結領域50には、左右一対の変形起点領域(右側の変形起点領域31,左側の変形起点領域32)が形成されている。これら各変形起点領域31(32)は、上側拘束部材10の適切な向きへの塑性変形の起点となる部位であり、後述する脆弱部としての各貫通部41(42)の列で形成されている。また図3に示す下側拘束部材12の非連結領域50にも、上側拘束部材10に倣って、図5に示す左右一対の変形起点領域(33,34)が形成されている。これら別の各変形起点領域33(34)も、下側拘束部材12の適切な向きへの塑性変形の起点となる部位であり、脆弱部としての別の各貫通部43(44)の列で形成されている。そして各拘束部材10,12には、概ね同一基本構成の各変形起点領域が形成されているため、以下に、上側拘束部材10を一例に各変形起点領域の構成を説明する。
図2及び図3に示す上側拘束部材10の右側の変形起点領域31は、右側貫通部41の列によって形成された領域であり、木材6の右端面8c側に近接して配置されている(各図では、便宜上、右側貫通部の一部にのみ符号41を付す)。ここで各右側貫通部41は、図5に示すように、上側拘束部材10を上下方向に貫通する貫通孔であり、概ね同形同寸の丸孔状に形成されている。また各右側貫通部41は、図3及び図6に示すように相対的に木材6の右端面8c側で前後方向に断続的に(各図では等間隔に)配置されている。すなわち隣り合う右側貫通部41同士は前後方向に離間して配置され、これらの間には、上側拘束部材10がそのままの状態で残っている。そして右側の変形起点領域31は、各右側貫通部41を通って非連結領域50を前後に概ね横断する領域であるとともに、各右側貫通部41にて上側拘束部材10のその他の部分よりも左方に塑性変形しやすくなっている。
ここで図6を参照して、各貫通部41,42(各変形起点領域31,32)の形成位置は、衝撃吸収部材4の衝撃吸収性に応じて設定でき、典型的には木材6の右端面8c(入力端面)に近い位置に設定できる。なお各貫通部41,42の形成位置の設定手法は特に限定しないが、例えば本実施形態では、木材6の左右の寸法を基準に当該形成位置を設定している。すなわち木材6の右端面8cから左端面8dまでの距離を基準距離H0とし、各貫通部41,42の形成可能な領域を、右端面8cからの距離(第一距離H1)で規定する。このとき第一距離H1を、基準距離H0の0.6~0.4の範囲(H1=(0.4~0.6)×H0)に設定することで、衝撃吸収部材4の衝撃吸収性を確保できる。さらに右側貫通部41の形成可能な位置を、右端面8cからの距離(第二距離H2)で規定する場合、第二距離H2は第一距離H1の略半分に設定できる(H2=1/2×H1)。
また図6に示す各貫通部同士(41同士、42同士)の離間寸法Cは、上側拘束部材10の所望の塑性変形を促すことができるならば特に限定しないが、典型的には右側貫通部41の形成位置に応じて設定できる。そして上記離間寸法Cを、例えば第二距離H2未満(C<H2)に設定することで、上側拘束部材10の所望の塑性変形を促すことができる(なお図6等では、便宜上、離間距離Cを誇張して大きく図示している)。さらに各貫通部41,42の孔径も、上側拘束部材10の所望の塑性変形を促すことができるならば特に限定しないが、典型的には上側拘束部材10の強度等に応じて設定できる。例えばアルミニウム製の上側拘束部材10(厚み寸法T)を用いる場合、各貫通部41(42)の孔径Dを、厚み寸法Tの二倍以下(D≦2×T)に設定することで、上側拘束部材10の塑性変形を促すことができる。
図1及び図2に示す衝撃吸収部材4によって、車両の衝突時などに車両の右側部2cに入力された荷重Fを吸収する。例えば本実施形態では、車両2の側突時において、図7及び図8に示す衝突物X(例えば電柱などの円筒状の物体)が衝突した場合を想定する。このとき衝撃吸収部材4では、衝突物Xとの衝突の際の荷重Fを、木材6が年輪の軸心方向Aに向けて圧壊することで吸収する。また木材6の年輪の軸心方向Aに沿って亀裂が入った場合、木材6を上下から挟み付けている一対の拘束部材10,12によって、木材6が極力割裂しないように拘束する。そして本実施形態では、木材6のスムーズな圧壊を確保するため、非連結領域50を意図的に大きくして木材6を適度に拘束している。この種の衝撃吸収部材4では、上述の非連結領域50に荷重Fが入力される場合、一対の右連結部21,22の間の各拘束部材10,12を、木材6を適度に拘束した状態で維持しつつ、適切な向きに塑性変形させることが望ましい。
ここで脆弱部の構成は、上述の構成のほか、各種の構成をとり得る。例えば図9に示す変形例1の衝撃吸収部材4Aでは、各拘束部材10,12が、実施形態1と概ね同一の基本構成を有しているが、脆弱部として、長孔状の複数の貫通部(右側貫通部41A,左側貫通部42A)が設けられている点が実施例1と異なっている(図9では、便宜上、上側拘束部材の各貫通部のみ図示する)。これら脆弱部としての各貫通部41A,42Aは、概ね同形同寸の前後方向に長尺な長孔形状に形成されており、荷重入力方向への各拘束部材10,12の塑性変形が更に容易となっている。そして各拘束部材10,12には、概ね同一構成の各貫通部が形成されているため、以下に、上側拘束部材10を一例に各貫通部41A,42Aの詳細を説明する。
また図10に示す変形例2の衝撃吸収部材4Bでは、各拘束部材10,12に、脆弱部としての複数の貫通部(右側貫通部41B,左側貫通部42B)が連続的に設けられている点が実施形態1と異なっている。すなわち本変形例の脆弱部としての各貫通部41B,42Bは、実施形態1の対応する連結部を一つなぎとしたような形状を有して、前後に長尺に形成されている。そして本変形例では、脆弱部としての長尺な右側貫通部41B(左側貫通部42B)によって、右側の変形起点領域31と左側の変形起点領域32が形成されている。こうして本変形例では、荷重Fが入力された際に、右側の変形起点領域31と左側の変形起点領域32とが、長尺な各貫通部41B,42Bを広範囲に渡って潰しつつ、荷重入力方向に更にスムーズに塑性変形することができる。なお各貫通部41B,42Bの左右の寸法は、各拘束部材の塑性変形を促がせる限り特に限定されず、典型的には実施形態1の貫通部の孔径に倣って設定できる。また右側貫通部41Bと左側貫通部42Bの左右の寸法を極力小さくして、これら各貫通部41B,42Bをスリット状に形成することも可能である。
また図11に示す変形例3の衝撃吸収部材4Cは、木材6(実施形態と同一構成)と、一対の拘束部材10,12(実施形態と同一構成)と、一対の連結部21A~24Aとを有している。そして本変形例では、各連結部21A~24Aが、概ねコ字状の板材で構成され且つ木材6を貫通していない点が実施形態1と異なっている。
図12及び図13に示す実施形態2の衝撃吸収部材4Dでは、実施形態1の衝撃吸収部材とほぼ同一の基本構成を備える構成については、対応する符号を付す等して詳細な説明を省略する。実施形態2の衝撃吸収部材4Dは、木材6(実施形態1と同一構成)と、一対の拘束部材10,12と、複数の連結部21~24(実施形態1と同一構成)とを有している。また上側拘束部材10と下側拘束部材12の非連結領域50には、各々、左右一対の変形起点領域31,32(33,34)が形成されている。
図12及び図13に示す上側拘束部材10では、脆弱部としての右側薄肉部410(左側薄肉部420)が実施形態1と同様の規則性で配置され、右側の変形起点領域31と左側の変形起点領域32が形成されている。これら各薄肉部410、420は、上側拘束部材10を上下方向に凹ませてなる凹部位(非貫通孔)であり、上方視において概ね同形同寸の円形状に形成されている。さらに各右側薄肉部410と各左側薄肉部420は、その底側が閉鎖されているため、実施形態1の貫通部よりも強度性が確保されて、木材6の拘束性に優れている。そして右側の変形起点領域31は、各右側薄肉部410が形成されることにより、上側拘束部材10のその他の部分よりも脆弱となっている。また左側の変形起点領域32も、各左側薄肉部420が形成されることにより、上側拘束部材10のその他の部分よりも脆弱となっている。そして図13に示す下側拘束部材12においても、脆弱部としての別の右側薄肉部430(別の左側薄肉部440)によって、別の右側の変形起点領域33と別の左側の変形起点領域34が形成されている。
そして図12及び図13に示す衝撃吸収部材4Dにおいても、非連結領域50に衝突物が衝突した場合、その際の荷重Fを、木材6がその右端面8c(入力端部)側で受け止める。つづいて木材6が、車両の内側である左方に(荷重入力方向に)圧壊すると同時に、上側拘束部材10が、各変形起点領域31,32にて順次変形しつつ荷重入力方向に向けて塑性変形していく。そして本実施形態では、各薄肉部410,420の底側が閉鎖されているため、圧壊していく木材6が外部に押し出されることを好適に回避することができる。なお実施形態2では、丸孔状の薄肉部410,420を例示したが、変形例1及び変形例2のように、長孔状の薄肉部や長尺な薄肉部を用いることも可能である。
以下、本実施形態を試験例に基づいて説明するが、本発明は試験例に限定されない。そして図15のグラフに、実施例1と比較例1の衝撃吸収部材の落錘衝撃試験の結果を示す。なお図15の縦軸は、各衝撃吸収部材が受けた荷重量を示し、横軸は、各衝撃吸収部材の変位量(潰れ変形量)を示す。
実施例1では、図8に示す衝撃吸収部材4を作成するとともに、木材6としてスギ集成材(厚み:20mm)を用いた。また各拘束部材10,12として、アルミA6061の金属板(厚み寸法T:1.6mm)を用いた。また各連結部21~24としてそれぞれM8ボルトを用いた。そして各拘束部材10,12の非連結領域50に、脆弱部として複数の丸孔状の貫通部41,42等(孔径D:2mm、離間寸法C:10mm)を形成した。なお非連結領域50の前後の寸法(各連結部21、22の離間距離)は210mmに設定した。さらに各貫通部41,42等にて、各拘束部材に各変形起点領域を形成した(基準距離H0:100mm、第一距離H1:40mm、第二距離H2:20mm)。
また比較例1では、貫通部(脆弱部)を省略した以外は実施例1と同一構成の衝撃吸収部材を作成した。また参考例の衝撃吸収部材(図示省略)を作成し、この衝撃吸収部材では、連結部を省略した以外は、比較例1と同様の構成とした。そして図示しない冶具を参考例の衝撃吸収部材(紙面左右の下端)にセットして、木材と各拘束部材の位置関係を維持しておいた。
本落錘衝撃試験では、図14を参照して、実施例1の衝撃吸収部材4を、木材6の入力端部(8c)を上に向けた状態として試験台60上に設置した。また半円状の重量物65(ポール形状のデバイス)を実施例1の衝撃吸収部材4の上方に配置した。そして重量物65を、一対の右連結部21,22の間の木材部分(入力端部となる符号8c側)に向けて落下させた。このとき衝撃吸収部材4が受けた荷重を試験台60側で測定すると同時に衝撃吸収部材4の変位量を測定した。また同様の手順で比較例1及び参考例の衝撃吸収部材の落錘衝撃試験を行った。
図8に示す実施例1の衝撃吸収部材4では、落錘衝撃試験の際に、各拘束部材10,12によって木材6の割裂を防ぐことができた。さらに図15を参照して、実施例1の衝撃吸収部材4では荷重Fを効率よく吸収できることがわかった。この実施例1の結果は、各拘束部材10,12に非連結領域50を設けたうえで、この非連結領域50の各脆弱部(41,42等)によって、各拘束部材10,12の荷重入力方向への塑性変形を促したためと考えられる。このことから実施例1の衝撃吸収部材4によれば、木材6のスムーズな圧壊を確保しつつ、連結部間の拘束部材10,12の適切な向きへの変形を促すことができることが判明した。一方、比較例1の衝撃吸収部材では、木材の割裂は防げたものの、実施例1ほど荷重を吸収できるわけではなかった。なお参考例の衝撃吸収部材では、木材の圧縮直後に各拘束部材が膨らむように変形し、木材が割裂破壊されていた。
4X 公知技術の衝撃吸収部材
6X 公知技術の木材
10X,12X 公知技術の拘束部材
BM 公知技術の連結部
2 車両
2a 車両の前部
2b 車両の後部
2c 車両の右側部
2d 車両の左側部
3 ボディ
4 衝撃吸収部材
6 木材
6H 連結部用の貫通孔
16H 貫通孔
8a 木材の上面
8b 木材の下面
8c 木材の右端面
8d 木材の左端面
8e 木材の前端面
8f 木材の後端面
10 上側拘束部材
10a 上側拘束部材の下内側面
10b 上側拘束部材の上外側面
10c 上側拘束部材の右端
10d 上側拘束部材の左端
10H 連結部用の貫通孔
12 下側拘束部材
12a 下側拘束部材の上内側面
12b 下側拘束部材の下外側面
12c 下側拘束部材の右端
12d 下側拘束部材の左端
12H 連結部用の貫通孔
21 前側の右連結部
22 後側の右連結部
23 前側の左連結部
24 後側の左連結部
HM 頭部
NT ナット
31 右側の変形起点領域
32 左側の変形起点領域
33 別の右側の変形起点領域
34 別の左側の変形起点領域
41 右側貫通部
42 左側貫通部
43 別の右側貫通部
44 別の左側貫通部
50 非連結領域
4A 変形例1の衝撃吸収部材
41A 変形例1の右側貫通部
42A 変形例1の左側貫通部
4B 変形例2の衝撃吸収部材
41B 変形例2の右側貫通部
42B 変形例2の左側貫通部
4C 変形例3の衝撃吸収部材
21A 変形例3の前側の右連結部
22A 変形例3の後側の右連結部
23A 変形例3の前側の左連結部
24A 変形例3の後側の左連結部
4D 実施形態2の衝撃吸収部材
410 右側薄肉部
420 左側薄肉部
430 別の右側薄肉部
440 別の左側薄肉部
60 試験台
65 重量物
F 荷重(衝撃荷重)
X 衝突物
Claims (6)
- 木材と、前記木材よりも硬い金属製の一対の拘束部材と、前記一対の拘束部材同士を連結し且つ各拘束部材を前記木材に取付けている連結部とを備え、
前記木材は、年輪の軸心方向が荷重の入力方向に沿うように配置されるとともに、荷重入力側に位置する入力端部を有し、
前記一対の拘束部材は、前記木材の入力端部側における平面視において、前記木材の入力端部を挟み付けるように対向して配置された状態で、両拘束部材の間に橋渡された一対の連結部で連結されている車両の衝撃吸収部材において、
前記一対の連結部が、前記平面視において橋渡し方向と直交する方向に離間して配置されることで、前記一対の連結部の間に位置する前記各拘束部材に、連結部にて連結されていない非連結領域が形成されており、
前記非連結領域には、荷重入力方向への拘束部材の塑性変形を促すように拘束部材のその他の部分よりも脆弱化された脆弱部が設けられており、
荷重の入力方向において前記入力端部からその反対側の端部までの距離を基準距離として、前記入力端部から前記基準距離の3/5離れた位置までの領域を入力端部側の領域とした場合、前記脆弱部は、前記入力端部側の領域のみに設けられている車両の衝撃吸収部材。 - 前記脆弱部は、前記各拘束部材を連結部の橋渡し方向に貫通する貫通部で形成されている請求項1に記載の車両の衝撃吸収部材。
- 前記脆弱部は、複数の前記貫通部で形成されているとともに、隣り合う貫通部同士は、前記平面視において連結部の橋渡し方向と直交する方向に離間して配置されている請求項2に記載の車両の衝撃吸収部材。
- 前記脆弱部は、前記各拘束部材を連結部の橋渡し方向に薄肉化してなる薄肉部で形成されている請求項1に記載の車両の衝撃吸収部材。
- 前記各拘束部材は、連結部の橋渡し方向に向けて連続的又は断続的に配置された前記脆弱部からなる変形起点領域を有するとともに、複数の前記変形起点領域が、荷重入力方向に並んで設けられている請求項1~4のいずれか一項に記載の車両の衝撃吸収部材。
- 衝撃吸収部材の外形が所定の方向に長尺な柱形状又は板形状とされており、
前記一対の拘束部材は、長尺方向における各端側に位置する各連結部にて連結されている請求項1~5のいずれか一項に記載の車両の衝撃吸収部材。
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