(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の軸部を有し、軸部の周壁に衝突時に圧壊の起点となる内向き又は外向きの多数のビードが形成され、軸方向を車体前後方向に向けてバンパーリインフォースの端部の傾斜したステイ取付部に固定される自動車のバンパーステイにおいて、軸部の軸方向に沿って互いに所定間隔を置いて配置され、軸部の周壁を周方向に沿って１周する環状の仮想周線を複数想定した場合に、各仮想周線が互いに平行な平面上に設定され、前記平面が前記ステイ取付部の傾斜角度とほぼ同一の傾斜角度で傾斜し、それぞれ複数個のビードが各仮想周線上に互いに所定間隔を置いて配置され、各ビードはその長軸の方向が対応する仮想周線に沿ったものとされ、それぞれ異なる仮想周線上に配置された複数のビードにより軸部の軸方向に沿ったビード列が構成され、複数のビード列が軸部の周方向に沿って互いに所定間隔を置いて配置され、隣接するビード列に属するビードはいずれも異なる仮想周線上に配置されたものであり、隣接するビード列同士は軸部の軸方向に平行な投影像が周方向で互いにオーバーラップしないことを特徴とする自動車のバンパーステイ。
【請求項２】
各ビード列が、軸部の軸方向に１つ置きに配置された仮想周線上のビードにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載された自動車のバンパーステイ。
【請求項３】
各仮想周線上の各ビードが軸部の周方向に９０°の間隔で配置され、かつ各ビード列が軸部の周方向に４５°の間隔で配置されていることを特徴とする請求項２に記載された自動車のバンパーステイ。
【請求項４】
前記平面が車幅方向外向きに２０°以下の角度で傾斜していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載された自動車のバンパーステイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝突時の高荷重付加時に圧壊の起点となる変形部が円筒状の軸部に形成された自動車のバンパーステイに関する。
【背景技術】
【０００２】
円筒状の軸部を有するバンパーステイに対し軸圧縮の高荷重を負荷し、軸部を蛇腹状に圧壊変形させたとき、軸部の圧壊変形モードは、荷重−変位曲線図でみると、一般に、比較的高い初期圧壊荷重（初期最大荷重）を示した後、変位の増加に伴って荷重の増減が波動状に繰り返される。
この荷重−変位曲線図において、バンパーステイのエネルギー吸収効率は、吸収エネルギーをＥとし、初期最大荷重をＰmax、変位をＳとしたとき、Ｅ／（Ｐmax×Ｓ）×１００（％）で定義される。従って、同じ吸収エネルギーＥであれば、最大荷重Ｐｍａｘが小さいほど、エネルギー吸収効率が高いとされる。また、吸収エネルギーＥは、平均荷重をＰｍとしたとき、Ｐｍ×Ｓで表される。従って、初期最大荷重後の荷重変動が小さい（荷重−変位曲線の波動の谷における荷重の落ち込みが小さい）ほど、エネルギー吸収効率が高いとされる。
【０００３】
初期最大荷重Ｐｍａｘを抑えるため、従来より、軸部に圧壊の起点を形成することが行われている。例えば特許文献１には、電磁成形を利用した拡管により、軸部の周壁に沿って圧壊の起点となる変形部（凸部）を形成し、これにより軸圧壊時の初期最大荷重を抑えることができることが記載されている。しかし、特許文献１には、初期最大荷重後の荷重変動を小さくする（荷重の落ち込みを抑える）ことについては、何ら記載されていない。
【０００４】
円筒状の軸部の軸圧壊モードには、軸対称圧壊と非軸対称圧壊の２種類があり、前者は軸部断面が軸対称（円形）に蛇腹状変形する圧壊モード、後者は軸部断面が略多角形状に蛇腹状変形し、かつ断面の位相が蛇腹毎に周方向にずれる圧壊モードを指す。非軸対称圧壊モードは、軸対称圧壊モードに比べて、初期最大荷重後の荷重変動が少なく、エネルギー吸収効率を高めるには好ましいとされているが、単なる円筒状の軸部において実際の軸圧壊時にどちらの圧壊モードが生じるか、明確に予測できない。特許文献１のバンパーステイでも同様で、前記変形部において初期の軸圧壊が生じた後、軸部の残余の部分でどちらの圧壊モードとなるか、明確な予測はできない。
また、特許文献１には、軸方向に沿って２段又は３段に変形部が形成された例（図２）も記載されているが、各段において軸部の周方向の同じ位置に変形部が形成されているため、前記変形部が形成された領域に限っても、断面の位相が蛇腹毎に周方向にずれる非軸対称圧壊モードとはならないものと推測される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１８９０６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、円筒状の軸部を有するバンパーステイに関する上記問題点に鑑みてなされたもので、軸部の周壁に沿って圧壊の起点となる変形部を形成することにより、軸圧壊時に前記非軸対称圧壊モードを安定して生じさせ、初期最大荷重のピークを抑えるとともに、その後の荷重変動を小さくする（荷重の落ち込みを抑える）ことにより、バンパーステイのエネルギー吸収効率を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、円筒状の軸部を有し、軸部の周壁に衝突時に圧壊の起点となる内向き又は外向きの多数のビードが形成された自動車のバンパーステイにおいて、軸部の軸方向に沿って互いに所定間隔を置いて配置され、軸部の周壁を周方向に沿って１周する環状の仮想周線を複数想定した場合に、それぞれ複数個のビードが各仮想周線上に互いに所定間隔を置いて配置され、各ビードはその長軸の方向が対応する仮想周線に沿ったものとされ、それぞれ異なる仮想周線上に配置された複数のビードにより軸部の軸方向に沿ったビード列が構成され、複数のビード列が軸部の周方向に沿って互いに所定間隔を置いて配置され、隣接するビード列に属するビードはいずれも異なる仮想周線上に配置されたものであり、隣接するビード列同士は軸部の軸方向に平行な投影像が周方向で互いにオーバーラップしないことを特徴とする。
【０００８】
上記バンパーステイにおいて、好ましい具体的形態として、各ビード列が、軸部の軸方向に１つ置きに配置された仮想周線上のビードにより構成されていること（請求項２）、各仮想周線上の各ビードが軸部の周方向に９０°の間隔で配置され、かつ各ビード列が軸部の周方向に４５°の間隔で配置されていること（請求項３）、各仮想周線が互いに平行な平面上に設定されること（請求項４）、前記平面が車幅方向外向きに２０°以下の角度で傾斜していること（請求項５）、前記平面の傾斜角度がバンパーリインフォースのステイ取付部の傾斜角度とほぼ同一に設定されている（請求項６）等を挙げることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るバンパーステイを軸圧縮して圧壊変形させると、各ビードが内向きのビードである場合、その長軸が仮想周線に沿って形成されているため、同一の仮想周線に沿って配置された各ビードの箇所が内向きに座屈し、隣接するビード間の箇所（ビードが形成されていない箇所）が逆に外向きに座屈する。このため、前記仮想周線に沿って、軸部は各ビードの箇所を辺、隣接するビード間の箇所を頂点とする略多角形状の断面に変形する。なお、逆に、各ビードが外向きのビードである場合、軸部は各ビードの箇所を頂点、隣接するビード間の箇所を辺とする略多角形状の断面に変形する。
【００１０】
仮想周線上の上記圧壊形態は、圧壊の進行に伴い各仮想周線に沿って次々に生じ、一方、隣接する仮想周線上の各ビードは、周方向に互いに所定間隔（所定角度）ずれて配置されているから、前記多角形の位相（向き）は周方向に所定間隔（所定角度）ずれたものとなる。このように、本発明によれば、バンパーステイの軸部の圧壊モードが安定して非軸対称圧壊モードとなり、当然初期最大荷重を抑えることもできるので、円筒状の軸部を有する軸圧壊型バンパーステイのエネルギー吸収効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係るバンパーステイの平面図である。
【図２】本発明に係るバンパーステイの右側面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図４】本発明に係るバンパーステイのバンパーリインフォースへの取付形態を示す平面図である。
【図５】本発明に係るバンパーステイの製造工程の一例を説明する断面図である。
【図６】本発明に係るバンパーステイの製造工程の一例を説明する断面図である。
【図７】本発明に係るバンパーステイの軸部が軸圧壊することによって形成された多角形の位相のずれを説明する正面模式図である。
【図８】本発明に係る別のバンパーステイの平面図である。
【図９】実施例及び比較例のバンパーステイを軸圧壊させたときの荷重−変位曲線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図１〜８を参照し、本発明に係るバンパーステイについて説明する。
図１〜３に示すバンパーステイ１は、円筒状の軸部２と、前端近傍の小径部３及び前端のフランジ４、後端のフランジ５からなる。図４に示すように、バンパーステイ１は、バンパーリインフォース６の両端傾斜部（ステイ取付部７）に、軸方向を車体前後方向に向けて取り付けられる。後述するように、小径部３はバンパーリインフォース６のステイ取付部７に形成した穴の内周面に密着し、フランジ４とともにバンパーリインフォース６への取付部を構成する。フランジ５はサイドメンバー前端への取付用である。
【００１３】
バンパーステイ１の軸部２の周壁には、多数のビード８が形成されている。ビード８は内向きに形成された窪み（谷）であり、ビード８の谷底８ａは細長く、ビード８の縁から谷底８ａへ向かって傾斜面８ｂが形成されている。軸部２の周壁を周方向に沿って１周する環状の仮想周線１１〜１５を想定したとき、各ビード８は各仮想周線１１〜１５上に、周方向に互いに９０°間隔で４個ずつ配置され、その長軸の方向（谷底８ａの方向）が対応する仮想周線１１〜１５に沿ったものとされている。仮想周線１１〜１５は、バンパーリインフォース６のステイ取付部７の傾斜角度とほぼ同じ角度で傾斜し、かつ互いに平行な平面上にそれぞれ設定されている。
なお、仮想周線の傾斜角度は必ずしもバンパーリインフォース６のステイ取付部７の傾斜角度と同じにする必要はないが、オフセットバリア衝突試験におけるバリヤの衝突方向（車体前後方向から０°〜２０°傾斜）に対し垂直が望ましく、その点を考慮して２０°以下に設定することが望ましい。
【００１４】
仮想周線１１〜１５のうち隣接する仮想周線（例えば仮想周線１１と仮想周線１２）上に配置されたビード８は、軸部２の周方向に互いに４５°の間隔で配置されている。その結果として、それぞれ異なる仮想周線上（軸方向に１つ置きに配置された仮想周線上）に配置された複数のビード８により、軸方向に沿ったビード列１６〜２３が、軸部２の周方向に沿って互いに４５°の間隔で８列形成されることとなり、隣接するビード列（例えばビード列１６とビード列１７）はいずれも異なる仮想周線上に配置されたビード８により構成される。この例では、隣接する２つのビード列に属するビードの総数が、仮想周線の数に等しく、全てのビードがいずれかのビード列に属している。
また、隣接するビード列同士、すなわち隣接するビード列に含まれるビードは、軸部２の軸方向に平行な投影像（ビード列１６の投影像を幅Ｘ１で、ビード列１７の投影像を幅Ｘ２で示している）が周方向で互いにオーバーラップしないように、各ビード８の周方向（長軸方向）のサイズ及び位置が決められている。
【００１５】
バンパーステイ１の製造工程の一例を図５，６を参照して説明する。
まず、図５には、バンパーステイ１の素材である円筒状のアルミニウム合金中空材１Ａが示されている。この中空材１Ａは円形断面の押出材であり、前方側の端面は軸方向に対しバンパーリインフォース６の取付部７と同角度で傾斜してカットされ、後方側の端面は軸方向に垂直な面内でカットされている。また、図５には、この製造方法に使用する電磁成形用金型２４の断面が示されている。金型２４は分割型であり、中心部に中空材１Ａの外径とほぼ同程度の内径の貫通穴２５を有し、前端側の端面２６が中空材１Ａの前端と同様に傾斜し、貫通穴２５の前方側端部２５ａが前記端面２６に向けて所定の曲率で拡開している。
【００１６】
図５に示すように、中空材１Ａを貫通穴２５内に配置し、前方側端面を貫通穴２５の端面２６から多少突出させ、中空材１Ａに図示しない電磁成形用コイル体を挿入し、これに瞬間大電流を流して、中空材１Ａの主として前方側端部を瞬間的に拡径する。これにより、中空材１Ａの前方側端部が貫通穴２５の端部２５ａの曲面に沿った形状に成形される。電磁成形後の中空材１Ｂを図６に示す。中空材１Ｂの前方側端部に浅いフランジ２７が形成されている。
【００１７】
バンパーリインフォース６は、断面が略四角形のアルミニウム合金押出材からなり、図４に示すように、両端の傾斜した取付部７が後方側から押しつぶされ、前壁（衝突面側の縦壁）と後壁（車体側の縦壁）が密着状態とされている。図６は前記取付部７の断面を示すもので、バンパーリインフォース６の前壁２８と後壁２９が密着し、ステイ取付用のバーリング穴３１が前方側から後方側に向けて形成されている。
【００１８】
図６には、次の電磁成形工程のための電磁成形用金型３２の断面が示されている。金型３２は分割型であり、中心部に貫通穴３３を有し、前方側端面３４が中空材１Ｂの前端と同様に傾斜し、後方側端面３５は貫通穴３３の軸線に対して垂直とされている。貫通穴３３は内周面が全体として円筒形であり、バンパーステイ1の軸部２の周壁にビード8を形成するための内向きの突条３６が所定個数形成され、前方側端部３３ａ及び後方側端部３３ｂはそれぞれ前記端面３４，３５に向けて所定の曲率で拡開している。突状３６（特に最も大きく内径側に突出する突状）の箇所における貫通穴３３の内周面の径は、中空材１Ｂの軸部の外径とほぼ等しく設定されている。
【００１９】
電磁成形用金型３２は、成形後のバンパーステイ１を取り出せるように、開閉可能な（図６の紙面に垂直方向）一対の分割金型（図６には一方の分割金型３２ａのみ示す）と、閉じた一対の分割金型の間に形成される空間を進退可能な（図６の紙面の左右方向）コア金型３２ｃ，３２ｄからなり、一対の分割金型が閉じ、コア金型３２ｃ，３２ｄが前記空間内を内向きに進入して所定位置に達したとき、これらの金型の内面が合わさって前記貫通穴３３が構成される。
【００２０】
電磁成形に際して、図６に示すように、バンパーリインフォース６の取付部７の背面側を、電磁成形用金型３２の端面３４に密着状態でセットし、バーリング穴３１の穴フランジ（筒状部）を端面３４側から貫通穴３３内に臨ませてその内周面に嵌め入れ、中空材１Ｂをバーリング穴３３の前方側から貫通穴３３内に挿入し、中空材１Ｂのフランジ２７をバーリング穴３１の肩に引っ掛け（前端が多少突出している）、後方側端部を金型３２の端面３５から所定長さ突出させる。このとき、中空材１Ｂの外周面が突状３６（特に最も大きく内径側に突出する突状）の先端にほぼ接する状態となる。続いて、中空材１Ｂに図示しない電磁成形用コイル体を挿入する。
なお、金型３２に対するバンパーリインフォース６及び中空材１Ｂのセッティング及びコイル体の挿入順序は適宜に選択でき、電磁成形前に図６の状態（コイル体は図示せず）になっていればよい。
【００２１】
続いて前記電磁成形用コイルに瞬間大電流を流して、中空材１Ｂを全長にわたって瞬間的に拡径する。この拡径により、中空材１Ｂはバンパーステイ１に成形されるとともに、バンパーリインフォース６に接合される（この接合方法については、例えば２００４−２３７８１８号公報、特開２００６−８８９４１号公報等参照）。
この拡径についてより具体的に説明すると、次のとおりである。
【００２２】
貫通穴３３の内側では、中空材１Ｂは拡径開始と同時又は直後に突条３６の先端に衝突し、突状３６に対応する箇所では拡径が止まり、その他の箇所はさらに拡径を続け、貫通穴３３の内周面（突状３６以外の箇所）に衝突した時点で拡径を停止し、全体として貫通穴３３の内周面に密着した状態となる。これにより、電磁成形による拡径後のバンパーステイ１には貫通穴３３の内周面形状が転写され、軸部２の周壁に突状３６に対応するビード８が形成される。なお、バンパーステイ１の軸部２は、拡径により相応の歪みが入って加工硬化し、材料強度が増大する。
【００２３】
一方、バーリング穴３１の内側では、中空材１Ｂはバーリング穴３１の内周面に密着し（バーリング穴３１の内周面に沿って前方側に向け拡開）、バーリング穴３１の前方側ではフランジ２７の前端が拡開し、バーリング穴３１の周縁に打ち当たって密着し、そこにより深いフランジ（フランジ４）が形成される。このように、中空材１Ｂはバーリング穴３１の内周面に密着し、前方側が拡開してフランジ４が形成され、後方側は前記貫通穴３３の内側で拡径するので、バンパーステイ１はバンパーリインフォース６の取付部７に強固に接合される。
また、金型３２の端面３５から後方側に突出している中空材１Ｂの後端部では、周壁が拡開して前記端面３５に打ち当たり、フランジ５が形成される。
【００２４】
このバンパーステイ１を軸圧縮して圧壊変形させると、仮想周線１１〜１５のうちいずれかの仮想周線に沿って、軸部２は各ビード８の箇所が内向きに座屈し、隣接するビード間の箇所（ビードが形成されていない箇所）が逆に外向きに座屈し、その結果、軸部２は各ビードの箇所を辺、隣接するビード間の箇所を頂点とする略四角形状の断面に変形する。仮想周線１１〜１５上に形成するビード８の深さを仮想周線毎に適宜変えておけば、最初の座屈の起点となる仮想周線上のビード（この例では仮想周線１１上のビード）を特定したり、圧壊強度を調整することもできる。
【００２５】
仮想周線に沿った上記圧壊形態（四角形モード）は、圧壊の進行に伴って各仮想周線に沿って次々に生じ、一方、隣接する仮想周線上の各ビードは、周方向に互いに４５°ずれて配置されているから、隣接する仮想周線に沿って形成される軸部２の略四角形状の断面は、周方向に約４５°ずれた位相（向き）を有するものとなる。図７（ａ）は、そのような四角形モードの圧壊を示す模式図である。
【００２６】
なお、上記の例では、各仮想周線上のビードを周方向に９０°間隔で配置し、各ビード列を周方向に４５°間隔で配置していたが、仮想周線上の各ビードを周方向に別の角度で等角度配置し、かつ各ビード列をその半分の角度で等角度配置することも可能である。
例えば、各仮想周線上のビードを周方向に１２０°間隔で配置し、各ビード列を周方向に６０°間隔で配置する場合、圧壊形態は三角形モードとなり、隣接する仮想周線に沿って形成される軸部の略三角形状の断面は、周方向に約６０°ずれた位相（向き）を有するものとなる。図７（ｂ）は、そのような三角形モードの圧壊を示す模式図である。
【００２７】
そのほか、各仮想周線上のビードを周方向に７２°間隔で配置し、各ビード列を周方向に３６°間隔で配置する場合、圧壊形態は五角形モードとなり、隣接する仮想周線に沿って形成される軸部の略五角形状の断面は、周方向に約３６°ずれた位相（向き）を有するものとなる。また、各仮想周線上のビードを周方向に６０°間隔で配置し、各ビード列を周方向に３０°間隔で配置する場合、圧壊形態は六角形モードとなり、隣接する仮想周線に沿って形成される軸部の略六角形状の断面は、周方向に約３０°ずれた位相（向き）を有するものとなる。
【００２８】
図８に、本発明に係る別のバンパーステイ４１を示す。バンパーステイ４１は、図１〜３に示すバンパーステイ１と比較すると、軸部２に形成したビード８が外向きである点で異なり、その他の点では実質的に変わらない。
ビード８は外向きに形成された突起（山）であり、ビード８の山頂８ａは細長く、ビード８の縁から山頂８ａへ向かって傾斜面８ｂが形成されている。軸部２の周壁を周方向に沿って１周する環状の仮想周線１１〜１５を想定したとき、各ビード８は各仮想周線１１〜１５上に、周方向に互いに９０°間隔で４個ずつ配置され、その長軸の方向（山頂８ａの方向）が対応する仮想周線１１〜１５に沿ったものとされている。仮想周線１１〜１５は、バンパーリインフォース６のステイ取付部７の傾斜角度とほぼ同じ角度で傾斜し、かつ互いに平行な平面上にそれぞれ設定されている。
【００２９】
このバンパーステイ４１を軸圧縮して圧壊変形させると、仮想周線１１〜１５のうちいずれかの仮想周線に沿って、軸部２は各ビード８の箇所が外向きに座屈し、隣接するビード間の箇所（ビードが形成されていない箇所）が逆に内向きに座屈し、その結果、軸部２は各ビードの箇所を頂点、隣接するビード間の箇所を辺とする四角形状の断面に変形する。つまり、バンパーステイ４１の圧壊形態は、バンパーステイ１と同じく四角形モードである。
なお、バンパーステイ４１のように外向きのビード８が形成された場合でも、各仮想周線上のビードの周方向間隔及び各ビード列の周方向間隔を変えることにより、圧壊形態を三角形モード、五角形モード、六角形モード等に変更することができる。
【実施例】
【００３０】
図５，６に示す２段階の電磁成形工程により、円筒形のアルミニウム合金押出材からバンパーステイを成形するとともに、バンパーリインフォースに接合した。バンパーステイはＪＩＳ６０６３アルミニウム合金押出材のＴ５処理材とし、バンパーリインフォースはＪＩＳ６Ｎ０１アルミニウム合金押出材のＴ５処理材とした。バンパーリインフォースは、図４に示すようにステイ取付部が後方側から押しつぶされ、ステイ取付部の車幅方向に対する傾斜角度は１０°に設定されている。
【００３１】
バンパーステイは、発明例として、図１に示すように、互いに平行な５つの仮想周線（傾斜角度１０°）に沿ってそれぞれビードを９０°間隔で有し、かつ隣接する各ビード列の間隔を４５°に設定したものを成形し、比較例として、ビードなしのものを成形した。いずれも、軸部の外径が１００ｍｍ、肉厚が３ｍｍ、バンパーリインフォースの背面（車幅方向内側）から後端のフランジまでの軸長が１５０ｍｍであった。
【００３２】
バンパーリインフォースのステイ取付部の衝突面側を水平下向きにして金型上に設置し、バンパーステイの後端のフランジ側から垂直方向に静的圧縮荷重を加えて荷重−変位曲線図を得た。得られた荷重−変位曲線図を図９に示す。バンパーステイの圧壊モードは、発明例が図７（ａ）に示すような四角形モード（非軸対称圧壊モード）、比較例が軸対称圧壊モードで、いずれも全長にわたり蛇腹状に変形していた。
【００３３】
図９に示すように、発明例は比較例に比べ、初期最大荷重が抑えられ、かつその後の荷重変動（荷重の落ち込み）も小さかった。
この荷重−変位曲線図から、変位量８０ｍｍまでのエネルギー吸収効率は、発明例が８６％であり、比較例の６２%に比べて大きく改善していた。
【符号の説明】
【００３４】
１，４１バンパーステイ
１Ａ，１Ｂ  中空材
２  軸部
４，５  フランジ
６  バンパーリインフォース
７  バンパーリインフォースのステイ取付部
８  ビード
１１〜１５  仮想周線
１６〜２３  ビード列
２４，３２  電磁成形用金型
２５，３３  貫通穴
３４，３５  金型３２の端面
３６  突条
【図１】
0005608116.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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