(57)【要約】  繊維強化樹脂製のバンパービームと繊維強化樹脂製のバンパーエクステンションからなる自動車用バンパー装置であって、バンパービームはΘ形状の断面を有しており、かつ、バンパービームとバンパーエクステンションは一体に成形されていることを特徴とする自動車用バンパー装置。望ましい強度、剛性を有しつつ、バンパービームに大きな荷重が入力されたときに優れたエネルギー吸収性能を発現可能な自動車用バンパー装置を提供できる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化樹脂製のバンパービームと繊維強化樹脂製のバンパーエクステンションからなる自動車用バンパー装置であって、前記バンパービームはΘ形状の断面を有しており、かつ、前記バンパービームと前記バンパーエクステンションは一体に成形されていることを特徴とする自動車用バンパー装置。
【請求項２】
前記バンパービームは、強化繊維が一方向に引き揃えられた一方向材と、強化繊維が織り込まれたクロス材を有する部材からなる、請求項１に記載の自動車用バンパー装置。
【請求項３】
前記一方向材は少なくとも車体側に位置するバンパービーム後面に強化繊維の延在方向が車両幅方向となるように配置されている、請求項２に記載の自動車用バンパー装置。
【請求項４】
前記クロス材は少なくともバンパービーム前面、上面、下面においては、車両幅方向から角度をもって配置されている、請求項２または３に記載の自動車用バンパー装置。
【請求項５】
前記バンパーエクステンションには、前記バンパービームから強化繊維が一方向に引き揃えられた一方向材が連続して配置されている、請求項１〜４のいずれかに記載の自動車用バンパー装置。
【請求項６】
前記バンパービームにおいて、前記一方向材が、車体側に位置するバンパービーム後面に加え、バンパービーム前面にも強化繊維の延在方向が車両幅方向となるように配置されている、請求項２〜５のいずれかに記載の自動車用バンパー装置。
【請求項７】
前記繊維強化樹脂に使用される強化繊維の少なくとも一部が炭素繊維である、請求項１〜６のいずれかに記載の自動車用バンパー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用バンパー装置に関し、とくに、エネルギー吸収性能に優れ、かつ、軽量化も可能な自動車用バンパー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまでは，自動車用バンパー装置に求められる性能が軽衝突時の車体保護（例えば米国ＰＡＲＴ５８１の４ｋｍ／ｈペンデュラム打撃試験）であったため、バンパー装置の強度の向上が主たる課題になっていた。【０００３】
しかしながら、米国高速安全保険協会規格（ＩＩＨＳ）に代表される８ｋｍ／ｈポール、バリア衝突試験時の車体損傷性や、日本国ＪＮＣＡＰ 規格に代表される５５ｋｍ／ｈフルラップ衝突試験時の乗員保護などの法規に対応するため、強度だけでなく優れた圧壊（圧縮破壊）特性を有することによりエネルギー吸収性能にも優れた材料、構造が求められている。【０００４】
このため、以下のような対応が採られている。例えば、バンパー装置内に発泡材が充填されたり（例えば、特許文献１）、上部壁や下部壁を傾斜させて形成し、これらが蛇腹状に座屈できるように構成したり（例えば、特許文献２）、中間リブの板厚を上下リブの板厚よりも大きくして座屈や変形の形態が特定の形態になるように構成したり（例えば、特許文献３）、バンパー補強材の中空部内に潰れ防止体を配置して、断面変形と座屈を防止して剛性を付与できるように構成したり（例えば、特許文献４）する構造が知られている。【０００５】
衝突荷重負荷時等に乗員保護を適切に行うためには、自動車用バンパー装置には、乗員側に向けて加わろうとする荷重に対して対抗できるだけの適切な強度、剛性を有することに加え、加わろうとする荷重のエネルギーをバンパー装置自身で極力効果的に吸収できることが求められる。しかし、上記のような従来構造では、適切な強度、剛性の付与と、優れたエネルギー吸収性能の付与との両方が、必ずしも共に達成されてはいない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３３４５００号公報
【特許文献２】特開２００６−２１８９０４号公報
【特許文献３】特開２００４−１４８９１５号公報
【特許文献４】特開２０００−５２８９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明の課題は、とくに、軽量な構成でありながら望ましい強度、剛性を有しつつ、バンパービームに大きな荷重が入力されたときに優れたエネルギー吸収性能を発現可能な自動車用バンパー装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る自動車用バンパー装置は、繊維強化樹脂製のバンパービームと繊維強化樹脂製のバンパーエクステンションからなる自動車用バンパー装置であって、前記バンパービームはΘ形状の断面を有しており、かつ、前記バンパービームと前記バンパーエクステンションは一体に成形されていることを特徴とするものからなる。ここで、バンパービームの断面形状としてのΘ形状とは、バンパービームの横断面の外形形状が矩形または略矩形であり、その矩形または略矩形の内部に、両側面間にわたって延びる一つの壁(本願では、中面形成部と言うこともある。)が設けられている形状を意味する。このΘ形状の外形形状である矩形または略矩形としては、その各角部が折れ曲がって形成された形状、各角部に丸みを有する形状の両方を含む概念である。【０００９】
このような本発明に係る自動車用バンパー装置においては、まず、バンパー装置が繊維強化樹脂製のバンパービームと繊維強化樹脂製のバンパーエクステンションから構成されるので、金属製のもの等に比べて、軽量化が可能になる。これらバンパービームとバンパーエクステンションが一体に成形されていることにより、全体として高い強度と剛性を効率よく発現可能となり、バンパービームに入力された荷重は、それと一体構成のバンパーエクステンションを介して車体側へと効率よく伝達され、乗員の保護が適切に行われることになる。そして、バンパービームがΘ形状の断面を有しているので、バンパービームに衝撃荷重等の大きな荷重が入力された際には、Θ形状断面の各部の強度を適切に設定しておくことにより、Θ形状断面の車体側に位置するバンパービーム後面形成部には大きな変形を生じさせず、そのバンパービーム後面形成部に至るΘ形状断面の上面形成部や下面形成部、さらにはΘ形状の中面形成部において、バンパービーム断面が潰れるように、例えば圧壊するように、変形させることが可能になる。その結果、バンパービームの前面から大きな荷重が入力されたときには、バンパービームのΘ形状断面の上中下面形成部に逐次破壊を起こさせ、その逐次破壊によって、バンパービームの断面内において極めて効率よくエネルギー吸収させることが可能になる。したがって、バンパー装置全体として適度に高い強度と剛性を持たせることにより、入力された荷重を車体側へうまく伝達してその荷重をより大きな剛性を有する車体側にて（例えばフロントサイドメンバーにて）受け持たせて乗員を適切に保護することが可能になるとともに、より大きな荷重が入力された際には、バンパービームのΘ形状断面の反車体側部分の逐次破壊によりバンパービームの断面内において効率よくエネルギーを吸収させ、車体側への破壊の波及を適切に抑えることが可能になり、理想的な機能を備えた自動車用バンパー装置が実現されることになる。【００１０】
上記本発明に係る自動車用バンパー装置において、上記バンパービームが、強化繊維が一方向に引き揃えられた一方向材と、強化繊維が織り込まれたクロス材を有する部材からなる形態を採ることが好ましい。この一方向材は少なくとも車体側に位置するバンパービーム後面に強化繊維の延在方向が車両幅方向となるように配置されることが好ましい。また、上記クロス材は少なくともバンパービーム前面、上面、下面においては、上記車両幅方向から角度をもって配置されている形態を採ることが好ましい。この場合、クロス材は、バンパービーム後面側にも、一方向材とともに配置されていてもよい（この場合には、このクロス材は車両幅方向から角度をもって配置されている必要はない）。このような形態においては、バンパービーム後面側に（荷重入力の反対側に）強化繊維が車両幅方向に延びる一方向材が配置されるので、このバンパービーム後面側は高い強度、剛性を有することになり、バンパービームの前面側に荷重が入力されたときに、バンパービーム後面側には大きな変形が発生しないようにすることができる。そして、バンパービーム前面、上面、下面側は、車両幅方向から角度をもって配置されたクロス材のみで形成されると、バンパービームの前面側に荷重が入力されたときにより破壊されやすい構成となる。つまり、バンパービームの前面側に荷重が入力されたときに、バンパービーム後面側においては大きな変形を発生させないとともに、バンパービームをその断面内において圧壊するように変形させることが可能になる。その結果、バンパービームのΘ形状断面の上中下面に逐次破壊を起こさせ、良好にエネルギー吸収させることが可能になる。【００１１】
また、本発明に係る自動車用バンパー装置において、上記バンパーエクステンションには、上記バンパービームから、強化繊維が一方向に引き揃えられた一方向材が連続して配置されていることが好ましい。このように構成すれば、バンパービームとバンパーエクステンションとの一体性が高められ、バンパービームとバンパーエクステンションがちぎれることがより確実に防止されて、バンパービームからバンパーエクステンションを介して車体側への荷重の伝達の性能が高められる。【００１２】
また、本発明に係る自動車用バンパー装置においては、上記バンパービームにおいて、上記一方向材がバンパービーム前面にも強化繊維の延在方向が車両幅方向となるように配置されている形態を採用することもできる。上述の如く、バンパービームのΘ形状断面の上中下面形成部にクロス材のみを配置しておくことにより逐次破壊を起こさせることが可能になり、それによって良好なエネルギー吸収が可能になるので、バンパービームの前面側には一方向材の配置により高い強度、剛性を持たせておいてもよく、それによってバンパービーム全体の大きな変形の抑止が可能になる。【００１３】
なお、本発明においてバンパービームとバンパーエクステンションを構成する繊維強化樹脂の強化繊維としては、炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維、さらにはこれらの組み合わせ等、任意の強化繊維の使用が可能であるが、設計の容易性や、高い強度、剛性を持たせつつ、優れたエネルギー吸収性能を付与するという点から、使用される強化繊維の少なくとも一部が炭素繊維であることが好ましい。【００１４】
繊維強化樹脂のマトリックス樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれも使用可能であるが、自動車用バンパー装置が量産品であることを考慮すると、より容易に成形を行うことが可能な熱可塑性樹脂を使用することが好ましい。使用可能な熱可塑性樹脂として、例えば、ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミドを挙げることができる。
【発明の効果】
【００１５】
このように、本発明に係る自動車用バンパー装置によれば、装置全体を軽量に構成しつつ、望ましい強度、剛性を持たせることができるとともに、バンパービームに大きな荷重が入力されたときに、全体ではなく断面内において部分的に逐次破壊を起こさせることにより効率よく、極めて優れたエネルギー吸収性能を発現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施態様に係る自動車用バンパー装置の斜視図である。
【図２】図１の自動車用バンパー装置の平面図（Ａ）および正面図（Ｂ）である。
【図３】図２（Ａ）のＡ−Ａ線に沿って見た断面図である。
【図４】図２（Ｂ）のＢ−Ｂ線に沿って見た断面図である。
【図５】図３の変形例に係るバンパービームの断面図である。
【図６】図１の自動車用バンパー装置のバンパービームの圧壊の一例を示す変形前の断面図（Ａ）および変形後の断面図（Ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１〜図４は、本発明の一実施態様に係る自動車用バンパー装置を示している。図１、図２に示すように、自動車用バンパー装置１は、繊維強化樹脂製の（例えば、炭素繊維強化樹脂製の）車両幅方向に延びるバンパービーム２と、繊維強化樹脂製の（例えば、炭素繊維強化樹脂製の）、バンパービーム２の長手方向両端部に設けられたバンパーエクステンション３とから構成されている。バンパーエクステンション３は車体側に（例えば、フロントサイドメンバーに）接続される、これらバンパービーム２とバンパーエクステンション３は一体に成形されている。バンパービーム２は、図３に図２（Ａ）のＡ−Ａ線に沿って見た断面図を示すように、断面形状がΘ形状に形成されている。バンパーエクステンション３の部位は、図４に図２（Ｂ）のＢ−Ｂ線に沿って見た断面図を示すように、バンパービーム２から車両後側に向けて短く延びている。
【００１８】
図３に示すように、本実施態様では、Θ形状の断面を有するバンパービーム２は、強化繊維が一方向に引き揃えられた一方向材４と、強化繊維が織り込まれたクロス材５を有する部材から形成されている。一方向材４は、少なくとも車体側（図３におけるバンパービーム２の車両後側）に位置するバンパービーム２の後面側に、強化繊維の延在方向が車両幅方向（図３の紙面と垂直の方向）となるように配置されており、本実施態様では、このバンパービーム２の後面側部分の略全体が一方向材４で補強された繊維強化樹脂で構成されている。なお、本実施態様では、一方向材４はバンパービーム２の後面側のみに配置されているが、前述したように、バンパービーム２の前面側にも配置し、後面側に加えて前面側部位の補強をはかることも可能である。クロス材５は、少なくともバンパービーム２の前面、上面、下面形成部に繊維強化樹脂の強化繊維材として設けられており、クロス材５の強化繊維は、車両幅方向（図３の紙面と垂直の方向）から角度をもって配置されている。例えば、クロス材５の強化繊維は、車両幅方向に対して、±４５度の角度をもって延びるように配置されている。本実施態様では、クロス材５は、実質的にバンパービーム２の前面、上面、下面形成部のみに配置されており、バンパービーム２の後面側には実質的に配置されていない。
【００１９】
バンパーエクステンション３の部位は、図４に示すように構成されており、このバンパーエクステンション３には、上記バンパービーム２から強化繊維が一方向に引き揃えられた一方向材４が連続して配置されている。また、本実施態様では、図４に示すように、バンパーエクステンション３の別の部位に対して、別の一方向材６が配置されており、該一方向材６も、バンパービーム２側から折れ曲がった後バンパーエクステンション３の延在方向に車両前側から車両後側に向けて連続して配置されている。
【００２０】
図３に示した形態では、バンパービーム２の後面側部分は実質的に一方向材４のみで形成されていたが、図５に変形例を示すように、クロス材５をバンパービーム７の前面、上面、下面形成部に加えて後面形成部にも配置し、その後面形成部中に上記と同様の一方向材８を配置した形態とすることもできる。この場合、後面形成部に配置されるクロス材には、前述のような、車両幅方向から角度をもって配置される配慮はとくに行わなくてもよい。
【００２１】
上記のような自動車用バンパー装置１においては、バンパー装置１が繊維強化樹脂製のバンパービーム２，７と繊維強化樹脂製のバンパーエクステンション３から構成されていることにより、金属製のもの等に比べて、軽量化されており、これらが一体に成形されていることにより、全体として高い強度、剛性が効率よく発現される。したがって、基本的に、バンパービーム２，７に入力された荷重は、それと一体構成のバンパーエクステンション３を介して車体側へと効率よく伝達されて、乗員の保護が適切に行われる。
【００２２】
また、Θ形状の断面を有するバンパービーム２，７に衝撃荷重等の大きな荷重が入力された際には、Θ形状断面の各部の強度を適切に設定しておくことにより、バンパービーム２，７の後面形成部には大きな変形を生じさせず、そのバンパービーム２，７の後面形成部に至るΘ形状断面の上面形成部や下面形成部、さらにはΘ形状の中面形成部においてエンルギーを効率よく吸収させることが可能になる。とくに上記実施態様のように、バンパービーム２，７の後面形成部に、強化繊維の延在方向が車両幅方向となるように配置された一方向材４、８を設けておくことにより、バンパービーム２，７の後面形成部には大きな変形を発生させず、バンパービーム２，７のΘ形状断面の上面形成部、下面形成部、中面形成部において断面が潰れるように、例えば圧壊するように、変形させることが可能になる。とくに上記の如く、これらΘ形状断面の上面形成部、下面形成部、中面形成部を、車両幅方向に対して、±４５度等の角度をもって強化繊維が延びるクロス材５のみで構成しておくことで、これらΘ形状断面の上面形成部、下面形成部、中面形成部においてのみ圧壊を進行させ、これらの部位に逐次破壊を起こさせ、その逐次破壊によって、バンパービーム２，７自体の断面内において極めて効率よくエネルギー吸収させることが可能になる。例えば図６に例示するように、図６（Ａ）に示すようなΘ形状の断面を有するバンパービーム２，７の前面側（図の左側）から大きな荷重が入力されると、図６（Ｂ）に示すように、Θ形状断面の後面側（図の右側）の後面形成部よりも強度、剛性の低い上面形成部、下面形成部、中面形成部のみに圧壊を進行させ、これらの部位に圧壊の進行に伴う逐次破壊を起こさせて（逐次破壊部１１）、入力荷重によるエネルギーを効率よく吸収させることができる。
【００２３】
すなわち、バンパー装置１全体として適度に高い強度と剛性を持たせ、入力された荷重を車体側へうまく伝達してその荷重をより大きな剛性を有する車体側にて（例えばフロントサイドメンバーにて）受け持たせて乗員を適切に保護することを可能としつつ、衝撃荷重等のより大きな荷重が入力された際には、図６（Ｂ）に示したようにバンパービーム２，７自体のΘ形状断面内の特定部位における逐次破壊により効率よくエネルギーを吸収させることができる。したがって、自動車用バンパー装置として要求される機能を、全て満たすことが可能になる。
【００２４】
なお、本発明は、図１〜図６に示した形態に限定されず、特許請求の範囲に規定される範囲内において、あらゆる形態を採り得る。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明に係る自動車用バンパー装置は、あらゆる種類の自動車に適用可能である。
【符号の説明】
【００２６】
１  自動車用バンパー装置
２、７  バンパービーム
３  バンパーエクステンション
４、６、８  一方向材
５  クロス材
１１  逐次破壊部
【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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【国際調査報告】
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