JP4583214B2 - 自動車のバンパー構造体 - Google Patents

Description

本発明は、バンパーリインフォースとその前壁に固定された補強部材を有する自動車のバンパー構造体に関する。

自動車の軽衝突（時速１６ｋｍ以下）の場合、バンパー構造体で衝突エネルギーをほぼ受け切ることが要求される。バンパー構造体のエネルギー吸収部材としての性能は、この衝突エネルギーを吸収したときの変形ストローク量と最大荷重で評価される。許容されるストローク量は、バンパーフェイスからその後方にある壊したくない車体構造物までの距離となり、軽衝突時の変形ストローク量がこの許容ストローク量以下であれば、変形がバンパー構造体のみにとどまり、バンパー構造体以外の車体構造物の損傷を防止でき、また乗員の安全性も向上する。

バンパーフェイスとパンパーリインフォースの前壁までの間に何もない場合、衝突時にバンパーフェイスからバンパーリインフォースの前壁までの空間が空走距離（バンパー構造体が衝突エネルギーを吸収し始めるまでのストローク）となる。この空走距離が大きいと、衝突時におけるトータルの変形ストロークが大きくなる。そこで、従来より、バンパーリインフォースとバンパーフェイスの間に発泡樹脂層を設置することが一般的に行われている（特許文献１参照）。これにより衝突時の空走距離が縮まり、また発泡樹脂層により衝撃エネルギーの一部が吸収されて、衝突時におけるトータルの変形ストロークが減少する。
一方、特許文献２〜７には、金属製の補強部材をバンパーリインフォースの前壁に設置して、衝突時の空走距離を減らすとともに、衝突エネルギーを吸収させることが記載されている。特許文献２〜４では、金属板を張り出し成形や絞り成形して補強部材を成形し、特許文献５〜７では所定断面のアルミニウム合金押出材を補強部材として利用している。

特開平７−６１２９８号公報 特開２００１−３２２５１７号公報 特開２０００−１１５０号公報 特開２００２−１９３０５４号公報 特開平６−２８６５３６号公報 特開平２００１−２２５７６３号公報 特開平２００４−２０３０６６号公報

発泡樹脂は、射出成形により、バンパーフェイスの内面に沿った３次元的形状を容易に成形することができ、バンパーフェイスから発泡樹脂層までの空走距離を縮めることができる。しかし、衝突時において発泡樹脂層の圧縮による荷重の立ち上がりは低く、エネルギー吸収量が大きくないため、バンパー構造体の変形ストロークの減少には効果的とはいえない。
金属板製の補強部材の場合、張り出し成形や絞り成形することにより、バンパーフェイスの内面に沿う３次元的形状を得ることができるが、板厚は厚くても２ｍｍ程度、絞り成形を行う場合は１ｍｍ程度しか板厚をとることができず、衝突時に非常に座屈しやすく、バンパー構造体の変形ストロークの減少には余り効果的とはいえない。

アルミニウム合金押出材製の補強部材の場合、肉厚を厚くでき、座屈しにくい補強部材を成形できる利点があるが、これまでの横圧壊型の補強部材は、バンパーフェイスの内面に沿う３次元的形状を出すのが難しいという問題がある。この点を図５，６により説明する。
図５は、左右のサイドメンバー（図示せず）の先端に固定したバンパーステイ１と、バンパーステイ１に固定されたバンパーリインフォース２と、バンパーフェイス３と、バンパーリインフォース２の前壁の中央部に固定した補強部材４からなるバンパー構造体を示す。補強部材４はアルミニウム合金押出材からなり、押出方向が車体上下方向になるように配置され、図５（ａ）をみると、車幅方向前面はバンパーフェイス３に沿うように成形されている。しかし、図５（ｂ）に示すように、車体上下方向ではバンパーフェイス３の３次元的形状に沿わず、隙間Ｃ１が不均等で大きく開いた部分がある。
図６は、同じバンパーステイ１、バンパーリインフォース２及びバンパーフェイス３と、押出方向が車幅方向になるように配置された補強部材５からなるバンパー構造体である。図６（ｂ）をみると、補強部材５の前面は、車体上下方向ではバンパーフェイス３に沿うように成形されている。しかし、図６（ａ）に示すように、車幅方向ではバンパーフェイス３の３次元的形状に沿わず、隙間Ｃ２が不均等で大きく開いた部分がある。

アルミニウム合金押出材からなるこのような横圧壊型の補強部材４，５であっても、バンパーフェイス３の内面に対向する前面側を切断あるいは切削することにより、バンパーフェイス３の３次元的形状に沿わせ、空走距離を減少させることは不可能ではないが、工程が多くなってコストがかかり、かつ前面側を切除することで補強効果が低減するという問題がある。
また、横圧壊型の補強部材は、エネルギー吸収効率（エネルギー吸収量を重量で割ったもの）が不十分であり、バンパー構造体の変形ストローク量を十分減少できない。一方、バンパー構造体の変形ストロークを減少させるため補強部材の肉厚を増やすと、バンパー構造体の重量が増えてしまう。

本発明は、従来のバンパー構造体のこのような問題点に鑑みてなされたもので、バンパーリインフォースの前壁に金属製の補強部材が設置されたバンパー構造体において、重量を増加させずに補強部材のエネルギー吸収効率を高くし、かつ衝突時の空走距離を減らすことにより、バンパー構造体の衝突時の変形ストローク量を低減し、衝突時の車体本体部分の損傷防止及び乗員の安全性向上を図ることを目的とする。

本発明は、アルミニウム合金押出材からなるバンパーリインフォースと、前記バンパーリインフォースの前壁に取り付けられた補強部材を有する自動車のバンパー構造体において、前記補強部材は筒状をなし、軸方向の後端が前記バンパーリインフォースの前壁に取り付けられ、前端に外周方向に拡開したフランジが一体的に形成され、前記フランジがバンパーフェイスの内面に対向して配置されていることを特徴とする。この補強部材は、望ましくはアルミニウム合金押出材からなる。
このバンパー構造体は自動車のフロント側及び／又はリア側に取り付けられるが、本発明では、いずれにおいても衝突面側を前、その反対側を後とする。

このバンパー構造体において、前記補強部材は、バンパーリインフォースの中央部あるいは両端部など車幅方向の適所に１個又は複数個取り付けられる。アルミニウム合金押出材製のバンパーリインフォースの場合、断面は一般に閉断面であり、その前壁は、衝突時の荷重方向を考慮し、該荷重方向に対して略垂直に向くように配置される（一般に鉛直面内）ので、補強部材は軸方向を前記前壁に対して略垂直に向けて取り付けることが望ましい。例えば、バンパーリインフォースの両端部が後方側に傾斜又は湾曲している場合、その両端部に前記補強部材を取り付けるのであれば、補強部材の軸方向は自動車の前後方向からみて外向きとなる。ただし、傾斜又は湾曲した端部においても、補強部材を軸方向を自動車の前後方向に向けて取り付けることもできる。

本発明によれば、補強部材が筒状で、軸方向の後端が前記バンパーリインフォースの前壁に取り付けられ、前端に形成されたフランジがバンパーフェイスの内面に対向して配置されているので、補強部材は衝突時に縦圧壊を起こして蛇腹状に変形し、横圧壊型の補強部材に比べて高いエネルギー吸収効率を示す。従って、バンパー構造体の重量を大きく増加させず、衝突時の変形ストローク量を低く抑えることができる。
また、筒状の補強部材の前端に外周方向に拡開したフランジを一体的に形成することは、電磁成形やプレス加工等により容易である。外周方向に拡開したフランジを形成することにより、衝突を受ける面積が拡大され、軸部の断面積の小さい軽量な補強部材でより広範囲をカバーできる利点がある。また、外周方向に拡開したフランジで衝撃荷重を受けることにより、衝突時の蛇腹状変形が安定して生じる利点もある。
さらに、筒状の補強部材の前端に外周方向に拡開したフランジを形成する際、フランジをバンパーフェイスの内面に沿った３次元的形状に仕上げることは容易であり、低コストで実施できる。これにより衝突時の空走距離を減らしてバンパー構造体の変形ストローク量を低く抑えることができる。
これらのことから、本発明では、軽衝突時の車体本体部分の損傷を防止し、乗員の安全性向上を図ることができる。

以下、図１〜図４を参照して、本発明に係るバンパー構造体について説明する。
図１〜３に示すバンパー構造体は、バンパーステイ１１、バンパーリインフォース１２、バンパーフェイス１３、及び補強部材１４からなる。
バンパーステイ１１は、例えばアルミニウム合金押出材からなる筒状の部材で、左右のサイドメンバーの先端に軸方向（押出方向）が車体前後方向に平行になるように固定され、その先端のフランジにバンパーリインフォース１２が固定されている。バンパーリインフォース１２は、図５に示すものと同じく、断面矩形のアルミニウム合金押出材からなり、車幅方向中央部が車幅方向に対し平行で、両端部が曲げ加工により後方側に傾斜し、その前壁１２ａが鉛直面内にくるように配置される。バンパーフェイス１３は、図４に示すものと同じく３次元的な形状を有するプラスチック製の薄板部材である。

補強部材１４は、断面が円形のアルミニウム合金押出材からなり、軸部１４ａの後端に外周方向に拡開した平らなフランジ１４ｂが軸方向（押出方向）に垂直に形成され、軸部１４ａの前端に外周方向に拡開し３次元的な曲面からなるフランジ１４ｃが一体的に形成されている。後端のフランジ１４ｂが、バンパーリインフォース１２の両端部において前壁１２ａに溶接により固定され、これにより軸部１４ａは軸方向が前記前壁１２ａに対して垂直とされている。前端のフランジ１４ｃはバンパーフェース１３に近接して対向し、その内面の３次元的形状に沿った形状を有し、フランジ１４の前面とバンパーフェース１３の内面との間隔が全面でほぼ等しくなっている。
従って、斜め前方からの衝突時には、衝突相手がフランジ１４ｃの輪郭内に入ればどこであっても、小さい空走距離で補強部材１４に当たり、補強部材１４が蛇腹状に変形することにより衝撃エネルギーの全部又は一部を吸収する。

なお、この例では、斜め前方からの衝突に対処するため、補強部材１４をバンパーリインフォース１２の両端部に取り付けたが、前方からの衝突に対処する場合、バンパーリインフォース１２の中央部に１又は複数個取り付けることになる。また、この例では、補強部材１４の軸方向がバンパーリインフォース１２の前壁に垂直（自動車の前後方向からみると外向き）になるように取り付けたが、取り付け位置は同じでも、想定される衝突形態によっては、補強部材の軸方向を自動車の前後方向に平行に取り付けることもできる。

図４は、補強部材の前端に形成するフランジの種々の形態を模式的に示す。
図４（ａ）は、円筒の前端に、大きく拡開したフランジを形成したもの、（ｂ）はフレア状に拡開したフランジを形成したもの、（ｃ）は外周方向に拡開しかつ反転したフランジ（カーリング）を形成したものであり、これらはいずれも本発明でいう外周方向に拡開したフランジに該当する。補強部材の前端にこのような外周方向に拡開したフランジを形成することにより、断面積の小さい円筒形状であっても衝突を受ける面積が拡大され、また、衝突時の軸部の変形が安定して生じる。
補強部材はアルミニウム合金押出材であることが望ましいが、溶接管や電縫管など、鉄製のものを用いることができる。断面形状はフランジの形成が容易であることから、円形が望ましいが、楕円や多角形断面でもよい。

補強部材の端部に外周方向に拡開したフランジを形成する手段としては、電磁成形（例えば特開２００４−４２０６６号公報、特開２００４−１８９０６２号公報等参照）を利用することが望ましい。電磁成形によれば、金型の端面から筒状体の端部を突出させ、突出部分を拡開して前記端面の形状（平面又は曲面）に沿ったフランジを成形でき、３次元的形状のフランジであっても容易に成形することができる。ただし、カーリングの場合、電磁成形により拡開したフランジを成形した後、プレス成形により該フランジを反転させる必要がある。電磁成形はアルミニウム合金押出材に好適に利用できる。
電磁成形以外には、周知のプレス成形等を利用することができる。

本発明に係るバンパー構造体の平面図（バンパーフェイスは一部切り欠いて示す）である。 そのバンパー構造体を前方側下方からみた斜視図である。 そのバンパー構造体の要部拡大平面図（バンパーフェイスは一部切り欠いて示す）である。 本発明に係る補強部材の異なる形態を模式的に示す断面図である。 従来のバンパー補強材の平面図（ａ）及びそのＡ−Ａ断面図（ｂ）である。 従来のバンパー補強材の平面図（ａ）及びそのＢ−Ｂ断面図（ｂ）である。

符号の説明

１１ バンパーステイ
１２ バンパーリインフォース
１３ バンパーフェイス
１４ 補強部材

Claims (3)

1. アルミニウム合金押出材からなるバンパーリインフォース１２と、前記バンパーリインフォース１２の前壁１２ａに取り付けられた補強部材１４を有する自動車のバンパー構造体において、前記補強部材１４は筒状のアルミニウム合金押出材からなり、軸方向の後端が前記バンパーリインフォース１２の前壁１２ａに取り付けられ、前端に外周方向に拡開したフランジ１４ｃが一体的に形成され、前記フランジ１４ｃがバンパーフェイス１３の内面に対向して配置されていることを特徴とする自動車のバンパー構造体。
2. 前記補強部材１４は、軸方向を前記バンパーリインフォース１２の前壁１２ａに対して垂直に向けていることを特徴とする請求項１に記載された自動車のバンパー構造体。
3. 前記バンパーリインフォース１２の両端部が後方側に傾斜又は湾曲しており、その両端部に前記補強部材１４が取り付けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載された自動車のバンパー構造体。

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