JP2001182769A - 衝撃吸収部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自動車のクラッシュボックス、バンパーレイ
ンフォースメント、フレーム等に用いられる衝撃吸収部
材であって、良好な衝撃吸収特性を有する軽量な衝撃吸
収部材を提供すること。 【解決手段】 衝撃吸収部材１は、中空部12を有する角
筒状の金属製中空材11からなる部材本体10と、中空部12
内に充填された充填材20とを備えている。充填材20は、
バルサ材の木片21からなる。そして、この衝撃吸収部材
１は、中空部12内に木片21が充填された状態において、
木片中の繊維の方向ロは、衝撃荷重イの方向と略並行に
なっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば自動車の
バンパーレインフォースメント、クラッシュボックス、
フレームに好適に用いられる衝撃吸収部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば自動車のクラッシュボックスに用
いられる衝撃吸収部材は、角筒状の金属製中空材から構
成されており、衝突時に作用する衝撃荷重を例えば軸方
向の圧縮荷重として受け、この軸方向の圧縮荷重により
蛇腹状に規則正しく座屈変形することによって、衝突エ
ネルギーを吸収しようとするものである。

【０００３】ところで、自動車が時速１５ｋｍ／ｈ以下
といった比較的低速度で衝突する軽衝突の場合には、ク
ラッシュボックスの理想的な衝撃吸収特性として、例え
ば図７中の荷重（軸方向の圧縮荷重）−変位曲線の”
ヘ”に示すように、座屈初期に生じる最大荷重と、その
後に生じる荷重変動の平均値（平均荷重）とが等しく、
且つ荷重が大幅に変動しないで変位量の増加にかかわら
ず荷重が一定であるという特性が望まれる。なお、同図
において、曲線と変位軸との間の面積は、衝突エネルギ
ーの吸収量に対応し、この面積が大きくなる程、衝撃吸
収部材は衝突エネルギーを大きく吸収し得るものとな
る。

【０００４】しかしながら、角筒状の金属製中空材だけ
からなるクラッシュボックスは、荷重−変位曲線の”
ト”に示すように、座屈初期に生じる最大荷重が大きく
且つその後に荷重が大幅に変動するという衝撃吸収特性
を示すものであった。このため、上記のような理想的な
衝撃吸収特性を得ることができなかった。そこで、従来
では、衝撃吸収特性を向上させるために、クラッシュボ
ックスとして、中空材の中空部内に、発泡ウレタン成形
体等の合成樹脂製成形体からなる充填材を充填したもの
が用いられていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、充填材
が合成樹脂製の成形体からなる従来のクラッシュボック
スでは、今だ十分に満足できる衝撃吸収特性を得ること
ができなかった。殊に近年、自動車の軽量化が望まれて
いるが、充填材が合成樹脂製の成形体からなる従来のク
ラッシュボックスでは、十分な軽量化を図ることができ
なかった。

【０００６】この発明は、上記のような技術背景に鑑み
てなされたもので、その目的は、自動車のクラッシュボ
ックス、バンパーレインフォースメント、フレーム等に
用いられる衝撃吸収部材であって、優れた衝撃吸収特性
を有する軽量な衝撃吸収部材を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明は、中空部を有する金属製中空材からなる
部材本体と、前記中空部内に充填された充填材とを備え
た衝撃吸収部材であって、前記充填材が木質材料製のも
のであることを特徴としている。

【０００８】これによれば、充填材が木質材料製のもの
であることにより、衝撃吸収特性が向上するとともに、
軽量化が図られる。

【０００９】また、この発明において、前記中空部内に
前記充填材が充填された状態において、充填材中の繊維
の方向が衝撃荷重の方向と略並行になっている場合に
は、衝撃吸収特性が更に向上する。

【００１０】また、この発明において、前記木質材料が
バルサ材である場合には、大幅な軽量化が図られる。

【００１１】なお、この発明において、充填材として
は、例えば、木片等の木質材料製成形体からなるものが
対応する。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、この発明の一実施形態を図
面に基づいて説明する。

【００１３】図１は、この実施形態の衝撃吸収部材
（１）を示している。この衝撃吸収部材（１）は、後述
するように自動車のフロントバンパーのクラッシュボッ
クス（図４〜図６参照、33）として用いられるものであ
る。

【００１４】この衝撃吸収部材（１）は、図１及び図２
に示すように、中空部（12）を有する所定長さの角筒状
の中空材（11）からなる部材本体（10）と、前記中空部
（12）内に充填された充填材（20）とを備えたものであ
って、衝突時の衝撃荷重（イ）を軸方向（即ち部材本体
の長さ方向）の圧縮荷重として受け、この軸方向の圧縮
荷重により蛇腹状に座屈変形することによって、衝突エ
ネルギーを吸収しようとするものである。

【００１５】前記部材本体（10）を構成している中空材
（11）は、アルミニウム（その合金を含む、以下同じ）
押出形材製のものであって、図２に示すように、中空部
（12）を２個に区画した長さ方向に延びた中仕切り板部
（11a）が一体形成されているものであり、断面形状が
略日字状に形成されているものである。

【００１６】前記充填材（20）は、バルサ材から切り出
して形成した合計２個の略直方体状の木片（21）からな
るものであって、前記部材本体（10）の各中空部（12）
内に略ぴったりとあるいは若干きつく嵌入可能な大きさ
に形成されている。同図において、（ロ）は前記木片
（21）中の繊維の方向を示している。そして、前記充填
材（20）は、前記木片（21）中の繊維の方向（ロ）が前
記部材本体（10）の長さ方向（即ち軸方向）と略並行に
なる態様にして部材本体（10）の中空部（12）内に嵌入
されて充填されている。而して、この衝撃吸収部材
（１）は、上述したように、衝突時の衝撃荷重（イ）を
軸方向の圧縮荷重として受けるように配置されるもので
あることから、この衝撃吸収部材（１）においては、前
記充填材（20）が前記部材本体（10）の中空部（12）内
に嵌入された状態において、前記木片（21）中の繊維の
方向（ロ）は、衝突時の衝撃荷重（イ）の方向と略並行
になっている。

【００１７】以上のように構成された衝撃吸収部材
（１）は、充填材（20）が木片（21）からなるものであ
るから、優れた衝撃吸収特性を有するものとなってい
る。この理由を図３に示した応力−体積歪み曲線に基づ
いて説明する。

【００１８】同図において、”ハ”は、木片にその繊維
の方向と並行な荷重が作用するときの応力−体積歪み曲
線を示している。”ニ”は、木片にその繊維の方向に垂
直な荷重が作用するときの応力−体積歪み曲線を示して
いる。”ホ”は、機械的特性に関して方向性のない物体
の一つである発泡ウレタン成形体に荷重が作用するとき
の応力−体積歪み曲線を示している。

【００１９】同図において、各曲線”ハ、ニ、ホ”にお
ける体積歪み軸と略平行な区間、つまり水平区間は、応
力が体積歪みの増加にかかわらず略一定の値を採る区間
（応力一定区間）であり、この水平区間が長くなる程、
衝撃吸収部材の座屈変形時に生じる荷重変動を長時間に
亘って抑制することができるものとなる。

【００２０】而して、同図から分かるように、”ハ”
と”ニ”の曲線はともに、”ホ”の曲線よりも格段に長
い水平区間を有している。したがって、木片（21）から
なる充填材（20）を備えたこの実施形態の衝撃吸収部材
（１）は、座屈変形時に生じる荷重変動が長時間に亘っ
て抑制されている良好な衝撃吸収特性を有するものとな
っている。

【００２１】さらに、”ハ”の曲線と”ニ”の曲線を比
較すると、”ハ”の曲線の水平区間における応力値
は、”ニ”の曲線のものよりも大きい値を採ることが分
かる。したがって、木片（21）中の繊維の方向（ロ）を
衝突荷重（イ）の方向と並行になる態様にして木片（2
1）を部材本体（10）の中空部（12）内に嵌入すること
により、衝撃吸収部材（１）の平均荷重が高められて、
衝撃吸収特性が向上するものとなる。したがって、この
実施形態の衝撃吸収部材（１）は、平均荷重が高くなっ
ており、極めて良好な衝撃吸収特性を有するものとなっ
ている。

【００２２】加えて、この衝撃吸収部材（１）におい
て、部材本体（10）はアルミニウム押出形材製の中空材
からなるので、軽量であり、且つ、該部材本体（10）を
能率的に且つコスト的に有利に製造することができるも
のとなっている。さらに、この衝撃吸収部材（１）で用
いられている充填材（20）は、バルサ材の木片（21）か
らなるものなので、極めて軽量になっている。

【００２３】図４〜図６は、この衝撃吸収部材（１）を
自動車のフロントバンパーのクラッシュボックス（33）
に用いた場合を示している。

【００２４】図４において、（32）は車体幅と略同じ長
さを有する棒状のバンパーレインフォースメントであっ
て、車体（30）のフロントの所定高さ位置に水平に配設
されている。（31）（31）は左右のサイドメンバであっ
て、車体（30）の前端部に配設されている。そして、同
図及び図５に示すように、前記バンパーレインフォース
メント（32）とサイドメンバ（31）との間に、クラッシ
ュボックス（33）が、部材本体（10）の長さ方向が車体
（30）の前後方向と略並行になる態様にして介在されて
いる。したがって、図６に示すように、このクラッシュ
ボックス（33）がバンパーレインフォースメント（32）
とサイドメンバ（31）との間に介在された状態におい
て、充填材（20）を構成している木片（21）中の繊維の
方向（ロ）は、車体（30）の前後方向と略並行になって
いる。

【００２５】なお、図５において、（W1）は、クラッシ
ュボックス（33）をバンパーレインフォースメント（3
2）に固着した溶接部を示し、（W2）は、クラッシュボ
ックス（33）をサイドメンバ（31）に固着した溶接部を
示している。

【００２６】而して、自動車が低速度（例えば時速１５
ｋｍ／ｈ以下）で壁状の障害物（図示せず）に真っ直ぐ
に衝突した場合（図６参照）には、クラッシュボックス
（33）には、バンパーレインフォースメント（32）を介
して、部材本体（10）の長さ方向と並行な方向の衝撃荷
重（イ）が加わり、この衝撃荷重（イ）を受けて該クラ
ッシュボックス（33）が蛇腹状に座屈変形し、これによ
り衝突エネルギーが吸収される。この衝突に際して、ク
ラッシュボックス（33）の部材本体（10）の中空部（1
2）内には、木片（21）からなる充填材（20）が所定の
向きで充填されているから、衝突エネルギーを大きく吸
収することができる。したがって、この衝撃吸収部材
（１）をクラッシュボックス（33）として用いることに
より、安全性の高いバンパー装置を提供することができ
る。

【００２７】以上、この発明の実施形態を説明したが、
この発明は上記実施形態のものに限定されるものではな
く、様々に設定変更可能である。

【００２８】例えば、この発明に係る衝撃吸収部材は、
自動車の車体フレームに用いられるものであっても良い
ことはもとより、自動車以外の構成部品に用いられるも
のであっても良い。さらに、部材本体は、断面ロ字状、
断面目字状、断面円形状の金属製中空材からなるもので
あっても良い。

【００２９】

【評価例】この評価例では、図１に示した衝撃吸収部材
（１）の衝撃吸収特性（実施例１）と、従来の衝撃吸収
部材の衝撃吸収特性（比較例１）とを比較評価してい
る。 ＜実施例１＞実施例１の衝撃吸収部材（１）では、部材
本体（10）として、アルミニウム押出形材（材質：Ａ６
０６３−Ｔ５）製の中空材（ａ寸法×ｂ寸法：４０×４
０ｍｍ、ｃ寸法：１２０ｍｍ、肉厚ｔ＝２ｍｍ）を使用
し、また充填材（20）として、バルサ材の木片（21）を
使用している。 ＜比較例１＞比較例１の衝撃吸収部材では、部材本体と
して、実施例１で使用した中空材と同一寸法・同一形状
のアルミニウム押出形材（材質：Ａ６０６３−Ｔ５）製
の中空材を使用しており、一方、充填材として、発泡ウ
レタン成形体を使用している。

【００３０】実施例１の衝撃吸収部材と比較例１の衝撃
吸収部材に、それぞれ衝撃荷重（イ）として軸方向の圧
縮荷重を加えて各衝撃吸収部材のエネルギー吸収量を調
べた。この結果を各衝撃吸収部材の重量と合わせて表１
にまとめて示す。なお、同表において、各衝撃吸収部材
のエネルギー吸収量は、各衝撃吸収部材が衝撃荷重を受
けて該衝撃吸収部材のｃ寸法が６０ｍｍに圧縮された時
のエネルギー吸収量で示している。

【００３１】

【表１】

【００３２】同表に示すように、実施例１の衝撃吸収部
材（１）は、比較例１のものよりもエネルギー吸収量が
高く、したがって良好な衝撃吸収特性を有するものであ
ることが分かった。さらに、実施例１の衝撃吸収部材
（１）は、比較例１のものよりも重量が軽いといった利
点を有するものであることが分かった。

【００３３】

【発明の効果】上述の次第で、この発明に係る衝撃吸収
部材は、中空部を有する金属製中空材からなる部材本体
と、前記中空部内に充填された充填材とを備えたもので
あって、充填材が木質材料製のものであるから、良好な
衝撃吸収特性を有し、さらに軽量であるという利点を有
する。

【００３４】さらに、中空部内に充填材が充填された状
態において、充填材中の繊維の方向が衝撃荷重の方向と
略並行になっている場合には、極めて良好な衝撃吸収特
性を有するものとなる。

【００３５】加えて、木質材料がバルサ材である場合に
は、極めて軽量なものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態の衝撃吸収部材を示す一
部切欠き斜視図である。

【図２】同衝撃吸収部材の部材本体と充填材を示す斜視
図である。

【図３】応力−体積歪み曲線を示す図である。

【図４】同衝撃吸収部材を自動車のフロントバンパーの
クラッシュボックスに用いた場合を示す平面図である。

【図５】同フロントバンパーの斜視図である。

【図６】図５中のVI−VI線断面図である。

【図７】荷重−変位曲線を示す図である。

【符号の説明】

１…衝撃吸収部材 10…部材本体 12…中空部 20…充填材 21…木片 30…車体 31…バンパーレインフォースメント 32…サイドメンバ 33…クラッシュボックス（衝撃吸収部材） イ…衝撃荷重 ロ…繊維の方向

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空部（12）を有する金属製中空材（1
   1）からなる部材本体（10）と、前記中空部内に充填さ
   れた充填材（20）とを備えた衝撃吸収部材（１）であっ
   て、 前記充填材（20）が木質材料製のものあることを特徴と
   する衝撃吸収部材。
2. 【請求項２】 前記中空部内に前記充填材が充填された
   状態において、充填材中の繊維の方向（ロ）が衝撃荷重
   （イ）の方向と略並行になっている請求項１記載の衝撃
   吸収部材。
3. 【請求項３】 前記木質材料がバルサ材である請求項１
   又は２記載の衝撃吸収部材。