WO2014030592A1 - クラッシュボックス及び自動車車体 - Google Patents

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WO2014030592A1
WO2014030592A1 PCT/JP2013/071979 JP2013071979W WO2014030592A1 WO 2014030592 A1 WO2014030592 A1 WO 2014030592A1 JP 2013071979 W JP2013071979 W JP 2013071979W WO 2014030592 A1 WO2014030592 A1 WO 2014030592A1
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WO
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crash box
pair
cross
corner portions
end portion
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PCT/JP2013/071979
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Inventor
憲司 田村
嘉明 中澤
田坂　誠均
Original Assignee
新日鐵住金株式会社
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    • B60R2019/182—Structural beams therefor, e.g. shock-absorbing made of metal of light metal, e.g. extruded

Definitions

  • the present invention relates to a crash box and an automobile body. Specifically, the present invention relates to a crash box and an automobile body that absorb impact energy by being buckled and plastically deformed into a bellows shape by being loaded with an impact load generated when a vehicle such as an automobile collides.
  • Bumper reinforcement which is the core material of automobile bumpers, has been traditionally attached and removed by means such as fastening, for example, to the end of the side member that forms part of the body shell, for example, via a channel-shaped bracket. It was installed freely.
  • a crash box has been used in place of this bracket in order to improve the safety of the vehicle body and reduce the repair cost by substantially eliminating the damage to the vehicle body due to a light collision. It was.
  • the crash box has a cylindrical main body, and the main body has priority over other members due to an impact load applied in the axial direction (in this specification, the longitudinal direction of the crash box). It absorbs impact energy by buckling and plastically deforming into a bellows shape (accordion shape).
  • the impact absorbing performance required for the crash box include the following.
  • Patent Documents 1 to 5 disclose various materials and shapes for improving the impact absorption performance of the crash box.
  • the main body is repeatedly buckled stably in the axial direction by an applied impact load without causing an increase in weight due to the addition of a partition wall or an increase in the plate thickness, and the bellows. It is not easy to be plastically deformed.
  • the applicant of the present application has a closed cross section in which at least a part of the cross section in the axial direction is a substantially polygonal shape, and a flange is provided outside the closed cross section.
  • a polygon ABCD having the largest area among polygons obtained by connecting a part of a plurality of vertices A to P constituting a substantially polygon with a straight line.
  • a Patent invention relating to a crash box 1 formed into a shape having grooves 3 and 4 extending in the axial direction of a cylindrical main body 2 that protrudes inward of BCDI-JK-LA Proposed.
  • the crash box 1 is stably buckled by an impact load applied in the axial direction without causing an increase in weight due to the addition of a partition wall or an increase in plate thickness, or bending in the axial direction, and is plastic in a bellows shape. By deforming, high shock energy absorption can be secured.
  • the impact load due to the collision is continuously input in the axial direction of the crash box 1 from the beginning to the late stage of the bellows-like plastic buckling deformation of the crash box 1.
  • the input is performed obliquely with respect to the axial direction of the crash box 1.
  • the crash box 1 can certainly be plastically buckled and deformed in a bellows shape in a substantially entire region in the axial direction with respect to an impact load applied in the axial direction of the main body 2,
  • a large bending deformation is easily generated in the entire main body 2 at a point in the middle of the bellows-like plastic buckling deformation due to a bending moment generated in the main body 2.
  • the ability to absorb impact energy decreases accordingly.
  • the present applicant disclosed the following crash box 5 shown in FIG. That is, the crush box 5 includes a pair of corner portions 6 and 7 disposed to face each other, and another pair of corner portions 8 and 9 disposed orthogonal to a line L1 connecting the corner portions 6 and 7. And a cylindrical main body 10 having a quadrangular cross-sectional shape without a flange on the outside.
  • the angle ⁇ 1 formed by the pair of corner portions 6 and 7 is 90 ° or more and 150 ° or less.
  • the angle formed by the other pair of corner portions 8 and 9 is not less than 30 ° and not more than 90 °.
  • the cross-sectional shape of the crash box 5 is symmetrical with respect to a line passing through the pair of corner portions 6 and 7 and is also set in two pairs symmetrically arranged with respect to the line L1 passing through the pair of corner portions 6 and 7. Extending in the longitudinal direction to the position excluding the pair of corner portions 6 and 7 and the other pair of corner portions 8 and 9 provided on each of at least one pair of sides of And one or a plurality of groove portions 11 to 14 that are convex. Further, the plate thickness t (mm), the side length W (mm), the number N of the groove portions 11 to 14 and the average value Wc (mm) of the opening widths of the N groove portions in all the sides are as follows. The relationship 5 ⁇ (W ⁇ N ⁇ Wc) / (N + 1) / t ⁇ 50 is satisfied.
  • the present applicant further improved the performance of the crash box 5 according to Patent Document 8 and disclosed the following crash box 15 shown in FIG.
  • the crash box 15 is arranged so as to intersect with a pair of corner portions 16 and 17 arranged opposite to each other and an angle of 80 ° to 100 ° with respect to a line connecting the pair of corner portions 16 and 17.
  • Another pair of corner portions 18 and 19 are provided.
  • it is comprised from the metal cylinder 20 which has a square basic cross-sectional shape, and an impact load is input toward the other end part from the one end part of the cylinder body 20 in the axial direction.
  • the angle formed by the pair of corner portions 16 and 17 is 90 ° or more and 150 ° or less
  • the angle formed by the other pair of corner portions 18 and 19 is 30 ° or more and 90 ° or less.
  • it has one or a plurality of groove portions 21 to 24 that extend in the longitudinal direction and protrude toward the inside at positions excluding the pair of corner portions 16 and 17 and the other pair of corner portions 18 and 19.
  • the cross-sectional circumference of the cylinder 20 on one end side is smaller than the cross-sectional circumference of the cylinder 20 on the other end side.
  • the crash box 15 can be continuously and stably buckled and deformed in a bellows shape even when an impact load caused by a collision from an oblique direction as well as a direction parallel to the axial direction is input. Thereby, it has excellent shock absorption characteristics (referred to as “robustness” in the present specification) even with respect to an oblique collision, that is, a high shock absorption energy absorption amount.
  • the cylindrical body 20 when the impact force acts on the cylindrical body 20, the cylindrical body 20 is surely crushed from the collision end side. Even when an impact load due to a collision from an oblique direction with respect to the axial direction of the cylindrical body 20 is input, from one end portion where the impact load is input toward the other end portion in the axial direction of the cylindrical body 20. The crushing of the cylindrical body 20 progresses, and the cylindrical body 20 can be surely buckled and deformed in a bellows shape to effectively absorb the impact energy.
  • the crash box is required to be further robust.
  • An object of the present invention is to provide a crash box that is more robust than the crash box disclosed by Patent Document 8, and an automobile body that is equipped with the crash box.
  • the present invention relates to a crash box disclosed in Patent Document 8, and further, by making the heights of the slopes facing each other (the length of the hypotenuse in the cross section) constituting the groove portion different from each other, It is disclosed in Patent Document 8 by forming all the sides constituting the cross section in the (impact load input portion) parallel to the opposing sides constituting the cross section at the other end of the cylinder. This is based on the technical idea that the robustness can be further enhanced compared to a crash box.
  • the present invention includes a pair of corner portions disposed opposite to each other, and another pair of corner portions disposed so as to intersect at an angle of 80 ° to 100 ° with respect to a line connecting the pair of corner portions. And having a quadrangular basic cross-sectional shape, it is made of a metal cylinder, and an impact load is input from one end of the cylinder in the axial direction to the other end.
  • an angle ⁇ formed by a pair of corner portions is 90 ° or more and 150 ° or less
  • an angle ⁇ formed by the other pair of corner portions is 30 ° or more and 90 ° or less.
  • the present invention is an automobile body provided with a crash box, characterized in that the crash box according to the present invention is arranged in a pair or two-pair symmetry with respect to the vehicle width center in the width direction of the front part or the rear part of the vehicle body. .
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of the shape of a crash box according to the present invention.
  • FIG. 2A is an explanatory view showing an example of the end face shape of one end (collision end) of an example of the crash box according to the present invention
  • FIG. 2B is an example of the crash box according to the present invention.
  • It is explanatory drawing which shows an example of the end surface shape of the other edge part (anti-collision edge). It is a figure explaining one example of a form of one end.
  • FIG. 4A is an explanatory view showing an example of an end face shape of one end (collision end) of another example of the crash box according to the present invention
  • FIG. 4B is a diagram of the crash box according to the present invention.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing that the crash box is not established when the heights of the opposing slopes constituting the groove are the same.
  • FIG. 6 shows the end face shapes at one end (collision end), the middle and the other end (anti-collision end) in still another example of the crash box according to the present invention having a large flatness at the collision end. It is explanatory drawing shown.
  • FIG. 7 shows the end face shapes at one end (collision end), the middle and the other end (anti-collision end) in still another example of the crash box according to the present invention in which the flatness is small at the collision end.
  • FIG. 8 is an explanatory view showing a crush box having a cross section when grooves are provided on two sides sandwiching one corner, and shows a case where the flatness is large on the collision end side.
  • FIG. 9 is an explanatory view showing a crush box having a cross section when grooves are provided on two sides sandwiching one corner, and shows a case where the flatness is small on the collision end side.
  • FIG. 10A is a front view showing a mounting state of the crash box to the bumper reinforcement
  • FIG. 10B is a top view showing a mounting state of the crash box to the bumper reinforcement.
  • FIG. 11A is an explanatory diagram showing an example of the cross-sectional shape of the crash box of Invention Example 1, and FIG.
  • FIG. 11B is an explanatory diagram showing an example of the cross-sectional shape of the crash box of Comparative Examples 1 to 3.
  • FIG. 12 is an explanatory view showing a crushing situation when the crushing strokes are 0 mm, 50 mm, 100 mm, and 150 mm for Invention Example 1 and Comparative Examples 1 to 3.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating an example of a cross-sectional shape of a crash box according to the patented invention proposed by Patent Document 6.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram illustrating an example of a cross-sectional shape of a crash box disclosed in Patent Document 7.
  • FIG. 15 is an explanatory diagram illustrating an example of a cross-sectional shape of a crash box disclosed in Patent Document 8.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of the shape of a crash box 30 according to the present invention.
  • FIG. 2 (a) is an explanatory view showing an example of the end face shape of one end (collision end) 31a of an example of the crash box 30 according to the present invention
  • FIG. 2 (b) is a crash box 30 according to the present invention. It is explanatory drawing which shows an example of the end surface shape of the other edge part (anti-collision end) 31b of an example.
  • FIG. 1 although the case where the crash box 30 is provided with the joining surfaces 40a, 41a, 40b, and 41b mentioned later is shown, the outline when not having the joining surfaces 40a, 41a, 40b, and 41b is shown with a broken line together .
  • the crash box 30 includes a metal cylinder 31.
  • the crash box 30 may be configured only by the cylinder 31 and has a mounting plate joined to one end or both ends of the cylinder 31 for mounting to a bumper reinforcement or a side member. May be. By having the mounting plate, the crash box 30 can be detachably mounted.
  • Bumper reinforcement is joined to one end 31a of the crash box by appropriate means such as welding.
  • the other end 31b is preferably detachably attached to a side member forming a part of the body shell of the automobile body, either directly or indirectly through the mounting plate.
  • the crash box 30 receives an impact load from one end 31a in the axial direction of the cylindrical body 31 toward the other end 31b via a bumper reinforcement.
  • the cylindrical body 31 has a quadrangular basic cross-sectional shape. That is, the “basic cross-sectional shape” in the present invention means a quadrangular cross-sectional shape that forms an outline excluding a groove portion that protrudes toward the inside in the cross-section of the cylindrical body 31. As shown in FIG. 2 (a) and FIG. 2 (b), it means a quadrangle defined by the corner portion 32 to the corner portion 35. When the R portion is formed or when joining surfaces 40a, 41a, 40b, and 41b described later shown in FIG. 1 are formed, it is defined by four intersections of four sides of a quadrangle that defines the outline of the cylinder. Means a virtual rectangle.
  • the basic cross-sectional shape is a pair of corner portions 32, 33 arranged opposite to each other and an imaginary line L1 connecting the pair of corner portions 32, 33 to 80 ° to 100 °. And a pair of other corner portions 34 and 35 arranged to intersect at an angle.
  • the intersecting angle is preferably 85 ° or more and 95 ° or less, and more preferably substantially orthogonal.
  • the crash box 30 is a ridge line portion having a high rigidity that forms an outline of a cross-sectional shape in the direction connecting the pair of corner portions 32 and 33 and the direction connecting the other pair of corner portions 34 and 35. It has a quadrangular basic cross-sectional shape in which the corner portions 32 to 35 are arranged.
  • the line connecting the pair of corner portions 32 and 33 and the line connecting the other pair of corner portions 34 and 35 are substantially orthogonal as a preferred embodiment of the present invention, but 80 ° It suffices to intersect at an angle of 100 ° or less, and it is desirable to intersect at an angle of 85 ° to 95 °.
  • the polygonal cross section that is the cross-sectional shape of the crash box 30 that is the cylindrical body 31 is configured by an angle that forms a ridge line portion in the cylindrical body 31 and a side that is a plane portion between the ridge line portions in the cylindrical body 31.
  • a load is applied in the axial direction of the cylindrical body 31 and a load acts on this cross section, the ridge line portion and the flat surface portion are deformed out of plane (deformation toward the outside of the closed cross section).
  • the ridge line portion having high rigidity generates out-of-plane deformation smaller than that of the plane portion having relatively low rigidity with respect to the ridge line, and also causes compressive strain. Thereafter, as the applied load increases, the amount of out-of-plane deformation also increases in the ridge line portion, eventually the ridge line portion buckles and the ridge line portion breaks, and plastic buckling deformation occurs.
  • the crush box 30 absorbs impact energy by repeating these series of deformations several times to cause plastic buckling deformation in the axial direction and collapse.
  • This series of deformation behavior changes depending on the direction of the input load. For example, when a load in an oblique direction with respect to the axial direction of the crash box 30 is input, the amount of out-of-plane deformation of the ridge line portion is increased and compressive strain is compared to when a load is input in the axial direction. Becomes smaller.
  • the compressive strain generated in the ridge line portion is reduced as much as possible, a large out-of-plane deformation occurs, the ridge line portion is bent with a large curvature radius, and the entire crash box 30 is bent.
  • the crash box 30 is easily bent.
  • the crash box 30 has the following characteristics. It is effective to determine the cross-sectional shape.
  • the cylindrical body 31 undergoes multiple plastic buckling deformations, and the impact absorption energy is determined by the load history generated at that time. Is done. In other words, the amount of impact energy absorbed is determined by the number of plastic buckling deformations that occur continuously.
  • the buckling wrinkle generated by the buckling deformation generated in the ridge line part is expanded to the flat part, and the buckling wrinkle is generated in the flat part. Thereafter, the buckling wrinkles generated in this plane portion are overlapped, and the process proceeds to the next buckling deformation (n + 1) occurring in another part in the axial direction.
  • the interval from the n-th buckling occurrence to the (n + 1) -th buckling occurrence, that is, the buckling wavelength, is affected by the size of wrinkles generated by the buckling of the ridge portion of the deformation as described above.
  • the size of the wrinkles is governed by out-of-plane deformation that occurs in the flat portion. Therefore, in order to improve the impact energy absorption performance by the plastic buckling behavior with a short buckling wavelength, it is effective to reduce the out-of-plane deformation that occurs in the plane portion.
  • the impact load is input.
  • the cross-sectional circumferential length of the cylindrical body 31 on the side of the one end portion 31a to which the impact load is input is made smaller than the sectional circumferential length of the cylindrical body 31 on the side of the other end portion 31b. This is very important.
  • the present invention is based on these principles I to V as well as the invention disclosed in Patent Document 8, and further includes elements that enhance robustness.
  • the cross-sectional shape of the cylindrical body 31 is substantially symmetrical to at least one of the virtual line L1 that passes through the pair of corner portions 32 and 33 and the virtual line L2 that passes through the other pair of corner portions 34 and 35.
  • the cylindrical body 31 is composed of a metallic cylindrical body 31 having a cross-sectional shape having a square basic cross-sectional shape defined by the corner portions 32 to 35.
  • the metal include ordinary steel and high-tensile steel, but are not limited thereto, and may be appropriately selected according to specifications required for the crash box 30.
  • the basic cross-sectional shape of the crash box 30 is a shape substantially symmetric with respect to the virtual line L1 passing through the pair of corner portions 32 and 33. Furthermore, it is desirable that the shape is substantially symmetric with respect to an imaginary line L2 passing through the other pair of corner portions 34 and 35. This is because the higher the symmetry, the higher the performance against oblique loads from various input directions. However, it is not necessary to be completely symmetrical in a geometric sense, and the degree of symmetry may be appropriately determined according to the specifications required for the crash box 30.
  • an oblique load in the first direction for example, the vehicle width direction
  • a direction substantially orthogonal to the first direction for example, the vertical direction
  • the crash box 30 In order for the crash box 30 to stably generate plastic buckling deformation even when the load is input from such an oblique direction, the entire bending deformation (bending) caused by the bending moment is suppressed and input is performed. It is important that the generated impact load causes continuous plastic buckling deformation with a short buckling wavelength similar to that when the impact load is input in the axial direction of the cylindrical body 31. This is because when the entire cylindrical body 31 undergoes bending deformation, the buckling wavelength is long. Therefore, corner portions 34 and 35 having high rigidity are arranged at positions corresponding to the outer edges where the load acts.
  • An internal angle ⁇ 1 formed by the pair of corner portions 32 and 33 is 90 ° or more and 150 ° or less. Further, the internal angle ⁇ 2 formed by the other pair of corner portions 34 and 35 is not less than 30 ° and not more than 90 °. The reason for this will be explained.
  • the rigidity of the corner part 32 to the corner part 35 which is the ridge line part is determined by the arc length existing in the ridge line part, and when the corner part 32 to the corner part 35 is set with a specific curvature radius, the arc length is It changes depending on the inner angle of the portion 32 to the corner portion 35. Therefore, in order to cause plastic buckling deformation by the impact load without causing the entire bending of the crash box 30 with respect to the bending moment generated by the impact load input from an oblique direction, a pair of corner portions 32, The angle ⁇ 1 of the inner angle formed by 33 is 90 ° or more and 150 ° or less.
  • the radius of curvature of the corner R portion is determined in a range that takes into account the manufacture and design space of the crash box (1.5 mm to 10.0 mm or less) ), The arc lengths of the corner portions 32 and 33 become too short to secure desired rigidity, and the targeted plastic buckling deformation cannot be generated.
  • the angle ⁇ 2 of the inner angle formed by the other pair of corner portions 34, 35 is linked to the angle ⁇ 1 of the inner angle formed by the pair of corner portions 32, 33, so that the angle ⁇ 1 is 90 ° or more and 150 ° or less. Accordingly, the angle is set to 30 ° or more and 90 ° or less.
  • the angle ⁇ 1 is 90 ° to 120 °
  • the angle ⁇ 2 is 60 ° to 90 °.
  • the rigidity of the angle theta 1 of the ridge line and the angle theta 2 of the ridge line is kept proper balance, more stable buckling deformation can be obtained as a whole tubular body 31.
  • the angle theta 1 formed by the pair of corner portions 32 and 33, another pair of corner It is desirable that the angle is larger than the angle ⁇ 2 formed by the portions 34 and 35.
  • the crash box 30 has a shape capable of increasing the degree of load of the oblique load in the corner portion 32 to the corner portion 35 which are ridge lines having high rigidity, that is, the corner portion 32 to the corner portion with respect to the input direction of the oblique load.
  • the cross-sectional shape in which 35 is disposed is used. Further, by adopting a cross-sectional shape in which the corner portion 32 to the corner portion 35 are provided, it is possible to reduce out-of-plane deformation caused by a load input from an oblique direction and to compress the corner portion 32 to the corner portion 35. The strain can be increased.
  • the cylindrical body 31 is provided with one or more (this embodiment) extending in the longitudinal direction and projecting inward on each of two sides sandwiching at least one of the pair of corner portions 32, 33.
  • groove portions 36, 37, 38, 39 of one groove portion are provided on each of the four sides.
  • the groove portions 36 to 39 are preferably provided on all four sides, but may be provided only on two sides sandwiching at least one of the pair of corner portions 32 and 33. Further, the groove portions 36 to 39 are provided at positions excluding the pair of corner portions 32 and 33 and the other pair of corner portions 34 and 35 so that an impact load is applied when the cylindrical body 31 is loaded. It is desirable for the plastic deformation to be surely performed in a bellows shape by crushing.
  • the grooves 36 to 39 will be described.
  • the groove portions 36 to 39 have a plate thickness t (mm), a length W (mm) of each side, a number N of the groove portions 36 to 39, and N pieces on each side of the quadrangle having the basic cross-sectional shape.
  • the average value Wc (mm) of the opening widths of the groove portions 36 to 39 satisfies the relationship of the following equation (1), preferably the relationship of the following equation (1 ′).
  • the crash box 30 can be plastic buckled and deformed in a bellows shape with a short wavelength in the post-buckled shape, and high impact absorption energy absorption performance can be obtained. The reason for this will be explained.
  • the crash box 30 undergoes continuous plastic buckling (progressive buckling), and in order to increase the amount of shock absorption energy determined by the load history caused by the deformation. It is effective to suppress the load fluctuation of the material, that is, to shorten the buckling wavelength.
  • This buckling wavelength is closely related to the out-of-plane deformation (displacement) caused by the impact load in the cross section of the cylindrical body 31 constituting the crash box 30. If the amount of this out-of-plane deformation is large, the buckling wavelength becomes long. When the out-of-plane deformation is small, the buckling wavelength is shortened. Therefore, in order to reduce the out-of-plane deformation occurring in the cross section of the cylinder 30 constituting the crash box 30, the width of each side constituting the cross section, that is, the distance between the adjacent corner portions 32 to 35 is set. Just make it smaller.
  • the distance W between the corner portion 32 to the corner portion 35 is set to be less than 50 times the plate thickness t of the cylindrical body 31. That is, in the crush box 30, when there is a side where the grooves 36 to 39 are not provided, the plate thickness t (mm) and the length W (mm) of the side are expressed by the following formula (2). Satisfy.
  • the length of the plane portion is divided by providing the groove portions 36 to 39 on the sides where the distance W between the corner portions 32 to 35 is 50 times or more the plate thickness t, respectively.
  • the sides excluding the grooves 36 to 39 satisfy the relationship of the above formula (2).
  • planar portions are further divided by providing the groove portions 36 to 39 in the planar portion. Also good.
  • the groove portions 36 to 39 are desirably provided at positions that do not include the corner portions 32 to 35 that serve as starting points of plastic buckling deformation due to the load while suppressing the overall bending deformation when an oblique load is applied. .
  • the groove portion 36 to the groove portion 39 are provided in the flat surface portion in order to obtain a short buckling wavelength.
  • a new ridge line part is formed, and the width of the flat part is controlled within a range where a short buckling wavelength can be obtained.
  • the average value Wc (mm) of the opening widths of the thirty-sixth through thirty-six grooves 39 preferably satisfies the relationship of the formula (1): 5 ⁇ (W ⁇ N ⁇ Wc) / (N + 1) / t ⁇ 50. ): It is desirable to satisfy the relationship of 5 ⁇ (W ⁇ N ⁇ Wc) / (N + 1) / t ⁇ 30.
  • the depth dc of the groove part 36 to the groove part 39 is preferably greater than 10 mm.
  • the curvature radius R of all the corner portions 32 to 35 is larger than any curvature radius Rc of the corner portions constituting the groove portions 36 to 39. The reason for this will be explained.
  • the cross-sectional secondary moment of the thin-walled ring is governed by the diameter and thickness, and the cross-sectional secondary moment increases as the diameter increases, and the section modulus that affects the bending strength also increases as the diameter increases. That is, in order to suppress the bending deformation against the bending moment generated when a load is applied to the crash box 30 from an oblique direction, the corner portions 32 to 32 that support the input load are positioned on the outline of the cross section. It is effective to increase the cross-sectional secondary moment of the corner portion 35.
  • or the groove part 39 is enlarged, the deformation resistance in the groove part 36 thru
  • the radius of curvature R of all the corners 32 to 35 that most governs the overall bending strength of the crash box 30 is set to the radius of curvature Rc of the corners constituting the grooves 36 to 39. It is desirable to make it larger.
  • the cross-sectional circumferential length of the cylindrical body 31 on the one end portion 31a side of the cylindrical body 31 is the sectional circumferential length of the cylindrical body 31 on the other end portion 31b side. It is smaller than (the outer peripheral length of the cylindrical body 31 in FIG. 2B).
  • the circumferential length of the cross section of the cylindrical body 31 increases monotonously at a constant ratio from one end portion 31a toward the other end portion 31b. Thereby, when an impact load is applied to the cylindrical body 31, the crushing starts from the one end portion 31a side. At this time, the ridge line connecting the end portion 31a and the end portion 31b is linear.
  • the cylindrical body 31 has a rectangular ratio (this ratio) that is a ratio of the longest diagonal length W2 to the shortest diagonal length among the polygonal diagonal lines constituting the basic cross-sectional shape. In the specification, it is referred to as “flatness”.) Changes at the axial position of the cylinder 31.
  • the height of the opposing slopes constituting the grooves 36 to 39 that is, the lengths of the oblique sides (36 a, 36 b) of the groove 36 in FIGS. 2A and 2B are different, and the oblique sides of the groove 37.
  • the lengths of (37a, 37b) are different, the lengths of the oblique sides (38a, 38b) of the groove portion 38 are different, and the lengths of the oblique sides (39a, 39b) of the groove portion 39 are different.
  • the cylindrical body 31 includes all the sides 46-1 to 46-22 constituting the cross section at one end 31a, and the opposite sides 47-1 to side constituting the cross section at the other end 31b. It is formed in parallel with 47-22.
  • Tubular body 31 the difference from one end 31a toward the other end portion 31b, and an angle theta 2 formed by the angle theta 1 with another pair of corner portions 34, 35 formed by the pair of corner portions 32, 33 Is preferably increased or decreased.
  • the cylindrical body 31 may be configured by joining the first steel plate 40 and the second steel plate 41 by appropriate means (for example, laser welding, spot welding, etc.).
  • the joining surfaces 40a, 41a, 40b, 41b formed in a planar shape for joining the first steel plate 40 and the second steel plate 41 are connected to the ends of the first steel plate 40 and the second steel plate 41, respectively. And may be formed in the vicinity of the other pair of corner portions 34 and 35.
  • the cylindrical body 31 has another pair of corner portions 34 and 35 as virtual points.
  • the cylindrical body 31 is formed by assembling two parts obtained by bending a thin plate by appropriate means such as welding or adhesion.
  • a tubular material may be integrally designed by a method such as hydraulic forming or extrusion.
  • the crash box 30 includes planar joining surfaces 40a, 41a, 40b, and 41b, and the first steel plate 40 and the second steel plate 41 are overlapped and joined by the joining surfaces 40a, 41a, 40b, and 41b. It is constituted by.
  • the width W ′ of the joining surfaces 40 a, 41 a, 40 b, 41 b is more than 5 times less than 50 times, preferably less than 30 times the plate thickness t of the cylindrical body 31 forming the crash box 30.
  • the length W (mm) of the side in said Formula (1), (1 '), (2) is this joining surface 40a, 41a, 40b. , 41b, the length of the side after being shortened.
  • the joint surfaces 40a, 41a, 40b, and 41b are overlapped joints that are edges of one steel plate, or overlapped joints between a plurality of steel plates, particularly, an impact load due to a collision from an oblique direction is generated.
  • the bending rigidity of the cylindrical body 31 when loaded is improved. Thereby, it becomes possible to suppress the occurrence of the bending deformation of the entire cylindrical body 31 at the midpoint of the bellows-like plastic buckling deformation.
  • the joining of the overlap joint is continuous joining such as adhesion using a structural adhesive or continuous welding such as laser welding, for example, rather than intermittent joining such as spot welding, for example. This is desirable because the bending rigidity of the cylindrical body 31 can be further increased.
  • the material of the cylinder 31 is not limited to a steel plate, and may be configured by using a material other than a metal such as a non-ferrous metal material such as an aluminum alloy or a resin.
  • the cross-sectional circumferential length of the cylindrical body 31 is sure to cause crushing from the one end portion 31a side by making the one end portion 31a side constituting the collision end smaller than the other end portion 31b side. It is possible to improve the stability of the shock absorbing performance at the time of collision. For this reason, it is desirable that the entire cylindrical body 31 is formed in a tapered shape in the axial direction.
  • the cross-sectional circumferential length of the cylindrical body 31 on the one end portion 31a side in this specification, “cross-sectional circumferential length” means the crossing of the cylindrical body
  • the dimension of each part of the cylinder 31 is set so that the circumference of the cylinder 31 is smaller than the sectional circumference of the cylinder 31 on the other end 31b side.
  • the cross-sectional circumferential length of the cylindrical body 31 monotonously increases at a constant rate from the one end portion 31a side to the other end portion 31b side. For example, it may be increased or decreased in the middle between one end 31a and the other end 31b, and this does not impair the effects of the present invention. . In short, it is only necessary that the cross-sectional circumference at one end 31a is smaller than the cross-sectional circumference at the other end 31b. Examples of increasing or decreasing in the middle of one end and the other end are as follows. As shown in FIG. 3, the cross section in the vicinity of the collision end, which is one end portion, is formed so as to be abruptly reduced to facilitate deformation at the initial stage of the collision. As a result, the initial deformation can be made appropriate, and the subsequent deformation can be appropriately guided subsequently. In addition, the fixed end, which is the other end, basically does not buckle, so that it is not necessary to change the cross-sectional shape and can be constant.
  • the cross-sectional peripheral length ratio defined as (the cross-sectional peripheral length of the one end portion 31a) / (the cross-sectional peripheral length of the other end portion 31b) is 0.6 or more and 0.9 or less.
  • the cross-section circumference ratio is less than 0.6, the load at the initial stage of crushing after the start of the collision becomes excessively small, and the energy absorption performance at the initial stage of the collapse is lowered, while the cross-section circumference ratio is more than 0.9.
  • the stabilization of buckling due to the suppression of bending deformation at the time of an oblique collision, which is the effect of the present invention, is small, and bending is likely to occur.
  • the increase in the cross-sectional circumference of the cylinder 31 is vertically symmetric as viewed from the side of the vehicle body.
  • the increase in the cross-section circumference is not limited to this form.
  • the degree of increase in the cross-sectional perimeter in the region above the horizontal plane passing through may be different from the degree of increase in the cross-sectional perimeter in this lower region.
  • the cross-sectional circumferential length of the cylindrical body 31 on the one end portion 31a side is smaller than the cross-sectional circumferential length of the cylindrical body 31 on the other end portion 31b side, an impact load is input to the one end portion 31a by the front bumper reinforcement. Then, the crushing surely proceeds from the one end portion 31a to the other end portion 31b, and finally the cylindrical body 31 is buckled and deformed in a bellows shape to effectively absorb the impact energy. Is possible.
  • the rigidity in the vicinity of the other end portion 31b side with respect to the bending in the up-down direction. Is increased compared to the collision end side, thereby suppressing the vertical bending deformation that occurs in the crash box during crushing. As a result, the bending force propagating to the side member is suppressed. Further, it is possible to reduce the vibration and noise of the vehicle body caused by the vibration in the vertical direction of the engine transmitted through the engine mount bracket disposed on the upper surface of the front side member.
  • the tapered shape imparted to the cylindrical body 31 is a shape that changes toward a certain direction rather than the entire cross-section in the axial direction being a similar shape, specifically, the flatness is changed in the axial direction.
  • the tapered shape imparted to the cylindrical body 31 is a shape that changes toward a certain direction rather than the entire cross-section in the axial direction being a similar shape, specifically, the flatness is changed in the axial direction.
  • FIG. 4 (a) is an explanatory view showing an example of the end face shape of one end (collision end) 31a of another example 30-1 of the crash box according to the present invention
  • FIG. 4 (b) shows the present invention. It is explanatory drawing which shows an example of the end surface shape of the other edge part (anti-collision end) 31b of other examples 30-1 of the crush box which concerns.
  • one end 31a when the flatness of one end 31a is designed to be greater than the flatness of the other end 31b, one end 31a The shape of becomes more flat.
  • the rigidity in the direction where the distance is short between the pair of corner portions 32 and 33 and the other pair of corner portions 34 and 35 at the other end portion 31b Since the remaining distance is lower than the rigidity in the long direction, the high rigidity side restrains the cylinder body 31 that has been subjected to the impact load from falling early, while the low rigidity side starts as one end. Crushing is easily started from the portion 31a.
  • Whether to increase the flatness of one end 31a or the other end 31b may be appropriately selected in consideration of the use as a crash box, the performance to be secured, and the like.
  • FIG. 5 shows that the crush box is formed when the opposing slopes (36a, 36b), (37a, 37b), (38a, 38b), (39a, 39b) constituting the grooves 36 to 39 are the same. It is explanatory drawing which shows not being materialized.
  • the shape of the cylindrical body 31 at one end 31a is indicated by a dotted line
  • the shape of the cylindrical body 31 at the other end 31b is indicated by a solid line
  • the flatness of one end 31a that is a collision end is shown. The rate is greater than the flatness of the other end 31b.
  • FIG. 6 shows an end face at each of the one end 31a (collision end), the middle and the other end 31b (anti-collision end) in an example of the crash box 30 having a large flatness at one end 31a.
  • FIG. 7 is an explanatory view showing the shape.
  • FIG. 7 shows an example of the crash box 30 having a small flatness at one end 31a, one end 31a (collision end), middle and the other end 31b (reverse). It is explanatory drawing which shows collectively the end surface shape in each (collision end).
  • the reason why the lengths of the hypotenuses are different in FIG. 5 is that the slopes (36a, 36b), (37a, 37b), (38a, 38b), (39a, 39b) have the same height.
  • the cylindrical body 31 is required to have robustness because the ridgeline 42 to the ridgeline 45 (see FIG. 1) of the cylindrical body 31 constituted by the corner portions 32 to 35 are twisted. Not suitable for crash boxes.
  • the inclined surfaces (36 a, 36 b), (37 a, 37 b), (38 a, 38 b), (39 a) that constitute the grooves 36 to 39 are formed.
  • 39b) by making the heights (the lengths of the oblique sides in the cross section) different from each other, all the sides 46-1 to 46-22 constituting the cross section at one end 31a and the other end It is possible to design the opposing sides 47-1 to 47-22 constituting the transverse section of the portion 31b so as to have a parallel relationship without twisting.
  • the crash box 30 according to the present invention is configured as described above. It is preferable that the crash box is mounted on the automobile body by being arranged symmetrically with respect to the vehicle width center in the width direction of the front part or the rear part of the automobile body.
  • the crash box 30 is composed of a metal cylinder 31 having a closed cross-sectional shape generally having an overall length of about 80 mm to 300 mm, and is joined to the bumper reinforcement by an appropriate means such as welding. In this way, it is detachably attached to the region set on the end side of the left and right side members that support the bumper reinforcement through the mounting plate.
  • the crash boxes 30 are arranged in the vehicle width direction, two in total in the vehicle width direction with respect to the bumper reinforcement.
  • the crash box 30 according to the present invention is preferably arranged so that the direction in which the virtual line L1 connecting the pair of corner portions 32 and 33 is oriented is substantially in the vertical direction or substantially in the horizontal direction.
  • the crash box 30 has a bellows-like shape in preference to the side member forming the body shell due to the impact load input to the bumper reinforcement even in the case of an oblique collision as well as a frontal collision. Absorbs impact energy by plastic buckling deformation and crushing, thereby preventing damage to the body shell and reducing repair costs during light collisions, and effectively absorbing impact energy with side members. Crew can be protected.
  • FIGS. 1 to 4, 6, and 7 are cases in which a groove is provided in each of the four basic sides 36 to 39 of the cross section. You may make it provide a groove part only in two sides (36, 37), (38, 39), (36, 38) or (37, 39) which pinches either.
  • FIG. 8 shows a crush box 140 having a cross section when grooves are provided on two sides (36, 37) sandwiching one corner portion 32, and shows a case where the flatness is large on the collision end side.
  • FIG. 9 shows a crush box 141 having a cross section when grooves are provided on two sides (36, 37) sandwiching one corner 32, and shows a case where the flatness is small on the collision end side.
  • FIG. 10A is a front view showing a mounting state of the crash box 141 to the bumper reinforcement 142
  • FIG. 10B is a top view showing a mounting state of the crash box 141 to the bumper reinforcement 142. is there.
  • FIGS. 10 (a) and 10 (b) are attached to a bumper reinforcement 142 as shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b).
  • the crash box 141 is mounted on the left side of the bumper reinforcement 142
  • the crash box 141-2 is mounted on the right side of the bumper reinforcement 142.
  • the crash box 141-1 mounted on the left side is provided with a crash box 141-1 so that the front side of the automobile is rotated in the clockwise direction.
  • the crash box 141-1 can absorb the impact without bending because the side (36, 37) provided with the groove in the cross section has high rigidity.
  • the effect of the crash box according to the present invention was verified by performing numerical analysis.
  • the crash box 30 having the shape shown in FIGS. 1, 2, and 6 is tilted by 15 degrees and fixed to the floor, and the rigid body wall is caused to collide with the crash box 30 in the axial direction at a speed of 16 km / h.
  • the crush box 30 was investigated for the plastic buckling behavior.
  • each crash box which has a square basic cross-section as Comparative Examples 1 and 2.
  • the plate thickness of each crash box is 1.2 mm
  • the axial length of the cylindrical body constituting the crash box is 200 mm
  • the analysis uses the material characteristics assuming a 440 MPa class high-tensile steel plate, Furthermore, the strain rate dependence was taken into account according to the Cowper-Symmonds rule.
  • Comparative Example 2 corresponds to Invention Example 4 disclosed by the inventors in the example of Patent Document 8.
  • FIG. 11 and Table 1 show the shapes of the crash boxes according to the present invention example, comparative example 1 and comparative example 2.
  • FIG. 12 shows the crush box crushing situation when the crushing stroke is 0 mm, 50 mm, 100 mm and 150 mm for Invention Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2.
  • Table 1 shows a crushing load ratio (F1) between an average value F1 of the crushing load between the reduction amount of 40 mm to 60 mm and the average value F2 of the crushing load between the reduction amount of 120 mm to 140 mm, at which the initial deformation is stable. / F2).
  • both Comparative Example 1 and Comparative Example 2 cause bending buckling and unstable buckling in the latter half of the crushing stroke, so the crushing load in the latter half is significantly reduced.
  • the crushing load ratio was 0.5 or less.

Abstract

　ＪＰ　２０１１－５１５８１Ａにより開示されたクラッシュボックスよりも耐ロバスト性をさらに高めたクラッシュボックスを提供する。　対向して配置された一対のコーナ部３２、３３と、８０°以上１００°以下の角度で交差して配置された他の一対のコーナ部３４、３５とを備え、かつ四角形の基本横断面形状を備える横断面形状を有する金属製の筒体３１から構成されクラッシュボックス３０である。コーナ部３２、３３の成す角度は９０°以上１５０°以下であるとともにコーナ部３４、３５の成す角度は３０°以上９０°以下である。長手方向へ延びるとともに内部へ向けて凸となる複数の溝部３６乃至溝部３９を有する。一方の端部３１ａの側における筒体３１の断面周長は、他方の端部３１ｂの側における筒体３１の断面周長よりも小さい。基本断面形状を構成する多角形の対角線のうち、最も長い対角線と最も短い対角線の比である矩形比(扁平率)が、筒体３１の軸方向の位置で変化する。さらに、溝部３６乃至溝部３９を構成する対向する斜面の高さが異なることによって、一方の端部３１ａにおける横断面を構成する全ての辺が、他方の端部３１ｂにおける横断面を構成する対向辺と平行に形成される。

Description

クラッシュボックス及び自動車車体
　本発明は、クラッシュボックス及び自動車車体に関する。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荷重を負荷されて座屈して蛇腹状に塑性変形することによって衝撃エネルギーを吸収するクラッシュボックス及び自動車車体に関する。
　自動車のバンパーの芯材であるバンパーレインフォースメントは、旧来、接合された例えばチャンネル状のブラケットを介して、ボディシェルの一部を構成するサイドメンバーの端部に例えば締結等の適宜手段によって脱着自在に装着されていた。これに対して近年、車体の安全性の向上、及び、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を図るために、このブラケットに替えてクラッシュボックスが用いられるようになってきた。クラッシュボックスとは、筒状の本体を有し、その軸方向（本明細書ではクラッシュボックスの長手方向を意味する。）へ負荷される衝撃荷重によって本体が他の部材よりも優先して軸方向へ座屈して蛇腹状（アコーディオン状）に塑性変形することによって衝撃エネルギーの吸収を図ったものである。
　クラッシュボックスに要求される衝撃吸収性能は、具体的には例えば次のようなものが挙げられる。
（ａ）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確実に蛇腹状に塑性変形する。
（ｂ）クラッシュボックスの圧壊時の平均荷重が高い。
（ｃ）圧壊の際に発生する最大反力がクラッシュボックスを支持するサイドメンバーを破壊しない範囲に抑制される。
　例えば特許文献１乃至５には、クラッシュボックスの衝撃吸収性能を向上させるための材質や形状が種々開示される。しかし、これらの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、負荷される衝撃荷重によって本体をその軸方向へ繰り返し安定して座屈させて蛇腹状に塑性変形させることは容易ではない。
　本出願人は、特許文献６により、図１３にその横断面を示すように、軸方向の少なくとも一部の横断面形状が、略多角形からなる閉断面であり、閉断面の外側にフランジを具備しないとともに、略多角形を構成する複数の頂点Ａ乃至Ｐのうちの一部を直線で連結して得られる多角形のうちで最大の面積を有する多角形Ａ－Ｂ－Ｃ－Ｄ－Ｉ－Ｊ－Ｋ－Ｌ－Ａとして規定される基本断面の二辺Ｄ－Ｉ、Ｌ－Ａの一部の領域であってかつその端点Ｄ、Ｉ、Ｌ、Ａを除く位置に基本断面Ａ－Ｂ－Ｃ－Ｄ－Ｉ－Ｊ－Ｋ－Ｌ－Ａの内側へ凸となる、筒状の本体２の軸方向に延びる溝部３、４を有する形状に形成されるクラッシュボックス１に係る特許発明を提案した。
　クラッシュボックス１によれば、隔壁の追加や板厚の増加による重量の増加や、軸方向での屈曲を招くことなく、軸方向へ負荷される衝撃荷重によって安定して座屈して蛇腹状に塑性変形することによって高い衝撃エネルギーの吸収量を確保できる。
　自動車の実際の衝突事故では、衝突による衝撃荷重が、クラッシュボックス１の蛇腹状の塑性座屈変形の開始の初期から後期に至るまでの間、継続してクラッシュボックス１の軸方向へ向けて入力されることは少なく、クラッシュボックス１の軸方向に対して斜め方向へ入力されることが多い。クラッシュボックス１は、確かに、本体２の軸方向へ向けて負荷される衝撃荷重に対しては軸方向の略全域で安定して蛇腹状に塑性座屈変形することができるものの、軸方向に対して傾斜した方向へ向けて衝撃荷重が入力されると、本体２に発生する曲げモーメントにより、蛇腹状の塑性座屈変形の途中の時点で本体２全体に大きな曲がり変形を発生し易く、それ以降に蛇腹状に塑性座屈変形することが難しくなるため、その分だけ衝撃エネルギーの吸収能が低下する。
　そこで、本出願人は、特許文献７により、図１４に示す次のようなクラッシュボックス５を開示した。すなわち、クラッシュボックス５は、対向して配置された一対のコーナー部６、７と、コーナー部６、７を結ぶ線Ｌ１に直交して配置された他の一対のコーナー部８、９とを備え、かつ外側にフランジを有さない四角形の横断面形状を有する筒状の本体１０から構成される。ここで一対のコーナー部６、７の成す角度θ１は９０°以上１５０°以下である。他の一対のコーナー部８、９の成す角度は３０°以上９０°以下である。
  クラッシュボックス５の横断面形状は、一対のコーナー部６、７を通過する線に対称な形状であり、かつ一対のコーナー部６、７を通過する線Ｌ１に対称に配置される２組の対をなす辺のうちの少なくとも１組の対をなす辺それぞれに設けられる、一対のコーナー部６、７と、他の一対のコーナー部８、９とを除く位置に長手方向へ延びるとともに内部へ向けて凸となる１又は複数の溝部１１乃至溝部１４を有する。また、全ての辺それぞれにおける、板厚ｔ（ｍｍ）、辺の長さＷ（ｍｍ）、溝部１１乃至溝部１４の個数Ｎ、及びＮ個の溝部の開口幅の平均値Ｗｃ（ｍｍ）が、５＜（Ｗ－Ｎ×Ｗｃ）／（Ｎ＋１）／ｔ＜５０の関係を充足する。
　さらに、本出願人は、特許文献８によりクラッシュボックス５のさらなる性能向上を図り、図１５に示す次のようなクラッシュボックス１５を開示した。すなわち、クラッシュボックス１５は、対向して配置された一対のコーナー部１６、１７と、一対のコーナー部１６、１７同士を結ぶ線に対して８０°乃至１００°の角度で交差して配置された他の一対のコーナー部１８、１９とを備えている。さらに、四角形の基本横断面形状を有する金属製の筒体２０から構成され、筒体２０の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入力される。
  また、クラッシュボックス１５では、一対のコーナー部１６、１７の成す角度は９０°以上１５０°以下であるとともに他の一対のコーナー部１８、１９の成す角度は３０°以上９０°以下である。また、一対のコーナー部１６、１７と、他の一対のコーナー部１８、１９とを除く位置に長手方向へ延びるとともに内部へ向けて凸となる1又は複数の溝部２１乃至溝部２４を有するとともに、一方の端部の側における筒体２０の断面周長が、他方の端部の側における筒体２０の断面周長よりも小さい。
　クラッシュボックス１５は、その軸方向に対して平行な方向のみならず斜め方向からの衝突による衝撃荷重が入力されても、連続的に安定して蛇腹状に塑性座屈変形することができる。これにより、斜め衝突に対しても優れた衝撃吸収特性（本明細書では「ロバスト性」という。）、すなわち高い衝撃吸収エネルギー吸収量を有する。
　また、クラッシュボックス１５によれば、衝撃力が筒体２０に作用したときに衝突端側から確実に筒体２０の圧壊が進行する。筒体２０の軸方向に対して斜め方向からの衝突による衝撃荷重が入力された場合においても、衝撃荷重を入力された一方の端部から筒体２０の軸方向の他方の端部へ向けて筒体２０の圧壊が進行し、筒体２０が確実に蛇腹状に座屈変形して効果的に衝撃エネルギーを吸収することが可能である。
特開平８－１２８４８７号公報 特開平９－２７７９５３号公報 特開２００３－４８５６９号公報 特開２００２－２８４０３３号公報 特開平８－１０８８６３号公報 特許第３９１２４２２号明細書 特開２００９－１８４４７号公報 特開２０１１－５１５８１号公報
　自動車の安全性をよりいっそう高めるために、クラッシュボックスに対してはロバスト性をさらに高めることが求められる。
　本発明の目的は、特許文献８により開示されたクラッシュボックスよりもロバスト性をさらに高めたクラッシュボックスと、このクラッシュボックスを装着された自動車車体とを提供することである。
　本発明は、特許文献８により開示されたクラッシュボックスにおいて、さらに、溝部を構成する対向する斜面の高さ（横断面内における斜辺の長さ）を異ならせることによって、筒体の一方の端部（衝撃荷重の入力部）における横断面を構成する全ての辺を、筒体の他方の端部における横断面を構成する対向する辺に対して平行に形成することによって、特許文献８により開示されたクラッシュボックスよりもロバスト性をさらに高めることができる、という技術思想に基づく。
　本発明は、対向して配置された一対のコーナー部と、この一対のコーナー部同士を結ぶ線に対して８０°以上１００°以下の角度で交差して配置された他の一対のコーナー部とを備え、かつ四角形の基本横断面形状を備える横断面形状を有する金属製の筒体から構成され、筒体の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入力されるクラッシュボックスであって、横断面において、（ｉ）一対のコーナー部の成す角度αは９０°以上１５０°以下であるとともに前記他の一対のコーナー部の成す角度βは３０°以上９０°以下であること、（ｉｉ）一対のコーナー部の少なくともいずれか一方のコーナーを挟む二つの辺それぞれに設けられる、長手方向へ延びるとともに内部へ向けて凸となる１又は複数の溝部を有すること、（ｉｉｉ）一方の端部の側における筒体の断面周長は、他方の端部の側における筒体の断面周長よりも小さいこと、（ｉｖ）基本断面形状を構成する多角形の対角線のうち、最も長い対角線と最も短い対角線の比である矩形比（扁平率）が、筒体の軸方向の位置で変化すること、及び（ｖ）溝部を構成する対向する斜面の高さ（横断面内における斜辺の長さ）が異なることによって、一方の端部における横断面を構成する全ての辺が、他方の端部における横断面を構成する対向辺と平行に形成されることを特徴とするクラッシュボックスである。
　また、本発明は、本発明に係るクラッシュボックスを、車体の前部又は後部の幅方向へ車幅センターに対して一対または二対対称配置することを特徴とするクラッシュボックスを備える自動車車体である。
　本発明によれば、特許文献８により開示されたクラッシュボックスよりも耐ロバスト性をさらに高めたクラッシュボックスと、このクラッシュボックスを装着された自動車車体とを提供することができる。
図１は、本発明に係るクラッシュボックスの形状の一例を示す斜視図である。 図２（ａ）は本発明に係るクラッシュボックスの一例の一方の端部（衝突端）の端面形状の一例を示す説明図であり、図２（ｂ）は本発明に係るクラッシュボックスの一例の他方の端部（反衝突端）の端面形状の一例を示す説明図である。 一方の端部の一つの形態例を説明する図である。 図４（ａ）は本発明に係るクラッシュボックスの他の一例の一方の端部（衝突端）の端面形状の一例を示す説明図であり、図４（ｂ）は本発明に係るクラッシュボックスの他の一例の他方の端部（反衝突端）の端面形状の一例を示す説明図である。 図５は、溝部を構成する対向する斜面の高さが同一である場合にクラッシュボックスが成立しないことを示す説明図である。 図６は、扁平率が衝突端で大きい本発明に係るクラッシュボックスのさらに他の一例における、一方の端部（衝突端）、中間及び他方の端部（反衝突端）それぞれにおける端面形状を併せて示す説明図である。 図７は、扁平率が衝突端で小さい本発明に係るクラッシュボックスのさらに他の一例における、一方の端部（衝突端）、中間及び他方の端部（反衝突端）それぞれにおける端面形状を併せて示す説明図である。 図８は、一つのコーナー部を挟む二つの辺に溝部を設けた場合の横断面を有するクラッシュボックスを示す説明図であり、扁平率が衝突端側で大きい場合を示す。 図９は、一つのコーナー部を挟む二つの辺に溝部を設けた場合の横断面を有するクラッシュボックスを示す説明図であり、扁平率が衝突端側で小さい場合を示す。 図１０（ａ）はバンパーレインフォースへのクラッシュボックスの装着状況を示す正面図であり、図１０（ｂ）はバンパーレインフォースへのクラッシュボックスの装着状況を示す上面図である。 図１１（ａ）は発明例１のクラッシュボックスの断面形状の一例を示す説明図であり、図１１（ｂ）は比較例１乃至３のクラッシュボックスの断面形状の一例を示す説明図である。 図１２は、発明例１、比較例１乃至３について、圧壊ストロークが０ｍｍ、５０ｍｍ、１００ｍｍ及び１５０ｍｍにおける圧壊状況を示す説明図である。 図１３は、特許文献６により提案した特許発明に係るクラッシュボックスの断面形状の一例を示す説明図である。 図１４は、特許文献７により開示したクラッシュボックスの断面形状の一例を示す説明図である。 図１５は、特許文献８により開示したクラッシュボックスの断面形状の一例を示す説明図である。
　以下、添付図面を参照しながら本発明を説明する。
  図１は、本発明に係るクラッシュボックス３０の形状の一例を示す斜視図である。図２（ａ）は本発明に係るクラッシュボックス３０の一例の一方の端部（衝突端）３１ａの端面形状の一例を示す説明図であり、図２（ｂ）は本発明に係るクラッシュボックス３０の一例の他方の端部（反衝突端）３１ｂの端面形状の一例を示す説明図である。
　なお、図１では、クラッシュボックス３０が後述する接合面４０ａ、４１ａ、４０ｂ、４１ｂを備える場合を示すが、接合面４０ａ、４１ａ、４０ｂ、４１ｂを有さない場合の輪郭を破線により併せて示す。
　図１に示すように、本発明に係るクラッシュボックス３０は金属製の筒体３１を備える。クラッシュボックス３０は筒体３１のみにより構成されていてもよいし、筒体３１の一方又は双方の端部に、バンパーレインフォースメント又はサイドメンバーに装着するために接合された取り付け板を有していてもよい。取り付け板を有することによりクラッシュボックス３０を脱着自在に装着することができる。
　クラッシュボックスの一方の端部３１ａには溶接等の適宜手段によってバンパーレインフォースメントが接合される。また、他方の端部３１ｂは、直接的にあるいは上記取り付け板を介して間接的に、自動車車体のボディシェルの一部をなすサイドメンバーに望ましくは脱着自在に装着される。
　クラッシュボックス３０は、バンパーレインフォースメントを介して筒体３１の軸方向の一方の端部３１ａから他方の端部３１ｂへ向けて衝撃荷重を入力される。
　筒体３１は、四角形の基本横断面形状の横断面形状を有する。すなわち、本発明における「基本横断面形状」とは、筒体３１の横断面において、内部へ向けて凸となる溝部を除く輪郭をなす四角形の横断面形状を意味し、基本的には例えば図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すようにコーナー部３２乃至コーナー部３５により規定される四角形を意味するが、実際にはコーナー部３２乃至コーナー部３５の成形に不可避的に伴う微小なＲ部が形成される場合や、図１に示す後述する接合面４０ａ、４１ａ、４０ｂ、４１ｂが形成される場合には、筒体の輪郭をなす四角形の４つの辺の４つの交点により規定される仮想の四角形を意味する。
　筒体３１では、基本横断面形状とは、対向して配置された一対のコーナー部３２、３３と、一対のコーナー部３２、３３同士を結ぶ仮想線Ｌ１に対して８０°以上１００°以下の角度で交差して配置された他の一対のコーナー部３４、３５とを備える。
　交差する角度が８０°未満あるいは１００°を超えると、断面形状の非対称性が大きくなるため、圧壊が不安定になる。交差する角度は８５°以上９５°以下であることが望ましく、略直交することがさらに望ましい。
　このように、このクラッシュボックス３０は、一対のコーナー部３２、３３を結ぶ方向と、他の一対のコーナー部３４、３５を結ぶ方向に、横断面形状の外郭をなす剛性が高い稜線部であるコーナー部３２乃至コーナー部３５を配置する四角形の基本横断面形状を有する。
　クラッシュボックス３０では、上述したように、一対のコーナー部３２、３３を結ぶ線と、他の一対のコーナー部３４、３５を結ぶ線とは、本発明の好適態様として略直交するが、８０°以上１００°以下の角度で交差すればよく、８５°以上９５°以下の角度で交差することが望ましい。
　はじめに、本発明に係るクラッシュボックス３０の原理を簡単に説明する。
　筒体３１であるクラッシュボックス３０の横断面形状である多角形断面は、筒体３１における稜線部をなす角と、筒体３１における稜線部間の平面部である辺とにより構成される。この筒体３１の軸方向へ荷重が負荷されてこの断面に荷重が作用する場合、稜線部と平面部とは面外変形（閉じた断面の外部側に向かう変形）を生じる。
　この際に、剛性が高い稜線部は、剛性が稜線に対して相対的に低い平面部よりも小さい面外変形を発生するとともに、圧縮ひずみを生じる。その後、負荷される荷重が増大するに伴って、稜線部においても面外変形の量が増加していき、やがて稜線部が座屈して稜線部が折れ、塑性座屈変形が発生する。このクラッシュボックス３０は、これら一連の変形を数回繰り返すことにより、軸方向に蛇腹状に塑性座屈変形して圧壊することにより、衝撃エネルギーを吸収する。
　この一連の変形挙動は、入力される荷重の方向によって、変化する。例えば、クラッシュボックス３０の軸方向に対して斜め方向の荷重が入力される場合は、軸方向に荷重が入力される場合に比較して、稜線部の面外変形の量が大きくなるとともに圧縮ひずみが小さくなる。
　さらに、入力される斜め荷重が大きくなると、稜線部に生じる圧縮ひずみが限りなく小さくなり、大きな面外変形を生じ、稜線部が大きな曲率半径で曲がり、クラッシュボックス３０全体が折れ曲がる。特に、剛性が低い平面部に作用する斜め方向から入力される荷重が大きくなると、クラッシュボックス３０は容易に折れ曲がってしまう。
　このため、クラッシュボックス３０全体での折れ曲がりを抑制して軸方向に対して斜め方向へ向けて負荷される衝撃荷重に対する衝撃吸収性能を高めるためには、以下の観点に基づいて、クラッシュボックス３０の横断面形状を決定することが有効である。
　すなわち、斜め方向からの荷重入力に対して曲げ変形の抑制を可能とするためには、
  （Ｉ）剛性が高い稜線部における斜め荷重の負担度合いを増加させること、すなわち斜め荷重の入力方向に対して稜線部が配置される横断面形状とすること、及び
  （ＩＩ）稜線部は、斜め方向から入力される荷重に対して生じる面外変形を小さくし、圧縮ひずみが高まる横断面形状とすること、
が重要である。
　また、クラッシュボックス３０を構成する筒体３１の軸方向に衝撃荷重が入力されると、筒体３１は複数回の塑性座屈変形を生じ、その際に生じる荷重履歴によって、衝撃吸収エネルギーが決定される。すなわち、連続的に発生する塑性座屈変形の回数によって衝撃エネルギーの吸収量が決定される。
　まず、筒体３１に衝撃荷重が入力されると、筒体３１の横断面を構成する平面部は面外変形を生じ、稜線部は圧縮ひずみを生じる。その後、入力される衝撃荷重の増大に伴って、平面部での面外変形、及び稜線部での圧縮ひずみはいずれも増加し、やがて、稜線部での面外変形を発生するようになり、稜線部でｎ回目（ｎは１以上の自然数）の座屈を生じる。
　そして、稜線部で生じた座屈変形によって生成した座屈しわが平面部へと拡大され、平面部で座屈しわが生成する。その後、この平面部で生じた座屈しわを重ね、軸方向の他の部位で生じる次の座屈変形（ｎ＋１回目）へと移行する。
　ｎ回目の座屈発生から（ｎ＋１）回目の座屈発生までの間隔、すなわち座屈波長は、上述したような変形の稜線部の座屈によって生成したしわの大きさに影響される。また、そのしわの大きさは、平面部で生じる面外変形に支配される。したがって、座屈波長が短い塑性座屈挙動によって衝撃エネルギーの吸収性能を向上させるためには、平面部で生じる面外変形を小さくすることが有効である。
　すなわち、曲げ変形を抑制しつつ、高い衝撃エネルギー吸収性能を得るために、座屈波長が短い連続的な塑性座屈変形を生じさせるためには、
  （ＩＩＩ）横断面の面外変形を小さく制御するために横断面における平面部の長さを短くすること、及び
  （ＩＶ）横断面において、平面部に稜線が存在する凹部を設けることによって所望の短い平面部の長さとすること、
が重要である。
　さらに、クラッシュボックス３０の軸方向に対して平行な方向へ衝撃荷重が入力された場合のみならず、斜め方向からの衝突による衝撃荷重が入力された場合であっても、衝撃荷重を入力された側の一方の端部から筒体３１の軸方向の他方の端部の側へ向けて圧壊が確実に進行し、最終的に蛇腹状に座屈変形して効果的に衝撃エネルギーを吸収するためには、
  （Ｖ）筒体３１における、衝撃荷重を入力される一方の端部３１ａの側における筒体３１の断面周長を、他方の端部３１ｂの側における筒体３１の断面周長よりも小さくすることが重要である。
　本発明は、特許文献８により開示された発明と同様に、これらの原理Ｉ乃至原理Ｖを前提とし、さらに、ロバスト性を高める要素を加味したものである。
　筒体３１の横断面形状は、一対のコーナー部３２、３３を通過する仮想線Ｌ１、及び他の一対のコーナー部３４、３５を通過する仮想線Ｌ２の少なくともいずれか一方に略対称な形状であることが好ましい。筒体３１は、コーナー部３２乃至コーナー部３５により規定される四角形の基本横断面形状を備える横断面形状を有する金属製の筒体３１から構成される。金属製としては、普通鋼製や高張力鋼製が例示されるが、これらに限定されるものではなく、クラッシュボックス３０として要求するスペックに応じて適宜選定すればよい。
　このように、クラッシュボックス３０の基本横断面形状は、一対のコーナー部３２、３３を通過する仮想線Ｌ１に略対称な形状であることが望ましい。さらに、他の一対のコーナー部３４、３５を通過する仮想線Ｌ２に略対称な形状であることが望ましい。対称性が高まるほど、それだけ多様な入力方向からの斜め荷重に対する性能が向上するからである。しかし、幾何学的な意味で完全に対称である必要はなく、対称の程度は、クラッシュボックス３０として要求するスペックに応じて適宜決定すればよい。
　オフセット衝突の場合、第１の方向（例えば車幅方向）又は第１の方向と略直交する方向（例えば上下方向）への斜め荷重が入力されるので、クラッシュボックス３０に曲げモーメントが生じる。このような斜め方向からの荷重入力に対してもクラッシュボックス３０が安定して塑性座屈変形を発生するためには、曲げモーメントによって生じる全体での曲げ変形（折れ曲がり）を抑制することと、入力された衝撃荷重によって、筒体３１の軸方向へ衝撃荷重が入力された場合と同様の座屈波長が短い連続的な塑性座屈変形を発生することが重要である。筒体３１の全体での曲げ変形を生じる場合は、座屈波長が長い変形となるからである。そこで、荷重が作用する外郭端に該当する位置に剛性が高いコーナー部３４、３５を配置する。
　一対のコーナー部３２、３３の成す内角の角度θ１は９０°以上１５０°以下である。また、他の一対のコーナー部３４、３５の成す内角の角度θ２は３０°以上９０°以下である。この理由を説明する。
　稜線部であるコーナー部３２乃至コーナー部３５の剛性は、稜線部に存在する円弧長によって決定され、コーナー部３２乃至コーナー部３５が特定の曲率半径で設定される場合、この円弧長は、コーナー部３２乃至コーナー部３５の内角によって変化する。したがって、斜め方向から入力される衝撃荷重により生じる曲げモーメントに対してクラッシュボックス３０が全体での曲がりを生じることなくこの衝撃荷重により塑性座屈変形を発生するためには、一対のコーナー部３２、３３の成す内角の角度θ１を９０°以上１５０°以下とする。
　角度θ１が１５０°を超えると、コーナーＲ部の曲率半径が、クラッシュボックスの製造ならびに設計スペースを考慮に入れた範囲で決定される現実的な曲率半径（１．５ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下程度）である場合に、コーナー部３２、３３の円弧長が短くなり過ぎて所望の剛性を確保することができなくなり、狙いとする塑性座屈変形を生じることができなくなる。
　また、他の一対のコーナー部３４、３５の成す内角の角度θ２は、一対のコーナー部３２、３３の成す内角の角度θ１と連動するので、角度θ１を９０°以上１５０°以下とすることに伴って、３０°以上９０°以下とする。
　好ましくは、角度θ１は９０°以上１２０°以下で、角度θ２は６０°以上９０°以下である。これにより、角度θ１の稜線の剛性と角度θ２の稜線の剛性とが適正なバランスに保たれ、筒体３１全体としてより安定した座屈変形が得られる。
　一対のコーナー部３２、３３に比べ、他の一対のコーナー部３４、３５がより高い曲げ剛性が要求される場合は、一対のコーナー部３２、３３の成す角度θ１が、他の一対のコーナー部３４、３５の成す角度θ２よりも大きいことが望ましい。
　このクラッシュボックス３０は、剛性が高い稜線部であるコーナー部３２乃至コーナー部３５における斜め荷重の負担度合いを増加させることが可能な形状、すなわち斜め荷重の入力方向に対してコーナー部３２乃至コーナー部３５が配置される横断面形状とする。また、コーナー部３２乃至コーナー部３５を設ける横断面形状とすることにより、斜め方向から入力される荷重に対して生じる面外変形を小さくすることができるとともに、コーナー部３２乃至コーナー部３５に対する圧縮ひずみを高めることができる。
　筒体３１には、一対のコーナー部３２、３３の少なくともいずれか一方のコーナー部３２、３３を挟む二つの辺それぞれに、長手方向へ延びるとともに内部へ向けて凸となる１又は複数（本実施の形態では、四つの辺のそれぞれに一つの溝部）の溝部３６、３７、３８、３９が設けられている。
　溝部３６乃至溝部３９は４つの辺全てに設けられることが好ましいが、一対のコーナー部３２、３３の少なくともいずれか一方のコーナー部３２、３３を挟む二つの辺のみに設けられていてもよい。また、溝部３６乃至溝部３９は、一対のコーナー部３２、３３と、他の一対のコーナー部３４、３５とを除く位置に設けられることが、衝撃荷重を筒体３１が負荷された場合に軸圧壊して確実に蛇腹状に塑性変形するために望ましい。以下、溝部３６乃至溝部３９を説明する。
　溝部３６乃至溝部３９は、基本横断面形状である四角形の各辺それぞれにおける、板厚ｔ（ｍｍ）、各辺の長さＷ（ｍｍ）、溝部３６乃至溝部３９の個数Ｎ、及びＮ個の溝部３６乃至溝部３９の開口幅の平均値Ｗｃ（ｍｍ）が、下記式（１）の関係、望ましくは下記式（１’）の関係を充足するものである。
　５＜（Ｗ－Ｎ×Ｗｃ）／（Ｎ＋１）／ｔ＜５０　・・・・・・（１）
  ５＜（Ｗ－Ｎ×Ｗｃ）／（Ｎ＋１）／ｔ＜３０　・・・・・・（１’）
  これにより、このクラッシュボックス３０は、座屈後の形状において短い波長で蛇腹状に塑性座屈変形することができ、高い衝撃吸収エネルギー吸収性能を得られる。この理由を説明する。
　クラッシュボックス３０が連続的な塑性座屈（進行性座屈）を生じ、その変形によって生じる荷重履歴によって決定される衝撃吸収エネルギー吸収量を高めるためには、座屈発生から次の座屈発生までの荷重変動を抑制すること、すなわち、座屈波長を短くすることが有効である。この座屈波長は、クラッシュボックス３０を構成する筒体３１の横断面において衝撃荷重によって生じる面外変形（変位）と密接な関係があり、この面外変形の量が大きいと座屈波長が長くなり、一方面外変形が小さいと座屈波長が短くなる。そのため、クラッシュボックス３０を構成する筒体３０の横断面で生じる面外変形を小さくするためには、横断面を構成する各辺の幅、すなわち隣接するコーナー部３２乃至コーナー部３５間の距離を小さくすればよい。
　具体的には、コーナー部３２乃至コーナー部３５の間の距離Ｗを、筒体３１の板厚ｔの５０倍未満とする。すなわち、このクラッシュボックス３０では、溝部３６乃至溝部３９を設けない辺がある場合には、この辺における板厚ｔ（ｍｍ）及び辺の長さＷ（ｍｍ）は、下記式（２）の関係を充足する。
　５＜（Ｗ／ｔ）＜５０　　　　　　　　　　　・・・・・・・（２）
  これに対し、コーナー部３２乃至コーナー部３５の間の距離Ｗが板厚ｔの５０倍以上となる辺には、溝部３６乃至溝部３９をそれぞれ設けることによって、平面部の長さを分断し、溝部３６乃至溝部３９を除いた辺が上記式（２）の関係を充足する。
　なお、コーナー部３２乃至コーナー部３５の間の距離Ｗが板厚の５０倍未満の場合であっても、平面部に溝部３６乃至溝部３９を設けることにより平面部をさらに細かく分断するようにしてもよい。
　溝部３６乃至溝部３９は、斜め荷重が作用した際における全体での曲がり変形の抑制とともに、その荷重によって塑性座屈変形の起点となるコーナー部３２乃至コーナー部３５を含まない位置に設けることが望ましい。
　このように、クラッシュボックス３０は、平面部の幅Ｗが大きい横断面形状である場合に、短い座屈波長を得るために平面部に溝部３６乃至溝部３９を設けて、溝部３６乃至溝部３９により新たな稜線部を形成し、平面部の幅を、短い座屈波長を得られる範囲に制御するものである。
　ここで、上述した効果を確実に得るためには、全ての辺それぞれにおける、板厚ｔ（ｍｍ）、辺の長さＷ（ｍｍ）、溝部３６乃至溝部３９の個数Ｎ、及びＮ個の溝部３６乃至溝部３９の開口幅の平均値Ｗｃ（ｍｍ）が、式（１）：５＜（Ｗ－Ｎ×Ｗｃ）／（Ｎ＋１）／ｔ＜５０の関係を充足することが望ましく、式（２）：５＜（Ｗ－Ｎ×Ｗｃ）／（Ｎ＋１）／ｔ＜３０の関係を充足することが望ましい。
　なお、溝部３６乃至溝部３９の深さｄｃが浅過ぎると、上述した辺を分断する効果が弱まるため、溝部３６乃至溝部３９の深さｄｃは１０ｍｍ超とすることが望ましい。
　このクラッシュボックス３０では、全てのコーナー部３２乃至コーナー部３５の曲率半径Ｒが、溝部３６乃至溝部３９を構成する角部のいずれの曲率半径Ｒｃより大きいことが望ましい。この理由を説明する。
　薄肉円環の断面２次モーメントは、径及び肉厚によって支配され、径が大きいほど断面２次モーメントは大きくなり、曲げ強度に影響を及ぼす断面係数も同様に径が大きいほど増大する。すなわち、クラッシュボックス３０に対し斜め方向から荷重が作用した際に生じる曲げモーメントに対して曲げ変形を抑制するためには、横断面の外郭に位置して入力される荷重を支持するコーナー部３２乃至コーナー部３５の断面２次モーメントを大きくとることが有効である。また、溝部３６乃至溝部３９を構成する角部の曲率半径を大きくすると、溝部３６乃至溝部３９での変形抵抗が過度に高まり、この部分での塑性座屈変形が生じ難くなる。
　以上の理由により、本発明では、クラッシュボックス３０の全体の曲げ強度を最も支配する全てのコーナー部３２乃至コーナー部３５の曲率半径Ｒを、溝部３６乃至溝部３９を構成する角部の曲率半径Ｒｃより大きくすることが望ましい。
　筒体３１の一方の端部３１ａの側における筒体３１の断面周長（図２（ａ）における筒体３１の外周長）は、他方の端部３１ｂの側における筒体３１の断面周長（図２（ｂ）における筒体３１の外周長）よりも小さい。
　筒体３１の断面周長は、一方の端部３１ａから他方の端部３１ｂに向かって単調に一定の比率で増加することが好ましい。これにより、衝撃荷重が筒体３１に負荷されると、一方の端部３１ａの側から圧壊が開始されるようになる。このときには、端部３１ａと端部３１ｂとを結ぶ稜線は直線状となる。
　図２（ｂ）に示すように、筒体３１は、基本断面形状を構成する多角形の対角線のうち、最も長い対角線の長さＷ２と最も短い対角線の長さの比である矩形比（本明細書では「扁平率」という。）が、筒体３１の軸方向の位置で変化する。
　さらに、溝部３６乃至溝部３９を構成する対向する斜面の高さ、すなわち図２（ａ）及び図２（ｂ）における溝部３６の斜辺（３６ａ、３６ｂ）の長さは相違し、溝部３７の斜辺（３７ａ、３７ｂ）の長さは相違し、溝部３８の斜辺（３８ａ、３８ｂ）の長さは相違し、さらに、溝部３９の斜辺（３９ａ、３９ｂ）の長さは相違する。これにより、筒体３１は、一方の端部３１ａにおける横断面を構成する全ての辺４６－１乃至辺４６－２２が、他方の端部３１ｂにおける横断面を構成する対向辺４７－１乃至辺４７－２２と平行に形成される。
　筒体３１は、一方の端部３１ａから他方の端部３１ｂに向けて、一対のコーナー部３２、３３の成す角度θ１と他の一対のコーナー部３４、３５の成す角度θ２との差が増加するか、あるいは減少することが好ましい。
　筒体３１は、図１に示すように、第１の鋼板４０と第２の鋼板４１とを適宜手段（例えばレーザ溶接やスポット溶接等）により接合することにより構成されていてもよい。この場合、第１の鋼板４０及び第２の鋼板４１を接合するための平面状に形成された接合面４０ａ、４１ａ、４０ｂ、４１ｂを、第１の鋼板４０及び第２の鋼板４１それぞれの端部であって他の一対のコーナー部３４、３５の近傍に形成してもよい。この場合には、筒体３１は、他の一対のコーナー部３４、３５を仮想点として有することとなる。
　このように、筒体３１は、薄板を曲げ成形した２部品を、例えば溶接や接着等の適宜手段によって組み立てることが好ましい。ただし、これに限定されるものではなく、例えば管状素材を液圧成形や押し出しなどの工法によって一体設計してもよい。
　クラッシュボックス３０は、平面状の接合面４０ａ、４１ａ、４０ｂ、４１ｂを備えるものであり、第１の鋼板４０及び第２の鋼板４１を接合面４０ａ、４１ａ、４０ｂ、４１ｂにより重ね合わせて接合することにより、構成される。接合面４０ａ、４１ａ、４０ｂ、４１ｂの幅Ｗ’は、クラッシュボックス３０をなす筒体３１の板厚ｔの５倍超５０倍未満、望ましくは３０倍未満になっている。
　なお、この接合面４０ａ、４１ａ、４０ｂ、４１ｂを設ける場合、上記式（１）、（１’）、（２）における辺の長さＷ（ｍｍ）とは、この接合面４０ａ、４１ａ、４０ｂ、４１ｂを形成することにより短くなった後における辺の長さを意味する。
　接合面４０ａ、４１ａ、４０ｂ、４１ｂを具備することにより塑性座屈変形がより安定するが、これらの接合面４０ａ、４１ａ、４０ｂ、４１ｂの幅（長さ）Ｗ’と板厚ｔの比（Ｗ’／ｔ）が５倍以下ではその効果が小さく、一方、比（Ｗ’／ｔ）が５０倍以上では座屈波長が長くなり、衝撃エネルギーの吸収効果が低下する。
　特に、接合面４０ａ、４１ａ、４０ｂ、４１ｂが、一の鋼板の縁部である重ね合わせ接合部、又は複数の鋼板同士の重ね合わせ接合部であると、特に斜め方向からの衝突による衝撃荷重が負荷された際における筒体３１の曲げ剛性が向上する。これにより、蛇腹状の塑性座屈変形の途中の時点での筒体３１全体の曲がり変形の発生を抑制することが可能となる。さらに、重ね合わせ接合部の接合を、例えば構造接着剤を用いた接着や、例えばレーザー溶接等の連続溶接といった、連続的な接合とすると、例えばスポット溶接といった断続的な接合とする場合よりも、筒体３１の曲げ剛性をさらに高めることができるので、望ましい。
　筒体３１の材質も、鉄鋼板に限るものではなく、例えばアルミ合金のような非鉄金属材料や樹脂等の金属以外の素材を用いても構成してもよい。
　筒体３１の断面周長は、衝突端を構成する一方の端部３１ａの側を他方の端部３１ｂの側よりも小さくすることにより、一方の端部３１ａの側から確実に圧壊を生じさせることができ、衝突時の衝撃吸収性能の安定性を高めることができる。このため、筒体３１全体が軸方向に向けてテーパ状に形成されることが望ましい。
　クラッシュボックス３０では、フロントバンパーレインフォースから衝撃荷重を直接入力される一方の端部３１ａから他方の端部３１ｂへ向けて、一対のコーナー部３２、３３の成す角度θ１と、他の一対のコーナー部３４、３５の成す角度θ２との差が、増加するとともに、一方の端部３１ａの側における筒体３１の断面周長（本明細書では「断面周長」とは、筒体の横断面における周長を意味する）が、他方の端部３１ｂの側における筒体３１の断面周長よりも小さくなるように、筒体３１の各部寸法が設定されている。
　以上の説明では、筒体３１の断面周長が、一方の端部３１ａの側から他方の端部３１ｂの側へ向けて一定の比率で単調に増加するものであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、一方の端部３１ａと他方の端部３１ｂとの間の途中においては増加したりあるいは減少したりしてもよく、これによっても本発明の効果は損なわれない。要するに、一方の端部３１ａにおける断面周長が他方の端部３１ｂにおける断面周長よりも小さければよい。
  一方の端部と他方の端部との途中において増加したり減少したりする例としては次のようなことが挙げられる。図３に示したように、一方の端部である衝突端近傍の断面が急激に小さくなるよう形成し、衝突の初期に変形し易くする。これにより、初期の変形を適切なものとし、その後の変形もこれに続いて適切に導くことができる。また、他方の端部である固定端は基本的に座屈しないので、断面形状を変化させる必要がなく、一定とすることもできる。
　ここで、（一方の端部３１ａの断面周長）／（他方の端部３１ｂの断面周長）として規定される断面周長比は、０．６以上０．９以下であることが望ましい。断面周長比が０．６未満であると、衝突開始後圧壊初期の荷重が過剰に小さくなり、圧壊初期のエネルギー吸収性能が低下し、一方、断面周長比が０．９超であると、本発明の効果である、斜め衝突の際の曲がり変形の抑制による座屈の安定化が小さく、折れ曲がりが発生し易い。
　また、以上の例では、筒体３１の断面周長の増加が車体側面側からみて上下対称となっているが、断面周長の増加はこの形態に限られるものではなく、筒体３１の中心を通る水平面よりも上側の領域における断面周長の増加の程度と、この下側の領域における断面周長の増加の程度とが異なっていてもよい。
　一方の端部３１ａの側における筒体３１の断面周長が他方の端部３１ｂの側における筒体３１の断面周長よりも小さいと、一方の端部３１ａにフロントバンパーレインフォースにより衝撃荷重を入力されると、この一方の端部３１ａから他方の端部３１ｂへ向けて圧壊が確実に進行し、最終的に筒体３１は蛇腹状に座屈変形して効果的に衝撃エネルギーを吸収することが可能になる。
　また、筒体３１の他方の端部３１ｂの側において一対のコーナー部３２、３３が略上下方向へ離間して配置されると、上下方向の曲げに対する他方の端部３１ｂの側の近傍の剛性が衝突端側に比べ高まり、これにより、圧壊中にクラッシュボックスに生じる上下方向の曲がり変形が抑制される。その結果、サイドメンバーに伝播する曲げ力が抑制される。さらに、フロントサイドメンバーの上面に配置されるエンジンマウントブラケットを介して伝達されるエンジンの上下方向への振動に起因した車体の振動や騒音を低減することも可能である。
　また、筒体３１に付与するテーパ状は、軸方向への断面全体が相似形状であるよりも、ある方向へ向けて変化する形状、具体的には、上記扁平率を軸方向で変化させることによって、斜め荷重に対するロバスト性を充分に確保することができる。
　図４（ａ）は本発明に係るクラッシュボックスの他の一例３０－１の一方の端部（衝突端）３１ａの端面形状の一例を示す説明図であり、図４（ｂ）は本発明に係るクラッシュボックスの他の一例３０－１の他方の端部（反衝突端）３１ｂの端面形状の一例を示す説明図である。
　例えば、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、一方の端部３１ａの扁平率が他方の端部３１ｂの扁平率よりも大きくなるように設計した場合、一方の端部３１ａの形状はより扁平形状になる。この場合、クラッシュボックス３０に斜め方向に荷重が作用すると、他方の端部３１ｂでは一対のコーナー部３２、３３と、他の一対のコーナー部３４、３５のうちで距離が短い方向の剛性が、残りの距離が長い方向の剛性に比較して低下するため、剛性が高い側が、衝撃荷重を負荷された筒体３１の早期の倒れ込みを拘束しながら、剛性が低い側が起点となって一方の端部３１ａから圧壊が開始され易くなる。
　これに対し、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、一方の端部３１ａの側の扁平率が他方の端部３１ｂの側の扁平率より小さくなるように設計した場合には、一方の端部３１ａの側は他方の端部３１ｂの側に比べてより正方形に近づく形状となるため、衝撃荷重の入力方向に対するロバスト性が高まる。
　一方の端部３１ａ、他方の端部３１ｂのいずれの扁平率を大きくするかは、クラッシュボックスとしての用途や確保すべき性能等を勘案して、適宜選択すればよい。
　図５は、溝部３６乃至溝部３９を構成する対向する斜面（３６ａ、３６ｂ）、（３７ａ、３７ｂ）、（３８ａ、３８ｂ）、（３９ａ、３９ｂ）の高さが同一である場合にクラッシュボックスが成立しないことを示す説明図である。図５では、一方の端部３１ａにおける筒体３１の形状は点線により、他方の端部３１ｂにおける筒体３１の形状は実線によりそれぞれ示されており、衝突端である一方の端部３１ａの扁平率が他方の端部３１ｂの扁平率よりも大きくなっている。
　これに対し、図６は、扁平率が一方の端部３１ａで大きいクラッシュボックス３０の一例における、一方の端部３１ａ（衝突端）、中間及び他方の端部３１ｂ（反衝突端）それぞれにおける端面形状を併せて示す説明図であり、図７は、扁平率が一方の端部３１ａで小さいクラッシュボックス３０の一例における、一方の端部３１ａ（衝突端）、中間及び他方の端部３１ｂ（反衝突端）それぞれにおける端面形状を併せて示す説明図である。
　上述したように、筒体３１において、溝部３６及び溝部３９を構成する対向する斜面（３６ａ、３６ｂ）、（３７ａ、３７ｂ）、（３８ａ、３８ｂ）、（３９ａ、３９ｂ）の高さ（横断面内における斜辺の長さ）を相違させる理由は、斜面（３６ａ、３６ｂ）、（３７ａ、３７ｂ）、（３８ａ、３８ｂ）、（３９ａ、３９ｂ）の高さが同一である場合に、図５に示すように、衝突端側である一方の端部３１ａと反衝突側である他方の端部３１ｂとにおいて、それぞれの扁平率を変えると筒体３１に捻れが不可避的に生じてしまい、筒体３１の製作が難しくなるためである。また、このような筒体３１は、各コーナー部３２乃至各コーナー部３５により構成される筒体３１の稜線４２乃至稜線４５（図１参照）が捻れることとなるため、ロバスト性を要求されるクラッシュボックスには適さない。
　そこで、図１乃至図４、図６及び図７に例示するように、溝部３６乃至溝部３９を構成する対向する斜面（３６ａ、３６ｂ）、（３７ａ、３７ｂ）、（３８ａ、３８ｂ）、（３９ａ、３９ｂ）の高さ（横断面内における斜辺の長さ）を相違させることによって、一方の端部３１ａにおける横断面を構成する全ての辺４６－１乃至辺４６－２２、及び、他方の端部３１ｂにおける横断面を構成する対向辺４７－１乃至辺４７－２２がそれぞれ捻じれのない平行関係となるように設計することが可能となる。
　本発明に係るクラッシュボックス３０は以上のように構成される。このクラッシュボックスは、自動車の車体の前部又は後部の幅方向へ車幅センターに対して一対又は二対対称配置されることによって、自動車車体に装着されることが好ましい。
　具体的に説明すると、クラッシュボックス３０は、全長が一般的に８０ｍｍ以上３００ｍｍ以下程度の閉じた横断面形状を有する金属製の筒体３１からなり、バンパーレインフォースに溶接等の適宜手段により接合されることによってバンパーレインフォースを支持する左右のサイドメンバーの端部側に設定される領域に、取り付け板を介して脱着自在に装着される。通常と同様に、クラッシュボックス３０は、バンパーレインフォースに対して車幅方向へ一個ずつ合計二個、車体の前後方向へ向けて配置される。
　この場合、本発明に係るクラッシュボックス３０は、一対のコーナー部３２、３３を結ぶ仮想線Ｌ１が指向する方向が、略上下方向又は略水平方向となるように、配置されることが好ましい。
　このようにして、クラッシュボックス３０は、正面衝突のみならず斜め衝突の場合であっても、バンパーレインフォースに入力される衝撃荷重によって、ボディシェルをなすサイドメンバーよりも優先して、蛇腹状に塑性座屈変形して圧壊することにより衝撃エネルギーを吸収し、これにより、ボディシェルの損傷を防いで軽衝突時の修理費の低減を図るとともに、サイドメンバーとともに衝撃エネルギーを効果的に吸収して乗員を保護することができる。
　図１乃至図４、図６及び図７に示す例は、横断面の基本の四つの辺３６乃至辺３９のそれぞれに溝部が設けられる場合であるが、一つのコーナー部３２乃至コーナー部３５のいずれかを挟む二つの辺（３６，３７）、（３８，３９）、（３６，３８）または（３７，３９）のみに溝部を設けるようにしてもよい。
　図８は、一つのコーナー部３２を挟む二つの辺（３６，３７）に溝部を設けた場合の横断面を有するクラッシュボックス１４０を示し、扁平率が衝突端側で大きい場合を示す。また、図９は、一つのコーナー部３２を挟む二つの辺（３６，３７）に溝部を設けた場合の横断面を有するクラッシュボックス１４１を示し、扁平率が衝突端側で小さい場合を示す。さらに、図１０（ａ）はバンパーレインフォース１４２へのクラッシュボックス１４１の装着状況を示す正面図であり、図１０（ｂ）はバンパーレインフォース１４２へのクラッシュボックス１４１の装着状況を示す上面図である。
　図８、図９に示す横断面を有するクラッシュボックス１４０、１４１は、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、バンパーレインフォース１４２に取り付けられる。クラッシュボックス１４１を例にとると、クラッシュボックス１４１－１がバンパーレインフォース１４２の左側に装着され、クラッシュボックス１４１－２がバンパーレインフォース１４２の右側に装着される。
　図１０（ｂ）に示すように、自動車の左前方から衝突した場合、左側に装着されたクラッシュボックス１４１－１には自動車前方側を時計回りの向きに回転させるようにクラッシュボックス１４１－１を曲げる衝撃力が負荷されるが、クラッシュボックス１４１－１は、横断面で溝部を設けた辺（３６、３７）の剛性が高いため、曲がることなく衝撃を吸収することができる。
　数値解析を行うことにより本発明に係るクラッシュボックスの効果を検証した。
　図１、図２及び図６に示す形状のクラッシュボックス３０を１５度傾斜して床面に固定し、剛体壁をクラッシュボックス３０の軸方向へ１６ｋｍ／ｈの速度で衝突させて、クラッシュボックス３０を軸方向へ１５０ｍｍ圧壊させる解析を行い、クラッシュボックス３０の塑性座屈挙動を調査した。
　なお、比較例１、２として正方形の基本断面形状を有するクラッシュボックスを用い、同様の解析を行った。なお、各クラッシュボックスの板厚は、いずれも１．２ｍｍとし、クラッシュボックスを構成する筒体の軸方向長さは２００ｍｍとし、解析には、４４０ＭＰａ級高張力鋼板を想定した材料特性を用い、さらにひずみ速度依存性はＣｏｗｐｅｒ－Ｓｙｍｏｎｄｓ　則により考慮した。
　ここで、比較例２に示す形状が、本発明者らが特許文献８の実施例にて開示した発明例４に該当するものである。
　図１１及び表１に、本発明例、比較例１及び比較例２にかかるクラッシュボックスの形状を示す。また、図１２に、発明例１、比較例１及び比較例２について、圧壊ストロークが０ｍｍ、５０ｍｍ、１００ｍｍ及び１５０ｍｍにおけるクラッシュボックスの圧壊状況を示す。
　なお、表１には、圧壊初期の変形が安定する圧下量４０ｍｍ乃至６０ｍｍの間の圧壊荷重の平均値Ｆ１と、圧下量１２０ｍｍ乃至１４０ｍｍの間の圧壊荷重の平均値Ｆ２の圧壊荷重比（Ｆ１／Ｆ２）を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１及び図１２に示すように、比較例１及び比較例２は、いずれも圧壊ストロークの後半において折れ曲がり変形が発生して不安定な座屈となるため、後半の圧壊荷重が著しく低下し、圧壊荷重比が０．５以下であった。
３０　本発明に係るクラッシュボックス
３１　筒体
３１ａ　一方の端部（衝突端）
３１ｂ　他方の端部（反衝突端）
３２、３３、３４、３５　コーナー部
３６、３７、３８、３９　溝部
３６ａ、３６ｂ　斜辺
３７ａ、３７ｂ　斜辺
３８ａ、３８ｂ　斜辺
３９ａ、３９ｂ　斜辺
４０　第１の鋼板
４１　第２の鋼板
４０ａ、４１ａ、４０ｂ、４１ｂ　接合面
４２、４３、４４、４５　稜線
４６－１乃至４６－２２　一方の端部における横断面を構成する全ての辺
４７－１乃至４７－２２　他方の端部における横断面を構成する対向辺

Claims (10)

  1. 　対向して配置された一対のコーナー部と、該一対のコーナー部同士を結ぶ線に対して８０°以上１００°以下の角度で交差して配置された他の一対のコーナー部とを備え、かつ四角形の基本横断面形状を備える横断面形状を有する金属製の筒体から構成され、当該筒体の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入力されるクラッシュボックスであって、横断面において、
    　前記一対のコーナー部の成す角度は９０°以上１５０°以下であるとともに前記他の一対のコーナー部の成す角度は３０°以上９０°以下であること、
    　該一対のコーナー部の少なくともいずれか一方のコーナーを挟む二つの辺それぞれに設けられる、長手方向へ延びるとともに内部へ向けて凸となる１又は複数の溝部を有すること、
    　前記一方の端部の側における前記筒体の断面周長は、前記他方の端部の側における当該筒体の断面周長よりも小さいこと、
    　基本断面形状を構成する多角形の対角線のうち、最も長い対角線と最も短い対角線の比である矩形比（扁平率）が、前記筒体の軸方向の位置で変化すること、及び
    　前記溝部を構成する対向する斜面の高さ（横断面内における斜辺の長さ）が異なることによって、前記一方の端部における横断面を構成する全ての辺が、前記他方の端部における横断面を構成する対向辺と平行に形成されること、を特徴とするクラッシュボックス。
  2. 　前記横断面形状は、前記一対のコーナー部を通過する線、及び前記他の一対のコーナー部を通過する線の少なくともいずれか一方に略対称な形状である請求項１に記載されたクラッシュボックス。
  3. 　前記一方の端部から前記他方の端部に向けて、前記一対のコーナー部の成す角度と前記他の一対のコーナー部の成す角度との差が増加する請求項１または請求項２に記載されたクラッシュボックス。
  4. 　前記一方の端部から前記他方の端部に向けて、前記一対のコーナー部の成す角度と前記他の一対のコーナー部の成す角度との差が減少する請求項１または請求項２に記載されたクラッシュボックス。
  5. 　前記溝部は４つの辺全てに設けられる請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載されたクラッシュボックス。
  6. 　さらに、少なくとも一のコーナー部を含む領域が平面状に形成された接合面を備える請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載されたクラッシュボックス。
  7. 　前記筒体の断面周長は、前記一方の端部から前記他方の端部に向かって単調に増加する請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載されたクラッシュボックス。
  8. 　前記溝部は、前記一対のコーナー部と、前記他の一対のコーナー部とを除く位置に設けられる請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載されたクラッシュボックス。
  9. 　請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載されたクラッシュボックスを、車体の前部又は後部の幅方向へ車幅センターに対して一対または二対対称配置することを特徴とするクラッシュボックスを備える自動車車体。
  10. 　前記クラッシュボックスは、前記一対のコーナー部を結ぶ線が指向する方向が、略上下方向又は略水平方向となるように、配置される請求項９に記載されたクラッシュボックスを備える自動車車体。
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