JP5052109B2 - 自動車用バンパー、バンパー組立体及び、バンパー・ビームを含む自動車用フレーム - Google Patents

Description

本発明は、自動車用のバンパーに関連し、より具体的には、ロアフレームの中間レールに対して取り付けられる、単一のハイドロ・フォーム成形された部品から形成される、バンパー及びロアフレーム・中間レールに関連する。

バンパーは、車両のシャーシを軽衝突から保護すべく、車両の前方先端部及び後方先端部において取り付けられる。バンパーは、車両シャーシのロアフレーム・中間レールに対し、その支持のため、そして、衝撃によって生じるエネルギーを吸収するよう崩壊（collapse）することにより、小さな衝撃に耐える機能のため、取り付けられる。

バンパーの構造が、前側表面フランジと上側隔室及び下側隔室を備えた”Ｂ字形状”構成に形成される場合がある。このＢ字形状構造体の構成は、特許文献１に開示されている。特許文献１は、上側管状部、下側管状部及び、両管状部の間の中間部を持つバンパーを備えた状態で”Ｂ”字構成に形作られた横方向延設部材を開示する。バンパーは、バンパー支持部材と前側レール部とが中央部管状部材及び側部管状部材によって形成される特許文献２に開示されているような、ロール・フォーミング（roll-forming）や、プレス成形、そして、バンパーが、二つの縦方向に間隔を空けて配設された壁部によって形成され、或いは、バンパーが、縦方向及び鉛直方向に間隔を空けて配設された支柱を一体形成して形成される特許文献３に開示されているような押し出し加工を含む、多くの工程によって形成され得る。

特許文献４に開示されているフレーム装置が、ハイドロ・フォーミング（hydroforming）によって形成され、そして、エンジンの受け台（cradle）を形成するためのＵ字形状のフレームを横切って延設するクロスメンバーを組み込んでいる。特許文献５は、縦方向に間隔をおいて配設された管状部材を、一方の部材の曲面部の一つを他の管状部材の溝部や分割された曲面部の中に挿入することによって、連結することを開示する。特許文献６は、フレーム・レールとバンパーとの間に、鉛直方向に間隔を空けて配設される管材を開示する。

特許文献７及び特許文献８が、ゴーカートのフレームを、バンパー及び、ゴーカートのフレーム構造体の主要部を形成する複数の管材によって、形成することを教示する。そのようなバンパー及びフレーム構造体は、現代の自動車製造には、余り上手く適合できない。
米国特許６,５１０,７７１号明細書 米国特許６,１９３,２７４号明細書 米国特許５,７２７,８２６号明細書 米国特許５,８８２,０３９号明細書 米国特許６,０１０,１５５号明細書 米国特許５,８３９,７７６号明細書 米国特許３,５５７,８９４号明細書 米国特許３,７７９,２８３号明細書

より優れた衝突性能特性を提供しながら、自動車製造に利用可能なハイドロ・フォーミング処理による製造に特に適したバンパー及びロアフレーム・中間レール構造体を提供することが望まれている。

ロアフレーム・中間レールに対して取り付けられ且つ支持される、単一構成部品として形成されたバンパー及びロアフレーム・中間レール構造体を提供することによって、上述の課題が克服される。

本発明の特徴の一つは、バンパー構造体が、生産効率を高めるためにハイドロ・フォーミング処理によって形成され得ることである。

本発明の有利点の一つは、バンパー・ビームの断面構成が、バンパー・ビームの全長に亘って一様に製造され、そして、ロアフレーム・中間レールを通って延設し得る点である。

本発明の別の有利点は、バンパーとロアフレーム・中間レールとが、全長に亘って概して一様な断面構成を持つ単一の構成部品に形成される点である。

本発明の更に別の有利点は、バンパー・ビームが、衝突性能を改善するように、バンパー及びロアフレーム・中間レールの変形を誘導するための崩壊開始部を備えて形成され得る点である。

本発明の更に別の有利点は、衝突性能特性を犠牲にすることなく、バンパー及びロアフレーム・中間レールの製造コストが低減され得る点である。

本発明の別の目的が、耐久性が高く、製造コストが安価で、組立てが容易であり、そして単純で且つ効果的に使用される、単一構成されたバンパー及びロアフレーム・中間レール構造体を提供することである。

これら及び他の目的、特徴及び有利点は、衝突性能を向上するための内部崩壊開始部を備える一様な”Ｂ字形状”断面構成を生成するためのハイドロ・フォーミング処理によって形成され得る、単一構成のバンパー・ビーム及びロアフレーム・中間レール構造体を供給する、本発明によって達成される。一体化されたバンパー構造体の取付脚部が、水平に配置された一組の管材から形成されるロアフレーム・中間レール内への挿入を促進するために、その終端部において縮小された断面積を備えて形成される。取付脚部の終端部は、ロアフレーム・中間レール内の鉛直方向に向いた二つの管状部材の溶接によって形成される中央が相互に結合された壁部材を受けるための、長手方向に延びる溝を備えて形成される。バンパーと、長手方向に延設される取付脚部構造体とを単一に構成した部品が、鉛直方向に向けられた二つの管材を溶接することによって、形成され得る。

図１及び図２を参照すると、自動車フレームの後端部を形成し且つ、本発明の本質を組み込んだ、バンパー及び中間レールを含むロアフレーム・中間レールが最も判りやすく開示される。なお、図に示される通り、中間レールは、その上に取り付けられるショック・タワー支持部を備える。自動車のフレーム１０が、ハイドロ・フォーム成形された管状部材から形成されるのが好ましい。そのような管状部材は、車両の後端部用の一体化されたフレーム組立体を形成すべく、スポット溶接及びミグ溶接の少なくとも一方により溶接され得る。

ハイドロ・フォーミングは、形成されるべき特定の部材に対応し且つ、フレーム設計に必要とされる特定の断面に対応する型の中に、標準管状ストック部材を置くことによる処理である。その後、液体が管状ストック材の内部に導入され、管状ストックが拡張して型により規定される形状になるまで、加圧される。拡張して新形状を持った管状ストック材は、その時点で、かなり異なる形状を持つ。新形状を持った管状ストック部材内に切り欠き或いはアクセス開口を形成することにより、スポット溶接電極が、隣接部材間の溶接接合を生成するように、対向して隣り合う面へのアクセスを得ることが可能となる。このようにして、かなりの部分にハイドロ・フォーム管状部材を用いて、例えば自動車用であるフレームを、製作することができる。本技術の当業者が、そこにおいてアクセス孔がフレーム構造体の品質に対して不利になる領域に、幾つかのミグ溶接が必要とされるであろうことを容易に認識するであろう。そのようなミグ溶接工程は、予備的組立体において若しくは、サプライヤーにおける製造段階で実施されるのが好ましい。

図示される自動車のリアエンド・フレーム（フレーム１０）において、バンパー１５が溶接されたハイドロ・フォーム成形部材から形成される。同様に、バンパー１５に結合し、そこから前方に突出するロアフレーム・中間レール２０もまた、管状のハイドロ・フォーム部材から形成される。後に詳述するように、ショック・タワー支持部材２５が、特定の形に形成された後、ロアフレーム・中間レール２０の上に取り付けられるプレス品であることが好ましい。

ロアフレーム・中間レール２０は、二つのハイドロ・フォーム管状部材２１，２２から形成され、それらの管状部材は、それらの後端部において、好ましくはミグ溶接によって部材２１，２２間の概して水平方向の継ぎ目に沿って互いに溶接される、対応する第一の長手方向延設部２３を持つ。図１及び図５に最も判りやすく示されるように、そのとき、ロアフレーム・中間レール２０は、外側管状部材２１及び内側管状部材２２として配設された二つの管状部材２１，２２の隣接する側壁部から形成される、内部縦ウェブ（web）（縦方向内部ウェブ２４）を持つ。縦方向内部ウェブ２４は、ロアフレーム・中間レール２０の強度及び剛性を、従来の管状部材に比べて大幅に増加させる。

長手方向延設部２３は、後に詳述するように、バンパー１５に対する結合のために位置付けられる。長手方向延設部２３の前方では、二つの管状部材２１，２２が、両部材２１，２２間に横方向の空間を提供するための分岐部２８を規定するために、分岐する。この分岐点に、ショック・タワー支持部材２５が、好ましくは溶接によって、二つの管状部材２１，２２の上端部に取り付けられる。管状部材２１，２２は、上記の分岐部２８の前方で、第二長手方向延設部２９に収束する。

従来のショック・タワー支持部材と違って、このショック・タワー支持部材２５は、ショック・タワー（不図示）に安定した基礎を提供すべく、分岐領域（分岐部２８内）で、横方向に間隔を空けて置かれた部材２１，２２上に、内側及び外側の両方で支持される。ショック・タワー支持プレス品（ショック・タワー支持部材２５）は、路面からの負荷をフレーム１０に直接伝え、そして、遭遇し得る後方からの如何なる衝撃負荷に関して断面安定性を提供する。この設計が、既知の先行技術よりも、剛性が高く、強度が高く、そして軽量の結合をもたらす。

スポット溶接技術の利用を容易にするため、管状部材２１，２２は、溶接電極の通路用に、側壁内に適切なアクセス開口（不図示）を備えて形成され得る。同様に、クロスフレーム部材３０が、車両フレーム（フレーム１０）を横切る横方向の距離を跨るように、ロアフレーム・中間レール２０の対向する側面の間に溶接され得る。クロスフレーム部材３０が内側管状部材２２に直接溶接されることが可能となるように、クロスフレーム部材３０の内側管状部材２２の内部への通過を許容するため、クロスフレーム部材３０は、管状部材２１，２２の側壁内の適切な開口２７の中に挿入され得る。

好ましくは、図６に最も判りやすく示すように、ショック・タワー支持部材２５に隣接したクロスフレーム部材３０の少なくとも一つが、両部材２１，２２とクロスフレーム部材３０との間の溶接を許容するため、外側管状部材２１と係合するように内側管状部材２２内の適切な開口２７を通過するのが好ましい。
そのような設計は、ショック・タワー支持部材２５において剛健な結合部を提供するだけでなく、フレーム１０に対して車両を横断する方向の剛性を追加するであろう。ロアフレーム・中間レール２０が、後方長手方向延設部２３に関して示されるように、縦方向内部ウェブ２４を備えて前方に延びるように、内側管状部材２２及び外側管状部材２１が収束するのが好ましい。

バンパー１５はまた、下側管状部材１７の上端部に上側管状部材１６が配設された二つのハイドロ・フォーム成形部材（管状部材１６，１７）から造られ得る。両方の管状バンパー部材（管状部材１６，１７）が、後方に配設された湾曲部１８と、対向する二つの取付脚部１９とを備えて、実質的に同一の形状を持つのが好ましく、それは、従来のロアフレーム・中間レールとバンパーとの間に跨る、別個のロアフレーム・中間レールの必要性を除去する。二つの管状部材１６，１７は、二つの隔室を持つバンパー１５を形成すべく、概して水平方向に延びる継ぎ目に沿ってミグ溶接され得る。ハイドロ・フォーム成形工程による管状部材の形成が、変形開始部３９、即ち、衝撃負荷が加えられたときに所定の方法によってバンパーの変形を誘導するための折り畳み部の採用を可能とする。

バンパー１５は、横方向に延びるリアバンパー・ビーム１２を形成する、横方向に指向した湾曲部１８を持つだけでなく、バンパー・ビーム１２をロアフレーム・中間レール２０に取り付ける機能を提供する、一体的に形成された縦方向に延設する取付脚部１９をも持つ。湾曲移行部１３が、横方向湾曲部１８を縦方向の取付脚部１９から分離する。従来にバンパー設計においては、バンパー・ビーム、ロアフレーム・中間レール及び、取付ブラケットが、バンパー構造体を形成するために組み立てられる、個別の部品であった。本発明の本質に従ったバンパー１５の形成は、必要な部品数を実質的に低減する。縦方向に互いに溶接される二つの管状部材１６，１７を備えることにより得られる構造は、バンパー構造体（バンパー１５）の強度及び剛性を高める、水平方向に指向した内部ウェブ１４を持つ。

本技術分野の当業者は、バンパー１５がまた、その中においてバンパー・ビーム１２の上側隔室と下側隔室とが、水平方向に指向した内部ウェブ１４によって分離される、ロール・フォーミング処理によって形成され得ることも容易に認識できるであろう。ハイドロ・フォーミング処理による管状部材１６，１７の形成が、管状部材１６，１７が、成形処理の間にその中に形成される変形開始部３９を持つことを可能とする一方で、もしバンパー１５がロール・フォーミング処理によって製造されるならば、変形開始部３９は、別個の処理工程によってバンパー内に形成されなくてはならないだろう。

図３乃至図５を具体的に参照すると、取付脚部１９の前端部が、二重管状のロアフレーム・中間レール２０に結合すべく形成される。管状部材１６，１７のそれぞれは、ロアフレーム・中間レール２０の内側側壁と外側側壁との間にはめ込み可能な、大きさが縮小された終端部３５を備えて形成される一方で、取付脚部１９の残りの部分が、ロアフレーム・中間レール２０の長手方向延設部２３と幾何学的に一致すべく形成される。結果として、縮小された終端部３５の、ロアフレーム・中間レール２０内への挿入が、バンパー構造体（バンパー１５）の全幅及び全奥行きが、ロアフレーム・中間レール２０の全幅及び全奥行きと実質的に一致する、概して一様な形状のフレーム１０をもたらす。

取付脚部１９の水平方向内部ウェブ１４と、ロアフレーム・中間レール２０の長手方向延設部２３の縦方向内部ウェブ２４との間の干渉を調節するため、縮小終端部３５が、上側管状部材１６及び下側管状部材１７の上壁部及び下壁部の両方に溝３７を備えて形成される。取付脚部１９の縮小終端部３５がロアフレーム・中間レール２０内に挿入されるとき、縦方向内部ウェブ２４は調整された溝３７内を摺動する。

本発明の本質を説明するために記載され図示されている詳細記述、材料、工程、及び部品配置についての変更が、本発明の思想及び範囲から逸脱することなしに、起こり得て、そして、本明細書を読めば当業者によりなされ得ることが、理解されるであろう。上述の明細書には、本発明の好ましい実施形態が例示されているが、本発明の考え方は、本記載に基づき、本発明の範囲から逸脱することなしに、実施形態中でも採用され得る。

本発明の本質を組み込む自動車用のリアフレーム構造体を形成すべくフレーム中間レールに取り付けられた、単一に構成されたバンパー及びロアフレーム・中間レール構造体の平面図である。 図１のバンパー及びリアフレーム・レール構造体の側面図である。 本発明の本質を組み込むバンパー構造体の一部の拡大斜視図である。 図１及び図２に示すようにロアフレーム・中間レール内に挿入される、バンパー構造体の縦方向延設取付脚部の縮小終端部の、拡大斜視詳細図である。 図１及び図２に示すように二重管状のロアフレーム・中間レール内に挿入される、取付脚部の縮小終端部の、上面図である。 図１のバンパー及び、ロアフレーム・中間レール構造体の底面斜視図である。 クロスフレーム部材とショック・タワー支持部材との結合部を示す、ロアフレーム・中間レール組立体の分岐領域の拡大底面斜視図である。

符号の説明

１０ フレーム
１２ バンパー・ビーム
１３ 湾曲移行部
１４ 水平方向内部ウェブ
１５ バンパー
１６ 上側管状部材
１７ 下側管状部材
１９ 取付脚部
２０ ロアフレーム・中間レール
２１ 外側管状部材
２２ 内側管状部材
２３ 長手方向延設部
２４ 縦方向内部ウェブ
２５ ショック・タワー支持部材
２８ 分岐部
３５ 終端部
３７ 溝
３９ 変形開始部

Claims (15)

1. 自動車用バンパー組立体において、
   隣接する側壁から形成される、概して水平方向を向く内部ウェブを規定すべく鉛直方向に向いて互いに取り付けられた一組の管状部材を備え、
   上記一組の管状部材が、該管状部材間の継ぎ目に沿って溶接されており、
   上記管状部材が、一つの湾曲部と、該湾曲部の両端にそれぞれ一体に長手方向に互いに向かい合って伸びるように連続する、実質的に該湾曲部と同じ幾何学構成を持つ一対の取付脚部とを備え、
   上記管状部材が、該管状部材内に形成され、衝撃負荷が加えられたときに変形を誘導するための折り畳み部よりなる変形開始部とともに、ハイドロ・フォーミング処理によって形成される、
   自動車用バンパー組立体。
2. 上記取付脚部のそれぞれが、該取付脚部と実質的に同じ外形寸法を持つロアフレーム・中間レールへの挿入を許容するための縮小終端部を備えて形成される、
   請求項１に記載の自動車用バンパー組立体。
3. 上記ロアフレーム・中間レールが、概して縦方向の内部ウェブを備えて形成され、
   上記取付脚部の上記縮小終端部が、該縮小終端部が上記ロアフレーム・中間レールの中に挿入されたときに、上記縦方向内部ウェブを受けることを許容するための溝をその中に持つ、
   請求項２に記載の自動車用バンパー組立体。
4. 上記縮小終端部の上記水平方向を向いた壁が、上記溝を備えて形成される、
   請求項３に記載の自動車用バンパー組立体。
5. その支持のために自動車のロアフレームに結合される自動車用バンパーにおいて、
   バンパー・ビーム部材と、
   該バンパー・ビーム部材と一体的に形成され且つ、上記バンパー・ビーム部材と実質的に同じ幾何学構成を持つ、一組の長手方向に互いに向かい合って伸びる取付脚部とを備え、
   上記バンパー・ビーム部材が、該バンパー・ビーム部材内に形成され、衝撃負荷が加えられたときに変形を誘導するための折り畳み部よりなる変形開始部とともに、ハイドロ・フォーミング処理によって形成される、
   自動車用バンパー。
6. 上記バンパー・ビーム部材と上記取付脚部との間に湾曲移行部を更に備えた、
   請求項５に記載の自動車用バンパー。
7. 上記取付脚部のそれぞれが、上記自動車の上記ロアフレーム内に挿入されるように構成された、縮小終端部を持つ、
   請求項６に記載の自動車用バンパー。
8. 上記ロアフレームが、概して縦方向の内部ウェブを持つ管状部材として形成され、
   上記取付脚部の上記終端部が、上記概して縦方向の内部ウェブの通過を許容するための溝を備えて形成される、
   請求項７に記載の自動車用バンパー。
9. 上記バンパー・ビーム部材、上記移行部と上記取付脚部とが、鉛直方向に向いて互いに取り付けられた一組の管状部材から形成され、
   該管状部材の隣接する側壁から、概して水平方向を向く内部ウェブが形成され、
   上記一組の管状部材が、上記水平方向に向いた内部ウェブに対応して、上記管状部材間の継ぎ目に沿って溶接される、
   請求項８に記載の自動車用バンパー。
10. ロアフレーム・中間レールから支持されるバンパー・ビームを持つ自動車用フレームにおいて、
    上記バンパー・ビームは、上側隔室と下側隔室とを備えて形成され、
    上記上側隔室と上記下側隔室が、上記バンパー・ビームを上記上側隔室と上記下側隔室とに分割する概して水平方向に伸びる内部ウェブを持ち、
    上記バンパー・ビームが横方向湾曲部と、実質的に該横方向湾曲部と同じ幾何学構成を持つ、該横方向湾曲部と一体化された、長手方向に互いに向かい合って伸びる一対の取付脚部とを含み、
    上記取付脚部のそれぞれが、終端部を持ち、
    上記バンパー・ビームを上記ロアフレーム・中間レールに取り付けるべく、上記終端部のそれぞれが、対応する上記ロアフレーム・中間レールの内側に支えられるように、上記ロアフレーム・中間レールが、管状部材として形成され、
    上記バンパー・ビームが、該バンパー・ビーム内に形成され、衝撃負荷が加えられたときに変形を誘導するための折り畳み部よりなる変形開始部とともに、ハイドロ・フォーミング処理によって形成される、
    自動車用フレーム。
11. 上記ロアフレーム・中間レールが、概して鉛直方向に伸びる内部ウェブを備えて形成され、
    上記終端部のそれぞれが、上記縦方向ウェブを上記終端部の中に受けることを許容するために、その中に形成される溝を持つ、
    請求項１０に記載の自動車用フレーム。
12. 上記溝が、上記上側隔室の上壁内と、上記下側隔室の底壁内と、上記バンパー・ビームとの、上記概して水平の内部ウェブ内に形成される、
    請求項１１に記載の自動車用フレーム。
13. 上記バンパー・ビームが、上記ロアフレーム・中間レールと実施的に同一の外面幾何学特性を持ち、
    上記終端部のそれぞれが、上記終端部の上記ロアフレーム・中間レール内への挿入を許容するため、大きさが縮小された構成で形成される、
    請求項１２に記載の自動車用フレーム。
14. 上記バンパー・ビームが、鉛直方向に互いに取り付けられた一組の管状部材から形成され、それにより、該上記一組の管状部材の隣接する側壁に対応する、上記概して水平を向いた内部ウェブが規定される、
    請求項１３に記載の自動車用フレーム。
15. 上記一組の管状部材が、上記管状部材の間の上記水平方向に向いた内部ウェブに対応する継ぎ目に沿って溶接される、
    請求項１４に記載の自動車用フレーム。

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