JP2008503382A - 非一様な横断面を有する車両バンパビーム - Google Patents

Abstract

車両用バンパは中空管状ビームを含み、かつ2つのサイドレール取付部および該サイドレール取付部の間に配置してそれらと連続して形成した1つの正面衝突部を有する。該正面衝突部は1つの初期衝突領域および2つの付加的変形領域を含み、該初期衝突領域は該付加的変形領域の間に配置されている。該初期衝突領域はほぼ平坦な上面および底面を有し、該各付加的変形領域はほぼ凸状の上面および底面を有する。

Description

発明の分野
本発明は、一般的に自動車用のバンパビーム、特に自動車用の中空管状バンパビームに関する。

発明の背景
自動車は、典型的にバンパおよびファシア、すなわち自動車の外観および／または空気力学を改良するためにバンパを覆うように設置してある覆いを含む。車両のバンパは、低速度での衝突のエネルギーを吸収して車両のバンパ以外の部分への損傷を回避するように設計されている。したがって、そのような衝突の場合には、バンパとファシアだけの交換を要し、それによって修理費を低減する。ファシアとバンパの間の空間には、典型的にはフォームが充填されている。

低速度、例えば時速5マイルの衝突において、バンパは所与のエネルギー量を吸収することが期待されている。吸収されるべきエネルギー量(e)は、車両の質量(m)と速度(v)によって定義され、式e=(0.5)(m)(v²)に従う。したがって、所与の車両の所与の速度におけるテストでは、吸収されるエネルギーが(その車両を停止させる間に)一定となるであろう。バンパによって吸収されるエネルギーは、車両がテスト障害物に接触した後で停止に至るまでに移動し続ける距離である「ストローク」(s)と、車両を停止させる間に加えられる力(F)との関数であり、式e=(F)(s)に従う。それゆえ、より大きな力とより短いストロークはより小さな力とより長いストロークと同じエネルギー吸収に対応することができる。しかしながら、力が大き過ぎる場合には、過剰なエネルギーが車両のフレームに伝達され、結果としてフレームを損傷させる。そして、ストロークが大き過ぎる場合には、車両のバンパ以外の部分を損傷させることがある。このように、力とストロークは釣り合わされる必要があり、車両の製造業者は所与の車両に適したストロークと力の双方に関する基準を設定している。これらの要件を、ここでは「性能要件」と呼ぶ。

バンパの性能に影響を及ぼすことのある一要因は、バンパビームに沿ったいろいろな点における面積の慣性モーメント(I_A)である。この面積の慣性モーメントは、構造部材の剛性と強度の測度である。特定タイプの所与量の材料に関して、所与位置における面積の慣性モーメントは、その地点における構造の断面形状の関数である。中実の矩形の断面に垂直に加えられた力に関しては、I_A=(a³×b)/12である。ただし、aは力が加えられる方向への矩形の奥行、bは力が加えられる方向に垂直な方向への矩形の高さである。中実の円筒に関しては、I_A=(π×r⁴)/4である。ただしrは半径である。そして、中空の円筒に関しては、I_A=(π×(a⁴−b⁴))/4である。ただしaは外面の半径、bは内面の半径である。より複雑な形状に関しては、計算がより複雑になる。より高い面積の慣性モーメントは、より大きな曲げ抵抗に対応する。

バンパは、性能要件を満たすことに加えて「レイアウト要件」を満たすことも必要である。換言すれば、バンパは車両のサイドレールに確実に取り付け得る必要があり、サイドレールの位置および構成は車両毎に変化することがある。そのうえ、バンパはサイドレールの両端部の間で、車両のファシアの背後かつ下方に適合する必要があるので、バンパの寸法には制限が課せられる。加えて、車両の製造業者は、バンパに関して重量要件およびコスト要件を設定することもある。

慣習的に、バンパは圧延成形、すなわち成形ローラを用いることによる金属成形によって製造されてきた。バンパを形成するためにローラ成形法を用いる際には、板状金属を所望の形状に曲げた後、長手方向のエッジ同士を溶着する。ローラ成形法によって製造されるバンパは、連続した板状金属から形成され、連続した通常は湾曲した管としてその製造工程を離れ、その管はその後に適当な大きさの部分に切断される。したがって、バンパを製造するためにローラ成形法を用いると、典型的にその結果としてバンパはほぼ一定の曲率半径になる。つまり、管を通り抜ける概念的な重心経路の曲率半径は一定になる。ただし、その概念的な重心経路は、バンパ要素上の任意の位置において切断された垂直断面図の任意の中心点が存在する経路として定義される。加えて、ローラ成形だけで、更なる製造工程がない場合には、一定の断面を有するバンパを製造するのが一般的である。このような一定の曲率半径と一定の断面とを有することは、バンパの設計に制限を課す。結果として、ローラ成形によるバンパは、最新の自動車の性能要件および／またはレイアウト要件に適応するために必要とされる設計柔軟性を必ずしも持っているとは限らない。

McKeonらの米国特許第6,349,521号（特許文献１）は、前壁と後壁とが異なる半径の弓状の中央部を含んでいるという点で、一定でない断面を有した液圧成形バンパビームを開示している。この種の構造は、エネルギー吸収性は高いが曲り易い中央部を有するバンパビームを製造すると言われている。

しかしながら、車両の構造上の損傷を引き起こすことなく低速度衝突時のエネルギーを吸収するために、バンパの能力を最適化するように形成された衝突領域を有するバンパビームが必要となっている。

米国特許第6,349,521号

発明の概要
一つの局面において、本発明は、長手方向に湾曲した中空の管状ビームを含む車両バンパを目的としている。該ビームは、2つのサイドレール取付部および該サイドレール取付部の間に配置されてそれらと連続して形成された1つの正面衝突部を有している。正面衝突部は、1つの初期衝突領域および2つの付加的変形領域を含み、初期衝突領域は付加的変形領域の間に配置されている。初期衝突領域は、ほぼ平坦な上面および底面を有し、付加的変形領域はほぼ凸状の上面および底面をそれぞれに有している。

初期衝突領域の上面および付加的変形領域の上面は、正面衝突部の単一の連続した上面をそれぞれに含むのが好ましい。初期衝突領域の底面および付加的変形領域の底面は、正面衝突部の単一の連続した底面の領域をそれぞれに含むのが好ましい。正面衝突部の上面および底面は、初期衝突領域におけるほぼ平坦な状態から付加的変形領域におけるほぼ凸状である状態へと徐々に先細にするのが好ましい。バンパは、前面の少なくとも正面衝突部に沿って延在する補強溝を含む該前面を有してもよい。

バンパの初期衝突領域は衝突方向に対する最小面積の慣性モーメントを有し、各付加的変形領域は衝突方向に対する最大面積の慣性モーメントをそれぞれに有し、このとき、初期衝突領域の最小面積の慣性モーメントが各付加的変形領域の最大面積の慣性モーメントよりも大きい。

好ましい態様において、中心点を有するバンパのビームはその中心点を通る概念的な重心経路を有し、正面衝突部は衝突方向に対する面積の慣性モーメントを有し、この面積の慣性モーメントは、中心点に対応する位置で最大量を有し、サイドレール取付部に隣接する付加的変形領域の端部で最小量を有し、このとき、面積の慣性モーメントが、中心点に対応する位置から付加的変形領域の両端部へとほぼ連続して減少する。

バンパのビームは、好ましくは超高強度鋼管からなり、好ましくは一定の周辺長の外面を有する。管状ビームを通り抜ける概念的な重心経路は、一定でない曲率半径を衝突方向に有してもよい。

もう一つの局面において、本発明は長手方向に左右対称であり長手方向に湾曲した中空の管状ビームを含む車両用バンパを目的としており、管状ビームは、第一端部および第二端部ならびに上面および底面を有している。上面および底面は、第一端部および第二端部に対するバンパの中央部に配置されたほぼ平坦な領域をそれぞれに有している。上面および底面も、第一端部と中央部との間に設けられたほぼ凸状の第一領域、および第二端部と中央部との間に設けられたほぼ凸状の第二領域をそれぞれに有している。上面のほぼ凸状の第一領域および第二領域は、上面のほぼ平坦な領域へ行くにしたがって徐々に先細になってもよく、底面のほぼ凸状の第一領域および第二領域は、底面のほぼ平坦な領域へ行くにしたがって徐々に先細になってもよい。

発明の詳細な説明
図1〜4を参照すると、本発明の好ましい態様に係るバンパ10を示してある。バンパ10は長手方向に湾曲した中空の管状ビーム12を含み、このビーム12は、ほぼ14で示す2つのサイドレール取付部と、ほぼ16で示す1つの正面衝突部を有している。正面衝突部16は両サイドレール取付部14の間に配置し、サイドレール取付部と連続させて形成してある。バンパ10は、車両に取り付けられた際に、ファシア50の背後に配置され、ファシア50によって覆われる(図4に示すように)。好ましくは、サイドレール取付部14は管状ビーム12の端部17に配置されている。

正面衝突部16は、1つの初期衝突領域18および2つの付加的変形領域20を含んでいる。初期衝突領域18は両付加的変形領域20の間の中央に配置してあり、初期衝突領域18は、ファシア50の背後に存在するゆえに間接的であるとしても、正面衝突において障害物に接触するバンパの最初の部分となる。付加的変形領域20は、サイドレール取付部14と初期衝突領域18との間に配置してあり、衝突の間に車両が前方へ移動し続けるにつれて、付加的変形領域20は変形してエネルギーを吸収し、ついには全エネルギーを吸収して車両が停止するに至る。

バンパ10は好ましくはハイドロフォーミング法によって、丸い溶接鋼管から形成するのが好ましい。さらに、その溶接鋼管は、電気抵抗溶接(ERW)によって製造するのがより好ましい。その管は、超高強度鋼(UHSS)で構成するのが好ましく、特別な態様における管は100mmの外径と1.0〜2.0mmの厚みを有している。管は、液圧成形のために用いる金型内に、必要であれば嵌るように曲げて配置し、その後に上述した形状に液圧成形する。ハイドロフォーミング法は、下記においてより詳細に説明する。

図5を参照すると、バンパ10は概念的な重心経路22を有しており、この概念的な重心経路22は、バンパの任意の位置で切断した鉛直断面の任意の中心点24が位置する経路として定義される。鉛直断面図のそのような中心点は、例示的な中心点24a〜24lと全体的な中心点26によって図示してあり、それらは0.1mの間隔で離してある。正面衝突部16は、概念的な重心経路22の全体的な中心点26を中心とする。

バンパ10は、概念的な重心経路22に沿って長手方向に対称であるのが好ましく、この理由で、中心点26から概念的な重心経路22に沿って長手方向に延びるバンパ10の2つの半体は、互いに鏡像になっている。バンパの個々の鉛直断面図が対称でないことは認識されよう。

図示する具体的な態様においては、図5において最も良好に見ることができるように、概念的な重心経路22に沿って測定した正面衝突部16の長さは約0.8mである。図示する具体的な態様においては、概念的な重心経路22に沿って測定した初期衝突領域18の長さは約0.1mであり、各付加的変形領域20の長さは約0.35mである。もちろん、当業者であれば、上記の寸法が一つの好ましい態様を代表するにすぎないこと、そして異なった寸法のその他の多くの態様もなお本発明の範囲内に入ることを理解するであろう。寸法のこのような採用は、例えば、バンパ10をいろいろなサイズおよびタイプの車両に適合させるために必要となるかもしれない。

図5に見ることができかつ上に説明したように、バンパ10は長手方向に対称であるのが好ましい。図5は、0.1mの間隔で切断したバンパ10の断面の位置を示している。バンパ10は長手方向に対称であるので、表示する断面図はバンパ10の一方の長手半体に沿って切断してある。断面図は、中心点24a〜24fおよび全体的な中心点26を通る垂直断面図であり、概念的な重心経路とはそれとの交点において直角をなしている。断面図は、バンパ10の形状を例示するため、図6〜12に示してある。図13はバンパ10の開放端部の形状を示している。図6〜10は対称な正面衝突部16の半分の断面図であり、このとき、図6が全体的な中心点26を通る断面図であって初期衝突領域の好ましい態様の形状を示し、図7〜10が付加的変形領域20の好ましい態様の形状を示している。

図11〜13は、サイドレール取付部14の好ましい態様の形状を示している。サイドレール取付部14の形状および構成は、おおむね、サイドレールの位置やファシアの形状など、バンパ10を取り付けることになっている車両のレイアウトによって決定される。そのうえ、サイドレール取付部14は例えば30度角の衝突におけるそれら自体の性能要件を有し、それらの形状はこれらの性能要件を満たすべき必要性によっても影響を受ける。

初期衝突領域18(図6)において、上面30は30aによって表し、底面32は32aによって表してある。付加的変形領域20(図7〜10)において、上面30は30bによって表し、底面32は32bによって表してある。バンパ10のサイドレール取付部14(図11〜13)は、上面30cおよび底面32cをそれぞれ有している。

バンパ10の好ましい態様において、前面41は上隆起部42と下隆起部44を有し、それらの間に補強溝45を画定するように長手方向に延在している。補強溝45は、前面41の少なくとも正面衝突部16に沿って延在しているのが好ましい。補強溝45は前面41の剛性を増加させ、それによって衝突時の望ましくない座屈を防止すると考えられる。

また、背面43が、背面43を上面30に接続する上曲線エッジ46および背面43を底面32に接続する下曲線エッジ47を有していることが好ましい。好ましくは、背面の上曲線エッジ46と下曲線エッジ47はバンパ10の全長に沿って延在している。初期衝突領域18(図6)において、上曲線エッジ46は46aで表してあり、下曲線エッジ47は47aで表してある。付加的変形領域20(図7〜10)において、上曲線エッジ46は46bで表してあり、下曲線エッジ47は47bで表してある。バンパ10のサイドレール取付部14(図11〜13)は、上曲線エッジ46cと下曲線エッジ47cを有している。サイドレール取付部14はまた、背面43に形成した窪み49を有している。窪み49は、サイドレール取付部14の断面積を減少させるために材料を「吸収」し、これによってレイアウト要件を満足させることに役立てるために利用してもよい。

特に図6を参照すると、初期衝突領域18の上面30aおよび底面32aがほぼ平坦であることがわかる。認識されていることであるが、障害物との正面衝突時に上面30aおよび底面32aは凸状に座屈する傾向があり、そのため、上面30aと底面32aは、初期衝突領域における望ましくないその座屈を防止して、それにより低速正面衝突時のバンパの性能を改善するのに役立つ。

図7〜10を参照すると、凸状領域46および凸状領域48によって図示してあるように、付加的変形領域20の上面30bおよび底面32bがほぼ凸状であることを見ることができる。明らかになっていることであるが、付加的変形領域20における正面衝突時の座屈の形態は凹状になる傾向がある。したがって、凸状の上面30bおよび凸状の底面32bを提供することは、凹状の座屈に抵抗することに役立ち、ここでもまた、バンパ10の性能を改善する。

図3を参照すると、初期衝突領域18の上面30aおよび付加的変形領域20の上面30bが、正面衝突部16の連続した単一の上面30の領域をそれぞれに含んでいることを見ることができる。同様に、初期衝突領域18の底面32aおよび付加的変形領域20の底面32bが、正面衝突部16の連続した単一の底面32の領域をそれぞれに含んでいる。好ましくは、正面衝突部16の上面30および底面32は、初期衝突領域18でのほぼ平坦である状態から、付加的変形領域20でのほぼ凸状である状態へと、徐々に先細にしている。

上記のように、バンパの面積の慣性モーメントもバンパの性能に影響を与える。好ましい態様において、矢印Aで示す衝突方向に対する初期衝突領域18の最小面積の慣性モーメントは、同様に衝突方向Aに対する各付加的変形領域20の最大面積の慣性モーメントよりも大きい。好ましくは、衝突方向に対する正面衝突部16の面積の慣性モーメントは、概念的な重心経路22の全体的な中心点26に対応する位置で最大量を有し、サイドレール取付部14に隣接する付加的変形領域20の端部、すなわち概ね点24jと24cの辺りに位置する端部で最小量を有する。特に好ましい態様において、正面衝突部16の面積の慣性モーメントは、中心点26に対応する位置での最大量から、付加的変形領域20の点24jおよび24cの辺りに位置する両端部での最小量まで、ほぼ連続して減少する。面積の慣性モーメントは正面衝突部16から付加的変形領域20を介して端部の点24jおよび24cまで完全に連続して減少する必要がないこと、ならびにバンパにはもっと内側に位置する部分の面積の慣性モーメントよりも若干高い面積の慣性モーメントの部分が存在する可能性があることは認識されよう。面積の慣性モーメントが全体的な中心点26から両端部の点24jおよび24cまでほぼ連続して減少することは、正面衝突部16に関することであって、全体としてのバンパ10に関することではないということも、当業者は認識しよう。このように、サイドレール取付部14は、正面衝突部16の端部の点24jおよび24cにおける面積の慣性モーメントよりも大きな面積の慣性モーメントの部分を有することができ、正面衝突部16に対する最大面積の慣性モーメントよりも大きな面積の慣性モーメントの部分さえも有することができる。サイドレール取付部14の所与の部分に対する特定の面積の慣性モーメントは、例えば30度角衝突における性能要件およびサイドレール取付部14が取り付けられる車両のレイアウト要件によって影響を受ける。

初期衝突領域18の剛性を増加させて初期衝突領域18における座屈を防止し、その一方でバンパビームに沿う応力分布をより良くするために、付加的変形領域20における剛性を減少させることは好ましい。初期衝突領域18には一定量の剛性が必要とされている反面、付加的変形領域20が高すぎる剛性を有することで曲げ抵抗が高すぎる場合には、より高い応力集中が結果としてバンパに対して望ましくない座屈をより受け易くすることがある。この理由から、バンパ10は衝突方向Aに対する面積の慣性モーメント、すなわち、上述したように初期衝突領域18で最大となり、付加的変形領域20で減少する面積の慣性モーメントを有するのが好ましい。バンパ10上のいろいろな位置における面積の慣性モーメントに関する特定値は、バンパ10の正確な形状および構成に依存する。最適な構成は、バンパが取り付けられる車両の重量ならびに製造業者によって設定されたストロークおよび力の要件によって影響を受ける。上述の面積の慣性モーメント特性を有するバンパを提供するためには、任意の数の構成を本発明の範囲を逸脱することなく利用してもよいことが当業者に認識されよう。

バンパ10の平面図である図5を参照すると、概念的な重心経路22が長手方向に一定でない曲率半径を衝突方向Aに有していることを見ることができる。単なる例として、曲率半径の明白な変化を点24bおよび24kにおいて認めることができ、より微妙な変化をも概念的な重心経路22に沿って認めることができる。この一定でない曲率半径は、バンパ10を製造するUHSSでできた中空の管状ビーム12にハイドロフォーミング法を利用することによって可能になる。

再び図6〜13を参照すると、前面41の上隆起部42が下隆起部44よりも更に外方に突出していることを見ることができる。図4を参照すると、そのような構成はバンパ10と車両のファシア50との位置合わせを可能とすることに利点がある。これにより、バンパ10およびファシア50を車両に取り付ける場合に、正面衝突部16の前面41の外面がファシア50の内面52から最小の空間で位置するようになる。特に、ファシア50が取り付けられている車両に対してファシア50が下方かつ内方に傾斜している場合には、対応する下隆起部44よりも更に突出している上隆起部42を利用すると、バンパ10がファシア50の内面52の形状に更にぴったりと追従する。このことは、ファシア50が極めて低い速度で衝突した時に変形するので、ファシア50の移動距離を減少させ、この種の衝突からファシア50が損傷する危険性を減少させる。例えば、平列駐車の場合に自動車の正面を軽くぶつけたとき、ファシア50は、より剛性の大きなバンパ10に接触する前にはひびが入るか永久に窪むほどは変形せず、ファシア50を交換または修理する必要、あるいは見苦しいひび割れまたは窪みを我慢する必要がないようにする。

図6〜13のそれぞれには幾つかの寸法を示してある。特に、各図はほぼD_A、D_BおよびD_Cとして表してある3つの水平奥行と、ほぼH_A、H_BおよびH_Cで表してある3つの垂直高さを示している。奥行と高さのそれぞれは、それが対応する数字によっても区別してあり、これにより、D_6Aは図6に対応する奥行D_Aとなり、D_7Aは図7に対応する奥行D_A等となる。参照を容易にするため、「水平」とは図4と図6に示す衝突方向Aに平行な方向を指し、「垂直」とは衝突方向Aに垂直な方向を指す。

高さH_6A〜H_13Aのそれぞれは、概ね上面30が曲がり始めて上隆起部42となる位置と底面32が曲がり始めて下隆起部44となる位置との間で、ほぼ補強溝43の背後に存在する位置におけるバンパ10の垂直高さである；すなわち、高さH_13Aは補強溝45のエッジを通り抜ける。付加的変形領域20(図7〜10)に関して、高さH_7B〜H_10Bのそれぞれは、凸状領域46および48との間で測定したバンパ10の垂直高さであり、一方、初期衝突領域18(図6)に関して、高さH_6Bは、付加的変形領域20の上面30bおよび底面32bの凸状領域46および48の位置にほぼ対応する位置におけるバンパ10の垂直高さである。高さH_11B〜H_13B(図11〜13)も、付加的変形領域20の凸状領域46および48の位置にほぼ対応する位置におけるバンパ10の垂直高さである。各高さH_Cは、背面43の上曲線エッジ46および下曲線エッジ47の直前の位置におけるバンパ10の垂直高さである。

奥行D_6A〜D_13Aのそれぞれは、上隆起部42と背面43との間で測定した水平奥行である。奥行D_6B〜D_10Bのそれぞれは、補強溝45と背面43との間で測定した水平奥行であり、一方、奥行D_11B〜D_13Bのそれぞれは、補強溝45と背面43の一部である背面窪み49との間で測定した水平奥行である。奥行D_6C〜D_13Cのそれぞれは、下隆起部44と背面43との間で測定した水平奥行である。

全ての奥行D_A、D_BおよびD_Cならびに全ての高さH_A、H_BおよびH_Cは、バンパ10の外面に対して測定してある。下の表は、バンパ10の特別な態様の適用可能な寸法を説明しており、それらの寸法は中心点26で始まり、概念的な重心経路22に沿って0.1mの増分で外方へ移っている。寸法は、mmの10分の1未満を四捨五入してある。

（表１）例示的な態様の寸法

上述の態様において、バンパ10は約319mmの周辺長を有している。この周辺長は、ハイドロフォーミング法の実施中における材料の僅かな変形による軽度な変化が存在することがあるとしても、バンパ10の長さ方向に沿って実質的に一定であるのが好ましい。

上記の寸法はもっぱらただ一つの好ましい態様を代表する典型的なものであり、異なった寸法を有するその他の多くの態様も特許請求の範囲に定義してあるような本発明の範囲に入ることが、当業者に認識されよう。

上述したように、バンパ10はハイドロフォーミング法によって形成するのが好ましい。液圧成形は当技術分野において周知であるが、以下、限定することなく簡単に説明する。実質的な円形断面を維持しかつ初期の周辺長を実質的に維持しながら、先ず、必要であれば管状のブランクを長手方向に湾曲させて所望の最終部品の形状に近似した形状にする。その後に、ブランクを二部分組合せ式の金型内に配置し、これらの金型半体同士を合わせる。ブランクの両端を密閉し、流体を密閉した部分の一方から流し込み、ブランクの内部に十分な圧力を加える。これにより、ブランクの外面が金型のキャビティの内面と同じになる。その後に、圧力を解除し、流体を抜き、金型半体同士を分離することにより、完成品を取り出すことができる。参照を容易にするため、ハイドロフォーミング法は、全てがCudiniに属する米国特許第4,567,743号、再発行特許第RE33,990号および特許第4,829,803号に開示されている。

超高強度鋼(UHSS)を液圧成形するためには、鋼管の亀裂を回避するための特別な手順が必要となっている。UHSSの伸度は低いので、UHSS管の内部に圧力を掛けないでUHSSを変形させようとする場合に導入される冷間加工の結果として、UHSS管は割れ易い。特に、内部の圧力が無い場合または内部の圧力が十分でない場合にUHSS管を2つの金型半体の間で変形させると、管は両凹断面形状を呈し、高応力の凹状領域において割れ易いだろう。このため、初期に加圧しないで変形させることは避けるべきである。しかしながら、同時に、圧力が高過ぎる場合には、管の壁が金型半体同士の間の開領域内に膨張するか、または破裂する可能性があり、双方の場合に結果的に欠陥品となる。

図14a、14bおよび14cは、UHSS管を液圧成形するための好ましい方法を示している。特に、第1半体102aと第2半体102bを含む金型100を、それぞれ、UHSS管200を変形させるために用いる。管200は、金型の第2半体102bが接触する時点またはその前、すなわち、圧縮を受け始める時点またはその前に加圧すべきである。このことは、初期圧力をP₁として表して図14aに示してある。その後に、管200内の圧力を、図14bに示すように、金型100を閉じるにつれて徐々に増加させることが可能となり、そこには、P₁よりも大きな中間圧力P₂が存在する。金型100を閉じるにつれて、圧力を最終圧力P₃に向けて徐々に増加させ続ける。この結果、図14cに示すように金型100を完全に閉じると、管200内の圧力が最終圧力P₃に至り、該管200が所望の形状を呈し、液圧成形工程が完了する。当然ながら、P₃はP₂およびP₁のいずれよりも大きい。

金型100を閉じるにつれて、管200内の圧力は増加する。この圧力の増加は、もっぱら金型100を閉じるときの管200の形状の変化による。特に、管200の容積は、図14aに示すように管200の断面図が円形であるときに最大値を有し、管を変形させるにつれてその最大値から減少する。管200内に含めた流体の量が一定に留まる場合、または流体の量が管200の内部容積の減少速度よりも少ない速度で減少する場合に、管200内の圧力は増加する。圧力の増加がP₁からP₂を介してP₃へと所望の漸進速度で生じるように圧力の増加を制御するばかりでなく、最終圧力P₃を制御するためには、管200からの流体の流出速度を変化させることができる制御リリーフ弁を用いるのが好ましい。所望の圧力の増加を達成するためには、制御リリーフ弁を通る液体の流出速度を、金型100を閉じるにつれて減少させる。または、一定の流出速度を有するリリーフ弁を用いて、金型半体102aと金型半体102bを合わせる時の速度を変化させることにより、圧力を所望の速度で増加させることも可能である。

適切な初期圧力P₁を提供するとともに、金型100が閉じるにつれて圧力を最終圧力P₃まで徐々に増加させることにより、管200は、金型100が管200の上に閉じるにつれて金型に直接流し込まれる。金型100を閉じた時点で最終圧力P₃に到達し、金型100が一旦閉じれば、変形工程を完了させるために圧力を更に増加させる必要は全くないことを認識すべきである。しかしながら、任意であるが、例えば物品を取り付けるための内部支持を提供するために、管200内の圧力は金型100が閉じた後に更に増加させてもよい。このような穴は、成形が完了した後で管200をなお加圧している間に、金型100内に取り付けられかつ金型キャビティすなわち管200内に前進するパンチ(図示しない)を用いて開けるのが典型的である。

適切な初期圧力P₁、最終圧力P₃および圧力増加速度は、形成される管の大きさと使用されている材料の厚みとに依存する。ここに記載した具体的な態様、すなわち、1.0〜2.0mmの厚みを有する100mm径のUHSS管200では、管200内の初期圧力P₁は約1000〜2000psiとし、最終圧力P₃は約5000〜6000psiとすべきである。管200が1.0mmに近い厚みを有している場合に、初期圧力P₁は1000psiの近くとし、最終圧力P₃は5000psiの近くとすべきであることを当業者は認識するであろう。同様に、管200が2.0mmに近い厚みを有している場合に、初期圧力P₁は2000psiの近くとし、最終圧力P₃は6000psiの近くとすべきである。そのうえ、ここに記載した具体的な態様を参照すると、金型半体102aと金型半体102bとは、図14aに示すように、管200と最初に接触する位置では約53mm離れていて、約1〜2秒かけて図14cに示すような完全に閉じた位置まで移動する。

管200内の圧力は、フープ応力として知られ、管200に加えられる応力を生じさせる。上記方法におけるフープ応力は、その目的が管の材料を伸ばすというよりも曲げるということにあるので、いつでも、液圧成形する超高強度鋼の降伏限度以下であるべきであるということを、強調すべきである。

好ましくは、バンパ10を形成する際に管を何らかの必要に応じて予め曲げることは、回転延伸ベンダを用いる心金法を用いて遂行する。または、管の周辺長を減少させるかもしれないとしても、減少する周辺長を考慮した設計許容量を必要とする延伸ベンダを用いてもよい。

その他の多くの変更や修正を上述の態様や方法に本発明の範囲を逸脱することなく行うことができ、このような全ての変更や修正を添付の特許請求の範囲内に含むことを意図していることは認識されよう。

図面の簡単な説明
本発明に係るバンパの態様の正面斜視図である。 本発明に係るバンパの態様の背面斜視図である。 本発明に係るバンパの態様の正面図である。 本発明に係るバンパの態様の中心点から見た、車両のファシアの断面と整合させた断面図である。 本発明に係るバンパの態様の平面図である。 図5の線6−6から見た、本発明に係るバンパの態様の断面図である。 図5の線7−7から見た、本発明に係るバンパの態様の断面図である。 図5の線8−8から見た、本発明に係るバンパの態様の断面図である。 図5の線9−9から見た、本発明に係るバンパの態様の断面図である。 図5の線10−10から見た、本発明に係るバンパの態様の断面図である。 図5の線11−11から見た、本発明に係るバンパの態様の断面図である。 図5の線12−12から見た、本発明に係るバンパの態様の断面図である。 本発明に係るバンパの態様の端面図である。 図ａは、加圧した円形のUHSS管を内部に配置してある、開いた位置にある液圧成形用金型の断面図である。図ｂは、加圧し部分的に変形させたUHSS管を内部に配置してある、部分的に閉じた位置にある液圧成形用金型の断面図である。図ｃは、加圧し十分に変形させたUHSS管を内部に配置してある、完全に閉じた位置にある液圧成形用金型の断面図である。

Claims (14)

1. 2つのサイドレール取付部および該サイドレール取付部の間に配置されてそれらと連続して形成される正面衝突部を有する長手方向に湾曲した中空の管状ビームを含み、該正面衝突部は初期衝突領域および2つの付加的変形領域を含み、該初期衝突領域は該付加的変形領域の間に配置され、
   該初期衝突領域は上面および底面を有し、該初期衝突領域の該上面および該底面はほぼ平坦であり、
   該付加的変形領域はそれぞれ上面および底面を有し、該付加的変形領域の該上面および該底面はほぼ凸状である、車両用のバンパ。
2. 初期衝突領域の上面および付加的変形領域の上面がそれぞれ正面衝突部の単一の連続した上面の領域を含み、
   該初期衝突領域の底面および該付加的変形領域の底面がそれぞれ該正面衝突部の単一の連続した底面の領域を含み、
   該正面衝突部の該上面および該底面が該初期衝突領域におけるほぼ平坦な状態から該付加的変形領域におけるほぼ凸状である状態へと徐々に先細にする、請求項1記載のバンパ。
3. バンパが前面を有し、該前面が少なくとも正面衝突部の該前面に沿って延在する補強溝を含む、請求項2記載のバンパ。
4. バンパが衝突方向を有し、初期衝突領域が該衝突方向に対する最小面積の慣性モーメントを有し、付加的変形領域がそれぞれ該衝突方向に対する最大面積の慣性モーメントを有し、
   該初期衝突領域の該最小面積の慣性モーメントが該付加的変形領域のそれぞれの該最大面積の慣性モーメントよりも大きい、請求項3記載のバンパ。
5. バンパが衝突方向を有し、管状ビームがその中を通る概念的な重心経路を有し、該概念的な重心経路は左右対称であり、かつ中心点を有し、
   正面衝突部が、該中心点に対応する位置で最大量を有し、サイドレール取付部に隣接する付加的変形領域の端部で最小量を有する、該衝突方向に対する面積の慣性モーメントを有し、
   該正面衝突部の面積の慣性モーメントが該中心点に対応する位置から該付加的変形領域の両端部までほぼ連続して減少する、請求項3記載のバンパ。
6. ビームが超高強度鋼からなる、請求項5記載のバンパ。
7. ハイドロフォーミング法によって形成される、請求項6記載のバンパ。
8. ビームが実質的に一定である周辺長を有する外面を有する、請求項6記載のバンパ。
9. バンパが衝突方向を有し、管状ビームがその中を通る概念的な重心経路を有し、該概念的な重心経路が一定でない曲率半径を該衝突方向に有する、請求項1記載のバンパ。
10. 第一端部および第二端部を有する長手方向に左右対称であり長手方向に湾曲した中空の管状ビームを含む車両用のバンパであって、該管状ビームは上面および底面を有し、該上面および該底面は、該第一端部および該第二端部に関連して該バンパの中央部に配置するほぼ平坦な領域をそれぞれに有し、該上面および該底面は、該第一端部と該中央部との間に配置するほぼ凸状の第一領域および該第二端部と該中央部との間に配置するほぼ凸状の第二領域をそれぞれに有する、バンパ。
11. バンパが前面を有し、該前面がほぼ平坦な領域ならびにほぼ凸状の第一領域および第二領域の位置に相当する該前面の少なくとも一部分に沿って延在する補強溝を含む、請求項10記載のバンパ。
12. 上面のほぼ凸状の第一領域および第二領域が該上面のほぼ平坦な領域へ行くにしたがって徐々に先細になり、
    底面のほぼ凸状の第一領域および第二領域が該底面のほぼ平坦な領域へ行くにしたがって徐々に先細になる、請求項10記載のバンパ。
13. 2つのサイドレール取付部および該サイドレール取付部の間に配置されそれらと連続して形成される正面衝突部を有する長手方向に湾曲した中空の管状ビームを含み、
    該バンパは衝突方向を有し、かつ該管状ビームはその中を通る概念的な重心経路を有し、該概念的な重心経路は左右対称であり、かつ中心点を有し、
    該正面衝突部は、該中心点に対応する位置で最大量を有し、該サイドレール取付部に隣接する該付加的変形領域の端部で最小量を有する該衝突方向に対する面積の慣性モーメントを有し、
    該正面衝突部の該面積の慣性モーメントは該中心点に対応する位置から該付加的変形領域の両端部までほぼ連続して減少する、車両用のバンパ。
14. バンパが前面を有し、該前面が少なくとも正面衝突部の該前面に沿って延在する補強溝を含む、請求項13記載のバンパ。

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