JP2009137452A - 自動車用バンパー補強材 - Google Patents

Abstract

【課題】閉断面構造のアルミニウム合金押出形材からなるバンパー補強材において、中央部の断面係数を比較的高くして中央部衝突における曲げ強度を確保し、かつ車体への取付部近傍のスペースを縮小する。
【解決手段】押出形材の断面は、車体側フランジ２と衝突側フランジ３、両フランジを接続する上下のウエブ４，５、上下のウエブ間に位置し前後方向長さが両フランジの前後方向間隔より短い中リブ６、中リブの前端に接続し当該中リブと共に両フランジを接続する断面略Ｖ字形をなす上下の斜壁７，８から構成される。斜壁は中間位置に断面内側方向に凹となる１つの折れ点９を有し、ウエブは中間位置に４つの折れ点１０を有して断面外側に張り出している。バンパー補強材の車幅方向両端部は、衝突側から車体側に向かって潰し加工され、潰し加工した箇所の断面高さが中リブの長さと同等又はそれより大きく設定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車の前後に取り付けられるアルミニウム合金押出形材製のバンパー補強材の構造に関する。

自動車の車体の前端（フロント）及び後端（リア）に取り付けられているバンパーの内部には、強度補強材としてのバンパー補強材(バンパーリインフォースメントあるいはバンパーアマチャアなどとも言う）が設けられている。
このバンパー補強材は、周知の通り、バンパーと車体との間に、車体に対し略水平方向で車幅方向に対し平行に延在するように配置される。そして、車両平面視でのデザイン曲率に応じて、一部あるいは全体的に湾曲しているのが一般的である。

このようなバンパー補強材については、地球環境への対応から、さらに車体を軽量化したいとの要望も強くなり、従来使用されていた鋼材に代わって、高強度アルミニウム合金製の押出中空形材や超高張力鋼板などが使用され始めている。
特にアルミニウム合金押出形材は、溶接などの接合を伴わずに閉断面構造が形成可能であり、かつ断面内の肉厚配分を変更できるなど、軽量化と曲げ強度向上の両面で優れた性質を有する。一般的なアルミ押出形材製バンパー補強材は、押出長手方向の断面は一様であり、前記デザイン曲率に応じて一部あるいは全体的に曲げ加工されて用いることが多い。
これらバンパー補強材の車体への取り付けは、フロントサイドメンバやリヤサイドメンバ等、車体前後方向の骨格部材の車体フレーム類（車体メンバー類）に連結されて行われる。また、バンパー補強材の車体への固定は、車体のフロントやリヤのサイドメンバの先端或いは後端に直接、あるいはバンパーステイなどの後面からの支持部材（車体連結用部材）を介して行われる。

周知の通り、バンパー補強材は、バンパーと車体間で、車体の前方や後方からの衝突、あるいは前方や後方への衝突に対し、車体用のエネルギー吸収部材を構成している。したがって、車体用エネルギー吸収部材としてのバンパー補強材には、車体の衝突により、バンパー補強材前面から加わった衝突エネルギーを、自らの曲げ変形及び車体前後方向（略水平な断面方向）の押しつぶれ変形（圧壊）により吸収し、車体を保護する性能が求められている。
バンパー補強材は、通常は、衝突力を受けた際に、曲げ変形によりステイ取付部より中央寄りの部位が後方へとたわむ、たわみ変形を生じる。このたわみ変形が大きくなると、変形したバンパー補強材が車体側へ近づき、バンパーの後方に位置するラジエターを始めとする各種自動車部品と干渉し、これら部品を損傷する可能性が高くなる。

これに対し、バンパー補強材の衝突エネルギーの吸収性を高め、後方の各種自動車部品への干渉や損傷を防止するために、従来から、バンパー補強材の曲げ強度を上げる対策が採られてきた。バンパーの曲げ強度向上のためには、素材の高強度化あるいはバンパー補強材の断面係数を増加させることが必要である。なお、重量増加を最小限に抑えて断面係数を増加させようとすれば、バンパー補強材の車体前後方向幅を大きくした方が有利であり、他部品との干渉を回避できる範囲で車体前後方向幅を大きくすることが多い。

一方、高速衝突におけるエネルギ吸収量確保の観点から、バンパー補強材が接続されるサイドメンバの必要長さはおおむね定まっており、これに応じて、バンパー補強材の車体との接合位置が規定される。逆に、衝突面側は車両デザインに応じて規定されることから、バンパー補強材は、この車両デザインとサイドメンバとの接合位置に規定される空間内に配置される必要がある
そして、近年では、特に車体前面からの衝突において、歩行者の脚部保護を目的としたエネルギ吸収部品をバンパー補強材前面に設ける必要もあり、前記バンパー補強材を配置可能な空間は、特にサイドメンバとの取り付け部やその幅方向外側、すなわち車幅方向端部において非常に狭くなる傾向がある。
つまり、バンパー補強材には、曲げ強度向上のために、断面の車両前後方向幅の増大と、車幅方向端部でのスペースの節約という相反する要求を満たすことが求められている。

衝突時に最も変形量が大きくなるのは、支持点からの距離が最も遠いバンパ補強材の中央近傍に衝突荷重が加わった場合である。この際、曲げモーメントはバンパー補強材中央部が最も高くなる。これに対応するため、バンパ補強材の取り付け部に比べて、長手方向中央部近傍の断面係数を大きくし、前記した取り付けスペース制約への対応と曲げ強度向上の両立を図った構造がいくつか提案されている。

例えば、鋼板などのハット成形あるいはロール成形品で構成されたバンパー補強材の場合、長手方向に比較的簡単に断面形状を変化させることができる。例えば、開断面のハット型製品を対象としては、特許文献１，２のような構造が提案されている。
なお、これらの開断面構造バンパー補強材は、閉断面構造のバンパー補強材に比べて、衝突時に断面がひらき変形しやすく、最大荷重到達後に変形荷重が急激に低下し、エネルギ吸収性能に劣るという問題がある。

また、板部品により閉断面構造を構成した構造の場合についても、特許文献３，４のような構造が提案されている。
これらはバンパー補強材を２つ以上の部品で構成したものであり、部品点数増加によるコストアップが問題になる。また、溶接に起因する強度低下など問題となるため、一部品でのバンパ補強材構造が望まれる。

一方、長手方向の一部にプレス加工を施すことで、一部品構成で長手方向に断面の異なるバンパー補強材構造もいくつか検討及び実用化されている。バンパー補強材の端部を略車両前後方向にプレス成形した事例については、特許文献５，６のような構造がある。また、アルミニウム合金押出形材のように接合部の存在しない形材の衝突面側端部をプレス潰し加工した事例としては、特許文献８のような構造が提案されている。
しかし、特許文献８及び前記特許文献５は、ウエブ及び中リブを単純にクの字状に変形させることで、形材端部側の車両前後方向幅を小さくしたものである。
このような構造では，中リブ、ウェブともに、予めクの字状に変形が生じていることになる。このため、潰し変形部への衝突が生じた場合には，断面自体が容易に変形するという問題がある。つまり、端部側に潰し加工することで、車体端部側からの衝突に対しての衝突特性に劣るという問題がある
また，特許文献６の構造では、最も曲げ強度を高くする必要があるバンパ補強材中央部は中リブの無い略矩形断面になる。このため、フランジ面での座屈変形が生じやすく、中央部衝突における特性が劣るという問題がある。

一方、バンパ補強材は、一般にその端部において、車体あるいはステイなどとの接合が行われる。このため、端部に潰し加工を施す場合には、接合面確保が問題になることが多い。例えば、前述した特許文献５，６に示す構造は、いずれもバンパー補強材の背面側（車体側）を潰し加工した構造である。このように、背面側（車体側）を潰し加工する場合、潰し加工時に背面側が変形するために、接合面の形状精度を確保することが難しいという問題がある。

接合面の精度を確保するために、工具を用いて、この部位の変形を拘束を行うことが一般的ではある。しかし、前記したような端部の潰し加工では、開口部である端部側から工具を挿入しても、必要な部位を拘束することが困難であり、この部位の変形を押さえ込むことは難しいといえる。
そこで、特許文献７のように、プレス加工後にハイドロフォームすることで、形状精度を確保するという方法も提案されているが、製造コストが大幅にアップするという問題がある。また、特に中リブを有する押出形材のハイドロフォームでは、圧力バランスをうまく制御しないと、中リブ自体が変形するという問題が生じることも多い。

また、前述した特許文献８は、衝突面側を潰し加工するため、接合面となる背面側フランジの変形は少なくなる。しかし、特許文献８及び前記特許文献５は、ウエブ及び中リブを単純にクの字状に変形させることで、形材端部側の車両前後方向幅を小さくしたものである。
バンパー補強材を車体あるいはステイにボルト接合する場合、断面内部に張り出したウエブ又は中リブが邪魔になり、必要なボルトスペースを確保できないということが多い。このようなバンパー補強材は、ウエブや中リブのクの字状変形が生じてもボルト接合に必要な面積を確保することができるほど、フランジ面が広い場合にのみ適用可能といえる。しかし、フランジの上下方向幅が大きくなると、座屈が生じやすくなり、結果的に衝突性能が低下するという問題がある。つまり、このような構造のバンパ補強材は、実質上ボルトによる車体への締結が難しく、ステイとの溶接接合を介して車体に接合する必要があるといえる。

逆にバンパー取付部の形状を基準断面とし、中央部を車体上下方向に潰し加工して断面バンパ中央近傍の断面係数を増加させ、車体取付部でのスペース確保と中央部の曲げ強度の両立を図った構造も、特許文献９，１０に提案されている。
これらの構造は、車体上下方向からプレス成形し、中央部を車体側に張り出したものである。しかし、このような加工は、対象とする断面形状が中リブの無い口型の場合には所定の効果は得られるが、中リブを設けた断面形状に適用した場合には、中リブがフランジを拘束するために、張出量を大きくすることが難しく、効果が小さくなるという欠点がある。

特表２００６−５２７１２２号公報 特表２００５−５００１９６号公報 特開平７−２０３３号公報 特開２００７−４５１７１号公報 特開２００３−１４６１５６号公報 特表２００３−５１６９０２号公報 特開２００３−１４６１５９号公報 特開平７−２５２９６号公報 特開２００１−６３４９５号公報 米国特許第６，３４３，８２０号明細書

近年の自動車用バンパ補強材では、衝突安全基準の強化や、車高の異なる他車との衝突（コンパチビリティ）に対応するため、大型化が進んでおり、衝突時のフランジ座屈防止、曲げ加工における形状精度確保（しわ、凹み抑制）、押出時の形状精度確保などの観点から、断面内に中リブを設けることは必須となっている。
本発明は、以上のような状況を鑑みてなされたもので、中リブを設けた閉断面構造のアルミニウム合金押出形材製バンパー補強材において、大量生産が可能なプレス加工により車幅方向両端部を潰し加工して、車幅方向中央部の断面係数を端部の断面係数に比べて高くすることによるバンパー補強材の曲げ強度の確保と、車幅方向端部における車体への取り付けスペース縮小を両立可能にするとともに、潰し加工した車幅方向端部の衝突特性を改善することを主たる目的とする。また、本発明は上記プレスによる潰し形状を安定して得られるようにすることを他の目的とする。

本発明に係るバンパー補強材は、車体の前後方向に間隔を置いて位置する車体側及び衝突側のフランジと、車体の上下方向に間隔を置いて位置し前記両フランジを接続する上下のウエブと、上下のウエブ間に位置し前後方向長さが前記両フランジの前後方向間隔より短い少なくとも１つの中リブと、各中リブの車体側又は／及び衝突側の端に接続し当該中リブと共に前記両フランジを接続する断面溝形状をなす上下の斜壁から構成され、前記溝形状は開口側に向かうにつれて拡開しその閉鎖端が中リブの端に接続し、開口端が車体側又は衝突側のフランジに接続されるアルミニウム合金押出形材からなり、車幅方向両端部の衝突側が車体側に向かって潰し加工されているとともに、潰し加工された箇所の断面高さが中リブの前後方向長さと同等かそれよりも大きいことを特徴とする。上下一対の斜壁により構成される前記溝形状は典型的には略Ｖ字形状をなし、斜壁はそれぞれ平面状の壁面から構成される。ただし、本発明の斜壁には溝形状の閉じた一端（中リブ側）から開口した他端（フランジ側）へと湾曲した曲面状の壁面から構成されるものも含まれる。
上記バンパー補強材は、上下の斜壁がそれぞれ中間位置に断面内側方向に凹となる１つ以上の折れ点を有すること、又は／及びウエブがそれぞれ中間位置に２つ以上の折れ点を有することが望ましい。

本発明によれば、軽量かつ衝突特性に優れたバンパー補強材として、閉断面内部に１つ以上の中リブを設けたアルミニウム合金押出形材を用い、プレス加工により車幅方向両端部を潰し加工することで、バンパ−補強材の車幅方向中央部の断面係数を潰し加工した車幅方向端部の断面係数に比べて高くすることによるバンパー補強材の曲げ強度向上と、車幅方向端部におけるスペース縮小を両立させることができる。
そして、中リブの前後方向長さを両フランジの前後方向間隔より短くし、かつ潰し加工後の車幅方向両端部の断面高さを中リブの前後方向長さと同等かそれより大きく設定しているので、車幅方向両端部を潰し加工したとき該部において断面略Ｖ字形の斜壁が曲げ変形又は倒れ変形する一方で、中リブのクの字変形が抑制され、これによりバンパー補強材の車幅方向端部（潰し加工した箇所）での断面変形抑制による衝突特性（エネルギ吸収性能）向上が可能となる。

さらに、上下の斜壁の中間位置に断面内側方向に凹となる１つ以上の折れ点を形成した場合、及び／又はウエブの中間位置に２つ以上の折れ点を形成した場合、潰し加工時に斜壁が折れ点を起点として曲げ変形することにより、プレスによる潰し加工が安定して行われる。また、上下の斜壁に前記折れ点を形成した場合、斜壁に接続するフランジの上下方向への変位が生じにくく、潰し加工した箇所を車体又はステイとのボルト取り付け部にするときでも、車体側フランジに形成したボルト穴と衝突側に形成した作業穴の位置ずれが防止でき、ボルト接合が容易となり、一方、ウエブの中間位置に２つ以上の折れ点を形成した場合、潰し加工時にウエブが折れ点を起点として曲げ変形することでウエブの車体上下方向への張り出し量が抑制され、フランジの形状精度も向上する。

以下、図１〜図１２を参照して、本発明に係るバンパー補強材について具体的に説明する。
本発明に係るバンパー補強材は一体のアルミニウム合金押出形材からなり、当初真っ直ぐで長手方向に実質的に同じ断面形状であったものが、図１に示すように、車体側に向けて一部に曲げ加工が施され、かつ車幅方向両端部において端に向かうに従って前後方向の厚みが小さくなるように潰し加工が施されている。バンパー補強材は、潰し加工が行われた端部においてステイ１の先端にボルトで固定される。
図１に示す仮想線Ｂ（潰し加工前の形状）をみると分かるように、潰し加工された端部において、車体側には潰し加工を行っていない部分と比べて材料の移動がなく、衝突側のみで材料の移動が生じている。すなわち、この潰し加工された端部では衝突側が車体側に向かってプレス潰し加工されている。
図２はバンパー補強材の断面形状の一例であり、実線で示す断面Ｃは潰し加工を行っていない中央部のＣ−Ｃ断面（図１参照）の断面形状であり、仮想線で示す断面Ａは潰し加工を行った端部のＡ−Ａ端面（図１参照）の形状である。

図２に示すバンパー補強材（断面Ｃ）は、車体の前後方向に所定間隔を置いて位置する車体側フランジ２と衝突側フランジ３、車体の上下方向に所定間隔を置いて位置し両フランジを２，３を接続する上ウエブ４と下ウエブ５、両ウエブ４，５の中央に位置する中リブ６、及び中リブ６と共に両フランジ２，３を接続する断面略Ｖ字形をなす上下の斜壁（上斜壁７、下斜壁８）からなり、これらにより２つの閉断面構造が構成される。両フランジ２，３は略鉛直面内に、両ウエブ４，５及び中リブ６は略水平面内に配置される。中リブ６の車体側の端（車体側フランジ２に近い端）は車体側フランジ２に接合し、中リブ６の衝突側の端は断面略Ｖ字形をなす上下の斜壁７，８の閉鎖側の端に接続し、上下の斜壁７，８の開口側の端は衝突側フランジ３に接続している。衝突側フランジ３は斜壁７，８の開口側の両端間にはなく、ここで上衝突側フランジ３ａと下衝突側フランジ３ｂの２つに分断されている。

斜壁７，８はそれぞれ平面状の壁面７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂから構成され、中間位置に断面内側方向に凹となる１つの折れ点９が設けられている（折れ深さＳ）。また、ウエブ４，５には、中間位置に４つの折れ点１０が設けられ、フランジ２，３と接続する面４ａ，５ａ，４ｂ，５ｂとウエブ中央面４ｃ，５ｃ、及びこれらをつなぐ各２つの面４ｄ，５ｄ，４ｅ，５ｅの合計５つの平面状の壁面で構成され、壁面４ａ〜４ｃ，５ａ〜５ｃは略水平で、ウエブ中央面４ｃ，５ｃが断面外側に張り出している。

一方、プレス潰し加工した端部の断面Ａ（端部のＡ−Ａ端面）をみると、斜壁７，８が折れ点９を起点として曲げ変形し、かつウエブ４，５が折れ点１０を起点として曲げ変形（傾斜した壁面４ｄ，５ｄ，４ｅ，５ｅが倒れ変形）して中央部が断面の外側に張り出し、衝突側フランジ３が車体側に移動し、バンパー補強材の断面高さ（前後方向の厚み）が小さくなっている。また、この潰し加工は、バンパー補強材端面において潰し加工後のバンパー補強材の断面高さ（より正確にいえば両フランジの厚みを除いた断面高さ）が、中リブ６の前後方向長さとほぼ同等になるように行われ（従って、潰し加工した箇所の車幅方向全長において、端面以外の断面高さは中リブ６の前後方向長さより大きい）、中リブ６のクの字状の変形が生じていない。

このように、前記バンパー補強材では、プレス潰し加工によってバンパー補強材の端部の断面高さを減少させることにより、曲げ強度が必要な中央近傍の断面係数を低下させることなく、端部取り付け部近傍のスペース縮小が達成されている。また、潰し加工したバンパ補強材端部の断面高さを中リブの前後方向長さと同等又はそれより大きくしたことで、潰し加工における中リブの変形が抑制され、バンパー補強材端部への衝突の際の変形強度低下を防止できる。
また、前記バンパー補強材では、アルミニウム合金押出形材の斜壁７，８とウエブ４，５に折れ点９，１０を設けたことにより、プレス潰し加工に際して折れ点９，１０を起点とした曲げ変形（屈曲）が容易に生じ、心金工具を用いることなく容易に安定した変形形状を得ることができ、また安価かつ大量生産に対応できる。

なお、中リブ６と衝突側フランジ３をつなぐ斜壁７，８に折れ点９を設けない場合（後述する図８参照）、プレス潰し加工に伴い、斜壁７，８が倒れ変形し、衝突側フランジ３が車体上下方向に張り出すように変位する。潰し加工部直下に車体あるいはステイとのボルト取付け部が存在する場合、潰し加工により衝突側フランジ３に設けたボルト接合用の作業穴も車体上下方向に変位する。一方、車体（サイドメンバ）あるいはステイ１との接合穴（ボルト穴）がある車体側フランジ２はそれほど大きく変位しないため、作業穴とボルト穴の位置がずれて、ボルト接合における作業性が悪化する。このため、潰し加工部近傍あるいは直下に車体あるいはステイとの取付け部が存在する場合には、斜壁７，８には断面内側に凹となる折れ点９を設けておくことが望ましい。ただし、折れ点の有無に関わらず、車両幅方向端部の潰し加工後の断面高さを、中リブ６の前後方向長さと同等又はそれより大きくなるように設定することで、中リブの変形が抑制され、端部衝突時の必要強度を確保することが可能となる。

さらに、前記バンパー補強材のように、ウエブ４，５の中央部が断面外側に張り出すように折れ点１０を設けた場合、潰し加工部近傍あるいは直下に車体あるいはステイとのボルト取付け部が存在する場合でも、潰し加工後のウエブ４，５がボルト接合作業スペースＷと干渉することはなく、より好ましいといえる。なお、両フランジ２，３の幅（上下方向幅）が十分に広く、ウエブ４，５が断面内部に倒れ変形しても十分な作業スペースが確保できる場合には、断面内側に張り出すように折れ点を設けてもよい（後述する図３参照）。

車体（サイドメンバ）あるいはステイとのボルト接合面は、プレス潰し加工において変形しないことが望ましい。前記バンパー補強材では、中リブ６の車体側の端が車体側フランジ２に接続されるとともに、中リブ６の衝突側の端が斜壁７，８を介して衝突面側フランジ３に接続されていることから、潰し加工における変形がバンパー補強材の衝突側フランジ３の側に主体的に生じることになり、ボルト接合面となる車体側フランジ２の変形量を抑えることができる。ただし、中リブ６の衝突側の端が衝突側フランジ３に接続され、かつ中リブ６の車体側の端が斜壁を介して車体側フランジ２に接続される形態、あるいは中リブ６の衝突側の端が斜壁を介して衝突側フランジ３に接続され、かつ中リブ６の車体側の端が斜壁を介して車体側フランジ２に接続される形態（後述する図４参照）も、本発明に含まれる。

前記バンパー補強材では、ウエブ４，５に４つの折れ点１０を設けたため、潰し加工に際して倒れ変形する壁面４ｄ，５ｄ，４ｅ，５ｅとフランジ２，３の間に各１つの壁面４ａ，５ａ，４ｂ，５ｂが存在する。これにより潰し加工時においてフランジ２，３へ曲げモーメンが伝わりにくくなるため、フランジ２，３の形状精度が確保しやすいという利点がある。ただし、本発明において折れ点は４つに限定されているわけではない。

さらに、前記バンパ補強材のフランジ２，３には、ウエブ４，５との接続部よりも車両上下側に張り出した突出フランジ部を設けていないが、これを設けることが好ましい（後述する図７参照）。この突出フランジ部を設けておくことで、ウエブのフランジ接続部近傍の面が回転変形することが抑制される。つまり、潰し変形に伴うフランジのゆがみ変形防止に効果があるといえる。

本発明のバンパー補強材のその他の利点とし、曲げ加工性の向上が挙げられる。前記バンパー補強材のように、ステイ１の内側（車幅方向の内側）に曲げ加工部Ｄ（図１参照）を設けたいわゆる端部曲げ構造バンパーを対象とした場合、衝突側を潰し加工するため、曲げ角度を浅くすることができる。これにより、曲げ加工部Ｄでフランジ２，３に加わる応力は低下し、しわの発生や破断などが生じにくくなるという利点がある。
なお、前記バンパ補強材に用いるアルミニウム合金押出形材は、例えば６０００系又は７０００系のアルミニウム合金を用いることができる。

これまで図１，２を参照して本発明に係るバンパー補強材の構造について説明したが、以下、図３〜９を参照して、本発明に係るバンパー補強材の他の構造について説明する。なお、図３〜９において、図２のものと同等部位には同じ番号を付与している。図２と同じく、Ｃ−Ｃ断面の断面形状（断面Ｃ）は実線で、Ａ−Ａ端面の形状（断面Ａ）は仮想線で示す。
図３に示すバンパー補強材（断面Ｃ）は、ウエブ４，５の一部を構成するウエブ中央面４ｃ，５ｃが断面内側に張り出す形態で折れ点１０が設けられている点のみで、図２に示すバンパー補強材と異なる。このバンパー補強材を潰し加工すると（断面Ａ）、ウエブ４，５のウエブ中央面４ｃ，５ｃが断面内側に張り出すように変形し、先に説明したように、ボルト接合作業スペースＷが少し狭くなる。

図４に示すバンパー補強材（断面Ｃ）は、中リブ６の衝突側の端が斜壁７，８を介して衝突側フランジ３に接続され、かつ中リブ６の車体側の端が斜壁１１，１２（斜壁７，８と同様に断面略Ｖ字形をなし、それぞれ１つの折れ点を有する）を介し車体側フランジ２に接続されている点、及び各斜壁７，８，１１，１２の前後方向長さを合わせた長さが図２に示すバンパー補強材の斜壁７，８の前後方向長さに相当する点のみで、図２に示すバンパー補強材と異なる。このバンパー補強材を潰し加工すると（断面Ａ）、衝突側フランジ３にも変形が生じやすく、衝突側フランジ３をボルト接合面とする場合に形状精度が低下し、その点で図２に示すバンパー補強材の方が優れる。

図５に示すバンパー補強材（断面Ｃ）は、ウエブ４，５の折れ点１０が３個である点のみで、図２に示すバンパー補強材と異なる。このバンパー補強材を潰し加工すると（断面Ａ）、 両側の折れ点を端部、中央の折れ点を頂点としたクの字変形が生じるため、ウエブ４，５の車体上下方向への張出量が、４つの折れ点を設ける図２に示すバンパー補強材に比べて大きくなる（張出量の増分を図５にΔＴで示す）。また、折れ点（屈曲部）での曲げ角度がシャープになり、破断の危険性が増大するため、折れ点１０は４つの方が望ましい。

図６に示すバンパー補強材（断面Ｃ）は、ウエブ４，５の折れ点１０が２個である点のみで、図２に示すバンパー補強材と異なる。このバンパー補強材を潰し加工すると（断面Ａ）、 ウエブ４，５を構成する面４ｄ，５ｄ，４ｆ，５ｆの倒れ変形に応じて、フランジ２，３に直接曲げモーメントが加わり、４つの折れ点を設ける図２に示すバンパー補強材に比べフランジ２，３の形状精度が悪化しやすい。このため、図７に示す突出フランジを併用することでフランジ２，３の変形を抑制することが望ましい。

図７に示すバンパー補強材（断面Ｃ）は、フランジ２，３が、ウエブ４，５との接続部よりも車両上下側に張り出した突出フランジ１３を有する点のみで、図２に示すバンパー補強材と異なる。突出フランジ１３を設けることで、バンパー補強材を潰し加工したとき（断面Ａ）、 ウエブ４，５のフランジ２，３との接続部近傍の面が回転変形することが抑制される。つまり、潰し変形に伴うフランジ２，３のゆがみ変形防止に効果がある。

図８に示すバンパー補強材（断面Ｃ）は、ウエブ４，５及び斜壁７，８に折れ点が形成されていない点で、図２に示すバンパー補強材と異なる。このため、バンパー補強材を潰し加工したとき（断面Ａ）、斜壁７，８が倒れ変形し、衝突側フランジ３が車体上下方向に張り出すように変位し、衝突側フランジ３にボルト接合用の作業孔１４（図８に両矢印で示す部分）を設けた場合、その作業穴１４も車体上下方向に変位する。一方、車体（サイドメンバ）あるいはステイと接合するボルト穴１５（図８に両矢印で示す部分）がある車体側フランジ２はそれほど大きく変位しないため、作業穴１４とボルト穴１５の位置が大きくずれて（作業方向を片矢印Ｅで示す）、ボルト接合における作業性が悪化する。また、両フランジ２，３の形状精度が悪くなる。このため、これらの構造では、潰し加工部近傍に車体あるいはステイとのボルト接合部を設けないことが望ましい。また、特に斜壁に折れ点を設けない場合、この部位の倒れ変形時に中リブが変形しやすいという問題がある。中リブの変形防止という観点からも、この斜壁には折れ点を設けることが望ましい。

図９に示すバンパー補強材（断面Ｃ）は、ウエブ４，５に折れ点が形成されていない点で、図２に示すバンパー補強材と異なる。このバンパー補強材を潰し加工したとき（断面Ａ）、プレス潰し加工に伴うウエブ４，５の車体上下方向への張出量が大きくなり（張出量の増分を図９にΔＴで示す）、屈曲部の曲げ角度がシャープになり、破断の危険性が増大する。同時にウエブ４，５の倒れ変形に応じて、フランジ２，３に直接曲げモーメントが加わり、フランジ２，３の倒れ変形が生じやすくなる。なお、折れ点が１つの場合も同様の変形が生じ、ウエブの車体上下方向への張出量は最も大きくなる。

潰し加工に伴う車両上下方向への断面の張り出しは、形状制約の観点からあまり好ましいとはいえない。このためウエブには２個以上の折れ点を設けて、張出量を制限することが望ましい。さらに好ましくは３個以上の屈曲点を設けることで、フランジに潰し加工に伴う曲げモーメントが直接加わるのを防止し、フランジの形状精度を確保することが望ましい。
なお、図８，９に示すバンパー補強材についても、車両幅方向端部の潰し加工後の断面高さを、中リブ６の前後方向長さと同等又はそれより大きくなるように設定することで、中リブの変形が抑制され、端部衝突時の必要強度を確保することが可能である。

次に、アルミニウム合金押出形材製のバンパー補強材について、端部のステイ取付部付近を衝突側からプレス潰し加工した場合の潰し加工後の断面形状を、有限要素法（ＦＥＭ）により解析した。その解析条件は、バンパー補強材の材質としてＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系アルミニウム合金押出形材のＴ１処理材を想定し、その断面形状を図１０（ａ）〜（ｃ）に示す形状とし、長さ３００ｍｍの押出形材１６を図１１に示すように定盤１７上に置いて左端をフィックスし、フィックスした側が上になるように傾斜角１３度で傾斜させた平板状工具１８を衝突面側から一方向に移動させるものとし、平板状工具１８が押出形材１６に当接してからの移動量Ｚを２０ｍｍに設定した。

押出形材１６の断面形状は、いずれも閉断面部のサイズを６０ｍｍ×１１０ｍｍ、突出フランジの突出長さを５ｍｍ、中リブは車体側の端を車体側フランジに接続させその長さを４０ｍｍに設定した。図１０（ａ）の断面では、中リブの衝突側の端が開口側に向かうにつれて拡開する断面溝形状をなす上下の斜壁（曲面状の壁面からなる）を介して衝突側フランジに接続し、（ｂ）の断面では、折れ点のない上下の斜壁を介して衝突側フランジに接続し、（ｃ）の断面では、それぞれ１つの折れ点を有する上下の斜壁を介して衝突側フランジに接続している。図１０（ａ）〜（ｃ）においてＲを伴う数値はその円弧の半径、Ｌを伴う数値はその間の長さ、Ｓを伴う数値はその間の距離、ｔを伴う数値は両矢印の範囲の肉厚を意味し、単位はｍｍである。なお、数値を記入していない部分の肉厚は全て２．０ｍｍに設定されている。なお、ＦＥＭ解析における断面形状のモデル化は肉厚中心の形状で行っている。従って、以上の寸法値は全て肉厚中心で採取した値であり、フランジの肉厚は無視した形になっている。

図１２（ａ）〜（ｃ）に、２０ｍｍの潰し加工が行われた箇所（図１１において押出形材１６の右端の箇所）での解析結果を示す。図１２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ図１０（ａ）〜（ｃ）の断面に対応する。また、図１２において、図２のものと同等部位には同じ番号を付与している。
図１２に示すように、（ａ）では、衝突側フランジ３の左右方向への変位が大きく、ウエブ４，５の左右方向への張出も大きいが、中リブ６はクの字変形していない。（ｂ）でも、衝突側フランジ３の左右方向への変位が大きく、ウエブ４，５の左右方向への張出が大きく、フランジ２，３の形状精度が低下し、中リブ６のクの字変形が生じているが、このクの字変形は斜壁７，８を形成しない従来例に比べて抑制される。なお、２０ｍｍ未満の潰し加工が行われた箇所では、中リブ６のクの字変形はさらに抑制される。一方、本発明例の最良の実施形態（ｃ）では、中リブ６がクの字変形せず、衝突側フランジ３の左右方向への変位及びウエブ４，５の左右方向への張出量が比較的抑えられ、フランジ２，３の形状精度も比較的よい。

本発明に係るバンパー補強材の平面図である。 そのＣ−Ｃ断面図（実線）及びＡ−Ａ断面図（仮想線）である。 本発明に係る他のバンパー補強材の断面図である。 本発明に係る他のバンパー補強材の断面図である。 本発明に係る他のバンパー補強材の断面図である。 本発明に係る他のバンパー補強材の断面図である。 本発明に係る他のバンパー補強材の断面図である。 本発明に係る他のバンパー補強材の断面図である。 本発明に係る他のバンパー補強材の断面図である。 潰し加工後の断面形状の解析に用いた潰し加工前の押出形材の断面図である。 潰し加工後の断面形状の解析に用いた潰し加工方法を説明する図である。 潰し加工後の断面形状の解析に用いた潰し加工前の押出形材の断面図及び潰し加工後の断面図である。

符号の説明

１ ステイ
２ 衝突側フランジ
３ 車体側フランジ
４ 上ウエブ
５ 下ウエブ
６ 中リブ
７，８，１１，１２ 斜壁
９，１０ 折れ点
１３ 突出フランジ

Claims (7)

1. 車体の前後方向に間隔を置いて位置する車体側及び衝突側のフランジと、車体の上下方向に間隔を置いて位置し前記両フランジを接続する上下のウエブと、上下のウエブ間に位置し前後方向長さが前記両フランジの前後方向間隔より短い少なくとも１つの中リブと、各中リブの車体側又は／及び衝突側の端に接続し当該中リブと共に前記両フランジを接続する断面溝形状をなす上下の斜壁から構成され、前記溝形状は開口側に向かうにつれて拡開しその閉鎖端が中リブの端に接続し、開口端が車体側又は衝突側のフランジに接続されるアルミニウム合金押出形材からなり、車幅方向両端部の衝突側が車体側に向かって潰し加工されているとともに、潰し加工された箇所の断面高さが中リブの前後方向長さと同等かそれよりも大きいことを特徴とする自動車用バンパー補強材。
2. 上下の斜壁がそれぞれ中間位置に断面内側方向に凹となる１つ以上の折れ点を有することを特徴とする請求項１に記載された自動車用バンパー補強材
3. ウエブが中間位置に２つ以上の折れ点を有することを特徴とする請求項１又は２に記載された自動車用バンパー補強材
4. ウエブに４つの折れ点が設けられていることを特徴とする請求項３に記載された自動車用バンパー補強材
5. ウエブの中央部が断面外側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自動車用バンパー補強材。
6. 中リブの車体側の端が車体側フランジに接続し、中リブの衝突側の端が上下の斜壁を介して衝突側フランジに接続していることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載された自動車用バンパー補強材。
7. フランジがウエブとの接続部よりも車体の上下方向に張り出した突出フランジ部を有す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自動車用バンパー補強材。

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