JP2011179579A - 衝撃吸収部材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 軸圧縮荷重を受けたときに蛇腹状に塑性変形することによって衝撃エネルギーを吸収する筒状の衝撃吸収部材1であって、軸方向に直交する断面形状が8個の頂点ABCDEFGHを有する八角形の閉断面であって、各面には蛇腹状塑性変形の起点となるビード形状部3が少なくとも1段形成され、同一断面の隣接する辺に形成されたビード形状部3の凹凸の向きが反対方向になるようにビード形状部3が設けられていることを特徴とする衝撃吸収部材。
【選択図】 図1
Description
このクラッシュボックスに要求される性能を向上するために種々の提案がなされている(例えば、特許文献1参照)。
また、特許文献1においては、クラッシュボックスを安定して蛇腹状に変形させるために塑性変形の起点となる応力集中部(ビード形状部)を設けている(特許文献1の請求項3参照)。応力集中部(ビード形状部)はクラッシュボックスの内側に凸となるものが、軸方向で互い違いになるように設けられている(特許文献1の図2参照)。
特許文献1では、上記のようなビード形状部を設けることで、凸側への変形を誘発し、安定した蛇腹変形を行わせている。なお、特許文献1の図2では、ビード形状部を軸方向で2段設ける例が示され、同文献の図9では7段設ける例が示されている。
特許文献1に示されたように、断面形状を八角形としたとしても、クラッシュボックスが設置されるフロントサイドメンバの端部の形状との関係で、正八角形ではなく長八角形(対向する一対の辺部が長いもの)となる場合が多い。その場合には、長い辺部が残存することになり、軸力の低下やエネルギー吸収効率が低下するという問題がある。
しかし、同一断面で同一方向への変形ではエネルギー吸収効率に限界があり、必ずしも十分なエネルギー吸収を行うことができないという問題がある。
本発明の実施の形態1を図1、図2に基づいて説明する。
本実施の形態に係る衝撃吸収部材1は、軸圧縮荷重を受けたときに蛇腹状に塑性変形することによって衝撃エネルギーを吸収する筒状の衝撃吸収部材1であって、軸方向に直交する断面形状がA〜Hの8個の頂点を有する閉断面であって、各面には蛇腹状塑性変形の起点となるビード形状部3が1段形成されている。
以下、より詳細に説明する。
衝撃吸収部材1は筒状の部材であって、軸方向に直交する断面形状がA〜Hの8個の頂点を有する閉断面になっている。図2では、ビード形状部3が形成された部位の断面を示しているが、ビード形状部3が形成されていない部位の断面は八角形になっている。
なお、本実施の形態においては、頂点の数が8個の場合を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、頂点の数が4個以上であればよい。
ビード形状部3は、衝撃吸収部材1が衝撃力を受けたときに蛇腹状塑性変形の起点となる部位である。ビード形状部3は、例えばプレス成形において金型によって凹凸になるように成形される。ビード形状部3は、図2に示すように、同一の軸直交断面においては、隣接する面で凹凸の向きが反対になるように形成されている。
図1、図2においては、外向きに凸のビード形状部3を示す符号には添字oを付けて示し(「外凸ビード形状部3o」という場合あり)、内向きに凸のビード形状部を示す符号には添字iを付けて示してある(「内凸ビード形状部3i」という場合あり)。
ビード形状部3は、図1に示すように、軸圧縮荷重が入力される側の端部近傍に1段設けている。本例のように、ビード形状部3を軸方向で1段のみ設けた場合であっても、軸方向での蛇腹変形は安定して行われるが、衝撃吸収部材の全体形状や稜線の成す角度等の条件によっては、ビード形状部3を軸方向で複数段にしてもよく、そのようにした方が安定的に蛇腹変形する場合もある。
発明例はビード形状部3が隣接する面で内外反対方向に凹凸するものであり(図1、図2参照)、比較例は全ての面に内方向に凸のビード形状部を設けたものである。なお、ビード形状部3は発明例、比較例共に軸圧縮荷重の入力側端部側に1段のみ設けている。
これに対して、比較例では断面力が基準断面力Fを超えており(断面力/基準断面力>1.0)、このままでは使用できない。基準断面力を無視したとしても、吸収できるエネルギーは8.96kJであり、発明例に及ばない。なお、比較例の断面力が基準断面力F以下になるように板厚を薄くした場合には、吸収できるエネルギーが6.91kJとなり、発明例よりも大幅に小さくなった。
エネルギー吸収効率の良い衝撃吸収部材を用いることで、クラッシュ領域の減少や、自動車構造部材であるフロントサイドメンバの強度を押さえることができ、車の軽量化に効果をもたらす。
本発明の実施の形態2を図4に基づいて説明する。図4は、図2と同様に、筒状の衝撃吸収部材におけるビード形状部が形成された部位における軸方向直交断面を示している。
本実施の形態に係る衝撃吸収部材11は、頂点A〜Hを直線で結ぶ輪郭線によって得られる多角形ABCDEFGHの対向する辺部ABとEF、及びCDとGHの部位をV字状に凹む溝形状にしたものである。
より具体的には、辺部ABの部位では、頂点A,Bを基点として内方にV字状に凹む溝状部AIBが形成され、同様に辺部CDの部位では溝状部CJDが形成され、辺部EFの部位では溝状部EKFが形成され、辺部HGの部位では溝状部GKHが形成されている。
なお、溝状部の角度は90°以上150°以下に設定されている。150°以下にしたのは、150°を超えると、溝状部を構成する隣接面が衝撃力を受けて変形する際にV字の稜線で反転せず反対方向に変形しなくなってしまうためである。
図5は実験に用いた衝撃吸収部材の断面形状の説明図であり、図5(a)がV字状に凹む溝形状を設けたもの(以下、「稜線増形状」という)であり、図5(b)は溝形状を設けていない八角形のものである。
稜線増形状のもの及び八角形のものも共に軸方向に半割りのものを形成して両者の端部を一部重ね合わせて溶接接合して形成されている。
なお、各部の寸法は以下の通りである。
a=90.9mm、b=104.3mm、c=42.6mm、d=30.6mm、e=23.1mm、R=5mm、α=135°
図6に示すように、稜線増形状の方が断面力が増加していることが分かる。また、所定の変形量(Smm)圧壊時、すなわち圧壊距離Smm時の吸収エネルギーは、稜線増形状が10.16kJで八角形が7.59kJであった。
図7はこの実験結果を示すグラフである。なお、図7において破線で示す曲線は図6で示した八角形のものである。
図7に示すように、板厚を1.2mmにすることで、最大断面力が基準断面力F以内になっている。そして、圧壊距離Smm時の吸収エネルギーは7.73kJであった。このように、溝形状を付加して稜線を増すことにより、同じ吸収エネルギー量であっても板厚を薄くできることが分かる。
なお、単位重量当りの吸収エネルギーは、稜線増形状が14.37(kJ/kg)で、八角形が12.9(kJ/kg)であった。
図8に示すように、α=90°から角度を大きくするに従って吸収エネルギーが大きくなり、135°で最大になっている。そして、135°を超えると徐々に吸収エネルギーが小さくなる傾向があることが分かる。α=90°から135°までは吸収エネルギーが増しているのは、角度が大きくなるにしたがって、各面での内外への変形が軸方向でも安定してなされたことによる。そして、α=135°で各面の内外への変形が最も安定しており、吸収エネルギー量も最大となっている。αが135°を超えると各面の内外への変形が不安定化して、αが150°を超えると不安定化が大きくなり、吸収エネルギー量も小さくなった。以上の結果から、αは150°以下が望ましい。
なお、α≧90°としているのは、αが90°を超えると加工が難しくなるためである。
図8のグラフから、αは180°よりも小さく、90°以上であることが好ましい。また、より好ましくは、105°≦α≦150°である。
3 ビード形状部
3o 外凸ビード形状部
3i 内凸ビード形状部
Claims (6)
- 軸圧縮荷重を受けたときに蛇腹状に塑性変形することによって衝撃エネルギーを吸収する筒状の衝撃吸収部材であって、
軸方向に直交する断面形状が4個以上の頂点を有する閉断面であって、各面には蛇腹状塑性変形の起点となるビード形状部が少なくとも1段形成され、同一断面の隣接する辺に形成されたビード形状部の凹凸の向きが反対方向になるように前記ビード形状部が設けられていることを特徴とする衝撃吸収部材。 - 前記頂点を直線で結ぶ輪郭線によって得られる多角形の対向する少なくとも一対の辺部に対応する部位が、前記辺部の両端頂点を基点として筒体の内方にV字状に凹む溝形状になっていることを特徴とする請求項1記載の衝撃吸収部材。
- 前記多角形が八角形であることを特徴とする請求項2記載の衝撃吸収部材。
- 前記八角形は対向する一対の辺が他の辺よりも長い長辺を有する長八角形であり、前記溝形状は少なくとも前記長辺部の部位に設けられていることを特徴とする請求項3記載の衝撃吸収部材。
- 前記溝形状は前記八角形の一つ飛ばしの辺に設けられていることを特徴とする請求項3記載の衝撃吸収部材。
- 前記V字の成す角度が90°以上150°以下であることを特徴とする請求項2乃至5記載のいずれか一項に記載の衝撃吸収部材。
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