JP3562919B2 - 衝撃吸収バンパー - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、衝突エネルギーを吸収する自動車のバンパーシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
バンパー１は、図１３に示すように自動車のフロント及びリアーに配置されており、障害物への衝撃時に変形して衝撃を和らげることにより乗員及び車体の損傷を軽減させるもので、中央部が長さ方向に一様な断面を有しかつ直線状に成形されたバンパーＲ／Ｆ２の両端部がサイドメンバ４に直接、又はステイを介して取り付けられている。
【０００３】
ところで、衝突時の形態としては、図１４に示すように、自動車の全面が障害物５（壁面）に衝突する形態（以下、バリアー衝突という）や、図１５に示すように、バンパーの中央部が他の車や電柱などの障害物６に衝突する形態（以下、中央衝突という）があり、バンパー１は比較的低速でこれらの衝突をした場合に車の損傷を小さくする働きをする。
【０００４】
近年においては自動車の衝突安全性を改善するため、バンパー１をバンパーＲ／Ｆ２と発泡倍率がほぼ一様なフォーム材３とから構成するものが用いられており、また、軽量化に対応するため、アルミ押出形材製のバンパーＲ／Ｆが用いられている。
【０００５】
ここで、中央衝突時とバリアー衝突時のフォーム材３とバンパーＲ／Ｆ２の働きについて説明する。
車が中央衝突した場合、バンパーＲ／Ｆは中央部で折れ曲がる変形モードになり、このときに発生する荷重は比較的小さい。従って、中央部周辺のフォーム材には、比較的小さな荷重で圧縮変形し、衝突エネルギーを吸収する特性が望まれる。
一方、車がバリアー衝突した場合には、バンパーＲ／Ｆは取付部で圧壊する変形モードになり、このときに発生する荷重は非常に大きい。従って、取付部周辺のフォーム材には、比較的大きな荷重で圧縮変形し、大きなエネルギー吸収量を持つことが望まれる。
【０００６】
しかしながら、アルミ押出形材製のバンパーＲ／Ｆと、発泡倍率及び厚さがほぼ一様なフォーム材から、これら２つの特性を有するバンパーを構成することは困難であった。
この問題を緩和するため、部分的に発泡倍率の異なるフォーム材を組合わせたり（実公平５ー２５９６８号公報）、連続一体成形で部分的にフォーム材の発泡倍率を変えたりする方法（特開平４ー２１５５４４号公報）が用いられているが、バンパー中央部周辺のフォーム材の圧縮荷重とバンパーＲ／Ｆの曲げ荷重のバランス、及び、取付部周辺のフォーム材の圧縮荷重とバンパーＲ／Ｆの圧壊荷重のバランスが悪い場合には、バンパーＲ／Ｆとフォーム材がうまく機能しないため、車体の損傷を小さくすることができなかった。
【０００７】
つまり、中央部周辺のフォーム材の圧縮荷重がバンパーＲ／Ｆの曲げ荷重に比べて小さすぎる場合には、中央衝突時にフォーム材が衝突エネルギーを十分に吸収することができず、また、大きすぎる場合にはフォーム材がつぶれる前にバンパーＲ／Ｆが曲げ変形するため、損傷が大きくなる。
一方、取付部周辺のフォーム材の圧縮荷重がバンパーの圧壊加重に比べて小さすぎる場合には、衝突時にこのフォーム材が圧縮変形する際に吸収するエネルギーが十分でなく、また、同取付部周辺のフォーム材の圧縮加重がバンパーの圧壊荷重に比べて大きすぎる場合には、衝突時にフォーム材が圧縮変形する前にバンパーＲ／Ｆの取付部が圧壊するため、損傷が大きくなるという問題が依然存在していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、アルミ押出形材製バンパーＲ／Ｆとフォーム材から構成されるバンパーは、バンパーＲ／Ｆの圧壊荷重と曲げ荷重、バンパー中央部のフォーム材の圧縮荷重、バンパー取付部近傍のフォーム材の圧縮荷重を適切に与えなければ、中央衝突時及び／又はバリアー衝突時の損傷を小さくすることが困難である。従って、本発明は、バンパーＲ／Ｆの圧壊荷重と曲げ荷重、及び取付部周辺と中央部周辺のフォーム材の圧縮荷重を適切に与えることにより、バンパーの中央衝突及び／又はバリアー衝突時のエネルギー吸収性を向上し、損傷を小さくすることができる衝撃吸収バンパーを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る衝撃吸収バンパーは、自動車のフロント又はリアーでサイドメンバに取り付けられる中空の矩形断面を有するアルミ形材製バンパーＲ／Ｆとその前面に取り付けられた発泡樹脂製のフォーム材からなるバンパーにおいて、上記フォーム材をバンパーＲ／Ｆの中央部とバンパーＲ／Ｆの取付部周辺とで発泡倍率が異なるフォーム材で構成するとともに、中央部のフォーム材の圧縮荷重ＦａがバンパーＲ／Ｆの曲げ荷重Ｐａと下記（１）式の関係にあり、バンパーの取付部周辺のフォーム材の圧縮荷重ＦｂがバンパーＲ／Ｆの圧壊荷重Ｐｂと下記（２）式の関係にあることを特徴とする。
０．５３＞Ｆａ／Ｐａ＞０．２３・・・（１）
０．２５＞Ｆｂ／Ｐｂ＞０．１・・・・（２）
【００１０】
上記本発明のバンパーを模式的に図示したのが図１であり、長さ方向に一様な矩形断面形状（Ｈ×Ｂ）をなすバンパーＲ／Ｆ２の前面に中央部フォーム材３ａと取付部周辺フォーム材３ｂが取り付けられ、バンパーＲ／Ｆ２はサイドメンバ４を介して車体に取り付けられている。
そして、上記本発明のバンパーにおいて、中央部のフォーム材の圧縮荷重Ｆａと取付部周辺のフォーム材の圧縮荷重Ｆｂは、それぞれのフォーム材の５０％圧縮強度に面積を乗じたものと定義される。また、バンパーＲ／Ｆの曲げ荷重Ｐａは、図２に示すように、スパンＬ（両サイドメンバの間隔）をおいて水平に支持したバンパーＲ／Ｆの中央をφ１００ｍｍの円筒形の押圧治具で押圧して得られる３点曲げピーク荷重Ｐａと定義され、バンパーＲ／Ｆの圧壊荷重Ｐｂは、図３に示すように、バリアに相当する基板の上にバンパーＲ／Ｆを置き、これをサイドメンバに相当する幅Ｓをもつ治具で押圧して得られる圧壊ピーク荷重をＰ_１としたとき、Ｐｂ＝２×Ｐ_１と定義される。
【００１１】
また、上記本発明のバンパーにおいては、サイドメンバ４の左右の幅をＳとし、バンパーＲ／Ｆ２の前後方向の幅をＨとしたとき、取付部周辺の各フォーム材３ｂの車幅方向の長さは（Ｓ＋２Ｈ）〜（Ｓ＋４Ｈ）の範囲とし、その間を中央部のフォーム材３ａとするのがよい。これは、取付部のフォーム材３ａの車幅方向の長さが（Ｓ＋２Ｈ）より小さい場合（その分、中央部のフォーム材３ａが長くなる）には、フォーム材がバリアー衝撃時に吸収するエネルギーが小さくなるので、バンパーＲ／Ｆの圧壊変形量が大きくなるという問題があり、また、（Ｓ＋４Ｈ）より大きい場合（その分、中央部のフォーム材３ａが短くなる）には、中央衝突時にフォーム材が圧縮変形し難いため、バンパーＲ／Ｆの曲げ変形が大きくなるという問題が生じるためである。
【００１２】
上記の構成によれば、中央衝突時にはバンパーＲ／Ｆが曲げ変形する前にフォーム材が衝突エネルギーを十分に吸収し、また、バリアー衝突時にも、バンパーＲ／Ｆが圧壊変形する前にフォーム材が圧縮変形することで衝突エネルギーを十分に吸収するので、バンパーＲ／Ｆの変形を小さくし、車の損傷を防止することができる。
【００１３】
なお、これまでは、本発明に係る衝撃吸収バンパーが上記（１）と（２）の双方の条件を満たすことを前提として説明したが、上記（１）の条件と（２）の条件のいずれか一方のみを満たす衝撃吸収バンパーも本発明の範囲に含まれる。そして、上記（１）の条件を満たす場合、中央衝突時のエネルギー吸収性が向上した衝撃吸収バンパーを得ることができ、一方、上記（２）の条件を満たす場合、バリヤー衝突時のエネルギー吸収性が向上した衝撃吸収バンパーを得ることができる。
【００１４】
さて、以上説明したバンパーは、バンパーＲ／Ｆと、中央部のフォーム材及びこれとは異なる発泡倍率を有する取付部周辺のフォーム材から構成されていたが、本発明の技術思想は、発泡倍率がどの部分でもほぼ一様な発泡樹脂製のフォーム材を有するバンパーにも適用される。
すなわち、特に中央衝突時のエネルギー吸収性を向上し、損傷を小さくすることが重要になる場合には、本発明に係る衝撃吸収バンパーは、バンパーＲ／Ｆと発泡倍率がどの部分でもほぼ一様な発泡樹脂製のフォーム材からなるバンパーにおいて、バンパー中央部のフォーム材の圧縮荷重ＦａがバンパーＲ／Ｆの曲げ荷重Ｐａと前記（１）式の関係にあることを特徴とする。
一方、特にバリアー衝突時のエネルギー吸収性を向上し、損傷を小さくすることが重要になる場合には、本発明に係る衝撃吸収バンパーは、バンパーＲ／Ｆと発泡倍率がどの部分でもほぼ一様な発泡樹脂製のフォーム材からなるバンパーにおいて、バンパーの取付部周辺のフォーム材の圧縮荷重ＦｂがバンパーＲ／Ｆの圧壊荷重Ｐｂと上記（２）式の関係にあることを特徴とする。
【００１５】
この２つの発明の場合、バンパーの取付部周辺のフォーム材とは、車幅方向の長さが（Ｓ＋２Ｈ）〜（Ｓ＋４Ｈ）の範囲のフォーム材と定義され、バンパーの中央部のフォーム材とは、その残りの中央部のフォーム材と定義される。つまり、この範囲内にあるフォーム材（中央部又は取付部周辺）が上記（１）式又は（２）式のいずれか又は場合によっては双方を満たす。バンパーＲ／Ｆの曲げ荷重ＰａとバンパーＲ／Ｆの圧壊荷重Ｐｂについては、前記の発明と同じ定義による。
【００１６】
なお、本発明においては、フォーム材としては、例えばポリプロピレンの発泡性ビーズを型内発泡したものが好適である。また、バンパーＲ／Ｆに用いられるアルミ形材としては、例えば６０００系合金の押出形材が好適であり、その断面形状としては、矩形断面形状のものとして、例えば田形、日形、目形、口形等（図４〜図７参照）が挙げられ、いずれも曲げ荷重Ｐａと圧壊荷重Ｐｂにより特徴つけられる。このうち、特にバリアー衝突では、衝突面に直角にリブが存在する田形、日形、目形が口形より好ましい。
【００１７】
【実施例】
（実施例１）図８に示す寸法（単位；ｍｍ）のアルミ合金製の形材（田形断面）からなるバンパーＲ／Ｆ２にサイドメンバ４を取り付けたものを用意した。このアルミ合金形材の曲げ荷重はＰａ＝１２００ｋｇｆ、圧壊荷重はＰｂ＝９５００ｋｇｆである。
まずはじめに、中央衝突に対してバンパーＲ／Ｆの曲げ荷重と中央部のフォーム材の圧縮荷重の好適な関係を求めるため、バンパーＲ／Ｆの前面中央部に種々の圧縮荷重（発泡倍率を種々変化させて調整）を有するフォーム材を取り付けて試験体を構成し、これを台車６に取り付けて衝突試験を実施した。試験体の寸法は図８に示す通りである。
中央衝突試験に用いた衝突治具８（振り子）は、実際の自動車同士の衝突を再現できるよう図９（ｂ）のように寸法を定め、その重量は１．２トン、台車の重量も１．２トン、衝突速度は４ｋｍ／ｈとした。その結果を図１０に示す。
【００１８】
このような中央衝突の場合、バンパーＲ／Ｆの荷重方向への永久変形が３．０ｍｍ以上であると、自動車フロント周辺部の装着部品等が損傷する可能性が高まる。図１０に示すように、バンパーＲ／Ｆの永久変形量は、Ｆａ／Ｐａが０．３程度のとき最小で１ｍｍ以下となり、Ｆａ／Ｐａが０．２３以下、及び０．５３以上では３．０ｍｍ以上となり、急激に増加する。
【００１９】
（実施例２）次に、バリアー衝突に対してバンパーの圧壊荷重と取付部周辺のフォーム材の圧縮強さの好適な関係を求めるため、バンパーＲ／Ｆの取付部周辺に種々の圧縮荷重（発泡倍率を種々変化させて調整）を有するフォーム材を左右対称に取り付けて試験体を構成し、これを台車７に取り付けて衝突試験を実施した。試験体の寸法は図１１に示す通りである。なお、バンパーＲ／Ｆの寸法と曲げ荷重Ｐａ及び圧壊荷重Ｐｂは実施例１と同一である。
衝突試験に用いた台車７の重量は１．２トンであり、これを時速８ｋｍ／ｈで固定した壁面に衝突させた。その結果を図１２に示す。
【００２０】
バリアー衝突の場合には、バンパーＲ／Ｆの荷重方向への永久変形量が１０ｍｍ以上であると、自動車フロント周辺部の装着部品等が損傷する可能性が高まる。図１２に示すように、バンパーＲ／Ｆの永久変形量は、Ｆｂ／Ｐｂが０．２程度で最小となり、Ｆｂ／Ｐｂが０．１以下、及び０．２５以上では１０ｍｍ以上になり、急激に増加する。
なお、この実施例では、取付部周辺のフォーム材の効果を調査するため中央部のフォーム材を取り付けていないが、中央部に０．２３＜Ｆａ／Ｐａ＜０．５３のフォーム材を取り付けた場合であっても、中央部のフォーム材の圧縮荷重は取付部周辺のフォーム材の圧縮荷重に比べて十分小さいので、本実施例と同様の結果が得られる。
【００２１】
以上の実施例により、バンパー中央部には、圧縮荷重ＦａがバンパーＲ／Ｆの曲げ荷重Ｐａと０．２３＜Ｆａ／Ｐａ＜０．５３の関係となるフォーム材を、アルミ形材からなるバンパーＲ／Ｆに取り付けることにより、また、バンパーの取付部周辺には、圧縮荷重ＦｂがバンパーＲ／Ｆの圧壊荷重Ｐｂと０．１＜Ｆｂ／Ｐｂ＜０．２５の関係となるフォーム材を取り付けることにより、中央衝突及び／又はバリアー衝突時のエネルギー吸収性能を向上することができることが分かる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は、アルミ形材からなるバンパーＲ／Ｆと中央部と取付部周辺で圧縮荷重が異なるフォーム材を組み合わせた構成とし、かつバンパーＲ／Ｆの曲げ荷重とバンパー中央部のフォーム材の圧縮荷重、及び／又はバンパーＲ／Ｆの圧壊荷重とバンパー取付部周辺のフォーム材の圧縮荷重のバランスを最適化したものであるから、中央衝突時及び／又はバリアー衝突時に、フォーム材が十分圧縮変形してエネルギーを吸収し、その後バンパーＲ／Ｆが変形するので、衝突エネルギーを効率よく吸収することができ、衝突時の車体の損傷を最小限にすることができる。
【００２３】
また、全体的に発泡倍率が一様なフォーム材を用いるときは、バンパーＲ／Ｆの曲げ荷重とバンパー中央部のフォーム材の圧縮荷重、又はバンパーＲ／Ｆの圧壊荷重とバンパー取付部周辺のフォーム材の圧縮荷重のバランスを最適化したものであるから、それぞれ特に中央衝突が重要となる場合又はバリアー衝突が重要となる場合に適用すると、フォーム材が十分圧縮変形してエネルギーを吸収し、その後バンパーＲ／Ｆが変形するので、衝突エネルギーを効率よく吸収することができ、衝突時の車体の損傷を最小限にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るバンパーの構造を示す模式図である。
【図２】バンパーＲ／Ｆの曲げ荷重Ｐａを説明する図である。
【図３】バンパーＲ／Ｆの圧壊荷重Ｐｂを説明する図である。
【図４】本発明に係るバンパーＲ／Ｆを構成するアルミ形材の断面形状（田形断面）である。
【図５】本発明に係るバンパーＲ／Ｆを構成するアルミ形材の断面形状（日形断面）である。
【図６】本発明に係るバンパーＲ／Ｆを構成するアルミ形材の断面形状（目形断面）である。
【図７】本発明に係るバンパーＲ／Ｆを構成するアルミ形材の断面形状（口形断面）である。
【図８】実施例１に用いた試験体の構造及び寸法を示す図である。
【図９】実施例１の中央衝突試験の説明図（ａ）と、その衝突治具の寸法を示す図である（ｂ）。
【図１０】中央衝突試験によって得られたバンパーＲ／Ｆの永久変形量とＦａ／Ｒａの関係を示す図である。
【図１１】実施例２に用いた試験体の構造及び寸法を示す図である。
【図１２】バリアー衝突試験試験によって得られたバンパーＲ／Ｆの永久変形量とＦｂ／Ｒｂの関係を示す図である。
【図１３】バンパーの取付状態の説明図である。
【図１４】自動車のバリアー衝突の説明図である。
【図１５】自動車の中央衝突の説明図である。
【符号の説明】
１ バンパー
２ バンパーＲ／Ｆ
３ フォーム材
３ａ バンパー中央部のフォーム材
３ｂ バンパー取付部周辺のフォーム材
４ サイドメンバー

Claims (5)

1. 自動車のフロント又はリアーでサイドメンバに取り付けられる中空の矩形断面を有するアルミ形材製バンパーレインホースメント（以下、バンパーＲ／Ｆという）とその前面に取り付けられた発泡倍率がどの部分でもほぼ一様な発泡樹脂製のフォーム材からなるバンパーにおいて、バンパー中央部のフォーム材の圧縮荷重ＦａがバンパーＲ／Ｆの曲げ荷重Ｐａと下記（１）式の関係にあることを特徴とする衝撃吸収バンパー。
   ０．５３＞Ｆａ／Ｐａ＞０．２３・・・（１）
   ただし、圧縮荷重Ｆａは、バンパー中央部のフォーム材の５０％圧縮強度に面積を乗じたものと定義され、曲げ荷重Ｐａは、両サイドメンバの間隔と同じスパンをおいて水平に支持したバンパーＲ／Ｆの中央をφ１００ｍｍの円筒形の押圧治具で押圧して得られる３点曲げのピーク荷重と定義され、いずれも単位はｋｇｆである。
2. 自動車のフロント又はリアーでサイドメンバに取り付けられる中空の矩形断面を有するアルミ形材製バンパーＲ／Ｆとその前面に取り付けられた発泡倍率がどの部分でもほぼ一様な発泡樹脂製のフォーム材からなるバンパーにおいて、バンパーの取付部周辺のフォーム材の圧縮荷重ＦｂがバンパーＲ／Ｆの圧壊荷重Ｐｂと下記（２）式の関係にあることを特徴とする衝撃吸収バンパー。
   ０．２５＞Ｆｂ／Ｐｂ＞０．１・・・（２）
   ただし、圧縮荷重Ｆｂは、バンパー取付部周辺のフォーム材の５０％圧縮強度に面積を乗じたものと定義され、圧壊荷重Ｐｂは、バリアに相当する基板の上にバンパーＲ／Ｆを置き、これをサイドメンバに相当する幅をもつ治具で押圧して得られる圧壊ピーク荷重をＰ _１ としたとき、Ｐｂ＝２×Ｐ _１ と定義され、いずれも単位はｋｇｆである。
3. 自動車のフロント又はリアーでサイドメンバに取り付けられる中空の矩形断面を有するアルミ形材製バンパーＲ／Ｆとその前面に取り付けられた発泡樹脂製のフォーム材からなるバンパーにおいて、フォーム材の発泡倍率がバンパー中央部と取付部周辺とで異なり、バンパー中央部のフォーム材の圧縮荷重ＦａがバンパーＲ／Ｆの曲げ荷重Ｐａと下記（１）式の関係にあり、バンパーの取付部周辺のフォーム材の圧縮荷重ＦｂがバンパーＲ／Ｆの圧壊荷重Ｐｂと下記（２）式の関係にあることを特徴とする衝撃吸収バンパー。
   ０．５３＞Ｆａ／Ｐａ＞０．２３・・・（１）
   ０．２５＞Ｆｂ／Ｐｂ＞０．１・・・・（２）
   ただし、圧縮荷重Ｆａ、Ｆｂは、それぞれバンパー中央部、バンパー取付部周辺のフォーム材の５０％圧縮強度に面積を乗じたものと定義され、曲げ荷重Ｐａは、両サイドメンバの間隔と同じスパンをおいて水平に支持したバンパーＲ／Ｆの中央をφ１００ｍｍの円筒形の押圧治具で押圧して得られる３点曲げのピーク荷重と定義され、圧壊荷重Ｐｂは、バリアに相当する基板の上にバンパーＲ／Ｆを置き、これをサイドメンバに相当する幅をもつ治具で押圧して得られる圧壊ピーク荷重をＰ _１ としたとき、Ｐｂ＝２×Ｐ _１ と定義され、いずれも単位はｋｇｆである。
4. 自動車のフロント又はリアーでサイドメンバに取り付けられる中空の矩形断面を有するアルミ形材製バンパーＲ／Ｆとその前面に取り付けられた発泡樹脂製のフォーム材からなるバンパーにおいて、フォーム材の発泡倍率がバンパー中央部と取付部周辺とで異なり、バンパー中央部のフォーム材の圧縮荷重ＦａがバンパーＲ／Ｆの曲げ荷重Ｐａと下記（１）式の関係にあることを特徴とする衝撃吸収バンパー。
   ０．５３＞Ｆａ／Ｐａ＞０．２３・・・（１）
   ただし、圧縮荷重Ｆａは、バンパー中央部のフォーム材の５０％圧縮強度に面積を乗じたものと定義され、曲げ荷重Ｐａは、両サイドメンバの間隔と同じスパンをおいて水平に支持したバンパーＲ／Ｆの中央をφ１００ｍｍの円筒形の押圧治具で押圧して得られる３点曲げのピーク荷重と定義され、いずれも単位はｋｇｆである。
5. 自動車のフロント又はリアーでサイドメンバに取り付けられる中空の矩形断面を有するアルミ形材製バンパーＲ／Ｆとその前面に取り付けられた発泡樹脂製のフォーム材からなるバンパーにおいて、フォーム材の発泡倍率がバンパー中央部と取付部周辺とで異なり、バンパーの取付部周辺のフォーム材の圧縮荷重ＦｂがバンパーＲ／Ｆの圧壊荷重Ｐｂと下記（２）式の関係にあることを特徴とする衝撃吸収バンパー。
   ０．２５＞Ｆｂ／Ｐｂ＞０．１・・・・（２）
   ただし、圧縮荷重Ｆｂは、バンパー取付部周辺のフォーム材の５０％圧縮強度に面積を乗じたものと定義され、圧壊荷重Ｐｂは、バリアに相当する基板の上にバンパーＲ／Ｆを置き、これをサイドメンバに相当する幅をもつ治具で押圧して得られる圧壊ピーク荷重をＰ _１ としたとき、Ｐｂ＝２×Ｐ _１ と定義され、いずれも単位はｋｇｆである。

Images