JP2020111268A - 自動車のバンパー補強材 - Google Patents

Abstract

【課題】閉断面構造のアルミニウム合金中空押出形材からなるバンパー補強材本体部と、前記バンパー補強材本体部の両端部の断面内部に挿入された補強部材からなるバンパー補強材において、部品点数及び工数を増加させることなく前記補強部材を設置する。【解決手段】バンパー補強材本体部２の両端部に潰し加工部４が形成されている。バンパー補強材本体部２を潰し加工するとき、補強部材３がバンパー補強材本体部２の断面内部にかしめ固定される。【選択図】図１

Description

本発明は、閉断面構造のアルミニウム合金押出形材からなる自動車のバンパー補強材の改良に関する。

アルミニウム合金押出形材からなるバンパー補強材は、一般に、一対のフランジ（車体前後方向内側（車体側）に位置するインナーフランジと外側（衝突側）に位置するアウターフランジ）と、それらを連結する複数のウエブを備える。バンパー補強材は、これらのフランジ及びウエブにより閉断面構造を有する。
アルミニウム合金押出形材からなるバンパー補強材は、自動車のデザイン上の要請から、あるいは斜め方向からの衝突にも一定の耐衝撃性を有する必要から、両端部が車体側に曲げられているものがある。

アルミニウム合金押出形材は断面が長さ方向に一定であるため、アルミニウム合金押出形材からなるバンパー補強材は、基本的に中央部及び端部の強度が一定である。このようなバンパー補強材において、特に中央部の強度を向上させたい場合、又は特に両端部の強度を向上させたい場合、前記中央部又は両端部に別の補強部材を配置することが行われている。例えば特許文献１では、アルミニウム合金押出形材からなるバンパー補強材本体部の中央部断面内部に補強部材を挿入し、バンパー補強材の中央部の衝突性能を向上させ、特許文献２では、両端部に補強部材を挿入し、バンパー補強材の両端部の衝突性能を向上させている。

一方、バンパー補強材は、例えば特許文献３，４に記載されているように、必要に応じて、前記両端部に潰し加工部が形成される。この潰し加工部では、両フランジに対し垂直方向に潰し加工を受けたことにより、前記両フランジ間の厚みが元の厚みより小さくなり、前記ウエブは両フランジ間で曲げ変形し湾曲している。潰し加工部では、両フランジ間の厚みが小さくなることにより断面係数が減少している。特許文献５に記載されているように、潰し加工部における断面係数の減少及びウエブの曲げ変形は、端部衝突時の衝突荷重に対する反力を減少させ、バンパー補強材のエネルギー吸収量を減少させる要因となっている。

特開２０１３−１５９１５３号公報 特開２０００−５２８９７号公報 特開２０１３−１０３５５６号公報 特開２０１５−１６８２９９号公報 特開２０１５−５１７５５号公報

アルミニウム合金押出形材からなるバンパー補強材において、端部衝突時の衝突性能を向上（衝突荷重に対する反力の増加、エネルギー吸収量の増加）させるには、特許文献２に開示されたように、前記両端部に補強部材を配置することが有効である。特許文献２によれば、前記補強部材はボルト・ナット、溶接、接着等の手段によりバンパー補強材（本体部）に固定されるが、これらの手段は部品点数及び工数の増加をもたらす。
本発明は、アルミニウム合金押出形材からなるバンパー補強材において、部品点数及び工数を増加させることなく、両端部に補強部材を配置することを目的とする。

本発明に係る自動車のバンパー補強材は、閉断面構造のアルミニウム合金中空押出形材からなるバンパー補強材本体部と、前記バンパー補強材本体部の両端部の断面内部に挿入された補強部材からなり、前記バンパー補強材本体部の両端部に潰し加工部が形成され、前記補強部材が前記潰し加工部にかしめ固定されていることを特徴とする。このバンパー補強材と一対のクラッシュボックスにより本発明に係るバンパー構造体が構成される。必要に応じて、バンパー補強材本体部の中央部に別の補強部材を固定することもできる。

本発明に係るバンパー補強材では、本体部の両端部の潰し加工を行うとき、同時に補強部材のかしめ固定が行われる。従って、特許文献２に記載されたような従来のバンパー補強材に比べて、補強部材の設置に伴う部品点数及び工数の増加を抑えることができる。

本発明に係るバンパー補強材（潰し加工後）の中央部より右半部を示すもので、平面断面図（図１Ａ）及び図１ＡのＩ−Ｉ断面図（図１Ｂ）である。 図１に示すバンパー補強材の潰し加工前の形態を示すもので、平面断面図（図２Ａ）とその端面図（図２Ｂ）である。 補強部材が設置されていないバンパー補強材とクラッシュボックスからなるバンパー構造体における端部衝突時の変形形態を示すもので、衝突前（図３Ａ）及び衝突後（図３Ｂ）の平面模式図である。 本発明に係るバンパー補強材とクラッシュボックスからなるバンパー構造体における端部衝突時の変形形態を示すもので、衝突前（図４Ａ）及び衝突後（図４Ｂ）の平面模式図である。 本発明に係るバンパー補強材の他の形態（潰し加工前）を示すもので、平面断面図（図５Ａ）及び端面図（図５Ｂ）である。 本発明に係るバンパー補強材の他の形態（潰し加工前）を示す端面図である。 本発明に係るバンパー補強材の他の形態（潰し加工前）を示す端面図である。 本発明に係るバンパー補強材（潰し加工後）を示すもので、平面断面図（図８Ａ）及び図８ＡのＩＩ−ＩＩ断面図（図８Ｂ）である。 図８に示すバンパー補強材の潰し加工前の形態を示すもので、平面断面図（図９Ａ）とその端面図（図９Ｂ）である。 本発明に係るバンパー補強材の他の形態を示す平面断面図である。

本発明に係るバンパー補強材及びバンパー構造体の具体的形態について、図１〜１０に示す例を参照してより具体的に説明する。
図１に示すバンパー補強材１（中央部より右半部のみ図示）は、閉断面構造のアルミニウム合金押出形材を素材とするバンパー補強材本体部２と、前記バンパー補強材本体部２の両端部の断面内部にそれぞれ挿入された補強部材３からなる。バンパー補強材本体部２の素材であるアルミニウム合金押出形材は、矩形の輪郭を有し、前記輪郭内部に空間を２等分するリブ（後述するウエブ９）を有する。補強部材３の素材であるアルミニウム合金押出形材は、矩形断面を有する。この例では、補強部材３の押出方向が、バンパー補強材本体部２と同じ方向（車幅方向）に向けられている。
このバンパー補強材１では、バンパー補強材本体部２は両端部に潰し加工部４が形成され、潰し加工部４において前記補強部材３が前記本体部２の断面内部にかしめ固定されている。また、補強部材３の車幅方向内側端が、バンパー補強材本体部２に形成された内向きの突起５に当接している。

バンパー補強材本体部２の閉断面構造は、車体側及び衝突側に間隔を置いて位置する一対のフランジ（インナーフランジ６、アウターフランジ７）と、車体上下方向に間隔を置いて位置し、前記一対のフランジ６，７を接続する複数個のウエブ８〜１０からなる。この例では、インナーフランジ６は、バンパー補強材本体部２の全長にわたり車幅方向に平行であり（突起５の箇所を除く）、アウターフランジ７は、潰し加工部４以外の箇所では車幅方向に平行（突起５の箇所を除く）、潰し加工部４では潰し加工により車幅方向に対し傾斜している。このため、潰し加工部４において、バンパー補強材本体部２の車体前後方向厚み（一対のフランジ６，７の外表面間距離）は、車幅方向外側ほど小さくなっている。
バンパー補強材本体部２のウエブ８〜１０は、潰し加工部４以外の箇所では平板状で、車体に対し略水平に配置され、潰し加工部４では潰し加工により曲げ変形している。潰し加工部４において、ウエブ８〜１０のうち両側（上端及び下端）のウエブ８，１０は、いずれも断面内で内向きに湾曲している。

補強部材３は、車体側及び衝突側に間隔を置いて位置する一対のフランジ１１，１２と、車体上下方向に間隔を置いて位置し、前記一対のフランジ１１，１２を接続する一対のウエブ１３，１４からなる。この例では、フランジ１１は、補強部材３の全長にわたり車幅方向に平行であり、フランジ１２は、潰し加工部４以外の箇所では車幅方向に平行で、潰し加工部４では潰し加工により車幅方向に対し傾斜している。このため、潰し加工部４において、補強部材３の車体前後方向厚み（一対のフランジ１１，１２の外表面間距離）は、車幅方向外側ほど小さくなっている。潰し加工部４における補強部材３のフランジ１２の傾斜は、バンパー補強材本体部２のアウターフランジ７の傾斜とほぼ一致する。
補強部材のウエブ１３，１４は、潰し加工部４以外の箇所では平板状で、車体に対し略水平に配置され、潰し加工部４では潰し加工により曲げ変形している。

バンパー補強材１の製造にあたっては、図２（潰し加工前のもの）に示すように、インナーフランジ６及びアウターフランジ７の所定箇所に、予めスタンプ加工等により突起５を形成する。続いて、潰し加工前のバンパー補強材本体部２の両端部の断面内部（２つの中空部）に、それぞれ潰し加工前の補強部材３を挿入し、その内側端を突起５に当接させる。このとき、補強部材３の外側端は、バンパー補強材本体部２の外側端とほぼ一致している。
続いて、バンパー補強材本体部２の端部に潰し加工を施す（アウターフランジ７をインナーフランジ６側に押し潰す）。この潰し加工により、補強部材３も同時に潰し加工を施される。なお、潰し加工において両側のウエブ８，１０を内向きに湾曲させるには、例えば、潰し加工時に治具によりウエブ８，１０に内向きの負荷を加える方法（特開平２０１３−１０３３５６号公報の図９，１０参照）が利用できる。

この潰し加工により、図１に示すように、潰し加工部４において補強部材３，３がバンパー補強材本体部２の断面内部にかしめ固定される。具体的には、（１）補強部材３がインナーフランジ６と傾斜したアウターフランジ７の間に挟み付けられ、（２）補強部材３の内側端が突起５に係止され、（３）バンパー補強部材本体部２のウエブ８〜１０が補強部材３のウエブ１３，１４とともに曲げ変形し、湾曲したウエブ８〜１０が湾曲したウエブ１３，１４の溝に入り込む。上記（１）の構造により、バンパー補強材本体部２の断面内部において、補強部材３の車体前後方向（図１Ａに示す両矢印Ｌ）への移動（ガタ付き）が防止される。上記（１）及び（２）の構造により、補強部材３の車幅方向（図１Ａに示す両矢印Ｗ）への移動（ガタ付き）が防止される。また、上記（３）の構造により、補強部材３の車体上下方向（図１Ｂに示す両矢印Ｖ）の移動（ガタ付き）が防止される。

なお、バンパー補強材本体部２に突起５を形成する代わりに、バンパー補強材本体部２に固定用ピンを設置したり、スポット溶接又は機械締結（ボルト・ナットやリベット）により補強部材３をバンパー補強材本体部２に固定することにより、補強部材３の車幅方向への移動（ガタ付き）を規制してもよい。あるいは、予め突起５を形成する代わりに、バンパー補強材本体部２の断面内部に補強部材３を挿入した後、例えば図１Ａに示す矢印ｐの箇所に、スタンプ加工等により突起５と同等の突起（図示せず）を補強部材３に掛かるように形成し、バンパー補強材本体部２に補強部材３を固定することもできる。

バンパー補強材の両端部の裏面側（車体側）に一対のクラッシュボックスが接合され、バンパー構造体が構成される。
先に述べたように、バンパー補強材の潰し加工部における断面係数の減少及びウエブの曲げ変形は、端部衝突時の衝突荷重に対する反力を減少させる。このため、端部に補強部材が設置されていないバンパー補強材１５とクラッシュボックス１６からなるバンパー構造体１７の場合、図３Ａ，３Ｂに示すように、バリヤ１８による端部衝突（特に微少ラップ衝突）時に、バンパー補強材１５の端部がクラッシュボックス１６の外側で屈曲し、衝突エネルギーがクラッシュボックス１６に確実に伝達されない懸念がある。
一方、本発明に係るバンパー補強材１とクラッシュボックス１６からなるバンパー構造体１９の場合（図４Ａ，４Ｂ参照）、バンパー補強材１の端部に補強部材３が設置されているため、当該端部の剛性が増す。このため、バリヤ１８による端部衝突（特に微少ラップ衝突）時、バンパー補強材１の端部の屈曲を防止し、衝突エネルギーをクラッシュボックス１６に確実に伝えることができる。補強部材３が設置されたことでバンパー補強材１自体の強度及びエネルギー吸収量が増加し、かつクラッシュボックス１６に衝突エネルギーが伝達されることにより、バンパー補強材１（及びバンパー構造体１９）は端部衝突時において高い衝突性能を示すことができる。
本発明に係るバンパー構造体においては、クラッシュボックス１６にバリヤ１８の衝突エネルギーを伝達しやすくするため、平面視で、補強部材３の内側端３ｉを、バンパー補強材１に接合するクラッシュボックス１６の先端の外側端１６ｏより車幅方向内側に位置させることが好ましい。図４Ａに示すとおり、補強部材３の内側端３ｉを、クラッシュボックス１６の内側端１６ｉより車幅方向内側に位置させることがより好ましい。

上記バンパー補強材１を構成するバンパー補強材本体部２及び補強部材３の材質及び構造、並びにバンパー補強材本体部２と補強部材３の固定形態は、上記以外にも種々のものが考えられる。
（１）上記の例では、補強部材３はアルミニウム合金押出形材からなるが、鋼板製、発泡材製の補強部材も利用できる。
（２）上記の例では、補強部材３の押出方向をバンパー補強材本体部２の押出方向（車幅方向）と一致させているが、例えば図５に示すように、補強部材３の押出方向はバンパー補強材本体部２の押出方向に対し垂直（例えば車体上下方向）であってもよい。
（３）上記の例では、補強部材３を構成するアルミニウム合金押出形材は矩形断面を有しているが、図６に示すように、他の断面形状（開断面を含む）を有していてもよい。図６Ａに示す補強部材３はＸ型であり、図６Ｂに示す補強部材３は一対のフランジと一対のウエブからなり、前記一対のフランジがそれぞれ車体上下方向に突出フランジを有する。

（４）上記の例では、バンパー補強材本体部２の断面は２つの中空部を有しているが、図７（７Ａ〜７Ｃ）に示すように、バンパー補強材本体部２の断面の中空部の数は任意に設定でき、前記中空部に挿入する補強部材３の数も任意に選択できる。図７Ａに示すバンパー補強材本体部２は中空部が１個のみであり、前記中空部に断面矩形の補強部材３が挿入されている。図７Ｂに示すバンパー補強材本体部２は車体上下方向に３個の中空部を有し、そのうち上下２個の中空部にそれぞれ補強部材３が挿入されている。図７Ｃに示すバンパー補強部材本体部２は４個の中空部（車体側に２個、衝突側に２個）を有し、車体側の２個の中空部にそれぞれ補強部材３が挿入されている。

図８に示すバンパー補強材２１（中央部より右半部のみ図示）は、閉断面構造のアルミニウム合金押出形材からなるバンパー補強材本体部２２と、前記バンパー補強材本体部２２の両端部の断面内部にそれぞれ挿入された２つの補強部材２３からなる。バンパー補強材本体部２２の素材であるアルミニウム合金押出形材は、バンパー補強材１のバンパー補強材本体部２と同じ断面形状を有する。補強部材３の素材であるアルミニウム合金押出形材は、略台形の輪郭に爪部が付加された断面形状を有する。この例では、補強部材２３の押出方向が、バンパー補強材本体部２の押出方向（車幅方向）に対し垂直（車体上下方向）に向けられている。
このバンパー補強材２１では、バンパー補強材本体部２２は両端部に潰し加工部２４が形成され、潰し加工部２４において補強部材２３がバンパー補強材本体部２２の断面内部にかしめ固定されている。

バンパー補強材本体部２２の閉断面構造は、基本的にバンパー補強材本体部２と同じで、車体側及び衝突側に間隔を置いて位置するインナーフランジ２６及びアウターフランジ２７と、車体上下方向に間隔を置いて位置し、前記一対のフランジ２６，２７を接続する複数個のウエブ２８〜３０からなる。この例では、インナーフランジ２６は、バンパー補強材本体部２２の全長にわたり車幅方向に平行であり、アウターフランジ２７は、潰し加工部２４以外の箇所では車幅方向に平行で、潰し加工部２４では潰し加工により車幅方向に対し傾斜している。このため、潰し加工部２４において、バンパー補強材本体部２２の車体前後方向厚み（一対のフランジ２６，２７の外表面間距離）は、車幅方向外側ほど小さくなっている。
バンパー補強部材本体部２のウエブ２８〜３０は、潰し加工部２４以外の箇所では平板状で略水平であり、潰し加工部２４では潰し加工により曲げ変形している。潰し加工部２４において、ウエブ２８〜３０のうち両側（上端及び下端）のウエブ２８，３０は、いずれも断面内で内向きに湾曲している。

補強部材２３は、中空の台形状部３１とその車幅方向外側端に一体形成された爪部３２からなり、台形状部３１と爪部３２の間に車幅方向内向きに開口する係止溝３３が形成されている。台形状部３１は、車体側及び衝突側に間隔を置いて位置する一対の底辺部（下底部３４及び上底部３５）と、前記一対の底辺部を接続する一対の脚部（垂直な脚部３６及び傾斜した脚部３７）からなる。前記爪部３２は下底部３４と傾斜した脚部３７のコーナー部に一体形成され、前記係止溝３３にインナーフランジ２６の端が嵌まっている。下底部３４と上底部３５は車幅方向に平行であり、脚部３６は車体前後方向に平行である。潰し加工部２４において脚部３７は車幅方向に対し傾斜し、補強部材２３の車体前後方向厚み（傾斜した脚部３７と下底部３４の外表面間距離）は、車幅方向外側ほど小さくなっている。潰し加工部２４における補強部材２３の台形状部３１（脚部３７）の傾斜は、バンパー補強材本体部２２のアウターフランジ２７の傾斜とほぼ一致する。

バンパー補強材２１の製造にあたっては、図９（潰し加工前のもの）に示すように、潰し加工前のバンパー補強材本体部２２の両端部の断面内部（２つの中空部）に、それぞれ潰し加工前の補強部材２３を挿入する。その際、補強部材２３の係止溝３３に、バンパー補強材本体部２２のインナーフランジ２６の端を嵌め入れ、その先端を係止溝３３の底に当接させる。
続いて、バンパー補強材本体部２２の端部に潰し加工を施す（アウターフランジ２７をインナーフランジ２６側に向けて押し潰す）。このとき補強部材２３も変形させる（押し潰す）ことが好ましい。この潰し加工において、バンパー補強材本体部２２の両側のウエブ２８，３０を内向きに湾曲させる。

この潰し加工により、図８に示すように、潰し加工部２４において補強部材２３，２３がバンパー補強材本体部２２の断面内部にかしめ固定される。具体的には、（１）補強部材２３の台形状部３１の脚部３７と下底部３４がインナーフランジ２６とアウターフランジ２７の間に挟み付けられ、（２）インナーフランジ２６の端が係止溝３３内に挟み込まれ、（３）補強部材２３の台形状部３１の中空部に側面から湾曲したウエブ２８〜３０が入り込む。上記（１）の構造により、バンパー補強材本体部２２の断面内部において、補強部材２３の車体前後方向（図８Ａに示す両矢印Ｌ）への移動（ガタ付き）が防止される。上記（１）及び（２）の構造により、補強部材２３の車幅方向（図８Ａに示す両矢印Ｗ）への移動（ガタ付き）が防止される。また、上記（３）の構造により、補強部材２３の車体上下方向（図８Ｂに示す両矢印Ｖ）の移動（ガタ付き）が防止される。

図１０に本発明に係るバンパー補強材（中央部より右半部のみ図示）の他の形態を示す。
図１０Ａに示すバンパー補強材４１は、バンパー補強材本体部４２の両端部が車体側に曲げ加工されている点で、図１に示したバンパー補強材１と異なる。バンパー補強材本体部４２の両端部の曲げ加工は、潰し加工の前後どちらで行ってもよい。
図１０Ｂに示すバンパー補強材５１は、バンパー補強材本体部５２の車幅方向両端部の断面内部に補強部材５３がかしめ固定されていることに加え、車幅方向中央部の断面内部にも補強部材５４が設置されている点で、図１に示すバンパー補強材１と異なる。補強部材５４は、例えば固定用ピン、スポット溶接又は機械締結（ボルト・ナットやリベット）等によりバンパー補強材本体部５２の断面内部に固定される。
図１０Ｃに示すバンパー補強材６１は、バンパー補強材本体部６２の車幅方向中央部の補強部材６４が、バンパー補強材本体部６２に形成された内向きの突起６５によりかしめ固定されている点で、図１０Ｂに示すバンパー補強材と異なる。突起６５は、突起５と同様、例えばスタンプ加工により形成される。

１，２１ バンパー補強材
２，２２ バンパー補強材本体部
３，２３ 補強部材
４，２４ 潰し加工部
１６ クラッシュボックス
１９ バンパー構造体

Claims (8)

1. 閉断面構造のアルミニウム合金中空押出形材からなるバンパー補強材本体部と、前記バンパー補強材本体部の両端部の断面内部に挿入された補強部材からなり、前記バンパー補強材本体部の両端部に潰し加工部が形成され、前記補強部材が前記潰し加工部にかしめ固定されていることを特徴とする自動車のバンパー補強材。
2. 前記バンパー補強材本体部がアウターフランジとインナーフランジ、及び両フランジを接続する複数のウェブからなり、前記潰し加工部は車体前後方向に潰され前記両フランジ間の厚みが元の厚みより車幅方向外側ほど小さく、かつ上端及び下端のウエブが断面内向きに曲げ変形していることを特徴とする請求項１に記載された自動車のバンパー補強材。
3. 前記補強部材がアルミニウム合金押出形材からなり、前記断面内部において押出方向が車体上下方向を向き、車幅方向外側端部に内向きに開口する係止溝を有し、前記係止溝に前記インナーフランジの端が嵌まっていることを特徴とする請求項２に記載された自動車のバンパー補強材。
4. 前記補強部材に当接して前記補強部材の車幅方向内側への位置ずれを防止するピンが前記バンパー補強材本体部に設置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載された自動車のバンパー補強材。
5. 前記補強部材に当接して前記補強部材の車幅方向内側への位置ずれを防止する内向きの突起が前記バンパー補強材本体部に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載された自動車のバンパー補強材。
6. 前記バンパー補強材本体部と補強部材がスポット溶接され又は締結部材により締結されていることを特徴とする請求項１又は２に記載された自動車のバンパー補強材。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載されたバンパー補強材と、前記バンパー補強材に接合された一対のクラッシュボックスからなり、前記補強部材の内側端が前記クラッシュボックスの先端の外側端より車幅方向内側に位置していることを特徴とする自動車のバンパー構造体。
8. 前記補強部材の内側端が前記クラッシュボックスの先端の内側端より車幅方向内側に位置していることを特徴とする請求項７に記載された自動車のバンパー構造体。

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