WO2014136733A1 - 衝撃吸収部品 - Google Patents

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WO2014136733A1
WO2014136733A1 PCT/JP2014/055343 JP2014055343W WO2014136733A1 WO 2014136733 A1 WO2014136733 A1 WO 2014136733A1 JP 2014055343 W JP2014055343 W JP 2014055343W WO 2014136733 A1 WO2014136733 A1 WO 2014136733A1
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WO
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impact
absorbing component
core layer
shock absorbing
deformation
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PCT/JP2014/055343
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English (en)
French (fr)
Inventor
敦雄 古賀
大石 浩
Original Assignee
新日鐵住金株式会社
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F7/00Vibration-dampers; Shock-absorbers
    • F16F7/12Vibration-dampers; Shock-absorbers using plastic deformation of members
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D21/00Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted
    • B62D21/15Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted having impact absorbing means, e.g. a frame designed to permanently or temporarily change shape or dimension upon impact with another body

Definitions

  • the present invention relates to an impact absorbing component used in a transportation vehicle such as a car.
  • Transportation safety standards are increasing year by year, and it is of utmost importance to protect cabin occupants in the event of a crash, even if the transportation functions are damaged. For this reason, in the frame around the cabin, application of a high strength steel plate is advanced for the purpose of absorbing the energy at the time of collision and mitigating the shock transmitted in the cabin, and the collision safety is improved.
  • shock absorbing component is mounted on the front and rear surfaces of the cabin so that the shock absorbing direction of the shock absorbing component is the longitudinal direction of the vehicle, and the impact absorbing component crushes and deforms in the shock absorbing direction at the time of a collision. Absorb. For this reason, the following characteristics are required for the shock absorbing component. [1] It has high impact energy absorption capacity.
  • the shock load is applied from the direction intersecting with the shock absorbing direction (for example, a diagonal direction having a crossing angle of 10 degrees with the shock absorbing direction) Also in the case where it is carried out, collision energy can be absorbed.
  • It is lightweight to ensure fuel efficiency.
  • the shape of the shock absorbing component is the article of the Society of Automotive Engineers of Japan, no. 7 (1974), p. As described in 60), a hollow shape such as a closed cross-section box-like shape (see FIG. 1E) in which a back plate is welded via a flange provided on a hat-shaped cross-sectional component is generally used .
  • FIGS. 1A to 1D are perspective views from before the deformation to the completion of the first buckling deformation.
  • the shock absorbing direction referred to in the present specification is a direction perpendicular to the installation surface 4 when the shock absorbing component 1 is installed such that the ridgeline direction is the vertical direction (arrow P2 in FIG. 1A).
  • FIGS. 1E to 1G show the shape of the horizontal cross section perpendicular to the shock absorbing direction (arrow P2) at each deformation.
  • the dotted line in FIG. 1B indicates the deformation behavior of the central portion of the side surface 2 immediately after the impact is applied, and the dotted line in FIGS. 1F and 1G is a horizontal cross section before deformation.
  • H is deformed in the buckling wavelength at the time of crushing deformation and in the direction of impact absorption, and is deformed in a bellows shape as shown in FIG.
  • a cross section is defined as a component cross section.
  • next-generation vehicles such as electric vehicles can expect significant CO 2 reductions
  • the installation of batteries increases the total mass of the vehicle body, so sufficient range can not be obtained, and next-generation vehicles It has been a major barrier to widespread adoption. From such a point of view as well, significant weight reduction of materials and parts constituting an automobile has been strongly demanded.
  • Japanese Patent No. 2783100 discloses that the form of retained austenite affects impact absorption capacity.
  • the invention which improves the collision performance of the steel plate which has a retained austenite is disclosed by defining the chemical composition and manufacturing process which can obtain the form of the retained austenitic steel which shows the good collision performance. This is intended to increase the Pm i to improve the tensile strength of the steel sheet.
  • the number of buckling deformations does not increase.
  • Pm i is increased, a large increase in absorption energy is difficult.
  • the direction of impact absorption of the impact absorbing component is reduced, it is difficult to absorb the impact sufficiently, making it difficult to make the component compact and lightweight.
  • JP-A-7-224874 discloses an impact absorbing component made of fiber reinforced resin.
  • the use of a resin material having brittleness causes a sequential failure to increase impact energy absorption efficiency. And it aims at raising buckling strength by reinforcing with high strength fiber.
  • a brittle material unlike the deformation of a plastic material such as steel, impact energy can be absorbed by the entire buckling deformation portion, and the impact energy absorption efficiency is high.
  • Pm i is also increased by the reinforcing fibers.
  • it since it is made of a lightweight material, it can be easily reduced in weight.
  • the problem is that the productivity is low and the cost is high.
  • fragments may be scattered to the surroundings because they break brittlely, which may harm surrounding persons and objects.
  • an impact absorbing component which has a notch, which is called a crash bead, formed in the side.
  • This is a technique aimed at reducing the buckling wavelength and increasing the number of times of buckling deformation by processing the notches serving as the starting point of buckling deformation at the time of collision into the side surfaces at small intervals.
  • the notch may not function as a buckling start point with respect to the impact load from the direction intersecting the impact absorbing direction, and the buckling wavelength can not be reduced.
  • JP 2006-207724 A discloses an impact absorbing component which is formed of a polygonal closed cross section having a groove recessed toward the inside, and in which a part of the cross section has a difference in bending moment. .
  • the polygon cross section it is possible to reduce the spacing of the ridgelines and to reduce the buckling wavelength.
  • the groove portion recessed in the opposite direction to the inside and outside it is possible to suppress the axial displacement of the ridgeline and to prevent the unbalanced load. As a result, stable crushing deformation occurs.
  • by providing a difference in bending moment crushing deformation can be corrected in the axial direction even in the case of a collision from an oblique direction, and sufficient impact energy absorption becomes possible.
  • the buckling wavelength is determined by the spacing of the ridges, in order to make the buckling wavelength sufficiently small and W to be large, the ridge spacing must be made considerably small, and the degree of freedom in shape is limited.
  • the impact absorbing component is limited in shape due to its complicated shape, and it is difficult to achieve significant weight reduction of the vehicle body because it is made of a single steel material.
  • JP 2012-81826 A discloses a sandwich panel in which a metal core material having a large number of openings is sandwiched between two metal skin materials and joined.
  • the periphery of the sandwich panel is a solid portion in which a large number of openings are not formed, and the rigidity is higher than the opening forming portion, the buckling wavelength increases and the amount of impact energy absorption decreases.
  • the present invention (A) A stable bellows-like crushing deformation is possible. (B) a large maximum load Pm i at the time of buckling deformation. (C) The buckling wavelength H is small. (D) (a) to (c) can be expressed regardless of the load direction of the impact load. (E) There are relatively few shape restrictions, and (a) to (d) can be expressed. (F) The impact energy absorption efficiency can be improved with a simple component shape, and significant weight reduction is possible. It is an object of the present invention to provide a shock absorbing component capable of expressing the characteristics of
  • the present inventors found the following items as a result of earnestly researching in order to solve the said subject. That is, a core layer is joined and laminated between a pair of surface layers made of a metal plate, and the laminated metal plate having a uniform cross section is applied to an impact absorbing component formed into a shape having at least two ridges. As a result, when an impact load is applied to one end of the component in the impact absorbing direction, it is found that a stable bellows-like crush deformation is possible with high average load, and based on this finding, the present invention It came to complete.
  • the present invention provides the following.
  • An impact absorbing component that absorbs impact energy when an impact load is applied to one end of the component in the impact absorbing direction, and the Young's modulus and density are larger on both surfaces of the core layer than in the core layer.
  • a member formed by forming a laminated metal plate having a uniform cross section by bonding and laminating a surface layer made of a metal plate into a shape having at least two ridge lines is configured to include 50% or more of the longest circumferential length of the part cross section
  • the impact-absorbing component wherein the thickness ratio (t c / t f ) of the surface thickness (t f ) of the surface layer to the thickness (t c ) of the core layer is 10.0 or less.
  • the shock absorbing component according to (1) wherein all the shapes of the component cross sections of the shock absorbing component are open cross sectional shapes.
  • the impact-absorbing component according to (1) wherein the cross-sectional shape of the component of the impact-absorbing component is a partially open cross-sectional shape.
  • the shock absorbing component according to (1) wherein all the shapes of the component cross sections of the shock absorbing component are closed cross sectional shapes.
  • the laminated metal plate has a Young's modulus ratio (E c / E f ) of the Young's modulus (E f ) of the surface layer to the Young's modulus (E c ) of the core layer of 1/10 to 1 / 10,000.
  • the shock absorbing component according to any one of (1) to (4).
  • a shock absorbing component that absorbs impact energy when an impact load is applied to one end of the component in the shock absorbing direction, and a metal plate having a Young's modulus larger than that of the core layer on both sides of the core layer.
  • sheet thickness ratio (t c / t f) of 2.0 to 7.0 the surface layer is laminated, the thickness of the surface layer of the plate thickness (t f) and the core layer and (t c) consisting of An impact-absorbing part comprising a member formed by forming and processing a laminated metal plate having a uniform cross section.
  • the present invention it is possible to provide a shock absorbing component satisfying the above (a) to (e).
  • the shock absorbing component of the present invention by using the shock absorbing component of the present invention, the occupants of the cabin can be protected not only from the front but also from an oblique collision. And, since the impact energy is absorbed without damaging the joint members, maintenance is easy and efficient. Furthermore, since the impact absorbing component of the present invention can sufficiently absorb impact energy against the above-mentioned collision with relatively few shape restrictions, it can be compactly stored and does not cause the weight increase of surrounding members. And since it is comprised from a lightweight material, components itself can also be reduced in weight. As a result, it is also effective to improve the fuel consumption.
  • FIG. 1A is a perspective view showing a typical deformation behavior when a load is applied in the shock absorbing direction.
  • Sectional drawing which shows typical deformation
  • Sectional drawing which shows typical deformation
  • the schematic diagram which shows the deformation
  • the schematic diagram which shows the deformation
  • the photograph which shows a typical axial blurring at the time of applying load in the direction of shock absorption.
  • Sectional drawing cut by B of FIG. 7A which shows the impact-absorbing component of the partially open section shape used in the Example. Photograph showing the “V” variant.
  • Sectional drawing which shows the impact-absorbing component of the open section shape used in the Example The perspective view which shows the impact-absorbing component of the open-section shape used in the Example.
  • Sectional drawing which shows the impact-absorbing component of the closed cross-sectional shape used in the Example The perspective view which shows the impact-absorbing component of the closed-section shape used in the Example.
  • Explanatory drawing which shows the member which has the polygonal component cross-sectional shape which has the several ridgeline used for the Example.
  • the perspective view which shows the impact-absorbing component of the partially open cross-sectional shape used in the Example.
  • Sectional drawing which shows the cylindrical-shaped impact-absorbing component used by the comparative example.
  • disconnected by C of FIG. 15A which shows the cylindrical-shaped impact-absorbing component used by the comparative example.
  • Sectional drawing cut by D of FIG. 16A which shows the member which formed only one ridgeline used for the comparative example.
  • Sectional drawing which shows the laminated metal plate which has a metal mesh in a core layer. 18A to 20 relate to a second embodiment.
  • FIG. 18A is a perspective view showing an example of the shape of a shock absorbing component.
  • the perspective view which shows the other example of the shape of a shock absorbing component.
  • Example 103 Comparative Examples 101 and 102, a line diagram showing the average seat ⁇ length for E c / E f.
  • FIG. 7 is a diagram showing the average buckling wavelength for the shape of the shock absorbing component.
  • This embodiment is a shock absorbing component that absorbs impact energy when an impact load is applied to one end of the component in the shock absorbing direction.
  • This shock absorbing component is a member formed by bonding and laminating metal plates on both sides of a core layer of appropriate Young's modulus and density and forming a laminated metal plate having a uniform cross section into a shape having at least two ridges. It is comprised including.
  • a ridgeline is a corner portion (an angle is more than 0 ° 180 when the shape of the cross section perpendicular to the shock absorbing direction of the shock absorbing component has straight portions). (Less than °) is a line continuously connecting in the shock absorbing direction (see ridge line 3 in FIG. 1).
  • the laminated metal plate 9 constituting the shock absorbing component of the present embodiment has a structure in which metal plates (surface layers 5A and 5B) are laminated on both surfaces of the core layer 10, ie, on the surface layer 5A. It has a structure in which the core layer 10 is laminated, and the surface layer 5B is further laminated thereon.
  • the core layer 10 is a plate-like layer having a Young's modulus (E c ) and a density less than the Young's modulus (E f ) of the surface layers 5A and 5B. It is preferable that a uniform core layer 10 be present in the entire cross section of the laminated metal plate 9.
  • the Young's modulus (E c ) of the core layer 10 can be evaluated by a tensile test according to JIS Z2241 (metal material) and JIS-K7113.
  • Young's modulus (E c ) is a proportional constant (longitudinal elastic modulus) of strain and stress in the coaxial direction with respect to the structure.
  • a cross section is uniform means that a uniform surface layer and a core layer exist in the whole cross section of a laminated metal plate.
  • it also includes periodic (regular) ones such as wire mesh.
  • the period is not limited to a constant, and may be slightly changed.
  • a combination of periodic parts and non-periodic parts is not uniformly included.
  • the impact absorbing component of the present embodiment can efficiently absorb impact energy by utilizing axial crushing deformation (FIG. 1H) of the laminated metal plate 9 processed into a shape having at least two ridge lines. Therefore, when absorbing impact energy, it is assumed that an impact load is applied from the direction of the range in which at least 50% of the deformation mode of the impact absorbing component is deformed in the axial crushing mode. Although the input direction of the impact load satisfying the conditions is different depending on the magnitude and speed of the impact load, the cross angle with respect to the impact absorption direction is generally 0 ° or more and less than 60 °.
  • the deformation mode of the part due to the impact load is often not the axial crush but the bending crush deformation mode due to the lateral load (load perpendicular to the impact absorbing direction).
  • the collision load is installed so that the input direction is 45 ° or less, more preferably 30 ° or less.
  • the proportion of the axial crushing mode becomes larger, and impact energy can be absorbed more efficiently.
  • the speed to which an impact load is applied is assumed to be 1 m / h or more and 500 km / h or less.
  • the core layer 10 of the laminated metal plate 9 is a plate-like layer having a Young's modulus and a density lower than those of the metal plates constituting the surface layers 5A and 5B.
  • the plate-like layer may have a lower Young's modulus and density than those of the surface layers 5A and 5B, and does not particularly define the material and the structure as described later. Therefore, when there is one ridgeline 3, having “L-shaped shape” and having two or more ridgelines is a shape in which one or more places are processed into “U-shaped or S-shaped”. Note that there are four hat-shaped ridge lines 3 in FIG. 1E.
  • the shock absorbing component of the present embodiment is formed of a bonded laminate of the core layer 10 having a low density and the metal plate 5, so the density is smaller than that of a single metal plate.
  • the increase in mass of the laminated metal plate 9 can be suppressed as much as possible. Therefore, high bending stiffness can be developed as compared to a mass equivalent single metal plate.
  • maximum load Pm i during buckling deformation is a function of the flexural rigidity of the plate which constitutes ((1) see formula), Pm i as flexural rigidity is large is increased. Therefore, the rigidity increasing effect of the metal plate stack 9 can be increased Pm i.
  • Pm i k ⁇ 2 D / b 2 (1)
  • k is a proportional constant
  • D bending stiffness
  • b is the width of the side surface of the shock absorbing component.
  • the energy e c is minimized when deformed at a wavelength H 2 smaller than the distance between ridges. Therefore, the buckling wavelength of the plate on the elastic floor 22 is determined by the balance of the sizes of e c and e f , which is smaller than H 1 and larger than H 2 (FIG. 4C, FIG. 4D).
  • the wavelength of the laminated metal plate 9 constituting the present embodiment is also reduced by the same principle. That is, in the surface layers 5A and 5B, deformation energy decreases when buckling is performed at a large wavelength. When the core layer 10 is buckled at a small wavelength, deformation energy decreases.
  • the laminated metal plate 9 is balanced at the magnitude relationship of deformation energy between the surface layers 5A and 5B and the core layer 10, and is buckled and deformed at a wavelength such that the sum of both deformation energy is minimized. Since there is a deformation contribution of the core layer 10 which tends to be a small wavelength, the shock absorbing component of this embodiment can be crushed and deformed at a small wavelength as compared with a shock absorbing component made of a single material.
  • the deformation in the case where the Young's modulus of the core layer 10 of the laminated metal plate 9 is made equal to or greater than that of the surface layers 5A and 5B can be modeled as two metal plates constrained by rigid bodies.
  • the core layer does not stretch and deform as shown in FIG. 4C and FIG. 4D, and the distance between the two surface members 21 as the rigid body 23 is kept constant.
  • the deformation energy is minimized when the plane is maintained (the cross section perpendicular to the material axis before deformation is a cross section perpendicular to the material axis even after deformation) (Fig. 4E).
  • the Young's modulus of core layer 10 of laminated metal plate 9 which constitutes this embodiment should be less than the Young's modulus of surface layers 5A and 5B.
  • the laminated metal plate 9 of the present embodiment must be processed into a shape having at least two ridge lines 3.
  • a corner can be made by constructing the ridgeline 3. Since the corner portion is stiffer than the side surface 2 is greater, the maximum load Pm i during buckling deformation can be further increased.
  • ridgeline 3 must be at least two. When the number of ridge lines 3 is one, one peripheral end face of the side surface sandwiching the ridge line 3 is a free end face. As a result, when a crushing load is applied, a deformation mode in which the angle between the side faces is enlarged as shown in FIG. 5 is generated. As a result, the boundary conditions are changed, and torsional deformation occurs, so that buckling deformation is not stabilized, and the merits of the above laminated metal plate can not be sufficiently expressed.
  • the shock absorbing component of the present embodiment maintains the maximum load Pm i during high buckling deformation, and, since it buckling deformation in a small wavelength, the average higher by increasing the number of seat ⁇ load W Can be realized. As a result, the amount of impact energy absorption can be increased. Furthermore, stable buckling is possible without changing the boundary conditions during deformation. As a result, impact energy can be absorbed efficiently.
  • the shock absorbing component of the present embodiment may be configured to include a member obtained by processing an appropriate laminated metal plate 9 having a Young's modulus and a density satisfying the above conditions into a shape having at least two ridge lines 3.
  • the form of the ridgeline 3 is not limited. Therefore, the number of ridges 3 may be two or more, and may be parallel to the shock absorbing direction, or may be arranged divergent with respect to the shock load direction, or vice versa.
  • the number of ridges 3 is preferably 25 or less. If the number exceeds 25, shaping becomes difficult.
  • the shape of the shock absorbing component of the present embodiment is not particularly limited as long as the above conditions are satisfied.
  • the shape may be such that an impact absorbing component having crash beads as described in the above-mentioned JP-A-2006-207724 can be processed into a specific form, but this is not a necessary condition of the present embodiment. Therefore, there are few shape restrictions compared with a prior art, and the form can be selected according to the objective. For example, in the case of molding an impact absorbing component by a simple process, it is possible to select a simple U-shape, an S-shape, a square shape like a hat shape, or the like.
  • the cross-sectional shape perpendicular to the impact load direction is made into a polygonal (super square) shape having many ridges, etc. It can also be in a tactical form. More preferably, it is a hexa-octagonal cross section from the balance between the formability and the stability of the energy absorbing capacity against an oblique load. Furthermore, it is also possible to make it the shape which has at least 2 ridgelines arrange
  • the shape reduces Pm 1 (originally Pm 1 > Pm j (j> 1)) by reducing the cross-section on the side that receives the impact load initially, and the impact load propagates to other members. Is more effective in suppressing Alternatively, it may be configured to have at least two ridges arranged in the rear end with respect to the direction of impact loading. In this case, Pm 1 can be increased because the cross section on the side that receives the impact load can be increased. As a result, the present invention can be suitably applied to applications requiring initial impact resistance of parts (applications that make parts hard to break).
  • the height h of the shock absorbing component of the present embodiment is not particularly limited.
  • the height h of the shock absorbing component is the height projected onto the shock absorbing direction axis of the shock absorbing component, and in many cases means the substantial shock absorbing component height.
  • the impact energy absorbing capacity per one buckling wavelength is determined by the component cross section and the material to be constructed, the preferred component height can be determined accordingly.
  • the impact energy absorbing capacity per one buckling wavelength is a function of the product of the plastic bending moment M p of the laminated plate constituting it and the longest circumferential length L m of the component cross section.
  • the target energy absorption amount U 0 is a component height h ⁇ (U 0 / M 0 ) L m
  • the impact energy may not be absorbed only by the impact absorbing component. Therefore, it is preferable that h> (U 0 / M p ) L m , and more preferably h> 2 ⁇ (U 0 / M p ) L m .
  • h ⁇ (100 ⁇ U 0 / M p ) L m it is preferable that h ⁇ (100 ⁇ U 0 / M p ) L m .
  • many healthy parts may remain without being involved in the impact energy, and the impact absorption capacity per mass may be reduced.
  • the form of the component cross section of the impact absorbing component of the present embodiment is a closed cross section (see FIGS. 11A and 11B), a closed cross section (see FIGS. 12A and 12B), or a closed section having an opening in part of the cross section. It may be a cross section (see FIG. 14). Further, a form in which a bead is provided on the side surface, a form in which a hole is provided in the side surface to be an open cross section (FIGS. 7A to 7C), or a form in which a notch is partially cut at a collision start point may be used.
  • the shock absorbing component of the present embodiment is stably buckled at a small wavelength because it is constituted by a member obtained by forming the appropriate laminated metal plate 9 into a shape having two or more ridges. As a result, even if the back plate is omitted by making an open cross section as shown in an embodiment described later, the shock absorbing component is deformed in a bellows shape without being deformed into a "V shape".
  • the shock absorbing component of this embodiment originally has a potential to stably deform in the form of a bellows and absorb energy even if it has an open cross section, so that “V-shaped deformation” is suppressed on the opened side It is not necessary to have the strength of As a result, the degree of freedom in design is large as compared to a shock absorbing component made of a single metal plate.
  • a member obtained by processing the appropriate laminated metal plate 9 into a shape having two or more ridge lines constitutes 50% or more of the circumferential length of the component cross section having the longest circumferential length. It is not necessary to use the laminated metal plate 9 as the constituent material. Depending on the purpose, it is also possible to replace a part with a single metal plate. For example, in the case of the hat-shaped impact absorbing component of FIG. 1E, it is also possible to replace the back plate 13 with a single metal plate. In the case of welding of the laminated metal plates 9 to each other, there is a case where the bonding between the core layer and the surface layer metal plate is released due to heat input at the time of welding.
  • the back plate 13 is made of a single metal plate, the back plate 13 does not need the conditions, and the welding conditions can be set more easily.
  • the thickness of the laminated metal plate 9 must not be less than 50% of the longest circumferential length of the cross section of the shock absorbing component.
  • the buckling wrinkles propagated from the laminated metal plate 9 to the single metal plate portion are united and integrated to increase the wavelength.
  • the single metal plate exceeds 50%, the deformation at the combined buckling wavelength becomes the main deformation at buckling and the energy absorption efficiency decreases.
  • the ratio of the laminated metal plate 9 to the cross-sectional circumferential length is preferably 70%, more preferably 85% or more.
  • the Young's modulus ratio (E c / E f ) of the surface layers 5A and 5B of the laminated metal plate 9 to the core layer 10 is preferably 1/10 to 1 / 10,000, and the Young's modulus ratio (E c / E f ) is 1/10 to 1/1000 is more preferable. The reasons are explained below.
  • the core layer 10 is easily deformed because the Young's modulus E c of the core layer 10 is very small. Since the deformation energy of the core layer 10 at this time is very small E c , even if the amount of deformation is large, the deformation energy becomes small. As a result, the deformation energy of the core layer 10 in the total of the deformation energy of the surface layers 5A and 5B and the core layer 10 can be substantially ignored, and deformation tends to occur to reduce the deformation energy of the surface layers 5A and 5B.
  • the shock absorbing component 1 formed of a member obtained by forming the laminated metal plate 9 has a decrease in E c even if the buckling wavelength can be reduced. Accordingly, there is a case where the maximum load Pm i during buckling deformation is reduced. As a result, the average load W may decrease.
  • the surface layer 5A of the laminated metal plate 9 preferably the Young's modulus ratio of 5B and the core layer 10 (E c / E f) is 1 / 10-1 / 100,000, a Young's modulus ratio (E c / E f ) is more preferably 1/10 to 1/1000.
  • interval of the ridgeline 3 of the member which consists of a laminated metal plate 9 into 10 mm or more.
  • the Young's modulus of the core layer 10 is in the above range, it is possible to make the buckling wavelength particularly small for the above reasons, and in many cases, it is 10 mm or less. Therefore, the buckling wavelength of the impact absorbing component 1 can be 10 mm or less even if the distance between the ridge lines 3 is 10 mm or more. If the ratio of Young's modulus (E c / E f ) of the surface layers 5A, 5B of the laminated metal plate 9 to the core layer 10 is 1/10 to 1 / 100,000, it is easier to realize.
  • the buckling wavelength is equal to the distance between the two ridges. Therefore, in order to make the buckling wavelength less than 10 mm, the distance between the two ridges must be less than 10 mm. It is one of the features of the present embodiment that the shape restriction can be reduced by constructing the laminated metal plate 9 properly.
  • the thickness ratio (t c / t f ) of the thickness (t f ) of the surface layers 5A and 5B of the laminated metal plate 9 constituting the shock absorbing component of this embodiment and the thickness (t c ) of the core layer 10 Is preferably 10.0 or less.
  • t c / t f is 2.0 or more
  • it is more preferably 3.5 or more.
  • the core layer 10 becomes very thick compared to the surface layers 5A and 5B, so the rigidity of the laminated metal plate 9 and the surface layers 5A and 5B There is a large divergence in the rigidity of the As a result, symmetrical deformation tends to occur between the surface layers 5A and 5B at the time of buckling deformation.
  • the laminated metal plate 9 has the same bending deformation as a single piece of single material. That is, while the surface layer 5A is bent and deformed outward, the surface layer 5B is bent and deformed in the direction of the core layer 10, whereby the surface layers 5A and 5B are asymmetrically bent and deformed (FIG. 9A).
  • the thickness ratio (t c / t f ) is more than 10.0, as shown in FIG. 9B, the surface layer 5A is bent and deformed outward, while the surface layer 5B is also bent and deformed outward. .
  • the laminated metal plate 9 is deformed in such a manner as to expand in the thickness direction (to open the lantern), and a peeling portion 9a between the surface layers 5A and 5B and the core layer 10 is generated. Therefore, when an impact load in the height direction is applied to an impact absorbing component configured by forming and processing the laminated metal plate 9, there is a possibility that a stable bellows-like crushing deformation can not be obtained.
  • the thickness ratio (t c / t f ) is less than 2.0, the ratio of the thickness of the surface layers 5A and 5B to the thickness of the laminated metal plate 9 is 50% or more. Since the surface layers 5A and 5B have a large specific gravity compared to the core layer 10, the mass of the laminated metal plate 9 is significantly increased. As a result, there is a possibility that the weight saving of the shock absorbing component constituted by the laminated metal plate 9 can not be achieved.
  • the thickness ratio of the surface layer 5A, 5B and the core layer 10 of the laminated metal sheet 9 constituting the shock absorbing component of the present embodiment is preferably 10.0 or less, It is more preferably 7.0 or less, and still more preferably 5.0 or less.
  • the surface layers 5A and 5B according to the present embodiment are not particularly limited, but metal plates such as carbon steel, aluminum, titanium, copper, magnesium and their alloys can be used.
  • steel plates for example, steel plates for cans such as tinplate, thin tin plated steel plate, electrolytic chromic acid treated steel plate (tin free steel), nickel plated steel plate, hot-dip galvanized steel plate, hot-dip galvanized iron alloy Hot-dip galvanized steel sheet such as galvanized steel sheet, hot-dip zinc-aluminium-magnesium alloy coated steel sheet, fused aluminum-silicon alloy coated steel sheet, fused lead-tin alloy coated steel sheet, etc., electrogalvanized steel sheet, electro zinc-nickel plated steel sheet, electro zinc Surface-treated steel plates such as iron alloy plated steel plates and electroplated steel plates such as electro zinc-chromium alloy plated steel plates, cold rolled steel plates, hot rolled steel plates, stainless steel plates and the like can be used.
  • the core layer 10 between the surface layers 5A and 5B which are metal plates of the same type and different in Young's modulus.
  • the core layer 10 is laminated between steel plates of different strengths, the radius of curvature is small, mild steel is used for the severed surface of the processing, and the other surface is strength It is also possible to use high-tensile steel etc. for securing.
  • E f the Young's modulus in ratios as defined herein (E c / E f) employs a small surface layer of the values of Young's modulus To be.
  • surface treatment on the surface of surface layer 5A, 5B which concerns on this embodiment for adhesive force and corrosion-resistant improvement.
  • surface treatment include, but are not limited to, chromate treatment (reactive type, coating type, electrolysis), non-black treatment, phosphate treatment, organic resin treatment and the like.
  • the thickness of preferable surface layer 5A, 5B is 0.2 mm or more. If the thickness of the surface layers 5A and 5B is less than 0.2 mm, breakage of the surface layers 5A and 5B may easily occur during bending when manufacturing an impact absorbing component, and a desired cross-sectional shape may not be obtained. On the other hand, when the thickness of the surface layers 5A and 5B exceeds 2.0 mm, the weight reduction effect tends to be insufficient. From the viewpoint of weight reduction, the thickness of the surface layers 5A and 5B is preferably 2.0 mm or less.
  • the thickness of surface layer 5A, 5B joined and laminated on the upper and lower sides of core layer 10 may differ in the upper and lower sides.
  • the thickness ratio (T L / T S ) of the thickness of the surface layer to be thickened (T L ) to the thickness of the other surface layer (T s ) is 1 to 1. 5 is preferable.
  • the thickness ( TL ) of the surface layer having a large thickness is the thickness ratio of the surface layers 5A and 5B to the core layer 10 described above. Let the thickness (t f ) of (t c / t f ).
  • the core layer 10 of the laminated metal plate 9 according to the present embodiment will be described.
  • the core layer 10 is not particularly limited as long as it is a plate-like layer having a Young's modulus less than the Young's modulus (E f ) of the surface layers 5A and 5B, and a known material can be appropriately selected.
  • examples of the material of the core layer 10 include metals such as Al alloy, titanium, copper and the like, ceramics, non-metal materials such as resin, fiber reinforced resin, and paper.
  • the core layer 10 the above-described material and a material having a known structure added to Fe alloy, stainless steel, etc., for example, a network structure, a honeycomb structure, a structure having pores such as expand, a wave structure, a corrugate A structure, a roll structure, a foam etc. are mentioned.
  • the core layer 10 a core layer in which two or more of the above-mentioned materials are combined and complexed, for example, a composite material in which pores of a honeycomb structure are filled with a foamed resin, or a composite obtained by sequentially laminating a resin sheet and a network Materials etc. may be mentioned.
  • the Young's modulus of the composite is the Young's modulus (E c ) of the core layer 10.
  • resin or the like that is an insulator is used as the core layer 10
  • the bonding material and the bonding method are not particularly limited, and known bonding materials and bonding methods can be used.
  • a bonding material will be described in detail later, an adhesive, a conductive adhesive, a brazing material, and a bonding method include adhesive bonding, brazing, welding and the like.
  • the laminated metal plate 9 may have a metal mesh 30 disposed between metal plates (surface layers 5A and 5B) and may be filled with a bonding agent 37 in the gaps (see FIG. 17).
  • the core layer 10 may be configured of the wire mesh 30 and the bonding agent 37.
  • the bonding agent 37 may, for example, be a polyester resin or a conductive adhesive. Since the wire mesh 30 is periodically formed, the laminated metal plate 9 can be considered to have a uniform cross section. Note that this cycle is not limited to a constant, and may be changed.
  • the surface layers 5A and 5B of the laminated metal plate 9 and the core layer 10 constituting the impact absorbing component of the present embodiment are preferably bonded with a shear adhesive strength of 5 MPa or more, and more preferably 25 MPa or more.
  • the shear adhesive strength is a value obtained by dividing the maximum load when the surface layers 5A and 5B and the core layer 10 are separated by the area to which they are bonded.
  • the shear adhesive strength between the surface layers 5A and 5B of the laminated metal plate 9 and the core layer 10 constituting the shock absorbing component of the present embodiment is less than 5 MPa, the surface layer 5A on both surfaces of the core layer 10 when an impact load is applied. , 5B, and there is a possibility that the laminated metal plate 9 can not be deformed integrally. As a result, there is a possibility that a stable bellows-like crushing deformation can not be obtained in the shock absorbing component.
  • the shear adhesive strength is set to 25 MPa or more preferable.
  • the shear adhesive strength can be evaluated by a tensile shear test in accordance with JIS-K 6850.
  • stacking of surface layer 5A, 5B and the core layer 10 of the laminated metal plate 9 which comprises the impact-absorbing components of this embodiment is joining via joining layer 7A, 7B, for example.
  • the bonding layers 7A, 7B are formed of a known bonding material, and may be formed of, for example, an adhesive, a brazing material, a conductive adhesive, or the like.
  • brazing material examples include soft solder (solder) made of an alloy of lead, tin, antimony, cadmium, zinc, etc., Ni-Cr based brazing material, copper braze, gold braze, palladium braze, silver braze, aluminum braze, etc. Hard wax etc. are mentioned.
  • the conductive adhesive examples include those obtained by adding a predetermined amount of metal powder such as aluminum powder, nickel powder and iron powder to an adhesive described later. Furthermore, the electrical resistivity of the conductive adhesive is preferably 1.0 ⁇ 10 ⁇ 3 to 1.0 ⁇ 10 ⁇ 4 ⁇ ⁇ cm so that welding can be stably performed.
  • the core layer 10 is a conductive material by bonding the surface layers 5A and 5B of the laminated metal plate 9 to the core layer 10 with a brazing material or a conductive adhesive, welding of the laminated metal plate 9 This makes it possible to secure impact resistance and make it possible to manufacture impact absorbing parts by welding or other techniques.
  • the shear strength of the joint portion between the surface layers 5A and 5B of the laminated metal plate 9 and the core layer 10 is preferably 5 MPa or more, and more preferably 25 MPa or more.
  • the shear strength of the joint is less than 5 MPa, fracture (cohesive peeling) occurs at the joint due to the shear force.
  • the shear strength of the joint is more preferably 25 MPa or more.
  • an adhesive is used as a bonding material, but 100 ° C. to 160 ° C. of the adhesive to maintain heat-resistant shape stability even after processing. It is preferable that storage-elastic-modulus G 'in these is 0.05 or more and 100 GPa or less. If it is less than 0.05 MPa, the molded article of the laminated metal plate 9 is heated to the relevant temperature (100 ° C. to 160 ° C.) by the residual stress of the surface / adhesive interface generated when forming the laminated metal plate 9 into an impact absorbing component. Then, the joint portion may be creep-deformed, and the joint portion may be broken or peeling may be caused from the joint portion.
  • G ' is more preferably 1.0 MPa or more, and G' is more preferably 5 MPa or more.
  • G 'at normal temperature becomes larger, so the processing following property is lowered and broken at the time of processing, and there is a possibility that it is easy to cause peeling starting from the joint.
  • the storage elastic modulus G ′ of the adhesive can be evaluated by the maximum value of the storage elastic modulus of the adhesive measured at a frequency of 0.1 to 10 Hz.
  • thermosetting adhesive it is formed into an adhesive film in the case of a thermoplastic adhesive by using an adhesive film cross-linked and cured by giving the same heat history as the laminating conditions, and known dynamic viscosity It can measure with an elasticity measuring device.
  • the tan ⁇ is smaller, creep deformation of the joint due to residual stress can be suppressed even when heated, and the shape can be stabilized.
  • tan ⁇ ⁇ 1 when the processed product is heated to 100 ° C. to 160 ° C., there is a possibility that the bonding portion may flow viscously, the shape may become unstable, and creep deformation fracture may cause peeling.
  • an adhesive agent an epoxy-type adhesive agent, an acryl-type adhesive agent, and a urethane type adhesive agent etc. can be used, for example.
  • an adhesive agent an epoxy-type adhesive agent, an acryl-type adhesive agent, and a urethane type adhesive agent etc.
  • a structural adhesive based on an epoxy resin is preferable, and in particular, a one-component heat-curable adhesive in which a curing agent is mixed in advance has a handling property. Are more preferable.
  • the core layer 10 is a conductive material
  • specific welding methods include, for example, resistance welding such as spot welding and seam welding, electron beam welding, laser welding, arc welding and the like.
  • a brazing material having a melting point of 400 ° C. or less (eg, solder, etc.) is particularly preferable from the viewpoint of securing the productivity and weldability of the laminated metal plate 9 as a method of joining the surface layers 5A, 5B and the core layer 10. Or bonding by a conductive adhesive having heat resistance.
  • the shock absorbing component may be manufactured by a known method and is not limited to a specific manufacturing method.
  • the shock absorbing component may be manufactured by performing any one or more of processing such as press bending, drawing, and roll forming on the laminated metal plate 9.
  • a method of joining the plates at the time of producing an impact absorbing component using two or more plates it may be produced by a known joining method, and is not limited to a particular joining method.
  • spot welding resistance welding such as seam welding, electron beam welding, laser welding, welding such as arc welding, mechanical bonding using bolts, bonding using an adhesive, brazing using a brazing material, etc.
  • the plates may be joined together, and the shock absorbing parts may be joined together.
  • the laminated metal plate 9 according to the present embodiment can be manufactured by applying a known lamination method. Specifically, it can be manufactured by the following steps and the like.
  • a bonding material (adhesive, brazing material, etc.) is applied to both surfaces of the core layer 10, and the surface layer 5A, the core layer 10, and the surface layer 5B are laminated in this order, and pressurized at normal temperature or while heating.
  • a bonding agent may be applied to one surface of the surface layers 5A and 5B, and the core layer 10 may be sandwiched between the applied surfaces, laminated, and pressed at room temperature or while being heated.
  • the present embodiment has at least two ridge lines 3, so that there are side surfaces 2 supported (not free ends) by the ridge lines 3 and it is possible to stably buckle against an impact load. Furthermore, since the said impact-absorbing component is comprised by the member which consists of the laminated metal plate 9 which laminated
  • the laminated metal plate 9 described above performs buckling deformation equivalent to a two-sheet metal plate restrained by an elastic spring. Therefore, as described above, it is possible to perform buckling deformation at a small wavelength as compared with a single metal plate, and it is possible to increase the number of times of buckling deformation n. Furthermore, since buckling is possible with a small wavelength, there is also little axial deflection during deformation, and energy can be efficiently absorbed even against an impact load input obliquely to the impact absorption direction.
  • the shock absorbing component of the present embodiment has the above-described features, there are relatively few shape restrictions for developing its function.
  • An appropriate form can be selected depending on the purpose. Specifically, for example, the cross-section of the part is made open to reduce the weight, the opening is provided on the side to ensure the weight reduction and the torsional rigidity, the closed cross-section is made to bend, the torsional rigidity is ensured, etc.
  • a hollow elongated skeleton member for example, a front side member of a car
  • a shock absorbing component 31 made of a metal plate and the shock absorbing component 1 of the present embodiment are welded or adhesively bonded, and a plurality of buckling induced portions (beads 17) (dotted line in FIG. 10)
  • the shock absorbing component 1 of the present embodiment is disposed in the area enclosed by the above to form a long frame member.
  • the long frame member When the impact load is applied in the longitudinal direction of the frame member, the long frame member has a shock absorbing effect with a sufficient impact absorbing effect because the impact absorbing component of the present embodiment stably performs the crushing deformation in a bellows shape. You can get it.
  • the shock absorbing component of the present embodiment is suitably used not only as a passenger car but also as a general shock absorbing component for transportation vehicles such as mini cars, large cars such as trucks and buses, and trains. Is possible.
  • the laminated metal plate of the structure of the surface layer shown in Table 1 and a core layer was manufactured.
  • the surface layer and the core layer are joined using a structural adhesive (base material: epoxy resin, coating amount 200 g / m 2 ), instant adhesive (base material: cyanoacrylate, coating amount 200 g / m 2 ), brazing material (Low temperature brazing filler metal, Sn—Pb type, melting point 183 ° C., usage 15 g / m 2 ) was used.
  • Laminated metal sheets A to D, G, H, and J use a structural adhesive as a bonding material, laminate the bonding material, the core layer, the bonding material, and the surface layer in this order on the surface layer, and apply under vacuum to 180 ° C. It warmed. Next, the laminated surface layer, the bonding material and the core layer are heat-pressed for 20 minutes with a pressure of 10 to 40 kgf / cm 2 (0.98 to 3.92 MPa), and then cooled to room temperature and opened to the atmosphere, Table 1 Each laminated metal plate shown to was obtained.
  • the laminated metal plate E uses the instant adhesive as a bonding agent, and applies a pressure of 10 to 40 kgf / cm 2 to the laminated metal plate without heating the laminated surface layer, bonding material and core layer. E was produced.
  • the laminated metal sheet F uses a brazing material as a bonding agent, heats the laminated surface layer, bonding material and core layer to 300 ° C., and heats and bonds for 20 minutes with a pressure of 10 to 40 kgf / cm 2 . It cooled to normal temperature, air
  • the laminated metal plate I uses, as a bonding material, an adhesive in which Al powder is added to the structural adhesive until the electric resistivity becomes 0.5 ⁇ 10 ⁇ 3 ⁇ ⁇ cm, and the bonding material on the surface layer, The core layer, the bonding material, and the surface layer were laminated in this order and heated to 180 ° C. under vacuum. Next, the laminated surface layer, the bonding material and the core layer are heat-pressed for 20 minutes with a pressing force of 10 to 40 kgf / cm 2 (0.98 to 3.92 MPa), then cooled to room temperature and open to the atmosphere, I got a board.
  • the laminated metal plate K uses a polyester resin in which Al powder is added to an electric resistivity of 0.5 ⁇ 10 ⁇ 3 ⁇ ⁇ cm for the core layer, and Al powder is used as a bonding material for the structural adhesive.
  • Al powder is used as a bonding material for the structural adhesive.
  • the laminated surface layer, the bonding material and the core layer are heat-pressed for 20 minutes with a pressing force of 10 to 40 kgf / cm 2 (0.98 to 2.92 MPa), then cooled to room temperature and opened to the atmosphere, I got a board.
  • a high tension steel plate (plate thickness: 1.0 mm) of 980 MPa class was used.
  • the wire mesh used for the core layer is a steel wire material whose raw material wire is a wire diameter of 0.6 mm ⁇ , and the mesh interval (gap between the wire materials) is 1.6 mm. Further, with respect to the used resin, Young's modulus was measured by a tensile test in accordance with ASTM-D638. The shear adhesive strength of each laminated metal plate was measured by a tensile shear test in accordance with JIS-K6850.
  • the impact absorbing parts of Examples 2 and 13 and Comparative Example 4 have the back plate 13 made of a laminated metal plate through the flange 12 provided on the hat material 11 of the open cross section structure. Spot welding was performed to close the opening of the hat member 11 having an open cross-sectional structure, thereby forming a closed cross-sectional structure.
  • Example 10 As shown in FIG. 13, the impact-absorbing component of Example 10 is joined together by spot welding as shown in FIG. 13 so that six ridges 3 of the laminated metal plate F in Table 1 are formed, and the polygonal closed cross-sectional shape did.
  • Example 11 In producing the shock absorbing component of Example 11, as shown in FIG. 14, first, a component having a hat cross-sectional shape with a length of 200 mm shown in FIGS. 11A and 11B was produced. After that, through the flange 12 provided on the hat member 11, the back plate 13 of 22 mm wide made of laminated metal plate is partially spot welded at intervals of 22 mm so that a part of the cross sectional shape becomes an open cross sectional shape. Then, the shock absorbing component was manufactured.
  • the impact-absorbing component of Example 12 is obtained by processing the laminated metal plate I into a hat cross-sectional shape shown in FIGS. 11A and 11B, using a 590 MPa class high-tensile steel (1.0 mm) as the back plate 13 and spot welding. As shown in FIG. 12A and FIG. 12B, a shock absorbing component having a closed cross-sectional structure was produced.
  • the laminated metal plate F in Table 1 is formed into a cylinder having a diameter of 70 mm, and the end portions 15 are joined by laser welding. , Cylindrical shape.
  • the laminated metal plate A of Table 1 was bent and formed into an L shape.
  • the impact absorbing component was fixed with an jig at the end opposite to the end where the weight collides. Then, a weight of 120 kg was allowed to collide with the collision end side of the shock absorbing component at a velocity of 30 km / h in the axial direction by free falling from a height of 3.5 m.
  • the impact absorption energy when an oblique load is applied is calculated from a load-displacement curve in which the inclination is corrected, since the load is applied at an inclination of 10 ° from the axial direction.
  • the buckling wavelength was calculated from the displacement at the drop weight test (the amount by which the impact absorbing component was pushed in by the weight) -load curve.
  • the displacement at which the increase in load started and the displacement at which the load became minimum were measured at each cycle in which the load moved up and down.
  • the buckling wavelength for each cycle was calculated by subtracting the displacement at which the increase in load started from the displacement at which the load was minimized.
  • the buckling wavelength was calculated in each cycle, and finally averaged to calculate the average buckling wavelength. This average buckling wavelength was evaluated as the buckling wavelength in the example of the present invention. The test results are shown in Tables 2 and 3.
  • the impact absorbing components of Examples 1 to 13 have an impact absorbing energy per unit mass> 6.6, which is higher than that of the impact absorbing component of high tensile steel of Comparative Example 4. It showed impact energy absorbing ability and was found to be excellent in lightness. Specifically, when Example 1 and Comparative Example 4 are compared, when the same impact absorption energy is obtained, the impact absorbing component of Example 1 can be reduced in weight by less than 40% relative to Comparative Example 4 became.
  • the average buckling wavelength of the impact absorbing parts of Examples 1 to 13 is 7.1 mm to 9.8 mm and 10 mm or less, and the average buckling wavelength of the impact absorbing parts of high tensile steel of Comparative Examples 4 to 5 It turned out that it is very small compared with.
  • the amount of energy absorbed per unit mass and the buckling wavelength are substantially equal when the impact load is applied from the axial direction and when the impact load is applied from the oblique direction.
  • the shock absorbing component of Comparative Example 4 when the same comparison as above was made, it was found that the amount of shock absorbing energy and the buckling wavelength were different. Therefore, in the embodiment of the present invention, it has been found that high impact absorbing ability can be realized by stable bellows-like crushing deformation at a small buckling wavelength even if the load input direction is somewhat changed. .
  • the impact absorbing parts of Example 2 and Comparative Example 4 had the same shape but different buckling wavelengths. It can be seen that the buckling wavelength of the impact absorbing component of Comparative Example 4 substantially matches the spacing of the ridges of the component, and the buckling wavelength depends on the spacing of the ridges. On the other hand, the buckling wavelength of the shock absorbing component of Example 2 does not coincide with the distance between ridges of the component, and the shock absorbing component composed of the laminated metal plate has the buckling wavelength regardless of the distance between ridges. It has been found that it can be made smaller.
  • the impact absorbing parts of Examples 1 and 3 to 8 have all open cross-sectional shapes shown in FIGS. 11A and 11B.
  • the impact absorbing parts of Examples 2, 10 and 13 have all closed cross-sectional shapes shown in FIGS. 12A, 12B and 13, respectively.
  • the impact-absorbing component of Example 11 has a partially open cross-sectional shape shown in FIG. With these impact absorbing parts, all stable bellows-like crushing deformation was obtained. That is, it was found that the impact absorbing component constituted by the laminated metal plate can obtain stable bellows-like crushing deformation regardless of the shape of the component.
  • Example 1 all open cross-sectional shape
  • Example 11 partially open cross-sectional shape
  • Example 8 the buckling wavelength is the smallest among the embodiments of the present invention, but the shock absorption energy per unit mass is also relatively small. This is because the maximum load at the time of one buckling deformation is small and the average load is also small, so it is considered that the impact energy absorption amount could not be effectively increased.
  • Example 9 the Young's modulus ratio (E c / E f ) of the surface layer to the core layer of the laminated metal plate that constitutes the impact absorbing component is less than 1/10000. For this reason, it is estimated that the buckling wavelength is larger than those of Examples 1 to 8, 10, and 11.
  • Example 5 the thickness ratio (t c / t f ) of the surface layer of the laminated metal plate constituting the shock absorbing component and the core layer is more than 10 times. For this reason, although it shows a good energy absorbing ability, as crushing deformation progresses, peeling of the surface layer partially causes unstable crushing deformation. However, it was found that the whole member exhibited a good deformation mode.
  • the shear adhesive strength of the laminated metal plate constituting the impact absorbing component of Examples 1 to 5 and 7 to 11 was more than 25 MPa, but the impact absorbing component of Example 6
  • the shear adhesive strength of the laminated metal sheet was found to be 15 MPa. For this reason, although it shows a good energy absorbing ability, as crushing deformation progresses, peeling of the surface layer partially causes unstable crushing deformation. However, it is estimated that the entire member exhibits a good deformation mode.
  • the impact absorbing parts of Examples 2, 10, 11, 12 and 13 were manufactured by joining laminated metal plates by spot welding.
  • the joint lamination of the surface layer of the laminated metal plate and the core layer constituting the above-mentioned impact absorbing component is a joint with a brazing material or a conductive adhesive, so that good conductivity can be secured and jointing by spot welding becomes possible.
  • Example 12 In the shock absorbing component of Example 12, only the back plate is replaced with a single metal plate, but 60% of the circumferential length of the cross section of the component having the longest circumferential length is occupied by the other embodiment. As in the example, it is considered that a stable bellows-like crush deformation occurred at a small wavelength.
  • the core layer of the laminated metal sheet constituting the impact absorbing component of Comparative Example 1 is equal to the Young's modulus of the surface layer. Therefore, as in the case of the impact absorbing component made of high tensile steel of Comparative Example 5, the buckling wavelength is large, and deformation occurs in which the entire component is bent starting from the first buckling portion generated at the initial stage of deformation.
  • the impact absorbing component of Comparative Example 2 has smaller impact absorption energy per unit mass as compared with the example. This is because the shape of the shock absorbing component is a cylindrical shape without the presence of a ridgeline, so the buckling wavelength is small, but the maximum load is small compared to the example, so the impact energy absorption amount can be effectively increased. It is thought that it was not.
  • the impact absorbing component of Comparative Example 3 has an L shape having only one ridgeline, so that buckling deformation does not occur stably, and the impact absorbing component is twisted due to the deformation such that the corner is expanded (FIG. 5). Such deformation occurred.
  • the impact-absorbing part which consists of a laminated metal plate of the structure which satisfies the present invention is excellent in lightness. Moreover, regardless of the input direction of the impact load, the bellows-like crush deformation which is high at the maximum load and stable at the small buckling wavelength enables high impact energy absorption, and exhibits excellent collision performance.
  • the surface layer made of a metal plate having a larger Young's modulus than the core layer is joined and laminated on both surfaces of the core layer, and the thickness (t f ) of the surface layer of the laminated metal plate and the plate of the core layer the thickness (t c) the thickness ratio (t c / t f) is composed of a member cross section is 2.0 to 7.0 obtained by molding a uniform laminated metal plate with.
  • This shock absorbing component has a high impact energy absorption efficiency even in a simple shape, and can achieve significant weight reduction.
  • the thickness ratio (t c / t f ) of the thickness (t f ) of the surface layer of the laminated metal plate to the thickness (t c ) of the core layer is 2.0 to By setting it as 7.0, a buckling wavelength can be made smaller. Therefore, the shock absorbing component formed of such a laminated metal plate can improve shock energy absorption efficiency.
  • the shock is obtained only by the thickness ratio (t c / t f ) of the surface thickness (t f ) of the laminated metal plate to the thickness (t c ) of the core layer.
  • Energy absorption efficiency can be improved. Therefore, it is not necessary to process the shape of the impact absorbing component intricately, and the shape can be further simplified. Furthermore, since it is not necessary to change the Young's modulus of the surface layer and core layer of the laminated metal plate to make the buckling wavelength smaller, impact energy absorption efficiency can be improved without changing the strength of the impact absorbing component. .
  • the seat at the buckling deformation so that the sum of the deformation energy U c of the core layer and the deformation energy U f of the surface layer is minimized.
  • the bending wavelength is determined.
  • the deformation energy U c of the core layer and the deformation energy U f of the surface layer are represented by the following formulas (2) and (3).
  • E c represents the Young's modulus of the core layer
  • V c represents the volume related to the deformation of the core layer
  • represents the amount of deformation of the core layer
  • E F represents the Young's modulus of the surface layer
  • V F represents the volume related to the deformation of the surface layer
  • represents the amount of deformation of the surface layer.
  • the deformation of the surface layer is bending deformation, whereas the deformation of the core layer is shearing deformation. Therefore, the Young's modulus is divided by 2.6 to obtain the elastic modulus of shearing deformation.
  • the deformation energy U c of the core layer decreases as the buckling wavelength decreases.
  • the deformation energy U f of the surface layer decreases as the buckling wavelength increases. Therefore, in order to reduce the buckling wavelength, it is preferable to set U c >> U f and to make the deformation energy U c of the core layer dominant in the sum of the deformation energy.
  • the laminated metal plate constituting the shock absorbing component according to the present embodiment in the formula (2) and (3), controls the V c and V f is another parameter for controlling the U c and U f By doing this, U c >> U f is realized. Specifically, V c is increased and V f is decreased by increasing the proportion of the core layer in the laminated metal plate (that is, the plate thickness). As a result, the laminated metal sheet can increase the deformation energy U c of the core layer with respect to the deformation energy U f of the surface layer. Therefore, the impact absorbing component according to the present embodiment can further reduce the buckling wavelength at the time of axial crush deformation.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the laminated metal plate 9. Since this laminated metal plate 9 is the same as that of the first embodiment, the description of the common matters is omitted.
  • FIG. 18A is a perspective view showing an example of the shape of a shock absorbing component.
  • FIG. 18B is a perspective view showing another example of the shape of the shock absorbing component.
  • the thickness ratio (t c / t f ) of the surface thickness 5A and 5B (t f ) to the thickness (t c ) of the core layer 10 is 2.0 to 7.0. is there.
  • the impact absorbing component according to the present embodiment has the buckling wavelength It can be made smaller.
  • the thickness ratio (t c / t f ) is less than 2.0, the contribution of the deformation energy of the core layer 10 to the deformation energy at the time of axial crush deformation is small, so the buckling wavelength is reduced. Can not do it.
  • the thickness ratio (t c / t f ) exceeds 7.0, the core layer 10 becomes much thicker than the surface layers 5A and 6B. Therefore, between the surface layers 5A and 5B and the core layer 10, There is a large divergence in stiffness. Therefore, in the shock absorbing component, there is a possibility that the bonding layers 7A and 7B may be broken and the bellows-like axial crushing deformation can not be stably performed.
  • the thickness ratio (t c / t f ) of the thickness (t f ) of the surface layers 5A and 5B to the thickness (t c ) of the core layer 10 is preferably 3.3. It may be 5 to 5.0.
  • the shock absorbing component according to the present embodiment has a smaller buckling wavelength, and a stable bellows-like axial crush deformation. Will be able to wake up.
  • the buckling wavelength can be further reduced.
  • the Young's modulus ratio (E c / E f ) between the Young's modulus E f of the surface layers 5A and 5B and the Young's modulus E c of the core layer 10 is 1/10 to 1/1000. May be When the Young's modulus ratio (E c / E f ) is a value in this range, the impact absorbing component according to the present embodiment can improve the impact energy absorbing efficiency.
  • the laminated metal plate 9 can reduce the buckling wavelength of the impact absorbing component, but due to the decrease in E c It is not preferable because the average load W at the time of buckling deformation is reduced and the impact energy absorption efficiency is reduced.
  • the Young's modulus ratio (E c / E f ) exceeds 1/10, the Young's modulus E c of the core layer 10 is large, and shear deformation is difficult. Therefore, the behavior at the time of axial crush deformation is similar to the metal plate of a single material, and it is not preferable because the buckling wavelength can not be reduced.
  • the Young's modulus can be measured, for example, by a tensile test in accordance with ASTM-D638.
  • the bonding layers 7A and 7B preferably have a shear modulus of 30 to 500 MPa in order to control shear deformation of the layer formed of the core layer 10 and the bonding layers 7A and 7B.
  • the shear modulus is less than 30 MPa, the surface layers 5A and 5B may be deformed independently of each other due to excessive shear deformation of the bonding layers 7A and 7B, making stable buckling deformation unlikely to occur. Unfavorable. If the shear modulus exceeds 500 MPa, shear deformation of the core layer 10 and the layer formed of the bonding layers 7A and 7B is unlikely to occur, which is not preferable because the buckling wavelength may increase.
  • said shear elasticity modulus it can measure by the tension shear test based on JIS-K6850.
  • the shock absorbing components 20A and 20B are, for example, formed into a shape having at least four ridges.
  • the shock absorbing component 20A has a hat shape of an open cross-sectional structure in which the laminated metal plate is valley-folded, mountain-folded, mountain-folded, valley-folded in order from one end It is also good.
  • the shock absorbing component 20B has a closed cross-sectional structure in which the laminated metal plate is mountain-folded, mountain-folded, mountain-folded, mountain-folded sequentially from one end, and the end portions are joined by welding or the like. It may have a tubular shape.
  • the ridgeline direction is the impact absorbing direction.
  • each of the intervals between ridges may be 50 to 80 mm.
  • the interval between ridge lines is, for example, the interval L shown in FIGS. 18A and 18B.
  • the shock absorbing components 20A and 20B can generate a bellows-like axial crush deformation at a stably small buckling wavelength.
  • the shape of the impact-absorbing component which concerns on this embodiment is not limited to the illustrated shape.
  • the shock absorbing components 20A and 20B have the thickness (t f ) of the surface layers 5A and 5B of the laminated metal plate 9 constituting the shock absorbing components 20A and 20B, and the core layer 10 by thickness ratio of the plate thickness (t c) of the (t c / t f) 2.0 to 7.0, it is possible to further reduce the seat ⁇ length, improving the impact energy absorption efficiency .
  • the impact absorbing components 20A and 20B according to the present embodiment do not have to be complicated in shape, and the impact energy absorption efficiency can be improved with a simpler shape. Furthermore, the impact absorbing parts 20A and 20B do not need to further reduce the Young's modulus ratio of the surface layers 5A and 5B of the laminated metal plate 9 to the core layer 10 in order to make the buckling wavelength smaller. For this reason, the impact energy absorption efficiency can be improved without changing the strength of the impact absorbing components 20A and 20B.
  • adhesive 1 is an adhesive of which the base material is an epoxy resin, coated amount 200 g / m 2 , heating at 180 ° C., pressure bonding force 40 kgf / cm 2 (3.92 MPa), bonding time 20 minutes for bonding used.
  • Adhesive 2 is an adhesive of which the base material is a urethane resin, and the coating amount was 200 g / m 2 , heated at 80 ° C., and used for bonding with a pressure bonding force of 40 kgf / cm 2 (3.92 MPa) and a pressure bonding time of 30 minutes.
  • the adhesive 3 is an adhesive in which an elastic rubber is dispersed in the adhesive 2.
  • the coating amount is 200 g / m 2 , heating at 80 ° C., pressure bonding force 40 kgf / cm 2 (3.92 MPa), pressure bonding time 20 minutes Used for bonding.
  • a brazing material low temperature brazing material, Sn—Pb, melting point 183 ° C.
  • the shear modulus of the bonding material was measured by a tensile shear test according to JIS-K 6850.
  • polypropylene used as the core layer has a density of 0.94 g / cm 3
  • wire diameter of the wire mesh used as the core layer is 0.6 mm ⁇
  • a gap between the wires is 1.6 mm.
  • Ec is the Young's modulus of the core layer
  • Ef is the Young's modulus of the surface layer
  • tc is the thickness of the core layer
  • tf is the thickness of the surface layer.
  • FIG. 11A is a cross-sectional view of the shock-absorbing component according to the present example, cut at a cross section perpendicular to the ridgeline direction that is the shock-absorbing direction.
  • FIG. 11B is a perspective view thereof.
  • Impact performance evaluation of the manufactured shock absorbing parts was performed by a drop weight test. Specifically, the shock absorbing component was disposed such that the ridgeline direction was in the direction of collision absorption, and the end opposite to the end where the weight collides was fixed with a jig. Thereafter, a weight having a weight of 120 kg was allowed to freely fall from a height of 3.5 m to cause the weight to collide with the collision end side of the shock absorbing component at a speed of 30 km / h.
  • the impact energy absorption amount is obtained by dividing the impact energy absorption amount by the mass of the component to evaluate the weight reduction of the impact absorption component, and the impact energy absorption amount per unit mass.
  • the average buckling wavelength was calculated from the load-displacement curve of the drop weight test. Specifically, every time the load moves up and down, the displacement at which the load is minimized is measured, and then the displacement at which the load is minimized is subtracted from the displacement at which the load is minimized immediately before the period at which the load is minimized. The buckling wavelength of the unit was calculated. The buckling wavelength in each period was calculated by the same method, and the average buckling wavelength was calculated by taking the arithmetic mean. Table 5 shows the evaluation results of the amount of impact energy absorption per unit mass calculated above and the average buckling wavelength. In Table 5, the meanings of "A”, "B” and “C” in the buckling form column are the same as the meanings of "A", "B” and “C” in the modified form of Table 2. is there.
  • the impact absorbing parts according to Examples 101 to 109 of the present invention have smaller average buckling wavelength than the impact absorbing parts according to Comparative Examples 101 to 103, and the impact energy absorption per unit mass is absorbed. It can be seen that the amount is increasing. Specifically, in Comparative Examples 101 and 102, since t c / t f is less than 2.0, it can be seen that the average buckling wavelength increases and the impact energy absorption amount decreases. In addition, in Comparative Example 103, although t c / t f is included in the scope of the present invention, the impact absorption component made of a single material because the Young's modulus of the core layer and the Young's modulus of the surface layer are the same. It is understood that the buckling deformation behavior is substantially the same as in the above, and the average buckling wavelength is increased, and the impact energy absorption amount is substantially reduced.
  • Example 101 since t c / t f falls within the preferable range in the present embodiment, the average buckling wavelength becomes smaller, and the amount of impact energy absorption per unit mass is It turns out that it is increasing further.
  • Example 101 since t c / t f is less than 3.5, the average buckling wavelength is larger than in Examples 102, 103, and 105 to 109.
  • the buckling form is “B” because t c / t f exceeds 5.0.
  • Example 101 to 107 and 109 since the shear elastic modulus of the bonding layer is included in the preferable range in this embodiment, it is understood that the average buckling wavelength is smaller.
  • Example 108 since the shear modulus of the bonding layer exceeds 500 MPa, the average buckling wavelength is larger and the impact energy absorption amount is reduced, compared to Example 105 in which the other conditions are the same. ing.
  • Example 101 to 108 since the Young's modulus ratio (E c / E f ) of the core layer and the surface layer is included in the preferable range in this embodiment, the amount of impact energy absorption per unit mass is more It turns out that it is increasing.
  • Example 109 since the Young's modulus ratio (E c / E f ) of the core layer and the surface layer is less than 1 ⁇ 10 ⁇ 3 , impact energy absorption is obtained with respect to Example 105 in which other conditions are the same. The amount is decreasing.
  • FIG. 19 is a diagram showing the average buckling wavelength with respect to the Young's modulus ratio (E c / E f ) in the impact-absorbing parts according to Example 103 and Comparative Examples 101 and 102.
  • the vertical axis is the average buckling wavelength
  • the horizontal axis is the common logarithm of the Young's modulus ratio (E c / E f ).
  • Example 103 can make an average buckling wavelength small with respect to the comparative example 102, without reducing the intensity
  • the Young's modulus ratio (E c / E f ) of the surface layer and the core layer is 1 ⁇ 10 ⁇ 3 to 1 ⁇ 10 ⁇ .
  • the average buckling wavelength can be made smaller.
  • the Young's modulus ratio (E c / E f ) of the surface layer and the core layer exceeds 1 ⁇ 10 ⁇ 1 , it is not preferable because the amount of decrease in the average buckling wavelength is small.
  • the Young's modulus ratio (E c / E f ) of the surface layer and the core layer is less than 1 ⁇ 10 ⁇ 3 , the average load W at the time of buckling deformation decreases due to the decrease of the Young's modulus E c of the core layer, It is not preferable because impact energy absorption efficiency decreases.
  • FIG. 20 is a diagram showing the average buckling wavelength with respect to the shape of the shock absorbing component.
  • the vertical axis is the average buckling wavelength
  • the horizontal axis is the common logarithm of the Young's modulus ratio (E c / E f ).
  • a surface layer made of a metal plate Young's modulus than the core layer is greater on both sides of the core layer bonded laminate, a surface layer of thickness t f and the core by constructing a laminated metal sheet in which the thickness t c of the layer at 2.0 to 7.0, it is possible to reduce the seat ⁇ length, improving the impact energy absorption efficiency.
  • the buckling wavelength can be reduced without complexly processing the shape of the shock absorbing component, so the shape of the shock absorbing component can be further simplified. Moreover, in the shock absorbing component according to the present embodiment, it is not necessary to further reduce the Young's modulus ratio between the surface layer of the laminated metal plate and the core layer in order to make the buckling wavelength smaller. The impact energy absorption efficiency can be improved without lowering it.
  • the impact absorbing component according to the present embodiment is lighter than a conventional impact absorbing component because it is composed of a laminated metal sheet having a smaller Young's modulus and a relatively low density of the core layer. Can be Therefore, the impact absorbing component according to the present embodiment can be further reduced in weight.
  • the present invention can be suitably applied not only to ordinary passenger vehicles but also to general automobiles ranging from mini-vehicles to large vehicles such as trucks and buses, and as shock absorbing parts of transportation vehicles such as trains.

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Abstract

 衝撃荷重の負荷方向に関係なく、安定した蛇腹状の圧潰変形が可能であり、かつ座屈波長が小さく、座屈荷重が大きい衝撃吸収部品を提供する。 積層金属板(9)(衝撃吸収部品)は、コア層(10)の両面にコア層(10)よりヤング率及び密度が大きい金属板からなる表層(5A, 5B)を積層した積層金属板(9)を、少なくとも2つの稜線(3)を有する形状に成形加工した部材を、部品断面の最長周長の50%以上含んで構成され、表層(5A, 5B)の板厚(tf)とコア層の板厚(tc)との板厚比(tc/ tf)が10.0以下である。

Description

衝撃吸収部品
 本発明は、自動車等の輸送機関に使用される衝撃吸収部品に関する。
 輸送機関の安全基準は年々高くなっており、衝突時に、輸送機関の機能を損傷しても、キャビンの乗員を守ることが最重要となっている。このため、キャビン周囲のフレームには、衝突時のエネルギーを吸収して、キャビン内に伝わる衝撃を緩和する目的で、高強度鋼板の適用が進み、衝突安全性の向上が図られている。
 さらに、近年、衝突安全性のみならず、衝突後のリペア性を考慮して、クラッシュボックスのような交換可能な衝撃吸収部品で衝撃を吸収させる車種が増大している。当該衝撃吸収部品は、キャビンの前面及び後面に、衝撃吸収部品の衝撃吸収方向が自動車の長手方向となるよう装着され、衝突時に衝撃吸収部品が衝撃吸収方向に圧潰変形することにより、衝撃エネルギーを吸収する。このため、当該衝撃吸収部品には以下の特性が要求される。
[1]高い衝撃エネルギー吸収能を有する。
[2]自動車の衝突は必ずしも衝撃吸収部品の衝撃吸収方向と平行ではないため、衝撃吸収方向と交差する方向(例えば、衝撃吸収方向との交差角度が10度の斜め方向)から衝撃荷重が負荷される場合においても、衝突エネルギーを吸収できる。
[3]燃費効率を確保するため、軽量である。
 衝撃吸収部品の形状は、自動車技術会論文集、no.7 (1974)、p.60)に記載されているように、ハット形の断面形状の部品に設けられたフランジを介して裏板を溶接した閉断面の箱型形状(図1E参照)などの中空形状が一般的である。
 衝撃吸収部品が衝撃エネルギーを吸収するときの変形挙動を図1A~図1Hにより説明する。ここで、図1A~図1Dは、変形前から最初の座屈変形完了までの斜視図である。本明細書で言う衝撃吸収方向とは、衝撃吸収部品1の稜線方向が上下方向になるよう設置したときに、設置面4に対して垂直な方向である(図1Aの矢印P2)。さらに、図1E~図1Gは、各変形時の衝撃吸収方向(矢印P2)に対して垂直の水平断面の形状を示す。なお、図1Bの点線は、衝撃が加わった直後の側面2の中央部の変形挙動を示し、図1F及び図1Gの点線は、変形前の水平断面である。
 衝撃吸収方向(矢印P2)に衝撃荷重P1が加わると、まず、剛性の小さい側面2の中央部で面外方向(面に対し、垂直に貫く方向)に膨らむ(もしくはへこむ)弾性変形が周期的(周期H)に生じる(図1Bの点線及び図1Fの実線)。一方、剛性の大きい稜線3は、高さ方向に圧縮変形する。ここで、側面で生じる弾性変形は、チモシェンコ著、座屈理論、コロナ社、1971、p221-225(以下、単に「チモシェンコ」という。)に示すように周辺を単純支持された板の弾性座屈と等価であり、変分原理から、座屈波長Hは板幅(側面2の幅(稜線間の間隔))と等しくなる。
 さらに、衝撃吸収方向(矢印P2)に変形が進行すると、側面2の弾性変形は中央部から稜線3の方向に広がり、かつ面外方向の変形も大きくなる。一方、稜線3でも、圧縮ひずみ量が増大する。そして、側面2の面外変形が稜線3に到達した時点で、弾性変形量が最も多い箇所に応力集中し、稜線3の折れが発生する。そして側面2及び稜線3の双方で、局所的な塑性座屈(しわ状の変形)を開始する(図1Cの点線部及び図1G)。さらに変形が進行すると、稜線3、側面2が完全に折れて接触し、最初の周期の座屈変形が完了する(図1D)。このときの圧潰変位は、周期Hと一致する。そして、別の断面で同様な座屈変形が開始する。以上のような座屈変形を繰り返すことで、衝撃吸収部品1は、図1Hのような蛇腹状(アコーディオン状)に圧潰変形し、衝撃エネルギーを吸収することが知られている(上記自動車技術会論文集)。
 なお、以降、本明細書では、Hを圧潰変形時の座屈波長、衝撃吸収方向に変形して図6に示すように蛇腹状に変形する圧潰を軸圧潰、衝撃吸収方向に垂直に切断した断面を部品断面と定義する。
 次に、このときの衝撃吸収方向の変位と荷重との関係を、図2により説明する。衝撃荷重が加わり稜線3の折れが発生する(図1Bから図1C間の変形に対応)までは荷重は上昇し(図2、O→A)、最初の座屈変形時に最大荷重Pmに到達する。その後、稜線3の塑性座屈が開始すると、塑性座屈の進行(図1Cから図1D間の変形に対応)とともに稜線3で吸収できるエネルギー量が減少するため、荷重が低下する(図2、A→B)。側面2が完全に折れて接触して最初の座屈変形を完了すると、第2周期の変形が同様に開始し、荷重は稜線3が折れるまでは上昇(図2、B→C)、局所的な塑性座屈が開始して完了するまでは下降(図2、C→D)する。以後、この変位-荷重挙動を繰り返す。この結果、周期Hの蛇腹状(アコーディオン状)変形に伴い、加わる荷重も図2のように周期Hで上昇、下降を繰り返す。ここで、図2のC点、E点は、各々2回目の座屈変形時の最大荷重Pm、3回目の座屈変形時の最大荷重Pmである。また、Pmよりも2回目以降の最大荷重が小さいのは、最初の座屈により軸ブレが発生し、2周期以降に稜線3に加わる荷重が偏荷重になるからである。
 衝撃吸収部品は上記のような図1A~図1H、図2の変位-荷重曲線プロファイル、圧潰変形を示すので、上記[1]を満足するためには、以下の対策を講じなければならない。
 衝突時の吸収エネルギーは、変位-荷重曲線下部面積、即ち、(W:平均荷重)×(変位)に等しい。従って、Wを大きくすることが重要であり、Pm(i=1,2,3・・・,n)、並びに座屈変形回数nを大きくする程、Wが増大する。このためには、構成する板材の引張強度もしくは曲げモーメントを増加してPmを増加する、かつ、座屈波長を小さくして座屈変形回数nを増加することが有効である。
 また、斜め方向から衝撃荷重を負荷された場合、衝撃吸収部品に加わる荷重は偏荷重になる。従って、偏荷重に対しても、変位-荷重曲線下部面積を大きくできるように部品形状、材料強度を設計する必要がある。
 一方、近年CO削減や、燃費向上の観点から、車体の軽量化が強く求められている。また、電気自動車等の次世代自動車では、大幅なCO削減が期待できるものの、電池を搭載することで車体総質量が増加するため、十分な航続距離を得ることができず、次世代自動車が普及する上で大きな障壁となっていた。このような観点からも、自動車を構成する材料及び部品の大幅な軽量化が強く求められていた。
 上記[3]の軽量化を図るためには、部品自体の軽量化のみならず、部品体積を小さくして周辺部材の容量増加を防止することも重要である。このためには、軽量部材で部品を構成すると同時に、構成材料の省略化や体積当たりの衝撃吸収エネルギーを向上できるような材料、形状を設計する必要がある。
 従来、上記[1]~[3]の特性を満足するため、以下の技術などが知られている。材料及び部品形状の双方の面から、対策がなされてきた。
 例えば、特許第2783100号公報では、残留オーステナイトの形態が衝撃吸収能に影響を与えることが開示されている。そして、良好な衝突性能を示す残留オーステナイト鋼の形態を得ることができる化学成分及び製造プロセスを規定することによって、残留オーステナイトを有する鋼板の衝突性能を向上させる発明が、開示されている。これは、鋼板の引張強度を向上させてPmを増大させることを目的としている。しかしながら、座屈波長Hを小さくする効果がないため、座屈変形回数は増加しない。この結果、Pmが増大しても、吸収エネルギーの大幅な増加は困難である。特に、衝撃吸収部品の衝撃吸収方向を小さくすると、十分に衝撃を吸収することが困難なため、部品をコンパクトにして軽量化するのが困難である。
 また、特開平7-224874号公報では、繊維強化樹脂からなる衝撃吸収部品が開示されている。脆性を有する樹脂材料を使用することにより逐次的な破壊が生じ、衝撃エネルギー吸収効率を増大させることができる。かつ、高強度の繊維で補強することにより、座屈強度を高めることを目的にしている。当該発明では、脆性材料を使用しているため、鋼材のような塑性材料の変形とは異なり、座屈変形部全体で衝撃エネルギーを吸収でき、衝撃エネルギー吸収効率が高い。さらに、補強繊維によりPmも大きくなる。かつ、軽量材料で構成しているため、容易に軽量化もできる。しかしながら、製造性が低く、高コストであることが課題である。さらに、脆性破壊するので、破片が周囲に飛び散り、これが周囲の人、物体に害を及ほす可能性も考えられる。
 自動車技術、vol.47、no.4(1993)、p.57には、クラッシュビードと称するノッチを側面に加工した衝撃吸収部品が開示されている。これは、衝突時の座屈変形の起点となるノッチを小間隔で側面に加工することにより、座屈波長を小さくし、座屈変形回数を増加することを目的とした技術である。しかしながら、ノッチをいれることにより、材料本来のPmが発現できない可能性が高く、Wを効率的に大きくできない。さらに衝撃吸収方向と交差する方向から衝撃荷重に対して、ノッチが座屈開始起点として機能しない場合があり、座屈波長を小さくできない。
 さらに、特開2006-207724号公報では、内部に向けて凹んだ溝部を持つ多角形閉断面で構成し、かつ、断面の一部に曲げモーメントに差を設けた衝撃吸収部品が開示されている。多角形断面にすることにより稜線の間隔を小さくでき、座屈波長を小さくできる。さらに、内外反対方向に向けて凹んだ溝部を形成することにより、稜線の軸ブレを抑制して偏荷重を防止できる。この結果、安定して圧潰変形する。そして、曲げモーメントに差異を設けることにより、斜め方向からの衝突に対しても圧潰変形を軸方向に矯正でき、十分な衝撃エネルギー吸収が可能となる。しかしながら、座屈波長は稜線の間隔で決まるため、十分に座屈波長を小さくしてWを大きくするためには、稜線間隔を相当小さくしなければならず、形状の自由度に制約がある。また、この衝撃吸収部品は、形状が複雑であるため形状制約がある上、単一の鋼材で構成されているため、車体の大幅な軽量化は困難であった。
 また、特開2012-81826には、多数の開口を有する金属製のコア材を2枚の金属製のスキン材で挟んで接合されたサンドイッチパネルが開示されている。しかしながら、サンドイッチパネルの周縁は、多数の開口が形成されない中実部となっており、開口形成部よりも剛性が高くなっているため、座屈波長が大きくなり、衝撃エネルギー吸収量が少なくなる。また、1つのパネルにおける剛性変化が大きいため、安定して圧潰変形させることが難しい。
 以上のように、材料及び衝撃吸収部品の構造による対策がなされているものの、特性を十分に満足できる衝撃吸収部品の開発には至っていない。
 本発明は、
(a)安定した蛇腹状の圧潰変形が可能。
(b)座屈変形時の最大荷重Pmが大きい。
(c)座屈波長Hが小さい。
(d)衝撃荷重の負荷方向に関係なく、(a)~(c)を発現できる。
(e)形状制約が比較的少なく、(a)~(d)を発現できる。
(f)単純な部品形状で衝撃エネルギー吸収効率を向上させ、大幅な軽量化が可能である。
の特性を発現できる衝撃吸収部品を提供することを目的とする。
 本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、以下の項目を見出した。すなわち、金属板からなる一対の表層の間にコア層を接合積層してなり断面が一様な積層金属板を、少なくとも2つの稜線を有する形状に成形加工してなる衝撃吸収部品に適用する。これにより、部品の衝撃吸収方向の一方の端部に衝撃荷重を負荷された際に、平均荷重が高く、安定した蛇腹状の圧潰変形が可能であることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
 本発明は、以下を要旨とするものである。
(1) 部品の衝撃吸収方向の一方の端部に衝撃荷重を負荷された際に、衝撃エネルギーを吸収する衝撃吸収部品であって、コア層の両面に前記コア層よりヤング率及び密度が大きい金属板からなる表層を接合積層してなり断面が一様な積層金属板を、少なくとも2つの稜線を有する形状に成形加工してなる部材を、部品断面の最長周長の50%以上含んで構成され、前記表層の板厚(t)と前記コア層の板厚(t)との板厚比(t/t)が10.0以下である衝撃吸収部品。
(2) 前記衝撃吸収部品の部品断面の形状がすべて開断面形状である(1)に記載の衝撃吸収部品。
(3) 前記衝撃吸収部品の部品断面の形状が一部開断面形状である(1)に記載の衝撃吸収部品。
(4) 前記衝撃吸収部品の部品断面の形状がすべて閉断面形状である(1)に記載の衝撃吸収部品。
(5) 前記積層金属板は、前記表層のヤング率(E)と前記コア層のヤング率(E)とのヤング率比(E/E)が1/10~1/100000である(1)~(4)のいずれかに記載の衝撃吸収部品。
(6) 前記ヤング率比(E/E)が1/10~1/1000である(1)~(5)のいずれかに記載の衝撃吸収部品。
(7) 前記稜線の間隔が少なくとも10mmである(1)~(6)のいずれかに記載の衝撃吸収部品。
(8) 前記表層と前記コア層とのせん断接着強度が25MPa以上である(1)~(7)のいずれかに記載の衝撃吸収部品。
(9) 前記表層とコア層の接合積層が、ろう材もしくは導電性接着剤での接着である(1)~(8)のいずれかに記載の衝撃吸収部品。
(10) 部品の衝撃吸収方向の一方の端部に衝撃荷重を負荷された際に、衝撃エネルギーを吸収する衝撃吸収部品であって、コア層の両面に前記コア層よりヤング率が大きい金属板からなる表層が積層されており、前記表層の板厚(t)と前記コア層の板厚(t)との板厚比(t/t)が2.0~7.0である断面が一様な積層金属板を成形加工してなる部材で構成された衝撃吸収部品。
(11) 前記板厚比(t/t)が3.5~5.0である(10)に記載の衝撃吸収部品。
(12) 前記ヤング率比(E/E)が1/10~1/1000である(10)又(11)に記載の衝撃吸収部品。
(13) 前記積層金属板は、少なくとも4つの稜線を有する形状に成形加工されており、前記稜線の間隔は、それぞれ50~80mmである(10)~(12)のいずれかに記載の衝撃吸収部品。
(14) 前記積層金属板は、前記表層及び前記コア層の間に接合層をさらに備え、前記接合層のせん断弾性率が30~500MPaである(10)~(13)のいずれかに記載の衝撃吸収部品。
 本発明によれば、前記(a)~(e)を満足する衝撃吸収部品を提供することができる。この結果、本発明の衝撃吸収部品を使用すれば、正面のみならず斜め方向からの衝突に対してもキャビンの乗員を保護できる。かつ、接合部材を損傷することなく衝撃エネルギーを吸収するので、メンテナンスも容易で、かつ効率的である。さらに本発明の衝撃吸収部品は、比較的少ない形状制約で上記の衝突に対して衝撃エネルギーを十分に吸収できるので、コンパクトに収納でき、周囲の部材の重量増を招かない。かつ、軽量材から構成されるので部品自体も軽量化できる。この結果、燃費向上にも有効である。
図1から図17は、第1実施形態に係る。図1Aは、衝撃吸収方向に荷重を負荷した場合の代表的な変形挙動を示す斜視図。 衝撃吸収方向に荷重を負荷した場合の代表的な変形挙動を示す斜視図。 衝撃吸収方向に荷重を負荷した場合の代表的な変形挙動を示す斜視図。 衝撃吸収方向に荷重を負荷した場合の代表的な変形挙動を示す斜視図。 衝撃吸収方向に荷重を負荷した場合の代表的な変形挙動を示す断面図。 衝撃吸収方向に荷重を負荷した場合の代表的な変形挙動を示す断面図。 衝撃吸収方向に荷重を負荷した場合の代表的な変形挙動を示す断面図。 衝撃吸収方向に荷重を負荷した場合の代表的な変形挙動を示す写真。 衝撃吸収方向に荷重を負荷した場合の代表的な荷重-変位曲線図。 積層金属板の構成を示す断面図。 積層金属板の座屈変形時の表層及びコア層の変形挙動を示す模式図。 積層金属板の座屈変形時の表層及びコア層の変形挙動を示す模式図。 積層金属板の座屈変形時の表層及びコア層の変形挙動を示す模式図。 積層金属板の座屈変形時の表層及びコア層の変形挙動を示す模式図。 積層金属板の座屈変形時の表層及びコア層の変形挙動を示す模式図。 稜線を1つのみ形成した部材に衝撃吸収方向に荷重を負荷した場合の変形挙動を示す斜視図。 衝撃吸収方向に荷重を負荷した場合の代表的軸ブレを示す写真。 実施例で用いた一部開断面形状の衝撃吸収部品を示す斜視図。 実施例で用いた一部開断面形状の衝撃吸収部品を示す、図7AのAで切断した断面図。 実施例で用いた一部開断面形状の衝撃吸収部品を示す、図7AのBで切断した断面図。 “V字型”変形を示す写真。 積層金属板の厚み構成が変化した場合の座屈変形を示す模式図。 積層金属板の厚み構成が変化した場合の座屈変形を示す模式図。 本発明の衝撃吸収部品の応用例を示す斜視図。 実施例で用いた開断面形状の衝撃吸収部品を示す断面図。 実施例で用いた開断面形状の衝撃吸収部品を示す斜視図。 実施例で用いた閉断面形状の衝撃吸収部品を示す断面図。 実施例で用いた閉断面形状の衝撃吸収部品を示す斜視図。 実施例に用いた複数の稜線を有する多角形の部品断面形状を有する部材を示す説明図。 実施例で用いた一部開断面形状の衝撃吸収部品を示す斜視図。 比較例で用いた円筒形状の衝撃吸収部品を示す断面図。 比較例で用いた円筒形状の衝撃吸収部品を示す、図15AのCで切断した断面図。 比較例に用いた稜線を1つのみ形成した部材を示す斜視図。 比較例に用いた稜線を1つのみ形成した部材を示す、図16AのDで切断した断面図。 コア層に金網を有する積層金属板を示す断面図。 図18Aから図20は、第2実施形態に係る。図18Aは、衝撃吸収部品の形状の一例を示す斜視図。 衝撃吸収部品の形状の他の例を示す斜視図。 実施例103、比較例101及び102において、E/Eに対する平均座屈波長を示す線図。 衝撃吸収部品の形状に対する平均座屈波長を示す線図。
 以下、本発明の実施の形態を、図を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
[第1実施形態]
 本実施形態は、部品の衝撃吸収方向の一方の端部に衝撃荷重を負荷された際に、衝撃エネルギーを吸収する衝撃吸収部品である。この衝撃吸収部品は、適正なヤング率と密度のコア層の両面に金属板を接合積層してなり断面が一様な積層金属板を、少なくとも2つの稜線を有する形状に成形加工してなる部材を含んで構成される。なお、本明細書において、稜線とは、衝撃吸収部品の衝撃吸収方向に対して垂直な断面の形状が直線部分を有する場合の、直線部分同士で形成される角部(角度は0°超180°未満)を、衝撃吸収方向に連続して結んだ線である(図1の稜線3参照)。
 図3に示すように、本実施形態の衝撃吸収部品を構成する積層金属板9は、コア層10の両面にそれぞれ金属板(表層5A、5B)が積層された構造、即ち、表層5A上にコア層10が積層され、さらにその上に表層5Bが積層された構造を有している。本実施形態は、コア層10が、表層5A、5Bのヤング率(E)未満のヤング率(E)と密度を有する板状層である。積層金属板9の断面全体に一様なコア層10が存在することが好ましい。コア層10のヤング率(E)は、JIS Z2241(金属材料)及びJIS-K7113に準拠した引張試験により評価することができる。コア層10が複数の物質が組み合わされた構造体の場合、ヤング率(E)は、その構造体に対する同軸方向の歪と応力の比例定数(縦弾性係数)となる。
 ここで、断面が一様とは、積層金属板の断面全体に一様な表層とコア層が存在することをいう。一様には、金網のように周期的(規則的)に構成されたものも含む。周期は一定に限られず、若干変化していてもよい。断面全体において、周期的な部分と非周期的な部分が組み合わされたようなものは、一様には含まれない。
 本実施形態の衝撃吸収部品は、少なくとも2つの稜線を有する形状に加工した積層金属板9の軸圧潰変形(図1H)を利用することにより、効率的に衝撃エネルギーを吸収できる。従って、衝撃エネルギーを吸収する際に、当該衝撃吸収部品の変形モードの50%以上が軸圧潰モードで変形する範囲の方向から衝撃荷重が加わることを想定している。当該条件を満足するような衝撃荷重の入力方向は、衝撃荷重の大きさ、速度によって異なるが、衝撃吸収方向に対する交差角が0°以上、60°未満が目安になる。60°以上の場合、衝撃荷重による当該部品の変形モードは、軸圧潰ではなく横荷重(衝撃吸収方向と直角の荷重)による曲げ圧潰変形モードが主になる場合が多い。好ましくは、衝突荷重の入力方向が、45°以下、より好ましくは30°以下になるように設置することである。それにより、軸圧潰変形モードの占める割合がより大きくなり、一層効率的に衝撃エネルギーを吸収できる。また、上記の輸送機関の衝撃吸収部品への適用も想定しているので、衝撃荷重の加わる速度は、1m/h以上500km/h以下を想定している。
 ここで、積層金属板9のコア層10とは、表層5A、5Bを構成する金属板より低いヤング率と密度を有する板状層である。板状層は、ヤング率と密度が表層5A、5Bよりも低ければよく、後述するように材質及び構造を特に規定するものではない。従って、稜線3が1つの場合は“L字型形状”、2つ以上の稜線を有するとは、1箇所以上を“U字型もしくはS字形状”に加工した形状である。なお、図1Eのハット型形状の稜線3は4つである。
 次に、本実施形態の衝撃吸収部品が、効率的にエネルギー吸収できる理由を詳細に説明する。
 本実施形態の衝撃吸収部品は、密度の低いコア層10と金属板5の接合積層体で構成しているため、単一金属板に比較して密度が小さい。この結果、コア層10の厚さを増大しても、積層金属板9の質量の増加を極力抑制することが可能である。従って、質量等価の単一金属板と比較して、高い曲げ剛性を発現できる。チモシェンコに開示されているように、座屈変形時の最大荷重Pmは、構成する板の曲げ剛性の関数((1)式参照)になり、曲げ剛性が大きいほどPmは増大する。よって、積層金属板9の剛性増加効果により、Pmを増大できる。
 Pm=kπD/b    ・・・(1)
なお、kは比例定数、Dは曲げ剛性、bは衝撃吸収部品側面の幅である。
 一方、座屈変形の小波長化は、以下のメカニズムにより、達成される。
 本実施形態の衝撃吸収部品を構成する積層金属板9は、低ヤング率のコア層10が両面の金属板5を接合拘束しているから、弾性バネ20でお互いを拘束した2枚の表層材21としてモデル化できる(図4A)。表層材21の変形自由度には差異があるが、この2枚板の軸圧潰変形モードは、弾性床上の板の圧潰変形モード(図4B)と等価である。弾性床22が弾性バネ20に相当する。弾性バネ20で拘束した2枚の表層材21(図4A)では、2枚板(表層材21)両方が非固定、弾性床22上の表層材21(図4B)では、1枚の板(表層材21)のみが非固定である。しかしながら、どちらも軸圧潰エネルギーを、弾性バネ20の伸び変形と表層材21の変形とで吸収する。かつ、変分原理から、変形エネルギー総和が最小になる変形になる。ここで、表層金属板はチモシェンコに記載されているように、稜線間の間隔と等しい波長H1(図4C)で変形したとき、エネルギーeが最小となる。一方、弾性床の変形は、伸びを極力小さくした方がエネルギーを小さくできる。この結果、図4Dに示すように稜線間の間隔よりも小さい波長Hで変形したときに、エネルギーeが最小になる。従って、弾性床22上の板の座屈波長は、e,eの大きさのバランスで決まり、Hより小さく、かつHよりも大きい値になる(図4C、図4D)。
 本実施形態を構成する積層金属板9も同様の原理により、小波長化することを説明できる。すなわち、表層5A、5Bは、大きい波長で座屈した場合に変形エネルギーが小さくなる。コア層10は、小さな波長で座屈した場合に変形エネルギーが小さくなる。積層金属板9は、表層5A、5Bとコア層10との変形エネルギーの大小関係でバランスし、かつ、双方の変形エネルギーの和が最小になるような波長で座屈変形する。小さな波長となり易いコア層10の変形寄与があるため、単一材料で構成された衝撃吸収部品と比較して、本実施形態の衝撃吸収部品は小さい波長で圧潰変形することが可能になる。
 一方、積層金属板9のコア層10のヤング率を表層5A、5B以上にした場合の変形は、剛体によって拘束した2枚の金属板としてモデル化できる。この場合、コア層は(図4C、図4D)のような伸び変形をしないで、剛体23として2枚の表層材21の距離を一定に保つ。変形エネルギーは、平面保持(変形前に材軸に直交していた断面は、変形後も材軸に直交した断面になる)した変形(図4E)をするときに最小になる。この結果、座屈波長を小さくすることができない。従って、本実施形態を構成する積層金属板9のコア層10のヤング率は表層5A、5Bのヤング率未満でなければならない。
 さらに、本実施形態の積層金属板9は、少なくとも2つの稜線3を有する形状に加工されていなければならない。稜線3を構成することによりコ-ナーができる。コーナー部は側面2よりも剛性が大きいので、座屈変形時の最大荷重Pmを一層大きくできる。さらに、稜線3は2つ以上でなければならない。稜線3が1つの場合、稜線3を挟む側面の一方の周端面が自由端面になる。この結果、圧潰荷重が加わると図5のように側面のなす角を拡大するような変形モードを生じる。これにより、境界条件が変化して、ねじれ変形が生じて座屈変形が安定せず、上記の積層金属板のメリットを十分発現できない。
 以上の理由により、本実施形態の衝撃吸収部品は、高い座屈変形時の最大荷重Pmを維持し、かつ、小波長で座屈変形できるため、座屈回数を大きくして高い平均荷重Wが実現できる。この結果、衝撃エネルギー吸収量を大きくすることができる。さらに、変形中に境界条件が変化することなく、安定して座屈できる。この結果、効率的に衝撃エネルギーを吸収できる。
 また、小波長で座屈変形する他の効果として、単一金属板における座屈変形時の軸ブレ(図6)のような現象の発生を抑制できる。この結果、座屈を安定させ、再現性よく衝撃エネルギーを吸収できる。同時に衝撃吸収方向に対して斜めに交差する方向からの荷重(これらは偏荷重として衝撃吸収部品に加わる)に対しても、安定してエネルギー吸収をすることができる。
 本実施形態の衝撃吸収部品は、ヤング率及び密度が上記条件を満たす適正な積層金属板9を少なくとも2つの稜線3を有する形状に加工してなる部材を含んで構成していればよく、特に稜線3の形態を限定するものではない。従って、稜線3は2つ以上であればよく、衝撃吸収方向に平行でも、衝撃荷重負荷方向に対して末広がりに配置されていても、あるいはこの逆でもよい。好ましい稜線3の数は25本以下である。25本超になると、賦形が困難になる。
 また、本実施形態の衝撃吸収部品の形状も、上記の条件を満足していれば良く、特に規定するものではない。上記特開2006-207724号公報に記載されているようなクラッシュビードを側面に付与する衝撃吸収部品を特定の形態に加工するなどの形状でもよいが、本実施形態の必要条件ではない。よって、従来技術に比較して形状制約が少なく、目的に応じて形態を選択できる。例えば、簡単なプロセスで衝撃吸収部品を成形加工するのであれば、単純なU字型やS字型、ハット型のような四角型などを選択できる。また、斜め方向からの荷重に対するエネルギー吸収を、形態からも、より安定化する目的で、衝撃荷重方向に対して垂直な断面形状を、多数の稜線を有する多角(四角超)形にし、より等方的な形態にすることもできる。より好ましくは、賦形性と斜め荷重に対するエネルギー吸収能の安定性とのバランスから、六~八角形断面である。さらに、衝撃荷重負荷方向に対して末広がりに配置された2本の稜線を少なくとも有する形状にし、端面の断面形状が異なる形態にすることも可能である。当該形状は、衝撃荷重を初期に受ける側の断面を小さくすることにより、Pm(元来、Pm>Pm(j>1))を小さくし、衝撃荷重が他の部材に伝播するのをより確実に抑制するのに有効である。あるいは、逆に衝撃荷重負荷方向に対して尻つぼみに配置された2本の稜線を少なくとも有する形状にすることも可能である。この場合、衝撃荷重を初期に受ける側の断面を大きくできるので、Pmを大きくできる。この結果、部品の初期衝撃耐力が必要な用途(部品を壊れにくくするような用途)に好適に応用できる。
 さらに、本実施形態の衝撃吸収部品の高さhも特に規定するものではない。ここで衝撃吸収部品の高さhとは、衝撃吸収部品の衝撃吸収方向軸に射影した高さであり、多くの場合、実質的な衝撃吸収部品高さを意味する。座屈1波長当たりの衝撃エネルギー吸収能は部品断面及び構成する材料で決まるので、好ましい部品高さはこれらに応じて決定することができる。例えば、座屈1波長当たりの衝撃エネルギー吸収能は、構成する積層板の塑性曲げモーメントMp、部品断面の最長周長Lとの積の関数になる。従って、目標とするエネルギー吸収量Uとすると、部品高さh≦(U/M)Lのとき、当該衝撃吸収部品のみでは衝撃エネルギーを吸収しきれない場合がある。よって、h>(U/M)Lであるがことが好ましく、より好ましくはh>2×(U/M)Lである。一方、h≦(100×U/M)Lであることが好ましい。h>(100×U/M)Lの場合、衝撃エネルギーに関与しないで健全な部位が多数残留し、質量当たりの衝撃吸収能を低下する場合がある。
 さらに、本実施形態の衝撃吸収部品の部品断面の形態は、開断面(図11A、図11B参照)、閉断面(図12A、図12B参照)、あるいは断面の一部に開口部を設けた閉断面(図14参照)でもよい。また、側面にビードを施した形態、側面に空孔を設けた一部が開断面となる形態(図7A~図7C)、衝突開始箇所に一部切り欠きを入れた形態などでもよい。
 軽量性を重視する場合は、稜線を2つ確保した上で少なくとも1つの側面(後述する実施例では背板を形成する側面)を省略し、部品断面を開断面にすることが好ましい。本実施形態の衝撃吸収部品は、適正な積層金属板9を2つ以上の稜線を有する形状に成形した部材で構成されるため、小波長で安定して座屈する。この結果、後述する実施例に示すように開断面にして背板を省略しても、衝撃吸収部品が“V字型”に変形することなく蛇腹状に変形する。一方、単一金属板を2つ以上の稜線を有する形状に成形した場合、当該衝撃吸収部品は稜線間の間隔と等しい波長Hで座屈する。この結果、開断面にした場合、後述する比較例に示すように自由端部では大きく内側に入り込むような変形が生じ、“V字型”に変形し、安定して蛇腹状のしわを形成できない(図8)。この結果、単一金属板で構成される場合、開断面では効率的に衝撃エネルギーを吸収することが困難である。従って、開断面でも安定して衝撃エネルギーを吸収できることは、本実施形態の特色の1つである。なお、部品断面を開断面にする他の効果として、溶接の省略、部品と車体との締結自由度アップ(開断面であるため、L字板を通じてのボルト止めなども可能)などもある。
 さらに、衝撃吸収部品の軽量性とねじり剛性を重視する場合には、部品断面の一部に開口部を設けた閉断面、側面に空孔を設けた一部開断面にすることが望ましい。閉断面部を設けることによりねじり剛性が増大する。本実施形態の衝撃吸収部品は、元来、開断面にしても安定して蛇腹状に変形してエネルギー吸収できるポテンシャルがあるので、開孔した側面には“V字型変形”を抑制するほどの強度を持たせる必要はない。この結果、単一金属板からなる衝撃吸収部品に比較して、設計の自由度が大きい。
 また、衝撃吸収部品のねじり剛性や曲げ剛性を一層重視する場合は、部品断面をすべて閉断面にすることが好ましい。
 さらに、本実施形態の衝撃吸収部品は、適正な積層金属板9を2つ以上の稜線を有する形状に加工してなる部材が、最長周長を有する部品断面の周長の50%以上を構成していればよく、構成する材料をすべて積層金属板9にする必要はない。目的により、一部を単一金属板に置換することも可能である。例えば、図1Eのハット形状型の衝撃吸収部品の場合、裏板13を単一金属板に置換することも可能である。積層金属板9同士の溶接の場合、溶接時の入熱によりコア層と表層金属板間の接合が解除される場合がある。この結果、金属板、コア層間を再接合できるような溶接条件を設定しなければならず、溶接が困難な場合がある。裏板13を単一金属板にすれば、裏板13には当該条件は必要なく、溶接条件がより設定しやすくできる。但し、積層金属板9は当該衝撃吸収部品の部品断面の最長周長の50%未満であってはならない。積層金属板9と単一金属板を混合して構成すると、積層金属板9から単一金属板部に伝播した座屈しわは、合体統合して波長が大きくなる。単一金属板が50%超になった場合、合体した座屈波長での変形が座屈時の主要な変形となり、エネルギー吸収効率が低下する。合体した座屈波長での影響を小さくするために好ましいのは、積層金属板9の断面周長に占める比を70%さらに好ましくは、85%以上である。
 積層金属板9の表層5A、5Bとコア層10のヤング率比(E/E)は、1/10~1/100000であることが好ましく、ヤング率比(E/E)は、1/10~1/1000がさらに好ましい。以下に理由を説明する。
 E/Eが1/10超では、コア層10のヤング率(E)が大きすぎて、コア層10がせん断変形しにくいため、単一材料より若干小さな波長で座屈変形することが推定される。従って、上記ヤング率比の積層金属板9を成形加工してなる部材で構成された衝撃吸収部品では、衝撃エネルギー吸収効率が大幅に向上しない可能性がある。
 また、E/Eが1/100000未満では、コア層10のヤング率Eが非常に小さいので、コア層10は変形しやすくなる。このときのコア層10の変形エネルギーは、Eが非常に小さいため、変形量が大きくても、変形エネルギーは小さくなる。この結果、表層5A、5B及びコア層10の各変形エネルギーの総和に占めるコア層10の変形エネルギーはほぼ無視でき、表層5A、5Bの変形エネルギーを小さくする変形が生じやすい。つまり、E/Eが1/100000未満の場合、積層金属板9は、単一材料より若干小さな波長で座屈変形することが推定される。従って、上記ヤング率比の積層金属板9を成形加工してなる部材で構成された衝撃吸収部品では、衝撃エネルギー吸収効率が大幅に向上しない可能性がある。
 またさらに、E/Eが1/1000未満の場合、積層金属板9を成形加工してなる部材で構成された衝撃吸収部品1は、座屈波長が小さくできても、Eの低下により、座屈変形時の最大荷重Pmが小さくなる場合がある。この結果、平均荷重Wが低下することがある。
 以上より、積層金属板9の表層5A、5Bとコア層10とのヤング率比(E/E)が1/10~1/100000であることが好ましく、ヤング率比(E/E)は、1/10~1/1000がさらに好ましい。
 さらに、積層金属板9からなる部材の稜線3の間隔を10mm以上にすることが好ましい。コア層10のヤング率を上記の範囲にした場合、上記の理由により、座屈波長を特に小さくすることが可能であり、10mm以下になる場合が多い。従って、稜線3の間隔を10mm以上にしても、衝撃吸収部品1の座屈波長を10mm以下にできる。積層金属板9の表層5A、5Bとコア層10のヤング率比(E/E)が1/10~1/100000であれば、より実現しやすい。2つの稜線の間隔を大きくできれば、当該衝撃吸収部品を製造する際の加工が容易になる。一方、単一金属板で構成した場合、座屈波長は2つの稜線の間隔に等しくなる。従って、座屈波長を10mm未満にするためには、2つの稜線の間隔を10mm未満にしなければならない。適正な積層金属板9で構成することにより形状制約をより少なくできるのも、本実施形態の特色の1つである。
 また、本実施形態の衝撃吸収部品を構成する積層金属板9の表層5A、5Bの板厚(t)とコア層10の板厚(t)との板厚比(t/t)は、10.0以下であることが好ましい。また、積層金属板9を構成する表層5A、5B及びコア層10の比重により若干異なるが、積層金属板9の軽量性を考慮すると、t/tは、2.0以上であることが好ましく、3.5以上であることがさらに好ましい。
 板厚比(t/t)が10.0倍超である場合は、表層5A、5Bと比較してコア層10が非常に厚くなるため、積層金属板9の剛性と表層5A、5Bの剛性とに大きな乖離が生じる。この結果、座屈変形時の表層5A、5B同士でそれぞれ対称な変形が生じやすい。
 具体的には、板厚比(t/t)が10.0以下の場合は、積層金属板9の剛性と表層5A、5Bの剛性との差は比較的小さい。従って、積層金属板9は、一枚の単一材料と同様の曲げ変形となる。つまり、表層5Aは外側方向に曲げ変形するのに対し、表層5Bはコア層10方向に曲げ変形することによって、表層5A、5Bは、非対称な曲げ変形をする(図9A)。
 一方、板厚比(t/t)が10.0超の場合は、図9Bに示すように、表層5Aは外側方向に曲げ変形するのに対し、表層5Bも外側方向に曲げ変形する。この結果、積層金属板9は板厚方向に膨らむような(提灯開きする)変形が生じ、表層5A、5Bとコア層10との剥離部9aが生じる。従って、積層金属板9を成形加工して構成された衝撃吸収部品に、高さ方向の衝撃荷重を負荷した場合、安定した蛇腹状の圧潰変形を得ることができない可能性がある。
 板厚比(t/t)が2.0未満の場合は、積層金属板9の厚さに対して、表層5A、5Bの厚さが占める割合が50%以上となる。表層5A、5Bはコア層10と比較して比重が大きいため、積層金属板9の質量が大幅に増大する。この結果、該積層金属板9で構成された衝撃吸収部品の十分な軽量化を図れない可能性がある。
 以上より、本実施形態の衝撃吸収部品を構成する積層金属板9の表層5A、5Bとコア層10との板厚比(t/t)は、10.0以下であることが好ましく、7.0以下であることがより好ましく、5.0以下であることがさらに好ましい。
 本実施形態に係る表層5A、5Bは、特に限定はされないが、炭素鋼、アルミ、チタン、銅、マグネシウム及びこれらの合金などの金属板を使用できる。具体的には、鋼板であれば、例えば、ブリキ、薄錫めっき鋼板、電解クロム酸処理鋼板(ティンフリースチール)、ニッケルめっき鋼板等の缶用鋼板や、溶融亜鉛めっき鋼板、溶融亜鉛-鉄合金めっき鋼板、溶融亜鉛-アルミニウム-マグネシウム合金めっき鋼板、溶融アルミニウム-シリコン合金めっき鋼板、溶融鉛-錫合金めっき鋼板等の溶融めっき鋼板や、電気亜鉛めっき鋼板、電気亜鉛-ニッケルめっき鋼板、電気亜鉛-鉄合金めっき鋼板、電気亜鉛-クロム合金めっき鋼板等の電気めっき鋼板等の表面処理鋼板、冷延鋼板、熱延鋼板、ステンレス鋼板等を使用することができる。
 さらに、同一種類の金属板でヤング率が同程度の異なる性質である金属板からなる表層5A、5B間に、コア層10を積層することも可能である。具体的には、曲げ加工、絞り加工等が必要な用途では、強度が異なる鋼板間にコア層10を積層し、曲率半径が小さく加工の厳しい面に軟鋼を使用し、他方の面には強度確保のため、高張力鋼を使用すること等も可能である。なお、表層5A、5Bの2枚の金属板のヤング率が異なる場合、本明細書で規定するヤング率比(E/E)のEは、ヤング率の小さい表層の値を採用することとする。
 また、本実施形態に係る表層5A、5Bの表面に、密着力や耐食性向上のため、公知の表面処理を施すことも可能である。このような表面処理としては、例えば、クロメート処理(反応型、塗布型、電解)及びノンクロ処理、リン酸塩処理、有機樹脂処理等が挙げられるが、これらには限定されない。
 また好ましい表層5A、5Bの厚みは、0.2mm以上である。表層5A、5Bの厚みが0.2mm未満では、衝撃吸収部品を製造する際の曲げ加工時に、表層5A、5Bの破断が生じやすく、所望の断面形状が得られない場合がある。一方、表層5A、5Bの厚みが2.0mmを超えると軽量化効果が不十分になり易い。軽量化の観点からは、表層5A、5Bの厚みは2.0mm以下が好ましい。
 また、コア層10の上下に接合積層する表層5A、5Bの厚みが上下で異なってもよい。例えば、上記の曲げ加工時の表層5A、5Bの破断を防止するために、引張変形が生じる表層を厚くすることも可能である。但し、表層5A、5Bの厚みを変える場合は、厚くする表層の厚み(T)ともう一方の表層の厚み(T)との板厚比(T/T)は1~1.5であることが好ましい。なぜならば、厚くする表層の厚み(T)ともう一方の表層の厚み(T)との板厚比(T/T)が1.5超であった場合、積層金属板9の大幅な重量増を招くばかりでなく、当該積層金属板9を成形加工して構成された衝撃吸収部品は、安定した蛇腹状の圧潰変形を得られない可能性がある。
 なお、コア層10の上下に設置する表層5A、5Bの厚みが上下で異なる場合、厚さが大きい表層の厚み(T)を、上記の表層5A、5Bとコア層10との板厚比(t/t)の厚さ(t)とする。
 次に、本実施形態に係る積層金属板9のコア層10について説明する。コア層10は、表層5A、5Bのヤング率(E)未満のヤング率を有する板状層であれば、特には限定されず、公知な材料を適宜選択することができる。具体的には、コア層10の材質としては、Al合金、チタン、銅などの金属及びセラミックス、樹脂、繊維強化樹脂、紙などの非金属材料が挙げられる。
 さらに、コア層10として、上記材料及びFe合金、ステンレスなどに公知の構造を付与した材料、例えば、網状構造体、ハニカム構造体、エキスパンドなどの空孔を有する構造体、波型構造体、コルゲート構造体、ロール構造体、発泡体などが挙げられる。
 また、コア層10として、さらに上記材料を2つ以上組み合わせ複合化したコア層、例えば、ハニカム構造体の空孔に発泡樹脂を充填した複合材料や、樹脂シートと網状構造体を順次積層した複合材料などが挙げられる。なお、2つ以上組み合わせ複合化した材料をコア層10とする場合、複合体のヤング率がコア層10のヤング率(E)である。
 なお、コア層10として絶縁物である樹脂等を用いる場合、樹脂中にアルミニウム粉、アルミニウム合金粉、ニッケル粉、亜鉛粉、Fe系金属粉(Fe-Si合金、Fe-Cr合金、Fe-Co合金、Fe-Mnなど)や、電気抵抗率が1.0×10-7~1.9×10-4Ω・cmのホウ化物、炭化物、窒化物、ケイ化物等の非酸化物セラミックス粒子を含有することで、溶接性を確保する上で必要な導電性を確保することが可能である。
 次に、本実施形態における表層5A、5Bとコア層10との接合について説明する。接合材及び接合法については特に限定されず、公知の接合材及び接合法を用いることができる。例えば、接合材としては、詳しくは後述するが、接着剤、導電性接着剤、ろう材、接合法としては、接着接合、ろう付け、溶接等が挙げられる。
 積層金属板9は、金属板(表層5A、5B)の間に金網30を配置し、隙間に接合剤37を充填したものでもよい(図17参照)。換言すれば、金網30及び接合剤37によりコア層10を構成してもよい。接合剤37としては、ポリエステル樹脂や導電性接着剤等が挙げられる。この金網30は周期的に構成されているので、この積層金属板9は断面が一様なものと考えることができる。なお、この周期は一定に限られず、変化していてもよい。
 本実施形態の衝撃吸収部品を構成する積層金属板9の表層5A、5Bとコア層10とは、5MPa以上のせん断接着強度で接合されることが好ましく、25MPa以上とすることがさらにより好ましい。ここで、せん断接着強度とは、表層5A、5Bとコア層10が剥離する際の最大荷重を、接合されている面積で割った値である。
 本実施形態の衝撃吸収部品を構成する積層金属板9の表層5A、5Bとコア層10とのせん断接着強度が5MPa未満の場合、衝撃荷重を負荷した際に、コア層10の両面の表層5A、5Bに剥離が生じ、積層金属板9が一体となって変形できないおそれがある。この結果、当該衝撃吸収部品では安定した蛇腹状の圧潰変形を得られない可能性がある。
 また、当該衝撃吸収部品の圧潰変形時に、積層金属板9で生じるせん断力によるコア層10の両面と表層5A、5Bとの剥離を防止するために、せん断接着強度を25MPa以上とすることがより好ましい。なお、せん断接着強度は、JIS-K6850に準拠した引張せん断試験により評価することができる。
 本実施形態の衝撃吸収部品を構成する積層金属板9の表層5A、5Bとコア層10の接合積層は、例えば、接合層7A、7Bを介した接合であることが好ましい。接合層7A、7Bは、公知の接合材により形成され、例えば、接着剤、ろう材、導電性接着剤などで形成されてもよい。
 ろう材としては、例えば、鉛、錫、アンチモン、カドミウム、亜鉛等の合金からなる軟ろう(はんだ)、Ni-Cr系のろう材、銅ろう、金ろう、パラジウムろう、銀ろう、アルミろう等の硬ろう等が挙げられる。
 導電性接着剤としては、例えば、後述する接着剤に、アルミ粉、ニッケル粉や鉄粉等の金属粉を所定量添加したもの等が挙げられる。さらに、溶接が安定してできるように導電性接着剤の電気抵抗率は、1.0×10-3~1.0×10-4Ω・cmであることが好ましい。
 積層金属板9の表層5A、5Bとコア層10との接合積層が、ろう材もしくは導電性接着剤での接合であることにより、コア層10が導電材料である場合、積層金属板9の溶接性を確保することができ、溶接など手法での衝撃吸収部品が製造可能となる。
 また、積層金属板9の表層5A、5Bとコア層10との接合部としてのせん断強さは5MPa以上であることが好ましく、25MPa以上であることがより好ましい。接合部のせん断強さが5MPa未満の場合、せん断力により接合部で破壊(凝集剥離)が生じる。この結果、当該衝撃吸収部品では安定した蛇腹状の圧潰変形を得られない可能性がある。また、当該衝撃吸収部品の圧潰変形時に、積層金属板9で生じるせん断力による接合部の凝集剥離を防止するために、接合部のせん断強さを25MPa以上とすることが、より好ましい。
 表層5A、5Bとコア層10との接合を接着接合により行う場合には、接合材として接着剤を使用するが、加工後にも耐熱形状安定性を保持するため、接着剤の100℃~160℃での貯蔵弾性率G’が、0.05MPa以上100GPa以下であることが好ましい。0.05MPa未満では、積層金属板9を衝撃吸収部品に成形する場合に発生した表層/接着剤界面の残留応力により、積層金属板9の成形品を当該温度(100℃~160℃)に加熱すると、接合部がクリープ変形し、接合部が破壊したり、接合部を起点とした剥離を引き起こしたりする場合がある。接合部のクリープ変形をより確実に防止するためには、G’が1.0MPa以上であることがより好ましく、G’が5MPa以上であることがさらに好ましい。一方、100GPa超の場合、常温のG’はより大きくなるので、加工追従性が低下して加工時に破壊し、接合部を起点とした剥離を生じ易くなるおそれがある。なお、接着剤の貯蔵弾性率G’は、周波数0.1~10Hzで測定した接着剤の貯蔵弾性率の最大値で評価できる。熱硬化性接着剤の場合は、積層条件と同一の熱履歴を付与して架橋硬化した接着剤フィルムを用いて、熱可塑性接着剤の場合は接着剤フィルムに成形して、公知の動的粘弾性測定装置で測定できる。
 さらに、接着剤の100℃~160℃での損失弾性率G”と貯蔵弾性率G’の比tanδ(=G”/G’)は、tanδ<1であることが好ましく、tanδ<0.8であることがより好ましく、tanδ<0.5であることがさらに好ましく、tanδ<0.1であることがさらに一層好ましい。tanδが小さいほど、加熱しても残留応力による接合部のクリープ変形を抑制し、形状を安定させることができる。tanδ≧1では、100℃~160℃に加工品を加熱すると、接合部が粘性流動し、形状が不安定になったり、クリープ変形破壊して剥離したりする可能性がある。
 また、接着剤としては、例えばエポキシ系接着剤、アクリル系接着剤、及びウレタン系接着剤などを使用することができる。接着剤の耐熱性及び耐久性を確保するという観点から、エポキシ樹脂を基材とした構造用接着剤が好ましく、中でも硬化剤が予め混合された一液加熱硬化型接着剤が、ハンドリング性の面からさらに好ましい。
 また、コア層10が導電性材料である場合は、表層5A、5Bとコア層10との接合を溶接により行うことも可能である。公知の溶接法を使用することができるが、具体的な溶接法として、例えば、スポット溶接、シーム溶接等の抵抗溶接、電子ビーム溶接、レーザー溶接、アーク溶接等が挙げられる。
 さらに、表層5A、5Bとコア層10との接合方法として、積層金属板9の生産性及び溶接性の確保という見地から、特に好ましいのは、融点が400℃以下のろう材(例えば、はんだ等)か、あるいは、耐熱性を有する導電性接着剤による接合による接合である。
 次に、本実施形態に係る衝撃吸収部品の製造法について説明する。衝撃吸収部品は公知の手法により製造すればよく、特定の製造法に限定されない。例えば、積層金属板9にプレス曲げ、絞り、ロールフォーミング等の加工をいずれかひとつあるいは複数行うことにより、衝撃吸収部品を製造してもよい。
 また、2枚以上の板を使用し、衝撃吸収部品を製造する際の板同士の接合法に関しては、公知の接合手法により製造すればよく、特定の接合法に限定されない。例えば、スポット溶接、シーム溶接等の抵抗溶接、電子ビーム溶接、レーザー溶接、アーク溶接等などの溶接、ボルトなどを利用した機械接合、接着剤を利用した接着、ろう材を利用したろう付けなどにより、板同士を接合し、衝撃吸収部品を接合してもよい。
 以上、本実施形態に係る積層金属板9の構成について詳細に説明したが、続いて、上述したような構成を有する積層金属板9の製造方法について詳細に説明する。
 本実施形態に係る積層金属板9は、公知の積層方法を適用して製造することが可能である。具体的には、以下の工程等で製造することができる。
 コア層10の両面に必要に応じて接合材(接着剤、ろう材等)を塗布し、表層5A、コア層10、表層5Bの順に積層し、常温もしくは加熱しながら加圧する。または、表層5A、5Bの片面に接合剤を塗布し、塗布した面同士でコア層10を挟み込んで積層し、常温もしくは加熱しながら加圧して製造することも可能である。
 また、接合材や接合方法の具体例については上述したとおりであるので、ここでは詳細な説明を省略する。
 本実施形態は、稜線3を少なくとも2つ有するので、両端を稜線3で支持(自由端でない)された側面2があり、衝撃荷重に対して安定して座屈することが可能である。さらに当該衝撃吸収部品は、適正なヤング率と密度のコア層10を表層5A、5B間に積層した積層金属板9からなる部材によって構成されるため、軽量性を維持しながら板厚を厚くできる。これにより、曲げ剛性を大きくできる。さらに、稜線を有するように加工しているため、剛性の高いコーナー部ができる。この結果、高い座屈変形時の最大荷重Pmを達成できる。さらに、上記の積層金属板9は、弾性バネで拘束した2枚金属板と等価な座屈変形をする。従って、既述のように単一金属板に比較して小波長で座屈変形することが可能で、座屈変形回数nを増加できる。さらに、小波長で座屈できるので、変形中の軸ブレも少なく、衝撃吸収方向に対して斜めから入力する衝撃荷重に対しても効率的にエネルギーを吸収できる。
 また、本実施形態の衝撃吸収部品は上記の特色を有するので、機能発現するための形状制約も比較的少ない。目的によって適宜形態を選択できる。具体的には、例えば部品断面を開断面にして軽量化したり、側面に開孔部を設けて軽量化とねじり剛性とを確保したり、閉断面にして曲げ、ねじり剛性を確保するなどが挙げられる。
 また、本実施形態の衝撃吸収部品の応用として、中空で長尺状の骨格部材(例えば、自動車のフロントサイドメンバー)が挙げられる。例えば図10に示すように、金属板からなる衝撃吸収部品31と本実施形態の衝撃吸収部品1とを溶接もしくは接着接合し、複数の座屈誘発部(ビード17)間(図10中の点線で囲まれた領域)に、本実施形態の衝撃吸収部品1を配置し、長尺状の骨格部材を形成する。当該長尺状の骨格部材は、骨格部材の長手方向に衝撃荷重が負荷された際に、本実施形態の衝撃吸収部品が安定して蛇腹状の圧潰変形をするため、十分な衝撃吸収効果を得ることができる。
 これらの特性により、本実施形態の衝撃吸収部品は、普通乗用車のみならず、軽自動車からトラック、バスなどの大型車に至る自動車全般、電車などの輸送機関の衝撃吸収部品として好適に使用することが可能である。
 以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
[第1実施例]
 以下、実施例、比較例によって本発明をより具体的に説明する。
 (使用した積層金属板の構成と製造方法)
 本発明の実施例及び比較例として、表1に示す表層とコア層の構成の積層金属板を製造した。また、表層とコア層との接合は、構造用接着剤(基材:エポキシ樹脂、塗布量200g/m)、瞬間接着剤(基材:シアノアクリレート、塗布量200g/m)、ろう材(低温ろう剤、Sn-Pb系、融点183℃、使用量15g/m)を使用した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 積層金属板A~D、G、H、Jは、接合材として構造用接着剤を使用し、表層上に接合材、コア層、接合材、表層の順に積層し、真空下で180℃まで加温した。次いで、積層した表層、接合材及びコア層を圧着力10~40kgf/cm(0.98~3.92MPa)で20分間加熱圧着し、その後、常温まで冷却して、大気開放し、表1に示した各積層金属板を得た。
 また、積層金属板Eは、接合剤として瞬間接着剤を使用し、積層した表層、接合材及びコア層を加熱することなく、圧着力10~40kgf/cmで加圧することにより、積層金属板Eを製造した。
 また、積層金属板Fは、接合剤としてろう材を使用し、積層した表層、接合材及びコア層を300℃まで加熱し、圧着力10~40kgf/cmで20分間加熱圧着し、その後、常温まで冷却して、大気開放し、積層金属板Fを製造した。
 また、積層金属板Iは、接合材として構造用接着剤にAl粉を電気抵抗率が0.5×10-3Ω・cmとなるまで添加した接着剤を使用し、表層上に接合材、コア層、接合材、表層の順に積層し、真空下で180℃まで加温した。次いで、積層した表層、接合材及びコア層を圧着力10~40kgf/cm(0.98~3.92MPa)で20分間加熱圧着し、その後、常温まで冷却して、大気開放し、積層金属板を得た。
 また、積層金属板Kは、Al粉を電気抵抗率が0.5×10-3Ω・cmとなるまで添加したポリエステル樹脂をコア層に使用し、接合材として構造用接着剤にAl粉を電気抵抗率が0.5×10-3Ω・cmとなるまで添加した接着剤を使用し、表層上に接合材、コア層、接合材、表層の順に積層し、真空下で180℃まで加温した。次いで、積層した表層、接合材及びコア層を圧着力10~40kgf/cm(0.98~2.92MPa)で20分間加熱圧着し、その後、常温まで冷却して、大気開放し、積層金属板を得た。
 比較例として、980MPa級の高張力鋼板(板厚:1.0mm)を使用した。
 なお、コア層に使用した金網は、原料素線が線径0.6mmφの鋼線材であり、メッシュ間隔(線材間の隙間)は1.6mmである。また、使用した樹脂に関しては、ASTM-D638に準拠した引張試験にて、ヤング率を測定した。また、各積層金属板のせん断接着強度は、JIS-K6850に準拠した引張せん断試験により測定した。
 (衝突性能評価試験)
 本発明に係る衝撃吸収部品の効果を検証するため、下記の落重試験を行った。表1の構成の積層金属板を使用し、プレスブレーキによる曲げ加工にて成形し、図11A、図11Bに示す長さ200mmのハット断面形状(開断面)の衝撃吸収部品を作製した。
 実施例2、13及び比較例4の衝撃吸収部品は、図12A、図12Bに示すように開断面構造のハット材11に設けられたフランジ12を介して、積層金属板からなる裏板13をスポット溶接し、開断面構造のハット材11の開口部を塞ぎ、閉断面構造とした。
 実施例10の衝撃吸収部品は、表1の積層金属板Fを稜線3が6本有するよう、図13に示すように成形加工した部材同士をスポット溶接にて接合し、多角形閉断面形状とした。
 実施例11の衝撃吸収部品を作製するに当たり、図14に示すように、まず図11A、図11Bに示す長さ200mmのハット断面形状の部品を作製した。その後、ハット材11に設けられたフランジ12を介して、横断面形状の一部が開断面形状となるように積層金属板からなる幅22mmの裏板13を22mm間隔で部分的にスポット溶接にて取り付けて、衝撃吸収部品を作製した。
 実施例12の衝撃吸収部品は、積層金属板Iを図11A、図11Bに示すハット断面形状に加工し、590MPa級の高張力鋼(1.0mm)を裏板13とし、スポット溶接にて図12A、図12Bに示すように閉断面構造の衝撃吸収部品を作製した。
 比較例2の衝撃吸収部品は、図15A、図15Bに示すように、表1の積層金属板Fを直径が70mmの円筒となるように成形し、端部15同士をレーザー溶接にて接合し、円筒状とした。
 比較例3の衝撃吸収部品は、図16A、図16Bに示すように、表1の積層金属板Aを曲げ成形し、L字型形状とした。
 衝撃吸収部品は、錘が衝突する端部とは反対側の端部を冶具にて固定した。そして、120kgの質量の錘を3.5mの高さから自由落下させることより衝撃吸収部品の衝突端側に軸方向に30km/hの速度で衝突させた。
 また、斜め荷重を負荷させる場合は、衝撃吸収部品を10°傾いた台に固定し、上記と同様の手順で、落重試験を実施した。
 (評価)
<衝突性能の評価>
 落重試験時の荷重-変位曲線より、100mm圧潰までの衝撃吸収エネルギーを算出した。さらに、部品の軽量性を評価するために、部品の質量で衝撃吸収エネルギーを除し、単位質量あたりの衝撃吸収エネルギーとし、比較評価した。
 また、斜め荷重を負荷した場合の衝撃吸収エネルギーは、軸方向から10°傾いて荷重が負荷されるため、傾き分を補正した荷重-変位曲線から算出した。
<座屈波長及び変形形態の評価>
 座屈波長は、落重試験時の変位(錘により衝撃吸収部品が押し込まれた量)-荷重曲線より、算出した。
 具体的には、荷重が上下する周期ごとに、荷重の上昇が開始した変位と荷重が最小となった変位を測定した。次に、荷重が最小となった変位から荷重の上昇が開始した変位を引くことにより、周期ごとの座屈波長を算出した。同様に各周期で座屈波長を算出し、最後に平均化して平均座屈波長を算出した。この平均座屈波長を本発明の実施例における座屈波長とし、評価した。試験結果を表2及び表3に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 なお、表2の変形形態の欄における「A」とは、安定した蛇腹状の圧潰変形が発生したことを示し、「B」とは、部品全体で発生した圧潰変形のうち、一部で座屈波長が大きい部位が発生したことを示す。また「C」とは、変形初期に生じた1回目の座屈部位を起点に部品全体が‘V字’に折れ曲がる変形が発生したことを示す。
 表2に示すように、実施例1~13の衝撃吸収部品は、単位質量当たりの衝撃吸収エネルギー>6.6であり、比較例4の高張力鋼からなる衝撃吸収部品と比較して、高い衝撃エネルギー吸収能を示し、軽量性に優れることが判った。具体的には、実施例1と比較例4を比較した場合、同一の衝撃吸収エネルギーを得る場合、実施例1の衝撃吸収部品は比較例4に対して、40%弱の軽量化が可能となった。
 さらに、実施例1~13の衝撃吸収部品の平均座屈波長は7.1mm~9.8mmとすべて10mm以下であり、比較例4~5の高張力鋼からなる衝撃吸収部品の平均座屈波長と比べても非常に小さいことが判った。
 また、さらに、表3に示すように、軸方向から衝撃荷重を加えた場合と斜め方向から衝撃荷重を加えた場合の単位質量当たりの衝撃吸収エネルギー量及び座屈波長はほぼ等しい。一方、比較例4の衝撃吸収部品は、上記と同様の比較をした場合、衝撃吸収エネルギー量及び座屈波長は異なることが判った。従って、本発明の実施形態においては、荷重の入力方向が多少変化したとしても、小さい座屈波長で安定した蛇腹状の圧潰変形することで、高い衝撃吸収能が実現可能であることが判った。
 また、実施例2と比較例4の衝撃吸収部品は、形状は同一であるが、座屈波長は異なった。比較例4の衝撃吸収部品の座屈波長は、部品の稜線の間隔とほぼ一致しており、座屈波長は、稜線の間隔に依存していることが判る。一方、実施例2の衝撃吸収部品の座屈波長は、部品の稜線の間隔と一致しておらず、積層金属板から構成される衝撃吸収部品は、稜線の間隔によらず、座屈波長を小さくすることができることが判った。
 実施例1、3~8の衝撃吸収部品は、図11A、図11Bに示す、すべて開断面形状である。実施例2、10、13の衝撃吸収部品は、それぞれ図12A、図12B及び図13に示す、すべて閉断面形状である。実施例11の衝撃吸収部品は、図14に示す一部開断面形状である。これらの衝撃吸収部品では、すべて安定した蛇腹状の圧潰変形が得られた。つまり、積層金属板から構成される衝撃吸収部品は、部品の形状によらず、安定した蛇腹状の圧潰変形を得ることができることが判った。
 また、実施例1、実施例2及び実施例11を比較すると、単位質量当たりの衝撃吸収エネルギー量は、実施例1(すべて開断面形状)>実施例11(一部開断面形状)>実施例2(すべて閉断面形状)であることが判った。これは、一部もしくはすべて閉断面構造とするために、フランジ12を介してスポット溶接した裏板13が衝撃吸収エネルギー量に対する寄与が小さく、重量増加分の効果を得られなかったためと考えられる。
 実施例8は、本発明の実施形態のうち、座屈波長は最も小さいが、単位質量当たりの衝撃吸収エネルギーも比較的小さい。これは、一回の座屈変形時の最大荷重が小さいことで、平均荷重も小さくなることから、効果的に衝撃エネルギー吸収量を増大できなかったと考えられる。
 実施例9は、衝撃吸収部品を構成する積層金属板の表層とコア層のヤング率比(E/E)が1/10000未満である。このため、実施例1~8、10、11と比較して、座屈波長が大きくなったと推定される。
 実施例5は、衝撃吸収部品を構成する積層金属板の表層とコア層の板厚比(t/t)が10倍超である。このため、良好なエネルギー吸収能を示すものの、圧潰変形が進むにつれ、表層の剥離により、一部で不安定な圧潰変形が生じた。しかし、部材全体としては、良好な変形モードを示すことが判った。
 接合部のせん断接着強度を測定した結果、実施例1~5、7~11の衝撃吸収部品を構成する積層金属板のせん断接着強度は25MPa超であったが、実施例6の衝撃吸収部品を構成する積層金属板のせん断接着強度は15MPaであることが判った。このため、良好なエネルギー吸収能を示すものの、圧潰変形が進むにつれ、表層の剥離により、一部で不安定な圧潰変形が生じた。しかし、部材全体としては、良好な変形モードを示すと推定される。
 実施例2、10、11、12、13の衝撃吸収部品は、積層金属板同士スポット溶接により接合し、製造した。上記衝撃吸収部品を構成する積層金属板の表層とコア層の接合積層が、ろう材もしくは導電性接着剤での接合であったため、良好な導電性が確保でき、スポット溶接による接合が可能になった。
 実施例12の衝撃吸収部品は、裏板だけを単一金属板で置換されているが、最長周長を有する部品断面の周長の60%を積層金属板で占めているため、他の実施例同様小さい波長で安定した蛇腹状の圧潰変形が生じたと考えられる。
 比較例1の衝撃吸収部品を構成する積層金属板のコア層は、表層のヤング率と等しい。このため、比較例5の高張力鋼からなる衝撃吸収部品と同様に座屈波長は大きく、変形初期に生じた1回目の座屈部位を起点に部品全体が折れ曲がる変形が発生した。
 比較例2の衝撃吸収部品は、実施例と比較して、単位質量当たりの衝撃吸収エネルギーは小さい。これは、衝撃吸収部品の形状が、稜線の存在しない円筒状であるため、座屈波長は小さいが、実施例と比較して、最大荷重が小さかったため、効果的に衝撃エネルギー吸収量を増大できなかったと考えられる。
 比較例3の衝撃吸収部品は、稜線が一本しかないL字型形状であったため、座屈変形が安定して生じず、コーナーが広がるような変形(図5)により、衝撃吸収部品がねじれるような変形が発生した。
 このように、本発明を満足する構成の積層金属板からなる衝撃吸収部品は、軽量性に優れる。また、衝撃荷重の入力方向に関係なく、最大荷重が高く、小さい座屈波長で安定した蛇腹状の圧潰変形することで、高い衝撃エネルギー吸収が可能となり、良好な衝突性能を示すものである。
[第2実施形態]
(概要)
 本実施形態に係る衝撃吸収部品は、コア層の両面にコア層よりもヤング率が大きい金属板からなる表層が接合積層され、積層金属板の表層の板厚(t)とコア層の板厚(t)との板厚比(t/t)が2.0~7.0である断面が一様な積層金属板を成形加工してなる部材で構成される。この衝撃吸収部品は、単純形状でも衝撃エネルギー吸収効率が高く、大幅な軽量化を達成することが可能となる。
 具体的には、積層金属板は、該積層金属板の表層の板厚(t)とコア層の板厚(t)との板厚比(t/t)を2.0~7.0とすることにより、座屈波長をより小さくすることができる。したがって、このような積層金属板で形成された衝撃吸収部品は、衝撃エネルギー吸収効率を向上させることができる。
 また、本実施形態に係る衝撃吸収部品は、積層金属板の表層の板厚(t)とコア層の板厚(t)との板厚比(t/t)のみで、衝撃エネルギー吸収効率を向上させることができる。そのため、衝撃吸収部品の形状を複雑に加工する必要がなく、形状をより単純化することができる。さらに、座屈波長をより小さくするために積層金属板の表層及びコア層のヤング率を変更する必要がないため、衝撃吸収部品の強度を変更せずに衝撃エネルギー吸収効率を向上させることができる。
 以下では、衝撃吸収部品を構成する積層金属板について、座屈波長を小さくできるメカニズムの観点から説明を行う。
 コア層の両面に表層が接合積層された積層金属板では、上述したように、コア層の変形エネルギーUと表層の変形エネルギーUとの和が最小となるように座屈変形時の座屈波長が決定される。ここで、コア層の変形エネルギーU、及び表層の変形エネルギーUは、以下の式(2)及び(3)で表される。
=E/2.6×V×γ  ・・・式(2)
=E×V×ε      ・・・式(3)
 なお、上記の式(1)及び(2)において、Eはコア層のヤング率を表し、Vはコア層の変形に関わる体積を表し、γはコア層の変形した量を表す。また、Eは表層のヤング率を表し、Vは表層の変形に関わる体積を表し、εは表層の変形した量を表す。なお、表層の変形は曲げ変形であるのに対して、コア層の変形はせん断変形であるため、ヤング率を2.6で除してせん断変形の弾性率にしている。
 コア層がせん断変形する場合においても、第1実施形態において図4A~4Eを参照して説明したように、基本的には、コア層の変形エネルギーUは、座屈波長が小さくなるほど小さくなり、表層の変形エネルギーUは、座屈波長が大きくなるほど小さくなる。そのため、座屈波長を小さくするためには、U>>Uとし、変形エネルギーの和において、コア層の変形エネルギーUを支配的にすることが好ましい。
 例えば、積層金属板における表層とコア層の割合が等しい場合、コア層及び表層のヤング率E及びEを制御して、U>>Uを実現させるには、EとEを近づけなければならない。しかしながら、EとEとの差が小さくなるほど積層金属板の軸圧潰変形時における変形の挙動が単一材料の金属板に近くなるため、上述の理論から外れ、座屈波長の減少幅が小さくなるという問題があった。また、Eを大きくした場合、コア層の密度も高くなることが多く、積層金属板の質量が増加してしまう。一方、衝撃吸収部品は、燃費効率を確保するために軽量化が求められる自動車等に装着されるものである。そのため、この積層金属板は、この衝撃吸収部品を構成するものとして好適ではなかった。
 そこで、本実施形態に係る衝撃吸収部品を構成する積層金属板では、上記式(2)及び(3)において、U及びUを制御するもう一つのパラメータであるV及びVを制御することにより、U>>Uを実現させるものである。具体的には、積層金属板におけるコア層の割合(すなわち、板厚)を増加させることによって、Vを大きくし、かつVを小さくする。その結果、積層金属板は、表層の変形エネルギーUに対して、コア層の変形エネルギーUを大きくすることができる。したがって、本実施形態に係る衝撃吸収部品は、軸圧潰変形時における座屈波長をより小さくすることができる。
 (衝撃吸収部品の構成)
 以下では、図3、図18A及び18Bを参照して、衝撃吸収部品の構成について説明を行う。図3は、積層金属板9の構成を示す断面図である。この積層金属板9は、第1実施形態と同様であるので、共通事項の説明は省略する。図18Aは、衝撃吸収部品の形状の一例を示す斜視図である。図18Bは、衝撃吸収部品の形状の他の例を示す斜視図である。
 積層金属板9において、表層5A及び5Bの板厚(t)と、コア層10の板厚(t)との板厚比(t/t)が2.0~7.0である。後述する第2実施例で実証されるように、この板厚比(t/t)がこれらの範囲の値となる場合に、本実施形態に係る衝撃吸収部品は、その座屈波長を小さくすることができる。
 具体的には、板厚比(t/t)が2.0未満である場合、軸圧潰変形時の変形エネルギーにおけるコア層10の変形エネルギーの寄与が小さくなるため、座屈波長を小さくすることができない。また板厚比(t/t)が7.0を超える場合、表層5A及び6Bに対してコア層10が非常に厚くなるため、表層5A及び5Bと、コア層10との間で、剛性に大きな乖離が生じる。そのため、衝撃吸収部品は、接合層7A及び7Bが破壊され、安定して蛇腹状の軸圧潰変形をすることができない可能性がある。
 また、積層金属板9において、表層5A及び5Bの板厚(t)と、コア層10の板厚(t)との板厚比(t/t)は、好ましくは、3.5~5.0であってもよい。この板厚比(t/t)がこれらの範囲の値となる場合に、本実施形態に係る衝撃吸収部品は、その座屈波長をより小さくし、安定して蛇腹状の軸圧潰変形を起こすことができるようになる。具体的には、板厚比(t/t)が3.5~5.0である場合、軸圧潰変形時のコア層10の変形エネルギーと、表層5A及び5Bの変形エネルギーのバランスが好適となるため、座屈波長をさらに小さくすることができる。
 また、積層金属板9において、表層5A及び5Bのヤング率Eと、コア層10のヤング率Eとのヤング率比(E/E)は、1/10~1/1000であってもよい。このヤング率比(E/E)がこの範囲の値となる場合に、本実施形態に係る衝撃吸収部品は、衝撃エネルギー吸収効率を向上させることができる。
 具体的には、ヤング率比(E/E)が1/1000未満である場合、積層金属板9は、衝撃吸収部品の座屈波長を小さくすることはできるものの、Eの低下により座屈変形時の平均荷重Wを低下させ、衝撃エネルギー吸収効率を低下させてしまうため好ましくない。また、ヤング率比(E/E)が1/10を超える場合、コア層10のヤング率Eが大きく、せん断変形しにくくなる。そのため、軸圧潰変形時の挙動が、単一材料の金属板と近くなり、座屈波長を小さくすることができなくなるため好ましくない。なお、ヤング率については、例えば、ASTM-D638に準拠した引張試験等にて測定することが可能である。
 また、接合層7A及び7Bは、コア層10と接合層7A及び7Bからなる層のせん断変形を制御するために、せん断弾性率が30~500MPaであることが好ましい。このせん断弾性率が30MPa未満である場合、接合層7A及び7Bが過剰にせん断変形することにより、表層5A及び5Bが互いに独立して変形する可能性があり、安定した座屈変形が生じにくくなるため好ましくない。また、せん断弾性率が500MPaを超える場合、コア層10と、接合層7A及び7Bからなる層のせん断変形が生じにくくなるため、座屈波長が大きくなる可能性があり好ましくない。なお、上記のせん断弾性率については、JIS-K6850に準拠した引張せん断試験により測定することができる。
 (衝撃吸収部品の形状)
 次に、本実施形態に係る衝撃吸収部品の形状について説明する。図18A及び図18Bに示されるように、衝撃吸収部品20A及び20Bは、例えば、少なくとも4つの稜線を有する形状に成形加工される。
 具体的には、図18Aに示されるように、衝撃吸収部品20Aは、積層金属板を一端から順に谷折り、山折り、山折り、谷折りにされた開断面構造のハット型形状であってもよい。
 また、図18Bに示されるように、衝撃吸収部品20Bは、積層金属板を一端から順に山折り、山折り、山折り、山折りにされ、端部同士が溶接等で接合された閉断面構造の筒型形状であってもよい。
 なお、衝撃吸収部品20A及び20Bにおいて、稜線方向が衝撃吸収方向である。
 また、衝撃吸収部品20A及び20Bにおいて、稜線同士の間隔の各々は、50~80mmであってもよい。ここで、稜線同士の間隔とは、例えば、図18A及び図18Bに示される間隔Lである。稜線同士の間隔がこの範囲に含まれる場合に、衝撃吸収部品20A及び20Bは、安定して小さい座屈波長にて蛇腹状の軸圧潰変形を起こすことができる。
 具体的には、稜線同士の間隔の各々が50mm未満である場合、形状が複雑になり、形状制約を受けるため好ましくない。また、稜線同士の間隔の各々が80mmを超える場合、剛性が小さくなって弾性変形する側面が多くなり、座屈波長が大きくなり、かつ安定して蛇腹状の軸圧潰変形が起きにくくなるため好ましくない。
 なお、本実施形態に係る衝撃吸収部品の形状が、例示した形状に限定されないことは、第1実施形態と同様である。
 以上説明したように、本実施形態に係る衝撃吸収部品20A及び20Bは、該衝撃吸収部品20A及び20Bを構成する積層金属板9の表層5A及び5Bの板厚(t)と、コア層10の板厚(t)との板厚比(t/t)を2.0~7.0にすることにより、座屈波長をより小さくし、衝撃エネルギー吸収効率を向上させることができる。
 また、本実施形態に係る衝撃吸収部品20A及び20Bは、形状を複雑にする必要がなく、より単純な形状で衝撃エネルギー吸収効率を向上させることができる。さらに、この衝撃吸収部品20A及び20Bは、座屈波長をより小さくするために積層金属板9の表層5A及び5Bとコア層10のヤング率比をさらに低下させる必要がない。このため、衝撃吸収部品20A及び20Bの強度を変更せずに、衝撃エネルギー吸収効率を向上させることができる。
[第2実施例]
以下では、本実施形態に係る衝撃吸収部品の第2実施例について説明する。
(積層金属板の製造)
 まず、表3に示される表層及びコア層を積層接合して、積層金属板を製造した。また、表層とコア層との接合には、表4に示される接合材を用いた。表層上に接合材、コア層、接合材、表層の順に積層し、80℃~180℃まで加熱し、圧着力40kgf/cm(3.92MPa)で20~30分加熱圧着し、その後、常温まで冷却して大気開放し、各実施例及び各比較例に係る積層金属板を製造した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 表4において、接着剤1は、基材がエポキシ樹脂の接着剤であり、塗布量200g/m2、180℃加温、圧着力40kgf/cm(3.92MPa)、圧着時間20分間で接合に使用した。また、接着剤2は、基材がウレタン樹脂の接着剤であり、塗布量200g/m2、80℃加温、圧着力40kgf/cm(3.92MPa)、圧着時間30分間で接合に使用した。さらに、接着剤3は、接着剤2に弾性ゴムを分散させた接着剤であり、塗布量200g/m2、80℃加温、圧着力40kgf/cm(3.92MPa)、圧着時間20分間で接合に使用した。また、ろう付けでは、ろう材(低温ろう材、Sn-Pb系、融点183℃)を使用量15g/m2にて使用した。なお、接合材のせん断弾性率は、JIS-K6850に準拠した引張せん断試験により測定した。
 また、表4において、コア層として用いたポリプロピレンは、密度が0.94g/cmであり、またコア層として用いた金網の線径は0.6mmφ、線材間の隙間は1.6mmである。さらに、上述したように、Ecはコア層のヤング率であり、Efは表層のヤング率であり、tcはコア層の板厚であり、tfは表層の板厚である。
 (衝突性能評価試験)
 次に、上記で製造した各実施例及び各比較例に係る積層金属板で構成された衝撃吸収部品の衝突性能評価を行った。具体的には、表4に示された構成の各実施例及び各比較例に係る積層金属板を使用して、プレスブレーキによる曲げ加工にて成形し、図11A及び11Bに示される長さ200mmのハット型形状の衝撃吸収部品を製造した。図11Aは、本実施例に係る衝撃吸収部品を、衝撃吸収方向である稜線方向に垂直な断面で切断した断面図である。図11Bは、その斜視図である。
 製造した衝撃吸収部品の衝突性能評価は、落重試験により行った。具体的には、衝撃吸収部品を、その稜線方向が衝突吸収方向となるように配置し、錘が衝突する端部と反対側の端部を治具にて固定した。その後、120kgの質量の錘を3.5mの高さから自由落下させることにより、この錘を衝撃吸収部品の衝突端側に対して30km/hの速度で衝突させた。
 上記の落重試験における荷重-変位曲線から、100mm圧潰するまでの衝撃エネルギー吸収量を算出した。衝撃エネルギー吸収量は、衝撃吸収部品の軽量化を評価するために、部品の質量で衝撃エネルギー吸収量を除算し、単位質量当たりの衝撃エネルギー吸収量とした。
 さらに、落重試験の荷重-変位曲線から平均座屈波長を算出した。具体的には、荷重が上下する周期ごとに、荷重が最小となった変位を測定し、直前に荷重が極小になった変位から、次に荷重が極小になった変位を引くことで、周期単位の座屈波長を算出した。同様の方法で各周期における座屈波長を算出し、算術平均を取ることで平均座屈波長を算出した。上記で算出した単位質量当たりの衝撃エネルギー吸収量及び平均座屈波長の評価結果を表5に示す。なお、表5において、座屈形態の欄の「A」、「B」、「C」の意味については、表2の変形形態の「A」、「B」、「C」の意味と同じである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 表5を参照すると、本発明の実施例101~109に係る衝撃吸収部品は、比較例101~103に係る衝撃吸収部品に対して、平均座屈波長が小さくなり、単位質量当たりの衝撃エネルギー吸収量が増加していることがわかる。具体的には、比較例101及び102は、t/tが2.0未満であるため、平均座屈波長が大きくなり、衝撃エネルギー吸収量が減少していることがわかる。また、比較例103は、t/tが本発明の範囲に含まれるものの、コア層のヤング率と、表層のヤング率とが同じであるため、単一材料で構成された衝撃吸収部品と実質的に同様の座屈変形の挙動を示し、平均座屈波長が大きくなり、衝撃エネルギー吸収量が実質的に減少していることがわかる。
 また、実施例102、103、105~109は、t/tが本実施形態における好ましい範囲内に含まれるために、平均座屈波長がより小さくなり、単位質量当たりの衝撃エネルギー吸収量がさらに増加していることがわかる。一方、実施例101は、t/tが3.5未満であるため、実施例102、103、105~109より平均座屈波長が大きくなっている。また、実施例104は、t/tが5.0を超えているため、座屈形態が「B」になっている。
 また、実施例101~107、109は、接合層のせん断弾性率が本実施形態における好ましい範囲内に含まれているため、平均座屈波長がより小さくなっていることがわかる。一方、実施例108は、接合層のせん断弾性率が500MPaを超えているため、他の条件が同じである実施例105に対して、平均座屈波長が大きくなり、衝撃エネルギー吸収量が減少している。
 また、実施例101~108は、コア層及び表層のヤング率比(E/E)が、本実施形態における好ましい範囲内に含まれているため、単位質量当たりの衝撃エネルギー吸収量がより増加していることがわかる。一方、実施例109は、コア層及び表層のヤング率比(E/E)が1×10-3未満であるため、他の条件が同じである実施例105に対して、衝撃エネルギー吸収量が減少している。
 さらに、実施例103、比較例101及び102に係る積層金属板について、シミュレーションにて、表層とコア層のヤング率比(E/E)を変更しながら、表層とコア層のヤング率比(E/E)に対する平均座屈波長の変化を評価した。シミュレーションは、非線形解析プログラムであるMarcを用い、座屈固有値解析を実施した。その評価結果を図19に示す。ここで、図19は、実施例103、比較例101及び102に係る衝撃吸収部品において、ヤング率比(E/E)に対する平均座屈波長を示した線図である。図19において、縦軸は平均座屈波長であり、横軸はヤング率比(E/E)の常用対数である。
 図19に示されるように、実施例103(総厚2.0mm、t/t=4.3)は、いずれの表層及びコア層のヤング率比(E/E)においても、比較例101(総厚1.0mm、t/t=1.1)に対して、平均座屈波長が小さくなることがわかる。すなわち、実施例103は、t/tが本実施形態の範囲内に含まれるために、表層及びコア層のヤング率比(E/E)に関わらず、比較例101及び102に対して平均座屈波長を小さくできることがわかる。
 また、実施例103及び比較例102の曲げ剛性は、9.6×10N・cmであり、比較例101の曲げ剛性は、1.7×10N・cmである。すなわち、実施例103は、比較例102に対して、積層金属板の強度(具体的には、曲げ剛性)を低下させずに平均座屈波長を小さくすることができる。
 さらに、図19を参照すると、実施例103は、比較例102及び103に対して、特に、表層及びコア層のヤング率比(E/E)が1×10-3~1×10-1の範囲において、平均座屈波長をより小さくすることができる。具体的には、表層及びコア層のヤング率比(E/E)が1×10-1を超える場合は、平均座屈波長の減少量が小さいため好ましくない。また、表層及びコア層のヤング率比(E/E)が1×10-3未満の場合は、コア層のヤング率Eの低下により座屈変形時の平均荷重Wが低下し、衝撃エネルギー吸収効率が低下するため好ましくない。
 次に、上記と同様にMarcを用いたシミュレーションにて、稜線の間隔Lをそれぞれ50mm、65mm、80mmとしたハット型形状部材における表層とコア層のヤング率比(E/E)に対する平均座屈波長の変化を評価した。その評価結果を図20に示す。ここで、図20は、衝撃吸収部品の形状に対する平均座屈波長を示した線図である。図20において、縦軸は平均座屈波長であり、横軸はヤング率比(E/E)の常用対数である。
 図20を参照すると、衝撃吸収部品の稜線の間隔Lが50~80mmである場合に、本実施形態において好ましいヤング率比(E/E)の範囲である1×10-3~1×10-1にて、平均座屈波長がより顕著に低下していることがわかる。一方、稜線の間隔Lが80mmを超える場合、平均座屈波長が大きくなり、かつ安定して蛇腹状の軸圧潰変形が起きにくくなるため、好ましくない。また、稜線の間隔Lが50mm未満の場合は、衝撃吸収部品の形状が複雑になり、形状制約を受けるため好ましくない。
 以上の結果からわかるように、本実施形態に係る衝撃吸収部品によれば、コア層の両面にコア層よりヤング率が大きい金属板からなる表層を接合積層し、表層の板厚tとコア層の板厚tを2.0~7.0にした積層金属板で構成することによって、座屈波長を小さくし、衝撃エネルギー吸収効率を向上させることができる。
 また、本実施形態に係る衝撃吸収部品によれば、衝撃吸収部品の形状を複雑に加工せずとも座屈波長を小さくすることができるため、衝撃吸収部品の形状をより単純化することができる。さらに、本実施形態に係る衝撃吸収部品は、座屈波長をより小さくするために、積層金属板の表層とコア層とのヤング率比をさらに低下させる必要がないため、衝撃吸収部品の強度を低下させずに衝撃エネルギー吸収効率を向上させることができる。
 さらに、本実施形態に係る衝撃吸収部品は、従来の衝撃吸収部品に対して、ヤング率が小さく、かつ比較的密度が小さいコア層の割合が大きい積層金属板で構成されるため、より軽量化を図ることができる。したがって、本実施形態に係る衝撃吸収部品は、より軽量化を図ることができる。
 以上、添付図面を参照しながら本発明の第2実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
 本明細書に記載されたすべての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
 本発明は、普通乗用車のみならず、軽自動車からトラック、バスなどの大型車に至る自動車全般、電車などの輸送機関の衝撃吸収部品として好適に適用できる。
(符号の説明)
 1  衝撃吸収部品
 2  側面
 3  稜線
 5A、5B 表層
 7A、7B 接合層
 9  積層金属板
10 コア層
11 開断面構造のハット材
12 フランジ
13 裏板
14 空孔
15 端部
16 側面端部
25 コア層

Claims (14)

  1.  部品の衝撃吸収方向の一方の端部に衝撃荷重を負荷された際に、衝撃エネルギーを吸収する衝撃吸収部品であって、
     コア層の両面に前記コア層よりヤング率及び密度が大きい金属板からなる表層を接合積層してなり断面が一様な積層金属板を、少なくとも2つの稜線を有する形状に成形加工してなる部材を、部品断面の最長周長の50%以上含んで構成され、前記表層の板厚(t)と前記コア層の板厚(t)との板厚比(t/t)が10.0以下である衝撃吸収部品。
  2.  前記衝撃吸収部品の部品断面の形状がすべて開断面形状である請求項1に記載の衝撃吸収部品。
  3.  前記衝撃吸収部品の部品断面の形状が一部開断面形状である請求項1に記載の衝撃吸収部品。
  4.  前記衝撃吸収部品の部品断面の形状がすべて閉断面形状である請求項1に記載の衝撃吸収部品。
  5.  前記積層金属板は、前記表層のヤング率(E)と前記コア層のヤング率(E)とのヤング率比(E/E)が1/10~1/100000である請求項1~4のいずれか1項に記載の衝撃吸収部品。
  6.  前記ヤング率比(E/E)が1/10~1/1000である請求項1~5のいずれか1項に記載の衝撃吸収部品。
  7.  前記稜線の間隔が少なくとも10mmである請求項1~6のいずれか1項に記載の衝撃吸収部品。
  8.  前記表層と前記コア層とのせん断接着強度が25MPa以上である請求項1~7のいずれか1項に記載の衝撃吸収部品。
  9.  前記表層とコア層の接合積層が、ろう材もしくは導電性接着剤での接着である請求項1~8のいずれか1項に記載の衝撃吸収部品。
  10.  部品の衝撃吸収方向の一方の端部に衝撃荷重を負荷された際に、衝撃エネルギーを吸収する衝撃吸収部品であって、
     コア層の両面に前記コア層よりヤング率が大きい金属板からなる表層が積層されており、前記表層の板厚(t)と前記コア層の板厚(t)との板厚比(t/t)が2.0~7.0である断面が一様な積層金属板を成形加工してなる部材で構成された衝撃吸収部品。
  11.  前記板厚比(t/t)が3.5~5.0である請求項10に記載の衝撃吸収部品。
  12.  前記ヤング率比(E/E)が1/10~1/1000である請求項10又は請求項11に記載の衝撃吸収部品。
  13.  前記積層金属板は、少なくとも4つの稜線を有する形状に成形加工されており、
     前記稜線の間隔は、それぞれ50~80mmである請求項10~請求項12のいずれか1項に記載の衝撃吸収部品。
  14.  前記積層金属板は、前記表層及び前記コア層の間に接合層をさらに備え、
     前記接合層のせん断弾性率が30~500MPaである請求項10~請求項13のいずれか1項に記載の衝撃吸収部品。
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