JP5600420B2 - 車両用衝撃吸収具及び車両用バンパ装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用衝撃吸収具及び車両用バンパ装置に関するものである。

図８に示すように、自動車などに搭載される車両用衝撃吸収具としてのクラッシュボックス８０は、車両幅方向に延びるバンパリインホース１６の端部と車両前後方向に延びるサイドメンバ１１との間に介在されている。このクラッシュボックス８０は、例えば車両衝突に伴い軸方向に圧縮する衝撃荷重（軸圧縮荷重）を受けた際に、軸圧縮変形、いわゆる蛇腹変形することで衝撃エネルギーを吸収する。

ところで、こうしたクラッシュボックス８０は、軸方向に延びる稜線の数（断面における頂点の数）を増やすべくその筒形状を多角化させることが提案されている（例えば特許文献１では１６角形、特許文献２では２０角形など、図４参照）。これは、多角化に伴い軸圧縮時の荷重（潰れ荷重）が増加することで、その分、板厚の薄肉化が図れることによる。また、クラッシュボックスの断面における一辺長が短縮されることで、蛇腹変形時における各辺の座屈波長が短くなり、その分、軸圧縮時の荷重の落ち込みが低減されて、エネルギー吸収効率（以下、「ＥＡ効率」ともいう）を高められることによる。

図９は、多角化したクラッシュボックスの変形量と荷重との関係を示すグラフである。同図では、通常のクラッシュボックスの変形量と荷重との関係を破線にて併せて描画している。同図から明らかなように、多角化に伴って軸圧縮時の荷重（潰れ荷重）が増加され、且つ、その落ち込みが低減されていることが確認される。

特開２００８−１８７９２号公報 特開２００９−１６８１１５号公報

ところで、図８に示すように、例えば車両が障害物Ｓに斜突するなど、クラッシュボックス８０の軸方向（車両前後方向）に対し斜めから荷重Ｆが入力されたとする。この場合、特許文献１，２のクラッシュボックスでは、多角化に伴う断面形状の外形縮小によって断面二次モーメントが低下していることで、サイドメンバ１１側である基端側（根本側）を支点とする横倒れが発生しやすくなる（図４参照）。既述のように、これらのクラッシュボックスでは、軸圧縮時の荷重（潰れ荷重）の増加に伴って板厚の薄肉化が図られていることから局部変形が起こりやすく、横倒れがより一層発生しやすくなっている。

本発明の目的は、蛇腹変形に伴う衝撃エネルギーの吸収を効率的に行いつつ、軸方向に対し斜めから荷重が入力された際の横倒れを抑制することができる車両用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、車両幅方向に延びるバンパリインホースの端部において、該バンパリインホースと車両前後方向に延びるサイドメンバとの間に介在され、軸圧縮荷重を蛇腹変形で吸収して衝撃エネルギーを吸収する車両用衝撃吸収具において、本体部は、前記サイドメンバ側に形成され、車両前後方向に開口する多角筒状の基端側吸収部と、前記基端側吸収部に連続して前記バンパリインホース側に形成され、前記基端側吸収部の軸方向への投影面積内に収まるとともに、前記基端側吸収部よりも多い角数を有して車両前後方向に開口する多角筒状の先端側吸収部とを有するものであって、筒状の前記本体部は、軸方向から見て互いに対向する部材側へ延びる一対の壁部を有して前記対向する部材側に開放する一対の部材が、それら部材の開放端部を突き合わせて接合されることで構成され、前記一対の部材は、前記開放端部の接合部分において、一方の部材の壁部と他方の部材の壁部が重ね合わされ、重なる両壁部の部分において、一方の壁部が前記本体部の内側に屈曲されるとともに他方の壁部の内側において該他方の壁部に沿って該他方の壁部の基端側へ向かって延びることで、前記一対の部材は、一方の部材の壁部と他方の部材の壁部により形成される前記本体部の外側面が面一となるように構成され、前記重なる両壁部の部分は、前記本体部の車両前後方向において、前記先端側吸収部と前記基端側吸収部に亘って延び、前記本体部の前記先端側吸収部における前記バンパリインホース側の開口端の外形に合わせて成形され、その周縁に沿って前記基端側吸収部側に向かって突出する縁部壁を有する蓋部を備え、前記蓋部の前記縁部壁の内壁面を前記本体部の前記先端側吸収部の外壁面に合わせて接合されていることを要旨とする。

同構成によれば、例えば車両衝突に伴う蛇腹変形態様、即ち衝撃エネルギーの吸収特性に支配的な前記先端側吸収部を、前記基端側吸収部の軸方向への投影面積内に収め、且つ、該基端側吸収部よりも多い角数を有する多角筒状にしたことで、断面における一辺長が短縮され、蛇腹変形時における各辺の座屈波長が短くなる。これにより、前記先端側吸収部の軸圧縮時の荷重の落ち込みを低減して、エネルギー吸収効率を向上することができる。一方、前記基端側吸収部は、前記先端側吸収部よりも断面の外形が拡大され、且つ、該先端側吸収部よりも少ない角数を有する多角筒状にしたことで、相対的にその断面二次モーメントを増加することができる。これにより、例えば車両が障害物に斜突するなど、軸方向に対し斜めから荷重が入力されたとしても、前記サイドメンバ側である基端側（根本側）を支点とする横倒れを抑制することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の車両用衝撃吸収具において、前記基端側吸収部は、断面において車両上下方向及び幅方向に延びる辺を有することを要旨とする。
同構成によれば、前記基端側吸収部は、断面において車両上下方向及び幅方向に延びる辺を有することで、仮に同一の断面形状を有する多角筒を車両上下方向又は幅方向に頂点が突出するように配置した場合に比べて、車両幅方向の断面二次モーメントを大きくとることができる。従って、例えば車両が障害物に斜突するなど、軸方向に対し斜めから荷重が入力されたとしても、前記サイドメンバ側である基端側（根本側）を支点とする横倒れを更に抑制することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２記載の車両用衝撃吸収具において、前記基端側吸収部に固着されて前記サイドメンバと結合する台座部を備え、前記基端側吸収部は、四角断面であり、前記台座部は、前記基端側吸収部に嵌合して該基端側吸収部にスポット溶接にて接合される嵌合壁を有することを要旨とする。

同構成によれば、前記基端側吸収部を四角断面にすることで、断面における各辺を比較的長くできる分、スポット溶接による前記基端側吸収部及び前記台座部（嵌合壁）の溶接点を多く確保することができる。よって、前記基端側吸収部及び前記台座部の結合強度を増加することができ、且つ従来行われているアーク溶接に比べて低コスト化も図ることができる。このため、例えば車両が障害物に斜突するなど、軸方向に対し斜めから荷重が入力されたとしても、前記基端側吸収部及び前記台座部の結合状態を堅固に維持することができる。

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車両用衝撃吸収具を備えることを要旨とする車両用バンパ装置。
同構成によれば、蛇腹変形に伴う衝撃エネルギーの吸収を効率的に行いつつ、軸方向に対し斜めから荷重が入力された際の横倒れを抑制することができる車両用衝撃吸収具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、蛇腹変形に伴う衝撃エネルギーの吸収を効率的に行いつつ、軸方向に対し斜めから荷重が入力された際の横倒れを抑制することができる車両用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。 同実施形態を示す分解斜視図。 同実施形態を示す平面図及び正面図。 断面形状に違いによるＥＡ効率及び横倒れの傾向を示す説明図。 同実施形態の衝突態様を示す平面図 同実施形態の変形形態を示す分解斜視図。 同実施形態の変形形態を示す正面図。 従来形態を示す平面図。 蛇腹変形における各辺の長短による変形量と荷重との関係図。

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、各サイドメンバ１１の前端には、周縁に沿って外側に延出するフランジ状の取付部１１ａが形成されている。この取付部１１ａの前端には、車両用衝撃吸収具としてのクラッシュボックス１２が図示しない締結具（例えば、ボルト、ナット等）によって締結されるとともに、該クラッシュボックス１２の前面には、車両幅方向に延在する、例えば金属板からなるバンパリインホース１６の各端部１６ａが図示しない締結具（例えば、ボルト、ナット等）によって締結されている。

図２は、クラッシュボックス１２を示す分解斜視図である。同図に示されるように、クラッシュボックス１２は、本体部１３、台座部１４、及び蓋部１５を備えて構成されている。本体部１３は、鉄系金属からなる断面略コ字状の一対の鉄プレス材２０ａ，２０ｂを車両幅方向に突き合わせてこれらをスポット溶接することで構成されており（スポット溶接による接合点は×印で図示）、車両前後方向に開口する。この本体部１３（２０ａ，２０ｂ）の四隅は、車両前後方向中間部から先端（車両前側）に向かうに従って幅広になるように略三角形状に面取りされている。そして、本体部１３は、車両後側に略四角筒状をなす断面略一定の基端側吸収部２１を形成するとともに、該基端側吸収部２１に連続して車両前側に断面略八角筒状をなす先端側吸収部２２を形成する。なお、基端側吸収部２１は、断面における各辺が車両上下方向及び幅方向に延在するように配置されており、車両上下方向に延在する辺の長さは、幅方向に延在する辺の長さよりも短く設定されている。また、先端側吸収部２２は、車両前後方向中間部から先端（車両前側）に向かうに従って断面の外形が徐々に縮小（縮開）されている。先端側吸収部２２が、基端側吸収部２１よりも多い角数を有して該基端側吸収部２１の軸方向への投影面積内に収まっていることはいうまでもない（図３参照）。

台座部１４は、例えば金属板により前記取付部１１ａの外形に合わせて略四角板状に成形されており、その中央部に形成された略四角形の貫通孔の周縁に沿って車両前側に略四角筒状に突出する嵌合壁１４ａを有する。この嵌合壁１４ａは、その外壁面の形状が基端側吸収部２１に合わせて成形されており、基端側吸収部２１に嵌合されてスポット溶接によって固着される（スポット溶接による両者の接合点を×印でそれぞれ図示）。クラッシュボックス１２は、台座部１４において前記取付部１１ａに締結されている。

一方、蓋部１５は、例えば金属板により前記先端側吸収部２２の前端の外形に合わせて略八角板状に成形されており、その周縁に沿って車両後側に略八角筒状に突出する縁部壁１５ａを有する。この縁部壁１５ａは、その内壁面の形状が基端側吸収部２１の外壁面の形状に合わせて成形されており、先端側吸収部２２に嵌合されてスポット溶接によって固着される（スポット溶接による両者の接合点を×印でそれぞれ図示）。クラッシュボックス１２は、蓋部１５において前記バンパリインホース１６の端部１６ａに締結されている。

このような構成にあって、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、クラッシュボックス１２が蛇腹変形することで衝撃エネルギーを吸収する。本実施形態では、衝撃エネルギーの吸収特性に支配的な先端側吸収部２２を、基端側吸収部２１の軸方向への投影面積内に収め、且つ、該基端側吸収部２１よりも多い角数を有する略八角筒状にしたことで、先端側吸収部２２の軸圧縮時の荷重の落ち込みが低減され、ＥＡ効率が向上されている（図４、図９参照）。

一方、図５に示されるように、車両が障害物Ｓに斜突するなど、クラッシュボックス１２の軸方向に対し車両前方に向かって右側（例えば運転席側）寄りの斜めから荷重Ｆが入力されたとする。このとき、右側のクラッシュボックス１２には車両幅方向外側寄りでは小さく、車両幅方向内側寄りでは大きな荷重が加わる。この車両幅方向の内側と外側との荷重差により、本体部１３には、基端側吸収部２１（嵌合壁１４ａ）が支点となり車両幅方向内側に横倒れするようなモーメントＭＡが発生する。このとき、基端側吸収部２１は、先端側吸収部２２よりも断面の外形が拡大され、且つ、該先端側吸収部２２よりも少ない角数を有する略四角筒状にしたことで、断面二次モーメントが増加している。これに加え、基端側吸収部２１は、各辺が車両上下方向及び幅方向に延在するように配置されていることにより、同一断面形状を他の姿勢で配置した場合よりも車両幅方向の断面二次モーメントが増加している。これにより、右側のクラッシュボックス１２は、基端側吸収部２１（嵌合壁１４ａ）を支点とする車両幅方向内側への横倒れが抑制される。そして、横倒れの抑制されたクラッシュボックス１２は、前述の態様で蛇腹変形して衝撃エネルギーを吸収する。同様に、左側のクラッシュボックス１２には車両幅方向外側寄りでは大きく、車両幅方向内側寄りよりでは小さな荷重が加わる。この車両幅方向の内側と外側との荷重差により、本体部１３には、基端側吸収部２１（嵌合壁１４ａ）が支点となり車両幅方向外側に横倒れするようなモーメントＭＢが発生する。この場合であっても、左側のクラッシュボックス１２は、上記に準じて基端側吸収部２１（嵌合壁１４ａ）を支点とする車両幅方向内側への横倒れが抑制される。

また、各クラッシュボックス１２の基端側吸収部２１を略四角筒状にしたことにより、断面における各辺を比較的長く確保できる分、スポット溶接による該基端側吸収部２１と台座部１４（嵌合壁１４ａ）とのスポット溶接の接合点が多く確保され、基端側吸収部２１及び台座部１４の結合強度が増加されている。これにより、クラッシュボックス１２は、軸方向に対し斜めから荷重が入力されたとしても、本体部１３（基端側吸収部２１）と台座部１４との結合状態が堅固に維持される。

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、クラッシュボックス１２（１３）は、車両衝突に伴う蛇腹変形態様、即ち衝撃エネルギーの吸収特性に支配的な先端側吸収部２２を、基端側吸収部２１の軸方向への投影面積内に収め、且つ、該基端側吸収部２１よりも多い角数を有する略八角筒状にしたことで、断面における一辺長が短縮され、蛇腹変形時における各辺の座屈波長が短くなる。これにより、先端側吸収部２２の軸圧縮時の荷重の落ち込みを低減して、エネルギー吸収効率を向上することができる。一方、基端側吸収部２１は、先端側吸収部２２よりも断面の外形が拡大され、且つ、該先端側吸収部２２よりも少ない角数を有する略四角筒状にしたことで、相対的にその断面二次モーメントを増加することができる。これにより、車両が障害物Ｓに斜突するなど、軸方向に対し斜めから荷重が入力されたとしても、クラッシュボックス１２は、サイドメンバ１１側である基端側吸収部２１（嵌合壁１４ａ）を支点とする横倒れを抑制することができる。

（２）本実施形態では、基端側吸収部２１は、断面において車両上下方向及び幅方向に延びる辺を有することで、仮に同一の断面形状を有する多角筒を車両上下方向又は幅方向に頂点が突出するように配置した場合に比べて、車両幅方向の断面二次モーメントを大きくとることができる。従って、車両が障害物Ｓに斜突するなど、軸方向に対し斜めから荷重が入力されたとしても、クラッシュボックス１２は、サイドメンバ１１側である基端側吸収部２１（嵌合壁１４ａ）を支点とする横倒れを抑制することができる。

（３）本実施形態では、基端側吸収部２１を四角断面にすることで、断面における各辺を比較的長くできる分、スポット溶接による基端側吸収部２１及び台座部１４（嵌合壁１４ａ）の接合点を多く確保することができる。よって、基端側吸収部２１及び台座部１４の結合強度を増加することができ、車両が障害物Ｓに斜突するなど、軸方向に対し斜めから荷重が入力されたとしても、基端側吸収部２１及び台座部１４の結合状態を堅固に維持することができる。また、従来行われているアーク溶接による接合に比べて、低コスト化を図ることもできる。

（４）本実施形態では、クラッシュボックス１２（１３）は、鉄プレス材２０ａ，２０ｂは車両上下方向に重ねられる突き合わせ面をスポット溶接してなる。この場合、スポット溶接により鉄プレス材２０ａ，２０ｂの支えられる荷重が低下するため、その分、板厚を厚くする必要があるものの、断面における辺の長さが相対的に短い上下で接合したため、例えば断面における辺の長さが相対的に長い左右で接合する場合に比べてその荷重の低下を抑制することができ、必要な板厚量の増加を少なくすることができる。

（５）本実施形態では、軸方向に対し斜めから荷重が入力された際、エネルギー吸収効率を向上するとともに、基端側吸収部２１（嵌合壁１４ａ）を支点とする横倒れを抑制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。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・図６及び図７に示すクラッシュボックス６０を採用してもよい。すなわち、このクラッシュボックス６０は、本体部６１、台座部６５及び蓋部６６を備えて構成される。本体部６１は、鉄系金属からなる断面略コ字状の一対の鉄プレス材６１ａ，６１ｂを車両幅方向に突き合わせてこれらをスポット溶接することで構成されており（スポット溶接による接合点は×印で図示）、車両前後方向に開口する。この本体部６１（６１ａ，６１ｂ）の車両幅方向の側面は、車両前後方向中間部から先端（車両前側）に向かうに従って軸線側に深くなるように凹設されている。そして、本体部６１は、車両後側に略八角筒状をなす断面略一定の基端側吸収部６２を形成するとともに、該基端側吸収部６２に連続して車両前側に断面略１６角筒状をなす先端側吸収部６３を形成する。なお、基端側吸収部６２は、断面における各辺が車両上下方向及び幅方向に延在するように配置されており、車両上下方向に延在する辺の長さは、幅方向に延在する辺の長さよりも短く設定されている。また、先端側吸収部６３は、車両前後方向中間部から先端（車両前側）に向かうに従って断面の外形が徐々に縮小（縮開）されている。先端側吸収部６３が、基端側吸収部６２よりも多い角数を有して該基端側吸収部２１の軸方向への投影面積内に収まっていることはいうまでもない（図７参照）。

台座部６５は、例えば金属板により前記取付部１１ａの外形に合わせて略四角板状に成形されており、その中央部に形成された略四角形の貫通孔の周縁に沿って車両前側に略四角筒状に突出する嵌合壁６５ａを有する。この嵌合壁６５ａは、その外壁面の形状が基端側吸収部６２に合わせて成形されており、基端側吸収部６２に嵌合されてスポット溶接によって固着される（スポット溶接による両者の接合点を×印でそれぞれ図示）。クラッシュボックス６０は、台座部６５において前記取付部１１ａに締結されている。

一方、蓋部６６は、例えば金属板により前記先端側吸収部６３の前端の外形に合わせて略１６角板状に成形されており、その周縁に沿って車両後側に略八角筒状に突出する縁部壁６６ａを有する。この縁部壁６６ａは、その内壁面の形状が基端側吸収部６２の外壁面の形状に合わせて成形されており、先端側吸収部６３に嵌合されてスポット溶接によって固着される（スポット溶接による両者の接合点を×印でそれぞれ図示）。クラッシュボックス６０は、蓋部６６において前記バンパリインホース１６の端部１６ａに締結されている。

・クラッシュボックス１２は、基端側吸収部２１が先端側吸収部２２よりも相対的に断面形状における角数（辺数）が少なく且つ外形が大きい関係であればよい。すなわち、基端側吸収部２１は、断面略一定の多角筒状であればその角数は任意である。同様に、先端側吸収部２２は、車両前後方向中間部から先端（車両前側）に向かうに従って幅広になるように角部が略三角形状に面取りされ、あるいは車両前後方向中間部から先端（車両前側）に向かうに従って軸線側に深くなるように側面が凹設された多角筒状であればその角数は任意である。

・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。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
・請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用衝撃吸収具において、
前記先端側吸収部は、前記基端側吸収部の角数の整数倍であることを特徴とする車両用衝撃吸収具。

１１…サイドメンバ、１２、６０…クラッシュボックス（車両用衝撃吸収具）、１４，６５…台座部、１４ａ，６５ａ…嵌合壁、１６…バンパリインホース、１６ａ…端部、２１，６２…基端側吸収部、２２，６３…先端側吸収部。

Claims (4)

1. 車両幅方向に延びるバンパリインホースの端部において、該バンパリインホースと車両前後方向に延びるサイドメンバとの間に介在され、軸圧縮荷重を蛇腹変形で吸収して衝撃エネルギーを吸収する車両用衝撃吸収具において、
   本体部は、
   前記サイドメンバ側に形成され、車両前後方向に開口する多角筒状の基端側吸収部と、
   前記基端側吸収部に連続して前記バンパリインホース側に形成され、前記基端側吸収部の軸方向への投影面積内に収まるとともに、前記基端側吸収部よりも多い角数を有して車両前後方向に開口する多角筒状の先端側吸収部とを有するものであって、
   筒状の前記本体部は、軸方向から見て互いに対向する部材側へ延びる一対の壁部を有して前記対向する部材側に開放する一対の部材が、それら部材の開放端部を突き合わせて接合されることで構成され、
   前記一対の部材は、前記開放端部の接合部分において、一方の部材の壁部と他方の部材の壁部が重ね合わされ、重なる両壁部の部分において、一方の壁部が前記本体部の内側に屈曲されるとともに他方の壁部の内側において該他方の壁部に沿って該他方の壁部の基端側へ向かって延びることで、前記一対の部材は、一方の部材の壁部と他方の部材の壁部により形成される前記本体部の外側面が面一となるように構成され、
   前記重なる両壁部の部分は、前記本体部の車両前後方向において、前記先端側吸収部と前記基端側吸収部に亘って延び、
   前記本体部の前記先端側吸収部における前記バンパリインホース側の開口端の外形に合わせて成形され、その周縁に沿って前記基端側吸収部側に向かって突出する縁部壁を有する蓋部を備え、
   前記蓋部の前記縁部壁の内壁面を前記本体部の前記先端側吸収部の外壁面に合わせて接合されていることを特徴とする車両用衝撃吸収具。
2. 請求項１に記載の車両用衝撃吸収具において、
   前記基端側吸収部は、断面において車両上下方向及び幅方向に延びる辺を有することを特徴とする車両用衝撃吸収具。
3. 請求項１又は２記載の車両用衝撃吸収具において、
   前記基端側吸収部に固着されて前記サイドメンバと結合する台座部を備え、
   前記基端側吸収部は、四角断面であり、
   前記台座部は、前記基端側吸収部に嵌合して該基端側吸収部にスポット溶接にて接合される嵌合壁を有することを特徴とする車両用衝撃吸収具。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用衝撃吸収具を備えることを特徴とする車両用バンパ装置。

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