JP2007284039A - バンパー構造体及びフレーム構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁成形によりバンパーステイ２を拡管してバンパーリインフォース１に固定したバンパー構造体において、衝突時において座屈開始後の急速な荷重の低下を防止し、安定したエネルギー吸収が行えるようにする。
【解決手段】バンパーリインフォース１は略矩形断面のアルミニウム合金押出材からなり、上下壁６，７の断面構造は、前後方向の圧縮荷重により座屈するとき中空内部側に曲がるように「く」の字形に形成されている。バンパーステイ２は筒状でアルミニウム合金押出材からなり、バンパーリインフォース１の前後壁４，５を貫通する穴８に嵌入し、電磁成形により拡管して穴８の内周面に密着し、かつ前後壁４，５の間で外径方向に張り出している。バンパーステイ２の軸部の前端は拡開部１６を形成し、突出軸部１７は外径方向に張り出し、後端にフランジ１８が形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、中空断面の金属形材からなる第１部材に穴を形成し、筒状のアルミニウム合金押出材からなる第２部材を前記穴に嵌入し、第２部材を電磁成形により拡管して前記穴の内周面に密着させ、両者を接合したフレーム構造体に関し、なかでも第１部材としてのバンパーリインフォースと第２部材としてのバンパーステイからなるバンパー構造体に関する。

乗用車やトラック等の自動車車体の前端（フロント）及び後端（リア）に設置されるバンパー内部には、補強部材としてバンパーリインフォースが設けられている。バンパーリインフォースは一般に荷重方向に略垂直に向く前壁と後壁、及びそれらを連結する上下壁を有する断面中空の部材であり、両端部を一対のバンパーステイにより支持され、各ステイは後端がサイドメンバ（フロント又はリア）の前端に固定されている。なかには、サイドメンバの前端にバンパーリインフォースが直接固定された車体もある。
なお、本件明細書において、バンパー構造体の場合は、車両のフロント側、リア側に関わらず、衝突面側を前とする。

下記特許文献１には、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の前後壁に穴を形成し、この穴に筒状のアルミニウム合金押出材からなるステイを嵌め入れ、ステイを電磁成形により拡管してバンパーリインフォースに固定したバンパー構造体が提案されている。この方法により、バンパーリインフォースとバンパーステイが強固に固定され、衝撃によって分離することがなく、高い剛性のバンパー構造体を得ることができる。
下記特許文献２には、アルミニウム合金押出材からなる第１部材の一対のフランジ壁に筒状のアルミニウム合金押出材からなる第２部材を挿入し、第２部材を電磁成形により拡管して第１部材に結合したフレーム構造体が提案されている。
下記特許文献３には、アルミニウム合金押出材からなる第１部材の後壁に穴を形成し、この穴に有底筒状のアルミニウム合金製ステイを嵌め入れ、かつ底を前壁に当接させ、第２部材を電磁成形により拡管して第１部材に結合したフレーム構造体が提案されている。

一方、このようなバンパー構造体（フレーム構造体でも同じ）に対し前方から衝突荷重が掛かると、バンパーリインフォース及びバンパーステイが座屈して衝突エネルギーを吸収するが、初期荷重が高く、座屈が開始すると急速に荷重（変形抵抗）が低下し、変位が拡大する。
これに対し、座屈開始後の荷重の急激な低下を防止し、吸収エネルギーを増加させるバンパー構造体として、下記特許文献４が提案されている。しかし、この方法では、バンパーリインフォースの全長にわたり余分のリブが必要なため、アルミニウム合金押出材を用いたとしても重量が増加し、また、特許文献４の図２のように対のリブが湾曲して接触した後、両リブの湾曲の頂点が前後にずれて肩すかし状になり、受け止め得る荷重が不安定になる場合があり得る。

特開２００４−２３７８１８号公報（図４，５） 特開２００２−１６００３２号公報 特願２００６−２４００５ 実用新案登録第２５６１０２４号公報

本発明は、従来のバンパー構造体に関する上記問題点に鑑みてなされたもので、電磁成形によりバンパーステイを拡管してバンパーリインフォースに固定したバンパー構造体において、座屈開始後の急速な荷重の低下を防止し、安定したエネルギー吸収が行えるようにすることを目的とする。また、バンパー構造体に限らず、衝突荷重が掛かる可能性がある他のフレーム構造体において、座屈開始後の急速な荷重（変形抵抗）の低下を防止し、安定したエネルギー吸収が行えるようにすることを目的とする。

本発明に係るバンパー構造体（請求項１）は、断面が中空の金属形材からなるバンパーリインフォースと、アルミニウム合金押出材からなり前記バンパーリインフォースの両端部に固定された筒状のバンパーステイにより構成される。バンパーリインフォースは前壁と後壁及びそれらを連結する上下壁からなる輪郭を有し、前壁及び後壁を貫通する穴が両端部に形成され、バンパーステイは軸方向が車体前後方向を向き、軸部がバンパーリインフォースの前記穴に嵌入し、電磁成形により軸部が拡管して前記穴の内周面に密着しかつ前記前壁と後壁の間で外径方向に張り出している。このバンパー構造体において、前記上下壁の断面構造は、前後方向の圧縮荷重により座屈するとき中空内部側に曲がるように設計され、バンパーステイの張り出した軸部の外周面が前記上下壁の内面に対向し、前記上下壁が座屈したとき前記軸部に当たるようになっている。
なお、バンパー構造体において前とは、車両のフロント側、リア側に関わらず、想定される荷重に面する側（衝突面側）を意味する。

上記バンパー構造体において、バンパーステイの軸部はバンパーリインフォースの後壁から後方側に突出し、その端部がサイドメンバーに固定される。このバンパーステイとして、一般に両端が開放した筒状のアルミニウム合金製バンパーステイを用いるが、一方が閉じ他端が開放した有底筒状のアルミニウム合金製バンパーステイを用いることもできる。後者の場合、有底筒の底を軸部の後端に位置させる。
このバンパー構造体において、バンパーステイの軸部の前端がバンパーリインフォースの前壁の穴から前方側に突出し、かつ放射方向に拡開していることが望ましい。

本発明に係る別のバンパー構造体（請求項４）は、断面が中空の金属形材からなるバンパーリインフォースと、アルミニウム合金製でバンパーリインフォースの両端部に固定された有底筒状のバンパーステイにより構成される。バンパーリインフォースは前壁と後壁及びそれらを連結する上下壁からなる輪郭を有し、後壁を貫通する穴が両端部に形成され、バンパーステイは軸方向が車体前後方向を向き、軸部がバンパーリインフォースの後壁の前記穴に嵌入し、底が前記前壁に当接し、電磁成形により軸部が拡管して前記穴の内周面に密着しかつ前記前壁と後壁の間で外径方向に張り出している。このバンパー構造体において、前記上下壁の断面構造は、前後方向の圧縮荷重により座屈するとき中空内部側に曲がるように設計され、前記バンパーステイの張り出した軸部の外周面が前記上下壁の内面に対向し、前記上下壁が座屈したとき前記軸部に当たるようになっている。
上記バンパー構造体において、バンパーステイの軸部はバンパーリインフォースの後壁から後方側に突出し、その端部がサイドメンバーに固定される。

以上のバンパー構造体において、バンパーリインフォースの後壁の穴の後方側に位置する前記バンパーステイの軸部は、少なくとも前記後壁の近傍において外径方向に張り出していることが望ましい。また、バンパーステイの後端が放射方向に拡開して（軸部の後端に有底筒の底が位置している場合を除く）、そこにサイドメンバーへの接合用フランジが形成されていてもよい。
なお、バンパーリインフォースの上下壁が、前後方向の圧縮荷重により座屈するとき中空内部側に曲がるようにするには、例えば、バンパーリインフォースの長手方向に垂直な断面において、上下壁の前後方向の中央部における幅方向の中心点が、上下壁の前後方向の端部の前後壁との連結部における幅方向の中心点を結ぶ直線より中空内部側に位置するように、バンパーリインフォースの断面構造を設計する。

本発明に係るフレーム構造体（請求項８）は、断面が中空の金属形材からなる第１部材と、アルミニウム合金製で前記第１部材に固定された筒状の第２部材により構成される。第１部材は前壁と後壁及びそれらを連結する一対の側壁からなる輪郭を有し、前壁及び後壁を貫通する穴が形成され、第２部材は軸方向が前後方向を向き、軸部が第１部材の前記穴に嵌入し、電磁成形により軸部が拡管して前記穴の内周面に密着しかつ前記前壁と後壁の間で外径方向に張り出している。このフレーム構造体において、前記両側壁の断面構造は、前後方向から付加された荷重により座屈するとき中空内部側に曲がるように設計され、前記第２部材の張り出した軸部の外周面が前記両側壁の内面に対向し、前記両側壁が座屈したとき前記軸部に当たるようになっている。
このフレーム構造体は、第２部材の軸部の前端が第１部材の前壁の穴から前方側に突出し、第２部材の軸部の後端が第１部材の後壁の穴から後方側に突出し、かついずれも放射方向に拡開していることが望ましい。
なお、フレーム構造体はバンパー構造体の上位概念である。また、フレーム構造体において、前とは想定される荷重に面する側（衝突面側）を意味する。

本発明に係る別のフレーム構造体（請求項１０）は、断面が中空の金属形材からなる第１部材と、アルミニウム合金製で前記第１部材に固定された有底筒状の第２部材により構成される。第１部材は前壁と後壁及びそれらを連結する一対の側壁からなる輪郭を有し、後壁を貫通する穴が形成され、第２部材は軸方向が前後方向を向き、軸部が第１部材後壁の前記穴に嵌入し、底が前記前壁に当接し、電磁成形により軸部が拡管して前記穴の内周面に密着しかつ前記前壁と後壁の間で外径方向に張り出している。このフレーム構造体において、前記両側壁の断面構造は、前後方向から付加された荷重により座屈するとき中空内部側に曲がるように設計され、前記第２部材の張り出した軸部の外周面が前記両側壁の内面に対向し、前記両側壁が座屈したとき前記軸部に当たるようになっている。
このフレーム構造体において、第２部材の軸部の後端が第１部材の後壁の穴から後方側に突出し、かつ放射方向に拡開していることが望ましい。
なお、本発明において金属形材とは、断面形状が長手方向に沿って実質的に同一な金属部材を意味し、単一の部材からなるもの及び複数の部材を接合一体化したものを含み、金属は合金を含む。本発明に適用し得る典型的な金属形材はアルミニウム合金押出材及び鋼製形材である。

本発明のバンパー構造体は、バンパーステイがバンパーリインフォースの中空内部に、軸線を想定される衝突荷重の方向に向けて配置され、かつ両者が電磁成形により強固に結合されているため、衝突時にバンパーステイとバンパーリインフォースが分離して（溶接やボルト締めの場合分離することがある）、バンパー構造体の荷重（変形抵抗）が急激に低下したり、座屈が急激に進行して変位が拡大するのが防止され、また軽量で剛性の高いバンパー構造体を得ることができる。
本発明のバンパー構造体によれば、衝突荷重によりバンパーリインフォースの上下壁が座屈して中空内部側に曲がると、前記上下壁の曲げの中央部がバンパーステイの張り出した軸部に当たり、続いて前記上下壁の座屈が進むにつれ該上下壁とバンパーステイの軸部との接触面積が増加していく。この上下壁と軸部の接触により、座屈開始後の急速な荷重（変形抵抗）の低下が防止され、かつ座屈が進み接触面積が増加するのに伴い逆に荷重が上昇し、これによりエネルギー吸収量が増加する。また、バンパーリインフォースの上下壁が曲げ変形するときの曲げの軸線とバンパーステイの軸部の軸線はほぼ直角に交叉しているため、曲げ変形した前記上下壁は前記軸部に必ず真っ向から当たって接触面積を増やし、その結果、バンパー構造体の荷重（変形抵抗）が不安定にならず、安定したエネルギー吸収が行われる。
以上の作用効果は本発明のフレーム構造体全てが奏し得る。

以下、図１〜図２０を参照して、本発明に係るフレーム構造体をより具体的に説明する。本発明に係るフレーム構造体には、自動車のバンパー構造体のほか、インパネリインフォース、クロスメンバー、サイドメンバー等の他のフレーム構造体、あるいは自動車以外のフレーム構造体も含まれる。
図１はバンパー構造体を示すもので、バンパーリインフォース１と、その傾斜した端部に固定されたバンパーステイ２からなる。なお、バンパー構造体の図示されていない左半部においても、バンパーリインフォース１の傾斜した他端部にバンパーステイが固定されている。

バンパーリインフォース１はアルミニウム合金押出材からなり、両端部が曲げ成形されて後方側に傾斜し、断面は略矩形でそれぞれ均一な板厚の前壁４と後壁５、及びそれらを連結する上壁６と下壁７からなる。図２に示すように、傾斜した端部に前壁４及び後壁５を貫通する穴８が形成されている。穴８を前後方向にみると円形である。図示しない車体に対しバンパー構造体を取り付けたとき、前壁４と後壁５は鉛直に配置される。
バンパーリインフォース１の上壁６と下壁７は、前後方向の中央部が中空内部に向けて屈曲し、くの字状になっている。図３に示すように、押出方向に垂直な断面において、上壁６（下壁７も同じ）の前後方向の中央部における幅方向の中心点１１が、上壁６の前後方向の端部の前後壁４，５との連結部における幅方向の中心点１２，１３を結ぶ直線１４より中空内部側に位置している。上下壁６，７はこのような断面構造を有しているため、矢印で示す前後方向の圧縮荷重Ｐが掛かって座屈するとき中空内部側（白抜き矢印参照）に曲がる。なお、この例では、上壁６の中央部における幅は２×ａ、前壁４との連結部における幅及び後壁５との連結部における幅は２×ｂである。

バンパーステイ２はアルミニウム合金押出材からなり、筒状でその軸方向が車体前後方向を向き、軸部がバンパーリインフォース１の前記穴８に嵌入している。さらに電磁成形により拡管して穴８の内周面に密着し、前壁４と後壁５の間で外径方向に張り出し（張出部１５）、軸部の前端が前壁４の穴８から前方側に突出して放射方向に拡開し（拡開部１６）、軸部の後方側が後壁５の穴８から後方側に突出して外径方向に等径で張り出し（突出軸部１７）、軸部の後端が放射方向に拡開してフランジ１８が形成されている。このフランジ１８は、図示しないサイドメンバーへの取付用である。
バンパーステイ２には、図２に示すように、円筒形のアルミニウム合金押出材を所定長さに切断した素材（ステイ素材２Ａ）が用いられる。ステイ素材２Ａの前端は、バンパーリインフォース１の端部の傾斜に合わせて斜めに切断されている。
このステイ素材２Ａを穴８に挿入し、軸部の前端を所定長さバンパーリインフォース１の前壁４から突出させ、軸部の後方側を後壁５から突出させて位置決めし（図２の仮想線参照）、電磁成形により拡管することにより、図１に示す形状に成形される。電磁成形自体は特許文献１，２に記載された公知の技術が用いられる。

このバンパー構造体において、バンパーステイ２はバンパーリインフォース１の中空内部に入り、前壁４及び後壁５に形成された穴８の内周面に密着し、前壁４と後壁５の間に張出部１５が形成されているため、バンパーリインフォース１に強固に固定され、強い衝突荷重が掛かっても両者が容易に分離することはない。また、バンパーリインフォース１の前壁４の前方側では拡開部１６が形成され、後壁５の後方側では突出軸部１７が張り出していることから、結局、前壁４は穴８の周囲において、バンパーステイ２の張出部１５と拡開部１６により両側から挟みつけられ、後壁５は穴８の周囲において、バンパーステイ２の張出部１５と突出軸部１７により両側から挟みつけられたかたちとなり、さらに強固な固定になっている。ただし、拡開部１６の形成及び突出軸部１７の張り出しは望ましいが必須ではない。

このバンパー構造体は、バンパーステイ２の張出部１５が外径方向に張り出し、一方、バンパーリインフォース１の上下壁６，７は中空内部側に屈曲し、上下壁６，７と張出部１５は近接した状態にある。このバンパー構造体に対し前方から衝突荷重が掛かり、その荷重が大きければ、バンパーステイ２の張出部１５及びバンパーリインフォース１の上下壁６，７が座屈する。このとき、上下壁６，７はバンパーリインフォース１の中空内部側に曲がり、張出部１５に当たって座屈開始後の急速な荷重（変形抵抗）の低下が防止され、さらに座屈が進むにつれて上下壁６，７と張出部１５の接触面積が増加し、逆に荷重が上昇する。これにより、高いエネルギー吸収量を得ることができる。

図４は、バンパーリインフォース１の断面形状の他の例を示すものであり、（ａ）は上下壁６，７が略円弧状に中空内部側に湾曲し、（ｂ）は上下壁６，７の中央部の外面側に凹溝６ａ，７ａが形成されてそこのみが薄肉とされ、（ｃ）は前後壁４，５を連結するリブ１９が形成されている。なお、（ｃ）の場合、バンパーリインフォース１に形成される穴８はリブ１９を貫通して形成され、電磁成形により拡管したバンパーステイ２の張出部１５はこのリブ１９に密着し、かつリブ１９の上下で外径方向に張り出す。（ｄ）は上下壁６，７の中央部に中空内部側に窪む小さい円弧状の凹溝６ｂ，７ｂが形成され、（ｅ）は上下壁６，７に中空内部側に窪む幅広の凹溝６ｃ，７ｃが形成され、（ｆ）は上下壁６，７の前後壁４，５との連結部（外面側）に大き目のＲからなるフィレット６ｄ，７ｄが形成されている。（ｆ）ではこのフィレット６ｄ，７ｄが形成されているため、右側の拡大図に示すように、上下壁６，７の前後方向の端部の前後壁４，５との連結部における幅方向の中心点１２が、バンパーリインフォース１の中空外部側にずれる。
上記（ａ）〜（ｆ）に示すバンパーリインフォース１の断面において、図３に示すように、上下壁６，７の前後方向の中央部における幅方向の中心点と、上下壁６，７の前後方向の端部の前後壁４，５との連結部における幅方向の中心点を結ぶ直線を作図すると、前記中心点は前記直線よりバンパーリインフォース１の中空内部側に位置している。従って、上下壁６，７は前後方向の圧縮荷重により座屈するとき、バンパーリインフォース１の中空内部側に曲がる。

図５〜１３は別のバンパー構造体を示す。以下、図１に示すバンパー構造体との相違点のみ説明する。
図５に示すバンパー構造体は、図１に示すバンパー構造体と比較すると、バンパーステイ２の突出軸部１７がバンパーリインフォース１の後壁５の近傍においてのみ外径方向に張り出して、リング状の張出部２１が形成されている点で異なる。バンパーリインフォース１の後壁５は、穴８の周囲においてバンパーステイ２の張出部１５と張出部２１により両側から挟みつけられたかたちとなる。
図６に示すバンパー構造体は、図１に示すバンパー構造体と比較すると、バンパーステイ２の突出軸部１７が外径方向に張り出していない点で異なる。

図７に示すバンパー構造体は、図１に示すバンパー構造体と比較すると、バンパーステイ２の前端の拡開部１６の形状が異なる。すなわち、後者ではバンパーステイ２の拡開部１６はほぼ平らになるまで拡開し、バンパーリインフォース１の前壁４に前方側から当接するかたちになっているが、前者ではバンパーステイ２の前端側において電磁成形の成形強度がやや弱く、バンパーステイ２の拡開部１６は朝顔状に拡開した状態である。しかし、前者の拡開部１６も後者の拡開部１６と同様の作用効果を奏する。
図８に示すバンパー構造体は、図１に示すバンパー構造体と比較すると、バンパーステイ２の突出軸部１７の後端にフランジが形成されていない点で異なる。

図９に示すバンパー構造体は、図１に示すバンパー構造体と比較すると、バンパーステイ２の突出軸部１７がバンパーリインフォース１の後壁５の近傍においてのみ外径方向に張り出して、リング状の張出部２２が形成され、かつ突出軸部１７の後端が閉じられている点で異なる。このようにバンパーステイ２が有底筒状をなし、底２３がバンパーステイ２の後端に位置する場合、前記底２３にボルト穴２４を形成し、サイドメンバー２５の前端に突出固定されたボルト２６に前記ボルト穴２４を通し、底２３をサイドメンバー２５の前端に当接させ、バンパーステイ２の前方開口から図示しないナット及び工具を矢印Ａ方向に挿入し、バンパーステイ２をサイドメンバー２５にボルト締結することができる。なお、サイドメンバー２５側にナットを固定し、バンパーステイ２の前方開口からボルト及び工具を矢印方向に挿入してボルト締結することもできる。
なお、このバンパー構造体の製造には、ステイ素材としてアルミニウム合金製の有底円筒体が用いられる。このステイ素材は、前記特許文献３にも記載されているように、インパクト鍛造により一体成形したり、押出パイプからなる軸部の端部に円形の板を溶接したり、鍛造又は絞り成形した浅いカップ状の部材を被せて溶接することにより形成できる。

図１０に示すバンパー構造体は、図１に示すバンパー構造体と比較すると、バンパーリインフォース１の前壁４に形成された穴８が円筒状の縁を有するバーリング穴である点で異なる。バンパーステイ２の前端は穴８の内周面に密着し、該内周面に沿って拡開（拡開部１６）している。この穴８はバーリング穴であるため、単なる打ち抜き穴のようなものに比べてバンパーステイ２の前端と穴８の内周面の接触面積が大きく、そのためバンパーステイ２の前端がバンパーリインフォース１の前壁４より前方に突出していなくても安定した固定が可能である。
図１１に示すバンパー構造体は、図１に示すバンパー構造体と比較すると、バンパーリインフォース１の断面形状自体が異なる。具体的には、前壁４の中央部に中空内部側に凹んだ段差部２７が形成され、この段差部２７に穴８が形成されている。バンパーステイ２の前端の拡開部１６が前記段差部２７内に収まり、バンパーリインフォース１の前壁４より前方に突出していない。
図１２に示すバンパー構造体は、図１に示すバンパー構造体と比較すると、バンパーリインフォース１の前壁４が厚く、そこに形成された穴８がすり鉢状（前方ほど径が大きい）に形成されている点で異なる。バンパーステイ２の前端が穴８の内周面に密着し、かつ穴８の内周面に沿って拡開（拡開部１６）しているが、拡開部１６が前記穴８内に収まり、バンパーリインフォース１の前壁４より前方に突出していない。
図１０〜１２に示すバンパー構造体では、バンパーリインフォース１の前面を平坦に保つことができ、必要に応じてここに他部材を密着配置することが可能となる。

図１３に示すバンパー構造体は、図１に示すバンパー構造体と比較すると、バンパーリインフォース１の前壁４に穴８が形成されていない点、及びバンパーステイ２が有底筒状をなし、底２８がバンパーリインフォース１の前壁４の内面に当接している点で異なる。
このバンパー構造体の製造には、ステイ素材としてアルミニウム合金製の有底円筒体（一端に底を有し他端が開放した円筒体）が用いられる。このステイ素材は、前記特許文献３にも記載されているように、インパクト鍛造により一体成形したり、押出パイプからなる軸部の端部に円形の板を溶接したり、鍛造又は絞り成形した浅いカップ状の部材を被せることにより形成できる。このバンパー構造体の製造にあたっては、ステイ素材をバンパーリインフォース１の後壁５に形成した穴８から挿入して底を前壁４の内面に当接させ、電磁成形により拡管する。

このバンパー構造体において、バンパーステイ２はバンパーリインフォース１の中空内部に入り、底２８が前壁４の内面に当接し、軸部が後壁５に形成された穴８の内周面に密着し、底２８と後壁５の間に張出部１５が形成されているため、バンパーリインフォース１に強固に固定されている。また、後壁５の後方側では突出軸部１７が張り出していることから、結局、後壁５は穴８の周囲において、バンパーステイ２の張出部１５と突出軸部１７により両側から挟みつけられたかたちとなり、さらに強固な固定になっている。

このバンパー構造体も、図１に示すバンパー構造体と同様の作用効果を奏する。さらに、バンパーリインフォース１の前壁４に大きい穴を形成する必要がないため、バンパーリインフォース１の強度を低下させず、かつバンパーリインフォース１の前壁４の前面を平坦に保つことができ、必要に応じてここに他部材を密着配置することが可能となる。
なお、バンパーステイ２とバンパーリインフォース１の固定をより強固に行うため、必要に応じてバンパーステイ２の底２８にボルト穴を形成し、バンパーリインフォース１の前壁４の対応箇所にもボルト穴を形成し、底２８と前壁４をボルト締めすることもできる。

図１４はフレーム構造体を示すもので、フレーム構造の主体である第１部材３１と、第１部材３１に固定された第２部材３２からなる。なお、フレーム構造体の図示されていない部分にも、適宜間隔で第２部材３２が第１部材３１に固定され、第１部材３１を補強している。
第１部材３１はアルミニウム合金押出材からなり、図１に示すバンパー構造体のバンパーリインフォース１と同じ断面形状を有し、前壁３４と後壁３５、及びそれらを連結する側壁３６，３７からなり、前壁３４と後壁３５を貫通する円形の穴３８（図１５参照）が形成されている。
第２部材３２はアルミニウム合金押出材からなり、筒状でその軸方向が前後方向（前後壁３４，３５に垂直）を向き、軸部が第１部材３１の前記穴３８に嵌入している。さらに電磁成形により拡管して穴３８の内周面に密着し、前壁３４と後壁３５の間で外径方向に張り出し（張出部４５）、軸部の前端が前壁３４の穴３８から前方側に突出して放射方向に拡開し（拡開部４６）、軸部の後端が後壁３５の穴３８から後方側に突出して放射方向に拡開している（拡開部４７）。

第２部材３２には、図１５に示すように、円筒形のアルミニウム合金押出材を所定長さに切断した素材（軸素材３２Ａ）が用いられる。
この軸素材３２Ａを穴３８に挿入し、軸部の前端を所定長さ第１部材３１の前壁３４から突出させ、軸部の後端を後壁３５から突出させて位置決めし（図１５の仮想線参照）、電磁成形により拡管することにより、図１４に示す形状に成形される。電磁成形自体は特許文献１，２に記載された公知の技術が用いられる。

第２部材３２は第１部材３１を補強するものであり、この第２部材３２も、図１に示すバンパー構造体のバンパーステイ２と同様に、第１部材３１に強固に固定されている。なお、図１に示すバンパー構造体のバンパーステイ２に関して述べたと同様に、拡開部４６，４７の形成は必須ではない。
このフレーム構造体の作用は図１に示すバンパー構造体と同じである。すなわち前後方向に衝突荷重が掛かり、第２部材３２の張出部４５及び第１部材３１の上下壁３６，３７が座屈すると、上下壁３６，３７は第１部材３１の中空内部側に曲がって張出部４５に当たり、図１に示すバンパー構造体に関して説明したと同様に、座屈開始後の急速な荷重（変形抵抗）の低下を防止する。さらに座屈が進むにつれて上下壁３６，３７と張出部４５の接触面積が増加し、逆に荷重が上昇する。
なお、第１部材３１は、バンパー構造体のバンパーリインフォース１と同様に、他の断面形状（図４，１１，１２参照）を取り得る。また、図１０〜１２に示すバンパー構造体におけると同様に、第２部材３２は拡開部４６が前壁３４から前方に突出せず、又は／及び拡開部４７が後壁３５から後方に突出しない形態をとり得る。

図１６に示すフレーム構造体は、図１４に示すフレーム構造体と比較すると、第１部材３１の前壁３４に穴３８が形成されていない点、及び第２部材３２が有底筒状をなし、底４８が第１部材３１の前壁３４の内面に当接している点で異なる。第２部材３２のための軸素材としてはアルミニウム合金製の有底円筒体が用いられ、これは図１３に示すバンパー構造体に用いたステイ素材と同様に形成できる。
このフレーム構造体の製造にあたっては、軸素材を第１部材３１の後壁３５に形成した穴３８から挿入して底を前壁３４の内面に当接させ、電磁成形により拡管する。

このフレーム構造体において、第２部材３２は第１部材３１の中空内部に入り、底４８が前壁３４の内面に当接し、軸部が後壁３５に形成された穴３８の内周面に密着し、底４８と後壁３５の間に張出部４５が形成されているため、第１部材３１に強固に固定されている。また、第２部材３２の軸部の後端が後壁３５の穴３８から後方側に突出して放射方向に拡開し（拡開部４７）、後壁３５は穴３８の周囲において、第２部材３２の張出部４５と拡開部４７により両側から挟みつけられたかたちとなり、さらに強固な固定になっている。

このフレーム構造体も、図１４に示すフレーム構造体と同様の作用効果を奏する。さらに、第１部材３１の前壁３４に大きい穴を形成する必要がないため、第１部材３２の強度を低下させず、かつ第１部材３１の前壁３４の前面を平坦に保つことができ、必要に応じてここに他部材を密着配置することが可能となる。
なお、第２部材３２と第１部材３１の固定をより強固に行うため、必要に応じて第２部材３２の底４８にボルト穴を形成し、第１部材３１の前壁３４の対応箇所にもボルト穴を形成し、底４８と前壁３４をボルト締めすることもできる。

図１７に別のバンパー構造体を示す。このバンパー構造体は、第１部材に相当するバンパーリインフォース１の傾斜した端部に、第２部材に相当するものとしてバンパーステイではなく軸部材５２を固定して補強したものである。このバンパー構造体は、サイドメンバーの前端に直接バンパーリインフォースが固定される場合に用い得る。
軸部材５２はアルミニウム合金押出材からなり、筒状でその軸方向が車体前後方向を向き、軸部がバンパーリインフォース１の穴８（図２参照）に嵌入している。さらに電磁成形により拡管して穴８の内周面に密着し、前壁４と後壁５の間で外径方向に張り出し（張出部５５）、軸部の前端が前壁４の穴８から前方側に突出して放射方向に拡開し（拡開部５６）、軸部の後端が後壁５の穴８から後方側に突出して放射方向に拡開している（拡開部５７）。

このバンパー構造体におけるバンパーリインフォース１と軸部材５２の配置関係を、図１４に示すフレーム構造体と比較すると、後者では第２部材３２の軸方向が第１部材３１の前後壁３４，３５に対して垂直に配置されているが、前者では軸部材５２の軸方向が車体前後方向（バンパーリインフォース１の前後壁４，５に対して傾斜）に配置されている点のみで異なる。
なお、軸部材５２によるバンパーリインフォース１の補強は、傾斜した端部だけでなく、中央直線部でも適宜行い得る。また、図１６に示すフレーム構造体のように、有底筒状の軸部材で補強することもできる。

以上説明したバンパー構造体（フレーム構造体）において、バンパーリインフォース１（第１部材３１）の中空内部空間の、バンパーステイ２（第２部材３２）の張出部１５（張出部４５）の周囲に樹脂を充填することができる。この樹脂は、張出部１５（張出部４５）の全周に充填してもよいし、張出部１５（張出部４５）とバンパーリインフォース１（第１部材３１）の上下壁６，７（上下壁３６，３７）の間のみに充填してもよい。樹脂としては、ポリプロピレン等公知の発泡樹脂が使用できる。
図１８はバンパーリインフォース１の中空内部空間に樹脂５８を充填したバンパー構造体を示すもので、バンパーリインフォース１とバンパーステイ２からなる基本構造は図１３に示すバンパー構造体と同一である。このバンパー構造体では、バンパーリインフォース１の前後壁４，５間の張出部１５の全周囲に樹脂５８が充填され、この樹脂は衝突時にバンパーリインフォース１の座屈に伴って圧縮され、これにより衝突時のエネルギー吸収量が増加する。また、張出部１５とバンパーリインフォース１の上下壁６，７の間に充填された樹脂５８は、衝突時に屈曲する上下壁６，７と張出部１５の間に挟まれて圧縮され、衝突エネルギーを吸収するとともに、座屈開始後の急速な荷重（変形抵抗）の低下をいっそう防止する。なお、先にも述べたように、このような樹脂の充填を他の（図１３に示すもの以外の）バンパー構造体及びフレーム構造体に適用することができる。

図１９，２０に、本発明に係るバンパー構造体に用いられるバンパーリインフォースの他の例を示す。
図１９に示すバンパーリインフォース６１は、鋼板を曲げ成形した２つのＣチャンネル材６２，６３を溶接接合して一体化した鋼製中空形材からなり、Ｃチャンネル材６２の開口部内側にＣチャンネル材６３の開口部が挿入され、長手方向に沿って連続的に又は断続的に溶接接合（溶接部を矢印Ａ，Ｂで示す）されている。バンパーリインフォース６１の断面は略矩形で、前壁６４と後壁６５、及びそれらを連結する上壁６６と下壁６７からなる。端部に前壁６４及び後壁６５を貫通する円形の穴６８が形成されている。
バンパーリインフォース６１の上壁６６と下壁６７は、バンパーリインフォース１と同様の形態で、前後方向の中央部が中空内部に向けて屈曲し、くの字状になっている。

図２０に示すバンパーリインフォース７１は、鋼板を曲げ成形したハット型形材７２と鋼板７３を溶接接合して一体化した鋼製中空形材からなり、ハット型形材７２のフランジ部が鋼板７３の両端部に密着し、長手方向に沿って複数箇所スポット溶接（溶接部をＣで示す）されている。バンパーリインフォース７１の断面は略矩形で、前壁７４と後壁７５、及びそれらを連結する上壁７６と下壁７７からなる。端部に前壁７４及び後壁７５を貫通する円形の穴７８が形成されている。
バンパーリインフォース７１の上壁７６と下壁７７は、バンパーリインフォース１と同様の形態で、前後方向の中央部が中空内部に向けて屈曲し、くの字状になっている。
これらのバンパーリインフォース６１，７１は、バンパーリインフォース１と同様の形態で、バンパー構造体の一部として用いられる。なお、有底筒状のバンパーステイ（図１３参照）を用いる場合は、それぞれの前壁６４，７４に穴６８，６８を形成しない。
また、同様の鋼製中空形材を、第１部材３１と同様の形態で、フレーム構造体の一部として用いることができる。

本発明に係るバンパー構造体の平面断面図（ａ）及びそのＩ−Ｉ矢視側面図（ｂ）である。 そのバンパー構造体の製造方法を説明する平面断面図である。 そのバンパー構造体におけるバンパーリインフォースの座屈機構を説明する模式図である。 本発明に係るバンパー構造体におけるバンパーリインフォースの他の断面形状を示す図である。 本発明に係る別のバンパー構造体の平面断面図である。 本発明に係る別のバンパー構造体の平面断面図である。 本発明に係る別のバンパー構造体の平面断面図である。 本発明に係る別のバンパー構造体の平面断面図である。 本発明に係る別のバンパー構造体の平面断面図である。 本発明に係る別のバンパー構造体の一部断面側面図である。 本発明に係る別のバンパー構造体の一部断面側面図である。 本発明に係る別のバンパー構造体の一部断面側面図である。 本発明に係る別のバンパー構造体の平面断面図（ａ）及びそのＩＩ−ＩＩ矢視側面図（ｂ）である。 本発明に係るフレーム構造体の平面断面図（ａ）及びそのＩＩＩ−ＩＩＩ矢視側面図（ｂ）である。 そのフレーム構造体の製造方法を説明する平面断面図である。 本発明に係る別のフレーム構造体の平面断面図（ａ）、そのＩＶ−ＩＶ矢視側面図（ｂ）である。 本発明に係る別のバンパー構造体の平面断面図である。 本発明に係る別のバンパー構造体の平面断面図（ａ）及びそのＶ−Ｖ矢視側面図（ｂ）である。 本発明に係る別のバンパーリインフォースの斜視図である。 本発明に係る別のバンパーリインフォースの斜視図である。

符号の説明

１，６１，７１ バンパーリインフォース
２ バンパーステイ
４，６４，７４ 前壁
５，６４，７５ 後壁
６，６６，７６ 上壁
７，６７，７７ 下壁
８，６８，７８ 前壁及び後壁に形成された穴
１５ 張出部
１６ 拡開部
１７ 突出軸部
１８ フランジ

Claims (12)

1. 断面が中空の金属形材からなるバンパーリインフォースと、アルミニウム合金製で前記バンパーリインフォースの両端部に固定された筒状のバンパーステイにより構成され、前記バンパーリインフォースは前壁と後壁及びそれらを連結する上下壁からなる輪郭を有し、前壁及び後壁を貫通する穴が両端部に形成され、前記バンパーステイは軸方向が車体前後方向を向き、軸部が前記バンパーリインフォースの前記穴に嵌入し、電磁成形により軸部が拡管して前記穴の内周面に密着しかつ前記前壁と後壁の間で外径方向に張り出してなるバンパー構造体において、前記上下壁の断面構造は、前後方向の圧縮荷重により座屈するとき中空内部側に曲がるように設計され、前記バンパーステイの張り出した軸部の外周面が前記上下壁の内面に対向し、前記上下壁が座屈したとき前記軸部に当たることを特徴とするバンパー構造体。
2. 前記バンパーステイが有底筒状のアルミニウム合金製で、その底が軸部の後端に位置していることを特徴とする請求項１に記載されたバンパー構造体。
3. 前記バンパーステイの軸部の前端が前記バンパーリインフォースの前壁の穴から前方側に突出し、かつ放射方向に拡開していることを特徴とする請求項１又は２に記載されたバンパー構造体。
4. 断面が中空の金属形材からなるバンパーリインフォースと、アルミニウム合金製で前記バンパーリインフォースの両端部に固定された有底筒状のバンパーステイにより構成され、前記バンパーリインフォースは前壁と後壁及びそれらを連結する上下壁からなる輪郭を有し、後壁を貫通する穴が両端部に形成され、前記バンパーステイは軸方向が車体前後方向を向き、軸部が前記バンパーリインフォースの後壁の前記穴に嵌入し、底が前記前壁に当接し、電磁成形により軸部が拡管して前記穴の内周面に密着しかつ前記底と後壁の間で外径方向に張り出してなるバンパー構造体において、前記上下壁の断面構造は、前後方向の圧縮荷重により座屈するとき中空内部側に曲がるように設計され、前記バンパーステイの張り出した軸部の外周面が前記上下壁の内面に対向し、前記上下壁が座屈したとき前記軸部に当たることを特徴とするバンパー構造体。
5. 前記バンパーリインフォースの後壁の穴の後方側に位置する前記バンパーステイの軸部は、少なくとも前記後壁の近傍において外径方向に張り出していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載されたバンパー構造体。
6. 前記バンパーステイの軸部の後端が放射方向に拡開してサイドメンバーへの接合用フランジが形成されていることを特徴とする請求項１，３〜５のいずれかに記載されたバンパー構造体。
7. 前記バンパーリインフォースの長手方向に垂直な断面において、前記上下壁の前後方向の中央部における幅方向の中心点が、前記上下壁の前後方向の端部の前記前後壁との連結部における幅方向の中心点を結ぶ直線より中空内部側に位置していることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載されたバンパー構造体。
8. 断面が中空の金属形材からなる第１部材と、アルミニウム合金製で前記第１部材に固定された筒状の第２部材により構成され、前記第１部材は前壁と後壁及びそれらを連結する一対の側壁からなる輪郭を有し、前壁及び後壁を貫通する穴が形成され、前記第２部材は軸方向が前後方向を向き、軸部が前記第１部材の前記穴に嵌入し、電磁成形により軸部が拡管して前記穴の内周面に密着しかつ前記前壁と後壁の間で外径方向に張り出してなるフレーム構造体において、前記両側壁の断面構造は、前後方向の圧縮荷重により座屈するとき中空内部側に曲がるように設計され、前記第２部材の張り出した軸部の外周面が前記両側壁の内面に対向し、前記両側壁が座屈したとき前記軸部に当たることを特徴とするフレーム構造体。
9. 前記第２部材の軸部の前端が前記第１部材の前壁の穴から前方側に突出し、かつ放射方向に拡開していることを特徴とする請求項８に記載されたフレーム構造体。
10. 断面が中空の金属形材からなる第１部材と、アルミニウム合金製で前記第１部材に固定された有底筒状の第２部材により構成され、前記第１部材は前壁と後壁及びそれらを連結する一対の側壁からなる輪郭を有し、後壁を貫通する穴が形成され、前記第２部材は軸方向が前後方向を向き、軸部が前記第１部材後壁の前記穴に嵌入し、底が前記前壁に当接し、電磁成形により軸部が拡管して前記穴の内周面に密着しかつ前記前壁と後壁の間で外径方向に張り出したフレーム構造体において、前記両側壁の断面構造は、前後方向の圧縮荷重により座屈するとき中空内部側に曲がるように設計され、前記第２部材の張り出した軸部の外周面が前記両側壁の内面に対向し、前記両側壁が座屈したとき前記軸部に当たるように構成されていることを特徴とするフレーム構造体。
11. 前記第２部材の軸部の後端が前記第１部材の後壁の穴から後方側に突出し、かつ放射方向に拡開していることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載されたフレーム構造体。
12. 前記第１部材の長手方向に垂直な断面において、前記両側壁の前後方向の中央部における幅方向の中心点が、前記両側壁の前後方向の端部の前記前後壁との連結部における幅方向の中心点を結ぶ直線より中空内部側に位置していることを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載されたフレーム構造体。

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