JP2005153632A - 車両用衝撃吸収体 - Google Patents

Abstract

【目的】支持板上に形成した格子状リブにより衝撃吸収を行う車両用衝撃吸収体の荷重−荷重（Ｆ−Ｓ）曲線における、初期及び終期の荷重尖りを抑制できる車両用撃吸収体を提供すること。
【構成】車両における衝撃吸収のために使用される合成樹脂製の衝撃吸収体４０。支持板部４２と、該支持板部４２上に複数の薄肉リブ４４、４４により格子状に形成され、衝撃荷重作用時に塑性変形して衝撃エネルギーを吸収する衝撃吸収部４５とを備えている。薄肉リブ４４に格子交差点４６の間で先端側から切欠き（先端側切欠き）４８を形成するとともに、格子交差点４６の根元側から支持板部４２も含めて切欠き（根元側切欠き）５０を形成して、Ｆ−Ｓ曲線における初期及び終期における荷重尖りの発生を抑制する。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用衝撃吸収体に係り、特に、車両に衝撃が作用した場合において、膝部（knee）等の受圧面積の小さい身体部位が内装材と干渉したとき、膝部等に過大過重が発生するのを抑制しやすい車両用衝撃吸収体に関する。

以下、車両用衝撃吸収体として、車両の衝突時に、着座した乗員の拘束予定部位（例えば膝部）に向かって突出し、該拘束予定部位の移動を抑制する乗員保護装置（乗員拘束装置）における拘束体の裏面に組み付ける場合を例に採り説明するが、これに限られるものではない。

すなわち、乗員拘束機構を有しない、単に、サイドドア、クォータパネル、フロント・バックシート等の車両内装材の裏面に配設して、衝撃荷重ないし衝撃エネルギーの低減を目的とする場合にも適用可能である。

従来、この種の乗員拘束装置として、駆動機構に連結されたニーボルスターやニーパネル等の膝部拘束体（拘束パネル）が、その前面が内装材の一部を構成するように、着座した乗員の膝部と対面させて配設されたものがある（例えば、特許文献１・２参照）。

このとき、膝部拘束パネルが膝部と干渉した場合において、膝部が受ける衝撃荷重及び／又は衝撃エネルギーを低減させる見地から、膝部拘束パネルの裏面に、衝撃吸収体を配設することが望ましい。

当該衝撃吸収体として、合成樹脂製のリブ構造の車両用衝撃吸収構造体（車両用衝撃吸収体）を使用することが考えられる（特許文献３・４等）。

特許文献３には、支持板部（天板）の一方の面に、所定高さを有する薄肉のリブを格子状に立設させたものが、また、特許文献４には、特許文献３に記載の構成において、リブの一部若しくは全部を、少なくともリブ上部が、上端に向うにしたがって次第に狭幅となるように構成したものが記載されている。
特開平４−２７８８５８号公報 特開２００１−１２２０６１公報 特開平８−１４２２３４号公報 特開平８−９１１６０号公報

しかし、上記特許文献３の構成の車両用衝撃吸収体は、拘束パネル等の内装材壁面を介して荷重が先端側から作用したとき、衝撃吸収体における荷重（Ｆ）−変位（ストローク：S）曲線（以下、「F−Ｓ曲線」という。）において、初期荷重値（座屈荷重）と、終期荷重（底付き荷重）値とに突出（尖り）が出易いことが分かった（図５（Ｂ）参照）。

また、特許文献４の構成の車両用衝撃吸収体は、同様に、Ｆ−Ｓ曲線において、初期荷重値に尖りは小さくなるが、終期荷重値にやはり尖りが出易い。

これは、衝撃吸収初期における荷重尖りは、格子リブの全面全体から拘束パネルを介して膝部で荷重を受けるため、部分的なリブの座屈変形開始の前において発生する。また、衝撃吸収終期における荷重尖りは、リブの座屈変形が底付き近くまで及ぶと、底部にはリブの潰れ残りが多量に存在する結果となるため、膝部が格子リブの根元部近くまで侵入した場合において発生する。

これらの衝撃吸収体のＦ−Ｓ曲線における初期及び終期における荷重尖りは、可及的に小さい方が望ましい。荷重尖りが膝部に対する最大作用荷重値となるためである。

このＦ−Ｓ曲線における初期尖りを抑制するために、薄肉リブ先端側における変形荷重（変形抵抗力）を小さくすることが考えられる。しかし、変形荷重が小さいと、エネルギー吸収量が小さくなり、衝撃吸収体の変形量（ストローク）を相対的に長くする必要があり、結果的に衝撃吸収体が厚くなる（大型となる。）。

他方、同じく終期尖りを抑制するためには、膝部が格子リブの根元部近くまで侵入する前までに、衝撃エネルギーの吸収が完了している必要がある。このため、上記と同様に衝撃吸収体の変形量（ストローク）を相対的に長くする必要があり、結果的に衝撃吸収体が厚くなる（大型となる。）。

本発明は、上記にかんがみて、支持板部上に形成した格子状リブにより衝撃吸収を行う車両用衝撃吸収体のＦ−Ｓ曲線における、初期及び終期の荷重尖りを抑制できる車両用撃吸収体を提供することを目的（課題）とする。

本発明に係る車両用衝撃吸収体は、下記構成により、上記課題を解決するものである。

車両における衝撃吸収のために使用される合成樹脂製の衝撃吸収体であって、
支持板部と、該支持板部上に複数の薄肉リブにより格子状に形成され、衝撃荷重作用時に塑性変形して衝撃エネルギーを吸収可能な衝撃吸収部とを備え、
薄肉リブにおける、衝撃吸収初期部である先端部及び衝撃吸収終期受け部である根元部の各全体断面積を中間部より小さくされて、荷重（Ｆ）−変位量（Ｓ）における初期及び終期における荷重尖りの発生が抑制されてなることを特徴とする。

衝撃荷重の初期受け部及び終期受け部の衝撃荷重作用面平行な断面積を小さくすることにより、衝撃吸収部における薄肉リブの座屈発生前の初期変形荷重が低減し、また、底付き近くなっても潰れ残り量が相対的にすくなるため、初期及び終期における荷重尖り（ピーク）が小さく又はなくなる（抑制される。）。

通常、上記構成において、薄肉リブに格子交差点の間で先端側から切欠きを形成するとともに、格子交差点の根元側から支持板部も含めて切欠きを形成して、荷重（Ｆ）−変位量（Ｓ）における初期及び終期における荷重尖りの発生を抑制する。

格子交差部の間で切欠きを形成することにより、薄肉リブの先端側の変形荷重（変形抵抗力）が薄肉リブ中間部に比して小さくなっている。このため、格子リブの全面全体から拘束パネルを介して膝部で荷重を受けても、Ｆ−Ｓ曲線の初期荷重尖りは抑制される。

また、膝部が格子リブの根元部近くまで侵入しても、支持板部も含めて格子交差点の根元側に切欠きが存在するため、該切欠きにリブにおける座屈変形の潰れ残りが吸収される。このため、膝部が底付き近くまできても、Ｆ−Ｓ曲線の初期荷重尖りは抑制される。

また、当該構成の場合、衝撃吸収体の両面から切欠きを形成するため、当該衝撃吸収体は容易に（射出）成形できる。

通常、格子形状は矩形とする。衝撃吸収特性の設計が容易となる。

そして、上記各構成の車両用衝撃吸収体は、乗員に対する保護予定部を備えた車両用内装材の、保護予定部の裏面に配して使用する。

保護予定部としては、衝撃荷重作用時に、乗員側に突出して乗員膝部を拘束保護する拘束パネルとすることが、本発明の効果が顕著となり望ましい。

以下、本発明の実施形態について、図例に基づいて説明をする。

図１に本実施形態の衝撃吸収体を取付ける乗員保護装置（乗員拘束装置）の一例を示す。

当該乗員拘束装置Sは、図１に示すように、乗員としての運転者（乗員）１２の膝部１４を拘束予定部位とし、膝部１４の移動を抑制して運転者１２を保護するものである。運転者の車両前方側であるステアリングコラム１８の下方に配設される。

以下の説明で、上下・前後・左右の関係は、乗員拘束装置を車両に搭載した状態を基準とするもので、搭載時における車両の上下・前後・左右の関係と一致する。

ステアリングコラム１８は、ステアリングホイール２０に連結されるメインシャフト２２と、メインシャフト２２の周囲を覆うコラムチューブ２４と、さらに、コラムチューブ２４を覆うコラムカバー２６とを備えたものである。コラムカバー２６は、インストルメントパネル（以下「インパネ」という。）２８から斜め上方へ突出するように配設される。

そして、乗員拘束体Ｓは、インパネ２８の開口部３０に、該開口部３０を塞ぐように配設されて、乗員左右膝部を拘束な可能な長さを備えた横長矩形板状の拘束パネル３２と、該拘束パネル３２を、車両に衝撃荷重作用時、前方へ突出させる駆動機構３４とを備えている。駆動機構（アクチュエータ）３４は、一対のシリンダ３６を備え、該シリンダ３６のピストンロッド３８の各先端が拘束パネル３２の裏面左右と結合されている。該アクチュエータ３４は、車両に衝撃荷重作用時、車両ボデー等に組み込まれた検知手段からの信号によりインフレータ（図示せず。）が作動して各拘束パネル３２を前方へ突出させて乗員を拘束保護する。

なお、インパネ開口部３０は、インパネ２８を形成するアッパパネル２８ａとロアパネル２８ｂとで段差受け部を備えて形成され、該段差受け部３０ａに横長矩形板状の拘束パネル３２が嵌合セットされるようになっている。

上記乗員保護装置において、拘束パネル３２の裏面に、本実施形態の衝撃吸収体４０が配設されている。

衝撃吸収体４０の基本構成は、図２〜４に示す如く、支持板部４０と、支持板部４０上に複数の薄肉リブ４４、４４により形成された格子状の衝撃吸収部４６とを備え、通常、合成樹脂材料（プラスチック材料）により射出成形等により一体成形される合成樹脂製のものである。

本実施形態では、支持板部４０と衝撃吸収部４６の平面大きさは同一であるが、支持板部４０のみ大きくして、フランジ部等を備えた構成としてもよい。また、矩形箱体４３の内部に格子状の薄肉リブ４４、４４を配設した構成でなく、薄肉リブの両端が連結壁を備えない構成であってもよい。

さらには、本実施形態では、先端側切欠き４８は非格子交差点部に、根元側切欠き５０は格子交差点部と、別位置に形成したが、共に非格子交差点部または格子交差点部に形成してもよい。また、根元側切欠き５０は薄肉リブのみに形成し、支持板部４２に切欠き（孔）を形成しなくてもよい。

なお、先端側切欠き４８は非格子交差点部に、根元側切欠き５０は格子交差点部にと、別位置に形成した理由は、衝撃荷重の集中を防止するためである。

ここで、図例では、有底の矩形箱体の内部に縦・横の薄肉リブ４４、４４により矩形（正方形を含む。）の格子を形成したものである。ここで、薄肉リブ４４、４４は、当然１〜３°の抜き勾配が形成されている。この抜き勾配による水平断面変化は、Ｆ−Ｓ曲線における初期荷重の尖りの発生抑制にはほとんど寄与しない。

なお、格子形状は、図例の如く、矩形に限られず、三角形、正多角形（五角形、六角形）等、さらには、平行四辺形、ひし形等であってもよい。さらには、薄肉リブの立設の態様は、支持板部上に直立でなくても、斜設（１０〜２０°）でもよい。

また、薄肉リブの高さ及び肉厚は、形成する合成樹脂材料及び要求される衝撃吸収特性により異なる。通常、高さ１０〜６０ｍｍ、肉厚０．６〜１．２ｍｍの範囲で適宜設定する。例えば、薄肉リブの高さ５０ｍｍ、先端１．２ｍｍ、根元部２ｍｍとする。

また、薄肉リブ４４、４４の格子の交差点ピッチは、通常、１０〜５０ｍｍの範囲で適宜設定する。衝撃吸収部７の平面大きさは、膝部を十分に受け可能な大きさとし、例えば、左右膝部に対応して一対仕様とする場合は、縦５０〜３００ｍｍ、横５０〜３００ｍｍとする。

リブの肉厚が厚すぎたり、格子ピッチが短すぎたりすると、格子状リブからなる衝撃吸収部が塑性変形し難く、衝撃荷重値が高くなり易い。また、リブの肉厚が薄すぎたり、格子ピッチが広すぎたりすると、衝撃吸収部の塑性変形が容易となりすぎて、衝撃エネルギー吸収効率が低下する。

なお、支持板部４２の厚みは、合成樹脂材料の種類や、衝撃吸収体４０の車両への取付け態様により異なるが、通常、２〜３ｍｍとする。

ここで、本実施形態では、薄肉リブ４４、４４の格子交差部（格子交差点）４６の間（格子非交差部）で先端側から切欠き（先端側切欠き）４８を形成するとともに、薄肉リブ４４、４４の格子交差部で根元側から支持板部を含めて切欠き（根元側切欠き）５０を形成して、衝撃荷重の初期受け部及び終期受け部の衝撃荷重作用面の平行な断面積を小さくしてある。

ここで、先端側切欠き４８の切欠き形状は、図例では、アーチ状であるが、三角形、台形、半円状等で合ってもよい。また、根元側切欠き５０の形状は、格子交差点４６を通る垂線の回りに放物線を回転させて切欠かれる形状であるが、二等辺三角形や半円を回転させて切欠かれる形状であってもよい。

上記において先端側切欠き４８は、格子交差点間に形成される全ての壁面に形成してあり、また、根元側切欠き５０は、全ての格子交差点に形成されているが、吸収しようとする衝撃荷重の態様によっては、縦リブ又は横リブのみないし一つおきに形成してもよい。

また、先端側切欠き４８の各リブ壁面に対する切欠き比率は、要求され荷重（Ｆ）−変位量（Ｓ）曲線により異なるが、通常、５〜５０％の範囲で適宜設定する。切欠き高さは、リブ高さの１／１０〜８／１０とする。

例えば、図４（Ａ）に示す如く、要求される衝撃エネルギー吸収量及び平均荷重（抗力）に応じて（例えば、大・中・小）、先端側切欠き４８及び根元側切欠き５０の設計要素である切欠き量（切欠き比率）を調節することにより、荷重調節及びエネルギー吸収量調節が可能となる。

上記構成の衝撃吸収体は、通常、射出成形により上下切欠きを含めて製造するが、格子状箱体を、まとめて成形しておき、該成形体に旋盤等の機械加工により、先端側・根元側の欠く切欠きを形成してもよい。この場合は、同一成形体で、エネルギー吸収量、応力荷重値の異なる衝撃吸収体を製造可能となる。

合成樹脂としては、特に限定されるものではないが、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、及びポリマーアロイ等のポリオレフィン系のものが可塑変形（延性）しやすく、かつ、軽量であり好ましい。これらのうちで、通常、曲げ弾性率が９８００ＭＰａ以下のものを使用する。

次に、上記構成の衝撃吸収体４０を、前述の拘束パネル（通常、インパネ内装材と同一仕様）３２の裏面左右に取付ける。取付け手段は、接着剤、溶着等、特に限定されない。例えば、超音波溶着により一体化させ、取付ける。このとき、拘束パネル３２は、図例では、アクチュエータ３４の構成部品であるシリンダ３６の先端に取付けた押圧板３９に直接、取付けてある。なお、押圧板３９は拘束パネル３２との間に隙間を形成しておき、衝撃吸収体４０を一体化させた拘束パネル３２をクリップ等により別に設けた保持部材に取付け可能としてもよい。

なお、押圧板３９は、硬質合成樹脂板ないし、金属板とする。

そして、衝撃が車両に作用したとき、該衝撃をバンパ等の内蔵されているセンサが検知して、インフレータが作動する。該インフレータの作動により、押圧板３９により衝撃吸収体一体化された拘束パネルが前方へ突出されて、乗員の膝部１４を拘束する。このとき、膝部と拘束パネル３２が干渉して、膝部１４が拘束パネル３２を介して衝撃吸収体４０に食い込むことがある。

このとき、衝撃吸収体４０の先端側切欠き４８の存在により、Ｆ−Ｓ曲線における初期荷重の尖りが抑制される。また、衝撃吸収体４０の根元側切欠きの存在により、座屈変形がリブ根元近くまで及んでも、潰残り量の発生は少なく、結果的に、Ｆ−Ｓ曲線における終期荷重の尖りも抑制される。さらには、相対的にストローク量も増大して、衝撃エネルギー吸収体のエネルギー吸収効率を向上させることが可能となり、ひいては、衝撃吸収体の薄肉化（小型化）も可能となる。

本発明の衝撃吸収体の一適用例である乗員拘束装置の組付け部位の概略断面図である。 衝撃吸収体の一例を示す斜視図である。 図２の３−３線断面図 図２の平面図 （Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ本発明及び従来例におけるＦ−Ｓ曲線である。

符号の説明

４０ 衝撃吸収体
４２ 支持板部
４４ 衝撃吸収部
４４ 薄肉リブ
４６ 格子交差点（格子交差部）
４８ 先端側切欠き
５０ 根元側切欠き

Claims (5)

1. 車両における衝撃吸収のために使用される合成樹脂製の衝撃吸収体であって、
   支持板部と、該支持板部上に複数の薄肉リブにより格子状に形成され、衝撃荷重作用時に塑性変形して衝撃エネルギーを吸収可能な衝撃吸収部とを備え、
   前記薄肉リブにおける、衝撃吸収初期部である先端部及び衝撃吸収終期受け部である根元部の各全体断面積を中間部より小さくされて、荷重（Ｆ）−変位量（Ｓ）における初期及び終期における荷重尖りの発生が抑制されてなることを特徴とする車両用衝撃吸収体。
2. 前記薄肉リブに格子交差点の間で先端側から切欠きが形成されているとともに、格子交差点の根元部側から前記支持板部も含めて切欠が形成されて、荷重（Ｆ）−変位量（Ｓ）における初期及び終期における荷重尖りの発生が抑制されてな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. 前記格子形状が矩形であることを特徴とする請求項１又は２記載の車両用衝撃吸収体。
4. 乗員に対する保護予定部を備えた車両用内装材であって、該内装材の保護予定部の裏面に、請求項１〜３のいずれか一の請求項に記載の車両用衝撃吸収体が配されていることを特徴とする車両用内装材。
5. 前記保護予定部が、衝撃荷重作用時に、乗員側に突出して乗員膝部を拘束保護する拘束パネルとされていることを特徴とする請求項４記載の車両用内装材。
   
   

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