JP2002104107A - 車輌用衝撃吸収体 - Google Patents
車輌用衝撃吸収体Info
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Landscapes
- Body Structure For Vehicles (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】圧縮変形特性の設定自由度が大きく衝撃吸収構
造としての性能設定が容易で且つ量産時における品質の
安定性に優れたクラッシュボックスとする。 【解決手段】バンパリインフォースとサイドメンバとの
間に介装されるクラッシュボックス20は、鉄製のパイ
プを出発材料とした液圧成形法によって中空状に成形さ
れている。クラッシュボックス20の中央には、主吸収
部としての蛇腹部23がある。中心軸線Zと直交する一
断面内において、蛇腹部23を構成する壁部は継ぎ目な
く一体化した閉じた形状をなすと共に、その壁部の肉厚
は均一化されている。
造としての性能設定が容易で且つ量産時における品質の
安定性に優れたクラッシュボックスとする。 【解決手段】バンパリインフォースとサイドメンバとの
間に介装されるクラッシュボックス20は、鉄製のパイ
プを出発材料とした液圧成形法によって中空状に成形さ
れている。クラッシュボックス20の中央には、主吸収
部としての蛇腹部23がある。中心軸線Zと直交する一
断面内において、蛇腹部23を構成する壁部は継ぎ目な
く一体化した閉じた形状をなすと共に、その壁部の肉厚
は均一化されている。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、車体骨格の構造材
に対して付加されて衝突時の衝撃を緩和するための車輌
用衝撃吸収体に関する。
に対して付加されて衝突時の衝撃を緩和するための車輌
用衝撃吸収体に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車の車体フロント部を構成する要素
として、左右のサイドメンバ及びバンパリインフォース
があるが、今日では、各サイドメンバの前端部とバンパ
リインフォースとの間に、クラッシュボックスと呼ばれ
る衝撃吸収体を介在させる設計が一般的となっている。
このクラッシュボックスは、車輌の前面衝突時にフロン
トバンパに作用する荷重を受け止め、軸方向に圧縮変形
することで衝突エネルギーを吸収しサイドメンバへの荷
重入力を低減ないし緩和する。かかるクラッシュボック
スの構成例としては、例えば4枚の板状パネルをそれぞ
れの端部で相互連結することにより、長手方向に対する
軸直交断面が矩形状となる筒体としたものがある。各板
状パネルはプレス成形によって得られ、プレスに際して
は各パネルに対しビードと呼ばれる凹みが複数付与され
る。各パネルの端部には重ね代が確保され、隣り合う2
枚のパネルの重ね代部を重ね合わせ、そこに溶接を施す
ことでパネルの相互連結を実現している。断面矩形状の
筒体の各面に複数のビードが規則配列されることで、衝
突時のクラッシュボックスは軸方向に圧縮されながら蛇
腹状に変形する。
として、左右のサイドメンバ及びバンパリインフォース
があるが、今日では、各サイドメンバの前端部とバンパ
リインフォースとの間に、クラッシュボックスと呼ばれ
る衝撃吸収体を介在させる設計が一般的となっている。
このクラッシュボックスは、車輌の前面衝突時にフロン
トバンパに作用する荷重を受け止め、軸方向に圧縮変形
することで衝突エネルギーを吸収しサイドメンバへの荷
重入力を低減ないし緩和する。かかるクラッシュボック
スの構成例としては、例えば4枚の板状パネルをそれぞ
れの端部で相互連結することにより、長手方向に対する
軸直交断面が矩形状となる筒体としたものがある。各板
状パネルはプレス成形によって得られ、プレスに際して
は各パネルに対しビードと呼ばれる凹みが複数付与され
る。各パネルの端部には重ね代が確保され、隣り合う2
枚のパネルの重ね代部を重ね合わせ、そこに溶接を施す
ことでパネルの相互連結を実現している。断面矩形状の
筒体の各面に複数のビードが規則配列されることで、衝
突時のクラッシュボックスは軸方向に圧縮されながら蛇
腹状に変形する。
【0003】また、上記と同様の衝撃吸収目的で、中空
な筒状のサイドメンバの内部に炭素鋼からなるインナパ
イプを収容すると共に、フロントバンパに連結したイン
ナパイプの先端部寄りの一定範囲を蛇腹管部としたサイ
ドメンバ構造も提案されている(平成3年出願の実開平
5−54160号公報参照)。
な筒状のサイドメンバの内部に炭素鋼からなるインナパ
イプを収容すると共に、フロントバンパに連結したイン
ナパイプの先端部寄りの一定範囲を蛇腹管部としたサイ
ドメンバ構造も提案されている(平成3年出願の実開平
5−54160号公報参照)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の衝撃吸収構造にもいくつかの欠点がある。まず、4
枚の板状パネルでクラッシュボックスを構成した場合、
各パネルの端部を互いに重ね合わせて溶接すると、でき
た筒体の肉厚が不均一となる。つまり、溶接箇所以外の
肉厚はパネル1枚分の厚さであるのに対し、溶接箇所の
肉厚はパネル2枚分の厚さとなり、同じ軸直交断面内に
おいても高剛性箇所が偏在する状況となってしまう。
又、都合4箇所の溶接が行われるとして、各箇所での溶
接強度を厳密に均等化することは実際上困難である。こ
のように、筒体の軸直交断面内における肉厚の不均一さ
や溶接強度のバラツキが避けられないという事情から、
衝突時におけるクラッシュボックスの変形特性(又は衝
突エネルギーの吸収特性)を目標通りの特性とすること
が難しく、衝撃吸収構造としての性能設定及び品質管理
が難しいという欠点がある。
来の衝撃吸収構造にもいくつかの欠点がある。まず、4
枚の板状パネルでクラッシュボックスを構成した場合、
各パネルの端部を互いに重ね合わせて溶接すると、でき
た筒体の肉厚が不均一となる。つまり、溶接箇所以外の
肉厚はパネル1枚分の厚さであるのに対し、溶接箇所の
肉厚はパネル2枚分の厚さとなり、同じ軸直交断面内に
おいても高剛性箇所が偏在する状況となってしまう。
又、都合4箇所の溶接が行われるとして、各箇所での溶
接強度を厳密に均等化することは実際上困難である。こ
のように、筒体の軸直交断面内における肉厚の不均一さ
や溶接強度のバラツキが避けられないという事情から、
衝突時におけるクラッシュボックスの変形特性(又は衝
突エネルギーの吸収特性)を目標通りの特性とすること
が難しく、衝撃吸収構造としての性能設定及び品質管理
が難しいという欠点がある。
【0005】実開平5−54160号公報に開示のサイ
ドメンバ構造についても上記と同様の欠点を指摘するこ
とができる。少なくとも平成3年当時の技術水準では、
蛇腹管部を有する鉄製のインナパイプを製作するために
は、インナパイプをその径方向に沿って分割した最低二
つの分割片からなる設計とし、各分割片を予めプレス成
形しておいてから両分割片を接合し、その継ぎ目に対し
溶接を施すことで蛇腹管部を構成するしかなかった。こ
のため、溶接強度のバラツキに起因する圧縮変形特性の
不安定さや予測可能性の低さという問題が内在してい
た。 換言すれば、溶接箇所が外部荷重に対する局部的
な弱点を露呈し、衝撃吸収構造としての性能設定及び品
質管理を困難にしていた。加えて、サイドメンバ内に蛇
腹管部付きインナパイプを収容するという二重管構造の
ために、二重管構造全体としての剛性が上がることは避
けられず、インナパイプの蛇腹管部だけを変形収縮させ
て衝撃を吸収しサイドメンバの変形は回避するというわ
けにはいかなかった。
ドメンバ構造についても上記と同様の欠点を指摘するこ
とができる。少なくとも平成3年当時の技術水準では、
蛇腹管部を有する鉄製のインナパイプを製作するために
は、インナパイプをその径方向に沿って分割した最低二
つの分割片からなる設計とし、各分割片を予めプレス成
形しておいてから両分割片を接合し、その継ぎ目に対し
溶接を施すことで蛇腹管部を構成するしかなかった。こ
のため、溶接強度のバラツキに起因する圧縮変形特性の
不安定さや予測可能性の低さという問題が内在してい
た。 換言すれば、溶接箇所が外部荷重に対する局部的
な弱点を露呈し、衝撃吸収構造としての性能設定及び品
質管理を困難にしていた。加えて、サイドメンバ内に蛇
腹管部付きインナパイプを収容するという二重管構造の
ために、二重管構造全体としての剛性が上がることは避
けられず、インナパイプの蛇腹管部だけを変形収縮させ
て衝撃を吸収しサイドメンバの変形は回避するというわ
けにはいかなかった。
【0006】なお、前記インナパイプを仮にアルミニウ
ム製とするならば、アルミダイキャスト法により、事後
的な溶接を必要としない蛇腹管部を一体成形することも
可能ではあるが、アルミニウム系材料が高価なこともあ
って、アルミニウム製の衝撃吸収構造はあまり実用的で
はない。他方、炭素鋼等の鉄系材料をダイキャスト成形
することは、鉄系材料が本来的に備える伸び特性等のた
めに、事実上無理とされている。
ム製とするならば、アルミダイキャスト法により、事後
的な溶接を必要としない蛇腹管部を一体成形することも
可能ではあるが、アルミニウム系材料が高価なこともあ
って、アルミニウム製の衝撃吸収構造はあまり実用的で
はない。他方、炭素鋼等の鉄系材料をダイキャスト成形
することは、鉄系材料が本来的に備える伸び特性等のた
めに、事実上無理とされている。
【0007】更に近年、自動車産業界では、比較的軽微
な衝撃によってエアバッグ装置が不用意に作動しないよ
うにすることへの要求が高まっている。つまり、エアバ
ッグによる乗員の保護が必要とされないような軽微な衝
突時でもエアバッグが膨張展開してしまうという事態が
問題視されている。又、作動済みエアバックを修理再生
するための費用が利用者の経済的負担を増大させるとい
う事情もある。このため、エアバッグによる保護が真に
要求される衝撃荷重よりもずっと小さな荷重に対して
は、確実に衝突エネルギーを吸収してエアバックの不要
な作動を回避できるようなメリハリのあるエネルギー吸
収特性を持った衝撃吸収体が求められている。更に言え
ば、軽微な衝突時には、他部品に比べて相対的に安価な
衝撃吸収体の交換だけで、車輌の修理を完了できること
が望まれている。
な衝撃によってエアバッグ装置が不用意に作動しないよ
うにすることへの要求が高まっている。つまり、エアバ
ッグによる乗員の保護が必要とされないような軽微な衝
突時でもエアバッグが膨張展開してしまうという事態が
問題視されている。又、作動済みエアバックを修理再生
するための費用が利用者の経済的負担を増大させるとい
う事情もある。このため、エアバッグによる保護が真に
要求される衝撃荷重よりもずっと小さな荷重に対して
は、確実に衝突エネルギーを吸収してエアバックの不要
な作動を回避できるようなメリハリのあるエネルギー吸
収特性を持った衝撃吸収体が求められている。更に言え
ば、軽微な衝突時には、他部品に比べて相対的に安価な
衝撃吸収体の交換だけで、車輌の修理を完了できること
が望まれている。
【0008】本発明の目的は、衝撃吸収体の圧縮変形特
性又は衝突時のエネルギー吸収特性に関する設定の自由
度が大きく衝撃吸収構造としての性能設定が容易であ
り、しかも量産時における品質の安定性にも優れた車輌
用衝撃吸収体を提供することにある。また、衝撃の小さ
な衝突時にはそれ自体で確実に衝突エネルギーを吸収す
ることができて、車体骨格の構造材の損傷やエアバッグ
装置の不必要な作動を未然回避することが可能な衝撃吸
収体を提供することにある。
性又は衝突時のエネルギー吸収特性に関する設定の自由
度が大きく衝撃吸収構造としての性能設定が容易であ
り、しかも量産時における品質の安定性にも優れた車輌
用衝撃吸収体を提供することにある。また、衝撃の小さ
な衝突時にはそれ自体で確実に衝突エネルギーを吸収す
ることができて、車体骨格の構造材の損傷やエアバッグ
装置の不必要な作動を未然回避することが可能な衝撃吸
収体を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、車体
骨格の構造材に対して付加されて衝突時の衝撃を緩和す
るための車輌用衝撃吸収体であって、当該衝撃吸収体の
ほぼ軸方向に荷重が加わったときにその軸方向に圧縮変
形可能な中空状の主吸収部を有しており、その中空状主
吸収部の軸方向と直交する一断面内において、前記主吸
収部を構成する壁部が継ぎ目なく一体化した閉じた形状
をなすと共に、同一断面内において、前記主吸収部の壁
部の肉厚がほぼ均等化されていることを特徴とする。
骨格の構造材に対して付加されて衝突時の衝撃を緩和す
るための車輌用衝撃吸収体であって、当該衝撃吸収体の
ほぼ軸方向に荷重が加わったときにその軸方向に圧縮変
形可能な中空状の主吸収部を有しており、その中空状主
吸収部の軸方向と直交する一断面内において、前記主吸
収部を構成する壁部が継ぎ目なく一体化した閉じた形状
をなすと共に、同一断面内において、前記主吸収部の壁
部の肉厚がほぼ均等化されていることを特徴とする。
【0010】この構成によれば、衝撃吸収体の中空状主
吸収部を構成する壁部は、軸直交断面内において継ぎ目
なく一体化した閉じた形状をなすと共にその肉厚がほぼ
均等化されていることから、軸方向に入力する外部荷重
に対し、閉じた壁部の全体がこれをほぼ均等に負担する
ことができ、外部荷重に対して局部的な弱点を露呈する
ことがない。このため、外部荷重に対する圧縮変形特性
の安定性や予測可能性が増大し、主吸収部の材質、肉
厚、形状又は構造等を適宜選択することで外部荷重入力
時の圧縮変形特性をかなり自由にチューニングすること
が可能となる。従って、衝撃吸収体の圧縮変形特性又は
衝突時のエネルギー吸収特性に関する設定の自由度が大
きくなって衝撃吸収構造としての性能設定が容易とな
り、しかも量産時における品質の安定性に優れたものと
なる。
吸収部を構成する壁部は、軸直交断面内において継ぎ目
なく一体化した閉じた形状をなすと共にその肉厚がほぼ
均等化されていることから、軸方向に入力する外部荷重
に対し、閉じた壁部の全体がこれをほぼ均等に負担する
ことができ、外部荷重に対して局部的な弱点を露呈する
ことがない。このため、外部荷重に対する圧縮変形特性
の安定性や予測可能性が増大し、主吸収部の材質、肉
厚、形状又は構造等を適宜選択することで外部荷重入力
時の圧縮変形特性をかなり自由にチューニングすること
が可能となる。従って、衝撃吸収体の圧縮変形特性又は
衝突時のエネルギー吸収特性に関する設定の自由度が大
きくなって衝撃吸収構造としての性能設定が容易とな
り、しかも量産時における品質の安定性に優れたものと
なる。
【0011】請求項2の発明は、請求項1に記載の車輌
用衝撃吸収体において、少なくとも前記主吸収部は、軸
直交断面内での壁部の肉厚がほぼ均等化された筒状の金
属材料を出発材料とした液圧成形法により形成されてい
ることを特徴とする。このように筒状の金属材料を出発
材料とした液圧成形法によれば、主吸収部を構成する壁
部を肉厚がほぼ均等化され且つ継ぎ目なく一体化した閉
じた形状とすることができる。又、液圧成形法は加工条
件の再現性に非常に優れ、製造ロット間で品質のバラツ
キがほとんどなく、歩留まりを改善することができる。
用衝撃吸収体において、少なくとも前記主吸収部は、軸
直交断面内での壁部の肉厚がほぼ均等化された筒状の金
属材料を出発材料とした液圧成形法により形成されてい
ることを特徴とする。このように筒状の金属材料を出発
材料とした液圧成形法によれば、主吸収部を構成する壁
部を肉厚がほぼ均等化され且つ継ぎ目なく一体化した閉
じた形状とすることができる。又、液圧成形法は加工条
件の再現性に非常に優れ、製造ロット間で品質のバラツ
キがほとんどなく、歩留まりを改善することができる。
【0012】請求項3の発明は、請求項1又は2に記載
の車輌用衝撃吸収体において、前記主吸収部は、一又は
複数の膨出単位からなる蛇腹形状をなしていることを特
徴とする。この場合には、主吸収部の衝撃緩和能力を高
めることができる。特に、請求項1に記載した構成要件
との相乗効果により、外部荷重が比較的小さいときの圧
縮反力を極力小さくすることができ、車体骨格の構造材
への荷重の伝達を小さくして当該構造材が些細な衝突で
損傷するのを回避することが可能となる。
の車輌用衝撃吸収体において、前記主吸収部は、一又は
複数の膨出単位からなる蛇腹形状をなしていることを特
徴とする。この場合には、主吸収部の衝撃緩和能力を高
めることができる。特に、請求項1に記載した構成要件
との相乗効果により、外部荷重が比較的小さいときの圧
縮反力を極力小さくすることができ、車体骨格の構造材
への荷重の伝達を小さくして当該構造材が些細な衝突で
損傷するのを回避することが可能となる。
【0013】請求項4の発明は、請求項1〜3のいずれ
か一項に記載の車輌用衝撃吸収体において、少なくとも
前記主吸収部は、鉄系材料で構成されていることを特徴
とする。この構成によれば、衝撃吸収体の製造コストを
低減できる他、前記液圧成形法との関係で主吸収部の最
大エネルギー吸収量やそこに到るまでの圧縮変形特性を
最適化することが容易になる。
か一項に記載の車輌用衝撃吸収体において、少なくとも
前記主吸収部は、鉄系材料で構成されていることを特徴
とする。この構成によれば、衝撃吸収体の製造コストを
低減できる他、前記液圧成形法との関係で主吸収部の最
大エネルギー吸収量やそこに到るまでの圧縮変形特性を
最適化することが容易になる。
【0014】請求項5の発明は、車体骨格の構造材に対
して付加されて衝突時の衝撃を緩和するための車輌用衝
撃吸収体であって、当該衝撃吸収体のほぼ軸方向に荷重
が加わったときにその軸方向に圧縮変形可能な中空状の
主吸収部を有しており、少なくともその主吸収部は、鉄
系材料からなるパイプを出発材料とした液圧成形法によ
り形成されていることを特徴とする。
して付加されて衝突時の衝撃を緩和するための車輌用衝
撃吸収体であって、当該衝撃吸収体のほぼ軸方向に荷重
が加わったときにその軸方向に圧縮変形可能な中空状の
主吸収部を有しており、少なくともその主吸収部は、鉄
系材料からなるパイプを出発材料とした液圧成形法によ
り形成されていることを特徴とする。
【0015】この構成によれば、中空状の主吸収部は、
その軸方向と直交する一断面内において当該主吸収部を
構成する壁部が継ぎ目なく一体化した閉じた形状をな
す。この請求項5の技術的意義はほぼ前述した通りであ
る。なお、出発材料であるところの鉄系材料からなるパ
イプとして、その軸直交断面内での壁部の肉厚がほぼ均
等なパイプを用いることは好ましい。又、前記主吸収部
が一又は複数の膨出単位からなる蛇腹形状をなしている
ことは更に好ましい。
その軸方向と直交する一断面内において当該主吸収部を
構成する壁部が継ぎ目なく一体化した閉じた形状をな
す。この請求項5の技術的意義はほぼ前述した通りであ
る。なお、出発材料であるところの鉄系材料からなるパ
イプとして、その軸直交断面内での壁部の肉厚がほぼ均
等なパイプを用いることは好ましい。又、前記主吸収部
が一又は複数の膨出単位からなる蛇腹形状をなしている
ことは更に好ましい。
【0016】
【発明の実施の形態】以下に、自動車の車体フロント部
に用いられる衝撃吸収体の一実施形態を図面を参照して
説明する。図1に示すように衝撃吸収体としてのクラッ
シュボックス20は、フロントバンパ11の内側におい
て、車体骨格の構造材としてのサイドメンバ12とバン
パリインフォース13との間に介装されている。図1及
び図5に示すように、クラッシュボックス20の先端部
はバンパリインフォース13に対し溶接等により固着さ
れており、一体化した両者によりバンパ補強材が構成さ
れている。他方、クラッシュボックス20の後端部には
溶接等によりブラケット14が固着されている。このク
ラッシュボックス20側のブラケット14と、サイドメ
ンバ12の前端部に固着されたブラケット15とを接合
しボルト16で締付け固定することで、クラッシュボッ
クス20を含むバンパ補強材がサイドメンバ12に対し
取り外し可能に連結されている。
に用いられる衝撃吸収体の一実施形態を図面を参照して
説明する。図1に示すように衝撃吸収体としてのクラッ
シュボックス20は、フロントバンパ11の内側におい
て、車体骨格の構造材としてのサイドメンバ12とバン
パリインフォース13との間に介装されている。図1及
び図5に示すように、クラッシュボックス20の先端部
はバンパリインフォース13に対し溶接等により固着さ
れており、一体化した両者によりバンパ補強材が構成さ
れている。他方、クラッシュボックス20の後端部には
溶接等によりブラケット14が固着されている。このク
ラッシュボックス20側のブラケット14と、サイドメ
ンバ12の前端部に固着されたブラケット15とを接合
しボルト16で締付け固定することで、クラッシュボッ
クス20を含むバンパ補強材がサイドメンバ12に対し
取り外し可能に連結されている。
【0017】図2,図3及び図5に示すように、クラッ
シュボックス20は、主としてバンパリインフォース1
3に対する取付部としての役割を担う先端部21と、前
記ブラケット14が固着される後端部22と、前記両端
部21,22間に位置すると共に主吸収部として機能す
る蛇腹部23とからなっている。クラッシュボックス2
0の内部は中空状となっており、この中空状クラッシュ
ボックス20を構成している壁は、先端部21、蛇腹部
23及び後端部22を通じてほぼ均一な肉厚を有する。
尚、この壁の肉厚は好ましくは1.0〜1.5mm程度
である。また、クラッシュボックス20の軸方向の長さ
Lは約140mmであり、蛇腹部23はそのうちの1/
3〜1/2ほどを占める。
シュボックス20は、主としてバンパリインフォース1
3に対する取付部としての役割を担う先端部21と、前
記ブラケット14が固着される後端部22と、前記両端
部21,22間に位置すると共に主吸収部として機能す
る蛇腹部23とからなっている。クラッシュボックス2
0の内部は中空状となっており、この中空状クラッシュ
ボックス20を構成している壁は、先端部21、蛇腹部
23及び後端部22を通じてほぼ均一な肉厚を有する。
尚、この壁の肉厚は好ましくは1.0〜1.5mm程度
である。また、クラッシュボックス20の軸方向の長さ
Lは約140mmであり、蛇腹部23はそのうちの1/
3〜1/2ほどを占める。
【0018】図2及び図3に示す蛇腹部23は、三つの
膨出単位24を連ねて構成されており、各膨出単位24
は、後端方向に向かうほど拡径する部分24aと、後端
方向に向かうほど縮径する部分24bとの連結物とでも
言うべきものである。クラッシュボックス20の中心軸
線Zと直交する断面内での蛇腹部23の形状は、図3
(B)に示すような多角形状(本実施形態では八角形
状)をなしている。つまり軸直交断面内において、蛇腹
部23を構成している壁は、中心軸線Zを取り囲む閉じ
た多角形状をなしている。なお、後端部22を構成して
いる壁も、軸直交断面内においては中心軸線Zを取り囲
む閉じた多角形状をなしており、その多角形状は蛇腹部
23での多角形状と相似関係にある。
膨出単位24を連ねて構成されており、各膨出単位24
は、後端方向に向かうほど拡径する部分24aと、後端
方向に向かうほど縮径する部分24bとの連結物とでも
言うべきものである。クラッシュボックス20の中心軸
線Zと直交する断面内での蛇腹部23の形状は、図3
(B)に示すような多角形状(本実施形態では八角形
状)をなしている。つまり軸直交断面内において、蛇腹
部23を構成している壁は、中心軸線Zを取り囲む閉じ
た多角形状をなしている。なお、後端部22を構成して
いる壁も、軸直交断面内においては中心軸線Zを取り囲
む閉じた多角形状をなしており、その多角形状は蛇腹部
23での多角形状と相似関係にある。
【0019】クラッシュボックス20は、最も好ましく
は液圧成形法によって作られる。例えば図4(A)に示
すように、内部を所望の形状に象った一対の割り型(上
型41及び下型42)を準備する。上型41及び下型4
2の各々には、蛇腹部23を形成するための付形用凸部
43及び付形用凹部44が設けられている。これらの上
型41及び下型42は垂直方向に相対移動(接近及び離
間)可能である。液圧成形に際しては、離間状態にある
上型41及び下型42の間に、出発材料となるパイプ4
5を配置する。このパイプ45は炭素鋼等の鉄系材料か
らなると共に、その軸直交断面内における壁部の肉厚が
均一な円筒形状をなしている。
は液圧成形法によって作られる。例えば図4(A)に示
すように、内部を所望の形状に象った一対の割り型(上
型41及び下型42)を準備する。上型41及び下型4
2の各々には、蛇腹部23を形成するための付形用凸部
43及び付形用凹部44が設けられている。これらの上
型41及び下型42は垂直方向に相対移動(接近及び離
間)可能である。液圧成形に際しては、離間状態にある
上型41及び下型42の間に、出発材料となるパイプ4
5を配置する。このパイプ45は炭素鋼等の鉄系材料か
らなると共に、その軸直交断面内における壁部の肉厚が
均一な円筒形状をなしている。
【0020】上下両型41,42間へのパイプ45の配
置を完了したら、パイプ45の先端部及び後端部の開口
を保形目的を兼ねた一対の封止材46で塞ぎ、パイプ4
5の内部を密閉する。続いてパイプ45の内部と連通す
る配管47の端部に設けられたドレインコック48を閉
じ、ポンプPを用いてパイプ45内に加圧液体(例えば
水)を充填すると共に、パイプ内圧を予備圧Ps1(例
えば20MPa)にまで上昇させる。この予備圧Ps1
は、それだけではパイプ45を径方向に膨らますことが
できない程度の圧力である。この状態から上型41及び
下型42を相対接近させ、各型の付形用凸部43の先端
をパイプ45の壁面に押し付けるようにして予備成形を
行う。このときパイプ内の加圧液体は、パイプ内壁面を
適度に裏支えすることで、パイプ外壁面に対し局部的に
荷重が集中して無理な変形や亀裂が生じるのを防止す
る。また、パイプ45内に液体が充填されているためパ
スカルの原理に基づき、付形用凸部43がパイプ壁面へ
食い込むに伴い付形用凹部44と対向するパイプ壁面が
その付形用凹部44に向かって膨らむように変形する。
但し、この予備成形段階では、各型の付形用凹部44の
谷底部分とパイプ壁面との間には、若干の隙間が残され
る。
置を完了したら、パイプ45の先端部及び後端部の開口
を保形目的を兼ねた一対の封止材46で塞ぎ、パイプ4
5の内部を密閉する。続いてパイプ45の内部と連通す
る配管47の端部に設けられたドレインコック48を閉
じ、ポンプPを用いてパイプ45内に加圧液体(例えば
水)を充填すると共に、パイプ内圧を予備圧Ps1(例
えば20MPa)にまで上昇させる。この予備圧Ps1
は、それだけではパイプ45を径方向に膨らますことが
できない程度の圧力である。この状態から上型41及び
下型42を相対接近させ、各型の付形用凸部43の先端
をパイプ45の壁面に押し付けるようにして予備成形を
行う。このときパイプ内の加圧液体は、パイプ内壁面を
適度に裏支えすることで、パイプ外壁面に対し局部的に
荷重が集中して無理な変形や亀裂が生じるのを防止す
る。また、パイプ45内に液体が充填されているためパ
スカルの原理に基づき、付形用凸部43がパイプ壁面へ
食い込むに伴い付形用凹部44と対向するパイプ壁面が
その付形用凹部44に向かって膨らむように変形する。
但し、この予備成形段階では、各型の付形用凹部44の
谷底部分とパイプ壁面との間には、若干の隙間が残され
る。
【0021】前記予備成形の後、上型41及び下型42
を固定した状態で、ポンプPの能力を高めてパイプ内圧
を本成形圧Ps2(例えば100MPa)に上昇させ
る。この本成形圧Ps2は、それだけでパイプ45を径
方向に膨らませるに十分な大きさの圧力である。パイプ
内圧の更なる上昇により、各型の付形用凹部44とパイ
プ壁面との間に残されていた隙間をほぼ埋め尽くすまで
パイプ45が膨らみ、上型41及び下型42が提供する
型内形状にほぼフィットするまでパイプ45が変形す
る。その後、ドレインコック48を開いて加圧液体を外
へ放出し上下両型41,42を離間させることで液圧成
形が完了し、所望形状のクラッシュボックス20が得ら
れる。このクラッシュボックス20にあっては、その軸
直交断面内において、少なくとも蛇腹部23の壁部は継
ぎ目なく一体化した閉じた形状をなすと共に、その同じ
断面内における壁部の肉厚がほぼ均一となっていること
は言うまでもない。
を固定した状態で、ポンプPの能力を高めてパイプ内圧
を本成形圧Ps2(例えば100MPa)に上昇させ
る。この本成形圧Ps2は、それだけでパイプ45を径
方向に膨らませるに十分な大きさの圧力である。パイプ
内圧の更なる上昇により、各型の付形用凹部44とパイ
プ壁面との間に残されていた隙間をほぼ埋め尽くすまで
パイプ45が膨らみ、上型41及び下型42が提供する
型内形状にほぼフィットするまでパイプ45が変形す
る。その後、ドレインコック48を開いて加圧液体を外
へ放出し上下両型41,42を離間させることで液圧成
形が完了し、所望形状のクラッシュボックス20が得ら
れる。このクラッシュボックス20にあっては、その軸
直交断面内において、少なくとも蛇腹部23の壁部は継
ぎ目なく一体化した閉じた形状をなすと共に、その同じ
断面内における壁部の肉厚がほぼ均一となっていること
は言うまでもない。
【0022】(圧縮変形特性)図7及び図8のグラフ
は、図5に示すようにバンパリインフォース13に対し
その正面側から外部荷重Fを加えた場合におけるクラッ
シュボックス20の変形特性の一例を示す。図7は、外
部荷重Fに呼応してクラッシュボックスが軸方向に圧縮
変形する量(ストローク)と、そのときの圧縮反力との
関係を示す。図8は、外部荷重Fに呼応してクラッシュ
ボックスが軸方向に圧縮変形する量(ストローク)と、
そのときの吸収エネルギー量との関係を示す。なお、各
グラフにおける実線は、図2、図3及び図5に示すクラ
ッシュボックス20の場合を示し、各グラフにおける破
線は、後述する図9び図10に示すクラッシュボックス
の場合を示す。
は、図5に示すようにバンパリインフォース13に対し
その正面側から外部荷重Fを加えた場合におけるクラッ
シュボックス20の変形特性の一例を示す。図7は、外
部荷重Fに呼応してクラッシュボックスが軸方向に圧縮
変形する量(ストローク)と、そのときの圧縮反力との
関係を示す。図8は、外部荷重Fに呼応してクラッシュ
ボックスが軸方向に圧縮変形する量(ストローク)と、
そのときの吸収エネルギー量との関係を示す。なお、各
グラフにおける実線は、図2、図3及び図5に示すクラ
ッシュボックス20の場合を示し、各グラフにおける破
線は、後述する図9び図10に示すクラッシュボックス
の場合を示す。
【0023】図7中の水平な一点鎖線は、乗員保護のた
めにエアバッグの展開が求められる衝撃に対応した反力
の大きさを表し、エアバッグ作動の目標値たる設定反力
Tgを指す。本実施形態では、設定反力Tgを約150
00N(ニュートン)としている。図7によれば、前記
設定反力Tgに対応するストロークは約50mmであ
り、その50mmのストロークの前後で実線の傾きが急
勾配となっている。すなわち本実施形態のクラッシュボ
ックス20にあっては、ストロークが0〜約40mmの
範囲では反力の大きさが低めに安定し、ストロークが4
0mmを超える辺りから反力が急に大きくなる。そし
て、ストロークが約50〜100mmの範囲では反力は
前記設定反力Tgを超えて高止まり傾向となる。つま
り、衝突初期には反力が比較的小さいため、0〜40m
m程度のストローク(圧縮変形量)で吸収できる程度の
衝突エネルギーについては、図6に示すように蛇腹部2
3の圧縮変形のみで当該衝突エネルギーを吸収する。こ
の場合、クラッシュボックス20の先端部21及び後端
部22はほとんど変形せず、ましてやサイドメンバ12
にはそれを変形させるほどの荷重が伝達されることはな
い。
めにエアバッグの展開が求められる衝撃に対応した反力
の大きさを表し、エアバッグ作動の目標値たる設定反力
Tgを指す。本実施形態では、設定反力Tgを約150
00N(ニュートン)としている。図7によれば、前記
設定反力Tgに対応するストロークは約50mmであ
り、その50mmのストロークの前後で実線の傾きが急
勾配となっている。すなわち本実施形態のクラッシュボ
ックス20にあっては、ストロークが0〜約40mmの
範囲では反力の大きさが低めに安定し、ストロークが4
0mmを超える辺りから反力が急に大きくなる。そし
て、ストロークが約50〜100mmの範囲では反力は
前記設定反力Tgを超えて高止まり傾向となる。つま
り、衝突初期には反力が比較的小さいため、0〜40m
m程度のストローク(圧縮変形量)で吸収できる程度の
衝突エネルギーについては、図6に示すように蛇腹部2
3の圧縮変形のみで当該衝突エネルギーを吸収する。こ
の場合、クラッシュボックス20の先端部21及び後端
部22はほとんど変形せず、ましてやサイドメンバ12
にはそれを変形させるほどの荷重が伝達されることはな
い。
【0024】他方、0〜40mm程度のストローク(圧
縮変形量)で吸収し切れないほど衝突エネルギーが大き
い場合には、蛇腹部23のみならず先端部21や後端部
22にも圧縮変形を生じさせクラッシュボックス20全
体として最大100mm程度のストロークを確保してい
る。もちろん外部荷重Fが過大な場合には、サイドメン
バ12にもエネルギー吸収の負担が求められることにな
る。このような場合には、エアバック装置に組み込まれ
た起動用センサ(例えば加速度センサ)によって、外部
荷重Fに対する反力が前記設定反力Tgを超えそうな兆
候が事前に察知され、それに基づきエアバッグが展開作
動して乗員の身体保護が図られる。尚、図8に示すよう
に、本実施形態のクラッシュボックス20は、100m
mの圧縮変形時にボックス全体としてのエネルギー吸収
量が約1300Nm(ニュートンメートル)となるよう
に設計されている。
縮変形量)で吸収し切れないほど衝突エネルギーが大き
い場合には、蛇腹部23のみならず先端部21や後端部
22にも圧縮変形を生じさせクラッシュボックス20全
体として最大100mm程度のストロークを確保してい
る。もちろん外部荷重Fが過大な場合には、サイドメン
バ12にもエネルギー吸収の負担が求められることにな
る。このような場合には、エアバック装置に組み込まれ
た起動用センサ(例えば加速度センサ)によって、外部
荷重Fに対する反力が前記設定反力Tgを超えそうな兆
候が事前に察知され、それに基づきエアバッグが展開作
動して乗員の身体保護が図られる。尚、図8に示すよう
に、本実施形態のクラッシュボックス20は、100m
mの圧縮変形時にボックス全体としてのエネルギー吸収
量が約1300Nm(ニュートンメートル)となるよう
に設計されている。
【0025】(効果)本実施形態によれば以下のような
効果を得ることができる。 ・前記設定反力Tgを超えるほど衝突時の外部荷重Fが
大きい場合には、クラッシュボックス20全体が軸方向
に圧縮変形し、更に必要とあればサイドメンバ12をも
変形させて衝突時の衝撃を極力吸収緩和すると共に、エ
アバックの展開動作を許容して乗員の安全を確保するこ
とができる。他方、衝突時の外部荷重Fが比較的小さく
前記設定反力Tgに達しない場合には、クラッシュボッ
クス20の主吸収部たる蛇腹部23を圧縮変形させるこ
とで衝突時の衝撃のほとんどを吸収し、サイドメンバ1
2に対しては変形負担を求めないばかりかエアバックの
展開動作を回避する。つまり衝撃の小さな衝突の際に
は、クラッシュボックス20だけに衝撃吸収機能を発揮
させ、クラッシュボックス20だけの損傷にとどめるこ
とができる。従って、その際の修理や部品の交換はクラ
ッシュボックス20だけで済み、修理費が安く済んで経
済的となる。
効果を得ることができる。 ・前記設定反力Tgを超えるほど衝突時の外部荷重Fが
大きい場合には、クラッシュボックス20全体が軸方向
に圧縮変形し、更に必要とあればサイドメンバ12をも
変形させて衝突時の衝撃を極力吸収緩和すると共に、エ
アバックの展開動作を許容して乗員の安全を確保するこ
とができる。他方、衝突時の外部荷重Fが比較的小さく
前記設定反力Tgに達しない場合には、クラッシュボッ
クス20の主吸収部たる蛇腹部23を圧縮変形させるこ
とで衝突時の衝撃のほとんどを吸収し、サイドメンバ1
2に対しては変形負担を求めないばかりかエアバックの
展開動作を回避する。つまり衝撃の小さな衝突の際に
は、クラッシュボックス20だけに衝撃吸収機能を発揮
させ、クラッシュボックス20だけの損傷にとどめるこ
とができる。従って、その際の修理や部品の交換はクラ
ッシュボックス20だけで済み、修理費が安く済んで経
済的となる。
【0026】・本実施形態のクラッシュボックス20
は、鉄製のパイプ45を出発材料とする液圧成形法で製
造されるため、その軸直交断面内において蛇腹部23そ
の他の部位の壁部は継ぎ目なく一体化した閉じた形状を
なすと共に、その同じ断面内における壁部の肉厚がほぼ
均一となる。このため、従来の衝撃吸収体の製造手法に
比べて、圧縮変形時の変形特性の設定自由度が非常に大
きい。即ち、最大吸収エネルギー量(本実施形態では約
1300Nm)に到るまでの変形特性(具体的にはスト
ローク対反力、ストローク対吸収エネルギーの特性)
を、パイプ45の材質及び肉厚の選択や蛇腹部23の形
状設定だけでかなり自由にチューニングすることが可能
となる。加えて、液圧成形法は加工条件の再現性に優れ
るため、製造ロット間での品質のバラツキがほとんどな
く、得られた製品の圧縮変形特性が安定すると共に、歩
留まりも向上する。
は、鉄製のパイプ45を出発材料とする液圧成形法で製
造されるため、その軸直交断面内において蛇腹部23そ
の他の部位の壁部は継ぎ目なく一体化した閉じた形状を
なすと共に、その同じ断面内における壁部の肉厚がほぼ
均一となる。このため、従来の衝撃吸収体の製造手法に
比べて、圧縮変形時の変形特性の設定自由度が非常に大
きい。即ち、最大吸収エネルギー量(本実施形態では約
1300Nm)に到るまでの変形特性(具体的にはスト
ローク対反力、ストローク対吸収エネルギーの特性)
を、パイプ45の材質及び肉厚の選択や蛇腹部23の形
状設定だけでかなり自由にチューニングすることが可能
となる。加えて、液圧成形法は加工条件の再現性に優れ
るため、製造ロット間での品質のバラツキがほとんどな
く、得られた製品の圧縮変形特性が安定すると共に、歩
留まりも向上する。
【0027】・更に液圧成形法によれば、出発材料を安
価な鉄製のパイプ45とすることができることに加え、
溶接等の事後的加工の必要性が格段に減るので、クラッ
シュボックス20の製造コストを従来よりも低減するこ
とができる。
価な鉄製のパイプ45とすることができることに加え、
溶接等の事後的加工の必要性が格段に減るので、クラッ
シュボックス20の製造コストを従来よりも低減するこ
とができる。
【0028】(別例)本発明の実施形態を以下のように
変更してもよい。上記実施形態では、クラッシュボック
ス20の先端部21と後端部22との間の主吸収部を蛇
腹部23としたが、そのような構造に代えて、図9及び
図10に示すような主吸収部25を採用してもよい。即
ち主吸収部25は、先端部21及び後端部22よりも径
方向にやや突出すると共に、図10に示すように後端方
向に向かうほど拡径する部分25aと、後端方向に向か
うほど縮径する部分25bとからなる縦断面形状を持
つ。このような主吸収部25の構造は、膨出単位が一つ
だけからなる蛇腹構造とみなすこともできる。図9及び
図10のクラッシュボックス20は、その主吸収部25
の形状を除き上記実施形態のクラッシュボックス20
(図1〜図6参照)とほぼ同じ構造を持ち、同じ液圧成
形法によって作られる。そして、図7及び図8に破線で
示すような圧縮変形特性を持つ。図7からわかるよう
に、0〜40mmのストローク範囲における反力は、上
記実施形態の場合に比べてやや不安定傾向にあるが、エ
アバック作動の設定反力Tgを超えるものではない。故
に図9及び図10のクラッシュボックス20について
も、上記実施形態と同様の作用及び効果を得ることがで
きる。
変更してもよい。上記実施形態では、クラッシュボック
ス20の先端部21と後端部22との間の主吸収部を蛇
腹部23としたが、そのような構造に代えて、図9及び
図10に示すような主吸収部25を採用してもよい。即
ち主吸収部25は、先端部21及び後端部22よりも径
方向にやや突出すると共に、図10に示すように後端方
向に向かうほど拡径する部分25aと、後端方向に向か
うほど縮径する部分25bとからなる縦断面形状を持
つ。このような主吸収部25の構造は、膨出単位が一つ
だけからなる蛇腹構造とみなすこともできる。図9及び
図10のクラッシュボックス20は、その主吸収部25
の形状を除き上記実施形態のクラッシュボックス20
(図1〜図6参照)とほぼ同じ構造を持ち、同じ液圧成
形法によって作られる。そして、図7及び図8に破線で
示すような圧縮変形特性を持つ。図7からわかるよう
に、0〜40mmのストローク範囲における反力は、上
記実施形態の場合に比べてやや不安定傾向にあるが、エ
アバック作動の設定反力Tgを超えるものではない。故
に図9及び図10のクラッシュボックス20について
も、上記実施形態と同様の作用及び効果を得ることがで
きる。
【0029】クラッシュボックス20の蛇腹部23を構
成する膨出単位24の数は、3つである必要はなく、2
つ又は4つ以上の複数個であってもよい。上記実施形態
及び前記別例におけるクラッシュボックス20の軸直交
断面形状は、八角形その他の多角形状に限定されず、円
環状や楕円ないし長円形状であってもよい。また、クラ
ッシュボックスの外観形状も上記に限定されず、例えば
断面矩形状の筒体の各側面に複数のビード(凹部又は
溝)を付与することにより、衝突時には軸方向に対して
蛇腹状に圧縮変形可能なボックス構造としてもよい。
成する膨出単位24の数は、3つである必要はなく、2
つ又は4つ以上の複数個であってもよい。上記実施形態
及び前記別例におけるクラッシュボックス20の軸直交
断面形状は、八角形その他の多角形状に限定されず、円
環状や楕円ないし長円形状であってもよい。また、クラ
ッシュボックスの外観形状も上記に限定されず、例えば
断面矩形状の筒体の各側面に複数のビード(凹部又は
溝)を付与することにより、衝突時には軸方向に対して
蛇腹状に圧縮変形可能なボックス構造としてもよい。
【0030】上記実施形態及び別例のクラッシュボック
ス20をリヤバンパ付近や、車体の幅方向に延びるクロ
スメンバーの両端部に取り付けてもよい。更に、本発明
をクラッシュボックス以外のインパクト部品に適用して
もよい。なお、上記液圧成形の出発材料は鉄製のパイプ
である必要はなく、アルミニウムその他の金属製のパイ
プを使用してもよい。
ス20をリヤバンパ付近や、車体の幅方向に延びるクロ
スメンバーの両端部に取り付けてもよい。更に、本発明
をクラッシュボックス以外のインパクト部品に適用して
もよい。なお、上記液圧成形の出発材料は鉄製のパイプ
である必要はなく、アルミニウムその他の金属製のパイ
プを使用してもよい。
【0031】
【発明の効果】以上詳述したように各請求項に記載の車
輌用衝撃吸収体によれば、圧縮変形特性又は衝突時のエ
ネルギー吸収特性に関する設定の自由度が大きく衝撃吸
収構造としての性能設定が容易であり、しかも量産時に
おける品質の安定性に優れている。特に請求項3及び4
によれば、衝撃の小さな衝突時にはそれ自体で確実に衝
突エネルギーを吸収することができ、車体骨格の構造材
の損傷やエアバッグ装置の不必要な作動等を未然に回避
可能となる。
輌用衝撃吸収体によれば、圧縮変形特性又は衝突時のエ
ネルギー吸収特性に関する設定の自由度が大きく衝撃吸
収構造としての性能設定が容易であり、しかも量産時に
おける品質の安定性に優れている。特に請求項3及び4
によれば、衝撃の小さな衝突時にはそれ自体で確実に衝
突エネルギーを吸収することができ、車体骨格の構造材
の損傷やエアバッグ装置の不必要な作動等を未然に回避
可能となる。
【図1】車体フロント部を側面から透視した図。
【図2】クラッシュボックスの平面図。
【図3】(A)は図2のX−X線での断面図、(B)は
前記(A)のY−Y線での断面図。
前記(A)のY−Y線での断面図。
【図4】液圧成形法の工程の概要を示す断面図。
【図5】圧縮変形前のクラッシュボックス等を示す斜視
図。
図。
【図6】圧縮変形後のクラッシュボックス等を示す斜視
図。
図。
【図7】ストローク(圧縮変形量)と反力との関係を示
すグラフ。
すグラフ。
【図8】ストロークと吸収エネルギーとの関係を示すグ
ラフ。
ラフ。
【図9】クラッシュボックスの別例を示す図5相当の斜
視図。
視図。
【図10】クラッシュボックスの別例を示す図3(A)
相当の断面図。
相当の断面図。
12…サイドメンバ(車体骨格の構造材)、20…クラ
ッシュボックス(衝撃吸収体)、23…蛇腹部(主吸収
部)、24…膨出単位、25…主吸収部、45…パイプ
(筒状の金属材料)、F…外部荷重。
ッシュボックス(衝撃吸収体)、23…蛇腹部(主吸収
部)、24…膨出単位、25…主吸収部、45…パイプ
(筒状の金属材料)、F…外部荷重。
Claims (5)
- 【請求項1】車体骨格の構造材に対して付加されて衝突
時の衝撃を緩和するための車輌用衝撃吸収体であって、 当該衝撃吸収体のほぼ軸方向に荷重が加わったときにそ
の軸方向に圧縮変形可能な中空状の主吸収部を有してお
り、その中空状主吸収部の軸方向と直交する一断面内に
おいて、前記主吸収部を構成する壁部が継ぎ目なく一体
化した閉じた形状をなすと共に、同一断面内において、
前記主吸収部の壁部の肉厚がほぼ均等化されていること
を特徴とする車輌用衝撃吸収体。 - 【請求項2】少なくとも前記主吸収部は、軸直交断面内
での壁部の肉厚がほぼ均等化された筒状の金属材料を出
発材料とした液圧成形法により形成されていることを特
徴とする請求項1に記載の車輌用衝撃吸収体。 - 【請求項3】前記主吸収部は、一又は複数の膨出単位か
らなる蛇腹形状をなしていることを特徴とする請求項1
又は2に記載の車輌用衝撃吸収体。 - 【請求項4】少なくとも前記主吸収部は、鉄系材料で構
成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか
一項に記載の車輌用衝撃吸収体。 - 【請求項5】車体骨格の構造材に対して付加されて衝突
時の衝撃を緩和するための車輌用衝撃吸収体であって、
当該衝撃吸収体のほぼ軸方向に荷重が加わったときにそ
の軸方向に圧縮変形可能な中空状の主吸収部を有してお
り、少なくともその主吸収部は、鉄系材料からなるパイ
プを出発材料とした液圧成形法により形成されているこ
とを特徴とする車輌用衝撃吸収体。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000295511A JP2002104107A (ja) | 2000-09-28 | 2000-09-28 | 車輌用衝撃吸収体 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000295511A JP2002104107A (ja) | 2000-09-28 | 2000-09-28 | 車輌用衝撃吸収体 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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