WO2013164931A1

WO2013164931A1 - 衝撃吸収機構

Info

Publication number: WO2013164931A1
Application number: PCT/JP2013/058070
Authority: WO
Inventors: 修久奥田
Original assignee: トヨタ車体株式会社
Priority date: 2012-05-01
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2013-11-07
Also published as: JP2013231484A

Abstract

　車両に設置される衝撃吸収機構であって、筒状部材（２３）とこの筒状部材（２３）に収容された木材（１２）とを有しこの木材（１２）の繊維方向が軸方向に向けられた柱状の衝撃吸収部（２０）を備えている。衝撃吸収部（２０）は、衝撃荷重を受ける荷重受け部材（３）と車両の骨格部材（５）との間に配設されて、その荷重受け部材（３）から衝撃荷重が加わった際に少なくとも前記木材（１２）が軸方向に潰れることでその衝撃荷重を吸収することができる。前記衝撃吸収部（２０）の軸方向における一端が結合手段により前記骨格部材（５）または荷重受け部材（３）に結合されており、他端が衝撃荷重が加わった際に前記骨格部材と荷重受け部材（３）のいずれにも結合されない状態である。

Description

衝撃吸収機構

　本発明は、車両衝突時等の衝撃荷重を受けてその衝撃荷重を吸収できるように構成された衝撃吸収機構に関する。

　特開２００１－１８２７６９号公報には、本技術分野に関する衝撃吸収部材の技術が記載されている。この文献に記載された自動車用の衝撃吸収部材１００は、図１１に示すように、角筒状の金属製中空部材１０２と、その中空部材１０２内に充填された木片１０５とを備えている。バンパーリインフォース１０８は、この衝撃吸収部材１００により車両フレームのサイドメンバ１０７に対して所定位置に保持されている。

　衝撃吸収部材１００は、図１２に示すように、一端がサポート材１０６を介して自動車の左右のサイドメンバ１０７の先端に結合されている。衝撃吸収部材１００の他端も、別のサポート材１０６を介してフロントバンパ（図示省略）のバンパーリインフォース１０８の背面に結合されている。このように、衝撃吸収部材１００の軸方向における両端が固定されているため、衝撃荷重Ｆを受けたときに衝撃吸収部材１００が倒れ難くなり、その衝撃荷重Ｆを一貫して軸方向で受けることができる。

　しかし、衝撃吸収部材１００の両端がサポート材１０６によって拘束されるため、図１３に示すように衝撃吸収部材１００が両端まで潰れ難くなる。すなわち、衝撃吸収部材１００の両端を除く部分のみでしか衝撃荷重Ｆを吸収できない。このように、衝撃吸収部材１００の限られた長さの中で潰れる範囲が少なくなるため、衝撃吸収量を大きくすることが難しい。

　本発明のひとつの観点からは、車両に設置される衝撃吸収機構が得られる。この衝撃吸収機構は、筒状部材とこの筒状部材に収容された木材とを有しこの木材の繊維方向が軸方向に向けられた柱状の衝撃吸収部を備えている。衝撃吸収部は、衝撃荷重を受ける荷重受け部材と車両の骨格部材との間に配設されて、その荷重受け部材から衝撃荷重が加わった際に少なくとも前記木材が軸方向に潰れることでその衝撃荷重を吸収することができる。前記衝撃吸収部の軸方向における一端が結合手段により前記骨格部材または荷重受け部材に結合されており、他端が衝撃荷重が加わった際に前記骨格部材と荷重受け部材のいずれにも結合されない状態である。

　衝撃吸収部に衝撃荷重が加わった際には、衝撃吸収部の一端のみが車両の骨格部材または荷重受け部材に結合されている。このように、衝撃吸収部の一端のみが結合手段により固定される片持ちの状態となるため、拘束されていない他端は中間部と同じように潰れることができる。

本発明の実施態様による衝撃吸収機構を備える車両前部の模式平面図である。本発明の実施態様による衝撃吸収機構を表す斜視図である。図１に示す衝撃吸収機構のＩＩＩ－ＩＩＩ線における断面図である。本発明の実施態様による衝撃吸収機構の衝撃吸収部を表す縦断面図である。衝撃荷重によって衝撃吸収部の筒状部材と木材とが潰れる様子を表す縦断面図である。本実施態様による衝撃吸収機構に加わる衝撃荷重とその潰れ量との関係を表すグラフである。従来の衝撃吸収部材に加わる衝撃荷重とその潰れ量との関係を表すグラフである。衝撃吸収部の形態を変更した実施態様による衝撃吸収機構を表す側面図である。衝撃吸収部を結合する態様を変更した実施態様による衝撃吸収機構を表す側面図である。図８に示す衝撃吸収機構の動作を表す側面図である。バンパー支持部の形態を変更した実施態様による衝撃吸収機構を表す側面図である。従来の衝撃吸収部材の模式縦断面図である。従来の衝撃吸収部材の取付け構造を表す模式縦断面図である。従来の衝撃吸収部材が潰れる様子を表す模式縦断面図である。

　以下、本発明の各種実施態様について、図１から図１０までを参照しつつ説明する。

［衝撃吸収機構の概要］
　衝撃吸収機構は、例えば車両衝突時にバンパーリインフォース３に受けた衝撃荷重Ｆを吸収するための機構である。ひとつの実施態様として、図１に示すようにフロントバンパ（図示省略）のバンパーリインフォース３と、車両２の下部フレームの左右のサイドメンバ５との間に衝撃吸収機構１０を配置することができる。しかし、場合によっては車両フレームの途中に衝撃吸収機構を設けることも可能である。

　衝撃吸収機構１０は、図２、図３に示すように、そのサイドメンバ５に対してバンパーリインフォース３を所定位置に支持する支持部材３０と、衝撃荷重Ｆを吸収するための衝撃吸収部２０とを備えている。ここで、以下の説明における前後、左右、上下の各方向は、図面に示すように衝撃吸収機構を備えた車両を基準に定める。

［支持部材］
　支持部材３０は、例えば図３に示すように衝撃吸収部２０の受け部３２とバンパーリインフォース３を支持するバンパー支持部３５とを備えたものとすることができる。受け部３２は、たとえば前側に平坦な受け面３２ｆを有する剛性の高い部材とすることができる。特に、受け部３２は、縦向きに配設された肉厚寸法が大きな平板状部材とすることもできる。受け面３２ｆは平坦でなく凹凸を備えていても良い。受け部３２はサイドメンバ５の先端に取付けられており、受け面３２ｆがバンパーリインフォース３の後面３ｂと対向している。

　バンパー支持部３５は、受け部３２の受け面３２ｆに取付けられている。バンパー支持部３５は、例えば、帯板状の平板を図３に示すようなほぼ台形状に折り曲げることにより形成することができる。具体的には、バンパー支持部３５は、前端の頂部３５ｍと、この頂部３５ｍの上下からそれぞれ後方へ延びる壁部３５ｗと、この壁部３５ｗの端から反対方向に延びるフランジ部３５ｆとを有する。

　バンパー支持部３５は、例えば図２に示すように、フランジ部３５ｆを受け部３２の上下の端縁にボルト３７等により結合することができる。なお、ボルト３７の代わりに溶接で結合することも可能である。あるいは、受け部３２を省略してサイドメンバ５の先端に受け面３２ｆを設け、このサイドメンバ５に直接バンパー支持部３５を取付けることも可能である。

　バンパーリインフォース３の後面３ｂは、バンパー支持部３５の前端の頂部３５ｍに面接触させた状態で取付けられている。バンパーリインフォース３を介して衝撃荷重Ｆを受けたときに、図５に示すように、壁部３５ｗが上下に膨らむように屈曲して、バンパーリインフォース３と共に頂部３５ｍがその荷重方向に移動することができる。バンパー支持部３５は、鋼板等の金属製とすることが好ましい。

［衝撃吸収部］
　衝撃吸収部２０は、図４に示すように筒状部材２３とこれに収容される柱状の木材１２とを備えており、衝突等による衝撃荷重Ｆをその形状の軸方向に受けられるように配置される。筒状部材２３は、図２に示すように軸に対して垂直な断面を正六角形とすることが好ましい。なお、断面は四角形、正五角形等に成形することも可能である。筒状部材２３は、例えば、アルミ合金を使用した押出成形品や引き抜き成形品であっても良いし、アルミ以外の金属であっても良い。

　木材１２の断面形状は、図４に示すように筒状部材２３の断面形状と同様（六角形）とすることが好ましい。木材１２の長さは、筒状部材２３の軸方向の長さとほぼ等しい長さとすることができる。木材１２は、その繊維１２ｋの方向、あるいは年輪の軸方向が長さ方向（柱状の軸方向）に延びるように成形されている。このため、木材１２が筒状部材２３に収容された状態では、木材１２の繊維１２ｋの方向が筒状部材２３の軸方向とほぼ一致する。このため、木材１２は強度の高い軸方向に大きな衝撃荷重Ｆを受けることができる。木材１２の種類は、例えば、杉材が好適に使用される。

［衝撃吸収部の取付け］
　衝撃吸収部２０は、図２、図３に示すように、支持部材３０のバンパー支持部３５に囲まれた状態で、受け部３２の受け面３２ｆに結合されている。衝撃吸収部２０は、この受け部３２を介してサイドメンバ５に結合される。具体的には、衝撃吸収部２０の軸方向における一端には、受け面３２ｆへの結合手段として、その周囲に断面略Ｌ字形のサポート材２５が等間隔で複数個固定されている。こののサポート材２５は、受け部３２の受け面３２ｆに溶接やボルト等により結合されている。衝撃吸収部２０の軸は、受け面３２ｆに対して垂直としてもよい。なお他の形態として、例えば、受け部３２にボルト孔等を形成し、ボルトにより衝撃吸収部２０の木材１２を受け部３２に結合することも可能である。また、サポート材２５を省略して筒状部材２３を直接的に受け面３２ｆに強固に溶接することも可能である。衝撃吸収部２０の先端は支持部材３０の頂部３５ｍから離れており、衝撃吸収部２０は片持ちの状態に保持されている。すなわち、衝撃吸収部２０の軸方向の長さが支持部材３０の受け面３２ｆから頂部３５ｍまでの距離よりも小さく設定されている。

［衝撃吸収機構の動作］
　次に、図５、図６を参照しつつ、前記衝撃吸収機構１０の動作について説明する。車両２が前方衝突するなどして衝撃荷重Ｆがバンパーリインフォース３を受けると、この衝撃荷重Ｆはこのバンパーリインフォース３を介してまず支持部材３０のバンパー支持部３５に加わる。バンパー支持部３５は、バンパーリインフォース３に押されて壁部３５ｗが上下に膨らむように屈曲し、頂部３５ｍが衝撃吸収部２０の先端に当接する。そして、衝撃荷重Ｆはバンパーリインフォース３を介して衝撃吸収部２０に軸方向に入力される。図６Ａに示すように、その衝撃荷重Ｆがある限界値Ｈを超えると木材１２と筒状部材２３とが軸方向に潰れ始める。図５はこのようにして潰れた木材１２と筒状部材２３とを示している。木材１２は軸方向に潰れることにより筒状部材２３と共に外側に膨れるように変形する。場合によって、木材１２と筒状部材２３は拘束されていない先端で裂けて外側に放射状に広がる。このように、衝撃荷重Ｆが木材１２と筒状部材２３とにより吸収されて、サイドメンバ５に伝達される衝撃荷重が軽減される。

　図６Ａは、衝撃吸収部２０の潰れ量（ｍｍ）に対して、衝撃吸収部２０に対して軸方向に加えた衝撃荷重Ｆの変化を測定した結果を示すグラフである。筒状部材２３の軸方向における長さは約７０ｍｍ、幅寸法（六角形の外接円の直径寸法）は約２８ｍｍ、肉厚寸法は約０．８ｍｍ程度に設定した。木材１２は、筒状部材２３の軸方向の長さと等しい約７０ｍｍとし、幅寸法（六角形の外接円の直径寸法）は、木材１２の外周面と筒状部材２３の内周面間のクリアランスが約０．２５ｍｍ程度になるように約２８ｍｍとした。このように、本発明の実施態様による衝撃吸収機構１０では、衝撃吸収部２０はいわゆる片持ちの状態に保持されており、先端が良好に潰れ、図６Ａに示すように、全長７０ｍｍの衝撃吸収部２０が約５４ｍｍ程度潰れた。図６Ｂは、図１１～図１３に示すような従来の形態の衝撃吸収機構を用いた測定結果を示すグラフである。上記の結果に対し、従来のように衝撃吸収部１００の両端が何らかの結合手段によって拘束されていると、図６Ｂに示すように、全長７０ｍｍの衝撃吸収部が約４０ｍｍ程度しか潰れず、衝撃吸収部の両端に潰れない部分が残った。このように、本発明の実施態様による衝撃吸収機構１０では、従来と比較して、同じ長さでも衝撃吸収量が大きくなることが示された。

［本発明の実施態様の有利な効果］
　衝撃荷重Ｆが加わる際、衝撃吸収部２０の軸方向における一端のみが車両２のサイドメンバ５に結合されている。すなわち、衝撃吸収部２０の一端のみがサポート材２５等により固定されるため、固定されていない他端は中間部と同じように潰れることができる。したがって、従来のように柱状の衝撃吸収部２０の両端をそれぞれ何らかの結合手段によって固定する構造と比較して、衝撃吸収部２０の潰れ可能な範囲を広くできる。このため、従来と同じ長さの衝撃吸収部２０であっても衝撃吸収量を大きくできる。

　別の実施態様として、図７に示すように、衝撃吸収部２０の先端を支持部材３０の頂部３５ｍに結合することなく当接させることも可能である。その他、例えば衝撃吸収部２０の先端を支持部材３０の頂部３５ｍに点溶接（補助結合）し、衝撃荷重Ｆが加わった際に溶接が外れるようにすることも可能である。これにより、衝撃荷重Ｆが加わった際に衝撃吸収部２０が片持ちの状態となり、衝撃吸収部２０の先端まで潰れることができる。このように、衝撃吸収部２０の両端の結合強度に意図的に差を設けることでも衝撃吸収部２０の潰れ可能な範囲を広くできる。

　さらに別の実施態様として、図８に示すように、衝撃吸収部２０をバンパーリインフォース３側に固定し、サイドメンバ５側に固定しないことも可能である。図９に示すように衝撃荷重Ｆが加わると、木材１２と筒状部材２３の後側が潰れる。

　また、バンパーリインフォース３は支持部材３０のバンパー支持部３５によってサイドメンバ５に対して所定位置に支持されており、衝撃吸収部２０はバンパーリインフォース３を支持する必要がない。逆に、バンパー支持部３５は図５に示すように容易に外側に屈曲することによって、ほとんど衝撃荷重を吸収しない。したがって、バンパーリインフォース３の支持構造と衝撃荷重の吸収性能を独立して設計することが可能である。衝撃吸収性能は、例えば衝撃吸収部２０の断面積を変更することにより調整することができる。また、バンパーリインフォース３の支持に必要な剛性はバンパー支持部３５のみが受け持つため、支持部材３０の構造を適宜変更することにより衝撃吸収部２０に影響を与えることなく結果的に支持剛性を向上させることができる。

　また、支持部材３０のバンパー支持部３５は、衝撃吸収部２０を囲むように形成されている。また、バンパー支持部３５は台形状に形成されており、衝撃荷重Ｆを受けることで図５に示すように衝撃吸収部２０から離れる方向に屈曲変形可能である。このため、バンパー支持部３５は、衝撃吸収部２０が外側に膨れるように変形するのを妨げない。その他、バンパーリインフォース３を十分支持できる場合には、図１０に示すようにバンパー支持部３８の壁部３５ｗを片方省略し、構造を簡素化することも可能である。

　別の実施態様として、バンパー支持部３５が外側に凸変形するように予め外側に凸となるように湾曲させたり、外側に凸となるように折線を設けたりしておくことも可能である。あるいは、外側に凸変形するように内側から支持材により支持することも可能である。

　また、衝撃吸収部２０は一端のみが固定されているため、衝撃吸収部２０の取り付けや交換が容易である。

　本発明の実施態様を具体的な形態に触れつつ説明したが、本発明の目的を逸脱せずに多くの置換、改良、変更が可能であることは当業者であれば明らかであろう。すなわち、本発明の実施態様は添付した請求項の精神と目的に相当し得るあらゆる置換、改良、変更を含むことを意図するものである。

Claims

　車両に設置される衝撃吸収機構であって、
　筒状部材とこの筒状部材に収容された木材とを有しこの木材の繊維方向が軸方向に向けられた柱状の衝撃吸収部を備えており、
　この衝撃吸収部は、衝撃荷重を受ける荷重受け部材と車両の骨格部材との間に配設されて、その荷重受け部材から衝撃荷重が加わった際に少なくとも前記木材が軸方向に潰れることでその衝撃荷重を吸収することができ、
　前記衝撃吸収部の軸方向における一端は結合手段により前記骨格部材または荷重受け部材に結合されており、他端は衝撃荷重が加わった際に前記骨格部材と荷重受け部材のいずれにも結合されない状態である、衝撃吸収機構。
　請求項１に記載の衝撃吸収機構であって、
　前記衝撃吸収部の軸方向における他端を前記荷重受け部材または骨格部材に結合する補助結合手段を備えており、衝撃荷重が加わることでこの補助結合手段による結合が解除される、衝撃吸収機構。
　請求項１または請求項２に記載の衝撃吸収機構であって、
　前記骨格部材に取付けられ前記荷重受け部材を支持する支持部材を備えている、衝撃吸収機構。
　請求項３に記載の衝撃吸収機構であって、
　前記支持部材は、前記荷重受け部材から衝撃荷重が加わった際に、前記木材が軸方向に潰れて衝撃吸収部が外側に膨れるのを妨げないように変形する、衝撃吸収機構。
　請求項３または請求項４に記載の衝撃吸収機構であって、
　前記支持部材が前記衝撃吸収部を囲うように形成されており、前記衝撃吸収部との間に隙間が空けられている、衝撃吸収機構。
　請求項３または請求項４に記載の衝撃吸収機構であって、
　前記支持部材は、前記荷重受け部材と骨格部材との間に渡された少なくとも一枚の板状の壁部を備えており、この壁部と前記衝撃吸収部との間に隙間が空けられている、衝撃吸収機構。
　請求項５または請求項６に記載の衝撃吸収機構であって、
　前記支持部材は、衝撃荷重が加わることで外側に凸変形するように形成されている、衝撃吸収機構。
　請求項５または請求項６に記載の衝撃吸収機構であって、
　前記支持部材は、衝撃荷重が加わった際に外側に凸変形するように内側から支持材により支持されている、衝撃吸収機構。