JP4463057B2 - 自動車用バンパーステイ - Google Patents

Description

本発明は、バンパーリインフォースに取り付けられるフランジ部材と、該フランジ部材が前端に接合された管状のステイ本体からなる自動車用バンパーステイに関する。

管状のステイ本体の端部にバンパーリインフォースへの取付用フランジを有するバンパーステイ（縦圧壊型）は、管状部材の端部に板状のフランジ部材を溶接接合して製造される。しかし、バンパーステイの溶接部近傍は最も応力が集中する箇所であり、最も高い強度（継ぎ手強度）が必要とされるが、アルミニウム合金の場合、溶接による熱影響により溶接部近傍が軟化し、必然的に継ぎ手強度が低下するという問題がある。この継ぎ手強度の低下を補うため、管状部材及びフランジ部材の肉厚を大きくしたり、熱処理型アルミニウム合金であれば、熱処理（人工時効処理）を行って硬度及び強度を回復させることが考えられるが、前者の場合、アルミニウム合金を使用した軽量化の効果が半減し、後者の場合、溶接後の熱処理による強度の回復には限界があり、また、溶接後に熱処理工程を付加することによるコストアップが避けられない。

一方、下記特許文献１には、管状部材の周囲を金型で包囲し、金型の端面から前記管状部材の先端部を突出させ、該先端部を電磁成形により瞬間的に拡開して前記金型の端面に打ち付け、管状部材の端部に前記金型の端面に沿った形状のフランジを一体成形することが開示されている。この手段によれば、溶接の熱影響による軟化がなく、むしろ加工硬化により継ぎ手強度が向上するという利点がある。しかし、特に管状部材の径に比べて大径のフランジを形成しようとすれば、アルミニウム合金の種類によってはフランジに割れが入ったり、ボルト締結等に利用されるフランジ周縁部が拡径に伴って薄肉化するという問題が起こり得る。
なお、電磁成形とは、電気エネルギーの投入により、電磁成形用コイルがきわめて短時間の強力な磁場を形成し、この磁場内におかれたワーク（被加工物）が磁場の反発力（フレミングの左手の法則に従ったＬｏｒｅｎｔｚ力）によって強い拡張力や収縮力を受けて、高速で塑性変形することを利用し、ワークを所定形状に成形する技術であり、下記特許文献２等にも記載されているように、それ自体公知技術である。

特開２００４−４２０６６号公報 特開２００２−８６２２８号公報

ところで、前記特許文献２には、管状部材を他部材に形成した穴に貫通させ、管状部材を電磁成形により拡径して、他部材と接合する技術が開示されている。この技術を応用すれば、ステイ本体の前端にフランジ部材が接合したバンパーステイを製造することが可能である。
この場合のバンパーステイの製造方法の一例を、図９〜図１３を参照して、次に説明する。
（１）フランジ部材１を図９に示す。このフランジ部材１は、平面視矩形の板状部材（例えばアルミニウム合金押出材を所定長さに切断したもの）であり、内側部１ａと両側の段差部１ｂ，１ｃ、及び外側の取付部１ｄ，１ｅからなり、中央に板厚方向に貫通する円形の穴２が形成されている。取付部１ｄ，１ｅの前面がバンパーリインフォースへの取付面となり、矩形の対辺に位置する左右の取付部１ｄ，１ｅには取付用のボルト穴が形成されている。

（２）管状部材３は、図１０に示すように、断面円形の軸部４の一端（前端）が斜めに切断され、他端（後端）に軸方向に垂直なフランジ５を有する。
管状部材３は、断面円形の管素材６（例えばアルミニウム合金押出材を所定長さに切断したもの）を電磁成形して得ることができる。管素材６は、一端（前端）が斜めに切断され、他端（後端）が軸方向に垂直に切断されている。図１０に示すように、この管素材６の周囲を金型７（軸方向に割り面を有する複数個の割型からなる）で包囲し、金型７の端面７ａから後端を所定距離突出させ、突出部分を電磁成形により瞬間的に拡開して前記金型７の端面７ａに打ち付けることにより、前記管状部材３を得ることができる。この電磁成形方法は前記特許文献１に開示された方法と同じである。

（３）続いて、図１１に示すように、図示しない手段により位置決めしたフランジ部材１の穴２に管状部材３（図１１に仮想線で示す）を嵌挿し、その傾斜した前端をフランジ部材１の端面から前方に所定距離突出させ（突出距離は穴２の周方向で等距離としている）、軸部４のうちフランジ５の近傍を金型８で包囲し、管状部材３を位置決めする。
この状態で、前記特許文献１に開示された電磁成形方法に倣い、図示しない電磁成形用コイルを管状部材３の内部に挿入して電磁成形し、軸部４の周壁を放射方向に拡径する。これにより、フランジ部材１の面内では軸部４の周壁が拡径して穴２の内周面に密着し、フランジ部材１の前方側では突出部４ａが放射方向に拡開し、フランジ部材１の後方側では軸部４は磁場の反発力による拡張力の大きさに応じて膨出する。

（４）上記方法により製造されたバンパーステイ９を図１２，１３に示す。ステイ本体１１（管状部材３が電磁成形されたもの）は、フランジ部材１の面内の部分が穴２の内周面に密着し、フランジ部材１の穴２から前方側に突出した部分が放射方向に拡開して軸フランジ１２が形成され、穴２の後方側が放射方向に膨出して張出部１３が形成され、フランジ部材１が前記軸フランジ１２と張出部１３の間に挟まれ、これによりステイ本体１１とフランジ部材１が接合されている。この例では、ステイ本体１１の軸部１４のほぼ全体が張出部１３となっている。
（５）なお、フランジ５はサイドメンバへの取付用として用いられるもので、上記の例では比較的フランジ径を小さく設定したため、先に述べた問題点が生じにくく、従って、前記特許文献１に開示された方法で一体成形した。しかし、必要に応じて別体のフランジ部材を使用し、フランジ部材１と同様にそれを管状部材の後端に接合することも可能である。また、上記の例では、管状部材３の後端に予めフランジ５を一体的に成形し、その後に管状部材３とフランジ部材１の接合を行ったが、この接合時にフランジ５の成形を同時に行うこともできる。

図９〜図１３に示す方法によれば、任意の大きさの取付面を有するフランジ部材１と管状部材３を使用して、バンパーステイ９を電磁成形により成形でき、一方、電磁成形された軸フランジ１２の外径は、フランジ部材１とステイ本体１１の接合を確保するに必要な最小限の大きさで済むため、前記特許文献１の方法において生じ得るフランジの割れや肉厚の減少といった問題は抑えられる。また、フランジ部材１としてアルミニウム合金押出材を用いることができる（押出方向に垂直な面で切断し、穴開けすればよい）ため、低コストで実施できる。

ところが、図１２，１３に示すバンパーステイ９において、フランジ部材１の穴２の内周面にステイ本体１１が密着し、かつ軸フランジ１２と張出部１３が前後からフランジ部材１を挟み付けているが、フランジ部材１とステイ本体１１は軸回りに互いに噛み合う部分がないため、例えばステイ本体１１がサイドメンバに固定された状態でフランジ部材１に強い回転力が加わった場合、フランジ部材１が穴２の中心を通る軸Ｘに対して軸回りにゆるみを生じて回るおそれがある。フランジ部材１とステイ本体１１の間にこのようなゆるみや相対的な回転が生じると、穴２の内周面とステイ本体１１が摺動し、その接触部でいずれか一方又は双方の部材の摩耗が起こり、ゆるみが促進されていく。これによりフランジ部材１を介して取り付けられるバンパーリインフォースをも含めた全体構造（バンパーリインフォースとステイからなるバンパー構造体）の剛性が損なわれるととともに振動を起こす原因になるなどの問題点が生じ得る。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、管状部材を板状のフランジ部材に形成した穴に嵌挿し、その状態で管状部材を電磁成形により拡径し、フランジ部材と管状部材を接合させて製造したバンパーステイにおいて、フランジ部材と管状部材（成形後はステイ本体）の相対的な軸回りの回転を防止することを目的とする。

本発明に係る自動車用バンパーステイは、前面にバンパーリインフォースの被取付面に当接する取付面を有し、中央部に穴が形成された矩形板状のフランジ部材と、前端が前記穴に嵌挿され、かつ拡径されて前記穴の内周面に密着し、前記フランジ部材に接合された管状のステイ本体からなり、前記フランジ部材の穴は円形の周の一部に互いに対向する位置に切り欠きが形成された形状をなすことを特徴とする。
前記自動車用バンパーステイにおいて、前記切り欠きは周方向に沿って略等間隔に前記フランジ部材の各コーナーに対向する位置に４カ所配置されていることが望ましい。この配置により、衝突時にバンパーリインフォースからフランジ部材に曲げモーメントが伝達された場合に、フランジ部材の曲げに対する抗力を高めることができる。なお、各コーナーに対向する位置とは、穴の円形の周の中でフランジ部材の矩形の１つの辺に最も近い位置と、該１つの辺に隣接する辺に最も近い位置の両位置からほぼ等角度離れた位置を意味する。
また、前記ステイ本体はアルミニウム合金材からなることが望ましい。

前記バンパーステイにおいて、前記ステイ本体のうち前記フランジ部材の穴から前方側に突出した部分が放射方向に拡開して軸フランジが形成され、前記穴の後方側が放射方向に膨出して張出部が形成され、前記フランジ部材が前記軸フランジと張出部の間に挟まれている。ここで、フランジ部材の穴の位置からみて軸フランジの側が前方、反対側が後方である。また、前記切り欠きは前記軸フランジの外周を越える大きさで、穴から外向きに形成される。その場合、この切り欠きは作業穴として利用することができる。また、必要に応じて、前記ステイ本体の後端に、サイドメンバの先端に固定されるフランジを一体的に形成することができる。
前記自動車用バンパーステイは、管状部材を前記穴に嵌挿し、その先端を前記フランジ部材の端面から前方に所定距離突出させ、その状態で電磁成形により前記管状部材の周壁を放射方向に拡げ、前記周壁を前記穴の内面に密着させると同時に、前記管状部材の前記穴から前方側に突出した部分を拡開し、望ましくは同時に穴の後方側を放射方向に張り出させて、前記フランジ部材と管状部材を接合することにより製造できる。

本発明によれば、任意の大きさの矩形板状のフランジ部材を使用し、管状部材をフランジ部材に形成した穴に嵌挿し、端部を穴から突出させ、その状態で管状部材を電磁成形により拡径し、フランジ部材と管状部材を接合させて、フランジ部材と管状部材（成形後はステイ本体という）が接合した自動車用バンパーステイを得ることができ、かつ、前記特許文献１の方法において生じ得るフランジの割れや肉厚の減少といった問題が生じない。また、フランジ部材とステイ本体をともにアルミニウム合金押出材で形成することもでき、低コストで軽量なバンパーステイを得ることができる。
そして、フランジ部材とステイ本体の相対的な軸回りの回転を防止し、さらに、切り欠きを前記フランジ部材の各コーナーに対向する位置に４カ所配置したときは、衝突時にバンパーリインフォースからフランジ部材に曲げモーメントが伝達された場合に、フランジ部材の曲げに対する抗力を高めることができる。

以下、図１〜図８を参照して、本発明に係るバンパーステイについて具体的に説明する。
図１に示すフランジ部材２１は、円形の穴２２の周の４カ所に等間隔で、放射方向に切り欠き２３ａ〜２３ｄが形成されている。切り欠き２３ａと２３ｃ、切り欠き２３ｂと２３ｄは、穴２２の周の互いに対向する位置に形成されている。この切り欠き２３ａ〜２３ｄは平面視矩形のフランジ部材２１の各辺に対向する位置（穴２２の円形の周の中でフランジ部材２１の矩形の辺に最も近い位置）に配置されている。フランジ部材２１は、切り欠き２３ａ〜２３ｄが形成された点のみでフランジ部材１と異なり、このフランジ部材２１と前記管状部材３（バンパーステイ９の製造に使用したもの）を、バンパーステイ９と同様の方法で接合したものが、図２〜４に示すバンパーステイ２４である。

バンパーステイ２４はフランジ部材２１とステイ本体２５（管状部材３が電磁成形されたもの）からなり、ステイ本体２５は、バンパーステイ９のステイ本体１１と同様に、軸フランジ２６と、ほぼ全体が張出部２７からなる軸部２８及びフランジ５を有する。しかし、フランジ部材２１の穴２２の周囲に切り欠き２３ａ〜２３ｄが形成されていることから、ステイ本体２５は、フランジ部材２１の板面内において、穴２２の円形部分の内周面に密着していると同時に、切り欠き２３ａ〜２３ｄ内に張り出している（張出部分２９）。ステイ本体２５の周囲にこの張出部分２９が形成されることにより、ステイ本体２５とフランジ部材２１が、前記板面内において互いに噛み合った形になり、フランジ部材とステイ本体の間に軸回りのゆるみが生じるという、従来技術の問題点は解消される。
なお、フランジ部材２１に形成された切り欠き２３ａ〜２３ｄは、特に図４において明らかなとおり、軸フランジ２６の外周を越えて放射方向に広がり、フランジ５には該切り欠き２３ａ〜２３ｄの直下の位置にボルト穴３１が形成されている。従って、切り欠き２３ａ〜２３ｄはフランジ５をサイドメンバに固定するための工具が入る作業用穴として利用することができる。いいかえれば、切り欠き２３ａ〜２３ｄは作業用穴を兼ね、作業用穴として利用できる大きさに形成されている。

なお、前記バンパーステイ２４は、図５に示すように、フランジ部材２１がバンパーリインフォース３２の傾斜した端部に固定され、フランジ５がサイドメンバ３３の先端に固定される。ここで仮に衝撃荷重Ｐがバンパーリインフォース３２の直線部分に掛かると、フランジ部材２１に矢印で示す曲げモーメントが掛かり、一方、フランジ部材２１の穴２２の周囲の最も曲げモーメントの影響を受けやすい箇所に切り欠き２３ａ，２３ｃが形成されている。当該切り欠き２３ａ，２３ｃの範囲内ではフランジ部材２１とステイ本体２５は接合されてなく、フランジ部材２１がステイ本体２５に支持されていないため、図３に仮想線で示すように、フランジ部材２１が、穴２２の周囲のステイ本体２５に接合されていない箇所（切り欠き２３ａ，２３ｃの箇所、図３の白抜き矢印位置参照）を中心として、前記曲げモーメントにより曲げられることがある（図３の仮想線参照）。
次に示すバンパーステイ４４では、その問題が解決されている。

図６に示すフランジ部材４１は、フランジ部材２１と同様に、円形の穴４２の周の４カ所に等間隔で、放射方向に切り欠き４３ａ〜４３ｄが形成されている。切り欠き４３ａと４３ｃ、切り欠き４３ｂと４３ｄは、穴４２の周の互いに対向する位置に形成されている。この切り欠き４３ａ〜４３ｄは、フランジ部材４１の各コーナーに対向する位置（具体的には、穴４２の円形の周の中でフランジ部材４１の矩形の辺ａ，ｂ，ｃ，ｄに最も近い位置Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄから等角度離れた位置）に配置されている。フランジ部材４１は、切り欠き４３ａ〜４３ｄがフランジ部材４１の各コーナーに対向する位置に形成された点のみでフランジ部材２１と異なり、このフランジ部材４１と前記管状部材３（バンパーステイ２４の製造に使用したもの）を、バンパーステイ２４と同様の方法で接合したものが、図７，８に示すバンパーステイ４４である（断面形状は示していないが、図７のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図は図１２と同じになる）。

バンパーステイ４４はフランジ部材４１とステイ本体４５（管状部材３が電磁成形されたもの）からなり、ステイ本体４５は、バンパーステイ２４のステイ本体２５と同様に、軸フランジ４６と、ほぼ全体が張出部からなる軸部４８及びフランジ５を有する。そして、フランジ部材４１の穴４２の周囲に切り欠き４３ａ〜４３ｄが形成されていることから、ステイ本体４５は、フランジ部材４１の板面内において、穴４２の円形部分の内周面に密着していると同時に、切り欠き４３ａ〜４３ｄ内に張り出している（張出部分４９）。
なお、フランジ部材４１に形成された切り欠き４３ａ〜４３ｄは、特に図８において明らかなとおり、フランジ部材２１の切り欠き２３ａ〜２３ｄと同様に、軸フランジ４６の外周を越えて放射方向に広がり、フランジ５には該切り欠き４３ａ〜４３ｄの直下の位置にボルト穴５１が形成されている。従って、切り欠き４３ａ〜４３ｄはフランジ５をサイドメンバに固定するための工具が入る作業用穴として利用することができる。いいかえれば、切り欠き４３は作業用穴を兼ね、作業用穴として利用できる大きさに形成されている。

上記バンパーステイ４４によれば、ステイ本体４５の周囲に張出部分４９が形成されることにより、バンパーステイ２４と同様に、ステイ本体４５とフランジ部材４１の間に軸回りのゆるみが生じるのが防止される。
また、バンパーステイ４４は、切り欠き４３ａ〜４３ｄが前記の位置（フランジ部材２１の各コーナーに対向する位置）に配置されているため、フランジ部材４１に図５に示す曲げモーメントが掛かっても、フランジ部材４１の穴４２の周囲の曲げモーメントの影響を最も受けやすい箇所（フランジ２１の切り欠き２３ａ，２３ｃが形成された箇所）に切り欠き４３ａ〜４３ｄが形成されてなく、当該箇所においてフランジ部材４１とステイ本体４５が接合されているため、当該箇所の曲げに対する抗力が高められており、容易に曲げ変形するのが抑制される。

なお、フランジ部材４１の材質としては、強度が高く導電率が低いものが望ましく、アルミニウム合金であればＪＩＳ５０００系や、ＪＩＳ６０００，７０００系のＴ５調質材が好適である。また、ステイ本体４５の材質は、成形しやすく導電率が高いものが望ましく、例えば６０６３等のＪＩＳ６０００系が好適である。ステイ本体４５としては、アルミニウム合金押出材が好適であるが、例えばアルミニウム合金板を曲げ加工したものを用いることもできる。

本発明に係るバンパーステイの製造に用いられるフランジ部材の斜視図である。 そのバンパーステイの斜視図である。 図２のＩＩ−ＩＩ断面図である。 その平面図である。 そのバンパーステイの作用について説明する図である。 本発明に係る別のバンパーステイの製造に用いられるフランジ部材の斜視図である。 その別のバンパーステイの斜視図である。 その平面図である。 比較例のバンパーステイの製造に用いられるフランジ部材の斜視図である。 該比較例のバンパーステイの製造に用いられる管状部材について説明する断面図である。 該比較例のバンパーステイの製造方法を説明する断面図である。 該比較例のバンパーステイの断面図（図１３のＩ−Ｉ断面）である。 該比較例のバンパーステイの斜視図である。

符号の説明

５ フランジ
４１ フランジ部材
４２ 穴
４３ａ〜４３ｄ 切り欠き
４４ バンパーステイ
４５ ステイ本体
４６ 軸フランジ
４８ 軸部
４９ 張出部分
５１ ボルト穴

Claims (4)

1. 前面にバンパーリインフォースの被取付面に当接する取付面を有し、中央部に穴が形成された矩形板状のフランジ部材と、前端が前記穴に嵌挿され、かつ拡径されて前記穴の内周面に密着し、前記フランジ部材に接合された管状のステイ本体からなり、前記フランジ部材の穴は円形の周の一部に互いに対向する位置に切り欠きが形成された形状をなし、前記ステイ本体の前記フランジ部材の穴から前方側に突出した部分が放射方向に拡開して軸フランジが形成され、前記穴の後方側が放射方向に膨出して張出部が形成され、前記フランジ部材が前記軸フランジと張出部の間に挟まれ、前記切り欠きが前記軸フランジの外周を越えて形成されていることを特徴とする自動車用バンパーステイ。
2. 前記切り欠きが、周方向に沿って略等間隔に前記フランジ部材の矩形の各コーナーに対向する位置に４カ所配置されていることを特徴とする請求項１に記載された自動車用バンパーステイ。
3. 前記ステイ本体がアルミニウム合金材からな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用バンパーステイ。
4. 前記ステイ本体の後端に、サイドメンバの先端に固定されるフランジが一体的に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載された自動車用バンパーステイ。

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