JP5056643B2 - バンパーリインフォースメントおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の衝突事故等の際に衝撃エネルギを緩和して乗員を保護するためのバンパーリインフォースメントおよびその製造方法に関する。

近年、自動車の衝突事故における乗員のさらなる安全性の向上が求められており、衝突安全基準もますます引き上げられている。このような状況下にあって、自動車車体の前部または後部に自動車車体の幅方向へ向けて配置されるバンパーリインフォースメントに対しても、正面衝突時やポール衝突時における曲げ強度の増加や、クラッシュボックスやサイドメンバーへの衝撃荷重の伝達性能の向上が求められている。

例えば特許文献１や特許文献２には、本体をなす筒体の内部に板状の補強部材を配することによって例えば目の字型、日の字型さらには田の字型の閉断面形状を有するバンパーリインフォースメントが開示されている。これらのバンパーリインフォースメントは、筒体の内部に補強部材が配置されるので高い曲げ強度を有しており、ポール衝突時やオフセット正面衝突時には車両を保護する機能を有するとともに、オフセット斜め衝突時にクラッシュボックスやフロントサイドメンバーに衝撃荷重を有効に伝達することができる。
特開平９−２４９０８２号公報 特開平１１−０５９２９６号公報

しかしながら、これらのバンパーリインフォースメントは、曲げ強度が高められて潰れ難い構造を有するため、衝突事故の際に負荷される衝撃荷重により圧潰して衝撃エネルギを十分に吸収することはできない。

このように、これまで、オフセット正面衝突やポール衝突に対する十分な曲げ強度を有するのみならず、斜め衝突に対する十分な衝撃エネルギ吸収性能も有するバンパーリインフォースメントは存在しなかった。

本発明は、自動車車体の前部または後部にこの自動車車体の幅方向へ延びて設けられる長尺の筒体により構成されるバンパーリインフォースメントであって、この筒体が、上面、下面、前面および後面を備えるとともに上面および下面に外向きフランジを有する閉断面形状を有するとともに、長手方向の中央の両側にクラッシュボックス取付け領域を有し、長手方向の中央における外向きフランジの、上面もしくは下面における前後方向についての設置位置は、（ａ）筒体が前部に設けられる場合には、クラッシュボックス取付け領域における外向きフランジの、上面もしくは下面における前後方向についての設置位置よりも、前面側に偏って存在し、（ｂ）筒体が後部に設けられる場合には、クラッシュボックス取付け領域における外向きフランジの、上面もしくは下面における前後方向についての設置位置よりも、後面側に偏って存在すること、中央における外向きフランジの、上面もしくは下面における前後方向についての設置位置は、（ａ）筒体が前部に設けられる場合には、上面もしくは下面における前後方向についての中央よりも、前面側に偏って存在し、（ｂ）筒体が後部に設けられる場合には、上面もしくは下面における前後方向についての中央よりも、後面側に偏って存在すること、および、（ａ）筒体が前部に設けられる場合には前面から、（ｂ）筒体が後部に設けられる場合には後面から、上面もしくは下面における前後方向についての外向きフランジの設置位置までの寸法は、前面と後面との間の距離をＨとするとき、中央では０．０Ｈであるとともにクラッシュボックス取付け領域では１．０Ｈであることを特徴とするバンパーリインフォースメントである。

具体的には、（ｉ）自動車車体の前部にこの自動車車体の幅方向へ延びて設けられる長尺の筒体により構成されるフロントバンパーリインフォースメントであって、この筒体が、上面、下面、前面および後面を備えるとともにこの上面および下面に外向きフランジを有する閉断面形状を有するとともに、長手方向の中央の両側にクラッシュボックス取付け領域を有し、長手方向の中央における外向きフランジの、上面もしくは下面における前後方向についての設置位置が、クラッシュボックス取付け領域における外向きフランジの、上面もしくは下面における前後方向についての設置位置よりも、前面側に偏って存在することを特徴とするフロントバンパーリインフォースメント、又は（ｉｉ）自動車車体の後部にこの自動車車体の幅方向へ延びて設けられる長尺の筒体により構成されるリアバンパーリインフォースメントであって、この筒体が、上面、下面、前面および後面を備えるとともにこの上面および下面に外向きフランジを有する閉断面形状を有するとともに、長手方向の中央の両側にクラッシュボックス取付け領域を有し、長手方向の中央における外向きフランジの、上面もしくは下面における前後方向についての設置位置が、クラッシュボックス取付け領域における外向きフランジの、上面もしくは下面における前後方向についての設置位置よりも、後面側に偏って存在することを特徴とするリアバンパーリインフォースメントである。

これらの本発明に係るバンパーリインフォースメントでは、前面または後面が、上面および／または下面に対して傾斜していてもよい。
これらの本発明に係るバンパーリインフォースメントでは、中央とクラッシュボックス取付け領域との間の少なくとも一部の領域における外向きフランジの、上面もしくは下面における前後方向についての設置位置は、（ａ）筒体が前部に設けられる場合には中央からクラッシュボックス取付け領域に向かって前側から後側に変化して存在し、（ｂ）筒体が後部に設けられる場合には中央からクラッシュボックス取付け領域に向かって後側から前側に変化して存在することが望ましい。

これらの本発明に係るバンパーリインフォースメントでは、筒体が、重ね合わされる少なくとも二つの構成部材により構成されるとともに、外向きフランジが少なくとも二つの構成部材の重ね合わせ部であることが望ましい。
これらの本発明に係るバンパーリインフォースメントでは、筒体が、閉断面形状をなす外壁のみにより構成されることが望ましい。

これらの本発明に係るバンパーリインフォースメントでは、筒体の長手方向の全長をＬとしたとき、長手方向の中央からの距離が０．０５Ｌ以下である領域における外向きフランジの、上面および下面における前後方向についての設置位置は、クラッシュボックス取付け領域における外向きフランジの、上面もしくは下面における前後方向についての設置位置よりも、（ａ）筒体が前部に設けられる場合には前側に偏って存在し、（ｂ）筒体が後部に設けられる場合には後側に偏って存在することが望ましい。なお、本発明において「筒体の全長Ｌ」とは、筒体を自動車車体の前部又は後部の所定の位置に装着した場合にこの自動車車体の幅方向に投影した長さを意味する。

別の観点からは、本発明は、自動車車体の前部または後部に自動車車体の幅方向へ延びて設けられるとともに、長手方向の中央の両側にクラッシュボックス取付け領域を有する長尺の筒体により構成されるバンパーリインフォースメントの製造方法であって、第１の工程および第２の工程を含むことを特徴とする本発明に係るバンパーリインフォースメントの製造方法である。

第１の工程；
長手方向の中央の幅が長手方向の両端部の幅よりも狭い第１の素材と、長手方向の中央の幅が長手方向の両端部の幅よりも広い第２の素材とを、ダイフェース面の高さならびにパンチフェース面の高さが長手方向に変化する金型を用いて、長手方向の両端部のハット断面高さが長手方向の中央のハット断面高さよりも大きいハット型の開断面形状を有する第１の中間素材、あるいは、両端部がハット型の開断面形状を有し、かつ中央が平坦状断面形状を有する第１の中間素材と、長手方向の中央のハット断面高さが長手方向の両端部のハット断面高さよりも大きいハット型の開断面形状を有する第２の中間素材、あるいは、中央がハット型の開断面形状を有し、かつ両端部が平坦状断面形状を有する第２の中間素材とにそれぞれプレス成形する工程。

第２の工程；
前記第１の中間素材と前記第２の中間素材とを、それぞれの縁部で重ね合わせてから、接合する工程。

本発明により、十分な曲げ強度のみならず、十分な圧潰性能（衝撃エネルギ吸収性能）をも兼ね備えることから、自動車の衝突事故等の際に衝撃を緩和して乗員を保護する性能を高めたバンパーリインフォースメントを提供することができる。

以下、本発明に係るバンパーリインフォースメントを実施するための最良の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以降の説明では、バンパーリインフォースメントを構成する筒体が、少なくとも二つの構成部材を重ね合わせることにより設けられるとともに、筒体に存在する外向きフランジがこれら少なくとも二つの構成部材の重ね合わせ部である場合を例にとる。また、以降の説明では、バンパーリインフォースメントが自動車車体の前部に装着されるフロントバンパーリインフォースメントである場合を例にとる。

本実施の形態のバンパーリインフォースメントは、自動車車体の前部にこの自動車車体の幅方向へ向けて延びて配置され、自動車の衝突事故等の際には、衝撃を緩和して乗員を保護するための部材である。バンパーリインフォースメントは、その外面に例えば樹脂製のバンパーフェイシャーを被着され、溶接等の適宜手段によって固定されるクラッシュボックスを介して、自動車車体の前部の所定の位置に脱着自在に装着される。

本実施の形態のバンパーリインフォースメントは、長尺の筒体により構成される。この筒体は、上面および下面と、この上面および下面に略直交する前面および後面を備えるとともにこの上面および下面に外向きフランジを有する閉断面形状を有する。本実施の形態では、後述するように、筒体は、少なくとも二つの構成部材を重ね合わせることにより設けられており、この外向きフランジは、これら少なくとも二つの構成部材の重ね合わせ部となっている。

このため、本実施の形態では、外向きフランジは、筒体の上面および下面の両面に形成されており、筒体は、これら少なくとも二つの構成部材により構成される外壁のみにより構成され、筒体の内部には補強部材等は設けられていない。

また、この筒体の長手方向の中央の両側であって、筒体の長手方向の両端部側には、溶接等の適宜手段によりクラッシュボックスが固定されるためのクラッシュボックス取付け領域が形成されている。

本実施の形態のバンパーリインフォースメントの特徴は、長手方向の中央における外向きフランジの、上面もしくは下面における前後方向についての設置位置が、クラッシュボックス取付け領域における外向きフランジの、上面もしくは下面における前後方向についての設置位置よりも、筒体の前面側、換言すると自動車車体の前後方向について自動車車体から離れる側に偏って存在する点にある。そこで、この特徴を、本発明者らが行った基礎検討の内容とともに説明する。

本発明者らは、汎用動的有限要素法解析ソフトを用いて、図１に示すハット状開断面形状を有する素材１（以下「ハット状開断面素材」という）と平坦状断面素材２（以下、板状素材２ともいう）を、ハット状開断面素材１の縁部の外向きフランジ１ａ、１ｂにおいて重ね合わせてスポット溶接することにより組み立てられるハット状閉断面部材３（以下「ハット部材」という）の（ａ）耐曲げ性能および（ｂ）圧潰性能（衝突エネルギ吸収性能）を、以下に説明する条件で解析して求めた。

（ａ）耐曲げ性能
ハット部材３の曲げ強度を調査するため、図２に示す要領で三点曲げ衝突解析を行った。この解析では、バンパーリインフォースメントを想定してハット部材３の全長を１０００ｍｍに設定し、クラッシュボックス取付け部４ａ、４ｂに相当する個所（ハット部材３の両端部から５０ｍｍの位置）に、半径３０ｍｍの剛体とした支点５ａ、５ｂを、支点５ａ、５ｂ間距離を９００ｍｍとして配置し、半径１５０ｍｍの半円筒からなるインパクタ（剛体）６を、６４ｋｍ／ｈの一定速度でハット部材３の長手方向の中央に衝突させた。この解析モデルは、対称性を考慮してＸ−Ｙ平面に１／２対称モデルとした。

（ｂ）圧潰性能
ハット部材３の圧潰性能、すなわち衝撃エネルギの吸収性能を調査するため、図３に示す要領で圧潰解析を行った。この解析では、図２に示す三点曲げ衝突解析と同様に、クラッシュボックス取付部４ａ、４ｂに相当する個所に、半径３０ｍｍの剛体に設定した支点５ａ、５ｂを配置し、半径１５０ｍｍの半円筒からなるインパクタ（剛体）６を、６４ｋｍ／ｈの一定速度で、ハット部材３のクラッシュボックス取付け部４ｂに相当する個所に衝突させた。

なお、この解析では、外向きフランジ部１ａ、１ｂにはハット部材３の長手方向に２５ｍｍピッチでスポット溶接部を設定し、ハット状開断面素材１および板状素材２ともに、強度が５９０ＭＰａ級のＤＰ鋼を用い、板厚はいずれも１．６ｍｍとした。

そして、ハット状開断面素材１側からインパクタ６を衝突させた場合、すなわち図２、３に示す場合のハット部材３（以下、「順ハット断面部材」という）と、板状素材２側からインパクタ６を衝突させた場合のハット部材３（以下、「逆ハット断面部材」という）とについて、上述した三点曲げ衝突解析および圧潰解析により、耐曲げ性能および衝撃エネルギ吸収性能を調査した。

解析結果を以下に説明する。
（ａ）耐曲げ性能
図４は、ハット部材３の長手方向の中央にインパクタ６を衝突させた場合の１ｓｔピーク荷重値を比較して示すグラフである。図４のグラフから、逆ハット断面部材は、順ハット断面部材よりも１ｓｔピーク荷重が１０％程度高くなっており、耐曲げ性能が良好であることがわかる。

（ｂ）圧潰性能
図５は、ハット部材３の長手方向の端部にインパクタ６を衝突させた場合の６０ｍｍ圧潰時の吸収エネルギを比較して示すグラフである。図５のグラフから明らかなように、順ハット断面部材は、逆ハット断面部材よりも吸収エネルギが５％程度高くなっており、衝撃エネルギ吸収性能が高いことがわかる。

図４および図５にグラフで示す結果より、
（Ｉ）順ハット断面部材は、逆ハット断面部材に比較すると、衝突の初期に大きな変形が起こり易いために断面形状が大きく変形することによって曲げ強度が不芳であるものの、衝撃エネルギ吸収性能が高いこと、および
（ＩＩ）逆ハット断面部材は、順ハット断面部材に比較すると、衝突の際の断面形状の変形に対する抵抗性が高いために曲げ強度は高いものの、板状素材２が接合されていない、ハット状開断面素材１のハット頂部側から変形が生じるため、バンパーリインフォースメントが十分に圧潰する前にクラッシュボックスの変形が発生し易く、順ハット断面部材に比較すると衝撃エネルギ吸収性能が不芳であること
がわかる。

以上の解析結果より理解されるように、筒体からなるバンパーリインフォースメントの耐曲げ性能と、衝突エネルギ吸収性能とをともに高めるためには、筒体の長手方向の中央における外向きフランジの、上面もしくは下面における前後方向についての設置位置が、クラッシュボックス取付け領域における外向きフランジの、上面もしくは下面における前後方向についての設置位置よりも、筒体の前面側に偏って存在するように、上面もしくは下面における前後方向についての外向きフランジの設置位置を変化させること、具体的には、高い耐曲げ性能が要求される筒体の長手方向の中央では逆ハット断面形状とするとともに、高い圧潰性能が要求される筒体のクラッシュボックス取付け領域では順ハット断面形状とし、この中央からクラッシュボックス取付け領域へかけての少なくとも一部の領域では逆ハット断面形状から順ハット断面形状へと連続的に変化する断面形状変化部とすることが、極めて有効である。

すなわち、筒体の長手方向の中央では、外向きフランジが衝撃荷重の入力位置に近い位置である前面側に偏って存在することが、中央において高い曲げ強度を確保するためには望ましいとともに、筒体の長手方向のクラッシュボックス取付け領域では、外向きフランジが衝撃荷重の入力位置から離れた位置である後面側に偏って存在することが、クラッシュボックス取付け部で高いエネルギ吸収性能を確保するためには望ましい。

このような観点から、筒体の長手方向の中央における外向きフランジの、上面もしくは下面における前後方向についての設置位置が、クラッシュボックス取付け領域における外向きフランジの、上面もしくは下面における前後方向についての設置位置よりも、前面側に偏って存在することが望ましく、この場合に、前面から、上面もしくは下面における前後方向についての外向きフランジの設置位置までの寸法が、前面と後面との間の距離をＨとするとき、中央では０．０Ｈであるとともにクラッシュボックス取付け領域では１．０Ｈであること、すなわち、筒体の上面および下面における外向きフランジの設置位置が、中央では自動車車体の衝撃荷重の最衝突面側に偏って存在するとともに、クラッシュボックス取付け部では自動車車体の衝撃荷重の最反衝突面側に偏って存在することが、さらに望ましい。

図６は、本実施の形態のバンパーリインフォースメント７の説明図であり、図６（ａ）はバンパーリインフォースメント７の車両前面視図であり、図６（ｂ）はバンパーリインフォースメント７の車両上面視図である。

このバンパーリインフォースメント７は、例えば鋼板やアルミニウム板等の金属板を素材とする二つの構成部材８、９、すなわち衝突面側素材８と反衝突面側素材９とを重ね合わせ、重ね合わされたそれぞれの縁部で例えばスポット溶接により接合することにより形成された閉断面形状を有する筒体７ａからなる。そして、バンパーリインフォースメント７は、筒体７ａの長手方向（図６（ａ）および図６（ｂ）における左右方向）の両端側にクラッシュボックス取付け領域１０が設けられている。

図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、筒体７ａの全長をＬとし、筒体７ａの幅、すなわち前後方向の前面から後面までの筒体７ａの寸法をＨとすると、バンパーリインフォースメント７の長手方向の中央（０Ｌ）の位置からの長手方向の座標が＋０．０５Ｌ以下−０．０５Ｌ以上の範囲の領域である中央部１１では、外向きフランジ１２の位置が前面から０．０Ｈ以上０．５Ｈ以下の範囲であるとともに、クラッシュボックス取付け領域１０の内側１０ａから筒体７ａの長手方向の端面までの領域である端部１３では、外向きフランジ１２の位置が前面から１．０Ｈ以下０．５Ｈ超の範囲である。なお、図６に示すように、座標の正値、負値は、それぞれ長手方向の中央の左側と右側を表す。

そして、中央部１１と端部１３との間の領域１４は、外向きフランジ１２の設置位置が、中央部１１およびクラッシュボックス取付け領域１０それぞれにおける外向きフランジ１２の設置位置に接続するとともに連続的に変化する形状変化部である。
本実施の形態のバンパーリインフォースメント７は、このように構成される筒体７ａを有することにより、高い曲げ強度と高い衝撃エネルギ吸収性能とをともに有する。

図６に示すバンパーリインフォースメント７では、外向きフランジ１２の設置位置が、筒体７ａの長手方向の中央部１１では前面から０．０Ｈであるとともに、筒体７ａの長手方向のクラッシュボックス取付け領域１０では１．０Ｈである。これにより、曲げ強度と、衝撃エネルギ吸収性能とをいずれも更に高めることができる。

このように、本実施の形態では、外向きフランジ１２の設置位置を、筒体７ａの長手方向について変化させることによって、高い曲げ強度を確保できるとともに高い衝撃エネルギ吸収性能を確保することができる。このため、このバンパーリインフォースメント７は、上述した特許文献１、２により開示されるような、筒体７ａの内部に曲げ強度を高めるための補強部材を必要としない。このため、本実施の形態のバンパーリインフォースメント７は、重量増加をできるだけ抑制でき、自動車車体の軽量化に寄与することもできる。

図７は、自動車車体の前端側である衝突端側から順に、本実施の形態のバンパーリインフォースメント７、クラッシュボックス１５およびフロントサイドメンバー１６を備える自動車車体の圧潰時における荷重と圧潰ストロークとの関係の一例を示すグラフである。

図７にグラフで示すように、本実施の形態のバンパーリインフォースメント７は、クラッシュボックス１５の圧潰が開始する前にバンパーリインフォースメント７が十分に圧潰するので、バンパーリインフォースメント７の圧潰ストロークＳｔ１を最大限に確保して吸収エネルギＥＡ１を得ることができる。したがって、図７にグラフで示すように、バンパーリインフォースメント７が圧潰した後に、クラッシュボックス１５が圧潰ストロークＳｔ２で圧潰して吸収エネルギＥＡ２を得ることができ、クラッシュボックス１５が圧潰した後に、フロントサイドメンバー１６が圧潰ストロークＳｔ３で圧潰して吸収エネルギＥＡ３を得ることができる。

このように、本実施の形態のバンパーリインフォースメント７を用いれば、衝突時の衝撃荷重が負荷されると、はじめにバンパーリインフォースメント７が衝撃荷重の入力方向に圧潰し、バンパーリインフォースメント７の圧潰が完了してからクラッシュボックス１５の圧潰が開始され、クラッシュボックス１５の圧潰が完了してから衝撃荷重がフロントサイドメンバー１６に負荷されるという、理想的な衝撃エネルギの吸収を実現できるため、自動車車体全体として最大の吸収エネルギ（ＥＡ１＋ＥＡ２＋ＥＡ３）を得ることができ、自動車車体の衝撃エネルギの吸収性能を最大限に発揮することができる。

また、図７にグラフで示すように、負荷される衝撃エネルギが小さく、衝突荷重がＦ２未満である場合には、バンパーリインフォースメント７のみで負荷される衝撃エネルギを全て吸収することができるためにクラッシュボックス１５およびフロントサイドメンバー１６は変形しないので、補修時には変形したバンパーリインフォースメント７のみ交換すればよいこととなり、補修費を低減することもできる。

次に、バンパーリインフォースメント７の製造方法を説明する。
図８（ａ）、図８（ｂ）は、それぞれ、バンパーリインフォースメント７の衝突面側素材８のプレス成形に用いるダイ金型１７、パンチ金型１８の形状を示す説明図である。また、図８（ｃ）、図８（ｄ）には、それぞれ、バンパーリインフォースメント７の反衝突面側素材９のプレス成形に用いるダイ金型１９、パンチ金型２０の形状を示す。
図８（ａ）〜図８（ｄ）に示すように、ダイ金型１７、１９ならびにパンチ金型１８、２０として、ダイフェース面１７ａ、１９ａおよびパンチフェイス面１８ａ、２０ａの高さが長手方向に連続的に変化する金型を用いる。

図９（ａ）および図９（ｂ）は、衝突面側素材８、反衝突面側素材９それぞれのプレス成形に用いるブランク２１、２２の形状の一例を示す説明図である。
図９（ａ）に示すように、衝突面側素材８の製造には、長手方向（図９（ａ）の左右方向）の中央（Ｏ−Ｏ’部）を含む中央部２１ａの幅ｗ１が、長手方向の両端部（Ａ−Ａ’部を含む）２１ｂの幅ｗ２よりも狭いブランク２１を用いる。一方、図９（ｂ）に示すように、反衝突面側素材９の製造には、長手方向（図９（ｂ）の左右方向）の中央（Ｏ−Ｏ’部）を含む中央部２２ａの幅ｗ３が、長手方向の両端部（Ａ−Ａ’部を含む）２２ｂの幅ｗ４よりも広いブランク２２を用いる。

図８（ａ）および図８（ｂ）に示すダイ金型１７ならびにパンチ金型１８を用いて図９（ａ）に示すブランク２１をプレス成形することによって、平坦状の断面形状を有する中央部と、ハット型の開断面形状を有する両端部と、ハット断面高さが長手方向に変化する形状変化部とを有する第1の中間素材である衝突面側素材を製造することができる。

一方、図８（ｃ）および図８（ｄ）に示すダイ金型１９ならびにパンチ金型２０を用いて図９（ｂ）に示すブランク２２をプレス成形することによって、ハット型の開断面形状を有する中央部と、平坦状の断面形状を有する両端部と、ハット断面高さが長手方向に変化する形状変化部とを有する第２の中間素材である反衝突面側素材を製造することができる。

ブランク２１、２２のプレス成形は、通常の方法で行うことができる。例えば、図１０に示すように、プレス機２３に取り付けたホルダー２４面上にブランク２１または２２をセットし、ブランク２１または２２にダイクッション２５でクッション圧を作用させ、ダイ２６を下方に移動させることにより、ブランク２１、２２をプレス成形すればよい。この手法は、メカプレス機等で適用される単動成形を想定した場合であるが、ダイ２６とパンチ２７とが可動する複動プレス方式においても同様に成形することが可能である。

次いで、このようにしてプレス成形されて得られた衝突面側素材８および反衝突面側素材９を、それぞれの縁部に形成されたフランジ部を利用して重ね合わせ、重ね合わされたフランジ部を例えばスポット溶接により接合することによって、本実施の形態のバンパーリインフォースメント７を構成する筒体７ａを製造することができる。

なお、接合方法は、上述したスポット溶接に限定されるものではなく、アーク溶接やレーザ溶接等の溶接でもよいし、溶接ではなくボルト締結やリベット接合等の機械的接合を用いてもよく、特に限定されない。

また、このプレス成形を行う前に、ブランク２１または２２をＡｃ_３変態点以上に加熱することによりブランク２１または２２の組織をオーステナイト相とした後、加熱したブランク２１または２２を金型に装入し、プレス成形するとともに、金型との接触などによる冷却により焼入れてマルテンサイト相に変態させることにより超高強度部品を得る、いわゆる熱間プレス法（プレスクェンチング）を用いれば、製造する衝突面側素材８および反衝突面側素材９の強度を大幅に高めることができる。さらに、この熱間プレス法とともに後熱処理を組み合わせることによって高強度化を図るようにしてもよく、また、長手方向の中央部のみ高強度化するように例えば高周波焼入れ等により部分焼入れを施すようにしてもよい。

なお、衝突面側素材８および反衝突面側素材９は、いずれも、絞り深さが長手方向に異なるため、プレス成形時に生じるフランジからの材料の流入量が長手方向で変化することに起因して、衝突面側素材８および反衝突面側素材９それぞれの中央部および端部の間の、絞り深さが変化する形状変化部に、しわや割れが生じることがある。

これを防ぐには、幅方向端部（最大深さ部）での割れを抑制する程度にドロービードによって張力を与え、材料の流入量を制御すればよい。また、プレス成形後には、成形部材（絞り成形品）のフランジ部を、部材の組み立てに必要な面積が確保されるような所定の長さとするようにトリミングを行って仕上げればよい。

なお、製造されるバンパーリインフォースメント７の筒体７ａの中央部１１とクラッシュボックス取付け領域１０との間の形状変化部１４の成形性を向上するために、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、形状変化部１４の適当な位置に適当数の切欠き２８、２９を設けるようにしてもよい。

また、形状変化部１４におけるしわならびに割れの発生を抑制するためには、図１２に示す本実施の形態のバンパーリインフォースメント７の筒体７ａにおいて、形状変化部１４における最大深さｈ_１と、最小深さｈ_２と、最大深さｈ_１の位置および最小深さｈ_２の位置の間の距離Ｗ_１とが、（ｈ_１−ｈ_２）／Ｗ_１＜０．１８の関係を満足することが望ましい。

このようにして、本実施の形態により、十分な曲げ強度のみならず、十分な圧潰性能（衝撃エネルギ吸収性能）をも兼ね備えることから、自動車の衝突事故等の際に衝撃を緩和して乗員を保護する性能を高めたバンパーリインフォースメント７を提供することができる。

なお、以上の説明では、バンパーリインフォースメント７を構成する筒体７ａが、二つの構成部材８、９を重ね合わせることにより設けられるとともに、筒体７ａに存在する外向きフランジ１２が二つの構成部材８、９の重ね合わせ部である場合を例にとったが、本発明における筒体７ａは、この場合に限定されるものではなく、例えば、一つのパイプ状の構成部材を素材としてハイドロフォーム法により形成されるものであってもよい。ハイドロフォーム法を用いれば、上述したプレス成形と溶接との組み合わせを用いる場合よりも、製造工程を簡略化でき、バンパーリインフォースメント７の生産性を高めることができる。

また、二つの構成部材８、９を組み合わせてバンパーリインフォースメント７の筒体７ａを構成する場合であっても、二つの構成部材８、９は上述したプレス成形法により製造されることに限定されるものではなく、例えばロールフォーミング法等により製造するようにしてもよい。

また、差厚鋼板やテーラードブランク等を適宜用いることにより、バンパーリインフォースメント７の筒体７ａの中央部１１の材質を、端部１３の材質よりも高強度の材質としたり、あるいは、中央部１１の板厚を端部１３の板厚よりも厚くするようにしてもよい。

また、本発明に係るバンパーリインフォースメント７の筒体７ａは、その全長において直線に構成されていてもよいし、長手方向の一部または全部において湾曲していてもよい。さらに、その全長方向の中心に対して非対称な形状であってもよい。

本発明を、実施例を参照しながら、より具体的に説明する。
汎用動的有限要素法解析ソフトを用いて、本発明例および比較例のバンパーリインフォースメントの耐曲げ性能および圧潰性能を調査した。

解析は、対象であるバンパーリインフォースメントの長手方向の中央部の耐曲げ性能を解析するために三点曲げ衝突解析を行うとともに、クラッシュボックス取付け部の圧潰性能（エネルギ吸収性能）を解析するための斜め衝突解析を行った。

図１３は、バンパーリインフォースメント３０の筒体３０ａの車両前面視図である。図１４（ａ）は図１３におけるＡ−Ａ’断面図であり、図１４（ｂ）は図１３におけるＢ−Ｂ’断面図であり、図１４（ｃ）は図１３におけるＣ−Ｃ’断面図である。なお、図１４（ａ）〜図１４（ｃ）における寸法を示す値の単位はｍｍである。

図１３および図１４（ａ）〜図１４（ｃ）に示すように、バンパーリインフォースメント３０は、長手方向（図１３における左右方向）の中央部１１が平坦状の断面形状であるとともにクラッシュボックス取付け領域を含む両端部１３がハット状の開断面形状を有する衝突面側素材３１と、この長手方向の中央部１１がハット状の開断面形状を有するとともにクラッシュボック取付け領域を含む両端部１３が平坦状の断面形状を有する反衝突面側素材３２とを、それぞれの外向きフランジ部３１ａ、３１ｂおよび３２ａ、３２ｂを介して重ね合わせてスポット溶接することにより得られる、外向きフランジを有する矩形断面の筒体３０ａにより構成される。

バンパーリインフォースメント３０の筒体３０ａの全長Ｌは１２２０ｍｍとし、衝突面側素材３１および反衝突面側３２それぞれの、材質は４４０ＭＰａ級の汎用鋼とし、板厚は１．２ｍｍとした。また、外向きフランジ部３１ａ、３１ｂおよび３２ａ、３２ｂには、長手方向に３０ｍｍピッチでスポット溶接部を設けることとした。

図１５（ａ）は、本発明例１であるバンパーリインフォースメント３０の斜視図である。

本発明例１のバンパーリインフォースメント３０の筒体３０ａでは、長手方向の中央の位置から長手方向座標で＋０．２９Ｌ〜＋０．５Ｌ、および−０．２９Ｌ〜−０．５Ｌの範囲の両端部１３を、図１５（ａ）のＡ−Ａ’断面である順ハット断面形状とし、＋０．０８Ｌ〜−０．０８Ｌの範囲である中央部１１を、図１５（ａ）のＢ−Ｂ’断面である逆ハット断面形状とし、さらにその間の形状変化部１４（＋０．０８Ｌ〜＋０．２９Ｌ、および−０．０８Ｌ〜−０．２９Ｌ）は図１５（ａ）のＣ−Ｃ’断面に例示するように外向きフランジ３１ａ、３１ｂおよび３２ａ、３２ｂの位置を連続的に変化させた。

また、図１５（ｂ）に示す、長手方向の全長にわたって順ハット断面を有する筒体３３ａからなるバンパーリインフォースメント３３（比較例１）と、図１５（ｃ）に示す、全長にわたって逆ハット断面を有する筒体３４ａからなるバンパーリインフォースメント３４（比較例２）とについても、本発明例１と同様に解析した。

なお、バンパーリインフォースメント３０、３３、３４のいずれについても、実在のバンパーリインフォースメントの形状に適合させるため、筒体３０ａ、３３ａ、３４ａそれぞれの長手方向の両端部を、図１５（ａ）〜図１５（ｃ）に示すように若干湾曲させた。

次に、バンパーリインフォースメント３０（本発明例１）、３３（比較例１）、３４（比較例２）についての耐曲げ性能および端部の圧潰性能の解析条件を説明する。

（ａ）耐曲げ性能
図１６は、曲げ衝突解析条件を示す説明図である。同図に示すように、解析対象であるバンパーリインフォースメント３０、３３、３４を構成する筒体３０ａ、３３ａ、３４ａの長手方向の中心から距離Ｗが４５０ｍｍ（±０．７４Ｌ）である位置に、一辺の長さが７０ｍｍであって板厚が１．６ｍｍである正方形の断面形状の筒体であるクラッシュボックス３５を装着して車両後面側（図１６における下方）を固定し、半径が１５０ｍｍである半円筒からなるインパクタ（剛体）３６を、黒矢印により示すように一定速度（１５ｋｍ／ｈ）でバンパーリインフォースメント３０、３３、３４を構成する筒体３０ａ、３３ａ、３４ａの長手方向の中央に衝突させた。

（ｉｉ）圧潰性能
図１７は、斜め衝突解析条件を示す説明図である。同図に示すように、インパクタ（剛体）３６を１０度傾斜させ、バンパーリインフォースメント３０、３３、３４を構成する筒体３０ａ、３３ａ、３４ａの長手方向４０％の長さの部分を覆うようにし、黒矢印により示すようにして一定速度（１５ｋｍ／ｈ）で、筒体３０ａ、３３ａ、３４ａに衝突させた。

表１に、バンパーリインフォースメント３０、３３、３４の耐曲げ性能と、圧潰性能とをまとめて示す。表１において、耐曲げ性能は曲げ衝突解析における１ｓｔピーク荷重値により、また圧潰性能はバンパーリインフォースメント３０、３３、３４のバンパ圧潰ストロークおよびバンパーリインフォースメント３０、３３、３４のバンパ圧潰ストロークまでの吸収エネルギを、それぞれ比較例１を基準１．０として比較した。

なお、「バンパ圧潰ストローク」とは、バンパーリインフォースメント３０、３３、３４に装着されたクラッシュボックス３５が圧潰を開始する直前のバンパーリインフォースメントの圧潰ストローク値であり、上述した図７のグラフにおけるストロークＳｔ１を意味する。荷重が同じ場合には、バンパ圧潰ストローク比が大きいほど、バンパーリインフォースメント３０、３３、３４による衝撃エネルギの吸収量が大きいことを意味する。

表１に示すように、本発明例１は、比較例１と比較すると、衝撃エネルギ吸収性能は同等であるが耐曲げ性能が極めて良好であり、また、比較例２と比較すると、衝撃エネルギ吸収性能と耐曲げ性能の双方において優れた性能を有する。すなわち、比較例１のように、全長が順ハット断面である場合には、耐曲げ性能が低く、比較例２のように全長が逆ハット断面の場合には衝撃エネルギ吸収性能が低いが、本発明例１では、衝撃エネルギ吸収性能および耐曲げ性能の双方に優れていることがわかる。

なお、比較例２でバンパ圧潰ストロークが小さくなる理由は、バンパーリインフォースメント３４の圧潰が完了する前に、クラッシュボックス３５の圧潰が開始されたためである。

図１８（ａ）は、本発明例２であるバンパーリインフォースメント３０−１の斜視図であり、図１８（ｂ）は、本発明例３であるバンパーリインフォースメント３０−２の斜視図である。

本発明例２、３のいずれも、クラッシュボックス取付け領域を含む両端部のＡ−Ａ’断面形状は順ハット断面であり、幅方向の中央のＢ−Ｂ’断面形状は外向きフランジを前面と後面との間に配した両ハット断面であって、Ｂ−Ｂ’断面において、前面と後面との距離をＨとしたとき、本発明例２では前面から距離０．２５Ｈ離れた位置に外向きフランジ３１ａ、３１ｂが存在し、本発明例３では前面から距離０．５Ｈ離れた位置に外向きフランジ３１ａ、３１ｂが存在する。

本発明例２、３のバンパーリインフォースメント３０−１、３０−２について、実施例１と同様に、図１６に示す三点曲げ衝突解析と、図１７に示す斜め衝突解析とを行った。

表２には、本発明例２、３の結果を、実施例１の発明例１、比較例１、２の結果とともに示す。表２における値は、表１と同様に、比較例１を基準１．０とした比率で示す。

表２に示すように、本発明例２、３は、比較例１と比較すると、衝撃エネルギ吸収性能が同等であるが曲げ強度が高く、また比較例２と比較すると、衝撃エネルギ吸収性能と耐曲げ性能の双方において優れた性能を有する。
以上の実施例１、２の結果より、本発明の効果が明らかである。

（変形形態）
本発明に係るバンパーリインフォースメント７は、剛性や強度を向上するために、筒体の構成部材８、９の一部に、凹部や凸部等を設けてもよい。また、この筒体を構成する部材８、９の寸法、板厚、板幅さらには材料等も、上述した実施例に限定されるものではなく、バンパーリインフォースメント７に求める他の特性等も勘案して、適宜決定すればよい。

例えば、バンパーリインフォースメント７の耐曲げ性能を向上するために、例えばこの中央部１１において図１９（ａ）〜図１９（ｆ）に示すように、衝突面側素材８や反衝突面側素材９に、長手方向に延びるビードを設けてもよい。

図１９（ａ）に示すバンパーリインフォースメント３７ａは衝突面側素材８にビード３８が設けられている。

図１９（ｂ）に示すバンパーリインフォースメント３７ｂは、図１９（ａ）に示すバンパーリインフォースメント３７ａのビード３８の形状を台形状に変更したものである。

図１９（ｃ）に示すバンパーリインフォースメント３７ｃは、図１９（ａ）に示すバンパーリインフォースメント３７ａのビード３８の数を二つに増やしたものである。

図１９（ｄ）〜図１９（ｆ）に示すバンパーリインフォースメント３７ｄ〜３７ｆは、衝突面側素材８のみならず反衝突面側素材９にもビード３９を設けたものである。特に、図１９（ｅ）のバンパーリインフォースメント３７ｅは、図１９（ｄ）のバンパーリインフォースメント３７ｄのビード３８、３９の形状を変更したものであり、図１９（ｆ）のバンパーリインフォースメント３７ｆは、図１９（ｅ）に示すバンパーリインフォースメント３７ｅのビード３８、３９の深さをより深くしたものである。さらに、これらのバンパーリインフォースメント３７ａ〜３７ｆの細部の形状を適宜組み合わせたものでも、同様に適用可能である。

また、図１９（ｇ）〜図１９（ｊ）に示すように、バンパーリインフォースメント３７ｇ〜３７ｊを構成する筒体の閉断面形状が、上面および／または下面に対して傾斜する前面および／または後面を有するように構成してもよい。

また、以上の実施の形態および実施例の説明では、バンパーリインフォースメントを構成する筒体が、二つの構成部材８、９を重ね合わせることにより設けられる場合を例にとった。しかし、本発明はこの場合に限定されるものではなく、三つ以上の構成部材を重ね合わせることにより設けられる場合であっても、同様に適用可能である。

図２０（ａ）〜図２０（ｆ）は、いずれも、構成部材８、９および構成部材４０により構成される筒体を備えるバンパーリインフォースメント７ａ〜７ｆを示す説明図である。
これらのバンパーリインフォースメント７ａ〜７ｆは、いずれも、内部に補強部材として構成部材４０を備えるので、特に長手方向の中央部１１における曲げ強度をさらに高めることができる。

さらに、以上の実施の形態および実施例の説明では、バンパーリインフォースメントが、自動車車体の前部に装着されるフロントバンパーリインフォースメントである場合を例にとったが、本発明はこれに限定されるものではなく、自動車車体の後部に装着されるリアバンパーリインフォースメントである場合にも同様に適用される。

この場合、衝撃荷重が負荷されることを想定する面は後面となるので、長手方向の中央における外向きフランジの、上面もしくは下面における前後方向についての設置位置は、クラッシュボックス取付け領域における外向きフランジの、上面もしくは下面における前後方向についての設置位置よりも、後面側に偏って存在することとなるので、後面から、上面もしくは下面における前後方向についての外向きフランジの設置位置までの寸法が、前面と後面との間の距離をＨとするとき、中央では０．０Ｈであるとともにクラッシュボックス取付け領域では１．０Ｈであることが望ましいこととなり、さらに、この場合には、中央とクラッシュボックス取付け領域との間の少なくとも一部の領域における外向きフランジの、上面もしくは下面における前後方向についての設置位置は、中央からクラッシュボックス取付け領域に向かって後側から前側に変化して存在することとなる。

曲げ性能および圧潰性能の解析対象モデルであるハット部材の形状を示す説明図である。 三点曲げ衝突解析の要領を示す説明図である。 端部圧潰解析の要領を示す説明図である。 ハット部材の中央部にインパクタを衝突させた場合の１ｓｔピーク荷重値を比較して示すグラフである。 ハット部材の端部にインパクタを衝突させた場合の６０ｍｍ圧潰時の吸収エネルギを比較して示すグラフである。 実施の形態のバンパーリインフォースメントの説明図であり、図６（ａ）はバンパーリインフォースメントの車両前面視図であり、図６（ｂ）はバンパーリインフォースメントの車両上面視図である。 自動車車体の前端側である衝突端側から順に、本実施の形態のバンパーリインフォースメント、クラッシュボックスおよびフロントサイドメンバーを備える自動車車体の圧潰時における荷重と圧潰ストロークとの関係の一例を示すグラフである。 図８（ａ）、図８（ｂ）は、それぞれ、バンパーリインフォースメントの衝突面側素材のプレス成形に用いるダイ金型、パンチ金型の形状を示す説明図であり、図８（ｃ）、図８（ｄ）は、それぞれ、バンパーリインフォースメントの反衝突面側素材のプレス成形に用いるダイ金型、パンチ金型の形状を示す説明図である。 図９（ａ）および図９（ｂ）は、衝突面側素材、反衝突面側素材それぞれのプレス成形に用いるブランクの形状の一例を示す説明図である。 ブランクにプレス成形を行うプレス成形機を示す説明図である。 図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、形状変化部の適当な位置に適当数の切欠きを設けられた構成部材を示す説明図である。 実施の形態のバンパーリインフォースメントの形状変化部におけるしわならびに割れの発生を抑制するための条件を示す説明図である。 バンパーリインフォースメントの筒体の車両前面視図である。 図１４（ａ）は図１３におけるＡ−Ａ’断面図であり、図１４（ｂ）は図１３におけるＢ−Ｂ’断面図であり、図１４（ｃ）は図１３におけるＣ−Ｃ’断面図である。 図１５（ａ）は、本発明例１であるバンパーリインフォースメントの斜視図であり、図１５（ｂ）は、比較例１のバンパーリインフォースメントの斜視図であり、図１５（ｃ）は、比較例２のバンパーリインフォースメントの斜視図である。 曲げ衝突解析条件を示す説明図である。 斜め衝突解析条件を示す説明図である。 図１８（ａ）は、本発明例２であるバンパーリインフォースメントの斜視図であり、図１８（ｂ）は、本発明例３であるバンパーリインフォースメントの斜視図である。 図１９（ａ）〜図１９（ｆ）は、長手方向の中央部に長手方向に延びるビードを設けた筒体を備えるバンパーリインフォースメントを示す説明図である。 図２０（ａ）〜図２０（ｆ）は、いずれも、三つの構成部材により構成される筒体を備えるバンパーリインフォースメントを示す説明図である。

符号の説明

１ ハット状開断面素材
２ 板状素材
１ａ、１ｂ 外向きフランジ
３ ハット部材
４ａ、４ｂ クラッシュボックス取付け部
５ａ、５ｂ 支点
６ インパクタ
７ バンパーリインフォースメント
７ａ 筒体
８ 衝突面側素材
９ 反衝突面側素材
１０ クラッシュボックス取付け部
１１ 中央部
１２ 外向きフランジ
１３ 端部
１４ 形状変化部
１５ クラッシュボックス
１６ フロントサイドメンバー
１７、１９ ダイ金型
１８、２０ パンチ金型
２１、２２ ブランク
２３ プレス機
２４ ホルダー
２５ ダイクッション
２６ ダイ
２７ パンチ
２８、２９ 切欠き
３０、３０−１、３０−２ バンパーリインフォースメント
３０ａ、３０−１ａ、３０−２ａ 筒体
３１ 衝突面側素材
３２ 反衝突面側素材
３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ 外向きフランジ
３３、３４ バンパーリインフォースメント
３３ａ、３４ａ 筒体
３５ クラッシュボックス
３６ インパクタ
３７ａ〜３７ｆ バンパーリインフォースメント
３８，３９ ビード
４０ 構成部材

Claims (6)

1. 自動車車体の前部または後部に該自動車車体の幅方向へ延びて設けられる長尺の筒体により構成されるバンパーリインフォースメントであって、
   前記筒体は、上面、下面、前面および後面を備えるとともに前記上面および下面に外向きフランジを有する閉断面形状を有するとともに、長手方向の中央の両側にクラッシュボックス取付け領域を有し、
   前記中央における前記外向きフランジの、前記上面もしくは下面における前後方向についての設置位置は、
   前記筒体が前記前部に設けられる場合には、前記クラッシュボックス取付け領域における前記外向きフランジの、前記上面もしくは下面における前後方向についての設置位置よりも、前記前面側に偏って存在し、
   前記筒体が前記後部に設けられる場合には、前記クラッシュボックス取付け領域における前記外向きフランジの、前記上面もしくは下面における前後方向についての設置位置よりも、前記後面側に偏って存在すること、
   前記中央における前記外向きフランジの、前記上面もしくは下面における前後方向についての設置位置は、
   前記筒体が前記前部に設けられる場合には、前記上面もしくは下面における前記前後方向についての中央よりも、前記前面側に偏って存在し、
   前記筒体が前記後部に設けられる場合には、前記上面もしくは下面における前記前後方向についての中央よりも、前記後面側に偏って存在すること、および
   前記筒体が前記前部に設けられる場合には前記前面から、前記筒体が前記後部に設けられる場合には前記後面から、前記上面もしくは下面における前後方向についての前記外向きフランジの設置位置までの寸法は、前記前面と前記後面との間の距離をＨとするとき、前記中央では０．０Ｈであるとともに前記クラッシュボックス取付け領域では１．０Ｈであること
   を特徴とするバンパーリインフォースメント。
2. 前記前面または前記後面は、前記上面および／または下面に対して傾斜する請求項１に記載されたバンパーリインフォースメント。
3. 前記中央と前記クラッシュボックス取付け領域との間の少なくとも一部の領域における前記外向きフランジの、前記上面もしくは下面における前後方向についての設置位置は、前記筒体が前記前部に設けられる場合には前記中央から前記クラッシュボックス取付け領域に向かって前側から後側に変化して存在し、前記筒体が前記後部に設けられる場合には前記中央から前記クラッシュボックス取付け領域に向かって後側から前側に変化して存在する請求項１または請求項２に記載されたバンパーリインフォースメント。
4. 前記筒体は、重ね合わされる少なくとも二つの構成部材により構成されるとともに、前記外向きフランジは少なくとも二つの構成部材の重ね合わせ部である請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載されたバンパーリインフォースメント。
5. 前記筒体は、前記閉断面形状をなす外壁のみにより構成される請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載されたバンパーリインフォースメント。
6. 自動車車体の前部または後部に該自動車車体の幅方向へ延びて設けられるとともに、長手方向の中央の両側にクラッシュボックス取付け領域を有する長尺の筒体により構成されるバンパーリインフォースメントの製造方法であって、下記第１の工程および第２の工程を含むことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載されたバンパーリインフォースメントの製造方法。
   第１の工程；
   長手方向の中央の幅が長手方向の両端部の幅よりも狭い第１の素材と、長手方向の中央の幅が長手方向の両端部の幅よりも広い第２の素材とを、ダイフェース面の高さならびにパンチフェース面の高さが長手方向に変化する金型を用いて、長手方向の両端部のハット断面高さが長手方向の中央のハット断面高さよりも大きいハット型の開断面形状を有する第１の中間素材、あるいは、両端部がハット型の開断面形状を有し、かつ中央が平坦状断面形状を有する第１の中間素材と、長手方向の中央のハット断面高さが長手方向の両端部のハット断面高さよりも大きいハット型の開断面形状を有する第２の中間素材、あるいは、中央がハット型の開断面形状を有し、かつ両端部が平坦状断面形状を有する第２の中間素材とにそれぞれプレス成形する工程。
   第２の工程；
   前記第１の中間素材と前記第２の中間素材とを、それぞれの縁部で重ね合わせてから、接合する工程。

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