JP5049210B2 - バンパーステイ - Google Patents

Description

本発明は、自動車のバンパーリインフォースとサイドメンバの間に配置されるバンパーステイに関する。

乗用車やトラック等の自動車車体の前端（フロント）及び後端（リア）に設置されるバンパー内部には、補強部材としてバンパーリインフォースが設けられている。バンパーリインフォースは一般に荷重方向に略垂直に向く前壁と後壁、及びそれらを連結する複数の横壁を有する断面中空の部材であり、両端部を一対のバンパーステイにより支持されている。各バンパーステイは前端及び後端に取付用のフランジを有し、前端のフランジがバンパーリインフォースの後壁に、後端のフランジがサイドメンバ（フロント又はリア）の前端に固定されている。なお、ここでは車両のフロント側、リア側に関わらず、衝突面側を前とし、車体側を後と称している。

このようなバンパーステイにおいて、取付用のフランジとなる板状のフランジ部材に穴を形成し、この穴に筒状のアルミニウム又はアルミニウム合金製の軸部材を嵌入し、電磁成形により前記軸部材を拡管させて前記穴の内周面に密着させ、かつフランジ部材の前後において軸部材を外径方向に拡開又は張り出させ、これにより軸部材の一方の端部又は両方の端部にフランジ部材を固定したバンパーステイが、例えば特許文献１，２により公知である。その応用例として、特許文献３のように、横圧壊型のバンパーステイのフランジ部に軸部材を固定することも知られている。

特開２００５−１５２９２０号公報 特開２００６−８８９４１公報 特開２００６−９６１５４号公報

このように電磁成形により軸部材を拡管して、軸部材の端部にフランジ部材を固定するためには、軸部材は電磁成形による成形性に優れることが望ましい。具体的には、導電性が高く、余り強度の高くない軸部材（材料強度が低い、あるいは肉厚が小さい）が望ましいが、それでは強度が不足して強い衝突荷重に対応できず、エネルギー吸収性も小さい場合がある。例えば幅方向に長いバンパーの中央に打撃が加わるようなバリヤの場合、バンパーステイには車幅方向内側部位により大きい荷重が掛かるが、このような偏心荷重に対して必要強度を満たすのが困難である。逆に必要強度を満たすため強度の高い軸部材を用いると、電磁成形による拡管が不十分となり、フランジ部材との接合に問題が生じる可能性がある。

本発明は、フランジ部材に形成した穴に軸部材を嵌入して、電磁成形により前記軸部材を拡管させて前記穴の内周面に密着させ、これにより軸部材の一方の端部又は両方の端部にフランジ部材を固定する場合に、両者を固定する上で電磁成形上の問題がなく、同時に強い衝突荷重に対応する強度を持ち必要なエネルギー吸収量も確保できるバンパーステイを得ることを目的とする。

本発明に係るバンパーステイは、管状のアルミニウム又はアルミニウム合金からなる軸部材と、前記軸部材の両端部に固定された板状のフランジ部材と、両フランジ部材の間に配置されて前記軸部材の外周に嵌った筒状の補強部材からなり、各フランジ部材には穴が形成されて前記軸部材の両端部が嵌入し、前記軸部材が電磁成形により拡管して各フランジ部材の穴の内周面に密着固定され、かつ両フランジ部材の間で前記補強部材の内周面に密着固定されていることを特徴とする。

各フランジ部材に形成された穴は単なる打抜き穴でもよいが、バーリング穴であることが内周面の面積が大きく望ましい。
穴が単なる打抜き穴の場合、軸部材の端部がフランジ部材に形成された穴から外向きに突出して、外径方向に拡開していることが望ましく、かつ、前記軸部材が、両フランジ部材の間で各フランジ部材の穴の内周面より外径方向に張り出していること（補強部材の内径をフランジ部材の穴の内径より大きく形成しておけばよい）が望ましい。この場合、フランジ部材が軸部材の拡開部（フランジ部材の穴から突出した部分）と張出部（フランジ部材より内側の部分）により軸方向前後から挟まれた形になる。

穴がバーリング穴の場合、前記バーリング穴のフランジ（穴フランジ）は内向きに突出し、補強部材の端部が前記穴フランジの外周に嵌っている。バーリング穴の内周面に密着した軸部材の端部は、前記バーリング穴の内周面に沿って外径方向に拡開していることが望ましい。補強部材の内径はバーリング穴の内周面の径より大きいから、軸部材の穴フランジより内側の部分は外径方向に張り出す。この場合、穴フランジは補強部材と軸部材により内外から挟まれ、かつ軸部材の拡開部（バーリング穴に沿って拡開した部分）と張出し部（穴フランジより内側の部分）により軸方向前後から挟まれた形になる。

前記補強部材は例えばアルミニウム又はアルミニウム合金押出材からなり、前記軸部材の外周に嵌る筒状部と、必要に応じてその外周側に突出するリブを有する。このリブは主として偏心荷重が掛かって変形が進みやすい位置に形成される。例えばバンパー中央部に打撃が加わるバリアを想定した場合、補強部材の車幅方向中央寄りに偏心した位置に形成するのが望ましい。あるいは、衝突時にサイドメンバーの中空部にバンパーステイの軸部が潜り込むのを防止するため、正面視したときサイドメンバーの輪郭とリブが一部重なるように、リブを形成することもある。

なお、本発明に係るバンパーステイは、別体のフランジ部材を軸部材の両端部に固定する代わりに、軸部材の一方の端部に別体のフランジ部材を固定し、他方の端部では、軸部材自体の端部を電磁成形により拡開してフランジ部に成形することもできる。軸部材自体の端部を拡開する場合、軸部材自体の外径に比べて余り外径の大きいフランジ部は成形できないため、このバンパーステイは、例えばバンパーリインフォース側又はサイドメンバー側のいずれか一方の接合用として、小さいフランジ部が許容される場合などに適用できる。

本発明によれば、フランジ部材に形成した穴に軸部材を嵌入して、電磁成形により前記軸部材を拡管させて前記穴の内周面に密着させ、これにより軸部材の一方の端部又は両方の端部にフランジ部材を固定する場合に、両者を固定する上で電磁成形上の問題がなく、同時に強い衝突荷重に対応する強度を持ち必要なエネルギー吸収量も確保できるバンパーステイを得ることができる。

以下、図１〜図９を参照し、本発明に係るバンパーステイについてより詳細に説明する。
図１は、本発明に係るバンパーステイを用いたバンパー構造体１の全体を示す斜視図である。このバンパー構造体１は、中空断面を有するアルミニウム合金押出材を曲げ加工し、両端部を車体側に傾斜させたバンパーリインフォース２と、バンパーリインフォース２の両端部（傾斜した箇所）に軸方向を車体前後方向に向けて固定された筒状のバンパーステイ３により構成される。
バンパーリインフォース２は、車体前後方向に対し略垂直な前壁４と後壁５及びそれらを連結し車体前後方向を向く上下の横壁６，７を有し、前壁４、後壁５及び横壁６，７により中空の矩形断面が構成されている。前壁４は、前記矩形断面の部分が後退して段差を有し、前記段差の部分から上向き及び下向きに突出するフランジ４ａ，４ｂを有し、この前面が衝突面となっている。

バンパーステイ３は、図４に示すように、筒状の軸部材１１と、軸部材１１の先端に配置されてバンパーリインフォース２の後壁に接合されるフランジ部材１２と、軸部材１１の後端に配置されてサイドメンバー８（図５参照）の先端に接合されるフランジ部材１３と、軸部材１１の外周に嵌った筒状の補強部材１４からなり、これらは後述するように電磁成形による軸部材１１の拡管によって互いに固定されている。
補強部材１４は、図４及び図５に示すように、本体である円筒形の筒状部１５と、横方向（バンパーリインフォース２の中央部側）に突出する２本のリブ１６からなる。補強部材１４はアルミニウム合金押出材の一端を垂直に切断し、他端をバンパーリーンフォース２の両端部の傾斜に合わせて斜めに切断したものである。

フランジ部材１２は、均一な板厚のアルミニウム合金板にバーリング加工による筒状の穴フランジ１７を形成したもので、穴フランジ１７の周囲は段差のある板フランジ１８からなり、板フランジ１８が取り付け部１９においてバンパーリインフォース２の後壁５にボルト等により接合される。穴フランジ１７は板フランジ１８から内向きに突出している。なお、この例では、板フランジ１８の取付部１９はバンパーリインフォース２の後壁４と平行に、穴フランジ１７の軸心は軸部材１１や補強部材１４の軸心と一致するように設定されている。

フランジ部材１３も同じく、アルミニウム合金板にバーリング加工による筒状の穴フランジ２１を形成したもので、穴フランジ２１の周囲は段差のある板フランジ２２からなり、この板フランジ２２が取り付け部２３においてサイドメンバー８の前端のフランジ部２４〜２５にボルト等により固定される。穴フランジ２１も板フランジ２２から内向きに突出している。なお、板フランジ２２の取付部２３と穴フランジ２１の軸心は垂直に設定されている。
この例では、補強部材１４は、両端が穴フランジ１７，２１の外周に嵌って基部近く（板フランジ１８，２２近傍）まで嵌入している。
軸部材１１は、電磁成形前の素材（軸素材）の段階では、円筒形のアルミニウム合金押出材の一端を垂直に切断し、他端をバンパーリーンフォース２の両端部の傾斜に合わせて斜めに切断したものである。軸素材２４（図３参照）の外径は、フランジ部材１２，１３に形成した穴フランジ１７，２１の内径よりやや小さく設定されている。

電磁成形に際し、図２に示すように、補強部材１４の両端部をフランジ部材１２，１３に形成された穴フランジ１７，２１の外周に嵌め、穴フランジ１７，２１の若干径が大きくなった基部外周面に係止させる。このとき補強部材１４の軸回りの向きとフランジ部材１２，１３の穴フランジ１７，２１回りの向きを合わせ、所定位置にセットする。フランジ部材１２，１３と補強部材１４を溶接等により補助的に接合しておいてもよい。
次に、図３に示すように、軸素材２４をフランジ部材１２，１３に形成した穴フランジ１７，２１の内部（バーリング穴２５，２６）に嵌入して、両方の先端を該バーリング穴２５，２６から少し突出させ、軸回りの向きをフランジ部材１２，１３及び補強部材１４を合わせてセットする。電磁成形後の軸部材１１の端部が穴フランジ１７，２１の内周面に沿って拡開するように、軸素材２４の長さが設定される。

電磁成形により前記軸素材２４を拡管すると、図４に示すように、前記軸素材２４は軸部材１１となる。軸部材１１は拡管して、フランジ部材１２，１３に形成した穴フランジ１７，２１の内周面（バーリング穴２５，２６の内周面）に密着し、かつ端部がそれぞれバーリング穴２５，２６の内周面に沿って外径方向に拡開し、フランジ部材１２，１３の間でバーリング穴２５，２６の内周面より外径方向に張り出し、補強部材１４の内周面に密着している。なお、軸部材１１の先端はバーリング穴２５，２６より若干突出しているが、フランジ部材１２，１３の取付部１９，２３の取り付け面１９ａ，２３ａより内側にある。なお、電磁成形時、補強部材１４及びフランジ部材１２，１３にもある程度の成形力が付加されるが、これらの部材は実質的に変形していない。

このように電磁成形により拡管した軸部材１１が、フランジ部材１２，１３のバーリング穴２５，２６の内周面及び補強部材１４の内周面に密着することで、軸部材１１はフランジ部材１２，１３及び補強部材１４に接合される。また、フランジ部材１２，１３の穴フランジ１７，２１が、バーリング穴２５，２６の内周面に密着した軸部材１１と補強部材１４とにより内外から挟まれ、軸部材１４がバーリング穴２５，２６の内周面に沿って拡開し、かつフランジ部材１２，１３の間で外径方向に張り出していることから、拡開部２７，２８と張り出し部２９の間で軸方向前後から挟まれた形となり、軸部材１１とフランジ部材１２，１３は強固に接合される。

上記バンパーステイ３は、軸部材１１が補強部材１４により補強されているから、軸部材１１として電磁成形による拡管が容易な、余り強度の高くない管素材２４（材料強度が低い材料、薄肉材料）を用いても、バンパーステイとして必要な強度を得ることができる。補強部材１４は電磁成形上の問題がない（電磁成形する必要がない）ため、衝突時の必要強度及び吸収エネルギー量を満たす材料（材料強度が高い材料、厚肉材料）を適宜用いることができる。そして、軸部材１１として電磁成形性に優れた管素材２４を用いることにより、電磁成形による拡管が不足なく行われ、その結果、軸部材１１とフランジ部材１２，１３及び補強部材１４との接合が確実に行われ、また電磁成形用コイルに印加する電力を低減でき、電磁成形用コイルの長寿命化も可能となる。
これに対し、補強部材のない従来のバンパーステイでは、軸部材の強度がそのままバンパーステイの強度となっていたから、バンパーステイとしての必要強度を得ようとすれば、比較的強度の高い管素材を用いる必要があり、電磁成形性の低下に伴う接合の不確実性、あるいは電磁成形用コイルの短命化が生じる可能性があった。

なお、軸部材１１として、例えば６０００系（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系）アルミニウム合金押出材のＴ１処理材、フランジ部材１２，１３として、例えば５０００系（Ａｌ−Ｍｇ系）アルミニウム合金板や６０００系アルミニウム合金板のＴ５処理材、補強部材１４として、例えば６０００系アルミニウム合金押出材のＴ５処理材や７０００系（Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系）アルミニウム合金押出材を用いることができる。このような材料を用いることにより、電磁成形後のバンパーステイ（炉内でかさばるので１回の処理量を多くできない）に時効処理を行う必要がなくなる。

バンパーステイ３はいわゆる縦圧壊型ステイであり、バンパーリインフォース２の前壁４に大きい衝突荷重を受けると、軸部材１１と補強部材１４が縦圧壊し、衝突エネルギーを吸収する。そして、このバンパーステイ３は、補強部材１４にリブ１６を形成したことで、特に衝突時に加わる偏心荷重に対応させた（バンパーステイ１３の車幅方向内側部位により大きい荷重が掛かると想定した）ものである。
仮に補強部材にリブが形成されていなければ、前記偏心荷重によりバンパーステイの筒状部分の車幅方向内側部位が優先的に座屈変形しやすいが、バンパーステイ３では、リブ１６が偏心荷重を支え、筒状部分（軸部材１１及び補強部材１４の筒状部１５）の偏座屈が防止される。偏座屈が防止される結果、前記の偏心荷重が掛かったときでも、バンパーステイ３にねじれ変形が生じるのが防止され、縦圧壊が安定的に生じる。

図５にバンパーステイ３（補強部材１４のみ図示）とサイドメンバー８の接合位置を示す（正面視）。この例では、サイドメンバ８は本体部がチャンネル型断面を有し、該チャンネル型断面を構成する３つの壁部３１〜３３の前端に取付用のフランジ３４〜３６が形成され、各フランジ３４〜３６にはボルト穴３７が形成されている。バンパーステイ３のフランジ部材１３とサイドメンバー８のフランジ３４〜３６は、補強部材１４の筒状部１５とリブ１６の一部がサイドメンバー８の壁部３１〜３３上に位置（正面視で）する状態でボルト締結される。これにより、補強部材１４の後端がサイドメンバー８の壁部３１〜３３に支持されるので、衝突時にバンパーステイ３の軸部（軸部材１１と補強部材２４）がサイドメンバー８のチャンネル型断面の内部に押し込まれて、縦圧壊が生じなくなるということが防止される。仮に図５の状態で補強部材１４にリブ１６が形成されていなかった場合、衝突時に軸部がチャンネル型断面の内部に押し込まれる可能性がある。このバンパーステイ３において、補強部材１４に形成したリブ１６にはこのような機能もある。

図６は、リブの断面形状のみが異なる他の補強部材の例を示す。補強部材１４Ａに形成されたリブ３８は閉断面の中空リブである。このリブ３８も、補強部材１４のリブ１６と同様の機能を有する。
本発明のバンパーステイでは、必要に応じて、上記のようにリブが形成されていたり、筒状部の肉厚を周方向に変化させた（例えば大きい偏心荷重が掛かることが想定される部位を肉厚にした）異形断面の補強部材を用いることができる。これは、補強部材を用いない従来のバンパーステイにはない利点である。

続いて、図７〜図９を参照して、図４に示すバンパーステイ３の変形例を説明する（図４に示すバンパーステイ３と実質的に同じ部位には同じ番号を付与している）。
図７に示すバンパーステイ３Ａは、補強部材１４の両端がフランジ部材１２，１３に当接している点でのみ、図４に示すバンパーステイ３と異なる。例えば補強部材１４の両端の内周側コーナーを面取りする等により、補強部材１４の内径を大きくしなくても、このように穴フランジ１７，２１の全長を補強部材１４の端部に嵌め込むことができる。
バンパーステイ３Ａは、補強部材１４の両端がフランジ部材１２，１３に当接していることで、軸部材１１とフランジ部材１２，１３及び補強部材１４の接合がより安定する。

図８に示すバンパーステイ３Ｂは、フランジ部材１２，１３に形成された穴２５，２６がバーリング穴でなく、単なる打抜き穴である点で、図４に示すバンパーステイ３と異なる。補強部材１４の内径は前記穴２５，２６の内径より大きく、両端がフランジ部材１２，１３に当接している。軸部材１１は拡管して、フランジ部材１２，１３に形成した穴２５，２６の内周面に密着し、かつ両端部が穴２５，２６から外向きに突出して外径方向に拡開し、フランジ部材１２，１３の間で穴２５，２６の内周面より外径方向に張り出し、補強部材１４の内周面に密着している。なお、軸部材１１の先端はフランジ部材１２，１３の取付部１９，２３の取り付け面１９ａ，２３ａより内側にある。
このように電磁成形により拡管した軸部材１１が、フランジ部材１２，１３の穴２５，２６の内周面及び補強部材１４の内周面に密着することで、軸部材１１はフランジ部材１２，１３及び補強部材１４に接合される。また、軸部材１４が穴２５，２６の外側で拡開し、かつフランジ部材１２，１３の間で外径方向に張り出していることから、穴２５，２６の周縁部が拡開部２７，２８と張り出し部２９の間で軸方向前後から挟まれた形となり、軸部材１１とフランジ部材１２，１３は強固に接合される。

図９に示すバンパーステイ３Ｃは、バンパーリインフォース２に接合するフランジ部材が存在せず、軸部材１１の前端にフランジ部３９が形成されている点で、図４に示すバンパーステイ３と異なる。フランジ部３９は、筒状の軸素材のバンパーリインフォース側端部が電磁成形時に拡開して形成されたもので、軸部材１１とフランジ部材１３及び補強部材１４との接合と、前記フランジ部３９の成形が同時に行われる。
このバンパーステイ１Ｃでは、フランジ部３９を軸部材１１の前端に一体成形するため、一般に大きいフランジ面積を得るのが難しいが、部品点数が少ないという利点がある。 バンパーステイ３Ｃとは逆に、軸部材のバンパーリインフォース側端部にフランジ部材を接合し、サイドメンバー側端部に上記のようなフランジ部を一体成形してもよい。

なお、上記の例では、補強部材としてアルミニウム合金押出材を用いたが、補強部材として鋳・鍛造材を用いることができ、また鋼材等の他の金属材料や樹脂等を用いることもでき、材料は特に限定されない。補強部材がリブを有する場合、リブを押出成形でなく鋳・鍛造により形成することもできる。また、上記の例ではリブを補強（及びサイドメンバーの断面内部への押し込み防止）のために形成したが、リブの機能はこれに限定されず、例えば他部材を取り付けるブラケットとして利用したり、あるいは必要に応じて複数の用途に適用するなどの多機能性を持たせることができる。
さらに、押出材であれば押出方向（筒状部の軸方向）に平行なリブが形成されるが、例えば鋳・鍛造、樹脂成形等により筒状部の外周に他の形状、構造を有するリブ、あるいはより一般的にいえば筒状部の外周に他の形状、構造を有する突出構造部を一体的に形成することもできる。この突出構造部はリブと同様にブラケット等として利用したり、あるいはこの突出構造部に前記のような多機能性を持たせることができる。

本発明に係るバンパーステイを用いたバンパー構造体の全体斜視図である。 本発明に係るバンパーステイの電磁成形前（軸素材のセット前）の断面図である。 本発明に係るバンパーステイの電磁成形前（軸素材のセット後）の断面図である。 本発明に係るバンパーステイの断面図である。 本発明に係るバンパーステイの補強部材とサイドメンバーの接合位置を示す正面図である。 本発明に係る他の補強部材の正面図である。 本発明に係る他のバンパーステイの断面図である。 本発明に係る他のバンパーステイの断面図である。 本発明に係る他のバンパーステイの断面図である。

符号の説明

２ バンパーリインフォース
３ バンパーステイ
１１ 軸部材
１２，１３ フランジ部材
１４ 補強部材
１７，２１ 穴フランジ
１８，２２ 板フランジ
２４ 軸素材
２５，２６ バーリング穴
３９ フランジ部

Claims (14)

1. 管状のアルミニウム又はアルミニウム合金からなる軸部材と、前記軸部材の両端部に固定された板状のフランジ部材と、両フランジ部材の間に配置されて前記軸部材の外周に嵌った筒状の補強部材からなり、各フランジ部材には穴が形成されて前記軸部材の両端部が嵌入し、前記軸部材が電磁成形により拡管して各フランジ部材の穴の内周面に密着固定され、かつ両フランジ部材の間で前記補強部材の内周面に密着固定されていることを特徴とするバンパーステイ。
2. 前記軸部材が、両フランジ部材の間で各フランジ部材の穴の内周面より外径方向に張り出していることを特徴とする請求項１に記載されたバンパーステイ。
3. 前記軸部材の端部が、いずれか一方又は双方のフランジ部材に形成された穴から外向きに突出して、外径方向に拡開していることを特徴とする請求項１又は２に記載されたバンパーステイ。
4. いずれか一方又は双方のフランジ部材に形成された穴がバーリング穴であり、前記バーリング穴は内向きに突出する穴フランジを有し、前記補強部材の端部が前記穴フランジの外周に嵌っていることを特徴とする請求項１又は２に記載されたバンパーステイ。
5. 前記軸部材の端部が前記バーリング穴の内周面に沿って外径方向に拡開していることを特徴とする請求項４に記載されたバンパーステイ。
6. 前記補強部材の端部がいずれか一方又は双方のフランジ部材に当接していることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載されたバンパーステイ。
7. 管状のアルミニウム又はアルミニウム合金からなる軸部材と、前記軸部材の一方の端部に固定された板状のフランジ部材と、前記フランジ部材と後述するフランジ部の間に配置されて前記軸部材の外周に嵌った筒状の補強部材からなり、前記フランジ部材には穴が形成されて前記軸部材の前記一方の端部が嵌入し、前記軸部材が電磁成形により拡管して前記フランジ部材の穴の内周面に密着固定され、前記軸部材の他方の端部が外径方向に拡開してフランジ部が形成され、かつ前記フランジ部材とフランジ部の間で前記補強部材の内周面に密着固定されていることを特徴とするバンパーステイ。
8. 前記軸部材が、前記フランジ部材とフランジ部の間で前記フランジ部材の穴の内周面より外径方向に張り出していることを特徴とする請求項７に記載されたバンパーステイ。
9. 前記軸部材の端部が、前記フランジ部材に形成された穴から外向きに突出して、外径方向に拡開していることを特徴とする請求項７又は８に記載されたバンパーステイ。
10. 前記フランジ部材に形成された穴がバーリング穴であり、前記バーリング穴は内向きに突出する穴フランジを有し、前記補強部材の端部が前記穴フランジの外周に嵌っていることを特徴とする請求項７に記載されたバンパーステイ。
11. 前記軸部材の端部が前記バーリング穴の内周面に沿って外径方向に拡開していることを特徴とする請求項１０に記載されたバンパーステイ。
12. 前記補強部材の端部が前記フランジ部材に当接していることを特徴とする請求項７〜１１のいずれかに記載されたバンパーステイ。
13. 前記補強部材がアルミニウム又はアルミニウム合金押出材からなることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載されたバンパーステイ。
14. 前記補強部材が前記軸部材の外周に嵌る筒状部とその外周側に突出するリブを有することを特徴とする請求項１３に記載されたバンパーステイ。

Images