(57)【要約】【課題】    コストや重量を上昇させずに、衝突時のエネルギを吸収しうるアルミステイおよびこのアルミステイを用いたバンパ装置を提供することを目的とする。【解決手段】    車体のバンパ補強材２とサイドメンバ３との間に配置されるステイ１は、車体上下方向を押出方向とするアルミニウム合金押出中空形材からなり、一対の縦壁状フランジ５ａ、５ｂと、これらフランジ同士をつなぐ縦壁状リブ６ａ、６ｂとから構成された略矩形断面形状を有するとともに、縦壁状フランジ５ａ、５ｂのいずれか／または両方に、前記縦壁状リブよりも車体幅方向側に張り出した張出フランジ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを有し、この張出フランジにおいて、バンパ補強材２およびサイドメンバ３のいずれか／または両方と接合され、フランジ５ａ、５ｂの少なくとも片方に、略矩形断面内において車体長手方向に突出する略ハット型断面形状のエネルギ吸収部８が形成されていることである。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車車体のバンパ補強材とサイドメンバとの間に配置されるバンパステイであって、このバンパステイは、車体上下方向を押出方向とするアルミニウム合金押出中空形材からなり、車体幅方向に延在し車体長手方向に互いに間隔を置いて配置された一対の縦壁状フランジと、車体長手方向に延在しこれら一対のフランジ同士をつなぐ縦壁状リブとから構成された略矩形断面形状を有するとともに、前記縦壁状フランジのいずれか／または両方に、前記縦壁状リブよりも車体幅方向側に張り出した張出フランジを有し、この張出フランジにおいて、バンパ補強材、サイドメンバのいずれか／または両方が各々接合され、前記フランジの少なくとも片方に、前記略矩形断面内において車体長手方向に突出する略ハット型断面形状のエネルギ吸収部が形成されていることを特徴とするバンパステイ。
【請求項２】
前記車体後面側フランジに前記略ハット型断面形状のエネルギ吸収部が形成されている請求項１に記載のバンパステイ。
【請求項３】
前記略ハット型断面形状のエネルギ吸収部を構成する車体長手方向の縦壁部の合計肉厚が、前記ステイを構成する縦壁状リブの合計肉厚に比べて小さい請求項１または２に記載のバンパステイ。
【請求項４】
前記略ハット型断面形状のエネルギ吸収部を構成する車体長手方向の縦壁部、および／または、前記車体長手方向に延在しこれら一対のフランジ同士をつなぐ縦壁状リブが、車体幅方向に向かって湾曲している請求項１乃至３のいずれか１項に記載のバンパステイ。
【請求項５】
前記車体前面側フランジがバンパ補強材後面側の傾斜あるいは湾曲形状に応じた、傾斜あるいは湾曲形状をしている請求項１乃至４のいずれか１項に記載のバンパステイ。
【請求項６】
前記アルミニウム合金押出中空形材が０．２％耐力が１９０ＭＰａ以上である６０００系または７０００系アルミニウム合金からなる請求項１乃至５のいずれか１項に記載のバンパステイ。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかのバンパステイを、自動車車体のバンパ補強材とサイドメンバとの間に配置したバンパ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車体のバンパ補強材とサイドメンバとの間に配置され、衝突時の衝突エネルギを吸収しうるアルミニウム合金バンパステイ、および、このバンパステイを配置したバンパ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車などの車体の前端 (フロント) および後端 (リア) に取り付けられているバンパの内部には、強度補強材としてのバンパ補強材 (バンパリインフォースメントあるいはバンパアマチャアなどとも言う) が設けられている。
【０００３】
車体の衝突時の乗員への衝撃を緩和するために、車体のバンパ補強材と、車体側のサイドメンバ（サイドフレーム）との間に、塑性変形可能なクラッシュボックス（衝撃エネルギ吸収体）として、バンパステイ（以下単にステイとも言う）を介在させた例が、従来から提案されている。このステイは、元々バンパ補強材の後面からの支持部材 (車体連結用部材) としても役割を持つ。
【０００４】
従来から、軽量化のために、鋼製に代わるアルミニウム合金製ステイとして、押出中空形材などを用いたステイが種々提案、採用されている。このアルミニウム合金押出中空形材からなるステイ（以下、単にアルミステイとも言う）は、以下の二つのタイプに大別される。
１．車体前後方向（車体長手方向）を押出方向とし、押出形材の押出方向に縦圧壊するステイ（以下、縦圧壊型ステイと言う）
２．車体左右方向（車体幅方向）あるいは車体上下方向を押出方向とし、押出形材の断面方向に横圧壊するステイ（以下、横圧壊型ステイと言う）
【０００５】
上記縦圧壊型ステイは、衝突方向に直交する断面を閉断面構造にすることが可能であり、同一強度を得ることを考えれば、横圧壊型ステイに比べて軽量化が可能である。しかし、バンパー補強材の後面（背面）あるいはサイドメンバーと接合するための取付フランジを、別途溶接などによりステイ本体の押出形材に接合する必要がある。このため、ステイ自体の製造コストが高くなるという問題がある。
【０００６】
これに対して、上記横圧壊型ステイは、取り付け面に合わせたフランジをステイ本体の形材とともに、予め一体に押出して形成することができる。そして、この押出された形材を長手方向に一定長さに切断することで、所定のステイ形状を得ることが可能であり、縦圧壊型ステイに比して、より低コストな製品を得ることができる。
【０００７】
上記横圧壊型ステイとして、従来から、ステイ本体の断面形状を略口型あるいは田型断面形状とし、これに他部品との取り付けに合わせた形のフランジを付与したステイが種々提案されている（特許文献１、２参照）。
【０００８】
また、横圧壊型ステイを構成する縦壁状リブの車体前側のみ薄肉化し、この薄肉部分を先ず座屈させた後、車体後方側の厚肉部分を座屈変形させ、二段階でエネルギを吸収しようとする例も報告されている（特許文献３参照）。更に、横圧壊型ステイのリブの変形を補強する縦壁状の中リブを、前記車体前面側フランジと前記リブとの交点またはその近傍、および前記車体後面側フランジと前記リブとの交点またはその近傍同士を対角線状に結んで斜めに延在させた例も見られる（特許文献４参照）。また、横圧壊型ステイの内部にゴム製エネルギ吸収部材を挿入した例もある（特許文献５参照）。更に、横圧壊型ステイに縦圧壊型のステイを挿入することで、取り付け性能とエネルギ吸収特性を両立しようとした例も見られる（特許文献６参照）。
【特許文献１】特開２００１−２９４１０６号公報（全文）
【特許文献２】特開平６−２２７３３３号公報（全文）
【特許文献３】特開２００２−１２１０３号公報（全文）
【特許文献４】特開２００５−１４８３６号公報（全文）
【特許文献５】特開２００１−５８５４９号公報（全文）
【特許文献６】特開２００２−１２１０７号公報（全文）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
近年、衝突安全基準の強化に従い、自動車用バンパーステイにも、高いエネルギ吸収性能が要求されるようになってきた。このため、アルミステイについても、所定の荷重制限以下で変形し、かつ、限られた変形ストロークの中で効率よく衝突エネルギを吸収することが望まれてきている。
【００１０】
なお、アルミステイの変形荷重が荷重制限を超過した場合（圧壊時の最大荷重が高過ぎる場合）には、アルミステイよりも車体を構成するサイドメンバなどの部品が先に変形する。また、限られたストローク内でエネルギを吸収できない場合にも、当然その後方に位置するサイドメンバなどの部品が破損するという問題が生じる。
【００１１】
最も理想的にエネルギを吸収する構造体とは、圧壊時の最大荷重が、目標要件を超過せず、かつ、荷重変動が無く（低下せずに）圧壊変形が進行するものである。この点、横圧壊型のアルミステイでは、車体長手方向（車体前後方向）に亙って延在して、車体幅方向に延在するとともに車体長手方向に間隔を開けて配置された一対のフランジ同士をつないでいる。このため、横圧壊型のアルミステイでは、衝突時には、アルミステイにおける縦壁状リブが曲げ変形することで、主として衝突エネルギを吸収する。したがって、横圧壊型のアルミステイでは、この縦壁状リブの曲げ変形において安定した変形荷重が得られることが最も望ましい。
【００１２】
一方、自動車などの輸送機材では、地球環境保護の観点からより軽量な部品が望まれる。このため、アルミステイについても、より薄肉（軽量）で、高い変形荷重を得るために、６０００系あるいは７０００系などのアルミニウム合金の内でも高強度材が用いられる。なお、これらの材料は素材の耐力は高いが、塑性域での加工硬化量は小さい。
【００１３】
ただ、このような高強度材を、前記した車体左右方向（車体幅方向）あるいは車体上下方向を押出方向とする横圧壊型アルミステイに適用した場合、前記特許文献１、２などのタイプでは、圧壊の進行に伴い変形荷重が低下し、エネルギ吸収量が低下するという問題があった。
【００１４】
この原因を以下に簡単に説明する。高強度材は塑性域での加工硬化量が小さいため、縦壁状リブの曲げ変形部に加わる曲げモーメントが全塑性モーメントＭp （素材耐力σy ×全塑性係数Zp）に達した後はほとんど増加しない。変形荷重Pは、この曲げモーメントを、前記縦壁状リブの車幅方向距離L （車体フロント側先端から曲げ変形部までの車幅方向距離）で除したものに比例する。つまり、圧壊変形の進行に従い、縦壁状リブの曲げ変形部は車体幅方向に広がり、かつ、この曲げ変形部に生じる曲げモーメントも増加しないため、変形荷重P は減少していくことになる。また、ステイ長さが長くなるほど、Lは大きくなり、変形荷重の低下も顕著になるといえる。
【００１５】
これを回避するために縦壁状リブなどの肉厚を増加させると、最大荷重が増加するため、ステイ後方側のサイドメンバなどの破損を招くという問題がある。この点、例えば、前記特許文献３のように薄肉部と厚肉部の差異が小さければ、特許文献３で目的とする２段階の座屈モードは発生しない問題がある。これに対して、差異を大きくした場合には、薄肉部および厚肉部の座屈変形における変形荷重の差異が大きくなり、結果として、あまり大きな効果は得られないという問題があり、要は実用性に欠ける。
【００１６】
また、前記特許文献４におけるリブの変形を補強する斜壁を設定した例も、主に衝突に伴うステイの倒れ変形を防止するための案であり、エネルギ吸収特性の向上を目的としたものではない。しかも、前記した肉厚を増加させる手段と機構が同じとなり、最大荷重が増加するため、ステイ後方側のサイドメンバなどの破損を招くという問題がある。また、最大荷重以降の荷重低下も大きい。
【００１７】
更に、前記特許文献５における横圧壊型ステイの内部にゴム製エネルギ吸収部材を挿入したり、前記特許文献６における縦圧壊型のステイを挿入する例では、取り付け性能とエネルギ吸収特性を両立しようとしたものであるが、いずれも新たな部材の挿入のために、ステイの製造コストが上昇し、実用性に欠けるという問題がある。
【００１８】
したがって、これら従来の横圧壊型ステイでは、最大荷重を下げることと、最大荷重以降の荷重低下を抑制してエネルギ吸収量を増加させることの両立ができにくい。言い換えると、特に、オフセットバリア衝突などに対応した、アルミステイの最大荷重やエネルギ吸収特性などの特性の調整ができないという大きな問題がある。
【００１９】
この点に鑑み、本発明は、製造コストを上昇させずに、アルミステイが衝突時のエネルギを吸収しうるバンパステイ、および、このバンパステイを配置したバンパ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するための、本発明バンパステイの要旨は、自動車車体のバンパ補強材とサイドメンバとの間に配置されるバンパステイであって、このバンパステイは、車体上下方向を押出方向とするアルミニウム合金押出中空形材からなり、車体幅方向に延在し車体長手方向に互いに間隔を置いて配置された一対の縦壁状フランジと、車体長手方向に延在しこれら一対のフランジ同士をつなぐ縦壁状リブとから構成された略矩形断面形状を有するとともに、前記縦壁状フランジのいずれか／または両方に、前記縦壁状リブよりも車体幅方向側に張り出した張出フランジを有し、この張出フランジにおいて、バンパ補強材、サイドメンバのいずれか／または両方が各々接合され、前記フランジの少なくとも片方に、前記略矩形断面内において車体長手方向に突出する略ハット型断面形状のエネルギ吸収部が形成されていることである。
【００２１】
また、上記目的を達成するための、本発明バンパステイ装置の要旨は、上記要旨また後述する好ましい態様のいずれかのバンパステイを、自動車車体のバンパ補強材とサイドメンバとの間に配置したことである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明では、車体上下方向を押出方向とする横圧壊型アルミステイにおいて、前記フランジの少なくとも片方に、前記略矩形断面内において車体長手方向に突出する略ハット型断面形状のエネルギ吸収部を形成することを特徴とする。
【００２３】
車体前面側からの衝突を想定した場合、横圧壊型アルミステイ圧壊変形の初期では、本発明に係る相対する縦壁状フランジ同士は接触せず、このフランジ同士をつなぐ前記縦壁状リブが曲げ変形することでエネルギは吸収される。
【００２４】
次いで更なる圧壊変形の進行に伴い、前記したように、通常は変形荷重が低下する。しかし、本発明に係る前記略ハット型断面形状のエネルギ吸収部を形成したフランジは、更なる圧壊変形の進行に伴い、この略ハット型断面形状部において、相対するフランジ同士が接触する。そして、このフランジ同士の接触により、変形荷重が増加し、前記したような変形荷重の極端な低下を防止することが可能となる。
【００２５】
しかも、この効果は、アルミステイのフランジやリブの肉厚を増加させることなく達成可能である。また、略ハット型断面形状のエネルギ吸収部をフランジに形成するに際しての肉厚増加は、車体前後方向に延にる壁状リブ部に相当する部位のみであり、部品重量の増加も最小限に抑制されている。
【００２６】
更に、このような略ハット型断面形状のエネルギ吸収部は、アルミステイに別途形成する乃至取り付けるような必要は一切無い。即ち、アルミニウム合金の熱間押出によって、押出中空形材として、アルミステイに一体に、かつ同時に略ハット型断面形状のエネルギ吸収部を形成することが可能である。したがって、ステイ製作コストの低減や製作効率の向上などの利点が大きい。
【００２７】
したがって、本発明は、コストや重量を上昇させずに、アルミステイが衝突時のエネルギを吸収しうるバンパ装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。図１、２は本発明に係るステイ１の一実施態様を示す平面図である。
図１、２において、図１は、車体中央部を車体幅方向に平行に延在するとともに、端部を曲げ加工されたバンパ補強材（バンパＲ／Ｆ）２に対して、その右側の斜壁部２ｂと左側の斜壁部２ａとに、各々アルミステイ１が対称に取り付けられた態様を示す。一方、図２は、図１のバンパ補強材２の左側の斜壁部２ａに取り付けられたアルミステイ１の方を部分的に拡大して示す。なお、右側の斜壁部２ｂに取り付けられたアルミステイ１も、これと対称な同じ構造をしている。
【００２９】
図１、２において、アルミステイ１は、車体のバンパ補強材２とサイドメンバ３との間に配置され、バンパ装置を構成する。
【００３０】
この図１、２のように、アルミステイ１は、バンパ補強材２の長手方向の左右端部部分の形状に応じて、車体幅方向（バンパ補強材２の長手方向）に２本間隔を開けて配置される。そして、図１、２において、アルミステイ１は、車体上下方向を押出方向とする横圧壊型ステイを構成している。
【００３１】
（アルミステイの基本構造）
図２を用いて、アルミステイ１の基本構造の詳細を説明する。
アルミステイ１は、車体上下方向を押出方向とするアルミニウム合金押出中空形材からなる。その基本構成は、車体幅方向に延在し車体長手方向に互いに間隔を置いて配置された一対の縦壁状フランジ（前壁、後壁）５ａ、５ｂと、車体長手方向に延在しこれら一対のフランジ５ａ、５ｂ同士をつなぐ、縦壁状リブ（左右の側壁）６ａ、６ｂとから構成された、略矩形断面形状（中空形状）を有する。
【００３２】
アルミステイ１の基本構造として、フランジ５ａ、５ｂは各１枚づつの２枚で良いが、縦壁状リブ６ａ、６ｂは２枚に限らず、後述する図４のように、略矩形断面を分割する形で、３枚以上設けても良い。
【００３３】
ここで、車体前面側のフランジ５ａは、バンパ補強材２後面壁との接合上、接合されるバンパ補強材２の端部形状に対応した平板形状とされる。即ち、図１、２のバンパ補強材は、直線的な中央部の両端に、車体側へ曲げられた、直線的または曲線的な湾曲部 (屈曲部) としての、斜壁部（後面壁）２ａ、２ｂを有している。このため、アルミステイ１における車体前面側のフランジ５ａも、このバンパ補強材の端部形状に対応し、車体側へ傾いた斜壁状に構成している。したがって、図１、２の２個のアルミステイ１は、バンパ補強材２の斜壁部（後面壁）２ａ、２ｂに、各々左右対称となって配置されている。因みに、バンパ補強材が端部形状を含めて直線的であれば、車体前面側のフランジ５ａも直線的となり、車体後面側のフランジ５ｂと平行に配置される。
【００３４】
また、車体後面側のフランジ５ｂは、サイドメンバ３の前面側接合用フランジ３ａとの接合上、接合されるサイドメンバ３の前面側接合用フランジ３ａに対応した形状、即ち、車体幅方向（車体幅方向）と車体上下方向（略垂直方向）に各々延在する平板形状とされている。
【００３５】
そして、これらフランジ５ａ、フランジ５ｂともに、各々縦壁状リブ６ａ、６ｂよりも外側方（車体幅方向側）に張り出した、平板形状（縦壁状）の張出フランジ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを一体に有している。これらの張出フランジにおいて、フランジ５ａ、フランジ５ｂが各々バンパ補強材２、サイドメンバ３と接合される。この実施態様では、縦壁状フランジ５ａ、５ｂの両方であって、かつ、フランジ５ａ、５ｂの両側に、各々張出フランジ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを設けている。
【００３６】
なお、バンパ補強材、サイドメンバの設計条件などによって、バンパ補強材、サイドメンバと、これらフランジ５ａ、フランジ５ｂとの接合の困難性が無ければ、これらの張出フランジは、縦壁状フランジ５ａ、５ｂの両方でかつ両側に設けずとも、必要により、フランジ５ａ、５ｂのいずれか片方、あるいはフランジ５ａ、５ｂの片側だけに設けても良い。但し、通常は、このような張出フランジが無いと、ステイ１自体のバンパ補強材２やサイドメンバ３との接合が困難となる。このため、このような張出フランジが予めステイ本体と一体に形成されていない場合には、通常は、別途、このような張出フランジなどの取り付け部を溶接などによりステイ１に取り付ける必要があり、製造コストが高くなり、実用性が失われる可能性が有る。
【００３７】
（ステイの接合）
アルミステイ１の車体前面側のフランジ５ａは、その張出フランジ４ａ、４ｂにおいて、バンパ補強材の斜壁部２ａ（後面壁）と接合される。また、車体後面側のフランジ５ｂは、張出フランジ４ｃ、４ｄにおいて、サイドメンバ３の前面側接合用フランジ３ａと接合される。
【００３８】
これらの具体的な接合は、アルミステイ１の張出フランジ４ａ、４ｂと、これに各々対応するバンパ補強材の斜壁部２ａの部位、およびアルミステイ１の張出フランジ４ｃ、４ｄと、これに各々対応するサイドメンバの前面側接合用フランジ３ａの部位に、各々貫通穴を設け、この貫通穴にボルト７を通して機械的に接合する。なお、この貫通穴の代わりに、スタッドボルトあるいはナットなどを用いて機械的に接合しても良い。
【００３９】
本発明では、このようにアルミステイ１の各フランジ５ａ、５ｂを、バンパ補強材およびサイドメンバとの接合面に合わせたフランジ面とすることで、溶接を伴うことなく、これらの部品に容易に接合が可能である。これによって、ステイ製作コストの低減や製作効率の向上が可能である。なお、前記機械的な接合の補助として、フランジ５ａ、５ｂ周りなどを、溶接接合することは許容する。
【００４０】
（略ハット型断面形状のエネルギ吸収部）
図１、２において、８が車体後面側のフランジ５ｂに設けられた、略ハット型断面形状のエネルギ吸収部である。このエネルギ吸収部８は、車体前面側のフランジ５ａか、車体後面側のフランジ５ｂかの、いずれか、あるいは、両方に設けられて良いが、フランジの少なくとも片方に形成されている必要がある。
【００４１】
このエネルギ吸収部８は、前記略矩形断面内において車体長手方向に突出する略ハット型断面形状（中空形状）を有している。具体的には、フランジ５ｂから、車体長手方向前面側に向かって立ち上がる縦壁８ａ、８ｂと、車体前面側に縦壁となって向き合う平板状の頂部８ｃとからなり、略ハット型断面形状を形成している。ここでは、略ハット型断面形状は略矩形形状を示しているが、エネルギ吸収機能を低下させない範囲で、この断面形状の変更は許容される。即ち、縦壁８ａ、８ｂと頂部８ｃとをＲや付けるか円弧状に結んでもよく、また、縦壁８ａ、８ｂと頂部８ｃで形成されるエネルギ吸収部８の断面形状全体を円弧状にしても良い。
【００４２】
エネルギ吸収部８は、このような形状、構造を有しているために、前記した通り、更なる圧壊変形の進行に伴い、この略ハット型断面形状部において、相対するフランジ５ａ、５ｂ同士が接触する。そして、このフランジ５ａ、５ｂ同士の接触により、変形荷重が増加し、前記したような変形荷重の極端な低下を防止することが可能となる。
【００４３】
即ち、前記した通り、アルミステイを高強度材で形成した場合、圧壊変形の進行に従い、縦壁状リブ６ａ、６ｂの曲げ変形部が車体幅方向外側に広がり、かつ、この曲げ変形部に生じる曲げモーメントも増加しないため、変形荷重P は減少していくことになる。これに対して、本発明では、ステイの圧壊変形の進行に従い、この縦壁状リブ６ａ、６ｂの曲げ変形に加えて、エネルギ吸収部８が圧壊変形して変形荷重P を上昇させる。
【００４４】
この効果は、前記した通り、アルミステイのリブ６ａ、６ｂの肉厚を増加させずに達成可能である。つまり、圧壊変形開始時の最大荷重は変化せず、エネルギ吸収量を増大することが可能といえる。また、前記略ハット型断面形状のエネルギ吸収部をフランジに形成するに際しての肉厚増加は、車体前後方向に延在する壁状リブ部に相当する部位のみであり、これによる部品重量の増加も最小限に抑制されている。
【００４５】
（エネルギ吸収部における縦壁の合計肉厚）
ここで、エネルギ吸収部８における縦壁８ａ、８ｂの各肉厚t3を合計した肉厚T3（T3=t3+t3）は、ステイ１本体を構成する縦壁状リブ６ａ、６ｂの各肉厚t2を合計した肉厚T2（T2=t2+t2）に比べて、同等か、より小さくすること (同等以下) が好ましい。
【００４６】
エネルギ吸収部８における縦壁８ａ、８ｂの合計肉厚T3が、ステイ１本体を構成する縦壁状リブ６ａ、６ｂの合計肉厚T2よりも大きい場合、エネルギ吸収部８の圧壊に要する変形荷重は、ステイ１本体を構成する縦壁状リブ６ａ、６ｂの圧壊荷重と同等以上になる。エネルギ吸収部８の圧壊開始時点では、ステイ１本体を構成する縦壁状リブ６ａ、６ｂの曲げ変形は進行し、変形荷重は低下しているものの、その曲げ変形に要する荷重は依然必要である。このため、エネルギ吸収部８の圧壊開始時点の変形荷重は、ステイ１本体の圧壊開始時点に比べて高くなり、最大荷重が増加してしまう可能性が生じる。
【００４７】
（エネルギ吸収部における縦壁の形状）
エネルギ吸収部８における縦壁８ａ、８ｂおよびステイ１本体を構成する縦壁状リブ６ａ、６ｂの形状については、図１、２に示した平板状でも良いが、予め車体幅方向に湾曲させる構成しても良い。この湾曲とは、図３に示すような、縦壁８ａ、８ｂ（縦壁状リブ６ａ、６ｂ）を互いに車体幅方向の外方に広がる、あるいは、図示はしないが、縦壁８ａ、８ｂ（縦壁状リブ６ａ、６ｂ）を互いに車体幅方向の内方に狭まる形で、湾曲させることである。また、湾曲形状は、図３に示すような、縦壁８ａ、８ｂ（縦壁状リブ６ａ、６ｂ）を略「く」の字を形成するように湾曲させても良く、あるいは、図示はしないが、縦壁８ａ、８ｂ（縦壁状リブ６ａ、６ｂ）を円弧状に湾曲させても良い。
【００４８】
このように、縦壁８ａ、８ｂあるいは縦壁状リブ６ａ、６ｂを車体幅方向に湾曲させた場合、この略「く」の字折れ曲がり部などの湾曲部が変形の起点となる。これにより、図１、２に示した平板状の場合に比して、エネルギ吸収部８の座屈あるいは圧壊初期の座屈に伴う最大荷重の急激な増加をより抑制することができる。このように縦壁を湾曲させた場合には、最大荷重が低下することで、縦壁肉厚が同じ場合にはエネルギ吸収量自体は低下するが、最大荷重とその後の変形荷重の際が小さくなるという利点がある。つまり、壁状肉厚を厚く設定し、かつ、縦壁を湾曲させれば、重量は増加するものの、限られた最大荷重制限の中でよりエネルギ吸収性能に優れるステイ構造を得ることができるといえる。これらの縦壁形状の形状および肉厚については、設計要件として求められる最大荷重制限、必要エネルギ吸収量、目標部品重量から便宜選択される。
【００４９】
したがって、本発明では、車種毎など、ステイに要求される最大荷重やエネルギ吸収量に応じて、エネルギ吸収部８における縦壁８ａ、８ｂおよび／またはステイ１本体を構成する縦壁状リブ６ａ、６ｂの形状を、前記略「く」の字状など、予め車体幅方向に湾曲させる形状とするようにしても良い。
【００５０】
（エネルギ吸収部における平板状の頂部形状）
また、エネルギ吸収部８における、車体前面側に縦壁となって向き合う平板状の頂部８ｃは、車体前方からの衝突方向に対して平行に配置し、略ハット型断面形状を形成する車体後面側のフランジ５ｂ（あるいは車体前面側のフランジ５ａ）が面の形で変形荷重を受けることが望ましい。
【００５１】
この意味で、エネルギ吸収部８におけるこの略ハット型断面形状は、車体後面側のフランジ５ｂ側に形成して、更に、平板状の頂部８ｃは、車体幅方向に平行か、最近のオフセットバリヤ衝突を考慮して、車体幅方向に対して約１０ＤＥＧ．以下の角度に設定することが望ましい。
【００５２】
エネルギ吸収部８におけるこのハット型断面形状を、車体前面側のフランジ５ａに形成してもよいが、車体前方からの衝突方向に対して衝突面側のフランジ５ａは、衝突に伴い回転変形しやすい。このために、車体前面側のフランジ５ａに形成した場合、平板状の頂部８ｃの衝突面の角度をうまく制御しない場合には、前記したような所望の変形荷重の極端な低下防止効果を得ることが難しくなる。このため、エネルギ吸収部８は、前記したように、車体後面側のフランジ５ｂ側に形成することが望ましい。
【００５３】
図２の態様では、ステイ１は、２枚の壁状リブ６とステイ内部に形成された１つのエネルギ吸収部８を持つが、図４に示すように壁状リブ６を３枚以上設け、前記略矩形断面を２個以上に分割して、これら各略矩形断面内に、エネルギ吸収部８、８を各々（複数個）設置しても良い。また、いずれかの略矩形断面にのみエネルギ吸収部８を設け、他の略矩形断面にはエネルギ吸収部８を設けないようにしてもよい。
【００５４】
これらエネルギ吸収部８の大きさや形状、設け方については、車種毎などによって定まる、目標とする変形荷重および素材、形状などの制約条件から、圧壊変形の進行に伴って相対するフランジ５ａ、５ｂ同士の接触による変形荷重が増加するように、便宜選択される。
【００５５】
（アルミステイの製造）
アルミステイ１は、前記した通り、車体上下方向を押出方向とする横圧壊型ステイを構成している。したがって、アルミステイ１は、車体上下方向を長手方向とし、図１、２の平面方向を断面方向とした、アルミニウム合金押出形材を平面方向に切断加工することで製造することができる。また、車体前面側のフランジ５ａが、このバンパ補強材の端部形状に対応して、車体側へ傾いた斜壁状に構成しているなど、前記した通り、アルミステイ１が各々左右対称となっている場合には、同じ押出ダイスで左右のアルミステイ１を同時に製造することも可能である。
【００５６】
したがって、エネルギ吸収部８や張出フランジ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは、アルミステイ１に別途形成する乃至取り付けるような必要は一切無い。即ち、アルミニウム合金の熱間押出によって、押出中空形材として、アルミステイに一体に、かつ同時に略ハット型のエネルギ吸収部８や張出フランジ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを形成することが可能である。したがって、ステイ製作コストの低減や製作効率の向上などの利点が大きい。
【００５７】
更に、アルミステイを押出中空形材とする（押出成形により形成される）ことによって、破断抑制が課題となる取り付けボルト面のみに必要な肉厚を確保し、それ以外の部分を薄肉化することで、より軽量なアルミステイとすることも可能である。
【００５８】
（ステイ各部の形状）
アルミステイ１を構成する縦壁状リブ６ａ、６ｂについては、特に肉厚を指定しない。ただ、フランジ５ａ、５ｂについては、前記した通り、車体衝突時におけるサイドメンバおよびバンパ補強材との接合部におけるボルト部７の破断防止のために、取り付けボルト面に必要な肉厚を確保する必要がある。このために、フランジ５ａ、５ｂの部分については２ｍｍ以上の比較的厚肉であることが望ましい。
【００５９】
アルミステイ１の高さ、幅、肉厚などの形状については、ステイの本来の機能を発揮するとともに高エネルギ吸収量を保障するために、自動車の車種や要求衝突荷重吸収能と、アルミニウム合金の強度などの条件に応じて各々設計する。
【００６０】
（ステイの材質）
エネルギ吸収部８を含めて、アルミステイ１の高エネルギ吸収量を保障するためには、ステイを０．２％耐力が１７０ＭＰａ以上の高強度のアルミニウム合金押出形材から構成することが好ましい。
【００６１】
このような特性を満足する、アルミニウム合金としては、通常、この種構造部材用途に汎用される、AA乃至JIS 6000系、7000系等の耐力が比較的高く成形性も良い汎用合金であって、必要により調質されたアルミニウム合金が選択して用いられる。
【実施例】
【００６２】
図５（ａ）〜（ｆ）に示す、各アルミステイを解析モデル化した例につき、圧壊特性を、ＦＥＭ解析により求め、本発明の効果を検証した。これら各例とも大きさは同じ突出フランジ付の口型ステイした。図５（ａ）〜（ｆ）のアルミステイの形状要件を表１に示す。
【００６３】
図５（ａ）〜（ｃ）は、本発明のエネルギ吸収部が無い、従来例Ａ乃至比較例Ｂ、Ｃであり、縦壁状リブ６ａ、６ｂの肉厚のみを各々変えている。
図５（ｄ）〜（ｆ）は、本発明のエネルギ吸収部８を有する、前記図１、２と同じ形状の発明例Ｄ、Ｅ，Ｆである。
発明例Ｄは、エネルギ吸収部８における縦壁８ａ、８ｂの合計肉厚T3を、前記好ましい態様として、ステイ１本体を構成する縦壁状リブ６ａ、６ｂの合計肉厚T2に比べて小さくした。
発明例Ｅは、エネルギ吸収部８における縦壁８ａ、８ｂの合計肉厚T3を、ステイ１本体を構成する縦壁状リブ６ａ、６ｂの合計肉厚T2と同じとした。
発明例Ｆは、エネルギ吸収部８における縦壁８ａ、８ｂの合計肉厚T3を、ステイ１本体を構成する縦壁状リブ６ａ、６ｂの合計肉厚T2よりも大きくした。
【００６４】
解析では、ステイ本体のみの圧壊特性を比較することとし、ステイをサイドメンバーおよび圧壊後のバンパー補強材の両方を模擬した平板状の剛体で押しつぶす圧壊解析を行った。なお、圧壊解析には汎用の動的陽解法ソフトLS-DYNA を用い、アルミステイ１の材質は耐力σ0.2 が３１０MPa の７０００系アルミニウム合金押出中空形材としている。
【００６５】
これらの圧壊特性解析結果を表１に、また、この圧壊特性解析における、変形荷重−変位関係を図６に、従来例Ａと発明例Ｄの２例の断面変形形態を図７に、各々示す。
【００６６】
これらの圧壊特性解析結果から、発明例Ｄ、Ｅのステイは、従来例Ａのステイに比べて、最大荷重を増加させずに、エネルギ吸収量を増加させることが可能であることがわかる。これに対して、比較例Ｂ、Ｃのステイでは、図６の変形荷重−変位関係の通り、圧壊初期の最大荷重が高くなるとともに、最大荷重後に急激に荷重低下が生じる傾向は変わらないため、エネルギ吸収性能があまりよくないことがわかる。
【００６７】
本発明ステイは、図６の変形荷重−変位関係の通り、最大荷重とその直後までは、従来のアルミステイと全く同じ変形荷重−背面変位関係を示す。しかし、最大荷重後に（圧壊変形の進行に伴い）、図７に示すように、エネルギ吸収部８の略ハット型断面形状部において、相対するフランジ５ａ、５ｂ同士が接触する。そして、このフランジ５ａ、５ｂ同士の接触により、変形荷重のそれ以上の低下を防止していることが分かる。
【００６８】
そして、更に圧壊変形が進行するに伴い、図７に示すように、ステイ本体とともに、エネルギ吸収部８の略ハット型断面形状部が外方に広がる「く」の字状の変形が生じる。この変形により、変形後期の変形荷重が増加し、これにより圧壊後期のエネルギ吸収量が増加していることがわかる。また、ステイ１を構成する縦壁状リブ６ａ、６ｂおよびエネルギ吸収部８の縦壁８ａ、８ｂが直線形状から「く」の字状に変形する際に、急激な荷重の増加が生じていることがわかる。このため、予め、これらの縦壁を「く」の字形状に設定しておいた場合には、この最大荷重の急激な増加が抑制できることが明らかである。つまり、前記したように縦壁をくの字形状にし、かつ、縦壁部の肉厚を増加すれば、重量は増加するものの、よりエネルギ吸収効率に優れたステイ構造を得ることも可能である。
【００６９】
また、発明例同士の比較において、発明例Ｆは、エネルギ吸収量は増加しているものの、従来例Ａのステイに比べて、最大荷重も若干増加してしまっていることが分かる。これに対して、発明例Ｄ、Ｅの方が、発明例Ｆよりも、最大荷重を増加させずに、エネルギ吸収量を増加させていることが分かる。したがって、エネルギ吸収部縦壁８ａ、８ｂの合計肉厚T3を、ステイ１本体を構成するリブ６ａ、６ｂの合計肉厚T2に比べて小さくすることの有効性が分かる。
【００７０】
以上の結果から、本発明ステイの要件および好ましい要件の、各々衝突時のエネルギ吸収向上効果に対する意義が裏付けられる。
【００７１】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００７２】
以上のように、本発明は、コストや重量を上昇させずに、アルミステイが衝突時のエネルギを吸収しうるバンパステイおよびバンパ装置を提供することができる。したがって、バンパステイに対して、軽量化要求と衝突時のエネルギ吸収要求のあるバンパ装置に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明バンパステイ乃至バンパ装置の一実施態様を示す平面図である。
【図２】本発明バンパステイ乃至バンパ装置の一実施態様を示す平面図である。
【図３】本発明バンパステイ乃至バンパ装置の他の実施態様を示す平面図である。
【図４】本発明バンパステイ乃至バンパ装置の他の実施態様を示す平面図である。
【図５】実施例における解析モデルを示す平面図である。
【図６】実施例における変形荷重−背面変位関係を示す説明図である。
【図７】実施例における断面の変形形態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００７４】
１：ステイ、２：バンパ補強材、３：サイドメンバ、４：張出フランジ
５：フランジ、６：リブ、７：ボルト、８：エネルギ吸収部、
【図１】
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【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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