JP2009255708A

JP2009255708A - 自動車のバンパー構造体

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Publication number: JP2009255708A
Application number: JP2008106551A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Hashimoto; 成一橋本; Tsunetake Tsuyoshi; 恒武津吉; Toru Hashimura; 徹橋村
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2008-04-16
Filing date: 2008-04-16
Publication date: 2009-11-05
Anticipated expiration: 2028-04-16
Also published as: JP5063459B2

Abstract

【課題】主ビーム１の下方に支持アーム２を介して補助ビーム３を配置した自動車のバンパー構造体において、補助ビームへの衝突時に安定した荷重変位が得られるようにする。
【解決手段】主ビーム、補助ビーム及び支持アームはいずれもアルミニウム合金押出形材であり、押出方向が主ビーム及び補助ビームの長手方向に対し平行になるように配置される。支持アームは前壁１４、後壁１５及び複数個のリブ壁からなり、第１取付壁（リブ壁）１６が主ビームの下面に当接し、ブラケット２２により主ビームの下面に固定される。支持アームの下端の第２取付壁（リブ壁）２１が、補助ビームの背面に当接接合され、中空断面の輪郭から上方に突出する第３取付壁（突出壁）１５ａが主ビームの背面に当接接合される。
【選択図】図２

Description

本発明は、主ビーム（バンパーリインフォース）と歩行者保護用の補助ビーム（補助バンパーリインフォース）を有する自動車のバンパー構造体に関する。

例えば特許文献１に記載されているように、歩行者保護のため、主ビームの下方に支持アームを介して補助ビームを設置することが知られている。主ビームだけを設置した通常のバンパーの場合、車方向に向いた歩行者に衝突したとき、主ビームが歩行者のひざ関節付近を正面から打撃し、ひざ関節を逆に折り曲げるなど大きいダメージを与える可能性があるが、主ビームの下方に補助ビームを設置し、その衝突面を主ビームより前方に位置させたバンパーの場合、補助ビームが主ビームより先に歩行者のすね付近に当たってひざ関節を正常方向（内側）に曲げた後、主ビームがひざ関節を打撃するので、ひざ関節へのダメージを軽減できるという利点がある。
また、補助ビームは衝突した歩行者が車体の下に潜り込まないようにする機能をもつ。この場合、補助ビームの衝突面が主ビームより前方に位置することは必須ではない。
なお、本件明細書において、自動車のフロント側、リア側に関わらず、衝突面側を前とし、車体側を後とする。

特開２００５−３０６１６１号公報

補助ビームを設置するためには、主ビームに左右一対の支持アームを固定し、この支持アームに補助ビームを固定する必要がある。前記特許文献１では、主ビーム及び補助ビームとして板金成形品を用い、支持アームとして断面円形の丸パイプを用いているため、固定手段としておそらく溶接接合が用いられると考えられるが、これには次のような問題がある。
（１）主ビームと支持アーム、及び支持アームと補助ビームは線接触となるため接触面積が小さく、補助ビームへの衝突荷重が主ビームに局部的に伝達され、安定した荷重変位が得られない（想定外の荷重変位となる）おそれがある。
（２）主ビームと支持アームの接合が溶接接合であることも、衝突時に安定した荷重変位が得られない原因となり得る。すなわち、溶接の信頼性は低く（溶接部の破断予測が難しく）、衝突時に溶接箇所が破断して荷重の急激な低下が起こり得る。逆に主ビームと支持アームの結合度が高過ぎ、荷重の急激な増加が起きて歩行者に大きい打撃を与えることもあり得る。
（３）支持アームが断面円形のパイプからなるため、主ビーム及び補助ビームに対する位置決め性に難がある。
（４）支持アームの製造のため丸パイプを曲げ加工する必要があり、工程数が増える。
（５）溶接構造の場合、溶接の入熱によって塑性歪みが発生し、特に主ビームと支持アームの接合箇所に歪みが発生すると組み立て時の製品精度が低下する。

本発明は、従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたもので、主ビームの下方に支持アームを介して補助ビームを配設した自動車のバンパー構造体において、主ビームと支持アーム、及び支持アームと補助ビームの接触面積を必要に応じて増やし、溶接による主ビームと支持アームの接合を避けて、補助ビームへの衝突時に安定した荷重変位が得られるようにし、同時に余計な工程数を削減できるバンパー構造体を提供することを目的とする。

本発明は、主ビームと、上端部が前記主ビームに固定された左右の支持アームと、前記支持アームの下端部に固定され、前記主ビームの下方に位置する補助ビームからなる自動車のバンパー構造体において、前記主ビーム、補助ビーム及び支持アームはいずれもアルミニウム合金押出形材からなり、前記支持アームは断面が中空で押出方向が前記主ビーム及び補助ビームの長手方向に対し平行となるように配置され、前記中空断面の輪郭の上端に位置する第１取付壁が前記主ビームの下面に当接し、前記支持アームの押出方向幅より長いブラケットが前記中空断面内を通り前記支持アームの押出方向に沿って配置され、その中央部が前記第１取付壁の下面に当接し、左右両側が前記主ビームの下面に当接して前記主ビームに締結要素により接合され、前記中空断面の輪郭の下端近傍に位置する第２取付壁が前記補助ビームの被取付面に当接して前記補助ビームに接合されていることを特徴とする。なお、締結要素とは、ボルト・ナット、リベット等の機械的な締結手段をいう。

上記発明において、次のような実施の形態を適宜採用することができる。
（１）前記補助ビームの衝突面が、前記主ビームの衝突面より前方側に位置していること。
（２）前記支持アームが前記中空断面の輪郭より上に突出する第３取付壁を有し、前記第３取付壁が前記主ビームの背面に当接して前記主ビームに締結要素により接合されていること。
（３）前記支持アームは前壁と後壁及びこの両壁を接続する複数個のリブ壁を有し、上端のリブ壁が前記第１取付壁となっていること。
（４）前記支持アームは前壁と後壁及びこの両壁を接続する複数個のリブ壁を有し、上端のリブ壁が前記第１取付壁となり、前記後壁の一部が前記中空断面の輪郭より上に突出して前記第３取付壁となっていること。
（５）前記支持アームの中空断面の輪郭が略Ｌ字状をなし、前記Ｌ字状の輪郭の上端に形成されたリブ壁が前記第１取付壁であり、前記略Ｌ字状の輪郭の前端に形成されたリブ壁が前記第２取付壁であり、前記第２取付壁が前記補助ビームの背面に当接して前記補助ビームに接合されていること。

本発明では、主ビーム、補助ビーム及び支持アームをいずれもアルミニウム合金押出形材製とし、支持アームの押出方向が主ビーム及び補助ビームの長手方向に対し平行となる（つまり、３つの部材の押出方向が揃う）ように配置したので、主ビームと支持アーム、及び支持アームと補助ビームの接触面積を必要に応じて容易に増やすことができ、また、溶接による主ビームと支持アームの接合を避け、ブラケットにより支持アームを主ビームに固定し、しかもブラケットを主ビームに締結要素により接合し、溶接に比べて結合度が低く負荷荷重の大きさによっては主ビームに対し支持アームの回転が許容される構造としたので、補助ビームへの衝突時に安定した荷重変位が得られ、かつ想定外の荷重変位となることが防止できる。同時に、主ビームと支持アーム及び支持アームと補助ビームの接触を全て面接触とすることで、主ビーム及び補助ビームに対する支持アームの位置決めの自由度が丸パイプに比べて減り、相互の位置決めも容易となる。
また、支持アームは押出形材を単に切断するのみで得られるので、丸パイプを使う場合に比べて余計な工程数を削減できる。

以下、図１〜図４を参照して、本発明に係るバンパー構造体について説明する。
図１〜３に示すバンパー構造体は、主ビーム１と、左右一対の支持アーム２と、補助ビーム３からなり、支持アーム２は上端部が主ビーム１に固定され、補助ビーム３は前記支持アームの下端部に固定され、衝突面３Ａが主ビーム１の下方かつ主ビームの衝突面１Ａより前方側に位置する。
主ビーム１はいわゆる日型断面のアルミニウム合金押出形材からなり、衝突時の荷重方向に対し略垂直な前壁４及び後壁５、前壁４と後壁５を略垂直に接続する横壁６〜８を有し、前壁４の前面が前記衝突面１Ａである。

補助ビーム３はいわゆる口型断面のアルミニウム合金押出形材からなり、衝突時の荷重方向に対し略垂直な前壁９及び後壁１１、前壁９と後壁１１を略垂直に接続する横壁１２，１３を有し、前壁９の前面が前記衝突面３Ａである。補助ビーム３は主ビーム１と同様に両端部が曲げ加工されて車体側（後方側）に傾斜し、主ビーム１と補助ビーム３の中央部１ａ，３ａと傾斜部１ｂ，３ｂは、それぞれ互いに略平行とされている。
支持アーム２は中空断面のアルミニウム合金押出材を押出方向に垂直に切断したもので、その全長にわたり略等間隔離れた前壁１４と後壁１５、及び両壁１４，１５を接続する複数個のリブ壁１６〜２１を有する。前壁１４と後壁１５は下方部分が前方に向け屈曲し、両端のリブ壁１６，２１が前壁１４と後壁１５に対し略垂直に形成され、これら前壁１４、後壁１５及びリブ壁１６，２１により中空断面の外形輪郭が構成され、これが略Ｌ字型をなしている。後壁１５は前記中空断面の輪郭より上方に突出する突出壁１５ａを有する。

支持アーム２は、主ビーム１の傾斜部１ｂに設置され、その押出方向が主ビーム１の長手方向（押出方向）に対し略平行となるように配置される。その押出方向は補助ビーム３の長手方向（押出方向）に対しても当然略平行である。
支持アーム２の上端のリブ壁１６（以下、第１取付壁１６という）は、主ビーム１の下面、すなわち横壁８の下面に当接し、突出壁１５ａ（以下、第３取付壁１５ａという）が主ビーム１の背面、すなわち後壁５の背面に当接し、前端のリブ壁２１（以下、第２取付壁２１という）が補助ビーム３の背面（被取付面）、すなわち後壁１１の背面に当接している。

支持アーム２の幅（押出方向の幅）より長いブラケット２２が、前記中空断面内を通って支持アーム２の押出方向に沿って配置され、特に図３に示すように、その中央部が第１取付壁１６の下面に当接し、左右両側が主ビーム１の下面、すなわち横壁８の下面に当接し、前記左右両側において主ビーム１に（より具体的には横壁８に）ボルト・ナット２３により締結接合されている。これにより支持アーム２は、第１取付壁１６が主ビーム１の下面に押し付けられた状態で、主ビーム１に固定される。ブラケット２２として、板をプレス成形したものや押出形材が利用できる。
第３取付壁１５ａが主ビーム１の背面に当接し、主ビーム１に（より具体的には後壁１１に）ボルト・ナット２４により接合されている。補助的に第３取付壁１５ａを主ビーム１に接合したことにより、主ビーム１に対する支持アーム２の取付強度が増す。
第２取付壁２１が補助ビーム３の背面に当接し、補助ビーム３に（より具体的には後壁１１に）ボルト・ナット２５により接合されている。

図４に、前記主ビーム１と支持アーム２の締結構造の他の例を示す。
図４に示す締結構造では、主ビーム１の横壁８に穴を開けてブラインドナット２６を取り付け、このブラインドナット２６とボルト２７によりブラケット２２を主ビーム１に（より具体的には横壁８に）締結している。ブラケット２２はアルミニウム合金押出形材からなり、上面左右（図４には右側のみ示す）にブラインドナット２６のフランジ２６ａを収容する溝２２ａが形成されている。ブラインドナット２６は、主ビーム１の中空断面内にナット及び締結工具を挿入できない場合に適する。

図５を参照して、本発明に係る他のバンパー構造体について説明する。なお、図５において図１に示すバンパー構造体と実質的に同じ部位には同じ番号を付与している。
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は、支持アーム２の断面構造のみが異なる。この支持アーム２も中空断面のアルミニウム合金押出材を押出方向に垂直に切断したもので、前壁１４と後壁１５、及び両壁１４，１５を接続する複数個のリブ壁１６〜２１を有する。前壁１４と後壁１５はほぼ全長にわたり略等間隔離れて斜め前方に傾斜し、両端のリブ壁１６，２１は略水平で、これら前壁１４、後壁１５及びリブ壁１６，２１により中空断面の外形輪郭が構成され、これが略Ｉ字型をなしている。前壁１４の下端部１４ａが少し屈曲して略垂直（補助ビーム３の後壁１１に略平行）となり、後壁１５は前記中空断面の輪郭より上方に突出する突出壁１５ａを有する。

支持アーム２の上端のリブ壁１６（第１取付壁１６）は、主ビーム１の下面、すなわち横壁８の下面に当接し、突出壁１５ａ（第３取付壁１５ａ）が主ビーム１の背面、すなわち後壁５の背面に当接し、前壁１４の下端１４ａ（以下、第２取付壁１４ａという）が補助ビーム３の背面（被取付面）、すなわち後壁１１の背面に当接している。
このバンパー構造体によれば、自動車が歩行者に衝突したとき、補助ビーム３が主ビーム１より先に歩行者のすねに当たってひざ関節を正常方向に曲げた後、主ビームがひざ関節を打撃するので、ひざ関節へのダメージを軽減できる。このとき補助ビーム３に掛かる荷重は曲げモーメントとして主ビーム１に伝達され、主ビーム１により受け止められる。
支持アーム２は、第１取付壁１６が主ビーム１の下面にボルト・ナットにより機械的に固定されているので、従来の溶接接合と異なり、衝突時に補助ビーム２に加わる荷重変位は安定しかつ予測可能である。

このバンパー構造体は、前壁１４と後壁１５の間を複数個のリブ１６〜２１でつないだ中空断面構造であることにより比剛性が高く、主ビーム１、補助ビーム３及び支持部材２の押出方向を揃えて組み付けているから、各取付壁と被取付面を容易に面接触させ、かつ接触面積を自在に設定することができる。そして、支持アーム２の第１取付壁１６を主ビーム１の下面に面接触させ、下方からブラケット２２で主ビーム１に機械的に固定することで、安定した高い取付強度と衝突時の安定した予測可能な荷重変位が得られる。また、ブラケット２２で機械的に固定することで、例えばブラケット２２の厚みの調整や締結箇所の数等により取付強度を適宜調整でき、衝突時の荷重変位の調整も容易である。
また、第３取付壁１５ａを主ビーム１の背面に面接触させて固定することで、取付強度及び衝突時の荷重変位を調整することができる。

なお、上記の例では、左右一対の支持ビーム２を設けたが、必要に応じて例えば幅方向中央部に１個、あるいは左右に１個ずつなど、追加の支持ビームを設けることもできる。上記の例では、ブラケット２２の左右１カ所ずつをボルト・ナットで締結したが、取付強度や衝突時の荷重変位の調整のため、例えば左右２カ所ずつを締結することもでき、あるいはボルト・ナット以外の締結要素（例えばリベット等）を適宜用いることもできる。この点は、第３取付壁１５ａの接合の場合も同様である。
上記の例では、支持アーム２の第２取付壁２２と補助ビーム３の背面をボルト・ナットで締結したが、他の締結要素や溶接で接合してもよい。
上記の例では、支持アーム２の第３取付壁１５ａと主ビーム１の背面をボルト・ナットで締結したが、第３取付壁１５ａと主ビーム１との接合は補助的なもので、必須ではない。

主ビーム１、支持アーム２、補助ビーム３及びブラケット２２として、各種アルミニウム合金を用いることができるが、なかでも主ビーム１として比較的高強度のＪＩＳ７０００系アルミニウム合金が、支持アーム２、補助ビーム３及びブラケット２２として、例えばＪＩＳ６０６３等の６０００系アルミニウム合金が好適である。

本発明に係るバンパー構造体の平面図である。図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。図２の左側面図である。本発明に係るバンパー構造体の主ビームと支持アームの締結構造の他の例を示す断面図である。本発明に係るバンパー構造体の断面図（切断箇所は図２と同じ）である。

符号の説明

１主ビーム
２支持アーム
３補助ビーム
１４支持アームの前壁
１５支持アームの後壁
１５ａ支持アームの突出壁（第３取付壁）
１６支持アームのリブ壁（第１取付壁）
１７〜２０支持アームのリブ壁
２１支持アームのリブ壁（第２取付壁）

Claims

主ビームと、上端部が前記主ビームに固定された左右の支持アームと、前記支持アームの下端部に固定され、前記主ビームの下方に位置する補助ビームからなる自動車のバンパー構造体において、前記主ビーム、補助ビーム及び支持アームはいずれもアルミニウム合金押出形材からなり、前記支持アームは断面が中空で押出方向が前記主ビーム及び補助ビームの長手方向に対し平行となるように配置され、前記中空断面の輪郭の上端に位置する第１取付壁が前記主ビームの下面に当接し、前記支持アームの押出方向幅より長いブラケットが前記中空断面内を通り前記支持アームの押出方向に沿って配置され、その中央部が前記第１取付壁の下面に当接し、左右両側が前記主ビームの下面に当接して前記主ビームに締結要素により接合され、前記中空断面の輪郭の下端近傍に位置する第２取付壁が前記補助ビームの被取付面に当接して前記補助ビームに接合されていることを特徴とする自動車のバンパー構造体。
前記補助ビームの衝突面が、前記主ビームの衝突面より前方側に位置することを特徴とする請求項１に記載された自動車のバンパー構造体。
前記支持アームが前記中空断面の輪郭より上に突出する第３取付壁を有し、前記第３取付壁が前記主ビームの背面に当接して前記主ビームに締結要素により接合されてい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のバンパー構造体。
前記支持アームは前壁と後壁及びこの両壁を接続する複数個のリブ壁を有し、上端のリブ壁が前記第１取付壁となっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載された自動車のバンパー構造体。
前記支持アームは前壁と後壁及びこの両壁を接続する複数個のリブ壁を有し、上端のリブ壁が前記第１取付壁となり、前記後壁の一部が前記中空断面の輪郭より上に突出して前記第３取付壁となっていることを特徴とする請求項３に記載された自動車のバンパー構造体。
前記支持アームの中空断面の輪郭が略Ｌ字状をなし、前記略Ｌ字状の輪郭の上端に形成されたリブ壁が前記第１取付壁であり、前記略Ｌ字状の輪郭の前端に形成されたリブ壁が前記第２取付壁であり、前記第２取付壁が前記補助ビームの背面に当接して前記補助ビームに接合されていることを特徴とする請求項４又は５に記載された自動車のバンパー構造体。