JPWO2005075254A1 - 車両の衝撃吸収装置 - Google Patents

Abstract

段部を有して径が軸芯方向へ漸次変化する筒体からなる車両の衝撃吸収装置において、車両の衝突時の衝撃エネルギーを十分に吸収可能とするため、段部３が筒体の軸芯４の周りに螺旋状に形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、車両の衝突時の衝撃エネルギーを吸収する装置に関する。

車両の衝突時の搭乗者に対する衝撃を緩和するために、例えば、車両のバンパリインフォースと車体フレーム（サイドメンバ）との間に衝撃吸収装置（クラッシュボックス）が介装され、その塑性変形により衝撃エネルギを変形エネルギに転換して吸収する技術が知られている。衝撃吸収装置の例としては、円筒の外周面に数条の溝が一体形成された第１の衝撃吸収装置や、中空矩形断面の筒体にビードが形成された第２の衝撃吸収装置が、特許文献１に開示されている。

また、他の衝撃吸収装置の例として、環状の段部を介して径の異なる筒状の複数のエネルギ吸収体を結合し、軸線方向へ先細状の段付き形状に形成されるとともに、最も径の小さいエネルギ吸収体には、軸線方向へ伸びるビードが形成された第３の衝撃吸収装置が、特許文献２に開示されている。
特開平２−１７５４５２号公報 特開平８−１９８０３９号公報

衝撃吸収性能に優れる衝撃吸収装置に要求される特性は、図６に示されるように、変位に対する荷重特性図において、車体フレームの耐力Ｆ_０を上回ることなく（車体フレームよりも衝撃吸収装置を先に変形させるため）、かつ、初期変形に対し荷重が急激に立ち上がるとともにその後の変位の増加に対し高荷重を維持する線図、すなわち、図６の斜線部分の面積をできる限り大きくし、衝撃エネルギの吸収量を大きくすることである。

しかし、上記先行技術の第１の衝撃吸収装置は、図６の（Ｉ）に示されるように、衝撃荷重が加わると、初期変位（変形開始）では大荷重を吸収することができるが、その後、線図が急激に低下してしまい斜線部分の面積が小さくなり、衝撃エネルギを十分に吸収することができない問題がある。また、上記先行技術の第２の衝撃吸収装置、及び上記先行技術の第３の衝撃吸収装置は、不連続のビードや複数の環状段部を有するため、塑性変形が断続的に進行し、図６の（ＩＩ）に示されるように、起伏の激しい波状線図となるとともに、段階的に右上がりの増加線図となってしまうため、場合によっては、線図がＦ_０を上回ってしまうおそれがあり、衝撃吸収装置よりも車体フレームが先に変形してしまう問題がある。

そこで、本発明は、前記の問題を解決する車両の衝撃吸収装置を提供するものである。

前記の課題を解決するため、本発明は、段部を有して径が軸芯方向へ漸次変化する筒体からなる車両の衝撃吸収装置において、前記段部が前記筒体の軸芯周りに螺旋状に形成されていることを特徴とする。

この構成から、径が軸芯方向へ漸次変化する筒体からなる衝撃吸収装置に形成された段部が、筒体の軸芯周りに螺旋状に形成されていることにより、部分的な塑性変形（座屈）が、螺旋状に筒体の小径側から大径側へ漸次、連続的に進行し、変位に対する荷重線図が起伏の緩やかな安定した線図となり、優れた衝撃エネルギ吸収特性を有する車両の衝撃吸収装置を提供することができる。

また本発明において、前記段部は、前記軸芯に対し傾斜角を有する連続面で構成されていてもよい。

この構成から、段部が前記筒体の軸芯に対し傾斜角を有する連続面で構成される、すなわち、テーパ状に形成されることにより、螺旋状の段部全体が一気に塑性変形せず、優れた衝撃エネルギ吸収特性を有するとともに、段部の形成が容易である衝撃吸収装置を提供することができる。

さらに本発明において、前記段部の前記軸芯を含む断面形状は、Ｕ字の折返し形状に形成されていてもよい。

上記の構成によって、上記と同等、あるいはそれ以上に優れた衝撃エネルギ吸収特性を有する車両の衝撃吸収装置を提供することができる。

本発明を実施するための最良の形態を図１乃至図１１に示す実施例に基づいて説明する。

図１は本発明による衝撃吸収装置の一実施例を示す斜視図、図２は図１におけるＡ−Ａ線縦断面図、図３乃至図４は図１における実施例に対し他の実施例を示す、対応のＡ−Ａ線断面図、図５は本発明によるまた別の実施例の衝撃吸収装置を示す斜視図、図６は衝撃吸収装置における実験結果を示す特性図、図７乃至図９は図１の衝撃吸収装置の時間経過における変形イメージを示す概略図、図１０及び図１１は図１の衝撃吸収装置の取付け例を示す図である。

衝撃吸収装置１は、図１及び図２に示されるように、径（軸芯４との直交面５で切断したときの幅）が軸芯４の方向へ漸次変化する小径部２ａ、中径部２ｂ、大径部２ｃが同軸で連続してなる四角錐状の筒体であり、この筒体には、一条の連続面から構成される螺旋状の段部３が筒体の軸芯４の周りに一体的に形成されている。尚、段部３の螺旋ピッチ、条数は任意である。

そして、段部３は、図２に示されるように、筒体の軸芯４に対し傾斜角θを有する連続した傾斜面６に形成される、すなわち、テーパ状に形成されている。傾斜角θ、段部３の高さＨ、段部３の幅Ｗは任意であり、図１のＡ−Ａ線縦断面に限らず軸芯４を含むどの縦断面でみても、傾斜角θ、高さＨ、幅Ｗは各々一定である。あるいは、図１に示される段部３の一端部７から他端部８へかけて、傾斜角θ、高さＨ、幅Ｗを連続的に増加又は減少させてもよい。

図示の実施例では、衝撃吸収装置１は四角錐状の筒体であるが、その他の多角錐状でもよく、後述する図５に示すような円錐状や、その他の楕円錐状、長円錐状でもよい。また、筒体の一端部から他端部にかけて多角錐状から略円錐状へ徐々に形状が変化する筒体でもよい。

衝撃吸収装置１の材質は、例えば、日本工業規格（JIS）のＳＰＨ２７０Ｃ、ＳＴＫＭ１１Ａや、高張力鋼（通称、ハイテン材）や、軽量化を図るためにアルミニウム材等が使用される。板厚は、例えば２ｍｍである。

衝撃吸収装置１の製造方法としては、例えば、公知のスピニング工法やプレス加工により金属製のパイプを錐状の筒体に成形した後、パンチとダイスを用いて筒体を軸方向にプレス加工して製造する方法や、パンチとダイスを用いて金属製のパイプを錐状に拡径した後、更に別のパンチとダイスを用いて筒体を軸方向にプレス加工して製造する方法や、衝撃吸収装置の展開形状に外形を切り出した平板材を、巻き曲げて溶接等により接合して製造する方法等である。これらの製造方法以外にも、液圧バルジ加工（ハイドロフォーミング）で行なってもよい。

段部３の他の実施例として、図３に示されるように、段部１３の軸芯１４を含む断面形状を、軸芯１４に対し直交するように形成してもよい。段部１３の高さＨは任意であり、図１のＡ−Ａ線縦断面に対応する断面に限らず軸芯１４を含むどの縦断面でみても、高さＨは一定である。あるいは、段部１３の一端部（図1の一端部７に対応）から他端部（図1の他端部８に対応）へかけて、高さＨを連続的に増加又は減少させてもよい。本実施例によれば、段部１３の塑性変形（座屈）が確実に生じやすくなる。

また、段部３の更に他の実施例として、図４に示されるように、段部２３の軸芯２４を含む断面形状を、Ｕ字の折返し形状に形成してもよい。段部２３の高さＨおよび段部２３の幅Ｗは任意であり、図１のＡ−Ａ線縦断面に対応する断面に限らず軸芯２４を含むどの縦断面でみても、段部２３の形状は一定である。あるいは、段部２３の一端部（図1の一端部７に対応）から他端部（図1の他端部８に対応）へかけて、段部２３の高さＨ、段部２３の幅Ｗを連続的に増加又は減少させてもよい。本実施例によれば、段部２３の塑性変形（座屈）が更に確実に生じやすくなる。

尚、段部３の更に他の実施例として、図示しないが、衝撃吸収装置（筒体）の内部へ突出する螺旋状の凹溝や、外部へ膨出する螺旋状の凸条を形成してこれを段部としてもよい。凹溝及び凸条の形状は特に限定されるものではない。

本発明による衝撃吸収装置１の他の実施例として、図５に示すように、径（軸芯３４との直交面で切断したときの幅）が軸芯３４の方向へ漸次変化する小径部３２ａ、中径部３２ｂ、大径部３２ｃが、同軸で連続してなる円錐状の筒体を備える構成のものとしてもよい。この筒体には、一条の連続面で構成される螺旋状の段部３３が筒体の軸芯３４の周りに形成されている。段部３３の螺旋ピッチ、条数は任意である。また、段部３３の一端部３７から他端部３８へかけて、段部３３の高さＨ、段部３３の幅Ｗを連続的に増加又は減少させてもよい。本実施例によれば、筒体が円錐状であるのに伴い、段部３３が同心円で滑らかに連続する螺旋状となり、図６に示される特性図において、起伏が消失もしくは緩和された線図となる。

図１に示される衝撃吸収装置１の実験結果（変位に対する荷重線図）を、図６の（ＩＩＩ）に示す。変形開始点（初期変位）では、車体フレームの耐力Ｆ_０を上回ることなく大荷重が吸収され、それ以後の変位の増加に対しては、多少の起伏が発生するものの、ほぼ横這いの線図となり、衝撃エネルギ吸収特性に優れた衝撃吸収装置が得られた。

上記特性になる理由は、径が軸芯方向へ漸次変化する筒体からなる衝撃吸収装置に形成された段部が、筒体の軸芯周りに螺旋状に形成されていることにより、衝撃吸収装置の塑性変形が、筒体の小径側から大径側へ漸次、螺旋状に連続的に進行するためである。

尚、図１に示される衝撃吸収装置１は四角錐であり、一般部（面）に比べ高剛性である稜線部９が周上に４箇所存在するため、稜線部９が変形する際に、線図に多少の起伏が発生してしまう。そこで、図５に示されるような円錐状の衝撃吸収装置であれば、前述のごとく、この起伏を消失もしくは緩和することが可能である。

次に、図１に示される衝撃吸収装置１の時間経過における変形イメージの概略図を、図７乃至図９に示す。図７に示されるように、衝撃吸収装置１に衝撃が加わると、先ず段部３の一端部７が変形（座屈）し、その後、図８から図９へと示されるように、螺旋状に筒体の小径側から大径側へ漸次、連続的に変形（座屈）が進行する。

図１０は、前記図１及び図２に示す衝撃吸収装置１のバンパリインフォースを用いない場合での車体への取付け例の側面図を示す。

図１０において、前記の段部３’を有する衝撃吸収装置１’の先端には金属製のキャップ５０が被されその延長部５１で溶着されて固設されると共に、該装置１’の他端部にはフランジ５２が溶着にて固設されている。そして、該フランジ５２には取付穴５３が形成されている。車体への取り付けは、例えば、前記フランジ５２を車体フレーム（フロントサイドメンバーなど）５４のフランジ５５に対し、前記取付穴５３を通じてボルト５６及びナット５７により強固に固定する。
この実施例は、次の図１１に示すようなバンパリインフォースを用いずに、キャップ５０の先端に直接バンパーの内側５８が接するレイアウトである。

前記キャップ５０はその先端部が傾斜面に形成され、外方へ突出する突部５９は衝撃吸収装置１’の軸芯４’からずれた位置に形成されている。この突部５９と前記段部３’の一端部７’が位置する側に、キャップ５０の突部５９側における前記延長部５１が設けられており、突部５９の直後に段部３’の一端部７’が配置されている。
この構成によって、車両が前方の物体と衝突した際には、その衝突面（バンパーの内側）５８にキャップ５０の突部５９が最初に当たり、そのまま最初に段部３’の一端部７’へ衝撃荷重がかかるため、該一端部７’を起点として段部の変形が始まり、その後順次段部３’の変形が進行し易くなる。

図１１は、図１及び図２に示す衝撃吸収装置１の先端を変形させてバンパリインフォースを用いる場合の取付例を示す。
図１１に示す実施例は、前記図１０と同様に、段部３”を有する衝撃吸収装置１”の後端がフランジ６２によって車体フレーム６４のフランジ６５にボルト６６及びナット６７により強固に取付けられている。また、この図１１に示す実施例は、バンパリインフォース６０を用いる場合であり、衝撃吸収装置１”の先端は延長部６１でバンパリインフォース６０へ溶接などにより固着されている。また、このバンパリインフォース６０の外側面６８にバンパーの内側が接するレイアウトになっている。

本発明の衝撃吸収装置を、例えば、車両のバンパリインフォースと車体フレーム（サイドメンバ）との間に介装する場合は、先に変形する小径部２ａ，３２ａ側をバンパリインフォースに接続し、後に変形する大径部２ｃ，３２ｃ側を車体フレームに接続すると、搭乗者に対する衝撃の緩和の点で有効であるが、反対に接続しても特に問題はない。

上記の本発明は、車両の衝撃吸収装置へ広く適用することができ、例えば、自動車用のプロペラシャフト等に適する。

本発明による衝撃吸収装置の一つの実施例を示す斜視図。 図１におけるＡ−Ａ線断面図。 本発明による他の実施例に係る図１におけるＡ−Ａ線断面図に対応する断面図。 本発明による他の実施例に係る図１におけるＡ−Ａ線断面図に対応する断面図。 本発明による衝撃吸収装置の他の実施例を示す斜視図。 図１における実施例を含めて衝撃吸収装置の実験結果を示す特性図。 図１における衝撃吸収装置の初期変形のイメージを示す概略図。 図７から更に変形が進行したイメージを示す概略図。 図８から更に変形が進行したイメージを示す概略図。 図１及び図２に示す衝撃吸収装置の取付け例を示す側面図。 図１及び図２に示す衝撃吸収装置の他の取付け例を示す側面図。

Claims (3)

1. 段部を有して径が軸芯方向へ漸次変化する筒体からなる車両の衝撃吸収装置において、前記段部が前記筒体の軸芯周りに螺旋状に形成されていることを特徴とする車両の衝撃吸収装置。
2. 前記段部が、前記軸芯に対し傾斜角を有する連続面で構成されていることを特徴とする請求項１記載の車両の衝撃吸収装置。
3. 前記段部の前記軸芯を含む断面形状が、Ｕ字の折返し形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の車両の衝撃吸収装置。