自動車のサブフレーム支持構造
【課題】所定の荷重でサブフレームをサイドフレームから離脱させる際の精度を飛躍的に向上させる。
【解決手段】本発明のサブフレーム支持構造は、車両の前後方向に延びるサイドフレームと、サイドフレームの下方に設けられ、サスペンションを支持するサブフレームと、サブフレームをサイドフレームの被取付部に対して連結する連結手段とを有するサブフレーム支持構造であって、連結手段は、被取付部に形成された開口を囲むように設けられる第１連結部材と、開口を経て第１連結部材に係合し、サブフレームをサイドフレームに連結する第２連結部材とを含み、被取付部には、開口の縁に切り欠きが形成されるとともに、第１連結部材は、被取付部に対して部分的に固着されており、第１連結部材の固着位置および切り欠きの頂部の形成位置の周方向における相対的な位置関係が、前記固着位置の周方向中心と前記頂部とが周方向に重ならないように特定されている。
【解決手段】本発明のサブフレーム支持構造は、車両の前後方向に延びるサイドフレームと、サイドフレームの下方に設けられ、サスペンションを支持するサブフレームと、サブフレームをサイドフレームの被取付部に対して連結する連結手段とを有するサブフレーム支持構造であって、連結手段は、被取付部に形成された開口を囲むように設けられる第１連結部材と、開口を経て第１連結部材に係合し、サブフレームをサイドフレームに連結する第２連結部材とを含み、被取付部には、開口の縁に切り欠きが形成されるとともに、第１連結部材は、被取付部に対して部分的に固着されており、第１連結部材の固着位置および切り欠きの頂部の形成位置の周方向における相対的な位置関係が、前記固着位置の周方向中心と前記頂部とが周方向に重ならないように特定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の前後方向に延びるサイドフレームの下方に、サスペンションを支持するサブフレームが支持された自動車のサブフレーム支持構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両の前方両側部に配置され、車両の前後方向に延びるフロントサイドフレームに対して、エンジン、トランスミッション、サスペンション機構などを支持するサブフレームを固定することが行われている。
【０００３】
フロントサイドフレームに固定されたサブフレームは、車両の前方衝突時に、フロントサイドフレームから分離するように構成されており、これによって、サブフレームとサブフレームの前方に配置されたパワートレインとの干渉の影響が車室空間に及ぶのを回避している。
【０００４】
特許文献１には、サスペンションクロスメンバの取付構造が開示されている。このなかで、サスペンションクロスメンバをフロントフレームに対してボルトで締結するためのボルト孔の周縁部分に脆弱部を設け、衝突時のサスペンションクロスメンバとフロントフレームとの締結解除を確実にすることが説明されている。
【０００５】
また、特許文献２には、サブフレームの後端部がリアエンド部材に固定された自動車の車体前部構造が開示されている。このなかで、リアエンド部材に補強リブやノッチを形成することで、通常時には、固定部分の剛性を確保しながらも、正面衝突時には、リアエンド部材を破壊させて、サブフレームをリアエンド部材から離脱させるようにしたことが説明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１４８９６０号公報
【特許文献２】特開２００８−１９５３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１や特許文献２のような技術によって、所定の荷重が加わった場合に、サブフレームをサイドフレームから離脱させる際の精度は徐々に向上しているものの、未だ改善すべき点が残されていた。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、所定の荷重でサブフレームをサイドフレームから離脱させる際の精度を飛躍的に向上させることができる自動車のサブフレーム支持構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のサブフレーム支持構造は、車両の前後方向に延びるサイドフレームと、該サイドフレームの下方に設けられ、サスペンションを支持するサブフレームと、該サブフレームを前記サイドフレームの被取付部に対して連結する連結手段とを有するサブフレーム支持構造であって、前記連結手段は、前記被取付部に形成された開口を囲むように設けられる第１連結部材と、前記開口を経て前記第１連結部材に係合し、前記サブフレームを前記サイドフレームに連結する第２連結部材とを含み、前記被取付部には、前記開口の縁に切り欠きが形成されるとともに、前記第１連結部材は、前記被取付部に対して部分的に固着されており、前記第１連結部材の固着位置および前記切り欠きの頂部の形成位置の周方向における相対的な位置関係が、前記固着位置の周方向中心と前記頂部とが周方向に重ならないよう特定されていることを特徴としている。
【００１０】
この発明によれば、第１連結部材の被取付部に対する固着位置および切り欠きの頂部の形成位置の周方向における相対的な位置関係が、固着位置の周方向中心と頂部とが周方向に重ならないよう特定されている。車両の衝突時には、敢えてサブフレームをサイドフレームから脱落させることが行われているが、このように、第１連結部材の固着位置と、切り欠きの頂部の形成位置との位置関係が所定の位置関係に特定されていると、サブフレームのサイドフレームからの脱落がより適正に実現される。詳しく説明すると、連結手段をサイドフレームの被取付部から離脱させるために、被取付部に亀裂を生じさせるが、この亀裂は、第１連結部材の固着位置と切り欠きの頂部の位置とが重なりすぎる場合や、遠すぎる場合には進行が促進されない。したがって、亀裂の起端となる切り欠きの頂部を第１連結部材の固着位置に対して所定の位置関係になるように配しておくことによって、亀裂の進行を促すことができる。そして、亀裂の進行に伴って、被取付部に形成された開口をスムーズに拡大することが可能となる。こうして、サブフレームに所定の荷重が加わった場合に、被取付部の開口をスムーズに拡大させることで、連結手段を被取付部から確実に落下させて、サブフレームをサイドフレームから離脱させる際の精度を飛躍的に向上させることができる。
【００１１】
また、前記切り欠きの頂部は、前記被取付部に固着された前記第１連結部材の外形よりも内側に位置していることが好ましい。
【００１２】
この発明によれば、切り欠きの頂部の位置が特定されることにより、切り欠きの大きさが過度に大きくならないように調整されているので、疲労による亀裂の発生や進行を抑制することができる。
【００１３】
また、前記固着位置の一端部および前記開口の中心を通過する固着直線と、前記切り欠きの頂部および前記開口の中心を通過する頂部直線とのなす角度が、前記頂部直線を基準として、−１５°〜６０°であることが好ましい。
【００１４】
この発明によれば、固着直線と頂部直線とのなす角が特定されているので、亀裂の進行を促すことができるとともに、切り欠きの頂部からの亀裂の進行を所定の方向に誘導でき、被取付部の開口をよりスムーズに拡大させることができる。
【００１５】
また、前記第１連結部材は前記被取付部に対して溶接により固着され、前記固着位置としての溶接箇所は、前記第１連結部材の外周面に沿って延設され、かつ、前記切り欠きの頂部から離れる側に終点が設けられることが好ましい。
【００１６】
この発明によれば、溶接箇所が、第１連結部材の外周面に沿って延設され、かつ、切り欠きの頂部から離れる側に終点が設けられて、第１連結部材は、被取付部に対して溶接されて固定されるので、溶接箇所の始点が切り欠きの頂部に近い側になる。これにより、溶接固着位置の一方の端部と切り欠きの頂部との適切な位置関係を実現しやすい。
【００１７】
また、前記切り欠きは、前記開口の中心を通過する直線上に一対形成され、前記第１連結部材は、前記被取付部に対して、前記開口の中心を挟んで対向するような２箇所が固着されることが好ましい。
【００１８】
この発明によれば、切り欠きが一対形成されるとともに、固着位置が２箇所設けられている。切り欠きの数が２つに特定されることで、通常時には、サブフレームのサイドフレームからの離脱し難さを確保しつつ、衝突時には、スムーズにサブフレームをサイドフレームから離脱させることができる。また、固着位置の数が２箇所に特定されることで、固着作業を極力少なくしながらも、第１連結部材を安定して被取付部に固定することができる。
【００１９】
また、前記サブフレームは車体前側のパワートレインの略下方に配設され、前記パワートレインの下部後方にてフロントサイドフレームと連結されることが好ましい。
【００２０】
この発明によれば、前方衝突時に、サブフレームがフロントサイドフレームから離脱すれば、パワートレインの下部後方に空間が確保されて、サブフレームとパワートレインとの干渉を回避できる。したがって、パワートレインの後退量を拡大させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、所定の荷重でサブフレームをサイドフレームから離脱させる際の精度を飛躍的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】サブフレームとサイドフレームとを説明するための斜視図である。
【図２】車両前方の内部構造を概念的に説明するための側面図である。
【図３】車両が前方衝突したときの、内部構造の挙動を説明するための側面図である。
【図４】図１のＡ部拡大図であって、連結手段でサブフレームの後端部がフロントサイドフレームに連結された状態を示す。
【図５】図４のＩＶ−ＩＶ線断面図であり、溶接位置と切り欠き位置との関係を説明するための図である。
【図６】図３のＡ部拡大図であって、フロントサイドフレームの被取付部に亀裂が生じて、ボルト孔が拡大し、サブフレームが連結手段とともに、落下する状態を説明するための図である。
【図７】溶接位置と切り欠き位置との関係を説明するための図であり、他の形態の切り欠きと溶接位置とを示す。
【図８】溶接位置と切り欠き位置との関係についてさらに詳しく説明するための図である。
【図９】実施例の溶接位置と切り欠き位置との関係を説明するための図である。
【図１０】比較例の溶接位置と切り欠き位置との関係を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下で、本実施の形態のサブフレーム支持構造について、図面を用いて詳細に説明する。
【００２４】
図は、サブフレーム３とフロントサイドフレーム２とを説明するための斜視図である。図２は、車両前方のフレーム構造を概念的に説明するための側面図である。図３は、車両が前方衝突したときの、フレーム構造の挙動を説明するための側面図である。図４は、図２のＡ部拡大図であって、連結手段４でサブフレーム３の後端部がフロントサイドフレーム２に連結された状態を示す。図５は、図４のＩＶ−ＩＶ線断面図であり、溶接位置と切り欠き位置との関係を説明するための図である。なお、図４は図５のＶ−Ｖ線断面図である。図６は、図３のＡ部拡大図であって、フロントサイドフレーム２の被取付部に亀裂が生じて、ボルト孔２１ａが拡大し、サブフレーム３が連結手段とともに、落下する状態を説明するための図である。
【００２５】
本実施の形態のサブフレーム支持構造は、図１および図２に示されるように、車両の前方両側部に設けられ、車両の前後方向に延びるフロントサイドフレーム（サイドフレーム）２と、平面視でエンジンＥＮＧ、トランスミッションＴＭなどを囲むような形状を呈し、これらとサスペンション機構を支持するサブフレーム３と、サブフレーム３の後端側をフロントサイドフレーム２に対して連結する連結手段４とを含む。このほか、フロントサイドフレーム２の前端には、クラッシュカン７を介して、フロントサイドフレーム２の前端部を連結するバンパーレインフォースメントを兼ねるフロントクロスメンバ６が設けられている。また、サブフレーム３の前端にも、フロントサイドフレーム２と同様に、クラッシュカン９を介して、サブフロントクロスメンバ８が設けられている。
【００２６】
フロントサイドフレーム２は、所定の強度、剛性、耐久性を備え、たとえば、自動車の前突時に衝突エネルギーを吸収しながら他のフレームへ分散させるための部材である。フロントサイドフレーム２は、側面視で、車両前方へ向けて一段高くなるように折れ曲がったキックアップ形状を呈している。サブフレーム３は、このフロントサイドフレーム２のキックアップ部分の下方に配置される。また、フロントサイドフレーム２には、車両前方へ向けて一段高くなるキックアップ位置に、サブフレーム３を取り付けるための被取付部２１が設けられている。
【００２７】
被取付部２１は、フロントサイドフレーム２の一部を略水平に形成した部分である。被取付部２１には、図５に示されるように、平面視で円形状のボルト孔（開口）２１ａが形成されている。ボルト孔２１ａの縁には、切り欠き２１ｂが、一対形成されている。切り欠き２１は、ボルト孔２１ａの中心を通る直線上に、つまり、ボルト孔２１ａの中心Ｏを挟んで対向する位置に、中心Ｏから外方へ凹入するように形成されており、また、切り欠き２１の頂部２１Ｔは、平面視で略円弧状に加工されている。切り欠き２１ｂの頂部２１Ｔの形状が平面視で略円弧状を呈していることにより、頂部２１Ｔの周辺における、極端な応力集中を回避し、疲労による亀裂の発生や進行を防ぐことができる。また、頂部２１Ｔの曲率半径を３ｍｍ以上とすることで、鋼板をプレスすることによる被取付部２１の生産性を向上させることができる。また、切り欠き２１の深さ、すなわち、切り欠きの頂部２１Ｔの位置は、後述のナット４２の外径を越えない程度に浅く形成されている。これによって、切り欠き２１ｂの深さが過度に大きくならない程度に調整されているので、切り欠き２１の周縁部をナット４２で確実に狭持することで、切り欠き２１ｂ周縁部分への入力荷重による変形を抑制できるとともに、ボルト孔２１ａ周縁部分の強度低下を抑制でき、もって頂部２１Ｔ周縁部分における疲労による亀裂の発生や進行を抑制することができる。また、切り欠き２１ｂの数が２つに特定されることで、３つ以上の場合に比べてボルト孔２１ａが拡張され難くなり、通常時における、サブフレーム３のサイドフレーム２からの離脱を防止して安定した取り付け状態を確保することができる。
【００２８】
サブフレーム３は、フロントサイドフレーム２の下方において、車両の前後方向に延びるように配置される一対の側方部材３０と、側方部材３０の後部において車幅方向に延びるように設置されることにより、左右一対の側方部材３０を連結する第１のクロスメンバ本体３１と、側方部材３０から略垂直上方に延び、上端部がフロントサイドフレーム２に締結されることにより側方部材３０を補助的に支持する第１の縦メンバ３２と、側方部材３０の前部において車幅方向に延びるように設置されることにより、左右一対の側方部材３０を連結する第２のクロスメンバ本体３３と、側方部材３０の前端部から略垂直上方に延び、上端部がフロントサイドフレーム３の前端部に締結されることで側方部材３０を支持する第２の縦メンバ３４とを含む。このうち、第１のクロスメンバ本体３１が、いわゆる、サスペンションクロスメンバとして機能している。
【００２９】
また、側方部材３０の後端部３Ｂには、ボルト孔（図示しない）が形成されており、このボルト孔が被取付部２１のボルト孔２１ａと連通するようにサブフレーム３が配置される。なお、後端部３Ｂは、閉断面構造に形成されている。
【００３０】
このように、前方衝突時に、サブフレーム３がフロントサイドフレーム２から離脱すれば、エンジンＥＮＧやトランスミッションＴＭなどを含むパワートレインの下部後方に空間が確保されるとともに、サブフレーム３の第１のクロスメンバ本体３１とパワートレインとの干渉を回避できる。したがって、パワートレインの後退量を拡大させることができる。
【００３１】
連結手段４は、図４に示されるように、ボルト（第２連結部材）４１と、ナット（第１連結部材）４２とにより構成されている。図４、図６中の符号５１、５２は、溶接部を示す。本実施の形態では、ナット４２が、フロントサイドフレーム２の被取付部２１のボルト孔２１ａを囲むように配置されるとともに、ナット４２の周面に沿って２箇所に溶接が施されることで、ナット４２は、被取付部２１の上面に対して部分的に溶接固着されている（図５参照）。固着位置の数が２箇所に特定されることで、溶接作業を極力少なくしながらも、ナット４２を安定して被取付部２１に固定することができる。さらに、溶接作業は、ナット４２の外周面に沿って、かつ、切り欠き２１ｂの頂部２１Ｔから離れる方向に進むように（図５の矢印参照）行われる。一般的に、溶接作業の終点ＥＰは始点ＳＰよりもコントロールが難しく、終点ＥＰ側の端部を所望の位置に設定し難い。それゆえ、本実施の形態では、溶接作業の方向を特定することで、溶接作業の始点ＳＰである溶接固着位置の一方の端部と切り欠き２１ｂの頂部２１Ｔとの適切な位置関係を実現している。
【００３２】
ボルト４１は、ボルト４１の軸部４１ａを上方へ向け、ボルト４１の頭部４１ｂを下方に向けて、サブフレーム３の後端部３Ｂに形成されたボルト孔に挿通される。さらに、ボルト４１の軸部４１ａは被取付部２１に形成されたボルト孔２１ａに挿通されて、ナット４２に螺合される。こうして、サブフレーム３の後端部３Ｂは、連結手段４によりフロントサイドフレーム２に対して締結される。
【００３３】
ここで、ナット４２の溶接固着位置について詳しく説明する。ナット４２の溶接固着位置は、図５に示されるように、切り欠き２１ｂの頂部２１Ｔの位置に応じて予め特定されている。具体的には、ボルト孔２１ａの中心Ｏおよび溶接箇所（図５中の点影部）の始点を結んだ固着直線Ｌ１と、ボルト孔２１ａの中心Ｏおよび切り欠き２１ｂの頂部２１Ｔを結んだ頂部直線Ｌ２とのなす角（以下、ずれ角という）θを、所定の範囲に収めることにより、ナット４２の溶接固着位置および切り欠き２１ｂの頂部２１Ｔの相対的な位置関係がより厳密に特定される。
【００３４】
ここで、ずれ角θの正負は、切り欠き２１ｂの頂部２１Ｔとボルト孔２１ａの中心Ｏとを結ぶ頂部直線Ｌ２を基準として、溶接箇所の始点ＳＰが頂部直線Ｌ２を超えるか否かに基づいて決定されている。たとえば、図５のように、溶接箇所の始点ＳＰが頂部直線Ｌ２を超えていない状態では、ずれ角θが正の値となる。また、溶接箇所の始点ＳＰが頂部直線Ｌ２を超えている状態、すなわち、切り欠き２１ｂの頂部２１Ｔが溶接箇所とオーバーラップしている状態では、ずれ角θが負の値となる。
【００３５】
ずれ角θは、本実施の形態においては、−１５°以上であることが好ましく、−１０°以上であることがより好ましい。また、ずれ角θは、６０°以下であることが好ましく、４５°以下であることがより好ましい。ずれ角θが、−１５°未満であると、亀裂Ｃの進行が促されず、所定の荷重が加わっても、サブフレーム３をフロントサイドフレーム２から離脱できなくなる傾向がある。同様に、ずれ角θが６０°を超えた場合にも、亀裂Ｃの進行が促されず、所定の荷重が加わっても、サブフレーム３をフロントサイドフレーム２から離脱できなくなる傾向がある。とくに、ずれ角θが、−１０°〜４５°の範囲にある場合においては、亀裂Ｃの進行方向をより厳密に特定することができる。更には、ずれ角θが０°〜２０°の範囲がより好ましい。このように、ずれ角θの範囲が特定されていると、切り欠き２１ｂの頂部２１Ｔからの亀裂Ｃの進行方向を所定の方向に誘導でき、被取付部２１の開口の大きさをよりスムーズに拡げることができる。
【００３６】
なお、ずれ角θが−１５°以上であっても、切り欠き２１ｂの頂部２１Ｔに対して、溶接部５１、５２の周方向中心が近い角度である程、たとえば、溶接部５１、５２の始点ＳＰと頂部２１Ｔとの角度よりも近い角度である場合、亀裂Ｃの進行方向が特定され難くなり、亀裂Ｃの方向が溶接部５１、５２に向い、その進行が抑制される可能性がある。
【００３７】
このサブフレーム支持構造の挙動について、以下で詳しく説明する。
【００３８】
車両の前方が壁体Ｗ等に前方衝突すると、図３に示されるように、クラッシュカン７、９が潰れるとともに、フロントサイドフレーム２の前方側および側方部材３０の前方側が大きく屈曲する。なお、図３では、フロントクロスメンバ６、８およびクラッシュカン７、９が完全に潰れた状態を想定し、これらを省略している。
【００３９】
このように、車両前方に荷重が加わると、まず、第１縦メンバ３２が破断して、フロントサイドフレーム２および側方部材３０が大きく変形する。そして、側方部材３０には、側方部材３０の前方側が下方へ移動するような（図３では、側方部材３０が後端部３Ｂを中心として反時計回りに回転するような）力が作用する。このような力が側方部材３０に作用すると、側方部材３０の後端部３Ｂは、ボルト４１を被取付部２１から抜け落ちる方向へ引っ張る。このとき、ナット４２は、ボルト４１と一体になっているので、ボルト４１とともに、被取付部２１の上面を下方へ向けて押圧する。
【００４０】
そして、この押圧力が大きくなると、被取付部２１が下方へ向けて変形し始めるともに、切り欠き２１ｂの頂部２１Ｔから亀裂Ｃが発生する。この亀裂Ｃは、切り欠き２１ｂの頂部２１Ｔに対して所定の位置関係に配置された溶接固着位置の境界を回り込むように進行する（図５の一点鎖線参照）。このように、亀裂Ｃは、応力集中により溶接固着位置の境界に沿って、つまり、溶接固着位置やその周囲の熱影響部分といった溶接箇所とその他の箇所とで剛性の違いが顕著に表れる部分に沿って、誘導されるように進行する。こうして、亀裂Ｃの発生箇所および進行方向が特定されることによって、ボルト孔２１ａの大きさをより確実に拡げることが可能になる。そして、ボルト孔２１ａの大きさが拡がると、図３および図６に示されるように、ボルト４１およびナット４２は、一体となって被取付部２１の下方へ抜け落ち、側方部材３０の後端部３Ｂとともに落下する。
【００４１】
以上の実施の形態によれば、ナット４２の被取付部２１に対する溶接固着位置および切り欠き２１ｂの頂部２１Ｔの形成位置の周方向における相対的な位置関係が固着位置の州方向中心と頂部２１Ｔとが周方向に重ならないように特定されている。車両の衝突時には、敢えてサブフレーム３をフロントサイドフレーム２から脱落させることが行われているが、このように、ナット４２の溶接固着位置と、切り欠き２１ｂの頂部２１Ｔの形成位置との位置関係が所定の位置関係に特定されていると、サブフレーム３のフロントサイドフレーム２からの脱落がより適正に実現される。詳しく説明すると、ボルト４１をフロントサイドフレーム２の被取付部２１から離脱させるために、被取付部２１に亀裂Ｃを生じさせるが、この亀裂Ｃは、ナット４２の溶接固着位置と切り欠き２１ｂの頂部２１Ｔの位置とが重なりすぎる場合や、遠すぎる場合には進行が促進されない。
【００４２】
詳しくは、図８に示されるように、頂部２１Ｔと溶接部５１の一端部（溶接始点ＳＰ）との間の距離が、切り欠き２１ｂおよびボルト孔２１ａの境界ポイントＢＰと溶接部５１の一端部（溶接始点ＳＰ）との間の距離よりも大きくなる程、亀裂Ｃの進行を溶接部５１、５２を回り込むように促す効果が減少すると考えられる。亀裂Ｃの進行を溶接部５１、５２を回り込むように促すためには、溶接部５１（または溶接部５２）の一端部（溶接始点ＳＰ）と頂部２１Ｔとを結ぶ直線と、溶接部５１（または溶接部５２）の一端部（溶接始点ＳＰ）と切り欠き２１ｂおよびボルト孔２１ａの境界ポイントＢＰとを結ぶ直線とのなす角度が、６０°以下であることが好ましいと推測される。
【００４３】
したがって、亀裂Ｃの起端となる切り欠き２１ｂの頂部２１Ｔをナット４２の溶接固着位置に対して所定の位置関係になるように配しておくことによって、亀裂Ｃの進行を促すことができる。そして、亀裂Ｃの進行に伴って、ボルト孔２１ａの縁部分がスムーズに変形して、被取付部２１に形成されたボルト孔２１ａをスムーズに拡大させることが可能となる。こうして、サブフレーム３に所定の荷重が加わった場合に、被取付部２１のボルト孔２１ａをスムーズに拡大させることで、ボルト４１を被取付部２１から確実に落下させて、サブフレーム３をサイドフレーム２から離脱させる際の精度を飛躍的に向上させることができる。
【００４４】
なお、上記実施の形態では、切り欠き２１ｂが、ボルト孔２１ａの縁からボルト孔２１ａの中心Ｏを通る直線上に一対形成された形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。図７は、溶接位置と切り欠き位置との関係を説明するための図であり、他の形態の切り欠きと溶接位置とを示す。図７に示されるように、切り欠き２１ｂは、ボルト孔２１ａの縁から３つ以上形成されていてもよいし、その平面形状が、略矩形状を呈していてもよい。この場合、切り欠き２１ｂの径方向外側における２つの角部も亀裂の起点となり得、実質的に頂部と見なせるので、これらの角部を基準に溶接箇所５１との相対位置を定めても良い。また、切り欠き２１ｂの頂部２１Ｔは、必ずしも平面視で略円弧状を呈している必要はなく、切り欠き２１ｂの頂部２１Ｔが、平面視で尖ったような形状であってもよい。
【００４５】
また、上記実施の形態では、溶接箇所を切り欠き２１ｂの頂部からずらした形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、被取付部２１の設計段階で、切り欠き２１ｂの形成位置を溶接箇所からずらして設計する形態であってもよい。この場合、溶接作業のし易さを確保することができるという利点がある。なお、溶接箇所５１を周方向に複数設ける場合には、頂部２１Ｔが、隣り合う２つの溶接箇所５１の間の中央よりも、一方側の溶接箇所５１にずれているほうが好ましい。なぜならば、ナット４２ｂがボルト孔２１ａの縁を変形させて抜ける際に、切り欠き２１ｂに対して周方向で溶接箇所５１に近い側の切り欠き２１ｂの縁の変形が、溶接箇所５１から遠い側の切り欠き２１ｂの縁の変形よりも抑えられることになり、頂部２１Ｔの縁に剪断力が発生し易くなると推測されるためである。
【００４６】
また、上記実施の形態では、連結手段４が、ナット４２とボルト４１とによって構成された形骸について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、連結手段としては、ネジ止めの必要のないファスナーやリベットなどであってもよい。
【００４７】
また、上記実施の形態では、溶接によりナット（第１連結部材）４２を被取付部２１に対して固着した形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、第１連結部材を接着剤などによって被取付部２１に対して固着する形態であってもよい。この場合であっても、接着剤による固着位置と、非固着位置とでは被取付部の剛性が異なるので、この境界に沿って亀裂Ｃを進行させやすい。
【００４８】
また、上記実施の形態では、サイドフレームとしてフロントサイドフレームを挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。たとえば、サイドフレームとしては、リヤサイドフレームやフロアフレームなどが挙げられ、これらにサブフレームが固定される形態であってもよい。
【実施例】
【００４９】
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は、本発明を制限するものではなく、前・後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施をすることは、全て本発明の技術的範囲に包含される。
【００５０】
図９、図１０および表１に示されるように、車両のフロントサイドフレームの後部に対して、サスペンションクロスメンバ（サブフレーム）を取り付けるための被取付部を想定した模擬試験片１〜８を用意した。なお、図９および図１０中の点影部は、溶接部を表している。
【００５１】
（試験片共通仕様）
被取付部模擬試験片の材料； 冷間圧延鋼板
被取付部模擬試験片の板厚； １．６ｍｍ
被取付部模擬試験片の平面形状； 略正方形
被取付部模擬試験片その他； 被取付部模擬試験片は、固定部材に対して、全周にわたってアーク溶接で固定されており、その中央部には、図８および図９に示されるような形状のボルト孔が１つ形成されている。
被取付部模擬試験片に固定されるナットの直径； ３６ｍｍ
ナットの固定状態： ナットは、被取付部模擬試験片に対してアーク溶接によって固定した。溶接箇所は、ナットの周面に沿って、ボルト孔の中心Ｏを挟んで向かい合う位置に２箇所である。
その他； 模擬試験片１〜４に形成されたボルト孔の形状および切り欠きの形状ならびに溶接状態は、それぞれ、図９（ａ）〜図９（ｄ）に対応し、模擬試験片５〜８に形成されたボルト孔の形状および切り欠きの形状ならびに溶接状態は、それぞれ、図１０（ａ）〜図１０（ｄ）に対応している。
【００５２】
（試験方法）
試験は、固定部材を固定した状態で、被取付部模擬試験片に固定されたナットに対して、引き抜き荷重を加えた。引き抜き荷重は、被取付部模擬試験片の面に対して鉛直な方向に加え、基準荷重範囲を超えるまで荷重を加えた。
【００５３】
（評価項目）
評価にあたって、つぎのａ〜ｃの項目に着眼した。
ａ．正確なナット抜け荷重を得る為に溶接部の破損なくナットが抜けること。
ｂ．ナットの抜け荷重が基準荷重範囲内であること。
ｃ．頂部から亀裂が発生していること。
【００５４】
表１に解析結果を示す。
【００５５】
【表１】
【００５６】
表１における試験片１は、本発明の実施形態の１例であり、図９（ａ）に示す態様のものであり、溶接長１０ｍｍ（基準線ｘから溶接始点までの距離５ｍｍ）の溶接部を２ヶ所設け、ボルト孔中心Ｏを挟んで対向する２ケ所に、頂部が尖った切り欠きが形成されたものである。切り欠きのボルト孔からの突出長さは、５ｍｍである。また、基準線ｘと頂部直線Ｌ２とのなす角は、２０°である。
【００５７】
試験片２は、本発明の実施形態の１例であり、図９（ｂ）に示す態様のものであり、設計上の溶接長１０ｍｍに対して溶接終点側を製造時の公差として５ｍｍ延長した溶接部（つまり、試験片２の溶接長は１５ｍｍ）を２ケ所設け、ボルト孔中心Ｏを挟んで対向する２ケ所に、頂部が丸みを帯びた（Ｒ３）切り欠きが形成されたものである。また、基準線ｘと頂部直線Ｌ２とのなす角は、２０°である。
【００５８】
試験片３、４はそれぞれ本発明の実施形態の１例として、図９（ｃ）図９（ｄ）に示す態様のものであり、それぞれ、試験番号２とは、ずれ角度θが異なるものである。試験片３は、溶接長１５ｍｍ（基準線ｘから溶接始点までの距離８ｍｍ）であり、試験片４は、溶接長１５ｍｍ（基準線ｘから溶接始点までの距離３ｍｍ）である。
【００５９】
これらの実施形態では、全て基準荷重範囲内で切り欠きの頂部から亀裂が発生し、ナットが抜けた。特に試験片２が良好な結果であった。
【００６０】
また、試験片５〜８は比較例である。
【００６１】
試験片５および試験片６は、図１０（ａ）に示す態様のものであり、溶接長２０ｍｍの溶接部をボルト孔中心Ｏを挟んで対向する位置に２ヶ所設けたものである。試験片５および試験片６は、それぞれ、ボルト孔の内径が異なるが、いずれも、切り欠きが形成されていない。
【００６２】
試験片７は、図１０（ｃ）に示す態様のものであり、溶接長２０ｍｍの溶接部を２ケ所設け、両溶接部の略中央位置および溶接部と直交する位置の４ケ所に十字状に切り欠き（突出長さは約５ｍｍ、頂部はＲ３で丸みを帯びている）が形成されたものである。このものでは、溶接部と直角に交わる方向の切り欠きに若干の亀裂が発生したものの、基準荷重範囲を超えると共に、固定部が破損した。
【００６３】
また、試験片８は、図１０（ｄ）に示す態様のものであり、溶接長１０ｍｍの溶接部を、ボルト孔中心Ｏを挟んで対向する位置に２ヶ所（溶接部の中央部分は、基準線ｘ上に位置する）設け、基準線ｘ上の２ヶ所に切り欠き（突出長さは約５ｍｍ、頂部は尖っている）が形成されたものである。
【００６４】
表１に示す結果から、ナットの被取付部に対する溶接固着位置および切り欠きの頂部の形成位置との位置関係が、亀裂発生の促進に関係していることが分かる。
【符号の説明】
【００６５】
２ フロントサイドフレーム（サイドフレーム）
２１ 被取付部
２１ａ ボルト孔（開口）
２１ｂ 切り欠き
２１Ｔ 頂部
３ サブフレーム
４ 連結手段
４１ ボルト（第２連結部材）
４２ ナット（第１連結部材）
５１、５２ 溶接部
Ｌ１ 固着直線
Ｌ２ 頂部直線
θ ずれ角（角）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の前後方向に延びるサイドフレームの下方に、サスペンションを支持するサブフレームが支持された自動車のサブフレーム支持構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両の前方両側部に配置され、車両の前後方向に延びるフロントサイドフレームに対して、エンジン、トランスミッション、サスペンション機構などを支持するサブフレームを固定することが行われている。
【０００３】
フロントサイドフレームに固定されたサブフレームは、車両の前方衝突時に、フロントサイドフレームから分離するように構成されており、これによって、サブフレームとサブフレームの前方に配置されたパワートレインとの干渉の影響が車室空間に及ぶのを回避している。
【０００４】
特許文献１には、サスペンションクロスメンバの取付構造が開示されている。このなかで、サスペンションクロスメンバをフロントフレームに対してボルトで締結するためのボルト孔の周縁部分に脆弱部を設け、衝突時のサスペンションクロスメンバとフロントフレームとの締結解除を確実にすることが説明されている。
【０００５】
また、特許文献２には、サブフレームの後端部がリアエンド部材に固定された自動車の車体前部構造が開示されている。このなかで、リアエンド部材に補強リブやノッチを形成することで、通常時には、固定部分の剛性を確保しながらも、正面衝突時には、リアエンド部材を破壊させて、サブフレームをリアエンド部材から離脱させるようにしたことが説明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１４８９６０号公報
【特許文献２】特開２００８−１９５３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１や特許文献２のような技術によって、所定の荷重が加わった場合に、サブフレームをサイドフレームから離脱させる際の精度は徐々に向上しているものの、未だ改善すべき点が残されていた。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、所定の荷重でサブフレームをサイドフレームから離脱させる際の精度を飛躍的に向上させることができる自動車のサブフレーム支持構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のサブフレーム支持構造は、車両の前後方向に延びるサイドフレームと、該サイドフレームの下方に設けられ、サスペンションを支持するサブフレームと、該サブフレームを前記サイドフレームの被取付部に対して連結する連結手段とを有するサブフレーム支持構造であって、前記連結手段は、前記被取付部に形成された開口を囲むように設けられる第１連結部材と、前記開口を経て前記第１連結部材に係合し、前記サブフレームを前記サイドフレームに連結する第２連結部材とを含み、前記被取付部には、前記開口の縁に切り欠きが形成されるとともに、前記第１連結部材は、前記被取付部に対して部分的に固着されており、前記第１連結部材の固着位置および前記切り欠きの頂部の形成位置の周方向における相対的な位置関係が、前記固着位置の周方向中心と前記頂部とが周方向に重ならないよう特定されていることを特徴としている。
【００１０】
この発明によれば、第１連結部材の被取付部に対する固着位置および切り欠きの頂部の形成位置の周方向における相対的な位置関係が、固着位置の周方向中心と頂部とが周方向に重ならないよう特定されている。車両の衝突時には、敢えてサブフレームをサイドフレームから脱落させることが行われているが、このように、第１連結部材の固着位置と、切り欠きの頂部の形成位置との位置関係が所定の位置関係に特定されていると、サブフレームのサイドフレームからの脱落がより適正に実現される。詳しく説明すると、連結手段をサイドフレームの被取付部から離脱させるために、被取付部に亀裂を生じさせるが、この亀裂は、第１連結部材の固着位置と切り欠きの頂部の位置とが重なりすぎる場合や、遠すぎる場合には進行が促進されない。したがって、亀裂の起端となる切り欠きの頂部を第１連結部材の固着位置に対して所定の位置関係になるように配しておくことによって、亀裂の進行を促すことができる。そして、亀裂の進行に伴って、被取付部に形成された開口をスムーズに拡大することが可能となる。こうして、サブフレームに所定の荷重が加わった場合に、被取付部の開口をスムーズに拡大させることで、連結手段を被取付部から確実に落下させて、サブフレームをサイドフレームから離脱させる際の精度を飛躍的に向上させることができる。
【００１１】
また、前記切り欠きの頂部は、前記被取付部に固着された前記第１連結部材の外形よりも内側に位置していることが好ましい。
【００１２】
この発明によれば、切り欠きの頂部の位置が特定されることにより、切り欠きの大きさが過度に大きくならないように調整されているので、疲労による亀裂の発生や進行を抑制することができる。
【００１３】
また、前記固着位置の一端部および前記開口の中心を通過する固着直線と、前記切り欠きの頂部および前記開口の中心を通過する頂部直線とのなす角度が、前記頂部直線を基準として、−１５°〜６０°であることが好ましい。
【００１４】
この発明によれば、固着直線と頂部直線とのなす角が特定されているので、亀裂の進行を促すことができるとともに、切り欠きの頂部からの亀裂の進行を所定の方向に誘導でき、被取付部の開口をよりスムーズに拡大させることができる。
【００１５】
また、前記第１連結部材は前記被取付部に対して溶接により固着され、前記固着位置としての溶接箇所は、前記第１連結部材の外周面に沿って延設され、かつ、前記切り欠きの頂部から離れる側に終点が設けられることが好ましい。
【００１６】
この発明によれば、溶接箇所が、第１連結部材の外周面に沿って延設され、かつ、切り欠きの頂部から離れる側に終点が設けられて、第１連結部材は、被取付部に対して溶接されて固定されるので、溶接箇所の始点が切り欠きの頂部に近い側になる。これにより、溶接固着位置の一方の端部と切り欠きの頂部との適切な位置関係を実現しやすい。
【００１７】
また、前記切り欠きは、前記開口の中心を通過する直線上に一対形成され、前記第１連結部材は、前記被取付部に対して、前記開口の中心を挟んで対向するような２箇所が固着されることが好ましい。
【００１８】
この発明によれば、切り欠きが一対形成されるとともに、固着位置が２箇所設けられている。切り欠きの数が２つに特定されることで、通常時には、サブフレームのサイドフレームからの離脱し難さを確保しつつ、衝突時には、スムーズにサブフレームをサイドフレームから離脱させることができる。また、固着位置の数が２箇所に特定されることで、固着作業を極力少なくしながらも、第１連結部材を安定して被取付部に固定することができる。
【００１９】
また、前記サブフレームは車体前側のパワートレインの略下方に配設され、前記パワートレインの下部後方にてフロントサイドフレームと連結されることが好ましい。
【００２０】
この発明によれば、前方衝突時に、サブフレームがフロントサイドフレームから離脱すれば、パワートレインの下部後方に空間が確保されて、サブフレームとパワートレインとの干渉を回避できる。したがって、パワートレインの後退量を拡大させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、所定の荷重でサブフレームをサイドフレームから離脱させる際の精度を飛躍的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】サブフレームとサイドフレームとを説明するための斜視図である。
【図２】車両前方の内部構造を概念的に説明するための側面図である。
【図３】車両が前方衝突したときの、内部構造の挙動を説明するための側面図である。
【図４】図１のＡ部拡大図であって、連結手段でサブフレームの後端部がフロントサイドフレームに連結された状態を示す。
【図５】図４のＩＶ−ＩＶ線断面図であり、溶接位置と切り欠き位置との関係を説明するための図である。
【図６】図３のＡ部拡大図であって、フロントサイドフレームの被取付部に亀裂が生じて、ボルト孔が拡大し、サブフレームが連結手段とともに、落下する状態を説明するための図である。
【図７】溶接位置と切り欠き位置との関係を説明するための図であり、他の形態の切り欠きと溶接位置とを示す。
【図８】溶接位置と切り欠き位置との関係についてさらに詳しく説明するための図である。
【図９】実施例の溶接位置と切り欠き位置との関係を説明するための図である。
【図１０】比較例の溶接位置と切り欠き位置との関係を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下で、本実施の形態のサブフレーム支持構造について、図面を用いて詳細に説明する。
【００２４】
図は、サブフレーム３とフロントサイドフレーム２とを説明するための斜視図である。図２は、車両前方のフレーム構造を概念的に説明するための側面図である。図３は、車両が前方衝突したときの、フレーム構造の挙動を説明するための側面図である。図４は、図２のＡ部拡大図であって、連結手段４でサブフレーム３の後端部がフロントサイドフレーム２に連結された状態を示す。図５は、図４のＩＶ−ＩＶ線断面図であり、溶接位置と切り欠き位置との関係を説明するための図である。なお、図４は図５のＶ−Ｖ線断面図である。図６は、図３のＡ部拡大図であって、フロントサイドフレーム２の被取付部に亀裂が生じて、ボルト孔２１ａが拡大し、サブフレーム３が連結手段とともに、落下する状態を説明するための図である。
【００２５】
本実施の形態のサブフレーム支持構造は、図１および図２に示されるように、車両の前方両側部に設けられ、車両の前後方向に延びるフロントサイドフレーム（サイドフレーム）２と、平面視でエンジンＥＮＧ、トランスミッションＴＭなどを囲むような形状を呈し、これらとサスペンション機構を支持するサブフレーム３と、サブフレーム３の後端側をフロントサイドフレーム２に対して連結する連結手段４とを含む。このほか、フロントサイドフレーム２の前端には、クラッシュカン７を介して、フロントサイドフレーム２の前端部を連結するバンパーレインフォースメントを兼ねるフロントクロスメンバ６が設けられている。また、サブフレーム３の前端にも、フロントサイドフレーム２と同様に、クラッシュカン９を介して、サブフロントクロスメンバ８が設けられている。
【００２６】
フロントサイドフレーム２は、所定の強度、剛性、耐久性を備え、たとえば、自動車の前突時に衝突エネルギーを吸収しながら他のフレームへ分散させるための部材である。フロントサイドフレーム２は、側面視で、車両前方へ向けて一段高くなるように折れ曲がったキックアップ形状を呈している。サブフレーム３は、このフロントサイドフレーム２のキックアップ部分の下方に配置される。また、フロントサイドフレーム２には、車両前方へ向けて一段高くなるキックアップ位置に、サブフレーム３を取り付けるための被取付部２１が設けられている。
【００２７】
被取付部２１は、フロントサイドフレーム２の一部を略水平に形成した部分である。被取付部２１には、図５に示されるように、平面視で円形状のボルト孔（開口）２１ａが形成されている。ボルト孔２１ａの縁には、切り欠き２１ｂが、一対形成されている。切り欠き２１は、ボルト孔２１ａの中心を通る直線上に、つまり、ボルト孔２１ａの中心Ｏを挟んで対向する位置に、中心Ｏから外方へ凹入するように形成されており、また、切り欠き２１の頂部２１Ｔは、平面視で略円弧状に加工されている。切り欠き２１ｂの頂部２１Ｔの形状が平面視で略円弧状を呈していることにより、頂部２１Ｔの周辺における、極端な応力集中を回避し、疲労による亀裂の発生や進行を防ぐことができる。また、頂部２１Ｔの曲率半径を３ｍｍ以上とすることで、鋼板をプレスすることによる被取付部２１の生産性を向上させることができる。また、切り欠き２１の深さ、すなわち、切り欠きの頂部２１Ｔの位置は、後述のナット４２の外径を越えない程度に浅く形成されている。これによって、切り欠き２１ｂの深さが過度に大きくならない程度に調整されているので、切り欠き２１の周縁部をナット４２で確実に狭持することで、切り欠き２１ｂ周縁部分への入力荷重による変形を抑制できるとともに、ボルト孔２１ａ周縁部分の強度低下を抑制でき、もって頂部２１Ｔ周縁部分における疲労による亀裂の発生や進行を抑制することができる。また、切り欠き２１ｂの数が２つに特定されることで、３つ以上の場合に比べてボルト孔２１ａが拡張され難くなり、通常時における、サブフレーム３のサイドフレーム２からの離脱を防止して安定した取り付け状態を確保することができる。
【００２８】
サブフレーム３は、フロントサイドフレーム２の下方において、車両の前後方向に延びるように配置される一対の側方部材３０と、側方部材３０の後部において車幅方向に延びるように設置されることにより、左右一対の側方部材３０を連結する第１のクロスメンバ本体３１と、側方部材３０から略垂直上方に延び、上端部がフロントサイドフレーム２に締結されることにより側方部材３０を補助的に支持する第１の縦メンバ３２と、側方部材３０の前部において車幅方向に延びるように設置されることにより、左右一対の側方部材３０を連結する第２のクロスメンバ本体３３と、側方部材３０の前端部から略垂直上方に延び、上端部がフロントサイドフレーム３の前端部に締結されることで側方部材３０を支持する第２の縦メンバ３４とを含む。このうち、第１のクロスメンバ本体３１が、いわゆる、サスペンションクロスメンバとして機能している。
【００２９】
また、側方部材３０の後端部３Ｂには、ボルト孔（図示しない）が形成されており、このボルト孔が被取付部２１のボルト孔２１ａと連通するようにサブフレーム３が配置される。なお、後端部３Ｂは、閉断面構造に形成されている。
【００３０】
このように、前方衝突時に、サブフレーム３がフロントサイドフレーム２から離脱すれば、エンジンＥＮＧやトランスミッションＴＭなどを含むパワートレインの下部後方に空間が確保されるとともに、サブフレーム３の第１のクロスメンバ本体３１とパワートレインとの干渉を回避できる。したがって、パワートレインの後退量を拡大させることができる。
【００３１】
連結手段４は、図４に示されるように、ボルト（第２連結部材）４１と、ナット（第１連結部材）４２とにより構成されている。図４、図６中の符号５１、５２は、溶接部を示す。本実施の形態では、ナット４２が、フロントサイドフレーム２の被取付部２１のボルト孔２１ａを囲むように配置されるとともに、ナット４２の周面に沿って２箇所に溶接が施されることで、ナット４２は、被取付部２１の上面に対して部分的に溶接固着されている（図５参照）。固着位置の数が２箇所に特定されることで、溶接作業を極力少なくしながらも、ナット４２を安定して被取付部２１に固定することができる。さらに、溶接作業は、ナット４２の外周面に沿って、かつ、切り欠き２１ｂの頂部２１Ｔから離れる方向に進むように（図５の矢印参照）行われる。一般的に、溶接作業の終点ＥＰは始点ＳＰよりもコントロールが難しく、終点ＥＰ側の端部を所望の位置に設定し難い。それゆえ、本実施の形態では、溶接作業の方向を特定することで、溶接作業の始点ＳＰである溶接固着位置の一方の端部と切り欠き２１ｂの頂部２１Ｔとの適切な位置関係を実現している。
【００３２】
ボルト４１は、ボルト４１の軸部４１ａを上方へ向け、ボルト４１の頭部４１ｂを下方に向けて、サブフレーム３の後端部３Ｂに形成されたボルト孔に挿通される。さらに、ボルト４１の軸部４１ａは被取付部２１に形成されたボルト孔２１ａに挿通されて、ナット４２に螺合される。こうして、サブフレーム３の後端部３Ｂは、連結手段４によりフロントサイドフレーム２に対して締結される。
【００３３】
ここで、ナット４２の溶接固着位置について詳しく説明する。ナット４２の溶接固着位置は、図５に示されるように、切り欠き２１ｂの頂部２１Ｔの位置に応じて予め特定されている。具体的には、ボルト孔２１ａの中心Ｏおよび溶接箇所（図５中の点影部）の始点を結んだ固着直線Ｌ１と、ボルト孔２１ａの中心Ｏおよび切り欠き２１ｂの頂部２１Ｔを結んだ頂部直線Ｌ２とのなす角（以下、ずれ角という）θを、所定の範囲に収めることにより、ナット４２の溶接固着位置および切り欠き２１ｂの頂部２１Ｔの相対的な位置関係がより厳密に特定される。
【００３４】
ここで、ずれ角θの正負は、切り欠き２１ｂの頂部２１Ｔとボルト孔２１ａの中心Ｏとを結ぶ頂部直線Ｌ２を基準として、溶接箇所の始点ＳＰが頂部直線Ｌ２を超えるか否かに基づいて決定されている。たとえば、図５のように、溶接箇所の始点ＳＰが頂部直線Ｌ２を超えていない状態では、ずれ角θが正の値となる。また、溶接箇所の始点ＳＰが頂部直線Ｌ２を超えている状態、すなわち、切り欠き２１ｂの頂部２１Ｔが溶接箇所とオーバーラップしている状態では、ずれ角θが負の値となる。
【００３５】
ずれ角θは、本実施の形態においては、−１５°以上であることが好ましく、−１０°以上であることがより好ましい。また、ずれ角θは、６０°以下であることが好ましく、４５°以下であることがより好ましい。ずれ角θが、−１５°未満であると、亀裂Ｃの進行が促されず、所定の荷重が加わっても、サブフレーム３をフロントサイドフレーム２から離脱できなくなる傾向がある。同様に、ずれ角θが６０°を超えた場合にも、亀裂Ｃの進行が促されず、所定の荷重が加わっても、サブフレーム３をフロントサイドフレーム２から離脱できなくなる傾向がある。とくに、ずれ角θが、−１０°〜４５°の範囲にある場合においては、亀裂Ｃの進行方向をより厳密に特定することができる。更には、ずれ角θが０°〜２０°の範囲がより好ましい。このように、ずれ角θの範囲が特定されていると、切り欠き２１ｂの頂部２１Ｔからの亀裂Ｃの進行方向を所定の方向に誘導でき、被取付部２１の開口の大きさをよりスムーズに拡げることができる。
【００３６】
なお、ずれ角θが−１５°以上であっても、切り欠き２１ｂの頂部２１Ｔに対して、溶接部５１、５２の周方向中心が近い角度である程、たとえば、溶接部５１、５２の始点ＳＰと頂部２１Ｔとの角度よりも近い角度である場合、亀裂Ｃの進行方向が特定され難くなり、亀裂Ｃの方向が溶接部５１、５２に向い、その進行が抑制される可能性がある。
【００３７】
このサブフレーム支持構造の挙動について、以下で詳しく説明する。
【００３８】
車両の前方が壁体Ｗ等に前方衝突すると、図３に示されるように、クラッシュカン７、９が潰れるとともに、フロントサイドフレーム２の前方側および側方部材３０の前方側が大きく屈曲する。なお、図３では、フロントクロスメンバ６、８およびクラッシュカン７、９が完全に潰れた状態を想定し、これらを省略している。
【００３９】
このように、車両前方に荷重が加わると、まず、第１縦メンバ３２が破断して、フロントサイドフレーム２および側方部材３０が大きく変形する。そして、側方部材３０には、側方部材３０の前方側が下方へ移動するような（図３では、側方部材３０が後端部３Ｂを中心として反時計回りに回転するような）力が作用する。このような力が側方部材３０に作用すると、側方部材３０の後端部３Ｂは、ボルト４１を被取付部２１から抜け落ちる方向へ引っ張る。このとき、ナット４２は、ボルト４１と一体になっているので、ボルト４１とともに、被取付部２１の上面を下方へ向けて押圧する。
【００４０】
そして、この押圧力が大きくなると、被取付部２１が下方へ向けて変形し始めるともに、切り欠き２１ｂの頂部２１Ｔから亀裂Ｃが発生する。この亀裂Ｃは、切り欠き２１ｂの頂部２１Ｔに対して所定の位置関係に配置された溶接固着位置の境界を回り込むように進行する（図５の一点鎖線参照）。このように、亀裂Ｃは、応力集中により溶接固着位置の境界に沿って、つまり、溶接固着位置やその周囲の熱影響部分といった溶接箇所とその他の箇所とで剛性の違いが顕著に表れる部分に沿って、誘導されるように進行する。こうして、亀裂Ｃの発生箇所および進行方向が特定されることによって、ボルト孔２１ａの大きさをより確実に拡げることが可能になる。そして、ボルト孔２１ａの大きさが拡がると、図３および図６に示されるように、ボルト４１およびナット４２は、一体となって被取付部２１の下方へ抜け落ち、側方部材３０の後端部３Ｂとともに落下する。
【００４１】
以上の実施の形態によれば、ナット４２の被取付部２１に対する溶接固着位置および切り欠き２１ｂの頂部２１Ｔの形成位置の周方向における相対的な位置関係が固着位置の州方向中心と頂部２１Ｔとが周方向に重ならないように特定されている。車両の衝突時には、敢えてサブフレーム３をフロントサイドフレーム２から脱落させることが行われているが、このように、ナット４２の溶接固着位置と、切り欠き２１ｂの頂部２１Ｔの形成位置との位置関係が所定の位置関係に特定されていると、サブフレーム３のフロントサイドフレーム２からの脱落がより適正に実現される。詳しく説明すると、ボルト４１をフロントサイドフレーム２の被取付部２１から離脱させるために、被取付部２１に亀裂Ｃを生じさせるが、この亀裂Ｃは、ナット４２の溶接固着位置と切り欠き２１ｂの頂部２１Ｔの位置とが重なりすぎる場合や、遠すぎる場合には進行が促進されない。
【００４２】
詳しくは、図８に示されるように、頂部２１Ｔと溶接部５１の一端部（溶接始点ＳＰ）との間の距離が、切り欠き２１ｂおよびボルト孔２１ａの境界ポイントＢＰと溶接部５１の一端部（溶接始点ＳＰ）との間の距離よりも大きくなる程、亀裂Ｃの進行を溶接部５１、５２を回り込むように促す効果が減少すると考えられる。亀裂Ｃの進行を溶接部５１、５２を回り込むように促すためには、溶接部５１（または溶接部５２）の一端部（溶接始点ＳＰ）と頂部２１Ｔとを結ぶ直線と、溶接部５１（または溶接部５２）の一端部（溶接始点ＳＰ）と切り欠き２１ｂおよびボルト孔２１ａの境界ポイントＢＰとを結ぶ直線とのなす角度が、６０°以下であることが好ましいと推測される。
【００４３】
したがって、亀裂Ｃの起端となる切り欠き２１ｂの頂部２１Ｔをナット４２の溶接固着位置に対して所定の位置関係になるように配しておくことによって、亀裂Ｃの進行を促すことができる。そして、亀裂Ｃの進行に伴って、ボルト孔２１ａの縁部分がスムーズに変形して、被取付部２１に形成されたボルト孔２１ａをスムーズに拡大させることが可能となる。こうして、サブフレーム３に所定の荷重が加わった場合に、被取付部２１のボルト孔２１ａをスムーズに拡大させることで、ボルト４１を被取付部２１から確実に落下させて、サブフレーム３をサイドフレーム２から離脱させる際の精度を飛躍的に向上させることができる。
【００４４】
なお、上記実施の形態では、切り欠き２１ｂが、ボルト孔２１ａの縁からボルト孔２１ａの中心Ｏを通る直線上に一対形成された形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。図７は、溶接位置と切り欠き位置との関係を説明するための図であり、他の形態の切り欠きと溶接位置とを示す。図７に示されるように、切り欠き２１ｂは、ボルト孔２１ａの縁から３つ以上形成されていてもよいし、その平面形状が、略矩形状を呈していてもよい。この場合、切り欠き２１ｂの径方向外側における２つの角部も亀裂の起点となり得、実質的に頂部と見なせるので、これらの角部を基準に溶接箇所５１との相対位置を定めても良い。また、切り欠き２１ｂの頂部２１Ｔは、必ずしも平面視で略円弧状を呈している必要はなく、切り欠き２１ｂの頂部２１Ｔが、平面視で尖ったような形状であってもよい。
【００４５】
また、上記実施の形態では、溶接箇所を切り欠き２１ｂの頂部からずらした形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、被取付部２１の設計段階で、切り欠き２１ｂの形成位置を溶接箇所からずらして設計する形態であってもよい。この場合、溶接作業のし易さを確保することができるという利点がある。なお、溶接箇所５１を周方向に複数設ける場合には、頂部２１Ｔが、隣り合う２つの溶接箇所５１の間の中央よりも、一方側の溶接箇所５１にずれているほうが好ましい。なぜならば、ナット４２ｂがボルト孔２１ａの縁を変形させて抜ける際に、切り欠き２１ｂに対して周方向で溶接箇所５１に近い側の切り欠き２１ｂの縁の変形が、溶接箇所５１から遠い側の切り欠き２１ｂの縁の変形よりも抑えられることになり、頂部２１Ｔの縁に剪断力が発生し易くなると推測されるためである。
【００４６】
また、上記実施の形態では、連結手段４が、ナット４２とボルト４１とによって構成された形骸について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、連結手段としては、ネジ止めの必要のないファスナーやリベットなどであってもよい。
【００４７】
また、上記実施の形態では、溶接によりナット（第１連結部材）４２を被取付部２１に対して固着した形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、第１連結部材を接着剤などによって被取付部２１に対して固着する形態であってもよい。この場合であっても、接着剤による固着位置と、非固着位置とでは被取付部の剛性が異なるので、この境界に沿って亀裂Ｃを進行させやすい。
【００４８】
また、上記実施の形態では、サイドフレームとしてフロントサイドフレームを挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。たとえば、サイドフレームとしては、リヤサイドフレームやフロアフレームなどが挙げられ、これらにサブフレームが固定される形態であってもよい。
【実施例】
【００４９】
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は、本発明を制限するものではなく、前・後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施をすることは、全て本発明の技術的範囲に包含される。
【００５０】
図９、図１０および表１に示されるように、車両のフロントサイドフレームの後部に対して、サスペンションクロスメンバ（サブフレーム）を取り付けるための被取付部を想定した模擬試験片１〜８を用意した。なお、図９および図１０中の点影部は、溶接部を表している。
【００５１】
（試験片共通仕様）
被取付部模擬試験片の材料； 冷間圧延鋼板
被取付部模擬試験片の板厚； １．６ｍｍ
被取付部模擬試験片の平面形状； 略正方形
被取付部模擬試験片その他； 被取付部模擬試験片は、固定部材に対して、全周にわたってアーク溶接で固定されており、その中央部には、図８および図９に示されるような形状のボルト孔が１つ形成されている。
被取付部模擬試験片に固定されるナットの直径； ３６ｍｍ
ナットの固定状態： ナットは、被取付部模擬試験片に対してアーク溶接によって固定した。溶接箇所は、ナットの周面に沿って、ボルト孔の中心Ｏを挟んで向かい合う位置に２箇所である。
その他； 模擬試験片１〜４に形成されたボルト孔の形状および切り欠きの形状ならびに溶接状態は、それぞれ、図９（ａ）〜図９（ｄ）に対応し、模擬試験片５〜８に形成されたボルト孔の形状および切り欠きの形状ならびに溶接状態は、それぞれ、図１０（ａ）〜図１０（ｄ）に対応している。
【００５２】
（試験方法）
試験は、固定部材を固定した状態で、被取付部模擬試験片に固定されたナットに対して、引き抜き荷重を加えた。引き抜き荷重は、被取付部模擬試験片の面に対して鉛直な方向に加え、基準荷重範囲を超えるまで荷重を加えた。
【００５３】
（評価項目）
評価にあたって、つぎのａ〜ｃの項目に着眼した。
ａ．正確なナット抜け荷重を得る為に溶接部の破損なくナットが抜けること。
ｂ．ナットの抜け荷重が基準荷重範囲内であること。
ｃ．頂部から亀裂が発生していること。
【００５４】
表１に解析結果を示す。
【００５５】
【表１】
【００５６】
表１における試験片１は、本発明の実施形態の１例であり、図９（ａ）に示す態様のものであり、溶接長１０ｍｍ（基準線ｘから溶接始点までの距離５ｍｍ）の溶接部を２ヶ所設け、ボルト孔中心Ｏを挟んで対向する２ケ所に、頂部が尖った切り欠きが形成されたものである。切り欠きのボルト孔からの突出長さは、５ｍｍである。また、基準線ｘと頂部直線Ｌ２とのなす角は、２０°である。
【００５７】
試験片２は、本発明の実施形態の１例であり、図９（ｂ）に示す態様のものであり、設計上の溶接長１０ｍｍに対して溶接終点側を製造時の公差として５ｍｍ延長した溶接部（つまり、試験片２の溶接長は１５ｍｍ）を２ケ所設け、ボルト孔中心Ｏを挟んで対向する２ケ所に、頂部が丸みを帯びた（Ｒ３）切り欠きが形成されたものである。また、基準線ｘと頂部直線Ｌ２とのなす角は、２０°である。
【００５８】
試験片３、４はそれぞれ本発明の実施形態の１例として、図９（ｃ）図９（ｄ）に示す態様のものであり、それぞれ、試験番号２とは、ずれ角度θが異なるものである。試験片３は、溶接長１５ｍｍ（基準線ｘから溶接始点までの距離８ｍｍ）であり、試験片４は、溶接長１５ｍｍ（基準線ｘから溶接始点までの距離３ｍｍ）である。
【００５９】
これらの実施形態では、全て基準荷重範囲内で切り欠きの頂部から亀裂が発生し、ナットが抜けた。特に試験片２が良好な結果であった。
【００６０】
また、試験片５〜８は比較例である。
【００６１】
試験片５および試験片６は、図１０（ａ）に示す態様のものであり、溶接長２０ｍｍの溶接部をボルト孔中心Ｏを挟んで対向する位置に２ヶ所設けたものである。試験片５および試験片６は、それぞれ、ボルト孔の内径が異なるが、いずれも、切り欠きが形成されていない。
【００６２】
試験片７は、図１０（ｃ）に示す態様のものであり、溶接長２０ｍｍの溶接部を２ケ所設け、両溶接部の略中央位置および溶接部と直交する位置の４ケ所に十字状に切り欠き（突出長さは約５ｍｍ、頂部はＲ３で丸みを帯びている）が形成されたものである。このものでは、溶接部と直角に交わる方向の切り欠きに若干の亀裂が発生したものの、基準荷重範囲を超えると共に、固定部が破損した。
【００６３】
また、試験片８は、図１０（ｄ）に示す態様のものであり、溶接長１０ｍｍの溶接部を、ボルト孔中心Ｏを挟んで対向する位置に２ヶ所（溶接部の中央部分は、基準線ｘ上に位置する）設け、基準線ｘ上の２ヶ所に切り欠き（突出長さは約５ｍｍ、頂部は尖っている）が形成されたものである。
【００６４】
表１に示す結果から、ナットの被取付部に対する溶接固着位置および切り欠きの頂部の形成位置との位置関係が、亀裂発生の促進に関係していることが分かる。
【符号の説明】
【００６５】
２ フロントサイドフレーム（サイドフレーム）
２１ 被取付部
２１ａ ボルト孔（開口）
２１ｂ 切り欠き
２１Ｔ 頂部
３ サブフレーム
４ 連結手段
４１ ボルト（第２連結部材）
４２ ナット（第１連結部材）
５１、５２ 溶接部
Ｌ１ 固着直線
Ｌ２ 頂部直線
θ ずれ角（角）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の前後方向に延びるサイドフレームと、
該サイドフレームの下方に設けられ、サスペンションを支持するサブフレームと、
該サブフレームを前記サイドフレームの被取付部に対して連結する連結手段とを有するサブフレーム支持構造であって、
前記連結手段は、前記被取付部に形成された開口を囲むように設けられる第１連結部材と、前記開口を経て前記第１連結部材に係合し、前記サブフレームを前記サイドフレームに連結する第２連結部材とを含み、
前記被取付部には、前記開口の縁に切り欠きが形成されるとともに、前記第１連結部材は、前記被取付部に対して部分的に固着されており、前記第１連結部材の固着位置および前記切り欠きの頂部の形成位置の周方向における相対的な位置関係が、前記固着位置の周方向中心と前記頂部とが周方向に重ならないよう特定されていることを特徴としているサブフレーム支持構造。
【請求項２】
前記切り欠きの頂部は、前記被取付部に固着された前記第１連結部材の外形よりも内側に位置している請求項１記載のサブフレーム支持構造。
【請求項３】
前記固着位置の一端部および前記開口の中心を通過する固着直線と、前記切り欠きの頂部および前記開口の中心を通過する頂部直線とのなす角度が、
前記頂部直線を基準として、−１５°〜６０°である請求項１または２記載のサブフレーム支持構造。
【請求項４】
前記第１連結部材は前記被取付部に対して溶接により固着され、前記固着位置としての溶接箇所は、前記第１連結部材の外周面に沿って延設され、かつ、前記切り欠きの頂部から離れる側に終点が設けられる請求項１〜３のいずれか１項に記載のサブフレーム支持構造。
【請求項５】
前記切り欠きは、前記開口の中心を通過する直線上に一対形成され、
前記第１連結部材は、前記被取付部に対して、前記開口の中心を挟んで対向するような２箇所が固着される請求項１〜４のいずれか１項に記載のサブフレーム支持構造。
【請求項６】
前記サブフレームは車体前側のパワートレインの略下方に配設され、前記パワートレインの下部後方にてフロントサイドフレームと連結される請求項１〜５のいずれか１項に記載のサブフレーム支持構造。
【請求項１】
車両の前後方向に延びるサイドフレームと、
該サイドフレームの下方に設けられ、サスペンションを支持するサブフレームと、
該サブフレームを前記サイドフレームの被取付部に対して連結する連結手段とを有するサブフレーム支持構造であって、
前記連結手段は、前記被取付部に形成された開口を囲むように設けられる第１連結部材と、前記開口を経て前記第１連結部材に係合し、前記サブフレームを前記サイドフレームに連結する第２連結部材とを含み、
前記被取付部には、前記開口の縁に切り欠きが形成されるとともに、前記第１連結部材は、前記被取付部に対して部分的に固着されており、前記第１連結部材の固着位置および前記切り欠きの頂部の形成位置の周方向における相対的な位置関係が、前記固着位置の周方向中心と前記頂部とが周方向に重ならないよう特定されていることを特徴としているサブフレーム支持構造。
【請求項２】
前記切り欠きの頂部は、前記被取付部に固着された前記第１連結部材の外形よりも内側に位置している請求項１記載のサブフレーム支持構造。
【請求項３】
前記固着位置の一端部および前記開口の中心を通過する固着直線と、前記切り欠きの頂部および前記開口の中心を通過する頂部直線とのなす角度が、
前記頂部直線を基準として、−１５°〜６０°である請求項１または２記載のサブフレーム支持構造。
【請求項４】
前記第１連結部材は前記被取付部に対して溶接により固着され、前記固着位置としての溶接箇所は、前記第１連結部材の外周面に沿って延設され、かつ、前記切り欠きの頂部から離れる側に終点が設けられる請求項１〜３のいずれか１項に記載のサブフレーム支持構造。
【請求項５】
前記切り欠きは、前記開口の中心を通過する直線上に一対形成され、
前記第１連結部材は、前記被取付部に対して、前記開口の中心を挟んで対向するような２箇所が固着される請求項１〜４のいずれか１項に記載のサブフレーム支持構造。
【請求項６】
前記サブフレームは車体前側のパワートレインの略下方に配設され、前記パワートレインの下部後方にてフロントサイドフレームと連結される請求項１〜５のいずれか１項に記載のサブフレーム支持構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２２８７１５（Ｐ２０１０−２２８７１５Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８１４０１（Ｐ２００９−８１４０１）
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【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１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
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