JP2004210201A - 衝撃エネルギー吸収材 - Google Patents
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Abstract
【課題】製造が容易でかつ安価であり、大きな衝撃エネルギーを吸収する衝撃エネルギー吸収材を提供すること。
【解決手段】衝撃エネルギー吸収材1は金属薄板、例えば硬質アルミ箔の外側及び内側にクラフト紙を重ね合わせた重合体からなり、断面形状が円形で表面に凹凸部を螺旋状に設けたフレキシブルパイプである。衝撃エネルギー吸収材の外径は20mm〜50mm、上記凹凸部のピッチは1.4mm〜2.0mm、凹凸部の上下幅は2.3mm〜3.2mmであり、エネルギー吸収材が径方向に塑性変形することによりエネルギーを吸収する。
【選択図】 図1
【解決手段】衝撃エネルギー吸収材1は金属薄板、例えば硬質アルミ箔の外側及び内側にクラフト紙を重ね合わせた重合体からなり、断面形状が円形で表面に凹凸部を螺旋状に設けたフレキシブルパイプである。衝撃エネルギー吸収材の外径は20mm〜50mm、上記凹凸部のピッチは1.4mm〜2.0mm、凹凸部の上下幅は2.3mm〜3.2mmであり、エネルギー吸収材が径方向に塑性変形することによりエネルギーを吸収する。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のボディ等に加わる衝撃荷重を吸収する衝撃エネルギー吸収材に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の自動車に用いられる衝撃エネルギー吸収材は、断面が円形のパイプの肉厚を調整して、自動車のボディパネルと車室の内装パネル間に配設されていた。そして、自動車の走行中に予期しない事故が発生し、乗員がボディパネルに当たるような場合に、円形パイプが潰れて塑性変形することにより、その衝撃エネルギーを吸収するようにしていた。
しかしながら、断面が円形状のパイプによると、大きな衝撃エネルギーを吸収することができなかった。
【0003】
そこで、図9に示すような大きな衝撃エネルギーを吸収することができる衝撃エネルギー吸収材が開発された。
このエネルギー吸収材51は、中間層材のアルミ箔の外側と内側にクラフト紙を設けてそれらをパイプ状に形成し、周壁部に螺旋状の凹凸部を等間隔ピッチに形成し、フレキシブル性を有するようにしている。そして、エネルギー吸収材51の断面形状を円形から、正方形または矩形(以下、矩形という)に形成した。
【0004】
このように形成したエネルギー吸収材51の特性を調べるため、図10に示すような実験を行った。
図10のAは、上述した衝撃エネルギー吸収材を用いた場合を示し、図10のBは比較例としての断面が円形の衝撃エネルギー吸収材52を用いた場合を示す。エネルギー吸収材52は、断面が真円のフレキシブル性を有するパイプであり、外径が矩形のエネルギー吸収材51の1辺の外部幅と同じ長さであり、軸方向長さ、その他中間層材等の肉厚、螺旋形状のピッチや巻数も同じである。
【0005】
これらエネルギー吸収材51,52を、圧縮試験機により、直径165mmの半球53の先端で圧縮し、内径の長さを計測した。圧縮速度は100mm/minである。その結果を図11に示す。図において、実線aは矩形のエネルギー吸収材51の試験結果を示し、実線bは、円形のエネルギー吸収材52の試験結果を示す。図に示すように、矩形のエネルギー吸収材51は、円形のものと比較して、初期状態から高い荷重に対して変形量が少なく、変形の初期段階で外力によるエネルギーを吸収する。すなわち、実線aは略矩形曲線を呈する。そして、一定以上の荷重がかかると、変形量が急激に大きくなる。他方の円形のエネルギー吸収材10は、荷重と変形量が比例するリニア的線図になる。
衝撃エネルギー吸収材の性能として、相応しい変形の仕方は、矩形のエネルギー吸収材51のように、初期状態から高い荷重に対して変形量が少なく、一定以上の荷重がかかると、変形量が急激に大きくなるものが相応しいことが分かっている(特許文献1を参照)。
【0006】
【特許文献1】
特開平10−029482号公報 (要約、図1参照)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
現況の自動車には、乗員の頭部を保護するため、上述の衝撃エネルギー吸収材が装備されつつある。特に、北米では車室内衝撃に対する乗員保護試験法であるFMVSS201 (Federal Motor Vehicle Safety Standard No.201)規制が2002年9月に施行され、100%の自動車に装備されている。
また、矩形の衝撃エネルギー吸収材は、フロントルーフのみならず、サイドルーフ、リヤルーフやその他の種々の場所に配設される傾向にあり、北米大陸への需要だけでなく、国内における需要量が増大している。
【0008】
しかしながら、矩形の衝撃エネルギー吸収材は、円形断面のエネルギー吸収材を作製した後に、矩形に成形加工しなければならず、特殊な設備、技術を用い、多大な手間を費やすことから、エネルギー吸収材としての製造コストが高い。
また、矩形の衝撃エネルギー吸収材は、向かい合う面方向に対して荷重が加わったときに、大きな衝撃エネルギーを吸収するが、対角線方向に荷重が加わった場合は性能が劣る方向性がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、コストが矩形の衝撃エネルギー吸収材よりも安価で製造も容易であり、矩形のものと同様に大きな衝撃エネルギーを吸収し、広角度範囲の方向から荷重が加わっても、その性能を発揮することができる衝撃エネルギー吸収材を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の衝撃エネルギー吸収材は、上記目的を達成するために、帯材を螺旋状に重ね合わせて形成した円形のパイプであって、周部に凹凸部を螺旋形状若しくは環状に形成したフレキシブル性を有する衝撃エネルギー吸収材において、上記パイプがアルミニウム製で肉厚が0.7mm〜0.12mmの帯材を含み、上記凹凸部の上下幅が2.0mm〜3.2mmであり、該凹凸部のピッチが1.4mm〜2.0mmであり、上記フレキシブルパイプを塑性変形することによりエネルギーを吸収するようにした。
また、本発明の衝撃エネルギー吸収材は、帯材を螺旋状に重ね合わせて形成した円形のパイプであって、周部に凹凸部を螺旋形状若しくは環状に形成したフレキシブル性を有し、自動車のボディパネルと内装部材との間に配設される衝撃エネルギー吸収材において、上記パイプがアルミニウム製で肉厚が0.07mm〜0.12mmの帯材を含み、上記凹凸部の上下幅が2.0mm〜3.2mmであり、該凹凸部のピッチが1.4mm〜2.0mmであって、上記フレキシブルパイプが塑性変形することによりエネルギーを吸収するようにした。
上記各発明において、帯状のアルミニウム箔の外側及び内側にクラフト紙を巻装することができる。
【0010】
上述のように、従来、円形断面の衝撃エネルギー吸収材は、その荷重性能試験で荷重と変形量の関係に対してリニア的形状を示すと認識されていたが、一定の条件、すなわちエネルギー吸収材の見かけ上の肉厚や、板厚を大きくして円形のエネルギー吸収材を成形すると、荷重性能試験において、矩形の衝撃エネルギー吸収材と同様な線形を示すことを発明者は見いだした。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態による衝撃エネルギー吸収材について、図面を参照しながら説明する。図1及び図2は、本発明に係る衝撃エネルギー吸収材1を示し、図1は、エネルギー吸収材1の斜視図であり、図2のAは、パイプ状のエネルギー吸収材1を軸方向から見た図であり、図2のBは周方向から見た部分破断断面図であり、図2のCは図2のBの矢印Xで示す部分の拡大断面図である。
【0012】
このエネルギー吸収材1は、断面が円形のフレキシブル性を有するパイプである。詳しくは、エネルギー吸収材1の形状は、内側から順に内層材2、中間層材3及び外層材4の3層からなる重合体である。このうち、内層材2と外層材4はクラフト紙を用い、中間層材3は金属薄板、例えば鉄箔、アルミ箔を使用している。本実施の形態では、硬質のアルミ箔を使用し、内層材2、中間層材3及び外層材4は、各々が帯状材を螺旋状に巻回して形成したものである。そして、重ね合わせたこれらの層材2〜4を軸方向に連続して波状に凹部5及び凸部6を形成し、かつ凹凸部5,6の各々が螺旋状になるように形成している。よって、エネルギー吸収材1は、材料が連続する限り軸方向に延長させて形成することができ、適宜長さに切断することができる。このようなエネルギー吸収材は、90度以上の曲げやS字形状の曲げが容易にできる。
【0013】
衝撃エネルギー吸収材1の矩形波特性発生要件は、衝撃エネルギー吸収材1の外径Dが20mm〜50mm、上記凹部5の底部から隣接する底部までのピッチpは1.4mm〜2.0mm、凹凸部5,6の上下幅(見かけ上の肉厚、図2のC参照)Tが2.3mm〜3.2mmの範囲である。
帯材の1枚の中間層材3の板厚は、0.07mm〜0.12mmであり、幅は28mm〜45mmの範囲のものを使用する。中間層材3の帯材の枚数は1枚、若しくは2〜3枚を重ね合わせることも可能である。また、中間層材3は、巻回する際に端部を5mm程度重ね合わせて形成する。実質的な好ましい中間層材3としての板厚は0.1mm〜0.3mm(凹凸部5,6の形成前の厚さ)である。
内層材2及び外層材4は、各々の厚さが0.2mm〜0.4mm(凹凸部5,6の形成前の厚さ)であって、幅48mm〜60mmの範囲のものを使用する。
なお、この衝撃エネルギー吸収材1の矩形波特性発生要件を表1に示す。
【0014】
【表1】
【0015】
[実施例]
次に、この円形断面の衝撃エネルギー吸収材1の特性について説明する。
図3は、上述したFMVSS201規制に対応する衝撃エネルギー吸収材の動的荷重特性試験の装置である。壁10上に断面四角形の治具11を固定し、治具上にエネルギー吸収材1を両面テープ等の固定手段により固定する。そして、人間の頭部に形状を似せたダミー12の重心位置よりも25mm高い位置にあるO点(前頭部)を、24km/hの速度でエネルギー吸収材1に衝突させる。
性能試験をする試験対象は、表1に示す実施例1〜3と比較例の4種のものを使用した。
【0016】
【表2】
表1に示すように、比較例及び実施例1〜3として、各々中間層材3として肉厚0.1mmの硬質アルミ箔と、内外層材2,4として各々肉厚0.2mmのクラフト紙を用いた。そして、図2に示すように、エネルギー吸収材1の凹凸部5,6の上下幅である見かけ上の肉厚Tを、2.0mm〜3.2mmの範囲のものを選択して試験を試みた。試験結果を図4に示す。見かけ上の肉厚Tが薄い比較例1は、リニア的な線形であり、荷重と変形量とがほぼ比例した。実施例1〜3は各々が略矩形の線形を描いた。そして、見かけ上の肉厚Tが厚い実施例1が最も大きな荷重に対して、初期状態から変形量が少なく、一定以上の荷重がかかると、変形量が急激に大きくなる矩形曲線を示し、次いで見かけ上の肉厚Tが大きい順に、実施例2、実施例3と良好な矩形曲線を示した。
【0017】
なお、凹凸部5,6を形成したエネルギー吸収材1が通常のパイプよりも大きなエネルギーを吸収するのは、径方向に塑性変形するだけでなく、凹凸部5,6が潰れることにより、パイプの軸方向にも塑性変形するからであると考える。
また、見かけ上の肉厚Tが厚いものが、より大きな衝撃エネルギーを吸収するのは、凹凸部5,6の形状が潰れる際に、凹凸部の上下幅が小さいものよりも上下幅の大きなものの変形量が大きく若しくは軸方向への変形量が大きくなり、より大きなエネルギーを吸収するからであると考える。また、中間層材2の厚さを厚くしたことも大きなエネルギーを吸収するのに寄与していると考えられる。このように、エネルギー吸収材1は、小さな径であっても、大きなエネルギーを吸収することができる。
【0018】
なお、上記の動的荷重特性試験の他、静的荷重特性試験を行ったが同じ形状であれば、動的荷重特性試験の方が、より大きな荷重に対して大きな衝撃エネルギーを吸収する結果となった。
また、詳細な説明は省略するが、中間層材として帯状のアルミニウムを2枚用いたものは、その2枚分の厚さを有する1枚のアルミニウムを用いたものよりもエネルギー吸収量が大きいことが分かった。
【0019】
上述したように、衝撃エネルギー吸収材1は、自動車の衝突等の際に、ボディに衝撃力が加わったときに、その衝撃エネルギーを吸収若しくは緩和するものである。エネルギー吸収材1の配置場所としては、図5に示すように、自動車21のフロントピラー22、センタピラー23、フロント及びリアドアのショルダー部24,25、腰部26,27、フロントルーフレール部28、サイドルーフレール部29、リヤヘッダレール部30等に、またスライデングルーフが取付けられているような場合はそのスライデングルーフ回り31に配置できる。
【0020】
自動車に用いる衝撃エネルギー吸収材として、好ましい衝撃エネルギー吸収材1の形状は、外径Dが20mm〜30mm、上記凹部5の底部から隣接する底部までのピッチpは1.5mm〜1.7mm、凹凸部5,6の上下幅(見かけ上の肉厚)Tが2.7mm〜3.0mmの範囲である。
帯材の1枚の中間層材3の板厚は、0.1mm〜0.12mmであり、幅は28mm〜35mmのものを使用している。中間層材3の帯材の枚数は2〜3枚を重ね合わせている。内層材2及び外層材4は、各々の厚さが0.2mmであって、幅48mm〜60mmのものを使用している。
なお、この衝撃エネルギー吸収材1の好ましい範囲を表3に示す。
【0021】
【表3】
また、自動車に用いる衝撃エネルギー吸収材として、最適条件の衝撃エネルギー吸収材1の形状は、外径Dが23mm〜26mm、上記凹部5の底部から隣接する底部までのピッチpは1.5mm〜1.6mm、凹凸部5,6の上下幅(見かけ上の肉厚)Tが2.7mm〜2.9mmの範囲である。
帯材の1枚の中間層材3の板厚は、0.1mm〜0.12mmであり、幅は35mmのものを使用している。中間層材3の帯材の枚数は2枚を重ね合わせている。内層材2及び外層材4は、各々の厚さが0.2mmであって、幅60mmのものを使用している。
なお、この自動車用の衝撃エネルギー吸収材1の最適範囲を表4に示す。
【0022】
【表4】
図6〜図8は、実際にエネルギー吸収材1を自動車の車体21に配設した状態を示す。
図6に示すように、自動車21のフロントガラス32の上部にはフロントルーフレール部28が設けられ、フロントルーフレール部28はルーフアウターパネル28aとルーフインナーパネル28bとで、閉断面を形成している。そして、その閉断面の車体に対する後方側には、衝撃エネルギー吸収材1を配設している。エネルギー吸収材1は、接着剤33により容易にインナーパネル28bに直付けすることができる。取付けにあたっては、スポンジ状の緩衝材をエネルギー吸収材1の周囲に巻いて取付けてもよい。エネルギー吸収材1はフレキシブル性を有するので、配設場所が湾曲していても取付けができる。エネルギー吸収材1は、車室側のルーフを覆う、内装パネル34により隠される。
このように、内装パネル34とインナーパネル28bとの間にエネルギー吸収材1を配設したので、乗員がフロントルーフレール部28に前頭部を撃ったような場合は、エネルギー吸収材1が塑性変形することにより、衝撃エネルギーを吸収することができる。また、エネルギー吸収材1は、円形断面であるので方向性が広く、広範囲な角度に対して、十分な衝撃エネルギーを吸収することができる。
【0023】
図7は、自動車21のサイドルーフレール部29に衝撃エネルギー吸収材1を設けた状態を示す。
図に示すように、自動車21の天井部の側部にはサイドルーフレール部29が設けられ、サイドアウターパネル35aとサイドインナーパネル35bとで、閉断面を形成している。それらのパネル35a,35bの上端部に形成されたフランジ35cとルーフアウターパネル28aと接合されている。そして、その閉断面の車室側には、衝撃エネルギー吸収材1を配設している。エネルギー吸収材1は、接着剤33によりルーフアウターパネル28a及びサイドインナーパネル35bに直付けしている。エネルギー吸収材1は、車室側のルーフを覆う、内装パネル34により隠される。
このようなサイドルーフレール部29に乗員が側頭部を撃ったような場合は、エネルギー吸収材1が塑性変形することにより、衝撃エネルギーを吸収することができる。
【0024】
図8に示すように、自動車21のリヤガラス36の上部にはリヤヘッダレール部30が設けられ、リヤヘッダレール部30はルーフアウターパネル28aとルーフインナーパネル28bとで、閉断面を形成している。そして、その閉断面の車体に対する前方側には、衝撃エネルギー吸収材1を配設している。エネルギー吸収材1は、接着剤33により容易にインナーパネル28bに直付けすることができる。エネルギー吸収材1は、車室側のルーフを覆う、内装パネル34により隠される。
このようなリヤヘッダレール部30に乗員が後頭部を撃ったような場合は、エネルギー吸収材1が塑性変形することにより、衝撃エネルギーを吸収することができる。
なお、その他、自動車21のフロントピラー22、センタピラー23、フロント及びリアドアのショルダー部24,25、腰部26,27、スライデングルーフ回り31もほぼ同様な取付方により配置できる。
【0025】
このように本発明の実施の形態による円形断面のエネルギー吸収材1は、自動車21のボディに衝撃力が加わったときは、エネルギー吸収材1が塑性変形することにより、衝撃エネルギーを吸収し、乗員が衝撃を受ける負担を軽減することができる。
また、従来の矩形の衝撃エネルギー吸収材1のように、断面形状を矩形に形成する必要が無いので、大幅にコストの軽減が可能である。
【0026】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく本発明の技術的思想に基いて種々の変形が可能である。
例えば、以上の実施の形態によれば、図5に示すような位置にエネルギー吸収材1を配置したが、エネルギー吸収材1の取付位置は自動車21のそれらの場所に限らず、例えばエンジンルームのエプロンサイドパネルや、フロントパネル等にも配置でき、同様な効果を有する。このような場合は、室内に配置する衝撃エネルギー吸収材1よりも硬くより大きな衝撃エネルギーを吸収するものを用いる。また、エネルギー吸収材1の取付方法については接着剤で取付けたが、エネルギー吸収材1にクリップを取付けてパネルに固定してもよいし、クリップバンドによって取付けてもよい。
また、衝撃エネルギー吸収材1は、周部全体に凹凸部5,6を形成したが、部分的に間隔を開けて、凹凸部5,6を形成してもよい。
さらに、衝撃エネルギー吸収材1の用途としては、自動車のみならず道路の自動車用防護壁のように自動車の車体以外のものにも使用することができる。
【0027】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の衝撃エネルギー吸収材によれば、帯材を螺旋状に重ね合わせて形成した円形のパイプであって、周部に凹凸部を螺旋形状若しくは環状に形成したフレキシブル性を有する衝撃エネルギー吸収材において、上記パイプがアルミニウム製で肉厚が0.7mm〜0.12mmの帯材を含み、上記凹凸部の上下幅が2.0mm〜3.2mmであり、該凹凸部のピッチが1.4mm〜2.0mmであって、上記フレキシブルパイプが塑性変形することによりエネルギーを吸収させるようにしたので、従来では円形パイプでは得られないとされていた、初期状態から高い荷重に対して変形量が少なく、一定以上の荷重がかかると、変形量が急激に大きくなるような塑性変形(図4参照)を得ることができた。従来のように、円形断面から矩形断面に成形加工することがなく、コストの軽減を図ることができる。フレキシブル性があるので、曲がった箇所にも適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態による衝撃エネルギー吸収材の斜視図である。
【図2】Aは図1の衝撃エネルギー吸収材を軸方向からみた正面図であり、Bは周方向から見た側面図であり、Cは図2のBの矢印X部の拡大断面図である。
【図3】FMVSS201規制に対応する衝撃エネルギー吸収材の動的荷重特性試験の装置の側面図である
【図4】図3に示す動的荷重特性試験の結果(実施例1〜3)を示すグラフである。
【図5】本発明の実施の形態の衝撃エネルギー吸収材を自動車に配置した状態を示す斜視図である。
【図6】フロントルーフレール部に衝撃エネルギー吸収材を配設した図5に示す自動車のE−E方向における断面図である。
【図7】サイドルーフレール部に衝撃エネルギー吸収材を配設した図5に示す自動車のF−F方向における断面図である。
【図8】リヤヘッダレール部に衝撃エネルギー吸収材を配設した図5に示す自動車のG−G方向における断面図である。
【図9】従来の矩形の衝撃エネルギー吸収材の斜視図である。
【図10】Aは従来の矩形断面の衝撃エネルギー吸収材の荷重試験を示し、Bは従来の円形断面の衝撃エネルギー吸収材の荷重試験を示す図である。
【図11】図11の荷重試験結果を示す断面図である。
【符号の説明】
1 衝撃エネルギー吸収材
2 内層材
3 中間層材
4 外層材
5 凹部
6 凸部
21 自動車
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のボディ等に加わる衝撃荷重を吸収する衝撃エネルギー吸収材に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の自動車に用いられる衝撃エネルギー吸収材は、断面が円形のパイプの肉厚を調整して、自動車のボディパネルと車室の内装パネル間に配設されていた。そして、自動車の走行中に予期しない事故が発生し、乗員がボディパネルに当たるような場合に、円形パイプが潰れて塑性変形することにより、その衝撃エネルギーを吸収するようにしていた。
しかしながら、断面が円形状のパイプによると、大きな衝撃エネルギーを吸収することができなかった。
【0003】
そこで、図9に示すような大きな衝撃エネルギーを吸収することができる衝撃エネルギー吸収材が開発された。
このエネルギー吸収材51は、中間層材のアルミ箔の外側と内側にクラフト紙を設けてそれらをパイプ状に形成し、周壁部に螺旋状の凹凸部を等間隔ピッチに形成し、フレキシブル性を有するようにしている。そして、エネルギー吸収材51の断面形状を円形から、正方形または矩形(以下、矩形という)に形成した。
【0004】
このように形成したエネルギー吸収材51の特性を調べるため、図10に示すような実験を行った。
図10のAは、上述した衝撃エネルギー吸収材を用いた場合を示し、図10のBは比較例としての断面が円形の衝撃エネルギー吸収材52を用いた場合を示す。エネルギー吸収材52は、断面が真円のフレキシブル性を有するパイプであり、外径が矩形のエネルギー吸収材51の1辺の外部幅と同じ長さであり、軸方向長さ、その他中間層材等の肉厚、螺旋形状のピッチや巻数も同じである。
【0005】
これらエネルギー吸収材51,52を、圧縮試験機により、直径165mmの半球53の先端で圧縮し、内径の長さを計測した。圧縮速度は100mm/minである。その結果を図11に示す。図において、実線aは矩形のエネルギー吸収材51の試験結果を示し、実線bは、円形のエネルギー吸収材52の試験結果を示す。図に示すように、矩形のエネルギー吸収材51は、円形のものと比較して、初期状態から高い荷重に対して変形量が少なく、変形の初期段階で外力によるエネルギーを吸収する。すなわち、実線aは略矩形曲線を呈する。そして、一定以上の荷重がかかると、変形量が急激に大きくなる。他方の円形のエネルギー吸収材10は、荷重と変形量が比例するリニア的線図になる。
衝撃エネルギー吸収材の性能として、相応しい変形の仕方は、矩形のエネルギー吸収材51のように、初期状態から高い荷重に対して変形量が少なく、一定以上の荷重がかかると、変形量が急激に大きくなるものが相応しいことが分かっている(特許文献1を参照)。
【0006】
【特許文献1】
特開平10−029482号公報 (要約、図1参照)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
現況の自動車には、乗員の頭部を保護するため、上述の衝撃エネルギー吸収材が装備されつつある。特に、北米では車室内衝撃に対する乗員保護試験法であるFMVSS201 (Federal Motor Vehicle Safety Standard No.201)規制が2002年9月に施行され、100%の自動車に装備されている。
また、矩形の衝撃エネルギー吸収材は、フロントルーフのみならず、サイドルーフ、リヤルーフやその他の種々の場所に配設される傾向にあり、北米大陸への需要だけでなく、国内における需要量が増大している。
【0008】
しかしながら、矩形の衝撃エネルギー吸収材は、円形断面のエネルギー吸収材を作製した後に、矩形に成形加工しなければならず、特殊な設備、技術を用い、多大な手間を費やすことから、エネルギー吸収材としての製造コストが高い。
また、矩形の衝撃エネルギー吸収材は、向かい合う面方向に対して荷重が加わったときに、大きな衝撃エネルギーを吸収するが、対角線方向に荷重が加わった場合は性能が劣る方向性がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、コストが矩形の衝撃エネルギー吸収材よりも安価で製造も容易であり、矩形のものと同様に大きな衝撃エネルギーを吸収し、広角度範囲の方向から荷重が加わっても、その性能を発揮することができる衝撃エネルギー吸収材を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の衝撃エネルギー吸収材は、上記目的を達成するために、帯材を螺旋状に重ね合わせて形成した円形のパイプであって、周部に凹凸部を螺旋形状若しくは環状に形成したフレキシブル性を有する衝撃エネルギー吸収材において、上記パイプがアルミニウム製で肉厚が0.7mm〜0.12mmの帯材を含み、上記凹凸部の上下幅が2.0mm〜3.2mmであり、該凹凸部のピッチが1.4mm〜2.0mmであり、上記フレキシブルパイプを塑性変形することによりエネルギーを吸収するようにした。
また、本発明の衝撃エネルギー吸収材は、帯材を螺旋状に重ね合わせて形成した円形のパイプであって、周部に凹凸部を螺旋形状若しくは環状に形成したフレキシブル性を有し、自動車のボディパネルと内装部材との間に配設される衝撃エネルギー吸収材において、上記パイプがアルミニウム製で肉厚が0.07mm〜0.12mmの帯材を含み、上記凹凸部の上下幅が2.0mm〜3.2mmであり、該凹凸部のピッチが1.4mm〜2.0mmであって、上記フレキシブルパイプが塑性変形することによりエネルギーを吸収するようにした。
上記各発明において、帯状のアルミニウム箔の外側及び内側にクラフト紙を巻装することができる。
【0010】
上述のように、従来、円形断面の衝撃エネルギー吸収材は、その荷重性能試験で荷重と変形量の関係に対してリニア的形状を示すと認識されていたが、一定の条件、すなわちエネルギー吸収材の見かけ上の肉厚や、板厚を大きくして円形のエネルギー吸収材を成形すると、荷重性能試験において、矩形の衝撃エネルギー吸収材と同様な線形を示すことを発明者は見いだした。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態による衝撃エネルギー吸収材について、図面を参照しながら説明する。図1及び図2は、本発明に係る衝撃エネルギー吸収材1を示し、図1は、エネルギー吸収材1の斜視図であり、図2のAは、パイプ状のエネルギー吸収材1を軸方向から見た図であり、図2のBは周方向から見た部分破断断面図であり、図2のCは図2のBの矢印Xで示す部分の拡大断面図である。
【0012】
このエネルギー吸収材1は、断面が円形のフレキシブル性を有するパイプである。詳しくは、エネルギー吸収材1の形状は、内側から順に内層材2、中間層材3及び外層材4の3層からなる重合体である。このうち、内層材2と外層材4はクラフト紙を用い、中間層材3は金属薄板、例えば鉄箔、アルミ箔を使用している。本実施の形態では、硬質のアルミ箔を使用し、内層材2、中間層材3及び外層材4は、各々が帯状材を螺旋状に巻回して形成したものである。そして、重ね合わせたこれらの層材2〜4を軸方向に連続して波状に凹部5及び凸部6を形成し、かつ凹凸部5,6の各々が螺旋状になるように形成している。よって、エネルギー吸収材1は、材料が連続する限り軸方向に延長させて形成することができ、適宜長さに切断することができる。このようなエネルギー吸収材は、90度以上の曲げやS字形状の曲げが容易にできる。
【0013】
衝撃エネルギー吸収材1の矩形波特性発生要件は、衝撃エネルギー吸収材1の外径Dが20mm〜50mm、上記凹部5の底部から隣接する底部までのピッチpは1.4mm〜2.0mm、凹凸部5,6の上下幅(見かけ上の肉厚、図2のC参照)Tが2.3mm〜3.2mmの範囲である。
帯材の1枚の中間層材3の板厚は、0.07mm〜0.12mmであり、幅は28mm〜45mmの範囲のものを使用する。中間層材3の帯材の枚数は1枚、若しくは2〜3枚を重ね合わせることも可能である。また、中間層材3は、巻回する際に端部を5mm程度重ね合わせて形成する。実質的な好ましい中間層材3としての板厚は0.1mm〜0.3mm(凹凸部5,6の形成前の厚さ)である。
内層材2及び外層材4は、各々の厚さが0.2mm〜0.4mm(凹凸部5,6の形成前の厚さ)であって、幅48mm〜60mmの範囲のものを使用する。
なお、この衝撃エネルギー吸収材1の矩形波特性発生要件を表1に示す。
【0014】
【表1】
【0015】
[実施例]
次に、この円形断面の衝撃エネルギー吸収材1の特性について説明する。
図3は、上述したFMVSS201規制に対応する衝撃エネルギー吸収材の動的荷重特性試験の装置である。壁10上に断面四角形の治具11を固定し、治具上にエネルギー吸収材1を両面テープ等の固定手段により固定する。そして、人間の頭部に形状を似せたダミー12の重心位置よりも25mm高い位置にあるO点(前頭部)を、24km/hの速度でエネルギー吸収材1に衝突させる。
性能試験をする試験対象は、表1に示す実施例1〜3と比較例の4種のものを使用した。
【0016】
【表2】
表1に示すように、比較例及び実施例1〜3として、各々中間層材3として肉厚0.1mmの硬質アルミ箔と、内外層材2,4として各々肉厚0.2mmのクラフト紙を用いた。そして、図2に示すように、エネルギー吸収材1の凹凸部5,6の上下幅である見かけ上の肉厚Tを、2.0mm〜3.2mmの範囲のものを選択して試験を試みた。試験結果を図4に示す。見かけ上の肉厚Tが薄い比較例1は、リニア的な線形であり、荷重と変形量とがほぼ比例した。実施例1〜3は各々が略矩形の線形を描いた。そして、見かけ上の肉厚Tが厚い実施例1が最も大きな荷重に対して、初期状態から変形量が少なく、一定以上の荷重がかかると、変形量が急激に大きくなる矩形曲線を示し、次いで見かけ上の肉厚Tが大きい順に、実施例2、実施例3と良好な矩形曲線を示した。
【0017】
なお、凹凸部5,6を形成したエネルギー吸収材1が通常のパイプよりも大きなエネルギーを吸収するのは、径方向に塑性変形するだけでなく、凹凸部5,6が潰れることにより、パイプの軸方向にも塑性変形するからであると考える。
また、見かけ上の肉厚Tが厚いものが、より大きな衝撃エネルギーを吸収するのは、凹凸部5,6の形状が潰れる際に、凹凸部の上下幅が小さいものよりも上下幅の大きなものの変形量が大きく若しくは軸方向への変形量が大きくなり、より大きなエネルギーを吸収するからであると考える。また、中間層材2の厚さを厚くしたことも大きなエネルギーを吸収するのに寄与していると考えられる。このように、エネルギー吸収材1は、小さな径であっても、大きなエネルギーを吸収することができる。
【0018】
なお、上記の動的荷重特性試験の他、静的荷重特性試験を行ったが同じ形状であれば、動的荷重特性試験の方が、より大きな荷重に対して大きな衝撃エネルギーを吸収する結果となった。
また、詳細な説明は省略するが、中間層材として帯状のアルミニウムを2枚用いたものは、その2枚分の厚さを有する1枚のアルミニウムを用いたものよりもエネルギー吸収量が大きいことが分かった。
【0019】
上述したように、衝撃エネルギー吸収材1は、自動車の衝突等の際に、ボディに衝撃力が加わったときに、その衝撃エネルギーを吸収若しくは緩和するものである。エネルギー吸収材1の配置場所としては、図5に示すように、自動車21のフロントピラー22、センタピラー23、フロント及びリアドアのショルダー部24,25、腰部26,27、フロントルーフレール部28、サイドルーフレール部29、リヤヘッダレール部30等に、またスライデングルーフが取付けられているような場合はそのスライデングルーフ回り31に配置できる。
【0020】
自動車に用いる衝撃エネルギー吸収材として、好ましい衝撃エネルギー吸収材1の形状は、外径Dが20mm〜30mm、上記凹部5の底部から隣接する底部までのピッチpは1.5mm〜1.7mm、凹凸部5,6の上下幅(見かけ上の肉厚)Tが2.7mm〜3.0mmの範囲である。
帯材の1枚の中間層材3の板厚は、0.1mm〜0.12mmであり、幅は28mm〜35mmのものを使用している。中間層材3の帯材の枚数は2〜3枚を重ね合わせている。内層材2及び外層材4は、各々の厚さが0.2mmであって、幅48mm〜60mmのものを使用している。
なお、この衝撃エネルギー吸収材1の好ましい範囲を表3に示す。
【0021】
【表3】
また、自動車に用いる衝撃エネルギー吸収材として、最適条件の衝撃エネルギー吸収材1の形状は、外径Dが23mm〜26mm、上記凹部5の底部から隣接する底部までのピッチpは1.5mm〜1.6mm、凹凸部5,6の上下幅(見かけ上の肉厚)Tが2.7mm〜2.9mmの範囲である。
帯材の1枚の中間層材3の板厚は、0.1mm〜0.12mmであり、幅は35mmのものを使用している。中間層材3の帯材の枚数は2枚を重ね合わせている。内層材2及び外層材4は、各々の厚さが0.2mmであって、幅60mmのものを使用している。
なお、この自動車用の衝撃エネルギー吸収材1の最適範囲を表4に示す。
【0022】
【表4】
図6〜図8は、実際にエネルギー吸収材1を自動車の車体21に配設した状態を示す。
図6に示すように、自動車21のフロントガラス32の上部にはフロントルーフレール部28が設けられ、フロントルーフレール部28はルーフアウターパネル28aとルーフインナーパネル28bとで、閉断面を形成している。そして、その閉断面の車体に対する後方側には、衝撃エネルギー吸収材1を配設している。エネルギー吸収材1は、接着剤33により容易にインナーパネル28bに直付けすることができる。取付けにあたっては、スポンジ状の緩衝材をエネルギー吸収材1の周囲に巻いて取付けてもよい。エネルギー吸収材1はフレキシブル性を有するので、配設場所が湾曲していても取付けができる。エネルギー吸収材1は、車室側のルーフを覆う、内装パネル34により隠される。
このように、内装パネル34とインナーパネル28bとの間にエネルギー吸収材1を配設したので、乗員がフロントルーフレール部28に前頭部を撃ったような場合は、エネルギー吸収材1が塑性変形することにより、衝撃エネルギーを吸収することができる。また、エネルギー吸収材1は、円形断面であるので方向性が広く、広範囲な角度に対して、十分な衝撃エネルギーを吸収することができる。
【0023】
図7は、自動車21のサイドルーフレール部29に衝撃エネルギー吸収材1を設けた状態を示す。
図に示すように、自動車21の天井部の側部にはサイドルーフレール部29が設けられ、サイドアウターパネル35aとサイドインナーパネル35bとで、閉断面を形成している。それらのパネル35a,35bの上端部に形成されたフランジ35cとルーフアウターパネル28aと接合されている。そして、その閉断面の車室側には、衝撃エネルギー吸収材1を配設している。エネルギー吸収材1は、接着剤33によりルーフアウターパネル28a及びサイドインナーパネル35bに直付けしている。エネルギー吸収材1は、車室側のルーフを覆う、内装パネル34により隠される。
このようなサイドルーフレール部29に乗員が側頭部を撃ったような場合は、エネルギー吸収材1が塑性変形することにより、衝撃エネルギーを吸収することができる。
【0024】
図8に示すように、自動車21のリヤガラス36の上部にはリヤヘッダレール部30が設けられ、リヤヘッダレール部30はルーフアウターパネル28aとルーフインナーパネル28bとで、閉断面を形成している。そして、その閉断面の車体に対する前方側には、衝撃エネルギー吸収材1を配設している。エネルギー吸収材1は、接着剤33により容易にインナーパネル28bに直付けすることができる。エネルギー吸収材1は、車室側のルーフを覆う、内装パネル34により隠される。
このようなリヤヘッダレール部30に乗員が後頭部を撃ったような場合は、エネルギー吸収材1が塑性変形することにより、衝撃エネルギーを吸収することができる。
なお、その他、自動車21のフロントピラー22、センタピラー23、フロント及びリアドアのショルダー部24,25、腰部26,27、スライデングルーフ回り31もほぼ同様な取付方により配置できる。
【0025】
このように本発明の実施の形態による円形断面のエネルギー吸収材1は、自動車21のボディに衝撃力が加わったときは、エネルギー吸収材1が塑性変形することにより、衝撃エネルギーを吸収し、乗員が衝撃を受ける負担を軽減することができる。
また、従来の矩形の衝撃エネルギー吸収材1のように、断面形状を矩形に形成する必要が無いので、大幅にコストの軽減が可能である。
【0026】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく本発明の技術的思想に基いて種々の変形が可能である。
例えば、以上の実施の形態によれば、図5に示すような位置にエネルギー吸収材1を配置したが、エネルギー吸収材1の取付位置は自動車21のそれらの場所に限らず、例えばエンジンルームのエプロンサイドパネルや、フロントパネル等にも配置でき、同様な効果を有する。このような場合は、室内に配置する衝撃エネルギー吸収材1よりも硬くより大きな衝撃エネルギーを吸収するものを用いる。また、エネルギー吸収材1の取付方法については接着剤で取付けたが、エネルギー吸収材1にクリップを取付けてパネルに固定してもよいし、クリップバンドによって取付けてもよい。
また、衝撃エネルギー吸収材1は、周部全体に凹凸部5,6を形成したが、部分的に間隔を開けて、凹凸部5,6を形成してもよい。
さらに、衝撃エネルギー吸収材1の用途としては、自動車のみならず道路の自動車用防護壁のように自動車の車体以外のものにも使用することができる。
【0027】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の衝撃エネルギー吸収材によれば、帯材を螺旋状に重ね合わせて形成した円形のパイプであって、周部に凹凸部を螺旋形状若しくは環状に形成したフレキシブル性を有する衝撃エネルギー吸収材において、上記パイプがアルミニウム製で肉厚が0.7mm〜0.12mmの帯材を含み、上記凹凸部の上下幅が2.0mm〜3.2mmであり、該凹凸部のピッチが1.4mm〜2.0mmであって、上記フレキシブルパイプが塑性変形することによりエネルギーを吸収させるようにしたので、従来では円形パイプでは得られないとされていた、初期状態から高い荷重に対して変形量が少なく、一定以上の荷重がかかると、変形量が急激に大きくなるような塑性変形(図4参照)を得ることができた。従来のように、円形断面から矩形断面に成形加工することがなく、コストの軽減を図ることができる。フレキシブル性があるので、曲がった箇所にも適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態による衝撃エネルギー吸収材の斜視図である。
【図2】Aは図1の衝撃エネルギー吸収材を軸方向からみた正面図であり、Bは周方向から見た側面図であり、Cは図2のBの矢印X部の拡大断面図である。
【図3】FMVSS201規制に対応する衝撃エネルギー吸収材の動的荷重特性試験の装置の側面図である
【図4】図3に示す動的荷重特性試験の結果(実施例1〜3)を示すグラフである。
【図5】本発明の実施の形態の衝撃エネルギー吸収材を自動車に配置した状態を示す斜視図である。
【図6】フロントルーフレール部に衝撃エネルギー吸収材を配設した図5に示す自動車のE−E方向における断面図である。
【図7】サイドルーフレール部に衝撃エネルギー吸収材を配設した図5に示す自動車のF−F方向における断面図である。
【図8】リヤヘッダレール部に衝撃エネルギー吸収材を配設した図5に示す自動車のG−G方向における断面図である。
【図9】従来の矩形の衝撃エネルギー吸収材の斜視図である。
【図10】Aは従来の矩形断面の衝撃エネルギー吸収材の荷重試験を示し、Bは従来の円形断面の衝撃エネルギー吸収材の荷重試験を示す図である。
【図11】図11の荷重試験結果を示す断面図である。
【符号の説明】
1 衝撃エネルギー吸収材
2 内層材
3 中間層材
4 外層材
5 凹部
6 凸部
21 自動車
Claims (3)
- 帯材を螺旋状に重ね合わせて形成した円形のパイプであって、周部に凹凸部を螺旋形状若しくは環状に形成したフレキシブル性を有する衝撃エネルギー吸収材において、上記パイプがアルミニウム製で肉厚が0.7mm〜0.12mmの帯材を含み、上記凹凸部の上下幅が2.0mm〜3.2mmであり、該凹凸部のピッチが1.4mm〜2.0mmであり、上記フレキシブルパイプを塑性変形することによりエネルギーを吸収するようにしたことを特徴とする衝撃エネルギー吸収材。
- 帯材を螺旋状に重ね合わせて形成した円形のパイプであって、周部に凹凸部を螺旋形状若しくは環状に形成したフレキシブル性を有し、自動車のボディパネルと内装部材との間に配設される衝撃エネルギー吸収材において、上記パイプがアルミニウム製で肉厚が0.07mm〜0.12mmの帯材を含み、上記凹凸部の上下幅が2.0mm〜3.2mmであり、該凹凸部のピッチが1.4mm〜2.0mmであって、上記フレキシブルパイプが塑性変形することによりエネルギーを吸収するようにしたことを特徴とする衝撃エネルギー吸収材。
- 上記フレキシブル性のパイプが、帯状のアルミニウム箔の外側及び内側にクラフト紙を巻装したことを特徴とする請求項1または2に記載の衝撃エネルギー吸収材。
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