JP6120461B2 - 自動車用バンパー - Google Patents

Description

本発明は、繊維強化樹脂製のバンパービームを備え、前記バンパービームの車幅方向両端部を一対の車体フレームの前後方向外端部に支持した自動車用バンパーに関する。

車幅方向に延びるバンパービーム（曲げ担持体）と前後方向に延びる一対のバンパービームエクステンション（変形突出部）とを繊維強化樹脂で一体に形成し、一対のバンパービームエクステンションを一対の車体フレーム（縦方向担持体）の端部に支持したものが、下記特許文献１により公知である。

日本特許第２８２７１０５号公報

ところで、上記従来のものは、バンパービームに軽衝突の衝突荷重が入力したときに、バンパービームは単純に曲げ変形して衝突エネルギーを吸収するため、衝突エネルギーの吸収効果を高めるには、バンパービームが破壊せずに充分に曲げ変形できるように曲げ強度を高める必要がある。そのためにはバンパービームの板厚を増加させる必要があり、これがバンパービームの軽量化の妨げになる問題があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、軽量であって衝突時のエネルギー吸収効果に優れたバンパービームを備える自動車用バンパーを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、繊維強化樹脂製のバンパービームを備え、前記バンパービームの車幅方向両端部を一対の車体フレームの前後方向外端部に支持した自動車用バンパーであって、前記バンパービームは、車幅方向中央部において前後方向外側に向けて凹状に湾曲する中央湾曲部と、前記中央湾曲部の車幅方向両側において前後方向外側に向けて凸状に湾曲する一対の左右湾曲部とからなり、前記左右湾曲部は、車幅方向外側に位置して前記車体フレームに接続される車体フレーム接続部と、車幅方向内側に位置して前記バンパービームのうちで前後方向外側に最も突出する荷重入力部とを備え、前記荷重入力部の前後方向内面に沿って耐圧縮補強部を設け、前記耐圧縮補強部の延長線は前記荷重入力部の荷重入力点の近傍を指向し、前記荷重入力部の内部に補強部材を配置し、前記補強部材の車幅方向内端を前記荷重入力点に接続するとともに車幅方向外端を前記耐圧縮補強部に接続したことを第１の特徴とする自動車用バンパーが提案される。

また本発明によれば、前記第１の特徴に加えて、前記バンパービームの断面は前後方向内側に向けて開放するＵ字状あるいはＷ字状であり、前記耐圧縮補強部は前記バンパービームの前後方向内側の稜線であることを第２の特徴とする自動車用バンパーが提案される。

また本発明によれば、前記第１または第２の特徴に加えて、前記耐圧縮補強部に連続する前記車体フレーム接続部は前後方向に延びる補強ビードを備えることを第３の特徴とする自動車用バンパーが提案される。

また本発明によれば、前記第１〜第３の何れか１つの特徴に加えて、前記耐圧縮補強部にバックプレートを固定し、前記バンパービームおよび前記バックプレートで閉断面を構成したことを第４の特徴とする自動車用バンパーが提案される。

また本発明によれば、前記第４の特徴に加えて、前記補強部材は車幅方向に延びる補強ビードを備えることを第５の特徴とする自動車用バンパーが提案される。

また本発明によれば、前記第１〜第５の何れか１つの特徴に加えて、前記バンパービームおよび前記補強部材で閉断面を構成したことを第６の特徴とする自動車用バンパーが提案される。

また本発明によれば、前記第６の特徴に加えて、前記補強部材はガスアシスト法により前記バンパービームと一体に成形されることを第７の特徴とする自動車用バンパーが提案される。

尚、実施の形態のリヤサイドフレーム１２は本発明の車体フレームに対応し、実施の形態のリヤサイドフレーム接続部Ｂ１は本発明の車体フレーム接続部に対応し、実施の形態の上部稜線ａおよび下部稜線ｂは本発明の稜線に対応する。

本発明の第１の特徴によれば、自動車用バンパーは繊維強化樹脂製のバンパービームを備え、バンパービームの車幅方向両端部は一対の車体フレームの前後方向外端部に支持される。

バンパービームは、車幅方向中央部において前後方向外側に向けて凹状に湾曲する中央湾曲部と、中央湾曲部の車幅方向両側において前後方向外側に向けて凸状に湾曲する一対の左右湾曲部とからなり、左右湾曲部は、車幅方向外側に位置して車体フレームに接続される車体フレーム接続部と、車幅方向内側に位置してバンパービームのうちで前後方向外側に最も突出する荷重入力部とを備えるので、バンパービームの一対の左右湾曲部における荷重入力部の荷重入力点に衝突荷重が集中的に入力することで、衝突荷重により作用する曲げモーメントの最大値を低減してバンパービームの破壊を防止することができる。

またバンパービームの上記形状により一対の荷重入力点の車幅方向外側の荷重入力部には圧縮荷重が作用するが、バンパービームは、荷重入力部の前後方向内面に沿って設けられた耐圧縮補強部を備え、耐圧縮補強部の延長線は荷重入力部の荷重入力点の近傍を指向するので、前記圧縮荷重を耐圧縮補強部で支持してバンパービームの破壊を防止することで、バンパービームの板厚を増加して補強することなく曲げ変形に対する強度を高めることができる。

また、荷重入力部の内部に補強部材を配置し、補強部材の車幅方向内端を荷重入力点に接続するとともに車幅方向外端を耐圧縮補強部に接続したので、衝突荷重が入力する荷重入力点を補強部材で補強するとともに、荷重入力点に入力した衝突荷重を補強部材を介して耐圧縮補強部に直接伝達して、圧縮荷重に対するバンパービームの強度を一層高めることができる。

また本発明の第２の特徴によれば、バンパービームの断面は前後方向内側に向けて開放するＵ字状あるいはＷ字状であり、耐圧縮補強部はバンパービームの前後方向内側の稜線であるので、特別の部材を追加することなく、簡単な構造で耐圧縮補強部を設けることができる。

また本発明の第３の特徴によれば、耐圧縮補強部に連続する車体フレーム接続部は前後方向に延びる補強ビードを備えるので、バンパービーム自体の曲げ変形で吸収することが困難なオフセット衝突時や高速衝突時の衝突エネルギーを、補強ビードで補強された車体フレーム接続部の圧壊により吸収することができる。

また本発明の第４の特徴によれば、耐圧縮補強部にバックプレートを固定し、バンパービームおよびバックプレートで閉断面を構成したので、バンパービームを閉断面化して口開き変形を防止することで、圧縮荷重を一層効果的に支持して衝突エネルギーを吸収することができる。

また本発明の第５の特徴によれば、補強部材は車幅方向に延びる補強ビードを備えるので、補強ビードにより補強部材の強度を高めて荷重入力点に入力した衝突荷重を一層効果的に耐圧縮補強部に伝達することができる。

また本発明の第６の特徴によれば、バンパービームおよび補強部材で閉断面を構成したので、圧縮荷重に対するバンパービームの強度を一層高めることができる。

また本発明の第７の構成によれば、補強部材はガスアシスト法により前記バンパービームと一体に成形されるので、閉断面の部材を一体成形することができる。

図１はバンパービームおよびリヤサイドフレームの斜視図である。（第１の実施の形態） 図２は図１の２方向矢視図である。（第１の実施の形態） 図３は図１の３方向矢視図である。（第１の実施の形態） 図４は図３の４方向矢視図である。（第１の実施の形態） 図５は図４の５−５線断面図である。（第１の実施の形態） 図６は図４の６−６線断面図である。（第１の実施の形態） 図７は図４の７−７線断面図である。（第１の実施の形態） 図８はバンパービームを成形する金型の断面図である。（第１の実施の形態） 図９は後面衝突時の作用説明図である。（第１の実施の形態） 図１０は図５に対応する図である。（第２の実施の形態）

１１ バンパービーム
１１ｆ 補強ビード
１２ リヤサイドフレーム（車体フレーム）
１３ 耐圧縮補強部
１４ バックプレート
１７ 補強部材
１７ｃ 補強ビード
Ａ 中央湾曲部
Ｂ 左右湾曲部
Ｂ１ リヤサイドフレーム接続部（車体フレーム接続部）
Ｂ２ 荷重入力部
Ｌ 耐圧縮補強部の延長線
Ｐ 荷重入力点
ａ 上部稜線（稜線）
ｂ 下部稜線（稜線）

添付図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。尚、本明細書において前後方向、左右方向（車幅方向）および上下方向とは、運転席に着座した乗員を基準として定義される。

第１の実施の形態

先ず、図１〜図９に基づいて本発明の第１の実施の形態を説明する。

図１〜図５に示すように、自動車の車体後部に繊維強化樹脂製のバンパービーム１１が車幅方向に配置されており、バンパービーム１１の車幅方向両端部が前後方向に配置された左右一対のリヤサイドフレーム１２，１２の後端に支持される。

バンパービーム１１は、上壁１１ａ、下壁１１ｂおよび後壁１１ｃを有して前方に向けて開放するＵ字状断面の部材であり、上壁１１ａの前端から上部フランジ１１ｄが上部稜線ａを介して上方に折り曲げられ、下壁１１ｂの前端から下部フランジ１１ｅが下部稜線ｂを介して下方に折り曲げられる。

上方から見たバンパービーム１１は、車幅方向中央の所定範囲において後方に向けて凹状に湾曲する中央湾曲部Ａと、中央湾曲部Ａの車幅方向両側において後方に向けて凸状に湾曲する一対の左右湾曲部Ｂ，Ｂとからなり、左右湾曲部Ｂは、車幅方向外側に位置してリヤサイドフレーム１２に接続されるリヤサイドフレーム接続部Ｂ１と、車幅方向内側に位置してバンパービーム１１のうちで後方に最も突出する荷重入力部Ｂ２とを備える。

バンパービーム１１を上方から見たとき、荷重入力部Ｂ２のうちで最も後方に突出する荷重入力点Ｐよりも若干車幅方向外側位置と、荷重入力部Ｂ２の車幅方向外端との間で上部フランジ１１ｄおよび下部フランジ１１ｅは直線状に延びており、直線状の上部フランジ１１ｄに臨む上部稜線ａおよび直線状の下部フランジ１１ｅに臨む下部稜線ｂが、本発明の耐圧縮補強部１３を構成する。車幅方向内側が外側に対して後方に傾斜する耐圧縮補強部１３の延長線Ｌは、荷重入力点Ｐの近傍を通過する（図２および図４参照）。

図６および図７を併せて参照すると明らかなように、荷重入力点Ｐの近傍とリヤサイドフレーム接続部Ｂ１の車幅方向内側部分との間に跨がり、かつ上部フランジ１１ｄおよび下部フランジ１１ｅの前面間に跨がるように、繊維強化樹脂で板状に形成したバックプレート１４が接着や溶着により固定されており、この部分でバンパービーム１１およびバックプレート１４により閉断面が構成される。バックプレート１４には、車幅方向に延びる上下２本の補強ビード１４ａ，１４ａが前方に突出するように形成される。耐圧縮補強部１３およびバックプレート１４は、車幅方向にオーバラップするように配置される。

リヤサイドフレーム接続部Ｂ１における上壁１１ａおよび下壁１１ｂには、上下方向に突出して前後方向に延びる左右一対の補強ビード１１ｆ，１１ｆがそれぞれ形成される。またリヤサイドフレーム接続部Ｂ１における上部フランジ１１ｄおよび下部フランジ１１ｅには、それをリヤサイドフレーム１２の後端に固定するボルト１５…が貫通する各２個のカラー１６，１６が埋設される。

また荷重入力部Ｂ２の内部には繊維強化樹脂製の補強部材１７が配置される。上方から見たとき、補強部材１７は、荷重入力点Ｐよりも若干車幅方向外側の後壁１１ｃと、荷重入力部Ｂ２の車幅方向外端の上部フランジ１１ｄおよび下部フランジ１１ｅとを接続するように、耐圧縮補強部１３と略並行に配置される。補強部材１７の上端を前方に折り曲げた上部フランジ１７ａはバンパービーム１１の上壁１１ａの下面に接続され、補強部材１７の下端を前方に折り曲げた下部フランジ１７ｂはバンパービーム１１の下壁１１ｂの上面に接続される。また補強部材１７には、車幅方向に延びる上下２本の補強ビード１７ｃ，１７ｃが後方に突出するように形成される。

バンパービーム１１は、後面側に位置する連続繊維強化樹脂シート１８と、前面側に位置する不連続繊維強化樹脂シート１９とを２層に積層して構成される（図５および図６参照）。連続繊維強化樹脂シート１８は、車幅方向に配向したガラス連続繊維と、それと直交する上下方向あるいは前後方向に配向したガラス連続繊維とよりなる織布を熱可塑性樹脂（例えば、ナイロン）で固めたものであり、不連続繊維強化樹脂シート１９は、ランダムに配向されて相互に絡み合うガラス不連続繊維を熱可塑性樹脂（例えば、ナイロン）で固めたものである。補強部材１７は、バンパービーム１１の不連続繊維強化樹脂シート１９と同様の不連続繊維強化樹脂シート２０で構成される。

尚、バックプレート１４は、後面側の連続繊維強化樹脂シート２１と前面側の不連続繊維強化樹脂シート２２とを２層に積層して構成される（図５および図６参照）。

図８に示すように、バンパービーム１１および補強部材１７をガスアシスト法によりプレス成形する金型３１は、連続繊維強化樹脂シート１８の後面を成形する凹状のキャビティ３２ａを有する雌型３２と、不連続繊維強化樹脂シート１９および不連続繊維強化樹脂シート２０の前面を成形する凸状のコア３３ａを有する雄型３３とからなる。金型３１を型開きした状態で、雌型３２のキャビティ３２ａおよび雄型３３のコア３３ａ間に、連続繊維プリプレグ１８′と不連続繊維プリプレグ１９′とが予備加熱した状態で配置されるが、このとき金型３１のうちでバンパービーム１１の車幅方向両端部を成形する部分では、不連続繊維プリプレグ１９′に更に補強部材１７の不連続繊維強化樹脂シート２０の不連続繊維プリプレグ２０′を積層し、両不連続繊維プリプレグ１９′，２０′間に不活性ガスを供給するノズル３４の先端を臨ませる。

プリプレグは、カーボンファイバー、グラスファイバー、アラミドファイバー等の連続繊維よりなる平織や綾織などの織布やＵＤ（連続繊維を一方向に引き揃えたシート）、あるいは不連続繊維のマットを補強材とし、それに半硬化の熱硬化性樹脂（エポキシ樹脂やポリエステル樹脂等）、あるいは熱可塑性樹脂（ナイロン６やポリプロピレン等の）を含浸させたもので、金型の形状になじむ柔軟性を有している。熱硬化性樹脂の場合、複数枚のプリプレグを積層状態で金型内に挿入して圧力を加えながら例えば１３０°Ｃ程度に加熱すると、熱硬化性樹脂が硬化して繊維強化樹脂製品が得られる。本実施の形態の可塑性樹脂の場合、予備加熱した複数枚のプリプレグを積層状態で金型内に挿入して加圧成形し、その後冷却すると繊維強化樹脂製品が得られる。

本実施の形態では、連続繊維プリプレグ１８′の補強材は、ガラス連続繊維を相互に直交する方向に配向した織布であり、不連続繊維プリプレグ１９′，２０′の補強材は、ランダム配向した繊維長が３０ｍｍ程度の長繊維からなるガラス不連続繊維の不織布である。

従って、雌型３２および雄型３３を型締めし、バンパービーム１１を成形する不連続繊維プリプレグ１９′と、補強部材１７を成形する不連続繊維プリプレグ２０′との間に臨ませたノズル３４の先端から不活性ガスを供給すると、連続繊維プリプレグ１８′および不連続繊維プリプレグ１９′が雌型３２のキャビティ３２ａに密着し、不連続繊維プリプレグ２０′が雄型３３のコア３３ａに密着することで、バンパービーム１１および補強部材１７が同時に一体成形される。このガスアシスト法を採用することで、閉断面を構成するバンパービーム１１および補強部材１７を容易に一体成形することができる。

次に、上記構成を備えた本発明の第１の実施の形態の作用を説明する。

自車のバンパービームが他車のバンパービームに後面衝突したような場合、図９（Ｂ）に示すように、単純に後方に凸に湾曲している従来のバンパービームは、そのバンパービームの車幅方向中央の１点に衝突荷重Ｆが集中的に入力するため、バンパービームの曲げモーメント図から明らかなように、バンパービームの車幅方向中央部に大きな曲げモーメントが作用する問題がある。

それに対し、図９（Ａ）および図２に示すように、本実施の形態のバンパービーム１１は後方に向けて凹状に湾曲する中央湾曲部Ａを備えるため、中央湾曲部Ａの車幅方向両側の一対の荷重入力部Ｂ２，Ｂ２が他車のバンパービームに衝突し、一対の荷重入力部Ｂ２，Ｂ２の先端の荷重入力点Ｐ，Ｐに衝突荷重Ｆが集中的に入力する。その結果、バンパービーム１１に作用する曲げモーメントの最大値が低減するため、曲げ変形に対するバンパービーム１１の強度を高めることができる。

また中央湾曲部Ａおよび左右湾曲部Ｂを備える本実施の形態のバンパービーム１１の形状により、後面衝突の衝突荷重が荷重入力部Ｂ２の荷重入力点Ｐに作用したとき、荷重入力点Ｐよりも車幅方向外側の左右湾曲部Ｂに圧縮荷重が作用するが、バンパービーム１１は荷重入力部Ｂ２の前面に沿って設けられた上部稜線ａおよび下部稜線Ｂよりなる耐圧縮補強部１３を備え、耐圧縮補強部１３の延長線Ｌは荷重入力点Ｐの近傍を指向するので（図２および図４参照）、前記圧縮荷重を耐圧縮補強部１３で支持してバンパービーム１１の破壊を防止することで、バンパービーム１１の板厚を増加して補強することなく曲げ変形に対する強度を高めることができる。

このとき、バンパービーム１１の断面は前方に向けて開放するＵ字状であり、耐圧縮補強部１３はバンパービーム１１の前側の上部稜線ａおよび下部稜線ｂであるので、特別の部材を追加することなく、簡単な構造で耐圧縮補強部１３を設けることができる。しかもバンパービーム１１の耐圧縮補強部１３にバックプレート１４を固定し、バンパービーム１１およびバックプレート１４で閉断面を構成したので、バンパービーム１１を閉断面化して口開き変形を防止することで、圧縮荷重を一層効果的に支持して衝突エネルギーを吸収することができる。

また耐圧縮補強部１３の車幅方向外側に連続するリヤサイドフレーム接続部Ｂ１は前後方向に延びる補強ビード１１ｆ…を備えるので、バンパービーム１１自体の曲げ変形で吸収することが困難なオフセット衝突時や高速衝突時の衝突エネルギーを、補強ビード１１ｆ…で補強されたリヤサイドフレーム接続部Ｂ１の圧壊により吸収することができる。

また荷重入力部Ｂ２の内部に補強部材１７を配置し、補強部材１７の車幅方向内端を荷重入力点Ｐに接続するとともに車幅方向外端を耐圧縮補強部１３に接続したので、衝突荷重が入力する荷重入力点Ｐを補強部材１７で補強するとともに、荷重入力点Ｐに入力した衝突荷重を補強部材１７を介して耐圧縮補強部１３に直接伝達して、圧縮荷重に対するバンパービーム１１の強度を一層高めることができる。しかも補強部材１７は車幅方向に延びる補強ビード１７ｃ，１７ｃを備えるので、補強ビード１７ｃ，１７ｃにより補強部材１７の強度を高めて荷重入力点Ｐに入力した衝突荷重を一層効果的に耐圧縮補強部１３に伝達することができる。更に、バンパービーム１１および補強部材１７で閉断面を構成したので、圧縮荷重に対するバンパービーム１１の強度を一層高めることができる。

第２の実施の形態

次に、図１０に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。

第１の実施の形態のバンパービーム１１はＵ字状の断面を有しているが、第２の実施の形態のバンパービーム１１はＷ字状の断面を有している。その結果、耐圧縮補強部１３を構成する上部稜線ａ，ａおよび下部稜線ｂ，ｂの数はそれぞれ２本になり、耐圧縮補強部１３の数を２倍に増加させて補強効果を更に高めることができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態ではリヤ側のバンパービーム１１について説明したが、本発明はフロント側のバンパービームに対しても適用することができる。リヤ側のバンパービームの場合には，前後方向外側が後方に対応し、フロント側のバンパービームの場合には，前後方向外側が前方に対応する。

また本発明の耐圧縮補強部は実施の形態の上部稜線ａや下部稜線ｂに限定されず、バンパービーム１１の圧縮強度を高めるものであれば良い。

Claims (7)

1. 繊維強化樹脂製のバンパービーム（１１）を備え、前記バンパービーム（１１）の車幅方向両端部を一対の車体フレーム（１２）の前後方向外端部に支持した自動車用バンパーであって、
   前記バンパービーム（１１）は、車幅方向中央部において前後方向外側に向けて凹状に湾曲する中央湾曲部（Ａ）と、前記中央湾曲部（Ａ）の車幅方向両側において前後方向外側に向けて凸状に湾曲する一対の左右湾曲部（Ｂ）とからなり、前記左右湾曲部（Ｂ）は、車幅方向外側に位置して前記車体フレーム（１２）に接続される車体フレーム接続部（Ｂ１）と、車幅方向内側に位置して前記バンパービーム（１１）のうちで前後方向外側に最も突出する荷重入力部（Ｂ２）とを備え、
   前記荷重入力部（Ｂ２）の前後方向内面に沿って耐圧縮補強部（１３）を設け、前記耐圧縮補強部（１３）の延長線（Ｌ）は前記荷重入力部（Ｂ２）の荷重入力点（Ｐ）の近傍を指向し、
   前記荷重入力部（Ｂ２）の内部に補強部材（１７）を配置し、前記補強部材（１７）の車幅方向内端を前記荷重入力点（Ｐ）に接続するとともに車幅方向外端を前記耐圧縮補強部（１３）に接続したことを特徴とする自動車用バンパー。
2. 前記バンパービーム（１１）の断面は前後方向内側に向けて開放するＵ字状あるいはＷ字状であり、前記耐圧縮補強部（１３）は前記バンパービーム（１１）の前後方向内側の稜線（ａ，ｂ）であることを特徴とする、請求項１に記載の自動車用バンパー。
3. 前記耐圧縮補強部（１３）に連続する前記車体フレーム接続部（Ｂ１）は前後方向に延びる補強ビード（１１ｆ）を備えることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の自動車用バンパー。
4. 前記耐圧縮補強部（１３）にバックプレート（１４）を固定し、前記バンパービーム（１１）および前記バックプレート（１４）で閉断面を構成したことを特徴とする、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の自動車用バンパー。
5. 前記補強部材（１７）は車幅方向に延びる補強ビード（１７ｃ）を備えることを特徴とする、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の自動車用バンパー。
6. 前記バンパービーム（１１）および前記補強部材（１７）で閉断面を構成したことを特徴とする、請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の自動車用バンパー。
7. 前記補強部材（１７）はガスアシスト法により前記バンパービーム（１１）と一体に成形されることを特徴とする、請求項６に記載の自動車用バンパー。

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