JP2010100249A - 車両用バンパリィンフォース - Google Patents

Abstract

【課題】熱発泡性樹脂の発泡時にキャリア部材の変形を防止でき、他物との衝突時の衝突性能を低下させることなく軽量化できる車両用バンパリィンフォースを提供する。
【解決手段】対向する一対の壁部１１および一対の接続壁部１２によって形成される長尺状空間１４を少なくとも一つ設けた中空部材１０と、中空部材１０に内装され、対向する一対のキャリア壁部２１、キャリア接続壁部２２および一対のキャリア壁部２１を支持するスペーサ３０を設けたキャリア部材２０と、を備え、接続壁部１２およびキャリア接続壁部２２を他物との衝突側となるように配置し、中空部材１０とキャリア部材２０との間隙のうち、他物との衝突側であって少なくとも壁部１１と接続壁部１２の境界部１３に熱発泡性樹脂４１を配置した樹脂材部４０を備えてある車両用バンパリィンフォースＸ。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両のバンパ装置に用いられるバンパリィンフォースに関する。

車両に他物が衝突した際の乗員への衝撃をできるだけ抑えるため、車体に伝達する衝撃エネルギーを吸収するバンパ装置が車両の前方及び後方等に装着される。
当該バンパ装置は、他物に対する衝撃緩和を主目的とする発泡ウレタン等の弾性材からなるエネルギー吸収体、当該エネルギー吸収体を保持しかつ大きな衝撃エネルギーを自身の変形で吸収するバンパリィンフォース、当該バンパリィンフォースを車体側部材（例えば、サイドメンバー）に固定するクラッシュボックス或いはバンパステーを備える。

特許文献１には、ラミネート強化した車両用バンパリィンフォースが記載してある。当該バンパリィンフォースは、空間を隔てた一対の側壁によって長尺状空間が形成される中空部材を備え、当該中空部材にはキャリア部材が内装してある。中空部材とキャリア部材との間隙には、その硬化状態において構造フォームを形成する熱発泡性樹脂が充填してあり、この熱発泡性樹脂によってビームおよびキャリアを結合し、バンパリィンフォース自体の強度を向上している。

特表２００２−５３４３０４号公報

特許文献１に記載のバンパリィンフォースにおいて、例えば中空部材は金属材で形成され、キャリア部材はプラスチックあるいは高分子材から形成される。熱発泡性樹脂は加熱によって発泡する。このとき、中空部材より変形し易いキャリア部材は、熱発泡性樹脂が発泡して体積増加することにより、キャリア部材の側壁がキャリア部材の内側に倒れるように変形する虞がある。
キャリア部材は、強化材層である熱発泡性樹脂（硬化状態における構造フォーム）の形状を保持する。上述した変形が発生したキャリア部材は、強化材層の形状および強度を保持するために適した形状とは言い難い。このようなキャリア部材をバンパリィンフォースに使用すると、当該バンパリィンフォースとしての強度に乏しいしものとなる。

また、熱発泡性樹脂を中空部材とキャリア部材との間隙の全体に充填すれば、バンパリィンフォースの重量が増大する。

従って、本発明の目的は、熱発泡性樹脂の発泡時にキャリア部材の変形を防止でき、他物との衝突時の衝突性能を低下させることなく軽量化できる車両用バンパリィンフォース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に係る車両用バンパリィンフォースの第一特徴構成は、対向する一対の壁部、および、前記壁部どうしを接続する一対の接続壁部によって形成される長尺状空間を少なくとも一つ設けた中空部材と、前記中空部材に内装され、対向する一対のキャリア壁部、前記キャリア壁部どうしを接続するキャリア接続壁部、および、前記一対のキャリア壁部を支持するスペーサ、を設けたキャリア部材と、を備え、前記接続壁部および前記キャリア接続壁部を他物との衝突側となるように配置し、前記中空部材と前記キャリア部材との間隙のうち、他物との衝突側であって少なくとも前記壁部と前記接続壁部の境界部に熱発泡性樹脂を配置した樹脂材部を備えた点にある。

上記第一特徴構成によれば、一対のキャリア壁部を支持するスペーサをキャリア部材に内装することができるため、熱発泡性樹脂を加熱によって発泡させた場合であっても、キャリア壁部がキャリア部材の内側に倒れるような変形をスペーサによって防止することができる。そのため、キャリア部材は、熱発泡性樹脂の発泡後も強化材層である熱発泡性樹脂の形状および強度を保持するために適した形状を維持することができる。これにより本発明の車両バンパリィンフォースは安定した強度を有する。さらに、キャリア部材の形状が安定すると、中空部材およびキャリア部材の接着状態が安定するため、バンパリィンフォースの強度がさらに向上する。

また、本構成では、接続壁部およびキャリア接続壁部を他物との衝突側となるように配置しており、樹脂材部は、中空部材とキャリア部材との間隙のうち、他物との衝突側であって少なくとも壁部と接続壁部の境界部に熱発泡性樹脂を配置した構成である。そのため、例えば、中空部材およびキャリア部材の間隙の全体に強化材である熱発泡性樹脂を充填するのではなく、壁部と接続壁部とが接続する境界部の近傍のみに熱発泡性樹脂を充填することができる。他物との衝突時には、特に前記境界部に衝撃荷重がかかる。そのため、当該境界部の近傍のみに熱発泡性樹脂を充填した場合であっても、前記間隙の全体に熱発泡性樹脂を充填した場合と同等の衝突性能が得られる。従って、本構成では、中空部材とキャリア部材との間隙に充填する熱発泡性樹脂を減少させることができるため、他物との衝突時の衝突性能を低下させることなくバンパリィンフォースを軽量化できる。

本発明に係る車両用バンパリィンフォースの第二特徴構成は、前記樹脂材部に、少なくとも他物との衝突側において前記熱発泡性樹脂が配置されない肉抜部を形成した点にある。

本構成によれば、肉抜部を形成しない場合の樹脂材部と比べて、肉抜部の体積分の熱発泡性樹脂の重量だけ軽量化することができると共に、低コスト化することができる。

本発明に係る車両用バンパリィンフォースの第三特徴構成は、前記スペーサを、前記一対のキャリア壁部のうち、前記熱発泡性樹脂を配置した領域に対応する位置に設けた点にある。

本構成では、熱発泡性樹脂を配置した領域においてはキャリア壁部を隔てた位置にスペーサが必ず存在する。これにより、キャリア壁部が熱発泡性樹脂の熱膨張作用を受けたときに、キャリア壁部がキャリア部材の内側に倒れるような変形をスペーサによって確実に防止することができる。
仮に、熱発泡性樹脂を配置した領域においてキャリア壁部を隔てた位置にスペーサが存在しない領域がある場合、キャリア壁部が熱発泡性樹脂の熱膨張作用を受ければ、スペーサが存在しない位置からキャリア壁部が内側に倒れるように変形する虞がある。

本発明に係る車両用バンパリィンフォースの第四特徴構成は、前記スペーサを、前記キャリア接続壁部に接続してリブ状に形成した点にある。

バンパ装置が他物と衝突したとき、バンパリィンフォースにおいては接続壁部を介してキャリア接続壁部に衝突荷重が作用する。本構成ではリブ状のスペーサがキャリア接続壁部に接続しているため、当該スペーサが形成された位置ではキャリア接続壁部の強度を向上させることができる。そのため、当該位置においてキャリア部材が他物との衝突によって破断するのを防止することができる。

本発明に係る車両用バンパリィンフォースの第五特徴構成は、前記スペーサを、前記キャリア接続壁部の側ほど厚肉に形成した点にある。

本構成では、キャリア接続壁部の側ほどスペーサの強度を向上させることができるため、当該スペーサが形成された位置ではキャリア接続壁部の強度をさらに向上させることができる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
本発明のバンパリィンフォースＸは、車両に他物が衝突した際の乗員への衝撃をできるだけ抑えるため、車体に伝達する衝撃エネルギーを吸収するバンパ装置の構成部材である。バンパリィンフォースＸは、クラッシュボックス等を介して車体に取り付けられる。

図１〜３に示すように、本発明のバンパリィンフォースＸは、対向する一対の壁部１１、および、壁部１１どうしを接続する一対の接続壁部１２によって形成される長尺状空間１４を少なくとも一つ設けた中空部材１０と、中空部材１０に内装され、対向する一対のキャリア壁部２１、前記キャリア壁部２１どうしを接続するキャリア接続壁部２２、および、一対のキャリア壁部２１を支持するスペーサ３０、を設けたキャリア部材２０と、を備える。
接続壁部１２およびキャリア接続壁部２２は他物との衝突側となるように配置し、中空部材１０とキャリア部材２０との間隙のうち、他物との衝突側であって少なくとも壁部１１と接続壁部１２の境界部１３に熱発泡性樹脂４１を配置した樹脂材部４０を備える。

（中空部材）
本実施形態では、中空部材１０は、一対の壁部１１および一対の接続壁部１２によって形成される長尺状空間１４を三つ設ける。当該長尺状空間１４は断面が矩形状となっている。
接続壁部１２は、他物との衝突側に配置される。バンパリィンフォースＸが他物と衝突すれば、接続壁部１２に衝突荷重が直接作用して接続壁部１２が長尺状空間１４の側に座屈変形することで、衝突の衝撃が吸収される。従って、バンパリィンフォースＸが装着される車体の部位（車体の前方、側方、後方）を勘案した上で、長尺状空間１４の数、サイズ（例えば一対の壁部１１の間隔）等を決定すれば、衝突性能を調節することができる。
このように長尺状空間１４を複数設けた中空部材１０は、バンパリィンフォースＸの軽量化を図ることができる。

バンパリィンフォースＸの外面を形成する中空部材１０は、例えば金属材料で構成する。通常、車両に使用する部材は軽量化を図るため、アルミニウム製であるのが好ましいが、これに限られるものではない。

（キャリア部材）
キャリア部材２０は、中空部材１０に内装され、対向する一対のキャリア壁部２１、キャリア接続壁部２２、スペーサ３０を備える。

キャリア部材２０には、その内面に、一対のキャリア壁部２１およびキャリア接続壁部２２によって長尺状空間（キャリア長尺状空間２３）が形成される。

キャリア部材２０は、キャリア部材２０の表面に未発泡の熱発泡性樹脂４１を塗布した状態（図３）で、中空部材１０に設けてある長尺状空間１４に内装される（図２）。この状態で加熱することで熱発泡性樹脂４１が熱膨張する。熱発泡性樹脂４１は、中空部材１０およびキャリア部材２０で囲繞されるため、熱発泡性樹脂４１の膨張範囲は制限される。このため、ある程度まで熱発泡性樹脂４１が膨張したとき、キャリア部材２０は中空部材１０に強固に接着される。

このように、中空部材１０とキャリア部材２０とを接着するに際し、加熱処理を行う熱発泡性樹脂４１を使用するため、キャリア部材２０は耐熱性を有する材料で構成する。当該材料としては、例えば金属、耐熱性樹脂などが例示されるが、これに限られるものではない。
また、キャリア部材２０は、膨張した熱発泡性樹脂４１によって中空部材１０と接着するため、キャリア部材２０をある程度の剛性を有する材料で構成すれば、バンパリィンフォースＸの強度を向上させることができる。

本実施形態のキャリア部材２０は、断面がＵ字状の長尺部材を例示する。このような形状であると、断面が矩形状の長尺状空間１４内において、キャリア壁部２１およびキャリア接続壁部２２が、中空部材１０の壁部１１および接続壁部１２に沿った状態で、キャリア部材２０を中空部材１０に内装することができる。
本発明のバンパリィンフォースＸでは、接続壁部１２およびキャリア接続壁部２２を他物との衝突側となるように配置してあるため、キャリア接続壁部２２を接続壁部１２に沿わせた状態となっている。
このように、キャリア部材２０において当該衝突側の反対側には壁部を設けない構成とすれば、キャリア部材２０を軽量化することができる。

キャリア部材２０は、例えば、バンパリィンフォースＸの幅に対して、二分の一〜五分の一の長さとすることができるが、このサイズに限られるものではない。

スペーサ３０はキャリア長尺状空間内に少なくとも一つ設ける。
本発明では、一対のキャリア壁部２１を支持するスペーサ３０をキャリア部材２０に内装することができるため、熱発泡性樹脂４１を加熱によって発泡させた場合であっても、キャリア壁部２１がキャリア部材２０の内側に倒れるような変形をスペーサ３０によって防止することができる。そのため、キャリア部材２０は、熱発泡性樹脂４１の発泡後も強化材層である熱発泡性樹脂４１の形状および強度を保持するために適した形状を維持することができる。そのため本発明のバンパリィンフォースＸは安定した強度を有する。さらに、キャリア部材２０の形状が安定すると中空部材１０およびキャリア部材２０の接着状態が安定する。

また、本発明では、接続壁部１２およびキャリア接続壁部２２を他物との衝突側となるように配置している。樹脂材部４０は、接続壁部１２およびキャリア接続壁部２２の間隙に形成されるため、この構成により、樹脂材部４０を設けるスペースを他物との衝突側に形成することができる。
樹脂材部４０は、中空部材１０とキャリア部材２０との間隙のうち、他物との衝突側であって少なくとも壁部１１と接続壁部１２の境界部１３に熱発泡性樹脂４１を配置した構成である。そのため、例えば中空部材１０およびキャリア部材２０の間隙の全体に強化材である熱発泡性樹脂４１を充填するのではなく、壁部１１と接続壁部１２とが接続する境界部１３の近傍のみに熱発泡性樹脂４１を充填することができる（図２）。他物との衝突時には、特に境界部１３に衝撃荷重がかかる。そのため、当該境界部１３の近傍のみに熱発泡性樹脂４１を充填した場合であっても、前記間隙の全体に熱発泡性樹脂４１を充填した場合と同等の衝突性能が得られる（後述の実施例１参照）。従って、本発明では、中空部材１０とキャリア部材２０との間隙に充填する熱発泡性樹脂４１を減少させることができるため、他物との衝突時の衝突性能を低下させることなくバンパリィンフォースＸを軽量化できる。

スペーサ３０は、一対のキャリア壁部２１のうち、熱発泡性樹脂４１を配置した領域に対応する位置に設けてある。
このように構成すれば、熱発泡性樹脂４１を配置した領域においてはキャリア壁部２１を隔てた位置にスペーサ３０が必ず存在する。これにより、キャリア壁部２１が熱発泡性樹脂４１の熱膨張作用を受けたときに、キャリア壁部２１がキャリア部材２０の内側に倒れるような変形をスペーサ３０によって確実に防止することができる。
仮に、熱発泡性樹脂４１を配置した領域においてキャリア壁部２１を隔てた位置にスペーサ３０が存在しない領域がある場合、キャリア壁部２１が熱発泡性樹脂４１の熱膨張作用を受ければ、スペーサ３０が存在しない位置からキャリア壁部２１が内側に倒れるように変形する虞がある。

スペーサ３０は、キャリア部材２０と射出成形によって一体成形したものとすることができる。しかし、このような態様に限定されず、キャリア部材２０とスペーサ３０とを別部材で構成してもよい。

スペーサ３０は、キャリア接続壁部２２に接続してリブ状に形成してある。バンパ装置が他物と衝突したとき、バンパリィンフォースＸにおいては接続壁部１２を介してキャリア接続壁部２２に衝突荷重が作用する。本構成ではリブ状のスペーサ３０がキャリア接続壁部２２に接続しているため、当該スペーサ３０が形成された位置ではキャリア接続壁部２２の強度を向上させることができる。そのため、当該位置においてキャリア部材２０が他物との衝突によって破断するのを防止することができる。

スペーサ３０は、例えば板状を呈するように構成し、キャリア接続壁部２２の側ほど厚肉に形成する。本構成では、キャリア接続壁部２２の側ほどスペーサ３０の強度を向上させることができるため、当該スペーサ３０が形成された位置ではキャリア接続壁部２２の強度をさらに向上させることができる。

（樹脂材部）
樹脂材部４０は、接続壁部１２およびキャリア接続壁部２２の間隙に熱発泡性樹脂４１を充填して形成される。当該熱発泡性樹脂４１は、加熱により発泡して体積が増加する樹脂のことであり、例えば熱可塑性樹脂に熱分解型の発泡剤を添加して構成される。

中空部材１０とキャリア部材２０との間隙に未発泡の熱発泡性樹脂４１が充填された状態で加熱すると、当該熱発泡性樹脂４１が発泡して体積を増し、中空部材１０とキャリア部材２０との間の空間が膨張した熱発泡性樹脂４１によって満たされる。これにより中空部材１０とキャリア部材２０とを熱発泡性樹脂４１によって一体化できるため、バンパリィンフォースＸの強度を向上させることができる。硬化した熱発泡性樹脂４１は、多数の気泡が存在するため、衝撃吸収性に優れている。

樹脂材部４０は、少なくとも他物との衝突側において熱発泡性樹脂４１が配置されない肉抜部４２が形成してある。
このように肉抜部４２を形成すれば、肉抜部４２を形成しない場合の樹脂材部４０と比べて、肉抜部４２の体積分の熱発泡性樹脂４１の重量だけ軽量化することができると共に、低コスト化することができる。

本発明では、熱発泡性樹脂４１を塗布した樹脂材部４０は肉抜部４２が形成してあるため、熱発泡性樹脂４１は、中空部材１０とキャリア部材２０との間隙に、部分的に塗布した状態となっている。
図４に、本発明のバンパリィンフォースＸと、当該隙間の全面に亘って熱発泡性樹脂４１を塗布したバンパリィンフォースＸ（比較例）とにおいて、衝突性能を調べた実験の結果を示した。
図４において、横軸はバンパリィンフォースＸを押圧するストロークであり、縦軸はその際の荷重である。実験では、押圧部材を用いてあるストロークまでバンパリィンフォースＸを押込み、塑性変形を生じさせた後、押圧部材を引退させて荷重を減少させた。

この結果、本発明のバンパリィンフォースＸと比較例のバンパリィンフォースＸとにおいて、衝突性能には殆ど差異は認められなかった。
これは、衝突時のバンパリィンフォースＸの座屈変形は、中空部材１０における壁部１１と接続壁部１２とが接続する境界部１３の強度が大きく影響するためと考えられる。つまり、変形は境界部１３近傍の壁部１１の座屈耐力が最も重要と考えられるが、当該境界部１３の近傍のみに樹脂材部４０を設けることで、当該境界部１３における壁部１１の変形が熱発泡性樹脂４１によって大きく拘束されるため、強度が向上すると考えられる。よって、境界部１３以外の部分においては、熱発泡性樹脂４１の有無は衝突性能にはそれ程影響を及ぼさないと考えられる。

スペーサ３０をキャリア部材２０の長尺状空間に複数設ける場合、各スペーサ３０の設置間隔が短い程バンパリィンフォースＸ全体の剛性は向上する。当該設置間隔を適切な範囲に設定することで、他物との衝突時にバンパリィンフォースＸ全体が柔軟に変形して、例えば中空部材１０の接続壁部１２が破断し難くなる。
一方、当該設置間隔が短か過ぎると、バンパリィンフォースＸの剛性はさらに向上する。しかし、他物との衝突時には、バンパリィンフォースＸ全体が柔軟に変形し難くなるため接続壁部１２が破断する虞が生じる。

図５に、スペーサ３０の設置間隔を変更した場合におけるバンパリィンフォースＸの衝突性能を調べた実験の結果を示した。この実験は、リブ状スペーサ３０の設置間隔条件を２５ｍｍ、５０ｍｍとした場合において、衝突荷重を作用させたときに、バンパリィンフォースＸがどのように変形するかを調べたものである。

この結果、設置間隔条件が２５ｍｍおよび５０ｍｍの何れにおいても降伏荷重は同程度の値を示した。ただし、さらに荷重を作用させると、設置間隔条件が２５ｍｍの場合には所定のストロークにおいて破断が発生するが、設置間隔条件が５０ｍｍの場合には破断は発生せず、バンパリィンフォースＸの長手方向に沿った広い範囲で変形が生じた。この変形により、より効果的に衝撃荷重を吸収できた。

一方、当該設置間隔が長過ぎるとバンパリィンフォースＸの強度は低下する。これは、スペーサ３０を設けない場合、バンパリィンフォースＸが容易に断面変形を起こし、曲がりが生じ易くなるためである。適切な設置間隔は例えば２００ｍｍ程度である。
尚、リブ状スペーサ３０を配置しない場合は、当該スペーサ３０を配置した場合の約半分の荷重で変形することものと認められた。

〔別実施の形態〕
上述した実施形態では、スペーサ３０は板状を呈するように構成した。この板状スペーサ３０において、一部切欠の態様、中抜きの態様とすることが可能である。このような態様とすれば、スペーサ３０を軽量化することができる。

本発明のバンパリィンフォースの斜視概略図 本発明のバンパリィンフォースの断面視概略図 キャリア部材の斜視概略図 本発明のバンパリィンフォースの衝突性能を調べた実験の結果を示した図 スペーサの設置間隔を変更した場合におけるバンパリィンフォースの衝突性能を調べた実験の結果を示した図

符号の説明

Ｘ 車両用バンパリィンフォース
１０ 中空部材
１１ 壁部
１２ 接続壁部
１３ 境界部
１４ 長尺状空間
２０ キャリア部材
２１ キャリア壁部
２２ キャリア接続壁部
３０ スペーサ
４０ 樹脂材部
４１ 熱発泡性樹脂
４２ 肉抜部

Claims (5)

1. 対向する一対の壁部、および、前記壁部どうしを接続する一対の接続壁部によって形成される長尺状空間を少なくとも一つ設けた中空部材と、
   前記中空部材に内装され、対向する一対のキャリア壁部、前記キャリア壁部どうしを接続するキャリア接続壁部、および、前記一対のキャリア壁部を支持するスペーサ、を設けたキャリア部材と、を備え、
   前記接続壁部および前記キャリア接続壁部を他物との衝突側となるように配置し、
   前記中空部材と前記キャリア部材との間隙のうち、他物との衝突側であって少なくとも前記壁部と前記接続壁部の境界部に熱発泡性樹脂を配置した樹脂材部を備えてある車両用バンパリィンフォース。
2. 前記樹脂材部は、少なくとも他物との衝突側において前記熱発泡性樹脂が配置されない肉抜部が形成してある請求項１に記載の車両用バンパリィンフォース。
3. 前記スペーサは、前記一対のキャリア壁部のうち、前記熱発泡性樹脂を配置した領域に対応する位置に設けてある請求項１又は２に記載の車両用バンパリィンフォース。
4. 前記スペーサは、前記キャリア接続壁部に接続してリブ状に形成してある請求項１〜３の何れか一項に記載の車両用バンパリィンフォース。
5. 前記スペーサは、前記キャリア接続壁部の側ほど厚肉に形成してある請求項４に記載の車両用バンパリィンフォース。

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