JP6913029B2 - エネルギー吸収部材 - Google Patents

Description

本発明は、エネルギー吸収部材に関する。

主に自動車の前部、後部には、衝突時の衝撃を吸収するためのバンパーが装備されている。バンパーは、一般的にリーンフォースメント及び衝撃吸収部材からなる。バンパーは、リーンフォースメントで衝撃を受け、衝撃エネルギーを吸収するエネルギー吸収部材が変形することにより、車体へのダメージを抑える構造となっている。

これまでに、エネルギー吸収部材の衝撃吸収性能を向上させるための材質や形状が多数開発されている。

特許文献１には、圧縮方向断面が略四角形であり、２組の外壁を接続する十字形の内壁を有しており、外壁と内壁との接続部が内側に凸となるアルミ押出材として形成されたエネルギー吸収部材が開示されている。

特許文献２には、略四角形の断面を有し、略四角形の外壁に内側に凸となる部位を配置し、また、塑性モーメントを調整することで、斜め荷重が負荷された場合も繰り返し座屈変形するようにした衝撃吸収部材が開示されている。

特開２０１０−１６９１０９号公報 特開２００６−２０７７２４号公報

エネルギー吸収部材に求められる衝撃吸収性能は、衝撃荷重が軸方向及び／又は斜め方向に負荷されると軸方向へ繰り返し安定して座屈することにより蛇腹状に変形すること、圧壊時の平均荷重が高いこと、及び、圧壊の際に発生する最大反力がエネルギー吸収部材の近傍に配置された他の構成部材を破壊しない範囲に抑制すること、である。また、自動車の環境負荷低減にはエネルギー吸収部材の軽量化が必須であるため、アルミニウム展伸材が重要となる。

特許文献１及び特許文献２では、いずれも吸収されるエネルギー量をなるべく多くすることに主眼が置かれている。しかしながら、さらに自動車のバンパー用として、上述した衝撃吸収性能が衝突初期から優れたエネルギー吸収部材であることが特に望ましい。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、衝突初期から優れた衝撃吸収性を有するエネルギー吸収部材を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係るエネルギー吸収部材は、
アルミニウム合金材から形成された連結筒状体を備え、
前記連結筒状体は、前記アルミニウム合金材の軸方向に垂直な断面において、
略四角形の外周壁と、
前記外周壁の４つの角部から内側に突出する円弧状の第１の内凸部と、
前記外周壁の１対の長辺の直線部をそれぞれ複数の辺に分割するように内側に突出する円弧状の第２の内凸部と、
対面する前記第２の内凸部の頂部を連結するリブと、を備え、
前記軸方向に圧縮荷重を受けた際に連続的な座屈変形となり、
前記第１の内凸部の円弧の半径は、前記第２の内凸部の円弧の半径より大きい、
ことを特徴とする。

前記連結筒状体は、前記外周壁の一部が内側に突出した第３の内凸部をさらに備え、
前記第３の内凸部は、圧縮面となる前記外周壁の前記軸方向の一の端面から初期座屈の波長の１／２〜１倍の波長の位置に配置され、前記軸方向と垂直な幅方向に延びる、
こととしてもよい。

前記外周壁の短辺の直線部と前記リブとの間隔に対して、隣接する複数の前記リブの間隔が広い、
こととしてもよい。

前記連結筒状体の前記軸方向のいずれか一方の端部が封止されている、
こととしてもよい。

前記軸方向のいずれか一方の端部にフランジ部が形成されている、
こととしてもよい。
上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係るエネルギー吸収部材は、
アルミニウム合金材から形成された連結筒状体を備え、
前記連結筒状体は、前記アルミニウム合金材の軸方向に垂直な断面において、
略四角形の外周壁と、
前記外周壁の４つの角部から内側に突出する円弧状の第１の内凸部と、
前記外周壁の１対の長辺の直線部をそれぞれ複数の辺に分割するように内側に突出する円弧状の第２の内凸部と、
対面する前記第２の内凸部の頂部を連結するリブと、を備え、
前記軸方向に圧縮荷重を受けた際に連続的な座屈変形となり、
前記外周壁の短辺の直線部と前記リブとの間隔に対して、隣接する複数の前記リブの間隔が広い、
ことを特徴とする。

本発明によれば、衝突初期から優れた衝撃吸収性を有するエネルギー吸収部材が得られる。

本発明の第１実施形態に係るエネルギー吸収部材を示す斜視図である。 第１実施形態に係るエネルギー吸収部材の正面図である。 第１実施形態に係るエネルギー吸収部材の側面図である。 本発明例のエネルギー吸収部材の衝突時の挙動を示す模式図である。 比較例のエネルギー吸収部材の衝突時の挙動を示す模式図である。 本発明例と比較例とについてエネルギー吸収部材の圧縮側端面の変位と荷重との関係を模式的に示すグラフ図である。 第２実施形態に係るエネルギー吸収部材の正面図である。 第２実施形態に係るエネルギー吸収部材の側面図である。 第３実施形態に係るエネルギー吸収部材の正面図である。 第４実施形態に係るエネルギー吸収部材の斜視図である。 第５実施形態に係るエネルギー吸収部材の斜視図である。 比較例１（単一の筒部を有する形状）のエネルギー吸収部材の正面図である。 比較例２（３つの筒部が連結した形状）のエネルギー吸収部材の正面図である。 比較例１及び比較例２のエネルギー吸収部材のＦＥＭ（Finite Element Method：有限要素法）解析による荷重−変位曲線を示すグラフ図である。 比較例１のエネルギー吸収部材の圧縮変形形態を示すＦＥＭ解析図である。 比較例２のエネルギー吸収部材の圧縮変形形態を示すＦＥＭ解析図である。 本発明例１のエネルギー吸収部材の正面図である。 本発明例１のエネルギー吸収部材のＦＥＭ解析による荷重−変位曲線を示すグラフ図である。 本発明例１のエネルギー吸収部材の圧縮変形形態を示すＦＥＭ解析図である。 本発明例２のエネルギー吸収部材の正面図である。 本発明例２のエネルギー吸収部材のＦＥＭ解析による荷重−変位曲線を示すグラフ図である。 本発明例２のエネルギー吸収部材の圧縮変形形態を示すＦＥＭ解析図である。 本発明例３のエネルギー吸収部材の正面図である。 本発明例３のエネルギー吸収部材のＦＥＭ解析による荷重−変位曲線を示すグラフ図である。 本発明例３のエネルギー吸収部材の圧縮変形形態を示すＦＥＭ解析図である。 本発明例４のエネルギー吸収部材の正面図である。 本発明例４のエネルギー吸収部材のＦＥＭ解析による荷重−変位曲線を示すグラフ図である。 本発明例４のエネルギー吸収部材の圧縮変形形態を示すＦＥＭ解析図である。 実施例２のモデル（ａ）、モデル（ｂ）及びモデル（ｃ）のエネルギー吸収部材の正面図である。 モデル（ａ）、モデル（ｂ）及びモデル（ｃ）のエネルギー吸収部材のＦＥＭ解析による荷重−変位曲線を示すグラフ図である。 モデル（ｂ）のエネルギー吸収部材の圧縮変形形態を示すＦＥＭ解析図である。 モデル（ｃ）のエネルギー吸収部材の圧縮変形形態を示すＦＥＭ解析図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

なお、以下の各エネルギー吸収部材の説明において、図２のような正面図の場合は図３の剛壁１１０側から見たものとする。但し、本明細書で説明する例において、端面の形状は剛壁１１０側と剛壁１２０側とで同一である。また、特に説明がなければ、エネルギー吸収部材の軸方向と垂直に切断した断面形状は正面図における端面形状と同一である。

（第１実施形態）
図１〜図３に、第１実施形態に係るエネルギー吸収部材を示す。

エネルギー吸収部材２０は、正面から見たときに外形が概ね四角形として構成されている。四角形の長辺部は、各辺２箇所の内凸部２６で３つの側壁２１ａ，２１ｂ，２１ｃに分割されている。四角形の短辺部は、側壁２２に相当する。四角形の４つの角部には、それぞれ内側に円弧状で凸となる４箇所の内凸部２３が設けられている。図示の左右で対向する２組の内凸部２６同士は、それぞれリブ２５で結合されている。これにより、第１実施形態に係るエネルギー吸収部材２０は、３個の筒部が連結した連結筒状体として構成される。

内凸部２６は、側壁２１ａと側壁２１ｂとの間、側壁２１ｂと側壁２１ｃとの間にあり、それぞれ基本構造の略四角形の内側を向く半円状である。

リブ２５は、１対の内凸部２６の半円形の頂部同士を結合するように設けられている。従って、略四角形を２つのリブ２５で仕切ることとなり、３つの中空部２４ａ，２４ｂ，２４ｃが形成される。本実施形態では、リブ２５は、四角形の長手方向、即ち図２の上下方向におけるエネルギー吸収部材２０の幅を略３等分する位置に設けられる。これにより、エネルギー吸収部材２０は、中空部２４ａ，２４ｂ，２４ｃをそれぞれ囲む３つの筒状部が結合された形態を有する。

側壁２１ａ，２１ｂ，２１ｃ、側壁２２、内凸部２３、リブ２５及び内凸部２６は、いずれも略同一の肉厚を有する。また、各部の結合箇所には、所定の丸みが設けられている。

このようなエネルギー吸収部材２０の形状は、アルミニウム合金の展伸材、例えば押出材として製造することができる。アルミニウム押出材の製造方法は特に限定されない。材質も特に限定されないが、好適には、強度と座屈変形の点から６０００系アルミニウム合金が用いられる。なお、本明細書の実施形態及び実施例において、押出材及び材質については、後述するエネルギー吸収部材も同様とする。

図３に示すように、第１実施形態に係るエネルギー吸収部材２０は、剛壁１１０と剛壁１２０とに挟持されている。エネルギー吸収部材２０の長手方向の端面２７ａ及び端面２７ｂは、それぞれ剛壁１１０及び剛壁１２０に溶接等の方法で接合されている。

剛壁１１０及び剛壁１２０は、車両のフレーム等の部材であってもよく、エネルギー吸収部材２０を車両に取り付けるためのフランジ等であってもよい。剛壁１１０及び剛壁１２０は、いずれも図示の構成に適当なアルミニウム合金から形成することができるが、エネルギー吸収部材２０に対して圧縮方向１３０の方向に十分に高い剛性を有する。本実施形態では、剛壁１１０が車両のバンパーのリーンフォースメント部材の側で、剛壁１２０が車体フレーム側に対応する。従って、当該車両が別の車両等に衝突する際、エネルギー吸収部材２０は矢印で示す圧縮方向１３０で圧縮される。なお、以下の説明において、圧縮方向１３０と平行な方向を各エネルギー吸収部材の軸方向という。

本実施形態の形状を採用した理由を以下に説明する。下記理由により、本実施形態に係るエネルギー吸収部材２０は、好適な軸方向の衝撃吸収性能を有する。

エネルギー吸収部材２０の端面（断面）を四角形とした理由は、自動車シャーシの車両前後方向に垂直に切った断面形状が一般的に略四角形であるため、衝撃吸収部材（エネルギー吸収部材２０）の形状も略四角形としたためである。

四角形の外周壁の長辺を３辺に分割した理由は、早期に座屈変形をさせるためである。従来の形状では、軸方向に圧縮した際、衝撃吸収部材の側面で角となる部分が四隅のみで高応力となる個所が少なく、効率よく衝撃吸収する座屈変形とならなかった。本発明では、四角形の長辺を分割する内凸部２６を設けることで、４つの角部である内凸部２３の方への応力伝搬を促進させることができ、衝突初期から優れた座屈変形とすることが可能となる。また、高応力（座屈の起点となる応力）となる箇所を増やすことにより、安定した座屈変形とすることができる。

円弧状の凸とした理由は、下記である。
（１）例えば、図２中の点ｘ１と隣接する点ｘ２とについて、直線で結ぶ形状と本発明のような円弧で結ぶ形状とを比較したとき、本発明の形状は凸部の断面積がより大きい。そのため、直線で結ぶ形状に比べ、高荷重での座屈変形が可能である。
（２）例えば、図２中の１対の長辺部に対応する２つの点ｘ２同士について、直線で結ぶ形状では長辺部の分割が不十分となり、直辺部（ｘ２−ｘ２）及び円弧部（ｘ１−ｘ２）が１つの辺とした座屈変形となる。これに対し、円弧（内凸部２６）で結ぶ形状では、長辺部の直辺部及び円弧部でそれぞれ１辺ずつ（側壁２１ａ，２１ｂ，２１ｃのいずれか、及び、隣接する内凸部２３又は内凸部２６）の座屈変形となる。その結果、効率良く面全体での衝撃吸収が可能となる。また、内凸部２６（及び内凸部２３）の円弧の半径によって、直辺部の辺長を短くすることで、角部への応力伝播を促進でき、さらに面全体への応力伝播を促進させ、早期且つ連続的な座屈変形をより安定してさせることが可能となる。
（３）円弧状の凸とすることで、直線状である場合に比べ押出材としての製造性に優れるためである。押出成形の際、凸部及び凹部が鋭角であった場合は押出材自体への応力集中や金型の摩耗につながるため、本実施形態のようにエッジのない形状の方が押出成形が容易になる。
（４）内凸部２３を円弧とすることで、限られたスペース内で細かな座屈変形とすることが可能となる辺を設けることができ、且つ上記のような分割長辺との組み合わせで、衝突初期から高荷重且つ微細な変形となるためである。

内凸部２６の頂部を結ぶリブ２５を設けることにより、高応力となる箇所を増やし、安定した座屈変形を実現することができる。

図２では、内凸部２３の円弧の径と内凸部２６の円弧の径とはほぼ等しいが、内凸部２３の円弧の径を内凸部２６の円弧の径より大きくするとさらに好ましい変形の挙動を示す。内凸部２３の円弧の径を小さくすると、内凸部２３の円弧部が四角形の長辺の分割辺として機能しにくい。これに対して、内凸部２３の円弧の径を大きくすると、内凸部２３の円弧部も単独で座屈する辺となりやすい。従って、内凸部２３の円弧の径を内凸部２６の円弧の径より大きくすることで、衝突初期から座屈しやすくなり優れた衝撃吸収性を得ることができる。なお、これについては、内凸部２３の円弧の径と内凸部２６の円弧の径とを異ならせた実施例２において後述する。

図４〜図６に、本実施形態に係るエネルギー吸収部材２０及び比較例のエネルギー吸収部材１４０について、軸方向の変形時の挙動を模式的に示す。

図４のエネルギー吸収部材２０は、端面２７ｂが固定された状態で端面２７ａに衝突による圧縮荷重を受けると、変形部２９として図示するように細かく複数個所で座屈変形する。これに対し、図５に示すように、比較例のエネルギー吸収部材１４０は、端面１４７ｂが端面２７ｂと同様に固定された状態で端面１４７ａに衝突による圧縮荷重を受ける。その結果、エネルギー吸収部材１４０は、大きく１箇所での変形部１４９として座屈変形しやすい。なお、図４及び図５では圧縮側の端面２７ａ，１４７ａが座屈変形することとしているが、それぞれ反対側の端面２７ｂ，１４７ｂが座屈変形する場合も同様の傾向を示す。

図６のグラフ図で比較すると、本発明例では衝突初期から大きな衝突エネルギーを吸収し、圧縮側端面（端面２７ａ）の変位に伴う荷重の変化（振幅）は比較的小さく上下を繰り返しながら進行する。これに対し、比較例では衝突初期からの荷重の立ち上がりが小さく、吸収される衝突エネルギー量が小さくなってしまう。また、立ち上がり以降の変位に伴う荷重の変化が比較的大きい上下で進行する。これらのことから、本発明例では比較例に比べて衝突時に想定されるＡ地点においてより大きな衝突エネルギーを吸収できる。

また、本実施形態では、断面において四角形の４つの角部が内側に突出する円弧状となっている。これにより、座屈変形における変形が連結筒状体であるエネルギー吸収部材２０の内側に向くよう制御しやすくなる。また、四角形の長辺の直線部（側壁２１ａ，２１ｂ，２１ｃ）の長さを短くするとともに円弧状の部分（内凸部２３）との継目で高応力となり早期に座屈変形を起こすことが可能となる。

（第２実施形態）
図７及び図８に、第２実施形態に係るエネルギー吸収部材２０を示す。本実施形態では、第１実施形態の構造に対してさらに内凸部２８が設けられることを特徴とする。

内凸部２８は、側壁２１ａ及び側壁２１ｃの計４箇所に設けられている。端面２７ａから距離Ｌの位置において、図７の左右の外側から側壁２１ａ及び側壁２１ｃの表面を型で押圧することで内凸部２８（外側から見れば溝）が形成される。従って、内凸部２８を含む断面のみ、断面形状は図７に示す正面図の形状とは異なる。

距離Ｌは、圧縮面である端面２７ａから（図１〜図３の構造の場合の）初期座屈の波長の１／２〜１倍の波長とする。これにより、内凸部２８の位置が初期座屈箇所として制御される。

第１実施形態の構造でも衝突初期から優れたエネルギー吸収部材となるが、外周壁（図８では側壁２１ａ，２１ｃ）に内凸部の断面積が小さくなり、座屈変形の起点となる内凸部２８を設けることで、座屈箇所を制御できる。更に、内凸部２８の位置を初期座屈波長の１／２〜１倍の波長位置とする。これにより、内凸部２８がない場合よりも早く内凸部２８から座屈変形が可能となるため、衝突早期から高荷重となりやすい。また、本実施形態によれば、衝撃吸収部材において、接触面（端面２７ａ）から近い箇所から座屈変形が始まるようにすることで、斜め圧縮加重が加わった際の曲げ折れを抑制できる。また、内凸部２８の位置で塑性モーメントを調整することで、斜め圧縮荷重が負荷された場合も繰り返し座屈変形する形状が得られる。

（第３実施形態）
図９に、第３実施形態に係るエネルギー吸収部材２０を示す。本実施形態では、図２の略四角形の４つの角部における内凸部２３が設けられていない点で第１実施形態とは異なる。

実施例において後述するように、内凸部２６を設けることで四角形の長辺側が側壁２１ａ，２１ｂ，２１ｃに分割される。また、内凸部２６の半円部の半径を変えることで、側壁２１ａ，２１ｂ，２１ｃの長さを変えることができる。これにより、内凸部２３を設けない形態でも所望の衝撃吸収性能を有するエネルギー吸収部材２０が得られる。

なお、上述の各実施形態では、軸方向に中空部を有する筒状部が３つ結合した例について説明したが、この他に、筒状部が２つ又は４つ以上で構成することも可能である。

また、上述の各実施形態において、エネルギー吸収部材２０がより好ましい変形挙動をとるように、外周壁の短辺の直線部である側壁２２とリブ２５との間隔に対して、隣接する複数のリブ２５の間隔が広くなるようにしてもよい。短辺直線部（側壁２２）とリブ２５との間隔が広くなると４箇所の内凸部２３の方への応力伝播が遅くなり、初期座屈が大変形となると考えられる。このことから、側壁２２とリブ２５との間隔は狭い方がより優れた座屈変形となるためである。

（第４実施形態）
図１０に、第４実施形態に係るエネルギー吸収部材２０を示す。本実施形態のように、第１実施形態の構造（以下、連結筒状体２００という。）に対して、中空部２４ａ，２４ｂ，２４ｃにおける一方の端部の開口面を封止する蓋２０１を設けても良い。

蓋２０１は、溶接部２０３において連結筒状体２００と溶接するために好適な材料から形成される。例えば、蓋２０１の材料は、連結筒状体２００の材料と同一である。蓋２０１は、例えばねじ穴を設けるために好適な厚さを有する。蓋２０１の角部等の形状は、内凸部２３，２６の形状と合わせることができるが、任意でよい。

蓋２０１は、図示の例では端面２７ａの側に設けられているが、端面２７ｂの側に設けられてもよい。

本実施形態のエネルギー吸収部材２０のように、いずれか一方の端面が封止されていることで、蓋２０１においてリーンフォースメント又は車体骨格部との接合面が形成される。これにより、例えばボルト止め、溶接等の接合が容易となり、作業性が向上する。

なお、上述の構造以外に、連結筒状体２００と蓋２０１とが一体成形されていてもよい。一体成形の場合には溶接部２０３を設けることを要しない。

（第５実施形態）
図１１に、第５実施形態に係るエネルギー吸収部材２０を示す。本実施形態のように、第１実施形態の構造である連結筒状体２００に対して、中空部２４ａ，２４ｂ，２４ｃにおける一方の端部にフランジ部２０２を形成しても良い。

フランジ部２０２は、溶接部２０３において連結筒状体２００と溶接するために好適な材料から形成される。例えば、フランジ部２０２の材料は、連結筒状体２００の材料と同一である。フランジ部２０２は、例えば取付穴を設けて車両の他の部材に固定可能な厚さを有する。

フランジ部２０２には、連結筒状体２００の中空部２４ａ，２４ｂ，２４ｃ及びリブ２５に対応する形状の１つの穴２０２ａが設けられている。リブ２５は、フランジ部２０２と溶接されない。

フランジ部２０２は、図示の例では端面２７ｂの側に設けられているが、端面２７ａの側に設けられてもよい。

本実施形態のエネルギー吸収部材２０のように、いずれか一方の端面にフランジ部２０２が形成されることで、リーンフォースメント又は車体骨格部との接合面が形成される。これにより、例えばボルト止め、溶接等の接合が容易となり、作業性が向上する。

なお、上述の構造以外に、連結筒状体２００とフランジ部２０２とが一体成形されていてもよい。一体成形の場合には溶接部２０３を設けることを要しない。

以下に、本発明の代表的な実施例を示し、本発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことは、言うまでもないところである。また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には上記した具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加え得るものであることが、理解されるべきである。

（実施例１）
本発明例のモデル、及び、本発明の範囲から外れる比較例のモデルについて、軸方向に圧縮変形させたときの変形形態をＦＥＭ解析により求めた。

ＦＥＭ解析の材料モデルは、０．２％耐力が１９０ＭＰａの６０００系アルミニウム合金押出形材であるＡ６０６３合金からなるものとした。材料モデルの基本断面の外形寸法が１４０ｍｍ×７０ｍｍ、押出方向の長さが２００ｍｍ、肉厚は初期荷重ピークを揃えるため、モデル毎によって異なり、２．０ｍｍ〜２．７５ｍｍとした。

ＦＥＭ解析には、汎用の有限要素解析ソフトＲＡＤＩＯＳＳ（登録商標）を用いた。端部の拘束条件は、単板を溶接で設置する場合を想定して、圧壊方向以外の変位と回転を拘束し、剛体で押し込む態様とし、ＨＡＺ（Heat Affected Zone：熱影響部）の軟化は無視した。

なお、以下で説明する各モデルの正面図において、各部の参照符号の下１桁の数字とａ〜ｃの副番との組み合わせは、図２に示されたものと対応させている。

（比較例）
図１２及び図１３は、それぞれ比較例１及び比較例２のモデルの正面図である。図１２のエネルギー吸収部材３０（比較例１）に基づく第１形状モデルは、単一の筒部の（ロの字）断面形状を有する。図１３のエネルギー吸収部材４０（比較例２）に基づく第２形状モデルは、３つの筒部が連結した（目の字）断面形状を有する。エネルギー吸収部材３０及びエネルギー吸収部材４０のいずれについても、内凸部２３、リブ２５及び内凸部２６に対応する部分は設けられていない。

図１４は、比較例１及び比較例２の圧縮変形による荷重−変位曲線を示すグラフ図である。図１４に示すように、図１２の第１形状モデルによる比較例１と比べ、図１３の第２形状モデルによる比較例２は、変位５０ｍｍ付近の荷重ピーク後の変位１００ｍｍ付近での２次ピークの立ち上がりが早く、早期な座屈となっている。しかし、比較例１及び比較例２は、互いに荷重−変位曲線の波形凹凸が大きく、細かな蛇腹変形とはなっていない。

図１５及び図１６は、それぞれ比較例１及び比較例２の２０ｍｍ圧縮時の応力分布図である。応力分布図の下の矢印は、前述の各実施形態で示した圧縮方向１３０と同じく圧縮方向を示す。図１５及び図１６において、図示の右側が圧縮側の端面（図３の端面２７ａに相当）である（以下の応力分布図でも同様）。図１５の比較例１では、高応力の箇所は、軸方向（図示の左右方向）中央部の凹部付近に集中している。他方、図１６の比較例２では、高応力の箇所は、軸方向中央部の凸部付近と、解析図中央部付近で環状に表された部分と、に見られる。このように、比較例１及び比較例２における各形状モデルでは、高応力となっている箇所が限られているため、細かな座屈変形となっていない。

（本発明例１）
図１７は、本発明例１のモデルの正面図である。図１７のエネルギー吸収部材５０は、形状としては前述した第３実施形態（図９）に対応する。エネルギー吸収部材５０は、図１３のエネルギー吸収部材４０に対し、図２の内凸部２６に対応する内凸部５６が４箇所追加されている。但し、内凸部５６の半円部の半径は図９の内凸部２６の半径に比べて小さい。なお、図２の内凸部２３に対応する部分はエネルギー吸収部材５０には設けられていない。

図１８は、エネルギー吸収部材５０のモデルの圧縮変形による荷重−変位曲線を図１４の２つの荷重−変位曲線に重ね合せたグラフ図である。図１８に示すように、本発明例１は、比較例１及び比較例２と比べ、変位５０ｍｍ付近の荷重ピーク後の変位８０ｍｍ付近での２次ピークの立ち上がりが早く、波形凹凸も細かくなっている。このことから、エネルギー吸収部材５０が早期な座屈及び細かな蛇腹変形となる衝撃吸収部材となっていることがわかる。

図１９は、エネルギー吸収部材５０のモデルの２０ｍｍ圧縮時の応力分布図である。図１９に示すように、圧縮初期から、略四角形の４つの角部及びリブ５５と内凸部５６との付け根の個所付近で高応力となることで、細かく安定した蛇腹変形となっている。

（本発明例２）
図２０は、本発明例２のモデルの正面図である。図２０のエネルギー吸収部材６０は、図１７のエネルギー吸収部材５０に対し、図２の内凸部２３に対応する４つの内凸部６３が追加されている。また、エネルギー吸収部材６０の内凸部６６は、エネルギー吸収部材５０の内凸部５６に比べて半円形の半径が大きくなっている。即ち、エネルギー吸収部材６０では側壁６１ａ，６１ｂ，６１ｃの辺長がエネルギー吸収部材５０の側壁５１ａ，５１ｂ，５１ｃに比べて短くなっている。

図２１は、エネルギー吸収部材６０のモデルの圧縮変形による荷重−変位曲線を図１８のエネルギー吸収部材５０のモデルの荷重−変位曲線に重ね合せたグラフ図である。エネルギー吸収部材６０のモデルの波形をエネルギー吸収部材５０のモデルの波形と比較すると、エネルギー吸収部材６０のモデルの荷重ピーク（変位５０ｍｍ付近）後の二次ピークの立ち上がり（変位７０ｍｍ付近）はエネルギー吸収部材５０のモデルと同等で、その後はより高い平均荷重となっており、優れた衝撃吸収性となることが分かる。

図２２は、エネルギー吸収部材６０のモデルの２０ｍｍ圧縮時の応力分布図である。エネルギー吸収部材６０では、側壁６１ａ，６１ｂ，６１ｃの辺長がエネルギー吸収部材５０の側壁５１ａ，５１ｂ，５１ｃに比べて短くなり、圧縮時の面全体への応力伝播が促進された。その結果、各角部（内凸部６３付近）及び内凸部６６付近が高応力となり、図２２に示すように細かな座屈変形となる。

（本発明例３）
図２３は、本発明例３のモデルの正面図である。図２３のエネルギー吸収部材７０では、リブ７５と側壁７１ａ，７１ｂ，７１ｃとの付け根に円弧状の内凸部７６が配置されており、略四角形の４つの角部には円弧状の内凸部７３が配置されている。エネルギー吸収部材７０は、図２０のエネルギー吸収部材６０の内凸部６３及び内凸部６６の半径に比べ、内凸部７３及び内凸部７６の半径がそれぞれ大きくなっている。即ち、エネルギー吸収部材７０では側壁７１ａ，７１ｂ，７１ｃの辺長がエネルギー吸収部材６０の側壁６１ａ，６１ｂ，６１ｃに比べて短くなっている。

図２４は、エネルギー吸収部材７０のモデルの圧縮変形による荷重−変位曲線を図２１のエネルギー吸収部材６０のモデルの荷重−変位曲線に重ね合せたグラフ図である。エネルギー吸収部材７０のモデルの波形をエネルギー吸収部材６０のモデルの波形と比較すると、より早期な二次ピーク（変位５０ｍｍ付近）であり、凹凸の少ない波形且つ高い平均荷重となる。

図２５は、エネルギー吸収部材７０のモデルの２０ｍｍ圧縮時の応力分布図である。図２４及び図２５から、エネルギー吸収部材７０のモデルでは、分断されている側壁７１ａ，７１ｂ，７１ｃの辺長が短くなることで、圧縮時の面全体への応力伝播が促進されるため、より優れた衝撃吸収性となる。

（本発明例４）
図２６は、本発明例４のモデルの正面図である。図２６のエネルギー吸収部材８０は、図２３のエネルギー吸収部材７０に比べ、内凸部８３及び内凸部８６の円弧の位置が３つの筒状部の閉断面のより内側（図示の左右方向の中央寄り）となっている。即ち、エネルギー吸収部材８０では側壁８１ａ，８１ｂ，８１ｃの辺長がエネルギー吸収部材７０の側壁７１ａ，７１ｂ，７１ｃと同等であるが、側壁８２及びリブ８５の辺長は側壁７２及びリブ７５に比べて短くなっている。

図２７は、エネルギー吸収部材８０のモデルの圧縮変形による荷重−変位曲線を図２４のエネルギー吸収部材７０のモデルの荷重−変位曲線に重ね合せたグラフ図である。エネルギー吸収部材８０のモデルの波形をエネルギー吸収部材７０のモデルの波形と比較すると、二次ピークの立ち上がり（変位１１０ｍｍ付近）が遅くなっており、波形の凹凸も大きくなっている。

図２８は、エネルギー吸収部材８０のモデルの２０ｍｍ圧縮時の応力分布図である。図２５の応力分布図と異なり、高応力位置は軸方向の中央部分にあり、その他に内凸部８６付近の他に側壁８１ａ，８１ｃと隣接する内凸部８３との境界付近で軸方向に亘って分布している。

エネルギー吸収部材８０のモデルの解析結果より、分断されている側壁８１ａ，８１ｂ，８１ｃの辺長並びに内凸部８３及び内凸部８６の円弧の深さによって波形を制御できることがわかる。

上記の本発明例１〜４では、本発明例３（図２３）の断面モデルが最も優れた衝撃吸収性を有する。また、前述の第２実施形態（図７及び図８）に示すように、側面に内凸部２８のような内側に凸となる部位を配置することで、初期座屈箇所を制御可能となり、斜め方向圧縮の際も曲げ折れせず、安定した蛇腹変形となる。

（実施例２）
本実施例では、第１実施形態の構造において、内凸部２３の円弧の径と内凸部２６の円弧の径とについて比較した。図２９に示すモデル（ａ）〜（ｃ）に対するＦＥＭ解析の手法は、実施例１と同様である。

モデル（ａ）は、図２と同様に、内凸部２３の円弧の半径と内凸部２６の円弧の半径は１２ｍｍで同じである。側壁２１ａ，２１ｂ，２１ｃからの円弧部の深さは１４ｍｍとした。側壁２１ａの直線部の長さは、１６．６ｍｍで側壁２１ｃの直線部の長さと同一である。側壁２１ｂの直線部の長さは、１６．７ｍｍであり側壁２１ａ及び側壁２１ｃの直線部の長さと略等しい。また、図示の各部の肉厚はそれぞれ２．１ｍｍとした。

モデル（ｂ）は、内凸部２６の円弧の半径について、モデル（ａ）より小さい６ｍｍとした。これにより、中空部２４ａを含む筒状部において、対角の位置にある内凸部２３の円弧の半径の方が内凸部２６の円弧の半径より大きくなっている。

モデル（ｃ）は、内凸部２３の円弧部の半径について、モデル（ａ）より小さい６ｍｍとした。これにより、中空部２４ａを含む筒状部において、対角の位置にある内凸部２３の円弧の半径の方が内凸部２６の円弧の半径より小さくなっている。

図３０は、モデル（ａ）、モデル（ｂ）及びモデル（ｃ）（図では（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のみ表記）の圧縮変形による荷重−変位曲線を重ね合せたグラフ図である。略四角形の４つの角部にある内凸部２３の円弧の半径が中央部にある内凸部２６の円弧の半径より大きいモデル（ｂ）の波形は、二次ピークの立ち上がり（変位５０ｍｍ付近）と比較的早く、またモデル（ａ）の波形と比べても凹凸の少ない安定した荷重の推移となっていることが分かる。これに対し、内凸部２３の円弧の半径が内凸部２６の円弧の半径より小さいモデル（ｃ）の波形は、変位８０ｍｍ付近に向かって大変形を起こし、また波形の凹凸も大きくなっている。

図３１及び図３２は、モデル（ｂ）及びモデル（ｃ）の５０ｍｍ圧縮時の応力分布図である。図３１のモデル（ｂ）では略四角形の角部である内凸部２３の付近で大きな変形が見られ、図３２のモデル（ｃ）では略四角形の長辺の中央寄りである内凸部２６の付近で大きな変形が見られる。また、圧縮側端面からの距離について、モデル（ｂ）の方がモデル（ｃ）よりも近くなっている。

上記の結果から、略四角形の４つの角部にある内凸部２３の円弧の半径が中央部にある内凸部２６の円弧の半径より大きいモデル（ｂ）は、内凸部２３の円弧の半径が内凸部２６の円弧の半径より小さいモデル（ｃ）に比べて、圧縮時により良好な変形の挙動を示すと言える。

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。

本出願は、２０１５年１２月２４日に出願された日本国特許出願特願２０１５−２５２０８４号に基づく。本明細書中に、日本国特許出願特願２０１５−２５２０８４号の明細書、特許請求の範囲、及び図面全体を参照として取り込むものとする。

本発明に係るエネルギー吸収部材は、自動車等の車両用バンパーの構成部材として好適に用いられる。

２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、１４０ エネルギー吸収部材
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、８１ａ、８１ｂ、８１ｃ 側壁
２２、３２、４２、５２、６２、７２、８２ 側壁
２３、６３、７３、８３ 内凸部
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、３４、４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、８４ａ、８４ｂ、８４ｃ 中空部
２５、４５、５５、６５、７５、８５ リブ
２６、５６、６６、７６、８６ 内凸部
２７ａ、２７ｂ、１４７ａ、１４７ｂ 端面
２８ 内凸部
２９、１４９ 変形部
１１０、１２０ 剛壁
１３０ 圧縮方向
２００ 連結筒状体
２０１ 蓋
２０２ フランジ部
２０２ａ 穴
２０３ 溶接部

Claims (6)

1. アルミニウム合金材から形成された連結筒状体を備え、
   前記連結筒状体は、前記アルミニウム合金材の軸方向に垂直な断面において、
   略四角形の外周壁と、
   前記外周壁の４つの角部から内側に突出する円弧状の第１の内凸部と、
   前記外周壁の１対の長辺の直線部をそれぞれ複数の辺に分割するように内側に突出する円弧状の第２の内凸部と、
   対面する前記第２の内凸部の頂部を連結するリブと、を備え、
   前記軸方向に圧縮荷重を受けた際に連続的な座屈変形となり、
   前記第１の内凸部の円弧の半径は、前記第２の内凸部の円弧の半径より大きい、
   ことを特徴とするエネルギー吸収部材。
2. 前記連結筒状体は、前記外周壁の一部が内側に突出した第３の内凸部をさらに備え、
   前記第３の内凸部は、圧縮面となる前記外周壁の前記軸方向の一の端面から初期座屈の波長の１／２〜１倍の波長の位置に配置され、前記軸方向と垂直な幅方向に延びる、
   ことを特徴とする請求項１に記載のエネルギー吸収部材。
3. 前記外周壁の短辺の直線部と前記リブとの間隔に対して、隣接する複数の前記リブの間隔が広い、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のエネルギー吸収部材。
4. 前記連結筒状体の前記軸方向のいずれか一方の端部が封止されている、
   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ー吸収部材。
5. 前記軸方向のいずれか一方の端部にフランジ部が形成されている、
   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ー吸収部材。
6. アルミニウム合金材から形成された連結筒状体を備え、
   前記連結筒状体は、前記アルミニウム合金材の軸方向に垂直な断面において、
   略四角形の外周壁と、
   前記外周壁の４つの角部から内側に突出する円弧状の第１の内凸部と、
   前記外周壁の１対の長辺の直線部をそれぞれ複数の辺に分割するように内側に突出する円弧状の第２の内凸部と、
   対面する前記第２の内凸部の頂部を連結するリブと、を備え、
   前記軸方向に圧縮荷重を受けた際に連続的な座屈変形となり、
   前記外周壁の短辺の直線部と前記リブとの間隔に対して、隣接する複数の前記リブの間隔が広い、
   ことを特徴とするエネルギー吸収部材。

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