JP5631723B2 - 衝撃吸収部材 - Google Patents

Description

この発明は、例えば自動車用バンパービームのクラッシュボックス等として用いられる衝撃吸収部材およびその関連技術に関する。

自動車のフロントエンドに設けられるバンパーの内側には、衝突時の衝撃を吸収するためにバンパービームが設けられている。

バンパービームは、車幅方向に沿って配置されるバンパーリインフォースと、そのバンパーリインフォースを車両構造体に支持する左右一対のクラッシュボックスとを備え、クラッシュボックスの圧縮変形によって衝突エネルギーを吸収するようにしている。

このような衝撃吸収用のクラッシュボックスとしては、特許文献１，２に示すものが周知である。

このクラッシュボックスは、一方側半分を構成する小径管部と、他方側半分を構成する大径管部と、両管を接続する段差部とを一体に備え、大径管部の段差部を内側に連続して捲き込ませるように塑性変形させながら、小径管部を大径管部の内部に没入させることによって、衝突エネルギーを吸収するようにしている。

特許第４４３６６２０号 特表２００７−５０３５６１号

ところで、衝撃吸収部材としてのクラッシュボックスは、軸心方向（車両前後方向）に圧縮変形させて、衝突エネルギーを吸収するものであるため、圧縮変形が終了した時点で、クラッシュボックスによる衝撃エネルギーの吸収が終了することになり、それ以降は、衝撃が車両構造体に直接加わることになってしまう。従って、このクラッシュボックスの圧縮変位量の最大値が有効ストローク長となる。そして従来より、この有効ストローク長の範囲内で、十分な衝撃エネルギーを吸収できるように、つまり衝撃吸収特性を向上させることができるように、種々の研究、実験が行われている。

図１１は一般的な自動車のクラッシュボックスを軸心方向に圧縮変形した際の荷重と変位量との関係を示すグラフ（荷重−変位線図）である。この線図を、有効ストローク長Ｓ１の範囲内で積分した値が、クラッシュボックスによって吸収されたエネルギー量（実際のＥＡ量）となる。従って、このＥＡ量を増大させることによって、衝撃吸収特性を向上させることができる。

有効ストローク長Ｓ１の範囲内でＥＡ量を増大させるには、以下の条件（１）〜（３）が重要である。

（１）最大荷重が車両構造体の破壊荷重を超えずに極力大きい。

（２）初期荷重Ｌ１の立ち上がりが早い。つまり変位量が極力少ない時点で初期荷重Ｌ１が認められる。

（３）変位量にかかわらず、荷重の変動が少なくて、有効ストローク長Ｓ１の全範囲内において、荷重が最大荷重に対して極力近似している。

図１２は上記の条件（１）〜（３）を満足する理想的な荷重−変位線図である。この線分を有効ストローク長Ｓ１の範囲内で積分した値が、理想的なＥＡ量となる。

従って、理想的なＥＡ量に対する実際のＥＡ量の比率が高い程、効率良く衝撃エネルギーを吸収でき、優れた衝撃吸収特性を備えていると言える。

しかしながら、従来において、車両用クラッシュボックス等の衝撃吸収部材の技術分野においては、有効ストローク長の範囲内において荷重のバラツキが大きく、変位量によって荷重が、最大荷重に対し大きく異なってしまう。このように上記の条件（３）を十分に満足できず、衝撃吸収特性を、より一層向上させることが困難である、という課題があった。

この発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、衝撃吸収特性を向上させることができる衝撃吸収部材およびその関連技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、以下の手段を備えるものである。

［１］小径管の端部が大径管の端部に挿入された状態で、両管の重合部が拡管加工または縮管加工されて、外径方向または内径方向に突出する重合凸部が形成されることにより、両管が連結される一方、両管のうち、前記重合凸部の突出方向側に配置される管を変形管とし、残り一方の管を非変形管として、両管に軸心方向に沿って圧縮する衝撃が加わった際に、前記非変形管の重合凸部によって、前記変形管の周壁が外径方向または内径方向に塑性変形されつつ、前記小径管が前記大径管内に圧入されることにより、衝撃エネルギーが吸収されるようにした衝撃吸収部材であって、
衝撃吸収時に前記非変形管が前記変形管に対し相対的に移動する方向を後方、その反対方向を前方として、
軸心を含む平面で切断した際の側面断面視状態において、前記非変形管および前記変形管の互いの重合凸部が接触し合う領域を重合凸部接触領域とし、その重合凸部接触領域における外径方向または内径方向への突出量が最大の位置を変形始点とし、前記重合凸部接触領域の後端位置を変形終点とし、
前記重合凸部接触領域のうち、前記変形始点と前記変形終点との間の領域を作用領域とし、その作用領域の軸心方向の長さを基準にして、前記作用領域上における前記変形始点から軸心方向に沿って後方へ２０％移動した位置を第１代表点とし、前記変形終点から軸心方向に沿って前方へ２０％移動した位置を第２代表点とし、
前記第１および第２代表点を結ぶ直線の軸心に対する角度を代表テーパ角度としたとき、その代表テーパ角度が３．５°〜１２．５°に設定されていることを特徴とする衝撃吸収部材。

［２］前記非変形管の重合凸部における前記作用領域内の少なくとも一部が、側面断面視状態で直線状のテーパ部に形成される前項１に記載の衝撃吸収部材。

［３］前記重合凸部は外径方向に突出する外向き凸部によって構成され、
衝撃吸収時に、前記小径管の前記外向き凸部によって、前記変形管をなす前記大径管の周壁が外径方向に押し広げられるように塑性変形されるようにした前項１または２に記載の衝撃吸収部材。

［４］前記重合凸部は内径方向に突出する内向き凸部によって構成され、
衝撃吸収時に、前記大径管の前記内向き凸部によって、前記変形管をなす前記小径管の周壁が内径方向に押し込まれるように塑性変形されるようにした前項１または２に記載の衝撃吸収部材。

［５］前記重合凸部は、前記小径管および前記大径管における周方向の全域に形成される前項１〜４のいずれか１項に記載の衝撃吸収部材。

［６］前記重合凸部は、前記小径管および前記大径管の周方向の一部に形成される前項１〜４のいずれか１項に記載の衝撃吸収部材。

［７］前項１〜６のいずれか１項に記載の衝撃吸収部材を製造する方法であって、
前記小径管および前記大径管の重合部に対し、金型を用いた拡管加工または縮管加工を行って、前記重合凸部を形成するようにしたことを特徴とする衝撃吸収部材の製造方法。

［８］バンパーリインフォースを車両構造体に支持する車両用クラッシュボックスであって、
前項１〜６のいずれか１項に記載の衝撃吸収部材によって構成され、
前記バンパーリインフォースに加わる衝突エネルギーを吸収するようにしたことを特徴とする車両用クラッシュボックス。

［９］車幅方向に沿って配置されるバンパーリインフォースと、
前記バンパーリインフォースを車両構造体に支持するクラッシュボックスとを備え、
前記クラッシュボックスが、前項１〜６のいずれか１項に記載の衝撃吸収部材によって構成され、
前記バンパーリインフォースに加わる衝突エネルギーを前記クラッシュボックスにより吸収するようにしたことを特徴とするバンパービーム。

発明［１］の衝撃吸収部材によれば、非変形管の重合凸部における作用領域に、緩やかに傾斜する部分が形成されるため、軸心方向の衝突荷重に対しても、変形管の周壁を軸心方向よりも径方向へ優先的に滑らかに変形させることができる。従って、初期荷重を低下させつつ、有効ストローク長の全域において、荷重を初期最大荷重に可及的に近似させることができ、十分な衝突エネルギーをスムーズに吸収できて、衝撃吸収特性を向上させることができる。

発明［２］の衝撃吸収部材によれば、非変形管の重合凸部における作用領域に、断面直線状のテーパ部が形成されるため、衝撃吸収特性をより確実に向上させることができる。

発明［３］［４］の衝撃吸収部材によれば、衝撃吸収特性をより一層確実に向上させることができる。

発明［５］の衝撃吸収部材によれば、衝突エネルギーの吸収量を増大させることができる。

発明［６］の衝撃吸収部材によれば、衝突エネルギーの吸収量を簡単に調整することができる。

発明［７］の衝撃吸収部材の製造方法によれば、上記の効果を奏する衝撃吸収部材を確実に得ることができる。

発明［８］の車両用クラッシュボックスによれば、上記と同様に衝撃吸収特性を向上させることができる。

発明［９］のバンパービームによれば、上記と同様に衝撃吸収特性を向上させることができる。

図１はこの発明の第１実施形態であるクラッシュボックスが適用された自動車用バンパービームを示す平面図である。 図２は第１実施形態のパンバービームにおけるクラッシュボックスを示す斜視図である。 図３は第１実施形態のクラッシュボックスを示す側面断面図である。 図４は第１実施形態のクラッシュボックスを示す正面図である。 図５は図３の一点鎖線で囲まれる部分を拡大して示す側面断面図である。 図６Ａは第１実施形態の拡管加工前のクラッシュボックスに拡管金型をセットした状態で示す側面断面図である。 図６Ｂは第１実施形態のクラッシュボックスを拡管加工直後の状態で示す側面断面図である。 図７はこの発明の第２実施形態であるクラッシュボックスを示す斜視図である。 図８は第２実施形態のクラッシュボックスにおける要部を拡大して示す側面断面図である。 図９はこの発明の変形例であるクラッシュボックスを示す斜視図である。 図１０Ａはこの発明の実施例１のクラッシュボックスにおける荷重−変位線図である。 図１０Ｂはこの発明の実施例２のクラッシュボックスにおける荷重−変位線図である。 図１０Ｃはこの発明の実施例３のクラッシュボックスにおける荷重−変位線図である。 図１０Ｄはこの発明の実施例４のクラッシュボックスにおける荷重−変位線図である。 図１０Ｅは比較例１のクラッシュボックスにおける荷重−変位線図である。 図１０Ｆは比較例２のクラッシュボックスにおける荷重−変位線図である。 図１１は一般的な自動車用クラッシュボックスの荷重−変位線図である。 図１１は自動車用クラッシュボックスの理想的な荷重−変位線図である。

＜第１実施形態＞
図１はこの発明の第１実施形態であるクラッシュボックスが適用された自動車用バンパービームを示す平面図である。

同図に示すように、この第１実施形態における自動車用バンパービーム１は、自動車のフロントエンドに、車幅方向に沿って配置されるバンパーリインフォース２と、そのバンパーリインフォース２の両側部に、先端部（前端部）が貫通した状態に固定されるクラッシュボックス３，３とを備えている。

そしてクラッシュボックス３，３の基端部（後端部）が、バンバ−ステイ７，７を介して、車両構造体としての図示しない一対のサイドメンバ（サイドフレーム）に固定されることにより、バンパービーム１が車体に組み付けられる。

図２〜４に示すように、クラッシュボックス３は、衝撃吸収部材として機能するものである。このクラッシュボックス３は、前側（先端側）に配置される小径管４と、後側（基端側）に配置され、かつ小径管４に対し別体の大径管５とを備えている。

小径管４および大径管５は、例えばアルミニウムまたはその合金を素材とする押出形材や引抜形材等によって構成されている。

もっとも、本発明において、小径管４および大径管５の素材は限定されるものではなく、素材として、銅またはその合金、鉄またはその合金等を用いるようにしても良い。

小径管４および大径管５は共に円形の断面を有している。小径管４は大径管５に対し径寸法が小さくて、一回り小さいサイズに形成されており、この小径管４は、大径管５の内部に互いの軸心を一致させつつ挿入可能に構成されている。

また小径管４の後端部（基端部）が、大径管５の前端部（先端部）に挿入された状態で、両管４，５が重なり合った部分（重合部）のうち所要部分が、拡管加工（エキスパンド加工）される。これにより重合部に、外径方向に突出する重合凸部としての外向き凸部４１，５１が形成されて、小径管４側の外向き凸部４１が、外径管５側の外向き凸部５１の内周面に圧接係合することによって、小径管４が大径管５に締結固定される。

なお本第１実施形態においては、外向き凸部４１，５１は、小径管４および大径管５の周方向に連続し、かつ全周にわたって形成されている。

本第１実施形態において、小径管４および大径管５のうち、大径管５が、外向き凸部（重合凸部）４１，５１の突出方向（管４，５の外径方向）側に配置されるため、大径管５が変形管として構成されるとともに、小径管４が、外向き凸部４１，５１の反突出方向（管４，５の内径方向）側に配置されるため、この小径管４が残り一方の管をなす非変形管として構成される。従って後述するように、小径管４の外向き凸部４１によって、大径管５の周壁を変形できるように、小径管４の強度（変形耐力）が大径管５の強度（変形耐力）よりも強く形成されている。具体的には、小径管４は、大径管５に対し肉厚が厚いものが用いられている。

ここで、本発明において、非変形管は、衝撃吸収時に、全く変形しない管というものではなく、所定の衝撃吸収特性を確保できる範囲内において、変形する管であっても良い。具体的に、非変形管は、衝撃吸収時の変形量が変形管の変形量よりも小さいものであれば良い。言うまでもなく、本発明において、非変形管は、衝撃吸収時に全く変形しない管も含まれる。

また本発明において、変形管は、衝撃エネルギーの吸収によって変形するものであり、通常使用時に変形するものではない。

本実施形態においては、特に外向き凸部４１，５１の構成に特徴を有しているため、以下に外向き凸部４１，５１の詳細な構成を、図５の要部拡大断面図を参照しつつ説明する。

なお以下の説明では、図５の側面断面視の状態、つまり軸心を含む平面で切断した際の断面視の状態で説明する。さらに後述する衝撃吸収時に非変形管（小径管）４が変形管（大径管）５に対し軸心方向に沿って相対的に移動する方向（図５の右方向）を後方とし、その反対方向（同図の左方向）を前方として説明する。

まず小径管４および大径管５の互いの外向き凸部４１，５１が接触または圧接し合う領域を、重合凸部接触領域（重合凸部圧接領域）Ａ１とする。さらにその重合凸部接触領域Ａ１における外径方向への突出量が最大の位置を変形始点Ｐ１とし、重合凸部接触領域Ａ１の後端位置を変形終点Ｐ２とする。

また重合凸部接触領域Ａ１のうち、変形始点Ｐ１と変形終点Ｐ２との間の領域を作用領域Ａ２とする。さらに作用領域Ａ２の軸心方向の長さを基準にして、つまりその長さを１００％としたときに、作用領域Ａ２上における変形始点Ｐ１から軸心方向に沿って後方へ２０％移動した位置を第１代表点Ｑ１とし、作用領域Ａ２上における変形終点Ｐ２から軸心方向に沿って前方へ２０％移動した位置を第２代表点Ｑ２とする。

また第１代表点Ｑ１および第２代表点Ｑ２を通る直線を、代表直線Ｔとし、軸心方向の直線Ｘに対する代表直線Ｔの角度、つまり軸心に対する代表直線Ｔの角度を代表テーパ角度θとする。

そして本第１実施形態においては、代表テーパ角度θを、３．５°〜１２．５°に設定する必要があり、より好ましくは、３．５°〜１０°に設定するのが良い。

すなわちこの代表テーパ角度θが上記の特定範囲内に設定される場合には、後の実施例から明らかなように、理想的なＥＡ量に対する実際のＥＡ量の比率（対理想ＥＡ値）が高くなり、優れた衝撃吸収特性を得ることができる。換言すると、代表テーパ角度θが大き過ぎる場合には、対理想ＥＡ値が小さくなり、良好な衝撃吸収特性を得ることが困難になり、好ましくない。また代表テーパ角度θが小さ過ぎる場合には、クラッシュボックス３の長さが非常に長くなり、エネルギー吸収部材として好ましくない。

なお、本第１実施形態のクラッシュボックス３において、小径管４の外向き凸部４１における第１および第２代表点Ｑ１，Ｑ２間に対応する部分は、側面断面視において直線状に形成されて、テーパ部４５を構成している。

本第１実施形態において、外向き凸部４１，５１は、拡管金型（エキスパンドダイ）を用いた拡管加工によって一度に形成するものである。

すなわち図６Ａ，６Ｂに示すように本第１実施形態で用いられる拡管金型６は、両管４，５の重合部に挿通される割型６１を備えている。割型６１は、周方向に分割された複数の型セグメント（ダイセグメント）を備え、小径管４の内周形状に対応して、略円柱形状に形成されている。なお図６Ａ，６Ｂにおいて、一点鎖線は中心線（軸心）を示している。

割型６１の外周面には、両管３，４における外向き凸部４１，５１を形成する予定の位置に対応して、押圧凸部６２が形成されている。言うまでもなく、この押圧凸部６２の外周面形状は、外向き凸部４１，５１の内周面形状に対応して形成されている。

さらに割型６１には、軸心方向に沿って、楔挿入部６３が設けられている。楔挿入部６３の内周面は、円錐形状または多角錐形状に形成されている。

また拡管金型６を拡管駆動するマンドレル６５は、割型６１の楔挿入部６３に対応して、楔６６を備えている。この楔６６は先端部が先細り状に形成されて、外周面形状が、楔挿入部６３の内周面形状に対応して、円錐形状または多角錐形状に形成されている。なお、楔６６の外周面のテーパ角度は、楔挿入部６３の内周面のテーパ角度に等しくなるように設定されている。

そして拡管金型６における割型６１の楔挿入部６３に、マンドレル６５の楔６６が挿入されると、割型６１の各型セグメントが、楔６６によって外径方向に押されて、外径方向に変位するようになっている。

この拡管金型６を用いて、小径管４および大径管５に外向き凸部４１，５１を形成するには、図６Ａに示すように、凸部形成前の小径管４の基端部を大径管５の先端部に嵌合（遊嵌）した状態に配置する。続いて、両管４，５内に、割型６１を挿入配置して、割型６１の押圧凸部６２を、両管４，５の重合部における凸部形成予定部に配置する。

そしてこの状態において、図６Ｂに示すようにマンドレル６５を軸心に沿って押圧することにより、楔６６を楔挿入部６３に強制的に差し込む。これにより、割型６１の各型セグメントを外径方向に変位させて、両管４，５における凸部形成予定部を拡管加工する。

この拡管加工によって、既述したように、両管４，５の凸部形成予定部を局所的に外径方向に押し広げて、両管４，５に外径方向に突出する外向き凸部４１，５１を形成する。これにより、小径管４側の外向き凸部４１の外周面が大径管５の外向き凸部５１の内周面に圧接係合されて、小径管４が大径管５に締結固定される。

なお本実施形態においては、割型に対しマンドレルを押し込むプッシュ（Push）式の拡管加工方法を用いているが、それだけに限られず、本発明においては、マンドレルを引き込むプル（Pull）式の拡管加工方法も採用することができる。そして本実施形態のように、金型を用いた拡管加工を用いることによって、外向き凸部４１，５１を精度良く確実に形成することができる。

図１に示すようにバンパーリインフォース２は、アルミニウムまたはその合金を素材とする押出型材、板材、引抜型材等や、鋼材を素材とする板プレス製品等によって構成されている。

このバンパーリインフォース２は、断面四角形（長方形）等の中空形状に形成されている。なお、強度等を向上させるために、バンパーリインフォース２の中空部内に、間仕切り壁等の補強壁を形成するようにしても良い。

さらにバンパーリインフォース２は、平面視において、車幅方向の両側部が後方へ曲げ加工されることによって、中間部が前方へ少し張り出すように形成されている。

そして２本のクラッシュボックス３における小径管４の前部（先端部）が、バンパーリインフォース２の両側端部に前後方向に貫通配置された状態で固定される。

この固定方法としては、上記と同様な拡管加工方法を用いることができる。例えば、小径管４におけるバンパーリインフォース２の貫通部の前後両側に、上記と同様な拡管加工によって、外径方向に突出し、かつ周方向に連続する拡管部４８をそれぞれ形成する。そしてこの拡管部４８をバンパーリインフォース２の貫通部周縁部に圧接係合させることにより、クラッシュボックス２の小径管４をバンパーリインフォース２に連結固定する。

本実施形態においては、小径管４のバンパーリインフォース２への取付作業（拡管部４８の形成作業）と、小径管４および大径管５の連結（外向き凸部４１，５１の形成作業）とを同時に行うことも可能である。この際には、生産性を向上させることができる。

なお言うまでもなく、クラッシュボックス３のバンパーリインフォース２への固定方法は、拡管加工だけに限られず、溶接やボルト止め等の他の固定手段を用いても良い。

こうしてバンパーリインフォース２にクラッシュボックス３が取り付けられて、バンパービーム１が組み立てられる。

さらにバンバ−ビーム１が、バンパーステイ７，７を介して車両構造体に組み付けられる。

すなわち、バンパーステイ７は、アルミニウムまたはその合金製の成形品等によって形成されている。

そしてクラッシュボックス３の大径管５の後端部（基端部）が、バンパーステイ７の中央部に貫通配置された状態で固定される。

この固定方法としても、上記と同様な拡管加工方法を用いることができる。例えば大径管５におけるバンパーステイ７の貫通部の前後両側に、拡管加工によって、外径方向に突出し、かつ周方向に連続する拡管部５８をそれぞれ形成する。そしてこの拡管部５８をパンバーステイ７の貫通部周縁部に圧接係合させることにより、クラッシュボックス３にバンパーステイ７を組み付ける。

このクラッシュボックス３のバンパーステイ７への組付作業も、上記した小径管４および大径管５の連結作業や、クラッシュボックス３のバンパーリインフォース２への組付作業と同時に行うようにしても良い。この際には、生産性を向上させることができる。

なお、クラッシュボックス３のバンパーステイ７への固定方法は、拡管加工だけに限られず、溶接やボルト止め等の他の固定手段を用いても良い。

またバンパーステイ７，７が取り付けられたバンパービーム１を車両に組み付けるには、バンパーステイ７，７を、車両のサイドメンバ（サイドフレーム）の前端部にボルト止めや溶接処理等の固定手段によって固定する。

こうしてバンパービーム１が車両に組み付けられて自動車用衝撃吸収装置が形成されるものである。

このバンパービーム１において、図２，３に示す初期状態で、バンパーリインフォース２への衝突によって、クラッシュボックス３を軸心方向に圧縮する方向に衝撃（荷重）が加わった際には、小径管４が、その外向き凸部４１によって大径管５の周壁を外径方向に押し広げるように塑性変形（拡径変形）させながら、大径管５内に圧入されていき、そのときの拡径変形によって衝突エネルギーが吸収される。

以上のように、本第１実施形態のバンパービーム１によれば、クラッシュボックス３における小径管４の外向き凸部４１によって大径管５の周壁を連続して拡径変形させるものであるため、拡径変形による荷重は、軸心方向の変位量にかかわらず、変動が小さくほぼ一定となり、最大荷重との差が小さくなる。このため、理想的なＥＡ量に対する実際のＥＡ量の比率が高くなり、衝撃吸収特性を向上させることができる。

しかも、本第１実施形態のクラッシュボックス３では、変形初期の最大荷重（初期荷重）は、小径管４の外向き凸部４１による大径管５の拡径方向の変形に基づくものであるため、初期荷重が小さくなって、それ以降の荷重との差も小さくなり、衝突直後から衝突エネルギーをスムーズに吸収できて、衝撃吸収特性を一層向上させることができる。

その上さらに、本実施形態のクラッシュボックス３によれば、代表テーパ角度θを上記特定の範囲に設定しているため、小径管４の外向き凸部４１における塑性変形に関与する作用領域Ａ１が、緩やかな傾斜する傾斜部に形成される。このため、衝撃吸収時には、その緩やかな傾斜部によって、大径管５の周壁を拡径変形させるため、軸心方向の衝突荷重に対しても、大径管５の周壁を軸心方向よりも外径方向に優先的に変形させることができる。特に本第１実施形態においては、小径管４の外向き凸部４１における作用領域Ａ２に、断面直線状のテーパ部４５を形成しているため、衝撃吸収時に、そのテーパ部４５によって、大径管５の周壁を外径方向に滑らかに変形させることができる。従って、初期の最大荷重を低下させつつ、有効ストローク長の全域において、荷重を最大荷重に可及的に近似させることができ、十分な衝突エネルギーをスムーズに吸収できて、衝撃吸収特性をより一層向上させることができる。

また、外向き凸部４１の高さを変更して、大径管５の周壁の拡径方向の変形量を変更するだけで簡単に、エネルギー吸収量の調整を行うことができるため、車種等に応じて、荷重レベルの調整を簡単に行うことができ、優れた汎用性を得ることができる。

なお上記第１実施形態においては、クラッシュボックス３の外向き凸部４１，５１を周方向に連続し、かつ全周にわたって形成するようにしているが、それだけに限られず、本発明においては、図９に示すように、クラッシュボックス３に、複数の重合凸部４１，５１を周方向に所定の間隔おきに形成しても良いし、クラッシュボックス３の周方向に部分的に、１つの重合凸部を形成するようにしても良い。

このように重合凸部の周方向の長さを変更することによっても、エネルギー吸収量の調整を行うことができ、この点においても、荷重レベルの調整を簡単に行うことができる。

＜第２実施形態＞
図７はこの発明の第２実施形態であるクラッシュボックスを示す斜視図、図８はそのクラッシュボックスの要部を拡大して示す側面断面図である。

これらの図に示すように、この第２実施形態のクラッシュボックス３が、上記第１実施形態のクラッシュボックス３と相違する点は、第１実施形態では、小径管４および大径管５の重合部に、重合凸部として外向き凸部４１，５１が形成されているのに対し、この第２実施形態では、両管４，５の重合部に、重合凸部として内向き凸部４２，５２が形成されている点である。

すなわち、小径管４および大径管５の重合部のうち所要部分を、縮管金型を用いて縮管加工する。これにより、重合部に、内径方向に突出し、かつ周方向に全周にわたって連続する重合凸部としての内向き凸部４２，５２を形成する。そして、大径管５側の内向き凸部５２を、小径管４側の内向き凸部４２の内周面に圧接係合することによって、小径管４を大径管５に締結固定する。

本第２実施形態においては、小径管４および大径管５のうち、小径管４が、内向き凸部４２，５２の突出方向（管４，５の内径方向）側に配置されるため、小径管４が変形管として構成されるとともに、大径管５が、内向き凸部４２，５２の反突出方向（管４，５の外径方向）側に配置されているため、この大径管５が残り一方の管をなす非変形管として構成される。従って、外径管５の内向き凸部５２によって、小径管４の周壁を変形できるように、大径管５として小径管４よりも肉厚が厚いものが用いられ、大径管５の強度（変形耐力）が小径管４のそれよりも強く形成されている。

この第２実施形態のクラッシュボックス３においても、以下に詳述するように、上記第１実施形態と同様に、大径管５の内向き凸部５２における小径管４の周壁を塑性変形させる部分に、断面直線状部分（テーパ部５５）が形成されるとともに、代表テーパ角度θが所定の範囲に設定されている。

なお、本第２実施形態においても、衝撃吸収時に非変形管（大径管）５が変形管（小径管）４に対し軸心方向に沿って相対的に移動する方向、つまり図８の左方向を後方とし、その反対方向（同図の右方向）を前方として説明する。従って、この第２実施形態のクラッシュボックス３では、図５に示す第１実施形態のクラッシュボックス３に対し、前後方向の向きが逆向きになっている。

まず、小径管４および大径管５の互いの内向き凸部４２，５２が接触または圧接し合う領域を、重合凸部接触領域（重合凸部圧接領域）Ａ１とする。さらにその重合凸部接触領域Ａ１における内径方向への突出量が最大の位置を変形始点Ｐ１とし、重合凸部接触領域Ａ１の後端位置を変形終点Ｐ２とする。

また重合凸部接触領域Ａ１うち、変形始点Ｐ１と変形終点Ｐ２との間の領域を作用領域Ａ２とする。さらに作用領域Ａ２の軸心方向の長さを基準にして、つまりその長さを１００％として、作用領域Ａ２上における変形始点Ｐ１から軸心方向に沿って後方へ２０％移動した位置を第１代表点Ｑ１とし、作用領域Ａ２上における変形終点Ｐ２から軸心方向に沿って前方へ２０％移動した位置を第２代表点Ｑ２とする。

また第１代表点Ｑ１および第２代表点Ｑ２を通る直線を、代表直線Ｔとし、軸心と平行な直線Ｘに対する代表直線Ｔの角度、つまり軸心に対する代表直線Ｔの角度を代表テーパ角度θとする。

そして本第２実施形態においては、代表テーパ角度θが、上記第１実施形態と同様に、３．５°〜１２．５°に設定する必要があり、より好ましくは、３．５°〜１０°に設定するのが良い。

なお、本第２実施形態のクラッシュボックス３において、既述したように、大径管５の内向き凸部５２における第１および第２代表点Ｑ１，Ｑ２間に、側面断面視において直線状のテーパ部５５が形成されている。

本第２実施形態において、他の構成は、上記第１実施形態と実質的に同様であるため、同一部分または相当部分に同一符号を付して、重複説明は省略する。

この第２実施形態のクラッシュボックス３においては、衝突時に、軸心方向に沿って圧縮する方向の荷重が加わると、大径管５の内向き凸部５２によって小径管４の周壁が内径方向に押し込まれるように塑性変形（縮径変形）しながら、小径管４が大径管５内に圧入されていく。そしてそのときの縮径変形によって衝突エネルギーが吸収される。

この第２実施形態のクラッシュボックス３においても、上記第１実施形態と同様、大径管５の内向き凸部５２によって小径管４の周壁を連続して縮径変形させるものであるため、軸心方向の変位量にかかわらず、荷重は、その変動が小さくほぼ一定となり、最大荷重との差が小さくなり、衝撃吸収特性を向上させることができる。

しかも、このクラッシュボックス３においても、変形初期の最大荷重（初期荷重）は、大径管５の内向き凸部５２による小径管４の縮径方向の変形に基づくものであるため、初期荷重が小さくなって、それ以降の荷重との差も小さくなり、衝突直後から衝突エネルギーをスムーズに吸収することができ、衝撃吸収特性を一層向上させることができる。

さらにこのクラッシュボックス３においても、代表テーパ角度θを上記特定の範囲に設定しているため、大径管５の内向き凸部５２における作用領域Ａ２内に、緩やかな傾斜する傾斜部が形成される。このため、衝撃吸収時には、その緩やかな傾斜部によって、小径管４の周壁を拡径変形させるため、軸心方向の衝突荷重に対しても、小径管４の周壁を軸心方向よりも内径方向に優先的に変形させることができる。特に本第２実施形態においては、大径管５の内向き凸部５１における作用領域Ａ２に、断面直線状のテーパ部５５を形成しているため、衝撃吸収時に、そのテーパ部５５によって、小径管４の周壁を内径方向に滑らかに変形させることができる。従って、初期の最大荷重を低下させつつ、有効ストローク長の全域において、荷重を最大荷重に可及的に近似させることができ、十分な衝突エネルギーをスムーズに吸収できて、衝撃吸収特性をより一層向上させることができる。

また、本第２実施形態においても、内向き凸部５２の高さを変更して、小径管４の周壁の縮径方向の変形量を変更するだけで簡単に、エネルギー吸収量を調整することができる。

なお本第２実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、内向き凸部４２，５２を必ずしも全周にわたって形成する必要はなく、周方向に部分的に形成するようにしても良い。そして内向き凸部４２，５２の周方向の長さを変更することによって、上記第１実施形態と同様に、エネルギー吸収量を調整することができる。

＜他の変形例＞
上記実施形態においては、小径管４および大径管５として断面円形のものを用いているが、小径管および大径管の断面形状は、特に限定されるものではなく、四角形等の多角形状、楕円形状、長円形状、異形状の断面形状の小径管および大径管を用いるようにしても良い。さらに小径管と大径管とを必ずしも相似形に形成する必要はなく、小径管を大径管内に挿入できる形状であれば、小径管と大径管とを異なる断面形状に形成するようにしても良い。

また上記実施形態においては、変形管側の重合凸部における作用領域内に、断面視で直線状の部分（テーパ部４５，５５）を形成しているが、それだけに限られず、本発明においては、重合凸部の作用領域内に、断面直線状の部分を必ずしも形成する必要がない。例えば重合凸部の作用領域全体を、断面視で円弧状やＳ字状等の曲線状に形成するようにしていも良い。

さらに本発明において、重合凸部の作用領域内に直線状のテーパ部を形成する場合、非変形管側の重合凸部における第１および第２代表点間の全て部分を、必ずしも直線状に形成する必要はなく、重合凸部の作用領域内の一部を、直線状に形成するようにすれば良い。

また上記実施形態においては、本発明の衝撃吸収部材としてのクラッシュボックスを、自動車のフロントエンドに設けられるバンパ−のバンパービームに適用した場合を例に挙げて説明したが、それだけに限られず、本発明の衝撃吸収部材は、大型車両のフロントアンダーランプロテクタのクラッシュボックス、さらには歩行者保護用や乗務員保護用のクラッシュボックスにも適用することができる。

また、本発明の衝撃吸収部材は、自動車のリアエンドに設けられるバンパービームにも採用することができる。リアエンドに設けられる場合には、言うまでもなく、先端側が後側となり、基端側が前側となる。

また上記実施形態においては、非変形管を変形管に対し肉厚を厚くして変形管よりも強度を強くするようにしているが、それだけに限られず、本発明においては、肉厚が同じであっても、小径管および大径管のうち、一方の管と他方の管との素材を異ならせることにより、強度差を付けるようにしても良い。例えば一方の管を銅製、他方の管をアルミニウム製としたり、一方の管を鉄製、他方の管をアルミニウム製としたり、一方の管を銅製、他方の管を鉄製としたりすることにより、両管に強度差を付けるようにしても良い。また同じ材質であっても、加工法を異ならせること等によって、両管に強度差を付けるようにしても良い。

以下に、本発明に関連した実施例と、本発明の要旨を逸脱する比較例とについて説明する。

＜実施例１＞
肉厚２．０ｍｍ、外径φ６６ｍｍのアルミニウム合金製小径管（非変形管）４の基端部を、肉厚１．５ｍｍ、内径φ６７ｍｍのアルミニウム合金製大径管（変形管）５の先端部内に挿入し、その重ね合わせた部分（重合部）に拡管加工によって、拡管量（突出量）１．０ｍｍの外向き凸部（重合凸部）４１，５１を全周にわたって形成して、両管４，５を締結固定することにより、上記第１実施形態と同様なクラッシュボックス３を形成した。このクラッシュボックス３の有効ストローク長は４０ｍｍに設定した。

この場合、上記第１実施形態と同様に、小径管４の外向き凸部４１における代表点Ｑ１，Ｑ２間を、側面断面視状態において直線状に形成して、テーパ部４５としている。さらに代表テーパ角度θを３．５°に設定した。

そしてこのクラッシュボックス３について、軸心方向に圧縮変形する衝突荷重が加わった際の荷重と、変位量との関係（荷重−変位線図）を求めた。その結果を図１０Ａに示す。

また荷重−変位線図を基に、実施例１のクラッシュボックスによって吸収された実際のエネルギー量（実際のＥＡ量）と、実施例１のクラッシュボックスによって最大限吸収できる理想的なエネルギー量（理想的なＥＡ量）とを算出した。そして、理想的なＥＡ量に対する実際のＥＡ量の比率（実際のＥＡ量／理想的なＥＡ量）で表される対理想ＥＡ値を百分率で求めた。その結果を表１に示す。

表１に示すように、実施例１のクラッシュボックスは、対理想ＥＡ値は、９２．１％で非常に高いものであり、衝撃吸収特性が非常に優れているのが判る。

＜実施例２＞
表１に示すように、代表テーパ角度θを５．０°に設定した以外は、上記実施例１と同様にして、クラッシュボックスを作製した。そしてこのクラッシュボックスに対し、図１０Ｂに示すように荷重−変位線図を求め、表１に示すように対理想ＥＡ値を求めた。このクラッシュボックスにおいても、対理想ＥＡ値が９４．８％と非常に高いものであり、衝撃吸収特性が非常に優れているのが判る。

＜実施例３＞
表１に示すように、代表テーパ角度θを１０．０°に設定した以外は、上記実施例１と同様にして、クラッシュボックスを作製した。そしてこのクラッシュボックスに対し、図１０Ｃおよび表１に示すように荷重−変位線図を求めて、対理想ＥＡ値を求めた。このクラッシュボックスにおいても、対理想ＥＡ値が９０．０％と非常に高いものであり、衝撃吸収特性が非常に優れているのが判る。

＜実施例４＞
表１に示すように、代表テーパ角度θを１２．５°に設定した以外は、上記実施例１と同様にして、クラッシュボックスを作製した。そしてこのクラッシュボックスに対し、図１０Ｄおよび表１に示すように、荷重−変位線図を求めて、対理想ＥＡ値を求めた。このクラッシュボックスにおいても、対理想ＥＡ値が８３．３％とに高いものであり、衝撃吸収特性に優れているのが判る。

＜比較例１＞
表１に示すように、代表テーパ角度θを１５．０°に設定した以外は、上記実施例１と同様にして、クラッシュボックスを作製した。そしてこのクラッシュボックスに対し、図１０Ｅおよび表１に示すように、荷重−変位線図を求めて、対理想ＥＡ値を求めた。このクラッシュボックスでは、対理想ＥＡ値が７８．８％とに低いものであり、衝撃吸収特性に劣っているのが判る。

＜比較例２＞
小径管４の外向き凸部４１における作用領域Ａ２に、断面直線状の部分（テーパ部）が形成されないように、つまり外向き凸部４１の作用領域Ａ２の部分が、２つの円弧線が繋がったＳ字カーブの曲線状に形成されるように、小径管４および大径管５の重合部に拡管加工を行い、それ以外は、上記実施例１と同様にしてクラッシュボックスを作製した。なお表１に示すように、代表テーパ角度θは２０．０°であった。

そしてこのクラッシュボックスに対し、図１０Ｆおよび表１に示すように、荷重−変位線図を求めて、対理想ＥＡ値を求めた。このクラッシュボックスでは、対理想ＥＡ値が７７．９％とに低いものであり、衝撃吸収特性に劣っているのが判る。

＜評価＞
表１および図１０Ａ〜１０Ｆから明らかなようにように、小径管４の外向き凸部４１における作用領域Ａ２内に断面直線状のテーパ部４５が形成され、かつ代表テーパ角度θが「３．５°」「５．０°」「１０．０°」「１２．５°」の実施例１〜４のクラッシュボックスは、代表テーパ角度θが１５．０°と大きい比較例１のクラッシュボックスや、作用領域Ａ２内に断面直線状のテーパ部がなく、かつ代表テーパ角度θも２０．０°と非常に大きい比較例２のクラッシュボックスに比べて、対理想ＥＡ値が高くなっており、衝撃吸収特性に優れていた。

特に代表テーパ角度θが「３．５°」「５．０°」「１０．０°」のクラッシュボックスは、対理想ＥＡ値が９０％を超えて、非常に高くなっており、衝撃吸収特性に非常に優れていた。

以上の評価結果から明らかなように、代表テーパ角度θが、３．５°〜１２．５°、より好ましくは、３．５°〜１０°に設定されたクラッシュボックスは、衝撃吸収特性に優れているのが判る。

さらに小径管４の外向き凸部４１における作用領域４内に、断面直線状のテーパ部を形成する場合には、衝撃吸収特性がさらに向上しているのが判る。

この発明の衝撃吸収部材は、自動車用のバンパービームのクラッシュボックス等に適用可能である。

１：バンパービーム
２：バンパーリインフォース
３：クラッシュボックス（衝撃吸収部材）
４：小径管
４１：外向き凸部（重合凸部）
４２：内向き凸部（重合凸部）
４５：テーパ部
５：大径管
５１：外向き凸部（重合凸部）
５２：内向き凸部（重合凸部）
５５：テーパ部
６：拡管金型
Ａ１：重合凸部接触領域
Ａ２：作用領域
Ｐ１：変形始点
Ｐ２：変形終点
Ｑ１：第１代表点
Ｑ２：第２代表点
θ：代表テーパ角度

Claims (9)

1. 小径管の端部が大径管の端部に挿入された状態で、両管の重合部が拡管加工または縮管加工されて、外径方向または内径方向に突出する重合凸部が形成されることにより、両管が連結される一方、両管のうち、前記重合凸部の突出方向側に配置される管を変形管とし、残り一方の管を非変形管として、両管に軸心方向に沿って圧縮する衝撃が加わった際に、前記非変形管の重合凸部によって、前記変形管の周壁が外径方向または内径方向に塑性変形されつつ、前記小径管が前記大径管内に圧入されることにより、衝撃エネルギーが吸収されるようにした衝撃吸収部材であって、
   衝撃吸収時に前記非変形管が前記変形管に対し相対的に移動する方向を後方、その反対方向を前方として、
   軸心を含む平面で切断した際の側面断面視状態において、前記非変形管および前記変形管の互いの重合凸部が接触し合う領域を重合凸部接触領域とし、その重合凸部接触領域における外径方向または内径方向への突出量が最大の位置を変形始点とし、前記重合凸部接触領域の後端位置を変形終点とし、
   前記重合凸部接触領域のうち、前記変形始点と前記変形終点との間の領域を作用領域とし、その作用領域の軸心方向の長さを基準にして、前記作用領域上における前記変形始点から軸心方向に沿って後方へ２０％移動した位置を第１代表点とし、前記変形終点から軸心方向に沿って前方へ２０％移動した位置を第２代表点とし、
   前記第１および第２代表点を結ぶ直線の軸心に対する角度を代表テーパ角度としたとき、その代表テーパ角度が３．５°〜１２．５°に設定されていることを特徴とする衝撃吸収部材。
2. 前記非変形管の重合凸部における前記作用領域内の少なくとも一部が、側面断面視状態で直線状のテーパ部に形成される請求項１に記載の衝撃吸収部材。
3. 前記重合凸部は外径方向に突出する外向き凸部によって構成され、
   衝撃吸収時に、前記小径管の前記外向き凸部によって、前記変形管をなす前記大径管の周壁が外径方向に押し広げられるように塑性変形されるようにした請求項１または２に記載の衝撃吸収部材。
4. 前記重合凸部は内径方向に突出する内向き凸部によって構成され、
   衝撃吸収時に、前記大径管の前記内向き凸部によって、前記変形管をなす前記小径管の周壁が内径方向に押し込まれるように塑性変形されるようにした請求項１または２に記載の衝撃吸収部材。
5. 前記重合凸部は、前記小径管および前記大径管における周方向の全域に形成される請求項１〜４のいずれか１項に記載の衝撃吸収部材。
6. 前記重合凸部は、前記小径管および前記大径管の周方向の一部に形成される請求項１〜４のいずれか１項に記載の衝撃吸収部材。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の衝撃吸収部材を製造する方法であって、
   前記小径管および前記大径管の重合部に対し、金型を用いた拡管加工または縮管加工を行って、前記重合凸部を形成するようにしたことを特徴とする衝撃吸収部材の製造方法。
8. バンパーリインフォースを車両構造体に支持する車両用クラッシュボックスであって、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の衝撃吸収部材によって構成され、
   前記バンパーリインフォースに加わる衝突エネルギーを吸収するようにしたことを特徴とする車両用クラッシュボックス。
9. 車幅方向に沿って配置されるバンパーリインフォースと、
   前記バンパーリインフォースを車両構造体に支持するクラッシュボックスとを備え、
   前記クラッシュボックスが、請求項１〜６のいずれか１項に記載の衝撃吸収部材によって構成され、
   前記バンパーリインフォースに加わる衝突エネルギーを前記クラッシュボックスにより吸収するようにしたことを特徴とするバンパービーム。

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