JP2005170082A

JP2005170082A - エネルギ吸収装置

Info

Publication number: JP2005170082A
Application number: JP2003408718A
Authority: JP
Inventors: Masaki Kuno; 昌樹久野; Kenji Tsushima; 健次津島; Osamu Niikura; 治新倉; Shigeo Watanabe; 茂雄渡辺
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-12-08
Filing date: 2003-12-08
Publication date: 2005-06-30

Abstract

【課題】エネルギ吸収効率が良好であり、かつ製造コストの低減および軽量化を図ることができるエネルギ吸収装置を提供する。
【解決手段】衝撃エネルギを吸収するためのエネルギ吸収体２０と、エネルギ吸収体２０が配置される中空部３５を有する外殻体３０とを有するエネルギ吸収装置１０である。エネルギ吸収体２０は、外殻体３０の長手方向ＬＤに沿って延長する空間部２１を有し、長手方向ＬＤに対して直角に交差する断面方向ＣＤに関し、空間部２１の断面形状のアスペクト比と、外殻体３０の断面形状のアスペクト比とは、略同一である。
【選択図】図１

Description

本発明は、衝撃エネルギを吸収するためのエネルギ吸収装置に関する。

従来のエネルギ吸収装置は、外殻体の中空部に配置されるエネルギ吸収体を有する（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１１−５９２９８号公報

しかし、エネルギ吸収体は、外殻体の断面形状に単に対応させて形成されており、エネルギ吸収体の使用量（重量）を増加させることで、エネルギ吸収量を向上させることが可能であるが、エネルギ吸収効率は低下する問題を有する。なお、エネルギ吸収効率は、エネルギ吸収体の単位重量当たりのエネルギ吸収量で定義される。

さらに、エネルギ吸収体の使用量（重量）の増加は、製造コストの上昇およびエネルギ吸収装置の重量増を引き起こす。

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、エネルギ吸収効率が良好であり、かつ製造コストの低減および軽量化を図ることができるエネルギ吸収装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、
衝撃エネルギを吸収するためのエネルギ吸収体と、前記エネルギ吸収体が配置される中空部を有する外殻体とを有するエネルギ吸収装置であって、
前記エネルギ吸収体は、前記外殻体の長手方向に沿って延長する空間部を有し、
前記長手方向に対して直角に交差する断面方向に関し、前記空間部の断面形状のアスペクト比と、前記外殻体の断面形状のアスペクト比とは、略同一である
ことを特徴とするエネルギ吸収装置である。

上記のように構成した本発明によれば、外殻体の断面形状と略同一のアスペクト比を有し、且つ衝突エネルギ入力側から長手方向に沿って漸次減少する断面形状を備えた空間部を、エネルギ吸収体が有すため、エネルギ吸収体は、蛇腹状に変形する。そのため、エネルギ吸収効率を向上させることが可能である。また、空間部を有することでエネルギ吸収体の使用量（重量）が低減され、製造コストの削減およびエネルギ吸収装置の軽量化を図ることが可能である。つまり、エネルギ吸収効率が良好であり、かつ製造コストの低減および軽量化を図ることができるエネルギ吸収装置を提供することが可能である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、実施の形態１に係るエネルギ吸収装置の斜視図、図２は、図１のエネルギ吸収装置の側面図である。

実施の形態１に係るエネルギ吸収装置１０は、例えば、自動車用バンパーステイに適用され、衝撃エネルギを吸収するためのエネルギ吸収体２０と、エネルギ吸収体２０が配置される中空部３５を有する外殻体３０とを有する。

エネルギ吸収体２０は、外殻体３０の長手方向ＬＤに対して直角に交差する断面方向ＣＤに関し、略矩形断面を有し、かつ、長手方向ＬＤに沿って略同一形状である。エネルギ吸収体２０は、例えば、密度が０．４５ｇ／ｃｍ^３である発泡アルミニウムからなる。発泡アルミニウムは、軽量であり、良好な強度および耐熱性に有するため、好ましい。

発泡アルミニウムの密度は、好ましくは、０．２〜０．８ｇ／ｃｍ^３である。エネルギ吸収体２０は、発泡アルミニウムによって構成することに限定されず、その他の多孔質金属などの多孔質材料を適用することも可能である。

エネルギ吸収体２０は、長手方向ＬＤに沿って延長する空間部２１を有する。空間部２１は、断面方向ＣＤに関し、略矩形断面を有しかつ略中央に位置し、また、長手方向ＬＤに沿って略同一形状である。また、エネルギ吸収体２０の空間部２１の断面形状のアスペクト比と、外殻体３０の断面形状のアスペクト比とは、略同一である。

したがって、例えば、車両前端部側のエネルギ吸収装置１０の第１端面１１に、衝撃エネルギが入力された場合、エネルギ吸収体２０は、蛇腹状に変形するため、エネルギ吸収効率を向上させることが可能である。なお、符号１２は、車両後端部側（第１端面１１の反対側）の第２端面を示している。

また、断面方向ＣＤに関する外殻体３０の断面積に対するエネルギ吸収体２０の空間部２１の断面積の比率は、４５％である。つまり、空間部２１を有することでエネルギ吸収体２０の４５％が除去されている。したがって、高価なエネルギ吸収体２０の使用量（重量）を低減することで、製造コストの削減およびエネルギ吸収装置１０の軽量化を図ることが可能である。断面積の比率は、好ましくは、３５〜６５％である。

空間部２１は、中空部３５に配置した（挿入あるいは充填した）後に、例えば、エネルギ吸収体２０を刳り貫いて除去することによって形成することが可能である。また、中空部３５に配置する前に、エネルギ吸収体２０の空間部２１を予め形成することも可能である。

外殻体３０は、ハット形状に折り曲げられた２枚の鋼板を対向させて接合したダブルハット形状の部材であり、断面方向ＣＤに関し、略矩形であり、側方に突出して長手方向ＬＤに沿って延長するフランジ部３１を有する。断面方向ＣＤの一辺の長さおよび長手方向ＬＤの長さは、例えば、８０ｍｍおよび２４０ｍｍである。鋼板は、例えば、板厚が１．６ｍｍである５９０ＭＰａ級の板材である。外殻体３０を構成する板材は、鋼板に特に限定されない。

フランジ部３１は、例えば、スポット溶接によって形成された接合部３２が配置されている。フランジ部３１の接合は、レーザ溶接、アーク溶接、スロット溶接、プラグ溶接を適用したり、接着などのその他の接合方法を適用することも可能である。

中空部３５は、エネルギ吸収体２０の外形形状に対応しており、断面方向ＣＤに関し、略矩形であり、かつ長手方向ＬＤに沿って略同一形状である。

図３は、エネルギ吸収性能を評価するための軸圧潰試験機の側面図、図４は、図３の軸圧潰試験機に適用される試験片の構成を説明するための平面図、図５は、図３の軸圧潰試験機に適用される試験片の構成を説明するための側面図である。

軸圧潰試験機５０は、台座部５１、試料台５２、支柱部５３、ストライカ５４を有する。

台座部５１は、試料台５２および支柱部５３が固定される。試料台５２に配置される試験片６０は、エネルギ吸収装置１０の第２端面１２にエンドプレート６１を全周溶接することで形成される。エンドプレート６１は、試料台５２に位置決めされる。

支柱部５３には、突出部５５を有するストライカ５４が移動自在に支持される。ストライカ５４は、５００ｋｇであり、試験片６０に向かって７．８７ｍ／ｓの速度で移動し、突出部５５がエネルギ吸収装置１０の第１端面１１に衝突することで、軸圧潰を引き起こす。

図６は、図３の軸圧潰試験機５０を使用したエネルギ吸収性能の試験結果を示しているグラフであり、縦軸は、エネルギ吸収体の単位重量当たりのエネルギ吸収量で定義されるエネルギ吸収効率を示し、横軸は、断面方向に関する外殻体の断面積に対するエネルギ吸収体の空間部の断面積の比率を示している。

なお、比較例に係る試験片は、エネルギ吸収体が空間部を有しない点を除き、実施の形態１に係る試験片（エネルギ吸収装置１０）と略同一である。

図６に示されるように、実施の形態１のエネルギ吸収効率は、約９４．５％であり、比較例のエネルギ吸収効率は、約８５．５％である。したがって、実施の形態１のエネルギ吸収効率は、約９％向上している。

また、実施の形態１は、空間部２１を有することでエネルギ吸収体２０の４５％が除去されている。つまり、エネルギ吸収体２０の使用量を低減することで、製造コストが削減されている。

なお、実施の形態１に係るエネルギ吸収装置１０の重量は、１．４５ｋｇであり、比較例に係るエネルギ吸収装置の重量は、１．６６ｋｇである。したがって、約１２％の軽量化効果が達成されている。

以上のように実施の形態１は、エネルギ吸収効率が良好であり、かつ製造コストの低減および軽量化を図ることができるエネルギ吸収装置を提供することが可能である。

図７は、実施の形態２に係るエネルギ吸収装置の斜視図、図８は、図７のエネルギ吸収装置の側面図、図９は、図７のエネルギ吸収装置の正面図、図１０は、図７のエネルギ吸収装置の背面図である。

実施の形態２は、エネルギ吸収体の空間部の構造に関し、実施の形態１と概して異なっている。なお、実施の形態１と同様の機能を有する部材については類似する符号を使用し、重複を避けるため、その説明を省略する。

実施の形態２に係るエネルギ吸収装置１１０は、外殻体１３０の断面方向ＣＤに関し、略矩形断面を有するエネルギ吸収体１２０を備えている。エネルギ吸収体１２０は、長手方向ＬＤに沿って延長する空間部１２１を有する。

空間部１２１の断面形状のアスペクト比と、外殻体１３０の断面形状のアスペクト比とは、略同一である。しかし、断面方向ＣＤに関する空間部１２１の断面積は、衝撃エネルギの入力方向側から長手方向ＬＤに沿って、漸次減少している。つまり、車両前端部側のエネルギ吸収装置１１０の第１端面１１１における空間部１２１の断面積（図９参照）は、車両後端部側（第１端面１１の反対側）の第２端面１１２における空間部１２１の断面積（図１０参照）より大きい。

したがって、第１端面１１１に衝撃エネルギが入力された場合、エネルギ吸収体１２０は、車両後端部側において挫屈することが抑制されるため、衝撃エネルギの入力方向から圧潰することを促進させることが可能である。

例えば、断面方向ＣＤに関する外殻体１３０の断面積に対するエネルギ吸収体１２０の空間部１２１の断面積の比率は、第１端面１１１において６５％であり、第２端面１１２において３５％である。

次に、エネルギ吸収性能の試験結果を説明する。

実施の形態２に係る試験片（エネルギ吸収装置１１０）を、実施の形態１の場合と同様に試験した結果、実施の形態２のエネルギ吸収効率は、約９３．５％であった。したがって、実施の形態１のエネルギ吸収効率は、約８５．５％である比較例に比べて、約８％向上している。なお、実施の形態２に係る試験片は、第１端面側から蛇腹状に挫屈し、一方、比較例に係る試験片は、第２端面側で挫屈することが確認された。

また、実施の形態２に係るエネルギ吸収装置１１０の重量は、１．４ｋｇであり、１．６６ｋｇである比較例に比べ、約１６％の軽量化効果が達成されている。

以上のように実施の形態２は、エネルギ吸収効率が良好であり、かつ製造コストの低減および軽量化を図ることができるエネルギ吸収装置を提供することが可能であり、さらに、エネルギ吸収体は、車両後端部側において挫屈することが抑制され、衝撃エネルギの入力方向から圧潰することが促進される。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。

例えば、エネルギ吸収装置は、バンパーステイに適用することに限定されえず、フロントサイドメンバなどの車体構造体に適用することも可能である。

実施の形態１に係るエネルギ吸収装置の斜視図である。図１のエネルギ吸収装置の側面図である。エネルギ吸収性能を評価するための軸圧潰試験機の側面図である。図３の軸圧潰試験機に適用される試験片の構成を説明するための平面図である。図３の軸圧潰試験機に適用される試験片の構成を説明するための側面図である。図３の軸圧潰試験機を使用したエネルギ吸収性能の試験結果を示しているグラフである。実施の形態２に係るエネルギ吸収装置の斜視図である。図７のエネルギ吸収装置の側面図である。図７のエネルギ吸収装置の正面図である。図７のエネルギ吸収装置の背面図である。

符号の説明

１０・・エネルギ吸収装置、
１１・・第１端面、
１２・・第２端面、
２０・・エネルギ吸収体、
２１・・空間部、
３０・・外殻体、
３１・・フランジ部、
３２・・接合部、
３５・・中空部、
５０・・軸圧潰試験機、
５１・・台座部、
５２・・試料台、
５３・・支柱部、
５４・・ストライカ、
５５・・突出部、
６０・・試験片、
６１・・エンドプレート、
１１０・・エネルギ吸収装置、
１１１・・第１端面、
１１２・・第２端面、
１２０・・エネルギ吸収体、
１２１・・空間部、
１３０・・外殻体、
ＣＤ・・断面方向、
ＬＤ・・長手方向。

Claims

衝撃エネルギを吸収するためのエネルギ吸収体と、前記エネルギ吸収体が配置される中空部を有する外殻体とを有するエネルギ吸収装置であって、
前記エネルギ吸収体は、前記外殻体の長手方向に沿って延長する空間部を有し、
前記長手方向に対して直角に交差する断面方向に関し、前記空間部の断面形状のアスペクト比と、前記外殻体の断面形状のアスペクト比とは、略同一である
ことを特徴とするエネルギ吸収装置。
前記空間部は、前記断面方向に関し、略中央に位置していることを特徴とする請求項１に記載のエネルギ吸収装置。
前記空間部の断面積は、衝撃エネルギの入力方向側から前記長手方向に沿って、漸次減少していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエネルギ吸収装置。
前記外殻体の断面積に対する前記空間部の断面積の比率は、前記断面方向に関し、３５〜６５％であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のエネルギ吸収装置。
前記エネルギ吸収体は、多孔質材料からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のエネルギ吸収装置。
前記多孔質材料は、多孔質金属であることを特徴とする請求項５に記載のエネルギ吸収装置。
前記多孔質金属は、発泡アルミニウムからなることを特徴とする請求項６に記載のエネルギ吸収装置。
前記発泡アルミニウムの密度は、０．２〜０．８ｇ／ｃｍ^３であることを特徴とする請求項７に記載のエネルギ吸収装置。
前記エネルギ吸収装置は、自動車用バンパーステイに適用されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のエネルギ吸収装置。