JP6397288B2 - バンパビーム構造 - Google Patents

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Description

本発明は、軽合金押出材からなるビーム本体の両端に板金製のビームエクステンションを連設させたバンパビーム構造に関する。
従来、この種のバンパビームとして、車体の軽量化を図るためにアルミニウム合金等の軽合金を用いた押出材を採用しているものが知られている。ところで、バンパビームは、その両端が車体側の車幅方向両側に配設されている一対のサイドフレーム(車体前部ではフロンントサイドフレーム、車体後部ではリヤサイドフレーム)に軸圧潰部材を介して連結されており、フルラップ衝突時の衝撃荷重を軸圧潰部材に伝達し、軸圧潰部材を圧潰変形させることで、衝撃エネルギを吸収させるものである。
更に、バンパビームは、フルラップ衝突のみならず、オフセット衝突時においても、その衝撃荷重をサイドフレームに伝達して衝撃エネルギを吸収させる必要がある。そのため、バンパビームは、その両端、すなわちサイドフレームから車幅方向外側へオフセットしている部位を車体コーナ方向へ湾曲させて、オフセット衝突時の衝撃荷重を受け易くする構造にしている。
又、バンパビームの車体外側、すなわち、フロントバンパではバンパビームの前面に発砲ウレタンなどの衝撃吸収フォームを介してバンパフェースが取付けられており、バンパビームはバンパフェースの造形に合わせた形状にすることが望ましい。
しかし、バンパビームがアルミニウム合金等の軽合金押出材で形成されている場合、剛性が高いので、オフセット部位を車体後方へ大きな曲率で屈曲させることは困難であり、そのため、オフセット部位の曲率を大きくすることができず、比較的大きな曲率で形成されているバンパフェースのコーナ部位においては、曲率の相違からオフセット部位とバンパフェースのコーナ部位との間の距離が長くなり、オフセット衝突時において、バンパフェースが衝突してからバンパビームに衝撃荷重が伝達されるまでの無駄時間が長くなり、その分、衝撃吸収性が劣る不具合がある。
これに対処するに、例えば特許文献1(特開2013−95346号公報)では、軽合金押出材からなるバンパビームの両端部の車体側の面に、車幅方向外側へ向けてV字状の切欠部を形成して、曲げ加工を容易にする技術が開示されている。
特開2013−95346号公報
上述した文献に開示されている技術によれば、バンパビームの端部を切欠部により開断面とすることで曲げ加工を容易にしているが、この切欠部がサイドフレームよりも車幅方向外側のオフセット部の端部まで形成されているため、この端部の強度が極端に低下してしまい、オフセット衝突時における衝撃荷重をフロントサイドフレーム方向へ効率良く伝達させることが困難となる不具合がある。
更に、バンパビームの端部の車体側に切欠部を形成して開断面としただけで、この端部をバンパフェースの造形に沿って曲げ形成すると、アルミニウム合金は剛性が高いため複合的な曲げ加工を施した場合、曲げ外側に亀裂が発生する可能性がある。そのため、バンパフェースの造形に倣った曲げ加工を行うには限界がある。
本発明は、上記事情に鑑み、軽合金押出材からなるバンパビームの車幅方向外側端部の衝突時における強度を低下させること無く、バンパフェースの造形に倣った曲げ加工を施すことが可能で、衝突時における衝撃荷重伝達の無駄時間を大幅に短縮させることができ、衝撃エネルギを効率良く吸収させることのできるバンパビーム構造を提供することを目的とする。
本発明の第1は、中空断面の軽合金押出材からなり、車幅方向に延在配置されたビーム本体と、前記ビーム本体の左右端部の車体内方の面と該車体内方の面に対峙する一対のサイドフレームの端部との間に固設されている軸圧潰部材とを備えるバンパビーム構造において、前記ビーム本体の前記各端部は前記車体内方の面を開口する開断面状に形成されていると共に車体コーナ方向へ湾曲形成され、前記開断面状に形成されている前記各端部の車体内方の面に、切欠部が形成されていると共に該切欠部よりも車幅方向外側に鉤部が形成されており、前記軸圧潰部材が前記ビーム本体の前記両端部よりも車幅方向外側へ延在するオフセット部を有する板金製のビームエクステンションと一体に形成され、前記ビームエクステンションが前記切欠部を挟む車幅方向両側で前記端部に固定され、前記ビームエクステンションに、前記切欠部に臨まされると共に前記鉤部の車幅方向内側に対峙する鉤受け部が設けられている
本発明の第2は、中空断面の軽合金押出材からなり、車幅方向に延在配置されたビーム本体と、前記ビーム本体の左右端部の車体内方の面と該車体内方の面に対峙する一対のサイドフレームの端部との間に固設されている軸圧潰部材とを備えるバンパビーム構造において、前記ビーム本体の前記各端部は前記車体内方の面を開口する開断面状に形成されていると共に車体コーナ方向へ湾曲形成され、前記軸圧潰部材が前記ビーム本体の前記両端部よりも車幅方向外側へ延在するオフセット部を有する板金製のビームエクステンションと一体に形成され、前記ビームエクステンションに設けた前記オフセット部の車幅方向外側に、前記サイドフレームの端部側から前記ビーム本体側の車幅方向外側へ斜めに延在するガセットが設けられている。
本発明によれば、軽合金押出材で形成したビーム本体の端部を車体内方へ開口する開断面状に形成すると共に車体コーナ方向へ屈曲形成し、この各端部に車幅方向外側へ延在する板金製のビームエクステンションを固定したので、ビーム本体を軽合金押出材で形成しても、バンパビームの両端部をバンパフェースの造形に倣った形状に曲げ形成することができ、衝突時における衝撃荷重伝達の無駄時間を大幅に短縮させることができる。又、ビームエクステンションを板金製としたので車幅方向外側端部に衝突時の衝撃荷重が印加されても、強度不足となることがなく、衝撃荷重を軸圧潰部及びサイドフレームに伝達することができ、衝撃エネルギを効率良く吸収させることができる。
車体前部の要部概略平面図 ビーム本体の加工前の端部の斜視図 バンパビーム左端部の分解斜視図 ビームエクステンションの分解斜視図 バンパビーム左端部の断面平面図 図5のVI-VI断面図 図5のVII−VII断面図 フルラップ衝突とオフセット衝突時におけるバンパビームの変形状態を示す断面平面図
以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。図1の符号1はフロントバンパユニットであり、エンジンルーム2とキャビン3とを区画するトーボード4側から車体前方へ延在する車幅方向左右一対のフロントサイドフレーム5と、この両フロントサイドフレーム5の前端面を連設するバンパビーム6と、バンパビーム6の前方を覆い車体前面の造形の一部として機能するバンパフェース7とを備えている。又、バンパビーム6とバンパフェース7との間には歩行者保護のための衝撃吸収発泡体が介装されている。尚、エンジンルーム2には、エンジン8、トランスミッション9を代表とするパワーユニットが搭載され、このパワーユニットからの出力にて前輪10や図示しない後輪が回転駆動される。
バンパビーム6は、車体前部の車幅方向に延在配置されるビーム本体11と、このビーム本体11の両端に連設する左右一対のビームエクステンション12とで構成されており、このビームエクステンション12がフロントサイドフレーム5の前端面に固定されている。尚、左右のビームエクステンション12は対称形状をなしているため、以下においては車体左側のビームエクステンション12のみを示し、右側は省略する。
ビーム本体11は、図2に示すような軽合金の一例である比較的高い剛性のアルミニウム合金等の軽合金を材料とする押出材(軽合金押出材)31を加工して形成されている。この軽合金押出材31は、車体前後方向の縦断面が略日の字状に形成された中空閉断面形状を有しており、フロントサイドフレーム5に取付けられた状態で車体前方に指向する前壁31aと、この前壁31aに対峙する後壁31bと、この両壁31a,31b間を連結する底リブ31c、中央リブ31d、上リブ31eで構成されている。又、前壁31aの中央リブ31dを挟む上下対象な位置に二条のビーム凹溝31fが形成されている。
軽合金押出材31は、左右フロントサイドフレーム5の前端側の外側壁面間を結ぶ幅とほぼ同等の長さで切断されている。又、後加工により中央から車幅方向外側へ、バンパフェース7の造形に沿わせ、亀裂が発生しない範囲の小さな曲率(大きな半径)で曲げ形成されている。更に、このビーム本体11の両端部の後面に取付部11aが後加工により形成されている。
図2に示すように、取付部11aは、幅方向内側の切欠部11bと端部に形成された鉤部11cとを有している。切欠部11bは、両端部の幅方向内側から端面方向にかけ、後壁31b側から前壁31a方向へ向けて上下方向全体を略円弧状に切削されて、ビーム凹溝31fの背面側の壁面とほぼ同一面で鉤部11cの車幅方向内端に連続されている。この鉤部11cは各リブ31c〜31eに形成されており、内端は各リブ31c〜31eを切欠部11bとの接続点から後方へ直角に切削されている。
又、図7に示すように、この鉤部11cの奥行きは、ビーム凹溝31fの背面よりもやや後方へ突出している。更に、この取付部11aは、図3に矢印Aで示すように、切欠部11bから端部側にかけて車体コーナ(車体前部と側部とか交わる部位)方向へ湾曲形成されている。切欠部11bから端部側は切削により後壁31bが除去されていると共にリブ31c〜31eの一部が切り欠かれているため、バンパフェース7の造形に倣って比較的大きな曲率(小さな半径)で曲げ形成することができる。
取付部11aの背面にビームエクステンション12の前面がボルト13にて締結される。図4に示すように、このビームエクステンション12は複数の板金部材12a〜12eをスポット溶接等で接合して形成されている。すなわち、このビームエクステンション12は、フロントサイドフレーム5の前端面にボルト締めされるベースプレート12aを有し、このベースプレート12aの前面に軸圧潰部材としてのクラッシュボックス12bの後端が溶接されている。このクラッシュボックス12bは、車体幅方向内側に開口するハット形断面のボックス本体12fと、このボックス本体12fの開口面を閉塞するサイドプレート12gとで構成されて、その上下端に、互いに接合される接合フランジ部12hが形成されている。
又、ボックス本体12fの前面が、後述するエクステンションフロントフレーム12eを介して、ビーム本体11の鉤部11cが形成されている底リブ31cと上リブ31eとの間に位置するビーム凹溝31fの背面に当接され、ボルト13により締結固定される。
更に、このクラッシュボックス12bのサイドプレート12gの車幅方向内面にボックスサイドフレーム12cが接合されている。このボックスサイドフレーム12cは、後方を開口するハット形断面に形成されており、前面がビーム本体11に設けた取付部11aの後壁31bに当接される。この前面にねじ孔12iが螺設され、ビーム本体11に設けた後壁31bのねじ孔12iに対向する位置に、ボルト挿通孔11dが穿設されていると共に、前壁31aのボルト挿通孔11dに対向する位置にボルト頭逃げ孔11eが穿設されている(図6参照)。
又、ボックス本体12fの上面にアッパプレート12dが接合され、その後端がベースプレート12aに接合されている。図1に示すように、ビームエクステンション12がビーム本体11の左右端部にそれぞれ固設された状態では、アッパプレート12dの車幅方向外側が、ビーム本体11の端部よりも外側の車体コーナ方向へ突出されている。又、このアッパプレート12dの車幅方向外側で端部がベースプレート12aの方向に傾斜されており、この傾斜部位にガセットとしてのフランジ部12kが曲げ形成されて、このフランジ部12kの後部がベースプレート12aに接合されている。このフランジ部12kにて、アッパプレート12dの車幅方向外側がガセットとして機能される。
又、ボックス本体12f、及びアッパプレート12dの前面にエクステンションフロントフレーム12eが接合されている。このエクステンションフロントフレーム12eは、断面略コの字状に形成されており、上面フランジと下面フランジとがアッパプレート12dの上面とボックス本体12fの底面とに接合されている。このエクステンションフロントフレーム12eの前面はアッパプレート12dの前端に沿って車幅方向へ延在されていると共に、高さ方向中央に1条のフロント凹溝12lが曲げ形成されている。このエクステンションフロントフレーム12eのボックス本体12fの前面に位置する部位が、ビーム本体11の両端に形成した鉤部11cの底リブ31cと上リブ31eとの間に臨まされる。
図7に示すように、エクステンションフロントフレーム12eの前面が、鉤部11cの間に臨まされた状態では、その当接面に穿設されているねじ孔12iに、ビーム本体11の前壁31aに穿設されているボルト挿通孔11dから挿通されるボルト13が螺入されて、締結固定される。更に、フロント凹溝12lに、前壁31aから後方へ突出されている中央リブ31dが対向され、これにより中央リブ31dとの干渉が回避される。
又、図5、図7に示すように、エクステンションフロントフレーム12eがビーム凹溝31fの背面に固定された状態では、クラッシュボックス12bに形成した接合フランジ部12hの前端が、切欠部11bに臨まされると共に底リブ31cと上リブ31eとに形成した鉤部11cの車幅方向内端に対峙されて鉤受け部として機能する。更に、フロント凹溝12lから露呈するサイドプレート12gに、中央リブ31dに形成した鉤部11cの車幅方向内端に掛止されている。
又、アッパプレート12dとエクステンションフロントフレーム12eとにより、クラッシュボックス12bから車幅方向外側にオフセット部12jが形成されている。図1、図5に示すように、このオフセット部12jを構成するエクステンションフロントフレーム12eは、ビーム本体11側から略S字状のカーブに連続形成されており、従って、このエクステンションフロントフレーム12eを覆うバンパフェース7の造形も略S状となる。
次に、このような構成による本実施形態の作用について説明する。ビーム本体11は、軽合金押出材31を所定長さ(例えば、車体に設けられている左右サイドフレーム5の先端側の外側壁面間を結ぶ幅)に切断した後、図2に示すように、両端部に切欠部11bと鉤部11cとを切削により形成して後方(車体内方)を開口する開断面とする。
次いで、図3に矢印Aで示すように、ビーム本体11の端部を切欠部11b付近から後方へ、後述するバンパフェース7の造形にほぼ倣った曲率で曲げ形成する。この切欠部11bから端部に聞けては、後方が開口する開断面にとなっているため、比較的大きな曲率で、前壁31aに亀裂を発生させることなく、バンパフェース7の造形に倣った形状に曲げ形成することができる。
一方、板金部材12a〜12eを所定に接合して形成されたビームエクステンション12は、ベースプレート12aが左右フロントサイドフレーム5の前端面にボルトを介して締結固定されている。このビームエクステンション12の前面にビーム本体11の両端部背面に設けた取付部11aを当接し、後壁31bに穿設されているボルト挿通孔11dに挿通したボルト13をボックスサイドフレーム12cの前面に螺設されているねじ孔12iに螺入して固定する。又、鉤部11c側のビーム溝31fに穿設されているボルト挿通孔11dに挿通したボルト13をエクステンションフロントフレーム12eに螺設されているねじ孔12iに螺入して締結固定する。従って、ビームエクステンション12は、ビーム本体11の切欠部11bを挟む車幅方向両側で取付部11aに固定される。
その結果、図1、図7に示すように、ビーム本体11の取付部11aが、ビームエクステンション12に形成されているクラッシュボックス12bを介してフロントサイドフレーム5に連結される。更に、ビームエクステンション12のオフセット部12jがビーム本体11の両端から車幅方向外側へ突出され、このオフセット部12jにてオフセット衝突時における衝撃荷重を受ける。
その後、このビーム本体11とビームエクステンション12とで形成されたバンパビーム6の前面に歩行者保護のための衝撃吸収発泡体(図示せず)を介してバンパフェース7を被着し、外表面を形成する。図5に示すように、バンパビーム6の両端部を板金製のビームエクステンション12で形成したので、ビーム本体11の比較大きな曲率で曲げ形成されている端部とエクステンションフロントフレーム12eのオフセット部12iとを、平面視で略S字状の連続した形状に形成することができる。
このように、本実施形態では、軽量化のためにビーム本体11を軽合金押出材31で形成しても、このビーム本体11の端部を後方へ開口する開断面に後加工して取付部11aを形成したので、この取付部11aを、前壁31aに亀裂を生じさせること無く、比較的大きな曲率で曲げ形成することができる。その結果、ビーム本体11の端部をバンパフェース7の造形に倣った形状に形成することができ、バンパフェース7との間隔を狭くすることができる。従って、相対的にクラッシュボックス12bをバンパフェース7側へ近接させることが可能となる。
更に、この取付部11aに、クラッシュボックス12bを一体に有する板金製ビームエクステンション12の車幅方向内側を取付け、車幅方向外側を車体の前部の左右コーナ方向へ連続的に延在させてオフセット部12iとしたので、ビーム本体11の端部からコーナ方向へオフセット部12iをバンパフェース7の造形に倣った形状に連続形成することができる。その結果、バンパフェース7の内面とバンパビーム6の前面との距離が大きく離間されてしまうことが無くなり、衝突時における衝突荷重伝達の無駄時間を大幅に短縮させることができ、衝撃エネルギをクラッシュボックス12b方向へ効率良く伝達させることができる。
次に、フルラップ衝突とオフセット衝突におけるバンパビーム6の挙動について、図8を参照して説明する。
[フルラップ衝突]
図に白抜き矢印で示すように、左右サイドフレーム5間のバンパビーム6に対し、前方から壁等の障害物を模したフルラップバリア(図示せず)が荷重Ffでフルラップ衝突すると、軽合金押出材31からなるビーム本体11が、一点鎖線で示すように、車体内方へ凹湾曲変形し、この湾曲変形により、ビーム本体11の両端側が車幅方向内側へ引かれる。
その際、ビーム本体11の両側に取付けられているビームエクステンション12が同方向に引かれるが、このビームエクステンション12に一体形成されているクラッシュボックス12bの後端はフロントサイドフレーム5に固設されているため、同方向への引張力に抗する力が作用する。その結果、ビーム本体11とビームエクステンション12とを締結するボルト13に剪断応力が作用し、ボルト破断させようとする。
しかし、図7に示すように、ビームエクステンション12のクラッシュボックス12bの上下部に形成した接合フランジ部12hの先端が、ビーム本体11の両端に形成した鉤部11cの車幅方向内端に掛止されて、鉤受け部として機能しているため、ボルト13に作用する剪断応力が阻止、或いは緩和され、ボルト破断を未然に防止することができる。
その結果、このビームエクステンション12がビーム本体11から外れることが無く、ビーム本体11からビームエクステンション12に設けられているクラッシュボックス12bに衝撃荷重が伝達され、このクラッシュボックス12bを軸圧潰して、衝撃荷重が吸収される。
[オフセット衝突]
図に編目矢印で示すように、車体の左右に配設されているフロントサイドフレーム5よりも車幅方向外側(側端部)のバンパビーム6、図においては、左側のビームエクステンション12のオフセット部12jに対し、電柱等の障害物を模したオフセットバリア(図示せず)が網目矢印で示すように、荷重Fsでオフセット衝突すると、ビームエクステンション12のオフセット部12jが、一点鎖線で示すように、車体内方へ変形する。
このとき、オフセット部12jは片持ちとなるが、複数の板金部材12b,12d,12eを接合して形成しているため、強度不足となることは無い。又、本実施形態では、図1に示すように、ビーム本体11の端部、及び、それに連続するビームエクステンション12のオフセット部12jの前面が、バンパフェース7にほぼ倣って形成されているため、荷重Fsがバンパフェース7に印加されてから、ビーム本体11の端部、及びオフセット部12jに伝達されるまでにかかる無駄時間を大幅に短縮させることができる。
そして、オフセット衝突によりオフセット部12jが車体内方へ変形すると、ビームエクステンション12にボルト13を介して締結されているビーム本体11が同方向へ引張される。その際、ビーム本体11の反対側は、車体右側のフロントサイドフレーム5にビームエクステンション12を介して支持されているため、同方向への引張力に抗する力が作用する。その結果、ビーム本体11とビームエクステンション12とを締結するボルト13に剪断応力が作用し、ボルト破断させようとする。
しかし、ビームエクステンション12のクラッシュボックス12bの上下部に形成した接合フランジ部12hの先端が、ビーム本体11の両端に形成した鉤部11cの車幅方向内端に掛止されているので、この接合フランジ部12が鉤部11cを押圧して、ボルト13に作用する剪断応力を阻止、或いは緩和され、ボルト破断を未然に防止することができる。
その結果、このオフセット部12iが車体内方へ折れて、衝突時の衝撃荷重が前輪10側へ擦り抜けてしまうことがなく、衝撃荷重はオフセット部12iを介してクラッシュボックス12bに伝達されるばかりでなく、アッパプレート12dに曲げ形成したフランジ部12kにより、アッパプレート12dの車幅方向外端部がガセットとして機能し、衝撃荷重をフロントサイドフレーム5側に伝達し、クラッシュボックス12bを屈曲変形させて、衝撃荷重を吸収することができる。
以上のように、本実施形態によれば、軽量化のためにビーム本体11を軽合金押出材31で形成しても、その両側に取付けるビームエクステンション12を複数の板金材を接合して形成したので、オフセット衝突に対しても充分に対抗することができる。更に、ビーム本体11の両端を後方開口の開断面として、開断面に鉤部11cを形成し、ビームエクステンション12に鉤部11cに掛止される接合フランジ部12を形成したので、衝突時に、ビーム本体11の開断面とビームエクステンション12とを締結するボルト13に剪断応力が作用しても、鉤部11cと接合フランジ部12との係合により、剪断力が阻止、或いは緩和され、ボルト破断を未然に防止することができる。
尚、本発明は、上述した実施形態に限るものではなく、例えばバンパビーム6は、車体後部に取付けられているリヤバンパに組み付けることも可能である。更に、軽合金押出材31はアルミニウム合金以外の材料でもよく、又、閉断面形状は日の字に限らず、目の字やマス目であっても良い。
1…フロントバンパユニット、
2…エンジンルーム、
3…キャビン、
4…トーボード、
5…フロントサイドフレーム、
6…バンパビーム、
7…バンパフェース、
8…エンジン、
9…トランスミッション、
10…前輪、
11…ビーム本体、
11a…取付部、
11b…切欠部、
11c…鉤部、
11d…ボルト挿通孔、
11e…ボルト頭逃げ孔、
12…ビームエクステンション、
12a…ベースプレート、
12b…クラッシュボックス、
12c…ボックスサイドフレーム、
12d…アッパプレート、
12e…エクステンションフロントフレーム、
12f…ボックス本体、
12g…サイドプレート、
12h…接合フランジ部、
12i…ねじ孔、
12j…オフセット部、
12k…フランジ部、
12l…フロント凹溝、
13…ボルト、
31…軽合金押出材、
31a…前壁、
31b…後壁、
31c…底リブ、
31d…中央リブ、
31e…上リブ、
31f…ビーム凹溝

Claims (3)

  1. 中空断面の軽合金押出材からなり、車幅方向に延在配置されたビーム本体と、
    前記ビーム本体の左右端部の車体内方の面と該車体内方の面に対峙する一対のサイドフレームの端部との間に固設されている軸圧潰部材と
    を備えるバンパビーム構造において、
    前記ビーム本体の前記各端部は前記車体内方の面を開口する開断面状に形成されていると共に車体コーナ方向へ湾曲形成され、
    開断面状に形成されている前記各端部の車体内方の面に、切欠部が形成されていると共に該切欠部よりも車幅方向外側に鉤部が形成されており、
    前記軸圧潰部材が前記ビーム本体の前記両端部よりも車幅方向外側へ延在するオフセット部を有する板金製のビームエクステンションと一体に形成され
    前記ビームエクステンションが前記切欠部を挟む車幅方向両側で前記端部に固定され、
    前記ビームエクステンションに、前記切欠部に臨まされると共に前記鉤部の車幅方向内側に対峙する鉤受け部が設けられている
    ことを特徴とするバンパビーム構造。
  2. 中空断面の軽合金押出材からなり、車幅方向に延在配置されたビーム本体と、
    前記ビーム本体の左右端部の車体内方の面と該車体内方の面に対峙する一対のサイドフレームの端部との間に固設されている軸圧潰部材と
    を備えるバンパビーム構造において、
    前記ビーム本体の前記各端部は前記車体内方の面を開口する開断面状に形成されていると共に車体コーナ方向へ湾曲形成され、
    前記軸圧潰部材が前記ビーム本体の前記両端部よりも車幅方向外側へ延在するオフセット部を有する板金製のビームエクステンションと一体に形成され
    前記ビームエクステンションに設けた前記オフセット部の車幅方向外側に、前記サイドフレームの端部側から前記ビーム本体側の車幅方向外側へ斜めに延在するガセットが設けられている
    ことを特徴とするバンパビーム構造。
  3. 前記ビームエクステンションに設けた前記オフセット部の車幅方向外側に、前記サイドフレームの端部側から前記ビーム本体側の車幅方向外側へ斜めに延在するガセットが設けられている
    ことを特徴とする請求項1記載のバンパビーム構造。
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