エネルギ吸収部材
【課題】エネルギ吸収の重量効率の高い、エネルギ吸収部材10を提供する。
【解決手段】エネルギ吸収部材10は、少なくとも2の相対的に剛性の高い高剛性部12と、高剛性部以外の部位でかつ相対的に剛性の低い低剛性部13,14と、からなる筒状の本体11を備える。高剛性部12は、筒軸の方向に対して傾いた斜め方向に相対して配置され、低剛性部14は、斜め方向に相対する高剛性部12の間に少なくとも配置される。本体11に対して筒軸方向の圧縮荷重が入力したときには、斜め方向に相対する高剛性部12が筒軸方向に互いに接近するように移動することに伴い、高剛性部12の間に位置する低剛性部14がせん断変形する。
【解決手段】エネルギ吸収部材10は、少なくとも2の相対的に剛性の高い高剛性部12と、高剛性部以外の部位でかつ相対的に剛性の低い低剛性部13,14と、からなる筒状の本体11を備える。高剛性部12は、筒軸の方向に対して傾いた斜め方向に相対して配置され、低剛性部14は、斜め方向に相対する高剛性部12の間に少なくとも配置される。本体11に対して筒軸方向の圧縮荷重が入力したときには、斜め方向に相対する高剛性部12が筒軸方向に互いに接近するように移動することに伴い、高剛性部12の間に位置する低剛性部14がせん断変形する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、圧縮荷重が入力されたときに塑性変形することで、そのエネルギを吸収するエネルギ吸収部材に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば特許文献1には、車両のフレームの一部分を構成し、衝突時の衝撃荷重を吸収するために用いられるエネルギ吸収部材が開示されている。このエネルギ吸収部材は、筒状の本体と、この本体の外周面における筒軸方向の中間位置に形成された凹凸部と、を備えている。このエネルギ吸収部材では、本体に対し筒軸方向の圧縮荷重が入力されたときには、前記凹凸部が起点となって本体が筒軸方向に比較的大きく折れ曲げ変形し、それによって、エネルギを吸収するようにしている。
【特許文献1】特開2005−29064号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかしながら、従来のエネルギ吸収部材は、本体の折れ曲げ変形が比較的大きいため、その変形する部分以外の部分、つまり本体の大部分がエネルギの吸収にほとんど関与しない。このため、部材重量に対するエネルギの吸収量(エネルギ吸収の重量効率)が比較的低いという問題がある。
【0004】
こうした低い重量効率に起因して、エネルギ吸収部材を車両のフレームの一部分を構成するために用いた場合は、車両重量の増大に伴い例えば燃費の悪化を招くことにもなる。
【0005】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エネルギ吸収の重量効率の高いエネルギ吸収部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一側面によると、エネルギ吸収部材は、少なくとも2の相対的に剛性の高い高剛性部と、前記高剛性部以外の部位でかつ相対的に剛性の低い低剛性部と、からなる筒状の本体を備え、前記高剛性部は、前記本体の周壁において、筒軸の方向に対して傾いた斜め方向に相対して配置され、前記低剛性部は、前記斜め方向に相対する高剛性部の間に少なくとも配置されており、前記本体に対して前記筒軸方向の圧縮荷重が入力したときには、前記斜め方向に相対する高剛性部が筒軸方向に互いに接近するように移動することに伴い、前記高剛性部の間に位置する低剛性部がせん断変形する。
【0007】
この構成によると、筒軸方向の圧縮荷重が本体に対して入力されたときには、本体が筒軸方向に縮むように変形する。これにより、このエネルギ吸収部材では、斜め方向に相対する高剛性部が筒軸方向に互いに接近する方向に移動するが、この移動に伴い高剛性部の間に位置する低剛性部がせん断変形するようになる。このせん断変形では、筒軸に対し傾斜した方向に比較的長く延びる変形しわ(曲げによるしわ)が、高剛性部の相対方向に短い間隔で多数形成される。そのため、エネルギ吸収部材の広い範囲に亘って変形が生じることになると共に、変形が複雑であることでエネルギの吸収量も増大するため、エネルギ吸収の重量効率が大幅に向上する。
【0008】
前記エネルギ吸収部材は、前記本体に対して前記筒軸方向の圧縮荷重が入力したときには、前記低剛性部がせん断変形すると共に、前記本体の全体が前記筒軸方向に蛇腹状に変形する、としてもよい。
【0009】
つまり、本体に対して筒軸方向の圧縮荷重が入力することによって、斜め方向に相対していた高剛性部同士が周方向に略隣り合う位置まで移動して低剛性部のせん断変形がほとんど完了した後に、本体がさらに筒軸方向に蛇腹状に変形するようにしてもよい。こうすることによって、エネルギ吸収部材の変形がより一層複雑になってエネルギ吸収量が増大することに伴い、エネルギ吸収の重量効率がより一層向上する。
【0010】
前記本体は、その周壁が稜線部と平面部とを周方向に交互に配置することで構成された横断面多角形状であってかつ、前記筒軸方向に隣り合う2つの領域において、前記稜線部の位置が周方向に互いにずれており、前記高剛性部は前記稜線部によって構成され、前記低剛性部は前記平面部によって構成されている、としてもよい。
【0011】
また、前記高剛性部と低剛性部とは、肉厚が互いに異なる、としてもよい。さらに、前記高剛性部と低剛性部とは、材料が互いに異なる、としてもよい。
【0012】
前記高剛性部は、前記本体の側壁における所定の位置に、局所的に熱処理を施すことによって形成されている、としてもよい。
【0013】
前記横断面多角形状の本体は、両端開口の円筒部材に対し所定形状の成形型をその各開口から筒軸方向に挿入して前記円筒部材の周壁を曲げ変形させることによって成形される、としてもよい。
【0014】
肉厚が互いに異なる高剛性部及び低剛性部からなる本体は、テーラードブランク工法、又は、ハイドロフォーム工法によって成形される、としてもよい。
【0015】
材料が互いに異なる高剛性部及び低剛性部からなる本体は、溶接工法、又は、摩擦撹拌接合工法によって成形される、としてもよい。
【0016】
前記高剛性部及び低剛性部からなる本体を複数備え、前記複数の本体は、互いに同軸に積み重ねられている、としてもよい。
【0017】
こうすることで、吸収可能なエネルギ量がより一層増大し、エネルギ吸収の重量効率がさらに向上する。
【0018】
前記本体は、その筒軸方向が車両前後方向と一致するように配置されてその車両のフロントフレームの一部を構成すると共に、前記車両に入力された衝突荷重を、前記低剛性部がせん断変形することによって吸収する、としてもよい。
【0019】
前述したように、このエネルギ吸収部材はエネルギ吸収の重量効率が高いため、車両のフレーム部材として用いたときに、車両重量が軽減するという利点が得られる。
【発明の効果】
【0020】
以上説明したように、本発明によると、高剛性部及び低剛性部からなる本体に対して筒軸方向の圧縮荷重が入力されたときに、高剛性部の間に位置する低剛性部がせん断変形することによって、エネルギ吸収部材の広い範囲に亘って、複雑な変形が生じることになり、エネルギ吸収の重量効率を大幅に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0021】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【0022】
(実施形態1)
図2は、本発明の実施形態1に係るエネルギ吸収部材10を示しており、このエネルギ吸収部材10は、図1に示すように、例えば車両前部における車幅方向の両側位置で車両前後方向にそれぞれ延びるフロントサイドフレーム91の前端部分や、フロントサイドフレーム91の前端とバンパーレインフォースメントとの間に介設されるクラッシュカン92として用いられる。
【0023】
前記エネルギ吸収部材10は、筒状の本体11を備えており、本体11の周壁は、相対的に剛性の高い高剛性部と、相対的に剛性の低い低剛性部と、から構成されている。具体的に本体11は、図2,3に示すように、それぞれ高剛性部に相当する3つの稜線部12と、それぞれ低剛性部に相当する3つの平面部13とが周方向に交互に配置された、横断面が三角形状であって、筒軸方向の一方の側の領域(例えば図2における左側の領域)と、他方の側の領域(図2における右側の領域)とにおいて、その稜線部12の位置が周方向に互いにずれて配置されて構成されている。本体11は、換言すれば、中空状の2つの三角柱を、その稜線を互いにずらした状態で、筒軸方向に突き合わすようにして構成されている。
【0024】
ここで、前記本体11において、筒軸方向に相対する稜線部12と平面部13とは、滑らかに接合されており、これによって、本体11においては、稜線部12が筒軸の方向に対して傾いた斜め方向に相対して配置されると共に、その斜め方向に相対する稜線部12の間に、低剛性部に相当する、平面部の一部としての接合部14が配置されるようになっている。
【0025】
本体11の材質は、例えば鋼やアルミニウム等の、車両のフレームを構成する部材として用いられる各種材料の中から適宜選択することができる。
【0026】
前記構成のエネルギ吸収部材10は、種々の公知の成形方法を適宜採用することによって製造することが可能である。一例としては、図4に示すように、エネルギ吸収部材10の本体11となる円筒状の部材82を、所定形状の成形型81を用いて曲げ加工することによって、製造することが可能である。
【0027】
つまり、所定の成形方向によって予め成形した両端開口の円筒状の部材82を用意する。また、基端側が三角柱形状で、先端側が三角錐形状となった成形型81を一対用意する。
【0028】
そうして、一対の成形型81を、その基端側の正三角形状を互いに60°だけずらした上で相対して配置すると共に、その各成形型81を、前記円筒状の部材82の各開口から筒軸方向の内方へと挿入させる。そうすることによって、成形型81により、筒軸方向の両端部においては、円筒状の部材82の周壁が断面三角形状となるように曲げ加工されると共に、筒軸方向の中央部においては、稜線部12と平面部13とが滑らかにつながるようになる。そうして、その各成形型81を部材82から抜くことによって、稜線部12が斜め方向に相対して配置されると共に、その斜め方向に相対する稜線部12の間に接合部14が配置された前記のエネルギ吸収部材10が成形されることになる。
【0029】
次に、前記のエネルギ吸収部材10に対し圧縮荷重が入力されたときに、当該エネルギ吸収部材10が変形する様子について、図5を参照しながら説明する。尚、以下の説明においてエネルギ吸収部材10の、図5における右側の領域を右側領域、左側の領域を左側領域と呼ぶ。
【0030】
図5における本体11の右端に対して、その右側方から筒軸方向の圧縮荷重(衝撃荷重)が入力したとする(同図の黒矢印参照)。その圧縮荷重は、本体11を筒軸方向に伝達する(P1参照)。
【0031】
その圧縮荷重によって、本体11は筒軸方向に縮むように変形する。このときに右側領域の各稜線部12は、左側領域の平面部13に対して食い込むように相対移動し、それによって、斜め方向に相対する稜線部12同士の間に位置する接合部14は、せん断変形をするようになる(P2参照)。ここで、前記せん断変形によって、接合部14には筒軸に対して傾斜した方向に延びる変形しわが多数発生する。
【0032】
そうして、右側領域の各稜線部12が、左側領域の各稜線部12に対して周方向に隣り合う位置まで移動してせん断変形がほぼ完了したときには、図示は省略するが、エネルギ吸収部材10は、その横断面が略六角形状の筒状になる。その後は、その略六角形状の筒状の本体11が、筒軸方向の圧縮荷重によって蛇腹状に変形することになる(P3参照)。
【0033】
このように、このエネルギ吸収部材10では、筒軸方向の圧縮荷重が入力したときに、接合部14がせん断変形をする。このせん断変形によって、図5に模式的に示すように、傾斜した方向に比較的長く延びる変形しわが、稜線部12が相対する方向に短い間隔で多数形成される。つまり、筒軸方向に比較的大きく折れ曲げ変形する従来構成と比べて、このエネルギ吸収部材10は、圧縮荷重の入力時に、広い範囲に亘って複雑な変形が生じることになる。
【0034】
その結果、このエネルギ吸収部材10は、エネルギ吸収の重量効率を従来に比べて向上させることができる。
【0035】
また、前記エネルギ吸収部材10は、前記のせん断変形に加えて、筒軸方向に蛇腹状に変形するため、エネルギ吸収量はさらに増大しており、その重量効率は従来に比べて大幅に向上することになる。
【0036】
尚、この実施形態では、エネルギ吸収部材10の横断面を三角形状に設定したが、エネルギ吸収部材は、稜線部12と平面部13とが周方向に交互に配置されるような横断面多角形状であって、稜線部12の間に接合部14が形成されればよい。図示は省略するが、エネルギ吸収部材の横断面形状は、例えば四角形状や五角形状等、適宜設定することが可能である。
【0037】
(実施形態2)
図6は、実施形態2に係るエネルギ吸収部材20を示している。このエネルギ吸収部材20は、本体21が円筒状とされている。このエネルギ吸収部材20では、高剛性部22及び低剛性部23が、肉厚を相違させることによって形成されている。
【0038】
つまり、前記本体21は、相対的に厚肉の部分によって構成される高剛性部22と、相対的に薄肉の部分によって構成される低剛性部23と、が所定の配置で配置されて形成されている。具体的には、前記筒状の本体21を図7に展開して模式的に示すように、筒軸方向の一方の領域においては、それぞれ筒軸方向の端部から中央部に向かって延びる舌状の、2つの高剛性部22aが等間隔を空けて配置されていると共に、筒軸方向の他方の領域においては、同じく舌状の2つの高剛性部22bが、前記一方の領域の高剛性部22aに対して、周方向に位置をずらして配置されている。
【0039】
これによって、一方の領域の高剛性部22aと、他方の領域の高剛性部22bとは、筒軸の方向に対して傾斜した斜め方向に相対するようになり、その斜め方向に相対する高剛性部22a,22bの間に、低剛性部23が位置することになる。
【0040】
こうした肉厚の異なる部位を有する筒体であるエネルギ吸収部材20は、例えばハイドロフォーム工法によって一体的に成形することで製造してもよいし、例えば肉厚の異なる部材を溶接により接合して成形するテーラードブランク工法によって製造してもよい。
【0041】
このエネルギ吸収部材20においても、図示は省略するが、筒軸方向の一端部に圧縮荷重が入力されたときには、高剛性部22の間の低剛性部23がせん断変形をすることになり、エネルギ吸収の重量効率を向上させることができる。
【0042】
尚、エネルギ吸収部材における高剛性部22の数は特に限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。例えば図8に展開図を示すように、高剛性部22の数を、図7に示すエネルギ吸収部材よりも増やすことによって高剛性部22の間隔を小さくしてもよい。
【0043】
また、高剛性部22の形状も特に限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。例えば図9に示すように、各高剛性部22を、筒軸方向の端部から中央部に向かって先細となる三角形状にし、それに伴い低剛性部23を帯状にしてもよい。この場合も、エネルギ吸収部材における高剛性部の数は、適宜設定することができる。例えば図9に示すように、筒軸方向の一方の領域及び他方の領域のそれぞれに3つずつ高剛性部22を設けるようにしてもよいし、例えば図10に示すように、筒軸方向の一方の領域及び他方の領域のそれぞれに1つずつ高剛性部22を設けるようにしてもよい。
【0044】
(実施形態3)
図11は、実施形態3に係るエネルギ吸収部材30を示している。このエネルギ吸収部材30は、実施形態2と同様に本体31が円筒状であるが、高剛性部32及び低剛性部33が互いに異なる材料によって構成されている。
【0045】
つまり、前記高剛性部32は相対的に剛性の高い材料によって形成されているのに対し、前記低剛性部33は相対的に剛性の低い材料によって形成されている。例えば高剛性部32を鋼製とし、低剛性部33をアルミニウム製としてもよい。
【0046】
こうした異種材料から構成されるエネルギ吸収部材30は、例えば溶接や摩擦撹拌接合等の、異種材料を互いに接合する手法を適宜採用することによって製造することができる。
【0047】
このエネルギ吸収部材30においても、図示は省略するが、筒軸方向の一端部に圧縮荷重が入力されたときには、高剛性部32の間に位置する低剛性部33がせん断変形をすることになり、エネルギ吸収の重量効率を向上させることができる。
【0048】
尚、エネルギ吸収部材30における高剛性部の数や形状は特に限定されるものではない点は、前記実施形態2と同様である。
【0049】
(実施形態4)
図12は、実施形態4に係るエネルギ吸収部材40を示している。この実施形態4に係るエネルギ吸収部材40は、円筒状の部材(本体)41に対して局所的に焼き入れ処理を施すことによって、相対的に剛性の高い高剛性部42を作成している。
【0050】
つまり、筒状の本体41の所定の位置、具体的には、図7〜10においてハッチングを付した高剛性部となる位置に、局所的に焼き入れ処理を施す。このことにより、剛性が部分的に向上するようになるため、他の部分(つまり低剛性部43)よりも相対的に剛性の高い高剛性部42を構成することができるようになる。
【0051】
このエネルギ吸収部材40においても、図示は省略するが、筒軸方向の一端部に圧縮荷重が入力されたときには、高剛性部42の間に位置する低剛性部43がせん断変形をすることになり、それによってエネルギ吸収の重量効率を向上させることができる。
【0052】
(実施形態5)
図13は、実施形態5に係るエネルギ吸収部材を示している。このエネルギ吸収部材50は、図2に示すエネルギ吸収部材10(本体11)を複数(図例では3個)、互いに同軸となるように突き合わせることによって多段に構成されている。
【0053】
この多段のエネルギ吸収部材50に対し、筒軸方向の圧縮荷重が入力したときには(P1参照)、図14に示すように、本体11の一つ一つがせん断変形した後に(P2参照)、本体11の一つ一つが蛇腹状に変形する(P3参照)。
【0054】
この多段のエネルギ吸収部材50は、重量効率をさらに向上させることができる。また、積み重ねる本体11の数を調整することにより、エネルギ吸収部材50の長さを調整することが可能になる。
【0055】
尚、図6、図11、及び図12のそれぞれに示すエネルギ吸収部材20、30、40を、互いに同軸となるように複数積み重ねることで、多段のエネルギ吸収部材を構成してもよい。また、同じ構成のエネルギ吸収部材を積み重ねるのではなく、互いに異なる構成のエネルギ吸収部材を積み重ねることで、多段のエネルギ吸収部材を構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【0056】
以上説明したように、本発明は、エネルギ吸収部材の重量効率が向上するから、例えば車両のフレーム、特にフロントやリヤのフレームの一部を構成するためのエネルギ吸収部材として有用である。
【図面の簡単な説明】
【0057】
【図1】エネルギ吸収部材が適用される車両のフロントフレームを示す一部破断の側面図である。
【図2】実施形態1に係るエネルギ吸収部材を示す斜視図である。
【図3】前記エネルギ吸収部材の左側面図である。
【図4】前記エネルギ吸収部材の製造方法の一例を示す説明図である。
【図5】前記エネルギ吸収部材が変形する様子を示す説明図である。
【図6】実施形態2に係るエネルギ吸収部材を示す斜視図である。
【図7】前記エネルギ吸収部材の展開説明図である。
【図8】実施形態2の変形例に係るエネルギ吸収部材の展開説明図である。
【図9】実施形態2の変形例に係るエネルギ吸収部材の展開説明図である。
【図10】実施形態2の変形例に係るエネルギ吸収部材の展開説明図である。
【図11】実施形態3に係るエネルギ吸収部材を示す斜視図である。
【図12】実施形態4に係るエネルギ吸収部材を示す斜視図である。
【図13】実施形態5に係るエネルギ吸収部材を示す斜視図である。
【図14】前記エネルギ吸収部材が変形する様子を示す斜視図である。
【符号の説明】
【0058】
10,20,30,40 エネルギ吸収部材
11,21,31,41 本体
12 稜線部
13 平面部
14 接合部(低剛性部)
22,32,42 高剛性部
23,33,43 低剛性部
81 成形型
91 フロントサイドフレーム(フロントフレーム)
92 クラッシュカン(フロントフレーム)
【技術分野】
【0001】
本発明は、圧縮荷重が入力されたときに塑性変形することで、そのエネルギを吸収するエネルギ吸収部材に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば特許文献1には、車両のフレームの一部分を構成し、衝突時の衝撃荷重を吸収するために用いられるエネルギ吸収部材が開示されている。このエネルギ吸収部材は、筒状の本体と、この本体の外周面における筒軸方向の中間位置に形成された凹凸部と、を備えている。このエネルギ吸収部材では、本体に対し筒軸方向の圧縮荷重が入力されたときには、前記凹凸部が起点となって本体が筒軸方向に比較的大きく折れ曲げ変形し、それによって、エネルギを吸収するようにしている。
【特許文献1】特開2005−29064号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかしながら、従来のエネルギ吸収部材は、本体の折れ曲げ変形が比較的大きいため、その変形する部分以外の部分、つまり本体の大部分がエネルギの吸収にほとんど関与しない。このため、部材重量に対するエネルギの吸収量(エネルギ吸収の重量効率)が比較的低いという問題がある。
【0004】
こうした低い重量効率に起因して、エネルギ吸収部材を車両のフレームの一部分を構成するために用いた場合は、車両重量の増大に伴い例えば燃費の悪化を招くことにもなる。
【0005】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エネルギ吸収の重量効率の高いエネルギ吸収部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一側面によると、エネルギ吸収部材は、少なくとも2の相対的に剛性の高い高剛性部と、前記高剛性部以外の部位でかつ相対的に剛性の低い低剛性部と、からなる筒状の本体を備え、前記高剛性部は、前記本体の周壁において、筒軸の方向に対して傾いた斜め方向に相対して配置され、前記低剛性部は、前記斜め方向に相対する高剛性部の間に少なくとも配置されており、前記本体に対して前記筒軸方向の圧縮荷重が入力したときには、前記斜め方向に相対する高剛性部が筒軸方向に互いに接近するように移動することに伴い、前記高剛性部の間に位置する低剛性部がせん断変形する。
【0007】
この構成によると、筒軸方向の圧縮荷重が本体に対して入力されたときには、本体が筒軸方向に縮むように変形する。これにより、このエネルギ吸収部材では、斜め方向に相対する高剛性部が筒軸方向に互いに接近する方向に移動するが、この移動に伴い高剛性部の間に位置する低剛性部がせん断変形するようになる。このせん断変形では、筒軸に対し傾斜した方向に比較的長く延びる変形しわ(曲げによるしわ)が、高剛性部の相対方向に短い間隔で多数形成される。そのため、エネルギ吸収部材の広い範囲に亘って変形が生じることになると共に、変形が複雑であることでエネルギの吸収量も増大するため、エネルギ吸収の重量効率が大幅に向上する。
【0008】
前記エネルギ吸収部材は、前記本体に対して前記筒軸方向の圧縮荷重が入力したときには、前記低剛性部がせん断変形すると共に、前記本体の全体が前記筒軸方向に蛇腹状に変形する、としてもよい。
【0009】
つまり、本体に対して筒軸方向の圧縮荷重が入力することによって、斜め方向に相対していた高剛性部同士が周方向に略隣り合う位置まで移動して低剛性部のせん断変形がほとんど完了した後に、本体がさらに筒軸方向に蛇腹状に変形するようにしてもよい。こうすることによって、エネルギ吸収部材の変形がより一層複雑になってエネルギ吸収量が増大することに伴い、エネルギ吸収の重量効率がより一層向上する。
【0010】
前記本体は、その周壁が稜線部と平面部とを周方向に交互に配置することで構成された横断面多角形状であってかつ、前記筒軸方向に隣り合う2つの領域において、前記稜線部の位置が周方向に互いにずれており、前記高剛性部は前記稜線部によって構成され、前記低剛性部は前記平面部によって構成されている、としてもよい。
【0011】
また、前記高剛性部と低剛性部とは、肉厚が互いに異なる、としてもよい。さらに、前記高剛性部と低剛性部とは、材料が互いに異なる、としてもよい。
【0012】
前記高剛性部は、前記本体の側壁における所定の位置に、局所的に熱処理を施すことによって形成されている、としてもよい。
【0013】
前記横断面多角形状の本体は、両端開口の円筒部材に対し所定形状の成形型をその各開口から筒軸方向に挿入して前記円筒部材の周壁を曲げ変形させることによって成形される、としてもよい。
【0014】
肉厚が互いに異なる高剛性部及び低剛性部からなる本体は、テーラードブランク工法、又は、ハイドロフォーム工法によって成形される、としてもよい。
【0015】
材料が互いに異なる高剛性部及び低剛性部からなる本体は、溶接工法、又は、摩擦撹拌接合工法によって成形される、としてもよい。
【0016】
前記高剛性部及び低剛性部からなる本体を複数備え、前記複数の本体は、互いに同軸に積み重ねられている、としてもよい。
【0017】
こうすることで、吸収可能なエネルギ量がより一層増大し、エネルギ吸収の重量効率がさらに向上する。
【0018】
前記本体は、その筒軸方向が車両前後方向と一致するように配置されてその車両のフロントフレームの一部を構成すると共に、前記車両に入力された衝突荷重を、前記低剛性部がせん断変形することによって吸収する、としてもよい。
【0019】
前述したように、このエネルギ吸収部材はエネルギ吸収の重量効率が高いため、車両のフレーム部材として用いたときに、車両重量が軽減するという利点が得られる。
【発明の効果】
【0020】
以上説明したように、本発明によると、高剛性部及び低剛性部からなる本体に対して筒軸方向の圧縮荷重が入力されたときに、高剛性部の間に位置する低剛性部がせん断変形することによって、エネルギ吸収部材の広い範囲に亘って、複雑な変形が生じることになり、エネルギ吸収の重量効率を大幅に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0021】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【0022】
(実施形態1)
図2は、本発明の実施形態1に係るエネルギ吸収部材10を示しており、このエネルギ吸収部材10は、図1に示すように、例えば車両前部における車幅方向の両側位置で車両前後方向にそれぞれ延びるフロントサイドフレーム91の前端部分や、フロントサイドフレーム91の前端とバンパーレインフォースメントとの間に介設されるクラッシュカン92として用いられる。
【0023】
前記エネルギ吸収部材10は、筒状の本体11を備えており、本体11の周壁は、相対的に剛性の高い高剛性部と、相対的に剛性の低い低剛性部と、から構成されている。具体的に本体11は、図2,3に示すように、それぞれ高剛性部に相当する3つの稜線部12と、それぞれ低剛性部に相当する3つの平面部13とが周方向に交互に配置された、横断面が三角形状であって、筒軸方向の一方の側の領域(例えば図2における左側の領域)と、他方の側の領域(図2における右側の領域)とにおいて、その稜線部12の位置が周方向に互いにずれて配置されて構成されている。本体11は、換言すれば、中空状の2つの三角柱を、その稜線を互いにずらした状態で、筒軸方向に突き合わすようにして構成されている。
【0024】
ここで、前記本体11において、筒軸方向に相対する稜線部12と平面部13とは、滑らかに接合されており、これによって、本体11においては、稜線部12が筒軸の方向に対して傾いた斜め方向に相対して配置されると共に、その斜め方向に相対する稜線部12の間に、低剛性部に相当する、平面部の一部としての接合部14が配置されるようになっている。
【0025】
本体11の材質は、例えば鋼やアルミニウム等の、車両のフレームを構成する部材として用いられる各種材料の中から適宜選択することができる。
【0026】
前記構成のエネルギ吸収部材10は、種々の公知の成形方法を適宜採用することによって製造することが可能である。一例としては、図4に示すように、エネルギ吸収部材10の本体11となる円筒状の部材82を、所定形状の成形型81を用いて曲げ加工することによって、製造することが可能である。
【0027】
つまり、所定の成形方向によって予め成形した両端開口の円筒状の部材82を用意する。また、基端側が三角柱形状で、先端側が三角錐形状となった成形型81を一対用意する。
【0028】
そうして、一対の成形型81を、その基端側の正三角形状を互いに60°だけずらした上で相対して配置すると共に、その各成形型81を、前記円筒状の部材82の各開口から筒軸方向の内方へと挿入させる。そうすることによって、成形型81により、筒軸方向の両端部においては、円筒状の部材82の周壁が断面三角形状となるように曲げ加工されると共に、筒軸方向の中央部においては、稜線部12と平面部13とが滑らかにつながるようになる。そうして、その各成形型81を部材82から抜くことによって、稜線部12が斜め方向に相対して配置されると共に、その斜め方向に相対する稜線部12の間に接合部14が配置された前記のエネルギ吸収部材10が成形されることになる。
【0029】
次に、前記のエネルギ吸収部材10に対し圧縮荷重が入力されたときに、当該エネルギ吸収部材10が変形する様子について、図5を参照しながら説明する。尚、以下の説明においてエネルギ吸収部材10の、図5における右側の領域を右側領域、左側の領域を左側領域と呼ぶ。
【0030】
図5における本体11の右端に対して、その右側方から筒軸方向の圧縮荷重(衝撃荷重)が入力したとする(同図の黒矢印参照)。その圧縮荷重は、本体11を筒軸方向に伝達する(P1参照)。
【0031】
その圧縮荷重によって、本体11は筒軸方向に縮むように変形する。このときに右側領域の各稜線部12は、左側領域の平面部13に対して食い込むように相対移動し、それによって、斜め方向に相対する稜線部12同士の間に位置する接合部14は、せん断変形をするようになる(P2参照)。ここで、前記せん断変形によって、接合部14には筒軸に対して傾斜した方向に延びる変形しわが多数発生する。
【0032】
そうして、右側領域の各稜線部12が、左側領域の各稜線部12に対して周方向に隣り合う位置まで移動してせん断変形がほぼ完了したときには、図示は省略するが、エネルギ吸収部材10は、その横断面が略六角形状の筒状になる。その後は、その略六角形状の筒状の本体11が、筒軸方向の圧縮荷重によって蛇腹状に変形することになる(P3参照)。
【0033】
このように、このエネルギ吸収部材10では、筒軸方向の圧縮荷重が入力したときに、接合部14がせん断変形をする。このせん断変形によって、図5に模式的に示すように、傾斜した方向に比較的長く延びる変形しわが、稜線部12が相対する方向に短い間隔で多数形成される。つまり、筒軸方向に比較的大きく折れ曲げ変形する従来構成と比べて、このエネルギ吸収部材10は、圧縮荷重の入力時に、広い範囲に亘って複雑な変形が生じることになる。
【0034】
その結果、このエネルギ吸収部材10は、エネルギ吸収の重量効率を従来に比べて向上させることができる。
【0035】
また、前記エネルギ吸収部材10は、前記のせん断変形に加えて、筒軸方向に蛇腹状に変形するため、エネルギ吸収量はさらに増大しており、その重量効率は従来に比べて大幅に向上することになる。
【0036】
尚、この実施形態では、エネルギ吸収部材10の横断面を三角形状に設定したが、エネルギ吸収部材は、稜線部12と平面部13とが周方向に交互に配置されるような横断面多角形状であって、稜線部12の間に接合部14が形成されればよい。図示は省略するが、エネルギ吸収部材の横断面形状は、例えば四角形状や五角形状等、適宜設定することが可能である。
【0037】
(実施形態2)
図6は、実施形態2に係るエネルギ吸収部材20を示している。このエネルギ吸収部材20は、本体21が円筒状とされている。このエネルギ吸収部材20では、高剛性部22及び低剛性部23が、肉厚を相違させることによって形成されている。
【0038】
つまり、前記本体21は、相対的に厚肉の部分によって構成される高剛性部22と、相対的に薄肉の部分によって構成される低剛性部23と、が所定の配置で配置されて形成されている。具体的には、前記筒状の本体21を図7に展開して模式的に示すように、筒軸方向の一方の領域においては、それぞれ筒軸方向の端部から中央部に向かって延びる舌状の、2つの高剛性部22aが等間隔を空けて配置されていると共に、筒軸方向の他方の領域においては、同じく舌状の2つの高剛性部22bが、前記一方の領域の高剛性部22aに対して、周方向に位置をずらして配置されている。
【0039】
これによって、一方の領域の高剛性部22aと、他方の領域の高剛性部22bとは、筒軸の方向に対して傾斜した斜め方向に相対するようになり、その斜め方向に相対する高剛性部22a,22bの間に、低剛性部23が位置することになる。
【0040】
こうした肉厚の異なる部位を有する筒体であるエネルギ吸収部材20は、例えばハイドロフォーム工法によって一体的に成形することで製造してもよいし、例えば肉厚の異なる部材を溶接により接合して成形するテーラードブランク工法によって製造してもよい。
【0041】
このエネルギ吸収部材20においても、図示は省略するが、筒軸方向の一端部に圧縮荷重が入力されたときには、高剛性部22の間の低剛性部23がせん断変形をすることになり、エネルギ吸収の重量効率を向上させることができる。
【0042】
尚、エネルギ吸収部材における高剛性部22の数は特に限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。例えば図8に展開図を示すように、高剛性部22の数を、図7に示すエネルギ吸収部材よりも増やすことによって高剛性部22の間隔を小さくしてもよい。
【0043】
また、高剛性部22の形状も特に限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。例えば図9に示すように、各高剛性部22を、筒軸方向の端部から中央部に向かって先細となる三角形状にし、それに伴い低剛性部23を帯状にしてもよい。この場合も、エネルギ吸収部材における高剛性部の数は、適宜設定することができる。例えば図9に示すように、筒軸方向の一方の領域及び他方の領域のそれぞれに3つずつ高剛性部22を設けるようにしてもよいし、例えば図10に示すように、筒軸方向の一方の領域及び他方の領域のそれぞれに1つずつ高剛性部22を設けるようにしてもよい。
【0044】
(実施形態3)
図11は、実施形態3に係るエネルギ吸収部材30を示している。このエネルギ吸収部材30は、実施形態2と同様に本体31が円筒状であるが、高剛性部32及び低剛性部33が互いに異なる材料によって構成されている。
【0045】
つまり、前記高剛性部32は相対的に剛性の高い材料によって形成されているのに対し、前記低剛性部33は相対的に剛性の低い材料によって形成されている。例えば高剛性部32を鋼製とし、低剛性部33をアルミニウム製としてもよい。
【0046】
こうした異種材料から構成されるエネルギ吸収部材30は、例えば溶接や摩擦撹拌接合等の、異種材料を互いに接合する手法を適宜採用することによって製造することができる。
【0047】
このエネルギ吸収部材30においても、図示は省略するが、筒軸方向の一端部に圧縮荷重が入力されたときには、高剛性部32の間に位置する低剛性部33がせん断変形をすることになり、エネルギ吸収の重量効率を向上させることができる。
【0048】
尚、エネルギ吸収部材30における高剛性部の数や形状は特に限定されるものではない点は、前記実施形態2と同様である。
【0049】
(実施形態4)
図12は、実施形態4に係るエネルギ吸収部材40を示している。この実施形態4に係るエネルギ吸収部材40は、円筒状の部材(本体)41に対して局所的に焼き入れ処理を施すことによって、相対的に剛性の高い高剛性部42を作成している。
【0050】
つまり、筒状の本体41の所定の位置、具体的には、図7〜10においてハッチングを付した高剛性部となる位置に、局所的に焼き入れ処理を施す。このことにより、剛性が部分的に向上するようになるため、他の部分(つまり低剛性部43)よりも相対的に剛性の高い高剛性部42を構成することができるようになる。
【0051】
このエネルギ吸収部材40においても、図示は省略するが、筒軸方向の一端部に圧縮荷重が入力されたときには、高剛性部42の間に位置する低剛性部43がせん断変形をすることになり、それによってエネルギ吸収の重量効率を向上させることができる。
【0052】
(実施形態5)
図13は、実施形態5に係るエネルギ吸収部材を示している。このエネルギ吸収部材50は、図2に示すエネルギ吸収部材10(本体11)を複数(図例では3個)、互いに同軸となるように突き合わせることによって多段に構成されている。
【0053】
この多段のエネルギ吸収部材50に対し、筒軸方向の圧縮荷重が入力したときには(P1参照)、図14に示すように、本体11の一つ一つがせん断変形した後に(P2参照)、本体11の一つ一つが蛇腹状に変形する(P3参照)。
【0054】
この多段のエネルギ吸収部材50は、重量効率をさらに向上させることができる。また、積み重ねる本体11の数を調整することにより、エネルギ吸収部材50の長さを調整することが可能になる。
【0055】
尚、図6、図11、及び図12のそれぞれに示すエネルギ吸収部材20、30、40を、互いに同軸となるように複数積み重ねることで、多段のエネルギ吸収部材を構成してもよい。また、同じ構成のエネルギ吸収部材を積み重ねるのではなく、互いに異なる構成のエネルギ吸収部材を積み重ねることで、多段のエネルギ吸収部材を構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【0056】
以上説明したように、本発明は、エネルギ吸収部材の重量効率が向上するから、例えば車両のフレーム、特にフロントやリヤのフレームの一部を構成するためのエネルギ吸収部材として有用である。
【図面の簡単な説明】
【0057】
【図1】エネルギ吸収部材が適用される車両のフロントフレームを示す一部破断の側面図である。
【図2】実施形態1に係るエネルギ吸収部材を示す斜視図である。
【図3】前記エネルギ吸収部材の左側面図である。
【図4】前記エネルギ吸収部材の製造方法の一例を示す説明図である。
【図5】前記エネルギ吸収部材が変形する様子を示す説明図である。
【図6】実施形態2に係るエネルギ吸収部材を示す斜視図である。
【図7】前記エネルギ吸収部材の展開説明図である。
【図8】実施形態2の変形例に係るエネルギ吸収部材の展開説明図である。
【図9】実施形態2の変形例に係るエネルギ吸収部材の展開説明図である。
【図10】実施形態2の変形例に係るエネルギ吸収部材の展開説明図である。
【図11】実施形態3に係るエネルギ吸収部材を示す斜視図である。
【図12】実施形態4に係るエネルギ吸収部材を示す斜視図である。
【図13】実施形態5に係るエネルギ吸収部材を示す斜視図である。
【図14】前記エネルギ吸収部材が変形する様子を示す斜視図である。
【符号の説明】
【0058】
10,20,30,40 エネルギ吸収部材
11,21,31,41 本体
12 稜線部
13 平面部
14 接合部(低剛性部)
22,32,42 高剛性部
23,33,43 低剛性部
81 成形型
91 フロントサイドフレーム(フロントフレーム)
92 クラッシュカン(フロントフレーム)
【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも2の相対的に剛性の高い高剛性部と、前記高剛性部以外の部位でかつ相対的に剛性の低い低剛性部と、からなる筒状の本体を備え、
前記高剛性部は、前記本体の周壁において、筒軸の方向に対して傾いた斜め方向に相対して配置され、
前記低剛性部は、前記斜め方向に相対する高剛性部の間に少なくとも配置されており、
前記本体に対して前記筒軸方向の圧縮荷重が入力したときには、前記斜め方向に相対する高剛性部が筒軸方向に互いに接近するように移動することに伴い、前記高剛性部の間に位置する低剛性部がせん断変形するエネルギ吸収部材。
【請求項2】
請求項1に記載のエネルギ吸収部材において、
前記本体に対して前記筒軸方向の圧縮荷重が入力したときには、前記低剛性部がせん断変形すると共に、前記本体の全体が前記筒軸方向に蛇腹状に変形するエネルギ吸収部材。
【請求項3】
請求項1に記載のエネルギ吸収部材において、
前記本体は、その周壁が稜線部と平面部とを周方向に交互に配置することで構成された横断面多角形状であってかつ、前記筒軸方向に隣り合う2つの領域において、前記稜線部の位置が周方向に互いにずれており、
前記高剛性部は前記稜線部によって構成され、前記低剛性部は前記平面部によって構成されているエネルギ吸収部材。
【請求項4】
請求項1に記載のエネルギ吸収部材において、
前記高剛性部と低剛性部とは、肉厚が互いに異なるエネルギ吸収部材。
【請求項5】
請求項1に記載のエネルギ吸収部材において、
前記高剛性部と低剛性部とは、材料が互いに異なるエネルギ吸収部材。
【請求項6】
請求項1に記載のエネルギ吸収部材において、
前記高剛性部は、前記本体の側壁に対して局所的に熱処理を施すことにより形成されているエネルギ吸収部材。
【請求項7】
請求項3に記載のエネルギ吸収部材において、
前記横断面多角形状の本体は、両端開口の円筒部材に対し所定形状の成形型をその各開口から筒軸方向に挿入して前記円筒部材の周壁を曲げ変形させることにより成形されるエネルギ吸収部材。
【請求項8】
請求項4に記載のエネルギ吸収部材において、
肉厚が互いに異なる高剛性部及び低剛性部からなる本体は、テーラードブランク工法、又は、ハイドロフォーム工法によって成形されるエネルギ吸収部材。
【請求項9】
請求項5に記載のエネルギ吸収部材において、
材料が互いに異なる高剛性部及び低剛性部からなる本体は、溶接工法、又は、摩擦撹拌接合工法によって成形されるエネルギ吸収部材。
【請求項10】
請求項1に記載のエネルギ吸収部材において、
前記高剛性部及び低剛性部からなる本体を複数備え、
前記複数の本体は、互いに同軸に積み重ねられているエネルギ吸収部材。
【請求項11】
請求項1に記載のエネルギ吸収部材において、
前記本体は、その筒軸方向が車両前後方向と一致するように配置されてその車両のフロントフレームの一部を構成すると共に、前記車両に入力された衝突荷重を、前記低剛性部がせん断変形することによって吸収するエネルギ吸収部材。
【請求項1】
少なくとも2の相対的に剛性の高い高剛性部と、前記高剛性部以外の部位でかつ相対的に剛性の低い低剛性部と、からなる筒状の本体を備え、
前記高剛性部は、前記本体の周壁において、筒軸の方向に対して傾いた斜め方向に相対して配置され、
前記低剛性部は、前記斜め方向に相対する高剛性部の間に少なくとも配置されており、
前記本体に対して前記筒軸方向の圧縮荷重が入力したときには、前記斜め方向に相対する高剛性部が筒軸方向に互いに接近するように移動することに伴い、前記高剛性部の間に位置する低剛性部がせん断変形するエネルギ吸収部材。
【請求項2】
請求項1に記載のエネルギ吸収部材において、
前記本体に対して前記筒軸方向の圧縮荷重が入力したときには、前記低剛性部がせん断変形すると共に、前記本体の全体が前記筒軸方向に蛇腹状に変形するエネルギ吸収部材。
【請求項3】
請求項1に記載のエネルギ吸収部材において、
前記本体は、その周壁が稜線部と平面部とを周方向に交互に配置することで構成された横断面多角形状であってかつ、前記筒軸方向に隣り合う2つの領域において、前記稜線部の位置が周方向に互いにずれており、
前記高剛性部は前記稜線部によって構成され、前記低剛性部は前記平面部によって構成されているエネルギ吸収部材。
【請求項4】
請求項1に記載のエネルギ吸収部材において、
前記高剛性部と低剛性部とは、肉厚が互いに異なるエネルギ吸収部材。
【請求項5】
請求項1に記載のエネルギ吸収部材において、
前記高剛性部と低剛性部とは、材料が互いに異なるエネルギ吸収部材。
【請求項6】
請求項1に記載のエネルギ吸収部材において、
前記高剛性部は、前記本体の側壁に対して局所的に熱処理を施すことにより形成されているエネルギ吸収部材。
【請求項7】
請求項3に記載のエネルギ吸収部材において、
前記横断面多角形状の本体は、両端開口の円筒部材に対し所定形状の成形型をその各開口から筒軸方向に挿入して前記円筒部材の周壁を曲げ変形させることにより成形されるエネルギ吸収部材。
【請求項8】
請求項4に記載のエネルギ吸収部材において、
肉厚が互いに異なる高剛性部及び低剛性部からなる本体は、テーラードブランク工法、又は、ハイドロフォーム工法によって成形されるエネルギ吸収部材。
【請求項9】
請求項5に記載のエネルギ吸収部材において、
材料が互いに異なる高剛性部及び低剛性部からなる本体は、溶接工法、又は、摩擦撹拌接合工法によって成形されるエネルギ吸収部材。
【請求項10】
請求項1に記載のエネルギ吸収部材において、
前記高剛性部及び低剛性部からなる本体を複数備え、
前記複数の本体は、互いに同軸に積み重ねられているエネルギ吸収部材。
【請求項11】
請求項1に記載のエネルギ吸収部材において、
前記本体は、その筒軸方向が車両前後方向と一致するように配置されてその車両のフロントフレームの一部を構成すると共に、前記車両に入力された衝突荷重を、前記低剛性部がせん断変形することによって吸収するエネルギ吸収部材。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図2】
【図3】
【図4】
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【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【公開番号】特開2009−2367(P2009−2367A)
【公開日】平成21年1月8日(2009.1.8)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−161122(P2007−161122)
【出願日】平成19年6月19日(2007.6.19)
【出願人】(000003137)マツダ株式会社 (6,115)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成21年1月8日(2009.1.8)
【国際特許分類】
【出願日】平成19年6月19日(2007.6.19)
【出願人】(000003137)マツダ株式会社 (6,115)
【Fターム(参考)】
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