(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体の前部または後部に取り付けられて、車体幅方向に延びる長尺の部材で構成される車両用バンパメンバであって、
車体に取り付けた状態における軸方向直交断面形状において、車体外方側が開口し、内方側に突出する２つの矩形凸部を有するバンパ本体と、
該バンパ本体の前記開口側のみに該開口を塞ぐように取り付けられた平板材からなる補強板とを有し、該補強板と前記バンパ本体の２部品を溶接部を介して接合してなり、
該補強板の板厚が前記バンパ本体の板厚よりも薄く設定されていることを特徴とする車両用バンパメンバ。
【請求項２】
前記バンパ本体と前記補強板は鋼製の同一の材料によって形成され、
前記バンパ本体の板厚が1.4mm〜2.3mmであり、前記補強板の板厚が0.8mm〜1.2mmであることを特徴とする請求項１記載の車両用バンパメンバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の車体の前後に取り付けられて衝突事故による車体の損傷を低減する車両用バンパメンバに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用バンパメンバの断面形状として、例えばハット断面や略Ｂ字断面のものがある。略Ｂ字断面の従来例として、例えば特許文献１に開示された「車輛用バンパ補強材」の発明がある。この「車輛用バンパ補強材」は、２つの部材をそれぞれプレス成形等によって形成し、これら２部材を一体に接合して一つのバンパメンバとするものである。
【０００３】
また、略Ｂ字断面を有する車両用バンパメンバの他の例としては、特許文献２に開示された「バンパ構造」の発明がある。
この「バンパ構造」は、『車体の前部又は後部に取り付けられ、基準線に沿って延びるバンパ構造であって、板材で形成され、前記基準線に沿って延びる金属製のバンパ本体と、前記基準線に沿って延び、前記バンパ本体に取り付けられた金属製の第１補強板とを有し、
前記バンパ本体及び前記第１補強板は、前記基準線に垂直な一断面において、（ａ）線状に延びる前記第１補強板と、（ｂ）前記バンパ本体に形成され、且つ、前記第１補強板と交差する方向へ突出する二つの凸部と、を有することでＢ字形に形成されており、前記バンパ本体及び前記第１補強板において、下記の関係が満足されている。
（Ｅｓｔ／ρｓｔ３）＜（Ｅ２／ρ２３）
Ｅｓｔ：バンパ本体のヤング率
ρｓｔ：バンパ本体の密度
Ｅ２：第１補強板のヤング率
ρ２：第１補強板の密度』（特許文献２の請求項１参照）
というものである。
【０００４】
特許文献２において、（Ｅｓｔ／ρｓｔ３）＜（Ｅ２／ρ２３）という式を導出する根拠として、以下のように記載されている。
『［００９２］
（ヤング率及び密度について）
次に、第１実施形態及び第２実施形態における、ヤング率及び密度の関係について説明する。ここでは、代表的構造として、バンパ構造２１の例で説明する。バンパ本体２２のヤング率をＥｓｔ、バンパ本体２２の密度をρｓｔ、補強板３のヤング率をＥ２、補強板３の密度をρ２とする。バンパ構造２１において、Ｅｓｔ、Ｅ２、ρｓｔ、及びρ２は、下記の式１を満足している。言い換えれば、式１を満足するように、バンパ本体２２の材料である鋼材および補強板３の材料であるアルミニウム材が選択されている。
Ｅｓｔ／ρｓｔ３＜Ｅ２／ρ２３・・・（式１）
［００９３］
以下、各材料を式１に従って選択する理由について説明する。補強板３の座屈長さ（buckling
length）を一定であると仮定した場合、補強板３の板厚をｔ、補強板３のヤング率をＥとすると、補強板の座屈荷重Ｐｃｒは、下記の式２で表わされる。
Ｐｃｒ∝Ｅ・ｔ３  ・・・（式２）
［００９４］
式２から、バンパ本体２２のヤング率をＥｓｔ、バンパ本体２２の板厚をｔｓｔ、補強板３のヤング率をＥ２、補強板３の板厚をｔ２とすると、以下の式３の関係を満足させることにより、バンパ本体２２を効果的に補強できる。
Ｅｓｔ・ｔｓｔ３＜Ｅ２・ｔ２３・・・（式３）
［００９５］
一方、ある材料の重量Ｗは、材料の密度をρとすると、下記の式４で表わされる。
Ｗ∝ρ・ｔ  ・・・（式４）
［００９６］
ここで、バンパ本体２２の「被取り付け部位（後述）」の重量と、補強板３の重量とが同一となるように、補強板３を設けた場合、下記の式５の関係が満たされる。なお、被取り付け部位の面積は、バンパ本体と補強板とで同一であるとする。
ρｓｔ・ｔｓｔ＝ρ２・ｔ２ ・・・（式５）
［００９７］
なお、「被取り付け部位」とは、（i）補強板３が、第８壁２ｂの補強材として機能する場合（第１実施形態参照）には、バンパ本体２のうち、「第８壁２ｂ」のことであり、（ii）補強板３が、第８壁２ｂの代替部材として機能する場合（第２実施形態参照）においても、「第８壁２ｂ」（バンパ本体２２における、第１壁乃至第７壁と同じ厚さの、仮想的な第８壁）のことである。
［００９８］
この式５及び式３から、上述した式１の関係が導き出される。したがって、式１を満足するような材料でバンパ本体２２のＢ１側を補強すれば、重量当たりの座屈荷重（Ｐｃｒ／Ｗ）の、効率的な向上が可能となる。』
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２１７０１４号公報
【特許文献２】特開２００９−２５５９００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された「車輛用バンパ補強材」は、２つの部材をそれぞれプレス成形等によって形成し、これら２部材を一体に接合して一つのバンパメンバとするものであり、２つの部材共にプレス成形を行わなければならず、成形工程が煩雑であるという問題がある。
【０００７】
特許文献２に開示された「車輛用バンパ補強材」は、Ｂ字形断面のバンパ本体に、線状に延びる第１補強板とを取り付けるというものであるが、バンパ本体と第１補強板との関係について、（式１）：Ｅｓｔ／ρｓｔ３＜Ｅ２／ρ２３という関係を満たすとされ、この関係の前提として、（式３）：Ｅｓｔ・ｔｓｔ３＜Ｅ２・ｔ２３という関係を満たすとされている。
（式３）において、Ｅｓｔ、ｔｓｔはそれぞれバンパ本体のヤング率と、バンパ本体の板厚であり、Ｅ２、ｔ２はそれぞれ第１補強板のヤング率と、第１補強板の板厚である。
（式３）から分かるように、特許文献２において、バンパ本体と第１補強板とは、同一の材料（同一のヤング率）で形成するとすれば第１補強板の板厚を厚くするという考え方である。
したがって、特許文献２の考えによれば、バンパメンバ全体の重量が重くなるという問題がある。
そのため、特許文献２においては、同一材料とすれば板厚を厚くする第１補強板をアルミ製にして全体の重量が軽くなるようにしている。
しかし、バンパ本体と第１補強板を（式１）あるいは（式３）を満たすような異種材料にすると、材料費や製造工程の煩雑化によって製造コスト増になるという問題がある。
【０００８】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、衝撃吸収性能に優れ、かつ、煩雑な成形工程を必要とせず、かつ異種材料を用いなくともバンパメンバ全体の重量を低減できる車両用バンパメンバを得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明者は、特許文献１，２に開示されたのと同様に、バンパメンバの幅方向断面形状において、車両外方側が開口し、内方側に突出する２つの矩形凸部を有するバンパ本体と、該バンパ本体の前記開口側に該開口を塞ぐように取り付けられた平板材からなる補強板とを有する車両用バンパメンバ（以下、このような形状の車両用バンパメンバを「Ｗ字型バンパメンバ」という場合あり）の衝撃吸収性能について鋭意検討した。
その結果、前記矩形凸部を形成する４つの壁の強度が車両用バンパメンバの衝撃吸収性能には重要であること、これら前記矩形凸部の底部及び補強板はある程度板厚を薄くしても耐衝突性能の低下がないこと、また、補強板より前記底部の強度の方がバンパメンバの衝撃吸収性能に寄与する度合いが大きいという知見を得た。
【００１０】
上記の知見について詳細に説明する。
＜４つの壁の強度の重要性について＞
車両用バンパメンバが衝突により変形すると、衝突物体により局部的に力を受け、衝突方向に平行な４つの壁によって変形に耐える。したがって、４つの壁の強度はバンパメンバの衝撃吸収性能上重要である。
【００１１】
＜補強板と底部の強度の関係について＞
車両用バンパメンバは、車体側の幅方向左右に設けられたクラッシュボックスによって車体側に取り付けられており、車体外方側の幅方向に凸となって湾曲している。
このように取り付けられた車両用バンパメンバは、衝突の際、衝突物体から局部的に力を受けると、車両用バンパメンバ全体が、幅方向にクラッシュボックスとの２ケ所の接合点と衝突物との接触点の３点曲げの変形となり、車両用バンパメンバ全体が幅方向の初期湾曲と反対方向（バンパメンバの中央が衝突により車体側に押される変形）に曲げられようとする。この曲げ変形に耐えるために、前記４つ壁のほか、補強板と底部が抵抗するが、衝突物により直接変形を受ける車体外方側の補強板より車体内方側の底部の方が前記抵抗に有効に機能する。
この理由は以下の通りである。
【００１２】
補強板は、衝突によって部分的に大きな変形を受け、そのため前記曲げ変形に対する抵抗力を効果的に発揮することができない。また、この局部的な変形に持ちこたえて抵抗力を効果的に発揮させようとすると、補強板には、相当な板厚が必要となり、重量増となって効率的でない。
これに対して、車両用バンパメンバ後ろ側の面に配置されている（車体内方側の）底部の場合、局部的な力を直接受けておらず、幅方向全体で衝突による力を受け持ち、車両用バンパメンバが変形しても、剛性のある湾曲状態を幅方向に保ったまま、衝突変形に耐えるため効率がよい。
【００１３】
これらの検討を重ねた結果、Ｗ字型バンパメンバにおいて、各部の板厚を最適化することで軽量かつ衝撃吸収性能に優れる車両用バンパメンバを得ることができることが分かった。
本発明はかかる知見に基づいてなされたものであり、具体的には以下の構成からなるものである。
【００１４】
（１）本発明に係る車両用バンパメンバは、車体の前部または後部に取り付けられて、車体幅方向に延びる長尺の部材で構成される車両用バンパメンバであって、車体に取り付けた状態における軸方向直交断面形状において、車体外方側が開口し、内方側に突出する２つの矩形凸部を有するバンパ本体と、該バンパ本体の前記開口側のみに該開口を塞ぐように取り付けられた平板材からなる補強板とを有し、該補強板と前記バンパ本体の２部品を溶接部を介して接合してなり、
該補強板の板厚が前記バンパ本体の板厚よりも薄く設定されていることを特徴とするものである。
【００１５】
（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記バンパ本体と前記補強板は鋼製の同一の材料によって形成され、前記バンパ本体の板厚が1.4mm〜2.3mmであり、前記補強板の板厚が0.8mm〜1.2mmであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る車両用バンパメンバにおいては、車体に取り付けた状態における軸方向直交断面形状において、車体外方側が開口し、内方側に突出する２つの矩形凸部を有するバンパ本体と、該バンパ本体の前記開口側のみに該開口を塞ぐように取り付けられた平板材からなる補強板とを有し、該補強板と前記バンパ本体の２部品を溶接部を介して接合してなり、該補強板の板厚が前記バンパ本体の板厚よりも薄く設定されているので、煩雑な成形工程を必要とせず、かつ異種材料を用いなくとも同種材料にてバンパメンバ全体の重量を低減できて、衝撃吸収性能に優れる車両用バンパメンバを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施の形態に係る車両用バンパメンバの軸方向直交断面（図２の矢視Ａ−Ａ断面）図である。
【図２】本実施の形態に係る車両用バンパメンバの全体形状を説明する説明図である。
【図３】本実施の形態に係る車両用バンパメンバの衝撃吸収性能と重量を実証する検討結果を示すグラフである（その１）。
【図４】本実施の形態に係る車両用バンパメンバの衝撃吸収性能と重量を実証する検討結果を示すグラフである（その２）。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本実施の形態に係る車両用バンパメンバを図１、図２に基づいて説明する。
本実施の形態に係る車両用バンパメンバ１は、車体の前部または後部に取り付けられて、車体幅方向に延びる長尺の部材で構成される車両用バンパメンバ１であって、車体に取り付けた状態における軸方向直交断面形状において、車体外方側が開口し、内方側に突出する２つの矩形凸部３、５を有するバンパ本体７と、該バンパ本体７の前記開口側に該開口を塞ぐように取り付けられた平板材からなる補強板９とを有している。
以下、各構成を詳細に説明する。
【００１９】
＜全体形状＞
車両用バンパメンバ１は、車体の幅方向に延びる車体外方向に凸になるように湾曲した形状をしている。湾曲の曲率は車体のデザインに左右される場合があるが、バンパメンバとしての衝撃吸収性能の観点からは曲率が大きい方がよい。
車両用バンパメンバ１の断面のサイズは、要求される衝撃吸収性能等によって決定されるが、例えば高さ：Ｈ＝50mm〜200mm、厚さ：Ｔ＝25mm〜100mm程度である。
【００２０】
＜バンパ本体＞
バンパ本体７は、車両用バンパメンバとしての衝撃吸収性能を担う主要部品であり、図１に示すように、車体に取り付けた状態における軸方向直交断面形状において、車体外方側が開口し、車体内方側に突出する２つの矩形凸部３、５を有する形状をしている。
かかる形状を有するバンパ本体７は、一枚の板材をプレス成形することによって製造されている。
【００２１】
開口側の上下には平板と溶接接合するためのフランジ部１１を有している。
２つの凸部は、衝突方向にほぼ並行に配置される４つの壁部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄと、壁部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの車体内方側において４つの壁部の２つ（壁部１３ａと１３ｂ、壁部１３ｃと１３ｄ）をそれぞれ連結するように設けられる２つの底部１５ａ、１５ｂによって形成されている。
４つの壁部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは、補強板９が受けた衝突力を受けて、これを車内側（車両用バンパメンバ１が車体前部に取り付けられていたときには後方、車両用バンパメンバ１が車体後部に取り付けられていたときには前方）に伝える。４つの壁部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは、補強板９に対して、垂直乃至は垂直から10°程度の角度をもって配置されている。
底部１５ａ、１５ｂは、壁部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄにより伝えられた力を受けて、車両用バンパメンバ１と車体との間に取り付けられた衝撃吸収部材１７（図２参照）へと力を伝える役割を担う。
これらの縦壁とそれにほぼ直角に配置された底部１５ａ、１５ｂが、同一の板材からプレス成形によって作られているため強度が強く、衝撃吸収性能の良い車両用バンパメンバが実現されている。
【００２２】
＜補強板＞
補強板９はバンパ本体７の開口側に該開口を塞ぐように取り付けられた平板材からなる部品である。
補強板９は、衝突により衝突物から直接力が作用する部品であり、衝突力を車内側（車両用バンパメンバ１が車体前部に取り付けられていたときには後方、車両用バンパメンバ１が車体後部に取り付けられていたときには前方）に伝える。
【００２３】
補強板９は衝突力を直接受ける部品であるため、局部変形を起こしやすいので、このような局部変形を起こさないようにしようとすると、板厚を厚くする必要がある。しかしながら、前述したように、車両用バンパメンバ全体を考えると、補強板９の板厚を厚くして強度を増すことは、重量と衝撃吸収性能の面から効率的とは言えない。そこで、本発明では、補強板９の板厚をバンパ本体７の板厚よりも薄く設定している。換言すれば、衝撃吸収性能面に寄与度の高いバンパ本体７の板厚を補強板９の板厚よりも厚く設定している。
車両用バンパメンバの一例として、断面が120mm×50mmとなる形状のモデルを作成し、CAE（コンピュータ・エイデッド・エンジニアリング、:  Computer Aided Engineering）にて、バンパ本体７と補強板９の板厚をそれぞれ変更した場合のバンパメンバの衝撃吸収性能と重量への影響について検討した。
検討結果を図３に示す。図３における縦軸はバンパメンバ後退量(mm)、横軸はバンパメンバ重量（kg）を示している。なお、バンパメンバ後退量が小さいほど、衝撃吸収性能に優れる。
図３に示されるように、バンパ本体７の板厚を変更した方が補強板９の板厚を変更した場合よりも、右下がりの傾斜が急になっている。このことは、バンパメンバ後退量を同じ量だけ小さくする（衝撃吸収性能を向上させる）のに、バンパ本体７の板厚を変更した方が補強板９の板厚を変更した場合よりも重量増加量が少なくてよいことを意味している。
このことから、本発明が前提としている考えが正しいことが実証された。
【００２４】
なお、補強板９は、平板から形成されているので、素材の加工としては平板のせん断のみであり加工が極めて容易である。
補強板９はその上下部がバンパ本体７のフランジ部１１に、中央部がバンパ本体７の中央部にそれぞれ溶接接合されている。溶接は、スポットでも連続溶接でもいずれであってもよい。なお、バンパ本体７の幅方向の特定範囲のみ連続溶接もしくは密なスポット溶接で、その他の部位は粗なスポット溶接にすれば、衝撃吸収性能および生産コストのバランスがよい。
【００２５】
以上のように構成された本実施の形態の車両用バンパメンバ１においては、補強板９とバンパ本体７という２部品を溶接接合するようにしたので、各部品の板厚を個別に設定することができ、衝撃吸収性能を維持しつつ軽量化を実現できる。
具体的には、衝突面となる補強板９は、バンパメンバの衝撃吸収性能に寄与が小さいことから、バンパ本体７よりも板厚を薄く設定したので、衝撃吸収性能を維持しつつ全体重量を低減して軽量化を実現している。また、板厚を薄くすることで、軽量化のみならず材料費も低減できる。
なお、補強板９の材料強度をバンパ本体７よりも小さいものを使用してもよい。
また、補強板９は平板から形成されているので、素材の加工としてはせん断のみであり金型等設備を用いて加工する必要がなく、製造工程の簡略化、製造費用の低減が実現されている。
【実施例】
【００２６】
車両用バンパメンバとして、上記と同様に断面が120mm×50mmとなる本発明の形状のモデルを作成し、CAEにて衝撃吸収性能と重量を検討した。
比較例として、同一断面で、全て同一の板厚（ロール成形で製造されているもの）についても衝撃吸収性能と重量を検討した。
車両用バンパメンバの衝突時のバンパメンバ後退量と重量とによって比較し、バンパメンバ後退量が小さく重量の軽いものが良い性能である。
【００２７】
図４は検討結果を示すグラフであり、縦軸がバンパメンバ後退量(mm)、横軸がバンパメンバ重量（kg）を示している。
図４に示されるように、バンパメンバ後退量が同じであれば、本発明例の方が比較例よりも重量が軽くなっていることが分かる。
したがって、本発明によれば、衝撃吸収性能を維持しつつバンパメンバの軽量化が実現できることが実証された。
【符号の説明】
【００２８】
１  車両用バンパ
３、５  矩形凸部
７  バンパ本体
９  補強板
１１  フランジ部
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ  壁部
１５ａ、１５ｂ  底部
１７  衝撃吸収部材
【図１】
0005875449.tif 000002
【図２】
0005875449.tif 000003
【図３】
0005875449.tif 000004
【図４】
0005875449.tif 000005