JP4866394B2 - Aluminum alloy extruded hollow shape for energy protection member for personal protection - Google Patents
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Description
本発明は、歩行者を車体衝突時の衝撃から保護する機能を持つ、対人保護エネルギー吸収部材用アルミニウム合金押出中空形材に関するものである。 The present invention has the function of protecting the pedestrian from the impact at the time of vehicle collision, it relates to personal protection energy-absorbing member for an aluminum alloy extruded hollow shape members.
近年、自動車のバンパーには、歩行者と衝突することを想定し、歩行者の特に脚部 (下肢、以下膝とも言う) を保護するような性能が求められるようになっている。このような歩行者の特に脚部を保護する場合、バンパーが、歩行者衝突により加わった衝突エネルギーを吸収して、歩行者の脚部を保護する性能が求められる。 In recent years, bumpers of automobiles have been required to have a performance that protects the legs (lower limbs, hereinafter referred to as knees) of pedestrians, assuming that they collide with pedestrians. When protecting especially a leg part of such a pedestrian, the performance which a bumper absorbs the collision energy added by the pedestrian collision and protects a pedestrian's leg part is calculated | required.
このための手段として、従来から、衝撃吸収装置やエアバックをバンパー下部に設けるなどのアイデアが種々提案されている。しかし、現在実際に実用化されているのは、バンパー補強材の車体前面側であってバンパーカバーの裏側に、発泡ウレタン材や発泡スチロール材などの比較的厚いアブソーバ(クッション材、エネルギー吸収部材)を設けることのみである (例えば特許文献1、2、3のエネルギー吸収部材参照)。
As means for this purpose, various ideas such as providing an impact absorbing device and an air bag under the bumper have been proposed. However, what is actually put into practical use is a relatively thick absorber (cushion material, energy absorbing member) such as foamed urethane or polystyrene foam on the front side of the bumper reinforcement body and on the back side of the bumper cover. It is only provided (for example, refer to the energy absorbing members of
また、自動車の車内には、車体衝突時に乗員の膝を保護する、ニープロテクタなどとも称される乗員保護用部材が設けられている。従来から提案されているニープロテクタはアルミニウム合金中空形材からなり、車体衝突時に乗員の膝を保護すべく、自動車車体における前座席の前方に設けられている。 In addition, an occupant protection member called a knee protector or the like that protects the occupant's knees in the event of a vehicle collision is provided in the interior of the automobile. A conventionally proposed knee protector is made of a hollow aluminum alloy material, and is provided in front of a front seat in an automobile body to protect an occupant's knee in the event of a vehicle collision.
従来のこれらニープロテクタは、略菱形断面形状(またはパンタグラフ状)を有するアルミニウム合金中空形材から構成される (特許文献4、5参照)。これら略菱形断面形状は、乗員の膝が衝突した際に、順次塑性変形しやすい一定長さの隔壁 (エネルギー吸収部) を構成する。
These conventional knee protectors are made of an aluminum alloy hollow material having a substantially rhombic cross-sectional shape (or pantograph shape) (see
先ず、歩行者保護について、前記アブソーバ(クッション材)の、歩行者との衝突時のエネルギー吸収量には大きな限界がある。即ち、バンパー補強材の車体前面側とバンパーカバーとの間の距離 (隙間) には車体設計上自ずと限界があり、必然的に設置するアブソーバの厚みにも限界がある。このため、歩行者との衝突時に、厚み方向に収縮して衝突時のエネルギーを吸収する方式のアブソーバでは、衝突時のエネルギー吸収量に大きな限界がある。
また、厚み方向に収縮したアブソーバの密度と剛性が急激に高くなって、剛体として機能する領域が必然的に存在する。このため、アブソーバの厚みを小さくしすぎた場合、前記剛体としの機能が変位量の小さい領域で生じてしまうため、却って、歩行者の脚部に大きな反力を与える可能性もある。
First, with regard to pedestrian protection, there is a great limit to the amount of energy absorbed when the absorber (cushion material) collides with a pedestrian. That is, the distance (gap) between the front side of the vehicle body of the bumper reinforcement and the bumper cover is naturally limited in terms of vehicle body design, and the thickness of the absorber to be installed is inevitably limited. For this reason, in the absorber of the system which shrink | contracts in the thickness direction and absorbs the energy at the time of a collision with a pedestrian, there is a big limit in the energy absorption amount at the time of a collision.
Further, the density and rigidity of the absorber contracted in the thickness direction suddenly increases, and there is an area that functions as a rigid body. For this reason, when the thickness of the absorber is too small, the function as the rigid body occurs in a region where the amount of displacement is small. On the contrary, there is a possibility that a large reaction force is applied to the legs of the pedestrian.
このため、歩行者保護については、バンパー内において、これらアブソーバに代わる、あるいは、これらアブソーバと併用して、歩行者との衝突時に衝突エネルギーを吸収する適切な手段が求められていたのが実情である。 For this reason, with regard to pedestrian protection, the actual situation is that an appropriate means for absorbing collision energy in the event of a collision with a pedestrian has been sought in the bumper instead of or in combination with these absorbers. is there.
この点は、車体衝突時に乗員の膝を保護する、ニープロテクタなどとも称される乗員保護用部材でも同様である。アルミニウム合金中空形材製の対人保護部材によって、歩行者や自動車乗員を含めて、人間の膝を衝突から保護するためには、対人保護部材が図1 にA で示すような理想的な荷重- 変位関係 (曲線) を示す必要がある。 This also applies to an occupant protection member called a knee protector that protects the occupant's knees in the event of a vehicle collision. In order to protect human knees from collision, including pedestrians and automobile occupants, with the personal protective member made of aluminum alloy hollow shape, the human protective member has an ideal load as shown by A in Fig. 1. It is necessary to show the displacement relationship (curve).
図1 にA で示す理想的な荷重- 変位関係では、先ず、初期に荷重が大きく立ち上がっておらず、そのままの荷重レベルで推移している。これは、小さい衝突荷重で、しかも初期の荷重 (脚部への反力) が大きくならずに、中空形材の変形が開始されることを示している。また、A の荷重- 変位関係は、その後の変位 (変形) によっても、荷重レベルが一定であり、上下の変動がない (少ない) 。これは、変位方向に中空形材の変形が持続して、エネルギー吸収が長く持続され、時間的な経過によっても脚部への反力が大きくならないことを示している。このような、A の荷重- 変位関係ではエネルギー吸収量も高くなる。 In the ideal load-displacement relationship indicated by A in Fig. 1, first, the load does not rise significantly at the initial stage, but remains at the same load level. This indicates that the deformation of the hollow shape is started with a small collision load and without increasing the initial load (reaction force on the legs). In addition, the load-displacement relationship of A is constant even with the subsequent displacement (deformation), and there is no vertical fluctuation (small). This indicates that the deformation of the hollow shape member is continued in the displacement direction, the energy absorption is continued for a long time, and the reaction force to the leg portion does not increase over time. In such a load-displacement relationship of A, the amount of energy absorption increases.
これに対して、図1 にB で示す荷重- 変位関係では、上記A と同様に、小さい衝突荷重で、しかも衝突初期の荷重 (脚部への反力) が大きくならずに変形が開始される。しかし、その後の変位 (変形) によって、荷重レベルが下がっている。そして、図1 にA で示す理想的な荷重- 変位関係よりも、変位量の小さい領域で荷重が急激に立ち上がっている。このため、歩行者の脚部に加わる負荷も大きいことを示している。このB の例には前記パンパにおけるアブソーバが該当し、厚み方向に収縮したアブソーバの密度と剛性が急激に高くなって、剛体として機能する領域が速く到来するために、変位量の小さい領域で荷重が急激に立ち上がる。この場合には、歩行者の脚部の損傷が大きくなる。 On the other hand, in the load-displacement relationship indicated by B in Fig. 1, as in the case of A above, deformation is started with a small impact load and without increasing the initial load (reaction force on the legs). The However, the load level decreases due to subsequent displacement (deformation). In addition, the load suddenly rises in a region where the amount of displacement is smaller than the ideal load-displacement relationship indicated by A in FIG. For this reason, it has shown that the load added to a pedestrian's leg part is also large. This example of B corresponds to the absorber in the above-mentioned bumper, and the density and rigidity of the absorber contracted in the thickness direction suddenly increases, and the region that functions as a rigid body arrives quickly. Suddenly stands up. In this case, the pedestrian's leg is greatly damaged.
また、図1 にC で示す荷重- 変位関係は、初期に荷重が大きく立ち上がってしまっている。これは、アルミニウム合金中空形材の剛性や強度が高過ぎるために生じる。そして、衝突初期の荷重 (脚部への反力) が大きくなってしまい、脚部の損傷が大きくなることを示している。 In addition, the load-displacement relationship indicated by C in FIG. This occurs because the rigidity and strength of the aluminum alloy hollow profile are too high. This indicates that the load at the beginning of the collision (reaction force to the leg) increases, and the damage to the leg increases.
図1 にD で示す荷重- 変位関係は、初期荷重の立ち上りは小さいものの、その後の変位(変形)によって、荷重レベルが上がっており、時間的な経過によって脚部への反力が順次大きくなっていることを示している。この場合でも脚部の損傷が大きくなる。 The load-displacement relationship indicated by D in Fig. 1 shows that although the initial load rise is small, the load level increases due to the subsequent displacement (deformation), and the reaction force on the legs gradually increases over time. It shows that. Even in this case, the damage to the leg portion is increased.
図1 にE で示す荷重- 変位関係は、前記B で示した荷重- 変位関係の例と同様である。 The load-displacement relationship indicated by E in FIG. 1 is the same as the load-displacement relationship indicated by B above.
しかし、アルミニウム合金中空形材製対人保護部材においては、図1 の上記A で示す理想的な荷重- 変位関係 (曲線) に大きく影響する、部材の断面形状と素材中空形材の引張特性 (引張強度、耐力) との関係が、歩行者保護や乗員保護を含めて今だ明確ではない。 However, for personal protection members made of aluminum alloy hollow shape members, the cross-sectional shape of the members and the tensile properties (tensile properties of the hollow shape material) that greatly affect the ideal load-displacement relationship (curve) indicated by A in Figure 1 above. The relationship between strength and strength is still unclear, including pedestrian protection and occupant protection.
前記した通り、対人保護用部材の荷重- 変位関係に大きく影響する、部材の断面形状と素材中空形材の引張特性 (引張強度、耐力) との関係が明確ではない。このため、これらの設計条件によっては、上記図1 のB からE の荷重- 変位関係にならざるを得ないことが多く、上記図1 にA で示す対人保護用部材としての理想的な荷重- 変位関係 (曲線) は得られない場合が多い。この結果、これまでのアルミニウム合金中空形材製対人保護部材においては、実際にも、試行錯誤の上で製作されているのが実情である。 As described above, the relationship between the cross-sectional shape of the member and the tensile properties (tensile strength, proof stress) of the material hollow shape, which greatly affects the load-displacement relationship of the personal protection member, is not clear. For this reason, depending on these design conditions, the load-displacement relationship from B to E in Fig. 1 is often unavoidable, and the ideal load as a member for personal protection shown by A in Fig. 1- The displacement relationship (curve) is often not obtained. As a result, the actual situation is that the conventional personal protective members made of hollow aluminum alloy members have been manufactured through trial and error.
したがって、本発明の目的は、歩行者や自動車乗員などの人間を確実に保護する機能を持ち、人間の脚部衝突の際に必要なエネルギー吸収量を確保するとともに、ダメージを与えない荷重しか人間の脚部に負荷しないこととの両立を図った対人保護エネルギー吸収部材用アルミニウム合金押出中空形材を提供するものである。 Therefore, the object of the present invention is to provide a function for reliably protecting humans such as pedestrians and automobile occupants, to ensure the amount of energy absorption required in the case of a human leg collision, and only to load that does not cause damage. It is intended to provide an aluminum alloy extruded hollow member for a personal protection energy absorbing member that is compatible with not loading on the legs of the human body.
この目的を達成するために、本発明対人保護エネルギー吸収部材用アルミニウム合金押出中空形材の要旨は、断面方向に変形して対人衝突エネルギーを吸収するアルミニウム合金押出中空形材であって、形材壁の肉厚が0.3 〜10mmの範囲である略菱形断面形状を有し、対人保護エネルギー吸収部材としての使用時における引張特性として0.2%耐力が30〜300MPaの範囲であり、かつ引張強度と0.2%耐力との差が100MPa以下であり、前記略菱形断面が、間隔をあけて設けられた二つのフランジと、これらのフランジ間をつなぐとともに各々外側方に向かって湾曲し、間隔をあけて設けられた二つのウエブとから構成され、これらのフランジは外側方に向かう張出フランジを有するとともに、前記フランジ側から衝突荷重を受けた際に、前記各ウエブが各々外側方に向かって変形するものであり、前記各フランジの内側の面と前記各ウエブの外側の面との交差する角度が各々45度以内であり、車体におけるパンパー補強材の前面に配置されるとともに、前記フランジのうちの後面側フランジにおいて、パンパー補強材の前面側フランジにより背面から支持され、前記後面側フランジの張出フランジの部分で、パンパー補強材の前記前面側フランジと接合されて、歩行者衝突により自動車のバンパーに加わった衝突エネルギーを吸収する歩行者保護用部材として用いられることとする。 In order to achieve this object, the gist of the aluminum alloy extruded hollow shape member for the human protective energy absorbing member of the present invention is an aluminum alloy extruded hollow shape member that deforms in the cross-sectional direction and absorbs the human collision energy. It has a substantially rhombic cross-sectional shape with a wall thickness in the range of 0.3 to 10 mm, a 0.2% proof stress in the range of 30 to 300 MPa as a tensile property when used as a personal protection energy absorbing member, and a tensile strength of 0.2. % The difference in yield strength is 100 MPa or less, and the substantially rhombic cross section is provided with two flanges provided at intervals, and connecting between these flanges and curved outwardly, and provided at intervals. These flanges have projecting flanges that extend outwardly, and when the web receives a collision load from the flange side, each of the webs has an outer flange. It is intended to deform towards said Ri intersecting angle each 45 der within degrees between the inner surface and the outer surface of each web of each flange is positioned in front of Panpa reinforcement of the vehicle body In addition, in the rear surface side flange of the flange, it is supported from the back by the front side flange of the bumper reinforcement, and is joined to the front side flange of the bumper reinforcement at the portion of the overhanging flange of the rear surface side flange, Suppose that it is used as a member for pedestrian protection which absorbs the collision energy added to the bumper of a car by pedestrian collision .
本発明アルミニウム合金押出中空形材(以下、単に中空形材とも言う)は、対人保護用部材の荷重- 変位関係に大きく影響する、部材の断面形状と素材中空形材の引張特性 (引張強度、耐力) との関係を明確化した。この結果、歩行者保護用や乗員保護用などの対人保護エネルギー吸収部材として、前記図1 にA で示す理想的な荷重- 変位関係 (曲線) に近似する荷重- 変位関係が得られる。したがって、人間の脚部衝突の際に必要なエネルギー吸収量を確保するとともに、ダメージを与えない荷重しか人間の脚部に負荷しないこととの両立ができる。このため、歩行者保護用の対人保護エネルギー吸収部材として、バンパー内のバンパー補強材の前面 (衝突面)側に取り付けられて、歩行者の特に膝部の保護を確実に図ることができる。即ち、本発明中空形材は、前記従来のアブソーバに代わる、あるいは、これらアブソーバと併用して、歩行者との衝突時に衝突エネルギーを吸収する手段として用いることができる。 The aluminum alloy extruded hollow profile of the present invention (hereinafter also simply referred to as a hollow profile) has a significant influence on the load-displacement relationship of the personal protection member, and the tensile properties (tensile strength, Clarification of relationship with proof stress). As a result, a load-displacement relationship that approximates the ideal load-displacement relationship (curve) indicated by A in FIG. 1 is obtained as a personal protection energy absorbing member for protecting pedestrians and passengers. Therefore, it is possible to ensure both the amount of energy absorption necessary for a human leg collision and to load only a load that does not cause damage to the human leg. For this reason, it is attached to the front surface (collision surface) side of the bumper reinforcing material in the bumper as an interpersonal protection energy absorbing member for protecting the pedestrian, so that the pedestrian, particularly the knee, can be reliably protected. That is, the hollow profile of the present invention can be used as a means for absorbing collision energy in the event of a collision with a pedestrian, instead of the conventional absorber, or in combination with these absorbers.
本発明では、先ず、対人保護エネルギー吸収部材用として、アルミニウム合金押出中空形材の形状を後述する略菱形断面形状とすることを前提とする。本発明では、中空形材が、その長手方向ではなく、その断面方向に変形して衝突エネルギーを吸収することを前提とする。即ち、前記図1 にA で示す理想的な荷重- 変位関係を達成するために、前提として、先ず、小さい衝突荷重で、しかも初期の荷重 (脚部への反力) が大きくならずに、中空形材の変形が開始されるために、その断面方向に変形して衝突エネルギーを吸収するようにする。これ以外の断面形状、例えば、アルミニウム合金中空形材が通常の略矩形の断面形状であれば、フランジ側から衝突荷重を受けた際に、中空形材の剛性が高過ぎ、断面方向の変形がしにくくなり、大きな反力を膝に与える。 In the present invention, first, it is assumed that the shape of an aluminum alloy extruded hollow member is a substantially rhombic cross-sectional shape, which will be described later, for a personal protection energy absorbing member. In the present invention, it is assumed that the hollow shape member is deformed not in the longitudinal direction but in the cross-sectional direction to absorb the collision energy. That is, in order to achieve the ideal load-displacement relationship indicated by A in FIG. 1, first of all, with a small impact load, the initial load (reaction force to the leg) does not increase, In order to start the deformation of the hollow member, it is deformed in the cross-sectional direction so as to absorb the collision energy. If the cross-sectional shape other than this, for example, the aluminum alloy hollow shape is an ordinary substantially rectangular cross-sectional shape, the rigidity of the hollow shape is too high when the impact load is received from the flange side, and the cross-sectional direction is not deformed. It gives a great reaction force to the knee.
更に前提として、本発明アルミニウム合金押出中空形材は形材壁の肉厚を0.3mm 〜10mmの範囲とする。形材壁の肉厚が10mmを越えた場合、幾ら中空形材の強度を小さくしても、剛性が高くなり過ぎて、断面方向に変形しにくくなる結果、対人衝突エネルギー吸収効果が発揮できない。また、軽量化のためのアルミニウム合金中空形材採用の利点を活かすためにも、形材壁の肉厚が10mm以下の比較的薄い中空形材とする。本発明アルミニウム合金中空形材は対人保護エネルギー吸収部材として車体に新たに付加されるため、それ自体が軽量といえども、車体にとっては締結 (固定) 手段などを含めて新たな重量増加となる。したがって、形材壁の肉厚が10mmを越えた場合、アルミニウム合金採用によっての重量増加を最小限に抑える効果が薄くなる。言い換えると、本発明アルミニウム合金中空形材は肉厚が10mm以下の薄いものでも、対人衝突時の衝撃吸収効果を高めることが可能である利点がある。但し、対人保護エネルギー吸収部材としての最低限必要な剛性を保障する必要はあるので、最低の肉厚は0.3mm 以上とする。 Furthermore, as a premise, the aluminum alloy extruded hollow profile of the present invention has a wall thickness of 0.3 mm to 10 mm. When the wall thickness of the profile wall exceeds 10 mm, even if the strength of the hollow profile is reduced, the rigidity becomes too high and it becomes difficult to deform in the cross-sectional direction. In order to take advantage of the adoption of aluminum alloy hollow shape for weight reduction, the wall thickness of the shape wall should be relatively thin with 10mm or less. Since the aluminum alloy hollow profile of the present invention is newly added to the vehicle body as a personal protection energy absorbing member, the weight of the vehicle body including the fastening (fixing) means is newly increased even though it is light in itself. Therefore, when the wall thickness of the profile wall exceeds 10 mm, the effect of minimizing the weight increase due to the use of the aluminum alloy is reduced. In other words, even if the aluminum alloy hollow shape material of the present invention is thin with a thickness of 10 mm or less, there is an advantage that it is possible to enhance the impact absorbing effect at the time of a human collision. However, since it is necessary to ensure the minimum required rigidity as a personal protection energy absorbing member, the minimum wall thickness is 0.3 mm or more.
因みに、従来の特許文献4、5などのアルミニウム合金中空形材から構成されるこれらニープロテクタでも、この中空形材断面方向の変形では共通し、その断面形状も、本発明と同じく略菱形断面形状(またはパンタグラフ状)を有している。しかし、前記した通り、対人保護用部材の荷重- 変位関係に大きく影響する、部材の断面形状と素材中空形材の引張特性 (引張強度、耐力) との関係が明確ではない。このため、アルミニウム合金中空形材の引張特性の選択によっては、上記初期以降の中空形材の断面方向の変形による衝突エネルギーの吸収が大きく変動しやすくなり、対人保護エネルギー吸収部材としての特性が劣る。
Incidentally, even these knee protectors composed of aluminum alloy hollow shapes such as the
即ち、従来の特許文献4、5などでは、前記図1 にB やD で示した荷重- 変位関係のようになりやすい。例えば、B で示した荷重- 変位関係になると、その後の中空形材断面方向の変位 (変形) によって、荷重レベルが下がっている。また、必要なストローク (中空形材断面方向の変位量) に対して、実際のストロークが小さくなり、ストロークの比較的小さい領域で荷重が急激に立ち上がる。このため、図1 にA で示す理想的な荷重- 変位関係よりも歩行者の脚部に加わる負荷も大きくなる。
That is, in the
また、D で示す荷重- 変位関係になると、その後の中空形材断面方向の変位によって、荷重レベルが上がっており、時間的な経過によって脚部への反力が順次大きくなり、脚部の損傷が大きくなる。 In addition, in the load-displacement relationship indicated by D, the load level increases due to the subsequent displacement in the cross-section direction of the hollow profile, and the reaction force on the legs gradually increases over time, causing damage to the legs. Becomes larger.
本発明では、特に、この初期以降の中空形材断面方向の変形による荷重レベルを一定に保つために、略菱形断面形状を有するアルミニウム合金中空形材の、対人保護エネルギー吸収部材としての使用時における引張特性を規定することを大きな特徴とする。また、それだけではなく、小さい衝突荷重で、しかも初期の荷重 (脚部への反力) が大きくならずに、中空形材の変形が確実に開始されるためにも、中空形材の、対人保護エネルギー吸収部材としての使用時における引張特性を規定する。 In the present invention, in particular, in order to keep the load level due to the deformation in the cross-sectional direction of the hollow shape material after this initial stage, the aluminum alloy hollow shape material having a substantially rhombic cross-sectional shape at the time of use as a personal protection energy absorbing member. A major feature is to define tensile properties. In addition to this, in order to ensure that the deformation of the hollow shape starts with a small collision load and without increasing the initial load (reaction force to the legs), Specifies the tensile properties when used as a protective energy absorbing member.
即ち、本発明では、略菱形断面形状を有するアルミニウム合金押出中空形材の、対人保護エネルギー吸収部材としての使用時における引張特性として、0.2%耐力が30〜300MPaの範囲であり、かつ引張強度と0.2%耐力との差が100MPa以下、好ましくは引張強度と0.2%耐力との差が70MPa 以下であることとする。 That is, in the present invention, as the tensile characteristics when using the aluminum alloy extruded hollow shape member having a substantially rhombic cross-sectional shape as a personal protection energy absorbing member, the 0.2% proof stress is in the range of 30 to 300 MPa, and the tensile strength The difference from the 0.2% proof stress is 100 MPa or less, preferably the difference between the tensile strength and the 0.2% proof stress is 70 MPa or less.
本発明において、中空形材の引張特性を対人保護エネルギー吸収部材としての使用時と規定したのは、アルミニウム合金中空形材が押出によって製造された後で、対人保護エネルギー吸収部材として使用されるまでに、中空形材の引張特性( 機械的な性質) が変わる可能性があるためである。即ち、アルミニウム合金の種類によってはこの間に室温時効したり、自動車製造工程によっては車体に予め取り付けられて塗装焼き付け処理 (人工時効硬化処理) を受ける。また、後で車体に取り付けられる場合や、衝突後の修理の際に取り替えられる、あるいは別途取り付けられる、などの場合には、上記塗装焼き付け処理を受けない。これらの種々の使用までの履歴によって、中空形材の引張特性( 機械的な性質) が変わったとしても、実際の対人保護エネルギー吸収部材としての使用時における中空形材の引張特性が問題となる。したがって、本発明では、中空形材の引張特性を対人保護エネルギー吸収部材としての使用時と規定する。 In the present invention, the tensile property of the hollow shape member is defined as when used as a personal protection energy absorbing member until the aluminum alloy hollow shape material is manufactured by extrusion until it is used as a personal protection energy absorbing member. In addition, the tensile properties (mechanical properties) of the hollow profile may change. That is, depending on the type of the aluminum alloy, it is aged at room temperature during this time, or is attached to the vehicle body in advance depending on the automobile manufacturing process and undergoes a paint baking process (artificial age hardening process). In addition, when it is attached to the vehicle body later, it is replaced at the time of repair after a collision, or it is attached separately, it does not receive the paint baking process. Even if the tensile properties (mechanical properties) of the hollow profile change due to the history of these various uses, the tensile properties of the hollow profile during use as an actual personal protection energy absorbing member will be a problem. . Therefore, in this invention, the tensile characteristic of a hollow shape material is prescribed | regulated as the time of use as a personal protection energy absorption member.
先ず、アルミニウム合金押出中空形材の引張特性の内の0.2%耐力の意義について以下に説明する。アルミニウム合金押出中空形材が略菱形断面形状をしていても、0.2%耐力が300MPaを越えた場合には、中空形材の剛性が高くなり過ぎ、断面方向の変形がしにくくなる。このため、前記図1 にC で示す荷重- 変位関係となり、初期に荷重が大きく立ち上がってしまう。この結果、衝突初期の荷重 (脚部への反力) が大きくなってしまい、脚部の損傷が大きくなる。また、中空形材断面方向の変形による変位が進んでも、特にウエブでの破断などが起きる可能性が高い。この場合には、図1 にE で示す荷重- 変位関係の初期以後の変位のように、荷重レベルが下がってしまう。 First, the significance of 0.2% proof stress among the tensile properties of aluminum alloy extruded hollow members will be described below. Even if the aluminum alloy extruded hollow member has a substantially rhombic cross-sectional shape, if the 0.2% proof stress exceeds 300 MPa, the rigidity of the hollow member becomes too high and deformation in the cross-sectional direction is difficult. For this reason, the load-displacement relationship indicated by C in FIG. 1 is established, and the load rises greatly in the initial stage. As a result, the load at the beginning of the collision (reaction force on the leg) increases, and the damage to the leg increases. Even if the displacement due to the deformation in the cross-section direction of the hollow shape progresses, there is a high possibility that the web breaks in particular. In this case, the load level decreases like the displacement after the initial stage of the load-displacement relationship indicated by E in FIG.
一方、同じく、0.2%耐力が30MPa 未満では、図1 にB で示す荷重- 変位関係となる。即ち、小さい衝突荷重で、しかも衝突初期の荷重 (脚部への反力) が大きくならずに変形が開始されるものの、変位量の小さい領域で荷重が急激に立ち上がり、この時点で、歩行者の脚部に大きな反力が加わる。したがって、アルミニウム合金中空形材の0.2%耐力は0.2%耐力が30〜300MPaの範囲とする。 On the other hand, when the 0.2% proof stress is less than 30 MPa, the load-displacement relationship indicated by B in FIG. 1 is obtained. In other words, although the deformation starts with a small collision load and the initial load (reaction force on the legs) does not increase, the load suddenly rises in a region with a small amount of displacement. A large reaction force is applied to the legs. Accordingly, the 0.2% proof stress of the aluminum alloy hollow profile is set in the range of 0.2 to 300 MPa.
次に、アルミニウム合金押出中空形材の引張特性の内の引張強度と0.2%耐力との差の意義について以下に説明する。この引張強度と0.2%耐力との差が小さいほど、前記図1 にA で示す理想的な荷重- 変位関係に近似し、荷重初期後の変位 (変形) において、荷重レベルを一定に保つことができる。これは、中空形材の引張強度と0.2%耐力との差が小さいほど、対人衝突荷重による歪みが中空形材に入った場合でも、歪みの増加に伴う加工硬化が小さく、塑性変形(断面方向乃至幅方向に変形)が進むことによると推考される。 Next, the significance of the difference between the tensile strength and the 0.2% proof stress of the tensile properties of the aluminum alloy extruded hollow member will be described below. The smaller the difference between this tensile strength and 0.2% proof stress, the closer to the ideal load-displacement relationship shown by A in Fig. 1, and the load level can be kept constant during the displacement (deformation) after the initial load. it can. This is because the smaller the difference between the tensile strength and 0.2% proof stress of the hollow shape material, the smaller the work hardening associated with the increase in strain, even when strain due to interpersonal impact load enters the hollow shape material, and plastic deformation (cross-sectional direction) It is assumed that this is due to the progress of deformation in the width direction.
これに対し、引張強度と0.2%耐力との差が100MPa、厳しくは70MPa を越えた場合、前記図1 にA で示す理想的な荷重- 変位関係における、その後の変位 (変形) によって、荷重レベルを一定にたもつことができない。即ち、図1 にD で示す荷重- 変位関係となり、その後の変位 (変形) によって荷重レベルが上がり、時間的な経過によって脚部への反力が順次大きくなっていき、脚部の損傷を大きくする。これは、中空形材の引張強度と0.2%耐力との差が大きいほど、対人衝突荷重による歪みが中空形材に入った場合でも、歪みの増加によって加工硬化し、塑性変形(断面方向に変形)に要する荷重が増加するためと推考される。したがって、アルミニウム合金押出中空形材の引張強度と0.2%耐力との差は100MPa以下、好ましくは70MPa 以下であることとする。 On the other hand, when the difference between the tensile strength and 0.2% proof stress exceeds 100 MPa, strictly 70 MPa, the load level depends on the subsequent displacement (deformation) in the ideal load-displacement relationship indicated by A in Fig. 1 above. Cannot be kept constant. In other words, the load-displacement relationship indicated by D in Fig. 1 is reached, the load level increases with subsequent displacement (deformation), and the reaction force on the legs gradually increases over time, resulting in significant damage to the legs. To do. This is because the greater the difference between the tensile strength and 0.2% proof stress of the hollow shape, the more the strain caused by interpersonal collision load enters the hollow shape, the more the work hardens due to the increase in strain and the plastic deformation (deformation in the cross-sectional direction). This is probably because the load required for Therefore, the difference between the tensile strength and 0.2% proof stress of the extruded aluminum alloy is 100 MPa or less, preferably 70 MPa or less.
本発明のような断面形状と引張特性とすることによって、アルミニウム合金押出中空形材を、前記図1 にA で示す理想的な荷重- 変位関係に近似させることができる。即ち、エネルギー吸収部材の、対人衝突を想定した際の荷重変位における、最大荷重を低くすることができ、対人衝突に見合った低い衝突荷重でエネルギー吸収に必要な断面方向の変形を生じることができる。 By adopting the cross-sectional shape and tensile properties as in the present invention, the aluminum alloy extruded hollow shape can be approximated to the ideal load-displacement relationship indicated by A in FIG. That is, the energy absorbing member can reduce the maximum load in the load displacement when assuming an interpersonal collision, and can cause a deformation in the cross-sectional direction necessary for energy absorption with a low collision load commensurate with the interpersonal collision. .
また、中空形材の前記断面方向の変形による変位が進んでも、特にウエブの破断などが起こらず、荷重低下量が極めて少なく、継続的にエネルギー吸収が行われ、対人保護に必要なエネルギー吸収量を確保することができる。 In addition, even if the displacement of the hollow profile progresses due to the deformation in the cross-sectional direction, there is no breakage of the web in particular, the load reduction amount is extremely small, energy absorption is performed continuously, and the amount of energy absorption necessary for personal protection Can be secured.
更に、これらの中空形材 (対人保護エネルギー吸収部材) の作用は、全て、このエネルギー吸収部材が取り付けられる、あるいは支持する自動車部材 (車体) の圧壊強度や剛性よりも、遥かに低いレベルで行われる。このため、これら対人保護エネルギー吸収部材の作用中には、エネルギー吸収部材が取り付けられる自動車部材自体には、何ら影響が無い。このエネルギー吸収部材が取り付けられる乃至支持する部材とは、歩行者保護用ではバンパー補強材、乗員保護用ではポール状のインパネ補強部材となる。したがって、例えば歩行者衝突後にバンパーを修理する場合でも、バンパー補強材やステイなどを取り代える必要は全く無く、付加したこれらエネルギー吸収部材のみの交換で済み、非常に経済的である。この点は、乗員保護用でも同様であり、乗員の膝が衝突後にニープロテクタを修理する場合でも、インパネ補強部材などを取り代える必要は全く無く、付加したこれらニープロテクタのみの交換で済む。 Furthermore, all of these hollow members (personal protection energy absorbing members) operate at a level far lower than the crushing strength and rigidity of the automobile member (vehicle body) to which this energy absorbing member is attached or supported. Is called. For this reason, there is no influence on the automobile member itself to which the energy absorbing member is attached during the operation of these personal protection energy absorbing members. The member to which this energy absorbing member is attached or supported is a bumper reinforcement for pedestrian protection and a pole-shaped instrument panel reinforcement for occupant protection. Therefore, for example, even when the bumper is repaired after a pedestrian collision, there is no need to replace the bumper reinforcing material or the stay, and only the added energy absorbing member needs to be replaced, which is very economical. This is also the case for occupant protection, and even when the knee protector is repaired after the occupant's knee collides, there is no need to replace the instrument panel reinforcing member or the like, and only the added knee protector can be replaced.
以下、本発明のアルミニウム合金押出中空形材の略菱形断面形状の好ましい実施の形態につき説明する。図2 、3 は本発明のアルミニウム合金押出中空形材の種々の略菱形断面形状の好ましい実施態様を示す平面図である。 Hereinafter, a preferred embodiment of the substantially rhombic cross-sectional shape of the aluminum alloy extruded hollow member of the present invention will be described. 2 and 3 are plan views showing preferred embodiments of various substantially rhombus cross-sectional shapes of the aluminum alloy extruded hollow member of the present invention.
先ず、図2(a)、(b) の本発明アルミニウム合金押出中空形材1a、1bの断面構造 (形状) は、基本的に、各々図の上下方向に略平行に間隔を開けて設けられたフランジ2 とフランジ3 の二つのフランジ、およびこれらのフランジ間をつなぐ間隔を開けて設けられた左右の二つのウエブ4 、4 とから一体に構成される。直線状のフランジ (縦壁部)2、3 同士は、図の上下方向に間隔を設けて平行に配列され、これらのフランジに、これらのフランジに一定角度θ1 、θ2 、θ3 、θ4 で交差する形で、図の左右方向 (例えば車体幅方向) に間隔を設けて配置された左右のウエブ4 、4 が交わり、フランジ間をつないでいる。そして、各フランジ2 、3 は、図の左右方向 (例えば車体幅方向) の外側方に向かって張り出した張出フランジ2a、2bと3a、3bとを各々有する。
First, the cross-sectional structures (shapes) of the aluminum alloy extruded
図2(a)の中空形材1aと図2(b)の中空形材1bとは、基本的に相似形であるが、フランジ2 、3 間の間隔が違い、中空形材1aの方が中空形材1bよりも間隔が長い。この点、フランジ同士の間隔H と、両フランジの長さB との比H/B がより大きい中空形材1aの方が、このH/B がより小さい中空形材1bよりも、圧壊強度が低くなり、断面方向に変形しやすい。
The
なお、本発明アルミニウム合金押出中空形材1a、1bは、後述する中空形材を含めて、図示する対人衝突荷重F の方向に対して、その断面方向 (図の上下方向) に変形するように、車体に対して配置される。例えば、歩行者保護部材用としてバンパー補強材の前面に取り付けられる場合には、図の上下方向が車体前後方向 (車体長手方向) となる。
The aluminum alloy extruded
ここにおいて、各ウエブ4 、4 は各々図の左右方向の外側方に向かって円弧状に湾曲するとともに、更に、各ウエブ4 、4 の略中央部には、各々外側方に向かって凸状に張り出した屈曲部5 、5 が形成されている。これらの要件によって、図1 、2 のアルミニウム合金押出中空形材1a、1bは略菱形形状を有している。なお、本発明では、各ウエブ4 、4 の円弧状の湾曲方向を外側方としているが、これは向かい合うウエブ4 、4 同士の内側方向ではなく、外側方向に向かう意味である。そして、車体に対する湾曲方向は取り付け方にもより、後述する歩行者保護部材としての態様の場合、前記外側方とは、後述する図4 では車体の上下方向、後述する図5 では、前記外側方とは車体の幅方向となる。
Here, each of the
このウエブ4 、4 の、外側方への円弧状の湾曲 (膨らみ) と略中央部の屈曲部5 、5 との相乗作用によって、荷重方向を示す矢印F から対人衝突による荷重がかかった際、各ウエブ4 、4 は、後述する図9 、10に、荷重変形状態の経時変化を示す通り、屈曲部5 、5 を中心として外方へ広がるように、また、荷重に対する前面側フランジ2 が後面側フランジ3 側に接近するように、言わば電車のパンタグラフ状に、断面方向に変形する。そして、前記ウエブ4 、4 の略中央部の屈曲部5 、5 は、このような作用を助長し、円弧状の湾曲との相乗作用を発揮するため、対人保護性がより要求される用途に対して設けることが好ましい。
When a load due to interpersonal collision is applied from the arrow F indicating the load direction due to the synergistic action of the outwardly curved arcs (bulges) of the
この円弧状の湾曲が無く、例えば、ウエブ4 、4 が直線状の略矩形断面形状であれば、本発明の中空形材の引張特性範囲内であっても、歩行者などの対人衝突による曲げ変形開始時に大きな荷重が必要となり、本発明の前記作用が生じず、対人保護用のエネルギー吸収部材となり得ない。また、ウエブ4 、4 が逆に内側に凹む円弧状などの形状であれば、変形途中にウエブ4 、4 同士が接触して、荷重が上昇してしまい、同じく本発明の前記作用が生じず、対人保護用のエネルギー吸収部材となり得ない。
For example, if the
図9 に本発明アルミニウム合金押出中空形材1a、図10に本発明アルミニウム合金押出中空形材1bの、変位5mm 毎の荷重変形状態の経時変化のFEM 解析結果を各々示す。これら図中の(a) 〜(h) の順に変形状態が変化している。例えば対人衝突による荷重がアルミニウム合金押出中空形材にかかった際 (例えば図の上方から) 、ウエブ4 、4 の、円弧状の湾曲の作用によって、各ウエブ4 、4 は (屈曲部5 、5 を有する場合はこの屈曲部5 、5 を中心として) 外方へ広がるように、また、前面フランジ2 が後面フランジ3 側に接近するように変形する。また、断面方向の変形による変位が進んでも、ウエブの破断などが起こらず、断面方向に変形する。この効果は、上記屈曲部5 、5 が形成されている場合に顕著となる。これらの結果前記図1 のA で示した理想的な荷重−変位曲線が得られる。
FIG. 9 shows the FEM analysis results of the time-dependent changes in the load deformation state of the aluminum alloy extruded
次に、図3(a)、(b) 、(c) に、本発明アルミニウム合金押出中空形材の略菱形断面形状の他の態様を示す。これら図3(a)、(b) 、(c) における中空形材の断面形状は、前記図2 の中空形材の断面形状と基本的には同じである。但し、図3(a)の中空形材1cの各ウエブの略中央部には、前記図2 のアルミニウム合金押出中空形材1a、1bの屈曲部5 よりも更に外側方に向かって凸状に張り出した、屈曲部5 が形成されている。したがって、断面形状的には、より小さな衝突荷重で断面方向に変形しやすくなっている。
Next, FIGS. 3 (a), (b), and (c) show another embodiment of the substantially rhombic cross-sectional shape of the extruded aluminum alloy of the present invention. The sectional shape of the hollow profile in FIGS. 3 (a), (b), and (c) is basically the same as the sectional profile of the hollow profile in FIG. However, the substantially central portion of each web of the
図3(b)、(c) のアルミニウム合金押出中空形材1d、1eは、前記中空形材1cよりも各ウエブ間の間隔が大きくなっている。また、前記屈曲部5 について、図3(b)の中空形材1dは、図2 の中空形材1a、1bの屈曲部5 よりも張出量が小さくなっている。更に図3(c)の中空形材1eは、各ウエブの略中央部に屈曲部5 が形成されていない。このため、断面形状的には、図3(a)の中空形材1cや図2 の中空形材1a、1bよりも、断面方向に変形しにくくなっている。なお、荷重方向を示す矢印F から対人衝突による荷重がかかった際の、これら各湾曲ウエブ4 、4 の変形は、図2 の中空形材1a、1bや図3(a)の中空形材1cなどと同様に( 共通して) 、外側方( 図の左右方向) へ広がるように断面方向( 図の上下方向) に変形する。
In the aluminum alloy extruded
ここにおいて、前記本発明各中空形材の各ウエブ4 、4 の前記円弧状の湾曲は、前記外方へ広がるような断面変形を保証するために、前面フランジ内面2cと左右のウエブ各外面4aとの交差する角度θ1 、θ2 および望ましくは後面フランジ内面3cと左右のウエブ各外面4aとの交差する角度θ3 、θ4 を45度以内とする。図2 〜5 に示すアルミニウム合金押出中空形材は全てこのθ1 〜θ4 が45度以内である。これらのウエブ角度θ1 、θ2 、θ3 、θ4 の調整によって、アルミニウム合金押出中空形材の荷重変位における最大荷重と荷重低下量とを制御可能である。この交差する角度θ1 、θ2 、θ3 、θ4 が45度を越えた場合、本発明の中空形材の引張特性範囲内であっても、対人衝突時の荷重負荷の状態( 前面フランジ2 に対する偏った荷重負荷など) によっては、変形の際に破断しやすくなる。この破断現象が生じた場合、荷重低下が起こり、対人保護に必要なエネルギー吸収量を確保することが困難となる。
Here, the arc-shaped curvature of each of the
更に、これら本発明各中空形材においては、フランジ2 とフランジ3 とに、前記した両外側方に向かう (図の左右方向、例えば車体幅方向に張り出した) 張出フランジ2a、2bと3a、3bとを各々有する。この張出フランジ2a、2bと3a、3bは、各フランジに対し、いずれか片方にあっても良い。この張出フランジ2a、2bと3a、3bには以下に説明する利点がある。
Furthermore, in each of the hollow shape members of the present invention, the
この張出フランジ2a、2bと3a、3bとを各々有することで、フランジ2 と3 とは充分な壁面積 (衝突面積) をもって、対人衝突に応対することができる。即ち、対人衝突によって、前面側フランジ2 に Fの方向から衝撃が加わった場合でも、荷重変位における最大荷重は低いものの、前面側フランジ2 の曲げ剛性が大きくなり、圧壊乃至損壊を防止できる点で好ましい。また、対人(膝など)の衝突位置が異なったとしても、あるいは対人衝突位置がフランジ中心点からずれたとしても、同様に、エネルギー吸収できる点で好ましい。
By having the overhanging
また、これら張出フランジ2a、2bや3a、3bの部分で、後述するように、本発明アルミニウム合金押出中空形材を支持する部材と溶接あるいはボルトなどの機械的な接合が簡便にでき、接合性や接合作業性の点からも好ましい。なお、フランジ2 、3 は必ずしも直線状でなくとも、外側や内側に膨らむ円弧状などの、曲線的であっても良い。また、その表面も平坦でなくとも凹凸を設けても良い。したがって、上記した基本的な要件を備えた上で中空形材の形状を、使用条件に応じて、適宜変更することは許容される。
In addition, these overhanging
本発明では、これらの略菱形断面形状の断面方向の変形特性と、アルミニウム合金押出中空形材の引張特性(0.2% 耐力、引張強度と0.2%耐力との差) とを、各用途における許容最大荷重 (初期荷重) や必要エネルギー吸収量から考慮して、略菱形断面形状と引張特性とを適宜選択する。言い換えると、これら断面形状と中空形材の引張特性とを選択することによって、対人保護部材の用途に応じた荷重変位における最大荷重とエネルギー吸収量とを自由に制御、選択可能である。 In the present invention, the deformation characteristics in the cross-sectional direction of these substantially rhombic cross-sectional shapes and the tensile characteristics (0.2% proof stress, difference between tensile strength and 0.2% proof stress) of the extruded aluminum alloy are the maximum allowable in each application. Considering the load (initial load) and the required energy absorption, the approximate rhombus cross-sectional shape and tensile properties are selected as appropriate. In other words, by selecting the cross-sectional shape and the tensile characteristics of the hollow shape member, it is possible to freely control and select the maximum load and the amount of energy absorption in the load displacement according to the use of the personal protection member.
そして、以上説明したような略菱形断面形状を有する本発明中空形材の実施態様であれば、アルミニウム合金押出中空形材の、対人保護エネルギー吸収部材としての使用時における前記引張特性と合わせて、荷重変位乃至加速度変位における最大荷重乃至最大加速度を確実に低くすることができ、歩行者などの対人衝突に見合った適切な衝突荷重でエネルギー吸収に必要な断面方向の変形を生じることができる。また、アルミニウム合金押出中空形材の、対人保護エネルギー吸収部材としての使用時における前記引張特性と合わせて、断面方向の変形による変位が進んでも、特にウエブの破断などが起こらず、荷重変動が極めて少ない一定の荷重レベルが確実に持続でき、変形ストロークが長くなることにより、継続的にエネルギー吸収が行われ、歩行者などの対人保護に必要なエネルギー吸収量や変形量 (変位量) を確実に確保することができる。 And if it is an embodiment of the hollow profile of the present invention having a substantially rhombic cross-sectional shape as described above, the aluminum alloy extruded hollow profile, together with the tensile properties at the time of use as a personal protection energy absorbing member, The maximum load or maximum acceleration in the load displacement or acceleration displacement can be surely lowered, and the deformation in the cross-sectional direction necessary for energy absorption can be generated with an appropriate collision load commensurate with a human collision such as a pedestrian. In addition, when the aluminum alloy extruded hollow shape is used as a personal protective energy absorbing member, even when displacement due to deformation in the cross-sectional direction progresses, the web does not break in particular, and the load fluctuation is extremely high. A small and constant load level can be reliably maintained and the deformation stroke is extended, so that energy is continuously absorbed, and the amount of energy absorption and deformation (displacement) necessary to protect people such as pedestrians are ensured. Can be secured.
以下に、図4 、5 を用いて、前記図2(a)の本発明中空形材1aを、歩行者保護用としてパンパー補強材に取り付けるとともに、車体バンパに取り付けた一実施態様を説明する。図4 は車体バンパ全体の一部断面側面図、図5 は車体バンパの内のパンパー補強材などの要部を示す平面図である。
Hereinafter, an embodiment in which the
図4 において、先ず、10はバンパカバー、9 はアブソーバ、1aは本発明アルミニウム合金押出中空形材、6 はパンパー補強材、7 はステイ、8 は車体サイドメンバーであり、これらが車体前後方向に順に配列乃至接合されている。アブソーバ9 は発泡ウレタンや発泡スチロールなどの市販の材料などで適宜構成するが、前記した通り、本発明では、このアブソーバ9 の厚みを従来よりも薄くあるいは少量とすることができる。また、歩行者保護のためには、アブソーバ9 を一切使用しないことも可能である。
In FIG. 4, first, 10 is a bumper cover, 9 is an absorber, 1a is an extruded hollow aluminum alloy material of the present invention, 6 is a bumper reinforcement, 7 is a stay, 8 is a vehicle body side member, and these are in the vehicle longitudinal direction. They are arranged or joined in order. The
図4 、5 において、アルミニウム合金押出中空形材1aは、エネルギー吸収部材として、パンパー補強材6 の前面に間隔をおいて2 個配置されている。但し、図4 における中空形材1aの各ウエブ4 、4 は、円弧状の湾曲方向が、車体の上下方向の外側方とされている。また、図5 における中空形材1aの各ウエブ4 、4 は、円弧状の湾曲方向が、車体の幅方向の外側方とされている。いずれの方向でも、あるいはこれらの方向から多少ずれても、効果は変わらない。また、中空形材のエネルギー吸収部材としてのパンパー補強材前面への配置個数や位置は、バンパの設計条件や歩行者保護条件に応じ、適宜決定される。この点、中空形材1aは、前記した通り、張出フランジ2a、2bと3a、3bとを各々有することで、歩行者の衝突位置が異なったとしても、あるいは歩行者の衝突位置がフランジ中心点からずれたとしても、同様に、エネルギー吸収できる利点がある。このため、前記配置個数や位置がバンパの設計条件や歩行者保護条件に応じて決定でき、バンパの設計条件や歩行者保護条件が中空形材 (エネルギー吸収部材) の側からの制約をあまり受けないという利点がある。
4 and 5, two aluminum alloy extruded
図4 、5 において、アルミニウム合金押出中空形材1aは、いずれもその後面側フランジ3 において、パンパー補強材6 の前面側フランジ11 (フランジ面11a ) により背面から支持されるとともに、その後面側フランジ3 の張出フランジ3a、3bの部分で、パンパー補強材6 の前面側フランジ11と、ボルト19によって機械的に接合されている。なお、この接合方法は溶接や、溶接と機械的な接合を組み合わせたもの等であっても良い。
4 and 5, both of the aluminum alloy extruded
また、図4 、5 において、中空形材からなるバンパー補強材6 は、いずれもその背面において、中空筒状のステイ7 2 本によって支持されている。また、このステイ7 を介して、車体サイドメンバー8 と接合され、車体側に支持されている。具体的には、ステイ7 側の前面側フランジ16とバンパー補強材6 の後面側フランジ12とが、ステイ7 側の後面側フランジ17とサイドメンバー8 の前面側フランジ18とが、各々ボルト19により接合されている。なお、この接合方法も溶接や、溶接と機械的な接合を組み合わせたもの等であっても良い。
In FIGS. 4 and 5, the
本態様におけるバンパー補強材自体はアルミニウム合金製あるいは鋼製の中空形材が使用できる。更に、バンパー補強材の長手方向の形状は、車体設計上から自由に選択でき、上記直線的な形状以外に、両端に直線的なあるいは曲線的な湾曲部 (屈曲部) を有していても良く、また、全体が湾曲していても良い。バンパー補強材 (中空形材) 自体の断面形状、構造は、車体の前方や後方からの、あるいは前方や後方への衝突により加わった外力のエネルギーを、自らの曲げ変形および断面方向の変形により吸収するため、略矩形断面中空形材に構成されている。具体的には、図4 の通り、衝突方向乃至車体前後方向に対峙して立設された前面壁 (前面側フランジ)11 と、後方に位置する後面壁 (後面側フランジ)12 、およびこれらを直角方向で接続する水平な側壁 (ウエブ)13 、14により、略矩形断面に構成されている。 As the bumper reinforcing material itself in this embodiment, a hollow shape made of aluminum alloy or steel can be used. Furthermore, the longitudinal shape of the bumper reinforcement can be freely selected from the viewpoint of the vehicle body design. In addition to the above-mentioned linear shape, it may have linear or curved curved portions (bent portions) at both ends. The whole may be curved. Bumper reinforcement (hollow profile) The cross-sectional shape and structure of the bumper itself absorbs the energy of external forces applied from the front and rear of the vehicle body or by collisions in the front and rear, by its own bending deformation and cross-sectional deformation. Therefore, it is comprised by the substantially rectangular cross-section hollow shape material. Specifically, as shown in FIG. 4, a front wall (front side flange) 11 erected in the collision direction or the longitudinal direction of the vehicle body, a rear wall (rear side flange) 12 positioned rearward, and The side walls (webs) 13 and 14 connected at right angles form a substantially rectangular cross section.
更に、図4 のバンパー補強材6 では、圧壊強度を増すために、断面が日形形状となっており、略矩形中空断面内に、更に二つの中空部区画を有するよう、前記側壁13、14と平行に、水平な中間壁 (中リブ)15 が設けられている。これらバンパー補強材 (中空形材) の断面形状、構造は、車体設計によるバンパー補強材の断面の大きさ (高さ) や、前記強度あるいは衝突エネルギー吸収量などの要求特性に応じて、日形断面の他に、これら中リブを設けない口形、中リブを2 本設けた目形、縦横の中リブを交差させて設けた田形などから適宜選択される。
Furthermore, in the
次に、図4 のステイ7 は、バンパー補強材に接合されるため、バンパー補強材の直線的、曲線的、傾斜状などの背面形状に応じた前面壁とされる。また、ステイの軽量化のためには、ステイ自体も中空の筒体乃至形材であることが好ましい。そして、材質や製法については、バンパー補強材と同じく、普通鋼やハイテンなどの鋼板、アルミニウム合金押出形材や板材などが適宜選択される。
Next, since the
次に、本発明アルミニウム合金押出中空形材を、対人保護用エネルギー吸収部材として、車体衝突時に乗員の膝を保護するニープロテクタなどの乗員保護用部材として用いる実施形態について、本発明範囲外ではあるが参考として、図6〜8 を用いて説明する。図6、7 は各々本発明アルミニウム合金押出中空形材同士を連結して乗員保護用部材とした正面図である。図8は、前記図6(a)の乗員保護用部材20aを車体部材に取り付けた一実施態様を示す正面図である。
Next, an embodiment in which the aluminum alloy extruded hollow member of the present invention is used as an energy absorbing member for personal protection as a passenger protecting member such as a knee protector for protecting a passenger's knee at the time of a vehicle collision is outside the scope of the present invention. Will be described with reference to FIGS. FIGS. 6 and 7 are front views of the occupant protection member obtained by connecting the extruded aluminum alloy hollow members of the present invention. FIG. 8 is a front view showing an embodiment in which the
図6 、7 における各々の乗員保護用部材20a 〜20d は、共通して、前記図2 、3 などで説明したアルミニウム合金押出中空形材1a〜1dなどを選択的に組み合わせて構成する。即ち、これら選択された中空形材同士が、その幅方向 (断面方向) に2 〜3 の複数個互いに連結されて、中空形材の幅方向 (断面方向) に連なるエネルギー吸収部 (隔壁) を構成している。なお、図6 、7 においては、各図の右側を乗員の膝側、図の左側を車体の前方側と想定している。
Each of the
これら中空形材を連結する個数は、乗員保護用部材として、連続的な断面方向の塑性変形による衝突エネルギー吸収量を確保するために、また、膝部に対する車体部材への最適位置での取り付けのために、必要な長さ (ストローク) が選択されて、決定される。この連結個数があまり多くなっても、互いに接合する工程が増すとともに、接合強度が低下する可能性がある。したがって、車体の設置スペースの制約からしても、中空形材の連結個数をあまり多くする必要は無い。また、中空形材の幅 (ウエブの長さ) を長くして連結個数を少なくする方法もある。しかし、ウエブの長さ) を長くしてフランジ2 内面とウエブ外面との交差する角度θ1 、θ2 、θ3 、θ4 が45度を越えた場合、前記した通り、本発明の中空形材の引張特性範囲内であっても、対人衝突時の荷重負荷の状態によっては、変形の際にウエブが破断しやすくなる。この点、好ましい中空形材の連結個数は2 〜4 個程度である。
The number of these hollow members to be connected is as an occupant protection member, in order to ensure the amount of impact energy absorbed by continuous plastic deformation in the cross-sectional direction, and to be attached to the vehicle body member at the optimum position relative to the knee. To do this, the required length (stroke) is selected and determined. Even if the number of connections is excessively large, the number of steps for bonding to each other increases, and the bonding strength may decrease. Therefore, it is not necessary to increase the number of connected hollow profiles even if the installation space of the vehicle body is limited. There is also a method of reducing the number of connections by increasing the width of the hollow member (the length of the web). However, when the angle θ1, θ2, θ3, and θ4 at which the inner surface of the
図6(a)の乗員保護用部材20a は、前記図2(a)に示した本発明中空形材1a同士2 個を組み合わせている。即ち、これら中空形材1a同士を互いのフランジ3 、2 および、これらフランジに設けられた張出フランジ3a、2aにおいて接合し、中空形材の幅方向に (断面方向に) 互いに連結している。これは、図6(b)や図7(a)、(b) の態様も基本的に同様である。
An
図6(b)の乗員保護用部材20b は、前記図2(a)に示した本発明中空形材1aと、これよりフランジ間隔が小さい図2(b)に示した本発明中空形材1bとの2 個を組み合わせて、図6(a)と同様に連結している。
The
図7(a)の乗員保護用部材20c は、前記図2(a)に示した本発明中空形材1a同士3 個を組み合わせて、図6(a)と同様に連結している。図7(b)の乗員保護用部材20d は、前記図2(a)に示した本発明中空形材1a同士2 個と、乗員の膝側に (図の右側に) 、前記図2(b)に示した本発明中空形材1b1 個とを組み合わせて、図6(a)と同様に連結している。
The
以上説明した、本発明アルミニウム合金押出中空形材同士を連結する乗員保護用部材の態様では、中空形材の連結する個数によって、前記したエネルギー吸収部の長さ (ストローク) を必要により長くも短くも調整できる。このため、条件の異なる多様な多くの車種に対応して、乗員保護用部材に適用できる。 In the aspect of the occupant protection member that connects the extruded aluminum profiles of the present invention described above, the length (stroke) of the energy absorbing portion described above is increased or decreased as necessary depending on the number of the hollow profiles to be connected. Can also be adjusted. For this reason, it can be applied to a member for protecting an occupant corresponding to many various vehicle types having different conditions.
これら中空形材同士を互いのフランジおよび/ または張出フランジにおいて連結するための接合手段は、接着剤、ボルトなどの機械的な接合、溶接、これらを組み合わせたもの等が適宜選択される。言い換えると、本発明では、ボルトなどの機械的な接合や溶接などの比較的煩雑な接合手段を用いて接合強度を高めずとも、接着剤による接合で、アルミニウム合金押出中空形材の連結体として、乗員保護用部材としての機能を満足できる接合強度を確保できる利点もある。 As a joining means for connecting these hollow members to each other at their flanges and / or overhanging flanges, a mechanical joint such as an adhesive or a bolt, welding, a combination thereof, or the like is appropriately selected. In other words, according to the present invention, an aluminum alloy extruded hollow member can be connected by bonding with an adhesive without increasing the bonding strength using relatively complicated bonding means such as mechanical bonding such as bolts or welding. There is also an advantage that the joining strength that can satisfy the function as a member for protecting the passenger is ensured.
図8 は、前記図6(a)の乗員保護用部材20a を車体部材に取り付けた態様を示している。図8 において、乗員保護用部材20a は、乗員の膝24の位置に対して、斜め上方から下方に向かって向き合うように、膝24の前方に配置される。なお、この配置位置は車種や車体設計に応じて種々選択乃至決定される。例えば、乗員の膝24の位置に対して水平方向に向き合うように、膝24の前方に配置されても良い。そして、乗員保護用部材20a は、図示しない車体部材の両側に設けられたピラーに両端が連結された、ポール状のインパネ補強部材22などに、直接乃至ブラケット21などを介して、接合される。ブラケット21には、インパネ補強部材22との接合用の腕21a と、乗員保護用部材20a の後面となるフランジ2a、2bとの接合用のフランジ21b とを有する。
FIG. 8 shows an aspect in which the
一方、乗員の膝24側の前面 (衝突面) 側フランジ3a、3bには、乗員の膝24の保護と、前記した乗員の膝の衝突位置が異なる際に対応できるように、軟質性などの材料から選択的に構成されるとともに、乗員の膝24面に対応して延在するニーパネル (膝の保護用パネル)23 などが選択的に設けられる。これらの各部材の接合は、接着剤、機械的な接合、溶接、これらを組み合わせたもの等が適宜選択される。
On the other hand, the front flange (collision surface)
ここで、本発明アルミニウム合金押出中空形材同士を連結した乗員保護用部材の荷重変形状態の経時変化をFEM 解析結果で図11、12に各々示す。図11(a) 、(b) 、(c) は、前記図8 における本発明乗員保護用部材20a の荷重変位曲線における、変位20mm、40mm、60mm毎の荷重変形状態の経時変化を各々示す。図12(a) 、(b) 、(c) は、図9 における本発明乗員保護用部材1bの荷重変位曲線における、変位20mm、30mm、40mm毎の荷重変形状態の経時変化を示す。
Here, FIGS. 11 and 12 show the time-dependent changes in the load deformation state of the occupant protection member in which the extruded aluminum alloy profiles of the present invention are connected to each other as FEM analysis results. FIGS. 11 (a), 11 (b), and 11 (c) show changes over time in the load deformation state for each displacement of 20 mm, 40 mm, and 60 mm in the load displacement curve of the
図11(a) 、(b) 、(c) から分かる通り、乗員保護用部材20a における、同じアルミニウム合金押出中空形材1bは各々、衝突による荷重がかかった際、ウエブ4 の円弧状の湾曲の作用によって、各ウエブ4 、4 は屈曲部5 、5 を中心として、両外方へ広がるように、またフランジ2 、3 が互いに接近するように塑性変形する。その際、同じ断面形状のアルミニウム合金押出中空形材1a同士であれば、このような塑性変形( 断面方向の変形) は、連結されているにも関わらず、同時にかつ均等に変形していくことが分かる。
As can be seen from FIGS. 11 (a), (b), and (c), the same aluminum alloy extruded
これに対し、異なる断面形状のアルミニウム合金押出中空形材1a、1b同士の組み合わせである本発明乗員保護用部材20b では、図12(a) 、(b) 、(c) の通り、衝突による荷重がかかった際、中空形材同士は同時にかつ均等に塑性変形しない。即ち、フランジ同士の間隔H と両フランジの長さB との比H/B が大きく、圧壊強度のより低い中空形材1aから先に変形し、次いで、このH/B が小さく圧壊強度のより高い中空形材1bが変形していくことが分かる。
On the other hand, in the
このように、本発明では、上記中空形材 (エネルギー吸収部) の長さの調整と相まって、組み合わせる上記中空形材断面形状の調整や選択によって、乗員保護用部材のエネルギー吸収性能を、自由に制御、設計できる。 As described above, according to the present invention, the energy absorption performance of the occupant protection member can be freely adjusted by adjusting and selecting the cross-sectional shape of the hollow shape material combined with the adjustment of the length of the hollow shape material (energy absorption portion). Can control and design.
これらの要求特性を満足するアルミニウム合金としては、通常、この種構造部材用途に汎用される、AA乃至JIS 規格に規定された3000系、5000系、6000系、7000系等の汎用 (規格) アルミニウム合金材 (押出形材)で、O 、T4、T6、T7等の、前記本発明引張特性になるように調質乃至熱処理をされたものが好適かつ選択的に用いられる。その中でも、成形性が良く、耐力の比較的高い5000系、6000系等のアルミニウム合金が好ましい。本発明アルミニウム合金中空形材は、熱間押出の常法にて製造された中空形材を使用する。
As an aluminum alloy that satisfies these required characteristics, general-purpose (standard) aluminum such as 3000 series, 5000 series, 6000 series, 7000 series, etc. stipulated in AA to JIS standards, which are generally used for such structural member applications An alloy material (extruded profile) that has been tempered or heat-treated so as to have the above-described tensile properties of the present invention, such as
前記図2(a)、(b) に各々示したアルミニウム合金押出中空形材1a、1bを、合金の種類および調質 (熱処理) によって引張特性を変えたものを、実際に圧壊試験を行い、荷重−変位関係を求めた。これらの結果を図13(a) 、(b) 、図14(a) 、(b) に各々示す。
The aluminum alloy extruded
圧壊試験条件は、上記発明例、比較例ともに、以下の共通した条件とした。即ち、荷重の負荷は、中空形材断面方向を垂直方向として (丁度図2 の上下方向に) 基台に載置した中空形材1a、1bに、プレス試験装置によって、図2 にF で示す荷重を各中空形材1a、1bにおけるフランジ2 の中心にかける条件とした。
The crushing test conditions were the following common conditions in both the above invention examples and comparative examples. That is, the load of the load is indicated by F in FIG. 2 by the press test device on the
JIS 規格で、6063、6N01、3004の組成成分である各アルミニウム合金鋳塊を均質化熱処理後に熱間押出して、各形材壁の肉厚が4.0mm の中空形材1a、1bとした。そして、これらの中空形材を、O 、T6などの調質処理を施し、0.2%耐力と、引張強さと0.2%耐力との差と、の引張特性を調節した。これらの条件と引張特性、および断面形状を整理して表1 に示す。
Each aluminum alloy ingot, which is a composition component of 6063, 6N01, 3004 according to JIS standard, was hot-extruded after homogenization heat treatment to form
中空形材1a、1bの外寸形状は、両フランジ2 、3 の各長さB は40mm、フランジ2 、3 同士の間隔H は1aが40mm、1bが30mm、ウエブ4 同士のフランジにおける間隔は1aが5mm 、1bが10mm、ウエブ4 の左右への張出量は1aが17.5mm、1bが15mm、ウエブ角度θ1 、θ2 、θ3 、θ4 は等しく45度とした。
The outer dimensions of the
図13(a) 、(b) の本発明アルミニウム合金押出中空形材1aは、図2(a)の通り略菱形断面形状を有し、前記表1 の通り対人保護エネルギー吸収部材としての使用時における引張特性として、0.2%耐力が30〜300MPaの範囲であり、かつ引張強度と0.2%耐力との差が100MPa以下である。このため、図13(a) 、(b) に各々実線で示す通り、各々点線A で示す (図1 のような) 理想的な荷重- 変位関係に近似している。
The aluminum alloy extruded
即ち、初期に荷重が大きく立ち上がっておらず、そのままの荷重レベルで推移している。これは、小さい衝突荷重で、しかも初期の荷重 (脚部への反力) が大きくならずに、中空形材の変形が開始されることを示している。また、その後の変位 (変形) によっても、荷重レベルが一定であり、上下の変動が少ない。したがって、変位方向に中空形材の変形が持続して、エネルギー吸収が長く持続され、時間的な経過によっても脚部への反力が大きくならない。また、この荷重- 変位関係ではエネルギー吸収量も高くなる。 That is, the load does not rise significantly at the initial stage, and the load level remains unchanged. This indicates that the deformation of the hollow shape is started with a small collision load and without increasing the initial load (reaction force on the legs). Also, the load level is constant due to the subsequent displacement (deformation), and the vertical fluctuation is small. Therefore, the deformation of the hollow shape member is continued in the displacement direction, the energy absorption is continued for a long time, and the reaction force to the leg does not increase even with the passage of time. In addition, this load-displacement relationship also increases energy absorption.
ただ、引張強度と0.2%耐力との差が70MPa とより小さい図13(b) の6063-T6 調質材の方が、引張強度と0.2%耐力との差が90MPa とより大きい図13(a) の6063-O調質材に比して、点線A で示す図1 のような理想的な荷重- 変位関係に近似している。そして、引張強度と0.2%耐力との差がより大きい図13(a) の6063-O調質材は、点線A の理想的な荷重- 変位関係に比して荷重が徐々に上昇している。 However, the difference between the tensile strength and 0.2% proof stress of 6063-T6 tempered material in Fig. 13 (b), where the difference between the tensile strength and 0.2% proof stress is smaller, is greater than 90 MPa. Compared to the 6063-O tempered material in Fig. 1, it approximates the ideal load-displacement relationship shown in Fig. 1 indicated by the dotted line A. The 6063-O tempered material in Fig. 13 (a), which has a larger difference between tensile strength and 0.2% proof stress, gradually increases its load compared to the ideal load-displacement relationship indicated by dotted line A. .
これに対して、図14(a) 、(b) において各々一点鎖線で示す比較例の3004-O材は、表1 の通り引張強度と0.2%耐力との差が110MPaと、上限の100MPaを越えている。このため、図2(a)の通り略菱形断面形状を有している中空形材1aであり、0.2%耐力も70MPa と発明範囲内にあるにも関わらず、点線A で示す理想的な荷重- 変位関係に比して、変位による荷重が上昇している。即ち、これらの結果から、引張強度と0.2%耐力との差が大きいほど、荷重が上昇する傾向にあることが分かる。したがって、略菱形断面形状を前提とすると、引張強度と0.2%耐力との差が100MPa辺りに許容できる荷重上昇の臨界点があることが分かる。
On the other hand, the 3004-O material of the comparative example indicated by the alternate long and short dash line in FIGS. 14 (a) and 14 (b) has a difference between the tensile strength and the 0.2% proof stress of 110 MPa as shown in Table 1, and the upper limit of 100 MPa. It is over. Therefore, as shown in FIG. 2 (a), it is a
更に、図14(a) 、(b) において各々実線で示す6N01-T6 材は、引張強度と0.2%耐力との差は30MPa と、100MPa以下の発明範囲内であるものの、0.2%耐力が255MPaと比較的高い。このため、図13の6063材に比して、初期の最大荷重が比較的大きく立ち上がってしまっている。この傾向は0.2%耐力が高いほど顕著になる。したがって、略菱形断面形状を前提とすると中空形材の0.2%耐力が300MPaの辺りに上限があることが分かる。 Furthermore, the 6N01-T6 material indicated by the solid lines in FIGS. 14 (a) and 14 (b) has a difference between the tensile strength and the 0.2% yield strength of 30 MPa and within the invention range of 100 MPa or less, but the 0.2% yield strength is 255 MPa. And relatively high. For this reason, the initial maximum load has risen relatively large compared to the 6063 material of FIG. This tendency becomes more prominent as the 0.2% yield strength is higher. Therefore, it is understood that the 0.2% proof stress of the hollow profile has an upper limit around 300 MPa, assuming a substantially rhombic cross-sectional shape.
本発明によれば、歩行者や自動車乗員などの人間を確実に保護する機能を持つ対人保護エネルギー吸収部材用アルミニウム合金押出中空形材と、このアルミニウム合金押出中空形材からなる対人保護エネルギー吸収部材を提供することができる。言い換えると、人間の脚部衝突の際に必要なエネルギー吸収量を確保するとともに、ダメージを与えない荷重しか人間の脚部に負荷しないこととの両立ができる。したがって、本発明はエネルギー吸収部材へのアルミニウム合金材の用途を大きく拡大するものであり、工業的な価値が大きい。 According to the present invention, an aluminum alloy extruded hollow member for a human protective energy absorbing member having a function of reliably protecting a human such as a pedestrian or an automobile occupant, and a human protective energy absorbing member comprising the aluminum alloy extruded hollow member. Can be provided. In other words, it is possible to ensure both the amount of energy absorption necessary for a human leg collision and that only a load that does not cause damage is applied to the human leg. Therefore, the present invention greatly expands the use of the aluminum alloy material for the energy absorbing member, and has a great industrial value.
1:アルミニウム合金押出中空形材、2:前面フランジ、3:後面フランジ、4:ウエブ、
5:張出部、6:バンパー補強材、7:ステイ、8:サイドメンバ、9 : アブソーバ、
10: バンパーカバー、11: 前面フランジ、12: 後面フランジ、13、14: ウエブ、15: 中リブ、16、17、18: フランジ、19: ボルト、20: 乗員保護部材、
21: ブラケット、22: インパネ補強部材、23: ニーパネル、24: 乗員の膝、
1: Aluminum alloy extruded hollow shape, 2: Front flange, 3: Rear flange, 4: Web,
5: Overhang, 6: Bumper reinforcement, 7: Stay, 8: Side member, 9: Absorber,
10: Bumper cover, 11: Front flange, 12: Rear flange, 13, 14: Web, 15: Medium rib, 16, 17, 18: Flange, 19: Bolt, 20: Crew protection member,
21: Bracket, 22: Instrument panel reinforcement, 23: Knee panel, 24: Crew knee,
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