WO2005010397A1

WO2005010397A1 - 衝撃吸収部材

Info

Publication number: WO2005010397A1
Application number: PCT/JP2004/011117
Authority: WO
Inventors: Kenji Tamura; Yoshiaki Nakazawa; Michitaka Yoshida; Katsutoshi Takagi; Mitsutoshi Kano
Original assignee: Sumitomo Metal Industries, Ltd.; Toyoda Iron Works Co., Ltd.
Priority date: 2003-07-28
Filing date: 2004-07-28
Publication date: 2005-02-03
Also published as: CN100504105C; US7445097B2; CN1856670A; EP1653113A4; DE602004027144D1; EP1653113B1; EP1653113A1; EP1653113B8; US20060181072A1; JP4412282B2; JPWO2005010397A1

Abstract

潰れビードを具備せずに、初期荷重を低減でき、かつ座屈挙動が安定して衝撃吸収量を確保できる衝撃吸収部材を提供する。２ｎ本（ｎは３以上の自然数）の稜線と、これら２ｎ本の稜線により区画される２ｎ個の面とを備えることにより２ｎ角形の横断面形状を有し、軸方向の一方の端部から他方の端部へ向けて衝撃荷重を負荷されて座屈することにより衝撃エネルギを吸収する、長さがＬの筒体から構成される衝撃吸収部材である。２ｎ本の稜線のうち一部の稜線を含む領域は、一方の端部から軸方向への距離がｈとなる位置から他方の端部までの間にのみ存在するとともに、長さがＬの稜線の数をｍとしたときに、ｈ≦Ｌ×０．３０・・・・・（１）４≦ｍ≦２×（ｎ−１）・・・・・（２）を満足する。

Description

衝撃吸収部材技術分野

本発明は、衝撃吸収部材に関する。具体的には、本発明は、例えば自動車等の車両の衝突時に発生する衝撃エネルギを吸収することができる明

衝撃吸収部材に関する。

田

背景技術

周知のように、現在の多くの自動車の車体は、軽量化と高剛性とを両立するために、フレームと一体化したボディ全体により荷重を支えるモノコックボディによって構成される。自動車の車体は、車両の衝突時には、車両の機能の損傷を抑制し、かつキャビン内の乗員の生命を守る機能を有さなければならない。車両の衝突時の衝突エネルギを吸収してキャビンへの衝撃力を緩和することによってキヤビンの損傷をできるだけ低減するためには、例えばエンジンルームやトランクルームといったキャビン以外のスペースを優先的に潰すことが有効である。

このような安全上の要請から、車体の前部、後部あるいは側部等の適宜箇所には、衝突時の衝撃荷重が負荷されると圧壊することによって衝突エネルギを積極的に吸収するための衝撃吸収部材が設けられている。これまでにも、このような衝撃吸収部材として、フロントサイドメンバ、サイドシルさらにはリアサイドメンバ等が知られている。

近年には、クラッシュボックスといわれる衝撃吸収部材をフロントサィドメンバの先端に例えば締結や溶接等の適宜手段によって装着することによって、車体の安全性の向上と、軽衝突による車体の損傷を略解消することによる修理費の低減とをともに図ることが、行われるようになつてきた。クラッシュボックスとは、軸方向へ負荷される衝撃荷重によつて軸方向へ蛇腹状（アコ一デオン状）に優先的に座屈することにより衝突エネルギを吸収する部材である。

この衝撃吸収部材の衝撃吸収性能を向上させるための材質や形状がこれまでにも種々開発されている。衝撃吸収部材に要求される衝撃吸収性能とは、具体的には、衝撃荷重が軸方向へ負荷されると軸方向へ繰り返し安定して座屈することにより蛇腹状に変形すること、衝撃吸収部材の圧壊時の平均荷重が高いこと、さらには、衝撃吸収部材の圧壊の際に発生する最大反力がこの衝撃吸収部材の近傍に配置された他の部材を破壊しない範囲にあることである。

これまでに一般的に用いられてきた衝撃吸収部材は、例えば特開平 8 - 1 2 8 4 8 7号公報に開示されるような、ハツト形の横断面形状の部材に設けられたフランジを介して裏板を溶接して箱状部材としたものである。なお、本明細書において「フランジ」とは、横断面における輪郭から外部へ向けて突出して設けられた縁部を意味する。

これに対し、特開平 9 _ 2 7 7 9 5 3号公報には、一端から他端へ向けての横断面形状が四角形以上の多角形からこの多角形よりも辺の数が多い他の多角形へと連続的に変化する閉断面構造を有することによって、衝突の初期の荷重を低減しながら衝撃吸収量を向上させた衝撃吸収部材に係る発明が開示されている。なお、この特開平 9— 2 7 7 9 5 3号公報には、衝撃吸収部材の横断面形状を単に多角形化したのでは初期荷重が高くなり過ぎる旨、記載されている。

また、特開 2 0 0 2— 3 1 6 6 4 2号公報には、 4つの平面部を有する角筒状の衝撃吸収部材の前端部の左右両側のうちの一方、又は上下両側のうち一方に切欠き部を設けた衝撃吸収部材に係る発明が開示されている。

また、特開 2 0 0 2— 1 3 9 0 8 6号公報には、潰れビ一ドを設けることにより最大荷重を低減した衝撃吸収部材に係る発明が開示されている。

一方、近年の自動車の多くに乗員保護装置として搭載されるエアバッグは、衝突による乗員の損傷を低減するためには、衝突後に極めて微少な時間が経過したタイミングで正確に起動しなければならない。このェアバッグは、例えばフロントサイドメンバ等の衝撃吸収部材に装着された加速度センサが衝突時に検知する衝撃荷重の変化量に基づいて出力される信号によって、起動する。このため、衝突時の衝撃吸収部材に作用する衝撃荷重の変化量が安定的に得られないと、この信号の出カタイミングも変動し、エアバッグを所望のタイミングで正確に起動させることができなくなる。

そこで、特開平 5 — 1 3 9 2 4 2号公報には、衝撃吸収部材の前部及び後部の間に板厚差を設けること、衝撃吸収部材の前部及び後部の間に段部を設けて断面積差を付与すること、又は、この段部の後部に補強材を付与することによって、衝撃吸収部材に吸収される衝撃荷重が 2段階となるようにして衝撃荷重を制御することにより、衝突エネルギを充分に吸収しながら、設定した加速度に近い値で確実に加速度センサを作動させることができる衝撃吸収部材に係る発明が開示されている。発明の開示

し力、し、特開平 8— 1 2 8 4 8 7号公報、特開平 9 一 2 7 7 9 5 3号公報、特開 2 0 0 2— 3 1 6 6 4 2号公報又は特開 2 0 0 2— 1 3 9 0 8 6号公報により開示された従来のいずれの発明によっても、隔壁の追加や板厚の増加による重量の増加を招くことなく、安定して軸方向へ座屈することにより所定の衝撃吸収量を確保することができる衝撃吸収部材を提供することはできない。

特開平 9— 2 7 7 9 5 3号公報により開示された発明では、衝撃吸収部材の横断面形状が略全長に渡って徐々に変化する。このため、この発明によれば、確かに初期荷重を低減することは可能になると考えられる。しかし、衝撃吸収部材の軸方向への位置によっては、衝撃吸収部材の横断面形状が不可避的に安定した座屈には適さない形状になるおそれがある。したがって、この衝撃吸収部材は、衝撃荷重が軸方向へ負荷されると、軸方向へ繰り返し安定して座屈することができず、蛇腹状に変形しないおそれがある。

特開 2 0 0 2 — 3 1 6 6 4 2号公報により開示された発明では、部材の前端部が非対称形状となる。このため、この衝撃吸収部材単体での圧壊挙動も非対称となり、圧壊の際に曲がり等が発生して安定して座屈できない恐れがある。

特開 2 0 0 2— 1 3 9 0 8 6号公報により開示された発明において潰れビードを設ける適正な位置は、衝撃吸収部材の形状、寸法さらには材質等によって、変動する。このため、この発明において潰れビードを設ける位置を決定するためには、実際に潰れビ一ドを様々な位置に設けた衝撃吸収部材を試作して相当数の確認実験を行う必要があり、現実には容易に実施できない。

一方、特開平 5— 1 3 9 2 4 2号公報により開示された発明は、衝撃吸収部材の各部位に板厚差や段差を設けて断面積差を付与することにより、荷重を制御する。このため、この発明では、板厚差や断面積差を設けられた各部位が座屈する際の変形挙動の影響を大きく受け、生成する荷重差やこの荷重差が発生するストローク量が変動し易い。このため、この発明では、衝突時の衝撃吸収部材に吸収される衝撃荷重が 2段階になるようにして衝撃荷重を確実かつ安定的に制御することは、容易ではない。

また、この発明では、不可避的に衝撃吸収部材の重量の増加を招くため、車体の軽量化の要請に反するとともに、衝撃吸収部材のコストが上昇する。

本発明の目的は、隔壁の追加や板厚の増加による重量の増加や、軸方向での屈曲を招くことなく、衝撃荷重を負荷されると、軸方向へ安定して蛇腹状に座屈することによつて所定の衝撃吸収量を確保できる衝撃吸収部材を提供することである。

また、本発明の目的は、衝撃吸収部材の重量の増加を招くことなく、衝突時の衝撃吸収部材に吸収される衝撃荷重が 2段階となるようにして衝撃荷重を確実かつ安定的に制御することができる衝撃吸収部材を提供することである。

本発明者らは、上述した従来の技術が有する課題に鑑み、種々検討を重ねた結果、衝撃吸収部材の形状を特定の形状とすることにより、潰れビードを設けなくとも、初期荷重の上昇を抑制できるとともに安定した座屈挙動を示すことから、設計目標通りの衝撃吸収量を確保できるようになることを知見した。ここで、初期荷重とは、圧壊初期に生じる荷重の最初の極大値を意味する。

すなわち、本発明者らは F E Mにより衝撃吸収部材の軸圧壊の解析を行った。その結果、衝撃吸収部材の断面形状を四角形、六角形さらには八角形と、多角形の横断面形状の角数を增加するに伴って、荷重及び吸収エネルギ E Aがともに上昇することを確認した。

図 1 ( a ) は変位量が 0〜 1 5 0 m mの範囲における荷重を示すダラフであり、図 1 ( b ) は図 1 ( a ) における変位量が 0〜 1 5 m mの範囲を拡大して示すグラフである。

図 1 ( a ) 及び図 1 ( b ) における縦軸 Aは荷重を示し、縦軸 Bは吸収エネルギを示し、さらに横軸 Cは変位量を示す。また、図 1 ( a ) 及び図 1 ( b ) のグラフにおける指示線を伴った 4、 6、 8の各数字は、それぞれ、四角形、六角形、八角形であることを示す。さらに、図 1 ( a ) 及び図 1 ( b ) のグラフにおける指示線を伴った符号 Aは荷重のグラフであることを示し、指示線を伴った符号 Bは吸収エネルギのダラフであることを示す。

図 1 ( a ) 及び図 1 ( b ) に示すグラフから、所定の衝撃吸収量を確保するためには、衝撃吸収部材の横断面形状を六角形以上の多角形とすることが望ましいことが分かる。

ところがこのダラフから理解されるように、衝撃吸収部材の横断面形状が四角形、六角形さらには八角形と角数が増えると、初期荷重が大きくなるとレヽぅ問題がある。

したがって、六角形以上の多角形の横断面形状を有する衝撃吸収部材を実際に用いることができるようにするためには、衝撃吸収部材の本来の座屈挙動を維持したままで、初期荷重のみ低減することが重要である。一般に、軸方向へ圧壊される衝撃吸収部材に負荷される初期荷重は、初期座屈が発生する軸方向の位置における衝撃吸収部材の断面積と、衝撃吸収部材を構成する材料の降伏耐カとの積に比例する。

このため、同一の材料により衝撃吸収部材を構成した場合に初期荷重を低減するためには、初期座屈の発生時における衝撃吸収部材の横断面積を小さくすることが有効である。

本発明者らは、これらの知見に基づいてさらに検討を重ねた結果、衝撃荷重が入力される側の衝擊吸収部材の筒体の一部に好ましくは対称に切欠き部を形成することによって、衝撃吸収部材が有する座屈挙動の安定性を維持したまま、初期荷重を低減できることを知見した。

さらに、本発明者らは、この切欠き部の形状を最適に設定すれば、衝突時の衝撃吸収部材に吸収される衝撃荷重の段階的な制御を確実かつ安定的に実現でき、これにより、上述した加速度センサを確実に作動させることができるのではと考え、さらに検討を重ねた。

その結果、以下に列記する内容の知見を得た。

( a ) 切欠き部により稜線の一部が切り欠かれた衝撃吸収部材の軸圧壊における変位（ストローク）と荷重との関係の一例を、図 2にグラフで示す。図 2における縦軸 Aは荷重を示し、横軸 Cは変位量を示す。

図 2のダラフにおいて実線で示すように、切欠き部を設けることにより稜線の一部を切り欠くと、切欠き部を設けない場合（破線で示す）に比較して、第 1段のピーク荷重と第 2段のピーク荷重 F ₂とを明瞭に有する 2段階の荷重特性が得られる。これら二つのピーク荷重 F i、 F ₂ を利用することにより、衝突時の衝撃吸収部材に吸収される衝撃荷重が 2段階となるようにして衝撃荷重を確実かつ安定的に制御でき、これにより、加速度センサを確実に作動させることができる。

( b ) 衝撃吸収部材が、 2 n本（ nは 3以上の自然数）の稜線と、これら 2 n本の稜線により区画される 2 n個の面とを備えることにより 2 n 角形の横断面形状を有し、軸方向の長さが Lであり、さらに、 2 n本の稜線のうち一部の稜線を含む領域は、衝撃荷重が入力される一方の端部から軸方向への距離が h となる位置から他方の端部の間にのみ存在するとともに、長さが Lの切り欠かれない稜線の数を mとする。

図 2のグラフにおける第 1段のピーク荷重と、第 2段のピーク荷重 F ₂との荷重差は、切り欠かれる稜線の数（ 2 n - m ) 又は切り欠かれない稜線の数（m ) によって変化する。したがって、切欠き部により切り欠かれる稜線の数（ 2 n— m ) 又は切り欠かれない稜線の数（m ) を制御することにより、荷重差 A Fを対象車の車格（車重、荷重特性さらには加速度特性等）に応じて最適値に制御することができ、これにより、対象車の加速度センサの感度に適合させた最適なチューニングを容易に行うことができる。

( c ) また、切欠き部の深さ hを、筒体周方向の位置に応じて変化させること、すなわち、異なる深さ hの切欠き部を複数種形成することにより、図 2のグラフにおいて一点鎖線で示すように、上述したのと同様に複数段階のピーク荷重の特性が容易に得られ、エアーバッグの加速度センサのみならず、例えばサイドエアバッグやプリテンショナ一シートべルトのように複雑化する車両システムに用いられる各種センサの作動制御に極めて有効に活用することができる。

すなわち、この切欠き部を設けることによる荷重特性は、補強材等の新たな部材を一切追加することなく、切欠き部の形成条件のみによって、制御することができる。このため、切欠き部を設ける条件により、重量增加を生じることなく、決定された荷重差を発揮することができる衝撃吸収部材を確実に得られる。

また、その荷重差を付与することにより衝撃吸収部材の吸収エネルギが低下する。しかし、本発明では、この段階的な荷重変化を変形の初期に発生させるために、全変形領域で吸収されるエネルギへの影響が小さく、特開平 5— 1 3 9 2 4 2号公報に開示された例に比べ飛躍的に優れた衝突性能を有する。

本発明は、衝撃吸収部材に関するこれらの新規かつ重要な知見に基づいてなされたものである。

本発明は、 2 n本（ nは 3以上の自然数）の稜線と、これら 2 n本の稜線により区画される 2 n個の面とを備えることにより 2 n角形の横断面形状を有し、軸方向の一方の端部から他方の端部へ向けて衝撃荷重を負荷されて座屈することにより衝撃エネルギを吸収する、長さが Lの筒体から構成される衝撃吸収部材であって、 2 n本の稜線のうち一部の稜線を含む領域は、一方の端部から軸方向への距離が h となる位置から他方の端部までの間にのみ存在するとともに、長さが Lの稜線の数を mとしたときに、

h≤ L X 0. 3 0 ( 1 )

4≤m≤ 2 X ( n - 1 ) ( 2 )

を満足することを特徴とする衝撃吸収部材である。

この本発明に係る衝撃吸収部材は、（ i ) h≥ L X 0. 0 3、 ( i i ) 0. 3 0 ≤ m/ 2 n≤ 0. 7 0、（ i i i ) 2 n本の稜線のうち一部の稜線を含む領域が、軸方向に 2段以上の段差状に形成されること、又は（ i V ) 筒体が、筒体の中心軸に対称な形状を有することが、それぞれ望ましい。図面の簡単な説明

図 1 ( a ) は変位量が 0〜 1 5 0 mmの範囲における荷重を示すダラフであり、図 1 ( b ) は図 1 ( a ) における変位量が 0〜： 1 5 mmの範囲を拡大して示すグラフである。

図 2は、切欠き部により稜線の一部が切り欠かれた衝撃吸収部材の軸圧壊における変位（ストローク）と荷重との関係の一例を示すグラフである。

図 3 ( a ) 及び図 3 ( b ) は、それぞれ、八角形の横断面形状を有するとともに部材長が Lである本実施の形態の衝撃吸収部材を示す略式斜視図である。

図 4 ( a ) 及び図 4 ( b ) は、それぞれ、八角形以外の他の横断面形状を有する本実施の形態の衝撃吸収部材を示す略式斜視図である。

図 5は、板厚が 1 . 6 mmである 5 9 O MP a級鋼板を素材として、外接円の直径が 1 2 O mmである正八角形の横断面形状を有する、部材長が 2 2 0 mmの衝撃吸収部材について、衝撃荷重が負荷される端部側に設ける切欠き部によって切り欠かれる稜線の数を適宜変更して、 F E Mにより軸圧壊の解析を行った際の、第 1段目のピーク荷重比（切欠きを施さない場合の第 1段目のピーク荷重によって、各切欠き条件での第 1段目のピーク荷重を除した値）に及ぼす比（m, 2 n ) の影響を示すグラフである。

図 6は、横断面が十角形である筒体の一方の端部側に、段差状に切欠き部を設けたものを示す説明図である。

図 7は、本実施例の例 1 について、切欠き部の長さ h と部材長さ Lとの比（ h Z L ) を種々変更し、そのときの初期荷重と、圧壊量が 1 4 0 m mの吸収エネルギ E Aとをプロットして得たグラフである。

図 8は、性能評価用の衝撃吸収部材のベース形状を示す説明図である。発明を実施するための最良の形態

次に、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態を具体的に説明する。

図 3 ( a ) 及び図 3 ( b ) は、それぞれ、八角形の横断面形状を有するとともに部材長が Lである本実施の形態の衝撃吸収部材 1 一 1 、 1 一 2を示す略式斜視図である。

図 3 ( a ) 及び図 3 ( b ) に示すように、本実施の形態の衝撃吸収部材 1 — 1 、 1 — 2は、いずれも、長さ力 S Lの筒体 6— 1 、 6— 2により構成される。

筒体 6 — 1 、 6— 2は、いずれも、 2 n本（図示例は n = 4であるから 8本）の稜線 2 と、これら 8本の稜線 2により区画される 8個の平面 3 a、 3 b、 3 c、 3 d、 3 e、 3 f 、 3 g及び 3 h とを備えることにより、八角形の横断面形状を有する。本発明において筒体 6 — 1 、 6 — 2の横断面形状を六角形以上の 2 n 角形とすることにより、図 1 のグラフを参照しながら説明したように十分な吸収エネルギ量を確保するとともに、筒体 6 — 1 、 6 — 2の対称性を容易に確保し、これにより、安定した座屈を確保する。

また、筒体 6— 1 、 6— 2は、いずれも、軸方向（図 3 ( a ) 又は図 3 ( b ) における上下方向）の一方の端部 4から距離 Lだけ離れた他方の端部 5へ向けて、白抜き矢印で示す衝撃荷重 Wを負荷されると、軸方向へ蛇腹状に座屈することによつて衝撃エネルギを吸収する。

図 3 ( a ) に示す衝撃吸収部材 1 一 1 では、 8本の稜線のうち一部の稜線を含む領域、すなわち面 3 b、 3 c、 3 d、 3 f 、 3 g、 3 hの全部又は一部の領域は衝撃荷重 Wが負荷される一方の端部 4から軸方向への距離が h となる位置から他方の端部 5までの間にのみ存在する。これにより、この筒体 6— 1 の一方の端部 4の側には、最大深さが hの略矩形の切欠き部 7が二つ形成される。

一方、図 3 ( b ) に示す衝撃吸収部材 1 一 2では、面 3 b、 3 c 、 3 f 、 3 gのそれぞれの軸方向の長さが周方向で乙から（L一 h ) までの範囲で変化する。これにより、この筒体 6— 2の一方の端部 4の側には、最大深さが hの半円状の切欠き部 8が二つ形成される。

そして、本実施の形態では、筒体 6 — 1 、 6 — 2において、長さが L である稜線、つまり形成された切欠き部 7、 8により除去されない稜線の数を mとしたとき、

h≤ L X 0. 3 0 ( 1 )

4 ≤m≤ 2 X (n - 1 ) ( 2 )

h≥ L X 0. 0 3 ( 3 )

の関係が満足される。以下、これらの関係について説明する。

本実施の形態において、切欠き部 7、 8 を設ける理由は、衝突の初期荷重を低下させることであるため、筒体 6— 1 、 6 — 2の稜線 2の一部を含むように切欠き部 7、 8 を設ける。

ここで、図 3 ( a ) 及ぴ図 3 ( b ) に示す例とは異なり、例えば図 4 ( a ) 及び図 4 ( b ) に示す切欠き部 9、 1 0を、図示する位置に設けてもよい。

図 4 ( a ) は、稜線 2 と稜線 2 との間の面 3 b、 3 e の一部を切り欠いて切欠き部 9を形成した場合を示す。また、図 4 ( b ) は、一つの稜線 2を挟む二つの面 3 a、 3 b及び 3 d、 3 eの一部を切り欠いて切欠き部 1 0を形成した場合を示す。なお、図 4 ( a ) 及び図 4 ( b ) では、切欠き部 9、 1 0はハッチングを付して示す。

図 3 ( a ) に示す例や、図 4 ( a ) 及び図 4 ( b ) に示す例は、いずれも、切欠き部 7、 9、 1 0を筒体 6 — 1 、 6 — 3、 6 — 4の軸方向と平行な方向に設けたものであり、切欠き部 7、 9、 1 0の底部も直線状に形成している。しかし、図 3 ( b ) に示すように、切欠き部 8を筒体 6 一 2の軸方向と平行な方向に設ける点は同じであるが、切欠き部 8の底部を曲線状に形成してもよい。

なお、切欠き部の形状には、これら以外にも多数の変更例が考えられるが、衝突時の初期荷重を低減できる形状である限り、それらの変形例も本発明の範囲に包含される。

本実施の形態の衝撃吸収部材 1 一 1 、 1 一 2では、第一に、筒体 6 — 1 、 6 — 2の一方の端部 4側の一部に切欠き部 7、 8 を設けることによつて、衝突時における初期荷重を大幅に低減する。また、本実施の形態の衝撃吸収部材 1 _ 1、 1 一 2では、第二に、切欠き部 7、 8の軸方向への長さ hを特定の範囲に制限することにより、衝撃吸収エネルギ量を確保する。

本実施の形態において、切欠き部 7、 8の形状を上述したように規定するのは、初期荷重の低減と圧壊挙動の安定化とをともに両立するためである。

すなわち、衝撃荷重 Wが負荷される一方の端部 4から軸方向へ向けての距離 hが 0 < h≤ ( L X 0. 3 0 ) である領域において、 m ( 4 ≤ m ≤ { 2 X ( n - 1 ) }) 本の稜線 2は長さ Lのままとし、これら以外の他の稜線 2の長さは、切欠き部 7、 8を設けることにより、（ L一 h ) とする。

mが 4本未満であると、初期荷重は小さく抑制されるものの、 2回目の座屈発生時の荷重が高まり、全圧壊変位中における最大荷重の低減効果が得られない。

また、切欠き部 7、 8の軸方向への長さ hが（ L X 0. 3 0 ) を超えると、切除しない残余部分の圧壊時の変形で曲がりを生じ、衝撃吸収部材全体の座屈挙動が不安定になる。

一方、切欠き部 7、 8の軸方向への長さ hは（ L X 0. 0 3 ) 以上であることが望ましい。長さ h力 S ( L X 0. 0 3 ) 未満であると、初期荷重の低減効果が薄れるからである。同様の観点から、長さ hは、（ L X 0. 0 5 ) 以上（ L X 0. 2 0 ) 以下であることがさらに望ましい。

なお、長さ Lのままで残存する m本の稜線 2は、筒体 6— 1 、 6 - 2 の周方向へ、隣接して連続的に位置してもよく、又は、隣接せずに断続的に位置していてもよい。

また、本実施の形態の衝撃吸収部材 1 — 1 、 1 — 2では、 0. 3 0 ≤ m/ 2 n≤ 0. 7 0の関係が満足される。このように全稜線の数 2 nに対する、長さ Lのままで残存する稜線の数 m (換言すると切り欠く稜線の数 2 n— m) の比を 0. 3 0以上 0. 7 0以下と制限することにより、エアバッグに起動信号を出力するための加速度センサに適した荷重差を容易に得られるとともに、衝突エネルギ吸収量を高めることができる。

図 5は、板厚が 1 . 6 mmである 5 9 0 M P a級の銅板を素材として、外接円の直径が 1 2 O mmである正八角形の横断面形状を有する、部材長が 2 2 0 mmの衝撃吸収部材について、衝撃荷重が負荷される端部側に設ける切欠き部によって除去される稜線の数を適宜変更して、 F EM により軸圧壊の解析を行った際の、第 1段目のピーク荷重比（切欠きを施さない場合の第 1段目のピーク荷重によって、各切欠き条件での第 1 段目のピーク荷重を除した値）に及ぼす比（mZ 2 n ) の影響を示すグラフである。なお、図 5のグラフにおける縦軸 Dは第 1段目のピーク荷重比を示す。図 5にグラフで示すように、第 1段目のピーク荷重は、切欠き部を設けても長さ Lのままでなお残存する稜線の数 mに依存する。また、第 2 段目のピーク荷重は、衝撃吸収部材の全ての稜線の数 2 nに依存しており、それぞれ稜線数の増加とともに、変形荷重は高まる。

このため、図 2のグラフにおける加速度センサの起動を決定する荷重差は、（mZ 2 n ) に依存することがわかる。

ここで、比（mZ 2 n ) 力 S O . 7 0を超えるとが小さくなるため、軽衝突であるためにエアバッグを作動させる必要がないような場合にもエアバッグを作動させてしまうといった誤信号が出力される可能性がある。一方、比（m/ 2 n ) が 0. 3 0未満であると Δ Fが大きくなるため、衝撃吸収部材全体で吸収可能なエネルギを低下させてしまう。

つまり、エアバッグを適正に作動させるための最適な A Fの付与と、従来には見られない高い衝突エネルギ吸収量とをいずれも実現するには本実施の形態のように、切欠き部 7、 8を設けるとともに、切欠き部 7、 8によって切り欠かれる稜線 2についての条件を、上述した（ 1 ) 〜（ 3 ) 式により規定される条件とすることが、重要である。

また、切欠き部を、切り欠く稜線 2毎に切り欠く長さ hが異なるように、設けてもよい。例えば、図 6は、横断面が十角形である筒体 6— 5 の一方の端部 4側に、軸方向へ向けて段差状に切欠き部 1 1 を設けたものである。 1 0個の面 3 a〜 3 j のうち一部の面 3 a〜 3 d , 3 f 〜 3 i における筒体周方向への領域が、軸方向へ 2段の段差状に形成される。図 6に示すように、切欠き部 1 1 の形状を、稜線 2 を複数段（図示例は 2段）に分けて切り欠く形状とすることによって、発生するピーク荷重を複数段で徐々に高めるようにすることができる。

ここで、既に参照した図 2のグラフを再度参照しながら、切欠き部の長さと荷重との関係について説明する。

衝撃吸収部材に軸方向への衝撃荷重が作用すると、衝撃吸収部材には、変形の開始とともに弾性座屈による断面の広がり（面外変形）と塑性降伏とを生じ、これにより、ピーク荷重が出現する。上述した切欠き部が存在しないときには、図 2のダラフで破線で示すように、第 1 ピーク P 1 が第 2 ピーク P 2 よりもかなり高い値を示す。このため、この衝撃吸収部材につながる他部材の損傷や、乗員に対する過剰な加速度変化を与えてしまい、傷害値の増大を招いてしまう。

これに対し、衝撃吸収部材に深さが hで一定の切欠き部を設けると、入力される衝撃荷重を受け持つ筒体の周方向の長さが短くなる。このため、切欠き部を設けない場合に比較すると、弾性座屈及び塑性降伏を生じる領域が小さくなり、衝撃荷重を負担する筒体の周方向の長さが短くなる。したがって、図 2のグラフで実線で示すように、第 1 ピーク荷重 P 1 の値が顕著に低下する。このため、この衝撃吸収部材につながる他部材の損傷や、乗員に対する過剰な加速度変化を防止でき、傷害値の増大を防ぐことができる。

さらに、切欠き部の軸方向への形状が 2段以上の段差状となるように切欠き部を形成すれば、図 2のグラフで一点鎖線で示すように、このような現象が複数回発生し、設けた切欠き部の段差の数に応じた分の荷重変化が段階的に得られるようになる。

さらに、図 3に示す本実施の形態の衝撃吸収部材 1 _ 1 、 1 一 2では、筒体 6— 1 、 6 _ 2が、切欠き部 7 、 8 を対称な位置に有することにより、筒体 6— 1 、 6— 2の中心軸に対称な形状を有する。具体的には、筒体 6— 1 、 6 - 2の中心軸について対向する位置に存在する稜線 2同士の一部がともに切欠き部 7 、 8により除去される力、、又はともに除去されずに残しておくことが、望ましい。切欠き部 7 、 8が対称な位置に存在しないと、衝撃荷重が負荷されて軸方向へ圧壊される際に曲がり等を生じ、安定した座屈が実現されなくなるからである。

ただし、オフセット衝突では、衝撃吸収部材に対する衝撃力が非対称に入力される。このため、オフセット衝突を想定する場合には、切欠き部 7 、 8の形状を非対称形状としてもよい。オフセット衝突では、衝撃吸収部材 1 一 1 、 1 一 2に对して圧壊力の他に曲げ応力も作用することがあり、この曲げ応力を吸収するためには衝撃吸収部材が非対称形状で W 200

15 あるほうが好ましいことも考えられるからである。

この衝撃吸収部材 1 — 1 、 1 一 2 の筒体 6 — 1 、 6 — 2は、押出成形によつて製造してもよく、あるいは素材である鋼板にプレス成形加工を行って所定の横断面形状を構成するようにしてもよい。また、筒体 6 — 1 、 6— 2の周囲又は内部にフランジを設けてもよレ、。

なお、切欠き部 7 、 8 の形成は、例えば、筒体 6 — 1 、 6 — 2 の成形の前に予め該当部分を切除することによつてもよく、また、上述した筒体 6 — 1 、 6 — 2の成形の各段階で行ってもよく、さらには、筒体 6 — 1 、 6— 2の成形後に適宜手段により行ってもよい。

本実施の形態の衝撃吸収部材 1 一 1 、 1 一 2は、横断面形状が六角形以上の 2 ri個の辺で形成される多角形であり、その向かい合う稜線 2の位置に所定数だけ切欠き部 7 、 8を設けるため、初期荷重を低減でき、かつその後はエネルギ吸収量を高い値で確保できる。

このように、本実施の形態の衝撃吸収部材 1 一 1 、 1 — 2によれば、隔壁の追加や板厚の増加による重量の増加や、軸方向への屈曲を招くことなく、衝撃荷重を負荷されると、軸方向へ安定して蛇腹状に座屈することによって所定の衝撃吸収量を確保できる。また、本実施の形態の衝撃吸収部材 1 一 1 、 1 — 2によれば、その重量の増加を招くことなく、衝突時の衝撃吸収部材に吸収される衝撃荷重が 2段階となるようにして衝撃荷重を確実かつ安定的に制御できる。

次に、本発明を実施例を参照しながらさらに具体的に説明する。実施例 1

本発明の効果を検証するため、下記の衝突試験を行った。

板厚が 1 . 6 m mの 5 9 0 M P a級の高張力鋼板を素材とし、これにプレス成形を行い、溶接することによって、後述する八角形、六角形又は四角形の横断面形状を有する筒体からなる衝撃吸収部材を製造した。そして、この衝撃吸収部材を垂直に立てた状態で、 2 0 0 k g f の重量の錘を 1 1 . 9 mの上方からこの衝撃吸収部材へ向けて自由落下させ、 5 5 k mZhの速度でこの衝撃吸収部材に衝突させた。

衝撃吸収部材の軸方向長さは、いずれも 2 2 O mmとし、軸方向への座屈によって軸方向の長さが 8 0 mmになるまで圧壊した。

切欠き部の効果を検証するために、（ 1 ) 切欠きを有さない基本の多角形からなる部材に対する各種の切欠きを設けた部材の最大荷重の低減効果を調査するとともに、（ 2 ) 切欠きを有さない基本の多角形からなる部材に対する各種の切欠きを設けた部材の吸収エネルギの性能（衝撃吸収性能％) を調査した。

なお、最大荷重の評価基準は他部材の損傷を抑制するという観点から

2 0 0 k Nを上限とし、吸収エネルギの評価基準は高い衝突性能を確保するとレヽぅ観点から 8 4. 0 %を下限とした。

<例 1 〉

直径 1 2 O mmの外接円を有する正八角形の横断面形状を有し、部材全長に渡って切欠き部を有さない形状とした。

<例 2 >

直径 1 2 O mmの外接円を有する正八角形の横断面形状を有し、衝撃荷重が入力される側の端部から 3 O mmの範囲に切欠き部を設けることにより、連続する 3つの稜線と、これらと対称な位置にある 3つの稜線の合計 6つの稜線を残し、他の稜線の一部を除去した。

く例 3 >

直径 1 2 O mmの外接円を有する正八角形の横断面形状を有し、衝撃荷重が入力される側の端部から 3 O mmの範囲に切欠き部を設けることにより、連続する 2つの稜線と、これらと対称な位置にある 2つの稜線の合計 4つの稜線をそのまま残すとともに、他の稜線の一部を除去した。 <例 4 >

直径 1 2 O mmの外接円を有する正八角形の横断面形状を有し、衝撃荷重が入力される側の端部から 3 O mmの範囲に切欠き部を設けることにより、対向する一組の稜線の合計 2本の稜線のみを残し、他の稜線の一部を除去した。 <例 5 >

直径 1 2 0 m mの外接円を有する正八角形の横断面形状を有し、衝撃荷重が入力される側の端部から 7 O m mの範囲に切欠き部を設けることにより、連続する 2つの稜線と、これらと対称な位置にある 2つの稜線の合計 4つの稜線を残し、他の稜線の一部を除去した。

<例 6 >

直径 1 2 0 m mの外接円を有する正八角形の横断面形状を有し、衝撃荷重が入力される側の端部から 3 0 m mの範囲に切欠き部を設けることにより、連続する 4つの稜線を残し、他の稜線の一部を除去した。

<例 7 >

直径 1 2 0 m mの外接円を有する正六角形の横断面形状を有し、部材全長に渡って切欠き部を有さない形状とした。

<例 8〉

直径 1 2 0 m mの外接円を有する正六角形の横断面形状を有し、衝撃荷重が入力される側の端部から 3 O m mの範囲に切欠き部を設けることにより、連続する 2つの稜線と、これらと対称な位置にある 2つの稜線の合計 4つの稜線を残し、他の稜線の一部を除去した。

試験結果を表 1にまとめて示す。

表 1

注)最大荷重は、圧壊初期に発生する初期最大荷重を示す。しかし、 *印は切り欠き部がすべて圧壊し後に発生する 2番目のピーク荷重を示す。衝突時の変形である軸圧壊変形は、稜線における塑性座屈変形と、稜線間の平面部における曲げ変形とが複合した形で発生しながら、衝撃ェネルギを吸収する。換言すると、塑性不安定問題である塑性座屈を、繰り返しながら衝撃吸収部材の軸方向の全域で発生することが、理想である。

この表 1 の「圧壊状況」の欄では、

( i ) 「安定して座屈」とは、この塑性座屈が衝撃吸収部材の軸方向の全域で繰り返し発生することを示しており、圧壊後に残存するしわの形態は、細かい座屈しわが多数重なっていること、

( i i ) 「不安定な座屈」とは、塑性座屈の回数が少なく、かつ衝突後に残存するしわ一つ当たりのサイズが大きく、これにより、上記（ i ) 項の場合に比較して、荷重変動が大きく、エネルギ吸収効率が低いこと、さらに

( i i i ) 「曲がり発生」とは、衝撃吸収部材の軸方向の全域で曲がり及びストロークロスが発生するため、上記の塑性座屈の回数が上記（ i i ) 項の場合よりも少なく、エネルギ吸収効率が最も低い状態であることを、それぞれ示す。

この表 1 に示す結果から、切欠き部を対称に配置すると座屈挙動は安定することが分かる。

表 1 に示すように、基本の多角形を八角形又は六角形とした衝撃吸収部材は、いずれも、切欠き部を配置することにより、初期荷重が低下することがわかる。また、 N o . 1〜 3の結果にみられるように、切り欠く稜線の数の増加に伴い、初期荷重は低下する。しかしながら、残余の稜線の数が 2 と本発明の範囲から外れる N o . 4は、初期荷重は低減されたものの、切欠き部が圧壊した後に発生する 2番目のピーク荷重が高くなる現象を示し、また、衝撃吸収能も低下し、十分な衝突性能を確保できない。

さらに、切欠き部の長さが 7 O m mと本発明の範囲を外れる N o . 5 は、初期荷重は低いものの、切欠き部に大きな曲がりが発生し、衝擊吸収性能が切欠き部を有さない場合の 7 1. 3 %に低下した。

また、切欠き部を非対称に配置した N o . 6では、圧壊時に曲がり力 S 発生したため、衝撃吸収部材単体の性能を確保するためには、望ましくないことがわかった。ただし、上述したように、オフセット衝突を想定した場合には、衝撃吸収部材に対する衝撃力の入力も非対称となるため、切欠き部の形状を積極的に非対称形状としてもよい。

さらに、基本の多角形を六角形とした N o . 7及び N o . 8においても、基本の多角形を八角形とした場合と同様に、切欠き部の条件が本発明で規定する条件を満足する場合には、初期荷重の低減効果とともに衝撃吸収能においても良好な結果が得られた。

図 7は、本実施例の例 1 について、切欠き部の長さ h と部材長さ L との比（hZL) を種々変更し、そのときの初期荷重八ェと、 1 4 O mm圧壊吸収エネルギ E Aとをプロットして得たグラフである。

図 7に示すグラフから、比（hZL) が 0. 3 0以下であることが望ましく、また 0. 0 3以上であることが望ましいことがわかる。同様の観点から、比（hZL) が 0. 05以上 0. 20以下であることがさらに望ましいこともわかる。実施例 2

本発明の効果を検証するため、以下に説明する試験を行った。

板厚が 1. 6 mmである 5 9 0 M P a級の鋼板を素材として用レ、、この鋼板にプレス成形を行って、図 8に示す、 Xが 1 6 0 mmであるとともに Yが 8 0 mmである横断面形状を有する衝撃吸収部材 1 2を製作した。

この衝撃吸収部材 1 2は、二つのプレス成形品 1 3、 1 4を、図中に三角印で示す位置でスポット溶接することによって接合することにより、組み立てた。

この図 8に示す横断面形状を有する衝撃吸収部材 1 2を性能評価用のベースとし、稜線 1 5 a〜 1 5 xを対称に 4、 8、 1 2、 1 6、 2 0本の稜線を切除することにより、切欠き部を設けた。そして、第 1 ピーク荷重及び第 2 ピーク荷重それぞれの荷重特性と、吸収エネルギとを調査した。

稜線 1 5 a 1 5 Xは、断面中心付近の稜線から対称に外側に向けて、 h = 2 O mmの条件で切除し、所定の個数だけ切除した。 1 6本の稜線を切除した条件は、横断面形状の四隅に位置する稜線 1 5 a , 1 5 j , 1 5 m, 1 5 vを残存したままの断面形状である。また、この衝撃吸収部材 1 2の長さは 2 0 0 m mであり、吸収エネルギ E Aは、衝撃吸収部材 1 2が全体の 7 0 %の長さまで変形して変位するまでに吸収するエネルギにより、評価した。

そして、この衝撃吸収部材 1 2を鉛直上方へ向けて垂直に配置し、重量 2 0 0 k g f の錘体を 1 1. 9 mの高さから自由落下させ、 5 5 k m /hの速度でこの衝撃吸収部材に衝突させる衝撃試験を行った。試験結果を表 2にまとめて示す。

表 2

切欠き部を設けて稜線を切除することにより、第 1 ピーク荷重は低下し、 N o . 3 C 4 C 5 Cで加速度センサの作動に必要な荷重差が得られた。

N o . 1 C 2 Cは、第 2 ピーク荷重に比較して第 1 ピーク荷重のほうが高く、狙いの荷重制御を実現できなかった。

また、 N o . 6 Cは荷重差 Δ Fが大きいものの、吸収エネルギ E Aが小さく、高い衝撃吸収エネルギが得られなかった。

つまり、 N o . 3 C、 4 C、 5 Cで加速度センサの適正な作動に好適な荷重差 Δ F と高いエネルギ吸収とを実現できた。産業上の利用の可能性

本発明により、潰れビ一ドを具備せずに、初期荷重を低滅でき、かつ座屈挙動が安定して衝撃吸収量を確保できる衝撃吸収部材が提供される。

Claims

請求の範囲

11 .. 22 nn本本（（ nnはは 33以以上上のの自自然然数数））のの稜稜線線とと、、該該 22 nn本本のの稜稜線線にによよりり区区画画さされれるる 22 nn個個のの面面ととをを備備ええるるここととにによよりり 22 nn角角形形のの横横断断面面形形状状をを有有しし軸軸方方向向のの一一方方のの端端部部かからら他他方方のの端端部部へへ向向けけてて衝衝撃撃荷荷重重をを負負荷荷さされれてて座座屈屈すするるここととにによよりり衝衝撃撃エエネネルルギギをを吸吸収収すするる、、長長ささがが LLのの筒筒体体かからら構構成成さされれるる衝衝撃撃吸吸収収部部材材ででああっってて、、前前記記 22 nn本本のの稜稜線線ののううちち一一部部のの稜稜線線をを含含むむ領領域域はは、、前前記記一一方方のの端端部部かからら前前記記軸軸方方向向へへのの距距離離がが hh ととななるる位位置置かからら他他方方のの端端部部ままででのの間間ににののみみ存存在在すするるととととももにに、、長長ささがが前前記記 LLのの稜稜線線のの数数をを mm ととししたたととききにに、、

hh≤≤ LL XX 00.. 33 00 (( 11 ))

44 ≤≤mm≤≤ 22 XX ((nn -- 11 )) (( 22 ))

をを満満足足すするるこことと

をを特特徴徴ととすするる衝衝撃撃吸吸収収部部材材。。

22.. 下下記記（（ 33 )) 式式をを満満足足すするる請請求求項項 11 にに記記載載さされれたた衝衝撃撃吸吸収収部部材材。。

hh≥≥ LL XX 00.. 00 33 (( 33 ))

33.. 下下記記（（ 44 )) 式式をを満満足足すするる請請求求項項 11又又はは請請求求項項 22にに記記載載さされれたた衝衝撃撃吸吸収収部部材材。。

4. 前記領域は、前記軸方向に 2段以上の段差状に形成される請求項 1 から請求項 3までのいずれか 1項に記載された衝撃吸収部材。

5. 前記筒体は、該筒体の中心軸に対称な形状を有する請求項 1 から請求項 4までのいずれか 1項に記載された衝撃吸収部材。