車両用エネルギ吸収部材
【課題】従来と比較してより一層衝突エネルギ吸収性能を向上させること。
【解決手段】複数の凸部１６が形成されたエンボス加工部２０を有し、前記エンボス加工部２０のうちで前記凸部１６が形成されずに残存し、平面視して隣接する前記凸部１６の中心を結ぶ仮想直線Ａに沿って延在する平面部１８が設けられ、前記平面部１８は、前記仮想直線Ａに沿って蛇行し、且つ、前記平面部１８の延在方向が前記筒体の軸方向と非直交するように設けられる。
【解決手段】複数の凸部１６が形成されたエンボス加工部２０を有し、前記エンボス加工部２０のうちで前記凸部１６が形成されずに残存し、平面視して隣接する前記凸部１６の中心を結ぶ仮想直線Ａに沿って延在する平面部１８が設けられ、前記平面部１８は、前記仮想直線Ａに沿って蛇行し、且つ、前記平面部１８の延在方向が前記筒体の軸方向と非直交するように設けられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝撃荷重を受けて軸方向に座屈することにより、衝突エネルギを吸収することが可能な車両用エネルギ吸収部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、車両ボディの前部や後部等には、車両の衝突時に塑性変形することによって衝突エネルギを吸収し、車室への衝撃力を緩和するエネルギ吸収部材（衝突エネルギ吸収部材）が設けられている。
【０００３】
この種のエネルギ吸収部材に関し、例えば、特許文献１には、断面略コ字状に曲げ加工された第１部材と平板状の第２部材とが接合され、側面視してハット形状に形成されたエネルギ吸収部材が開示されている。この特許文献１に開示されたエネルギ吸収部材では、第１部材を略コ字状に曲げ加工する際、第２部材と接触しない各平面部にそれぞれ加工歪が均等に付与されるようにプレス成形し、各平面部をほぼ均等に加工硬化させて強度を向上させることができるとしている。
【０００４】
また、特許文献２には、中空の角柱状からなり、複数の凸部を千鳥状に配置することによって前記凸部に隣接する各平面部が蛇行するように設けられると共に、前記各平面部が衝撃荷重に直交するように設けられたエネルギ吸収部材が開示されている。この特許文献２に開示されたエネルギ吸収部材では、上記のように構成することにより、塑性変形時（クラッシュモード）の荷重変化特性を安定させ、荷重変化特性の山部を必要最小限低下させることで荷重変化特性を平準化させることができる、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１２８４８７号公報
【特許文献２】特許第３７０１８８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されたエネルギ吸収部材では、簡便に安価に製造することができる点で優れているが、蛇腹変形による安定座屈を得ることが困難である、という問題がある。
【０００７】
また、特許文献２に開示されたエネルギ吸収部材は、脆弱部として機能する平面部の形成時に加工歪みが発生することで材料が硬化してしまい（加工硬化）、座屈安定が失われて高い衝突吸収エネルギが得られなくなるおそれがある。
【０００８】
本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、蛇腹状に変形させる安定座屈を軸方向の一端部から他端部まで部材全体で継続させることにより、従来と比較してより一層衝突エネルギ吸収性能を向上させることが可能な車両用エネルギ吸収部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するために、本発明は、衝撃荷重を受けて軸方向に座屈することで衝突エネルギを吸収する筒体からなる車両用エネルギ吸収部材において、前記筒体の側面を構成する少なくとも一部には、複数の凸部が形成されたエンボス加工部が設けられ、前記エンボス加工部のうちで前記凸部が形成されずに残存し、平面視して隣接する前記凸部の中心を結ぶ仮想直線Ａに沿って延在する平面部が設けられ、前記平面部は、前記仮想直線Ａに沿って蛇行し、且つ、前記平面部の延在方向が前記筒体の軸方向と直交するものがないように設けられることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、座屈のきっかけとなる脆弱部が一直線上に揃うことがなくジグザグ状に蛇行して形成された平面部からなり、しかも、荷重軸方向（筒体の軸方向）に対して前記平面部の延在方向が直交するものがないように、すなわち、前記平面部の全ての延在方向が非直交する方向に延在するように複数の凸部を配列することで、荷重を受けて座屈する決まった一定間隔の脆弱部（平面部）が部材の軸方向に、見かけ上、連続して存在するように構成している。
【００１１】
従って、本発明では、衝突変形中において、常に、エネルギ吸収部材中の一部が座屈していることとなり、加工硬化して座屈時の反力が大きい場合であっても、その生じた反力が常に荷重軸方向（圧潰方向）に向かうため、圧潰方向（軸方向）に連続した座屈が生じるようになる。この結果、本発明では、安定座屈が部材の途中で停止することがなく、エネルギ吸収部材の軸方向に沿った一端部から他端部までの部材全体で蛇腹変形による安定座屈を継続することができ、高い衝撃吸収エネルギを得ることができる。
【００１２】
さらに、本発明は、前記複数の凸部は、対角線の長さ、直径又は高さのいずれか１つが大なる凸部と、前記大なる凸部に対応して、対角線の長さ、直径又は高さのいずれか１つが小なる他の凸部からなり、前記平面部に沿って延在する前記他の凸部の中心を結ぶ仮想直線Ｂは、前記筒体の軸方向と非直交するように設けられることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、平面視して対角線の長さが大なる凸部と小なる凸部からなり、又は、平面視して直径が大なる凸部と小なる凸部からなり、若しくは、高さが大なる凸部と小なる凸部からなり、平面部に沿って延在する他の凸部の中心を結ぶ仮想直線Ｂが、筒体の軸方向と非直交するように設けられることにより、安定座屈が部材の途中で停止することがなく、エネルギ吸収部材の軸方向に沿った一端部から他端部までの部材全体で蛇腹変形による安定座屈を継続することができ、高い衝撃吸収エネルギを得ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、蛇腹状に変形させる安定座屈を、軸方向の一端部から他端部まで部材全体で継続させることができる。この結果、本発明では、従来と比較して衝突エネルギ吸収量を増大させて、より一層衝突エネルギ吸収性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る車両用エネルギ吸収部材が組み込まれた車両前部の一部省略断面図である。
【図２】図１に示される車両用エネルギ吸収部材の部分平面拡大図である。
【図３】前記車両用エネルギ吸収部材を構成する平面部が衝撃荷重に対して非直交する状態を示す説明図である。
【図４】図３の斜視図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る車両用エネルギ吸収部材の部分平面拡大図である。
【図６】図５に示す車両用エネルギ吸収部材を構成する平面部が衝撃荷重に対して非直交する状態を示す説明図である。
【図７】（ａ）は、従来例における座屈状態を示す一部省略正面図、（ｂ）は、本実施形態における座屈状態を示す一部省略正面図である。
【図８】各種鋼板における板厚、凸部の形状及び平面部の配列を示す説明図である。
【図９】前記各種鋼板を用いて構成した筒型部材の斜視図である。
【図１０】前記筒型部材の上下端に天板及び地板を接合して構成した試験体の斜視図である。
【図１１】前記試験体が落錘試験機にセットされた状態を示す正面図である。
【図１２】実施例１、２及び比較例１〜６における圧潰試験の結果を示す説明図である。
【図１３】実施例１、比較例１及び比較例５における圧潰ストロークと圧潰荷重との関係を示す特性図である。
【図１４】実施例１及び比較例１における圧潰ストロークと吸収エネルギとの関係を示す特性図である。
【図１５】（ａ）は、比較例１の座屈開始直後の状態を示した正面図、（ｂ）は、比較例１において座屈開始後、転倒した状態の正面図である。
【図１６】（ａ）は、実施例１の座屈開始直後の状態を示した正面図、（ｂ）は、実施例１において座屈開始後、座屈変形が終了した状態の正面図である。
【図１７】実施例１、２及び比較例１〜６における吸収エネルギと初期反力との関係を示す特性図である。
【図１８】比較例１〜４を構成するエンボス鋼板２の部分平面拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る車両用エネルギ吸収部材が組み込まれた車両前部の一部省略断面図、図２は、図１に示される車両用エネルギ吸収部材の部分平面拡大図、図３は、前記車両用エネルギ吸収部材を構成する平面部が衝撃荷重に対して非直交する状態を示す説明図、図４は、図３の斜視図である。
【００１７】
図１に示されるように、本実施形態に係る車両用エネルギ吸収部材（以下、エネルギ吸収部材という）１０は、例えば、自動車（車両）１２の車体前部における車幅方向の両側部位で車体前後方向にそれぞれ延在するフロントサイドフレーム１４の前端部と図示しないバンパレインフォースメントとの間に介在されるクラッシュ部材として、単独又は各部材に組み込まれて用いられる。
【００１８】
なお、前記エネルギ吸収部材１０が配設される部位は、自動車１２の車体前部に限定されるものではなく、例えば、車体後部や衝突エネルギ（衝撃荷重）を吸収する必要がある他の適宜な部位に配設することができる。
【００１９】
前記エネルギ吸収部材１０は、平板状の鋼板に対して、例えば、タレットパンチ等で複数の凸部１６（図２参照）を成形するエンボス加工が施され、複数の凸部１６が適宜な配列で加工された鋼板で構成される。前記凸部１６を成形する鋼板の生産性向上を目的とした場合、ロール加工によって広範囲に短時間で複数の凸部１６を成形することができる。また、プレス加工を用いることにより、部品成形と同時に凸部１６を成形することができ、より高い生産性を得ることができる。
【００２０】
本実施形態では、図２に示されるように、エンボス加工された凸部１６の形状を平面視して正六角形状に形成している。しかしながら、これに限定されるものではなく、本実施形態では、後記するように、凸部１６間に残存し脆弱部として機能する平面部１８の延在方向に特徴があるため、平面視した凸部１６の形状は限定されるものではなく、例えば、丸形状や角形状等の他の形状であってもよい。平面視した凸部１６の大きさは、エネルギ吸収部材１０を構成する平面部１８の短辺長の中に凸部１６が３つ以上存在することが好ましい。
【００２１】
エンボス加工で凸部１６が形成された鋼板は、後記するように、プレス加工又は曲げ加工（bending）によってハット断面形状に成形することができ、フランジ部を有する断面コ字状の折曲板と平板状の背板とを、例えば、スポット溶接で複数個所を接合することにより、略筒体からなるエネルギ吸収部材１０を容易に製造することができる（後記する図８参照）。
【００２２】
前記筒体の側面を構成する少なくとも一部には、図２に示されるように、複数の凸部１６が形成されたエンボス加工部２０が設けられる。図３及び図４に示されるように、前記エンボス加工部２０のうちで前記凸部１６が形成されずに残存し平面視して隣接する前記凸部１６の中心を結ぶ仮想直線Ａに沿って（並行に）延在する平面部１８が設けられる。前記平面部１８は、前記仮想直線Ａに沿ってジグザグ状に蛇行し（図中の網点参照）、且つ、前記平面部１８の延在方向（破線参照）が前記筒体の軸方向（衝撃荷重の付与方向）と非直交するように設けられる。
【００２３】
図５は、本発明の他の実施形態に係る車両用エネルギ吸収部材の部分平面拡大図、図６は、図５に示す車両用エネルギ吸収部材を構成する平面部が衝撃荷重に対して非直交する状態を示す説明図である。
【００２４】
図５及び図６に示されるように、他の実施形態に係るエネルギ吸収部材１０ａは、複数の凸部が、平面視して正六角形の対角線の長さが大なる凸部１６ａと、平面視して正六角形の対角線の長さが小なる他の凸部１６ｂとの２種類で構成され、前記平面部１８に沿って延在する前記他の凸部１６ｂの中心を結ぶ仮想直線Ｂは、前記筒体の軸方向と非直交するように設けられる（図６参照）。
【００２５】
なお、例えば、２種類の凸部の形状が平面視して円形の場合には、直径の長さが大なる凸部と、直径の長さが小なる他の凸部とによって構成してもよい。または、２種類の凸部の形状を、平面部１８から頂部までの高さ方向の寸法が大なる凸部と、高さ方向の寸法が小なる他の凸部とによって構成してもよい。その際、正六角形の場合と同様に、平面部１８に沿って延在する他の凸部の中心を結ぶ仮想直線Ｂが、筒体の軸方向と非直交するように設けられる。
【００２６】
ここで、エネルギ吸収部材１０が衝撃荷重を受容して蛇腹変形する場合について、以下詳細に説明する。図７（ａ）は、特許文献２の従来例における座屈状態を示す一部省略正面図、図７（ｂ）は、本実施形態における座屈状態を示す一部省略正面図である。
【００２７】
エネルギ吸収部材１０が軸方向で受ける衝撃荷重は、一定の周期を持つ応力波として前記エネルギ吸収部材１０中を伝達していき、前記応力波の強さが材料の強さを超えた部位にて最初の座屈（初期座屈）が始まり、応力波の習性や材料の柔軟性により最初の変形部位から一定の間隔を経て次の座屈部位が生じ、次々と座屈が軸方向に所定間隔だけ離間しながら続いていく。このような変形形態が蛇腹変形といわれるものである。
【００２８】
例えば、脆弱部として機能する平面部が一直線上に揃っている場合や、特許文献２に示されるように荷重付加方向（軸方向）に対して直交する方向に脆弱部（平面部）が延在する場合には、座屈の生じる脆弱部が、衝撃荷重が付与される軸方向に決まった一定間隔で存在することとなる。例えば、図７（ａ）に示されるように、従来例（特許文献２参照）における屈曲状態では、荷重付加方向（軸方向）に対して直交する脆弱部ａと脆弱部ｂとが荷重付加方向に沿って所定距離だけ離間するように存在する。この場合、荷重付加方向に対して直交する脆弱部ａで座屈が発生した後、同様に荷重付加方向に対して直交する凸部の後に存在する脆弱部ｂで次の座屈が発生することとなり、座屈が荷重付加方向（軸方向）で不連続に発生する。なお、図７（ａ）、（ｂ）では、ジグザグ状に蛇行する平面部１８を、説明の便宜上、太線の実線で示している。
【００２９】
このような圧潰方向における不連続な座屈は、エネルギ吸収体が比較的軟らかい材料で構成されている場合には安定座屈となるが、例えば、加工硬化したような材料で構成されている場合には、座屈時の反力が大きい一方で、部材自体が強靭であるため、その反力が比較的自由な方向性を持つことにより、応力伝達の周期性が失われて座屈の進行が停止し、座屈変形中の部材が荷重軸方向から大きく離脱して転倒するような不安定座屈となる。
【００３０】
そこで、本実施形態では、形成した凸部１６間の平面部１８、つまり、座屈のきっかけとなる脆弱部が一直線上に揃うことがなく仮想直線Ａに沿ってジグザグ状に蛇行するように平面部１８を形成し、しかも、前記平面部１８の延在方向が荷重軸方向に対して非直交するように複数の凸部１６を配列することで、荷重を受けて座屈する決まった一定間隔の脆弱部（平面部１８）が部材の軸方向に、見かけ上、連続して存在するように構成している。
【００３１】
本実施形態における座屈状態では、荷重付加方向（軸方向）に対して直交する脆弱部が存在しないため、残存する複数の平面部１８のうちで最も直交に近い脆弱部（平面部１８）が優先して座屈することとなる。すなわち、図７（ｂ）に示されるように、本実施形態においても先ず脆弱部ａが座屈した後、複数の凸部１６を介して次の脆弱部ｂが座屈する点は、図７（ａ）の従来例と同様であるが、初めの脆弱部ａが座屈変形した後の次の座屈部位となる脆弱部ｂを見ると、脆弱部ａの下端部ａ２と脆弱部ｂの上端部ｂ１とが、部材中の軸方向（図７（ｂ）中の縦方向）において略同じ高さにあることから、座屈する脆弱部ａ、脆弱部ｂが部材の軸方向で、見かけ上、連続して存在するように構成されている。
【００３２】
換言すると、本実施形態では、荷重付加方向（軸方向）に対して脆弱部（平面部１８）を非直交状態に配列することにより、隣接する脆弱部間において、荷重付加部位に近接する一方の脆弱部ａの下端部ａ２と、荷重付加部位から離間する他方の脆弱部ｂの上端部ｂ１との離間距離が従来例よりも近接して略オーバーラップするように配置され、座屈する脆弱部ａ、脆弱部ｂが、見かけ上、連続して存在する。なお、図７（ｂ）中において、ａ１は、脆弱部ａの上端部、ｂ２は、脆弱部ｂの下端部をそれぞれ示している。
【００３３】
本実施形態の作用として、衝突変形中のエネルギ吸収部材１０は、常にエネルギ吸収部材１０中の一部が座屈していることとなり、加工硬化して座屈時の反力が大きい場合であっても、その生じた反力が常に荷重軸方向（圧潰方向）に向かうため、圧潰方向（軸方向）に連続した座屈が生じるようになる。この結果、本実施形態では、安定座屈が部材の途中で停止することがなく、エネルギ吸収部材１０の軸方向に沿った一端部から他端部までの部材全体で蛇腹変形による安定座屈を継続することができ、高い衝撃吸収エネルギを得ることができる。
【００３４】
また、本実施形態では、単純なプレス加工や曲げ加工によって平板状の鋼板に複数の凸部１６を形成するエンボス加工を施すことで作製することができ、従来と同じ工程でハット断面形状のエネルギ吸収部材１０を容易に製造することができる利点がある。
【００３５】
ところで、近年では、自動車のフロントフレームに使用される材料（例えば、鋼板）の強度を高くする傾向となっている。この場合、一般的に、鋼板を高強度化すると、フロントフレームのような部材が長手方向に圧縮変形するときに座屈形状が不安定となり、安定した蛇腹状の座屈から折れ曲がりの状態に変形様式が変化するという問題がある。この結果、従来では、圧縮変形時にエネルギ吸収部材が折れ曲がることによって衝撃エネルギの吸収効率が低下し、素材を高強度化したことによって衝撃吸収エネルギの増大が困難となる。
【００３６】
これに対して、本実施形態では、エンボス加工部２０における凸部１６の配列パターンを安定座屈するように最適化することで、相反する素材の高強度化と衝撃エネルギの吸収効率との要求をそれぞれ両立させ、材料を高強度化しながら衝撃エネルギの吸収効率を向上させることができる。
【実施例】
【００３７】
次に、本発明の効果を確認した実施例について説明する。なお、前記実施の形態と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して説明する。
【００３８】
先ず、図８に示されるように、板厚が約１．０ｍｍの同一板厚で同一形状及び同一材料からなり、平面視して正六角形の複数の凸部１６を有し前記凸部１６の配列パターンがそれぞれ異なる３種類の鋼板をタレットパンチ加工とレーザ切断とを用いて準備した。この３種類の鋼板は、エンボス加工が施されたエンボス鋼板１及びエンボス鋼板２と、エンボス加工が全く施されていない平板のままの平鋼板とから構成される。
【００３９】
エンボス鋼板１は、凸部１６の間に平板と同様な平面部１８が一直線上に揃わないようにジグザグ状に蛇行して残存させ、且つ、荷重付加方向（軸方向）に対して平面部１８の延在方向が非直交するように複数の凸部１６を配置した（図２〜図４参照）。
【００４０】
エンボス鋼板２は、図１８に示されるように、凸部１６の間に平板と同様な平面部１８を一直線上に揃わないようにジグザグ状に蛇行して残存させ、且つ、荷重付加方向（軸方向）に対して平面部１８の延在方向（破線参照）が直交するように複数の凸部１６を配置した。なお、エンボス鋼板１における複数の凸部１６とエンボス鋼板２における複数の凸部１６は、配置パターンのみが異なっているだけでそれぞれ同一形状であると共に、各エンボス鋼板に形成された複数の凸部１６の形状も全て同一形状とした。
【００４１】
次に、このようにして準備された３種類の鋼板を複数用いて、図９に示されるように、断面ハット状で略角筒体からなる筒型部材１００を試験体として構成し、以下の実験を行った。この筒型部材１００は、断面コ字状に折り曲げ加工されることにより突出して形成された折曲部１０２と、幅方向の両端部に設けられたフランジ部１０４とを有する。このフランジ部１０４に対して背板をスポット溶接して略筒体として形成し、自動車のフレームの一部に見立てたものである。筒型部材１００において、複数の凸部１６が形成されたエンボス加工部２０は、折曲部１０２の両側に配置されたフランジ部１０４と、前記フランジ部１０４に溶着される背板の一部とを除いた部位に設けられる。なお、図９〜図１１中では、便宜上、複数の凸部１６の描出を適宜省略している。
【００４２】
本実施例に係るエンボス鋼板１及び比較例１に係るエンボス鋼板２では、図９に示されるように、折曲部１０２における凸部１６が筒体の外方に向って膨出すると共に、背板における凸部１６が筒体の内方に向って膨出するように製作した。また、折曲部１０２における４個所の直角状に屈曲する部位は、半径５ｍｍのポンチを用いて、曲げ加工によって成形した。
【００４３】
以上のようにして、エンボス鋼板１を複数用いて実施例１、２に係る筒型部材１００をそれぞれ作製し、エンボス鋼板２を複数用いて比較例１〜４に係る筒型部材１００をそれぞれ作製し、平鋼板を複数用いて比較例５、６に係る筒型部材１００をそれぞれ作製した。その後、各筒型部材１００の軸方向に沿った両端部にそれぞれ天板１０６と地板１０８とをＴＩＧ溶接によって接合した試験体を作製した。
【００４４】
なお、天板１０６及び地板１０８を溶接する前の各筒型部材１００は、それぞれ同一寸法で構成され、図１０の立設した状態を基準として各種寸法を説明すると、図９に示されるように、幅寸法が約７８ｍｍ、高さ寸法が約２３０ｍｍ、折り曲げられた折曲部１０２の突出寸法が約３１ｍｍ、前記折曲部１０２の幅寸法が約４６ｍｍに設定した。
【００４５】
前記天板１０６及び地板１０８は、それぞれ正方形の鋼板からなり、地板１０８の平面視した面積を天板１０６の平面視した面積よりも大きく設定した。試験体における各筒型部材１００は、天板１０６及び地板１０８の平面視した中央部に接合した。
【００４６】
次に、作製した各試験体について、以下のような圧潰試験（squeezing test）を行った。この圧潰試験は、図１１に示されるように、自由落下式の落錘試験機を用い、ロードセル１１０で支持されたベースプレート１１２に地板１０８の四隅をボルト１１４で締結固定して筒型部材１００を立設状態で支持し、上方から落錘１１６を落下させて各筒型部材１００を上方から軸方向の下方に向かって押し潰す方法を採用した。
【００４７】
圧潰試験の条件は、落錘１１６の重さが約１００ｋｇ、落下高さが約１１ｍ、衝突時の落錘速度が約５０ｋｍ／ｈとし、筒型部材１００に生じた圧潰ストローク（筒型部材１００の圧潰前の軸方向に沿った全長から圧潰後の軸方向に沿った全長を減算した値）と、圧潰時に発生した荷重（圧潰荷重）とを測定した。また、各試験体につき、吸収エネルギと初期反力とを求めた。
【００４８】
図１２は、実施例１、２及び比較例１〜６において、圧潰ストロークが１６０ｍｍのときの吸収エネルギと初期反力の結果及び座屈形態をそれぞれ示したものである。
【００４９】
エンボス鋼板１で構成された実施例１及び実施例２は、それぞれ、蛇腹変形による安定座屈を示し、エンボス鋼板２で構成された比較例１〜６は、転倒又は破断を示した。この実施例１及び実施例２は、それぞれ同一構成で同一の凸部１６の配置パターンからなるエンボス鋼板１によって構成された試験体からなり、圧潰試験の１回目に用いられた試験体を実施例１とし、圧潰試験の２回目に用いられた試験体を実施例２とした。
【００５０】
この比較例１〜６は、それぞれ、同一の凸部１６の配置パターンからなるエンボス鋼板２によって構成された試験体からなり、圧潰試験に用いられた試験体の順番に対応して、比較例１〜６とした。なお、座屈形態については、圧潰試験時に各試験体が潰れる様子を２０００コマ／ｓｅｃで撮影できる図示しない高速ビデオカメラで録画し、その録画映像を目視して判定した。
【００５１】
図１３は、実施例１、比較例１及び比較例５の各試験体について、圧潰試験で求めた圧潰ストロークと圧潰荷重との関係を示した特性図であり、図１４は、実施例１と比較例１の各試験体の圧潰ストロークと吸収エネルギとの関係を示した特性図である。
【００５２】
図１３において、先ず、実施例１（太い実線参照）と比較例１（細い実線参照）の各特性線図は、変形状態の前半である圧潰ストロークが約８０ｍｍまでほぼ近似する近似特性を示しているのに対し、比較例５（破線参照）の特性曲線は、これらと全く異なる特性を示していることがわかる。これは、エンボス鋼板１で構成された実施例１とエンボス鋼板２で構成された比較例１は、部材の一部に脆弱部（平面部１８）が存在するため、座屈の発生するタイミングが同じ間隔で生じていることを示しており、衝突変形時に脆弱部が優先して折れることで、蛇腹変形による座屈が制御された状態となり、安定座屈をもたらす作用が働いている。
【００５３】
次に、図１３において、圧潰ストロークが約８０ｍｍ以降の変形状態の後半では、実施例１（太い実線参照）が高い圧潰荷重を保持したまま座屈変形が進行しているのに対し、比較例１（細い実線参照）では、圧潰荷重が低下している。図１４から了解されるように、各試験体で吸収される吸収エネルギは、比較例１よりも実施例１が優れていることがわかる。
【００５４】
実施例１及び比較例１の両者は、複数の凸部１６を有しエンボス加工が施されたエンボス鋼板からなるが、エンボス鋼板１で構成された実施例１は、形成した複数の凸部１６間の平面部１８、つまり脆弱部が一直線上に揃うことがなくジグザグ状に蛇行して延在し、且つ、荷重付加方向に対して脆弱部の延在方向が非直交するように配置されている。
【００５５】
これに対して、エンボス鋼板２で構成された比較例１では、脆弱部（平面部１８）が一直線上に揃うことがなくジグザグ状に蛇行している点は実施例１と同一であるが、荷重付加方向に対して脆弱部の延在方向が直交するように配置されており、この脆弱部の配列パターンの違いによって上記のような吸収エネルギの差が発生したものと推測される。
【００５６】
ここで、実施例１と比較例１の圧潰形態の相違について、圧潰時の状態を比較して説明する。図１５（ａ）は、比較例１の座屈開始直後の状態を示した正面図、図１５（ｂ）は、比較例１において座屈開始後、座屈変形が終了した状態の正面図、図１６（ａ）は、実施例１の座屈開始直後の状態を示した正面図、図１６（ｂ）は、実施例１において座屈開始後、座屈変形が終了した状態の正面図である。
【００５７】
図１５（ａ）において、比較例１は、凸部１６間の脆弱部（平面部１８）が荷重付加方向に対して直交する方向に連続しているにも拘わらず、座屈直後の変形部位が荷重付加方向（軸方向、鉛直下方向）に決まった一定間隔で不連続に存在していることがわかる。一方、図１６（ａ）において、実施例１は、凸部１６間の脆弱部（平面部１８）が荷重付加方向に対して非直交する方向に連続しており、座屈開始直後の変形部位が部材の幅方向にわたりながら荷重付加方向（軸方向、鉛直下方向）に連続して存在していることがわかる。
【００５８】
図１５（ｂ）と図１６（ｂ）とを比較して了解されるように、これらの変形が進行すると、比較例１では、試験体である筒型部材１００が途中から折れ曲がって転倒してしまったのに対し、実施例１では、常に、座屈変形が生じていることがわかり、試験体である筒型部材１００の軸方向に沿った一端部から他端部まで継続した蛇腹変形による安定座屈を示した。
【００５９】
従って、脆弱部が一直線上に揃うことがなく荷重付加方向に対して直交する方向に配列された比較例１は、不連続な座屈により変形途中で座屈の進行が停止してしまい、筒型部材１００に生じる反力が圧潰方向から外れて筒型部材１００の転倒につながったものと思われる。
【００６０】
一方、実施例１では、脆弱部として機能する平面部１８が一直線上に揃うことがなくジグザグ状に蛇行して延在し、しかも、前記平面部１８の延在方向が荷重付加方向に対し非直交する方向に配列されている。従って、実施例１では、荷重を受けて座屈する決まった一定間隔の脆弱部が筒型部材１００の軸方向に対して、見かけ上、連続して存在するようにしたことで、変形中において、常にその一部が座屈するようになっている。この結果、実施例１では、生じた反力が常に荷重付加方向に向かい、圧潰方向に連続（継続）した座屈変形による安定座屈が生じるようになり、転倒した比較例１と比較してより高い衝撃エネルギを吸収することができた。
【００６１】
ちなみに、図１２に示されるように、比較例２〜４では、試験体である筒型部材がその途中から破断してしまった。また、平鋼板からなる比較例５では、比較例１と同様に転倒し、平鋼板からなる比較例６では、比較例２〜４と同様に破断してしまった。
【００６２】
図１７は、圧潰試験で測定された圧潰ストローク１６０ｍｍまでの吸収エネルギと、圧潰ストローク５ｍｍまでの初期反力との関係を示した特性図である。図１７に示されるように、脆弱部（平面部１８）が荷重付加方向に対して非直交する方向に連続する実施例１、２は、平鋼板からなる比較例５、６よりも吸収エネルギが高く、脆弱部（平面部１８）が荷重付加方向に対して直交する方向に連続する比較例１〜４に対し、初期反力が同等であるが、吸収エネルギが高くなっている。
【００６３】
すなわち、実施例１、２は、同一の衝撃力に対して得られる吸収エネルギが高いことを示しており、衝撃エネルギ吸収性に優れていることがわかる。従って、エンボス鋼板１で構成された実施例１、２の筒型部材１００は、脆弱部（平面部１８）の配列による連続した座屈変形の効果により、優れた衝撃エネルギ吸収能を備えている。この衝撃エネルギは、圧潰される部材の変形抵抗と変形ストローク（変形量）との積に比例するが、より短い変形ストロークで同等の衝撃エネルギを吸収することにより、例えば、車体のフロントオーバーハングの短縮による車両運動性能の向上や車体軽量化等を達成することができる。
【００６４】
以上から、本発明に係る実施例１、２は、従来の蛇腹変形による安定座屈をもたらす技術以上に優れた安定座屈性を有しており、高い衝撃エネルギ吸収能を備え、且つ、従来工程と同じ手法で製造可能なハット断面形状を有する最適な状態を実現することができる。
【００６５】
このため、例えば、自動車等の車体のフロントフレームに設けられるクラッシュ部材等に対して、エネルギ吸収部材１０、１０ａを適用することにより、部材長さの短縮による車体の軽量化やフロントオーバーハングの短縮による運動性能の向上、さらには、従来の部品製造工程を利用することによる製造コストの低減等、車両構成上の利点を具現することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１０、１０ａ エネルギ吸収部材
１２ 自動車（車両）
１６ 凸部
１８ 平面部
２０ エンボス加工部
Ａ、Ｂ 仮想直線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝撃荷重を受けて軸方向に座屈することにより、衝突エネルギを吸収することが可能な車両用エネルギ吸収部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、車両ボディの前部や後部等には、車両の衝突時に塑性変形することによって衝突エネルギを吸収し、車室への衝撃力を緩和するエネルギ吸収部材（衝突エネルギ吸収部材）が設けられている。
【０００３】
この種のエネルギ吸収部材に関し、例えば、特許文献１には、断面略コ字状に曲げ加工された第１部材と平板状の第２部材とが接合され、側面視してハット形状に形成されたエネルギ吸収部材が開示されている。この特許文献１に開示されたエネルギ吸収部材では、第１部材を略コ字状に曲げ加工する際、第２部材と接触しない各平面部にそれぞれ加工歪が均等に付与されるようにプレス成形し、各平面部をほぼ均等に加工硬化させて強度を向上させることができるとしている。
【０００４】
また、特許文献２には、中空の角柱状からなり、複数の凸部を千鳥状に配置することによって前記凸部に隣接する各平面部が蛇行するように設けられると共に、前記各平面部が衝撃荷重に直交するように設けられたエネルギ吸収部材が開示されている。この特許文献２に開示されたエネルギ吸収部材では、上記のように構成することにより、塑性変形時（クラッシュモード）の荷重変化特性を安定させ、荷重変化特性の山部を必要最小限低下させることで荷重変化特性を平準化させることができる、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１２８４８７号公報
【特許文献２】特許第３７０１８８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されたエネルギ吸収部材では、簡便に安価に製造することができる点で優れているが、蛇腹変形による安定座屈を得ることが困難である、という問題がある。
【０００７】
また、特許文献２に開示されたエネルギ吸収部材は、脆弱部として機能する平面部の形成時に加工歪みが発生することで材料が硬化してしまい（加工硬化）、座屈安定が失われて高い衝突吸収エネルギが得られなくなるおそれがある。
【０００８】
本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、蛇腹状に変形させる安定座屈を軸方向の一端部から他端部まで部材全体で継続させることにより、従来と比較してより一層衝突エネルギ吸収性能を向上させることが可能な車両用エネルギ吸収部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するために、本発明は、衝撃荷重を受けて軸方向に座屈することで衝突エネルギを吸収する筒体からなる車両用エネルギ吸収部材において、前記筒体の側面を構成する少なくとも一部には、複数の凸部が形成されたエンボス加工部が設けられ、前記エンボス加工部のうちで前記凸部が形成されずに残存し、平面視して隣接する前記凸部の中心を結ぶ仮想直線Ａに沿って延在する平面部が設けられ、前記平面部は、前記仮想直線Ａに沿って蛇行し、且つ、前記平面部の延在方向が前記筒体の軸方向と直交するものがないように設けられることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、座屈のきっかけとなる脆弱部が一直線上に揃うことがなくジグザグ状に蛇行して形成された平面部からなり、しかも、荷重軸方向（筒体の軸方向）に対して前記平面部の延在方向が直交するものがないように、すなわち、前記平面部の全ての延在方向が非直交する方向に延在するように複数の凸部を配列することで、荷重を受けて座屈する決まった一定間隔の脆弱部（平面部）が部材の軸方向に、見かけ上、連続して存在するように構成している。
【００１１】
従って、本発明では、衝突変形中において、常に、エネルギ吸収部材中の一部が座屈していることとなり、加工硬化して座屈時の反力が大きい場合であっても、その生じた反力が常に荷重軸方向（圧潰方向）に向かうため、圧潰方向（軸方向）に連続した座屈が生じるようになる。この結果、本発明では、安定座屈が部材の途中で停止することがなく、エネルギ吸収部材の軸方向に沿った一端部から他端部までの部材全体で蛇腹変形による安定座屈を継続することができ、高い衝撃吸収エネルギを得ることができる。
【００１２】
さらに、本発明は、前記複数の凸部は、対角線の長さ、直径又は高さのいずれか１つが大なる凸部と、前記大なる凸部に対応して、対角線の長さ、直径又は高さのいずれか１つが小なる他の凸部からなり、前記平面部に沿って延在する前記他の凸部の中心を結ぶ仮想直線Ｂは、前記筒体の軸方向と非直交するように設けられることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、平面視して対角線の長さが大なる凸部と小なる凸部からなり、又は、平面視して直径が大なる凸部と小なる凸部からなり、若しくは、高さが大なる凸部と小なる凸部からなり、平面部に沿って延在する他の凸部の中心を結ぶ仮想直線Ｂが、筒体の軸方向と非直交するように設けられることにより、安定座屈が部材の途中で停止することがなく、エネルギ吸収部材の軸方向に沿った一端部から他端部までの部材全体で蛇腹変形による安定座屈を継続することができ、高い衝撃吸収エネルギを得ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、蛇腹状に変形させる安定座屈を、軸方向の一端部から他端部まで部材全体で継続させることができる。この結果、本発明では、従来と比較して衝突エネルギ吸収量を増大させて、より一層衝突エネルギ吸収性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る車両用エネルギ吸収部材が組み込まれた車両前部の一部省略断面図である。
【図２】図１に示される車両用エネルギ吸収部材の部分平面拡大図である。
【図３】前記車両用エネルギ吸収部材を構成する平面部が衝撃荷重に対して非直交する状態を示す説明図である。
【図４】図３の斜視図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る車両用エネルギ吸収部材の部分平面拡大図である。
【図６】図５に示す車両用エネルギ吸収部材を構成する平面部が衝撃荷重に対して非直交する状態を示す説明図である。
【図７】（ａ）は、従来例における座屈状態を示す一部省略正面図、（ｂ）は、本実施形態における座屈状態を示す一部省略正面図である。
【図８】各種鋼板における板厚、凸部の形状及び平面部の配列を示す説明図である。
【図９】前記各種鋼板を用いて構成した筒型部材の斜視図である。
【図１０】前記筒型部材の上下端に天板及び地板を接合して構成した試験体の斜視図である。
【図１１】前記試験体が落錘試験機にセットされた状態を示す正面図である。
【図１２】実施例１、２及び比較例１〜６における圧潰試験の結果を示す説明図である。
【図１３】実施例１、比較例１及び比較例５における圧潰ストロークと圧潰荷重との関係を示す特性図である。
【図１４】実施例１及び比較例１における圧潰ストロークと吸収エネルギとの関係を示す特性図である。
【図１５】（ａ）は、比較例１の座屈開始直後の状態を示した正面図、（ｂ）は、比較例１において座屈開始後、転倒した状態の正面図である。
【図１６】（ａ）は、実施例１の座屈開始直後の状態を示した正面図、（ｂ）は、実施例１において座屈開始後、座屈変形が終了した状態の正面図である。
【図１７】実施例１、２及び比較例１〜６における吸収エネルギと初期反力との関係を示す特性図である。
【図１８】比較例１〜４を構成するエンボス鋼板２の部分平面拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る車両用エネルギ吸収部材が組み込まれた車両前部の一部省略断面図、図２は、図１に示される車両用エネルギ吸収部材の部分平面拡大図、図３は、前記車両用エネルギ吸収部材を構成する平面部が衝撃荷重に対して非直交する状態を示す説明図、図４は、図３の斜視図である。
【００１７】
図１に示されるように、本実施形態に係る車両用エネルギ吸収部材（以下、エネルギ吸収部材という）１０は、例えば、自動車（車両）１２の車体前部における車幅方向の両側部位で車体前後方向にそれぞれ延在するフロントサイドフレーム１４の前端部と図示しないバンパレインフォースメントとの間に介在されるクラッシュ部材として、単独又は各部材に組み込まれて用いられる。
【００１８】
なお、前記エネルギ吸収部材１０が配設される部位は、自動車１２の車体前部に限定されるものではなく、例えば、車体後部や衝突エネルギ（衝撃荷重）を吸収する必要がある他の適宜な部位に配設することができる。
【００１９】
前記エネルギ吸収部材１０は、平板状の鋼板に対して、例えば、タレットパンチ等で複数の凸部１６（図２参照）を成形するエンボス加工が施され、複数の凸部１６が適宜な配列で加工された鋼板で構成される。前記凸部１６を成形する鋼板の生産性向上を目的とした場合、ロール加工によって広範囲に短時間で複数の凸部１６を成形することができる。また、プレス加工を用いることにより、部品成形と同時に凸部１６を成形することができ、より高い生産性を得ることができる。
【００２０】
本実施形態では、図２に示されるように、エンボス加工された凸部１６の形状を平面視して正六角形状に形成している。しかしながら、これに限定されるものではなく、本実施形態では、後記するように、凸部１６間に残存し脆弱部として機能する平面部１８の延在方向に特徴があるため、平面視した凸部１６の形状は限定されるものではなく、例えば、丸形状や角形状等の他の形状であってもよい。平面視した凸部１６の大きさは、エネルギ吸収部材１０を構成する平面部１８の短辺長の中に凸部１６が３つ以上存在することが好ましい。
【００２１】
エンボス加工で凸部１６が形成された鋼板は、後記するように、プレス加工又は曲げ加工（bending）によってハット断面形状に成形することができ、フランジ部を有する断面コ字状の折曲板と平板状の背板とを、例えば、スポット溶接で複数個所を接合することにより、略筒体からなるエネルギ吸収部材１０を容易に製造することができる（後記する図８参照）。
【００２２】
前記筒体の側面を構成する少なくとも一部には、図２に示されるように、複数の凸部１６が形成されたエンボス加工部２０が設けられる。図３及び図４に示されるように、前記エンボス加工部２０のうちで前記凸部１６が形成されずに残存し平面視して隣接する前記凸部１６の中心を結ぶ仮想直線Ａに沿って（並行に）延在する平面部１８が設けられる。前記平面部１８は、前記仮想直線Ａに沿ってジグザグ状に蛇行し（図中の網点参照）、且つ、前記平面部１８の延在方向（破線参照）が前記筒体の軸方向（衝撃荷重の付与方向）と非直交するように設けられる。
【００２３】
図５は、本発明の他の実施形態に係る車両用エネルギ吸収部材の部分平面拡大図、図６は、図５に示す車両用エネルギ吸収部材を構成する平面部が衝撃荷重に対して非直交する状態を示す説明図である。
【００２４】
図５及び図６に示されるように、他の実施形態に係るエネルギ吸収部材１０ａは、複数の凸部が、平面視して正六角形の対角線の長さが大なる凸部１６ａと、平面視して正六角形の対角線の長さが小なる他の凸部１６ｂとの２種類で構成され、前記平面部１８に沿って延在する前記他の凸部１６ｂの中心を結ぶ仮想直線Ｂは、前記筒体の軸方向と非直交するように設けられる（図６参照）。
【００２５】
なお、例えば、２種類の凸部の形状が平面視して円形の場合には、直径の長さが大なる凸部と、直径の長さが小なる他の凸部とによって構成してもよい。または、２種類の凸部の形状を、平面部１８から頂部までの高さ方向の寸法が大なる凸部と、高さ方向の寸法が小なる他の凸部とによって構成してもよい。その際、正六角形の場合と同様に、平面部１８に沿って延在する他の凸部の中心を結ぶ仮想直線Ｂが、筒体の軸方向と非直交するように設けられる。
【００２６】
ここで、エネルギ吸収部材１０が衝撃荷重を受容して蛇腹変形する場合について、以下詳細に説明する。図７（ａ）は、特許文献２の従来例における座屈状態を示す一部省略正面図、図７（ｂ）は、本実施形態における座屈状態を示す一部省略正面図である。
【００２７】
エネルギ吸収部材１０が軸方向で受ける衝撃荷重は、一定の周期を持つ応力波として前記エネルギ吸収部材１０中を伝達していき、前記応力波の強さが材料の強さを超えた部位にて最初の座屈（初期座屈）が始まり、応力波の習性や材料の柔軟性により最初の変形部位から一定の間隔を経て次の座屈部位が生じ、次々と座屈が軸方向に所定間隔だけ離間しながら続いていく。このような変形形態が蛇腹変形といわれるものである。
【００２８】
例えば、脆弱部として機能する平面部が一直線上に揃っている場合や、特許文献２に示されるように荷重付加方向（軸方向）に対して直交する方向に脆弱部（平面部）が延在する場合には、座屈の生じる脆弱部が、衝撃荷重が付与される軸方向に決まった一定間隔で存在することとなる。例えば、図７（ａ）に示されるように、従来例（特許文献２参照）における屈曲状態では、荷重付加方向（軸方向）に対して直交する脆弱部ａと脆弱部ｂとが荷重付加方向に沿って所定距離だけ離間するように存在する。この場合、荷重付加方向に対して直交する脆弱部ａで座屈が発生した後、同様に荷重付加方向に対して直交する凸部の後に存在する脆弱部ｂで次の座屈が発生することとなり、座屈が荷重付加方向（軸方向）で不連続に発生する。なお、図７（ａ）、（ｂ）では、ジグザグ状に蛇行する平面部１８を、説明の便宜上、太線の実線で示している。
【００２９】
このような圧潰方向における不連続な座屈は、エネルギ吸収体が比較的軟らかい材料で構成されている場合には安定座屈となるが、例えば、加工硬化したような材料で構成されている場合には、座屈時の反力が大きい一方で、部材自体が強靭であるため、その反力が比較的自由な方向性を持つことにより、応力伝達の周期性が失われて座屈の進行が停止し、座屈変形中の部材が荷重軸方向から大きく離脱して転倒するような不安定座屈となる。
【００３０】
そこで、本実施形態では、形成した凸部１６間の平面部１８、つまり、座屈のきっかけとなる脆弱部が一直線上に揃うことがなく仮想直線Ａに沿ってジグザグ状に蛇行するように平面部１８を形成し、しかも、前記平面部１８の延在方向が荷重軸方向に対して非直交するように複数の凸部１６を配列することで、荷重を受けて座屈する決まった一定間隔の脆弱部（平面部１８）が部材の軸方向に、見かけ上、連続して存在するように構成している。
【００３１】
本実施形態における座屈状態では、荷重付加方向（軸方向）に対して直交する脆弱部が存在しないため、残存する複数の平面部１８のうちで最も直交に近い脆弱部（平面部１８）が優先して座屈することとなる。すなわち、図７（ｂ）に示されるように、本実施形態においても先ず脆弱部ａが座屈した後、複数の凸部１６を介して次の脆弱部ｂが座屈する点は、図７（ａ）の従来例と同様であるが、初めの脆弱部ａが座屈変形した後の次の座屈部位となる脆弱部ｂを見ると、脆弱部ａの下端部ａ２と脆弱部ｂの上端部ｂ１とが、部材中の軸方向（図７（ｂ）中の縦方向）において略同じ高さにあることから、座屈する脆弱部ａ、脆弱部ｂが部材の軸方向で、見かけ上、連続して存在するように構成されている。
【００３２】
換言すると、本実施形態では、荷重付加方向（軸方向）に対して脆弱部（平面部１８）を非直交状態に配列することにより、隣接する脆弱部間において、荷重付加部位に近接する一方の脆弱部ａの下端部ａ２と、荷重付加部位から離間する他方の脆弱部ｂの上端部ｂ１との離間距離が従来例よりも近接して略オーバーラップするように配置され、座屈する脆弱部ａ、脆弱部ｂが、見かけ上、連続して存在する。なお、図７（ｂ）中において、ａ１は、脆弱部ａの上端部、ｂ２は、脆弱部ｂの下端部をそれぞれ示している。
【００３３】
本実施形態の作用として、衝突変形中のエネルギ吸収部材１０は、常にエネルギ吸収部材１０中の一部が座屈していることとなり、加工硬化して座屈時の反力が大きい場合であっても、その生じた反力が常に荷重軸方向（圧潰方向）に向かうため、圧潰方向（軸方向）に連続した座屈が生じるようになる。この結果、本実施形態では、安定座屈が部材の途中で停止することがなく、エネルギ吸収部材１０の軸方向に沿った一端部から他端部までの部材全体で蛇腹変形による安定座屈を継続することができ、高い衝撃吸収エネルギを得ることができる。
【００３４】
また、本実施形態では、単純なプレス加工や曲げ加工によって平板状の鋼板に複数の凸部１６を形成するエンボス加工を施すことで作製することができ、従来と同じ工程でハット断面形状のエネルギ吸収部材１０を容易に製造することができる利点がある。
【００３５】
ところで、近年では、自動車のフロントフレームに使用される材料（例えば、鋼板）の強度を高くする傾向となっている。この場合、一般的に、鋼板を高強度化すると、フロントフレームのような部材が長手方向に圧縮変形するときに座屈形状が不安定となり、安定した蛇腹状の座屈から折れ曲がりの状態に変形様式が変化するという問題がある。この結果、従来では、圧縮変形時にエネルギ吸収部材が折れ曲がることによって衝撃エネルギの吸収効率が低下し、素材を高強度化したことによって衝撃吸収エネルギの増大が困難となる。
【００３６】
これに対して、本実施形態では、エンボス加工部２０における凸部１６の配列パターンを安定座屈するように最適化することで、相反する素材の高強度化と衝撃エネルギの吸収効率との要求をそれぞれ両立させ、材料を高強度化しながら衝撃エネルギの吸収効率を向上させることができる。
【実施例】
【００３７】
次に、本発明の効果を確認した実施例について説明する。なお、前記実施の形態と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して説明する。
【００３８】
先ず、図８に示されるように、板厚が約１．０ｍｍの同一板厚で同一形状及び同一材料からなり、平面視して正六角形の複数の凸部１６を有し前記凸部１６の配列パターンがそれぞれ異なる３種類の鋼板をタレットパンチ加工とレーザ切断とを用いて準備した。この３種類の鋼板は、エンボス加工が施されたエンボス鋼板１及びエンボス鋼板２と、エンボス加工が全く施されていない平板のままの平鋼板とから構成される。
【００３９】
エンボス鋼板１は、凸部１６の間に平板と同様な平面部１８が一直線上に揃わないようにジグザグ状に蛇行して残存させ、且つ、荷重付加方向（軸方向）に対して平面部１８の延在方向が非直交するように複数の凸部１６を配置した（図２〜図４参照）。
【００４０】
エンボス鋼板２は、図１８に示されるように、凸部１６の間に平板と同様な平面部１８を一直線上に揃わないようにジグザグ状に蛇行して残存させ、且つ、荷重付加方向（軸方向）に対して平面部１８の延在方向（破線参照）が直交するように複数の凸部１６を配置した。なお、エンボス鋼板１における複数の凸部１６とエンボス鋼板２における複数の凸部１６は、配置パターンのみが異なっているだけでそれぞれ同一形状であると共に、各エンボス鋼板に形成された複数の凸部１６の形状も全て同一形状とした。
【００４１】
次に、このようにして準備された３種類の鋼板を複数用いて、図９に示されるように、断面ハット状で略角筒体からなる筒型部材１００を試験体として構成し、以下の実験を行った。この筒型部材１００は、断面コ字状に折り曲げ加工されることにより突出して形成された折曲部１０２と、幅方向の両端部に設けられたフランジ部１０４とを有する。このフランジ部１０４に対して背板をスポット溶接して略筒体として形成し、自動車のフレームの一部に見立てたものである。筒型部材１００において、複数の凸部１６が形成されたエンボス加工部２０は、折曲部１０２の両側に配置されたフランジ部１０４と、前記フランジ部１０４に溶着される背板の一部とを除いた部位に設けられる。なお、図９〜図１１中では、便宜上、複数の凸部１６の描出を適宜省略している。
【００４２】
本実施例に係るエンボス鋼板１及び比較例１に係るエンボス鋼板２では、図９に示されるように、折曲部１０２における凸部１６が筒体の外方に向って膨出すると共に、背板における凸部１６が筒体の内方に向って膨出するように製作した。また、折曲部１０２における４個所の直角状に屈曲する部位は、半径５ｍｍのポンチを用いて、曲げ加工によって成形した。
【００４３】
以上のようにして、エンボス鋼板１を複数用いて実施例１、２に係る筒型部材１００をそれぞれ作製し、エンボス鋼板２を複数用いて比較例１〜４に係る筒型部材１００をそれぞれ作製し、平鋼板を複数用いて比較例５、６に係る筒型部材１００をそれぞれ作製した。その後、各筒型部材１００の軸方向に沿った両端部にそれぞれ天板１０６と地板１０８とをＴＩＧ溶接によって接合した試験体を作製した。
【００４４】
なお、天板１０６及び地板１０８を溶接する前の各筒型部材１００は、それぞれ同一寸法で構成され、図１０の立設した状態を基準として各種寸法を説明すると、図９に示されるように、幅寸法が約７８ｍｍ、高さ寸法が約２３０ｍｍ、折り曲げられた折曲部１０２の突出寸法が約３１ｍｍ、前記折曲部１０２の幅寸法が約４６ｍｍに設定した。
【００４５】
前記天板１０６及び地板１０８は、それぞれ正方形の鋼板からなり、地板１０８の平面視した面積を天板１０６の平面視した面積よりも大きく設定した。試験体における各筒型部材１００は、天板１０６及び地板１０８の平面視した中央部に接合した。
【００４６】
次に、作製した各試験体について、以下のような圧潰試験（squeezing test）を行った。この圧潰試験は、図１１に示されるように、自由落下式の落錘試験機を用い、ロードセル１１０で支持されたベースプレート１１２に地板１０８の四隅をボルト１１４で締結固定して筒型部材１００を立設状態で支持し、上方から落錘１１６を落下させて各筒型部材１００を上方から軸方向の下方に向かって押し潰す方法を採用した。
【００４７】
圧潰試験の条件は、落錘１１６の重さが約１００ｋｇ、落下高さが約１１ｍ、衝突時の落錘速度が約５０ｋｍ／ｈとし、筒型部材１００に生じた圧潰ストローク（筒型部材１００の圧潰前の軸方向に沿った全長から圧潰後の軸方向に沿った全長を減算した値）と、圧潰時に発生した荷重（圧潰荷重）とを測定した。また、各試験体につき、吸収エネルギと初期反力とを求めた。
【００４８】
図１２は、実施例１、２及び比較例１〜６において、圧潰ストロークが１６０ｍｍのときの吸収エネルギと初期反力の結果及び座屈形態をそれぞれ示したものである。
【００４９】
エンボス鋼板１で構成された実施例１及び実施例２は、それぞれ、蛇腹変形による安定座屈を示し、エンボス鋼板２で構成された比較例１〜６は、転倒又は破断を示した。この実施例１及び実施例２は、それぞれ同一構成で同一の凸部１６の配置パターンからなるエンボス鋼板１によって構成された試験体からなり、圧潰試験の１回目に用いられた試験体を実施例１とし、圧潰試験の２回目に用いられた試験体を実施例２とした。
【００５０】
この比較例１〜６は、それぞれ、同一の凸部１６の配置パターンからなるエンボス鋼板２によって構成された試験体からなり、圧潰試験に用いられた試験体の順番に対応して、比較例１〜６とした。なお、座屈形態については、圧潰試験時に各試験体が潰れる様子を２０００コマ／ｓｅｃで撮影できる図示しない高速ビデオカメラで録画し、その録画映像を目視して判定した。
【００５１】
図１３は、実施例１、比較例１及び比較例５の各試験体について、圧潰試験で求めた圧潰ストロークと圧潰荷重との関係を示した特性図であり、図１４は、実施例１と比較例１の各試験体の圧潰ストロークと吸収エネルギとの関係を示した特性図である。
【００５２】
図１３において、先ず、実施例１（太い実線参照）と比較例１（細い実線参照）の各特性線図は、変形状態の前半である圧潰ストロークが約８０ｍｍまでほぼ近似する近似特性を示しているのに対し、比較例５（破線参照）の特性曲線は、これらと全く異なる特性を示していることがわかる。これは、エンボス鋼板１で構成された実施例１とエンボス鋼板２で構成された比較例１は、部材の一部に脆弱部（平面部１８）が存在するため、座屈の発生するタイミングが同じ間隔で生じていることを示しており、衝突変形時に脆弱部が優先して折れることで、蛇腹変形による座屈が制御された状態となり、安定座屈をもたらす作用が働いている。
【００５３】
次に、図１３において、圧潰ストロークが約８０ｍｍ以降の変形状態の後半では、実施例１（太い実線参照）が高い圧潰荷重を保持したまま座屈変形が進行しているのに対し、比較例１（細い実線参照）では、圧潰荷重が低下している。図１４から了解されるように、各試験体で吸収される吸収エネルギは、比較例１よりも実施例１が優れていることがわかる。
【００５４】
実施例１及び比較例１の両者は、複数の凸部１６を有しエンボス加工が施されたエンボス鋼板からなるが、エンボス鋼板１で構成された実施例１は、形成した複数の凸部１６間の平面部１８、つまり脆弱部が一直線上に揃うことがなくジグザグ状に蛇行して延在し、且つ、荷重付加方向に対して脆弱部の延在方向が非直交するように配置されている。
【００５５】
これに対して、エンボス鋼板２で構成された比較例１では、脆弱部（平面部１８）が一直線上に揃うことがなくジグザグ状に蛇行している点は実施例１と同一であるが、荷重付加方向に対して脆弱部の延在方向が直交するように配置されており、この脆弱部の配列パターンの違いによって上記のような吸収エネルギの差が発生したものと推測される。
【００５６】
ここで、実施例１と比較例１の圧潰形態の相違について、圧潰時の状態を比較して説明する。図１５（ａ）は、比較例１の座屈開始直後の状態を示した正面図、図１５（ｂ）は、比較例１において座屈開始後、座屈変形が終了した状態の正面図、図１６（ａ）は、実施例１の座屈開始直後の状態を示した正面図、図１６（ｂ）は、実施例１において座屈開始後、座屈変形が終了した状態の正面図である。
【００５７】
図１５（ａ）において、比較例１は、凸部１６間の脆弱部（平面部１８）が荷重付加方向に対して直交する方向に連続しているにも拘わらず、座屈直後の変形部位が荷重付加方向（軸方向、鉛直下方向）に決まった一定間隔で不連続に存在していることがわかる。一方、図１６（ａ）において、実施例１は、凸部１６間の脆弱部（平面部１８）が荷重付加方向に対して非直交する方向に連続しており、座屈開始直後の変形部位が部材の幅方向にわたりながら荷重付加方向（軸方向、鉛直下方向）に連続して存在していることがわかる。
【００５８】
図１５（ｂ）と図１６（ｂ）とを比較して了解されるように、これらの変形が進行すると、比較例１では、試験体である筒型部材１００が途中から折れ曲がって転倒してしまったのに対し、実施例１では、常に、座屈変形が生じていることがわかり、試験体である筒型部材１００の軸方向に沿った一端部から他端部まで継続した蛇腹変形による安定座屈を示した。
【００５９】
従って、脆弱部が一直線上に揃うことがなく荷重付加方向に対して直交する方向に配列された比較例１は、不連続な座屈により変形途中で座屈の進行が停止してしまい、筒型部材１００に生じる反力が圧潰方向から外れて筒型部材１００の転倒につながったものと思われる。
【００６０】
一方、実施例１では、脆弱部として機能する平面部１８が一直線上に揃うことがなくジグザグ状に蛇行して延在し、しかも、前記平面部１８の延在方向が荷重付加方向に対し非直交する方向に配列されている。従って、実施例１では、荷重を受けて座屈する決まった一定間隔の脆弱部が筒型部材１００の軸方向に対して、見かけ上、連続して存在するようにしたことで、変形中において、常にその一部が座屈するようになっている。この結果、実施例１では、生じた反力が常に荷重付加方向に向かい、圧潰方向に連続（継続）した座屈変形による安定座屈が生じるようになり、転倒した比較例１と比較してより高い衝撃エネルギを吸収することができた。
【００６１】
ちなみに、図１２に示されるように、比較例２〜４では、試験体である筒型部材がその途中から破断してしまった。また、平鋼板からなる比較例５では、比較例１と同様に転倒し、平鋼板からなる比較例６では、比較例２〜４と同様に破断してしまった。
【００６２】
図１７は、圧潰試験で測定された圧潰ストローク１６０ｍｍまでの吸収エネルギと、圧潰ストローク５ｍｍまでの初期反力との関係を示した特性図である。図１７に示されるように、脆弱部（平面部１８）が荷重付加方向に対して非直交する方向に連続する実施例１、２は、平鋼板からなる比較例５、６よりも吸収エネルギが高く、脆弱部（平面部１８）が荷重付加方向に対して直交する方向に連続する比較例１〜４に対し、初期反力が同等であるが、吸収エネルギが高くなっている。
【００６３】
すなわち、実施例１、２は、同一の衝撃力に対して得られる吸収エネルギが高いことを示しており、衝撃エネルギ吸収性に優れていることがわかる。従って、エンボス鋼板１で構成された実施例１、２の筒型部材１００は、脆弱部（平面部１８）の配列による連続した座屈変形の効果により、優れた衝撃エネルギ吸収能を備えている。この衝撃エネルギは、圧潰される部材の変形抵抗と変形ストローク（変形量）との積に比例するが、より短い変形ストロークで同等の衝撃エネルギを吸収することにより、例えば、車体のフロントオーバーハングの短縮による車両運動性能の向上や車体軽量化等を達成することができる。
【００６４】
以上から、本発明に係る実施例１、２は、従来の蛇腹変形による安定座屈をもたらす技術以上に優れた安定座屈性を有しており、高い衝撃エネルギ吸収能を備え、且つ、従来工程と同じ手法で製造可能なハット断面形状を有する最適な状態を実現することができる。
【００６５】
このため、例えば、自動車等の車体のフロントフレームに設けられるクラッシュ部材等に対して、エネルギ吸収部材１０、１０ａを適用することにより、部材長さの短縮による車体の軽量化やフロントオーバーハングの短縮による運動性能の向上、さらには、従来の部品製造工程を利用することによる製造コストの低減等、車両構成上の利点を具現することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１０、１０ａ エネルギ吸収部材
１２ 自動車（車両）
１６ 凸部
１８ 平面部
２０ エンボス加工部
Ａ、Ｂ 仮想直線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
衝撃荷重を受けて軸方向に座屈することで衝突エネルギを吸収する筒体からなる車両用エネルギ吸収部材において、
前記筒体の側面を構成する少なくとも一部には、複数の凸部が形成されたエンボス加工部が設けられ、
前記エンボス加工部のうちで前記凸部が形成されずに残存し、平面視して隣接する前記凸部の中心を結ぶ仮想直線Ａに沿って延在する平面部が設けられ、
前記平面部は、前記仮想直線Ａに沿って蛇行し、且つ、前記平面部の延在方向が前記筒体の軸方向と直交するものがないように設けられることを特徴とする車両用エネルギ吸収部材。
【請求項２】
前記複数の凸部は、対角線の長さ、直径又は高さのいずれか１つが大なる凸部と、前記大なる凸部に対応して、対角線の長さ、直径又は高さのいずれか１つが小なる他の凸部からなり、前記平面部に沿って延在する前記他の凸部の中心を結ぶ仮想直線Ｂは、前記筒体の軸方向と非直交するように設けられることを特徴とする請求項１記載の車両用エネルギ吸収部材。
【請求項１】
衝撃荷重を受けて軸方向に座屈することで衝突エネルギを吸収する筒体からなる車両用エネルギ吸収部材において、
前記筒体の側面を構成する少なくとも一部には、複数の凸部が形成されたエンボス加工部が設けられ、
前記エンボス加工部のうちで前記凸部が形成されずに残存し、平面視して隣接する前記凸部の中心を結ぶ仮想直線Ａに沿って延在する平面部が設けられ、
前記平面部は、前記仮想直線Ａに沿って蛇行し、且つ、前記平面部の延在方向が前記筒体の軸方向と直交するものがないように設けられることを特徴とする車両用エネルギ吸収部材。
【請求項２】
前記複数の凸部は、対角線の長さ、直径又は高さのいずれか１つが大なる凸部と、前記大なる凸部に対応して、対角線の長さ、直径又は高さのいずれか１つが小なる他の凸部からなり、前記平面部に沿って延在する前記他の凸部の中心を結ぶ仮想直線Ｂは、前記筒体の軸方向と非直交するように設けられることを特徴とする請求項１記載の車両用エネルギ吸収部材。
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１２−１１７９６（Ｐ２０１２−１１７９６Ａ）
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４７２１３（Ｐ２０１０−１４７２１３）
【出願日】平成２２年６月２９日（２０１０．６．２９）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２９日（２０１０．６．２９）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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