JP2009521368A - 金属及びプラスチックで構成される車両バンパビーム - Google Patents

Abstract

固定的に取り付けられた打ち抜き金属構成部品及び第２の高分子構成部品を有し、特定の局部的なエネルギー吸収体特性を有するビームを形成する、車両用のバンパシステム。金属構成部品は、シート材から形成され、車両取り付け位置にあるとき、長さの大部分に沿って幅方向に厚さを有する。第２の高分子構成部品は、第１の構成部品の表面に係合し、長さに沿った少なくとも数カ所で第１の構成部品に固定的に取り付けられ、第１の構成部品とともに構造ビームを形成する。第２の高分子構成部品は、構造ビームの一体部分を形成するのに十分な構造部分と、車両衝突時に圧壊してエネルギーを吸収するように構成されるエネルギー吸収セルを中央位置及びコーナー位置に形成する、幅方向に延在する相互連結壁とを有する。

Description

本発明は、衝突中に変形する間にエネルギーを効果的に吸収するビーム設計に関する。本発明の用途には、車両バンパシステム、側部衝撃バー、計器盤クロスカー下部構造、及び根太板(sill plate)が含まれる。

［関連出願の相互参照］
本出願は、２００５年１２月２７日に出願された「VEHICLE BUMPER BEAM CONSTRUCTED OF METAL AND PLASTIC」と題する米国特許仮出願第６０／７５４，０７９号の優先権を主張する。

最近の衝撃ビームは、或る所定のストローク全体で最大衝撃エネルギーを吸収するように設計されている。同時に、それらは、負荷スパイクを最小に抑えると共に、衝撃から負荷を受けたときに均一且つ予測可能な圧壊を促進するようにエネルギーを分散させるように設計されている。さらに、エネルギー吸収システムの個々の構成部品は、他のエネルギー吸収構成部品とうまく組み合わされなければならない。

特に、乗用車用のバンパシステムの構成部品をよりうまく統合する改良が望まれる。例えば、現在の多くの「伝統的な」車両バンパシステムは、車両フレームレール間に、直接的に、又は中間レール延長ブラケットとの組み合わせのいずれかで取り付けられ、それにより、バンパシステムをさまざまなパッケージング状態にあわせて適切に配置して適応させるようにする、非常に剛直な構造金属ビームを含む。一般的に、高分子エネルギー吸収体が、金属ビームの表面上に配置され、ビームと外面又は特定スタイルの外観表面との間の空間を満たして、追加的なエネルギー管理能力を結合システムに与えるようにしている。剛直な構造金属ビームは、主要エネルギー吸収構造を与えることが意図される一方、高分子エネルギー吸収体は、初期衝突中に圧壊してエネルギーの吸収（応力の分散も）を行うように構成される。しかしながら、最適なシステム性能のために金属ビームの異なったセクションに沿って特定の局部衝撃吸収特性を得られるように金属ビームを調整することは、容易ではない。金属ビームは、主要エネルギー吸収構造であることが意図されているので、ビームに沿って必要な最小限の強度及び構造を満たすために「過剰な設計がされる」ことが多い。その結果、多くの長手方向セクションが、必要以上に強く、且つ重くなる。さらに、ロール成形等の一部の経済的な製造プロセスは、一定であるセクション及び一定の材料厚さを必要とし、これにより、構造の局部的な調整が困難になる。これは、幾つかの理由から好適でない。第１に、必要以上に強い長手方向セクションは、同時に必要以上に重い。さらに、「強すぎる」セクションは、実際には、衝突エネルギーが車両フレームに早期に伝達されるようにし、結果的に、そうでなければ回避できたであろう損傷が車体に生じる可能性がある。さらに別の理由は、バンパシステムに費やされる空間に関する。構造金属ビームは、「パッケージ」空間を占め、これにより、他のことに利用可能な空間が減少するか、又は車両設計者が、所望するよりも、スタイルの融通性に欠ける大型の車両を設計せざるを得ない。さらにまた、構造金属ビームは伝統的に、より軟質のプラスチックエネルギー吸収体に係合してそれを支持するようになっている大きく比較的平坦な前面を示し、これは、エネルギー吸収体の良好な圧壊特性に必要である。しかしながら、金属構造ビーム上に大きい前面が存在することは、金属構造ビームの後ろのフレームマウントを、個別に取り付けられた二次構成部品（例えば、金属ビームに溶接された打ち抜きブラケット）によって形成しなければならないか、又は二次作業（例えば、金属ビームの端部セクションに対するドリル加工、切断、溶接及び／又は変形作業）によって形成された表面によって形成されなければならないことを意味する。二次構成部品及び作業は、費用が高いと共に時間がかかり、不都合にも製造コスト及び品質管理の困難さが増す。

したがって、上記問題を解決すると共に、上記利点を有するバンパシステムが望まれる。

本発明の一態様は、金属構成部品及び第２の構成部品を有する車両用のバンパシステムを提供することである。
金属構成部品は、車両フレームのフレームレールに取り付けるのに適応した長さ及び両端部を有する。
第２の構成部品は、金属構成部品の表面に係合して、共通接合面に沿って連続的に、又は当該接合面に沿った少なくとも数カ所で、金属構成部品に固定的に取り付けられ、金属構成部品とともに構造ビームを形成する。
第２の構成部品は、高分子材料を含み、構造ビームの一体部分を形成するのに十分な構造部分を有する。高分子構成部品は、車両衝突時に圧壊してエネルギーを吸収するように構成されるエネルギー吸収セルを形成するために横幅方向に延在する相互連結壁も有するように設計される。

本発明の別の態様は、第１の構成部品及び第２の構成部品を有する車両用のバンパシステムを提供することである。
第１の構成部品は、車両フレームのフレームレールに取り付けるのに適応した長さ及び両端部を有する。
第２の構成部品は、第１の構成部品の表面に係合して、第１の構成部品に固定的に取り付けられ、打ち抜き構成部品とともに構造ビームを形成する。
第２の構成部品は、高分子を含む材料から成形され、車両衝突時に圧壊してエネルギーを吸収するように構成されるエネルギー吸収セルを有し、それにより、構造ビームの表面上に別体のエネルギー吸収体を設ける必要を実質的に回避する。

本発明のさらに別の態様は、金属構成部品及び高分子構成部品を有する車両用のバンパシステムを提供することである。
金属構成部品は、シート材料から形成されて、車両の離隔配置されたフレームレール間に延在するのに十分な、またそれに適応させた長さを有する。
金属構成部品は、金属構成部品の比較的平坦な幾何学的形状のために、単独の構成部品としては前方向に良好な曲げ強度を有していないことを特徴とし、そのため、金属構成部品は、それ自体ではバンパ補強ビームとして機能することができない。
高分子構成部品は、金属構成部品長さに実質的に等しい長さを有して、金属構成部品に連続的に、又は多数の箇所で固定的に取り付けられ、曲げに耐える自立形の剛直な構造バンパ補強ビームを形成する。
高分子構成部品は、衝撃を受けたときに圧壊してエネルギーを吸収するように構成される、複数の一体成形されて前方に延在するエネルギー吸収セクションを有する。

本発明の別の態様は、バンパシステムを形成する方法を提供することである。
当該方法は、第１の材料で第１の構成部品を形成すること、及び第２の材料で第２の構成部品を形成することを含み、第１の材料及び第２の材料は異なる。
当該方法は、第２の構成部品を第１の構成部品の表面に係合すること、及び第２の構成部品を第１の構成部品に、その長さに沿った少なくとも数カ所で固定的に取り付け、第１の構成部品とともに構造ビームを形成する、取り付けることも含む。
当該方法は、第２の構成部品に、構造ビームの一体部分を形成するのに十分な構造部分を与えると共に、車両衝突時に圧壊してエネルギーを吸収するように構成されるエネルギー吸収セルを形成するために幅方向に延在する相互連結壁も有することをさらに含む。

したがって、本発明の別の態様は、車両フレームのフレームレールに取り付けられるようになっている後向きの取り付け面を備える両端部を有する金属構成部品と、金属構成部品の前方に配置されて、少なくとも金属構成部品の長さに延在する高分子を有する第２の構成部品とを備え、
金属構成部品及び第２の構成部品は、それぞれ、上縁部及び底縁部に沿って互いに固着され、レール間に延在するのに十分な長さの一体型ビームを形成する前壁及び後壁を有し、
一体型ビームの前壁及び後壁は、少なくとも１つの横断面に沿って管形状を形成し、
また、第２の構成部品は、少なくとも１つの横断面の近傍で一体型ビームによって画定された凹部内に延出する補強リブをさらに有する、乗用車用のバンパシステムを提供することを含む。

本発明のさらなる態様は、
凹部が、金属構成部品によって少なくとも部分的に画定されること、
取り付け面が同一平面上にあること、
第２の構成部品が、金属構成部品の両端部の外側の位置にコーナー衝撃強度を与えるためのクラッシュボックスを形成する相互連結壁アレイをさらに含むこと、
第２の構成部品が、金属構成部品の両端部の外側の位置に構造コーナー及びバンパ形状を形成する相互連結壁アレイをさらに含むこと、
第２の構成部品が、エネルギー吸収を局部的に調整するためにさまざまな壁厚さを有すること、
第２の構成部品が射出成形されること、
第２の構成部品が、プラスチック構成部品を金属構成部品に連結するための一体成形取り付け部材を有すること、
第２の構成部品が、金属構成部品上にインサート成形されること、
金属構成部品が、打ち抜き加工されること、
第２の構成部品及び金属構成部品の上部及び底部に沿った取り付けが、機械的であること、
上縁部及び底縁部が、重なり部材を含むこと（また、重なり部材は、車両取り付け位置にあるときに水平に延在する当接面を有してもよいし、又は車両取り付け位置にあるときに垂直に延在する当接面を有してもよいこと）、
第２の構成部品の上縁部及び底縁部が、上縁部及び底縁部に沿って金属構成部品の取り付けフランジを受け取るためのリセスを画定すること
の特徴のいずれかを有する、上記段落のバンパシステムを提供することである。

本発明のさらに別の態様は、
車両フレームのフレームレールに取り付けられるように構成且つ適応させた取り付け面を設けた両端部を有する金属構成部品と、
金属構成部品の表面上に位置付けられて、少なくとも金属部品の長さに延在する高分子材料を含む第２の構成部品とを有し、
金属構成部品及び第２の構成部品は、上縁部及び底縁部に沿って互いに固着され、一体型ビームを形成する前壁及び後壁を有し、
一体型ビームは、少なくとも１つの横断面に沿って管形であって、レール間に延在するのに十分な長さであり、
また、第２の構成部品は、金属構成部品の取り付け面を超えて延在するコーナー形成端部セクションをさらに有し、
コーナー形成端部セクションは、乗用車がコーナー衝撃を受けた時にエネルギーを吸収するように適応且つ構成される少なくとも１つの相互連結リブアレイを有する、
乗用車用のバンパシステムを提供することである。

本発明の別の態様は、車両フレームのフレームレールに取り付けられるように構成且つ適応される車両の方に向けた取り付け面を画定する両端部を有する金属構成部品と、金属構成部品の前方に位置付けられた高分子材料を含む第２の構成部品とを有し、
金属構成部品及び第２の構成部品は、上縁部及び底縁部に沿って互いに固着され、レール間に延在するのに十分な長さの一体型ビームを形成する前壁及び後壁を有し、
また、第２の構成部品は、金属構成部品を超えて延在して車両のコーナーを画定するようになっている外向き面を有する一体型コーナー形成端部セクションをさらに有する、乗用車用のバンパシステムを提供することである。

本発明のさらに別の態様は、
端部セクションの表面が、車両上のフェイシアを支持するようになっていること、
又は、端部セクションの表面及び第２の構成部品の中央外面が曲線形状を画定し、端部セクションの表面は、中央外面の外側部分より後方へ傾斜していること
の特徴のいずれかを有する、上記段落のバンパシステムを提供することである。

本発明の別の態様は、車両フレームのフレームレールに取り付けられるように構成且つ適応される車両の方に向けた取り付け面を画定する両端部を有する金属構成部品と、金属構成部品の表面上に位置付けられた高分子を含む第２の構成部品とを有し、
金属構成部品及び第２の構成部品は、上縁部及び底縁部に沿って互いに固着され、レール間に延在するのに十分な長さの一体型ビームを形成する前壁及び後壁を有し、
また、第２の構成部品は、金属構成部品を超えて延在して車両のコーナーを画定するようになっている前面を有する一体型コーナー形成端部セクションをさらに有する、乗用車用のバンパシステムを提供することである。

本発明のさらに別の態様は、車両フレームのフレームレールに取り付けられるように構成且つ適応される車両の方に向けた取り付け面を画定する両端部を有する金属構成部品と、金属構成部品の表面上に位置付けられた高分子を含む第２の構成部品とを有し、
金属構成部品及び高分子構成部品は、上縁部及び底縁部に沿って互いに固着され、レール間に延在するのに十分な長さの一体型ビームを形成する前壁及び後壁を有し、
また、第２の構成部品は、上壁及び後壁を有すると共に、上壁及び後壁間に延在する補強壁を有し、
補強壁は、第２の構成部品の中央セクションに沿って、またコーナーセクションに沿って異なったエネルギー吸収特性を与えるように位置付けられて配置される、乗用車用のバンパシステムを提供することである。

本発明のさらに別の態様は、
前壁、上壁、底壁及び補強壁の厚さが、所望のエネルギー吸収量を達成するように異なった厚さ寸法に調整されること、
これらの壁はそれぞれ、１つの平面に沿って位置付けられ、２つの壁の平面は、同一の平面上にないこと、
又は、中央セクション内の補強壁は、後壁から間隔を置いた後縁部を有し、衝突中に順次増加するエネルギー吸収プロファイルを生じるようにすること
の特徴のいずれかを有する、上記段落のバンパシステムを提供することである。

本発明の別の態様は、車両フレームのフレームレールに取り付けられるように構成且つ適応される同一平面上の取り付け面を備える打ち抜き金属構成部品と、金属構成部品の表面に係合する高分子を含む射出成形構成部品とを有し、
射出成形構成部品及び金属構成部品は、上縁部及び底縁部に沿って互いに固着され、レール間に延在するのに十分な長さの一体型ビームを形成する前壁及び後壁を有し、
また、射出成形構成部品は、ビームの所定の長手方向セクションに沿ってビームに追加強度を与えるために、打ち抜き金属構成部品内へ少なくとも部分的にはまり込む一体成形部分をさらに有する、乗用車用のバンパシステムを提供することである。

本発明のさらに別の態様は、打ち抜き金属構成部品内へはまり込む一体成形部分が、打ち抜き金属構成部品の後壁から間隔を置いた後面を有するエネルギー吸収リブアレイを有するという特徴を有する、上記段落のバンパシステムを提供することである。

本発明の別の態様は、車両フレームのフレームレールに取り付けられるように構成且つ適応される同一平面上の取り付け面を備える打ち抜き金属構成部品と、金属構成部品の表面に係合する高分子を含む射出成形構成部品とを有し、
射出成形構成部品及び金属構成部品は、互いに固着される上縁部及び底縁部を設けて、レール間に延在するのに十分な長さの一体型ビームを形成する前壁及び後壁を有し、
金属構成部品の上縁部及び底縁部は、複数の開口を有し、
射出成形構成部品の上縁部及び底縁部は、開口に挿通される一体成形された突出部を有し、
突出部は、突出部を開口に固着する拡大ヘッドセクションを終端に有する、
乗用車用のバンパシステムを提供することである。

本発明のさらに別の態様は、車両フレームのフレームレールに取り付けられるように構成且つ適応される同一平面上の取り付け面を備える打ち抜き金属構成部品と、金属構成部品の表面に係合する高分子を含む射出成形構成部品とを有し、
射出成形構成部品及び金属構成部品は、互いに固着される上縁部及び底縁部を設けて、レール間に延在するのに十分な長さの一体型ビームを形成する前壁及び後壁を有し、
金属構成部品の上縁部及び底縁部は、複数の開口を有し、
射出成形構成部品の上縁部及び底縁部は、開口に挿通される一体成形された突出部を有し、
突出部は、突出部を開口に固着する拡大ヘッドセクションを終端に有する、乗用車用のバンパシステムを提供することである。

本発明の別の態様は、車両フレームのフレームレールに取り付けられるように構成且つ適応される同一平面上の取り付け面を備える打ち抜き金属構成部品と、金属構成部品の表面に係合する高分子を含む射出成形構成部品とを有し、
射出成形構成部品及び金属構成部品は、それぞれ、重なって互いに固着される上縁部及び底縁部を設けて、レール間に延在するのに十分な長さの一体型ビームを形成する前壁及び後壁を有し、
射出成形構成部品の上縁部及び底縁部は、金属構成部品の上縁部及び底縁部を捕らえ、それにより、衝突時に、金属構成部品の上縁部及び底縁部が捕らえられて拡がることができず、それにより、このように形成された一体型ビームが、衝突中の早期ねじれ及び圧壊に耐える増加強度を有するようにする、
乗用車用のバンパシステムを提供することである。

本発明の上記及び他の態様、目的及び特徴は、以下の明細書、特許請求の範囲及び添付図面を検討することにより、当業者によって理解且つ評価されるであろう。

本明細書の説明のために、「上方」、「下方」、「右」、「左」、「後」、「前」、「垂直」、「水平」という用語及びそれらの派生語は、図１の向きにおいて本発明に関連付けられるものとする。しかしながら、本発明は、さまざまな別の向きをとってもよいことを理解されたい。特に、「前」及び「後」という言葉は、便宜的に、また本説明及び特許請求の範囲を理解しやすくするために本明細書において使用されるものであるが、これらの用語は、車両の前端部又は後端部に用いられるバンパシステムに等しく当てはまると解釈されることができるものとする。添付の図面及び以下の明細書に記載されている特定の装置及びプロセスは、添付の特許請求の範囲に規定される発明概念の単なる例示的な実施形態であることも、理解されたい。したがって、本明細書に開示される実施形態に関する特定寸法及び他の物理的特性は、特許請求の範囲がそうでないことを明記しない限り、制限的であると見なされるべきではない。

参照符号１０（図１〜図４）は、本発明による車両用のバンパシステムを包括的に示す。図示の例では、バンパシステム１０は、第１の構成部品１２及び第２の高分子構成部品１４を備える。第１の構成部品１２は、長さ１６（図６を参照）と、車両フレームのフレームレール２８に取り付けられるようになっている両端部１８とを有する。第１の構成部品１２は、シート材から形成され、車両取り付け位置にあるとき、長さ１６の大部分に沿って幅方向に厚さ２０を有する。第２の高分子構成部品１４は、第１の構成部品１２の面２２に係合し、長さに沿った少なくとも数カ所で第１の構成部品１２に固定的に取り付けられ、第１の構成部品１２とともに構造ビームを形成する。第２の高分子構成部品１４は、構造ビームの一体部分を形成するのに十分な構造部分と、車両衝突時に圧壊してエネルギーを吸収するように構成されるエネルギー吸収セル２６を形成するために幅方向に延在する相互連結壁２４とを有する。システムの慣性モーメント及び強度は、各構成部品の幾何学的形状及び材料強度を考慮することによってバランスがとられると共に最適化され、したがって、真のモノコックハイブリッド構造を作り出す。２つの構成部品間の取り付け部の強度及び頑強さは、負荷を接合面全体に効果的に伝達し、大きな変形が行われている間の構造体の統合性を維持するのに十分であることが好ましい。これにより、新しいハイブリッドシステムは、従来は２つ以上の個別構成部品を必要としたエネルギー管理機能を実行することができる。

図示の実施形態では、第１の構成部品１２は、単一の厚さを有するシート材料から打ち抜かれる。好ましくは、第１の構成部品１２は、鋼から形成される。例えば、第１の構成部品１２は、二重フェーズ（dual phase）９８０ＭＰａ超高強度鋼から形成されることができる。しかしながら、第１の構成部品１２は、鋼と同様な性質を有する任意の材料でも形成されることができると考えられる。さらに、第１の構成部品１２は好ましくは、８０ＫＳＩより高い降伏強度を有し、また最も好ましくは、１７０ＫＳＩより高い降伏強度を有する。さらに、第１の構成部品１２は、奥行き寸法より大きい高さ寸法及び長さ寸法を有する。第１の構成部品１２は、車両フレームのフレームレール２８に取り付けられるようになっている両端部１８を有する。第１の構成部品１２は、両端部１８間に延在する中間セクション３０も有する。第１の構成部品１２はさらに、上部開口３４を貫設した上部フランジ３２を有し、底部開口３８を貫設した底部フランジ３６が、第１の構成部品１２の長さ１６に沿って延在する。

第１の構成部品１２の図示の中間セクション３０は、実質的にＣ字形断面を有し、第１の構成部品１２の両端部１８間に延在して、第２の高分子構成部品１４に連結される。中間セクション３０は、上面４０と、底面４２と、内部に長手方向チャネル４６を有する後面４４とを備える。上面４０は、上部フランジ３２に連結されて、上部フランジ３２から離れて後面４４に向かうように下向きに延在する。上面４０は、その各端部に三角形部分４８も含む。底面４２は、上面４０の実質的に鏡像であって、底部フランジ３６に連結され、その各端部に三角形部分５０を含む。第１の構成部品１２の後面４４は、中間セクション５２と、中間セクション５２から小さい角度を付けて離れるように延在する１対の端部セクション５４とを含む。長手方向チャネル４６は、中間セクション５２及び端部セクション５４内に位置し、長手方向チャネル４６は、後面４４の中間セクション５２に実質的に平行な最深領域５６と、後面４４の端部セクション５４内に位置する１対の端部領域５８であって、チャネル４６が第１の構成部品１２の両端部１８に接近するのに伴って徐々に浅くなっていく１対の端部領域５８とを有する。

図示の例では、第１の構成部品１２の両端部１８は、車両フレームのフレームレール２８に取り付けられるようになっている。端部１８は、Ｃ字形であって、中間セクション３０の上面４０に連結される上面６０と、中間セクション３０の底面４２に連結される底面６２と、端部１８の上面６０及び底面６２間の後連結面６４とを含む。後連結面６４には、後接続面６４を、それによってフレームレール２８のバンパシステム１０を連結するために、締結具を受け取る複数の開口６６が貫設されている。後連結面６４はまた、その端縁部に沿ってノッチ６８を含む。図示の実施形態では、端部１８は、上面６０及び後連結面６４の交差位置の３つの上部溝７０と、底面６２及び後連結面６４の交差位置の３つの下部溝７２とを含む。

図示の第２の高分子構成部品１４は、第１の構成部品１２に連結される。好ましくは、第２の高分子構成部品１４は、射出成形されたエンジニアリンググレードの高分子材料から形成される。例えば、第２の高分子構成部品１４は、射出成形プラスチックから形成されることができる。さらに、第２の高分子構成部品は、ポリカーボネート（ＰＣ）及びポリエステル（例えば、ＰＢＴ及びＰＥＴ）等の熱可塑性プラスチックの混合物から形成されることができる。しかしながら、第２の高分子構成部品１４は、任意の高分子材料で形成されることができ、また、非高分子部分（例えば、高分子材料によって少なくとも部分的に包囲されて成形された炭素繊維）を含むこともできると考えられる。さらに、第１の構成部品１２は好ましくは、８０ＫＳＩより高い降伏強度を有し、また最も好ましくは、１７０ＫＳＩより高い降伏強度を有する。

図示の例では、第２の高分子構成部品１４は、上壁８０、前壁８２及び底壁８４を有する。図示の実施形態では、上壁８０及び底壁８４は実質的に平行である。上壁８０は、第１の構成部品１２に隣接した縁部に沿った直立フランジ８６と、２つの向き合った側縁部とを有する。上壁８０は、それから上向きに延出して直立フランジ８６に連結される複数の大型リブ８８、複数の中型リブ９０及び複数の小型リブ９２も有する。同様に、底壁８４は、第１の構成部品１２に隣接した縁部に沿った垂下フランジ９４と、２つの向き合った側縁部とを有する。底壁８４は、それから下向きに延出して垂下フランジ９４に連結される複数の大型リブ９６、複数の中型リブ９８及び複数の小型リブ１００も有する。図示の実施形態では、直立フランジ８６及び垂下フランジ９４は、第１の構成部品１２の、それぞれ上部フランジ３２及び底部フランジ３６に連結される。好適な実施形態では、直立フランジ８６及び垂下フランジ９４の各々は、第１の構成部品１２の、それぞれ上部フランジ３２の上部開口３４及び底部フランジ３６の底部開口３８に挿通される複数の締結具１０２を含む。図示の実施形態では、複数の締結具１０２は、直立フランジ８６及び垂下フランジ９４から延出する一体成形された突出部を有し、突出部は、熱かしめヘッド(heat staked head)を含む。別法として、又は突出部に加えて、第１の構成部品１２を第２の高分子構成部品１４に連結するために接着剤を使用することができる。さらに、締結具１０２はリベットを含むことができるであろう。しかしながら、第１の構成部品１２及び第２の構成部品１４を任意の方法で連結することできると考えられる。例えば、第１の構成部品１２又は第２の構成部品１４の一方が、１対の向き合ったＵ字形フランジを含み、第１の構成部品１２及び第２の構成部品１４の他方を、Ｕ字形フランジのある構成部品上へ滑らせることができるであろう。

第２の高分子構成部品１４の図示の前壁８２は、第１の側部チャネル１１０及び第２の側部チャネル１１２を有する。第１の側部チャネル１１０及び第２の側部チャネルの各々は、実質的にＣ字形断面を有し、５つの平行壁１１４が、第１の側部チャネル１１０及び第２の側部チャネル１１２の各々の上部及び底部間に延在している。さらに、第１の側部チャネル１１０及び第２の側部チャネルの各々は、壁１１４のうちの２つの間、及びチャネル１１０、１１２の上部及び底部の間に延在する格子形壁セクション１１６を含む。図４及び図８に示すように、第１の側部チャネル１１０及び第２の側部チャネル１１２の両方は、第１の構成部品１２を第２の高分子構成部品１４に連結するときに第１の構成部品１２の後連結面６４の開口６６と整合する２つの穴１１８を内部に有する。さらに、第１の側部チャネル１１０及び第２の側部チャネル１１２の両方は、バンパシステム１０をレール２８に連結するように穴１１８及び開口６６にはめ込まれる締結具を連結するために、工具を第１の側部チャネル１１０及び第２の側部チャネル１１２にはめ込むことができるようにする上部溝１２０及び底部溝１２２を有する。

図示の実施形態では、エネルギー吸収セル２６を形成する壁２４は、上壁８０の下側と第１の側部チャネル１１０及び第２の側部チャネル１１２の上部との間、及び底壁８４の上部と第１の側部チャネル１１０及び第２の側部チャネル１１２の底部との間に延在する。したがって、図示の例では、上部組のエネルギー吸収セル２６が、壁２４のうちの２つ、第２の高分子構成部品１４の前壁の一部分、及び第１の側部チャネル１１０の上部又は第２の側部チャネル１１２の上部のいずれか一方によって画定される。さらに、下部組のエネルギー吸収セル２６が、壁２４のうちの２つ、第２の高分子構成部品１４の前壁の一部分、及び第１の側部チャネル１１０の底部又は第２の側部チャネル１１２の底部のいずれか一方によって画定される。エネルギー吸収セル２６は、車両の衝突時に圧壊してエネルギーを吸収するように構成されている。図示の第２の高分子構成部品１４はまた、第２の高分子構成部品の中央セクション内に複数のエネルギー吸収セル２６を含む。図８の後方から見ると、中央セクションは、壁２４のうち、第１の側部チャネル１１０の上部及び第２の側部チャネルの上部間に延在する上側のものを含む。中央セクションはさらに、壁２４のうち、第１の側部チャネル１１０の底部及び第２の側部チャネルの底部間に延在する下側のものを含む。さらに、壁２４のうちの４つが、上壁８０の下側及び底壁８４の上側との間に延在して、９個のエネルギー吸収セル２６を格子状に形成する。

本発明の図示のバンパシステム１０では、エネルギー吸収セル２６が、車両の衝突時に圧壊してエネルギーを吸収するように構成され、それにより、バンパシステム１０の面の上に別体のエネルギー吸収体を設ける必要がほとんど回避される。したがって、図１に示すように、バンパシステム１０と、バンパシステム１０を覆うフェイシア２００とが、第２の高分子構成部品１４の面上に位置する別体のエネルギー吸収体を含まない車両前端部アセンブリを形成する。フェイシア２００、及び車両へのそれらの連結部は、当業者には既知である。さらに、第１の構成部品は、シート材料から形成されて、車両の離隔配置されたフレームレール２８間に延在するのに十分な、またそれに適応させた長さを有する。第１の構成部品１２は、それの比較的平坦な幾何学的形状のために、単独の構成部品としては前方向に良好な曲げ強度を有していないことを特徴とし、そのため、第１の構成部品１２は、それ自体ではバンパ補強ビームとして機能することができない。しかしながら、第２の高分子構成部品１４は、第１の構成部品の長さに実質的に等しい高分子構成部品長さを有して、第１の構成部品１２に多数箇所で固定的に取り付けられ、曲げに耐える自立形の剛直な構造バンパ補強ビームを形成する。

本発明の概念から逸脱することなく、上記構造に変更及び修正を加えることができることを理解されたい。例えば、第２の高分子構成部品１４は、最初に第２の高分子構成部品１４の主要部分を成形し、次に第２の成形ステップで、第１の構成部品１２の上に第２の高分子構成部品１４を成形することにより、第１の構成部品１２に連結されることができるであろう。加えて、第１の構成部品１２のフランジを第２の高分子構成部品１４のフランジ上にかしめ、第１の構成部品１２を第２の高分子構成部品１４に連結できることも考えられる。さらに、エネルギー吸収セル２６の１つ又は複数に弾性材料を挿入し、バンパシステム１０のエネルギー吸収特性を調節することも考えられる。最後になるが、第２の高分子構成部品１４を異なった形状に成形し、コーナーの特定スタイル及びコーナー衝撃保護部に合わせること、空気流路を貫設すること、一体型ランプハウジングを設けること、ワイヤハーネス取り付けクリップを設けること、一体型フェイシア取り付け部を設けること、車両フレームへのトウヒッチ(toe hitch)及びトウフック(toe hook)取り付けを可能にすることができ、また、エアバッグ作動調整を改善するためにフレームレール（複数可）上にプラスチック圧壊コーンを有することができると考えられる。

図９〜図９Ｆは、第１の構成部品１２及び第２の高分子構成部品１４のために様々な重ねて取り付ける構造を含む、ビームの種々の実施形態を示す縦断面図である。図９は、それぞれ第１の構成部品及び第２の高分子構成部品の取り付けフランジに当接する上部３２、８６及び底部３６、９４が、上述したように垂直に延在するバンパシステム１０の断面を示す。図９Ａ〜図９Ｃは、代替の取り付け方法を示す。

図９Ａは、第１の構成部品及び第２の高分子構成部品１４が取り付けフランジ３２、３６、８６及び９４を含まない構造を示す。代わりに、第２の高分子構成部品１４の上壁８０及び底壁８４は、それぞれ第１の構成部品１２の上面４０及び底面４２に重なって、機械的手段（異なった金属及びプラスチック材料のためにうまく作用する）によるか、実際の材料に適した任意の他の手段によって（例えば、化学結合又は接着方法等によって）互いに固着される。注意すべきことに、図９Ａの図示の構造は、車両衝突中に取り付け部に剪断力を与える。しかしながら、第１の構成部品１２の表面４０及び４２は、第２の高分子構成部品１４によって捕らえられ、それにより、バンパシステム１０の第１の構成部品１２の早期ねじれ及び圧壊が回避されることにより、これは問題にならないと考えられる。さらに、第２の高分子構成部品１４は、第１の構成部品１２の凹部内に延出するエネルギー吸収セル及び相互連結された補強リブアレイを含み、これは、（セル及びアレイが金属構成部品の内部後壁に係合するときの）剪断力を減少させると共に、第１の構成部品１２の上面４０及び底面４２の安定化を助ける。図９Ｂは、図９Ａに示すものと似ている構造を示すが、第２の高分子構造部品１４の上壁８０及び底壁８４が、それぞれ第１の構成部品１２の上面４０及び底面４２の内側にあって、互いに固着されている。注意すべきことに、図９Ａに示したビームに対して述べられたものと同じ理由のため、この構造も構造ビームを形成するのに十分である。

図９Ｃは、さらに別の重なり構造を示し、この場合、第２の高分子構成部品１４の上壁８０及び底壁８４が、（図９Ｂの実施形態のように）それぞれ第１の構成部品１２の上面４０及び底面４２に重なり、また、第２の高分子構成部品１４の上壁８０及び底壁８４と一体状の高分子材料製の少なくとも１つの突出部３００が、第１の構成部品１２の上面４０及び底面４２内の対応する開口３０２に挿通されている。図９Ｄは、図９Ｃの取り付け構造の拡大図を示し、ここでは、高分子材料製の一体成形突出部３００が、第１の構成部品１２の表面４０、４２内の開口３０２に押し通されて、拡大ヘッド３０４が突出部３００上に形成され、リベットのような永久取り付け部を形成する。この構造を異なった方法で（例えば、熱かしめによって）作ることができると考えられる。さらに、インサート成形を使用する場合、高分子材料が溶融状態で流動性を有する間に、材料を開口３０２に流し通すことができる。高分子材料の縁部を加熱し（又は十分に暖めておき）、それにより、高分子材料が押し付けられて開口３０２を通って熱流動できるようにして、第２の高分子構成部品１４を第１の構成部品１２に接着することも考えられる。

図９Ｅ及び図９Ｆは、エネルギー吸収セル３５０（例えば、相互連結された補強リブアレイ）が、第１の構成部品１２’の内面と接触する状態まで選択的に延出し（図９Ｅ）、また、第１の構成部品１２’の内面と接触する手前まで選択的に延出する（図９Ｆ）バンパシステム１０’を示す。例えば、図９Ｆの構造は、正面衝突中に段階的な順次衝撃吸収プロファイルを与える一方、図９Ｅの構造は、エネルギー吸収を速やかに大幅に増加させる（すなわち、エネルギー吸収セルは、衝突時に即座にエネルギーを吸収し始める）。一実施形態では、図９Ｅの構造が取り付け表面全体に存在し、また、図９Ｆの構造が金属及びプラスチック構成部品の中央全体に存在するバンパシステム１０’を構成することができるであろう。さらに、図９Ｆに示すギャップは、（例えば、特定の順次エネルギー吸収が望まれる場合）長手方向のある領域で大きくするか、又は長手方向のある領域で小さくすることができる。後述するように、特定リブを特定の離隔配置で位置付けることができ（例えば、図１０Ａ）、又は特定の形状で形成することができる（例えば、図１０Ｂ）とも考えられる。図１０Ｂは、リブの厚さ寸法を変化させる（厚くする若しくは薄くする）、又は不均一にする（例えば、それらの長さに沿ってテーパ状にする、長さを短く、若しくは長さを不均一にする、等）ことができることを示す。バンパシステム１０’の構成部品は、図９〜図９Ｄに関連して上述した方法のいずれかを使用して連結されることができると考えられる。

図１０は、打ち抜き加工された、後金属構成部品１２’’及び射出成形された高分子前構成部品１４’’を有する変更形バンパシステム１０’’を示す斜視図である。高分子前構成部品１４’’は、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すような調整エネルギー吸収特性を有するエネルギー吸収セクション４０２を形成する複数の異なった形状の補強リブアレイ４００を備える。図１０Ａは、リブ４０２が、例えば、より多い（又はより少ない）中間リブ４０４と共に、又は規則的（又は不規則的）間隔の中間リブ４０４と共に特別な離隔配置で位置付けられることができることを示す。また、リブ４０２は、図１０Ｂに示すように、特別な「カスタマイズされた」形状で形成されることができる。例えば、異なる厚さ寸法を有するリブ４０２ａ（厚い）及び４０２ｂ（薄い）を形成すること、或いは不均一であるように（長さに沿って異なる角度のテーパを付けて）形成された、又は長さを短く（又は不均一に）して形成されたリブ４０２ｃもある。さらに、図１０Ａに示すように、リブ４０４をリブ４０２間の全領域内に延在させることができるか、或いは、図１０Ｂに示すように、その領域の一部分だけに延在させることができる。注目すべきことに、射出成形ダイに対してリブ４０２の変更を比較的迅速に行うことができ、それにより、バンパシステム１０’’の特定領域は、バンパ開発プログラムの終わり頃であっても、特定の所望衝撃吸収特性を有するように容易に調整されることができる。また、特定のエネルギー吸収特性のために、高分子材料は、金属材料の変更に比べ容易に変更されることができる。この理由は、（ガラス繊維等のような）充てん材を高分子材料に加えることができるからである。或いは、高分子材料自体は、金属構成部品用に異なる金属シートを購入するために必要な場合より短い調達期間で購入されることができる。

図１１は、図１０のバンパシステム１０’’の中央部分を形成するための成型プロセスの概略側面図であり、金属構成部品１２’’が、射出成形型５０２の成形ダイ５００内及びその間に配置されている。プロセスは、プラスチック構成部品１４’’を金属構成部品１２’’上にインサート成形し、溶融高分子材料が金属構成部品１２’’の機能部(feature)（例えば、箱形成突出部５０４及びその内部の開口）内及びその周囲に流れて金属構成部品１４’’との取り付け部を一体成形することを必要とする。また、インサート成形プロセスは、プラスチック材料及び金属材料間の接合を生じる。

同一平面上の取り付け面６００を有するように金属構成部品１２’’を打ち抜くことにより、実質的な二次処理を避けることができる。特に、二次車両フレーム係合取り付けブラケットを金属ビームの後壁に溶接する必要を回避することができる。また、プラスチック構成部品１４’’を射出成形することにより、実質的な二次処理を回避することができる。特に、配線、照明及びナンバープレートをプラスチック構成部品１４’’上に取り付けるための機能部等の多くの二次機能部を、成形作業の一部として、プラスチック構成部品１４’’上に一体成形することができる。また、取り付け構造部のすべて（又は少なくとも一部分）をプラスチック構成部品１４’’上に一体成形することができる。

図１２は、車両係合金属構成部品１２’’’と、金属構成部品１２’’’に取り付けられた外側プラスチック構成部品１４’’’とを有して形成される代替的な変更形バンパシステム１０’’’であって、プラスチック構成部品１４’’’は、バンパシステム１０’’’の中央部、マウント及びコーナーに沿ったそれぞれの位置で特定の圧壊特性を有するようにそれぞれ特別に設計された中央クラッシュボックス７０２、中間クラッシュボックス７０４及びコーナー形成クラッシュボックス７０６を形成する相互連結リブアレイ７００を有する、バンパシステム１０’’’の概略的な上面図である。

以上に記載したような概念は、特許請求の範囲が別段にその文言でそうでないことを明記しない限り、添付の特許請求の範囲によって包含されるものとすることを理解されたい。

本発明のバンパシステムの上面図である。 本発明のバンパビームの後斜視図である。 本発明のバンパビームの前斜視図である。 本発明のバンパビームの、バンパビームの第１の構成部品を部分的に取り除いた後斜視図である。 本発明のバンパビームの第１の構成部品の背面図である。 本発明のバンパビームの第１の構成部品の正面図である。 本発明のバンパビームの第２の構成部品の背面図である。 本発明のバンパビームの第２の構成部品の正面図である。 さまざまな重なり取り付け構造を含むさまざまなビーム実施形態を示す縦断面図である。 さまざまな重なり取り付け構造を含むさまざまなビーム実施形態を示す縦断面図である。 さまざまな重なり取り付け構造を含むさまざまなビーム実施形態を示す縦断面図である。 さまざまな重なり取り付け構造を含むさまざまなビーム実施形態を示す縦断面図である。 さまざまな重なり取り付け構造を含むさまざまなビーム実施形態を示す縦断面図である。 さまざまな重なり取り付け構造を含むさまざまなビーム実施形態を示す縦断面図である。 さまざまな重なり取り付け構造を含むさまざまなビーム実施形態を示す縦断面図である。 打ち抜き加工された後金属構成部品及び射出成形された高分子前構成部品を有する変更形バンパシステムを示す斜視図である。 調整エネルギー吸収特性を有するエネルギー吸収セクションを形成する複数の異なった形状の補強リブアレイを有する高分子前構成部品の縦断面図である。 調整エネルギー吸収特性を有するエネルギー吸収セクションを形成する複数の異なった形状の補強リブアレイを有する高分子前構成部品の縦断面図である。 図１０のバンパシステムを形成するための成形プロセスであって、高分子構成部品を金属構成部品上にインサート成形するために射出成形型の成形ダイ内に金属構成部品を配置している、成形プロセスの概略側面図である。 車両係合金属構成部品と、金属構成部品に取り付けられ、ビームを形成する外側高分子構成部品とを有する代替的な変更形バンパシステムであって、高分子構成部品は、バンパシステムの中央部、マウント及びコーナーに沿ったそれぞれの位置で特定の圧壊特性を有するようにそれぞれ特別に設計された中央クラッシュボックス、中間クラッシュボックス及びコーナー形成クラッシュボックスを形成する相互連結リブアレイを有する、バンパシステムの概略的な上面図である。

Claims (29)

1. 車両フレームレールをもつ車両フレームを有する車両用のバンパシステムであって、
   前記車両フレームの前記車両フレームレールに取り付けるのに適応した長さ及び両端部を有する金属構成部品と、
   前記金属構成部品の表面に係合して、共通接合面に沿って連続的に、又は該接合面に沿った少なくとも数カ所で、前記金属構成部品に固定的に取り付けられ、該金属構成部品とともに構造ビームを形成する、第２の構成部品と
   を備え、
   前記第２の構成部品は、
   高分子材料を含み、
   前記構造ビームの一体部分を形成するのに十分な構造部分を有すると共に、
   車両衝突時に圧壊してエネルギーを吸収するように構成されるエネルギー吸収セルを形成するために横幅方向に延在する相互連結壁も有する、
   バンパシステム。
2. 前記金属構成部品は、降伏強度が８０ＫＳＩを超える材料から形成される、請求項１に記載のバンパシステム。
3. 前記金属構成部品は、降伏強度が１７０ＫＳＩを超える材料から形成される、請求項２に記載のバンパシステム。
4. 前記金属構成部品は、
   シート材から形成され、
   車両取り付け位置にあるとき、長さの大部分に沿って幅方向に単一な厚さを有する、請求項１に記載のバンパシステム。
5. 前記第２の構成部品は、前記金属構成部品上の対応する当接面に取り付けられる上部フランジ及び底部フランジを有する、請求項１に記載のバンパシステム。
6. 前記第２の構成部品は、前記上部フランジ及び前記底部フランジを前記金属構成部品上の前記対応する当接面に連結する複数の締結具を有する、請求項５に記載のバンパシステム。
7. 前記複数の締結具は、前記上部フランジ及び前記底部フランジから延出する突出部を有する、請求項６に記載のバンパシステム。
8. 前記突出部は、前記上部フランジ及び前記底部フランジの一部として一体成形されており、
   前記金属構成部品上の前記対応する当接面は、前記突出部を挿通させる開口を有する、請求項７に記載のバンパシステム。
9. 前記第２の構成部品は、前記金属構成部品内の対応する開口に挿通される複数の一体成形された突出部を有する、請求項１に記載のバンパシステム。
10. 前記突出部は、前記第２の構成部品を前記金属構成部品に保持する熱かしめヘッドを有する、請求項９に記載のバンパシステム。
11. 請求項１に記載のバンパシステムを含むと共に、前記金属構成部品及び前記第２の構成部品を覆うフェイシアを含む車両端部アセンブリであって、
    前記第２の構成部品の表面上に位置する別体のエネルギー吸収体を有していない、車両前端部アセンブリ。
12. 前記金属構成部品は、前記車両フレームレールに取り付けられるように構成且つ適応される、内部に一体成形される取り付け面を有する、三次元形状を形成するように打ち抜かれた金属シートを含む、請求項１に記載のバンパシステム。
13. 前記金属構成部品の前記両端部は、同一平面上の取り付け面を含む、請求項１に記載のバンパシステム。
14. 前記第２の構成部品は、車両取り付け位置にあるとき、前後方向に延在する補強リブを有する、請求項１に記載のバンパシステム。
15. 前記第２の構成部品は、前記金属構成部品の前記両端部を超えて外向きに延在するコーナー形成端部セクションを有する、請求項１に記載のバンパシステム。
16. 前記第２の構成部品は、前記金属構成部品の前記両端部の外側の位置でコーナー衝撃強度を与えるためのクラッシュボックスを形成する相互連結壁アレイをさらに有する、請求項１に記載のバンパシステム。
17. 前記第２の構成部品は、前記金属構成部品の前記両端部の外側の位置で構造コーナー及びバンパ形状を形成する相互連結壁アレイをさらに有する、請求項１に記載のバンパシステム。
18. 前記金属構成部品及び前記第２の構成部品は、管形状を形成するように少なくとも幾つかの位置で互いに固着された前壁、後壁、上壁及び底壁を有し、
    前記エネルギー吸収セルの少なくとも１つが、該管形状の内部キャビティ内へ延出する、請求項１に記載のバンパシステム。
19. フレームレールをもつ車両フレームを有する車両用のバンパシステムであって、
    前記車両フレームの前記車両フレームレールに取り付けるのに適応した長さ及び両端部を有する第１の構成部品と、
    前記第１の構成部品の表面に係合して、前記第１の構成部品に固定的に取り付けられ、該第１の構成部品とともに構造ビームを形成する、第２の構成部品と
    を備え、
    前記第２の構成部品は、高分子を含む材料から成形され、車両衝突時に圧壊してエネルギーを吸収するように構成されるエネルギー吸収セルを有し、それにより、前記構造ビームの表面上に別体のエネルギー吸収体を設ける必要が実質的に回避される、バンパシステム。
20. 前記第２の構成部品は、該第２の構成部品を前記第１の構成部品に取り付ける熱成形された熱かしめヘッドを備える突出部を有する、請求項１９に記載のバンパシステム。
21. 前記第１の構成部品は、降伏強度が８０ＫＳＩを超える材料から形成される、請求項１９に記載のバンパシステム。
22. 前記第１の構成部品は、降伏強度が１７０ＫＳＩを超える材料から形成される、請求項２１に記載のバンパシステム。
23. 前記第１の構成部品は、金属で構成され、シート材から形成される、請求項１９に記載のバンパシステム。
24. 前記第１の構成部品は、奥行き寸法より大きい高さ寸法及び長さ寸法を有する、請求項１９に記載のバンパシステム。
25. 前記第１の構成部品は、前記長さに沿った少なくとも幾つかの上部位置及び底部位置で前記第２の構成部品に連結される、請求項１９に記載のバンパシステム。
26. 離隔配置されたフレームレールを有する車両用のバンパシステムであって、
    シート材料から形成されて、前記車両の前記離隔配置されたフレームレール間に延在するのに十分な、またそれに適応させた金属構成部品長さを有する金属構成部品であって、該金属構成部品は、該金属構成部品の比較的平坦な幾何学的形状のために、単独の構成部品としては前方向に良好な曲げ強度を有していないことを特徴とし、そのため、該金属構成部品は、それ自体ではバンパ補強ビームとして機能することができない、金属構成部品と、
    高分子材料を含む第２の構成部品であって、前記金属構成部品長さに実質的に等しい高分子構成部品長さを有して、前記金属構成部品に連続的に、又は多数の箇所で固定的に取り付けられ、曲げに耐える自立形の剛直な構造バンパ補強ビームを形成し、該第２の構成部品は、衝撃を受けたときに圧壊してエネルギーを吸収するように構成される、複数の一体成形されて前方に延在するエネルギー吸収セクションを有する、第２の構成部品と
    を備える、バンパシステム。
27. バンパシステムを形成する方法であって、
    第１の材料で第１の構成部品を形成すること、
    前記第１の材料と異なる第２の材料で、第２の構成部品を形成すること、
    前記第２の構成部品を前記第１の構成部品の表面に係合すること、
    前記第２の構成部品を前記第１の構成部品に、その長さに沿った少なくとも数カ所で固定的に取り付け、前記第１の構成部品とともに構造ビームを形成する、取り付けること、及び
    前記第２の構成部品に、前記構造ビームの一体部分を形成するのに十分な構造部分を与えると共に、車両衝突時に圧壊してエネルギーを吸収するように構成されるエネルギー吸収セルを形成するために幅方向に延在する相互連結壁も有すること
    を含む、バンパシステムを形成する方法。
28. 前記第２の材料は、高分子を含む、請求項２７に記載の方法。
29. 前記第１の構成部品を形成することは、１枚の金属シートを打ち抜くことを含む、請求項２７に記載の方法。

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