JP2010264875A - バンパー構造 - Google Patents

Abstract

【課題】全体の重量を抑制しつつ座屈に対する強度を確保しやすい
【解決手段】鋼製の前フランジ２、後フランジ３、上ウェブ４及び下ウェブ５からなる箱状の外形形状を有している。上ウェブ４及び下ウェブ５の間には、鋼材以外の材料からなる中間ウェブ６が配置されている。鋼材のヤング率及び密度がＥ_１及びρ_１でそれぞれ表され、中間ウェブ６のヤング率及び密度がＥ_２及びρ_２でそれぞれ表されるとき、Ｅ_１／ρ_１ ^３＜Ｅ_２／ρ_２ ^３を満たしている。
【選択図】図２

Description

本発明は、中空の空間を内包する箱形状を有するバンパー構造に関する。

従来、自動車の車体等に取り付けられるバンパーは、薄肉材料で構成され、外力による曲げ荷重が作用する曲げ部材の一例であり、このようなバンパーは、例えば９８０ＭＰａ級の鋼板を用いて成型することにより形成されている。

バンパーの主たる役割は、衝突時に変形してエネルギーを吸収するとともに、衝撃荷重を左右のサイドメンバに伝達し、サイドメンバを変形させることで、衝突時のエネルギーを吸収させることにある。即ち、サイドメンバを変形させて、エネルギーを吸収させることにより、設計通り自動車のキャビンの変形を抑制して、乗員を衝撃から守っている。

特許文献１には、中空矩形断面を構成するウエブの曲げ中立軸より圧縮フランジ側の肉厚を引張フランジ側の肉厚より厚肉にした自動車用バンパーリインフォースメントが開示されている。特許文献２には、バンパーリインフォースの３本のリブのうち、中間リブの板厚を他のリブよりも厚くすることにより、３本のリブが座屈した際のエネルギー吸収能力の低下を防止する車両用バンパ装置が開示されている。特許文献３では、断面が「日」字型のバンパーを、１枚の原板を折り返して一体に形成している。

また、特許文献４には、曲げ荷重が作用するフランジ側と反対側のフランジ面にＦＲＰ材を設けるとともに、圧縮側のフランジの幅と厚みとの比を１２以下とすることによって、エネルギー吸収量を高めた曲げ強度部材が開示されている。特許文献５には、鋼管の内壁に沿う外側形状で、内部にリブを形成した補強菅を挿入することにより、強度を確保させた車両の複合構造部材が開示されている。

また、特許文献６には、エネルギー吸収性能に富む充填材を中空部材の内部に挿入して中空部材に固定させることにより、耐食性を確保させた充填構造体が開示されている。特許文献７には、ねじれモーメントが発生するように、強度の異なる複数の部材で構成して、曲げ荷重を他部材に分散させることにより、エネルギー吸収効率を向上させた車体構造部材が開示されている。特許文献８には、バンパー補強板の中空部内に潰れ防止体を配置することにより、座屈変形による衝撃エネルギーの吸収能力を向上させたバンパー構造が開示されている。

特開平１１−５９２９６号公報 特開２００４−１４８９１５号公報 特開平１１−１７０９３４号公報 特開２００３−１２９６１１号公報 特開２００３−３１２４０４号公報 特開２００５−８８６５１号公報 特開２００６−２４８３３６号公報 特開２０００−５２８９７号公報

バンパー構造には、ウェブ（前後に延びる壁部）の圧縮座屈により、断面性能を十分発揮することができず、曲げに対する強度が低下するという問題がある。座屈に対するウェブの強度はウェブを構成する材料のヤング率とウェブの板厚の３乗とに比例する。このため、座屈を抑制するためには、強度の高い材料を使用することよりも、板厚を増加させた方が効率的であるという一面もある。

しかし、特許文献１や特許文献２のように単純に板厚を増加させるのみでは重量が過大になるおそれがある。特に、鋼製のバンパーの場合、ロールフォームにより成型されることが多く、この場合、バンパー全体が同じ板厚となる。したがって、ウェブの座屈を抑制するために板厚を増大すると、その増大分に比例して全体重量が増加するため、座屈に対する重量当たりの耐久性能がそれほど向上しない。

また、特許文献５〜８のように、バンパーの内部に比較的複雑な構造の付加物を取り付けるのは、製造上の困難が大きい。大きな付加物を取り付けた場合には重量の増加が問題になる。特許文献４のようなＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）では、圧縮による座屈を防止することはほとんど期待できない。これらの付加物を用いる場合、コストアップが過大になるという問題もある。

一方、特許文献３のように、ロールフォームを活用した閉断面構造を用いるものも提案されている。このような閉断面を用いると、理論上は曲げ強度（全塑性モーメント）を上げることができる。しかし、ウェブの座屈に対しては別途、効率的な強度向上が必要となる。

本発明の目的は、全体の重量を抑制しつつ曲げ強度を確保しやすいバンパー構造を提供することにある。

本発明は、中空の空間を内包する箱形状を有するバンパーの構造に関する。そして、前記バンパーの前面及び背面を形成する金属製の前フランジ及び後フランジと、前記バンパーの上面及び下面を形成する金属製の上ウェブ及び下ウェブとが、前記箱形状を形成するように互いに連結しており、前端及び後端が前記前フランジ及び後フランジと連結された金属製の中間ウェブが、前記中空の空間が上下に分断されて２つ形成されるように前記上ウェブ及び下ウェブの間に配置されており、前記前フランジ、後フランジ、上ウェブ、下ウェブ及び中間ウェブのうち、前記上ウェブ、下ウェブ及び中間ウェブの少なくともいずれか以外が第１の材料から構成され、前記上ウェブ、下ウェブ及び中間ウェブの前記いずれかが第２の材料から構成されている。前記第１の材料の密度及びヤング率がＥ_１及びρ_１でそれぞれ表され、前記第２の材料の密度及びヤング率がＥ_２及びρ_２でそれぞれ表されるとき、Ｅ_１／ρ_１ ^３＜Ｅ_２／ρ_２ ^３を満たしている。

本発明のバンパー構造によると、３つのウェブの少なくともいずれかがＥ_１／ρ_１ ^３＜Ｅ_２／ρ_２ ^３を満たす第２の材料によって構成されている。このような材料は、第１の材料に比べて座屈に対する重量当たりの強度を確保しやすい材料である。このため、バンパー全体の重量を抑制しつつウェブの座屈強度を確保しやすいバンパー構造が実現する。

また、本発明においては、前記中間ウェブが、前記第２の材料から構成されていることが好ましい。これによると、上下方向に中間に位置するウェブを第２の材料で構成するため、全体として強度のバランスが確保される。

また、本発明においては、前記上ウェブ、下ウェブ及び中間ウェブが、いずれも前記第２の材料から構成されていることが好ましい。これによると、座屈に対する重量当たりの強度を確保しながら、全体の重量を軽量化しやすい。

また、本発明においては、前記中間ウェブが、前記第２の材料から構成されており、前記前フランジ及び前記上ウェブが形成する角部の表面と前記前フランジ及び前記下ウェブが形成する角部の表面のそれぞれに、前記角部に沿って鉤型に曲げられた金属製の補強板が固定されていることが好ましい。これによると、曲げに対する強度を確保できる。

また、本発明においては、前記前フランジ、後フランジ、上ウェブ、下ウェブ及び中間ウェブのうち、前記上ウェブ、下ウェブ及び中間ウェブの前記いずれか以外の厚みがｔ_１であり、前記上ウェブ、下ウェブ及び中間ウェブの前記いずれかの厚みがｔ_２であるとき、ｔ_２≦（ρ_１／ρ_２）・ｔ_１を満たしていることが好ましい。これによると、全体を第１の材料で構成する場合と比べて、ウェブの座屈強度を保ちながら軽量化しやすい。

また、本発明においては、前記前フランジ、後フランジ、上ウェブ、下ウェブ及び中間ウェブのうち、前記上ウェブ、下ウェブ及び中間ウェブの前記いずれか以外の厚みがｔ_１であり、前記上ウェブ、下ウェブ及び中間ウェブの前記いずれかの厚みがｔ_２であり、前記第１の材料の降伏応力がσｙ_１であり、前記第２の材料の降伏応力がσｙ_２であるとき、ｔ_２・σｙ_２／（ｔ_１・σｙ_１）≧０．５を満たしていることが好ましい。これによると、曲げに対する強度をより確保しやすい。

本発明の一実施形態に係るバンパーを示す模式的な斜視図である。 第１の実施例に係る図１のＡ−Ａ線断面図である。 第２の実施例に係る図１のＡ−Ａ線断面図である。 第３の実施例に係る図１のＡ−Ａ線断面図である。 第４の実施例に係る図１のＡ−Ａ線断面図である。 第１及び第２の比較例に係るバンパーの縦断面図である。 バンパーの強度解析に用いた３点曲げ試験の説明図である。 第１及び第２の実施例、第１及び第２の比較例の解析結果をプロットしたグラフである。 第３及び第４の実施例、第１及び第２の比較例の解析結果をプロットしたグラフである。 各実施例に関してＡ値に対する終局モーメントをプロットしたものである。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るバンパー１を示す模式的な斜視図である。本実施形態は、バンパー１の具体例として第１〜第４の実施例を含んでいる。図２〜図５は、第１〜４の実施例を、図１に示すバンパー１のＡ−Ａ断面模式図として示したものである。Ａ−Ａ断面は、バンパー１の長手方向と垂直な面による断面に相当する。以下、図１における矢印Ｘで示す方向を車両の幅方向、矢印Ｙで示す方向を前後方向（Ｙ１：前方、Ｙ２：後方）、矢印Ｚで示す方向を上下方向（Ｚ１：上方、Ｚ２：下方）として説明する。

（バンパー１の概略）
まず、本実施形態において第１〜第４の実施例のいずれにも共通の構成について説明する。図１に示すように、本実施形態に係るバンパー１は、車両の幅方向に延びる箱形状の部材であり、車両の前後方向に延在するサイドメンバ１０の前方端部に取り付けられる。

図１〜図５に示すように、バンパー１は、車両前方に位置する前フランジ２と、当該前フランジ２よりも車両後方に位置する後フランジ３と、前フランジ２と後フランジ３とを連結する３つのウェブ（上ウェブ４、下ウェブ５、中間ウェブ６）とを備えている。これらのフランジ及びウェブはそれぞれ板状に形成されている。

前フランジ２は、バンパー１の前面を形成する板状部である。後フランジ３は、バンパー１の後面を形成する板状部であり、前フランジ２に対向して、当該前フランジ２と略平行に配置されている。この後フランジ３は、サイドメンバ１０の前端に固定される。本実施形態においては、図１に示すように、前フランジ２及び後フランジ３は、やや湾曲した板として形成されているが、この場合に限らず、平板等であってもよい。

上ウェブ４は、バンパー１の上面を形成する板状部であり、前フランジ２の上端と後フランジ３の上端とを連結している。下ウェブ５は、バンパー１の下面を形成する板状部であり、前フランジ２の下端と後フランジ３の下端とを連結している。これらの前フランジ２、後フランジ３、上ウェブ４及び下ウェブ５によって、中空の空間を内包するバンパー１の箱形状の外形が形成されている。中間ウェブ６は、バンパー１が内包する空間内に設けられた板状部であり、前フランジ２の上下方向中央部と後フランジ３の上下方向中央部とを連結している。中間ウェブ６は、バンパー１の内包空間を上下に分割しており、これによって中空の空間７及び８の２つが形成されている。ウェブ４〜６は、いずれも前フランジ２及び後フランジ３とほぼ直交するように配置されており、Ｙ方向に関する長さが互いに等しい。

（各実施例の構成）
次に、第１〜第４の実施例についてより詳細に説明する。以下、第１〜第４の実施例におけるバンパー１を「バンパー１ａ」〜「バンパー１ｄ」とし、互いに区別して記載する。

第１の実施例のバンパー１ａは、図２に示すように外形部材１１及び中間部材１２を有している。外形部材１１は第１の実施例におけるバンパー１ａの外形を形成する部材であり、前フランジ２、後フランジ３、上ウェブ４及び下ウェブ５からなる。外形部材１１は、鋼（第１の材料）製の原板を成型することで作製されている。なお、本実施形態においては、鋼材として、ヤング率が２１０００ＭＰａであり、密度が７８７４ｋｇ／ｍ^３であるものが使用されている。

中間部材１２は、中間ウェブ６と、中間ウェブ６の両端に連結した接合板１２ａ及び１４とを有し、断面形状が「Ｈ」型の部材である。中間部材１２は、バンパー１ａの上下方向に中央に配置されている。中間ウェブ６は、前フランジ２に形成された貫通孔２ａを貫通して外形部材１１の内部から前方へと飛び出しており、前フランジ２の前方で接合板１２ａと連結している。接合板１２ａは、前フランジ２に沿って延びており、前フランジ２の前面に接合されている。接合板１２ｂは、後フランジ３に沿って延びており、後フランジ３の前面に接合されている。

中間部材１２は、外形部材１１とは異なるアルミニウム合金などの金属材料（第２の材料）から構成されている。この金属材料は、外形部材１１の材料に対して以下の関係を満たす材料から選択されている。ここで、Ｅ_１及びρ_１は、外形部材１１を構成する材料のヤング率及び密度であり、Ｅ_２及びρ_２は中間部材１２を構成する材料のヤング率及び密度である。

（式１）
Ｅ_１／ρ_１ ^３＜Ｅ_２／ρ_２ ^３

第２の実施例のバンパー１ｂは、図３に示すように、前フランジ２、後フランジ３、上部材２１、下部材２２及び中間部材１２を有している。このうち、中間部材１２は、第１の実施例における中間部材１２と同様の構成を有しており、前フランジ２及び後フランジ３に第１の実施例における中間部材１２と同様に接合されている。

上部材２１は、上ウェブ４と、上ウェブ４の両端に連結した接合板２１ａ及び２１ｂとを有しており、下方に開口した「コ」字型の断面形状を有している。接合板２１ａは前フランジ２に沿って延びており、前フランジ２の前面に接合されている。接合板２１ｂは後フランジ３に沿って延びており、後フランジ３の前面に接合されている。

下部材２２は、下ウェブ５と、下ウェブ５の両端に連結した接合板２２ａ及び２２ｂとを有しており、上方に開口した「コ」字型の断面形状を有している。接合板２２ａは前フランジ２に沿って延びており、前フランジ２の前面に接合されている。接合板２２ｂは後フランジ３に沿って延びており、後フランジ３の前面に接合されている。

前フランジ２及び後フランジ３は鋼製であるのに対して、上部材２１及び下部材２２は、アルミニウム合金などの中間部材１２と同様の金属材料から構成されている。Ｅ_１及びρ_１を、前フランジ２等を構成する材料のヤング率及び密度とし、Ｅ_２及びρ_２を上部材２１等を構成する材料のヤング率及び密度とするとき、上記の数式１と同様の関係が満たされている。

第３の実施例のバンパー１ｃは、図４に示すように、第１の実施例のバンパー１ａに加えて、補強板３１及び３２が設けられている。補強板３１は、前フランジ２と上ウェブ４との連結部分に形成された角部５１に設けられており、角部５１に沿って鉤型に曲げられた形状を有している。補強板３１において前フランジ２に沿った部分は、前フランジ２の前面に接合されており、補強板３１において上ウェブ４に沿った部分は、上ウェブ４の上面に接合されている。

補強板３２は、前フランジ２と下ウェブ５との連結部分に形成された角部５２に設けられており、角部５２に沿って鉤型に曲げられた形状を有している。補強板３２において前フランジ２に沿った部分は、前フランジ２の前面に接合されており、補強板３２において下ウェブ５に沿った部分は、下ウェブ５の下面に接合されている。

補強板３１及び３２は、アルミニウム合金などの中間部材１２と同様の金属材料から構成されている。Ｅ_１及びρ_１を、前フランジ２等を構成する材料のヤング率及び密度とし、Ｅ_２及びρ_２を補強板３１等を構成する材料のヤング率及び密度とするとき、上記の数式１と同様の関係が満たされている。

第４の実施例のバンパー１ｄは、図５に示すように、第３の実施例における中間部材１２と補強板３１及び３２とを一体にした、補強板４１を有している。補強板４１は、前フランジ２の前面に接合された接合板４１ａを有している。接合板４１ａは、前フランジ２の上端から下端まで延びている。接合板４１ａの上端部分には、前フランジ２に沿った部分から上ウェブ４に沿った方向に鉤型に曲げられた曲折部４１ｂが形成されている。曲折部４１ｂは上ウェブ４の上面に接合されている。接合板４１ａの下端部分には、前フランジ２に沿った部分から下ウェブ５に沿った方向に鉤型に曲げられた曲折部４１ｃが形成されている。曲折部４１ｃは下ウェブ５の下面に接合されている。これらの曲折部４１ｂ及び４１ｃにより、外形部材１１の角部５１及び５２が補強されている。

中間ウェブ６は、前フランジ２に形成された貫通孔２ａから前方へと飛び出しており、接合板４１ａに連結して補強板４１の一部を構成している。中間ウェブ６の後端には、接合板４１ｄが連結している。接合板４１ｄは後フランジ３の前面に接合されている。

補強板４１は、アルミニウム合金などの金属材料から構成されている。Ｅ_１及びρ_１を、前フランジ２等を構成する鋼材のヤング率及び密度とし、Ｅ_２及びρ_２を補強板４１を構成する材料のヤング率及び密度とするとき、上記の数式１と同様の関係が満たされている。

（材料の選択）
以上の第１〜第４の実施例においては、上記の通り、鋼材からなる部分とアルミニウム合金などの鋼材以外の材料からなる部分とが設けられている。鋼材以外の材料からなる部分においては、鋼材と同程度の強度を、重量を抑制しつつ確保することにより、強度を効率的に確保することができる。上記の数式１を満たす材料を選択することにより、以下のとおり、ウェブの座屈に対する強度を効率的に確保しやすい。

第１〜第４の実施例に係るバンパー１ａに対して、図２〜図５の白抜き矢印に沿った曲げ荷重が発生したとする。このとき、上ウェブ４、下ウェブ５、中間ウェブ６には、Ｙ方向の圧縮による座屈が発生するおそれが生じる。ウェブの板厚をｔ、ウェブを構成する材料のヤング率をＥとすると、ウェブの座屈荷重Ｐ_ｃｒは、ヤング率Ｅ及び板厚ｔと、下記の式２で表される関係がある。なお、座屈長さに相当するＹ方向に関する長さが、ウェブ同士で等しいとした。

（式２）
Ｐ_ｃｒ∝Ｅ・ｔ^３

式２より、座屈荷重はヤング率と板厚の３乗とに比例することが分かる。したがって、以下の式３の関係を満足した場合、鋼材以外の材料からなるウェブの強度を向上できる。なお、鋼材のヤング率をＥ_１、鋼材からなるウェブの板厚をｔ_１とし、鋼材以外の材料からなるウェブを構成する材料のヤング率をＥ_２、その部分の板厚をｔ_２とする。

（式３）
Ｅ_１・ｔ_１ ^３＜Ｅ_２・ｔ_２ ^３

一方、ウェブの重量Ｗは、板厚以外の大きさが変わらないとき、ウェブの密度をρとすると、下記の式４で表わされる。

（式４）
Ｗ∝ρ・ｔ

したがって、鋼材以外の材料でウェブを構成する際、鋼材で構成する場合と同じ重量にすることを想定すると、式５が導かれる。

（式５）
ρ_１・ｔ_１＝ρ_２・ｔ_２

上記の式５及び式３から、上述した式１の関係が導き出される。このことから、式１を満足するような材料を選択した場合、同程度の重量になるような厚みにすれば確実に強度を向上できることから、重量当たりの座屈荷重（Ｐ_ｃｒ／Ｗ）を効率的に向上しやすいことが分かる。

例えば、上述の通り、鋼材のヤング率は２１０００ＭＰａであり、密度は７８７４ｋｇ／ｍ^３である。このとき、式１の左辺は、２１０００／７８７４^３＝４．３０２×１０^−８となる。一方、例えば、鋼材以外の材料として、ヤング率が６９００ＭＰａであり、密度が２７００ｋｇ／ｍ^３であるアルミニウム合金を使用したとする。このとき、式１の右辺は、６９００／２７００^３＝３．５０６×１０^−７となり、上記の式１を満たすため、効率の良い強度向上が期待できる。７０００系のアルミニウム合金においても式１を満たすため、座屈に対して効率の良い強度向上が期待できる。

また、鋼材以外の材料を使用した際、鋼材を使用した場合からの軽量化を確保することを要求すると、式５から、以下の式６が導かれる。したがって、軽量化のためには式６を満たすように材料及び板厚を設定することが好ましい。

（式６）
ｔ_２≦（ρ_１／ρ_２）・ｔ_１

また、バンパーに図２〜図５の白抜き矢印に沿った曲げ荷重がかかった場合、ウェブが受け持つ圧縮力に対してウェブが降伏してしまうと、荷重に対して抵抗できなくなってしまう。これを防ぐために、材料を鋼材から変更したときのウェブの強度を必要以上に低下させないよう、降伏に十分耐え得る強度を確保するための基準が必要となる。そこで、以下の式７のようにＡ値を定義する。なお、σｙ_１は鋼材の降伏応力であり、σｙ_２は鋼材以外の材料の降伏応力である。鋼材以外の材料を使用した部分が十分な強度となるためには、このようなＡ値がある程度の大きさ以上となる必要がある。Ａ値の具体的な条件については後述する。

（式７）
Ａ＝ｔ_２・σｙ_２／（ｔ_１・σｙ_１）

（曲げモーメントのシミュレーション結果）
次に、上述の第１〜第４の実施例において曲げに対する強度を解析した結果について説明する。本解析では、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すバンパー１００及び２００を第１及び第２の比較例とした。

第１の比較例に係るバンパー１００は、第１〜第４の実施例と異なり、全体が鋼材から構成されている。また、図６（ａ）に示すように、第１〜第４の実施例とは断面の基本形状が異なっている。バンパー１００は、全体の高さが１５０ｍｍであり幅が６５ｍｍである箱型の概略形状を有している。

バンパー１００は、前フランジ１０２の上端と連結した部分が後方へと折り曲げられて形成された凸部１１１と、前フランジ１０２の下端と連結した部分が後方へと折り曲げられて形成された凸部１１２とを有している。凸部１１１及び１１２は、いずれも長方形の断面形状を有している。前フランジ１０２から後方へと折り曲げられた部分は、凸部１１１と凸部１１２との間の中間部分１１３において前フランジ１０２の背面と接合されている。凸部１１１及び１１２の高さは、図６（ａ）に示されているようにそれぞれ５２ｍｍである。

第２の比較例に係るバンパー２００は、第１の比較例と同様に、全体が鋼材から構成されている。バンパー２００の断面形状は、第１の実施例のバンパー１ａとほぼ同様であるが、第１の実施例と異なり、「Ｈ」型の断面形状を有する中間部材２０６が前フランジ２０２を貫通すると共に、後フランジ２０３も貫通している。バンパー２００は、高さが１５０ｍｍであり、幅が６５ｍｍである。本解析においては、下記の表３に示すように、各比較例において鋼材の板厚が１．４ｍｍの場合と２．０ｍｍの場合とを算出した。

本解析において使用した第１〜第４の実施例の各部の寸法Ｈ１〜Ｈ３、Ｗ１、Ｗ２は下記の表１及び表２のとおりである。また、本解析においては、表４に示すように、鋼材部分の板厚が１．４ｍｍであり、アルミニウム合金製のウェブの板厚が２ｍｍ、３ｍｍ、３．６ｍｍのそれぞれである場合について算出した。第１の実施例においては、７０００系のアルミニウム合金と６０００系のアルミニウム合金のそれぞれについて算出した。第３の実施例においては、補強板３１及び３２の板厚を３．０ｍｍとした。第４の実施例においては、接合板４１ａ、曲折部４１ｂ、４１ｃの板厚が３．０ｍｍの場合と２．０ｍｍの場合とのそれぞれに関して算出した。

以上の条件に基づき、３点曲げ試験により、第１〜第４の実施例に係るバンパー１ａ〜１ｄにおける曲げに対する強度と、第１及び第２の比較例における曲げに対する強度とを算出した。３点曲げ試験は、図７に示すように、バンパー１の両端を支持部αで後フランジ３側から単純支持し、２つの支持部αの中央における前フランジ２側から圧子βの円弧面を当接させ、バンパビームの長手方向と直交する方向（図７における矢印方向）に圧子を押さえ付けた。そして、圧子βによる荷重を大きくしていくと、荷重がある大きさに達したときに曲げによってバンパー１の断面全体が降伏したり断面のいずれかに座屈が生じたりした。このような降伏や座屈が生じる直前の荷重が圧子βによる最大荷重となる。以下では、このような最大荷重がかかったときに曲げモーメントが最大となる圧子βの当接位置での曲げモーメントを「終局モーメント」と呼称する。終局モーメントは、測定された最大荷重に基づいて算出された。

表３は、第１及び第２の比較例について本解析の結果を、表４は第１〜第４の実施例について本解析の結果を示している。表４において、Ａ値は（ｔ_２・σｙ_２）／（ｔ_１・σｙ_１）の値を示している。σｙ_１は鋼材の降伏応力を、σｙ_２はアルミニウム合金の降伏応力を示している。

表３及び表４において、「重量比」は、鋼材部分の板厚が１．４ｍｍのときの第１の比較例に対する、各比較例、実施例における重量の比である。また、表３及び表４において、「終局モーメント比」は、各実施例、比較例に関し、上記の３点曲げ試験を施して終局モーメントを算出した結果を示している。なお、「終局モーメント比」は、鋼材部分の板厚が１．４ｍｍのときの第１の比較例における終局モーメントに対する、各比較例、実施例における終局モーメントの比である。

また、表４において、「第４（３．０）」は接合板４１ａ等の厚みが３．０ｍｍの場合の結果を、「第４（２．０）」は接合板４１ａ等の厚みが２．０ｍｍの場合の結果を示している。

図８は、表３及び表４に基づき、第１及び第２の比較例と第１及び第２の実施例の解析結果をグラフにしたものである。図９は、表３及び表４に基づき、第１及び第２の比較例と第３及び第４の実施例の解析結果をグラフにしたものである。

図８に示すように、第２の比較例は第１の比較例より重量比当たりの終局モーメント比が向上していることが示された。

また、図８に示すように、一点鎖線ｇ１に囲まれる実施例については、第１及び第２の比較例に対して、重量比当たりの終局モーメント比が向上していることが示された。つまり、第１の実施例において７０００系のアルミニウム合金を用い、且つ、アルミニウム合金を用いた中間ウェブ６の板厚が３．０ｍｍ又は３．６ｍｍの場合には、重量当たりの曲げ強度が効率よく向上していることが示された。また、全てのウェブに７０００系のアルミニウム合金を用いた第２の実施例において、重量当たりの曲げ強度が最もよく向上していることが示された。

一方、一点鎖線ｇ２に囲まれる実施例については、終局モーメント比が１．０を下回っていた。つまり、第１の実施例において、７０００系のアルミニウム合金を用い且つ中間ウェブ６の板厚が２．０ｍｍである場合と、６０００系のアルミニウム合金を用い且つ中間ウェブ６の板厚が３．６ｍｍである場合とでは、第１及び第２の比較例に対して軽量化できても、曲げ強度を向上することができないことが示された。

また、図９に示すように、第３及び第４の実施例において、第１及び第２の比較例に対して、重量比当たりの終局モーメント比が向上していることが示された。つまり、第３及び第４の実施例において、重量当たりの強度が効率よく向上していることが示された。

また、バンパー全体を板厚１．４ｍｍの鋼材で構成する場合と比較したとすると、６０００系又は７０００系のアルミニウム合金の密度が２７００ｋｇ／ｍ^３〜２８００ｋｇ／ｍ^３であることから、式６の右辺の値は各実施例においていずれも約４．１ｍｍ程度となる。

したがって表４より、第１〜第４の実施例はいずれもアルミウェブの板厚が約４．１ｍｍよりも小さい値であるから、式６を満たしていることが分かる。実際、表４にも示すように、各実施例の重量比は１程度かそれ未満に抑えられている。

図１０は、表４に基づいて、各実施例に関してＡ値に対する終局モーメント比をプロットしたものである。表４及び図１０によると、第１の実施例において、Ａ値が０．５を下回る、７０００系のアルミニウム合金を用い且つ中間ウェブ６の板厚が２．０ｍｍである場合と、６０００系のアルミニウム合金を用い且つ中間ウェブ６の板厚が３．６ｍｍである場合とでは、終局モーメント比が１を下回ることが示される。つまり、この場合には強度を十分に確保することができないことが示される。このことから、鋼材以外の材料を使用する場合は、Ａ値が０．５以上となるような材料を選択することが好ましい。

（本実施形態の概要）
以上説明したように、本実施形態のバンパー１（バンパー１ａ〜１ｄ）は、前面及び背面を形成する金属製の前フランジ２及び後フランジ３と、上面及び下面を形成する金属製の上ウェブ４及び下ウェブ５とを有している。そして、上ウェブ４と下ウェブ５の間には金属製の中間ウェブ６が配置されており、この中間ウェブ６によって、バンパー１内に中空の空間７及び８の２つが形成されている。さらに、上ウェブ４、下ウェブ５及び中間ウェブ６の少なくともいずれかは鋼材以外の材料から構成されており、その材料として、上述の式１を満たすような材料が選定されている。このように、重量当たりの座屈強度を確保しやすい材料によってウェブが構成されている。

また、第１〜第４の実施例に係るバンパー１ａ〜１ｄのいずれにおいても、中間ウェブ６が鋼材以外の材料から構成されている。中間ウェブ６はウェブの中でも中間に配置されているため、この中間ウェブ６を鋼材以外の材料で構成した際に、バンパー全体として強度のバランスが保たれる。

また、第２の実施例に係るバンパー１ｂにおいては、上ウェブ４、下ウェブ５及び中間ウェブ６が、いずれも鋼材以外の材料から構成されている。したがって、全体の重量をより軽量化しやすい。

また、第３又は第４の実施例に係るバンパー１ｃ又は１ｄにおいては、外形部材１１の角部を補強する補強板３１、３２、４１が設けられている。これらにより、バンパー全体の曲げに対する耐久性を向上させることができる。

また、本実施形態においては、式６を満たすように、鋼材以外の材料が選定されていることにより、バンパー全体を鋼材で構成するより軽量化しやすい。

また、式７で定義されるＡ値が０．５以上となるように鋼材以外の材料が選定されていることにより、曲げに対する耐久性をより確保しやすい。

（その他の変形例）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、課題を解決する手段に記載した限りにおいて様々に変更して実施することができるものである。

例えば、上述の実施形態では、ウェブをアルミニウム合金で構成することを想定したが、その他の金属材料で構成されていてもよい。

また、上述の実施形態では、接合方法は特に規定していないが、溶接、接着、ボルトなど、十分な接合強度を有する方法を採用すればよい。

本発明は、自動車の車体に取り付けられるバンパー構造として利用することができる。

１，１ａ-１ｄ バンパー
２ 前フランジ
３ 後フランジ
４ 上ウェブ
５ 下ウェブ
６ 中間ウェブ
３１，３２，４１ 補強板

Claims (6)

1. 中空の空間を内包する箱形状を有するバンパーの構造であって、
   前記バンパーの前面及び背面を形成する金属製の前フランジ及び後フランジと、前記バンパーの上面及び下面を形成する金属製の上ウェブ及び下ウェブとが、前記箱形状を形成するように互いに連結しており、
   前端及び後端が前記前フランジ及び後フランジと連結された金属製の中間ウェブが、前記中空の空間が上下に分断されて２つ形成されるように前記上ウェブ及び下ウェブの間に配置されており、
   前記前フランジ、後フランジ、上ウェブ、下ウェブ及び中間ウェブのうち、前記上ウェブ、下ウェブ及び中間ウェブの少なくともいずれか以外が第１の材料から構成され、前記上ウェブ、下ウェブ及び中間ウェブの前記いずれかが第２の材料から構成されており、
   前記第１の材料のヤング率及び密度がＥ_１及びρ_１でそれぞれ表され、前記第２の材料のヤング率及び密度がＥ_２及びρ_２でそれぞれ表されるとき、Ｅ_１／ρ_１ ^３＜Ｅ_２／ρ_２ ^３を満たしていることを特徴とするバンパー構造。
2. 前記中間ウェブが、前記第２の材料から構成されていることを特徴とする請求項１に記載のバンパー構造。
3. 前記上ウェブ、下ウェブ及び中間ウェブが、いずれも前記第２の材料から構成されていることを特徴とする請求項２に記載のバンパー構造。
4. 前記中間ウェブが、前記第２の材料から構成されており、
   前記前フランジ及び前記上ウェブが形成する角部の表面と前記前フランジ及び前記下ウェブが形成する角部の表面のそれぞれに、前記角部に沿って鉤型に曲げられた金属製の補強板が固定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のバンパー構造。
5. 前記前フランジ、後フランジ、上ウェブ、下ウェブ及び中間ウェブのうち、前記上ウェブ、下ウェブ及び中間ウェブの前記いずれか以外の厚みがｔ_１であり、前記上ウェブ、下ウェブ及び中間ウェブの前記いずれかの厚みがｔ_２であるとき、ｔ_２≦（ρ_１／ρ_２）・ｔ_１を満たしていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のバンパー構造。
6. 前記前フランジ、後フランジ、上ウェブ、下ウェブ及び中間ウェブのうち、前記上ウェブ、下ウェブ及び中間ウェブの前記いずれか以外の厚みがｔ_１であり、前記上ウェブ、下ウェブ及び中間ウェブの前記いずれかの厚みがｔ_２であり、前記第１の材料の降伏応力がσｙ_１であり、前記第２の材料の降伏応力がσｙ_２であるとき、ｔ_２・σｙ_２／（ｔ_１・σｙ_１）≧０．５を満たしていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のバンパー構造。

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