JP2015003688A - バンパーアブソーバー - Google Patents

Abstract

【課題】最適な衝撃吸収性を付与するための調整が容易なバンパーアブソーバーを提供する【解決手段】本発明の自動車のバンパーシステム内に配置されるバンパーアブソーバー２は、自動車の前後方向に延び、水平に配置されるか、または、水平方向に対して１０?以下の角度を有するように前方が後方よりも上方に位置する平板状の下脚２ｃと、下脚の上方に設けられる平板状の上脚２ｂであって、前方よりも後方が上方に位置し、前後方向の断面において、該上脚２ｂの内面２ｂ１と下脚２ｃの内面２ｃ１とで傾斜角θが形成される、平板状の上脚２ｂと、下脚２ｃの前方と上脚２ｂの前方とをつなぐ側部２ｄと、を有する。傾斜角θは、２０?＜θ＜４５?である。【選択図】図２

Description

本発明は、自動車のバンパーシステム内に配置されるバンパーアブソーバーに関する。

従来から、自動車の車体の前後には、車体の保護や、衝突時の乗員あるいは被衝突物の損傷の抑制を目的としてバンパーシステムが設けられている。特に最近では、対人事故において、歩行者の脚部に対して与える負荷を小さくして、歩行者の傷害値を軽減することができるバンパーシステムの開発が行われている。

バンパーシステムは、通常、バンパーフェイシアと、バンパーリンフォースと、バンパーアブソーバーとから構成されている。

バンパーリンフォースは、車体に取り付けられて、車体を補強、保護するものである。また、バンパーリンフォースは、所定の強度を必要とされるため、金属製で、内部に補強用の仕切壁が形成された中空筒状の構造を有するのが一般的である。

バンパーアブソーバーは、バンパーリンフォースの外側（外面側）に配置されて、衝突事故の際に、歩行者の脚などの被衝突物と、バンパーリンフォースとの間で、変形し、または押し潰されることによって、衝突のエネルギーを吸収し、特に、被衝突物への反力を軽減する働きをする。また、バンパーアブソーバーは、軟質樹脂発泡体、軟質樹脂粒子発泡成形体、あるいは中空樹脂成形体などからなるのが一般的である。

バンパーフェイシアは、バンパーリンフォースおよびバンパーアブソーバーを車体外部から覆い隠し、車体の意匠性を高めると共に、バンパーアブソーバーを外部環境から保護し、バンパーアブソーバーの性能が低下するのを防ぐ働きをする。また、バンパーフェイシアは、合成樹脂などを射出成形するなどして形成されるのが一般的である。

バンパーリンフォースは、バンパーアブソーバーの取付け座、および、バンパーアブソーバーが潰れて衝撃を吸収する際の台座としても機能する。バンパーアブソーバーは、突出形成により成形された取付け用の凸部を、バンパーリンフォースに設けられた開孔に嵌め合わせることによって、バンパーリンフォースに取付け固定されるのが一般的である。しかし、バンパーアブソーバーのバンパーリンフォースへの取付け方法はこれに限られるものではなく、バンパーアブソーバーをバンパーリンフォースとバンパーフェイシアとの間に配置するのみで、特別な固定手段を用いないものも知られている。

また、バンパーアブソーバーの一例が特許文献１に開示されている。特許文献１のバンパーアブソーバーは熱可塑性樹脂を発泡成形することで形成されている。図８に示すように、バンパーアブソーバーである衝撃吸収部材１００は、基部１０１と、この基部１０１の少なくとも一方の面側に形成され、基部１０１から垂直方向に突出する複数のリブ１０２とを有している。このようなリブ１０２を設けることによって、衝撃吸収部材１００の圧縮ひずみが大きくなっても急激な圧縮応力の上昇を抑制可能となる。さらに、リブ１０２を、基部１０１側からリブ１０２の先端側に向かって幅がテーパ状に減少するように形成することによって、衝撃吸収部材１００の衝撃吸収性能が高められる。

しかしながら、特許文献１のバンパーアブソーバーでは、リブ１０２の座屈時の曲げの起点となる位置のバラツキが大きい。特許文献１では、バンパーアブソーバーは先細りの複数のリブ１０２を等間隔に並列させた構造となっている。このようにリブ１０２の先端を先細りにすると、先端部側ほど応力が集中するため、衝撃荷重を受けると、リブ１０２の曲げの起点が、リブ１０２の中央部よりも先端部側に偏る。すなわち、先細りのリブ１０２を有するバンパーアブソーバー１００では、リブ１０２の先端付近で座屈が起こりやすい。

このようにリブ１０２の先端付近で座屈が起こった場合、その座屈に伴う変位ストローク（バンパーアブソーバーの、衝撃荷重の作用方向（リブの突出方向）への潰れ量）が少なくなり、したがって、反力をほぼ一定とすることができる変位ストローク範囲が小さくなる。このことは、バンパーアブソーバーによる衝撃吸収性能を十分に引き出すことができないことを意味する。すなわち、バンパーアブソーバーは、バンパーシステム内の限られたスペースに配置されるために大きさが制限される一方で、最大限の衝撃吸収量が得られるようにするためには、座屈に伴う変位ストロークを最大限に確保することが望まれる。

また、特許文献１のバンパーアブソーバー１００では、衝撃荷重を受けたときに、隣接するリブ１０２同士が接近する方向に曲がって、互いに干渉し合う恐れがある。このように、リブ１０２同士が干渉し合うと、曲げが抑制されるため、被衝突物への反力が大きくなり、良好な衝撃吸収性が阻害される恐れがある。

上記の課題を解決するバンパーアブソーバーが特許文献２に開示されている。図９に示すように、このバンパーアブソーバー２００は、車体の前後方向に延びる上脚２００ｂおよび下脚２００ｃを有し、上脚２００ｂと下脚２００ｃとは車体前方側で架橋部２００ｄを介してつながっている。つまり、上脚２００ｂと下脚２００ｃは、架橋部２００ｄから突出するリブとなっている。また、バンパーアブソーバー２００の車体前後方向の断面は略Ｖ形状をしている。上脚２００ｂと下脚２００ｃには、衝撃荷重を受けた時に起こる座屈の起点となる座屈誘起部２００ｆが設けられている。座屈誘起部２００ｆは、上脚２００ｂと下脚２００ｃとが対向する面（内側面）の傾斜角度が変化する角度変移部として形成されている。

特許文献２に記載のバンパーアブソーバー２００では、座屈誘起部２００ｆが上脚２００ｂと下脚２００ｃとに設けられているため、上脚２００ｂと下脚２００ｃの座屈位置のバラツキを抑制してバンパーアブソーバー２００の衝撃吸収性能を高めることができる。

また、バンパーアブソーバー２００の車体前後方向の断面は略Ｖ形状をしているため、衝撃荷重を受けた時に上脚２００ｂと下脚２００ｃとが干渉し合うことが防止される。

特開２００３−３４１４４９号公報 特開２００８−２１３５７７号公報

バンパーアブソーバーは各種自動車に搭載されるため、各種自動車に対応するように調整される。バンパーアブソーバーが最適な衝撃吸収性を発揮するためには、応答荷重−変位ストローク曲線において、（ａ）被衝突物への反力である応答荷重値が一定である領域をできるだけ長い変位ストローク範囲にわたって形成し、（ｂ）応答荷重値が一定である領域での応答荷重値を各種自動車の要求に対応する値にする、という条件を満たす必要がある。

しかしながら、特許文献２のバンパーアブソーバーでは、各種自動車に対応するように調整するためには、各々の脚部２００ｂ、２００ｃの厚み、座屈誘発部２００ｆの位置、角度といった、互いに相関性のある多くのパラメータを適宜最適な値へと変更する必要があり、多くの手間、工数が費やされる。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、最適な衝撃吸収性を付与するための調整が容易なバンパーアブソーバーを提供することを目的とする。

本発明の自動車のバンパーシステム内に配置されるバンパーアブソーバーは、自動車の前後方向に延び、水平に配置されるか、または、水平方向に対して１０°以下の角度を有するように前方が後方よりも上方に位置する平板状の下脚と、下脚の上方に設けられる平板状の上脚であって、前方よりも後方が上方に位置し、前後方向の断面において、該上脚の内面と下脚の内面とで傾斜角θが形成される、平板状の上脚と、下脚の前方と上脚の前方とをつなぐ側部と、を有する。傾斜角θは、２０°＜θ＜４５°である。

本発明のバンパーアブソーバーによれば、少ない調整で、各種自動車に対応した最適な衝撃吸収性を有することができる。

本発明のバンパーアブソーバーを適用したバンパーシステムを示す分解斜視図である。 自動車の前後方向に沿ったバンパーアブソーバーの断面の概略図である。 傾斜角のみを変化させたときの応答荷重−変位ストローク曲線である。 下脚の高さのみを変化させたときの応答荷重−変位ストローク曲線である。 上脚の高さのみを変化さえたときの応答荷重−変位ストローク曲線である。 本発明のバンパーアブソーバーの、衝撃試験における変形の様子を示す写真である。 本発明のバンパーアブソーバーの他の実施例を示す概略構成図である。 関連技術の一例のバンパーアブソーバーの概略斜視図である。 関連技術の他の一例のバンパーアブソーバーの概略斜視図である。

以下に、添付の図面に基づき、本発明の実施の形態の詳細について説明する。なお、同一の機能を有する構成には添付図面中、同一の番号を付与し、その説明を省略することがある。

本発明のバンパーアブソーバーを適用したバンパーシステムの一実施形態を説明する。図１は、本発明のバンパーアブソーバーを適用したバンパーシステムを示す分解斜視図である。図２は、自動車の前後方向に沿ったバンパーアブソーバーの断面の概略図である。本発明のバンパーアブソーバーは、自動車の後部に設けられるバンパーシステムにも適用可能なものであるが、説明を簡潔にするため、以下では、自動車の前部のバンパーアブソーバーを例にとって説明する。

バンパーシステム１０は、自動車の車体に取り付けられたバンパーリンフォース１と、バンパーリンフォース１の前面（外面）に当接するように配置されたバンパーアブソーバー２と、これらを覆うバンパーフェイシア３を有している。

バンパーリンフォース１は、鋼製で、車幅方向に水平に延び、ほぼ直方体の外形の中空筒状の構造を有している。バンパーリンフォース１の中空内部には、補強用の仕切壁１ａが設けられている。バンパーリンフォース１の構造はこれに限られるものではないが、このような構造とすることによって、比較的軽量としながら、所要の強度を持たせることができる。それによって、車体重量の増加を最低限に抑えながら、車体を補強、保護することができる。

バンパーアブソーバー２は、衝撃吸収性に優れた素材から形成される。このような素材としては、いわゆるビーズ発泡体やブロー成形体などが好適である。ビーズ発泡体は、熱可塑性樹脂からなる発泡性の樹脂粒子を、所望の形状となるよう成形型のキャビティ内で発泡させて、隣接する樹脂粒子間で融着させて一体化することによって形成される。熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリスチレン／ポリエチレン共重合体などが適している。ブロー成形体は、溶融樹脂を中空シート状に押出し、内部にエアを吹き込みながら中空成形品とすることによって形成される。

バンパーリンフォース１は、バンパーアブソーバー２の取付け座、および、バンパーアブソーバー２が潰れて衝撃を吸収する際の台座としても機能する。バンパーアブソーバー２の、バンパーリンフォース１に対向する面に形成された係合突起（不図示）をバンパーリンフォース１の前面に形成された係合孔（不図示）に係合させることで、バンパーアブソーバー２をバンパーリンフォース１に容易に固定することができる。しかしながら、バンパーアブソーバー２の、バンパーリンフォース１への取付け方法はこれに限定されない。

バンパーフェイシア３は、自動車の外部から見て、バンパーリンフォース１とバンパーアブソーバー２を覆い隠している。それによって、バンパーフェイシア３は、バンパーシステム１０に、自動車の前方の構成部材として好ましい意匠性を付与する働きをしている。また、バンパーフェイシア３は、バンパーアブソーバー２を外部環境から保護する機能も有している。

バンパーフェイシア３は、衝撃荷重を受けた場合は、比較的小さな荷重で変形または破断することが好ましい。それによって、衝撃荷重がバンパーアブソーバー２に容易に伝達されるようにし、バンパーアブソーバー２の衝撃吸収機能がバンパーフェイシア３によって阻害されるのを抑制することができる。このため、バンパーフェイシア３としては、合成樹脂をプレス成形または射出成形などして形成された薄肉の成形体が好適に用いられる。

次に、本発明のバンパーアブソーバー２の構造について、より詳細に説明する。バンパーアブソーバー２は、自動車の幅方向に延びて、自動車の幅に近い長さを有している。また、バンパーアブソーバー２の、自動車の前後方向に沿った断面形状は、自動車の車幅方向におよそ均一であり、通常、全体が一体的に成形される。

本発明のバンパーアブソーバー２は、自動車の前後方向の断面において、自動車の前後方向に対して水平な平板状である一方（下側）の下脚２ｃと、下脚２ｃの上方に位置し、前方が後方よりも下に位置し、前後方向の断面において、下脚２ｃの内面２ｃ１と傾斜角θを形成する内面２ｂ１を有する他方（上側）の上脚２ｂと、上脚２ｂと下脚２ｃを自動車前方方向で繋ぐとともにバンパーフェイシア３に対向する面を有する側部２ｄと、を有する。なお、本実施形態では傾斜角θ＝３０°である。また、下脚２ｃと上脚２ｂとが対向する面同士は直接的にはつながっていない。側部２ｄの前面は、衝突事故の際に、被衝突物からの衝撃を受け止める衝突面として機能する。

本発明のバンパーアブソーバー２では、側部２ｄによって受け止められた衝撃荷重が、下脚２ｃおよび上脚２ｂに伝達される。そして、下脚２ｃは、前後方向に荷重が加わって押し潰され座屈する。一方、上脚２ｂは、傾斜角θが大きくなるように開くように変形を起こして荷重を受け止める役割を果たす。このようなプロセスでは、被衝突物への反力、すなわち応答荷重は、図３に示す、傾斜角θを変化させたときの応答荷重−変位ストローク曲線において、実線で示すように推移する。変位ストロークが小さい初期の間（図３では変位ストロークが０ｍｍ〜２０ｍｍの間）は、主としてバンパーアブソーバー２が弾性的な圧縮変形をしており、応答荷重が変位ストロークにほぼ比例するように増加する。その後、さらに変位ストロークが大きくなると、下脚２ｃが座屈し、かつ上脚２ｂが開き変形するので、応答荷重値がほぼ一定となる。さらに変位ストロークが大きくなると、応答荷重値が急激に大きくなっており、これはバンパーアブソーバー２によるエネルギー吸収の限界に相当している。

ここで、本発明のバンパーアブソーバー２は、傾斜角θが２０°＜θ＜４５°であることを好適とする。これは、図３の応答荷重−変位ストローク曲線に示すように、傾斜角θを２０°＜θ＜４５°の範囲とすることによって、変位ストロークが２０ｍｍ〜６０ｍｍの間に、応答荷重値が一定の領域を形成することができる。一方、傾斜角θが２０°以下の場合には応答荷重が右肩上がりとなり、傾斜角θが４５°以上の場合は右肩下がりとなり、いずれも応答荷重値が一定の領域を形成することができない。

また、本実施形態のバンパーアブソーバー２では、自動車の前方から衝撃荷重が加わると、下脚２ｃは、自動車の前後方向に押し潰され座屈し、一方、上脚２ｂは、傾斜角θが大きくなるように開き変形を起こすため、上脚２ｂと下脚２ｃが干渉し合って応答荷重が不安定になるのを抑制し、優れた衝撃吸収特性を安定して得られるようにすることができる。

上述のように構成された本発明のバンパーアブソーバー２によって、歩行者の脚部などの被衝突物に加わる力が過大にならないようにしながら、衝突のエネルギーをバンパーアブソーバー２によって吸収することができる。すなわち、被衝突物へのダメージを抑制できる優れた衝撃吸収特性を得ることができる。

以下、本発明のバンパーアブソーバー２の好ましい実施例について、図２を用いて説明する。バンパーアブソーバー２の外形の高さ（自動車の高さ方向の長さ）Ｈ１、厚み（自動車の前後方向の長さ）Ｌ１は搭載される自動車に合わせて適宜設定されるが、本実施例では、Ｈ１＝１００ｍｍ、Ｌ１＝８０ｍｍである。そして、上述したように、傾斜角θは２０°＜θ＜４５°であることが好適であるため、本実施例では傾斜角θ＝３０°である。なお、本実施例では、バンパーアブソーバー２はポリプロピレン樹脂発泡粒子を発泡倍率２０倍で発泡成形することで成形されている。

側部２ｄの厚み（自動車の前後方向の長さ）Ｌ２は、バンパーアブソーバー２の厚みＬ１の１０％〜３０％の範囲にあることが好ましく、本実施例では、Ｌ２＝１５ｍｍである。側部２ｄの厚みＬ２が１０％以上であれば、応答荷重−変異ストローク曲線において衝突初期の立ち上がりが早くなり、３０％以下であれば、歩行者脚部などの被衝突物への反力が過大になるのを抑制できる。

下脚２ｃの高さ（自動車の高さ方向の長さ）Ｈ２は、実質脚厚み（Ｌ１−Ｌ２）の２４％〜３８％であることが好ましく、本実施例では、Ｈ２＝２０ｍｍとされている。図４に示すように、下脚２ｃの高さＨ２が２４％以下の場合、座屈に伴って下脚２ｃが割れるなどして、応答荷重−変異ストローク曲線における応答荷重の波形が右肩下がりとなる。一方、下脚２ｃの高さＨ２が３８％以上の場合、圧縮変形による応答荷重の上昇が過大となって、応答荷重−変異ストローク曲線における応答荷重の波形が右肩上がりとなる。そのため、どちらの場合も、応答荷重−変異ストローク曲線において応答荷重値が一定の領域が形成されない、つまり衝撃吸収性能が悪化する。よって本発明においては、下脚２ｃの高さＨ２を調整することで、応答荷重−変異ストローク曲線において応答荷重値が一定の領域を形成することができるため、長い変位ストローク範囲にわたって応答荷重値を所定の値で一定とするための調整を容易に行うことができる。

上脚２ｂの高さ（自動車の高さ方向の長さ）Ｈ３は、本実施例ではＨ３＝２０ｍｍであるが、図５に示すように、上脚２ｂの高さＨ３を増加させると、応答荷重−変異ストローク曲線において応答荷重が一定の領域における応答荷重値を増減させることができる。よって本発明においては、上脚２ｂの高さＨ３を調整することで応答荷重−変異ストローク曲線において応答荷重値が一定の領域での応答荷重値を各自動車の要求に合わせて容易に調整が可能となる。

以上の通り、Ｈ１、Ｌ１、Ｌ２、Ｈ２、Ｈ３の値が決定されると、図２に示す残りの値Ｈ４（側部２ｄの高さ）、Ｈ５（下脚２ｃと上脚２ｂの間隔）は自動的に定められる。したがって、本発明のバンパーアブソーバー２は、応答荷重−変位ストローク曲線において長い変位ストローク範囲で応答荷重値が一定の領域を形成でき、さらに、その領域での応答荷重値を要求される応答荷重値に調整することを容易に行える。そのため、特許文献１、２など関連技術のバンパーアブソーバーに比べ、外形形状を決定するまでの手間、工数を大幅に削減することが可能となる。

図６は、本発明のバンパーアブソーバー２の、衝撃試験における変形の様子を示す写真であって、（ａ）は衝撃子の衝突前、（ｂ）は衝撃子の衝突途中の様子である。

図３、４、５で示した応答荷重−変位ストローク曲線を測定するため、以下のような条件でバンパーアブソーバー単体での衝撃試験を行なった。各バンパーアブソーバーを図６（ａ）に示すように、直方体形状の受具に、上脚と下脚の先端を当接させて取付けた。そして、衝撃子を、バンパーアブソーバーの側部の側から、衝撃子の軸線がバンパーアブソーバーの長手方向に対して９０°の向きとなる姿勢で、約２０ｋｍ／ｈの速度で衝突させた。衝撃子としては、鋼材製のφ７５円柱、重量２２．３ｋｇのものを用いた。

図６（ｂ）に示すように、本発明のバンパーアブソーバー２は、側部２ｄによって受け止められた衝撃荷重が、下脚２ｃおよび上脚２ｂに伝達され、下脚２ｃは、前後方向に荷重が加わって押し潰されていく。一方、上脚２ｂは、傾斜角θが大きくなるように開き変形を起こしている様子が分かる。

以上説明したバンパーアブソーバー２の構成は、本発明を例示するものであり、本発明の範囲内で種々の変形が可能である。例えば、図７に示すように、上脚２ｂの先端（自動車後方）に座面２ｅを形成するなどしてもよく、この場合にはバンパーリンフォース１への取付け及び固定が容易となる。

また、下脚２ｃは、自動車の前後方向に対して水平な平板状であったが、成形型の抜き角の都合上、自動車の前後方向で前方が傾斜角δでわずかながら上方に傾斜していてもよいが、その傾斜角αは１０°以下とすることが好ましい。

また、側部２ｄの内面２ｆは、上述の実施形態のように上脚２ｂと下脚２ｃの根元を間接的に繋ぐ形状に限定されず、図７に示すように、上脚２ｂの内面２ｂ１と下脚２ｃの内面２ｃ１が直接的に繋がる湾曲形状とされてもよい。ただし、その場合、自動車の前後方向の断面において、上脚２ｂの内面２ｂ１と下脚２ｃの内面２ｃ１を延長して交差する交点２ｇが、側部２ｄの外面よりも外側に位置し、その交差する角度である傾斜角θ’が、２０°＜θ’＜４５°となるようすることが好適である。

さらに、上記の実施形態及び実施例の説明では、上脚２ｂが下脚２ｃに対して上方に傾斜していたが、この構成を逆にし、上脚２ｂを水平にし、下脚２ｃを上脚２ｂに対して傾斜するような構成にしてもよい。但し、対人事故における衝突時に歩行者の脚部を上方に払いやすくするため、上脚２ｂが下脚２ｃに対して上方に傾斜する構成のほうが好ましい。

なお、上述の説明は自動車に取付けるバンパーシステムで説明したが、バンパーシステムが取付けられるのは自動車に限定されるものではない。

２ バンパーアブソーバー
２ｂ 上脚
２ｃ 下脚
２ｄ 側部
１０ バンパーシステム

Claims (6)

1. 自動車のバンパーシステム内に配置されるバンパーアブソーバーであって、
   自動車の前後方向に延び、水平に配置されるか、または、水平方向に対して１０°以下の角度を有するように前方が後方よりも上方に位置する平板状の下脚と、
   前記下脚の上方に設けられる平板状の上脚であって、前方よりも後方が上方に位置し、前後方向の断面において、該上脚の内面と前記下脚の内面とで傾斜角θが形成される、平板状の上脚と、
   前記下脚の前方と前記上脚の前方とをつなぐ側部と、
   を有し、
   前記傾斜角θは、２０°＜θ＜４５°である、バンパーアブソーバー。
2. 前記側部の、自動車の前後方向の長さは、前記バンパーアブソーバーの、自動車の前後方向の長さの１０〜３０％である、請求項１に記載のバンパーアブソーバー。
3. 前記下脚の、自動車の高さ方向の長さは、前記バンパーアブソーバーの、自動車の前後方向の長さから前記側部の自動車の前後方向の長さを引いた実質脚厚みの２４〜３８％である、請求項１または２に記載のバンパーアブソーバー。
4. 前記下脚の内面と前記上脚の内面とが直接的につながっており、前後方向の断面において、前記下脚の内面の延長線と前記上脚の内面の延長線との交点が前記側部よりも自動車の前後方向で前方に位置する、請求項１から３のいずれか１項に記載のバンパーアブソーバー。
5. 前記側部に衝撃が加わった時に、前記下脚が押し潰され、前記上脚が前記下脚から離れるように変形する、請求項１から４のいずれか１項に記載のバンパーアブソーバー。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載のバンパーアブソーバーの製造方法であって、
   応答荷重−変異ストローク曲線において応答荷重値が一定の領域を形成するために、前記下脚の、自動車の高さ方向の長さを変化させ、
   前記応答荷重値が一定の領域での前記応答荷重値を所定の値に増減させるために前記上脚の、自動車の高さ方向の長さを変化させる、バンパーアブソーバーの製造方法。