JP4645131B2 - 車両のバンパ構造およびその形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両のバンパ構造およびその形成方法に関するものである。

従来の車両のバンパ構造として、図１２および図１３に示すようなものが知られている（例えば、特許文献１等参照）。

まず、構成から説明すると、バンパレインフォース３とフレーム１との間にバンパスティ２が配置されている。

バンパスティ２は、略直方体を呈するアルミニウム合金押出形材からなっており、一対の水平壁２ａと一対の垂直壁２ｂとに囲まれた断面略正方形の中空部２ｃを有すると共に、中空部２ｃ内の４カ所の内隅部に、バンパレインフォース３側の端面からフレーム１側の端面まで連続する断面略Ｃ字形のビスホール４を有している。

また、フレーム１は、角形断面の中空部１ａを有し、且つその端部にフランジ１ｂを有する。

バンパスティ２は、バンパレインフォース３の側面とフレーム１のフランジ１ｂとの間に配置され、バンパレインフォース３の中空部３ａ側とフレーム１のフランジ１ｂ側から、セルフタッピングボルト５を各ビスホール４内にねじ込み、これによってバンパレインフォース３は、バンパスティ２を介してフレーム１に固定される。

次に、従来の前記バンパ構造の作用を説明する。

バンパスティ２は、その長さ方向（押出方向）に衝撃を受けると、各水平壁２ａおよび垂直壁２ｂが連続した凹・凸形の蛇腹状を呈して座屈変形すると共に、各ビスホール４による連続した凹・凸形の塑性変形も順次行われる。

従って、前記バンパ構造によれば、衝突エネルギーを十分に吸収することによって、車両の衝突時における乗員や車体に加わる衝撃力を小さくでき、乗員の安全を一層高めることが可能となる。
特開２００２−１２１０８号公報（図１、００１１段落乃至００１８段落）

しかしながら、従来のバンパ構造では、バンパスティ２をバンパレンフォース３とフレーム１との間に設けている。

このため、フレーム１の前方の車両前後方向の長さがバンパレインフォース３の断面の長さとバンパスティ２の長さの合計となるため、車両のフロントオーバーハングが長くなるという問題がある。
そこで、本発明は、バンパ構造の車両前後方向の長さを短くすることができ、しかも衝突エネルギーを十分に吸収することができる車両のバンパ構造を提供することを目的としている。

また、本発明は、部品点数および作業工程を増加することなく前記バンパ構造を実現できるバンパ構造の形成方法を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、請求項１の発明は、車両の幅方向に延在するバンパレインフォースと、該バンパーレインフォースを支持するバンパスティとを有し、
前記バンパレインフォースは、空間部を壁で囲った断面中空構造であり、
前記バンパスティを挿通する貫通穴が前記バンパレインフォースの内側の壁に設けられ、
前記バンパスティには、その先端部に前記バンパレインフォースの外側の壁に密着するフランジが形成されていると共に、前記バンパレインフォースの前記内外の壁で囲まれた前記空間部内に位置して内部拡径部が形成されていると共に、前記バンパレインフォースの内側の壁より車両中心側に位置して外部拡径部が形成され、該外部拡径部に連続して非拡径部が設けられることにより、前記内部拡径部と非拡径部との間に、板厚ｔ２を有する前記外部拡径部を形成して、前記内部拡径部の板厚をｔ１、前記非拡径部の板厚をｔ３としたとき、ｔ１＜ｔ２＜ｔ３とする車両のバンパ構造を特徴としている。

さらに、請求項２に記載されたものは、前記内部拡径部の拡径寸法をｈ１とし、前記外部拡径部の拡径寸法をｈ２として、該各拡径寸法ｈ１，ｈ２を、前記非拡径部の径よりも大きな径寸法として、しかも、ｈ１＞ｈ２であることを特徴とする請求項１記載の車両のバンパ構造。

さらに、請求項３に記載されたものは、車両の幅方向に延在するバンパレインフォースを、バンパスティで支持したバンパ構造の形成方法であって、
前記バンパスティおよび前記バンパレインフォースは、ともに空間部を壁で囲った断面中空の構造部材を用いて形成し、前記バンパスティを形成する断面中空の第１構造部材を、前記バンパレインフォースを形成する断面中空の第２構造部材に設けた貫通穴に挿通し、
前記第１構造部材の前記空間部に電磁成形用コイルを配置して当該コイルに通電することにより、前記第１構造部材に、その先端部に前記第２管状部材の外側の壁に密着するフランジを形成すると共に、前記第２構造部材の前記壁で囲まれた前記空間部内に位置して、拡径寸法ｈ１を有する内部拡径部を形成し、また、前記第２構造部材の内側の壁より車両中心側に位置して、拡径寸法ｈ２を有する外部拡径部を形成し、更に、該外部拡径部に連続して非拡径部が設けられる請求項１または請求項２に記載の車両のバンパ構造の形成方法を特徴としている。

このように構成された請求項１のものは、空間部を壁で囲った断面中空構造のバンパレインフォースに形成した貫通穴にバンパスティを挿通させ、バンパスティには、その先端部にバンパレインフォースの外側の壁に密着するフランジが形成されると共に、バンパレインフォースの壁で囲まれた空間部内に位置して内部拡径部が形成されている。

このため、バンパスティに前突または後突荷重が加わった際には、バンパレインフォースの空間部内に位置して形成された内部拡径部が軸圧縮し、衝撃エネルギーを吸収するので、バンパスティのバンパレインフォースよりも車両後方側に位置する部分において吸収するエネルギー量を減らすことができる。

これによって、バンパスティのバンパレインフォースよりも車両後方側に位置する部分の長さを短くすることにより、車両前後方向の長さを短くしたバンパ構造を実現でき、車両の設計の自由度が大きくなる。

また、バンパスティには、バンパレインフォースの内側の壁より車両中心側に位置して外部拡径部が形成され、この外部拡径部に連続して非拡径部が設けられている。

これによって、バンパスティに前突または後突荷重が加わったときは、内部拡径部、外部拡径部および非拡径部の順に軸圧縮され、十分に衝突エネルギーを吸収することができる。

また、内部拡径部と外部拡径部とでもってバンパレインフォースの壁を挟持するため、バンパスティの回転が一層抑止され、バンパレインフォースとバンパスティとの間の結合剛性を向上できる。

さらに、請求項２に記載されたものは、内部拡径部の拡径寸法をｈ１とし、外部拡径部の拡径寸法をｈ２とし、該各拡径寸法ｈ１，ｈ２を、前記非拡径部の径よりも大きな径寸法として、しかも、ｈ１＞ｈ２であるとしている。

これによって、バンパスティに前突または後突荷重が加わったときは、内部拡径部、外部拡径部および非拡径部の順に、より確実に軸圧縮させることができる。

さらに、請求項３に記載されたものは、バンパスティを形成する断面中空の第１構造部材をバンパレインフォースを形成する断面中空の第２構造部材に設けた貫通穴に挿通し、第１構造部材の中空部に電磁成形用コイルを配置してコイルに通電することにより、第１構造部材（バンパスティ）には、その先端部に第２構造部材（バンパレインフォース）の外側の壁に密着するフランジを形成すると共に、第２構造部材（バンパレインフォース）の壁で囲まれた空間部内に位置して内部拡径部を形成している。

これによって、バンパスティに対するフランジや内部拡径部の成形と、これら成形によるバンパレインフォースとバンパスティの嵌合を一度に行うことができ、ボルトや溶接が不要になるため、作業工程および部品点数を削減することができる。

さらに、バンパスティを形成する断面中空の第１構造部材をバンパレインフォースを形成する断面中空の第２構造部材に設けた貫通穴に挿通し、第１構造部材の中空部に電磁成形用コイルを配置してコイルに通電することにより、第１構造部材（バンパスティ）には、その先端部に第２構造部材（バンパレインフォース）の外側の壁に密着するフランジを形成すると共に、第２構造部材（バンパレインフォース）の壁で囲まれた空間部内に位置して内部拡径部を形成し、さらに第２構造部材（バンパレインフォース）の内側の壁より車両中心側に位置して外部拡径部を形成している。

これによって、フランジ、内部拡径部および外部拡径部の成形といった複雑な成形加工と、バンパレインフォースとバンパスティの嵌合を一度に行うことができる。

以下、本発明の最良の実施の形態について図面を参照して説明する。

なお、前記従来例と同一または均等な部分については、同一符号を付して説明する。

［実施の形態１］
まず、本実施の形態１によるバンパ構造（車両フロント側バンパ構造）の構成を図１乃至図３を参照して説明する。

本実施の形態１のバンパ構造では、車両の両サイドに位置する一対のサイドメンバ１，１の前端にバンパスティ２，２が固定され、このバンパスティ２，２に支持固定されてバンパレインフォース３が車幅方向に延在している。

バンパスティ２とバンパレインフォース３は、ともにアルミニウム合金を押出してなるもので、バンパスティ２は、空間部２ｂを壁２ａで囲った断面円形の中空構造をしており、バンパレインフォース３は、空間部３ｅを前壁３ａ、後壁３ｂおよび上，下壁３ｃ、３ｄで囲った断面矩形状の中空構造をしている。

前壁３ａはバンパレインフォース３の外側に位置する垂直壁で、後壁３ｂはバンパレインフォース３の内側に位置する垂直壁であり、上，下壁３ｃ、３ｄは前壁３ａと後壁３ｂを連結する水平壁である。

バンパレインフォース３の車幅方向の両サイドは車両後方側に曲げられて傾斜し、その傾斜した部分の前壁３ａおよび後壁３ｂに貫通穴３ｆが形成されている。

バンパスティ２は、バンパレインフォース３の貫通穴３ｆに挿通されており、先端部には、前壁２ａの傾斜に沿ってフランジ２ｃが形成され、フランジ２ｃは、前壁３ａの外壁面に密着接合している。

このフランジ２ａは、中空部２ｂ（貫通穴）３ｆ）の全周に亘って形成され、図３に示すように、前面視でドーナツ形状を呈している。

また、バンパスティ２には、バンパレインフォース３の空間部３ｅ内に位置して内部拡径部２ｄが形成されている。

この内部拡径部２ｄは、車両前後方向の中間部２ｄ１で大きく膨らみ、両端部２ｄ２，２ｄ３で貫通穴３ｆの周辺部に密着している。

さらに、バンパスティ２には、バンパレインフォース３の後壁３ｂよりも車両後方側に位置して、非拡径部２ｅが設けられており、この非拡径部２ｅの車両後方側の先端部にはフランジ２ｆが形成されている。

このフランジ２ｆは、車両の両サイドにおいて長さ方向に延在するサイドメンバ１の前端部のフランジ１ａとネジ止めまたは溶接等により連結固定されている。

次に、本実施の形態１のバンパ構造の形成方法を図４乃至図６を参照して説明する。

本実施の形態１のバンパ構造は、電磁成形法により形成することができる。

電磁成形法とは、電気エネルギーの投入により、電磁成形用コイルが強力な磁場を形成し、この磁場内に置かれたワーク（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）によって強い抗張力や収縮力を受けて、きわめて短時間のうちに塑性変形することを利用したワーク成形技術であり、例えば、特開２００４−４２０６６号公報や特開２００２−８６２２８号公報にも記載されているように、それ自体公知技術である。

バンパスティの形成には、図４に示すように、第１構造部材４が用いられ、また、バンパレインフォースの形成には第２構造部材５が用いられ、第１構造部材４は、空間部４ｂを壁４ａで囲った断面円形構造をしており、第２構造部材５は、空間部５ｃを前壁５ａ、後壁５ｂ及び上壁（図示せず），下壁５ｅで囲った断面矩形状の構造をしており、第２構造部材５の前壁５ａおよび後壁５ｂに設けられた貫通穴５ｆに、第１構造部材４が挿通されている。

なお、これらの第１および第２構造部材４，５は、前述したとおり、ともにアルミニウム合金を押出してなるものである。

次いで、図５に示すように、第１構造部材４の周囲に、第２構造部材５の車両後方側に位置して分割金型６を設置し、第１構造部材４の空間部４ｂ内に電磁成形用コイル７を挿入する。

分割金型６は、例えば縦に４個に分割可能とされ、組み合わせたとき第１構造部材４の外径とほぼ等しい内径の内筒が形成されるようになっている。

電磁成形用コイル７は、その先端部７ａが第１構造部材４の車両前方側に位置する先端部４ｃから突出し、また、基端部７ｂが第１構造部材４の車両後方側に位置する後端部４ｆから突出するように挿入する。

電磁成形用コイル７に通電すると、第１構造部材４に磁気的反発力が生じ、図６に示すように、先端部４ｃは放射状に拡径して第２構造部材５の前壁５ａの外壁面に押し付けられて密着し、空間部５ｃの内部に位置する部分４ｄは拡径して膨出し、分割金型６の内部に位置する部分４ｅは、拡径が抑止され、後端部４ｆは放射状に拡径して分割金型６の端面に押し付けられて密着する。

なお、第１構造部材４の前壁５ａおよび後壁５ｂの貫通穴５ｆに位置する部分は、貫通穴５ｆの周縁により拡径が抑止されるが、この反作用によって、第１構造部材４の外壁は貫通穴５ｆの周縁により押し付けられて強く密着し、第１構造部材４と第２構造部材５との結合がより大きなものとなる。

電磁成形用コイル７への通電を停止して冷却後、分割金型６および電磁成形用コイル７を取り去ると、図１に示すようなバンパ構造が得られる。

次に、本実施の形態１の作用を説明する。

本実施の形態１のバンパ構造においては、バンパスティ２は、車両の幅方向に延在するバンパレインフォース３の空間部内に位置して内部拡径部２ｄを有し、また、この内部拡径部２ｄに連続して非拡径部２ｅを有し、さらに、バンパレインフォース３の車両とは反対側にフランジ２ｃを有している。

このため、バンパスティ２に前突荷重が加わった際に、バンパレインフォース３の空間部内に位置する内部拡径部２ｄが軸圧縮して衝撃エネルギーを吸収する。

これによって、バンパスティ２の車両後方に位置する非拡径部２ｅにおいて吸収するエネルギー量を減らすことができ、バンパスティ２の非拡径部２ｅの長さＬを短くすることができる。

したがって、車両のフロントオーバーハングを短縮することが可能になり、車両設計の自由度が増加する。

また、バンパレンフォース３の車幅方向の両サイドの傾斜した部分にバンパスティ２の内部拡径部２ｄを形成しているため、この内部拡径部２ｄによってバンパスティ２の回転が抑止され、回転止めのための部品を設ける必要がなくなる。

なお、本実施の形態１においては、内部拡径部２ｄに連続して非拡径部２ｅを形成した例を説明したが、非拡径部２ｅに限定されるものではなく、車両の安全性に影響しない範囲で、ある程度の拡径あるいは縮径等の加工を施したものであってもよい。

本実施の形態１のバンパ構造の形成方法においては、電磁成形法を用いているため、バンパスティ２に対するフランジ２ｃや内部拡径部２ｄの成形と、バンパレインフォース３とバンパスティ２の嵌合を一度に行うことができる。

これによって、ボルトや溶接が不要になるため、作業工程および部品点数を削減することができ、また、構造部品同士が結合するため、結合部の結合剛性が向上する。

［実施の形態２］
本実施の形態２によるバンパ構造の構成および形成方法を図７乃至図９を参照して説明する。

なお、前記実施の形態１と同一乃至均等な部分については、同一符号を付して説明する。

本実施の形態２のバンパ構造は、図７に示すように、バンパスティ２の内部拡径部２ｄと非拡径部２ｅの間に、バンパレインフォース３の後壁３ｂより車両後方側に位置して外部拡径部２ｇを形成し、内部拡径部２ｄの板厚をｔ１、拡径寸法をｈ１とし、外部拡径部２ｇの板厚をｔ２、拡径寸法をｈ２とし、非拡径部２ｅの板厚をｔ３としたとき、ｔ１＜ｔ２＜ｔ３かつｈ１＞ｈ２としたものである。

また、本実施の形態２のバンパ構造の形成方法は、図８に示すように、分割金型６を第２構造部材５の後壁５ｂよりも車両後方に所定長さ離して配置し、後壁５ｂと分割金型６との間に拡径する部分４ｇに設け、電磁成形用コイル７に通電することにより、図９に示すように、部分４ｄおよび部分４ｇを拡径して膨出させたものである。

次に、本実施の形態２の作用を説明する。

本実施の形態２のバンパ構造は、バンパスティ２の内部拡径部２ｄと非拡径部２ｅの間に、バンパレインフォース３の後壁３ｂの外側に位置して外部拡径部２ｇを形成し、内部拡径部２ｄの板厚をｔ１、拡径寸法をｈ１とし、外部拡径部２ｇの板厚をｔ２、拡径寸法をｈ２とし、非拡径部２ｅの板厚をｔ３としたとき、ｔ１＜ｔ２＜ｔ３かつｈ１＞ｈ２としている。

これによって、バンパスティに前突荷重が加わったときは、内部拡径部２ｄ、外部拡径部２ｇおよび非拡径部２ｅの順に確実に軸圧縮され、十分に衝突エネルギーを吸収することができる。

また、内部拡径部２ｄと外部拡径部２ｇとでもってバンパレインフォース３の後壁３ｂを挟持するため、バンパスティ２の回転が一層抑止され、バンパレインフォース３とバンパスティ２との間の結合剛性を向上できる。

さらに、本実施の形態２の電磁成形法を用いたバンパ構造の形成方法においては、拡径寸法が大きい部分は、板厚が薄くなり、このため、バンパスティ２の内部拡径部２ｄおよび外部拡径部２ｇの拡径寸法をｈ１＞ｈ２とすると、板厚が自ずとｔ１＜ｔ２（＜ｔ３）となり、長さ方向において異なった板厚部分を有するバンパスティを容易に形成することができる。

他の構成および作用については、前記実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。

［実施の形態３］
本実施の形態３によるバンパ構造を図１０および図１１を参照して説明する。

なお、前記実施の形態１と同一乃至均等な部分については、同一符号を付して説明する。

本実施の形態３のバンパ構造においては、バンパレインフォース３の前壁３ａおよび後壁３ｂに形成する貫通穴３ｆは、その一方または双方が図１０に示すように、円形の周の一部に切り欠き８を形成したものである。

このような貫通穴３ｆであると、電磁成形後には、図１１に示すように、バンパスティ２の壁２ａが切り欠き８に食い込んだ構造となる。

これによって、バンパスティ２の回転が一層抑止され、バンパレインフォース３とバンパスティ２との間の結合剛性をさらに向上できる。

他の構成および作用については、前記実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。

以上、図面を参照して、本発明の最良の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、前記実施の形態では、車両フロント側のバンパ構造について説明したが、本発明は車両リア側のバンパ構造にも適用できるものである。

また、前記実施の形態では、バンパスティ２は断面中空構造のものについて説明したが、中空部のない構造（中実構造）であってもよい。

本発明の実施の形態１のバンパ構造の構成を説明する平面視断面図である。 図１のＸ−Ｘ線断面図である。 本発明の実施の形態１のバンパ構造のバンパスティのフランジを説明する正面図である。 本発明の実施の形態１のバンパ構造の形成方法における第２構造部材の貫通穴に第１構造部材を挿通した状態を説明する断面図である。 本発明の実施の形態１のバンパ構造の形成方法における電磁成形用コイルおよび分割金型を設置した状態を説明する断面図である。 本発明の実施の形態１のバンパ構造の形成方法における電磁成形後の状態を説明する断面図である。 本発明の実施の形態２のバンパ構造の構成を説明する平面視断面図である。 本発明の実施の形態２のバンパ構造の形成方法における電磁成形用コイルおよび分割金型を設置した状態を説明する断面図である。 本発明の実施の形態２のバンパ構造の形成方法における電磁成形後の状態を説明する断面図である。 本発明の実施の形態３のバンパ構造の貫通穴を説明する正面図である。 本発明の実施の形態３のバンパ構造の貫通穴にバンパスティを挿通し、電磁成形した後の状態を説明する正面図（バンパスティは断面図）である。 従来例のバンパ構造の全体の構成を説明する斜視図である。 図１２のＹ−Ｙ線断面図である。

符号の説明

２ バンパスティ
２ａ 壁
２ｂ 空間部
２ｃ フランジ
２ｄ 内部拡径部
２ｅ 非拡径部
２ｇ 外部拡径部
３ バンパレインフォース
３ａ 前壁
３ｂ 後壁
３ｃ，３ｄ 上，下壁
３ｅ 空間部
３ｆ 貫通穴
４ 第１構造部材
４ａ 壁
４ｂ 空間部
４ｃ フランジ
４ｄ 内部拡径部
４ｅ 非拡径部
５ 第２構造部材
５ａ 前壁
５ｂ 後壁
５ｃ 空間部
５ｆ 貫通穴
６ 分割金型
７ 電磁成形用コイル

Claims (3)

1. 車両の幅方向に延在するバンパレインフォースと、該バンパーレインフォースを支持するバンパスティとを有し、
   前記バンパレインフォースは、空間部を壁で囲った断面中空構造であり、前記バンパスティを挿通する貫通穴が前記バンパレインフォースの内側の壁に設けられ、
   前記バンパスティには、その先端部に前記バンパレインフォースの外側の壁に密着するフランジが形成されていると共に、前記バンパレインフォースの前記内外の壁で囲まれた前記空間部内に位置して内部拡径部が形成されていると共に、前記バンパレインフォースの内側の壁より車両中心側に位置して外部拡径部が形成され、該外部拡径部に連続して非拡径部が設けられることにより、前記内部拡径部と非拡径部との間に、板厚ｔ２を有する前記外部拡径部を形成して、前記内部拡径部の板厚をｔ１、前記非拡径部の板厚をｔ３としたとき、ｔ１＜ｔ２＜ｔ３とすることを特徴とする車両のバンパ構造。
2. 前記内部拡径部の拡径寸法をｈ１とし、前記外部拡径部の拡径寸法をｈ２として、該各拡径寸法ｈ１，ｈ２を、前記非拡径部の径よりも大きな径寸法として、しかも、ｈ１＞ｈ２であることを特徴とする請求項１記載の車両のバンパ構造。
3. 車両の幅方向に延在するバンパレインフォースを、バンパスティで支持したバンパ構造の形成方法であって、
   前記バンパスティおよび前記バンパレインフォースは、ともに空間部を壁で囲った断面中空の構造部材を用いて形成し、前記バンパスティを形成する断面中空の第１構造部材を、前記バンパレインフォースを形成する断面中空の第２構造部材に設けた貫通穴に挿通し、
   前記第１構造部材の前記空間部に電磁成形用コイルを配置して当該コイルに通電することにより、前記第１構造部材に、その先端部に前記第２管状部材の外側の壁に密着するフランジを形成すると共に、前記第２構造部材の前記壁で囲まれた前記空間部内に位置して、拡径寸法ｈ１を有する内部拡径部を形成し、また、前記第２構造部材の内側の壁より車両中心側に位置して、拡径寸法ｈ２を有する外部拡径部を形成し、更に、該外部拡径部に連続して非拡径部が設けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両のバンパ構造の形成方法。

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