JP2012030629A - バンパー装置およびその設計方法 - Google Patents

Abstract

【課題】全体の重量を十分に低減させ、車両の燃費向上に資することが可能なバンパー装置およびその設計方法を提供することを目的とする。
【解決手段】車両用の樹脂製のバンパー装置であって、当該バンパー装置（バンパー１００）は、その全体が、車両への取付け後に受ける少なくとも風圧によっては塑性変形しない一定の基本肉厚を有していて、車両の車幅方向に延びて車両の前面または後面に取り付けられる車幅部１１０と、車幅部の車幅方向両端から車両の側面に沿って延びて側面に取り付けられる車側部１２０ａ、１２０ｂと、を備え、車幅部および車側部は、それらの縁部において車内側へ湾曲または屈曲した複数の剛性確保部（剛性確保部１３０）をそれぞれ有し、車幅部および車側部は、剛性確保部同士の間の略平坦な領域において車内側へ向かって肉厚が基本肉厚よりも増大する増厚領域（増厚領域１４０）を有することを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、車両用の樹脂製のバンパー装置およびその設計方法に関するものである。

環境問題への取り組み方法が活発に議論されている昨今、自動車には排気量を抑えるためにさらなる燃費向上が要請されている。自動車の燃費は車両重量に大きく関係していて、燃費は車両重量が軽いほど向上する。そこで現在では、各当業者によって自動車の軽量化が研究され、実施されている。

現在の自動車では、金属に比べて軽量で複雑な形状にも成形容易である合成樹脂が多くの部材に用いられている。例えば、一般的な自動車のバンパーは合成樹脂で成形されている。バンパーは、自動車の各部材の中でも大型な部材であって、これを樹脂成形することで車両の軽量化に大きく貢献し得るからである。

上記樹脂成形されたバンパーであっても、さらなる軽量化対策が施されている。例えば、特許文献１に記載の樹脂製の車両用バンパー（以下、単に「バンパー」と記載する。）は、軽量化を図るために肉厚を部分的に薄く（薄肉化）して成形素材の使用量を削減している。特許文献１によると、全体を均一に薄肉化すると強度的な要件を満たせないため、部分的な薄肉化によって強度要件を満たしつつ軽量化を図っているとされている。具体的には、特許文献１のバンパーでは、車両取付後において外部から見えにくい下部を薄肉化している。これにより、軽量化を図るだけでなく、薄肉化によってヒケ（窪み）が生じても美観が損われないとされている。

特許第２７３９９００号公報

しかし、特許文献１に記載のバンパーのように任意の箇所を薄肉化するだけでは、バンパー上に薄肉化を行い得る余地を多く残すおそれがある。すなわち、このような構成では、十分な軽量化が図れず、車両の燃費向上への貢献は僅かなものとなってしまう。

本発明は、このような課題に鑑み、全体の重量を十分に低減させ、車両の燃費向上に資することが可能なバンパー装置およびその設計方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明にかかるバンパー装置の代表的な構成は、車両用の樹脂製のバンパー装置であって、当該バンパー装置は、その全体が、車両への取付け後に受ける少なくとも風圧によっては塑性変形しない一定の基本肉厚を有していて、車両の車幅方向に延びて車両の前面または後面に取り付けられる車幅部と、車幅部の車幅方向両端から車両の側面に沿って延びて側面に取り付けられる車側部と、を備え、車幅部および車側部は、それらの縁部において車内側へ湾曲または屈曲した複数の剛性確保部をそれぞれ有し、車幅部および車側部は、剛性確保部同士の間の略平坦な領域において車内側へ向かって肉厚が基本肉厚よりも増大する増厚領域を有することを特徴とする。

上記構成では、形状を維持するために最低限必要な肉厚を基本肉厚とし、そこからさらに剛性が必要となる箇所にのみ増厚領域を設けている。したがって、不用意な肉厚の削減および無駄な肉厚の増加を防ぎ、バンパー装置としての機能を最低限の重量で発揮することが可能となっている。これにより、バンパー装置全体の重量は十分に低減するため、車両の燃費向上に資することが可能である。

上記の車幅部は、車幅方向の中央付近に外気を取り入れる外気取入開口部をさらに有し、該外気取入開口部の縁部の剛性確保部と、車幅部・車側部の境界部との間に増厚領域を有しているとよい。

上記の外気取入開口部は、主にラジエターに外気を流通させることを目的として設けられている。通常、このような外気取入開口部は、車両のデザイン上および外気の効率的な取入れのために、バンパー装置の前面の幅方向略中央に設けられる。元来、バンパー装置の前面は、バンパー装置のなかでも最も広い面積を有する平面に近いなだらかな曲面であって、走行中に風圧を最も受けやすい箇所である一方、屈曲または湾曲した部位に比較して剛性が劣っている。そして、中央に外気取入開口部を設けた場合、外気取入開口部の縁部には湾曲または屈曲した剛性確保部を形成して剛性を確保できるが、その周辺は依然として剛性が低く、風圧よる変形が発生しかねない。そこで上記構成では、外気取入開口部の周辺に増厚領域を設けることで、風圧に十分に耐え得る剛性を確保している。

上記の車側部は、車幅部よりも上方へ拡張する上部拡張部をさらに有し、上部拡張部における縁部の剛性確保部同士の間の領域において増厚領域を有しているとよい。

上記の車側部にはデザイン上の理由で上部拡張部が設けられている。ヘッドランプの取付け用の開口部を形成するため、または前輪のフェンダーを形成するためである。しかしこの上部拡張部は、車側部のなかでも周囲と連続する領域が少なく、風圧等による変形が生じやすい形状となっている。そこで上記構成では、上部拡張部上に増厚領域を設けることで剛性を高め、変形の発生を防止している。

当該バンパー装置は、車両の底面の縁付近を覆う車底部と、車底部に設置され、当該バンパー装置を車両の底面へ固定する固定部と、をさらに備え、固定部は、車底部に車両の底面へ向って起立するように設置される支持部と、支持部の上部に設けられて車両の底面に留める固定具が取り付けられる台座部と、支持部と車底部とにわたって設置され、支持部と車底部との間の角を曲線を描くように埋めた補強部と、を有するとよい。

当該バンパー装置は樹脂製であって、上記の車底部および固定部は一体成形される。その際、車底部には固定部を設置することで、樹脂が硬化する際の収縮が表面にヒケ（窪み）として現れやすくなってしまう。しかし、車底部は車両取付後において、車両の底面側に位置するため外部から視認不能である。したがってこの構成であれば、ヒケが発生したとしても美観の低下を招くおそれがない。また、上記の補強部であれば、支持部と車底部との間への応力集中を緩和することが可能である。したがって、当該バンパー装置の車両へのより強固な取り付けが可能となる。

上記課題を解決するために、本発明にかかるバンパー装置の設計方法の代表的な構成は、車両用の樹脂製のバンパー装置であって、車両用の樹脂製のバンパー装置の設計方法であって、バンパー装置の車両への取付け後に受ける少なくとも風圧によっては塑性変形しない一定の厚みをバンパー装置の基本肉厚として設定し、車両の車幅方向に延びて車両の前面または後面に取り付けられる車幅部を設計し、車幅部の車幅方向両端から車両の側面に沿って延びて側面に取り付けられる車側部を設計し、車幅部および車側部に、それらの縁部において車内側へ湾曲または屈曲した複数の剛性確保部をそれぞれ設計し、車幅部および車側部に、剛性確保部同士の間の略平坦な領域において車内側へ向かって肉厚が基本肉厚よりも増大する増厚領域を設計することを特徴とする。

上述したバンパー装置の技術的思想に基づく構成要素やその説明は、当該バンパー装置の設計方法にも適用可能である。したがって上記構成によれば、車両の燃費向上に資することが可能な、全体の重量が十分に低減したバンパー装置を提供可能である。

上記構成によれば、全体の重量を十分に低減させ、車両の燃費向上に資することが可能なバンパー装置およびその設計方法を提供することが可能となる。

本実施形態にかかるバンパー装置を例示する図である。 本実施形態にかかるバンパー装置の設計方法を例示するフローチャートである。 図１のバンパー装置を各方向から例示する図である。 概略的なバンパー装置の各断面図である。 図１のバンパー装置の背面側を各方向から例示する図である。 固定部を各方向から例示する図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（バンパー装置およびバンパー装置の設計方法）
図１は、本実施形態にかかるバンパー装置を例示する図である。図１に例示するバンパー装置（以下、「バンパー１００」と記載する。）は、主に車両１０２の衝突時に機能する衝撃緩和部材である。さらに当該バンパー１００は軽量化が図られていて、必要最低限の重量で機能することが可能となっている。なお本実施形態では、バンパー１００を車両１０２の前面下部に取り付けるフロントバンパーとしている。しかし、バンパー１００が有する技術的思想はリアバンパー（図示省略）として実施することも可能であって、その場合には車両１０２の後面下部に取り付ける。

図２は、本実施形態にかかるバンパー装置の設計方法を例示するフローチャートである。また図３は、図１のバンパー装置を各方向から例示する図である。図３（ａ）は、バンパー１００を正面側から例示していて、図３（ｂ）は、バンパー１００を右側面から例示している。以下、図１および図３を参照しながら、図２のフローチャートに則してバンパー１００の設計方法について説明する。

当該バンパー１００は樹脂製であって、図２の一連の設計作業によってバンパー１００の各部位の設計が終了した後、バンパー１００を構成する各部位が一体成形される。本実施形態ではまず、図２のステップ２００において、バンパー１００の一定の基本肉厚を設定する。通常のバンパー装置の設計方法では、衝撃緩和部材としての機能を十分に発揮し得る程度の肉厚を一定の基本肉厚として全体に有していた。しかし、本実施形態のステップ２００では、バンパー１００の形状を維持し得る程度の必要最低限の肉厚を一定の基本肉厚として設定する。具体的には、車両１０２への取付け後に受ける少なくとも風圧によっては塑性変形しない程度の所定の厚みを基本肉厚とする。

次にステップ２０２において、バンパー１００の一部位である車幅部１１０を設計する。図１に示すように、車幅部１１０は、車両１０２の車幅方向に延びて車両１０２の前面（リアバンパにおいては後面）に取り付けられる部位である。車幅部１１０はバンパー１００のなかの広い面積を占めていて、デザインおよび空気抵抗を考慮して、全体が平面に近いなだらかな曲面となっている。

バンパー１００はフロントバンパーであって、その背面側には不図示のラジエターが備えられる。そのため、車幅部１１０の車幅方向の中央付近には、ラジエターを冷却するための外気を取り入れる外気取入開口部１１２が設けられる。また、当該バンパー１００の上方にも、外気取入口である仮想線で示すフロントグリル１０４が設けられる。車幅部１１０の上方には、フロントグリル１０４の背面側かつ左右のヘッドランプ１０６ａ、１０６ｂの間において剛性を確保する格子部１１４が設けられている。格子部１１４は格子状であって、剛性を確保しつつ外気を通過させる。

そして、図２のステップ２０４において車側部１２０ａ、１２０ｂを設計する。図１に例示するように、車側部１２０ａ、１２０ｂは、車幅部１１０の車幅方向両端から車両１０２の側面に沿って延びてこの側面に取り付けられる部位である。当該バンパー１００の一部は車両１０２のヘッドランプ１０６ａ、１０６ｂを囲む形状となっていて、車側部１２０ａ、１２０ｂの上縁の一部はヘッドランプ１０６ａ、１０６ｂの車幅方向の端側の側辺にそれぞれ沿っている。また車側部（代表して車側部１２０ａ）は、その車両後方側下部が前輪１０８のフェンダー１２２を形成している。

上記車幅部１１０および車側部１２０ａ、１２０ｂには、複数の剛性確保部を設計する（ステップ２０６）。図４は概略的なバンパー装置の各断面図であって、図４（ａ）は図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図４（ａ）には車幅部１１０における剛性確保部１３０が例示されている。図４の剛性確保部１３０に代表されるように、剛性確保部は車幅部１１０および車側部１２０ａ、１２０ｂの縁部であって、いわゆるフランジである。剛性確保部１３０は、外気取入開口部１１２の縁部におけるフランジを構成している。剛性確保部１３０を含む複数の剛性確保部は車内側へ湾曲または屈曲していて、これによって断面２次モーメントを大きくして剛性を確保している。

上記剛性確保部によって、車幅部１１０および車側部１２０ａ、１２０ｂの縁部近傍は剛性が高められている。しかし、車幅部１１０および車側部１２０ａ、１２０ｂには平面（または曲面）の領域が広く存在していて、その領域では剛性確保部から離れるほど剛性が低下してしまう。そこで、図２のステップ２０８において車幅部１１０および車側部１２０ａ、１２０ｂに、剛性確保部同士の間の略平坦な領域に増厚領域を設計する。

図４（ｂ）は図３（ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。図４（ｂ）に例示するように、増厚領域（代表して増厚領域１４０）は、剛性確保部１３２、１３４の間において、車内側へ向かって肉厚が基本肉厚Ｔよりも増大する。この増厚領域１４０が設けられる箇所は、略平坦な領域であって、車両取付後において基本肉厚Ｔでは剛性が不足して風圧等によって変形が発生しかねない箇所である。本実施形態では、このように剛性が不足しかねない箇所に増厚領域（増厚領域１４０）を設けて補強している。

ここで、図４（ｂ）のＢ−Ｂ断面は、図３（ｂ）の車側部１２０ａの上部拡張部１２４を通る断面である。図３（ｂ）に例示するように、上部拡張部１２４はデザイン上の理由から設けられていて、車幅部１１０よりも上方へ拡張する領域である。上部拡張部１２４は、ヘッドランプ１０６ａ（図１参照）の取付け部分の縁を形成し、またフェンダー１２２の上部を形成している。上部拡張部１２４は車側部１２０ａの端に位置していて、車側部１２０ａのなかでも周囲と連続する領域が少なく、風圧等による変形が生じやすい形状となっている。そこで本実施形態では図４（ｂ）に例示したように、上部拡張部１２４に増厚領域１４０を設けることで剛性を高め、変形の発生を防止している。

再び図４（ａ）を参照する。図４（ａ）に例示するように、車幅部１１０では、外気取入開口部１１２（図３（ａ）参照）の縁部の剛性確保部１３０と、車幅部１１０・車側部１２０ｂの境界部１５０との間に増厚領域１４２が形成されている。この境界部１５０は車幅部１１０から車側部１２０ｂにかけて断面の延びる方向が変化しているため、断面２次モーメントが高い。したがって境界部１５０を直接増厚する必要はないため、増厚領域１４２は境界部１５０で区切られている。

上記のように、車幅部１１０において増厚領域１４２は、外気取入開口部１１２（図３（ａ）参照）の周辺に設けられている。外気取入開口部１１２が設けられる車幅部１１０は、バンパー１００の前面に位置している。このバンパー１００の前面は、バンパー１００のなかでも最も広い面積を有する平面（またはなだらかな曲面）であって、走行中に風圧を最も受けやすい箇所である。そしてパンバーの前面は、屈曲または湾曲した部位（剛性確保部１３０および境界部１５０）に比較して剛性が劣っている。このバンパー１００の前面においてその中央に外気取入開口部１１２を設けた場合、外気取入開口部１１２の縁部には剛性確保部１３０を形成して剛性を確保できるが、その周辺は依然として剛性が低く、風圧よる変形が発生しかねない。そこで本実施形態では、外気取入開口部１１２の周辺に増厚領域１４２を設けることで、風圧に十分に耐え得る剛性を確保している。

以上、図２にフローチャートとして例示したバンパー装置の設計方法により、形状を維持するために最低限必要な肉厚を基本肉厚とし、そこからさらに剛性が必要となる箇所にのみ増厚領域を設けたバンパー１００が製造可能である。バンパー１００は、不用意な肉厚の削減および無駄な肉厚の増加が防がれていて、バンパー装置としての機能を最低限の重量で発揮することが可能となっている。これにより、バンパー１００はその重量が従来のバンパーと比較して十分に低減しているため、車両１０２の燃費向上に好適に資することが可能である。

（バンパー装置のさらなる構成）
本実施形態にかかるバンパー１００が備えることが可能なさらなる構成およびその機能について説明する。図５は、図１のバンパー装置の背面側を各方向から例示する図である。図５（ａ）は、図１のバンパー１００を背面側から例示している。図５（ａ）に例示するように、バンパー１００の背面側の下部には固定部１６０ａ、１６０ｂが設けられていて、当該バンパー１００は固定部１６０ａ、１６０ｂを利用して車両１０２の底面１６１（図５（ｂ）参照）へ固定することが可能となっている。本実施形態では、２つの固定部１６０ａ、１６０ｂが設けられているが、これらは鏡面対象な構造となっている。

図５（ｂ）は、図５（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。図５（ｂ）では、車両１０２の底面１６１およびクリップ１６９を仮想線で例示している。図５（ｂ）に例示するように、バンパー１００の下部（主に車幅部１１０の下部）には、車両１０２の底面１６１の縁付近を覆う車底部１６２が設けられている。車底部１６２は、車幅部１１０から車両１０２の底面１６１の下方へもぐるように湾曲している。そして固定部１６０ａは、車底部１６２の車両１０２の底面１６１と対面する面（車底部１６２の車内側）に設けられている。なお、固定部１６０ｂも固定部１６０ａと同様の位置に設けられている。

図６は、固定部１６０ａを各方向から例示する図である。図６（ａ）は図５（ａ）の矢視Ｄに対応する図である。図６（ａ）に例示するように、固定部１６０ａはその柱として機能する支持部１６４を有している。支持部１６４は板状であって、車底部１６２に車両１０２の底面１６１（図５（ｂ）参照）へ向って起立するように設置される。支持部１６４の上部には、固定具（例えばクリップ１６９）を取り付ける台座部１６５が設けられている。台座部はクリップ孔１６８を有していて、クリップ１６９は台座部の下方からクリップ孔１６８に取り付けられ、車両１０２の底面１６１に締結される。

図６（ｂ）は、図６（ａ）の矢視Ｅに対応する図である。図６（ｂ）に例示するように、固定部１６０ａにおける車幅部１１０の末端側（図６（ａ）の固定部１６０ａにおいて、車幅部１１０の図中左末端側）には、壁部１６６が設けられている。壁部１６６は支持部１６４（図６（ｃ）参照）の側方において、湾曲する車底部１６２と支持部１６４とを接続し、固定部１６０ａの車底部１６２への取付剛性を確保している。

図６（ｃ）は、図６（ａ）の矢視Ｆに対応する図である。図６（ｃ）に例示するように、支持部１６４と車底部１６２との間には補強部１６６が設置されている。補強部１６６は、支持部１６４と車底部１６２との間の角を曲線を描くように埋め、支持部１６４を補強する。この補強部１６６であれば、支持部１６４と車底部１６２との間に生じ得る応力集中を緩和することが可能である。これらの構成の固定部１６０ａであれば、バンパー１００を車両１０２へより強固に取り付けが可能となる。

ここで、当該バンパー１００は樹脂製であって、上記の車底部１６２および固定部１６０ａは一体成形される。その際、例えば図５（ｂ）に例示する車底部１６２の下側の表面には、固定部１６０ａを設置することで樹脂が硬化する際の収縮がヒケ（窪み）として現れやすくなってしまう。しかし、この車底部１６２は車両取付後において車両１０２の底面側に設置されるため、通常の取付け状態であれば外部から視認不能である。したがってこの構成であれば、ヒケが発生したとしても美観の低下を招くおそれがなく、外観上の品質を維持可能である。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、車両用の樹脂製のバンパー装置およびその設計方法として利用することができる。

１００ …バンパー、１０２ …車両、１０４ …フロントグリル、１０６ａ、１０６ｂ …ヘッドランプ、１０８ …前輪、１１０ …車幅部、１１２ …外気取入開口部、１１４ …格子部、１２０ａ、１２０ｂ …車側部、１２２ …フェンダー、１２４ …上部拡張部、１３０、１３２ …剛性確保部、１４０、１４２ …増厚領域、１５０ …境界部、１６０ａ、１６０ｂ …固定部、１６１ …底面、１６２ …車底部、１６４ …支持部、１６５ …台座部、１６６ …補強部、１６８ …クリップ孔、１６９ …クリップ、Ｔ …基本肉厚

Claims (5)

1. 車両用の樹脂製のバンパー装置であって、
   当該バンパー装置は、その全体が、車両への取付け後に受ける少なくとも風圧によっては塑性変形しない一定の基本肉厚を有していて、
   前記車両の車幅方向に延びて該車両の前面または後面に取り付けられる車幅部と、
   前記車幅部の車幅方向両端から前記車両の側面に沿って延びて該側面に取り付けられる車側部と、
   を備え、
   前記車幅部および前記車側部は、それらの縁部において車内側へ湾曲または屈曲した複数の剛性確保部をそれぞれ有し、
   前記車幅部および前記車側部は、前記剛性確保部同士の間の略平坦な領域において車内側へ向かって肉厚が基本肉厚よりも増大する増厚領域を有することを特徴とするバンパー装置。
2. 前記車幅部は、車幅方向の中央付近に外気を取り入れる外気取入開口部をさらに有し、該外気取入開口部の縁部の前記剛性確保部と、前記車幅部・車側部の境界部との間に前記増厚領域を有していることを特徴とする請求項１に記載のバンパー装置。
3. 前記車側部は、前記車幅部よりも上方へ拡張する上部拡張部をさらに有し、該上部拡張部における縁部の前記剛性確保部同士の間の領域において前記増厚領域を有していることを特徴とする請求項１または２にバンパー装置。
4. 当該バンパー装置は、
   前記車両の底面の縁付近を覆う車底部と、
   前記車底部に設置され、当該バンパー装置を該車両の底面へ固定する固定部と、
   をさらに備え、
   前記固定部は、
   前記車底部に前記車両の底面へ向って起立するように設置される支持部と、
   前記支持部の上部に設けられて該車両の底面に留める固定具が取り付けられる台座部と、
   前記支持部と前記車底部とにわたって設置され、該支持部と該車底部との間の角を曲線を描くように埋めた補強部と、を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のバンパー装置。
5. 車両用の樹脂製のバンパー装置の設計方法であって、
   前記バンパー装置の車両への取付け後に受ける少なくとも風圧によっては塑性変形しない一定の厚みを該バンパー装置の基本肉厚として設定し、
   前記車両の車幅方向に延びて該車両の前面または後面に取り付けられる車幅部を設計し、
   前記車幅部の車幅方向両端から前記車両の側面に沿って延びて該側面に取り付けられる車側部を設計し、
   前記車幅部および前記車側部に、それらの縁部において車内側へ湾曲または屈曲した複数の剛性確保部をそれぞれ設計し、
   前記車幅部および前記車側部に、前記剛性確保部同士の間の略平坦な領域において車内側へ向かって肉厚が基本肉厚よりも増大する増厚領域を設計することを特徴とするバンパー装置の設計方法。

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