JPH1045023A - エネルギー吸収部材 - Google Patents
エネルギー吸収部材Info
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- JPH1045023A JPH1045023A JP21659296A JP21659296A JPH1045023A JP H1045023 A JPH1045023 A JP H1045023A JP 21659296 A JP21659296 A JP 21659296A JP 21659296 A JP21659296 A JP 21659296A JP H1045023 A JPH1045023 A JP H1045023A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 限られたスペース、重量の中で高いエネルギ
ー吸収能力を持ったエネルギー吸収部材を得る。 【解決手段】 断面が田の字で４つのコーナー部分にＲ
（曲率）を有する押出形材にあって、コーナーＲ部又は
中央部クロスセクションと外壁との接合部の少なくとも
一方の板厚ｔ1が元板厚ｔよりも薄く形成されているエ
ネルギー吸収部材。薄肉化した部分の板厚比ｋは、０．
４５〜０．７が好ましい。
ー吸収能力を持ったエネルギー吸収部材を得る。 【解決手段】 断面が田の字で４つのコーナー部分にＲ
（曲率）を有する押出形材にあって、コーナーＲ部又は
中央部クロスセクションと外壁との接合部の少なくとも
一方の板厚ｔ1が元板厚ｔよりも薄く形成されているエ
ネルギー吸収部材。薄肉化した部分の板厚比ｋは、０．
４５〜０．７が好ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車のフロント
部のサイドメンバのように、軸方向から加えられる衝撃
荷重を変形エネルギーに変換することにより構体全体の
破壊を防ぐエネルギー吸収部材に関する。
部のサイドメンバのように、軸方向から加えられる衝撃
荷重を変形エネルギーに変換することにより構体全体の
破壊を防ぐエネルギー吸収部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車のフロント部分のエネルギー吸収
部材には、図１３に示すようにバンパー１、フロントサ
イドメンバ（以下、サイドメンバ）２等があるが、高速
で大きな衝撃を受けた場合にそのエネルギーを吸収する
のは主としてサイドメンバ２である。そのため、サイド
メンバ２には限られたスペースでより多くのエネルギー
を吸収することが求められている。
部材には、図１３に示すようにバンパー１、フロントサ
イドメンバ（以下、サイドメンバ）２等があるが、高速
で大きな衝撃を受けた場合にそのエネルギーを吸収する
のは主としてサイドメンバ２である。そのため、サイド
メンバ２には限られたスペースでより多くのエネルギー
を吸収することが求められている。
【０００３】自動車のサイドメンバは鋼板プレス製の矩
形断面角材が使用されることが多かったが、最近の軽量
化要求からより軽量化が見込めるアルミ合金などの軽合
金を使用したものも考えられるようになってきた。これ
らのサイドメンバは全体に中空の柱状をしており、図１
４に模式的に示すように、軸方向に圧縮されたときに壁
面が蛇腹状になりながら変形して、衝撃エネルギーを金
属の塑性変形エネルギーに変換することによりエネルギ
ーを吸収している。なお、アルミ合金の場合、鋼に比べ
て強度も剛性も低いことから塑性崩壊しやすく、良好な
エネルギー吸収能力を有している。
形断面角材が使用されることが多かったが、最近の軽量
化要求からより軽量化が見込めるアルミ合金などの軽合
金を使用したものも考えられるようになってきた。これ
らのサイドメンバは全体に中空の柱状をしており、図１
４に模式的に示すように、軸方向に圧縮されたときに壁
面が蛇腹状になりながら変形して、衝撃エネルギーを金
属の塑性変形エネルギーに変換することによりエネルギ
ーを吸収している。なお、アルミ合金の場合、鋼に比べ
て強度も剛性も低いことから塑性崩壊しやすく、良好な
エネルギー吸収能力を有している。
【０００４】従来のサイドメンバなどに使われるエネル
ギー吸収部材は、特開平４−５００８３号公報又は特開
平０２−１７５４５２号公報のように、軸方向に圧縮力
を受けて塑性崩壊する際にいかにうまく蛇腹状に圧壊さ
せるかということに主眼がおかれている。すなわち、故
意に蛇腹状に崩壊させることによりオイラー座屈（サイ
ドメンバそのものが折れる）を防ぎ、安定したエネルギ
ー吸収を得ようというものである。しかし、これらの技
術ではエネルギー吸収を安定化させることはできてもエ
ネルギー吸収量そのものを増加させることはできず、こ
れを増加させるためには断面の大径化、厚肉化は避けら
れない。従って、自動車のように限られたスペース、限
られた重量の中でより多くのエネルギー吸収量を確保す
るためには、これらの従来技術だけでは不十分となって
いる。
ギー吸収部材は、特開平４−５００８３号公報又は特開
平０２−１７５４５２号公報のように、軸方向に圧縮力
を受けて塑性崩壊する際にいかにうまく蛇腹状に圧壊さ
せるかということに主眼がおかれている。すなわち、故
意に蛇腹状に崩壊させることによりオイラー座屈（サイ
ドメンバそのものが折れる）を防ぎ、安定したエネルギ
ー吸収を得ようというものである。しかし、これらの技
術ではエネルギー吸収を安定化させることはできてもエ
ネルギー吸収量そのものを増加させることはできず、こ
れを増加させるためには断面の大径化、厚肉化は避けら
れない。従って、自動車のように限られたスペース、限
られた重量の中でより多くのエネルギー吸収量を確保す
るためには、これらの従来技術だけでは不十分となって
いる。
【０００５】軽量化を図る場合、アルミなどの軽金属の
使用が考えられるがアルミ合金を中心とする軽金属は鋼
に比べて伸びが少なく、わずかな変形量でも割れが入っ
てしまうなどの欠点もある。特に、少ないボリュームで
多くのエネルギー吸収能力を持たせようとした場合、熱
処理や合金成分の調整などで材料強度を高める処理を行
うがこのような処置を行うと材料の延性（伸び）が失わ
れてしまう場合が多く、圧壊時に材料が割れてエネルギ
ーを効果的に吸収できない恐れがある。また、高強度材
を用いない場合はエネルギー吸収部材の肉厚を増してや
る必要があり、圧壊時に形材壁面が蛇腹状に変形する
際、厚肉化のため壁面表面のひずみが大きくなりすぎ、
割れが入ることによりエネルギー吸収能力が落ちてしま
うという欠点がある。
使用が考えられるがアルミ合金を中心とする軽金属は鋼
に比べて伸びが少なく、わずかな変形量でも割れが入っ
てしまうなどの欠点もある。特に、少ないボリュームで
多くのエネルギー吸収能力を持たせようとした場合、熱
処理や合金成分の調整などで材料強度を高める処理を行
うがこのような処置を行うと材料の延性（伸び）が失わ
れてしまう場合が多く、圧壊時に材料が割れてエネルギ
ーを効果的に吸収できない恐れがある。また、高強度材
を用いない場合はエネルギー吸収部材の肉厚を増してや
る必要があり、圧壊時に形材壁面が蛇腹状に変形する
際、厚肉化のため壁面表面のひずみが大きくなりすぎ、
割れが入ることによりエネルギー吸収能力が落ちてしま
うという欠点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】アルミ合金を中心とす
る軽合金を用いることにより軽量化と良好なエネルギー
吸収能力を得ることができるが、上記のように大きなエ
ネルギー吸収能力を持たせようとした場合、材料が割れ
て所定のエネルギー吸収能力を得ることができない恐れ
がある。本発明は上記従来技術の欠点を解消しようとす
るもので、その目的は、壁面に発生する割れを抑制して
エネルギー吸収能力の低下を防ぎ、伸びの少ない材料で
も、限られたスペース、重量の中で高いエネルギー吸収
能力を持ったエネルギー吸収部材を得ることである。
る軽合金を用いることにより軽量化と良好なエネルギー
吸収能力を得ることができるが、上記のように大きなエ
ネルギー吸収能力を持たせようとした場合、材料が割れ
て所定のエネルギー吸収能力を得ることができない恐れ
がある。本発明は上記従来技術の欠点を解消しようとす
るもので、その目的は、壁面に発生する割れを抑制して
エネルギー吸収能力の低下を防ぎ、伸びの少ない材料で
も、限られたスペース、重量の中で高いエネルギー吸収
能力を持ったエネルギー吸収部材を得ることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係るエネルギー
吸収部材の１つは、外壁のコーナー部分にＲ（曲率）を
有する中空断面の押出形材にあって、コーナーＲ部の板
厚が元板厚よりも薄く形成されていることを特徴とする
エネルギー吸収部材、あるいは、外壁のコーナー部分に
Ｒを有するとともに内部にウエブを有する中空断面の押
出形材にあって、コーナーＲ部又はウエブと外壁との接
合部の少なくとも一方の板厚が元板厚よりも薄く形成さ
れていることを特徴とするエネルギー吸収部材である。
このような押出形材としては、内部にウエブを有さない
口形、内部にウエブを有する日形（ウエブが１つ）、目
形（ウエブが２つ）、田の字形（ウエブがクロスセクシ
ョン）等が例示できる。田の字形の例を図１に示す。ま
た、断面が田の字形の中には、クロスセクションが中央
部で交差しない図２のような断面略田の字の形材も含ま
れるものとする。
吸収部材の１つは、外壁のコーナー部分にＲ（曲率）を
有する中空断面の押出形材にあって、コーナーＲ部の板
厚が元板厚よりも薄く形成されていることを特徴とする
エネルギー吸収部材、あるいは、外壁のコーナー部分に
Ｒを有するとともに内部にウエブを有する中空断面の押
出形材にあって、コーナーＲ部又はウエブと外壁との接
合部の少なくとも一方の板厚が元板厚よりも薄く形成さ
れていることを特徴とするエネルギー吸収部材である。
このような押出形材としては、内部にウエブを有さない
口形、内部にウエブを有する日形（ウエブが１つ）、目
形（ウエブが２つ）、田の字形（ウエブがクロスセクシ
ョン）等が例示できる。田の字形の例を図１に示す。ま
た、断面が田の字形の中には、クロスセクションが中央
部で交差しない図２のような断面略田の字の形材も含ま
れるものとする。
【０００８】なお、上記エネルギー吸収部材において、
元板厚とは、外壁又はウエブの薄く形成されていない箇
所の板厚である。また、上記エネルギー吸収部材におい
て、好ましくは、元板厚より薄く形成されたコーナーＲ
部又は内部のウエブと外壁との接合部の板厚と元板厚と
の比（以下、板厚比という）をｋとしたとき、ｋ＝０．
４５〜０．７に設定する。
元板厚とは、外壁又はウエブの薄く形成されていない箇
所の板厚である。また、上記エネルギー吸収部材におい
て、好ましくは、元板厚より薄く形成されたコーナーＲ
部又は内部のウエブと外壁との接合部の板厚と元板厚と
の比（以下、板厚比という）をｋとしたとき、ｋ＝０．
４５〜０．７に設定する。
【０００９】本発明に係るもう１つのエネルギー吸収部
材は、中空矩形断面を有する形材にあって、壁面部の外
側に矩形断面の凸部が設けられていることを特徴とする
エネルギー吸収部材である（図８参照）。ここで、矩形
断面の形材とは外形が長方形又は正方形断面の形材をい
う。これには断面口形のほか、目形、日形、田形等の内
部にウエブを有する形材も含まれる。この形材の場合、
向かい合う壁面部の外側に凸部が設けられていることが
好ましい。なお、上記いずれのタイプのエネルギー吸収
部材も、好ましくはアルミニウム合金押出形材を用いて
形成され、特に自動車のサイドメンバのように軸方向か
ら加えられる衝撃荷重を変形エネルギーに変換すること
により構体全体の破壊を防ぐ用途に適用される。
材は、中空矩形断面を有する形材にあって、壁面部の外
側に矩形断面の凸部が設けられていることを特徴とする
エネルギー吸収部材である（図８参照）。ここで、矩形
断面の形材とは外形が長方形又は正方形断面の形材をい
う。これには断面口形のほか、目形、日形、田形等の内
部にウエブを有する形材も含まれる。この形材の場合、
向かい合う壁面部の外側に凸部が設けられていることが
好ましい。なお、上記いずれのタイプのエネルギー吸収
部材も、好ましくはアルミニウム合金押出形材を用いて
形成され、特に自動車のサイドメンバのように軸方向か
ら加えられる衝撃荷重を変形エネルギーに変換すること
により構体全体の破壊を防ぐ用途に適用される。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図１〜図１２を参照して、
本発明に係るエネルギー吸収部材の構成及び作用につい
てより具体的に説明する。
本発明に係るエネルギー吸収部材の構成及び作用につい
てより具体的に説明する。
【００１１】（１）田の字形断面のエネルギー吸収部材 図１に示すのは、田の字形断面の押出形材において、コ
ーナーＲ部及び／又は中央部クロスセクションと外壁と
の接合部の板厚ｔ1を、元肉厚ｔに対して薄肉化したも
のである。同図（ａ）にはコーナーＲ部を薄肉化する例
として、内側から薄肉化したもの、外側から薄肉化
したもの、双方の側から薄肉化したものが記載され、
（ｂ）には中央部クロスセクションと外壁との接合部を
薄肉化する例として、中央部クロスセクションを薄肉
化したもの（この例ではクロスセクションが接合する部
分の外壁内面が円弧状に形成され、薄肉化したクロスセ
クションの端とこの円弧状部が連続している）、クロ
スセクションと外壁との接合部の外面側を薄肉化したも
のが記載されている。なお、いずれの場合も、薄肉化し
た部分の両端を円弧状に形成しているが、これはひずみ
の集中を防止するためである。このタイプのエネルギー
吸収部材では、薄肉化した部分のひずみが低減すること
により割れが防止されるとともに、薄肉化する部分を特
定し当該部分の板厚比ｋ（＝ｔ1／ｔ）を適当な値に設
定することで、極端な軸方向強度の低下なしにエネルギ
ー吸収能力を向上させることができる。
ーナーＲ部及び／又は中央部クロスセクションと外壁と
の接合部の板厚ｔ1を、元肉厚ｔに対して薄肉化したも
のである。同図（ａ）にはコーナーＲ部を薄肉化する例
として、内側から薄肉化したもの、外側から薄肉化
したもの、双方の側から薄肉化したものが記載され、
（ｂ）には中央部クロスセクションと外壁との接合部を
薄肉化する例として、中央部クロスセクションを薄肉
化したもの（この例ではクロスセクションが接合する部
分の外壁内面が円弧状に形成され、薄肉化したクロスセ
クションの端とこの円弧状部が連続している）、クロ
スセクションと外壁との接合部の外面側を薄肉化したも
のが記載されている。なお、いずれの場合も、薄肉化し
た部分の両端を円弧状に形成しているが、これはひずみ
の集中を防止するためである。このタイプのエネルギー
吸収部材では、薄肉化した部分のひずみが低減すること
により割れが防止されるとともに、薄肉化する部分を特
定し当該部分の板厚比ｋ（＝ｔ1／ｔ）を適当な値に設
定することで、極端な軸方向強度の低下なしにエネルギ
ー吸収能力を向上させることができる。
【００１２】このタイプのエネルギー吸収部材では、形
材のコーナーＲ部及び／又は中央部クロスセクションと
外壁との接合部の肉厚を減じることにより、蛇腹状に圧
壊するときの壁面のひずみを減少させ、材料自体の割れ
を防ぐ効果がある。また、薄肉化される部分と他の部分
を円弧状に連続させることでひずみの集中を防ぐことが
できる。これにより材料の割れによって引き起こされる
エネルギー吸収能力の低下を防ぎ、伸びの少ない材料で
もエネルギー吸収部材として使用できるようになる。
材のコーナーＲ部及び／又は中央部クロスセクションと
外壁との接合部の肉厚を減じることにより、蛇腹状に圧
壊するときの壁面のひずみを減少させ、材料自体の割れ
を防ぐ効果がある。また、薄肉化される部分と他の部分
を円弧状に連続させることでひずみの集中を防ぐことが
できる。これにより材料の割れによって引き起こされる
エネルギー吸収能力の低下を防ぎ、伸びの少ない材料で
もエネルギー吸収部材として使用できるようになる。
【００１３】上記エネルギー吸収部材において材料の割
れが防止されるのは、薄肉化した部分において曲げひず
みが減少するためである。すなわち、壁面が蛇腹状に圧
壊するときは、図３に示すように壁面は曲げによる変形
を受け、肉厚が厚い場合、高ひずみ領域（矢印で例示）
では表面での曲げひずみが大きくなりこれが割れの原因
となるが、材料の応力状態が弾性領域内では曲げひずみ
は肉厚の２乗に比例するため、薄肉化した部分では、例
えば板厚比ｋ＝０．５とした場合、曲げひずみは４分の
１になる。実際には割れは塑性状態で起こるため前記の
比例関係は厳密には成り立たないが、薄肉化によりひず
みは確実に減少する。
れが防止されるのは、薄肉化した部分において曲げひず
みが減少するためである。すなわち、壁面が蛇腹状に圧
壊するときは、図３に示すように壁面は曲げによる変形
を受け、肉厚が厚い場合、高ひずみ領域（矢印で例示）
では表面での曲げひずみが大きくなりこれが割れの原因
となるが、材料の応力状態が弾性領域内では曲げひずみ
は肉厚の２乗に比例するため、薄肉化した部分では、例
えば板厚比ｋ＝０．５とした場合、曲げひずみは４分の
１になる。実際には割れは塑性状態で起こるため前記の
比例関係は厳密には成り立たないが、薄肉化によりひず
みは確実に減少する。
【００１４】一方、軸方向圧壊の場合、板厚一定の従来
例では、図４（ａ）に示すように、板の端（コーナーＲ
部及びクロスセクションと外壁との接合部）のほうが中
央部より大きな荷重を受け持つことになるが、本発明の
ようにコーナーＲ部など板の端の部分を薄肉化すること
により、同図（ｂ）に示すように荷重分布が均一にな
り、従来衝撃による圧壊荷重の吸収にさほど寄与してい
なかった中央部もエネルギー吸収に寄与させることがで
きるようになる。このため、薄肉化による圧壊時の反力
の低下を十分補うことができる。
例では、図４（ａ）に示すように、板の端（コーナーＲ
部及びクロスセクションと外壁との接合部）のほうが中
央部より大きな荷重を受け持つことになるが、本発明の
ようにコーナーＲ部など板の端の部分を薄肉化すること
により、同図（ｂ）に示すように荷重分布が均一にな
り、従来衝撃による圧壊荷重の吸収にさほど寄与してい
なかった中央部もエネルギー吸収に寄与させることがで
きるようになる。このため、薄肉化による圧壊時の反力
の低下を十分補うことができる。
【００１５】（実施例）次に、このタイプのエネルギー
吸収部材の作用効果をより具体的に説明する。図５に示
すような断面（５０ｍｍ×５０ｍｍ、元板厚２ｍｍ）及
び長さ（２００ｍｍ）を持つアルミ押出形材で、４隅の
コーナーＲ部及び４箇所の中央部クロスセクションの外
壁との接合部を薄肉化（その形態は図１の及び）し
たものについて、薄肉化した部分の板厚比ｋを１〜０．
３まで数段階変化させ、それぞれ軸方向に１ｍｍ／ｓの
速度で圧縮し、図６に示す荷重−変位曲線（ストローク
１４０ｍｍ付近まで図示）を得た。但し、図６の縦軸
は、形材の圧壊荷重Ｐを当該形材の全断面が降伏したと
仮定したときの荷重Ｐ（σ0.2）で無次元化してある。
なお、アルミ押出形材は６０６１−Ｔ６を使用した。こ
れは、耐力２８ｋｇｆ／ｍｍ2、引張強さ３１．５ｋｇ
ｆ／ｍｍ2、破断伸び１２％であり、伸びが比較的少な
く脆い材料であるといえる。
吸収部材の作用効果をより具体的に説明する。図５に示
すような断面（５０ｍｍ×５０ｍｍ、元板厚２ｍｍ）及
び長さ（２００ｍｍ）を持つアルミ押出形材で、４隅の
コーナーＲ部及び４箇所の中央部クロスセクションの外
壁との接合部を薄肉化（その形態は図１の及び）し
たものについて、薄肉化した部分の板厚比ｋを１〜０．
３まで数段階変化させ、それぞれ軸方向に１ｍｍ／ｓの
速度で圧縮し、図６に示す荷重−変位曲線（ストローク
１４０ｍｍ付近まで図示）を得た。但し、図６の縦軸
は、形材の圧壊荷重Ｐを当該形材の全断面が降伏したと
仮定したときの荷重Ｐ（σ0.2）で無次元化してある。
なお、アルミ押出形材は６０６１−Ｔ６を使用した。こ
れは、耐力２８ｋｇｆ／ｍｍ2、引張強さ３１．５ｋｇ
ｆ／ｍｍ2、破断伸び１２％であり、伸びが比較的少な
く脆い材料であるといえる。
【００１６】また、図６の結果から、各形材のエネルギ
ー吸収量Ｕ（ｋ＝１の形材を基準）と各形材のＰcr／Ｐ
meanを求め、それらとｋの関係を図７に示す。ここで、
エネルギー吸収量Ｕは図６の各曲線と横軸で囲まれる面
積（ストローク１６０ｍｍまで）で表され、また、Ｐcr
は初期圧壊荷重（初期反力といってもよい）の最大値で
あり、Ｐmeanはストローク１６０ｍｍまでの圧壊荷重の
平均値（エネルギー吸収量／ストローク）を表す。
ー吸収量Ｕ（ｋ＝１の形材を基準）と各形材のＰcr／Ｐ
meanを求め、それらとｋの関係を図７に示す。ここで、
エネルギー吸収量Ｕは図６の各曲線と横軸で囲まれる面
積（ストローク１６０ｍｍまで）で表され、また、Ｐcr
は初期圧壊荷重（初期反力といってもよい）の最大値で
あり、Ｐmeanはストローク１６０ｍｍまでの圧壊荷重の
平均値（エネルギー吸収量／ストローク）を表す。
【００１７】この実験結果によると、板厚比ｋ＝１、つ
まり元の均一な板厚の状態よりコーナーＲ部などを薄肉
化した方が、初期反力Ｐcrを抑えつつ全体的なエネルギ
ー吸収能力が大きくなっている領域があるのがわかる。
また、板厚比ｋを０．５にしたとき最もエネルギー吸収
量が大きくなっており、これ以上だと材料の割れ（割れ
自体は完全には防げない）の影響、これ以下だと薄肉化
による強度低下が原因と思われる吸収エネルギー量の減
少が見られる。すなわち、割れによる影響と強度低下に
よる影響が釣り合うところがｋ＝０．５であると考えら
れる。
まり元の均一な板厚の状態よりコーナーＲ部などを薄肉
化した方が、初期反力Ｐcrを抑えつつ全体的なエネルギ
ー吸収能力が大きくなっている領域があるのがわかる。
また、板厚比ｋを０．５にしたとき最もエネルギー吸収
量が大きくなっており、これ以上だと材料の割れ（割れ
自体は完全には防げない）の影響、これ以下だと薄肉化
による強度低下が原因と思われる吸収エネルギー量の減
少が見られる。すなわち、割れによる影響と強度低下に
よる影響が釣り合うところがｋ＝０．５であると考えら
れる。
【００１８】図７より、望ましい板厚比ｋの範囲として
ｋ＝０．４５〜０．７が得られる。この下限値であるｋ
＝０．４５はエネルギー吸収量が元肉厚のものを上回る
下限値であり、上限値であるｋ＝０．７を超えるとエネ
ルギー吸収量が元肉厚のものを下回るほか、初期圧壊荷
重の最大値Ｐcrと平均圧壊荷重Ｐmeanとの比が２．０を
超えてしまう。通常、輸送機関の構造部材の場合、安全
率は２．０付近の値を採用しているため、Ｐcr／Ｐmean
が２．０以上の場合では設計上考慮すべき荷重Ｐmeanに
比べ予想される最大入力がＰcr≧２．０×Ｐmeanとなる
ため構造物全体のバランスが崩れ、構造物全体が破壊さ
れる恐れがある。以上のことから０．４５≦ｋ≦０．７
が好ましい範囲といえる。
ｋ＝０．４５〜０．７が得られる。この下限値であるｋ
＝０．４５はエネルギー吸収量が元肉厚のものを上回る
下限値であり、上限値であるｋ＝０．７を超えるとエネ
ルギー吸収量が元肉厚のものを下回るほか、初期圧壊荷
重の最大値Ｐcrと平均圧壊荷重Ｐmeanとの比が２．０を
超えてしまう。通常、輸送機関の構造部材の場合、安全
率は２．０付近の値を採用しているため、Ｐcr／Ｐmean
が２．０以上の場合では設計上考慮すべき荷重Ｐmeanに
比べ予想される最大入力がＰcr≧２．０×Ｐmeanとなる
ため構造物全体のバランスが崩れ、構造物全体が破壊さ
れる恐れがある。以上のことから０．４５≦ｋ≦０．７
が好ましい範囲といえる。
【００１９】なお、従来のエネルギー吸収部材のように
壁面部にくぼみ（圧壊イニシエーター）を設けて蛇腹状
に圧壊しやすくした場合の実験結果を図６に合わせて載
せてある。これは、くぼみがある以外は板厚、材質は上
述したｋ＝１の場合と同じであり、ｋ＝１の場合に比べ
て初期圧壊荷重の最大値Ｐcrを低減することはできてい
るが、その後に続く荷重−変位曲線はｋ＝１のものとほ
とんど同じでありエネルギー吸収量の増加にはつながっ
ていないことが分かる。それに対して、本発明によるエ
ネルギー吸収部材はエネルギー吸収量において従来のも
のを上回っている。
壁面部にくぼみ（圧壊イニシエーター）を設けて蛇腹状
に圧壊しやすくした場合の実験結果を図６に合わせて載
せてある。これは、くぼみがある以外は板厚、材質は上
述したｋ＝１の場合と同じであり、ｋ＝１の場合に比べ
て初期圧壊荷重の最大値Ｐcrを低減することはできてい
るが、その後に続く荷重−変位曲線はｋ＝１のものとほ
とんど同じでありエネルギー吸収量の増加にはつながっ
ていないことが分かる。それに対して、本発明によるエ
ネルギー吸収部材はエネルギー吸収量において従来のも
のを上回っている。
【００２０】（２）中空矩形断面のエネルギー吸収部材 図８に示すのは、中空矩形断面の形材において、壁面部
の外側に高さαｔ、幅（Ｂ／β）の矩形断面の凸部を設
けたものである。同図（ａ）は壁面部の１つに凸部を設
けた例、（ｂ）は向かい合う２つの壁面部に凸部を設け
た例、（ｃ）は３つの壁面部に、（ｄ）は４つの壁面部
に凸部を設けた例であるが、圧壊時に形材が受ける荷重
分布のバランスの点から、向かい合う壁面部の外側に凸
部が設けられている（ｂ）又は（ｄ）がより好ましい。
の外側に高さαｔ、幅（Ｂ／β）の矩形断面の凸部を設
けたものである。同図（ａ）は壁面部の１つに凸部を設
けた例、（ｂ）は向かい合う２つの壁面部に凸部を設け
た例、（ｃ）は３つの壁面部に、（ｄ）は４つの壁面部
に凸部を設けた例であるが、圧壊時に形材が受ける荷重
分布のバランスの点から、向かい合う壁面部の外側に凸
部が設けられている（ｂ）又は（ｄ）がより好ましい。
【００２１】従来の矩形断面を有する形材を軸方向に圧
壊するときは、図９に示すコーナー部（円で囲んだ箇
所）での塑性ヒンジラインの移動によるエネルギー吸収
が多くを占めており、壁面部（コーナー部に挟まれた部
分）が蛇腹状に折り畳まれるときに消費される曲げ変形
エネルギーの大きさはそれ程大きくないことが知られて
いる。このことは、コーナー部を増やしてやることによ
りエネルギー吸収量が増えることを示している。つま
り、このエネルギー吸収部材では、従来エネルギー吸収
に余り貢献していなかった壁面部に凸状のコーナー部を
設けることにより、そこで塑性ヒンジラインが形成さ
れ、このヒンジラインの移動によって衝撃エネルギーを
吸収するようになっているので、大幅な重量増を招くこ
となく、単純な矩形断面部材よりも多くの衝撃エネルギ
ーを吸収することができる。
壊するときは、図９に示すコーナー部（円で囲んだ箇
所）での塑性ヒンジラインの移動によるエネルギー吸収
が多くを占めており、壁面部（コーナー部に挟まれた部
分）が蛇腹状に折り畳まれるときに消費される曲げ変形
エネルギーの大きさはそれ程大きくないことが知られて
いる。このことは、コーナー部を増やしてやることによ
りエネルギー吸収量が増えることを示している。つま
り、このエネルギー吸収部材では、従来エネルギー吸収
に余り貢献していなかった壁面部に凸状のコーナー部を
設けることにより、そこで塑性ヒンジラインが形成さ
れ、このヒンジラインの移動によって衝撃エネルギーを
吸収するようになっているので、大幅な重量増を招くこ
となく、単純な矩形断面部材よりも多くの衝撃エネルギ
ーを吸収することができる。
【００２２】（実施例）次に、このタイプのエネルギー
吸収部材の作用効果をシュミレーション解析結果に基づ
いてより具体的に説明する。図８（ａ）〜（ｄ）に示す
ように、断面Ｂ×Ｈ、板厚ｔ、高さｈ（＝１８０ｍｍ）
のアルミ押出形材について、壁面部の外側に高さαｔ、
幅（Ｂ／β）の矩形断面の凸部を設けたものを、それぞ
れ軸方向に１ｍｍ／ｓの速度で高さｈの８０％圧縮し、
図１０及び図１１に示すエネルギー吸収量と凸部高さパ
ラメータα又は凸部幅パラメータβの関係図を得た。図
１０及び図１１の縦軸は本発明型（図８（ａ）〜
（ｄ））のエネルギー吸収量Ｅ2と従来型（凸部のない
もの）のエネルギー吸収量Ｅ1の比であり、また、図１
０では凸部幅パラメータβ＝３と設定し、図１１では凸
部高さパラメータα＝５と設定した。なお、アルミ押出
形材は６Ｎ０１−Ｔ５とした。
吸収部材の作用効果をシュミレーション解析結果に基づ
いてより具体的に説明する。図８（ａ）〜（ｄ）に示す
ように、断面Ｂ×Ｈ、板厚ｔ、高さｈ（＝１８０ｍｍ）
のアルミ押出形材について、壁面部の外側に高さαｔ、
幅（Ｂ／β）の矩形断面の凸部を設けたものを、それぞ
れ軸方向に１ｍｍ／ｓの速度で高さｈの８０％圧縮し、
図１０及び図１１に示すエネルギー吸収量と凸部高さパ
ラメータα又は凸部幅パラメータβの関係図を得た。図
１０及び図１１の縦軸は本発明型（図８（ａ）〜
（ｄ））のエネルギー吸収量Ｅ2と従来型（凸部のない
もの）のエネルギー吸収量Ｅ1の比であり、また、図１
０では凸部幅パラメータβ＝３と設定し、図１１では凸
部高さパラメータα＝５と設定した。なお、アルミ押出
形材は６Ｎ０１−Ｔ５とした。
【００２３】図１０及び図１１に示すように、本発明型
の形材（ａ）〜（ｄ）は、壁面部に凸部を設けることに
よりα、βの全ての領域で従来型よりエネルギー吸収量
が増大している。また、図１１はエネルギー吸収量の比
（Ｅ2／Ｅ1）と、本発明型の形材の断面積Ａ2と従来型
の形材の断面積のＡ1の比（Ａ2／Ａ1）の関係を示すも
ので、本発明型の形材は、凸部の面積が増大する以上の
割合で実際のエネルギー吸収量が増加していることがわ
かる。つまり、少ない重量増加でより大きなエネルギー
吸収量の増大を図ることができる。
の形材（ａ）〜（ｄ）は、壁面部に凸部を設けることに
よりα、βの全ての領域で従来型よりエネルギー吸収量
が増大している。また、図１１はエネルギー吸収量の比
（Ｅ2／Ｅ1）と、本発明型の形材の断面積Ａ2と従来型
の形材の断面積のＡ1の比（Ａ2／Ａ1）の関係を示すも
ので、本発明型の形材は、凸部の面積が増大する以上の
割合で実際のエネルギー吸収量が増加していることがわ
かる。つまり、少ない重量増加でより大きなエネルギー
吸収量の増大を図ることができる。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、中空断面の形材のコー
ナーＲ部及び／又は内部のウエブと外壁との接合部の板
厚を、元肉厚に対して薄肉化することにより、初期反力
を抑えつつより大きなエネルギー吸収能力を得ることが
でき、割れやすい材料でもエネルギー吸収部材として使
用可能にすることができる。また、中空矩形断面の形材
の壁面部の外側に矩形断面の凸部を設けることにより、
少ない重量増加でより大きなエネルギー吸収量の増大を
図ることができる。
ナーＲ部及び／又は内部のウエブと外壁との接合部の板
厚を、元肉厚に対して薄肉化することにより、初期反力
を抑えつつより大きなエネルギー吸収能力を得ることが
でき、割れやすい材料でもエネルギー吸収部材として使
用可能にすることができる。また、中空矩形断面の形材
の壁面部の外側に矩形断面の凸部を設けることにより、
少ない重量増加でより大きなエネルギー吸収量の増大を
図ることができる。
【図１】本発明に関わる田の字形断面のエネルギー吸収
部材の断面形状の種々の形態を示す図である。
部材の断面形状の種々の形態を示す図である。
【図２】同じく田の字形断面のエネルギー吸収部材の断
面形状の他の形態を示す図である。
面形状の他の形態を示す図である。
【図３】エネルギー吸収部材の蛇腹状圧壊図である。
【図４】田の字型断面のエネルギー吸収部材の圧縮の荷
重分布を示すもので、（ａ）が従来例、（ｂ）が本発明
例を示す図である。
重分布を示すもので、（ａ）が従来例、（ｂ）が本発明
例を示す図である。
【図５】実施例に用いた田の字型断面のエネルギー吸収
部材の側面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
部材の側面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
【図６】その荷重（Ｐcr／Ｐ（σ0.2））−変位（圧壊
スロトーク）曲線である。
スロトーク）曲線である。
【図７】そのエネルギー吸収量（Ｕ）−板厚比（ｋ）曲
線と、最大圧壊荷重と平均圧壊荷重の比（Ｐcr／Ｐmea
n）−板厚比（ｋ）曲線である。
線と、最大圧壊荷重と平均圧壊荷重の比（Ｐcr／Ｐmea
n）−板厚比（ｋ）曲線である。
【図８】本発明に関わる矩形断面のエネルギー吸収部材
の断面形状の種々の形態を示す図である。
の断面形状の種々の形態を示す図である。
【図９】従来の矩形断面のエネルギー吸収部材の断面形
状を示す図である。
状を示す図である。
【図１０】そのエネルギー吸収量と凸部高さパラメータ
αの関係を示す図である。
αの関係を示す図である。
【図１１】同じくエネルギー吸収量と凸部幅パラメータ
βの関係を示す図である。
βの関係を示す図である。
【図１２】同じく吸収エネルギー比（Ｅ2／Ｅ1）と断面
積比（Ａ2／Ａ1）の関係を示す図である。
積比（Ａ2／Ａ1）の関係を示す図である。
【図１３】自動車のフロント部の構造を示す図である。
【図１４】矩形断面形材の軸圧縮変形の模式図である。
１ バンパーリインホースメント ２ フロントサイドメンバ
Claims (8)
- 【請求項１】 外壁のコーナー部分にＲ（曲率）を有す
る中空断面の押出形材にあって、コーナーＲ部の板厚が
元板厚よりも薄く形成されていることを特徴とするエネ
ルギー吸収部材。 - 【請求項２】 外壁のコーナー部分にＲ（曲率）を有す
るとともに内部にウエブを有する中空断面の押出形材に
あって、コーナーＲ部又はウエブと外壁との接合部の少
なくとも一方の板厚が元板厚よりも薄く形成されている
ことを特徴とするエネルギー吸収部材。 - 【請求項３】 押出形材の断面が田の字形であることを
特徴とする請求項２に記載のエネルギー吸収部材。 - 【請求項４】 元板厚より薄く形成されたコーナーＲ部
又はウエブと外壁との接合部の板厚と元板厚との比をｋ
としたとき、ｋ＝０．４５〜０．７である請求項１〜３
のいずれかに記載のエネルギー吸収部材。 - 【請求項５】 中空矩形断面を有する形材にあって、壁
面部の外側に矩形断面の凸部が設けられていることを特
徴とするエネルギー吸収部材。 - 【請求項６】 向かい合う壁面部の外側に凸部が設けら
れていることを特徴とする請求項５に記載のエネルギー
吸収部材。 - 【請求項７】 アルミニウム合金押出形材を用いて形成
される請求項１〜６のいずれかに記載のエネルギー吸収
部材。 - 【請求項８】 自動車のサイドメンバに用いられること
を特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のエネルギ
ー吸収部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21659296A JP3786743B2 (ja) | 1996-07-29 | 1996-07-29 | 押出軸方向エネルギー吸収部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21659296A JP3786743B2 (ja) | 1996-07-29 | 1996-07-29 | 押出軸方向エネルギー吸収部材 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001160584A Division JP3897542B2 (ja) | 2001-05-29 | 2001-05-29 | エネルギー吸収部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1045023A true JPH1045023A (ja) | 1998-02-17 |
| JP3786743B2 JP3786743B2 (ja) | 2006-06-14 |
Family
ID=16690842
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21659296A Expired - Fee Related JP3786743B2 (ja) | 1996-07-29 | 1996-07-29 | 押出軸方向エネルギー吸収部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3786743B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002347548A (ja) * | 2001-05-29 | 2002-12-04 | Toyotomi Kiko Co Ltd | エネルギー吸収部材 |
| JP2006159934A (ja) * | 2004-12-02 | 2006-06-22 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 衝撃吸収部材 |
| WO2008123506A1 (ja) | 2007-04-04 | 2008-10-16 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | 自動車車体用強度部材、フロントサイドメンバー及び自動車車体の側部構造 |
| JP2012166644A (ja) * | 2011-02-14 | 2012-09-06 | Mazda Motor Corp | ダイカストアルミ合金製クラッシュカン |
| US9126628B2 (en) | 2011-12-01 | 2015-09-08 | Ford Global Technologies, Llc | Lightweight vehicle beam |
| CN109720290A (zh) * | 2019-03-16 | 2019-05-07 | 吉林大学 | 一种仿海鸥羽轴结构的吸能管 |
| JP2020501560A (ja) * | 2016-12-16 | 2020-01-23 | ヒルズ・ペット・ニュートリシャン・インコーポレーテッド | ペットフード組成物 |
| JP2022035454A (ja) * | 2020-08-21 | 2022-03-04 | 株式会社アイシン | 衝撃吸収部材 |
-
1996
- 1996-07-29 JP JP21659296A patent/JP3786743B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US8899665B2 (en) | 2007-04-04 | 2014-12-02 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Strength member for an automobile body, front side member, and side structure for an automobile body |
| WO2008123506A1 (ja) | 2007-04-04 | 2008-10-16 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | 自動車車体用強度部材、フロントサイドメンバー及び自動車車体の側部構造 |
| US8136871B2 (en) | 2007-04-04 | 2012-03-20 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Strength member for an automobile body, front side member, and side structure for an automobile body |
| EP2517949A1 (en) | 2007-04-04 | 2012-10-31 | Sumitomo Metal Industries Limited | Strength member for an automobile body |
| EP2517950A1 (en) | 2007-04-04 | 2012-10-31 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Front side member for an automobile body |
| EP2522563A1 (en) | 2007-04-04 | 2012-11-14 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Side structure for an automobile body |
| US8454079B2 (en) | 2007-04-04 | 2013-06-04 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Strength member for an automobile body, front side member, and side structure for an automobile body |
| JP2012166644A (ja) * | 2011-02-14 | 2012-09-06 | Mazda Motor Corp | ダイカストアルミ合金製クラッシュカン |
| US9126628B2 (en) | 2011-12-01 | 2015-09-08 | Ford Global Technologies, Llc | Lightweight vehicle beam |
| US9598107B2 (en) | 2011-12-01 | 2017-03-21 | Ford Global Technologies, Llc | Lightweight vehicle beam |
| JP2020501560A (ja) * | 2016-12-16 | 2020-01-23 | ヒルズ・ペット・ニュートリシャン・インコーポレーテッド | ペットフード組成物 |
| JP2021176327A (ja) * | 2016-12-16 | 2021-11-11 | ヒルズ・ペット・ニュートリシャン・インコーポレーテッド | ペットフード組成物 |
| CN109720290A (zh) * | 2019-03-16 | 2019-05-07 | 吉林大学 | 一种仿海鸥羽轴结构的吸能管 |
| CN109720290B (zh) * | 2019-03-16 | 2023-11-10 | 吉林大学 | 一种仿海鸥羽轴结构的吸能管 |
| JP2022035454A (ja) * | 2020-08-21 | 2022-03-04 | 株式会社アイシン | 衝撃吸収部材 |
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|---|---|
| JP3786743B2 (ja) | 2006-06-14 |
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