JP6150355B2 - 自動車の車体構造 - Google Patents

Description

本発明は、車幅方向に配置されたバンパービームと、前後方向に配置されて前記バンパービームの車幅方向両端を支持する左右一対のバンパービームエクステンションとを備える自動車の車体構造に関する。

図９（Ａ）に示すように、繊維強化樹脂製の左右一対のクラッシュボックス（バンパービームエクステンション）０１，０１の前端部にアルミニウム押出し材製のバンパービーム０２の車幅方向両端部を結合する際に、クラッシュボックス０１，０１の前端に車幅方向内側に折り曲げられた取付壁部０３，０３を形成し、この取付壁部０３，０３をバンパービーム０２の後壁に当接させてボルトおよびナットで締結するものが、下記特許文献１により公知である。

特開２００８−２２１９８５号公報

ところで、上記従来のものは、クラッシュボックス０１，０１の前端から車幅方向内側に延びる取付壁部０３，０３をバンパービーム０２の後壁に固定したので、バンパービーム０２の車幅方向中央部がポールや立ち木等の障害物０４に衝突して後方に押されたような場合に、取付壁部０３，０３が車幅方向内側に倒れてしまう可能性があった。そのため、衝突荷重の入力によってバンパービーム０２およびクラッシュボックス０１，０１の結合部が容易に相対回転してしまい、鎖線で示すように、バンパービーム０２が１個の弓状に折れ曲がって充分なエネルギー吸収性能を発揮できない虞があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、一対のバンパービームエクステンションに車幅方向両端部を支持されたバンパービームのエネルギー吸収性能を高めることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、車幅方向に配置されたバンパービームと、前後方向に配置されて前記バンパービームの車幅方向両端を支持する左右一対のバンパービームエクステンションとを備える自動車の車体構造であって、アルミニウム押出し材からなる前記バンパービームは、車幅方向中央に位置する直線部と、前記直線部の車幅方向両端から前後方向内側に傾斜する傾斜部と、前記傾斜部の前後方向内縁から前後方向内側に延び、上下方向間隔が後方に向かって拡大する上下一対の接合フランジとを備え、前記バンパービームエクステンションは上下方向寸法に対して車幅方向寸法が大きい筒状断面に構成され、前記バンパービームの前記上下一対の接合フランジを前記バンパービームエクステンションの上壁および下壁に結合し、前記上壁および前記下壁の前端は、前記接合フランジと前記バンパービームの後壁との間の角部に当接していることを特徴とする自動車の車体構造が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記バンパービームエクステンションは前後方向内側に向かって上下方向寸法および車幅方向寸法が共に増加することを特徴とする自動車の車体構造が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記バンパービームの素材となるアルミニウム押出し材は、「目」字状断面あるいは「日」字状断面を有する本体部と、前記本体部から延びる前記上下一対の接合フランジとを備え、前記直線部は、前記上下一対の接合フランジの一部を切除することで構成されることを特徴とする自動車の車体構造が提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項３の構成に加えて、前記傾斜部は、前記本体部の一部を切除して切欠き部を形成し、前記本体部の前後方向外壁を前記切欠き部に沿うように車幅方向内側に折り曲げて構成されることを特徴とする自動車の車体構造が提案される。

また請求項５に記載された発明によれば、請求項１〜請求項４の何れか１項の構成に加えて、筒状断面の前記バンパービームエクステンションは、内面が連続繊維強化樹脂層で構成されて外面が不連続繊維強化樹脂層で構成されることを特徴とする自動車の車体構造が提案される。

また請求項６に記載された発明によれば、請求項１〜請求項５の何れか１項の構成に加えて、前記バンパービームエクステンションの車体取付座に設けたボルト孔に、前後方向内端にフランジを一体に有するフランジ付きカラーを嵌合し、フランジを一体に有するフランジ付きボルトを前後方向外側から前記フランジ付きカラーを貫通させて車体フレーム部材に締結する際に、前記フランジ付きボルトのフランジと前記取付フランジの前後方向外面との間に弾性材を介在させたことを特徴とする自動車の車体構造が提案される。

尚、実施の形態の取付板１３は本発明の車体フレーム部材に対応し、実施の形態の前壁１８は本発明の前後方向外壁に対応する。

請求項１の構成によれば、アルミニウム押出し材からなるバンパービームは、車幅方向中央に位置する直線部と、直線部の車幅方向両端から前後方向内側に傾斜する傾斜部と、傾斜部の前後方向内縁から前後方向内側に延びる上下一対の接合フランジとを備え、バンパービームエクステンションは上下方向寸法に対して車幅方向寸法が大きい筒状断面に構成され、バンパービームの上下一対の接合フランジをバンパービームエクステンションの上壁および下壁に結合したので、バンパービームの左右の傾斜部がバンパービームエクステンションに強固に結合され、バンパービームエクステンションに対して相対回転し難くなる。その結果、バンパービームの直線部がポールや立ち木等の障害物に衝突した場合に、バンパービームは左右の傾斜部においてバンパービームエクステンションに対して相対回転して１個の弓状に折れ曲がるのではなく、左右の傾斜部および直線部の境界においてそれぞれ弓状に折れ曲がるので、バンパービームの衝突エネルギーの吸収量を増加させることができる。しかもバンパービームエクステンションは車幅方向に長い形状であるため、斜め衝突時にバンパービームエクステンションが車幅方向に倒れるのを防止してエネルギー吸収性能を確保することができる。

また請求項２の構成によれば、バンパービームエクステンションは前後方向内側に向かって上下方向寸法および車幅方向寸法が共に増加するので、フルフラット衝突やオフセット衝突の衝突荷重がバンパービームエクステンションに入力したとき、バンパービームエクステンションは前後方向外側から内側に向かって順次圧壊して効率的なエネルギー吸収を行うことができる。

また請求項３の構成によれば、バンパービームの素材となるアルミニウム押出し材は、「目」字状断面あるいは「日」字状断面を有する本体部と、本体部から延びる上下一対の接合フランジとを備え、直線部は、上下一対の接合フランジの一部を切除することで構成されるので、一定断面のアルミニウム押出し材から断面形状の異なる直線部および傾斜部を容易に形成することができる。

また請求項４の構成によれば、傾斜部は、本体部の一部を切除して切欠き部を形成し、本体部の前後方向外壁を切欠き部に沿うように車幅方向内側に折り曲げて構成されるので、直線部の車幅方向両端から前後方向内側に傾斜する傾斜部を容易に形成することができる。

また請求項５の構成によれば、筒状断面のバンパービームエクステンションは、内面が連続繊維強化樹脂層で構成されて外面が不連続繊維強化樹脂層で構成されるので、バンパービームエクステンションに衝突荷重が入力したときに、不連続繊維強化樹脂層で補強された連続繊維強化樹脂層が剥がれながら圧壊して衝突エネルギーを吸収することができる。

また請求項６の構成によれば、バンパービームエクステンションの車体取付座に設けたボルト孔に、前後方向内端にフランジを一体に有するフランジ付きカラーを嵌合し、フランジを一体に有するフランジ付きボルトを前後方向外側からフランジ付きカラーを貫通させて車体フレーム部材に締結する際に、フランジ付きボルトがフランジ付きカラーに当接してそれ以上の締め込みができなくなり、フランジ付きボルト締結力でバンパービームエクステンションの車体取付座を強固に固定できない場合でも、フランジ付きボルトのフランジと車体取付座の前後方向外面との間に弾性材を介在させたので、弾性材の弾性で車体取付座のガタつきを防止してバンパービームエクステンションを強固に固定することができる。

自動車の車体前部の平面図。 図１の２部拡大図。 図２の３方向矢視図。 図２の４−４線断面図。 図２の５−５線断面図。 図４の６部拡大図。 バンパービームの製造工程の説明図。 バンパービームエクステンションのプレス成形金型を示す図。 ポール衝突時の作用説明図。

以下、図１〜図９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。また本発明のバンパービームはフロントバンパービームおよびリヤバンパービームの両方を含むが、以下フロントバンパービームを例にとって説明する。

図１に示すように、自動車の車体前部に左右一対のフロントサイドフレーム１１，１１が前後方向に配置される。また左右一対のフロントサイドフレーム１１，１１の車幅方向両側には、不図示のフロントピラーの前端に不図示のアッパーメンバを介して接続された左右一対のロアメンバ１２，１２が配置される。車幅方向に隣接するフロントサイドフレーム１１およびロアメンバ１２の前端が車幅方向に延びる取付板１３で連結されており、各取付板１３の前面に繊維強化樹脂製のバンパービームエクステンション１４が接続され、左右のバンパービームエクステンション１４，１４の前端に車幅方向に延びるアルミニウム押出し材よりなるバンパービーム１５の車幅方向両端が接続される。不図示のラジエータや空調用コンデンサを支持する四角枠状のフロントバルクヘッド１６の車幅方向両側面に固定した左右一対のブラケット１７，１７が、それぞれ取付板１３の前面およびバンパービームエクステンション１４の後端間に挟まれて固定される。

図７（Ａ）に示すように、バンパービーム１５の素材となるアルミニウム押出し材１５´の本体部２８は、相互に平行に配置された前壁１８および後壁１９を、相互に平行に配置された上壁２０、下壁２１および２枚の隔壁２２，２２で接続することで、「目」字状断面に構成される。本体部２８の上壁２０の後端および下壁２１の後縁から帯状の接合フランジ２３，２３が後方に延びており、それら上下一対の接合フランジ２３，２３間の上下方向間隔は後方に向かって拡大する。

図７（Ｂ）に示すように、一定長さに切断されたアルミニウム押出し材１５´は、その車幅方向両端部の接合フランジ２３，２３を残して、車幅方向中央部の接合フランジ２３，２３が切除される。また本体部２８の車幅方向両端部の上壁２０、下壁２１および２枚の隔壁２２，２２が三角形状に切除される。そして図７（Ｃ）に示すように、三角形状の切欠きに臨む前壁１８を後方に折り曲げ、相互に当接する前壁１８および後壁１９を溶接Ｗすることで、バンパービーム１５が構成される。

その結果、図１に示すように、一定断面を有して車幅方向に直線状に延びる直線部１５Ａと、直線部１５Ａの車幅方向両端部から後方に屈曲する左右一対の傾斜部１５Ｂ，１５Ｂとを備えるバンパービーム１５を得ることができる。

図３〜図５に示すように、バンパービームエクステンション１４は、下向きに開放する上半体２４と、上向きに開放する下半体２５とを結合して横長の四角筒状の中空閉断面に構成される。上半体２４は、内面を構成する連続繊維強化樹脂層２６と、外面を構成する不連続繊維強化樹脂層２７とを２層に積層した積層構造を有する（図４参照）。連続繊維強化樹脂層２６は、少なくとも前後方向に配向した連続繊維と、前後方向に対して直交する方向（車幅方向および上下方向）に配向した連続繊維とを含む。

上半体２４は、その上壁２４ａに前後方向に延びる２本の補強リブ２４ｂ，２４ｂと、２本の補強リブ２４ｂ，２４ｂに挟まれた１本の補強溝２４ｃとを備え、更に車幅方向外端に前後方向に延びる１本の補強リブ２４ｄを備える。また上半体２４の後端には２本の補強リブ２４ｂ，２４ｂに接続する車体取付座２４ｅが形成され、この車体取付座２４ｅには３個のフランジ付きカラー２９…が埋設される。これらの補強リブ２４ｂ，２４ｂ、補強リブ２４ｄおよび車体取付座２４ｅは、不連続繊維強化樹脂層２７で一体に形成される。

このような構造の上半体２４は、図８に示すプレス成形金型３０を用いてプレス成形することができる。

プレス成形金型３０は、不連続繊維強化樹脂層２７を成形する凹状のキャビティ３１ａを有する雌型３１と、連続繊維強化樹脂層２６を成形する凸状のコア３２ａを有する雄型３２とからなる。プレス成形金型３０を型開きした状態で、雌型３１のキャビティ３１ａおよび雄型３２のコア３２ａ間に、連続繊維プリプレグ２６′と不連続繊維プリプレグ２７′とを予備加熱した状態で配置した後、プレス成形金型３０を型締めすることで上半体２４をプレス成形する。このとき、部分的に厚板化する場合は、連続繊維プリプレグ２６′または不連続繊維プリプレグ２７′の厚さを部分的に増加させれば良い。不連続繊維を含むために成形性の高い不連続繊維強化樹脂層２７により、補強リブ２４ｂ，２４ｂ、補強リブ２４ｄおよび車体取付座２４ｅを容易に成形することができる。

下半体２５は上記上半体２４と略上下対称な形状であり、上半体２４と同様に下壁２５ａ、補強リブ２５ｂ，２５ｂ、補強溝２５ｃ、補強リブ２５ｄおよび車体取付座２５ｅを備えており、上半体２４と同様にしてプレス成形される。

図３〜図５に戻り、上半体２４および下半体２５の車幅方向内端を車幅方向に重ね合わせて接着した上でリベット（不図示）で締結し、上半体２４および下半体２５の車幅方向外端を上下方向に重ね合わせて接着した上で複数のリベット３３…で締結することで、上半体２４および下半体２５が一体に結合される。この状態で、バンパービームエクステンション１４は、平面視で車幅方向寸法が前方から後方に向かって次第に増加し（図２参照）、側面視で上下方向寸法が前方から後方に向かって次第に増加する（図４参照）。

そしてバンパービーム１５の傾斜部１５Ｂの後端に、バンパービームエクステンション１４の前端が接続される。即ち、バンパービーム１５の傾斜部１５Ｂの上下一対の接合フランジ２３，２３の上下方向内面に、バンパービームエクステンション１４の上壁２４ａおよび下壁２５ａを重ね合わせた状態で上下各４本のリベット３４で締結することで、傾斜部１５Ｂをバンパービームエクステンション１４に接続する。この状態で、バンパービームエクステンション１４の上壁２４ａおよび下壁２５ａの前端は、傾斜部１５Ｂの接合フランジ２３，２３と後壁１９との間の角部に当接するため、傾斜部１５Ｂはバンパービームエクステンション１４に対して相対回転不能に強固に結合される。

またバンパービームエクステンション１４の上下の車体取付座２４ｅ，２５ｅのフランジ付きカラー２９…を前から後に貫通する上下各３本のフランジ付きボルト３５…を、取付板１３の後面に固定したウエルドナット３６…に螺合することで、バンパービームエクステンション１４が取付板１３に締結される。

図６はその部分の詳細図であって、フランジ付きカラー２９は本体部２９ａの後端から径方向外側に突出するフランジ２９ｂを有するもので、本体部２９ａがバンパービームエクステンション１４の車体取付座２４ｅのボルト孔２４ｆに嵌合し、フランジ２９ｂが車体取付座２４ｅの後面に当接する。フロントバルクヘッド１６のブラケット１７は車体取付座２４ｅと取付板１３との間に挟持される合成樹脂製の部材であって、そのボルト孔１７ａにカラー３７が埋設される。フランジ付きボルト３５は、車体取付座２４ｅのフランジ付きカラー２９、ブラケット１７のカラー３７および取付板１３を貫通してウエルドナット３６に螺合する。フランジ付きボルト３５は頭部にフランジ３５ａを備えており、このフランジ３５ａとフランジ付きカラー２９の外周を取り囲む車体取付座２４ｅの前面との間に、ゴム等で形成されたリング状の弾性材３８が配置される。

フランジ付きカラー２９の本体部２９ａの前端が車体取付座２４ｅの前面から突出していると、フランジ付きボルト３５の締結力が車体取付座２４ｅに直接作用しなくなり、車体取付座２４ｅはフランジ付きカラー２９との間の摩擦力だけで保持されて振動や騒音が発生し易くなる。しかしながら、フランジ付きカラー２９の本体部２９ａの前端の突出部の周囲に弾性材３８を配置したので、フランジ付きボルト３５の締結力が圧縮された弾性材３８を介して車体取付座２４ｅの前面に作用することで、車体取付座２４ｅのガタつきを防止してバンパービームエクステンション１４を強固に固定し、バンパービームエクステンション１４の振動や騒音を防止することができる。

尚、上下各３本のフランジ付きボルト３５…のうち、他の２本のフランジ付きボルト３５，３５はフロントバルクヘッド１６のブラケット１７を共締めしないが、弾性材３８は上述した機能を同様に発揮する。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

バンパービーム１５の素材となるアルミニウム押出し材１５´は、「目」字状断面を有する本体部２８と、本体部２８から延びる上下一対の接合フランジ２３，２３とを備え、バンパービーム１５の直線部１５Ａは、上下一対の接合フランジ２３，２３の一部を切除することで構成されるので、一定断面のアルミニウム押出し材１５´から本体部２８を備えて接合フランジ２３，２３を備えない直線部１５Ａを容易に形成することができる。またバンパービーム１５の傾斜部１５Ｂは、本体部２８の一部を切除して切欠き部を形成し、本体部２８の前壁１８を切欠き部に沿うように後方に折り曲げて構成されるので、直線部１５Ａの車幅方向両端から後方に傾斜する左右一対の傾斜部１５Ｂ，１５Ｂを容易に形成することができる。

さて、バンパービームエクステンション１４は上下方向寸法に対して車幅方向寸法が大きい筒状断面に構成され、バンパービーム１５の傾斜部１５Ｂの上下一対の接合フランジ２３，２３をバンパービームエクステンション１４の上壁２４ａおよび下壁２５ａに結合したので、バンパービーム１５の左右の傾斜部１５Ｂ，１５Ｂがバンパービームエクステンション１４，１４に強固に結合され、左右の傾斜部１５Ｂ，１５Ｂがバンパービームエクステンション１４，１４に対して相対回転し難くなる。その結果、図９（Ｂ）に示すように、ポールや立ち木等の障害物３９に衝突してバンパービーム１５の直線部１５Ａに衝突荷重が入力した場合に、左右の傾斜部１５Ｂ，１５Ｂおよび直線部１５Ａの境界においてそれぞれ弓状に折れ曲がり（鎖線参照）、衝突エネルギーの吸収量を増加させることができる。

一方、図９（Ａ）に示す従来例では、衝突荷重の入力によってバンパービーム０２およびクラッシュボックス（バンパービームエクステンション）０１，０１の結合部が容易に相対回転してしまい、バンパービーム０２が１個の弓状に折れ曲がって充分なエネルギー吸収性能を発揮できない問題がある。

またバンパービームエクステンション１４は車幅方向に長い形状であるので斜め衝突時に車幅方向に倒れ難くなり、バンパービームエクステンション１４の圧壊を促進してエネルギー吸収性能を確保することができる。しかもバンパービーム１５の上下一対の接合フランジ２３，２３は後方に向かって上下方向間隔が増加し、バンパービームエクステンション１４も後方に向かって上下方向寸法および車幅方向寸法が共に増加するので、フルフラット衝突やオフセット衝突の衝突荷重がバンパービームエクステンション１４に入力したとき、バンパービームエクステンション１４は前方から後方に向かって順次圧壊して効率的なエネルギー吸収を行うことができる。

更に、筒状断面のバンパービームエクステンション１４は、内面が連続繊維強化樹脂層２６で構成されて外面が不連続繊維強化樹脂層２７で構成されるので、バンパービームエクステンション１４に衝突荷重が入力したときに、不連続繊維強化樹脂層２７で補強された連続繊維強化樹脂層２６が剥がれながら圧壊して衝突エネルギーを吸収することができる。

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

また本実施の形態では、バンパービーム１５の本体部２８が隔壁２２の数が２枚の「目」字状断面を有しているが、「目」字状断面を隔壁２２の数が１枚の「日」字状断面としても良い。

１３ 取付板（車体フレーム部材）
１４ バンパービームエクステンション
１５ バンパービーム
１５Ａ 直線部
１５Ｂ 傾斜部
１５´ アルミニウム押出し材
１８ 前壁（前後方向外壁）
２０ 上壁
２１ 下壁
２３ 接合フランジ
２４ａ 上壁
２４ｅ 車体取付座
２４ｆ ボルト孔
２５ａ 下壁
２５ｅ 車体取付座
２５ｆ ボルト孔
２６ 連続繊維強化樹脂層
２７ 不連続繊維強化樹脂層
２８ 本体部
２９ フランジ付きカラー
２９ｂ フランジ
３５ フランジ付きボルト
３５ａ フランジ
３８ 弾性材

Claims (6)

1. 車幅方向に配置されたバンパービーム（１５）と、前後方向に配置されて前記バンパービーム（１５）の車幅方向両端を支持する左右一対のバンパービームエクステンション（１４）とを備える自動車の車体構造であって、
   アルミニウム押出し材（１５´）からなる前記バンパービーム（１５）は、車幅方向中央に位置する直線部（１５Ａ）と、前記直線部（１５Ａ）の車幅方向両端から前後方向内側に傾斜する傾斜部（１５Ｂ）と、前記傾斜部（１５Ｂ）の前後方向内縁から前後方向内側に延び、上下方向間隔が後方に向かって拡大する上下一対の接合フランジ（２３，２３）とを備え、前記バンパービームエクステンション（１４）は上下方向寸法に対して車幅方向寸法が大きい筒状断面に構成され、前記バンパービーム（１５）の前記上下一対の接合フランジ（２３，２３）を前記バンパービームエクステンション（１４）の上壁（２４ａ）および下壁（２５ａ）に結合し、前記上壁（２４ａ）および前記下壁（２５ａ）の前端は、前記接合フランジ（２３，２３）と前記バンパービーム（１５）の後壁（１９）との間の角部に当接していることを特徴とする自動車の車体構造。
2. 前記バンパービームエクステンション（１４）は前後方向内側に向かって上下方向寸法および車幅方向寸法が共に増加することを特徴とする、請求項１に記載の自動車の車体構造。
3. 前記バンパービーム（１５）の素材となるアルミニウム押出し材（１５´）は、「目」字状断面あるいは「日」字状断面を有する本体部（２８）と、前記本体部（２８）から延びる前記上下一対の接合フランジ（２３）とを備え、前記直線部（１５Ａ）は、前記上下一対の接合フランジ（２３）の一部を切除することで構成されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の自動車の車体構造。
4. 前記傾斜部（１５Ｂ）は、前記本体部（２８）の一部を切除して切欠き部を形成し、前記本体部（２８）の前後方向外壁（１８）を前記切欠き部に沿うように車幅方向内側に折り曲げて構成されることを特徴とする、請求項３に記載の自動車の車体構造。
5. 筒状断面の前記バンパービームエクステンション（１４）は、内面が連続繊維強化樹脂層（２６）で構成されて外面が不連続繊維強化樹脂層（２７）で構成されることを特徴とする、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の自動車の車体構造。
6. 前記バンパービームエクステンション（１４）の車体取付座（２４ｅ，２５ｅ）に設けたボルト孔（２４ｆ，２５ｆ）に、前後方向内端にフランジ（２９ｂ）を一体に有するフランジ付きカラー（２９）を嵌合し、フランジ（３５ａ）を一体に有するフランジ付きボルト（３５）を前後方向外側から前記フランジ付きカラー（２９）を貫通させて車体フレーム部材（１３）に締結する際に、前記フランジ付きボルト（３５）のフランジ（３５ａ）と前記車体取付座（２４ｅ，２５ｅ）の前後方向外面との間に弾性材（３８）を介在させたことを特徴とする、請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の自動車の車体構造。
   

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