内向きリブ付き閉断面フレーム
【課題】この発明は、高い曲げ抗力を発揮できるものを生産性良く得ることができる内向きリブ付き閉断面フレームを提供することを目的とする。
【解決手段】金属板１０を、略矩形状をなす閉断面が長手方向に連続するようロールフォーミングしてその両端部を溶接してなる中空フレーム体であって、曲げ力を受けて圧縮される側の前記閉断面の辺部１０ａの一部を、前記中空フレーム体の長手方向にわたって山形に重なるように折り畳んで、前記閉断面内で反対側の辺部１０ｃに向けて突出する内向きのリブ゛部１０ｅに形成した。
【解決手段】金属板１０を、略矩形状をなす閉断面が長手方向に連続するようロールフォーミングしてその両端部を溶接してなる中空フレーム体であって、曲げ力を受けて圧縮される側の前記閉断面の辺部１０ａの一部を、前記中空フレーム体の長手方向にわたって山形に重なるように折り畳んで、前記閉断面内で反対側の辺部１０ｃに向けて突出する内向きのリブ゛部１０ｅに形成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、金属板を、略矩形状をなす閉断面が長手方向に連続するようロールフォーミングした後にその両端部を溶接することによって中空フレーム体が形成された内向きリブ付き閉断面フレームに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両等に使用されるフレーム部材としては、略断面ハット状をなす金属板を他の金属板とフランジ部で接合することによって略矩形状をなす閉断面を形成した中空フレーム体が広く使用されている。
【０００３】
しかしながら、このような中空フレーム体では、捻れ方向に大きな力が加わった時、略断面ハット状に形成された金属板５００のフランジ部５０１が、図２２にて二点鎖線で示すようにその根元部分で他方の板材６００から離反し、これによって溶接部が開いてしまうという問題があった。
【０００４】
そこで、近年では、金属板を巻回するように折り曲げ加工した後、その両端部を接合することによって長手方向に連続する閉断面を形成する、いわゆるロールフォーミング成形が提案されている。この場合、ロールフォーミング成形の手法により、閉断面の外周部にフランジ部のないフレーム体を生産性よく得ることができ、上述した捻りによる溶接部の開きの問題を解消することが可能になる。
【０００５】
また、換言すれば、フレーム重量が同じである場合、上述したフランジ部のないフレームは、フランジ部を設けたものに対し、捻れ方向の力に対してより高い耐久性を有していることから、結果としてフランジ部を設けた場合に比べ構造体の軽量化を実現できる。
【０００６】
ところが、このロールフォーミング成形により閉断面フレームを成形した場合、フランジ部がない分、高い曲げ抗力を得ることができず、例えば、折れ曲がりが生じるまでに加えることができる最大の荷重（最大荷重）、及び折れ曲がりにより吸収できる荷重エネルギー（エネルギー吸収量）が低下するという問題があった。
【０００７】
そこで、このような問題を解決するために、例えば、下記特許文献１では、閉断面フレームの辺部の一つに突起部を形成し、この突起部を閉断面内で対向する辺部に向けて略矩形状に突出させたものが提案されている。
【０００８】
この場合、フレームの辺部には、長手方向に延びる折れ線が複数形成されるため、フレーム体の曲げ抗力が向上し、上述した最大荷重及びエネルギー吸収性能を改善することが可能になる。
【０００９】
そして、この場合、理論上では、上述した突起部の数を増やす程最大荷重及びエネルギー吸収性能をより向上させることが可能と考えられる。しかしながら、実際には、フレームの辺部の寸法との関係上、多数の突起部を一つに辺部に形成することは困難であり、その数には限界があるという問題がある。
【００１０】
さらに、突起部を形成することにより、最大荷重及びエネルギー吸収性能を上述したようにより向上させることが可能になるものの、その反面捻りに対する剛性が、突起部のない単純な矩形閉断面状とした場合に比べて低下するという問題があった。
【００１１】
また、近年では、例えば下記特許文献２に開示されているように、ロールフォーミング成形を施したフレームの辺部の一つに、金属板の端部同士をかしめたカシメ継手を配し、長手方向にわたってこのカシメ継手を対向する他の辺部に向けて突出させたものが提案されている。
【００１２】
この場合、カシメ継手は、フレームの長手方向に交差する方向において金属板の端部同士を折り畳むようにして形成されるものであるため、前記フレームの長手方向に交差する方向において幅を短く形成することができる。従って、断面形状としては、単純な矩形断面形状とした場合と大きな違いはなく、それ故剛性の低下を抑制することができるという利点がある。
【特許文献１】国際公開第２００２／０６４２８４号パンフレット
【特許文献２】特開２０００−２６３１６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、前記特許文献２では、同文献にて開示されている第２曲げ試験（同文献の図９参照）のように、フレームの折れ曲がり時においてカシメ継手の一部に緩みが生じるという問題があり、これが曲げ抗力、つまりは最大荷重、エネルギー吸収性能を低下させる要因となる虞がある。
【００１４】
さらに、前記特許文献２では、曲げ力を受けて圧縮される側の辺部と隣り合う上辺部または下辺部に上述したカシメ継手を形成しているが、本発明者は、鋭意研究の結果、曲げ力を受けて圧縮される側の辺部と隣り合う辺部に突起部やカシメ継手等を配置したとしても高い曲げ抗力を十分に発揮することができないことを見出した。
【００１５】
この発明は、高い曲げ抗力を発揮できるものを生産性良く得ることができる閉断面フレームを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この発明の内向きリブ付き閉断面フレームは、金属板を、略矩形状をなす閉断面が長手方向に連続するようロールフォーミングしてその両端部を溶接してなる中空フレーム体であって、曲げ力を受けて圧縮される側の前記閉断面の辺部の一部を、前記中空フレーム体の長手方向にわたって山形に重なるように折り畳んで、前記閉断面内で反対側の辺部に向けて突出する内向きリブ゛部に形成したものである。
【００１７】
この構成によれば、中空フレーム体の折れ曲がり時において圧縮方向の荷重を受ける側の辺部にリブ部を配置することで、前記辺部に圧縮方向の荷重が作用しても、これに対して山形に二枚合わせで重なるように折り畳まれたリブ部が大きな抵抗力を発揮する。このため、フレーム全体として高い曲げ抗力を発揮することができる。
さらに、ロールフォーミング成形の過程においてリブ部を形成することにより、外周の辺部の肉厚の２倍の厚みを有する、継ぎ目のない連続したリブ部を生産性よく得ることができる。
そして、リブ部が、ロールフォーミング成形によって継ぎ目のない連続したものとされていることにより、上述した圧縮方向の荷重が作用したとしてもリブ部では破断が生じにくくなり、これにより、フレームは安定して高い曲げ抗力を発揮することができる。
【００１８】
この発明の一実施態様においては、前記内向きリブ部を、前記中空フレーム体の長手方向に交差する方向に離間して平行に２つ設け、前記金属板両端部の溶接部は、前記曲げ力を受けて圧縮される側の辺部における前記２つの内向きリブ部の間の部位で前記中空フレーム体の長手方向に延在するものである。
【００１９】
この構成によれば、ロールフォーミング成形において、金属板の両端部寄りでリブ部を成形することにより、成形用のローラ部材の幅よりも大きな間隔をリブ部間に形成することができ、これによってロールフォーミング成形を容易に行うことができる。
【００２０】
この発明の一実施態様においては、前記内向きリブ゛部を、前記中空フレーム体の長手方向に交差する方向に離間して平行に複数設け、前記金属板両端部の溶接部は、前記内向きリブ部が対向する反対側の辺部において前記中空フレーム体の長手方向に延在するものである。
【００２１】
この構成によれば、ロールフォーミング成形の過程において、金属板の両端部を折り曲げ部から離間させることができる。つまり、折り曲げ部における剛性（金属板の戻り）の影響を前記両端部に及ぼすことを抑制でき、これによって、前記両端部を対向させた時の位置関係のずれを抑制し、前記両端部の溶接の工程において、両者を略真っ直ぐな姿勢で接合することが可能になる。
【００２２】
この発明の一実施態様においては、前記内向きリブ部の突出方向の高さが、前記内向きリブ部を設けた辺部と隣り合う辺部の長さの１／５以上かつ１／３以下に設定されているものである。
【００２３】
この構成によれば、高さの短いリブ部でありながら、曲げ抗力を十分に発揮するフレームを得ることができ、リブ部の高さを上述した範囲内で適切に設定することにより、フレームの軽量化を実現することができる。
【００２４】
この発明の一実施態様においては、前記内向きリブ部の外周側に臨む谷部を溶接したものである。
【００２５】
この構成によれば、閉断面フレームが折れ曲がろうとする時、圧縮方向の荷重によって谷部が開くことを抑制することができ、その結果より高い曲げ抗力を発揮させることができる。
【００２６】
この発明の一実施態様においては、前記内向きリブ部を設けた辺部と隣り合う辺部の一部に、さらに内向きリブ部を形成したものである。
【００２７】
この構成によれば、複数の方向から作用する衝撃荷重に応じていずれにおいても高い曲げ抗力を発揮することができる。
【発明の効果】
【００２８】
この発明によれば、中空フレーム体の折れ曲がり時において圧縮方向の荷重を受ける側の辺部にリブ部を配置することで、前記辺部に圧縮方向の荷重が作用しても、これに対して山形に二枚合わせで重なるように折り畳まれたリブ部が大きな抵抗力を発揮する。このため、フレーム全体として高い曲げ抗力を発揮することができる。
さらに、ロールフォーミング成形の過程においてリブ部を形成することにより、外周の辺部の肉厚の２倍の厚みを有する、継ぎ目のない連続したリブ部を生産性よく得ることができる。
【００２９】
そして、リブ部が、ロールフォーミング成形によって継ぎ目のない連続したものとされていることにより、上述した圧縮方向の荷重が作用したとしてもリブ部では破断が生じにくくなり、これにより、フレームは安定して高い曲げ抗力を発揮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳述する。
図１は、本実施形態に係る閉断面フレームを示す斜視図である。図１に示すように、閉断面フレーム１（以下、単にフレーム１と略記する。）は、略矩形状をなす閉断面が長手方向に連続するいわゆる中空フレーム体であり、高張力鋼板等の金属板１０により構成されている。
【００３１】
フレーム１は、１枚の金属板１０が巻回するように折り曲げられていることにより、その断面において、縦横計４つの辺部１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが形成されるとともに、そのうち１つの辺部１０ａには、フレーム１の長手方向にわたって、閉断面の反対側の辺部１０ｃに向けて山形に二枚合わせで重なるように折り畳まれた内向きのリブ部１０ｅが複数箇所（図では２箇所）平行に形成されている。
【００３２】
一方、図１に示すフレーム１では、リブ部１０ｅが形成された辺部１０ａと反対側の辺部１０ｃにおいて、フレーム１（金属板１０）の長手方向に交差する幅方向の両端部が近接して配置されている。そして、この端部同士が接合されて溶接部１１が長手方向に延在している。
【００３３】
次に、図２を参照して、図１に示すようなリブ部１０ｅを有するフレーム１を成形する方法について説明する。まず、図２（ａ）に示すような平板の状態から、図２（ｂ）に示すように、幅方向略中央部を複数箇所（ここでは２箇所）所定の間隔を隔てて山形に折り曲げることにより、フレーム１の材料となる金属板１０に複数の突部１０ｅ′を形成する。
【００３４】
そして、山形に折り曲げられた突部１０ｅ′をさらに尖らせる方向に押圧することで、これを図２（ｃ）に示すように二枚合わせで重なるように折り畳み、幅方向に離間して平行にリブ部１０ｅを２つ成形する。
【００３５】
ここで、図２に示す成形工程では、例えば、前記特許文献２に開示されているような閉断面フレーム用の製造設備が用いられ、図２（ａ）〜（ｃ）の工程では、長尺状の金属板１０をローラ搬送等により下流側へ搬送する過程において、他のローラ部材を適宜の角度で金属板１０に当接させ、押圧することにより図示のような成形がなされる。
【００３６】
ここで、金属板１０をさらに下流側へ搬送すると、さらに他のローラ部材により、金属板１０の幅方向両端部が、下方かつ側方から押圧され、図２（ｄ）に示すように、前記両端部が上方に向かって起立する方向に折り曲げられる。
【００３７】
さらに、図２（ｅ）の工程では、図２（ｄ）の工程で起立した両端部が、その途中でさらに他のローラ部材によって内側に向かって折り曲げられる。この図２（ｅ）に示す工程により、図１に示す辺部１０ａ、１０ｂ、１０ｄが略成形されるとともに、辺部１０ｃを構成する幅方向両端部同士が略対向する位置関係となる。
【００３８】
そして、図２（ｆ）の工程では、レーザー溶接やアーク溶接等、直線状の溶接が可能な適宜の方式により、互いに対向した状態にある前記両端部を接合して溶接部１１を形成する。そして。この端部同士が一直線上に連続した状態で固定されることにより、辺部１０ｃが成形される。
【００３９】
このように、図２に示す成形方法は、１枚の金属板を巻回するようにして折り曲げることにより、複数の辺部１０ａ〜１０ｄを形成しながら、略矩形状の閉断面を形成するいわゆるロールフォーミング成形であり、この成形方法により、フランジのない中空フレーム体をなすフレーム１が得られる。
【００４０】
また、このロールフォーミング成形の過程においてリブ部１０ｅを成形することにより、外周の辺部１０ａ〜１０ｄの肉厚の２倍の厚みを有する、継ぎ目のない連続したリブ部１０ｅを生産性よく得ることができる。
【００４１】
そして、押出成形等のような成形方法とは異なり、辺部１０ａを二枚重ねに折り畳むことによってリブ部１０ｅを形成するため、金属板１０としてあらゆる素材を用いることができ、例えば、上述したように高張力鋼板を用いることも可能となる。
【００４２】
また、リブ部１０ｅが形成された辺部１０ａと反対側の辺部１０ｃにおいて、金属板の両端部を近接して配置し、該端部同士を接合した溶接部１１をこの辺部１０ｃに形成していることにより、上述したロールフォーミング成形の過程において、金属板１０の前記両端部を折り曲げ部から離間させることができる。
【００４３】
つまり、金属板１０を折り曲げた後、その剛性の大きさ次第では、金属体１０が平板の状態に戻ろうとする場合があるが、金属板１０の折り曲げ部から前記両端部を離間させることにより、折り曲げ部における剛性（金属板１０の戻り）の影響を前記両端部に及ぼすこと抑制できる。このため、前記両端部を対向させた時の位置関係のずれを抑制でき、図２（ｆ）における溶接の工程において、両者を略真っ直ぐな姿勢で接合することが可能になる。
【００４４】
次に、図３〜図１１を参照して、フレームに荷重を加えてこれを折り曲げた時の曲げ抗力特性について説明する。
本発明者は、図１に示すようなフレーム１を開発するにあたり、リブ部の向き、数、及び高さ等を様々に変化させながら、フレームの長手方向一端側から荷重を加える実験を行い、その時に現れる曲げ抗力特性を測定して、様々な解析を行った。
【００４５】
図３は、フレームの曲げ抗力特性の測定実験を説明するための図である。本実験では、後述するいずれの比較例、実施例においても、図３に示すフレーム１のような、横辺部（辺部１０ａ、１０ｃに対応）、縦辺部（辺部１０ｂ、１０ｄに対応）がそれぞれ長さＡの長辺部、長さＢの短辺部とされ、かつ略長方形状の閉断面が長さＣにわたって連続しているものを用いた。そして、各例においてフレームの長手方向一端側に図３（ａ）にて二点鎖線で示すような板材Ｗを配置し、フレームの他端側を固定した状態で、板材Ｗに対し、上辺部（図３では辺部１０ａに対応）から長さＢよりもはるかに長い距離Ｄだけ上方に離間した位置Ｏで衝撃荷重（オフセット荷重）Ｆを加えることとした。そして、該衝撃荷重Ｆを加えた時に、図３（ｂ）に示すような折れ曲がりが生じるまでに加えることができる最大の荷重（ここでは最大荷重Ｆ′ｍａｘという）、及び折れ曲がりにより吸収できる荷重エネルギー（ここではエネルギー吸収量という）を測定し、これら最大荷重Ｆ′ｍａｘ、及びエネルギー吸収量を、曲げ抗力特性の優劣を評価する目安とした。
【００４６】
ところで、フレーム１のような長尺物が折れ曲がる時には、一般的に、図４（ａ）で示すように、先ず長手方向において湾曲した状態となり、このような湾曲状態の時、折れ曲がりの内周側では、図４（ｂ）で示すように長手方向両端から圧縮方向の荷重を受ける一方、折れ曲がりの外周側では、長手方向両端から引張方向の荷重を受ける。
【００４７】
ここで、本発明者は、鋭意研究の結果、フレームが、図４（ａ）に示す湾曲状態から、図３（ｂ）に示すように、長手方向の途中で折れ曲がるまでの過程、及びその後の折れ曲がりが進行していく過程では、その折れ曲がりの開始時期や、折れ曲がりの進行の度合いが、折れ曲がりの内周側、即ち圧縮方向の荷重を受ける側の曲げ抗力の大きさに主に依存しており、この曲げ抗力が大きい程、折れ曲がりの開始時期は遅くなり、かつ折れ曲がりの進行の度合いも鈍化することを見出した。
【００４８】
従って、フレーム１のように、リブ部１０ｅを、中空フレーム体の折れ曲がりの内周側、即ち圧縮方向の荷重を受ける側の辺部１０ａに配置することで、該辺部１０ａに上述したような圧縮方向の荷重が作用しても、これに対して山形に二枚合わせで重なるように折り畳まれたリブ部１０ｅが大きな抵抗力を発揮し、その結果フレーム１全体として高い曲げ抗力を発揮することができる。
【００４９】
さらに、リブ部１０ｅが、ロールフォーミング成形によって継ぎ目のない連続したものとされていることにより、上述した圧縮方向の荷重が作用したとしてもリブ部１０ｅでは破断が生じにくくなり、これにより、フレーム１は安定して高い曲げ抗力を発揮することができる。
【００５０】
そこで、本発明者は、図３に示す測定実験において、フレームのリブ部を、図３に示すリブ部１０ｅのように、折れ曲がりの内周側、即ち圧縮方向の荷重を受ける側に配置し、リブ部の形成による曲げ抗力特性の変化について評価を行うこととした。
【００５１】
図５は、フレームの長手方向一端側から衝撃荷重を加えた時の、該衝撃荷重に対する反力と、荷重作用点ストロークとの関係を示すグラフである。本発明者は、図３に示す測定実験において、図３（ａ）に示す点Ｏに衝撃荷重Ｆを加えた後、この衝撃荷重Ｆに対して発生するフレームの反力Ｆ′と、フレームの湾曲及び折れ曲がりに伴って変化する衝撃荷重作用点Ｐの位置（これを荷重作用点ストロークδという）とを測定し、図５に示すように両者の関係をグラフ化した。
【００５２】
図５では、測定実験の一例として、リブ部の高さ、方向を同じにして、その数のみを変化させた場合の測定結果を示しており、図中実線で示すグラフは、リブ部が形成されていないものを用いた場合、破線で示すグラフは、リブ部が１本形成されたものを用いた場合、一点鎖線で示すグラフは、リブ部が２本形成されたものを用いた場合、二点鎖線で示すグラフは、リブ部が３本形成されたものを用いた場合を示している。
【００５３】
ここで、いずれのグラフにおいても、荷重作用点ストロークδ（以下、単にストロークδと略記する。）が増加する途中で、反力Ｆ′の値にピークが現れており、それ以降は、この反力Ｆ′の値がストロークδの増加に伴って徐々に減少していく傾向を示している。
【００５４】
図５に示すグラフでは、フレームの湾曲状態において、衝撃荷重Ｆを徐々に大きくした時、上述したピークが生じる前では、衝撃荷重Ｆが大きくなるにつれて反力Ｆ′も徐々に大きくなっていることを示しており、他方、ピークが生じた後では、フレームにて既に図３（ｂ）に示すような折れ曲がりが生じてしまっており、折れ曲がりの進行によって衝撃荷重Ｆに対する反力Ｆ′が低下していることを示している。
【００５５】
ここで、図５に示すグラフのピークにおける反力Ｆ′の値は、図３（ｂ）に示すような折れ曲がりが生じるまでに加えることができる最大荷重Ｆ′ｍａｘを示しており、図５では、リブ部の有無及びその数の変化に応じて、Ｆ′ｍａｘの値が異なっており、リブ部の増加に応じてその値が増加する傾向となっている。
【００５６】
また、図５に示すグラフでは、ストロークδの座標軸とグラフとで囲まれた領域の面積ＳＥＡによって、フレームの折れ曲がりにより吸収できる荷重エネルギー（エネルギー吸収量）を求めることができる。図５では、リブ部の有無及びその数の変化に応じてＳＥＡの値が異なっており、リブ部の増加に応じてその値が増加する傾向となっている。
【００５７】
図６では、曲げ抗力特性の優劣を評価する目安となる最大荷重Ｆ′ｍａｘ及びエネルギー吸収量ＳＥＡの変化に着目して、その測定結果を示している。そして、図６では、リブ部が形成されていない単純な矩形断面を有するフレームを比較例１として、これを用いた場合の最大荷重の値Ｆ′ｍａｘ０、エネルギー吸収量ＳＥＡ０（図５にてハッチングで示した部位参照）に対する測定値の比を示すことにより、各例において相対的な評価を行うこととした。
【００５８】
また、リブ部の数や高さ等により、フレームの重量が変化することとなるが、フレームの重量が増加すれば、最大荷重Ｆ′ｍａｘ及びエネルギー吸収量ＳＥＡの値は必然的に上昇するものと考えられる。また、車両等、軽量化が要求されている分野においては、可及的に軽量でより大きな曲げ抗力を発揮するものが好ましいとされている。そこで、フレームの重量の違いに関わりなく曲げ抗力の優劣を公平に評価するため、図６では、上述した最大荷重Ｆ′ｍａｘ及びエネルギー吸収量ＳＥＡの比をフレームの重量で除した数値を、性能重量効率と称して示している。図７では、リブ部の方向、数、高さを変化させた時の性能重量効率の変化を棒グラフで示している。
【００５９】
図８は、リブ部の方向を変化させた時の、（ａ）最大荷重Ｆ′ｍａｘ及びエネルギー吸収量ＳＥＡの変化、（ｂ）性能重量効率の変化を示すグラフである。図８では、比較例１と、閉断面に対して外向きのリブ部が上面部に２箇所形成された比較例２と、閉断面に対して内向きのリブ部が上面部に２箇所形成された実施例１との間で曲げ抗力特性を比較している。なお、比較例２及び実施例１において形成されているリブ部の高さはいずれもＢ／４である。
【００６０】
図８に示す比較結果によれば、図８（ａ）に示すように、リブ部を形成しない場合に比べ、リブ部を形成した方がその方向に関わらず最大荷重Ｆ′ｍａｘ及びエネルギー吸収量ＳＥＡが向上しているものの、図８（ｂ）に示すグラフでは、比較例１、２に比べ、実施例１のほうがエネルギー吸収量ＳＥＡ及びその性能重量効率が良好なものとなっている。
【００６１】
例えば、車両の車体フレームの場合、車両衝突時に作用する衝撃荷重を車室内へ伝達させないように、これをいかに車体フレームで吸収するかが重要とされている。従って、このような観点からずれば、エネルギー吸収量ＳＥＡ等の数値が良好な実施例１が最も好適であることが分かる。
【００６２】
図９は、内向きのリブ部の数を変化させた時の、（ａ）最大荷重Ｆ′ｍａｘ及びエネルギー吸収量ＳＥＡの変化、（ｂ）性能重量効率の変化を示すグラフである。図８を参照して説明した比較結果では、リブ部の方向を内向きとするのが好適であることを見出したことから、図９では、形成されている内向きのリブ部の高さを同じＢ／４とした上で、各実施例１〜３においてその数を変化させ、それぞれの曲げ抗力特性を比較している。
【００６３】
図９に示す比較結果によれば、図９（ａ）に示すように、リブ部の数が増えるに従い、最大荷重Ｆ′ｍａｘ及びエネルギー吸収量ＳＥＡが向上し、さらには、図９（ｂ）のグラフで示すように、エネルギー吸収量ＳＥＡの性能重量効率も向上している。このため、内向きリブ部を増やす程、より曲げ抗力特性の良好なフレームが得られることが分かる。
【００６４】
ここで、本発明に係るフレーム１では、上述したように、山形に二枚合わせで重なるように折り畳んでリブ部１０ｅを形成していることから、１つの辺部において多数のリブ部１０ｅを形成することができ、その分曲げ抗力特性をより向上させたフレームを得ることが可能になる。
【００６５】
但し、図９（ｂ）に示すグラフでは、リブ部の数を２本とした実施例１と、３本とした実施例３とを比較すると、最大荷重Ｆ′ｍａｘの性能重量効率がそれぞれ２．０７、２．０６であり、略同等かむしろ厳密には実施例３のほうが若干低下してしまっている。これは、リブ部が増えると、その分リブ部１０ｅの外周に臨む谷部（例えば図１、図３の部位１０ｆ参照）も増えてしまうことが要因と考えられる。
【００６６】
例えば、フレーム１が折れ曲がる時には、図３（ｂ）に示すように、谷部１０ｆが開いて、それ以降フレーム１の折れ曲がりが進行することとなるが、リブ部１０ｅが増えることに伴って谷部１０ｆが増えると、その分折れ曲がり時に開く箇所が増えることになり、それが結果的に最大荷重Ｆ′ｍａｘの性能重量効率の低下を引き起こしていると考えられる。
【００６７】
図１０は、内向きのリブ部の高さを変化させた時の、（ａ）最大荷重Ｆ′ｍａｘ及びエネルギー吸収量ＳＥＡの変化、（ｂ）性能重量効率の変化を示すグラフである。図１０では、形成されているリブ部の数をいずれも２本とした上で、各実施例１、４、５においてリブ部の高さを変化させ、それぞれの曲げ抗力特性を比較している。
【００６８】
図１０に示す比較結果によれば、図１０（ａ）に示すように、リブ部の高さが増えるに従い、最大荷重Ｆ′ｍａｘ及びエネルギー吸収量ＳＥＡが向上している。但し、これは、リブ部の高さが長くなることに伴ってフレーム全体の重量が増加しているためであり、図１０（ｂ）では、エネルギー吸収量ＳＥＡの性能重量効率は向上しているものの、高さＢ／４の実施例１と高さＢ／２の実施例５との間では、その上昇の度合いが鈍化している。さらに、実施例１と実施例５とを比較した場合、リブ部を高くすると最大荷重Ｆ′ｍａｘの性能重量効率が２．０７から１．８４へと低下してしまっている。
【００６９】
ここで、図１０に示す比較結果から、本発明者は、リブ部の高さを、該リブ部を設けた横辺部（長辺部）と隣り合う縦辺部（短辺部）の高さＢの１／５以上かつ１／３以下の範囲に設定するのが好適であることを見出した。この場合、高さの短いリブ部でありながら、曲げ抗力を十分に発揮するフレームを得ることができ、リブ部の高さを上述した範囲内で適切に設定することにより、フレームの軽量化を実現することができる。
【００７０】
図１１は、折れ曲がり時の圧縮側のみに内向きのリブ部を形成した場合と、圧縮側、引張側の両側に内向きのリブ部を形成した場合とにおける、（ａ）最大荷重Ｆ′ｍａｘ及びエネルギー吸収量ＳＥＡの変化、（ｂ）性能重量効率の変化を示すグラフである。図１１では、形成されているリブ部の数をいずれも２本、高さをＢ／４とした上で各実施例１、６においてそれぞれの曲げ抗力特性を比較している。
【００７１】
図１１に示す比較結果によれば、図１１（ａ）に示すように、最大荷重Ｆ′ｍａｘ及びエネルギー吸収量ＳＥＡに大きな変化はなく、図１１（ｂ）では、両側にリブ部を形成した実施例６のほうが、最大荷重Ｆ′ｍａｘ及びエネルギー吸収量ＳＥＡの性能重量効率が低下している。
【００７２】
このように、図１１に示す比較結果から、リブ部を少なくとも折れ曲がり時の圧縮側に形成すればよいことが分かる。
【００７３】
次に、上述した実験結果に基づいて得られた本発明のフレームを、車両の車体フレームに適用した例について説明する。
図１２は、本発明に係るフレームをバンパレインフォースメントに適用した場合の車体前部構造を斜め後方から見た斜視図であり、図１３は、斜め前方から見た斜視図、図１４（ａ）は、図１３のＸ１−Ｘ１線矢視断面図、１４（ｂ）は、Ｘ２−Ｘ２線矢視断面図である。
【００７４】
図１２に示す車両の車体前部構造では、主に左右一対の車体前後方向に延びるフロントフレーム２０、２０と、そのフロントフレーム２０、２０の前方にて車幅方向に延び、管状のクラッシュカン２１、２１を介してフロントフレーム２０、２０の前端部を連結するバンパレインフォースメント２２と、フロントフレーム２０、２０の後方で車幅方向かつ上下方向に広がってエンジンルームＥＲと車室２３とを仕切るダッシュパネル２４とを備えている。
【００７５】
このダッシュパネル２４には、略断面ハット状をなす２つのダッシュアッパクロスメンバ２４ａ、ダッシュロアクロスメンバ２４ｂが取付けられ、それぞれダッシュパネル２４とにより車幅方向に延びる閉断面を形成している。
【００７６】
また、上述のダッシュパネル２４の下部には、後方に向けて略水平に延びるフロアパネル２５を連設しており、これらダッシュパネル２４の下部と、フロアパネル２５とは、上方かつ前方に傾斜するキックアップパネル２６を介して連結されている。
【００７７】
また、フロアパネル２５及びキックアップパネル２６には、車体の底部中央部を車両の前後方向に延びる上凸形状（上方へ突出する形状）のフロアトンネル２５ａ、２６ａを設けている。
【００７８】
また、フロントフレーム２０、２０の後方では、これに連続するように、フロントフレームキックアップ部（以下、単にキックアップ部と略記する。）２７、２７が、キックアップパネル２６の下方に配設され、キックアップ部２７、２７が、キックアップパネル２６の下面に対し、レーザー溶接等、連続的な溶接痕（線）２８（図中太い破線で示す）を形成することができる溶接方法で接合されている。
【００７９】
また、キックアップ部２７、２７の後方では、さらにこれに連続するように、フロアフレーム２９、２９がフロアパネル２５の下方に配設されており、車幅方向両端に形成されたフランジ部２９ａ、２９ａが、フロアパネル２５の下面に対し、図中×印で示す位置でスポット溶接により接合されている。
【００８０】
また、ダッシュパネル２４の車幅方向側方には、上下方向に延びるフロントヒンジピラー３０が配設され、フロアパネル２５の車幅方向側方にて車両前後方向に延設されたサイドシル３１に連続している。
【００８１】
なお、図１３において二点鎖線で示され、フロントフレーム２０、２０の中間部外側側方で略上下方向に立設する部材３２は、サスペンションタワーであり、このサスペンションタワー３２の上端外側側方で車体前後方向に延びる部材３３は、エプロンレインフォースメントである。
【００８２】
ここで、図１２〜図１４に示す車体前部構造では、バンパレインフォースメント２２が、図１等に示すフレーム１と同様の構成をなす閉断面フレームとされており、このバンパレインフォースメント２２では、長辺部２２ａ、２２ｃ及び短辺部２２ｂ、２２ｄにより略矩形状閉断面が形成されるとともに、長辺部２２ａには、複数（ここでは３箇所）のリブ部２２ｅ及び谷部２２ｆが形成され、この長辺部２２ａが、車両前側に配置されている。
【００８３】
なお、バンパレインフォースメント２２において、長辺部２２ａ、２２ｃの長さは約１２０ｍｍ、短辺部２２ｂ、２２ｄの長さは約８０ｍｍとされ、リブ部２２ｅの高さは、該リブ部２２ｅを設けた辺部２２ａと隣り合う辺部２２ｂ、２２ｄの長さの１／４となる約２０ｍｍとされている。
【００８４】
また、長辺部２２ａに対向する他方の長辺部２２ｃでは、上述したロールフォーミング成形の過程において金属板の幅方向両端部が接合された溶接部２２ｇが形成されており、これにより、バンパレインフォースメント２２は、フランジ部のない中空フレーム体とされている。
【００８５】
なお、バンパレインフォースメント２２は、図１４（ｂ）に示すように、その車幅方向両端部において、クラッシュカン２１の前端部の上下に形成されたフランジ部２１ａと接合されることにより、所定位置に固定されている。
【００８６】
このように、バンパレインフォースメント２２を、本発明に係る閉断面フレームとすることで、例えば、車両前突時において、バンパレインフォースメント２２に対し前方から衝撃荷重Ｆが加わり、図１３図にて二点鎖線で示すようにバンパレインフォースメント２２が折れ曲がった時、車両前側のリブ部２２ｅによってバンパレインフォースメント２２は、高い曲げ抗力を発揮することができる。
【００８７】
特に、バンパレインフォースメント２２の折れ曲がり時には、折れ曲がりの内周側、即ち圧縮方向の荷重が作用する側が車両前側の面になるため、図示のようにリブ部２２ｅを車両前側に配置することにより、効果的に高い曲げ抗力を発揮することができる。
【００８８】
次に、本発明のフレームを、車両の車体構造を構成するフレーム部材としてのフロントフレームキックアップ部に適用した例について説明する。図１５は、本発明に係るフレームをフロントフレームキックアップ部に適用した場合の車体前部構造を斜め後方から見た時の斜視図であり、図１６は、同側面図、図１７は、図１６のＹ−Ｙ線矢視断面図である。なお、図１５〜図１７において、図１２〜図１４に示す適用例と同様の構成要素については、同一の番号を付して説明を省略する。また、図示の便宜上、図１５においては、フロアフレーム２９、２９の図示を一部省略している。
【００８９】
図１５〜図１７に示す車体前部構造では、キックアップ部１２７が、図１等に示すフレーム１と同様の構成をなす閉断面フレームとされており、このキックアップ部１２７では、長辺部１２７ａ、１２７ｃ及び短辺部１２７ｂ、１２７ｄにより略矩形状閉断面が形成されるとともに、長辺部１２７ａには、複数（ここでは３箇所）のリブ部１２７ｅ及び谷部１２７ｆが形成され、この長辺部１２７ａが上側に配置されている。
【００９０】
また、長辺部１２７ａに対向する他方の長辺部１２７ｃでは、上述したロールフォーミング成形の過程において金属板の幅方向両端部を接合している溶接部１２７ｇ（図１７参照）が形成されており、これにより、キックアップ部１２７は、フランジ部のない中空フレーム体とされている。
【００９１】
なお、図１２〜図１４に示す適用例では詳細な説明を省略したが、キックアップ部２７、１２７は、キックアップパネル２６との接合の他にも、その前端部が、フロアフレーム２０後端部の閉断面内に挿入され、アーク溶接による接合がなされるとともに、その後端部が、フロアフレーム２９前端部の閉断面内に挿入され、アーク溶接またはレーザー溶接等による接合がなされている。
【００９２】
ここで、キックアップ部１２７を、本発明に係る閉断面フレームとすることで、例えば、車両前突時において、前方から衝撃荷重Ｆが加わり、図１６にて二点鎖線で示すようにキックアップ分１２７が折れ曲がった時、上側のリブ部１２７ｅによってキックアップ部１２７は、高い曲げ抗力を発揮することができる。
【００９３】
特に、図１６にて二点鎖線で示すように、フロントフレーム２０が座屈変形しながらその前端が後退した時には、キックアップ部１２７が前方かつ上方に向かって傾斜していることにより、キックアップ部１２７の前端部は図示のように上方に立ち上がり、その結果折れ曲がりの内周側、即ち圧縮方向の荷重が作用する側が必然的に上側の面となる。従って、図示のようにリブ部１２７ｅを上側に配置することにより、キックアップ部１２７は高い曲げ抗力を発揮することができる。
【００９４】
ところで、キックアップ部１２７の上方には、図１６に示すように、一般的に車室２３において乗員の足αを置く足置きスペースが形成されており、特に運転席側では、ブレーキペダル３４等が配設される。ここで、キックアップ部１２７が上述したように高い曲げ抗力を発揮することにより、その前端部が車室２３内へ侵入することを抑制でき、乗員の足αに対する傷害値を軽減することができる。
【００９５】
なお、図１５〜図１７に示す適用例では、キックアップ部１２７の上側の長辺部１２７ａのみにリブ部１２７ｅを形成することとしたが、例えば、図１８、図１９（図１９は、図１８のＺ−Ｚ線矢視断面図。）に示すキックアップ部２２７のように、辺部１２７ａと隣り合う車外側側部の辺部１２７ｂにおいてさらにリブ部２２７ｈ（及び谷部２２７ｉ）を形成してもよい。なお、図１８、図１９において、図１５〜図１７に示す適用例と同様の構成要素については、同一の番号を付して説明を省略する。また、図示の便宜上、図１８においては、フロアフレーム２９、２９の図示を一部を省略している。
【００９６】
この場合、車両前突時において前方から衝撃荷重Ｆが加わった時には、キックアップ部２２７がキックアップ部１２７と同様高い曲げ抗力を発揮するとともに、車両側突時において、図１８にて二点鎖線で示すように、キックアップ部２２７が衝撃荷重Ｆを受けて車幅方向内側に折れ曲がろうとしたとしても、図示のように車外側側部の辺部２２７ｂ、２２７ｄにおいてリブ部２２７ｈを配置することにより、高い曲げ抗力を発揮することができる。
【００９７】
このように、隣り合う辺部においてリブ部１２７ｅ、２２７ｈを形成することにより、複数の方向から作用する衝撃荷重に応じて、いずれにおいても高い曲げ抗力を発揮することができる。
【００９８】
ところで、前記特許文献１に開示されているように、閉断面内で対向する辺部に向けて略矩形状に突出する突起部を形成したものにおいて、図１８、図１９に示す適用例のように、隣り合う辺部に突起部を設けることが考えられる。しかしながら、この場合、一方から荷重が作用した時、他方の突起部がフレームの折れ曲がりを促進するように作用してしまうという問題がある。これに対し、図１８、図１９に示す適用例では、二枚合わせで重なるように折り畳んだリブ部２２７ｈとしているため、上述したような問題が生じることはない。
【００９９】
なお、上述した各適用例では、本発明に係るフレームをバンパレインフォースメントに適用した場合と、キックアップ部に適用した場合とをそれぞれ別々に説明したが、本発明に係るフレームをバンパレインフォースメント及びフロントフレームキックアップ部の双方に適用した車体前部車体構造としてもよく、この場合、車両前突時において、衝突荷重の車室側への伝達をより確実に抑制することができる。
【０１００】
ところで、上述したフレーム１では、リブ部１０ｅが形成された辺部１０ａと反対側の辺部１０ｃにおいて、金属板の幅方向両端部が近接して配置されこれら端部同士が辺部１０ｃにて接合される構成となっているが、この場合、予め設定されているリブ部１０ｅ同士の間隔がローラ部材の幅よりも狭い場合、フレーム１の成形が困難になるという問題が生じ得る。
【０１０１】
そこで、例えば、図２０に示すフレーム３０１のように、リブ部３１０ｅが形成された辺部３１０ａにおいて、リブ部３１０ｅの間に金属板の幅方向両端部を近接して配置し、該端部同士をリブ部３１０ｅの間で接合する構成としてもよい。
【０１０２】
次に、図２０を参照して、リブ部３１０ｅを有するフレーム３０１を成形する方法について説明する。まず、図２０（ａ）に示すような平板の状態から、図２０（ｂ）に示すように、フレーム３０１（金属板３１０）の長手方向に交差する幅方向の両端部寄りで複数箇所（ここでは２箇所）を山形に折り曲げることにより、フレーム３０１の材料となる金属板３１０に突部３１０ｅ′を形成する。
【０１０３】
そして、山形に折り曲げられた突部３１０ｅ′をさらに尖らせる方向に押圧することで、これを図２０（ｃ）に示すように、二枚合わせで重なるように折り畳み、幅方向に離間して平行にリブ部３１０ｅ（及び谷部３１０ｆ）を２つ成形する。
【０１０４】
次に、金属板３１０をさらに下流側へ搬送すると、他のローラ部材により、金属板３１０の幅方向両端部が、下方かつ側方から押圧され、図２０（ｄ）に示すように、両端部が上方に向かって起立する方向に折り曲げられる。
【０１０５】
さらに、図２０（ｅ）の工程では、図２０（ｄ）の工程で起立した両端部が、その途中でさらに他のローラ部材によって、内側に向かって折り曲げられる。この図２０（ｅ）に示す工程により、図２０に示す辺部３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄが略成形されるとともに、辺部３１０ａを構成する幅方向両端部同士が、リブ部３１０ｅを含んだ状態で略対向する位置関係となる。
【０１０６】
そして、図２０（ｆ）の工程では、レーザー溶接やアーク溶接等、直線状の溶接が可能とな適宜の方式により、互いに対向した状態にある前記両端部を接合して溶接部３１１を形成する。そして、この端部同士が一直線上に連続した状態で固定されることにより、辺部３１０ａが成形される。
【０１０７】
このように、図２０に示す成形方法においても、１枚の金属板を巻回するようにして折り曲げることにより、複数の辺部３１０ａ〜３１０ｄを形成しながら、略矩形状の閉断面を形成するロールフォーミング成形がなされており、この成形方法により、フランジのない中空フレーム体をなすフレーム１が生産性よく得られる。
【０１０８】
また、この場合、図示のように、溶接部３１１を２つの内向きリブ部３１０ｅの間の部位で中空フレーム体の長手方向に延在させるように構成したことで、ロールフォーミング成形の過程において、金属板３１０の両端部寄りでリブ部３１０ｅを成形することができる。このため、成形用のローラ部材の幅よりも大きな間隔をリブ部３１０ｅ、３１０ｅ間に形成することができ、これによってロールフォーミング成形を容易に行うことができる。
【０１０９】
なお、本発明に係るフレームを成形する場合には、金属板を折り曲げた時の剛性や、ローラ部材の幅等を考慮して、図２に示す成形方法、図２０に示す成形方法のいずれかを適宜選択すればよい。
【０１１０】
また、図２１に示すフレーム４０１のように、その谷部１０ｆをアーク溶接またはレーザー溶接等の溶接方法によって線状に接合することにより溶接部４１２を形成してもよい。なお、図２１において、図１に示すフレーム１と同様の構成要素については、同一の番号を付して説明を省略する。
【０１１１】
図２１に示すフレーム４０１では、これが折れ曲がろうとする時、圧縮方向の荷重によって、谷部１０ｆが開くことを抑制することができ、折れ曲がり時の最大荷重Ｆ′ｍａｘ及びエネルギー吸収量ＳＥＡを向上させ、その結果より高い曲げ抗力を発揮させることができる。
【０１１２】
この発明の構成と、上述の実施形態との対応において、
この発明の、内向きリブ部は、リブ部１０ｅ、２２ｅ、１２７ｅ、２２７ｈ、３１０ｅに対応するも、
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】この発明の実施形態に係る閉断面フレームを示す斜視図。
【図２】リブ部を有するフレームを成形する方法を説明するための図。
【図３】フレームの曲げ抗力特性の測定実験を説明するための図。
【図４】フレームの折れ曲がり現象を説明するための図であり、（ａ）フレームの湾曲状態を示す斜視図、（ｂ）側面図。
【図５】フレームの長手方向一端側から衝撃荷重を加えた時の、該衝撃荷重に対する反力と、荷重作用点ストロークとの関係を示すグラフ。
【図６】曲げ抗力特性の優劣を評価する目安となる最大荷重Ｆ′ｍａｘ及びエネルギー吸収量ＳＥＡの測定結果を示す図。
【図７】リブ部の方向、数、高さを変化させた時の性能重量効率の変化を示すグラフ。
【図８】リブ部の方向を変化させた時の、（ａ）最大荷重Ｆ′ｍａｘ及びエネルギー吸収量ＳＥＡの変化、（ｂ）性能重量効率の変化を示すグラフ。
【図９】内向きのリブ部の数を変化させた時の、（ａ）最大荷重Ｆ′ｍａｘ及びエネルギー吸収量ＳＥＡの変化、（ｂ）性能重量効率の変化を示すグラフ。
【図１０】内向きのリブ部の高さを変化させた時の、（ａ）最大荷重Ｆ′ｍａｘ及びエネルギー吸収量ＳＥＡの変化、（ｂ）性能重量効率の変化を示すグラフ。
【図１１】折れ曲がり時の圧縮側のみに内向きのリブ部を形成した場合と、圧縮側、引張側の両側に内向きのリブ部を形成した場合とにおける、（ａ）最大荷重Ｆ′ｍａｘ及びエネルギー吸収量ＳＥＡの変化、（ｂ）性能重量効率の変化を示すグラフ。
【図１２】本発明に係るフレームをバンパレインフォースメントに適用した場合の車体前部構造を斜め後方から見た斜視図。
【図１３】本発明に係るフレームをバンパレインフォースメントに適用した場合の車体前部構造を斜め前方から見た斜視図。
【図１４】（ａ）図１３のＸ１−Ｘ１線矢視断面図、１４（ｂ）Ｘ２−Ｘ２線矢視断面図。
【図１５】本発明に係るフレームをフロントフレームキックアップ部に適用した場合の車体前部構造を斜め後方から見た時の斜視図。
【図１６】本発明に係るフレームをフロントフレームキックアップ部に適用した場合の車体前部構造を示す側面図。
【図１７】図１６のＹ−Ｙ線矢視断面図。
【図１８】本発明に係るリブ部をフロントフレームキックアップ部において隣り合う２つの辺部に設けた場合の車体前部構造を斜め後方から見た時の斜視図。
【図１９】図１８のＺ−Ｚ線矢視断面図。
【図２０】リブ部を有するフレームを成形する他の方法を説明するための図。
【図２１】この発明の他の実施形態に係る閉断面フレームを示す斜視図。
【図２２】従来の閉断面フレームを示す断面図。
【符号の説明】
【０１１４】
１、３０１、４０１…閉断面フレーム
１０ｅ、２２ｅ、１２７ｅ、２２７ｈ、３１０ｅ…リブ部
１０ｆ、２２ｆ、１２７ｆ、２２７ｉ…谷部
１１、２２ｇ、１２７ｇ、３１０ｆ…溶接部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、金属板を、略矩形状をなす閉断面が長手方向に連続するようロールフォーミングした後にその両端部を溶接することによって中空フレーム体が形成された内向きリブ付き閉断面フレームに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両等に使用されるフレーム部材としては、略断面ハット状をなす金属板を他の金属板とフランジ部で接合することによって略矩形状をなす閉断面を形成した中空フレーム体が広く使用されている。
【０００３】
しかしながら、このような中空フレーム体では、捻れ方向に大きな力が加わった時、略断面ハット状に形成された金属板５００のフランジ部５０１が、図２２にて二点鎖線で示すようにその根元部分で他方の板材６００から離反し、これによって溶接部が開いてしまうという問題があった。
【０００４】
そこで、近年では、金属板を巻回するように折り曲げ加工した後、その両端部を接合することによって長手方向に連続する閉断面を形成する、いわゆるロールフォーミング成形が提案されている。この場合、ロールフォーミング成形の手法により、閉断面の外周部にフランジ部のないフレーム体を生産性よく得ることができ、上述した捻りによる溶接部の開きの問題を解消することが可能になる。
【０００５】
また、換言すれば、フレーム重量が同じである場合、上述したフランジ部のないフレームは、フランジ部を設けたものに対し、捻れ方向の力に対してより高い耐久性を有していることから、結果としてフランジ部を設けた場合に比べ構造体の軽量化を実現できる。
【０００６】
ところが、このロールフォーミング成形により閉断面フレームを成形した場合、フランジ部がない分、高い曲げ抗力を得ることができず、例えば、折れ曲がりが生じるまでに加えることができる最大の荷重（最大荷重）、及び折れ曲がりにより吸収できる荷重エネルギー（エネルギー吸収量）が低下するという問題があった。
【０００７】
そこで、このような問題を解決するために、例えば、下記特許文献１では、閉断面フレームの辺部の一つに突起部を形成し、この突起部を閉断面内で対向する辺部に向けて略矩形状に突出させたものが提案されている。
【０００８】
この場合、フレームの辺部には、長手方向に延びる折れ線が複数形成されるため、フレーム体の曲げ抗力が向上し、上述した最大荷重及びエネルギー吸収性能を改善することが可能になる。
【０００９】
そして、この場合、理論上では、上述した突起部の数を増やす程最大荷重及びエネルギー吸収性能をより向上させることが可能と考えられる。しかしながら、実際には、フレームの辺部の寸法との関係上、多数の突起部を一つに辺部に形成することは困難であり、その数には限界があるという問題がある。
【００１０】
さらに、突起部を形成することにより、最大荷重及びエネルギー吸収性能を上述したようにより向上させることが可能になるものの、その反面捻りに対する剛性が、突起部のない単純な矩形閉断面状とした場合に比べて低下するという問題があった。
【００１１】
また、近年では、例えば下記特許文献２に開示されているように、ロールフォーミング成形を施したフレームの辺部の一つに、金属板の端部同士をかしめたカシメ継手を配し、長手方向にわたってこのカシメ継手を対向する他の辺部に向けて突出させたものが提案されている。
【００１２】
この場合、カシメ継手は、フレームの長手方向に交差する方向において金属板の端部同士を折り畳むようにして形成されるものであるため、前記フレームの長手方向に交差する方向において幅を短く形成することができる。従って、断面形状としては、単純な矩形断面形状とした場合と大きな違いはなく、それ故剛性の低下を抑制することができるという利点がある。
【特許文献１】国際公開第２００２／０６４２８４号パンフレット
【特許文献２】特開２０００−２６３１６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、前記特許文献２では、同文献にて開示されている第２曲げ試験（同文献の図９参照）のように、フレームの折れ曲がり時においてカシメ継手の一部に緩みが生じるという問題があり、これが曲げ抗力、つまりは最大荷重、エネルギー吸収性能を低下させる要因となる虞がある。
【００１４】
さらに、前記特許文献２では、曲げ力を受けて圧縮される側の辺部と隣り合う上辺部または下辺部に上述したカシメ継手を形成しているが、本発明者は、鋭意研究の結果、曲げ力を受けて圧縮される側の辺部と隣り合う辺部に突起部やカシメ継手等を配置したとしても高い曲げ抗力を十分に発揮することができないことを見出した。
【００１５】
この発明は、高い曲げ抗力を発揮できるものを生産性良く得ることができる閉断面フレームを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この発明の内向きリブ付き閉断面フレームは、金属板を、略矩形状をなす閉断面が長手方向に連続するようロールフォーミングしてその両端部を溶接してなる中空フレーム体であって、曲げ力を受けて圧縮される側の前記閉断面の辺部の一部を、前記中空フレーム体の長手方向にわたって山形に重なるように折り畳んで、前記閉断面内で反対側の辺部に向けて突出する内向きリブ゛部に形成したものである。
【００１７】
この構成によれば、中空フレーム体の折れ曲がり時において圧縮方向の荷重を受ける側の辺部にリブ部を配置することで、前記辺部に圧縮方向の荷重が作用しても、これに対して山形に二枚合わせで重なるように折り畳まれたリブ部が大きな抵抗力を発揮する。このため、フレーム全体として高い曲げ抗力を発揮することができる。
さらに、ロールフォーミング成形の過程においてリブ部を形成することにより、外周の辺部の肉厚の２倍の厚みを有する、継ぎ目のない連続したリブ部を生産性よく得ることができる。
そして、リブ部が、ロールフォーミング成形によって継ぎ目のない連続したものとされていることにより、上述した圧縮方向の荷重が作用したとしてもリブ部では破断が生じにくくなり、これにより、フレームは安定して高い曲げ抗力を発揮することができる。
【００１８】
この発明の一実施態様においては、前記内向きリブ部を、前記中空フレーム体の長手方向に交差する方向に離間して平行に２つ設け、前記金属板両端部の溶接部は、前記曲げ力を受けて圧縮される側の辺部における前記２つの内向きリブ部の間の部位で前記中空フレーム体の長手方向に延在するものである。
【００１９】
この構成によれば、ロールフォーミング成形において、金属板の両端部寄りでリブ部を成形することにより、成形用のローラ部材の幅よりも大きな間隔をリブ部間に形成することができ、これによってロールフォーミング成形を容易に行うことができる。
【００２０】
この発明の一実施態様においては、前記内向きリブ゛部を、前記中空フレーム体の長手方向に交差する方向に離間して平行に複数設け、前記金属板両端部の溶接部は、前記内向きリブ部が対向する反対側の辺部において前記中空フレーム体の長手方向に延在するものである。
【００２１】
この構成によれば、ロールフォーミング成形の過程において、金属板の両端部を折り曲げ部から離間させることができる。つまり、折り曲げ部における剛性（金属板の戻り）の影響を前記両端部に及ぼすことを抑制でき、これによって、前記両端部を対向させた時の位置関係のずれを抑制し、前記両端部の溶接の工程において、両者を略真っ直ぐな姿勢で接合することが可能になる。
【００２２】
この発明の一実施態様においては、前記内向きリブ部の突出方向の高さが、前記内向きリブ部を設けた辺部と隣り合う辺部の長さの１／５以上かつ１／３以下に設定されているものである。
【００２３】
この構成によれば、高さの短いリブ部でありながら、曲げ抗力を十分に発揮するフレームを得ることができ、リブ部の高さを上述した範囲内で適切に設定することにより、フレームの軽量化を実現することができる。
【００２４】
この発明の一実施態様においては、前記内向きリブ部の外周側に臨む谷部を溶接したものである。
【００２５】
この構成によれば、閉断面フレームが折れ曲がろうとする時、圧縮方向の荷重によって谷部が開くことを抑制することができ、その結果より高い曲げ抗力を発揮させることができる。
【００２６】
この発明の一実施態様においては、前記内向きリブ部を設けた辺部と隣り合う辺部の一部に、さらに内向きリブ部を形成したものである。
【００２７】
この構成によれば、複数の方向から作用する衝撃荷重に応じていずれにおいても高い曲げ抗力を発揮することができる。
【発明の効果】
【００２８】
この発明によれば、中空フレーム体の折れ曲がり時において圧縮方向の荷重を受ける側の辺部にリブ部を配置することで、前記辺部に圧縮方向の荷重が作用しても、これに対して山形に二枚合わせで重なるように折り畳まれたリブ部が大きな抵抗力を発揮する。このため、フレーム全体として高い曲げ抗力を発揮することができる。
さらに、ロールフォーミング成形の過程においてリブ部を形成することにより、外周の辺部の肉厚の２倍の厚みを有する、継ぎ目のない連続したリブ部を生産性よく得ることができる。
【００２９】
そして、リブ部が、ロールフォーミング成形によって継ぎ目のない連続したものとされていることにより、上述した圧縮方向の荷重が作用したとしてもリブ部では破断が生じにくくなり、これにより、フレームは安定して高い曲げ抗力を発揮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳述する。
図１は、本実施形態に係る閉断面フレームを示す斜視図である。図１に示すように、閉断面フレーム１（以下、単にフレーム１と略記する。）は、略矩形状をなす閉断面が長手方向に連続するいわゆる中空フレーム体であり、高張力鋼板等の金属板１０により構成されている。
【００３１】
フレーム１は、１枚の金属板１０が巻回するように折り曲げられていることにより、その断面において、縦横計４つの辺部１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが形成されるとともに、そのうち１つの辺部１０ａには、フレーム１の長手方向にわたって、閉断面の反対側の辺部１０ｃに向けて山形に二枚合わせで重なるように折り畳まれた内向きのリブ部１０ｅが複数箇所（図では２箇所）平行に形成されている。
【００３２】
一方、図１に示すフレーム１では、リブ部１０ｅが形成された辺部１０ａと反対側の辺部１０ｃにおいて、フレーム１（金属板１０）の長手方向に交差する幅方向の両端部が近接して配置されている。そして、この端部同士が接合されて溶接部１１が長手方向に延在している。
【００３３】
次に、図２を参照して、図１に示すようなリブ部１０ｅを有するフレーム１を成形する方法について説明する。まず、図２（ａ）に示すような平板の状態から、図２（ｂ）に示すように、幅方向略中央部を複数箇所（ここでは２箇所）所定の間隔を隔てて山形に折り曲げることにより、フレーム１の材料となる金属板１０に複数の突部１０ｅ′を形成する。
【００３４】
そして、山形に折り曲げられた突部１０ｅ′をさらに尖らせる方向に押圧することで、これを図２（ｃ）に示すように二枚合わせで重なるように折り畳み、幅方向に離間して平行にリブ部１０ｅを２つ成形する。
【００３５】
ここで、図２に示す成形工程では、例えば、前記特許文献２に開示されているような閉断面フレーム用の製造設備が用いられ、図２（ａ）〜（ｃ）の工程では、長尺状の金属板１０をローラ搬送等により下流側へ搬送する過程において、他のローラ部材を適宜の角度で金属板１０に当接させ、押圧することにより図示のような成形がなされる。
【００３６】
ここで、金属板１０をさらに下流側へ搬送すると、さらに他のローラ部材により、金属板１０の幅方向両端部が、下方かつ側方から押圧され、図２（ｄ）に示すように、前記両端部が上方に向かって起立する方向に折り曲げられる。
【００３７】
さらに、図２（ｅ）の工程では、図２（ｄ）の工程で起立した両端部が、その途中でさらに他のローラ部材によって内側に向かって折り曲げられる。この図２（ｅ）に示す工程により、図１に示す辺部１０ａ、１０ｂ、１０ｄが略成形されるとともに、辺部１０ｃを構成する幅方向両端部同士が略対向する位置関係となる。
【００３８】
そして、図２（ｆ）の工程では、レーザー溶接やアーク溶接等、直線状の溶接が可能な適宜の方式により、互いに対向した状態にある前記両端部を接合して溶接部１１を形成する。そして。この端部同士が一直線上に連続した状態で固定されることにより、辺部１０ｃが成形される。
【００３９】
このように、図２に示す成形方法は、１枚の金属板を巻回するようにして折り曲げることにより、複数の辺部１０ａ〜１０ｄを形成しながら、略矩形状の閉断面を形成するいわゆるロールフォーミング成形であり、この成形方法により、フランジのない中空フレーム体をなすフレーム１が得られる。
【００４０】
また、このロールフォーミング成形の過程においてリブ部１０ｅを成形することにより、外周の辺部１０ａ〜１０ｄの肉厚の２倍の厚みを有する、継ぎ目のない連続したリブ部１０ｅを生産性よく得ることができる。
【００４１】
そして、押出成形等のような成形方法とは異なり、辺部１０ａを二枚重ねに折り畳むことによってリブ部１０ｅを形成するため、金属板１０としてあらゆる素材を用いることができ、例えば、上述したように高張力鋼板を用いることも可能となる。
【００４２】
また、リブ部１０ｅが形成された辺部１０ａと反対側の辺部１０ｃにおいて、金属板の両端部を近接して配置し、該端部同士を接合した溶接部１１をこの辺部１０ｃに形成していることにより、上述したロールフォーミング成形の過程において、金属板１０の前記両端部を折り曲げ部から離間させることができる。
【００４３】
つまり、金属板１０を折り曲げた後、その剛性の大きさ次第では、金属体１０が平板の状態に戻ろうとする場合があるが、金属板１０の折り曲げ部から前記両端部を離間させることにより、折り曲げ部における剛性（金属板１０の戻り）の影響を前記両端部に及ぼすこと抑制できる。このため、前記両端部を対向させた時の位置関係のずれを抑制でき、図２（ｆ）における溶接の工程において、両者を略真っ直ぐな姿勢で接合することが可能になる。
【００４４】
次に、図３〜図１１を参照して、フレームに荷重を加えてこれを折り曲げた時の曲げ抗力特性について説明する。
本発明者は、図１に示すようなフレーム１を開発するにあたり、リブ部の向き、数、及び高さ等を様々に変化させながら、フレームの長手方向一端側から荷重を加える実験を行い、その時に現れる曲げ抗力特性を測定して、様々な解析を行った。
【００４５】
図３は、フレームの曲げ抗力特性の測定実験を説明するための図である。本実験では、後述するいずれの比較例、実施例においても、図３に示すフレーム１のような、横辺部（辺部１０ａ、１０ｃに対応）、縦辺部（辺部１０ｂ、１０ｄに対応）がそれぞれ長さＡの長辺部、長さＢの短辺部とされ、かつ略長方形状の閉断面が長さＣにわたって連続しているものを用いた。そして、各例においてフレームの長手方向一端側に図３（ａ）にて二点鎖線で示すような板材Ｗを配置し、フレームの他端側を固定した状態で、板材Ｗに対し、上辺部（図３では辺部１０ａに対応）から長さＢよりもはるかに長い距離Ｄだけ上方に離間した位置Ｏで衝撃荷重（オフセット荷重）Ｆを加えることとした。そして、該衝撃荷重Ｆを加えた時に、図３（ｂ）に示すような折れ曲がりが生じるまでに加えることができる最大の荷重（ここでは最大荷重Ｆ′ｍａｘという）、及び折れ曲がりにより吸収できる荷重エネルギー（ここではエネルギー吸収量という）を測定し、これら最大荷重Ｆ′ｍａｘ、及びエネルギー吸収量を、曲げ抗力特性の優劣を評価する目安とした。
【００４６】
ところで、フレーム１のような長尺物が折れ曲がる時には、一般的に、図４（ａ）で示すように、先ず長手方向において湾曲した状態となり、このような湾曲状態の時、折れ曲がりの内周側では、図４（ｂ）で示すように長手方向両端から圧縮方向の荷重を受ける一方、折れ曲がりの外周側では、長手方向両端から引張方向の荷重を受ける。
【００４７】
ここで、本発明者は、鋭意研究の結果、フレームが、図４（ａ）に示す湾曲状態から、図３（ｂ）に示すように、長手方向の途中で折れ曲がるまでの過程、及びその後の折れ曲がりが進行していく過程では、その折れ曲がりの開始時期や、折れ曲がりの進行の度合いが、折れ曲がりの内周側、即ち圧縮方向の荷重を受ける側の曲げ抗力の大きさに主に依存しており、この曲げ抗力が大きい程、折れ曲がりの開始時期は遅くなり、かつ折れ曲がりの進行の度合いも鈍化することを見出した。
【００４８】
従って、フレーム１のように、リブ部１０ｅを、中空フレーム体の折れ曲がりの内周側、即ち圧縮方向の荷重を受ける側の辺部１０ａに配置することで、該辺部１０ａに上述したような圧縮方向の荷重が作用しても、これに対して山形に二枚合わせで重なるように折り畳まれたリブ部１０ｅが大きな抵抗力を発揮し、その結果フレーム１全体として高い曲げ抗力を発揮することができる。
【００４９】
さらに、リブ部１０ｅが、ロールフォーミング成形によって継ぎ目のない連続したものとされていることにより、上述した圧縮方向の荷重が作用したとしてもリブ部１０ｅでは破断が生じにくくなり、これにより、フレーム１は安定して高い曲げ抗力を発揮することができる。
【００５０】
そこで、本発明者は、図３に示す測定実験において、フレームのリブ部を、図３に示すリブ部１０ｅのように、折れ曲がりの内周側、即ち圧縮方向の荷重を受ける側に配置し、リブ部の形成による曲げ抗力特性の変化について評価を行うこととした。
【００５１】
図５は、フレームの長手方向一端側から衝撃荷重を加えた時の、該衝撃荷重に対する反力と、荷重作用点ストロークとの関係を示すグラフである。本発明者は、図３に示す測定実験において、図３（ａ）に示す点Ｏに衝撃荷重Ｆを加えた後、この衝撃荷重Ｆに対して発生するフレームの反力Ｆ′と、フレームの湾曲及び折れ曲がりに伴って変化する衝撃荷重作用点Ｐの位置（これを荷重作用点ストロークδという）とを測定し、図５に示すように両者の関係をグラフ化した。
【００５２】
図５では、測定実験の一例として、リブ部の高さ、方向を同じにして、その数のみを変化させた場合の測定結果を示しており、図中実線で示すグラフは、リブ部が形成されていないものを用いた場合、破線で示すグラフは、リブ部が１本形成されたものを用いた場合、一点鎖線で示すグラフは、リブ部が２本形成されたものを用いた場合、二点鎖線で示すグラフは、リブ部が３本形成されたものを用いた場合を示している。
【００５３】
ここで、いずれのグラフにおいても、荷重作用点ストロークδ（以下、単にストロークδと略記する。）が増加する途中で、反力Ｆ′の値にピークが現れており、それ以降は、この反力Ｆ′の値がストロークδの増加に伴って徐々に減少していく傾向を示している。
【００５４】
図５に示すグラフでは、フレームの湾曲状態において、衝撃荷重Ｆを徐々に大きくした時、上述したピークが生じる前では、衝撃荷重Ｆが大きくなるにつれて反力Ｆ′も徐々に大きくなっていることを示しており、他方、ピークが生じた後では、フレームにて既に図３（ｂ）に示すような折れ曲がりが生じてしまっており、折れ曲がりの進行によって衝撃荷重Ｆに対する反力Ｆ′が低下していることを示している。
【００５５】
ここで、図５に示すグラフのピークにおける反力Ｆ′の値は、図３（ｂ）に示すような折れ曲がりが生じるまでに加えることができる最大荷重Ｆ′ｍａｘを示しており、図５では、リブ部の有無及びその数の変化に応じて、Ｆ′ｍａｘの値が異なっており、リブ部の増加に応じてその値が増加する傾向となっている。
【００５６】
また、図５に示すグラフでは、ストロークδの座標軸とグラフとで囲まれた領域の面積ＳＥＡによって、フレームの折れ曲がりにより吸収できる荷重エネルギー（エネルギー吸収量）を求めることができる。図５では、リブ部の有無及びその数の変化に応じてＳＥＡの値が異なっており、リブ部の増加に応じてその値が増加する傾向となっている。
【００５７】
図６では、曲げ抗力特性の優劣を評価する目安となる最大荷重Ｆ′ｍａｘ及びエネルギー吸収量ＳＥＡの変化に着目して、その測定結果を示している。そして、図６では、リブ部が形成されていない単純な矩形断面を有するフレームを比較例１として、これを用いた場合の最大荷重の値Ｆ′ｍａｘ０、エネルギー吸収量ＳＥＡ０（図５にてハッチングで示した部位参照）に対する測定値の比を示すことにより、各例において相対的な評価を行うこととした。
【００５８】
また、リブ部の数や高さ等により、フレームの重量が変化することとなるが、フレームの重量が増加すれば、最大荷重Ｆ′ｍａｘ及びエネルギー吸収量ＳＥＡの値は必然的に上昇するものと考えられる。また、車両等、軽量化が要求されている分野においては、可及的に軽量でより大きな曲げ抗力を発揮するものが好ましいとされている。そこで、フレームの重量の違いに関わりなく曲げ抗力の優劣を公平に評価するため、図６では、上述した最大荷重Ｆ′ｍａｘ及びエネルギー吸収量ＳＥＡの比をフレームの重量で除した数値を、性能重量効率と称して示している。図７では、リブ部の方向、数、高さを変化させた時の性能重量効率の変化を棒グラフで示している。
【００５９】
図８は、リブ部の方向を変化させた時の、（ａ）最大荷重Ｆ′ｍａｘ及びエネルギー吸収量ＳＥＡの変化、（ｂ）性能重量効率の変化を示すグラフである。図８では、比較例１と、閉断面に対して外向きのリブ部が上面部に２箇所形成された比較例２と、閉断面に対して内向きのリブ部が上面部に２箇所形成された実施例１との間で曲げ抗力特性を比較している。なお、比較例２及び実施例１において形成されているリブ部の高さはいずれもＢ／４である。
【００６０】
図８に示す比較結果によれば、図８（ａ）に示すように、リブ部を形成しない場合に比べ、リブ部を形成した方がその方向に関わらず最大荷重Ｆ′ｍａｘ及びエネルギー吸収量ＳＥＡが向上しているものの、図８（ｂ）に示すグラフでは、比較例１、２に比べ、実施例１のほうがエネルギー吸収量ＳＥＡ及びその性能重量効率が良好なものとなっている。
【００６１】
例えば、車両の車体フレームの場合、車両衝突時に作用する衝撃荷重を車室内へ伝達させないように、これをいかに車体フレームで吸収するかが重要とされている。従って、このような観点からずれば、エネルギー吸収量ＳＥＡ等の数値が良好な実施例１が最も好適であることが分かる。
【００６２】
図９は、内向きのリブ部の数を変化させた時の、（ａ）最大荷重Ｆ′ｍａｘ及びエネルギー吸収量ＳＥＡの変化、（ｂ）性能重量効率の変化を示すグラフである。図８を参照して説明した比較結果では、リブ部の方向を内向きとするのが好適であることを見出したことから、図９では、形成されている内向きのリブ部の高さを同じＢ／４とした上で、各実施例１〜３においてその数を変化させ、それぞれの曲げ抗力特性を比較している。
【００６３】
図９に示す比較結果によれば、図９（ａ）に示すように、リブ部の数が増えるに従い、最大荷重Ｆ′ｍａｘ及びエネルギー吸収量ＳＥＡが向上し、さらには、図９（ｂ）のグラフで示すように、エネルギー吸収量ＳＥＡの性能重量効率も向上している。このため、内向きリブ部を増やす程、より曲げ抗力特性の良好なフレームが得られることが分かる。
【００６４】
ここで、本発明に係るフレーム１では、上述したように、山形に二枚合わせで重なるように折り畳んでリブ部１０ｅを形成していることから、１つの辺部において多数のリブ部１０ｅを形成することができ、その分曲げ抗力特性をより向上させたフレームを得ることが可能になる。
【００６５】
但し、図９（ｂ）に示すグラフでは、リブ部の数を２本とした実施例１と、３本とした実施例３とを比較すると、最大荷重Ｆ′ｍａｘの性能重量効率がそれぞれ２．０７、２．０６であり、略同等かむしろ厳密には実施例３のほうが若干低下してしまっている。これは、リブ部が増えると、その分リブ部１０ｅの外周に臨む谷部（例えば図１、図３の部位１０ｆ参照）も増えてしまうことが要因と考えられる。
【００６６】
例えば、フレーム１が折れ曲がる時には、図３（ｂ）に示すように、谷部１０ｆが開いて、それ以降フレーム１の折れ曲がりが進行することとなるが、リブ部１０ｅが増えることに伴って谷部１０ｆが増えると、その分折れ曲がり時に開く箇所が増えることになり、それが結果的に最大荷重Ｆ′ｍａｘの性能重量効率の低下を引き起こしていると考えられる。
【００６７】
図１０は、内向きのリブ部の高さを変化させた時の、（ａ）最大荷重Ｆ′ｍａｘ及びエネルギー吸収量ＳＥＡの変化、（ｂ）性能重量効率の変化を示すグラフである。図１０では、形成されているリブ部の数をいずれも２本とした上で、各実施例１、４、５においてリブ部の高さを変化させ、それぞれの曲げ抗力特性を比較している。
【００６８】
図１０に示す比較結果によれば、図１０（ａ）に示すように、リブ部の高さが増えるに従い、最大荷重Ｆ′ｍａｘ及びエネルギー吸収量ＳＥＡが向上している。但し、これは、リブ部の高さが長くなることに伴ってフレーム全体の重量が増加しているためであり、図１０（ｂ）では、エネルギー吸収量ＳＥＡの性能重量効率は向上しているものの、高さＢ／４の実施例１と高さＢ／２の実施例５との間では、その上昇の度合いが鈍化している。さらに、実施例１と実施例５とを比較した場合、リブ部を高くすると最大荷重Ｆ′ｍａｘの性能重量効率が２．０７から１．８４へと低下してしまっている。
【００６９】
ここで、図１０に示す比較結果から、本発明者は、リブ部の高さを、該リブ部を設けた横辺部（長辺部）と隣り合う縦辺部（短辺部）の高さＢの１／５以上かつ１／３以下の範囲に設定するのが好適であることを見出した。この場合、高さの短いリブ部でありながら、曲げ抗力を十分に発揮するフレームを得ることができ、リブ部の高さを上述した範囲内で適切に設定することにより、フレームの軽量化を実現することができる。
【００７０】
図１１は、折れ曲がり時の圧縮側のみに内向きのリブ部を形成した場合と、圧縮側、引張側の両側に内向きのリブ部を形成した場合とにおける、（ａ）最大荷重Ｆ′ｍａｘ及びエネルギー吸収量ＳＥＡの変化、（ｂ）性能重量効率の変化を示すグラフである。図１１では、形成されているリブ部の数をいずれも２本、高さをＢ／４とした上で各実施例１、６においてそれぞれの曲げ抗力特性を比較している。
【００７１】
図１１に示す比較結果によれば、図１１（ａ）に示すように、最大荷重Ｆ′ｍａｘ及びエネルギー吸収量ＳＥＡに大きな変化はなく、図１１（ｂ）では、両側にリブ部を形成した実施例６のほうが、最大荷重Ｆ′ｍａｘ及びエネルギー吸収量ＳＥＡの性能重量効率が低下している。
【００７２】
このように、図１１に示す比較結果から、リブ部を少なくとも折れ曲がり時の圧縮側に形成すればよいことが分かる。
【００７３】
次に、上述した実験結果に基づいて得られた本発明のフレームを、車両の車体フレームに適用した例について説明する。
図１２は、本発明に係るフレームをバンパレインフォースメントに適用した場合の車体前部構造を斜め後方から見た斜視図であり、図１３は、斜め前方から見た斜視図、図１４（ａ）は、図１３のＸ１−Ｘ１線矢視断面図、１４（ｂ）は、Ｘ２−Ｘ２線矢視断面図である。
【００７４】
図１２に示す車両の車体前部構造では、主に左右一対の車体前後方向に延びるフロントフレーム２０、２０と、そのフロントフレーム２０、２０の前方にて車幅方向に延び、管状のクラッシュカン２１、２１を介してフロントフレーム２０、２０の前端部を連結するバンパレインフォースメント２２と、フロントフレーム２０、２０の後方で車幅方向かつ上下方向に広がってエンジンルームＥＲと車室２３とを仕切るダッシュパネル２４とを備えている。
【００７５】
このダッシュパネル２４には、略断面ハット状をなす２つのダッシュアッパクロスメンバ２４ａ、ダッシュロアクロスメンバ２４ｂが取付けられ、それぞれダッシュパネル２４とにより車幅方向に延びる閉断面を形成している。
【００７６】
また、上述のダッシュパネル２４の下部には、後方に向けて略水平に延びるフロアパネル２５を連設しており、これらダッシュパネル２４の下部と、フロアパネル２５とは、上方かつ前方に傾斜するキックアップパネル２６を介して連結されている。
【００７７】
また、フロアパネル２５及びキックアップパネル２６には、車体の底部中央部を車両の前後方向に延びる上凸形状（上方へ突出する形状）のフロアトンネル２５ａ、２６ａを設けている。
【００７８】
また、フロントフレーム２０、２０の後方では、これに連続するように、フロントフレームキックアップ部（以下、単にキックアップ部と略記する。）２７、２７が、キックアップパネル２６の下方に配設され、キックアップ部２７、２７が、キックアップパネル２６の下面に対し、レーザー溶接等、連続的な溶接痕（線）２８（図中太い破線で示す）を形成することができる溶接方法で接合されている。
【００７９】
また、キックアップ部２７、２７の後方では、さらにこれに連続するように、フロアフレーム２９、２９がフロアパネル２５の下方に配設されており、車幅方向両端に形成されたフランジ部２９ａ、２９ａが、フロアパネル２５の下面に対し、図中×印で示す位置でスポット溶接により接合されている。
【００８０】
また、ダッシュパネル２４の車幅方向側方には、上下方向に延びるフロントヒンジピラー３０が配設され、フロアパネル２５の車幅方向側方にて車両前後方向に延設されたサイドシル３１に連続している。
【００８１】
なお、図１３において二点鎖線で示され、フロントフレーム２０、２０の中間部外側側方で略上下方向に立設する部材３２は、サスペンションタワーであり、このサスペンションタワー３２の上端外側側方で車体前後方向に延びる部材３３は、エプロンレインフォースメントである。
【００８２】
ここで、図１２〜図１４に示す車体前部構造では、バンパレインフォースメント２２が、図１等に示すフレーム１と同様の構成をなす閉断面フレームとされており、このバンパレインフォースメント２２では、長辺部２２ａ、２２ｃ及び短辺部２２ｂ、２２ｄにより略矩形状閉断面が形成されるとともに、長辺部２２ａには、複数（ここでは３箇所）のリブ部２２ｅ及び谷部２２ｆが形成され、この長辺部２２ａが、車両前側に配置されている。
【００８３】
なお、バンパレインフォースメント２２において、長辺部２２ａ、２２ｃの長さは約１２０ｍｍ、短辺部２２ｂ、２２ｄの長さは約８０ｍｍとされ、リブ部２２ｅの高さは、該リブ部２２ｅを設けた辺部２２ａと隣り合う辺部２２ｂ、２２ｄの長さの１／４となる約２０ｍｍとされている。
【００８４】
また、長辺部２２ａに対向する他方の長辺部２２ｃでは、上述したロールフォーミング成形の過程において金属板の幅方向両端部が接合された溶接部２２ｇが形成されており、これにより、バンパレインフォースメント２２は、フランジ部のない中空フレーム体とされている。
【００８５】
なお、バンパレインフォースメント２２は、図１４（ｂ）に示すように、その車幅方向両端部において、クラッシュカン２１の前端部の上下に形成されたフランジ部２１ａと接合されることにより、所定位置に固定されている。
【００８６】
このように、バンパレインフォースメント２２を、本発明に係る閉断面フレームとすることで、例えば、車両前突時において、バンパレインフォースメント２２に対し前方から衝撃荷重Ｆが加わり、図１３図にて二点鎖線で示すようにバンパレインフォースメント２２が折れ曲がった時、車両前側のリブ部２２ｅによってバンパレインフォースメント２２は、高い曲げ抗力を発揮することができる。
【００８７】
特に、バンパレインフォースメント２２の折れ曲がり時には、折れ曲がりの内周側、即ち圧縮方向の荷重が作用する側が車両前側の面になるため、図示のようにリブ部２２ｅを車両前側に配置することにより、効果的に高い曲げ抗力を発揮することができる。
【００８８】
次に、本発明のフレームを、車両の車体構造を構成するフレーム部材としてのフロントフレームキックアップ部に適用した例について説明する。図１５は、本発明に係るフレームをフロントフレームキックアップ部に適用した場合の車体前部構造を斜め後方から見た時の斜視図であり、図１６は、同側面図、図１７は、図１６のＹ−Ｙ線矢視断面図である。なお、図１５〜図１７において、図１２〜図１４に示す適用例と同様の構成要素については、同一の番号を付して説明を省略する。また、図示の便宜上、図１５においては、フロアフレーム２９、２９の図示を一部省略している。
【００８９】
図１５〜図１７に示す車体前部構造では、キックアップ部１２７が、図１等に示すフレーム１と同様の構成をなす閉断面フレームとされており、このキックアップ部１２７では、長辺部１２７ａ、１２７ｃ及び短辺部１２７ｂ、１２７ｄにより略矩形状閉断面が形成されるとともに、長辺部１２７ａには、複数（ここでは３箇所）のリブ部１２７ｅ及び谷部１２７ｆが形成され、この長辺部１２７ａが上側に配置されている。
【００９０】
また、長辺部１２７ａに対向する他方の長辺部１２７ｃでは、上述したロールフォーミング成形の過程において金属板の幅方向両端部を接合している溶接部１２７ｇ（図１７参照）が形成されており、これにより、キックアップ部１２７は、フランジ部のない中空フレーム体とされている。
【００９１】
なお、図１２〜図１４に示す適用例では詳細な説明を省略したが、キックアップ部２７、１２７は、キックアップパネル２６との接合の他にも、その前端部が、フロアフレーム２０後端部の閉断面内に挿入され、アーク溶接による接合がなされるとともに、その後端部が、フロアフレーム２９前端部の閉断面内に挿入され、アーク溶接またはレーザー溶接等による接合がなされている。
【００９２】
ここで、キックアップ部１２７を、本発明に係る閉断面フレームとすることで、例えば、車両前突時において、前方から衝撃荷重Ｆが加わり、図１６にて二点鎖線で示すようにキックアップ分１２７が折れ曲がった時、上側のリブ部１２７ｅによってキックアップ部１２７は、高い曲げ抗力を発揮することができる。
【００９３】
特に、図１６にて二点鎖線で示すように、フロントフレーム２０が座屈変形しながらその前端が後退した時には、キックアップ部１２７が前方かつ上方に向かって傾斜していることにより、キックアップ部１２７の前端部は図示のように上方に立ち上がり、その結果折れ曲がりの内周側、即ち圧縮方向の荷重が作用する側が必然的に上側の面となる。従って、図示のようにリブ部１２７ｅを上側に配置することにより、キックアップ部１２７は高い曲げ抗力を発揮することができる。
【００９４】
ところで、キックアップ部１２７の上方には、図１６に示すように、一般的に車室２３において乗員の足αを置く足置きスペースが形成されており、特に運転席側では、ブレーキペダル３４等が配設される。ここで、キックアップ部１２７が上述したように高い曲げ抗力を発揮することにより、その前端部が車室２３内へ侵入することを抑制でき、乗員の足αに対する傷害値を軽減することができる。
【００９５】
なお、図１５〜図１７に示す適用例では、キックアップ部１２７の上側の長辺部１２７ａのみにリブ部１２７ｅを形成することとしたが、例えば、図１８、図１９（図１９は、図１８のＺ−Ｚ線矢視断面図。）に示すキックアップ部２２７のように、辺部１２７ａと隣り合う車外側側部の辺部１２７ｂにおいてさらにリブ部２２７ｈ（及び谷部２２７ｉ）を形成してもよい。なお、図１８、図１９において、図１５〜図１７に示す適用例と同様の構成要素については、同一の番号を付して説明を省略する。また、図示の便宜上、図１８においては、フロアフレーム２９、２９の図示を一部を省略している。
【００９６】
この場合、車両前突時において前方から衝撃荷重Ｆが加わった時には、キックアップ部２２７がキックアップ部１２７と同様高い曲げ抗力を発揮するとともに、車両側突時において、図１８にて二点鎖線で示すように、キックアップ部２２７が衝撃荷重Ｆを受けて車幅方向内側に折れ曲がろうとしたとしても、図示のように車外側側部の辺部２２７ｂ、２２７ｄにおいてリブ部２２７ｈを配置することにより、高い曲げ抗力を発揮することができる。
【００９７】
このように、隣り合う辺部においてリブ部１２７ｅ、２２７ｈを形成することにより、複数の方向から作用する衝撃荷重に応じて、いずれにおいても高い曲げ抗力を発揮することができる。
【００９８】
ところで、前記特許文献１に開示されているように、閉断面内で対向する辺部に向けて略矩形状に突出する突起部を形成したものにおいて、図１８、図１９に示す適用例のように、隣り合う辺部に突起部を設けることが考えられる。しかしながら、この場合、一方から荷重が作用した時、他方の突起部がフレームの折れ曲がりを促進するように作用してしまうという問題がある。これに対し、図１８、図１９に示す適用例では、二枚合わせで重なるように折り畳んだリブ部２２７ｈとしているため、上述したような問題が生じることはない。
【００９９】
なお、上述した各適用例では、本発明に係るフレームをバンパレインフォースメントに適用した場合と、キックアップ部に適用した場合とをそれぞれ別々に説明したが、本発明に係るフレームをバンパレインフォースメント及びフロントフレームキックアップ部の双方に適用した車体前部車体構造としてもよく、この場合、車両前突時において、衝突荷重の車室側への伝達をより確実に抑制することができる。
【０１００】
ところで、上述したフレーム１では、リブ部１０ｅが形成された辺部１０ａと反対側の辺部１０ｃにおいて、金属板の幅方向両端部が近接して配置されこれら端部同士が辺部１０ｃにて接合される構成となっているが、この場合、予め設定されているリブ部１０ｅ同士の間隔がローラ部材の幅よりも狭い場合、フレーム１の成形が困難になるという問題が生じ得る。
【０１０１】
そこで、例えば、図２０に示すフレーム３０１のように、リブ部３１０ｅが形成された辺部３１０ａにおいて、リブ部３１０ｅの間に金属板の幅方向両端部を近接して配置し、該端部同士をリブ部３１０ｅの間で接合する構成としてもよい。
【０１０２】
次に、図２０を参照して、リブ部３１０ｅを有するフレーム３０１を成形する方法について説明する。まず、図２０（ａ）に示すような平板の状態から、図２０（ｂ）に示すように、フレーム３０１（金属板３１０）の長手方向に交差する幅方向の両端部寄りで複数箇所（ここでは２箇所）を山形に折り曲げることにより、フレーム３０１の材料となる金属板３１０に突部３１０ｅ′を形成する。
【０１０３】
そして、山形に折り曲げられた突部３１０ｅ′をさらに尖らせる方向に押圧することで、これを図２０（ｃ）に示すように、二枚合わせで重なるように折り畳み、幅方向に離間して平行にリブ部３１０ｅ（及び谷部３１０ｆ）を２つ成形する。
【０１０４】
次に、金属板３１０をさらに下流側へ搬送すると、他のローラ部材により、金属板３１０の幅方向両端部が、下方かつ側方から押圧され、図２０（ｄ）に示すように、両端部が上方に向かって起立する方向に折り曲げられる。
【０１０５】
さらに、図２０（ｅ）の工程では、図２０（ｄ）の工程で起立した両端部が、その途中でさらに他のローラ部材によって、内側に向かって折り曲げられる。この図２０（ｅ）に示す工程により、図２０に示す辺部３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄが略成形されるとともに、辺部３１０ａを構成する幅方向両端部同士が、リブ部３１０ｅを含んだ状態で略対向する位置関係となる。
【０１０６】
そして、図２０（ｆ）の工程では、レーザー溶接やアーク溶接等、直線状の溶接が可能とな適宜の方式により、互いに対向した状態にある前記両端部を接合して溶接部３１１を形成する。そして、この端部同士が一直線上に連続した状態で固定されることにより、辺部３１０ａが成形される。
【０１０７】
このように、図２０に示す成形方法においても、１枚の金属板を巻回するようにして折り曲げることにより、複数の辺部３１０ａ〜３１０ｄを形成しながら、略矩形状の閉断面を形成するロールフォーミング成形がなされており、この成形方法により、フランジのない中空フレーム体をなすフレーム１が生産性よく得られる。
【０１０８】
また、この場合、図示のように、溶接部３１１を２つの内向きリブ部３１０ｅの間の部位で中空フレーム体の長手方向に延在させるように構成したことで、ロールフォーミング成形の過程において、金属板３１０の両端部寄りでリブ部３１０ｅを成形することができる。このため、成形用のローラ部材の幅よりも大きな間隔をリブ部３１０ｅ、３１０ｅ間に形成することができ、これによってロールフォーミング成形を容易に行うことができる。
【０１０９】
なお、本発明に係るフレームを成形する場合には、金属板を折り曲げた時の剛性や、ローラ部材の幅等を考慮して、図２に示す成形方法、図２０に示す成形方法のいずれかを適宜選択すればよい。
【０１１０】
また、図２１に示すフレーム４０１のように、その谷部１０ｆをアーク溶接またはレーザー溶接等の溶接方法によって線状に接合することにより溶接部４１２を形成してもよい。なお、図２１において、図１に示すフレーム１と同様の構成要素については、同一の番号を付して説明を省略する。
【０１１１】
図２１に示すフレーム４０１では、これが折れ曲がろうとする時、圧縮方向の荷重によって、谷部１０ｆが開くことを抑制することができ、折れ曲がり時の最大荷重Ｆ′ｍａｘ及びエネルギー吸収量ＳＥＡを向上させ、その結果より高い曲げ抗力を発揮させることができる。
【０１１２】
この発明の構成と、上述の実施形態との対応において、
この発明の、内向きリブ部は、リブ部１０ｅ、２２ｅ、１２７ｅ、２２７ｈ、３１０ｅに対応するも、
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】この発明の実施形態に係る閉断面フレームを示す斜視図。
【図２】リブ部を有するフレームを成形する方法を説明するための図。
【図３】フレームの曲げ抗力特性の測定実験を説明するための図。
【図４】フレームの折れ曲がり現象を説明するための図であり、（ａ）フレームの湾曲状態を示す斜視図、（ｂ）側面図。
【図５】フレームの長手方向一端側から衝撃荷重を加えた時の、該衝撃荷重に対する反力と、荷重作用点ストロークとの関係を示すグラフ。
【図６】曲げ抗力特性の優劣を評価する目安となる最大荷重Ｆ′ｍａｘ及びエネルギー吸収量ＳＥＡの測定結果を示す図。
【図７】リブ部の方向、数、高さを変化させた時の性能重量効率の変化を示すグラフ。
【図８】リブ部の方向を変化させた時の、（ａ）最大荷重Ｆ′ｍａｘ及びエネルギー吸収量ＳＥＡの変化、（ｂ）性能重量効率の変化を示すグラフ。
【図９】内向きのリブ部の数を変化させた時の、（ａ）最大荷重Ｆ′ｍａｘ及びエネルギー吸収量ＳＥＡの変化、（ｂ）性能重量効率の変化を示すグラフ。
【図１０】内向きのリブ部の高さを変化させた時の、（ａ）最大荷重Ｆ′ｍａｘ及びエネルギー吸収量ＳＥＡの変化、（ｂ）性能重量効率の変化を示すグラフ。
【図１１】折れ曲がり時の圧縮側のみに内向きのリブ部を形成した場合と、圧縮側、引張側の両側に内向きのリブ部を形成した場合とにおける、（ａ）最大荷重Ｆ′ｍａｘ及びエネルギー吸収量ＳＥＡの変化、（ｂ）性能重量効率の変化を示すグラフ。
【図１２】本発明に係るフレームをバンパレインフォースメントに適用した場合の車体前部構造を斜め後方から見た斜視図。
【図１３】本発明に係るフレームをバンパレインフォースメントに適用した場合の車体前部構造を斜め前方から見た斜視図。
【図１４】（ａ）図１３のＸ１−Ｘ１線矢視断面図、１４（ｂ）Ｘ２−Ｘ２線矢視断面図。
【図１５】本発明に係るフレームをフロントフレームキックアップ部に適用した場合の車体前部構造を斜め後方から見た時の斜視図。
【図１６】本発明に係るフレームをフロントフレームキックアップ部に適用した場合の車体前部構造を示す側面図。
【図１７】図１６のＹ−Ｙ線矢視断面図。
【図１８】本発明に係るリブ部をフロントフレームキックアップ部において隣り合う２つの辺部に設けた場合の車体前部構造を斜め後方から見た時の斜視図。
【図１９】図１８のＺ−Ｚ線矢視断面図。
【図２０】リブ部を有するフレームを成形する他の方法を説明するための図。
【図２１】この発明の他の実施形態に係る閉断面フレームを示す斜視図。
【図２２】従来の閉断面フレームを示す断面図。
【符号の説明】
【０１１４】
１、３０１、４０１…閉断面フレーム
１０ｅ、２２ｅ、１２７ｅ、２２７ｈ、３１０ｅ…リブ部
１０ｆ、２２ｆ、１２７ｆ、２２７ｉ…谷部
１１、２２ｇ、１２７ｇ、３１０ｆ…溶接部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板を、略矩形状をなす閉断面が長手方向に連続するようロールフォーミングしてその両端部を溶接してなる中空フレーム体であって、
曲げ力を受けて圧縮される側の前記閉断面の辺部の一部を、前記中空フレーム体の長手方向にわたって山形に重なるように折り畳んで、前記閉断面内で反対側の辺部に向けて突出する内向きリブ゛部に形成した
内向きリブ付き閉断面フレーム。
【請求項２】
前記内向きリブ部を、前記中空フレーム体の長手方向に交差する方向に離間して平行に２つ設け、
前記金属板両端部の溶接部は、前記曲げ力を受けて圧縮される側の辺部における前記２つの内向きリブ部の間の部位で前記中空フレーム体の長手方向に延在する
請求項１記載の内向きリブ付き閉断面フレーム。
【請求項３】
前記内向きリブ゛部を、前記中空フレーム体の長手方向に交差する方向に離間して平行に複数設け、
前記金属板両端部の溶接部は、前記内向きリブ部が対向する反対側の辺部において前記中空フレーム体の長手方向に延在する
請求項１記載の内向きリブ付き閉断面フレーム。
【請求項４】
前記内向きリブ部の突出方向の高さが、前記内向きリブ部を設けた辺部と隣り合う辺部の長さの１／５以上かつ１／３以下に設定されている
請求項２または３記載の内向きリブ付き閉断面フレーム。
【請求項５】
前記内向きリブ部の外周側に臨む谷部を溶接した
請求項１〜４のいずれか一項に記載の内向きリブ付き閉断面フレーム。
【請求項６】
前記内向きリブ部を設けた辺部と隣り合う辺部の一部に、さらに内向きリブ部を形成した
請求項１〜５のいずれか一項に記載の内向きリブ付き閉断面フレーム。
【請求項１】
金属板を、略矩形状をなす閉断面が長手方向に連続するようロールフォーミングしてその両端部を溶接してなる中空フレーム体であって、
曲げ力を受けて圧縮される側の前記閉断面の辺部の一部を、前記中空フレーム体の長手方向にわたって山形に重なるように折り畳んで、前記閉断面内で反対側の辺部に向けて突出する内向きリブ゛部に形成した
内向きリブ付き閉断面フレーム。
【請求項２】
前記内向きリブ部を、前記中空フレーム体の長手方向に交差する方向に離間して平行に２つ設け、
前記金属板両端部の溶接部は、前記曲げ力を受けて圧縮される側の辺部における前記２つの内向きリブ部の間の部位で前記中空フレーム体の長手方向に延在する
請求項１記載の内向きリブ付き閉断面フレーム。
【請求項３】
前記内向きリブ゛部を、前記中空フレーム体の長手方向に交差する方向に離間して平行に複数設け、
前記金属板両端部の溶接部は、前記内向きリブ部が対向する反対側の辺部において前記中空フレーム体の長手方向に延在する
請求項１記載の内向きリブ付き閉断面フレーム。
【請求項４】
前記内向きリブ部の突出方向の高さが、前記内向きリブ部を設けた辺部と隣り合う辺部の長さの１／５以上かつ１／３以下に設定されている
請求項２または３記載の内向きリブ付き閉断面フレーム。
【請求項５】
前記内向きリブ部の外周側に臨む谷部を溶接した
請求項１〜４のいずれか一項に記載の内向きリブ付き閉断面フレーム。
【請求項６】
前記内向きリブ部を設けた辺部と隣り合う辺部の一部に、さらに内向きリブ部を形成した
請求項１〜５のいずれか一項に記載の内向きリブ付き閉断面フレーム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１０−１４９１７４（Ｐ２０１０−１４９１７４Ａ）
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３３２６６３（Ｐ２００８−３３２６６３）
【出願日】平成２０年１２月２６日（２００８．１２．２６）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月２６日（２００８．１２．２６）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
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