車両用車枠の衝撃吸収構造

【課題】プレス成形性に優れ、且つ、初期衝撃荷重が小さい車両用車枠の衝撃吸収構造を提供する。
【解決手段】車両用車枠１の前後方向に延出する複数の平面部１２ａ、１２ｂを有する角筒状の衝撃吸収部材１１を備えた車両用車枠の衝撃吸収構造であって、衝撃吸収部材１１の全周に渡って形成され、且つ、衝撃吸収部材１１の周方向に隣接する二つの平面部１２ａ、１２ｂのうち一方の平面部１２ａでは凹条１４ａをなし、他方の平面部１２ｂでは凸条１４ｂをなす環状のビード１３を備え、衝撃吸収部材１１が、ビード１３における断面の周長がビード１３が設けられていない部分の断面の周長と略等しい。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両衝突時等に生じる衝撃エネルギを吸収するための車両用車枠の衝撃吸収構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば図９に示すように、車両用車枠１は、幅方向に所定間隔を隔てて配置された一対のサイドメンバ２と、サイドメンバ２間に掛け渡して設けられたクロスメンバ３とを有する。図９に示す車両用車枠１では、車両用車枠１内の前部側にエンジン等の大型ユニットが配置され、車両用車枠１外の前部側及び後部側に仕様や数量等が異なるサスペンションや車輪等が配置され、車両用車枠１が上下から車体や車軸等に挟まれているために、サイドメンバ２は車両用車枠１の幅方向或いは上下方向に屈曲される変化部を有している。したがって、図９に示す車両用車枠１では、バンパー等を介してサイドメンバ２に衝撃荷重が作用した場合には、サイドメンバ２が変化部にて折れ曲がることになる。
【０００３】
このようなサイドメンバ２の変化部における折れ曲がり変形を防止し、車両衝突時等の衝撃エネルギを吸収するために、例えば特許文献１では、図１０に示すように、サイドメンバ２の前端部に筒状の衝撃吸収部材２１を設け、その衝撃吸収部材２１の平面部（壁面）２２に凹状或いは凸状の壁面ビード２３を設けると共に、衝撃吸収部材２１における周方向に隣接する二つの平面部２２がなす角部２４に、凹状の角ビード２５を設けたものが提案されている。
【０００４】
また特許文献２では、図１１に示すように、サイドメンバ２の前端部に筒状の衝撃吸収部材３１を設け、その衝撃吸収部材３１の互いに対向する二つの平面部３２に、サイドメンバ２の長手方向に沿って凹部３３ａ及び凸部３３ｂを交互に繰り返す第一ビード３３を設けると共に、衝撃吸収部材３１における第一ビード３３よりも前方側の位置に、全周に渡って形成され、周方向に隣接する二つの平面部３２の一方の平面部３２では凹条３４ａをなし、他方の平面部３２では凸条３４ｂをなす第二ビード３４を設けたものが提案されている。
【０００５】
これら特許文献１及び２によれば、車両衝突時に衝撃吸収部材２１、３１が衝撃荷重を受けて、ビード２３、２５、３３、３４によって衝撃吸収部材２１、３１が前端部から順次圧壊されるようにすることで、サイドメンバ２の折れ曲がりを防止し、車両衝突時の衝撃エネルギを吸収することができる。
【０００６】
【特許文献１】特開平３−９４１３７号公報
【特許文献２】特開平８−３２４４５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、図１０及び図１１に示す衝撃吸収部材２１、３１をプレス成形するためには、衝撃吸収部材２１、３１におけるビード２３、２５、３３、３４近傍の部分を局所的に伸ばさなくてはならず、降伏点が低く（伸び易く）、プレス成形時にネッキング等の板厚減少や割れが起き難い高級材を使用する必要が生じるため、材料費が増加する。またプレス成形し難い高強度材（高張力材）を使用することができないため、薄肉化による軽量化等が制約される。
【０００８】
また、衝撃吸収部材２１、３１のプレス成形後には、衝撃吸収部材２１、３１のビード２３、２５、３３、３４には引張応力が残留し、ビード２３、２５、３３、３４の周辺の部分には圧縮応力が残留するため、プレス成形後の衝撃吸収部材２１、３１の形状が金型の形状に対して変化するスプリングバックが発生し、このスプリングバックの見込み量を金型に反映する必要が生じ、金型費が増加する。また衝撃吸収部材２１、３１のビード２３、２５、３３、３４或いはその周辺の部分に残留した応力（残留応力）を除去するためのリストライク行程を追加する必要が生じるため、成形加工費まで増加する。
【０００９】
また、車両衝突時等には衝撃吸収部材２１、３１が前端部から順次圧壊されていくのであるが、図１０に示す衝撃吸収部材２１では、衝撃吸収部材２１の最も前方側のビード２３、２５が衝撃吸収部材２１の全周に渡って設けられておらず、ビード２３、２５が設けられていない部分はビード２３、２５が設けられている部分に比べて潰され難い。したがって、図１０に示す衝撃吸収部材２１では、ビード２３、２５が設けられていない部分によって衝撃吸収部材２１の圧壊が抑制され、衝撃吸収部材２１をより圧壊させ易くすることにより初期衝撃荷重をさらに低減する余地が残る。
【００１０】
一方、図１１に示す衝撃吸収部材３１では、衝撃吸収部材３１の最も前方側の第二ビード３４が衝撃吸収部材３１の全周に渡って設けられているため、周方向に潰され難い部分が存在しない。したがって、図１１に示す衝撃吸収部材３１では、図１０に示す衝撃吸収部材２１と比較すると圧壊され易く初期衝撃荷重が低減されるものの、前述したビードの成形性やビード成形に伴う残留応力によるスプリングバックの影響を改善する余地が残る。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、プレス成形性に優れ、且つ、初期衝撃荷重が小さい車両用車枠の衝撃吸収構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明は、車両用車枠の前後方向に延出する複数の平面部を有する角筒状の衝撃吸収部材を備えた車両用車枠の衝撃吸収構造であって、上記衝撃吸収部材の全周に渡って形成され、且つ、上記衝撃吸収部材の周方向に隣接する二つの平面部のうち一方では凹条をなし、他方では凸条をなす環状のビードを備え、上記衝撃吸収部材が、上記ビードにおける断面の周長が上記ビードが設けられていない部分の断面の周長と略等しいものである。
【００１３】
ここで、上記衝撃吸収部材が、一対の溝形部材を向かい合わせて接合してなっても良い。
【００１４】
また、上記ビードが、上記衝撃吸収部材の周方向に隣接する二つの平面部のうち一方の凹条の深さと、他方の凸条の高さとが略等しいものであっても良い。
【００１５】
また、上記ビードが、上記衝撃吸収部材の周方向に隣接する二つの平面部のうち一方の凹条の幅と、他方の凸条の幅とが略等しいものであっても良い。
【００１６】
また、上記ビードが、上記衝撃吸収部材に上記車両用車枠の前後方向に所定間隔を隔てて複数設けられ、複数設けられたビードのうち少なくとも一つのビードの凹条の深さ及び凸条の高さが、他のビードの凹条の深さ及び凸条の高さよりも大きいものであっても良い。
【００１７】
また、上記ビードが、上記衝撃吸収部材に上記車両用車枠の前後方向に所定間隔を隔てて複数設けられ、複数設けられたビードのうち少なくとも一つのビードの幅が、他のビードの幅よりも大きいものであっても良い。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、プレス成形性に優れ、且つ、初期衝撃荷重が小さい車両用車枠の衝撃吸収構造を提供することができるという優れた効果を発揮するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態に係る衝撃吸収構造を適用した車両用車枠の斜視図である。図２は、図１の実施形態に係る衝撃吸収部材の斜視図である。図３は、図１の実施形態に係る衝撃吸収部材を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は正面図であり、（ｃ）は側面図である。図４は、図３（ｂ）のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。
【００２１】
図１に示すように、車両用車枠１は、幅方向に所定間隔を隔てて配置され、前後方向に延出する一対のサイドメンバ２と、サイドメンバ２間に掛け渡して設けられ、幅方向に延出するクロスメンバ３とを有する。
【００２２】
本実施形態に係る衝撃吸収構造１０は、車両用車枠１のサイドメンバ２の前端部に設けられた衝撃吸収部材１１を備えている。衝撃吸収部材１１は、車両衝突時等に衝撃荷重を受けて、その衝撃荷重により圧壊されるものである。本実施形態では、衝撃吸収部材１１は、サイドメンバ２に一体に設けられている。
【００２３】
図２及び図３に示すように、衝撃吸収部材１１は、車両用車枠１の前後方向に延出する複数（本実施形態では、四つ）の平面部１２ａ、１２ｂを有する角筒状に形成されている。
【００２４】
衝撃吸収部材１１には、全周に渡って環状のビード１３が設けられている。ビード１３は、衝撃吸収部材１１の周方向に隣接する二つの平面部１２ａ、１２ｂのうち一方の平面部１２ａでは凹条１４ａをなし、他方の平面部１２ｂでは凸条１４ｂをなしている。本実施形態では、ビード１３は、衝撃吸収部材１１の上下面となる平面部１２ｂでは凸条１４ｂをなし、衝撃吸収部材１１の側面となる平面部１２ａでは凹条１４ａをなしている。また本実施形態では、ビード１３は、断面略三角形状に形成されている（図４参照）。
【００２５】
本実施形態では、衝撃吸収部材１１は、ビード１３における断面の周長と、ビード１３が設けられていない平面部１２ａ、１２ｂにおける断面の周長とが略等しくなっている。
【００２６】
ビード１３は、衝撃吸収部材１１に車両用車枠１の前後方向に所定間隔Ｐを隔てて複数設けられている。上記の間隔Ｐは、車両用車枠１の断面形状、肉厚、材質等に応じて、所望の衝突エネルギの吸収量が得られるように決定される。
【００２７】
本実施形態では、車両用車枠１の前後方向に複数設けられたビード１３のうち最も前方側のビード１３の凹条１４ａの深さＤ１及び凸条１４ｂの高さＨ１は、他のビード１３の凹条１４ａの深さＤ２及び凸条１４ｂの高さＨ２よりも大きくなっている。また本実施形態では、車両用車枠１の前後方向に複数設けられたビード１３のうち最も前方側のビード１３の幅Ｗ１が、他のビード１３の幅Ｗ２よりも大きくなっている。
【００２８】
本実施形態では、各ビード１３は、衝撃吸収部材１１の周方向に隣接する二つの平面部１２ａ、１２ｂのうち一方の平面部１２ａに設けた凹条１４ａの深さＤ１（Ｄ２）と、他方の平面部１２ｂに設けた凸条１４ｂの高さＨ１（Ｈ２）とが略等しくなっている。また本実施形態では、各ビード１３は、衝撃吸収部材１１の周方向に隣接する二つの平面部１２ａ、１２ｂのうち一方の平面部１２ａに設けた凹条１４ａの幅Ｗ１（Ｗ２）と、他方の平面部１２ｂに設けた凸条１４ｂの幅Ｗ１（Ｗ２）とが略等しくなっている。
【００２９】
本実施形態では、衝撃吸収部材１１は、一対の溝形部材１５、１６を互いに向かい合わせて、それら溝形部材１５、１６のフランジ部同士を溶接、リベット或いはボルト・ナット等により接合してなる。
【００３０】
また、本実施形態では、一対の溝形部材１５、１６のうち一方の溝形部材１５の内側のウェブ幅が、他方の溝形部材１６の外側のウェブ幅と略等しくなっており、上記の一方の溝形部材１５が他方の溝形部材１６の外側に重ね合わせられている。
【００３１】
次に、本実施形態に係る衝撃吸収部材１１を構成する溝形部材１５、１６の製造方法を図５により説明する。
【００３２】
図５に示すように、本実施形態では、衝撃吸収部材１１を構成する溝形部材１５、１６は、金属板１７をプレス成形してなり、ビード１３における断面の周長がプレス成形前の断面の周長（金属板１７の板幅）と略等しくなっている。つまり、衝撃吸収部材１１を構成する溝形部材１５、１６は、プレス成形によりビード１３を形成する際、材料の局所的な伸び縮み変形を伴うことがない。
【００３３】
詳しくは、図５（ａ）に示すように、金属板１７を図中に破線で示す部分を谷折りに折り曲げ、実線で示す部分を山折りに折り曲げることで、図５（ｂ）に示すように、金属板１７（溝形部材１５、１６）を谷折りに折り曲げた部分では凹条１４ａをなし、金属板１７（溝形部材１５、１６）を山折りに折り曲げた部分では凸条１４ｂをなすビード１３が形成される。
【００３４】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００３５】
バンパー（図示せず）等を介して衝撃吸収部材１１に車両用車枠１の前後方向の前方から後方に向けて衝撃荷重Ｌ（図２参照）が作用すると、まず、衝撃吸収部材１１は、最も前方側のビード１３の部分が車両用車枠１の前後方向の後方に向かい潰される。車両用車枠１の前後方向に複数設けられたビード１３のうち最も前方側のビード１３の凹条１４ａの深さＤ１及び凸条１４ｂの高さＨ１、幅Ｗ１がそれぞれ、他のビード１３の凹条１４ａの深さＤ２及び凸条１４ｂの高さＨ２、幅Ｗ２よりも大きくなっているため、衝撃吸収部材１１における最も前方側のビード１３の部分は他の部分に比べて潰れやすく、衝撃吸収部材１１における圧壊開始の箇所を制御することができる。
【００３６】
衝撃吸収部材１１における最も前方側のビード１３の部分は、圧壊により幅Ｗ１が減少し、且つ、凹条１４ａの深さＨ１及び凸条１４ｂの高さＨ１がより大きくなるように変形する。
【００３７】
ここで、本実施形態では、圧壊開始のきっかけとなる最も前方側のビード１３が、衝撃吸収部材１１の全周に渡って設けられ、且つ、衝撃吸収部材１１の周方向に隣接する二つの平面部１２ａ、１２ｂのうち一方の平面部１２ａでは凹条１４ａをなし、他方の平面部１２ｂでは凸条１４ｂをなしているため、ビード１３によって衝撃吸収部材１１を容易に潰すことができ、初期衝撃荷重を効果的に低減することができる。
【００３８】
また、プレス成形によりビード１３を形成する際に、衝撃吸収部材１１を構成する溝形部材１５、１６を材料の局所的な伸び縮み変形を伴うことがなく成形できるように、圧壊時にも、衝撃吸収部材１１（溝形部材１５、１６）を容易に変形させることができるため、衝撃吸収部材１１をビード１３によって容易に潰すことができ、初期衝撃荷重を効果的に低減することができる。
【００３９】
このようにして衝撃吸収部材１１における最も前方側のビード１３の部分が潰れたならば、続いて、衝撃吸収部材１１における最も前方側のビード１３の後方の平面部１２ａ、１２ｂの部分、他のビード１３の部分が順次潰されていく。衝撃吸収部材１１全体としては、最も前方側のビード１３を起点として順次後方に向かい蛇腹状に潰されていく。
【００４０】
他のビード１３は、その凹条１４ａの深さＤ２及び凸条１４ｂの高さＨ２、幅Ｗ２がそれぞれ、最も前方側のビード１３の凹条１４ａの深さＤ１及び凸条１４ｂの高さＨ１、幅Ｗ１よりも小さくなっているため、衝撃吸収部材１１における他のビード１３の部分は最も前方側のビード１３の部分に比べて潰れ難いが、他のビード１３の部分は、最も前方側のビード１３の部分が潰れた影響で容易に潰される。
【００４１】
即ち、二番目以降に潰れる他のビード１３の部分を、その凹条１４ａの深さＨ２及び凸条１４ｂの高さＨ２、幅Ｗ２を適度に小さくすることにより、先に潰れた最も前方側のビード１３の変形の影響を最小限に抑え、変形抵抗の過度の減少を抑制できるので、効果的に衝撃エネルギを吸収することが可能となる。
【００４２】
また、他のビード１３の部分は、その凹条１４ａの深さＤ２及び凸条１４ｂの高さＨ２、幅Ｗ２を適度に小さくすることにより、ビード１３を設けたことによる車両用車枠１のサイドメンバ２の長さ増加や、サイドメンバ２に取り付けられるクロスメンバ３やブラケット類（図示せず）等との干渉を最小限に抑えることができる。
【００４３】
本実施形態に係る衝撃吸収構造１０についてシミュレーションを行った結果を図６に示す。図６に示す荷重−ストローク線図において、縦軸が荷重（衝撃荷重）であり、横軸がストローク（つぶれ量）であり、曲線と横軸で囲まれた部分の面積が衝撃エネルギの吸収量に相当する。シミュレーションの結果、初期衝撃荷重は、ビードを設けていない衝撃吸収部材と比較して三分の一程度に低減されることが分かった。
【００４４】
ところで、本実施形態では、衝撃吸収部材１１を構成する各溝形部材１５、１６は、金属板１７をプレス成形してなり、ビード１３における断面の周長がプレス成形前の断面の周長と略等しくなっている。そのため、衝撃吸収部材１１を構成する各溝形部材１５、１６をプレス成形する際に、局所的な材料の伸び縮み変形を伴うことがない。
【００４５】
したがって、本実施形態によれば、プレス成形時にネッキング等の板厚減少や割れが生じにくいため、降伏点が低い（伸び易い）高級材を使用する必要はなく、材料費を低減することが可能となる。また、高強度材（高張力材）を使用することができ、薄肉化により軽量化等を図ることが可能となり、薄肉化しない場合には重量増とすることなく衝撃エネルギの吸収量を向上させるが可能となる。
【００４６】
また、プレス成形時のスプリングバックを微量に抑制することができるため、スプリングバックの見込み量を金型に反映する必要がなく、金型費を低減することが可能となる。また、プレス成形後にリストライク行程を追加する必要がなく、成形加工費を低減することが可能となる。
【００４７】
また、プレス成形時に局所的な材料の伸び縮み変形を伴うと、溝形部材１５、１６の端部にバラツキが発生し、プレス成形後に溝形部材１５、１６の端部をトリムカットするトリムカット行程を追加する必要があるところ、本実施形態では、プレス成形の際に溝形部材１５、１６の端部にバラツキが発生しにくくなるため、プレス成形後にトリム行程を追加する必要がなく、材料の歩留まりを向上させ、材料費を低減することが可能となる。
【００４８】
さらに、衝撃吸収部材１１を構成する各溝形部材１５、１６のプレス成形時に局所的な材料の伸び縮み変形を伴わないので、ビード１３或いはその周辺の部分に応力が残留することはなく、残留応力による圧壊の抑制が回避される。
【００４９】
以上要するに、本実施形態によれば、プレス成形性に優れ、且つ、初期衝撃荷重が小さい車両用車枠１の衝撃吸収構造１０を提供することができる。
【００５０】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。
【００５１】
例えば、上述の実施形態では、ビード１３が、断面略三角形状に形成されるとしたが、これには限定はされず、図７（ａ）に示すように、ビード１３が、断面略台形状に形成されても良く、図７（ｂ）に示すように、ビード１３が、断面略半円形状に形成されても良い。
【００５２】
また、上述の実施形態では、ビード１３は、衝撃吸収部材１１の側面にて凹条１４ａをなし、上下面にて凸条１４ｂをなしているが、これには限定はされず、車両用車枠１の前後方向に複数設けたビード１３の全て或いは一部が、上述の実施形態とは逆に、衝撃吸収部材１１の上下面にて凹条１４ａをなし、側面にて凸条１４ｂをなしていても良い。
【００５３】
また、上述の実施形態では、衝撃吸収部材１１を、車両用車枠１のサイドメンバ２に一体に設けるとしたが、これには限定はされず、衝撃吸収部材１１を、車両用車枠１のサイドメンバ２とは別体で形成して、サイドメンバ２に溶接、リベット或いはボルト・ナット等により取り付けるようにしても良い。この場合には、衝撃吸収部材１１の成形方法はプレス成形に限定されず、ロール成形やハイドロフォーム等の適用が可能となる。
【００５４】
また、上述の実施形態では、衝撃吸収部材１１は、ウェブ幅の異なる一対の溝形部材１５、１６を重ね合わせてなるとしたが、これには限定はされず、図８（ａ）に示すように、衝撃吸収部材１１が、ウェブ幅が等しい一対の溝形部材１５、１６を重ねてなっても良く、図８（ｂ）に示すように、衝撃吸収部材１１が、ウェブ幅が等しい一対の溝形部材１５、１６を突き合わせてなっても良く、図８（ｃ）に示すように、衝撃吸収部材１１が、一つの筒状部材１８からなっても良い。
【００５５】
さらに、上述の実施形態では、衝撃吸収部材１１を、車両用車枠１のサイドメンバ２の前端部に設けるとしたが、これには限定はされず、衝撃吸収部材１１を、車両用車枠１のサイドメンバ２の後端部に設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一実施形態に係る衝撃吸収構造を適用した車両用車枠の斜視図である。
【図２】図１の実施形態に係る衝撃吸収部材の斜視図である。
【図３】図１の実施形態に係る衝撃吸収部材を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は正面図であり、（ｃ）は側面図である。
【図４】図３（ｂ）のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。
【図５】プレス成形の手順の一例を示す概略図であり、（ａ）は金属板の展開形状を示し、（ｂ）は金属板の成形形状を示す。
【図６】荷重−ストローク線図である。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は、変形例に係る衝撃吸収部材の部分断面図である。
【図８】（ａ）から（ｃ）は、変形例に係る衝撃吸収部材の正面図である。
【図９】従来の車両用車枠の斜視図である。
【図１０】従来の衝撃吸収部材の斜視図である。
【図１１】従来の衝撃吸収部材の斜視図である。
【符号の説明】
【００５７】
１車両用車枠
１０衝撃吸収構造
１１衝撃吸収部材
１２ａ、１２ｂ平面部
１３ビード
１４ａ凹条
１４ｂ凸条
１５溝形部材
１６溝形部材

【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用車枠の前後方向に延出する複数の平面部を有する角筒状の衝撃吸収部材を備えた車両用車枠の衝撃吸収構造であって、上記衝撃吸収部材の全周に渡って形成され、且つ、上記衝撃吸収部材の周方向に隣接する二つの平面部のうち一方では凹条をなし、他方では凸条をなす環状のビードを備え、上記衝撃吸収部材が、上記ビードにおける断面の周長が上記ビードが設けられていない部分の断面の周長と略等しいことを特徴とする車両用車枠の衝撃吸収構造。
【請求項２】
上記衝撃吸収部材が、一対の溝形部材を向かい合わせて接合してなる請求項１に記載の車両用車枠の衝撃吸収構造。
【請求項３】
上記ビードが、上記衝撃吸収部材の周方向に隣接する二つの平面部のうち一方の凹条の深さと、他方の凸条の高さとが略等しい請求項１又は２に記載の車両用車枠の衝撃吸収構造。
【請求項４】
上記ビードが、上記衝撃吸収部材の周方向に隣接する二つの平面部のうち一方の凹条の幅と、他方の凸条の幅とが略等しい請求項１から３いずれかに記載の車両用車枠の衝撃吸収構造。
【請求項５】
上記ビードが、上記衝撃吸収部材に上記車両用車枠の前後方向に所定間隔を隔てて複数設けられ、複数設けられたビードのうち少なくとも一つのビードの凹条の深さ及び凸条の高さが、他のビードの凹条の深さ及び凸条の高さよりも大きい請求項１から４いずれかに記載の車両用車枠の衝撃吸収構造。
【請求項６】
上記ビードが、上記衝撃吸収部材に上記車両用車枠の前後方向に所定間隔を隔てて複数設けられ、複数設けられたビードのうち少なくとも一つのビードの幅が、他のビードの幅よりも大きい請求項１から５いずれかに記載の車両用車枠の衝撃吸収構造。

【図１】