JP2014024393A - Vehicle bumper beam - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、上下方向に重ね合わせた少なくとも二つ以上のU字状断面部を備えるFRP製の自動車用バンパービームに関する。 The present invention relates to a bumper beam for an automobile made of FRP having at least two U-shaped cross-sections that are overlapped in the vertical direction.
上下方向に所定間隔で重ね合わされた複数枚の水平板の前縁の一部および後縁の一部をそれぞれ前面板および後面板で覆うとともに、複数枚の水平板を上下方向に延びる複数枚の垂直板で格子状に接続したFRP製のバンパービームが、下記特許文献1により公知である。 Covering a part of the front edge and a part of the rear edge of the plurality of horizontal plates overlaid at a predetermined interval in the vertical direction with the front plate and the rear plate, respectively, and extending the plurality of horizontal plates in the vertical direction A bumper beam made of FRP connected in a lattice pattern with a vertical plate is known from Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-151867.
ところで、上記特許文献1に記載されたものは、バンパービームの前面板および後面板が車幅方向にずれて配置されており、前面板の後方には後面板が設けられておらず、後面板の前方には前面板が設けられていないため、バンパービームが前方あるいは後方に開いた開断面となり、衝突荷重が入力したときにバンパービームが口開きするように変形してバンパービームエクステンションに衝突荷重を効率的に伝達できないという問題がある。 By the way, what was described in the above-mentioned patent document 1 is that the front plate and the rear plate of the bumper beam are arranged shifted in the vehicle width direction, and the rear plate is not provided behind the front plate. Because the front plate is not provided in front of the bumper beam, the bumper beam has an open cross section that opens forward or backward, and the bumper beam is deformed so that it opens when the collision load is input. Cannot be transmitted efficiently.
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、小型軽量で強度の高いFRP製のバンパービームを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide an FRP bumper beam that is small and light and has high strength.
上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明によれば、左右のバンパービームエクステンション間を接続するFRP製のバンパービームは、車幅方向に延びて衝突荷重の入力側に開口する少なくとも二つ以上のU字状断面部を上下方向に重ね合わせた少なくとも一つ以上の略W字状断面を有する本体部を備え、前記U字状断面部の上壁、下壁および底壁のうち、少なくとも上壁および下壁の内面を鉛直方向に延びる複数の縦リブで接続したことを特徴とする自動車用バンパービームが提案される。 To achieve the above object, according to the first aspect of the invention, the FRP bumper beam connecting the left and right bumper beam extensions extends in the vehicle width direction and opens to the input side of the collision load. A main body having at least one substantially W-shaped cross section in which at least two or more U-shaped cross sections are superposed in the vertical direction, and the upper wall, the lower wall, and the bottom wall of the U-shaped cross section Among them, an automobile bumper beam is proposed in which at least inner surfaces of an upper wall and a lower wall are connected by a plurality of vertical ribs extending in the vertical direction.
また請求項2に記載された発明によれば、請求項1の構成に加えて、前記U字状断面部の上壁および下壁間の上下方向の間隔は、衝突荷重の入力側に向けて拡大することを特徴とする自動車用バンパービームが提案される。
According to the invention described in
また請求項3に記載された発明によれば、請求項1または請求項2の構成に加えて、連続繊維FRPの外層と不連続繊維FRPの内層とを積層して前記U字状断面部を構成し、前記縦リブを前記不連続繊維FRPの内層と一体に形成したことを特徴とする自動車用バンパービームが提案される。
According to the invention described in claim 3, in addition to the configuration of claim 1 or
また請求項4に記載された発明によれば、請求項3の構成に加えて、前記連続繊維FRPは、相互に交差する方向に配置された第1連続繊維および第2連続繊維を含み、前記第1連続繊維を車幅方向に配置したことを特徴とする自動車用バンパービームが提案される。
According to the invention described in
また請求項5に記載された発明によれば、請求項4の構成に加えて、前記第2連続繊維を前後方向あるいは上下方向に配置したことを特徴とする自動車用バンパービームが提案される。
According to the invention described in
また請求項6に記載された発明によれば、請求項1〜請求項5の何れか1項の構成に加えて、前記U字状断面部の上壁、下壁および底壁の内面を前記複数の縦リブで接続したことを特徴とする自動車用バンパービームが提案される。 According to the invention described in claim 6, in addition to the configuration of any one of claims 1 to 5, the inner surfaces of the upper wall, the lower wall, and the bottom wall of the U-shaped cross-section are A bumper beam for automobiles characterized by being connected by a plurality of vertical ribs is proposed.
また請求項7に記載された発明によれば、請求項1〜請求項6の何れか1項の構成に加えて、前記2個のU字状断面部を、その上部フランジおよび下部フランジを重ね合わせて接合することで前記略W字状の本体部を構成したことを特徴とする自動車用バンパービームが提案される。 According to the invention described in claim 7, in addition to the configuration of any one of claims 1 to 6, the two U-shaped cross-sectional portions are overlapped with the upper flange and the lower flange. An automobile bumper beam is proposed in which the substantially W-shaped main body is configured by joining together.
また請求項8に記載された発明によれば、請求項1〜請求項7の何れか1項の構成に加えて、前記バンパービームを前記バンパービームエクステンションに締結するための締結カラーを前記U字状断面部の底壁にインサートしたことを特徴とする自動車用バンパービームが提案される。 According to the invention described in claim 8, in addition to the structure of any one of claims 1 to 7, a fastening collar for fastening the bumper beam to the bumper beam extension is provided in the U-shape. A bumper beam for automobiles is proposed, which is inserted into the bottom wall of the cross section.
また請求項9に記載された発明によれば、請求項8の構成に加えて、前記バンパービームエクステンションは前記バンパービームを支持する上下の前部締結フランジを備え、前記上下の前部締結フランジは前記バンパービームに向かって上下方向に拡開することを特徴とする自動車用バンパービームが提案される。 According to the invention described in claim 9, in addition to the configuration of claim 8, the bumper beam extension includes upper and lower front fastening flanges for supporting the bumper beam, and the upper and lower front fastening flanges are An automobile bumper beam is proposed that expands in the vertical direction toward the bumper beam.
また請求項10に記載された発明によれば、請求項8または請求項9の構成に加えて、前記バンパービームエクステンションは筒状に形成されて前後方向に延びる複数の閉断面部を備え、前記複数の閉断面部は車幅方向に並置されることを特徴とする自動車用バンパービームが提案される。 According to the invention described in claim 10, in addition to the configuration of claim 8 or claim 9, the bumper beam extension includes a plurality of closed cross sections formed in a cylindrical shape and extending in the front-rear direction, A bumper beam for automobiles is proposed in which a plurality of closed cross sections are juxtaposed in the vehicle width direction.
また請求項11に記載された発明によれば、請求項1〜請求項10の何れか1項の構成に加えて、前記2個のU字状断面部の開口部を塞ぐように前記本体部に結合された連結壁と、前記連結壁の衝突荷重の入力側の面に形成されて上下方向および車幅方向に延びる多数のリブとからなる初期荷重吸収部材を備えることを特徴とする自動車用バンパービームが提案される。
According to the invention described in
また請求項12に記載された発明によれば、請求項11の構成に加えて、前記本体部の上下縁と前記初期荷重吸収部材の上下縁とを結合したことを特徴とする自動車用バンパービームが提案される。
According to the invention described in
尚、実施の形態の第1閉断面部18a、第2閉断面部18bおよび第2閉断面部18cは本発明の閉断面部に対応し、実施の形態の縦リブ32bおよび横リブ32cは本発明のリブに対応する。
The first closed
請求項1の構成によれば、左右のバンパービームエクステンション間を接続するFRP製のバンパービームは、車幅方向に延びて衝突荷重の入力側に開口する少なくとも二つ以上のU字状断面部を上下方向に重ね合わせた少なくとも一つ以上の略W字状断面を有する本体部を備える。U字状断面部の上壁、下壁および底壁のうち、少なくとも上壁および下壁の内面を鉛直方向に延びる複数の縦リブで接続したので、衝突荷重がバンパービームの車幅方向中央部に入力したときにU字状断面部の上壁および下壁が口開きするのを縦リブで抑制することで、バンパービームは衝突荷重が作用する方向に曲げ変形して反力を発生しながら、衝突荷重をU字状断面部から左右一対のバンパービームエクステンションに効率的かつ集中的に伝達し、バンパービームエクステンションを先端側から順次圧壊してエネルギーを吸収することができる。しかも少なくとも二つ以上のU字状断面部を上下方向に重ね合わせたことで、バンパービームの衝突荷重の入力方向の寸法を最小限に抑えながらエネルギー吸収量を増加することができる。更に、バンパービームの上下方向の寸法を大きくして衝突物とのすれ違いを防止することができる。 According to the configuration of the first aspect, the bumper beam made of FRP that connects the left and right bumper beam extensions has at least two U-shaped cross-sections that extend in the vehicle width direction and open to the input side of the collision load. A main body having at least one substantially W-shaped cross section superposed in the vertical direction; Of the upper, lower and bottom walls of the U-shaped cross section, at least the inner surfaces of the upper and lower walls are connected by a plurality of vertical ribs extending in the vertical direction. The vertical ribs prevent the upper and lower walls of the U-shaped cross-section from opening when they are input to the bumper beam, causing the bumper beam to bend and deform in the direction in which the collision load acts, generating a reaction force The collision load can be efficiently and intensively transmitted from the U-shaped cross section to the pair of left and right bumper beam extensions, and the bumper beam extensions can be sequentially crushed from the tip side to absorb energy. Moreover, the amount of energy absorption can be increased while minimizing the size of the bumper beam in the input direction of the collision load by superimposing at least two U-shaped cross-sections in the vertical direction. Furthermore, the vertical dimension of the bumper beam can be increased to prevent the collision with the collision object.
また請求項2の構成によれば、U字状断面部の上壁および下壁間の上下方向の間隔は、衝突荷重の入力側に向けて拡大するので、略W字状の本体部の上下方向寸法を拡大して種々の大きさの衝突物や異なる高さから入力する衝突荷重を受け止めることができる。 According to the second aspect of the present invention, the vertical distance between the upper wall and the lower wall of the U-shaped cross section increases toward the collision load input side. By expanding the directional dimension, it is possible to receive impact loads of various sizes and input from different heights.
また請求項3の構成によれば、連続繊維FRPの外層と不連続繊維FRPの内層とを積層して前記U字状断面部を構成し、縦リブを不連続繊維FRPの内層と一体に形成したので、強度の高い連続繊維FRPでU字状断面部の強度を確保するとともに、成形性の高い不連続繊維FRPで縦リブを連続繊維の配向性を乱したり連続繊維を破断したりせずに容易に成形することができる。これにより、U字状断面部の口開きを一層確実に抑制してバンパービームの曲げ強度を高めることができる。 According to the configuration of claim 3, the outer layer of the continuous fiber FRP and the inner layer of the discontinuous fiber FRP are laminated to form the U-shaped cross section, and the vertical rib is formed integrally with the inner layer of the discontinuous fiber FRP. As a result, the strength of the U-shaped cross-section is ensured by the continuous fiber FRP having high strength, and the orientation of the continuous fiber is disturbed or the continuous fiber is broken by the discontinuous fiber FRP having high formability. And can be easily molded. As a result, the opening of the U-shaped cross section can be more reliably suppressed and the bending strength of the bumper beam can be increased.
また請求項4の構成によれば、連続繊維FRPは、相互に交差する方向に配置された第1連続繊維および第2連続繊維を含み、第1連続繊維を車幅方向に配置したので、バンパービームのU字状断面部に衝突荷重が入力したときに、U字状断面部の前後方向の曲げ変形に対する強度を第1連続繊維によって高めることができる。 According to the fourth aspect of the present invention, the continuous fiber FRP includes the first continuous fiber and the second continuous fiber arranged in the direction intersecting each other, and the first continuous fiber is arranged in the vehicle width direction. When a collision load is input to the U-shaped cross section of the beam, the strength of the U-shaped cross section against bending deformation in the front-rear direction can be increased by the first continuous fiber.
また請求項5の構成によれば、第2連続繊維を前後方向あるいは上下方向に配置したので、バンパービームのU字状断面部に衝突荷重が入力したときに、U字状断面部が口開きするのを第2連続繊維によって抑制することができる。 According to the fifth aspect of the present invention, since the second continuous fibers are arranged in the front-rear direction or the vertical direction, when a collision load is input to the U-shaped cross section of the bumper beam, the U-shaped cross section opens. This can be suppressed by the second continuous fiber.
また請求項6の構成によれば、U字状断面部の上壁、下壁および底壁の内面を複数の縦リブで接続したので、バンパービームを閉断面化したり、45°傾斜した連続繊維を追加したりする等のコストや重量の掛かる補強を施すことなく、U字状断面部の捩じれ変形に対する強度を高めることができる。 According to the construction of claim 6, since the inner surfaces of the upper wall, the lower wall and the bottom wall of the U-shaped cross section are connected by a plurality of vertical ribs, the bumper beam has a closed cross section, or a continuous fiber inclined by 45 ° It is possible to increase the strength against torsional deformation of the U-shaped cross-section without adding cost and weight-intensive reinforcement such as the addition of.
また請求項7の構成によれば、2個のU字状断面部を、その上部フランジおよび下部フランジを重ね合わせて接合することで略W字状の本体部を構成したので、その本体部を一体に成形する場合に比べて金型を小型化することができるだけでなく、U字状断面部の第1、第2連続繊維の配向方向の乱れを最小限に抑えて強度を確保することができる。 According to the configuration of claim 7, since the substantially U-shaped main body portion is configured by joining the two U-shaped cross-sectional portions by overlapping the upper flange and the lower flange, the main body portion is Not only can the mold be reduced in size compared with the case of being integrally molded, but also the strength can be ensured by minimizing the disturbance in the orientation direction of the first and second continuous fibers of the U-shaped cross section. it can.
また請求項8の構成によれば、バンパービームをバンパービームエクステンションに締結するための締結カラーをU字状断面部の底壁にインサートしたので、衝突荷重をU字状断面部の中心で支持できるだけでなく、バンパービームエクステンションにバンパービームをその開口部側から容易かつ強固に固定することができる。 According to the configuration of claim 8, since the fastening collar for fastening the bumper beam to the bumper beam extension is inserted into the bottom wall of the U-shaped cross section, the collision load can be supported at the center of the U-shaped cross section. In addition, the bumper beam can be easily and firmly fixed to the bumper beam extension from the opening side.
また請求項9の構成によれば、バンパービームエクステンションはバンパービームを支持する上下の前部締結フランジを備え、上下の前部締結フランジはバンパービームに向かって上下方向に拡開するので、バンパービームから入力する衝突荷重をバンパービームエクステンションの前後方向中心軸に効率的に伝達し、バンパービームエクステンションを確実に圧壊してエネルギー吸収効果を高めることができる。 According to the ninth aspect of the present invention, the bumper beam extension includes upper and lower front fastening flanges that support the bumper beam, and the upper and lower front fastening flanges expand in the vertical direction toward the bumper beam. Can efficiently transmit the collision load input from the front to the center axis in the front-rear direction of the bumper beam extension, and the bumper beam extension can be reliably crushed to enhance the energy absorption effect.
また請求項10の構成によれば、バンパービームエクステンションは筒状に形成されて前後方向に延びる複数の閉断面部を備え、複数の閉断面部は車幅方向に並置されるので、ナローオフセット衝突時に衝突荷重を効率的に吸収可能であるだけでなく、エネルギー吸収量を確保しながらバンパービームエクステンションの前後方向寸法を小型化して車体への搭載性を高めることができる。 According to the tenth aspect of the present invention, the bumper beam extension is formed in a cylindrical shape and includes a plurality of closed cross sections extending in the front-rear direction, and the plurality of closed cross sections are juxtaposed in the vehicle width direction. In addition to being able to absorb collision loads efficiently, sometimes it is possible to reduce the size of the bumper beam extension in the front-rear direction while securing the amount of energy absorption, and to improve the mountability to the vehicle body.
また請求項11の構成によれば、2個のU字状断面部の開口部を塞ぐように本体部に結合された連結壁と、連結壁の衝突荷重の入力側の面に形成されて上下方向および車幅方向に延びる多数のリブとからなる初期荷重吸収部材を設けたので、リブの圧壊により衝突初期荷重を効率的に吸収することができ、バンパーフェイスとバンパービームとの間の空間を利用して衝突初期の荷重を吸収することができる。
According to the structure of
また請求項12の構成によれば、本体部の上下縁と初期荷重吸収部材の上下縁とを結合したので、衝突荷重で本体部のU字状断面部が口開きするのを防止してバンパービームの曲げ強度を更に高めることができる。 Further, according to the structure of the twelfth aspect, since the upper and lower edges of the main body and the upper and lower edges of the initial load absorbing member are combined, it is possible to prevent the U-shaped cross section of the main body from opening due to a collision load. The bending strength of the beam can be further increased.
以下、図1〜図9に基づいて本発明の実施の形態を説明する。尚、本明細書において、前後方向、左右方向(車幅方向)および上下方向とは、運転席に着座した乗員を基準として定義される。尚、衝突荷重の入力方向は前後方向であり、前面衝突時の衝突荷重の入力方向は前方である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present specification, the front-rear direction, the left-right direction (vehicle width direction), and the up-down direction are defined with reference to an occupant seated in the driver's seat. The input direction of the collision load is the front-rear direction, and the input direction of the collision load at the time of frontal collision is the front.
図1および図2に示すように、実施の形態のハイブリッド自動車はCFRP(カーボンファイバー強化樹脂)でバスタブ状に一体成形したキャビン11を備えており、その前端から起立するダッシュパネル12の前面にアルミニウム合金でダイキャスト成形した左右一対のサスペンション支持部材13,13が固定される。サスペンション支持部材13,13は、図示せぬサスペンションダンパーの上端を支持するダンパーハウジング13a,13aと、ダンパーハウジング13a,13aの下部に接続されて前方に延びるフロントサイドフレーム後部13b,13bとを備えており、フロントサイドフレーム後部13b,13bの前端にアルミニウム押し出し材あるいは鋼板プレス材で構成された左右一対のフロントサイドフレーム前部14,14が接続される。ダッシュパネル12の左右上部から前方に延びる左右一対のCFRP製のアッパーメンバ15,15の前端に左右一対のCFRP製のサイドメンバ16,16が接続される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the hybrid vehicle of the embodiment includes a
フロントサイドフレーム前部14,14の前端に正面視で矩形枠状に形成された繊維強化樹脂製のフロントバルクヘッド17が固定されており、そのフロントバルクヘッド17の左右上部にサイドメンバ16,16の前端が接続される。フロントバルクヘッド17の左右前面に左右一対の繊維強化樹脂製のバンパービームエクステンション18,18が固定されており、そのバンパービームエクステンション18,18の前端に車幅方向に延びる繊維強化樹脂製のバンパービーム19が固定される。バンパービーム19の前面はバンパーフェイス20で覆われる。フロントバルクヘッド17、バンパービーム19および左右一対のバンパービームエクステンション18,18に囲まれた位置に、正面視で矩形枠状に形成された繊維強化樹脂製のシュラウド21が配置されており、シュラウド21の内部にエンジン冷却用ラジエータ22、空調用コンデンサ23およびバッテリ冷却用ラジエータ24よりなる三つの冷却系部品が前後方向に重ね合わされて支持される。
A
次に、図3〜図6に基づいてバンパービーム19の構造を説明する。
Next, the structure of the
繊維強化樹脂製のバンパービーム19は、後側の本体部31と前側の初期荷重吸収部32…とを備える。本体部31は上壁33a、下壁33bおよび底壁33cを有して前方に向けて開放する一対のU字状断面部33,33を備えており、下側のU字状断面部33の上部フランジ33dと上側のU字状断面部33の下部フランジ33eとが前後方向に重ね合わされて一体に溶着され、略W字状断面を形成する。U字状断面部33の内部には、鉛直方向に延びて上壁33a、下壁33bおよび底壁33cを接続する複数の縦リブ33f…が、バンパービーム19の長手方向(左右方向または車幅方向)に所定距離だけ離間して形成される。上側のU字状断面部33の上部フランジ33dと、下側のU字状断面部33の下部フランジ33eとには、前方に向かって突出する複数のピン33g…が形成される。またU字状断面部33の底壁33cには、複数の締結カラー34…がインサートされる。
The
初期荷重吸収部32…はバンパービーム18の長手方向に3分割されており、各々が実質的に同じ構造を有している。各初期荷重吸収部32は、平坦な連結壁32aと、連結壁32aの前面に形成された複数の縦リブ32b…および複数の横リブ32c…とを備える。上下方向に延びる縦リブ32b…と左右方向に延びる横リブ32c…とは相互に格子状に交差する。連結壁32aの上縁および下縁には本体部31のピン33g…が嵌合可能なピン孔32d…が形成される。初期荷重吸収部32のピン孔32d…に本体部31のピン33g…を嵌合し、そのピン33g…を振動工具で溶融することで、本体部31に初期荷重吸収部32が結合される(図5参照)。
The initial
図6(B)に示すように、U字状断面部33は外表面の連続繊維および内表面の不連続繊維を積層して構成される。かかるU字状断面部33は、以下のようにして製造される。図6(A)に示すように、U字状断面部33をプレス成形する金型55は、U字状断面部33の外表面を成形する凹状のキャビティ56aを有する雌型56と、U字状断面部33の内表面を成形する凸状のコア57aを有する雄型57とからなり、コア57aには縦リブ33f…を成形する溝57b…が形成される。金型55を型開きした状態で、雌型56のキャビティ56aの上部に不連続繊維プリプレグ58と、連続繊維プリプレグ59とが予備加熱した状態で配置される。
As shown in FIG. 6B, the
プリプレグは、ガラス繊維(グラスファイバー)、カーボンファイバー、アラミドファイバー等の連続繊維や不連続繊維が使用可能であり、この連続繊維を織布やUD(連続繊維を一方向に引き揃えたシート)、あるいは不連続繊維のマットを補強材とし、それに半硬化の熱硬化性樹脂(エポキシ樹脂やポリエステル樹脂等)、あるいは熱可塑性樹脂(ナイロン6やポリプロピレン等の)を含浸させたもので、金型の形状になじむ柔軟性を有している。熱硬化性樹脂の場合、複数枚のプリプレグを積層状態で金型内に挿入して圧力を加えながら例えば130°C程度に加熱すると、熱硬化性樹脂が硬化して繊維強化樹脂製品が得られる。熱可塑性樹脂の場合、予備加熱した複数枚のプリプレグを積層状態で金型内に挿入して加圧成形し、その後冷却すると繊維強化樹脂製品が得られる。 The prepreg can use continuous fibers or discontinuous fibers such as glass fibers (glass fibers), carbon fibers, aramid fibers, etc., and these continuous fibers are woven fabric or UD (a sheet in which continuous fibers are aligned in one direction), Alternatively, a discontinuous fiber mat is used as a reinforcing material, and it is impregnated with a semi-cured thermosetting resin (such as epoxy resin or polyester resin) or a thermoplastic resin (such as nylon 6 or polypropylene). Flexibility to adapt to the shape. In the case of a thermosetting resin, when a plurality of prepregs are inserted into a mold in a laminated state and heated to, for example, about 130 ° C. while applying pressure, the thermosetting resin is cured and a fiber reinforced resin product is obtained. . In the case of a thermoplastic resin, a plurality of preheated prepregs are inserted into a mold in a laminated state, subjected to pressure molding, and then cooled to obtain a fiber reinforced resin product.
雌型56に対して雄型57を下降させると、不連続繊維プリプレグ58および連続繊維プリプレグ59が雌型56のキャビティ56aと雄型57のコア57aとによってプレスされ、U字状断面部33が成形される。このとき、不連続繊維プリプレグ58は容易に変形可能であるため、コア57aの溝57b…内に流入し、U字状断面部33の内表面の縦リブ32b…を同時に成形するとともに、U字状断面部33の内表面に沿って薄い膜状に積層される。図6(B)に示すように、金型55から取り出したU字状断面部33の外周の余剰部分を切断した後、図6(C)に示すように、下側のU字状断面部33の上部フランジ33dと上側のU字状断面部33の下部フランジ33eとを前後方向に重ね合わせて一体に溶着することで本体部31を完成する。
When the
図3(3分割のうち左側の初期荷重吸収部材32を省略し、バンパービーム19を見せている)の円内に拡大して示すように、連続繊維プリプレグ59の連続繊維強化樹脂は、直交する二つの方向に配向した第1、第2連続繊維60…,61…を平織したもので補強される。また不連続属繊維プリプレグ58の不連続繊維強化樹脂は、不連続繊維62…がランダムに絡みあったもので補強される。
The continuous fiber reinforced resin of the
長い繊維の織布やUDを補強材として有する連続繊維強化樹脂は比較的に強度が高くなるが、織布やUDの変形量に限界があるために成形性は低くなり、細くて高いリブ等を成形するのが困難である。一方、ランダムに絡み合った短い繊維を補強材として有する不連続繊維強化樹脂は比較的に強度が低くなるが、繊維が容易に変形するために成形性は高くなり、細くて高いリブ等を成形するのが容易である。よって、連続繊維強化樹脂の内側に不連続繊維強化樹脂を積層してU字状断面部33を成形することで、U字状断面部33の強度および成形性を両立させることができる。
Long fiber woven fabric and continuous fiber reinforced resin having UD as a reinforcing material have a relatively high strength, but because of the limited amount of deformation of woven fabric and UD, the moldability is low, and thin and high ribs, etc. Is difficult to mold. On the other hand, discontinuous fiber reinforced resin having short fibers that are randomly intertwined as a reinforcing material has a relatively low strength, but because the fibers are easily deformed, the moldability is high, and thin and high ribs are formed. Easy to do. Therefore, by laminating the discontinuous fiber reinforced resin inside the continuous fiber reinforced resin and forming the
次に、図4、図7および図8に基づいてバンパービームエクステンション18の構造を説明する。
Next, the structure of the
バンパービームエクステンション18は上部部材51および下部部材52を結合して構成されるが、上部部材51および下部部材52は略面対称な構造であるため、以下、上部部材51を代表として構造を説明する。
The
バンパービームエクステンション18の上部部材51は、波板状に屈曲しながら車幅方向に延びる本体部51aと、本体部51aの前縁から上方に折れ曲がる前部締結フランジ51bと、本体部51aの後縁から上方に折れ曲がる後部締結フランジ51cと、本体部51aの内面の車幅方向に離間した位置を前後方向に延びる4個の接合部51d〜51gとを備える。二つの接合部51d,51e間の内面には60°間隔で3方向に交差する第1補強リブ51h…(図8の第1補強リブ52hと同じ)が形成され、本体部51aの外表面には前後方向に延びて前部締結フランジ51bおよび後部締結フランジ51cを接続する6本の第2補強リブ51i…が形成される。
The
上記形状を有する上部部材51および下部部材52は、下部部材52のピン52k…を上部部材51のピン孔51m…に嵌合して接合部51d〜51g,52d〜52gどうしを相互に当接させた状態で、上部部材51側からピン52k…を振動工具で溶融することで一体に結合される(図7参照)。この状態で上部部材51および下部部材52の後部締結フランジ51c,52cは上下方向に直線状に整列するが、上部部材51および下部部材52の、前締結フランジ51b,52bは前端側が前方に倒れるように傾斜しながら拡開している(図4参照)。また前部締結フランジ51b,52bには各3個のナット63…がインサートされており、U字状断面部33,33の開口部側から締結カラー34…を貫通するボルト64…をナット63…に螺合することで、バンパービーム19がバンパービームエクステンション18に固定される。
The
上部部材51および下部部材52を結合したバンパービームエクステンション18は、車幅方向内側に位置して前後方向に延びる四角筒状の第1閉断面部18aと、その車幅方向外側に隣接する楕円筒状の第2閉断面部18bと、その車幅方向外側に隣接する楕円筒状の第3閉断面部18cとを備える。第2、第3閉断面部18b,18cの断面積は相互に等しく、かつ第1閉断面部18aの断面積よりも小さくなっている。またバンパービームエクステンション18の前後方向の幅は車幅方向内側から外側に向かって次第に狭くなっているため、前後方向の長さは第1閉断面部18aが最も長く、次いで第2閉断面部18bが長く、第3閉断面部18cが最も短くなっている(図2参照)。この第1閉断面部18aの後端は、左右一対のフロントサイドフレーム前部14,14の前端に接合される。
A
以上のように、バンパービームエクステンション18は、第1閉断面部18aの車幅方向外側に該第1閉断面部18aよりも断面積が小さい第2、第3閉断面部18b,18cを備えるので、左右一対のフロントサイドフレーム前部14,14の車幅方向外側に前方から衝突するナローオフセット前面衝突時に第2、第3閉断面部18b,18cにおいても衝撃吸収を行えるだけでなく、車幅方向に並置した第1〜第3閉断面部18a,18b,18cで衝撃吸収を行うことで、バンパービームエクステンション18の前後方向寸法を短縮しながらエネルギー吸収量を確保することができる。
As described above, the
また下部部材52に形成したピン52k…を上部部材51に形成したピン孔51m…嵌合した状態で、ピン52k…の先端を上部部材51側から溶融して上部部材51および下部部材52を結合するので、上部部材51および下部部材52を精度よく結合することができるだけでなく、前面衝突時に上部部材51および下部部材52が分離するのを防止してエネルギー吸収量を確保することができる。
Further, with the
しかもバンパービームエクステンション18の前後端に前部締結フランジ51b,52bおよび後部締結フランジ51c,52cをそれぞれ形成し、前部締結フランジ51b,52bおよび後部締結フランジ51c,52cを前後方向に延びる第2補強リブ51i…,52i…で接続したので、バンパービームエクステンション18をバンパービーム19およびフロントサイドフレーム前部14に強固に結合できるだけでなく、衝突荷重に対するバンパービームエクステンション18の強度を高めてエネルギー吸収量を増加させることができる。
In addition,
またフロントサイドフレーム前部14の前端に金属板よりなる取付プレート81が溶接され、取付プレート81の車幅方向外端とフロントサイドフレーム前部14の車幅方向外面とに金属板よりなる筋交い部材82が斜めに溶接される(図2参照)。そしてバンパービームエクステンション18の後部締結フランジ51c,52c、フロントバルクヘッド17および取付プレート81を前から後に貫通する6本のボルト83…を、取付プレート81の後面に設けたウエルドナット84…に螺合することで、バンパービームエクステンション18およびフロントバルクヘッド17が取付プレート81に共締めされ、左右一対のフロントサイドフレーム前部14,14の前端に接合される(図4参照)。
Further, a mounting
次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。 Next, the operation of the embodiment of the present invention having the above configuration will be described.
自動車が前面衝突すると、衝突荷重はバンパービーム19の長手方向中央から両端のバンパービームエクステンション18,18、フロントサイドフレーム前部14,14およびサスペンション支持部材13,13を介してキャビン11のダッシュパネル12に伝達されるが、その過程で主としてバンパービームエクステンション18,18が圧壊することで衝突エネルギーを吸収する。そのためには、バンパービーム18の本体部31は口開きしたり圧壊したりすることなく、その形状を維持したまま衝突荷重をバンパービームエクステンション18,18に伝達することが望ましい。
When the automobile collides front, the collision load is from the center in the longitudinal direction of the
本実施の形態によれば、図6の金型55でU字状断面部33をプレス成形するとき、 図3に示すように、U字状断面部33の外表面は直交する二つの方向に配向した第1、第2連続繊維60…,61…で補強される。第1連続繊維60…の配向方向は車幅方向(つまりバンパービーム19の上壁33a、下壁33bおよび底壁33cの主応力方向)であり、第2連続繊維61…の配向方向は車幅方向に直交する方向(つまり底壁33cの上下方向と、上壁33aおよび下壁33bの前後方向)である。一方、U字状断面部33の内表面および縦リブ33f…は不連続繊維62…がランダムに絡みあったもので補強される。
According to the present embodiment, when the
このように単純なU字状断面を有するU字状断面部33の外表面を強度の高い平織した第1、第2連続繊維60…,61…で補強し、複雑な形状を有するために平織した連続繊維で補強することが困難な縦リブ33f…を成形の自由度が高い不連続繊維62…で補強することで、バンパービーム19の曲げ強度および連続繊維の成形性を両立させることができる。しかも不連続繊維プリプレグ58および連続繊維プリプレグ59を同一の金型55内に配置して1工程でバンパービーム19を成形するため、それらを別個に成形して接着や溶着で一体化する場合に比べて製造コストを削減することができる。
In this way, the outer surface of the
ところで、図9(A)に示すように、リブを持たない単純なコ字状断面のU字状断面部33が前面衝突して鎖線の状態に曲げ変形した場合、底壁33cに引張応力が作用し、上壁33aおよび下壁33bの前部に圧縮応力が作用する。従って、直交する第1、第2連続繊維60…,61…のうちの第1連続繊維60…を主応力方向(車幅方向)に配置することで、前面衝突時の曲げ変形に対するバンパービーム19の曲げ強度を高めることができる。
By the way, as shown in FIG. 9A, when a
またU字状断面部33が前面衝突したときには、図9(B)に示すように、上壁33aおよび下壁33bは口開きするように変形するため、前記主応力方向に対して直交する方向にも引張応力および圧縮応力が作用するが、その方向に第2連続繊維61…を配置することで、U字状断面部33の口開きに対する強度を高めることができる。
Further, when the
従って、U字状断面部33が前面衝突した場合には、第1、第2連続繊維60…,61…を車幅方向およびそれに直交する方向に配置することで高い強度を得ることができる。しかしながら、図9(C)に示すように、上下方向にオフセットした衝突荷重が入力した場合にはU字状断面部33が捩じり変形し、第1、第2連続繊維60…,61…を直交する方向に配置して補強するだけでは捩じり変形に対する剛性を確保することは困難である。しかしながら本実施の形態によれば、U字状断面部33の上壁33a、下壁33bおよび底部33cを縦リブ33f…で接続することで、閉断面化したり、45°傾斜した連続繊維を追加したりする等のコスト・重量の嵩む補強を行うことなく、捩じり変形に対する剛性を充分に高めることができる。
Therefore, when the
しかも不連続繊維62…を樹脂と共に射出しようとするとノズルが目詰まりする虞があるが、不連続繊維プリプレグ58を金型55でプレス成形することで、充分な長さの不連続繊維62…を使用することを可能にしてU字状断面部33の強度を高めることができる。
Moreover, if the
また前方に向かって開放するU字状断面部33の開口部の全域を初期荷重吸収部32の連結壁32aで閉塞したので、U字状断面部33を完全に閉断面化して強度を高め、衝突荷重をバンパービームエクステンション18に効率的に伝達することができる。その際に、U字状断面部33の上壁33aおよび下壁33b間の上下方向の間隔は、前方に向けて拡大するので、U字状断面部33の上下方向寸法を拡大して大きさの異なる障害物や異なる高さから入力する衝突荷重を受け止めることができる。
Further, since the entire region of the opening of the
また上下一対のU字状断面部33,33を、その上部フランジ33dおよび下部フランジ33eを重ね合わせて接合することでバンパービーム19の略W字状断面の本体部31を構成したので、上下一対のU字状断面部33,33を一体に成形する場合に比べて金型55を小型化することができるだけでなく、U字状断面部の第1、第2連続繊維60…,61…の配向方向の乱れを最小限に抑えて強度を確保することができる。
In addition, the pair of upper and lower
またバンパービーム19をバンパービームエクステンション18に締結するための締結カラー34…をU字状断面部33の底壁33cにインサートしたので、開口部側から締結することによりバンパービームエクステンション18にバンパービーム19を容易かつ強固に固定することができる。その際に、バンパービームエクステンション18はバンパービーム19を支持する前部締結フランジ51b,52bを備え、前部締結フランジ51b,52bはバンパービーム19に向かって上下方向に拡開するので(図4参照)、バンパービーム19から入力する衝突荷重をバンパービームエクステンション18の閉断面の中心軸に効率的に伝達し、バンパービームエクステンション18を確実に圧壊してエネルギー吸収効果を高めることができる。
Since the
またバンパービーム19の開口部を塞ぐ初期荷重吸収部材32は、連結壁32aと、連結壁32aの前後方向外面に形成された多数の縦リブ32b…および多数の横リブ32c…とを備えるので、縦リブ32b…および多数の横リブ32c…の圧壊により前面衝突時の衝突初期荷重を効率的に吸収することができる。
Further, the initial
またバンパービームエクステンション18は筒状に形成されて前後方向に延びる第1〜第3閉断面部18a,18b,18cを備え、第1〜第3閉断面部18a,18b,18cは車幅方向に並置されるので、ナローオフセット衝突時に衝突荷重を効率的に吸収可能であるだけでなく、エネルギー吸収量を確保しながらバンパービームエクステンション18の前後方向寸法を小型化して車体への搭載性を高めることができる。
The
またフロントサイドフレーム前部14の前端に固定した取付プレート81の車幅方向外端とフロントサイドフレーム前部14の車幅方向外面とを筋交い部材82で接続し、取付プレート81にバンパービームエクステンション18の後部締結フランジ51c,52cを結合したので、ナローオフセット前面衝突によりバンパービームエクステンション18の車幅方向外端部に衝突荷重が入力した場合でも、その衝突荷重を取付プレート81および筋交い部材82を介してフロントサイドフレーム前部14に効率的に伝達することができる。
Further, the vehicle width direction outer end of the mounting
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。 The embodiments of the present invention have been described above, but various design changes can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、3個以上のU字状断面部33を上下方向に重ねて略W字状断面を有する本体部31を構成しても良く、これによりバンパービーム23の上下方向寸法を拡大して前面衝突の衝突荷重を確実に受け止めることができる。
For example, three or more
またU字状断面部33のU字状断面とは、上壁33aおよび下壁33bと底壁33cとの交差部が角張ったコ字状断面を含むものとする。
The U-shaped cross section of the
また実施の形態では本体部31を構成する2個のU字状断面部33をそれぞれ別個に形成して一体に結合しているが、2個のU字状断面部33を一体に成形して本体部31を1工程で形成しても良い。
In the embodiment, the two
また実施の形態の初期荷重吸収部材32は製造を容易化するために三つの部材に分割されているが、その分割数は任意であり、一つの部材で構成することも可能である。
In addition, the initial
また実施の形態では初期荷重吸収部32が連結壁32a、縦リブ32bおよび横リブ32cを備えているが、縦リブ32bおよび横リブ32cは必ずしも必要ではない。
In the embodiment, the initial
また実施の形態のバンパービーム19はフロントバンパービームであるが、本発明はリヤバンパービームに対しても適用することができる。その場合、衝突荷重の入力方向は後方である。
The
18 バンパービームエクステンション
18a 第1閉断面部(閉断面部)
18b 第2閉断面部(閉断面部)
18c 第3閉断面部(閉断面部)
19 バンパービーム
31 本体部
32 初期荷重吸収部材
32a 連結壁
32b 縦リブ(リブ)
32c 横リブ(リブ)
33 U字状断面部
33a 上壁
33b 下壁
33c 底壁
33d 上部フランジ
33e 下部フランジ
33f 縦リブ
34 締結カラー
51b 前部締結フランジ
52b 前部締結フランジ
60 第1連続繊維
61 第2連続繊維
18
18b Second closed section (closed section)
18c Third closed section (closed section)
19
32c Horizontal rib (rib)
33
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