JP3928037B2 - Impact energy absorbing structure - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属製多孔質要素構成体からなる衝撃エネルギー吸収構造体に関するものであり、更に詳しくは、金属製の衝撃吸収用多孔質要素構成体、特に、好適な衝撃吸収特性を発揮させることが可能な空隙率の高い多孔質要素構成体を作製する際に適用される、中空球状材料の製造方法、衝撃吸収用多孔質要素構成体、及びこれらを構造要素とする衝撃エネルギー吸収体に関するものである。本発明は、軽量、かつ高強度の金属製の衝撃エネルギー吸収体を効率よく、低コストで製造する方法、及びその構造体を提供するものとして有用である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、衝撃の吸収に用いる衝撃エネルギー吸収体は、所定の空間に中空の要素構成体を充填し、その構造の有する変形特性により衝撃エネルギーを吸収させるように設計される場合が多い。例えば、ハニカムパネルのような金属製構造体がその好例である。しかし、こうした構造では、特定の方向では大きな衝撃吸収特性が得られるものの、その方向がわずかでもずれると、極めて小さな衝撃吸収特性しか得られないという欠点があった。
【０００３】
一方、大きな力がかからない状態で、軽量、かつ安価な材料を用いて一定の衝撃吸収性を確保したい場合には、例えば、軟質の樹脂や発泡性樹脂等がそのような目的に使用されていることも多い。しかし、この種の材料を用いる場合、樹脂に特有の変形能の小ささや、変形応力の低さから、十分な衝撃エネルギーの吸収が行われないという欠点があった。そこで、この種の衝撃吸収用材料を金属製多孔質要素構成体とすることが考えられる。すなわち、これは、所定の空間に、例えば、中空の球材、円柱材、角柱材、積層材、中空箱材等の金属製構成要素を充填するものである。この際、それらの充填率と構成される強度の点から、中空の球材が最も望ましいことが判っている。
【０００４】
このように、衝撃吸収用材料を金属製多孔質要素構成体とした場合、金属材料が有する最適な変形応力と、その靱性に由来する変形能の大きさから、極めて大きな衝撃エネルギー吸収性能が実現できる上に、リサイクル性に優れているために、環境に対する負荷が小さくてすむという利点が得られる。また、衝撃吸収用材料を、このような多孔質要素構成体とすることで、金属材料を用いながらこれを極めて軽量化することができるという利点がある。
【０００５】
以上、金属の多孔質要素構成体を衝撃吸収用材料に用いた場合の利点を説明したが、この種の金属の多孔質要素構成体は、その多孔質構造に由来して、以下のような各種用途に用いることができる。すなわち、この種の多孔質構造体は、その多孔質構造に由来して、熱伝導率が低く、従って、低い熱伝導率が求められるような用途の材料として、あるいは、また、その多孔質構造に由来して、弾性率が低減されるため、振動の抑制が求められるような用途の材料や、その他の材料として、好適に用いることができる。
【０００６】
ところで、この種の金属の多孔質要素構成体、すなわち、中空の金属球あるいは擬似金属球の製造方法として、従来、以下のような方法が知られている。すなわち、第１の方法は、発泡ポリウレタンのような易燃焼性の球形高分子材料の周囲に、金属スラリーをまぶし、乾燥した後、高分子材料を焼失すると同時に金属を焼結させて、球状の中空金属を作製する方法である。
【０００７】
また、第２の方法は、発泡ポリウレタンのような易燃焼性の球形高分子材料の周囲に、メッキや溶融金属のスプレーによって金属皮膜を形成し、その後、高分子材料を焼失させることによって、球状の中空金属を作製する方法である。また、第３の方法は、半球状の金属を板材からプレス等で成形し、二つの半球を溶接、ロウ付け、かしめ等で接合して、中空の金属球とする方法である。
【０００８】
しかしながら、上記第１の方法、すなわち、金属スラリーを用いる方法の場合は、金属膜を高分子材料の燃焼ガスが通る必要があり、また、スラリーから焼結するため、金属膜が極めて多孔質となり、強度が著しく低いものしか作製することができない上に、プロセスが複雑となり、製造コストがかなり高いものとなるという問題がある。
【０００９】
一方、第２の方法、すなわち、メッキやスプレーを用いる方法の場合は、作製できる中空金属構造体がニッケルや低融点金属等に限定されてしまう上、生産性が低く、第１の方法と同様に、高分子材料の燃焼ガスを外部に出す必要があるため、皮膜にガスが透過した穴が局所的に発生し、 一様な金属皮膜を取得することは難しいという問題がある。
【００１０】
また、第３の方法、すなわち、それぞれの球体を機械加工で製造する方法の場合は、緻密で高強度の皮膜が作れるものの、その生産性は極めて低く、衝撃吸収材として使用するような安価な球体ないし擬似球体を多数必要とする場合には不適当であるという問題がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このような状況の中で、本発明者は、上記従来技術に鑑みて、上記従来技術の諸問題を抜本的に解決することが可能な新しい衝撃エネルギー吸収体を開発することを目標として鋭意研究を進める過程で、金属管に周期的な球状の膨らみを有する擬似金属球を構成要素とする新しい衝撃エネルギー吸収構造体を作製することで所期の目的を達成し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明は、高強度で、優れた衝撃エネルギー吸収特性を有する金属多孔質要素構成体からなる衝撃エネルギー吸収体を、効率よく、低コストで製造することを実現化する衝撃エネルギー吸収体の新規製造方法を提供することを目的とするものである。
また、本発明は、上記方法によって作製された、新規衝撃エネルギー吸収体を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本発明は、以下の技術的手段から構成される。
（１）１次元のエネルギー吸収体を、多数配置して構成される衝撃エネルギー構造要素（金属製多孔質要素構成体）からなる衝撃エネルギー吸収体を製造する方法であって、
１）形状が等しい多数の半球状の窪みが直線上に周期的に連続する上型と、これに対向して同形の半球状の窪みが直線上に周期的に連続する下型の間で、金属管に内圧を負荷して成形することにより、上記上型及び下型内で、上記金属管に周期的な球状の膨らみを有する疑似中空金属球を形成させることで、金属管に周期的な球状の膨らみを有する疑似中空金属球を連続して形成した線状の構造を有する1 次元のエネルギー吸収体を作製する、２）該 1 次元のエネルギー吸収体を、多数配置して衝撃エネルギー構造要素を構成する、３）該衝撃エネルギー構造要素を積層して衝撃エネルギー吸収体を製造する、ことを特徴とする衝撃エネルギー吸収体の製造方法。
（２）１次元のエネルギー吸収体を、その各軸を平行にして平面上に多数配置することを特徴とする、前記（１）に記載の衝撃エネルギー吸収体の製造方法。
（３）隣接する１次元のエネルギー吸収体の擬似金属球の中心が、その軸と直交する直線上に並ぶようにすることを特徴とする、前記（２）に記載の衝撃エネルギー吸収体の製造方法。
（４）各擬似金属球が、隣接する２本の１次元のエネルギー吸収体それぞれの、各２つの擬似金属球に接触するようにすることを特徴とする、前記（２）に記載の衝撃エネルギー吸収体の製造方法。
（５）１次元のエネルギー吸収体を多数配置して構成した衝撃エネルギー吸収体構造要素を、各擬似金属球体の直上に次の構造要素の擬似金属球が置かれるように積層することを特徴とする、前記（１）に記載の衝撃エネルギー吸収体の製造方法。
（６）１次元のエネルギー吸収体を多数配置して構成した衝撃エネルギー吸収体構造要素を、３つあるいは４つの擬似金属球で作られる谷間に次の構造要素の擬似金属球が置かれるように積層することを特徴とする、前記（１）に記載の衝撃エネルギー吸収体の製造方法。
（７）線状の１次元エネルギー吸収体を、渦巻き状に変形して平面上に配置して平面状にすることを特徴とする、前記（１）に記載の衝撃エネルギー吸収体の製造方法。
（８）線状の１次元エネルギー吸収体を、渦巻き状に変形して平面上に配置して平面状にすることにより構成した衝撃エネルギー吸収体を、各渦の中心が直線上に乗るように積層することを特徴とする、前記（１）に記載の衝撃エネルギー吸収体の製造方法。
（９）前記金属の材料が、アルミニウム、マグネシウム、チタニウム、鉄、ニッケル、銅の何れかの単体若しくは合金であることを特徴とする、前記（１）に記載の方法。
（１０）形成される擬似金属球の直径が、１ｍｍないし５０ｍｍの範囲にある、前記（１）に記載の方法。
（１１）形成される擬似金属球の厚さが、０．０５ｍｍないし１ｍｍの範囲にある、前記（１）に記載の方法。
（１２）金属管に周期的な球状の膨らみを有する疑似中空金属球を直線上に周期的に連続して形成させてなる、金属管に周期的な球状の膨らみを有する疑似中空金属球が連続した線上の構造を有する１次元のエネルギー吸収体を、多数配置して構成される衝撃エネルギー構造要素（金属製多孔質要素構成体）を積層してなることを特徴とする衝撃エネルギー吸収体。
（１３）上記1次元のエネルギー吸収体を、その各軸を平行にして平面上に多数配置して構成される衝撃エネルギー構造要素を積層してなることを特徴とする、前記（１２）に記載の衝撃エネルギー吸収体。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明の高強度多孔質体及びその製造方法は、上記のような課題を解決するために創出されたものであって、本発明の第１の態様は、基礎となる金属管材を成形して、１次元のエネルギー吸収体要素構成体を製造する方法に関するものであり、形状が等しい半球状の窪みが直線上に周期的に作られた上型と、これに対向して同形の多数の窪みが直線上に周期的に作られた下型の間で、金属管に内圧を加えることにより金属管に周期的な球状の膨らみを有する擬似金属球を形成させることによって、衝撃変形量を大きくした１次元のエネルギー吸収体を製造することを特徴とする。
【００１４】
本発明の他の態様は、上記方法において形成した線状の１次元エネルギー吸収体を、その軸を平行に平面上に配置し、平面状の衝撃エネルギー吸収体を構成することを特徴とする。本発明では、好適には、上記方法において、隣接する線状の１次元エネルギー吸収体を、その擬似金属球の中心が、その軸と直交する直線上に並ぶように配置する。また、本発明では、好適には、上記方法において、隣接する線状の１次元エネルギー吸収体における擬似金属球を、その中心が、それぞれ隣接する４つの擬似金属球に接する位置を占めるように配置する。
【００１５】
本発明の他の態様は、上記方法において構成される平面状の構造要素において、立体的な衝撃吸収体を構成するためにそれらを積層することに係るものであり、各擬似金属球体の直上に次の構造要素の擬似金属球が置かれるように配置することを特徴とする。また、本発明の他の態様は、上記方法において構成される平面状の構造要素において、立体的な衝撃吸収体を構成するためにそれらを積層することに係るものであり、３つあるいは４つの擬似金属球で作られる谷間に次の構造要素の擬似金属球が置かれるように配置することを特徴とする。
【００１６】
本発明の他の態様は、上記方法により形成した線状の１次元エネルギー吸収体を、渦巻き状に変形して平面上に配置することにより、平面状の衝撃エネルギー吸収体を構成することを特徴とする。また、本発明の他の態様は、上記方法により構成した面状の衝撃エネルギー吸収体を、各渦の中心が直線上に乗るように積層することを特徴とする。本発明は、上記方法において、前記金属板材が、アルミニウム、マグネシウム、チタニウム、鉄、ニッケル、銅の何れかの単体若しくは合金であることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、上記方法において、形成される擬似金属球の直径が、１ｍｍないし５０ｍｍの範囲にあることを特徴とする。また、本発明は、上記方法において、形成される擬似金属球の厚さが、０．０５ｍｍないし１ｍｍの範囲にあることを特徴とする。更に、本発明は、上記方法により得られる、金属管に周期的な球状の膨らみを有する擬似金属球を形成させたことを特徴とする１次元のエネルギー吸収体、及び擬似金属球を含む要素構成体を多数配置した衝撃エネルギー吸収体を提供することを特徴とする。
【００１８】
本発明の方法では、まず、線上に擬似中空金属球が並ぶ構成要素を形成し、それを平面上に効果的に配置し、更に、それを効果的に積層することにより、効率性及び経済性の高い高機能性衝撃エネルギー吸収体の製造を実現する。すなわち、まず、金属管材を、図１の（ア）に模式的に断面図を示しているような上型と下型の間で、ガス圧ないし液圧成形方法により、ガス圧ないし液圧を金属管内に加えることにより、図１の（イ）、（ウ）に示されるように、金属管に周期的な球状の膨らみを有する擬似金属球を連続して作製する。この際、金属管は一端を閉じてもよいし、両端から圧力を加えてもよい。本発明では、金属管材をＳＫＤ鋼製上型及び下型内で、所定の温度において、油圧を負荷して成形する方法が好適なものとして例示されるが、これらに制限されるものではない。
【００１９】
本発明は、ガス圧ないし液圧成形方法の具体的な手段及び条件は特に制限されるものではなく、金属管材の材質及び種類等に応じて適宜の構成が採用される。金属管材の成形の際には、スプリングバックがあるため、除圧後の形状が球状となるように、型の寸法を設定することが効果的である。また、加工力が不足する場合には、加工温度を高くすることが効果的である。ガス圧ないし液圧成形された金属管材は、その軸を平行にして並べることにより、平面状の衝撃エネルギー吸収体が構成される。この際に、擬似金属球の平面上の配置は、図２の（ア）に模式的に示すような矩形状の配置ないし図２の（イ）に模式的に示すような三角形状の配置が望ましいが、これらに制限されるものではなく、適宜の形状に配置することができる。
【００２０】
次に、図面に基づいて本発明を具体的に説明する。図２ないし図４に、本発明の実施の態様の一例を示す。本発明の構成要素は、それが使用される部位、負荷応力、負荷エネルギー供給速度、吸収すべきエネルギー量等によって大幅に変化するものであり、それらに応じて任意に設計することができる。そのために、図示した例は、それをわかりやすく単純化したものであり、実際の形状を直接反映したものではない。
【００２１】
すなわち、構成要素のサイズ、形状、球の数は、使用目的、使用条件等により大幅に変化するものであり、それらに応じて適宜変更することができる。また、構造要素の積層方法についても同様であるが、一例として、このようにして作製した衝撃エネルギー吸収体の構造要素を積層して、衝撃エネルギー吸収体とする方法を以下に記載する。
【００２２】
衝撃吸収を行う疑似球体が平面上に正方形状に並んだ場合においては、図３の（ア）に示すように、各擬似金属球の直上に次の構造要素の擬似金属球を置く直方体状か、図３の（イ）に示すように、４つの擬似金属球で作られる谷間に次の構造要素の擬似金属球を置く体心直方体状に配置することが望ましい。
【００２３】
一方、平面上に三角形状に並んだ場合においては、図３の（ア）に示すように、各擬似金属球の直上に次の構造要素の擬似金属球を置くか、図３の（イ）に示すように、３つの擬似金属球で作られる谷間に次の構成要素の擬似金属球を置く四面体状に配置することが望ましい。しかし、これらに制限されるものではない。
【００２４】
本発明においては、上記金属板材として、例えば、アルミニウム、マグネシウム、チタニウム、鉄、ニッケル、銅の何れかの単体若しくは合金を好適に用いることができる。特に、衝撃吸収用材料として用いる場合には、その軽量性と材料価格から、アルミニウム板材を好適に使用することが可能であるが、これらに制限されるものではない。
【００２５】
本発明においては、また、形成される擬似金属球の直径が、１ｍｍないし５０ｍｍの範囲にあるものを好適に用いることができる。本発明においては、また、形成される擬似金属球の厚さが、０．０５ｍｍないし１ｍｍの範囲にあるものを好適に用いることができる。しかし、これらに制限されるものではない。
【００２６】
本発明において、ガス圧ないし液圧成形された要素構成体の金属管材は、図４に示すように、渦巻き状に変形して平面上に配置することにより、平面状の衝撃エネルギー吸収体が構成される。また、こうした渦巻き状の要素を、その渦の中心が一直線上に乗るように積層して立体的な衝撃エネルギー吸収体を形成することができる。
【００２７】
本発明で作製される中空金属球充填型の金属製多孔質構造体は、他の方法で作製した中空金属球充填型の金属製多孔質材料に比べて、中空球の形状がそろい、かつその充填方法を極めてよく制御できるために、変形能が大きく、かつ強度も高強度化できる上に、製造コストを著しく低減できるため、衝撃吸収用材料の生産方法及びその製品として特に好適なものである。
【００２８】
【作用】
本発明の衝撃エネルギー吸収体の製造方法は、形状が等しい多数の半球状の窪みが連続する上型と、これに対向して同形の半球状の窪みが連続する下型の間で、金属管に内圧を加えることにより金属管に周期的な球状の膨らみを有する擬似金属球を形成させることで１次元のエネルギー吸収体を製造すること、この吸収体を平面上に多数配置することで構成した２次元の衝撃エネルギー吸収体構造要素を積層することにより衝撃エネルギー吸収体を製造すること、を特徴としている。すなわち、本発明の方法では、まず、擬似中空金属球が連続した線状の構成要素を形成し、それを平面上に適宜配置し、次いで、それを最適に積層することにより高い衝撃エネルギー吸収特性を有する衝撃エネルギー吸収体を作製する。本発明は、上記構成要素の擬似金属球のサイズ、形状、球の数、及びそれらの配置及び積層方式を任意に調整することにより、使用目的、使用条件等に多角的に対応した多様な変形性能及び強度を有する多品種の衝撃エネルギー吸収体を任意に作製することを可能とする。それにより、本発明では、衝撃エネルギー吸収材料として、任意の衝撃吸収特性と任意の形態を有する金属多孔質要素構成体を高効率、かつ低コストで生産することが可能であり、本発明は、簡便、かつ低コストに衝撃エネルギー吸収体を生産する方法及びその製品を提供するものとして、広汎な技術分野で多角的に利用することを可能とする。
【００２９】
【実施例】
次に、本発明の実施例を以下に詳述するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
実施例
（１）衝撃エネルギー吸収体の製造
外径５ｍｍ、肉厚０．５ｍｍの１０００系アルミニウム合金管を使用し、直線上に外径１０ｍｍの擬似球体が１５ｍｍ間隔で１０個並ぶようなＳＫＤ鋼製上型及び下型内で、約２００℃の温度において、約５気圧の油圧を負荷することにより、図１の（イ）に示すような構造体を作製した。
【００３０】
この液圧成形加工で得られた成形体１０本を、その軸を平行に、かつ擬似金属球がそれぞれ平面状で長方形を形成するように配置し、更に、こうした層を１０層積層してエネルギー吸収体とし、これを、内径１００ｍｍ×１００ｍｍ、肉厚１ｍｍ、高さ１２０ｍｍの矩形断面容器内に収納して、衝撃吸収体とした。
【００３１】
（２）衝撃吸収特性
この衝撃吸収体に対して、２０ｍ／秒の速度で５０％変形をするまで衝撃エネルギーを加えた結果、約５ＭＪ／ｍ3 のエネルギー吸収が実現できた。これは、通常の中空体充填型衝撃エネルギー吸収体で得られる衝撃エネルギー吸収量の２〜３ＭＪ／ｍ3 に比較してきわめて大きいものである。
【００３２】
このように、本発明によれば、従来の方法に比べて、高強度、かつ高吸収エネルギー衝撃吸収体が得られる。以上、本発明の実施例を詳述したが、これはあくまで本発明の好適な一例を示したものであり、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明は、衝撃エネルギー吸収体の製造方法及びその構造体に係るものであり、本発明により、１）金属製多孔質要素構成体からなる衝撃エネルギー吸収体を（従来の技術の項に記載した第１〜３の従来方法と比較して）効率よく、低コストで製造できる新しい衝撃エネルギー吸収体の製造方法を提供することができる、２）上記方法により作製した、（上記第１〜３の従来方法で作製した中空の金属球と比較して）軽量、かつ高強度で、変形能が大きく、全方向からの衝撃エネルギーを効率よく吸収できる優れた衝撃吸収特性を有する擬似金属球を構成要素とする衝撃エネルギー吸収体を提供することができる、３）本発明の衝撃エネルギー吸収体は、各種の衝撃エネルギー吸収用部材として有用である、４）特に、低い熱伝導率や振動の抑制が求められる用途の材料として有用である、５）極めて大きな衝撃エネルギー吸収性能とリサイクル性に優れた材料を提供することができる、６）中空球の形状の均一化が容易であり、それにより、その充填方法を高精度に制御することができる、等の格別の効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の管材の加工方法、及び疑似中空金属球の部分構造を示す説明図である。
【図２】本発明の衝撃エネルギー吸収要素の平面上における最適配置を模式的に示す説明図である。
【図３】本発明の衝撃エネルギー吸収体構造要素を積層する方法を示す模式図である。
【図４】本発明の渦巻き状の衝撃エネルギー吸収要素を示す模式図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an impact energy absorbing structure composed of a metal porous element structure, and more particularly to a metal shock absorbing porous element structure, in particular, to exhibit suitable shock absorbing characteristics. A method for producing a hollow spherical material, a shock absorbing porous element structure, and an impact energy absorber using these as a structural element, which are applied when producing a porous element structure having a high porosity capable of being deformed It is. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful as a method for producing a lightweight and high-strength metal impact energy absorber efficiently and at low cost, and a structure thereof.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an impact energy absorber used for absorbing an impact is often designed to fill a predetermined space with a hollow element component and absorb the impact energy by the deformation characteristics of the structure. For example, a metal structure such as a honeycomb panel is a good example. However, such a structure has a drawback that although a large shock absorbing characteristic can be obtained in a specific direction, only a very small shock absorbing characteristic can be obtained if the direction is slightly shifted.
[0003]
On the other hand, when it is desired to ensure a certain level of shock absorption using a lightweight and inexpensive material without applying a large force, for example, a soft resin or a foamable resin is used for such a purpose. There are many things. However, when this type of material is used, there is a drawback that sufficient impact energy cannot be absorbed due to the small deformability inherent to the resin and the low deformation stress. Therefore, it is conceivable to use this kind of shock absorbing material as a metallic porous element structure. That is, this fills a predetermined space with metal components such as, for example, hollow spheres, cylinders, prisms, laminates, and hollow boxes. At this time, it has been found that hollow spheres are most desirable in view of their filling rate and strength.
[0004]
In this way, when the shock absorbing material is made of a metal porous element structure, extremely high impact energy absorption performance is realized due to the optimal deformation stress of the metal material and the deformability derived from its toughness. In addition, since it is highly recyclable, it has the advantage of reducing the burden on the environment. Moreover, there exists an advantage that this can be reduced in weight extremely, using a metal material by making a shock-absorbing material into such a porous element structure.
[0005]
As mentioned above, although the advantage at the time of using a metal porous element structure for an impact-absorbing material was demonstrated, this kind of metal porous element structure originates in the porous structure, and is as follows. It can be used for various purposes. That is, this kind of porous structure is derived from the porous structure and has a low thermal conductivity. Therefore, as a material for applications in which a low thermal conductivity is required, or the porous structure. Since the elastic modulus is reduced due to the above, it can be suitably used as a material for applications where suppression of vibration is required or other materials.
[0006]
By the way, the following methods are conventionally known as a method for producing this kind of metal porous element structure, that is, a hollow metal sphere or a pseudo metal sphere. That is, the first method is to apply a metal slurry around a flammable spherical polymer material such as polyurethane foam, and then dry the polymer material. This is a method for producing a hollow metal.
[0007]
A second method is to form a metal film by plating or spraying molten metal around a flammable spherical polymer material such as foamed polyurethane, and then burn the polymer material into a spherical shape. This is a method for producing a hollow metal. The third method is a method in which a hemispherical metal is formed from a plate material by pressing or the like, and the two hemispheres are joined by welding, brazing, caulking or the like to form a hollow metal sphere.
[0008]
However, in the case of the first method, that is, the method using a metal slurry, it is necessary for the combustion gas of the polymer material to pass through the metal film, and since the metal film is sintered from the slurry, the metal film becomes extremely porous. However, there is a problem that only a material having a remarkably low strength can be produced, and the process becomes complicated and the manufacturing cost becomes considerably high.
[0009]
On the other hand, in the case of the second method, that is, a method using plating or spraying, the hollow metal structure that can be produced is limited to nickel, a low-melting point metal, etc., and the productivity is low. In addition, since it is necessary to discharge the combustion gas of the polymer material to the outside, there is a problem that it is difficult to obtain a uniform metal film because a hole through which the gas permeates is locally generated in the film.
[0010]
In the case of the third method, that is, a method of manufacturing each sphere by machining, a dense and high-strength film can be formed, but its productivity is extremely low, and it is inexpensive to use as a shock absorber. There is a problem that it is inappropriate when a large number of spheres or pseudospheres are required.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
Under such circumstances, the present inventor has conducted intensive research with the goal of developing a new impact energy absorber capable of drastically solving the problems of the prior art in view of the prior art. In the process of proceeding with the present invention, it has been found that the intended purpose can be achieved by producing a new impact energy absorbing structure including a pseudo metal sphere having a periodic spherical bulge in a metal tube as a constituent element. It came to be completed.
The present invention is a novel production of an impact energy absorber that realizes efficient and low cost production of an impact energy absorber comprising a metal porous element structure having high strength and excellent impact energy absorption characteristics. It is intended to provide a method.
Moreover, this invention aims at providing the novel impact energy absorber produced by the said method.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention for solving the above-described problems comprises the following technical means.
(1) A method for producing an impact energy absorber composed of an impact energy structural element (metal porous element structure) constituted by arranging a number of one-dimensional energy absorbers ,
1) Between an upper mold in which a large number of hemispherical recesses having the same shape are periodically continued on a straight line and a lower mold in which oppositely shaped hemispherical recesses are periodically continued on a straight line , the Rukoto be molded by loading the internal pressure in the metal tube, within the upper and lower mold, by forming the quasi hollow metal spheres with a bulge periodic spherical the metal tube, periodically to a metal tube a spherical bulge to produce a one-dimensional energy absorber having a pseudo hollow metal sphere linear structure formed continuously with the 2) the one-dimensional energy absorber, many arranged to impact energy structure constituting elements, 3) the impact energy structure elements are stacked to produce impact energy absorber producing method of shock energy absorbers you wherein a.
(2) The method for producing an impact energy absorber according to (1) above, wherein a number of one-dimensional energy absorbers are arranged on a plane with their axes parallel to each other.
(3) The manufacture of the impact energy absorber according to (2) above , wherein the centers of the pseudo metal spheres of adjacent one-dimensional energy absorbers are aligned on a straight line orthogonal to the axis. Method.
(4) The impact energy according to (2) , wherein each pseudo metal sphere is in contact with each of the two pseudo metal spheres of each of the two adjacent one-dimensional energy absorbers. Manufacturing method of absorber.
(5) It is characterized in that an impact energy absorber structural element constituted by arranging a number of one-dimensional energy absorbers is laminated so that a pseudo metal sphere of the next structural element is placed immediately above each pseudo metal sphere. The manufacturing method of the impact energy absorber according to (1) above.
(6) An impact energy absorber structure element configured by arranging a large number of one-dimensional energy absorbers so that a pseudo metal sphere of the next structural element is placed in a valley formed by three or four pseudo metal spheres. The method for producing an impact energy absorber according to (1) above, wherein the layers are laminated.
(7) The method for producing an impact energy absorber according to (1) above, wherein the linear one-dimensional energy absorber is spirally deformed and arranged on a plane to form a plane.
(8) An impact energy absorber constructed by deforming a linear one-dimensional energy absorber into a spiral shape and arranging it on a flat surface to make it flat so that the center of each vortex is on a straight line The method for producing an impact energy absorber according to (1) above, wherein the layers are laminated.
(9) The metallic material, wherein aluminum, magnesium, titanium, iron, nickel, that it is either alone or an alloy of copper, the method according to (1).
(10) The method according to (1) , wherein the formed pseudo metal sphere has a diameter in the range of 1 mm to 50 mm.
(11) The method according to (1) , wherein the formed pseudo-metal sphere has a thickness in a range of 0.05 mm to 1 mm.
(12) Pseudo hollow metal spheres having periodic spherical bulges are formed by continuously forming pseudo hollow metal spheres having periodic spherical bulges on a metal tube on a straight line. An impact energy absorber comprising a plurality of one-dimensional energy absorbers having a structure on a line formed by stacking impact energy structural elements (metal porous element constituents) .
(13) the one-dimensional energy absorber, characterized in that formed by laminating the impact energy structural element configured by arranging a large number on a plane in parallel to their respective axes, according to the above (12) Shock energy absorber.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the present invention will be described in more detail.
The high-strength porous body and the method for producing the same of the present invention have been created to solve the above-described problems, and the first aspect of the present invention is to form a metal pipe material as a basis. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing a one-dimensional energy absorber element structure, and an upper mold in which hemispherical depressions having the same shape are periodically formed on a straight line and a number of depressions having the same shape opposite to the upper mold. The amount of impact deformation was increased by forming a pseudo metal sphere having a periodic spherical bulge in the metal tube by applying internal pressure to the metal tube between the lower molds that are periodically formed on a straight line. A one-dimensional energy absorber is manufactured.
[0014]
Another aspect of the present invention is characterized in that a linear impact energy absorber is formed by arranging the linear one-dimensional energy absorber formed in the above method on a plane with its axes parallel to each other. In the present invention, preferably, in the above method, the adjacent linear one-dimensional energy absorbers are arranged so that the centers of the pseudo metal spheres are aligned on a straight line orthogonal to the axis. In the present invention, preferably, in the above method, the pseudo metal spheres in the adjacent linear one-dimensional energy absorbers are arranged so that their centers occupy positions that are in contact with the four adjacent pseudo metal spheres. To do.
[0015]
Another aspect of the present invention relates to laminating them in order to form a three-dimensional shock absorber in a planar structural element constructed in the above method, directly above each pseudo metal sphere. It arrange | positions so that the pseudo-metal sphere of the following structural element may be placed. In addition, another aspect of the present invention relates to laminating them in order to form a three-dimensional shock absorber in the planar structural element configured in the above method, and includes three or four It arrange | positions so that the pseudo-metal ball | bowl of the following structural element may be placed in the valley made of a quasi-metal ball | bowl.
[0016]
Another aspect of the present invention is characterized in that a linear impact energy absorber is formed by deforming a linear one-dimensional energy absorber formed by the above method into a spiral shape and arranging it on a plane. And Another aspect of the present invention is characterized in that planar impact energy absorbers configured by the above method are stacked so that the centers of the vortices are on a straight line. The present invention is characterized in that, in the above method, the metal plate material is a simple substance or an alloy of any of aluminum, magnesium, titanium, iron, nickel, and copper.
[0017]
In the above method, the present invention is characterized in that the diameter of the pseudo metal sphere formed is in the range of 1 mm to 50 mm. In the above method, the present invention is characterized in that the thickness of the pseudo metal sphere formed is in the range of 0.05 mm to 1 mm. Furthermore, the present invention provides a one-dimensional energy absorber obtained by the above method, wherein a pseudo metal sphere having a periodic spherical bulge is formed on a metal tube, and an element configuration including the pseudo metal sphere A shock energy absorber having a large number of bodies is provided.
[0018]
In the method of the present invention, first, a component in which pseudo hollow metal spheres are arranged on a line is formed, and the components are effectively arranged on a plane, and further, they are effectively stacked, thereby improving efficiency and economy. Realization of highly functional impact energy absorber with high performance. That is, first, the metal pipe material is subjected to gas pressure or liquid pressure between the upper mold and the lower mold as schematically shown in FIG. By adding it in the metal tube, as shown in FIGS. 1A and 1C, pseudo metal spheres having a periodic spherical bulge are continuously produced in the metal tube. At this time, one end of the metal tube may be closed, and pressure may be applied from both ends. In the present invention, a method of forming a metal tube material by applying a hydraulic pressure at a predetermined temperature in an upper mold and a lower mold made of SKD steel is exemplified as a preferred one, but is not limited thereto.
[0019]
In the present invention, the specific means and conditions of the gas pressure or hydraulic pressure forming method are not particularly limited, and an appropriate configuration is adopted according to the material and type of the metal tube material. Since there is a springback when the metal tube is formed, it is effective to set the dimensions of the mold so that the shape after the decompression is spherical. Further, when the processing force is insufficient, it is effective to increase the processing temperature. The metal pipe material formed by gas pressure or liquid pressure is arranged with its axes parallel to each other, thereby forming a planar impact energy absorber. At this time, the arrangement of the pseudo metal spheres on the plane may be a rectangular arrangement as schematically shown in FIG. 2A or a triangular arrangement as schematically shown in FIG. Although it is desirable, it is not limited to these and can be arranged in an appropriate shape.
[0020]
Next, the present invention will be specifically described with reference to the drawings. 2 to 4 show an example of an embodiment of the present invention. The components of the present invention vary greatly depending on the site where they are used, the load stress, the load energy supply rate, the amount of energy to be absorbed, etc., and can be designed arbitrarily according to them. For this reason, the example shown in the figure is a simple and easy-to-understand example and does not directly reflect the actual shape.
[0021]
That is, the size, shape, and number of spheres of the components vary greatly depending on the purpose of use, use conditions, and the like, and can be appropriately changed according to them. The same applies to the method of laminating the structural elements. As an example, a method of laminating the structural elements of the impact energy absorber thus produced to make the impact energy absorber will be described below.
[0022]
In the case where the pseudo spheres that absorb the shock are arranged in a square shape on the plane, as shown in FIG. 3 (a), is it a rectangular parallelepiped shape in which the pseudo metal sphere of the next structural element is placed immediately above each pseudo metal sphere? As shown in FIG. 3 (a), it is desirable to arrange in a body-centered rectangular parallelepiped shape in which the pseudo metal spheres of the next structural elements are placed in valleys made of four pseudo metal spheres.
[0023]
On the other hand, when arranged in a triangular shape on a plane, as shown in FIG. 3A, a pseudo metal sphere of the next structural element is placed directly above each pseudo metal sphere, or FIG. It is desirable to arrange in the shape of a tetrahedron in which the pseudo metal spheres of the following components are placed in the valleys made of three pseudo metal spheres. However, it is not limited to these.
[0024]
In the present invention, as the metal plate material, for example, any one element or alloy of aluminum, magnesium, titanium, iron, nickel, and copper can be suitably used. In particular, when used as an impact-absorbing material, an aluminum plate can be suitably used because of its light weight and material price, but is not limited thereto.
[0025]
In the present invention, a pseudo metal sphere formed with a diameter in the range of 1 mm to 50 mm can be preferably used. In the present invention, a pseudo metal sphere having a thickness in the range of 0.05 mm to 1 mm can be suitably used. However, it is not limited to these.
[0026]
In the present invention, as shown in FIG. 4, the metal tube material of the element structure formed by gas pressure or hydraulic pressure is deformed into a spiral shape and arranged on a plane, thereby forming a planar impact energy absorber. Is done. Further, such a spiral element can be laminated so that the center of the vortex is on a straight line to form a three-dimensional impact energy absorber.
[0027]
The hollow metal sphere-filled metal porous structure produced in the present invention has a hollow sphere shape that is uniform compared to hollow metal sphere-filled metal porous materials produced by other methods. Since the filling method can be controlled very well, the deformability is large, the strength can be increased, and the manufacturing cost can be significantly reduced. Therefore, it is particularly suitable as a production method of shock absorbing material and its product. .
[0028]
[Action]
The method for producing an impact energy absorber according to the present invention includes a metal tube between an upper mold in which a large number of hemispherical recesses having the same shape are continuous and a lower mold in which the same shape of hemispherical recesses is opposed to the upper mold. A one-dimensional energy absorber is manufactured by forming a pseudo metal sphere having a periodic spherical bulge on the metal tube by applying an internal pressure to the tube, and a large number of the absorbers are arranged on a plane. The impact energy absorber is manufactured by stacking two-dimensional impact energy absorber structural elements. That is, in the method of the present invention, high impact energy absorption characteristics are obtained by first forming a linear component in which pseudo hollow metal spheres are continuous, arranging them appropriately on a plane, and then optimally laminating them. An impact energy absorber having the following is produced. The present invention allows various modifications corresponding to the purpose of use, usage conditions, etc., by arbitrarily adjusting the size, shape, number of spheres, and arrangement and lamination method of the pseudo metal spheres of the above components. A variety of impact energy absorbers having performance and strength can be arbitrarily produced. Thereby, in the present invention, as the impact energy absorbing material, it is possible to produce a metal porous element structure having an arbitrary shock absorbing property and an arbitrary shape with high efficiency and low cost. As a method for producing a shock energy absorber and its product in a simple and low cost manner, it can be used in a wide variety of technical fields.
[0029]
【Example】
Next, examples of the present invention will be described in detail below, but the present invention is not limited to the following examples.
Example (1) Manufacture of impact energy absorber SKD steel using a 1000 series aluminum alloy tube having an outer diameter of 5 mm and a wall thickness of 0.5 mm, and 10 pseudospheres having an outer diameter of 10 mm aligned on a straight line at intervals of 15 mm. A structure as shown in FIG. 1A was manufactured by applying a hydraulic pressure of about 5 atm at a temperature of about 200 ° C. in the upper mold and the lower mold.
[0030]
Ten compacts obtained by this hydroforming process are arranged so that their axes are parallel and the pseudo metal spheres are flat and rectangular, and 10 such layers are laminated to form an energy. It was set as the absorber, and this was accommodated in the rectangular cross-section container of internal diameter 100mmx100mm, thickness 1mm, and height 120mm, and it was set as the impact absorber.
[0031]
(2) Impact absorption characteristics As a result of applying impact energy to this shock absorber until it was deformed by 50% at a speed of 20 m / sec, energy absorption of about 5 MJ / m 3 was realized. This is much larger than the impact energy absorption amount of 2 to 3 MJ / m 3 obtained with a normal hollow body filled impact energy absorber.
[0032]
Thus, according to the present invention, a shock absorber having a high strength and a high absorption energy can be obtained as compared with the conventional method. The embodiment of the present invention has been described in detail above, but this is merely a preferred example of the present invention, and the present invention can be implemented in variously modified forms without departing from the gist of the present invention. is there.
[0033]
【The invention's effect】
As described above in detail, the present invention relates to a method of manufacturing an impact energy absorber and a structure thereof, and according to the present invention, 1) an impact energy absorber comprising a metal porous element structure (conventionally) In comparison with the first to third conventional methods described in the section of the technology, it is possible to provide a method for producing a new impact energy absorber that can be produced efficiently and at low cost. 2) produced by the above method, Light weight, high strength, large deformability, and excellent shock absorption characteristics that can efficiently absorb shock energy from all directions ( compared to the hollow metal spheres produced by the first to third conventional methods) 3) The impact energy absorber of the present invention is useful as various impact energy absorbing members. 4) In particular, It is useful as a material for applications that require low thermal conductivity and vibration suppression. 5) It can provide materials with excellent impact energy absorption performance and recyclability. 6) Uniform shape of hollow spheres. Therefore, it is possible to achieve a special effect such as that the filling method can be controlled with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing a pipe material processing method and a partial structure of a pseudo hollow metal sphere according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory view schematically showing an optimum arrangement on a plane of an impact energy absorbing element of the present invention.
FIG. 3 is a schematic view showing a method of laminating impact energy absorber structural elements of the present invention.
FIG. 4 is a schematic view showing a spiral impact energy absorbing element of the present invention.
Claims (13)
１）形状が等しい多数の半球状の窪みが直線上に周期的に連続する上型と、これに対向して同形の半球状の窪みが直線上に周期的に連続する下型の間で、金属管に内圧を負荷して成形することにより、上記上型及び下型内で、上記金属管に周期的な球状の膨らみを有する疑似中空金属球を形成させることで、金属管に周期的な球状の膨らみを有する疑似中空金属球を連続して形成した線状の構造を有する1 次元のエネルギー吸収体を作製する、２）該 1 次元のエネルギー吸収体を、多数配置して衝撃エネルギー構造要素を構成する、３）該衝撃エネルギー構造要素を積層して衝撃エネルギー吸収体を製造する、ことを特徴とする衝撃エネルギー吸収体の製造方法。 A method for producing an impact energy absorber composed of an impact energy structural element (metal porous element structure) constituted by arranging a number of one-dimensional energy absorbers ,
1) Between an upper mold in which a large number of hemispherical recesses having the same shape are periodically continued on a straight line and a lower mold in which oppositely shaped hemispherical recesses are periodically continued on a straight line , the Rukoto be molded by loading the internal pressure in the metal tube, within the upper and lower mold, by forming the quasi hollow metal spheres with a bulge periodic spherical the metal tube, periodically to a metal tube a spherical bulge to produce a one-dimensional energy absorber having a pseudo hollow metal sphere linear structure formed continuously with the 2) the one-dimensional energy absorber, many arranged to impact energy structure constituting elements, 3) the impact energy structure elements are stacked to produce impact energy absorber producing method of shock energy absorbers you wherein a.
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