JP5251289B2 - エネルギー吸収部材および車両用バンパ - Google Patents

Description

本発明は、車両が障害物に衝突した際にエネルギーを効率的に吸収できるエネルギー吸収部材および車両用バンパに関する。

従来の車両用バンパとしては、車体前部に配置され車幅方向に沿う骨格部材としてのバンパレインフォースと、このバンパレインフォースの前方に配置されフロントバンパの外装部材としてのバンパフェイシアと、これらバンパレインフォースとバンパフェイシアとの間に配置されたエネルギー吸収部材と、を備えたものがある。

車両が障害物に衝突した場合には、障害物からの衝突エネルギーがバンパフェイシアを介してエネルギー吸収部材に加わり、該エネルギー吸収部材が潰れることで、その衝突エネルギーが吸収される。

例えば特許文献１では、フロントバンパのエネルギー吸収部材は、垂直断面がコ字形をなし、断面コ字形の開口側を後向きにした状態でバンパレインフォースの前面に取り付けられている。
特開２００４−２２４１０６号公報

本発明者は、断面コ字形のエネルギー吸収部材（つまり、衝撃受圧方向に向けて延在する一対のアームと、当該アームの根本部分でアーム同士を連結するベースと、を備えることで断面コ字形に形成されたエネルギー吸収部材）について研究を行った結果、アームの根本部分つまりアームとベースとの連結部分が変形しにくく、改善の余地があることを見出した。

本発明のエネルギー吸収部材または車両フロントバンパにあっては、エネルギー吸収部材は、衝撃受圧方向に向けて延在し且つ上下に互いに平行に設けられた一対のアームと、前記アームの根本部分で当該アーム同士を連結すべく前記衝撃受圧方向と略直交方向に延びるベースと、を備えることで垂直断面がコ字形に形成され、上側アームおよび下側アームの根本部分に、衝撃受圧時に当該アームの根本部分の湾曲変形を促進する変形促進手段を備え、前記変形促進手段は、略直交する前記上側アームの上面と前記ベースの後面との角部に形成され且つこれらに対して傾斜する面取部と、略直交する前記下側アームの下面と前記ベースの後面との角部に形成され且つこれらに対して傾斜する面取部と、から構成されており、前記上側アームおよび前記下側アームの上下寸法をＡ、前記エネルギー吸収部材の前後寸法をＢ、前記面取部の上下寸法をＣ、前記面取部の前後寸法をＤとした場合、ＣおよびＤは、ＡおよびＢがそれぞれ大きくなるほど大きく設定されており、各面取部にはそれぞれ溝部が形成されていることを要旨とする。

仮に面取部を備えない構造を想定すると、アームの根本部分つまりアームとベースとの連結部分が変形し難い。しかしながら、本発明によれば、アームの根本部分に当該根本部分の湾曲変形を促進する変形促進手段を備えるため、アームはその根本部分を含めて全体的に曲げ変形することとなり、効率的にエネルギー吸収ができる。

（第１実施形態）
図１は第１実施形態のフロントバンパの分解斜視図、図２は同フロントバンパの断面図、図３は同フロントバンパに障害物が衝突した際の状態を示す断面図、図４は同フロントバンパのエネルギー吸収部材の断面図である。

図１、２に示すように、自動車のフロントバンパ１の最前部には軟質樹脂製のバンパフェイシア２が設けられている。バンパフェイシア２の後方には、矩形の閉断面構造をしたバンパレインフォース３が設けられている。バンパレインフォース３は車幅方向に沿って延在しており、平面視でみると車幅方向中央部３ａが車両前方に向けて凸状に緩やかに湾曲しているとともに車幅方向両端部３ｃが車幅方向中央部３ａに対して曲折部３ｂを介して後側に折れ曲がっている。このバンパレインフォース３は、金属製の強度部材であり、図示せぬステーを介して車体前部に固定されている。

このバンパレインフォース３の前面には、平面視でバンパレインフォース３と略相似形状のエネルギー吸収部材４が取り付けられている。つまり、このエネルギー吸収部材４はバンパレインフォース３の前面に取り付けられることで、バンパフェイシア２とバンパレインフォース３との間に介在する。

エネルギー吸収部材４は、樹脂発泡体で形成されており、車両衝突時にバンパフェイシア２とバンパレインフォース３との間で潰れて衝突エネルギーを吸収するものである。

次に、エネルギー吸収部材４の構造を図２、４を参照しつつより詳しく説明する。

エネルギー吸収部材４の形状は、垂直断面が、車両前方に向けて開のコ字形に形成されている。つまり、エネルギー吸収部材４は、上下方向に延びる（つまり衝撃受圧方向に略直交する方向に延びる）断面矩形状のベース５と、ベース５の上端部から車両前方に向けて略水平に延びる（つまり衝撃受圧方向に向けて延びる）断面矩形状の上側アーム６と、ベース５の下端部から車両前方に向けて略水平に延びる（つまり衝撃受圧方向に向けて延びる）断面矩形状の下側アーム６と、を備えて断面コ字形に形成されている。なお、上側アーム６および下側アーム６は基本的に同じ厚さ（同じ上下寸法）を有している。

両アーム６は互いに略平行に延在し、且つ、両アーム６とベース５とは略直交している。より具体的には、上側アーム６の上面６ａおよび下面６ｂ、ならびに、下側アーム６の上面６ｄおよび下面６ｅは、すべて互いに略平行に延在している。ベース５の前面５ｂおよび後面５ａは、前記アーム６、６の上面６ａ、６ｄおよび下面６ｂ、６ｅと略直交している。

上下のアーム６、６の上下外側面における固定端側（後端側）の角部には、面取部７、７が形成されている。言い換えると、上側アーム６の上面６ａとベース５の後面５ａとの角部には、これらに対して傾斜する面取部７が設けられているとともに、下側アーム６の下面６ｅとベース５の後面５ａとの角部には、これらに対して傾斜する面取部７が設けられている。

これにより、面取部が無い構造では余肉部分となってしまう角部（図５中の符号Ｋ参照）に、余肉ができないようになっている。なお、この実施形態ではいずれの面取部７も直線状に形成されている。

また、上下のアーム６、６の上下内側面における固定端側（後端側）の角部は、円弧状に形成されている。言い換えると、上側アーム下面６ｂとベース前面５ｂとの角部は、相互に滑らかに連続するように円弧状に形成されているともに、下側アーム上面６ｄとベース前面５ｂとの角部も、相互に滑らかに連続するように円弧状に形成されている。

また、上下のアーム６、６の上下外側面における自由端側（前端側）の角部には、面取部７より小さな面取部８が形成されている。言い換えると、上側アーム６の上面６ａと前面６ｃとの角部には、これらに対して傾斜する面取部８が設けられているとともに、下側アーム６の下面６ｅと前面６ｆとの角部には、これらに対して傾斜する面取部８が設けられている。これらアーム６の自由端側の面取部８は、前述した固定端側の面取部７に比べて小さなサイズで形成されており、その角度は前面６ｃ、６ｆに対して略４５°の角度に設定されている。

作用
次に図３を参照しつつ本実施形態の作用を説明する。

このような構造のフロントバンパ１が障害物Ｇに当たると、図３に示すように、障害物Ｇによる衝撃としてのエネルギーＺがバンパフェイシア２を介してエネルギー吸収部材４に加わる。エネルギー吸収部材４は、バンパフェイシア２とバンパレインフォース３との間で衝突エネルギーＺを吸収する。

このとき、図５の比較例のように面取部７がない構造では、角部Ｋが予肉部位として存在するため、当該角部Ｋが邪魔となってアーム６の根本部分（つまりアーム６とベース５との連結部分）での変形が起こり難くなり、アーム６全体での曲げ変形とはならない。

しかしながら、本実施形態のエネルギー吸収部材４は、図２に示すように、アーム６の根本部分に面取部７を備えるため、アーム６は単に前後方向に潰れるだけでなく、図３のように前後方向に潰れつつも上下に膨らむように湾曲変形してエネルギーを吸収する。つまり、本実施形態では、面取部７があることでアーム６の根本部分の変形が促進され、これにより、エネルギー吸収部材４のエネルギー吸収は、上下のアーム６、６の圧縮変形と曲げ変形とを利用した吸収構造となる。そのため、エネルギー吸収効率が向上するとともに圧縮反力が小さくなる。これにより、衝突した障害物への反力が小さくなり当該障害物へのダメージを低減できる。

なお、上下のアーム６、６の自由端側の面取部８は、当該アーム６、６の自由端に障害物Ｇに衝突してきた際にアーム６、６が上下方向外側に膨らむように湾曲変形することを促進する機能を果たす。

変形モード
次に、図５〜７を参照しつつエネルギー吸収部材の変形モードについて説明する。

図５はエネルギー吸収部材４の内倒現象を示す。図５に示すように面取部７がない構造では、角部Ｋが予肉部位として存在することにより、当該角部Ｋが邪魔となって上下のアーム６、６が互いに内側に倒れるように変形する内倒れ現象を起こすこととなる。このような内倒現象では、エネルギー吸収効率に劣る。

また、仮に面取部７があったとしても面取部７が小さい構造では（面取部７の上下寸法Ｃおよび前後寸法Ｄが小さい構造では）、角部Ｋが依然として予肉部位として存在することとなり、面取部７が無い構造に比べて圧縮反力が小さくなるとともにエネルギー吸収効率が向上するものの、内倒現象を依然として起こすこととなる。

図６はエネルギー吸収部材４の外開き現象を示す。図６に示すように面取部７の寸法ＣおよびＤが大きい構造では、上下のアーム６、６が単に根本から外側に広がる変形となる外開き現象を起こす。外開き現象では、上下のアーム６、６の根本が曲がるため上下アーム６、６の根本が曲がらない内倒現象（図５参照）よりも圧縮反力が低下してエネルギー吸収効率が向上するものの、上下のアーム６、６の根本部分ばかりが湾曲してアーム６、６の大部分が湾曲せず、アーム６、６の全体が湾曲する場合に比べてエネルギー吸収に劣る。

図７はエネルギー吸収部材４の最適変形モードを示す。図７に示すように面取部７のサイズが最適範囲であると、上下のアーム６、６の前端の点Ｐが、アーム６、６の内側縁に合致した線Ｌ上を後方移動し、上下のアーム６、６を上下方向外側へ湾曲させる最適変形モードとなる。このような最適変形モードでは、内倒現象も外開現象も起こさず、最もエネルギー吸収効率に優れる。

なお、衝突時の変形形状がほぼ同一の場合は、アーム６に発生する応力が低いものが、好ましい。アーム６に発生する応力が高いものつまり応力分布のムラが大きいものは、衝突物への反力が大きくなり、逆にアーム６に発生する応力が低いものつまり応力分布のムラが小さいもは、衝突物への反力が小さくなるからである。

そこで、上下のアームの上下寸法をＡ、エネルギー吸収部材の前後寸法をＢ、面取部の上下寸法をＣ、面取部の前後寸法をＤ、エネルギー吸収部材の上下寸法をＥ、ベースの前後寸法をＦとした場合、面取部の寸法Ｃ、Ｄは、Ｃ≧０．７５Ａ＞０、Ｄ≧０．２２Ｂ＞０の範囲であることが好ましい。実験の結果、Ｃ≧０．７５Ａ、Ｄ≧０．２２Ｂとすることで、内倒現象を回避できるからである。

さらに好ましくは、面取部の寸法ＣおよびＤは、Ｃ＝０．５Ａ、Ｄ＝０．２２Ｂであることが好ましい。面取部７の寸法ＣおよびＤがＣ＝０．５Ａ、Ｄ＝０．２２Ｂに設定されている場合、図７に示すようなエネルギー吸収効率に優れる最適変形モードになるからである。

なお、Ｃ＞０．５Ａ、Ｄ＞０．２２Ｂでは、面取部７の寸法ＣおよびＤが大きいため、上下のアーム６、６が単に根本から外側に広がる変形となる外開き現象を起こすこととなるが、内倒現象よりもエネルギー吸収効率に優れる。

実験１
本発明者は、面取部７の有無によるエネルギー吸収効率の違いを測定した（図８、９参照）。

サンプル：サンプルとしては、面取部がないエネルギー吸収部材（比較例）と、面取部を有するエネルギー吸収部材（本実施例）と、を用いた。面取部がないエネルギー吸収部材（比較例）は、ポリプロピレン１２倍発泡の樹脂発泡体であり、アーム６の厚さ寸法Ａが２０ｍｍ、エネルギー吸収部材の前後寸法Ｂが９０ｍｍ、エネルギー吸収部材の上下寸法Ｅが１００ｍｍ、ベース５の厚さ寸法Ｆが３０ｍｍのものを用いた。これに対して、面取部を有するエネルギー吸収部材（本実施例）は、Ｃ＝５ｍｍ、Ｄ＝５ｍｍとし、その他は比較例と同様に形成した。

評価：これらのサンプルに対して荷重対ストローク、モーメント対ストロークの測定を行ったところ、図８、９の結果が得られた。図８および図９中、実線は面取部を有する本実施例の測定結果を示し、破線は面取部なしの比較例の測定結果を示す。

図８、９に示すように面取部が有る本実施例は、面取部が無い比較例に比べ、ストロークで約−１０ｍｍ、最大荷重で約−７００Ｎ、最大モーメントで約−３０Ｎｍの効果があり、エネルギー吸収効率が拡大されたことがわかる。エネルギー吸収効率としては約１０％向上した結果となる。このように、面取部を形成することにより、エネルギー吸収効率が向上することが分かる。

実験２
また、本発明者は、面取部のサイズの最適値を特定するにあたって以下の実験を行った（図１０〜１２参照）。

サンプル：まず図１０〜１２に示すようにサンプルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｄ１、Ｄ２を作成した。これらサンプルはポリプロピレン１２倍発泡の樹脂発泡体であり、アーム６の厚さ寸法Ａが２０ｍｍ、エネルギー吸収部材の前後寸法Ｂが１１５ｍｍ、面取部７の上下寸法Ｃが０〜２０ｍｍ、面取部７の前後寸法Ｄが０〜４０ｍｍ、エネルギー吸収部材の上下寸法Ｅが９０ｍｍ、ベース５の厚さ寸法Ｆが１５ｍｍのものを用い、面取部７の上下寸法Ｃと前後寸法Ｄを５．０ｍｍ単位で変化させたものである。

評価：衝突時のエネルギー吸収部材４の初期変形モードと静解析の変形モードが近似すると仮定して、エネルギー吸収部材４の変形モードについて静解析を用いて検討を行った。障害物Ｇの質量を９．５ｋｇ、衝突速度を１１．１ｍ／ｓとして、サンプルの変形モード（変形形状）から面取部の最適値を特定する。なお、図１０〜１２中、各サンプルに生じた圧縮応力の等圧線を実線で示してある。

考察：図１０〜１２に示すように、サンプルＤ、Ｅ、Ｃ３、Ｃ４およびＤ１、Ｄ２で内倒現象が回避されることが知見された。つまり、面取部７の上下寸法Ｃが１５ｍｍ以上、前後寸法Ｄが２５ｍｍ以上の範囲において、内倒現象を回避するのに効果があった。これを面取部７の寸法Ｃ、Ｄをエネルギー吸収部材４の全体寸法に対する割合で示すと、Ｃ≧０．７５Ａ＞０、Ｄ≧０．２２Ｂ＞０の範囲で内倒現象を回避するのに効果があることが分かる。

また、上下のアーム６、６の最適変形モード（図７参照）は、サンプルＣ３で得られた。つまり、面取部７の上下寸法Ｃは１０ｍｍで、前後寸法Ｄは２５ｍｍで、最適変形モードが得られた。これを面取部７の寸法Ｃ、Ｄをエネルギー吸収部材４の全体寸法に対する割合で示すと、Ｃ＝０．５Ａ、Ｄ＝０．２２Ｂの関係で、最適変形モードが得られることが分かる。

以上の実験を、Ｂ寸法を１００ｍｍでも同様に行い、結果、Ｃ≧０．７５Ａ＞０、Ｄ≧０．２２Ｂ＞０で内倒現象を回避でき、Ｃ＝０．５Ａ、Ｄ＝０．２２Ｂで、最適変形モードが得られることが分かった。

効果
次に、第１実施形態の主な効果を説明する。

（１）本実施形態では、エネルギー吸収部材４は、上下のアーム６の根本部分に、衝撃受圧時に当該アーム６の根本部分の湾曲変形を促進する変形促進手段７を備えて構成されている。そのため、上下のアーム６が根本部分を含めて湾曲することによりエネルギー吸収部材４の圧縮応力が小さくなって、衝突物への反力を小さくできるとともにエネルギー吸収効率が高めることができ、衝突物へのダメージを小さくすることができる。

またこれに付随効果として、エネルギー吸収部材４の前後寸法Ｂを短縮することができ、車両意匠の制約を少なくできる効果もある。

（２）本実施形態によれば、変形促進手段７はエネルギー吸収部材４のバンパレインフォース３側の上下角部に形成された面取部７である。そのため、極めて簡素な構造で、変形促進手段７を構成でき、原価低減につながる。

（３）また本実施形態によれば、エネルギー吸収部材４が合成樹脂発泡体である。そのため、発泡度によりエネルギー吸収部材４に最適な強度に設定することが容易である。また、合成樹脂発泡体は、軽量であり成形性にも優れる。面取部７の形成により、成型時の投入材料の削減による原価および質量を低減することもできる。

（４）また本実施形態では、アーム６の厚さ寸法をＡ、エネルギー吸収部材の前後寸法をＢ、面取部の上下寸法をＣ、面取部の前後寸法をＤとした場合に、Ｃ≧０．７５Ａ＞０（最適はＣ＝０．５Ａ）、Ｄ≧０．２２Ｂ＞０（最適はＤ＝０．２２Ｂ）を条件を満足するように構成されている。そのため、上下のアーム６、６の極端な外開き現象を防止して、効率的なエネルギー吸収を行うことができる。

（５）特に、Ｃ＝０．５Ａ、Ｄ＝０．２２Ｂの条件を満足する場合は、上下のアーム６の前端がそのままの上下高さを維持したまま直線上に沿って後方移動し、上側アーム６と下側アーム６の中央部分が各々外側へ湾曲する最適な曲げモードが得られる。

（６）また本実施形態によれば、上側アーム６および下側アーム６の先端の角部に面取部８を備える。そのため、当該アーム６、６の先端に障害物Ｇに衝突してきた際に、アーム６、６が上下方向外側に膨らむように湾曲変形することが促進され、これにより、（１）〜（５）の効果をさらに促進できる。

（第２実施形態）
図１３は第２実施形態のエネルギー吸収部材を示す断面図、図１４は第２実施形態のネルギー吸収部材の変形モードを示す断面図、図１５は溝部の配置位置を説明するための図であって、溝部無しのエネルギー吸収部材における最大応力部位と最大変位部位を示す断面図である。なお、第１実施形態と同様の構成要素ついては共通の符号を付して、重複する説明を省略する。

この第２実施形態は、エネルギー吸収部材９の各面取部７と、上下のアーム６、６の上下外側面における前後方向略中央位置と、にそれぞれ溝部１３、１４が形成されている点で、第１実施形態と異なっている。溝部１３、１４はいずれもエネルギー吸収部材４の長手方向に沿ってつまり車幅方向に沿って形成されている。

溝部１３、１４が形成される位置は、図１５に示すような溝部１３、１４がない構造において、アーム６の最大応力発生部位Ｘ（面取部７）と、上下のアーム６における最大変位部位Ｙ（上下のアーム６の上下外側面における長手方向略中央部）と、である。

以上のように第２実施形態では、面取部７の最大応力部位Ｘに相当する部分に溝部１３を形成したため、第１実施形態に効果に加えて、さらに応力が分散（均一化）され上下のアーム６、６の湾曲形状が拡大できる。

また第２実施形態では、上下のアーム６、６の最大変位部位Ｙに相当する部分に溝部１４を形成したため、溝部１４が変形の基点となり、上下のアーム６、６の湾曲形状を拡大できる。

このように、溝部１３、１４を形成したことにより、上下のアーム６、６の湾曲状の曲げ変形が更に拡大され、エネルギー吸収効率をさらに高めることができる。また、溝部１３、１４の形成により、成型時の投入材料の削減による原価および質量を低減することも
できる。

なお、第２実施形態では、面取部７に溝部１３が形成されるとともにアーム６の長手方向略中央部に溝部１４が形成されているが、溝部１３または溝部１４のいずれか一方があれば、エネルギー吸収効率を向上できる。

次のその他の実施形態を説明する。以下、第３実施形態以降の実施形態では上述の変形促進手段としての面取部７は省略して図示する。

（第３実施形態）
図１６〜図２３は本発明の第３実施形態を示す。図１６は反力差発生手段を設けた第３実施形態のエネルギー吸収部材の車幅方向中央部の所定長さ部分を示す前方斜視図、図１７は同エネルギー吸収部材の要部拡大正面図、図１８は障害物がエネルギー吸収部材に衝突した際の上側アームと下側アームの変形状態を反力特性とともに示す説明図、図１９は図１８に対する比較例として反力差発生手段を設けていないエネルギー吸収手段の上側アームと下側アームの変形状態を反力特性とともに示す説明図である。

図１６に示すように、本実施形態のエネルギー吸収部材１００は、基本的に第１実施形態のエネルギー吸収部材４とほぼ同様の構成となり、上下方向に延びるベース１０１と、ベース１０１の上端部から車両前方に向けて略水平に延びる上側アーム１０２と、ベース１０１の下端部から車両前方に向けて略水平に延びる下側アーム１０３と、を備えて車両前方に開放する断面コ字形に形成されている。

ここで、本実施形態が第１実施形態と主に異なる点は、前面衝突時の衝撃受圧に対して上側アーム１０２の反力を下側アーム１０３の反力よりも小さくする反力差発生手段１１０を設けたことにある。

反力発生手段１１０は、図１６に示すように、上側アーム１０２および下側アーム１０３を波形状に形成し、当該上側アーム１０２の波形と下側アーム１０３の波形との形状を異ならせることで、当該上側アーム１０２の反力が下側アーム１０３の反力よりも小さくしたものである。この実施形態では、上側アーム１０２および下側アーム１０３の波形は、相手側アームに近づく内側段１０２ａ、１０３ａと相手側アームから離れる外側段１０２ｂ、１０３ｂとをエネルギー吸収部材１００の長手方向に交互に配置するとともに、隣接する内側段１０２ａ、１０３ａと外側段１０２ｂ、１０３ｂとを連結部１０２ｃ、１０３ｃで連結した波形部１１１、１１２として形成されている。

即ち、波形部１１１、１１２による反力調整は、上側アーム１０２に例をとって示すと、図１７に示すように、外側段１０２ｂのエネルギー吸収部材１００の長手方向長さａと、内側段１０２ａのエネルギー吸収部材１００の長手方向長さｂと、内側段１０２ａと外側段１０２ｂの高低差ｃと、内側段１０２ａと外側段１０２ｂとを連結する連結部１０２ｃの傾斜角ｄと、アーム厚さｅと、の少なくとも１つの要素の調整により、上側アーム１０２と下側アーム１０３との反力差を得ることができる。

本実施形態の図１６に示す反力発生手段１１０は、上側アーム１０２の波形部１１１の内側段１０２ａと外側段１０２ｂとの間隔を粗とし、下側アーム１０３の波形部１１２の内側段１０３ａと外側段１０３ｂとの間隔を密としてある。従って、波形部１１１を粗に形成した上側アーム１０２は剛性が低くなって反力が小さく設定されるとともに、波形部１１２を密に形成した下側アーム１０３は剛性が高くなって反力が大きく設定され、上側アーム１０２と下側アーム１０３との間に反力差を得ることができる。

従って、図１８に示すように、障害物Ｇがエネルギー吸収部材１００に衝突する際には、同図（ａ）に示すように、上側アーム１０２の反力特性α１は小さく、かつ、下側アーム１０３の反力特性α２は大きく設定されている。このため、同図（ｂ）に示すように、障害物Ｇが衝突した際の荷重Ｆが、上側アーム１０２と下側アーム１０３に０．５Ｆづつ均等に入力した場合、上側アーム１０２の変形量（ストローク）は大きく、下側アーム１０３の変形量（ストローク）は小さくなる。これにより、障害物Ｇは下部よりも上部の方が車両後方（図中右方）に大きく傾斜（傾斜角θ）することになる。

因に、図１９に示すように、反力差発生手段１１０を設けていないエネルギー吸収部材ＥＡでは、上側アームＡ１と下側アームＡ２の反力特性αが等して等量づつ変形するため、障害物Ｇは路面に対して略垂直状態を維持することになる。

図２０は前面衝突試験に用いる障害物としてのダミー人形の模式図、図２１は反力差発生手段を設けた車両バンパにダミー人形の上脚部が衝突した際のエネルギー吸収部材の挙動を（ａ）〜（ｄ）に順を追って示す説明図、図２２は車両バンパにダミー人形の下脚部が衝突した際のエネルギー吸収部材の挙動を（ａ）、（ｂ）に順を追って示す説明図、図２３は反力差発生手段を設けていない場合の図２１に対応した比較例を示す説明図である。

ここで、図２０に示すように、ダミー人形Ｇは、下方から順にそれぞれが屈曲可能な節をもって連結した下脚部Ｇ１と上脚部Ｇ２と胴体部Ｇ３とから成り、かつ、それぞれの質量がＧ１＞Ｇ２＞Ｇ３となっている。図２１に示すように、そのダミー人形Ｇの上脚部Ｇ２が、反力差発生手段１１０を備えたフロントバンパ１に衝突した場合、図２１（ａ）〜（ｄ）に順を追って示すように、下脚部Ｇ１および上脚部Ｇ２共に斜め上方に跳ね上げることができる。尚、図２１（ｂ）〜（ｄ）および後述する図２２（ｂ）、図２３（ｂ）〜（ｄ）、図２６（ｂ）、（ｃ）において、便宜上、ダミー人形Ｇ１、Ｇ２がフロントバンパ１の内方に侵入した状態で示してあるが、実際はダミー人形Ｇ１、Ｇ２とバンパレインフォース３との間に、バンパフェイシア２およびエネルギー吸収部材１００（１００Ａ、ＥＡ）が押し潰された状態となる。

また、図２２に示すように、フロントバンパ１にダミー人形Ｇの下脚部Ｇ１が衝突した場合にも、下脚部Ｇ１を上方に跳ね上げることができる。

因に、図２３に示すように、反力差発生手段１１０を設けていないフロントバンパ１に上述の上脚部Ｇ２が衝突した場合、（ａ）〜（ｄ）に示すように下脚部Ｇ１を上方に跳ね上げられない可能性がある。

以上の構成により第３実施形態のエネルギー吸収部材１００では、以下のような効果を奏する。

第３実施形態のエネルギー吸収部材１００は、反力差発生手段１１０を設けて、前面衝突時の衝撃受圧に対して上側アーム１０２の反力を下側アーム１０３の反力よりも小さくしてある。これにより、フロントバンパ１にダミー人形Ｇが衝突した場合に、ダミー人形Ｇの胴体部Ｇ３に位置する重心位置が車両側の斜め下方に移動するため、そのダミー人形Ｇを上方に跳ね上げることができる。

また第３実施形態によれば、上側アーム１０２および下側アーム１０３に波形部１１１、１１２をそれぞれ設けて、それら上下の波形部１１１、１１２の形状を調整することにより、上側アーム１０２の反力を下側アーム１０３の反力より小さくする反力発生手段１１０を形成している。このように、本実施形態では、上下のアーム１０２、１０３を波形形状にしたため、上下のアーム１０２、１０３が平板状である構造に比べてエネルギー吸収部材１００の反力が高まり、エネルギー吸収部材１００に高倍率の低反力材料（例えば、発泡倍率が２０〜４５倍の樹脂発泡体）を使用しても求める反力が得られる。そのため、エネルギー吸収部材１００の質量低減（例えば５０％減）や原価低減（例えば３０％減）を図ることができる。

また第３実施形態では、図２４に示すように、同図（ａ）に示す反力差発生手段１１０を設けていないエネルギー吸収部材ＥＡに対して、同図（ｂ）に示す反力差発生手段１１０を設けたエネルギー吸収部材１００では、波形化により上側アーム１０２と下側アーム１０３の剛性が高まり小さなストロークでより大きな衝突エネルギーを吸収できるため、エネルギー吸収部材１００の幅を短くできる。

（第４実施形態）
図２５、図２６は本発明の第４実施形態を示し、前記第３実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとする。図２５はエネルギー吸収部材の断面図、図２６は車両バンパにダミー人形の上脚部が衝突した際のエネルギー吸収部材の挙動を（ａ）〜（ｃ）に順を追って示す説明図である。

図２５に示すように、本実施形態のエネルギー吸収部材１００Ａは、基本的に第３実施形態のエネルギー吸収部材１００と同様に、ベース１０１と、上側アーム１０２と、下側アーム１０３と、を備えて車両前方に開放する断面コ字形に形成されている。

ここで、本実施形態が第３実施形態と主に異なる点は、第３実施形態の反力差発生手段１１０が設けられておらず、つまり、上側アーム１０２および下側アーム１０３が波形状に形成されておらず、且つ、上側アーム１０２のベース１０１からの突出長さＬ１が、下側アーム１０３のベース１０１からの突出長さＬ２よりも短くなっている（Ｌ１＜Ｌ２）ことにある。

以上の構成により第４実施形態のエネルギー吸収部材１００Ａでは、上側アーム１０２を下側アーム１０３よりも短くしたことにより、図２６（ａ）〜（ｃ）に示すように、ダミー人形Ｇの重心位置をエネルギー吸収部材１００Ａの変形の早い段階で車両側の斜め下方向に移動できる。これにより、第３実施形態と同様に下脚部Ｇ１および上脚部Ｇ２共に斜め上方に跳ね上げることができる。

（第４実施形態の変形例）
なお、変形例として第３実施形態と第４実施形態とを組み合わせてもよい。つまり、図示を省略するが、上側アーム１０２および下側アーム１０３を波形状にして上側アーム１０２の波形の密度を下側アーム１０３の波形の密度より大きくすることで形成される反力差発生手段１１０を設けるとともに、上側アーム１０２のベース１０１からの突出長さＬ１を、下側アーム１０３のベース１０１からの突出長さＬ２より短く（Ｌ１＜Ｌ２）としてもよい。

このように、第３実施形態と第４実施形態とを組み合わせた変形例によれば、前面衝突時により確実に障害物Ｇを上方に跳ね上げることができる。

（第５実施形態）
図２７〜図２８は本発明の第５実施形態を示し、前記第３実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとする。図２７は自動車を正面から見た模式図、図２８はエネルギー吸収部材の車両中心から車幅方向片側の端部至る部分を示す正面図である。

本実施形態のフロントパンパ１は、第１実施形態で示したように、バンパレインフォース３およびエネルギー吸収部材１００Ｂを覆って車体側に取り付けられて、フロントバンパ１の外側形状を成すバンパフェイシア２を備えており、そのバンパフェイシア２に備わる反力を考慮してエネルギー吸収部材１００Ｂの反力を調整するようになっている。

つまり、バンパフェイシア２は、その意匠形状や当該バンパフェイシア２の取付構造などから前面衝突時における反力（以下、フェイシア反力という）が車幅方向に変化している。

例えば、バンパフェイシア２が車幅方向中央部から車幅方向外側に向けて除々に後方に向けて傾斜した意匠形状をしている場合、車両前面衝突時のフェイシア反力は車幅方向中央部から車幅方向外側に向けて除々に大きくなる。

また、図２７に示すように、バンパフェイシア（ＢＭＰＲ）２の取付構造によって、バンパフェイシア２のフェイシア反力は車幅方向において一定とはならずに変化する。図２７に示すバンパフェイシア２の構造では、左右のヘッドランプ（ＬＡＭＰ）およびグリル（ＧＲＩＬＬＥ）および車体固定部（Ｍ）の位置関係により、図２７中の数字（１〜４）で示すように、フェイシア反力は、車両中央部から車幅方向外方に向かって除々に大きくなっている。なお、図２７中の数字がフェイシア反力の大きさを示しており、また、図２７中、ＬＡＭＰは左右のヘッドランプ、ＧＲＩＬＬＥはグリル、ＦＤＲは左右両側のフェンダ、ＨＯＯＤはエンジンフード、Ｍは車体固定部である。

このように車両意匠や取付構造などにより、フェイシア反力が車幅方向中央部から車幅方向外側に向けて大きくなる場合は、図２８に示すようにエネルギー吸収部材１００の上下のアーム１０２、１０３の波形の密度を車両中心から車両外側へ向けて小さくすることで、上下のアーム１０２、１０３の反力を車両中心から車両外側へ向かい小さくし、フェイシア反力とエネルギー吸収部材１００の反力の和を、車幅方向のどの部位においてもほぼ均一的となるようできる。

なおこの第５実施形態においても、図２８に示すように、車幅方向のどの部位においても下側アーム１０３の波形の密度を上側アーム１０２の波形の密度よりも大きくすることで下側アーム１０３の反力を上側アーム１０２の反力より大きくなっており、これにより、衝突物Ｇの跳ね上げ効果を向上できるようになっている。

（第５実施形態の変形例）
例えば図２９に示すバンパフェイシアの取付構造は、図２７に示すバンパフェイシアの取付構造とは異なっているが、フェイシア反力は、図２７に示す場合と同様に車幅方向中央側から車幅方向外側に向けて除々に大きく変化しているため、図２８に示す第５実施形態と同様のエネルギー吸収部材１００を用いることで、第５実施形態と同様の効果が得られる。

また、例えば図３０（ａ）の変形例および図３０（ｂ）の変形例は、図２７とはバンパフェイシアの取付構造ならびにフェイシア反力が異なるが、このような場合でもフェイシア反力の特性を考慮して、エネルギー吸収部材１００の上解のアーム１０２、１０３の反力を車幅方向において変化させることで、第５実施形態と同様の効果を得ることができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

例えば、以上の本実施形態では、平面状の面取部７を例にしたが、若干凸又は凹状に湾曲していても良い。

また、第３、５実施形態において、上下のアーム１０２、１０３に設けた波形部は、内側段１０２ａ、１０３ａおよび外側段１０２ｂ、１０３ｂを交互に組み合わせて構成されているが、形状はこれに限らず、例えば、図３１（ａ）に示すように外側段１０２ｂ、１０３ｂを円弧状に膨出させてもよく、また、図３１（ｂ）に示すように外側段１０２ｂ、１０３ｂを山形に突出させてもよいし、またその他の形状を採用できる。

本発明の第１実施形態にかかるフロントバンパの分解斜視図である。 同フロントバンパの断面図である。 同フロントバンパが障害物に衝突した際の状態を示す断面図である。 同フロントバンパのエネルギー吸収部材の断面図である。 エネルギー吸収部材の内倒現象を説明するための図である。 エネルギー吸収部材の外開き現象を説明するための図である。 エネルギー吸収部材の最適な変形モードを説明するための図である。 荷重対ストロークの関係を示す本実施例と比較例とで比較したグラフ。 モーメント対ストロークの関係を本実施例と比較例とで比較したグラフ。 面取部の最適値を特定するための実験に用いたサンプルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの変形モードを示す図である。 面取部の最適値を特定するための実験に用いたサンプルＣ、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４の変形モードを示す図である。 面取部の最適値を特定するための実験に用いたサンプルＤ、Ｄ１、Ｄ２の変形モードを示す図である。 本発明の第２実施形態に係るエネルギー吸収部材を示す断面図である。 第２実施形態のエネルギー吸収部材の変形モードを示す断面図である。 エネルギー吸収部材に形成する溝部の配置場所を説明するための図であって、溝部無しのエネルギー吸収部材における最大応力発生部位Ｘと最大変位部位Ｙを示す断面図である。 本発明の第３実施形態にかかる反力差発生手段を設けたエネルギー吸収部材の車幅方向中央部の所定長さ部分を示す前方斜視図である。 本発明の第３実施形態にかかる波形部の要部拡大正面図である。 本発明の第３実施形態にかかる障害物が衝突した際のエネルギー吸収部材の上側アームと下側アームの変形状態をそれぞれの反力特性とともに示す説明図である。 反力差発生手段を設けていない場合の図１８に対応した比較例を示す説明図である。 本発明の第３実施形態にかかる前面衝突試験に用いられる障害物としてのダミー人形の模式図である。 本発明の第３実施形態にかかる反力差発生手段を設けた車両バンパにダミー人形の上脚部が衝突した際のエネルギー吸収部材の挙動を（ａ）〜（ｄ）に順を追って示す説明図である。 本発明の第３実施形態にかかる車両バンパにダミー人形の下脚部が衝突した際のエネルギー吸収部材の挙動を（ａ）、（ｂ）に順を追って示す説明図である。 反力差発生手段を設けていない場合の図２１に対応した比較例を示す説明図である。 反力差発生手段の有無によるエネルギー吸収部材の湾曲時の荷重バランスを示す説明図である。 本発明の第４実施形態にかかるエネルギー吸収部材の断面図である。 本発明の第４実施形態にかかる車両バンパにダミー人形の上脚部が衝突した際のエネルギー吸収部材の挙動を（ａ）〜（ｃ）に順を追って示す説明図である。 本発明の第５実施形態にかかり自動車を正面からそれぞれ見た模式図である。 本発明の第５実施形態にかかるエネルギー吸収部材の車両中心から車幅方向片側の端部至る部分を示す正面図である。 本発明の第５実施形態の第１変形例にかかり、バンパフェイシアを自動車を正面から見た模式図である。 本発明の第５実施形態のその他の変形例にかかり、バンパフェイシアを自動車を正面からそれぞれ見た模式図である。 本発明の他の実施形態にかかる外側段を（ａ）、（ｂ）にそれぞれ示す断面正面図である。

符号の説明

１ フロントバンパ
２ バンパフェイシア
３ バンパレインフォース
４ エネルギー吸収部材
５ ベース
６ アーム
７ 面取部
１３、１４ 溝部
１００、１００Ａ、１００Ｂ エネルギー吸収部材
１０２ 上側アーム
１０２ａ 内側段
１０２ｂ 外側段
１０３ 下側アーム
１０３ａ 内側段
１０３ｂ 外側段
１１０、１１０Ａ 反力差発生手段
１１１、１１２ 波形部
Ｇ 障害物
Ｋ 角部
Ｌ 線
Ｐ 点
Ｘ 最大応力部位
Ｙ 最大変位部位
Ｚ エネルギー
ａ 外側段の長手方向長さ
ｂ 内側段の長手方向長さ
ｃ 内側段と外側段の高低差
ｄ 内側段と外側段とを連結する連結部の傾斜角
ｅ アーム厚さ
Ｌ１ 上側アームの突出長さ
Ｌ２ 下側アームの突出長さ

Claims (10)

1. 衝撃受圧方向に向けて延在し且つ上下に互いに平行に設けられた一対のアームと、前記アームの根本部分で当該アーム同士を連結すべく前記衝撃受圧方向と略直交方向に延びるベースと、を備えることで垂直断面がコ字形に形成されたエネルギー吸収部材であって、
   上側アームおよび下側アームの根本部分に、衝撃受圧時に当該アームの根本部分の湾曲変形を促進する変形促進手段を備え、
   前記変形促進手段は、略直交する前記上側アームの上面と前記ベースの後面との角部に形成され且つこれらに対して傾斜する面取部と、略直交する前記下側アームの下面と前記ベースの後面との角部に形成され且つこれらに対して傾斜する面取部と、から構成されており、
   前記上側アームおよび前記下側アームの上下寸法をＡ、前記エネルギー吸収部材の前後寸法をＢ、前記面取部の上下寸法をＣ、前記面取部の前後寸法をＤとした場合、ＣおよびＤは、ＡおよびＢがそれぞれ大きくなるほど大きく設定されており、
   各面取部にはそれぞれ溝部が形成されていることを特徴とするエネルギー吸収部材。
2. 請求項１に記載のエネルギー吸収部材であって、
   Ｃ≧０．７５Ａ、Ｄ≧０．２２Ｂの条件を満足することを特徴とするエネルギー吸収部材。
3. 請求項１または請求項２に記載のエネルギー吸収部材であって、
   前記上側アームの上面および前記下側アームの下面には、当該アームの長手方向略中央部に溝部が設けられていることを特徴とするエネルギー吸収部材。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のエネルギー吸収部材であって、
   前記エネルギー吸収部材が合成樹脂発泡体であることを特徴とするエネルギー吸収部材。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のエネルギー吸収部材であって、
   衝撃受圧に対して上側アームの反力を下側アームの反力よりも小さくする反力差発生手段を設けたことを特徴とするエネルギー吸収部材。
6. 請求項５に記載のエネルギー吸収部材であって、
   上側アームおよび下側アームを、当該エネルギー吸収部材の長手方向に向けて波形に形成し、これら上側アームの波形と下側アームの波形の形状を異ならせることで、上側アームの反力を下側アームの反力よりも小さくする反力差発生手段が形成されていることを特徴とするエネルギー吸収部材。
7. 請求項６に記載のエネルギー吸収部材であって、
   上側アームおよび下側アームの波形状は、相手側アームに近接する内側段と相手側アームから離間する外側段とをエネルギー吸収部材の長手方向に交互に設けるとともに、これら外側段と内側段とを連結する連結部を備えることで波形状に形成され、
   外側段のエネルギー吸収部材の長手方向長さと、内側段のエネルギー吸収部材の長手方向長さと、内側段と外側段の高低差と、内側段と外側段とを連結する傾斜部の傾斜角と、アーム厚さと、の少なくとも１つの要素を、上側アームと下側アームとで異ならせることにより、上側アームと下側アームとの反力差を得ることを特徴とするエネルギー吸収部材。
8. 請求項１〜７の何れか１項に記載のエネルギー吸収部材であって、
   上側アームのベースからの突出長さを、下側アームのベースからの突出長さよりも短くしたことを特徴とするエネルギー吸収部材。
9. 請求項１〜８の何れか１項に記載のエネルギー吸収部材であって、
   当該エネルギー吸収部材は、フロントバンパの輪郭を形成するバンパフェイシアと、前記バンパフェイシアの後方に配置されたバンパレインフォースと、の間に配置され、且つバンパレインフォースの前面に車幅方向に沿って取り付けられるものであり、
   前記上側アームおよびまたは前記下側アームは、衝撃圧力に対する反力が車幅方向において変化していることを特徴とするエネルギー吸収部材。
10. バンパレインフォースと、前記バンパレインフォースの衝撃受圧側の面に取り付けられたエネルギー吸収部材と、を備えた車両バンパであって、
    前記エネルギー吸収部材は、衝撃受圧方向に向けて延在し且つ上下に互いに平行に設けられた一対のアームと、前記アームの根本部分で当該アーム同士を連結すべく前記衝撃受圧方向と略直交方向に延びるベースと、を備えることで垂直断面がコ字形に形成され、上側アームおよび下側アームの根本部分に、衝撃受圧時に当該アームの根本部分の湾曲変形を促進する変形促進手段が設けられており、
    前記変形促進手段は、略直交する前記上側アームの上面と前記ベースの後面との角部に形成され且つこれらに対して傾斜する面取部と、略直交する前記下側アームの下面と前記ベースの後面との角部に形成され且つこれらに対して傾斜する面取部と、から構成されており、
    前記上側アームおよび前記下側アームの上下寸法をＡ、前記エネルギー吸収部材の前後寸法をＢ、前記面取部の上下寸法をＣ、前記面取部の前後寸法をＤとした場合、ＣおよびＤは、ＡおよびＢがそれぞれ大きくなるほど大きく設定されており、
    各面取部にはそれぞれ溝部が形成されていることを特徴とする車両用バンパ。

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