JPH09277953A - 衝撃吸収部材 - Google Patents

衝撃吸収部材

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JPH09277953A
JPH09277953A JP11431796A JP11431796A JPH09277953A JP H09277953 A JPH09277953 A JP H09277953A JP 11431796 A JP11431796 A JP 11431796A JP 11431796 A JP11431796 A JP 11431796A JP H09277953 A JPH09277953 A JP H09277953A
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朗弘 上西
Yukihisa Kuriyama
幸久 栗山
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松男 臼田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 初期衝撃荷重が小さくかつ吸収エネルギー量
が大きい衝撃吸収部材を提供する。 【解決手段】 長手方向(軸方向)に衝撃荷重を受け
て、蛇腹状に座屈することで衝突エネルギーを吸収する
衝撃吸収部材において、座屈開始端の断面形状が4角形
以上の多角形閉断面であり、他端の断面形状が座屈開始
端の断面形状より多い辺を有する多角形閉断面であり、
両端の間は両者の断面形状がなめらかに結ばれるように
連続的に変化する断面形状を有し、かつ、板厚tと断面
の周長Mの比t/Mが0.0025以上であることを特
徴とする衝撃吸収部材。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用の構造部
材に関し、詳しくは、衝突時にエネルギーを吸収する必
要のある自動車フレーム部材に好適な衝撃吸収部材に関
する。
【0002】
【従来の技術】近年、自動車業界では、衝突時の乗員へ
の傷害を低減し得る車体構造の開発が急務の課題となっ
ている。このような衝突安全性に優れた車体構造とし
て、衝突時の衝撃エネルギーを客室部以外の構造部材の
変形で吸収させ、客室部の変形を最小限として生存空間
を確保しようとする車体構造があり、広く採用されてき
ている。この場合、構造部材に衝撃エネルギーをいかに
有効に吸収させるかが重要な課題である。一般に、自動
車構造部材は、長手方向(軸方向)に衝撃荷重を受けた
とき、蛇腹状に座屈することで衝突エネルギーを吸収す
る。高い衝撃吸収能を実現するためには、蛇腹状座屈を
効率よく起こさせること、座屈時の荷重を高くするこ
と、の2つが必要である。
【0003】従来、上記課題の解決のため、材料面で
は、板厚の厚い金属板を用いたり、高強度の金属板を用
いて座屈時の荷重を高くする対策が、また、構造面で
は、効率よく蛇腹状座屈を起こさせるために潰れビード
と呼ばれる変形の端緒を与える窪みを構造部材に配置す
る対策が取られてきた(自動車技術、vol.47、n
o.4(1993)、p.57)。その外、構造面から
座屈時の荷重を高くする一つの方策として、断面の多角
形化が効果的であることが知られている(自動車技術会
論文集、vol.7(1974)、p.60)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術の材料面からの対策である構造部材の板厚を厚く
することは、部材の重量が増加するため、車両全体の重
量増を招き、自動車の燃費や走行性能を悪化させること
となり好ましくない。また、高強度な金属板は、一般
に、その強度に反比例してその伸び率が低いため、自ず
から成形性も劣悪であり、現状では構造部材用の金属板
の高強度化には限界がある。
【0005】構造面からの対策である多角形化によって
座屈荷重を増加させることは、図4に示すように、座屈
開始時の衝撃荷重の大きな増加につながり、車体構造に
組み込んだ時には、他部材(客室部など)に衝撃荷重が
伝わることになる。その結果、本来変形すべきでない部
材に座屈が生じて生存空間の確保が難しくなったり、大
きな加速度変化が乗員に加わることで乗員傷害の危険性
が高まることになる。そのため、現状では、衝撃吸収部
材として比較的初期衝撃荷重が小さい断面形状である長
方形断面の部材を用い、かつ、その後の蛇腹状座屈を安
定して起こさせるために座屈開始端から断面形状を極力
一定に保ち、かつ、座屈による潰れ量を確保するために
部材を直線化する設計がなされている。初期座屈荷重を
増加させることなく、安定座屈時の荷重を高めれば、衝
撃吸収部材としての飛躍的な性能の向上が期待できる。
【0006】本発明は、この現状に鑑み開発されたもの
で、構造部材の衝撃吸収エネルギーを向上させる構造を
採用し、板厚、重量が同一の場合、衝撃吸収能を向上さ
せ、板厚、重量が減少しても衝撃吸収能を低下しない衝
撃吸収部材を提供するものである。
【課題を解決するための手段】本発明者らは、この安定
座屈時の座屈荷重の増加と初期衝撃荷重の低減という従
来知見では相反する課題の両立に取り組んだ結果、従来
のように断面形状を長手方向に一定に保つのではなく、
長手方向に座屈開始端から連続的に多角形化していくこ
とによりこの課題が達成できることを見出した。
【0007】本発明は上記知見に基づき構成されたもの
であり、その要旨は、長手方向(軸方向)に衝撃荷重を
受けて、蛇腹状に座屈することで衝突エネルギーを吸収
する衝撃吸収部材において、座屈開始端の断面形状が4
角形以上の多角形閉断面であり、他端の断面形状が座屈
開始端の断面形状より多い辺を有する多角形閉断面であ
り、両端の間は両者の断面形状がなめらかに結ばれるよ
うに連続的に変化する断面形状を有し、かつ、板厚tと
断面の周長Mの比t/Mが0.0025以上であること
を特徴とする衝撃吸収部材である。
【0008】また、座屈開始端断面の最短辺の長さを
S、部材軸方向長さをLとするとき、座屈開始端から、
S≦D≦L−Sを満たす部材長手方向の距離Dだけ、断
面形状が一定であることを特徴とする衝撃吸収部材であ
る。
【0009】以下に、本発明を詳細に説明する。本発明
は、全体としては4角形以上の多角形断面を採用するこ
とで座屈荷重の増加を図り、座屈開始端の断面形状を他
端に比べて低多角形化することにより、多角形化により
予期される初期衝撃荷重の増加を抑制する。それによ
り、従来不可能であった座屈荷重の増加と初期衝撃荷重
の低減という課題の両立を実現するものである。この
際、順次前方から座屈を起こさせるために、両端の間は
両者の断面形状がなめらかに結ばれるように連続的に変
化する断面形状である必要がある。
【0010】また、板厚tと断面の周長Mの比t/Mが
0.0025以上であることが必要である。これは、t
/Mが0.0025未満の場合、角部の特定の場所に変
形が局所化して折れ込みが生じ、蛇腹状の座屈が起こら
ないため、塑性変形しない直辺部分が残ってしまい、衝
撃吸収能を損なうためである。また、座屈開始端断面の
最短辺の長さをS、部材軸方向長さをLとするとき、座
屈開始端から、S≦D≦L−Sを満たす部材長手方向の
距離Dだけ断面形状が変化しないこと、すなわち、一定
であることが望ましい。端面から開始する1番目の座屈
を安定して生じさせ、ひいてはその後の座屈を安定させ
るためには、断面形状が一定であることが望ましいが、
断面形状が全長に渡って一定である必要はなく、S以上
の距離に渡って変化しなければ、1番目の座屈を安定化
できるため、Sを、座屈開始端からの断面形状が変化し
ない部材長手方向の距離Dの下限値とする。一方、この
距離DがL−Sを越えると、安定座屈時の座屈荷重の増
加(吸収エネルギーの増加)と初期衝撃荷重の低減とい
う相反する課題のうち、特に、吸収エネルギーの増加が
望めなくなるため、距離DはL−S以下である必要があ
る。
【0011】なお、座屈開始端から長手方向に距離Sま
での間の断面がほぼ一定断面であるとみなせる場合も、
本発明と同様の効果が得られる。本発明の衝撃吸収部材
は、通常のプレスにより成形し、その後、溶接すること
により作製できる。また、近年発達してきた円管に内圧
と軸圧縮力をかけ外型になじませる成形法であるハイド
ロフォームも、この部材の成形に適した方法である。
【0012】
【発明の実施の形態】次に、実施例により本発明の実施
の形態を具体的に説明する。 (実施例1)実際の構造部材は種々の形状を有してお
り、それらを個々にテストすることは困難である。そこ
で、構造部材をモデル化することによって、本発明の効
果を確認する実験を行った。図1に、本発明の一例であ
る590N/mm2 級の鋼板により作製した座屈開始端
の断面が正方形で他端の断面が正八角形である部材
(A)を示す。部材の板厚は2.0mm、その全長は3
20mmで、座屈開始端の正方形の周長と他端の正八角
形の周長はともに280mm、長手方向の断面変化は座
屈開始端(x=0)から70mmは正方形のまま、70
mmから320mmまでは正方形(x=70の位置)の
角と正八角形(x=320mmの位置)の角を結ぶ形で
長手方向の八角形断面形状を連続的に変化させた。この
部材の正八角形側に400kgfの重錘を固定し、正方
形側から速度15m/sで剛体壁に衝突させた。比較の
ため、板厚が2.0mm、全長320mm、周長280
mmで、断面が正方形である部材(B)、正六角形であ
る部材(C)、正八角形である部材(D)の実験も行っ
た。
【0013】衝突時の荷重−時間曲線を図2に示す。部
材(A)は、座屈荷重が高くまた変動量が小さいことが
分かる。この際の初期衝撃荷重と10msec経過まで
に部材に吸収されたエネルギーをそれぞれ表1に示す。
部材(B)は、初期衝撃荷重、吸収エネルギーともに低
い。部材(B)を多角形化した部材(C)および部材
(D)では、部材(B)より吸収エネルギーが増加する
ものの初期衝撃荷重も大きく増加してしまう。これに対
し、本発明の部材(A)では、部材(B)と比較して吸
収エネルギーが大きく増加していても初期衝撃荷重の増
加は最小限であり、衝撃吸収部材として優れていること
が分かる。本実施例では、座屈開始端の断面として4角
形を用いたが、車体設計上、より大きな初期衝撃荷重が
許容できる場合は、開始端断面を4角形以上の多角形と
することにより、より高い衝撃吸収能の向上が期待でき
る。
【0014】(実施例2)図1に示した形状を、板厚
0.5mmから2.0mmまでの590N/mm2級の
鋼板を用いて作製し、実施例1と同様の衝突実験を行っ
た。それぞれの部材が10msec経過までに吸収した
エネルギーを表2および図3に示す。板厚tと断面の周
長Mの比t/Mが0.0025未満である部材(H)で
は、角部の特定の場所に変形が局所化し折れ込みが生じ
て蛇腹状の座屈が起こらないため、塑性変形しない直辺
部分が残ってしまい、吸収エネルギー量が小さかった。
t/Mが0.0025以上の部材(E)〜(G)は、蛇
腹状の座屈を呈したため、高い衝撃吸収エネルギーを示
した。
【0015】
【発明の効果】本発明の衝撃吸収部材は、初期衝撃荷重
が小さくかつ吸収エネルギー量が大きく、同一材質、同
一重量の従来の衝撃吸収部材と比較して座屈の安定性お
よびエネルギー吸収能に優れているため、自動車の安全
性の向上に対して有効である。また、同一のエネルギー
吸収能を有する従来の衝撃吸収部材と比較すると、高強
度材を用いなくても軽量化が可能になるため、自動車の
燃費向上や走行性能の向上に対しても有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である衝撃吸収部材の斜視図
である。
【図2】本発明の衝撃吸収部材の実施例の衝突試験で得
られる荷重−時間線図を比較例とともに示す図である。
【図3】本発明の衝撃吸収部材の実施例の吸収エネルギ
ーと板厚周長比t/Mの関係を示す図である。
【図4】種々の断面を有する衝撃吸収部材の荷重−変位
線図である。
【表1】
【表2】

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 長手方向(軸方向)に衝撃荷重を受け
    て、蛇腹状に座屈することで衝突エネルギーを吸収する
    衝撃吸収部材において、座屈開始端の断面形状が4角形
    以上の多角形閉断面であり、他端の断面形状が座屈開始
    端の断面形状より多い辺を有する多角形閉断面であり、
    両端の間は両者の断面形状がなめらかに結ばれるように
    連続的に変化する断面形状を有し、かつ、板厚tと断面
    の周長Mの比t/Mが0.0025以上であることを特
    徴とする衝撃吸収部材。
  2. 【請求項2】 座屈開始端断面の最短辺の長さをS、部
    材軸方向長さをLとするとき、座屈開始端から、S≦D
    ≦L−Sを満たす部材長手方向の距離Dだけ、断面形状
    が一定であることを特徴とする請求項1記載の衝撃吸収
    部材。
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