JP4469096B2 - 強度部材 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複数の室（中空部即ちホロー）を有する押出し型材への穿孔、ビード付けを容易にしかつ軸線方向に圧縮荷重が作用したときの降伏点応力（初期座屈荷重相当）を下げ、しかも、充分なエネルギー吸収能力を示す強度部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の室（中空部即ちホロー）を有する押出型材はその内部に仕切り（リブ）を有し、一般に、断面形状が、室が２つのダブルホローの日の字、室が３つのトリプルホローの目の字、室が４つの田の字のものが多用されている。このような断面を有するアルミ合金やスチール製の押出型材は、たとえば、車両の前部のバンパリインフオースと車両の車体側のサイドメンバーとを連結し（クラッシュボックス相当）、バンパリインフオースに衝突時の衝撃荷重が作用したとき、その衝撃力の車体側への伝達を最小限に抑え、乗員へのショックや車体の損傷を妨ぐ強度部材として利用される。
【０００３】
前述の如く、強度部材は、その両端を他部材への取付部として用いかつその長手方向に作用する圧縮荷重を塑性変形しながら吸収するものである。
他部材への強度部材の取付けのため、強度部材の端部に孔あけをするが、押出型材内部の仕切りが孔あけ位置を制限し、他部材への取付けのためのブラケットと強度部材との固定強度に問題を残す。
さらに、大きな孔を強度部材に穿けようとすると、シングルホロー（一つの室）の押出型材の場合には、内部に治具を入れ、プレス作業で該大きな孔の加工が可能であるが、複数の室（中空部即ちホロー）を有する押出型材にあっては内部の仕切りが大きな孔あけを不可能にする。
【０００４】
特開平５−６５０７６号公報にも開示されかつ本願の図４に点線で示す如く、複数の室を有する押出型材に、その長手方向即ち軸方向に圧縮荷重を加えると、初期座屈荷重に相当する高いピーク値の降伏点応力Ａ、これにつづく塑性域応力（加えられる荷重を吸収し、衝撃力等を減衰させる領域）Ｂを示す。このため、前述の押出型材を強度部材の一つの応用例としてのクラッシュボックスとして用いた場合、高い値を示す降伏点応力を乗員が容易に耐え得る低い値の降伏点応力かつ車体損傷を最小とする降伏点応力に下げ、しかも、高いエネルギー吸収量を確保するため塑性域Ｂの平均応力値Ｃを上げることが望まれる。
【０００５】
このため、特開平５−６５０７６号公報は、内部に向かう傾斜部を作るよう仕切りの一部を切除することを教示する。特開平７−１４５８４２号公報は型材の長さ方向の端部に溝や突条を設けることを、特開平１１−２０８５１８号公報は中空型材の軸方向端面を部分的に切除して荷重が加わる面積を小さくすることを教示する。
【０００６】
従来技術は、低い降伏点応力及び高エネルギー吸収量を確保するため、穿孔、切除といった加工手段を提案するが、先きに述べたように、複数の室（中空部即ちホロー）を有する押出型材には、このような従来の加工手段の適用は、加工作業を複雑にして難しくしており、実用的でない。しかも、降伏点応力（初期座屈荷重相当）の下げの度合いが、穿孔や切除の加工精度の影響を受けバラつくという欠点を示す。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述した従来技術の不具合を解決することを解決すべき課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述した課題を解決するために、中空押出型材の内部に複数の室（中空部即ちホロー）を作る仕切り（リブ）を圧潰し、中空押出型材の少なくとも一方の端部をシングルホロー即ち一つの室とさせる技術的手段を用いる。
この手段の採用は、押出型材の端部への穿孔、ビード付け或いは取付ブラケットの固定を容易にさせる。
又、本発明による強度部材をエネルギー吸収部材として機能させた場合、このシングルホロー（室）の端部は降伏点応力を下げかつ複数の室を有する残部が高い平均応力の塑性域を作る働きをし、これにより、高いエネルギー吸収量を示す。
【０００９】
本発明によれば、枠により作られる中空部を枠と一体の仕切りにより複数の室に画定する押出型材からなり、該押出型材の少なくとも一端部の仕切りと枠との結合部を長手方向に沿って一部剪断し、剪断された部分の仕切りが該押出型材の内部へと圧漬され該一端部に一つの室を作っていることを特徴とする強度部材が提供される。
この強度部材の端部は一つの室となっているので、枠への孔あけやビード付け作業を常用手段で簡単に行うことができ、さらに、エネルギー吸収部材として機能させると、軸方向負荷に対する降伏点応力（初期座屈荷重相当）を下げるのに有効である。
加えて、複数の室を有する残部が軸方向負荷に対して室の形や数に応じた高い平均応力の塑性域を作るのに有効である。
【００１０】
好ましくは、強度部材の端部（一つの室の部分）が他の部分より先きに長手方向に座屈するよう外力を作用させる。これにより、エネルギー吸収部材として機能させると、前述した降伏点応力の下げ及びエネルギー吸収量の多い塑性域を効率よく作り出すことができる。
【００１１】
一つの室を作る端部を内方又は外方に折曲げ、或いは該端部に孔やビードを設ける。
これにより他部材への取付けは容易となり、さらに、エネルギー吸収部材として機能させると、初期座屈荷重に相当する降伏点応力の値を初期の値に選定できる。
【００１２】
本発明による強度部材は、バンパのリインフオースと車体のサイドメンバーとを連結させるクラッシュボックスとして効果的なエネルギー吸収能力を示すエネルギー吸収部材として機能するが、勿論、衝撃等のエネルギーを吸収することの必要な他の用途ばかりでなく、車体のフレーム部材としても利用できるものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の強度部材の一つの態様であるエネルギー吸収部材の一例を構成するＡｌ合金材の押出型材１の一部を図１に示す。図示例の型材１は、方形の枠２内に十字状の仕切り３を一体に成形し、室（中空部即ちホロー）４を複数作る断面田の字のものであるが、断面形状は図示例に限定されない。室４は３ケの断面目の字状のもの又は２ケの断面日の字状のものでもよい。
【００１４】
押出型材１の外側を金型（図示なし）で囲い、上方よりポンチ５を下向きに押込むことで、仕切り３を内部へ圧潰させる。
ポンチ５の下向きの動きに応じて枠２の内壁面と仕切り３の縁との結合面に剪断力が作用し、仕切り３の縁が枠２の内壁面から剥離し、仕切り３は、波形に折り重ね合されながら、押出型材１の内部へたたまれて収容される。その結果、押出し型材１により図３に示すようにその端部を一つの室６としたエネルギー吸収部材７が作られる。
図２は仕切り３の一部が波形に重ね合った状態を上からみた図である。
【００１５】
断面田の字の中空部を有するＪＩＳ規格のA6063 T5のアルミ合金押出型材（枠２の厚みが１．７mm，仕切り３の厚みが２．４mm，外形寸法が６０×１００mm）に対して、プレス機により上方より５００キログラムから１トン程度の荷重を加え、仕切り３を圧潰させた。その結果、図１乃至３に示す深さ３０mmの一つの室６が得られた。
【００１６】
図１乃至３に図示したエネルギー吸収部材７に対しその軸方向より圧縮荷重を加えると、一つの室（シングルホロー）６を有する端部が初期座屈変形するため、降伏点応力が図４の実線で示されるように従来の点線で示す値より相当下げられ、さらに次に続く複数の室４を有する残りの部分の塑性変形が従来とほゞ近似する塑性変形領域を作る。このため、高い降伏点応力を示すことなく、高エネルギー吸収量の確保が可能となる。
押出型材１としてはＡｌ合金材以外の材質のものを用いることができる。必要なエネルギー吸収量、降伏点応力を考慮して押出型材１の断面形状、材質、枠２と仕切り（リブ）３の厚みを選定すればよい。
【００１７】
エネルギー吸収部材７の車両への応用例を図５に示す。この例はエネルギー吸収部材７をクラッシュボックス８として用いたものである。
対のクラッシュボックス８は、車両のフロント部分のバンパリインフオース９の両端に、その前部が固定させられる。クラッシュボックス８の後部は、アッパフレーム及びロアフレームを有する略四角形状のラジエータサポート１０の車両幅方向に延在する左右のブラケット１１に当接する。
車両のボディの一部を構成しかつ該ボディの左右の位置から後方へ延在するサイドメンバー１３の前端に固定したブラケット１２にラジエータサポート１０のブラケット１１とクラッシュボックス８の後部がボルト止めさせられる。
【００１８】
エネルギー吸収部材７を図５に示したクラッシュボックス８として利用した場合の作用を述べる。
車両の衝突等により前方から衝撃力がバンパに加えられると、その衝撃力はバンパリインフオース９からクラッシュボックス８に伝達され、次いで、サイドメンバー１３から車体へと伝達される。この際、本発明の強度部材としての応用例の一つのクラッシュボックス８はその軸方向に加えられる負荷により座屈変形して衝撃エネルギーを吸収し、乗員への悪影響及び車体への損傷を最小限にくい止める働きをする。このときのエネルギー吸収量は図４の実線に示した通りである。
【００１９】
図１乃至３に示したエネルギー吸収部材７のクラッシュボックス８への転用のための作業について述べる。
図６に示す例は、エネルギー吸収部材７の端部の一つの室６の部分の枠２に縦方向へ４ケ所（好ましくは角部）スリット１４を入れる。次いで、図７に示すように、スリット１４により区画された４つの片１５を外方に折り曲げ、各片１５にビス孔１６を穿ける。
ビス孔１６を有する各片１５は、バンパリインフオース９の前面の作業孔１７を利用して、バンパリインフオース９の後面にボルト止めされる。
スリット１４を枠２に入れるのみで、バンパリインフオース９への取付のための片１５を作れるので、エネルギー吸収部材７のクラッシュボックス８への応用は容易である。
【００２０】
スリット１４の深さにより、クラッシュボックス８の端部の一つの室６の容量が決められ、それにより初期座屈荷重相当の降伏点応力のピーク値が変えられる。
【００２１】
図８に示す例は、エネルギー吸収部材７の一つの室６を作る枠２の部分に向い合うＵ字状の切込み１８を作り、その隣りの向い合う部分１９を内方へ折り込みクラッシュボックス８とするものである。
図９に示すように、クラッシュボックス８の内方に折り込んだ部分１９にビス孔２０を穿け、この部分１９をバンパリインフオース９の後面に当接させ、作業孔１７とビス孔２０とを用いて、バンパリインフオース９の後面にクラッシュボックス８をボルト止めさせる。
この例においても、切り込み１８をエネルギー吸収部材７の端部に入れるのみで、バンパリインフオース９の取付の容易なクラッシュボックス８を作ることが可能である。
【００２２】
図８と図９に示す例においても、切り込み１８の深さにより一つの室６の容量が決まり、これにより初期座屈荷重に対応する降伏点応力のピーク値が選定できるので、図４の実線で示すエネルギー吸収量が確保できる。
図７と図９に示す例で取付片１５，１９の曲げ部のＲは５０〜１０mmとするとよい。
【００２３】
図示例では、押出型材１の一端に一つの室６を設けているが両端に一つの室６を設けても良く、クラッシュボックス８として利用するとき、ラジエータサポート１０のブラケット１１への取付けのために片１５や内方折り込み部分１９を用いることもできる。
【００２４】
図１０に示す例は、複数の室を有するバンパリインフオース９の端部の仕切りを、図１乃至３に示す手法により圧潰し、一つの室６を作った例である。一つの室６としたことにより壁部に大きな孔２１を、内部に治具を挿入してプレス作業により穿けることができる。この孔２１は、クラッシュボックス８の前部をこの孔２１に通し、該前部をバンパリインフオース９の内壁面に固定させることを可能とする。
【００２５】
図１０に示す例は、ＪＩＳ規格のA7003 T5のアルミ合金押出型材（枠２の厚みが２．５mm，仕切り３の厚みが１．２mm，外形寸法が６０×１００mm）に対して、プレス機により上方より５００キログラムから１トン程度の荷重を加え、仕切り３を圧潰させたものである。一つの室６の深さは５０mmである。
【００２６】
図１１に示す例は、根元で折れては困る部材に対し、設定値以上の荷重が作用したとき、根元部以外に折れ部を作るものである。
この例では、一つの室６を作る枠２の部分に向い合うビードやノッチ或いは小さなスリット２２を入れ折れポイントとしたものである。このように、一つの室６を作る枠２の部分の加工作業が容易で、しかも、残部では仕切り３により押出型材１の強度が維持される。
【図面の簡単な説明】
【図１】複数の室を有する中空押出型材の端部の仕切り（リブ）への圧潰作業を示す図である。
【図２】圧漬された仕切り（リブ）の平面図である。
【図３】押出型材の端部を一つの室とした例の部分斜視図である。
【図４】軸方向圧縮荷重と変位（ストローク）との関係を示すグラフ図である。
【図５】車両のフロント部分を示す斜視図である。
【図６】枠にスリットを入れた状態を示す斜視図である。
【図７】外方へ張出した取付片とバンパリインフオースとを示す斜視図である。
【図８】枠に切り込みを入れた例を示す斜視図である。
【図９】内方へ折曲げた取付片とバンパリインフオースとを示す斜視図である。
【図１０】バンパリインフオースの端部を一つの室とした例を示す斜視図である。
【図１１】折れポイントを作る例を示した斜視図である。
【符号の説明】
１ 押出型材
２ 枠
３ 仕切り
４，６ 室
７ エネルギー吸収部材（強度部材）
８ クラッシュボックス
１５，１９ 取付片
１６，２０ 取付孔

Claims (5)

1. 枠により作られる中空部を枠と一体の仕切りにより複数の室に画定する押出型材からなり、該押出型材の少なくとも一端部の仕切りと枠との結合部を長手方向に沿って一部剪断し、剪断された部分の仕切りが該押出型材の内部へと圧漬され該一端部に一つの室を作っていることを特徴とする強度部材。
2. 一つの室を作っている枠の一端部が外力入力部を構成し、入力される外力によって該一端部が他の部分より先きに長手方向に座屈変形する、請求項１記載の車両用の強度部材。
3. 一つの室を作っている枠の一端部を内方又は外方に折曲げている請求項１記載の強度部材。
4. 一つの室を作っている枠の一端部に少なくとも一つの孔又はビードを設けている請求項１記載の強度部材。
5. 一つの室を作っている枠の一端部側が車両のバンパリインフオースに固定されかつ他端部側が車両のサイドメンバーに固定される請求項１乃至４のいずれかに記載の強度部材。

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