JP2006347527A - バンパ装置およびバンパステイ - Google Patents

Abstract

【課題】アルミニウム合金板をプレス成形して製造したステイが、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】車両のバンパ補強材１０とサイドフレーム２０との間に配置されるステイ１を有するバンパ装置において、ステイ１がアルミニウム合金板を成形したカップ形状からなり、このカップは、底部２と、開口部３と、これら底部と開口部とをつなぐ略円筒状の縦壁１ａとからなり、底部２はその周縁部２ａに亙って円弧状のコ−ナＲを有して縦壁に繋がり、開口部周縁部３ａは外方に張出したフランジ４を一体に形成してなり、カップ底部２をバンパ補強材１０の後面壁１１側に取り付けるとともに、カップ開口部３をフランジ４を介してサイドフレーム２０先端部側に取り付け、衝突荷重の負荷時にステイ１のカップ全体の変形により衝突荷重を吸収することである。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両のバンパ補強材とサイドフレームとの間に配置されるステイが衝突時の衝突エネルギを吸収しうるバンパ装置およびバンパステイに関する。

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。

車両の衝突時の乗員への衝撃を緩和するために、車両のバンパ補強材と、車体側のサイドフレーム（サイドメンバ）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。この押出中空形材などを用いた従来のステイは、以下の二つのタイプに大別される。
１．車体前後方向を押出方向とするステイ（以下、縦圧壊型ステイと言う）
２．車体左右あるいは上下方向を押出方向とするステイ（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、バンパ後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溶接などにより接合する必要がある。このため、コストが高くなるという問題がある。

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予め形成して押出することが可能であるが、前述のように強度が低くなるため、重量が重くなるという問題があり、重量、取り付け性、コスト全てを満足することは難しいといえる。

これに対し、アルミニウム合金製ステイとして、元板であるアルミニウム合金板をプレス成形したステイが実用化できれば、ステイ自体の製造がより容易となる。また、板をプレス成形したステイでは、ステイ取り付け孔の設置のために十分大きな幅を持ったフランジの形成が容易となる利点も大きい。

このような板を成形したステイとして、例えば、特許文献１には、アルミニウム合金製のステイなどとして、衝突方向に対して高さ方向が平行となるように設置される円錐台形状の吸収部材からなるエネルギ吸収部材であって、吸収部材の、上面半径Ｒ、底面半径ｒ、高さｈが特定の関係を満たすようなエネルギ吸収部材が提案されている。

このステイは円錐台形状からなり、バンパ補強材側（衝突方向前面側）に円錐台の頂部（有底部）が、サイドフレームの先端側（後面側）に円錐台の底部（開口部）が、各々向くように配置している。そして、円錐台の底部側（開口部側）に、平板形状の取付部材を、円錐台と一体にではなく、更に別途、円錐台の底部として設けてフランジとなし、サイドフレーム先端部のフランジとの取付に利用するものである。

また、特許文献２には、鋼板の深絞り成形により、底付きの管体（カップ形状）を形成したクラッシュボックスが提案されている。このステイは、底部側をバンパ補強材側に配置し、管体開口側をサイドフレーム先端部側に配置して用いる。そして、ステイ管体開口側には、管体開口側が後方のサイドフレームの内部に後方に向けて入り込み、かつＵ字状に反転してバンパ補強材側の方向に向き直り、再びサイドフレーム先端部側に戻る「円弧状変形部」を設けている。この「円弧状変形部」は、その先端部に、更に、サイドフレーム先端部の外方へ拡がるフランジに沿って、外方へ拡がるフランジを形成している。

このステイでは、前記底部はバンパ補強材との取付に利用するとともに、前記フランジはサイドフレーム先端部のフランジとの取付に利用される。そして、前面側のバンパ補強材に衝撃荷重が作用すると、サイドフレームの内部に入り込んでいる前記Ｕ字状「円弧状変形部」が、新たなＵ字状円弧状の変形部を作りながら、この変形部をサイドフレームの内部へ順次送り込んでいく変形を行う。即ち、ステイ管体がサイドフレームの内部へと後退する形で変形を行い、衝撃エネルギを吸収するものである。
特開平８−２０７６７９号公報（特許請求の範囲、図１） 特開２００３−３１２４００号公報（特許請求の範囲、図１）

特許文献１のアルミニウム合金製ステイは、円錐台形状部分に対して、円錐台の底部側（開口部側）に、平板形状の取付部材を、円錐台底部として別途に設けている。このため、線からなる円錐台の底部側と、面からなる平板形状の取付部材との取り付け方が難しく、実用的な接合強度を得ることが困難である。したがって、円錐台形状部分の変形による衝撃エネルギの吸収を行なう以前に、この接合部分から破断し、実際にはエネルギ吸収ができない。

また、特許文献２の鋼製ステイは、元板である鋼板の深絞り成形により製作できる点は、ステイ製作コスト低減の利点が大きい。しかし、サイドフレームの内部に入り込んでいるＵ字状「円弧状変形部」は、単に板状部であり、連続的に曲げ−曲げ戻し変形を受けることで、衝突時の安定した荷重を得ようとするものである。しかし、このような鋼製ではなく、鋼に比して局部伸びがほとんど無いアルミ材料への適用を想定した場合、この「円弧状変形部」は容易に破壊、破断されやすくなる。したがって、アルミ材料では、前記ステイの変位による衝撃エネルギの吸収を行なう以前に破壊され、実際にはエネルギ吸収ができない。

このように、特許文献１、２からは、アルミニウム合金板を用いるにしても、鋼板を用いるにしても、元板をプレス成形したステイを用いる場合には、実際問題として、衝突時のエネルギを吸収しうるステイ構造とすることが難しいことが分かる。

この点に鑑み、本発明は、アルミニウム合金板をプレス成形して製造したステイが衝突時のエネルギを吸収しうるバンパ装置およびバンパステイ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、本発明バンパ装置の要旨は、車両のバンパ補強材とサイドフレームとの間に配置されるステイを有するバンパ装置において、前記ステイがアルミニウム合金板を成形したカップ形状からなり、このカップは、底部と、開口部と、これら底部と開口部とをつなぐ略円筒状の縦壁とからなり、底部はその周縁部に亙って円弧状のコ−ナＲを有して縦壁に繋がり、開口部周縁部は外方に張出したフランジを一体に形成してなり、カップ底部をバンパ補強材の後面壁側に取り付けるとともに、カップ開口部を前記フランジを介してサイドフレーム先端部側に取り付けたことである。

また、上記目的を達成するための、本発明バンパステイの要旨は、車両のバンパ補強材とサイドフレームとの間に配置されるステイであって、このステイが、６０００系あるいは７０００系の熱処理型アルミニウム合金板をプレス成形したカップ形状からなり、このカップは、底部と、開口部と、これら底部と開口部とをつなぐ略円筒状の縦壁とからなり、底部はその周縁部に亙って円弧状のコ−ナＲを有して縦壁に繋がり、開口部周縁部は外方に張出したフランジを一体に形成してなり、板厚が４ｍｍ以下、０．２％耐力が１９０ＭＰａ以上であることとする。

本発明では、ステイを、アルミニウム合金板を、張出あるいは深絞りなどでプレス成形、あるいは電磁成形して、上記要旨のカップ形状とする。これによって、ステイを、元板であるアルミニウム合金板のプレス成形により製作でき、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。

本発明では、更に、上記要旨の通り、成形されたカップ底部の周縁部に亙って円弧状の大きなコ−ナＲを設けるとともに、このカップの開口部の周縁部には、外方に張出したフランジを、前記プレス成形により、一体に形成してなり、ステイにおけるカップの全体変形により衝突荷重を吸収するようにする。

また、外方に張出したフランジを、前記プレス成形により、カップに一体に形成してなるため、前記特許文献１のような、カップとフランジとを接合する問題や、両者の接合強度が弱くなる問題もない。

この上で、本発明では、このカップ底部をバンパ補強材の後面壁側に取り付けるとともに、カップ開口部を前記フランジを介してサイドフレーム先端部側に取り付ける。このようにステイを配置することで、カップ底部が衝突荷重に対する前面側（バンパ補強材側）、カップ開口部が衝突荷重に対する後面側（サイドフレーム側）となる。したがって、衝突荷重の負荷時に、カップ底部とカップ開口部とをつないで構成される略円筒状の縦壁の外方への拡大変形や、カップ底部の後面側への（凹み）変形などによる、ステイ（カップ）の全体変形により、衝突荷重を吸収することができる。

バンパ補強材側の取り付け部である上記カップ底部には、衝突時に大きな曲げモーメントが加わる場合が多い。これに対して、本発明における上記カップ底部（バンパ側の接合部）は、カップ底部の周縁部に亙って円弧状のコ−ナＲを設けた、上記略円筒状の縦壁で外周を囲まれていることから、締結部への荷重およびモーメント入力に対して変形が生じにくい。

一方のサイドメンバ側の取付部である上記カップ開口部のフランジ（取り付けフランジ）には、車体前後方向への全面圧縮あるいは全面引張（オフセット衝突における衝突面の逆側）力を受けることが多い。しかし、このサイドメンバー側の接合部に加わる変形力は、締結ボルト部近傍の強度に大きく依存する。一般的な４点程度のボルト接合を想定し、オフセット衝突におけるこの部位の破断を防止する必要があるとすれば、ステイの０．２％耐力が１９０ＭＰａ以上、カップ開口部のフランジの肉厚が２ｍｍ以上とすることが望ましい。

したがって、本発明に係るステイは、より薄肉、軽量化した上で、衝突荷重の吸収が可能となる。即ち、アルミニウム合金板をプレス成形して製造した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できる。

以下、本発明の実施の形態について、図１〜４を用いて、以下に説明する。図１は本発明に係るステイの一実施態様を示す斜視図、図２は本発明に係るステイ１の別の実施態様を示す斜視図である。図３は、図２のステイを車両のバンパ補強材１０とサイドフレーム２０との間に配置した態様を示す平面図、図４は図３の部分拡大断面図である。

（ステイ）
図１、２において、図１のステイ１は、車幅方向に対し中央部や端部も含めて平行に延在する真っ直ぐなバンパ補強材 (直線型バンパ補強材) に対し、取り付ける態様を示す。また。図２のステイ１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) を有するか、全体が車体側へ湾曲しているバンパ補強材 (湾曲型バンパ補強材) に対し、取り付ける態様を示す。

図１において、ステイ１は、平板状のアルミニウム合金板（圧延板や押出板）をプレス成形、あるいは電磁成形して、底壁である底部２と、開口部３とを有し、これらカップ底部２とカップ開口部３とをつないで構成される略円筒状の縦壁１ａを有する、カップ形状に成形されたものである。略円筒状の縦壁１ａは、底部２の周縁部から立ち上がり、この縦壁１ａによって開口部３が形成される。
また、ステイ１は、開口部周縁部３ａより外方に張出したフランジ４を、前記成形にて一体に形成したものである。なお、平板状のアルミニウム合金板のステイ１への成形に際しては、電磁成形なども使用できるが、プレス成形が形状精度や簡便さの点で好ましい。

ステイ１の板厚は、軽量化のためには４ｍｍ以下とする。板厚が４ｍｍを超えた場合には、鋼製ステイに代わっての軽量化効果が薄くなる。そして、このような薄肉条件下で、高エネルギ吸収量を保障するためには、ステイ１の０．２％耐力が１９０ＭＰａ以上の高強度であることが好ましい。

このような条件と、ステイへのプレス成形性とを満たすアルミニウム合金としては、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系あるいはＡｌ−Ｍｇ−Ｚｎ系の、ＪＩＳ乃至ＡＡ規格で言う、６０００系あるいは７０００系熱処理型アルミニウム合金とすることが好ましい。そして、特にある程度ステイの長さを確保するためには、プレス成形性の良い（伸びが高い）Ｏ、Ｔ１、Ｔ４状態でプレス成形し、成形時の破断を防止することが望ましい。また、プレス成形を施した部品に熱処理を施すことで、製品としての強度を確保することが望ましい。このためには、前記６０００系あるいは７０００系の熱処理型アルミニウム合金を用いることが望ましい。ここで、加える熱処理は、焼付け塗装処理あるいはＴ５、Ｔ６処理など、必要と なる素材強度に応じて便宜選択される。

図１において、５、５は、底部２に適当な間隔を開けて２箇所設けられた、バンパ補強材との機械的な接合用の貫通孔である。また、６、６、６はフランジ４の周面上に、適当な間隔を開けて設けられた、サイドフレームとの機械的な接合用の４個の貫通孔である。これら接合用の貫通孔の大きさや個数、間隔などは、接合条件に応じて適宜選択できる。

（底部形状）
図２のステイ１は、前記した湾曲型バンパ補強材へ取り付るために、バンパ補強材後面側に対応する底部２が、この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態様を示している。この底部２の形状以外は、図１のステイ１の構造と同じである。

なお、底部２自体の形状は、ボルトにより、バンパ補強材後面に接合可能なように、底部２全面が、あるいは、少なくともボルト座面近傍が、バンパー補強材後面形状に沿うような形状になることが望ましい。例えば、バンパー補強材後面形状に沿うような形状とは、底部２全面に亙って平坦とするか、底部２の中心部を凹にする、あるいは凸にする、など、適宜の平坦あるいは凹凸形状が選択される。

また、底部２（あるいは開口部３）の平面形状は、必ずしも円形状である必要はなく、また、カップの形状（横断面形状）も必ずしも円筒状である必要はない。これらの平面形状は、プレス成形できるものであれば、カップ底部に作成される締結ボルトの位置に応じて、適宜選択される。例えば、底部２の平面形状を略楕円形状あるいは略角筒型形状として良い。

なお、プレス成形においてある程度の成形高さ（ステイ長さ）を得ることを想定すれば、平面形状におけるコーナＲ（肩Ｒ）を出来る限り大きく、少なくとも１５ｍｍ以上にすることが望ましい。つまり、底辺の短辺側形状を半円状の形状にすることが望ましい。

（カップ形状）
図１、２の態様では、プレス成形ステイ１は、成形されたカップ底部２と縦壁部との境界については、周縁部２ａに亙って円弧状の大きな肩Ｒを設けているので、結果として、底部２の幅（径）が、開口部３の幅（径）よりも狭幅（小径）となって、円筒状の縦壁１ａを下方（後面側）に向かって拡がる、円錐台形状乃至末広がり形状となっている。これは、プレス成形における破断を防止するとともに、底部２の幅（径）と開口部３の幅（径）とが略同じ場合に比して、Ｒ部が初期不整の役割を果たし、衝突荷重負荷時の初期ピークを下げる効果が得られる。これにより、最大荷重を低く抑えることで、ステイより後方の部品の破損を抑制するとともに、円筒状の縦壁１ａの外方への拡大変形（末広がり変形）や、狭幅の底部の後面側への変形などによる、ステイの全体変形により、より多くの衝突荷重を吸収することができる。

（フランジ）
フランジ４の周囲形状は、図１、２のように円形でなくとも、三角や四角などの角形状など、プレス成形可能な形状が適宜選択できる。また、開口部周縁部３ａの全部に亙って設けずとも、必要周縁部部位に部分的に設けることも可能である。このような、フランジ４や、底部２などの円錐台カップ形状を、自由に作り分けられる点が、プレス成形ステイの利点でもある。

また、更に重要な点は、本発明のプレス成形ステイによれば、これらステイ接合用の貫通孔を十分設けられるだけの余地のある、底部２の幅（径）やフランジ４の幅（径）をとれる利点にある。更に、これら接合用の貫通穴は、プレス成形により、ステイ縦壁部分を形成した後、プレスせん断加工により設けることも可能である。この場合には、不必要なフランジ部分を同時に切除することでさらに軽量化できるという利点もある。プレス成形にはこのような利点もある。

これの効果を得るために、プレス成形ステイの、底部２の幅（径）、底部の周縁部に亙っての円弧状のコ−ナＲの大きさ、開口部３の幅（径）、縦壁１ａ（ステイ）の高さなどを、自動車の車種や要求衝突荷重吸収能と、アルミニウム合金板の板厚、強度などの条件に応じて、各々設計する。

ただ通常の自動車のステイであれば、板厚が４ｍｍ以下で、０．２％耐力が１９０ＭＰａ以上であることを前提に、底部２の幅（径）は５０〜１５０ｍｍ、底部の周縁部に亙っての円弧状のコ−ナＲの大きさはＲ１５〜７５ｍｍ、底部および開口部３と縦壁をつなぐ肩Ｒは５ｍｍ〜３０ｍｍ、縦壁１ａ（ステイ）の高さは１０〜１００ｍｍ、フランジ部の大きさは、ボルトなど機械的な接合が可能な範囲から選択される。

次ぎに、図３、図４を用いて、図２のステイ１を車両の湾曲型バンパ補強材１０とサイドフレーム２０との間に配置する態様を説明する。なお、図３、図４はバンパ補強材１０の右側部分のみを示し、左側の図示は省略しているが、バンパ補強材１０の左側にも同様に、左右対称の形で、図３、図４に示すステイ１の取り付け構造が設けられている。

図３、図４において、図２のステイ１は、円錐台カップの底部２側をバンパ補強材幅方向端部の湾曲あるいは傾斜した後面壁側に取り付けられている。他方、円錐台カップの開口部３側は、フランジ４を介して、サイドフレーム２０先端部側のフランジ２１に取り付けられている。

図４にステイ１の上記取り付け方の詳細を拡大して示す。図４において（図３にも図示）、７、８はボルト、ナットなどの機械的な締結（固着）手段（以下、単にボルトと言う）を示す。ステイ１の前面側である底部２側は、底部２に適当な間隔を開けて２箇所設けられた貫通孔５、５を介して、更にバンパ補強材の後面壁１１に対応して設けられた貫通孔１２、１２を介して、ボルト７、７によって後面壁側１１に取り付けられている。

また、ステイ１の後面側である開口部３側は、フランジ４に適当な間隔を開けて４箇所設けられた貫通孔６、６、６、６を介して、更にサイドフレーム２０先端部側のフランジ２１に対応して設けられた、貫通孔２２、２２、２２、２２を介して、ボルト８、８、８、８によって、サイドフレーム２０に取り付けられている。

これに対して、ステイ１を逆に取り付けた場合、即ち、円錐台カップの開口部３側を、フランジ４を介して、バンパ補強材の後面壁側に取り付けるとともに、円錐台カップの底部２側をサイドフレーム先端部側に取り付けた場合を想定する。前記した通り、バンパ補強材側の取り付け部側のフランジ４には、衝突時に大きな曲げモーメントが加わる。しかし、バンパ補強材の後面壁側に取り付けられたフランジ４は、平板状であるため、この曲げモーメントに対する強度が不足し、変形しやすくなる。このフランジ４の変形によって、本発明のような、ステイ（カップ）の全体変形により、衝突荷重を吸収することができなくなる。更に、円錐台カップの底部２側はフランジが無いために、サイドフレーム先端部側に取り付けにくい。このため、これらの間に、別な平板状のフランジを新たに挟む必要が生じ、このフランジとの接合が更に必要となる。

（ステイの変形例）
図７、８に本発明に係るステイの変形例を示す。図７はステイの正面図、図８はステイの平面図を各々示す。図７、８のステイは、前記した湾曲型バンパ補強材へ取り付るために、バンパ補強材後面側に対応する底部２が、この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態様や基本構造では、前記図２のステイ１の構造と同じである。

図７、８のステイは、フランジ４が、更に外方に張出したバンパ補強材との接合用フランジ３０を有する点が特徴的である。具体的には、フランジ４の片側（図の右側）に、バンパ補強材側に向かい、車体幅方向（図の左右方向）に張出したフランジ３０を更に有している。この張出フランジ３０は、後述する図９で説明する通り、ステイをバンパ補強材の後面壁に接合するための手段である。このフランジ３０は、フランジ４の片側あるいは両側に、部分的に設けることができる。

平板状の張出フランジ３０は、この張出フランジ３０を、フランジ４の片側から車体幅方向へ張り出させるとともに、バンパ補強材側に向かい、更にバンパ補強材の後面壁側に近接させるための屈曲部３１を介して、フランジ４から張り出している。

前記した通り、ステイ１の前面側である底部２側は底部２に２箇所設けられた貫通孔５、５を介して、ボルトによって、バンパ補強材の後面壁に接合される。しかし、ステイの設計条件やバンパ補強材の後面壁側の取り付け位置や設計条件によっては、ステイ１の前面側である底部２側のみの接合では、バンパ補強材に取り付けにくい、あるいは、接合強度が不足する場合が生じる。このため、図７、８のステイでは、このような張出フランジ３０を設けて、ステイ１の前面側である底部２側の接合に加えて、張出フランジ３０側からの接合によっても、ステイをバンパ補強材に取り付けることが可能である。

なお、このような張出フランジ３０は、別途製作して、ステイに溶接接合などして一体化する必要は無い。このような張出フランジ３０を設けたステイも、前記した図１、２のステイと同じく、アルミニウム合金板をプレス成形することによって、張出フランジ３０も、屈曲部３１とともに、ステイ本体と一体に製作することが可能である。

図９に、図７、８のステイを取り付けたバンパ装置の実施態様を断面図で示す。図９において、ステイ１の前面側である底部２側のバンパ補強材の後面壁１１への接合や、ステイ１の後面側である開口部３側のサイドフレーム２０への接合は、前記した図４の態様と基本的に同じである。

図９においては、これらの接合に加えて、バンパ補強材の後面壁１１に対応して張出フランジ３０に設けられた貫通孔５、５を介して、ボルト１２によって、バンパ補強材の後面壁１１に取り付けられている。なお、前記図４や図９では、取り付け手段７、８として、通常のボルト１２、２２による接合を示しているが、この他スタッドボルトやセルフピアシングリベットなど、他の機械的な接合手段を用いる（置き換え、あるいは併用）ことも可能である。

前記図１に示した本発明に係る形状のアルミニウム合金ステイ１の荷重エネルギ吸収性を、ステイの条件を種々変えた上で、ＦＥＭ解析によって、変形荷重−背面変位関係と変形荷重−剛体変位関係とを求め、評価した。

表１に、解析結果である、ステイの背面変位（ｍｍ）、剛体変位（ｍｍ）、最大荷重（ｋＮ）を示す。また、図５に変形荷重−背面変位関係を、図６に変形荷重−剛体変位関係を各々示す。なお、表１の各番号と、図５、６の各番号とは対応している。

バンパ補強材は７０００系アルミニウム合金、ステイは６０００系アルミニウム合金とし、調質条件を変えて、表１に示す各０．２％耐力とした。ステイの各板厚、各重量も表１に示す。

解析の前提として、ＦＥＭ解析には、汎用の動的陽解法ソフトＬＳ−ＤＹＮＡを用いた。また、カップ底部を、前記図３のようにアルミニウム合金バンパ補強材（バンパＲ／Ｆ）の後面壁側に設けるとともに、カップ開口部側をサイドフレームに変わる剛体側に設けた態様とした。衝突荷重はポ−ル衝突を想定し、バンパ補強材の中央部に前面側から荷重が負荷される態様とした。

バンパ補強材の形状は断面日型状の中空押出形材、後面壁の高さ（長さ）１２５ｍｍ、幅５５ｍｍとした。ステイ１は、縦壁部をΦ１００ｍｍの円筒形状とし、底部の形状をバンパ補強材後面の同じ角度を持つ平坦形状とし、縦壁部分と底面およびフランジ面をつなぐ肩Ｒを１５ｍｍとした。また、底部を３点でバンパー後面にボルト接合するとした。縦壁１ａ（ステイ）の高さは最も長い（高い）部分で３０ｍｍ、短い（低い）部分で２０ｍｍとした。なお、フランジ４は１辺の幅を１５０ｍｍとし、４角部分にボルト接合部を設け、この位置でサイドメンバに接合するとした。

図５、６および表１から明らかな通り、本発明に係るステイは、２００ｇ以下と非常に軽量であっても、一般的なポール衝突を満足できる性能が得られていることがわかる。これを従来のアルミニウム合金押出中空形材などを用いたステイと比較した場合、同程度の性能を得るためには、上記本発明に係るステイと略同じ大きさの条件とした場合、接合部のフランジを含めて、縦圧壊型ステイでは３６５ｇ程度、横圧壊型ステイでは３７８〜４８５ｇ程度の重量が必要となる。

また、上記結果は、ステイにアルミニウム合金として、６０００系Ｔ５調質材を想定した計算を行っているが、より素材強度を高くできるＴ６処理を適用すれば、さらにエネルギ吸収量を大きくすることも可能である。また、６０００系合金に比べて強度が高くなる７０００系合金を適用すれば、さらにエネルギ吸収量を大きくすることも可能といえる。また、焼付け塗装処理などの短時間熱処理の適用した場合には、上記に比べてエネルギ吸収量は低くなるため、肉厚を厚く設定する必要があるが、より低コストでの生産が可能になる。

（ステイと接合用フランジとの分割構造態様）
以上の態様は、全て、ステイを、更に外方に張出したバンパ補強材との接合用フランジ３０を含めて、一体に成形する場合について説明した。しかし、より高強度なアルミニウム合金材料や、より大きな肉厚を選択した場合、形状によっては、ステイを、接合用フランジ３０を含めて、一体に成形することが難しい場合も生じる。

これに対して、成形を容易にするために、ステイと、バンパ補強材との接合用フランジを有する成形部材とを別々に成形して（ステイと接合用フランジとを分割構造として）、その後に、これらを一体に接合する態様を以下に説明する。ステイと、バンパ補強材との接合用フランジを有する成形部材とを別々に成形すれば、これらを一体的に成形する場合に比して、成形工程や一体化する接合工程が増加する。しかし、成形が容易となる分、形状の自由度が増し、より高強度なアルミニウム合金材料やより大きな肉厚の選択が可能となり、高強度化の自由度も増すなどの利点も大きい。

図１０、１１に、この態様を示す。図１０はステイ＋接合用フランジを有する成形部材の正面図、図１１はステイステイ＋接合用フランジを有する成形部材の平面図を各々示す。図１０、１１のステイ１は、前記した湾曲型バンパ補強材へ取り付るために、バンパ補強材後面側に対応する底部２が、この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態様や基本構造では、前記図２のステイ１の構造と同じである。

即ち、図１０、１１において、ステイ１は、平板状のアルミニウム合金板（圧延板や押出板）をプレス成形あるいは電磁成形して、底壁である底部２と、開口部３とを有し、これらカップ底部２とカップ開口部３とをつないで構成される略円筒状の縦壁１ａを有する、カップ形状に成形されたものである。略円筒状の縦壁１ａは、底部２の周縁部から立ち上がり、この縦壁１ａによって開口部３が形成される。また、開口部周縁部３ａより外方に張出したフランジ４が前記成形にて一体に形成されている。

図１０、１１において、３２が、バンパ補強材との接合用フランジ３０を有する成形部材である。成形部材３２において、平板状の張出フランジ３０は、前記図７〜９の張出フランジ３０と同じく、この張出フランジ３０を、フランジ４の片側から車体幅方向へ張り出させるとともに、バンパ補強材側に向かい、更にバンパ補強材の後面壁側に近接させるための屈曲部３１を介して、平板部（平坦部）３３から張り出している。この張出フランジ３０は、後述する図１２で説明する通り、ステイをバンパ補強材の後面壁に接合するための手段である。このフランジ３０は、成形部材３２の片側あるいは両側、更には周縁部に、前面的に、あるいは部分的に、適宜設けることができる。

この成形部材３２も、平板状のアルミニウム合金板（圧延板や押出板）をプレス成形して、簡便に成形（製造）することができる。また、アルミニウム合金の鍛造材や鋳造材製としてもよい。更に、この成形部材３２を、アルミニウム合金以外の金属、例えば鋼材とし、鋼板をプレス成形したものでも良い。

そして、これら別個に成形されたステイ１と成形部材３２とを、図１０、１１に示すように、互いのフランジ４と平板部３３とを、機械的な接合手段８、あるいは溶接やこれらの組み合わせによって接合し、互いに一体化している。

図１２に、図１０、１１のステイ１と成形部材３２とを一体化して取り付けたバンパ装置の実施態様を断面図で示す。図１２において、ステイ１の前面側である底部２側をバンパ補強材の後面壁１１側へ接合する点や、ステイ１の後面側である開口部３側をサイドフレーム２０側へ接合する点は、前記した図４の態様と同じである。図１２において、ステイ１の前面側である底部２側は、底部２に適当な間隔を開けて２箇所設けられた貫通孔５、５を介して、更にバンパ補強材の湾曲（傾斜）した後面壁１１に対応して設けられた貫通孔１２、１２を介して、ボルト７、７によって後面壁側１１に取り付けられている。

また、成形部材３２の張出フランジ３０も、バンパ補強材の湾曲した後面壁１１に対応して、適当な間隔を開けて２箇所設けられた貫通孔３４、３４を介して、ボルト１２によって、バンパ補強材の後面壁１１に取り付けられている。

他方、円錐台カップの開口部３側は、ステイ１のフランジ４に設けられた４個の貫通孔６と、成形部材３２の平板部３３に設けられた（貫通孔６に対応）４個の貫通孔３５とを介して、サイドフレーム２０先端部側のフランジ２１に取り付けられている。即ち、サイドフレーム２０先端部側のフランジ２１に、前記各貫通孔３５や６に各々対応して設けられた、４個の貫通孔２２を介して、ボルト８によって、サイドフレーム２０に取り付けられている。

図１３に、図１０、１１のステイ１と成形部材３２とを、予め一体化して、サイドフレーム２０側へ取り付けた他の実施態様を断面図で示す。図１３では、ステイ１のフランジ４に設けられた複数の貫通孔６と、成形部材３２の平板部３３に設けられた（貫通孔６に対応）複数の貫通孔３５とを介して、ボルト８、８によって、ステイ１と成形部材３２とが予め一体化されている。

このステイ１と成形部材３２とが予め一体化されたものを、ステイ１の前面側である底部２側をバンパ補強材の後面壁１１側へ接合する点や、ステイ１の後面側である開口部３側をサイドフレーム２０側へ接合する点は、前記した図４の態様と同じである。図１３には、サイドフレーム２０側へ取り付けた態様のみを示している。即ち、円錐台カップの開口部３側は、成形部材３２の平板部３３に設けられた複数の貫通孔３６を介して、サイドフレーム２０先端部側のフランジ２１に取り付けられている。サイドフレーム２０側では、先端部側のフランジ２１に、前記各貫通孔３６に各々対応して設けられた複数の貫通孔２２を介して、ボルト９によって、サイドフレーム２０に取り付けられている。この際、ステイ１と成形部材３２とが予め一体化しているボルト８、８の下側の頭部は、フランジ２１に設けられた凹部２３に収容されて、成形部材３２の平板部３３とフランジ２１との面一性が確保される。

（ステイ＋成形部材の他の態様）
前記した通り、ステイ１と、バンパ補強材との接合用フランジを有する成形部材３２とを別々に成形すれば、成形が容易となり、形状の自由度が増す。これを利用したステイ１の底部２の種々の平面形状を、図１４〜１６に示す。なお、図１４〜１６のステイ１＋成形部材３２は、構成自体は図１０、１１の場合と同じである。

図１４はステイ１の底部２の平面形状を花びら形状、即ち、四方に拡がる花弁状とした例である。このような場合には、四方に拡がる花弁間に、取り付け貫通孔６を配置かつ確保できる利点がある。また、底部２や、これに連なる縦壁１ａが凹凸形状を有する点で、バンパ補強材側からの衝突荷重に対する圧壊強度が高まる利点もある。

図１５はステイ１の底部２の平面形状を四角形状とした例である。このような場合には、やはり、取り付け貫通孔６を配置かつ確保できる利点がある。

図１６はステイ１の底部２の平面形状を三角形状とした例である。このような場合には、やはり、取り付け貫通孔６を配置かつ確保できる利点がある。

ただ、これらステイ１と、バンパ補強材との接合用フランジを有する成形部材３２とを別々に成形する場合には、図７、８のステイ１（カップ）と接合用フランジとの一体型に比して、同じような形状条件の場合には、重量はどうしても若干重くなる。この点、成形部材３２の軽量化のために、例えば、成形部材３２のステイ１の開口部３に相当する部分を切り欠くなど、強度的に問題の無い範囲で切欠き乃至空間を設けても良い。

（成形部材の他の態様）
ステイ１と、バンパ補強材との接合用フランジを有する成形部材３２とを別々に成形する態様の内、成形部材の側の形状の自由度が増した例を、図１７に示す。図１７は、ステイ１と接合用フランジを有する成形部材３２とを一体化して示す斜視図である。図１７では、成形部材３２の平坦部３３に、高さｈの段差部（張出部）３６を設け、カップ状ステイ１を、この段差部３６上に載置し、一体に接合した態様を示している。

成形部材の側の形状の自由度が増すことによって、このような高さｈの段差部３６を、成形部材３２の成形時に設けることができる。また、本来の張出フランジ３０の高さも、この段差部３６の高さｈに応じて、高く成形することができる。これによって、ステイ１の高さ＝バンパ補強材（後面壁）１１とサイドフレーム２０先端部との間隔を、より長くかせぐ（確保する）ことが可能となる。

図１７において、ステイ１の前面側である底部２側をバンパ補強材の湾曲（傾斜）した後面壁１１に取り付ける場合には、前記図１２の場合と同様に行なう。また、サイドフレーム２０先端部側のフランジ２１に取り付ける場合にも、成形部材３２の平坦部３３において、前記図１２の場合と同様に行なう。

なお、段差部３６を設ける場合、図１７のように段差部３６の両側面を開放乃至開断面とせずとも、この部分が塞がったような、段差部３６が全体に箱型をした形状であっても勿論良い。バンパ補強材後面壁の車体後方側への傾斜角度が大きい場合には、このような構成の方が好ましい。

以上のように、本発明は、アルミニウム合金板をプレス成形して製造したステイが、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ができる。したがって、ステイに対して、軽量化要求と衝突時のエネルギ吸収要求のあるバンパ装置に好適である。

本発明に係るステイの一実施態様を示す斜視図である。 本発明に係るステイの別の実施態様を示す斜視図である。 本発明バンパ装置の一実施態様を示す平面図である。 図３の部分拡大断面図である。 本発明に係るステイの変形荷重−背面変位関係を示す説明図である。 本発明に係るステイの変形荷重−荷重点変位関係を示す説明図である。 本発明に係るステイの変形例を示す正面図である。 図７の平面図である。 本発明バンパ装置の別の実施態様を示す断面図である。 本発明に係るステイの変形例を示す正面図である。 図１０の平面図である。 本発明バンパ装置の別の実施態様を示す断面図である。 本発明に係るステイの変形例を示す断面図である。 本発明に係るステイの変形例を示す平面図である。 本発明に係るステイの変形例を示す平面図である。 本発明に係るステイの変形例を示す平面図である。 本発明に係るステイの変形例を示す斜視図である。

符号の説明

１：ステイ、２：ステイ底部、３：ステイ開口部、４：フランジ、
５、６：取り付け孔、７、８：取り付け手段、１０：バンパ補強材、
２０：サイドフレーム、３２：成形部材、

Claims (9)

1. 車両のバンパ補強材とサイドフレームとの間に配置されるステイを有するバンパ装置において、前記ステイがアルミニウム合金板を成形したカップ形状からなり、このカップは、底部と、開口部と、これら底部と開口部とをつなぐ略円筒状の縦壁とからなり、底部はその周縁部に亙って円弧状のコ−ナＲを有して縦壁に繋がり、開口部周縁部は外方に張出したフランジを一体に形成してなり、カップ底部をバンパ補強材の後面壁側に取り付けるとともに、カップ開口部を前記フランジを介してサイドフレーム先端部側に取り付けたことを特徴とするバンパ装置。
2. 前記フランジがバンパ補強材側に向かって更に張出したフランジを有し、この張出したフランジにおいてバンパ補強材の後面壁に接合される請求項１に記載のバンパ装置。
3. 前記成形がプレス成形である請求項１または２に記載のバンパ装置。
4. 前記カップの底部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３のいずれか１項に記載のバンパ装置。
5. 前記ステイの板厚が４ｍｍ以下である請求項１乃至４のいずれか１項に記載のバンパ装置。
6. 前記ステイが６０００系あるいは７０００系の熱処理型アルミニウム合金からなるとともに、０．２％耐力が１９０ＭＰａ以上である請求項１乃至５のいずれか１項に記載のバンパ装置。
7. 車両のバンパ補強材とサイドフレームとの間に配置されるステイであって、このステイが、６０００系あるいは７０００系の熱処理型アルミニウム合金板をプレス成形したカップ形状からなり、このカップは、底部と、開口部と、これら底部と開口部とをつなぐ略円筒状の縦壁とからなり、底部はその周縁部に亙って円弧状のコ−ナＲを有して縦壁に繋がり、開口部周縁部は外方に張出したフランジを一体に形成してなり、板厚が４ｍｍ以下、０．２％耐力が１９０ＭＰａ以上であることを特徴とするバンパステイ。
8. 前記フランジが、更に外方に張出したバンパ補強材との接合用フランジを有する請求項７に記載のバンパステイ。
9. 前記ステイが、バンパ補強材との接合用フランジを有する成形部材と一体に接合されている請求項７に記載のバンパステイ。

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