JPH08320044A - 緩衝部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 軽量で良好な衝撃緩衝効果を有する緩衝部
材、特に自動車用ドアダメージャ材として好適な緩衝部
材を提供する。 【構成】 基本断面が略円より構成された略円筒形状材
であり、該基本断面に対する接線（ａ）の向きが荷重方
向Ｆに平行となる部位Ｗの強度が相対的に低く設定され
たアルミ押出材からなる緩衝部材。例えば上記部位Ｗの
肉厚を基本断面の肉厚より薄く設定することで、上記部
位Ｗの強度を低く設定する。この緩衝部材は圧壊したと
き矩形的な荷重−変形特性を示し、物体が車両に衝突し
たとき乗員にかかる衝撃を効果的に押さえることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は衝撃緩衝作用に優れた緩
衝部材、特に自動車用ドアダメージャ材として好適な緩
衝部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばバンパー補強材やバンパーステ
イ、サイドドアビーム等の自動車用安全部材に用いられ
るアルミ押出材の断面形状は、曲げ剛性を重視するため
一般には日、目、田、口型の断面形状を有している。こ
のような断面形状の部材に荷重を加え、図９（ａ）、
（ｂ）に示すように、部材１に対し負荷治具２によりあ
る方向からの衝突を仮定した圧壊をすると、部材１の荷
重方向に平行な箇所が圧壊の初期に大きい抵抗を示し、
図１０に示すように、荷重が変形の初期に極大ピークを
とりその後急激に減少するという荷重（Ｆ）−変位
（Ｘ）関係となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、部材がこのよ
うな荷重−変位関係を示す場合、剛性が十分で耐荷重性
が十分であり、衝突した物体が内部へ侵入（一次衝突）
するのを阻止できるとしても、実際の衝撃に対する緩衝
作用という観点からは十分ではない。つまり、乗員の積
極的な保護のためには、物体が車両に衝突したとき乗員
に伝搬する衝撃（二次衝突）を一定値以下に押さえる必
要があり、そのためには、衝突時の負荷物体進入量−抵
抗荷重関係において、急激な加速度変化を起こさないよ
うにすることが望ましいが、部材が図９に示す荷重−変
位関係を示す場合、物体の衝突時に急激な加速度変化が
起き、かつその加速度の値が大きく、乗員に大きい衝撃
（二次衝突）が加えられるからである。

【０００４】本発明は従来のかかる問題点に鑑みてなさ
れたものであって、軽量で良好な衝撃緩衝効果を有する
緩衝部材、特に自動車用ドアダメージャ材として好適な
緩衝部材を提供することを目的とする。なお、自動車用
ドアダメージャ材は、例えば図８に示すように、ドアビ
ーム３より内側に２箇所（ショルダー部４ａ、ウエスト
部４ｂ）設置され、自動車ドアへの側面からの衝突（方
向を矢印で示す）に対する緩衝材となるものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る緩衝部材
は、基本断面が略円より構成された筒状材であり、少な
くとも該基本断面に対する接線の向きが荷重方向に平行
となる部位Ｗの強度が相対的に低く設定されていること
を特徴とし、例えば自動車用ドアダメージャ材として好
適な緩衝部材である。ここで、基本断面とは、周に沿っ
て肉厚の変化がないときはその断面自体を意味し、周に
沿って肉厚の厚い箇所と薄い箇所を設定した場合は、仮
に薄い箇所に補充して一定肉厚としたとき得られる仮想
断面を意味する。また、略円とは円形又は楕円形を意味
する。さらに、部位Ｗは、図２を参照して説明すると、
基本断面に対する接線（ａ）の向きが荷重方向Ｆに平行
となる箇所（矢印で２箇所示す）を意味する。なお、直
線ｂは荷重方向Ｆに垂直で部材の中心を通る直線であ
る。

【０００６】また、本発明に関わる緩衝部材は、基本断
面が荷重方向に垂直に配置される１又は２箇所の直線部
と残りが略円弧状部より構成された筒状材であってもよ
い。しかし、その場合も、少なくとも該基本断面に対す
る接線の向きが荷重方向に平行となる部位Ｗの強度が相
対的に低く設定されている必要がある。これには、例え
ば基本断面が荷重方向に垂直に配置される互いに平行な
２箇所の直線部と該直線部の間の略円弧状部より構成さ
れた図３に示すようなトラック形が含まれる。なお、略
円弧状部とは円形又は楕円形の一部を意味する。

【０００７】上記緩衝部材において、模式的には部位Ｗ
の強度＝（材料強度）×（肉厚等の形状因子）で表さ
れ、部位Ｗの強度を相対的に低く設定するための具体的
手段としては、上記部位Ｗの肉厚を基本断面の肉厚より
薄く設定すること、上記部位Ｗの材料強度を元の材料強
度より低く設定すること等が挙げられる。上記緩衝部材
は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金の押出材
からなり、これにより上記部位Ｗの肉厚を基本断面の肉
厚より薄く設定するようなことは容易になし得る。な
お、いうまでもないが、緩衝部材に使用する材料は圧壊
の途中で部材に荷重を急激に低下せしめるような割れを
おこさせない程度に高延性でなくてはならない。

【０００８】

【作用】先に述べたように、緩衝部材（ドアダメージャ
材）は物体が車両に衝突したとき乗員にかかる衝撃（二
次衝突）を一定値以下に押さえる役割を持ち、そのため
には、衝突時の負荷物体侵入量−抵抗荷重関係が急激な
加速度変化をおこさないように、緩衝部材は例えば図１
に示すように矩形的な荷重−変位特性を示すのが望まし
い。

【０００９】本発明者らは実験を繰り返し、圧壊時の荷
重に主に影響を与えるのは部位Ｗを含む荷重方向に平行
な部位の強度であること、また荷重−変位特性を矩形に
制御するためには、圧壊の進行過程に応じて部材断面の
適当な位置に塑性関節（ヒンジと呼ぶ）をつくり、適当
な圧壊荷重に耐え得るような肉厚、強度を有する部材配
置とすることが不可欠であることを突き止め、本発明に
到達したものである。

【００１０】そして、本発明の緩衝部材は、基本断面が
略円より構成された筒状材、あるいは基本断面が荷重方
向に垂直に配置される１又は２箇所の直線部と残りが略
円弧状部より構成された筒状材において、少なくとも基
本断面に対する接線の向きが荷重方向に平行となる部位
Ｗの強度を相対的に低く設定することにより、ここに圧
壊時のヒンジが形成されるようにしたもので、従来の
日、目、田、口型の断面形状にみられたように荷重方向
に平行な箇所が変形の初期に必要以上に大きい抵抗を示
すということがなく、矩形的な荷重−変位特性を示すも
のである。以下、実施例を参照しながら本発明の詳細を
説明していくことにする。

【００１１】

【実施例】表１〜表４及び図１〜図７を参照し、本発明
の実施例を本発明に該当しない比較例と比較しつつ説明
する。

【００１２】まず、表１〜表４において、種々の断面形
状をなす緩衝部材に対し図９に示すと同様の実験室レベ
ルでの静的圧壊テストを行い、その圧壊特性（荷重−変
位関係）を調べた。そのときの荷重方向は表１〜表４に
示す断面形状において上下方向である。なお、表１〜表
４の寸法の欄において、Ｌは長さ、Ｂは幅、ｈは高さ、
ｔは肉厚、σ_yは降伏強度、φは基本断面の外径、Δｔ
は肉厚の減少分を表す。

【００１３】その評価は、有効変位量区間（図１にＬｅ
で示す）内における荷重−変位関係が、基本断面のもの
を基準としてこれより矩形に近い方に改善されていく程
度によって、基本断面と同等以下のとき×、矩形に近く
改善されているが荷重の変化率が±１０％以上のとき
△、矩形に近く改善されており荷重の変化率が±１０％
以下のとき○とラベルし、○を本発明の作用を満足する
範囲とした。なお、有効変位量区間Ｌｅとは、図１に示
すように塑性変形開始域から部材がつぶれきってこれ以
上圧壊しても荷重が単調にあがっていくだけとみなせる
変位までの区間と定義する。

【００１４】

【表１】

【００１５】表１に示す比較例１、２は、断面形状が各
々日型、目型をなすアルミ合金押出材（６０６３−
Ｔ₆）からなる緩衝部材である。このような形状材を圧
壊すると、高延性であっても断面を構成する部位のうち
荷重の負荷方向に平行な部位（ウェブ）が圧壊の初期に
必要以上にがんばるため、荷重は極大ピークをとりその
後急激に減少する。これではたとえ剛性が十分であり、
耐荷重が十分といえども緩衝作用という観点から好まし
くない。

【００１６】

【表２】

【００１７】表２に示す比較例３−１は断面形状が基本
断面（円形断面）をなし、比較例３−２及び実施例３−
１はその基本断面の対称位置２箇所の肉厚を外周側から
減じたもので、いずれもアルミ合金押出材（６０６３−
Ｈ）である。なお、比較例３−２と実施例３−１の断面
形状は同じであるが荷重方向に対する向きが９０度異な
り、実施例３−１では部位Ｗに肉厚の薄い部分がくるよ
うになっている。

【００１８】比較例３−１の荷重−変位関係のパターン
は単調増加型であり、比較例１（日型）又は比較例２
（目型）のように大きな初期ピークをとった後急激な荷
重減少というパターンは免れる。また、加工硬化率の小
さい材料を用いれば単調増加の傾きを極力小さくするこ
とは可能であるが、安定した矩形を構成するには十分で
はない。比較例３ー２は断面形状の一部に肉厚を減じた
部分を設けているが、その位置と荷重方向の相対関係が
適当でないため、目的の矩形的な荷重ー変位関係が得ら
れていない。実施例３ー１では、部位Ｗに肉厚の薄い部
分がきてここでの強度が相対的に低くなっているため、
目的の矩形的な荷重ー変位関係が得られている。

【００１９】

【表３】

【００２０】

【表４】

【００２１】表３に示す比較例４−１は断面形状が基本
断面（円形断面）をなし、比較例４−２はその基本断面
の対称位置４箇所の肉厚を外周側から減じたもの、表４
に示す実施例４−１はその基本断面の６箇所の肉厚を外
周側から減じたもの、実施例４−２はその基本断面の１
０箇所の肉厚を外周側から減じたもの、実施例４−３は
その基本断面の１０箇所の肉厚を内周側から減じたもの
で、いずれもアルミ合金押出材（６０６３−Ｏ）であ
る。なお、実施例４−１〜４−３では部位Ｗに肉厚の薄
い部分がくるようになっている。

【００２２】比較例４−１の荷重−変位関係のパターン
は単調増加型であり、比較例１（日型）又は比較例２
（目型）のように大きな初期ピークをとった後急激な荷
重減少というパターンは免れる。また、加工硬化率の小
さい材料を用いれば単調増加の傾きを極力小さくするこ
とは可能であるが、安定した矩形を構成するには十分で
はない。比較例４ー２は断面形状の一部に肉厚を減じた
部分を設けているがその位置と荷重方向の相対関係が適
当でないため目的の矩形的な荷重−変位関係が得られて
いない。実施例４ー１、４ー２、４ー３はいずれも部位
Ｗに肉厚の薄い部分がきてここでの強度が相対的に低く
なっているため、目的の矩形的な荷重−変位関係が得ら
れている。

【００２４】なお、アルミ押出材の断面形状、及び材料
特性（合金種、調質）を最適化することにより、その圧
壊荷重値Ｐｃｒ（図１参照）の値を使用目的に応じた値
に制御することができる。

【００２５】さて、上記実施例は少なくとも部位Ｗの肉
厚を基本断面の肉厚より薄く設定することにより、目的
の矩形的な荷重−変位関係を得ようとするものであった
が、次の図４及び図５に示す実施例は部位Ｗの材料強度
自体を元の材料強度より低くすることにより、目的の矩
形的な荷重−変位関係を得ようというものである。図４
は、円筒形アルミ押出材の断面複数箇所（ドットを付与
した箇所Ａ）を長手方向に部分焼鈍しその箇所Ａの強度
を低下させ、部位Ｗにその箇所Ａがくるようにしたもの
で、その具体的手段としては例えばレーザ照射、焼きゴ
テ、ローラ通電等が挙げられる。図５は、２つの断面略
半円形の高強度材Ｂの間に低強度材Ｃを挟んで一体化
し、部位Ｗに低強度材Ｃがくるようにし、目的とする矩
形的な荷重−変位関係を得ようというものである。な
お、図４及び図５において荷重方向は上下方向である。

【００２６】また、図６及び図７は、２箇所の対称位置
に穴Ｄをあけ（図６）、又はスリットＥ（図７）をあけ
てその箇所の強度を低くすることにより、目的とする矩
形的な荷重−変位関係を得ようというものである。な
お、図６及び図７において荷重方向は上下方向である。

【００２７】なお、本発明の緩衝部材の用途に関して
は、これまで主としてドアダメージャを念頭において説
明したが、本発明の緩衝部材の用途はこれに限定される
ことなく、衝撃緩衝作用を要求される他の緩衝部材、例
えばサイドドアビーム、バンパー補強材、バンパーステ
イ、その他にも適用されるものである。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、矩形的な荷重−変位特
性を持ち、良好な衝撃緩衝効果を有する緩衝部材を得る
ことができ、特にドアダメージャ材に適用したとき、物
体が車両に衝突したとき乗員にかかる衝撃を一定値以下
に押さえ乗員を保護する効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】圧壊試験を行った場合の矩形的な荷重−変位曲
線において、有効変位量区間Ｌｅ及び圧壊荷重値Ｐｃｒ
を定義する模式図である。

【図２】緩衝部材の断面において、基本断面に対する接
線の向きが荷重方向に平行となる部位Ｗを説明する図で
ある。

【図３】トラック型の基本断面を説明する図である。

【図４】本発明の実施例に関わる緩衝部材の断面を示す
図である。

【図５】同じく本発明の実施例に関わる緩衝部材の断面
を示す図である。

【図６】同じく本発明の実施例に関わる緩衝部材の断面
を示す図である。

【図７】同じく本発明の実施例に関わる緩衝部材の断面
を示す図である。

【図８】ドアダメージャの設置位置を説明する図であ
る。

【図９】圧壊試験を説明する断面方向（ａ）及び長手方
向（ｂ）模式図である。

【図１０】一般的なバンパー等に用いられているアルミ
押出材の荷重ー変位関係のイメージ図である。

【符号の説明】

Ｆ 負荷荷重 Ｘ 変位量 Ｌｅ 有効変位区間 Ｐｃｒ 圧壊荷重値 Ｗ 基本断面に対する接線の向きが荷重方向に平行とな
る部位 ４ａ、４ｂ ドアダメージャ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基本断面が略円より構成された筒状材で
   あり、少なくとも該基本断面に対する接線の向きが荷重
   方向に平行となる部位Ｗの強度が相対的に低く設定され
   ていることを特徴とする緩衝部材。
2. 【請求項２】 基本断面が荷重方向に垂直に配置される
   １又は２箇所の直線部と残りが略円弧状部より構成され
   た筒状材であり、少なくとも該基本断面に対する接線の
   向きが荷重方向に平行となる部位Ｗの強度が相対的に低
   く設定されていることを特徴とする緩衝部材。
3. 【請求項３】 基本断面が荷重方向に垂直に配置される
   互いに平行な２箇所の直線部と該直線部の間の略円弧状
   部より構成された筒状材であることを特徴とする請求項
   ２に記載された緩衝部材。
4. 【請求項４】 上記部位Ｗの肉厚が基本断面の肉厚より
   薄く設定されていることを特徴とする請求項１〜３のい
   ずれかに記載された緩衝部材。
5. 【請求項５】 上記部位Ｗの材料強度が元の材料強度よ
   り低く設定されていることを特徴とする請求項１〜３の
   いずれかに記載された緩衝部材。
6. 【請求項６】 アルミニウム又はアルミニウム合金の押
   出材であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに
   記載された緩衝部材。
7. 【請求項７】 自動車用ドアダメージャ材であることを
   特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載された緩衝部
   材。