クラッシュボックス及び衝撃吸収方法
【課題】隔壁の追加や板厚の増加による重量の増加や、軸方向での屈曲を招くことなく、衝撃荷重を負荷されると、軸方向へ安定して蛇腹状に座屈することによって所定の衝撃吸収量を確保できる衝撃吸収部材を提供する。
【解決手段】軸方向の横断面形状が、略多角形からなる閉断面であり、閉断面の外側にフランジを具備せず、略多角形を構成する複数の頂点のうちの一部を直線で連結して得られる多角形のうちで最大の面積を有する多角形として規定される基本断面の少なくとも一の辺の一部の領域でかつこの辺の端点を除く位置に基本断面の内側へ凸となる溝部を有する形状であり、さらに、溝部を有する辺の一部の領域を除いた辺の残余の領域が、曲線に形成されるクラッシュボックスである。
【解決手段】軸方向の横断面形状が、略多角形からなる閉断面であり、閉断面の外側にフランジを具備せず、略多角形を構成する複数の頂点のうちの一部を直線で連結して得られる多角形のうちで最大の面積を有する多角形として規定される基本断面の少なくとも一の辺の一部の領域でかつこの辺の端点を除く位置に基本断面の内側へ凸となる溝部を有する形状であり、さらに、溝部を有する辺の一部の領域を除いた辺の残余の領域が、曲線に形成されるクラッシュボックスである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝撃吸収部材に関する。具体的には、本発明は、例えば自動車等の車両の衝突時に発生する衝撃エネルギを吸収することができる衝撃吸収部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、現在の多くの自動車の車体は、軽量化と高剛性とを両立するために、フレームと一体化したボディ全体により荷重を支えるモノコックボディによって構成される。自動車の車体は、車両の衝突時には、車両の機能の損傷を抑制し、かつキャビン内の乗員の生命を守る機能を有さなければならない。車両の衝突時の衝突エネルギを吸収してキャビンへの衝撃力を緩和することによってキャビンの損傷をできるだけ低減するためには、例えばエンジンルームやトランクルームといったキャビン以外のスペースを優先的に潰すことが有効である。
【０００３】
このような安全上の要請から、車体の前部、後部あるいは側部等の適宜箇所には、衝突時の衝撃荷重が負荷されると圧壊することによって衝突エネルギを積極的に吸収するための衝撃吸収部材が設けられている。これまでにも、このような衝撃吸収部材として、フロントサイドメンバ、サイドシルさらにはリアサイドメンバ等が知られている。
【０００４】
近年には、クラッシュボックスといわれる衝撃吸収部材をフロントサイドメンバの先端に例えば締結や溶接等の適宜手段によって装着することによって、車体の安全性の向上と、軽衝突による車体の損傷を略解消することによる修理費の低減とをともに図ることが、行われるようになってきた。クラッシュボックスとは、軸方向（本明細書では衝撃吸収部材の長手方向を意味する）へ負荷される衝撃荷重によって軸方向へ蛇腹状（アコーデオン状）に優先的に座屈することにより衝突エネルギを吸収する部材である。
【０００５】
この衝撃吸収部材の衝撃吸収性能を向上させるための材質や形状がこれまでにも種々開発されている。衝撃吸収部材に要求される衝撃吸収性能とは、具体的には、衝撃荷重が軸方向へ負荷されると軸方向へ繰り返し安定して座屈することにより蛇腹状に変形すること、衝撃吸収部材の圧壊時の平均荷重が高いこと、さらには、衝撃吸収部材の圧壊の際に発生する最大反力がこの衝撃吸収部材の近傍に配置された他の部材を破壊しない範囲にあることである。
【０００６】
これまでに一般的に用いられてきた衝撃吸収部材は、例えば特許文献１に開示されるような、ハット形の横断面形状の部材に設けられたフランジを介して裏板を溶接して箱状部材としたものである。なお、本明細書において「フランジ」とは、横断面における輪郭から外部へ向けて突出して設けられた縁部を意味する。
【０００７】
これに対し、特許文献２には、一端から他端へ向けての横断面形状が四角形以上の多角形からこの多角形よりも辺の数が多い他の多角形へと連続的に変化する閉断面構造を有することによって、衝突の初期の荷重を低減しながら衝撃吸収量を向上させた衝撃吸収部材に係る発明が開示されている。
【０００８】
特許文献３には、内部に隔壁を有する多角形の閉断面形状を有する衝撃吸収部材に係る発明が開示されている。
【０００９】
特許文献４には、四角形の横断面を有する素材の４つの頂点を含む領域に、内部へ向けた略直角三角形状の溝部を形成することによって強度を確保した衝撃吸収部材に係る発明が開示されている。
【００１０】
さらに、特許文献５には、フランジを有するハット形の断面形状のフロントサイドフレームの側面に軸方向へ延在するビードを形成することにより、衝撃荷重が負荷された際のフロントサイドフレームの折れ曲がりを抑制する発明が開示されている。
【特許文献１】特開平８−１２８４８７号公報
【特許文献２】特開平９−２７７９５３号公報
【特許文献３】特開２００３−４８５６９号公報
【特許文献４】特開２００２−２８４０３３号公報
【特許文献５】特開平８−１０８８６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、これらの従来のいずれの発明によっても、隔壁の追加や板厚の増加による重量の増加を招くことなく、安定して軸方向へ座屈することにより所定の衝撃吸収量を確保することができる衝撃吸収部材を提供することはできない。
【００１２】
すなわち、自動車の車体に用いられる衝撃吸収部材の横断面形状は、殆どの場合、扁平である。このため、特許文献２により開示されたような単純な正多角形等の多角形の横断面形状を有する衝撃吸収部材を用いることは難しい。また、特許文献２により開示された発明では、衝撃吸収部材の横断面形状が略全長に渡って徐々に変化する。このため、軸方向の位置によっては、衝撃吸収部材の横断面形状が不可避的に安定した座屈には適さない形状になるおそれがある。したがって、この衝撃吸収部材は、衝撃荷重が軸方向へ負荷されると、軸方向へ繰り返し安定して座屈することができず、蛇腹状に変形しないおそれがある。
【００１３】
特許文献３により開示された発明では、隔壁を設けられた部分の強度が過剰に上昇するおそれがある。このため、この発明では、座屈が不安定となってかえって衝撃吸収量が不足するおそれがあるとともに、圧壊の特に初期に衝撃吸収部材に生じる最大反力が他の部材の強度を超え、衝撃吸収部材が圧壊される前に他の部材が先に圧壊されるおそれもある。さらに、この発明では、内部に隔壁を設ける分だけ衝撃吸収部材の重量が不可避的に増加する。このため、この発明は近年特に強く要請されている車体の軽量化に逆行する。
【００１４】
特許文献４により開示された発明では、もともと強度が高いコーナ部にさらに加工を行って切欠き部を設けるため、この切欠き部の強度が過剰に上昇し、安定して座屈することができないおそれがある。したがって、この発明では、特許文献３により開示された発明と同様に、衝撃吸収量が不足するおそれがあるとともに、この衝撃吸収部材が圧壊される前に他の部材が先に圧壊してしまうおそれがある。
【００１５】
さらに、特許文献５により開示された発明では、衝撃吸収部材がフランジを有するハット形の横断面形状を有する。このため、この発明によれば、負荷された衝撃荷重による折れ曲がりを抑制することは確かに可能になると考えられる。しかし、この発明によっては、衝撃荷重を負荷されても、軸方向へ蛇腹状に安定して圧壊することはできない。
【００１６】
本発明の目的は、隔壁の追加や板厚の増加による重量の増加や、軸方向での屈曲を招くことなく、衝撃荷重を負荷されると、軸方向へ安定して蛇腹状に座屈することによって所定の衝撃吸収量を確保できる衝撃吸収部材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明者らは、上述した従来の技術が有する課題に鑑みて種々検討を重ねた結果、以下に列記する新規かつ重要な知見（Ｉ）及び（ＩＩ）を得て、本発明を完成した。
【００１８】
（Ｉ）衝撃吸収部材の横断面形状を、（ａ）略多角形からなる閉断面をなし、（ｂ）外向きフランジを有さず、（ｃ）略多角形を構成する複数の頂点のうちの一部を直線で連結して得られる多角形のうちで最大の面積を有する多角形として規定される基本断面の少なくとも一の辺の一部の領域でかつこの辺の端点を除く位置に、この基本断面の内側へ凹んだ溝部を有し、さらに、（ｄ）溝部を有する辺の一部の領域を除いた辺の残余の領域が、直線状に形成されるという４要素（ａ）〜（ｄ）を全て備える形状とすることにより、実際の衝撃吸収部材では多用される扁平な横断面形状の場合であっても、隔壁の追加や板厚の増加による重量の増加や軸方向での屈曲変形を招くことなく、軸方向へ安定して蛇腹状に座屈することにより所定の衝撃吸収性能を確保できること。及び
【００１９】
（ＩＩ）ＦＥＭ解析を鋭意行って検討した結果、この溝部の形状には座屈の安定化を図るために選択すべき好適な条件が存在し、この条件を逸脱してしまうと座屈の挙動が不安定となって、衝撃吸収性能が低下するおそれがあること。
【００２０】
本発明は、軸方向の一方の端部からこの軸方向へ向けて負荷される衝撃荷重により蛇腹状に座屈できることにより衝突エネルギを吸収するための筒体からなる衝撃吸収部材であって、軸方向の少なくとも一部の横断面形状が、略多角形からなる閉断面であり、この閉断面の外側にフランジを具備しないとともに、略多角形を構成する複数の頂点のうちの一部を直線で連結して得られる多角形のうちで最大の面積を有する多角形として規定される基本断面の少なくとも一の辺の一部の領域でかつこの辺の端点を除く位置に基本断面の内側へ凹んだ溝部を有する形状であり、さらに、溝部を有する辺の一部の領域を除いた辺の残余の領域が、直線状に形成されることを特徴とする衝撃吸収部材である。
【００２１】
この本発明に係る衝撃吸収部材では、衝撃吸収部材の軸方向の全長をＴとした場合、（ｉ）溝部を、一方の端部から軸方向へ距離（Ｔ×０．３）離れた位置から他方の端部までの範囲に設けること、（ｉｉ）溝部を、一方の端部から軸方向へ距離（Ｔ×０．３）離れた位置から他方の端部までの範囲の全てに設けること、又は（ｉｉｉ）衝撃吸収部材の横断面積が、一方の端部から軸方向へ距離（Ｔ×０．３）離れた位置までの範囲の少なくとも一部において、他の部位よりも小さいことが、それぞれ望ましい。
【００２２】
これらの本発明に係る衝撃吸収部材では、蛇腹状の座屈が、溝部と残余の領域とが交互に反対方向へ変形することにより、発生することが、例示される。
【００２３】
これらの本発明に係る衝撃吸収部材では、溝部を有する幅ａの辺と溝部の輪郭線との交点の内角αが、辺の端点の内角β以上であることが望ましい。
【００２４】
これらの本発明に係る衝撃吸収部材では、溝部の断面形状が、台形状、曲線を有する形状、三角形状若しくは四角形状又はこれらの形状を二つ以上組み合わせた形状であることが望ましい。
【００２５】
さらに、これらの本発明に係る衝撃吸収部材は、自動車に装着されるバンパーに負荷される衝撃エネルギーを吸収するためのクラッシュボックスであることが例示される。
【発明の効果】
【００２６】
本発明により、隔壁の追加や板厚の増加による重量の増加や軸方向での屈曲を招くことなく、軸方向へ安定して蛇腹状に座屈することによって所定の衝撃吸収量を確保することができる衝撃吸収部材を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
（実施の形態１）
次に、本発明に係る衝撃吸収部材を実施するための最良の形態を、添付図面を参照しながら詳述する。なお、この実施の形態１の説明では、溝部が、横断面において、閉断面をなす略多角形を構成する複数の頂点のうちの一部を直線で連結して得られる多角形のうちで最大の面積を有する多角形として規定される基本断面の少なくとも一の辺の一部の領域であってこの辺の端点を除く位置に、最大の輪郭の内側へ凹んだ溝部を有する形状に設けられ、かつ、一の辺からこの領域を除いた残余の領域が直線に形成される場合を例にとる。
【００２８】
本実施の形態の衝撃吸収部材は、軸方向へ負荷される衝撃荷重を受けて蛇腹状に座屈することにより衝突エネルギを吸収する衝撃吸収部材である。そして、軸方向の少なくとも一部の横断面形状が、略多角形を構成する複数の頂点を有する閉断面であり、かつ、閉断面の外側へ向けたフランジを具備しない形状である。さらに、軸方向の少なくとも一部の横断面形状が、略多角形を構成する複数の頂点のうちの一部を直線で連結して得られる多角形のうちで最大の面積を有する多角形として規定される基本断面の少なくとも一の辺の一部の領域でかつこの辺の端点を除く位置に輪郭の内側へ凹んだ溝部を有する形状である。
【００２９】
つまり、本実施の形態では、衝撃吸収部材の横断面形状を、（ｉ）略多角形からなる閉断面とすること、（ｉｉ）閉断面の外側へ向けたフランジを具備しないこと、及び（ｉｉｉ）略多角形を構成する複数の頂点のうちの一部を直線で連結して得られる多角形のうちで最大の面積を有する多角形として規定される基本断面の少なくとも一の辺の一部の領域でかつこの辺の端点を除く位置に輪郭の内側へ凹んだ溝部を有する形状であること、（ｉｖ）溝部を有する辺の一部の領域を除いた辺の残余の領域が直線に形成されることという４要素（ｉ）〜（ｉｖ）を全て備える形状とする。
【００３０】
これにより、衝撃吸収部材が扁平な横断面形状を有する場合であっても、隔壁の追加や板厚の増加による重量の増加や軸方向での屈曲を招くことなく、衝撃荷重を負荷されると、軸方向へ蛇腹状に安定して座屈することにより所定の衝撃吸収性能を確保する。そこで、本実施の形態の衝撃吸収部材の原理を説明する。
【００３１】
説明を行うための対象材料として、５９０ＭＰａ級の１．６ｍｍ厚の鋼板からなり、長さが２００ｍｍである衝撃吸収部材を用いた。この衝撃吸収部材の横断面形状は、（ａ）長辺の長さが８０ｍｍ、短辺の長さが６０ｍｍの四角形又は一辺の長さが３５ｍｍの正八角形をなし、（ｂ）外向きのフランジを有さないとともに（ｃ）台形形状の溝部を有する多角形形状とし、そのうちの対向する２辺の長さを延ばすことによって八角形の扁平度を様々に変更した。これらの衝撃吸収部材についてＦＥＭ数値解析を行うことにより、座屈安定性に対する溝部の形状の効果を調査した。その結果、以下に列記する本実施の形態の衝撃吸収部材の原理［原理１］〜［原理３］を得た。
【００３２】
［原理１］例えばプレス成形等によって成形された２つ以上の部材を、例えばスポット溶接等により接合する際の接合代となるフランジを具備する衝撃吸収部材と、このフランジを具備しない衝撃吸収部材とのそれぞれに衝撃荷重を負荷したときの圧壊の挙動を、ＦＥＭ数値解析によって分析した。
【００３３】
図１は、ＦＥＭ数値解析による四角形の横断面を有する衝撃吸収部材の圧壊の様子を示す説明図であり、図１（ａ）はフランジを具備する場合を示し、図１（ｂ）はフランジを具備しない場合を示す。
【００３４】
図１（ａ）に示すように、衝撃吸収部材がフランジを具備すると、衝撃荷重を負荷された衝撃吸収部材に生じる座屈が極めて不安定になり、衝撃吸収部材は圧壊の途中で、長手方向で折れ曲がる。これに対し、図１（ｂ）に示すように、衝撃吸収部材がフランジを具備しないと、衝撃吸収部材は長手方向で折れ曲がることなく安定して蛇腹状に座屈する。
【００３５】
［原理２］正八角形の横断面形状を有する衝撃吸収部材を用い、正八角形から対向する２辺の長さを徐々に大きくした扁平な形状の八角形の圧壊の様子を図２に示す。扁平度を増していくと、圧壊時の座屈が安定しなくなって複雑な形状となり、次第に圧壊時の座屈が不安定になる。
【００３６】
［原理３］この際に、座屈が不安定となる扁平な八角形の長辺部に溝部を設けることにより、座屈を安定にすることができる。
【００３７】
図３は、扁平な八角形の横断面を有する衝撃吸収部材１０の長辺部１２の一部に、台形状に溝部１４を設けた状況を示す説明図である。この例では、溝部１４は、幅Ｗ及び深さｄの寸法で対称な位置に二つ設けられている。
【００３８】
衝撃吸収部材１０の横断面形状を図３に示す形状とすること、具体的には（ｉ）略多角形を構成する複数の頂点Ａ〜Ｐを有する閉断面とすること、（ｉｉ）この閉断面の外側へ向けたフランジを具備しないこと、（ｉｉｉ）複数の頂点Ａ〜Ｐのうちの一部を直線で連結して得られる多角形のうちで最大の面積を有する多角形として規定される基本断面（図３における図形Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｉ−Ｊ−Ｋ−Ｌ−Ａ）の内側へ凹んだ溝部１４を、この基本断面を構成する辺１２（Ａ−Ｌ）及び辺１２（Ｄ−Ｉ）のそれぞれの一部の領域で頂点Ａ、Ｄ、Ｉ、Ｌをいずれも含まない位置に一つ有する形状であること、及び（ｉｖ）溝部１４を有する辺１２（Ａ−Ｌ）及び辺１２（Ｄ−Ｉ）の一部の領域を除いた辺の残余の領域が直線に形成されること、という４要素（ｉ）〜（ｉｖ）を全て備える形状とすることにより、衝撃吸収性能を発揮でき、安定して座屈が起こり、衝撃吸収部材１０は蛇腹状に座屈する。すなわち、この衝撃吸収部材１０は、衝撃荷重を受けて座屈することにより、溝部１４とこの溝部１４によって分割されて残った直線部分とが交互に変形することにより、蛇腹状に座屈する。
【００３９】
本実施の形態の衝撃吸収部材１０がこのような優れた作用効果を奏する機構は、前述のＦＥＭ数値解析の結果等を勘案して総合的に判断すると、以下のように考えられる。
【００４０】
辺１２に設ける溝部１４は、上述した基本断面（図３における図形Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｉ−Ｊ−Ｋ−Ｌ−Ａ）の内側へ凹んでいる。このため、衝撃荷重が負荷された際に溝部１４、１４の変位は、図形Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｉ−Ｊ−Ｋ−Ｌ−Ａの内側を指向する方向となる。
【００４１】
これに対し、基本断面（図形Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｉ−Ｊ−Ｋ−Ｌ−Ａ）を構成する頂点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｉ、Ｊ、Ｋ及びＬの変位は、図形Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｉ−Ｊ−Ｋ−Ｌ−Ａの外側を指向する方向となる。
このため、溝部１４、１４の変位方向と、頂点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｉ、Ｊ、Ｋ及びＬの変位方向とは、互いに反対向きとなり、それぞれの変位が互いに打ち消され合う。
【００４２】
このため、衝撃吸収部材１０が座屈の途中で一方向へ折れ曲がるといった大きな崩れを生じ難い。さらに、溝部１４で座屈が発生する時期と、各頂点Ａ〜Ｐで座屈が発生する時期とが異なる。このため、座屈の挙動が安定する。
【００４３】
そして、この溝部１４が形成される範囲についての好適条件をＦＥＭ解析により調査した。この調査では、正四角形、正六角形、正八角形、正十角形の圧壊時のＦＥＭ解析を行って、各多角形を構成する辺の長さの好適な範囲を検討した。
【００４４】
ＦＥＭ解析の結果を図４にグラフで示す。図４のグラフにおける横軸はｌ（辺の長さ）／ｔ（板厚）を示し、縦軸Ｓは７０％圧壊での単位断面周長当りの平均荷重（ｋＮ／ｍｍ）を示す。
【００４５】
図４にグラフで示すように、一つの辺の長さｌが板厚ｔに対して、４＜（ｌ／t）＜６５の範囲を満足すれば、多角形の角数には関係なく安定した変形が得られ、衝撃吸収性能が安定して確保される。すなわち、図４に示すグラフにおいて、（ｌ／t）が４を僅かに下回る３．６であると、衝撃吸収部材１０が蛇腹状に座屈せずに折れ曲がりを生じ、吸収エネルギを確保できなくなることがある。一方、（ｌ／t）が４を僅かに上回る４．７であると、衝撃吸収部材１０は折れ曲がりを生じることなく蛇腹状の望ましい座屈が得られ、吸収エネルギを十分に確保できる。
【００４６】
一方、同図に示すグラフにおいて、（ｌ／t）が６５を僅かに下回る６４であると、蛇腹状の座屈が得られ吸収エネルギを十分に確保できる。一方、（ｌ／t）が６５以上であると衝撃吸収部材１０の全体の曲がりを生じるために吸収エネルギ量は低下する。
【００４７】
以上の結果から、溝部１４が、この溝部１４を有する辺の幅をａとし、一つの溝部１４の開口幅をＷｉとし、衝撃吸収部材１０の板厚をｔとし、上記辺に設けられた溝部１４の個数をｎとし、距離ａの辺がｎ個の溝部１４によって分割されて残った（ｎ＋１）個の残余の領域の一つの領域の幅をＸｊとした場合に、下記（１）式及び（２）式を満足するように、設けられることが望ましい。
【００４８】
４ｔ＜Ｗｉ＜６５ｔ ｉ＝１〜ｎの間の自然数 ・・・・・（１）
４ｔ＜Ｘｊ＜６５ｔ ｊ＝１〜（ｎ＋１）の間の自然数・・・・（２）
【００４９】
ただし、ΣＷｉ＋ΣＸｊ＝ａであり、かつΣＷｉは、幅ａの辺に形成された溝部の開口幅Ｗｉの総和であり、溝部の開口幅は、幅ａの辺と溝部の輪郭線との２つの交点の間の距離であり、ΣＸｊは前記幅Ｘｊの総和である。
【００５０】
より好ましくは、図４のグラフにおいて、顕著に平均荷重が増加する範囲として、
４ｔ＜Ｗｉ＜３５ｔ ｉ＝１〜ｎの間の自然数 ・・・・・（１ａ）
４ｔ＜Ｘｊ＜３５ｔ ｊ＝１〜（ｎ＋１）の間の自然数・・・・（２ａ）
である。
【００５１】
なお、溝部１４の深さｄは、この溝部１４の開口幅Ｗｉの０．３未満と小さ過ぎる場合には、溝部１４の強度が溝部１４を構成しない他の頂点の強度に対して弱くなり、座屈が不安定となり易い。このため、溝部１４の深さｄは、溝部１４の開口幅Ｗｉの０．３倍以上であることが望ましい。
【００５２】
すなわち、一つの溝部１４の開口幅Ｗｉは、衝撃吸収部材１０の板厚をｔとしたとき、４ｔ＜Ｗｉ＜６５ｔを満足する。Ｗｉが４ｔ以下である場合には、溝部１４の座屈に対する強度が、多角形をなす他の頂点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌよりも過剰に高くなり、圧壊中に曲がり等の座屈不安定を生じるおそれがある。一方、Ｗｉが６５ｔ以上である場合は、逆に溝部１４を設けることの効果が弱まるおそれがある。このような関係はｎ個数のいずれについても満足される。
【００５３】
また、本実施の形態における溝部１４は、多角形のいずれの辺に存在しても良いし、溝部１４の個数は一の辺に２以上であってもよい。ただし、溝部１４を、基本断面の頂点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｉ、Ｊ、Ｋ及びＬのいずれかを含む位置に設けると、特許文献４に記載された発明と同様に、その頂点の強度が過剰に上昇する。このために座屈が不安定となって、かえって衝撃吸収量が不足するおそれがあるとともに、圧壊の特に初期に衝撃吸収部材１０に生じる最大反力が他の部材の強度を超え、他の部材が損傷するおそれもある。
【００５４】
次に、溝部１４が形成された一部の領域を除いた残余の領域について説明する。
図３において、辺１２にｎ個の溝部１４を設けた場合、この辺は溝部１４によって（ｎ＋１）個の新たな直線部分に分割されることになる。このとき、（ｎ＋１）個の分割された各直線部分の幅をＸｊとすると、（２）式を満足する。
【００５５】
４ｔ＜Ｘｊ＜６５ｔ ｊ＝１〜（ｎ＋１）の間の自然数・・・・・（２）
この幅Ｘｊが、４ｔ以下又は６５ｔ以上である場合には、十分な吸収エネルギが得られない。
【００５６】
これらの関係を図５に具体的に示す。図５には幅ａを有する辺１２上に、溝部１４を３つ設けた場合を示す。各溝部１４の開口幅Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３が、いずれも、板厚ｔの４倍より大きいとともに板厚ｔの６５倍よりも小さい。同時に、幅ａの辺１２が分割されて残存する４つの直線部分の幅Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４のいずれもが板厚ｔの４倍より大きいとともに板厚ｔの６５倍よりも小さい。
【００５７】
以上の説明では、溝部１４の横断面形状が台形である形態を例にとった。しかし、本発明はこの形態に限定されるものではない。この形態以外に、溝部の横断面形状は、曲線を有する形状、三角形状若しくは四角形状又はこれらの形状を二以上組み合わせた形状であってもよい。
【００５８】
また、この溝部１４の底部の形状は平坦面でなくともよい。溝部１４の断面形状の幾つかの例を図６（ａ）〜図６（ｄ）にまとめて示す。図６（ａ）は円弧を有する形状に形成された場合を示し、図６（ｂ）は四角形状に形成された場合を示し、図６（ｃ）は三角形状に形成された場合を示し、さらに、図６（ｄ）は三角形の一部と円弧を有する形状とを組み合わせた形状に形成された場合を示す。
【００５９】
図７は、図３と同様の図面であって、同一符号は同一部材を示す。
本実施の形態では、図７に示すように、溝部１４の輪郭線と辺との交点Ｍの内角αが、辺の端点Ｌの内角β以上であること、すなわち図７においてα≧βであることが好ましい。αがβ未満では、溝部１４の強度が基本断面の頂点Ａ、Ｄ、Ｉ、Ｌの強度を上回り、座屈が不安定になり易い。
【００６０】
本実施の形態の衝撃吸収部材１０は、十分な吸収エネルギを確保できるが、圧壊開始時の初期荷重が高くなり問題となることがある。このため、他の部材との関係によっては、高い初期最大荷重により他の部材を損傷するおそれがある。そこで、本実施の形態では、初期最大荷重を低減するために、衝撃吸収部材１０の軸方向の全長をＴとした場合に、衝撃吸収部材の横断面積が距離（Ｔ×０．３）離れた位置までの範囲において他の部位よりも小さいように設ける。例えば、一方の端部から軸方向へ距離（Ｔ×０．３）離れた位置までの範囲の少なくとも一部の領域において、距離（Ｔ×０．３）離れた位置から一方の端部１５へ向かうにつれて横断面積が徐々に減少するように、設ける。
【００６１】
次に、横断面積を減少させる軸方向の長さと、初期最大荷重の低減効果との関係を説明する。
【００６２】
図８は、本実施の形態の衝撃吸収部材１０を示す説明図である。同図に示すように、扁平度２．０で全長がＴである八角形断面の筒体に、開口幅Ｗが３７．５ｔである溝部１４を設けて、衝撃吸収部材とした。本例では、衝撃荷重が負荷される一方の端部１５における横断面積を、他方の端部１６における横断面積の６０％とした。そして、一方の端部１５から（Ｔ×０．３）以下の長さの範囲でこの横断面積を徐々に増加させ、この範囲を脱する位置の横断面積を、他方の端部１６における横断面積と同じとした。そして、軸方向へ部材長の７０％を圧壊する条件で解析を行って、初期最大荷重の大小を検討した。
【００６３】
検討結果を図９にグラフで示す。図９のグラフにおける横軸Ｕは、断面積を減じる部位の長さ／部材長Ｔを示す。また、左側の縦軸Ｖは、初期最大荷重比(断面積を減じない場合を１とする)を示し、右側の縦軸Ｚは、７０％圧壊時の吸収エネルギ比（断面積を減じない場合を１とする）を示す。また、図９のグラフでは、黒四角印は初期最大荷重比を示し、黒丸印は吸収エネルギ比を示す。
【００６４】
図９にグラフで示すように、一方の端部１５の断面積を減少させない場合に比較すると、一方の端部１５から軸方向へ距離（Ｔ×０．３）離れた位置までの範囲の少なくとも一部において、所定の位置から一方の端部に向かうにつれて横断面積を徐々に減少させることにより、初期最大荷重の低減効果が得られ、かつ、衝撃エネルギ吸収量の大幅な低下を抑制できる。
【００６５】
また、図８に示す例とは異なり、図１０に示すように、この範囲では、一方の端部１５から軸方向へ距離（Ｔ×０．３）離れた位置から他方の端部までの範囲にのみ溝部１４を設けるようにしてもよい。
【００６６】
このように、本実施の形態では、初期最大荷重を低減するとともに衝撃エネルギ吸収量の大幅な低下を抑制するために、一方の端部１５から軸方向へ距離（Ｔ×０．３)離れた位置までの範囲の全部又はこの範囲の一部において、（１）図１０に示すように、安定座屈のための溝部１４を設けないことによって、この範囲の部材をあえて不安定座屈として初期最大荷重を低減すること、または（２）図８に示すように、一方の端部１５の横断面積を他方の端部１６における横断面積の６０％とし、一方の端部１５から（Ｔ×０．３）以下の長さの範囲でこの横断面積を徐々に増加させ、この範囲を脱する位置の横断面積を、他方の端部１６における横断面積と同じとすること、のいずれかによって、初期最大荷重の低減効果が得られるとともに、衝撃エネルギ吸収量の大幅な低下を抑制できる。
【００６７】
なお、図８では、距離（Ｔ×０．３）を超える範囲の横断面積は、他方の端部の横断面積と同じとしたが、必ずしも一定の断面積でなくてもよい。
【００６８】
これら（１）又は（２）の手段を部材長Ｔの３０％を超える範囲にまで施してしまうと、初期座屈以後の座屈にまで影響し、安定座屈が得られなくなる。換言すれば、本発明で規定する溝部１４は、衝撃吸収部材１０に衝撃荷重が作用する一方の端部１５の反対の他方の端部１６から軸方向の７０％以上の領域にわたって設けられることが望ましい。
【００６９】
なお、図８、１０に示す例では、他方の端部１６から軸方向へ７０％以上の領域の全域において溝部１４を連続して設けたが、溝部１４はこの領域の全域に連続して設ける必要はなく、この領域内に断続的に設けるようにしてもよい。
【００７０】
なお、図８に示す（２）の手段は、図８からも分かるように、衝撃吸収部材の軸方向の全長をＴとした場合にこの衝撃吸収部材の横断面積が距離（Ｔ×０．３）離れた位置までの範囲の少なくとも一部において他の部位よりも小さい限り、横断面積を急激に又は徐々に減じるように構成してもよい。また、これら（１）又は（２）の手段の他に、距離（Ｔ×０．３）離れた位置までの範囲の少なくとも一部に、連続的又は断続的につぶれの起点となるビードを形成してもよい。
【００７１】
本実施の形態の衝撃吸収部材１０は、周知慣用の適宜手段により製造すればよく、特定の製造法には限定されない。例えば、中空材に押出、ハイドロフォーム(液封成形)若しくはロールフォーミング等の加工をいずれか一つあるいは複数行うことや、所定厚さの鋼板にプレス曲げ、絞り、巻き若しくはロールフォーミング等の加工をいずれか一つあるいは複数行うことにより、多角形の横断面形状を有する筒体としてから適宜箇所を接合することにより閉断面形状としてもよい。この際の接合方法としては、例えばスポット、カシメ若しくはスポット摩擦攪拌接合等の断続接合や、アーク（プラズマ）、レーザー若しくは摩擦攪拌接合等の連続接合等を用いればよい。
【００７２】
また、成形された後の衝撃吸収部材１０に高周波焼き入れ、レーザ焼き入れ、浸炭、窒化等の後処理を行えば、衝撃吸収部材１０の強度をさらに高めることができるため、望ましい。なお、テーラードブランク、さらには軽量化のために薄鋼板、アルミニウム合金以外の素材等を利用して本例の衝撃吸収部材１０を構成すれば高荷重化を図ることもできる。
【００７３】
このように、本実施の形態の衝撃吸収部材１０は、隔壁の増加や板厚の増加に起因した重量の増加や軸方向での屈曲を招くことなく、軸方向へ安定して蛇腹状に座屈することができ、これにより、所定の衝撃吸収性能を確保することができる。このため、この衝撃吸収部材１０を、上述したクラッシュボックスに適用してフロントサイドメンバの先端に、例えば締結や溶接等の適宜手段によって装着すれば、車体の重量増加を殆ど伴うことなく、車体の安全性の向上と、軽衝突による車体の損傷を略解消することによる修理費の低減とを、ともに図ることができる。
【００７４】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係る衝撃吸収部材１０−１を説明する。
本実施の形態は、閉断面をなす略多角形を構成する複数の頂点のうちの一部を直線で連結して得られる多角形のうちで最大の面積を有する多角形として規定される基本断面の少なくとも一の辺の一部の領域で、かつ該辺の端点を含まない位置に、基本断面の内側へ凹んだ溝部を有する点では、実施の形態１と共通する。
【００７５】
しかし、本実施の形態では、この一部の領域を除いた残余の領域を、実施の形態１のように直線に形成するのではなく、基本断面の外側に凸となる直線状、又は基本断面の内側に凹となる直線状に形成することにより、上述した実施の形態１をさらに発展・改良するものである。
【００７６】
そこで、以降の説明では、上述した第１の実施の形態に対する相違点を中心に説明し、共通する部分については、重複する説明を適宜省略する。
【００７７】
一般的に、衝撃吸収部材の衝突性能は、衝撃吸収部材が座屈する荷重(座屈荷重)によって支配される。この座屈荷重は、衝撃吸収部材の横断面において剛性が高い頂点が座屈変形する際の荷重によって、略支配される。
【００７８】
一方、荷重が上昇するときは頂点に圧縮のひずみが蓄積され、座屈するまでに頂点には圧縮変形が進行する。その後、この頂点の座屈が発生すると荷重は急激に低下する。この荷重の低下を抑制するためには、頂点の座屈をより局所的に小さいエリアに限定して発生させること、及び、頂点の間に形成される面部に座屈しわが発生及び成長する際に発生する曲げ変形の変形応力を増大させることが、ともに重要である。
【００７９】
そこで、座屈時の荷重を上昇させるためには、頂点以外の面部を、容易に座屈せずに圧縮変形を促進することができる形状とし、圧縮変形が発生している領域を拡大することが望ましい。また、曲げ変形時の変形応力を高めるために、座屈しわが発生及び成長する面部に加工硬化を生じさせておけば、座屈開始までに圧縮変形を促進して曲げ変形時の変形応力を高めることができ、これにより、座屈時における上述した荷重の急激な低下を抑制できる。
【００８０】
つまり、本実施の形態において、残余の領域を、輪郭の外側に凸となる形状、又は輪郭の内側に凹となる形状に形成する理由は、面部の剛性を高め、座屈の開始までにこの面部にも圧縮ひずみを蓄積させることである。これにより、座屈荷重を高めて圧縮ひずみを蓄積すること（加工硬化）により座屈しわの発生及び成長時の変形抵抗を高めて、座屈時における荷重の低下を抑制することができる。
【００８１】
しかし、衝撃吸収部材の横断面形状によっては、残余の領域を直線状に形成することにより、面部の剛性が高まり、これにより、面部と頂点との間の剛性バランスが崩れ、頂点の座屈が不安定となる場合がある。したがって、残余の領域に直線状の形状を形成して面部の剛性を高める場合には、頂点の剛性がもともと高い横断面形状を有する衝撃吸収部材に適用することが望ましい。
【００８２】
図１１は、本実施の形態の衝撃吸収部材１０−１の横断面を示す説明図である。
本実施の形態では、図１１に示すように、頂点（Ａ−Ｌ、Ｄ−Ｉ）間に高性能かつ安定した座屈を図るために溝部１４、１４を設け、かつ面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）に各種曲率ρを有する直線状に形成した横断面形状を有する衝撃吸収部材１０−１について、ＦＥＭ解析を行った。
【００８３】
このＦＥＭ解析では、衝撃吸収部材１０−１の材料を５９０ＭＰａ級の１．０ｍｍ厚の鋼板とし、ひずみ速度依存性はＣｏｗｐｅｒ−Ｓｙｍｏｎｄｓ則により考慮した。また、曲率の付与条件は、図１１に示した対象部位において頂点（Ａ−Ｌ、Ｄ−Ｉ）間の幅２８ｍｍの面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）に対して、外側又は内側に向けて高さｈが０．５〜１５．０ｍｍの直線状を形成するように曲率を付与し、面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）が直線に形成された場合に対する衝突性能を解析した。
【００８４】
性能は、部材の単位重量に対し、部材長の７０％圧壊変位までの吸収エネルギ比で比較した。解析に用いた部材長Ｔは２００ｍｍである。各条件間の比較は、面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）が直線に形成された場合に対して相対的に行った。結果を図１２にグラフでまとめて示す。
【００８５】
図１２のグラフにおける横軸はｈ／Ｘを示し、縦軸Ｙは単位重量当たりの衝突性能(％)を示しており、面部が直線に形成された場合には１００％である。また、このグラフでは、黒丸印は面部の外側へ向けて凸形状を設けた場合を示し、白丸印は面部の内側へ向けて凹形状を設けたことを示す。
【００８６】
図１２のグラフから理解されるように、（ｈ／Ｘ）が０．０７５以下の領域では内側に凹形状を設け、（ｈ／Ｘ）が０．０７５〜０．３７５の領域では外側に凸形状を設け、さらに、（ｈ／Ｘ）が０．２６以上の領域では内側に凹形状を設けることにより、単位重量当たりの衝突性能を向上できる。
【００８７】
このように、面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）に曲率を付与することにより、衝突性能をさらに向上させることができる。
図１３は、溝部１４を有する衝撃吸収部材１０−１の面部に曲率を付与した場合の頂点及び面部の弾性座屈によるたわみの状況を模式的に示す説明図であり、図１３（ａ）は外側に凸となる曲率を付与した場合を示し、図１３（ｂ）は内側に凹となる曲率を付与した場合を示す。
【００８８】
図１３（ａ）に示すように、外側に凸となる曲率を付与すると、付与した曲率が小さい場合は衝突の初期における断面の広がりが大きくなる。このため、面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）が直線である場合に比較すると、断面が外側へ広がる弾性座屈を生じて頂点（Ａ〜Ｐ２）において軸方向へ作用する圧縮ひずみ量が小さくなり、座屈荷重が低下する。
【００８９】
しかし、面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）に付与した曲率がある程度大きくなると、面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）自体の剛性が高まり、面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）においても圧縮のひずみが高まり、座屈荷重が上昇する。また、面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）に付与する凸の高さを、ｈ／Ｘで０．０７５〜０．３７５程度と大きくすることにより、面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）の塑性変形も促進されることから、座屈しわの成長時の変形抵抗が高まって座屈発生後の荷重低下が抑制される。これにより、面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）が直線である場合よりも衝突性能が向上する。
【００９０】
一方、図１３（ｂ）に示すように、内側に凹となる曲率を付与すると、付与した曲率が小さい場合は衝突の初期における頂点（Ａ〜Ｐ２）及び面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）それぞれにおける弾性座屈の方向が異なる。これにより、頂点（Ａ〜Ｐ２）の広がりが抑制され、より大きい圧縮のひずみが蓄積される。これによって、座屈荷重が大きくなり、面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）が直線である場合よりも衝突性能が向上する。
【００９１】
しかし、付与する曲率がさらに大きくなると、衝撃吸収部材１０−１の全体において繰り返し発生する座屈モードが不安定となり、衝突性能は低下する。これは、頂点（Ａ〜Ｐ２）及び面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）へ付与する凹の高さが、ｈ／Ｘで０．０７５〜０．２６程度と大きくなることにより、成長する座屈しわを巻き込んで座屈が進行するような形態となるため、繰り返し発生する座屈が不安定となり、衝撃吸収部材１０−１の全体での衝突性能の悪化を招くことになる。
【００９２】
しかしながら、付与する凹の高さを、ｈ／Ｘで０．２６〜０．５５程度とさらに大きくすると、外側へ向けて凸となる曲率を付与した場合と同様に、面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）の塑性変形が促進され、座屈発生までの座屈荷重を上昇させるとともに、座屈しわの成長時の変形抵抗も高まるため、座屈発生後の荷重低下も抑制でき、面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）が直線である場合よりも衝突性能が向上する。
【００９３】
本実施の形態のように、頂点（Ａ〜Ｐ２）の座屈強度を制御するとともに面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）に対しても適度な曲率を付与することにより、衝突性能をさらに向上することができる。
【００９４】
なお、面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）に付与する曲率の最適値は、衝撃吸収部材１０−１の全体の断面剛性と、面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）の剛性、すなわち面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）の長さによって、変化すると考えられる。
【００９５】
一方、本実施の形態の衝撃吸収部材１０−１が対象とする自動車の車体用の衝撃吸収部材１０−１は、他の部材との寸法の取り合いの関係で、適用でき得る断面積には上限がある。また、他の部材を接合する際の基準平面を形成することも考慮する必要がある。
このため、高さｈは５０ｍｍ以下とすることが望ましい。
【実施例１】
【００９６】
次に、本発明を、実施例を参照しながら、さらに具体的に説明する。
本例では、上述した実施の形態1の衝撃吸収部材の効果をさらに説明するため、下記の要領で衝突試験を行った。
【００９７】
板厚１．６ｍｍの５９０ＭＰａ級の高張力鋼板を素材として折り曲げ加工を行って多角形断面とし、突き合わせ面を溶接することによって、図１４に示す横断面形状を有する筒体から成る衝撃吸収部材１０を構成した。図１４に示すように、形成した溝部１４によって２つに分割された辺の一方の長さをＸ５とし、他方の長さをＸ６とし、さらに、溝部１４の深さをｄとした。
【００９８】
そして、２００ｋｇｆの重量の錘体を１１．９ｍの高さからこの衝撃吸収部材１０に対して自由落下させ、５５ｋｍ／ｈの速度で衝撃吸収部材１０に軸方向へ衝突させ、衝撃吸収部材１０の軸方向への圧壊時の変形抵抗を、圧電式のロードセルで測定した。なお、部材長Ｔはいずれも１８０ｍｍとし、１３０ｍｍ圧壊までの吸収エネルギを比較した。
【００９９】
なお、この衝撃吸収部材１０をクラッシュボックスとして自動車車体のフロントサイドメンバの前端部に配置した場合の衝突試験では、この衝撃吸収部材１０がまず圧壊し、次にフロントサイドメンバが圧壊する。したがって、この試験は衝突試験における前半の現象とよい相関を示す。
【０１００】
例１から例３では、図１４に示す幅ａを１３０ｍｍとし、上下の辺に溝部を一つずつ具備する形状とするとともに、内角αを１３５°とし、内角βを１０６°とした。
【０１０１】
例４では、例１の形状のうち内角αを１００°とし、内角β（１０６°）よりも小さくした。また、例５では、幅ａを１３０ｍｍとし、上下の辺に溝部を二つずつ具備することとし、内角αは１０７°とした。
【０１０２】
例６では、例１の形状のうち、衝撃荷重を負荷される一方の端部から軸方向へ３０ｍｍの長さの範囲には、溝部１４を設けないこととした。
【０１０３】
例７では、例１の形状のうち、衝撃荷重を負荷される一方の端部の側の断面積が例１の断面積の０．６倍となるように断面形状の各寸法を０．７７倍に縮小させた形状とした。この端部の形状と例１の断面形状を軸方向への長さ３０ｍｍの範囲で滑らかにつなぎ、以下の部分１５０ｍｍは例１と同一の形状とした。
【０１０４】
例８では、例１の形状のうち、衝撃荷重を負荷される一方の端部から軸方向へ８０ｍｍの長さの範囲には溝部１４を設けないこととした。
【０１０５】
例９としては、一辺の長さが３５ｍｍの正八角形のうち、対向する一組の２辺の長さを１１９．５ｍｍに拡大して、断面の扁平率が２．０である形状とした。
各条件及び代表寸法を表１にまとめて示す。
【０１０６】
【表１】
【０１０７】
また、初期最大荷重および部材長の７０％圧壊までの吸収エネルギ量を表２に示す。
【０１０８】
【表２】
【０１０９】
表２に示す結果から、適正な溝部を設けることにより、従来は利用することができなかった扁平な多角形の横断面形状を有する衝撃吸収部材を用いることができ、さらに、衝撃荷重を負荷される一方の端部の側を適正な範囲で形状変更することにより、初期最大荷重の低減も可能となることが確認された。
【実施例２】
【０１１０】
本例では、実施の形態２の衝撃吸収部材１０−１の効果を検証するため、下記の衝突試験を行った。
【０１１１】
検証に用いた衝撃吸収部材の部材形状は、図１１に示す横断面形状を有する衝撃吸収部材のモデルであり、図１１に示す矢印位置の面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）に曲率ρを付与して性能を比較した。このモデルの部材長Ｔはいずれも２００ｍｍである。また、このモデルに用いた薄鋼板は、引張強度が５９０ＭＰａ級であり、板厚が１．０ｍｍである。
【０１１２】
衝突性能の試験は、２００ｋｇｆの重量の錘体を１１．９ｍの高さから自由落下させ、５５ｋｍ／ｈで衝撃吸収部材の軸方向へ衝突させることにより、行った。そして、衝撃吸収部材の軸方向の圧壊時の変形抵抗を圧電式のロードセルを装着することにより測定し、部材長の７０％が圧壊するまでに吸収したエネルギ量の大小により衝撃吸収性能の良否を評価した。
【０１１３】
形状付与の条件と、試験にて得られた７０％圧壊変位までの吸収エネルギの結果とを表３にまとめて示す。
【０１１４】
【表３】
【０１１５】
表３にまとめて示すように、比較例である直線形状のものに比較すると、発明例では、面部に曲率形状を付与することにより、衝撃吸収性能が向上する。
【０１１６】
発明例は、衝突時に軸方向へ圧壊する衝撃吸収部材に関して、その圧壊過程での頂点以外の部位である面部においても、軸方向の圧縮ひずみの蓄積と、その部位において座屈しわの形成時における変形応力とをともに高めることによって、優れた衝撃吸収性能を得るものである。
【０１１７】
このためには、面部においても形状（曲率）を付与し、この面部の剛性を向上させるとよい。
【０１１８】
また、本発明例の衝撃吸収部材にレーザー焼き入れ、浸炭さらには窒化を行ったり、適材配置を可能とするテーラードブランク、さらなる軽量化のために薄鋼板、アルミニウム合金以外の素材等を利用して本例の衝撃吸収部材を構成すれば、さらなる高荷重化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】ＦＥＭ数値解析による四角形の横断面を有する衝撃吸収部材の圧壊の様子を示す説明図であり、図１（ａ）はフランジを具備する場合を示し、図１（ｂ）はフランジを具備しない場合を示す。
【図２】正八角形から対向する２辺の長さを徐々に大きくした扁平な形状の八角形の圧壊の様子を示す説明図である。
【図３】扁平な八角形の横断面を有する衝撃吸収部材の長辺部の一部に、台形状に溝部を設けた状況を示す説明図である。
【図４】ＦＥＭ解析の結果を示すグラフである。
【図５】長さａを有する辺上に、溝部を３つ設けた場合を示す説明図である。
【図６】図６（ａ）〜図６（ｄ）は、溝部の断面形状の幾つかの例をまとめて示す説明図である。
【図７】扁平な八角形の横断面を有する衝撃吸収部材の長辺部の一部に設けられた溝部の形状例を示す説明図である。
【図８】衝撃吸収部材の長手方向の端部の形状例を示す説明図である。
【図９】実施の形態１の結果を示すグラフである。
【図１０】衝撃吸収部材の長手方向の端部の形状例を示す説明図である。
【図１１】実施の形態２の衝撃吸収部材の横断面を示す説明図である。
【図１２】実施の形態２の結果を示すグラフである。
【図１３】溝部を有する衝撃吸収部材の面部に曲率を付与した際の断面内での頂点及び面部の弾性座屈によるたわみの状況を模式的に示す説明図であり、図１３（ａ）は外側に凸となる曲率を付与した場合を示し、図１３（ｂ）は内側に凹となる曲率を付与した場合を示す。
【図１４】実施例１の衝撃吸収部材の横断面形状の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１２０】
１０、１０−１ 衝撃吸収部材
１２ 辺
１４ 溝部
１５、１６ 端部
Ａ〜Ｐ 頂点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝撃吸収部材に関する。具体的には、本発明は、例えば自動車等の車両の衝突時に発生する衝撃エネルギを吸収することができる衝撃吸収部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、現在の多くの自動車の車体は、軽量化と高剛性とを両立するために、フレームと一体化したボディ全体により荷重を支えるモノコックボディによって構成される。自動車の車体は、車両の衝突時には、車両の機能の損傷を抑制し、かつキャビン内の乗員の生命を守る機能を有さなければならない。車両の衝突時の衝突エネルギを吸収してキャビンへの衝撃力を緩和することによってキャビンの損傷をできるだけ低減するためには、例えばエンジンルームやトランクルームといったキャビン以外のスペースを優先的に潰すことが有効である。
【０００３】
このような安全上の要請から、車体の前部、後部あるいは側部等の適宜箇所には、衝突時の衝撃荷重が負荷されると圧壊することによって衝突エネルギを積極的に吸収するための衝撃吸収部材が設けられている。これまでにも、このような衝撃吸収部材として、フロントサイドメンバ、サイドシルさらにはリアサイドメンバ等が知られている。
【０００４】
近年には、クラッシュボックスといわれる衝撃吸収部材をフロントサイドメンバの先端に例えば締結や溶接等の適宜手段によって装着することによって、車体の安全性の向上と、軽衝突による車体の損傷を略解消することによる修理費の低減とをともに図ることが、行われるようになってきた。クラッシュボックスとは、軸方向（本明細書では衝撃吸収部材の長手方向を意味する）へ負荷される衝撃荷重によって軸方向へ蛇腹状（アコーデオン状）に優先的に座屈することにより衝突エネルギを吸収する部材である。
【０００５】
この衝撃吸収部材の衝撃吸収性能を向上させるための材質や形状がこれまでにも種々開発されている。衝撃吸収部材に要求される衝撃吸収性能とは、具体的には、衝撃荷重が軸方向へ負荷されると軸方向へ繰り返し安定して座屈することにより蛇腹状に変形すること、衝撃吸収部材の圧壊時の平均荷重が高いこと、さらには、衝撃吸収部材の圧壊の際に発生する最大反力がこの衝撃吸収部材の近傍に配置された他の部材を破壊しない範囲にあることである。
【０００６】
これまでに一般的に用いられてきた衝撃吸収部材は、例えば特許文献１に開示されるような、ハット形の横断面形状の部材に設けられたフランジを介して裏板を溶接して箱状部材としたものである。なお、本明細書において「フランジ」とは、横断面における輪郭から外部へ向けて突出して設けられた縁部を意味する。
【０００７】
これに対し、特許文献２には、一端から他端へ向けての横断面形状が四角形以上の多角形からこの多角形よりも辺の数が多い他の多角形へと連続的に変化する閉断面構造を有することによって、衝突の初期の荷重を低減しながら衝撃吸収量を向上させた衝撃吸収部材に係る発明が開示されている。
【０００８】
特許文献３には、内部に隔壁を有する多角形の閉断面形状を有する衝撃吸収部材に係る発明が開示されている。
【０００９】
特許文献４には、四角形の横断面を有する素材の４つの頂点を含む領域に、内部へ向けた略直角三角形状の溝部を形成することによって強度を確保した衝撃吸収部材に係る発明が開示されている。
【００１０】
さらに、特許文献５には、フランジを有するハット形の断面形状のフロントサイドフレームの側面に軸方向へ延在するビードを形成することにより、衝撃荷重が負荷された際のフロントサイドフレームの折れ曲がりを抑制する発明が開示されている。
【特許文献１】特開平８−１２８４８７号公報
【特許文献２】特開平９−２７７９５３号公報
【特許文献３】特開２００３−４８５６９号公報
【特許文献４】特開２００２−２８４０３３号公報
【特許文献５】特開平８−１０８８６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、これらの従来のいずれの発明によっても、隔壁の追加や板厚の増加による重量の増加を招くことなく、安定して軸方向へ座屈することにより所定の衝撃吸収量を確保することができる衝撃吸収部材を提供することはできない。
【００１２】
すなわち、自動車の車体に用いられる衝撃吸収部材の横断面形状は、殆どの場合、扁平である。このため、特許文献２により開示されたような単純な正多角形等の多角形の横断面形状を有する衝撃吸収部材を用いることは難しい。また、特許文献２により開示された発明では、衝撃吸収部材の横断面形状が略全長に渡って徐々に変化する。このため、軸方向の位置によっては、衝撃吸収部材の横断面形状が不可避的に安定した座屈には適さない形状になるおそれがある。したがって、この衝撃吸収部材は、衝撃荷重が軸方向へ負荷されると、軸方向へ繰り返し安定して座屈することができず、蛇腹状に変形しないおそれがある。
【００１３】
特許文献３により開示された発明では、隔壁を設けられた部分の強度が過剰に上昇するおそれがある。このため、この発明では、座屈が不安定となってかえって衝撃吸収量が不足するおそれがあるとともに、圧壊の特に初期に衝撃吸収部材に生じる最大反力が他の部材の強度を超え、衝撃吸収部材が圧壊される前に他の部材が先に圧壊されるおそれもある。さらに、この発明では、内部に隔壁を設ける分だけ衝撃吸収部材の重量が不可避的に増加する。このため、この発明は近年特に強く要請されている車体の軽量化に逆行する。
【００１４】
特許文献４により開示された発明では、もともと強度が高いコーナ部にさらに加工を行って切欠き部を設けるため、この切欠き部の強度が過剰に上昇し、安定して座屈することができないおそれがある。したがって、この発明では、特許文献３により開示された発明と同様に、衝撃吸収量が不足するおそれがあるとともに、この衝撃吸収部材が圧壊される前に他の部材が先に圧壊してしまうおそれがある。
【００１５】
さらに、特許文献５により開示された発明では、衝撃吸収部材がフランジを有するハット形の横断面形状を有する。このため、この発明によれば、負荷された衝撃荷重による折れ曲がりを抑制することは確かに可能になると考えられる。しかし、この発明によっては、衝撃荷重を負荷されても、軸方向へ蛇腹状に安定して圧壊することはできない。
【００１６】
本発明の目的は、隔壁の追加や板厚の増加による重量の増加や、軸方向での屈曲を招くことなく、衝撃荷重を負荷されると、軸方向へ安定して蛇腹状に座屈することによって所定の衝撃吸収量を確保できる衝撃吸収部材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明者らは、上述した従来の技術が有する課題に鑑みて種々検討を重ねた結果、以下に列記する新規かつ重要な知見（Ｉ）及び（ＩＩ）を得て、本発明を完成した。
【００１８】
（Ｉ）衝撃吸収部材の横断面形状を、（ａ）略多角形からなる閉断面をなし、（ｂ）外向きフランジを有さず、（ｃ）略多角形を構成する複数の頂点のうちの一部を直線で連結して得られる多角形のうちで最大の面積を有する多角形として規定される基本断面の少なくとも一の辺の一部の領域でかつこの辺の端点を除く位置に、この基本断面の内側へ凹んだ溝部を有し、さらに、（ｄ）溝部を有する辺の一部の領域を除いた辺の残余の領域が、直線状に形成されるという４要素（ａ）〜（ｄ）を全て備える形状とすることにより、実際の衝撃吸収部材では多用される扁平な横断面形状の場合であっても、隔壁の追加や板厚の増加による重量の増加や軸方向での屈曲変形を招くことなく、軸方向へ安定して蛇腹状に座屈することにより所定の衝撃吸収性能を確保できること。及び
【００１９】
（ＩＩ）ＦＥＭ解析を鋭意行って検討した結果、この溝部の形状には座屈の安定化を図るために選択すべき好適な条件が存在し、この条件を逸脱してしまうと座屈の挙動が不安定となって、衝撃吸収性能が低下するおそれがあること。
【００２０】
本発明は、軸方向の一方の端部からこの軸方向へ向けて負荷される衝撃荷重により蛇腹状に座屈できることにより衝突エネルギを吸収するための筒体からなる衝撃吸収部材であって、軸方向の少なくとも一部の横断面形状が、略多角形からなる閉断面であり、この閉断面の外側にフランジを具備しないとともに、略多角形を構成する複数の頂点のうちの一部を直線で連結して得られる多角形のうちで最大の面積を有する多角形として規定される基本断面の少なくとも一の辺の一部の領域でかつこの辺の端点を除く位置に基本断面の内側へ凹んだ溝部を有する形状であり、さらに、溝部を有する辺の一部の領域を除いた辺の残余の領域が、直線状に形成されることを特徴とする衝撃吸収部材である。
【００２１】
この本発明に係る衝撃吸収部材では、衝撃吸収部材の軸方向の全長をＴとした場合、（ｉ）溝部を、一方の端部から軸方向へ距離（Ｔ×０．３）離れた位置から他方の端部までの範囲に設けること、（ｉｉ）溝部を、一方の端部から軸方向へ距離（Ｔ×０．３）離れた位置から他方の端部までの範囲の全てに設けること、又は（ｉｉｉ）衝撃吸収部材の横断面積が、一方の端部から軸方向へ距離（Ｔ×０．３）離れた位置までの範囲の少なくとも一部において、他の部位よりも小さいことが、それぞれ望ましい。
【００２２】
これらの本発明に係る衝撃吸収部材では、蛇腹状の座屈が、溝部と残余の領域とが交互に反対方向へ変形することにより、発生することが、例示される。
【００２３】
これらの本発明に係る衝撃吸収部材では、溝部を有する幅ａの辺と溝部の輪郭線との交点の内角αが、辺の端点の内角β以上であることが望ましい。
【００２４】
これらの本発明に係る衝撃吸収部材では、溝部の断面形状が、台形状、曲線を有する形状、三角形状若しくは四角形状又はこれらの形状を二つ以上組み合わせた形状であることが望ましい。
【００２５】
さらに、これらの本発明に係る衝撃吸収部材は、自動車に装着されるバンパーに負荷される衝撃エネルギーを吸収するためのクラッシュボックスであることが例示される。
【発明の効果】
【００２６】
本発明により、隔壁の追加や板厚の増加による重量の増加や軸方向での屈曲を招くことなく、軸方向へ安定して蛇腹状に座屈することによって所定の衝撃吸収量を確保することができる衝撃吸収部材を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
（実施の形態１）
次に、本発明に係る衝撃吸収部材を実施するための最良の形態を、添付図面を参照しながら詳述する。なお、この実施の形態１の説明では、溝部が、横断面において、閉断面をなす略多角形を構成する複数の頂点のうちの一部を直線で連結して得られる多角形のうちで最大の面積を有する多角形として規定される基本断面の少なくとも一の辺の一部の領域であってこの辺の端点を除く位置に、最大の輪郭の内側へ凹んだ溝部を有する形状に設けられ、かつ、一の辺からこの領域を除いた残余の領域が直線に形成される場合を例にとる。
【００２８】
本実施の形態の衝撃吸収部材は、軸方向へ負荷される衝撃荷重を受けて蛇腹状に座屈することにより衝突エネルギを吸収する衝撃吸収部材である。そして、軸方向の少なくとも一部の横断面形状が、略多角形を構成する複数の頂点を有する閉断面であり、かつ、閉断面の外側へ向けたフランジを具備しない形状である。さらに、軸方向の少なくとも一部の横断面形状が、略多角形を構成する複数の頂点のうちの一部を直線で連結して得られる多角形のうちで最大の面積を有する多角形として規定される基本断面の少なくとも一の辺の一部の領域でかつこの辺の端点を除く位置に輪郭の内側へ凹んだ溝部を有する形状である。
【００２９】
つまり、本実施の形態では、衝撃吸収部材の横断面形状を、（ｉ）略多角形からなる閉断面とすること、（ｉｉ）閉断面の外側へ向けたフランジを具備しないこと、及び（ｉｉｉ）略多角形を構成する複数の頂点のうちの一部を直線で連結して得られる多角形のうちで最大の面積を有する多角形として規定される基本断面の少なくとも一の辺の一部の領域でかつこの辺の端点を除く位置に輪郭の内側へ凹んだ溝部を有する形状であること、（ｉｖ）溝部を有する辺の一部の領域を除いた辺の残余の領域が直線に形成されることという４要素（ｉ）〜（ｉｖ）を全て備える形状とする。
【００３０】
これにより、衝撃吸収部材が扁平な横断面形状を有する場合であっても、隔壁の追加や板厚の増加による重量の増加や軸方向での屈曲を招くことなく、衝撃荷重を負荷されると、軸方向へ蛇腹状に安定して座屈することにより所定の衝撃吸収性能を確保する。そこで、本実施の形態の衝撃吸収部材の原理を説明する。
【００３１】
説明を行うための対象材料として、５９０ＭＰａ級の１．６ｍｍ厚の鋼板からなり、長さが２００ｍｍである衝撃吸収部材を用いた。この衝撃吸収部材の横断面形状は、（ａ）長辺の長さが８０ｍｍ、短辺の長さが６０ｍｍの四角形又は一辺の長さが３５ｍｍの正八角形をなし、（ｂ）外向きのフランジを有さないとともに（ｃ）台形形状の溝部を有する多角形形状とし、そのうちの対向する２辺の長さを延ばすことによって八角形の扁平度を様々に変更した。これらの衝撃吸収部材についてＦＥＭ数値解析を行うことにより、座屈安定性に対する溝部の形状の効果を調査した。その結果、以下に列記する本実施の形態の衝撃吸収部材の原理［原理１］〜［原理３］を得た。
【００３２】
［原理１］例えばプレス成形等によって成形された２つ以上の部材を、例えばスポット溶接等により接合する際の接合代となるフランジを具備する衝撃吸収部材と、このフランジを具備しない衝撃吸収部材とのそれぞれに衝撃荷重を負荷したときの圧壊の挙動を、ＦＥＭ数値解析によって分析した。
【００３３】
図１は、ＦＥＭ数値解析による四角形の横断面を有する衝撃吸収部材の圧壊の様子を示す説明図であり、図１（ａ）はフランジを具備する場合を示し、図１（ｂ）はフランジを具備しない場合を示す。
【００３４】
図１（ａ）に示すように、衝撃吸収部材がフランジを具備すると、衝撃荷重を負荷された衝撃吸収部材に生じる座屈が極めて不安定になり、衝撃吸収部材は圧壊の途中で、長手方向で折れ曲がる。これに対し、図１（ｂ）に示すように、衝撃吸収部材がフランジを具備しないと、衝撃吸収部材は長手方向で折れ曲がることなく安定して蛇腹状に座屈する。
【００３５】
［原理２］正八角形の横断面形状を有する衝撃吸収部材を用い、正八角形から対向する２辺の長さを徐々に大きくした扁平な形状の八角形の圧壊の様子を図２に示す。扁平度を増していくと、圧壊時の座屈が安定しなくなって複雑な形状となり、次第に圧壊時の座屈が不安定になる。
【００３６】
［原理３］この際に、座屈が不安定となる扁平な八角形の長辺部に溝部を設けることにより、座屈を安定にすることができる。
【００３７】
図３は、扁平な八角形の横断面を有する衝撃吸収部材１０の長辺部１２の一部に、台形状に溝部１４を設けた状況を示す説明図である。この例では、溝部１４は、幅Ｗ及び深さｄの寸法で対称な位置に二つ設けられている。
【００３８】
衝撃吸収部材１０の横断面形状を図３に示す形状とすること、具体的には（ｉ）略多角形を構成する複数の頂点Ａ〜Ｐを有する閉断面とすること、（ｉｉ）この閉断面の外側へ向けたフランジを具備しないこと、（ｉｉｉ）複数の頂点Ａ〜Ｐのうちの一部を直線で連結して得られる多角形のうちで最大の面積を有する多角形として規定される基本断面（図３における図形Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｉ−Ｊ−Ｋ−Ｌ−Ａ）の内側へ凹んだ溝部１４を、この基本断面を構成する辺１２（Ａ−Ｌ）及び辺１２（Ｄ−Ｉ）のそれぞれの一部の領域で頂点Ａ、Ｄ、Ｉ、Ｌをいずれも含まない位置に一つ有する形状であること、及び（ｉｖ）溝部１４を有する辺１２（Ａ−Ｌ）及び辺１２（Ｄ−Ｉ）の一部の領域を除いた辺の残余の領域が直線に形成されること、という４要素（ｉ）〜（ｉｖ）を全て備える形状とすることにより、衝撃吸収性能を発揮でき、安定して座屈が起こり、衝撃吸収部材１０は蛇腹状に座屈する。すなわち、この衝撃吸収部材１０は、衝撃荷重を受けて座屈することにより、溝部１４とこの溝部１４によって分割されて残った直線部分とが交互に変形することにより、蛇腹状に座屈する。
【００３９】
本実施の形態の衝撃吸収部材１０がこのような優れた作用効果を奏する機構は、前述のＦＥＭ数値解析の結果等を勘案して総合的に判断すると、以下のように考えられる。
【００４０】
辺１２に設ける溝部１４は、上述した基本断面（図３における図形Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｉ−Ｊ−Ｋ−Ｌ−Ａ）の内側へ凹んでいる。このため、衝撃荷重が負荷された際に溝部１４、１４の変位は、図形Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｉ−Ｊ−Ｋ−Ｌ−Ａの内側を指向する方向となる。
【００４１】
これに対し、基本断面（図形Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｉ−Ｊ−Ｋ−Ｌ−Ａ）を構成する頂点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｉ、Ｊ、Ｋ及びＬの変位は、図形Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｉ−Ｊ−Ｋ−Ｌ−Ａの外側を指向する方向となる。
このため、溝部１４、１４の変位方向と、頂点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｉ、Ｊ、Ｋ及びＬの変位方向とは、互いに反対向きとなり、それぞれの変位が互いに打ち消され合う。
【００４２】
このため、衝撃吸収部材１０が座屈の途中で一方向へ折れ曲がるといった大きな崩れを生じ難い。さらに、溝部１４で座屈が発生する時期と、各頂点Ａ〜Ｐで座屈が発生する時期とが異なる。このため、座屈の挙動が安定する。
【００４３】
そして、この溝部１４が形成される範囲についての好適条件をＦＥＭ解析により調査した。この調査では、正四角形、正六角形、正八角形、正十角形の圧壊時のＦＥＭ解析を行って、各多角形を構成する辺の長さの好適な範囲を検討した。
【００４４】
ＦＥＭ解析の結果を図４にグラフで示す。図４のグラフにおける横軸はｌ（辺の長さ）／ｔ（板厚）を示し、縦軸Ｓは７０％圧壊での単位断面周長当りの平均荷重（ｋＮ／ｍｍ）を示す。
【００４５】
図４にグラフで示すように、一つの辺の長さｌが板厚ｔに対して、４＜（ｌ／t）＜６５の範囲を満足すれば、多角形の角数には関係なく安定した変形が得られ、衝撃吸収性能が安定して確保される。すなわち、図４に示すグラフにおいて、（ｌ／t）が４を僅かに下回る３．６であると、衝撃吸収部材１０が蛇腹状に座屈せずに折れ曲がりを生じ、吸収エネルギを確保できなくなることがある。一方、（ｌ／t）が４を僅かに上回る４．７であると、衝撃吸収部材１０は折れ曲がりを生じることなく蛇腹状の望ましい座屈が得られ、吸収エネルギを十分に確保できる。
【００４６】
一方、同図に示すグラフにおいて、（ｌ／t）が６５を僅かに下回る６４であると、蛇腹状の座屈が得られ吸収エネルギを十分に確保できる。一方、（ｌ／t）が６５以上であると衝撃吸収部材１０の全体の曲がりを生じるために吸収エネルギ量は低下する。
【００４７】
以上の結果から、溝部１４が、この溝部１４を有する辺の幅をａとし、一つの溝部１４の開口幅をＷｉとし、衝撃吸収部材１０の板厚をｔとし、上記辺に設けられた溝部１４の個数をｎとし、距離ａの辺がｎ個の溝部１４によって分割されて残った（ｎ＋１）個の残余の領域の一つの領域の幅をＸｊとした場合に、下記（１）式及び（２）式を満足するように、設けられることが望ましい。
【００４８】
４ｔ＜Ｗｉ＜６５ｔ ｉ＝１〜ｎの間の自然数 ・・・・・（１）
４ｔ＜Ｘｊ＜６５ｔ ｊ＝１〜（ｎ＋１）の間の自然数・・・・（２）
【００４９】
ただし、ΣＷｉ＋ΣＸｊ＝ａであり、かつΣＷｉは、幅ａの辺に形成された溝部の開口幅Ｗｉの総和であり、溝部の開口幅は、幅ａの辺と溝部の輪郭線との２つの交点の間の距離であり、ΣＸｊは前記幅Ｘｊの総和である。
【００５０】
より好ましくは、図４のグラフにおいて、顕著に平均荷重が増加する範囲として、
４ｔ＜Ｗｉ＜３５ｔ ｉ＝１〜ｎの間の自然数 ・・・・・（１ａ）
４ｔ＜Ｘｊ＜３５ｔ ｊ＝１〜（ｎ＋１）の間の自然数・・・・（２ａ）
である。
【００５１】
なお、溝部１４の深さｄは、この溝部１４の開口幅Ｗｉの０．３未満と小さ過ぎる場合には、溝部１４の強度が溝部１４を構成しない他の頂点の強度に対して弱くなり、座屈が不安定となり易い。このため、溝部１４の深さｄは、溝部１４の開口幅Ｗｉの０．３倍以上であることが望ましい。
【００５２】
すなわち、一つの溝部１４の開口幅Ｗｉは、衝撃吸収部材１０の板厚をｔとしたとき、４ｔ＜Ｗｉ＜６５ｔを満足する。Ｗｉが４ｔ以下である場合には、溝部１４の座屈に対する強度が、多角形をなす他の頂点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌよりも過剰に高くなり、圧壊中に曲がり等の座屈不安定を生じるおそれがある。一方、Ｗｉが６５ｔ以上である場合は、逆に溝部１４を設けることの効果が弱まるおそれがある。このような関係はｎ個数のいずれについても満足される。
【００５３】
また、本実施の形態における溝部１４は、多角形のいずれの辺に存在しても良いし、溝部１４の個数は一の辺に２以上であってもよい。ただし、溝部１４を、基本断面の頂点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｉ、Ｊ、Ｋ及びＬのいずれかを含む位置に設けると、特許文献４に記載された発明と同様に、その頂点の強度が過剰に上昇する。このために座屈が不安定となって、かえって衝撃吸収量が不足するおそれがあるとともに、圧壊の特に初期に衝撃吸収部材１０に生じる最大反力が他の部材の強度を超え、他の部材が損傷するおそれもある。
【００５４】
次に、溝部１４が形成された一部の領域を除いた残余の領域について説明する。
図３において、辺１２にｎ個の溝部１４を設けた場合、この辺は溝部１４によって（ｎ＋１）個の新たな直線部分に分割されることになる。このとき、（ｎ＋１）個の分割された各直線部分の幅をＸｊとすると、（２）式を満足する。
【００５５】
４ｔ＜Ｘｊ＜６５ｔ ｊ＝１〜（ｎ＋１）の間の自然数・・・・・（２）
この幅Ｘｊが、４ｔ以下又は６５ｔ以上である場合には、十分な吸収エネルギが得られない。
【００５６】
これらの関係を図５に具体的に示す。図５には幅ａを有する辺１２上に、溝部１４を３つ設けた場合を示す。各溝部１４の開口幅Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３が、いずれも、板厚ｔの４倍より大きいとともに板厚ｔの６５倍よりも小さい。同時に、幅ａの辺１２が分割されて残存する４つの直線部分の幅Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４のいずれもが板厚ｔの４倍より大きいとともに板厚ｔの６５倍よりも小さい。
【００５７】
以上の説明では、溝部１４の横断面形状が台形である形態を例にとった。しかし、本発明はこの形態に限定されるものではない。この形態以外に、溝部の横断面形状は、曲線を有する形状、三角形状若しくは四角形状又はこれらの形状を二以上組み合わせた形状であってもよい。
【００５８】
また、この溝部１４の底部の形状は平坦面でなくともよい。溝部１４の断面形状の幾つかの例を図６（ａ）〜図６（ｄ）にまとめて示す。図６（ａ）は円弧を有する形状に形成された場合を示し、図６（ｂ）は四角形状に形成された場合を示し、図６（ｃ）は三角形状に形成された場合を示し、さらに、図６（ｄ）は三角形の一部と円弧を有する形状とを組み合わせた形状に形成された場合を示す。
【００５９】
図７は、図３と同様の図面であって、同一符号は同一部材を示す。
本実施の形態では、図７に示すように、溝部１４の輪郭線と辺との交点Ｍの内角αが、辺の端点Ｌの内角β以上であること、すなわち図７においてα≧βであることが好ましい。αがβ未満では、溝部１４の強度が基本断面の頂点Ａ、Ｄ、Ｉ、Ｌの強度を上回り、座屈が不安定になり易い。
【００６０】
本実施の形態の衝撃吸収部材１０は、十分な吸収エネルギを確保できるが、圧壊開始時の初期荷重が高くなり問題となることがある。このため、他の部材との関係によっては、高い初期最大荷重により他の部材を損傷するおそれがある。そこで、本実施の形態では、初期最大荷重を低減するために、衝撃吸収部材１０の軸方向の全長をＴとした場合に、衝撃吸収部材の横断面積が距離（Ｔ×０．３）離れた位置までの範囲において他の部位よりも小さいように設ける。例えば、一方の端部から軸方向へ距離（Ｔ×０．３）離れた位置までの範囲の少なくとも一部の領域において、距離（Ｔ×０．３）離れた位置から一方の端部１５へ向かうにつれて横断面積が徐々に減少するように、設ける。
【００６１】
次に、横断面積を減少させる軸方向の長さと、初期最大荷重の低減効果との関係を説明する。
【００６２】
図８は、本実施の形態の衝撃吸収部材１０を示す説明図である。同図に示すように、扁平度２．０で全長がＴである八角形断面の筒体に、開口幅Ｗが３７．５ｔである溝部１４を設けて、衝撃吸収部材とした。本例では、衝撃荷重が負荷される一方の端部１５における横断面積を、他方の端部１６における横断面積の６０％とした。そして、一方の端部１５から（Ｔ×０．３）以下の長さの範囲でこの横断面積を徐々に増加させ、この範囲を脱する位置の横断面積を、他方の端部１６における横断面積と同じとした。そして、軸方向へ部材長の７０％を圧壊する条件で解析を行って、初期最大荷重の大小を検討した。
【００６３】
検討結果を図９にグラフで示す。図９のグラフにおける横軸Ｕは、断面積を減じる部位の長さ／部材長Ｔを示す。また、左側の縦軸Ｖは、初期最大荷重比(断面積を減じない場合を１とする)を示し、右側の縦軸Ｚは、７０％圧壊時の吸収エネルギ比（断面積を減じない場合を１とする）を示す。また、図９のグラフでは、黒四角印は初期最大荷重比を示し、黒丸印は吸収エネルギ比を示す。
【００６４】
図９にグラフで示すように、一方の端部１５の断面積を減少させない場合に比較すると、一方の端部１５から軸方向へ距離（Ｔ×０．３）離れた位置までの範囲の少なくとも一部において、所定の位置から一方の端部に向かうにつれて横断面積を徐々に減少させることにより、初期最大荷重の低減効果が得られ、かつ、衝撃エネルギ吸収量の大幅な低下を抑制できる。
【００６５】
また、図８に示す例とは異なり、図１０に示すように、この範囲では、一方の端部１５から軸方向へ距離（Ｔ×０．３）離れた位置から他方の端部までの範囲にのみ溝部１４を設けるようにしてもよい。
【００６６】
このように、本実施の形態では、初期最大荷重を低減するとともに衝撃エネルギ吸収量の大幅な低下を抑制するために、一方の端部１５から軸方向へ距離（Ｔ×０．３)離れた位置までの範囲の全部又はこの範囲の一部において、（１）図１０に示すように、安定座屈のための溝部１４を設けないことによって、この範囲の部材をあえて不安定座屈として初期最大荷重を低減すること、または（２）図８に示すように、一方の端部１５の横断面積を他方の端部１６における横断面積の６０％とし、一方の端部１５から（Ｔ×０．３）以下の長さの範囲でこの横断面積を徐々に増加させ、この範囲を脱する位置の横断面積を、他方の端部１６における横断面積と同じとすること、のいずれかによって、初期最大荷重の低減効果が得られるとともに、衝撃エネルギ吸収量の大幅な低下を抑制できる。
【００６７】
なお、図８では、距離（Ｔ×０．３）を超える範囲の横断面積は、他方の端部の横断面積と同じとしたが、必ずしも一定の断面積でなくてもよい。
【００６８】
これら（１）又は（２）の手段を部材長Ｔの３０％を超える範囲にまで施してしまうと、初期座屈以後の座屈にまで影響し、安定座屈が得られなくなる。換言すれば、本発明で規定する溝部１４は、衝撃吸収部材１０に衝撃荷重が作用する一方の端部１５の反対の他方の端部１６から軸方向の７０％以上の領域にわたって設けられることが望ましい。
【００６９】
なお、図８、１０に示す例では、他方の端部１６から軸方向へ７０％以上の領域の全域において溝部１４を連続して設けたが、溝部１４はこの領域の全域に連続して設ける必要はなく、この領域内に断続的に設けるようにしてもよい。
【００７０】
なお、図８に示す（２）の手段は、図８からも分かるように、衝撃吸収部材の軸方向の全長をＴとした場合にこの衝撃吸収部材の横断面積が距離（Ｔ×０．３）離れた位置までの範囲の少なくとも一部において他の部位よりも小さい限り、横断面積を急激に又は徐々に減じるように構成してもよい。また、これら（１）又は（２）の手段の他に、距離（Ｔ×０．３）離れた位置までの範囲の少なくとも一部に、連続的又は断続的につぶれの起点となるビードを形成してもよい。
【００７１】
本実施の形態の衝撃吸収部材１０は、周知慣用の適宜手段により製造すればよく、特定の製造法には限定されない。例えば、中空材に押出、ハイドロフォーム(液封成形)若しくはロールフォーミング等の加工をいずれか一つあるいは複数行うことや、所定厚さの鋼板にプレス曲げ、絞り、巻き若しくはロールフォーミング等の加工をいずれか一つあるいは複数行うことにより、多角形の横断面形状を有する筒体としてから適宜箇所を接合することにより閉断面形状としてもよい。この際の接合方法としては、例えばスポット、カシメ若しくはスポット摩擦攪拌接合等の断続接合や、アーク（プラズマ）、レーザー若しくは摩擦攪拌接合等の連続接合等を用いればよい。
【００７２】
また、成形された後の衝撃吸収部材１０に高周波焼き入れ、レーザ焼き入れ、浸炭、窒化等の後処理を行えば、衝撃吸収部材１０の強度をさらに高めることができるため、望ましい。なお、テーラードブランク、さらには軽量化のために薄鋼板、アルミニウム合金以外の素材等を利用して本例の衝撃吸収部材１０を構成すれば高荷重化を図ることもできる。
【００７３】
このように、本実施の形態の衝撃吸収部材１０は、隔壁の増加や板厚の増加に起因した重量の増加や軸方向での屈曲を招くことなく、軸方向へ安定して蛇腹状に座屈することができ、これにより、所定の衝撃吸収性能を確保することができる。このため、この衝撃吸収部材１０を、上述したクラッシュボックスに適用してフロントサイドメンバの先端に、例えば締結や溶接等の適宜手段によって装着すれば、車体の重量増加を殆ど伴うことなく、車体の安全性の向上と、軽衝突による車体の損傷を略解消することによる修理費の低減とを、ともに図ることができる。
【００７４】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係る衝撃吸収部材１０−１を説明する。
本実施の形態は、閉断面をなす略多角形を構成する複数の頂点のうちの一部を直線で連結して得られる多角形のうちで最大の面積を有する多角形として規定される基本断面の少なくとも一の辺の一部の領域で、かつ該辺の端点を含まない位置に、基本断面の内側へ凹んだ溝部を有する点では、実施の形態１と共通する。
【００７５】
しかし、本実施の形態では、この一部の領域を除いた残余の領域を、実施の形態１のように直線に形成するのではなく、基本断面の外側に凸となる直線状、又は基本断面の内側に凹となる直線状に形成することにより、上述した実施の形態１をさらに発展・改良するものである。
【００７６】
そこで、以降の説明では、上述した第１の実施の形態に対する相違点を中心に説明し、共通する部分については、重複する説明を適宜省略する。
【００７７】
一般的に、衝撃吸収部材の衝突性能は、衝撃吸収部材が座屈する荷重(座屈荷重)によって支配される。この座屈荷重は、衝撃吸収部材の横断面において剛性が高い頂点が座屈変形する際の荷重によって、略支配される。
【００７８】
一方、荷重が上昇するときは頂点に圧縮のひずみが蓄積され、座屈するまでに頂点には圧縮変形が進行する。その後、この頂点の座屈が発生すると荷重は急激に低下する。この荷重の低下を抑制するためには、頂点の座屈をより局所的に小さいエリアに限定して発生させること、及び、頂点の間に形成される面部に座屈しわが発生及び成長する際に発生する曲げ変形の変形応力を増大させることが、ともに重要である。
【００７９】
そこで、座屈時の荷重を上昇させるためには、頂点以外の面部を、容易に座屈せずに圧縮変形を促進することができる形状とし、圧縮変形が発生している領域を拡大することが望ましい。また、曲げ変形時の変形応力を高めるために、座屈しわが発生及び成長する面部に加工硬化を生じさせておけば、座屈開始までに圧縮変形を促進して曲げ変形時の変形応力を高めることができ、これにより、座屈時における上述した荷重の急激な低下を抑制できる。
【００８０】
つまり、本実施の形態において、残余の領域を、輪郭の外側に凸となる形状、又は輪郭の内側に凹となる形状に形成する理由は、面部の剛性を高め、座屈の開始までにこの面部にも圧縮ひずみを蓄積させることである。これにより、座屈荷重を高めて圧縮ひずみを蓄積すること（加工硬化）により座屈しわの発生及び成長時の変形抵抗を高めて、座屈時における荷重の低下を抑制することができる。
【００８１】
しかし、衝撃吸収部材の横断面形状によっては、残余の領域を直線状に形成することにより、面部の剛性が高まり、これにより、面部と頂点との間の剛性バランスが崩れ、頂点の座屈が不安定となる場合がある。したがって、残余の領域に直線状の形状を形成して面部の剛性を高める場合には、頂点の剛性がもともと高い横断面形状を有する衝撃吸収部材に適用することが望ましい。
【００８２】
図１１は、本実施の形態の衝撃吸収部材１０−１の横断面を示す説明図である。
本実施の形態では、図１１に示すように、頂点（Ａ−Ｌ、Ｄ−Ｉ）間に高性能かつ安定した座屈を図るために溝部１４、１４を設け、かつ面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）に各種曲率ρを有する直線状に形成した横断面形状を有する衝撃吸収部材１０−１について、ＦＥＭ解析を行った。
【００８３】
このＦＥＭ解析では、衝撃吸収部材１０−１の材料を５９０ＭＰａ級の１．０ｍｍ厚の鋼板とし、ひずみ速度依存性はＣｏｗｐｅｒ−Ｓｙｍｏｎｄｓ則により考慮した。また、曲率の付与条件は、図１１に示した対象部位において頂点（Ａ−Ｌ、Ｄ−Ｉ）間の幅２８ｍｍの面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）に対して、外側又は内側に向けて高さｈが０．５〜１５．０ｍｍの直線状を形成するように曲率を付与し、面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）が直線に形成された場合に対する衝突性能を解析した。
【００８４】
性能は、部材の単位重量に対し、部材長の７０％圧壊変位までの吸収エネルギ比で比較した。解析に用いた部材長Ｔは２００ｍｍである。各条件間の比較は、面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）が直線に形成された場合に対して相対的に行った。結果を図１２にグラフでまとめて示す。
【００８５】
図１２のグラフにおける横軸はｈ／Ｘを示し、縦軸Ｙは単位重量当たりの衝突性能(％)を示しており、面部が直線に形成された場合には１００％である。また、このグラフでは、黒丸印は面部の外側へ向けて凸形状を設けた場合を示し、白丸印は面部の内側へ向けて凹形状を設けたことを示す。
【００８６】
図１２のグラフから理解されるように、（ｈ／Ｘ）が０．０７５以下の領域では内側に凹形状を設け、（ｈ／Ｘ）が０．０７５〜０．３７５の領域では外側に凸形状を設け、さらに、（ｈ／Ｘ）が０．２６以上の領域では内側に凹形状を設けることにより、単位重量当たりの衝突性能を向上できる。
【００８７】
このように、面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）に曲率を付与することにより、衝突性能をさらに向上させることができる。
図１３は、溝部１４を有する衝撃吸収部材１０−１の面部に曲率を付与した場合の頂点及び面部の弾性座屈によるたわみの状況を模式的に示す説明図であり、図１３（ａ）は外側に凸となる曲率を付与した場合を示し、図１３（ｂ）は内側に凹となる曲率を付与した場合を示す。
【００８８】
図１３（ａ）に示すように、外側に凸となる曲率を付与すると、付与した曲率が小さい場合は衝突の初期における断面の広がりが大きくなる。このため、面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）が直線である場合に比較すると、断面が外側へ広がる弾性座屈を生じて頂点（Ａ〜Ｐ２）において軸方向へ作用する圧縮ひずみ量が小さくなり、座屈荷重が低下する。
【００８９】
しかし、面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）に付与した曲率がある程度大きくなると、面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）自体の剛性が高まり、面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）においても圧縮のひずみが高まり、座屈荷重が上昇する。また、面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）に付与する凸の高さを、ｈ／Ｘで０．０７５〜０．３７５程度と大きくすることにより、面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）の塑性変形も促進されることから、座屈しわの成長時の変形抵抗が高まって座屈発生後の荷重低下が抑制される。これにより、面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）が直線である場合よりも衝突性能が向上する。
【００９０】
一方、図１３（ｂ）に示すように、内側に凹となる曲率を付与すると、付与した曲率が小さい場合は衝突の初期における頂点（Ａ〜Ｐ２）及び面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）それぞれにおける弾性座屈の方向が異なる。これにより、頂点（Ａ〜Ｐ２）の広がりが抑制され、より大きい圧縮のひずみが蓄積される。これによって、座屈荷重が大きくなり、面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）が直線である場合よりも衝突性能が向上する。
【００９１】
しかし、付与する曲率がさらに大きくなると、衝撃吸収部材１０−１の全体において繰り返し発生する座屈モードが不安定となり、衝突性能は低下する。これは、頂点（Ａ〜Ｐ２）及び面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）へ付与する凹の高さが、ｈ／Ｘで０．０７５〜０．２６程度と大きくなることにより、成長する座屈しわを巻き込んで座屈が進行するような形態となるため、繰り返し発生する座屈が不安定となり、衝撃吸収部材１０−１の全体での衝突性能の悪化を招くことになる。
【００９２】
しかしながら、付与する凹の高さを、ｈ／Ｘで０．２６〜０．５５程度とさらに大きくすると、外側へ向けて凸となる曲率を付与した場合と同様に、面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）の塑性変形が促進され、座屈発生までの座屈荷重を上昇させるとともに、座屈しわの成長時の変形抵抗も高まるため、座屈発生後の荷重低下も抑制でき、面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）が直線である場合よりも衝突性能が向上する。
【００９３】
本実施の形態のように、頂点（Ａ〜Ｐ２）の座屈強度を制御するとともに面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）に対しても適度な曲率を付与することにより、衝突性能をさらに向上することができる。
【００９４】
なお、面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）に付与する曲率の最適値は、衝撃吸収部材１０−１の全体の断面剛性と、面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）の剛性、すなわち面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）の長さによって、変化すると考えられる。
【００９５】
一方、本実施の形態の衝撃吸収部材１０−１が対象とする自動車の車体用の衝撃吸収部材１０−１は、他の部材との寸法の取り合いの関係で、適用でき得る断面積には上限がある。また、他の部材を接合する際の基準平面を形成することも考慮する必要がある。
このため、高さｈは５０ｍｍ以下とすることが望ましい。
【実施例１】
【００９６】
次に、本発明を、実施例を参照しながら、さらに具体的に説明する。
本例では、上述した実施の形態1の衝撃吸収部材の効果をさらに説明するため、下記の要領で衝突試験を行った。
【００９７】
板厚１．６ｍｍの５９０ＭＰａ級の高張力鋼板を素材として折り曲げ加工を行って多角形断面とし、突き合わせ面を溶接することによって、図１４に示す横断面形状を有する筒体から成る衝撃吸収部材１０を構成した。図１４に示すように、形成した溝部１４によって２つに分割された辺の一方の長さをＸ５とし、他方の長さをＸ６とし、さらに、溝部１４の深さをｄとした。
【００９８】
そして、２００ｋｇｆの重量の錘体を１１．９ｍの高さからこの衝撃吸収部材１０に対して自由落下させ、５５ｋｍ／ｈの速度で衝撃吸収部材１０に軸方向へ衝突させ、衝撃吸収部材１０の軸方向への圧壊時の変形抵抗を、圧電式のロードセルで測定した。なお、部材長Ｔはいずれも１８０ｍｍとし、１３０ｍｍ圧壊までの吸収エネルギを比較した。
【００９９】
なお、この衝撃吸収部材１０をクラッシュボックスとして自動車車体のフロントサイドメンバの前端部に配置した場合の衝突試験では、この衝撃吸収部材１０がまず圧壊し、次にフロントサイドメンバが圧壊する。したがって、この試験は衝突試験における前半の現象とよい相関を示す。
【０１００】
例１から例３では、図１４に示す幅ａを１３０ｍｍとし、上下の辺に溝部を一つずつ具備する形状とするとともに、内角αを１３５°とし、内角βを１０６°とした。
【０１０１】
例４では、例１の形状のうち内角αを１００°とし、内角β（１０６°）よりも小さくした。また、例５では、幅ａを１３０ｍｍとし、上下の辺に溝部を二つずつ具備することとし、内角αは１０７°とした。
【０１０２】
例６では、例１の形状のうち、衝撃荷重を負荷される一方の端部から軸方向へ３０ｍｍの長さの範囲には、溝部１４を設けないこととした。
【０１０３】
例７では、例１の形状のうち、衝撃荷重を負荷される一方の端部の側の断面積が例１の断面積の０．６倍となるように断面形状の各寸法を０．７７倍に縮小させた形状とした。この端部の形状と例１の断面形状を軸方向への長さ３０ｍｍの範囲で滑らかにつなぎ、以下の部分１５０ｍｍは例１と同一の形状とした。
【０１０４】
例８では、例１の形状のうち、衝撃荷重を負荷される一方の端部から軸方向へ８０ｍｍの長さの範囲には溝部１４を設けないこととした。
【０１０５】
例９としては、一辺の長さが３５ｍｍの正八角形のうち、対向する一組の２辺の長さを１１９．５ｍｍに拡大して、断面の扁平率が２．０である形状とした。
各条件及び代表寸法を表１にまとめて示す。
【０１０６】
【表１】
【０１０７】
また、初期最大荷重および部材長の７０％圧壊までの吸収エネルギ量を表２に示す。
【０１０８】
【表２】
【０１０９】
表２に示す結果から、適正な溝部を設けることにより、従来は利用することができなかった扁平な多角形の横断面形状を有する衝撃吸収部材を用いることができ、さらに、衝撃荷重を負荷される一方の端部の側を適正な範囲で形状変更することにより、初期最大荷重の低減も可能となることが確認された。
【実施例２】
【０１１０】
本例では、実施の形態２の衝撃吸収部材１０−１の効果を検証するため、下記の衝突試験を行った。
【０１１１】
検証に用いた衝撃吸収部材の部材形状は、図１１に示す横断面形状を有する衝撃吸収部材のモデルであり、図１１に示す矢印位置の面部（Ｄ−Ｅ１、Ｈ１−Ｅ２、Ｈ２−Ｉ、Ｌ−Ｍ１、Ｐ１−Ｍ２、Ｐ２−Ａ）に曲率ρを付与して性能を比較した。このモデルの部材長Ｔはいずれも２００ｍｍである。また、このモデルに用いた薄鋼板は、引張強度が５９０ＭＰａ級であり、板厚が１．０ｍｍである。
【０１１２】
衝突性能の試験は、２００ｋｇｆの重量の錘体を１１．９ｍの高さから自由落下させ、５５ｋｍ／ｈで衝撃吸収部材の軸方向へ衝突させることにより、行った。そして、衝撃吸収部材の軸方向の圧壊時の変形抵抗を圧電式のロードセルを装着することにより測定し、部材長の７０％が圧壊するまでに吸収したエネルギ量の大小により衝撃吸収性能の良否を評価した。
【０１１３】
形状付与の条件と、試験にて得られた７０％圧壊変位までの吸収エネルギの結果とを表３にまとめて示す。
【０１１４】
【表３】
【０１１５】
表３にまとめて示すように、比較例である直線形状のものに比較すると、発明例では、面部に曲率形状を付与することにより、衝撃吸収性能が向上する。
【０１１６】
発明例は、衝突時に軸方向へ圧壊する衝撃吸収部材に関して、その圧壊過程での頂点以外の部位である面部においても、軸方向の圧縮ひずみの蓄積と、その部位において座屈しわの形成時における変形応力とをともに高めることによって、優れた衝撃吸収性能を得るものである。
【０１１７】
このためには、面部においても形状（曲率）を付与し、この面部の剛性を向上させるとよい。
【０１１８】
また、本発明例の衝撃吸収部材にレーザー焼き入れ、浸炭さらには窒化を行ったり、適材配置を可能とするテーラードブランク、さらなる軽量化のために薄鋼板、アルミニウム合金以外の素材等を利用して本例の衝撃吸収部材を構成すれば、さらなる高荷重化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】ＦＥＭ数値解析による四角形の横断面を有する衝撃吸収部材の圧壊の様子を示す説明図であり、図１（ａ）はフランジを具備する場合を示し、図１（ｂ）はフランジを具備しない場合を示す。
【図２】正八角形から対向する２辺の長さを徐々に大きくした扁平な形状の八角形の圧壊の様子を示す説明図である。
【図３】扁平な八角形の横断面を有する衝撃吸収部材の長辺部の一部に、台形状に溝部を設けた状況を示す説明図である。
【図４】ＦＥＭ解析の結果を示すグラフである。
【図５】長さａを有する辺上に、溝部を３つ設けた場合を示す説明図である。
【図６】図６（ａ）〜図６（ｄ）は、溝部の断面形状の幾つかの例をまとめて示す説明図である。
【図７】扁平な八角形の横断面を有する衝撃吸収部材の長辺部の一部に設けられた溝部の形状例を示す説明図である。
【図８】衝撃吸収部材の長手方向の端部の形状例を示す説明図である。
【図９】実施の形態１の結果を示すグラフである。
【図１０】衝撃吸収部材の長手方向の端部の形状例を示す説明図である。
【図１１】実施の形態２の衝撃吸収部材の横断面を示す説明図である。
【図１２】実施の形態２の結果を示すグラフである。
【図１３】溝部を有する衝撃吸収部材の面部に曲率を付与した際の断面内での頂点及び面部の弾性座屈によるたわみの状況を模式的に示す説明図であり、図１３（ａ）は外側に凸となる曲率を付与した場合を示し、図１３（ｂ）は内側に凹となる曲率を付与した場合を示す。
【図１４】実施例１の衝撃吸収部材の横断面形状の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１２０】
１０、１０−１ 衝撃吸収部材
１２ 辺
１４ 溝部
１５、１６ 端部
Ａ〜Ｐ 頂点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向の一方の端部から該軸方向へ向けて負荷される衝撃荷重により蛇腹状に座屈できることにより衝突エネルギを吸収するための筒体からなるクラッシュボックスであって、前記軸方向の少なくとも一部の横断面形状は、略多角形からなる閉断面であり、該閉断面の外側にフランジを具備しないとともに、前記略多角形を構成する複数の頂点のうちの一部を直線で連結して得られる多角形のうちで最大の面積を有する多角形として規定される基本断面の少なくとも一の辺の一部の領域でかつ該辺の端点を除く位置に前記基本断面の内側へ凸となる溝部を有する形状であり、さらに、前記溝部を有する前記辺の前記一部の領域を除いた前記辺の残余の領域は、曲線に形成されることを特徴とするクラッシュボックス。
【請求項２】
前記クラッシュボックスの軸方向の全長をＴとした場合、前記溝部を、前記一方の端部から軸方向へ距離（Ｔ×０．３）離れた位置から他方の端部までの範囲に設ける請求項１に記載されたクラッシュボックス。
【請求項３】
前記クラッシュボックスの軸方向の全長をＴとした場合、前記溝部を、前記一方の端部から軸方向へ距離（Ｔ×０．３）離れた位置から他方の端部までの範囲の全てに設ける請求項１に記載されたクラッシュボックス。
【請求項４】
前記クラッシュボックスの軸方向の全長をＴとした場合、該クラッシュボックスの横断面積は、前記一方の端部から前記軸方向へ距離（Ｔ×０．３）離れた位置までの範囲の少なくとも一部において、他の部位よりも小さい請求項１に記載されたクラッシュボックス。
【請求項５】
前記蛇腹状の座屈は、前記溝部と前記残余の領域とが交互に反対方向へ変形することにより、発生する請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載されたクラッシュボックス。
【請求項６】
前記溝部を有する幅ａの辺と前記溝部の輪郭線との交点の内角（α）は、前記辺の端点の内角（β）以上である請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載されたクラッシュボックス。
【請求項７】
内側へ向けて凸となる溝部と複数の頂点とを有する略多角形の閉断面をなし、前記複数の頂点のうちの前記溝部に隣接する頂点と前記溝部との双方に連続する直線部又は曲線部とを有する横断面形状を、軸方向の少なくとも一部に有する筒体を備える衝撃吸収部材を車体の所定の位置に搭載し、該筒体の軸方向の一方の端部から前記軸方向へ向けて負荷される衝撃荷重により、前記溝部と前記直線部又は曲線部とを交互に反対方向へ変形させながら該筒体を蛇腹状に座屈させることにより、衝突エネルギを吸収することを特徴とする車体の衝撃吸収方法。
【請求項１】
軸方向の一方の端部から該軸方向へ向けて負荷される衝撃荷重により蛇腹状に座屈できることにより衝突エネルギを吸収するための筒体からなるクラッシュボックスであって、前記軸方向の少なくとも一部の横断面形状は、略多角形からなる閉断面であり、該閉断面の外側にフランジを具備しないとともに、前記略多角形を構成する複数の頂点のうちの一部を直線で連結して得られる多角形のうちで最大の面積を有する多角形として規定される基本断面の少なくとも一の辺の一部の領域でかつ該辺の端点を除く位置に前記基本断面の内側へ凸となる溝部を有する形状であり、さらに、前記溝部を有する前記辺の前記一部の領域を除いた前記辺の残余の領域は、曲線に形成されることを特徴とするクラッシュボックス。
【請求項２】
前記クラッシュボックスの軸方向の全長をＴとした場合、前記溝部を、前記一方の端部から軸方向へ距離（Ｔ×０．３）離れた位置から他方の端部までの範囲に設ける請求項１に記載されたクラッシュボックス。
【請求項３】
前記クラッシュボックスの軸方向の全長をＴとした場合、前記溝部を、前記一方の端部から軸方向へ距離（Ｔ×０．３）離れた位置から他方の端部までの範囲の全てに設ける請求項１に記載されたクラッシュボックス。
【請求項４】
前記クラッシュボックスの軸方向の全長をＴとした場合、該クラッシュボックスの横断面積は、前記一方の端部から前記軸方向へ距離（Ｔ×０．３）離れた位置までの範囲の少なくとも一部において、他の部位よりも小さい請求項１に記載されたクラッシュボックス。
【請求項５】
前記蛇腹状の座屈は、前記溝部と前記残余の領域とが交互に反対方向へ変形することにより、発生する請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載されたクラッシュボックス。
【請求項６】
前記溝部を有する幅ａの辺と前記溝部の輪郭線との交点の内角（α）は、前記辺の端点の内角（β）以上である請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載されたクラッシュボックス。
【請求項７】
内側へ向けて凸となる溝部と複数の頂点とを有する略多角形の閉断面をなし、前記複数の頂点のうちの前記溝部に隣接する頂点と前記溝部との双方に連続する直線部又は曲線部とを有する横断面形状を、軸方向の少なくとも一部に有する筒体を備える衝撃吸収部材を車体の所定の位置に搭載し、該筒体の軸方向の一方の端部から前記軸方向へ向けて負荷される衝撃荷重により、前記溝部と前記直線部又は曲線部とを交互に反対方向へ変形させながら該筒体を蛇腹状に座屈させることにより、衝突エネルギを吸収することを特徴とする車体の衝撃吸収方法。
【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】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００７−１７００３（Ｐ２００７−１７００３Ａ）
【公開日】平成１９年１月２５日（２００７．１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２８０４７９（Ｐ２００６−２８０４７９）
【出願日】平成１８年１０月１３日（２００６．１０．１３）
【分割の表示】特願２００５−５１２１２０（Ｐ２００５−５１２１２０）の分割
【原出願日】平成１６年７月２８日（２００４．７．２８）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【出願人】（０００２４１４９６）豊田鉄工株式会社 (104)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１月２５日（２００７．１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月１３日（２００６．１０．１３）
【分割の表示】特願２００５−５１２１２０（Ｐ２００５−５１２１２０）の分割
【原出願日】平成１６年７月２８日（２００４．７．２８）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【出願人】（０００２４１４９６）豊田鉄工株式会社 (104)
【Ｆターム（参考）】
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