JP6080243B2 - 自動車用バンパー - Google Patents
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Description
本発明は、前後方向に延びる比較的に高強度のフレームと、前後方向に延びる比較的に低強度のフレームとを車幅方向に左右一対並置し、前記比較的に高強度のフレームおよび前記比較的に低強度のフレームの前後方向外端に繊維強化樹脂で中空閉断面に構成したバンパービームエクステンションを固定し、左右一対の前記バンパービームエクステンションの前後方向外端に繊維強化樹脂で構成したバンパービームの車幅方向両端を固定した自動車用バンパーに関する。
フロントサイドフレームの前端にバンパービームエクステンションを介して繊維強化樹脂製のバンパービームを支持するとともに、フロントサイドフレームの車幅方向外側に配置したロアメンバの前部をバンパービームエクステンションの車幅方向外面およびバンパービームの車幅方向外端に接続したものが、下記特許文献1により公知である。
またアルミニウム押出材よりなるバンパービームの車幅方向外端に鋼板プレス製のバンパービームエクステンションを接続し、バンパービームエクステンションの後端を車幅方向内外に並置したフロントサイドフレームおよびアッパメンバの前端に接続したものが、下記特許文献2により公知である。
また金属押出材よりなるバンパービーム(バンパーリインフォースメント)と、繊維強化樹脂製のバンパービームエクステンション(クラッシュボックス)とを金属板を挟んで結合することで、バンパービームからバンパービームエクステンションの先端部に荷重を均一に伝達できるようにしたものが、下記特許文献3により公知である。
またアルミニウム押出材で構成した左右のバンパービームエクステンション(バンパーステイ)から前方かつ車幅方向内側に突出させた支持部材にアルミニウム押出材で構成したバンパービーム(バンパーリインフォースメント)を支持し、バンパービームの左右の支持部間の距離を短縮して前方から衝突荷重が入力したときにバンパービームに作用する曲げモーメントを低減することで、バンパービームの必要強度を低下させて軽量化を図るものが、下記特許文献4により公知である。
ところで、前面衝突の衝突荷重がバンパービームからバンパービームエクステンションに伝達されたとき、バンパービームエクステンションが車幅方向に傾くと衝突エネルギーを効果的に吸収することが難しくなる。即ち、バンパービームエクステンションが内側フレーム(フロントサイドフレーム)および外側フレーム(ロアメンバやアッパメンバ)によって支持されている場合、一般に内側フレームは外側フレームよりも高強度であるため、衝突荷重により低強度の外側フレームが先に破壊してバンパービームエクステンションが車幅方向外側に傾いてしまい、衝突エネルギーの吸収効果が低下する問題がある。
上記特許文献1に記載されたものは、外側フレーム(アッパメンバ)がバンパービームエクステンションの後端ではなく車幅方向外面に接続されているため、衝突荷重が入力したときにバンパービームからバンパービームエクステンションに効率的に荷重を伝達することができず、バンパービームエクステンションが充分なエネルギー吸収効果を発揮できない可能性がある。
また上記特許文献2に記載されたものは、アルミニウム押出材よりなるバンパービームと、鋼板プレス製のバンパービームエクステンションとを用いているために軽量化に限界があり、繊維強化樹脂を用いた軽量化が必要である。
また上記特許文献3に記載されたものは、バンパービームに衝突荷重が入力したとき、車幅方向両端部を一対のバンパービームエクステンションに支持されたバンパービームは後方に曲げ変形して衝突エネルギーを吸収するが、バンパービームとバンパービームエクステンションとが金属板を挟んで一定角度を成すように強固に結合されているため、衝突荷重が入力したときにバンパービームの車幅方向中間部が後方に曲げ変形するのが阻害され、バンパービームがバンパービームエクステンションとの結合部で後方に折れ曲がってしまい、バンパービームの曲げ変形による衝突エネルギーの吸収効果が有効に発揮されない可能性がある。
また上記特許文献4に記載されたものは、バンパービームおよびバンパービームエクステンションが金属製であるために軽量化に限界があり、更なる軽量化を図るためにはバンパービームおよびバンパービームエクステンションを繊維強化樹脂製とする必要がある。
以上のことから、自動車用バンパーを軽量化しながら衝突時のエネルギー吸収性能を確保するには、バンパービームおよびバンパービームエクステンションを繊維強化樹脂製とすることが望ましいが、繊維強化樹脂は金属よりも破断伸びが小さいため、衝突荷重によりバンパービームに大きな曲げモーメントが作用すると破断してしまい、バンパービームの曲げ変形による安定したエネルギー吸収効果が期待できなくなる可能性がある。
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、繊維強化樹脂製のバンパービームエクステンションが衝突荷重で車幅方向外側に傾くのを防止して、バンパービームエクステンションに支持された繊維強化樹脂製のバンパービームの曲げ変形を可能にし、バンパービームに作用する曲げモーメントを低減して、軽量化およびエネルギー吸収効果を両立させ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、前後方向に延びる比較的に高強度のフレームと、前後方向に延びる比較的に低強度のフレームとを車幅方向に左右一対並置し、前記比較的に高強度のフレームおよび前記比較的に低強度のフレームの前後方向外端に繊維強化樹脂で中空閉断面に構成したバンパービームエクステンションを固定し、左右一対の前記バンパービームエクステンションの前後方向外端に繊維強化樹脂で構成したバンパービームの車幅方向両端を固定した自動車用バンパーであって、前記バンパービームエクステンションはその車幅方向中間部に前後方向に延びる溝部を備えると共に、車幅方向内側に位置する上下二つの第1稜線と、前記溝部に隣接する上下二つの第2稜線と、車幅方向外側に位置する上下二つの第3稜線とを有し、前記第1稜線および第2稜線は、矩形状断面の前記比較的に高強度のフレームの概ね延長線上に位置する仮想矩形状断面部を形成し、前記仮想矩形状断面部の第1稜線および第2稜線は、前記比較的に高強度のフレームの車幅方向内側の上下2個の稜線および車幅方向外側の上下2個の稜線の概ね延長線上にそれぞれ位置し、かつ前記第3稜線は矩形状断面の前記比較的に低強度のフレームの車幅方向前記比較的に高強度のフレーム側の上下2個の稜線の概ね延長線上に位置し、前記バンパービームエクステンションは、コ字状断面を有する上部部材および下部部材の本体部を車幅方向内外の側部フランジで締結して構成され、前記上部部材および前記下部部材の本体部の上下のバンパービーム取付部を前記バンパービームの上壁および下壁にそれぞれ接続したことを第1の特徴とする自動車用バンパーが提案される。
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エクステンションは、前記第1稜線および前記第2稜線に挟まれた前記本体部の上壁および下壁に前後方向に延びる少なくとも1本の補強リブを備え、前記第1稜線、前記第2稜線および前記補強リブは車幅方向に等間隔で配置されることを第2の特徴とする自動車用バンパーが提案される。
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エクステンションは連続繊維が少なくとも車幅方向に配向された連続繊維強化樹脂シートを含み、前記溝部は円弧状断面を有することを第3の特徴とする自動車用バンパーが提案される。
また本発明によれば、前記第1の特徴に加えて、車幅方向内側の前記側部フランジを締結する締結部材は、車幅方向外側の前記側部フランジを締結する締結部材よりも前後方向
は連続繊維が少なくとも車幅方向に配向された連続繊維強化樹脂シートを含み、前記溝部
内側に配置されることを第4の特徴とする自動車用バンパーが提案される。
は連続繊維が少なくとも車幅方向に配向された連続繊維強化樹脂シートを含み、前記溝部
内側に配置されることを第4の特徴とする自動車用バンパーが提案される。
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エクステンションは連続繊維を含む連続繊維強化樹脂シートおよび不連続繊維を含む不連続繊維強化樹脂シートを積層状態で熱プレスして構成され、前記側部フランジは前記連続繊維強化樹脂シートを含む部分で締結部材により締結されることを第5の特徴とする自動車用バンパーが提案される。
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エクステンションのバンパービーム取付部を、前記バンパービームの上壁および下壁に機械結合したことを第6の特徴とする自動車用バンパーが提案される。
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エクステンションは、車幅方向内側の前記接合フランジを車幅方向内側に延長した延長部を備えることを第7の特徴とする自動車用バンパーが提案される。
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取付部は前記バンパービームの車幅方向外端を前後方向外側から係止する係止壁を備えることを第8の特徴とする自動車用バンパーが提案される。
また本発明によれば、前後方向に延びる比較的に高強度のフレームと、前後方向に延びる比較的に低強度のフレームとを車幅方向に左右一対並置し、前記比較的に高強度のフレームおよび前記比較的に低強度のフレームの前後方向外端に繊維強化樹脂で中空閉断面に構成したバンパービームエクステンションを固定し、左右一対の前記バンパービームエクステンションの前後方向外端に繊維強化樹脂で構成したバンパービームの車幅方向両端を固定した自動車用バンパーであって、前記バンパービームエクステンションはその車幅方向中間部に前後方向に延びる溝部を備えると共に、車幅方向内側に位置する上下二つの第1稜線と、前記溝部に隣接する上下二つの第2稜線と、車幅方向外側に位置する上下二つの第3稜線とを有し、前記第1稜線および第2稜線は、矩形状断面の前記比較的に高強度のフレームの概ね延長線上に位置する仮想矩形状断面部を形成し、前記仮想矩形状断面部の第1稜線および第2稜線は、前記比較的に高強度のフレームの車幅方向内側の上下2個の稜線および車幅方向外側の上下2個の稜線の概ね延長線上にそれぞれ位置し、かつ前記第3稜線は矩形状断面の前記比較的に低強度のフレームの車幅方向前記比較的に高強度のフレーム側の上下2個の稜線の概ね延長線上に位置し、前記バンパービームエクステンションは、内側の連続繊維強化樹脂シートの外側に不連続繊維強化樹脂シートを積層した前後方向に延びる筒状閉断面の本体部と、前記本体部の不連続繊維強化樹脂シートの前後方向外端を前記バンパービームに向けて延出した上下のバンパービーム取付部とを備え、前記上下のバンパービーム取付部を前記バンパービームの上面および下面に結合したことを第9の特徴とする自動車用バンパーが提案される。
また本発明によれば、前記第9の特徴に加えて、前記上下のバンパービーム取付部を不連続繊維強化樹脂シートよりなる前記バンパービームの上面および下面に振動溶着したことを第10の特徴とする自動車用バンパーが提案される。
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、前記バンパービームエクステンションは前記比較的に高強度のフレームの前端に設けたバックプレートに結合される取付フランジを備え、前記本体部の連続繊維強化樹脂シートおよび不連続繊維強化樹脂シートは積層状態で前記バンパービームエクステンションの前後方向内端まで延び、そこから前記不連続繊維強化樹脂シートだけが直角に折れ曲がって前記取付フランジを構成することを第11の特徴とする自動車用バンパーが提案される。
また本発明によれば、前記第9〜第11の何れか1つの特徴に加えて、前記バンパービームエクステンションはコ字状断面を有する上部部材および下部部材の車幅方向内外に設けた側部フランジどうしを結合して構成され、結合された前記側部フランジの少なくとも一方に車幅方向端部に相互に離反する方向に直角に折れ曲がる折り返し部を形成したことを第12の特徴とする自動車用バンパーが提案される。
また本発明によれば、前記第12の特徴に加えて、前記本体部の連続繊維強化樹脂シートおよび不連続繊維強化樹脂シートは積層状態で前記側部フランジの車幅方向端部まで延び、そこから前記不連続繊維強化樹脂シートだけが直角に折れ曲がって前記折り返し部を構成することを第13の特徴とする自動車用バンパーが提案される。
また本発明によれば、前記第6の特徴に加えて、前記バンパービーム取付部は前記バンパービームを固定する締結部材が貫通する固定孔を備え、前記固定孔は前後方向に延びる長孔で構成されることを第14の特徴とする自動車用バンパーが提案される。
尚、実施の形態のリベット34、35は本発明の締結部材に対応し、実施の形態のフロントサイドフレーム36は本発明の比較的に高強度のフレームに対応し、実施の形態のロアメンバ37は本発明の比較的に低強度のフレームに対応する。
本発明の第1の特徴によれば、自動車用バンパーは、前後方向に延びる比較的に高強度のフレームと、前後方向に延びる比較的に低強度のフレームとを車幅方向内外に並置し、比較的に高強度のフレームおよび比較的に低強度のフレームの前後方向外端に繊維強化樹脂で中空閉断面に構成したバンパービームエクステンションを固定し、左右一対のバンパービームエクステンションの前後方向外端に繊維強化樹脂で構成したバンパービームの車幅方向両端を固定して構成される。
バンパービームエクステンションはその車幅方向中間部に前後方向に延びる溝部を備えると共に、車幅方向内側に位置する上下二つの第1稜線と、前記溝部に隣接する上下二つの第2稜線と、車幅方向外側に位置する上下二つの第3稜線とを有し、前記第1稜線および第2稜線は、矩形状断面の比較的に高強度のフレームの概ね延長線上に位置する仮想矩形状断面部を形成し、仮想矩形状断面部の第1稜線および第2稜線は、比較的に高強度のフレームの車幅方向内側の上下2個の稜線および車幅方向外側の上下2個の稜線の概ね延長線上にそれぞれ位置し、かつ前記第3稜線は矩形状断面の比較的に低強度のフレームの前記比較的に高強度のフレーム側の上下2個の稜線の概ね延長線上に位置するので、バンパービームからバンパービームエクステンションに伝達された衝突荷重のうち、バンパービームエクステンションの仮想矩形状断面部の二つの第1稜線および二つの第2稜線から比較的に高強度のフレームに伝達される荷重量が大きくなり、かつバンパービームエクステンションの二つの第3稜線から比較的に低強度のフレームに伝達される荷重量が小さくなってバンパービームエクステンションの傾きが防止され、車幅方向に隣接する比較的に高強度のフレームおよび比較的に低強度のフレームに掛け渡したバンパービームエクステンションの安定した圧壊を可能にして衝突エネルギーの吸収効果を高めることができる。
また、バンパービームエクステンションは、コ字状断面を有する上部部材および下部部材の本体部を車幅方向内外の側部フランジで締結して構成され、上部部材および下部部材の上下のバンパービーム取付部をバンパービームの上壁および下壁にそれぞれ接続したので、バンパービームエクステンションの強度をバンパービーム取付部から本体部に向けて漸増させ、バンパービームから衝突荷重が入力したときにバンパービームエクステンションの荷重が急激に上昇するのを防止することで、バンパービームエクステンションを内側に向けて順次圧壊して衝突エネルギーの吸収効果を高めることができる。
また本発明の第2の特徴によれば、バンパービームエクステンションは、第1稜線および第2稜線に挟まれた本体部の上壁および下壁に前後方向に延びる少なくとも1本の補強リブを備え、第1稜線、第2稜線および補強リブは車幅方向に等間隔で配置されるので、バンパービームエクステンションの面剛性を車幅方向に均一化し、衝突荷重の入力時にバンパービームエクステンションを前後方向外側から内側に順次圧壊して衝突エネルギーの吸収効果を高めることができる。
また本発明の第3の特徴によれば、バンパービームエクステンションは連続繊維が少なくとも車幅方向に配向された連続繊維強化樹脂シートを含み、溝部は円弧状断面を有するので、溝部によりバンパービームエクステンションの強度を高めて衝突エネルギーの吸収効果を高めるとともに、成形時に円弧状断面の溝部の連続繊維に加わる引張荷重を四角形断面の溝部に比べて低下させることで、連続繊維の破断を防止してバンパービームエクステンションの強度を確保することができる。
また本発明の第4の特徴によれば、車幅方向内側の側部フランジを締結する締結部材は、車幅方向外側の側部フランジを締結する締結部材よりも前後方向内側に配置されるので、バンパービームエクステンションの車幅方向内側部分の強度を低下させ、衝突荷重の入力時にバンパービームの曲げ変形を許容して衝突エネルギーの吸収効果を高めるとともに、バンパービームエクステンションの車幅方向内外を前後方向に均一に圧壊して衝突エネルギーの吸収効果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、バンパービームエクステンションは連続繊維を含む連続繊維強化樹脂シートおよび不連続繊維を含む不連続繊維強化樹脂シートを積層状態で熱プレスして構成され、側部フランジは連続繊維強化樹脂シートを含む部分で締結部材により締結されるので、締結部材の周囲で側部フランジが破断するのを破断強度の高い連続繊維強化樹脂シートで阻止することで、バンパービームエクステンションの上部部材および下部部材が分離するのを防止することができる。
また本発明の第6の特徴によれば、バンパービームエクステンションのバンパービーム取付部を、バンパービームの上壁および下壁に機械結合したので、結合強度の向上および組付性の向上が可能となる。
また本発明の第7の特徴によれば、バンパービームエクステンションは、車幅方向内側の接合フランジを車幅方向内側に延長した延長部を備えるので、延長部を車幅方向内側に張り出した分だけバンパービームの変形中心を車幅方向内側に移動させることが可能となり、バンパービームの変形中心から衝突荷重の入力点までの距離を短くしてバンパービームに作用する最大曲げモーメントを低減することができる。
また本発明の第8の特徴によれば、バンパービーム取付部はバンパービームの車幅方向外端を前後方向外側から係止する係止壁を備えるので、車両の衝突時にバンパービームの変形中心よりも車幅方向外側部分が前後方向外側に移動したとき、その移動を係止壁で阻止してバンパービームから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することで、バンパービームエクステンションの前後方向の圧壊を促進してエネルギー吸収量を増加させることができる。
また本発明の第9の特徴によれば、一対の繊維強化樹脂製のバンパービームエクステンションの前後方向外端に繊維強化樹脂製のバンパービームの車幅方向両端が固定される。バンパービームエクステンションは、内側の連続繊維強化樹脂シートの外側に不連続繊維強化樹脂シートを積層した前後方向に延びる筒状閉断面の本体部と、本体部の不連続繊維強化樹脂シートの前後方向外端をバンパービームに向けて延出した上下のバンパービーム取付部とを備え、上下のバンパービーム取付部をバンパービームの上面および下面に結合したので、バンパービームに入力した衝突荷重がバンパービームエクステンションに伝達されるとき、連続繊維強化樹脂シートに比べて剛性が低い不連続繊維強化樹脂シートよりなるバンパービーム取付部が変形することで、バンパービームの曲げ変形を許容して衝突エネルギーの吸収効果を高めるとともに、バンパービームの局部的な変形による破壊を回避することができる。そして最終的にバンパービームエクステンションの本体部の連続繊維強化樹脂シートがバンパービームからの衝突荷重を支持することで、バンパービームエクステンションが前後方向に圧壊して衝突エネルギーを効果的に吸収することができる。
また本発明の第10の特徴によれば、上下のバンパービーム取付部を不連続繊維強化樹脂シートよりなるバンパービームの上面および下面に振動溶着したので、不連続繊維強化樹脂シートどうしの溶着により結合強度が向上するだけでなく、リベット等の機械結合手段が不要になって部品点数が削減される。
また本発明の第11の特徴によれば、バンパービームエクステンションはフロントサイドフレームの前端に設けたバックプレートに結合される取付フランジを備え、本体部の連続繊維強化樹脂シートおよび不連続繊維強化樹脂シートは積層状態でバンパービームエクステンションの前後方向内端まで延び、そこから不連続繊維強化樹脂シートだけが直角に折れ曲がって取付フランジを構成するので、本体部に連続する取付フランジの付け根部が湾曲している場合に比べて、取付フランジの付け根部の強度を高めることが可能となり、衝突荷重の入力時にバンパービームエクステンションの傾きを防止して衝突エネルギーの吸収効果を高めることができる。しかもバンパービームエクステンションの成形時に、取付フランジに向かって流れる不連続繊維強化樹脂シートにより連続繊維強化樹脂シートの連続繊維に張力を与え、連続繊維強化樹脂シートの連続繊維の撓みを除去することができる。
また本発明の第12の特徴によれば、バンパービームエクステンションはコ字状断面を有する上部部材および下部部材の車幅方向内外に設けた側部フランジどうしを結合して構成され、結合された側部フランジの車幅方向端部に相互に離反する方向に直角に折れ曲がる折り返し部を形成したので、側部フランジの車幅方向端部から折り返し部が湾曲しながら延びる場合に比べて、折り返し部による側部フランジの補強効果を高め、衝突荷重の入力時にバンパービームエクステンションが側部フランジの部分で口開き変形して衝突エネルギーの吸収効果が損なわれるのを防止することができる。
また本発明の第13の特徴によれば、本体部の連続繊維強化樹脂シートおよび不連続繊維強化樹脂シートは積層状態で側部フランジの車幅方向端部まで延び、そこから不連続繊維強化樹脂シートだけが直角に折れ曲がって折り返し部を構成するので、折り返し部により側部フランジの補強効果を一層高めることができる。しかもバンパービームエクステンションの成形時に、折り返し部に向かって流れる不連続繊維強化樹脂シートにより連続繊維強化樹脂シートの連続繊維に張力を与え、連続繊維強化樹脂シートの連続繊維の撓みを除去することができる。
また本発明の第14の特徴によれば、バンパービーム取付部はバンパービームを固定する締結部材が貫通する固定孔を備え、固定孔は前後方向に延びる長孔で構成されるので、車両の衝突によりバンパービームに曲げモーメントが作用したときに、締結部材がバンパービームの曲げ変形を過度に阻害するのを一層確実に防止することができる。
11 バンパービーム
12 バンパービームエクステンション
14 底壁
14b 上壁
14c 下壁
16 不連続繊維強化樹脂シート
17 連続繊維強化樹脂シート
18 不連続繊維強化樹脂シート
33U 上部部材
33L 下部部材
33a 本体部
33b 側部フランジ
33c 側部フランジ
33d 延長部
33e バンパービーム取付部
33g 係止壁
33i 補強リブ
33j 溝部
33k 取付フランジ
33m 折り返し部
33n 折り返し部
33o 固定孔
34 リベット(締結部材)
35 リベット(締結部材)
36 フロントサイドフレーム(比較的に高強度のフレーム)
37 ロアメンバ(比較的に低強度のフレーム)
40 仮想矩形状断面部
41 バックプレート
a1 稜線
a2 稜線
b 稜線
c1 第1稜線
c2 第2稜線
c3 第3稜線
12 バンパービームエクステンション
14 底壁
14b 上壁
14c 下壁
16 不連続繊維強化樹脂シート
17 連続繊維強化樹脂シート
18 不連続繊維強化樹脂シート
33U 上部部材
33L 下部部材
33a 本体部
33b 側部フランジ
33c 側部フランジ
33d 延長部
33e バンパービーム取付部
33g 係止壁
33i 補強リブ
33j 溝部
33k 取付フランジ
33m 折り返し部
33n 折り返し部
33o 固定孔
34 リベット(締結部材)
35 リベット(締結部材)
36 フロントサイドフレーム(比較的に高強度のフレーム)
37 ロアメンバ(比較的に低強度のフレーム)
40 仮想矩形状断面部
41 バックプレート
a1 稜線
a2 稜線
b 稜線
c1 第1稜線
c2 第2稜線
c3 第3稜線
添付図面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。
先ず、図1〜図10に基づいて本発明の第1の実施の形態から説明する。
図1〜図3に示すように、自動車の車体前部に繊維強化樹脂製のバンパービーム11が車幅方向に配置されており、バンパービーム11の車幅方向両端部が繊維強化樹脂製の左右一対のバンパービームエクステンション12,12の前端に支持される。前後方向に延びる左右一対のフロントサイドフレーム36,36の車幅方向外側に、前後方向に延びる左右一対のロアメンバ37,37が並置されており、車幅方向内側のフロントサイドフレーム36および車幅方向外側のロアメンバ37の前端にバンパービームエクステンション12の後端が支持される。本実施の形態では、フロントサイドフレーム36が金属製であり、ロアメンバ37が繊維強化樹脂製であるが、その材質は任意である。
バンパービーム11は、前方に向けて開放するU字状断面の上ビーム部14Uおよび下ビーム部14Lを上下に結合したW字状断面の部材であり、上ビーム部14Uおよび下ビーム部14Lは、後端に位置する底壁14aと、底壁14aの上端から前方に延びる上壁14bと、底壁14aの下端から前方に延びる下壁14cと、上ビーム部14Uの上壁14bの前端から上方に延びる上部フランジ14dと、下ビーム部14Lの下壁14cの前端から下方に延びる下部フランジ14eと、上ビーム部14Uの下壁14cおよび下ビーム部14Lの上壁14bを上下方向に接続する中間フランジ14fとを備える。
またバンパービーム11の上ビーム部14Uおよび下ビーム部14Lの車幅方向外端寄りの位置には、それぞれ上壁14b、底壁14aおよび下壁14cを接続するように上下方向かつ前後方向に延びる2枚の縦リブ14j,14jが形成されるとともに、上ビーム部14Uおよび下ビーム部14Lの車幅方向外端には、それぞれ上壁14b、底壁14aおよび下壁14cを接続するように上下方向かつ前後方向に延びる1枚の端壁14kが形成される。尚、バンパービーム11の車幅方向内側の縦リブ14j…から端壁14k…までの間には、上部フランジ14dおよび下部フランジ14eは形成されていない(図1参照)。
図2に示すように、上記構成を備えたバンパービーム11は、車幅方向中央の所定範囲において前方に向けて凹状に湾曲する中央湾曲部Aと、中央湾曲部Aの車幅方向両側において前方に向けて凸状に湾曲する一対の左右湾曲部B,Bとからなり、左右湾曲部Bは、車幅方向外側に位置してバンパービームエクステンション12に接続されるバンパービームエクステンション接続部B1と、車幅方向内側に位置してバンパービーム11のうちで前方に最も突出する荷重入力部B2とを備える。
図4に示すように、バンパービーム11は、後面側に位置する連続繊維強化樹脂シート15と、前面側に位置する不連続繊維強化樹脂シート16とを2層に積層して構成される。連続繊維強化樹脂シート15は、車幅方向に配向したガラス連続繊維と、それと直交する上下方向あるいは前後方向に配向したガラス連続繊維とよりなる織布をナイロン樹脂で固めたものであり、不連続繊維強化樹脂シート16は、ランダムに配向されて相互に絡み合うガラス不連続繊維をナイロン樹脂で固めたものである。
図9に示すように、バンパービーム11をプレス成形する金型21は、連続繊維強化樹脂シート15の後面を成形する凹状のキャビティ22a,22aを有する雌型22と、不連続繊維強化樹脂シート16の前面を成形する凸状のコア23a,23aを有する雄型23とからなり、コア23a,23aには縦リブ14j…および端壁14k…を成形するための溝23b…が形成される。金型21を型開きした状態で、雌型22のキャビティ22a,22aおよび雄型23のコア23a,23a間に、連続繊維プリプレグ15′と不連続繊維プリプレグ16′とが予備加熱した状態で配置される。
プリプレグは、カーボンファイバー、グラスファイバー、アラミドファイバー等の連続繊維よりなる平織や綾織などの織布や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。本実施の形態の可塑性樹脂の場合、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。
本実施の形態では、連続繊維プリプレグ15′の補強材は、ガラス連続繊維を相互に直交する方向に配向した織布であり、不連続繊維プリプレグ16′の補強材は、ランダム配向した繊維長が30mm程度の長繊維からなるガラス不連続繊維の不織布である。
従って、雌型22および雄型23を型締めすると、連続繊維プリプレグ15′が雌型22のキャビティ22a,22aと雄型23のコア23a,23aとによってプレスされ、W字状断面を有するバンパービーム11の後面が成形される。このとき、不連続繊維プリプレグ16′は容易に変形可能であるため、連続繊維プリプレグ15′と雄型23のコア23a,23aとによって挟まれた不連続繊維プリプレグ16′は、連続繊維プリプレグ15′の前面に沿って薄い膜状に積層されるとともに、コア23a,23aの溝23b…内に流入して縦リブ14j…および端壁14k…を同時に成形する。そして金型21から取り出したバンパービーム11の外周にはみ出した余剰部分を切断することで、バンパービーム11を完成する。
図1、図3および図5〜図7に示すように、バンパービームエクステンション12は上下対称な形状を有する上部部材33Uおよび下部部材33Lを備え、上部部材33Uおよび下部部材33Lのコ字状断面を有する本体部33a,33aを、それらの車幅方向外端に形成した側部フランジ33b,33bおよび車幅方向内端に形成した側部フランジ33c,33cで重ね合わせてリベット34…で一体に結合することで、前後方向に貫通するボックス状の閉断面に構成される。車幅方向内側の側部フランジ33c,33cを締結する2本のリベット34のうちの最前端のものは、車幅方向外側の側部フランジ33b,33bを締結する3本のリベット34…のうちの最前端のものよりも、後方に位置している。(図3参照)
また車幅方向内側の側部フランジ33c,33cの前端から車幅方向内側に向けて三角形状の延長部33d,33dが張り出しており、本体部33a,33aの前端から延長部33d,33dの前端に跨がるようにバンパービーム取付部33e,33eが形成される。上部部材33Uのバンパービーム取付部33eは、本体部33aから段部33hにより上方に立ち上がった後に前方に延び、前方に延びる部分がバンパービーム11の上ビーム部14Uの上壁14bの上面に重ね合わされ、4本のリベット35…で固定される。同様に下部部材33Lのバンパービーム取付部33eは、本体部33aから段部33hにより下方に立ち下がった後に前方に延び、前方に延びる部分がバンパービーム11の下ビーム部14Lの下壁14cの下面に重ね合わされ、4本のリベット35…で固定される。
また車幅方向内側の側部フランジ33c,33cの前端から車幅方向内側に向けて三角形状の延長部33d,33dが張り出しており、本体部33a,33aの前端から延長部33d,33dの前端に跨がるようにバンパービーム取付部33e,33eが形成される。上部部材33Uのバンパービーム取付部33eは、本体部33aから段部33hにより上方に立ち上がった後に前方に延び、前方に延びる部分がバンパービーム11の上ビーム部14Uの上壁14bの上面に重ね合わされ、4本のリベット35…で固定される。同様に下部部材33Lのバンパービーム取付部33eは、本体部33aから段部33hにより下方に立ち下がった後に前方に延び、前方に延びる部分がバンパービーム11の下ビーム部14Lの下壁14cの下面に重ね合わされ、4本のリベット35…で固定される。
延長部33dの前側に連なるバンパービーム取付部33eの前縁には、後方に向けてU字状に切り欠かれた切欠き33fが形成される。また本体部33aの前側に連なるバンパービーム取付部33e,33eの車幅方向外端に、バンパービーム11の車幅方向外端を前方から覆う係止壁33g,33gが形成される。上部部材33Uの本体部33aおよびバンパービーム取付部33eの上面には前後方向に延びる3本の補強リブ33i…が形成され、本体部33aの上面には下向きに円弧状に凹む1本の溝部33jが形成される。同様に、下部部材33Lの本体部33aおよびバンパービーム取付部33eの下面には前後方向に延びる3本の補強リブ33i…が形成され、本体部33aの下面には上向きに円弧状に凹む1本の溝部33jが形成される。
バンパービーム11の底壁14a,14aと、その後方に臨むバンパービーム取付部33e,33eの段部33h,33hとの間には、前後方向の隙間αが形成される(図3および図6参照)。隙間αの大きさは車幅方向外側から内側に向けて次第に増加する。
フロントサイドフレーム36は矩形状の閉断面を有する部材であり、その前端に設けた取付フランジ36aが、バンパービームエクステンション12の上部部材33Uおよび下部部材33Lの後端に設けた取付フランジ33k,33kに4本のボルト38…で締結される。ロアメンバ37は矩形状の閉断面を有する部材であり、その前端に設けた取付フランジ37aが上部部材33Uおよび下部部材33Lの取付フランジ33k,33kに2本のボルト39…で締結される。
前後方向に見たとき、バンパービームエクステンション12の溝部33j,33jよりも車幅方向内側には、フロントサイドフレーム36の矩形状の閉断面に概ね重なる仮想矩形状断面部40が存在する(図5参照)。仮想矩形状断面部40は、フロントサイドフレーム36の車幅方向内側の上下2個の稜線a1,a1の概ね延長線上に位置する二つの第1稜線c1,c1と、前記フロントサイドフレーム36の車幅方向外側の上下2個の稜線a2,a2の概ね延長線上に位置する二つの第2稜線c2,c2とを備え、かつバンパービームエクステンション12はロアメンバ37の車幅方向内側の上下2個の稜線b,bの概ね延長線上に位置する二つの第3稜線c3,c3を備える。
バンパービームエクステンション12の第1稜線c1および第2稜線c2間には2本の補強リブ33i,33iが平行に配置されるが、それらの第1稜線c1、第2稜線c2および2本の補強リブ33i,33iの車幅方向の間隔は等しくなるように設定される(図5参照)。またバンパービーム11の車幅方向内側の縦リブ14j,14jは第1稜線c1の延長線上に配置され、バンパービーム11の車幅方向外側の縦リブ14j,14jは第2稜線c2の延長線上に配置される。
図8に示すように、上記構成を備えた上部部材33Uおよび下部部材33Lは、その径方向内側部分が連続繊維強化樹脂シート17で構成され、その径方向外側部分が不連続繊維強化樹脂シート18で構成される。
図10に示すように、バンパービームエクステンション12の上部部材33Uあるいは下部部材33Lをプレス成形する金型24は、バンパービームエクステンション12の内面側に位置する連続繊維強化樹脂シート17を成形する凸状のコア25aを有する雄型25と、バンパービームエクステンション12の外面側に位置する不連続繊維強化樹脂シート18を成形する凹状のキャビティ26aを有する雌型26とからなり、キャビティ26aには補強リブ33i…を成形するための溝26b…と、溝部33jを成形するための凸部26cとが形成され、コア25aには溝部33jを成形するための凹部25bが形成される。そして雌型26のキャビティ26aおよび雄型25のコア25a間に、不連続繊維プリプレグ18′と連続繊維プリプレグ17′とを挟持してプレスすることで、上述したバンパービーム11の場合と同様にしてバンパービームエクステンション12の上部部材33Uおよび下部部材33Lが成形される。
このとき、上部部材33Uおよび下部部材33Lの補強リブ33i…は、成形性の良い不連続繊維プリプレグ18′により容易に成形される。
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。
自車のバンパービームが他車のバンパービームに前面衝突したような場合、単純に前方に凸に湾曲している従来のバンパービームは、そのバンパービームの車幅方向中央の1点に衝突荷重が集中的に入力するため、バンパービーム11の車幅方向中央部に大きな曲げモーメントが作用し、バンパービームがバンパービームエクステンションに固定された部分と衝突荷重の入力点との間の領域がS字状に湾曲するように捩じり(剪断)変形してしまい、W字状断面のバンパービームが口開きして容易に破壊する可能性がある。
それに対し、図2に示すように、本実施の形態のバンパービーム11は前方に向けて凹状に湾曲する中央湾曲部Aを備えるため、中央湾曲部Aの車幅方向両側の一対の荷重入力部B2,B2の先端が他車のバンパービームに衝突し、一対の荷重入力部B2,B2の先端の2点に衝突荷重Fが集中的に入力する。その結果、バンパービーム11に作用する曲げモーメントの最大値が低減するだけでなく、中央湾曲部Aを含む一対の荷重入力部B2,B2の先端(荷重Fの入力点)に挟まれた領域に引張荷重が作用し、バンパービームエクステンション接続部B1,B1に圧縮荷重が作用し、バンパービームエクステンション接続部B1,B1と荷重入力部B2,B2の先端とに挟まれた狭い領域だけが捩じり(剪断)変形することになり、捩じり変形によるバンパービーム11の口開きが抑制されて破壊強度が高められる。
またバンパービーム11に前方からの衝突荷重が入力すると、左右の変形中心間のバンパービーム11が後方に湾曲するように変形するため(図2の鎖線参照)、バンパービーム11の後面側に引張荷重が作用し、バンパービーム11の前面側に圧縮荷重が作用する(図4参照)。
本実施の形態によれば、引張荷重が作用するバンパービーム11の後面側が引張荷重に強い連続繊維強化樹脂シート15で構成されており、その連続繊維強化樹脂シート15の相互に直交する方向に配向された連続繊維のうち、特に車幅方向に配向された連続繊維が引張荷重に抵抗することで、バンパービーム11の軽量化を図りながら曲げ変形に対する強度を高めて衝突エネルギーの吸収性能を向上させることができる。
また本実施の形態によれば、圧縮荷重が作用するバンパービーム11の前面側が圧縮荷重に強い不連続繊維強化樹脂シート16で構成されており、ランダムに配向されて絡み合った不連続繊維が圧縮荷重に抵抗することで、バンパービーム11の軽量化を図りながら曲げ変形に対する強度を高めて衝突エネルギーの吸収性能をより一層向上させることができる。
ところで、図2に示すように、バンパービーム11に衝突荷重Fが入力したとき、バンパービーム11に作用する曲げモーメントは衝突荷重Fの入力点から車幅方向外側に向かって次第に減少することでバンパービーム11の変形中心において最小値となり、そこから車幅方向外側に向かって次第に増加する。図3の曲げモーメント図から明らかなように、衝突荷重Fの入力点には最も大きな曲げモーメントMが作用し、この最大曲げモーメントMはバンパービーム11の変形中心から衝突荷重Fの入力点までの距離Lに比例して増加するため、最大曲げモーメントMを低減するには、バンパービーム11の変形中心を車幅方向内側に移動させることが望ましい。
本実施の形態によれば、バンパービームエクステンション12にバンパービーム11を支持する部分において、バンパービームエクステンション12の本体部33a,33aから延長部33d,33dを車幅方向内側に張り出し、本体部33a,33aおよび延長部33d,33dに跨がるように形成したバンパービーム取付部33e,33eをバンパービーム11にリベット35…で固定したので、延長部33d,33dを車幅方向内側に張り出した分だけバンパービーム11の変形中心を車幅方向内側に移動させることが可能となり、バンパービーム11の変形中心から衝突荷重Fの入力点までの距離Lを短くしてバンパービーム11に作用する最大曲げモーメントMを低減することができる。
これにより、バンパービーム11を軽量化して重量を削減しながら、衝突荷重の入力時にバンパービーム11が大きな曲げモーメントを受けて一気に破断するのを防止し、バンパービーム11を左右のバンパービームエクステンション12,12間で後方に曲げ変形させて衝突エネルギーを効果的に吸収することができる。
しかしながら、バンパービーム11がバンパービームエクステンション12に強固に固定され過ぎていると、衝突荷重の入力時にバンパービーム11が後方に曲げ変形するのが阻害されて衝突エネルギーの吸収効果が低減する虞があるだけでなく、バンパービーム11の曲げ変形に伴ってバンパービームエクステンション12の前端が車幅方向内側に倒れてしまい、衝突荷重によるバンパービームエクステンション12の圧壊がスムーズに行われなくなって衝突エネルギーの吸収効果が低減する虞がある。
本実施の形態によれば、バンパービーム11の変形中心よりも車幅方向内側において、バンパービーム11の後面の底壁14a,14aと、バンパービームエクステンション12のバンパービーム取付部33e,33eの前面の段部33h,33hとの間に隙間α(図3および図6参照)を形成したので、衝突荷重によりバンパービーム11が後方に曲げ変形したときに、前記隙間αが消滅するまでバンパービーム11の曲げ変形が阻害されなくなり、バンパービーム11の曲げ変形による衝突エネルギーの吸収を効果的に行うことができる。
このとき、バンパービームエクステンション12の延長部33d,33dの前端に切欠き33f,33fを形成したことにより、バンパービーム11の後方への曲げ変形を一層確実に行わせることができる。しかもバンパービーム11の曲げ変形によりバンパービームエクステンション12の前端が車幅方向内側に倒れるのを防止し、バンパービーム11から伝達された衝突荷重でバンパービームエクステンション12を前端側から後端側に向かって順次圧壊させることで、バンパービームエクステンション12の圧壊による衝突エネルギーの吸収を効果的に行わせることができる。
またバンパービームエクステンション12のバンパービーム取付部33e,33eはバンパービーム11の車幅方向外端を前方から係止する係止壁33g,33gを備えるので、車両の衝突時にバンパービーム11の変形中心よりも車幅方向外側部分が前方に移動したとき、その移動を係止壁33g,33gで阻止してバンパービーム11からバンパービームエクステンション12に衝突荷重を効率的に伝達することで、バンパービームエクステンション12の前後方向の圧壊を促進してエネルギー吸収量を増加させることができる。
しかも閉断面を構成するバンパービームエクステンション12の本体部33a,33aは前後方向に延びる第1〜第3稜線c1〜c3を備え(図3および図5参照)、第1〜第3稜線c1〜c3の延長線はバンパービーム11の底壁14a,14aを通過するので、車両の衝突時に後方に移動するバンパービーム11の底壁14a,14aからバンパービームエクステンション12の本体部33a,33aに衝突荷重が入力したとき、その衝突荷重をバンパービームエクステンション12の本体部33a,33aの面内力(剪断力)で支持することが可能となり、衝突荷重によりバンパービームエクステンション12を前端から後端に向けて順次圧壊してエネルギー吸収量を増加させることができる。
そしてバンパービーム11が後退して前記隙間αが消滅した後は、上述したようにバンパービーム11の変形中心が車幅方向内側に移動することで、バンパービーム11に過剰な曲げモーメントが作用するのを防止し、バンパービーム11の破断を回避することができる。
ところで、バンパービーム11からバンパービームエクステンション12に衝突荷重が伝達され、その衝突荷重がバンパービームエクステンション12から比較的に高強度のフロントサイドフレーム36および比較的に低強度のロアメンバ37に伝達されたとき、比較的に低強度のロアメンバ37が先に破壊してしまうと、バンパービームエクステンション12が車幅方向外側に傾いてしまい、衝突エネルギーの吸収効果が得られなく可能性がある。
しかしながら、本実施の形態によれば、バンパービームエクステンション12は矩形状断面のフロントサイドフレーム36の延長線上に位置する仮想矩形状断面部40を備え、仮想矩形状断面部40は、フロントサイドフレーム36の車幅方向内側の上下2個の稜線a1,a1の概ね延長線上に位置する二つの第1稜線c1,c1と、フロントサイドフレーム36の車幅方向外側の上下2個の稜線a2,a2の概ね延長線上に位置する二つの第2稜線c2,c2とを備え、かつバンパービームエクステンション12は矩形状断面のロアメンバ37の車幅方向内側の上下2個の稜線b,bの概ね延長線上に位置する二つの第3稜線c3,c3を備えるので、バンパービーム11からバンパービームエクステンション12に伝達された衝突荷重のうち、バンパービームエクステンション12の仮想矩形状断面部40の二つの第1稜線c1,c1および二つの第2稜線c2,c2から高強度のフロントサイドフレーム36に伝達される荷重量が大きくなり、かつバンパービームエクステンション12の二つの第3稜線c3,c3から低強度のロアメンバ37に伝達される荷重量が小さくなる。
その結果、比較的に高強度のフロントサイドフレーム36と、比較的に低強度のロアメンバ37とに、その強度に見合った荷重を配分することが可能となり、フロントサイドフレーム36およびロアメンバ37の一方が先に破壊してバンパービームエクステンション12が傾く事態を未然に回避し、バンパービームエクステンション12の安定した圧壊を可能にして衝突エネルギーの吸収効果を高めることができる。
またバンパービームエクステンション12は、コ字状断面を有する上部部材33Uおよび下部部材33Lの本体部33a,33aを車幅方向外側の側部フランジ33b,33bおよび車幅方向内側の側部フランジ33c,33cで締結して構成され、上部部材33Uおよび下部部材33Lの本体部33a,33aの前端から上下に離反する方向に延びる上下のバンパービーム取付部33e,33eをバンパービーム11の上壁14bおよび下壁14cにそれぞれ接続したので、バンパービームエクステンション12の強度をバンパービーム取付部33e,33eから本体部33a,33aに向けて漸増させ、バンパービーム11から衝突荷重が入力したときにバンパービームエクステンション12の荷重が急激に上昇するのを防止することで、バンパービームエクステンション12を前端から後端に向けて順次圧壊して衝突エネルギーの吸収効果を高めることができる。
またバンパービームエクステンション12は、第1稜線c1,c1および第2稜線c2,c2に挟まれた本体部33aの上壁および下壁に前後方向に延びる各2本の補強リブ33i,33iを備え、第1稜線c1,c1、第2稜線c2,c2および補強リブ33i,33iは車幅方向に等間隔で配置されるので、バンパービームエクステンション12の面剛性を車幅方向に均一化し、衝突荷重の入力時にバンパービームエクステンション12を前端から後端に順次圧壊して衝突エネルギーの吸収効果を高めることができる。
また補強リブ33i…は、本体部33aからバンパービーム取付部33eへと段部33hの屈曲部を介して接続するので、屈曲部を有する補強リブ33i…でバンパービームエクステンション12の強度を高めるとともに、バンパービーム11から衝突荷重が伝達されたときに、補強リブ33i…の屈曲部の破壊をトリガーとしてバンパービームエクステンション12の圧壊を開始することができる。
またバンパービーム11は、仮想矩形状断面部40の車幅方向内壁および車幅方向外壁の前方にそれぞれ位置する縦リブ14j…を備えるので、バンパービーム11に入力した衝突荷重を、バンパービーム11の縦リブ14j…からバンパービームエクステンション12の仮想矩形状断面部40の車幅方向内壁および車幅方向外壁に効率的に伝達し、衝突エネルギーの吸収効果を高めることができる。
またバンパービームエクステンション12は連続繊維が少なくとも車幅方向に配向された連続繊維強化樹脂シート17を含み、上部部材33Uおよび下部部材33Lは円弧状断面を有して前後方向に延びる溝部33jを備えるので、溝部33jによりバンパービームエクステンション12の強度を高めて衝突エネルギーの吸収効果を高めるとともに、成形時に円弧状断面の溝部33jの連続繊維に加わる引張荷重を四角形断面の溝部に比べて低下させることで、連続繊維の破断を防止してバンパービームエクステンション12の強度を確保することができる。
また車幅方向内側の側部フランジ33c,33cを締結するリベット34…は、車幅方向外側の側部フランジ33b,33bを締結するリベット34…よりも後方に配置されるので、バンパービームエクステンション12の車幅方向内側部分の強度を低下させ、衝突荷重の入力時にバンパービーム11の曲げ変形を許容して衝突エネルギーの吸収効果を高めるとともに、バンパービームエクステンション12の車幅方向内外を前後方向に均一に圧壊して衝突エネルギーの吸収効果を高めることができる。
またバンパービームエクステンション12は連続繊維を含む連続繊維強化樹脂シート17および不連続繊維を含む不連続繊維強化樹脂シート18を積層状態で熱プレスして構成され、側部フランジ33b,33b,33c,33cは連続繊維強化樹脂シート17を含む部分でリベット34…により締結されるので、リベット34…の周囲で側部フランジ33b,33b,33c,33cが破断するのを破断強度の高い連続繊維強化樹脂シート17で阻止することで、バンパービームエクステンション12の上部部材33Uおよび下部部材33Lが分離するのを防止することができる。
またバンパービームエクステンション12のバンパービーム付部33e,33eを、バンパービーム11の上壁14bおよび下壁14cに機械結合したので、結合強度の向上および組付性の向上が可能となる。
次に、図11〜図18に基づいて本発明の第2の実施の形態を説明する。前述の第1の実施の形態に対応する部材は同じ符号を用いて表示し、詳細な説明は省略し、同様に得られる作用についても記載を省略する。
図11〜図13に示すように、自動車の車体前部に繊維強化樹脂製のバンパービーム11が車幅方向に配置されており、バンパービーム11の車幅方向両端部が繊維強化樹脂製の左右一対のバンパービームエクステンション12,12の前端に支持され、車幅方向内側のフロントサイドフレーム36および車幅方向外側のロアメンバ37の前端に平坦な金属板よりなるバックプレート41を挟んでバンパービームエクステンション12の後端が支持される。
図17に示すように、バンパービームエクステンション12の上部部材33Uの側部フランジ33b,33cの車幅方向端部には上向きに90°折り返された折り返し部33m,33nが形成され、下部部材33Lの側部フランジ33b,33cの車幅方向端部には下向きに90°折り返された折り返し部33m,33nが形成される。
フロントサイドフレーム36は矩形状の閉断面を有する部材であり、その前端に設けた取付フランジ36aが、バンパービームエクステンション12の上部部材33Uおよび下部部材33Lの後端に設けた取付フランジ33k,33kにバックプレート41を挟んだ状態で4本のボルト38…で締結される。ロアメンバ37は矩形状の閉断面を有する部材であり、その前端に設けた取付フランジ37aが上部部材33Uおよび下部部材33Lの取付フランジ33k,33kにバックプレート41を挟んだ状態で2本のボルト39…で締結される。
図18に示すように、金型24はバンパービームエクステンション12の上部部材33Uあるいは下部部材33Lをプレス成形するもので、雌型26のキャビティ26aおよび雄型25のコア25a間に、不連続繊維プリプレグ18′と連続繊維プリプレグ17′とを挟持してプレスすることで、バンパービームエクステンション12の上部部材33Uおよび下部部材33Lが成形される。
このとき、上部部材33Uおよび下部部材33Lの側部フランジ33b,33cから延びる折り返し部33m,33nが一体に形成される。このとき、本体部33aと同様に折り返し部33m,33nは、内側の連続繊維シート27と外側の不連続繊維シート28とが積層された2層構造であるが、折り返し部33m,33nは不連続繊維シート28の圧縮により成形される。側部フランジ33b,33cの連続繊維シート25は折り返し部33m,33nの基端まで延びており、前記連続繊維シート25の端部から折り返し部33m,33nの不連続繊維シート28が直角方向に折れ曲がって延びている。
上部部材33Uおよび下部部材部材33Lの本体部33aは内側の連続繊維シート17および外側の不連続繊維シート18を積層して構成されるが、本体部33aの前端から前方に突出する段部33hおよびバンパービーム取付部33eは不連続繊維シート28のみの圧縮により成形される。また上部部材33Uおよび下部部材33Lの本体部33aの後端から直角に折り曲げられた取付フランジ33kも不連続繊維シート28の圧縮により成形される。取付フランジ33kの基端において、本体部33aの連続繊維シート25は真っ直ぐ後方に延びてバックプレート41に直角に突き当てられ、取付フランジ33kは前記連続繊維シート25の端部から直角方向に折れ曲がって延びている。
次に、上記構成を備えた本発明の第2の実施の形態の作用を説明する。
バンパービームエクステンション12は、内側の連続繊維強化樹脂シート17と外側の不連続繊維強化樹脂シート18とを積層して構成された本体部33a,33aから段部33h,33hを介して前方に延びるバンパービーム取付部33e,33eを備え、バンパービーム11の上下面に固定されるバンパービーム取付部33e,33eおよび段部33h,33hは不連続繊維強化樹脂シート18で構成されるので、バンパービーム11に入力した衝突荷重がバンパービームエクステンション12に伝達されるとき、連続繊維強化樹脂シート17に比べて剛性が低い不連続繊維強化樹脂シート18よりなる段部33h,33hおよびバンパービーム取付部33e,33eが変形することで、バンパービーム11の曲げ変形を許容して衝突エネルギーの吸収効果を一層高めるとともに、バンパービーム11の局部的な変形による破壊を回避することができる。そして最終的にバンパービームエクステンション12の本体部33a,33aの連続繊維強化樹脂シート17がバンパービーム11からの衝突荷重を支持することで、バンパービームエクステンション12が前後方向に圧壊して衝突エネルギーを効果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12のバンパービーム取付部33e,33eをバンパービーム11の上面および下面にリベット35…により機械結合したので、結合強度の向上および組付性の向上が可能になる。
またバンパービームエクステンション12はフロントサイドフレーム36の前端に設けたバックプレート41に結合される取付フランジ33k,33kを備え、本体部33a,33aの連続繊維強化樹脂シート17および不連続繊維強化樹脂シート18は積層状態でバンパービームエクステンション12の後端まで延び、そこから不連続繊維強化樹脂シート18だけが直角に折れ曲がって取付フランジ33k,33kを構成するので、本体部33a,33aに連続する取付フランジ33k,33kの付け根部が湾曲している場合に比べて、取付フランジ33k,33kの付け根部の強度を高めることが可能となり、衝突荷重の入力時にバンパービームエクステンション12の傾きを防止して衝突エネルギーの吸収効果を高めることができる。
しかもバンパービームエクステンション12の成形時に、圧縮されて取付フランジ33k,33kに向かって流れる不連続繊維強化樹脂シート18により連続繊維強化樹脂シート17の連続繊維に張力を与え、連続繊維強化樹脂シート17の連続繊維の撓みを除去することができる。
またバンパービームエクステンション12はコ字状断面を有する上部部材33Uおよび下部部材33Lの車幅方向端部に設けた側部フランジ33b,33cどうしを結合して構成され、結合された側部フランジ33b,33cの車幅方向端部に相互に離反する方向に直角に折れ曲がる折り返し部33m,33nを形成したので、側部フランジ33b,33cに連続する折り返し部33m,33nが湾曲している場合に比べて、折り返し部33m,33nによる側部フランジ33b,33cの補強効果を高め、衝突荷重の入力時にバンパービームエクステンション12が側部フランジ33b,33cの部分で口開き変形して衝突エネルギーの吸収効果が損なわれるのを防止することができる。
また本体部33a,33aの連続繊維強化樹脂シート17および不連続繊維強化樹脂シート18は積層状態で側部フランジ33b,33cの車幅方向端部まで延び、そこから不連続繊維強化樹脂シート18だけが直角に折れ曲がって折り返し部33m,33nを構成するので、折り返し部33m,33nによる側部フランジ33b,33cの補強効果を一層高めることができる。しかもバンパービームエクステンション12の成形時に、折り返し部33m,33nに向かって流れる不連続繊維強化樹脂シート18により連続繊維強化樹脂シート17の連続繊維に張力を与え、連続繊維強化樹脂シートの連続繊維の撓みを除去することができる。
次に、図19に基づいて本発明の第3の実施の形態を説明する。前述の実施の形態に対応する部材は同じ符号を用いて表示する。
前述の実施の形態では、バンパービームエクステンション12とバンパービーム11とがリベット35…により固定されるが、本実施の形態では、バンパービームエクステンション12とバンパービーム11とが振動溶着により固定される。振動溶着は特に不連続繊維強化樹脂シートどうしを溶着する場合に接合強度が高くなるため、本実施の形態ではバンパービーム11の上下面に第2の不連続繊維強化樹脂シート16が積層され、バンパービームエクステンション12の不連続繊維強化樹脂シート18とバンパービーム11の不連続繊維強化樹脂シート16とが振動溶着される。
本実施の形態によれば、不連続繊維強化樹脂シート16,18どうしの振動溶着により結合強度が向上するだけでなく、リベット等の機械結合手段が不要になって部品点数が削減される。
次に、図20〜24に基づいて本発明の第4の実施の形態を説明する。前述の実施の形態に対応する部材は同じ符号を用いて表示し、詳細な説明は省略し、同様に得られる作用についても記載を省略する。
図20および図21に示すように、自動車の車体前部に繊維強化樹脂製のバンパービーム11が車幅方向に配置されており、バンパービーム11の車幅方向両端部が繊維強化樹脂製の左右一対のバンパービームエクステンション12,12の前端に支持され、バンパービームエクステンション12,12の後端が左右一対の金属製のフロントサイドフレーム13,13の前端に支持される。
延長部33dの前側に連なるバンパービーム取付部33eの前縁には、後方に向けてU字状に切り欠かれた切欠き33fが形成され、かつ前記バンパービーム取付部33eとバンパービーム11とを結合するリベット35…のうち、最も車幅方向内側に位置するリベット35が貫通する固定孔33o(図21参照)は前後方向に延びる長孔とされる。また本体部33aの前側に連なるバンパービーム取付部33e,33eの車幅方向外端に、バンパービーム11の車幅方向外端を前方から覆う係止壁33g,33gが形成される。
バンパービーム11の底壁14a,14aと、その後方に臨むバンパービーム取付部33e,33eの段部33h,33hとの間には、前後方向の隙間αが形成される(図21および図23参照)。隙間αの大きさは車幅方向外側から内側に向けて次第に増加する。またバンパービームエクステンション12の閉断面に形成された本体部33a,33aは、その断面の四隅に前後方向に延びる稜線c…を備えており(図21および図22参照)、その稜線c…を前方に延長した延長線はバンパービーム11の底壁14a,14aを通過する。
次に、上記構成を備えた本発明の第4の実施の形態の作用を説明する。
本実施の形態によれば、バンパービーム11の曲げ中心よりも車幅方向内側において、バンパービーム11の後面の底壁14a,14aと、バンパービームエクステンション12のバンパービーム取付部33e,33eの前面の段部33h,33hとの間に隙間α(図21および図23参照)を形成したので、衝突荷重によりバンパービーム11が後方に曲げ変形したときに、前記隙間αが消滅するまでバンパービーム11の曲げ変形が阻害されなくなり、バンパービーム11の曲げ変形による衝突エネルギーの吸収を効果的に行うことができる。
このとき、バンパービーム11およびバンパービームエクステンション12を締結するリベット35…のうち、最も車幅方向内側に位置するリベット35が貫通するバンパービームエクステンション12の固定孔33o,33oを前後方向に長い長孔とし、かつバンパービームエクステンション12の延長部33d,33dの前端に切欠き33f,33fを形成したことにより、バンパービーム11の後方への曲げ変形を一層確実に行わせることができる。しかもバンパービーム11の曲げ変形によりバンパービームエクステンション12の前端が車幅方向内側に倒れるのを防止し、バンパービーム11から伝達された衝突荷重でバンパービームエクステンション12を前端側から後端側に向かって順次圧壊させることで、バンパービームエクステンション12の圧壊による衝突エネルギーの吸収を効果的に行わせることができる。
またバンパービームエクステンション12のバンパービーム取付部33e,33eはバンパービーム11の車幅方向外端を前後方向外側から係止する係止壁33g,33gを備えるので、車両の衝突時にバンパービーム11の変形中心よりも車幅方向外側部分が前方に移動したとき、その移動を係止壁33g,33gで阻止してバンパービーム11からバンパービームエクステンション12に衝突荷重を効率的に伝達することで、バンパービームエクステンション12の前後方向の圧壊を促進してエネルギー吸収量を増加させることができる。
また閉断面を構成するバンパービームエクステンション12の本体部33a,33aは前後方向に延びる稜線c…を備え(図21および図22参照)、稜線c…の延長線はバンパービーム11の底壁14a,14aを通過するので、車両の衝突時に後方に移動するバンパービーム11の底壁14a,14aからバンパービームエクステンション12の本体部33a,33aに衝突荷重が入力したとき、その衝突荷重をバンパービームエクステンション12の本体部12a,12aの面内力(剪断力)で支持することが可能となり、衝突荷重によりバンパービームエクステンション12を前端から後端に向けて順次圧壊してエネルギー吸収量を増加させることができる。
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、実施の形態では比較的に高強度のフレームがフロントサイドフレーム36であり、比較的に低強度のフレームがロアメンバ37であるが、比較的に高強度のフレームがロアメンバ37であり、比較的に低強度のフレームがフロントサイドフレーム36であっても良い。
また実施の形態ではフロント側のバンパービーム11について説明したが、本発明はリヤ側のバンパービームに対しても適用することができる。フロント側のバンパービームの場合には,前後方向外側は前方に対応し、リヤ側のバンパービームの場合には,前後方向外側は後方に対応する。
また実施の形態のバンパービーム11は前後方向外側に向けて開放するW字状断面を有するが、本発明のバンパービーム19は前後方向外側に向けて開放するU字状(あるいはコ字状)断面を有するものであっても良い。
また本発明の比較的に高強度のフレームは実施の形態のフロントサイドフレーム36に限定されるものではなく、本発明の比較的に低強度のフレームは実施の形態のロアメンバ37に限定されるものではない。
また本発明の締結部材は実施の形態のリベット34に限定されず、ボルトであっても良い。
また上部部材33Uおよび下部部材33Lの補強リブ33iの本数は実施の形態に限定されるものではない。
また本発明の締結部材は実施の形態のリベット35に限定されず、ボルトであっても良い。
Claims (14)
- 前後方向に延びる比較的に高強度のフレーム(36)と、前後方向に延びる比較的に低強度のフレーム(37)とを車幅方向に左右一対並置し、前記比較的に高強度のフレーム(36)および前記比較的に低強度のフレーム(37)の前後方向外端に繊維強化樹脂で中空閉断面に構成したバンパービームエクステンション(12)を固定し、左右一対の前記バンパービームエクステンション(12)の前後方向外端に繊維強化樹脂で構成したバンパービーム(11)の車幅方向両端を固定した自動車用バンパーであって、
前記バンパービームエクステンション(12)はその車幅方向中間部に前後方向に延びる溝部(33j)を備えると共に、車幅方向内側に位置する上下二つの第1稜線(c1)と、前記溝部(33j)に隣接する上下二つの第2稜線(c2)と、車幅方向外側に位置する上下二つの第3稜線(c3)とを有し、前記第1稜線(c1)および第2稜線(c2)は、矩形状断面の前記比較的に高強度のフレーム(36)の概ね延長線上に位置する仮想矩形状断面部(40)を形成し、前記仮想矩形状断面部(40)の第1稜線(c1)および第2稜線(c2)は、前記比較的に高強度のフレーム(36)の車幅方向内側の上下2個の稜線(a1)および車幅方向外側の上下2個の稜線(a2)の概ね延長線上にそれぞれ位置し、かつ前記第3稜線(c3)は矩形状断面の前記比較的に低強度のフレーム(37)の車幅方向前記比較的に高強度のフレーム(36)側の上下2個の稜線(b)の概ね延長線上に位置し、
前記バンパービームエクステンション(12)は、コ字状断面を有する上部部材(33U)および下部部材(33L)の本体部(33a)を車幅方向内外の側部フランジ(33b,33c)で締結して構成され、前記上部部材(33U)および前記下部部材(33L)の本体部(33a)の上下のバンパービーム取付部(33e)を前記バンパービーム(11)の上壁(14b)および下壁(14c)にそれぞれ接続したことを特徴とする自動車用バンパー。 - 前記バンパービームエクステンション(12)は、前記第1稜線(c1)および前記第2稜線(c2)に挟まれた前記本体部(33a)の上壁および下壁に前後方向に延びる少なくとも1本の補強リブ(33i)を備え、前記第1稜線(c1)、前記第2稜線(c2)および前記補強リブ(33i)は車幅方向に等間隔で配置されることを特徴とする、請求項1に記載の自動車用バンパー。
- 前記バンパービームエクステンション(12)は連続繊維が少なくとも車幅方向に配向された連続繊維強化樹脂シート(17)を含み、前記溝部(33j)は円弧状断面を有することを特徴とする、請求項1に記載の自動車用バンパー。
- 車幅方向内側の前記側部フランジ(33c)を締結する締結部材(34)は、車幅方向外側の前記側部フランジ(33b)を締結する締結部材(34)よりも前後方向内側に配置されることを特徴とする、請求項1に記載の自動車用バンパー。
- 前記バンパービームエクステンション(12)は連続繊維を含む連続繊維強化樹脂シート(17)および不連続繊維を含む不連続繊維強化樹脂シート(18)を積層状態で熱プレスして構成され、前記側部フランジ(33b,33c)は前記連続繊維強化樹脂シート(17)を含む部分で締結部材(34)により締結されることを特徴とする、請求項1に記載の自動車用バンパー。
- 前記バンパービームエクステンション(12)のバンパービーム取付部(33e)を、前記バンパービーム(11)の上壁(14b)および下壁(14c)に機械結合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。
- 前記バンパービームエクステンション(12)は、車幅方向内側の前記接合フランジ(33c)を車幅方向内側に延長した延長部(33d)を備えることを特徴とする、請求項1に記載の自動車用バンパー。
- 前記バンパービーム取付部(33e)は前記バンパービーム(11)の車幅方向外端を前後方向外側から係止する係止壁(33g)を備えることを特徴とする、請求項1に記載の自動車用バンパー。
- 前後方向に延びる比較的に高強度のフレーム(36)と、前後方向に延びる比較的に低強度のフレーム(37)とを車幅方向に左右一対並置し、前記比較的に高強度のフレーム(36)および前記比較的に低強度のフレーム(37)の前後方向外端に繊維強化樹脂で中空閉断面に構成したバンパービームエクステンション(12)を固定し、左右一対の前記バンパービームエクステンション(12)の前後方向外端に繊維強化樹脂で構成したバンパービーム(11)の車幅方向両端を固定した自動車用バンパーであって、
前記バンパービームエクステンション(12)はその車幅方向中間部に前後方向に延びる溝部(33j)を備えると共に、車幅方向内側に位置する上下二つの第1稜線(c1)と、前記溝部(33j)に隣接する上下二つの第2稜線(c2)と、車幅方向外側に位置する上下二つの第3稜線(c3)とを有し、前記第1稜線(c1)および第2稜線(c2)は、矩形状断面の前記比較的に高強度のフレーム(36)の概ね延長線上に位置する仮想矩形状断面部(40)を形成し、前記仮想矩形状断面部(40)の第1稜線(c1)および第2稜線(c2)は、前記比較的に高強度のフレーム(36)の車幅方向内側の上下2個の稜線(a1)および車幅方向外側の上下2個の稜線(a2)の概ね延長線上にそれぞれ位置し、かつ前記第3稜線(c3)は矩形状断面の前記比較的に低強度のフレーム(37)の車幅方向前記比較的に高強度のフレーム(36)側の上下2個の稜線(b)の概ね延長線上に位置し、
前記バンパービームエクステンション(12)は、内側の連続繊維強化樹脂シート(17)の外側に不連続繊維強化樹脂シート(18)を積層した前後方向に延びる筒状閉断面の本体部(33a)と、前記本体部(33a)の不連続繊維強化樹脂シート(18)の前後方向外端を前記バンパービーム(11)に向けて延出した上下のバンパービーム取付部(33e)とを備え、前記上下のバンパービーム取付部(33e)を前記バンパービーム(11)の上面および下面に結合したことを特徴とする自動車用バンパー。 - 前記上下のバンパービーム取付部(33e)を不連続繊維強化樹脂シート(16)よりなる前記バンパービーム(11)の上面および下面に振動溶着したことを特徴とする、請求項9に記載の自動車用バンパー。
- 前記バンパービームエクステンション(12)は前記比較的に高強度のフレーム(36)の前端に設けたバックプレート(41)に結合される取付フランジ(33k)を備え、前記本体部(33a)の連続繊維強化樹脂シート(17)および不連続繊維強化樹脂シート(18)は積層状態で前記バンパービームエクステンション(12)の前後方向内端まで延び、そこから前記不連続繊維強化樹脂シート(18)だけが直角に折れ曲がって前記取付フランジ(33k)を構成することを特徴とする、請求項9または請求項10に記載の自動車用バンパー。
- 前記バンパービームエクステンション(12)はコ字状断面を有する上部部材(33U)および下部部材(33L)の車幅方向内外に設けた側部フランジ(33b,33c)どうしを結合して構成され、結合された前記側部フランジ(33b,33c)の少なくとも一方に車幅方向端部に相互に離反する方向に直角に折れ曲がる折り返し部(33m,33n)を形成したことを特徴とする、請求項9〜請求項11の何れか1項に記載の自動車用バンパー。
- 前記本体部(33a)の連続繊維強化樹脂シート(17)および不連続繊維強化樹脂シート(18)は積層状態で前記側部フランジ(33b,33c)の車幅方向端部まで延び、そこから前記不連続繊維強化樹脂シート(18)だけが直角に折れ曲がって前記折り返し部(33m,33n)を構成することを特徴とする、請求項12に記載の自動車用バンパー。
- 前記バンパービーム取付部(33e)は前記バンパービーム(11)を固定する締結部材(35)が貫通する固定孔(33o)を備え、前記固定孔(33o)は前後方向に延びる長孔で構成されることを特徴とする、請求項6に記載の自動車用バンパー。
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