WO2015053075A1 - クラッシュボックスおよびその製造方法 - Google Patents

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cylindrical body
box according
press
cross
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隆一 西村
研一郎 大塚
伊藤　泰弘
嘉明 中澤
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新日鐵住金株式会社
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    • B62D21/00—Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted
    • B62D21/15—Understructures, 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F7/00—Vibration-dampers; Shock-absorbers
    • F16F7/12—Vibration-dampers; Shock-absorbers using plastic deformation of members

Definitions

  • the present invention relates to a crash box mounted on an automobile body and a method for manufacturing the same. Specifically, the present invention absorbs impact energy by being buckled and plastically deformed into a bellows shape when the impact load is applied in the axial direction, for example, attached to the front or rear portion of an automobile vehicle.
  • the present invention relates to a crash box provided with a cylindrical body that is a molded body of a metal plate and a manufacturing method thereof.
  • a crash box is known as one of the shock absorbing members.
  • the crash box has a cylindrical body that is arranged in the front-rear direction before and after the vehicle.
  • the crash box includes this cylinder and a set plate (attachment plate) welded to one end in the longitudinal direction of the cylinder by butt arc welding or the like.
  • the crash box is required to buckle stably and repeatedly in the axial direction when a collision load is applied in the axial direction of the cylinder.
  • the present applicants have disclosed a patented invention related to a crash box including a cylindrical body having a groove portion, for example, by Patent Document 1.
  • the groove portion is provided on the long side of the polygon having a transverse section so as to extend in the axial direction so as to protrude toward the inside.
  • the crash box absorbs impact energy by repeatedly buckling and plastically deforming in a bellows shape by an impact load applied in the axial direction.
  • the present applicant has proposed a crash box in which one end portion in the axial direction of a metal cylinder is a folded portion that is folded back 180 degrees according to Patent Document 2.
  • the crash box disclosed in Patent Document 2 can solve the above problems to some extent.
  • the bellows-like plastic deformation is less likely to occur due to the presence of the folded portion, so that the shock absorbing performance is reduced, and when the cylindrical body is made of a high strength steel plate, the folded portion is formed.
  • the object of the present invention is to provide a lightweight crash box that can be welded well in a state where the cylinder is abutted against a set plate even when the thickness of the cylinder constituting the crash box is thinner than 1.4 mm.
  • the manufacturing method is provided.
  • a crash box comprising a long metal tube,
  • the cylindrical body has a polygonal basic cross-sectional shape surrounded by a plurality of ridge lines and a plurality of side walls extending in one direction, and the long side wall substantially parallel to the long axis direction of the cross section
  • a crash box having one or more grooves extending in one direction and an outward flange at an end in the one direction.
  • a long cylindrical body made of a steel plate is provided, and the cylindrical body has a polygonal basic cross-sectional shape surrounded by a plurality of ridge lines and a plurality of side walls extending in one direction, A crash box having one or more grooves extending in the one direction on a side wall portion of a long side substantially parallel to the major axis direction, wherein the crash box has an outward flange at an end portion in the one direction.
  • the “long side” in the present invention means each side of the rhombus.
  • the crush box described in the item 1 or 2 wherein the outward flange is provided on all ridges except for at least a portion corresponding to the groove in the end.
  • the set plate is provided so as to protrude from the surface of the plate and includes a locking section that abuts against the inner surface of the longitudinal end of the cylindrical body.
  • the locking portion is brought into contact with a curved portion (rise-up curvature portion) formed at an end portion in one direction of the cylindrical body, thereby causing the bending surface to The crush box of claim 12, having a bent surface to support.
  • a polygonal basic cross-sectional shape surrounded by a plurality of ridge lines and a plurality of side walls extending in the one direction is provided, and the one side is formed on a long side wall substantially parallel to the long axis direction of the cross section.
  • Second step Two press-formed bodies are overlapped and welded at the flat portions formed at both ends in the circumferential direction of each of the two press-formed bodies manufactured in the first step. ) To manufacture the cylindrical body.
  • the pad includes a restraining portion that restrains a portion formed on the ridge line portion in the vicinity of the outward flange in the development blank, and the restraining portion causes the pad in the vicinity of the outward flange in the development blank.
  • Item 14 The method for manufacturing a crush box described in item 14, wherein the portion formed in the ridgeline portion is restrained.
  • a method for manufacturing a crash box according to any one of items 11 to 13, comprising the following first step, second step and third step: Box manufacturing method; 1st process: The groove
  • a polygonal basic cross-sectional shape surrounded by a plurality of ridge lines and a plurality of side walls extending in the one direction is provided, and the one side is formed on a long side wall substantially parallel to the long axis direction of the cross section.
  • Second step Two press-formed bodies are overlapped and welded at the flat portions formed at both ends in the circumferential direction of each of the two press-formed bodies manufactured in the first step.
  • Third step The tubular body obtained in the second step is overlapped with the set plate via the outward flange, and spot welding, fillet arc welding or laser welding is performed. The process of welding by (laser welding).
  • spot welding, fillet arc welding, or laser welding can be performed by superimposing the outward flange formed on the cylinder and the set plate. For this reason, even when the plate thickness of the cylinder is less than 1.4 to 1.2 mm, it is possible to prevent the occurrence of poor welding such as burnout, which is a problem of the prior art, and to increase the strength of the welded portion. . As a result, a lightweight crush box having a cylindrical body with a plate thickness of less than 1.4 to 1.2 mm is provided.
  • the longitudinal direction of the tubular body is caused by an impact load.
  • the end part may fall into the cross section, and deformation that inhibits stable repeated buckling may occur. This phenomenon occurs particularly noticeably when the impact load acts in an oblique direction with respect to the axial direction of the cylinder.
  • the present invention uses a set plate that is provided protruding from the surface of the plate and that has a locking portion that holds the end of the cylinder in the longitudinal direction by contacting the inner surface of the cylinder, the above-described collapse can be suppressed, The impact absorbing performance of the crash box having a thin plate is improved.
  • FIG. 1 is an explanatory view showing a cylindrical body constituting the crash box of this embodiment
  • FIG. 1A is a perspective view showing the whole
  • FIG. 1B is a front view
  • FIG. 1C is a side view
  • FIGS. It is explanatory drawing which shows the example of the position of a flange.
  • FIG. 2 is an explanatory view schematically showing a state in which the cylinder of the crash box and the set plate are joined.
  • FIG. 3 is an explanatory view schematically showing a locking portion provided on the set plate.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example of a configuration of a press forming apparatus for manufacturing a press-formed body.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example of a configuration of a press forming apparatus for manufacturing a press-formed body.
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating another example of the configuration of the press molding apparatus for manufacturing the cylindrical body according to the embodiment.
  • 6A and 6B are explanatory views schematically showing a method for manufacturing a crash box according to the present invention.
  • FIG. 6A shows a first step
  • FIG. 6B shows a second step
  • FIG. 6C shows a third step.
  • 7A and 7B are explanatory views schematically showing the shape of the development blank in the example.
  • 8A and 8B are explanatory views schematically showing the shape of the press-formed body in the example.
  • FIG. 1 is an explanatory view showing a cylindrical body 1 constituting a crash box 0 according to the present invention
  • FIG. 1A is a perspective view showing the whole
  • FIG. 1B is a front view of the cylindrical body 1
  • FIG. Side views and FIGS. 1D to 1F are cross-sectional views of modified examples 1-1 to 1-3 of the cylinder 1.
  • the crash box 0 has a metal cylinder 1.
  • the cylindrical body 1 absorbs impact energy by buckling in a bellows shape under an impact load applied in the axial direction.
  • the cylindrical body 1 has a flat, substantially rectangular basic cross section.
  • the cylindrical body 1 has one or more groove portions 3-1 and 3-2 that extend in the longitudinal direction.
  • the groove portions 3-1 and 3-2 are provided at positions excluding the ridge line portions 2-1 to 2-4 constituting the basic cross section.
  • the groove portions 3-1 and 3-2 are provided on the side wall portion 4 on the side of the long side parallel to the long axis direction of the cross section.
  • the groove portions 3-1 and 3-2 are groove portions that protrude toward the inside of the cross section.
  • a cylindrical body 1 having a substantially rectangular cross-sectional shape is used.
  • the cylinder 1 in the present invention may have a flat, substantially polygonal cross-sectional shape such as a hexagon or an octagon.
  • the basic cross section is a flat and substantially quadrangular shape, and one or more groove portions 3-1 and 3-2 are formed in the two side wall portions 4 and 4 on the long side surface side, respectively.
  • the cylindrical body 1 is configured by combining a first press-formed body 10-1 and a second press-formed body 10-2 as will be described later. Both the first press-formed body 10-1 and the second press-formed body 10-2 are metal plate press-formed bodies.
  • Outward flanges 5-1 to 5-4 are provided in the range of the side wall portion 4 excluding the groove portions 3-1 and 3-2 at the longitudinal end portion of the cylindrical body 1.
  • the outward flanges 5-1 to 5-4 are formed integrally with the cylindrical body 1.
  • the outward flanges 5-1 to 5-4 have a width of 2 mm or more in the flat portion along the circumferential direction of the cross section.
  • the width B1 of the outward flanges 5-1 to 5-4 along the ridge lines 2-1 to 2-4 is 2 mm or more.
  • the width B2 of the outward flanges 5-1 to 5-4 along other regions other than the ridge line portions 2-1 to 2-4 is 10 mm or more.
  • the width of the flange means the length in the direction perpendicular to the circumferential direction of the cross section of the outward flange region (however, the length of only the flat portion not including the bent surface).
  • spot welding with the set plate is not performed at the outward flanges 5-1 to 5-4 along the ridge line portions 2-1 to 2-4, and other than the ridge line portions 2-1 to 2-4
  • An example of spot welding is performed with outward flanges 5-1 to 5-4 along other regions.
  • the present invention is not limited to this case.
  • outward flanges 5-1 to 5-4 may be provided at least in a range along the ridge line portions 2-1 to 2-4, and as shown in FIG. 1E, the ridge line portions 2-1 to 2-4 are provided.
  • the short side wall portions 6-1 and 6-2 are preferably provided with outward flanges 5-5 and 5-6, and the entire portion other than the groove portion is preferably provided with outward flanges. As shown in FIG. 1F, it is more preferable to provide outward flanges 5-7 around the entire cross section.
  • the width of the outward flanges 5-1 to 5-4 is 2 mm or more at the portion where laser welding or fillet arc welding is performed, and is 10 mm or more at the portion where spot welding is performed.
  • the cross-sectional shape of the groove portions 3-1 and 3-2 is a substantially trapezoidal shape or a triangular shape with a groove depth of 10 to 35 mm. If the width of the groove bottoms 3-1 and 3-2 is too small, or if the depth of the groove bottoms 3-1 and 3-2 is too small, the buckling deformation of the cylindrical body 1 becomes unstable, and the groove portion A sufficient effect of improving the impact absorbing performance due to the provision of 3-1 and 3-2 cannot be obtained.
  • the length of the cylindrical body 1 in the axial direction is practically 80 to 300 mm.
  • board thickness of the cylinder 1 was less than 1.4 mm, it is not limited to this form, It can be set to 1.4 mm or more. In addition, Preferably, it is less than 1.4 mm, More preferably, it is 1.2 mm or less, Most preferably, it is 1.0 mm or less.
  • the lower limit value of the plate thickness of the cylindrical body 1 is preferably 0.5 mm or more from the viewpoint of securing desired absorbed energy. Thereby, the weight reduction of the crash box 0 is achieved.
  • the material of the cylinder 1 is made of metal, it is preferably made of a steel plate, more preferably a high-tensile steel plate having a tensile strength of 440 MPa or more, and even more preferably a high-tensile steel plate of 590 MPa or more.
  • FIG. 2 is an explanatory view schematically showing a state in which the cylinder 1 constituting the crash box 0 and the set plate 7 are joined.
  • the crash box 0 includes the above-described cylinder 1 and a set plate 7.
  • the set plate 7 is welded and joined to the cylinder 1 via outward flanges 5-1 to 5-4 provided at the end of the cylinder 1. Examples of this welding include laser welding, fillet arc welding, and spot welding.
  • FIG. 3 is an explanatory view schematically showing the locking portions 8-1 to 8-4 provided on the set plate 7.
  • FIG. 3A is a plan view of the set plate 7, and
  • FIG. 3C is an explanatory view schematically showing a state in which the cylindrical body 1 and the set plate 7 are combined.
  • the set plate 7 has locking portions 8-1 to 8-4.
  • the locking portions 8-1 to 8-4 are provided so as to protrude from the surface of the plate 7.
  • the locking portions 8-1 to 8-4 hold the end of the cylindrical body 1 in the longitudinal direction by contacting the inner surface of the cylindrical body 1. That is, the locking portions 8-1 to 8-4 are the ridge line portions 2-1 to 2-2 of the bent surfaces (rising R portions) of the outward flanges 5-1 to 5-4 at the longitudinal end portions of the cylindrical body 1.
  • -4 is supported from the inside of the main body 1.
  • the locking portions 8-1 to 8-4 preferably hold all portions from the inside of the cylindrical body 1 except for the groove bottom portion of the bent surface (rising R portion) of the outward flanges 5-1 to 5-4. To do.
  • the locking portions 8-1 to 8-4 have the bent surface 8a that supports the bent surface by contacting the bent surface (rise R portion) of the outward flanges 5-1 to 5-4. It is preferable.
  • the set plate 7 is comprised integrally.
  • the locking portions 8-1 and 8-4 are integrally formed continuously, and the locking portions 8-2 and 8-are not divided into four locking portions 8-1 to 8-4. 3 may be integrally formed continuously.
  • locking portions 8-5 and 8-6 may be further provided together with the locking portions 8-1 and 8-4.
  • the locking portions 8-5 and 8-6 hold portions corresponding to the groove portions 3-1 and 3-2 from the inside of the cylindrical body 1.
  • the locking portions 8-1 to 8-4 are flanges of the cylindrical body 1.
  • the bent surface (rising R portion) may be present at a portion corresponding to, for example, R1 to 10 mm.
  • the height of the locking portions 8-1 to 8-4 is preferably about 1 to 10 times the thickness of the metal plate constituting the flange.
  • the set plate 7 is manufactured, for example, by pressing a steel plate having a tensile strength of 270 to 980 MPa.
  • FIG. 6 is an explanatory view schematically showing a method of manufacturing the crash box 0 according to the present invention
  • FIG. 6A is a first step
  • FIG. 6B is a second step
  • FIG. 6C shows the third step.
  • the cylinder 1 constituting the crash box 0 is 1st process: Two press-molded bodies 10 with an open cross section are manufactured from the expansion
  • FIG. 6C the crash box 0 having the cylindrical body 1 and the set plate 7 is obtained by the third process of joining the set plate 7 to the cylindrical body 1 manufactured by the second process by spot welding or the like.
  • each of the two press-molded bodies 10 and 10 has an open cross-sectional shape obtained by dividing the cylindrical body 1 into two substantially by a plane including its central axis.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example of the configuration of the press molding apparatus 11 that manufactures the press molded body 10.
  • a press molding apparatus 11 is used as shown in FIG.
  • the press molding apparatus 11 includes a punch 12, a die 13, and a pad 14.
  • the punch 12 has a groove 12a extending in one direction (longitudinal direction) and a side wall 12b provided at an end in the longitudinal direction.
  • the die 13 is disposed to face the punch 12.
  • the pad 14 has a protruding portion 14 a extending in the longitudinal direction and is disposed to face the punch 12.
  • the unfolded blank 15 is press molded to produce two press molded bodies 10, that is, the first press molded body 10-1 and the second press molded body 10-2.
  • Each of the two press-formed bodies 10 has groove portions 3-1 and 3-2 extending in one direction, and has outward flanges 5-1 to 5-4 formed at end portions in the longitudinal direction.
  • the development blank 15 is pushed into the groove 12 a of the punch 12 by the protrusion 14 a provided on the pad 14, and the development blank 15 is bent by the die 13 and the punch 12.
  • a metal plate formed with the above is obtained.
  • the pad 14 is also referred to as a “normal pad”.
  • deployment blank 15 means the blank which has the external shape which expand
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a configuration example of another press molding apparatus 16 that manufactures the press-molded body 10.
  • the press molding apparatus 16 has a punch 12 and a die 13, and further has a pad 17 (hereinafter also referred to as a ridge line portion pad).
  • the punch 12 includes a groove portion 12a extending in one direction and a side wall 12b provided at an end portion in the longitudinal direction.
  • the die 13 is disposed to face the punch 12.
  • the pad 17 is disposed so as to face the punch 12 and extends in one direction, and the ridge line portions 2-1 and 2-2 in the vicinity of the outward flanges 5-1 and 5-2 in the development blank 15. And a constraining portion 17b for constraining the vicinity of the portion to be molded to -2.
  • the restraining portion 17b restrains the portion formed in the ridge line portions 2-1 and 2-2 in the vicinity of the outward flanges 5-1 and 5-2 in the development blank 15. Further, the protrusion 17 a of the ridge line pad 17 pushes the development blank 15 into the groove 12 a of the punch 12. Further, the die 13 and the punch 12 perform bending molding. This suppresses molding defects that occur in the outward flanges 5-1 and 5-2 along the ridge portions 2-1 and 2-2 during press molding.
  • an open cross section having a groove portion 3-1 extending in the longitudinal direction and outward flanges 5-1 and 5-2 continuous at all or a part of the region along the circumferential direction of the cross section at the end portion in the longitudinal direction.
  • the press-molded body 10 is manufactured.
  • bend forming is performed by normal press forming. It may be formed by a subsequent pressing step consisting of (bending) (restrike).
  • the first press-molded body 10-1 and the second press-molded body 10-2 are superposed on the planar portions formed at both ends in the circumferential direction of each cross section, and the superposed portion
  • the cylindrical body 1 is manufactured by joining using appropriate welding means such as laser welding and spot welding.
  • the cylindrical body 1 obtained in the second step is welded to the set plate 7 by means of laser welding, spot welding, fillet arc welding or the like via the outward flanges 5-1 to 5-4. To do. It is preferable to use a set plate 7 on which locking portions 8-1 to 8-4 are formed.
  • a form having continuous outward flanges 5-1 to 5-4 is used in the region excluding the groove portion, but the present invention is not limited to this form, and the outward flange 5 formed in the above range is used.
  • -1 to 5-4 may have a notch in a portion other than the flange corresponding to the ridge line portions 2-1 to 2-4 excluding the groove portion.
  • the width and shape of the outward flanges 5-1 to 5-4 can be changed as appropriate by adjusting the shape of the development blank 15.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram schematically showing the shapes of the development blanks 15-1 and 15-2 in the embodiment.
  • outward flanges 5-1 to 5-4 formed at the end of the cylindrical body 1 are arranged along the grooves 3-1 and 3-2 in the circumferential direction of the cross section.
  • Two types of blanks 15-1 and 15-2 adjusted so as to be formed in the entire range excluding the part range were used.
  • the widths of the outward flanges 5-1 to 5-4 were set to be substantially uniform 15 mm.
  • the widths of the outward flanges 5-1 to 5-4 along the ridge lines 2-1 to 2-4 are set to 2 mm, and the widths of the other portions are set to 15 mm.
  • FIG. 8 is an explanatory view schematically showing the shapes of the press-molded bodies 10-pattern A, 10-pattern B in the example.
  • FIG. 8A is a case where a development blank 15-1 is used, and FIG. This is a case where the development blank 15-2 is used.
  • the two first press-formed bodies 10-pattern A and the two second press-formed bodies 10-pattern B are planar portions formed at both end portions in the circumferential direction of the molded body in which a flange is added to the groove bottom. Both were overlapped and spot welded at this overlapped portion to produce a cylindrical body 1 having outward flanges 5-1 to 5-4.
  • a crash box 0 including this cylinder 1 and a set plate 7 spot welded via outward flanges 5-1 to 5-4 provided at the end of the cylinder 1 is assembled.
  • the buckling deformation behavior (buckling behavior) when an impact load is applied to one end of the cylindrical body 1 constituting the cylinder was analyzed by the finite element method (Analysis 2).
  • the load direction of the impact load was set to two cases when parallel to the longitudinal direction of the cylinder 1 and when inclined by 5 degrees with respect to the longitudinal direction.
  • the cylinder 1 has a length of 120 mm and a cross-sectional dimension of 64 mm ⁇ 93 mm.
  • the blanks 15-1 and 15-2 are made of 440MPa cold rolled steel sheet, JSC440W (Japan Iron and Steel Federation standard), 590MPa class cold rolled steel sheet, JSC590R (Japan Iron and Steel Federation standard), Two levels of 1.0 and 1.2 mm were set.
  • the locking portions 8-1 to 8-4 have a shape corresponding to the shape of the bent portion (rising R portion), the inner side is R2 to 4 mm, and the height of the locking portions 8-1 to 8-4 is It is about 3 to 7 mm which is slightly larger than the value of the inner side R.
  • a crash box having a cross-sectional shape of the cylindrical body 1 described above and having a known cylindrical body that does not have the outward flanges 5-1 to 5-4 butted against a set plate and butt arc welded. Analysis was performed.
  • the blank material is JSC440W, and the plate thickness is 1.0 mm and 1.2 mm.
  • Table 1 shows the results of Analysis 1.
  • each of the development blanks 15-1 and 15-2 has grooves 3-1 and 3-2 extending in the longitudinal direction, and an outward flange 5-1 at the end in the longitudinal direction. , 5-2 or 5-3, 5-4 can be obtained, but the unfolded blank 15-1 has a ridge line portion 2-
  • the increase in the plate thickness at the base of the outward flanges 5-1, 5-2 or 5-3, 5-4 along the lines 1, 2-2 or 2-3, 2-4 is large, and the ridge portion 2-1 , 2-2 or 2-3, 2-4 along the outward flanges 5-1, 5-2 or 5-3, 5-4, the plate thickness is greatly reduced.
  • the ridge line pad 17 when used, the increase in the plate thickness and the decrease in the plate thickness are small and good as compared with the case where the normal pad 14 is used. Therefore, from the viewpoint of avoiding the generation of wrinkles accompanying the increase in the plate thickness and the generation of flange cracks accompanying the decrease in the plate thickness, it is desirable to perform press molding using the ridge line portion pad 17. Further, as in the development blank 15-2, outward flanges 5-1, 5-2 or 5-3, 5-4 along the vicinity of the ridge portions 2-1, 2-2 or 2-3, 2-4. It is desirable to make the width of the outer flange smaller than the width of the outward flanges 5-1, 5-2 or 5-3, 5-4 at other portions.
  • Table 2 shows the main conditions of Analysis 2
  • Tables 3 and 4 show the comparison between the analysis results and weldability.
  • Example 1 has a plate thickness of 1.0 mm, it is easy for melt-off to occur during butt arc welding, making it difficult to manufacture a crash box.
  • the inventive examples 1 to 5 it becomes possible to spot weld the cylindrical body 1 to the set plate 7 via the outward flanges 5-1, 5-2 or 5-3, 5-4. It is useful as an impact-absorbing-structure.
  • the invention examples 1, 2, and 4 in which the ridge portions 2-1 to 2-4 of the cylindrical body 1 are supported from the inside by the locking portions 8-1 to 8-4 provided on the set plate 7 have a plate thickness of 1 Although it is 0.0 mm, it is possible to suppress the collapse of the root R portion at the inner end of the cross section at the end in the longitudinal direction and to exhibit a very stable buckling deformation behavior as in the conventional example 2 in which the plate thickness is 1.2 mm. I understood.
  • Invention Example 5 it was found that even when the collision target surface (impactor) is inclined with respect to a surface perpendicular to the longitudinal axis of the cylindrical body 1, a stable buckling deformation behavior is exhibited.
  • Invention Example 3 in the initial stage of the impact stroke, the R portion at the base of the outward flanges 5-1 5-2, 5-3, and 5-4 is slightly collapsed inside the cross section. Admitted.
  • the cylindrical body 1 and the set plate 7 by spot welding or the like via the outward flanges 5-1, 5-2 or 5-3, 5-4. Even the body 1 can prevent welding defects such as burn-off during conventional butt arc welding, and a lightweight crash box having excellent shock absorption performance can be obtained.

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Abstract

　クラッシュボックスを構成する筒体の板厚が１．４ｍｍよりも薄い場合であっても、この筒体をセットプレートに突き当てた状態で良好に溶接することが可能であり、軸圧壊性能に優れたクラッシュボックスとその製造方法を提供する。　金属製の長尺な筒体を有するクラッシュボックス（１）である。筒体は、長手方向に延びる複数の稜線部（２－１～２－４）と複数の側壁部（４）とに囲まれた扁平な多角形の基本断面形状を有し、その断面の長軸方向と略平行な長辺側の側壁部（４）に前記長手方向に延びる１つ以上の溝部（３－１，３－２）を有するとともに、前記長手方向の端部に外向きフランジ（５－１～５－４）を有する。

Description

クラッシュボックスおよびその製造方法
　本発明は、自動車車体に装着されるクラッシュボックスおよびその製造方法に関する。具体的には、本発明は、例えば自動車車両の前部や後部に取り付けられ、衝撃荷重がその軸方向へ向けて負荷された際に座屈して蛇腹状に塑性変形することによって衝撃エネルギを吸収するための金属板の成形体である筒体を備えるクラッシュボックスと、その製造方法に関する。
　衝突の際の衝撃荷重により座屈することにより衝突エネルギを吸収するための衝撃吸収部材が車両に取り付けられる。クラッシュボックスがこの衝撃吸収部材の一つとして知られる。クラッシュボックスは、車両の前後に前後方向へ向けて配置される筒体を有する。クラッシュボックスは、この筒体と、筒体の長手方向の片側の端部に突合せアーク溶接（butt arc welding）等により溶接されるセットプレート（取付け板）とを備える。
　衝突荷重が筒体の軸方向へ向けて負荷された際に軸方向へ安定して繰り返し座屈(buckling)することがクラッシュボックスに要求される。本出願人らは、例えば特許文献１により、溝部を有する筒体を備えるクラッシュボックスに係る特許発明を開示した。溝部は、横断面をなす多角形の長辺に、内部へ向けて凸となるように軸方向へ向けて延びて、設けられる。このクラッシュボックスは、軸方向へ向けて負荷される衝撃荷重により、確実に繰り返し座屈して蛇腹状に塑性変形（plastic deformation）することで衝撃エネルギを吸収する。
　近年、クラッシュボックスを構成する筒体の板厚の低減が、車両の軽量化を図るために検討されている。しかし、特許文献１により開示されたクラッシュボックスの筒体の板厚を１．２～１．４ｍｍ程度以下に薄くすると、筒体の端部がセットプレートとの突合せアーク溶接の際の入熱により溶け落ちてしまい、溶接部の強度が低下する可能性が高まる。
　本出願人は、特許文献２により、金属製の筒体の軸方向の一方の端部を、１８０度折り返した折り重ね部としたクラッシュボックスを提案した。
特許第３９１２４２２号明細書 特開２００８－２６１４９３号公報
　特許文献２により開示されたクラッシュボックスは、上記問題をある程度解決できる。しかし、蛇腹状の塑性変形が、折り重ね部が存在することによって、生じ難くなるために衝撃吸収性能が低下することや、筒体が高強度鋼板により構成される場合には折り重ね部の成形が難しいことといった問題がこのクラッシュボックスには存在する。
　本発明の目的は、クラッシュボックスを構成する筒体の板厚が１．４ｍｍよりも薄い場合であっても、この筒体をセットプレートに突き当てた状態で良好に溶接できる軽量なクラッシュボックスとその製造方法を提供することである。
　本発明は、以下に列記の通りである。
（１）金属製の長尺の筒体を備えるクラッシュボックスであって、
　前記筒体は、一の方向へ延びる複数の稜線部および複数の側壁部に囲まれた多角形の基本断面形状を有し、その断面の長軸方向と略平行な長辺の側壁部に前記一の方向へ延びる１つ以上の溝部を有するとともに、前記一の方向の端部に外向きフランジを有すること
を特徴とするクラッシュボックス。
　換言すると、鋼板製の長尺の筒体を備え、該筒体は、一の方向へ延びる複数の稜線部および複数の側壁部に囲まれた多角形の基本断面形状を有し、その断面の長軸方向と略平行な長辺の側壁部に前記一の方向へ延びる１つ以上の溝部を有するクラッシュボックスにおいて、前記一の方向の端部に外向きフランジを有することを特徴とするクラッシュボックス。
　本発明において「多角形」が菱形である場合には、本発明における「長辺」とは菱形の各辺を意味する。
（２）前記多角形は扁平な多角形である１項に記載されたクラッシュボックス。
（３）前記外向きフランジは、前記端部のうち少なくとも溝部に相当する部位を除く全ての稜線部に設けられる１項または２項に記載されたクラッシュボックス。
（４）前記外向きフランジは前記筒体と一体に成形される１項から３項までのいずれか1項に記載されたクラッシュボックス。
（５）前記筒体は前記金属板のプレス成形体である１項から４項までのいずれか１項に記載されたクラッシュボックス。
（６）前記金属板の板厚は１．２ｍｍ以下である１項から５項までのいずれか１項に記載されたクラッシュボックス。
（７）前記金属板の板厚は１．０ｍｍ以下である１項から５項までのいずれか１項に記載されたクラッシュボックス。
（８）前記金属板は、引張強度(tensile strength)４４０ＭＰａ以上の鋼板である１項から７項までのいずれか１項に記載されたクラッシュボックス。
（９）前記金属板は、引張強度５９０ＭＰａ以上の鋼板である１項から７項までのいずれか１項に記載されたクラッシュボックス。
（１０）前記多角形は略四角形である１項から９項までのいずれか１項に記載されたクラッシュボックス。
（１１）さらに、前記外向きフランジを介して溶接されたセットプレートを有する１項から１０項までのいずれか1項に記載されたクラッシュボックス。
（１２）前記セットプレートは、該プレートの表面から突き出て設けられるとともに前記筒体の長手方向の端部の内面に当接する係止部(locking section)を備える１１項に記載されたクラッシュボックス。
（１３）前記係止部は、前記筒体の一の方向の端部に形成される屈曲面(curved portion)（立ち上がりＲ部）( rise-up curvature portion)に当接することにより該屈曲面を支持する屈曲面を有する請求項１２に記載されたクラッシュボックス。
（１４）１項から１０項までのいずれか１項に記載されたクラッシュボックスの製造方法であって、下記第１の工程および第２の工程を有することを特徴とするクラッシュボックスの製造方法；
第１の工程：一の方向へ延びる溝部、および該一の方向の端部に設けられる側壁を備えるパンチと、該パンチに対向して配置されるダイと、前記一の方向へ延びる突起部を備えるパッドとを有するプレス成形装置を用いて、前記パッドの突起部により、前記筒体の展開ブランク(developed blank)を前記パンチの溝部に押し込むとともに、前記ダイと前記パンチで曲げ成形(bending)することによって、前記一の方向へ延びる複数の稜線部および複数の側壁部に囲まれた多角形の基本断面形状を有し、該断面の長軸方向と略平行な長辺の側壁部に前記一の方向へ延びる１つ以上の溝部を有するとともに、前記一の方向の端部に断面周方向に沿う一部の領域に連続した外向きフランジを有する開断面のプレス成形体を２つ製造する工程、
第２の工程：前記第１の工程により製造された２つの前記プレス成形体それぞれの断面周方向の両端部にそれぞれ形成された平面部で、２つの前記プレス成形体を重ね合わせて溶接(welding)することにより前記筒体を製造する工程。
（１５）前記パッドは、前記展開ブランクにおける、外向きフランジの近傍における稜線部に成形される部分を拘束する拘束部を備え、該拘束部により、前記展開ブランクにおける、前記外向きフランジの近傍における稜線部に成形される部分を拘束する１４項に記載されたクラッシュボックスの製造方法。
（１６）１１項から１３項までのいずれか１項に記載されたクラッシュボックスの製造方法であって、下記第１の工程、第２の工程および第３の工程を有することを特徴とするクラッシュボックスの製造方法；
第１の工程：一の方向へ延びる溝部、および該一の方向の端部に設けられる側壁を備えるパンチと、該パンチに対向して配置されるダイと、前記一の方向へ延びる突起部を備えるパッドとを有するプレス成形装置を用いて、前記パッドの突起部(protrusion)により、前記筒体の展開ブランクを前記パンチの溝部に押し込むとともに、前記ダイと前記パンチで曲げ成形(bending forming)することによって、前記一の方向へ延びる複数の稜線部および複数の側壁部に囲まれた多角形の基本断面形状を有し、該断面の長軸方向と略平行な長辺の側壁部に前記一の方向へ延びる１つ以上の溝部を有するとともに、前記一の方向の端部に断面周方向に沿う一部の領域に連続した外向きフランジを有する開断面のプレス成形体を２つ製造する工程、
第２の工程：前記第１の工程により製造された２つの前記プレス成形体それぞれの断面周方向の両端部にそれぞれ形成された平面部で、２つの前記プレス成形体を重ね合わせて溶接(welding)することにより前記筒体を製造する工程、
第３の工程：前記第２工程で得られた筒体を、前記外向きフランジを介して前記セットプレートと重ね合わせてスポット溶接(spot welding)、隅肉アーク溶接(fillet arc welding)またはレーザ溶接(laser welding)によって接合する工程。
（１７）前記セットプレートは、該プレートの表面から突き出て設けられるとともに前記筒体の長手方向の端部の内面に当接する係止部を備える１６項に記載されたクラッシュボックスの製造方法。
　本発明により、筒体に形成される外向きフランジとセットプレートとを重ね合わせてスポット溶接、隅肉アーク溶接またはレーザ溶接を行うことができる。このため、筒体の板厚が１．４～１．２ｍｍ未満である場合であっても、従来技術の課題である溶け落ちなどの溶接不良の発生が防止され、溶接部の強度が高められる。これにより、板厚が１．４～１．２ｍｍ未満の筒体を有する軽量なクラッシュボックスが提供される。
　また、長手方向の端部に屈曲面（立ち上がりR部）および外向きフランジを有するクラッシュボックスでは、筒体の板厚が特に１．２ｍｍ未満である場合、衝撃荷重によって、筒体の長手方向の端部が断面内へ倒れ込み、安定的な繰り返し座屈を阻害する変形が発生することがある。この現象は、衝撃荷重が筒体の軸方向に対して斜め方向へ向けて作用する場合に、特に顕著に発生する。
　本発明は、プレートの表面から突き出て設けられるとともに筒体の内面に当接することによって筒体の長手方向の端部を保持する係止部を備えるセットプレートを用いるため、上記倒れ込みを抑制でき、板厚が薄い筒体を有するクラッシュボックスの衝撃吸収性能が高められる。
図１は、本実施形態のクラッシュボックスを構成する筒体を示す説明図であり、図１Ａは全体を示す斜視図、図１Ｂは正面図、図１Ｃは側面図、図１Ｄ～Ｆは外向きフランジの位置の例を示す説明図である。 図２は、クラッシュボックスの筒体とセットプレートとを接合した状態を模式的に示す説明図である。 図３は、セットプレートに設けた係止部を模式的に示す説明図である。 図４は、プレス成形体を製造するプレス成形装置の構成の例を示す模式図である。 図５は、実施の形態の筒体を製造するプレス成形装置の構成の他の例を示す模式図である。 図６は、本発明にかかるクラッシュボックスの製造方法を模式的に示す説明図であり、図６Ａは第１の工程、図６Ｂは第２の工程、図６Ｃは第３の工程である。 図７Ａ，７Ｂは、実施例における展開ブランクの形状を模式的に示す説明図である。 図８Ａ，８Ｂは、実施例におけるプレス成形体の形状を模式的に示す説明図である。
　本発明を、添付図面を参照しながら、説明する。
１．クラッシュボックス０
　図１は、本発明に係るクラッシュボックス０を構成する筒体１を示す説明図であり、図１Ａは全体を示す斜視図、図１Ｂは筒体１の正面図、図１Ｃは筒体１の側面図、図１Ｄ～Ｆは筒体１の変形例１－１～１－３の断面図である。
　クラッシュボックス０は金属製の筒体１を備える。筒体１は、軸方向へ負荷される衝撃荷重を受けて蛇腹状に座屈することにより衝突エネルギを吸収する。
　図１Ａ，Ｂに示すように、筒体１は、扁平な略四角形の基本断面を有する。筒体１は長手方向へ延びて設けられる１つ以上の溝部３－１，３－２を有する。溝部３－１，３－２は、基本断面を構成する稜線部２－１～２－４を除く位置に設けられる。溝部３－１，３－２は、断面の長軸方向へ平行な長辺面側の側壁部４に設けられる。溝部３－１，３－２は、断面内側へ向けて凸となる溝部である。
　この説明では、略四角形の横断面形状を有する筒体１が用いられる。しかし、本発明はこの断面形状には限定されない。本発明における筒体１は、例えば６角形や８角形の扁平な略多角形の横断面形状を有してもよい。好ましくは、基本断面が扁平な略四角形であり、長辺面側の２つの側壁部４，４にそれぞれ１つ以上の溝部３－１，３－２が形成される。
　図１Ａ，Ｂに示すように、筒体１は、後述するように第１のプレス成形体１０－１および第２のプレス成形体１０－２を組み合わせて構成される。第１のプレス成形体１０－１および第２のプレス成形体１０－２は、いずれも、金属板のプレス成形体である。
　筒体１の長手方向の端部において、外向きフランジ５－１～５－４が溝部３－１，３－２を除く側壁部４の範囲に設けられる。外向きフランジ５－１～５－４は筒体１と一体に成形される。
　外向きフランジ５－１～５－４は、断面周方向に沿う平坦部２ｍｍ以上の幅を有する。稜線部２－１～２－４に沿う外向きフランジ５－１～５－４の幅Ｂ１は２ｍｍ以上である。稜線部２－１～２－４以外の他の領域に沿う外向きフランジ５－１～５－４の幅Ｂ２は１０ｍｍ以上である。ここで、フランジの幅とは、外向きフランジ領域の断面周方向に垂直な方向の長さ（ただし、屈曲面を含まない平坦部のみの長さ）を意味する。
　この説明では、稜線部２－１～２－４に沿う外向きフランジ５－１～５－４においてセットプレートとのスポット溶接(spot welding)は行わず、稜線部２－１～２－４以外の他の領域に沿う外向きフランジ５－１～５－４でスポット溶接を行う場合を例にとる。本発明はこの場合には限定されない。図１Ｄに示すように、少なくとも稜線部２－１～２－４に沿う範囲に外向きフランジ５－１～５－４を備えればよく、図１Ｅに示すように、稜線部２－１～２－４に加え、短辺側壁部６－１，６－２にも外向きフランジ５－５，５－６を備え、溝部以外の部分の全体に外向きフランジを備えるのが好ましい。図１Ｆに示すように、断面全周に外向きフランジ５－７を備えるのがさらに好ましい。
　外向きフランジ５－１～５－４の幅は、レーザ溶接または隅肉アーク溶接を行う部分では２ｍｍ以上であり、スポット溶接する部分では１０ｍｍ以上である。
　溝部３－１，３－２の断面形状は、溝深さが１０～３５ｍｍの略台形状や三角形状である。溝底３－１，３－２の幅が過少であるか、または溝底３－１，３－２の深さが過少であると、筒体１の座屈変形が不安定になり、溝部３－１，３－２を設けたことによる十分な衝撃吸収性能の向上効果が得られない。
　筒体１の軸方向への長さは、実用上、８０～３００ｍｍである。
　筒体１の板厚は１．４ｍｍ未満としたが、この形態に限定されず１．４ｍｍ以上とすることができる。なお、好ましくは、１．４ｍｍ未満であり、さらに好ましくは１．２ｍｍ以下であり、最も好ましくは１．０ｍｍ以下である。筒体１の板厚の下限値は、所望の吸収エネルギを確保する観点から、０．５ｍｍ以上であることが好ましい。これにより、クラッシュボックス０の軽量化が図られる。
　筒体１の材質は、金属製としたが、好ましくは鋼板製であり、さらに好ましくは引張強度が４４０ＭＰａ以上の高張力鋼板であり、いっそう好ましくは５９０ＭＰａ以上の高張力鋼板製である。
　図２は、クラッシュボックス０を構成する筒体１とセットプレート７とを接合した状態を模式的に示す説明図である。
　図２に示すように、クラッシュボックス０は、上述の筒体１と、セットプレート７とを備える。セットプレート７は、筒体１の端部に設けた外向きフランジ５－１～５－４を介して筒体１と溶接されて接合される。この溶接として、レーザ溶接、隅肉アーク溶接またはスポット溶接が例示される。
　図３は、セットプレート７に設けた係止部８－１～８－４を模式的に示す説明図であり、図３Ａはセットプレート７の平面図、図３Ｂはセットプレート７のＩ－Ｉ断面図、図３Ｃは筒体１とセットプレート７とを組み合わせた状態を模式的に示す説明図である。
　図３に示すように、セットプレート７は、係止部８－１～８－４を有する。係止部８－１～８－４は、このプレート７の表面から突き出て設けられる。係止部８－１～８－４は、筒体１の内面に当接することによって筒体１の長手方向の端部を保持する。すなわち、係止部８－１～８－４は、筒体１の長手方向の端部における外向きフランジ５－１～５－４の屈曲面（立ち上がりＲ部）の稜線部２－１～２－４に沿う部分を、本体１の内側から支持する。係止部８－１～８－４は、好ましくは、外向きフランジ５－１～５－４の屈曲面（立ち上がりＲ部）の溝底部を除く全ての部分を、筒体１の内側から保持する。
　このように、係止部８－１～８－４は、外向きフランジ５－１～５－４の屈曲面（立ち上がりＲ部）に当接することによりこの屈曲面を支持する屈曲面８ａを有することが好ましい。
　なお、セットプレート７は一体に構成されることが好ましい。この場合、４つの係止部８－１～８－４に分割するのでなく、例えば係止部８－１，８－４を一体に連続して形成するとともに係止部８－２，８－３を一体に連続して形成してもよい。また、係止部８－１，８－４とともに係止部８－５，８－６をさらに設けてもよい。係止部８－５，８－６は、溝部３－１，３－２に対応する部分を筒体１の内側から保持する
　係止部８－１～８－４は、筒体１のフランジの屈曲面（立ち上がりＲ部）、例えばＲ１～１０ｍｍに対応する部分に存在すればよい。係止部８－１～８－４の高さは、フランジを構成する金属板の板厚の１～１０倍程度であることが好ましい。セットプレート７は、例えば、引張強度が２７０～９８０ＭＰａ級の鋼板をプレス加工することにより製造される。
　本発明に係るクラッシュボックス０は、以上のように構成される。
２．クラッシュボックス０の製造方法
　図６は、本発明に係るクラッシュボックス０の製造方法を模式的に示す説明図であり、図６Ａは第１の工程であり、図６Ｂは第２の工程であり、図６Ｃは第３の工程である。
　クラッシュボックス０を構成する筒体１は、
第１の工程：後述する展開ブランクから開断面のプレス成形体１０を２つ製造する（図６Ａ）；
第２の工程：２つのプレス成形体１０，１０から筒体１を製造する（図６Ｂ）；
を経て製造される。
　さらに、図６Ｃに示すように、第２の工程により製造された筒体１にセットプレート７をスポット溶接等によって接合する第３の工程により、筒体１およびセットプレート７を有するクラッシュボックス０が製造される。なお、２つのプレス成形体１０，１０は、いずれも、筒体１をその中心軸を含む平面でほぼ２分割して得られる開断面形状を有する。
［第１の工程］
　図４は、プレス成形体１０を製造するプレス成形装置１１の構成の例を示す模式図である。
　第１の工程では、図４に示すようにプレス成形装置１１を用いる。プレス成形装置１１は、パンチ１２、ダイ１３およびパッド１４を備える。パンチ１２は、一の方向（長手方向）へ延びる溝部１２ａ、および長手方向の端部に設けた側壁１２ｂを有する。ダイ１３は、パンチ１２に対向して配置される。パッド１４は、長手方向に延びる突起部１４ａを有するとともにパンチ１２に対向して配置される。
　プレス成形装置１１を用いて、展開ブランク１５をプレス成形することにより、プレス成形体１０を二つ、すなわち第１のプレス成形体１０－１および第２のプレス成形体１０－２を製造する。二つのプレス成形体１０は、いずれも、一の方向へ延設する溝部３－１，３－２を有し、かつ長手方向の端部に形成した外向きフランジ５－１～５－４を有する
　第１の工程でのプレス成形では、パッド１４に設けた突起部１４ａにより展開ブランク１５をパンチ１２の溝部１２ａに押し込むとともに、ダイ１３およびパンチ１２により展開ブランク１５を曲げ成形する。これにより、長手方向に延設した溝部３－１と、長手方向の端部に、少なくとも、断面周方向に沿う溝部３－１を除く範囲に形成された外向きフランジ５－１，５－２とを形成された金属板が得られる。以下、このパッド１４を「通常パッド」ともいう。
　なお、展開ブランク１５とは、プレス成形体１０を平坦状に展開した外形を有するブランクを意味する。
　以上の第１の工程の説明では、プレス成形装置１１を用いてプレス成形する方法を説明したが、この成形法に限定されるものでない。
　他の成形法として、例えば、図５に示すプレス成形装置１６を用いることができる。
　図５は、プレス成形体１０を製造する他のプレス成形装置１６の構成例を示す模式図である。
　プレス成形装置１６は、パンチ１２およびダイ１３を有し、さらに、パッド１７（以下、稜線部パッドともいう）を有する。パンチ１２は、一の方向へ延びる溝部１２ａ、および長手方向の端部に設けた側壁１２ｂを備える。ダイ１３は、パンチ１２に対向して配置される。パッド１７は、パンチ１２に対向して配置されるとともに、一の方向へ延びる突起部１７ａと、展開ブランク１５における、外向きフランジ５－１，５－２の近傍における稜線部２－１，２－２に成形される部分の近傍を拘束する拘束部１７ｂとを備える。
　プレス成形の際には、拘束部１７ｂが、展開ブランク１５における、外向きフランジ５－１，５－２の近傍における稜線部２－１，２－２に成形される部分を拘束する。また、稜線部パッド１７の突起部１７ａが展開ブランク１５をパンチ１２の溝部１２ａに押し込む。さらに、ダイ１３およびパンチ１２が曲げ成形を行う。これにより、プレス成形の際に稜線部２－１，２－２に沿う外向きフランジ５－１，５－２に発生する成形不良が抑制される。
　これにより、長手方向へ延設した溝部３－１と、長手方向の端部に断面周方向に沿う全部または一部の領域に連続した外向きフランジ５－１，５－２とを有する開断面のプレス成形体１０が製造される。
　稜線部パッド１７の稜線部２－１，２－２に対応する部分の真下等が、稜線部パッド１７を用いた成形工程において成形しきれない場合には、通常のプレス成形で行われる曲げ成形(bending)（リストライク）(restrike)からなる後続のプレス工程で成形すればよい。
［第２の工程］
　第２の工程では、第１のプレス成形体１０－１と第２のプレス成形体１０－２とを、それぞれの断面周方向の両端部に形成された平面部で重ね合わせ、この重ね合わせ部でレーザ溶接やスポット溶接などの適宜溶接手段を用いて接合することにより筒体１を製造する。
［第３の工程］
　第３工程では、第２工程で得られた筒体１を外向きフランジ５－１～５－４を介してレーザ溶接、スポット溶接や隅肉アーク溶接などの溶接手段にてセットプレート７に溶接する。セットプレート７として係止部８－１～８－４が形成されたものを用いることが好ましい。
　以上の説明では、溝部を除く領域に、連続した外向きフランジ５－１～５－４を有する形態を用いたが、この形態に限定されることはなく、上記範囲に形成した外向きフランジ５－１～５－４が溝部を除く稜線部２－１～２－４に対応するフランジ以外の部分に切欠きを有するものであってもよい。
　外向きフランジ５－１～５－４の幅や形状は、展開ブランク１５の形状を調整することにより適宜変更することができる。
　図４に示す通常パッド１４を有するプレス成形装置１１、または図５に示す稜線部パッド１７を有するプレス成形装置１６を用いてプレス成形体１０－１，１０－２（第１、２のプレス成形体）にプレス成形する際の変形挙動(deformation behavior)を有限要素法(Finite Element Method)で解析した（解析１）。
　図７は、実施例における展開ブランク１５－１，１５－２の形状を模式的に示す説明図である。
　展開ブランクとしては、図７Ａ、Ｂに示すように、筒体１の端部に形成する外向きフランジ５－１～５－４が、断面周方向の溝部３－１，３－２に沿う一部の範囲を除く全範囲に形成されるように調整した２種類のブランク１５－１，１５－２を用いた。展開ブランク１５－１では、外向きフランジ５－１～５－４の幅がほぼ一様の１５ｍｍとなるようにした。展開ブランク１５－２では、稜線部２－１～２－４に沿う外向きフランジ５－１～５－４の幅が２ｍｍになるとともに他の部分の幅が１５ｍｍとなるようにした。
　図８は、実施例におけるプレス成形体１０－パターンＡ，１０－パターンＢの形状を模式的に示す説明図であり、図８Ａは、展開ブランク１５－１を用いた場合であり、図８Ｂは、展開ブランク１５－２を用いた場合である。
　次いで、２つの第１のプレス成形体１０－パターンＡ，２つの第２のプレス成形体１０―パターンＢのそれぞれ溝底部にフランジを追加した成形体の断面周方向の両端部に形成した平面部で両者を重ね合わせ、この重ね合わせ部でスポット溶接して外向きフランジ５－１～５－４を備える筒体１を作製した。
　次いで、この筒体１と、この筒体１の端部に設けた外向きフランジ５－１～５－４を介してスポット溶接したセットプレート７とを備えるクラッシュボックス０を組立て、このクラッシュボックス０を構成する筒体１の一端に衝撃荷重を付加した際の座屈変形挙動(buckling behavior)を有限要素法により解析した（解析２）。
　なお、衝撃荷重の負荷方向は、筒体１の長手方向に平行とした場合と、長手方向に対して５度傾斜させた場合の２ケースとした。
　筒体１は、長さが１２０ｍｍ、断面寸法が６４ｍｍ×９３ｍｍである。
　ブランク１５－１，１５－２の材質は４４０ＭＰａ級冷延鋼板(cold rolled steel sheet)，ＪＳＣ４４０Ｗ（日本鉄鋼連盟規格）と５９０ＭＰａ級冷延鋼板、ＪＳＣ５９０Ｒ（日本鉄鋼連盟規格）であり、板厚は１．０および１．２ｍｍの２水準とした。
　また、セットプレート７における係止部８－１～８－４の有無による影響も調査した。係止部８－１～８－４は屈曲部（立ち上がりＲ部）形状に対応する形状を有しており、内側Ｒ２～４ｍｍであり、係止部８－１～８－４の高さは内側Ｒの値より若干大きめの３～７ｍｍ程度である。
　従来例として、上述の筒体１の断面形状を有し、外向きフランジ５－１～５－４を具備しない公知の筒体をセットプレートに突き当て、突合せアーク溶接したクラッシュボックスについても同様の解析を行った。ブランクの材質はＪＳＣ４４０Ｗで板厚は１．０ｍｍおよび１．２ｍｍの２水準である。
　表１に解析１の結果を示す。表１に示すように、いずれの展開ブランク１５－１，１５－２でも、長手方向へ延設する溝部３－１，３－２を有し、長手方向の端部に外向きフランジ５－１，５－２または５－３，５－４を有するプレス成形体を得ることは可能であるが、展開ブランク１５－１では、展開ブランク１５－２に比べ、プレス成形の際、稜線部２－１，２－２または２－３，２－４に沿う外向きフランジ５－１，５－２または５－３，５－４の根元における板厚の増加が大きく、また、稜線部２－１，２－２または２－３，２－４に沿う外向きフランジ５－１，５－２または５－３，５－４の端における板厚の減少が大きい。
　また、稜線パッド１７を用いた場合は、通常パッド１４を用いた場合に比べて、板厚の増加や板厚の減少が小さく良好である。したがって、板厚の増加に伴うしわの発生や板厚の減少に伴うフランジ割れの発生を回避する観点からは、稜線部パッド１７を用いてプレス成形することが望ましい。また、展開ブランク１５－２のように、稜線部２－１，２－２または２－３，２－４の近傍に沿う外向きフランジ５－１，５－２または５－３，５－４の幅を他の部位の外向きフランジ５－１，５－２または５－３，５－４の幅よりも小さくすることが望ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表２に解析２の主条件を示し、表３および表４に解析結果と溶接性を比較して示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表２、３に示すように、従来例１は、板厚が１．０ｍｍであるため、突合せアーク溶接の際に溶け落ちが発生し易く、クラッシュボックスの製造が難しい。
　これに対し、発明例１～５は、外向きフランジ５－１，５－２または５－３，５－４を介して筒体１をセットプレート７にスポット溶接することが可能となり、自動車車体の衝撃吸収機構(impact energy absorbing structure)として有用となる。特に、セットプレート７に設けた係止部８－１～８－４で筒体１の稜線部２－１～２－４を内側から支持した発明例１，２，４は、板厚が１．０ｍｍであるが、長手方向の端部における根元Ｒ部の断面内側への倒れ込みが抑制され、板厚が１．２ｍｍである従来例２と同様に極めて安定した座屈変形挙動を示すことが分かった。
　また、発明例５に示すように、衝突対象面（インパクタ）が筒体１の長手方向軸に垂直な面に対して傾斜した場合にも安定した座屈変形挙動を示すことが分かった。なお、発明例３は、圧潰ストローク(impactor stroke)の初期段階において、外向きフランジ５－１，５－２または５－３，５－４の根元のＲ部が断面内側に若干倒れこむ現象が認められた。
　本発明により、外向きフランジ５－１，５－２または５－３，５－４を介して筒体１とセットプレート７とのスポット溶接等による接合が可能となるため、板厚が薄い筒体１でも、従来の突合せアーク溶接の際の溶け落ちなどの溶接不良を防止でき、優れた衝撃吸収性能を有する軽量なクラッシュボックスが得られる。
　また、表２，４の発明例９，１０と従来例２とを対比することから理解されるように、本発明によれば、従来例と同等程度の吸収エネルギや安定した座屈挙動を維持しながら、良好な溶接性を確保できる。
０　クラッシュボックス
１　筒体
２－１～２－４　稜線部
３－１，３－２　溝部
５－１～５－４　外向きフランジ

Claims (17)

  1. 　金属製の長尺の筒体を備えるクラッシュボックスであって、
    　前記筒体は、一の方向へ延びる複数の稜線部および複数の側壁部に囲まれた多角形の基本断面形状を有し、その断面の長軸方向と略平行な長辺の側壁部に前記一の方向へ延びる１つ以上の溝部を有するとともに、前記一の方向の端部に外向きフランジを有すること
    を特徴とするクラッシュボックス。
  2. 　前記多角形は扁平な多角形である請求項１に記載されたクラッシュボックス。
  3. 　前記外向きフランジは、前記端部のうち少なくとも溝部に相当する部位を除く全ての稜線部に設けられる請求項１または請求項２に記載されたクラッシュボックス。
  4. 　前記外向きフランジは前記筒体と一体に成形される請求項１から請求項３までのいずれか1項に記載されたクラッシュボックス。
  5. 　前記筒体は前記金属板のプレス成形体である請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載されたクラッシュボックス。
  6. 　前記金属板の板厚は１．２ｍｍ以下である請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載されたクラッシュボックス。
  7. 　前記金属板の板厚は１．０ｍｍ以下である請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載されたクラッシュボックス。
  8. 　前記金属板は、引張強度が４４０ＭＰａ以上の鋼板である請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載されたクラッシュボックス。
  9. 　前記金属板は、引張強度が５９０ＭＰａ以上の鋼板である請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載されたクラッシュボックス。
  10. 　前記多角形は略四角形である請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載されたクラッシュボックス。
  11. 　さらに、前記外向きフランジを介して溶接されたセットプレートを有する請求項１から請求項１０までのいずれか1項に記載されたクラッシュボックス。
  12. 　前記セットプレートは、該プレートの表面から突き出て設けられるとともに前記筒体の長手方向の端部の内面に当接する係止部を備える請求項１１に記載されたクラッシュボックス。
  13. 　前記係止部は、前記筒体の一の方向の端部に形成される屈曲面に当接することにより該屈曲面を支持する屈曲面を有する請求項１２に記載されたクラッシュボックス。
  14. 　請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載されたクラッシュボックスの製造方法であって、下記第１の工程および第２の工程を有することを特徴とするクラッシュボックスの製造方法；
    第１の工程：一の方向へ延びる溝部、および該一の方向の端部に設けられる側壁を備えるパンチと、該パンチに対向して配置されるダイと、前記一の方向へ延びる突起部を備えるパッドとを有するプレス成形装置を用いて、前記パッドの突起部により、前記筒体の展開ブランクを前記パンチの溝部に押し込むとともに、前記ダイと前記パンチで曲げ成形することによって、前記一の方向へ延びる複数の稜線部および複数の側壁部に囲まれた多角形の基本断面形状を有し、該断面の長軸方向と略平行な長辺の側壁部に前記一の方向へ延びる１つ以上の溝部を有するとともに、前記一の方向の端部に断面周方向に沿う一部の領域に連続した外向きフランジを有する開断面のプレス成形体を２つ製造する工程、
    第２の工程：前記第１の工程により製造された２つの前記プレス成形体それぞれの断面周方向の両端部にそれぞれ形成された平面部で、２つの前記プレス成形体を重ね合わせて溶接することにより前記筒体を製造する工程。
  15. 　前記パッドは、前記展開ブランクにおける、外向きフランジの近傍における稜線部に成形される部分を拘束する拘束部を備え、該拘束部により、前記展開ブランクにおける、前記外向きフランジの近傍における稜線部に成形される部分を拘束する請求項１４に記載されたクラッシュボックスの製造方法。
  16. 　請求項１１から請求項１３までのいずれか１項に記載されたクラッシュボックスの製造方法であって、下記第１の工程、第２の工程および第３の工程を有することを特徴とするクラッシュボックスの製造方法；
    第１の工程：一の方向へ延びる溝部、および該一の方向の端部に設けられる側壁を備えるパンチと、該パンチに対向して配置されるダイと、前記一の方向へ延びる突起部を備えるパッドとを有するプレス成形装置を用いて、前記パッドの突起部により、前記筒体の展開ブランクを前記パンチの溝部に押し込むとともに、前記ダイと前記パンチで曲げ成形することによって、前記一の方向へ延びる複数の稜線部および複数の側壁部に囲まれた多角形の基本断面形状を有し、該断面の長軸方向と略平行な長辺の側壁部に前記一の方向へ延びる１つ以上の溝部を有するとともに、前記一の方向の端部に断面周方向に沿う一部の領域に連続した外向きフランジを有する開断面のプレス成形体を２つ製造する工程、
    第２の工程：前記第１の工程により製造された２つの前記プレス成形体それぞれの断面周方向の両端部にそれぞれ形成された平面部で、２つの前記プレス成形体を重ね合わせて溶接することにより前記筒体を製造する工程、
    第３の工程：前記第２工程で得られた筒体を、前記外向きフランジを介して前記セットプレートと重ね合わせてスポット溶接、隅肉アーク溶接またはレーザ溶接によって接合する工程。
  17. 　前記セットプレートは、該プレートの表面から突き出て設けられるとともに前記筒体の長手方向の端部の内面に当接する係止部を備える請求項１６に記載されたクラッシュボックスの製造方法。
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