JP5486250B2 - 衝撃吸収具及び車両用バンパ装置 - Google Patents

Description

本発明は、衝撃吸収具及び車両用バンパ装置に関するものである。

従来、衝撃吸収具としては、加えられた荷重を軸方向に折り返すような塑性変形（いわゆるターニング変形）で吸収して衝撃エネルギーを吸収するものが提案されている（例えば特許文献１など）。

特開２００３−３１２４００号公報

ところで、こうした衝撃吸収具では、加えられた荷重によってターニング変形する際、先端部が簡易に変形することがある。図９（ａ）〜（ｃ）は、ターニング変形時の衝撃吸収具の先端部における変形態様を示す模式図である。図９（ａ）に示す衝撃吸収具９０の初期状態において、軸方向に荷重Ｆが加わると、図９（ｂ）に示すように衝撃吸収具９０の先端面をなす底部９１が陥没し、あるいは図９（ｃ）に示すように衝撃吸収具９０の底部９１との境界部９２が座屈することがある。そして、ターニング変形時にこれらの変形を伴う場合には、図１０に破線にて示すように、荷重（衝撃エネルギー）を吸収する際の立ち上がりが遅れる可能性がある。この場合、荷重吸収の立ち上がりの遅れ分だけ衝撃エネルギーの吸収が非効率になってしまう。

本発明の目的は、ターニング変形時の荷重吸収の立ち上がりを迅速化して、衝撃エネルギーをより効率的に吸収することができる衝撃吸収具及び車両用バンパ装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、車両の幅方向に延びるバンパリインホースの両端部において、該バンパリインホースと車両の前後方向に延びる一対のサイドメンバとの間にそれぞれ介在される一対の衝撃吸収具であって、円筒状の筒部と、該筒部の先端側の開口を閉塞する底部と、前記筒部の基端側に接続された環状湾曲部とを備え、軸方向に加えられた荷重を前記環状湾曲部を起点に折り返す態様の塑性変形で吸収して衝撃エネルギーを吸収する深絞り成形された衝撃吸収具において、前記筒部の軸方向に沿って設けられ、該筒部の先端部及び該先端部に繋がる前記底部の外周部を径方向内側に突出させる突部を備え、前記突部は、前記筒部の車両上下方向両側及び車両幅方向両側に配設され、前記突部は、軸方向に前記底部に向かうに従い径方向内側への突出長が増加するように傾斜されていることを要旨とする。

同構成によれば、前記突部により、前記筒部の先端部及び該先端部に繋がる前記底部の外周部を径方向内側に突出させたことで、前記底部の面剛性を増加することができる。これにより、軸方向に荷重が加わった際の前記底部の軸方向への陥没や、該底部及び前記筒部の境界部の座屈を抑制することができる。そして、ターニング変形により荷重（衝撃エネルギー）を吸収する際の立ち上がりを迅速化することができ、より効率的に衝撃エネルギーを吸収することができる。

深絞り成形された衝撃吸収具では、閉塞側である先端側が相対的に肉薄に成形される傾向にあり、その強度も徐々に低減されることが確認されている。同構成によれば、前記突部は、軸方向に前記底部に向かうに従い径方向内側への突出長が増加するように傾斜されていることで、前記筒部の強度を先端側に向かって徐々に増加することができる。従って、深絞り成形に伴い先端側に向かって徐々に薄肉に成形される前記筒部の強度を、前記突部に設定された傾斜によって補完することができ、ターニング変形による荷重（衝撃エネルギー）の吸収をより安定して行うことができる。

請求項２に記載の発明は、車両の幅方向に延びるバンパリインホースの両端部において、該バンパリインホースと車両の前後方向に延びる一対のサイドメンバとの間にそれぞれ介在される一対のクラッシュボックスを備えた車両用バンパ装置において、前記クラッシュボックスとして、請求項１に記載の衝撃吸収具を備えたことを要旨とする。

同構成によれば、ターニング変形時の荷重吸収の立ち上がりを迅速化して、衝撃エネルギーをより効率的に吸収することができるクラッシュボックスを備えた車両用バンパ装置を提供することができる。

本発明では、ターニング変形時の荷重吸収の立ち上がりを迅速化して、衝撃エネルギーをより効率的に吸収することができる衝撃吸収具及び車両用バンパ装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態を示す断面図。 （ａ）（ｂ）は、同実施形態を示す斜視図及び平面図であり、（ｃ）（ｄ）は、（ｂ）（ｃ）のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線に沿った断面図。 深絞り成形されたクラッシュボックスを軸方向に複数領域に分けてなる測定位置を示す断面図。 図３における測定位置と板厚との関係を示すグラフ。 図３における測定位置と硬度との関係を示すグラフ。 縦割れの有無による変形量と荷重との関係を示すグラフ。 粒界を示す説明図。 本発明の変形形態を示す斜視図。 （ａ）〜（ｃ）は、従来の衝撃吸収具の先端部における変形態様を示す模式図。 変形量と荷重との関係を示すグラフ。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図面に従って説明する。
図１は、自動車などの車両のフロント部分に適用される本実施形態に係る車両用バンパ装置を示す断面図である。なお、この車両用バンパ装置は、車両幅方向で対称（左右対称）であるため、その一側（車両前方に向かって左側半分）の構造を割愛して描画している。

同図に示されるように、車両幅方向両側には、例えば金属板からなり、断面略四角形の中空構造を有して車両前後方向に延びる一対のサイドメンバ１１が配設されている。これらサイドメンバ１１は、ボデーの一部を構成する。

そして、車両用バンパ装置は、サイドメンバ１１の前端に取着され、ＳＰＣ２７０材又はＳＣＧＡ２７０材からなる板厚１．２ｍｍの鋼板にて深絞り成形された衝撃吸収具としてのクラッシュボックス１２を備える。このクラッシュボックス１２は、車両前後方向に延びる円筒状の筒部２１と、該筒部２１の先端側（前側）の開口を閉塞する底部２２と、筒部２１の基端側（後側）に接続された環状湾曲部２３と、該環状湾曲部２３から軸方向に対し直交する面上に広がる略四角枠状の取付部２４とを一体的に有しており、該取付部２４においてサイドメンバ１１の前端に、例えばボルト−ナット締結にて固定される。なお、環状湾曲部２３は、筒部２１の外周側で、取付部２４よりも後側に凹んでサイドメンバ１１内に収まる環状の溝形状を呈している。

また、車両用バンパ装置は、例えば金属板からなり、車両幅方向に延在するとともに外車両幅方向両端部において前記クラッシュボックス１２の前端部にそれぞれ取着されるバンパリインホース１３を備える。このバンパリインホース１３は、クラッシュボックス１２の底部２２に、例えばボルト−ナット締結にて固定される。

ここで、図２（ａ）〜（ｄ）に併せ示すように、各クラッシュボックス１２は、筒部２１の軸方向に沿って設けられ、該筒部２１の先端部及び該先端部に繋がる底部２２の外周部を径方向内側に突出させる複数（本実施形態では４つ）の突部２５を備える。これら突部２５は、周方向に等角度（本実施形態では９０°）間隔で配設されている。これら突部２５により、底部２２の面剛性が増加されて、クラッシュボックス１２がターニング変形する際の先端部の簡易な変形（図９（ｂ）（ｃ）参照）が抑制されるようになっている。なお、各突部２５は、径方向内側に湾出する断面略円弧状に成形されている。また、各突部２５は、軸方向に底部２２に向かうに従い径方向内側への突出長が増加するように傾斜されており、基端側（後側）に向かって徐々に尖鋭となる略円錐形状を呈している。これは、クラッシュボックス１２を深絞り成形する際に、閉塞側である先端側（底部２２側）が相対的に肉薄に成形される傾向にあり、且つ、その硬度も徐々に低減される傾向にあることに対応して、その強度の低減分を補完するためである。

詳述すると、図３は、深絞り成形のクラッシュボックスを軸方向に分割した複数の測定位置を示しており、図４及び図５は、各測定位置と板厚及び硬度との関係をそれぞれ示すグラフである。図４及び図５に示すように、深絞り成形のクラッシュボックスでは、先端部（主に測定位置Ｐ２〜Ｐ４）の方が、基端部に比べて板厚が薄く、硬度が低くなる傾向にあることがわかる。これにより、クラッシュボックスの強度も先端側に向かって徐々に低減されることになる。本実施形態では、各突部２５に前述の傾斜を設定することで、クラッシュボックス１２の強度を先端側に向かって徐々に増加する。これにより、クラッシュボックス１２の強度が軸方向でより均等化される。

次に本実施形態の動作について説明する。図１に示すように、車両の衝突等により前方から衝撃が加えられると、この衝撃は、バンパリインホース１３及び両クラッシュボックス１２を介してサイドメンバ１１（ボデー）に伝達される。このとき、バンパリインホース１３とともに両クラッシュボックス１２が塑性変形することで、ボデー及び乗員へと伝達される衝撃を緩衝する。

この際、クラッシュボックス１２は、加えられた荷重Ｆ（軸圧縮荷重）に対し前記環状湾曲部２３を起点に筒部２１をサイドメンバ１１内に折り返すような塑性変形（ターニング変形）によって衝撃エネルギーを吸収する。つまり、環状湾曲部２３は、ターニング変形の起点となる応力集中部として機能する。このとき、クラッシュボックス１２は、突部２５により面剛性が増加されていることで、底部２２の軸方向への陥没や、該底部２２及び筒部２１の境界部の座屈を抑制して、応力集中部として機能する環状湾曲部２３に荷重Ｆを集中させることができる。以上により、図１０に実線にて示すように、クラッシュボックス１２がターニング変形により荷重（衝撃エネルギー）を吸収する際の立ち上がりを迅速化することができ、ひいては衝撃エネルギーの吸収をより効率的に行うことができる。

（１）本実施形態では、突部２５により、筒部２１の先端部及び該先端部に繋がる底部２２の外周部を径方向内側に突出させたことで、底部２２の面剛性を増加することができる。これにより、軸方向に荷重Ｆが加わった際の底部２２の軸方向への陥没や、該底部２２及び筒部２１の境界部の座屈を抑制することができる。そして、ターニング変形により荷重Ｆ（衝撃エネルギー）を吸収する際の立ち上がりを迅速化することができ、より効率的に衝撃エネルギーを吸収することができる。

特に、深絞り成形されたクラッシュボックス１２では、閉塞側である先端側が相対的に肉薄に成形される傾向にあり、その強度（硬さ）も徐々に低減されることが確認されているが、突部２５によって筒部２１の先端部の強度を増加することができる。

（２）本実施形態では、突部２５は、軸方向に底部２２に向かうに従い径方向内側への突出長が増加するように傾斜されていることで、筒部２１の強度を先端側に向かって徐々に増加することができる。従って、深絞り成形に伴い先端側に向かって徐々に薄肉に成形される筒部２１の強度を、突部２５に設定された傾斜によって補完することができ、ターニング変形による荷重Ｆ（衝撃エネルギー）の吸収をより安定して行うことができる。

（３）本実施形態では、ターニング変形時の荷重吸収の立ち上がりを迅速化して、衝撃エネルギーをより効率的に吸収することができるクラッシュボックス１２を備えた車両用バンパ装置を提供することができる。

（第２の実施形態）
以下、本発明を具体化した第２の実施形態を図面に従って説明する。なお、第２の実施形態は、クラッシュボックス１２の素材である鋼板（ＳＰＣ２７０材又はＳＣＧＡ２７０材の鋼板）の材料特性を改善するために、ホウ素を添加したことが前記第１の実施形態と異なる構成である。

すなわち、ＳＰＣ２７０材又はＳＣＧＡ２７０材の鋼板にて成形された深絞り成形のクラッシュボックス１２では、ターニング変形時に筒部２１の折返しの外周側に縦割れが生じることがある。そして、このような縦割れが生じた場合には、衝撃エネルギーの吸収が非効率になることが確認されている。

図６は、ターニング変形時の縦割れの有無による変形量と荷重との関係を示すグラフである。同図に示されるように、ターニング変形時に縦割れが生じた場合（破線にて図示）には、縦割れが生じなかった場合（実線にて図示）に比べて荷重吸収の立ち上がりが遅く、且つ、塑性変形の変形量が大きくなるに従って吸収する荷重が小さくなる（不安定になる）ことが確認される。つまり、縦割れがある場合に縦割れがない場合と同じ衝撃吸収量を確保するためには、より多くの変形量が必要とされることになる。

このような縦割れは、図７に示すように、鋼板内部で生じる粒界の破壊が原因であることが知られている。すなわち、深絞り用の素材であるＳＰＣ２７０材又はＳＣＧＡ２７０材の鋼板（極低炭素ＩＦ鋼板）にて成形されたクラッシュボックス１２では、固溶炭素がないことから粒界強度が低く、ターニング変形時の縦割れの原因になり得ることが確認されている。

そこで、本実施形態では、粒界強度を増加すべく、板厚１．２ｍｍのＳＰＣ２７０材又はＳＣＧＡ２７０材にホウ素を添加してなる鋼板にてクラッシュボックス１２を成形している。具体的には、ホウ素添加量として、３〜８［ｐｐｍ］の範囲が設定されている。この添加量の範囲は、鋼板の板厚を１．２ｍｍに設定したとして、深絞り成形し得る硬さの範囲で粒界強度を増加するように設定されている。

ホウ素が未添加（添加量が０［ｐｐｍ］）では、前記したように縦割れが生じて性能の要求を満足しないことが確認されている。一方、ホウ素添加量が１０［ｐｐｍ］では、鋼板が硬くなり過ぎて深絞り成形が困難となり、製作技術の要求を満足しないことが確認されている。以上のことから、性能及び制作技術の要求を共に満足するホウ素添加量は３〜８［ｐｐｍ］である。よって、本実施形態では、ホウ素添加量として３〜８［ｐｐｍ］が設定されている。これにより、ターニング変形時の縦割れを抑制することができるクラッシュボックス１２を深絞り成形によって容易に製造することができる。

以上詳述したように、本実施形態によれば、前記第１の実施形態と同様の効果に加えて、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）本実施形態では、クラッシュボックス１２は、ＳＰＣ２７０材又はＳＣＧＡ２７０材にホウ素を添加してなる鋼板にて成形されていることで、クラッシュボックス１２の粒界強度を増加することができる。これにより、ターニング変形時に生じる縦割れを抑制することができ、より効率的に衝撃エネルギーの吸収を行うことができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・図８に示す車両用バンパ装置に本発明を適用してもよい。すなわち、この車両用バンパ装置において、前記各サイドメンバ１１の前端には、該サイドメンバ１１の開口部を閉塞する態様で、例えば金属板からなるラジエータサポートサイド８２が溶接にて固着されている。そして、各ラジエータサポートサイド８２の前面には、例えば金属板からなり、断面略四角形の中空構造を有して車両の前後方向に延びる第１クラッシュボックス８３が取着されている。この第１クラッシュボックス８３は、前後方向の中心線がサイドメンバ１１の前後方向の中心線と一致するように配置されており、その後端に溶接にて固着されたブラケット８４において、ラジエータサポートサイド８２に取着されている。一対の第１クラッシュボックス８３は、加えられた荷重を軸方向の塑性変形（蛇腹変形）で吸収して衝撃エネルギーを吸収する。そして、各第１クラッシュボックス８３の前端には、車両の幅方向に延びる第１バンパリインホース８５が取着されている。

一方、各ラジエータサポートサイド８２は、前記ブラケット８４の下側に、前後方向に貫通する円形の貫通孔（図示略）を有する。そして、各ラジエータサポートサイド８２の前面には、前記クラッシュボックス１２が前記貫通孔の中心線に沿って配置・取着されている。このクラッシュボックス１２は、平面視おいて前後方向の中心線が前記第１クラッシュボックス８３（及びサイドメンバ１１）の前後方向の中心線と一致するように配置されている。この場合、クラッシュボックス１２は、前記実施形態に準じて（図１参照）、前記環状湾曲部２３が前記貫通孔内に収まる態様で、前記取付部２４においてラジエータサポートサイド８２の前面に、例えばボルト−ナット締結にて固定される。そして、各クラッシュボックス１２の前端には、車両の幅方向に延びるバンパリインホース８８が取着されている。つまり、この車両用バンパ装置では、クラッシュボックス１２は、ラジエータサポートサイド８２を介してバンパリインホース８８とサイドメンバ１１との間に介在されている。

・前記実施形態において、突部２５の個数は３つ以下であってもよいし、５つ以上であってもよい。また、これら突部２５を必ずしも等角度間隔で配置する必要もなく、例えば想定する荷重の特性に合わせて偏在するように配置してもよい。

・前記実施形態において、基端側（後側）に向かって徐々に尖鋭となる略多角錐形状を呈する突部であってもよい。あるいは、軸方向略全長に亘って径方向内側への突出長が一定な略円柱形状又は略多角柱形状を呈する突部であってもよい。

・前記実施形態において、環状湾曲部２３又は筒部２１の円筒形状は、若干の扁平を有する円筒形状（楕円筒形状、扁平円筒形状）を含む概念である。
・本発明に係る衝撃吸収具を、例えばサイドメンバ１１などその他の衝撃吸収用のフレームに適用してもよい。

・本発明は、車両のリヤ部分に適用してもよい。

１２…クラッシュボックス（衝撃吸収具）、２１…筒部、２２…底部、２３…環状湾曲部、２５…突部。

Claims (2)

1. 車両の幅方向に延びるバンパリインホースの両端部において、該バンパリインホースと車両の前後方向に延びる一対のサイドメンバとの間にそれぞれ介在される一対の衝撃吸収具であって、
   円筒状の筒部と、該筒部の先端側の開口を閉塞する底部と、前記筒部の基端側に接続された環状湾曲部とを備え、軸方向に加えられた荷重を前記環状湾曲部を起点に折り返す態様の塑性変形で吸収して衝撃エネルギーを吸収する深絞り成形された衝撃吸収具において、
   前記筒部の軸方向に沿って設けられ、該筒部の先端部及び該先端部に繋がる前記底部の外周部を径方向内側に突出させる突部を備え、
   前記突部は、前記筒部の車両上下方向両側及び車両幅方向両側に配設され、
   前記突部は、軸方向に前記底部に向かうに従い径方向内側への突出長が増加するように傾斜されていることを特徴とする衝撃吸収具。
2. 車両の幅方向に延びるバンパリインホースの両端部において、該バンパリインホースと車両の前後方向に延びる一対のサイドメンバとの間にそれぞれ介在される一対のクラッシュボックスを備えた車両用バンパ装置において、
   前記クラッシュボックスとして、請求項１に記載の衝撃吸収具を備えたことを特徴とする車両用バンパ装置。

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