(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フランジ及びウエブからなる中空構造を有する自動車用バンパーリーンフォースメントにおいて、アルミ押出形材からなり、ウエブの曲げ中立軸より圧縮フランジ側の肉厚を引張フランジ側の肉厚より厚肉とし、かつウエブの曲げ中立軸より圧縮フランジ側の肉厚と引張フランジ側の肉厚をそれぞれ一定としたことを特徴とする自動車用バンパーリーンフォースメント。
【請求項２】
フランジ及びウエブからなる矩形断面の中空構造を有する自動車用バンパーリーンフォースメントにおいて、アルミ押出形材からなり、ウエブの曲げ中立軸より圧縮フランジ側の肉厚を引張フランジ側の肉厚より厚肉とし、かつウエブの曲げ中立軸より圧縮フランジ側の肉厚を圧縮フランジ側に行く程厚肉になるようにテーパー状に板厚を変化させ、ウエブの曲げ中立軸より引張フランジ側の肉厚を一定としたことを特徴とする自動車用バンパーリーンフォースメント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車衝突事故時（軽衝突）に車体を保護する自動車用バンパーリーンフォースメント（以下、バンパーＲ／Ｆという）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用のバンパーＲ／Ｆは、軽衝突（８ｋｍ／ｈ以下）においてバンパーＲ／Ｆ背面に置かれている補機類（ラジエータ、オルタネータなど）を保護する目的で設けられている。そのため衝突時にはできる限りたわまないように設計する必要がある。この軽衝突を模擬した試験は、北米向けに関してはＦＭＶＳＳ−Ｐａｒｔ５８１で決められており、図３に示すように、振り子１を、サイドメンバ２に所定の取付スパンで支持されたバンパーＲ／Ｆ３に衝突させ、バンパーＲ／Ｆ３の変形量を測定している。満たすべき強度レベルの違いはあるが、おおむね世界的に使用されている試験方法である（ペンデュラム試験とよばれている）。
【０００３】
図３からも分かるように、試験時にはバンパーＲ／Ｆ３の中央部に大きな曲げ変形を受けることになり、この変形量を抑えることがバンパーとしての性能を左右することになる。曲げ変形を抑えるためには、単純に厚肉化したバンパーＲ／Ｆを使用すればよいのだが、バンパーＲ／Ｆが設置される場所はホイールから離れた場所でいわゆるオーバーハング部分と呼ばれ、重量的に軽くすることが最も求められている場所である。そのため、できる限り薄肉化したバンパーＲ／Ｆを設計する必要がある。
【０００４】
従来の鋼板プレス製のバンパーＲ／Ｆは加工上の制約から口型断面をしたものが多く、アルミ押出材製のものでは口型断面、日型断面、目型断面、田型断面のものがある。これら矩形断面のアルミ押出材製バンパーＲ／Ｆの例を図４に示す。図４において矢印は衝突の方向を表し、その方向に垂直な部分をフランジ、平行な部分をウエブという。
【０００５】
また、曲げ変形を効率よく抑えるために、圧縮（衝突面側）フランジの肉厚を引張側フランジよりも厚くし、曲げ変形時にフランジ面が座屈しにくくしたものがある（特開平８−９９５９１号公報参照）。この場合、圧縮フランジが厚肉化されるが、その分他の部分（引張側フランジ、ウエブ）を薄肉化することができ、全体として軽量化に効果があると考えられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、バンパーＲ／Ｆの圧縮（衝突面側）フランジの肉厚を引張側フランジよりも厚くすることは、特に日型、目型断面を持つバンパーＲ／Ｆにおいて大きな効果がある。その理由は、中ウエブ（中リブ）によってフランジが分断されているため、これに区切られた個々のフランジ面の座屈効率が高くなるためである。なお、ここでいう座屈効率（座屈係数）とは圧縮を受ける板の境界条件で決まるもので、弾性座屈応力σｃｒ（この応力を越えると座屈する応力）とその板要素がオイラー座屈するときの応力σｅとの比で、
ｋ＝σｃｒ／σｅ
（ｋ；座屈効率）
で表せる。
【０００７】
高強度のバンパーＲ／Ｆを設計する場合、圧縮フランジ部又はウエブ部（ウエブは曲げによる引張・圧縮を受ける）で、この座屈効率ｋをいかに大きくするか（最大ｋ＝１）がカギとなる。座屈効率ｋは、圧縮フランジ部の板要素においてはフランジ幅厚比Ｒｆの関数として、圧縮と曲げを受けるウエブ部分の板要素においてはウエブ幅厚比Ｒｗの関数として表すことができる。図５（ａ）、（ｂ）は、多数の実験に基づいて、その関係を整理したものである。なお、このフランジ幅厚比Ｒｆ及びウエブ幅厚比Ｒｗは次式の通り定義される。
【数１】
0004165914.tif 000002
ここで、ｂ；フランジ幅、ＴＦ１；圧縮フランジ厚、ｈ；ウエブ幅、Ｔｗ；ウエブ厚（以上、図６参照）、ν；ポアソン比、σｙ；降伏応力、Ｅ；縦弾性係数である。
【０００８】
幅厚比Ｒｆ、Ｒｗは座屈限度の程度を表すパラメータであり、これが小さいほど座屈効率ｋ（フランジ）、座屈効率ｋ（ウエブ）が大きくなり、その面は座屈しにくいことになる。日型、目型、田型断面のように圧縮フランジ面が中リブによって区切られると、図６（ｂ）に例示するように、その区切られた個々の圧縮フランジ面のフランジ幅ｂが小さくなり、幅厚比Ｒｆが小さくなるため、座屈効率ｋ（フランジ）を大きくする方向に働くことになる。一方、口型断面のように中リブがないものは、幅厚比Ｒｆがそれほど小さくならず、座屈効率ｋ（フランジ）を大きくしにくい。
【０００９】
バンパーＲ／Ｆ全体としては、フランジの座屈効率ｋ（フランジ）とウエブの座屈効率ｋ（ウエブ）が大きいほど高強度になる。従って、各種断面のバンパーＲ／Ｆにおいて、バンパーＲ／Ｆ全体の曲げ強度を大きくするのに、次の２つの方法がある。
一つは、圧縮フランジの板厚ＴＦ１を厚肉化してフランジ幅厚比Ｒｆを小さくすることである。これは結果的に、前記特開平８−９９５９１号公報にみられた従来のバンパーＲ／Ｆの特徴と一致する。しかし、これは日型、目型断面のように中リブのある断面では有効であるが、口型断面のように中リブのない断面の場合、フランジ幅ｂに比べてフランジ板厚ＴＦ１が小さい（ｂ／ＴＦ１が大きい）ため、フランジ幅厚比Ｒｆを小さくする効果に乏しく、無理にＴＦ１を大きくして高強度化をはかろうとすると、バンパーＲ／Ｆ全体が重くなるという問題がある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
もう一つの方法として考えられるのは、ウエブ部の板厚Ｔｗを厚肉化しウエブ幅厚比Ｒｗを小さくすることによって、座屈効率ｋ（ウエブ）を１に近づけようとするものである。これは、特に口型断面のように、圧縮フランジ厚ＴＦ１を大きくしてフランジ幅厚比Ｒｆを小さくするのが困難なものに効果が大きいと考えられる。
一方、バンパーＲ／Ｆが曲げを受けたとき、形材のウエブ部全体に圧縮力を受けるのではなく、図７に示すように、曲げ中立軸（必ずしもＲ／Ｆの中心線とは一致しないが、ほぼ一致すると考える）を境として、ウエブの半分の領域のみに圧縮力を受ける。従って、圧縮フランジ側のみを厚肉にすれば、強度を確保しつつウエブ部分全体を厚肉化するよりも効率的にＲ／Ｆを軽量化することができるはずである。また、ウエブの圧縮率は断面に対して一様ではなく、圧縮フランジ側に近づくほど大きくなっているため、厚肉化部分をテーパ状にすれば高強度化を達成しつつ、さらに効率よく軽量化できるはずである。
【００１１】
本発明は、以上の考察をもとに、フランジ及びウエブからなる中空構造を有する自動車用バンパーＲ／Ｆ全体の曲げ強度と軽量化を両立できる断面形状として、得られたものである。
【００１２】
すなわち、本発明は、フランジ及びウエブからなる中空構造を有する自動車用バンパーＲ／Ｆにおいて、ウエブの曲げ中立軸より圧縮フランジ側の肉厚を引張フランジ側の肉厚より厚肉としたことを特徴とする。ここで、フランジは衝突面及びその反対側に向く面のことを意味する。また、ウエブの中立軸ｎより圧縮フランジ側、あるいは引張フランジ側、それぞれの肉厚は一定である。
また、本発明は、フランジ及びウエブからなる中空構造を有する自動車用バンパーＲ／Ｆにおいて、ウエブの曲げ中立軸より圧縮フランジ側の肉厚を引張フランジ側の肉厚より厚肉とし、かつウエブの曲げ中立軸より圧縮フランジ側の肉厚を圧縮フランジ側に行く程厚肉になるようにテーパー状に板厚を変化させたことを特徴とする。前記と同じく、フランジは衝突面及びその反対側に向く面のことを意味する。また、ウエブの中立軸ｎより引張フランジ側の肉厚は一定である。
上記バンパーＲ／Ｆはいずれもアルミ押出形材からなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る中空構造は、典型的には、フランジが衝突方向に垂直な面、ウエブが平行な面であり、外形が矩形断面をなす。まず、図１に例示した断面を参照してより具体的に説明すると、（ａ）は口型断面の例であり、ウエブの中立軸ｎより圧縮フランジ側の肉厚が引張フランジ側の肉厚より厚肉とされている。（ｂ）は日型断面の例であり、外ウエブの中立軸ｎより圧縮フランジ側の肉厚が引張フランジ側の肉厚より厚肉とされたもの、（ｃ）は中ウエブの中立軸ｎより圧縮フランジ側の肉厚が引張フランジ側の肉厚より厚肉とされたものである。
【００１４】
そして、図２は本発明に係る中空構造の別の具体例を示すもので、（ａ）は口型断面の例であり、ウエブの中立軸ｎより圧縮フランジ側の肉厚が引張フランジ側の肉厚より厚肉とされ、かつ圧縮フランジ側に行く程肉厚になるようにテーパー状に板厚が変化している。（ｂ）は日型断面の例であり、外ウエブの中立軸ｎより圧縮フランジ側の肉厚が引張フランジ側の肉厚より厚肉とされ、かつ圧縮フランジ側に行く程肉厚になるようにテーパー状に板厚を変化させ、（ｃ）は外ウエブ、中ウエブとも中立軸ｎより圧縮フランジ側の肉厚が引張フランジ側の肉厚より厚肉とされ、かつ圧縮フランジ側に行く程厚肉になるようにテーパー状に板厚を変化させたものである。
図２の例ではテーパー状に厚肉にするため、図１の例に比べ、少ない重量アップ分で圧縮フランジとの接続部の肉厚を厚くすることができ（実施例参照）、そのため圧縮フランジ面の拘束が大きくなり、より高強度のバンパーＲ／Ｆを得ることができる。
【００１５】
本発明に係るバンパーＲ／Ｆではウエブの一部を厚肉化するので、素材としては、鋼板のプレス成形品よりアルミ押出形材が適している。
なお、先に挙げた特開平８−９９５９１号公報には、中ウエブの肉厚を圧縮フランジ側に向かって次第に厚肉にしたバンパーＲ／Ｆが記載されているが、本発明では、前記の考察に基づき、曲げ中立軸より圧縮フランジ側のみテーパー状に厚肉にしたため、同じ強度アップをより少ない重量で実現できる利点がある。
【００１６】
【実施例】
次に、実施例及び比較例として、図８（ａ）〜（ｃ）に示す口型断面のアルミ押出形材を用い、図９（ａ）に示す３点曲げ試験を行って、同図（ｂ）に示すような荷重−たわみ量の関係を測定し、曲げ強度Ｍｃｒを求め、また、重量当りの曲げ強度（Ｍｃｒ／Ａ）を求めた。これらの結果を表１に示す。なお、曲げ強度Ｍｃｒは次式で定義される。
Ｍｃｒ＝Ｐｍａｘ・Ｌ／４
Ｐｍａｘ；最大荷重
Ｌ；スパン
【００１７】
【表１】
0004165914.tif 000003
【００１８】
表１に示すように、通常の口型断面のバンパーＲ／Ｆである図８（ａ）よりもウエブの一部を厚肉化した図８（ｂ）、図８（ｃ）の方が曲げ強度Ｍｃｒが大きく、重量当たりの曲げ強度Ｍｃｒ／Ａも大きく、軽量化効果が大きいことが分かる。特に厚肉化した部分をテーパー状に形成した（最大厚２．２ｍｍ）図８（ｃ）の軽量化効果が大きい。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、ウエブの一部を厚肉化することでバンパーＲ／Ｆの曲げ強度を大きな重量増なしに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るバンパーＲ／Ｆの断面形状の例である。
【図２】  本発明に係るバンパーＲ／Ｆの断面形状の例である。
【図３】  軽衝突試験（ペンデュラム試験）の模式図である。
【図４】  従来の矩形断面のアルミ押出形材製バンパーＲ／Ｆの例である。
【図５】  フランジ幅厚比Ｒｆと座屈効率ｋの関係図（ａ）及びウエブ幅厚比Ｒｗと座屈効率ｋの関係図（ｂ）である。
【図６】  フランジ幅厚比Ｒｆとウエブ幅厚比Ｒｗの定義に用いた記号の意味を説明する図である。
【図７】  曲げ荷重Ｐがかかったときのウエブ面の応力状態を説明する図である。
【図８】  実施例に用いたアルミ押出形材の断面の図である。
【図９】  実施例の３点曲げ試験を説明する図である。
【図１】
0004165914.tif 000004
【図２】
0004165914.tif 000005
【図３】
0004165914.tif 000006
【図４】
0004165914.tif 000007
【図５】
0004165914.tif 000008
【図６】
0004165914.tif 000009
【図７】
0004165914.tif 000010
【図８】
0004165914.tif 000011
【図９】
0004165914.tif 000012