JP6609543B2 - バンパステイ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両に設けられるバンパステイに関するものである。

従来、車幅方向に延びるバンパ補強材と車体のサイドメンバとの間には、バンパステイが設けられることが多い。このバンパステイは、バンパ補強材とサイドメンバとを連結する機能（バンパ補強材を支持する機能）や、車両の衝突時における衝撃エネルギーを吸収する機能等を有している。

近年、自動車衝突性能の評価では、微小ラップでの衝突性能が求められるようになっている。微小ラップでの衝突とは、前面衝突の際に、車両同士のラップ量が２５％程度と少ない条件での衝突を指す。この微小ラップ衝突では、車幅方向におけるバンパ補強材の端部に衝突荷重が加わるため、バンパステイのうち外側の部位に集中荷重が作用する。このため、前記外側の部位が内側に折れるような変形が生じやすい。このような変形が生じると、バンパステイの破断等によって衝突荷重のサイドメンバへの伝達が著しく低減される。よって、タイヤを介して車体のキャビン部に大きなエネルギーが伝達されるおそれがある。

この課題に対応するものとして、特許文献１に記載のバンパステイが知られている。このバンパステイは、内側側壁と、外側側壁と、上側側壁と、下側側壁と、を有する筒状体を備えている。この筒状体の外側側壁は、前方から後方に向かうにしたがって次第に内側側壁に向かうように傾斜する形状を有している。このため、微小ラップでの衝突時におけるバンパ補強材の折れや、筒状体の折れ変形（横倒れ）が抑制され、この結果、衝撃エネルギーが筒状体の特に外側側壁を介してサイドメンバに有効に伝達される。また、外側側壁には、内側側壁に向かって凸となるように窪むとともに外側側壁の前端部から後端部に至るように延びる形状を有する凹溝が形成されている。これにより、外側側壁の座屈荷重が大きくなるため、より確実に筒状体の折れ変形が抑制される。その結果、微小ラップでの衝突時に筒状体が蛇腹状に圧壊されるような変形が生じやすくなるので、衝突エネルギーがバンパステイで効果的に吸収される。

特開２０１５−８０９９８号公報

特許文献１に記載されるようなバンパステイは、微小ラップでの衝突時に蛇腹状に圧壊されるような変形が生じない場合がある。具体的に、このバンパステイでは、外側側壁が傾斜しておりかつ当該外側側壁に凹溝が形成されていることによって外側側壁の座屈荷重が大きくなっており、このために衝突初期に外側側壁が座屈しない（潰れない）場合がある。その場合、バンパステイの蛇腹状の圧壊変形が生じないため、衝突時における衝突エネルギーのバンパステイによる吸収量が小さくなる。

本発明の目的は、微小ラップでの衝突時における衝突エネルギーの吸収量を増やすことが可能なバンパステイ及びその製造方法を提供することである。

前記課題を解決するために鋭意検討した結果、本発明者らは、微小ラップでの衝突時における衝突初期にバンパステイが座屈しやすく、かつ、衝突初期から衝突後期に向かうにつれて次第にバンパステイの変形抵抗（座屈荷重）が大きくなることにより、バンパステイが蛇腹状となるように圧壊される変形が生じやすくなること（バンパステイの変形中の全域にわたって衝撃エネルギーが有効に吸収されること）に想到した。

本発明は、このような観点に基づいてなされたものである。具体的に、本発明は、筒状に形成された筒状体を含むバンパステイであって、前記筒状体は、車幅方向の内側に設けられた内壁と、車幅方向について前記内壁の外側に設けられた外壁と、前記内壁の上端部と前記外壁の上端部とを接続する上壁と、前記内壁の下端部と前記外壁の下端部とを接続する下壁と、を有し、前記外壁は、前方から後方に向かうにしたがって次第に前記内壁に近づくように傾斜する形状を有する外壁本体と、前記外壁本体から前記内壁に向かって突出するとともに前記外壁本体の前端部から後端部に至るように延びる形状を有するリブと、を有し、前記リブは、前記外壁本体の前端部から後端部に向かうにしたがって次第に前記外壁本体からの突出量が大きくなる形状を有する、バンパステイを提供する。

本バンパステイでは、外壁本体の前端部ではリブの突出量が小さい（座屈荷重が小さい）ことから、微小ラップでの衝突時における衝突初期に外壁が比較的潰れやすく、かつ、リブは、外壁本体の後端部に向かうにしたがって次第に突出量が大きくなるので、衝突後期に向かうにつれて外壁の変形抵抗（座屈荷重）が次第に大きくなる。よって、筒状体が全体として蛇腹状に圧壊されるような変形が生じやすくなるので、バンパステイの変形中の全域にわたって効率的に衝突エネルギーが吸収される。

この場合において、前記筒状体を車体に取り付けるための背面フランジをさらに備え、前記背面フランジは、平板状に形成されており、前記筒状体の後端部に接続されたフランジ本体と、前記フランジ本体から前方に突出する形状を有するとともに、前記リブの後端部に当接する当接部と、を有することが好ましい。

このようにすれば、背面フランジの当接部がリブの後端部に当接しているので、衝突初期から衝撃エネルギーが有効に吸収される。

また、前記バンパステイにおいて、前記上壁及び前記下壁は、それぞれ、平板状に形成され、かつ、上下方向に直交する姿勢で配置されていることが好ましい。

このようにすれば、衝突時にバンパステイに対して車幅方向に作用するせん断力に対するせん断抵抗が大きくなるので、バンパステイの倒れ変形が抑制される。さらに、この上壁及び下壁は、バンパステイの圧壊変形の起点として作用するので、衝突時におけるバンパステイの安定的な圧壊変形が促進される。

また、前記バンパステイにおいて、前記内壁は、それぞれが平板状に形成されており互いに接続された複数の内壁要素を有し、前記複数の内壁要素は、前記内壁が車幅方向の内側又は外側に向かって凸となるように互いに接続されていることが好ましい。

このようにすれば、内壁の座屈荷重が高まるため、衝突時に筒状体が蛇腹状に圧壊されるような変形が一層生じやすくなる。

また、前記筒状体及び前記背面フランジは、７０００系アルミニウム合金からなり、前記背面フランジは、前記筒状体に溶接されていることが好ましい。

このようにすれば、溶接部の強度を確保しながら背面フランジを筒状体に接続することができる。具体的に、７０００系アルミニウム合金は、それ自体が軽量な材料であるとともに、溶接部の強度低下が少ない。このため、背面フランジの筒状体に対する接続強度が確保される。

また、本発明は、バンパステイの製造方法であって、車幅方向の内側に配置される内壁と、車幅方向について前記内壁よりも外側に配置される外板部と、前記内壁の上端部と前記外板部の上端部とを接続する上壁と、前記内壁の下端部と前記外板部の下端部とを接続する下壁と、を有する筒状部材を準備する準備工程と、前記外板部を前記内壁に向けてプレスすることによって外壁を形成する外壁形成工程と、を含み、前記外壁形成工程では、前記筒状部材の軸方向の一端側から他端側に向かうにしたがって次第に前記内壁に向かうように傾斜する形状を有する外壁本体が前記外板部の一部によって形成され、かつ、前記一端側から前記他端側に向かうにしたがって車幅方向への突出量が大きくなる形状を有するリブが前記外板部の残部によって形成されるように、前記外板部をプレスする、バンパステイの製造方法を提供する。

本バンパステイの製造方法では、筒状部材の軸方向の一端側から他端側に向かうにしたがって次第に車幅方向への突出量が大きくなる形状を有するリブを有する外壁を備えるバンパステイが製造される。よって、このバンパステイがバンパ補強材と車体（サイドメンバ等）との間に設けられることにより、微小ラップでの衝突時にバンパステイが蛇腹状に圧壊されるような変形が生じやすくなるので、効率的に衝撃エネルギーが吸収される。

この場合において、前記外壁形成工程では、前記リブが前記内壁に向かって突出する形状となるように前記外板部をプレスすることが好ましい。

このようにすれば、リブが車幅方向の外向きに突出する形状を有する場合に比べ、バンパステイの外壁の座屈荷重が大きくなるので、より効率的に衝撃エネルギーが吸収される。

さらにこの場合において、前記外壁形成工程では、前記リブとして、前記外板部の一部で前記外壁本体を形成したことによって当該外板部に生じる余肉に応じた突出量を有するものが形成されるように前記外板部をプレスすることが好ましい。

このようにすれば、外壁形成工程で外板部をプレスする際における当該外板部の破断が抑制される。

また、前記バンパステイの製造方法において、前記準備工程では、前記筒状部材として、前記上壁と前記外板部との境界部が外側に向かって凸となるように湾曲する形状を有し、かつ、前記下壁と前記外板部との境界部が外側に向かって凸となるように湾曲する形状を有するものを準備することが好ましい。

このようにすれば、外壁形成工程で外板部をプレスする際における各境界部の破断が抑制される。

また、前記バンパステイの製造方法において、前記準備工程では、アルミニウムないしアルミニウム合金の押出成形により前記筒状部材を準備することが好ましい。

このようにすれば、軽量でかつ強度に優れた筒状部材を簡便に準備することができる。

以上のように、本発明によれば、微小ラップでの衝突時における衝突エネルギーの吸収量を増やすことが可能なバンパステイ及びその製造方法を提供することができる。

本発明の一実施形態のバンパステイとその近傍の部材とを示す概略図である。 図１に示されるバンパステイの拡大図である。 図１に示されるバンパステイの筒状体の斜視図である。 図１に示されるバンパステイの背面フランジの斜視図である。 変位と荷重との関係を示すグラフである。 バンパステイの筒状体の変形例を示す図である。 バンパステイの筒状体の変形例を示す図である。

本発明の一実施形態のバンパステイ１０について、図１〜図５を参照しながら説明する。

図１に示されるように、バンパステイ１０は、車幅方向に延びる形状を有するバンパ補強材１と、車体のサイドメンバ２と、を連結している。このバンパステイ１０は、バンパ補強材１とサイドメンバ２とを連結する機能（バンパ補強材１を支持する機能）を有するとともに、車両の衝突時における衝撃エネルギーを吸収する機能を有している。具体的に、バンパステイ１０は、筒状に形成された筒状体２０と、筒状体２０をサイドメンバ２に取り付けるための背面フランジ３０と、を有する。

図３に示されるように、筒状体２０は、内壁２１と、外壁２２と、上壁２３と、下壁２４と、を有している。本実施形態では、筒状体２０は、７０００系アルミニウム合金により形成されている。

内壁２１は、車幅方向の内側に設けられている。本実施形態では、内壁２１は、平板状に形成されている。内壁２１は、車幅方向に直交する姿勢で配置されている。

外壁２２は、車幅方向について内壁２１の外側に設けられている。外壁２２は、外壁本体２２ａと、リブ２２ｂと、を有している。

外壁本体２２ａは、前方から後方に向かうにしたがって次第に内壁２１に近づくように傾斜する形状を有する。外壁本体２２ａは、それぞれが平板状に形成された第１本体２２ａ１及び第２本体２２ａ２を有している。各本体２２ａ１，２２ａ２は、上下方向に互いに離間している。第１本体２２ａ１は、上壁２３に接続されており、第２本体２２ａ２は、下壁２４に接続されている。

リブ２２ｂは、外壁本体２２ａから内壁２１に向かって突出するとともに外壁本体２２ａの前端部から後端部に至るように延びる形状を有する。リブ２２ｂは、第１本体２２ａ１と第２本体２２ａ２との間に設けられている。このリブ２２ｂは、外壁本体２２ａの前端部から後端部に向かうにしたがって次第に外壁本体２２ａからの突出量が大きくなる形状を有する。本実施形態では、リブ２２ｂは、第１本体２２ａ１の下端部から内壁２１に向かって延びる第１リブ要素２２ｂ１と、第２本体２２ａ２の上端部から内壁２１に向かって延びる第２リブ要素２２ｂ２と、第１リブ要素２２ｂ１の内側の端部と第２リブ要素２２ｂ２の内側の端部とを接続する第３リブ要素２２ｂ３と、を有している。各リブ要素２２ｂ１〜２２ｂ３は、平板状に形成されている。本実施形態では、図２に示されるように、外壁本体２２ａと第３リブ要素２２ｂ３とのなす角θが所定角度となっている。

上壁２３は、内壁２１の上端部と外壁本体２２ａの上端部とを接続している。上壁２３は、平板状に形成されている。上壁２３は、内壁２１と直交している。つまり、上壁２３は、上下方向に直交する姿勢で配置されている。上壁２３と外壁本体２２ａの第１本体２２ａ１との境界部は、外向きに凸となるように湾曲する形状を有している。具体的に、この境界部の曲率半径は、１０ｍｍ以上に設定されることが好ましい。

下壁２４は、内壁２１の下端部と外壁本体２２ａの下端部とを接続している。下壁２４は、平板状に形成されている。下壁２４は、上壁２３と平行となるように配置されている。下壁２４と外壁本体２２ａの第２本体２２ａ２との境界部は、外向きに凸となるように湾曲する形状を有している。具体的に、この境界部の曲率半径は、１０ｍｍ以上に設定されることが好ましい。

背面フランジ３０は、筒状体２０をサイドメンバ２に取り付けるための部材である。背面フランジ３０は、フランジ本体３２と、当接部３４と、を有している。背面フランジ３０は、７０００系アルミニウム合金により形成されている。

フランジ本体３２は、筒状体２０の後端部（各壁２１〜２４のそれぞれの後端部）に溶接等により接続されている。フランジ本体３２は、平板状に形成されている。このフランジ本体３２には、ボルト挿通孔３２ｈが形成されている。このボルト挿通孔３２ｈに挿通されたボルト（図示略）によってフランジ本体３２がサイドメンバ２に取り付けられる。

当接部３４は、フランジ本体３２から前方に突出する形状を有している。この当接部３４は、リブ２２ｂの後端部に当接している。換言すれば、当接部３４の前方への突出量は、フランジ本体３２が筒状体２０の後端部に接続された状態において当接部３４がリブ２２ｂの後端部に当接するように設定される。

次に、これまで説明したバンパステイ１０の製造方法について説明する。本製造方法は、準備工程と、外壁形成工程と、接続工程と、を含む。

準備工程は、筒状体２０を形成するための筒状部材（図示略）を準備する工程である。筒状部材は、内壁２１と、外壁２２を形成するための外板部と、上壁２３と、下壁２４と、を有する。外板部と上壁２３との境界部は、外側に向かって凸となるように湾曲する形状を有しており、外板部と下壁２４との境界部は、外側に向かって凸となるように湾曲する形状を有している。具体的に、筒状部材は、７０００系アルミニウム合金の押出成形により形成される。

外壁形成工程は、前記外板部を内壁２１に向けてプレスすることによって外壁２２を形成する工程である。つまり、この外壁形成工程を経ることにより、筒状部材から筒状体２０が形成される。具体的に、外壁形成工程では、外壁本体２２ａが前記外板部の一部によって形成され、かつ、リブ２２ｂが前記外板部の残部によって形成されるように、外板部をプレスする。より詳細には、外壁形成工程では、リブ２２ｂとして、前記外板部の一部で外壁本体２２ａを形成したことによって当該外板部に生じる余肉に応じた突出量を有するものが形成されるように前記外板部をプレスする。これにより、外壁２２が形成される。この工程で形成された筒状体２０の当該筒状体２０の軸と直交する平面での断面における周囲の長さは、筒状体２０の軸方向の全域にわたって実質的に等しくなっている。

接続工程は、外壁形成工程で形成された筒状体２０に背面フランジ３０を接続する工程である。この工程では、筒状体２０の後端部にフランジ本体３２が溶接される。これにより、当接部３４がリブ２２ｂの後端部に当接する。

以上のようにして、バンパステイ１０が製造される。

続いて、図５を参照しながら、バンパ補強材１と衝突物Ｂ（図１を参照）とが微小ラップ衝突した際におけるバンパステイ１０の衝突エネルギーの吸収量について説明する。なお、微小ラップ衝突とは、前面衝突の際に、車両同士のラップ量が２５％程度と少ない条件での衝突を指す。ここでは、図１に示されるように、バンパ補強材１のうち車幅方向についてバンパステイ１０が接続されている部位よりも外側の部位に衝突物Ｂが衝突した場合について説明する。

図５は、衝突の際におけるバンパステイ１０の変位とバンパステイ１０に作用する荷重との関係を示している。なお、荷重は、サイドメンバの前端部に取り付けられたセンサ（図示略）の検出値である。図５には、本実施形態の結果に加え、比較例の結果も示されている。比較例のバンパステイは、互いに隣接する壁同士のなす角が９０度の四角筒状に形成されており、外壁は、平板状でありリブを有していない。

図５では、変位と荷重との関係を示す線の下側の面積が衝撃エネルギーの吸収量に相当する。この図５から、本実施形態のバンパステイ１０では、衝突中期から後期に向かうにしたがって次第に筒状体２０の変形抵抗（座屈荷重）が高くなっており、それに伴ってエネルギー吸収量が大きくなっていることが分かる。また、その吸収量は、比較例のそれに比べて大きい。一方、比較例では、変位が１２０ｍｍよりも少し大きくなった時点でバンパステイでのエネルギー吸収が終了し、その後、急激に大きな荷重がサイドメンバに作用していることが分かる。

以上に説明したように、本実施形態のバンパステイ１０では、外壁本体２２ａの前端部ではリブ２２ｂの突出量が小さい（座屈荷重が小さい）ことから、微小ラップでの衝突時における衝突初期に外壁２２が比較的潰れやすく、かつ、リブ２２ｂは、外壁本体２２ａの後端部に向かうにしたがって次第に突出量が大きくなるので、衝突後期に向かうにつれて外壁２２の変形抵抗（座屈荷重）が次第に大きくなる。よって、筒状体２０が全体として蛇腹状に圧壊されるような変形が生じやすくなるので、バンパステイ１０の変形中の全域にわたって効率的に衝突エネルギーが吸収される。

また、背面フランジ３０の当接部３４がリブ２２ｂの後端部に当接しているので、衝突初期から衝撃エネルギーが有効に吸収される。

また、上壁２３及び下壁２４がそれぞれ平板状に形成され、かつ、上下方向に直交する姿勢で配置されているので、衝突時にバンパステイ１０に対して車幅方向に作用するせん断力に対するせん断抵抗が大きくなる。よって、衝突時におけるバンパステイ１０の倒れ変形が抑制される。

また、本実施形態のバンパステイ１０の製造方法では、準備工程において、上壁２３と前記外板部との境界部が外側に向かって凸となるように湾曲する形状を有し、かつ、下壁２４と前記外板部との境界部が外側に向かって凸となるように湾曲する形状を有する筒状部材が準備される。このため、外壁形成工程で外板部をプレスする際における各境界部の破断が抑制される。

さらに、前記製造方法では、外壁形成工程において、リブ２２ｂとして、前記外板部の一部で外壁本体２２ａを形成したことによって当該外板部に生じる余肉に応じた突出量を有するものが形成されるように前記外板部がプレスされる。このため、外壁形成工程で外板部をプレスする際における当該外板部の破断が抑制される。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、リブ２２ｂの形状は、上記実施形態の例に限られない。リブ２２ｂは、外壁本体２２ａから内壁２１に向かって凸となるように湾曲する形状（例えば断面円弧状）に形成されてもよい。

また、内壁２１は、図６及び図７に示されるように、それぞれが平板状に形成されており互いに接続された複数の内壁要素２１ａにより構成されてもよい。このようにすれば、内壁２１の座屈荷重が高まるため、衝突時に筒状体２０が蛇腹状に圧壊されるような変形が一層生じやすくなる。

１ バンパ補強材
２ サイドメンバ
１０ バンパステイ
２０ 筒状体
２１ 内壁
２２ 外壁
２２ａ 外壁本体
２２ｂ リブ
２３ 上壁
２４ 下壁
３０ 背面フランジ
３２ フランジ本体
３４ 当接部

Claims (10)

1. 筒状に形成された筒状体を含むバンパステイであって、
   前記筒状体は、
   車幅方向の内側に設けられた内壁と、
   車幅方向について前記内壁の外側に設けられた外壁と、
   前記内壁の上端部と前記外壁の上端部とを接続する上壁と、
   前記内壁の下端部と前記外壁の下端部とを接続する下壁と、を有し、
   前記外壁は、
   前方から後方に向かうにしたがって次第に前記内壁に近づくように傾斜する形状を有する外壁本体と、
   前記外壁本体から前記内壁に向かって突出するとともに前記外壁本体の前端部から後端部に至るように延びる形状を有するリブと、を有し、
   前記リブは、前記外壁本体の前端部から後端部に向かうにしたがって次第に前記外壁本体からの突出量が大きくなる形状を有する、バンパステイ。
2. 請求項１に記載のバンパステイにおいて、
   前記筒状体を車体に取り付けるための背面フランジをさらに備え、
   前記背面フランジは、
   平板状に形成されており、前記筒状体の後端部に接続されたフランジ本体と、
   前記フランジ本体から前方に突出する形状を有するとともに、前記リブの後端部に当接する当接部と、を有する、バンパステイ。
3. 請求項１又は２に記載のバンパステイにおいて、
   前記上壁及び前記下壁は、それぞれ、平板状に形成され、かつ、上下方向に直交する姿勢で配置されている、バンパステイ。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のバンパステイにおいて、
   前記内壁は、それぞれが平板状に形成されており互いに接続された複数の内壁要素を有し、
   前記複数の内壁要素は、前記内壁が車幅方向の内側又は外側に向かって凸となるように互いに接続されている、バンパステイ。
5. 請求項２に記載のバンパステイにおいて、
   前記筒状体及び前記背面フランジは、７０００系アルミニウム合金からなり、
   前記背面フランジは、前記筒状体に溶接されている、バンパステイ。
6. バンパステイの製造方法であって、
   車幅方向の内側に配置される内壁と、車幅方向について前記内壁よりも外側に配置される外板部と、前記内壁の上端部と前記外板部の上端部とを接続する上壁と、前記内壁の下端部と前記外板部の下端部とを接続する下壁と、を有する筒状部材を準備する準備工程と、
   前記外板部を前記内壁に向けてプレスすることによって外壁を形成する外壁形成工程と、を含み、
   前記外壁形成工程では、前記筒状部材の軸方向の一端側から他端側に向かうにしたがって次第に前記内壁に向かうように傾斜する形状を有する外壁本体が前記外板部の一部によって形成され、かつ、前記一端側から前記他端側に向かうにしたがって車幅方向への突出量が大きくなる形状を有するリブが前記外板部の残部によって形成されるように、前記外板部をプレスする、バンパステイの製造方法。
7. 請求項６に記載のバンパステイの製造方法において、
   前記外壁形成工程では、前記リブが前記内壁に向かって突出する形状となるように前記外板部をプレスする、バンパステイの製造方法。
8. 請求項７に記載のバンパステイの製造方法において、
   前記外壁形成工程では、前記リブとして、前記外板部の一部で前記外壁本体を形成したことによって当該外板部に生じる余肉に応じた突出量を有するものが形成されるように前記外板部をプレスする、バンパステイの製造方法。
9. 請求項７又は８に記載のバンパステイの製造方法において、
   前記準備工程では、前記筒状部材として、前記上壁と前記外板部との境界部が外側に向かって凸となるように湾曲する形状を有し、かつ、前記下壁と前記外板部との境界部が外側に向かって凸となるように湾曲する形状を有するものを準備する、バンパステイの製造方法。
10. 請求項６ないし９のいずれかに記載のバンパステイの製造方法において、
    前記準備工程では、アルミニウムないしアルミニウム合金の押出成形により前記筒状部材を準備する、バンパステイの製造方法。
    

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