JP2009073447A - バンパ - Google Patents

Abstract

【課題】
自動車など車両の低速衝突時にエアバッグの展開を抑制し、高速衝突時には必要なエネルギー吸収量を確保する、自動車用として特に好適なバンパを提供する。
【解決手段】
車体幅方向に設置されるレインフォースと、該レインフォースを覆うように設けられる表皮部材とを有するバンパであって、前記レインフォースは車体前方に向かって前記表皮部材に接しない高さで突出しているリブを有し、前記表皮部材は車体後方に向かって前記レインフォースに接する高さで突出しているリブを有し、前記レインフォースのリブと前記表皮部材のリブとは、車体幅方向に関して互いに異なる位置に配置されており、かつ、前記表皮部材を構成する材料が、前記レインフォースを構成する材料に比べて低剛性材料であることを特徴とするバンパ。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車など車両のエアバッグが必要とされない低速衝突時にエアバッグの展開を抑制し、エアバッグが必要な高速衝突時には十分なエネルギー吸収量を確保することができる、自動車用として好適なバンパに関する。

従来、船や電車、自動車外板部材など、耐衝撃性を必要とする部材には金属部材が用いられるケースがほとんどであったが、重量が重い、加工が困難などの点から樹脂材料への置き換えが検討されてきた。また、樹脂は使い方によって、鉄に比べて衝撃エネルギーを、より効率的に吸収することも可能であるため、近年では自動車外板部材や自動車構造部材などへの採用が増加している。特に近年では、自動車の歩行者保護性能が法規化されつつあり、自動車外板部材への樹脂の適用はさらに加速するものと考えられる。

自動車のバンパにおいて、衝撃エネルギーを吸収する樹脂部品の構造としては、筒状リブや格子状リブが知られており、たとえば特許文献１に、樹脂部材とその後方に設置された筒状リブによって衝撃吸収性能を向上させたバンパが、特許文献２には、樹脂部材とその後方に設置された格子状リブが記載されている。しかし、エアバッグシステムは衝突時の衝突荷重の大小によって作動しており、エアバッグの展開が必要ない低速衝突時には、バンパで衝突エネルギーを吸収し、エアバッグセンサが搭載されている車体中央部に配置された部品（例：フードロックサポート）まで衝突荷重が伝わらないようにして、誤ってエアバッグが展開しないようにする必要がある。しかしながら、これら特許文献１、２に記載の衝撃エネルギー吸収構造を備えた自動車用バンパでは、バンパでは衝突エネルギーを吸収できず、バンパ後方のエアバッグセンサまで衝突荷重が伝わってしまうことによって、エアバッグが必要とされない自動車の低速衝突時にもエアバッグが展開してしまうという点で課題が残る。

特許文献３では、圧縮変形による圧縮エネルギー吸収材と、座屈変形による座屈エネルギー吸収体とを備えることによって、簡単な構成の衝突エネルギー吸収材により、衝突エネルギーを効率的に吸収することが可能となっている。また、座屈エネルギー吸収体は金属材料あるいは発泡倍率２０倍以下の高密度発泡体、圧縮エネルギー吸収体は合成ゴムあるいは発泡倍率２〜６０倍の発泡成形体と記載されており、座屈エネルギー吸収体は、圧縮エネルギー吸収体に比べて剛性および強度が高いものと考えられる。２種類の材料を組み合わせるという手法は、衝突エネルギーを吸収する方法として有効なものの、圧縮エネルギー吸収体よりも剛性および強度が高い座屈エネルギー吸収体と、座屈エネルギー吸収体よりも剛性および強度が高いと考えられる立脚座が、一体となっているため、衝突初期段階で、バンパ表面に加わった衝突荷重が座屈エネルギー吸収体と立脚座を介してバンパ補強材まで伝わってしまい、結果的に、車体中央部に配置されたエアバッグセンサに大きな衝突荷重が伝わり、エアバッグが展開してしまう可能性がある。

特許文献４では、自動車用バンパの表皮部材とレインフォースメントとの間に設けるエネルギー吸収リブの構造に工夫を凝らし、衝突時にはリブを所期の狙い通りに変形させて、安定したエネルギー吸収性能が得られるようにするもので、具体的には表皮部材の裏面に設けられた突部がエネルギー吸収リブの前端部と係合することで、衝突荷重が表皮部材からリブに対して適正かつ確実に入力し、このリブの変形によって吸収するものが記載されている。このパンパは、表皮部材裏面に高さが低く、表皮部材の肉厚の１／３程度の、エネルギー吸収リブを曲げ変形させるための突部を有し、表皮部材とレインフォースメントとの間には車体幅全幅わたって間隙を有している。そのため、低速で衝突した際、表皮部材とレインフォースとの間の間隙で表皮部材が曲げ変形するものの、表皮部材裏面の突部によるエネルギー吸収効果は実質的に認められず、低速衝突時においても表皮部材がレインフォースと係合することではじめてエネルギーが実質的に吸収される。そのため、表皮部材がレインフォースと係合する時に、バンパと衝突物との間に、高い衝突荷重が発生することになり、低速衝突時にも車体中央部のエアバッグセンサに大きな荷重が伝わり、エアバッグシステムが展開してしまう恐れがある。
特開平９−２４０３９３号公報 特開２００６−２１６０１号 特開２００５−２１４２４２号公報 特許第３９１５４３３号公報

本発明の目的は、エアバッグが必要とされない自動車の低速衝突時にエアバッグの展開を抑制し、エアバッグが必要な高速衝突時には十分なエネルギー吸収量を確保することが可能な、自動車用として特に好適なバンパを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明は、以下のいずれかの構成を有する。
（１）車体幅方向に設置されるレインフォースと、該レインフォースを覆うように設けられる表皮部材とを有するバンパであって、前記レインフォースは車体前方に向かって前記表皮部材に接しない高さで突出しているリブを有し、前記表皮部材は車体後方に向かって前記レインフォースに接する高さで突出しているリブを有し、前記レインフォースのリブと前記表皮部材のリブとは、車体幅方向に関して互いに異なる位置に配置されており、かつ、前記表皮部材を構成する材料が、前記レインフォースを構成する材料に比べて低剛性材料であることを特徴とするバンパ。
（２）車体幅方向に設置されるレインフォースと、該レインフォースを覆うように設けられる表皮部材とを有するバンパであって、前記レインフォースは車体後方に向かって前記表皮部材に接しない高さで突出しているリブを有し、前記表皮部材は車体前方に向かって前記レインフォースに接する高さで突出しているリブを有し、前記レインフォースのリブと前記表皮部材のリブとは、車体幅方向に関して互いに異なる位置に配置されており、かつ、前記表皮部材を構成する材料が、前記レインフォースを構成する材料に比べて低剛性材料であることを特徴とするバンパ。
（３）前記レインフォースのリブおよび前記表皮部材のリブの少なくとも一方が管状あるいは格子状であることを特徴とする、前記（１）または（２）に記載のバンパ。
（４）前記表皮部材を構成する材料は、熱可塑性樹脂（Ａ）および反応性官能基を有する樹脂（Ｂ）を配合してなり、下記（Ｉ）および（ＩＩ）の関係を満足する熱可塑性樹脂組成物であることを特徴とする、前記（１）〜（３）のいずれかに記載のバンパ。
（Ｉ）引張試験における引張降伏伸度以降において、引張速度Ｖ１、Ｖ２の時の引張弾性率をＥ（Ｖ１）、Ｅ（Ｖ２）とすると、Ｖ１＜Ｖ２のとき、Ｅ（Ｖ１）＞Ｅ（Ｖ２）
（ＩＩ）引張試験における引張降伏伸度以降において、引張伸度εにおけるＶ１、Ｖ２の時の応力をσ（Ｖ１、ε）、σ（Ｖ２、ε）とすると、Ｖ１＜Ｖ２のとき、σ（Ｖ１、ε）＞σ（Ｖ２、ε）
なお、本発明において管状とは、中実部材ではなく、中空部を有するものをいい、断面形状は限定されるものではない。すなわち、断面形状は、四角形だけでなく、三角形、五角形などの多角形、さらにはそれらの角が丸くなっているようなものや、円、楕円なども含む。

本発明において格子状とは、自動車の車体幅方向と高さ方向に、すき間を空けてリブを組んだものをいう。

本発明によれば、以下に説明するとおり、従来の自動車用バンパに比べて、自動車など車両のエアバッグが必要とされない低速衝突時にエアバッグの展開を抑制することができ、エアバッグが必要な高速衝突時には十分なエネルギー吸収量を確保することができる、自動車用として特に好適なバンパを得ることができる。

本発明のバンパは、たとえば自動車に装着されるものであって、車体幅方向に設置されるレインフォースとそれを覆うように設けられる表皮部材を有し、レインフォースを構成する材料に比べて低剛性材料からなる表皮部材が、レインフォースに向かって（すなわち、フロントバンパの場合は車体後方に、リアバンパの場合は車体前方に向かって）、該レインフォースに接する高さのリブを有し、レインフォースが表皮部材に向かって（すなわち、フロントバンパの場合は車体前方に、リアバンパの場合は車体後方に向かって）前記表皮部材に接しない高さで突出しているリブを有している。これにより、低速で衝突した際には、まず表皮部材（リブ含む）が変形し、衝突エネルギーを吸収する。表皮部材がレインフォースを構成する材料に比べて低剛性材料からなることによって、低速衝突時には表皮部材だけが座屈変形および曲げ変形をし、衝突荷重が大きくならない。そのため、エアバッグシステムが誤作動することを防ぐことができる。一方、高速衝突時には、まず表皮部材が変形するが、表皮部材は低剛性材料から構成されているため、衝突エネルギーを全て吸収することができず、表皮部材は大きく座屈変形および曲げ変形をし、レインフォースにも衝突荷重が加わる。そのため、エアバッグシステムは正常に作動する。また、レインフォースは高剛性材料から構成されているため、高速衝突時にはリブが座屈変形・曲げ変形および逐次破壊することによって、十分なエネルギー吸収量を確保することができる。

以下に、本発明の実施の形態について図を参照しながら説明する。

本発明のバンパは、主として、車体幅方向に設置されるレインフォースと、該レインフォースを覆うように設けられる表皮部材とから構成される。

これらレインフォースおよび表皮部材を構成する材料は、好ましくは樹脂組成物である。かかる樹脂組成物を構成する樹脂は特に限定されないが、好ましくは熱可塑性樹脂である。熱可塑性樹脂を使用することで、溶融成形が可能となり、生産性を向上させることができる。好ましい熱可塑性樹脂の例としては、ポリプロピレン、スチレン、ナイロン、ポリエステル、ポリカーボネイト、ポリアセタール、ポリウレタンなどが挙げられ、これらはポリマーアロイとして使用することもできる。

但し、本発明において、表皮部材とレインフォースは異なる材料で構成する。すなわち、表皮部材をレインフォースに比べて低剛性材料で構成する。例えば、レインフォースを構成する樹脂としてナイロン、表皮部材を構成する樹脂としてポリプロピレンやポリウレタンなどを用いる。中でも、レインフォースを構成する樹脂としてナイロンを用い、表皮部材を構成する樹脂として、熱可塑性樹脂（Ａ）および反応性官能基を有する樹脂（Ｂ）を配合してなり、下記（Ｉ）および（ＩＩ）の特徴を有する熱可塑性樹脂組成物を用いることが好ましい。
（Ｉ）引張試験における引張降伏伸度以降において、引張速度Ｖ１、Ｖ２の時の引張弾性率をＥ（Ｖ１）、Ｅ（Ｖ２）とすると、Ｖ１＜Ｖ２のとき、Ｅ（Ｖ１）＞Ｅ（Ｖ２）（ＩＩ）引張試験における引張降伏伸度以降において、引張伸度εにおけるＶ１、Ｖ２の時の応力をσ（Ｖ１、ε）、σ（Ｖ２、ε）とすると、Ｖ１＜Ｖ２のとき、σ（Ｖ１、ε）＞σ（Ｖ２、ε）。

一般的にプラスチックの引張特性は「プラスチックの機械的性質」（成澤郁夫著、株式会社シグマ出版）等の文献に記載されているように、引張速度（衝突速度）が大きくなるほど、引張弾性率および降伏点は大きくなるため強度に優れ、引張破断伸びは低下する。しかしながら、上記（I）（II）に記載の熱可塑性樹脂組成物では、引張速度（衝突速度）が大きくなるほど引張弾性率および降伏点は小さくなり、引張破断伸度は増大するため、通常の使用条件では強度に優れ、衝突時等の急激な変形の際には、靭性に優れた材料となる。そのため、上記（I）（II）に記載の熱可塑性樹脂組成物をバンパの表皮部材を構成する樹脂材料として用いれば、衝突時等の急激な変形の際には靭性に優れた材料となるため、衝突時には表皮部材が変形することでエネルギーをさらに吸収し、衝突荷重がエアバッグセンサを搭載している車体中央部にまでさらに伝わりにくくなる。

なお、上記（I）および（II）の特徴を有する熱可塑性樹脂組成物としては、特開２００６−０８９７０１号公報に示された熱可塑性樹脂組成物が挙げられる。この熱可塑性樹脂組成物は、二軸押出機のスクリュー長さをＬ、スクリュー直径をＤとすると、Ｌ／Ｄ＞４５の二軸押出機を使用して熱可塑性樹脂（Ａ）と反応性官能基を有する樹脂（Ｂ）とを溶融混練することによって製造され、下記（ａ）または（ｂ）のどちらかに示す構造が形成されていることを特徴とする。

（ａ）（Ａ）または（Ｂ）の一方が連続相、もう一方が分散相を形成し、さらにこれらの連続相および分散相中に平均粒子径３００ｎｍ以下の微粒子が存在し、断面に占める分散相と連続相との面積比が４０／６０〜６０／４０である構造
（ｂ）（Ａ）および（Ｂ）ともに連続相を形成し、さらにこれらの両連続相中に平均粒子径３００ｎｍ以下の微粒子が存在し、断面に占める両連続相の面積比が４０／６０〜６０／４０である構造
ここで、熱可塑性樹脂（Ａ）はポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリアセタール樹脂、スチレン系樹脂から選ばれる少なくとも１種以上である熱可塑性樹脂組成物であり、反応性官能基を有する樹脂（Ｂ）は反応性官能基を有するゴム質重合体である熱可塑性樹脂組成物である。また、反応性官能基は、エポキシ基、酸無水物基、オキサゾリン基から選ばれる少なくとも１種以上の官能基である。

かかる熱可塑性樹脂（Ａ）と反応性官能基を有する樹脂（Ｂ）との配合比は重量比で９５／５〜５／９５であることが好ましい。

また、Ｅ（Ｖ１）、Ｅ（Ｖ２）およびσ（Ｖ１、ε）、σ（Ｖ２、ε）は、ＡＳＴＭ Ｄ−６３８−９６規格に明記された引張試験の方法に従って測定される。なお、Ｅは応力―ひずみ曲線の初期直線部分の勾配を示し、σは引張伸度εにおける応力を示す。

上記レインフォースおよび表皮部材を構成する樹脂には強化繊維としてはたとえばガラス繊維や炭素繊維が混合されることが好ましい。樹脂組成物には、難燃剤、着色剤、耐候剤などの添加剤を加えることもでき、かかる樹脂組成物から射出成形によってバンパを成形することが望ましい。

図１〜５は、本発明の一実施形態を示す自動車用フロントバンパを示す図であり、それぞれにおいて、（ａ）が車体の水平方向の断面図、（ｂ）が斜視図、（ｃ）部品図を示す。表皮部材は湾曲形成されており、表皮部材の車体後方にレインフォースが設けられている。また、図１に示すように、自動車車体の左右方向を車体幅方向、車体の前後方向を車体前後方向、車体の上下方向を車体高さ方向と呼ぶことにする。なお、本発明をリアバンパに適用する場合には、レインフォースは表皮部材の車体前方に設けられることとなる。また、自動車以外の移動機器に適用する場合も、進行方向に関して車体の左右方向が車体幅方向、車体の前後方向が車体前後方向、車体の上下方向が車体高さ方向となる。

図１において、フロントバンパ１０は、表皮部材１１とレインフォース１２から形成されており、表皮部材１１は車体後方（リアバンパの場合は車体前方）に向かってレインフォース１２に接する高さのリブ２１を有し、レインフォース１２は車体前方（リアバンパの場合は車体後方）に向かって表皮部材１１に接しない高さでリブ２２を有し、レインフォース１２のリブ２２と表皮部材１１のリブ２１は、車体幅方向に関して互いに異なる位置に設けられている。そのため、それらリブ２１，２２が互いに干渉することはない。

図１において、表皮部材１１のリブ２１とレインフォース１２のリブ２２は、車体幅方向に並ぶように設けられているが、車体高さ方向に並ぶように設けることもできる。

表皮部材１１に向かって設けられているレインフォース１２のリブ２２は、表皮部材１１の湾曲に沿って、リブ２２の高さ（車体の前後方向の長さ）が異なっていることが望ましい。これにより、車体幅方向いずれの場所においても、衝突初期におけるエネルギー吸収性が均一となる。

図２に別の実施形態を示す。図２において、フロントバンパ１０は、表皮部材１１とレインフォース１２から形成されており、表皮部材１１は車体後方（リアバンパの場合は車体前方）に向かってレインフォース１２に接する高さの格子状のリブ２５を有し、レインフォース１２は車体前方（リアバンパの場合は車体後方）に向かって表皮部材に接しない高さで管状のリブ２４を有している。これらレインフォース１２のリブ２４と表皮部材１１のリブ２５が、それぞれのリブがお互いに干渉しないように設けられている。

図２においても、レインフォース１２から表皮部材１１に向かって設けられているリブ２４は、表皮部材１１の湾曲に沿って、リブ２４の高さ（車体の前後方向の長さ）が異なっていることが望ましい。また、図２において、表皮部材１１のリブ２５とレインフォース１２のリブ２４は、車体幅方向に並ぶように設けられているが、図５に示すように、車体高さ方向に並ぶように設けることもできる。また、なお、図５に示す態様では、車体の高さ方向にそれぞれリブを２段設けているが、その段数は特に限定されない。

さらに、図３に別の実施形態を示す。図３に示すフロントバンパ１０では、表皮部材１１は車体後方（リアバンパの場合は車体前方）に向かってレインフォースに接する高さの管状リブ２３を有し、レインフォース１２は車体前方（リアバンパの場合は車体後方）に向かって表皮部材に接しない高さで格子状のリブ２６を有し、レインフォース１２のリブ２６と表皮部材１１のリブ２３が互いに干渉しないように設けられている。

図３においても、レインフォース１２から表皮部材１１に向かって設けられているリブ２６は、表皮部材１１の湾曲に沿って、リブ２６の高さ（車体の前後方向の長さ）が異なっていることが望ましい。また、図３においても、表皮部材１１の管状リブ２３とレインフォース１２のリブ２６は、車体幅方向に並ぶように設けられているが、車体高さ方向に並ぶように設けることができる。

さらに、図４に別の実施形態を示す。図４に示すフロントバンパ１０では、表皮部材１１は車体後方（リアバンパの場合は車体前方）に向かってレインフォースに接する高さの管状リブ２３を有し、レインフォース１２も車体前方（リアバンパの場合は車体後方）に向かって表皮部材に接しない高さで管状リブ２４を有し、レインフォース１２の管状リブ２４と表皮部材の管状リブ２３が互いに干渉しないように設けられている。

図４においても、レインフォース１２から表皮部材１１に向かって設けられている管状リブ２４は、表皮部材の湾曲に沿って、管状リブ２４の高さ（車体の前後方向の長さ）が異なっていることが望ましい。また、図４おいても、表皮部材１１の管状リブ２３とレインフォース１２の管状リブ２４は、車体幅方向に並ぶように設けられているが、車体高さ方向に並ぶように設けることができる。

以上説明したように、表皮部材１１およびレインフォース１２に設けられるリブは、それぞれ、図１のように個々に独立した板状でもよいが、図２〜図５に示すように管状、格子状とすると、図１のようなリブを使用した場合に比べて、剛性が上がる。そのため、バンパとしてのエネルギー吸収量を高めることができる。

本発明の一実施形態を示す自動車用のフロントバンパの概略図である。 本発明の一実施形態を示す自動車用のフロントバンパの概略図である。 本発明の一実施形態を示す自動車用のフロントバンパの概略図である。 本発明の一実施形態を示す自動車用のフロントバンパの概略図である。 本発明の一実施形態を示す自動車用のフロントバンパの概略図である。

符号の説明

１０：フロントバンパ
１１：表皮部材
１２：レインフォース
２１：リブ（表皮部材）
２２：リブ（レインフォース）
２３：管状リブ（表皮部材）
２４：管状リブ（レインフォース）
２５：格子状リブ（表皮部材）
２６：格子状リブ（レインフォース）

Claims (4)

1. 車体幅方向に設置されるレインフォースと、該レインフォースを覆うように設けられる表皮部材とを有するバンパであって、前記レインフォースは車体前方に向かって前記表皮部材に接しない高さで突出しているリブを有し、前記表皮部材は車体後方に向かって前記レインフォースに接する高さで突出しているリブを有し、前記レインフォースのリブと前記表皮部材のリブとは、車体幅方向に関して互いに異なる位置に配置されており、かつ、前記表皮部材を構成する材料が、前記レインフォースを構成する材料に比べて低剛性材料であることを特徴とするバンパ。
2. 車体幅方向に設置されるレインフォースと、該レインフォースを覆うように設けられる表皮部材とを有するバンパであって、前記レインフォースは車体後方に向かって前記表皮部材に接しない高さで突出しているリブを有し、前記表皮部材は車体前方に向かって前記レインフォースに接する高さで突出しているリブを有し、前記レインフォースのリブと前記表皮部材のリブとは、車体幅方向に関して互いに異なる位置に配置されており、かつ、前記表皮部材を構成する材料が、前記レインフォースを構成する材料に比べて低剛性材料であることを特徴とするバンパ。
3. 前記レインフォースのリブおよび前記表皮部材のリブの少なくとも一方が管状あるいは格子状であることを特徴とする請求項１または２に記載のバンパ。
4. 前記表皮部材を構成する材料は、熱可塑性樹脂（Ａ）および反応性官能基を有する樹脂（Ｂ）を配合してなり、下記（Ｉ）および（ＩＩ）の関係を満足する熱可塑性樹脂組成物であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のバンパ。
   （Ｉ）引張試験における引張降伏伸度以降において、引張速度Ｖ１、Ｖ２の時の引張弾性率をＥ（Ｖ１）、Ｅ（Ｖ２）とすると、Ｖ１＜Ｖ２のとき、Ｅ（Ｖ１）＞Ｅ（Ｖ２）
   （ＩＩ）引張試験における引張降伏伸度以降において、引張伸度εにおけるＶ１、Ｖ２の時の応力をσ（Ｖ１、ε）、σ（Ｖ２、ε）とすると、Ｖ１＜Ｖ２のとき、σ（Ｖ１、ε）＞σ（Ｖ２、ε）

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