JP2017202729A - バンパーステイ - Google Patents

Abstract

【課題】胴体部と車体側フランジ部が溶接されたバンパーステイにおいて、溶接部の継ぎ手効率を向上させ、溶接線長の短縮及び溶接部の薄肉化を可能とするとともに、牽引フックからの引張荷重に対する耐性を向上させる。
【解決手段】バンパーステイ２１は、筒状の胴体部２２と、胴体部２２の一端に溶接された車体側フランジ部２３と、胴体部２２の他端に溶接されたバンパー取付用フランジ部２４からなり、前記各部がいずれもアルミニウム製押出材からなる。車体側フランジ部２３は、胴体部２２側に先端に近いほど空間内での広がりが小さくなる立ち上がり部２９を有し、胴体部２２は、車体側フランジ部２３側に先端に近いほど空間内での広がりが大きくなるフレア部２７を有し、立ち上がり部２９の内面側とフレア部２７の外面側が突き当てられ、車体側フランジ部２３の立ち上がり部２９が胴体部２２に溶接されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車のバンパーステイに関し、特に筒状の胴体部と、胴体部の一端に溶接された車体側フランジ部と、胴体部の他端に溶接されたバンパー取付用フランジ部からなるバンパーテイに関する。

自動車のサイドメンバとバンパーとの間に設けられるバンパーステイには、圧壊時のエネルギー吸収性に優れたアルミニウム合金押出材からなる筒状部材が多用されている。バンパーステイは、軸方向を車体前後方向に向けて配置され、ボルト・ナット等を用いた機械締結によりサイドメンバに固定されることが多く、この機械締結のため、バンパーステイには締結用のフランジ部（車体側フランジ部）が必要とされる。車体側フランジ部は、筒状部材とは別部材からなる場合が多く、筒状部材（胴体部）の一端に主として溶接により接合されている。

図４〜６に、従来のバンパーステイの典型例を示す（特許文献１，２参照）。これらのバンパーステイは、アルミニウム合金押出材からなる筒状の胴体部の一端及び他端の端面に、いずれもアルミニウム合金押出材からなる板状の車体側フランジ部及びバンパー取付用フランジ部が溶接されている。なお、この例では、前記胴体部の一端は押出方向に垂直な端面を有し、他端は押出方向に垂直な面に対し傾斜した端面を有する。

図４に示すバンパーステイ１では、胴体部２の一端の端面（押出方向に垂直な端面）が車体側フランジ部３の面に突き当てられ、胴体部２の他端の端面（押出方向に垂直な面に対し傾斜した端面）がバンパー取付用フランジ部４の面に突き当てられ、それぞれ突き当て部の外周が全周溶接されている。５，６は溶接部（溶接ビード）である。車体への組み付け時には、図５に示すように、車体側フランジ部３は、図示しないボルト・ナット等の機械的締結手段により、車体（サイドメンバの端部に固定されたフランジ部７）に固定される。また、バンパー取付用フランジ４には、図示しないボルト・ナット等の機械的締結手段により、バンパー８が固定される。このようなバンパーステイは、特許文献１に記載されたような両端部が傾斜したバンパー補強材の支持のために用いられる。

図６に示すバンパーステイ１１では、車体側フランジ部３に垂直に立ち上がる一対の突起９，９が形成されており、胴体部２が両突起９，９の間に挿入され、胴体部２の側面と突起９の先端が溶接（溶接部５）されている。バンパーステイ１１は、その他の点で図４に示すバンパーステイ１と同じである。なお、図６に示すバンパーステイ１１の各部位のうち、図４に示すバンパーステイ１と実質的に同じ部位には同じ番号を付与している。

特開２０１１−１２６４９２号公報 特開２００８−１６８８９７号公報

バンパーステイは、衝突時に胴体部が軸圧壊することで高いエネルギー吸収性能を得ることが主目的の部材であるが、バンパーに取り付けられる牽引フックからの引張荷重を車体に伝達する役割もある。牽引フックからの引張荷重は図５の白抜き矢印に示すように斜め下向きであり、この引張荷重がバンパーステイに掛かると、バンパーステイにモーメントが作用し、その大きさはバンパー取付用フランジ部４の側で小さく、車体側フランジ部３の側で大きくなる。仮に車体側フランジ部３の側の溶接部５が前記引張荷重に耐えられず破断すると、バンパーステイが前記引張荷重の方向に引き抜かれてしまう。従って、特に車体側フランジ部３の側の溶接部５において、前記引張荷重に耐える継ぎ手強度が必要となる。

図４に示すバンパーステイ１では、胴体部２と車体側フランジ部３が直交方向に配置され、胴体部２と車体側フランジ部材３の溶接は、車体側フランジ部材３に対して胴体部２の端面を突き当てた状態でのＴ字継手溶接になる。しかし、Ｔ字継手溶接は一般的に継手効率が低いことから、牽引フックからの引張荷重に耐えるようにするには、溶接部５の溶接線長を長く設定（例えば全周溶接）したり、溶接部の肉厚を厚く設定して溶け込み深さを深くする等の対策が必要となる。これらの対策は、いずれもバンパーステイのコストアップ及び重量アップ要因となる。

図６に示すバンパーステイ１１では、胴体部２と車体側フランジ部材３の溶接は、車体側フランジ部材３の突起９と胴体部２が重なった状態での重ね継ぎ手隅肉溶接になる。重ね継ぎ手隅肉溶接は継ぎ手効率が高く、牽引フックからの引張荷重に対する耐性が大きい。しかし、垂直に立ち上がる一対の突起９，９の存在により、衝突時の胴体部２の軸圧壊において潰れ残りができる（軸圧壊ストロークが減少する）ため、エネルギー吸収性能の面で懸念がある。

本発明は、このような従来のバンパーステイの問題点に鑑みてなされたもので、従来のＴ字継ぎ手に比べて継ぎ手効率を向上させ、溶接線長の短縮及び溶接部の薄肉化を可能とするとともに、牽引フックからの引張荷重に対する耐性を向上させることを目的とする。

本発明に係るバンパーステイは、筒状の胴体部と、前記胴体部の一端に溶接された車体側フランジ部と、前記胴体部の他端に溶接されたバンパー取付用フランジ部からなり、前記胴体部、車体側フランジ部及びバンパー取付用フランジ部がいずれもアルミニウム製押出材からなり、前記車体側フランジ部は、胴体部側に先端に近いほど空間内での広がりが小さくなる立ち上がり部を有し、前記胴体部は、車体側フランジ部側に先端に近いほど空間内での広がりが大きくなるフレア部を有し、前記立ち上がり部の内面側と前記フレア部の外面側が突き当てられ、車体側フランジ部の立ち上がり部が前記胴体部に溶接されていることを特徴とする。前記胴体部の断面形状は、好ましくは略矩形である。
なお、上記バンパーステイにおいて、前記胴体部とバンパー取付用フランジ部の溶接部形態は特に限定されない。また、上記アルミニウムには、純アルミニウム及びアルミニウム合金が含まれる。

本発明に係るバンパーステイは、溶接部の継ぎ手構造が略重ね継ぎ手隅肉溶接の形態であり、これにより従来のＴ字継ぎ手（図４参照）に比べて継手効率が向上し、溶接線長の短縮、溶接部の薄肉化を達成できる。これにより、バンパーステイの製造においてコストダウン及び軽量化が可能となる。
また、本発明に係るバンパーステイでは、車体側フランジ部の立ち上がり部の内面側と胴体部のフレア部の外面側が突き当てられている。この構造が牽引フックからの引張荷重に対する抵抗となり、溶接の継ぎ手効率が向上することと合わせて、本発明に係るバンパーステイは、同引張荷重に対する大きい耐性を有する（高い引き抜き強度を有する）。
また、本発明に係るバンパーステイでは、車体側フランジ部の立ち上がり部が傾斜している。この構造により、垂直に立ち上がる突起部（図６参照）に比べて、衝突時の胴体部の軸圧壊において所定のストロークを確保（潰れ残りを少なく）し、エネルギー吸収性能を向上させることができる。

本発明に係るバンパーステイの断面図（１Ａ）及び平面図（１Ｂ）であり、それぞれの左半部は溶接前の組立状態を示し、右半部は溶接後の状態を示す。 図１に示すバンパーステイを車体のサイドメンバに固定した状態を示す断面図（２Ａ）及びサイドメンバの断面図（２Ｂ）である。 本発明に係る別のバンパーステイの断面図（３Ａ）及び平面図（３Ｂ）であり、それぞれの左半部は溶接前の組立状態を示し、右半部は溶接後の状態を示す。 従来のバンパーステイの断面図（４Ａ）及び一部断面平面図（４Ｂ）である。 図４に示すバンパーステイを車体に装着した状態を示す断面図（鉛直断面）である。 従来の別のバンパーステイの断面図（６Ａ）及び一部断面平面図（６Ｂ）である。

以下、図１〜３を参照して、本発明に係るバンパーステイについて、より具体的に説明する。
図１に示すバンパーステイ２１は、筒状の胴体部２２と、胴体部２２の一端に溶接された車体側フランジ部２３と、胴体部２２の他端に溶接されたバンパー取付用フランジ部２４からなる。胴体部２２、車体側フランジ部２３及びバンパー取付用フランジ部２４はいずれもアルミニウム製押出材からなる。２５、２６は溶接部（溶接ビード）である。

胴体部２２は、断面形状（軸方向（押出方向）に垂直な断面の形状）が矩形のアルミニウム製押出材からなり、車体側フランジ部２３側の端部に先端に近いほど空間内での広がりが大きくなるフレア部２７を有している。フレア部２７はこの例では略四角錐台の形状を有し、素材である矩形断面のアルミニウム製押出材の端面から、四角錐のパンチを押し込むことにより成形できる。バンパー取付用フランジ部２４が溶接された胴体部２２の端面は、従来のバンパーステイ１の胴体部２と同様に、胴体部２２の押出方向に垂直な面に対し傾斜している。

車体側フランジ部２３は、単純な板状のアルミニウム製押出材からなり、中央部に穴２８を有し、穴２８の周囲の片面側（胴体部２２側）に、先端に近いほど空間内での広がりが小さくなる立ち上がり部２９を有している。立ち上がり部２９は、フレア部２７と略相似形の略四角錐台の形状を有する。車体側フランジ部２３は、素材である四角形の板状のアルミニウム製押出材の中央部に四角形の下穴を形成した後、四角錐のパンチを押し込むことにより成形できる。

胴体部２２と車体側フランジ部２３の溶接に際しては、胴体部２２を車体側フランジ部２３の穴２８に挿し入れ、立ち上がり部２９の内面側にフレア部２７の外面側を突き当て、その状態で立ち上がり部２９の先端（端面）と胴体部２２の側面を溶接する。この例では、対向する２辺のみを溶接しており、それでも後述するように、牽引フックからの引張荷重に対し高い引き抜き強度を有するが、必要があれば４辺全部を溶接（全周溶接）することもできる。
胴体部２２とバンパー取付用フランジ部２４の溶接は、従来同様のＴ字継ぎ手溶接であり、胴体部２２の傾斜した端面とバンパー取付用フランジ部２４の面を突き当て、その状態で突き当て部の外周（対向する２辺）を溶接する。必要があれば４辺全部を溶接（全周溶接）することもできる。

バンパーステイ２１は、図２に示すように、車体側フランジ部２３が車体サイドメンバ３０の端部に固定されたフランジ部３１に、ボルト・ナット等の締結部材３２により締結される。また、バンパー取付用フランジ２４には、図示しないボルト・ナット等の締結部材により、図示しないバンパーが固定される。なお、バンパーステイ２１の胴体部２２の断面は、衝突時の荷重の伝達効率の向上を目的として、車体サイドメンバ３０の断面と、稜線（コーナー部）同士が車体前後方向にほぼ重なるような形に設計されている。

胴体部２２と車体側フランジ部２３の溶接は、一種の重ね継ぎ手隅肉溶接の形態であり、継ぎ手効率が大きい（接合強度が高い）。しかも、胴体部２２に牽引フックから引張荷重が掛かったとき、その荷重伝達経路に、図１に白抜き矢印で示すように角度変化が付き（図４のバンパーステイ１の場合、同図に白抜き矢印で示すように、荷重伝達経路は一直線）、これが溶接部２５への負担を軽減させる効果がある。この２つの要因により、胴体部２２は牽引フックからの引張荷重に対し高い引き抜き強度を有する。さらに、バンパー２１は、胴体部２２と車体側フランジ部２３の組み付け構造が、車体側フランジ部２３の立ち上がり部２９の内面側に胴体部２２のフレア部２７の外面側が突き当てられた形態を有する。この組み付け構造が、牽引フックからの引張荷重に対する大きい引き抜き抵抗となり、これも胴体部２２の引き抜き強度の向上に効果がある。

バンパーステイ２１のフレア部２７及び立ち上がり部２９は、共に衝突荷重の方向に対し傾斜している（初期不整を有する）。このため、衝突時に、フレア部２７及び立ち上がり部２９が荷重方向に潰れやすく、その結果、胴体部２２の軸圧壊において所定のストロークが確保され（潰れ残りが少なく）、バンパーステイ２１のエネルギー吸収性能を向上させることができる。

図３に示すバンパーステイ４１は、筒状の胴体部４２と、胴体部４２の一端に溶接された車体側フランジ部４３と、胴体部４２の他端に溶接されたバンパー取付用フランジ部４４からなる。胴体部４２、車体側フランジ部４３及びバンパー取付用フランジ部４４はいずれもアルミニウム製押出材からなる。４５，４６は溶接ビードである。

胴体部４２は、フレア部４７を含めて、バンパーステイ２１の胴体部２２と実質的に同じ形状を有し、バンパー取付用フランジ部４４も、バンパーステイ２１のバンパー取付用フランジ部２４と実質的に同じ形状を有する。
車体側フランジ部４３は、アルミニウム製押出材を単に所定長さに切断しただけのもので、平坦な板状部４３ａの片面側（胴体部４２側）に一対の突起（立ち上がり部４９，４９）を一体的に有する。立ち上がり部４９，４９は、押出方向に沿って平行で先端に近いほど互いに空間内での広がりが小さくなっている。

胴体部４２と車体側フランジ部４３の溶接に際しては、胴体部４２のフレア部４７を車体側フランジ部４３の立ち上がり部４９の間に嵌め入れ、車体側フランジ部４３の押出方向に沿って車体側フランジ部４３の中央部まで挿入する。その位置で、立ち上がり部４９の内面側にフレア部４７の外面側を突き当て、その状態で立ち上がり部４７の先端（端面）と胴体部４２の側面を溶接する。溶接箇所は対向する２辺のみである。

胴体部４２とバンパー取付用フランジ部４４の溶接は、バンパー２１における胴体部２２とバンパー取付用フランジ部２４の溶接と同様に行われる。
バンパーステイ４１は、図１に示すバンパーステイ２１と同様に、車体側フランジ部４３が図示しない車体サイドメンバの端部に固定されたフランジ部に、ボルト・ナット等の締結部材により締結される。同様に、バンパー取付用フランジ４４には、ボルト・ナット等の締結部材により、図示しないバンパーが固定される。
このバンパーステイ４１においても、バンパーステイ２１と同様の理由により、胴体部４２は牽引フックからの引張荷重に対し高い引き抜き強度を有する。

なお、以上の例では、バンパーステイの胴体部の一方の端面（車体側フランジ部側）が前記胴体部の押出方向に垂直であり、他方の端面（バンパー取付用フランジ部側）が前記押出方向に垂直な面に対し傾斜していたが、これは本発明を限定するものではない。

２１，４１ バンパ-ステイ
２２，４２ 胴体部
２３，４３ 車体側フランジ部
２４，４４ バンパー取付用フランジ部
２５，２６，４５，４６ 溶接部（溶接ビード）
２７，４７ フレア部
２９，４９ 立ち上がり部

Claims (2)

1. 筒状の胴体部と、前記胴体部の一端に溶接された車体側フランジ部と、前記胴体部の他端に溶接されたバンパー取付用フランジ部からなり、前記胴体部、車体側フランジ部及びバンパー取付用フランジ部がいずれもアルミニウム製押出材からなるバンパーステイにおいて、前記車体側フランジ部は、胴体部側に先端に近いほど空間内での広がりが小さくなる立ち上がり部を有し、前記胴体部は、車体側フランジ部側に先端に近いほど空間内での広がりが大きくなるフレア部を有し、前記立ち上がり部の内面側と前記フレア部の外面側が突き当てられ、車体側フランジ部の立ち上がり部が前記胴体部に溶接されていることを特徴とするバンパーステイ。
2. 前記胴体部の断面形状が略矩形であることを特徴とする請求項１に記載されたバンパーステイ。

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