JP5507971B2 - 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、加えられた荷重を軸方向に折り返す態様の塑性変形（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には、テーパ部（３）を介して、小径部（２ａ）と大径部（２ｂ）とが連続する金属管からなる衝撃吸収具が記載されている。大径部の長さは、小径部の長さの略１／２に設定されており、テーパ部を起点にターニング変形する小径部が大径部内に収まることで、ターニング変形を許容するために要する衝撃吸収具（大径部）後方のスペースが解消されている。

特開２００６−８０８８号公報（第１−９図）

ところで、特許文献１では、例えば衝撃吸収具にその軸方向に対し傾斜する方向から荷重が加わるなど、該衝撃吸収具の大径部が変形して小径部のターニング変形が不安定になると、衝撃エネルギーの吸収が非効率になる可能性がある。

本発明の目的は、ターニング変形をより安定化して、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、円筒状の小径部及び該小径部に環状段差部を介して拡開されて接続される円筒状の大径部を備え、加えられた荷重を前記環状段差部を起点に前記小径部を前記大径部内に折り返す塑性変形で吸収して衝撃エネルギーを吸収する衝撃吸収具において、前記小径部は、前記大径部に対して前記バンパリインホース側に配置され、前記大径部には、軸方向に延在して径方向外側に突出する突部が設けられるとともに、前記大径部には、該大径部の径方向外側に延出し、前記サイドメンバに固定される取付部が一体形成され、前記大径部の軸方向に延在する前記突部は、前記取付部まで連続して延在し、前記大径部の軸方向における前記突部の前記取付部側の端部は、前記取付部に形成されることを要旨とする。

同構成によれば、前記大径部に前記突部を設けたことで、その剛性を増大することができる。従って、衝撃エネルギーの吸収時、前記小径部が前記大径部内に折り返す際に、前記大径部の変形を抑制することができ、前記小径部のターニング変形をより安定化して、衝撃エネルギーをより効率的に吸収することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の衝撃吸収具において、前記突部及び前記取付部は、前記大径部における車両幅方向両側の角度位置にのみ配置されることを要旨とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の衝撃吸収具において、前記環状段差部は、周方向全長に亘って軸方向に前記大径部側に凹んで前記小径部の前記塑性変形を促進する溝部を有することを要旨とする。

同構成によれば、前記環状段差部の前記溝部により、前記小径部のターニング変形（塑性変形）が促進されることで、該ターニング変形によって吸収される荷重の立ち上がりをより迅速化して衝撃エネルギーを更に効率的に吸収することができる。特に、衝撃吸収具の軸線に対し斜めから荷重が加わる場合など、前記小径部に径方向の分力が作用する場合であっても、該小径部のターニング変形をより安定化することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の衝撃吸収具において、前記小径部の先端側の開口端を閉塞して、取付対象物に取着される蓋部を一体的に有することを要旨とする。

同構成によれば、衝撃吸収具（小径部）を取付対象物に取着する際、前記小径部の先端側の開口端に取付用の板（ブラケット）を別途、溶接などで接合する必要がないため、部品点数を削減することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の衝撃吸収部を、前記バンパリインホースと前記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として備える車両用バンパ装置において、前記バンパリインホースの車両幅方向中央部は車両幅方向に延在し、前記バンパリインホースの車両幅方向両端部には、車両幅方向外側に向かうに従い車両前後方向後側に配置されるように曲成された傾斜部が形成されており、前記バンパリインホースの車両幅方向外側の先端部は、前記バンパリインホースの車両幅方向中央部の延在方向に沿って延在することを要旨とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の車両用バンパ装置において、前記バンパリインホースは、前記小径部の先端に取着され、車両の幅方向に延びる本体壁部と、前記本体壁部の上端及び下端にそれぞれ連続して車両の前後方向に前記大径部側に屈曲され、前記クラッシュボックスの塑性変形時に前記大径部を挟み入れる一対の対向壁部とを有することを要旨とする。

同構成によれば、前記バンパリインホースは、前記一対の対向壁部を具備することで、前記クラッシュボックスの長さを確保する（長さを延ばす）ことができ、より多くの衝撃エネルギーを吸収することができる。また、衝突後に前記バンパリインホースの「コ」字状内部に前記クラッシュボックスが収まることにより、該クラッシュボックスの変形量を有効活用することができる。

本発明では、ターニング変形をより安定化して、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。

本発明の一実施形態を示す平面図。 図１のＡ−Ａ線に沿った断面図。 同実施形態を示す斜視図。 同実施形態の動作を示す断面図。 変形量と荷重との関係を示すグラフ。

以下、本発明を具体化した一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平面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。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（車両の前方に向かって右側半分）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。なお、各サイドメンバ１１の前端には、例えば金属板からなる略四角形のブラケット１２が溶接にて固着されている。

車両用バンパ装置は、例えば金属板（ＳＰＣ２７０、ＳＣＧＡ２７０材など）の深絞り材からなり車両前後方向に延びて前記各ブラケット１２の前面に取着される衝撃吸収具としてのクラッシュボックス１３を備える。各クラッシュボックス１３は、円筒状の小径部２１、該小径部２１に環状段差部２２を介して拡開されて接続される円筒状の大径部２３及び前記小径部２１の先端側（前側）の開口端を閉塞する円盤状の蓋部２４を一体的に備えており、車両前後方向の中心線が前記サイドメンバ１１の車両前後方向の中心線と一致するように配置されている。これら小径部２１及び大径部２３は、外径Ｒ１及び外径Ｒ２（＞Ｒ１）をそれぞれ有して同心円上に配置されている。また、小径部２１の軸方向の長さＬ１は、その半分の長さ（＝Ｌ１／２）が大径部２３の軸方向の長さＬ２と略同等に設定されている（Ｌ１／２≒Ｌ２）。なお、環状段差部２２は、断面形状において内周側が外周側よりも後側に突出するように車両前後方向に折り返す態様で曲成されており、内周側に溝部２２ａを形成する。従って、溝部２２ａは、周方向全長に亘って軸方向に大径部２３側に凹んでいる。溝部２２ａは、小径部２１の塑性変形（ターニング変形）を促進するためのものである。

大径部２３の後端には、その所定角度位置（例えば本実施形態では、車両幅方向両側の２箇所の角度位置）で径方向外側に延出する複数（例えば２つ）の板状の取付部２５が一体形成されている。各クラッシュボックス１３は、これら取付部２５ともども前記ブラケット１２を貫通するボルトＢ１のねじ部にナットが締め付けられることで該ブラケット１２（サイドメンバ１１）に固定されている。なお、蓋部２４には、複数（例えば本実施形態では４つ）の取付孔２４ａが形成されている。これら取付孔２４ａは、上下左右に並設される態様で対称配置されている。

また、車両用バンパ装置は、例えばアルミニウム合金の押出材からなり、車両幅方向に延在するとともに該車両幅方向両端部において前記両クラッシュボックス１３の蓋部２４にそれぞれ取着されるバンパリインホース１６を備える。このバンパリインホース１６は、前記大径部２３の外径Ｒ２よりも大きい車両上下方向の幅を有して車両幅方向に延在する長尺状の本体壁部３１を有するとともに、該本体壁部３１の上端及び下端にそれぞれ連続して車両の前後方向に前記大径部２３側に屈曲された一対の対向壁部３２，３３を有する。つまり、バンパリインホース１６は、クラッシュボックス１３側に開いた略コの字の一定断面形状（開断面形状）を有している。なお、図１に示されるように、バンパリインホース１６の両端部には、外側に向かうに従い後側に配置されるように曲成された傾斜部１６ａが形成されており、該傾斜部１６ａを挟んでその車両幅方向外側の先端部１６ｂは、車両幅方向中央部よりも車両後側で当該方向に延在する。つまり、バンパリインホース１６の各端部は、平面視においていわゆる２段逆曲げの形状を呈する。バンパリインホース１６（先端部１６ｂ）は、本体壁部３１の車両上下方向中央部で蓋部２４に当接しており、本体壁部３１ともども蓋部２４（取付孔２４ａ）を貫通するボルトＢ２のねじ部にナットが締め付けられることで該蓋部２４（クラッシュボックス１３）に固定されている。

図３は、クラッシュボックス１３を示す斜視図である。同図に示されるように、クラッシュボックス１３の大径部２３には、前記取付部２５に対応する車両幅方向両側の角度位置で、径方向外側に突出するビード状の複数（例えば各側に３つ、合計６つ）の突部２６が設けられている。各側に配設されたこれらの突部２６は、等角度間隔に離隔配置され、大径部２３の軸方向略全長に亘って車両前後方向に延在する。各突部２６は、大径部２３の剛性を増大して小径部２１による衝撃エネルギーの吸収時の変形を抑制するためのものである。

次に、本実施形態の動作について説明する。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１６及び両クラッシュボックス１３を介して両サイドメンバ１１（ボデー）に伝達される。このとき、バンパリインホース１６とともに両クラッシュボックス１３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。

すなわち、図４に示すように、各クラッシュボックス１３は、加えられた荷重（軸圧縮荷重）を前記環状段差部２２（溝部２２ａ）を起点に小径部２１を大径部２３内に折り返す態様の塑性変形（ターニング変形）で吸収して衝撃エネルギーを吸収する。つまり、環状段差部２２は、ターニング変形の起点となる応力集中部を形成する。特に、溝部２２ａにより小径部２１のターニング変形（塑性変形）が促進されることで、ターニング変形によって吸収される荷重の立ち上がりがより迅速化される。図５は、衝撃エネルギーの吸収時のクラッシュボックス１３単品での変形量（ストローク）に対する荷重の推移を示すグラフである。同図には、溝部２２ａを割愛したテーパ状の環状段差部を備えることを除き同等の構造を有する従来のクラッシュボックスの推移を２点鎖線にて併せ描画している。同図から明らかなように、本実施形態のクラッシュボックス１３では、従来のクラッシュボックスに対しターニング変形（塑性変形）時の荷重の立ち上がりがより迅速化され、衝撃エネルギーをより効率的に吸収できることが確認される。

一方、大径部２３は、その内周側に小径部２１の軸方向への折り返しを許容する空間Ｓを形成する。このとき、突部２６により大径部２３の剛性が増大されていることで、該大径部２３の変形が抑制され、小径部２１のターニング変形がより安定化される。そして、小径部２１が最大限にターニング変形した際、長さＬ２（図２参照）の大径部２３内に変形後の長さＬ１／２（＝Ｌ２）の小径部２１が完全に収まる。

さらに、バンパリインホース１６は、一対の対向壁部３２，３３を具備することで、クラッシュボックス１３の長さを確保する（長さを延ばす）ことができ、より多くの衝撃エネルギーを吸収することができる。また、衝突後にバンパリインホース１６の「コ」字状内部にクラッシュボックス１３が収まることにより、該クラッシュボックス１３の変形量を有効活用することができる。また、例えば、クラッシュボックス１３が塑性変形を開始し、バンパリインホース１６の対向壁部３２，３３がクラッシュボックス１３の大径部２３と重なり始めると、大径部２３の外周面の上下方向が対向壁部３２，３３に囲われた状態となる。よって、このような状態においては、たとえ大径部２３に倒れが生じても該対向壁部３２，３３によって大径部２３が支えられることになり、該倒れを抑制することも期待できる。

さらに、車両前後方向に対し斜めから障害物Ｂ（図１参照）と衝突した場合など、クラッシュボックス１３の軸線に対し斜めから荷重が加わる場合、小径部２１に径方向の分力が作用することになるが、溝部２２ａにより小径部２１のターニング変形が促進されることで、該小径部２１のターニング変形がより安定化される。特に、バンパリインホース１６は、傾斜部１６ａを介して車両幅方向中央部よりも先端部１６ｂの方が車両後側に配置されていることで、仮に障害物Ｂに傾斜部１６ａを挟んだ２点で衝突した場合（例えば車両幅方向に対し１０［°］の角度で衝突した場合）には、クラッシュボックス１３の車両幅方向中心に対しその両側に荷重が加わることで、該クラッシュボックス１３の基端に作用する力のモーメントの一部を相殺することができる。これにより、クラッシュボックス１３の横倒れを抑制することができ、ひいては衝撃エネルギーをより安定的に吸収することができる。

次に、本実施形態のクラッシュボックス１３の製造法について概略的に説明する。既述のように、クラッシュボックス１３は、金属板の深絞り材からなり、深絞り成形に係る各種金型によるプレス加工を順次経ることで、小径部２１、大径部２３（突部２６）、蓋部２４及び取付部２５の一体化された概ね外形の完成した素材（ワーク）が製造される。ただし、この段階では、深絞り成形の制約から、環状段差部２２に相当するテーパ形状が成形されるのみである。続いて、小径部２１の外周面をテーパ形状（環状段差部２２）に向かって摺動する円環状の金型及び大径部２３の内周面をテーパ形状（環状段差部２２）に向かって摺動する円環状（又は円柱状）の金型によるその後のプレス加工を経ることで、環状段差部２２（溝部２２ａ）が形成されて、クラッシュボックス１３が完成する。従って、環状段差部２２は、深絞り成形に係る一連のプレス加工の流れに緊密な別のプレス加工に経ることで、製造工数の増大を抑制しつつ成形可能である。

以上詳述したように、本実施形態によれば、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、大径部２３に突部２６を設けたことで、その剛性を増大することができる。従って、衝撃エネルギーの吸収時、小径部２１が大径部２３内に折り返す際に、大径部２３の変形を抑制することができ、小径部２１のターニング変形をより安定化して、衝撃エネルギーをより効率的に吸収することができる。

（２）本実施形態では、環状段差部２２の溝部２２ａにより、小径部２１のターニング変形（塑性変形）が促進されることで、該ターニング変形によって吸収される荷重の立ち上がりをより迅速化して衝撃エネルギーを更に効率的に吸収することができる。特に、クラッシュボックス１３の軸線に対し斜めから荷重が加わる場合など、小径部２１に径方向の分力が作用する場合であっても、該小径部２１のターニング変形をより安定化することができる。

（３）本実施形態では、クラッシュボックス１３（小径部２１）に蓋部２４が一体形成されており、クラッシュボックス１３を取付対象物（バンパリインホース１６）に取着する際、小径部２１の先端側の開口端に取付用の板（ブラケット）を別途、溶接などで接合する必要がないため、部品点数を削減することができる。

（４）本実施形態では、クラッシュボックス１３の深絞り成形に際し、その素材となる板材の一部をフランジ状に残して、大径部２３を取付対象物（サイドメンバ１１）に取着するための取付部２５とすることで、大径部２３の開口端に取付用の板（ブラケット）を別途、溶接などで接合する必要がなくなり、部品点数を削減することができる。また、金型による深絞り成形の一連の工程に併せて環状段差部２２の溝部２２ａ及び蓋部２４を成形することができ、例えば独立した別工程で溝部２２ａ及び蓋部２４を成形する場合に比べて製造工数を削減できる。

（５）本実施形態では、ターニング変形をより安定化して、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１３を備えた車両用バンパ装置を提供することができる。

（６）本実施形態では、バンパリインホース１６は、一対の対向壁部３２，３３を具備することで、クラッシュボックス１３の長さを確保する（長さを延ばす）ことができ、より多くの衝撃エネルギーを吸収することができる。また、衝突後にバンパリインホース１６の「コ」字状内部にクラッシュボックス１３が収まることにより、該クラッシュボックス１３の変形量を有効活用することができる。

（７）本実施形態では、バンパリインホース１６は、平面視において2段逆曲げ形状となることで、その曲げ強度を向上することができる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。

・前記実施形態において、クラッシュボックス１３（大径部２３）の突部２６の個数及びその配置は一例である。例えば突部２６を大径部２３の全周に亘って間欠的（例えば等角度間隔等）に配設してもよい。

・前記実施形態において、小径部２１又は大径部２３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。
・前記実施形態において、クラッシュボックス１３は、鉄プレス材やロール成形材、アルミニウム合金等の軽金属の押出材であってもよい。

・前記実施形態においては、両対向壁部３２，３３により塑性変形するクラッシュボックス１３を上下で支えたが、これに代えて、若しくはこれに加えて、例えば車両幅方向に並設された一対の対向壁部により、塑性変形するクラッシュボックス１３を左右で支えるように変更してもよい。

・前記実施形態において、バンパリインホース１６は、鉄プレス材やロール成形材であってもよい。
・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。

１１…サイドメンバ、１３…クラッシュボックス（衝撃吸収具）、１６…バンパリインホース、２１…小径部、２２…環状段差部、２３…大径部、２４…蓋部，２５…取付部、２６，２６ａ，２６ｂ…突部、３１…本体壁部、３２，３３…対向壁部。

Claims (6)

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、
   円筒状の小径部及び該小径部に環状段差部を介して拡開されて接続される円筒状の大径部を備え、加えられた荷重を前記環状段差部を起点に前記小径部を前記大径部内に折り返す塑性変形で吸収して衝撃エネルギーを吸収する衝撃吸収具において、
   前記小径部は、前記大径部に対して前記バンパリインホース側に配置され、
   前記大径部には、軸方向に延在して径方向外側に突出する突部が設けられるとともに、前記大径部には、該大径部の径方向外側に延出し、前記サイドメンバに固定される取付部が一体形成され、
   前記大径部の軸方向に延在する前記突部は、前記取付部まで連続して延在し、前記大径部の軸方向における前記突部の前記取付部側の端部は、前記取付部に形成されることを特徴とする衝撃吸収具。
2. 請求項１に記載の衝撃吸収具において、
   前記突部及び前記取付部は、前記大径部における車両幅方向両側の角度位置にのみ配置されることを特徴とする衝撃吸収具。
3. 請求項１又は２に記載の衝撃吸収具において、
   前記環状段差部は、周方向全長に亘って軸方向に前記大径部側に凹んで前記小径部の前記塑性変形を促進する溝部を有することを特徴とする衝撃吸収具。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の衝撃吸収具において、
   前記小径部の先端側の開口端を閉塞して、取付対象物に取着される蓋部を一体的に有することを特徴とする衝撃吸収具。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の衝撃吸収部を、前記バンパリインホースと前記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として備える車両用バンパ装置において、
   前記バンパリインホースの車両幅方向中央部は車両幅方向に延在し、
   前記バンパリインホースの車両幅方向両端部には、車両幅方向外側に向かうに従い車両前後方向後側に配置されるように曲成された傾斜部が形成されており、前記バンパリインホースの車両幅方向外側の先端部は、前記バンパリインホースの車両幅方向中央部の延在方向に沿って延在することを特徴とする車両用バンパ装置。
6. 請求項５に記載の車両用バンパ装置において、
   前記バンパリインホースは、
   前記小径部の先端に取着され、車両の幅方向に延びる本体壁部と、
   前記本体壁部の上端及び下端にそれぞれ連続して車両の前後方向に前記大径部側に屈曲され、前記クラッシュボックスの塑性変形時に前記大径部を挟み入れる一対の対向壁部とを有することを特徴とする車両用バンパ装置。

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