JP4232328B2

JP4232328B2 - バンパステイ

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Publication number: JP4232328B2
Application number: JP2000200392A
Authority: JP
Inventors: 薫石動; 光雄柘植; 隆佐々本; 治道樋野
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 2000-07-03
Filing date: 2000-07-03
Publication date: 2009-03-04
Anticipated expiration: 2020-07-03
Also published as: JP2002012105A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の車体の前後に配置され、衝突時のエネルギを効率良く吸収するバンパステイに関する。尚、本明細書においては、バンパの強度部材であるバンパリィンフォースメントを単にバンパと称するものとする。また、フレームは、バンパステイを介してバンパが取り付けられる車体側のサイドフレームなどの構造体を指す。
【０００２】
【従来の技術】
図５(Ａ)に示すように、バンパステイ７０は、自動車のフロント６０におけるバンパ６２とフレーム６６との間に配置され、且つバンパ６２を取り付けている。即ち、バンパステイ７０は、フレーム６６先端のフランジ６８に図示しないボルト等により固定され、且つ当該バンパステイ７０の先端にバンパ６２における表皮６４に覆われたバンパリィンフォースメント６５が固定されている。
従来のバンパステイ７０は、図５(Ｂ)に示すように、アルミニウム合金の押出形材をその押出方向と直交し所定の幅に切断したものであり、バンパ６２寄りの幅の狭い衝撃吸収段７１と、フレーム６６寄りの幅広の衝撃吸収段７２とからなる。衝撃吸収段７１は、断面長方形の中空部７４を内設する矩形片７３であり、衝撃吸収段７２は、一対の長片７５，７７と短片７６，７６とからなる長方形断面を有し、一対の仕切壁７８により内部に３つの中空部７９を形成している。
【０００３】
上記バンパステイ７０は、図５(Ｂ)に示すように、衝撃吸収段７１，７２間の長片７５に対する、上記一対の仕切壁７８と衝撃吸収段７１の短片７３ａとの各接続位置間の距離を、長片７５の厚みの３倍以上に設定している。
これにより、バンパステイ７０は、衝突時において、短片７３ａ、仕切壁７８、および短片７６における座屈変形の開始時期がずれながら圧壊するため、２段階で衝突エネルギを吸収するものである(特開平８−５８４９９号公報参照)。
【０００４】
また、図５(Ｃ)に示すバンパステイ８０も、アルミニウム合金の押出形材をその押出方向と直交し所定の幅に切断したものであり、外矩形部８２の中空部８３におけるフレーム側の長片８６寄りに、中空部８５を内設する内矩形部８４を併設すると共に、上記長片８６の両側にフランジ８８を対称に張り出している。
上記バンパステイ８０は、図５(Ｃ)に示すように、衝突時において、先ず外矩形部８２の左側から右向きに圧縮変形して、衝突初期の衝突エネルギを吸収すると共に、続いて内矩形部８４が残った外矩形部８２と共に長片８６寄りに圧縮変形して、２回目の衝突エネルギを吸収する。係る２段階にわたる変形を生じることにより、バンパステイ８０は、衝突エネルギをより多く吸収しようとするものである(特開平７−２７７１１２号公報参照)。
【０００５】
【発明が解決すべき課題】
しかしながら、前記バンパステイ７０では、その複雑な断面形状にも拘わらず、衝突時にて図５(Ｂ)中の矢印で示す右向きの力が短片７３ａに作用すると、長片７５の端部７５ａが小さな力で右側に撓み、引き続いてその付近が図５(Ｂ)中の破線のように変形する。このため、短片７３ａと長片７５の端部７５ａとの交叉部には過大な曲げ応力が発生することにより、短片７３ａが容易に座屈変形し、その後で短片７３ａと端部７５ａとの交叉部が破断する。この結果、衝突時のエネルギを十分吸収することなく、バンパ６２寄りの衝撃吸収段７１が潰れる。また、フレーム６６寄りの衝撃吸収段７２は、これらの変形により、容易に座屈あるいは横倒れ変形を生じ易くなっている。以上のように、バンパステイ７０では、衝突時のエネルギを十分に吸収できない、という問題点があった。
【０００６】
一方、前記バンパステイ８０では、図５(Ｃ)に示すように、外矩形部８２の短片８２ａに右向きの力が加わると、外矩形部８２自体が横倒れ変形してしまうため、衝突時の第１段階におけるエネルギの吸収が非常に少なくなる。更に、外矩形部８２の横倒れ変形が進行すると、上記短片８２ａと内矩形部８４の短片８４ａとが接触するため、内矩形部８４の横倒れ変形を誘発する。この結果、衝突時の第１段階および第２段階において、それぞれ横倒れ変形を生じる。従って、バンパステイ８０では吸収できるエネルギが少ない、という問題点を有していた。
本発明は、以上において説明した従来の技術における問題点を解決し、衝突時において多くの衝突エネルギを安定して確実に吸収できるバンパステイを提供すること、を課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、バンパステイにアルミニウム合金の中空押出形材を用い且つその端面に蓋板を固定して剛性を高めることに着目して成されたものである。
即ち、本発明のバンパステイ（請求項１）は、アルミニウム合金の中空部を有する押出形材からなり、その押出方向と車体の前後方向とが直交するようにバンパとフレームとの間に配置され、上記形材の中空部の端面における開口部には蓋板が固定され、係る蓋板により上記形材におけるバンパ寄りの座屈変形荷重をフレーム寄りよりも小さくしている、ことを特徴とする。
【０００８】
これによれば、前記押出形材のバンパ寄りの座屈変形荷重がフレーム寄りの座屈変形荷重よりも小さいので、他の自動車等と衝突した場合、衝突エネルギはバンパステイのバンパ寄りに伝わり、該バンパステイに加わる荷重が一定以上になると、バンパ側が座屈変形し、この変形により衝突エネルギが吸収されると共に、さらに衝突エネルギが大きいと、フレーム側の座屈変形により係る衝突エネルギが吸収される。
仮に、バンパステイの中空部が一対の側壁のみにて形成される従来形では、座屈変形によらず側壁が倒れるように変形する形の単なる曲げ変形となり、極めて低い荷重で変形する。このため、バンパステイに吸収されるエネルギ量は極めて少なくなるため、衝撃吸収作用が小さくなる。
本発明のバンパステイによれば、押出形材の中空部の端面における開口部に、蓋板を固定することにより、車体の前後方向と直角（幅）方向との断面形状は、閉塞された中空部を有する断面となり、衝突エネルギが作用した際に、生じる変形は、倒れ込みによる曲げ変形にならず、座屈変形となる。これによって、確実に吸収できる衝突エネルギを大きくすることができる。
【０００９】
また、前記形材の中空部の端面における開口部に固定される蓋板は、係る開口部の前記フレーム寄りの位置のみを覆って固定されることで、係る蓋板により上記形材におけるバンパ寄りの部分の座屈変形荷重をフレーム寄りの部分よりも小さくしている、バンパステイ（請求項２）も含まれる。
これによれば、蓋板をフレーム寄りの位置のみに固定することにより、蓋板のないバンパ寄りの部分が第１段階として比較的低い荷重での座屈変形または曲げ変形することにより衝突エネルギを吸収し、蓋板のあるフレーム寄りの部分が第２段階として大きな荷重での座屈変形をすることにより、多くの衝突エネルギを吸収する。このため、車体に対する衝撃は２段階に分散されるため、乗員の安全および車体の破損防止を図ることが可能となる。
【００１０】
更に、前記形材の中空部の端面における開口部に固定される蓋板は、係る開口部の全面を覆うと共に、その板厚は、バンパ寄りを薄肉部に且つフレーム寄りを厚肉部に形成したものである、バンパステイ（請求項３）も含まれる。
これによれば、衝突荷重により第１段階として、先に蓋板の薄肉部に相当する部分であるバンパステイのバンパ寄りを座屈変形させ、第２段階として蓋板の厚肉部に相当する部分であるバンパステイのフレーム寄りを座屈変形させる。係る２段階で衝突エネルギを確実に吸収することができる。従って、係る形態のバンパステイにより、衝突時において多くの衝突エネルギを、徐々に且つ効率良く確実に吸収することができる。
【００１１】
尚、前記形材の中空部内で且つその押出方向に沿ってビスホールが付設されている、バンパステイとしても良い。これによる場合、前記形材の中空部における端面に、蓋板をセルフタッピングボルトやねじにより容易に固定することができ、バンパステイを少ない工程で製造することも可能となる。
上記ビスホールを有する形材に、蓋板を上記ボルト等を用いて固定する形態では、蓋板の素材はアルミニウム合金板の他、鋼板等を用いることができる。
また、ビスホールのない形材であっても、両側縁を折り曲げた蓋板をリベットにより形材の中空部の端面に固定する場合には、鋼板等を用いることも可能である。但し、蓋板を溶接により前記形材の中空部の端面に固定する場合は、形材と同種のアルミニウム合金板を用いると共に、溶接後に適宜必要な熱処理を施す。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下において本発明の実施に好適な形態を図面と共に説明する。
図１(Ａ)は、バンパ１の両端部とフレーム６，６との間に、本発明の前提となる参考形態のバンパステイ１０，１０を配置した状態を示す。
バンパ１は、外側に表皮３を有するバンパリィンフォースメント２を含み、後者の両端部４，４の側面５，５にバンパステイ１０，１０が配置される。また、フレーム６は、角形断面の中空部７を内設し、且つ先端にフランジ８を有する。
バンパステイ１０は、図１(Ｂ)および(Ｃ)に示すように、略直方体を呈し且つアルミニウム合金(ＪＩＳ：Ａ６０６３，Ａ６Ｎ０１，Ａ６０６１をＴ５またはＴ６に調質したもの等)からなる押出形材を、その押出方向と直交して所定の長さで切断した押出形材１１と、その中空部(１６)の両端面に固定された上下一対の蓋板２０とを有する。
【００１３】
図１(Ｂ)，(Ｃ)および(Ｅ)に示すように、押出形材１１は、前記バンパ１に面接触する先端壁１２、前記フレーム６のフランジ８に接触する後端壁１５、これらを連結する一対の側壁１３，１４、これらに囲まれた中空部１６、および、後端壁１５の両側に延びる一対のフランジ１７を一体に有する。中空部１６において、側壁１３，１４と先端壁１２および後端壁１５との間の内隅には、ビスホール１８，１９が中空部１６に沿って一体に付設されている。尚、各フランジ１７には、フレーム６に固定するボルト用の透孔１７ａがそれぞれ穿孔されている。
【００１４】
また、図１(Ｂ)，(Ｃ)および(Ｄ)に示すように、中空部１６の両端面における開口部には、その全面に例えば前記同様のアルミニウム合金製の蓋板２０，２０が固定されている。蓋板２０の固定は、押出形材１１の中空部１６の両端面に蓋板２０を配置し、予め蓋板２０の四隅に穿孔した透孔２０ａから押出形材１１のビスホール１８，１９内にセルフタッピングボルト２１をねじ込むことにより、容易に行うことができる。これにより、バンパステイ１０を得ることができる。
【００１５】
以上のような参考形態のバンパステイ１０は、先端壁１２を前記バンパリィンフォースメント２に、各フランジ１７を前記フレーム６のフランジ８に、それぞれ図示しないボルト等によって固定される。そして、他の自動車等と衝突した場合に生じる衝突エネルギにより、バンパステイ１０を押し潰す方向の荷重が発生する。バンパステイ１０は、上記形材１１における中空部１６の両側に位置する側壁１３，１４と、中空部１６両端の開口部に固定した一対の蓋板２０とにより、閉塞された中空体となるため、上記荷重が一定以上に達すると座屈変形して衝突エネルギを吸収する。これにより、より多くの衝突エネルギを確実に吸収することが可能となるため、乗員の安全を図ることが可能となる。
【００１６】
図２(Ａ)は、異なる形態の蓋板２２を用いた本発明のバンパステイ１０の垂直断面を示す。蓋板２２は、図２(Ａ)に示すように、押出形材１１における中空部１６の両端面の全面に配置され、前記バンパ１寄りの薄肉部２３と、前記フレーム６寄りの厚肉部２４とを一体に有する。そして、蓋板２２の四隅に設けた透孔２０ａから押出形材１１のビスホール１８，１９内にセルフタッピングボルト２１をねじ込むことにて、一対の蓋板２２が中空部１６両端の開口部の全面に固定される。
【００１７】
以上のような蓋板２２を固定した本発明のバンパステイ１０によれば、衝突エネルギにてバンパステイ１０に加わる荷重により、第１段階として先に薄肉部２３が位置する前記バンパ１寄りの部分における蓋板２２と側壁１３，１４とが、比較的低い荷重で座屈変形して、衝突エネルギを吸収する。衝突エネルギが大きい場合には、第２段階として厚肉部２４が位置する前記フレーム６寄りの部分における蓋板２２と側壁１３，１４とが、比較的高い荷重で座屈変形して、衝突エネルギを吸収する。従って、蓋板２２を固定したバンパステイ１０によれば、衝突時における多くの衝突エネルギを、徐々に且つ効率良く確実に吸収できる。
【００１８】
図２(Ｂ)は、更に異なる形態の蓋板２５を用いた本発明のバンパステイ１０の垂直断面を示す。図２(Ｂ)に示すように、蓋板２５は、中空部１６の端面における前記バンパ１寄りの位置する薄肉部２６と前記フレーム６寄りの位置する厚肉部２７、および両者の中間に位置する中肉部２５ａとからなる。そして、蓋板２５の四隅に設けた透孔２６ａ，２７ａから押出形材１１のビスホール１８，１９内にセルフタッピングボルト２１をねじ込むことにより、３段階の板肉を有する蓋板２５が中空部１６の端面の全面に固定される。
【００１９】
図２(Ｃ)は、別異の形態の蓋板２８を用いた本発明のバンパステイ１０の垂直断面を示す。図２(Ｃ)に示すように、蓋板２８は、前記バンパ１寄りが薄肉部２８ｃで且つフレーム６寄りが厚肉部２８ｄとなる傾斜のテーパ面２８ａを有する。そして、テーパ付き座金２９を介して、蓋板２８の四隅に設けた透孔２８ｂから押出形材１１のビスホール１８，１９内にセルフタッピングボルト２１を各々ねじ込むことにより、蓋板２８が中空部１６の端面の全面に固定される。
以上のような蓋板２５，２８を固定したバンパステイ１０においても、前記図１に示した蓋板２０と同様な作用・効果を得ることができる。
【００２０】
図３(Ａ)は、本発明による異なる形態のバンパステイ３０を示す。
バンパステイ３０は、図３(Ａ)に示すように、中空部３６を有する前記同様のアルミニウム合金からなる押出形材を、その押出方向と直交して所定の長さで切断した押出形材押出形材３１と、中空部３６の両端面の開口部における前記フレーム６寄りの位置に固定した一対の蓋板４０と、を有する。
図３(Ｂ)に示す端面のように、押出形材３１は、前記バンパリィンフォースメント２に接触する傾斜した先端壁３２、前記フレーム６のフランジ８に接触する後端壁３５、これらを連結する一対の側壁３３，３４、これらに囲まれた略台形の中空部３６、および、後端壁３５の両側に延びる一対のフランジ３７を一体に有する。上記中空部３６内において、側壁３３，３４の中間にはビスホール３８が、側壁３３，３４と後端壁１５との間の内隅にはビスホール３９が、それぞれ中空部３６に沿って一体に付設されている。
【００２１】
そして、図３(Ｃ)に示すように、押出形材３１における中空部３６の両端面における前記フレーム６寄りの位置に蓋板４０を配置し、蓋板４０の四隅に設けた透孔４２から、セルフタッピングねじ４４をビスホール３８，３９内にねじ込むことにより、図３(Ａ)に示すバンパステイ３０を得ることができる。
以上のような、本発明のバンパステイ３０を前記バンパ１とフレーム６との間に用いた場合、衝突時にバンパステイ３０に加わる荷重により、比較的低い荷重で第１段階として先に蓋板４０のない側壁３３，３４の前記バンパ１寄りの部分を座屈変形させ、衝突エネルギを吸収する。その後、更に大きな荷重が加わると、第２段階として蓋板４０が固定された側壁３３，３４の前記フレーム６寄りの部分を座屈変形させて、更に多くの衝突エネルギを吸収することができる。従って、バンパステイ３０によれば、衝突時に多くのエネルギを、衝突の程度に応じ順次徐々に且つ効率良く確実に吸収できるので、乗員の安全を図ることが可能となる。
【００２２】
図４(Ａ)は、前記押出形材１１を用いた異なる参考形態のバンパステイ１０ａを示す。即ち、図４(Ａ)，(Ｃ)に示すように、押出形材１１の中空部１６における両端面の全面に、断面略チャンネル形に折り曲げた一対の蓋板５０を固定したものである。蓋板５０は、例えばアルミニウム合金板を折り曲げ加工したもので、押出形材１１の中空部１６の端面における開口部の全面を覆うと共に、側壁１３，１４に沿って直角に曲がった一対の側縁５２を有する。
そして、図４(Ｃ)に示すように、中空部１６における両端面の全面に蓋板５０を配置した後、各側縁５２および側壁１３，１４に予め設けた透孔５３，１３ａ，１４ａにブラインドリベット５４をそれぞれ打ち込む。これにより、図４(Ａ)に示したバンパステイ１０ａを得ることができる。係るバンパステイ１０ａによれば、前記バンパステイ１０と同様の作用・効果を得ることができる。
【００２３】
図４(Ｂ)も、前記押出形材１１を用いた本発明の異なる形態のバンパステイ１０ｂを示す。即ち、図４(Ｂ)および(Ｃ)に示すように、押出形材１１の中空部１６の両端面における開口部のうちで前記フレーム６寄りの位置に、断面略チャンネル形に折り曲げた一対の蓋板５６を固定したものである。この蓋板５６は、押出形材１１の中空部１６の両端面におけるフレーム６寄りの部分を覆うと共に、側壁１３，１４に沿って直角に折り曲げられた一対の側縁５８を有する。
【００２４】
そして、図４(Ｃ)に示すように、中空部１６における両端面の前記フレーム６寄りの位置に蓋板５６を配置した後、各側縁５８および側壁１３，１４に予め設けた透孔５９，１３ａ，１４ａにブラインドリベット５４をそれぞれ打ち込む。これにより、図４(Ｂ)に示したバンパステイ１０ｂを得ることができる。係るバンパステイ１０ｂによれば、前記バンパステイ３０と同様の作用・効果を得ることができる。尚、上記リベット５４に替えて、前記セルフタッピングねじ４２等を用いることもできる。また、蓋板５０はその形状を変更することにより、また、蓋板５６はそのままの形状で、前記押出形材３１に固定することもできる。
【００２５】
本発明は、以上において説明した各形態に限定されるものではない。
例えば、バンパステイ１０，３０に用いる押出形材１１，３１の先端壁１２，３２は、これらが接触するバンパリィンフォースメントの形状に倣ったカーブを有する湾曲した形態とすることもできる。
また、前記押出形材１１，３１における中空部１６，３６内に、車体の前後方向やこれと直交する方向に沿った仕切壁を一体に内設することにより、複数の中空部に分割すると共に、上記形材１１，３１の剛性を高めることもできる。
更に、前記蓋板２２，２５，２８，４０，５６を、溶接や構造用接着剤(ＪＩＳＫ６８００)等により、前記押出形材１１，３１に溶着または接着して固定することも可能である。
尚、本発明のバンパステイは、自動車の前後のバンパに用いられるが、例えば鉄道車両のスカートを支持する部材として活用することも可能である。
【００２６】
【発明の効果】
以上において説明した本発明のバンパステイによれば、押出形材の中空部の端面における開口部に、バンパ寄りの座屈変形荷重をフレーム寄りの座屈変形荷重よりも小さくするように蓋板を固定することにより、他の自動車等と衝突した場合、蓋板のあるフレーム寄りでは、生じる座屈変形がフレーム寄りと異なるので、衝突エネルギの程度により、異なる荷重によって段階的に衝突エネルギが吸収される。
また、蓋板の固定により、車体の前後方向と直角方向の断面形状は、閉塞された中空部を持つ断面となり、衝突エネルギが作用した際の座屈変形を大きくすることができる。これにより、確実に衝突エネルギを吸収し、衝突時における車体側に加わる衝撃が小さくなる。従って、より多くの衝突エネルギを確実に吸収することが可能となるので、このバンパステイを用いることより、乗員の安全を図ることが可能となる。
【００２７】
また、蓋板が中空部の端面の開口部におけるフレーム寄りの位置に固定される請求項２のバンパステイ、および、開口部の全面に固定され且つ板厚をバンパ寄りが薄くフレーム寄りを厚くした請求項３のバンパステイによれば、衝突時にバンパステイに加わる荷重により、第１段階として低い荷重で先に蓋板がないか蓋板が薄肉のバンパ寄りの部分を曲げ変形または座屈変形させて、衝突エネルギを吸収する。その後、更に大きな荷重により第２段階として、蓋板が固定されているか蓋板が厚肉部のフレーム寄りの部分を座屈変形させて、更に多くの衝突エネルギを吸収することができる。従って、これらのバンパステイによれば、多くの衝突エネルギを、徐々に且つ効率良く確実に吸収することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】(Ａ)はバンパとフレームの間に、参考形態のバンパステイを配置した状態を示す斜視図、(Ｂ)および(Ｃ)は(Ａ)に示したバンパステイの異なる角度から観た斜視図、(Ｄ)は(Ｂ)および(Ｃ)中のＤ−Ｄ線に沿った断面図、(Ｅ)は上記バンパステイに用いる押出形材を示す端面図。
【図２】(Ａ)〜(Ｃ)は前記と異なる形態の蓋板を用いた本発明のバンパステイを示す垂直断面図。
【図３】(Ａ)は本発明による異なる形態のバンパステイを示す斜視図、(Ｂ)はこれに用いる押出形材の端面図、(Ｃ)は上記バンパステイの垂直断面図。
【図４】(Ａ)は図１ ( Ｅ ) の押出形材を用いた異なる参考形態のバンパステイを示す斜視図、(Ｂ)は図１(Ｅ)の押出形材を用いた本発明の更に異なる形態のバンパステイを示す斜視図、(Ｃ)はこれらに共通の垂直断面図。
【図５】(Ａ)は一般的なバンパステイの配置を示す概略図、(Ｂ)および(Ｃ)は従来のバンパステイの断面図。
【符号の説明】
１…………………………………………………バンパ
６…………………………………………………フレーム
１０，１０ｂ，３０……………………………バンパステイ
１１，３１………………………………………押出形材
１６，３６………………………………………中空部
１８，１９，３８，３９………………………ビスホール
２２，２５，２８，４０，５６………………蓋板
２３，２６，２８ｃ……………………………薄肉部
２４，２７，２８ｄ……………………………厚肉部

Claims

アルミニウム合金の中空部を有する押出形材からなり、その押出方向と車体の前後方向とが直交するようにバンパとフレームとの間に配置し、
上記形材の中空部の端面における開口部には蓋板が固定され、係る蓋板により上記形材におけるバンパ寄りの座屈変形荷重をフレーム寄りよりも小さくしている、
ことを特徴とするバンパステイ。
前記形材の中空部の端面における開口部に固定される蓋板は、係る開口部の前記フレーム寄りの位置のみを覆って固定されることで、係る蓋板により上記形材におけるバンパ寄りの部分の座屈変形荷重をフレーム寄りの部分よりも小さくしている、
ことを特徴とする請求項１にバンパステイ。
前記形材の中空部の端面における開口部に固定される蓋板は、係る開口部の全面を覆うと共に、その板厚は、バンパ寄りを薄肉部に且つフレーム寄りを厚肉部に形成したものである、
ことを特徴とする請求項１に記載のバンパステイ。