(57)【要約】【課題】本発明は、自動車用バンパアセンブリ（２０）に関する。【解決手段】バンパアセンブリは、ビーム（２４）とエネルギー吸収部材（２２）とを備え、５０％を超える効率を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性プラスチックビームと、該ビームと連結したエネルギー吸収部材とを備える緩衝バンパシステムであって、当該バンパシステムが５０％を超える効率を有する、緩衝バンパシステム。
【請求項２】
前記エネルギー吸収部材が射出成形されたものである、請求項１記載の緩衝バンパシステム。
【請求項３】
前記ビームがＩ字形ビームであって、第一表面から延在する第一フランジと、第二表面から延在する第二フランジと、第一表面と第二表面の少なくともいずれかの表面に存在する複数の補強リブとを備える、請求項１記載の緩衝バンパシステム。
【請求項４】
前記ビームが圧縮成形ガラスマット熱可塑性プラスチックからなる、請求項１記載の緩衝バンパシステム。
【請求項５】
前記エネルギー吸収部材がビームに取り付けるためのフランジ付きフレームと該フレームから延びる本体とを備えており、上記本体が第一横断壁と、第一横断壁から離間した第二横断壁と、それらの間に延在する複数の調整可能なクラッシュボックスとを備える、請求項１記載の緩衝バンパシステム。
【請求項６】
第一横断壁及び第二横断壁が波形であり、前記複数のクラッシュボックスが本体に沿って互いに離間していてそれらの間に隙間を有する、請求項５記載の緩衝バンパシステム。
【請求項７】
前記クラッシュボックスが全体として３次元Ｉ字形を有し、側壁と後壁とを有する、請求項５記載の緩衝バンパシステム。
【請求項８】
前記側壁と後壁が所定の形状及び寸法の窓を有する、請求項７記載の緩衝バンパシステム。
【請求項９】
前記エネルギー吸収部材が前記ビームとスナップフィットを形成する、請求項１記載の緩衝バンパシステム。
【請求項１０】
前記エネルギー吸収部材が、前記ビームと締まりばめを形成する延長部を備える、請求項１記載の緩衝バンパシステム。
【請求項１１】
前記ビームがガラスマット熱可塑性プラスチックからなり、熱可塑性プラスチックエネルギー吸収部材が取り付けられるように構成されている、バンパアセンブリ用ビーム。
【請求項１２】
前記ビームがＩ字形ビームであって、第一表面から延在する第一フランジと、第二表面から延在する第二フランジと、第一表面と第二表面の少なくともいずれかの表面に存在する複数の補強リブとを備える、請求項１１記載のビーム。
【請求項１３】
前記ビームが圧縮成形されたものである、請求項１１記載のビーム。
【請求項１４】
自動車用バンパアセンブリであって、
衝撃過程全体を通して断面係数が維持されるように構成された熱可塑性プラスチックビーム、
該ビームと連結したエネルギー吸収部材、及び
上記ビームとエネルギー吸収部材とを実質的に囲繞するようにエネルギー吸収部材に取り付け可能なフェーシア
を備えるバンパアセンブリ。
【請求項１５】
前記ビームが圧縮成形されたものであり、前記エネルギー吸収部材が射出成形されたものである、請求項１４記載のバンパアセンブリ。
【請求項１６】
前記ビームがＩ字形ビームであって、第一表面から延在する第一フランジと、第二表面から延在する第二フランジと、第一表面と第二表面の少なくともいずれかの表面に存在する複数の補強リブとを備える、請求項１４記載のバンパアセンブリ。
【請求項１７】
前記ビームが圧縮成形ガラスマット熱可塑性プラスチックからなる、請求項１４記載のバンパアセンブリ。
【請求項１８】
前記エネルギー吸収部材が一体の細長いエネルギー吸収部材であって、ビームに取り付けるためのフランジ付きフレームと該フレームから延びる本体とを備えており、上記本体が第一横断壁と、第一横断壁から離間した第二横断壁と、それらの間に延在する複数の調整可能なクラッシュボックスとを備える、請求項１４記載のバンパアセンブリ。
【請求項１９】
第一横断壁及び第二横断壁が波形であり、前記複数のクラッシュボックスが本体に沿って互いに離間していてそれらの間に隙間を有しており、前記クラッシュボックスが全体として３次元Ｉ字形を有していて側壁と後壁とを有する、請求項１８記載のバンパアセンブリ。
【請求項２０】
前記エネルギー吸収部材がビームとスナップフィットを形成する、請求項１４記載のバンパアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概括的にはバンパに関し、さらに具体的にはエネルギー吸収車両バンパシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
バンパは典型的には車両の前後に幅方向に延在しており、長手方向に延在するレールに取り付けられる。エネルギー吸収バンパシステムは、車両のレール荷重限界を超えないように衝撃エネルギー及び貫入量を制御することによって、衝突に起因する車両の損傷を低減しようとするものである。
【０００３】
鋼製ビームがバンパとして常用されている。鋼製ビームは非常に堅く、構造強度及び剛性を与える。しかし、鋼製ビームは重い。さらに、鋼製ビームは圧壊又は座屈する可能性があり、衝撃過程全体を通して断面係数が一定に保たれない。
【０００４】
ある種のバンパアセンブリは衝撃吸収部材を備えている。かかる衝撃吸収部材は、例えば鋼製バンパビームと車両レールの間に配置される。衝撃吸収部材は、衝突に起因するエネルギーの少なくとも一部を吸収するためのものである。バンパアセンブリに衝撃吸収部材を追加すると、鋼製ビームに比べてコストも複雑さも増す。また、衝撃吸収部材はバンパアセンブリの重量増をもたらすが、重量が増えると車両の全体的な燃費が低下しかねないので、これも望ましいことではない。
【０００５】
他の公知のエネルギー吸収バンパシステムは、ビームとエネルギー吸収部材を含んでいる。ビームは典型的には鋼製である。鋼製ビームと併用されるエネルギー吸収部材は発泡樹脂である。発泡樹脂系のエネルギー吸収部材は通例衝撃時の荷重応答が遅く、そのため大きな変位を生じる。さらに、発泡樹脂は圧縮率６０％又は７０％まで有効であるが、これを超えると発泡樹脂は圧縮不能となり、衝撃エネルギーを十分に吸収できない。残りの衝撃エネルギーは、ビーム及び／又は車両構造体の変形によって吸収される。
【０００６】
バンパシステム又はバンパアセンブリの効率は、距離に対する吸収エネルギーの量又は荷重に対する吸収エネルギーの量として定義される。高効率バンパシステムは、低効率バンパシステムよりも短い距離でより多くのエネルギーを吸収する。高い効率は、レール荷重限度を僅かに下回る程度まで荷重を迅速に増大させ、衝撃エネルギーが散逸するまでその荷重を一定に保つことによって達成される。鋼製ビームと発泡樹脂系エネルギー吸収部材とを備えた公知の緩衝バンパシステムの効率は概して約５０％未満である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一態様では、自動車用の緩衝バンパシステムが提供される。当該バンパシステムは、熱可塑性プラスチックビームとエネルギー吸収部材とを備える。バンパは５０％を超える効率を有する。
【０００８】
別の態様では、バンパアセンブリ用のビームが提供される。当該ビームは、ガラスマット熱可塑性プラスチックからなり、該ビームに取り付けられた熱可塑性プラスチックエネルギー吸収部材を有するように構成される。
【０００９】
さらに別の態様では、衝突発生時に断面係数が一定に保たれるように構成されたビームを備えるバンパアセンブリが提供される。アセンブリは、ビームと連結したエネルギー吸収部材と、エネルギー吸収部材に取り付けられビームとエネルギー吸収部材とを実質的に囲繞するフェーシア（表皮）とをさらに含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、圧縮成形ガラスマット熱可塑性プラスチック（ＧＭＴ）ビームを備えるバンパシステムについて詳細に説明する。一実施形態では、非発泡樹脂型エネルギー吸収部材がビームに取り付けられる。高剛性熱可塑性プラスチックビームと非発泡樹脂型エネルギー吸収部材とを組み合わせると、衝撃時に迅速な荷重応答と効率的なエネルギー吸収を達成するバンパシステムが得られる。特に、衝撃発生時の運動エネルギーを吸収し終わるまでエネルギー吸収部材及びビームを変形することにより、低速衝撃時の衝撃力は所定レベルを僅かに下回る程度に維持される。低速衝撃が過ぎ去れば、エネルギー吸収部材はほぼ元の形状に戻り、その後の衝撃に耐えるのに十分な健全性を保持する。
【００１１】
また、ＧＭＴ圧縮成形ビームの高い剛性と熱可塑性プラスチックエネルギー吸収部材の効率的なエネルギー吸収性との組合せは、従来の発泡樹脂系エネルギー吸収部材を有する金属ビームよりも向上した衝撃吸収性能をもたらすと思料される。さらに、熱可塑性プラスチックエネルギー吸収部材とＧＭＴビームとの組合せは、熱可塑性プラスチックエネルギー吸収部材を有する鋼製ビームや、発泡樹脂系エネルギー吸収部材を有するＧＭＴビームよりも効率に優れた衝撃吸収性能をもたらすと思料される。
【００１２】
以下のバンパシステムの説明では、特定の材料（例えば、ビームについては、米国特許第５６４３９８９号に記載されているようなＡｚｄｅｌ社（米国ノースカロナイナ州シェルビー）から市販のＡｚｄｅｌ（登録商標）材料、及びエネルギー吸収部材については、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社（米国マサチュセッツ州ピッツフィールド）から市販のＸｅｎｏｙ（登録商標）材料）に言及するが、本バンパシステムの実施に際してはかかる材料に限定されず、他の材料も使用できる。さらに、ビームは必ずしもＧＭＴ圧縮成形ビームである必要はなく、他の材料及び製造技術も利用できる。一般にエネルギー吸収部材は、エネルギー吸収効率に優れた材料から選択され、ビームの材料及び製造技術は、剛性ビームが得られるように選択される。
【００１３】
ここで図面を参照すると、図１及び図２は、補強ビーム１２と共に用いられる公知のエネルギー吸収部材１０の断面図である。エネルギー吸収部材１０は上部フランジ１４と下部フランジ１６を含んでおり、これらは装着時にビーム１２の一部に重なる。図２に示すように、吸収部材１０は、衝突による衝撃エネルギーを吸収・散逸するのとは反対に、座屈する傾向がある。
【００１４】
図３は、バンパシステム２０の一実施形態の分解斜視図である。システム２０はエネルギー吸収部材２２とビーム２４とを備える。エネルギー吸収部材２２はビーム２４とフェーシア（図示せず）の間に配置され、これらは組立時に車両バンパを形成する。当業者には明らかであろうが、ビーム２４は、長手方向に延在するフレームレール（図示せず）に取り付けられる。
【００１５】
フェーシアは一般に熱可塑性樹脂材料から作られ、好ましくは従来の車両塗装及び／又はコーティング法を利用した仕上げ作業に適した熱可塑性樹脂材料から作られる。一般に、フェーシアは、エネルギー吸収部材２２と補強ビーム２４を囲繞し、車両取付後はこれらの部材はいずれも見えなくなる。
【００１６】
一実施形態では、ビーム２４は、圧縮成形したガラスマット熱可塑性プラスチック（ＧＭＴ）ビームであり、Ｉ字形ビームとして構成される。Ｉ字形ビーム以外の幾何学的形状も利用できる。例えば、ビームが用いられる具体的用途に応じて望ましい断面係数を得るため、Ｃ字形又はＷ字形の断面形状を利用することもできる。
【００１７】
ビーム２４は、連続した上部フランジ２６と下部フランジ２８を含んでいる。ビーム２４は、開口部３２を有するレール取付け部３０も含んでいるので、これにボルト（図示せず）を通してバンパシステム２０をフレームレールに固定することができる。ビーム２４はさらに補剛用の交差リブ３４を含んでいる。図３には、ビームの上面３６に設けられたリブ３４が示してある。ビーム２４の下面３８にも同様のリブ（図示せず）が存在する。上部フランジ２６の位置決め用切込み４０は、後述の通り、ビーム２４へのエネルギー吸収部材２２の取り付けを容易にする。
【００１８】
エネルギー吸収部材２２は、縦方向に延在する第一フランジ５２及び第二フランジ５４を有するフレーム５０を備えており、これらのフランジはビーム２４に重なる。フランジ５２はＵ字形であり、フランジ５４はフィンガ５６を含んでいて、フィンガ５６はビーム２４のフランジ２８とスナップフィットを形成する。換言すれば、フィンガ５６は、フランジ２８の端部にスナップ嵌合する。
【００１９】
吸収部材２２は、フレーム５０から外側に延びる本体６０をさらに含んでおり、本体６０は、第一横断壁６２と、第二横断壁６４と、それらの間に延在する複数の調整可能なクラッシュボックス６６を含んでいる。横断壁６２，６４は凸部６８と凹部７０とが交互に連なる波形に構成され、衝撃時の撓みに耐える増強された剛性を横断壁に与える。波形の幅と深さの寸法は、所望に応じて様々な剛性特性を達成すべく変更し得る。クラッシュボックスは、側壁７２と、外壁７４と、内側フレーム５０まで延在する隙間７６とを含んでいる。
【００２０】
図５を参照すると、クラッシュボックス６６は、車両の衝撃エネルギー要件に応じて、種々異なる幾何学的形状を取り得る。例示したクラッシュボックス６６は全体として３次元Ｉ字形を有していて、第一横断壁６２に隣接したウイングもしくは上部８０と、第二横断壁６４に隣接しかつ上部と平行な底ウイング部８２とを含んでいて、縦方向クロス部材８４が上部８０及び底部８２に接している。エネルギー吸収部材２２のクラッシュボックス６６は、衝撃時にエネルギー吸収部材２２を安定化する。これに関して、クラッシュボックス６６は、米国連邦自動車安全基準(ＦＭＶＳＳ)及びカナダ自動車安全基準(ＣＭＶＳＳ)に規定されるバリア衝突試験及びペンデュラム衝突試験の両方で軸方向クラッシュモードに対応できる。クラッシュボックス６６は、所望の衝撃荷重撓み基準を満足するように剛性の調整が可能である。すなわち、ある所定の用途での目標基準を満たすためクラッシュボックス６６に変更を加えることができる。例えば、クラッシュボックス６６は、側壁７２及び外壁７４にそれぞれ複数の窓８６，８８を含む。後述の通り、窓８６，８８は具体的用途に応じて多数の異なる形状のいずれかをもつように構成できる。
【００２１】
また、側壁及び後壁の厚さを変えることによって、クラッシュボックス６６の調整可能性を特定の用途に合わせることもできる。例えば、側壁７２及び外壁７４の公称肉厚は約１．７５ｍｍから約３．０ｍｍまで広く変更し得る。さらに具体的には、低衝撃用途では、公称壁厚は概して約１．７５ｍｍ〜約２．０ｍｍの範囲であり、他の用途、特にＦＭＶＳＳ又はＣＭＶＳＳの５ｍｐｈ系では、側壁及び外壁の公称肉厚は約２．５ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲内となる可能性が高いであろう。
【００２２】
エネルギー吸収部材２２を適切に調整する際のもう一つの見地は、使用する熱可塑性樹脂の選択である。使用する樹脂は、必要に応じて、低弾性率、中弾性率又は高弾性率の材料とすることができる。これらの変数の各々を慎重に考慮することによって、所望のエネルギー衝撃目標を満足するエネルギー吸収部材を製造することができる。
【００２３】
図６に示すように、一体成形連結部材９０は第一横断壁６２と第二横断壁６４の間に鉛直方向に延在する。連結部材９０は、鉛直方向に延在する支柱９２の形態であってもよいし、鉛直方向に延在する支柱９２と水平方向に延在する支柱９４とを含む十字形構造であってもよい。連結部材の形状の如何を問わず、連結部材９０は、鉛直方向に延在する支柱９２の内壁９６に沿って１：５の最小平均幅／高さ比を有する。ここで、高さは、第一横断壁６２と第二横断壁６４の間の距離として測定される。連結部材９０が窓９８を含む場合、幅／高さ比は１：３である。内壁９６は、エネルギー吸収部材２２を取り付けたときに、ビーム２４の外面に隣接する。
【００２４】
図７及び図８を参照すると、エネルギー吸収部材２２が理論的な衝突後の状態で示してある。図から明らかな通り、エネルギー吸収部材２２は圧潰するが、ビーム２４、特に縦方向第一フランジ５２及び第二フランジ５４に沿ってビーム２４と接触したままであるべきである。
【００２５】
図９を参照してクラッシュボックス６６の調整可能性を説明すると、窓８６及び８８は、クラッシュボックスの所望の剛性を達成すべく、特に限定されないが、正方形、１００，１０２，１０４，１０６に示すような寸法の種々異なる長方形、又は１０８に示すような涙滴形などにすることができる。窓を形成するための典型的な金型は、最適製造条件が得られるように約５°の抜き勾配をもつ。
【００２６】
図１０は、エネルギー吸収部材２２の一部の斜視図であり、スナップフィット及び締まりばめ機構を示す。図１０に示すように、エネルギー吸収部材のフランジ５２はＵ字形である。フランジ５２の延長部１５０は、ビーム２４との締まりばめを容易にする。すなわち、延長部１５０は可撓性であり、吸収部材２２がビーム２４と締まりばめをなすように、ビーム２４のフランジ２６の厚さ公差に適合する（図４参照）。また、前述の通り、フランジ５４はフィンガ５６を含んでいて、フィンガ５６がビーム２４のフランジ２８とスナップフィットする。すなわち、フィンガ５６がフランジ２８の端部とスナップ嵌合する。
【００２７】
エネルギー吸収部材２２の製造に利用される材料の特性としては、高い靭性／延性、熱安定性、高いエネルギー吸収能力、良好な弾性率／伸び率比、リサイクル性などが挙げられる。エネルギー吸収部材は複数のセグメントに分けて成形してもよいが、強靭なプラスチック材料でできた一体構造のものであってもよい。吸収部材用の材料の一例は、前述のＸｅｎｏｙである。勿論、他のエンジニアリングプラスチックを使用することもできる。代表的なエンジニアリングプラスチックとしては、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）、ポリカーボネート、ポリカーボネート／ＡＢＳブレンド、コポリカーボネート−ポリエステル、アクリル−スチレン−アクリロニトリル（ＡＳＡ）、アクリロニトリル−（エチレン−ジアミン変性ポリプロピレン）−スチレン（ＡＥＳ）、フェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンエーテル／ポリアミドブレンド（Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社のＮＯＲＹＬ  ＧＴＸ（登録商標））、ポリカーボネート／ＰＥＴ／ＰＢＴブレンド、ポリブチレン−テレフタレート及び衝撃改質剤（Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社のＸＥＮＯＹ（登録商標）樹脂）、ポリアミド、硫化フェニレン樹脂、塩化ポリビニール（ＰＶＣ）、耐衝撃ポリスチレン（ＨＩＰＳ）、低／高密度ポリエチレン（Ｌ／ＨＤＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、及び熱可塑性オレフィン（ＴＰＯ）が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２８】
前述の通り、射出成形プラスチックエネルギー吸収部材と剛性ビームとを組み合わせると、向上したエネルギー吸収効率をもたらすと考えられる。前述のＡｚｄｅｌ社のＩ字形ビームとＸｅｎｏｙエネルギー吸収部材とを組み合わせると、５０％を超える効率が得られると考えられる。衝撃性能の向上によって、低速「フェンダー屈曲」に対する修理費用が低減し、高速衝突時の車両損傷も減る。また、エネルギー吸収部材及びビームは、単一の一体成形エンジニアリングプラスチック樹脂で製造できるので、エネルギー吸収部材及びビームは各々容易にリサイクルできる。さらに、発泡樹脂を使用しないので、温度変化による衝撃性能のバラツキを低減することができると考えられる。
【００２９】
Ｉ字形ビームの強度はエネルギー吸収部材のクラッシュカンと相俟って、荷重応答の迅速な効率的で制御され衝撃応答をもたらす。この高い効率は、車両構造に伝達される荷重を増大させることなく、車両バンパオフセットを低減させると考えられる。さらに、Ｉ字形ビームとエネルギー吸収部材との組合せは、ＦＭＶＳＳ及びＩＩＨＳ要件を満足する軽量で衝撃効率が高く費用効果の高いシステムを与える。
【００３０】
様々な具体的な実施形態について本発明を説明したが、特許請求の範囲に記載された技術的思想及び技術的範囲において変更を加えて本発明を実施できることは当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】公知のエネルギー吸収部材の衝撃前の状態を示す断面図。
【図２】公知のエネルギー吸収部材の衝撃後の状態を示す断面図。
【図３】圧縮成形Ｉ字形ビームと射出成形エネルギー吸収部材とを備えるバンパアセンブリの一実施形態の分解斜視図。
【図４】図３に示すバンパアセンブリの断面図。
【図５】図３及び図４に示すエネルギー吸収部材の一部の後方斜視図。
【図６】図３及び図４に示すエネルギー吸収部材の一部の前方斜視図。
【図７】図３及び図４に示すエネルギー吸収部材の一部の前方斜視図。
【図８】図３及び図４に示すエネルギー吸収部材の衝撃後の状態を示す断面図。
【図９】各種窓構造を拡大して示すエネルギー吸収部材の斜視図。
【図１０】スナップフィット及び締まりばめ機構を示す、エネルギー吸収部材の一部の斜視図。
【符号の説明】
【００３２】
２０  バンパシステム
２２  エネルギー吸収部材
２４  補強ビーム
２６  上部フランジ
２８  下部フランジ
３０  レール取付け部
３２  開口
３４  交差リブ
３６  ビーム上面
３８  ビーム下面
４０  位置決め用切込み
５０  フレーム
５２  第一フランジ
５４  第二フランジ
５６  フィンガ
６０  本体
６２  第一横断壁
６４  第二横断壁
６６  クラッシュボックス
６８  凸部
７０  凹部
７２  側壁
７４  外壁
【図１】
2005502521.tif 000003
【図２】
2005502521.tif 000004
【図３】
2005502521.tif 000005
【図４】
2005502521.tif 000006
【図５】
2005502521.tif 000007
【図６】
2005502521.tif 000008
【図７】
2005502521.tif 000009
【図８】
2005502521.tif 000010
【図９】
2005502521.tif 000011
【図１０】
2005502521.tif 000012
【国際公開パンフレット】
2005502521.tif 000013
2005502521.tif 000014
2005502521.tif 000015
2005502521.tif 000016
2005502521.tif 000017
2005502521.tif 000018
2005502521.tif 000019
2005502521.tif 000020
2005502521.tif 000021
2005502521.tif 000022
2005502521.tif 000023
2005502521.tif 000024
2005502521.tif 000025
2005502521.tif 000026
2005502521.tif 000027
2005502521.tif 000028
2005502521.tif 000029
2005502521.tif 000030
2005502521.tif 000031
【国際調査報告】
2005502521.tif 000032