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公開番号2025069661
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-01
出願番号2023179516
出願日2023-10-18
発明の名称衝撃吸収部材
出願人日本製鉄株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類F16F 7/12 20060101AFI20250423BHJP(機械要素または単位;機械または装置の効果的機能を生じ維持するための一般的手段)
要約【課題】軽量でありながら節目良く折れ変形して高いエネルギー吸収効率を発揮できる衝撃吸収部材の提供を課題とする。
【解決手段】この衝撃吸収部材1は、筒状体30とリインフォース40とを備える。リインフォース40は、縦板41を有してかつ第1平面部幅板厚比r1が10以上50以下である第1条件、及び、横板42を有してかつ第2平面部幅板厚比r2が10以上50以下である第2条件、のうちの少なくとも一方を満たす。リインフォース40は、長手方向に沿って順に並ぶ第1部位R1、第2部位R2、第3部位R3を有する。第2部位R2に、第1部位R1及び第3部位R3の双方よりも薄い板厚、及び、第1部位R1及び第3部位R3の双方よりも低い引張強度、の少なくとも一方を有する折れ起点部が、筒状体30との接続位置を含んで形成されている。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
中空管と、前記中空管の内部に固定配置されたリインフォースとを備え、一方向に沿って長い衝撃吸収部材において、
前記中空管が、引張強度が６５０ＭＰａ以上１６００ＭＰａ以下の鋼材からなり、前記リインフォースが、引張強度が５９０ＭＰａ以上１６００ＭＰａ以下の鋼材からなり；
前記衝撃吸収部材の長手方向に垂直な断面で、
前記中空管が、平坦部全幅寸法Ｗ１（ｍｍ）及び板厚ｔ１（ｍｍ）を有する天壁部と、前記天壁部の両側に設けられて平坦部全幅寸法Ｗ２（ｍｍ）及び板厚ｔ１（ｍｍ）を有する一対の側壁部と、を有し、
前記リインフォースが、前記天壁部に一端が接合され合計枚数がｎ１枚でかつ合計板厚がｔ２（ｍｍ）である縦板と、前記一対の側壁部間を接続して合計枚数がｎ２枚でかつ合計板厚がｔ３（ｍｍ）である横板と、のうちの少なくとも一方を有し；
前記リインフォースが、
前記縦板を有してかつ下記の式１による第１平面部幅板厚比ｒ１が１０以上５０以下である第１条件、及び、前記横板を有してかつ下記の式２による第２平面部幅板厚比ｒ２が１０以上５０以下である第２条件、のうちの少なくとも一方を満たし、
前記長手方向に沿って順に並ぶ第１部位、第２部位、第３部位を有し；
前記第２部位に、
前記第１部位及び前記第３部位の双方よりも薄い板厚、及び、
前記第１部位及び前記第３部位の双方よりも低い引張強度、
の少なくとも一方を有する折れ起点部が、前記中空管との接続位置を含んで形成されている；
ことを特徴とする衝撃吸収部材。
ｒ１＝（（Ｗ１－ｔ２）／（ｎ１＋１））／ｔ１・・・（式１）
ｒ２＝（（Ｗ２－ｔ３）／（ｎ２＋１））／ｔ１・・・（式２）
続きを表示（約 2,000 文字）【請求項２】
前記第２部位における前記折れ起点部の引張強度と、前記第１部位及び前記第３部位における引張強度とが互いに等しく；
前記第２部位における前記折れ起点部での前記合計板厚ｔ２を、前記第１部位における前記合計板厚ｔ３及び前記第３部位における前記合計板厚ｔ３の平均値である平均板厚ｔａ３（ｍｍ）で除算した板厚比が、１／３～（ｔａ３－０．２）／ｔａ３を満たす；
ことを特徴とする請求項１に記載の衝撃吸収部材。
【請求項３】
前記第２部位における前記折れ起点部での前記合計板厚ｔ２と、前記第１部位における前記合計板厚ｔ３及び前記第３部位における前記合計板厚ｔ３の平均値である平均板厚ｔａ３（ｍｍ）とが互いに等しく；
前記第２部位における前記折れ起点部の引張強度Ｅ１（ＭＰａ）を、前記第１部位における引張強度及び前記第３部位における引張強度の平均値である平均引張強度Ｅａ２（ＭＰａ）で除算した引張強度比が（Ｅａ２－１００）／Ｅａ２～２を満たす；
ことを特徴とする請求項１に記載の衝撃吸収部材。
【請求項４】
前記第２部位における前記折れ起点部での前記合計板厚ｔ２を、前記第１部位における前記合計板厚ｔ３及び前記第３部位における前記合計板厚ｔ３の平均値である平均板厚ｔａ３（ｍｍ）で除算した板厚比が、１／３～（ｔａ３－０．２）／ｔａ３を満たし；
前記第２部位における前記折れ起点部の引張強度Ｅ１（ＭＰａ）を、前記第１部位における引張強度及び前記第３部位における引張強度の平均値である平均引張強度Ｅａ２（ＭＰａ）で除算した引張強度比が（Ｅａ２－１００）／Ｅａ２～２を満たす；
ことを特徴とする請求項１に記載の衝撃吸収部材。
【請求項５】
前記長手方向に沿う方向における、
前記折れ起点部の長さ寸法Ｌｒ１（ｍｍ）と、前記リインフォースの長さ寸法Ｌｒ２（ｍｍ）とが、Ｌｒ２＞Ｌｒ１＞（１／２）×Ｌｒ２を満たす
ことを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載の衝撃吸収部材。
【請求項６】
前記リインフォースを、前記折れ起点部を含む位置において前記長手方向に垂直な断面で見て、
前記折れ起点部の幅寸法Ｗｒ１（ｍｍ）と、前記リインフォースの中心及び前記接続位置間の幅寸法Ｗｒ２（ｍｍ）とが、Ｗｒ２≧Ｗｒ１＞（１／３）×Ｗｒ２を満たす
ことを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載の衝撃吸収部材。
【請求項７】
前記第１条件を満たし；
前記長手方向に垂直な断面視で、前記縦板の前記一端に形成されたフランジが、前記天壁部にスポット溶接されている；
ことを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載の衝撃吸収部材。
【請求項８】
前記第２条件を満たし；
前記長手方向に垂直な断面視で、前記横板の両端に形成されたフランジが、前記一対の側壁部のそれぞれにスポット溶接されている；
ことを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載の衝撃吸収部材。
【請求項９】
前記中空管が、
前記長手方向に垂直な断面が前記天壁部であるハット頂部及び前記ハット頂部の両側に連なる前記一対の側壁部を有するハット形部材と、
前記ハット形部材に接合されて前記ハット頂部に対向する板状部材と、を有し；
前記第１条件及び前記第２条件の双方を満たし；
前記長手方向に垂直な断面で、
前記合計枚数ｎ１が１でかつ前記合計枚数ｎ２が１であり、
前記縦板が、前記ハット頂部と前記板状部材との間に掛け渡された状態で固定され、
前記横板が、前記縦板に対して交差した状態で前記一対の側壁部間に固定されている；
ことを特徴とする請求項１に記載の衝撃吸収部材。
【請求項１０】
前記中空管が、
前記長手方向に垂直な断面が前記天壁部であるハット頂部及び前記ハット頂部の両側に連なる前記一対の側壁部を有するハット形部材と、
前記ハット形部材に接合されて前記ハット頂部に対向する板状部材と、を有し；
前記第１条件及び前記第２条件の双方を満たし；
前記長手方向に垂直な断面で、
前記合計枚数ｎ１が１でかつ前記合計枚数ｎ２が１であり、
前記横板の一端が前記一対の側壁部の一方に接合され、前記横板の他端が前記一対の側壁部の他方に接合され、
前記縦板の前記一端が前記ハット頂部に接合され、前記縦板の他端が前記横板の前記一端及び前記他端間の位置に接合されている；
ことを特徴とする請求項１に記載の衝撃吸収部材。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝撃吸収部材に関する。
続きを表示（約 4,100 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、世界中で燃費規制が厳格化され、自動車メーカーは車体の軽量化を推し進めている。同時に、車体の衝突安全性も厳格化されているため、軽量化と衝突性能向上の両立が求められている。
また、各国の燃費規制対応やカーボンニュートラルの潮流に伴って、自動車の動力源の電動化が進められている。動力源の電動化に伴い、従来の内燃機関を有する車体構造に比べて、車体重量の増加やエンジンルームの縮小など、車体構造にも変化が生じている。その一例として、車体前部のショートノーズ化が挙げられる。車体をショートノーズ化しながらも高い衝突安全性を維持するためには、短い変形ストロークで高いエネルギー吸収効率が得られる構造が必要になる。
【０００３】
特に、フロントサイドメンバやリアサイドメンバのように、車両衝突時に積極的に塑性変形させて衝突エネルギーを吸収する部品では、エネルギー吸収性能を飛躍的に向上できる構造が求められている。また、このような部品は、衝突時に乗員へ加わる外力を最小限に抑える役割を持つことからも、急激な荷重変動を抑制しつつ、変形ストロークを短くできる変形態様を持つことが理想的である。
【０００４】
部材の変形態様としては、蛇腹変形と蛇行変形とがある。
蛇腹変形は、部材を構成する各側面の全てにおいて面外変形が発生するものの、部材長手方向の中心線は殆ど曲がらない変形のことを言う。
一方、蛇行変形は、部材長手方向の複数箇所において折れ曲がりを生じるものであり、その際、部材を構成する各側面のうちの一面を主体として面外変形が発生し、なおかつ、部材長手方向の中心線も曲がる変形のことを言う。
上記２つの変形態様を比べた場合、理想的な方向から衝撃力が入力するのであれば、蛇腹変形は、蛇行変形よりも衝撃エネルギーの吸収量が大きいと言える。しかしながら、衝撃力の入力方向は一方向のみに定まらないので、例えば部材長手方向に対して斜めに衝撃力が加わった場合、蛇腹変形ではエネルギー吸収量が著しく低下する。これに対し、蛇行変形（折れ変形）は衝撃力の印加方向に対してある程度柔軟に対応出来るので、衝撃エネルギーを安定して吸収できる。折れ変形により衝撃エネルギーを吸収する構造の一例を、特許文献１，２に示す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２００８－１７４１２１号公報
国際公開第２０２１／１９２１８８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１には、後面衝突時の衝撃エネルギーを吸収する車体後部構造が開示されている。この車体後部構造は、リアフレームと、このリアフレームよりも下方に配置されるタンクロアフレームとが車体の左右に一対で配置された車体後部構造において、前記リアフレームが、前記タンクロアフレームと比較して、変位Ｓに対する荷重Ｆの比（Ｆ／Ｓ）が大きくなるような変位－荷重特性を有し、かつ前記タンクロアフレームは、最大曲げ強度に達した後に急激に荷重が低下しないように断面変形が抑制された構成を採用している。
【０００７】
ここで、上述したように、衝撃吸収部材には、軽量化及び衝突性能向上に加えて、変形ストロークの短縮化も求められるようになっている。軽量化の一手段としてアルミなどの軽合金を素材として採用することも考えられるが、その材料強度の低さ故に、衝突性能向上及び変形ストロークの短縮化は望めない。そのため、高い引張強度を持つ高強度鋼板を採用した上で板厚を薄くすることが別案として考えられる。しかし、例えば特許文献１に開示のリアフレームで単純に板厚を薄くした場合、このリアフレームの何れの箇所においても面外変形が生じやすくなり、折れ起点部の位置がはっきりしなくなる。衝撃エネルギー吸収の観点からは、どこで折れてもよいというわけではなく、設計通りの位置で節目良く折れてくれないと、設計通りのエネルギー吸収量が得られない。その場合、蛇腹変形に比して優位であるはずの、本来のエネルギー吸収量の高さが発揮できない。すなわち、単純に材料強度を高めて板厚を薄くするだけでは、折れ変形の利点を高位に発現できず、変形ストロークの短縮化も達成できない。
この点は、特許文献２についても同様である。特許文献２には、閉断面構造を持つ骨格部材と、この骨格部材内に配置された補強部材とを備えた構造体が開示されている。この構造体において、軽量化を目的として骨格部材の板厚を単純に薄くした場合、骨格部材の各部位において面外変形が生じやすくなり、やはり折れ起点部の位置がはっきりしなくなる。従って、折れ変形の利点を高位に発現し、変形ストロークのさらなる短縮化を達成するために検討の余地がある。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、軽量でありながら節目良く折れ変形して高いエネルギー吸収効率を発揮できる衝撃吸収部材の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用している。
（１）本発明の一態様は、
中空管と、前記中空管の内部に固定配置されたリインフォースとを備え、一方向に沿って長い衝撃吸収部材において、
前記中空管が、引張強度が６５０ＭＰａ以上１６００ＭＰａ以下の鋼材からなり、前記リインフォースが、引張強度が５９０ＭＰａ以上１６００ＭＰａ以下の鋼材からなり；
前記衝撃吸収部材の長手方向に垂直な断面で、
前記中空管が、平坦部全幅寸法Ｗ１（ｍｍ）及び板厚ｔ１（ｍｍ）を有する天壁部と、前記天壁部の両側に設けられて平坦部全幅寸法Ｗ２（ｍｍ）及び板厚ｔ１（ｍｍ）を有する一対の側壁部と、を有し、
前記リインフォースが、前記天壁部に一端が接合され合計枚数がｎ１枚でかつ合計板厚がｔ２（ｍｍ）である縦板と、前記一対の側壁部間を接続して合計枚数がｎ２枚でかつ合計板厚がｔ３（ｍｍ）である横板と、のうちの少なくとも一方を有し；
前記リインフォースが、
前記縦板を有してかつ下記の式１による第１平面部幅板厚比ｒ１が１０以上５０以下である第１条件、及び、前記横板を有してかつ下記の式２による第２平面部幅板厚比ｒ２が１０以上５０以下である第２条件、のうちの少なくとも一方を満たし、
前記長手方向に沿って順に並ぶ第１部位、第２部位、第３部位を有し；
前記第２部位に、
前記第１部位及び前記第３部位の双方よりも薄い板厚、及び、
前記第１部位及び前記第３部位の双方よりも低い引張強度、
の少なくとも一方を有する折れ起点部が、前記中空管との接続位置を含んで形成されている。
ｒ１＝（（Ｗ１－ｔ２）／（ｎ１＋１））／ｔ１・・・（式１）
ｒ２＝（（Ｗ２－ｔ３）／（ｎ２＋１））／ｔ１・・・（式２）
【００１０】
上記（１）に記載の衝撃吸収部材によれば、中空管の天壁部に折れ起点部を設定する場合、折れ変形の始めにおける天壁部は、中空管の内方に向かって沈みこもうとする。
第１条件のみを満たす場合、この沈みこもうとする力に抵抗しながら縦板が天壁部を支え続ける。これにより、天壁部の沈みこみが抑制されると共に、天壁部の沈みこみに伴って生じようとする一対の側壁部間の開きも抑制される。このように、中空管がその内方よりリインフォースによって支持される。
または、第２条件のみを満たす場合、一対の側壁部間の間隔が横板により拘束されている。この拘束により、天壁部が一対の側壁部間を押し拡げるように沈みこめないため、間接的に天壁部を支持した状態となる。よって、この場合も、中空管がその内方よりリインフォースによって支持される。
あるいは、第１条件及び第２条件の両方を満たす場合、天壁部の沈みこみの抑制に加えて一対の側壁部間の開きも抑制される。そのため、両者の相乗効果により、中空管がその内方よりリインフォースによってさらに強固に支持される。
このように中空管はリインフォースによってその長手方向の各位置で補強されている。その上で、中空管は、第１平面部幅板厚比ｒ１が１０以上５０以下である第１条件、及び、第２平面部幅板厚比ｒ２が１０以上５０以下である第２条件、のうちの少なくとも一方を満たしている。これにより、軽量化を目的として中空管の板厚ｔ１を薄くしても、天壁部あるいは側壁部が容易に面外変形しなくなる。もし、意図しない位置で面外変形が生じた場合、その部位における圧縮変形の仕方が不安定になるため、面外変形した部位が折れ易くもなり得るし、折れ難くもなり得る。その結果、中空管の意図しない位置で折れ変形が生じる虞がある。一方、本態様では、第１条件及び第２条件のうちの少なくとも一方を満たしている。これにより、中空管が意図しない部位で面外変形することを抑制できるため、板厚ｔ１を薄くして衝撃吸収部材を軽量化できる。
その一方で、この衝撃吸収部材は、第１部位及び第３部位の双方よりも薄い板厚、及び、第１部位及び第３部位の双方よりも低い引張強度、の少なくとも一方を有する折れ起点部を第２部位に備えているので、第２部位の曲げ強度を、第１部位の曲げ強度及び第３部位の曲げ強度よりも相対的に低くしている。この相対的な強度差と、上述した第１条件及び第２条件の少なくとも一方との組み合わせにより、第２部位を折れ起点部として衝撃吸収部材を節目良く折れ変形させることができる。加えて、衝撃吸収部材に加わる衝撃エネルギーを、主にリインフォースがその第２部位を起点として折れ変形しながら吸収するので、エネルギー吸収量を高めることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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