JP5997099B2 - 車両用バンパ補強材 - Google Patents
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Description
ただ、これらのバンパ補強材は、開断面構造であるために、閉断面構造バンパ補強材に比べて衝突時に断面が開き変形しやすく、最大荷重到達後に変形荷重が急激に低下するために、エネルギ吸収性能が劣るという問題がある。
これらの構造は、バンパ補強材の車両幅方向中央を車体上下方向からプレス成形することで、背面側フランジを断面外側に張り出すように成形したことを特徴としている。しかし、これによって衝突背面側に断面が張り出すことで、バンパ補強材の背面の空間が狭く、つまりエネルギ吸収に使える空間が狭くなるという問題があり、断面係数が増加するわりに効果は小さい。
前記中空断面が、一対の衝突面側フランジおよび背面側フランジと、これら一対のフランジ同士をつなぐ上ウエブおよび下ウエブとにより形成され、
この中空断面の形状が、前記バンパ補強材の長手方向で、その両端部の口型断面から、前記長手方向の中央部の略B型断面に至る異形断面形状に、連続的に変化しており、
この中空断面形状の変化が、差厚部位を有する前記背面側フランジと、前記上下ウエブとを前記中空断面内で前記長手方向に亘って順次変形させたものからなり、
この変形が、前記背面側フランジのうちで部分的に薄肉とされた中央部薄肉部を頂部とするとともに、この中央部薄肉部の両側に位置する上部と下部の中肉部とを各々側壁とする、前記衝突面側フランジに向かう凸部の形成と、この凸部が、前記長手方向の両端部から中央部に向かうほど、その断面形状と前記車両の前後方向の幅とを変化させつつ、前記衝突面側フランジに漸近することからなっていて、
前記長手方向の中央部では、前記凸部の頂部が前記衝突面側フランジに平行に延在するとともに前記衝突面側フランジの背面に接合される一方で、前記凸部の各側壁が、前記中空断面を3分割する位置に、前記上下ウエブに平行に延在する中リブとして各々形成されて、前記略B型断面をなしており、
前記バンパ補強材の前記背面側フランジが、肉厚t4の前記中央部薄肉部と、この中央部薄肉部より車両上側に延在する肉厚t3の上部中肉部と、この中央部薄肉部より車両下側に延在する肉厚t3´の下部中肉部との差厚部位からなるとともに、これら各部の肉厚が、t3´>t4、t3>t4の関係を各々有する一方で、前記上ウエブが、前記衝突面側フランジの側に延在する肉厚t1の上部衝突面側薄肉部と、前記背面側フランジの側に延在する肉厚t2の上部背面側厚肉部とからなるとともに、前記下ウエブが、前記衝突面側フランジの側に延在する肉厚t1′の下部衝突面側薄肉部と、前記背面側フランジの側に延在する肉厚t2′の下部背面側厚肉部との差厚部位からなり、これら各部の肉厚が、t2>t1、t2´>t1´、t2>t3、t2´>t3´の関係を各々有する、
ことである。
また、前記バンパ補強材の前記背面側フランジあるいは前記上下ウエブにおける前記差厚部位同士が肉厚の段差を有して接続されていることが好ましい。
また、前記バンパ補強材が7000系アルミニウム合金押出形材からなることが好ましい。
図1の本発明車両用バンパ補強材1において、図2(e)に、図1の長手方向両端部の断面であるE−E断面で示す通り、素材のアルミニウム合金押出形材は、口型の中空断面からなっている。すなわち、素材アルミニウム合金押出形材は、本発明が規定する前記長手方向に異形の可変断面に成形される前は、その長手方向に均一な口型の形状の中空断面を有する。なお、本発明で言う中空断面、中空断面形状、あるいは、単に断面や断面形状とは、車両用バンパ補強材の長手方向に対して直角な方向の断面を言う。
本発明の異形断面とされたバンパ補強材1は、その長手方向(図1の左右方向)に亘って、直線的であっても良いが、バンパ補強材1の両端部1cが、水平面内で車体側に曲げられた(曲げ加工された)形状とされていることが好ましい。これは、車体の設計やデザインなどからくる、バンパ補強材の取り付けスペースの制約のためである。その態様としては、図1(a)に示すように、両端部1c側が車体(車両)後方側あるいは車体側に向かって傾斜するように、その長手方向(図1の左右方向)に亘って全体が円弧状に湾曲するように、曲げ加工されていても良い。
個々のフランジ3、4、ウエブ2、2´は、図1、2のように、必ずしも平坦な面を有する平板あるいは板状体である必要はない。必要に応じて、後述する、部分的に厚みが異なるような差厚部位や、これら差厚部位同士の境界となる肉厚段差、更には凹凸面や曲線面、溝などの凹凸や模様を有するものが、バンパ補強材1の大きさや形状あるいは要求特性に応じて、適宜許容される。
図1、2において、バンパ補強材1の中空断面は、バンパ補強材1の長手方向で連続的に変化している可変断面として異形断面形状を有する。この異形断面形状は、図2に示す通り、バンパ補強材1の長手方向で、その両端部1cにおける、図1(a)のE−E断面である、図2(e)の口型断面から、その中央部1bにおける、図1(a)のA−A断面である図2(a)の、略B型断面に至る異形断面形状に連続的に変化している。そして、両端部1cから中央部1bに向かうほど、バンパ補強材1の車両の前後方向の幅が減少し、車幅方向中央部1bではこの幅が最小となっている。
以上の通り、本発明では、アルミニウム合金押出中空形材からなる車両用バンパ補強材1の長手方向における、断面形状と車両の前後方向の幅とを、異形断面として、連続的に変化させている。このように、車両用バンパ補強材1の長手方向における断面形状を異形に連続的に変化させたことにより、衝撃吸収(エネルギ吸収)やステイの取り付け性や接合性など、部位ごとに異なる断面形状と、その断面形状からくる特性を持たせることが可能である。
すなわち、バンパ補強材1における長手方向の両端部1cは口型断面としたまま、その長手方向の中央部1bを略B型断面として、これら口型断面から略B型断面に至る異形断面形状に、中空断面の形状と車両の前後方向の幅とが、その長手方向で連続的に変化した異形断面形状とすることができる。これによって、衝撃吸収性能が部位ごとに異なる特性を持たせ、特に長手方向中央部の衝突背面側のストロークを広げ確保することや、衝撃吸収性能を向上させることが可能となる。
そして、この車両の前後方向の幅の変化、すなわちバンパ補強材1の両端部1cから中央部1bに向かうほど、車両の前後方向の幅を減少させることによって、特にバンパ補強材中央部1bを最も幅狭とする。これによって、衝突背面側のストロークが確保されることで、バンパ補強材1の背面側の空間を広くできる。このため、中央部1bに衝突力が作用して、中央部がたわみ変形(曲げ変形)する場合であっても、背面側に配設されたラジエータなど機能部品の損傷を生じにくい。また、バンパ補強材1の背面側の空間を広くできることが、その分のたわみ変形しろ(曲げ変形しろ)の確保にもつながり、エネルギ吸収性能が向上する。
本発明でのバンパ補強材各部位の厚みは、後述する部位同士の差厚関係も考慮すると、フランジ4、3の肉厚範囲として、2〜10mmの範囲から選択されることが好ましい。フランジ4、3の肉厚は同じとする必要がなく、衝突面側のフランジ4を厚く、背面側のフランジ3を薄くしても良い。このようなフランジ2、3の肉厚に対して、ウエブ2、2′の肉厚は、フランジ4、3の肉厚と同じか、より薄くしても、また、より厚くしても良いが、前記フランジ4、3の肉厚範囲から選択することが好ましい。このように、部位に応じて肉厚(板厚)を自由に変えられることも、バンパ補強材が、中空断面のアルミニウム合金押出形材からなることの大きな利点である。
背面側フランジ3は、プレス成形によって変形して、凸部5を形成する重要部位となる。バンパ補強材1(素材アルミニウム合金押出形材)の中央部1bの中空断面形状が口型断面形状から略B型断面形状になるように、背面側フランジ3を、両端部1c側から順に、断面形状が異なる凸部5形状に成形するためには、プレス成形によって、背面側フランジ3が途中から2箇所折れ曲がるような変形をする必要がある。このような折れ曲がり変形のためには、前提となる前記肉厚範囲を満足した上で、最低限、背面側フランジ3の中央部3bが、前記凸部の成形が可能なだけ、部分的に薄肉化されることが必要である。この部分的な薄肉化とは、極端には切り欠きに近いような、断面視での長さが短い、点状のような薄肉部であっても、そこを起点に折れ曲がり変形が生じるので、これを含む、折れ変形の起点となる薄肉部、すなわち差厚部位(好ましくは後述する肉厚段差)が設けられている必要がある。
そして、特にバンパ補強材が高強度な(高硬度な)7000系アルミニウム合金からなる場合や、前記バンパ補強材に特有の厚肉な仕様では、曲げ加工時の材料抵抗が大きく、シャープな曲げ半径での加工が難しい点も問題である。
このため、両端部1cでの高さが低い(凹凸が小さな)凸部5形状にプレス成形することができたとしても、特に中央部1bの凸部5を、略B型断面形状にプレス成形することが困難となる。
一方、背面側フランジ3だけの差厚化でもプレス成形は可能ではあるが、成形性の向上のために、背面側フランジ3だけでなく、上下ウエブ2、2´も、前提となる前記肉厚範囲を満足した上で、差厚部位からなることが好ましい。上下ウエブ2、2´も、プレス成形によって、背面側フランジ3とともに、その途中から折れ曲がり変形して、凸部5を形成するための背面側を形成する必要がある。すなわち、バンパ補強材1(素材アルミニウム合金押出形材)の中央部1bの中空断面形状が口型断面形状から略B型断面形状になるように、背面側フランジ3を、両端部1c側から順に、断面形状が異なる凸部5形状にプレス成形するために、上下ウエブ2、2´も、背面側フランジ3による凸部5の成形を可能とする、途中から折れ曲がり変形することが必要である。そして、この途中からの折れ曲がり変形のために、上下ウエブ2、2´が部分的に薄肉化されており、折れ変形の起点となる差厚部位(好ましくは後述する肉厚段差)が形成されていることが好ましい。
そして、特にバンパ補強材が高強度な(高硬度な)7000系アルミニウム合金からなる場合や、前記バンパ補強材に特有の厚肉な仕様では、曲げ加工時の材料抵抗が大きく、シャープな曲げ半径での加工が難しい点も問題である。
バンパ補強材1の衝突面側フランジ4の肉厚t5については、その圧壊強度を確保する意味から、背面側フランジ3の上下部中肉部3a、3a′の肉厚t3、t3´に対し、t5>t3およびt5>t3′の関係を有していることが好ましい。また、この関係に、背面側フランジ3の中央部薄肉部3bの肉厚t4を入れて、t5>t3>t4または/及びt5>t3′>t4であることが好ましい。
また、図2における成形後の(潰し加工後の)バンパ補強材1の長手方向の中央部断面形状では、その曲げ強度をできるだけ高くするために、中空断面の衝突面側フランジ4および背面側フランジ3に厚肉部を設け、これらをつなぐウエブ2、2´はそれに比べて薄肉とし、そして衝突面側フランジ4に接合される背面側フランジ3の凸部(突出部)5の肉厚が最も薄くなる方が、部分的な厚肉化による重量増加に対して、曲げ強度を効率的に高く出来る。
バンパ補強材1の背面側フランジ3あるいは上下ウエブ2a、2a′における、前記差厚部位同士が、肉厚の段差15を有して(介して)接続されていることが好ましい。この肉厚の段差15は、図2の各図に示す通り、肉厚が異なる互いの部位同士の境界としての、急激な(急峻な)板厚差を有する各部位の平坦面に対して略直角あるいは立ち上がり角度が急な段差(差厚段差部)である。このような段差には、前記した、切り欠きに近いような、断面視での長さが短い、点状のような薄肉差厚部位も含みうる。
以下に、本発明バンパ補強材を得るために、差厚部位を有する背面側フランジ3と、上下ウエブ2、2´とを、元の口型の中空断面内で、バンパ補強材1の長手方向に亘って連続する変形や凸部5を形成する、成形方法を図3、4を用いて詳述する。
アルミニウム合金は、その強度を高くして、各部位の肉厚を薄くすることによって、バンパ補強材1の重量を軽くし、かつエネルギ吸収特性を向上させるという観点から選択される。この観点によれば、本発明バンパ補強材(素材押出中空形材)に使用するアルミニウム合金は、6000系や5000系アルミニウム合金でも良い。ただ、JIS規格およびAA規格に規定された範囲の、Al−Zn−Mg系組成あるいはAl−Zn−Mg-Cu系組成からなる、より高強度な7000系アルミニウム合金からなることが好ましい。このアルミニウム合金からなる押出中空形材は、熱間押出後に溶体化処理および焼き入れ処理(質別記号T4)やその後の時効処理(質別記号T6)、過時効処理(質別記号T7)などが施されて、車両用バンパ補強材の素材として用いられる。
以上のようなバンパ補強材1を車両に取り付けるには、図2(e)に示す口型断面の形状を保持して、溶接などによる接合強度を得るための広い平坦面が確保された、図1の両端部側1cの背面側フランジ3に、バンパステイ9を接合すれば良い。
t1:(上ウエブの)上部衝突面側部肉厚、t1′:(下ウエブの)下部衝突面側部肉厚、t2:(上ウエブの)上部背面側厚肉部肉厚、t2′:(下ウエブの)下部背面側厚肉部肉厚、t3:(背面側フランジの)上部中肉部肉厚、t3′:(背面側フランジの)下部中肉部肉厚、t4:(背面側フランジの)中央部薄肉部肉厚、t5:衝突面側フランジ肉厚
Claims (4)
- 中空断面を有するアルミニウム合金押出形材からなる車両用バンパ補強材であって、
前記中空断面が、一対の衝突面側フランジおよび背面側フランジと、これら一対のフランジ同士をつなぐ上ウエブおよび下ウエブとにより形成され、
この中空断面の形状が、前記バンパ補強材の長手方向で、その両端部の口型断面から、前記長手方向の中央部の略B型断面に至る異形断面形状に、連続的に変化しており、
この中空断面形状の変化が、差厚部位を有する前記背面側フランジと、前記上下ウエブとを前記中空断面内で前記長手方向に亘って順次変形させたものからなり、
この変形が、前記背面側フランジのうちで部分的に薄肉とされた中央部薄肉部を頂部とするとともに、この中央部薄肉部の両側に位置する上部と下部の中肉部とを各々側壁とする、前記衝突面側フランジに向かう凸部の形成と、この凸部が、前記長手方向の両端部から中央部に向かうほど、その断面形状と前記車両の前後方向の幅とを変化させつつ、前記衝突面側フランジに漸近することからなっていて、
前記長手方向の中央部では、前記凸部の頂部が前記衝突面側フランジに平行に延在するとともに前記衝突面側フランジの背面に接合される一方で、前記凸部の各側壁が、前記中空断面を3分割する位置に、前記上下ウエブに平行に延在する中リブとして各々形成されて、前記略B型断面をなしており、
前記バンパ補強材の前記背面側フランジが、肉厚t4の前記中央部薄肉部と、この中央部薄肉部より車両上側に延在する肉厚t3の上部中肉部と、この中央部薄肉部より車両下側に延在する肉厚t3´の下部中肉部との差厚部位からなるとともに、これら各部の肉厚が、t3´>t4、t3>t4の関係を各々有する一方で、前記上ウエブが、前記衝突面側フランジの側に延在する肉厚t1の上部衝突面側薄肉部と、前記背面側フランジの側に延在する肉厚t2の上部背面側厚肉部とからなるとともに、前記下ウエブが、前記衝突面側フランジの側に延在する肉厚t1′の下部衝突面側薄肉部と、前記背面側フランジの側に延在する肉厚t2′の下部背面側厚肉部との差厚部位からなり、これら各部の肉厚が、t2>t1、t2´>t1´、t2>t3、t2´>t3´の関係を各々有する、
ことを特徴とする車両用バンパ補強材。 - 前記バンパ補強材の前記衝突面側フランジの肉厚t5が、上部中肉部の肉厚t3、下部中肉部の肉厚t3′に対して、t5>t3およびt5>t3′の関係を有していることを特徴とすることを特徴とする請求項1に記載の車両用バンパ補強材。
- 前記バンパ補強材の前記背面側フランジあるいは前記上下ウエブにおける前記差厚部位同士が肉厚の段差を有して接続されていることを特徴とする請求項1または2に記載の車両用バンパ補強材。
- 前記バンパ補強材が7000系アルミニウム合金押出形材からなることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の車両用バンパ補強材。
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