JP6405398B2 - 車両用バンパビーム - Google Patents

Description

本発明は、車両用バンパビームに関する。

従来、車体の前後で車体幅方向に延びる繊維強化樹脂製の車両用バンパビームが知られている（例えば、特許文献１参照）。このバンパビームは、車体幅方向に配向した連続繊維を含む繊維強化樹脂で形成されている。
このようなバンパビームは、前記の繊維配向樹脂で形成されることによって、バンパビーム自体における衝突エネルギの吸収性能に優れる。

特開２０１７−１４２２号公報

しかしながら、従来のバンパビーム（例えば、特許文献１参照）は、衝突エネルギが入力された際に、バンパビームの車体前後方向の外側面が平坦な中央部には、車体幅方向の両外側から内側に向かう圧縮力が生起する。バンパビームは、この圧縮力によって面外変形を生じるおそれがある。そして、衝突時にバンパビームに面外変形が生じると、このバンパビームに接合される車体側への伝達荷重が低下する。

本発明の課題は、車体前後方向の内側に向けて衝突荷重を効率よく伝達することができる車両用バンパビームを提供することにある。

前記課題を解決する車両用バンパビームは、車体幅方向に延びて車体前後方向の外側が平坦な平坦部と、前記平坦部の車体幅方向の両外側にそれぞれ形成される一対の傾斜部とを有する、連続繊維強化樹脂で形成されるバンパビーム本体と、前記バンパビーム本体に形成される不連続繊維強化樹脂からなる不連続繊維部と、前記傾斜部の車体前後方向の内側に形成され、前記バンパビーム本体を車体に取り付ける車体取付部と、を備え、前記不連続繊維部は、前記車体取付部から前記傾斜部を経て前記平坦部まで延びる面外変形抑制部を備えることを特徴とする。

本発明によれば、車体前後方向の内側に向けて衝突荷重を効率よく伝達することができる車両用バンパビームを提供することができる。

本発明の実施形態に係る車両用バンパビームの全体斜視図である。 図１の車両用バンパビームにおける左側半分の部分拡大上面図である。 本発明の実施形態に係る車両用バンパビームを形成する繊維強化樹脂の構成説明図であり、（ａ）は連続繊維を含む繊維強化樹脂の構成説明図、（ｂ）は不連続繊維を含む繊維強化樹脂の構成説明図である。 （ａ）は、車両用バンパビームの上面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す車両用バンパビームに対応する位置で発生する曲げモーメントのダイアグラムである。（ｃ）は、比較例として示す面外変形抑制部を有しないバンパビームにおける曲げモーメントのダイアグラムである。 変形例に係る車両用バンパビームにおける左側半分の部分拡大上面図であり、図２に対応する図である。

次に、本発明を実施する形態（本実施形態）の車両用バンパビームについて詳細に説明する。なお、本発明の車両用バンパビーム（以下、単に「バンパビーム」と称する）は、フロントバンパビーム及びリヤバンパビームの両方を含むが、以下の本実施形態ではリヤバンパビームを例にとって説明する。

図１は、本実施形態に係るバンパビーム１０の全体斜視図である。
以下の説明における前後左右上下（図１等参照）の方向は、車両に着座したドライバの前後左右上下の方向を基準とする。図１に示す左右の方向は、車体幅方向に一致する。また、車体幅方向又は車体前後方向において内側又は外側は、上面視での車体の中央部側を内側とし、これとは反対側を外側とする。

バンパビーム本体１１は、繊維強化樹脂で形成されている。本実施形態での繊維強化樹脂としては、熱可塑性ＣＦＲＰ(CFRP：Carbon Fiber Reinforced Plastics)を想定している。この熱可塑性ＣＦＲＰは、マトリックスとしての熱可塑性樹脂に炭素繊維を含んで構成されている。この熱可塑性ＣＦＲＰについては後に詳しく説明する。

図１に示すように、バンパビーム１０は、連続繊維強化樹脂で形成されるバンパビーム本体１１と、不連続繊維強化樹脂で形成される不連続繊維部１３と、バンパビーム本体１１を車体としてのリヤサイドフレーム２１に取り付ける車体取付部１４と、を備えている。なお、図１中、リヤサイドフレーム２１は、仮想線（二点鎖線）で示している。

≪バンパビーム本体≫
図１に示すように、バンパビーム本体１１は、車体後側に配置されて車体幅方向に延在する部材である。
バンパビーム本体１１は、延在方向に交差する断面視で、車体の後側に配置される縦壁１１ａと、この縦壁１１ａの上端から前側に向けて延びる上壁１１ｂと、縦壁１１ａの下端から前側に向けて延びる下壁１１ｃとで主に構成されている。つまり、バンパビーム本体１１は、後側が縦壁１１ａで閉じ、前側が上壁１１ｂと下壁１１ｃとの間で開く略コ字状に形成されている。

バンパビーム本体１１は、車体幅方向の中央部で延びる後面が平坦な平坦部１２ａと、この平坦部１２ａの両端部からさらに車体幅方向の外側に延在する一対の傾斜部１２ｂと、を備えている。

図２は、図１のバンパビーム１０における左側半分の部分拡大上面図である。
図２に示すように、平坦部１２ａは、車体幅方向におけるバンパビーム本体１１の略直線部を形成している。
傾斜部１２ｂは、平坦部１２ａの端部から車体幅方向の外側に延びるほど後側に向けて徐々に変位している。これによりバンパビーム本体１１は、図１に示すように、後方に凸の概ね弓なり形状を呈している。

≪不連続繊維部≫
図１に示すように、不連続繊維部１３は、面外変形抑制部１５と、突出部１６と、外側突出部１７と、を主に備えて構成されている。不連続繊維部１３を形成する不連続繊維を含む繊維強化樹脂については後に詳しく説明する。

＜面外変形抑制部＞
図１に示すように、面外変形抑制部１５は、バンパビーム本体１１の上面及び下面にそれぞれ立設されるリブで形成されている。なお、面外変形抑制部１５は、バンパビーム本体１１の上下面のそれぞれで同じ構造を有している。したがって、以下では、バンパビーム本体１１の上面における面外変形抑制部１５についてのみ説明し、下面の面外変形抑制部１５の説明は省略する。

本実施形態での面外変形抑制部１５は、図１に示すように、後記する車体取付部１４の車体幅方向の内側から傾斜部１２ｂを経て平坦部１２ａまで延びている。この面外変形抑制部１５は、傾斜延設部１８と、外側延設部１９と、内側延設部２０と、を備えている。

傾斜延設部１８は、後記する車体取付部１４の車体幅方向の内側から傾斜部１２ｂを斜めに横切って、バンパビーム本体１１の後端縁における傾斜部１２ｂと平坦部１２ａとの境目まで延びている。

外側延設部１９は、バンパビーム本体１１の平坦部１２ａの後端縁に沿って延びている。この外側延設部１９は、傾斜部１２ｂと平坦部１２ａとの境目で傾斜延設部１８と接続されている。

内側延設部２０は、バンパビーム本体１１の前端縁に沿って延びるとともに、後記する外側突出部１７の上面における車体幅方向の外側縁に沿って延びている。

＜突出部＞
図１に示すように、突出部１６は、バンパビーム本体１１の車体幅方向の外端部から車体前後方向の外側（図１の後方）に向かって突出するように形成されている。
本実施形態での突出部１６は、上下方向に縦長の略四角筒体で形成されている。この略四角筒体は、車体前後方向の外側に開口し、バンパビーム本体１１側に閉じている。

図２は、図１のバンパビーム１０における左側半分の部分拡大上面図である。
図２に示すように、突出部１６は、上面視で、後記する車体取付部１４の車体前後方向の内側（図２の前側）の端縁を底辺とする等脚台形になっている。また、突出部１６は、バンパビーム本体１１の外側延設部１９の車体幅方向の外側への仮想延長線Ｌまで突出している。つまり、突出部１６の先端は、仮想延長線Ｌ上に位置している。
なお、図２中、左側の突出部１６については、図示を省略しているが、左側の突出部１６は、右側の突出部１６と同様に構成されている。

＜外側突出部＞
図１に示すように、外側突出部１７は、バンパビーム本体１１の車体幅方向の外端部からバンパビーム本体１１の突出部１６よりも車体幅方向の外側に向かって突出するように形成されている。具体的には、本実施形態での外側突出部１７は、突出部１６の車幅方向の外側で突出部１６から離れるように斜め後方に向かって突出している。
本実施形態での外側突出部１７は、縦長の略四角筒体で形成されている。この略四角筒体は、車体前後方向の外側に開口し、バンパビーム本体１１側に閉じている。

図２に示すように、外側突出部１７は、上面視で、バンパビーム本体１１との接続線を底辺とする等脚台形になっている。また、この等脚台形の両斜辺を前側に向かってそれぞれ延長すると、後記する車体取付部１４の車体前後方向の内側（図２の前側）の端縁の両端点に略交わるようになっている。
そして、外側突出部１７の先端は、突出部１６の先端よりも車体前後方向の内側（図２の前側）に位置するように設定されている。

ちなみに、バンパビーム本体１１との接合面で規定される突出部１６の基端部と外側突出部１７の基端部とは、バンパビーム本体１１が接合されるリヤサイドフレーム２１の端部２１ａと車体前後方向に重なるように配置されている。

≪車体取付部≫
図２に示すように、本実施形態での車体取付部１４は、バンパビーム本体１１の車体幅方向の外端部であって、車体前後方向の最も内側（図２の前側）の端面に設定されている。バンパビーム１０は、この車体取付部１４を介してリヤサイドフレーム２１の端部２１ａに接合される。なお、本発明は、バンパビーム１０がリヤサイドフレーム２１に直接取り付けられるものに限定するものではなく、例えばビームエクステンションなどの他の取付部材を介して車体側に取り付けられる構成とすることもできる。

≪繊維強化樹脂≫
図３（ａ）は連続繊維を含む繊維強化樹脂の構成説明図であり、図３（ｂ）は不連続繊維を含む繊維強化樹脂の構成説明図である。
前記したように、バンパビーム本体１１は、連続繊維を含む繊維強化樹脂で形成され、面外変形抑制部１５（傾斜延設部１８、外側延設部１９、及び内側延設部２０）と、突出部１６と、外側突出部１７とは、連続繊維を含む繊維強化樹脂で形成されている。

図３（ａ）に示すように、本実施形態での連続繊維を含む繊維強化樹脂（連続繊維強化樹脂）は、前記したように、マトリックスとしての熱可塑性樹脂Ｒに、長繊維からなる炭素繊維Ｃ１を含むものである。具体的には、長繊維からなる炭素繊維Ｃ１が網目を形成するように、９０度で交差して配置されている。このような連続繊維を含む繊維強化樹脂は、例えばＵＤ材の位相を９０度ずらせながら積層することで形成することができる。また、ＵＤ材の位相は、９０度に限定されずに、例えば０度、４５度、９０度、及び１３５度のように４５度刻みで変えることもできる。

熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）などのポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのポリエステル系樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）などのポリカーボネート樹脂、ポリスチレン（ＰＳ）などのポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）などの塩化ビニル樹脂、ナイロン６、ナイロンなどのポリアミド系樹脂、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）などが挙げられる。中でもポリアミド系樹脂が好ましいがこれに限定されるものではない。
炭素繊維としては、特に制限はなく、例えばＰＡＮ系のものを好適に使用することができる。

図３（ｂ）に示すように、本実施形態での不連続繊維を含む繊維強化樹脂（不連続繊維強化樹脂）は、マトリックスとしての熱可塑性樹脂Ｒに、短繊維からなる炭素繊維Ｃ２を含むものである。短繊維としては、例えば長さ５０ｍｍ前後のものが挙げられるがこれに限定されるものではない。不連続繊維を含む繊維強化樹脂においては、短繊維からなる炭素繊維Ｃ２の配向性はランダムになっている。

以上のような繊維強化樹脂からなるバンパビーム１０は、連続繊維を含む繊維強化樹脂と、不連続繊維を含む繊維強化樹脂との二色成形で得ることができる。具体的には、連続繊維を含む繊維強化樹脂で形成されるバンパビーム本体１１を、予め所定の予備金型内で一次成形しておき、この一次成形品を本金型内に配置する。次いで、この本金型内に不連続繊維を含む溶融した繊維強化樹脂材料を射出することでバンパビーム１０を得ることができる。

≪作用効果≫
次に、本実施形態に係るバンパビーム１０の奏する作用効果について説明する。
本実施形態に係るバンパビーム１０は、面外変形抑制部１５としてのリブからなる傾斜延設部１８を備えている。この傾斜延設部１８は、車体幅方向の内側から傾斜部１２ｂを斜めに横切って、バンパビーム本体１１の後端縁における傾斜部１２ｂと平坦部１２ａとの境目まで延びている。

このような傾斜延設部１８を有するバンパビーム１０は、傾斜部１２ｂに傾斜延設部１８を設けたことで、バンパビーム本体１１に入力した衝突荷重を効率よく吸収することができる。これにより衝突時におけるバンパビーム１０の面外変形を効果的に抑制することができ、車体前後方向の内側に向けて衝突荷重を効率よく伝達することができる。

また、本実施形態に係るバンパビーム１０においては、面外変形抑制部１５としてのリブからなる外側延設部１９と、内側延設部２０とをさらに有している。
このようなバンパビーム１０によれば、傾斜延設部１８に、外側延設部１９と内側延設部２０とが協働することによって、バンパビーム１０の面外変形をさらに効果的に抑制することができる。

図４（ａ）は、バンパビーム１０の上面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示すバンパビーム１０に対応する位置で発生する曲げモーメントを示すダイアグラムである。（ｃ）は、比較例として示す面外変形抑制部１５を有しないバンパビームにおける曲げモーメントのダイアグラムである。

図４（ｃ）に示す面外変形抑制部１５を有しないバンパビームにおける曲げモーメントのダイアグラムを参照すると、衝突荷重が入力された際に、バンパビームの車幅方向に規定される長さ領域において、曲げモーメントは正値で現れている。

これに対して、図４（ｂ）に示すように、面外変形抑制部１５（図４（ａ）参照）を有する本実施形態のバンパビーム１０のダイアグラムでは、物体Ｏｂ（図４（ａ）参照）がバンパビーム１０（図４（ａ）参照）に衝突した際に、バンパビーム１０の車幅方向の外側で、負値の曲げモーメントが現れている。
具体的には、図４（ｂ）に示す本実施形態のダイアグラムは、図４（ｃ）に示すダイアグラムを、曲げモーメント「０」ラインを跨ぐように下方にシフトしたようになる。
このような本実施形態のバンパビーム１０によれば、正値で現れる曲げモーメントの大きさが減少するとともに、負値の曲げモーメントによって正値の曲げモーメントの一部がキャンセルされる。これにより本実施形態のバンパビーム１０は、バンパビーム１０の面外変形を効果的に抑制することができる。

また、本実施形態に係るバンパビーム１０においては、バンパビーム本体１１の車体幅方向の外端部に突出部１６を有している。
このようなバンパビーム１０によれば、バンパビーム１０の車体幅方向の端部にまで及ぶ物体がバンパビーム１０に衝突した際に、突出部１６が物体からの衝突荷重を分かち持つ。つまり、バンパビーム１０によれば、衝突荷重をバンパビーム１０の車幅方向に分散させることができる。

また、本実施形態に係るバンパビーム１０においては、突出部１６の車体幅方向の外側に外側突出部１７を備えている。
このようなバンパビーム１０によれば、車体に対する斜め衝突時における荷重をも外側突出部１７によって吸収することができる。また、外側突出部１７の先端が、突出部１６の先端よりも車体前後方向の内側に位置しているので、バンパビーム１０に物体がフラット衝突した際に、外側突出部１７が障害になることが避けられる。

また、本実施形態に係るバンパビーム１０においては、突出部１６の基端部と外側突出部１７の基端部とは、バンパビーム本体１１が接合されるリヤサイドフレーム２１の端部２１ａと車体前後方向に重なるように配置されている。
このようなバンパビーム１０によれば、突出部１６及び外側突出部１７のうちの少なくともいずれかに衝突荷重が入力された際に、この衝突荷重をリヤサイドフレーム２１に効率よく伝達することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、種々の形態で実施することができる。
前記実施形態では、図２に示したように、上面視で突出部１６の車体前後方向の外側端面が、バンパビーム本体１１の平坦部１２ａにおける車体前後方向の外側縁に合せて平坦となっている。

図５は、変形例に係るバンパビーム１０における左側半分の部分拡大上面図であり、図２に対応する図である。
図５に示すように、変形例に係るバンパビーム１０においては、突出部１６の先端には、車体幅方向の外側に向かうほど車体前後方向の内側に向けて変位する傾斜面１６ａを有している。
この変形例に係るバンパビーム１０によれば、突出部１６の先端が尖ることによって、衝突時における突出部１６の圧壊のきっかけを作ることができる。つまり、このバンパビーム１０によれば、突出部１６の圧壊による衝突エネルギの吸収をより確実に行うことができる。

また、前記実施形態では、バンパビーム本体１１の上下面のそれぞれに面外変形抑制部１５としてのリブを設けるバンパビーム１０について説明したが、本発明は、バンパビーム本体１１の上下面のいずれか一方にのみ面外変形抑制部１５を設けた構成とすることもできる。
また、前記実施形態では、面外変形抑制部１５として傾斜延設部１８、外側延設部１９、及び内側延設部２０の全てを有するものについて説明したが、衝突荷重の入力点と、車体取付部１４とを繋ぐリブである傾斜延設部１８のみを面外変形抑制部１５とする構成とすることもできる。

また、前記実施形態では、１つの突出部１６に対して１つの外側突出部１７が並ぶバンパビーム１０について説明したが、本発明は、外側突出部１７が複数並ぶ構成とすることもできる。

また、前記実施形態では、本発明をリヤバンパビームについて適用した例について説明したが、本発明はフロントバンパビームに適用することもできる。

１０ バンパビーム
１１ バンパビーム本体
１２ａ 平坦部
１２ｂ 傾斜部
１３ 不連続繊維部
１４ 車体取付部
１５ 面外変形抑制部
１６ 突出部
１７ 外側突出部
１８ 傾斜延設部
１９ 外側延設部
２０ 内側延設部
２１ リヤサイドフレーム
Ｌ 仮想延長線

Claims (6)

1. 車体幅方向に延びて車体前後方向の外側が平坦な平坦部と、前記平坦部の車体幅方向の両外側にそれぞれ形成される一対の傾斜部とを有する、連続繊維強化樹脂で形成されるバンパビーム本体と、
   前記バンパビーム本体に形成される不連続繊維強化樹脂からなる不連続繊維部と、
   前記傾斜部の車体前後方向の内側に形成され、前記バンパビーム本体を車体に取り付ける車体取付部と、を備え、
   前記不連続繊維部は、前記車体取付部から前記傾斜部を経て前記平坦部まで延びる面外変形抑制部を備えることを特徴とする車両用バンパビーム。
2. 前記面外変形抑制部は、前記バンパビーム本体の前記平坦部における車体前後方向の外側縁で車体幅方向に沿って延びる外側延設部と、少なくとも前記バンパビーム本体の車体前後方向の内側縁で車体幅方向に沿って延びる内側延設部と、を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用バンパビーム。
3. 前記不連続繊維部は、前記バンパビーム本体の車体幅方向の外端部から車体前後方向の外側に向かって突出する突出部を有し、
   前記突出部は、前記平坦部における車体前後方向の外側縁の、車体幅方向の外側に向けて延びる仮想延長線に至るまで突出していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用バンパビーム。
4. 前記突出部の先端は、上面視で車体幅方向の外側に向かうほど車体前後方向の内側に向けて変位するように傾斜していることを特徴とする請求項３に記載の車両用バンパビーム。
5. 前記不連続繊維部は、前記バンパビーム本体の車体幅方向の前記外端部から前記突出部よりも車体幅方向の外側に向かって突出する外側突出部を有し、
   前記外側突出部の先端は、前記突出部の先端よりも車体前後方向の内側に位置していることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の車両用バンパビーム。
6. 前記突出部の基端部と前記外側突出部の基端部とは、前記バンパビーム本体が接合されるサイドフレームの端部と車体前後方向に重なるように配置されていることを特徴とする請求項５に記載の車両用バンパビーム。

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