JP2012081861A

JP2012081861A - 衝撃吸収部材

Info

Publication number: JP2012081861A
Application number: JP2010229660A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Yamada; 山田　　豊; Koji Okada; 功史岡田; Sunao Tanaka; 直田中; Takuya Fukunaga; 卓也福永
Original assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Priority date: 2010-10-12
Filing date: 2010-10-12
Publication date: 2012-04-26

Abstract

【課題】優れた衝撃吸収特性を発揮することが出来、また、製造の容易な構造において、軽量化にも寄与し得る衝撃吸収部材を提供すること。
【解決手段】所定幅で一方向に延びる正面板１２と、かかる正面板に対して距離を隔てて平行に対向配置されて、前記一方向に延びる背面板１４と、正面板１２と背面板１４とを連結する３枚の連結板（１６ａ〜１６ｃ）とからなる衝撃吸収部材１０において、正面板１２の厚みが背面板１４の厚みよりも大とされていると共に、横断面形状において、３枚の連結板（１６ａ〜１６ｃ）のうち中間の１枚が、正面板１２に直交する対称軸上に配置され、その両側に、他の２枚が傾斜して対称的に配置され、更に、正面板１２及び背面板１４の幅方向の両端部が、それぞれ、前記他の２枚の連結板との連結部よりも外方に延長せしめられて、４つの突出部１２ａ，１２ｂ，１４ａ，１４ｂが形成されるように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、衝撃吸収部材に係り、特に、衝撃吸収性能が求められる車両用バンパ装置等において好適に用いられる衝撃吸収部材に関するものである。

従来から、車両の前方又は後方には、車両の衝突等によって発生する衝撃（荷重）を可及的に吸収して、車体への損傷を緩和するための車両用バンパ装置が、取り付けられている。そして、そのような車両用バンパ装置には、衝撃吸収部材として、衝撃エネルギを自身の変形で吸収するバンパリインフォースメントが、配設されている。

ところで、かかるバンパリインフォースメントの如き衝撃吸収部材は、一般に、衝撃を受ける側の正面板と車体取付側の背面板とを、互いに所定の距離を隔てて、略平行に対向配置せしめると共に、それら正面板と背面板とを、複数枚の連結板にて連結してなる構造を有しており、その横断面形状は、主として、「口」字状、「日」字状又は「目」字状の形状を呈している。そして、そこにおいて、正面板に衝撃が加わると、荷重は、正面板から連結板、そして背面板へと伝わり、更に荷重が増加するにつれて、連結板が座屈して、車体側に加わる荷重が緩和されるようになっているのである（例えば、特許文献１，２等参照）。

また、そのようなバンパリインフォースメント等として用いられる衝撃吸収部材には、近年、車両の軽量化等の観点から、その材料として、アルミニウム合金の押出形材が使用されるようになりつつあり、更に、バンパリインフォースメントとして用いるべく、その衝撃吸収性能を向上させようとする技術が、種々報告されている（例えば、特許文献３〜５参照）。

しかしながら、それら提案の性能向上技術にあっては、衝撃吸収性やその製作容易性、軽量化等の何れかの点において、今一つ充分でなく、最近における更なる衝撃吸収性の向上や軽量化の要請に対して、充分に応え得るものではなかったのである。

特開平１１−５９２９６号公報特開２００３−１８２４８１号公報特開２００５−２１２５８７号公報特開２００６−７８２８号公報特開２００４−１４８９１５号公報

ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、優れた衝撃吸収特性を有利に発揮することの出来る衝撃吸収部材を提供することにあり、また、他の課題とするところは、製作の容易な構造において、軽量化にも寄与し得る衝撃吸収部材を提供することにある。

そして、本発明は、上記した課題を解決するために、以下に列挙せる如き各種の態様において、好適に実施され得るものであるが、また、以下に記載の各態様は、任意の組合せにおいても、採用可能である。なお、本発明の態様乃至は技術的特徴は、以下に記載のものに何等限定されることなく、明細書全体の記載並びに図面に開示の発明思想に基づいて、認識され得るものであることが、理解されるべきである。

（１）厚み方向に荷重入力を受ける、所定幅で一方向に延びる正面板と、該正面板に対して距離を隔てて平行に対向配置されて、前記一方向に延びる背面板と、該正面板と該背面板との間に配置されて、両者を幅方向の異なる位置において且つその延びる方向においてそれぞれ連結する３枚の連結板とからなる衝撃吸収部材であって、
前記正面板の厚みが前記背面板の厚みよりも大とされていると共に、横断面形状において、前記３枚の連結板のうち中間に位置する１枚が、前記正面板に直交する対称軸上に配置され、他の２枚が、該対称軸を挟んでその両側に対称的に位置し、且つ前記正面板に向かって拡開するように該対称軸に対して傾斜して配設されて、その傾斜方向が互いに逆方向となるように配置され、
更に、前記正面板及び前記背面板の幅方向の両端部が、それぞれ、前記他の２枚の連結板との連結部よりも外方に延長せしめられて、４つの突出部が形成されていることを特徴とする衝撃吸収部材。
（２）前記横断面形状において、前記正面板の外側面と前記背面板の外側面との間の距離をＨ(mm)とする一方、更に該正面板と該背面板と前記連結板との構造によって決定され、断面一次モーメントが０となる、該正面板と該背面板との対向方向における中立軸と、該正面板の外側面との間の最短距離をｈ(mm)としたとき、次式：
０．２５≦ｈ／Ｈ≦０．４５
を満足するように構成されていることを特徴とする前記態様（１）に記載の衝撃吸収部材。
（３）前記正面板の外側面と前記背面板の外側面との間の距離をＨ(mm)とし、該正面板の幅方向の寸法をＬ(mm)としたとき、次式：
５０≦Ｈ≦１５０
０．３≦Ｈ／Ｌ≦０．７
を満足するように構成されていることを特徴とする前記態様（１）又は（２）に記載の衝撃吸収部材。
（４）前記正面板の厚みが２．５〜１５mmであり、前記背面板の厚みが１〜５mmであり、前記連結板の厚みが１〜５mmである前記態様（１）乃至（３）の何れか一つに記載の衝撃吸収部材。
（５）前記正面板と前記連結板との連結部、及び／又は、前記背面板と前記連結板との連結部が、前記横断面形状において、湾曲した両側部をもって形成されると共に、該正面板側の連結部における湾曲した側部の曲率半径をＲ₁とし、該背面板側の連結部における湾曲した側部の曲率半径をＲ₂としたとき、次式：Ｒ₁≧Ｒ₂を満足するように構成されていることを特徴とする前記態様（１）乃至（４）の何れか一つに記載の衝撃吸収部材。
（６）前記正面板の幅方向両端部の突出部の長さ、及び／又は、前記背面板の幅方向両端部の突出部の長さが、それぞれ、異なる長さとされていることを特徴とする前記態様（１）乃至（５）の何れか一つに記載の衝撃吸収部材。
（７）前記正面板の幅方向一方の端部側に設けられた前記突出部において、その先端部分の厚さが、該正面板の厚さよりも厚くされていることを特徴とする前記態様（１）乃至（６）の何れか一つに記載の衝撃吸収部材。
（８）前記正面板と前記背面板と前記連結板との構造によって決定され、断面一次モーメントが０となる、該正面板と該背面板との対向方向に直角な方向における中立軸が、前記対称軸から偏らされていることを特徴とする前記態様（１）乃至（７）の何れか一つに記載の衝撃吸収部材。
（９）前記正面板、前記背面板及び前記連結板が、アルミニウム合金、鋼又は樹脂にて形成されている前記態様（１）乃至（８）の何れか一つに記載の衝撃吸収部材。
（１０）アルミニウム合金の押出形材にて構成されている前記態様（１）乃至（９）の何れか一つに記載の衝撃吸収部材。
（１１）車両用バンパ装置に組み込まれるバンパリインフォースメントとして用いられる前記態様（１）乃至（１０）の何れか一つに記載の衝撃吸収部材。

このような本発明に従う衝撃吸収部材にあっては、その横断面形状において、正面板と背面板とを連結する３枚の連結板が、正面板に直交する対称軸上に位置する中間の連結板を挟んで、その両側に、傾斜して対称的に配置される２枚の連結板が、正面板に向かって拡開するように傾斜して配置されていることにより、衝撃エネルギの吸収性が効果的に向上せしめられ得ることとなる。

しかも、本発明では、正面板の厚みが背面板の厚みよりも大となるように構成されていることにより、正面板と背面板の対向方向における中立軸の位置が、かかる対向方向における中間の位置よりも正面板側に偏るようになるところから、単位質量当たりの最大曲げモーメントを大きくすることが出来、また、断面剛性を充分に高めることが出来るようになるために、優れた剛性を示す衝撃吸収部材が容易に実現され得、以て、優れた衝撃エネルギ吸収特性を発揮することが出来るようになるのである。

また、本発明に従う衝撃吸収部材にあっては、それを構成する正面板及び背面板の幅方向における両端部が、全て、外方に延長されてなる形態の突出部として構成されているところから、２枚の傾斜した連結板の傾斜形態と協働して、衝撃入力時における連結板の座屈強度や剛性が、効果的に高められ得ることとなるのであり、その結果として、衝撃吸収部材の座屈強度や剛性を有利に向上させることが出来るのである。

さらに、本発明に従う衝撃吸収部材においては、正面板と背面板を連結する連結板は、３枚となり、従来の「目」字状の横断面形状を呈する衝撃吸収部材に比して、連結板の枚数が少なく、また、正面板や背面板の板面に対して垂直な方向に突出した突出部を設けるものでもないところから、その横断面形状が簡素化、簡略化され得て、その製作が容易と為され得ると共に、構造的にも軽量化を図り得る構造となっているのである。

本発明に従う衝撃吸収部材の基本形状の一例を示す部分斜視説明図である。図１に示される衝撃吸収部材の横断面拡大説明図であって、図１におけるＡ−Ａ断面に相当する図である。正面板及び背面板の端部突出部について説明するための、図２の部分説明図である。本発明に従う衝撃吸収部材の異なる一例を示す、図２に対応する横断面説明図である。本発明に従う衝撃吸収部材の更に他の一例を示す、図２に対応する横断面説明図である。衝撃吸収部材の最大曲げモーメントとｈ／Ｈとの関係を示すグラフである。衝撃吸収部材の単位質量当たりの最大曲げモーメントとｈ／Ｈとの関係を示すグラフである。衝撃吸収部材の単位質量当たりの断面剛性とｈ／Ｈとの関係を示すグラフである。

以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。

先ず、図１及び図２には、本発明に従う衝撃吸収部材に係る基本的な形状が示されているが、そこにおいて、衝撃吸収部材１０は、車両用バンパ装置におけるバンパリインフォースメントとして好適に用いられるものであって、所定幅で一方向に延びる長手の正面板１２と、この正面板１２に対して、互いに所定の距離を隔てて略平行に対向配置された、かかる正面板１２と同一方向に延びる所定幅の背面板１４と、それら正面板１２と背面板１４との間に配置されて、両者を、幅方向の異なる位置において、且つその延びる方向において、それぞれ連結する３枚の連結板１６ａ，１６ｂ，１６ｃとからなる、一体的な構造体として構成されている。そして、正面板１２には、その外側面に対して、換言すれば図１及び図２において左方より、その厚み方向に、荷重（衝撃）入力を受けるようになっているのである。従って、この衝撃吸収部材１０が、車両用バンパ装置におけるバンパリインフォースメントとして用いられる場合にあっては、正面板１２が車両前方側に、背面板１４が車両後方側に位置するようにして、車幅方向に延びるように、配設されることとなる。その場合において、衝撃吸収部材１０の長手方向の長さ（図２において、紙面に垂直な方向の長さ）は、一般に、１５００〜１９００mm程度とされることとなる。

そして、かかる衝撃吸収部材１０を構成する正面板１２、背面板１４及び３枚の連結板１６ａ〜１６ｃは、公知の材料、例えば、アルミニウム合金、鉄合金、マグネシウム合金等の金属材料や樹脂材料等の中から、適宜に選択された材料を用いて構成されることとなるが、望ましくは、アルミニウム合金、鋼、又は樹脂からなる材料にて構成されていることが好ましい。特に、その中でも、軽量化の観点からすると、アルミニウム合金からなる材料を用いることが望ましく、更に、アルミニウム合金の中でも、強度特性に優れた、ＪＩＳ呼称合金番号で６０００系や７０００系等のアルミニウム合金からなる材料にて構成することが、より一層望ましいのである。そして、このような材料にて構成される正面板１２、背面板１４及び連結板１６ａ〜１６ｃからなる衝撃吸収部材１０は、押出成形操作によって得られる押出形材にて有利に与えられ得るものであるが、その他、溶接、鋳造、鍛造等の公知の各種の加工方法を用いて、製造することも可能である。

また、そのような衝撃吸収部材１０においては、図２に示される如く、正面板１２と背面板１４とを、幅方向の異なる位置において、且つそれらの延びる方向において、それぞれ連結する３枚の連結板１６ａ〜１６ｃのうち、中間に位置する１枚の連結板である中央連結板１６ｂは、横断面形状において、正面板１２に直交する対称軸Ｃ上に位置するように、換言すれば、中央連結板１６ｂの中心線が対称軸Ｃに一致するようにして、それら正面板１２と背面板１４とに直交する形態において連結している。一方、残りの２枚の連結板は、中央連結板１６ｂより幅方向反対側にそれぞれ所定距離離れた形態において、正面板１２と背面板１４の対応する端部同士をそれぞれ連結する端部連結板１６ａ、１６ｃにて構成されると共に、それら端部連結板１６ａ，１６ｃは、対称軸Ｃを挟んで、その両側に対称的に位置し、且つ正面板１２に向かって拡開するように、対称軸Ｃに対して傾斜して配設されて、その傾斜方向が互いに逆方向となるように配置され、正面板１２と背面板１４の両端部間を、それぞれ連結している。要するに、２枚の端部連結板１６ａ，１６ｃは、それぞれ、中央連結板１６ｂから正面板１２や背面板１４の幅方向において等距離に配設されているのであり、また、その傾斜方向が逆方向となるものの、その傾斜角度、従って、正面板１２や背面板１４との為す角度：θは、同一とされているのである。

このように、衝撃吸収部材１０における正面板１２と背面板１４とを、３枚の連結板１６ａ〜１６ｃにて連結せしめると共に、それらの相対応する端部同士を連結する端部連結板１６ａ，１６ｃを対称的に傾斜させて、配設することによって、その横断面形状において、可及的に大きな台形形状が実現されることとなるのであり、これによって、正面板１２に対する各種の方向からの荷重入力に対しても、それぞれの連結板１６ａ〜１６ｃに作用する曲げモーメントが、全体として効果的に相殺されるようになるのであって、これにより、衝撃エネルギーの吸収性が、効果的に向上せしめられ得るのである。

なお、かかる端部連結板１６ａ、１６ｃの傾斜角度、即ち、正面板１２又は背面板１４に対する傾斜角度θについて、長さ１００mmの試験片を圧縮するＦＥＭ解析によって、それら端部連結板の傾斜角度を変更した形態において、同一荷重（１ｋＮ／１００mm）を付加（圧縮）した場合の変位（圧縮ストローク）を検討した結果、θ＝８５°の場合が最小となり、そしてθがそれよりも大きくても、小さくても、かかる変位が大きくなるところから、本発明においては、端部連結板１６ａ，１６ｃの傾斜角度θとしては、好ましくは、８０°以上９０°未満の値が、有利に採用されることとなる。中でも、かかる角度θが８５°以上９０°未満となるようにすることによって、傾斜角が直角に近い範囲に限定されることとなるため、衝撃吸収部材１０の押出成形に際して、その押出性が高くなる利点があり、更に、８５°以上８７°以下の角度θを採用するようにすれば、良好な押出性と優れた圧縮強度（より小さな圧縮変位）が得られることとなる。なお、それら端部連結板１６ａ，１６ｃの傾斜方向が逆となり、正面板１２から背面板１４に向かって拡開するような傾斜形態となった場合においては、曲げ耐力（強さ）が低下するようになるために、９０°を超える角度θは採用することが出来ない。

さらに、図１及び図２に示される衝撃吸収部材１０においては、正面板１２の厚みが、背面板１４の厚みよりも大きくされており、これによって、正面板１２と背面板１４の対向方向における中立軸、即ち、正面板１２と背面板１４と連結板１６ａ〜１６ｃとの構造によって決定され、断面１次モーメントが０となる、衝撃吸収部材１０の厚み方向における中立軸（厚さ方向中立軸）Ｏ_T の位置が、かかる対抗方向における中間の位置よりも正面板１２側に偏るようになるところから、単位質量当たりの最大曲げモーメントを効果的に大きくすることが出来、また、断面剛性を充分に高めることが出来るために、優れた剛性を示す衝撃吸収構造を有利に実現し得て、高い衝撃エネルギー吸収性を発揮せしめ得るのである。

加えて、このような衝撃吸収部材１０においては、図面に示されるように、正面板１２及び背面板１４の幅方向の両端部が、それぞれ、端部連結板１６ａ，１６ｃとの連結部よりも所定長さ外方に延長せしめられて、４つの突出部１２ａ，１２ｂ；１４ａ，１４ｂが形成されている。このような突出部１２ａ，１２ｂ；１４ａ，１４ｂの存在によって、正面板１２及び背面板１４の端部に傾斜して配設された２枚の端部連結板１６ａ，１６ｃに対して、正面板１２を介しての荷重（衝撃）入力が偏ることなく、均等に伝達せしめられるようになり、これによって、それら端部連結板１６ａ，１６ｃの傾斜形態と協働して、衝撃入力時における座屈強度や剛性が、効果的に高められ得ることとなる。

なお、それら正面板１２や背面板１４の突出部１２ａ，１２ｂ；１４ａ，１４ｂの突出量は、図３に示される如く、各端部連結板１６ａ，１６ｃの外側面と正面板１２の内側面又は背面板１４の内側面とが交わる点から、正面板１２の端面又は背面板１４の端面に至る長さ：Ｐｆ又はＰｂにて示され、それらは、何れも、一般に、４mm以上の突出長さとされることとなる。なお、それらＰｆやＰｂが４mm未満となる突出部１２ａ，１２ｂ；１４ａ，１４ｂである場合においては、荷重入力時に高い曲げ応力が発生して、連結板１６ａ〜１６ｃが倒れ易く、座屈し易くなるのである。

ところで、かかる例示の如き、正面板１２と背面板１４と連結板１６ａ〜１６ｃとの配置構造によって構成される衝撃吸収部材１０においては、図２に示される横断面形状において、断面１次モーメントが０となる中立軸が、存在することとなる。その中立軸は、衝撃吸収部材１０の厚み方向（図２において左右方向）にも、幅方向（図２において上下方向）にも存在するのである。なお、便宜上、以下においては、厚み方向の中立軸を「厚さ方向中立軸」、幅方向の中立軸を「幅方向中立軸」と言うこととする。

そして、かかる厚さ方向中立軸は、衝撃吸収部材１０の厚み方向（正面板１２及び背面板１４に直交する方向）における断面１次モーメントが０となる位置に存在する中立軸であって、この厚さ方向中立軸自体は、衝撃吸収部材１０の幅方向（正面板１２及び背面板１４と平行な方向、即ち、それら正面板１２と背面板１４の対向方向に直角な方向）に延びるように存在する。また、幅方向中立軸は、衝撃吸収部材１０の幅方向（正面板１２及び背面板１４と平行な方向）における断面１次モーメントが０となる位置に存在する中立軸であり、この幅方向中立軸自体は、衝撃吸収部材１０の厚み方向（正面板１２及び背面板１４と直交する方向、即ち、それら正面板１２と背面板１４の対向方向に平行な方向）に延びるように存在することとなる。

そして、本発明においては、図２に示される如く、衝撃吸収部材１０の厚み方向における中立軸Ｏ_T と、正面板１２の外側面との最短距離をｈとし、また、正面板１２の外側面と背面板１４の外側面との間の距離をＨとしたとき、それらの比：ｈ／Ｈが、０．２５以上、０．４５以下となるようにした構成が、好適に採用されることとなるのである。即ち、かかる中立軸（厚さ方向中立軸）Ｏ_T の位置を、正面板１２側に、次式：０．２５≦ｈ／Ｈ≦０．４５という関係を満足するように偏らせた構造が、有利に採用されるのである。

なお、かかる厚さ方向中立軸Ｏ_T を正面板１２側に偏らせる具体的な構成については、後述することとするが、例えば、正面板１２の厚みを背面板１４の厚みよりも大きくしたり、正面板１２と連結板１６ａ〜１６ｃとの連結部や背面板１４と連結板１６ａ〜１６ｃとの連結部を、後述するように、曲面で形成したり、衝撃吸収部材１０の幅方向における中立軸である幅方向中立軸を、連結板１６ａ〜１６ｃの対称軸から偏らせることにより、実現することが可能である。勿論、これらの具体的な手段より、それぞれ一つの手段を採用して、厚さ方向中立軸Ｏ_T の変位を実現することが出来る他、また、二つ以上の手段を組み合わせて、実現することも可能である。

また、かかる衝撃吸収部材１０においては、望ましくは、正面板１２の外側面と背面板１４の外側面との間の距離をＨ(mm)とし、正面板１２の幅方向の寸法をＬ(mm)としたときに、次式：５０≦Ｈ≦１５０、０．３≦Ｈ／Ｌ≦０．７を満足するように構成され、これによって、衝撃吸収性能がより向上せしめられ得ることとなる。これに反して、Ｈが５０mm未満となる場合には、連結板１６ａ〜１６ｃの長さが短くなり、衝撃を充分に吸収出来るだけの変形量を確保することが困難となる恐れがある一方、かかるＨが１５０mmを超える場合には、連結板１６ａ〜１６ｃの長さが長くなり、それら連結板１６ａ〜１６ｃが、幅方向において対称に座屈せず、幅方向の一方に偏った座屈形態が生じ易くなって、衝撃吸収量（耐荷重）の絶対値が低くなる恐れがある。また、Ｈ／Ｌの値を０．３以上０．７以下とすることにより、実用的な幅寸法範囲において、連結板１６ａ〜１６ｃの座屈形態が、幅方向において略対称となり、衝撃吸収性能をより向上させることが出来るのである。なお、このＨ／Ｌの値が０．３未満の場合には、幅寸法に比べて厚み方向の寸法が小さくなり過ぎて、実用的な幅寸法範囲においては衝撃を充分に吸収出来るだけの変形量を確保することが困難になる恐れがある。一方、かかるＨ／Ｌの値が０．７を超える場合には、連結板１６ａ〜１６ｃが幅方向で対称に座屈せず、幅方向の一方に偏った座屈が生じ易くなるために、衝撃吸収性が低下する恐れがある。

また、正面板１２の幅方向の寸法（長さ）であるＬは、上記したＨ及びＨ／Ｌの条件を満たす範囲において、適宜に選定され、そうすることによって、車両用の衝撃吸収部材として随所に適用可能となるのである。例えば、適用対象として、ドアインパクトバーやバンパリインフォースメント等としては勿論、トラックのアオリ等にも適用することが出来る。なお、かかるＬの値が余りにも小さくなると、例えば高強度アルミニウム合金等の高強度な材料で衝撃吸収部材１０を構成する場合に、押出加工等の加工が困難となる恐れがあり、一方、かかるＬの値が大きくなり過ぎると、押出加工等の製造可能範囲を超える恐れがあり、たとえ加工後に溶接等により接合して得ることが出来たとしても、コスト上不利となる。このため、好ましくは、かかるＬは、７５mm〜２５０mmの範囲内の寸法とすることが望ましいのである。

さらに、衝撃吸収部材１０を構成する部位の寸法関係にあっても、有利には、正面板１２の厚みとしては、２．５〜１５mmの範囲内とされ、また背面板１４や連結板１６ａ〜１６ｃの厚みとしても、それぞれ、１〜５mmの範囲内とされる。このような寸法関係において、正面板１２の厚みを背面板１４の厚みよりも大きくすることによって、前記した厚さ方向中立軸Ｏ_T の位置を正面板１２側に有利に偏らせることが出来、それによって、前記したｈ／Ｈの値を０．２５〜０．４５の範囲内とした衝撃吸収部材１０を、容易に実現することが出来るのであり、また、１〜５mmの厚さの背面板１４や連結板１６ａ〜１６ｃを用いても充分な強度を有する衝撃吸収部材１０を得ることが出来るのである。

なお、正面板１２の厚みが２．５mmよりも薄くなると、ｈ／Ｈが０．４５以下となるまで厚さ方向中立軸Ｏ_T を正面板１２側に偏らせることが困難となる恐れがあり、また、１５mmを超えるような厚さとなる場合には、衝撃吸収部材１０全体の重量が増し、軽量化に結びつかなくなる恐れがある。この正面板１２の厚みとしては、より好ましくは、３mm〜７mm程度である。また、背面板１４や連結板１６ａ〜１６ｃの厚みが１mmよりも薄くなると、衝撃吸収部材１０を押出成型操作にて得る際に、押出性が悪く、製品を作製するのが難しくなる一方、それらの厚みが５mmを超えるようになると、衝撃吸収部材１０全体の重量が増し、軽量化に結びつかなくなる恐れがある。それらの厚みとしては、それぞれ、１〜３mm程度とすることが、より望ましい。

また、かくの如き構成の衝撃吸収部材１０にあっては、その正面板１２と各連結板１６ａ〜１６ｃとの連結部や、背面板１４と各連結板１６ａ〜１６ｃとの連結部の少なくとも何れか一方、特に、それらの全てが、図２示される横断面形状において、曲面、即ち湾曲した側部をもって形成されていることが望ましく、更に、正面板１２側の連結部における湾曲した側部の曲率半径をＲ₁ とし、背面板１４側の連結部における湾曲した側部の曲率半径をＲ₂ としたときに、次式：Ｒ₁ ≧Ｒ₂ を満足するように構成されていることが、望ましいのである。

このように、正面板１２の内側面や背面板１４の内側面に対する各連結板１６ａ〜１６ｃの連結部の両側の側面を、所定の曲率半径を付与するために、曲面にて形成することにより、衝撃吸収部材１０の剛性を有利に高めることが出来るのであり、また、厚さ方向中立軸Ｏ_T の位置を正面板１２側に偏らせると共に、前記したｈ／Ｈの値が好適なものとなる衝撃吸収部材を容易に実現することが出来ることとなる。なお、Ｒ₁ よりもＲ₂ の値が大きくなるような曲面が、背面板１４と連結板１６ａ〜１６ｃの連結部に形成されるようにすると、好ましいｈ／Ｈの値を有する衝撃吸収部材の実現が困難となる恐れがある。特に、本発明にあっては、Ｒ₁ はＲ₂ よりも大となるように、正面板１２に対する連結板１６ａ〜１６ｃの連結部の曲面が形成されることとなる。また、各連結板１６ａ〜１６ｃの正面板１２や背面板１４に対する連結部の両側に形成される湾曲面は、同一の曲率半径のものとされる他、必要に応じて異なる曲率半径のものとすることも可能である。

ところで、上記した衝撃吸収部材１０においては、正面板１２の幅方向両端部の突出部１２ａ,１２ｂの長さや、背面板１４の幅方向両端部の突出部１４ａ、１４ｂの長さが、それぞれ同じ長さとされていることにより、対称軸Ｃは、図２に示される横断面形状において、正面板１２及び背面板１４の幅方向における中央の点を通る軸と一致しているのであるが、この場合には、横断面形状において、衝撃吸収部材１０の全体形状を、かかる対称軸Ｃについて線対称に構成することが出来、押出成形が容易となる利点がある。また、その場合には、衝撃吸収部材１０の幅方向における中立軸（幅方向中立軸）が、かかる対称軸Ｃに一致するようになるのである。なお、この明細書においては、対称軸Ｃは、衝撃吸収部材１０の横断面形状において、正面板１２と背面板１４と２つの端部連結板１６ａ、１６ｃにて囲まれた形状における対称軸を意味するものであって、本発明の規定に従う限りにおいて、かかる対称軸Ｃは、常に、中央連結板１６ｂの中心線と一致するようになっている。

そして、本発明にあっては、そのような正面板１２の両端の突出部１２ａ，１２ｂや背面板１４の両端の突出部１４ａ，１４ｂの各長さを、それぞれ異なる長さとすることも、有利に採用され、その一例が、図４に示されている。

すなわち、図４において、衝撃吸収部材１０を構成する正面板１２及び背面板１４のそれぞれの両端部に設けられた突出部１２ａ、１２ｂ；１４ａ、１４ｂの長さにおいて、正面板１２の一方の突出部１２ａは、他方の突出部１２ｂよりも長い突出長さとされているのであり、また背面板１４の一方の突出部１４ａの長さも、他方の突出部１４ｂの長さよりも長くされているのである。これにより、衝撃吸収部材１０の幅方向（図４において、上下方向）における中立軸（幅方向中立軸）Ｏ_W を、前例とは異なり、対称軸Ｃから幅方向に偏らせて、位置させることが出来ることとなる。なお、このような幅方向中立軸Ｏ_W の偏りは、図示の如き横断面形状において、例えば、少なくとも正面板１２における一方の突出部１２ａを他方の突出部１２ｂよりも長くすることにより、実現することが出来るものであるが、背面板１４の突出部１４ａ、１４ｂについては、正面板１２に合わせて、その一方の突出部を延長させることの他、そのような延長をさせないようにすることも可能である。

さらに、本発明にあっては、図５に示される如く、正面板１２の幅方向一方の端部側に設けられた突出部１２ａにおいて、その先端部分の厚さが、正面板１２の厚さよりも厚くされている構成が、有利に採用されることとなる。これによって、断面２次モーメントが向上し、断面剛性を向上させることが出来るからである。なお、そのような突出部１２ａの先端部分の厚さが厚くされてなる厚肉部１２ａ’は、正面板１２の突出部１２ａにおける末端（先端部分）に形成されていることが好ましい。特に、前述の如く、正面板１２における一方の突出部１２ａを他方の突出部１２ｂよりも長くする場合においては、その長くされる側の突出部１２ａに、肉厚部１２ａ’を形成することが好ましいのである。そして、このような厚肉部１２ａ’は、一般に、正面板１２の厚みよりも厚くされることが望ましく、そしてその厚みから上限を１５mmとした範囲内において、適宜に選定されることとなる。

そして、かかる図５に示される衝撃吸収部材１０は、また、図４に示される衝撃吸収部材１０と共に、車両用バンパ装置に組み込まれるバンパリインフォースメントとして好適に用いられることとなる。それら衝撃吸収部材１０は、充分な強度を有することが出来るところから、軽量化の求められている車両用バンパ装置にとって、好適なものとなるのである。なお、それら衝撃吸収部材１０は、その正面板１２における長く突出せしめられた突出部１２ａや厚肉部１２ａ’が、車両前方側において、上側に位置するように、配設されることとなる。

ここにおいて、図１及び図２に示される構造の衝撃吸収部材（１０）について、更にその寸法諸元を種々変化させてなるものの例について、以下に明らかにすることとする。

先ず、それぞれの衝撃吸収部材（１０）は、何れも、アルミニウム合金（６Ｎ０１−Ｔ５、耐力：２２０ＭＰａ）を用いた押出形材にて構成されるものであって、その幅寸法の長さ（Ｌ）は１００mm、厚み（Ｈ）は８０mmとされている。また、２枚の端部連結板（１６ａ，１６ｃ）の傾斜角度（θ）は、逆方向の傾斜となるものの、何れも、８５°とされている。

そして、このような基本構成の下に、正面板（１２）の厚み、背面板（１４）の厚み及び連結板（１６ａ〜１６ｃ）の厚みを種々変化させることにより、衝撃吸収部材（１０）の厚さ方向の中立軸Ｏ_T を変位させて、下記表１に示される如きｈ／Ｈを与える各種の衝撃吸収部材（１０）を得た。

かかる表１より明らかな如く、背面板（１４）に対する正面板（１２）の厚みを変更することにより、厚さ方向中立軸Ｏ_T の位置が変化して、ｈ／Ｈの値が変化するのであり、そして、正面板（１２）の厚みを大きくすることによって、かかる中立軸Ｏ_T は、正面板（１２）側に近づいて、ｈ／Ｈの値は小さくなるのである。

また、背面板（１４）に対する正面板（１２）の厚みを小さくすることにより、厚さ方向中立軸Ｏ_T の位置は、正面板（１２）から離れる方向に移動し、更に一層正面板（１２）の厚みを小さくしたものにおいては、かかる中立軸Ｏ_T の位置が更に一層正面板（１２）から離れる方向に移動するのである。

このような結果よりして、正面板（１２）及び背面板（１４）のそれぞれの厚みを変化させることにより、厚さ方向中立軸Ｏ_T の位置が変化させられ得、以て、ｈ／Ｈの値を有効に制御することが出来ることとなるのである。

また、上記の衝撃吸収部材（１０）の厚み方向における中立軸（厚さ方向中立軸）Ｏ_T の位置と、最大曲げモーメント、単位質量当たりの最大曲げモーメント及び単位質量当たりの断面剛性との関係を調べた結果が、それぞれ、図６〜図８に示されている。なお、それらの図において、◆印は、耐力が３５０ＭＰａのアルミニウム合金材料を用いて得られた結果を示し、また■印は、耐力が３７０ＭＰａのアルミニウム合金材料を用いて得られた結果を示している。

具体的には、厚さ方向中立軸Ｏ_T の位置を変化させた、上記と同様な複数の衝撃吸収部材について、その最大曲げモーメント（Ｎ・mm）、単位質量あたりの最大曲げモーメント（Ｎ・mm／ｋｇ）及び単位質量あたりの断面剛性（Ｎ・mm² ／ｋｇ）を求め、その結果が、それぞれ、図６〜図８に示されているのである。なお、それら図６〜図８においては、正面板（１２）の外側面と背面板（１４）の外側面との間の距離Ｈ(mm)及び厚さ方向中立軸Ｏ_T と正面板（１２）の外側面との最短距離ｈとから求められる比：ｈ／Ｈと、最大曲げモーメント、単位質量あたりの最大曲げモーメント及び単位質量あたりの断面剛性との関係が、それぞれ、示されている。

なお、最大曲げモーメントは、三点曲げ試験により、従来と同様にして測定することが可能である。即ち、正面板（１２）を外側、背面板（１４）を内側に配して、長手方向に沿って内Ｒ＝３００mmに曲げた衝撃吸収部材（１０）を、支持台（幅＝２００mm）を用いてスパンＳ＝８００mmで支持し、外Ｒ側（正面板１２側）に平板を介して荷重Ｆを付加する試験にて行われる。その際、荷重は、試験機のロードセルにより連続測定される。スパン中央の内Ｒ側の点に変位計を取り付けて、その変位を連続測定する。そして、この三点曲げ試験において、座屈発生時の最大荷重Ｆ（Ｎ）を求め、次式により、最大曲げモーメントＭを求めるものである。
Ｍ＝Ｆ×ｓ／４（ｓ：スパン(mm)）

そして、単位質量あたりの最大曲げモーメントは、上述した最大曲げモーメントを衝撃吸収部材（１０）の質量で除算することにより、算出することが出来る。

また、単位質量あたりの断面剛性は、断面２次モーメントをＩ、ヤング率（縦弾性係数）をＥとして、衝撃吸収部材（１０）の質量をＱとすると、Ｉ×Ｅ／Ｑ（単位はＮ／mm² ×mm⁴ ／ｋｇ＝Ｎ・mm² ／ｋｇ）という式に基づいて算出することが出来る。なお、アルミニウム合金のヤング率Ｅは、７０ｋＮ／mm² である。

ここで、最大曲げモーメントは、衝撃吸収部材（１０）の衝撃吸収時に設定できる最大荷重を規定することが出来る。この最大荷重を高くすることが出来ることは、高吸収エネルギーと同義である。このため、単位質量あたりの最大曲げモーメントが高いことが、軽量で衝撃吸収性能に優れた衝撃吸収部材を実現するために要求されるものであるところ、図６から明らかな如く、ｈ／Ｈと最大曲げモーメントとの関係は、略直線的な負の相関関係にあり、かかるｈ／Ｈが大きいほど、最大曲げモーメントが小さくなるのである。

また、図７より明らかな如く、単位質量あたりの最大曲げモーメントは、ｈ／Ｈとの関係において、最適範囲が存在することが認められる。この図７において、ｈ／Ｈの値が大き過ぎても、また小さ過ぎても、単位質量あたりの最大曲げモーメントが小さくなることが認められる。

さらに、図８から明らかな如く、ｈ／Ｈと単位質量あたりの断面剛性との関係は、正の相関関係にあり、かかるｈ／Ｈの値が大きい程、断面剛性が大きくなる。但し、図８に示されている如く、ｈ／Ｈの値を高くしても、徐々に断面剛性の上昇幅は小さくなり、飽和（サチュレーション）或いはやや低下するようになるものと考えられる。

そして、かかる図６〜図８の結果よりして、本発明において好ましいｈ／Ｈの範囲は、０．２５〜０．４５、好ましくは０．３０〜０．４０と考えることが出来る。なお、かかるｈ／Ｈの値が０．２５よりも小さくなると、単位質量あたりの断面剛性が小さくなり、また単位質量あたりの最大曲げモーメントも低下するようになるため、軽量化の効果が少なくなるのであり、また、その値が０．４５よりも大きくなると、単位質量あたりの最大曲げモーメントが小さくなるために、衝突時のエネルギー吸収性能が低下するようになるのである。

以上、本発明の代表的な実施形態について詳述してきたが、それは、あくまでも、例示に過ぎないものであって、本発明は、そのような実施形態に係る具体的な記述によって、何等、限定的に解釈されるものではないことが、理解されるべきである。本発明は、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものであり、そして、そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、何れも、本発明の範疇に属するものであることは、言うまでもないところである。

１０衝撃吸収部材
１２正面板
１４背面板
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ連結板

Claims

厚み方向に荷重入力を受ける、所定幅で一方向に延びる正面板と、該正面板に対して距離を隔てて平行に対向配置されて、前記一方向に延びる背面板と、該正面板と該背面板との間に配置されて、両者を幅方向の異なる位置において且つその延びる方向においてそれぞれ連結する３枚の連結板とからなる衝撃吸収部材であって、
前記正面板の厚みが前記背面板の厚みよりも大とされていると共に、横断面形状において、前記３枚の連結板のうち中間に位置する１枚が、前記正面板に直交する対称軸上に配置され、他の２枚が、該対称軸を挟んでその両側に対称的に位置し、且つ前記正面板に向かって拡開するように該対称軸に対して傾斜して配設されて、その傾斜方向が互いに逆方向となるように配置され、
更に、前記正面板及び前記背面板の幅方向の両端部が、それぞれ、前記他の２枚の連結板との連結部よりも外方に延長せしめられて、４つの突出部が形成されていることを特徴とする衝撃吸収部材。
前記横断面形状において、前記正面板の外側面と前記背面板の外側面との間の距離をＨ（ｍｍ）とする一方、該正面板と該背面板と前記連結板との構造によって決定され、断面一次モーメントが０となる、該正面板と該背面板との対向方向における中立軸と、該正面板の外側面との間の最短距離をｈ（ｍｍ）としたとき、次式：
０．２５≦ｈ／Ｈ≦０．４５
を満足するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の衝撃吸収部材。
前記正面板の外側面と前記背面板の外側面との間の距離をＨ（ｍｍ）とし、該正面板の幅方向の寸法をＬ（ｍｍ）としたとき、次式：
５０≦Ｈ≦１５０
０．３≦Ｈ／Ｌ≦０．７
を満足するように構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の衝撃吸収部材。
前記正面板の厚みが２．５〜１５ｍｍであり、前記背面板の厚みが１〜５ｍｍであり、前記連結板の厚みが１〜５ｍｍである請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の衝撃吸収部材。
前記正面板と前記連結板との連結部、及び／又は、前記背面板と前記連結板との連結部が、前記横断面形状において、湾曲した両側部をもって形成されると共に、該正面板側の連結部における湾曲した側部の曲率半径をＲ₁とし、該背面板側の連結部における湾曲した側部の曲率半径をＲ₂としたとき、次式：Ｒ₁≧Ｒ₂を満足するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の衝撃吸収部材。
前記正面板の幅方向両端部の突出部の長さ、及び／又は、前記背面板の幅方向両端部の突出部の長さが、それぞれ、異なる長さとされていることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の衝撃吸収部材。
前記正面板の幅方向一方の端部側に設けられた前記突出部において、その先端部分の厚さが、該正面板の厚さよりも厚くされていることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の衝撃吸収部材。
前記正面板と前記背面板と前記連結板との構造によって決定され、断面一次モーメントが０となる、該正面板と該背面板との対向方向に直角な方向における中立軸が、前記対称軸から偏らされていることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の衝撃吸収部材。
前記正面板、前記背面板及び前記連結板が、アルミニウム合金、鋼又は樹脂にて形成されている請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載の衝撃吸収部材。
アルミニウム合金の押出形材にて構成されている請求項１乃至請求項９の何れか１項に記載の衝撃吸収部材。
車両用バンパ装置に組み込まれるバンパリインフォースメントとして用いられる請求項１乃至請求項１０の何れか１項に記載の衝撃吸収部材。