JP3380537B2 - 車輌の衝撃吸収装置 - Google Patents
車輌の衝撃吸収装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、車輌のバンパーと
車体フレームとの間に介装し、バンパーが受けた衝撃エ
ネルギーを変形エネルギーに転換して吸収する衝撃吸収
装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】車輌衝突時の搭乗者に対する衝撃を緩和
する衝撃吸収装置には、実公平06-005271号やUSP4,537,
734号に見られるシリンダタイプ(衝撃エネルギーをシリ
ンダの縮退エネルギーとして吸収するタイプ)や、特開
平09-086309号、特公昭59-009775号にみられる塑性変形
(例えば座屈)を利用したタイプ(衝撃エネルギーを部材
の変形エネルギーに転換して吸収するタイプ)がある。
シリンダタイプは、安定したエネルギー吸収特性を持っ
ている長所があるが、精密で部品点数も多く、重くて高
価な短所がある。塑性変形を利用するタイプは、軽量で
安価な長所があるものの、エネルギー吸収特性がシリン
ダタイプより劣る短所がある。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】以上の説明で明らかな
ように、塑性変形を利用するタイプの衝撃吸収装置は、
軽量で安価な点から、車輌製造コスト低減が望まれる近
年の傾向に適している。そこで、塑性変形を利用するタ
イプであって、エネルギー吸収特性が安定し、軽量、安
価な衝撃吸収装置の開発のため、検討した。 【０００４】 【課題を解決するための手段】上記課題を検討した結
果、車輌のバンパーと車体フレームとの間に介装し、バ
ンパーが受けた衝撃エネルギーを変形エネルギーに転換
して吸収する衝撃吸収装置であって、塑性加工可能な直
管体(加工前の直線状管体)を部分的に縮径又は拡径して
外径の異なる管部を形成し、各管部端縁間に形成できる
段差を介してこの管部相互を結んで多段管体を構成して
なり、この多段管体両端に位置する管部をそれぞれバン
パー及び車体フレームに連結する車輌の衝撃吸収装置で
ある。本発明の衝撃吸収装置は、車体フレームに対する
バンパーを支持する。 【０００５】本発明の衝撃吸収装置は、外径の小さな管
部が外径の大きな管部に押し込まれる過程で衝撃エネル
ギーを吸収する。衝撃エネルギーの一部は各管部を圧縮
するが、ほとんどが前記管部の押し込みに従って生じる
段差の捲れ込み(塑性変形)に費やされ、吸収されるわけ
である。 【０００６】ここで、多段管体を、(a)各管部端縁間に
成形できる段差をこの管部それぞれに対して折り返した
り、(b)段差を介して結んだ管部の一方の外径より他方
の内径が大きい関係にあるように構成すればよい。(a)
の構成を適用すれば、段差が既に捲れ込み始めた状態に
あるので、初期の塑性変形に要するエネルギーが小さく
て済み、円滑に捲れ込みが進んでいく。 【０００７】また、(b)の構成を適用すると、連なる管
部相互が容易に重なるように押し込まれていくので、ひ
いては段差の捲れ込みも良好に進んでいく。管部の一方
の外径より他方の内径が大きい関係とは、すなわち段差
の幅Ｗが外径の大きな管部の肉厚ｔよりも大きいことを
意味する。ここで、段差を介して結ばれる管部のサイズ
について触れておくと、概ね次のような関係が望まし
い。今、結ばれる外径の小さな管部の長さをＨ1、肉厚
をｔ1、外径の大きな管部の長さをＨ2、肉厚をｔ2、両
管部を結ぶ段差の幅Ｗとした場合、ｔ1＞ｔ2、そしてＷ
＞ｔ2となる。 【０００８】具体的には、(1)塑性加工可能な円形直管
体を部分的に縮径又は拡径して略円形の大外径管部及び
小外径管部を形成し、各管部の軸心が略同一線上となる
ように各管部端縁を段差で結んで２段管体を構成してな
り、前記大外径管部を車体フレームの衝撃を受ける側に
当接固定した衝撃吸収装置を基本とし、(2)塑性加工可
能な円形直管体を部分的に縮径又は拡径して略円形の小
外径管部、中外径管部及び大外径管部を形成し、各管部
の軸心が略同一線上となるように各管部端縁を段差で結
んでこの管部を径の大きさ順に並ぶ３段管体を構成して
なり、前記大外径管部を車体フレームの衝撃を受ける側
に当接固定した衝撃吸収装置を好適な構成とする。 【０００９】本発明の衝撃吸収装置は多段構造が好まし
いが、設置スペースの関係から段数には事実上の制限が
付きまとう。３段管体は加工工数的にも現実的で、例え
ば標準的な金属丸パイプ(円形直管体)の両端から一定長
さをそれぞれ縮径及び拡径すれば、３段管体からなる衝
撃吸収装置を容易に実現できる。また、この３段管体か
らなる衝撃吸収装置は、小外径管部の傾倒を中外径管部
が抑制し、小中外径管部が一体となって大外径管部へ押
し込むことができる。 【００１０】ここで、上記３段管体からなる衝撃吸収装
置について、小外径管部の長さをＨ1、肉厚をｔ1、中外
径管部の長さをＨ2、肉厚をｔ2、大外径管部の長さをＨ
3、肉厚をｔ3、小中外径管部を結ぶ段差の幅Ｗ1、中大
外径管部を結ぶ段差の幅Ｗ2とすれば、ｔ1＞ｔ2＞ｔ3、
そしてＷ1＞ｔ2及びＷ2＞ｔ3となる。上述のように、標
準的な金属丸パイプを縮径及び拡径して３段管体とする
場合、縮径して得られる小外径管部のｔ1は、必然的に
中外径管部のｔ2より大きくなる。また、拡径して得ら
れる大外径管部のｔ3は、必然的に中外径管部のｔ2より
小さくなる。このように、縮径及び拡径の２種の塑性加
工を１本の金属パイプに施すことで、好適な３段管体か
らなる衝撃吸収装置を製造できる利点がある。 【００１１】 【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態について、
図を参照しながら説明する。図１は２段管体９からなる
衝撃吸収装置の縦断面図、図２は図１中Ａ−Ａ断面図、
図３は図１中Ｂ−Ｂ断面図、図４は図１の状態から衝撃
吸収装置に衝撃が加わった際の衝撃吸収の度合いと２段
管体９の変形の度合いとの関係を示した図１相当縦断面
図で、衝撃エネルギーをほとんど吸収し終えた状態を表
している。図１及び図４中、衝撃エネルギーの大きさを
２段管体９中の太線白抜矢印で、変形エネルギーを塑性
変形量(押し込み量)の大きさで示した２段管体９外の細
線白抜矢印でそれぞれ示している。また、実際には図４
の状態に至る段階でほとんど衝撃エネルギーは吸収し終
えてなくなっているが、説明の便宜上、太線白抜矢印を
残している。 【００１２】本例の衝撃吸収装置は、バンパー２と車体
フレーム１との間に介装した２段管体９で衝撃エネルギ
ーを変形エネルギーに転換して吸収する。２段管体９
は、断面略円形の大外径管部３及び小外径管部４からな
り、各管部３,４の軸心が略同一線上となるように両管
部３,４端縁を段差５で結び、前記大外径管部３を車体
フレーム１の衝撃を受ける側に当接固定している。段差
５は、大外径管部３及び小外径管部４それぞれの端縁が
２段管体の延在方向でオーバーラップし、これら管部
３,４それぞれに対して折り返している。こうした２段
管体９は、大外径管部３は直管体として、縮径(スェー
ジング加工)により小外径管部４を形成し、折り返した
段差５を形成するため、更に２段管体９の延在方向に圧
縮するプレス加工を施すと、容易に製造できる。 【００１３】本例の２段管体を車体フレーム１の衝撃を
受ける側に当接固定するため、大外径管部３に、複数の
ボルト孔10を有する取付フランジ６を溶接している。ま
た、車体フレーム１側の管体取付座11に設けた管部通過
孔12の孔径を大外径管部３の外径よりも小さく形成し、
押し込まれる大外径管部３を受けたり、捲れ込む段差５
と共に小外径管部４を押し込めるようにしている。２段
管体９とバンパー２側との組付けは、図１及び図３に見
られるように、小外径管部４端に直交する組付パイプ７
を溶接し、この組付パイプ７とバンパー２のボルト孔13
とにボルト８を挿通して、ねじ止め固定している。 【００１４】本例の衝撃吸収装置では、図４に見られる
ように、バンパー２に衝突が加わると段差５が大外径管
部３に向かって捲れ込んでいく。大外径管部３を直管体
のままとして、金属丸パイプを縮径して小外径管部４を
形成すると、小外径管部４が厚肉となり都合がよい。こ
の場合、大外径管部３及び小外径管部４は共に断面略円
形となり、両軸心が略同一線上となるので、エネルギー
吸収効率がよく、安定したエネルギー吸収特性(バンパ
ー移動量に対する捲れ込み荷重は矩形波形特性となる)
を有する衝撃吸収装置となる。小外径管部４は中実体で
あってもよい。 【００１５】図５は本発明の３段管体14からなる衝撃吸
収装置の縦断面図である。本例の衝撃吸収装置は、図５
に見られるように、断面略円形の金属丸パイプの一端か
らＨ1(図10参照、以下同じ)の長さの範囲で縮径した小
外径管部４、同じく他端からＨ3の長さの範囲で拡径し
た大外径管部３、そして残る長さＨ2の金属丸パイプそ
のまま(直管体)の中外径管部15を、それぞれ段差５を介
して結んだ構造である。段差５における塑性変形が円周
方向で等しくなるように、各管部３,４,15の軸心は略同
一線上に揃えている。また、本例の段差５は、共に３段
管体の延在方向に直交する面としている。車輌に対する
取り付け方は、上述の例(図１以下)と同様であるために
説明を省略する。本例では、車体フレーム１に管部通過
孔を設けず、小中外径管部４,15を奥へ押し込まないよ
うにしているが、例えば小外径管部４のみが通過できる
管部通過孔を設けてもよい。 【００１６】図６〜図８は図５の状態から衝撃吸収装置
に衝撃が加わった際の衝撃吸収の度合いと３段管体14の
変形の度合いとの関係を示した図５相当縦断面図、図６
は図５の状態から中外径管部15が大外径管部３に押し込
まれた状態、図７は図６の状態から小外径管部４が中外
径管部15に押し込まれ始めた状態、そして図８は衝撃エ
ネルギーをほとんど吸収し終えた状態を表している。各
図中、衝撃エネルギーの大きさを３段管体14中の太線白
抜矢印で、変形エネルギーを塑性変形量(押し込み量)の
大きさで示した３段管体14外の細線白抜矢印でそれぞれ
示している。また、実際には図８の状態に至る段階でほ
とんど衝撃エネルギーは吸収し終えてなくなっている
が、説明の便宜上、太線白抜矢印を残している。 【００１７】図５の状態からバンパー２に対して衝突が
加わると、小外径管部４にはもちろん、段差５を介して
中大外径管部３,15にも衝撃が伝達され、小外径管部４
は中外径管部15へ、中外径管部15は大外径管部３へと押
し込まれるように変位し始める。段差５の塑性変形によ
る捲り込みは、押し込む管部(例えば中外径管部15)自身
ではなく、押し込まれる管部(例えば大外径管部３)が段
差５と共に内側へ捲り込むことで実現する。ここで、本
例の３段管体では、直管体の中外径管部15の厚みｔ2を
基準として、縮径した小外径管部４の厚みｔ1が最も厚
く、逆に拡径した大外径管部３の肉厚ｔ3が最も薄くな
っている。また、小中外径管部４,15間の段差５の幅Ｗ1
はｔ2よりも大きく、大中外径管部３,15間の段差５の幅
Ｗ2はｔ3よりも大きい。このため、段差５の捲り込みに
よる塑性変形は、図６に見られるように、まず大外径管
部３に中外径管部15が押し込まれる態様で生じる。 【００１８】こうして、衝撃エネルギーは、まず前記小
中外径管部４,15を一体とした押し込み、すなわち中大
外径管部３,15間の段差５の捲れ込みという変形エネル
ギーとして吸収される。同時に、小外径管部４を中外径
管部15へ押し込む変形エネルギーとしても衝撃エネルギ
ーは利用されるため、図６に見られるように、小中外径
管部４,15間の段差５の捲れ込みも僅かながら生じてい
る。 【００１９】本例では、車体フレーム１の存在によっ
て、中大外径管部３,15間の段差５の捲れ込みは制限さ
れている(図６参照)ので、次に、図７に見られるよう
に、衝撃エネルギーは小中外径管部４,15間の段差５の
捲れ込みという変形エネルギーとして吸収され始める。
これでもなお衝撃エネルギーが残っていれば、更に、図
８に見られるように、車体フレーム１に制限されるまで
小中外径管部４,15間の段差５の捲れ込みは進行する。
こうして、両段差５の捲り込みという変形エネルギーへ
の転換によって衝撃エネルギーは大幅に吸収され、車体
フレーム１に伝達される衝撃エネルギーをほとんどなく
すことができる。 【００２０】本発明の衝撃吸収装置は、外径の異なる管
部を３段以上並んだ３段管体14がより好ましく、このこ
とは特に斜め方向からバンパー２に衝撃が加わった場合
に証明される。図９は図５の状態から衝撃吸収装置に斜
め方向から衝撃が加わった際の衝撃吸収の度合いと３段
管体14の変形の度合いとの関係を示した図５相当縦断面
図である。記述したように、小中大外径管部３,４,15そ
れぞれはｔ1＞ｔ2＞ｔ3の関係にあり、各段差５に対し
てＷ1＞ｔ2及びＷ2＞ｔ3の関係にある。加えて、各管部
の相対的長さの長短は傾倒の難易に関係があり、本例で
は小外径管部４の長さＨ1は中外径管部15の長さＨ2より
も長く、中外径管部15の長さＨ2と大外径管部３の長さ
Ｈ3はほぼ等しくなっている。このため、バンパー２に
斜め方向から衝撃が加わった場合、図９に見られるよう
に、小外径管部４は段差５を少し捲り込みながら傾倒す
るもの、中外径管部15が小外径管部４を支持し、図２同
様中外径管部15が大外径管部３に押し込まれるように塑
性変形し、衝撃エネルギーを吸収できるようになってい
る。 【００２１】このように、３段管体、ひいては多段管体
からなる本発明の衝撃吸収装置は、連なる各管部相互が
互いの傾倒を抑制し、塑性変形方向を最終的には同一
(上記例で言えば中外径管部15が大外径管部３に押し込
まれる)にすることで、衝撃の印加方向を問わず、等し
く衝撃エネルギーを吸収できる。また、吸収可能な衝撃
エネルギーの量は、各段差に生じる捲り込み量の合計に
比例する。各段差の捲り込み量は、押し込む管部と押し
込まれる管部との関係で長さの短い方に従うので、好ま
しくは各管部の長さが等しい方がよい。上記例では、Ｈ
2＝Ｈ3であり、Ｈ1についてもバンパーとの取付代を除
いて考えれば他の管部の長さに等しく、およそＨ1＝Ｈ2
＝Ｈ3になっている。 【００２２】 【実施例】３段管体からなる衝撃吸収装置のエネルギー
吸収測定試験を実施した。供試体(衝撃吸収装置)は図10
に示す外形で、鋼製円形直管体φ50.8mmから、小外径管
部は外径φ1＝34.8mmでＨ1＝45.0mm及びｔ1＝2.95mm、
中外径管部は外径φ2＝50.8mmでＨ2＝50.0mm及びｔ2＝
2.30mm、大外径管部は外径φ3＝66.0mmでＨ3＝50.0mm及
びｔ3＝2.00mmの３段管体を構成している。前記から、
Ｗ1＝8.0mm、Ｗ2＝7.6mmとなる。また、各段差は5.0mm
の長さで管部それぞれに対して折り返している。試験
は、小外径管部に荷重を掛けて各管部を押し込む方法
で、押し込み量(＝バンパー変位量,mm)に対するエネル
ギー吸収量を押し込み荷重(kN)として計測した。試験結
果のグラフを図11に示す。供試体は、段差を別途成形加
工しており、この段差が最初に構造変形する押し込み量
13mmまでは一度大きな押し込み荷重を必要とする。本発
明に従う段差の捲れ込み(塑性変形)は、前記押し込み荷
重を超えて一度落ち込んだ後、押し込み量13mm以上で観
測され、そのエネルギー吸収特性は概ね矩形波形特性と
なっている。これから、段差が当初より塑性変形するよ
うに加工しておけば、本発明の衝撃吸収装置は矩形波形
特性に従うエネルギー吸収特性を有することが確認でき
た。 【００２３】 【発明の効果】本発明の車輌の衝撃吸収装置は、下記の
ような効果を備えている。 (1)エネルギー吸収特性は急激にエネルギー吸収量が増
え、直に定率吸収となる特性(矩形波形特性)を示し、エ
ネルギー吸収効率がよい。 (2)径の大きさ順に管部を並べた多段管体は、バンパー
支持剛性が得やすく、曲げモーメント分布に対応した断
面が得られる。 (3)塑性変形する段差は、管部の端縁外周に存在するた
め、安定した塑性変形を得やすい。 (4)取付対象となるブラケット等への荷重伝播が圧縮で
あるため、強度的に安定している。 (5)金属パイプを用いた縮径、拡径又はプレス加工は、
成形が容易で、安定した形状の製品を得やすい。 (6)縮径した管部は肉厚が厚く、拡径した管部は肉厚が
薄くなり、効率よく塑性変形を生じさせるに適した管部
相互のサイズ関係を実現しやすい。 (7)従来同様な二重管式衝撃吸収装置に比べ、パイプ相
互の精度、潤滑性、防塵性、固定支持を確保する構造が
不要であり、重量、コスト、信頼性で勝る。 (8)多段管体の段数を増やせば、塑性変形量を増やすこ
とができ、エネルギー吸収量を容易に増やすことができ
る。
車体フレームとの間に介装し、バンパーが受けた衝撃エ
ネルギーを変形エネルギーに転換して吸収する衝撃吸収
装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】車輌衝突時の搭乗者に対する衝撃を緩和
する衝撃吸収装置には、実公平06-005271号やUSP4,537,
734号に見られるシリンダタイプ(衝撃エネルギーをシリ
ンダの縮退エネルギーとして吸収するタイプ)や、特開
平09-086309号、特公昭59-009775号にみられる塑性変形
(例えば座屈)を利用したタイプ(衝撃エネルギーを部材
の変形エネルギーに転換して吸収するタイプ)がある。
シリンダタイプは、安定したエネルギー吸収特性を持っ
ている長所があるが、精密で部品点数も多く、重くて高
価な短所がある。塑性変形を利用するタイプは、軽量で
安価な長所があるものの、エネルギー吸収特性がシリン
ダタイプより劣る短所がある。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】以上の説明で明らかな
ように、塑性変形を利用するタイプの衝撃吸収装置は、
軽量で安価な点から、車輌製造コスト低減が望まれる近
年の傾向に適している。そこで、塑性変形を利用するタ
イプであって、エネルギー吸収特性が安定し、軽量、安
価な衝撃吸収装置の開発のため、検討した。 【０００４】 【課題を解決するための手段】上記課題を検討した結
果、車輌のバンパーと車体フレームとの間に介装し、バ
ンパーが受けた衝撃エネルギーを変形エネルギーに転換
して吸収する衝撃吸収装置であって、塑性加工可能な直
管体(加工前の直線状管体)を部分的に縮径又は拡径して
外径の異なる管部を形成し、各管部端縁間に形成できる
段差を介してこの管部相互を結んで多段管体を構成して
なり、この多段管体両端に位置する管部をそれぞれバン
パー及び車体フレームに連結する車輌の衝撃吸収装置で
ある。本発明の衝撃吸収装置は、車体フレームに対する
バンパーを支持する。 【０００５】本発明の衝撃吸収装置は、外径の小さな管
部が外径の大きな管部に押し込まれる過程で衝撃エネル
ギーを吸収する。衝撃エネルギーの一部は各管部を圧縮
するが、ほとんどが前記管部の押し込みに従って生じる
段差の捲れ込み(塑性変形)に費やされ、吸収されるわけ
である。 【０００６】ここで、多段管体を、(a)各管部端縁間に
成形できる段差をこの管部それぞれに対して折り返した
り、(b)段差を介して結んだ管部の一方の外径より他方
の内径が大きい関係にあるように構成すればよい。(a)
の構成を適用すれば、段差が既に捲れ込み始めた状態に
あるので、初期の塑性変形に要するエネルギーが小さく
て済み、円滑に捲れ込みが進んでいく。 【０００７】また、(b)の構成を適用すると、連なる管
部相互が容易に重なるように押し込まれていくので、ひ
いては段差の捲れ込みも良好に進んでいく。管部の一方
の外径より他方の内径が大きい関係とは、すなわち段差
の幅Ｗが外径の大きな管部の肉厚ｔよりも大きいことを
意味する。ここで、段差を介して結ばれる管部のサイズ
について触れておくと、概ね次のような関係が望まし
い。今、結ばれる外径の小さな管部の長さをＨ1、肉厚
をｔ1、外径の大きな管部の長さをＨ2、肉厚をｔ2、両
管部を結ぶ段差の幅Ｗとした場合、ｔ1＞ｔ2、そしてＷ
＞ｔ2となる。 【０００８】具体的には、(1)塑性加工可能な円形直管
体を部分的に縮径又は拡径して略円形の大外径管部及び
小外径管部を形成し、各管部の軸心が略同一線上となる
ように各管部端縁を段差で結んで２段管体を構成してな
り、前記大外径管部を車体フレームの衝撃を受ける側に
当接固定した衝撃吸収装置を基本とし、(2)塑性加工可
能な円形直管体を部分的に縮径又は拡径して略円形の小
外径管部、中外径管部及び大外径管部を形成し、各管部
の軸心が略同一線上となるように各管部端縁を段差で結
んでこの管部を径の大きさ順に並ぶ３段管体を構成して
なり、前記大外径管部を車体フレームの衝撃を受ける側
に当接固定した衝撃吸収装置を好適な構成とする。 【０００９】本発明の衝撃吸収装置は多段構造が好まし
いが、設置スペースの関係から段数には事実上の制限が
付きまとう。３段管体は加工工数的にも現実的で、例え
ば標準的な金属丸パイプ(円形直管体)の両端から一定長
さをそれぞれ縮径及び拡径すれば、３段管体からなる衝
撃吸収装置を容易に実現できる。また、この３段管体か
らなる衝撃吸収装置は、小外径管部の傾倒を中外径管部
が抑制し、小中外径管部が一体となって大外径管部へ押
し込むことができる。 【００１０】ここで、上記３段管体からなる衝撃吸収装
置について、小外径管部の長さをＨ1、肉厚をｔ1、中外
径管部の長さをＨ2、肉厚をｔ2、大外径管部の長さをＨ
3、肉厚をｔ3、小中外径管部を結ぶ段差の幅Ｗ1、中大
外径管部を結ぶ段差の幅Ｗ2とすれば、ｔ1＞ｔ2＞ｔ3、
そしてＷ1＞ｔ2及びＷ2＞ｔ3となる。上述のように、標
準的な金属丸パイプを縮径及び拡径して３段管体とする
場合、縮径して得られる小外径管部のｔ1は、必然的に
中外径管部のｔ2より大きくなる。また、拡径して得ら
れる大外径管部のｔ3は、必然的に中外径管部のｔ2より
小さくなる。このように、縮径及び拡径の２種の塑性加
工を１本の金属パイプに施すことで、好適な３段管体か
らなる衝撃吸収装置を製造できる利点がある。 【００１１】 【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態について、
図を参照しながら説明する。図１は２段管体９からなる
衝撃吸収装置の縦断面図、図２は図１中Ａ−Ａ断面図、
図３は図１中Ｂ−Ｂ断面図、図４は図１の状態から衝撃
吸収装置に衝撃が加わった際の衝撃吸収の度合いと２段
管体９の変形の度合いとの関係を示した図１相当縦断面
図で、衝撃エネルギーをほとんど吸収し終えた状態を表
している。図１及び図４中、衝撃エネルギーの大きさを
２段管体９中の太線白抜矢印で、変形エネルギーを塑性
変形量(押し込み量)の大きさで示した２段管体９外の細
線白抜矢印でそれぞれ示している。また、実際には図４
の状態に至る段階でほとんど衝撃エネルギーは吸収し終
えてなくなっているが、説明の便宜上、太線白抜矢印を
残している。 【００１２】本例の衝撃吸収装置は、バンパー２と車体
フレーム１との間に介装した２段管体９で衝撃エネルギ
ーを変形エネルギーに転換して吸収する。２段管体９
は、断面略円形の大外径管部３及び小外径管部４からな
り、各管部３,４の軸心が略同一線上となるように両管
部３,４端縁を段差５で結び、前記大外径管部３を車体
フレーム１の衝撃を受ける側に当接固定している。段差
５は、大外径管部３及び小外径管部４それぞれの端縁が
２段管体の延在方向でオーバーラップし、これら管部
３,４それぞれに対して折り返している。こうした２段
管体９は、大外径管部３は直管体として、縮径(スェー
ジング加工)により小外径管部４を形成し、折り返した
段差５を形成するため、更に２段管体９の延在方向に圧
縮するプレス加工を施すと、容易に製造できる。 【００１３】本例の２段管体を車体フレーム１の衝撃を
受ける側に当接固定するため、大外径管部３に、複数の
ボルト孔10を有する取付フランジ６を溶接している。ま
た、車体フレーム１側の管体取付座11に設けた管部通過
孔12の孔径を大外径管部３の外径よりも小さく形成し、
押し込まれる大外径管部３を受けたり、捲れ込む段差５
と共に小外径管部４を押し込めるようにしている。２段
管体９とバンパー２側との組付けは、図１及び図３に見
られるように、小外径管部４端に直交する組付パイプ７
を溶接し、この組付パイプ７とバンパー２のボルト孔13
とにボルト８を挿通して、ねじ止め固定している。 【００１４】本例の衝撃吸収装置では、図４に見られる
ように、バンパー２に衝突が加わると段差５が大外径管
部３に向かって捲れ込んでいく。大外径管部３を直管体
のままとして、金属丸パイプを縮径して小外径管部４を
形成すると、小外径管部４が厚肉となり都合がよい。こ
の場合、大外径管部３及び小外径管部４は共に断面略円
形となり、両軸心が略同一線上となるので、エネルギー
吸収効率がよく、安定したエネルギー吸収特性(バンパ
ー移動量に対する捲れ込み荷重は矩形波形特性となる)
を有する衝撃吸収装置となる。小外径管部４は中実体で
あってもよい。 【００１５】図５は本発明の３段管体14からなる衝撃吸
収装置の縦断面図である。本例の衝撃吸収装置は、図５
に見られるように、断面略円形の金属丸パイプの一端か
らＨ1(図10参照、以下同じ)の長さの範囲で縮径した小
外径管部４、同じく他端からＨ3の長さの範囲で拡径し
た大外径管部３、そして残る長さＨ2の金属丸パイプそ
のまま(直管体)の中外径管部15を、それぞれ段差５を介
して結んだ構造である。段差５における塑性変形が円周
方向で等しくなるように、各管部３,４,15の軸心は略同
一線上に揃えている。また、本例の段差５は、共に３段
管体の延在方向に直交する面としている。車輌に対する
取り付け方は、上述の例(図１以下)と同様であるために
説明を省略する。本例では、車体フレーム１に管部通過
孔を設けず、小中外径管部４,15を奥へ押し込まないよ
うにしているが、例えば小外径管部４のみが通過できる
管部通過孔を設けてもよい。 【００１６】図６〜図８は図５の状態から衝撃吸収装置
に衝撃が加わった際の衝撃吸収の度合いと３段管体14の
変形の度合いとの関係を示した図５相当縦断面図、図６
は図５の状態から中外径管部15が大外径管部３に押し込
まれた状態、図７は図６の状態から小外径管部４が中外
径管部15に押し込まれ始めた状態、そして図８は衝撃エ
ネルギーをほとんど吸収し終えた状態を表している。各
図中、衝撃エネルギーの大きさを３段管体14中の太線白
抜矢印で、変形エネルギーを塑性変形量(押し込み量)の
大きさで示した３段管体14外の細線白抜矢印でそれぞれ
示している。また、実際には図８の状態に至る段階でほ
とんど衝撃エネルギーは吸収し終えてなくなっている
が、説明の便宜上、太線白抜矢印を残している。 【００１７】図５の状態からバンパー２に対して衝突が
加わると、小外径管部４にはもちろん、段差５を介して
中大外径管部３,15にも衝撃が伝達され、小外径管部４
は中外径管部15へ、中外径管部15は大外径管部３へと押
し込まれるように変位し始める。段差５の塑性変形によ
る捲り込みは、押し込む管部(例えば中外径管部15)自身
ではなく、押し込まれる管部(例えば大外径管部３)が段
差５と共に内側へ捲り込むことで実現する。ここで、本
例の３段管体では、直管体の中外径管部15の厚みｔ2を
基準として、縮径した小外径管部４の厚みｔ1が最も厚
く、逆に拡径した大外径管部３の肉厚ｔ3が最も薄くな
っている。また、小中外径管部４,15間の段差５の幅Ｗ1
はｔ2よりも大きく、大中外径管部３,15間の段差５の幅
Ｗ2はｔ3よりも大きい。このため、段差５の捲り込みに
よる塑性変形は、図６に見られるように、まず大外径管
部３に中外径管部15が押し込まれる態様で生じる。 【００１８】こうして、衝撃エネルギーは、まず前記小
中外径管部４,15を一体とした押し込み、すなわち中大
外径管部３,15間の段差５の捲れ込みという変形エネル
ギーとして吸収される。同時に、小外径管部４を中外径
管部15へ押し込む変形エネルギーとしても衝撃エネルギ
ーは利用されるため、図６に見られるように、小中外径
管部４,15間の段差５の捲れ込みも僅かながら生じてい
る。 【００１９】本例では、車体フレーム１の存在によっ
て、中大外径管部３,15間の段差５の捲れ込みは制限さ
れている(図６参照)ので、次に、図７に見られるよう
に、衝撃エネルギーは小中外径管部４,15間の段差５の
捲れ込みという変形エネルギーとして吸収され始める。
これでもなお衝撃エネルギーが残っていれば、更に、図
８に見られるように、車体フレーム１に制限されるまで
小中外径管部４,15間の段差５の捲れ込みは進行する。
こうして、両段差５の捲り込みという変形エネルギーへ
の転換によって衝撃エネルギーは大幅に吸収され、車体
フレーム１に伝達される衝撃エネルギーをほとんどなく
すことができる。 【００２０】本発明の衝撃吸収装置は、外径の異なる管
部を３段以上並んだ３段管体14がより好ましく、このこ
とは特に斜め方向からバンパー２に衝撃が加わった場合
に証明される。図９は図５の状態から衝撃吸収装置に斜
め方向から衝撃が加わった際の衝撃吸収の度合いと３段
管体14の変形の度合いとの関係を示した図５相当縦断面
図である。記述したように、小中大外径管部３,４,15そ
れぞれはｔ1＞ｔ2＞ｔ3の関係にあり、各段差５に対し
てＷ1＞ｔ2及びＷ2＞ｔ3の関係にある。加えて、各管部
の相対的長さの長短は傾倒の難易に関係があり、本例で
は小外径管部４の長さＨ1は中外径管部15の長さＨ2より
も長く、中外径管部15の長さＨ2と大外径管部３の長さ
Ｈ3はほぼ等しくなっている。このため、バンパー２に
斜め方向から衝撃が加わった場合、図９に見られるよう
に、小外径管部４は段差５を少し捲り込みながら傾倒す
るもの、中外径管部15が小外径管部４を支持し、図２同
様中外径管部15が大外径管部３に押し込まれるように塑
性変形し、衝撃エネルギーを吸収できるようになってい
る。 【００２１】このように、３段管体、ひいては多段管体
からなる本発明の衝撃吸収装置は、連なる各管部相互が
互いの傾倒を抑制し、塑性変形方向を最終的には同一
(上記例で言えば中外径管部15が大外径管部３に押し込
まれる)にすることで、衝撃の印加方向を問わず、等し
く衝撃エネルギーを吸収できる。また、吸収可能な衝撃
エネルギーの量は、各段差に生じる捲り込み量の合計に
比例する。各段差の捲り込み量は、押し込む管部と押し
込まれる管部との関係で長さの短い方に従うので、好ま
しくは各管部の長さが等しい方がよい。上記例では、Ｈ
2＝Ｈ3であり、Ｈ1についてもバンパーとの取付代を除
いて考えれば他の管部の長さに等しく、およそＨ1＝Ｈ2
＝Ｈ3になっている。 【００２２】 【実施例】３段管体からなる衝撃吸収装置のエネルギー
吸収測定試験を実施した。供試体(衝撃吸収装置)は図10
に示す外形で、鋼製円形直管体φ50.8mmから、小外径管
部は外径φ1＝34.8mmでＨ1＝45.0mm及びｔ1＝2.95mm、
中外径管部は外径φ2＝50.8mmでＨ2＝50.0mm及びｔ2＝
2.30mm、大外径管部は外径φ3＝66.0mmでＨ3＝50.0mm及
びｔ3＝2.00mmの３段管体を構成している。前記から、
Ｗ1＝8.0mm、Ｗ2＝7.6mmとなる。また、各段差は5.0mm
の長さで管部それぞれに対して折り返している。試験
は、小外径管部に荷重を掛けて各管部を押し込む方法
で、押し込み量(＝バンパー変位量,mm)に対するエネル
ギー吸収量を押し込み荷重(kN)として計測した。試験結
果のグラフを図11に示す。供試体は、段差を別途成形加
工しており、この段差が最初に構造変形する押し込み量
13mmまでは一度大きな押し込み荷重を必要とする。本発
明に従う段差の捲れ込み(塑性変形)は、前記押し込み荷
重を超えて一度落ち込んだ後、押し込み量13mm以上で観
測され、そのエネルギー吸収特性は概ね矩形波形特性と
なっている。これから、段差が当初より塑性変形するよ
うに加工しておけば、本発明の衝撃吸収装置は矩形波形
特性に従うエネルギー吸収特性を有することが確認でき
た。 【００２３】 【発明の効果】本発明の車輌の衝撃吸収装置は、下記の
ような効果を備えている。 (1)エネルギー吸収特性は急激にエネルギー吸収量が増
え、直に定率吸収となる特性(矩形波形特性)を示し、エ
ネルギー吸収効率がよい。 (2)径の大きさ順に管部を並べた多段管体は、バンパー
支持剛性が得やすく、曲げモーメント分布に対応した断
面が得られる。 (3)塑性変形する段差は、管部の端縁外周に存在するた
め、安定した塑性変形を得やすい。 (4)取付対象となるブラケット等への荷重伝播が圧縮で
あるため、強度的に安定している。 (5)金属パイプを用いた縮径、拡径又はプレス加工は、
成形が容易で、安定した形状の製品を得やすい。 (6)縮径した管部は肉厚が厚く、拡径した管部は肉厚が
薄くなり、効率よく塑性変形を生じさせるに適した管部
相互のサイズ関係を実現しやすい。 (7)従来同様な二重管式衝撃吸収装置に比べ、パイプ相
互の精度、潤滑性、防塵性、固定支持を確保する構造が
不要であり、重量、コスト、信頼性で勝る。 (8)多段管体の段数を増やせば、塑性変形量を増やすこ
とができ、エネルギー吸収量を容易に増やすことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の２段管体からなる衝撃吸収装置の縦断
面図である。 【図２】図１中Ａ−Ａ断面図である。 【図３】図１中Ｂ−Ｂ断面図である。 【図４】衝撃エネルギーを殆ど吸収し終えた状態を示し
た図１相当縦断面図である。 【図５】本発明の３段管体からなる衝撃吸収装置の縦断
面図である。 【図６】図５の状態から中外径管部が大外径管部に押し
込まれた状態を示した図５相当縦断面図である。 【図７】図６の状態から小外径管部が中外径管部に押し
込まれ始めた状態を示した図５相当縦断面図である。 【図８】衝撃エネルギーを殆ど吸収し終えた状態を示し
た図５相当縦断面図である。 【図９】図５の状態から衝撃吸収装置に斜め方向から衝
撃が加わった際を示した図５相当縦断面図である。 【図10】供試体に用いた衝撃吸収装置を示す縦断面図で
ある。 【図11】供試体におけるエネルギー吸収測定試験の結果
を表すグラフである。 【符号の説明】 １ 車体フレーム ２ バンパー ３ 大外径管部 ４ 小外径管部 ５ 段差 ６ 取付フランジ ７ 組付パイプ ８ ボルト ９ ２段管体 10 ボルト孔 11 管体取付座 12 管部通過孔 13 ボルト孔 14 ３段管体 15 中外径管部
面図である。 【図２】図１中Ａ−Ａ断面図である。 【図３】図１中Ｂ−Ｂ断面図である。 【図４】衝撃エネルギーを殆ど吸収し終えた状態を示し
た図１相当縦断面図である。 【図５】本発明の３段管体からなる衝撃吸収装置の縦断
面図である。 【図６】図５の状態から中外径管部が大外径管部に押し
込まれた状態を示した図５相当縦断面図である。 【図７】図６の状態から小外径管部が中外径管部に押し
込まれ始めた状態を示した図５相当縦断面図である。 【図８】衝撃エネルギーを殆ど吸収し終えた状態を示し
た図５相当縦断面図である。 【図９】図５の状態から衝撃吸収装置に斜め方向から衝
撃が加わった際を示した図５相当縦断面図である。 【図10】供試体に用いた衝撃吸収装置を示す縦断面図で
ある。 【図11】供試体におけるエネルギー吸収測定試験の結果
を表すグラフである。 【符号の説明】 １ 車体フレーム ２ バンパー ３ 大外径管部 ４ 小外径管部 ５ 段差 ６ 取付フランジ ７ 組付パイプ ８ ボルト ９ ２段管体 10 ボルト孔 11 管体取付座 12 管部通過孔 13 ボルト孔 14 ３段管体 15 中外径管部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開2000−320595（ＪＰ，Ａ)
特開 昭48−93045（ＪＰ，Ａ)
特開 昭49−672（ＪＰ，Ａ)
特開 昭49−673（ＪＰ，Ａ)
特開 昭49−919（ＪＰ，Ａ)
実開 昭62−156064（ＪＰ，Ｕ)
特公 昭48−2300（ＪＰ，Ｂ１)
米国特許3511345（ＵＳ，Ａ)
米国特許3146014（ＵＳ，Ａ)
米国特許3599757（ＵＳ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B60R 19/34
F16F 7/12
B62D 21/15
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 車輌のバンパーと車体フレームとの間に
介装し、バンパーが受けた衝撃エネルギーを変形エネル
ギーに転換して吸収する衝撃吸収装置であって、塑性加
工可能な直管体を部分的に縮径又は拡径して外径の異な
る管部を形成し、各管部端縁間に形成できる段差を介し
て該管部相互を結んで多段管体を構成してなり、該多段
管体両端に位置する管部をそれぞれバンパー及び車体フ
レームに連結した車輌の衝撃吸収装置において、多段管
体が３段管体であり、該３段管体は塑性加工可能な円形
直管体を部分的に縮径又は拡径した略円形の小外径管
部、中外径管部及び大外径管部を、中外径管部の厚みｔ
2を基準として、縮径した小外径管部の厚みｔ1が最も厚
く、逆に拡径した大外径管部の肉厚ｔ3を最も薄く形成
し、各管部の軸心が略同一線上となるように各管部端縁
を段差で結んで該管部を径の大きさ順に並べ、前記大外
径管部を車体フレームの衝撃を受ける側に当接固定して
なり、前記小外径管部及び中外径管部又は中外径管部及
び大外径管部端縁間それぞれに成形できる段差は該小外
径管部及び中外径管部又は中外径管部及び大外径管部そ
れぞれに対して折り返して形成し、相対的に肉厚ｔ2の
薄い中外径管部から段差にかけて、及び相対的に肉厚ｔ
3の薄い大外径管部から段差にかけて塑性変形による捲
り込みを引き起こすことを特徴とする車輌の衝撃吸収装
置。
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| CN111619487B (zh) * | 2020-06-03 | 2021-03-26 | 长沙理工大学 | 一种流固耦合四级碰撞吸能装置 |
-
2000
- 2000-08-31 JP JP2000263079A patent/JP3380537B2/ja not_active Expired - Fee Related
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