バンパ補強材
【課題】大型化や製造コスト増を防止し、そして車両におけるバンパの設計自由度を損ねずに、エネルギー吸収特性を向上させるバンパ補強材を提供する。
【解決手段】バンパ前面となる前部中間面21を挟んだ上下に、バンパ前面側からバンパ背面側に向けて凹んだ前部溝22,23を設けた前部補強材２と、前記前部溝22,23いずれの底面よりも前方に位置する後部中間面31を挟んだ上下に、バンパ前面側からバンパ背面側に向けて凹んだ後部溝32,33を設けた後部補強材３とから構成され、前部補強材２及び後部補強材３は、少なくとも前部溝22,23いずれの底面も後部溝32,33の底面に接面させることなく、前部溝22,23を後部溝32,33に嵌合させたバンパ補強材１である。
【解決手段】バンパ前面となる前部中間面21を挟んだ上下に、バンパ前面側からバンパ背面側に向けて凹んだ前部溝22,23を設けた前部補強材２と、前記前部溝22,23いずれの底面よりも前方に位置する後部中間面31を挟んだ上下に、バンパ前面側からバンパ背面側に向けて凹んだ後部溝32,33を設けた後部補強材３とから構成され、前部補強材２及び後部補強材３は、少なくとも前部溝22,23いずれの底面も後部溝32,33の底面に接面させることなく、前部溝22,23を後部溝32,33に嵌合させたバンパ補強材１である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のバンパを構成するバンパ補強材に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のバンパは、衝撃を吸収するバンパ補強材と、前記バンパ補強材を覆うバンパカバーとから構成される。バンパ補強材は、中空な断面形状を変形（前記断面形状を形成する面の塑性変形）させて衝撃を吸収する。バンパ補強材のエネルギー吸収特性は、３点曲げ試験において印加される荷重の最大値（ピーク荷重）が高く、また前記３点曲げ試験における変形量及び荷重の積分値（エネルギー吸収量）が大きいほど、優れている。バンパ補強材におけるエネルギー吸収特性は、塑性変形する各面を厚肉化したり、高強度材料を用いたり、断面形状を複雑化したりして、向上させる。
【０００３】
特許文献１は、高さ（車両の前後方向の幅）の異なる複数の縦壁と、前記縦壁相互を連結する横壁とからなるバンパ補強材（衝撃吸収部材）を開示している。このバンパ補強材は横壁に段差を付けて構成される（特許文献１図１）。さらに縦壁は衝撃によって座屈、圧潰する際に相互に干渉する位置関係で配置される。このバンパ補強材によれば、衝撃が段階的に加わるので、最初に発生するピーク荷重（初期ピーク荷重）を小さくし、かつ、エネルギー吸収量を向上させることができるとされている。
【０００４】
特許文献２は、車体側に支持する主補強材と、主補強材の前面に取り付ける補助補強材とからなるバンパ補強材を開示している。補助補強材は略凹型断面部を有し、主補強材は凹溝部を有する。略凹型断面部は前記凹溝部に当接している。これにより、特許文献２が開示するバンパ補強材は、局部的な座屈を抑えながら、エネルギー吸収量を向上させている。また、特許文献２が開示するバンパ補強材は、特別な部材を要せず、加工も容易な構造であるので、従来の生産設備をそのまま使用して製造でき、コスト増が抑えられる。
【０００５】
特許文献３は、前面、上側面及び下側面からなる背面開放断面構造の主補強材と、主補強材の前面から上下側面それぞれに架設した補助補強材とからなるバンパ補強材を開示している。補助補強材は前面に山折れ部を有する。主補強材は、前面に溝底面及び溝側面からなる断面凹な前面溝部を設け、前面溝部から上下側面それぞれに補助補強材を架設する。特許文献３が開示するバンパ補強材は、開放断面構造（背面が開放された構造）でありながら、閉鎖断面構造（背面が閉鎖された構造）のバンパ補強材に劣らない高いピーク荷重と大きなエネルギー吸収量とを有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2005-170234号公報
【特許文献２】特開2003-237507号公報
【特許文献３】特開2004-074834号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１が開示するバンパ補強材は、縦壁が長いため、各縦壁の変形が一様にならず、座屈、圧潰する縦壁相互が干渉しない虞がある。仮に変形する縦壁相互が干渉するとしても、各縦壁が大きく離れているから、それぞれの縦壁が大きく座屈又は圧潰しなければ、縦壁相互が干渉しないと考えられる。また、ピーク荷重が複数回表れる（特許文献１図５参照）ことからも明らかなように、安定したエネルギー吸収特性が得られず、エネルギー吸収量自体も小さくなることが避けられないと考えられる。
【０００８】
特許文献２が開示するバンパ補強材は、特許文献１が開示するバンパ補強材に比較し、高いピーク荷重が１回だけ表れるようにして安定したエネルギー吸収特性を実現し、エネルギー吸収量を大きくできる。しかし、主補強材の前面に取り付けられた補助補強材が主補強材の前面から大きく突出する構造であるため、バンパ補強材の大型化が避けられず、重量が増大するほか、車両におけるバンパの設計自由を制限する問題がある。このため、重量や設計自由度が厳しく制限される軽自動車やデザイン性の高い自動車に、特許文献２が開示するバンパ補強材を利用することは難しい。
【０００９】
特許文献３が開示するバンパ補強材は、補助補強材を主補強材の内部に設けるため、特許文献２が開示するバンパ補強材のように、大型化せず、また車両におけるバンパの設計自由を制限しない。ところが、特許文献３が開示するバンパ補強材は、開放断面構造における変形を制御する点が重視され、閉鎖断面構造のバンパ補強材と同程度のエネルギー吸収特性を確保するに過ぎない。すなわち、特許文献３が開示するバンパ補強材は、閉鎖断面構造のバンパ補強材に比べて、ピーク荷重を高くしたり、エネルギー吸収量を大きくしたりするものではない。
【００１０】
このように、バンパ補強材のエネルギー吸収特性は、バンパ補強材の断面形状を複雑にすることにより向上させることができるが、各面を構成する板材を厚肉にすると重量が増加させてしまったり、各面を構成する板材に高強度材料を用いると製造コストを高くしてしまったりする。また、バンパ補強材の断面形状を複雑にすると、バンパ補強材が大型化し、車両におけるバンパの設計自由度を低下させ、ひいては車両全体の設計自由度に影響を及ぼす可能性がある。そこで、大型化や製造コスト増を防止し、そして車両におけるバンパの設計自由度を損ねずに、エネルギー吸収特性を向上させるバンパ補強材の断面形状について検討した。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
検討の結果、バンパ前面となる前部中間面を挟んだ上下に、バンパ前面側からバンパ背面側に向けて凹んだ前部溝を設けた前部補強材と、前記前部溝いずれの底面よりも前方に位置する後部中間面を挟んだ上下に、バンパ前面側からバンパ背面側に向けて凹んだ後部溝を設けた後部補強材とから構成され、前部補強材及び後部補強材は、少なくとも前部溝いずれの底面も後部溝の底面に接面させることなく、前部溝を後部溝に嵌合させたバンパ補強材を開発した。
【００１２】
前部補強材及び後部補強材は、前部溝のバンパ前面から底面までの前部溝深さｂを、前記前部溝を嵌合させた後部溝のバンパ前面から底面までの後部溝深さＬの１/10〜１/２とし、前記前部溝の上の側面又は下の側面と底面とを結ぶ角部から前記前部溝を嵌合させた後部溝の上の側面又は下の側面までの最短距離ａを前記後部溝深さＬの１/10より小さくするとよい。ここで、「前部溝深さｂ」は、バンパ前面の表面と前部溝の底面の表面との最短直交距離を指す。また、角部から後部溝の上の側面又は下の側面それぞれまでの「最短距離ａ」は、前記角部の表面と前記角部が対向する後部溝の上の側面又は下の側面との最短直交距離を意味する。本発明のバンパ補強材は、後部中間面を前部溝いずれの底面よりも前方に突出させているので、上及び下の前部溝それぞれの上の側面又は下の側面と底面とを結ぶ４箇所の角部を、上及び下の後溝部それぞれの上の側面又は下の側面に対向させて、４箇所の最短距離ａを設定できる。
【００１３】
本発明のバンパ補強材は、バンパ前面から力が加えられると、前部溝いずれの底面よりも前方に位置する後部中間面が前部中間面に接面して一体に変形し始めることで、高いピーク荷重が表れるようにする。そして、後部溝の側面が変形して形成されるＳ字断面と前部溝の側面が変形して形成されるＳ字断面とをずらして対向させ、互いの膨らみをぶつけ合うことにより前記後部溝の側面及び前部溝の側面の変形を抑制し、ピーク荷重から続くエネルギー吸収特性の変化をなだらかに下降させる。こうして、高いピーク荷重となだらかなエネルギー吸収特性とにより、本発明のバンパ補強材はエネルギー吸収量を大きくする。
【００１４】
バンパ前面から力が加えられると、前部中間面及び後部中間面が接面して一体に変形し始めるまでピーク荷重が上昇する。そして、前記後部中間面及び前部中間面が一体に変形し始めると、前部溝及び後部溝はそれぞれの側面の概ね前半分が溝幅を狭くする内向きに膨らみ、前記側面の概ね後ろ半分が溝幅を拡げる外向きに膨らむことで、各側面をＳ字断面にする。これから、各前部溝の前部溝深さｂを前記前部溝を嵌合させた後部溝の後部溝深さＬの１/２以下にすれば、前部溝の側面の後ろ半分の膨らみと後部溝の側面の前半分の膨らみとを干渉させ、互いの変形を抑制できる。しかし、前部溝深さｂがあまり小さいと前部溝側面が変形しにくくなるので、前部溝深さｂは後部溝深さＬの1/10以上にする。
【００１５】
このとき、後部溝の側面の前半分が内向きに変形し始めると、遅滞なく前部溝の側面の後ろ半分が外向きに変形し始め、できるだけ早く前部溝の側面と後部溝の側面とが干渉することが好ましい。この観点から、前部溝の上の側面又は下の側面と底面とを結ぶ角部から前記前部溝を嵌合させた後部溝の上の側面又は下の側面までの最短距離ａは、「０（ゼロ）」が最良である。逆に、前記最短距離ａが大きくなるほど、後部溝の側面の前半分の変形と前部溝の側面の後ろ半分との衝突が遅れ、最短距離ａが大きくなり過ぎると前部溝及び後部溝が互いの変形を抑制する効果が失われることにもなりかねない。これから、前記最短距離ａは後部溝深さＬの１/10以下にする。
【００１６】
既述したように、本発明のバンパ補強材は、バンパ前面から力が加えられると、前部中間面及び後部中間面が接面して一体に変形し始めることにより、高いピーク荷重を実現する。これから、ピーク荷重を最大限高めるには、前部中間面にバンパ背面側から後部中間面を接面させ、最初から一体にしておくとよい。この場合、バンパ補強材の上下方向中間に剛性の高い部分を形成することになり、バンパ補強材のピーク荷重を最大限大きくする。また、バンパ前面から力が加えられ始める最初の段階から継続して剛性の高い部分を変形させることになり、剛性の弱い部分を変形させる場合のような荷重の変動が生じにくくなる。こうして、前部中間面にバンパ背面側から後部中間面を接面させた本発明のバンパ補強材は、より高いピーク荷重と、よりなだらかなエネルギー吸収特性とを実現する。
【００１７】
本発明のバンパ補強材は、例えば前部補強材及び後部補強材を別体の板金製部材として構成する。具体的には、前部補強材は、上の前部溝の上の側面の前端から前部上フランジを延在させ、下の前部溝の下の側面の前端から前部下フランジを延在させ、前部上フランジ、前部中間面及び前部下フランジを含む倣い面をバンパ前面とし、後部補強材は、上の後部溝の上の側面の前端から後部上フランジを延在させ、前記前部上フランジにバンパ背面側から前記後部上フランジを接面させて接合し、下の後部溝の下の側面の前端から後部下フランジを延在させ、前記前部下フランジにバンパ背面側から前記後部下フランジを接面させて接合し、上の後部溝の上の側面を上のバンパ側面、下の後部溝の下の側面を下のバンパ側面、そして後部溝の底面を含む倣い面をバンパ背面とする。
【００１８】
別体の板金部材である前部補強材及び後部補強材は、前部上フランジ及び後部上フランジを、また前部下フランジ及び後部下フランジをそれぞれ接面させて接合することにより、前部溝及び後部溝の上の側面又は下の側面の各前端（前部溝及び後部溝が変形する基端）における剛性高めている。この場合、前部中間面及び後部中間面を接面すれば、前部溝及び後部溝は剛性の高い部位に挟まれることになり、バンパ前面に対して相対的に前部溝及び後部溝（特に各側面）が変形しやすくなる。これにより、前部溝と後部溝との変形を対向させて抑制する本発明の働きが発揮されやすくなる。別体の板金部材である前部補強材及び後部補強材は、従来公知の各種方法（プレス成形方法、ロール成形方法等）によりそれぞれ製造できる。前部中間面と後部中間面とを接面させた場合、両者を接合してよい。
【００１９】
また、本発明のバンパ補強材は、前部補強材及び後部補強材は、一体の板金製部材として構成してもよい。具体的には、前部補強材及び後部補強材は、上の前部溝の上の側面の前端から延在する前部上フランジを下方へ折り返し、前記前部上フランジに重ね合わせる後部上フランジを形成し、前記後部上フランジを上の後部溝の上の側面の前端に連続させ、下の前部溝の下の側面の前端から延在する前部下フランジを上方へ折り返し、前記前部下フランジに重ね合わせる後部下フランジを形成し、前記後部下フランジを下の後部溝の下の側面の前端に連続させ、前部上フランジ、前部中間面及び前部下フランジを含む倣い面をバンパ前面とし、上の後部溝の上の側面を上のバンパ側面、下の後部溝の下の側面を下のバンパ側面、そして後部溝の底面を含む倣い面をバンパ背面とする。
【００２０】
一体の板金部材である前部補強材及び後部補強材は、板材を折り返し、重ね合わせる前部上フランジ及び後部上フランジを、また前部下フランジ及び後部下フランジを形成することにより、前部溝及び後部溝の上の側面又は下の側面の各前端（前部溝及び後部溝が変形する基端）における剛性高めている。この場合、前部中間面及び後部中間面を接面すれば、前部溝及び後部溝は剛性の高い部位に挟まれることになり、バンパ前面に対して相対的に前部溝及び後部溝（特に各側面）が変形しやすくなる。これにより、前部溝と後部溝との変形を対向させて抑制する本発明の働きが発揮されやすくなる。一体の板金部材である前部補強材及び後部補強材は、板材端縁を突き合わせて前部中間面又は後部中間面を形成するとよい。一体の板金部材である前部補強材及び後部補強材は、従来公知の各種方法方（ロール成形方法等）により一筆書き様に一体に製造できる。前部中間面と後部中間面とを接面させた場合、両者を接合してもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明により、大型化や製造コスト増が防止され、そして車両におけるバンパの設計自由度を損ねずに、エネルギー吸収特性を向上させるバンパ補強材が提供できるようになる。具体的には、前部補強材の前部中間面と後部補強材の後部中間面とを近接又は接面させて最初に発生するピーク荷重を高め、そして前部補強材の前部溝と後部補強材の後部溝との変形を対向させて前記ピーク荷重から変化をなだらかに下降させ、安定かつ大きなエネルギー吸収特性を実現する。更に、本発明のバンパ補強材は、前部中間面にバンパ背面側から後部中間面を接面させることにより、より高いピーク荷重と、よりなだらかなエネルギー吸収特性とを実現する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に基づいて、別体の前部補強材及び後部補強材から構成したバンパ補強材の本例を表した斜視図である。
【図２】本例のバンパ補強材の断面図である。
【図３】最短距離ａが０（ゼロ）である別例のバンパ補強材の図２相当断面図である。
【図４】前部中間面及び後部中間面を離した別例のバンパ補強材の図２相当断面図である。
【図５】一体の前部補強材及び後部補強材から構成したバンパ補強材の別例を表した斜視図である。
【図６】荷重Ｆをバンパ前面に印加されて変形した本例のバンパ補強材を表す図２相当断面図である。
【図７】実施例及び比較例に荷重Ｆを加える３点曲げ荷重試験用の試験装置を示す模式図である。
【図８】実施例の断面図である。
【図９】比較例１の断面図である。
【図１０】比較例２の断面図である。
【図１１】実施例及び各比較例の３点曲げ荷重試験の結果を表す荷重変位特性である。
【図１２】最短距離ａとピーク荷重との関係を表したグラフである。
【図１３】最短距離ａとエネルギー吸収量との関係を表したグラフである。
【図１４】前部溝深さｂとピーク荷重との関係を表したグラフである。
【図１５】前部溝深さｂとエネルギー吸収量との関係を表したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図を参照しながら説明する。本発明のバンパ補強材１は、図１及び図２に示されるように、例えば別体の板金製である前部補強材２及び後部補強材３を組み付けて構成され、後部補強材３を支持する支持ステー４を介して車両フレーム（図示略）に支持される。支持ステー４は、バンパ背面を構成する後部補強材３の上下の後部溝32,33の底面323,333に接続される。バンパ補強材１は、通常、左右一対の支持ステー４,４に架設される。支持ステー４は、剛性のある角パイプであったり、衝撃吸収機能を有するパイプ状部材であったり、別途衝撃吸収装置を内蔵する部材であったりする。
【００２４】
前部補強材２は、垂直方向に平行な前部中間面21を挟んだ上下に、バンパ前面側からバンパ背面側に向けて凹んだ上下の前部溝22,23を設けた構成である。前部溝22,23は、水平方向に平行な上の側面221,231及び下の側面222,232と垂直方向に平行な底面223,233とから構成されるチャンネル断面である。本例の前部補強材２は、上の前部溝22の上の側面221の前端から垂直方向上向きに前部上フランジ24を、下の前部溝23の下の側面232の前端から垂直方向下向きに前部下フランジ25をそれぞれ延在させている。前部上フランジ24、前部中間面21及び前部下フランジ25を含む倣い面がバンパ前面である。
【００２５】
後部補強材３は、前部溝22,23いずれの底面223,233よりも前方に位置し、垂直方向に平行な後部中間面31を挟んだ上下に、バンパ前面側からバンパ背面側に向けて凹んだ上下の後部溝32,33を設けた構成である。後部溝32,33は、水平方向に平行な上の側面321,331及び下の側面322,332と垂直方向に平行な底面323,333とから構成されるチャンネル断面である。本例の後部補強材３は、上の後部溝32の上の側面321の前端から垂直方向上向きに後部上フランジ34を延在させ、また下の後部溝33の下の側面332の前端から垂直方向下向きに後部下フランジ35を延在させている。上の後部溝32の上の側面321が上のバンパ側面、下の後部溝33の下の側面332が下のバンパ側面、そして後部溝32,33の各底面323,333を含む倣い面がバンパ背面となる。
【００２６】
本例の前部補強材２及び後部補強材３は、後部中間面31をバンパ背面側から前部中間面21に、後部上フランジ34をバンパ背面側から前部上フランジ24に、そして前部下フランジ25にバンパ背面側から前記後部下フランジ35をそれぞれ接面させ、前部中間面21及び後部中間面31、前部上フランジ24及び後部上フランジ34、そして前部下フランジ25及び後部下フランジ35をそれぞれスポット溶接又はアーク溶接して接合することにより、バンパ補強材１を構成している。
【００２７】
前部溝22のバンパ前面（＝前部中間面21）から底面223までの前部溝深さｂは、後部溝32のバンパ前面から底面323までの後部溝深さＬの１/10〜１/２とする（本例はｂ＝３/10Ｌ）。前部溝深さｂは、ピーク荷重及びエネルギー吸収量双方に直接関係するパラメータで、後部溝深さＬの１/10〜１/２でピーク荷重及びエネルギー吸収量を大きくする。したがって、車両デザイン等に制約を受けるものの、前部溝深さｂは後部溝深さＬの１/10〜１/２、できれば後部溝深さＬの１/４〜３/10の範囲で決定することが好ましい。後部溝深さＬは、バンパ補強材１として求められる奥行きDA（後掲図８参照）により決定される。これらは、前部溝23のバンパ前面（＝前部中間面21）から底面233までの前部溝深さｂについても同様である。
【００２８】
前部溝22の上の側面221又は下の側面222と底面223とを結ぶ角部224,225から後部溝32の上の側面321又は下の側面322までの最短距離ａは、後部溝深さＬの１/10より小さくする（本例はａ＝１/20Ｌ）。最短距離ａは、小さい（前部溝22の上の側面221又は下の側面222と底面223とを結ぶ角部224,225が後部溝32の上の側面321又は下の側面322から遠い）ほどピーク荷重及びエネルギー吸収量を大きくするので、例えば図３に見られる別例のバンパ補強材１のように、前記角部224,225を後部溝32の上の側面321又は下の側面322に密着させてもよい。これらは、前部溝23の上の側面231又は下の側面232と底面233とを結ぶ角部234,235から後部溝33の上の側面331又は下の側面332までの最短距離ａについても同様である。後部溝32又は後部溝33の幅（上の側面321,331と下の側面322,332との対向距離）は、前部溝22又は前部溝23の幅に前記の最短距離ａを加算した数値となる。
【００２９】
本例のバンパ補強材１は、前部補強材２及び後部補強材３に同じ材料を用い、かつ同じ板厚にしている。本発明は、後部溝32,33の変形と前部溝22,23の変形とを対向させることができればよい。そこで、後部溝32,33と前部溝22,23とを同じタイミングで同じ量の変形が得られるのであれば、前部補強材２と後部補強材３を異なる材料としてもよいし、異なる板厚にしてもよい。また、各面を結ぶ角部は、いずれも断面円弧状に形成しているが、円弧の半径の大小は本発明の効果を左右しない。このため、可能であれば、例えば前部中間面21と前部溝22の下の側面222を結ぶ角部を直角に形成しても構わない。
【００３０】
本発明のバンパ補強材１は、例えば図４に見られるように、前部中間面21と後部中間面31とを離して構成しても、後部中間面31が前部溝22,23の各底面223,233よりも前方に位置していれば構わない。これにより、上の前部溝22の下の側面222の変形を上の後部溝32の下の側面322の変形に対向させ、また下の前部溝23の上の側面231の変形を下の後部溝33の上の側面331の変形に対向させて、互いの変形を抑止することにより、本発明におけるエネルギー吸収量の増大という効果を享受できる。
【００３１】
また、本発明のバンパ補強材１は、例えば図５に見られるように、前部補強材２及び後部補強材３を一体の板金製部材として構成できる。具体的には、前部補強材２及び後部補強材３は、上の前部溝22の上の側面221の前端から延在する前部上フランジ24を下方へ折り返し、前記前部上フランジ24に重ね合わせる後部上フランジ34を形成し、前記後部上フランジ34を上の後部溝32の上の側面321の前端に連続させ、また下の前部溝23の下の側面232の前端から延在する前部下フランジ25を下方へ折り返し、前記前部下フランジ25に重ね合わせる後部下フランジ35を形成し、前記後部下フランジ35を下の後部溝33の下の側面332の前端に連続させ、板材端縁を前部中間面21にバンパ背面側から接面させて突き合わせ、後部中間面31を形成する。
【００３２】
上記別例のバンパ補強材１は、前部上フランジ24、前部中間面21及び前部下フランジ25を含む倣い面をバンパ前面とし、上の後部溝32の上の側面321を上のバンパ側面、下の後部溝33の下の側面332を下のバンパ側面、そして後部溝32,33の各底面323,333を含む倣い面をバンパ背面とする。別例のバンパ補強材１は、前部上フランジ24及び後部上フランジ34、前部下フランジ25及び後部下フランジ35がそれぞれ連続しているが、補強のためにスポット溶接又はアーク溶接している。また、後部中間面31を形成する板材端縁は、それぞれ前部中間面21にスポット溶接又はアーク溶接している。
【００３３】
本例（図１及び図２）のバンパ補強材１が、バンパ前面に荷重Ｆを受けると、図６に見られるように、バンパ前面を構成する前部上フランジ24、前部中間面21及び前部下フランジ25を延在方向に変形させ（荷重Ｆが加えられた部分だけが凹む）、そして前部溝22,23及び後部溝32,33をそれぞれ変形させて前記バンパ前面を後退させる。このとき、本例のバンパ補強材１は、前部上フランジ24が後部上フランジ34、前部中間面21が後部中間面31、そして前部下フランジ25が後部下フランジ35と一体化されているので、バンパ前面としての剛性が高くなっており、荷重変位特性を向上させるピーク荷重を高くしている。
【００３４】
バンパ前面を構成する前部上フランジ24、前部中間面21及び前部下フランジ25が延在方向に変形すると、バンパ背面方向に向けて後退し、前部溝22及び前部溝23の側面221,222及び側面231,232前半部分が互いに近づくように凹ませ、また後半部分を互いに遠ざかるように膨らませる。また、後部上フランジ34、後部中間面31及び後部下フランジ35もバンパ背面方向に向けて後退するので、後部溝32及び後部溝33の側面321,322及び側面331,332前半部分を互いに近づけるように凹ませ、また後半部分を互いに遠ざけるように膨らませる。
【００３５】
このように、前部溝22及び前部溝23の側面221,222及び側面231,232と後部溝32及び後部溝33の側面321,322及び側面331,332とは、いずれも断面S字状に変形する点で同じである。しかし、本例のバンパ補強材１は、前部溝深さｂを後部溝深さＬの３/10としているので、前部溝22,23及び後部溝32,33がいずれも断面S字状に変形しても、互いに遠ざかるように膨らむ前部溝22及び前部溝23の側面221,222及び側面231,232後半部分と、互いに近づくように凹む後部溝32及び後部溝33の側面321,322及び側面331,332前半部分とが衝突点Ｃで衝突する。これにより、前部溝22,23及び後部溝32,33の変形は互いに抑制され、大きなエネルギー吸収量が実現される。
【実施例】
【００３６】
本発明のバンパ補強材１を評価するため、３点曲げ荷重試験を実施した。３点曲げ荷重試験に用いられる試験装置は、公知の一般的な装置である。具体的には図７に見られるように、長尺なバンパ補強材１を、断面円弧状の先端面を有する支持部材５,５によりバンパ背面13側の左右対称位置で支持する。そして断面円弧状の先端面を有する印加部材６によりバンパ前面の延在方向の中央を押圧して、荷重Ｆを印加する。
【００３７】
実施例は、図８に見られるように、前部補強材及び後部補強材に板厚1.2mmの980MPa材を用いている。バンパ補強材の高さWAを80mm、バンパ補強材の奥行きDAを40mmであり、最短距離ａは１mm、前部溝深さｂは９mmとし、延在方向の長さ（紙面直交方向の長さ）は1200mmとした。実施例は、880mmの間隔を空けて配置した支持部材５,５で支持した。
【００３８】
比較例１は、図９に見られるように特許文献２の相当品で、奥行きが28mmである主補強材の前面に、奥行きが17mmである補助補強材を取り付けた構造である。主補強材及び後補助補強材は、それぞれ板厚1.2mmの980MPa材を用いている。主補強材に設けた溝は、幅MWが28mm、深さMLが14.8mm、補助補強材に設けた溝は、幅SWが16mm、深さSLが20.8mmである。
【００３９】
比較例２は、図10に見られるように特許文献３の相当品で、主補強材の内側に補助補強材を取り付けた構造である。主補強材及び後補助補強材は、それぞれ板厚1.2mmの980MPa材を用いている。主補強材に設けた溝は、幅MWが23mm、深さMLが５mm、補助補強材に設けた溝は、幅SWが36.9mm、深さSLが16.4mmである。比較例２の特徴である突出部位は、バンパ前面の裏面から５mm離れた位置に、半径３mmの断面円弧状に形成している。
【００４０】
実施例、比較例１及び比較例２の試験結果を図11に示す。図11に示される荷重変位特性は、使用材料の多寡によって差が生じないように、荷重を単位質量当たりに換算している。この荷重変位特性から明らかなように、実施例は、比較例１及び比較例２に比して荷重が全般的に高く、エネルギー吸収量（曲線が囲む面積）が大きくなっている。また、ピーク荷重に達した後の変化も緩やかで、特に加重の変動がなく、エネルギー吸収特性が安定している。
【００４１】
次に、実施例について、最短距離ａ又は前部溝深さｂとピーク荷重又はエネルギー吸収量との関係について確認した。試験装置の構成や実施例の構成は、上述の通りである。エネルギー吸収量は、印加部材６が実施例のバンパ前面に衝突してからの変位量が80mmに至るまでの測定データである。
【００４２】
最短距離ａとピーク荷重又はエネルギー吸収量との関係を調べる３点曲げ荷重試験では、前部溝深さｂを10mm（約１/４Ｌ）に固定し、最短距離ａを０mm〜６mm（約１/７Ｌ）の範囲で変化させた。その結果、図12及び図13に示したように、最短距離ａが「０（ゼロ）」である場合、すなわち前部溝の側面及び底面を結ぶ角部が後部溝の側面に接触している場合が最もピーク荷重が高く、またエネルギー吸収量も大きいことが分かる。エネルギー吸収量は、最短距離ａが大きくなるにしたがってなだらかに低減していく。一方、ピーク荷重は、最短距離ａ＝２mm、すなわち約1/20Ｌを超え始めると大きく低下し始め、最短距離ａ＝４mm、すなわち約1/10Ｌを超えると低下が下げ止まり気味となる。以上より、最短距離ａが1/10Ｌ以下であれば、ピーク荷重を高め、かつエネルギー吸収量を大きくできる。
【００４３】
前部溝深さｂとピーク荷重又はエネルギー吸収量との関係を調べる３点曲げ荷重試験では、最短距離ａを１mm（約１/40Ｌ）に固定し、前部溝深さｂを０mm〜40mm（約１Ｌ）の範囲で変化させた。その結果、図14及び図15に示したように、前部溝深さｂが10mm、すなわち約１/４Ｌである場合にピーク荷重及びエネルギー吸収量の両方が最大となることがわかった。また、前部溝深さｂが小さくなったり、大きくなったりするとピーク荷重及びエネルギー吸収特性の両方が小さくなることが分かる。エネルギー吸収量は、前部溝深さｂが大きくなった場合でも、変化が比較的なだらかである。しかし、前部溝深さｂを１/10Ｌ〜１/２Ｌとすると、ピーク荷重を高くできる。
【符号の説明】
【００４４】
１ バンパ補強材
２ 前部補強材
21 前部中間面
22 上の前部溝
23 下の前部溝
24 前部上フランジ
25 前部下フランジ
３ 後部補強材
31 後部中間面
32 上の後部溝
33 下の後部溝
34 後部上フランジ
35 後部下フランジ
４ 支持ステー
５ 支持部材
６ 印加部材
ａ 前部溝の側面と底面とを結ぶ角部から後部溝の側面までの最短距離
ｂ バンパ前面から前部溝の底面までの前部溝深さ
Ｌ バンパ前面から後部溝の底面までの後部溝深さ
Ｃ 前部溝の側面の変形と後部溝の側面の変形との衝突点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のバンパを構成するバンパ補強材に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のバンパは、衝撃を吸収するバンパ補強材と、前記バンパ補強材を覆うバンパカバーとから構成される。バンパ補強材は、中空な断面形状を変形（前記断面形状を形成する面の塑性変形）させて衝撃を吸収する。バンパ補強材のエネルギー吸収特性は、３点曲げ試験において印加される荷重の最大値（ピーク荷重）が高く、また前記３点曲げ試験における変形量及び荷重の積分値（エネルギー吸収量）が大きいほど、優れている。バンパ補強材におけるエネルギー吸収特性は、塑性変形する各面を厚肉化したり、高強度材料を用いたり、断面形状を複雑化したりして、向上させる。
【０００３】
特許文献１は、高さ（車両の前後方向の幅）の異なる複数の縦壁と、前記縦壁相互を連結する横壁とからなるバンパ補強材（衝撃吸収部材）を開示している。このバンパ補強材は横壁に段差を付けて構成される（特許文献１図１）。さらに縦壁は衝撃によって座屈、圧潰する際に相互に干渉する位置関係で配置される。このバンパ補強材によれば、衝撃が段階的に加わるので、最初に発生するピーク荷重（初期ピーク荷重）を小さくし、かつ、エネルギー吸収量を向上させることができるとされている。
【０００４】
特許文献２は、車体側に支持する主補強材と、主補強材の前面に取り付ける補助補強材とからなるバンパ補強材を開示している。補助補強材は略凹型断面部を有し、主補強材は凹溝部を有する。略凹型断面部は前記凹溝部に当接している。これにより、特許文献２が開示するバンパ補強材は、局部的な座屈を抑えながら、エネルギー吸収量を向上させている。また、特許文献２が開示するバンパ補強材は、特別な部材を要せず、加工も容易な構造であるので、従来の生産設備をそのまま使用して製造でき、コスト増が抑えられる。
【０００５】
特許文献３は、前面、上側面及び下側面からなる背面開放断面構造の主補強材と、主補強材の前面から上下側面それぞれに架設した補助補強材とからなるバンパ補強材を開示している。補助補強材は前面に山折れ部を有する。主補強材は、前面に溝底面及び溝側面からなる断面凹な前面溝部を設け、前面溝部から上下側面それぞれに補助補強材を架設する。特許文献３が開示するバンパ補強材は、開放断面構造（背面が開放された構造）でありながら、閉鎖断面構造（背面が閉鎖された構造）のバンパ補強材に劣らない高いピーク荷重と大きなエネルギー吸収量とを有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2005-170234号公報
【特許文献２】特開2003-237507号公報
【特許文献３】特開2004-074834号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１が開示するバンパ補強材は、縦壁が長いため、各縦壁の変形が一様にならず、座屈、圧潰する縦壁相互が干渉しない虞がある。仮に変形する縦壁相互が干渉するとしても、各縦壁が大きく離れているから、それぞれの縦壁が大きく座屈又は圧潰しなければ、縦壁相互が干渉しないと考えられる。また、ピーク荷重が複数回表れる（特許文献１図５参照）ことからも明らかなように、安定したエネルギー吸収特性が得られず、エネルギー吸収量自体も小さくなることが避けられないと考えられる。
【０００８】
特許文献２が開示するバンパ補強材は、特許文献１が開示するバンパ補強材に比較し、高いピーク荷重が１回だけ表れるようにして安定したエネルギー吸収特性を実現し、エネルギー吸収量を大きくできる。しかし、主補強材の前面に取り付けられた補助補強材が主補強材の前面から大きく突出する構造であるため、バンパ補強材の大型化が避けられず、重量が増大するほか、車両におけるバンパの設計自由を制限する問題がある。このため、重量や設計自由度が厳しく制限される軽自動車やデザイン性の高い自動車に、特許文献２が開示するバンパ補強材を利用することは難しい。
【０００９】
特許文献３が開示するバンパ補強材は、補助補強材を主補強材の内部に設けるため、特許文献２が開示するバンパ補強材のように、大型化せず、また車両におけるバンパの設計自由を制限しない。ところが、特許文献３が開示するバンパ補強材は、開放断面構造における変形を制御する点が重視され、閉鎖断面構造のバンパ補強材と同程度のエネルギー吸収特性を確保するに過ぎない。すなわち、特許文献３が開示するバンパ補強材は、閉鎖断面構造のバンパ補強材に比べて、ピーク荷重を高くしたり、エネルギー吸収量を大きくしたりするものではない。
【００１０】
このように、バンパ補強材のエネルギー吸収特性は、バンパ補強材の断面形状を複雑にすることにより向上させることができるが、各面を構成する板材を厚肉にすると重量が増加させてしまったり、各面を構成する板材に高強度材料を用いると製造コストを高くしてしまったりする。また、バンパ補強材の断面形状を複雑にすると、バンパ補強材が大型化し、車両におけるバンパの設計自由度を低下させ、ひいては車両全体の設計自由度に影響を及ぼす可能性がある。そこで、大型化や製造コスト増を防止し、そして車両におけるバンパの設計自由度を損ねずに、エネルギー吸収特性を向上させるバンパ補強材の断面形状について検討した。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
検討の結果、バンパ前面となる前部中間面を挟んだ上下に、バンパ前面側からバンパ背面側に向けて凹んだ前部溝を設けた前部補強材と、前記前部溝いずれの底面よりも前方に位置する後部中間面を挟んだ上下に、バンパ前面側からバンパ背面側に向けて凹んだ後部溝を設けた後部補強材とから構成され、前部補強材及び後部補強材は、少なくとも前部溝いずれの底面も後部溝の底面に接面させることなく、前部溝を後部溝に嵌合させたバンパ補強材を開発した。
【００１２】
前部補強材及び後部補強材は、前部溝のバンパ前面から底面までの前部溝深さｂを、前記前部溝を嵌合させた後部溝のバンパ前面から底面までの後部溝深さＬの１/10〜１/２とし、前記前部溝の上の側面又は下の側面と底面とを結ぶ角部から前記前部溝を嵌合させた後部溝の上の側面又は下の側面までの最短距離ａを前記後部溝深さＬの１/10より小さくするとよい。ここで、「前部溝深さｂ」は、バンパ前面の表面と前部溝の底面の表面との最短直交距離を指す。また、角部から後部溝の上の側面又は下の側面それぞれまでの「最短距離ａ」は、前記角部の表面と前記角部が対向する後部溝の上の側面又は下の側面との最短直交距離を意味する。本発明のバンパ補強材は、後部中間面を前部溝いずれの底面よりも前方に突出させているので、上及び下の前部溝それぞれの上の側面又は下の側面と底面とを結ぶ４箇所の角部を、上及び下の後溝部それぞれの上の側面又は下の側面に対向させて、４箇所の最短距離ａを設定できる。
【００１３】
本発明のバンパ補強材は、バンパ前面から力が加えられると、前部溝いずれの底面よりも前方に位置する後部中間面が前部中間面に接面して一体に変形し始めることで、高いピーク荷重が表れるようにする。そして、後部溝の側面が変形して形成されるＳ字断面と前部溝の側面が変形して形成されるＳ字断面とをずらして対向させ、互いの膨らみをぶつけ合うことにより前記後部溝の側面及び前部溝の側面の変形を抑制し、ピーク荷重から続くエネルギー吸収特性の変化をなだらかに下降させる。こうして、高いピーク荷重となだらかなエネルギー吸収特性とにより、本発明のバンパ補強材はエネルギー吸収量を大きくする。
【００１４】
バンパ前面から力が加えられると、前部中間面及び後部中間面が接面して一体に変形し始めるまでピーク荷重が上昇する。そして、前記後部中間面及び前部中間面が一体に変形し始めると、前部溝及び後部溝はそれぞれの側面の概ね前半分が溝幅を狭くする内向きに膨らみ、前記側面の概ね後ろ半分が溝幅を拡げる外向きに膨らむことで、各側面をＳ字断面にする。これから、各前部溝の前部溝深さｂを前記前部溝を嵌合させた後部溝の後部溝深さＬの１/２以下にすれば、前部溝の側面の後ろ半分の膨らみと後部溝の側面の前半分の膨らみとを干渉させ、互いの変形を抑制できる。しかし、前部溝深さｂがあまり小さいと前部溝側面が変形しにくくなるので、前部溝深さｂは後部溝深さＬの1/10以上にする。
【００１５】
このとき、後部溝の側面の前半分が内向きに変形し始めると、遅滞なく前部溝の側面の後ろ半分が外向きに変形し始め、できるだけ早く前部溝の側面と後部溝の側面とが干渉することが好ましい。この観点から、前部溝の上の側面又は下の側面と底面とを結ぶ角部から前記前部溝を嵌合させた後部溝の上の側面又は下の側面までの最短距離ａは、「０（ゼロ）」が最良である。逆に、前記最短距離ａが大きくなるほど、後部溝の側面の前半分の変形と前部溝の側面の後ろ半分との衝突が遅れ、最短距離ａが大きくなり過ぎると前部溝及び後部溝が互いの変形を抑制する効果が失われることにもなりかねない。これから、前記最短距離ａは後部溝深さＬの１/10以下にする。
【００１６】
既述したように、本発明のバンパ補強材は、バンパ前面から力が加えられると、前部中間面及び後部中間面が接面して一体に変形し始めることにより、高いピーク荷重を実現する。これから、ピーク荷重を最大限高めるには、前部中間面にバンパ背面側から後部中間面を接面させ、最初から一体にしておくとよい。この場合、バンパ補強材の上下方向中間に剛性の高い部分を形成することになり、バンパ補強材のピーク荷重を最大限大きくする。また、バンパ前面から力が加えられ始める最初の段階から継続して剛性の高い部分を変形させることになり、剛性の弱い部分を変形させる場合のような荷重の変動が生じにくくなる。こうして、前部中間面にバンパ背面側から後部中間面を接面させた本発明のバンパ補強材は、より高いピーク荷重と、よりなだらかなエネルギー吸収特性とを実現する。
【００１７】
本発明のバンパ補強材は、例えば前部補強材及び後部補強材を別体の板金製部材として構成する。具体的には、前部補強材は、上の前部溝の上の側面の前端から前部上フランジを延在させ、下の前部溝の下の側面の前端から前部下フランジを延在させ、前部上フランジ、前部中間面及び前部下フランジを含む倣い面をバンパ前面とし、後部補強材は、上の後部溝の上の側面の前端から後部上フランジを延在させ、前記前部上フランジにバンパ背面側から前記後部上フランジを接面させて接合し、下の後部溝の下の側面の前端から後部下フランジを延在させ、前記前部下フランジにバンパ背面側から前記後部下フランジを接面させて接合し、上の後部溝の上の側面を上のバンパ側面、下の後部溝の下の側面を下のバンパ側面、そして後部溝の底面を含む倣い面をバンパ背面とする。
【００１８】
別体の板金部材である前部補強材及び後部補強材は、前部上フランジ及び後部上フランジを、また前部下フランジ及び後部下フランジをそれぞれ接面させて接合することにより、前部溝及び後部溝の上の側面又は下の側面の各前端（前部溝及び後部溝が変形する基端）における剛性高めている。この場合、前部中間面及び後部中間面を接面すれば、前部溝及び後部溝は剛性の高い部位に挟まれることになり、バンパ前面に対して相対的に前部溝及び後部溝（特に各側面）が変形しやすくなる。これにより、前部溝と後部溝との変形を対向させて抑制する本発明の働きが発揮されやすくなる。別体の板金部材である前部補強材及び後部補強材は、従来公知の各種方法（プレス成形方法、ロール成形方法等）によりそれぞれ製造できる。前部中間面と後部中間面とを接面させた場合、両者を接合してよい。
【００１９】
また、本発明のバンパ補強材は、前部補強材及び後部補強材は、一体の板金製部材として構成してもよい。具体的には、前部補強材及び後部補強材は、上の前部溝の上の側面の前端から延在する前部上フランジを下方へ折り返し、前記前部上フランジに重ね合わせる後部上フランジを形成し、前記後部上フランジを上の後部溝の上の側面の前端に連続させ、下の前部溝の下の側面の前端から延在する前部下フランジを上方へ折り返し、前記前部下フランジに重ね合わせる後部下フランジを形成し、前記後部下フランジを下の後部溝の下の側面の前端に連続させ、前部上フランジ、前部中間面及び前部下フランジを含む倣い面をバンパ前面とし、上の後部溝の上の側面を上のバンパ側面、下の後部溝の下の側面を下のバンパ側面、そして後部溝の底面を含む倣い面をバンパ背面とする。
【００２０】
一体の板金部材である前部補強材及び後部補強材は、板材を折り返し、重ね合わせる前部上フランジ及び後部上フランジを、また前部下フランジ及び後部下フランジを形成することにより、前部溝及び後部溝の上の側面又は下の側面の各前端（前部溝及び後部溝が変形する基端）における剛性高めている。この場合、前部中間面及び後部中間面を接面すれば、前部溝及び後部溝は剛性の高い部位に挟まれることになり、バンパ前面に対して相対的に前部溝及び後部溝（特に各側面）が変形しやすくなる。これにより、前部溝と後部溝との変形を対向させて抑制する本発明の働きが発揮されやすくなる。一体の板金部材である前部補強材及び後部補強材は、板材端縁を突き合わせて前部中間面又は後部中間面を形成するとよい。一体の板金部材である前部補強材及び後部補強材は、従来公知の各種方法方（ロール成形方法等）により一筆書き様に一体に製造できる。前部中間面と後部中間面とを接面させた場合、両者を接合してもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明により、大型化や製造コスト増が防止され、そして車両におけるバンパの設計自由度を損ねずに、エネルギー吸収特性を向上させるバンパ補強材が提供できるようになる。具体的には、前部補強材の前部中間面と後部補強材の後部中間面とを近接又は接面させて最初に発生するピーク荷重を高め、そして前部補強材の前部溝と後部補強材の後部溝との変形を対向させて前記ピーク荷重から変化をなだらかに下降させ、安定かつ大きなエネルギー吸収特性を実現する。更に、本発明のバンパ補強材は、前部中間面にバンパ背面側から後部中間面を接面させることにより、より高いピーク荷重と、よりなだらかなエネルギー吸収特性とを実現する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に基づいて、別体の前部補強材及び後部補強材から構成したバンパ補強材の本例を表した斜視図である。
【図２】本例のバンパ補強材の断面図である。
【図３】最短距離ａが０（ゼロ）である別例のバンパ補強材の図２相当断面図である。
【図４】前部中間面及び後部中間面を離した別例のバンパ補強材の図２相当断面図である。
【図５】一体の前部補強材及び後部補強材から構成したバンパ補強材の別例を表した斜視図である。
【図６】荷重Ｆをバンパ前面に印加されて変形した本例のバンパ補強材を表す図２相当断面図である。
【図７】実施例及び比較例に荷重Ｆを加える３点曲げ荷重試験用の試験装置を示す模式図である。
【図８】実施例の断面図である。
【図９】比較例１の断面図である。
【図１０】比較例２の断面図である。
【図１１】実施例及び各比較例の３点曲げ荷重試験の結果を表す荷重変位特性である。
【図１２】最短距離ａとピーク荷重との関係を表したグラフである。
【図１３】最短距離ａとエネルギー吸収量との関係を表したグラフである。
【図１４】前部溝深さｂとピーク荷重との関係を表したグラフである。
【図１５】前部溝深さｂとエネルギー吸収量との関係を表したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図を参照しながら説明する。本発明のバンパ補強材１は、図１及び図２に示されるように、例えば別体の板金製である前部補強材２及び後部補強材３を組み付けて構成され、後部補強材３を支持する支持ステー４を介して車両フレーム（図示略）に支持される。支持ステー４は、バンパ背面を構成する後部補強材３の上下の後部溝32,33の底面323,333に接続される。バンパ補強材１は、通常、左右一対の支持ステー４,４に架設される。支持ステー４は、剛性のある角パイプであったり、衝撃吸収機能を有するパイプ状部材であったり、別途衝撃吸収装置を内蔵する部材であったりする。
【００２４】
前部補強材２は、垂直方向に平行な前部中間面21を挟んだ上下に、バンパ前面側からバンパ背面側に向けて凹んだ上下の前部溝22,23を設けた構成である。前部溝22,23は、水平方向に平行な上の側面221,231及び下の側面222,232と垂直方向に平行な底面223,233とから構成されるチャンネル断面である。本例の前部補強材２は、上の前部溝22の上の側面221の前端から垂直方向上向きに前部上フランジ24を、下の前部溝23の下の側面232の前端から垂直方向下向きに前部下フランジ25をそれぞれ延在させている。前部上フランジ24、前部中間面21及び前部下フランジ25を含む倣い面がバンパ前面である。
【００２５】
後部補強材３は、前部溝22,23いずれの底面223,233よりも前方に位置し、垂直方向に平行な後部中間面31を挟んだ上下に、バンパ前面側からバンパ背面側に向けて凹んだ上下の後部溝32,33を設けた構成である。後部溝32,33は、水平方向に平行な上の側面321,331及び下の側面322,332と垂直方向に平行な底面323,333とから構成されるチャンネル断面である。本例の後部補強材３は、上の後部溝32の上の側面321の前端から垂直方向上向きに後部上フランジ34を延在させ、また下の後部溝33の下の側面332の前端から垂直方向下向きに後部下フランジ35を延在させている。上の後部溝32の上の側面321が上のバンパ側面、下の後部溝33の下の側面332が下のバンパ側面、そして後部溝32,33の各底面323,333を含む倣い面がバンパ背面となる。
【００２６】
本例の前部補強材２及び後部補強材３は、後部中間面31をバンパ背面側から前部中間面21に、後部上フランジ34をバンパ背面側から前部上フランジ24に、そして前部下フランジ25にバンパ背面側から前記後部下フランジ35をそれぞれ接面させ、前部中間面21及び後部中間面31、前部上フランジ24及び後部上フランジ34、そして前部下フランジ25及び後部下フランジ35をそれぞれスポット溶接又はアーク溶接して接合することにより、バンパ補強材１を構成している。
【００２７】
前部溝22のバンパ前面（＝前部中間面21）から底面223までの前部溝深さｂは、後部溝32のバンパ前面から底面323までの後部溝深さＬの１/10〜１/２とする（本例はｂ＝３/10Ｌ）。前部溝深さｂは、ピーク荷重及びエネルギー吸収量双方に直接関係するパラメータで、後部溝深さＬの１/10〜１/２でピーク荷重及びエネルギー吸収量を大きくする。したがって、車両デザイン等に制約を受けるものの、前部溝深さｂは後部溝深さＬの１/10〜１/２、できれば後部溝深さＬの１/４〜３/10の範囲で決定することが好ましい。後部溝深さＬは、バンパ補強材１として求められる奥行きDA（後掲図８参照）により決定される。これらは、前部溝23のバンパ前面（＝前部中間面21）から底面233までの前部溝深さｂについても同様である。
【００２８】
前部溝22の上の側面221又は下の側面222と底面223とを結ぶ角部224,225から後部溝32の上の側面321又は下の側面322までの最短距離ａは、後部溝深さＬの１/10より小さくする（本例はａ＝１/20Ｌ）。最短距離ａは、小さい（前部溝22の上の側面221又は下の側面222と底面223とを結ぶ角部224,225が後部溝32の上の側面321又は下の側面322から遠い）ほどピーク荷重及びエネルギー吸収量を大きくするので、例えば図３に見られる別例のバンパ補強材１のように、前記角部224,225を後部溝32の上の側面321又は下の側面322に密着させてもよい。これらは、前部溝23の上の側面231又は下の側面232と底面233とを結ぶ角部234,235から後部溝33の上の側面331又は下の側面332までの最短距離ａについても同様である。後部溝32又は後部溝33の幅（上の側面321,331と下の側面322,332との対向距離）は、前部溝22又は前部溝23の幅に前記の最短距離ａを加算した数値となる。
【００２９】
本例のバンパ補強材１は、前部補強材２及び後部補強材３に同じ材料を用い、かつ同じ板厚にしている。本発明は、後部溝32,33の変形と前部溝22,23の変形とを対向させることができればよい。そこで、後部溝32,33と前部溝22,23とを同じタイミングで同じ量の変形が得られるのであれば、前部補強材２と後部補強材３を異なる材料としてもよいし、異なる板厚にしてもよい。また、各面を結ぶ角部は、いずれも断面円弧状に形成しているが、円弧の半径の大小は本発明の効果を左右しない。このため、可能であれば、例えば前部中間面21と前部溝22の下の側面222を結ぶ角部を直角に形成しても構わない。
【００３０】
本発明のバンパ補強材１は、例えば図４に見られるように、前部中間面21と後部中間面31とを離して構成しても、後部中間面31が前部溝22,23の各底面223,233よりも前方に位置していれば構わない。これにより、上の前部溝22の下の側面222の変形を上の後部溝32の下の側面322の変形に対向させ、また下の前部溝23の上の側面231の変形を下の後部溝33の上の側面331の変形に対向させて、互いの変形を抑止することにより、本発明におけるエネルギー吸収量の増大という効果を享受できる。
【００３１】
また、本発明のバンパ補強材１は、例えば図５に見られるように、前部補強材２及び後部補強材３を一体の板金製部材として構成できる。具体的には、前部補強材２及び後部補強材３は、上の前部溝22の上の側面221の前端から延在する前部上フランジ24を下方へ折り返し、前記前部上フランジ24に重ね合わせる後部上フランジ34を形成し、前記後部上フランジ34を上の後部溝32の上の側面321の前端に連続させ、また下の前部溝23の下の側面232の前端から延在する前部下フランジ25を下方へ折り返し、前記前部下フランジ25に重ね合わせる後部下フランジ35を形成し、前記後部下フランジ35を下の後部溝33の下の側面332の前端に連続させ、板材端縁を前部中間面21にバンパ背面側から接面させて突き合わせ、後部中間面31を形成する。
【００３２】
上記別例のバンパ補強材１は、前部上フランジ24、前部中間面21及び前部下フランジ25を含む倣い面をバンパ前面とし、上の後部溝32の上の側面321を上のバンパ側面、下の後部溝33の下の側面332を下のバンパ側面、そして後部溝32,33の各底面323,333を含む倣い面をバンパ背面とする。別例のバンパ補強材１は、前部上フランジ24及び後部上フランジ34、前部下フランジ25及び後部下フランジ35がそれぞれ連続しているが、補強のためにスポット溶接又はアーク溶接している。また、後部中間面31を形成する板材端縁は、それぞれ前部中間面21にスポット溶接又はアーク溶接している。
【００３３】
本例（図１及び図２）のバンパ補強材１が、バンパ前面に荷重Ｆを受けると、図６に見られるように、バンパ前面を構成する前部上フランジ24、前部中間面21及び前部下フランジ25を延在方向に変形させ（荷重Ｆが加えられた部分だけが凹む）、そして前部溝22,23及び後部溝32,33をそれぞれ変形させて前記バンパ前面を後退させる。このとき、本例のバンパ補強材１は、前部上フランジ24が後部上フランジ34、前部中間面21が後部中間面31、そして前部下フランジ25が後部下フランジ35と一体化されているので、バンパ前面としての剛性が高くなっており、荷重変位特性を向上させるピーク荷重を高くしている。
【００３４】
バンパ前面を構成する前部上フランジ24、前部中間面21及び前部下フランジ25が延在方向に変形すると、バンパ背面方向に向けて後退し、前部溝22及び前部溝23の側面221,222及び側面231,232前半部分が互いに近づくように凹ませ、また後半部分を互いに遠ざかるように膨らませる。また、後部上フランジ34、後部中間面31及び後部下フランジ35もバンパ背面方向に向けて後退するので、後部溝32及び後部溝33の側面321,322及び側面331,332前半部分を互いに近づけるように凹ませ、また後半部分を互いに遠ざけるように膨らませる。
【００３５】
このように、前部溝22及び前部溝23の側面221,222及び側面231,232と後部溝32及び後部溝33の側面321,322及び側面331,332とは、いずれも断面S字状に変形する点で同じである。しかし、本例のバンパ補強材１は、前部溝深さｂを後部溝深さＬの３/10としているので、前部溝22,23及び後部溝32,33がいずれも断面S字状に変形しても、互いに遠ざかるように膨らむ前部溝22及び前部溝23の側面221,222及び側面231,232後半部分と、互いに近づくように凹む後部溝32及び後部溝33の側面321,322及び側面331,332前半部分とが衝突点Ｃで衝突する。これにより、前部溝22,23及び後部溝32,33の変形は互いに抑制され、大きなエネルギー吸収量が実現される。
【実施例】
【００３６】
本発明のバンパ補強材１を評価するため、３点曲げ荷重試験を実施した。３点曲げ荷重試験に用いられる試験装置は、公知の一般的な装置である。具体的には図７に見られるように、長尺なバンパ補強材１を、断面円弧状の先端面を有する支持部材５,５によりバンパ背面13側の左右対称位置で支持する。そして断面円弧状の先端面を有する印加部材６によりバンパ前面の延在方向の中央を押圧して、荷重Ｆを印加する。
【００３７】
実施例は、図８に見られるように、前部補強材及び後部補強材に板厚1.2mmの980MPa材を用いている。バンパ補強材の高さWAを80mm、バンパ補強材の奥行きDAを40mmであり、最短距離ａは１mm、前部溝深さｂは９mmとし、延在方向の長さ（紙面直交方向の長さ）は1200mmとした。実施例は、880mmの間隔を空けて配置した支持部材５,５で支持した。
【００３８】
比較例１は、図９に見られるように特許文献２の相当品で、奥行きが28mmである主補強材の前面に、奥行きが17mmである補助補強材を取り付けた構造である。主補強材及び後補助補強材は、それぞれ板厚1.2mmの980MPa材を用いている。主補強材に設けた溝は、幅MWが28mm、深さMLが14.8mm、補助補強材に設けた溝は、幅SWが16mm、深さSLが20.8mmである。
【００３９】
比較例２は、図10に見られるように特許文献３の相当品で、主補強材の内側に補助補強材を取り付けた構造である。主補強材及び後補助補強材は、それぞれ板厚1.2mmの980MPa材を用いている。主補強材に設けた溝は、幅MWが23mm、深さMLが５mm、補助補強材に設けた溝は、幅SWが36.9mm、深さSLが16.4mmである。比較例２の特徴である突出部位は、バンパ前面の裏面から５mm離れた位置に、半径３mmの断面円弧状に形成している。
【００４０】
実施例、比較例１及び比較例２の試験結果を図11に示す。図11に示される荷重変位特性は、使用材料の多寡によって差が生じないように、荷重を単位質量当たりに換算している。この荷重変位特性から明らかなように、実施例は、比較例１及び比較例２に比して荷重が全般的に高く、エネルギー吸収量（曲線が囲む面積）が大きくなっている。また、ピーク荷重に達した後の変化も緩やかで、特に加重の変動がなく、エネルギー吸収特性が安定している。
【００４１】
次に、実施例について、最短距離ａ又は前部溝深さｂとピーク荷重又はエネルギー吸収量との関係について確認した。試験装置の構成や実施例の構成は、上述の通りである。エネルギー吸収量は、印加部材６が実施例のバンパ前面に衝突してからの変位量が80mmに至るまでの測定データである。
【００４２】
最短距離ａとピーク荷重又はエネルギー吸収量との関係を調べる３点曲げ荷重試験では、前部溝深さｂを10mm（約１/４Ｌ）に固定し、最短距離ａを０mm〜６mm（約１/７Ｌ）の範囲で変化させた。その結果、図12及び図13に示したように、最短距離ａが「０（ゼロ）」である場合、すなわち前部溝の側面及び底面を結ぶ角部が後部溝の側面に接触している場合が最もピーク荷重が高く、またエネルギー吸収量も大きいことが分かる。エネルギー吸収量は、最短距離ａが大きくなるにしたがってなだらかに低減していく。一方、ピーク荷重は、最短距離ａ＝２mm、すなわち約1/20Ｌを超え始めると大きく低下し始め、最短距離ａ＝４mm、すなわち約1/10Ｌを超えると低下が下げ止まり気味となる。以上より、最短距離ａが1/10Ｌ以下であれば、ピーク荷重を高め、かつエネルギー吸収量を大きくできる。
【００４３】
前部溝深さｂとピーク荷重又はエネルギー吸収量との関係を調べる３点曲げ荷重試験では、最短距離ａを１mm（約１/40Ｌ）に固定し、前部溝深さｂを０mm〜40mm（約１Ｌ）の範囲で変化させた。その結果、図14及び図15に示したように、前部溝深さｂが10mm、すなわち約１/４Ｌである場合にピーク荷重及びエネルギー吸収量の両方が最大となることがわかった。また、前部溝深さｂが小さくなったり、大きくなったりするとピーク荷重及びエネルギー吸収特性の両方が小さくなることが分かる。エネルギー吸収量は、前部溝深さｂが大きくなった場合でも、変化が比較的なだらかである。しかし、前部溝深さｂを１/10Ｌ〜１/２Ｌとすると、ピーク荷重を高くできる。
【符号の説明】
【００４４】
１ バンパ補強材
２ 前部補強材
21 前部中間面
22 上の前部溝
23 下の前部溝
24 前部上フランジ
25 前部下フランジ
３ 後部補強材
31 後部中間面
32 上の後部溝
33 下の後部溝
34 後部上フランジ
35 後部下フランジ
４ 支持ステー
５ 支持部材
６ 印加部材
ａ 前部溝の側面と底面とを結ぶ角部から後部溝の側面までの最短距離
ｂ バンパ前面から前部溝の底面までの前部溝深さ
Ｌ バンパ前面から後部溝の底面までの後部溝深さ
Ｃ 前部溝の側面の変形と後部溝の側面の変形との衝突点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バンパ前面となる前部中間面を挟んだ上下に、バンパ前面側からバンパ背面側に向けて凹んだ前部溝を設けた前部補強材と、
前記前部溝いずれの底面よりも前方に位置する後部中間面を挟んだ上下に、バンパ前面側からバンパ背面側に向けて凹んだ後部溝を設けた後部補強材とから構成され、
前部補強材及び後部補強材は、少なくとも前部溝いずれの底面も後部溝の底面に接面させることなく、前部溝を後部溝に嵌合させたバンパ補強材。
【請求項２】
前部補強材及び後部補強材は、
前部溝のバンパ前面から底面までの前部溝深さｂを、前記前部溝を嵌合させた後部溝のバンパ前面から底面までの後部溝深さＬの１/10〜１/２とし、前記前部溝の上の側面又は下の側面と底面とを結ぶ角部から前記前部溝を嵌合させた後部溝の上の側面又は下の側面までの最短距離ａを前記後部溝深さＬの１/10より小さくした請求項１記載のバンパ補強材。
【請求項３】
前部補強材及び後部補強材は、後部中間面を前部中間面に接面させた請求項１又は２いずれか記載のバンパ補強材。
【請求項４】
前部補強材及び後部補強材は、別体の板金製部材である請求項１〜３いずれか記載のバンパ補強材。
【請求項５】
前部補強材は、
上の前部溝の上の側面の前端から前部上フランジを延在させ、下の前部溝の下の側面の前端から前部下フランジを延在させ、前部上フランジ、前部中間面及び前部下フランジを含む倣い面をバンパ前面とし、
後部補強材は、
上の後部溝の上の側面の前端から後部上フランジを延在させ、前記前部上フランジにバンパ背面側から前記後部上フランジを接面させて接合し、下の後部溝の下の側面の前端から後部下フランジを延在させ、前記前部上フランジにバンパ背面側から前記後部下フランジを接面させて接合し、上の後部溝の上の側面を上のバンパ側面、下の後部溝の下の側面を下のバンパ側面、そして後部溝の底面を含む倣い面をバンパ背面とした請求項４記載のバンパ補強材。
【請求項６】
前部補強材及び後部補強材は、一体の板金製部材である請求項１〜３いずれか記載のバンパ補強材。
【請求項７】
前部補強材及び後部補強材は、
上の前部溝の上の側面の前端から延在する前部上フランジを下方へ折り返し、前記前部上フランジに重ね合わせる後部上フランジを形成し、前記後部上フランジを上の後部溝の上の側面の前端に連続させ、
下の前部溝の下の側面の前端から延在する前部下フランジを上方へ折り返し、前記前部下フランジに重ね合わせる後部下フランジを形成し、前記後部下フランジを下の後部溝の下の側面の前端に連続させ、
前部上フランジ、前部中間面及び前部下フランジを含む倣い面をバンパ前面とし、上の後部溝の上の側面を上のバンパ側面、下の後部溝の下の側面を下のバンパ側面、そして後部溝の底面を含む倣い面をバンパ背面とした請求項６記載のバンパ補強材。
【請求項１】
バンパ前面となる前部中間面を挟んだ上下に、バンパ前面側からバンパ背面側に向けて凹んだ前部溝を設けた前部補強材と、
前記前部溝いずれの底面よりも前方に位置する後部中間面を挟んだ上下に、バンパ前面側からバンパ背面側に向けて凹んだ後部溝を設けた後部補強材とから構成され、
前部補強材及び後部補強材は、少なくとも前部溝いずれの底面も後部溝の底面に接面させることなく、前部溝を後部溝に嵌合させたバンパ補強材。
【請求項２】
前部補強材及び後部補強材は、
前部溝のバンパ前面から底面までの前部溝深さｂを、前記前部溝を嵌合させた後部溝のバンパ前面から底面までの後部溝深さＬの１/10〜１/２とし、前記前部溝の上の側面又は下の側面と底面とを結ぶ角部から前記前部溝を嵌合させた後部溝の上の側面又は下の側面までの最短距離ａを前記後部溝深さＬの１/10より小さくした請求項１記載のバンパ補強材。
【請求項３】
前部補強材及び後部補強材は、後部中間面を前部中間面に接面させた請求項１又は２いずれか記載のバンパ補強材。
【請求項４】
前部補強材及び後部補強材は、別体の板金製部材である請求項１〜３いずれか記載のバンパ補強材。
【請求項５】
前部補強材は、
上の前部溝の上の側面の前端から前部上フランジを延在させ、下の前部溝の下の側面の前端から前部下フランジを延在させ、前部上フランジ、前部中間面及び前部下フランジを含む倣い面をバンパ前面とし、
後部補強材は、
上の後部溝の上の側面の前端から後部上フランジを延在させ、前記前部上フランジにバンパ背面側から前記後部上フランジを接面させて接合し、下の後部溝の下の側面の前端から後部下フランジを延在させ、前記前部上フランジにバンパ背面側から前記後部下フランジを接面させて接合し、上の後部溝の上の側面を上のバンパ側面、下の後部溝の下の側面を下のバンパ側面、そして後部溝の底面を含む倣い面をバンパ背面とした請求項４記載のバンパ補強材。
【請求項６】
前部補強材及び後部補強材は、一体の板金製部材である請求項１〜３いずれか記載のバンパ補強材。
【請求項７】
前部補強材及び後部補強材は、
上の前部溝の上の側面の前端から延在する前部上フランジを下方へ折り返し、前記前部上フランジに重ね合わせる後部上フランジを形成し、前記後部上フランジを上の後部溝の上の側面の前端に連続させ、
下の前部溝の下の側面の前端から延在する前部下フランジを上方へ折り返し、前記前部下フランジに重ね合わせる後部下フランジを形成し、前記後部下フランジを下の後部溝の下の側面の前端に連続させ、
前部上フランジ、前部中間面及び前部下フランジを含む倣い面をバンパ前面とし、上の後部溝の上の側面を上のバンパ側面、下の後部溝の下の側面を下のバンパ側面、そして後部溝の底面を含む倣い面をバンパ背面とした請求項６記載のバンパ補強材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１１−１１１０７４（Ｐ２０１１−１１１０７４Ａ）
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７０３８９（Ｐ２００９−２７０３８９）
【出願日】平成２１年１１月２７日（２００９．１１．２７）
【出願人】（５０３３９９９２０）株式会社アステア (31)
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月２７日（２００９．１１．２７）
【出願人】（５０３３９９９２０）株式会社アステア (31)
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