JP2003184928A - 衝撃エネルギ吸収構造部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧縮応力が負荷されて変形が始まった直後か
らエネルギ吸収体としての多孔質体の反力を上昇させ
る。軽量化および低コスト化を実現する。 【解決手段】 中空部１１ａを有する外殻構造体１１
と、この外殻構造体１１の中空部１１ａに充填されて圧
縮応力が負荷された段階で略一定の反力を維持しつつ崩
壊する多孔質体１４を備え、外殻構造体１１の中空部１
１ａでかつこの中空部１１ａに充填された多孔質体１４
の圧縮応力が負荷される側とは相反する側に、貫通孔１
５ａを有する隔壁１５を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に、車両の構造
部材として用いるのに好適であって、衝突時の衝撃エネ
ルギを吸収して衝撃を和らげるのに利用される衝撃エネ
ルギ吸収構造部材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、自動車の車体には、衝撃
エネルギが入力された際にその衝撃エネルギを効率よく
吸収して、車体の主構造に影響が及ばないようにした衝
撃エネルギ吸収構造部材が用いられている。

【０００３】上記したような衝撃エネルギ吸収構造部材
としては、吸収する衝撃エネルギの量を増加させるため
に、構造部材の板厚を増したり、構造部材の材料強度を
高めたり、中空部を有する構造部材の中空部にエネルギ
吸収体を充填したりしたものがある。

【０００４】とくに、構造部材の中空部にエネルギ吸収
体を充填した衝撃エネルギ吸収構造部材としては、例え
ば、図１７に示すように、自動車のシャーシフレーム５
０の左右（図示上下）のサイドメンバ５１，５１および
その外側に位置する補助のサイドメンバ５２，５２とし
て採用されたものがあり(特開平８−１６４８６９号)、
これらのサイドメンバ５１，５２では、各々の内部にほ
ぼ全体にわたってエネルギ吸収体である発泡アルミニウ
ムを充填し、外部から負荷される圧縮応力に対して発泡
アルミニウムを負荷入力方向に圧潰させることで、衝撃
エネルギを吸収するようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記した従
来における衝撃エネルギ吸収構造部材において、すなわ
ち、発泡アルミニウムを充填したタイプのサイドメンバ
５１，５２において、構造が単純である一方で、発泡ア
ルミニウムを全体に充填しているので、サイドメンバ５
１，５２に大変形が生じるまでは充填されている発泡ア
ルミニウムの反力上昇が望めないと共に、全体重量が大
きくなってしまい、加えて、材料コストの高い発泡アル
ミニウムを多く使用している分だけ、製品コストが上昇
してしまうといった問題を有しており、これらの問題を
解決することが従来の課題となっていた。

【０００６】

【発明の目的】本発明は、上記した従来の課題に着目し
てなされたもので、圧縮応力が負荷されて変形が始まっ
た直後からエネルギ吸収体としての多孔質体の反力を上
昇させることができ、加えて、軽量化および低コスト化
を実現することが可能である衝撃エネルギ吸収構造部材
を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係わ
る衝撃エネルギ吸収構造部材は、中空部を有する外殻構
造体と、この外殻構造体の中空部に充填されて圧縮応力
が負荷された段階で略一定の反力を維持しつつ崩壊する
多孔質体を備え、外殻構造体の中空部でかつこの中空部
に充填された多孔質体の圧縮応力が負荷される側とは相
反する側に、貫通孔を有する隔壁を設けた構成としたこ
とを特徴としており、この衝撃エネルギ吸収構造部材の
構成を前述した従来の課題を解決するための手段として
いる。

【０００８】本発明に係わる衝撃エネルギ吸収構造部材
は、請求項２として、外殻構造体の断面積に対する隔壁
における貫通孔の面積の比を０．１〜０．５に設定した
構成とし、請求項３として、外殻構造体の中空部でかつ
この中空部に配置した貫通孔を有する隔壁の多孔質体と
は相反する側に、貫通孔を有する別の隔壁を少なくとも
１つ設けた構成としている。

【０００９】本発明に係わる衝撃エネルギ吸収構造部材
は、請求項４として、外殻構造体の中空部に充填された
多孔質体の隔壁との初期接触部分の面積を隔壁の貫通孔
の総面積以上に設定した構成とし、請求項５として、外
殻構造体の中空部に充填された多孔質体の隔壁との初期
接触部分に対する隔壁の貫通孔の面積比を０．４〜０．
９に設定した構成とし、請求項６として、圧縮応力が負
荷される側から最も離れた部位に位置する別の隔壁の貫
通孔を閉ざした構成とし、請求項７として、圧縮応力が
負荷される側から２つ目の隔壁の貫通孔の面積と、外殻
構造体の中空部に充填された多孔質体の上記隔壁に対す
る初期接触部分の面積との比を０．１〜０．５に設定し
た構成としている。

【００１０】本発明に係わる衝撃エネルギ吸収構造部材
は、請求項８として、外殻構造体の多孔質体と接触して
いる部分を多孔質体と接触していない部分よりも圧潰変
形し易くした構成とし、請求項９として、外殻構造体の
多孔質体と接触している部分の板厚を多孔質体と接触し
ていない部分の板厚よりも薄く設定して圧潰変形し易く
した構成とし、請求項１０として、外殻構造体の多孔質
体と接触している部分の材料強度を多孔質体と接触して
いない部分の材料強度よりも低く設定して圧潰変形し易
くした構成とし、請求項１１として、隔壁は、圧縮応力
が負荷されて生じる多孔質体における分散荷重を受けて
弾性変形する構成としている。

【００１１】本発明に係わる衝撃エネルギ吸収構造部材
は、請求項１２として、少なくとも一つの隔壁は、外殻
構造体の一端部を縮径して形成してある構成とし、請求
項１３として、外殻構造体の一端部を縮径してなる隔壁
は、スピニング加工により成形してある構成とし、請求
項１４として、少なくとも一つの隔壁は、外殻構造体の
板厚よりも厚く設定してある構成とし、請求項１５とし
て、少なくとも一つの隔壁は、外殻構造体の材料強度よ
りも大きく設定してある構成とし、請求項１６として、
少なくとも一つの隔壁は、ベークハード性を有する材料
からなっている構成としている。

【００１２】本発明に係わる衝撃エネルギ吸収構造部材
は、請求項１７として、隔壁における貫通孔の孔壁面
と、隔壁の多孔質体とは反対側の壁面とがなす角度を略
９０°、あるいは、４０°以下に設定した構成とし、請
求項１８として、多孔質体を発泡アルミニウムや発泡マ
グネシウムや発泡鉄やポリウレタンフォームや金属（ス
テンレス，アルミニウムなど）繊維焼結体などの発泡金
属からなる発泡体とした構成とし、請求項１９として、
自動車用構造部材として用いた構成としている。

【００１３】すなわち、本発明に係わる衝撃エネルギ吸
収構造部材は、衝撃入力時における多孔質体の衝撃エネ
ルギ吸収量を素早く立ち上げるために、また、部材の軽
量化と同時に材料コストの低減化が得られるようにする
ために、外殻構造体の隔壁で隔離される部分のうちの外
部から入力を受ける側にのみに多孔質体を充填すること
を特徴とし、加えて、多孔質体を隔離する隔壁に貫通孔
を設けて隔壁の軽量化を図りつつ、部材の圧潰変形時に
は多孔質体の一部がこの貫通孔から練り出てせん断され
ることによるエネルギの吸収と、多孔質体自体の圧縮崩
壊による衝撃エネルギ吸収とを合わせたエネルギ吸収構
造を採用したことを主たる構成としている。

【００１４】そして、部品点数の削減をも図るために、
外殻構造体内の空間を分割する複数の隔壁のうちの少な
くとも一つの隔壁を外殻構造体と一体で形成することを
従たる構成としている。

【００１５】

【発明の作用】本発明に係わる上記した主たる構成の衝
撃エネルギ吸収構造部材では、多孔質体が外殻構造体の
隔壁で隔てられる中空部の圧縮応力が負荷される側にの
み充填してあるので、圧縮応力が負荷された際に、衝撃
エネルギ吸収構造部材全体の圧潰方向と同一方向の多孔
質体の潰れ変形が隔壁との接触によって誘発されること
となり、この際、従来の衝撃エネルギ吸収構造部材より
も多孔質体の充填長さ寸法が短いこととも相俟って、潰
れ変形初期の時点から変形の歪が大きくなり、その結
果、多孔質体の反力が早い段階から上昇することとな
る。

【００１６】また、隔壁には貫通孔が設けてあるので、
衝撃エネルギ吸収構造部材全体の圧潰方向の吸収エネル
ギ量が貫通孔を設けていない場合と比べて減少するが、
多孔質体が潰れ変形する間において、隔壁の貫通孔から
多孔質体がその孔壁を切断しつつ練り出ることで吸収エ
ネルギ量の減少分が補われることとなり、したがって、
隔壁に貫通孔を設けて全体の軽量化に貢献しつつ、貫通
孔を設けていない場合と同等の吸収エネルギ量が確保さ
れることとなる。

【００１７】さらに、従来の衝撃エネルギ吸収構造部材
と比べて、多孔質体の充填量が格段に少ないことから、
軽量化および低コスト化が図られることとなる。

【００１８】一方、本発明に係わる衝撃エネルギ吸収構
造部材では、上記した従たる構成としているため、外殻
構造体内の空間を分割する隔壁を別体で製造するプロセ
スを省略し得ることとなり、外殻構造体と隔壁とを接合
する代わりに外殻構造体の端部同士を接合するようにな
せば、接合隙間の管理が容易なものとなり、この外殻構
造体との一体成形において、スピニング法による加工を
採用すれば、隔壁の板厚あるいは強度が上昇して、強固
な隔壁が得られることとなる。また、強固な隔壁を有し
ていることで、多孔質体をより多く潰し得ることとな
り、多孔質体全体の潰れ効率が向上することとなる。し
たがって、本発明の請求項１８に係わる衝撃エネルギ吸
収構造部材のように、自動車用構造部材として用いれ
ば、車両衝突直後に大きな反力ピークを生じさせること
なく、効率よく衝撃エネルギの吸収がなされることとな
る。

【００１９】

【発明の効果】本発明の請求項１〜１８に係わる衝撃エ
ネルギ吸収構造部材では、上記した構成としたから、例
えば、自動車の構造部材として用いた場合において、車
両の衝突直後の潰れ変形初期の時点から反力を立ち上が
らせることができ、したがって、軽量化および低コスト
化を実現したうえで、従来と同等ないしはそれ以上の吸
収エネルギ量を確保することが可能であるという非常に
優れた効果がもたらされる。

【００２０】本発明の請求項１９に係わる衝撃エネルギ
吸収構造部材では、上記した構成としたから、車両衝突
直後に生じる反力ピークを少なく抑えたうえで、効率の
よい衝撃エネルギの吸収を実現することが可能であると
いう非常に優れた効果がもたらされる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。

【００２２】図１〜図７は、本発明に係わる衝撃エネル
ギ吸収構造部材の一実施例を示しており、この実施例で
は、本発明に係わる衝撃エネルギ吸収構造部材を自動車
用構造部材として用いた場合を示す。

【００２３】図１および図２に示すように、車体１のサ
イドメンバエクステンション２に連なる衝撃エネルギ吸
収構造部材としてのフロントサイドメンバ１０は、中空
部１１ａを有する前部外殻構造体１１と、同じく中空部
１２ａを有しかつ前部外殻構造体１１とフランジ１３を
介して連結する後部外殻構造体１２と、前部外殻構造体
１１の中空部１１ａに充填されて圧縮応力が負荷された
段階で略一定の反力を維持しつつ崩壊する発泡アルミニ
ウム(多孔質体)１４を備えており、後部外殻構造体１２
はサイドメンバエクステンション２に一体で成形されて
いる。なお、前部外殻構造体１１および後部外殻構造体
１２は一体で形成されていてもよい。

【００２４】前部外殻構造体１１の中空部１１ａでかつ
この中空部１１ａに充填された発泡アルミニウム１４の
圧縮応力が負荷される側とは相反する側には、貫通孔１
５ａを有する隔壁１５が設けてあり、前部外殻構造体１
１の発泡アルミニウム１４と接触している部分の板厚を
発泡アルミニウム１４と接触していない部分（後部外殻
構造体１２）の板厚よりも薄く設定する、あるいは、前
部外殻構造体１１の発泡アルミニウム１４と接触してい
る部分の材料強度を発泡アルミニウム１４と接触してい
ない部分（後部外殻構造体１２）の材料強度よりも低く
設定するようにしている。

【００２５】この場合、隔壁１５は圧縮応力が負荷され
て生じる発泡アルミニウム１４における分散荷重を受け
て弾性変形するものとなっており、前部外殻構造体１１
の断面積に対する隔壁１５における貫通孔１５ａの面積
の比を０．１〜０．５に設定していると共に、発泡アル
ミニウム１４の隔壁１５との初期接触部分の面積を貫通
孔１５ａの総面積以上に設定している。

【００２６】この衝撃エネルギ吸収構造部材としてのフ
ロントサイドメンバ１０において、発泡アルミニウム１
４が前部外殻構造体１１の隔壁１５で隔てられる中空部
の圧縮応力が負荷される側にのみ充填してあるので、圧
縮応力が負荷された際に、フロントサイドメンバ１０全
体の圧潰方向と同一方向の発泡アルミニウム１４の潰れ
変形が隔壁１５との接触によって誘発され、加えて、従
来の衝撃エネルギ吸収構造部材よりも発泡アルミニウム
１４の充填長さ寸法が短いことから、潰れ変形初期の時
点から変形の歪が大きくなって、発泡アルミニウム１４
の反力が早い段階から上昇することとなる。

【００２７】また、上記したフロントサイドメンバ１０
では、隔壁１５に貫通孔１５ａを設けているので、フロ
ントサイドメンバ１０全体の圧潰方向の吸収エネルギ量
が貫通孔を設けていない場合と比べて減少するものの、
図３に示すように、前部外殻構造体１１とともに発泡ア
ルミニウム１４が潰れ変形する間において、隔壁１５の
貫通孔１５ａから発泡アルミニウム１４の一部がその孔
壁を切断しつつ練り出ることによって、吸収エネルギ量
の減少分が補われることとなり、したがって、隔壁１５
に貫通孔１５ａを設けて全体の軽量化に貢献しつつ、貫
通孔１５ａを設けていない場合と同等の吸収エネルギ量
が確保されることとなり、より大きな衝撃荷重が入力さ
れた場合には、潰れ変形する前部外殻構造体１１および
発泡アルミニウム１４よりも後ろ側に位置する後部外殻
構造体１２によって、吸収エネルギの吸収がなされるこ
ととなる。

【００２８】さらに、上記したフロントサイドメンバ１
０では、従来の衝撃エネルギ吸収構造部材と比べて、発
泡アルミニウム１４の充填量が格段に少ないことから、
軽量化および低コスト化が図られることとなる。

【００２９】そこで、密度が０．２５ｇ／ｃｍ^３，直径
が１００ｍｍ，長さが１５０ｍｍの円柱状をなす発泡ア
ルミニウム１４を充填したフロントサイドメンバ１０に
ついて、隔壁１５の貫通孔１５ａの口径を０〜９０ｍｍ
の範囲内で６段階に変化させた場合（面積を変化させた
場合）の潰れ量と反力との関係を調べたところ、図４に
示す結果を得た。

【００３０】図４のグラフに示すように、隔壁１５の貫
通孔１５ａの口径が１０〜５０ｍｍの範囲（発泡アルミ
ニウム１４の直径に対する貫通孔１５ａの口径の比率が
５０％までの範囲）では、隔壁１５に貫通孔１５ａを設
けていない場合と同等の吸収エネルギ量が確保されてお
り、隔壁１５の貫通孔１５ａから発泡アルミニウム１４
の一部がその孔壁を切断しつつ練り出ることで、吸収エ
ネルギ量の減少分が補われることが実証できた。

【００３１】この際、隔壁１５の貫通孔１５ａの口径を
７０ｍｍ，９０ｍｍとすると、発泡アルミニウム１４が
必要以上に練り出てしまい、エネルギの吸収機能が低下
してしまうことがわかった。

【００３２】次に、前部外殻構造体１１の外力入力軸に
対して垂直をなす断面積および隔壁１５における貫通孔
１５ａの面積の比（面積比）と、フロントサイドメンバ
１０の圧潰変形時における平均反力との関係を調べたと
ころ、図５に示す結果を得た。この際、発泡アルミニウ
ム１４の密度を０．２５ｇ／ｃｍ^３，前部外殻構造体１
１の断面代表長さを８０ｍｍ（断面積），前部外殻構造
体１１の発泡アルミニウム１４を充填した部分の板厚を
１．６ｍｍ，充填長さを１５０ｍｍ，発泡アルミニウム
１４を充填していない部分の板厚を２．０ｍｍとして、
フロントサイドメンバ１０の圧潰変形量と発泡アルミニ
ウム１４の充填長さとの比（潰れ比）が０．６に達した
時点、すなわち、フロントサイドメンバ１０の圧潰変形
量が発泡アルミニウム１４の充填長さの６０％に達した
時点における面積比と平均反力との関係を調べた。

【００３３】図５のグラフに示すように、このグラフ曲
線は上向きに凸となり、面積比が０．１〜０．５程度で
ある場合に、隔壁１５に貫通孔１５ａを設けていない場
合と同等以上の平均反力が得られることが立証できた。

【００３４】図６は、上記隔壁１５における貫通孔１５
ａの孔壁面１５ｂが外力入力軸Ｐに対して平行ではな
く、隔壁１５の発泡アルミニウム１４とは反対側の壁面
１５ｃに対して角度θをなしている場合を示している。

【００３５】そこで、密度が０．２５ｇ／ｃｍ^３，直径
が１００ｍｍ，長さが１５０ｍｍの円柱状をなす発泡ア
ルミニウム１４を充填した衝撃エネルギ吸収構造部材に
ついて、隔壁１５における貫通孔１５ａの口径を４０ｍ
ｍとし、貫通孔１５ａの孔壁面１５ｂと、隔壁１５の上
記壁面１５ｃとがなす角度θを変化させた際のエネルギ
吸収能を調べたところ、図７に示す結果を得た。

【００３６】図７のグラフに示すように、隔壁１５にお
ける貫通孔１５ａの孔壁面１５ｂと、隔壁１５の上記壁
面１５ｃとがなす角度θが略９０°である場合、あるい
は、角度θが４０°以下である場合に、エネルギ吸収能
が高いことが判る。

【００３７】図８〜図１０は、本発明に係わる衝撃エネ
ルギ吸収構造部材の他の実施例を示しており、この実施
例においても、本発明に係わる衝撃エネルギ吸収構造部
材を自動車用構造部材であるフロントサイドメンバ（図
２参照）として用いた場合を示す。

【００３８】図８に示すように、この実施例に係わる衝
撃エネルギ吸収構造部材としてのフロントサイドメンバ
１０Ａが、先の実施例に係わるフロントサイドメンバ１
０と相違するところは、外殻構造体１１の中空部１１ａ
でかつこの中空部１１ａに配置した貫通孔１５ａを有す
る隔壁（第１の隔壁）１５の発泡アルミニウム１４とは
相反する側に、貫通孔１６ａを有する別の隔壁（第２の
隔壁）１６を１つ設けて、外殻構造体１１の中空部１１
ａに合計２枚の隔壁１５，１６を配置した点にあり、他
の構成は先の実施例に係わるフロントサイドメンバ１０
と同じである。

【００３９】この場合、発泡アルミニウム１４の隔壁１
５との初期接触部分の面積をＳ０とし、発泡アルミニウ
ム１４寄りに位置する第１の隔壁１５の貫通孔１５ａの
面積をＳ１とし、第１の隔壁１５の発泡アルミニウム１
４とは相反する側に位置する第２の隔壁１６の貫通孔１
６ａの面積をＳ２に設定している。

【００４０】この衝撃エネルギ吸収構造部材としてのフ
ロントサイドメンバ１０Ａにおいても、先の実施例に係
わるフロントサイドメンバ１０と同じく、圧縮応力が負
荷された際には、発泡アルミニウム１４の反力が早い段
階から上昇する。

【００４１】また、このフロントサイドメンバ１０Ａで
は、第１の隔壁１５の発泡アルミニウム１４とは相反す
る側に、貫通孔１６ａを有する第２の隔壁１６を１つ設
けているので、図９に示すように、前部外殻構造体１１
とともに発泡アルミニウム１４が潰れ変形する間におい
て、第１の隔壁１５の貫通孔１５ａから発泡アルミニウ
ム１４の一部がその孔壁を切断しつつ練り出ると共に、
この第１の隔壁１５の貫通孔１５ａから練り出た発泡ア
ルミニウム１４の一部が第２の隔壁１６の貫通孔１６ａ
からも練り出ることによって、吸収エネルギ量の減少分
が補われることとなり、したがって、隔壁１５，１６に
貫通孔１５ａ，１６ａをそれぞれ設けて全体の軽量化に
貢献しつつ、貫通孔１５ａを設けていない場合と同等の
吸収エネルギ量が確保されることとなる。

【００４２】そこで、発泡アルミニウム１４の密度を
０．３ｇ／ｃｍ^３、外殻構造体１１の代表断面長さを８
０ｍｍ（断面積）、外殻構造体１１の発泡アルミニウム
１４を充填した部位の板厚を１．４ｍｍ、充填長さを１
２０ｍｍ、隔壁１５，１６の間隔を６０ｍｍとした上記
構成のフロントサイドメンバ１０Ａのエネルギ吸収能に
ついて調べたところ、図１０のグラフ（縦軸：エネルギ
吸収量，横軸：隔壁１５の貫通孔１５ａの面積Ｓ１と発
泡アルミニウム１４の断面積Ｓ０との比Ｓ１／Ｓ０）に
示す結果を得た。

【００４３】図１０のグラフにおいて、太い実線は、隔
壁１５のみを備えたフロントサイドメンバ１０の面積比
Ｓ１／Ｓ０を変えた場合のエネルギ吸収量の変化状況を
示しており、一方、細い実線は、隔壁１５，１６を備え
たフロントサイドメンバ１０Ａにおける上記面積比Ｓ１
／Ｓ０と第２の隔壁１６の貫通孔１６ａに対する第１の
隔壁１５の貫通孔１５ａの面積比Ｓ２／Ｓ１とを変えた
場合のエネルギ吸収量の変化を示している。この際、貫
通孔１６ａに対する貫通孔１５ａの面積比Ｓ２／Ｓ１と
は、言い換えれば、第２隔壁１６の貫通孔１６ａの面積
と、第１隔壁１５の貫通孔１５ａから練り出た発泡アル
ミニウム１４の断面積との比であり、細い実線上のマー
キングは実験点である。

【００４４】図１０のグラフから、第１の隔壁１５の貫
通孔１５ａと発泡アルミニウム１４の断面との面積比Ｓ
１／Ｓ０が０．４〜０．９の場合で、かつ、第２の隔壁
１６の貫通孔１６ａに対する第１の隔壁１５の貫通孔１
５ａの面積比Ｓ２／Ｓ１が０．５以下の場合（図１０の
点線で囲った部分）に、２枚の隔壁１５，１６を有する
フロントサイドメンバ１０Ａのエネルギ吸収量が１枚の
隔壁１５のみを有するフロントサイドメンバ１０のエネ
ルギ吸収量を上回ることが判った。

【００４５】この実施例に係わるフロントサイドメンバ
１０Ａは、２枚の隔壁１５，１６を中空部１１ａに有す
る前部外殻構造体１１に、フランジ１３を介して同じく
中空部１２ａを有する後部外殻構造体１２を連結する構
成をなしているが、図１１に示すように、前部外殻構造
体１１に、フランジ１３を介して貫通孔のない隔壁１７
を設ける構成とすることも可能であり、このように、圧
縮応力が負荷される側から最も離れた部位に貫通孔を閉
ざした、すなわち、貫通孔の面積が０の隔壁１７を設け
た場合には、外殻構造体１１の中空部１１ａに充填され
た発泡アルミニウム１４の上記隔壁１７に対する初期接
触部分との面積比が０になるのは言うまでもない。

【００４６】図１２は、本発明のさらに他の実施例に係
わる衝撃エネルギ吸収構造部材１０Ｂの外殻構造体１１
Ｂを示しており、この外殻構造体１１Ｂは、その一端部
にスピニング加工によって縮径してなる隔壁１５Ｂを備
えている。

【００４７】この場合、衝撃エネルギ吸収構造部材１０
Ｂの外殻構造体１１Ｂは、管材ＰをチャックＣｈに取り
付けて回転軸Ｌを中心に回転させ、隔壁１５Ｂとなる素
材Ｐの一端部Ｐａを過熱しつつ、ローラＲによってスピ
ニング加工を行うことで成形される。

【００４８】このスピニング加工の際において、外殻構
造体１１Ｂとなる管材Ｐの径が成形前よりも縮むことに
よって板厚が初期値よりも増加し、外殻構造体１１Ｂよ
りも厚い隔壁１５Ｂが形成される。一方、管材Ｐの板厚
をほぼ一定にするために、管材Ｐの全長が延びるのを容
認するようにして加工を行った場合には、加工硬化によ
って降伏応力が上昇した隔壁１５Ｂが形成される。な
お、この実施例では、スピニング加工による縮径で一端
部Ｐａが閉じきらず、隔壁１５Ｂに貫通孔１５Ｂａが空
いている場合を示しているが、スピニング加工による縮
径で応力入力側から最も遠い部位に位置する隔壁を形成
する場合には、一端部Ｐａを完全に閉塞してもよい。

【００４９】図１３は、本発明に係わる衝撃エネルギ吸
収構造部材のさらに他の実施例を示しており、この実施
例に係わる衝撃エネルギ吸収構造部材１０Ｃは、上記実
施例における外殻構造体１１Ｂの隔壁１５Ｂ側に、一端
部にスピニング加工によって縮径してなる隔壁１６Ｃを
備えた外殻構造体１１Ｃを一方向溶接、例えば、レーザ
溶接Ｌａによって接合してなっている。

【００５０】この場合、外殻構造体１１Ｂの内部には多
孔質体１４Ｂが充填してあり、この外殻構造体１１Ｂの
隔壁１５Ｂには貫通孔１５Ｂａが設けてあるが、外殻構
造体１１Ｃ側の隔壁１６Ｃには貫通孔を設けない構成と
している。

【００５１】図１４は、隔壁（１５Ｂ）の板厚あるいは
降伏応力を外殻構造体（１１Ｂ）と比較して増加させた
場合に、充填した多孔質体をより多く圧縮変形させるこ
とが可能であることを表した模式図である。

【００５２】図１４において、外殻構造体（１１Ｂ）と
一体成形された隔壁（１５Ｂ）の板厚あるいは降伏応力
が上昇して、外殻構造体（１１Ｂ）の値を示すＡ点から
Ｂ点に変化した場合、衝撃エネルギ吸収構造部材（１０
Ｂ）の圧潰変形にともなう多孔質体（１４Ｂ）の圧潰変
形方向の圧縮応力に耐えられる隔壁（１５Ｂ）の耐力も
上昇し、Ｋ点であった耐力がＬ点に上昇する。したがっ
て、隔壁（１５Ｂ）の塑性変形を伴うことなく、だけ
多孔質体（１４Ｂ）の潰れを大きくすることができ、そ
の分だけ、衝撃エネルギ吸収構造部材（１０Ｂ）の潰れ
効率を大きくすることができる。

【００５３】例えば、外径６０ｍｍ，板厚１．６ｍｍ，
初期降伏応力４００ＭＰａの鋼管において、板厚を保持
するように隔壁を成形した場合、平均２％のひずみ量で
降伏応力は１０％向上し、これに伴い、多孔質体として
充填した発泡アルミニウム（密度０．２５ｇ／ｃｍ^３，
プラトー応力２ＭＰａ）の圧縮潰れにおいて、２０％の
潰れ効率向上が見られた（矢印）。また、板厚を５０
％増加させるように隔壁を成形した場合には、隔壁耐力
は１００％増加し、衝撃エネルギ吸収構造部材の潰れ効
率は７５％向上した。

【００５４】さらに、外殻構造体および隔壁を一体成形
する材料にベークハード性を有する材料を使用した場合
には、板厚を保持するように隔壁を成形すると、平均２
％のひずみ量で降伏応力が１０％向上すると共に、ベー
クハード効果によってさらに１０％降伏応力が増加し、
これに伴い、衝撃エネルギ吸収構造部材の潰れ効率がさ
らに３０％増加して総合では５０％向上した。

【００５５】図１５は、本発明に係わる衝撃エネルギ吸
収構造部材を曲げ変形が生じる車両のセンターピラー
（図２参照）とした場合を示している。

【００５６】図１５に示すように、この衝撃エネルギ吸
収構造部材としてのセンターピラー２０は、センターピ
ラーインナ２１と、中空部２２ａを有するボディーサイ
ドアウタ（外殻構造体）２２と、このボディーサイドア
ウタ２２の中空部２２ａに充填されて圧縮応力が負荷さ
れた段階で略一定の反力を維持しつつ崩壊する発泡アル
ミニウム２３と、ボディーサイドアウタ２２の中空部２
２ａでかつこの中空部２２ａに充填された発泡アルミニ
ウム２３の圧縮応力が負荷される側とは相反する側に位
置するセンターピラーレインフォース（隔壁）２４を備
えている。

【００５７】このセンターピラーレインフォース２４
は、センターピラーインナ２１およびボディーサイドア
ウタ２２の各フランジ２１ｂ，２２ｂ間に固定してあ
り、発泡アルミニウム２３との接触面積の０．１〜０．
５の割合で形成された貫通孔２４ａを有している。

【００５８】この衝撃エネルギ吸収構造部材としてのセ
ンターピラー２０では、ボディーサイドアウタ２２から
の圧縮応力の負荷に対して、このボディーサイドアウタ
２２が変形するのと同時に中空部２２ａに充填された発
泡アルミニウム２３が圧縮変形することで、衝撃エネル
ギの吸収がなされ、加えて、センターピラーレインフォ
ース２４の貫通孔２４ａからセンターピラーインナ２１
側に発泡アルミニウム２３の一部が練り出ることによっ
ても、衝撃エネルギの吸収がなされることとなる。

【００５９】図１６は、本発明に係わる衝撃エネルギ吸
収構造部材を曲げ変形が生じる車両のサイドシル（図２
参照）とした場合を示している。

【００６０】図１６に示すように、この衝撃エネルギ吸
収構造部材としてのサイドシル３０は、シルインナ３１
と、中空部３２ａを有するボディーサイドアウタ（外殻
構造体）３２と、このボディーサイドアウタ３２の中空
部３２ａに充填されて圧縮応力が負荷された段階で略一
定の反力を維持しつつ崩壊する発泡アルミニウム３３
と、ボディーサイドアウタ３２の中空部３２ａでかつこ
の中空部３２ａに充填された発泡アルミニウム３３の圧
縮応力が負荷される側とは相反する側に位置するシルレ
インフォース（隔壁）３４を備えている。

【００６１】このシルレインフォース３４は、シルイン
ナ３１およびボディーサイドアウタ３２の各フランジ３
１ｂ，３２ｂ間に溶接によって固定してあり、発泡アル
ミニウム３３との接触面積の０．１〜０．５の割合で形
成された貫通孔３４ａを有している。

【００６２】この衝撃エネルギ吸収構造部材としてのサ
イドシル３０では、ボディーサイドアウタ３２からの圧
縮応力の負荷に対して、このボディーサイドアウタ３２
が変形するのと同時に中空部３２ａに充填された発泡ア
ルミニウム３３が圧縮変形することで、衝撃エネルギの
吸収がなされ、加えて、シルレインフォース３４の貫通
孔３４ａからシルインナ３１側に発泡アルミニウム３３
の一部が練り出ることによっても、衝撃エネルギの吸収
がなされることとなる。

【００６３】上記した実施例では、多孔質体（発泡アル
ミニウム１４，１４Ｂ，２３，３３）が圧縮変形する際
に練り出る貫通孔１５ａ，１５Ｂａ，１６ａ，２４ａ，
３４ａをいずれも円形状をなすものとしているが、これ
に限定されるものではなく、他の形状として、例えば、
矩形状や多角形状も採用することが可能である。

【００６４】また、本発明に係わる衝撃エネルギ吸収構
造部材の詳細な構成は、上記した実施例に限定されるも
のではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる衝撃エネルギ吸収構造部材を自
動車用構造部材としてのフロントサイドメンバに適用し
た状況を示す斜視説明図(ａ)および断面説明図(ｂ)であ
る。

【図２】本発明に係わる衝撃エネルギ吸収構造部材を用
い得る車体を示す全体斜視説明図である。

【図３】図１のフロントサイドメンバに外部から衝撃荷
重が負荷された際の挙動を示す断面説明図である。

【図４】図１のフロントサイドメンバに対して隔壁の貫
通孔の口径を変化させて衝撃荷重を加えた際の平均反力
と潰れ量との関係を示すグラフである。

【図５】図１のフロントサイドメンバにおける外殻構造
体の断面積および隔壁における貫通孔の面積の比と、フ
ロントサイドメンバの圧潰変形時における平均反力との
関係を示すグラフである。

【図６】図１のフロントサイドメンバにおける隔壁の貫
通孔の孔壁面がテーパ角を有している状態の断面説明図
である。

【図７】図１のフロントサイドメンバにおいて貫通孔の
孔壁面と隔壁の壁面とがなす角度を変化させた際のエネ
ルギ吸収能の変化を示すグラフである。

【図８】本発明に係わる衝撃エネルギ吸収構造部材を自
動車用構造部材としてのフロントサイドメンバに適用し
た状況を示す図１(ｂ)に相当する断面説明図である。

【図９】図８のフロントサイドメンバに外部から衝撃荷
重が負荷された際の挙動を示す断面説明図である。

【図１０】図８のフロントサイドメンバにおける隔壁の
貫通孔の面積Ｓ１に対する発泡アルミニウムの断面積Ｓ
０の比Ｓ１／Ｓ０とエネルギ吸収量との関係を示すグラ
フである。

【図１１】図８のフロントサイドメンバの他の構成例に
係わるフロントサイドメンバに外部から衝撃荷重が負荷
された際の挙動を示す断面説明図である。

【図１２】本発明の他の実施例に係わる衝撃エネルギ吸
収構造部材の外殻構造体の成形要領を示す断面説明図で
ある。

【図１３】本発明のさらに他の実施例に係わる衝撃エネ
ルギ吸収構造部材の外殻構造体の成形要領を示す断面説
明図である。

【図１４】隔壁の板厚あるいは降伏応力を外殻構造体と
比較して増加させた際に多孔質体を多く圧縮変形させる
ことが可能であることを表した模式図である。

【図１５】本発明に係わる衝撃エネルギ吸収構造部材を
自動車用構造部材としてのセンターピラーに適用した状
況を示す断面説明図(ａ)および隔壁としてのセンターピ
ラーレインフォースの拡大斜視説明図(ｂ)である。

【図１６】本発明に係わる衝撃エネルギ吸収構造部材を
自動車用構造部材としてのサイドシルに適用した状況を
示す断面説明図(ａ)および隔壁としてのシルレインフォ
ースの拡大斜視説明図(ｂ)である。

【図１７】従来の衝撃エネルギ吸収構造部材を示す平面
説明図である。

【符号の説明】

１０，１０Ａ フロントサイドメンバ（衝撃エネルギ吸
収構造部材） １０Ｂ，１０Ｃ 衝撃エネルギ吸収構造部材 １１，１１Ｂ，１１Ｃ 外殻構造体 １１ａ，２２ａ，３２ａ 中空部 １４，１４Ｂ，２３，３３ 発泡アルミニウム(多孔質
体) １５，１５Ｂ，１６，１６Ｃ，１７ 隔壁 １５ａ，１５Ｂａ，１６ａ，２４ａ，３４ａ 貫通孔 １５ｂ 貫通孔の孔壁面 １５ｃ 隔壁の壁面 ２０ センターピラー（衝撃エネルギ吸収構造部材） ２２ ボディーサイドアウタ（外殻構造体） ２４ センターピラーレインフォース（隔壁） ３０ サイドシル（衝撃エネルギ吸収構造部材） ３２ ボディーサイドアウタ（外殻構造体） ３４ シルレインフォース（隔壁） θ 貫通孔の孔壁面と隔壁の壁面とがなす角度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桜井 寛 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 3D003 AA05 BB01 CA09 3J066 AA02 AA23 BA03 BB01 BC01 BD05 BF11 BG04 BG05

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空部を有する外殻構造体と、この外殻
   構造体の中空部に充填されて圧縮応力が負荷された段階
   で略一定の反力を維持しつつ崩壊する多孔質体を備え、
   外殻構造体の中空部でかつこの中空部に充填された多孔
   質体の圧縮応力が負荷される側とは相反する側に、貫通
   孔を有する隔壁を設けたことを特徴とする衝撃エネルギ
   吸収構造部材。
2. 【請求項２】 外殻構造体の断面積に対する隔壁におけ
   る貫通孔の面積の比を０．１〜０．５に設定した請求項
   １に記載の衝撃エネルギ吸収構造部材。
3. 【請求項３】 外殻構造体の中空部でかつこの中空部に
   配置した貫通孔を有する隔壁の多孔質体とは相反する側
   に、貫通孔を有する別の隔壁を少なくとも１つ設けた請
   求項１または２に記載の衝撃エネルギ吸収構造部材。
4. 【請求項４】 外殻構造体の中空部に充填された多孔質
   体の隔壁との初期接触部分の面積を隔壁の貫通孔の総面
   積以上に設定した請求項１ないし３のいずれかに記載の
   衝撃エネルギ吸収構造部材。
5. 【請求項５】 外殻構造体の中空部に充填された多孔質
   体の隔壁との初期接触部分に対する隔壁の貫通孔の面積
   比を０．４〜０．９に設定した請求項３または４に記載
   の衝撃エネルギ吸収構造部材。
6. 【請求項６】 圧縮応力が負荷される側から最も離れた
   部位に位置する別の隔壁の貫通孔を閉ざした請求項３な
   いし５のいずれかに記載の衝撃エネルギ吸収構造部材。
7. 【請求項７】 圧縮応力が負荷される側から２つ目の隔
   壁の貫通孔の面積と、外殻構造体の中空部に充填された
   多孔質体の上記隔壁に対する初期接触部分の面積との比
   を０．１〜０．５に設定した請求項３ないし５のいずれ
   かに記載の衝撃エネルギ吸収構造部材。
8. 【請求項８】 外殻構造体の多孔質体と接触している部
   分を多孔質体と接触していない部分よりも圧潰変形し易
   くした請求項１ないし７のいずれかに記載の衝撃エネル
   ギ吸収構造部材。
9. 【請求項９】 外殻構造体の多孔質体と接触している部
   分の板厚を多孔質体と接触していない部分の板厚よりも
   薄く設定して圧潰変形し易くした請求項８に記載の衝撃
   エネルギ吸収構造部材。
10. 【請求項１０】 外殻構造体の多孔質体と接触している
    部分の材料強度を多孔質体と接触していない部分の材料
    強度よりも低く設定して圧潰変形し易くした請求項８に
    記載の衝撃エネルギ吸収構造部材。
11. 【請求項１１】 隔壁は、圧縮応力が負荷されて生じる
    多孔質体における分散荷重を受けて弾性変形する請求項
    １ないし１０のいずれかに記載の衝撃エネルギ吸収構造
    部材。
12. 【請求項１２】 なくとも一つの隔壁は、外殻構造体の
    一端部を縮径して形成してある請求項１ないし１０のい
    ずれかに記載の衝撃エネルギ吸収構造部材。
13. 【請求項１３】 外殻構造体の一端部を縮径してなる隔
    壁は、スピニング加工により成形してある請求項１２に
    記載の衝撃エネルギ吸収構造部材。
14. 【請求項１４】 少なくとも一つの隔壁は、外殻構造体
    の板厚よりも厚く設定してある請求項１ないし１３のい
    ずれかに記載の衝撃エネルギ吸収構造部材。
15. 【請求項１５】 少なくとも一つの隔壁は、外殻構造体
    の材料強度よりも大きく設定してある請求項１ないし１
    ３のいずれかに記載の衝撃エネルギ吸収構造部材。
16. 【請求項１６】 少なくとも一つの隔壁は、ベークハー
    ド性を有する材料からなっている請求項１ないし１５の
    いずれかに記載の衝撃エネルギ吸収構造部材。
17. 【請求項１７】 隔壁における貫通孔の孔壁面と、隔壁
    の多孔質体とは反対側の壁面とがなす角度を略９０°、
    あるいは、４０°以下に設定した請求項１ないし１６の
    いずれかに記載の衝撃エネルギ吸収構造部材。
18. 【請求項１８】 多孔質体を発泡金属からなる発泡体と
    した請求項１ないし１７のいずれかに記載の衝撃エネル
    ギ吸収構造部材。
19. 【請求項１９】 自動車用構造部材として用いた請求項
    １ないし１８のいずれかに記載の衝撃エネルギ吸収構造
    部材。