JP4075055B2 - Impact energy absorbing member and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、自動車の構造部材として用いられて、衝突時に崩壊しながら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部材に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
上記した衝撃エネルギの吸収部材としては、近年注目されている多孔質金属がある。従来における多孔質金属の成形方法としては、発泡性金属粉末として水素化マグネシウムを用いて焼結体を発泡させることによって、金属の多孔質構造体を得る方法があった(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
また、これとは別の多孔質金属の成形方法として、金属の溶解工程の後に発泡工程を設けて、溶融金属の粘性を上昇させたうえで発泡介助剤を用いて発泡させる方法がある(例えば、特許文献2参照。)。
【0004】
一方、上記した多孔質金属以外の衝撃エネルギ吸収部材としては、剛性を高めた金属製パネル体がある。この金属製パネル体は、コーン形状のエンボスを有する一方のパネルと、平板状の他方のパネルを備えており、一方のパネルのエンボス底部を平板状の他方のパネルにスポット溶接する構造を成している(例えば、特許文献3参照。)。
【0005】
【特許文献1】
特開平11−012605号公報
【特許文献2】
特開平07−233428号公報
【特許文献3】
特開2002−307117号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来において、衝撃エネルギ吸収部材を多孔質金属とした場合に
は、その成形時に金属の融点近傍まで一旦材料を加熱する必要があることから、製造コストがかかるという問題があった。
【0007】
一方、従来の衝撃エネルギ吸収部材としての剛性を高めた金属製パネル体にあっては、一方のパネルにおけるコーン形状のエンボス底部を他方のパネルに接合させているため、閉空間を形成することができず、多孔質金属に類似する構造を形成することができないという問題を有しており、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。
【0008】
【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、多孔質金属と同レベルの衝撃エネルギ吸収能を有しかつ製造コストが安価な衝撃エネルギ吸収部材及びその製造方法を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の衝撃エネルギ吸収部材は、一方のパネルに設けた多数の凸部と他方のパネルに設けた多数の凸部との間に空洞を形成するべく各凸部を互いに相反する側に向けて各凸部以外のフランジ部同士を接合して成るパネル体を複数備え、上記パネル体を1層おきにパネル体のサイズのほぼ半分の寸法分だけずらして順次積層して、積層方向に隣接する一方のパネル体の凸部以外のフランジ部と他方のパネル体の凸部とを接合した構成としており、この衝撃エネルギ吸収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。
【0010】
【発明の効果】
本発明の衝撃エネルギ吸収部材では、上記した構成としたから、プレス成形によるパネルの組合せによって、多孔質金属に類似する構造を得ることができると共に、同一平面内に位置するパネル体同士を直接接合することなく、大きなサイズの衝撃エネルギ吸収部材とすることができ、したがって、製造コストの低減を実現したうえで、多孔質金属と同等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。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明において、パネルに設ける凸部を、例えば、断面が四角形状をなすものとすると、プレス成形機によるエンボス加工時においてポンチ底部で割れが発生する危険性が高くなる。この際、ポンチ底部のR(丸み)を大きくする方が歪を均一化することができ、エンボスの大きさに対して深さを大きくすることができることから、凸部を半円形状又は半楕円形状の断面を有する形状とすることが望ましい。
【0012】
凸部を断面が略半円形状を成すものとした場合、隣接する凸部の中心間距離が凸部の直径の2.5倍よりも大きいと、質量の増加が大きくなってしまい、一方、隣接する凸部の中心間距離が近すぎると、プレス成形によって断面略半円形状を成す凸部の成形ができなくなることから、隣接する凸部の中心間距離を凸部の直径の1.5〜2.5倍とすることが必要である。
【0013】
また、ひずみ時効性の鋼板は、成形時に耐力が低く熱処理後に耐力が上昇するという特性を有しているため、本発明のようにひずみ時効性の鋼板を用いれば、規則的に整列している凸部、例えば、断面半円状の凸部を成形するのに必要な成形性及び成形後においてパネルに要求される高耐力を有する材料の特性をより高い耐力レベルにまで両立させることができる。
【0014】
【実施例】
以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明するが、本発明は、以下の実施例のみに限定されないことは言うまでもない。
【0015】
図1〜図4は、本発明の衝撃エネルギ吸収部材の一実施例を示しており、図1に示すように、この衝撃エネルギ吸収部材1は、複数枚のパネル体2を備えている。
【0016】
パネル体2は、板厚0.5mm、引張り強度390MPaのひずみ時効性を有する鋼板から成る2枚のパネル3,3を具備している。パネル3には、断面が直径10mm程度のほぼ半円形状を成す多数の凸部3aが約20mmの中心間距離をとりつつ規則的に配置してあり、一方のパネル3における多数の凸部3aと他方のパネル3における多数の凸部3aとの間に空洞4を形成するべく各凸部3a,3aを互いに相反する側に向けて各凸部3a以外のフランジ部3b,3b同士をスポット溶接によって接合することにより、パネル体2を形成している。
【0017】
この場合、パネル3の断面略半円形状を成す凸部3aをプレス加工により成形するようにしているが、プレス成形時における材料の流入を行い易くして凸部3aの成形を容易にするために、凸部3aを配置しようとする部位の周囲に小さなスリット又は孔を設けておいてもよい。
【0018】
この衝撃エネルギ吸収部材1において、上記パネル体2を順次積層するようにしており、隣接するパネル体2,2は、断面略半円形状を成す凸部3aの各頂点同士が当たらないようにして接合してある、すなわち、一方のパネル体2の凸部3a以外のフランジ部3bと他方のパネル体2の凸部3aの頂点とを当接させて接合してある。この実施例において、パネル体2,2同士の接合には、熱硬化型の接着剤を用いている。
【0019】
上記した衝撃エネルギ吸収部材1を製造するに際しては、まず、図1(a)に示すように、板厚0.5mm、引張り強度390MPaのひずみ時効性を有する鋼板3’に対して、金型P,Dによるプレス加工を行って、図1(b)に示すように、断面が直径10mm程度のほぼ半円形状を成す多数の凸部3aを約20mmの中心間距離をもって規則的に配置したパネル3を複数形成する。
【0020】
次いで、上記パネル3を適当な大きさに切断するのに続いて、図1(c)に示すように、一方のパネル3の凸部3aと他方のパネル3の凸部3aとの間に空洞4を形成するべく各凸部3a,3aを互いに相反する側に向けてフランジ部3b,3b同士を電極チップC,Cで挟み込み、図1(d)に示すように、パネル3,3同士をスポット溶接により接合してパネル体2を形成する。
【0021】
次に、図1(e)に示すように、上記パネル体2を順次積層し、断面略半円形状を成す凸部3aの各頂点同士が当たらないようにして隣接するパネル体2,2同士を熱硬化型の接着剤により接合する、すなわち、一方のパネル体2の凸部3a以外のフランジ部3bと他方のパネル体2の凸部3aの頂点とを当接させて隣接するパネル体2,2同士を熱硬化型の接着剤により接合する。
【0022】
ここで、上記プレス金型P,Dよりも大きなサイズの衝撃エネルギ吸収部材1を製造する場合には、図2に示すように、パネル体2を順次積層するに際して、1層おきにパネル体2のサイズのほぼ半分の寸法分だけずらして積層するようになすことによって、図2の拡大円内に示すように、同一平面内に位置するパネル体2同士を直接接合することなく、大きなサイズの衝撃エネルギ吸収部材1を製造することができる。
【0023】
この衝撃エネルギ吸収部材1において、パネル3に、板厚0.5mm、引張り強度390MPaのひずみ時効性を有する鋼板を用いているので、車体構造用として適用した場合には、塗装工程における熱処理、つまり170℃、20分の熱処理により、プレス成形時に導入されたひずみで板材料が硬化して440MPa程度まで強度が上昇することから、変形荷重が作用した際の構造体中の耐力を増加させることができる。
【0024】
そこで、上記衝撃エネルギ吸収部材1の変形の様子と強度特性を調べたところ、図3及び図4に示すように、白抜き矢印方向に作用した荷重Lに対して、パネル体2の多数の空洞4が順じ潰れてパネル体2に順次変形が生じており、これにより、多孔質金属と同レベルの崩壊荷重を得られることが判った。
【0025】
上記した衝撃エネルギ吸収部材1では、プレス成形によるパネル3を用いて多数の空洞4を有するパネル体2を形成すると共に、このパネル体2を順次積層するようにしているので、多孔質金属に類似する構造を容易且つ安価に得ることができ、したがって、製造コストの低減を実現したうえで、多孔質金属と同等の吸収エネルギ量を確保することが可能となる。
【0026】
また、上記した衝撃エネルギ吸収部材1において、図5に示すように、パネル体2の積層方向の荷重Lに対しては、図3及び図4に示したような変形特性を呈するが、これと直交する方向の荷重Lhは、各層におけるパネル体2のフランジ部3bが座屈して対応することから、この方向の崩壊荷重は、パネル体2の積層方向の崩壊荷重と比べて大きいものとなる、すなわち、この衝撃エネルギ吸収部材1は異方性の変形特性を有していることとなる。
【0027】
上記した実施例では、パネル3にプレス加工により成形する凸部3aが断面略半円形状を成す場合を示したが、これに限定されるものではなく、例えば、凸部の断面が略半楕円形状を成していても差し支えない。
【0028】
また、上記した実施例では、パネル3,3同士の接合にスポット溶接を採用した場合を示したが、これに限定されるものではなく、他の接合手段として、接着剤による接合やかしめによる接合を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による衝撃エネルギ吸収部材の製造工程説明図(a)〜(e)である。
【図2】図1における衝撃エネルギ吸収部材の製造で用いたプレス成形型よりも大きいサイズの衝撃エネルギ吸収部材の製造要領を示す部分断面説明図である。
【図3】図1における衝撃エネルギ吸収部材に積層方向の荷重が加わった際の変形状況を示す斜視説明図である。
【図4】図3に示した状況における衝撃エネルギ吸収部材の変形特性を表すグラフである。
【図5】図1における衝撃エネルギ吸収部材が異方性の変形特性を有していることを示す断面説明図である。
【符号の説明】
1 衝撃エネルギ吸収部材
2 パネル体
3 パネル
3a 凸部
3b フランジ部
4 空洞[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an impact energy absorbing member that is used, for example, as a structural member of an automobile and is used to absorb impact energy and soften the impact while collapsing during a collision.
[0002]
[Prior art]
As the impact energy absorbing member, there is a porous metal which has been attracting attention in recent years. As a conventional method for forming a porous metal, there is a method of obtaining a porous structure of metal by foaming a sintered body using magnesium hydride as an expandable metal powder (see, for example, Patent Document 1). .)
[0003]
As another porous metal molding method, there is a method in which a foaming step is provided after the metal melting step to increase the viscosity of the molten metal and then foam using a foaming aid (for example, , See Patent Document 2).
[0004]
On the other hand, as an impact energy absorbing member other than the above-described porous metal, there is a metal panel having increased rigidity. This metal panel body includes one panel having cone-shaped embossing and the other flat panel, and has a structure in which the embossed bottom of one panel is spot-welded to the other flat panel. (For example, refer to Patent Document 3).
[0005]
[Patent Document 1]
JP 11-012605 A [Patent Document 2]
JP 07-233428 A [Patent Document 3]
JP-A-2002-307117 [0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, conventionally, when the impact energy absorbing member is made of a porous metal, there has been a problem that it takes a manufacturing cost because it is necessary to heat the material once to the vicinity of the melting point of the metal at the time of molding.
[0007]
On the other hand, in the metal panel body with increased rigidity as a conventional impact energy absorbing member, since by bonding the embossed bottom of the cone shape in the one panel to the other panel, to form a closed space However, it has a problem that a structure similar to a porous metal cannot be formed, and it has been a conventional problem to solve these problems.
[0008]
OBJECT OF THE INVENTION
The present invention has been made paying attention to the above-described conventional problems, and provides an impact energy absorbing member having the same level of impact energy absorption capability as a porous metal and having a low manufacturing cost, and a method for manufacturing the same. It is an object.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In the impact energy absorbing member of the present invention, the convex portions are directed to the opposite sides so as to form cavities between the multiple convex portions provided on one panel and the multiple convex portions provided on the other panel. A plurality of panel bodies formed by joining flange portions other than the convex portions are provided, and the panel bodies are sequentially stacked by shifting by an amount approximately half the size of the panel body every other layer, and adjacent to each other in the stacking direction . The flange portion other than the convex portion of one panel body is joined to the convex portion of the other panel body, and the configuration of the impact energy absorbing member is a means for solving the above-described conventional problems.
[0010]
【The invention's effect】
Since the impact energy absorbing member of the present invention has the above-described configuration, a structure similar to a porous metal can be obtained by combining panels by press molding , and panel bodies located in the same plane can be directly joined together. Therefore, it is possible to obtain a large-sized impact energy absorbing member, and therefore, it is possible to secure an amount of absorbed energy equivalent to that of a porous metal while realizing a reduction in manufacturing cost. Effect.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, if the convex portion provided on the panel has, for example, a quadrangular cross section, there is a high risk of cracking at the bottom of the punch during embossing by a press molding machine. At this time, increasing R (roundness) at the bottom of the punch can make the distortion uniform and increase the depth with respect to the size of the emboss. It is desirable to have a shape having a cross section.
[0012]
When the convex portion has a substantially semicircular cross section, if the distance between the centers of adjacent convex portions is larger than 2.5 times the diameter of the convex portion, the increase in mass becomes large, If the distance between the centers of the adjacent convex portions is too close, it becomes impossible to form the convex portion having a substantially semicircular cross section by press molding, so the distance between the centers of the adjacent convex portions is 1.5 of the diameter of the convex portion. It is necessary to make it ~ 2.5 times.
[0013]
In addition, the strain-aged steel sheet has a characteristic that the yield strength is low at the time of forming and the yield strength is increased after the heat treatment, so if the strain-aged steel sheet is used as in the present invention, it is regularly aligned. It is possible to achieve both the formability necessary for forming a convex portion, for example, a convex portion having a semicircular cross section, and the characteristics of a material having a high yield strength required for the panel after molding to a higher strength level.
[0014]
【Example】
Hereinafter, examples of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following examples.
[0015]
1 to 4 show an embodiment of an impact energy absorbing member of the present invention. As shown in FIG. 1, the impact
[0016]
The
[0017]
In this case, the convex part 3a having a substantially semicircular cross section of the
[0018]
In the impact
[0019]
When manufacturing the impact
[0020]
Next, after cutting the
[0021]
Next, as shown in FIG. 1 (e), the
[0022]
Here, when manufacturing the impact
[0023]
In this impact
[0024]
Accordingly, when the deformation state and strength characteristics of the impact
[0025]
In the impact
[0026]
Moreover, in the above-described impact
[0027]
In the above-described embodiment, the case where the convex portion 3a formed by pressing on the
[0028]
Moreover, although the case where spot welding was adopted for joining the
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A to 1E are manufacturing process explanatory views (a) to (e) of an impact energy absorbing member according to an embodiment of the present invention. FIGS.
2 is a partial cross-sectional explanatory view showing a manufacturing procedure of an impact energy absorbing member having a size larger than that of a press mold used for manufacturing the impact energy absorbing member in FIG. 1;
FIG. 3 is a perspective explanatory view showing a deformation state when a load in the stacking direction is applied to the impact energy absorbing member in FIG. 1;
4 is a graph showing deformation characteristics of an impact energy absorbing member in the situation shown in FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional explanatory view showing that the impact energy absorbing member in FIG. 1 has anisotropic deformation characteristics.
[Explanation of symbols]
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