WO2015076096A1 - 自動車用バンパー - Google Patents

Abstract

自動車用バンパーにおいて、バンパービーム（１１）は、前方に向けて凹状に湾曲する中央湾曲部（Ａ）と、前方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、左右湾曲部（Ｂ）は、バンパービームエクステンション接続部（Ｂ１）と、バンパービーム（１１）のうちで前方に最も突出する荷重入力部（Ｂ２）とを備える。これにより前後方向の衝突荷重を左右一対の荷重入力部（Ｂ２）で受けることができ、中央湾曲部（Ａ）の連続繊維に引張荷重を作用させて衝突エネルギーの吸収効率を高めることができるだけでなく、荷重が入力する荷重入力部（Ｂ２）からバンパービームエクステンション接続部（Ｂ１）までの距離を小さくして衝突荷重によりバンパービーム（１１）に作用する曲げモーメントを低減し、バンパービーム（１１）の必要強度を低減して軽量化を図ることができる。

Description

自動車用バンパー

　本発明は、連続繊維を少なくとも車幅方向および上下方向に配向した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バンパービームエクステンションに支持した自動車用バンパーに関する。

　繊維強化樹脂製のバンパービームを、車幅方向中央部が車幅方向両端部に対して前方に向けて突出するように弧状に湾曲させたものが、下記特許文献１、２、３により公知である。

　また繊維強化樹脂製のバンパービームが、前方に向けて凹状に湾曲する車幅方向中央部と、車幅方向中央部の車幅方向両側に接続されて前方に向けて凸状に湾曲する一対の車幅方向外側部とを備えるものが、下記特許文献４により公知である。

　また前方あるいは後方に向けて開放するＵ字状断面あるいはＷ字状断面を有する繊維強化樹脂製のバンパービームにおいて、前後方向の衝突荷重が入力したときにバンパービームが口開き変形するのを防止することで、バンパービームの強度を高めて衝突エネルギーの吸収性能の向上を図るものが種々提案されている。

　例えば、下記特許文献１には、前方に向けて開放するＷ字状断面のバンパービームの内部に縦方向および横方向に延びる多数のリブを形成するとともに、バンパーフェイスの内面をバンパービームの前端に溶融樹脂で結合したものが提案されている。

　また下記特許文献２には、熱可塑性樹脂と連続繊維を含む樹脂シートとを重ねてプレス成形することで後方に向けて開放するＷ字状断面のバンパービームを構成し、Ｗ字状断面の上下の端部に熱可塑性樹脂あるいは連続繊維を含む樹脂シートを追加して局部的に板厚を増加させたものが提案されている。

　また下記特許文献３には、連続繊維を含む樹脂シートと不連続繊維を含む樹脂シートとを重ね合わせてプレス成形することで前方に向けて開放するＵ字状断面のバンパービームを構成し、その内部に不連続繊維を含む樹脂シートよりなる縦リブおよび横リブを形成したものが提案されている。

　また下記特許文献５には、前方に向けて開放するＵ字状断面のバンパービームの内部に縦方向に延びる多数のリブを形成するとともに、その後端の縦壁部に車幅方向に延びる多数ビ－ドを形成したものが提案されている。

日本特開平３－２２４８５０号公報 日本特表２０００－５１５８２８号公報 国際出願公開ＷＯ２０１３０９４５１５号公報 日本特開２００９－１８４５５０号公報 日本特開平３－２２７７５０号公報

　ところで、上記特許文献１、２、３に記載されたバンパービームは車幅方向中央部が前方に最も突出しているため、他車両と前面衝突した際にバンパービームの車幅方向中央部の１点に集中的に衝突荷重が入力することになる。その結果、バンパービームの中央部に大きな曲げモーメントが作用するだけでなく、車体に支持されるバンパービームの車幅方向両端部と衝突荷重が入力する車幅方向中央部との距離が大きくなることで、バンパービームの広い領域に捩じり荷重（剪断荷重）が作用して容易に破壊してしまい、充分なエネルギー吸収性能を発揮できなくなる可能性がある。

　また上記特許文献４に記載されたバンパービームは、前方に向けて凸状に湾曲する一対の車幅方向外側部の先端の当接面部に衝突荷重が入力するが、二つの当接面部がクラッシュカンを介してフロントサイドフレームの前端に支持されているため、衝突荷重は真っ直ぐにクラッシュカンからフロントサイドフレームに伝達されてバンパービームに曲げモーメントが作用せず、バンパービームの曲げ変形によるエネルギー吸収効果が期待できないという問題がある。

　また上記特許文献１、３及び５に記載されたものは、衝突荷重の入力時にバンパービームが口開き変形するのを防止するためには縦方向のリブを車幅方向に短い間隔で多数形成する必要があり、繊維強化樹脂が連続繊維層を有する場合には成形が困難であるばかりか、重量が増加してバンパービームを繊維強化樹脂製としたメリットを活かすことができないという問題があった。

　また上記特許文献２に記載されたものは、Ｗ字状断面を有するバンパービームの底壁が前方を向いているため、衝突荷重の入力によりバンパービームが後方に湾曲したとき、バンパービームの後面に作用する引張荷重を車幅方向に延びる底壁の連続繊維層で支持することができず、曲げ荷重に対するバンパービームの強度が著しく低下するという問題があった。

　本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、重量の増加を最小限に抑え、軽量であって衝突時のエネルギー吸収効果に優れ、口開き変形を防止して曲げ強度を高め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、連続繊維を少なくとも車幅方向および上下方向に配向した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衝撃吸収部材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衝撃吸収部材に接続される衝撃吸収部材接続部と、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ることを第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は不連続繊維強化樹脂シートおよび連続繊維強化樹脂シートを圧縮成形して構成され、前記中央湾曲部は前記不連続繊維強化樹脂シートで形成された第１縦リブを備えることを第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、前記バンパービームの車幅方向外端を端壁で閉塞したことを第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の特徴に加えて、前記バンパービームはＷ字状断面あるいはＵ字状断面を有し、少なくとも前記中央湾曲部および前記荷重入力部の範囲に、その上端および下端を前後方向内側に折り返した折り返し部を形成したことを第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、前記衝撃吸収部材接続部は少なくとも車幅方向内側の締結点および車幅方向外側の締結点で前記衝撃吸収部材の本体部に締結され、前記折り返し部の車幅方向外端は前記車幅方向内側の締結点の近傍を終端とすることを第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４または第５の特徴に加えて、前記衝撃吸収部材は、前記バンパービームの車幅方向外端を前後方向外側から係止する係止壁を備えることを特徴とする第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４～第６の何れか１つの特徴に加えて、前記衝撃吸収部材接続部は前後方向および上下方向に延びる少なくとも１枚の縦リブを備え、前記折り返し部の車幅方向外端は前記縦リブの位置を超えて車幅方向外側に延びることを第７の特徴とする自動車用バンパーが提案される。

　また本発明によれば、前記第４～第７の何れか１つの特徴に加えて、前記衝撃吸収部材は前記バンパービームの変形中心よりも車幅方向内側に延長されて前記衝撃吸収部材接続部に接続される延長部を備え、前後方向に見たときに前記延長部は前記折り返し部の前後方向内側にオーバーラップすることを第８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～第８の何れか１つの特徴に加えて、前記バンパービームは、前後方向外側に位置する不連続繊維を含む不連続繊維強化樹脂シートと、前後方向内側に位置する連続繊維を含む連続繊維強化樹脂シートとを積層して構成されることを第９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～第９の何れか１つの特徴に加えて、前記バンパービームはフロントバンパービームであって、フロントバンパーフェイスの空気導入口とラジエータの間に前記バンパービームを配置したことを第１０の特徴とする自動車用バンパーが提案される。

　尚、実施の形態のバンパービームエクステンション１２は本発明の衝撃吸収部材に対応し、実施の形態の上部折り返し部１４ｇおよび下部折り返し部１４ｈは本発明の折り返し部に対応し、実施の形態のリベット３５は本発明の締結点に対応し、実施の形態のバンパービームエクステンション接続部Ｂ１は本発明の衝撃吸収部材接続部に対応する。

　本発明の第１の特徴によれば、自動車用バンパーは、連続繊維を少なくとも車幅方向および上下方向に配向した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を一対のバンパービームエクステンションに支持して構成される。

　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バンパービームエクステンションに接続されるバンパービームエクステンション接続部と、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、前後方向の衝突荷重を左右一対の荷重入力部で受けることができる。

　これにより、車幅方向に配向された中央湾曲部の連続繊維に引張荷重を作用させて衝突エネルギーの吸収効率を高めることができるだけでなく、荷重が入力する荷重入力部からバンパービームエクステンション接続部までの距離を小さくして衝突荷重によりバンパービームに作用する曲げモーメントを低減し、バンパービームの必要強度を低減して軽量化を図ることができる。

　また湾曲方向が切り換わる一対の左右湾曲部および中央湾曲部を備えるバンパービームを鋼板のプレス加工やアルミニウム合金の押し出し加工で製造するのは困難であるが、それを繊維強化樹脂製とすることで製造が容易になる。

　また本発明の第２の特徴によれば、バンパービームは不連続繊維強化樹脂シートおよび連続繊維強化樹脂シートを圧縮成形して構成され、中央湾曲部は不連続繊維強化樹脂シートで形成された第１縦リブを備えるので、前後方向の衝突荷重が入力したときにバンパービームが口開き変形するのを第１縦リブにより防止して断面形状を維持し、曲げ応力や剪断応力に対する強度を高めることができる。しかもバンパービームを圧縮成形するときに、中央湾曲部は連続繊維強化樹脂シートが引張側になって不連続繊維強化樹脂シートが圧縮側になるため、引張側の連続繊維強化樹脂シートの連続繊維の張力が高まって第１縦リブに臨む部分に弛みが生じることが防止され、バンパービームの車幅方向の引張荷重に対する強度を確保することができる。

　また本発明の第３の特徴によれば、バンパービームの車幅方向外端を端壁で閉塞したので、前後方向の衝突荷重が入力したときにバンパービームが口開き変形するのを防止して断面形状を維持し、曲げ応力や剪断応力に対する強度を高めることができる。

　本発明の第４の特徴によれば、自動車用バンパーは、前後方向外側に向けて開放するＷ字状断面あるいはＵ字状断面を有する繊維強化樹脂製のバンパービームの車幅方向両端部を一対のバンパービームエクステンションに支持される。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バンパービームエクステンションに接続されるバンパービームエクステンション接続部と、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、前後方向の衝突荷重を左右一対の荷重入力部で受けることで、荷重が入力する荷重入力部からバンパービームエクステンション接続部までの距離を小さくして衝突荷重によりバンパービームに作用する曲げモーメントを小さくし、バンパービームの必要強度を低減して軽量化を図ることができる。

　しかも少なくとも中央湾曲部および荷重入力部の範囲に、その上端および下端を前後方向内側に折り返した折り返し部を形成したので、衝突荷重によりバンパービームが口開き変形するのを特別の補強リブ等を設けることなく防止し、口開き変形した部分の車幅方向両側に応力が集中して亀裂や破壊が発生するのを防止することができる。

　また本発明の第５の特徴によれば、バンパービームエクステンション接続部は少なくとも車幅方向内側の締結点および車幅方向外側の締結点でバンパービームエクステンションの本体部に締結されるので、前後方向の衝突荷重が入力したときにバンパービームの車幅方向外側の締結点によりバンパービームエクステンションからバンパービームに前後方向内向きの反力を作用させることで、バンパービームに作用する曲げモーメントの最大値を低減して局部的な破壊を防止することができる。その際に、折り返し部の車幅方向外端は車幅方向内側の締結点の近傍を終端とするので、折り返し部が形成されないバンパービームの車幅方向外端部の剛性を低下させることで、車幅方向外側の締結点からバンパービームエクステンションに作用する前後方向外向きの荷重が過大になるのを防止し、バンパービームエクステンションの前後方向の圧壊が阻害されるのを回避することができる。

　また本発明の第６の特徴によれば、バンパービームエクステンションは、バンパービームの車幅方向外端を前後方向外側から係止する係止壁を備えるので、車幅方向外側の締結点の強度を高めずとも、係止壁によりバンパービームエクステンションからバンパービームに前後方向内向きの反力を作用させることで、バンパービームに作用する曲げモーメントの最大値を低減して局部的な破壊を防止することができる。

　また本発明の第７の特徴によれば、バンパービームエクステンション接続部は前後方向および上下方向に延びる少なくとも１枚の縦リブを備え、折り返し部の車幅方向外端は縦リブの位置を超えて車幅方向外側に延びるので、衝突荷重がバンパービームに入力したときに、バンパービームの口開き変形を縦リブにより一層確実に防止し、衝突荷重をバンパービームからバンパービームエクステンションに一層確実に伝達して衝突エネルギーの吸収効果を高めることができる。

　また本発明の第８の特徴によれば、バンパービームエクステンションはバンパービームの変形中心よりも車幅方向内側に延長されてバンパービームエクステンション接続部に接続される延長部を備えるので、前面衝突の衝突荷重が入力したときにバンパービームの変形中心の位置を車幅方向内側に移動させ、バンパービームに作用する曲げモーメントの最大値を低下させることで、バンパービームを軽量化しながら局部的な破壊を防止することができる。しかも前後方向に見たときに延長部は折り返し部の前後方向内側にオーバーラップするので、衝突荷重をバンパービームからバンパービームエクステンションの延長部に効率的に伝達し、延長部を破壊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９の特徴によれば、バンパービームは、前後方向外側に位置する不連続繊維を含む不連続繊維強化樹脂シートと、前後方向内側に位置する連続繊維を含む連続繊維強化樹脂シートとを積層して構成されるので、前面衝突の衝突荷重でバンパービームが車幅方向内側に湾曲するように変形したときに、前後方向外側に位置する圧縮荷重に強い不連続繊維強化樹脂シートに圧縮荷重を作用させ、前後方向内側に位置する引張荷重に強い連続繊維強化樹脂シートに引張荷重を作用させることで、バンパービームのエネルギー吸収性能を高めることができる。しかも成形性の高い不連続繊維強化樹脂シートにより、複雑な形状の折り返し部を容易に成形することができる。

　また本発明の第１０の特徴によれば、バンパーフェイスの空気導入口とラジエータの間にバンパービームを配置したので、バンパーフェイスの空気導入口を通過した飛び石等をバンパービームで遮ってラジエータの損傷を防止することができる。

図１はバンパービームおよびバンパービームエクステンションの斜視図である。（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２の３－３線拡大断面図である。（第１の実施の形態） 図４は図３の４－４線拡大断面図である。（第１の実施の形態） 図５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６は衝突荷重の入力時の作用説明図である。（第１の実施の形態） 図７はバンパービームおよびバンパービームエクステンションの斜視図である。（第２の実施の形態） 図８は図７の８方向矢視図である。（第２の実施の形態） 図９は図８の要部拡大図である。（第２の実施の形態） 図１０は図９の１０－１０線拡大断面図である。（第２の実施の形態） 図１１は図９の１１－１１線拡大断面図である。（第２の実施の形態） 図１２は図９の１２－１２線拡大断面図である。（第２の実施の形態） 図１３は図９の１３－１３線拡大断面図である。（第２の実施の形態） 図１４はバンパービームを成形する金型の断面図である。（第２の実施の形態） 図１５は衝突荷重によりバンパービームに作用する曲げモーメントの説明図である。（第２の実施の形態）

１１　　　　バンパービーム
１２　　　　バンパービームエクステンション（衝撃吸収部材）
１４Ｕ　　　上ビーム部
１４Ｌ　　　下ビーム部
１４ｇ　　　上部折り返し部（折り返し部）
１４ｈ　　　下部折り返し部（折り返し部）
１４ｉ　　　第１縦リブ
１４ｊ　　　第２縦リブ
１４ｊ′　　縦リブ
１４ｋ　　　端壁
１５　　　　連続繊維強化樹脂シート
１６　　　　不連続繊維強化樹脂シート
３３ａ　　　本体部
３３ｄ　　　延長部
３３ｇ　　　係止壁
３５　　　　リベット（締結点）
３６　　　　バンパーフェイス（フロントバンパーフェイス）
３６ａ　　　空気導入口
３７　　　　ラジエータ
Ａ　　　　　中央湾曲部
Ｂ　　　　　左右湾曲部
Ｂ１　　　　バンパービームエクステンション接続部（衝撃吸収部材接続部）
Ｂ２　　　　荷重入力部

　以下、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６に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

　図１～図３に示すように、自動車の車体前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繊維強化樹脂製の左右一対のバンパービームエクステンション１２，１２の前端に支持され、バンパービームエクステンション１２，１２の後端が左右一対の金属製のフロントサイドフレーム１３，１３の前端に支持される。

　バンパービーム１１は、前方に向けて開放するＵ字状断面の上ビーム部１４Ｕおよび下ビーム部１４Ｌを上下に結合したＷ字状断面の部材であり、上ビーム部１４Ｕおよび下ビーム部１４Ｌは、後端に位置する底壁１４ａと、底壁１４ａの上端から前方に延びる上壁１４ｂと、底壁１４ａの下端から前方に延びる下壁１４ｃと、上ビーム部１４Ｕの上壁１４ｂの前端から上方に延びる上部フランジ１４ｄと、下ビーム部１４Ｌの下壁１４ｃの前端から下方に延びる下部フランジ１４ｅと、上ビーム部１４Ｕの下壁１４ｃおよび下ビーム部１４Ｌの上壁１４ｂを上下方向に接続する中間フランジ１４ｆとを備える。

　バンパービーム１１は、車幅方向中央の所定範囲において前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前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バンパービームエクステンション１２に接続されるバンパービームエクステンション接続部Ｂ１と、車幅方向内側に位置してバンパービーム１１のうちで前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の中央湾曲部Ａの上ビーム部１４Ｕおよび下ビーム部１４Ｌの車幅方向中央部は、それぞれ上壁１４ｂ、底壁１４ａおよび下壁１４ｃを接続するように上下方向かつ前後方向に延びる２枚の第１縦リブ１４ｉ，１４ｉを備える。

　またバンパービームエクステンション接続部Ｂ１の上ビーム部１４Ｕおよび下ビーム部１４Ｌの車幅方向中間部は、それぞれ上壁１４ｂ、底壁１４ａおよび下壁１４ｃを接続するように上下方向かつ前後方向に延びる２枚の第２縦リブ１４ｊ，１４ｊを備えるとともに、上ビーム部１４Ｕおよび下ビーム部１４Ｌの車幅方向外端部は、それぞれ上壁１４ｂ、底壁１４ａおよび下壁１４ｃを接続するように上下方向かつ前後方向に延びる１枚の端壁１４ｋを備える。尚、バンパービーム１１の車幅方向内側の第２縦リブ１４ｊ…から端壁１４ｋ…までの間には、上部フランジ１４ｄおよび下部フランジ１４ｅは形成されていない（図１参照）。

　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１５と、前面側に位置する不連続繊維強化樹脂シート１６とを２層に積層して構成される。連続繊維強化樹脂シート１５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１６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。

　図５に示すように、バンパービーム１１をプレス成形する金型２１は、連続繊維強化樹脂シート１５の後面を成形する凹状のキャビティ２２ａ，２２ａを有する雌型２２と、不連続繊維強化樹脂シート１６の前面を成形する凸状のコア２３ａ，２３ａを有する雄型２３とからなり、コア２３ａ，２３ａには第１縦リブ１４ｉ，１４ｉ、第２縦リブ１４ｊ…および端壁１４ｋ…を成形するための溝２３ｂ…が形成される。金型２１を型開きした状態で、雌型２２のキャビティ２２ａ，２２ａおよび雄型２３のコア２３ａ，２３ａ間に、連続繊維プリプレグ１５′と不連続繊維プリプレグ１６′とが予備加熱した状態で配置される。

　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１５′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１６′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２２および雄型２３を型締めすると、連続繊維プリプレグ１５′が雌型２２のキャビティ２２ａ，２２ａと雄型２３のコア２３ａ，２３ａとによってプレスされ、Ｗ字状断面を有するバンパービーム１８の後面が成形される。このとき、不連続繊維プリプレグ１６′は容易に変形可能であるため、連続繊維プリプレグ１５′と雄型２３のコア２３ａ，２３ａとによって挟まれた不連続繊維プリプレグ１６′は、連続繊維プリプレグ１５′の前面に沿って薄い膜状に積層されるとともに、コア２３ａ，２３ａの溝２３ｂ…内に流入して第１縦リブ１４ｉ，１４ｉ、第２縦リブ１４ｊ…および端壁１４ｋ…を同時に成形する。そして金型２１から取り出したバンパービーム１１の外周にはみ出した余剰部分を切断することで、バンパービーム１１を完成する。

　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。

　自車のバンパービームが他車のバンパービームに前面衝突したような場合、図６（Ｂ）に示すように、単純に前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１１の車幅方向中央部に大きな曲げモーメントが作用し、バンパービームがバンパービームエクステンションに固定された部分（バンパービームエクステンション接続部Ｂ１，Ｂ１の車幅方向内端）と衝突荷重Ｆの入力点との間の領域がＳ字状に湾曲するように捩じり（剪断）変形してしまい、Ｗ字状断面のバンパービームが口開きして容易に破壊する可能性がある。

　それに対し、図６（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は前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の先端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２点に衝突荷重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だけでなく、中央湾曲部Ａを含む一対の荷重入力部Ｂ２，Ｂ２の先端（荷重Ｆの入力点）に挟まれた領域に引張荷重が作用し、バンパービームエクステンション接続部Ｂ１，Ｂ１に圧縮荷重が作用し、バンパービームエクステンション接続部Ｂ１，Ｂ１と荷重入力部Ｂ２，Ｂ２の先端とに挟まれた狭い領域だけが捩じり（剪断）変形することになり、捩じり変形によるバンパービーム１１の口開きが抑制されて破壊強度が高められる。

　また湾曲方向が切り換わる一対の左右湾曲部Ｂ，Ｂおよび中央湾曲部Ａを一体に備えるバンパービーム１１を鋼板のプレス加工やアルミニウム合金の押し出し加工で製造しようとすると、材料に皺、割れ、板厚の不均一等の不具合が発生する問題があるが、バンパービーム１１を繊維強化樹脂製とすることで、上記問題が解消されて製造が容易になる。

　またバンパービーム１１に前方からの衝突荷重が入力すると、左右の曲げ中心間のバンパービーム１１が後方に湾曲するように変形するため（図２の鎖線参照）、バンパービーム１１の後面側に引張荷重が作用し、バンパービーム１１の前面側に圧縮荷重が作用する（図３参照）。

　本実施の形態によれば、引張荷重が作用するバンパービーム１１の後面側が引張荷重に強い連続繊維強化樹脂シート１５で構成されており、その連続繊維強化樹脂シート１５の相互に直交する方向に配向された連続繊維のうち、特に車幅方向に配向された連続繊維が引張荷重に抵抗することで、バンパービーム１１の軽量化を図りながら曲げ変形に対する強度を高めて衝突エネルギーの吸収性能を向上させることができる。

　また本実施の形態によれば、圧縮荷重が作用するバンパービーム１１の前面側が圧縮荷重に強い不連続繊維強化樹脂シート１６で構成されており、ランダムに配向されて絡み合った不連続繊維が圧縮荷重に抵抗することで、バンパービーム１１の軽量化を図りながら曲げ変形に対する強度を高めて衝突エネルギーの吸収性能をより一層向上させることができる。

　またバンパービーム１１は不連続繊維強化樹脂シート１６を圧縮成形して構成された第１縦リブ１４ｉ，１４ｉ、第２縦リブ１４ｊ…および端壁１４ｋ…を備えるので、衝突荷重が入力したときにＷ字状断面のバンパービーム１１が口開き変形するのを防止して断面形状を維持し、曲げ応力や剪断応力に対する強度を高めることができる。

　しかもバンパービーム１１を圧縮成形するときに、前側に向かって凹に湾曲する中央湾曲部Ａは連続繊維強化樹脂シート１５が引張側になって不連続繊維強化樹脂シート１６が圧縮側になるため、引張側の連続繊維強化樹脂シート１５の連続繊維の張力が高まって第１縦リブ１４ｉ，１４ｉに臨む部分に弛みが生じることが防止され、バンパービーム１１の車幅方向の引張荷重に対する強度を確保することができる（図４参照）。

　またバンパービーム１１の断面は前方に向けて開放する上ビーム部１４Ｕおよび下ビーム部１４Ｌを有するＷ字状であるため、バンパービーム１１の上下方向寸法に対して前後方向寸法を小さくし、バンパービーム１１を装着した車体の前後方向寸法を小型化しながら、車高の異なる他車両との上下方向のすれ違い衝突にも効果的に対応することができる。

第２の実施の形態

　次に、図７～図１５に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。前述の第１の実施の形態に対応する部材は同じ符号を用いて表示し、詳細な説明は省略し、同様に得られる作用についても記載を省略する。本実施の形態の縦リブ１４ｊ′，１４ｊ′は第１の実施の形態の第２縦リブ１４ｊ，１４ｊに対応する。

　図７～図１０に示すように、第１の実施の形態と同様に、自動車の車体前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、左右一対のバンパービームエクステンション１２，１２と、左右一対の金属製のフロントサイドフレーム１３，１３が備えられる。

　バンパービーム１１は、第１の実施の形態と同様に、前方に向けて開放するＵ字状断面の上ビーム部１４Ｕおよび下ビーム部１４Ｌを上下に結合したＷ字状断面の部材であり、底壁１４ａと、上壁１４ｂと、下壁１４ｃと、上部フランジ１４ｄと、下部フランジ１４ｅと、中間フランジ１４ｆとを備え、さらに上部フランジ１４ｄの上端を後方に折り返した上部折り返し部１４ｇと、下部フランジ１４ｅの下端を後方に折り返した下部折り返し部１４ｈとを備える。

　尚、バンパービーム１１の車幅方向内側の縦リブ１４ｊ′…から端壁１４ｋ…までの間には、上部フランジ１４ｄ、下部フランジ１４ｅ、上部折り返し部１４ｇおよび下部折り返し部１４ｈは形成されていない（図７参照）。

　バンパービーム１１は、第１の実施の形態と同様に、後面側に位置する連続繊維強化樹脂シート１５と、前面側に位置する不連続繊維強化樹脂シート１６とを２層に積層して構成される。雌型２２および雄型２３を型締めするとき、不連続繊維プリプレグ１６′は容易に変形可能であるため、連続繊維プリプレグ１５′と雄型２３のコア２３ａ，２３ａとによって挟まれた不連続繊維プリプレグ１６′は、連続繊維プリプレグ１５′の前面に沿って薄い膜状に積層されるとともに、コア２３ａ，２３ａの溝２３ｂ…内に流入して縦リブ１４ｊ′…および端壁１４ｋ…を成形し、かつ上部折り返し部１４ｇおよび下部折り返し部１４ｈを同時に成形する。そして金型２１から取り出したバンパービーム１１の外周にはみ出した余剰部分を切断することで、バンパービーム１１を完成する。このように、成形性の高い不連続繊維強化樹脂シート１６により、複雑な断面形状のバンパービーム１１を容易に成形することができる。

　図７～図９および図１１～図１３に示すように、バンパービームエクステンション１２は上下対称な形状を有する上部部材３３Ｕおよび下部部材３３Ｌを備え、上部部材３３Ｕおよび下部部材３３Ｌのコ字状断面を有する本体部３３ａ，３３ａを、それらの車幅方向外端に形成した側部フランジ３３ｂ，３３ｂおよび車幅方向内端に形成した側部フランジ３３ｃ，３３ｃで重ね合わせてリベット３４…で一体に結合することで、前後方向に貫通するボックス状の閉断面に構成される。

　また車幅方向内側の側部フランジ３３ｃ，３３ｃの前端から車幅方向内側に向けて三角形状の延長部３３ｄ，３３ｄが張り出しており、本体部３３ａ，３３ａの前端から延長部３３ｄ，３３ｄの前端に跨がるようにバンパービーム取付部３３ｅ，３３ｅが形成される。上部部材３３Ｕのバンパービーム取付部３３ｅは、本体部３３ａから上方に立ち上がった後に前方に延び、前方に延びる部分がバンパービーム１１の上ビーム部１４Ｕの上壁１４ｂの上面に重ね合わされ、４本のリベット３５…で固定される。同様に下部部材３３Ｌのバンパービーム取付部３３ｅは、本体部３３ａから下方に立ち下がった後に前方に延び、前方に延びる部分がバンパービーム１１の下ビーム部１４Ｌの下壁１４ｃの下面に重ね合わされ、４本のリベット３５…で固定される。そして本体部３３ａの前側に連なるバンパービーム取付部３３ｅ，３３ｅの車幅方向外端に、バンパービーム１１の車幅方向外端を前方から覆う係止壁３３ｇ，３３ｇが形成される。

　図１０に示すように、バンパービーム１１の前面はバンパーフェイス３６で覆われており、バンパーフェイス３６に形成された空気導入口３６ａから導入された冷却風がバンパービーム１１の後方に配置されたラジエータ３７と熱交換する。バンパービーム１１はバンパーフェイス３６の空気導入口３６ａとラジエータ３７との間に配置される。

　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。

　自車のバンパービームが他車のバンパービームに前面衝突したような場合、図８および図１５（Ａ）に示すように、本実施の形態のバンパービーム１１は前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の先端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２点に衝突荷重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だけでなく、中央湾曲部Ａを含む一対の荷重入力部Ｂ２，Ｂ２の先端（荷重Ｆの入力点）に挟まれた領域に引張荷重が作用し、バンパービームエクステンション接続部Ｂ１，Ｂ１に圧縮荷重が作用し、バンパービームエクステンション接続部Ｂ１，Ｂ１と荷重入力部Ｂ２，Ｂ２の先端とに挟まれた狭い領域だけが捩じり（剪断）変形することになり、捩じり変形によるバンパービーム１１の口開きが抑制されて破壊強度が高められる。

　このとき、バンパービームエクステンション１２はバンパービーム１１の変形中心よりも車幅方向内側に延長されてバンパービームエクステンション接続部Ｂ１に接続される延長部３３ｄ，３３ｄを備えるので、前面衝突の衝突荷重が入力したときにバンパービーム１１の変形中心の位置を車幅方向内側に移動させ、バンパービーム１１に作用する曲げモーメントの最大値を低下させることで、バンパービーム１１を軽量化しながら局部的な破壊を防止することができる。しかも前後方向に見たときにバンパービームエクステンション１２の延長部３３ｄ，３３ｄはバンパービーム１１の上部折り返し部１４ｇおよび下部折り返し部１４ｈにオーバーラップするので、衝突荷重をバンパービーム１１からバンパービームエクステンション１２の延長部３３ｄ，３３ｄに効率的に伝達し、延長部３３ｄ，３３ｄを座屈変形させて衝突エネルギーを吸収することができる。

　またバンパービーム１１の中央湾曲部Ａおよび荷重入力部Ｂ２，Ｂ２の範囲に、その上端および下端を前後方向内側に折り返した上部折り返し部１４ｇおよび下部折り返し部１４ｈを形成したので、特別の補強リブ等を設けることなく、衝突荷重によりバンパービーム１１が口開き変形するのを防止し、口開き変形した部分の車幅方向両側に応力が集中して亀裂や破壊が発生するのを防止することができる。

　図１５（Ａ）に示すように、バンパービーム１１の左右の荷重入力部Ｂ２，Ｂ２の先端に衝突荷重Ｆが入力したとき、左右の荷重入力部Ｂ２，Ｂ２の先端間に作用する曲げモーメントは一定の最大値となり、そこから車幅方向外側に向かって次第に減少することでバンパービームエクステンション接続部Ｂ１の変形中心において最小値となる。

　バンパービームエクステンション１２のバンパービーム取付部３３ｅ，３３ｅをバンパービーム１１のバンパービームエクステンション接続部Ｂ１に固定する上下各４本のリベット３５…のうち、上下各３本のリベット３５…が本体部３３ａ，３３ａの前方に位置している。これら３本のリベット３５…のうち、最も車幅方向内側に位置するリベット３５（車幅方向内側の締結点）の近傍が前記変形中心となり、最も車幅方向外側に位置するリベット３５（車幅方向外側の締結点）の近傍に前記係止壁３３ｇが形成される。

　図１５（Ａ）に示すように、仮に、バンパービーム１１の車幅方向外端部がバンパービームエクステンション１２に固定されていないとすると、バンパービーム１１の変形中心において曲げモーメントがゼロになり、荷重の入力点において曲げモーメントが最大値となる。

　しかしながら、実際にはバンパービーム１１の車幅方向外端部がバンパービームエクステンション１２にリベット３５で固定され、かつ係止壁３３ｇでバンパービームエクステンション１２の前端に係止されているため、衝突荷重の入力時に変形中心を支点として前方に移動しようとするバンパービーム１１の車幅方向外端部が、バンパービームエクステンション１２から後向きの荷重ｆを受けることになる。この荷重ｆにより、図１５（Ｂ）に示すように、バンパービーム１１に逆向きの曲げモーメント（バンパービーム１１を前方に凸に変形させる曲げモーメント）が作用することで、荷重の入力点に作用する曲げモーメントの最大値が低減し、これにより荷重の入力点におけるバンパービーム１１の局部的な破壊を防止することができる。

　このとき、バンパービーム１１の車幅方向外端部をリベット３５だけでバンパービームエクステンション１２に固定すると、その部分に荷重が集中して破断する可能性があるが、前記リベット３５を補助するように係止壁３３ｇでバンパービームエクステンション１２およびバンパービーム１１を固定することで、バンパービーム１１の車幅方向外端部の破断を防止することができる。

　ところで、バンパービームエクステンション１２は、バンパービーム１１から後向きの圧縮荷重を受けて圧壊することで衝突エネルギーを吸収するが、衝突荷重の入力時に変形中心を支点として前方に移動しようとするバンパービーム１１の車幅方向外端部に引っ張られ、バンパービームエクステンション１２の車幅方向外端部に前向きの荷重ｆ′が作用する（図１５（Ｂ）参照）。この荷重ｆ′はバンパービームエクステンション１２の圧壊を抑制する方向に作用するため、その大きさが過大になるとバンパービームエクステンション１２の安定した圧壊が阻害されてエネルギー吸収性能が低下する可能性がある。

　しかしながら、本実施の形態によれば、バンパービーム１１の車幅方向内側の締結点であるリベット３５よりも車幅方向外側には上部折り返し部１４ｇおよび下部折り返し部１４ｈが形成されていないため、変形中心の車幅方向外側でバンパービーム１１の強度を敢えて低下させ、バンパービームエクステンション１２の車幅方向外端部で前向きの荷重ｆ′が過大になるのを防止することで、バンパービームエクステンション１２の安定した圧壊を可能にすることができる。

　またバンパービーム１１のバンパービームエクステンション接続部Ｂ１は前後方向および上下方向に延びる縦リブ１４ｊ′，１４ｊ′を備え、上部折り返し部１４ｇおよび下部折り返し部１４ｈの車幅方向外端は縦リブ１４ｊ′，１４ｊ′の位置を超えて車幅方向外側に延びるので、衝突荷重がバンパービーム１１に入力したときに、バンパービーム１１の口開き変形を上部折り返し部１４ｇおよび下部折り返し部１４ｈだけでなく縦リブ１４ｊ′，１４ｊ′により一層確実に防止し、衝突荷重をバンパービーム１１からバンパービームエクステンション１２に一層確実に伝達して衝突エネルギーの吸収効果を高めることができる。

　またバンパーフェイス３６の空気導入口３６ａとラジエータ３７の間にバンパービーム１１を配置したので（図１０参照）、空気導入口３６ａを通過した飛び石等をバンパービーム１１で遮ってラジエータ３７の損傷を防止することができる。

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

　また実施の形態のバンパービーム１１は前後方向外側に向けて開放するＷ字状断面を有するが、本発明のバンパービーム１１は前後方向外側に向けて開放するＵ字状（あるいはコ字状）断面を有するものであっても良い。またバンパービーム１１の開放部を別の部材で塞いで閉断面にしても良い。

　また実施の形態のバンパービームエクステンション１２はフロントサイドフレームの前突で潰れて衝撃吸収する前端部や、リアサイドフレームの後突で潰れて衝撃吸収する後端部であっても良い。

Claims (10)

1. 　連続繊維を少なくとも車幅方向および上下方向に配向した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衝撃吸収部材（１２）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衝撃吸収部材（１２）に接続される衝撃吸収部材接続部（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）とを備える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）は不連続繊維強化樹脂シート（１６）および連続繊維強化樹脂シート（１５）を圧縮成形して構成され、前記中央湾曲部（Ａ）は前記不連続繊維強化樹脂シート（１６）で形成された第１縦リブ（１４ｉ）を備え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. 　前記バンパービーム（１１）の車幅方向外端を端壁（１４ｋ）で閉塞したことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の自動車用バンパー。
4. 　前記バンパービーム（１１）はＷ字状断面あるいはＵ字状断面を有し、少なくとも前記中央湾曲部（Ａ）および前記荷重入力部（Ｂ２）の範囲に、その上端および下端を前後方向内側に折り返した折り返し部（１４ｇ，１４ｈ）を形成したことを特徴とする、請求項１に記載の自動車用バンパー。
5. 　前記衝撃吸収部材接続部（Ｂ１）は少なくとも車幅方向内側の締結点（３５）および車幅方向外側の締結点（３５）で前記衝撃吸収部材（１２）の本体部（３３ａ）に締結され、前記折り返し部（１４ｇ，１４ｈ）の車幅方向外端は前記車幅方向内側の締結点（３５）の近傍を終端とすることを特徴とする、請求項４に記載の自動車用バンパー。
6. 　前記衝撃吸収部材（１２）は、前記バンパービーム（１１）の車幅方向外端を前後方向外側から係止する係止壁（３３ｇ）を備えることを特徴とする、請求項４または請求項５に記載の自動車用バンパー。
7. 　前記衝撃吸収部材接続部（Ｂ１）は前後方向および上下方向に延びる少なくとも１枚の縦リブ（１４ｊ′）を備え、前記折り返し部（１４ｇ，１４ｈ）の車幅方向外端は前記縦リブ（１４ｊ′）の位置を超えて車幅方向外側に延びることを特徴とする、請求項４～請求項６の何れか１項に記載の自動車用バンパー。
8. 　前記衝撃吸収部材（１２）は前記バンパービーム（１１）の変形中心よりも車幅方向内側に延長されて前記衝撃吸収部材接続部（Ｂ１）に接続される延長部（３３ｄ）を備え、前後方向に見たときに前記延長部（３３ｄ）は前記折り返し部（１４ｇ，１４ｈ）の前後方向内側にオーバーラップすることを特徴とする、請求項４～請求項７の何れか１項に記載の自動車用バンパー。
9. 　前記バンパービーム（１１）は、前後方向外側に位置する不連続繊維を含む不連続繊維強化樹脂シート（１６）と、前後方向内側に位置する連続繊維を含む連続繊維強化樹脂シート（１５）とを積層して構成されることを特徴とする、請求項４～請求項８の何れか１項に記載の自動車用バンパー。
10. 　前記バンパービーム（１１）はフロントバンパービームであって、フロントバンパーフェイス（３６）の空気導入口（３６ａ）とラジエータ（３７）の間に前記バンパービーム（１１）を配置したことを特徴とする、請求項４～請求項９の何れか１項に記載の自動車用バンパー。

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