JP6883849B2 - 衝撃緩衝プレート - Google Patents

Description

本発明は、車両の後方に設置することにより車両の後方からの衝突等による衝撃を緩和する衝撃緩衝プレートに関する。さらに言えば、独自に開発した衝撃緩衝部材を効果的に配置することで、様々な仕様が要求された場合であっても衝撃緩衝に関する要求値に応じて段階的に設計することができる衝撃緩衝プレートに関する。

車両等の衝突時における衝撃を緩和してドライバーや同乗者等を保護することを目的として車両等の前後に設置されるバンパーは、素材自体の弾力性やバネ弾性等を利用して、衝突時における衝撃を吸収し緩和するものである。一般的な構造としては、バンパー内部にスプリングや衝撃吸収体等の弾性体を設置したものが多い。

従来型のスプリングや衝撃吸収体等の弾性体を設置したバンパーは、弾性体自体が持つ弾性を利用するものであるため、減速させて支柱衝突時の衝撃を若干緩和する効果を有するものの、衝撃を吸収する機能が不十分で車両衝突時における衝撃を抑え切れないとか、衝突して停止する際に、弾性体の具有する自らの弾性で元の形状に復元する自己復元性が運転手に伝達され、重大な二次的な災害になることがあるという問題がある。

特許文献１には、「汎用性に富み、効率よくかつ低コストに衝撃を吸収できる、衝撃吸収技術を提供すること（特許文献１：要約の課題）。」を課題として、「圧縮方向の外力を吸収可能な衝撃吸収構造体であって、塑性変形する筒体からなり、前記筒体の周面に、該筒体の軸方向に向けて突条と条溝とを形成したことを特徴とする、衝撃吸収構造体（特許文献１：請求項１）。」が開示されている。

特開２００２−０７０９０９号公報

特許文献１に係る衝撃吸収構造体は、塑性変形する筒体（空き缶のようなもの）から構成されており、筒体の周面に該筒体の軸方向に向けて突条と条溝（要するに周囲が波形状になっている）が形成されている。確かに低コストに筒体を圧縮する方向における衝撃を吸収できるものであると思われるが、周囲を波形に形成した筒体の圧縮変形により衝撃を吸収する仕組みになっているので、衝撃を吸収するのは周囲を波形に形成した筒体の圧縮変形に依存している。従って、衝撃緩和能力におけるバリエーションがそんなに多いとは言えないため、要求された耐衝撃の程度に応じて自由に設計することができない。

本発明の目的は、独自に開発した衝撃緩衝部材を効果的に配置することで、様々な仕様が要求された場合であっても衝撃緩衝に関する要求値に応じて段階的に設計することができる衝撃緩衝プレートを提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載された発明は、自動車のバンパー部分に設置することで後方からの自動車衝突による衝撃を和らげるための衝撃緩衝プレートであって、プレート部材と、前記プレート部材と一体化されたシャフト部材と前記シャフト部材を受け入れ可能に自動車のバンパーに固定された第一パイプ管部材と、前記第一パイプ管部材を受け入れ可能に自動車のバンパーに固定された第二パイプ部材と、前記第一パイプ部材と前記第二パイプ部材の間に第一衝撃緩衝部材を備えており、前記第一衝撃緩衝部材は前記プレート部材から見て遠い側の端部が前記第一パイプ部材に固定されており、前記プレート部材から見て近い側の端部が前記第二パイプ部材に固定されていることを特徴とする衝撃緩衝プレートであることを特徴とするものである。

請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記衝撃緩衝部材は長手方向に短径軸線を有する複数の略楕円形体を直線状に接続したものである衝撃緩和プレートであることを特徴とするものである。

請求項３に記載された発明は、請求項１または請求項２記載された発明において、前記第二パイプ管部材の外側に、前記第二パイプ管部材を受け入れ可能に自動車のバンパーに固定された第三パイプ管部材を備えており、前記第二パイプ管部材と前記第三パイプ管部材の間に第二衝突緩衝部材が設置されており、前記第二衝突緩衝部材は、前記プレート部材から見て遠い側の端部が前記第一パイプ管部材に固定されており、前記プレート部材から見て近い側の端部が前記第二パイプ管部材に固定されている衝撃緩衝プレートであることを特徴とするものである。

請求項４に記載された発明は、請求項１乃至請求項３に記載されたいずれかの発明において、前記第一パイプ管部材と前記第二パイプ管部材と前記第三パイプ管部材の断面形状が正方形である衝撃緩衝プレートであることを特徴とするものである。

請求項１に記載の衝撃緩衝プレートは、自動車のバンパー部分に設置することで主に後方からの自動車衝突による衝撃を和らげるための衝撃緩衝プレートである。後方から来た自動車が最初に衝突するプレート部材と、プレート部材と一体化されたシャフト部材とシャフト部材を受け入れ可能に自動車のバンパーに固定された第一パイプ管部材と、第一パイプ管部材を受け入れ可能に自動車のバンパーに固定された第二パイプ管部材と、第一パイプ管部材と前記第二パイプ管部材の間に第一衝撃緩衝部材を備えている。そして、第一衝撃緩衝部材はプレート部材から見て遠い側の端部が第一パイプ管部材に固定されており、プレート部材から見て近い側の端部が前記第二パイプ管部材に固定されている。

本発明に係る衝撃緩衝プレートの衝撃緩和のメカニズムを端的に説明すると、一端が第一パイプ部材に、他端が第二パイプ部材に固定されている第一衝撃緩衝部材が、車両の衝突による衝撃により軸方向に伸びる方向に掛かった力により伸びることにより衝撃を緩和している。このように、本発明においては、第一衝撃緩衝部材（第二衝撃緩衝部材）が圧縮することによる応力緩和ではなく、第一衝撃緩衝部材（第二衝撃緩衝部材）が伸びる時に要する力により衝撃を緩和することに特徴がある。即ち、衝突車を減速させて衝突時の衝撃を減衰することで緩和することができる。

請求項２に記載の衝撃緩衝プレートの衝撃緩衝部材は、長手方向に短径軸線を有する複数の略楕円形体を直線状に接続したものである。一般的に同じ形状の素材であれば、圧縮させるのに必要な応力よりも伸ばす時に必要な応力の方が大きいので、より大きな衝撃に対して効果的に衝撃を緩和することができる。

請求項３に記載の衝撃緩衝プレートは、第二パイプ管部材の外側に、第二パイプ管部材を受け入れ可能に自動車のバンパーに固定された第三パイプ管部材を備えており、第二パイプ管部材と第三パイプ管部材の間に第二衝突緩衝部材が設置されており、第二衝突緩衝部材は、プレート部材から見て遠い側の端部が第一パイプ管部材に固定されており、プレート部材から見て近い側の端部が第二パイプ管部材に固定されている。一端が第一パイプ部材に、他端が第二パイプ部材に固定されている第一衝撃緩衝部材が、車両の衝突による衝撃により軸方向に伸びる方向に掛かった力により伸び切ってしまい破損した場合であっても、二重構造になっているので、一端が第二パイプ部材に、他端が第三パイプ部材に固定されている第二衝撃緩衝部材が、車両の衝突による衝撃により軸方向に伸びる方向に掛かった力により伸びることにより衝撃を緩和することができる。

請求項４に記載の衝撃緩衝プレートは、第一パイプ管部材と第二パイプ管部材と第三パイプ管部材の断面形状が正方形であるので、第一パイプ管部材と第二パイプ管部材の間に第一衝撃緩衝部材を正方形の其々の面に設置（最大４個まで）することができる。さらに、第二パイプ管部材と第三パイプ管部材の間に第二衝撃緩衝部材を正方形の其々の面に設置（最大４個まで）することができるので合計８ケの衝撃緩衝部材を設置することができる。しかも厚さ、素材、硬度、ストローク長さ等、衝撃緩衝に関する要求値に応じて段階的に選択することができるので自由に設計することができる。

本発明に係る衝撃緩衝プレートの衝突前の全体側面断面図である。 衝撃緩衝プレートの正面断面図である。 衝撃緩衝プレートの衝突時における全体側面断面図である。 衝撃緩衝プレートの使用方法を説明するための図である。

＜衝撃緩衝プレートの構造＞
以下、本発明に係る衝撃緩衝プレート１０の一実施形態について、図１〜図４に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係る衝撃緩衝プレート１０の衝突前の全体側面断面図である。

図１に記載したように、本発明に係る衝撃緩和プレート１０は、後方から来た車両等が最初に衝突するプレート部材２０と、プレート部材２０と一体化されたシャフト部材３０とシャフト部材３０を受け入れ可能に自動車のバンパーに固定された第一パイプ管部材４０と、第一パイプ管部材４０を受け入れ可能に自動車のバンパーに固定された第二パイプ管部材５０と、第一パイプ管部材４０と第二パイプ管部材５０の間に第一衝撃緩衝部材６０（厚さ３ｍｍ）を備えている。第一衝撃緩衝部材６０（厚さ３ｍｍ）はプレート部２０材から見て遠い側の端部が第一パイプ管部材４０に固定されており、プレート部材２０から見て近い側の端部が第二パイプ管部材５０に固定されている。

さらに、第二パイプ管部材５０の外側に、第二パイプ管部材５０を受け入れ可能に第三パイプ管部材７０を備えており、第二パイプ管部材５０と第三パイプ管部材７０の間に第二衝突緩衝部材８０（厚さ５ｍｍ）が設置されており、第二衝突緩衝部材８０（厚さ５ｍｍ）は、プレート部材２０から見て遠い側の端部が第二パイプ管部材５０に固定されており、プレート部材２０から見て近い側の端部が第三パイプ管部材７０に固定されている。
尚、本実施例において第一パイプ管部材４０は、第二パイプ管部材５０、第三パイプ管部材７０の内、第一パイプ管部材４０、第二パイプ管部材５０は貫通しておらず底面を備えているパイプであるが、第三パイプ管部材７０は底面を備えていても良いし、備えていなくても良い。尚、図１においては第一衝撃緩衝部材６０の正面から見た形状を表示するため、この部分を覆っている第二パイプ管部材５０を記載していない。（図３においても同様である）。

第一衝撃緩衝部材６０、第二衝撃緩衝部材８０は、ともに長手方向に短径軸線を有する複数の略楕円形体を直線状に接続したものであり、主として塑性変形をする素材であるステンレス鋼（ＳＵＳ４００、ＳＵＳ３０４）等から構成されている。第一衝撃緩衝部材６０、第二衝撃緩衝部材８０の厚さとしては、３ｍｍ〜６ｍｍの任意の数値を採ることができるが、本実施例においては、第一衝突緩衝部材６０よりも第二衝撃緩衝部材８０の方が厚くなるように設置されている。第一衝撃緩衝部材６０、第二衝撃緩衝部材８０を構成する素材は、ステンレス鋼におけるこれら（ＳＵＳ４００、ＳＵＳ３０４）以外の品番のステンレス鋼であっても良いし、衝撃緩和効果の観点から考慮してステンレス鋼以外の金属を採用することにより、種々の強度、硬さ等の数値を採る素材を採用することができることは言うまでもない。

図２は、本発明に係る衝撃緩衝プレート１０の正面断面図（図１におけるＡ−Ａ断面）である。図２に記載したように、第一パイプ管部材４０と第二パイプ管部材５０と第三パイプ管部材７０の断面形状が正方形になっている。そして、第一パイプ管部材４０と第二パイプ管部材５０の間に第一衝撃緩衝部材６０（４個）が配置されており、第二パイプ管部材５０と第三パイプ管部材７０の間に第二衝撃緩衝部材８０（４個）が配置されている。本実施例においては、このように二重構造（第一衝突緩衝部材６０と第二衝撃緩衝部材８０が配置）になっているが、第三パイプ管部材７０と第二衝撃緩衝部材８０が設置されていない状態（即ち一重構造：第一衝撃緩衝部材６０のみ配置）であっても良い。

図３は、本発明に係る衝撃緩衝プレート１０の衝突時における全体側面断面図である。図３に記載したように本発明に係る衝撃緩衝プレート１０は、プレート部材２０に車両等が衝突すると、プレート部材２０と一体化されたシャフト部材３０が、シャフト部材３０を受け入れ可能に自動車のバンパーに固定された第一パイプ管部材４０の底面を（図３において）下方向に押す、或いは突き抜けようとする。要するに第一パイプ管部材４０に応力（図３において下向き）が掛かることになる。この時、第一パイプ管部材４０と第二パイプ管部材５０の間に設置された第一衝撃緩衝部材６０（厚さ３ｍｍ）は、衝撃力を受けて、図３に記載したように、第二パイプ管部材５０（自動車のバンパーに固定）に固定された端部を起点としてシャフト部材３０の移動する方向に向かって伸びることで衝撃を緩和することになる。

この時、衝撃を受けきれなかったとしても、即ち、第一衝撃緩衝部材６０だけで衝撃を緩和することができなかったとしても、第二パイプ管部材５０と第三パイプ管部材７０の間に設置された第二衝突緩衝部材８０（厚さ５ｍｍ）は、第二パイプ管部材５０の底面に掛かる応力（図３における下方向）による衝撃力を受けて、第三パイプ管部材７０（自動車のバンパーに固定）に固定された端部を起点としてシャフト部材３０の移動する方向に沿って伸びることで衝撃を緩和することになる。このように大きな衝撃を受けたとしても緩和できるようにするために二重構造（第一衝突緩衝部材６０と第二衝撃緩衝部材８０が配置）になっている。

＜衝撃緩衝プレートの使用方法＞
図４は、本実施例に係る衝撃緩衝プレート１０の使用方法を説明するための図である。図４（ａ）は、後ろ側から見た図であり、図４（ｂ）は、側面から見た図である。図４に記載したように、実際に使用する際は、本発明に係る衝撃緩衝プレート１０をバンパーに左右対称になるようにして、４個並べて取り付けることになるが、左右対称になるように２個並べて取り付けても良い。

＜衝撃緩衝プレートの効果＞
衝突とは、相対的に運動する２つの物体が接触して微小時間だけ互いに強い力を及ぼし合って相対速度を変える現象である。力学的エネルギーの和が変らないときを完全弾性衝突または単に弾性衝突といい、変るときを非弾性衝突という。非弾性衝突とは、衝突によって力学的エネルギーが失われ、エネルギーが保存されない衝突のことである。非弾性衝突は、ニュートン力学では反発係数が１以下の衝突をさし，特に反発係数がゼロのときを完全非弾性衝突という。本発明に係る衝撃緩衝プレート１０は、車両の後方に設置することにより車両の後方からの衝突等による衝撃を緩和することで、できるだけ完全非弾性衝突に近づけるための衝撃緩衝プレート１０であると言える。

本発明に係る衝撃緩衝プレート１０の衝撃緩和のメカニズムを端的に説明すると、一端が第一パイプ管部材４０に、他端が第二パイプ管部材５０に固定されている第一衝撃緩衝部材６０（及び一端が第二パイプ管部材５０に、他端が第三パイプ管部材７０に固定されている第二衝撃緩衝部材８０）が、車両の衝突により軸方向に伸びる方向に掛かった応力により伸びることにより、車両衝突時における衝撃を緩和している。このように、本発明においては、衝撃緩衝部材（第一衝撃緩衝部材６０、第二衝撃緩衝部材８０）が圧縮することによる応力緩和ではなく、衝撃緩衝部材（第一衝撃緩衝部材６０、第二衝撃緩衝部材８０）が伸びる際に要する応力により衝撃を緩和することに特徴がある。即ち、衝撃緩衝部材（第一衝撃緩衝部材６０、第二衝撃緩衝部材８０）が伸びる際に要する応力により衝突車を減速させて衝突時の衝撃を減衰することで緩和することができる。

本実施例に係る衝撃緩衝プレート１０の衝撃緩衝部材（第一衝撃緩衝部材６０、第二衝撃緩衝部材８０）は、長手方向に短径軸線を有する複数の略楕円形体を直線状に接続したものである。一般的に同じ形状の素材であれば、圧縮させるのに必要な応力よりも伸ばす時に必要な応力の方が大きいので、より大きな衝撃に対して効果的に衝撃を緩和することができる。

本実施例に係る衝撃緩衝プレート１０は、バンパー等に固定された第二パイプ管部材５０の外側に、第二パイプ管部材５０を受け入れ可能にバンパー等に固定された第三パイプ管部材７０を備えており、第二パイプ管部材５０と第三パイプ管部材７０の間に第二衝突緩衝部材８０が設置されている。一端が第一パイプ管部材４０に、他端が第二パイプ部材０に固定されている第一衝撃緩衝部材６０が、車両の衝突による衝撃により軸方向に伸びる方向に掛かった力により伸び切ってしまい破損した場合であっても、二重構造になっているので、即ち、一端が第二パイプ管部材５０に、他端が第三パイプ管部材７０に固定されている第二衝撃緩衝部材８０が、車両の衝突による衝撃により軸方向に伸びる方向に掛かった力により伸びることにより衝撃を緩和することができる。本実施例においては、第一衝突緩衝部材６０よりも第二衝撃緩衝部材８０の方が厚くなるようにしていることに特徴がある。

本実施例に係る衝撃緩衝プレート１０は、第一パイプ管部材４０と第二パイプ管部材５０と第三パイプ管部材７０の断面形状が正方形であるので、第一パイプ管部材４０と第二パイプ管部材５０の間に第一衝撃緩衝部材６０を正方形の其々の面に設置（最大４個まで）することができる。さらに、第二パイプ管部材５０と第三パイプ管部材７０の間に第二衝撃緩衝部材８０を正方形の其々の面に設置（最大４個まで）することができるので、最大で合計８ケの衝撃緩衝部材を設置することができる。しかも厚さ、素材、硬度、長さ、形状等、衝撃緩衝に関する要求値に応じて段階的に選択することができるので衝撃緩衝プレート１０の耐衝撃の程度において自由に設計することができる。

＜衝撃緩衝プレートの変更例＞
本発明に係る衝撃緩衝プレートは、上記した各実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、プレート部材、シャフト部材、第一パイプ管部材、第二パイプ管部材、第一衝撃緩衝部材、第三パイプ管部材、第二衝突緩衝部材等の構成を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更することができる。例えば、衝撃緩衝部材は長手方向に短径軸線を有する複数の略楕円形体を直線状に接続した構成以外にも、略Ｓ字型の連続体や、略Ω形状の連続体、及びこれらを混合した連続体であっても良い。

本発明に係る衝撃緩衝プレートは、上記の如く優れた効果を奏するものであるので、衝突による衝撃を緩和するための装置における分野における衝撃緩和プレートとして好適に用いることができる。

１０・・衝撃緩衝プレート
２０・・プレート部材
３０・・シャフト部材
４０・・第一パイプ管部材
５０・・第二パイプ管部材
６０・・第一衝撃緩衝部材
７０・・第三パイプ管部材
８０・・第二衝突緩衝部材

Claims (3)

1. 車両のバンパー部分に設置することで後方からの衝突による衝撃を和らげるための衝撃緩衝プレートであって、
   プレート部材と、
   前記プレート部材と一体化されたシャフト部材と、
   前記シャフト部材を受け入れ可能に自動車のバンパーに固定された第一パイプ管部材と、
   前記第一パイプ管部材を受け入れ可能に自動車のバンパーに固定された第二パイプ管部材と、
   前記第一パイプ管部材と前記第二パイプ管部材の間に第一衝撃緩衝部材を備えており、
   前記第一衝撃緩衝部材は前記プレート部材から見て遠い側の端部が前記第一パイプ管部材に固定されており、前記プレート部材から見て近い側の端部が前記第二パイプ管部材に固定されていることを特徴とする衝撃緩衝プレート。
2. 前記衝撃緩衝部材は長手方向に短径軸線を有する複数の略楕円形体を直線状に接続したものであることを特徴とする請求項１に記載の衝撃緩和プレート。
3. 前記第二パイプ管部材の外側に、前記第二パイプ管部材を受け入れ可能に自動車のバンパーに固定された第三パイプ管部材を備えており、前記第二パイプ管部材と前記第三パイプ管部材の間に第二衝突緩衝部材が設置されており、
   前記第二衝突緩衝部材は、前記プレート部材から見て遠い側の端部が前記第一パイプ管部材に固定されており、前記プレート部材から見て近い側の端部が前記第二パイプ管部材に固定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の衝撃緩衝プレート。

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