特許 7051569 自動車のバンパー補強材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-04-01

(45)【発行日】2022-04-11

(54)【発明の名称】自動車のバンパー補強材

(51)【国際特許分類】

   B60R 19/04 20060101AFI20220404BHJP

【ＦＩ】

B60R19/04 M

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2018090253

(22)【出願日】2018-05-08

(65)【公開番号】P2019196063

(43)【公開日】2019-11-14

【審査請求日】2020-11-30

(73)【特許権者】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100100974

【弁理士】

【氏名又は名称】香本 薫

(72)【発明者】

【氏名】森田 慎也

(72)【発明者】

【氏名】橋本 成一

【審査官】塚本 英隆

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－１７７７６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｒ １９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

長手方向に沿って溶着部を有する閉断面構造のアルミニウム合金押出形材からなる自動車のバンパー補強材であって、車体側及び衝突側に間隔を置いて位置する一対のフランジと、前記一対のフランジを接続し車体の上下方向に間隔を置いて位置する一対のウエブを備え、前記一対のフランジと一対のウエブはいずれも平板状で、互いに略垂直に形成され、前記溶着部が前記一対のフランジに設けられ、前記一対のウエブに設けられていないことを特徴とする自動車のバンパー補強材。

【請求項2】

前記一対のウエブの間に前記一対のフランジを接続する中リブが設けられていることを特徴とする請求項１に記載された自動車のバンパー補強材。

【請求項3】

長手方向の両端部が車体側に曲げ加工されていることを特徴とする請求項１又は２に記載された自動車のバンパー補強材。

【請求項4】

長手方向に沿って曲げ加工され車体外側に凸湾曲していることを特徴とする請求項１又は２に記載された自動車のバンパー補強材。

【請求項5】

長手方向の一部に一対のフランジの間隔が狭くなった潰し加工部を有することを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載された自動車のバンパー補強材。

【請求項6】

７０００系アルミニウム合金押出材からなることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載された自動車のバンパー補強材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、閉断面構造のアルミニウム合金押出形材からなる自動車のバンパー補強材に関する。

【背景技術】

【0002】

アルミニウム合金押出形材からなるバンパー補強材は、一般に、一対のフランジ（車体前後方向内側（車体側）に位置するインナーフランジと外側（衝突側）に位置するアウターフランジ）と、それらを連結する一対のウエブを備える。バンパー補強材は、これらの一対のフランジ及びウエブにより閉断面構造を有する。必要により、前記一対のウエブの間に前記一対のフランジを連結する１以上の中リブが形成されている。

【0003】

このような閉断面構造のアルミニウム合金押出形材は、ポートホールダイス、ブリッジダイス、スパイダーダイスなどのホローダイを用いて製造される。例えば、ポートホールダイスを用いた押出方法では、複数のポート孔を備えたマンドレルボディとダイスを組み合わせたポートホールダイスが使用される。ポートホールダイスに押し込まれたアルミニウムビレットは、前記ポート孔で分断された後、前記マンドレルを取り囲んで再び溶着して一体化し、内面を前記マンドレルで、外面を前記ダイスで成形されて閉断面構造の押出形材となる。このように、ホローダイを用いて製造された閉断面構造のアルミニウム合金押出形材には、必然的に溶着部が存在する。

【0004】

溶着部があるアルミニウム合金押出形材は、溶着部と溶着部以外（通常部）とで組織が異なり、前記溶着部の機械的性質、例えば破断限界が通常部に比べて低いことが問題となる。アルミニウム合金押出形材からなるバンパー補強材において、溶着部の破断限界が低いことは、バンパー補強材のエネルギー吸収部材としての強度及びエネルギー吸収量の低下を招く可能性がある。
一方、溶着部がある閉断面構造のアルミニウム合金押出形材について、例えば特許文献１～４に記載されているように、材料組成や製造条件を改良することにより、溶着部の機械的性質を向上させることが検討されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開平１０－３０６３３８号公報

【文献】特開２００３－１５４４０７号公報

【文献】特開２００７－２３１４０８号公報

【文献】特開２００９－４５６７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、このような材料組成や製造条件の改良によっても、アルミニウム合金押出形材の溶着部と通常部の機械的性質を同等にすることは難しい。
本発明は、このような溶着部を有する閉断面構造のアルミニウム合金押出形材からなるバンパー補強材において、衝突時の破断を生じにくくすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係るバンパー補強材の一形態は、 長手方向に沿って溶着部を有する閉断面構造のアルミニウム合金押出形材からなり、車体側及び衝突側に間隔を置いて位置する一対のフランジと、前記一対のフランジを接続し車体の上下方向に間隔を置いて位置する一対のウエブを備え、前記溶着部が前記一対のフランジに設けられ、前記一対のウエブに設けられていない。

【発明の効果】

【0008】

本発明に係るバンパー補強材の一形態において、溶着部を一対のフランジに設け、一対のウエブに設けないことにより、衝突時のウエブの座屈変形において前記溶着部が変形の起点になることを回避でき、それにより衝突時にウエブの破断が生じにくくなる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明に係るバンパー補強材の一形態を示すもので、初期断面構造（図１Ａ）、及び衝突により曲げ変形した断面構造（図１Ｂ）である。

【図2】バンパー補強材の別の形態を示すもので、初期断面構造（図２Ａ）、及び衝突により曲げ変形した断面構造（図２Ｂ）である。

【図3】衝突前半の段階でのバンパー補強材の形状（図３Ａ）、及び衝突後半の段階でのバンパー補強材の形状（図３Ｂ）である。

【図4】本発明に係るバンパー補強材の別の形態の初期断面構造である。

【図5】大Ｒ曲げされたバンパー補強材の断面における残留応力分布を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

始めに、図１を参照して、本発明に係るバンパー補強材の一形態について説明する。
図１Ａに示すバンパー補強材１は、長手方向（押出方向）に沿って溶着部を有する閉断面構造のアルミニウム合金押出形材からなる。前記閉断面構造は、車体側及び衝突側に間隔を置いて位置する一対のフランジ（車体側フランジ２，衝突側フランジ３）と、車体上下方向に間隔を置いて位置し、前記一対のフランジ２，３を接続する一対のウエブ４，５からなる。図１Ａに示す断面において、一対のフランジ２，３と一対のウエブ４，５はいずれも平板状で、互いに略垂直に形成されている。
なお、図１Ａに示すバンパー補強材１では、一対のフランジ２，３の両端に突出フランジが設けられていないが、一方又は両方のフランジに突出フランジが設けられた断面形状であっても良い（例えば特開２００３－１２７８０８号公報参照）。

【0011】

このバンパー補強材１では、溶着部６，７が一対のフランジ２，３に形成されている。溶着部６，７は、バンパー補強材１の長手方向（アルミニウム合金押出形材の押出方向）に沿って形成されている。
なお、一対のフランジ２，３の幅方向における溶着部６，７の位置は、特に限定されない。しかし、衝突時において溶着部６，７が割れ発生の起点となるのを防止するとの観点より、溶着部６，７の位置は、フランジ２，３とウエブ４，５の接合部を避けて、ウエブ４とウエブ５の間とすることが好ましく、図１Ａに示すように、ウエブ４とウエブ５の間の中央部（ウエブ４からの距離とウエブ５からの距離がほぼ同じ位置）がより好ましい。

【0012】

ドアビーム１の素材である閉断面構造のアルミニウム合金押出形材は、ポートホールダイス、ブリッジダイス、スパイダーダイスなどのホローダイを用いて製造される。上記溶着部６，７は、メタルフローがホローダイの中で一度分断され、その後一体化されることにより形成されたもので、アルミニウム合金押出形材の長手方向（押出方向）に沿って存在し、溶着部以外の部分（通常部）とはミクロ組織が異なる。なお、このアルミニウム押出形材は、全体が単一のアルミニウム合金組成を有する。

【0013】

図２Ａに、本開示に係るバンパー補強材１（図１Ａ）とは異なる形態のバンパー補強材１１の断面図を示す。図２Ａのバンパー補強材１１において、図１Ａのバンパー補強材１と実質的に同じ部位には同じ番号を付与している。
バンパー補強材１１は、長手方向（押出方向）に沿って溶着部を有する閉断面構造のアルミニウム合金押出形材からなり、バンパー補強材１と基本的に同じ閉断面構造を有する。
ただし、このバンパー補強材１１では、バンパー補強材１とは異なり、溶着部１６，１７が一対のウエブ４，５に形成されている。溶着部１６，１７は、バンパー補強材１の溶着部６，７と同様に、バンパー補強材１１の長手方向（アルミニウム合金押出形材の押出方向）に沿って形成されている。

【0014】

バンパー補強材１，１１に衝突荷重Ｐが負荷されると、バンパー補強材１，１１には車体上下方向を回転軸とした曲げ変形が生じ、衝突前半の段階では（図３Ａ参照）、車体側フランジ２に引張歪みが発生し、衝突側フランジ３に圧縮歪みが発生する。続いて衝突後半の段階では（図３Ｂ参照）、ウエブ４，５が座屈し、車体前後方向中間領域を中心として曲げ変形する。
バンパー補強材は、衝突荷重を受け止めるため、エネルギー吸収量を高くすることが要求されている。高いエネルギー吸収量を確保するためには、特に衝突後半段階において、車体側（衝突背面側）のフランジが破断しないようにウエブを座屈させ、車体側のフランジに発生する引張歪みを緩和することが必要である。ウエブが座屈する際、ウエブは、その車体前後方向中間領域を中心に曲げ変形し、この領域に局部的な歪み集中が生じる。そして、ウエブに破断限界が低い溶着部が設けられていると、衝突後半段階において、溶着部が起点となってウエブが早期に座屈変形し、あるいは溶着部が容易に破断しやすく、それ以降のエネルギー吸収性能が低下するという問題が生じ得る。

【0015】

バンパー補強材１１の場合、歪み集中が生じやすい一対のウエブ４，５に溶着部１６，１７が形成されている。このため、衝突後半の段階において（図２Ｂ参照）、溶着部１６，１７が起点となって一対のウエブ４，５が早期に座屈変形し、あるいは溶着部１６，１７においてウエブ４，５が容易に破断しやすく、それ以降のエネルギー吸収性能が低下する。

【0016】

一方、バンパー補強材１の場合、一対のウエブ４，５に溶着部６，７が形成されていない。このため、衝突後半の段階において（図１Ｂ参照）、溶着部６，７が一対のウエブ４，５の座屈変形の起点となることが回避され、一対のウエブ４，５の破断も生じにくくなることで、エネルギー吸収性能の低下が防止できる。
なお、バンパー補強材１では、溶着部６，７がフランジ部に形成されたことにより、衝突前半の車体上下方向を回転軸とした一対のフランジ２，３の曲げ変形において、溶着部６，７にも高い歪みが発生する。しかし、この曲げ変形は、一対のウエブ４，５の座屈による曲げ変形と異なり、一対のフランジ２，３全体で長手方向に引張又は圧縮荷重を受けるような変形形態であり、また、一対のフランジ２，３全体に占める溶着部６，７の割合が比較的小さい。このため、溶着部６，７に起因するフランジ２，３の強度低下は無視できるほどに小さく、また、溶着部６，７の変形が溶着部６，７周辺の材料（通常部）により抑制され、溶着部６，７の破断が生じにくい。

【0017】

図４に、本発明に関わるバンパー補強材の他の形態の断面図を示す。図４に示すバンパー補強材２１において、図１Ａのバンパー補強材１と実質的に同じ部位には同じ番号を付与している。
バンパー補強材２１は、一対のフランジ２，３と一対のウエブ４，５を備える点でバンパー補強材１と一致するが、一対のウエブ４，５の中間位置に一対のフランジ２，３を垂直に連結する中リブ８が形成されている点でバンパー補強材１と異なる。中リブ８が形成されたことに伴い、バンパー補強材２１のフランジ２には、中リブ８と各ウエブ４，５の間の位置に溶着部６，６が形成され、フランジ３には、中リブ８と各ウエブ４，５の間の位置に溶着部７，７が形成され、さらに中リブ８に溶着部９が形成されている。

【0018】

バンパー補強材２１は、衝突時に座屈変形の起点となる溶着部が一対のウエブ４，５に形成されていないため、バンパー１と同様に、衝突時に一対のウエブ４，５の早期座屈及び破断が生じにくく、溶着部によるエネルギー吸収性能の低下が防止できる。なお、バンパー補強材２１は中リブ８に溶着部９が形成されている。しかし、衝突時にバンパー補強材２１が曲げ変形するとき、外リブ（ウエブ４，５）と異なり、中リブ８には偶力が掛かりにくく、倒れにくいため、中リブ８は面内変形が支配的となる。このため、中リブ８では、溶着部９を起点とした座屈変形又は溶着部９の破断の発生が、ウエブ４，５に溶着部１６，１７がある場合（図２Ａ参照）に比べて遅れる。従って、中リブ８に形成された溶着部９の影響（エネルギー吸収性能に対する影響）は、ウエブ４，５に形成された溶着部１６，１７に比べて小さい。

【0019】

アルミニウム合金押出形材には必要に応じて塑性加工が施され、その結果、本発明に係るバンパー補強材は、平面視で種々の形態を取り得る。公知の平面視形態として、全長に曲げ加工（いわゆる大Ｒ曲げ）が施され、それにより車体前後方向外側に凸湾曲した形状（例えば特開２０１０－０４６６８５号公報参照）、長手方向両端部が車体側に曲げ加工された形状（例えば特開２００３－２８５７０３号公報参照）、長手方向の一部が潰し加工された形状（例えば特開２０１５－１６８２９９号公報参照）を挙げることができる。

【0020】

曲げ加工が単純曲げ（長手方向に引張力を付加しない曲げ加工）で、バンパー補強材が車体前後方向外側に凸湾曲した形状である場合、バンパー補強材内の残留応力分布は、概略、図５に実線で示すようなものとなる。ここで、Ｘｃは曲げの中立軸であり、軸Ｙの右側が引張応力、左側が圧縮応力である。残留引張応力は、中立軸Ｘｃよりやや衝突側フランジ３に寄った位置で最大となる。また、曲げ加工が引張曲げの場合、バンパー補強材内の残留応力分布は、概略、図５に破線で示すようなものとなる。引張力により曲げの中立軸Ｘｃが車体側フランジ２側に移動することにより、残留引張応力は、単純曲げの場合に比べて、内側フランジ２側に寄った位置で最大となる。いずれにしても、曲げ加工したバンパー補強材内には、ウエブ４，５の車幅方向略中央領域において、大きい引張応力が残留する。

【0021】

閉断面構造のアルミニウム合金押出形材において、溶着部はそれ以外の部位（通常部）に比べて応力腐食割れが発生しやすく、このような溶着部が、大きい引張応力が残留するウエブ４，５の前記車幅方向略中央領域に存在すると、当該領域に応力腐食割れが発生しやすい。一方、本発明に係るバンパー補強材の前記形態（図１Ａ）において、応力腐食割れが発生しやすい溶着部６，７が、曲げ加工によって高い引張応力が残留するウエブ４，５に形成されていない。従って、溶着部１６，１７がウエブ４，５に形成されているバンパー補強材（図２Ａ参照）に比べ、ウエブ４，５に応力腐食割れが生じにくく、このためより厳しい曲げ加工を施すことも可能である。また、本発明に係るバンパー補強材の前記形態（図４）では、中リブ８に溶着部９が形成されているが、溶着部を有しない一対のウエブ４，５が中リブ８の両側に位置しているため、仮に中リブ８に応力腐食割れが発生したとしても、その影響は限定的である。

【0022】

バンパー補強材の長手方向の少なくとも一部にプレス加工（潰し加工）を施した場合、潰し加工を受けた箇所（潰し加工部）では、一対のウエブ４，５が曲げ変形し、一対のフランジ２，３の間隔が狭くなる。この潰し加工により、一対のウエブ４，５の潰し加工部と非潰し加工部の境界領域に高い引張応力が残留する（特開２０１４－１４５１１９号公報参照）。しかし、本発明に係るバンパー補強材の前記形態（図１Ａ参照）において、一対のウエブ４，５に溶着部６，７が形成されていないので、一対のウエブ４，５に溶着部１６，１７が形成されたバンパー補強材（図２Ａ参照）に比べ、ウエブ４，５に応力腐食割れが生じにくく、このため、より厳しい潰し加工を施すことも可能である。一対のウエブ４，５に溶着部６，７が形成されていないことで、潰し加工時の破断限界が向上するという利点もある。また、本発明に係るバンパー補強材の前記形態（図４）では、中リブ８に溶着部９が形成されているが、溶着部を有しない一対のウエブ４，５が中リブ８の両側に位置しているため、仮に中リブ８に応力腐食割れが発生したとしても、その影響は限定的である。

【0023】

バンパー補強材の素材であるアルミニウム合金押出形材として、特に限定しないが、６０００系アルミニウム合金押出形材に比べて破断限界が低く、応力腐食割れの問題が生じやすい高強度の７０００系アルミニウム合金押出形材を好適に採用できる。７０００系アルミニウム合金の組成としては、ＪＩＳ又はＡＡ規格で規定される組成が適用できる。好ましい組成として、Ｚｎ：３～８質量％、Ｍｇ：０．４～２．５質量％、Ｃｕ：０．０５～２．０質量％、Ｔｉ：０．００５～０．２質量％を含有し、さらにＭｎ：０．０１～０．３質量％、Ｃｒ：０．０１～０．３質量％、Ｚｒ：０．０１～０．３質量％の１種以上を含有し、残部Ａｌ及び不純物からなる組成を挙げることができる。

【符号の説明】

【0024】

１，１１，２１ バンパー補強材
２ 車体側フランジ
３ 衝突側フランジ
４，５ ウエブ
６，７，９，１６，１７ 溶着部
８ 中リブ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】