JP6301457B2 - 車両バンパー - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、2013年10月4日に出願された米国特許出願第14/046,616号（発明の名称「車両バンパー」）に基づく優先権を主張するものであり、その開示内容の全体が参照により本願明細書に組み込まれるものとする。

本発明は、車両バンパーとして使用されるビームに関する。

バンパーは、車両の前部及び後部を軽度衝撃時の影響から保護すると共に、重度衝撃時における負荷を車両構造部に伝達するために使用される。バンパーは、車両から突出しており、車両における他の構造部に対する初期接触点として機能する。

バンパーは、車両のシャシに固定される単純なビームから、高性能な衝撃吸収システムを構成するための不可欠な部品へと進化してきた。このような衝撃吸収システムにより、負荷が車両におけるエネルギ吸収構造部に伝達され、更にこのようなエネルギ吸収構造部により、車両の衝突時における乗員への影響が軽減されるのみならず、車両を駐車させるときなど、低速度での衝突による損傷が最小化される。また、現代の車両に取り付けられるバンパーは、特定の試験基準を満たすことが義務付けられている。同時に、商業上の理由により、バンパーの製造コスト及び重量の低減化が求められている。

特許文献１（米国特許第6,217,089号明細書）には、管状構造にロール成形され、かつフロント側からリア側に延びる中央ウェブを備えるバンパーが開示されている。特許文献２（米国特許出願公開第2008/0284184号明細書）及び特許文献３（米国特許出願公開第2008/0093867号明細書）には、車両から、外方に向けられたバンパービーム面方向に延びるウェブの対を備える類似の構造体が開示されている。

これらの構成は、単一の材料による経済的な製造を可能とするものではあるが、構造体に使用される材料を大幅に厚くしなければ、適用規格に定められた衝撃に耐えられないことが判明している。材料を厚くすれば、コスト増のみならず構造体の重量増につながる。

特許文献４（米国特許第6,726,261号明細書）には、局所的な補強材が開示されている。この補強材においては、付加的な部材が管状ビームに固定されることにより、車両の中央領域にてビームから外方に突出している。このような構成とした場合、製造時に付加的な加工ステップが必要になるため、構造体のコスト増につながる。

米国特許第6,217,089号明細書 米国特許出願公開第2008/0284184号明細書 米国特許出願公開第2008/0093867号明細書 米国特許第6,726,261号明細書

従って、本発明の課題は、上述した欠点が回避又は低減される車両バンパー用のビームを提供することである。

本発明によれば、車両バンパー用のビームが提供される。本発明に係るビームは、連続的な金属ウェブで形成された細長かつ閉管状の本体を備える。該本体は、互いに離間させた第１壁の対と、該第１壁の対の間で延びると共に、互いに離間させた第２壁の対と、第１壁の対に介在させた第２壁の対の間で延びる支持部と、該支持部及び第１壁の対の一方の間で延びる補強部とを含む。該補強部は、第２壁の対の一方に隣接するよう離間させることにより、第２壁の対の一方における少なくとも一部分に亘って二重壁構造が形成される。

前部及び後部にバンパービームを備える車両の側面図である。 図１の車両に使用されるバンパービームの斜視図である。 図２のビームの拡大斜視図である。 図３のビームの端面図である。 バンパービームを形成するための開始状態を示す端面図である。 図5Aに類似し、形成工程における後続的なステップを示す端面図である。 図5Bに類似し、形成工程における後続的なステップを示す端面図である。 図5Cに類似し、形成工程における後続的なステップを示す端面図である。 図5Dに類似し、形成工程における後続的なステップを示す端面図である。 図5Eに類似し、形成工程における後続的なステップを示す端面図である。 図5Fに類似し、形成工程における後続的なステップを示す端面図である。 従来技術のビームを、標準的な試験を実施した後の状態で示す斜視図である。 従来技術のビームを、標準的な試験を実施した後の状態で示す斜視図である。 図２〜図４のビームを、図6A及び図6Bのビームに実施したのと同一試験後の状態で示す斜視図である。 図２〜図４のビームを、図6A及び図6Bのビームに実施したのと同一試験後の状態で示す斜視図である。 図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａ及び図７Ｂのビームにおける負荷たわみ曲線を示すグラフである。 図３のビームに類似する代替的なビームの実施形態を示す説明図である。 図９のビームの端面図である。 ビームの更なる実施形態の端面図である。

以下、本発明の実施態様を添付図面を参照して詳述する。

図１は、フロント構造部及びリア構造部に統合されたバンパーアセンブリ10を備える車両Ｖを示す。バンパーアセンブリ10は、バンパービーム12を備え、このバンパービーム12は、車両Ｖの横方向に亘って延びると共に、図２に示すように、ペデスタル14によって荷重支持構造部に固定されている。バンパービーム12は、カバーパネルＰにより、一般的に車両Ｖの外側エンベロープに統合されている。図２にも明らかなように、ビーム12は、その長手方向軸線に沿って湾曲しているため、車両における所要のエンベロープに適合可能である。

ビーム12の構造は、特に図３及び図４に明示されている。この場合にビーム12は、横方向に自由縁18，20を有する単一の金属ウェブ16で形成されている。図５との関連で以下に詳述するように、ウェブ16は、ビームの所要構造が徐々に形成される一連のロール成形ステーションを通過させることにより、ビーム12の形状にロール成形されている。このように製造されたビームは不定の長さを有しており、所望の長さに切断可能であると共に、既知の後成形法を利用して最終的な曲率に形成可能である。

ビーム12は、垂直方向軸線上で離間させた頂壁22及び底壁24を備える。言うまでもなく、本明細書において、頂部、底部、内側及び外側についての言及は、車両Ｖに取り付けられた状態でのビームの方位に関連する。頂壁22及び底壁24は、外壁26及び内壁28によって互いに接続されている。また支持部30は、頂壁22及び底壁24のほぼ中間において、外壁26から内壁28に延びている。更に補強部32は、外壁26との交点に隣接する支持部30から底壁24に延びている。これに加えて、補強部の遠位端は、横方向に折り曲げられることにより、底壁24を覆うフランジ34を形成している。

図３及び図４に示すように、頂壁22、底壁24、外壁26、内壁28、支持部30及び補強部32は、全てウェブ16を折り曲げて形成されており、丸みを有する折り目により、各接合部で互いに接続されている。内壁28の下部28aは、自由縁18から延びるウェブ16の縁部により形成されている。また内壁28の上部28bは、ウェブ16の中間部により画定されている。この場合、支持部30に隣接する上部28bに自由縁18が溶接されることにより、内壁28全体が形成されている。

外壁26の下部36は、波形状に加工されているため、トラフの対38，40が形成されている。各トラフは、外壁26の平面に対して平行に延びるベース42（図４参照）を含む。

補強部32も、同様に波形状に加工されているため、陸部48によって互いに分離されたチャネル44及びオフセット部46が形成されている。このオフセット部46は、底壁24を覆うフランジ34で終端している。

補強部32は、支持部30との交点に隣接するトラフ38のベース上における溶接部50により、外壁26に固定されている。フランジ34も、同様の溶接部52により底壁24に固定されているため、ビーム12が一体的に構成されている。必要であれば、補強部及びトラフ40の当接部分に溶接部を設けてもよいが、基本的には不要である。

溶接部50，52は、レーザ溶接又は他の類似の技術により、スポット溶接部若しくはプラグ溶接部などの断続的な溶接部として、又は連続的なシーム溶接部として設けることができ、又は他のボンディング技術を利用して一体的な構成を実現することができる。

このように、ウェブ16は、閉管状ビームに形成され、補強部32により、外壁26の全長に亘って二重壁構造が形成される。これにより、車両の適用規格に定められているように、ビーム12の中央部に加わるスポット的な衝撃に耐えることができる。

実質的に平面的なウェブ16は、個別の材料又は連続的な材料片に適用される適切な技術により、図３及び図４に示すビーム構造に形成することができる。この場合に利用可能な技術には、プレスブレーキによる連続的な折り曲げ工程、又は一連のロール成形ステーション（図５参照）による連続的なロール成形工程が含まれる。言うまでもなく、図５に示す各ステーションは、成形を行うための主要なステップを表すものであり、各ステーション間における実際の移行では、複数の中間ロール成形ステーションを設けることができる。

まず初めに、自由縁18，20を有する平面ウェブ16は、ロール又は類似のストックにおけるシート材料の状態で、最初のローラ成形ステーションに導入される。図5Bのステップに示すように、ウェブ16の初期的な変形において、自由縁20に隣接するウェブ16の部分をウェブ16平面から変位させることにより、補強部32の形成を開始する。これにより、ウェブ16の中間部でトラフ38，40の形成が開始される。

図5Cに示すように、更なるステーションを通過させることにより、ウェブ16の平面に対して直角に延びる支持部30と、波形状部及びフランジ34を含む補強部32とを形成する。

図5Dに示すステーションにおいて、トラフ38，40、チャネル44及びオフセット部46を画定する波形状部を、ウェブの中央部及び補強部32上で最終的な大きさまで形成する。

その後、図5E及び図5Fのステップに示すように、折り曲げステーションでウェブを折り曲げることにより、頂壁22及び内壁28の間の折り目を画定する。同様に、反対側の自由縁でウェブを折り曲げることにより、底壁24及び内壁28の間の折り目を画定する。

この折り曲げ工程は、補強部32が外壁26の下部36に当接するまで行う（図5F参照）。溶接部50，52は、下部36を補強部32に接続するために、トラフ38，40のベースに配置しておく。溶接の完了後、底壁24を折り曲げてフランジ34に接触させ、また内壁28の下部28aを上部28bに接触させる。その後、これら溶接部により、フランジ34が底壁24に接続されると共に、内壁28の２つの部分が互いに接続される。

図５に示す各ステップは、継続的に行うことにより不定の長さを有するビームが製造され、その後に所望の長さに切断される。材料を折り曲げ工程に導入する場合には、ビームは所要の長さを有するが、必要に応じてトリミングを施さなければならない。

ビーム12は、従来技術の後成形法を利用すれば、車両に求められる全体的な構造に適合するよう形成することができ、その後にペデスタル14に固定される。

補強部32を設けることにより、試験状態におけるビーム12の性能が大幅に向上するため、ビームがより薄い材料、従ってより軽量な材料で形成可能になる。中型車両における一般的な使用において、1200〜1500 MPa級の鋼を使用したウェブ16の厚さは、1.0〜1.5 mmの範囲とする。

性能を向上させたビーム12は、図6A、図6B、図7A及び図7Bに基づいて評価することができる。これら図は、標準的な衝突試験を実施した後のバンパービームの状態を示す。衝突試験においては、集中的かつスポット的な衝撃をビームの中央部に加える。図６に示すように、補強部なしに形成された従来技術のバンパーは、衝撃によってビームの中央部が折り曲げられ、垂直方向に著しい変位が生じている。これに対して、図7A及び図7Bに表すと共に上述した補強部を備えるビームは、同一の試験条件下において、折り曲げがないだけでなく永久変形がより小さく、垂直方向における変位が小さい。図6A、図6B及び図7A、図7B間の比較結果は、図８にグラフとして示す。このグラフにおいて、図6A及び図6Bにおける従来技術のビームは、弾性限度が30 kN程度であり、この値で著しい変位を示す。これに対して、図7A及び図7Bにおけるビームは、30 kNを超えてなお継続的かつ十分な弾性変形を示すのみならず、負荷の除去後に大きな復元性を示す。

このように、外壁に隣接して補強部32を設けることにより、バンパービーム12の物性を向上させつつ、単一のウェブによる経済的な製造が可能になる。

図９及び図10は、代替的な実施形態を示す。この場合、明瞭性を高めるために、同一要素には「１」を付加した参照符号が付されている。図９及び図10の実施形態において、ビーム112は、外壁126の下部136に並置された補強部132を備える。ただし、図示の実施形態におけるフランジ134は、下部136の遠位端上に形成され、本体の外部にて底壁124を覆っている。このフランジ134は、自由縁118が内壁128に溶接されるのと同様に、底壁124に溶接されている。この場合、言うまでもなく、ウェブ116を使用したビーム112のロール成形工程は、代替的な構成に適合させるために修正される。

図11は、更なる実施形態を示す。この場合、明瞭性を高めるために、同一要素には、￥「２」を付加した参照符号が付されている。図11の実施形態において、支持部230は、内壁228から延びる収束壁230a，230bの対により形成されている。これら壁230a，230bは、湾曲部230Cにて互いに接続され、この湾曲部230Cから補強部232が底壁224に延びている。図示の実施形態における自由縁218は、湾曲部230Cを覆うよう配置され、また溶接部により、自由縁218、補強部232及び湾曲部230cが固定されている。図示の実施形態においても、ビーム212は、やはり単一の材料ウェブで形成されており、また折り曲げにより、外壁226の下部236に隣接すると共に、この下部236に沿って延びる補強部が設けられている。

Claims (14)

1. 車両バンパー用のビームであって、該ビームは、連続的な金属ウェブで形成された細長かつ閉管状の本体を備え、該本体は、互いに離間させた第１壁の対と、該第１壁の対の間で延びると共に、互いに離間させた第２壁の対と、前記第１壁の対に介在させた前記第２壁の対の間で延びる支持部と、該支持部及び前記第１壁の対の一方の間で延びる補強部とを含み、該補強部は、前記第２壁の対の一方に隣接するよう離間させることにより、前記第２壁の対の一方における少なくとも一部分に亘って二重壁構造が形成されているビーム。
2. 請求項１に記載のビームであって、前記補強部は、前記支持部及び前記第１壁の対の一方の間で、前記第２壁の対の一方に当接しているビーム。
3. 請求項２に記載のビームであって、少なくとも１つの前記補強部及び前記第２壁の対の一方における前記一部分は、波形状に形成されることにより、少なくとも１つの前記補強部及び前記一部分の間に大きさを変化させた間隔が設けられているビーム。
4. 請求項３に記載のビームであって、各々の前記補強部及び前記第２壁の対は、波形状に形成されているビーム。
5. 請求項１に記載のビームであって、前記ウェブの横方向縁部は、折り曲げられることにより、前記第２壁の対の一方と、前記第１壁の対の一方とに交点が画定されているビーム。
6. 請求項５に記載のビームであって、前記横方向縁部は、前記第１壁の一方に固定されているビーム。
7. 請求項１に記載のビームであって、前記ウェブの横方向縁部は、前記支持部に隣接する交点及び前記第２壁の対の他方で終端しているビーム。
8. 請求項７に記載のビームであって、前記ウェブの前記横方向縁部は、前記ウェブの中央部を覆うと共に該中央部に固定され、前記第２壁の他方に交点を画定しているビーム。
9. 請求項３に記載のビームであって、前記補強部及び前記第２壁の対の一方は、前記補強部及び前記第２壁の対の一方が当接する箇所で互いに固定されているビーム。
10. 請求項１に記載のビームであって、前記補強部及び前記第２壁の対の一方は、前記支持部に隣接して固定されているビーム。
11. バンパー用のビームを金属ウェブで形成するための方法であって、該方法は、一連のロール成形ステーションに前記ウェブを通過させるステップを有することにより、連続的な金属ウェブで形成された細長かつ閉管状の本体が形成され、該本体は、互いに離間させた第１壁の対と、該第１壁の対の間で延びると共に、互いに離間させた第２壁の対と、前記第１壁の対に介在させた前記第２壁の対の間で延びる支持部と、該支持部及び前記第１壁の対における一方の間で延びる補強部とを含み、該補強部は、前記第２壁の対における一方に隣接するよう離間させることにより、前記第２壁の対における一方の少なくとも一部に亘って二重壁構造が形成される方法。
12. 請求項１１に記載の方法であって、前記補強部及び前記第２壁の対の一方は、前記本体を閉じる前に固定する方法。
13. 請求項１１に記載の方法であって、前記ウェブの横方向縁部は、前記本体を閉じる際に、前記ウェブの中間部に並置すると共に該中間部に固定する方法。
14. 請求項１１に記載の方法であって、前記ビームは、前記本体の形成後に、最終的な形状に切断かつ形成する方法。