JP5632142B2 - クラッシュボックス - Google Patents

Description

本発明は、クラッシュボックスに関し、具体的には、自動車等の車両に装着されて、衝突時に負荷される衝撃荷重により曲げ変形を連続して生じることによって衝撃エネルギーを吸収する筒状体を有するクラッシュボックスに関する。

近年、自動車の衝突時の衝突安全性の向上が、地球環境保護を目的とする燃費向上を図るための軽量化とともに、積極的に推進されている。衝突安全性の向上を図るため、車体各部の構造や各構造部材の見直しや適正化が推進されているとともに、衝突時に負荷される衝撃荷重により塑性変形を生じることによって衝撃エネルギーを効率的に吸収するための衝撃吸収部材が用いられている。

このような衝撃吸収部材として、旧来から用いられているサイドメンバーやバンパーレインフォースに加えて、近年にはクラッシュボックスも用いられる。クラッシュボックスは、バンパーレインフォースに固定されてサイドメンバーの長手方向の端部に装着され、バンパーレインフォースを介して負荷される衝撃荷重によりその軸方向への座屈を繰り返して蛇腹状に塑性変形することによって、サイドメンバーの損傷を防ぎながら衝撃エネルギーを吸収する筒状体を有する。本出願人も、先に特許文献１により、極めて高い衝撃吸収性能を有するクラッシュボックスに係る特許発明を開示した。

特許文献１に開示されたように、繰り返し座屈して蛇腹状に塑性変形することによって衝撃エネルギーを吸収する構造では、クラッシュボックスに蛇腹状の塑性変形を生じるために一定周期の反力変化（本明細書では「荷重振幅」という）が不可避的に繰り返し発生するので、その反力によって例えばロアークロスメンバー等の強度が小さい構造部材を損傷させるおそれがある。したがって、衝撃吸収部材を低強度の構造部材に装着するために、荷重振幅が小さく、衝撃エネルギーの吸収性能が衝突方向によらずに安定して高い衝撃吸収部材が求められている。

特許文献２、３には、略述すると、小径部と、この小径部に連続して段差状に形成される大径部とを有する金属製の円筒体からなる衝撃吸収部材に係る発明が開示されている。この円筒体は、上述した特許文献１により開示される筒体のように衝撃荷重により座屈を繰り返して蛇腹状に塑性変形するのではなく、一方の端部から軸方向へ向けて負荷される衝撃荷重により小径部と大径部との間に形成される段差部を起点として、円筒体の外壁面の一部が折り返される曲げ変形を連続して発生することによって衝撃エネルギーを吸収する。特許文献２、３により開示された発明によれば、衝撃吸収部材の小型化を図りながら衝撃エネルギーを吸収することが可能であるとされている。

また、特許文献４には、塑性加工可能な直管を部分的に縮径または拡径して段差を介して繋がる小円筒体および大円筒体を形成してなり、段差は円弧角度９０°超の円弧状断面からなる小円筒体の折返縁および大円筒体の折返縁を連続して形成され、軸方向斜めから衝撃が加えられても、なお大円筒体に対する小円筒体の没入を確保して、塑性変形による衝撃エネルギーの吸収を達成できるバンパー支持型の衝撃吸収部材に係る発明が開示されている。

特許文献５には、互いに径が異なる第１の円筒体および第２の円筒体が、それらの端部が合わされた状態で同軸的に一体化されてなり、軸方向の変形により、衝突時の反力が小さく、かつ部材変形時の反力変化が小さく、衝突する方向によらず安定した性能を発揮して衝突エネルギーを吸収する衝撃吸収部材に係る発明が開示されている。

さらに、特許文献６には、塑性加工可能な直管を部分的に縮径または拡径し、互いに向かい合う中間端縁を環状段差部により結んだ外径の異なる小円筒体および大円筒体からなり、環状段差部は小円筒体の中間端縁から折り返した円弧状断面の小円筒体と、大円筒体の中間端縁から折り返した円弧状断面の大円筒体とを結んだ断面構造を有し、外径が大円筒体の内径よりも大きい圧入管部を小円筒体に設けることによって、車両の軽重、衝突時の速度の違いに基づいて適切な変位−荷重特性を設定できる塑性変形を利用した衝撃吸収部材に係る発明が開示されている。

特許第３９１２４２２号明細書 特開２００１−４７９５２号公報 特開２００１−１３８８４１号公報 特開２００４−５１０８４号公報 特開２００１−２４１４７８号公報 特開２００３−３２７０６２号公報

本発明者らの検討結果によれば、特許文献２〜６により開示された発明の衝撃吸収部材は、いずれも、反力の変化は小さいものの、衝撃吸収部材をなす円筒体の軸方向から偏った方向への衝撃荷重（本明細書では「偏荷重」という）が作用すると、衝撃吸収部材全体が大きく屈曲する曲がり変形が早期に発生し、衝撃エネルギーの吸収性能が著しく低下し易いことが判明した。

本発明は、従来の技術が有するこの課題に鑑みてなされたものであり、荷重振幅が小さく、偏荷重が作用した場合にも衝撃吸収部材全体が大きく屈曲する曲がり変形の発生を抑制でき、衝突方向によらずに安定した高い衝撃エネルギーの吸収性能を維持することができるクラッシュボックスを提供することを目的とする。

本発明は、金属材料からなる外壁を有する筒状体からなる第１の部分と、この第１の部分の外壁に連続するとともに外側に折れ曲がって形成される折れ曲がり部である第２の部分と、この第２の部分に連続するとともにこの第２の部分の支持部をなす第３の部分とを有し、第１の部分の端部から筒状体の軸方向へ向けて負荷される衝撃荷重によって、第１の部分の外壁が折り返されて形成される折り返し部の長さが増加する曲げ変形を連続して生じることにより衝撃エネルギーを吸収するクラッシュボックスであって、曲げ変形を連続して生じる外壁は、８角形から１２角形までのいずれかの多角形の横断面形状を有し、第１の部分は、その外壁のうちで、少なくとも、曲げ変形を連続して生じる範囲に、筒状体の軸方向へ延びて設けられる複数の稜線を有すること、第３の部分は、自動車の構造部材であるロアークロスメンバーに装着されること、第１の部分の端部は、バンパーレインフォースメントの後面に接合されること、および、第１の部分および第３の部分が、いずれも、筒状体の軸方向と略平行な方向へ延びて設けられることを特徴とするクラッシュボックスである。

この本発明では、第２の部分が筒状体であることが望ましく、また、第３の部分が筒状体であることが望ましい。
これらの本発明では、複数の稜線のうち筒状体の周方向に隣接する二本の稜線により区画される外壁が、平面、または、筒状体の外側または内側に向けて湾曲した曲面をなすことが望ましい。

これらの本発明では、第１の部分が一の金属材料からなるとともに、第３の部分がこの一の金属材料とは異なる他の一の金属材料からなることが望ましい。この場合に、一の金属材料と、他の一の金属材料とが、それぞれの板厚および／または材質が異なることがさらに望ましい。

これらの本発明では、さらに、第３の部分を支持するとともに折り返し部の外径よりも大きな径の穴を有する支持部材を備えることが望ましい。
また、これらの本発明では、筒状体の軸方向への第３の部分の長さが、この軸方向への第１の部分の長さ以上であることがさらに望ましい。

本発明に係るクラッシュボックスによれば、
（Ａ）折り返し量が増加するように折れ曲がり変形を連続して生じるので、荷重振幅が小さいこと、および
（Ｂ）外壁が軸方向へ延びる稜線を有するので、例えば特許文献２〜６により開示された円筒体を有する衝撃吸収部材よりも衝撃エネルギーの吸収性能が高く、また、偏荷重が作用した場合にも、衝撃吸収部材全体が大きく屈曲する曲がり変形の発生を抑制でき、衝突方向によらずに安定した高い衝撃エネルギーの吸収性能を維持できること
という優れた効果が奏される。

特に、曲げ変形を連続して生じる外壁が、８角形から１２角形までのいずれかの多角形の横断面形状を有することが望ましく、特に正８角形から正１２角形までのいずれかの正多角形の横断面形状を有することがさらに望ましい。

このため、本発明によれば、例えば、ロアークロスメンバーに装着することができ、一台あたりの衝撃吸収部材の装着数を増やすことや、例えば軽自動車といったこれまでには衝撃吸収部材を装着できなかった小型の車両にも衝撃吸収部材を装着することが可能になり、これにより、衝撃エネルギーの吸収性能を高めることができる。

図１は、本発明に係るクラッシュボックスの構造の一例を簡略化して示す分解斜視図である。 図２（ａ）および図２（ｂ）は、いずれも、実施の形態１のクラッシュボックスにより衝撃エネルギーが吸収される状況を模式的に示す説明図であり、図２（ｃ）および図２（ｄ）は、いずれも、実施の形態２のクラッシュボックスにより衝撃エネルギーが吸収される状況を模式的に示す説明図であり、図２（ｅ）は、参考の形態のクラッシュボックスにより衝撃エネルギーが吸収される状況を模式的に示す説明図である。 図３は、円筒体を有する衝撃吸収部材に衝撃荷重が負荷された際の曲げ変形の発生状況を模式的に示す説明図であり、図３（ａ）は曲げ変形前を示し、図３（ｂ）は曲げ変形時を示し、図３（ｃ）は図３（ｂ）の円筒体をＡ−Ａ断面で切断して展開して示す。 図４（ａ）は、本発明に係るクラッシュボックスの筒状体の折り返し変形開始時に折り返し部側からみた横断面の変化状況を示す説明図であり、図４（ｂ）は、筒状体の折り返し変形の進行中の横断面の変化状況を示す説明図であり、図４（ｃ）は、筒状体の稜線と稜線間の外壁とにおける折り返し変形の半径の違いを示す説明図である。 図５（ａ）および図５（ｂ）は、筒状体の折り返し部の近傍の断面の変形状況を経時的に示す説明図であり、図５（ａ）は曲げ変形開始前を示し、図５（ｂ）は曲げ変形中を示す。 図６は、金属板を素材として本発明に係るクラッシュボックスを構成する筒状体を製造する方法を模式的に示す説明図である。 図７は、多角形断面化加工の一例を示す説明図である。 図８は、多角形断面化加工の詳細を示す説明図である。 図９は、多角形断面化加工の他の一例を示す説明図である。 図１０は、金属管を素材として本発明に係るクラッシュボックスを構成する筒状体を製造する方法を経時的に示す説明図である。 図１１は、実施の形態２のクラッシュボックスの構造の一例を、簡略化して示す分解斜視図である。 実施例で行った、衝突試験を模擬した数値解析の条件を示す説明図である。 実施例の結果を示すグラフである。

（実施の形態１）
以下、本発明に係るクラッシュボックスを実施するための形態を、添付図面を参照しながら説明する。なお、以降の説明では、本発明に係るクラッシュボックスを構成する筒状体が鋼板からなる場合を例にとる。

図１は、本発明に係るクラッシュボックス１の構造の一例を、簡略化して示す分解斜視図である。
図１に示すように、このクラッシュボックス１は、鋼板からなる外壁２ａを有する筒状体２を備える。この筒状体２は、図１中のＡ−Ａ断面図に示すように、その軸方向に関して、第１の部分３と、第２の部分４と、第３の部分５とを有する。

第１の部分３は、筒状体２の軸方向と略平行な方向へ真っ直ぐに延びて形成される部分である。第２の部分４は、第１の部分３に連続するとともに筒状体２の外壁２ａが筒状体２の外側に折れ曲がって形成される折れ曲がり部である。

さらに、第３の部分５は、第２の部分４に連続して筒状体２の軸方向へ延び、さらに、この軸方向と直交する方向であって筒状体２の外側へ延びて外向きフランジ状に形成される。第３の部分５は、第３の部分５を支持するための支持部材である取付け台座６に例えば溶接により接合される際における、筒状体２の支持部をなす部分である。

図１に示す例では、第３の部分５に、筒状体２の軸方向と直交する方向であって筒状体２の外側へ延びる外向きフランジ部５ａを設けたが、外向きフランジ部５ａを設けずに、第３の部分５における筒状体２の軸方向へ延びる部分を介して、取付け台座６に例えば溶接により接合するようにしてもよい。いずれにしても、第３の部分５は、第２の部分４の支持部をなす部分である。

第３の部分５を支持するための支持部材である取付け台座６には、ロアークロスメンバー７に取り付けるためのボルト８が貫通するための貫通穴６ａが設けられるとともに、後述する折り返し部１０の外径よりも大きな径の通過穴６ｂが設けられている。

通過穴６ｂは、衝撃エネルギーの吸収時における筒状体２の折り返し部１０との干渉を防止するための当たり逃げとして、機能する。筒状体２は、外向きフランジ部５ａよりも第２の部分４の側に存在する部分を、この通過穴６ｂに挿入されることによって、外向きフランジ部５ａが取付け台座６の表面６ｃに突き当てられ、外向きフランジ部５ａを例えば溶接等の適当な接合手段によって接合することにより、取付け台座６に固定される。

ロアークロスメンバー７には、貫通穴６ａが設けられる位置と一致するように同一ピッチでネジ穴７ａが設けられる。貫通穴６ａとネジ穴７ａとを一致させてから、ボルト８をネジ穴７ａにねじ込むことによって、取付け台座６がロアークロスメンバー７に脱着自在に締結固定される。取付け台座６のロアークロスメンバー７への取付けは、この締結に代表される機械的手段等の適宜手段により、脱着自在に取付けられていればよい。

筒状体２の第１の部分３の先端３ａは、図１において図面を見易くするために二点鎖線により透視状態で示すバンパーレインフォースメント９の後面９ａに、例えば溶接等の適宜手段により接合される。なお、図１では、ロアークロスメンバー７およびバンパーレインフォースメント９はいずれも簡略化して示しており、それらの実際の形状を示すものではない。

このクラッシュボックス１は、特許文献２〜６により開示された衝撃吸収部材と同様に、バンパーレインフォースメント９を介して第１の部分３の端部３ａから筒状体２の軸方向へ向けて負荷される衝撃荷重によって、折れ曲がり部である第２の部分４を起点として、折れ曲がり部である第２の部分４の近傍の第１の部分３の外壁２ａが外側に折り返され、以後、第１の部分３の外壁２ａが順次折り返されて折り返し部１０の軸方向の長さＬが増加する曲げ変形を連続して生じることにより衝撃エネルギーを吸収するものである。

本発明に係るクラッシュボックス１の筒状体２は、その外壁２ａのうちで、少なくとも、曲げ変形を連続して生じる範囲に、筒状体２の軸方向へ延びて設けられる複数（図１に示すクラッシュボックス１では８本）の稜線１１を有する。すなわち、筒状体２は八角形の横断面形状を有する。

図１に示すクラッシュボックス１は、筒状体２の周方向に隣接する２本の稜線１１、１１により区画される外壁２ａ−１、２ａ−２、２ａ−３、２ａ−４、２ａ−５、２ａ−６、２ａ−７、２ａ−８が平面をなしているが、これとは異なり筒状体２の外側または内側に向けて湾曲した曲面をなしていてもよい。

図１に示すクラッシュボックス１は、筒状体２の軸方向の全域について外壁２ａが多角形の横断面形状を有しているが、これに限定されるものではなく、衝撃荷重を入力された際に曲げ変形を連続して生じることによって折り返し部１０を形成することとなる外壁２ａが、多角形をなしていればよく、折り返し部１０を形成することとはならない外壁２ａはこの多角形をなしていなくともよい。

例えば、第１の部分３の外壁２ａだけが多角形をなしているか、または第１の部分３の外壁２ａおよび第２の部分４の外壁２ａの双方だけが多角形をなしていればよい。第１の部分３の外壁２ａおよび第２の部分４の外壁２ａの双方が多角形をなしていることが望ましい。

なお、稜線１１は、多角形を構成する頂点に相当するが、実際のクラッシュボックス１は鋼板の折り曲げ成形やプレス成形等の適宜手段で成形されるため、この頂点に相当する稜線１１は横断面で見れば、稜線以外の他の部分に比べて相当程度小さな曲率半径を有する部分である。

クラッシュボックス１を構成する筒状体２は、バンパーレインフォースメント９を介してその一方の端部３ａから衝撃荷重Ｆを筒状体２の軸方向へ負荷されると、折り返し部１０の折り返し量（図１における長さＬ）が増加するように、第１の部分３の外壁２ａに曲げ変形を連続して生じることによって、衝撃エネルギーを吸収する。

図２（ａ）および図２（ｂ）は、いずれも、本発明に係るクラッシュボックス１により衝撃エネルギーが吸収される状況を、模式的に示す説明図である。図２（ａ）および図２（ｂ）における左図は正面図、中央図は曲げ変形開始時の断面図、右図は曲げ変形終了時の断面図である。

図１、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、筒状体２は、バンパーレインフォースメント９を介して端部３ａから衝撃荷重Ｆを筒状体２の軸方向（図１および図２（ａ）における矢印方向）へ負荷されると、筒状体２は、折り返し部１０の折り返し量（図１における長さＬ）が増加するように、第１の部分３の外壁２ａが折り返される曲げ変形（圧縮変形）を連続して生じることによって衝撃エネルギーを吸収する。

このように、本発明に係るクラッシュボックス１による衝撃エネルギーの吸収は、筒状体２の折り返し部１０の折り返し量（図１における長さＬ）が変化するように、筒状体２の第１の部分３の外壁２ａに曲げ変形を連続して生じることにより、行われる。このため、本発明に係るクラッシュボックス１では、筒状体２の折り返し部１０をなす外壁２ａの部分を、異なる複数種の材料により構成すれば、折り返し部４に発生する曲げ変形の挙動を制御することも可能になる。

例えば、第１の部分３が一の鋼板からなるとともに、第３の部分５が、例えば板厚および材質の少なくとも一つが異なることによってこの一の鋼板とは相違する他の一の鋼板からなることが望ましい。

図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す場合において、筒状体２が、第１の部分３および第２の部分４を構成する一の鋼製材料Ｓ１と、第３の部分を構成する他の一の鋼製材料Ｓ２と、外壁２ａにおける曲げ変形を連続して生じる部分に形成され、一の材料Ｓ１および他の一の材料Ｓ２を接合する接合部１２とを有する場合を示す説明図である。

図２（ｂ）に示す場合は、図２（ａ）に示す場合と同様に、筒状体２は、バンパーレインフォースメント９を介して端部３ａから衝撃荷重Ｆを筒状体２の軸方向（図１および図２（ｂ）における矢印方向）へ負荷されると、筒状体２は、折り返し部１０の折り返し量（図１における長さＬ）が増加するように、外壁２ａが折り返される曲げ変形（圧縮変形）を連続して生じることによって衝撃エネルギーを吸収する。

図２（ｂ）に示す場合には、筒状体２が、一の材料Ｓ１と他の一の材料Ｓ２と接合部１２とを有するので、一の材料Ｓ１および他の一の材料Ｓ２それぞれの板厚や強度を異ならせて設定することにより、折り返し部１０における曲げ変形の変形挙動を所望のように制御することができる。

例えば、材料Ｓ２の板厚を材料Ｓ１の板厚よりも大きく設定すること、あるいは材料Ｓ２の強度を材料Ｓ１の強度より大きく設定することによって、折り返し部１０の折り返し変形が継続している間は、材料Ｓ２の変形が抑制されるため、より安定して衝撃エネルギーを吸収することが可能になる。このように、折れ曲がり変形を受けない部分（例えば第３の部分５）には、板厚が大きい材料を用いるか、あるいは強度が高い材料を用いることが望ましい。

この筒状体２は、図１、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、多角形の横断面形状（図１、図２（ａ）および図２（ｂ）では八角形の横断面形状）を有する。すなわち、この筒状体２はその外壁２ａに軸方向へ延びる複数本（８本）の稜線１１を備える。

筒状体２が複数本の稜線１１を備え、多角形の横断面形状を有することによって、筒状体２が円形の横断面形状を有する場合に較べて、折り返し部１０において生じる繰り返し変形荷重を高めることができるので、この筒状体２を有するクラッシュボックス１の衝撃吸収性能を高めること、すなわち衝撃エネルギーの吸収量を増加することができる。

また、筒状体２は、多角形の横断面形状を有するので、円形の横断面形状を有する円筒体に比較して、衝突方向によらずに安定した高い衝突エネルギーの吸収性能を発揮することが可能である。

図３は、円筒体１３を有する衝撃吸収部材に衝撃荷重が負荷された際の曲げ変形の発生状況を模式的に示す説明図であり、図３（ａ）は曲げ変形前を示し、図３（ｂ）は曲げ変形時を示し、図３（ｃ）は図３（ｂ）の円筒体１３をＡ−Ａ断面で切断して展開して示す。

円筒体１３の一端１３ａから衝撃荷重Ｆが負荷された後、円筒体１３は以下に列記するように曲げ変形を生じる。
（ｉ）最初に折り返し部である第２の部分１３−２を起点として、第２の部分１３−２の近傍の第１の部分１３−１の外壁が外側に折り返され、以後、第１の部分１３−１の外壁が順次裏返しに折り返される。

（ｉｉ）この際、第１の部分１３−１の各断面は拡大する。すなわち、第１の部分１３−１の周長が増大する方向に変形する。
（ｉｉｉ）したがって、この周長の増大によって折り返された部分には周方向への引張力が作用する。

（ｉｖ）この反力により、折り返し部の内側の折り返し予定部（曲げ変形を生じていない第１の部分１３−１）には周方向への圧縮力が作用する。
（ｖ）曲げ変形を生じていない第１の部分１３−１は、この周方向の圧縮力によって、初期断面よりも折り返し部近傍において縮径変形を生じる。

このように、特許文献２〜６により開示された発明のような円筒体を有する衝撃吸収部材では、衝撃荷重を負荷されて円筒体の軸方向へ圧縮荷重が負荷されると、折り返し部の横断面に一様に圧縮荷重が作用し、折り返し変形は周方向に一様となる。

これに対し、稜線１１を有する、多角形の横断面を有する筒状体２を有する本発明に係るクラッシュボックス１は、折り返し変形の状況が、稜線と稜線間とでは異なる。
図４（ａ）は、本発明に係るクラッシュボックス１の筒状体２の折り返し変形開始時に折り返し部側からみた横断面の変化状況を示す説明図であり、図４（ｂ）は、この筒状体２の折り返し変形の進行中の横断面の変化状況を示す説明図であり、図４（ｃ）は、筒状体２の稜線１１と稜線間の外壁２ａとにおける折り返し変形の半径の違いを示す説明図である。

図４（ａ）に示すように、本発明に係るクラッシュボックス１の筒状体２に衝撃荷重Ｆが負荷されると、図４（ｂ）に示すように、上記（ｖ）項に示す周方向の圧縮力によって外壁２ａ−１〜２ａ−８はいずれも断面内側へたわむとともに、８本の稜線１１はいずれも鋭角化して尖る。

このため、図４（ｃ）に示すように、稜線１１では曲率半径が小さい曲げ変形となるために折り返し変形時に非常に大きな曲げひずみが発生する。一方、外壁２ａ−１〜２ａ−８の平面部は大きな曲率半径での曲げとなり、曲げ変形により生じるひずみは、従来の衝撃吸収部材の円筒体１３よりも小さくなる。しかし、断面全体では稜線１１での大きなひずみ発生の効果が外壁２ａ−１〜２ａ−８でのひずみ縮小の影響を上回るため、本発明のように多角形断面化によって円形断面よりもより高い変形荷重が得ることができる。

また、多角形断面として稜線１１が存在することによって、偏荷重が作用した場合においても、稜線１１の剛性が高く、稜線１１が存在せず全周に曲面のみを有する円筒体に比べて、偏荷重による曲げ変形時の倒れ込みが生じ難くなる。

ただし、筒状体２の横断面をなす多角形は、８角形から１２角形までのいずれかの多角形であることが望ましい。角数が８角形よりも少ないと、稜線１１が曲げ変形前に鋭角に尖り過ぎ、折り返し変形が生じずに座屈および軸圧壊に移行し易いとともに、偏荷重に対して稜線が過度に突っ張った後に折れ曲がりが生じ易い。一方、角数が１２角形よりも多いと、稜線１１のひずみの集中効果が薄れるとともに、偏荷重に対して稜線１１の剛性向上効果が薄れる。

図５（ａ）および図５（ｂ）は、筒状体２の折り返し部１０の近傍の断面の変形状況を経時的に示す説明図であり、図５（ａ）は曲げ変形開始前を示し、図５（ｂ）は曲げ変形中を示す。

第２の部分４は、図５（ａ）に示すように曲げ変形の開始と同時に折り返されて、図５（ｂ）に示すように変形する。ただし、以後は第１の部分３のみの折り返し変形が進行する。したがって、多角形化の上述した効果を得るためには、少なくとも第１の部分３が多角形断面であればよい。

このように、本発明に係るクラッシュボックス１の筒状体２は、特許文献２〜６により開示された衝撃吸収部材には存在しない稜線１１を有する。この稜線１１は、平面や曲面により構成される外壁２ａ−１〜２ａ−８よりも曲率半径が極めて小さく、高い剛性を有するため、折り返し部１０の繰り返し曲げ変形時にこの稜線１１に塑性変形が集中し、これにより、特許文献２〜６により開示された衝撃吸収部材に比較して折り返し曲げ変形時の強度が上昇するので、特許文献２〜６により開示された衝撃吸収部材よりも衝撃エネルギーの吸収量が増加する。

また、この筒状体２は、稜線１１を有するので、衝撃エネルギーの吸収量が増加し、かつ偏荷重が作用した場合にも、筒状体２全体が屈曲する曲げ変形が抑制され、衝突方向によらずに安定した高い衝撃エネルギーの吸収性能を維持することができる。

さらに、筒状体２の横断面形状は、正８角形から正１２角形のいずれか正多角形の横断面形状を有することが望ましい。これにより、筒状体２の軸方向と平行な方向へ負荷される衝撃荷重によってより確実に折り返し部１０に折り返しによる曲げ変形を生じることが可能になるとともに、偏荷重が作用した場合に部材全体が屈曲する変形の抑制効果が大きい。なお、ここで「正多角形」とは、数学的な正多角形を基準として、内角が１５％以内のばらつき、辺の長さが１５％以内のばらつきを有する多角形を含む。

次に、本発明に係るクラッシュボックス１の製造方法を説明する。本発明に係るクラッシュボックス１は、特定の製造方法には限定されず、上述した特徴を満足するクラッシュボックス１を製造することができる方法により適宜製造されるが、生産性等の観点から好適な製造方法を説明する。

図６は、金属板を素材として本発明に係るクラッシュボックスを構成する筒状体２を製造する方法を模式的に示す説明図である。
図６に示すように、薄鋼板や薄アルミニウム合金板等の素材１４に、段階的な深絞り加工（多段絞り加工）を行って円筒状の深絞り成形品１５を製造する。その後、この深絞り成形品１５に対して、多角形断面化加工を行う。

図７は、この多角形断面化加工の一例を示す説明図である。また、図８は、この多角形断面化加工の詳細を示す説明図である。なお、図８では、図７における上押え治具１６および下押え治具１７は省略してある。

図７に示すように、円筒状の深絞り成形品１５のフランジ部１５ａを、上押え治具１６および下押え治具１７によりホールドし、多角形断面の内面を有する外周成形工具１９を下降することにより深絞り成形品１５の外面を成形するとともに、多角形断面の外面を有する内面成形工具１９を上昇することにより深絞り成形品１５の内面を成形することによって、深絞り成形品１５に多角形断面化加工を行う。この多角形断面化加工の際に、図８に示すように、適宜折り返し部４も含めて成形することにより、筒状体２を製造する。

図９は、多角形断面化加工の他の一例を示す説明図である。図９に示す例では、段階的な深絞り加工（多段絞り加工）を行って円筒状の深絞り成形品を製造する際の後段の加工により、多角形断面化を行い、多角形断面化された深絞り成形品１５−１に内面成形工具１９−１を挿入して深絞り成形品１５−１を固定し、外周成形工具１８−１を下降することによって、折り返し部４を成形して、筒状体２を製造する。

図１０は、金属管２０を素材として本発明に係るクラッシュボックスを構成する筒状体２を製造する方法を経時的に示す説明図であって、金属管１０の管端の曲げ加工方法を示す。図１０（ａ）は初期状態を示し、図１０（ｂ）は中間状態を示し、図１０（ｃ）はつば拡げを示し、図１０（ｄ）は折り返しを示す。

図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、初期状態から中間状態において第１の工具２１によって１回または複数回に分けて金属管２０の管端を折り曲げ、その後、図１０（ｃ）に示すように第２の工具２２を用いてつば拡げまで完了させて、中間品２４とする。

この中間品２４を、図７（ａ）により示す工程に投入して筒状体２を製造してもよいし、あるいは、さらに図１０（ｄ）に示すように第３の工具２３によって中間品２４の管端を折り曲げることによって筒状体２を製造してもよい。

このように、金属管２０の管端の曲げ加工の後に多角形断面化加工を行い、筒状体２が製造される。
このようにして、本発明に係るクラッシュボックス１を構成する筒状体２を製造する。そして、この筒状体２を、例えば溶接等の適当な接合手段によって取付け台座６に接合することによって、本発明に係るクラッシュボックス１が製造される。

本発明に係るクラッシュボックス１によれば、
（ａ）筒状体２が曲げ変形を継続して生じることにより衝撃エネルギーを吸収するため、軸方向への座屈を繰り返して蛇腹状に塑性変形することにより衝撃エネルギーを吸収する公知のクラッシュボックスに比較して、周期的な荷重変化（荷重振幅）が小さい衝撃吸収性能を得ることができ、クラッシュボックスを低強度の部材（例えばロアークロスメンバー）等に装着しても、この部材の損傷に起因した補修費の上昇を、できるだけ抑制することが可能になること、
（ｂ）筒状体２が複数本の稜線１１を有し、多角形の横断面形状を有するので、衝撃エネルギーの吸収量を高め、かつ、衝突方向によらず曲げ変形を安定的に継続して発生することができ、安定した高い衝撃エネルギーの吸収性能を発揮できること、および。

（ｃ）筒状体２に形成される折り返し部１０は、折り返し変形の際に、取付け台座６の通過穴６ｂに収容されるため、衝突方向が多少変化する場合であっても、変形状態の変化が小さく安定した吸収性能を発揮することが可能になること
という、極めて優れた効果を奏することができる。

このようにして、本発明によれば、小さな荷重振幅で衝撃エネルギーの吸収性能を高め、特に偏荷重が作用した場合であっても部材全体が大きく屈曲する曲げ変形が抑制され、衝突方向によらず安定した高い衝撃エネルギーの吸収性能を発揮できる。

このため、本発明に係るクラッシュボックスは、例えば、ロアークロスメンバー等の低強度の構造部材に装着することが可能となり、衝撃エネルギーの吸収性能を高めて乗員の安全性を一層高めることができる。

また、本発明によれば、このクラッシュボックスの衝撃エネルギーの吸収効率を高めることができるので、目標とする衝撃エネルギーの値に応じて、筒状体２を構成する外壁２ａをなす鋼板の板厚を低減することができ、軽量化を図ることもできる。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係るクラッシュボックスを説明する。以降の説明では、上述した実施の形態１と相違する部分を説明し、同一の部分については同一の符合を付することにより重複する説明は適宜省略する。

図１１は、実施の形態２のクラッシュボックス１−１の構造の一例を、簡略化して示す分解斜視図である。また、図２（ｃ）および図２（ｄ）は、いずれも、実施の形態２のクラッシュボックス１−１により衝撃エネルギーが吸収される状況を、模式的に示す説明図であり、図２（ｃ）および図２（ｄ）における左図は正面図、中央図は曲げ変形開始時の断面図、右図は曲げ変形終了時の断面図である。

このクラッシュボックス１−１が実施の形態１のクラッシュボックス１と相違するのは、クラッシュボックス１のように、第３の部分５が筒状体２の軸方向と直交する方向へ延びて設けられ、かつこの第３の部分５を支持するための支持部材である取付け台座６に、折り返し部１０との干渉を防止するための通過穴６ｂが設けられているのではなく、第３の部分５が第１の部分３と同様に筒状体２の軸方向と略平行な方向へ延びて設けられ、かつ折り返し部１０はこの第３の部分５の内部に収容されるために取付け台座６−１に通過穴６ｂを設ける必要がない点である。

図１１に示すように、このクラッシュボックス１−１における第２の部分４は、第１の部分３に連続するとともに筒状体２の外壁２ａが筒状体２の外側に折れ曲がって形成される折れ曲がり部である。そして、第３の部分５は、第２の部分４に連続するとともに筒状体２の軸方向と略平行な方向へ延びて設けられる。第３の部分５の端部５ａは、取付け台座６−１の表面６ｃに突き当てられて、例えば溶接等の適当な接合手段によって取付け台座６に接合される。

筒状体２の軸方向への第３の部分５の長さは、筒状体２の軸方向への折り返し部１０の長さの最大値よりも大きく設定されているので、折り返し部１０が取付け台座６−１と干渉することがない。このため、取付け台座６−１には通過穴６ｂが設けられていない。

図２（ｃ）に示すように、このクラッシュボックス１−１は、上述したクラッシュボックス１と同様に、バンパーレインフォースメント９を介して第１の部分３の端部３ａから筒状体２の軸方向へ向けて負荷される衝撃荷重によって、最初に折れ曲がり部である第２の部分４を起点として、第２の部分４の近傍の第１の部分３の外壁２ａが順次折り返されて形成される折り返し部１０の軸方向の長さＬが増加する曲げ変形を連続して生じることにより衝撃エネルギーを吸収するものである。

クラッシュボックス１を構成する筒状体２は、バンパーレインフォースメント９を介してその他方の端部３ｂから衝撃荷重Ｆを筒状体２の軸方向へ負荷されると、折り返し部１０の折り返し量（図１１における長さＬ）が増加するように、外壁２ａに曲げ変形を連続して生じることによって、衝撃エネルギーを吸収する。

このクラッシュボックス１−１による衝撃エネルギーの吸収は、筒状体２の折り返し部１０の折り返し量（図１１における長さＬ）が変化するように、筒状体２の外壁２ａに曲げ変形を連続して生じることにより、行われる。このため、このクラッシュボックス１−１においても、筒状体２の折り返し部１０をなす外壁２ａの部分を、異なる複数種の材料により構成すれば、折り返し部４に発生する曲げ変形の挙動を制御することができる。

例えば、第１の部分３が一の鋼板からなるとともに、第３の部分５が、例えばこの一の鋼板とは板厚および材質の少なくとも一つが異なることによってこの一の鋼板とは相違する他の一の鋼板からなることが望ましい。

図２（ｄ）は、図２（ｃ）に示す場合において、筒状体２が、第１の部分３および第２の部分４を構成する一の鋼製材料Ｓ１と、第３の部分５を構成する他の一の鋼製材料Ｓ２と、外壁２ａにおける曲げ変形を連続して生じる部分に形成され、一の材料Ｓ１および他の一の材料Ｓ２を接合する接合部１２とを有する場合を示す説明図である。

図２（ｄ）に示す場合には、筒状体２が、一の材料Ｓ１と他の一の材料Ｓ２と接合部１２とを有するので、一の材料Ｓ１および他の一の材料Ｓ２それぞれの板厚や強度を異ならせて設定することにより、折り返し部１０における曲げ変形の変形挙動を所望のように制御することができる。例えば、材料Ｓ２の板厚を材料Ｓ１の板厚よりも大きく設定すること、あるいは材料Ｓ２の強度を材料Ｓ１の強度より大きく設定することによって、折り返し部１０の折り返し変形が継続している間は、材料Ｓ２の変形が抑制されるため、より安定して衝撃エネルギーを吸収することが可能になる。

本発明に係るクラッシュボックス１−１によれば、上述したクラッシュボックス１と同様の効果を奏することができるとともに、取付け台座６−１に通過穴６ｂを設ける必要がないため、クラッシュボックス１−１の取付け部付近の剛性の低下を抑制することができるとともに、取付け台座６−１の製造コストを低下することができる。

（参考の形態）
次に、参考の形態に係るクラッシュボックスを説明する。図２（ｅ）は、参考の形態のクラッシュボックス１−２により衝撃エネルギーが吸収される状況を、模式的に示す説明図であり、図２（ｅ）における左図は正面図、中央図は曲げ変形開始時の断面図、右図は曲げ変形終了時の断面図である。

このクラッシュボックス１−２は、実施の形態１のクラッシュボックス１の変形例として位置付けられるものであって、図２（ｅ）に示すように、第２の部分４の構造を簡素化し、Ｌ字状に屈曲する曲げ部として第２の部分４を構成するものである。

この場合、第２の部分４の内法Ｒ１よりも、取付け台座６の通過穴６ｂよりも若干大きい適正な寸法に設定することにより、クラッシュボックス１と同様の曲げ変形を継続して発生することができる。

本発明を、実施例を参照しながら、さらに具体的に説明する。
本実施例では、本発明に係るクラッシュボックスの効果をさらに説明するため、下記の要領で衝突試験を模擬した数値解析を行った。

図１および図２（ａ）を参照しながら説明した本発明に係るクラッシュボックスであって筒状体２の横断面形状が正１２角形（内角：１５０°）である本発明例のクラッシュボックス１と、横断面形状が円形であること以外は本発明例のクラッシュボックス１と同じ構成を有する比較例の衝撃吸収部材とに、図１２に示すように、筒状体２の端部３ａに剛体壁２５を筒状体２の軸方向へ１６ｋｍ／ｈの速度で衝突させた場合の変形挙動を、ＦＥＭ数値解析を行うことにより解析し、筒状体２の変位量が８０ｍｍとなるまでに筒状体２に負荷される荷重の履歴を求めた。

また、剛体壁（バリア）２５の傾斜角度θを０度とした、筒状体２の軸方向に対して垂直な場合と、剛体壁２５の傾斜角度θを１０度とした場合とを検討した。
なお、この解析では、筒状体２に取付け台座６を固定し、取付け台座６の位置は常に不変であるとするとともに、取付け台座６は常に回転しないものとした。

それぞれの筒状体２は、外壁が２７０ＭＰａ級の１．２ｍｍ厚の鋼板からなる外壁２ａにより構成されるとともに、その全長が１００ｍｍであるとした。さらに、本発明に係るクラッシュボックス１の筒状体２の外径（多角形に外接する円の直径）は４５ｍｍとし、比較例の衝撃吸収部材の筒状体の外径は４５ｍｍとした。

結果を、図１３と表１にまとめて示す。
図１３は、荷重の変化を示すグラフであり、図１３（ａ）には、傾斜角度θが０度である剛体壁２５を用いた場合（正突）で、横断面形状が円形である比較例と、横断面形状が１２角形である本発明例とを対比して示し、図１３（ｂ）には、傾斜角度が１０度である剛体壁２５を用いた場合（斜突）で、横断面形状が円形である比較例と、横断面形状が１２角形である本発明例とを対比して示す。

また、表１には、単位質量当たりの吸収エネルギーＥＡを比較して示す。

図１３（ａ）のグラフから、本発明例は、比較例に比べ、荷重が大きくなり、衝撃エネルギの吸収量が増大することがわかる。
また、表１に示すように、正突の場合、本発明例の単位質量当たりの吸収エネルギは、比較例に比べ７％程度増大する。

さらに、図１３（ｂ）は、傾斜角度が１０度の斜突において、比較例の円形部材が大きく倒れた６０ｍｍ圧下までの荷重変化を比較したグラフであるが、このグラフから、１２角形の横断面形状を有する筒状体２を備えるクラッシュボックス１では、１０度傾斜した剛体壁２５による偏荷重が作用した場合において、円形の横断面形状を有する筒状体２を備える衝撃吸収部材１よりも倒れが生じ難く、優れた衝撃エネルギーの吸収特性を維持できることがわかる。なお、表１に示すように、角度１０°の斜突の場合、本発明例の単位質量当たりの吸収エネルギーは、比較例に比べて２２％程度増大する。

１、１−１ 本発明に係るクラッシュボックス
１−２ 参考の形態のクラッシュボックス
２ 筒状体
２ａ、２ａ−１、２ａ−２、２ａ−３、２ａ−４、２ａ−５、２ａ−６、２ａ−７、２ａ−８ 外壁
３ 第１の部分
３ａ 先端
４ 第２の部分
５ 第３の部分
５ａ 外向きフランジ部
６、６−１ 取付け台座
６ａ 貫通穴
６ｂ 通過穴
６ｃ 表面
７ ロアークロスメンバー
７ａ ネジ穴
８ ボルト
９ バンパーレインフォースメント
９ａ 後面
１０ 折り返し部
１１ 稜線
１２ 接合部
１３ 円筒体
１３ａ 一端
１３−１ 第１の部分
１３−２ 第２の部分
１４ 素材
１５，１５−１ 深絞り成形品
１５ａ フランジ部
１６ 上押え治具
１７ 下押え治具
１８、１８−１ 外周成形工具
１９、１９−１ 内面成形工具
２０ 金属管
２１ 第１の工具
２２ 第２の工具
２３ 第３の工具
２４ 中間品
２５ 剛体壁

Claims (8)

1. 金属材料からなる外壁を有する筒状体からなる第１の部分と、該第１の部分の外壁に連続するとともに外側に折れ曲がって形成される折れ曲がり部である第２の部分と、該第２の部分に連続するとともに該第２の部分の支持部をなす第３の部分とを有し、前記第１の部分の端部から前記筒状体の軸方向へ向けて負荷される衝撃荷重によって、前記第１の部分の外壁が折り返されて形成される折り返し部の長さが増加する曲げ変形を連続して生じることにより衝撃エネルギーを吸収するクラッシュボックスであって、
   前記曲げ変形を連続して生じる前記外壁は、８角形から１２角形までのいずれかの多角形の横断面形状を有し、
   前記第１の部分は、前記外壁のうちで、少なくとも、前記曲げ変形を連続して生じる範囲に、前記筒状体の軸方向へ延びて設けられる複数の稜線を有すること、
   前記第３の部分は、自動車の構造部材であるロアークロスメンバーに装着されること、
   前記第１の部分の端部は、バンパーレインフォースメントの後面に接合されること、および
   前記第１の部分および前記第３の部分は、いずれも、前記筒状体の軸方向と略平行な方向へ延びて設けられること
   を特徴とするクラッシュボックス。
2. 前記第２の部分は筒状体である請求項１に記載されたクラッシュボックス。
3. 前記第３の部分は筒状体である請求項１または請求項２に記載されたクラッシュボックス。
4. 前記複数の稜線のうち前記筒状体の周方向に隣接する二本の稜線により区画される前記外壁は、平面、または、前記筒状体の外側または内側に向けて湾曲した曲面をなす請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載されたクラッシュボックス。
5. 前記第１の部分は一の金属材料からなるとともに、前記第３の部分は該一の金属材料とは異なる他の一の金属材料からなる請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載されたクラッシュボックス。
6. 前記一の金属材料と、前記他の一の金属材料とは、それぞれの板厚および／または材質が異なる請求項５に記載されたクラッシュボックス。
7. さらに、前記第３の部分を支持するとともに前記折り返し部の外径よりも大きな径の穴を有する支持部材を備える請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載されたクラッシュボックス。
8. 前記筒状体の軸方向への前記第３の部分の長さは、該軸方向への前記第１の部分の長さ以上である請求項１に記載されたクラッシュボックス。

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