車両用衝撃吸収部材
【課題】 所定のピッチで軸方向に配置された複数の接合部で二つ以上の金属板材を接合して管状に形成された車両用衝撃吸収部材を、所望の形状に座屈変形させる。
【解決手段】 車両用衝撃吸収部材１１は、第１、第２金属板材１２，１３を所定のピッチＰで配置された複数の溶接部１４で接合して管状に形成され、その軸方向の少なくとも一部の領域には前記ピッチＰと同じピッチＰで複数のビード１５が設けられ、溶接部１４の位置とビード１５の位置とは軸方向にずれている。よって、車両用衝撃吸収部材１１に軸方向の荷重が入力して蛇腹状に圧壊するとき、それが折れ曲がるビード１５の位置が剛性の高い溶接部１４に一致しないようにし、溶接部１４で折れ曲がって車両用衝撃吸収部材１１の座屈形状が不均一になったり、車両用衝撃吸収部材１１が倒れたりするのを防止することで、エネルギーの吸収効果を高めることができる。
【解決手段】 車両用衝撃吸収部材１１は、第１、第２金属板材１２，１３を所定のピッチＰで配置された複数の溶接部１４で接合して管状に形成され、その軸方向の少なくとも一部の領域には前記ピッチＰと同じピッチＰで複数のビード１５が設けられ、溶接部１４の位置とビード１５の位置とは軸方向にずれている。よって、車両用衝撃吸収部材１１に軸方向の荷重が入力して蛇腹状に圧壊するとき、それが折れ曲がるビード１５の位置が剛性の高い溶接部１４に一致しないようにし、溶接部１４で折れ曲がって車両用衝撃吸収部材１１の座屈形状が不均一になったり、車両用衝撃吸収部材１１が倒れたりするのを防止することで、エネルギーの吸収効果を高めることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定のピッチで軸方向に配置された複数の接合部で二つ以上の板金部材を接合して管状に形成され、軸方向の荷重が入力したときに蛇腹状に圧壊して衝撃を吸収する車両用衝撃吸収部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のフロントサイドメンバをアウタパネル、インナパネルおよびリィンフォースメントを接合して閉断面に形成し、アウタパネルおよびインナパネルにそれぞれ複数のビードを同じピッチで設けるとともに、アウタパネルのビードの位相とインナパネルのビードの位相とを半ピッチずらし、かつ波形に屈曲するリィンフォースメントの凸部をアウタパネルのビードおよびインナパネルのビードに対向させることにより、フロントサイドメンバに軸方向の荷重が入力したときに、アウタパネル、インナパネルおよびリィンフォースメントを相互に干渉させながら変形させ、そのエネルギーの吸収量を増加させるものが、下記特許文献１により公知である。
【０００３】
また自動車のフロントサイドメンバを平板状のアウタパネルおよびハット形断面のインナパネルを接合して閉断面に形成し、インナパネルの内側壁部に複数の第１ビードを所定ピッチで設けるとともに、インナパネルの上下の傾斜壁部にそれぞれ複数の第２ビードを前記第１ビードと重ならない位置にずらして設けることで、フロントサイドメンバに軸方向の荷重が入力したときに、フロントサイドメンバの第１ビードが設けられた部分と第２ビードが設けられた部分とを径方向内外に交互に変形させることで、安定した軸圧縮変形を維持したまま初期座屈荷重を高めるものが、下記特許文献２により公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１０５１１０号公報
【特許文献２】特開２００１−１５８３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで上記特許文献１および上記特許文献２に記載された発明は、何れも複数のビードの相互の位置関係を特定することで所望の座屈変形状態を得ることを狙っているが、フロントサイドメンバが複数の金属板材を所定のピッチでスポット溶接して構成されている場合、スポット溶接された部分は剛性が高まって折れ曲がり難くなるため、そのスポット溶接の位置とビードの位置との関係を考慮しないと、所望の座屈変形状態を得ることは困難であると考えられる。
【０００６】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、所定のピッチで軸方向に配置された複数の接合部で二つ以上の金属板材を接合して管状に形成された車両用衝撃吸収部材を、所望の形状に座屈変形させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、所定のピッチで軸方向に配置された複数の接合部で二つ以上の金属板材を接合して管状に形成され、軸方向の荷重が入力したときに蛇腹状に圧壊して衝撃を吸収する車両用衝撃吸収部材であって、前記金属板材の軸方向の少なくとも一部の領域には前記ピッチと同じピッチで軸方向に配置された複数の脆弱部が設けられ、前記接合部の位置と前記脆弱部の位置とは軸方向にずれていることを特徴とする車両用衝撃吸収部材が提案される。
【０００８】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記接合部の位置と前記脆弱部の位置とは１／４ピッチだけ軸方向にずれていることを特徴とする車両用衝撃吸収部材が提案される。
【０００９】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記脆弱部を第１脆弱部としたとき、前記金属板材の軸方向の前記少なくとも一部の領域には前記ピッチと同じピッチで軸方向に配置された複数の第２脆弱部が設けられ、前記第１脆弱部および前記第２脆弱部は相互に１／２ピッチだけ軸方向にずれていることを特徴とする車両用衝撃吸収部材が提案される。
【００１０】
また請求項４に記載された発明によれば、請求項３の構成に加えて、前記第１脆弱部および前記第２脆弱部のうち、一方は径方向外側に突出するビードであり、他方は径方向内側に突出するビードであることを特徴とする車両用衝撃吸収部材が提案される。
【００１１】
尚、実施の形態の第１金属板材１２および第２金属板材１３は本発明の金属板材に対応し、実施の形態の溶接部１４は本発明の接合部に対応し、実施の形態のビード１５あるいは第１ビード１５は本発明の脆弱部あるいは第１脆弱部に対応し、実施の形態の第２ビード１６は本発明の脆弱部あるいは第２脆弱部に対応する。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の構成によれば、車両用衝撃吸収部材は、所定のピッチで軸方向に配置された複数の接合部で二つ以上の金属板材を接合して管状に形成されるので、それに軸方向の荷重が入力したときに蛇腹状に圧壊して衝撃を吸収する。金属板材の軸方向の少なくとも一部の領域には前記ピッチと同じピッチで軸方向に配置された複数の脆弱部が設けられ、接合部の位置と脆弱部の位置とは軸方向にずれているので、車両用衝撃吸収部材に軸方向の荷重が入力したときに折れ曲がる位置が剛性の高い接合部に一致しないようにし、接合部で折れ曲がって車両用衝撃吸収部材の圧壊形状が不均一になったり、車両用衝撃吸収部材が倒れたりするのを防止することで、エネルギーの吸収効果を高めることができる。
【００１３】
また請求項２の構成によれば、接合部の位置と脆弱部の位置とは１／４ピッチだけ軸方向にずれているので、車両用衝撃吸収部材を脆弱部の位置で一方向に折り曲げるとともに、車両用衝撃吸収部材を隣接する脆弱部の中間位置で他方向に折り曲げることで、車両用衝撃吸収部材が接合部で折れ曲がるのを防止しながら蛇腹状に圧壊することができる。
【００１４】
また請求項３の構成によれば、金属板材には複数の第１脆弱部と同じピッチで軸方向に配置された複数の第２脆弱部が設けられており、第１脆弱部および第２脆弱部は相互に１／２ピッチだけ軸方向にずれているので、車両用衝撃吸収部材を第１脆弱部の位置で一方向に折り曲げるとともに、車両用衝撃吸収部材を第２脆弱部の位置で他方向に折り曲げることで、車両用衝撃吸収部材を一層確実に蛇腹状に圧壊することができる。
【００１５】
また請求項４の構成によれば、第１脆弱部および第２脆弱部のうち、一方は径方向外側に突出するビードであり、他方は径方向内側に突出するビードであるので、径方向外側に突出するビードの位置で車両用衝撃吸収部材を径方向外側に凸に折り曲げ、径方向内側に突出するビードの位置で車両用衝撃吸収部材を径方向内側に凸に折り曲げることで、車両用衝撃吸収部材をより一層確実に蛇腹状に圧壊することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】自動車のフロントサイドフレームの斜視図。（第１の実施の形態）
【図２】図１の２方向矢視図。（第１の実施の形態）
【図３】図１の３方向矢視図。（第１の実施の形態）
【図４】図２の４−４線断面図。（第１の実施の形態）
【図５】フロントサイドフレームの圧壊時の作用を説明する図。（第１の実施の形態）
【図６】前記図５に対応する比較例を示す図。（第１の実施の形態）
【図７】本発明の効果を説明する図（第１の実施の形態）
【図８】前記図２に対応する図。（第２の実施の形態）
【図９】図８の９−９線断面図。（第２の実施の形態）
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図１〜図７に基づいて本発明の第１の実施の形態を説明する。
【００１８】
図１〜図４に示すように、自動車のフロントサイドフレーム１１は、ハット状断面の第１金属板材１２と、平板状の第２金属板材１３とを接合して閉断面の管状に形成される。フロントサイドフレーム１１はその長手方向に沿って一定の断面形状を有しており、本明細書ではフロントサイドフレーム１１の長手方向を軸方向と定義する。
【００１９】
第１金属板材１２は、第１壁面１２ａと、第１壁面１２ａの側縁から４５°傾斜して延びる一対の第２壁面１２ｂ，１２ｂと、第２壁面１２ｂ，１２ｂの側縁から４５°傾斜して第１壁面１２ａに対して直角に延びる一対の第３壁面１２ｃ，１２ｃと、第３壁面１２ｃ，１２ｃの側縁から９０°屈曲して第１壁面１２ａに対して平行に延びる一対の第１接合フランジ１２ｄ，１２ｄとを備える。
【００２０】
また第２金属板材１３は、その第４壁面１３ａの側縁に沿って形成された一対の第２接合フランジ１３ｂ，１３ｂを備える。第１金属板材１２の一対の第１接合フランジ１２ｄ，１２ｄは、第２金属板材１３の一対の第２接合フランジ１３ｂ，１３ｂに重ね合わされ、スポット溶接による溶接部１４…によって接合される。溶接部１４…のピッチＰは一定値（実施の形態では６０ｍｍ）であり、フロントサイドフレーム１１の一側における溶接部１４…の位相と、他側における溶接部１４…の位相とは相互に一致している。この溶接ピッチＰ＝６０ｍｍの値は、フロントサイドフレーム１１に必要充分な強度を与えるために、一般的に採用されている値である。
【００２１】
フロントサイドフレーム１１の断面形状は、第１接合フランジ１２ｄ，１２ｄおよび第２接合フランジ１３ｂ，１３ｂを除く部分が、第１壁面１２ａ、一対の第２壁面１２ｂ，１２ｂ、一対の第３壁面１２ｃ，１２ｃおよび第４壁面１３ａによって６角形の閉断面に構成される。図４には、フロントサイドフレーム１１の断面の寸法の一例が示されている。
【００２２】
第１金属板材１２の第１壁面１２ａおよび一対の第３壁面１２ｃ，１２ｃには、小判形のビード１５…が溶接部１４…のピッチＰと同じピッチで形成される。また第２金属板材１３の第４壁面１３ａには、小判形のビード１５…が溶接部１４…のピッチＰと同じピッチで形成される。これらのビード１５…はフロントサイドフレーム１１の径方向外側から径方向内側に突出するように形成され（これを凹ビードという）、その突出高さは第１金属板材１２および第２金属板材１３の板厚と同程度（実施の形態では１．１ｍｍ）である。そして第１壁面１２ａのビード１５…の位相、第３壁面１２ｃ，１２ｃのビード１５ｃ…の位相および第４壁面１３ａのビード１５…の位相は相互に一致しており、かつ溶接部１４…の位相に対して１／４Ｐだけ軸方向にずれている。
【００２３】
次に、自動車の前面衝突によりフロントサイドフレーム１１に軸方向の衝突荷重が加わった場合を考える。フロントサイドフレーム１１の軸方向の強度分布は、溶接部１４…において他の部分よりも高くなり、ビード１５…において他の部分よりも低くなるが、それら溶接部１４…およびビード１５…はいずれも軸方向に一定のピッチＰで配置されているため、フロントサイドフレーム１１が衝突荷重によって圧壊するときに周期的な変形状態になると考えられる。
【００２４】
このとき、図５に示すように、溶接部１４…は第１、第２金属板材１２，１３がスポット溶接されていて強度が高いために座屈し難く、ビード１５…の部分は脆弱になっていて座屈し易く、しかもビード１５…はフロントサイドフレーム１１の径方向外側から径方向内側に突出する凹ビードであるため、径方向内側に凸に座屈し易くなっている。このような理由から、フロントサイドフレーム１１は溶接部１４…で座屈せず、ビード１５…の位置で径方向内側に凸に座屈するため、隣接するビード１５…の中間位置（これを仮想脆弱部１６′…と呼ぶ）が径方向外側に凸に座屈せしめられ、フロントサイドフレーム１１は蛇腹状に圧壊することになる。
【００２５】
ビード１５…の位置は溶接部１４…に対して１／４Ｐだけずれているため、径方向外側に凸に座屈せしめられる仮想脆弱部１６′…の位置は、隣接するビード１５…の中間位置、すなわち溶接部１４…に対して３／４Ｐだけずれた位置となる。よって、フロントサイドフレーム１１はビード１５…および仮想脆弱部１６′…において１／２Ｐ間隔（これを蛇腹間隔という）で径方向内外に交互に座屈することで、軸方向に不均一に座屈したり倒れたりすることなく、整然とした蛇腹状に圧壊して衝突エネルギーの吸収効果が高められる。
【００２６】
ところで、フロントサイドフレーム１１が溶接部１４…で座屈し難く、ビード１５…の位置で座屈し易いとすると、図５で説明した座屈の態様とは異なり、図６に示す座屈の態様でもフロントサイドフレーム１１を整然とした蛇腹状に圧壊させることが可能なように思われる。図６に示す態様は、隣接する溶接部１４…の中間位置にビード１５…を配置したものである。この場合、軸方向に隣接するビード１５…が径方向内外に交互に座屈すると仮定すると、溶接ピッチＰを蛇腹間隔としてフロントサイドフレーム１１は整然とした蛇腹状に圧壊すると考えられる。しかしながら、実際には図６に示す態様での座屈は発生せず、必ず図５に示す態様での座屈が発生する。以下のその理由を説明する。
【００２７】
正方形断面の管状部材を軸方向に圧縮して蛇腹状に圧壊させるとき、その蛇腹間隔（すなわち山と谷の間隔）は、正方形の一辺の長さに略等しくなり、また長方形断面の管状部材を軸方向に圧縮して蛇腹状に圧壊させるとき、その蛇腹間隔（すなわち山と谷の間隔）は、長方形の長辺の長さの０．６〜０．７倍になることが知られている。
【００２８】
本実施の形態のフロントサイドフレーム１１の断面形状は六角形（図４参照）であるが、その最も長い辺が５０ｍｍであることから、それが蛇腹状に圧壊するときの蛇腹間隔は、５０ｍｍの０．６〜０．７倍の３０ｍｍ〜３５ｍｍであると考えられる。この蛇腹間隔は溶接ピッチＰ（６０ｍｍ）の約半分であり、よって図５示す態様で座屈が発生することが可能である。
【００２９】
一方、図６の態様で座屈を発生させようとすると、その蛇腹間隔は溶接ピッチＰと同じ６０ｍｍになり、実際に起こり得る蛇腹間隔（３０ｍｍ〜３５ｍｍ）とは大きく異なるため、図６示す態様で座屈が発生することはない。フロントサイドフレーム１１の最も長い辺を現状の５０ｍｍから１００ｍｍに拡大すれば、蛇腹間隔が６０ｍｍ〜７０ｍｍとなって溶接ピッチＰ＝６０ｍｍと略一致するため、図６の態様で座屈が発生する可能性はあるが、自動車のフロントサイドフレーム１１の断面寸法を現状の２倍に拡大することは、重量やスペースの観点から不可能である。よって、フロントサイドフレーム１１が整然とした蛇腹状に圧壊するのは、図５に示す態様に限られることになる。
【００３０】
図７は、フロントサイドフレーム１１に軸方向の荷重を加えて圧壊させたとき、実施例および比較例の効果の違いを示すものである。
【００３１】
実施例１〜実施例４は、何れも５列のビード１５…を備えるもので、引張強度、板厚、ビード１５…の深さおよび圧壊時のストロークが異なっている。比較例１〜比較例３はビード１５…を備えていないもので、引張強度、板厚、ビード１５…の深さおよび圧壊時のストロークが実施例１〜実施例３にそれぞれ対応している。実施例４は、実施例３のビード１５…の深さを、１．１ｍｍから３．２ｍｍに増加させたものである。
【００３２】
同図から明らかなように、実施例１〜実施例４は蛇腹状に圧壊しているのに対し、比較例１〜比較例３は不均一に圧壊したり倒れたりしており、吸収エネルギーは実施例１〜実施例３が対応する比較例１〜比較例３に対して増加していることが分かる。またビード１５…の深さを３．２ｍｍに増加させた第４実施例は、ビード１５…の深さが１．１ｍｍの第１実施例よりも吸収エネルギーが若干減少しており、ビード１５…の深さは１．１ｍｍで充分であることが分かる。
【００３３】
次に、図８および図９に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００３４】
第１の実施の形態のフロントサイドフレーム１１は、溶接ピッチＰと同じピッチで配置されたビード１５…を備えているが、第２の実施の形態のフロントサイドフレーム１１は、前記ビード１５…（本実施の形態では第１ビード１５…と呼ぶ）に加えて、溶接ピッチＰと同じピッチで配置された第２ビード１６…を備えている。第１ビード１５…が径方向外側から内側に突出する凹ビードであるのに対し、第２ビード１６…は径方向内側から外側に突出する凸ビードであり、かつ第１ビード１５…および第２ビード１６…は軸方向に交互に配置される。
【００３５】
より詳しく言うと、第１ビード１５…の位置は溶接部１４…に対して１／４Ｐだけずれているが、第２ビード１６…の位置は溶接部１４…に対して３／４Ｐだけずれており、第１ビード１５…および第２ビード１６…は相互に１／２Ｐだけずれている。すなわち、第２ビード１６…は、第１の実施の形態の仮想脆弱部１６′…（図５参照）の位置に配置される。
【００３６】
第１の実施の形態では、フロントサイドフレーム１１が軸方向の荷重で蛇腹状に圧壊するときに、仮想脆弱部１６′…は径方向外側に凸に折れ曲がるが、第２の実施の形態では、その仮想脆弱部１６′…に対応する位置に径方向外側に突出する第２ビード１６…を配置したので、フロントサイドフレーム１１を更に整然とした蛇腹状に圧壊してエネルギー吸収効果を高めることができる。
【００３７】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００３８】
例えば、本発明の車両用衝撃吸収部材は実施の形態のフロントサイドフレーム１１に限定されるものではなく、リヤサイドフレーム等の他の部材であっても良い。
【００３９】
また第１の実施の形態のビード１５…は凹ビードであるが、それを凸ビードで構成しても良い。
【００４０】
また本発明の脆弱部は実施の形態のビード１５，１６に限定されるものではなく、開口、切欠き、薄肉部等であっても良い。
【００４１】
また本発明の接合部は実施の形態の溶接部１４に限定されるものではなく、摩擦攪拌接合、機械接合（かしめ）、リベット、ボルト、接着等で接合された部分であっても良い。
【００４２】
また本発明の脆弱部は車両用衝撃吸収部材の軸方向の全長に亙って設けられている必要はなく、少なくとも軸方向の一部に設けられていれば良い。
【００４３】
またビード１５，１６の深さは実施の形態の１．１ｍｍに限定されるものではない。
【００４４】
また溶接ピッチＰは実施の形態の６０ｍｍに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４５】
１２ 第１金属板材（金属板材）
１３ 第２金属板材（金属板材）
１４ 溶接部（接合部）
１５ ビードあるいは第１ビード（脆弱部あるいは第１脆弱部）
１６ 第２ビード（脆弱部あるいは第２脆弱部）
Ｐ ピッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定のピッチで軸方向に配置された複数の接合部で二つ以上の板金部材を接合して管状に形成され、軸方向の荷重が入力したときに蛇腹状に圧壊して衝撃を吸収する車両用衝撃吸収部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のフロントサイドメンバをアウタパネル、インナパネルおよびリィンフォースメントを接合して閉断面に形成し、アウタパネルおよびインナパネルにそれぞれ複数のビードを同じピッチで設けるとともに、アウタパネルのビードの位相とインナパネルのビードの位相とを半ピッチずらし、かつ波形に屈曲するリィンフォースメントの凸部をアウタパネルのビードおよびインナパネルのビードに対向させることにより、フロントサイドメンバに軸方向の荷重が入力したときに、アウタパネル、インナパネルおよびリィンフォースメントを相互に干渉させながら変形させ、そのエネルギーの吸収量を増加させるものが、下記特許文献１により公知である。
【０００３】
また自動車のフロントサイドメンバを平板状のアウタパネルおよびハット形断面のインナパネルを接合して閉断面に形成し、インナパネルの内側壁部に複数の第１ビードを所定ピッチで設けるとともに、インナパネルの上下の傾斜壁部にそれぞれ複数の第２ビードを前記第１ビードと重ならない位置にずらして設けることで、フロントサイドメンバに軸方向の荷重が入力したときに、フロントサイドメンバの第１ビードが設けられた部分と第２ビードが設けられた部分とを径方向内外に交互に変形させることで、安定した軸圧縮変形を維持したまま初期座屈荷重を高めるものが、下記特許文献２により公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１０５１１０号公報
【特許文献２】特開２００１−１５８３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで上記特許文献１および上記特許文献２に記載された発明は、何れも複数のビードの相互の位置関係を特定することで所望の座屈変形状態を得ることを狙っているが、フロントサイドメンバが複数の金属板材を所定のピッチでスポット溶接して構成されている場合、スポット溶接された部分は剛性が高まって折れ曲がり難くなるため、そのスポット溶接の位置とビードの位置との関係を考慮しないと、所望の座屈変形状態を得ることは困難であると考えられる。
【０００６】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、所定のピッチで軸方向に配置された複数の接合部で二つ以上の金属板材を接合して管状に形成された車両用衝撃吸収部材を、所望の形状に座屈変形させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、所定のピッチで軸方向に配置された複数の接合部で二つ以上の金属板材を接合して管状に形成され、軸方向の荷重が入力したときに蛇腹状に圧壊して衝撃を吸収する車両用衝撃吸収部材であって、前記金属板材の軸方向の少なくとも一部の領域には前記ピッチと同じピッチで軸方向に配置された複数の脆弱部が設けられ、前記接合部の位置と前記脆弱部の位置とは軸方向にずれていることを特徴とする車両用衝撃吸収部材が提案される。
【０００８】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記接合部の位置と前記脆弱部の位置とは１／４ピッチだけ軸方向にずれていることを特徴とする車両用衝撃吸収部材が提案される。
【０００９】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記脆弱部を第１脆弱部としたとき、前記金属板材の軸方向の前記少なくとも一部の領域には前記ピッチと同じピッチで軸方向に配置された複数の第２脆弱部が設けられ、前記第１脆弱部および前記第２脆弱部は相互に１／２ピッチだけ軸方向にずれていることを特徴とする車両用衝撃吸収部材が提案される。
【００１０】
また請求項４に記載された発明によれば、請求項３の構成に加えて、前記第１脆弱部および前記第２脆弱部のうち、一方は径方向外側に突出するビードであり、他方は径方向内側に突出するビードであることを特徴とする車両用衝撃吸収部材が提案される。
【００１１】
尚、実施の形態の第１金属板材１２および第２金属板材１３は本発明の金属板材に対応し、実施の形態の溶接部１４は本発明の接合部に対応し、実施の形態のビード１５あるいは第１ビード１５は本発明の脆弱部あるいは第１脆弱部に対応し、実施の形態の第２ビード１６は本発明の脆弱部あるいは第２脆弱部に対応する。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の構成によれば、車両用衝撃吸収部材は、所定のピッチで軸方向に配置された複数の接合部で二つ以上の金属板材を接合して管状に形成されるので、それに軸方向の荷重が入力したときに蛇腹状に圧壊して衝撃を吸収する。金属板材の軸方向の少なくとも一部の領域には前記ピッチと同じピッチで軸方向に配置された複数の脆弱部が設けられ、接合部の位置と脆弱部の位置とは軸方向にずれているので、車両用衝撃吸収部材に軸方向の荷重が入力したときに折れ曲がる位置が剛性の高い接合部に一致しないようにし、接合部で折れ曲がって車両用衝撃吸収部材の圧壊形状が不均一になったり、車両用衝撃吸収部材が倒れたりするのを防止することで、エネルギーの吸収効果を高めることができる。
【００１３】
また請求項２の構成によれば、接合部の位置と脆弱部の位置とは１／４ピッチだけ軸方向にずれているので、車両用衝撃吸収部材を脆弱部の位置で一方向に折り曲げるとともに、車両用衝撃吸収部材を隣接する脆弱部の中間位置で他方向に折り曲げることで、車両用衝撃吸収部材が接合部で折れ曲がるのを防止しながら蛇腹状に圧壊することができる。
【００１４】
また請求項３の構成によれば、金属板材には複数の第１脆弱部と同じピッチで軸方向に配置された複数の第２脆弱部が設けられており、第１脆弱部および第２脆弱部は相互に１／２ピッチだけ軸方向にずれているので、車両用衝撃吸収部材を第１脆弱部の位置で一方向に折り曲げるとともに、車両用衝撃吸収部材を第２脆弱部の位置で他方向に折り曲げることで、車両用衝撃吸収部材を一層確実に蛇腹状に圧壊することができる。
【００１５】
また請求項４の構成によれば、第１脆弱部および第２脆弱部のうち、一方は径方向外側に突出するビードであり、他方は径方向内側に突出するビードであるので、径方向外側に突出するビードの位置で車両用衝撃吸収部材を径方向外側に凸に折り曲げ、径方向内側に突出するビードの位置で車両用衝撃吸収部材を径方向内側に凸に折り曲げることで、車両用衝撃吸収部材をより一層確実に蛇腹状に圧壊することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】自動車のフロントサイドフレームの斜視図。（第１の実施の形態）
【図２】図１の２方向矢視図。（第１の実施の形態）
【図３】図１の３方向矢視図。（第１の実施の形態）
【図４】図２の４−４線断面図。（第１の実施の形態）
【図５】フロントサイドフレームの圧壊時の作用を説明する図。（第１の実施の形態）
【図６】前記図５に対応する比較例を示す図。（第１の実施の形態）
【図７】本発明の効果を説明する図（第１の実施の形態）
【図８】前記図２に対応する図。（第２の実施の形態）
【図９】図８の９−９線断面図。（第２の実施の形態）
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図１〜図７に基づいて本発明の第１の実施の形態を説明する。
【００１８】
図１〜図４に示すように、自動車のフロントサイドフレーム１１は、ハット状断面の第１金属板材１２と、平板状の第２金属板材１３とを接合して閉断面の管状に形成される。フロントサイドフレーム１１はその長手方向に沿って一定の断面形状を有しており、本明細書ではフロントサイドフレーム１１の長手方向を軸方向と定義する。
【００１９】
第１金属板材１２は、第１壁面１２ａと、第１壁面１２ａの側縁から４５°傾斜して延びる一対の第２壁面１２ｂ，１２ｂと、第２壁面１２ｂ，１２ｂの側縁から４５°傾斜して第１壁面１２ａに対して直角に延びる一対の第３壁面１２ｃ，１２ｃと、第３壁面１２ｃ，１２ｃの側縁から９０°屈曲して第１壁面１２ａに対して平行に延びる一対の第１接合フランジ１２ｄ，１２ｄとを備える。
【００２０】
また第２金属板材１３は、その第４壁面１３ａの側縁に沿って形成された一対の第２接合フランジ１３ｂ，１３ｂを備える。第１金属板材１２の一対の第１接合フランジ１２ｄ，１２ｄは、第２金属板材１３の一対の第２接合フランジ１３ｂ，１３ｂに重ね合わされ、スポット溶接による溶接部１４…によって接合される。溶接部１４…のピッチＰは一定値（実施の形態では６０ｍｍ）であり、フロントサイドフレーム１１の一側における溶接部１４…の位相と、他側における溶接部１４…の位相とは相互に一致している。この溶接ピッチＰ＝６０ｍｍの値は、フロントサイドフレーム１１に必要充分な強度を与えるために、一般的に採用されている値である。
【００２１】
フロントサイドフレーム１１の断面形状は、第１接合フランジ１２ｄ，１２ｄおよび第２接合フランジ１３ｂ，１３ｂを除く部分が、第１壁面１２ａ、一対の第２壁面１２ｂ，１２ｂ、一対の第３壁面１２ｃ，１２ｃおよび第４壁面１３ａによって６角形の閉断面に構成される。図４には、フロントサイドフレーム１１の断面の寸法の一例が示されている。
【００２２】
第１金属板材１２の第１壁面１２ａおよび一対の第３壁面１２ｃ，１２ｃには、小判形のビード１５…が溶接部１４…のピッチＰと同じピッチで形成される。また第２金属板材１３の第４壁面１３ａには、小判形のビード１５…が溶接部１４…のピッチＰと同じピッチで形成される。これらのビード１５…はフロントサイドフレーム１１の径方向外側から径方向内側に突出するように形成され（これを凹ビードという）、その突出高さは第１金属板材１２および第２金属板材１３の板厚と同程度（実施の形態では１．１ｍｍ）である。そして第１壁面１２ａのビード１５…の位相、第３壁面１２ｃ，１２ｃのビード１５ｃ…の位相および第４壁面１３ａのビード１５…の位相は相互に一致しており、かつ溶接部１４…の位相に対して１／４Ｐだけ軸方向にずれている。
【００２３】
次に、自動車の前面衝突によりフロントサイドフレーム１１に軸方向の衝突荷重が加わった場合を考える。フロントサイドフレーム１１の軸方向の強度分布は、溶接部１４…において他の部分よりも高くなり、ビード１５…において他の部分よりも低くなるが、それら溶接部１４…およびビード１５…はいずれも軸方向に一定のピッチＰで配置されているため、フロントサイドフレーム１１が衝突荷重によって圧壊するときに周期的な変形状態になると考えられる。
【００２４】
このとき、図５に示すように、溶接部１４…は第１、第２金属板材１２，１３がスポット溶接されていて強度が高いために座屈し難く、ビード１５…の部分は脆弱になっていて座屈し易く、しかもビード１５…はフロントサイドフレーム１１の径方向外側から径方向内側に突出する凹ビードであるため、径方向内側に凸に座屈し易くなっている。このような理由から、フロントサイドフレーム１１は溶接部１４…で座屈せず、ビード１５…の位置で径方向内側に凸に座屈するため、隣接するビード１５…の中間位置（これを仮想脆弱部１６′…と呼ぶ）が径方向外側に凸に座屈せしめられ、フロントサイドフレーム１１は蛇腹状に圧壊することになる。
【００２５】
ビード１５…の位置は溶接部１４…に対して１／４Ｐだけずれているため、径方向外側に凸に座屈せしめられる仮想脆弱部１６′…の位置は、隣接するビード１５…の中間位置、すなわち溶接部１４…に対して３／４Ｐだけずれた位置となる。よって、フロントサイドフレーム１１はビード１５…および仮想脆弱部１６′…において１／２Ｐ間隔（これを蛇腹間隔という）で径方向内外に交互に座屈することで、軸方向に不均一に座屈したり倒れたりすることなく、整然とした蛇腹状に圧壊して衝突エネルギーの吸収効果が高められる。
【００２６】
ところで、フロントサイドフレーム１１が溶接部１４…で座屈し難く、ビード１５…の位置で座屈し易いとすると、図５で説明した座屈の態様とは異なり、図６に示す座屈の態様でもフロントサイドフレーム１１を整然とした蛇腹状に圧壊させることが可能なように思われる。図６に示す態様は、隣接する溶接部１４…の中間位置にビード１５…を配置したものである。この場合、軸方向に隣接するビード１５…が径方向内外に交互に座屈すると仮定すると、溶接ピッチＰを蛇腹間隔としてフロントサイドフレーム１１は整然とした蛇腹状に圧壊すると考えられる。しかしながら、実際には図６に示す態様での座屈は発生せず、必ず図５に示す態様での座屈が発生する。以下のその理由を説明する。
【００２７】
正方形断面の管状部材を軸方向に圧縮して蛇腹状に圧壊させるとき、その蛇腹間隔（すなわち山と谷の間隔）は、正方形の一辺の長さに略等しくなり、また長方形断面の管状部材を軸方向に圧縮して蛇腹状に圧壊させるとき、その蛇腹間隔（すなわち山と谷の間隔）は、長方形の長辺の長さの０．６〜０．７倍になることが知られている。
【００２８】
本実施の形態のフロントサイドフレーム１１の断面形状は六角形（図４参照）であるが、その最も長い辺が５０ｍｍであることから、それが蛇腹状に圧壊するときの蛇腹間隔は、５０ｍｍの０．６〜０．７倍の３０ｍｍ〜３５ｍｍであると考えられる。この蛇腹間隔は溶接ピッチＰ（６０ｍｍ）の約半分であり、よって図５示す態様で座屈が発生することが可能である。
【００２９】
一方、図６の態様で座屈を発生させようとすると、その蛇腹間隔は溶接ピッチＰと同じ６０ｍｍになり、実際に起こり得る蛇腹間隔（３０ｍｍ〜３５ｍｍ）とは大きく異なるため、図６示す態様で座屈が発生することはない。フロントサイドフレーム１１の最も長い辺を現状の５０ｍｍから１００ｍｍに拡大すれば、蛇腹間隔が６０ｍｍ〜７０ｍｍとなって溶接ピッチＰ＝６０ｍｍと略一致するため、図６の態様で座屈が発生する可能性はあるが、自動車のフロントサイドフレーム１１の断面寸法を現状の２倍に拡大することは、重量やスペースの観点から不可能である。よって、フロントサイドフレーム１１が整然とした蛇腹状に圧壊するのは、図５に示す態様に限られることになる。
【００３０】
図７は、フロントサイドフレーム１１に軸方向の荷重を加えて圧壊させたとき、実施例および比較例の効果の違いを示すものである。
【００３１】
実施例１〜実施例４は、何れも５列のビード１５…を備えるもので、引張強度、板厚、ビード１５…の深さおよび圧壊時のストロークが異なっている。比較例１〜比較例３はビード１５…を備えていないもので、引張強度、板厚、ビード１５…の深さおよび圧壊時のストロークが実施例１〜実施例３にそれぞれ対応している。実施例４は、実施例３のビード１５…の深さを、１．１ｍｍから３．２ｍｍに増加させたものである。
【００３２】
同図から明らかなように、実施例１〜実施例４は蛇腹状に圧壊しているのに対し、比較例１〜比較例３は不均一に圧壊したり倒れたりしており、吸収エネルギーは実施例１〜実施例３が対応する比較例１〜比較例３に対して増加していることが分かる。またビード１５…の深さを３．２ｍｍに増加させた第４実施例は、ビード１５…の深さが１．１ｍｍの第１実施例よりも吸収エネルギーが若干減少しており、ビード１５…の深さは１．１ｍｍで充分であることが分かる。
【００３３】
次に、図８および図９に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００３４】
第１の実施の形態のフロントサイドフレーム１１は、溶接ピッチＰと同じピッチで配置されたビード１５…を備えているが、第２の実施の形態のフロントサイドフレーム１１は、前記ビード１５…（本実施の形態では第１ビード１５…と呼ぶ）に加えて、溶接ピッチＰと同じピッチで配置された第２ビード１６…を備えている。第１ビード１５…が径方向外側から内側に突出する凹ビードであるのに対し、第２ビード１６…は径方向内側から外側に突出する凸ビードであり、かつ第１ビード１５…および第２ビード１６…は軸方向に交互に配置される。
【００３５】
より詳しく言うと、第１ビード１５…の位置は溶接部１４…に対して１／４Ｐだけずれているが、第２ビード１６…の位置は溶接部１４…に対して３／４Ｐだけずれており、第１ビード１５…および第２ビード１６…は相互に１／２Ｐだけずれている。すなわち、第２ビード１６…は、第１の実施の形態の仮想脆弱部１６′…（図５参照）の位置に配置される。
【００３６】
第１の実施の形態では、フロントサイドフレーム１１が軸方向の荷重で蛇腹状に圧壊するときに、仮想脆弱部１６′…は径方向外側に凸に折れ曲がるが、第２の実施の形態では、その仮想脆弱部１６′…に対応する位置に径方向外側に突出する第２ビード１６…を配置したので、フロントサイドフレーム１１を更に整然とした蛇腹状に圧壊してエネルギー吸収効果を高めることができる。
【００３７】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００３８】
例えば、本発明の車両用衝撃吸収部材は実施の形態のフロントサイドフレーム１１に限定されるものではなく、リヤサイドフレーム等の他の部材であっても良い。
【００３９】
また第１の実施の形態のビード１５…は凹ビードであるが、それを凸ビードで構成しても良い。
【００４０】
また本発明の脆弱部は実施の形態のビード１５，１６に限定されるものではなく、開口、切欠き、薄肉部等であっても良い。
【００４１】
また本発明の接合部は実施の形態の溶接部１４に限定されるものではなく、摩擦攪拌接合、機械接合（かしめ）、リベット、ボルト、接着等で接合された部分であっても良い。
【００４２】
また本発明の脆弱部は車両用衝撃吸収部材の軸方向の全長に亙って設けられている必要はなく、少なくとも軸方向の一部に設けられていれば良い。
【００４３】
またビード１５，１６の深さは実施の形態の１．１ｍｍに限定されるものではない。
【００４４】
また溶接ピッチＰは実施の形態の６０ｍｍに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４５】
１２ 第１金属板材（金属板材）
１３ 第２金属板材（金属板材）
１４ 溶接部（接合部）
１５ ビードあるいは第１ビード（脆弱部あるいは第１脆弱部）
１６ 第２ビード（脆弱部あるいは第２脆弱部）
Ｐ ピッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のピッチ（Ｐ）で軸方向に配置された複数の接合部（１４）で二つ以上の金属板材（１２，１３）を接合して管状に形成され、軸方向の荷重が入力したときに蛇腹状に圧壊して衝撃を吸収する車両用衝撃吸収部材であって、
前記金属板材（１２，１３）の軸方向の少なくとも一部の領域には前記ピッチ（Ｐ）と同じピッチ（Ｐ）で軸方向に配置された複数の脆弱部（１５，１６）が設けられ、前記接合部（１４）の位置と前記脆弱部（１５，１６）の位置とは軸方向にずれていることを特徴とする車両用衝撃吸収部材。
【請求項２】
前記接合部（１４）の位置と前記脆弱部（１５，１６）の位置とは１／４ピッチ（Ｐ）だけ軸方向にずれていることを特徴とする、請求項１に記載の車両用衝撃吸収部材。
【請求項３】
前記脆弱部を第１脆弱部（１５）としたとき、前記金属板材（１２，１３）の軸方向の前記少なくとも一部の領域には前記ピッチ（Ｐ）と同じピッチ（Ｐ）で軸方向に配置された複数の第２脆弱部（１６）が設けられ、前記第１脆弱部（１５）および前記第２脆弱部（１６）は相互に１／２ピッチ（Ｐ）だけ軸方向にずれていることを特徴とする、請求項２に記載の車両用衝撃吸収部材。
【請求項４】
前記第１脆弱部（１５）および前記第２脆弱部（１６）のうち、一方は径方向外側に突出するビードであり、他方は径方向内側に突出するビードであることを特徴とする、請求項３に記載の車両用衝撃吸収部材。
【請求項１】
所定のピッチ（Ｐ）で軸方向に配置された複数の接合部（１４）で二つ以上の金属板材（１２，１３）を接合して管状に形成され、軸方向の荷重が入力したときに蛇腹状に圧壊して衝撃を吸収する車両用衝撃吸収部材であって、
前記金属板材（１２，１３）の軸方向の少なくとも一部の領域には前記ピッチ（Ｐ）と同じピッチ（Ｐ）で軸方向に配置された複数の脆弱部（１５，１６）が設けられ、前記接合部（１４）の位置と前記脆弱部（１５，１６）の位置とは軸方向にずれていることを特徴とする車両用衝撃吸収部材。
【請求項２】
前記接合部（１４）の位置と前記脆弱部（１５，１６）の位置とは１／４ピッチ（Ｐ）だけ軸方向にずれていることを特徴とする、請求項１に記載の車両用衝撃吸収部材。
【請求項３】
前記脆弱部を第１脆弱部（１５）としたとき、前記金属板材（１２，１３）の軸方向の前記少なくとも一部の領域には前記ピッチ（Ｐ）と同じピッチ（Ｐ）で軸方向に配置された複数の第２脆弱部（１６）が設けられ、前記第１脆弱部（１５）および前記第２脆弱部（１６）は相互に１／２ピッチ（Ｐ）だけ軸方向にずれていることを特徴とする、請求項２に記載の車両用衝撃吸収部材。
【請求項４】
前記第１脆弱部（１５）および前記第２脆弱部（１６）のうち、一方は径方向外側に突出するビードであり、他方は径方向内側に突出するビードであることを特徴とする、請求項３に記載の車両用衝撃吸収部材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２１８５０３（Ｐ２０１２−２１８５０３Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８３９６７（Ｐ２０１１−８３９６７）
【出願日】平成２３年４月５日（２０１１．４．５）
【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１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月５日（２０１１．４．５）
【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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