JP5979486B2 - 自動車用バンパービーム - Google Patents

Description

本発明は、上下方向に重ね合わせた少なくとも二つ以上のＵ字状断面部を備えるＦＲＰ製の自動車用バンパービームに関する。

上下方向に所定間隔で重ね合わされた複数枚の水平板の前縁の一部および後縁の一部をそれぞれ前面板および後面板で覆うとともに、複数枚の水平板を上下方向に延びる複数枚の垂直板で格子状に接続したＦＲＰ製のバンパービームが、下記特許文献１により公知である。

特許第４８５０３４９号公報

ところで、上記特許文献１に記載されたものは、バンパービームの前面板および後面板が車幅方向にずれて配置されており、前面板の後方には後面板が設けられておらず、後面板の前方には前面板が設けられていないため、バンパービームが前方あるいは後方に開いた開断面となり、衝突荷重が入力したときにバンパービームが口開きするように変形してバンパービームエクステンションに衝突荷重を効率的に伝達できないという問題がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、小型軽量で強度の高いＦＲＰ製のバンパービームを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、衝突荷重の入力により圧壊するＦＲＰ製の左右のバンパービームエクステンション間を接続するＦＲＰ製のバンパービームは、車幅方向に延びて衝突荷重の入力側に開口する少なくとも二つ以上のＵ字状断面部を上下方向に重ね合わせた少なくとも一つ以上の略Ｗ字状断面を有する本体部を備えていて、前記Ｕ字状断面部の上壁、下壁および底壁のうち、少なくとも上壁および下壁の内面を鉛直方向に延びる複数の縦リブで接続して構成され、前記バンパービームエクステンションは、上部部材及び下部部材の結合体として構成されていて、これら上部部材と下部部材との間で筒状に形成されて前後方向に延びると共に車幅方向に並置された複数の閉断面部を備えており、前記バンパービームエクステンションの車幅方向の幅は前後方向の幅よりも大きく、前後方向の幅は車幅方向内側から外側に向かって次第に狭くなることを特徴とする自動車用バンパービームが提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記バンパービームエクステンションの前後方向内端部を、フロントサイドフレームの前後方向外端部に固定されて車幅方向外側に延びる取付プレートに接続するとともに、前記取付プレートと前記フロントサイドフレームとを筋交い部材で接続したことを特徴とする自動車用バンパービームが提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記バンパービームエクステンションは前後方向に延びる補強リブを備えることを特徴とする自動車用バンパービームが提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項１〜請求項３の何れか１項の構成に加えて、前記Ｕ字状断面部の上壁および下壁間の上下方向の間隔は、衝突荷重の入力側に向けて拡大することを特徴とする自動車用バンパービームが提案される。

また請求項５に記載された発明によれば、請求項１〜請求項４の何れか１項の構成に加えて、連続繊維ＦＲＰの外層と不連続繊維ＦＲＰの内層とを積層して前記Ｕ字状断面部を構成し、前記縦リブを前記不連続繊維ＦＲＰの内層と一体に形成したことを特徴とする自動車用バンパービームが提案される。

また請求項６に記載された発明によれば、請求項５の構成に加えて、前記連続繊維ＦＲＰは、相互に交差する方向に配置された第１連続繊維および第２連続繊維を含み、前記第１連続繊維を車幅方向に配置したことを特徴とする自動車用バンパービームが提案される。

また請求項７に記載された発明によれば、請求項６の構成に加えて、前記第２連続繊維を前後方向あるいは上下方向に配置したことを特徴とする自動車用バンパービームが提案される。

また請求項８に記載された発明によれば、請求項１〜請求項７の何れか１項の構成に加えて、前記Ｕ字状断面部の上壁、下壁および底壁の内面を前記複数の縦リブで接続したことを特徴とする自動車用バンパービームが提案される。

また請求項９に記載された発明によれば、請求項１〜請求項８の何れか１項の構成に加えて、前記２個のＵ字状断面部を、その上部フランジおよび下部フランジを重ね合わせて接合することで前記略Ｗ字状の本体部を構成したことを特徴とする自動車用バンパービームが提案される。

また請求項１０に記載された発明によれば、請求項１〜請求項９の何れか１項の構成に加えて、前記バンパービームを前記バンパービームエクステンションに締結するための締結カラーを前記Ｕ字状断面部の底壁にインサートしたことを特徴とする自動車用バンパービームが提案される。

また請求項１１に記載された発明によれば、請求項１０の構成に加えて、前記バンパービームエクステンションは前記バンパービームを支持する上下の前部締結フランジを備え、前記上下の前部締結フランジは前記バンパービームに向かって上下方向に拡開することを特徴とする自動車用バンパービームが提案される。

また請求項１２に記載された発明によれば、請求項１０または請求項１１の構成に加えて、前記バンパービームエクステンションは複数の前記閉断面部を備え、前記複数の閉断面部は車幅方向に並置されることを特徴とする自動車用バンパービームが提案される。

また請求項１３に記載された発明によれば、請求項１〜請求項１２の何れか１項の構成に加えて、前記２個のＵ字状断面部の開口部を塞ぐように前記本体部に結合された連結壁と、前記連結壁の衝突荷重の入力側の面に形成されて上下方向および車幅方向に延びる多数のリブとからなる初期荷重吸収部材を備えることを特徴とする自動車用バンパービームが提案される。

また請求項１４に記載された発明によれば、請求項１３の構成に加えて、前記本体部の上下縁と前記初期荷重吸収部材の上下縁とを結合したことを特徴とする自動車用バンパービームが提案される。

尚、実施の形態のフロントサイドフレーム前部１４は本発明のフロントサイドフレームに対応し、実施の形態の第１閉断面部１８ａ、第２閉断面部１８ｂおよび第２閉断面部１８ｃは本発明の閉断面部に対応し、実施の形態の縦リブ３２ｂおよび横リブ３２ｃは本発明のリブに対応し、実施の形態の第２補強リブ５１ｉ，５２ｉは本発明の補強リブに対応する。

請求項１の構成によれば、衝突荷重の入力により圧壊する左右のバンパービームエクステンション間を接続するＦＲＰ製のバンパービームは、車幅方向に延びて衝突荷重の入力側に開口する少なくとも二つ以上のＵ字状断面部を上下方向に重ね合わせた少なくとも一つ以上の略Ｗ字状断面を有する本体部を備える。Ｕ字状断面部の上壁、下壁および底壁のうち、少なくとも上壁および下壁の内面を鉛直方向に延びる複数の縦リブで接続したので、衝突荷重がバンパービームの車幅方向中央部に入力したときにＵ字状断面部の上壁および下壁が口開きするのを縦リブで抑制することで、バンパービームは衝突荷重が作用する方向に曲げ変形して反力を発生しながら、衝突荷重をＵ字状断面部から左右一対のバンパービームエクステンションに効率的かつ集中的に伝達し、バンパービームエクステンションを先端側から順次圧壊してエネルギーを吸収することができる。しかも少なくとも二つ以上のＵ字状断面部を上下方向に重ね合わせたことで、バンパービームの衝突荷重の入力方向の寸法を最小限に抑えながらエネルギー吸収量を増加することができる。更に、バンパービームの上下方向の寸法を大きくして衝突物とのすれ違いを防止することができる。またＦＲＰ製のバンパービームエクステンションは、上部部材及び下部部材の結合体として構成されていて、これら上部部材と下部部材とで筒状に形成されて前後方向に延びると共に車幅方向に並置された複数の閉断面部を備えており、前記バンパービームエクステンションの車幅方向の幅は前後方向の幅よりも大きく、前後方向の幅は車幅方向内側から外側に向かって次第に狭くなるので、バンパービームエクステンションの前後方向寸法を小型化して車体への搭載性を高めるとともに、バンパービームエクステンションの車幅方向寸法を充分に確保してナローオフセット衝突時のエネルギー吸収量を確保することができる。

また請求項２の構成によれば、バンパービームエクステンションの前後方向内端部を、フロントサイドフレームの前後方向外端部に固定されて車幅方向外側に延びる取付プレートに接続するとともに、取付プレートとフロントサイドフレームとを筋交い部材で接続したので、ナローオフセット衝突によりバンパービームエクステンションの車幅方向外端部に衝突荷重が入力した場合でも、その衝突荷重を取付プレートおよび筋交い部材を介してフロントサイドフレームに効率的に伝達することができる。

また請求項３の構成によれば、バンパービームエクステンションは前後方向に延びる補強リブを備えるので、衝突荷重に対するバンパービームエクステンションの強度を高めてエネルギー吸収量を増加させることができる。

また請求項４の構成によれば、Ｕ字状断面部の上壁および下壁間の上下方向の間隔は、衝突荷重の入力側に向けて拡大するので、略Ｗ字状の本体部の上下方向寸法を拡大して種々の大きさの衝突物や異なる高さから入力する衝突荷重を受け止めることができる。

また請求項５の構成によれば、連続繊維ＦＲＰの外層と不連続繊維ＦＲＰの内層とを積層して前記Ｕ字状断面部を構成し、縦リブを不連続繊維ＦＲＰの内層と一体に形成したので、強度の高い連続繊維ＦＲＰでＵ字状断面部の強度を確保するとともに、成形性の高い不連続繊維ＦＲＰで縦リブを連続繊維の配向性を乱したり連続繊維を破断したりせずに容易に成形することができる。これにより、Ｕ字状断面部の口開きを一層確実に抑制してバンパービームの曲げ強度を高めることができる。

また請求項６の構成によれば、連続繊維ＦＲＰは、相互に交差する方向に配置された第１連続繊維および第２連続繊維を含み、第１連続繊維を車幅方向に配置したので、バンパービームのＵ字状断面部に衝突荷重が入力したときに、Ｕ字状断面部の前後方向の曲げ変形に対する強度を第１連続繊維によって高めることができる。

また請求項７の構成によれば、第２連続繊維を前後方向あるいは上下方向に配置したので、バンパービームのＵ字状断面部に衝突荷重が入力したときに、Ｕ字状断面部が口開きするのを第２連続繊維によって抑制することができる。

また請求項８の構成によれば、Ｕ字状断面部の上壁、下壁および底壁の内面を複数の縦リブで接続したので、バンパービームを閉断面化したり、４５°傾斜した連続繊維を追加したりする等のコストや重量の掛かる補強を施すことなく、Ｕ字状断面部の捩じれ変形に対する強度を高めることができる。

また請求項９の構成によれば、２個のＵ字状断面部を、その上部フランジおよび下部フランジを重ね合わせて接合することで略Ｗ字状の本体部を構成したので、その本体部を一体に成形する場合に比べて金型を小型化することができるだけでなく、Ｕ字状断面部の第１、第２連続繊維の配向方向の乱れを最小限に抑えて強度を確保することができる。

また請求項１０の構成によれば、バンパービームをバンパービームエクステンションに締結するための締結カラーをＵ字状断面部の底壁にインサートしたので、衝突荷重をＵ字状断面部の中心で支持できるだけでなく、バンパービームエクステンションにバンパービームをその開口部側から容易かつ強固に固定することができる。

また請求項１１の構成によれば、バンパービームエクステンションはバンパービームを支持する上下の前部締結フランジを備え、上下の前部締結フランジはバンパービームに向かって上下方向に拡開するので、バンパービームから入力する衝突荷重をバンパービームエクステンションの前後方向中心軸に効率的に伝達し、バンパービームエクステンションを確実に圧壊してエネルギー吸収効果を高めることができる。

また請求項１２の構成によれば、バンパービームエクステンションは複数の閉断面部を備え、複数の閉断面部は車幅方向に並置されるので、ナローオフセット衝突時に衝突荷重を効率的に吸収可能であるだけでなく、エネルギー吸収量を確保しながらバンパービームエクステンションの前後方向寸法を小型化して車体への搭載性を高めることができる。

また請求項１３の構成によれば、２個のＵ字状断面部の開口部を塞ぐように本体部に結合された連結壁と、連結壁の衝突荷重の入力側の面に形成されて上下方向および車幅方向に延びる多数のリブとからなる初期荷重吸収部材を設けたので、リブの圧壊により衝突初期荷重を効率的に吸収することができ、バンパーフェイスとバンパービームとの間の空間を利用して衝突初期の荷重を吸収することができる。

また請求項１４の構成によれば、本体部の上下縁と初期荷重吸収部材の上下縁とを結合したので、衝突荷重で本体部のＵ字状断面部が口開きするのを防止してバンパービームの曲げ強度を更に高めることができる。

自動車の車体前部の斜視図。 図１の２方向矢視図。 バンパービームの斜視図。 図３の４−４線断面図。 図３の５−５線断面図。 Ｕ字状断面部の製造方法の説明図。 図２の７−７線断面図。 バンパービームエクステンションの分解斜視図。 バンパービームへの衝突荷重の入力時の作用説明図。

以下、図１〜図９に基づいて本発明の実施の形態を説明する。尚、本明細書において、前後方向、左右方向（車幅方向）および上下方向とは、運転席に着座した乗員を基準として定義される。尚、衝突荷重の入力方向は前後方向であり、前面衝突時の衝突荷重の入力方向は前方である。

図１および図２に示すように、実施の形態のハイブリッド自動車はＣＦＲＰ（カーボンファイバー強化樹脂）でバスタブ状に一体成形したキャビン１１を備えており、その前端から起立するダッシュパネル１２の前面にアルミニウム合金でダイキャスト成形した左右一対のサスペンション支持部材１３，１３が固定される。サスペンション支持部材１３，１３は、図示せぬサスペンションダンパーの上端を支持するダンパーハウジング１３ａ，１３ａと、ダンパーハウジング１３ａ，１３ａの下部に接続されて前方に延びるフロントサイドフレーム後部１３ｂ，１３ｂとを備えており、フロントサイドフレーム後部１３ｂ，１３ｂの前端にアルミニウム押し出し材あるいは鋼板プレス材で構成された左右一対のフロントサイドフレーム前部１４，１４が接続される。ダッシュパネル１２の左右上部から前方に延びる左右一対のＣＦＲＰ製のアッパーメンバ１５，１５の前端に左右一対のＣＦＲＰ製のサイドメンバ１６，１６が接続される。

フロントサイドフレーム前部１４，１４の前端に正面視で矩形枠状に形成された繊維強化樹脂（ＦＲＰ）製のフロントバルクヘッド１７が固定されており、そのフロントバルクヘッド１７の左右上部にサイドメンバ１６，１６の前端が接続される。フロントバルクヘッド１７の左右前面に左右一対の繊維強化樹脂（ＦＲＰ）製のバンパービームエクステンション１８，１８が固定されており、そのバンパービームエクステンション１８，１８の前端に車幅方向に延びる繊維強化樹脂（ＦＲＰ）製のバンパービーム１９が固定される。バンパービーム１９の前面はバンパーフェイス２０で覆われる。フロントバルクヘッド１７、バンパービーム１９および左右一対のバンパービームエクステンション１８，１８に囲まれた位置に、正面視で矩形枠状に形成された繊維強化樹脂（ＦＲＰ）製のシュラウド２１が配置されており、シュラウド２１の内部にエンジン冷却用ラジエータ２２、空調用コンデンサ２３およびバッテリ冷却用ラジエータ２４よりなる三つの冷却系部品が前後方向に重ね合わされて支持される。

次に、図３〜図６に基づいてバンパービーム１９の構造を説明する。

繊維強化樹脂製のバンパービーム１９は、後側の本体部３１と前側の初期荷重吸収部３２…とを備える。本体部３１は上壁３３ａ、下壁３３ｂおよび底壁３３ｃを有して前方に向けて開放する一対のＵ字状断面部３３，３３を備えており、下側のＵ字状断面部３３の上部フランジ３３ｄと上側のＵ字状断面部３３の下部フランジ３３ｅとが前後方向に重ね合わされて一体に溶着され、略Ｗ字状断面を形成する。Ｕ字状断面部３３の内部には、鉛直方向に延びて上壁３３ａ、下壁３３ｂおよび底壁３３ｃを接続する複数の縦リブ３３ｆ…が、バンパービーム１９の長手方向（左右方向または車幅方向）に所定距離だけ離間して形成される。上側のＵ字状断面部３３の上部フランジ３３ｄと、下側のＵ字状断面部３３の下部フランジ３３ｅとには、前方に向かって突出する複数のピン３３ｇ…が形成される。またＵ字状断面部３３の底壁３３ｃには、複数の締結カラー３４…がインサートされる。

初期荷重吸収部３２…はバンパービーム１８の長手方向に３分割されており、各々が実質的に同じ構造を有している。各初期荷重吸収部３２は、平坦な連結壁３２ａと、連結壁３２ａの前面に形成された複数の縦リブ３２ｂ…および複数の横リブ３２ｃ…とを備える。上下方向に延びる縦リブ３２ｂ…と左右方向に延びる横リブ３２ｃ…とは相互に格子状に交差する。連結壁３２ａの上縁および下縁には本体部３１のピン３３ｇ…が嵌合可能なピン孔３２ｄ…が形成される。初期荷重吸収部３２のピン孔３２ｄ…に本体部３１のピン３３ｇ…を嵌合し、そのピン３３ｇ…を振動工具で溶融することで、本体部３１に初期荷重吸収部３２が結合される（図５参照）。

図６（Ｂ）に示すように、Ｕ字状断面部３３は外表面の連続繊維および内表面の不連続繊維を積層して構成される。かかるＵ字状断面部３３は、以下のようにして製造される。図６（Ａ）に示すように、Ｕ字状断面部３３をプレス成形する金型５５は、Ｕ字状断面部３３の外表面を成形する凹状のキャビティ５６ａを有する雌型５６と、Ｕ字状断面部３３の内表面を成形する凸状のコア５７ａを有する雄型５７とからなり、コア５７ａには縦リブ３３ｆ…を成形する溝５７ｂ…が形成される。金型５５を型開きした状態で、雌型５６のキャビティ５６ａの上部に不連続繊維プリプレグ５８と、連続繊維プリプレグ５９とが予備加熱した状態で配置される。

プリプレグは、ガラス繊維（グラスファイバー）、カーボンファイバー、アラミドファイバー等の連続繊維や不連続繊維が使用可能であり、この連続繊維を織布やＵＤ（連続繊維を一方向に引き揃えたシート）、あるいは不連続繊維のマットを補強材とし、それに半硬化の熱硬化性樹脂（エポキシ樹脂やポリエステル樹脂等）、あるいは熱可塑性樹脂（ナイロン６やポリプロピレン等の）を含浸させたもので、金型の形状になじむ柔軟性を有している。熱硬化性樹脂の場合、複数枚のプリプレグを積層状態で金型内に挿入して圧力を加えながら例えば１３０°Ｃ程度に加熱すると、熱硬化性樹脂が硬化して繊維強化樹脂製品が得られる。熱可塑性樹脂の場合、予備加熱した複数枚のプリプレグを積層状態で金型内に挿入して加圧成形し、その後冷却すると繊維強化樹脂製品が得られる。

雌型５６に対して雄型５７を下降させると、不連続繊維プリプレグ５８および連続繊維プリプレグ５９が雌型５６のキャビティ５６ａと雄型５７のコア５７ａとによってプレスされ、Ｕ字状断面部３３が成形される。このとき、不連続繊維プリプレグ５８は容易に変形可能であるため、コア５７ａの溝５７ｂ…内に流入し、Ｕ字状断面部３３の内表面の縦リブ３２ｂ…を同時に成形するとともに、Ｕ字状断面部３３の内表面に沿って薄い膜状に積層される。図６（Ｂ）に示すように、金型５５から取り出したＵ字状断面部３３の外周の余剰部分を切断した後、図６（Ｃ）に示すように、下側のＵ字状断面部３３の上部フランジ３３ｄと上側のＵ字状断面部３３の下部フランジ３３ｅとを前後方向に重ね合わせて一体に溶着することで本体部３１を完成する。

図３（３分割のうち左側の初期荷重吸収部材３２を省略し、バンパービーム１９を見せている）の円内に拡大して示すように、連続繊維プリプレグ５９の連続繊維強化樹脂は、直交する二つの方向に配向した第１、第２連続繊維６０…，６１…を平織したもので補強される。また不連続属繊維プリプレグ５８の不連続繊維強化樹脂は、不連続繊維６２…がランダムに絡みあったもので補強される。

長い繊維の織布やＵＤを補強材として有する連続繊維強化樹脂は比較的に強度が高くなるが、織布やＵＤの変形量に限界があるために成形性は低くなり、細くて高いリブ等を成形するのが困難である。一方、ランダムに絡み合った短い繊維を補強材として有する不連続繊維強化樹脂は比較的に強度が低くなるが、繊維が容易に変形するために成形性は高くなり、細くて高いリブ等を成形するのが容易である。よって、連続繊維強化樹脂の内側に不連続繊維強化樹脂を積層してＵ字状断面部３３を成形することで、Ｕ字状断面部３３の強度および成形性を両立させることができる。

次に、図４、図７および図８に基づいてバンパービームエクステンション１８の構造を説明する。

バンパービームエクステンション１８は上部部材５１および下部部材５２の結合体として構成されるが、上部部材５１および下部部材５２は略面対称な構造であるため、以下、上部部材５１を代表として構造を説明する。

バンパービームエクステンション１８の上部部材５１は、波板状に屈曲しながら車幅方向に延びる本体部５１ａと、本体部５１ａの前縁から上方に折れ曲がる前部締結フランジ５１ｂと、本体部５１ａの後縁から上方に折れ曲がる後部締結フランジ５１ｃと、本体部５１ａの内面の車幅方向に離間した位置を前後方向に延びる４個の接合部５１ｄ〜５１ｇとを備える。二つの接合部５１ｄ，５１ｅ間の内面には６０°間隔で３方向に交差する第１補強リブ５１ｈ…（図８の第１補強リブ５２ｈと同じ）が形成され、本体部５１ａの外表面には前後方向に延びて前部締結フランジ５１ｂおよび後部締結フランジ５１ｃを接続する６本の第２補強リブ５１ｉ…が形成される。

上記形状を有する上部部材５１および下部部材５２は、下部部材５２のピン５２ｋ…を上部部材５１のピン孔５１ｍ…に嵌合して接合部５１ｄ〜５１ｇ，５２ｄ〜５２ｇどうしを相互に当接させた状態で、上部部材５１側からピン５２ｋ…を振動工具で溶融することで一体に結合される（図７参照）。この状態で上部部材５１および下部部材５２の後部締結フランジ５１ｃ，５２ｃは上下方向に直線状に整列するが、上部部材５１および下部部材５２の、前締結フランジ５１ｂ，５２ｂは前端側が前方に倒れるように傾斜しながら拡開している（図４参照）。また前部締結フランジ５１ｂ，５２ｂには各３個のナット６３…がインサートされており、Ｕ字状断面部３３，３３の開口部側から締結カラー３４…を貫通するボルト６４…をナット６３…に螺合することで、バンパービーム１９がバンパービームエクステンション１８に固定される。

上部部材５１および下部部材５２を結合したバンパービームエクステンション１８は、車幅方向内側に位置して前後方向に延びる四角筒状の第１閉断面部１８ａと、その車幅方向外側に隣接する楕円筒状の第２閉断面部１８ｂと、その車幅方向外側に隣接する楕円筒状の第３閉断面部１８ｃとを備える。第２、第３閉断面部１８ｂ，１８ｃの断面積は相互に等しく、かつ第１閉断面部１８ａの断面積よりも小さくなっている。またバンパービームエクステンション１８の前後方向の幅は車幅方向内側から外側に向かって次第に狭くなっているため、前後方向の長さは第１閉断面部１８ａが最も長く、次いで第２閉断面部１８ｂが長く、第３閉断面部１８ｃが最も短くなっている（図２参照）。この第１閉断面部１８ａの後端は、左右一対のフロントサイドフレーム前部１４，１４の前端に接合される。

以上のように、バンパービームエクステンション１８は、第１閉断面部１８ａの車幅方向外側に該第１閉断面部１８ａよりも断面積が小さい第２、第３閉断面部１８ｂ，１８ｃを備えるので、左右一対のフロントサイドフレーム前部１４，１４の車幅方向外側に前方から衝突するナローオフセット前面衝突時に第２、第３閉断面部１８ｂ，１８ｃにおいても衝撃吸収を行えるだけでなく、車幅方向に並置した第１〜第３閉断面部１８ａ，１８ｂ，１８ｃで衝撃吸収を行うことで、バンパービームエクステンション１８の前後方向寸法を短縮しながらエネルギー吸収量を確保することができる。

また下部部材５２に形成したピン５２ｋ…を上部部材５１に形成したピン孔５１ｍ…嵌合した状態で、ピン５２ｋ…の先端を上部部材５１側から溶融して上部部材５１および下部部材５２を結合するので、上部部材５１および下部部材５２を精度よく結合することができるだけでなく、前面衝突時に上部部材５１および下部部材５２が分離するのを防止してエネルギー吸収量を確保することができる。

しかもバンパービームエクステンション１８の前後端に前部締結フランジ５１ｂ，５２ｂおよび後部締結フランジ５１ｃ，５２ｃをそれぞれ形成し、前部締結フランジ５１ｂ，５２ｂおよび後部締結フランジ５１ｃ，５２ｃを前後方向に延びる第２補強リブ５１ｉ…，５２ｉ…で接続したので、バンパービームエクステンション１８をバンパービーム１９およびフロントサイドフレーム前部１４に強固に結合できるだけでなく、衝突荷重に対するバンパービームエクステンション１８の強度を高めてエネルギー吸収量を増加させることができる。

またフロントサイドフレーム前部１４の前端に金属板よりなる取付プレート８１が溶接され、取付プレート８１の車幅方向外端とフロントサイドフレーム前部１４の車幅方向外面とに金属板よりなる筋交い部材８２が斜めに溶接される（図２参照）。そしてバンパービームエクステンション１８の後部締結フランジ５１ｃ，５２ｃ、フロントバルクヘッド１７および取付プレート８１を前から後に貫通する６本のボルト８３…を、取付プレート８１の後面に設けたウエルドナット８４…に螺合することで、バンパービームエクステンション１８およびフロントバルクヘッド１７が取付プレート８１に共締めされ、左右一対のフロントサイドフレーム前部１４，１４の前端に接合される（図４参照）。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

自動車が前面衝突すると、衝突荷重はバンパービーム１９の長手方向中央から両端のバンパービームエクステンション１８，１８、フロントサイドフレーム前部１４，１４およびサスペンション支持部材１３，１３を介してキャビン１１のダッシュパネル１２に伝達されるが、その過程で主としてバンパービームエクステンション１８，１８が圧壊することで衝突エネルギーを吸収する。そのためには、バンパービーム１９の本体部３１は口開きしたり圧壊したりすることなく、その形状を維持したまま衝突荷重をバンパービームエクステンション１８，１８に伝達することが望ましい。

本実施の形態によれば、図６の金型５５でＵ字状断面部３３をプレス成形するとき、
図３に示すように、Ｕ字状断面部３３の外表面は直交する二つの方向に配向した第１、第２連続繊維６０…，６１…で補強される。第１連続繊維６０…の配向方向は車幅方向（つまりバンパービーム１９の上壁３３ａ、下壁３３ｂおよび底壁３３ｃの主応力方向）であり、第２連続繊維６１…の配向方向は車幅方向に直交する方向（つまり底壁３３ｃの上下方向と、上壁３３ａおよび下壁３３ｂの前後方向）である。一方、Ｕ字状断面部３３の内表面および縦リブ３３ｆ…は不連続繊維６２…がランダムに絡みあったもので補強される。

このように単純なＵ字状断面を有するＵ字状断面部３３の外表面を強度の高い平織した第１、第２連続繊維６０…，６１…で補強し、複雑な形状を有するために平織した連続繊維で補強することが困難な縦リブ３３ｆ…を成形の自由度が高い不連続繊維６２…で補強することで、バンパービーム１９の曲げ強度および連続繊維の成形性を両立させることができる。しかも不連続繊維プリプレグ５８および連続繊維プリプレグ５９を同一の金型５５内に配置して１工程でバンパービーム１９を成形するため、それらを別個に成形して接着や溶着で一体化する場合に比べて製造コストを削減することができる。

ところで、図９（Ａ）に示すように、リブを持たない単純なコ字状断面のＵ字状断面部３３が前面衝突して鎖線の状態に曲げ変形した場合、底壁３３ｃに引張応力が作用し、上壁３３ａおよび下壁３３ｂの前部に圧縮応力が作用する。従って、直交する第１、第２連続繊維６０…，６１…のうちの第１連続繊維６０…を主応力方向（車幅方向）に配置することで、前面衝突時の曲げ変形に対するバンパービーム１９の曲げ強度を高めることができる。

またＵ字状断面部３３が前面衝突したときには、図９（Ｂ）に示すように、上壁３３ａおよび下壁３３ｂは口開きするように変形するため、前記主応力方向に対して直交する方向にも引張応力および圧縮応力が作用するが、その方向に第２連続繊維６１…を配置することで、Ｕ字状断面部３３の口開きに対する強度を高めることができる。

従って、Ｕ字状断面部３３が前面衝突した場合には、第１、第２連続繊維６０…，６１…を車幅方向およびそれに直交する方向に配置することで高い強度を得ることができる。しかしながら、図９（Ｃ）に示すように、上下方向にオフセットした衝突荷重が入力した場合にはＵ字状断面部３３が捩じり変形し、第１、第２連続繊維６０…，６１…を直交する方向に配置して補強するだけでは捩じり変形に対する剛性を確保することは困難である。しかしながら本実施の形態によれば、Ｕ字状断面部３３の上壁３３ａ、下壁３３ｂおよび底部３３ｃを縦リブ３３ｆ…で接続することで、閉断面化したり、４５°傾斜した連続繊維を追加したりする等のコスト・重量の嵩む補強を行うことなく、捩じり変形に対する剛性を充分に高めることができる。

しかも不連続繊維６２…を樹脂と共に射出しようとするとノズルが目詰まりする虞があるが、不連続繊維プリプレグ５８を金型５５でプレス成形することで、充分な長さの不連続繊維６２…を使用することを可能にしてＵ字状断面部３３の強度を高めることができる。

また前方に向かって開放するＵ字状断面部３３の開口部の全域を初期荷重吸収部３２の連結壁３２ａで閉塞したので、Ｕ字状断面部３３を完全に閉断面化して強度を高め、衝突荷重をバンパービームエクステンション１８に効率的に伝達することができる。その際に、Ｕ字状断面部３３の上壁３３ａおよび下壁３３ｂ間の上下方向の間隔は、前方に向けて拡大するので、Ｕ字状断面部３３の上下方向寸法を拡大して大きさの異なる障害物や異なる高さから入力する衝突荷重を受け止めることができる。

また上下一対のＵ字状断面部３３，３３を、その上部フランジ３３ｄおよび下部フランジ３３ｅを重ね合わせて接合することでバンパービーム１９の略Ｗ字状断面の本体部３１を構成したので、上下一対のＵ字状断面部３３，３３を一体に成形する場合に比べて金型５５を小型化することができるだけでなく、Ｕ字状断面部の第１、第２連続繊維６０…，６１…の配向方向の乱れを最小限に抑えて強度を確保することができる。

またバンパービーム１９をバンパービームエクステンション１８に締結するための締結カラー３４…をＵ字状断面部３３の底壁３３ｃにインサートしたので、開口部側から締結することによりバンパービームエクステンション１８にバンパービーム１９を容易かつ強固に固定することができる。その際に、バンパービームエクステンション１８はバンパービーム１９を支持する前部締結フランジ５１ｂ，５２ｂを備え、前部締結フランジ５１ｂ，５２ｂはバンパービーム１９に向かって上下方向に拡開するので（図４参照）、バンパービーム１９から入力する衝突荷重をバンパービームエクステンション１８の閉断面の中心軸に効率的に伝達し、バンパービームエクステンション１８を確実に圧壊してエネルギー吸収効果を高めることができる。

またバンパービーム１９の開口部を塞ぐ初期荷重吸収部材３２は、連結壁３２ａと、連結壁３２ａの前後方向外面に形成された多数の縦リブ３２ｂ…および多数の横リブ３２ｃ…とを備えるので、縦リブ３２ｂ…および多数の横リブ３２ｃ…の圧壊により前面衝突時の衝突初期荷重を効率的に吸収することができる。

またバンパービームエクステンション１８は筒状に形成されて前後方向に延びる第１〜第３閉断面部１８ａ，１８ｂ，１８ｃを備え、第１〜第３閉断面部１８ａ，１８ｂ，１８ｃは車幅方向に並置されるので、ナローオフセット衝突時に衝突荷重を効率的に吸収可能であるだけでなく、エネルギー吸収量を確保しながらバンパービームエクステンション１８の前後方向寸法を小型化して車体への搭載性を高めることができる。

またフロントサイドフレーム前部１４の前端に固定した取付プレート８１の車幅方向外端とフロントサイドフレーム前部１４の車幅方向外面とを筋交い部材８２で接続し、取付プレート８１にバンパービームエクステンション１８の後部締結フランジ５１ｃ，５２ｃを結合したので、ナローオフセット前面衝突によりバンパービームエクステンション１８の車幅方向外端部に衝突荷重が入力した場合でも、その衝突荷重を取付プレート８１および筋交い部材８２を介してフロントサイドフレーム前部１４に効率的に伝達することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、３個以上のＵ字状断面部３３を上下方向に重ねて略Ｗ字状断面を有する本体部３１を構成しても良く、これによりバンパービーム２３の上下方向寸法を拡大して前面衝突の衝突荷重を確実に受け止めることができる。

またＵ字状断面部３３のＵ字状断面とは、上壁３３ａおよび下壁３３ｂと底壁３３ｃとの交差部が角張ったコ字状断面を含むものとする。

また実施の形態では本体部３１を構成する２個のＵ字状断面部３３をそれぞれ別個に形成して一体に結合しているが、２個のＵ字状断面部３３を一体に成形して本体部３１を１工程で形成しても良い。

また実施の形態の初期荷重吸収部材３２は製造を容易化するために三つの部材に分割されているが、その分割数は任意であり、一つの部材で構成することも可能である。

また実施の形態では初期荷重吸収部３２が連結壁３２ａ、縦リブ３２ｂおよび横リブ３２ｃを備えているが、縦リブ３２ｂおよび横リブ３２ｃは必ずしも必要ではない。

また実施の形態のバンパービーム１９はフロントバンパービームであるが、本発明はリヤバンパービームに対しても適用することができる。その場合、衝突荷重の入力方向は後方である。

１４ フロントサイドフレーム前部（フロントサイドフレーム）
１８ バンパービームエクステンション
１８ａ 第１閉断面部（閉断面部）
１８ｂ 第２閉断面部（閉断面部）
１８ｃ 第３閉断面部（閉断面部）
１９ バンパービーム
３１ 本体部
３２ 初期荷重吸収部材
３２ａ 連結壁
３２ｂ 縦リブ（リブ）
３２ｃ 横リブ（リブ）
３３ Ｕ字状断面部
３３ａ 上壁
３３ｂ 下壁
３３ｃ 底壁
３３ｄ 上部フランジ
３３ｅ 下部フランジ
３３ｆ 縦リブ
３４ 締結カラー
５１ 上部部材
５２ 下部部材
５１ｂ 前部締結フランジ
５１ｉ 第２補強リブ（補強リブ）
５２ｂ 前部締結フランジ
５２ｉ 第２補強リブ（補強リブ）
６０ 第１連続繊維
６１ 第２連続繊維
８１ 取付プレート
８２ 筋交い部材

Claims (14)

1. 衝突荷重の入力により圧壊するＦＲＰ製の左右のバンパービームエクステンション（１８）間を接続するＦＲＰ製のバンパービーム（１９）は、車幅方向に延びて衝突荷重の入力側に開口する少なくとも二つ以上のＵ字状断面部（３３）を上下方向に重ね合わせた少なくとも一つ以上の略Ｗ字状断面を有する本体部（３１）を備えていて、前記Ｕ字状断面部（３３）の上壁（３３ａ）、下壁（３３ｂ）および底壁（３３ｃ）のうち、少なくとも上壁（３３ａ）および下壁（３３ｂ）の内面を鉛直方向に延びる複数の縦リブ（３３ｆ）で接続して構成され、
   前記バンパービームエクステンション（１８）は、上部部材（５１）及び下部部材（５２）の結合体として構成されていて、これら上部部材（５１）と下部部材（５２）とで筒状に形成されて前後方向に延びると共に車幅方向に並置された複数の閉断面部（１８ａ，１８ｂ，１８ｃ）を備えており、前記バンパービームエクステンション（１８）の車幅方向の幅は前後方向の幅よりも大きく、前後方向の幅は車幅方向内側から外側に向かって次第に狭くなることを特徴とする自動車用バンパービーム。
2. 前記バンパービームエクステンション（１８）の前後方向内端部を、フロントサイドフレーム（１４）の前後方向外端部に固定されて車幅方向外側に延びる取付プレート（８１）に接続するとともに、前記取付プレート（８１）と前記フロントサイドフレーム（１４）とを筋交い部材（８２）で接続したことを特徴とする、請求項１に記載の自動車用バンパービーム。
3. 前記バンパービームエクステンション（１８）は前後方向に延びる補強リブ（５１ｉ，５２ｉ）を備えることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の自動車用バンパービーム。
4. 前記Ｕ字状断面部（３３）の上壁（３３ａ）および下壁（３３ｂ）間の上下方向の間隔は、衝突荷重の入力側に向けて拡大することを特徴とする、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の自動車用バンパービーム。
5. 連続繊維ＦＲＰの外層と不連続繊維ＦＲＰの内層とを積層して前記Ｕ字状断面部（３３）を構成し、前記縦リブ（３３ｆ）を前記不連続繊維ＦＲＰの内層と一体に形成したことを特徴とする、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の自動車用バンパービーム。
6. 前記連続繊維ＦＲＰは、相互に交差する方向に配置された第１連続繊維（６０）および第２連続繊維（６１）を含み、前記第１連続繊維（６０）を車幅方向に配置したことを特徴とする、請求項５に記載の自動車用バンパービーム。
7. 前記第２連続繊維（６１）を前後方向あるいは上下方向に配置したことを特徴とする、請求項６に記載の自動車用バンパービーム。
8. 前記Ｕ字状断面部（３３）の上壁（３３ａ）、下壁（３３ｂ）および底壁（３３ｃ）の内面を前記複数の縦リブ（３３ｆ）で接続したことを特徴とする、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の自動車用バンパービーム。
9. 前記２個のＵ字状断面部（３３）を、その上部フランジ（３３ｄ）および下部フランジ（３３ｅ）を重ね合わせて接合することで前記Ｗ字状断面の本体部（３１）を構成したことを特徴とする、請求項１〜請求項８の何れか１項に記載の自動車用バンパービーム。
10. 前記バンパービーム（１９）を前記バンパービームエクステンション（１８）に締結するための締結カラー（３４）を前記Ｕ字状断面部（３３）の底壁（３３ｃ）にインサートしたことを特徴とする、請求項１〜請求項９の何れか１項に記載の自動車用バンパービーム。
11. 前記バンパービームエクステンション（１８）は前記バンパービーム（１９）を支持する上下の前部締結フランジ（５１ｂ，５２ｂ）を備え、前記上下の前部締結フランジ（５１ｂ，５２ｂ）は前記バンパービーム（１９）に向かって上下方向に拡開することを特徴とする、請求項１０に記載の自動車用バンパービーム。
12. 前記バンパービームエクステンション（１８）は複数の前記閉断面部（１８ａ，１８ｂ，１８ｃ）を備え、前記複数の閉断面部（１８ａ，１８ｂ，１８ｃ）は車幅方向に並置されることを特徴とする、請求項１０または請求項１１に記載の自動車用バンパービーム。
13. 前記２個のＵ字状断面部（３３）の開口部を塞ぐように前記本体部（３１）に結合された連結壁（３２ａ）と、前記連結壁（３２ａ）の衝突荷重の入力側の面に形成されて上下方向および車幅方向に延びる多数のリブ（３２ｂ，３２ｃ）とからなる初期荷重吸収部材（３２）を備えることを特徴とする、請求項１〜請求項１２の何れか１項に記載の自動車用バンパービーム。
14. 前記本体部（３１）の上下縁と前記初期荷重吸収部材（３２）の上下縁とを結合したことを特徴とする、請求項１３に記載の自動車用バンパービーム。

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