JP5011516B2 - 車両用衝撃吸収体 - Google Patents

Description

本発明は、車両構成部材、例えばドア、ドアトリムあるいはボディーサイドパネル、ルーフパネル、ピラー、バンパー（特に、バンパーフェイシア）などに内設することによって搭乗員または歩行者が車両構成部材へ衝突した際にその衝撃を吸収するための車両用衝撃吸収体に関するものである。

従来、車両用衝撃吸収部材としては一般に衝撃緩衝機能を有し、車両の衝突時にクッション性を与え、車両の破損および搭乗者への衝撃を低減させる目的のバンパーおよびバンパービーム等が開発されている。
バンパービーム等の衝撃吸収部材にあっては表面壁に複数の凹部を千鳥状に配置し、裏面壁に形成したリブと接合させた構造のものが特許第３５６１００７号公報に開示されている。

さらに、車両の衝突時に搭乗員または歩行者が車両構成部材と接触することにより受ける損傷を軽減する目的で各種の安全基準が強化されてきており、これに伴い特に熱可塑性樹脂による発泡成形製、射出成形製、ブロー成形製等の車両用の衝撃吸収部材が開発されてきている。ブロー成形により中空状に形成された衝撃吸収部材は衝突時に加わる応力によって衝撃吸収部材を構成する壁面を変形されることで所望の衝撃吸収性能を発揮するものである。つまり、衝突時の衝撃エネルギーは衝撃吸収部材が変形する過程において消費される。よって、車両構成部材へ衝突した搭乗員または歩行者が損傷を受けない範囲の荷重で所定量の変位を生じることがこの種の車両用衝撃吸収部材としての必要条件となる。

またさらに、衝撃吸収性を向上させる観点からは衝撃吸収部材が変形する過程においてその変位の初期段階で早期に目標荷重に達し、変位の終盤においても目標荷重を維持することが好ましい。

このため、中空状に形成された衝撃吸収部材は変位の初期から終期にわたって一定の目標荷重によって変形されるよう一般に中空部内へ突設した対称構造を有する衝撃吸収リブを設けるとともに衝撃吸収部材の周囲壁にも凹陥部を設けて衝撃吸収特性を調整することが行なわれている。
具体的には、熱可塑性樹脂をブロー成形して中空二重壁構造で中空部を有し、その表面壁と裏面壁から凹状リブを形成してその互いの先端部を接合して一体化し、さらに衝撃吸収部材の側壁の一部を中空部側に凹ませて側面が開放した半円形の凹状リブとして衝撃吸収性の向上を企図したものは、特開２００２−２９３４１および特開２００６−９６３０８公報に記載されている。
特許第３５６１００７号公報 特開２００２−２９３４１号公報 特開２００６−９６３０８号公報

ところで、特許文献１に開示されているようにブロー成形により形成された中空状の車両用の衝撃吸収部材において衝撃吸収リブと千鳥状に配置した略三角形状の凹陥部を設けたものは充分な衝撃緩衝機能を発揮することができる。

しかし、略三角形状の凹陥部は裏面壁より形成した衝撃吸収リブと溶着させたものであり、搭乗者または歩行者の保護を目的とした衝撃吸収部材と異なり対称構造を有するものでないため、一定荷重により衝撃吸収部材を変形させることができない（図８比較例１参照）。

また、特許文献２および３に開示されているように衝撃吸収部材の側壁の一部を中空部側に凹ませて側面が開放した半円形の凹状リブを設け、側面が開放された凹状リブの開放端から対向する頂壁までの距離を調整することにより、衝撃吸収部材の特に変位の終盤における荷重を所定の値に設定することができる。

しかし、荷重の値を上げるために側面が開放された半円形の凹状リブ（ａ）の開放端から対向する頂壁までの距離（深さ）を大きくすると半円形の凹状リブ（ａ）が垂直方向に押し潰されて一定荷重での変形が生じなくなる。つまり、半円形の凹状リブ（ａ）が押し潰されるにつれ半円形の凹状リブの壁面が折り重なり衝撃吸収部材の変形を阻害するようになる。このため、ある変位量から急激に荷重が上昇するいわゆる底着きという現象が生じ、衝撃吸収部材としての実質的な最大変位可能量が低下することとなる（図８比較例２および図９参照）。ここで、最大変位可能量とは搭乗者または歩行者が損傷を受けない範囲として設定された荷重の値（例えば５ｋＮ）を超えない範囲で変形させることができる量または変位率を言う。また、変位率は変形が生じる前の衝撃吸収部材の厚みに対して変形が生じた時の厚みの比により算出される。

他方、荷重の値を下げるために側面が開放された半円形の凹状リブ（ｂ）の開放端から対向する頂壁までの距離（深さ）を小さくすると半円形の凹状リブ（ｂ）がくの字状に折れ曲がってしまうため所望の反力を生じさせることができず特に衝撃吸収部材の変位が５０％以上において荷重の値が低下し、所望の衝撃吸収量を上げることが困難となる（図８比較例３および図１０参照）。

そこで、本発明は車両用衝撃吸収体の衝撃吸収性能を向上させることを目的とし、さらには衝撃吸収体の変位の初期から終期にわたって一定の荷重により安定した変形を生じさせるとともに衝撃吸収体が押し潰されたときに壁面が折り重なり変形が阻害され、最大変位可能量の低下が生じるのを防止することを目的とするものである。

上記目的を達成するため本発明は、請求項１ないし３に係る車両用衝撃吸収体を提供する。すなわち、請求項１に係る車両用衝撃吸収体は、車両構成部材に内設することによって衝突時の衝撃エネルギーを吸収するための車両用衝撃吸収体において、前記衝撃吸収体は衝撃を受ける側に配置される表面壁およびこれと中空部を介して間隔をおいて対向する裏面壁を有するとともに、前記表面壁および裏面壁を互いに窪ませて前記中空部内で一体に接合させた衝撃吸収リブを有し、さらに前記表面壁および裏面壁をつなぐ周囲壁には複数の凹陥部が形成されており、前記凹陥部は前記周囲壁に形成されるパーティングライン上に位置する底辺と第一辺および第二辺とからなる略三角形状の溶着面と、前記第一辺から前記表面壁および前記裏面壁へ伸びる一対の平坦面と、前記第二辺から前記表面壁および前記裏面壁へ伸びる他の一対の平坦面と、からなることを特徴とするものである。

請求項２に係る車両用衝撃吸収体は、前記溶着面を構成する第一辺および第二辺は等しい長さに形成されているとともに、頂角に対応する前記第一辺および第二辺のなす角が９０〜１２０°の範囲に形成されていることを特徴とするものである。

請求項３に係る車両用衝撃吸収体は、前記一対の平坦面および他の一対の平坦面は溶着面に対して９０°より大きい傾斜角をもって形成されているとともに、前記溶着面を構成する底辺の長さが６〜２５ｍｍの範囲に形成されていることを特徴とするものである。

本発明に係る車両用衝撃吸収体によれば、衝撃を受ける側に配置される表面壁と対向する裏面壁との間に衝撃吸収リブを設けるとともに、周囲壁に凹陥部を設け、さらに、凹陥部内に配置される溶着面を略三角形状として凹陥部を溶着面から表面壁および裏面壁へ伸びる平坦面により構成することにより、凹陥部が変形の初期から終期にわたって一定の荷重により押し潰されるようにし、充分な変位量を確保して衝撃吸収性能を向上させることができる効果が得られる。

図１ないし図４において、１は本発明の一実施の形態に係る車両用衝撃吸収体の一部を破断して示したものである。この車両用衝撃吸収体１は、熱可塑性プラスチックをブロー成形して中空状に成形されたものであって、２は中空部、３は表面壁、４は裏面壁、５は周囲壁である。本実施の形態において車両用衝撃吸収体１は中空部２を介して間隔をおいて対向する表面壁３および裏面壁４と、表面壁３および裏面壁４をつなぐ周囲壁５と、からなる長尺状に形成されている。

車両用衝撃吸収体１は車両構成部材の内部空間に合わせた形状に設計されるため、表面壁３および裏面壁４は平坦とは限らず、さらに表面壁３および裏面壁４の間隔は一定ではなく、部位によって中空部２の幅が広いところもあれば狭いところもあるのが一般である。ただし、衝撃吸収体１の衝撃吸収量は変位可能量に依存するため、車両構成部材の内部空間の許す範囲で表面壁３と裏面壁４の間隔を最大限あけることが好ましい。具体的には、上記表面壁３および裏面壁４は中空部２を介して一般に３０〜１１０ｍｍの間隔をあけて形成され、その平均肉厚は０．３ｍｍ〜６．０ｍｍの範囲以内、特に好ましくは０．５〜３．０ｍｍの範囲に調整されている。

また、車両用衝撃吸収体１は車両構成部材側に表面壁３が配置されるように内設される。好ましくは、表面壁３の少なくとも一部を車両構成部材に当接させて設置し、車両用衝撃吸収体１に設けた固定片（図示せず）を介してネジ止め等により固定する。これにより、車両の衝突時にバンパーフェイシアなどの外装の車両構成部材に歩行者の脚部などが接触した場合、さらにはルーフパネル、ドアトリムなどの内装の車両構成部材に搭乗者の頭部または腰部などが接触した場合に、その衝撃を車両用衝撃吸収体１が押し潰されることで吸収することが可能となる。なお、図５〜７に車両用衝撃吸収体１を各車両構成部材に装着した態様を図示する。１４はバンパーフェイシア、１５はバンパービーム、１６はルーフパネル、１７は搭乗者の頭部、１８はドアトリム、１９はドアである。

さらに、車両用衝撃吸収体１は対向して配置される表面壁３および裏面壁４の一部を互いに他方の壁へ向けて窪ませてなる衝撃吸収リブ６を複数有しており、これら衝撃吸収リブ６は表面壁３および裏面壁４の中間位置で互いの先端部を溶着することにより一体に接合され、接合部分において対称構造を有している。

本実施の形態においては、衝撃吸収リブ６は車両用衝撃吸収体１の長手方向に沿って配置された凹溝状に形成されており、表面壁３を対向する裏面壁４へ向けて凹溝状に窪ませて一方の溝状リブ６ａとするとともに、裏面壁４を対向する表面壁３へ向けて凹溝状に窪ませて他方の溝状リブ６ｂとし、互いの窪みの先端が対応するように中空部２内で接合させて溶着部７を形成している。溶着部７は表面壁３と裏面壁４の間の中央に配置され、一方の溝状リブ６ａと他方の溝状リブ６ｂは溶着部７において対称構造を有している。

これにより、一方の溝状リブ６ａと他方の溝状リブ６ｂとからなる衝撃吸収リブ６は衝突時の応力に対して一定の反力を維持しながら変形し、圧壊され、その時の荷重応力と変位量に応じたエネルギーを消費させて衝撃を吸収させることとなる。なお、本実施の態様において衝撃吸収リブ６は一対の凹溝状のリブとしたが、上記効果を達成するものであれば適宜その形状を例えば円筒状、角柱状、Ｖ字溝状などから選択することが可能である。

またさらに、車両用衝撃吸収体１を構成する周囲壁５には複数の凹陥部８が形成されており、これら凹陥部８はパーティングライン９上に位置する底辺１０ａと第一辺１０ｂおよび第二辺１０ｃとからなる略三角形状の溶着面１０において対称構造を有している。

本実施の形態においては、凹陥部８は車両用衝撃吸収体１の周囲壁５の長手方向に沿って等間隔にて配置されており、略三角形状の溶着面１０と、第一辺１０ｂから表面壁３および裏面壁４へ伸びる一対の平坦面１１および第二辺１０ｃから表面壁３および裏面壁４へ伸びる他の一対の平坦面１２とからなる。上記第一辺１０ｂと第二辺１０ｃは等しい長さに形成されているとともに、上記一対の平坦面１１および他の一対の平坦面１２は略三角形状の溶着面１０の頂角に対応する位置にて接しており、互いの面が交差する位置に稜線１３が形成されている。凹陥部８は表面壁３および周囲壁５の境界部分を窪ませて側面が開放した三角柱状の一方の凹部８ａとするとともに、裏面壁４および周囲壁５の境界部分を窪ませて側面が開放した三角柱状の他方の凹部８ｂとし、互いの凹部を溶着させて溶着面１０とすることにより対称構造に形成される。

これにより、一方の凹部８ａと他方の凹部８ｂとからなる凹陥部８は上記衝撃吸収リブ６と協働して衝突時の衝撃を吸収する。ここで、周囲壁５に形成した凹陥部８は衝撃吸収において主に車両用衝撃吸収体１の変位の終盤に影響を与えると考えられる。つまり、衝撃吸収部材が押し潰されて変位する過程においてまず衝突時の応力により中央付近が押し潰されて変形し始める。その後、変位が進み周囲壁付近に荷重の影響が出るものと考えられる。

本実施の態様における凹陥部８にあっては、その形態を略三角形状の溶着面１０と、一対および他の一対の平坦面１１、１２とからなるものとしたことにより、凹陥部８の壁面が湾曲するように変形していわゆる底着き現象が生じ難くなり、さらにくの字状に折り曲がり特に変位率６０％以上の変位の終期においても荷重の急激な低下が生じない（図４および図８実施例参照）。

本発明における車両用衝撃吸収体１に形成される凹陥部８は上記効果を達成する範囲内において、衝撃吸収特性を調整する目的でその態様を適宜変更することが可能である。具体的には、上記溶着面１０の頂角に対応する第一辺１０ｂおよび第二辺１０ｃのなす角は９０〜１２０°の範囲で調整され、上記溶着面１０の底辺から頂角までの距離（深さ）は３〜７ｍｍの範囲で調整される。上記なす角を大きくすることまたは底辺から頂角までの距離を小さくすることで変位の終期における荷重の上昇を抑えることができ、車両用衝撃吸収体の最大変位可能量を上昇させ、衝撃吸収量を向上させることができる。また、上記溶着面１０のなす角と深さにより底辺の長さは６〜２５ｍｍの範囲に調整される。

また、上記一対の平坦面１１および他の一対の平坦面１２が交差する位置に形成される稜線１３は互いの平坦面が２Ｒ以下の曲面にて接することで形成される線状の部位である。稜線１３は溶着面１０に対して垂直より３〜８°の範囲の勾配をもって形成される。

なお、本実施の形態においてパーティングライン９は表面壁３および裏面壁４の間の中央で周囲壁５の全周にわたって形成されているが、ブロー成形の際の金型の型割り構造上の要請により、上記凹陥部８に対応しない部分においては表面壁３および裏面壁４の間の中央から表面壁側または裏面壁側へ偏った位置に形成することができる。

本発明に係る車両用衝撃吸収体１は、熱可塑性樹脂を用いて公知のブロー成形、シートブロー成形等の方法により成形することが可能である。熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン、耐衝撃性ポリスチレン（ＨＩＰＳ）、ＡＢＳ樹脂等のスチレン系樹脂、ポリエチレンテレフタート等のポリエステル系樹脂、ポリアミド、ポリフェニレンエーテル樹脂、さらにこれらのブレンド物またはポリマーアロイなどが好適に用いることができる。

図８は以下に記載するようなブロー成形製の車両用衝撃吸収体を衝突試験機にかけた結果得られたグラフである。実施例および比較例１〜３において周囲壁に形成される凹陥部（凹状リブ）の形態を変更して行なった。車両用衝撃吸収体の寸法は、３００ｍｍ×４５ｍｍ×１００ｍｍ（Ｗ×Ｄ×Ｈ）であり、平均肉厚は１．３ｍｍであった。車両用衝撃吸収体を構成する材料は三井住友化学株式会社製のポリプロピレン「ＡＤ５７１」（曲げ弾性率１０５０ＭＰａ）を用いた。この衝突試験機は、保土ヶ谷技研株式会社製の衝突試験機で、質量が２０ｋｇ、先端形状がφ７５ｍｍの衝突子を２０ｋｍ／時の速度で衝突させた。

第８図から明らかなように、搭乗者または歩行者の損傷を防止する観点から目標荷重を５ｋＮとした場合、比較例のものは、実施例に比べて有効な衝撃吸収量が小さいものとなった。なお、衝撃吸収量は、曲線の下の曲線と横軸とで囲まれる部分の面積（目標荷重を超える範囲を除く）である。

比較例１は特許文献１に記載されるブロー成形製の車両用衝撃吸収体の実施例１の開示に基づくものである。比較例１にあっては変位率５０％で目標荷重を超えてしまい有効な衝撃吸収量を変位の終期まで得ることができない。また変位の初期においても傾きが緩いので吸収量が少ない。また、比較例２は開放端から対向する頂壁までの深さを大きくした半円形の凹状リブを有する車両用衝撃吸収体によるものである。比較例２にあっては変位率６０％付近より急激に荷重の値が上昇しており目標荷重を超えている。このため、有効な衝撃吸収量を変位の終期まで得ることができない。さらにまた、比較例３は開放端から対向する頂壁までの深さを小さくした半円形の凹状リブを有する車両用衝撃吸収体によるものである。比較例３にあっては変位率８０％付近まで目標荷重を超えていないものの、変位の終期において荷重の値が急激に低下している。

これに対して、実施例にあっては変位の初期に目標荷重に達し、その後変位率が８０％付近まで目標荷重を維持し、変位の初期から終期にわたって有効な衝撃吸収量を得ることができた。

本発明に係る車両用衝撃吸収体は、自動車等のドア、ドアトリムあるいはボディーサイドパネル、ルーフパネル、ピラー、バンパーフェイシアなどの車両構成部材に内設して、それらの部分の衝撃吸収性を格段に高めることができるものであり、自動車の安全性向上に大いに貢献するものである。

図１は本発明の一実施の形態に係る車両用衝撃吸収体を一部破断して示す斜視図である。 同上要部の拡大図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明の一実施の形態に係る車両用衝撃吸収体が衝撃により押し潰される過程を示す断面図である。 本発明に係る車両用衝撃吸収体を車両構成部材であるバンパーフェイシア内に装着した構造を示す図である。 本発明に係る車両用衝撃吸収体を車両構成部材であるルーフパネル内に装着した構造を示す図である。 本発明に係る車両用衝撃吸収体を車両構成部材であるドアトリム内に装着した構造を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る車両用衝撃吸収体の荷重と変位率との関係を示すグラフである。 比較例２に係る車両用衝撃吸収体が衝撃により押し潰される過程を示す断面図である。 比較例３に係る車両用衝撃吸収体が衝撃により押し潰される過程を示す断面図である。

符号の説明

１ 車両用衝撃吸収体
２ 中空部
３ 表面壁
４ 裏面壁
５ 周囲壁
６ 衝撃吸収リブ
６ａ 一方の溝状リブ
６ｂ 他方の溝状リブ
７ 溶着部
８ 凹陥部
９ パーティングライン
１０ 溶着面
１０ａ 底辺
１０ｂ 第一辺
１０ｃ 第二辺
１１ 一対の平坦面
１２ 他の一対の平坦面
１３ 稜線
１４ バンパーフェイシア
１５ バンパービーム
１６ ルーフパネル
１７ 搭乗者の頭部
１８ ドアトリム
１９ ドア
（ａ）、（ｂ） 半円形の凹状リブ

Claims (3)

1. 車両構成部材に内設することによって衝突時の衝撃エネルギーを吸収するための車両用衝撃吸収体において、
   前記衝撃吸収体は衝撃を受ける側に配置される表面壁およびこれと中空部を介して間隔をおいて対向する裏面壁を有するとともに、
   前記表面壁および裏面壁を互いに窪ませて前記中空部内で一体に接合させた衝撃吸収リブを有し、
   さらに前記表面壁および裏面壁をつなぐ周囲壁には複数の凹陥部が形成されており、前記凹陥部は前記周囲壁に形成されるパーティングライン上に位置する底辺と第一辺および第二辺とからなる略三角形状の溶着面と、前記第一辺から前記表面壁および前記裏面壁へ伸びる一対の平坦面と、前記第二辺から前記表面壁および前記裏面壁へ伸びる他の一対の平坦面と、
   からなることを特徴とする車両用衝撃吸収体。
2. 前記溶着面を構成する第一辺および第二辺は等しい長さに形成されているとともに、
   頂角に対応する前記第一辺および第二辺のなす角が９０〜１２０°の範囲に形成されていることを特徴とする請求項１記載の車両用衝撃吸収体。
3. 前記一対の平坦面および他の一対の平坦面は溶着面に対して９０°より大きい傾斜角をもって形成されているとともに、
   前記溶着面を構成する底辺の長さが６〜２５ｍｍの範囲に形成されていることを特徴とする請求項１記載の車両用衝撃吸収体。

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