フレーム構造
【課題】中空のアルミフレームの閉断面内に発泡アルミ充填材を充填して補強しながらも、充分な塑性変形によって、衝撃荷重が入力したときに発生よる衝撃エネルギを充分に吸収できるフレーム構造を提供することである。
【解決手段】中空のアルミフレーム１０を補強するための充填材として、発泡アルミ充填材２１をアルミフレーム１０の閉断面内に充填する際に、荷重Ｇが入力する側には発泡アルミ充填材２１の未充填領域２２による非拘束領域を設けて塑性変形の進行に対する拘束を無くし、充分に塑性変形を進行させることで、荷重Ｇとして衝撃荷重が入力したときに発生する衝撃エネルギを充分に吸収することができるフレーム構造。
【解決手段】中空のアルミフレーム１０を補強するための充填材として、発泡アルミ充填材２１をアルミフレーム１０の閉断面内に充填する際に、荷重Ｇが入力する側には発泡アルミ充填材２１の未充填領域２２による非拘束領域を設けて塑性変形の進行に対する拘束を無くし、充分に塑性変形を進行させることで、荷重Ｇとして衝撃荷重が入力したときに発生する衝撃エネルギを充分に吸収することができるフレーム構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝撃荷重の入力によって発生する衝撃エネルギを効率よく吸収するフレーム構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車車体のフレーム構造には、中空の外殻構造体からなるフレーム部材が多用されており、なかでもアルミニウムやアルミニウム合金（以下、アルミニウム材料と称する）を素材とするフレーム部材の使用が増えている。アルミニウム材料は、軽量化に関しては大きな効果がある一方で、鉄素材に比べて荷重の入力に対する降伏点が低い。このことは、曲げモーメントによる圧縮応力を発生する荷重が、アルミニウム材料のフレーム部材に入力される場合、鉄製のフレーム部材よりも小さい荷重で塑性変形を開始することを示し、衝突等によって衝撃荷重が入力されて衝撃エネルギが発生したときに、通常、該衝撃エネルギの吸収性能が低いので、特に荷重が入力しやすい部分については降伏点を高めるように補強する必要がある。しかしながら、アルミニウム材料のフレーム部材は製造のしやすさから押し出し成型が主流となっているため、長手方向の必要な部分のみ肉厚にするという部分的な補強が困難であり、フレーム部材全体を肉厚にするという補強方法を実施せざるを得ない。このような補強方法は、軽量化という目的に反する。そこで、解決方法として補強が必要な部分のフレーム部材の閉断面内に充填材を充填して部分補強する技術がある（特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１では、充填材を発泡充填して効率よく補強することを目的としているが、充填材として圧壊荷重が稠蜜金属よりは低いが樹脂系発泡材よりも高く、圧縮時の変形性能を有する素材として、アルミニウム材料の中に多数の気泡が一様に分散される多孔質素材の一種である発泡アルミを充填材として充填する技術も公開されている（特許文献２および特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００１−０８８７４０号公報
【特許文献２】特開平１０−１７５５６７号公報
【特許文献３】特開２００３−３３６６７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
中空の外殻構造体からなるフレーム部材の閉断面内に発泡アルミ等の充填材を充填するという従来技術によると、フレーム部材に曲げモーメントによる圧縮応力を発生するような衝撃荷重が入力されたとき、フレーム部材に充填された充填材によって、入力された衝撃荷重を周囲に分散できることから、降伏点を高めてフレーム部材を補強する効果が得られる。
【０００５】
しかしながら、充填材を充填したフレーム部材に入力される衝撃荷重が降伏荷重を超えたとき、破断が生じて充分に塑性変形できず、衝撃荷重の入力で発生した衝撃エネルギを充分に吸収できないことがある。これは、入力された衝撃荷重によってフレーム部材に発生する圧縮変形によって、フレーム部材の塑性変形が開始したとき、フレーム部材に充填された充填材よって塑性変形の進行が拘束されて、フレーム部材が充分に塑性変形できないことに起因する。
【０００６】
図８は、アルミフレームに荷重が入力された場合の変形の状態を示す。
図８の（ａ）に示すように、中空の外殻構造体からなるフレーム部材としてのアルミフレーム１０に、荷重Ｇが入力すると、荷重Ｇの入力側には圧縮応力σｃが生じ、荷重Ｇの入力と反対側の面には引張応力σｔが生じる。ここで、入力された荷重Ｇが降伏荷重を超えたときには、圧縮応力σｃによる変形の進行が引張応力σｔによる変形の進行に先行するため、アルミフレーム１０は圧縮変形による塑性変形を開始する。そして、圧縮変形はアルミフレーム１０の外殻部１０ｃが閉断面内に進入する折れ曲がりの態様で進行するため、アルミフレーム１０は入力された降伏荷重（荷重Ｇ）によって折れ曲がりの状態となる。
【０００７】
図８の（ｂ）に示すように、アルミフレーム１０の閉断面内に充填材として発泡アルミ充填材２１が充填されている場合においても、アルミフレーム１０に入力された荷重Ｇが降伏荷重を超えたときには、アルミフレーム１０は塑性変形による塑性変形を開始するが、アルミフレーム１０の外殻部１０ｃの閉断面内への進入が発泡アルミ充填材２１によって拘束されるため、圧縮変形による折れ曲がり、すなわち、塑性変形が進行できない。
【０００８】
したがって、アルミフレーム１０の断面形状が変形せず、アルミフレーム１０の断面係数が減少しない。その結果、荷重Ｇの入力と反対側の面で発生する引張応力σｔが、入力する荷重Ｇが大きくなるのに伴って上昇することになり、上昇した引張応力σｔによって、図８の（ｂ）に示すようにアルミフレーム１０は破断する。
【０００９】
そして、破断が発生すると、この点における衝撃エネルギの吸収性能は消失することから、吸収されきれない衝撃エネルギによって他の箇所に変形などの影響を及ぼすという問題がある。
【００１０】
そこで、本発明は、フレーム部材の閉断面内への充填材の充填により降伏点を高くするように補強し、かつ、入力される衝撃荷重が降伏荷重を超えるときには、充分な塑性変形によって衝撃エネルギを吸収することが可能なフレーム構造を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、充填材をフレーム部材の閉断面内に充填する際、圧縮変形を生じる側の一部分に前記充填材の未充填領域を設け、この未充填領域が圧縮変形の進行を拘束しない非拘束領域を形成するフレーム構造とした。圧縮変形によって塑性変形が開始しても、この非拘束領域に対して進行できるため、塑性変形の進行が拘束されず、充分に塑性変形できる。
【００１２】
また、請求項２に係る発明は、圧縮変形を生じる側の第１の充填材の一部分に、第１の充填材と密度の異なる第２の充填材を充填する、第２の充填領域を設け、この第２の充填領域が圧縮変形の進行を拘束しない非拘束領域を形成するフレーム構造とした。前記第１の充填材の密度より、前記第２の充填領域に充填する第２の充填材の密度を小さくすることで、非拘束領域が形成され、圧縮変形によって塑性変形が開始しても、この非拘束領域に対して塑性変形が進行できるため、塑性変形の進行は拘束されず、充分に塑性変形できる。
【００１３】
さらに、請求項３に係る発明は、前記非拘束領域が前記フレーム部材の断面における図心よりも、入力荷重によって圧縮変形が発生する側のみに存在するフレーム構造とした。この発明により、フレーム部材の降伏点を高くすることができ、入力荷重に対する補強ができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、降伏点を高くするような補強ができ、かつ、入力される衝撃荷重が降伏荷重を超えるときには、充分な塑性変形によって衝撃荷重の入力により発生する衝撃エネルギを吸収することができるフレーム構造を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の実施形態について、適宜図を用いて詳細に説明する。
【００１６】
《第１の実施形態》
図１は本発明の第１の実施形態を示す図である。図１の（ａ）は、方形の断面形状を有する、アルミニウム材料からなる中空の外殻構造体である、請求項に記載するフレーム部材としてのアルミフレーム１０の閉断面内に、アルミフレーム１０の内壁に当接するように、請求項に記載する充填材として発泡アルミ充填材２１を充填して構成したフレーム構造１の断面図である。さらに、荷重Ｇの入力側（図１においては、上側）は、圧縮変形が発生する領域であるから、請求項に記載する非拘束領域として発泡アルミ充填材２１の未充填領域２２を有することを特徴とする。
【００１７】
ここで、発泡アルミ充填材２１の未充填領域２２は、フレーム構造１にアルミフレーム１０の閉断面内に向かって進行する折れ曲がりが生じた時に、折れ曲がりの進行を妨げない、すなわち折れ曲がりの進行を拘束しない領域として、請求項に記載する非拘束領域とする。また、図心とは、発泡アルミ充填材２１が充填されていない状態でのアルミフレーム１０の断面形状における重心である。
【００１８】
また、発泡アルミ充填材２１は、素材となるアルミニウム材料と発泡剤を加熱して、発泡剤から発生するガスを、溶融したアルミニウム材料に閉じ込めて固化させることで製造される発泡アルミからなる充填材であり、様々な密度のものを製造できる。本実施形態では、密度が０．３ｇ／ｃｍ３ から０．６ｇ／ｃｍ３ の発泡アルミ充填材２１を充填材として使用した。
【００１９】
図２は、発泡アルミ充填材をアルミフレームへ充填する態様を示す概略図である。本実施形態においては、アルミフレーム１０としてアルミニウム材料の押し出し成型品を使用する。そして、発泡アルミ充填材２１をアルミフレーム１０の閉断面内に充填する方法として、図２に示すように、アルミフレーム１０の断面形状と等しい断面形状を有する略角柱状に形成した発泡アルミ充填材２１の１側面に、溝状の切り込み２１ａを発泡アルミ充填材２１の長手方向に設けて、溝状の切り込み２１ａがアルミフレーム１０の荷重Ｇの入力側になるように、発泡アルミ充填材２１をアルミフレーム１０に挿入する方法とした。この溝状の切り込み２１ａが未充填領域２２を形成する。
【００２０】
そして、発泡アルミ充填材２１をアルミフレーム１０に挿入する前に、発泡アルミ充填材２１の表面で、アルミフレーム１０の内壁１０ａと当接する接着面２１ｂに工業用接着剤（エポキシ系接着剤が一般的であるが、特に種類は限定しない）を塗布しておくことで、発泡アルミ充填材２１はアルミフレーム１０の閉断面内に固定される。なお、図２において、接着面２１ｂは発泡アルミ充填材２１の上面と挿入方向に向かって右側面として図示されているが、下面および挿入方向に向かって左側面も接着面２１ｂとなることはいうまでもない。
【００２１】
また、発泡アルミ充填材２１をアルミフレーム１０に挿入する前に、接着面２１ｂにシート状のゴム状部材を貼り付けて、アルミフレーム１０に挿入する方法であっても、アルミフレーム１０の内壁１０ａと該ゴム状部材との密着によって、発泡アルミ充填材２１はアルミフレーム１０の閉断面内に固定される。
【００２２】
なお、発泡アルミ充填材２１をアルミフレーム１０の閉断面内に充填する別の方法として、アルミフレーム１０の閉断面内で発泡アルミ充填材２１の材料となるアルミニウム材料と発泡剤を加熱して、アルミフレーム１０の閉断面内で発泡充填する方法も考えられる。この場合、未充填領域２２を形成するには、未充填領域２２の断面形状を有する中子をアルミフレーム１０の閉断面内に、アルミフレーム１０に平行に配置しておき、発泡アルミ充填材２１の発泡充填後に中子を抜き取る方法で実現できる。
【００２３】
ここで、図１の（ａ）および（ｂ）に示すように、未充填領域２２はアルミフレーム１０の内壁１０ａの荷重Ｇの入力側に面した位置に配置され、アルミフレーム１０の内壁１０ａからの最大長さ（以下、高さと称する）Ｈ１は、アルミフレーム１０の荷重Ｇの入力側の内壁１０ａから図心１１までの距離Ｈ２以下とすることが好ましい。
【００２４】
さらに、図１の（ａ）および（ｂ）に示すように、未充填領域２２の断面形状における荷重Ｇの入力側の内壁１０ａに沿った辺の横方向の長さ（以下、横幅と称する）Ｗ１は、アルミフレーム１０の荷重Ｇの入力側の内壁１０ａの横幅（以下、内壁幅と称する）Ｗ２以下であればよいが、発泡アルミ充填材２１がアルミフレーム１０の内壁１０ａの荷重Ｇの入力側に少なくとも１つの面もしくは点で当接する形状にすることが好ましい。
【００２５】
すなわち、未充填領域２２が図１の（ａ）に示すような方形状の場合は、未充填領域２２の横幅Ｗ１を内壁幅Ｗ２より短くすることで接触面２ａ、２ａが形成され、発泡アルミ充填材２１がアルミフレーム１０の内壁１０ａに荷重Ｇの入力側で当接する。
【００２６】
また、未充填領域２２が図１の（ｂ）に示すような三角形状の場合は、横幅Ｗ１を内壁幅Ｗ２と同じ長さまで広げても接触点２ｂ、２ｂが形成され、発泡アルミ充填材２１がアルミフレーム１０の内壁１０ａに荷重Ｇの入力側で当接するため、横幅Ｗ１は内壁幅Ｗ２以下とすればよい。
【００２７】
次いで、図１の（ｃ）に、図１の（ａ）におけるＸ−Ｘ断面図を示す。これは、フレーム構造１において、発泡アルミ充填材２１が充填されている部分を長手方向に切断した図である。なお、図中の図心線１１ａは、アルミフレーム１０の断面における図心１１を結んだ直線である。また、荷重Ｇは荷重入力点１０ｂに入力されるものとする。図１の（ｃ）に示すように、未充填領域２２は同一断面形状を有し、アルミフレーム１０の長手方向に略平行な形状とする。
【００２８】
以上のように、図１に示す形態で未充填領域２２を形成するように発泡アルミ充填材２１をアルミフレーム１０に充填したフレーム構造１においては、入力された荷重Ｇは、荷重Ｇの入力側に設けられる接触面２ａ、２ａもしくは接触点２ｂ、２ｂから発泡アルミ充填材２１を介して周囲に分散させることができるため、降伏点を高める効果、すなわち補強効果を得られる。
【００２９】
以下、本実施形態による効果について説明する。
【００３０】
図３は、本発明に係るフレーム構造に荷重を加えた時の変形量を測定するための試験に用いた供試材を示す図である。図３の（ａ）は供試材の側面を示し、図３の（ｂ）は図３の（ａ）におけるＹ−Ｙ断面図を示す。以下に、図３に示す供試材３に荷重Ｇを入力したときの変形量を測定した試験結果について記述する。
【００３１】
供試材３は、アルミニウム材料の押し出し成型による全長５００ｍｍの中空のフレーム部材の長手方向の中央部に１００ｍｍの発泡アルミ充填領域３ａを有している。そして、供試材３は４００ｍｍの間隔に設置された２つの支点３ｂによって支えられている。
【００３２】
測定は、密度の異なる３種類の発泡アルミ充填材２１を使用し、充填形態については、未充填領域２２の有無を設定して、その組み合わせの違いによる６種類の形態の発泡アルミ充填領域３ａを有する供試材３について比較測定した。発泡アルミ充填材２１の種類と、充填形態の組み合わせは表１のとおりである。
【表１】
【００３３】
なお、供試材３のアルミニウム材料は、ＪＩＳ Ｈ ４１００に基づく６０６３−Ｔ５（高さ×幅×長さ：３０ｍｍ×４０ｍｍ×５００ｍｍ、板厚：２ｍｍ）を使用した。６０６３−Ｔ５は、押し出し成型品に一般的に用いられる熱処理型のアルミニウム合金である。
【００３４】
また、表１に表記されている充填形態において、「１／３開放」は、図３の（ｂ）に示す長方形状断面の未充填領域２２（高さ×幅：１０ｍｍ×１２ｍｍ）を形成した充填方法、「全断面」は、未充填領域２２を形成せず全域にわたって、同じ密度の発泡アルミ充填材２１を充填した充填方法を示す。また、表１の供試材Ｆは、発泡アルミ充填材２１を充填しない中空のフレーム部材のみの供試材３とする。
【００３５】
ここで、表１における供試材Ｄおよび供試材Ｅが本実施形態に係るフレーム構造を有する供試材であり、供試材Ａ、供試材Ｂおよび供試材Ｃは、比較対象としての従来技術に係るフレーム構造を有する供試材である。また、供試材Ｆは、同じく比較対象としての充填材を充填しない中空のフレーム構造を有する供試材である。
【００３６】
そして、図３の（ａ）で示すように、供試材３の長手方向の中心に位置する荷重入力点１０ｂに荷重Ｇを入力して、その荷重Ｇの値を徐々に高めていったときの各供試材３の変形量を測定する。
【００３７】
図４は供試材３に荷重を入力したときの変形を測定した結果を示す図である。なお、図４における記号Ａ〜記号Ｆは、表１の供試材の欄に表記されている記号に該当し、表１の供試材の記号における発泡アルミ充填材の種類と充填形態からなる供試材を用いた測定結果を示している。
【００３８】
すなわち、図４における記号Ｄおよび記号Ｅが示す折れ線が本実施形態に係るフレーム構造を有する供試材の測定結果を示し、図４における記号Ａ、記号Ｂおよび記号Ｃが示す折れ線は比較対象としての従来技術に係るフレーム構造を有する供試材の測定結果を示す。さらに、図４における記号Ｆが示す折れ線は比較対象としての充填材を充填しない中空のフレーム構造を有する供試材の測定結果である。また、図４に示すグラフの荷重のピークは降伏点を示し、ばつ印（×）はその時点で供試材が破断したことを示す。
【００３９】
以下、図４で示される測定の結果について、図３を参照しながら説明する。図４によると、いずれの供試材３においても荷重Ｇの入力値の増加に対応して変形量が増加して、各供試材３に固有の降伏点を持つ。そして、表１における供試材Ｄ（図４中の記号Ｄで示す。以下、供試材Ｄと称する）および表１における供試材Ｅ（図４中の記号Ｅで示す。以下、供試材Ｅと称する）は、表１における供試材Ｆ（図４中の記号Ｆで示す。以下、供試材Ｆと称する）に比べて降伏点が高い。すなわち、本実施形態に係る供試材Ｄおよび供試材Ｅは、供試材Ｆよりも荷重Ｇの入力に対する強度が高いことがわかる。
【００４０】
以上のことより、中空の外殻構造体からなるフレーム部材としてのアルミフレーム１０に、未充填領域２２を形成するように充填材としての発泡アルミ充填材２１を充填した本実施形態に係る、図１で示されるフレーム構造１は、中空の外殻構造体からなるフレーム部材によるフレーム構造よりも補強されているといえる。
【００４１】
さらに、表１における供試材Ａ（図４中の記号Ａで示す。以下、供試材Ａと称する）および表１における供試材Ｂ（図４中の記号Ｂで示す。以下、供試材Ｂと称する）は破断しているのに対して、供試材Ｄおよび供試材Ｅは破断していない。すなわち、供試材Ｄおよび供試材Ｅは、供試材Ａおよび供試材Ｂに比べて破断までの塑性変形量が大きいことがわかる。
【００４２】
ここで、荷重Ｇとして衝撃荷重が入力されたときに発生する衝撃エネルギは、荷重×変形量で表されることから、塑性変形量が大きいほど、大きな衝撃エネルギを塑性変形で吸収できる。したがって、本実施形態に係る供試材Ｄおよび供試材Ｅは、従来技術に係る供試材Ａおよび供試材Ｂよりも破断までの塑性変形量が大きいため、供試材Ｄおよび供試材Ｅは、供試材Ａおよび供試材Ｂよりも塑性変形によって大きな衝撃エネルギを吸収できるといえる。
【００４３】
以上のことより、中空の外殻構造体からなるフレーム部材としてのアルミフレーム１０に、未充填領域２２を形成するように充填材としての発泡アルミ充填材２１を充填した本実施形態に係る、図１で示されるフレーム構造１は、中空の外殻構造体からなるフレーム部材としてのアルミフレーム１０に未充填領域２２を形成しないで、充填材としての発泡アルミ充填材２１を充填した従来技術に係るフレーム構造よりも、大きな衝撃エネルギを吸収できる。
【００４４】
なお、表１における供試材Ｃ（図４中の記号Ｃで示す）については、破断は発生しないものの降伏点が供試材Ｆと大差ないため、荷重Ｇの入力に対して効果的な補強とはいえない。
【００４５】
以上のことより、図１に示すように、アルミフレーム１０に発泡アルミ充填材２１を充填するときに未充填領域２２を形成するように充填する、本実施形態に係るフレーム構造１は、降伏点が高くなるように補強され、かつ、荷重Ｇとして衝撃荷重が入力したとき、入力された衝撃荷重が降伏荷重を超えたときには、入力された衝撃荷重により発生する衝撃エネルギを塑性変形によって充分に吸収できるといえる。図８の（ｃ）に、図１に示す本実施形態に係るフレーム構造１が破断せずに塑性変形する態様を示す。
【００４６】
したがって、図１に示す、本発明に係るフレーム構造１を、例えば、自動車のフレーム構造として使用した場合、衝突による衝撃荷重の入力で発生する衝撃エネルギはフレーム構造の塑性変形で充分に吸収され、他の部分への影響を少なくできるため、乗員保護に大きな効果を奏する。
【００４７】
以上、本発明の第１の実施形態について説明してきたが、第１の実施形態に関しては他の実施形態も考えられる。
【００４８】
図５は、第１の実施形態の他の実施形態を示す図である。例えば、図５の（ａ）に示すように、未充填領域２２ａの断面形状が半円形状であってもよいし、図５の（ｂ）に示すように、２つの三角形状を有する形態の未充填領域２２ｂでもよい。さらには、図５の（ｃ）や図５の（ｄ）に示すように、複数の長方形状からなる未充填領域２２ｃや複数の三角形状からなる未充填領域２２ｄの断面形状を有していてもよく、軽量化などその他の要因を考慮した形状とすることができる。なお、図５の（ｃ）や図５の（ｄ）では４つの未充填領域２２の例を示すが、未充填領域２２の個数はこれに限定されるものではない。
【００４９】
すなわち、発泡アルミ充填材２１がアルミフレーム１０の荷重Ｇの入力側の内壁１０ａに少なくとも１つの面もしくは点で当接するという条件および未充填領域２２がアルミフレーム１０の荷重Ｇの入力側の内壁１０ａに当接する位置に形成され、未充填領域２２の内壁１０ａからの高さＨ１が、荷重Ｇの入力側の内壁１０ａから図心１１までの距離Ｈ２よりも短いという条件を満たす断面形状であれば、その断面形状はいかなる形状であっても本発明と同等の効果を得ることができる。
【００５０】
《第２の実施形態》
図６は、第２の実施形態を示す図である。本発明の第２の実施形態は図６に示すように、請求項に記載する第１の充填材としての第１の発泡アルミ充填材６０の荷重Ｇ入力側の一部分に、請求項に記載する第２の充填材として、第１の発泡アルミ充填材６０と密度の異なる第２の発泡アルミ充填材７０を充填する。そして、第２の発泡アルミ充填材７０の密度を第１の発泡アルミ充填材６０の密度より小さくする。この、第２の発泡アルミ充填材７０を充填した領域が請求項に記載する非拘束領域である。第２の実施形態は例えば、第１の実施形態における未充填領域２２（図１参照）に第２の発泡アルミ充填材７０を充填することで実現できる。なお、第１の発泡アルミ充填材６０は、第１の実施形態における発泡アルミ充填材２１と同等なものとする。
【００５１】
第２の実施形態では、第１の発泡アルミ充填材６０の一部分に、第２の発泡アルミ充填材７０を充填することから、フレーム構造６に荷重Ｇが入力されたときに第２の発泡アルミ充填材７０からも荷重Ｇを周囲に分散できることから、荷重Ｇを周囲に分散できない空間領域の未充填領域２２を有する第１の実施形態よりも効率よく荷重Ｇを周囲に分散できる。したがって、第１の実施形態と同等以上に降伏点を高める効果、すなわちフレーム構造６を補強する効果を得られる。
【００５２】
さらに、第２の発泡アルミ充填材７０の密度が第１の発泡アルミ充填材６０の密度よりも小さく、請求項に記載する非拘束領域を形成することから、フレーム構造６に荷重Ｇとして衝撃荷重が入力したとき、入力された衝撃荷重が降伏荷重を超えたときにはアルミフレーム１０に塑性変形としての折れ曲がりが発生するが、折れ曲がりはアルミフレーム１０の閉断面内の非拘束領域に対して進行できるため、アルミフレーム１０は充分に折れ曲がることができる。すなわち、充分な塑性変形を生じることができ、衝撃荷重により発生する衝撃エネルギを吸収できる。
【００５３】
図７は、第２の実施形態の他の変形例を示す図である。図７の（ａ）に示すように、第１の実施形態と第２の実施形態を組み合わせ、未充填領域２２ｃと第２の発泡アルミ充填材７０が充填される領域を有する実施形態も考えられる。図７の（ａ）は、図５の（ｃ）で例示されている４つの長方形状の断面形状を持つ未充填領域２２ｃの中で、端部に位置する２つの未充填領域２２ｃに第２の発泡アルミ充填材７０を充填したフレーム構造７の例である。この場合、中央にある２つの未充填領域２２ｃと、端部にある２つの第２の発泡アルミ充填材７０が充填された領域が、請求項に記載する非拘束領域である。
【００５４】
さらに、第２の発泡アルミ充填材７０に加えて、図７の（ｂ）に示すように密度の異なる第３の発泡アルミ充填材７１、第４の発泡アルミ充填材７２、第５の発泡アルミ充填材７３を層状に重ねる構成のフレーム構造８も考えられる。この場合、例えば、第２の発泡アルミ充填材７０、第３の発泡アルミ充填材７１、第４の発泡アルミ充填材７２、第５の発泡アルミ充填材７３の順に密度を小さくしていくことで、請求項に記載する非拘束領域を形成できる。なお、図７の（ｂ）では４層の例を示したが、層数はこれに限定されるものではない。
【００５５】
以上、本発明の実施形態について記述したが、請求項に記載する充填材および第２の充填材ともに、材質に関しては発泡アルミに限られたものではなく、その他の発泡金属や材質の異なったもの（例えば、ゴム材質やスチロール材質のものなど）であっても必要な強度が確保できれば利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】発泡アルミ充填材のアルミフレームへの本発明に係る充填形態を示す断面図である。（ａ）は、長方形状の未充填領域を設けたことを示す図、(ｂ)は三角形状の未充填領域を設けたことを示す図である。さらに（ｃ）は、（ａ）におけるＸ−Ｘ断面を示す断面図である。
【図２】アルミフレームへ発泡アルミ充填材を挿入する態様を示す図である。
【図３】本発明に係るアルミフレームへの入力荷重に対する変形量を測定するのに用いた供試材を示す図である。（ａ）は、長手方向の側面図、（ｂ）は、（ａ）におけるＹ−Ｙ断面を示す断面図である。
【図４】本発明に係るアルミフレームへの入力荷重に対する変形量の測定結果を示す図である。
【図５】本発明に係る第１の実施形態の変形例を示す図である。（ａ）は、半円形状の断面を有する未充填領域を示す図、（ｂ）は、２つの三角形状を有する未充填領域を示す図、（ｃ）は、４の長方形状の断面を有する未充填領域を示す図、（ｄ）は、４つの三角形状を有する未充填領域を示す図である。
【図６】本発明に係る第２の実施形態の１例を示す図である。
【図７】本発明に係る第２の実施形態の別の形態を示す図である。（ａ）は、２つの未充填領域と、２つの第２の発泡アルミ充填材の充填領域を持つ例を示す図、（ｂ）は、密度の異なる４種類の発泡アルミ充填材を層状に重ねた様態を示す図である。
【図８】アルミフレームに荷重Ｇが入力した時の、アルミフレームの変形を示す図である。（ａ）は、中空のアルミフレームに折れ曲がりが発生することを示す図、（ｂ）は、充填材を充填したアルミフレームに破断が発生することを示す図、（ｃ）は、本実施形態に係るフレーム構造が変形したことを示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ フレーム構造
１０ アルミフレーム
１０ａ 内壁
１１ 図心
２１ 発泡アルミ充填材
２２ 未充填領域
６０ 第１の発泡アルミ充填材
７０ 第２の発泡アルミ充填材
Ｇ 荷重
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝撃荷重の入力によって発生する衝撃エネルギを効率よく吸収するフレーム構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車車体のフレーム構造には、中空の外殻構造体からなるフレーム部材が多用されており、なかでもアルミニウムやアルミニウム合金（以下、アルミニウム材料と称する）を素材とするフレーム部材の使用が増えている。アルミニウム材料は、軽量化に関しては大きな効果がある一方で、鉄素材に比べて荷重の入力に対する降伏点が低い。このことは、曲げモーメントによる圧縮応力を発生する荷重が、アルミニウム材料のフレーム部材に入力される場合、鉄製のフレーム部材よりも小さい荷重で塑性変形を開始することを示し、衝突等によって衝撃荷重が入力されて衝撃エネルギが発生したときに、通常、該衝撃エネルギの吸収性能が低いので、特に荷重が入力しやすい部分については降伏点を高めるように補強する必要がある。しかしながら、アルミニウム材料のフレーム部材は製造のしやすさから押し出し成型が主流となっているため、長手方向の必要な部分のみ肉厚にするという部分的な補強が困難であり、フレーム部材全体を肉厚にするという補強方法を実施せざるを得ない。このような補強方法は、軽量化という目的に反する。そこで、解決方法として補強が必要な部分のフレーム部材の閉断面内に充填材を充填して部分補強する技術がある（特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１では、充填材を発泡充填して効率よく補強することを目的としているが、充填材として圧壊荷重が稠蜜金属よりは低いが樹脂系発泡材よりも高く、圧縮時の変形性能を有する素材として、アルミニウム材料の中に多数の気泡が一様に分散される多孔質素材の一種である発泡アルミを充填材として充填する技術も公開されている（特許文献２および特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００１−０８８７４０号公報
【特許文献２】特開平１０−１７５５６７号公報
【特許文献３】特開２００３−３３６６７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
中空の外殻構造体からなるフレーム部材の閉断面内に発泡アルミ等の充填材を充填するという従来技術によると、フレーム部材に曲げモーメントによる圧縮応力を発生するような衝撃荷重が入力されたとき、フレーム部材に充填された充填材によって、入力された衝撃荷重を周囲に分散できることから、降伏点を高めてフレーム部材を補強する効果が得られる。
【０００５】
しかしながら、充填材を充填したフレーム部材に入力される衝撃荷重が降伏荷重を超えたとき、破断が生じて充分に塑性変形できず、衝撃荷重の入力で発生した衝撃エネルギを充分に吸収できないことがある。これは、入力された衝撃荷重によってフレーム部材に発生する圧縮変形によって、フレーム部材の塑性変形が開始したとき、フレーム部材に充填された充填材よって塑性変形の進行が拘束されて、フレーム部材が充分に塑性変形できないことに起因する。
【０００６】
図８は、アルミフレームに荷重が入力された場合の変形の状態を示す。
図８の（ａ）に示すように、中空の外殻構造体からなるフレーム部材としてのアルミフレーム１０に、荷重Ｇが入力すると、荷重Ｇの入力側には圧縮応力σｃが生じ、荷重Ｇの入力と反対側の面には引張応力σｔが生じる。ここで、入力された荷重Ｇが降伏荷重を超えたときには、圧縮応力σｃによる変形の進行が引張応力σｔによる変形の進行に先行するため、アルミフレーム１０は圧縮変形による塑性変形を開始する。そして、圧縮変形はアルミフレーム１０の外殻部１０ｃが閉断面内に進入する折れ曲がりの態様で進行するため、アルミフレーム１０は入力された降伏荷重（荷重Ｇ）によって折れ曲がりの状態となる。
【０００７】
図８の（ｂ）に示すように、アルミフレーム１０の閉断面内に充填材として発泡アルミ充填材２１が充填されている場合においても、アルミフレーム１０に入力された荷重Ｇが降伏荷重を超えたときには、アルミフレーム１０は塑性変形による塑性変形を開始するが、アルミフレーム１０の外殻部１０ｃの閉断面内への進入が発泡アルミ充填材２１によって拘束されるため、圧縮変形による折れ曲がり、すなわち、塑性変形が進行できない。
【０００８】
したがって、アルミフレーム１０の断面形状が変形せず、アルミフレーム１０の断面係数が減少しない。その結果、荷重Ｇの入力と反対側の面で発生する引張応力σｔが、入力する荷重Ｇが大きくなるのに伴って上昇することになり、上昇した引張応力σｔによって、図８の（ｂ）に示すようにアルミフレーム１０は破断する。
【０００９】
そして、破断が発生すると、この点における衝撃エネルギの吸収性能は消失することから、吸収されきれない衝撃エネルギによって他の箇所に変形などの影響を及ぼすという問題がある。
【００１０】
そこで、本発明は、フレーム部材の閉断面内への充填材の充填により降伏点を高くするように補強し、かつ、入力される衝撃荷重が降伏荷重を超えるときには、充分な塑性変形によって衝撃エネルギを吸収することが可能なフレーム構造を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、充填材をフレーム部材の閉断面内に充填する際、圧縮変形を生じる側の一部分に前記充填材の未充填領域を設け、この未充填領域が圧縮変形の進行を拘束しない非拘束領域を形成するフレーム構造とした。圧縮変形によって塑性変形が開始しても、この非拘束領域に対して進行できるため、塑性変形の進行が拘束されず、充分に塑性変形できる。
【００１２】
また、請求項２に係る発明は、圧縮変形を生じる側の第１の充填材の一部分に、第１の充填材と密度の異なる第２の充填材を充填する、第２の充填領域を設け、この第２の充填領域が圧縮変形の進行を拘束しない非拘束領域を形成するフレーム構造とした。前記第１の充填材の密度より、前記第２の充填領域に充填する第２の充填材の密度を小さくすることで、非拘束領域が形成され、圧縮変形によって塑性変形が開始しても、この非拘束領域に対して塑性変形が進行できるため、塑性変形の進行は拘束されず、充分に塑性変形できる。
【００１３】
さらに、請求項３に係る発明は、前記非拘束領域が前記フレーム部材の断面における図心よりも、入力荷重によって圧縮変形が発生する側のみに存在するフレーム構造とした。この発明により、フレーム部材の降伏点を高くすることができ、入力荷重に対する補強ができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、降伏点を高くするような補強ができ、かつ、入力される衝撃荷重が降伏荷重を超えるときには、充分な塑性変形によって衝撃荷重の入力により発生する衝撃エネルギを吸収することができるフレーム構造を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の実施形態について、適宜図を用いて詳細に説明する。
【００１６】
《第１の実施形態》
図１は本発明の第１の実施形態を示す図である。図１の（ａ）は、方形の断面形状を有する、アルミニウム材料からなる中空の外殻構造体である、請求項に記載するフレーム部材としてのアルミフレーム１０の閉断面内に、アルミフレーム１０の内壁に当接するように、請求項に記載する充填材として発泡アルミ充填材２１を充填して構成したフレーム構造１の断面図である。さらに、荷重Ｇの入力側（図１においては、上側）は、圧縮変形が発生する領域であるから、請求項に記載する非拘束領域として発泡アルミ充填材２１の未充填領域２２を有することを特徴とする。
【００１７】
ここで、発泡アルミ充填材２１の未充填領域２２は、フレーム構造１にアルミフレーム１０の閉断面内に向かって進行する折れ曲がりが生じた時に、折れ曲がりの進行を妨げない、すなわち折れ曲がりの進行を拘束しない領域として、請求項に記載する非拘束領域とする。また、図心とは、発泡アルミ充填材２１が充填されていない状態でのアルミフレーム１０の断面形状における重心である。
【００１８】
また、発泡アルミ充填材２１は、素材となるアルミニウム材料と発泡剤を加熱して、発泡剤から発生するガスを、溶融したアルミニウム材料に閉じ込めて固化させることで製造される発泡アルミからなる充填材であり、様々な密度のものを製造できる。本実施形態では、密度が０．３ｇ／ｃｍ３ から０．６ｇ／ｃｍ３ の発泡アルミ充填材２１を充填材として使用した。
【００１９】
図２は、発泡アルミ充填材をアルミフレームへ充填する態様を示す概略図である。本実施形態においては、アルミフレーム１０としてアルミニウム材料の押し出し成型品を使用する。そして、発泡アルミ充填材２１をアルミフレーム１０の閉断面内に充填する方法として、図２に示すように、アルミフレーム１０の断面形状と等しい断面形状を有する略角柱状に形成した発泡アルミ充填材２１の１側面に、溝状の切り込み２１ａを発泡アルミ充填材２１の長手方向に設けて、溝状の切り込み２１ａがアルミフレーム１０の荷重Ｇの入力側になるように、発泡アルミ充填材２１をアルミフレーム１０に挿入する方法とした。この溝状の切り込み２１ａが未充填領域２２を形成する。
【００２０】
そして、発泡アルミ充填材２１をアルミフレーム１０に挿入する前に、発泡アルミ充填材２１の表面で、アルミフレーム１０の内壁１０ａと当接する接着面２１ｂに工業用接着剤（エポキシ系接着剤が一般的であるが、特に種類は限定しない）を塗布しておくことで、発泡アルミ充填材２１はアルミフレーム１０の閉断面内に固定される。なお、図２において、接着面２１ｂは発泡アルミ充填材２１の上面と挿入方向に向かって右側面として図示されているが、下面および挿入方向に向かって左側面も接着面２１ｂとなることはいうまでもない。
【００２１】
また、発泡アルミ充填材２１をアルミフレーム１０に挿入する前に、接着面２１ｂにシート状のゴム状部材を貼り付けて、アルミフレーム１０に挿入する方法であっても、アルミフレーム１０の内壁１０ａと該ゴム状部材との密着によって、発泡アルミ充填材２１はアルミフレーム１０の閉断面内に固定される。
【００２２】
なお、発泡アルミ充填材２１をアルミフレーム１０の閉断面内に充填する別の方法として、アルミフレーム１０の閉断面内で発泡アルミ充填材２１の材料となるアルミニウム材料と発泡剤を加熱して、アルミフレーム１０の閉断面内で発泡充填する方法も考えられる。この場合、未充填領域２２を形成するには、未充填領域２２の断面形状を有する中子をアルミフレーム１０の閉断面内に、アルミフレーム１０に平行に配置しておき、発泡アルミ充填材２１の発泡充填後に中子を抜き取る方法で実現できる。
【００２３】
ここで、図１の（ａ）および（ｂ）に示すように、未充填領域２２はアルミフレーム１０の内壁１０ａの荷重Ｇの入力側に面した位置に配置され、アルミフレーム１０の内壁１０ａからの最大長さ（以下、高さと称する）Ｈ１は、アルミフレーム１０の荷重Ｇの入力側の内壁１０ａから図心１１までの距離Ｈ２以下とすることが好ましい。
【００２４】
さらに、図１の（ａ）および（ｂ）に示すように、未充填領域２２の断面形状における荷重Ｇの入力側の内壁１０ａに沿った辺の横方向の長さ（以下、横幅と称する）Ｗ１は、アルミフレーム１０の荷重Ｇの入力側の内壁１０ａの横幅（以下、内壁幅と称する）Ｗ２以下であればよいが、発泡アルミ充填材２１がアルミフレーム１０の内壁１０ａの荷重Ｇの入力側に少なくとも１つの面もしくは点で当接する形状にすることが好ましい。
【００２５】
すなわち、未充填領域２２が図１の（ａ）に示すような方形状の場合は、未充填領域２２の横幅Ｗ１を内壁幅Ｗ２より短くすることで接触面２ａ、２ａが形成され、発泡アルミ充填材２１がアルミフレーム１０の内壁１０ａに荷重Ｇの入力側で当接する。
【００２６】
また、未充填領域２２が図１の（ｂ）に示すような三角形状の場合は、横幅Ｗ１を内壁幅Ｗ２と同じ長さまで広げても接触点２ｂ、２ｂが形成され、発泡アルミ充填材２１がアルミフレーム１０の内壁１０ａに荷重Ｇの入力側で当接するため、横幅Ｗ１は内壁幅Ｗ２以下とすればよい。
【００２７】
次いで、図１の（ｃ）に、図１の（ａ）におけるＸ−Ｘ断面図を示す。これは、フレーム構造１において、発泡アルミ充填材２１が充填されている部分を長手方向に切断した図である。なお、図中の図心線１１ａは、アルミフレーム１０の断面における図心１１を結んだ直線である。また、荷重Ｇは荷重入力点１０ｂに入力されるものとする。図１の（ｃ）に示すように、未充填領域２２は同一断面形状を有し、アルミフレーム１０の長手方向に略平行な形状とする。
【００２８】
以上のように、図１に示す形態で未充填領域２２を形成するように発泡アルミ充填材２１をアルミフレーム１０に充填したフレーム構造１においては、入力された荷重Ｇは、荷重Ｇの入力側に設けられる接触面２ａ、２ａもしくは接触点２ｂ、２ｂから発泡アルミ充填材２１を介して周囲に分散させることができるため、降伏点を高める効果、すなわち補強効果を得られる。
【００２９】
以下、本実施形態による効果について説明する。
【００３０】
図３は、本発明に係るフレーム構造に荷重を加えた時の変形量を測定するための試験に用いた供試材を示す図である。図３の（ａ）は供試材の側面を示し、図３の（ｂ）は図３の（ａ）におけるＹ−Ｙ断面図を示す。以下に、図３に示す供試材３に荷重Ｇを入力したときの変形量を測定した試験結果について記述する。
【００３１】
供試材３は、アルミニウム材料の押し出し成型による全長５００ｍｍの中空のフレーム部材の長手方向の中央部に１００ｍｍの発泡アルミ充填領域３ａを有している。そして、供試材３は４００ｍｍの間隔に設置された２つの支点３ｂによって支えられている。
【００３２】
測定は、密度の異なる３種類の発泡アルミ充填材２１を使用し、充填形態については、未充填領域２２の有無を設定して、その組み合わせの違いによる６種類の形態の発泡アルミ充填領域３ａを有する供試材３について比較測定した。発泡アルミ充填材２１の種類と、充填形態の組み合わせは表１のとおりである。
【表１】
【００３３】
なお、供試材３のアルミニウム材料は、ＪＩＳ Ｈ ４１００に基づく６０６３−Ｔ５（高さ×幅×長さ：３０ｍｍ×４０ｍｍ×５００ｍｍ、板厚：２ｍｍ）を使用した。６０６３−Ｔ５は、押し出し成型品に一般的に用いられる熱処理型のアルミニウム合金である。
【００３４】
また、表１に表記されている充填形態において、「１／３開放」は、図３の（ｂ）に示す長方形状断面の未充填領域２２（高さ×幅：１０ｍｍ×１２ｍｍ）を形成した充填方法、「全断面」は、未充填領域２２を形成せず全域にわたって、同じ密度の発泡アルミ充填材２１を充填した充填方法を示す。また、表１の供試材Ｆは、発泡アルミ充填材２１を充填しない中空のフレーム部材のみの供試材３とする。
【００３５】
ここで、表１における供試材Ｄおよび供試材Ｅが本実施形態に係るフレーム構造を有する供試材であり、供試材Ａ、供試材Ｂおよび供試材Ｃは、比較対象としての従来技術に係るフレーム構造を有する供試材である。また、供試材Ｆは、同じく比較対象としての充填材を充填しない中空のフレーム構造を有する供試材である。
【００３６】
そして、図３の（ａ）で示すように、供試材３の長手方向の中心に位置する荷重入力点１０ｂに荷重Ｇを入力して、その荷重Ｇの値を徐々に高めていったときの各供試材３の変形量を測定する。
【００３７】
図４は供試材３に荷重を入力したときの変形を測定した結果を示す図である。なお、図４における記号Ａ〜記号Ｆは、表１の供試材の欄に表記されている記号に該当し、表１の供試材の記号における発泡アルミ充填材の種類と充填形態からなる供試材を用いた測定結果を示している。
【００３８】
すなわち、図４における記号Ｄおよび記号Ｅが示す折れ線が本実施形態に係るフレーム構造を有する供試材の測定結果を示し、図４における記号Ａ、記号Ｂおよび記号Ｃが示す折れ線は比較対象としての従来技術に係るフレーム構造を有する供試材の測定結果を示す。さらに、図４における記号Ｆが示す折れ線は比較対象としての充填材を充填しない中空のフレーム構造を有する供試材の測定結果である。また、図４に示すグラフの荷重のピークは降伏点を示し、ばつ印（×）はその時点で供試材が破断したことを示す。
【００３９】
以下、図４で示される測定の結果について、図３を参照しながら説明する。図４によると、いずれの供試材３においても荷重Ｇの入力値の増加に対応して変形量が増加して、各供試材３に固有の降伏点を持つ。そして、表１における供試材Ｄ（図４中の記号Ｄで示す。以下、供試材Ｄと称する）および表１における供試材Ｅ（図４中の記号Ｅで示す。以下、供試材Ｅと称する）は、表１における供試材Ｆ（図４中の記号Ｆで示す。以下、供試材Ｆと称する）に比べて降伏点が高い。すなわち、本実施形態に係る供試材Ｄおよび供試材Ｅは、供試材Ｆよりも荷重Ｇの入力に対する強度が高いことがわかる。
【００４０】
以上のことより、中空の外殻構造体からなるフレーム部材としてのアルミフレーム１０に、未充填領域２２を形成するように充填材としての発泡アルミ充填材２１を充填した本実施形態に係る、図１で示されるフレーム構造１は、中空の外殻構造体からなるフレーム部材によるフレーム構造よりも補強されているといえる。
【００４１】
さらに、表１における供試材Ａ（図４中の記号Ａで示す。以下、供試材Ａと称する）および表１における供試材Ｂ（図４中の記号Ｂで示す。以下、供試材Ｂと称する）は破断しているのに対して、供試材Ｄおよび供試材Ｅは破断していない。すなわち、供試材Ｄおよび供試材Ｅは、供試材Ａおよび供試材Ｂに比べて破断までの塑性変形量が大きいことがわかる。
【００４２】
ここで、荷重Ｇとして衝撃荷重が入力されたときに発生する衝撃エネルギは、荷重×変形量で表されることから、塑性変形量が大きいほど、大きな衝撃エネルギを塑性変形で吸収できる。したがって、本実施形態に係る供試材Ｄおよび供試材Ｅは、従来技術に係る供試材Ａおよび供試材Ｂよりも破断までの塑性変形量が大きいため、供試材Ｄおよび供試材Ｅは、供試材Ａおよび供試材Ｂよりも塑性変形によって大きな衝撃エネルギを吸収できるといえる。
【００４３】
以上のことより、中空の外殻構造体からなるフレーム部材としてのアルミフレーム１０に、未充填領域２２を形成するように充填材としての発泡アルミ充填材２１を充填した本実施形態に係る、図１で示されるフレーム構造１は、中空の外殻構造体からなるフレーム部材としてのアルミフレーム１０に未充填領域２２を形成しないで、充填材としての発泡アルミ充填材２１を充填した従来技術に係るフレーム構造よりも、大きな衝撃エネルギを吸収できる。
【００４４】
なお、表１における供試材Ｃ（図４中の記号Ｃで示す）については、破断は発生しないものの降伏点が供試材Ｆと大差ないため、荷重Ｇの入力に対して効果的な補強とはいえない。
【００４５】
以上のことより、図１に示すように、アルミフレーム１０に発泡アルミ充填材２１を充填するときに未充填領域２２を形成するように充填する、本実施形態に係るフレーム構造１は、降伏点が高くなるように補強され、かつ、荷重Ｇとして衝撃荷重が入力したとき、入力された衝撃荷重が降伏荷重を超えたときには、入力された衝撃荷重により発生する衝撃エネルギを塑性変形によって充分に吸収できるといえる。図８の（ｃ）に、図１に示す本実施形態に係るフレーム構造１が破断せずに塑性変形する態様を示す。
【００４６】
したがって、図１に示す、本発明に係るフレーム構造１を、例えば、自動車のフレーム構造として使用した場合、衝突による衝撃荷重の入力で発生する衝撃エネルギはフレーム構造の塑性変形で充分に吸収され、他の部分への影響を少なくできるため、乗員保護に大きな効果を奏する。
【００４７】
以上、本発明の第１の実施形態について説明してきたが、第１の実施形態に関しては他の実施形態も考えられる。
【００４８】
図５は、第１の実施形態の他の実施形態を示す図である。例えば、図５の（ａ）に示すように、未充填領域２２ａの断面形状が半円形状であってもよいし、図５の（ｂ）に示すように、２つの三角形状を有する形態の未充填領域２２ｂでもよい。さらには、図５の（ｃ）や図５の（ｄ）に示すように、複数の長方形状からなる未充填領域２２ｃや複数の三角形状からなる未充填領域２２ｄの断面形状を有していてもよく、軽量化などその他の要因を考慮した形状とすることができる。なお、図５の（ｃ）や図５の（ｄ）では４つの未充填領域２２の例を示すが、未充填領域２２の個数はこれに限定されるものではない。
【００４９】
すなわち、発泡アルミ充填材２１がアルミフレーム１０の荷重Ｇの入力側の内壁１０ａに少なくとも１つの面もしくは点で当接するという条件および未充填領域２２がアルミフレーム１０の荷重Ｇの入力側の内壁１０ａに当接する位置に形成され、未充填領域２２の内壁１０ａからの高さＨ１が、荷重Ｇの入力側の内壁１０ａから図心１１までの距離Ｈ２よりも短いという条件を満たす断面形状であれば、その断面形状はいかなる形状であっても本発明と同等の効果を得ることができる。
【００５０】
《第２の実施形態》
図６は、第２の実施形態を示す図である。本発明の第２の実施形態は図６に示すように、請求項に記載する第１の充填材としての第１の発泡アルミ充填材６０の荷重Ｇ入力側の一部分に、請求項に記載する第２の充填材として、第１の発泡アルミ充填材６０と密度の異なる第２の発泡アルミ充填材７０を充填する。そして、第２の発泡アルミ充填材７０の密度を第１の発泡アルミ充填材６０の密度より小さくする。この、第２の発泡アルミ充填材７０を充填した領域が請求項に記載する非拘束領域である。第２の実施形態は例えば、第１の実施形態における未充填領域２２（図１参照）に第２の発泡アルミ充填材７０を充填することで実現できる。なお、第１の発泡アルミ充填材６０は、第１の実施形態における発泡アルミ充填材２１と同等なものとする。
【００５１】
第２の実施形態では、第１の発泡アルミ充填材６０の一部分に、第２の発泡アルミ充填材７０を充填することから、フレーム構造６に荷重Ｇが入力されたときに第２の発泡アルミ充填材７０からも荷重Ｇを周囲に分散できることから、荷重Ｇを周囲に分散できない空間領域の未充填領域２２を有する第１の実施形態よりも効率よく荷重Ｇを周囲に分散できる。したがって、第１の実施形態と同等以上に降伏点を高める効果、すなわちフレーム構造６を補強する効果を得られる。
【００５２】
さらに、第２の発泡アルミ充填材７０の密度が第１の発泡アルミ充填材６０の密度よりも小さく、請求項に記載する非拘束領域を形成することから、フレーム構造６に荷重Ｇとして衝撃荷重が入力したとき、入力された衝撃荷重が降伏荷重を超えたときにはアルミフレーム１０に塑性変形としての折れ曲がりが発生するが、折れ曲がりはアルミフレーム１０の閉断面内の非拘束領域に対して進行できるため、アルミフレーム１０は充分に折れ曲がることができる。すなわち、充分な塑性変形を生じることができ、衝撃荷重により発生する衝撃エネルギを吸収できる。
【００５３】
図７は、第２の実施形態の他の変形例を示す図である。図７の（ａ）に示すように、第１の実施形態と第２の実施形態を組み合わせ、未充填領域２２ｃと第２の発泡アルミ充填材７０が充填される領域を有する実施形態も考えられる。図７の（ａ）は、図５の（ｃ）で例示されている４つの長方形状の断面形状を持つ未充填領域２２ｃの中で、端部に位置する２つの未充填領域２２ｃに第２の発泡アルミ充填材７０を充填したフレーム構造７の例である。この場合、中央にある２つの未充填領域２２ｃと、端部にある２つの第２の発泡アルミ充填材７０が充填された領域が、請求項に記載する非拘束領域である。
【００５４】
さらに、第２の発泡アルミ充填材７０に加えて、図７の（ｂ）に示すように密度の異なる第３の発泡アルミ充填材７１、第４の発泡アルミ充填材７２、第５の発泡アルミ充填材７３を層状に重ねる構成のフレーム構造８も考えられる。この場合、例えば、第２の発泡アルミ充填材７０、第３の発泡アルミ充填材７１、第４の発泡アルミ充填材７２、第５の発泡アルミ充填材７３の順に密度を小さくしていくことで、請求項に記載する非拘束領域を形成できる。なお、図７の（ｂ）では４層の例を示したが、層数はこれに限定されるものではない。
【００５５】
以上、本発明の実施形態について記述したが、請求項に記載する充填材および第２の充填材ともに、材質に関しては発泡アルミに限られたものではなく、その他の発泡金属や材質の異なったもの（例えば、ゴム材質やスチロール材質のものなど）であっても必要な強度が確保できれば利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】発泡アルミ充填材のアルミフレームへの本発明に係る充填形態を示す断面図である。（ａ）は、長方形状の未充填領域を設けたことを示す図、(ｂ)は三角形状の未充填領域を設けたことを示す図である。さらに（ｃ）は、（ａ）におけるＸ−Ｘ断面を示す断面図である。
【図２】アルミフレームへ発泡アルミ充填材を挿入する態様を示す図である。
【図３】本発明に係るアルミフレームへの入力荷重に対する変形量を測定するのに用いた供試材を示す図である。（ａ）は、長手方向の側面図、（ｂ）は、（ａ）におけるＹ−Ｙ断面を示す断面図である。
【図４】本発明に係るアルミフレームへの入力荷重に対する変形量の測定結果を示す図である。
【図５】本発明に係る第１の実施形態の変形例を示す図である。（ａ）は、半円形状の断面を有する未充填領域を示す図、（ｂ）は、２つの三角形状を有する未充填領域を示す図、（ｃ）は、４の長方形状の断面を有する未充填領域を示す図、（ｄ）は、４つの三角形状を有する未充填領域を示す図である。
【図６】本発明に係る第２の実施形態の１例を示す図である。
【図７】本発明に係る第２の実施形態の別の形態を示す図である。（ａ）は、２つの未充填領域と、２つの第２の発泡アルミ充填材の充填領域を持つ例を示す図、（ｂ）は、密度の異なる４種類の発泡アルミ充填材を層状に重ねた様態を示す図である。
【図８】アルミフレームに荷重Ｇが入力した時の、アルミフレームの変形を示す図である。（ａ）は、中空のアルミフレームに折れ曲がりが発生することを示す図、（ｂ）は、充填材を充填したアルミフレームに破断が発生することを示す図、（ｃ）は、本実施形態に係るフレーム構造が変形したことを示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ フレーム構造
１０ アルミフレーム
１０ａ 内壁
１１ 図心
２１ 発泡アルミ充填材
２２ 未充填領域
６０ 第１の発泡アルミ充填材
７０ 第２の発泡アルミ充填材
Ｇ 荷重
【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉断面内に充填材が充填されたフレーム部材で構成されるフレーム構造であって、
前記フレーム部材に曲げモーメントを発生する荷重が入力されたときに、前記フレーム部材に圧縮変形が発生する領域にあっては、
前記充填材の少なくとも一部が前記フレーム部材の内壁に当接しない未充填領域を設け、
前記未充填領域が前記圧縮変形の進行を拘束しない非拘束領域を形成することを特徴とするフレーム構造。
【請求項２】
閉断面内に第１の充填材が充填されたフレーム部材で構成されるフレーム構造であって、
前記フレーム部材に曲げモーメントを発生する荷重が入力されたときに、前記フレーム部材に圧縮変形が発生する領域にあっては、
前記第１の充填材の少なくとも一部に、前記第１の充填材と異なる密度を有する第２の充填材からなる第２充填材領域を備え、
前記第２充填材領域は少なくとも一部が前記フレーム部材の内壁に当接し、前記圧縮変形の進行を拘束しない非拘束領域を形成することを特徴とするフレーム構造。
【請求項３】
前記フレーム部材の断面において、
前記非拘束領域は、前記フレーム部材の断面における図心よりも、前記フレーム部材に前記圧縮変形が発生する領域の側のみに存在することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフレーム構造。
【請求項１】
閉断面内に充填材が充填されたフレーム部材で構成されるフレーム構造であって、
前記フレーム部材に曲げモーメントを発生する荷重が入力されたときに、前記フレーム部材に圧縮変形が発生する領域にあっては、
前記充填材の少なくとも一部が前記フレーム部材の内壁に当接しない未充填領域を設け、
前記未充填領域が前記圧縮変形の進行を拘束しない非拘束領域を形成することを特徴とするフレーム構造。
【請求項２】
閉断面内に第１の充填材が充填されたフレーム部材で構成されるフレーム構造であって、
前記フレーム部材に曲げモーメントを発生する荷重が入力されたときに、前記フレーム部材に圧縮変形が発生する領域にあっては、
前記第１の充填材の少なくとも一部に、前記第１の充填材と異なる密度を有する第２の充填材からなる第２充填材領域を備え、
前記第２充填材領域は少なくとも一部が前記フレーム部材の内壁に当接し、前記圧縮変形の進行を拘束しない非拘束領域を形成することを特徴とするフレーム構造。
【請求項３】
前記フレーム部材の断面において、
前記非拘束領域は、前記フレーム部材の断面における図心よりも、前記フレーム部材に前記圧縮変形が発生する領域の側のみに存在することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフレーム構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−２７６６０７（Ｐ２００７−２７６６０７Ａ）
【公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１０４８９６（Ｐ２００６−１０４８９６）
【出願日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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