冲击吸收构件的制作方法
技术领域：
本发明涉及冲击吸收构件。具体地说，本发明涉及能够吸收产生于例如汽车等车辆碰撞时的冲击能量的冲击吸收构件。
背景技术：
如周知，当前的大多的汽车的车身，为了兼顾轻量化和高刚性，而由单壳车身构成，所述单壳车身利用与车架一体化后的车身整体支撑载荷。汽车的车身必须备有在汽车碰撞时抑制车辆的功能性损伤并保护车厢内乘客的生命的功能。为了通过吸收车辆碰撞时的碰撞能量而缓冲对车厢的冲击力，从而尽可能地降低车厢的损失，较为有效的是例如使所谓的发动机室和行李室以外的空间优先破坏。
出于这种安全上的要求，在车身的前部、后部或侧部等适当的位置，设有冲击吸收构件，由于其一旦承受碰撞时的冲击载荷即被压坏，因而积极地吸收了碰撞能量。到目前为止，作为这种冲击吸收构件，已知有前方侧构件、侧梁、以及后方侧部构件等。
近年来，进行了如下尝试，即利用例如紧固和焊接等适当的方法将被称作碰撞箱的冲击吸收构件，安装于前方侧部构件的前端，从而实现车身的安全性的提高，以及因基本上消除了由轻碰撞引起的车身的损伤而使得修理费的降低。所谓碰撞箱，是因向轴方向施加的冲击载荷而优先地向轴方向以蛇腹状(摺状)压曲，藉此吸收冲击能量的构件。
到目前为止，已经公开了各种用于提高该冲击吸收构件的冲击吸收性能的材质和形状。所谓冲击吸收构件所要求的冲击吸收性能，具体地说，若冲击载荷施加于轴方向，则通过向轴方向反复而稳定地压曲，而以蛇腹状变形，并且冲击吸收构件的压坏时产生的最大反作用力位于不破坏该冲击吸收构件的近旁的其他构件的范围。
到目前为止，通常所使用的冲击吸收构件，如特开平8-128487号公报所公开，通过设于帽形的横端面形状的构件的凸缘而焊接背板，从而形成箱状构件的器件。还有，在本说明书中，所谓“凸缘”表示从横剖面的轮廓向外部凸出而设置的边缘部。
与此相反，在特开平9-277953号公报中公开了一种冲击吸收构件的发明，所述冲击吸收体具有从一端向另一端的剖面形状为，从四边形以上的多边形向比该多边形边数更多的其他多边形连续地变化的闭剖面构造，并在降低碰撞的产生载荷的同时提高冲击吸收量。另外，在该特开平9-277953号公报中，记载了将冲击吸收构件的横剖面形状简单地设计为多边化，而使初期载荷变得过高的主旨。
另外，在特开2002-316642号公报中，公开了一种发明，所述发明是将具有四个平面部的角筒状的冲击吸收构件的前端部的左右两侧中的一方，或上下两侧中的一方中设置切口部的冲击吸收构件。
另外，在特开2002-139086号公报中，通过设置破坏焊缝而将最大载荷降低的冲击吸收构件。
另一方面，作为近年的汽车大多使用的乘客保护装置的气囊，降低了由冲突引起的乘客的损伤，因此必须在碰撞后经过极短的时间后的时刻正确地起动。该气囊，基于由加速度传感器在碰撞时所检测的冲击载荷的变化量而输出的信号而起动，所述加速度传感器设于前方侧部构件等冲击吸收构件上。为此，若不能稳定地得到碰撞时作用于冲击吸收构件的冲击载荷的变化量，则该信号的输出时刻也变动，而不能够将气囊以所望的时刻正确地起动。
因此，在特开平5-139242号公报中，公开了如下冲击吸收构件的发明，所述冲击吸收构件能够通过在冲击吸收构件的前部与后部之间设置板厚差，并通过在冲击吸收构件的前部和后部之间设置台阶部而附加剖面积差，或者通过在该台阶部的后部附加固强材料，而以由冲击吸收构件所吸收的冲击载荷成为两阶段的方式控制冲击载荷，由此充分地吸收冲击能量，并以接近设定的加速度的值确实地使加速度传感器动作。
但是，根据特开平8-128487号公报、特开平9-277953号公报、特开2002-316642号公报或特开2002-139086号公报所公开的现有的任何一种发明，均无法提供具有如下功能的冲击吸收构件，即在不引起因隔壁的追加和板厚的增加而产生的重量的增加的情况下，通过稳定地向轴方向压曲而确保规定的冲击吸收量。
在由特开平9-277953号公报所公开的发明中，冲击吸收构件的横剖面形状在大致全长上逐渐变化。为此，根据该发明，可以认为能够确实地降低初始载荷。可是，根据向冲击吸收构件轴方向的位置，冲击吸收构件的横剖面形状有可能不可避免地不适用于稳定压曲的形状。因此，对于该冲击吸收构件，若向轴方向施加冲击载荷，则有可能不能够向轴方向反复而稳定地压曲，不会以蛇腹状变形。
在特开2002-316642号公报所公开的发明中，构件的前端部形成为非对称形状。为此，恐怕会是该冲击吸收构件单体中的压坏举动也是非对称的，且因压坏时产生弯折等而不能稳定地压曲。
在特开2002-139086号公报所公开的发明中，设置破坏焊缝的适当位置，因冲击吸收构件的形状、尺寸以及材质等而变动。为此，在本发明中，为了决定设置破坏焊缝的位置，在实际上需要试制将破坏焊缝设置于各种位置的冲击吸收构件，这在现实中不容易实施。
另一方面，特开平5-139242号公报所公开的发明，通过在冲击吸收构件的各部位设置板厚差和级差而付与剖面积差，藉此控制载荷。为此，在该发明中，较大地受设置有板厚差和剖面积差的各部位压曲变形时的变形行为的影响，所产生的载荷差以及由该载荷差所产生的行程量也容易变动。为此，在该发明中，不易于以冲突时由冲击吸收构件所吸收的冲击载荷成为两阶段的方式确实而稳定地控制冲击载荷。
另外，在本发明中，由于不可避免地引起了冲击吸收构件的重量的增加，因此与车体轻量化的要求不符，且冲击吸收构件的成本上升。
发明内容
本发明的目的为提供一种冲击吸收构件，其能够在不引起因隔壁的追加和板厚的增加而产生的重量的增加的情况下，通过稳定地向轴方向以蛇腹状压曲而确保规定的冲击吸收量。
另外，本发明的目的为提供一种冲击吸收构件，其能够在不引起冲击吸收构件的重量增加的情况下，以碰撞时由冲击吸收构件所吸收的冲击载荷成为两阶段的方式确实而稳定地控制冲击载荷。
本发明者针对上述现有的技术所存在的问题，反复进行各种研究，其结果发现，通过将冲击吸收构件的形状加工为特定的形状，即使不设置破坏焊缝，也能够抑制初始载荷的上升并显示出了稳定的压曲行为，因此能够确保按照设计目标的冲击吸收量。这里所谓初始载荷，表示产生于压坏初期的载荷的最初的极大值。
也就是说，本发明者利用FEM进行了冲击吸收构件的轴压坏的分析。其结果确认为若将冲击吸收构件的剖面形状设计为四边形、六边形、以及八边形，则伴随着增加多边形的横剖面形状的边数，载荷以及吸收能量EA也同时上升。
图1(a)是表示位移量为0～150mm的范围中的载荷的曲线图，图1(b)是放大而表示图1(a)中的位移量为0～15mm的范围的曲线图。
图1(a)和图1(b)中的纵轴A表示载荷，纵轴B表示吸收能量，此外横轴C表示位移量。另外，附加于图1(a)和图1(b)的曲线图中的指示线4、6、8的各数字，分别表示四边形、六边形和八边形。此外，附加于图1(a)和图1(b)的曲线图中的指示线的符号A表示载荷的曲线图，附加于指示线的符号B表示吸收能量的曲线图。
根据图1(a)和图1(b)所示的曲线图可知，为了确保规定的冲击吸收量，而优选为将冲击吸收构件的横剖面形状设计为六边形以上的多边形。
然而，如由该图所理解的那样，若冲击吸收构件的横剖面形状的角数增加至四边形、六边形、或八边形的角数，则存在初始载荷变大的问题。
因此，为了在实际上能够采用具有六边形以上的多边形的横剖面形状的冲击吸收构件，重要的是维持冲击吸收构件的本来的压曲行为而仅降低初始载荷。通常，施加于向轴方向压坏的冲击吸收构件的初始载荷，与产生初始压曲的轴方向的位置的冲击吸收构件的剖面积，和构成冲击吸收构件的材料的屈服应力的积存在比例关系。
为此，在由同一材料构成冲击吸收构件的情况下，为了降低初始载荷，减小初始压曲产生时的冲击吸收构件的横剖面积较为有效。
本发明者基于这些知识而进一步反复研究，结果发现，在输入冲击载荷一侧的冲击吸收构件的筒体的一部分上，优选对称地形成切口部，由此能够维持冲击吸收构件所具有的压曲行为的稳定性，并且降低初始载荷。
此外，本发明者考虑到以下情况而进一步反复进行了研究即若最佳地设定该切口部的形状，则能够确实且稳定地实现碰撞时由冲击吸收构件所吸收的冲击载荷的阶段的控制，由此能够使上述加速度传感器确实地动作。
结果，得到以下所列示的内容的认识。
(a)在图2中由曲线图中，示出了通过切口部将棱线的部分切口的冲击吸收构件的轴压坏的位移(行程)与载荷的关系的一例。图2的纵轴A表示载荷，横轴C表示位移量。
如图2的曲线图中以实线所表示，若通过设置切口部而将棱线的一部分切除，与不设置切口部的情况(以虚线表示)相比较，能够得到明了地具有第一段的峰值载荷F1和第二段的峰值载荷F2的两阶段负荷特性。通过利用这两个峰值载荷F1、F2，能够以碰撞时由冲击吸收构件所吸收的冲击载荷成为两阶段的方式确实且稳定地控制冲击载荷，由此，能够使加速度传感器确实地动作。
(b)冲击吸收构件通过备有2n根(n是3以上的自然数)棱线，以及由这些2n根棱线所区划的2n个面，而具有2n边形的横剖面形状，轴方向的长度为L，且包含所述2n根棱线中的一部分的棱线的区域，仅存在于从离开所述施加载荷的一方的端部向着所述轴方向的距离为h的位置到另一方的端部之间，且设长度为L的没有被切除的棱线的数目为m。
图2的曲线图中的第一段的峰值载荷F1以及第二段的峰值载荷F2之间的载荷差ΔF，根据被切除的棱线数(2n-m)或者未被切除的棱线数(m)而变换。因此，通过控制因切口部而被切除的棱线数(2n-m)或未被切除的棱线数(m)，而能够对应于对象车的规格(车重、载荷特性以及加速度特性等)而将载荷差ΔF控制为最佳值，由此，能够容易地进行适合于对象车的加速度传感器的感度的最佳的调谐。
(c)另外，使切除部的深度h对应于筒体轴方向的位置而变化，即通过多数种地形成不同深度h的切除部，如图的曲线图中的一点点划线所示的那样，能够容易地与上述同样地得到多阶段的峰值载荷特性。不仅对于气囊的加速度传感器，而且对于用于例如侧部气囊的和预拉安全带那样的复杂化车辆系统的各种传感器的动作控制也极为有效。
即，基于设置该切口部的载荷特性，能够在一点也不追加固强材料等新构件的情况下，仅通过切口部的形成条件而控制。为此，能够确实地得到冲击吸收构件，其能够通过设置切口部的条件，而在不引起重量增加的情况下，发挥所被决定的载荷差。
另外，因附加该载荷差而降低冲击吸收构件的吸收能量。可是，在本发明中，由于在变形的初期产生该阶段性的载荷变化，因此对由全变形区域所吸收的能量的影响较小，与特开平5-139242号公报所公开的例子相比，具有飞跃性的优异的冲击性能。
本发明，基于关于冲击吸收构件的这些新规和重要的认识而提出。
本发明提供一种冲击吸收构件，其通过备有2n(n是3以上的自然数)根棱线以及由这些2n根棱线所区划的2n个面而具有2n边形的横剖面形状，其中，通过从轴方向的一方的端部向着另一方的端部施加冲击载荷而压曲从而吸收冲击能量，且由长度为L的筒体构成，其中，当包含所述2n根棱线中的一部分的棱线的区域，仅存在于从离开所述一方的端部向着所述轴方向的距离为h的位置到另一方的端部之间时，且假设长度为所述L的棱线的数目为m时，满足下式h≤L×0.30 ……(1)4≤m≤2×(n-1) ……(2)本发明的冲击吸收构件，分别优选为，(i)h≥L×0.03；(ii)0.30≤m/2n≤0.70；(iii)包含2n根棱线中的一部分棱线的区域在所述轴方向上以两段以上的段差状形成；或者(iv)筒体相对于筒体的中心轴具有对称的形状。
图1(a)是表示位移量为0～150mm的范围中的载荷的曲线图，图1(b)是放大并表示图1(a)中的变位量为0～15mm的范围的曲线图。
图2是表示通过切口部将棱线的部分切口的冲击吸收构件的轴压坏的位移(行程)与载荷的关系的一例。
图3(a)和图3(b)分别是表示具有八边形的横剖面形状且构件长度为L的本实施方式的冲击吸收构件的概略式立体图。
图4(a)和图4(b)分别表示具有八边形以外的其他横剖面形状的本实施方式的冲击吸收构件的概略式立体图。
图5是表示如下信息的曲线图，即在板厚为1.6mm的590Mpa级的钢板作为原材料，并对具有其外接圆的直径为120mm的正八边形的横剖面形状且构件长度为220mm的冲击吸收构件中，适当地变更被设置于施加冲击载荷的端部侧的切口部除去的棱线的数目时，比(m/2n)对由FEM进行轴压坏的解析时的第一段的峰值载荷比(由不施加切口时的第一段的峰值载荷比除去各切除条件中的第一段的峰值载荷后的值)的影响。
图6表示在横剖面为十边形的筒体的一方的端部侧以段差状设置切口部的说明图。
图7是对本实施例的例1，对切口部的长度h和构件长度L的比(h/L)进行种种变更，并将此时的初始载荷A1和压坏量为140mm的吸收能量EA绘出而得到的曲线图。
图8是表示性能评价用的冲击吸收构件的基本形状的说明图。
实施方式接下来，参照附图具体地说明实施本发明的最佳方式。
图3(a)和图3(b)分别是表示具有八边形的横剖面形状并且构件长度为L的本实施方式的冲击吸收构件1-1，1-2的概略式立体图。
如图3(a)和图3(b)所示的那样，本实施方式的冲击吸收构件1-1，1-2，均由长度为L的筒体6-1、6-2构成。
筒体6-1、6-2，均通过备有由2n条(图示例为n＝4至8)的棱线2以及由这些8条的棱线2所区划的8个平面3a、3b、3c、3d、3e、3f、3g以及3h，而具有八边形的横剖面形状。
在本发明中，通过将筒体6-1、6-2的横剖面形状设计为六边形以上的2n边形，并如参照图1的曲线图所说明的那样确保充分的吸收能量，并容易地确保筒体6-1、6-2的对称性，藉此，确保稳定的压曲。
另外，对于筒体6-1、6-2，若均从轴方向(图3(a)或图3(b)中的上下方向)的一方的端部4向着离开距离L的另一方的端部5，施加空心箭头所示的冲击载荷W，则通过向轴方向以蛇腹状压曲而吸收冲击能量。
图3(a)所示的冲击吸收构件1-1中，在含有8条棱线中的部分棱线的区域，即面3b、3c、3d、3f、3g、3h的全部或部分的区域，仅存在于从离开施加冲击载荷W一方的端部4在轴方向的距离为h的位置，到另一方的端部5之间。由此，在该筒体6-1的一方的端部4的一侧，形成最大深度为h的大致矩形的切口部7。
另一方面，在图3(b)所示的冲击吸收构件1-2中，面3b、3c、3f、3g的各自的轴方向的长度在周方向上在从L到(L-h)的范围变化。由此，在该筒体6-2的一方的端部4的侧部，形成两个最大深度为h的半圆状切口部8。
因此，在本实施方式中，在筒体6-1、6-2中，设长度为L的棱线，即未被所形成的切口部7、8所除去的棱线的数目是m时，满足以下关系，即h≤L×0.30 ……(1)4≤m≤2×(n-1) ……(2)h≥L×0.03 ……(3)。
以下，说明这些关系。
在本实施方式中，设置切口部7、8的理由是，为了降低碰撞的初始载荷，以包含筒体6-1、6-2的棱线2的一部分的方式设置切口部7、8。
这里，与图3(a)和图3(b)所示的例子不同，也可以将例如图4(a)和图4(b)所示的切口部9、10设置于图示的位置。
图4(a)表示将棱线2和棱线2之间的面3b、3e的一部分切除而形成切口部9的情况。另外，图4(b)表示将夹着一条棱线2的两个面3a、3b以及3d、3e的一部分切除而形成切口部10时的情况。另外，在图4(a)和图4(b)中，切口部9、10以附加阴影而表示。
图3(a)所示的例子以及图4(a)和图4(b)所示的例子，均是将切口部7、9、10设置于与筒体6-1、6-3、6-4的轴方向平行的方向的例子，切口部7、9、10的底部也形成为直线形状。可是，如图3(b)所示的那样，虽然将切口部8设置于与筒体6-2的轴方向平行的方向这一点相同，但也可以将切口部8的底部形成为曲线状。
另外，对于切口部的形状，虽然考虑了此外的多个变更例，但是只要是能够降低碰撞时的初始载荷的形状即可，它们的变形例也将被包含于本在本实施方式的冲击吸收构件1-1、1-2中，首先在筒体6-1、6-2的一方的端部4侧的一部分设置切口部7、8，藉此降低碰撞时的初始载荷。另外，在本实施方式的冲击吸收构件1-1、1-2中，其次，通过将切口部7、8的轴方向的长度h限制于特定的范围，而确保冲击吸收能量。
在本实施方式中，以上述那样规定切口部7、8的形状，是为了兼顾初始载荷的降低和压坏行为的稳定化。
也就是说，离开施加冲击载荷W一方的端部4在轴方向的距离h为0≤h≤(L×0.30)的区域中，m(4≤m≤(2×(n-1)})根棱线2的长度仍然为L，除此之外的其他棱线2的长度为，通过设置切口部7、8而设计为(L-h)。
若m低于4根，则虽然初始载荷被较小程度地抑制，但第二次压曲产生时的载荷较高，得不到降低全压坏位移中的最大载荷的效果。
另外，若切口部7、8的向轴方向的长度h超过(L×0.30)，则因未被切除的剩余部分的压坏时的变形而产生弯折，冲击吸收构件整体的压曲行为变得不稳定。
另一方面，优选为切口部7、8的向轴方向的长度为(L×0.30)以上。因为若长度h低于(L×0.30)，则初始载荷的降低效果变弱。根据同样的观点，长度h优选为(L×0.05)以上但在(L×0.20)以下。
另外，以原长度L残留的m根的棱线2，可以向筒体6-1、6-2的轴方向，邻近而连续地定位，或者，也可以以不邻接而断续地定位。
另外，在本实施方式的冲击吸收构件1-1、1-2中，满足0.30≤m/2n≤0.70的关系。如此，将以原长度L残存的棱线的数m(换言之为切除棱线的数2n-m)相对于所有的棱线数2n的比，限制为0.30以上，0.70以下，由此能够容易地得到适用于旨在向气囊输出起动信号的加速度传感器的载荷差，并能够提高碰撞能量吸收量。
图5是表示如下信息的曲线图，即以板厚为1.6mm的590Mpa级的钢板作为原材料，并对具有其外接圆的直径为120mm的正八边形的横剖面形状且构件长度为220mm的冲击吸收构件，当变更被设置于施加冲击载荷的端部侧的切口部除去的棱线的数目时，比(m/2n)对由FEM进行轴压坏的解析时的第一段的峰值载荷比(由不施加切口时的第一段的峰值载荷比除去各切除条件中的第一段的峰值载荷后的值)的影响。另外，图5的曲线图中的纵轴D表示第一段的峰值载荷比。
如图5所示的曲线图所示，第一段的峰值载荷，即使设置切口部也依赖于仍以原长度L残存的棱线的数目m。另外，第二段的峰值载荷，依存于冲击吸收构件的所有的棱线数2n，随着各棱线的增加，变形载荷也升高。
由此可知，决定图2的曲线图中的加速度传感器的起动的载荷差ΔF依赖于(m/2n)。
这里，由于若比(m/2n)超过0.70则ΔF变小，这样，有可能存在如下情况即使在因为是轻碰撞而没有必要使气囊动作的情况下也输出使气囊动作的误信号。另一方面，由于若比(m/2n)低于0.30则ΔF变大，因此会降低能够由冲击吸收构件整体所吸收的能量。
即，为了实现付与用于使气囊正确地动作的最佳的ΔF，和历来所不具有的高冲击吸收能的任一个，如本实施方式，重要的是设置切口部7、8，并且将由切口部7、8所切的棱线2的条件，设成通过上述(1)～(3)式而规定的条件。
另外，也可以对每个切除棱线2以切除长度h不同的方式设置切口部。例如，图6是在横剖面形状为十边形的筒体6-5的一方的端部4侧，面向轴方向以段差状设置切口部11。10个面3a～3j中的一部分的面3a～3d、3f～3i中的向着筒体周方向的区域，形成向轴方向两段的段差状。
以图6所示的那样，能够对切口部11的形状进行设计，以使得通过将棱线2分为多段(图示是2段)而加工为切除后的形状，而以多段渐渐地提高所产生的峰值载荷。
这里，再次参照已经参照了的图2的曲线图，说明切口部的长度和载荷的关系。
若对冲击吸收构件向轴方向上施加冲击载荷，则对于冲击吸收构件，伴随着变形的开始，产生因弹性压曲而引起的剖面的扩大(面外变形)和塑性屈服，由此出现峰值载荷。
在不存在如上所述的切口部的情况下，如图2的曲线图所示的那样，表示第一峰值P1是比第二峰值P2高很多的值。为此，会付与对与该冲击吸收构件有关的其他构件的损伤，以及对乘客的过剩的加速度的变化，并引起伤害值的增大。
与此相反，若在冲击吸收构件中设置深度为h的一定的切口部，则接收并承受所输入的冲击载荷的筒体的圆周方向的长度变短。为此，若与不设置切口部的情况相比，产生弹性压曲以及塑性压曲的区域变小，负担冲击载荷的筒体的周方向的长度变短。因此，能够防止对与该冲击吸收构件有关的其他构件的损伤，以及对乘客的过剩的加速度的变化，并能够防止伤害值的增大。
此外，若以向切口部的轴方向的形状形成2段以上的段差状的方式形成切口部，则如图2的曲线图的虚线所示，如此的现象多次发生，能够得到根据所设的切口部的段差数的载荷变化。
此外，在图3所示的本实施方式的冲击吸收构件1-1、1-2中，筒体6-1、6-2，通过在对称位置具有切口部7、8，而具有以筒体6-1、6-2的中心轴为对称的形状。具体地说，优选为存在于在筒体6-1、6-2的中心轴中相对向位置的棱线2彼此的一部分，被切口部7、8除去，或者不被除去而残留。这是因为若切口部7、8不存在于对称的位置，则因施加冲击载荷而向轴方向压坏时产生弯折等，而不能实现稳定的压曲。
但是，在不规则碰撞时，对冲击吸收构件的冲击力非对称地输入。为此，在假定不规则碰撞的情况下，也可以将切口部7、8的形状设为非对称形状。在不规则碰撞中，对冲击吸收构件1-1、1-2也存在压坏力以外的弯曲应力，这是因为，考虑到为了吸收该弯曲应力而将冲击吸收构件设为非对称形状，且优选为某一方向。
该冲击吸收构件1-1、1-2的筒体6-1、6-2，也可以通过挤压成型而制造，或者对原材料钢板进行冲压成型加工而构成规定的横剖面形状。并且在筒体6-1、6-2的周围或内部设置凸缘。
另外，切口部7、8的形成，可以在筒体6-1、6-2的成形前预先将该部分切除而进行，另外，也可以在上述的筒体6-1、6-2的成形的各阶段进行，此外，也可以在筒体6-1、6-2的成形后通过适当的方法而进行。
本实施方式的冲击吸收构件1-1、1-2，由于其横剖面形状为六边形以上的2n个边所形成的多边形，且在其面向而重合的棱线2的位置设有规定数的切口部7、8，因此能够降低初始载荷，并且在其后能够将冲击吸收能量确保为较高的值。
如此，根据本实施方式的冲击吸收构件1-1、1-2，能够在不引起因隔壁的追加和板厚的增加而产生的重量的增加以及向轴方向的压曲的情况下，若施加冲击载荷，则通过稳定地向轴方向以蛇腹状压曲，能够确保规定的冲击载荷。另外，按照本实施方式的冲击吸收构件1-1、1-2，能够在不引起其重量增加的情况下，以碰撞时由冲击吸收构件所吸收的冲击载荷成为两阶段的方式设计，并能够确实且稳定地控制冲击载荷。
接下来，参照本实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1为了验证本发明的效果，进行下述的碰撞试验。
将板厚为1.6mm的590MPa级的高张力钢板作为原材料，并对其进行冲压成形，并通过焊接，制造由具有后述的八边形、六边形或四边形的横剖面形状的筒体形成的冲击吸收构件。
于是，在使该冲击吸收构件垂直直立的状态下，使重量为200kgf的重锤从11.9m的上方面向该冲击吸收构件而自由地落下，以55km/h的速度冲击该冲击吸收构件。
冲击吸收构件的轴方向长度，任一个均设为220mm，通过向轴方向的压曲压坏至轴方向的长度为80mm为止。
为了验证切口部的效果，(1)对设有各种切口部的构件的最大载荷的降低效果，相对于由不具有切口部的基本多边形构成的构件的最大载荷的降低效果进行调查；(2)并且对设有各种切口部的构件的能量吸收性能(冲击吸收性能％)，相对于由不具有切口部的基本多边形构成的构件的能量吸收性能进行调查。
另外，关于最大载荷的评价基准，从抑制其他构件的损伤的观点出发，将200kN作为上限，关于吸收能量的评价基准，从确保较高的碰撞性能的观点出发，将84.0％作为下限。
<例1>
设为具有直径120mm的外接圆的正八边形的横剖面形状，且在构件全长不具有切口部的形状。
<例2>
具有直径120mm的外接圆的正八边形的横剖面形状，在距离输入冲击载荷侧的端部30mm的范围设置切口部，使连续的3根棱线以及与它们处于对称位置的某3根棱线共6根棱线残留，除去其他的棱线的一部分。
<例3>
具有直径120mm的外接圆的正八边形的横剖面形状，在距离输入冲击载荷侧的端部30mm的范围设置切口部，使连续的两根棱线以及与它们处于对称位置的某两根棱线共4根棱线残留，除去其他的棱线的一部分。
<例4>
具有直径120mm的外接圆的正八边形的横剖面形状，在距离输入冲击载荷侧的端部30mm的范围设置切口部，仅使相对向的一组棱线的共两根棱线残留，除去其他的棱线的一部分。
<例5>
具有直径120mm的外接圆的正八边形的横剖面形状，在距离输入冲击载荷侧的端部70mm的范围设置切口部，使连续的两根棱线以及与它们处于对称位置的某两根棱线共4根棱线残留，除去其他的棱线的一部分。
<例6>
具有直径120mm的外接圆的正八边形的横剖面形状，在距离输入冲击载荷侧的端部30mm的范围设置切口部，由此使连续的4根棱线残留，除去其他的棱线的一部分。
<例7>
设为具有直径120mm的外接圆的正六边形的横剖面形状，且在构件全长不具有切口部的形状。
<例8>
具有直径120mm的外接圆的正八边形的横剖面形状，在距离输入冲击载荷侧的端部30mm的范围设置切口部，使连续的两根棱线以及与它们处于对称位置的某两根棱线共4根棱线残留，除去其他的棱线的一部分。
试验结果在表1中集中表示。
表1
注)最大载荷表示压坏初期产生的最大初始载荷。*号表示在切口部全部被压坏后产生的第二峰值载荷。
作为冲击时的变形的轴压坏变形，以棱线的塑性压曲变形和棱线之间的平面部的弯折变形相复合的形式而产生，并且吸收冲击能量。换言之，理想的是在反复进行作为塑性不稳定问题的塑性压曲的同时在冲击吸收构件的轴方向的全域而产生。
该表1的“压坏状况”一栏中，(i)所谓“稳定压曲”表示该塑性压曲在冲击吸收构件的轴方向的全域中反复发生，压坏后残存的褶皱的方式，是较细的压曲褶皱为多重。
(ii)所谓“不稳定压曲”表示塑性压曲的次数较少，且碰撞后残存的每一褶皱的尺寸较大，由此，与上述(i)项相比较，载荷变动较大，能量吸收效率较低，并且，(iii)所谓“弯折产生”是由于在冲击吸收构件的轴方向的全域产生行程损失(stroke loss)，因此上述的塑性压曲的次数比上述(ii)项的情况少，能量吸收效率处于最低状态。
根据该表1所示的结果可知，若将切口部对称地配置，则压曲行为稳定。
如表1所示可知，将基本多边形形成为八边形或六边形的冲击吸收构件，均通过配置切口部而降低初始载荷。另外，如由No.1～3的结果所示，伴随着切口棱线数目的增加，初始载荷降低。然而，若剩余的棱线的数目为2，则本发明的范围以外的No.4中表现出了如下现象，即初始载荷被降低，并且切口部被压坏后所产生的第二峰值载荷变高，并且冲击吸收性能也降低，不能确保足够的冲击吸收性能。
此外，若切口部的长度为70mm，则超出本发明的范围的No.5，虽然初始载荷较低，但在切口部中产生较大的弯曲，冲击吸收性能降低到没有切口部的情况的71.3％。
另外可知，在将切口部以非对称配置的No.6中，由于在压坏时产生弯曲，因此为了确保冲击吸收构件单体的性能，不为优选。但是，如上述那样，在假定不规则碰撞的情况下，由于对冲击吸收构件的冲击力输入也成为非对称，因此也可以积极地将切口部的形状设为非对称形状。
此外，在将基本的多边形设为六边形的No.7和No.8中，与将基本多边形做成八边形的情况相同，在切口部的条件满足本发明所规定的条件的情况下，对于初始载荷的降低效果和冲击吸收性能，均能得到良好的结果。
图7是在本实施例的例1中，对切口部的长度h和部件长度L的比(h/L)进行各种变更，并绘出此时的初始载荷A1以及140mm压坏吸收能量EA而得到的曲线图。
根据图7可知，优选为比(h/L)为0.30以下，并且优选为0.03以上。根据同样的观点，可知比(h/L)进一步优选为0.05以上0.20以下。
实施例2为了验证本发明的效果，进行了以下所说明的试验。
将板厚为1.6mm的590MPa级的钢板作为原材料而使用，并对该钢板进行冲压成形，如图8所示，制作具有X为160mm而Y为80mm的横剖面形状的冲击吸收构件12。
该冲击吸收构件12，在图中三角符号所示的位置通过焊接而连接两个冲压成形品13、14，从而组装起来。
将具有该图8所示的横剖面形状的冲击吸收构件12作为性能评价用基准，通过对棱线15a～15x对称地切除4、8、12、16、20根棱线而设置切口部。接着，分别对第一峰值载荷以及第二峰值载荷的载荷特性以及吸收能量进行了调查。
棱线15a～15x，从剖面中心附近的棱线对称地向外侧，以h＝20mm的条件切除，并仅切除规定的个数。切除16根棱线的条件是使位于横剖面形状的四角的棱线15a、15j、15m、15v就此残留的剖面形状。另外，该冲击吸收构件12的长度是200mm，并通过冲击吸收构件12变形到整体的70％的长度而位移的情况下所吸收的能量，来评价吸收能量EA。
于是，进行如下冲击试验，即将该冲击吸收构件12面向垂直上方而垂直配置，使重量200kgf的锤体从11.9m的高度自由落下，以55km/h的速度碰撞该冲击吸收构件。表2中集中示出了试验结果。
表2
通过设置切口部切除棱线，藉此降低第一峰值载荷，在No.3C、4C、5C中能够得到加速度传感器的动作所必要的载荷差。
No.1C、2C，与第二峰值载荷相比，第一峰值载荷较高，不能够实现目标的载荷控制。
另外，No.6C中载荷差ΔF较大，但是吸收能量EA较小，不能得到高冲击吸收能量。
即，在No.3C、4C、5C中，能够实现适用于加速度传感器的适当动作的载荷差ΔF和高能量吸收。
工业上的利用可能性根据本发明，能够提供一种不具备破坏焊缝，能够降低初始载荷，且压曲行为稳定并能够确保冲击吸收能量的冲击吸收构件。
权利要求
1.一种冲击吸收构件，由长度为L的筒体构成，其通过备有2n根棱线以及由该2n根棱线所区分的2n个面，而具有2n边形的横剖面形状，通过从轴方向的一方的端部向另一方的端部施加冲击载荷而压曲，从而吸收冲击能量，其中，在包含所述2n根棱线中的一部分的棱线的区域，仅存在于从所述一方的端部向所述轴方向的距离为h的位置到另一方的端部之间，并且设长度为所述L的棱线的数目为m时，满足下式h≤L×0.30 ……(1)4≤m≤2×(n-1) ……(2)其中，n为3以上的自然数。
2.根据权利要求1所述的冲击吸收构件，其特征在于，满足下式(3)，即h≥L×0.03 ……(3)。
3.根据权利要求1或2所述的冲击吸收构件，其特征在于，满足下式(4)，即0.30≤m/2n≤0.70 ……(4)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的冲击吸收构件，其特征在于，所述区域在所述轴方向上形成为两段以上的段差状。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的冲击吸收构件，其特征在于，所述筒体，具有对称于该筒体的中心轴的形状。
全文摘要
本发明公开一种冲击吸收构件，其通过备有2n(n是3以上的自然数)根棱线以及由这些2n根棱线所区划的2n个面而具有2n边形的横剖面形状，通过从轴方向的一方的端部向着另一方的端部施加冲击载荷而压曲从而吸收冲击能量，且由长度为L的筒体构成。其中，当包含所述2n根棱线中的一部分的棱线的区域，仅存在于从离开所述一方的端部向着所述轴方向的距离为h的位置到另一方的端部之间时，且设长度为所述L的棱线的数目为m时，满足下式h≤L×0.30…(1)，4≤m≤2×(n－1)…(2)。从而，能够在不具备破坏焊缝的情况下，降低初始载荷，且能够压曲行为稳定地确保冲击吸收量。
文档编号F16F7/12GK1856670SQ20048002787
公开日2006年11月1日 申请日期2004年7月28日 优先权日2003年7月28日
发明者田村宪司, 中泽嘉明, 吉田经尊, 高木胜利, 加纳光寿 申请人:住友金属工业株式会社, 丰田铁工株式会社
文档序号 :
【 5588427 】
技术研发人员：田村宪司,中泽嘉明,吉田经尊,高木胜利,加纳光寿
技术所有人：住友金属工业株式会社,丰田铁工株式会社
备 注：该技术已申请专利，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
声 明 ：此信息收集于网络，如果你是此专利的发明人不想本网站收录此信息请联系我们，我们会在第一时间删除
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