JPH11348818A - 自動車用衝撃吸収部材および構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エネルギー吸収特性に優れる自動車用衝撃吸
収部材および衝撃吸収構造を提供すること。 【解決手段】 衝撃吸収のために環状の線材を用いるこ
とを特徴とする。環状の線材はそれ自身のみでも、また
部材内部への配置、１種以上の部材から組み立てられた
構造の周囲への配置によりエネルギー吸収能が向上す
る。それにより衝突特に側面衝突時の衝撃吸収能向上に
寄与する。

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、特に側面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構造部
材およびこれを用いた衝撃吸収構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車業界では、衝突時の乗員へ
の傷害を低減しうる車体構造の開発が急務の課題となっ
ている。そのような衝突安全性に優れた車体構造は、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生存空間を確保す
ることにより実現できる。つまり、構造部材により衝撃
エネルギーを吸収させることが重要である。しかし、自
動車側面への衝突の場合、衝撃を吸収させるべき部材を
配置する空間が前面への衝突と比較して小さいため、よ
り高い衝撃吸収能が要求される。

【０００３】従来、側面衝突時の安全性確保のため、自
動車ドア内部に補強材を装着することがなされている。
補強材の多くは高強度電縫鋼管であるが、さらに衝撃吸
収能を高めるために、角形断面を持つ鋼管や特開平７−
２０５６５５号公報に開示されているような台形の閉断
面を持つもの、あるいは特開平８−２８２２７８号公報
に示すようなアルミ押し出し部材を利用したもの等が検
討されてきている。

【０００４】しかし、より一層の安全性を実現するため
には、これらの補強部材の断面の大型化や板厚増、ある
いは補強部材を多数用いることが必要となるため、車両
全体の重量が増加してしまい、自動車の燃費を悪化させ
ることとなり好ましくない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
現状に鑑み開発されたもので、衝突、特に側面衝突時の
衝撃吸収エネルギーを向上させる構造を採用し、重量が
同一の場合衝撃吸収能を向上させ、重量が減少しても衝
撃吸収能が低下しない衝撃吸収構造を提供することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を達成
するために、補強部材として環状の線材を配置すること
を特徴としており、その要旨とするところは以下の通り
である。 （１）両端に固定具を有し、前記固定具の周囲に環状の
線材を配したことを特徴とする自動車用衝撃吸収部材。 （２）閉断面形状の部材中に環状の線材を配置すること
を特徴とする（１）記載の自動車用衝撃吸収部材。 （３）１種以上の部材により組み立てられた構造の周囲
に環状の線材を配置することを特徴とする自動車用衝撃
吸収構造。 （４）（１）または（２）記載の自動車用衝撃吸収部材
をドア内部に有することを特徴とする自動車用衝撃吸収
構造。 （５）（１）または（２）記載の自動車用衝撃吸収部材
を車体の前部フレーム、後部フレーム、サイドフレーム
及びセンターピラーの一箇所以上に配したことを特徴と
する自動車用衝撃吸収構造。 （６）車体のフレームをＸ型に設け、前記フレームの周
囲に環状の線材を矩形状に配したことを特徴とする自動
車用衝撃吸収構造。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下に本発明を詳細に説明する。
一般に、衝突時、特に側面衝突時には自動車構造はより
狭い空間で衝撃を吸収する必要があるため、個々の部材
の衝撃吸収能を高めることと、衝撃力を分散させ複数の
部材で衝撃吸収を分担することが必要となる。

【０００８】部材単体での衝撃吸収能を考えた場合、側
面衝突時に想定される曲げ変形時に高い荷重を示すこと
が必要である。部材は曲げ変形初期には高い荷重を示す
が断面が座屈し変形がその部分に集中してしまうと急速
に荷重が低下してしまうため、断面変形を抑制し座屈を
出来るだけ遅らせることが高い平均荷重を得るために重
要である。そのためにとられている方策の一つが、断面
２次モーメントを高めるために部材内部に補強板を挿入
することであるが、必然的に車体重量の増加を招いてし
まうという欠点を抱えている。変形の進行による曲げ荷
重の急減を起こさない構造や、重量の増加を最小限に留
めながら断面変形を効果的に抑制出来る構造をとれれ
ば、衝撃吸収構造としての大きな性能の向上が期待でき
る。

【０００９】本発明者らは、この課題の両立に取り組ん
だ結果、板材ではなく線材を衝撃吸収部材としてあるい
は補強材として用いることにより、この課題が達成でき
ることを見出した。つまり、板材により構成された部材
では、座屈による曲げ荷重の急減は避けることが出来な
いが、線材では破断に至るまで荷重は変形の進行と共に
上昇していく。また、部材の補強としても全体を補強す
るのではなく、断面変化の抑制に必要な部分に線材を配
置することにより、軽量かつ効果的な断面抑制が可能な
構造とできることがわかった。

【００１０】しかし、本発明者らは線材の衝撃吸収部材
への適用検討を進める中で、二つの新たな課題に直面し
た。線材を衝撃吸収部材として用いるためには予め張力
を加えておく必要があるが、実際の自動車組み立ての際
には、張力を加えつつ線材を配置することが困難である
ことが第一の課題であった。第二の課題は、線材の両端
の固定方法であった。固定部は線材の径が小さいことか
ら、必然的に小さな面積で固定する必要がある。一方、
衝突変形時に線材に加わる荷重はすべてこの固定部に集
中するため、大きな荷重下でも破壊しない固定を行う方
法が問題となった。

【００１１】本発明者らは鋭意検討の結果、これらの二
つの課題を克服できる方法を見出すに至った。それは図
１（Ａ）に示すように、線材１を二つの固定具２の周囲
に巻き付けるように環状に配置する方法である。線材に
加わった荷重は、自己補償的に張力に変換されることと
なるため、初期のたわみを極小化しておけば、第一の課
題である線材への張力負荷が達成できた。また、第二の
課題についても環状にすることにより固定部への荷重集
中が解消し、固定部破壊の危険性が回避することができ
た。このような手段により、従来不可能であった軽量化
と高い衝撃吸収能の両立を達成することができた。

【００１２】さらに、本発明者らは環状の線材の配置の
自由度が高いことに着目し、本発明が部材単体の衝撃吸
収能を上げるのみに留まらず、衝突特に側面衝突時の衝
撃力を分散させ複数の部材で衝撃吸収を分担させるため
の方策として使用できることを見出した。通常、自動車
では衝撃力の加わる部材に補強を施し、局部的な変形を
防ぐことにより複数の部材で衝撃吸収を分担させてい
る。局所的な変形を防ぐためには部材毎に大幅な補強が
必要であり、車両全体の重量増を招いてしまう。本発明
者らは環状の線材を衝突変形にさらされる構造の周囲に
配置することにより、車体構造としての軽量化と高い衝
撃吸収能が達成できることを見出した。構造の周囲への
環状の線材の配置は、現状の自動車の主流であるモノコ
ック構造に対して適用しても有効であるばかりではな
く、骨格部材のみで構造を支えるスペースフレーム構造
に対してはさらに有効である。すなわち、骨格部材の周
囲への環状の線材の配置がモノコック構造における部材
（特に外板部材）の代替とすることができるため、構造
上の制約要件が少なくなり、更なる軽量化が可能となる
ためである。ドア内部に本発明の部材を設けることも有
効である。

【００１３】本発明に用いる線材は、一本あるいは複数
本束ねたものの何れでも良い。また、環状にするための
接合は加わる衝撃力に耐え得るものであれば、溶接、機
械的結合等の何れでも良い。また、接合および環状への
加工後に熱処理を行っても良い。また、防錆性や絶縁
性、その他を高める目的で表面処理を行っても良い。表
面処理は、亜鉛系その他のめっきや、セラミックスや樹
脂等の皮膜をコーティングしても良い。また、線材の材
質、強度、径は使用される部位に応じて適切なものを用
いるべきであるが、延性の優れた材料ほど好ましい。環
状の線材を用いた構造を使用することにより生ずる恐れ
のある走行中の振動や騒音の低減のために、線材の数カ
所を部材に固定したり、ウレタン、樹脂その他を部材中
に充填したりしても本発明の有効性は減じない。

【００１４】

【実施例】次に、実施例にて本発明を具体的に説明す
る。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の確認を行
った。

【００１５】［実施例１］図１に本発明の一例である環
状にした鋼線（Ａ）および部材内に環状の線材１を配置
した部材（Ｂ）を示す。鋼線は径５mm、強度１５００MP
a のものであり、部材は板厚が１．２mmで７０mm角の正
方形断面を持つ長さ８００mmのものである。この部材を
図２に示すように、曲げスパン６００mmで１５０Ｒのポ
ンチを押し込むことにより曲げ特性を評価した。比較の
ため、図１（Ｂ）のものに環状の線材を配置しない状態
の部材（Ｃ）の実験も行った。なお、固定具２はポンチ
押し込み時に動かないように固定した状態で試験を行っ
た。

【００１６】荷重−変位曲線を図３に示す。図１の部材
（Ｃ）は初期の荷重は大きいものの座屈発生後の荷重は
急速に低下する。一方、本発明の部材（Ａ）は初期荷重
としては（Ｃ）より小さいものの、ポンチの変位の進行
により荷重が増加し中途で（Ｃ）の荷重との逆転が起こ
る。また、本発明の部材（Ｂ）は環状の線材の存在によ
り断面変化が抑制されるため、部材（Ｃ）と比較してポ
ンチ変位の大きい領域まで高い荷重を示す。

【００１７】［実施例２］図４に板厚が１．２mmで７０
mm角の正方形断面を持つ角部材を組み合わせ、その周囲
に径５mm、強度１５００MPa の鋼線を配置した本発明の
一例である部材（Ａ）、および比較として同一断面の角
部材を用いて組み立てた線材を用いない部材（Ｂ）を示
す。接合部はアーク溶接により組み立てた。これらの部
材一辺を固定し対辺の中央を１５０Ｒのポンチで押し込
むことによ、り曲げ特性の評価を行った。

【００１８】荷重−変位曲線を図５に示す。図４の部材
（Ｂ）は座屈発生により荷重が急速に低下してしまうの
に対し、本発明の部材（Ａ）はポンチの変位の進行によ
り荷重が増加し、優れたエネルギー吸収特性を示した。

【００１９】

【発明の効果】本発明の衝撃吸収構造は、従来の構造と
比較して軽量かつ曲げ変形時の断面変化の抑制および衝
撃力の分散効果に優れているため、自動車の安全性およ
び軽量化による自動車の燃費の向上に対して有効であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）及び（Ｂ）は本発明に係る衝撃吸収構造
（部材内に環状の線材を配置）の例、（Ｃ）は比較例を
示す。

【図２】３点曲げ試験方法の概略を示す説明図。

【図３】図１の各部材の荷重−変位線図（部材内に環状
の線材を配置）。

【図４】（Ａ）は本発明に係る衝撃吸収構造（周囲に環
状の線材を配置）の例、（Ｂ）は比較例を示す。

【図５】図４の各部材の荷重−変位線図（周囲に環状の
線材を配置）。

【符号の説明】

１ 線材 ２ 固定具

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 栗山 幸久 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両端に固定具を有し、前記固定具の周囲
   に環状の線材を配したことを特徴とする自動車用衝撃吸
   収部材。
2. 【請求項２】 閉断面形状の部材中に環状の線材を配置
   することを特徴とする請求項１記載の自動車用衝撃吸収
   部材。
3. 【請求項３】 １種以上の部材により組み立てられた構
   造の周囲に環状の線材を配置することを特徴とする自動
   車用衝撃吸収構造。
4. 【請求項４】 請求項１または２記載の自動車用衝撃吸
   収部材をドア内部に有することを特徴とする自動車用衝
   撃吸収構造。
5. 【請求項５】 請求項１または２記載の自動車用衝撃吸
   収部材を車体の前部フレーム、後部フレーム、サイドフ
   レーム及びセンターピラーの一箇所以上に配したことを
   特徴とする自動車用衝撃吸収構造。
6. 【請求項６】 車体のフレームをＸ型に設け、前記フレ
   ームの周囲に環状の線材を矩形状に配したことを特徴と
   する自動車用衝撃吸収構造。