JP2000318548A

JP2000318548A - 鉱物質充填ガラスマット熱可塑性（ｇｍｔ）複合材料から形成されるｉ断面自動車バンパー

Info

Publication number: JP2000318548A
Application number: JP2000047576A
Authority: JP
Inventors: Enamul Haque; ハックエナミュル; Walt Bassett; バセットウォルト; Thomas F Lewis; エフ．ルイストーマス
Original assignee: Azdel Inc
Current assignee: Azdel Inc
Priority date: 1999-02-24
Filing date: 2000-02-24
Publication date: 2000-11-21

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】プラスチック材料から形成した自動車用Ｉ断面
バンパーを、製造コストおよび部品重量を大幅に削減し
て提供する。【解決手段】本発明の繊維強化熱可塑性自動車バンパ
ーの従来よりも減量された繊維添加物は、チョップト長
繊維ガラスマットに、雲母、滑石、粘土等の鉱物質充填
材を加えたものよりなる。Ｉ断面バンパーの製造には、
改良された熱可塑性材料を使用する。改良、強化された
その熱可塑性材料はその良好なフロー特性により、完成
部品の弾性率または横断面剛性を向上させる一方で、圧
縮成型中、Ｉ断面バンパーで使用される深リブや取付け
ステー構造へ該材料をほぼ充填することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【関連出願についての相互参照】この出願は、１９９９
年２月２４日に出願されたアメリカ合衆国仮出願第６０
／１２１，６４６号に基づく利益を主張する。

【０００２】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般には、自動車
用バンパーに関し、より詳細には、衝撃性能が向上さ
れ、鉱物質充填ガラスマット熱可塑性複合材料より形成
されたＩ断面バンパーに関する。

【０００３】

【従来の技術】自動車バンパーは、その性格上、かなり
の衝撃に耐える能力を有していることが必要である。従
来、自動車メーカーが実際に採用できるものは、金属、
または金属強化バンパーに限られていた。それはそれら
の金属部品の有する強度と耐久性のゆえである。しか
し、残念ながら、金属バンパー部品は、製造コストが高
く、また自動車重量を大幅に増加させるので、燃料効率
が低下してしまう。

【０００４】自動車メーカーや自動車部品メーカーは、
従来の重い金属バンパーに替わる、より低廉で、かつ軽
量のバンパーを求め、プラスチック製バンパーで多くの
実験を行ってきた。かなりの進歩はあったものの、プラ
スチック製バンパーの強度対重量比は、いまだ自動車産
業では受け入れがたいものである。プラスチック製バン
パーの欠点に関しては、２つの側面がある。第１に、こ
れまでの自動車産業では、バンパーとしての用途に耐え
る引張り強度及び衝撃強度を備えながらも、経済面で実
現可能なプラスチック材料の開発ができなかったことで
ある。第２に、これまでの自動車産業では自動車事故で
一般に遭遇する衝撃に十分に耐えうるプラスチックフレ
ーム形状（frame arrangement）の開発ができなかった
ことである。

【０００５】現在、自動車部品やバンパーに最もよく使
われているプラスチック材料は、ガラスマット熱可塑性
材料である。ガラスマット熱可塑性（ＧＭＴ）複合材料
とは、熱可塑性マトリックスを有する、圧縮成形可能な
ガラス繊維強化材料のグループのことであり、その機械
的特性は、一般に、標準的な、射出成形熱可塑性複合材
料よりも高い。ＧＭＴは、以下の各種のガラスマット形
態で得られる。それらは、良好な剛性バランスと３座標
軸全方向への強さを有する連続ストランド、不規則配向
ガラスマット製品、及び一座標軸方向の剛性及び強度を
有する長い単方向性ガラス繊維のマット、そして剛性の
低下を最小にとどめつつ、フロー特性（flow propertie
s）の改善と、エネルギー管理（energy management）の
向上を実現する、チョップトガラス長繊維のマットであ
る。

【０００６】種々のガラスマットは、熱可塑性樹脂、な
かでも（より高温のエンジニアリング樹脂も提供されて
いるが）通常はポリプロピレンと結合することで、成形
可能な製品となる。ＧＭＴ製品は、圧縮成形または熱ス
タンピングによって材料の成形を行う成型業者に、シー
トまたはブランクの形状で供給される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】最近まで、プラスチッ
ク製バンパーは、「Ｃ」、または「Ｗ」の横断面を有す
るフレーム形状で製造されてきた。この「Ｃ」、または
「Ｗ」とは、前後のプラスチック製バンパー壁を連結す
るプラスチック製横断部材の形を記述するために使用さ
れる。これらの構成は、とりわけバンパーが垂直成分の
力による衝撃を受けたときに、望ましいエネルギー吸収
特性を有するという理由から選択された。過去１０年の
間に、Ｉ断面プラスチック製バンパーのデザインが発展
してきた。強化プラスチックバンパーにより、性能は十
分に改善し、重量も大幅に削減されてきたが、コストの
面で不利であった。１９９２年発行の“プラスチックニ
ュース”では、「新しいバンパーのデザイン概念、つま
りＩビーム形状のプラスチック製バンパーは、スチール
製バンパーよりも軽量になり、かつコスト競争力でひけ
をとらず、年間１００，０００を超える生産量になる可
能性がある」と推測している。

【０００８】米国特許第５２６９５７４号（Bhutani、
他）では、繊維強化熱可塑性、または熱硬化性強化樹脂
よりなるＩビーム形状を有するバンパーが開示されてい
る。この熱可塑性材料を強化する繊維は、非酸化スチー
ル繊維、アルミニウム処理ガラス繊維、セルロース繊
維、またはガラス繊維の群から選ばれる。残念ながら、
Bhutaniらが開示した設計を実施すると、自動車産業に
おける経済面の制約と相容れない成形の問題が浮上す
る。例えば、リブ付き断面を有するBhutaniらのＩ断面
バンパー構造は、成形の際に適切に形成できない。Ｘ線
分析は、Bhutaniらのバンパーの成形に使用される繊維
のうち、リブ内に流れるのはほんの５０〜８０％にすぎ
ないことを示している。経済面を考えると、取付けステ
ーはバンパー構造物に対して一体化する必要がある。

【０００９】そこで、本発明の主な目的は、プラスチッ
ク材料から形成した自動車用Ｉ断面バンパーを提供する
ことである。

【００１０】本発明のより詳細な他の目的は、製造コス
ト、及び部品重量を大幅に削減しつつ、標準化された衝
撃テストの下で構造的な一体性（structural integrit
y）に関して、要求される関連事項を全て満足する自動
車用ＧＭＴバンパーを提供することである。

【００１１】本発明の他の目的は、圧縮成形の際に良好
なフロー特性を有する、自動車用ＧＭＴバンパーを提供
することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、繊維強化熱可
塑性材料から形成されたＩ断面バンパーであり、その強
化繊維は、雲母、滑石、クレイ（粘土）等の鉱物質充填
材を加えた長チョップトガラスマットよりなる。鉱物質
充填材の使用により、よりコスト高な繊維を使わなくて
済むことになる。本発明の強化熱可塑性材料は、良好な
フロー特性を有している。このフロー特性により、完成
品の弾性率（modulus）、または横断面剛性が向上する
一方、圧縮成形中に、Ｉ断面バンパーで使われる深リ
ブ、及び取付けステー構造部に、材料をほぼ充填するこ
とが可能となる。成形中のフロー特性の改善によって、
材料を小さなリブや、ボスや、その他の特徴部内（othe
r features）に均一に流し込むことがはじめて可能とな
った。その結果、ペンシルブレース、フェイシア支持具
（fascia support）、取付け孔、及び取付けステーを成
型して、部品一体化の向上が可能となる。第１の面は、
発泡プラスチックよりなる等角エネルギー吸収材で覆わ
れる。そのうえ、この吸収材は、外観フェイシアを取り
付ける役割も果たす。その結果、コストが削減され、重
量も低減され、かつ衝撃抵抗性の改善されたバンパーが
提供される。本発明のバンパーは、経済的、かつ軽量で
あり、スチール製バンパーと比べて、衝撃時の安全性と
変形抵抗において、より優れた性能を示す。

【００１３】本発明の前記目的、及び他の目的は、以下
の詳細な説明、及び添付の図面を参照すれば、より明白
となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】ガラスマット熱可塑性（ＧＭＴ）
複合材料とは、圧縮成形可能で、熱可塑性マトリックス
を有するガラス繊維強化材料のグループのことである。
このＧＭＴ複合材料の機械的特性は、一般に、射出成形
された熱可塑性複合材料より高い。

【００１５】本発明では、Ｉ断面バンパーの製造用基本
材料として、鉱物質充填ＧＭＴが使用される。鉱物質が
充填されたチョップト長繊維（long chopped）ガラスＧ
ＭＴ製品は、連続ストランドで不規則配向性のガラスマ
ット製品や、単方向性ガラス長繊維マット、それにドロ
ップガラス長繊維マットと比べて、高い剛性を有しなが
らも、大幅に重量を削減する。ほとんどのＣ、及びＷ断
面ビームは、いずれのガラスマット材料を選んでも形成
が可能である一方で、強化Ｉ断面デザインでのリブ部へ
の充填には、より高い流動性（flow）が必要とされるた
め、これまではチョップト短繊維または短いガラスと、
鉱物類の使用のみが要求されてきた。このようなチョッ
プト繊維マット製品は、連続ストランド製品よりコスト
が低い。全ての圧縮成形ＧＭＴ製品と同じように、上記
製品は、モールド内の他のＧＭＴマット製品と結合させ
て所定のデザインニーズに対処できる。

【００１６】驚くことに、本発明によって使用されるチ
ョップト長繊維材料によれば、比較的小さなリブ、ボ
ス、及び他の特徴部内へ流れ込む能力を含む、突出した
フロー特性が得られる。その他の試験によっても、この
材料は、２ｍｍ以下の壁厚においても、均一に繊維を配
分する能力を有していることがわかった。このような特
性によって、取付けステー、ペンシルブレース、フェイ
シアサポート等の部品の一体化が可能となる。本実施形
態に関してより詳細に説明するＩ断面は、一体の取付け
ステーを含むものとしてもよい。

【００１７】リブ部を有するＩ断面バンパー構造は、ガ
ラスと樹脂の混合物が、深リブ（deep ribs）内に均一
に配分されるとき、最も有効にその性能を発揮する。本
発明では、ガラス繊維のモールド全領域内へのフローを
改善するため、構造用チョップト長繊維ＧＭＴが使用さ
れる。これにより、Ｉビーム形のリブデザインが、ビー
ム構造全体に力を分配することにおいて、最大効果を発
揮する。構造用チョップト長繊維ＧＭＴの使用は、不規
則または単方向性ガラスマットのＧＭＴ構成からの改善
を示す。不規則または単方向性ガラスマットを有するＧ
ＭＴの構成は、Ｉビーム製造において最低限の性能を示
していた。Ｘ線分析によると、リブ内へのガラス繊維フ
ローは、５０〜８０％にすぎなかった。

【００１８】ガラス繊維のみの使用と対照的に、雲母、
滑石、粘土等の鉱物質充填材の代替物を含むガラス長繊
維ＧＭＴの構成では、コストを削減しつつ、弾性率を向
上させる。また、鉱物質充填材は、カオリン、炭酸カル
シウム、ＴｉＯ_２、ヒュームドシリカ及び沈降シリカ、
プラスチック繊維及びプラスチック球、沈降炭酸カルシ
ウム、木粉、セルロース繊維、米籾殻、堅果殻よりなる
グループから選んでもよい。また、これら充填材の粒径
により、Ｉビームの深リブ部を充填し、補強能力が向上
する。

【００１９】構造用チョップト長繊維ＧＭＴを使うこと
により、熱可塑性複合材料内のガラスマット材料がより
効果的にＩビーム構造のリブ内に流れ込むようになり、
衝撃力がバンパー全体に配分される。熱可塑性複合材料
に鉱物質充填材を使うことで、ガラス繊維含量が低下
し、バンパーの引張と曲げ特性が高く保たれる一方で、
良好な（reasonable）コスト削減が成し遂げられる。本
発明の複合材料の密度は少し大きくなるが、製造コスト
の削減がこの重量増加を相殺する。

【００２０】驚くことに、鉱物質充填ＧＭＴ製品の衝撃
に対する性能は、同様の非充填ＧＭＴ製品と比べ非常に
高いものである。鉱物質充填材を含む構造用チョップト
長繊維ＧＭＴによるＩビーム、すなわちＩ断面バンパー
は、従来のバンパーと比べ、力に対する耐性の向上、貫
入の最小化、高い衝撃力を受けたときの破損可能性の低
下等を含む強度の改善を示す。

【００２１】図１は、本発明のバンパーのＩビーム１０
部を示す平面図である。このＩビーム１０は、ウェブ１
４により連結される前フランジ１８と後フランジ２０を
含む。本発明のＩビーム１０は、耐荷重能力を保持しな
がら、重量が劇的に削減するような方法で材料を除去し
たという点で、成功している。２つの主要方向に対する
慣性モーメントの比は、１５：１と高い。図２は、本発
明バンパーのＩビーム１０部を示す、横断面図である。
Ｉビーム構造１０が自動車バンパーとして使われると
き、荷重は、前フランジ１８の中央部１６、もしくは端
部１２に向けられる。障壁衝撃（barrier impact）は、
中央への衝撃と考えることができる。

【００２２】前及び後フランジ１８、２０、ウェブ１４
の実際の幅、厚さは、バンパーが取り付けられる車両、
及び政府及び民間機関が施行する安全基準に基づいて決
定される。本発明の、各特定の実施例では、コンピュー
タ自動化エンジニアリングを用いて設計される。その手
順は、実施例Ｂで説明する。

【００２３】図３は、本発明の補強されたＩビーム部３
０において、ねじり剛性を得るための強化リブを示す平
面図である。図４は、本発明の前記強化Ｉビーム部３０
を示す横断面図である。これら補強材３２によって、バ
ンパーが中央からずれた位置で衝撃を受けるとき、その
衝撃荷重が分配される。補強材を備えることは、バンパ
ーが連邦規約と保険規約により認可されるのに必要な条
件である。

【００２４】図５は、本発明の好適実施例によるＩビー
ムバンパー９１の斜視図であり、本発明の取付けを可能
にするブラケット類も示している。本発明のバンパー組
立体９０が斜視的に（in perspective）示されている。
自動車の受け側金具は、箱状横断面金具９８からなる。
一体型取付けステー９４は、Ｉビーム９１と一体に成形
され、二次作業におけるこの目的のための金具取付けを
しなくてすむ。ねじり剛性リブ９６により、中央からず
れた位置への衝撃に対して必要な剛性が提供される。４
５-g/l発泡ポリプロピレン（EPP）フォーム製エネルギ
ー吸収材などのエネルギー吸収材９２が、わかりやすい
ようにＩビーム９１と分離して示されている。

【００２５】図６は、本発明のバンパーの製造方法を示
すフローチャートである。前記の材料を使用してのＩビ
ーム・バンパーの製造は、図６に示す工程で次のように
行われる。プレカットされたＧＭＴブランクが、所望の
Ｉビームの体積に合わせて製造される（５０）。このブ
ランクは、プレスに近接しており、かつ一直線に並んで
いるコンベヤオーブン内に導入される（５２）。このブ
ランクは、オーブン内に装填するのに、手動装填技術を
用いてもよいし、自動装填技術を用いてもよい。オーブ
ンの滞留時間と温度は、圧縮成形プレスにシーケンス設
定され、適切な予熱温度とプレスの連続動作が保証され
る。予熱を加えられたブランクは、通常、そのブランク
に固有の組成に応じて、約２２５℃まで加熱される。次
に、モールドのキャビティに、ブランクを充填する（５
４）。このモールドは、水冷式である。本発明で使用さ
れる材料であれば、プレスへの連続装填が容易になるよ
うにブランクを丸太状に巻き取ることが可能であり、こ
れによってオペレータの介入が最小限に抑えられ、かつ
最終製品の優れた均一性という結果が得られる。モール
ドが閉じられ、滞留時間３０〜６０秒で圧力を上昇させ
る。次に、圧縮されたブランクを急冷し成型を終了する
（５８）。

【００２６】本発明に従って使用される材料と設計によ
れば、複合材料は、モールドの領域全体に、より良好に
流れ込むようになる。その結果、コストのかかる仕上げ
作業は最小限ですむ。本バンパーは、取付けステーやそ
の他の金具などをいずれも別個には有さず、本質的に単
一の構造とすることが可能である。Ｉ断面ビーム組立及
び仕上げ作業（孔あけ、バリ取り等）は、１つの二次作
業内に集約させることができる。この製造工程の結果、
エネルギー吸収材と、車両への取付けをするための取付
け金具と合わせて、完全なサブアセンブリが揃うことに
なる。この結果、以前の材料や設計と較べてコスト的に
非常に有利となる。次に、完成したバンパーが、車両組
立に向けて搬送される（５６）。

【００２７】本発明のバンパーにより、寸法安定性が提
供される。本発明のＩ断面ビームデザインとチョップト
ガラス繊維ＧＭＴとの非常に安定した組合せによって、
厳しい公差要求を実現できる。ここにＩ断面ビーム製造
で記録された公差の例をいくつか記載する。

【００２８】・取付け孔間の横断面公差 ±１．０mm ・プロフィール公差 ±１．５mm ・厚み公差 ±１．５mm

【００２９】

【実施例】《実施例Ａ》振子式バンパーテストを利用
し、バンパービームの試験を行った。使用した試験構成
は、ＦＭＶＳＳ障壁及びポールの２つである。６種類の
材料のそれぞれについて、４種のビームのデータを収集
した。

【００３０】

【表１】

【００３１】前記障壁荷重においては試験対象の製品は
全て、ビームの破壊を起こすこともなく良好な結果を示
した。ＧＭＴ（Ａ，Ｂ）材料は、標準的な、２つの製造
業者による商業的に入手可能な製品であった。それらの
性能は許容できるものであり、実験の分析における「対
照」グループとして使用された。構成が改善された４０
％ＬＦＧＭＴ製品の試験も行ったが、「対照」グループ
に対する改善効果はほんのわずかであった。４５〜４６
％の鉱物質充填ＧＭＴの実験は、障壁荷重及びポールピ
ーク荷重において最高値を示し、貫入は最低であった。
ポール試験における破壊が、ほとんど、または全くない
ビームは、鉱物質充填構成のＧＭＴだけであった。ガラ
ス長繊維と小さな板状鉱物質粒子の組合せは、Ｉ断面バ
ンパービームの全領域内に容易に流れ込む。このような
均一な構成により、高度にリブが設けられたデザインの
強度が最大限生かされ、リブを通じて衝撃エネルギーを
より効果的にビーム構造全体に流すことが可能になる。

【００３２】《実施例Ｂ》設計及び製造過程は、コンピ
ュータ支援エンジニアリング（ＣＡＥ）の３段階を通じ
て進行し、物性試験用のプロトタイプ金型と部品の完成
で終了する。ＣＡＥ工程には、連邦自動車安全基準５８
１と道路安全保険研究所の８．０kph後部ポール衝撃要
求条件に対する反応のコンピュータシミュレーションが
含まれる。シミュレーションの結果は、前記実施例Ａに
おける物性試験と高い相関を有する。

【００３３】図７は、本発明のＣＡＥプロトコルを使っ
てその寸法が決定されるビーム断面を示す図である。Ｃ
ＡＥ工程の第１段階は、車両寸法や重量等の、既知のデ
ザインパラメータを入力することである。開始点は、２
０個のＩビーム部４０のコンピュータ表示である。各断
面は、バンパー４２の中心線から始まり、レールサポー
ト４４へとモデル化される。断面の寸法は、中心線から
レールサポート４４まで均一に変化する。

【００３４】障壁衝撃判断基準（criterion）につい
て、前フランジ厚さ、ウェブ長さ、ウェブ厚さ、後フラ
ンジ厚さの４つの変数が最適化される。各変数は、各断
面について異なる値を示す。図８、図９は、ＣＡＥ工程
のこの段階の出力を示す図である。図８では、本発明の
ＣＡＥプロトコルを使って決定される中央平面幾何形状
（midplane geometry）モデルと、各断面の中央線をワ
イヤーフレーム表示で示している。各断面は、その中央
線が４変数に依存するため各々異なる。図９では、本発
明のＣＡＥプロトコルを使ったある特定のデザインにお
ける、厚さ分布（profile）が示されている。図９は、
ある特定の自動車における解であって、表２に示す通り
である。

【００３５】

【表２】

【００３６】この構造物の初期データには、連邦政府及
び保険研究所の試験基準、車両質量、バンパー取付け装
備間の間隔（レール幅）、パッケージ空間、所望のシス
テムストローク、及びその他の関連情報が含まれる。車
両サスペンション公差をＣＡＥ工程に組み込む場合もあ
る。エネルギー吸収材の機械的特性は公知であり、４５
-g/lの発泡ポリプロピレンフォームエネルギー吸収材
（ＥＡ）９２の厚さと質量は、ＣＡＥ工程の出力結果で
ある。初期のデザイン段階では、バンパーに障壁衝撃を
指定する（address）。プログラムでは、３次元空間に
おけるバンパー形状を決定するために、発見的（heuris
tic）ルールが使用される。決定すべき第１のパラメー
タは、バンパー衝撃に含まれるエネルギーと、そのエネ
ルギーがいかに拡散するかということである。総発生エ
ネルギーは、次のように表される。Ｅ＝ｍｖ^２／２［１］ここで、Ｅは、エネルギー（ジュール）ｍは、質量（キログラム）ｖは、速度（メートル／秒）である。上記単位は、ＳＩ単位系の使用を仮定してい
る。

【００３７】障壁衝撃において、エネルギーのほとんど
を吸収させるために、ＩビームとＥＡが必要である。Ｉ
ビームとＥＡによって、エネルギーの８５％が吸収さ
れ、残りは車両フレームにより拡散される。このエネル
ギーは、力対たわみ曲線の下側の面積に等しいため、バ
ンパーとＥＡに対する荷重をエネルギーから決定するこ
とができる。次に、その荷重を使って、対応する、バン
パー及びＥＡのたわみを決定することができる。

【００３８】長さ方向の対称平面を有し、ある断面で曲
げモーメントＭを受けるどのようなビームでも、ビーム
中立軸からの距離Ｙでの長手方向繊維に作用する法線応
力は、次のようになる。 σ＝（Ｍ×Ｙ）／Ｉ［２］ここで、σは、応力（ニュートン／ｍ^２）Ｍは、曲げモーメント（ニュートンｍ）Ｙは、中立軸からの距離（ｍ）Ｉは、要素横断面の慣性モーメント（ｍ⁴）である。

【００３９】ビーム外側の繊維では、Ｙ座標の値をｃと
すると、最大法線応力は、次のようになる。 σ＝（Ｍ×ｃ）／Ｉ＝Ｍ／（Ｉ/ｃ）［３］最大曲げ応力は、変数Ｚ（ｍ^３）を定義することにより
表される。 σ_ｍａｘ＝Ｍ／Ｚ［４］

【００４０】バンパー中央から一方のバンパー取付け部
までの２０個の断面において、前後フランジ寸法、ウェ
ブ寸法、及びウェブ厚を均一に変化させることができ
る。発見的方法により、条件に合う必要なＺの最小値
が、算出値と比較される。設計のためのパラメータは、
各部が障壁衝撃判断基準に一致するまで繰り返される。
出力結果は、前後フランジとウェブの厚さ、及びウェブ
の深さのデータからなる。

【００４１】中央平面幾何形状と厚さプロフィールは、
有限要素分析プログラム（ＦＥＡ）の初期条件としてダ
ウンロードされる。これらの初期条件は解に近いため、
多くの計算を行うＦＥＡプログラムにおいて、繰返しが
極めて少なく、その実行も速く、かつ低廉である。この
ＣＡＥツールを使うと、設計のねじり特性を組み込んで
必要なねじり補強材３２の場所と寸法を決めることがで
きる。前記連邦及び保険研究所基準で要求される高衝
撃、及び低衝撃下の設計性能を評価することができ、装
置がこれらの必要条件を満たすように発見的に微調整す
ることができる。これら制約条件を満たした後は、ＦＥ
Ａモデルを表面化させ（surface）、ＣＡＥ工程の第３
段階及び最終段階であるプロトタイプ加工用の入力とし
て使うことができる。

【００４２】Ｉビームのシェル要素ＦＥモデルは、取付
けスキームと最終仕上げのために、第１段階ＣＡＤデー
タ及び補足ＣＡＤデータから出力される中央平面及び厚
さ分布を用いて形成される。低速衝撃用ＦＥモデルに
は、エネルギー吸収材、Ｉビームを囲むように装着され
る重要なボディ構造、及び適切な入力エネルギーと境界
条件が含まれる。すべての材料は、完全な線形及び非線
形の物質特性を使い特徴づけられる。低速衝撃用車両サ
スペンションのモデリングは、物性試験とＦＥ分析（通
常、開発段階において、サスペンションデータを手に入
れることはできない）間でよい相関関係を得るには必要
ではない。車両サスペンションが存在しないとき、低振
子衝撃が最も影響を受け、高振子への影響はさほどでは
ない。このことは、垂直方向のサスペンション効果のた
めであり、ほとんどのデータ収集システムは、垂直方向
の力成分の測定を行わないのである。その結果として、
低振子衝撃では、サスペンションが圧縮して車両姿勢が
変化すると長くなる傾向のある力対貫入曲線がカット
（truncation）される。衝撃分析は全て、ＬＳ−ＤＹＮ
Ａ３Ｄ（登録商標）を使って行われる。測定可能要素に
は、インパクタ貫入、Ｉビームストローク、Ｉビームの
応力／ひずみ、ボディ構造応力／ひずみ、エネルギー吸
収材性能、システム変形モード、システム応答力が含ま
れる。モデル予測の結果と実際の結果とは、高い相関を
示していた。

【００４３】

【発明の効果】これまでの記載で明らかなように、プラ
スチック材料より形成された自動車用Ｉ断面バンパーを
発明した。本発明では、製造コスト及び部品重量を大幅
に削減しつつも、標準化された衝撃試験下で構造の一体
性を維持するための全ての関連必要条件を満たす、自動
車用改良ＧＭＴバンパーが提供される。また、本発明に
よれば、バンパーの圧縮成形中に好適なフロー特性を示
す自動車用ＧＭＴバンパーが提供される。

【００４４】前記の詳細な説明、及び特定の実施形態
は、本発明のベストモードや主要な原理を例示するもの
に過ぎず、本発明の精神や範囲から逸脱しない限りにお
いて、当業者は本装置に対する様々な変更、追加をおこ
なうことができる。すなわち、本発明の精神や範囲は、
添付の各請求項の範囲によってのみ限定されると理解さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明バンパーのＩビーム部を示す平面図で
ある。

【図２】本発明バンパーのＩビーム部を示す横断面図
である。

【図３】本発明バンパーの強化Ｉビーム部であり、ね
じり剛性を得るための補強リブを示す平面図である。

【図４】本発明バンパーの強化Ｉビーム部を示す横断
面図である。

【図５】本発明の好適な実施形態によるＩビームバン
パーであり、本発明を取付け可能なブラケットを示す斜
視図である。

【図６】本発明のバンパーの成型方法を示すフローチ
ャートである。

【図７】本発明のＣＡＥプロトコルを使って寸法が決
定される、ビーム部を示す図である。

【図８】本発明のＣＡＥプロトコルを使って決定され
る、中央平面幾何形状モデルを示す図である。

【図９】本発明のＣＡＥプロトコルを使う具体的デザ
インの厚さ分布を説明する図である。

【符号の説明】

１０Ｉビーム１４ウェブ１８前フランジ２０後フランジ３０補強Ｉビーム３２補強材９１Ｉビームバンパー９２エネルギー吸収材９４取付けステー部９６補強リブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ６０Ｒ 19/22 Ｂ６０Ｒ 19/22 Ｂ 19/24 19/24 ＬＣ０８Ｋ 3/22 Ｃ０８Ｋ 3/22 3/26 3/26 3/34 3/34 Ｃ０８Ｌ 101/00 Ｃ０８Ｌ 101/00 // Ｂ２９Ｌ 31:30 (72)発明者ウォルトバセットアメリカ合衆国・ノースカロライナ州 28056・ガストニア・クラブヴュードライブ 1721 (72)発明者トーマスエフ．ルイスアメリカ合衆国・コネチカット州 06611・トランバル・アヴァロンゲイツ 4334

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】前側部分と、後側部分と、少なくとも１
つの横断部材とを備え、前記前側部分と、前記後側部分と、前記少なくとも１つ
の横断部材が、鉱物質充填材を含む繊維強化熱可塑性材
料から成形される繊維強化熱可塑性自動車バンパー。
【請求項２】請求項１に記載の繊維強化熱可塑性自動
車バンパーであって、前記繊維強化熱可塑性材料が、チ
ョップト長繊維構造用ガラスマットの熱可塑性複合材料
であることを特徴とする。
【請求項３】請求項２に記載の繊維強化熱可塑性自動
車バンパーであって、前記鉱物質充填材が、雲母、滑
石、粘土、カオリン、炭酸カルシウム、ＴｉＯ _２、ヒュ
ームドシリカ及び沈降シリカ、プラスチック繊維及びプ
ラスチック球、沈降炭酸カルシウム、木粉、セルロース
繊維、米籾殻、堅果殻からなるグループから選択される
ことを特徴とする。
【請求項４】請求項３に記載の繊維強化熱可塑性自動
車バンパーであって、前記前側部分が、ほぼ平らな前側フランジであり、前記少なくとも１つの横断部材が、第１端部及び対向す
る第２端部を有するほぼ平らなウェブであり、このウェ
ブは、ウェブの前記第１端部が、前記前側フランジの平
らな面の中央線に沿って前記前側フランジに接続される
ように前記前側フランジに対して垂直に配向され、前記後側部分が、前記前側フランジに対して平行に配向
されるほぼ平らな後側フランジであり、前記ウェブの第
２端部がこの後側フランジの平らな面の中央線に沿って
接続されることを特徴とする。
【請求項５】請求項４に記載の自動車バンパーであっ
て、前記前側フランジを前記後側フランジに接続する、
少なくとも１つのねじり補強材をさらに備えることを特
徴とする。
【請求項６】請求項５に記載の自動車バンパーであっ
て、前記バンパー内に直接成形される一体型取付け具を
さらに備え、前記取付け具が、ペンシルブレース、フェ
イシア支持具（fascia support）、取付け孔、及び取付
けステーからなるグループから選ばれることを特徴とす
る自動車バンパー。
【請求項７】鉱物質充填材を有する繊維強化ガラスマ
ット熱可塑性材料をブランクとしてプレカットする工程
と、前記ブランクをコンベヤオーブン内に導入する工程と、前記ブランクを予熱する工程と、前記予熱されたブランクを、プレスのモールドキャビテ
ィ内に充填する工程と、温度を低下させながら前記ブランクに印加される圧力を
増加させ、前記モールドキャビティ内に前記熱可塑性材
料を押し付けて、３０〜６０秒間滞留させる工程と、前記モールドキャビティ内から前記ブランクを取り出
し、前記ブランクを急冷する工程と、前記ブランクを孔あけし、バリ取りを行う工程と、その製品を搬出するために梱包する工程とを備える繊維
強化熱可塑性自動車バンパーの製造方法。