JP5995115B2 - 自動車のバンパービーム構造 - Google Patents

Description

本発明は、車幅方向に一定の高さを有するバンパービームが、少なくとも車幅方向に配向された第１の連続繊維を補強材とするプリプレグから成形された連続繊維強化樹脂層を備える自動車のバンパービーム構造に関する。

２枚の連続繊維シートと、２枚の連続繊維シート間に挟まれた連続繊維パッチと、上側の連続繊維シート上に射出あるいは押し出した熱可塑性樹脂とからなる長方形の素材（ブランク）を金型でプレスしてＷ字状断面を有する繊維強化樹脂製のバンパービームを成形するものにおいて、Ｗ字状断面の形状がバンパービームの車幅方向に一定であるものが、下記特許文献１により公知である。

日本特表２０００−５１５８２８号公報

ところで、バンパービームの車幅方向両端部が前後方向内側に湾曲して丸みを帯びていれば、美観の点で好ましいだけでなく、狭い場所で旋回するときにバンパービームの端部が障害物と接触し難くなる利点があり、そのためにはバンパービームの断面形状を車幅方向に変化させ、平面視におけるバンパービームの前後方向幅を車幅方向両端部側で小さくすることが望ましい。

しかしながら、上記特許文献１に記載されたものは、バンパービームの断面形状が車幅方向に一定であるため、上記要請を満たすことができない問題があった。またバンパービームの断面形状を車幅方向に変化させようとすると、金型でプレス加工する素材の形状が単純な長方形ではなくなるため、素材の歩留りが悪くなってコストアップの要因となる問題がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、バンパービームの断面形状を車幅方向に変化させながら、バンパービームをプレス成形するプリプレグの歩留りを高めることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、車幅方向に一定の高さを有するバンパービームが、少なくとも車幅方向に配向された第１の連続繊維を補強材とするプリプレグから成形された連続繊維強化樹脂層を備える自動車のバンパービーム構造であって、前記バンパービームは上壁、底壁および下壁が連続して前後方向に向けて開放する溝型断面部を備え、前記溝型断面部の上下方向幅を車幅方向両端側で車幅方向中央側に比べて広くするとともに、前記溝型断面部の前後方向深さを車幅方向両端側で車幅方向中央側に比べて浅くしたことを第１の特徴とする自動車のバンパービーム構造が提案される。

また本発明によれば、前記第１の特徴に加えて、前記連続繊維強化樹脂層は、前記第１の連続繊維に対して直交する方向に配向された第２の連続繊維を補強材として含むことを第２の特徴とする自動車のバンパービーム構造が提案される。

また本発明によれば、前記第１または第２の特徴に加えて、前記溝型断面部の上壁、底壁および下壁を不連続繊維強化樹脂製の縦リブで接続したことを第３の特徴とする自動車のバンパービーム構造が提案される。

また本発明によれば、前記第３の特徴に加えて、前記縦リブの上下方向中間部に前後方向に向けて開放する切欠きを形成したことを第４の特徴とする自動車のバンパービーム構造が提案される。

また本発明によれば、前記第１〜第４の何れか１つの特徴に加えて、前記溝型断面部の底壁をバンパービームエクステンションの前後方向外端に固定したことを第５の特徴とする自動車のバンパービーム構造が提案される。

また本発明によれば、前記第１の特徴に加えて、前記バンパービームは単一の前記溝型断面部を備え、前記連続繊維強化樹脂層は少なくとも２層に積層された連続繊維を含み、前記溝型断面部の上壁、底壁および下壁を不連続繊維強化樹脂製の縦リブで接続したことを第６の特徴とする自動車のバンパービーム構造が提案される。

また本発明によれば、前記第１の特徴に加えて、前記バンパービームは上下２個の前記溝型断面部を備え、各々の前記溝型断面部に、バンパービームエクステンションに対する固定部と、前記上壁、前記底壁および前記下壁を接続する不連続繊維強化樹脂製の縦リブとを設けたことを第７の特徴とする自動車のバンパービーム構造が提案される。

また本発明によれば、前記第１の特徴に加えて、前記バンパービームは、車幅方向中央に位置する中央部と、前記中央部の車幅方向両側に位置して車体に固定される二つの車体固定部とを備えるとともに、前記連続繊維強化樹脂層の表面を覆う不連続繊維強化樹脂層を備え、前記連続繊維強化樹脂層は、前記中央部および前記二つの車体固定部を構成する第１連続繊維強化樹脂層と、前記第１連続繊維強化樹脂層よりも短い車幅方向寸法で該第１連続繊維強化樹脂層に積層されて前記中央部を構成する第２連続繊維強化樹脂層とからなることを第８の特徴とする自動車のバンパービーム構造が提案される。

また本発明によれば、前記第８の特徴に加えて、前記バンパービームは上壁、底壁および下壁を有して車幅方向外側に向かって開放する溝型断面部を備え、前記不連続繊維強化樹脂層は前記上壁、前記底壁および前記下壁を接続する縦リブを備えることを第９の特徴とする自動車のバンパービーム構造が提案される。

また本発明によれば、前記第９の特徴に加えて、前記縦リブの上下方向中間部に前後方向に向けて開放する切欠きを形成したことを第１０の特徴とする自動車のバンパービーム構造が提案される。

また本発明によれば、前記第９または第１０の特徴に加えて、前記車体固定部はバンパービームエクステンションに締結される複数の締結部を備え、前記締結部は前記溝型断面部の底壁に形成されることを第１１の特徴とする自動車のバンパービーム構造が提案される。

また本発明によれば、前記第１１の特徴に加えて、前記第２連続繊維強化樹脂層は最も車幅方向内側の前記締結部に重なることを第１２の特徴とする自動車のバンパービーム構造が提案される。

また本発明によれば、前記第１１または第１２の特徴に加えて、前記車体固定部は前記バンパービームエクステンションを介して車体フレームの前後方向外端に固定されることを第１３の特徴とする自動車のバンパービーム構造が提案される。

また本発明によれば、前記第９〜第１３の何れか１つの特徴に加えて、前記溝型断面部の前後方向外端に初期荷重吸収部材を結合して閉断面化したことを第１４の特徴とする自動車のバンパービーム構造が提案される。

また本発明によれば、前記第８〜第１４の何れか１つの特徴に加えて、前記第１連続繊維強化樹脂層および前記第２連続繊維強化樹脂層は、相互に直交する二つの方向に配向された連続繊維を含むことを第１５の特徴とする自動車のバンパービーム構造が提案される。

また本発明によれば、前記第８〜第１５の何れか１つの特徴に加えて、前記第２連続繊維強化樹脂層の車幅方向中央部に、該第２連続繊維強化樹脂層よりも短い車幅方向寸法で第３連続繊維強化樹脂層を積層したことを第１６の特徴とする自動車のバンパービーム構造が提案される。

尚、実施の形態のフロントサイドフレーム前部１４は本発明の車体フレームに対応し、実施の形態の第１、第２ボス３３ｈ，３３ｉは本発明のボスあるいは締結部に対応し、実施の形態の第１、第２連続繊維強化樹脂層５３Ａ，５３Ｂは本発明の連続繊維強化樹脂層に対応し、実施の形態の第２、第３プリプレグ５９，６０は本発明のプリプレグに対応し、実施の形態の第１の連続繊維６２および第２の連続繊維６３は本発明の連続繊維に対応する。

本発明の第１の特徴によれば、バンパービームは車幅方向に一定の高さを有するので、バンパービームとの干渉によってヘッドライト等の配置が妨げられることがない。また連続繊維強化樹脂層は車幅方向に配向された第１の連続繊維を補強材として含むため、衝突荷重に対するバンパービームの強度を確保することができる。またバンパービームは上壁、底壁および下壁が連続して前後方向に向けて開放する溝型断面部を備え、溝型断面部の上下方向幅を車幅方向両端側で車幅方向中央側に比べて広くするとともに、溝型断面部の前後方向深さを車幅方向両端側で車幅方向中央側に比べて浅くしたので、車幅方向の各位置においてバンパービームの断面形状の上下方向への展開長さが一定になって長方形のプリプレグからバンパービームを成形することが可能となり、プリプレグの歩留りが向上させてコストダウンを図ることができる。しかもバンパービームの前後方向寸法が車幅方向両端部で小さくなるため、狭い場所での旋回時にバンパービームの車幅方向両端部が障害物と接触し難くすることができる。

また本発明の第２の特徴によれば、連続繊維強化樹脂層は、第１の連続繊維に対して直交する方向に配向された第２の連続繊維を補強材として含むので、第２の連続繊維によりバンパービームの曲げ強度を更に高めることができる。また第２の連続繊維を含むことで連続繊維強化樹脂層は第１の連続繊維に対して直交する方向（上下方向および前後方向）に伸び難くなるが、溝型断面部の上下方向幅および前後方向深さを車幅方向両端側で車幅方向中央側に比べて広くて浅くしたことにより、連続繊維強化樹脂層を上下方向および前後方向に引き伸ばす必要がなくなってバンパービームの成形が容易になる。

また本発明の第３の特徴によれば、溝型断面部の上壁、底壁および下壁を不連続繊維強化樹脂製の縦リブで接続したので、衝突荷重の入力時に溝型断面部が口開きするのを防止して衝撃吸収性能を高めるとともに、重量の増加を最小限に抑えながらバンパービームの捩じり強度を高めることができる。

また本発明の第４の特徴によれば、縦リブの上下方向中間部に前後方向に向けて開放する切欠きを形成したので、不連続繊維を縦リブの全体に確実に充填して強度を高めることができる。

また本発明の第５の特徴によれば、溝型断面部の底壁をバンパービームエクステンションの前後方向外端に固定したので、バンパービームエクステンションに対するバンパービームの固定が容易になるだけでなく、バンパービームに入力した衝突荷重をバンパービームエクステンションに確実に伝達することが可能となる。

また本発明の第６の特徴によれば、バンパービームは単一の溝型断面部を備え、連続繊維強化樹脂層は少なくとも２層に積層された連続繊維を含み、溝型断面部の上壁、底壁および下壁を不連続繊維強化樹脂製の縦リブで接続したので、衝突荷重の入力時に縦リブにより２層の連続繊維が層間剥離するのを抑制して衝撃吸収性能を高めることができる。

また本発明の第７の特徴によれば、バンパービームは上下２個の溝型断面部を備え、各々の溝型断面部に、バンパービームエクステンションに対する固定部と、上壁、底壁および下壁を接続する不連続繊維強化樹脂製の縦リブとを設けたので、車幅方向端部にオフセット衝突の衝突荷重が入力したときに、上下２個の溝型断面部間には縦リブが存在しないため、上下２個の溝型断面部は固定部が破断して上下方向に拡開するように変形する。その結果、バンパービームは受圧荷重を増加しながら端部から順次破壊して衝撃吸収を行うとともに、衝突荷重が入力した車幅方向端部と衝突荷重が入力しない車幅方向中央部とが分離するように破壊して更なる衝撃吸収が可能になる。

本発明の第８の特徴によれば、バンパービームは、車幅方向中央に位置する中央部と、中央部の車幅方向両側に位置して車体に固定される二つの車体固定部とを備えるとともに、連続繊維強化樹脂層の表面を覆う不連続繊維強化樹脂層を備える。連続繊維強化樹脂層は、中央部および二つの車体固定部を構成する第１連続繊維強化樹脂層と、第１連続繊維強化樹脂層よりも短い車幅方向寸法で該第１連続繊維強化樹脂層に積層されて中央部を構成する第２連続繊維強化樹脂層とからなるので、バンパービームの連続繊維強化樹脂層の厚さを中央部および車体固定部で容易に変化させることができるだけでなく、第２連続繊維強化樹脂層の端部における段差を不連続繊維強化樹脂層で覆って平滑化することで、中央部から車体固定部に向かって強度が漸減するバンパービームを容易に得ることができる。しかもバンパービームの車幅方向中央に衝突荷重が入力したときに最も大きな曲げモーメントが加わる中央部の曲げ強度を最も高くし、そこから車幅方向両側の車体固定部に向かって曲げ強度を漸減することが可能となるため、バンパービームの全長に亙って不必要に連続繊維を配置する必要をなくしてコストダウンおよび軽量化を図ることができる。

また本発明の第９の特徴によれば、バンパービームは上壁、底壁および下壁を有して車幅方向外側に向かって開放する溝型断面部を備え、不連続繊維強化樹脂層は上壁、底壁および下壁を接続する縦リブを備えるので、衝突荷重の入力時に溝型断面部が口開きするのを防止して衝撃吸収性能を高めるとともに、重量の増加を最小限に抑えながらバンパービームの捩じり強度を高めることができる。

また本発明の第１０の特徴によれば、縦リブの上下方向中間部に前後方向に向けて開放する切欠きを形成したので、不連続繊維を縦リブの全体に確実に充填して強度を高めることができる。

また本発明の第１１の特徴によれば、車体固定部はバンパービームエクステンションに締結される複数の締結部を備え、締結部は溝型断面部の底壁に形成されるので、バンパービームエクステンションに対するバンパービームの固定が容易になるだけでなく、バンパービームに入力した衝突荷重をバンパービームエクステンションに確実に伝達することが可能となる。

また本発明の第１２の特徴によれば、第２連続繊維強化樹脂層は最も車幅方向内側の締結部に重なるので、バンパービームの中央部に入力した衝突荷重を第２連続繊維強化樹脂層を介して前記締結部からバンパービームエクステンションに効率的に伝達し、バンパービームエクステンションにて吸収することが可能となる。

また本発明の第１３の特徴によれば、車体固定部はバンパービームエクステンションを介して車体フレームの前後方向外端に固定されるので、バンパービームエクステンションの強度分だけ車体固定部の強度を中央部よりも低くすることができる。

また本発明の第１４の特徴によれば、溝型断面部の前後方向外端に初期荷重吸収部材を結合して閉断面化したので、溝型断面部を薄肉にして軽量化を図りながらバンパービームの曲げ強度を確保することができる。

また本発明の第１５の特徴によれば、第１連続繊維強化樹脂層および第２連続繊維強化樹脂層は、相互に直交する二つの方向に配向された連続繊維を含むので、バンパービームの曲げ強度を一層高めることができる。

また本発明の第１６の特徴によれば、第２連続繊維強化樹脂層の車幅方向中央部に、該第２連続繊維強化樹脂層よりも短い車幅方向寸法で第３連続繊維強化樹脂層を積層したので、バンパービームの車幅方向中央に衝突荷重が入力したときに、バンパービームに衝突荷重により生じる曲げモーメントの分布に近似する曲げ強度の分布を与え、連続繊維の使用量を最小限に抑えてコストダウンおよび軽量化を図りながらバンパービームの衝撃吸収性能を確保することができる。

図１は自動車の車体前部の斜視図である。（第１の実施の形態） 図２は図１の２方向矢視図である。（第１の実施の形態） 図３はバンパービームの斜視図である。（第１の実施の形態） 図４は図３の４方向矢視図である。（第１の実施の形態） 図５は図４の５(Ａ)−５(Ａ)線および５(Ｂ)−５(Ｂ)線断面図である。（第１の実施の形態） 図６は図２の６部拡大図である。（第１の実施の形態） 図７は図６の７−７線断面図である。（第１の実施の形態） 図８は図６の８−８線断面図である。（第１の実施の形態） 図９はバンパービームエクステンションの分解斜視図である。（第１の実施の形態） 図１０はバンパービームを成形する金型の縦断面図である。（第１の実施の形態） 図１１は図１０の１１−１１線断面図である。（第１の実施の形態） 図１２は図４に対応する図である。（第２の実施の形態） 図１３は図１２の１３(Ａ)−１３(Ａ)線および１３(Ｂ)−１３(Ｂ)線断面図である。（第２の実施の形態） 図１４はバンパービームの車幅方向中央部に衝突荷重が入力したときの曲げモーメントの分布を示す図である。（第３の実施の形態） 図１５は図４に対応する図である。（第３の実施の形態）

１４ フロントサイドフレーム前部（車体フレーム）
１８ バンパービームエクステンション
１９ バンパービーム
３１ａ 中央部
３１ｂ 車体固定部
３２ 初期荷重吸収部
３３ 溝型断面部
３３ａ 上壁
３３ｂ 下壁
３３ｃ 底壁
３３ｆ 縦リブ
３３ｈ 第１ボス（固定部、締結部）
３３ｉ 第２ボス（固定部、締結部）
３３ｊ 切欠き
５３Ａ 第１連続繊維強化樹脂層（連続繊維強化樹脂層）
５３Ｂ 第２連続繊維強化樹脂層（連続繊維強化樹脂層）
５３Ｃ 第３連続繊維強化樹脂層
５４ 不連続繊維強化樹脂層
５９ 第２プリプレグ（プリプレグ）
６０ 第３プリプレグ（プリプレグ）
６２ 第１の連続繊維（連続繊維）
６３ 第２の連続繊維（連続繊維）

以下、添付図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

第１の実施の形態

先ず、図１〜図１１に基づいて本発明の第１の実施の形態を説明する。尚、本明細書において、前後方向（衝突荷重の入力方向）、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。

図１および図２に示すように、実施の形態の自動車の車体はＣＦＲＰ（カーボン繊維強化樹脂）等のＦＲＰ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ＦＲＰ製のアッパーメンバ１５，１５の前端に左右一対のＦＲＰ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ＦＲＰ製のフロントバルクヘッド１７が固定されており、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。フロントサイドフレーム前部１４，１４の前端に左右一対の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、空調用コンデンサ、バッテリ冷却用ラジエータ等の冷却系部品（不図示）が前後方向に重ね合わされて支持される。

次に、図３〜図７、図１０および図１１に基づいてバンパービーム１９の構造を説明する。

ＦＲＰ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溝型断面部３３，３３を備えており、下側の溝型断面部３３の上部フランジ３３ｄと上側の溝型断面部３３の下部フランジ３３ｅとは一体に連続して略Ｗ字状断面を形成する。溝型断面部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の長手方向に所定距離だけ離間して形成される。車幅方向両端の縦リブ３３ｆ…を除く残りの縦リブ３３ｆ…には、前方に向かって開放するＵ字状の切欠き３３ｊ…が形成される。

また上側の溝型断面部３３の上部フランジ３３ｄと、下側の溝型断面部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。また各溝型断面部３３の底壁３３ｃの車幅方向両端部には、前方に向かって突出する複数の第１ボス３３ｈ…と、前方に向かって突出する複数の第２ボス３３ｉ…とが形成されており、相互に対向する第１、第２ボス３３ｈ…，３３ｉ…の内部には、前後方向を指向する締結カラー３４…がインサートされる。

バンパービーム１９は、車幅方向中央に位置する中央部３１ａと、中央部３１ａの両側に連なる一対の車体固定部３１ｂ，３１ｂとを一体に備える。前記締結カラー３４…は、各々の車体固定部３１ｂに上下各３本ずつ設けられる。

中央部３１ａの全域において溝型断面部３３の断面形状は車幅方向に概ね一定であるが、車体固定部３１ｂでは溝型断面部３３の断面形状が車幅方向に変化する（図５参照）。即ち、溝型断面部３３のＵ字状の溝の上下方向幅Ｗは車幅方向外側に向かって次第に大きくなり、溝型断面部３３のＵ字状の溝の前後方向深さＤは車幅方向外側に向かって次第に小さくなる。その結果、バンパービーム１９の本体部３１の断面の展開長さ、つまり断面のＷ字形状を上下方向に引き伸ばした長さは、バンパービーム１９の長手方向の全域に亙って略一定になる。

初期荷重吸収部３２…はバンパービーム１９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。

バンパービーム１９の本体部３１は以下のようにして製造される。図１０および図１１に示すように、バンパービーム１９の本体部３１をプレス成形する金型５５は、本体部３１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、本体部３１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、キャビティ５６ａおよびコア５７ａにはリブやボスを成形する溝５６ｂ…，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強化樹脂の第１プリプレグ５８と、連続繊維強化樹脂の第２プリプレグ５９および第３プリプレグ６０と、不連続繊維強化樹脂の第４プリプレグ６１とが予備加熱した状態で配置される。

第２、第３プリプレグ５９，６０はカーボンファイバーの連続繊維のＵＤ（連続繊維を一方向に引き揃えたシート）を０°および９０°の方向に２層に積層したものを補強材とし、第１、第４プリプレグ５８，６１はカーボンファイバーの不連続繊維のマットを補強材とするもので、それらに熱可塑性樹脂（ナイロン６、ナイロン６６、ポリプロピレン等）が含浸される。予備加熱した第１〜第４プリプレグ５８〜６１を積層状態で金型５５内に挿入して加圧成形し、その後に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、第２、第３プリプレグ５９，６０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、本体部３１が成形される。このとき、不連続繊維を補強材とする第１、第４プリプレグ５８，６１は容易に変形可能であるため、第２、第３プリプレグ５９，６０と雌型５６のキャビティ５６ａとによって挟まれた第１プリプレグ５８はキャビティ５６ａの溝５６ｂ…内に流入し、本体部３１の外表面の第２ボス３３ｉ…を同時に成形するとともに、本体部３１の外表面の一部（溝型断面部３３の底壁３３ｃの後面）に沿って薄い膜状に積層される。同様に、第２、第３プリプレグ５９，６０と雄型５７のコア５７ａとによって挟まれた第４プリプレグ６１はコア５７ａの溝５７ｂ…内に流入し、本体部３１の内表面の縦リブ３３ｆ…、ピン３３ｇ…および第１ボス３３ｈ…を同時に成形するとともに、本体部３１の内表面の内表面に沿って薄い膜状に積層される。そして金型５５から取り出した製品の外周の余剰部分を切断することで、本体部３１を完成する。

このようにして成形されたバンパービーム１９の本体部３１の中央部３１ａの断面構造は、第２、第３プリプレグ５９，６０から成形された第１連続繊維強化樹脂層５３Ａおよび第２連続繊維強化樹脂層５３Ｂを備え、その前面に第４プリプレグ６１から成形された不連続繊維強化樹脂層５４が積層され、その後面に第１プリプレグ５８から成形された不連続繊維強化樹脂層５４が積層されたものとなる（図５（Ａ）参照）。

一方、バンパービーム１９の本体部３１の車体固定部３１ｂ，３１ｂの断面構造は、第３プリプレグ６０から成形される第２連続繊維強化樹脂層５３Ｂを備えないため、第２プリプレグ５９から成形された第１連続繊維強化樹脂層５３Ａの前面および後面に不連続繊維強化樹脂層５４，５４が積層されたものとなる（図５（Ｂ）参照）。

図３の円内に拡大して示すように、第１、第２連続繊維強化樹脂層５３Ａ，５３Ｂの第１の連続繊維６２…および第２の連続繊維６３…のうち、第１の連続繊維６２…は車幅方向に配向され、第２の連続繊維６３…は前後方向ないし上下方向に配向される。また不連続繊維強化樹脂層５４，５４の不連続繊維６４…はランダムに絡みあっている。

長い繊維の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、ＵＤの変形量に限界があるために成形性は低くなり、細くて高いリブやピン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、細くて高いリブやピンを成形するのが容易である。よって、連続繊維強化樹脂に不連続繊維強化樹脂を積層して本体部３１を成形することで、本体部３１の強度および成形性を両立させることができる。

次に、図６〜図９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を結合して構成される。バンパービームエクステンション１８の上部部材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。

上部部材５１は内側の連続繊維強化樹脂層５３と、その両面に積層された不連続繊維強化樹脂層５４，５４とで構成される。かかる構造の上部部材５１は、図１０および図１１で説明したバンパービーム１９の本体部３１と同様の方法でプレス成形される。

上部部材５１は、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…が不連続繊維強化樹脂で形成され（図９の第１補強リブ５２ｈと同じ形状・配置）、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…が同じく不連続繊維強化樹脂で形成される。また不連続繊維強化樹脂の前部締結フランジ５１ｂには３個のナット６５…がインサートされ、不連続繊維強化樹脂の後部締結フランジ５１ｃには３個の締結孔５１ｊ…が形成される。

下部部材５２は上述した上部部材５１と実質的に面対称な同一形状であるため、上部部材５１の各部の添え字と同じ添え字を、下部部材５２の符号５２に付すことで、その重複する説明を省略する。上部部材５１および下部部材５２の唯一の相違点は、下部部材５２が４つの接合部５２ｄ〜５２ｇから上向きに突出する複数のピン５２ｋ…を備えるのに対し、上部部材５１は前記ピン５２ｋ…が嵌合可能な複数のピン孔５１ｍ…を備える点である（図９参照）。

図６および図８から明らかなように、バンパービームエクステンション１８の主閉断面部２２は、上部部材５１および下部部材５２の断面四角形の溝状をなす主衝撃吸収部１８ａ，１８ａを上下に結合して構成され、またバンパービームエクステンション１８の第１副閉断面部２３および第２副閉断面部２４は、上部部材５１および下部部材５２は断面円弧形の溝状をなす第１副衝撃吸収部１８ｂ，１８ｂおよび第２副衝撃吸収部１８ｃ，１８ｃを上下に結合して構成される。

図８および図９から明らかなように、バンパービームエクステンション１８の主閉断面部２２は、連続繊維強化樹脂層５３の上下両面に不連続繊維強化樹脂層５４，５４を積層した３層構造であるが、バンパービームエクステンション１８の第１副閉断面部２３および第２副閉断面部２４は、連続繊維強化樹脂層５３の片面だけに不連続繊維強化樹脂層５４を積層した２層構造である。

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…の先端を振動工具で溶融することで一体に結合される（図８参照）。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の前部締結フランジ５１ｂ，５２ｂは先端側が前方に倒れるように傾斜している（図７参照）。

次に、図６〜図８に基づいてフロントサイドフレーム前部１４およびバンパービーム１９に対するバンパービームエクステンション１８の取付構造を説明する。

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が溶接される。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に共締めされる。

またバンパービーム１９の本体部３１にインサートした締結カラー３４…を前から後に貫通するボルト８５…を、バンパービームエクステンション１８の前部締結フランジ５１ｂ，５２ｂにインサートしたナット６５…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１８，１８の前端に締結される。

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。

バンパービーム１９が歩行者の脚部等に衝突して軽い衝突荷重が入力すると、初期荷重吸収部３２…の縦リブ３２ｂ…および横リブ３２ｃ…が圧壊して衝撃吸収性能を発揮する。自動車との前面衝突等により大きな衝突荷重が入力すると、バンパービーム１９の本体部３１およびバンパービームエクステンション１８が圧壊して衝撃吸収性能を発揮する。その際に、本体部３１の溝型断面部３３，３３の前端に初期荷重吸収部材３２…を結合して閉断面化したので、溝型断面部３３，３３を薄肉にして軽量化を図りながらバンパービーム１９の曲げ強度を確保することができる。

バンパービーム１９は車幅方向に一定の高さを有するので、ヘッドライト等の配置がバンパービーム１９との干渉によって妨げられることがない。またバンパービーム１９の本体部３１の第１、第２連続繊維強化樹脂層５３Ａ，５３Ｂは車幅方向に配向された第１の連続繊維６２…を補強材として含むため（図３参照）、衝突荷重に対するバンパービーム１９の強度を確保することができる。しかも第１、第２連続繊維強化樹脂層５３Ａ，５３Ｂは、車幅方向に配向された第１の連続繊維６２…に対して直交する方向に配向された第２の連続繊維６３…を補強材として含むので（図３参照）、その第２の連続繊維６３…によりバンパービーム１９の曲げ強度を更に高めることができる。

またバンパービーム１９の本体部３１は上壁３３ａ、底壁３３ｃおよび下壁３３ｂが連続して前方に向けて開放する上下２個の溝型断面部３３，３３を備え、各溝型断面部３３の上下方向幅Ｗを車幅方向両端側で車幅方向中央側に比べて広くするとともに、各溝型断面部３の前後方向深さＤを車幅方向両端側で車幅方向中央側に比べて浅くしたので（図５参照）、車幅方向の各位置において本体部３１の断面形状の上下方向への展開長さが一定になって長方形の第２、第３プリプレグ５９，６０からバンパービーム１９の本体部３１を成形することが可能となり、第２、第３プリプレグ５９，６０の歩留りが向上させてコストダウンを図ることができる。

しかも第２の連続繊維６３…を含むことで第１、第２連続繊維強化樹脂層５３Ａ，５３Ｂは第１の連続繊維６２…に対して直交する方向（上下方向および前後方向）に伸び難くなるが、溝型断面部３３，３３の上下方向幅Ｗおよび前後方向深さＤを車幅方向両端側で車幅方向中央側に比べて広くて浅くしたことにより、金型５５によるプレス成形時に第１、第２連続繊維強化樹脂層５３Ａ，５３Ｂを上下方向および前後方向に引き伸ばす必要がなくなり、バンパービーム１９の成形が容易になる。

更に、バンパービーム１９の前後方向寸法が車幅方向両端部で小さくなるため、バンパービーム１９の車幅方向両端部に丸みを持たせて美観を高めることができるだけでなく、狭い場所での旋回時にバンパービーム１９の車幅方向両端部が障害物と接触し難くすることができる。

また溝型断面部３３の上壁３３ａ、底壁３３ｃおよび下壁３３ｂを不連続繊維強化樹脂製の縦リブ３３ｆ…で接続したので、衝突荷重の入力時に溝型断面部３３が口開きするのを防止して衝撃吸収性能を高めるとともに、重量の増加を最小限に抑えながらバンパービーム１９の捩じり強度を高めることができる。このとき、縦リブ３３ｆ…の上下方向中間部に前方に向けて開放する切欠き３３ｊ…を形成したので、プレス成形時に不連続繊維６４…を縦リブ３３ｆ…の全体に確実に充填して強度を高めることができる。

また溝型断面部３３の底壁３３ｃをバンパービームエクステンション１８の前部締結フランジ５１ｂ，５２ｂに固定したので、バンパービームエクステンション１８に対するバンパービーム１９の固定が容易になるだけでなく、バンパービーム１９に入力した衝突荷重をバンパービームエクステンション１８に確実に伝達することが可能となる。

またバンパービーム１９は上下２個の溝型断面部３３，３３を備え、各々の溝型断面部３３に、バンパービームエクステンション１８に対する固定部である第１、第２ボス３３ｈ…，３３ｉ…と、上壁３３ａ、底壁３３ｃおよび下壁３３ｂを接続する不連続繊維強化樹脂製の縦リブ３３ｆ…とを設けたので、バンパービーム１９の車幅方向端部にオフセット衝突の衝突荷重が入力したときに、上下２個の溝型断面部３３，３３の後面間には縦リブ３３ｆ…が存在しないため、上下２個の溝型断面部３３，３３は第１、第２ボス３３ｈ…，３３ｉ…が破壊して上下方向に拡開するように変形する。その結果、バンパービーム１９の本体部３１は受圧荷重を増加しながら端部から順次破壊して衝撃吸収を行うとともに、衝突荷重が入力した車幅方向端部と衝突荷重が入力しない車幅方向中央部とが分離するように破壊して更なる衝撃吸収が可能になる。

またバンパービーム１９の本体部３１は、中央部３１ａおよび車体固定部３１ｂ，３１ｂを構成する第１連続繊維強化樹脂層５３Ａと、第１連続繊維強化樹脂層５３Ａに積層されて中央部３１ａを構成する第２連続繊維強化樹脂層５１Ｂとからなるので、本体部３１の連続繊維強化樹脂層の厚さを中央部３１ａおよび車体固定部３１ｂ，３１ｂで容易に変化させることができるだけでなく、第２連続繊維強化樹脂層５３Ｂの端部における段差を不連続繊維強化樹脂層５４で覆って平滑化することで、中央部３１ａから車体固定部３１ｂ，３１ｂに向かって強度が漸減するバンパービーム１９を容易に得ることができる（図４参照）。

しかも第２連続繊維強化樹脂層５３Ｂは最も車幅方向内側の第１、第２ボス３３ｈ，３３ｉに重なるので、つまり第２連続繊維強化樹脂層５３Ｂの車幅方向外端は、最も車幅方向内側の第１、第２ボス３３ｈ，３３ｉよりも更に車幅方向外側まで延びるので（図４参照）、バンパービーム１９の中央部に入力した衝突荷重を第２連続繊維強化樹脂層５３Ｂを介して最も車幅方向内側の第１、第２ボス３３ｈ，３３ｉからバンパービームエクステンション１８に効率的に伝達し、バンパービームエクステンション１８にて吸収することが可能となる。

また車体固定部３１ｂ，３１ｂは第２連続繊維強化樹脂層５３Ｂを持たないため、第２連続繊維強化樹脂層５３Ｂを持つ中央部３１ａよりも強度が低くなるが、車体固定部３１ｂ，３１ｂはバンパービームエクステンション１８，１８を介してフロントサイドフレーム前部１４，１４に固定されるので、バンパービームエクステンション１８，１８で車体固定部３１ｂ，３１ｂを補強してバンパービーム１９の強度を車幅方向に均一化することができる。

第２の実施の形態

次に、図１２および図１３に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。

第１の実施の形態のバンパービーム１９の本体部３１は、Ｕ字状断面を有する２個の溝型断面部３３，３３を上下に２個連続させてＷ字状断面を構成しているが、第２の実施の形態のバンパービーム１９の本体部３１は、コ字状断面を有する１個の溝型断面部３３を備える。

本体部３１の断面構造は第１の実施の形態と同じであり、第１〜第４プリプレグ５８〜６１を金型５５でプレス成形することで、第１、第２連続繊維強化樹脂層５３Ａ，５３Ｂの両面に不連続繊維強化樹脂層５４，５４が積層される。本体部３１の中央部３１ａでは、第１、第２連続繊維強化樹脂層５３Ａ，５３Ｂの両面に不連続繊維強化樹脂層５４，５４が積層されるが、本体部３１の車体固定部３１ｂ，３１ｂでは、第２連続繊維強化樹脂層５３Ｂを備えず、第１連続繊維強化樹脂層５３Ａの両面に不連続繊維強化樹脂層５４，５４を積層される。第１の実施の形態の溝型断面部３３の内面には縦リブ３３ｆ…だけが形成されるが、第２の実施の形態の溝型断面部３３の内面には縦リブ３３ｆ…と直交して車幅方向に延びる横リブ３３ｋが形成される。

第１の実施の形態と同様に、本体部３１の中央部３１ａの全域において、溝型断面部３３の断面形状は車幅方向に概ね一定である。しかしながら、本体部３１の車体固定部３１ｂでは、溝型断面部３３の上下方向幅Ｗが車幅方向外側に向かって次第に大きくなり、前後方向深さＤが車幅方向外側に向かって次第に小さくなる。その結果、バンパービーム１９の本体部３１の断面の展開長さ、つまり断面のコ字形状を上下方向に引き伸ばした長さは、バンパービーム１９の長手方向の全域に亙って略一定になる。

第２の実施の形態によっても、前述した第１の実施の形態と同様に作用効果を達成することができる。特に、溝型断面部３３の第１連続繊維強化樹脂層５３Ａおよび第２連続繊維強化樹脂層５３Ｂの各々は少なくとも２層に積層された連続繊維を含み、上壁３３ａ、底壁３３ｃおよび下壁３３ｂを不連続繊維からなる縦リブ３３ｆ…で接続したので、衝突荷重の入力時に縦リブ３３ｆ…により２層の連続繊維が層間剥離するのを抑制して衝撃吸収性能を高めることができる。

第３の実施の形態

次に、図１４および図１５に基づいて本発明の第３の実施の形態を説明する。

第１の実施の形態のバンパービーム１９は、車体固定部３１ｂ，３１ｂが第１連続繊維強化樹脂層５３Ａの１層構造であり、中央部３１ａが第１連続繊維強化樹脂層５３Ａおよび第２連続繊維強化樹脂層５３Ｂの２層構造であるが、図１５に示すように、第３の実施の形態のバンパービーム１９は、中央部３１ａの第２連続繊維強化樹脂層５３Ｂの前面の中央部に更に第３連続繊維強化樹脂層５３Ｃを積層して３層構造にしたものである。第１連続繊維強化樹脂層５３Ａの車幅方向寸法が最も長く、次いで第２連続繊維強化樹脂層５３Ｂの車幅方向寸法が長く、第３連続繊維強化樹脂層５３Ｃの車幅方向寸法が最も短くなる。

図１４は、バンパービーム１９を車幅方向両端部が固定された梁と見做し、その車幅方向中央部に荷重を加えたときの曲げモーメントの分布を示すものである。同図から明らかなように、バンパービーム１９の曲げモーメントの分布は、車幅方向中央部で最大となり、そこから車幅方向両端部に向かって漸減する。よって、バンパービーム１９の車幅方向中央部に第３連続繊維強化樹脂層５３Ｃを積層して３層構造にすることで曲げ強度を最も高くし、そこから車幅方向両端部に向かって２層構造→１層構造として曲げ強度を漸減することで、バンパービーム１９を全長に亙って３層構造とする場合に比べて、高価なカーボン繊維の使用量を減らしてコストダウンを図るとともに重量の軽減を図りながら、バンパービーム１９の必要な強度を確保することができる。

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、本発明のバンパービームエクステンションおよびバンパービームは自動車のフロント側のものに限定されず、リヤ側のものであっても良い。

また本発明の繊維強化樹脂は実施の形態のＣＦＲＰ（カーボンファイバー強化樹脂）に限定されず、グラスファイバー強化樹脂やアラミドファイバー強化樹脂等であっても良い。

また本発明の車体フレームは実施の形態のフロントサイドフレーム前部１４に限定されず、車体前部あるいは車体後部に前後方向に配置されたフレームであれば良い。

Claims (16)

1. 車幅方向に一定の高さを有するバンパービーム（１９）が、少なくとも車幅方向に配向された第１の連続繊維（６２）を補強材とするプリプレグ（５９，６０）から成形された連続繊維強化樹脂層（５３Ａ，５３Ｂ）を備える自動車のバンパービーム構造であって、
   前記バンパービーム（１９）は上壁（３３ａ）、底壁（３３ｃ）および下壁（３３ｂ）が連続して前後方向に向けて開放する溝型断面部（３３）を備え、前記溝型断面部（３３）の上下方向幅を車幅方向両端側で車幅方向中央側に比べて広くするとともに、前記溝型断面部（３３）の前後方向深さを車幅方向両端側で車幅方向中央側に比べて浅くしたことを特徴とする自動車のバンパービーム構造。
2. 前記連続繊維強化樹脂層（５３Ａ，５３Ｂ）は、前記第１の連続繊維（６２）に対して直交する方向に配向された第２の連続繊維（６３）を補強材として含むことを特徴とする、請求項１に記載の自動車のバンパービーム構造。
3. 前記溝型断面部（３３）の上壁（３３ａ）、底壁（３３ｃ）および下壁（３３ｂ）を不連続繊維強化樹脂製の縦リブ（３３ｆ）で接続したことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の自動車のバンパービーム構造。
4. 前記縦リブ（３３ｆ）の上下方向中間部に前後方向に向けて開放する切欠き（３３ｊ）を形成したことを特徴とする、請求項３に記載の自動車のバンパービーム構造。
5. 前記溝型断面部（３３）の底壁（３３ｃ）をバンパービームエクステンション（１８）の前後方向外端に固定したことを特徴とする、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の自動車のバンパービーム構造。
6. 前記バンパービーム（１９）は単一の前記溝型断面部（３３）を備え、前記連続繊維強化樹脂層（５３Ａ，５３Ｂ）は少なくとも２層に積層された連続繊維（６２，６３）を含み、前記溝型断面部（３３）の上壁（３３ａ）、底壁（３３ｃ）および下壁（３３ｂ）を不連続繊維強化樹脂製の縦リブ（３３ｆ）で接続したことを特徴とする、請求項１に記載の自動車のバンパービーム構造。
7. 前記バンパービーム（１９）は上下２個の前記溝型断面部（３３）を備え、各々の前記溝型断面部（３３）に、バンパービームエクステンション（１８）に対する固定部（３３ｈ，３３ｉ）と、前記上壁（３３ａ）、前記底壁（３３ｃ）および前記下壁（３３ｂ）を接続する不連続繊維強化樹脂製の縦リブ（３３ｆ）とを設けたことを特徴とする、請求項１に記載の自動車のバンパービーム構造。
8. 前記バンパービーム（１９）は、車幅方向中央に位置する中央部（３１ａ）と、前記中央部（３１ａ）の車幅方向両側に位置して車体に固定される二つの車体固定部（３１ｂ）とを備えるとともに、前記連続繊維強化樹脂層（５３Ａ，５３Ｂ）の表面を覆う不連続繊維強化樹脂層（５４）を備え、
   前記連続繊維強化樹脂層（５３Ａ，５３Ｂ）は、前記中央部（３１ａ）および前記二つの車体固定部（３１ｂ）を構成する第１連続繊維強化樹脂層（５３Ａ）と、前記第１連続繊維強化樹脂層（５３Ａ）よりも短い車幅方向寸法で該第１連続繊維強化樹脂層（５３Ａ）に積層されて前記中央部（３１ａ）を構成する第２連続繊維強化樹脂層（５３Ｂ）とからなることを特徴とする、請求項１に記載の自動車のバンパービーム構造。
9. 前記バンパービーム（１９）は上壁（３３ａ）、底壁（３３ｃ）および下壁（３３ｂ）を有して車幅方向外側に向かって開放する溝型断面部（３３）を備え、前記不連続繊維強化樹脂層（５４）は前記上壁（３３ａ）、前記底壁（３３ｃ）および前記下壁（３３ｂ）を接続する縦リブ（３３ｆ）を備えることを特徴とする、請求項８に記載の自動車のバンパービーム構造。
10. 前記縦リブ（３３ｆ）の上下方向中間部に前後方向に向けて開放する切欠き（３３ｊ）を形成したことを特徴とする、請求項９に記載の自動車のバンパービーム構造。
11. 前記車体固定部（３１ｂ）はバンパービームエクステンション（１８）に締結される複数の締結部（３３ｈ，３３ｉ）を備え、前記締結部（３３ｈ，３３ｉ）は前記溝型断面部（３３）の底壁（３３ｃ）に形成されることを特徴とする、請求項９または請求項１０に記載の自動車のバンパービーム構造。
12. 前記第２連続繊維強化樹脂層（５３Ｂ）は最も車幅方向内側の前記締結部（３３ｈ，３３ｉ）に重なることを特徴とする、請求項１１に記載の自動車のバンパービーム構造。
13. 前記車体固定部（３１ｂ）は前記バンパービームエクステンション（１８）を介して車体フレーム（１４）の前後方向外端に固定されることを特徴とする、請求項１１または請求項１２に記載の自動車のバンパービーム構造。
14. 前記溝型断面部（３３）の前後方向外端に初期荷重吸収部材（３２）を結合して閉断面化したことを特徴とする、請求項９〜請求項１３の何れか１項に記載の自動車のバンパービーム構造。
15. 前記第１連続繊維強化樹脂層（５３Ａ）および前記第２連続繊維強化樹脂層（５３Ｂ）は、相互に直交する二つの方向に配向された連続繊維（６２，６３）を含むことを特徴とする、請求項８〜請求項１４の何れか１項に記載の自動車のバンパービーム構造。
16. 前記第２連続繊維強化樹脂層（５３Ｂ）の車幅方向中央部に、該第２連続繊維強化樹脂層（５３Ｂ）よりも短い車幅方向寸法で第３連続繊維強化樹脂層（５３Ｃ）を積層したことを特徴とする、請求項８〜請求項１５の何れか１項に記載の自動車のバンパービーム構造。

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