JP2006335241A - バンパステイおよびバンパ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 コストや重量を上昇させずにアルミステイが衝突時のエネルギを吸収しうるバンパ装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 バンパステイ１は、車体上下方向を押出方向とするアルミニウム合金押出中空形材からなり、一対の前壁５ａおよび後壁５ｂと、これら前壁と後壁同士をつなぐ一対の側壁６ａ、６ｂとから構成された中空部を有するとともに、前壁あるいは後壁は、張出フランジ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを有し、この張出フランジにおいて前壁５ａとバンパ補強材２あるいは後壁５ｂとサイドメンバ３、とが各々接合され、前記中空部内には、縦壁状の中リブ８ａ、８ｂが、前壁５ａと側壁６ａ、６ｂとの交点またはその近傍、および後壁５ｂと前記側壁６ａ、６ｂとの交点またはその近傍同士を対角線状に結んで斜めに延在しており、側壁６ａ、６ｂ同士が車体幅方向に向かって湾曲しているか、および／または、中リブ８ａ、８ｂが湾曲していることである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車体のバンパ補強材とサイドメンバとの間に配置されるアルミニウム合金バンパステイであって、オフセットバリア衝突時を想定したステイの最大荷重やエネルギ吸収特性などの特性の調整が可能なバンパステイ、および、このバンパステイを配置したバンパ装置に関する。

自動車などの車体の前端 (フロント) および後端 (リア) に取り付けられているバンパの内部には、強度補強材としてのバンパ補強材 (バンパリインフォースメントあるいはバンパアマチャアなどとも言う) が設けられている。

車体の衝突時の乗員への衝撃を緩和するために、車体のバンパ補強材と、車体側のサイドメンバ（サイドフレーム）との間に、塑性変形可能なクラッシュボックス（衝撃エネルギ吸収体）として、バンパステイ（以下単にステイとも言う）を介在させた例が、従来から提案されている。このステイは、元々バンパ補強材の後面からの支持部材 (車体連結用部材) としても役割を持つ。

従来から、軽量化のために、鋼製に代わるアルミニウム合金製ステイとして、押出中空形材などを用いたステイが種々提案、採用されている。このアルミニウム合金押出中空形材からなるステイ（以下、単にアルミステイとも言う）は、以下の二つのタイプに大別される。
１．車体前後方向（車体長手方向）を押出方向とし、押出形材の押出方向に縦圧壊するステイ（以下、縦圧壊型ステイと言う）
２．車体左右方向（車体幅方向）あるいは車体上下方向を押出方向とし、押出形材の断面方向に横圧壊するステイ（以下、横圧壊型ステイと言う）

上記縦圧壊型ステイは、衝突方向に直交する断面を閉断面構造にすることが可能であり、同一強度を得ることを考えれば、横圧壊型ステイに比べて軽量化が可能である。しかし、バンパ補強材の後面（背面）あるいはサイドメンバと接合するための取付フランジを、別途溶接などによりステイ本体の押出形材に接合する必要がある。このため、ステイ自体の製造コストが高くなるという問題がある。

これに対して、上記横圧壊型ステイは、取り付け面に合わせたフランジをステイ本体の形材とともに、予め一体に押出して形成することができる。また、バンパ端部の湾曲面や、後面のサイドメンバ形状などに合わせた形状を、押出にて一体に形成できる。そして、この押出された形材を長手方向に一定長さに切断することで、所定のステイ形状を得ることが可能であり、縦圧壊型ステイに比して、より低コストな製品を得ることができる。

上記横圧壊型ステイとして、従来から、ステイ本体の断面形状を略口型あるいは田型断面形状とし、これに他部品との取り付けに合わせた形のフランジを付与したステイが種々提案されている（特許文献１、２参照）。

また、横圧壊型ステイを構成する縦壁状リブの車体前側のみ薄肉化し、この薄肉部分を先ず座屈させた後、車体後方側の厚肉部分を座屈変形させ、二段階でエネルギを吸収しようとする例も報告されている（特許文献３参照）。更に、横圧壊型ステイのリブの変形を補強する縦壁状の中リブを、前記車体前面側フランジと前記リブとの交点またはその近傍、および前記車体後面側フランジと前記リブとの交点またはその近傍同士を対角線状に結んで斜めに延在させた例も見られる（特許文献４参照）。また、横圧壊型ステイの内部にゴム製エネルギ吸収部材を挿入した例もある（特許文献５参照）。更に、横圧壊型ステイに縦圧壊型のステイを挿入することで、取り付け性能とエネルギ吸収特性を両立しようとした例も見られる（特許文献６参照）。
特開２００１−２９４１０６号公報（全文） 特開平６−２２７３３３号公報（全文） 特開２００２−１２１０３号公報（全文） 特開２００５−１４８３６号公報（全文） 特開２００１−５８５４９号公報（全文） 特開２００２−１２１０７号公報（全文）

近年、衝突安全基準の強化に従い、自動車用バンパステイにも、高いエネルギ吸収性能が要求されるようになってきた。特に、オフセットバリア衝突では、バンパ乃至バンパ補強材の片側に偏心して衝突荷重が加わる。このため、アルミステイについても、オフセットバリア衝突に対応しうるバンパ補強材の裏面（背面）に取り付けられた各々片側のアルミステイの強度やエネルギ吸収などの特性の調整が必要となる。

この強度特性の調整とは、所定の荷重制限以下で変形し、かつ、限られた変形ストロークの中で効率よく衝突エネルギを吸収することである。即ち、最も理想的にエネルギを吸収する構造体として、圧壊時の最大荷重が、目標要件を超過せず、かつ、荷重変動が無く（荷重が低下せずに）圧壊変形が進行することが求められている。

なお、アルミステイの変形荷重が荷重制限を超過した場合（圧壊時の最大荷重が高過ぎる場合）には、アルミステイよりも車体を構成するサイドメンバなどの部品が先に変形する。また、限られたストローク内でエネルギを吸収できない場合にも、当然その後方に位置する、ラジエータ、エンジン、サイドメンバなどの部品が破損するという問題が生じる。

横圧壊型のアルミステイでは、車体長手方向（車体前後方向）に亙って延在して、車体幅方向に延在するとともに車体長手方向に間隔を開けて配置された一対のフランジ同士をつないでいる。このため、横圧壊型のアルミステイでは、衝突時には、アルミステイにおける縦壁状リブが曲げ変形することで、主として衝突エネルギを吸収する。したがって、横圧壊型のアルミステイでは、この縦壁状リブの曲げ変形において安定した変形荷重が得られることが最も望ましい。

一方、自動車などの輸送機材では、地球環境保護の観点からより軽量な部品が望まれる。このため、アルミステイについても、より薄肉（軽量）で、高い変形荷重を得るために、６０００系あるいは７０００系などのアルミニウム合金の内でも高強度材が用いられる。なお、これらの材料は素材の耐力は高いが、塑性域での加工硬化量は小さい。

ただ、このような高強度材を、前記した車体左右方向（車体幅方向）あるいは車体上下方向を押出方向とする横圧壊型アルミステイに適用した場合、前記特許文献１、２などのタイプでは、圧壊の進行に伴い変形荷重が低下し、エネルギ吸収量が低下するという問題があった。

この原因を以下に簡単に説明する。高強度材は塑性域での加工硬化量が小さいため、縦壁状リブの曲げ変形部に加わる曲げモーメントが全塑性モーメントＭp（素材耐力σy×全塑性係数Zp）に達した後はほとんど増加しない。変形荷重Pは、この曲げモーメントを、前記縦壁状リブの車幅方向距離L（車体フロント側先端から曲げ変形部までの車幅方向距離）で除したものに比例する。

つまり、圧壊変形の進行に従い、縦壁状リブの曲げ変形部は車体幅方向に広がり、かつ、この曲げ変形部に生じる曲げモーメントも増加しないため、変形荷重Pは減少していくことになる。また、ステイ長さが長くなるほど、Lは大きくなり、変形荷重の低下も顕著になるといえる。

これを回避するために縦壁状リブなどの肉厚を増加させると、最大荷重が増加するため、ステイ後方側のサイドメンバなどの破損を招くという問題がある。この点、例えば、前記特許文献３のように薄肉部と厚肉部の差異が小さければ、特許文献３で目的とする２段階の座屈モードは発生しない問題がある。これに対して、差異を大きくした場合には、薄肉部および厚肉部の座屈変形における変形荷重の差異が大きくなり、結果として、あまり大きな効果は得られないという問題があり、要は実用性に欠ける。

また、前記特許文献４におけるリブの変形を補強する斜壁を設定した例も、主に衝突に伴うステイの倒れ変形を防止するための案であり、エネルギ吸収特性の向上を目的としたものではない。この結果、前記した肉厚を増加させる手段と機構が同じとなり、最大荷重が増加するため、ステイ後方側のサイドメンバなどの破損を招くという問題がある。また、最大荷重以降の荷重低下も大きい。

更に、前記特許文献５における横圧壊型ステイの内部にゴム製エネルギ吸収部材を挿入したり、前記特許文献６における縦圧壊型のステイを挿入する例では、取り付け性能とエネルギ吸収特性を両立しようとしたものであるが、いずれも新たな部材の挿入のために、ステイの製造コストが上昇し、実用性に欠けるという問題がある。

したがって、これら従来の横圧壊型ステイでは、最大荷重を下げることと、最大荷重以降の荷重低下を抑制してエネルギ吸収量を増加させることの両立ができにくい。言い換えると、特に、オフセットバリア衝突に対応した、アルミステイの最大荷重やエネルギ吸収特性などの特性の調整ができないという大きな問題がある。

この点に鑑み、本発明は、オフセットバリア衝突に対応しうる、アルミステイの最大荷重やエネルギ吸収特性などの特性の調整が可能なバンパステイ、および、このバンパステイを配置したバンパ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための、本発明バンパステイ装置の要旨は、自動車車体のバンパ補強材とサイドメンバとの間に配置されるバンパステイであって、このバンパステイは、車体上下方向を押出方向とするアルミニウム合金押出中空形材からなり、車体幅方向に延在し車体長手方向に互いに間隔を置いて配置された一対の前壁および後壁と、車体長手方向に延在し車体幅方向に互いに間隔を置いて配置されて、これら前壁および後壁同士をつなぐ、一対の側壁とから構成された略矩形断面の中空部を有するとともに、前記前壁あるいは後壁は、前記側壁よりも車体幅方向側に張り出した張出フランジを有し、この張出フランジにおいて、前記前壁とバンパ補強材あるいは前記後壁とサイドメンバ、とが各々接合され、前記中空部内には、縦壁状の中リブが、前記前壁と前記側壁との交点またはその近傍、および前記後壁と前記側壁との交点またはその近傍同士を対角線状に結んで斜めに延在しており、前記一対の側壁同士が車体幅方向に向かって湾曲しているか、および／または、前記中リブが湾曲していることである。

また、上記目的を達成するための、本発明バンパステイ装置の要旨は、上記要旨また後述する好ましい態様のいずれかのバンパステイを、自動車車体のバンパ補強材とサイドメンバとの間に配置したことである。

本発明では、車体上下方向を押出方向とする横圧壊型アルミステイにおいて、前記側壁同士を車体幅方向に向かって湾曲させるか、および／または、前記中リブを湾曲させることを特徴とする。

なお、前記した特許文献４などのように、補強用の中リブを、前記車体前面側の前壁と前記側壁との交点またはその近傍および前記車体後面側の後壁と前記側壁との交点またはその近傍同士を対角線状に結んで延在させたような横圧壊型アルミステイは公知である。

ただ、これら横圧壊型アルミステイにおける、前記側壁にしても、また前記補強用中リブにしても、いずれも直線的な縦壁でしかない。前記側壁や前記補強用中リブを、このような直線的な縦壁とした場合には、前記した通り、前記した肉厚を増加させる手段と機構が同じとなり、最大荷重が増加する。このため、ステイ後方側のサイドメンバなどの破損を招くという問題がある。また、最大荷重以降の荷重低下も大きい。

これに対して、本発明のように、前記側壁同士を車体幅方向に向かって湾曲させるか、および／または、前記中リブを車体長手方向に向かって湾曲させた場合、横圧壊型アルミステイに対して衝突荷重が負荷された際には、前記側壁や前記中リブの曲げ変形が生じやすくなる。このため、最大荷重自体を小さく抑制できる。

このまま圧壊変形が進行した場合には、前記した通り、前記側壁や前記中リブの曲げ変形部に生じる曲げモーメントも増加しないため、変形荷重Pは減少していくことになる。

しかし、本発明横圧壊型アルミステイの場合、前記側壁同士が湾曲するか、前記中リブを、例えば複曲率を有して、湾曲させているために、更なる圧壊変形の進行に伴い、前記側壁や前記中リブの曲げ変形部同士が互いに接触しあい、互いの圧壊変形に干渉し合って、互いの圧壊変形を妨害する、特徴的な変形モードとなる。

この特徴的な変形モードによって、変形荷重が却って増加し、最大荷重以降の変形荷重の極端な低下を防止することが可能となる。

前記側壁や前記補強用中リブが直線的な縦壁とした場合にも、勿論、圧壊変形の大幅な進行に伴い、前記側壁や前記中リブの曲げ変形部同士は互いに接触しあう。しかし、本発明ほど早期には接触状態とはならず、荷重が大幅に低下した後での部材同士の接触、荷重上昇となる。このため、互いの圧壊変形に干渉し合って、互いの圧壊変形を妨害する作用が弱くなり、このような特徴的な変形モードとはならず、最大荷重以降の変形荷重の極端な低下を防止できない。

このような特徴的な変形モードは、アルミステイの前壁、後壁、側壁や、中リブの肉厚を増加させることなく達成可能である。そして、更に重要には、このような特徴的な変形モードは、アルミステイの前壁、後壁、側壁や中リブの肉厚や材料強度を変えても、変形モード自体はあまり変わらない。したがって、オフセットバリア衝突に対応して、このような特徴的な変形モードを維持したままで、最大荷重やエネルギ吸収量の特性の調整が、肉厚や材料強度の調整によって、自由に可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。図１は本発明アルミステイ１を示す斜視図、図２は図１のステイ１を装着したバンパ装置の一実施態様を示す平面図である。

（アルミステイの構造）
先ず、図１を用いて本発明アルミステイ１の構造の詳細を説明する。
アルミステイ１は、横圧壊型ステイとして、車体上下方向（図の上下方向）を押出方向とするアルミニウム合金押出中空形材からなる。その基本構成は、車体幅方向に延在し車体長手方向に互いに間隔を置いて配置された一対の縦壁状の前壁５ａ、後壁５ｂ（以下、これら前壁、後壁をフランジとも言う）と、車体長手方向に延在し、車体幅方向に互いに間隔を置いて配置され、前記前壁５ａ、後壁５ｂ同士をつなぐ、一対の縦壁状側壁（以下、これら側壁をリブとも言う）６ａ、６ｂとから構成された略矩形断面形状の中空部（中空形状）を有する。

ここで、車体前面側の前壁５ａは、バンパ補強材後面壁との接合上、接合されるバンパ補強材の端部形状に対応した平板形状とされる。即ち、図２に示すバンパ補強材２は、直線的な中央部の両端に、車体側へ曲げられた、直線的または曲線的な湾曲部 (屈曲部) としての、斜壁部（後面壁）２ａ、２ｂを有している。このため、アルミステイ１の車体前面側の前壁５ａも、このバンパ補強材２の端部形状に対応し、車体側へ傾いた斜壁状に構成している。因みに、バンパ補強材が端部形状を含めて直線的であれば、車体前面側の前壁５ａも直線的となり、車体後面側の後壁５ｂと平行に配置される。

また、車体後面側の後壁５ｂは、サイドメンバ３の前面側接合用フランジ３ａとの接合上、この接合されるフランジ３ａに対応した形状、即ち、車体幅方向（車体幅方向）と車体上下方向（略垂直方向）に各々延在する平板形状とされている。

そして、これら前壁５ａ、後壁５ｂともに、各々側壁６ａ、６ｂよりも外側方（車体幅方向側）に張り出した、平板形状（縦壁状）の張出フランジ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを一体に有している。これらの各張出フランジにおいて、前壁５ａ、後壁５ｂが各々バンパ補強材２、サイドメンバ３と接合される。このような張出フランジが無いと、ステイ１自体のバンパ補強材２やサイドメンバ３との接合が困難となる。また、このような張出フランジが予めステイ本体と一体に形成されていない場合には、別途、このような張出フランジなどの取り付け部を溶接などによりステイ１に取り付ける必要があり、製造コストが高くなり、実用性が失われる。

（側壁の湾曲）
ここで、図１の実施態様では、後述する中リブとともに、側壁（縦壁状リブ）６ａ、６ｂ同士が、車体幅方向（図の右上がりの斜め左右方向）であって、互いに離隔する外側方向に向かって湾曲している。

（中リブ）
また、図１の実施態様では、中空部内の２本の補強用中リブ８ａ、８ｂが、前壁５ａと側壁６ａ、６ｂとの各交点（中空部のコーナー部）またはその近傍、および後壁５ｂと側壁６ａ、６ｂとの各交点またはその近傍同士を対角線状に結んで、中空部を４つの区画に仕切る形で、斜めに交差点９で交差しながら配置されている（延在している）。

（中リブの曲率）
そして、これら２本の補強用中リブ８ａ、８ｂは、ともに、各々車体長手方向（図の右下がりの斜め左右方向）に向かって湾曲している。より具体的には、２本の補強用中リブ８ａ、８ｂは、各々互いの交差点９を境とする複曲率（複数の曲率）を有している。この複曲率とは、一つの補強用中リブにおける、交差点９を境にした二つの部分が各々互いに異なる曲率を有する意味である。ここでいう異なる曲率とは、曲率や曲率の方向が異なるという意味である。例えば、図１の中リブ８ａについてみると、中リブ８ａの交差点９を境とする（図１でいう）上下部分の曲率（湾曲方向）が違っている。これは、中リブ８ｂの交差点９を境とする（図１でいう）左右部分の曲率（湾曲方向）も同じである。このため、補強用中リブ８ａ、８ｂの交差点９を境とする各部分は、各々時計回りに湾曲するような曲率）を有している。

補強用中リブ８ａ、８ｂが曲率を有する場合、このような複曲率の他に、単曲率がある。この単曲率とは、中リブ８ａ、８ｂが、交差点９を境にせず、全長に亙って一つの円弧を描くような一定の曲率を有する意味である。この場合に、中リブ８ａ、８ｂとで互いに曲率の方向（湾曲方向）が異なっても、同じでも良い。ただ、他の条件が同じステイにおいては、前記した複曲率の方が、この単曲率よりも、後述する、変形荷重Pを上昇させ、最大荷重以降の変形荷重の極端な低下を防止する効果は大きい。

（バンパ装置）
図２は、図１のアルミステイ１が取り付けられた本発明バンパ装置の態様を示す。図２において、バンパ補強材（バンパＲ／Ｆ）２は、車体幅方向に平行に延在するとともに、直線的な中央部に対して、両端部を車体方向に曲げ加工されている。アルミステイ１は、前面側をこのバンパ補強材２の両端部の斜壁部２ａ、２ｂに各々取り付けられるとともに、後面側をサイドメンバ３に取り付けられ、バンパ装置を構成している。図２において、図下方の矢印は、矢印方向、例えば車体前面方向（図の下方）から、オフセット衝突荷重がバンパ補強材２の片側に偏心して衝突荷重が負荷された場合を示す。

この図２のように、アルミステイ１は、バンパ補強材２の長手方向の左右端部部分の形状に応じて、車体幅方向（バンパ補強材２の長手方向）に２本間隔を開けて配置される。そして、図２において、アルミステイ１は、車体上下方向（図の手前と後方の方向）を押出方向とする横圧壊型ステイを構成している。ここでバンパ補強材２とサイドメンバ３は鋼製でも良いが、軽量化と衝突エネルギ吸収量の向上のためには、特にバンパ補強材２は、高強度のアルミニウム合金押出中空形材からなることが好ましい。

（ステイの接合）
図２において、アルミステイ１の車体前面側の前壁５ａは、その張出フランジ４ａ、４ｂにおいて、バンパ補強材の斜壁部２ａ（後面壁）と接合されている。また、車体後面側の後壁５ｂは、張出フランジ４ｃ、４ｄにおいて、サイドメンバ３の前面側接合用フランジ３ａと接合される。

これらの具体的な接合は、アルミステイ１の張出フランジ４ａ、４ｂと、これに各々対応するバンパ補強材の斜壁部２ａの部位、およびアルミステイ１の張出フランジ４ｃ、４ｄと、これに各々対応するサイドメンバの前面側接合用フランジ３ａの部位に、各々貫通穴を設け、この貫通穴にボルト７を通して機械的に接合する。なお、この貫通穴の代わりに、スタッドボルトあるいはナットなどを用いて機械的に接合しても良い。

本態様では、このようにアルミステイ１の各前壁５ａ、後壁５ｂを、バンパ補強材およびサイドメンバとの接合面に合わせたフランジ面とすることで、溶接を伴うことなく、これらの部品に容易に接合が可能である。これによって、ステイ製作コストの低減や製作効率の向上が可能である。なお、前記機械的な接合の補助として、各前壁５ａ、後壁５ｂ周りなどを、溶接接合することは許容する。

（湾曲側壁および湾曲中リブの作用）
図１、２の実施態様では、側壁６ａ、６ｂ同士が湾曲している。また、補強用中リブ８ａ、８ｂも曲率、それも複曲率を有して湾曲している。このため、図１、２の矢印方向（例えば車体前面方向）から、衝突荷重が負荷された場合、後述する図１２、１３に示すように、圧壊変形の進行に伴い、側壁６ａ、６ｂや中リブ８ａ、８ｂが曲げ変形過程において、互いの曲げ変形部同士が互いに接触しあい、交錯しあう。この曲げ変形過程における互いの曲げ変形部同士の接触や交錯によって、曲げ変形部同士は互いの圧壊変形に干渉し合って、互いの圧壊変形を妨害する特徴的な変形モードとなる。この特徴的な変形モードの発現によって、変形荷重が却って増加し、最大荷重以降の変形荷重の極端な低下を防止することが可能となる。

即ち、前記した通り、アルミステイを高強度材で形成した場合、圧壊変形の進行に従い、側壁６ａ、６ｂの曲げ変形部が車体幅方向外側に広がり、かつ、この曲げ変形部に生じる曲げモーメントも増加しないため、変形荷重Pは減少していくことになる。これに対して、本発明では、ステイの圧壊変形の進行に従い、側壁６ａ、６ｂや中リブ８ａ、８ｂが曲げ変形過程において、互いの曲げ変形部同士が互いの圧壊変形に干渉し合って、互いの圧壊変形を妨害し合い、変形荷重Pを上昇させ、最大荷重以降の変形荷重の極端な低下を防止する。

しかも、このような特徴的な変形モードは、アルミステイのフランジ、リブや中リブの肉厚を増加させることなく達成可能である。そして、更には、このような特徴的な変形モードは、アルミステイのフランジ（前壁、後壁）、リブ（側壁）や中リブの肉厚や材料強度を変えても、変形モード自体は変わらない。したがって、このような特徴的な変形モードを維持したままで、オフセットバリア衝突に対応した、最大荷重やエネルギ吸収量の特性の調整が、肉厚や材料強度の調整によって、自由に可能となる。

一方、従来のように、側壁６ａ、６ｂや補強用中リブ８ａ、８ｂを直線的な縦壁とした場合にも、勿論、圧壊変形の進行に伴い、これら側壁や中リブの曲げ変形部同士は互いに接触しあう。しかし、後述する図１１のように、本発明のような曲げ変形した部材同士の接触とはならず、それまでに互いに座屈変形した部材同士による接触状態となっている。このため、互いの圧壊変形に干渉し合って、互いの圧壊変形を妨害する作用が弱くなり、このような特徴的な変形モードとはならず、最大荷重以降の変形荷重の極端な低下を防止できない。

また、側壁６ａ、６ｂや補強用中リブ８ａ、８ｂを直線的な縦壁とした場合、前記した通り、前記した肉厚を増加させる手段と機構が同じとなり、最大荷重が増加する。このため、ステイ１後方側のサイドメンバ３などの破損を招くという問題がある。また、最大荷重以降の荷重低下も大きく、エネルギ吸収量を大きくできない。

（側壁、補強用中リブの湾曲の変形例）
図３、５、６は、図１の実施態様の変形例である。図３、５、６のアルミステイの基本構成は図１の態様と同じである。

図３の態様では、ステイとなる中空形材の押出やすさと軽量化の点から、前壁５ａの中央部を切り欠いて、空間１０を設けている。この切り欠きは、後壁５ｂに設けても良く、前壁５ａや後壁５ｂを必ずしも面一にする必要は無い。

更に、図３の態様では、補強用中リブ８ａ、８ｂの複曲率が、図１の態様の複曲率とは異なる。即ち、図１の態様の複曲率では、交差点９で仕切られた中リブ８ａ、８ｂは、交差点９を中心とする時計回りの同方向に向かって湾曲している。これに対して、図３の態様の複曲率では、中リブ８ｂと交差点９で仕切られた中リブ８ａは、図１の態様と同じく、交差点９を中心とする時計回りの同方向に向かって湾曲している。しかし、交差点９で仕切られた中リブ８ｃの部分だけは、交差点９を中心とする反時計回りの同方向に向かって湾曲している。

このように、上記特徴的な変形モードを発揮させるためには、補強用中リブが、各々曲率乃至複曲率を有して、湾曲していることが必要であるが、中リブが複数ある場合の中リブの湾曲方向は、中リブ同士必ずしも同じでなくても良い。また、同様に、中リブが複数ある場合や１枚の場合でも、同じ中リブ内において、その延在方向の途中で、湾曲状態や湾曲方向を変えても良い。

図４は、図３のアルミステイ１を、前記図２と同じく、両端部を車体方向に曲げ加工されたバンパ補強材２に対して、その両端部の斜壁部２ａ、２ｂに取り付けたバンパ装置の態様を示す。図４のアルミステイ１の取り付け方や構成は、前記図２と同じである。

図５の態様では、中リブ８ｄ、８ｅをともに直線的とした以外は、図１の態様と同じである。この場合、中リブ８ｄ、８ｅのいずれか片方を前記図１、３と同様に湾曲させ、直線的とした中リブと湾曲した中リブとを混在させても良い。また、中リブ８ｄ、８ｅの同一の中リブでも、交差点９を境に、直線的とした中リブと湾曲した中リブとを混在させても良い。

ただ、この図５の場合に、側壁６ａ、６ｂのいずれか片方を直線的とし、片方のみを前記図１、３と同様に湾曲させても、中リブ８ｄ、８ｅも直線的であり、これら直線的なリブや中リブ８ｄ、８ｅによって、最大荷重が増加し、上記特徴的な変形モードが発揮しずらくなる。したがって、このように、リブ６ａ、６ｂのみを湾曲させ、中リブの方を８ｄ、８ｅのように湾曲させない場合には、側壁６ａ、６ｂの両方を湾曲させる必要がある。

図６の態様では、側壁６ｃ、６ｄを直線的とした以外は、補強用中リブ８ａ、８ｂは各々複曲率を有して、車体長手方向に向かって湾曲されており、図１の態様と同じである。このように、中リブ８ａ、８ｂのみを湾曲させ、側壁６ｃ、６ｄを直線的として湾曲させない場合には、直線的な中リブが存在すると、最大荷重が増加し、上記特徴的な変形モードが発揮しずらくなる。したがって、このような場合には、中リブ８ａ、８ｂの両方（全て）を湾曲させることが好ましい。

これら図１、３、５、６の態様では、同じ素材、形状、肉厚条件のもとでは、図１、３の態様が、最も最大荷重が小さくなる一方、上記特徴的な変形モードによる、最大荷重以降の変形荷重の低下防止効果が最も大きくなる。

（側壁か補強用中リブかのいずれかの湾曲の選択）
ここで、側壁（縦壁状リブ）か補強用中リブかのいずれか、あるいは両方を湾曲させるか否かは、目標とする変形荷重および素材、形状、肉厚などの制約条件から、適宜選択される。

図１、３の態様のように、側壁と補強用中リブとの両方を湾曲させた場合には、同じ素材、形状、肉厚条件のもとでは、いずれか片方を湾曲させた場合よりも、最大荷重は低下する。また、側壁と補強用中リブとのいずれを湾曲させた場合でも、同じ素材、形状、肉厚条件のもとでは、最大荷重の低下は同程度である。

また、上記特徴的な変形モードによる、最大荷重以降の変形荷重の低下防止効果は、図１、３の態様のように、側壁と補強用中リブとの両方を湾曲させた場合の方が、同じ素材、形状、肉厚条件のもとでは、図５、６の態様のように、いずれか片方を湾曲させた場合よりも大きい。

更に、側壁同士を、車体幅方向であって、互いに離隔する外側方向に向かって湾曲させるか、車体幅方向であって、互いに近接する内側方向に向かって湾曲させるかも、同じ素材、形状、肉厚条件のもとでは、最大荷重の低下は同程度である。また、上記特徴的な変形モードによる、最大荷重以降の変形荷重の低下防止効果も同程度である。この点、側壁同士を湾曲させる場合、後述する変形例を含めて、単曲率を有して湾曲させているが、補強用中リブのように複曲率を有して湾曲させても良い。

（ステイの変形例）
図７、９、１０は、本発明に係るステイの更なる変形例を示す。
図７、９、１０のアルミステイ１において、横圧壊型ステイとして、車体上下方向（図の上下方向）を押出方向とするアルミニウム合金押出中空形材からなる点は、前記図１〜６に示したアルミステイ１と同様である。また、その基本構成も、前壁（フランジ）５ａ、後壁（フランジ）５ｂと、これら一対の前壁５ａ、後壁５ｂ同士をつなぐ、二枚の側壁（縦壁状リブ）６ｅ、６ｆで、略矩形断面形状（中空形状）を構成する点、張出フランジ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄや中リブ８ｆを有する点も同じである。

ただ、図７、９のアルミステイにおいて、前記図１〜６に示したアルミステイ１と違う点は、側壁６ｅ、６ｆ同士が、車体幅方向（図の左右方向）であって、互いに近接する内側方向に向かって湾曲している点である。また、中リブ８ｆ（図７）や８ｇ（図９、１０）も１枚のみであり、前壁５ａと側壁６ｆとの交点（中空部のコーナー部）またはその近傍、および後壁５ｂと側壁６ｅとの交点またはその近傍同士を対角線状に結んで、中空部を２つの区画に仕切る形で、斜めに延在している点である。

図７のアルミステイ１の中リブ８ｆは直線的であり、側壁６ｅ、６ｆ同士のみが、車体幅方向（図の左右方向）であって、互いに近接する内側方向に向かって湾曲している。

図９のアルミステイ１の中リブ８ｇは、前記単曲率を有し、車体長手方向に向かって湾曲している。側壁６ｅ、６ｆ同士は、図７と同様に、車体幅方向（図の左右方向）であって、互いに近接する内側方向に向かって湾曲している。

図１０のアルミステイ１の中リブ８ｇは、図９と同様に、単曲率を有する。一方、側壁６ｃ、６ｄ同士は湾曲せず、前記図６の側壁６ｃ、６ｄと同様に直線的である。

このような態様において、これら図７、９、１０の態様では、同じ素材、形状、肉厚条件のもとでは、前記した通り、図９の態様が、最も最大荷重が小さくなる一方、上記特徴的な変形モードによる、最大荷重以降の変形荷重の低下防止効果が最も大きくなる。但し、熱間押出によるステイの製作を考慮すると、図９の態様では、側壁６ｆと中リブ８ｇとの間隔が極端に狭くなる（側壁６ｆと中リブ８ｇとのなす角度が極端に小さくなる）領域があり、中空形材として製造しにくい。このため、これら図７の態様では、図７の態様が好ましい。

図８は、図７のアルミステイ１を、前記図２、４と同じく、両端部を車体方向に曲げ加工されたバンパ補強材２に対して、その両端部の斜壁部２ａ、２ｂに取り付けたバンパ装置の態様を示す。図８のアルミステイ１の取り付け方や構成は、前記図２、４と同じである。

以上のように、本発明ステイあるいはバンパ装置では、前記した図１〜図１０までのリブや中リブなどの選択的な湾曲形状の変更によって、あるいは、リブや中リブの厚みを厚くする、材料強度などを上げるなどのステイ形状条件の設計変更や、オフセットバリア衝突に対応しうるアルミステイの最大荷重やエネルギ吸収特性などの特性の調整が可能である。

（アルミステイの製造）
アルミステイ１は、前記した通り、車体上下方向を押出方向とする横圧壊型ステイを構成している。したがって、アルミステイ１は、車体上下方向を長手方向とし、図１、２の平面方向を断面方向とした、アルミニウム合金押出形材を平面方向に切断加工することで製造することができる。

したがって、張出フランジ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは、アルミステイ１に別途形成する乃至取り付けるような必要は一切無い。即ち、アルミニウム合金の熱間押出によって、押出中空形材として、アルミステイに一体に、かつ同時に張出フランジ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを形成することが可能である。したがって、ステイ製作コストの低減や製作効率の向上などの利点が大きい。

更に、アルミステイを押出中空形材とする（押出成形により形成される）ことによって、破断抑制が課題となる取り付けボルト面のみに必要な肉厚を確保し、それ以外の部分を薄肉化することで、より軽量なアルミステイとすることも可能である。

（ステイ各部の形状）
アルミステイ１を構成する一対の縦壁状側壁６ａ、６ｂについては、特に肉厚を指定しない。ただ、フランジである前壁５ａ、後壁５ｂについては、前記した通り、車体衝突時におけるサイドメンバおよびバンパ補強材との接合部におけるボルト部７の破断防止のために、取り付けボルト面に必要な肉厚を確保する必要がある。このために、前壁５ａ、後壁５ｂの部分については２ｍｍ以上の比較的厚肉であることが望ましい。

アルミステイ１の高さ、幅、肉厚などの形状については、ステイの本来の機能を発揮するとともに高エネルギ吸収量を保障するために、自動車の車種や要求衝突荷重吸収能と、アルミニウム合金の強度などの条件に応じて各々設計する。

（ステイの材質）
エネルギ吸収部８を含めて、アルミステイ１の高エネルギ吸収量を保障するためには、ステイを０．２％耐力が１７０ＭＰａ以上の高強度のアルミニウム合金押出形材から構成することが好ましい。
このような特性を満足する、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 6000系、7000系等の耐力が比較的高く成形性も良い汎用合金であって、必要により調質されたアルミニウム合金が選択して用いられる。

前記図１、図７の本発明アルミステイをバンパ補強材２の後面壁側に設けた場合の、荷重エネルギ吸収性と変形モデルをＦＥＭ解析によって、変形荷重−背面変位関係を求め評価した。

バンパ補強材はσ_0.2 が３１０MPa の口形断面形状を有する７０００系アルミニウム合金押出中空形材、ステイはσ_0.2 が２２５MPa の、図１１（ａ）〜図１３（ａ）の断面形状を有する６０６３系アルミニウム合金押出中空形材（重量：１８０ｇ、フランジ５ａ、５ｂ間の最大距離：８５ｍｍ）とした。

アルミステイ１における、前壁５ａ、後壁５ｂと、側壁６ａ、６ｂとの厚みは３．０ｍｍとした。また、バンパ補強材の後面壁の高さ（長さ）１２５ｍｍ、幅５５ｍｍとした。

ＦＥＭ解析には、汎用の有限要素法ソフトＡＢＡＱＵＳを用いた。また、解析条件として、ステイの後面側をサイドメンバに変わる剛体側に設けた態様とした。衝突荷重はオフセットバリア衝突を想定し、バンパ補強材の片側に偏心して片側のステイの前面側から矢印のように衝突荷重が負荷される態様とした。

図１１（ａ）〜図１３（ａ）に、各アルミステイを解析モデル化した例を各々示す。
図１１（ａ）は、比較例として、補強用の中リブとリブとを直線的にした（補強用の中リブとリブとが各々湾曲していない）横圧壊型アルミステイである。
図１２（ａ）は、前記図１の本発明アルミステイである。
図１３（ａ）は、前記図７の本発明アルミステイである。

また、図１１（ｂ）〜図１３（ｂ）に、上記図１１（ａ）〜図１３（ａ）の変形モードを各々示す。
図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の解析による変形モードである。
図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の解析による変形モードである。
図１３（ａ）は、図１３（ａ）の解析による変形モードである。

更に、図１４に、これら図１１（ａ）〜図１３（ａ）の解析モデルの、変形荷重−背面変位関係を各々示す。

図１４に示す変形荷重−背面変位関係の内、太い実線で示すのが図１１の比較例モデル、細い実線で示すのが図１２の発明例モデル、点線で示すのが図１３の発明例モデルである。

図１１の比較例モデルは、最大荷重も大きく、また最大荷重後に変形荷重が大きく低下しているのが分かる。

これに対して、図１２、１３の発明例モデルは、下方の各細い実線や点線の通り、最大荷重も小さく抑制され、また最大荷重後に変形荷重低下も抑制されていることが分かる。

これは、図１２（ｂ）〜図１３（ｂ）に各々示すように、圧壊変形の進行に伴い、側壁や中リブが曲げ変形過程において、互いの曲げ変形部同士の接触や交錯によって、曲げ変形部同士は互いの圧壊変形に干渉し合って、互いの圧壊変形を妨害する、前記した特徴的な変形モードとなっているためである。

このため、図１２、１３の発明例モデルは、側壁や中リブの厚みを厚くする、あるいは材料強度などを上げるなどのステイ側の簡単な設計変更によって、移行を矢印で示すように、上方の各細い実線や点線の通り、エネルギ吸収量を調整することが可能である。即ち、前記した特徴的な変形モードを維持したままで、最大荷重の増大や最大荷重後の変形荷重低下無しに、上昇させることができる。また、側壁や中リブの厚みを薄くする、あるいは材料強度などを下げるなどの設計変更によって、同様に変形荷重−背面変位曲線をそのままの形で下降させることもできる。

一方、図１１の比較例モデルは、図１１（ｂ）に示すように、前記した本発明のような特徴的な変形モードとはならず、最大荷重以降の変形荷重の極端な低下を防止できない。また最大荷重も大きい。このため、側壁や中リブの厚みを厚くする、あるいは材料強度などを上げるなどのステイ側を設計変更しても、最大荷重が大きく、最大荷重以降の変形荷重の極端な低下、という特徴はそのまま保持されるために、ステイ側の設計変更によっても、オフセットバリア衝突に対応しうるアルミステイの最大荷重やエネルギ吸収特性などの特性の調整は不可能である。

これらの結果から、本発明は、最大荷重を小さく抑制でき、また最大荷重後に変形荷重低下も抑制できることが分かる。そして、更に、オフセットバリア衝突に対応しうる、アルミステイの最大荷重やエネルギ吸収特性などの特性の調整が可能であることが分かる。即ち、側壁や中リブの厚みを厚くする、あるいは材料強度などを上げるなどのステイ形状条件の設計変更や、前記図１〜図１０までの側壁や中リブなどの選択的な湾曲形状の変更によって、オフセットバリア衝突に対応しうるアルミステイの最大荷重やエネルギ吸収特性などの特性の調整が可能である。

以上のように、本発明は、コストや重量を上昇させずに、最大荷重を小さく抑制でき、最大荷重後の変形荷重低下も抑制でき、更に、オフセットバリア衝突時を想定した、アルミステイの最大荷重やエネルギ吸収特性などの特性の調整が可能なバンパステイおよびバンパ装置を提供することができる。したがって、オフセットバリア衝突対応用のバンパステイおよびバンパ装置として好適である。

本発明バンパステイの一実施態様を示す斜視図である。 図１のバンパステイを用いた本発明バンパ装置の一実施態様を示す平面図である。 本発明バンパステイの他の実施態様を示す斜視図である。 図３のバンパステイを用いた本発明バンパ装置の一実施態様を示す平面図である。 本発明バンパステイの他の実施態様を示す斜視図である。 本発明バンパステイの他の実施態様を示す斜視図である。 本発明バンパステイの他の実施態様を示す斜視図である。 図７のバンパステイを用いた本発明バンパ装置の一実施態様を示す平面図である。 本発明バンパステイの他の実施態様を示す斜視図である。 本発明バンパステイの他の実施態様を示す斜視図である。 比較例バンパステイの解析モデルと変形モードを示す説明図である。 発明例バンパステイの解析モデルと変形モードを示す説明図である。 発明例バンパステイの解析モデルと変形モードを示す説明図である。 実施例におけるバンパステイの変形荷重−背面変位関係を示す説明図である。

符号の説明

１：ステイ、２：バンパ補強材、３：サイドメンバ、４：張出フランジ
５：フランジ、６：リブ、７：ボルト、８：補強用中リブ、
９：中リブの交差点、１０：切欠き部

Claims (8)

1. 自動車車体のバンパ補強材とサイドメンバとの間に配置されるバンパステイであって、このバンパステイは、車体上下方向を押出方向とするアルミニウム合金押出中空形材からなり、車体幅方向に延在し車体長手方向に互いに間隔を置いて配置された一対の前壁および後壁と、車体長手方向に延在し車体幅方向に互いに間隔を置いて配置されて、これら前壁および後壁同士をつなぐ、一対の側壁とから構成された略矩形断面の中空部を有するとともに、前記前壁あるいは後壁は、前記側壁よりも車体幅方向側に張り出した張出フランジを有し、この張出フランジにおいて、前記前壁とバンパ補強材あるいは前記後壁とサイドメンバ、とが各々接合され、前記中空部内には、縦壁状の中リブが、前記前壁と前記側壁との交点またはその近傍、および前記後壁と前記側壁との交点またはその近傍同士を対角線状に結んで斜めに延在しており、前記一対の側壁同士が車体幅方向に向かって湾曲しているか、および／または、前記中リブが湾曲していることを特徴とするバンパステイ。
2. 前記中リブが２本、互いに交差して配置されている請求項１に記載のバンパステイ。
3. 前記２本の中リブが各々複曲率を有して湾曲している請求項２に記載のバンパステイ。
4. 前記側壁同士が、車体幅方向であって、互いに離隔する外側方向に向かって湾曲している請求項１乃至３のいずれか１項に記載のバンパステイ。
5. 前記側壁同士が、車体幅方向であって、互いに近接する内側方向に向かって湾曲している請求項１乃至３のいずれか１項に記載のバンパステイ。
6. 前記前面壁がバンパ補強材後面側の傾斜あるいは湾曲形状に応じた、傾斜あるいは湾曲形状をしている請求項１乃至５のいずれか１項に記載のバンパステイ。
7. 前記アルミニウム合金押出中空形材が０．２％耐力が１９０ＭＰａ以上である６０００系または７０００系アルミニウム合金からなる請求項１乃至６のいずれか１項に記載のバンパステイ。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれかのバンパステイを、自動車車体のバンパ補強材とサイドメンバとの間に配置したバンパ装置。
   

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