JPH08216916A - 衝撃吸収特性が優れたアルミニウム押出し形材製の衝撃吸収フレーム - Google Patents

衝撃吸収特性が優れたアルミニウム押出し形材製の衝撃吸収フレーム

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JPH08216916A
JPH08216916A JP5057595A JP5057595A JPH08216916A JP H08216916 A JPH08216916 A JP H08216916A JP 5057595 A JP5057595 A JP 5057595A JP 5057595 A JP5057595 A JP 5057595A JP H08216916 A JPH08216916 A JP H08216916A
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JP
Japan
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shock absorbing
fins
shock
deformation
fin
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JP5057595A
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English (en)
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Mitsuo Tsuge
光雄 柘植
Takashi Sasamoto
隆 佐々本
Harumichi Hino
治道 樋野
Keiichi Sugiyama
敬一 杉山
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Nippon Light Metal Co Ltd
Original Assignee
Nippon Light Metal Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 衝撃エネルギー吸収性能に優れ、機器又は部
材取付け用のフィンを備えたアルミニウム押出し形材製
の衝撃吸収フレームを得る。 【構成】 内部が空洞となった矩形等の多角形断面をも
ち、各辺7,8の間にある角部に機器取付け用のフィン
6が形成されている。矩形断面で区画される内部空洞
は、隔壁によって複数に分割されたものであっても良
い。 【効果】 フィン6は回転モーメントによって曲がり、
辺部7,8の変形に対する妨げにならない。そのため、
衝撃エネルギーが構造体の座屈変形として効率よく吸収
される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、各種車両のフロントサ
イドフレーム,リアサイドフレーム等のフレーム材とし
て使用され、軸線方向の塑性変形で衝突時等の衝撃を効
率よく吸収し、運転手や同乗者を保護するアルミニウム
押出し形材製の衝撃吸収フレームに関する。
【0002】
【従来の技術】自動車には、他の自動車や物体に衝突又
は接触した際の衝撃を緩和させる各種の衝撃吸収部材が
組み込まれている。衝撃の吸収形態には、バンパー等の
構造材に液体ダンパー等を組み込む方式,構造材自体を
エネルギー吸収体として使用する方式,構造体と車体と
の間にバネを介在させる方式等がある。なかでも、構造
材の塑性変形によって衝突エネルギーを吸収する方式
は、多量のエネルギーを吸収できることから、衝撃吸収
部材としての展開が期待されている。たとえば、特開平
6−247337号公報では、この種の衝撃吸収部材と
して、衝突時のエネルギーで圧潰が生じる起点となるよ
うに、圧縮加工又は張り出し加工によって脆弱部を設け
ることが開示されている。
【0003】衝撃吸収性フレームは、たとえば図1にペ
リメタフレームの概略図で示すように、フロントサイド
フレーム3又はリアサイドフレーム3’として使用され
る。フロントサイドフレーム3又はリアサイドフレーム
3’には座屈変形の起点となる変形開始部4,4’が設
けられており、連結部材2,2’には衝撃分散部5,
5’が設けられている。車両の衝突等によってバンパー
1に前方から衝撃が加わったとき、或いはリアバンパー
1’に後方から衝撃が加わったとき、衝撃吸収フレーム
3,3’は、図2で模式的に示すように連続的に座屈変
形し、加えられた衝撃を吸収する。その結果、中間部フ
レームMに伝えられる衝撃が少なくなり、乗員の保護が
図られる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】塑性変形により衝撃エ
ネルギーを吸収する構造材では、加えられた衝撃が構造
材を座屈変形させる。この座屈が連続的に進行すると、
大きな衝撃エネルギーが個々の座屈変形に分散されて吸
収されるため、乗員に対する衝撃が少なくなる。衝撃エ
ネルギーを塑性変形で吸収させる場合、塑性変形が一旦
開始されると衝撃エネルギーの吸収が進行するが、塑性
変形を開始させるには大きなエネルギーが必要になる。
そのため、塑性変形の開始までに加えられる衝撃が乗員
に伝えられる。そこで、塑性変形を開始するまでの衝撃
を小さくするため、構造材を塑性変形し易い形状につい
て種々の改良が行われている。しかし、特開平6−24
7337号公報に記載されているように、塑性変形の開
始点となる脆弱部を設けても、依然として初期加重が高
いレベルにあり、乗員に対する衝撃が大きい現状であ
る。
【0005】また、構造材には、各種部品,油圧配管,
電気配線固定用ブラケット等の機器や部材を取り付ける
ためのフィンが形成される場合が多い。この種のフィン
は、構造材の塑性変形を拘束し、衝撃エネルギーの吸収
に有効な座屈変形を妨げ易い。そのため、構造材自体の
形状を改良しても、機器又は部材取付け用のフィンによ
って改良効果が相殺される虞れもある。本発明は、この
ような問題を解消すべく案出されたものであり、構造材
の角部にフィンを設けることにより、規則的及び連続的
な座屈変形を生じさせ、衝撃エネルギーを効率よく吸収
する構造材を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明のアルミニウム押
出し形材性衝撃吸収フレームは、その目的を達成するた
め、内部が空洞となった多角形断面をもち、各辺の間に
ある角部に機器又は部材取付け用のフィンを形成してい
ることを特徴とする。多角形断面の代表的なものに矩形
断面があり、内部空間を複数に分割する隔壁を形成する
こともできる。また、隔壁の延長線上に、機器又は部材
取付け用のフィンを形成しても良い。
【0007】
【作用】衝撃吸収フレームにあっては、隣り合った辺が
それぞれ内側及び外側に変形し、内側及び外側への変形
がフレームの軸方向に関して交互に生じて折り畳まれる
ように順次変形する構造に設計されると、規則的な座屈
変形が連続化し、衝撃吸収能が大きくなる。本発明者等
は、このような規則的な座屈変形を連続化させるのに好
適な構造に関して種々調査・研究した。また、この構造
において、各種機器,油圧配管,電気配線固定用ブラケ
ット等の機器又は部材を固着するために設けられたフィ
ンが座屈変形に与える影響を調査した。その結果、フィ
ンを構造材の角部に設けるとき、構造材の塑性変形に対
してフィンが抵抗として働くことが防止され、規則的な
座屈変形が円滑に連続化することを見い出した。たとえ
ば、図3に示すように角部にフィン6を付けた構造材で
は、辺部7が内側に、辺部8が外側に変形する(a)と
き、角部に回転モーメントM1 が作用する。フィン6
は、回転モーメントによって曲げられ、辺部7,8の規
則的変形を阻止する抵抗とならない。辺部7が外側に、
辺部8が内側に変形する(b)場合でも、フィン6が同
様に回転モーメントM2 によって曲げられ、辺部7,8
の変形、すなわち座屈変形が円滑に進行する。しかも、
フィン6自体の変形に必要なエネルギーが衝撃エネルギ
ーの吸収に寄与する。
【0008】これに対し、辺部7の中間にフィン6を設
けた場合、フィン6に回転モーメントが作用しない。そ
のため、辺部7が外側(c)或いは内側(d)の何れの
方向に変形しようとする場合にあっても、フィン6が抵
抗として働き、辺部7の変形が阻害される。その結果、
規則的な座屈変形が生ぜず、加えられた衝撃エネルギー
の吸収効率が低下する。この対比から明らかなように、
フィン6の形成箇所を角部に特定することにより、加え
られる衝撃に応じた構造材の座屈変形がフィン6で拘束
されないので、各種機器や部材の取付け部を備え、しか
も衝撃吸収性能に優れた構造材が得られる。構造材に付
けられるフィンは、取付け予定の機器や部材を考慮し、
図4(a)や(b)に示すように複数の角部に設けるこ
とが可能である。図4(c)に示すように中空部内に隔
壁9がある部材にフィン6,6をつける場合、隔壁9の
延長線上にフィン6,6を取り付けることもできる。こ
れは、隔壁9の存在によって図4(c)の縦辺が辺部7
aと7bとに分けられ、それぞれが逆方向に変形するこ
とが確かめられているからである。この場合、それぞれ
のフィン6,6は、曲げモーメントM3 ,M3 が加わる
ことによって曲げられ、フィン6,6によって規則的変
形が妨げられない。
【0009】
【実施例】
実施例1:アルミニウム合金A6061−T4 を使用し
て、図5に示すように角部にフィン6が設けられた押出
し形材(a)及び辺部の中間にフィン6が設けられた押
出し形材(b)を作製した。押出し形材(a)は、辺部
a=80mm,辺部b=53mm,肉厚t1 =2.3m
m,肉厚t2 =2.4mm,肉厚t3 =2.31mmの
矩形断面をもち、長さc=20mm及び肉厚t4 =2.
35mmのフィン6を角部に設けた。押出し形材(b)
では、同じサイズの矩形断面の辺中間部に同じサイズの
フィン6を設けた。また、何れの押出し形材も、長手方
向端部から30mmの位置に深さ5mm及び幅80mm
の凹部をプレス加工によって成形し、変形開始部10を
形成した。
【0010】各押出し形材から長さ500mmの試験片
を切り出し、4.8KNの錘りを落下させる落槌試験に
より軸方向圧縮荷重を加え、荷重と変位量との関係を調
査した。調査結果を図6に示す。角部にフィン6を設け
た試験片(図5a)では、曲線(a)にみられるように
変位量−荷重の関係が周期的なサイクルで変化してい
る。また、初期荷重も、周期的ピーク値の1.2倍程度
の約60KNと低い値を示した。これに対し、辺部の中
間にフィン6を設けた試験片(図5b)では、曲線
(b)にみられるように、初期荷重が90KNと高い値
を示し、全体座屈が発生した。また、座屈変形により吸
収されるエネルギー量も少なかった。この対比から明ら
かなように、フィン6を角部に付けた押出し形材(図5
a)は、加えられた荷重を座屈変形としてスムーズに吸
収しており、変形初期に大きな衝撃を与えず、スムーズ
に衝撃エネルギーを吸収していることが判る。座屈変形
後の押出し形材は、図7に示すように、変形開始部10
の凹部が内側に、凹部を形成していない面が外側に張り
出した規則的な形状になっていた。
【0011】実施例2:実施例1と同じアルミニウム合
金A6061−T4 を使用し、図8に示すように中空内
部に隔壁9が設けられ、隔壁9の延長線上にフィン6が
設けられた押出し形材を作製した。押出し形材は、辺部
a=80mm,辺部b1 =53mm,b2 =43mm,
肉厚t1 =2.22mm,肉厚t2 =2.35mm,肉
厚t3 =2.26mm,肉厚t4 =2.31mm,肉厚
5 =2.32mmの矩形断面をもち、長さc=20m
m及び肉厚t6 =2.25mmのフィン6を隔壁9の延
長線上に設けた。また、辺部b2 ,b3 ,b4 の長手方
向端部から30mmの位置に、辺部b2 ,b3 ,b4
幅方向全長にわたる深さ5mmの凹部をプレス加工によ
って成形し、変形開始部10を形成した。この押出し形
材から長さ500mmの試験片を切り出し、アムスラー
万能試験機を使用して軸方向圧縮荷重を加え、荷重と変
位量との関係を調査した。変位量−荷重の関係は、調査
結果を示す図9にみられるように、周期的なサイクルで
変化していた。初期荷重も、周期的ピーク値の1.17
倍程度の約89KNと低い値を示した。このことから、
衝撃エネルギーを規則的な座屈変形によりスムーズに吸
収できることが確認された。
【0012】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の衝撃吸
収フレームは、多角形状の断面をもち、機器又は部材取
付け用のフィンを角部に形成している。押出し形材を衝
撃吸収用の構造体として車両に組み込んだ場合、フィン
が角部にあるため、衝撃が加えられた構造体が座屈変形
する際にフィンが抵抗体として働くことなく、規則的且
つ連続的に座屈変形が進行する。その結果、衝撃エネル
ギーが効率よく構造体の座屈変形として吸収され、乗員
の保護が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 衝撃吸収能をもつサイドフレームをフロント
サイドフレーム又はリアサイドフレームに取り付けた衝
撃吸収フレームをペリメタフレームに利用した概略斜視
【図2】 衝撃によって座屈変形した衝撃吸収フレーム
【図3】 フィン設置箇所が衝撃吸収フレームの変形に
及ぼす影響を説明する図であり、フィンを角部に付けた
もの(a,b),辺中間部にフィンを付けたもの(c,
d)
【図4】 衝撃吸収フレームの他の例を示し、複数のフ
ィンを角部に付けたもの(a,b)及び隔壁の延長線上
にフィンを設けたもの(c)
【図5】 実施例1で使用した角部にフィンを付けた衝
撃吸収フレーム(a)及び辺中間部にフィンを付けた衝
撃吸収フレーム(b)
【図6】 実施例1で使用した衝撃吸収フレームの変位
量と荷重との関係を表したグラフ
【図7】 角部にフィンを付けた衝撃吸収フレームが座
屈変形した後の形状
【図8】 実施例2で使用した隔壁の延長線上に不フィ
ンを設けた衝撃吸収フレーム
【図9】 実施例2で使用した衝撃吸収フレームの変位
量と荷重との関係を表したグラフ
【符号の説明】
1:バンパー 1’:リアダンパー 2,2’:連
結部材 3:フロントサイドフレーム 3’:リア
サイドフレーム 4,4’:変形開始部 5,
5’:衝撃分散部 6:フィン 7,8:辺部
9:隔壁 10:変形開始部 M1 ,M2 :回転モーメント M3 :曲げモーメント
1 〜t6 :肉厚
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉山 敬一 東京都港区三田3丁目13番12号 日本軽金 属株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内部が空洞となった多角形断面をもち、
    各辺の間にある角部に機器又は部材取付け用のフィンが
    形成されている衝撃吸収特性が優れたアルミニウム押出
    し形材製の衝撃吸収フレーム。
  2. 【請求項2】 内部が空洞となった矩形断面をもち、各
    辺の間にある角部に機器又は部材取付け用のフィンが形
    成されている衝撃吸収特性が優れたアルミニウム押出し
    形材製の衝撃吸収フレーム。
  3. 【請求項3】 辺の内側面から相対向する辺の内側面ま
    で延び、内部空洞を複数に分割する単数又は複数の隔壁
    が形成されている請求項2記載のアルミニウム押出し形
    材製の衝撃吸収フレーム。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の隔壁の延長線上に機器又
    は部材取付け用のフィンが形成されている衝撃吸収特性
    が優れたアルミニウム押出し形材製の衝撃吸収フレー
    ム。
JP5057595A 1995-02-15 1995-02-15 衝撃吸収特性が優れたアルミニウム押出し形材製の衝撃吸収フレーム Pending JPH08216916A (ja)

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