JP2011051360A - バンパー構造 - Google Patents

Abstract

【課題】バンパーリインフォースメントが曲げ変形する際に吸収可能な衝突エネルギー量を大きくすることが可能なバンパー構造を提供すること。
【解決手段】車体に固定される左右一対のバンパーステイ１，１と、バンパーステイ１，１に支持されるバンパーリインフォースメント２と、バンパーリインフォースメント２の上面側においてバンパーステイ１とバンパーリインフォースメント２との境界を跨ぐ上補強部材３と、バンパーリインフォースメント２の下面側においてバンパーステイ１とバンパーリインフォースメント２との境界を跨ぐ下補強部材４とを備えるバンパー構造Ｂであって、上補強部材３は、バンパーステイ１の車幅方向外側の上端部に固着するとともに、バンパーリインフォースメント２の上面に固着し、下補強部材４は、バンパーステイ１の車幅方向外側の下端部に固着するとともに、バンパーリインフォースメント２の下面に固着する。
【選択図】図１

Description

本発明は、バンパー構造に関する。

バンパーリインフォースメントと、これを支持する左右一対のバンパーステイとにより構成されるバンパー構造が特許文献１に開示されている。このバンパー構造において、バンパーリインフォースメントに衝突荷重が作用し、左右のバンパーステイの間の部位に車体方向に向かう力が発生すると、バンパーリインフォースメントに曲げ変形が生じ、その後、バンパーリインフォースメントの前後方向への圧潰が進行する。なお、車外方向（フロントバンパーの場合は前方、リアバンパーの場合は後方）に凸となるように湾曲または屈折したバンパーリインフォースメントに曲げ変形が生じると、左右のバンパーステイの間において、湾曲した部位が直線状に伸ばされるようになる。また、直線状を呈しているバンパーリインフォースメントに曲げ変形が生じると、左右のバンパーステイの間の部分が車体側に凸となるように湾曲するようになる。このようなバンパー構造によれば、圧潰荷重のピークを低く抑えつつ衝突エネルギーの吸収量を大きくすることができるので、軽衝突時におけるエアーバック等の安全装置の誤作動を防ぎつつ車体に与えるダメージを緩和することが可能となる。

なお、バンパーリインフォースメントが曲げ変形する際には、バンパーステイの車幅方向内側の部位とバンパーリインフォースメントとの間に圧縮力が作用する一方で、バンパーステイの車幅方向外側の部位とバンパーリインフォースメントとの間に引張力が作用するようになる。

国際公開第２００７／１１０９３８号パンフレット

バンパーステイの車幅方向外側の部位とバンパーリインフォースメントとの接合部が前記した引張力によって離間すると、ピン支承のような支持形式になる結果、バンパーリインフォースメントの曲げ変形が容易に進行するようになるので、曲げ変形の過程において吸収可能な衝突エネルギー量が小さくなる虞がある。

このような観点から、本発明は、バンパーリインフォースメントが曲げ変形する際に吸収可能な衝突エネルギー量を大きくすることが可能なバンパー構造を提供することを課題とする。

このような課題を解決する本発明に係るバンパー構造は、車体に固定される左右一対のバンパーステイと、前記両バンパーステイに支持されるバンパーリインフォースメントと、前記バンパーリインフォースメントの上面側において前記バンパーステイと前記バンパーリインフォースメントとの境界を跨ぐ上補強部材と、前記バンパーリインフォースメントの下面側において前記バンパーステイと前記バンパーリインフォースメントとの境界を跨ぐ下補強部材と、を備えるバンパー構造であって、前記上補強部材は、前記バンパーステイの車幅方向外側の上端部に固着されるとともに、前記バンパーリインフォースメントの上面に固着されており、前記下補強部材は、前記バンパーステイの車幅方向外側の下端部に固着されるとともに、前記バンパーリインフォースメントの下面に固着されている、ことを特徴とする。

本発明によれば、バンパーステイの車幅方向外側の部位とバンパーリインフォースメントとの接合部における接合強度が向上するので、衝突によりバンパーリインフォースメントに曲げ変形が生じた際に、前記した接合部が離間し難くなる。すなわち、本発明によれば、曲げ変形時にピン支承のような支持形式になり易い従来のバンパー構造に比べて、バンパーリインフォースメントが曲げ変形する際の抵抗が大きくなるので、吸収可能な衝突エネルギー量も増大するようになる。

上補強部材および下補強部材の固着方法に制限はなく、例えばボルトやリベット等の機械的接合手段によりバンパーリインフォースメントに固着してもよいが、前記バンパーステイを溶接により前記バンパーリインフォースメントに固着する場合には、前記上補強部材および前記下補強部材も、溶接により前記バンパーステイおよび前記バンパーリインフォースメントに固着することが好ましい。バンパーステイ、バンパーリインフォースメント、上補強部材および下補強部材を溶接にて接合すれば、部品点数の削減となり、コストの削減を図ることが可能になる。

前記上補強部材および前記下補強部材の形態に制限はないが、プレート状部材にて構成した場合には、当該プレート状部材の周縁に沿って溶接を行うとよい。このようにすると、溶接長が大きくなるので、バンパーステイとバンパーリインフォースメントとの接合強度がより一層高いものとなる。

前記バンパーステイは、複数の中空空間を有する押出形材にて構成することができる。バンパーステイの向きに制限はないが、その素となる押出形材の押出方向が上下方向となるようにバンパーステイを配置した場合には、複数の中空空間のうち、少なくとも一番外側に位置する中空空間の開口を塞ぐように前記上補強部材および前記下補強部材を配置することが好ましい。このようにすると、一番外側に位置する中空空間の外殻が変形し難くなるので、バンパーステイが圧潰するまでの間、バンパーリインフォースメントをしっかりと支持することが可能になる。

本発明においては、前記バンパーステイが前記バンパーリインフォースメントに減り込んだ後に前記バンパーステイが圧潰するように、前記バンパーリインフォースメントおよび前記バンパーステイの剛性を設定することが好ましい。このようにすると、断面圧潰過程（バンパーリインフォースメントが前後方向へ圧潰する過程）中に車体に伝わる衝突荷重（圧潰荷重）のピークとステイ圧潰過程（バンパーステイ自体が圧潰する過程）中に車体に伝わる衝突荷重のピークとが時間差をもって現れるようになるので、車体に伝達する衝突荷重が一気に増大することが防止されるとともに、衝突荷重が増大した後に衝突荷重が大きく減少することが防止されるようになり、ひいては、衝突荷重の荷重値を維持することが可能となる。

前記バンパーリインフォースメントが、前記両バンパーステイの間において屈曲または湾曲している場合には、前記バンパーリインフォースメントの屈曲部分または湾曲部分が直線状に伸ばされた後に前記バンパーステイが前記バンパーリインフォースメントに減り込むように、前記バンパーリインフォースメントおよび前記バンパーステイの剛性を設定することが好ましい。このようにすると、伸長過程（バンパーリインフォースメントの屈曲部分または湾曲部分が直線状に伸ばされる過程）、断面圧潰過程およびステイ圧潰過程の各過程において車体に伝わる衝突荷重のピークが時間差をもって順次現れるようになるので、車体に伝達する衝突荷重が一気に増大することが防止されるとともに、衝突荷重が増大した後に衝突荷重が大きく減少することが防止されるようになり、ひいては、衝突荷重の荷重値を維持することが可能となる。

前記バンパーステイは、前記車体から前記バンパーリインフォースメントに向かうにしたがって幅寸法が漸増する形状を具備していることが好ましい。このようにすると、バンパーリインフォースメントの支点間距離が狭まるようになるので、バンパーステイ間におけるバンパーリインフォースメントの変形抵抗を維持したままバンパーリインフォースメントの肉厚を小さくすることが可能となり、したがって、伸長過程において吸収される衝突エネルギーの吸収量を減少させることなくバンパーリインフォースメントの軽量化を図ることが可能となる。

前記した課題を解決する本発明に係る他のバンパー構造は、車体に固定される左右一対のバンパーステイと、前記両バンパーステイに支持されるバンパーリインフォースメントと、前記バンパーステイと前記バンパーリインフォースメントとの境界を跨ぐ補強部材と、を備えるバンパー構造であって、前記補強部材は、前記バンパーステイの車幅方向外側の部位に固着されるとともに、前記バンパーリインフォースメントの上面または下面に固着されている、ことを特徴とする。

このバンパー構造においても、バンパーステイの車幅方向外側の部位とバンパーリインフォースメントとの接合部における接合強度が向上するので、衝突によりバンパーリインフォースメントに曲げ変形が生じた際に、前記した接合部が離間し難くなり、ひいては、曲げ変形する際に吸収可能な衝突エネルギー量も増大するようになる。

本発明によれば、バンパーリインフォースメントが曲げ変形する際に吸収可能な衝突エネルギー量を大きくすることが可能となる。

本発明の実施形態に係るバンパー構造を示す斜視図である。 （ａ）は本発明の実施形態に係るバンパー構造を示す拡大平面図、（ｂ）は車幅方向内側の側壁の構成を説明するための拡大平面図である。 本発明の実施形態に係るバンパー構造を示す拡大斜視図である。 本発明の実施形態に係るバンパー構造の組立方法を示す図であって、（ａ）はバンパーステイを溶接した状態を示す拡大斜視図、（ｂ）は上補強部材および下補強部材を溶接した状態を示す拡大斜視図である。 （ａ）は衝突荷重が作用する前のバンパー構造を示す平面図、（ｂ）は伸長過程を示す平面図、（ｃ）は断面圧潰過程を示す平面図、（ｄ）はステイ圧潰過程を示す平面図である。 本発明の実施形態に係るバンパー構造の変形例を示す平面図である。

図１に示すように、本発明の実施形態に係るバンパー構造Ｂは、サイドメンバ（車体）Ｓ，Ｓに固定される左右一対のバンパーステイ１，１と、両バンパーステイ１，１に支持されるバンパーリインフォースメント２と、バンパーリインフォースメント２の上面側に配置される上補強部材３，３と、バンパーリインフォースメント２の下面側に配置される下補強部材４，４と、を備えている。

なお、本実施形態では、バンパー構造Ｂがフロントバンパーを構成する場合を例示し、「前後」、「右左」、「上下」は車体に取り付けた状態を基準にする。また、「車幅方向」とは「左右方向」と同義である。

バンパーステイ１は、サイドメンバＳからバンパーリインフォースメント２に向かうにしたがって幅寸法が漸増する形状（末広がり形状）を具備している。本実施形態のバンパーステイ１は、閉断面形状の中空空間ａ，ｂ，ｃを有するアルミニウム合金製の中空押出形材（ホロー形材）からなり、その押出方向が上下方向となるように配置されている。三つの中空空間ａ，ｂ，ｃのうち、車幅方向外側の中空空間ａおよび車幅方向内側の中空空間ｃは、平面視三角形状を呈しており、中空空間ａ，ｃの間に位置する中空空間ｂは、平面視五角形状を呈している。

バンパーステイ１の構成をより詳細に説明する。
図２の（ａ）に示すように、バンパーステイ１は、ベース部１１と、一対の側壁１２，１３と、外側固定部１４Ａと、内側固定部１４Ｂと、連結部１４Ｃと、仕切壁１５と、補強壁１６とを備えて構成されている。

ベース部１１は、サイドメンバＳの前端面に固定される平板状の部位であり、中央の中空空間ｂの外殻の一部を構成している。ベース部１１の適所には、ボルト挿通孔が形成されている。このボルト挿通孔には、ベース部１１をサイドメンバＳの前端面に締着するためのボルトが挿通される。なお、ボルトをバンパーリインフォースメント２側から挿入する場合は、バンパーリインフォースメント２の前壁、後壁およびバンパーステイ１の連結部１４Ｃに貫通孔を予め形成する。

車幅方向外側の側壁１２は、ベース部１１の車幅方向外側の端縁から外側固定部１４Ａの車幅方向外側の端縁に至る部位であり、外側固定部１４Ａを車体側から支持している。

車幅方向内側の側壁１３は、ベース部１１の車幅方向内側の端縁から内側固定部１４Ｂの車幅方向内側の端縁に至る部位であり、内側固定部１４Ｂを車体側から支持している。両側壁１２，１３は、仕切壁１５を挟むように配置されている。すなわち、両側壁１２，１３は、車幅方向に間隔をあけて配置されていて、両側壁１２，１３の離隔距離は、サイドメンバＳからバンパーリインフォースメント２に向かうにしたがって漸増している。

なお、両側壁１２，１３を区別する場合には、車幅方向外側の側壁１２を「外壁１２」と称し、車幅方向内側の側壁１３を「内壁１３」と称する。

外壁１２は、中空空間ａの外殻の一部を構成する部位であって、ベース部１１に斜交している。ベース部１１と外壁１２とで形成される内角は、鈍角になっている。また、外壁１２は、その全体が平面視円弧状を呈していて、バンパーステイ１の内空側（中空空間ａ側）に湾曲している。すなわち、外壁１２は、ベース部１１の車幅方向外側の端縁と外側固定部１４Ａの車幅方向外側の端縁とを通る平面ｓ１よりも中空空間ａ側に位置している。なお、本実施形態では、平面視円弧状を呈する外壁１２を例示したが、外壁１２の構成を限定する趣旨ではない。図示は省略するが、複数の円弧状部を連ねた形態の外壁に変更してもよいし、平板状を呈する外壁に変更してもよい。

内壁１３は、ベース部１１に斜交している。ベース部１１と内壁１３とで形成される内角は、鈍角になっている。内壁１３は、バンパーステイ１の内空側（中空空間ｂ，ｃ側）に湾曲している。すなわち、内壁１３の全体が、ベース部１１の車幅方向内側の端縁と内側固定部１４Ｂの車幅方向内側の端縁とを通る平面ｓ２よりも中空空間ｂ，ｃ側に位置している。

図２の（ｂ）に示すように、内壁１３は、複数の円弧状部１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃを有する。以下の説明においては、ベース部１１に繋がる円弧状部１３Ａを「第一円弧状部１３Ａ」と称し、内側固定部１４Ｂに繋がる円弧状部１３Ｃを「第三円弧状部１３Ｃ」と称し、第一円弧状部１３Ａと第三円弧状部１３Ｃとを繋ぐ円弧状部１３Ｂを「第二円弧状部１３Ｂ」と称する。なお、図２の（ｂ）の図面に付したハッチングは、第一円弧状部１３Ａと第三円弧状部１３Ｃの範囲を明瞭にするために付したものである。

第一円弧状部１３Ａは、ベース部１１の車幅方向内側の端縁から補強壁１６との接続部に至る部位であり、中空空間ｂの外殻の一部を構成している。第一円弧状部１３Ａは、平面視円弧状を呈していて、中空空間ｂ側に湾曲している。

第二円弧状部１３Ｂは、第一円弧状部１３Ａの前端部から第三円弧状部１３Ｃの後端部に至る部位であり、中空空間ｃの外殻の一部を構成している。第二円弧状部１３Ｂは、平面視円弧状を呈していて、中空空間ｃ側に湾曲している。なお、第二円弧状部１３Ｂと第三円弧状部１３Ｃとは滑らかに連続しているが、第一円弧状部１３Ａと第二円弧状部１３Ｂとは屈折した状態（接線が共通しない状態）で連続している。

第三円弧状部１３Ｃは、第二円弧状部１３Ｂの前端部から内側固定部１４Ｂの車幅方向内側の端縁に至る部位であり、中空空間ｃの外殻の一部を構成している。第三円弧状部１３Ｃは、平面視円弧状を呈していて、中空空間ｃ側に湾曲している。

なお、第一円弧状部１３Ａの半径Ｒａ、第二円弧状部１３Ｂの半径Ｒｂ、第三円弧状部１３Ｃの半径Ｒｃは、Ｒｂ＞Ｒａ＞Ｒｃという大小関係になっているが、適宜変更しても差し支えない。また、本実施形態では、三つの円弧状部１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃを連ねた形態の内壁１３を例示したが、内壁１３の構成を限定する趣旨ではない。図示は省略するが、一の円弧状部を有する内壁に変更してもよいし、平板状を呈する内壁に変更してもよい。

図２の（ａ）に示すように、外側固定部１４Ａおよび内側固定部１４Ｂは、バンパーリインフォースメント２に固定される部位である。外側固定部１４Ａおよび内側固定部１４Ｂは、車幅方向に間隔をあけて並設されている。外側固定部１４Ａの当接面１４ａおよび内側固定部１４Ｂの当接面１４ｂは、バンパーリインフォースメント２の側面２ｓと同じ曲率の曲面（円弧面）に成形されており、バンパーリインフォースメント２の側面２ｓに面接触可能である。

連結部１４Ｃは、外側固定部１４Ａと内側固定部１４Ｂとを繋ぐ部位である。連結部１４Ｃは、バンパーリインフォースメント２の側面２ｓと隙間をあけて対向している。すなわち、連結部１４Ｃの前面は、両固定部１４Ａ，１４Ｂの当接面１４ａ，１４ｂよりも一段下がったところに位置しており、バンパーリインフォースメント２の側面２ｓに接触しない。

仕切壁１５は、ベース部１１と外側固定部１４Ａとを繋ぐ部位であり、中空空間ａの外殻の一部を構成するとともに、中空空間ｂの外殻の一部を構成している。仕切壁１５は、ベース部１１の車幅方向外側の端部から外側固定部１４Ａの車幅方向内側の端部に向って立ち上がり、外側固定部１４Ａの車幅方向内側の端部に達している。また、仕切壁１５は、平板状を呈していて、ベース部１１と直交している。

補強壁１６は、内壁１３と内側固定部１４Ｂとを繋ぐ部位であり、中空空間ｂの外殻の一部を構成するとともに、中空空間ｃの外殻の一部を構成している。補強壁１６は、平板状を呈していて、図２の（ｂ）に示すように、第一円弧状部１３Ａと第二円弧状部１３Ｂとの境界部分から内側固定部１４Ｂに向って立ち上がり、内側固定部１４Ｂの車幅方向外側の端部に達している。

図２の（ａ）に示す中空空間ａの潰れ易さは、中空空間ａを取り囲む外壁１２、外側固定部１４Ａおよび仕切壁１５の肉厚、長さなどのほか、外壁１２の曲率（半径）の大小にも依存している。例えば、外壁１２の曲率を小さく（半径を大きく）すると、外壁１２の座屈荷重が大きくなるので、中空空間ａが潰れ難くなり、外壁１２の曲率を大きく（半径を小さく）すると、外壁１２の座屈荷重が小さくなるので、中空空間ａが潰れ易くなる。

中空空間ｂの潰れ易さは、中空空間ｂを取り囲むベース部１１、第一円弧状部１３Ａ（図２の（ｂ）参照）、連結部１４Ｃ、仕切壁１５および補強壁１６の肉厚や長さなどのほか、第一円弧状部１３Ａの半径の大小にも依存している。例えば、第一円弧状部１３Ａの半径を大きくすると、第一円弧状部１３Ａの座屈荷重が大きくなるので、中空空間ｂが潰れ難くなり、第一円弧状部１３Ａの半径を小さくすると、第一円弧状部１３Ａの座屈荷重が小さくなるので、中空空間ｂが潰れ易くなる。

図２の（ｂ）に示す中空空間ｃの潰れ易さは、中空空間ｃを取り囲む第二円弧状部１３Ｂ、第三円弧状部１３Ｃ、内側固定部１４Ｂおよび補強壁１６の肉厚や長さなどのほか、第二円弧状部１３Ｂおよび第三円弧状部１３Ｃの半径の大小にも依存している。例えば、第二円弧状部１３Ｂまたは第三円弧状部１３Ｃの半径を大きくすると、中空空間ｃが潰れ難くなり、第二円弧状部１３Ｂまたは第三円弧状部１３Ｃの半径を小さくすると、中空空間ｃが潰れ易くなる。

バンパーリインフォースメント２は、図１に示すように、バンパーステイ１，１に架設されるものであり、溶接等の手段によりバンパーステイ１に固着される。図示のバンパーリインフォースメント２は、その全体が円弧状（単一の円弧で形成されている場合だけでなく、複数の円弧や直線により構成された略円弧状に形成されている場合も含む）に湾曲しており、両端部が車体側（後方）に傾斜している。すなわち、バンパーリインフォースメント２は、車外方向（前方）に凸となるように湾曲している。ちなみに、このようなバンパーリインフォースメント２は、アルミニウム合金製の中空押出形材に曲げ加工を施すことにより得ることができる。

バンパーリインフォースメント２は、図３に示すように、その外殻となる角筒状の本体部２１と、この本体部２１の内部に配置された中壁２２とを備えている。中壁２２は、バンパーリインフォースメント２の断面剛性を向上させる目的で配置されたものであり、本実施形態では、本体部２１の内部空間を上下二つに分割するように配置されている。

なお、バンパーリインフォースメント２は、バンパーステイ１，１間において湾曲部分が直線状に伸ばされる過程（伸長過程）で衝突エネルギーを吸収するとともに、バンパーステイ１に隣接した領域において本体部２１の上壁、下壁および中壁２２に座屈や塑性曲げ変形が発生する過程（断面圧潰過程）で衝突エネルギーを吸収する。本実施形態では、伸長過程が進行した後に断面圧潰過程が進行するように、バンパーリインフォースメント２全体の曲げ剛性が設定されている。

ちなみに、伸長過程の開始・終了のタイミングに影響を及ぼすのは、主としてバンパーリインフォースメント２全体の曲げ剛性である。当該曲げ剛性は、断面２次モーメントを増減させることで調整される。バンパーリインフォースメント２の断面２次モーメントの大小に影響を及ぼすのは、主に、本体部２１の前壁および後壁の肉厚の大きさと、本体部２１の前壁と後壁との離間距離の大きさであるから、これらを増減させることで、伸長過程の開始・終了のタイミングを調整することができる。一方、断面圧潰過程の開始・終了のタイミングに影響を及ぼすのは、主に、本体部２１の上壁、下壁および中壁２２の肉厚と、本体部２１の前壁と後壁との離間距離の大きさであるから、これらを増減させることで、断面圧潰過程の開始・終了の時期を調整することができる。

また、本実施形態では、バンパーリインフォースメント２の伸長過程および断面圧潰過程が進行した後に、ステイ圧潰過程が進行するようにバンパーステイ１およびバンパーリインフォースメント２の剛性（各部の肉厚や断面寸法など）が設定されている。

上補強部材３は、アルミニウム合金製のプレート状部材からなり、バンパーリインフォースメント２の上面側においてバンパーステイ１とバンパーリインフォースメント２との境界を跨いでいる。本実施形態の上補強部材３は、バンパーステイ１の上端部に固着される上蓋部３１と、バンパーリインフォースメント２の上面に固着される上固定部３２とを具備している。

上蓋部３１は、バンパーステイ１の中空空間ａの開口を上側から塞ぐ部位であり、中空空間ａの外殻（本実施形態では、外壁１２および仕切壁１５）の上端部に溶接により固着されている。

上固定部３２は、バンパーステイ１とバンパーリインフォースメント２との境界よりもバンパーリインフォースメント２側に張り出した部位であり、バンパーリインフォースメント２の上面に溶接により固着されている。

下補強部材４は、アルミニウム合金製のプレート状部材からなり、バンパーリインフォースメント２の下面側においてバンパーステイ１とバンパーリインフォースメント２との境界を跨いでいる。本実施形態の下補強部材４は、バンパーステイ１の下端部に固着される下蓋部４１と、バンパーリインフォースメント２の上面に固着される下固定部４２とを具備している。

下蓋部４１は、バンパーステイ１の中空空間ａの開口を下側から塞ぐ部位であり、中空空間ａの外殻（本実施形態では、外壁１２および仕切壁１５）の下端部に溶接により固着されている。

下固定部４２は、バンパーステイ１とバンパーリインフォースメント２との境界よりもバンパーリインフォースメント２側に張り出した部位であり、バンパーリインフォースメント２の下面に溶接により固着されている。

なお、上蓋部３１および下蓋部４１の肉厚の大きさは、バンパーステイ１の中空空間ａの潰れ易さに影響を与える。すなわち、上蓋部３１または下蓋部４１の肉厚を大きくすると、外壁１２および仕切壁１５に座屈や曲げ変形が生じ難くなるので、中空空間ａが潰れ難くなり、反対に、上蓋部３１または下蓋部４１の肉厚を小さくすると、中空空間ａが潰れ易くなる。また、必要に応じて、上蓋部３１および下蓋部４１に孔や切欠きを形成してもよいし、上蓋部３１および下蓋部４１の面積を小さくして中空空間ａの一部のみを覆うように構成してもよい。このようにすると、中空空間aを潰れやすく調整することができる。

ここで、バンパー構造Ｂの組立方法を説明する。
バンパーステイ１は、図４の（ａ）に示すように、バンパーリインフォースメント２の側面２ｓに当接させた状態で、外側固定部１４Ａの上縁、下縁および車幅方向外側の側縁に沿って溶接ｗ１を施すとともに、内側固定部１４Ｂの上縁、下縁および車幅方向内側の側縁に沿って溶接ｗ２を施すことで、バンパーリインフォースメント２に固定する。すなわち、バンパーステイ１は、中空空間ａの外殻と中空空間ｃの外殻とにおいてバンパーリインフォースメント２に固着する。なお、図示は省略するが、例えばボルトやリベット等の機械的接合手段により、バンパーステイ１をバンパーリインフォースメント２に接合してもよい。

上補強部材３は、図４の（ｂ）に示すように、その下面をバンパーステイ１とバンパーリインフォースメント２とに当接させた状態で、上蓋部３１の周縁に沿って溶接ｗ３，ｗ３を施すとともに、上固定部３２の周縁に沿って溶接ｗ４を施すことで、バンパーステイ１とバンパーリインフォースメント２とに固着する。なお、図示は省略するが、ボルトやリベット等の機械的接合手段により、上補強部材３をバンパーステイ１およびバンパーリインフォースメント２に接合してもよい。

下補強部材４は、その上面をバンパーステイ１とバンパーリインフォースメント２とに当接させた状態で、下蓋部４１の周縁に沿って溶接ｗ５，ｗ５を施すとともに、下固定部４２の周縁に沿って溶接ｗ６を施すことで、バンパーステイ１とバンパーリインフォースメント２とに固着する。なお、図示は省略するが、ボルトやリベット等の機械的接合手段により、下補強部材４をバンパーステイ１およびバンパーリインフォースメント２に接合してもよい。

次に、図５を参照して、正面衝突時における衝突エネルギーの吸収過程を説明する。
図５の（ａ）に示すバンパー構造Ｂに対して、正面側（車体前方）から車体前後方向の衝突荷重が作用すると、図５の（ｂ）に示すように、まず、バンパーステイ１，１間においてバンパーリインフォースメント２の湾曲部分が直線状に伸ばされることで、衝突エネルギーが吸収される（伸長過程）。

バンパーリインフォースメント２の湾曲部分が直線状に伸ばされる際には、中空空間ｃの外殻（図２の（ｂ）に示す内側固定部１４Ｂ、第二円弧状部１３Ｂ、第三円弧状部１３Ｃおよび補強壁１６）を車体側に押圧するような力Ｆがバンパーステイ１に作用するが、中空空間ｃの外殻が力学的に安定した平面視三角形状を呈しているので、バンパーステイ１は、伸長過程中のバンパーリインフォースメント２を安定して支持する。なお、伸長過程中に、内壁１３や内側固定部１４Ｂには曲げ変形が発生するので、中空空間ｃの外殻の初期形状が堅固に維持される訳ではないが、伸長過程中における中空空間ｃの外殻は、概ね平面視三角形の状態に維持される。すなわち、中空空間ｃの外殻は、伸長過程中のバンパーリインフォースメント２を安定して支持しつつも、バンパーリインフォースメント２の曲げ伸ばしを阻害することがないように適度に変形する。

なお、バンパーステイ１の車幅方向外側の部位とバンパーリインフォースメント２との間には、引張力Ｆ´（バンパーステイ１とバンパーリインフォースメント２とを離間させようとする力）が作用するが、両者の境界部分を跨ぐように上補強部材３および下補強部材４が配置されているので、バンパーステイ１の車幅方向外側の部位とバンパーリインフォースメント２とが接合された状態を維持したまま、伸長過程が進行するようになる。

伸長過程だけで衝突エネルギーを吸収できない場合には、図５の（ｃ）に示すように、バンパーステイ１がバンパーリインフォースメント２に減り込み、バンパーステイ１に隣接した領域においてバンパーリインフォースメント２の断面変形が進行する（すなわち、バンパーリインフォースメント２の内部空間が潰れる）ことで、衝突エネルギーが吸収される（断面圧潰過程）。すなわち、伸長過程が終盤に差し掛かるか、もしくは伸長過程が終了すると、断面圧潰過程が進行し始める。バンパーリインフォースメント２の湾曲部分を直線状に伸ばした後に、バンパーステイ１をバンパーリインフォースメント２に減り込ませれば、伸長過程中にサイドメンバＳに伝わる衝突荷重のピークと断面圧潰過程（バンパーリインフォースメント２が前後方向へ圧潰する過程）中にサイドメンバＳに伝わる衝突荷重のピークとが時間差をもって現れるようになる。

なお、バンパーステイ１がバンパーリインフォースメント２に減り込む際に、バンパーステイ１のエッジ部分でバンパーリインフォースメント２が引き裂かれてしまうと、断面圧潰過程におけるエネルギー吸収量が小さくなってしまうが、バンパー構造Ｂによれば、中空空間ｃの外殻が適度に変形するので、バンパーリインフォースメント２が引き裂かれ難くなる。すなわち、中空空間ｃの外殻は、概ね平面視三角形の状態を維持しつつバンパーリインフォースメント２に減り込むが、内壁１３や内側固定部１４Ｂには適度な曲げ変形が発生するので、内側固定部１４Ｂの車幅方向内側の端縁での「引裂き」が発生し難くなり、バンパーリインフォースメント２が広範囲に亘って潰れるようになる。

内壁１３と補強壁１６とのなす角度θ₂（図２の（ｂ）参照）を小さくすると、バンパーリインフォースメント２を安定的に支持できるようになる一方で、中空空間ｃの外殻が堅固になり過ぎる虞があるので、θ₂の大きさは、内側固定部１４Ｂの車幅方向内側の端縁での「引裂き」が懸念されない程度に設定することが望ましい。図２の（ｂ）に示すように、本実施形態では、内側固定部１４Ｂと補強壁１６とのなす角度θ₁、内壁１３と補強壁１６とのなす角度θ₂、内壁１３と内側固定部１４Ｂとのなす角度θ₃が、θ₁＞θ₂＞θ₃という関係になっているが、このような大小関係にしておけば、引裂き現象の発生を防ぎつつ、バンパーリインフォースメント２を安定的に支持することが可能になる。

断面圧潰過程が進行してもなお衝突エネルギーを吸収しきれない場合には、バンパーステイ１、上補強部材３および下補強部材４（図１参照）が前後方向に圧潰することで衝突エネルギーが吸収される（ステイ圧潰過程）。すなわち、断面圧潰過程が終盤に差し掛かるか、もしくは断面圧潰過程が終了すると、図５の（ｄ）に示すように、ステイ圧潰過程が進行し始める。バンパーステイ１をバンパーリインフォースメント２に減り込ませた後に、バンパーステイ１等を圧潰させると、断面圧潰過程中にサイドメンバＳに伝わる衝突荷重のピークとステイ圧潰過程中にサイドメンバＳに伝わる衝突荷重のピークとが時間差をもって現れるようになる。なお、ステイ圧潰過程では、バンパーステイ１のうち、図２の（ａ）に示す外壁１２、内壁１３、仕切壁１５、補強壁１６などに座屈や塑性曲げ変形等が発生するとともに、上補強部材３および下補強部材４に座屈や塑性曲げ変形等が発生することで、中空空間ａ（図１参照）および中空空間ｂ，ｃが潰れる。

ちなみに、バンパーステイ１の外壁１２および内壁１３は、バンパーステイ１の内空側に湾曲しているので、外壁１２および内壁１３の座屈モードは、多くの場合、バンパーステイ１の内空側に入り込むような座屈モードとなる。つまり、バンパーステイ１によれば、その圧潰過程や圧潰後の形態にばらつきが生じ難くなるので、ステイ圧潰過程において吸収される衝突エネルギー量にばらつきが生じ難くなる。

以上説明したバンパー構造Ｂによれば、バンパーステイ１の車幅方向外側の部位とバンパーリインフォースメント２との接合部（上補強部材３および下補強部材４を配置した部分）における接合強度が向上するので、衝突によりバンパーリインフォースメント２に曲げ変形が生じた際に、前記した接合部が離間し難くなる。すなわち、バンパー構造Ｂによれば、曲げ変形時にピン支承のような支持形式になり易い従来のバンパー構造に比べて、バンパーリインフォースメント２が曲げ変形する際の抵抗が大きくなるので、吸収可能な衝突エネルギー量も増大するようになる。

また、バンパー構造Ｂでは、バンパーステイ１、バンパーリインフォースメント２、上補強部材３および下補強部材４を溶接にて接合しているので、部品点数の削減となり、コストの削減を図ることが可能になる。

しかも、バンパー構造Ｂでは、上補強部材３および下補強部材４をプレート状部材にて構成し、当該プレート状部材の周縁に沿って溶接を行っているので、溶接長が大きく、バンパーステイ１とバンパーリインフォースメント２との接合強度がより一層高いものとなる。

すなわち、バンパー構造Ｂでは、バンパーステイ１とバンパーリインフォースメント２を直接的に接合するとともに、伸長過程中に引張力Ｆ´（図５の（ｂ）参照）が作用する部位においては、上補強部材３および下補強部材４を介して間接的に接合しているので、バンパーステイ１とバンパーリインフォースメント２との接合強度が高いものとなる。

また、バンパー構造Ｂでは、バンパーステイ１に形成された複数の中空空間ａ，ｂ，ｃのうち、一番外側に位置する中空空間ａの開口を塞ぐように上補強部材３および下補強部材４を配置したので、中空空間ａの外殻が変形し難くなる。このようにすると、バンパーステイ１が圧潰するまでの間、バンパーリインフォースメント２をしっかりと支持することが可能になる。

また、バンパー構造Ｂによれば、少なくとも正面衝突の場合においては、伸長過程中にバンパーステイ１，１が前後方向に圧潰するようなことがない。つまり、バンパー構造Ｂでは、バンパーリインフォースメント２の支点間距離が、見た目だけでなく実質的にも狭まることになる。

なお、何らの対策を施すことなく、バンパーリインフォースメント２の前壁および後壁の肉厚を小さくすると、バンパーリインフォースメント２の軽量化が図られる一方で、バンパーリインフォースメント２の曲げ剛性が小さくなってしまい、バンパーリインフォースメント２の変形抵抗が低下するとともに、伸長過程において吸収される衝突エネルギーの吸収量が減少してしまう。これに対し、本実施形態のバンパー構造Ｂによれば、末広がり形状のバンパーステイ１によってバンパーリインフォースメント２の支点間距離を狭めているので、バンパーリインフォースメント２の前壁および後壁の肉厚を小さくして軽量化を図ったとしても、バンパーリインフォースメント２の変形抵抗が大きく低下するようなことはなく、したがって、伸長過程において吸収される衝突エネルギーの吸収量が大きく減少するようなこともない。つまり、バンパー構造Ｂによれば、バンパーステイ１，１間におけるバンパーリインフォースメント２の変形抵抗を低下させることなくバンパーリインフォースメント２の肉厚（特に、本体部２１の前壁および後壁の肉厚）を小さくすることが可能となり、したがって、伸長過程において吸収される衝突エネルギーの吸収量を減少させることなく軽量化を図ることが可能となる。

ちなみに、バンパー構造Ｂにおいて、バンパーリインフォースメント２の肉厚を、幅寸法が一定のバンパーステイで支持する場合と同等にすると、バンパーステイ１，１間におけるバンパーリインフォースメント２の変形抵抗が、幅寸法が一定のバンパーステイで支持する場合よりも高まることになるので、伸長過程において吸収される衝突エネルギー量が増大することになる。

また、バンパー構造Ｂによれば、少なくとも正面衝突の場合においては、伸長過程、断面圧潰過程およびステイ圧潰過程が順次進行するようになるので、衝突荷重のピークも時間差をもって順次現れるようになる。したがって、バンパー構造Ｂによれば、衝突荷重が増大した後に衝突荷重が大きく減少することを防いで荷重値を維持することが可能となる。

さらに、バンパー構造Ｂによれば、末広がり形状のバンパーステイ１を使用しているので、末広がり形状ではないバンパーステイを使用した場合に比べて、バンパーリインフォースメント２の圧潰範囲を増大させることが可能となり、ひいては、衝突エネルギーの吸収量を増大さることが可能となる。

加えて、バンパー構造Ｂによれば、バンパーステイ１およびバンパーリインフォースメント２の両方をアルミニウム合金製の押出形材で形成しているので、バンパー構造Ｂの軽量化・低コスト化を図ることが可能となり、さらには、製造が容易になるとともに、品質が安定する。

なお、バンパー構造Ｂの構成は、適宜変更しても差し支えない。
例えば、前記した実施形態においては、末広がり形状のバンパーステイ１を例示したが、バンパーステイ１の形態を限定する趣旨ではない。また、前記した実施形態においては、押出形材からなるバンパーステイ１を例示したが、プレス成形品、鋳造品、鍛造品などにてバンパーステイを形成してもよいし、複数の部材を溶接等で組み合わせてバンパーステイを形成してもよい。

前記した実施形態においては、全体が円弧状に湾曲したバンパーリインフォースメント２を例示したが、図６に示すように、バンパーステイ１，１の間に二箇所の屈曲部分２ａ，２ａを備えるバンパーリインフォースメント２であっても差し支えない。この場合には、バンパーリインフォースメント２の屈曲部分２ａ，２ａが直線状に伸ばされることで、衝突初期における衝突エネルギーが吸収されることになる。

図示は省略するが、直線状を呈するバンパーリインフォースメントを使用しても差し支えない。この場合には、バンパーリインフォースメントのうち、左右のバンパーステイの間の部分が車体側に凸となるように湾曲（曲げ変形）することで、衝突初期における衝突エネルギーが吸収されることになる。

前記した実施形態においては、バンパーリインフォースメント２の上下両側に補強部材（上補強部材３および下補強部材４）を配置した場合を例示したが、バンパーリインフォースメント２の上面および下面のいずれか一方側のみに補強部材を配置してもよい。すなわち、上補強部材３および下補強部材４の一方を省略してもよい。

前記した実施形態では、バンパーステイ１の上下面とバンパーリインフォースメント２の上下面とが面一であることに対応して、折れ曲がりの無いプレート状部材にて上補強部材３および下補強部材４を形成したが、バンパーステイ１の上下面とバンパーリインフォースメント２の上下面との間に段差が形成されている場合は、屈折部を有するプレート状部材にて上補強部材３および下補強部材４を形成すればよい。この場合、屈折部は、バンパーステイ１とバンパーリインフォースメント２との境界部分に設けることが望ましい。

Ｂ バンパー構造
１ バンパーステイ
２ バンパーリインフォースメント
３ 上補強部材
４ 下補強部材
Ｓ サイドメンバ（車体）

Claims (8)

1. 車体に固定される左右一対のバンパーステイと、
   前記両バンパーステイに支持されるバンパーリインフォースメントと、
   前記バンパーリインフォースメントの上面側において前記バンパーステイと前記バンパーリインフォースメントとの境界を跨ぐ上補強部材と、
   前記バンパーリインフォースメントの下面側において前記バンパーステイと前記バンパーリインフォースメントとの境界を跨ぐ下補強部材と、を備えるバンパー構造であって、
   前記上補強部材は、前記バンパーステイの車幅方向外側の上端部に固着されるとともに、前記バンパーリインフォースメントの上面に固着されており、
   前記下補強部材は、前記バンパーステイの車幅方向外側の下端部に固着されるとともに、前記バンパーリインフォースメントの下面に固着されている、ことを特徴とするバンパー構造。
2. 前記バンパーステイは、溶接により前記バンパーリインフォースメントに固着されており、
   前記上補強部材および前記下補強部材は、溶接により前記バンパーステイおよび前記バンパーリインフォースメントに固着されている、ことを特徴とする請求項１に記載のバンパー構造。
3. 前記上補強部材および前記下補強部材は、プレート状部材からなり、当該プレート状部材の周縁に沿って溶接されている、ことを特徴とする請求項２に記載のバンパー構造。
4. 前記バンパーステイは、複数の中空空間を有する押出形材であり、かつ、当該押出形材の押出方向が上下方向となるように配置されており、
   前記上補強部材および前記下補強部材は、複数の前記中空空間のうち、車幅方向外側に位置する前記中空空間の開口を塞ぐように配置されている、ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のバンパー構造。
5. 前記バンパーステイが前記バンパーリインフォースメントに減り込んだ後に前記バンパーステイが圧潰するように、前記バンパーリインフォースメントおよび前記バンパーステイの剛性が設定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のバンパー構造。
6. 前記バンパーリインフォースメントは、前記両バンパーステイの間において屈曲または湾曲しており、
   前記バンパーリインフォースメントの屈曲部分または湾曲部分が直線状に伸ばされた後に前記バンパーステイが前記バンパーリインフォースメントに減り込むように、前記バンパーリインフォースメントおよび前記バンパーステイの剛性が設定されていることを特徴とする請求項５に記載のバンパー構造。
7. 前記バンパーステイは、前記車体から前記バンパーリインフォースメントに向かうにしたがって幅寸法が漸増する形状を具備している、ことを特徴とする請求項６に記載のバンパー構造。
8. 車体に固定される左右一対のバンパーステイと、
   前記両バンパーステイに支持されるバンパーリインフォースメントと、
   前記バンパーステイと前記バンパーリインフォースメントとの境界を跨ぐ補強部材と、を備えるバンパー構造であって、
   前記補強部材は、前記バンパーステイの車幅方向外側の部位に固着されるとともに、前記バンパーリインフォースメントの上面または下面に固着されている、ことを特徴とするバンパー構造。

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