JP7325353B2 - 衝撃吸収機構 - Google Patents

Description

本発明は、車両に加わる衝突荷重を軽減するための衝撃吸収機構に関する。

特許文献１には、車両の側面衝突時の衝撃吸収機構として、木材を一対の拘束部材で挟み付けたものが記載されている。この衝撃吸収機構は、車両の側面衝突時に木材が圧縮されて潰れることにより衝撃を吸収するが、この際拘束部材で木材を拘束しておくことにより、衝突時の木材の割裂等を防止して木材による衝撃吸収効果を確保する。

特開2019－89484号公報

特許文献１では、木材を拘束部材により拘束しつつ衝突時の木材のスムーズな変形を可能とするため、木材を貫通して拘束部材同士を連結するボルトなどの連結部を木材の長手方向の中間部位に設けている。しかしながら、特許文献１の構成では、この連結部の部品やその組付けにコストがかかるという課題があった。

本発明は前述した問題点に鑑みてなされたものであり、低コストで好適に衝撃吸収を行うことのできる衝撃吸収機構を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するための第１の発明は、車両に加わる衝突荷重を軽減するための車両の衝撃吸収機構であって、木材からなる衝撃吸収部と、前記衝突荷重の荷重入力方向と直交する第１の方向において前記衝撃吸収部を内側に挟み込むように配置される拘束部を有する拘束材と、を具備し、前記拘束部の荷重入力側の端部に、前記衝撃吸収部から荷重入力側に突出する突起部が設けられ、前記突起部の荷重入力側の先端が、前記拘束部よりも外側に位置し、前記拘束材は金属製であり、前記突起部は、前記拘束材を折り曲げたものであることを特徴とする衝撃吸収機構である。

本発明の衝撃吸収機構では、衝突物が突起部の荷重入力側の先端に最初に接触することにより、衝撃吸収部に向かう方向の曲げモーメントが拘束部に発生し、拘束部によって衝撃吸収部の木材を好適に拘束してその圧縮による衝撃吸収効果を確保できる。そのため、前記した連結部を省略または低減できて低コストとなる。また、上記の曲げモーメントにより拘束部の面外曲げを抑制し、拘束部の荷重入力方向の座屈を誘導することで高い衝撃吸収効果が得られる。

また、前記拘束材は金属製であり、前記突起部は、前記拘束材を折り曲げたものであるため、拘束材に突起部を容易に形成できる。

第２の発明は、車両に加わる衝突荷重を軽減するための車両の衝撃吸収機構であって、木材からなる衝撃吸収部と、前記衝突荷重の荷重入力方向と直交する第１の方向において前記衝撃吸収部を内側に挟み込むように配置される拘束部を有する拘束材と、を具備し、前記拘束部の荷重入力側の端部に、前記衝撃吸収部から荷重入力側に突出する突起部が設けられ、前記突起部の荷重入力側の先端が、前記拘束部よりも外側に位置し、前記拘束材は樹脂製であり、前記衝撃吸収部の全面を被覆することを特徴とする衝撃吸収機構である。前記拘束材は、例えば前記突起部も含めて一体成形される。
これにより、衝撃吸収機構を容易に製作することができる。

第３の発明は、車両に加わる衝突荷重を軽減するための車両の衝撃吸収機構であって、木材からなる衝撃吸収部と、前記衝突荷重の荷重入力方向と直交する第１の方向において前記衝撃吸収部を内側に挟み込むように配置される拘束部を有する拘束材と、を具備し、前記拘束部の荷重入力側の端部に、前記衝撃吸収部から荷重入力側に突出する突起部が設けられ、前記突起部の荷重入力側の先端が、前記拘束部よりも外側に位置し、前記突起部の荷重入力側の先端と、前記拘束部の前記第１の方向の中心との間の前記第１の方向の距離は、前記拘束部の前記第１の方向の厚さ以上であることを特徴とする衝撃吸収機構である。
これにより、突起部の先端の拘束部からのオフセットを大きくし、拘束部に大きな曲げモーメントを発生させることができる。

前記突起部は、前記荷重入力方向および前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って、前記衝撃吸収部の当該第２の方向の全長に亘って形成されることが望ましい。
これにより、衝突物の衝突位置や衝突物の大小等に関わらず、前記した曲げモーメントによる効果を得ることができる。

本発明によれば、低コストで好適に衝撃吸収を行うことのできる衝撃吸収機構を提供できる。

衝撃吸収機構５の配置を示す概略図。 衝撃吸収機構５を示す図。 衝撃吸収機構５を示す図。 衝撃吸収機構５による衝撃吸収について説明する図。 衝撃吸収機構５’による衝撃吸収について説明する図。 衝撃吸収機構５ａ、５ｂ、５ｃを示す図。 衝撃吸収機構６を示す図。 衝撃吸収機構６による衝撃吸収について説明する図。 衝撃吸収機構６ａを示す図。

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

［第１の実施形態］
図１は本発明の実施形態に係る車両１の衝撃吸収機構５の配置を示す概略図である。衝撃吸収機構５は車両１の衝突時に車両１に加わる衝撃を吸収して衝突荷重を軽減するためのものである。車両１の種類は特に限定されない。

衝撃吸収機構５は、車両１の側部の金属製のボディ３に沿って車両前後方向に配置される。車両前後方向は図１の上下方向に対応する。図１の左右方向は車両幅方向であり、車両前後方向と平面において直交する。

図２、３は衝撃吸収機構５を示す図である。図２は衝撃吸収機構５の斜視断面図である。図３（ａ）は衝撃吸収機構５を上方から見た図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の線Ｂ－Ｂによる鉛直断面を示したものである。

図２、３に示すように、衝撃吸収機構５は、衝撃吸収部７、拘束材９等を有する略直方体状の部材であり、長手方向を車両前後方向（図２の奥行方向、図３（ａ）の上下方向、図３（ｂ）の紙面法線方向に対応する）として車両１のボディ３に面接触するように固定される。固定手法は特に限定されない。例えば、衝撃吸収機構５の前後のそれぞれに図示しない取付板を設け、この取付板をボルトによりボディ３に締結することができる。

本実施形態では、車両１の側面衝突時、車両１の側方から車両１に向かって図２、３の矢印に示すように衝突荷重Ａが入力されるものとし、以下この方向を荷重入力方向という。車両１の側面衝突時には、この荷重入力方向に衝撃吸収機構５が潰れることで衝撃が吸収される。衝撃吸収機構５は、前記のように長手方向を車両前後方向としてボディ３に固定することで、衝撃吸収機構５の長手方向の広い範囲で荷重Ａを受け止めることが可能となる。以下、衝撃吸収機構５について、衝突荷重Ａが入力される側（図２、３の右側に対応する）を荷重入力側、ボディ３側（図２、３の左側に対応する）を固定側ということがある。

衝撃吸収部７は略直方体の形状を有する柱状部材であり、木材により構成される。衝撃吸収部７は長手方向を車両前後方向として配置され、当該長手方向は荷重入力方向と直交する。衝撃吸収部７の鉛直断面は長方形状であり、当該断面のサイズは求められる衝撃吸収性能に応じて適宜設定されるが、図２、３の例では高さよりも荷重入力方向の長さ（以下、幅という）の方が大きい。

なお、衝撃吸収部７の木材の年輪の軸心方向（木材の繊維方向）は、荷重入力方向に対応することが望ましい。これにより、衝突時に木材が年輪の軸心方向に圧縮しつつ潰れることで、その衝撃を良好に吸収することができる。ただし、木材の配置はこれに限らない。

拘束材９は、拘束部９１と突起部９２を有する板状部材９０を衝撃吸収部７の上面と下面に一対配置して構成される。

拘束部９１は、鉛直方向（荷重入力方向と直交する第１の方向）において衝撃吸収部７を内側に挟み込むように、衝撃吸収部７の上面と下面に配置される。

拘束部９１は、これらの面を荷重入力側の端部から固定側の端部まで覆うように、衝撃吸収部７の長手方向（荷重入力方向および上記第１の方向と直交する第２の方向）の全長に亘って設けられる。衝撃吸収部７の上下面の拘束部９１は、衝撃吸収部７の長手方向の両端部のみで、図示しない結束手段により衝撃吸収部７を挟んで結束される。結束手段は特に限定されない。

前記したように、衝撃吸収部７の鉛直断面は長方形状であり高さよりも幅が大きいため、衝撃吸収部７の上面と下面は衝撃吸収部７の面のうち面積が最も大きい面であり、拘束部９１がこれらの面を覆うように配置されることで衝撃吸収部７が好適に拘束される。拘束部９１は、衝撃吸収部７の木材を拘束しその割裂を防いで木材による衝撃吸収効果を確保しつつ、また衝突時に自ら座屈することにより更なる衝撃吸収効果を得る機能を有する。

突起部９２は、拘束部９１の荷重入力側の端部において、衝撃吸収部７から荷重入力側に突出するように設けられる。突起部９２の荷重入力側の先端ａ（図３（ｂ）参照）は、拘束部９１よりも外側に位置する。外側とは、鉛直方向（第１の方向）において衝撃吸収部７から離れる側を指し、図３（ｂ）の衝撃吸収部７の上側と下側に対応する。

突起部９２は、衝撃吸収部７の長手方向（第２の方向）に沿って、衝撃吸収部７の当該長手方向の全長に亘って形成される。突起部９２は、例えば拘束材９の板状部材９０を折り曲げることにより形成できる。

ここで、突起部９２の荷重入力側の先端ａは、衝突時に衝突物が最初に接触する位置であり、以下この位置を着力位置ということがある。着力位置ａと拘束部９１の鉛直方向（第１の方向）の中心ｃとの間の鉛直方向の距離ｄ１は、拘束部９１の鉛直方向の厚さｔ以上となるように定める。

拘束材９は金属製の剛なものとする。本実施形態では、拘束材９を構成する金属材料を衝撃吸収部７を構成する木材よりも荷重入力方向の圧縮に対し剛なものとするか、または、部材形状を含んだ観点として、拘束材９を衝撃吸収部７よりも荷重入力方向の圧縮に対して剛とする。前者の比較については、例えば金属材料の圧縮時の弾性係数（ヤング率）をインストロン万能試験機を用いた圧縮試験によって得て、JIS Z2101（木材の試験方法）に規定された圧縮試験により求めた木材の弾性係数（ヤング係数）と比較すればよい。後者の比較については、例えば拘束材９と衝撃吸収部７のそれぞれについて、インストロン万能試験機を用いた全断面に対する同一の圧縮試験を別々に行い、圧縮力と歪みの関係から弾性域における剛性を得てこれらを比較に用いればよい。

図４（ａ）は、衝突時、鉛直柱等の衝突物２が上記の着力位置ａに接触した状態を図３（ｂ）と同様の断面で示す図であり、図４（ｂ）は衝突荷重Ａにより変形した衝撃吸収機構５を同じく図３（ｂ）と同様の断面で示す図である。

本実施形態では、衝突時、まず図４（ａ）に示すように、突起部９２の着力位置ａに接触した衝突物２から衝突荷重Ａが入力され、これにより衝撃吸収部７に向かう方向の曲げモーメントＭが拘束部９１に発生し、衝撃吸収部７が拘束部９１によって好適に拘束される。

衝突物２が衝撃吸収部７の荷重入力側の端面ｂに達すると、その後は図４（ｂ）に示すように衝撃吸収部７の木材が拘束部９１によって拘束されつつ荷重入力方向に圧縮されて潰れる。また、拘束部９１自体も荷重入力方向に座屈する。

図４（ｃ）は、上記の衝突過程における衝撃吸収機構５の変位と荷重の関係を、縦軸を荷重、横軸を衝撃吸収機構５の変位として模式的に示した図である。荷重は衝撃吸収機構５が衝突時に受ける荷重であり、衝撃吸収機構５が潰れることで吸収される荷重である。衝撃吸収機構５の変位は、衝撃吸収部７の木材の圧縮による荷重入力方向の縮み量である。

図４（ｃ）において、衝撃吸収機構５の衝撃吸収効果は変位による荷重の積分値で表される。衝撃吸収機構５の衝撃吸収効果は大きく衝撃吸収部７の木材の圧縮によるもの、拘束部９１の面外変形によるもの、拘束部９１の座屈によるものに分けることができ、図中の符号１５、１７、１９はそれぞれの現象による衝撃吸収効果を示したものである。

本実施形態の衝撃吸収機構５を用いた場合、衝突初期には、衝撃吸収部７の木材の圧縮による大きな衝撃吸収効果１５が得られる。なお、衝突初期には拘束部９１の面外曲げによっても衝撃が吸収されるが、その衝撃吸収効果１７は小さい。その後、衝突過程が進むにつれて木材の圧縮による衝撃吸収効果１５は徐々に低下する一方、前記した拘束部９１の座屈が生じることにより大きな衝撃吸収効果１９が得られる。

一方、図５（ａ）の衝撃吸収機構５’に示すように、拘束材９’に突起部９２が設けられない場合、前記した曲げモーメントＭが拘束部９１に発生しないため、衝突物２の衝突時に拘束部９１が衝撃吸収部７から大きく剥がれて面外曲げが優越する。

図５（ｂ）は、図５（ａ）の衝撃吸収機構５’について、図４（ｃ）と同様に衝突過程における衝撃吸収機構５’の変位と荷重の関係を示したものである。

この場合も、衝突初期には前記と同様、衝撃吸収部７の木材の圧縮による衝撃吸収効果１５と拘束部９１の面外曲げによる衝撃吸収効果１７が生じ、木材の圧縮による衝撃吸収効果１５は衝突過程の進行とともに低下する。ただし、この例では前記した曲げモーメントＭが拘束部９１に発生しないため、拘束部９１は衝突過程の進行とともに専ら面外曲げによって衝撃吸収部７の外側に剥がれてゆき、衝突過程が進んでも拘束部９１の荷重入力方向の座屈による大きな衝撃吸収効果１９が得られない。結果、全体としての衝撃吸収効果は衝撃吸収機構５に比べて低下する。

なお、着力位置ａと衝撃吸収部７の荷重入力側の端面ｂとの間の荷重入力方向の距離ｄ２（図３（ｂ）参照）は、拘束部９１に十分な曲げモーメントＭが発生した後に衝撃吸収部７の木材の圧縮が開始される程度に大きくすることが望ましい。距離ｄ２が小さいと、拘束部９１に十分な曲げモーメントＭが発生しないまま衝撃吸収部７の木材の圧縮が開始され、木材の割裂等によって拘束部９１が外側に押し出されて剥がれてしまう恐れがある。また、拘束部９１の座屈時の節は不定形に発生するが、予め拘束部９１の所定位置に１または複数の孔を形成しておき、孔によって座屈時の節を所望の位置に制御することもできる。

以上説明したように、本実施形態の衝撃吸収機構５では、衝突物２が突起部９２の荷重入力側の先端ａ（着力位置ａ）に最初に接触することにより、衝撃吸収部７に向かう方向の曲げモーメントＭが拘束部９１に発生し、拘束部９１によって衝撃吸収部７の木材を好適に拘束してその圧縮による衝撃吸収効果を確保できる。そのため、前記した連結部を省略または低減できて低コストとなり、軽量化も達成できる。また、上記の曲げモーメントＭによって拘束部９１の面外曲げを抑制し、拘束部９１の荷重入力方向の座屈を誘導することで高い衝撃吸収効果が得られる。

また本実施形態では拘束材９を金属製とし、拘束材９を折り曲げることにより突起部９２を容易に形成できる。また前記の距離ｄ１（図３（ｂ）参照）を拘束部９１の厚さｔ以上とすることで、着力位置ａの拘束部９１からのオフセットを大きくし、拘束部９１に大きな曲げモーメントＭを発生させることができる。

また突起部９２は、衝撃吸収部７の長手方向（第２の方向）に沿って、衝撃吸収部７の当該長手方向の全長に亘って形成されるので、衝突物２の衝突位置や衝突物２の大小等に関わらず、上記した曲げモーメントＭによる効果を得ることができる。

しかしながら、本発明は以上の実施形態に限らない。例えば拘束材９の形状は図３等で示したものに限らず様々に定めることができる。例えば図３（ｂ）に示す拘束材９の突起部９２は衝撃吸収部７の斜め外側へと直線状に突出しているが、図６（ａ）の衝撃吸収機構５ａの拘束材９ａに示すように、板状部材９０ａを湾曲させて曲線状の突起部９２ａを形成することもできる。ただし、図３等のように突起部９２を折り曲げて形成するほうが加工の工程を少なくでき、加工時のスプリングバックを小さくできる利点がある。

その他、図６（ｂ）の衝撃吸収機構５ｂに示すように、衝撃吸収部７の荷重入力側の端面ｂを、突起部９２の折り曲げ位置よりも固定側に位置させることも可能である。また場合によっては、図６（ｃ）の衝撃吸収機構５ｃの拘束材９ｃに示すように、板状部材９０ｃをかぎ状に折り曲げて突起部９２ｃを形成してもよい。

図６では、上記の各例について、前記した距離ｄ１、ｄ２、拘束部９１の厚さｔ、着力位置ａなども図示している。図６（ｃ）の例では突起部９２ｃの荷重入力側の先端が面状であるが、この場合、距離ｄ１の算出時の着力位置ａは例えば当該面の鉛直方向における中心とできる。ただし、突起部９２ｃのように荷重入力側の先端が１点でなく面状であると、衝突時に生じる曲げモーメントＭの大きさが衝突物２や衝突形態等に応じて変わり易くなることが考えられ、曲げモーメントＭのロバスト性の点では若干劣る。

また、本実施形態では金属製の拘束材９を用いているが、拘束材９を前記したように剛とできればその材料は特に限定されず、例えば樹脂を用いることもできる。なお、樹脂材料の圧縮時の弾性係数（ヤング率）は例えばJIS K7181（プラスチック－圧縮特性の求め方）に規定された圧縮試験によって得ることができる。

以下、本発明の別の例を第２の実施形態として説明する。第２の実施形態は第１の実施形態と異なる点について説明し、同様の構成については図等で同じ符号を付すなどして説明を省略する。

［第２の実施形態］
図７は本発明の第２の実施形態に係る衝撃吸収機構６を示す図である。図７（ａ）は衝撃吸収機構６を上方から見た図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）の線Ｃ－Ｃによる鉛直断面を示したものである。

衝撃吸収機構６は、拘束材１０が樹脂製であり、衝撃吸収部７の全面を被覆する点で第１の実施形態と主に異なる。拘束材１０は例えば繊維強化樹脂などの樹脂を用いて形成され、前記の拘束材９と同様に剛なものとする。

拘束材１０は、第１の実施形態と同様、鉛直方向（荷重入力方向と直交する第１の方向）において衝撃吸収部７を内側に挟み込むように、衝撃吸収部７の上面と下面に配置される拘束部１０１を有する。

また拘束部１０１の荷重入力側の端部には、衝撃吸収部７から荷重入力側に突出する突起部１０２も設けられる。突起部１０２の鉛直断面は略円形となっており、第１の実施形態と同様、突起部１０２の荷重入力側の先端ａすなわち着力位置ａは、拘束部１０１よりも外側に位置する。

また、着力位置ａと拘束部１０１の鉛直方向（第１の方向）の中心ｃとの間の鉛直方向における距離ｄ１も、第１の実施形態と同様、拘束部１０１の鉛直方向の厚さｔ以上となるように定めることができる。

突起部１０２は、衝撃吸収部７の長手方向（荷重入力方向および上記第１の方向と直交する第２の方向）に沿って、衝撃吸収部７の当該長手方向の全長に亘って設けられる。拘束材１０は突起部１０２を含めて一体成形することができ、例えば衝撃吸収部７の木材を特開2018-89775公報に記載されているように射出成型機（不図示）のキャビティ内に浮かせて配置し、当該キャビティ内に成型材料である樹脂を射出すればよい。これにより衝撃吸収機構６を容易に製作できる。ただし、突起部１０２以外の部分を一体成形した後、これに突起部１０２を付加することも可能である。

図８は、衝突時、衝突物２が突起部１０２の着力位置ａに接触した状態を図４（ａ）と同様に示す図である。本実施形態でも、着力位置ａに最初に接触した衝突物２から衝突荷重Ａが入力され、衝撃吸収部７に向かう方向の曲げモーメントＭが拘束部１０１に発生することで、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

なお、第２の実施形態でも、拘束材１０の形状は図７等で示したものに限らず様々に定めることができる。例えば図９の衝撃吸収機構６ａの拘束材１０ａに示すように、突起部１０２ａを衝撃吸収部７の斜め外側に直線状に突出するような形状としてもよい。ただし剛性の面では、図７（ｂ）のように突起部１０２を略円形とすることが望ましい。

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、衝撃吸収機構５の配置は第１の実施形態で説明したものに限らず、衝突荷重の入力が想定される車両１の各部において適切な配置で取付けることが可能であり、車両１の内部に設けることも可能である。例えば衝突荷重が車両前後方向に入力されることを想定する場合、車両１の前部や後部に衝撃吸収機構５を固定することができ、衝撃吸収機構５は例えば長手方向を車両幅方向として配置することができる。その他、水平方向に長い衝突物２の存在を想定する場合、衝撃吸収機構５を90°回転して長手方向が鉛直方向となるように配置することも可能である。以上はその他の衝撃吸収機構５ａ、５ｂ、５ｃ、６、６ａにおいても同様である。

１：車両
２：衝突物
３：ボディ
５、５'、５ａ、５ｂ、５ｃ、６、６ａ：衝撃吸収機構
７：衝撃吸収部
９、９'、９ａ、９ｃ、１０、１０ａ：拘束材
１５、１７、１９：衝撃吸収効果
９０、９０ａ、９０ｃ；板状部材
９１、１０１：拘束部
９２、９２ａ、９２ｃ、１０２、１０２ａ：突起部
Ａ：衝突荷重
Ｍ：曲げモーメント

Claims (5)

1. 車両に加わる衝突荷重を軽減するための車両の衝撃吸収機構であって、
   木材からなる衝撃吸収部と、
   前記衝突荷重の荷重入力方向と直交する第１の方向において前記衝撃吸収部を内側に挟み込むように配置される拘束部を有する拘束材と、
   を具備し、
   前記拘束部の荷重入力側の端部に、前記衝撃吸収部から荷重入力側に突出する突起部が設けられ、
   前記突起部の荷重入力側の先端が、前記拘束部よりも外側に位置し、
   前記拘束材は金属製であり、
   前記突起部は、前記拘束材を折り曲げたものであることを特徴とする衝撃吸収機構。
2. 車両に加わる衝突荷重を軽減するための車両の衝撃吸収機構であって、
   木材からなる衝撃吸収部と、
   前記衝突荷重の荷重入力方向と直交する第１の方向において前記衝撃吸収部を内側に挟み込むように配置される拘束部を有する拘束材と、
   を具備し、
   前記拘束部の荷重入力側の端部に、前記衝撃吸収部から荷重入力側に突出する突起部が設けられ、
   前記突起部の荷重入力側の先端が、前記拘束部よりも外側に位置し、
   前記拘束材は樹脂製であり、前記衝撃吸収部の全面を被覆することを特徴とする衝撃吸収機構。
3. 前記拘束材が、前記突起部も含めて一体成形されたものであることを特徴とする請求項２記載の衝撃吸収機構。
4. 車両に加わる衝突荷重を軽減するための車両の衝撃吸収機構であって、
   木材からなる衝撃吸収部と、
   前記衝突荷重の荷重入力方向と直交する第１の方向において前記衝撃吸収部を内側に挟み込むように配置される拘束部を有する拘束材と、
   を具備し、
   前記拘束部の荷重入力側の端部に、前記衝撃吸収部から荷重入力側に突出する突起部が設けられ、
   前記突起部の荷重入力側の先端が、前記拘束部よりも外側に位置し、
   前記突起部の荷重入力側の先端と、前記拘束部の前記第１の方向の中心との間の前記第１の方向の距離は、前記拘束部の前記第１の方向の厚さ以上であることを特徴とする衝撃吸収機構。
5. 前記突起部は、前記荷重入力方向および前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って、前記衝撃吸収部の当該第２の方向の全長に亘って形成されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の衝撃吸収機構。

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