WO2016117335A1 - バンパービーム - Google Patents

Abstract

　バンパービーム（１）は、第１部材（２）と、第２部材（３）と、中板（４）とを備える。第１部材（２）は、天板部（５）、２つの縦壁部（６）及び２つのフランジ部（７ａ、７ｂ）を含む。２つの縦壁部（６）は、天板部（５）の両側部（５ａ、５ｂ）のそれぞれに繋がる。２つのフランジ部（７ａ、７ｂ）は、２つの縦壁部（６）それぞれに繋がる。第２部材（３）は板状であり、第１部材（２）の２つのフランジ部（７ａ、７ｂ）に接合され、少なくとも２つのフランジ部（７ａ、７ｂ）同士の間を閉じる。中板（４）は、第１部材（２）の２つの縦壁部（６）に接合され、第１部材（２）及び第２部材（３）により形成される空間内に、第２部材（３）に略平行に配置される。第１部材（２）及び第２部材（３）のうち第２部材（３）が車両の外側に向けて配置される。このようなバンパービームは、エネルギー吸収効率が高い。

Description

バンパービーム

　本発明は、車両用バンパービームに関する。さらに詳しくは、自動車用のバンパービームに関する。

　車両のバンパーの内側には、バンパービームが設けられる。衝突時の衝突荷重をバンパービームに負担させ、車両の安全性を確保するためである。特に、自動車などでは前面衝突時に大きなエネルギーが生じる。一方、近年、ＣＯ_２の削減及び燃費の向上の観点から、バンパービームを軽量化することが求められている。バンパービームの軽量化を実現するためには、バンパービームの板厚を薄くしつつ、バンパービームの強度を向上させる必要がある。

　バンパービームの強度を高くするために、補強部材によって補強されたバンパービームがある（例えば、特開平７－３０９１８４号公報（特許文献１）、特開平６－３２８９８８号公報（特許文献２）及び特開平６－１７１４４１号公報（特許文献３））。

　特許文献１に開示されたバンパービームでは、接合された複数の部材によって形成される箱形の空間に、補強部材が配置される。補強部材は、車両の前後方向に沿う。これにより、従来のバンパービームと比べてバンパービームの強度は同等であり、且つ、軽量化及び低コストを実現することができる、と特許文献１には記載されている。

　特許文献２に開示されたバンパービームは、箱形断面を形成し、その箱形断面の内側に補強部材を有する。補強部材は、車両の上下方向に沿う。したがって、車両の前後方向に荷重が加わったとき、上壁部及び下壁部の外側への変形が抑制される。これにより、バンパービームの強度が向上する、と特許文献２には記載されている。

　特許文献３に開示されたバンパービームは、ハット形のプレス成形品を組み合わせて箱形の断面を形成し、その内部空間に補強部材を有する。補強部材は、車両の上下方向に沿う。これにより、バンパービームの強度が向上し、且つ、バンパービームの変形が抑制される、と特許文献３には記載されている。

特開平７－３０９１８４号公報 特開平６－３２８９８８号公報 特開平６－１７１４４１号公報

　しかしながら、特許文献１のバンパービームでは、車両の側面側から見た断面において、車両の前後方向に沿って補強部材が配置される。そのため、バンパービームに衝突荷重が負荷されたとき、補強部材は上下の壁部の座屈を抑制しにくい。したがって、バンパービームをより高強度化することは難しい。

　特許文献２及び特許文献３のバンパービームでは、車両の側面側から見た断面において、車両の上下方向に沿って補強部材が配置されるため、上下の壁部の変形が抑制される。その結果、壁部の座屈を抑制する効果が見込める。しかし、衝突荷重が負荷される面が変形しやすいため、バンパービームのエネルギー吸収効率の向上が制限される。

　本発明の目的は、エネルギー吸収効率の高い車両用バンパービームを提供することである。

　本発明の実施形態によるバンパービームは、第１部材と、第２部材と、中板とを備える。第１部材は、天板部、２つの縦壁部及び２つのフランジ部を含む。２つの縦壁部は、天板部の両側部のそれぞれに繋がる。２つのフランジ部は、２つの縦壁部それぞれに繋がる。第２部材は板状であり、第１部材の２つのフランジ部に接合され、少なくとも２つのフランジ部同士の間を閉じる。中板は、第１部材の２つの縦壁部に接合され、第１部材及び第２部材により形成される空間内に、第２部材に略平行に配置される。第１部材及び第２部材のうち第２部材が車両の外側に向けて配置される。

　本発明によるバンパービームは、エネルギー吸収効率の高い車両用バンパービームである。

図１は、第１実施形態のバンパービームの断面図である。 図２Ａは、ケース１のバンパービームの断面図である。 図２Ｂは、ケース２のバンパービームの断面図である。 図３Ａは、ケース１のバンパービームの変形挙動を示す図であって、初期状態を示す図である。 図３Ｂは、図３Ａに示す状態から進行した状態を示す図である。 図３Ｃは、図３Ｂに示す状態から進行した状態を示す図である。 図４は、ケース１及びケース２の荷重－たわみ線図である。 図５は、中板の位置とエネルギー吸収効率との関係を示す図である。 図６Ａは、第１実施形態のバンパービームの変形挙動を示す図であって、初期状態を示す図である。 図６Ｂは、図６Ａに示す状態から進行した状態を示す図である。 図６Ｃは、図６Ｂに示す状態から進行した状態を示す図である。 図６Ｄは、図６Ｃに示す状態から進行した状態を示す図である。 図７Ａは、中板が追加されたケース２のバンパービームの変形挙動を示す図であって、初期状態を示す図である。 図７Ｂは、図７Ａに示す状態から進行した状態を示す図である。 図７Ｃは、図７Ｂに示す状態から進行した状態を示す図である。 図７Ｄは、図７Ｃに示す状態から進行した状態を示す図である。 図８は、長手方向の中央に集中荷重が負荷されたバンパービームの平面図である。 図９は、第２実施形態のバンパービームの車両上方からみた断面図である。 図１０は、縦壁部と中板との接合部分の一例を示す図である。 図１１Ａは、本発明例のバンパービームの断面図である。 図１１Ｂは、比較例１のバンパービームの断面図である。 図１１Ｃは、比較例２のバンパービームの断面図である。 図１２は、実施例１での各バンパービームの荷重－たわみ量線図である。 図１３は、比較例３及び比較例４のバンパービームの断面図である。 図１４は、実施例２での各バンパービームの荷重－たわみ量線図である。 図１５は、実施例３での各バンパービームの荷重－たわみ量線図である。

　本実施形態によるバンパービームは、第１部材と、第２部材と、中板とを備える。第１部材は、天板部、２つの縦壁部及び２つのフランジ部を含む。２つの縦壁部は、天板部の両側部のそれぞれに繋がる。２つのフランジ部は、２つの縦壁部それぞれに繋がる。第２部材は板状であり、第１部材の２つのフランジ部に接合され、少なくとも２つのフランジ部同士の間を閉じる。中板は、第１部材の２つの縦壁部に接合され、第１部材及び第２部材により形成される空間内に、第２部材に略平行に配置される。第１部材及び第２部材のうち第２部材が車両の外側に向けて配置される。

　これにより、バンパービームが許容する最大荷重が高く、且つ、座屈発生タイミングが遅くなる。したがって、バンパービームのエネルギー吸収効率が高くなる。ここで、バンパービームが許容する最大荷重は、バンパービームの縦壁部が座屈するときに、バンパービームに加えられている荷重（以下、「最大許容荷重」という）をいう。ここで、エネルギー吸収効率は、衝突荷重が負荷されたときにバンパービームが吸収するエネルギーをバンパービームの質量で除した値である。

　エネルギー吸収効率の向上をより十分に発揮するために、第２部材と第１部材の天板部との間隔ｈと、第２部材と中板との間隔ｄ１との比ｄ１／ｈが、０以上、０．６以下であるのが好ましい。より好ましくは、第２部材と第１部材の天板部との間隔ｈと、第２部材と中板との間隔ｄ１との比ｄ１／ｈが、０以上、０．２以下である。なお、間隔ｈは、第２部材から第１部材の天板部までの深さに相当する。間隔ｄ１は、第２部材から中板までの深さに相当する。

　上記のバンパービームにおいて、車両の外側に配置された第２部材に衝突荷重が負荷されたとき、車両の内側に配置された第１部材の天板部に引張方向の力が生じる。このため、天板部に亀裂又は破断が生じることがある。このような事態に対処するため、バンパービームの全長をＬとしたとき、バンパービームの長手方向の中央から－０．２×Ｌ以上、０．２×Ｌ以下の領域の少なくとも一部に、中板が配置されるのが好ましい。より好ましくは、バンパービームの長手方向の中央から－０．１×Ｌ以上、０．１×Ｌ以下の領域の少なくとも一部に、中板が配置される。これにより、天板部に亀裂が生じる前に縦壁部が座屈するため、バンパービームが破断しにくい。その結果、バンパービームの破断による大幅なエネルギー吸収効率の低下を抑制できる。

　上記のバンパービームにおいて、第１部材及び中板は金属板からなり、第１部材の板厚ｔ１と、中板の板厚ｔ２との比ｔ２／ｔ１が、０．７以上、１．０以下であるのが好ましい。また、第１部材の引張強さＴＳ１と、中板の引張強さＴＳ２との比ＴＳ２／ＴＳ１が、０．４以上、１．０以下であるのが好ましい。

　この場合、中板の強度が第１部材に比べて低いため、バンパービームの長手方向の中央に集中荷重が負荷されたとき、天板部に亀裂が生じる前に縦壁部が座屈するため、バンパービームの破断による大幅なエネルギー吸収効率の低下をさらに抑制できる。

　好ましくは、中板と縦壁部とは、溶接によって接合されている。特に、中板の端部が曲げられていて、その曲げられた端部と縦壁部とを重ね合わせた状態で接合されているのが好ましい。この場合、中板の端部が第１部材側に曲げられていると、中板が第２部材に向けてたわみやすくなる。

　好ましくは、第１部材及び第２部材は鋼板からなり、鋼板の引張強度が１ＧＰａ以上である。これにより、自動車用に適したバンパービームが得られる。

　上述したバンパービームは、車両に適用される。この場合、車両は上述のバンパービームを車両前部又は後部に備える。バンパービームの第２部材は車両の外側に向けて配置される。

　以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。また、以下では例として、本実施形態のバンパービームを自動車のフロントバンパーに適用する場合を説明する。

　［第１実施形態］
　図１は、第１実施形態のバンパービーム１の断面図である。図１中、文字「上」は車両の上方を示し、文字「前」は車両の前方を示す。以下の図においても同様である。図１を参照して、バンパービーム１は、車両のバンパー１０の内側に配置される。バンパービーム１は、第１部材２、第２部材３及び中板４を備える。第１実施形態のバンパービーム１は、図１に示す断面形状を有し、車両の幅方向に延在する。

　第１部材２は、天板部５、縦壁部６ａ、６ｂ及びフランジ部７ａ、７ｂを含む。２つの縦壁部６ａ、６ｂそれぞれの一端は天板部５の両側部５ａ、５ｂそれぞれに繋がる。縦壁部６ａ、６ｂの他端はフランジ部７ａ、７ｂそれぞれに繋がる。第１部材２の断面形状は、ハット形の開断面である。すなわち、２つのフランジ部７ａ、７ｂ同士の間は、開放している。第１部材２は例えば、金属板をプレス成形したものである。

　第２部材３は、板状の部材であり、例えば、金属板を打ち抜き成形したものである。第２部材３と第１部材２との間には接合部が設けられる。具体的には、第２部材３は、第１部材２のフランジ部７ａ、７ｂに接合され、フランジ部７ａ、７ｂ同士の間を閉じる。すなわち、互いに接合された第１部材２及び第２部材３は、閉断面を形成する。

　中板４は、第１部材２及び第２部材３により形成される空間内に、第２部材３と略平行に配置される。中板４と第１部材２との間には接合部が設けられる。具体的には、中板４の端部４ａ、４ｂはほぼ直角に折れ曲がり、それぞれ上部及び下部の縦壁部６ａ、６ｂに接合される。中板４の端部４ａ、４ｂは天板部５に向けて配置される。中板４は例えば、金属板をプレス成形したものである。このような中板４は縦壁部６ａ、６ｂの変形を拘束する。そのため、縦壁部６ａ、６ｂは座屈しにくい。中板４は第２部材３に対して厳密に平行である必要はなく、多少の傾きを許容する。この傾きは、例えば１０°以下である。

　中板４には、車両上下方向に沿うビードを付与したり、エンボス加工を施したりしてもよい。これらの加工により、中板の剛性が向上するため、中板４は縦壁部６ａ、６ｂの変形をより拘束する。この結果、縦壁部６ａ、６ｂはより座屈しにくくなり、エネルギー吸収効率の向上が期待できる。

　このようなバンパービーム１は、第２部材３を車両の外側に向けて配置される。例えば、バンパービーム１が車両のフロントバンパーのバンパービームとして適用される場合、第２部材３は車両の前方に向けて配置される。バンパービーム１が車両に配置された状態では、第１部材２の天板部５、第２部材３及び中板４が車両上下方向に起立した姿勢となる。第１部材２の縦壁部６ａ、６ｂは、それぞれ上下で車両前後方向に沿った姿勢となる。これにより、バンパービーム１は前後方向の衝突に対し高いエネルギー吸収効率を有する。以下、この点について詳述する。

　バンパービーム１を車両に配置する場合、２通りの配置形態が考えられる。１つ目は、図１に示すように、第２部材３を車両の外側に向けて配置する場合（以下、ケース１と称する。）である。２つ目は、特許文献２及び特許文献３に記載されているように、第１部材２の天板部５を車両の外側に向けて配置する場合（以下、ケース２と称する。）である。本発明者らは、バンパービームの基本的な特性を把握するため、ケース１及びケース２に関し、動的３点曲げシミュレーション解析によってエネルギー吸収効率を調査した。

　図２Ａ及び図２Ｂは、動的３点曲げシミュレーション解析で用いたバンパービームのモデルの断面図である。これらの図のうち、図２Ａはケース１のバンパービームの場合を示し、図２Ｂはケース２のバンパービームの場合を示す。ケース１及びケース２のモデルは中板４がない。図２Ａを参照して、ケース１では第２部材３の長手方向の中央に上下方向の全域にわたり天板部５に向かう方向の荷重Ｐを負荷した。図２Ｂを参照して、ケース２では天板部５の長手方向の中央に上下方向の全域にわたり第２部材３に向かう方向の荷重Ｐを負荷した。そして、バンパービームの変形挙動を解析した。その際、各バンパービームについて、荷重Ｐとたわみ量との関係を調べた。ここで、たわみ量は、荷重Ｐを負荷した部分のたわみ量をいう。動的３点曲げシミュレーション解析では、荷重負荷速度を９ｋｍ／ｈとし、支点間距離を８００ｍｍとした。その解析結果を図３Ａ～図３Ｃ及び図４に示す。

　図３Ａ～図３Ｃは、ケース１のバンパービームの変形挙動を示す図である。バンパービームの変形は図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃに示す順に進行する。図３Ａ～図３Ｃを参照して、第２部材３に荷重Ｐが負荷されると、縦壁部６ａ、６ｂ（以下、総称して縦壁部６とも称する。）の端部Ｘ近傍にバンパービームの長手方向に沿って圧縮力が作用する。ここで、圧縮力は２つの縦壁部６それぞれをバンパービームの長手方向に縮ませようとする力をいう。この圧縮力の作用により、縦壁部６の第２部材３側の端部Ｘは、車両上下方向の中央に向けて移動する。その結果、縦壁部６は変形し、終には座屈する。

　図４は、ケース１及びケース２のバンパービームに関する荷重－たわみ線図である。縦軸は荷重を示し、横軸はたわみ量を示す。図４中、実線はケース１のバンパービームの結果を示し、破線はケース２のバンパービームの結果を示す。図４に示す荷重－たわみ線図から次のことが示される。ケース１では、たわみ量が約３８ｍｍのとき、最大荷重となる。最大荷重は約６２ｋＮである。たわみ量が約３８ｍｍ以上になると、縦壁部６が座屈する。ケース２では、たわみ量が約４２ｍｍのとき、最大荷重となる。最大荷重は約５０ｋＮである。たわみ量が約４２ｍｍ以上になると、縦壁部６が座屈する。これより、ケース１の最大許容荷重はケース２の最大許容荷重と比べて高いことがわかる。しかしながら、ケース１はケース２と比べて座屈に至るたわみ量が小さい。言い換えると、ケース１はケース２と比べて座屈発生タイミングが早い。

　バンパービームが吸収するエネルギーは、図４の荷重－たわみ曲線の積分値に等しい。したがって、バンパービームのエネルギー吸収効率を高くするためには、最大許容荷重を高くし、且つ、座屈発生タイミングを遅くできればよい。ケース１のバンパービームは構造上、ケース２より最大許容荷重が高い。そこで、本発明者らはケース１のバンパービームについて座屈発生タイミングを遅くし、エネルギー吸収効率を大きくすることを検討した。

　ケース１のバンパービームは、図３Ａ～図３Ｃに示すように、端部Ｘが縦壁部６に作用する圧縮力により、早期にバンパービームの車両上下方向の中央に向けて移動するため縦壁部６が変形し座屈する。つまり、端部Ｘの移動を抑制すれば、縦壁部６が早期に座屈することを抑制することができる。そこで、図１に示すように、本実施形態のバンパービーム１は第１部材２と第２部材３で形成された空間内に、第２部材３と略平行に中板４を配置する。中板４の端部４ａ、４ｂは、それぞれ上部及び下部の縦壁部６ａ、６ｂに接合される。中板４は縦壁部６の変形を抑制する。したがって、端部Ｘが移動しても、縦壁部６が変形しにくい。つまり、縦壁部６は座屈しにくい。これにより、バンパービーム１の座屈発生タイミングは遅くなる。また、バンパービーム１は第２部材３を車両の外側に向けて配置するため、バンパービーム１の最大許容荷重はケース１と同様に高い。要するに、最大許容荷重の高いケース１のバンパービームに中板４を追加すれば、縦壁部６の座屈が抑制されるため、縦壁部６の座屈発生タイミングが遅い。これにより、バンパービーム１のエネルギー吸収効率が高くなる。

　中板４の位置は、第２部材３に近い方が好ましい。具体的には、図１を参照して、中板４に関する比ｄ１／ｈが、０以上、０．６以下であるのが好ましい。ここで、ｈは第２部材３と第１部材２の天板部５との間隔を示し、ｄ１は第２部材３と中板４との間隔を示す。この点について、図５を参照して説明する。

　図５は、中板４の位置に関する比ｄ１／ｈが異なるバンパービームのエネルギー吸収効率を示す図である。図５に示す結果は、上記同様の動的３点曲げシミュレーション解析によって求められた。図１に示すバンパービームの中板４の位置に関する比ｄ１／ｈを種々変更した各バンパービームについてシミュレーション解析を行った。その他の解析条件は、上記図３Ａ～図３Ｃ及び図４に示すシミュレーション解析と同じとした。図５を参照して、エネルギー吸収効率は、比ｄ１／ｈが約０．１６で最大値を示す。比ｄ１／ｈが０．１６よりも大きくなるにつれ、エネルギー吸収効率は低下する。中板４を有さないバンパービームのエネルギー吸収効率は、０．４４ｋＪ／ｋｇ（図５中の破線参照）である。比ｄ１／ｈが０．６５よりも大きければ、中板４を有するバンパービームのエネルギー吸収効率は、中板４を有さないバンパービームのエネルギー吸収効率未満となる。したがって、中板４は、中板４に関する比ｄ１／ｈが、０以上、０．６以下である位置に配置されることが好ましい。

　さらに、中板４の位置に関する比ｄ１／ｈが０．２以下の場合、荷重負荷時に中板４と第２部材３とが早期に接触する。そのため、第２部材３のたわみが制限され、図３Ａに示す縦壁部６の端部Ｘの移動が制限される。したがって、縦壁部６がより座屈しにくい。この効果を確認するため、本発明者らは、動的３点曲げシミュレーション解析によって、比ｄ１／ｈが０．１６のバンパービームの変形挙動を調査した。解析条件は、上記図３Ａ～図３Ｃ及び図４に示すシミュレーション解析と同じとした。その解析結果を図６Ａ～図６Ｄに示す。

　図６Ａ～図６Ｄは、第１実施形態のバンパービームの変形挙動を示す図である。比ｄ１／ｈが０．１６であるバンパービームの変形は、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ及び図６Ｄに示す順に進行する。図６Ａ～図６Ｄを参照して、第２部材３に荷重Ｐが負荷されると、縦壁部６には圧縮力が作用するため、上述したように縦壁部６の端部Ｘはバンパービームの車両上下方向の中央に向けて移動する。中板４は縦壁部６に接合されているため、端部Ｘの移動に伴って圧縮される。このとき、中板４は第２部材３側にたわむ。したがって、第２部材３と中板４は接触する。中板４が第２部材３に接触すると、第２部材３のたわみが中板４によって制限されるため、縦壁部６の端部Ｘの移動も制限される。その結果、縦壁部６の座屈がさらに抑制される。すなわち、比ｄ１／ｈが０．２以下の場合、縦壁部６の座屈は中板４によって抑制されるだけでなく、上述したような中板４と第２部材３との接触による効果が加わる。したがって、バンパービーム１の最大許容荷重がさらに向上する。

　ここで、比ｄ１／ｈが０の場合、荷重Ｐを負荷する前から中板４は第２部材３と接触している。この場合、第２部材３及び中板４の変形の態様が異なる。すなわち、第２部材３と中板４とは一体的にたわむ。そのため、エネルギー吸収効率は、比ｄ１／ｈが０．１６の場合と比べて低下する。したがって、比ｄ１／ｈの好ましい下限は、０．１である。ただし、比ｄ１／ｈが０の場合のバンパービームのエネルギー吸収効率は、中板４を有さないバンパービームのエネルギー吸収効率よりも高い。そのため、比ｄ１／ｈは０であってもよい。

　荷重負荷時に、中板４を第２部材３に接触させるには、図２Ａに示すケース１のように第２部材３を車両の外側に向けて配置する必要がある。言い換えると、図２Ｂに示すケース２のように第１部材２の天板部５を車両の外側に向けて配置すると、中板４が第２部材３に接触しにくい。この点について、本発明者らは、動的３点曲げシミュレーション解析によって、中板が追加されたケース２のバンパービームの変形挙動を調査した。解析条件は、上記図３Ａ～図３Ｃ及び図４に示すシミュレーション解析と同じとした。その解析結果を図７Ａ～図７Ｄに示す。

　図７Ａ～図７Ｄは、中板が追加されたケース２のバンパービームの変形挙動を示す図である。すなわち、第１部材２の天板部５を車両の外側に向けて配置する。バンパービームの変形は図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃ及び図７Ｄに示す順に進行する。図７Ａ～図７Ｄを参照して、ケース２では天板部５に荷重Ｐが負荷された場合、上側の縦壁部６ａは車両の上方向にたわみ、下側の縦壁部６ｂは車両の下方向にたわむ。したがって、中板４には車両上下方向に引張力が作用する。この場合、中板４がたわみにくいため、天板部５と中板４とが接触しにくい。したがって、ケース１のように中板４と荷重を受ける面との接触によって、荷重を受ける面のたわみを制限しにくい。すなわち、ケース２では縦壁部６の座屈を抑制しにくい。

　［第２実施形態］
　第１実施形態のバンパービームは、中板が縦壁部の座屈を抑制するため、エネルギー吸収効率が高い。しかし、縦壁部の座屈を抑制しすぎると、バンパービームの長手方向の中央に集中荷重が負荷されたとき、縦壁部が座屈する前に背面側の第１部材の天板部に亀裂が生じることがある。たとえ縦壁部が座屈しなくても、天板部に亀裂が生じれば、バンパービームのエネルギー吸収効率は大きく低下する。

　図８は、長手方向の中央に集中荷重が負荷されたバンパービームの平面図である。図８中、文字「右」は車両の右側を示す。以下の図においても同様である。図８を参照して、バンパービームの長手方向の中央に集中荷重Ｐが負荷されると、集中荷重Ｐが負荷された領域の近傍は、車両後方（車両の内側方向）に向けてたわむ。このとき、第１部材の天板部５は、バンパービームの背面側に配置されているため、引張方向（車両の左右方向）に力を受ける。この引張方向の力が大きすぎると、天板部５に亀裂が生じる。要するに、縦壁部６の座屈を抑制しすぎると、縦壁部６の座屈よりも先に、天板部５に亀裂が生じる。特に、バンパービームの材料強度が高く、延性が小さい場合、第１部材の縦壁部が長い場合等に、天板部５に亀裂が生じやすい。

　そこで、第２実施形態のバンパービームでは、天板部の亀裂を抑制するため、バンパービームの長手方向において、中板の位置が限定される。具体的には、本発明者らは、後述する実施例３により、バンパービームの長手方向における中板の好適な位置を求めた。この点について図９を参照して説明する。

　図９は、第２実施形態のバンパービームの車両上方からみた断面図である。図９を参照して、バンパービーム１０の全長をＬとし、バンパービーム１０の長手方向の中央Ｃからの任意の距離をＬとする。第２実施形態のバンパービーム１０の中板４は、バンパービーム１０の長手方向の中央Ｃから－Ｌ１以上、Ｌ１以下の中央領域に配置される。ここで、中板４は中央領域の全域に配置されてもよいし、中央領域の一部に配置されてもよい。距離Ｌ１は０．２×Ｌであることが好ましく、より好ましくは０．１×Ｌである。ここで、長さＬ１は、バンパービームの長手方向の中央Ｃを０として、車両左右方向で正の値、負の値に区分される。要するに、バンパービームの長手方向の中央Ｃから車両左右方向の両側に距離Ｌ１ずつ離れた領域まで中板が配置される。

　中板４が配置される領域をバンパービームの長手方向の中央領域に限定することによって、中板が配置されない領域の縦壁部６の端部Ｘがバンパービームの車両上下方向の中央に向けて移動しやすくなる（図６Ａ～図６Ｄ参照）。この結果、縦壁部の座屈発生タイミングが早くなる。これにより、天板部の亀裂が生じる前に縦壁部に座屈が発生するため、バンパービームの破断による大幅なエネルギー吸収効率の低下を抑制できる。

　上述したように、バンパービームの縦壁部６の座屈を抑制しすぎると、バンパービームの長手方向の中央に集中荷重Ｐが負荷されたとき、天板部５に亀裂が生じやすい。この不都合を解消するため、中板４の板厚ｔ２は、第１部材２の板厚ｔ１以下であるのが好ましい。縦壁部６の座屈発生タイミングを最適にし、天板部５に亀裂が生じるのを抑制するためである。具体的には、第１部材２の板厚ｔ１と、中板４の板厚ｔ２との比ｔ２／ｔ１が、０．７以上、１．０以下であるのが好ましい。比ｔ２／ｔ１が０．７未満であれば、中板４の強度が低いため、縦壁部６が早期に座屈してしまう。比ｔ２／ｔ１が１．０よりも大きければ、中板４の強度が高いため、バンパービームの長手方向の中央に集中荷重Ｐが負荷されたとき、天板部５に亀裂が生じやすい。比ｔ２／ｔ１の好ましい下限は０．８であり、好ましい上限は０．９である。

　上記と同様に、天板部５に亀裂が生じるのを抑制するため、中板４の引張強度ＴＳ２は、第１部材２の引張強度ＴＳ１以下であるのが好ましい。具体的には、第１部材２の引張強度ＴＳ１と、中板４の引張強度ＴＳ２との比ＴＳ２／ＴＳ１が、０．４以上、１．０以下であるのが好ましい。比ＴＳ２／ＴＳ１が０．４未満であれば、中板４の強度が低いため、縦壁部６が早期に座屈してしまう。比ＴＳ２／ＴＳ１が１．０よりも大きければ、中板４の強度が高いため、バンパービームの長手方向の中央に集中荷重Ｐが負荷されたとき、縦壁部６の端部Ｘがバンパービームの車両上下方向の中央に向けて移動しにくい（図６Ａ～図６Ｄ参照）。この結果、縦壁部６が座屈する前に天板部５に亀裂が生じやすい。比ＴＳ２／ＴＳ１の好ましい下限は０．６であり、好ましい上限は０．８である。

　中板４と縦壁部６との接合は、例えば溶接がある。溶接方法は、例えば、スポット溶接、プラグ溶接、アーク溶接、レーザ溶接等である。しかしながら、中板４と縦壁部６との接合は、溶接に限定されない。中板４と縦壁部６との接合は、機械接合でもよい。機械接合は、例えば、リベット、ボルト及びナット、ねじ等である。また、中板４と縦壁部６との接合は、接着剤でもよい。第１部材２と第２部材３との接合においても同様である。

　上述したように、本実施形態のバンパービームでは、第２部材３が車両の外側に向けて配置される。例えば、図９に示すように、バンパービームは長手方向に湾曲している。この場合、湾曲しているバンパービームの外側の弧（図９中の第２部材３側）が、車両の外側に向けて配置される。また、バンパービームは、車両内側に配置されるクラッシュボックス、フロントサイドメンバ等に取り付けられる。そのため、バンパービームの車両内側の面には、取り付け穴等が設けられる。要するに、バンパービームが車両に取り付けられなくても、バンパービームの第１部材又は第２部材のどちらの部品が、車両外側に向けて配置されるか判別できる。

　図１０は、縦壁部と中板との接合部分の一例を示す図である。図１０を参照して、本実施形態では、縦壁部６に中板４の位置決め用の段差８を設けてもよい。図１０に示すように、段差８の大きさとしては、０．５ｍｍ～数ｍｍ程度である。段差８が０．５ｍｍ未満であれば、中板４の位置決めがしにくい。段差８が大きすぎれば、縦壁部６の剛性が変わるため、バンパービームの変形挙動が変化する。要するに、縦壁部６の段差８は、バンパービームの変形挙動が変化しない範囲で設けられる。縦壁部６に段差８を設けることにより、中板が設置しやすく、バンパービームを製造しやすい。

　上述の実施形態では、バンパービームが金属板からなる場合を説明した。金属板は、例えば、鋼板、アルミニウム板、チタン板、マグネシウム板、銅板、ニッケル板又はこれらの合金板、複層金属板等である。

　本実施形態のバンパービームを自動車に適用する場合、第１部材及び第２部材は、引張強度が１ＧＰａ以上の鋼板からなるのが好ましい。この場合、バンパービームの強度をより高くすることができ、車体の安全性がさらに向上する。

　上述の実施形態では、車両がバンパービームを前部に備える場合を説明した。すなわち、本実施形態のバンパービームを自動車のフロントバンパーのバンパービームとして適用する場合を説明した。しかしながら、本実施形態のバンパービームはフロントバンパーのバンパービームに限定されない。本実施形態のバンパービームは、車両の後部に配置されてもよい。すなわち、本実施形態のバンパービームは、リアバンパー等に適用することもできる。いずれの場合であっても、バンパービームの第２部材が車両の外側に向けて配置される。

　実施例１では、中板４の配置が異なるバンパービームについて荷重負荷シミュレーション解析を行い、エネルギー吸収効率を調べた。

　図１１Ａ～図１１Ｃは、実施例１で用いたバンパービームの解析モデルの断面図である。図１１Ａは本発明例１及び本発明例２のモデルを、図１１Ｂは比較例１のモデルを、図１１Ｃは比較例２のモデルをそれぞれ示す。本発明例１の中板４の位置に関する比ｄ１／ｈは０．１６とし、本発明例２の中板４の位置に関する比ｄ１／ｈは０．５とした。比較例１では中板４を有していないバンパービームを想定した。比較例２では中板４が第２部材３に対し垂直に配置されたバンパービームを想定した。

　これらのバンパービームの諸寸法について、第１部材２の縦壁部６の幅Ｗ１は６０ｍｍ、天板部５の幅Ｗ２は８０ｍｍとし、第２部材３の幅Ｗ３は１２０ｍｍとした。荷重Ｐは第２部材３の中央に第１部材２に向けて負荷した。第１部材２、第２部材３及び中板４は、引張強度が１８００ＭＰａ、板厚が１．４ｍｍの鋼板を想定した。

　図１２は、実施例１の各バンパービームに関する荷重－たわみ曲線である。図１２中、実線は本発明例１の結果を示し、破線は本発明例２を示し、１点鎖線は比較例１を示し、２点鎖線は比較例２を示す。図１２を参照して、本発明例１及び本発明例２では、たわみ量が約３８ｍｍまで縦壁部６は座屈しなかった。比較例１及び比較例２では、たわみ量が３０ｍｍに達する前に、縦壁部６が座屈した。本発明例１では最大許容荷重は約７３ｋＮで、本発明例２では最大許容荷重は約６２ｋＮであった。比較例１では最大許容荷重は約４５ｋＮで、比較例２では最大許容荷重は約５８ｋＮであった。

　実施例１の解析結果に基づき、たわみ量が６０ｍｍまでの各バンパービームのエネルギー吸収効率を算出した。その結果を表１に示す。

 

　本発明例１のエネルギー吸収効率は、０．６８ｋＪ／ｋｇで、本発明例２のエネルギー吸収効率は、０．５６ｋＪ／ｋｇであった。比較例１のエネルギー吸収効率は０．４４ｋＪ／ｋｇで、比較例２のエネルギー吸収効率は０．５１ｋＪ／ｋｇであった。

　実施例２では、中板４が追加されたケース１のバンパービームと中板４が追加されたケース２のバンパービームとの最大許容荷重を比較した。実施例２では、実施例１での本発明例２の結果を引用し、比較例３及び比較例４として、ケース２のバンパービームに中板４を配置し、実施例１と同様の荷重負荷シミュレーション解析を行った。

　図１３は、実施例２で用いた中板４が追加されたケース２のバンパービームの断面図である。図１３を参照して、比較例３の中板４の位置に関する比ｄ２／ｈは０．３３とし、比較例４の中板４の位置に関する比ｄ２／ｈは０．５とした。荷重Ｐは、天板部５の中央に付加した。ここで、ｄ２は天板部５と中板４との間隔を示す。すなわち、間隔ｄ２は、天板部５から中板４までの深さに相当する。

　図１４は、実施例２の各バンパービームに関する荷重－たわみ曲線である。比較のために、実施例１で行った本発明例２の結果も合わせて図１４に示す。図１４中、実線は本発明例２を示し、１点鎖線は比較例３を示し、２点鎖線は比較例４を示す。図１４を参照して、比較例３及び比較例４共に、たわみ量が約４０ｍｍを超えると、縦壁部６は座屈した。また、比較例３及び比較例４の最大許容荷重は共に、約４８ｋＮであった。

　実施例３では、長手方向において中板４が配置される領域を限定したバンパービームについて荷重負荷シミュレーション解析を行い、天板部での亀裂の発生の有無を調べた。実施例３では、第１部材２の縦壁部６の幅Ｗ１は９０ｍｍ、天板部５の幅Ｗ２は８０ｍｍとし、第２部材３の幅Ｗ３は１２０ｍｍとした。図９に示す第２実施形態のバンパービーム１０の距離Ｌ１を種々変更して、実施例１と同様のシミュレーション解析を行った。

　図１５は、実施例３の各バンパービームに関する荷重－たわみ曲線である。図１５中、実線は距離Ｌ１が０．０６×Ｌであるバンパービームの結果を示す。破線は距離Ｌ１が０．２×Ｌであるバンパービームの結果を示す。１点鎖線は距離Ｌ１が０．５×Ｌであるバンパービームの結果を示す。

　図１５を参照して、距離Ｌ１が０．２×Ｌのバンパービーム（破線）では、たわみ量が約１００ｍｍで、天板部に亀裂が生じた。距離Ｌ１が０．５×Ｌのバンパービーム（１点鎖線）では、たわみ量が約９５ｍｍで、天板部に亀裂が生じた。

　一方、距離Ｌ１が０．０６×Ｌのバンパービーム（実線）では、天板部に亀裂は生じなかった。

　以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。

　　１、１０、２０　バンパービーム
　　２　第１部材
　　３　第２部材
　　４　中板
　４１　第１中板
　４２　第２中板
　　５　天板部
　　６ａ、６ｂ　縦壁部
　　７ａ、７ｂ　フランジ部
　　８　縦壁部の段差
　ｄ１　第２部材と中板との間隔
　ｄ２　天板部と中板との間隔
　　ｈ　第２部材と天板部との間隔
　　Ｌ　バンパービーム全長
　　Ｐ　衝突荷重
　　Ｘ　縦壁部の端部

Claims (10)

1. 　天板部、前記天板部の両側部のそれぞれに繋がる２つの縦壁部、及び前記２つの縦壁部それぞれに繋がる２つのフランジ部を含む第１部材と、
   　前記第１部材の前記２つのフランジ部に接合され、少なくとも前記２つのフランジ部同士の間を閉じる板状の第２部材と、
   　前記第１部材の前記２つの縦壁部に接合され、前記第１部材及び前記第２部材により形成される空間内に、前記第２部材に略平行に配置される中板と、を備え、
   　前記第１部材及び前記第２部材のうち前記第２部材が車両の外側に向けて配置される、車両用バンパービーム。
2. 　請求項１に記載の車両用バンパービームであって、
   　前記第２部材と前記第１部材の前記天板部との間隔ｈと、前記第２部材と前記中板との間隔ｄ１との比ｄ１／ｈが、０以上、０．６以下である、車両用バンパービーム。
3. 　請求項１に記載の車両用バンパービームであって、
   　前記第２部材と前記第１部材の前記天板部との間隔ｈと、前記第２部材と前記中板との間隔ｄ１との比ｄ１／ｈが、０以上、０．２以下である、車両用バンパービーム。
4. 　請求項２又は請求項３に記載の車両用バンパービームであって、
   　前記バンパービームの全長をＬとしたとき、前記バンパービームの長手方向の中央から－０．２×Ｌ以上、０．２×Ｌ以下の領域の少なくとも一部に、前記中板が配置される、車両用バンパービーム。
5. 　請求項２又は請求項３に記載の車両用バンパービームであって、
   　前記バンパービームの全長をＬとしたとき、前記バンパービームの長手方向の中央から－０．１×Ｌ以上、０．１×Ｌ以下の領域の少なくとも一部に、前記中板が配置される、車両用バンパービーム。
6. 　請求項１～請求項５のいずれか１項に記載の車両用バンパービームであって、
   　前記第１部材及び前記中板は金属板からなり、
   　前記第１部材の板厚ｔ１と、前記中板の板厚ｔ２との比ｔ２／ｔ１が、０．７以上、１．０以下である、車両用バンパービーム。
7. 　請求項１～請求項６のいずれか１項に記載の車両用バンパービームであって、
   　前記第１部材の引張強さＴＳ１と、前記中板の引張強さＴＳ２との比ＴＳ２／ＴＳ１が、０．４以上、１．０以下である、車両用バンパービーム。
8. 　請求項１～請求項７のいずれか１項に記載の車両用バンパービームであって、
   　前記中板と前記縦壁部とが溶接によって接合されている、車両用バンパービーム。
9. 　請求項１～請求項８のいずれか１項に記載の車両用バンパービームであって、
   　前記第１部材及び前記第２部材は鋼板からなり、前記鋼板の引張強度が１ＧＰａ以上である、車両用バンパービーム。
10. 　請求項１～請求項９のいずれか１項に記載の車両用バンパービームを前部又は後部に備え、前記バンパービームの前記第２部材が車両の外側に向けて配置される、車両。
     

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