JP4163667B2 - バンパービーム取付構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両のバンパービーム取付構造に関するものである。

従来のバンパービーム取付構造としては、フレーム部材にブラケットを介してバンパーを取付けたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特許第３０５９９２５号公報

特許文献１の図３を以下の図１０で説明し、特許文献１の図５を以下の図１１で説明する。なお、符号は同公報に記載されているものを使用した。
図１０は従来のバンパービーム取付構造を示す図であり、車両の左右に設けた一対の長手方向フレーム部材２４の先端にそれぞれブラケット２２を取付け、このブラケット２２に一個のリベット２８でバンパービームとしてのバンパー１０を取付けたことを示す。

図１１ａ〜図１１ｃは従来のバンパービームの変形を示す図であり、図１１ａにおいて、バンパー１０に前方から力が作用すると、バンパー１０は初期の湾曲状態から直線状態に変形する。また、変形の次の段階では、図１１ｂ及び図１１ｃ（図１１ｂのＩＩ−ＩＩ線断面図である。）において、バンパー１０が変形して膨出部３８が形成される。

図１１ａにおいて、バンパー１０は、ブラケットの山の頂上付近に１個のリベット２８で固定されているため、バンパー１０に更に大きな力が加わると、バンパー１０のリベット２８との結合部に応力が集中して、バンパー１０の変形が急激に大きくなり、バンパー１０に割れが発生して、バンパー１０に発生する荷重が急激に落ち込むことが考えられる。即ち、バンパー１０での衝撃吸収を効果的に行えない。

本発明の課題は、バンパービーム取付構造において、バンパービームが衝突を受けたときに、バンパービームに発生する荷重が急激に低下するのを防止して、衝突時の吸収エネルギー量を多くすることにある。

請求項１に係る発明は、車両前方へ突出させた左右一対の車体側のフレーム部材の先端に、それぞれブラケットを介してバンパービームを取付けたバンパービーム取付構造において、ブラケットを、断面コ字状の第１部材と、断面コ字状で第１部材に挿入するように取付けた第２部材と、これらの第１部材及び第２部材の先端に被せるように取付けるキャップ部材とから構成し、第１部材及び第２部材の端部をフレーム部材の前端面に取付け、複数のボルトでキャップ部材にバンパービームを取付け、バンパービームを、角パイプ状のアルミニウム合金押出材の両端部にそれぞれ先端を後退させるとともに開口させた傾斜部を備える部材とし、これらの傾斜部をそれぞれブラケットに連結したときに、傾斜部の車幅方向に対する傾斜角度をα、傾斜部の開口部の横幅をＷ、傾斜部とブラケットの内側面との接点から傾斜部の先端までの距離をＬとすると、α＞ｔａｎ^−１（Ｗ／Ｌ）の関係を満足しつつ、バンパービーム、ブラケット及びフレーム部材を、この順に剛性が次第に大きくなるようにしたことを特徴とする。

請求項１に係る発明では、α＞ｔａｎ^−１（Ｗ／Ｌ）の関係を満足させることにより、バンパービームが衝突を受けたときに、バンパービームに発生する亀裂が、傾斜部の開口部に進行せず、衝突時に発生する荷重が急激に低下するのを防止することができて、荷重を安定的に維持、あるいは増加させることが可能になる。従って、衝突時の吸収エネルギー量を増やすことができる。

更に、バンパービーム、ブラケット及びフレーム部材を、この順に剛性が次第に大きくなるようにしたことで、バンパービームからブラケット、フレーム部材へスムーズに衝突力を伝えることができ、バンパービーム、ブラケット、フレーム部材のそれぞれで衝突のエネルギーを効果的に吸収することができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係るバンパービーム取付構造を示す平面図（図中の矢印（ＦＲＯＮＴ）は車両前方を表す。）であり、バンパービーム１０を、車両の左右に設けた一対のフロントサイドフレーム１１，１２にそれぞれブラケット１３，１４を介して取付けたことを示す。

バンパービーム１０は、アルミニウム合金製の押出し成形材（例えば６０００系（６０６１、６０６３［ＪＩＳ Ｈ ４１００］）が好適である。）であり、直線状とした中央部１６と、この中央部１６の両端にそれぞれ湾曲部１７，１８を介して一体に形成した直線状の傾斜部２１，２２とからなる。
傾斜部２１，２２は、端部を中央部１６側よりも後退させ、それぞれ後壁をブラケット１３，１４で支持した部分である。

図２は本発明に係るバンパービーム取付構造を示す斜視図であり、ブラケット１３を、断面コ字状の第１部材２５と、断面コ字状で第１部材２５に挿入するように取付けた第２部材２６と、これらの第１部材２５及び第２部材２６の先端に被せるように取付けるキャップ部材２７とから構成し、第１部材２５及び第２部材２６の端部をフロントサイドフレーム１１の前端面１１ａに取付け、３本のボルト２８でキャップ部材２７にバンパービーム１０を取付けることを示す。なお、３１はキャップ部材２７の前壁３２に開けたボルト挿通穴、３３はバンパービーム１０の前壁３４に開けた大径ボルト挿通穴である。

図１に示したフロントサイドフレーム１２とブラケット１４との取付構造、ブラケット１４とバンパービーム１０との取付構造は、上記したフロントサイドフレーム１１とブラケット１３との取付構造、ブラケット１３とバンパービーム１０との取付構造と同様であり、説明は省略する。

図３は本発明に係るバンパービーム取付構造を示す断面図であり、キャップ部材２７の内側に３個のナット３６（２個のみ示す。）を取付け、バンパービーム１０の後壁３７に小径ボルト挿通穴３８を３ヶ所（２ヶ所のみ示す。）開け、矢印Ａ，Ａで示すように、各ボルト２８を大径ボルト挿通穴３３、小径ボルト挿通穴３８、ボルト挿通穴３１に順に通し、ナット３６にねじ込むことで、ブラケット１３にバンパービーム１０を取付けたことを示す。

図４（ａ），（ｂ）は本発明に係るバンパービーム及びバンパービーム取付構造を示す説明図である。
（ａ）は、バンパービーム１０を図３に示した矢印ａの方向から見た図であり、バンパービーム１０を構成する中仕切壁４１を境にして、バンパービーム１０の上側を１本のボルト２８で、下側を横に並べた２本のボルト２８でブラケット１３に取付けたことを示す。

（ｂ）は、バンパービーム１０を図３に示した矢印ｂの方向から見た図であり、バンパービーム１０の端面１０ａが日の字形状であることを示す。即ち、バンパービーム１０は、前壁３４、上壁４４、中仕切壁４１、底壁４５及び後壁３７からなる。なお、バンパービーム１０の断面も同様に日の字である。

図５（ａ），（ｂ）はバンパービーム取付構造を示す要部平面図である。
（ａ）に示す実施例（本実施形態）において、バンパービーム１０の傾斜部２１の傾斜角度、詳しくは、傾斜部２１の後壁３７の傾斜角度をα、後壁３７とブラケット１３の内側端部１３ａとの接点４７からバンパービーム１０の端面１０ａまでの距離をＬ、端面１０ａの横幅をＷとすると、これらのα、Ｌ、Ｗは、α＞ｔａｎ^−１（Ｗ／Ｌ）の関係を満たす。

即ち、接点４７を通り、車幅方向（図の左右方向である。）に延びる直線４８を引いたときに、直線４８がバンパービーム１０の前壁３４の前面３４ａに交差することを示す。ここで、直線４８と前壁３４の前面３４ａとの交点を５１とする。

仮に、バンパービーム１０の端面１０ａが上記の交点５１を通るように、接点４７からバンパービーム１０の端面１０ａまでの距離をＬＡとすると、図中にハッチングを施した直角三角形の底辺がＬＡ、高さがＷ、斜辺と底辺とのなす角度がαとなり、ｔａｎα＝Ｗ／ＬＡとなり、α＝ｔａｎ^−１（Ｗ／ＬＡ）となる。

（ｂ）に示す比較例において、バンパービーム１００の傾斜部１２１の後壁３７の傾斜角度をα１を、（ａ）に示した傾斜角度αよりも小さくし、接点４７からバンパービーム１００の端面１０ａまでの距離をＬ１、端面１０ａの横幅をＷ１としたときに、これらのα１、Ｌ１、Ｗ１を、α１＜ｔａｎ^−１（Ｗ１／Ｌ１）の関係を満たすように設定したことを示す。即ち、直線４８はバンパービーム１０の端面１０ａと交差する。

また、（ａ）に戻って、バンパービーム１０、ブラケット１３及びフロントサイドフレーム１１は、車両前後方向の剛性が、上記の順に次第に高くなるように設定したものである。

ここで言う剛性とは、車両前後方向に所定の荷重を加えて、バンパービーム１０、ブラケット１３、フロントサイドフレーム１１をそれぞれ圧縮変形させたときに、変形を起こしにくい程度を表すものであり、変形量が小さい程、高剛性となる。

以上に述べたバンパービーム取付構造の作用を図６〜図９で説明する。
図６（ａ）〜（ｃ）は本発明に係るバンパービーム取付構造の作用を示す第１作用図であり、図５（ａ）に示した実施例の作用を説明する。
（ａ）において、白抜き矢印で示すように、バンパービーム１０に車両前方から衝突力Ｆが作用すると、（ｂ）に示すように、バンパービーム１０は想像線で示す初期の位置から車両後方に変形し、バンパービーム１０のブラケット１３と接する点である接点４７を起点として亀裂５５が、矢印Ｃで示すように、ほぼ車幅方向外側へ向かって発生する。即ち、亀裂５５はほぼ直線４８上を進行する。

（ｃ）において、バンパービーム１０が、更に車両後方に変形すると、亀裂５５は、（ａ）のときよりも車両外側へ延びるが、バンパービーム１０の前壁３４までには至らない。従って、バンパービーム１０に発生する荷重は、急激に低下することがなく、衝突の衝撃を吸収し続ける。このとき、ブラケット１３は車両後方へ変形し始めるため、衝撃吸収は、バンパービーム１０からブラケット１３へスムーズに引き継がれる。

図７（ａ）〜（ｃ）は比較例のバンパービーム取付構造の作用を示す第２作用図であり、図５（ｂ）に示した比較例の作用を説明する。
（ａ）において、白抜き矢印で示すように、バンパービーム１００に車両前方から衝突力Ｆが作用すると、（ｂ）に示すように、バンパービーム１００は、想像線で示す初期の位置から車両後方に変形し、バンパービーム１０には接点４７を起点として亀裂５５が、矢印Ｄで示すように、ほぼ直線４８上を車幅方向外側へ向かって進行する。

（ｃ）において、更に、バンパービーム１０が車両後方に変形すると、亀裂５５は、更に車幅方向外側へ延び、バンパービーム１０の端面１０ａに至る。これによって、バンパービーム１００の傾斜部１２１では、亀裂５５によってほぼ二分割された状態になり、衝突力に抗する荷重は急激に低下するため、衝突の衝撃を吸収することができなくなり、この状態でバンパービーム１００よりも剛性の高いブラケット１３で大きな衝突力を受けることになる。従って、衝撃吸収作用がバンパービーム１００からブラケット１３にスムーズに移行しない。

図８はバンパービーム取付構造の作用を示す第３作用図（図７の８−８線断面図）であり、比較例として示したバンパービーム１００の傾斜部１２１の変形状態を示す。即ち、傾斜部１２１は、想像線で示す日の字形の断面から上壁４４及び中仕切壁４１が上方に湾曲するとともに底壁４５が下方に湾曲して前後に扁平な断面に変形し、上壁４４、中仕切壁４１及び底壁４５のそれぞれの湾曲部のほぼ中央で亀裂５５が発生する。

図９はバンパービーム取付構造の作用を示す第４作用図であり、図６に示した実施例と図７に示した比較例との発生荷重を比較するグラフである。グラフの縦軸は荷重、横軸は変位を表す。
実線で示す実施例では、バンパービームに発生する荷重は、変位が大きくなるにつれて次第に増加し、変位ｄ３まで増加する。従って、実施例では、大きな変位まで大きな荷重を発生させることができ、衝突のエネルギー吸収量を増すことができる。

これに対して、破線で示す比較例では、変位が次第に大きくなると、変位ｄ１まではほぼ実施例と同様な曲線を描く。変位ｄ１での荷重はｆ１である。しかし、変位がｄ１を越えると急激に荷重が減少し、変位ｄ２で荷重がｆ２まで落ち込む。これは、図７及び図８で説明したように、亀裂がバンパービームの端面まで至ったからである。変位がｄ２以降は再び荷重は増加するが、これは、バンパービームが潰れ切り、今度はブラケットが衝撃を吸収するからである。このように、比較例では、亀裂が端面に至ることで、荷重が大きく落ち込むため、衝突の吸収エネルギー量は実施例に比べて非常に少なくなる。

以上の図１、図５（ａ）及び図６で説明したように、本発明は、車両前方へ突出させた左右一対の車体側のフレーム部材としてのフロントサイドフレーム１１，１２の先端に、それぞれブラケット１３，１４を介してバンパービーム１０を取付けたバンパービーム取付構造において、バンパービーム１０を、角パイプ状のアルミニウム合金押出材の両端部にそれぞれ先端を後退させるとともに開口させた傾斜部２１，２２を備える部材とし、これらの傾斜部２１，２２をそれぞれブラケット１３，１４に連結したときに、傾斜部２１，２２の車幅方向に対する傾斜角度をα、傾斜部２１，２２の開口部としての端面１０ａの横幅をＷ、傾斜部２１，２２とブラケット１３，１４の内側面１３ａ，１４ａとの接点４７から傾斜部２１，２２の先端（即ち、端面１０ａである。）までの距離をＬとすると、α＞ｔａｎ^−１（Ｗ／Ｌ）の関係を満足しつつ、バンパービーム１０、ブラケット１３，１４及びフロントサイドフレーム１１，１２を、この順に剛性が次第に大きくなるようにしたことを特徴とする。

α＞ｔａｎ^−１（Ｗ／Ｌ）の関係を満足させることにより、バンパービーム１０が衝突を受けたときに、バンパービーム１０に接点４７を起点として発生する亀裂５５が、傾斜部２１，２２の開口である端面１０ａに進行せず、衝突時に発生する荷重が急激に低下するのを防止することができて、荷重を安定的に維持、あるいは増加させることが可能になる。従って、衝突時の吸収エネルギー量を増やすことができる。

更に、バンパービーム１０、ブラケット１３，１４及びフロントサイドフレーム１１，１２を、この順に剛性が次第に大きくなるようにしたことで、バンパービーム１０からブラケット１３，１４、フロントサイドフレーム１１，１２へスムーズに衝突力を伝えることができ、バンパービーム１０、ブラケット１３，１４及びフロントサイドフレーム１１，１２のそれぞれで衝突のエネルギーを効果的に吸収することができる。

尚、本実施形態では、図５（ａ）に示したように、傾斜部２１を直線状としたが、これに限らず、曲線状（例えば、前側に凸に湾曲した形状）としてもよく、要は、接点４７を通る直線４８が端面１０ａと交差しなければよい。

本発明のバンパービーム取付構造は、四輪車に好適である。

本発明に係るバンパービーム取付構造を示す平面図である。 本発明に係るバンパービーム取付構造を示す斜視図である。 本発明に係るバンパービーム取付構造を示す断面図である。 本発明に係るバンパービーム及びバンパービーム取付構造を示す説明図である。 バンパービーム取付構造を示す要部平面図である。 本発明に係るバンパービーム取付構造の作用を示す第１作用図である。 比較例のバンパービーム取付構造の作用を示す第２作用図である。 バンパービーム取付構造の作用を示す第３作用図である。 バンパービーム取付構造の作用を示す第４作用図である。 従来のバンパービーム取付構造を示す図である。 従来のバンパービームの変形を示す図である。

符号の説明

１０…バンパービーム、１０ａ…開口部（端面）、１１，１２…フレーム部材（フロントサイドフレーム）、１３，１４…ブラケット、１３ａ，１４ａ…ブラケットの内側面（内側端部）、２１，２２…傾斜部、２５…第１部材、２６…第２部材、２７…キャップ部材、２８…ボルト、４７…接点、Ｌ…接点から端面までの距離、Ｗ…端面の横幅、α…傾斜部の傾斜角度。

Claims (1)

1. 車両前方へ突出させた左右一対の車体側のフレーム部材の先端に、それぞれブラケットを介してバンパービームを取付けたバンパービーム取付構造において、
   前記ブラケットは、断面コ字状の第１部材と、断面コ字状で前記第１部材に挿入するように取付けた第２部材と、これらの第１部材及び第２部材の先端に被せるように取付けるキャップ部材とからなり、前記第１部材及び前記第２部材の端部を前記フレーム部材の前端面に取付け、複数のボルトで前記キャップ部材に前記バンパービームを取付け、
   前記バンパービームは、角パイプ状のアルミニウム合金押出材の両端部にそれぞれ先端を後退させるとともに開口させた傾斜部を備える部材であり、
   これらの傾斜部をそれぞれ前記ブラケットに連結したときに、傾斜部の車幅方向に対する傾斜角度をα、傾斜部の開口部の横幅をＷ、傾斜部とブラケットの内側面との接点から傾斜部の先端までの距離をＬとすると、α＞ｔａｎ^−１（Ｗ／Ｌ）の関係を満足しつつ、バンパービーム、ブラケット及び前記フレーム部材を、この順に剛性が次第に大きくなるようにしたことを特徴とするバンパービーム取付構造。

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