(57)【要約】【課題】重量をあまり増加させることなく、衝突時に圧壊しにくい高剛性の横圧壊型バンパーステイを得る。【解決手段】アルミニウム合金押出材からなり、押出方向をバンパーリインフォース５の長手方向に垂直に向けて配置される横圧壊型バンパーステイ２１。前端にバンパーリインフォースの後面５に固定される前壁２２と、後端にサイドメンバ６の前端に固定される後壁２３と、車体の前後方向と略平行に延び前壁２２と後壁２３を連結する内外一対の側壁２４，２５と、各壁のなす中空部内にあって、該中空部の外側後方のコーナーと内側前方のコーナーを斜めに連結するリブ２７からなる。正面からの衝突時（矢印Ａ）に発生する曲げモーメントＭ１がリブ２７の面内で圧縮力に変換され、その面内圧縮力はリブ２７により支持されるので、内側側壁２４を矢印方向に曲げる力が大きく減殺される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金押出材からなり、押出方向をバンパーリインフォースの長手方向に垂直に向けて配置され、前端に前記バンパーリインフォースの後面に固定される前壁と、後端にサイドメンバの前端に固定される後壁と、車体の前後方向と略平行に延び前記前壁と後壁を連結する内外一対の側壁と、前記前壁、後壁及び一対の側壁のなす中空部内にあって、該中空部の外側後方のコーナー又はその近傍と内側前方のコーナー又はその近傍を斜めに連結するリブからなることを特徴とするバンパーステイ。
【請求項２】
アルミニウム合金押出材からなり、押出方向をバンパーリインフォースの長手方向に垂直に向けて配置され、前端に前記バンパーリインフォースの後面に固定される前壁と、後端にサイドメンバの前端に固定される後壁と、車体の前後方向と略平行に延び前記前壁と後壁を連結する内外一対の側壁と、前記前壁、後壁及び一対の側壁のなす中空部内にあって、該中空部の内側後方のコーナー又はその近傍と外側前方のコーナー又はその近傍を斜めに連結するリブからなることを特徴とするバンパーステイ。
【請求項３】
前記前壁及び／又は後壁が前記両側壁より側方に張り出したフランジ部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載されたバンパーステイ。
【請求項４】
前記バンパーリインフォースは両端部が後方側に傾斜又は湾曲したもので、前記バンパーステイの前壁は前記バンパーリインフォースの両端部の傾斜又は湾曲した後壁に沿って傾斜又は湾曲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バンパーステイ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載されたバンパーステイとバンパーリインフォースからなり、前記パンパーステイの前壁が前記バンパーリインフォースの後面に固定されたバンパー構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム合金押出材からなるバンパーステイに関し、詳しくは、押出方向をバンパーリインフォースの長手方向に垂直に向けて配置される横圧壊型バンパーステイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば乗用車やトラック等の自動車車体の前端（フロント）及び後端（リア）に設置されるバンパー内部には、補強部材としてバンパーリインフォースが設けられている。バンパーリインフォースは一般に荷重方向に略垂直に向く前壁と後壁、及びそれらを連結する横壁を有する断面中空の部材であり、後方側から一対のバンパーステイにより支持され、各バンパーステイは後端がサイドメンバ（フロント又はリア）の先端に固定されている。
バンパーリインフォース、バンパーステイ及びサイドメンバは、いずれも衝突時に圧壊して衝突エネルギーを吸収する役割を有し、例えば下記特許文献４にも記載されているように、一般に、衝突時にはまずバンパーリインフォースが圧壊し、続いてバンパーステイが圧壊し、さらにサイドメンバが軸圧壊するように、各部材の剛性が設定されている。つまり、バンパーリインフォース、バンパーステイ及びサイドメンバの剛性を各々ａ，ｂ，ｃとしたとき、ａ＜ｂ＜ｃの関係である。
【０００３】
近年、バンパーリインフォースについて、軽量化のためにアルミニウム合金押出材が使用されるようになり、バンパーステイについても、同じくアルミニウム合金押出材が使用され始めている。アルミニウム合金押出材からなるバンパーステイには、大きく分けて縦圧壊型と横圧壊型があり、縦圧壊型のバンパーステイ１は、図５（ａ）に示すように、軸部２を構成する中空の押出形材の前後端に板状の取付用フランジ３，４（バンパーリインフォース５及びサイドメンバ６の取付用）を溶接したもので、押出軸方向が車体前後方向を向き、横圧壊型バンパーステイ７は、図５（ｂ）に示すように、前後端に一体的に前後壁８，９（バンパーリインフォース５及びサイドメンバ６の取付用）が形成された押出形材からなり、押出軸方向が車体上下方向を向いている。
【０００４】
横圧壊型のバンパーステイは、製造コストが安く、大量生産に適し、図５に示すようにバンパーリインフォースの端部取付箇所が車幅方向に対し傾斜又は湾曲していても、容易に対応できる利点があり、下記特許文献にみられるように種々の構造のものが考案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−２２７３３３号公報
【特許文献２】
特開平８−９１１５４号公報
【特許文献３】
特開平１１−２０８３９２号公報
【特許文献４】
特開平１１−２０８３９３号公報
【特許文献５】
特開２０００−３１８５５２号公報
【特許文献６】
特開２００１−２９４１０６号公報
【特許文献７】
特開２００２−１９５５３号公報
【０００６】
ところで、一部の車種（特に重量車種）においてサイドメンバの最大許容反力（圧壊に耐えられる最大荷重）が近年増加する傾向にある。これは、より高強度の高張力鋼板が開発され、同じ重量でも許容反力の大きいサイドメンバが製造できるようになり、また安全のためこれまで以上に剛な車体が求められるようになったためである。
サイドメンバの最大許容反力が増加すると、バンパーリインフォースとバンパーステイの剛性を上げて、これらが圧壊したときのエネルギー吸収量を増加させることができる。これにより、衝突時に入力するエネルギーにもよるが、サイドメンバを圧壊させることなく、バンパーリインフォースとバンパーステイを圧壊させるのみで衝突時のエネルギー吸収を行うことができるようになる。あるいは、さらにバンパーステイを圧壊させることなく、バンパーリインフォースを圧壊させるのみで衝突時のエネルギー吸収を行うことができるようになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
仮にバンパーリインフォースを圧壊させるのみで衝突時のエネルギー吸収を行うことができれば、部品交換がバンパーリインフォースのみで済む利点がある。あるいは、バンパーステイが圧壊してもその程度が小さければ、車体の損傷が小さくて済む。そのためには、衝突時にバンパーリインフォースが圧壊しても、バンパーステイが続いて圧壊しないように、又は大きく圧壊しないようにバンパーステイを高剛性にする必要がある。
【０００８】
バンパーステイを高剛性にするには、肉厚を厚くするか、前記特許文献１，５のように多数のリブを設けることが考えられるが、これではバンパーステイの重量が増加し、アルミニウム合金押出材を使用した利点が十分に生かせない。それでなくても、横圧壊型のバンパーステイは、縦圧壊型に比べて重量比エネルギー吸収量が小さく、優位な軽量化効果が得られないという問題点が指摘されており、高剛性にするためとはいえ、余り重量を増加させる構造は採用しがたい。
【０００９】
従って、本発明は、重量をあまり増加させることなく、衝突時に圧壊しにくい高剛性の横圧壊型バンパーステイを得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
これまで一般に、衝突時にバンパーステイに掛かる荷重として、正面からの荷重のみが考慮されていた（例えば前記特許文献５参照）が、実際には図５（ｂ）に示すように、例えばポール衝突やバリヤ衝突の場合のように正面からの衝突（矢印Ａ）の場合は、バンパーステイ７に曲げモーメントＭが発生して、これが側壁１１，１２を矢印方向に曲げる力となり、例えばコーナーバリヤ衝突（矢印Ｂ）の場合はバンパーステイ７に掛かる荷重Ｐが外側の側壁１３を矢印方向に屈曲させる力となる。従って、この衝突形態を考慮した断面設計を行う必要がある。
【００１１】
本発明に係る第１のバンパーステイは、主として正面からの衝突を考慮したもので、アルミニウム合金押出材からなり、押出方向をバンパーリインフォースの長手方向に垂直に向けて配置され、前端に前記バンパーリインフォースの後面に固定される前壁と、後端にサイドメンバの前端に固定される後壁と、車体の前後方向と略平行に延び前記前壁と後壁を連結する内外一対の側壁と、前記前壁、後壁及び一対の側壁のなす中空部内にあって、該中空部の外側後方のコーナー又はその近傍と内側前方のコーナー又はその近傍を斜めに連結するリブからなることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る第２のバンパーステイは、主としてコーナーへの衝突を考慮したもので、アルミニウム合金押出材からなり、押出方向をバンパーリインフォースの長手方向に垂直に向けて配置され、前端に前記バンパーリインフォースの後面に固定される前壁と、後端にサイドメンバの前端に固定される後壁と、車体の前後方向と略平行に延び前記前壁と後壁を連結する内外一対の側壁と、前記前壁、後壁及び一対の側壁のなす中空部内にあって、該中空部の内側後方のコーナー又はその近傍と外側前方のコーナー又はその近傍を斜めに連結するリブからなることを特徴とする。
【００１３】
前記第１，第２のバンパーステイにおいて、前記前壁及び／又は後壁が前記両側壁より側方に張り出したフランジ部を有することが望ましい。
両端部が後方側に傾斜又は湾曲したバンパーリインフォースに対応するバンパーステイの場合、前壁は前記バンパーリインフォースの両端部の傾斜又は湾曲した後壁に沿って傾斜又は湾曲している必要がある。
本発明に係るバンパーステイを構成するアルミニウム合金押出材は、ＪＩＳ６０００系又は７０００系のアルミニウム合金からなることが望ましい。
本発明に係るバンパー構造体は前記バンパーステイとバンパーリインフォースからなる。
なお、本発明において、車体のフロント側、リア側とも、サイドメンバ側を後方、バンパーリインフォース側を前方とする。また、外側というときは車幅方向外側、内側というときは車幅方向内側を意味する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図４を参照して、本発明に係るバンパーステイ及びバンパー構造体についてより具体的に説明する。
図１（及び図２（ａ））は第１のバンパーステイを示すもので、このバンパーステイ２１は、アルミニウム合金押出材からなり、押出方向をバンパーリインフォース５の長手方向に垂直（車体上下方向）に向けて配置され、前端に前記バンパーリインフォース５の後面に固定される前壁２２と、後端にサイドメンバ６の前端に固定される後壁２３と、車体の前後方向と略平行に延び前記前壁２２と後壁２３を連結する内外一対の側壁２４，２５と、各壁によって囲まれる中空部２６内において該中空部２６の外側後方のコーナーと内側前方のコーナーを斜めに連結するリブ２７からなる。前壁２２，後壁２３，側壁２４，２５及びリブ２７はいずれも平面的な板状である。
なお、前壁２２はバンパーリインフォース５の後面に沿って傾斜（車幅方向外側が後退する方向に傾斜）し、内外側壁２４，２５より側方に張り出したフランジ部２２ａ，２２ｂを有し、後壁２３は車体前後方向に垂直とされ、内外側壁２４，２５より側方に張り出したフランジ部２３ａ，２３ｂを有する。このフランジ部２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂは、それぞれバンパーリインフォース５又はサイドメンバ６への取り付け（ボルト・ナットや溶接）に利用される。
【００１５】
バンパーステイ２１は中空部２６のトラス構造により高剛性となり、特にリブ２７の面に平行な方向の剛性が強化される。ここで、例えばポール衝突やバリヤ衝突（矢印Ａ）があると、バンパーステイ２１に曲げモーメントＭ１が発生するが、この曲げモーメントＭ１はリブ２７を面内で軸方向（両矢印参照）に圧縮する力となり、その面内圧縮力はリブ２７により支持されるので、内側側壁２４を矢印方向に曲げる力が大きく減殺される。このように、バンパーステイ２１は、発生する曲げモーメントをリブ２７の面内で圧縮力に変換することで、該リブ２７が高い圧縮力に耐えて座屈せず、従って、内側側壁２４が曲げ変形することがなく、衝突時のバンパーステイ２１の圧壊が防止される。ただし、衝突のエネルギーがきわめて大きい場合、バンパーステイ２１が圧壊し、続いてサイドメンバ６も圧壊することがあるのは、従来のバンパーステイを用いた場合と同じである。
また、斜めにリブ２７を１つ設けるだけであるので、リブがない場合に比べて重量の増加は余り大きくなく、前記特許文献１，５のバンパーステイに比べればむしろ小さい重量で、大きい剛性アップの効果を挙げることができる。
【００１６】
図２（ｂ）〜（ｅ）に、第１のバンパーステイの変形例を示す。（ｂ）〜（ｄ）は、リブ２７の一方の端部又は両方の端部が、中空部２６の外側後方のコーナーと内側前方のコーナーの近傍に連結されている例である。具体的に、（ｂ）はリブ２７の内側（図において左側）の端部が内側側壁２４上（中空部２６の内側前方のコーナーの近傍）に接続し、（ｃ）はリブ２７の外側（図において右側）の端部が後壁２３上（中空部２６の外側後方のコーナーの近傍）に接続し、（ｄ）はリブ２７の内外両側の端部が内側側壁２４上及び後壁２３上（それぞれ中空部２６の内側前方のコーナー及び外側後方のコーナーの近傍）に接続している。
図２（ｅ）は前壁２２にフランジが形成されていない点（その点は前記特許文献１のバンパーステイに類似する）で、（ａ）のバンパーステイ２１とは異なる。
【００１７】
図２（ｂ）〜（ｄ）のバンパーステイは、リブ２７の内側又は／及び外側の端部の接続箇所を、中空部２６のコーナーから内側側壁２４上又は／及び後壁２３上にずらしたことで、リブ２７による剛性アップの効果は（ａ）のバンパーステイに比べてやや劣るものの、擬似トラス構造により剛性が高く、（ａ）のバンパーステイと同様に衝突時に圧壊しにくく、かつ押出性が大きく改善される。
なお、以上の具体例以外に、リブ２７の内側の端部について前壁２２上にずらし、又は／及び外側の端部について外側側壁２５上にずらす形態もとり得る。
【００１８】
リブ２７の内側又は外側の端部を中空部２６のコーナーからずらす場合、必要以上に剛性を低下させないため、側壁上にずらす場合のずらし距離は内外側壁の中空部内での高さの１／１０以下、前後壁上にずらす場合のずらし距離は前後壁の中空部内での幅の１／１０以下に留めるのが望ましい。例えば図２（ｂ）の例では、内側側壁２４上へのずらし距離Ｈ１を該内側側壁２４の高さＨ０の１／１０以下とし、図２（ｃ）の例では、後壁２３上へのずらし距離Ｗ１を該後壁２３の中空部内での幅Ｗ０の１／１０以下とする。
【００１９】
図３（及び図４（ａ））は第２のバンパーステイを示すもので、このバンパーステイ３１は、アルミニウム合金押出材からなり、押出方向をバンパーリインフォース５の長手方向に垂直（車体上下方向）に向けて配置され、前端に前記バンパーリインフォース５の後面に固定される前壁３２と、後端にサイドメンバ６の前端に固定される後壁３３と、車体の前後方向と略平行に延び前記前壁３２と後壁３３を連結する内外一対の側壁３４，３５と、各壁によって囲まれる中空部３６内において該中空部３６の内側後方のコーナーと外側前方のコーナーを斜めに連結するリブ３７からなる。前壁３２，後壁３３，側壁３４，３５及びリブ３７はいずれも平面的な板状である。
なお、前壁３２はバンパーリインフォース５の後面に沿って傾斜（車幅方向外側が後退する方向に傾斜）し、内外側壁３４，３５より側方に張り出したフランジ部３２ａ，３２ｂを有し、後壁３３は車体前後方向に垂直とされ、内外側壁３４，３５より側方に張り出したフランジ部３３ａ，３３ｂを有する。このフランジ部３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂは、それぞれバンパーリインフォース５又はサイドメンバ６への取り付け（ボルト・ナットや溶接）に利用される。
【００２０】
バンパーステイ３１は中空部３６のトラス構造により高剛性となり、特にリブ３７の面に平行な方向の剛性が強化される。ここで、例えばコーナーバリヤ衝突（矢印Ｂ）があると、バンパーステイ３１に荷重Ｐが掛かり、リブ３７が面内圧縮力でその一部を支持するので、外側側壁３５に係る荷重が減殺される。このように、バンパーステイ３１はリブ３７の面内で高剛性で、該リブ３７が高い圧縮力に耐えて座屈せず、従って、外側側壁３５が座屈することがなく、衝突時のバンパーステイ３１の圧壊が防止される。ただし、衝突のエネルギーがきわめて大きい場合、バンパーステイ３１が圧壊し、続いてサイドメンバ６も圧壊することがあるのは、従来のバンパーステイと同じである。
また、斜めにリブ３７を１つ設けるだけであるので、リブがない場合に比べて重量の増加は余り大きくなく、前記特許文献１，５のバンパーステイに比べればむしろ小さい重量で、大きい作用効果を挙げることができる。
【００２１】
図４（ｂ）〜（ｅ）に、第２のバンパーステイの変形例を示す。（ｂ）〜（ｄ）は、リブ３７の一方の端部又は両方の端部が、中空部３６の外側前方のコーナーと内側後方のコーナーの近傍に連結されている例である。具体的に、（ｂ）はリブ３７の外側（図において右側）の端部が外側側壁３５上（中空部３６の外側前方のコーナーの近傍）に接続し、（ｃ）はリブ３７の内側（図において左側）の端部が後壁３３上（中空部３６の内側後方のコーナーの近傍）に接続し、（ｄ）はリブ３７の内外両側の端部が外側側壁３５上及び後壁３３上（それぞれ中空部３６の外側前方のコーナー及び内側後方のコーナーの近傍）に接続している。
図４（ｅ）は前壁３２にフランジが形成されていない点（その点は前記特許文献１のバンパーステイに類似する）で、（ａ）のバンパーステイ３１とは異なる。
【００２２】
図４（ｂ）〜（ｄ）のバンパーステイは、リブ３７の内側又は／及び外側の端部の接続箇所を、中空部３６のコーナーから外側側壁３５上又は／及び後壁３３上にずらしたことで、リブ３７による剛性アップの効果は（ａ）のバンパーステイに比べてやや劣るものの、擬似トラス構造により剛性が高く、（ａ）のバンパーステイと同様に衝突時に圧壊しにくく、かつ押出性が大きく改善される。
なお、以上の具体例以外に、リブ３７の内側の端部について内側側壁３４上にずらし、又は／及び外側の端部について前壁３２上にずらす形態もとり得る。
【００２３】
リブ３７の内側又は外側の端部を中空部３６のコーナーからずらす場合、必要以上に剛性を低下させないため、側壁上にずらす場合のずらし距離は内外側壁の中空部内での高さの１／１０以下、前後壁上にずらす場合のずらし距離は前後壁の中空部内での幅の１／１０以下に留めるのが望ましい。この点は、第１のバンパーステイと同じである。例えば図４（ｂ）の例では、外側側壁３５上へのずらし距離Ｈ１を該外側側壁３５の中空部内での高さＨ０の１／１０以下とし、図４（ｃ）の例では、後壁３３上へのずらし距離Ｗ１を該後壁３３の中空部内での幅Ｗ０の１／１０以下とする。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は、実際の衝突の形態を考慮した上で、特定の方向が高剛性となるように横圧壊型バンパーステイの断面設計を行い、衝突時のモーメント又は荷重を受け止めるようにしたものであり、全体に肉厚を増加させたり、リブの数を増やしたりすることに比べ、重量をあまり増加させることなく、衝突時に圧壊しにくい高剛性の横圧壊型バンパーステイを得ることができる。
本発明のバンパーステイ及びバンパー構造体によれば、従来のバンパーステイであれば完全に圧壊するような衝突であっても、バンパーステイが圧壊せず、部品交換がバンパーリインフォースのみで済んだり、バンパーステイの圧壊が少なく、車体の損傷がわずかで済むようにすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１のバンパーステイをバンパーリインフォースとサイドメンバに固定した状態の平面図である。
【図２】第１のバンパーステイの種々の形態を示す平面図である。
【図３】本発明に係る第２のバンパーステイをバンパーリインフォースとサイドメンバに固定した状態の平面図である。
【図４】第２のバンパーステイの種々の形態を示す平面図である。
【図５】従来のバンパーステイをバンパーリインフォースとサイドメンバに固定した状態の平面図である。
【符号の説明】
５  バンパーリインフォース
６  サイドメンバー
２１，３１  バンパーステイ１１
２２，３２  前壁
２３、３３  後壁
２４、３４  内側側壁
２５、３５  外側側壁
２６、３６  中空部
２７、３７  リブ
【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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