JP6407778B2 - バンパーリインフォースとフックブラケットの取付部構造 - Google Patents

Description

本発明は、バンパーリインフォースとフックブラケットの取付部構造に関する。

自動車に取り付けられたフックは、主として他の車両の牽引や、船舶に乗せたときの固定用（タイダウン）に使用され、前方又は前方斜め下方に向け大きい引張荷重が掛かる。中空断面のアルミニウム合金押出材がバンパーリインフォースとして用られるようになると、中空断面の高い剛性を利用して、フックブラケットをバンパーリインフォースの前壁と後壁に形成された穴に貫通させ、前記前壁と後壁に溶接で取り付ける取付部構造が提案された。

特許文献１では、アルミニウム合金押出形材からなり、軸部の前端近傍と後端の左右につばを有するフックブラケットを、バンパーリインフォースの前壁と後壁に形成された穴に貫通させ、前記前壁と後壁に隅肉溶接で取り付けている。この取付部構造では、フックブラケットの前端近傍のつばを前記前壁の背面に、後端のつばを前記後壁の背面にそれぞれ当接させ、牽引性能の向上を図っている。
特許文献２では、アルミニウム合金押出材からなり、軸部の前端近傍に上向きに突出するリブを有するフックブラケットを、バンパーリインフォースの前壁と後壁に形成された穴に貫通させ、前記前壁と後壁に隅肉溶接で取り付けている。フックブラケットの押出方向は、バンパーリインフォースの長手方向に平行とされている。この取付部構造では、前記リブの周縁を前壁に溶接することにより、特にタイダウン時の牽引性能の向上を図っている。

特許第４２２９３８８号公報（図１，２） 特許第５３７４４３１号公報

特許文献１，２に記載された取付部構造では、バンパーリインフォースとフックブラケットが共にアルミニウム合金押出材からなり、フックブラケットが剛性の高いバンパーリインフォースの前壁と後壁に溶接で固定されている。このため、取付部構造が軽量化され、かつ高い牽引性能を有する。
一方、車体の軽量化の一環として、フックブラケット及び取付部構造のさらなる軽量化が求められるようになった。そこで、本発明は、牽引性能を低下させることなく、フックブラケット及び取付部構造のさらなる軽量化を図ることを目的とする。

本発明に係るバンパーリインフォースとフックブラケットの取付部構造において、前記ブラケットはアルミニウム合金押出形材からなり、押出断面（押出方向に垂直な断面）内に軸部の後端から前記バンパーリインフォースの中空内部に達する切り欠きを有する。前記フックブラケットの軸部は中空断面のバンパーリインフォースの前壁と後壁に形成された穴を貫通し、前記前壁と後壁に溶接で取り付けられている。切り欠きの形状として、Ｕ字形、Ｖ字形、半円形等、種々の形状が考えられる。
前記フックブラケットは、前記押出断面内に前記軸部から上向きに突出するリブを有し、前記リブが前記バンパーリインフォースの前壁に前方側から接していることが好ましい。この場合、前記押出断面において前記リブの前方側と前記軸部の間に隅肉部が形成されていること、及び前記隅肉部が凹湾曲していることが好ましい。
なお、本発明において「前」は衝突面側、「後」は車体側を意味する。

本発明に係るフックブラケットは、押出断面内に軸部の後端からバンパーリインフォースの中空内部に達する切り欠きを有するので、切り欠きの形状及び深さにもよるが、前記切り欠きを有しない従来材に比べて相当程度軽量化することができる。

従来のブラケットでは、雌ねじ穴を軸部の前端から後端まで形成している。しかし、従来のフックブラケットでは、フックを同ブラケットの後端に達するまでねじ入れることはなく、実際には、先端から３０ｍｍ程度までねじ入れているに過ぎず、それにより所要の牽引性能が得られている。
一方、本発明に係るフックブラケットは、フックの雄ねじと全周で螺合する雌ねじ穴を、軸部の前端から切り欠きの底までの範囲でしか形成できず、従来のフックブラケットに比べて、雌ねじ穴の有効長さが短くなる。しかし、従来のフックブラケットでも、上記のとおり、フックを雌ねじ穴に３０ｍｍ程度ねじ入れるにすぎず、これにより所要の牽引性能が得られている。従って、本発明に係るフックブラケットにおいて切り欠きの深さの分だけ雌ねじ穴の有効長さが短くなるとしても、それにより牽引性能が従来に比べて低下することは実際上はない。

従来のフックブラケットを用いた取付構造では、バンパーリインフォースの後壁と同ブラケットを全周隅肉溶接することができる。
一方、本発明に係るフックブラケットを用いた取付構造では、前記切り欠きが形成された箇所（フックブラケットの左右位置）で、バンパーリインフォースの後壁と同ブラケットを隅肉溶接することができない。しかし、従来のフックブラケットを用いた取付構造において、バンパーリインフォースの後壁と同ブラケットの左右の溶接箇所は、後述するように、牽引性能に余り寄与していない。従って、本発明に係るフックブラケットを用いた取付構造において、切り欠きが形成された箇所で隅肉溶接が行われないとしても、それによる牽引性能の低下は少ない。

本発明に係るフックブラケットの（ａ）平面図、（ｂ）正面図、（ｃ）側面図である。 図１に示すフックブラケットとバンパーリインフォースの取付部構造を示す断面図である。 本発明に係るフックブラケットの他の例を示す側面図である。 ＦＥＭ解析の対象とした従来のフックブラケットとバンパーリインフォースの取付部構造である。 ＦＥＭ解析の結果を示す斜視図である。

以下、図１〜５を参照して、本発明に係るバンパーリインフォースとフックブラケットの取付部構造について説明する。
図１に示すフックブラケット１は、アルミニウム合金押出形材からなり、アルミニウム合金押出材の押出方向は図１（ｃ）において紙面に垂直である。フックブラケット１は軸部２のみからなり、平面視の輪郭が長方形、正面視の輪郭が略正方形であり、押出断面（押出方向に垂直な断面）内に軸部２の後端（図１（ｃ）において右端）から所定の深さでＵ字形の切り欠き３が形成されている。軸部２の長手方向に沿って、前端から後端に向けて雌ねじ穴４が形成されている。この雌ねじ穴４の有効長さ（フックの雄ねじと全周で螺合する長さ）は、軸部２の前端付近から切り欠き３の底３ａまでである。

図２に示す取付部構造において、バンパーリインフォース５はアルミニウム合金押出材からなり、その断面形状は、矩形輪郭を構成する前壁６、後壁７、上壁８及び下壁９と、中リブ１１からなる。前壁６と後壁７は車体前後方向に対し略垂直に向いている。バンパーリインフォース５の下側のボックス５ａ（前壁６、後壁７、中リブ１１及び下壁９で囲まれた箇所）の前壁６と後壁７に穴が開けられ、その穴にフックブラケット１の軸部２が車体前後方向に貫通している。フックブラケット１の軸部２の前端部が前壁６から突出し（突出部１２）、後端部が後壁７から突出している（突出部１３）。軸部２の前方側の突出部１２は前壁６（軸部２が貫通する穴の周縁）と全周で隅肉溶接されている（上下の溶接部１４，１５のみ図示）。一方、後方側の突出部１３と後壁７（軸部２が貫通する穴の周縁）は上下の接触部で隅肉溶接され（上下の溶接部１６，１７を図示）、左右の接触部では隅肉溶接されていない。なお、突出部１２と前壁６の隅肉溶接は、溶接長を長くとるため全周で行われることが望ましいが、それは必須ではなく、例えば特許文献２に記載されているように、周の一部（特に左右の接触部）で溶接を省略するなど、他の溶接形態もあり得る。

図３に本発明に係る他のフックブラケット（いずれもアルミニウム押出形材からなる）を示す。
図３（ａ）に示すフックブラケット１Ａは、軸部２の先端に上向きに突出するリブ２１を有する点で、フックブラケット１と異なる。フックブラケット１Ａをバンパーリインフォース５に取り付ける場合、リブ２１はバンパーリインフォース５の前壁６に前方側から接し、リブ２１と前壁６は隅肉溶接される。この隅肉溶接は、リブ２１を含む全周溶接であることが好ましい。フックブラケット１Ａがリブ２１を有することにより、牽引時の負荷がバンパーリインフォース５の中リブ１１や上壁８を介して後壁７に効率よく伝達され、バンパーリインフォース５とフックブラケット１Ａの取付部構造が強化される。

図３（ｂ）に示すフックブラケット１Ｂは、軸部２の先端近傍に上向きに突出するリブ２２を有し、かつリブ２２の前方側と軸部２の間に隅肉２３が形成されている点で、フックブラケット１と異なる。フックブラケット１Ｂをバンパーリインフォース５に取り付ける場合、リブ２２はバンパーリインフォース５の前壁６に前方側から接し、リブ２２と前壁６は隅肉溶接される。この隅肉溶接は、リブ２２の周囲を含む全周溶接であることが好ましい。リブ２２は機能的にフックブラケット１Ａのリブ２１と同じであるが、前方側に軸部２との間に表面が凹湾曲した隅肉部２３が形成されている。この隅肉部２３は、タイダウン時等の負荷により、リブ２２と軸部２との間に亀裂が発生するのを防止する作用を有する。

図３（ｃ）に示すフックブラケット１Ｃは、軸部２の先端に上向きに突出するリブ２１のほか、下向きに突出するリブ２４を有する点で、フックブラケット１と異なる。フックブラケット１Ｃをバンパーリインフォース５に取り付ける場合、リブ２４は、リブ２１と同様に、バンパーリインフォース５の前壁６に前方側から接し、リブ２４と前壁６は隅肉溶接される。この隅肉溶接は、リブ２４，２５の周囲を含む全周溶接であることが好ましい。リブ２４の機能はリブ２１と同様である。

図３（ｄ）に示すフックブラケット１Ｄは、軸部２の後端に上下に突出するリブ２５，２６を有する点で、フックブラケット１と異なる。フックブラケット１Ｄをバンパーリインフォース５に取り付ける場合、リブ２５，２６は、バンパーリインフォース５の後壁７に後方側から接し、リブ２５，２６（特にリブ２５，２６の頂部）と後壁７は隅肉溶接される。溶接長を長くとるため、リブ２５，２６の左右を後壁に隅肉溶接してもよい。

なお、図１〜３に記載したフックブラケットは、いずれもバンパーリインフォースの直線部分（バンパーリインフォースの長手方向が車幅方向に平行の箇所）に設置するものであった。しかし、本発明に係るフックブラケットは、特許文献１，２に示すように、バンパーリインフォースの傾斜部分（バンパーリインフォースの長手方向が車幅方向から車体側に傾斜している箇所）に設置することができる。この場合も、フックブラケットの押出方向は、特許文献１，２に示すように、バンパーリインフォースの長手方向とされる。

本発明に係る取付部構造におけるバンパーリインフォース及びフックブラケットとして、それぞれ任意の組成のアルミニウム合金押出材を用いることができるが、特に６０００系又は７０００系のアルミニウム合金押出材が好ましい。
切り欠き３については、Ｕ字形のほかＶ字形、半円形等、種々の形状が考えられる。ただし、アルミニウム合金押出材の押出速度（押出断面に鋭角部分があると押出速度が低下する）及び軽量化効果（半円形ではＵ字形に比べて減少する断面積が小さい）等の点で、Ｕ字形が好ましい。

（従来の取付部構造についてのＦＥＭ解析）
従来のフックブラケットを用いた取付部構造において、フックブラケットの前端に前方への牽引荷重を負荷したときにフックブラケットに発生する反力を、ＦＥＭ（ Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ）解析を用いて求めた。
解析条件として、バンパーリインフォースとフックブラケットの断面形状は図４に示す形状とした。このバンパーリインフォースの断面形状は、図２に示すバンパーリインフォース５の断面形状と同じである。フックブラケットは輪郭が直方体形状（図２に示すフックブラケット１とは切り欠き３の有無のみが異なる）で、中心部に前後方向に貫通する雌ねじ穴が形成されている。バンパーリインフォースとフックブラケットの溶接箇所は、バンパーリインフォースの前壁側及び後壁側とも全周溶接とした。

また、バンパーリインフォース及びフックブラケットとして、７０００系アルミニウム合金押出材を想定した。フックブラケットの前端に前方（矢印ａ参照）に向けて３０ｋＮの牽引荷重を負荷し、フックブラケットに発生する反力を求めた。ＦＥＭ解析には汎用の有限要素解析コードＡＢＡＱＵＳを用いた。

ＦＥＭ解析の結果を図５に示す。図５において、フックブラケットの表面に付した●印は、当該フックブラケットに一定以上の高い応力が発生した部位である。図５に示すように、フックブラケットの牽引フックが取り付けられる前方側には全面的に高い応力が発生し、特に稜線部に高い応力が発生した。一方、後方側には高い応力が発生した部位は少なく、特に、フックブラケットの左右部位（本発明に係るフックブラケットでいえばＵ字状の切り欠き３が形成される部位）に高い応力の発生が見られなかった。
なお、フックブラケットの前端に前方斜め下方向（図４の矢印ｂ参照）に向けて５ｋＮの牽引荷重を負荷した場合も、フックブラケットの後方側には高い応力が発生した部位は少なく、かつ、フックブラケットの左右部位に高い応力の発生が見られなかった。

本発明に係るフックブラケットは、押出断面内に軸部の後端からバンパーリインフォースの中空内部に達する切り欠きを有し、それにより前記切り欠きが形成された箇所で、前記バンパーリインフォースの後壁と隅肉溶接ができない。しかし、上記の解析結果から、前記隅肉溶接ができないことによる牽引性能の低下は少ないことが分かる。
一方、本発明に係るフックブラケットは、押出断面内に切り欠きを有することにより、切り欠きの形状及び深さにもよるが、前記切り欠きを有しない従来材に比べて相当程度軽量化することができる。

１，１Ａ〜１Ｄ フックブラケット
２ 軸部
３ 切り欠き
４ 雌ねじ穴
５ バンパーリインフォース
６ 前壁
７ 後壁
８ 上壁
９ 下壁
１１ 中リブ
１２，１３ 突出部
１４〜１７ 隅肉溶接部
リブ ２１，２２，２４〜２６
２３ 隅肉部

Claims (3)

1. 中空断面のバンパーリインフォースと、アルミニウム合金押出形材からなり、軸部が前記バンパーリインフォースの前壁と後壁に形成された穴を貫通し、前記前壁と後壁に溶接で取り付けられたフックブラケットの取付部構造において、前記フックブラケットは、前記バンパーリインフォースの長手方向が押出方向とされ、押出断面内に前記軸部の後端から前記バンパーリインフォースの中空内部に達する切り欠きが形成されていることを特徴とするバンパーリインフォースとフックブラケットの取付部構造。
2. 前記フックブラケットは、押出断面内に前記軸部から上向きに突出するリブを有し、前記リブが前記バンパーリインフォースの前壁に前方側から接することを特徴とする請求項１に記載されたバンパーリインフォースとフックブラケットの取付部構造。
3. 前記フックブラケットは、押出断面において前記リブの前方側と前記軸部の間に隅肉部が形成され、前記隅肉部は凹湾曲していることを特徴とする請求項２に記載されたバンパーリインフォースとフックブラケットの取付部構造。

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