車両のクロスメンバ
【課題】車両のクロスメンバに関し、車体の剛性及び強度を確保しつつ、シャシフレーム全体の重量を低減させる。
【解決手段】
車両前後方向に延在する左右一対のサイドレール８に対して固設され、サイドレール８間を車幅方向に接続して梯子型のシャシフレームを形成する車両のクロスメンバ９ｂに関する。
サイドレール８間のねじれトルクを負担する閉断面構造の第一クロスメンバ６と、サイドレール８間の引張力を負担する第二クロスメンバ７とを設ける。
第一クロスメンバ６では、第一部材１を一方のサイドレール８に固着させるとともに第二部材２を他方のサイドレールに固着させ、それらを互いに嵌合させて嵌合部５を形成する。嵌合部５では、第一部材１と第二部材２とを車幅方向へ滑動可能とし、かつ、周方向への相対変位を規制させる。
【解決手段】
車両前後方向に延在する左右一対のサイドレール８に対して固設され、サイドレール８間を車幅方向に接続して梯子型のシャシフレームを形成する車両のクロスメンバ９ｂに関する。
サイドレール８間のねじれトルクを負担する閉断面構造の第一クロスメンバ６と、サイドレール８間の引張力を負担する第二クロスメンバ７とを設ける。
第一クロスメンバ６では、第一部材１を一方のサイドレール８に固着させるとともに第二部材２を他方のサイドレールに固着させ、それらを互いに嵌合させて嵌合部５を形成する。嵌合部５では、第一部材１と第二部材２とを車幅方向へ滑動可能とし、かつ、周方向への相対変位を規制させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のシャシフレームを構成するクロスメンバに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両のシャシフレームでは、車両前後方向に延設された左右一対のサイドレールをクロスメンバで車幅方向に連結して梯子型に形成したものが広く利用されている。このようなシャシフレームのクロスメンバは、主に車幅方向の引張力に対抗して左右のサイドレールの間隔を保持する機能と、クロスメンバを回転軸としたモーメントに対抗してサイドレールのねじれを抑制する機能とを担っている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、車体前後方向に沿って一対備えられたサイドメンバ（サイドレール）の間に断面形状が略Ｕ字状のクロスメンバを設け、車体前後方向の一方へ開口するように配置したシャシフレーム構造が示されている。この技術では、ガゼットを介してサイドメンバとクロスメンバとを接続することで、接合部の剛性、特にクロスメンバを軸とした回転方向のねじれ剛性を増大させている。
【０００４】
また、特許文献２には、パイプ状のクロスメンバを左右一対のサイドフレーム（サイドレール）間に架設した構造が図示されている。この技術では、クロスメンバの断面形状を円形閉断面とすることで断面性能を高め、部材剛性を向上させている。
このように、シャシフレームのクロスメンバには、車両の用途や使用目的に応じたさまざまな形状が提案されている。
【特許文献１】特開２００３−２５２２３５号公報
【特許文献２】特開平９−２２１０６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、クロスメンバに要求される剛性，強度は、その車体の走行性能、例えば車幅方向への許容変位に応じて設定される。そのため、高負荷が見込まれる車両ほど剛性，強度を高めるべくクロスメンバのサイズが大きくしなければならず、シャシフレーム全体の車体重量が増加してしまうことになる。
特に、クロスメンバには、前述の通り車幅方向の引張力とねじれトルクとの二種類の負荷が作用するため、双方の最大負荷を考慮したうえで何れか大きい一方の負荷に合わせて部材強度及び形状を設計しなければならない。なお、クロスメンバでは引張力の負荷よりもねじれトルクの負荷が大きくなる傾向にある。そのため、例えば引張力を基準としてクロスメンバを設計した場合にはねじれトルクに対して剛性不足の構造となり、あるいは、ねじれトルクを基準とした場合には引張力に対して必要以上に強くなることになる。
【０００６】
このように、車両のクロスメンバでは、要求される剛性，強度に対する性能が過剰になりやすく、物理的なサイズや重量が嵩みやすいという課題がある。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、車体の剛性及び強度を確保しつつ、シャシフレーム全体の重量を低減させることのできる車両のクロスメンバ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】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１記載の本発明の車両のクロスメンバは、車両前後方向に延在し、かつ、鉛直に配向されたウェブの上下端から車幅方向内側へ向けて延びるフランジを配した夫々コ字状断面を有する左右一対のサイドレールに対して固設され、同サイドレール間を車幅方向に接続して梯子型のシャシフレームを形成する車両のクロスメンバであって、上記左右一対のサイドレール間のねじれトルクを負担し同サイドレールのねじれを抑制する閉断面構造を有した第一クロスメンバ（パイプクロス）と、上記左右一対のサイドレール間の引張力を負担し同サイドレールの間隔を維持する第二クロスメンバ（プレートクロス）とを備え、上記第一クロスメンバが、上記左右一対のサイドレールのうちの一方における上記ウェブの内面に固着された第一部材（第一パイプ部材）と、上記左右一対のサイドレールのうちの他方における上記ウェブの内面に固着された第二部材（第二パイプ部材）と、上記第一部材及び上記第二部材が嵌合して形成される部位であって、上記第一部材及び上記第二部材を互いに車幅方向へ滑動可能に接続するとともに周方向への相対変位を規制する嵌合部と、を具備することを特徴としている。
【０００８】
すなわち、上記クロスメンバは、左右一対のサイドレールに対して固設され、同サイドレール間を車幅方向に接続して梯子型のシャシフレームを形成している。上記サイドレールは車両前後方向に延在している。また、左右夫々の上記サイドレールは上記ウェブ及び上記フランジからなるコ字状断面を有している。上記ウェブは鉛直に配向された部位であり、上記フランジは上記ウェブの上下端から車幅方向内側へ向けて延びた部位である。
なお、上記第一クロスメンバの断面形状は、円形を除く閉断面形状であればよく、例えば楕円形，角形等にすることが考えられる。
【０００９】
また、請求項２記載の本発明の車両のクロスメンバは、請求項１記載の構成に加えて、上記嵌合部における上記第一部材及び上記第二部材のうちの少なくとも何れか一方が、その端縁にフランジ部又は折り返し部を具備することを特徴としている。
【００１０】
上記第一部材及び上記第二部材のうち外嵌側の端縁においては、上記フランジ部又は上記折り返し部が上記第一クロスメンバの外方向へ突出するように形成される。一方、嵌入側の端縁においては、フランジ部又は折り返し部が上記第一クロスメンバの内方向へ突出するように形成される。なお、上記フランジ部とは上記第一クロスメンバの外方向又は内方向へ向けて突設された端縁を意味し、上記折り返し部とはその端縁を第一クロスメンバの軸線方向へ屈曲して延在させた部位のことを意味している。フランジ部及び折り返し部は何れも、第一クロスメンバの板厚方向へ突出した形状をなしている。
【００１１】
また、請求項３記載の本発明の車両のクロスメンバは、請求項１又は２記載の構成に加えて、上記第一部材が、上記閉断面構造の内側に挿入固定されたカラー部材（カラー）を有し、上記嵌合部が、上記カラー部材と上記第二部材との嵌合により形成されていることを特徴としている。
また、請求項４記載の本発明の車両のクロスメンバは、請求項１〜３の何れか１項に記載の構成に加えて、上記第一部材及び上記第二部材と上記ウェブの内面との固着部に介装されたブラケットをさらに備え、上記ブラケットが、上下方向に短くかつ車両前後方向に長く形成されるとともに、上記サイドレールの上記ウェブの内面における上下方向中間部に締結固定されていることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項５記載の本発明の車両のクロスメンバは、請求項１〜４の何れか１項に記載の構成に加えて、上記第二クロスメンバが、略鉛直に立設して上記左右一対のサイドレール間を連結する略平板状の平面部を有していることを特徴としている。
また、請求項６記載の本発明の車両のクロスメンバは、請求項５記載の構成に加えて、上記第二クロスメンバが、上記平面部に複数の孔部を穿孔されてなることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項７記載の本発明の車両のクロスメンバは、請求項１〜６の何れか１項に記載の構成に加えて、上記第二クロスメンバが、上記左右一対のサイドレールのそれぞれにおける上記ウェブ内面の上記フランジに近接した上下二カ所の位置で固定された固定部を有していることを特徴としている。
また、請求項８記載の本発明の車両のクロスメンバは、請求項１〜７の何れか１項に記載の構成に加えて、上記シャシフレームが、車両前後方向に間隔をおいて配設された複数のクロスメンバを備えるとともに、上記第一クロスメンバ及び上記第二クロスメンバが、上記複数のクロスメンバのうち、前方から二番目に位置するNo.2クロスメンバに適用されていることを特徴としている。
【００１４】
なお、キャブ及びボディを備えた車両において、キャブの下方に配置された上記複数のクロスメンバのうち、最も前方に位置するものがNo.1クロスメンバであり、ボディの下方に配置された上記複数のクロスメンバのうち、最も前方に位置するものがNo.2クロスメンバである。また、No.2クロスメンバは、車両のフロントアクスルに最も近い位置に配設されたクロスメンバである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の車両のクロスメンバ（請求項１）によれば、左右のサイドレール間に生じうる変形のうち、ねじれに対して抵抗する機能と引張りに対して抵抗する機能とを別部材に分離することにより、各々の部材の構造を簡素化することができる。
すなわち、第一クロスメンバは左右のサイドレール間に生じうるねじれトルクを負担しうる形状であればよいため、閉断面形状を小さくすることが可能となる。一方、第二クロスメンバは車幅方向の引張力を負担しうる形状であればよく、サイドレール間隔の維持に必要な強度を有していればよいため、部材の断面を小さくすることができる。また、これらにより、シャシフレーム全体の重量及び材料費の低減が可能となる。
【００１６】
また、本発明の車両のクロスメンバ（請求項２）によれば、嵌合部夫々の端縁の剛性を高めることができ、第一クロスメンバによるねじれ抑制効果を高めることができるとともに、信頼性を高めることができる。
また、本発明の車両のクロスメンバ（請求項３）によれば、カラー部材を介した接続により、第一部材と第二部材との断面形状を同一にすることができる。これにより、クロスメンバを左右対称に形成することができ、容易に車幅方向の剛性バランスを確保することができる。また、単一のパイプを二分割してそれぞれを第一部材，第二部材とすることができ、より構成をシンプルにすることができる。
【００１７】
また、本発明の車両のクロスメンバ（請求項４）によれば、サイドレールに上下曲げ変形やねじれ変形が発生したとしても、サイドレールのウェブの中間部ではそれらの変形による応力発生が小さい。そのため、ブラケットを締結固定する締結具に作用する負荷は主に剪断力となり、ブラケット，締結具及びウェブ等が強度的に有利となる。
また、本発明の車両のクロスメンバ（請求項５）によれば、第二クロスメンバの形状が略平板状となっているため、加工コスト及び重量をともに軽減することができ、省スペース化を図ることができる。また、第二クロスメンバの配向が鉛直となっているため、シャシフレームの内部や周囲に配置される他の機器類と干渉しにくく、車両レイアウトの設計上の制約を軽減することができる。
【００１８】
また、本発明の車両のクロスメンバ（請求項６）によれば、平面部に孔部を設けることで、第二クロスメンバの重量を軽減することができる。
また、本発明の車両のクロスメンバ（請求項７）によれば、ウェブ内面のうちフランジに近接した部位は剛性が高く車幅方向へ変形しにくいため、このような上下二カ所の位置に第二クロスメンバを結合することで、取付部の変形による高応力の発生を抑制することができる。また、フランジに近接した上下端部近傍の方がウェブの中間部よりも引張りによる応力発生が大きいため、引張り変形に対して第二クロスメンバを効果的に抵抗させることができる。
【００１９】
また、本発明の車両のクロスメンバ（請求項８）によれば、シャシフレームのクロスメンバのうち、最もねじれトルクを負担しやすいNo.2クロスメンバに第一クロスメンバ及び第二クロスメンバが適用されているため、左右のサイドレール間のねじれに対して抵抗する機能と引張りに対して抵抗する機能との分離効果が高く、効果的にシャシフレームを変形から保護することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図６は本発明の一実施形態に係る車両のクロスメンバを説明するためのものであり、図１は本クロスメンバが適用されたシャシフレームの全体構成を示す模式的な斜視図、図２は本クロスメンバの全体構成を示す斜視図、図３は本クロスメンバにおけるパイプクロス（第一クロスメンバ）の断面図、図４は本クロスメンバ用のブラケットの正面図である。
【００２１】
また、図５は本クロスメンバにおけるプレートクロス（第二クロスメンバ）を示す図であって（ａ）はその正面図、（ｂ）はその上面図、図６は本クロスメンバが適用されたシャシフレームのねじれの挙動を説明するための模式図である。
なお、図７（ａ），（ｂ）は本発明の変形例としての車両のクロスメンバにおける第一クロスメンバの断面図、同様に、図８（ａ），（ｂ）は本発明の変形例としての車両のクロスメンバにおける第二クロスメンバの斜視図である。
【００２２】
［１．構成］
［全体構成］
本発明に係るクロスメンバは、図１に示すような梯子型のシャシフレーム１０に適用されている。このシャシフレーム１０は、サイドレール８とクロスメンバ９とから構成されている。
【００２３】
サイドレール８は、車両前後方向に延在する部材であり、車幅方向に所定の間隔をおいて左右に対をなすように二本設けられている。それぞれの断面形状はコ字状のチャンネル型に形成されており、鉛直に配向されたウェブ８ａの上下両端部から、車幅方向内側へ向けてフランジ８ｂが延設されている。つまり、サイドレール８は互いにウェブ８ａの内面を向けあうように配置されている。
【００２４】
クロスメンバ９とは、左右のサイドレール８間を車幅方向に接続する部材であり、車両前後方向に間隔をおいて複数箇所に配設されている。これらのクロスメンバ９は車両前方から順に、No.1クロスメンバ９ａ，No.2クロスメンバ９ｂ，No.3クロスメンバ９ｃ，No.4クロスメンバ９ｄ，No.5クロスメンバ９ｅ，エンドクロスメンバ９ｆと呼ばれている。
なお、本実施形態ではクロスメンバ９がシャシフレーム１０上の６箇所に設けられているが、配設されるクロスメンバ９の箇所数は、一般にホイールベース（ＷＢ）の長さや架装物の種類（平ボデー，ダンプ，タンクローリー等）によって異なる。
【００２５】
図１に示すように、No.1クロスメンバ９ａはシャシフレーム１０の前端部に位置するクロスメンバ９であり、車両のフロントバンパが固定される部材である。一方、エンドクロスメンバ９ｆはシャシフレーム１０の後端部に位置するものである。
No.2クロスメンバ９ｂからNo.5クロスメンバ９ｅは、No.1クロスメンバ９ａとエンドクロスメンバ９ｆとの間に設けられている。これらのクロスメンバ９ｂ〜９ｅは車両のキャブ１３後方のボディの下方に位置しており、キャブ１３とボディとの隣接部に最も近いものがNo.2クロスメンバ９ｂである。
【００２６】
また、図１に模式的に示すように、車両の前輪１２が枢着されたフロントアクスル１４はNo.1クロスメンバ９ａとNo.2クロスメンバ９ｂとの間のサイドレール８に対して固定されており、リアアクスル１５はNo.4クロスメンバ９ｄとNo.5クロスメンバ９ｅとの間のサイドレール８に対して固定されている。また、No.1クロスメンバ９ａとNo.2クロスメンバ９ｂとの間には車両走行用のエンジン及び変速機が載置されるため、これらのクロスメンバ９ａ，９ｂの間隔は他のクロスメンバ９の隣接間隔よりも大きくなっている。さらに、No.2クロスメンバ９ｂは、フロントアクスル１４の固定位置に最も近く、走行時におけるシャシフレーム１０のねじれ変形の影響を最も受けやすい。
【００２７】
本発明に係るクロスメンバは、No.2クロスメンバ９ｂとして適用されている。以下、このNo.2クロスメンバ９ｂのことを単にクロスメンバ９ｂとも表記する。図２に示すように、クロスメンバ９ｂは、パイプクロス（第一クロスメンバ）６及びプレートクロス（第二クロスメンバ）７を並列に配置して構成されている。
【００２８】
［パイプクロス］
パイプクロス６は、左右のサイドレール８間を車幅方向に掛け渡されたパイプ状の部材である。このパイプクロス６は、サイドレール８間に作用するねじれトルクを負担して、ねじれ変形を抑制する機能を担っている。ここでいうねじれトルクとは、車幅方向に延在する任意の軸を中心とした回転方向のねじれモーメントであって、シャシフレーム１０のねじれによって生じるものを指す。
【００２９】
図２に示すように、パイプクロス６はその全長に渡って閉断面に形成されており、第一パイプ部材（第一部材）１，第二パイプ部材（第二部材）２及びカラー（カラー部材）３を備えて構成されている。第一パイプ部材１は左右のサイドレール８の一方におけるウェブ８ａの内面に固着され、第二パイプ部材２は他方のサイドレール８におけるウェブ８ａの内面に固着されている。これらの第一パイプ部材１及び第二パイプ部材２は、ともに同一の断面形状を有する楕円筒状の部材であり、車幅方向中央部付近で端部同士を向かい合わせるように配置されている。なお、図３に示すように、サイドレール８に変形が生じていない状態で第一パイプ部材１及び第二パイプ部材２の距離がｄ（ｄ≧０）となるように、それぞれの部材の長さが設定されている。
【００３０】
これらの第一パイプ部材１及び第二パイプ部材２がカラー３を介して接続されている。カラー３とは、第一パイプ部材１及び第二パイプ部材２の内周面と同じ形状の外周面を有する楕円筒状の部材である。このカラー３は、第一パイプ部材１に対して内挿固定されている。固定方法は任意であり、例えば、栓溶接固定や締結固定等、種々の固定手法を用いることが考えられる。
【００３１】
一方、第二パイプ部材２に対しては、カラー３は滑動自在に内挿されている。つまり、カラー３の外周面が第二パイプ部材２の内周面に対して摺接している。以下、カラー３と第二パイプ部材２とが互いに嵌合する面を接触面５ａと呼ぶ。
また、第一パイプ部材１及び第二パイプ部材２をカラー３で接続することによって、第一パイプ部材１及び第二パイプ部材２の互いの楕円筒軸が同一直線上に位置することになる。以下、これらの楕円筒軸をともに軸Ｃと呼ぶ。
【００３２】
カラー３の外周面は第二パイプ部材２の内周面と同形状であって、互いに車幅方向への移動を制限しないため、接触面５ａでは軸Ｃに沿った方向への引張力が伝達されない。また、第二パイプ部材２とカラー３との接触面５ａを楕円筒状にすることによって、第二パイプ部材２の周方向へのカラー３の相対変位が拘束されて剛性が働くことになる。つまり、第一パイプ部材１と第二パイプ部材２との相対変位が規制されることになり、第一パイプ部材１及び第二パイプ部材２間には軸Ｃを中心としたねじれトルクが伝達される。
【００３３】
このように、パイプクロス６は、サイドレール８間のねじれ方向への変形を抑制するように機能する一方、車幅方向への移動を拘束しない構造となっている。本実施形態では、カラー３と第二パイプ部材２とが嵌合して形成される接触面５ａが、第一パイプ部材１及び第二パイプ部材２を互いに車幅方向へ滑動可能に接続するとともに周方向への相対変位を規制する嵌合部５として機能している。
【００３４】
第一パイプ部材１及び第二パイプ部材２はそれぞれ、ブラケット４を介してサイドレール８におけるウェブ８ａの内面に対して固着されている。ブラケット４の形状は、図４に示すように、上下方向に短くかつ車両前後方向に長く形成されている。また、図２に示すように、ブラケット４はサイドレール８のウェブ８ａ内面における上下方向中間部に対して締結固定されている。つまり、ブラケット４の締結位置は、図２に示すようにウェブ８ａにおける上下方向中央付近となっている。
なお、ブラケット４のウェブ８ａへの締結にはボルト，ナット等の締結具が用いられている。
【００３５】
［プレートクロス］
プレートクロス７は薄板状の部材であり、左右のサイドレール８間の引張力を面内力として負担して、車幅方向の変形を抑制する機能を担っている。図５に示すように、このプレートクロス７は、平板状の平面部７ａと、その左右両端に屈曲形成された固定部７ｃとを備えて構成されている。
【００３６】
平面部７ａは、鉛直に立設して左右のサイドレール８間を車幅方向に連結する部位であり、パイプクロス６と平行に並ぶように配置されている。本実施形態では、部材の重量を削減すべく、平面部７ａに複数の孔部７ｂを穿孔して梯子状の形状としている。また、固定部７ｃはプレートクロス７と左右のサイドレール８とを固定する部位である。
固定部７ｃは、平面部７ａの左右両端のそれぞれにおいて上下両端部に二カ所設けられており、これらの固定部７ｃがウェブ８ａ内面に固定されている。また、固定部７ｃが固定される位置は、ウェブ８ａの内面のうち、フランジ８ｂに近接した位置（ウェブ８ａとフランジ８ｂとの入隅部近傍）となっている。
【００３７】
このように、プレートクロス７は薄板状に形成されているため、左右のサイドレール８のねじれ変形を許容する一方、車幅方向への移動を拘束してサイドレール８の間隔を保持するように機能している。
また、図２に示すように、プレートクロス７は平面部７ａの複数箇所に取り付けられた固定具でパイプクロス６を支持している。本実施形態では、固定具としてＵボルト（Ｕ字金具）１１を平面部７ａに締結し、このＵボルト１１と平面部７ａとの間にパイプクロス６を緩装している。Ｕボルト１１は所謂振れ止めとして設けられており、パイプクロス６及びプレートクロス７間にねじれトルクや引張力，圧縮力を伝達しない程度にやや緩めに取り付けられている。
【００３８】
なお、プレートクロス７の左右両端において、上下に設けられた固定部７ｃの中間部には車幅方向内側へ凹設された凹部７ｄが形成されている。この凹部７ｄは、図２に示すように、パイプクロス６とプレートクロス７との配置状態における平面部７ａとブラケット４との干渉を防止するためのものである。本実施形態では、ブラケット４が車両前後方向に延長されているため、プレートクロス７の左右両端の上下方向中間部を内側に切欠き、ブラケット４を跨ぐように上下の固定部７ｃを設けている。
【００３９】
［２．作用］
［ねじれ変形に対する作用］
シャシフレーム１０へ何らかの負荷が入力されると、図６に示すように、車幅方向への引張力とねじれトルクとがクロスメンバ９ｂに作用する。クロスメンバ９ｂは、これらの力によって生じる変形を抑制するように機能する。
【００４０】
まず、ねじれ変形に対して、プレートクロス７は薄板状に形成されているため抵抗しようとしない。つまり、プレートクロス７ではねじれトルクが負担されない。
一方、パイプクロス６では第二パイプ部材２とカラー３との接触面５ａが楕円筒状となっているため、第一パイプ部材１と第二パイプ部材２との相対変位が拘束され、剛性が働くことになる。つまり、パイプクロス６はねじれ変形に対して抵抗しようとする。したがって、左右のサイドレール８間に生じたねじれトルクは、パイプクロス６で負担される。
【００４１】
また、パイプクロス６はウェブ８ａ内面の上下方向中間部に固定されているため、ここで負担されるねじれトルクは、ウェブ８ａとブラケット４とを締結している締結ボルトを介してパイプクロス６に剪断力として伝達される。つまり、パイプクロス６とウェブ８ａとに介装されたブラケット４及び締結ボルトには、上下方向の剪断力が負担される。
【００４２】
［引張変形に対する作用］
また、引張方向への変形に対して、パイプクロス６ではカラー３の外周面と第二パイプ部材２の内周面とが滑動自在となっているため抵抗しようとしない。つまり、パイプクロス６では引張力が負担されない。また、パイプクロス６とサイドレール８のウェブ８ａとの間に介装されたブラケット４にも、引張力は負担されない。
【００４３】
一方、プレートクロス７ではこのような変形に係る引張力が平面部７ａの面内力として負担されるため、変形が拘束されることになる。つまり、プレートクロス７は引張方向への変形に対して抵抗しようとする。したがって、左右のサイドレール８間に生じた引張力は、プレートクロス７で負担される。
なお、No.2クロスメンバ９ｂ近傍にはエンジン及びトランスミッション等が取付ステーを介して左右のサイドレール８間に搭載されているので、その重みで開く方向に作用し、プレートクロス７には圧縮力がほとんど作用しない。
【００４４】
［３．効果］
このように、本実施形態のクロスメンバ９ｂでは、左右のサイドレール８間に生じる変形のうち、ねじれに対して抵抗する機能と引張りに対して抵抗する機能とを、それぞれパイプクロス６とプレートクロス７とに分離することができる。つまり、パイプクロス６はねじれトルクさえ負担しうる形状であればよいため、閉断面形状（例えば、部材の太さや板厚）を小さくすることができる。同様に、プレートクロス７は車幅方向の引張力さえ負担しうる形状であればよいため、断面形状を小さくすることができる。したがって、各々の部材の構造を簡素化することができ、クロスメンバ９ｂの重量及び材料費を低減させることができ、延いてはシャシフレーム１０全体の重量及びコストを低減させることができる。
【００４５】
また、パイプクロス６に関して、第一パイプ部材１と第二パイプ部材２は同一断面形状となっているため、一本の楕円パイプを二分割して第一パイプ部材１及び第二パイプ部材２とすることができ、構成が簡素である。また、それらをカラー３で接続する構成となっているため、ねじれに対して抵抗しつつスライド移動を許容するパイプ構造を容易に実現することができる。
【００４６】
なお、本実施形態では、第一パイプ部材１及び第二パイプ部材２がともにブラケット４を介してサイドレール８に締結固定されており、ブラケット４の締結位置がサイドレール８のウェブ８ａにおける上下方向中央付近となっている。そのため、シャシフレーム１０に上下曲げ変形やねじれ変形が生じたとしても、ブラケット４近傍における車幅方向の圧縮引張応力が小さく、強度的に有利なクロスメンバ９ｂの設計が可能となる。さらに、図４に示すように、ブラケット４の形状が車両前後方向に延びた横長の形状となっているため、ブラケット４を締結固定する締結具に作用する負荷が主に上下方向の剪断力となる。つまり、締結具に発生するねじれトルクに対して剪断負荷が小さいため、強度的に有利な設計が可能となり、小型化が容易である。
【００４７】
また、プレートクロス７は、面内力しか負担しないため、薄板化することができる。そして、薄板化することにより、加工コスト及び重量をともに軽減することができ、省スペース化を図ることができる。また、プレートクロス７の配向が鉛直となっているため、例えばアリゲータクロスのような水平方向に延設されるクロスメンバと比較して、シャシフレーム１０の内部や周囲に配置される他の機器類と干渉しにくく、車両レイアウト上の制約を軽減することができる。
【００４８】
さらに、プレートクロス７の固定部７ｃがウェブ８ａ内面において比較的剛性の高い上下端部近傍に固定されているため、車幅方向への引張力が伝達されたとしても変形しにくく、効果的に応力を伝達することができる。また、そのような変形による高応力の発生を防止することができる。
【００４９】
なお、エンジン，トランスミッション等が搭載されるNo.1クロスメンバ９ａとNo.2クロスメンバ９ｂとの間の距離は、他のクロスメンバ９の隣接間隔よりも大きくなっているため、No.2クロスメンバ９ｂにねじれトルクや車幅方向の引張力が発生しやすい。さらに、No.2クロスメンバ９ｂはフロントアクスル１４の固定位置に最も近い位置に配設されているため、他のクロスメンバ９のうち最も負荷が大きく、その分、サイズや重量の低減が難しい。これに対し本実施形態では、No.2クロスメンバ９ｂにおける間隔維持機能とねじれ抑制機能とをそれぞれ二部材に分離することよって、それぞれの部材構成を簡素化することができるため、効果的にサイズや重量を低減させることができる。
【００５０】
このように、本クロスメンバ９ｂによれば、要求される剛性，強度を確保しつつシャシフレーム１０全体の重量を低減させることができる。
【００５１】
［４．その他］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００５２】
すなわち、本発明の趣旨は、シャシフレーム１０のねじれ変形に伴って生じる引張力を負担する部材とねじれトルクを負担する部材とを分離することによって、それぞれの部材の剛性や強度を適切に設定し、全体としてクロスメンバ９が過剰性能となることを防止する点にある。したがって、少なくとも、ねじれトルクを負担する第一クロスメンバと引張力を負担する第二クロスメンバとを備え、かつ、第一クロスメンバが二部材を嵌合させることによって周方向への相対変位を規制しつつ車幅方向へ滑動可能にしたものであればよい。これらの第一クロスメンバ，第二クロスメンバの具体的な形状には種々のものが考えられる。
【００５３】
例えば、上述の実施形態では、パイプクロス６の第一パイプ部材１と第二パイプ部材２とがカラー３を介して接続されているが、図７（ａ）に示すようにカラー３を省略した構成としてもよい。すなわち、第一パイプ部材１を第二パイプ部材２へ直接内挿してもよい。この場合、第一パイプ部材１の外周面と第二パイプ部材２の内周面との接触面５ａ′において、双方が車幅方向へ滑動を可能に接続され、かつ、周方向への相対変位が規制されることになる。このような構成においても、上述の実施形態よりも簡素な構成で、同様の効果を得ることができる。
【００５４】
また、上述の実施形態ではパイプクロス６の第一パイプ部材１，第二パイプ部材２及びカラー３が楕円筒状となっているが、断面形状はこれに限定されない。円筒形状（断面形状が円であるもの）を除いて、四角柱形（角形）や六角柱形等、あらゆる柱状の部材を用いることができ、あるいは、それらの柱状の部材（円筒形状を含む）に溝状の凹凸を設けたもの等を用いることも可能である。
【００５５】
また、図７（ａ）に示すように、第一パイプ部材１の端縁を半径方向内側へ向けて曲成してフランジ部１ａを形成してもよいし、あるいは第二パイプ部材２の端縁に同様のフランジ部２ａを半径方向外側へ向けて設けてもよい。嵌合部５における端縁の剛性を高めることで、パイプクロス６によるねじれ抑制効果を高めることができる。また、端縁を補強することで部材寿命を延長することができ、持続的に信頼性を高めることができる。
【００５６】
あるいは、図７（ｂ）に示すように、フランジ部１ａ，２ａの代わりに折り返し部１ｂ，２ｂを形成してもよい。すなわち、パイプクロス６の端縁を折り返すことにより、嵌合部５の外嵌側の端縁や嵌入側の端縁の剛性を向上させることができる。
また、上述の実施形態では、左右のサイドレール８間の引張力を負担する部材として薄板状のプレートクロス７を用いたものを例示したが、部材形状はこれに限定されない。少なくとも、左右のサイドレール８間の引張力を負担しうるものであればよく、例えば、図８（ａ）に示すように、丸棒を用いて左右のサイドレール８間を連結することで第二クロスメンバ７′を構成してもよいし、あるいは、図８（ｂ）に示すように、アングル材（Ｌ形鋼）を用いて第二クロスメンバ７″を構成してもよい。丸棒やアングル材の配設数や配設方向等については適宜設定することができる。
【００５７】
また、上述の実施形態ではブラケット４が、上下方向に短く車両前後方向に長い形状となっているが、これは第一パイプ部材１や第二パイプ部材２とウェブ８ａとの間に生じる応力の大きさ等に応じて適宜変更可能である。なお、締結具による締結固定の代わりに溶接固定等の固着手法を用いてもよい。あるいは、ブラケット４を用いることなく、第一パイプ部材１，第二パイプ部材２の端部を直接サイドレール８に固着してもよい。
【００５８】
また、上述の実施形態では本発明に係るクロスメンバがNo.2クロスメンバ９ｂとして適用されたものを例示したが、その他のクロスメンバ９として適用することも無論可能である。
なお、本発明に係るクロスメンバの適用対象であるシャシフレーム１０は、ダンプやバン型車等のトラック，タンクローリー，大型・中型バス，特殊車両，貨物車両等、さまざまな車両に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の一実施形態に係る車両のクロスメンバが適用されたシャシフレームの全体構成を示す模式的な斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る車両のクロスメンバの全体構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る車両のクロスメンバにおける第一クロスメンバ（パイプクロス）の断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る車両のクロスメンバ用のブラケットの正面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る車両のクロスメンバにおける第二クロスメンバ（プレートクロス）を示す図であって（ａ）はその正面図、（ｂ）はその上面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る車両のクロスメンバが適用されたシャシフレームのねじれの挙動を説明するための模式図である。
【図７】本発明の変形例としての車両のクロスメンバにおける第一クロスメンバの断面図であり（ａ）はフランジ部を備えたもの、（ｂ）は折り返し部を備えたものである。
【図８】本発明の変形例としての車両のクロスメンバにおける第二クロスメンバの斜視図であり（ａ）は丸棒を用いたもの、（ｂ）はアングル材を用いたものである。
【符号の説明】
【００６０】
１ 第一パイプ部材（第一部材）
１ａ フランジ部
２ 第二パイプ部材（第二部材）
２ａ フランジ部
３ カラー（カラー部材）
４ ブラケット
５ 嵌合部
６ パイプクロス（第一クロスメンバ）
７ プレートクロス（第二クロスメンバ）
７ａ 平面部
７ｂ 孔部
７ｃ 固定部
８ サイドレール
８ａ ウェブ
８ｂ フランジ
９ クロスメンバ
９ｂ No.2クロスメンバ
１０ シャシフレーム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のシャシフレームを構成するクロスメンバに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両のシャシフレームでは、車両前後方向に延設された左右一対のサイドレールをクロスメンバで車幅方向に連結して梯子型に形成したものが広く利用されている。このようなシャシフレームのクロスメンバは、主に車幅方向の引張力に対抗して左右のサイドレールの間隔を保持する機能と、クロスメンバを回転軸としたモーメントに対抗してサイドレールのねじれを抑制する機能とを担っている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、車体前後方向に沿って一対備えられたサイドメンバ（サイドレール）の間に断面形状が略Ｕ字状のクロスメンバを設け、車体前後方向の一方へ開口するように配置したシャシフレーム構造が示されている。この技術では、ガゼットを介してサイドメンバとクロスメンバとを接続することで、接合部の剛性、特にクロスメンバを軸とした回転方向のねじれ剛性を増大させている。
【０００４】
また、特許文献２には、パイプ状のクロスメンバを左右一対のサイドフレーム（サイドレール）間に架設した構造が図示されている。この技術では、クロスメンバの断面形状を円形閉断面とすることで断面性能を高め、部材剛性を向上させている。
このように、シャシフレームのクロスメンバには、車両の用途や使用目的に応じたさまざまな形状が提案されている。
【特許文献１】特開２００３−２５２２３５号公報
【特許文献２】特開平９−２２１０６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、クロスメンバに要求される剛性，強度は、その車体の走行性能、例えば車幅方向への許容変位に応じて設定される。そのため、高負荷が見込まれる車両ほど剛性，強度を高めるべくクロスメンバのサイズが大きくしなければならず、シャシフレーム全体の車体重量が増加してしまうことになる。
特に、クロスメンバには、前述の通り車幅方向の引張力とねじれトルクとの二種類の負荷が作用するため、双方の最大負荷を考慮したうえで何れか大きい一方の負荷に合わせて部材強度及び形状を設計しなければならない。なお、クロスメンバでは引張力の負荷よりもねじれトルクの負荷が大きくなる傾向にある。そのため、例えば引張力を基準としてクロスメンバを設計した場合にはねじれトルクに対して剛性不足の構造となり、あるいは、ねじれトルクを基準とした場合には引張力に対して必要以上に強くなることになる。
【０００６】
このように、車両のクロスメンバでは、要求される剛性，強度に対する性能が過剰になりやすく、物理的なサイズや重量が嵩みやすいという課題がある。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、車体の剛性及び強度を確保しつつ、シャシフレーム全体の重量を低減させることのできる車両のクロスメンバ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】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１記載の本発明の車両のクロスメンバは、車両前後方向に延在し、かつ、鉛直に配向されたウェブの上下端から車幅方向内側へ向けて延びるフランジを配した夫々コ字状断面を有する左右一対のサイドレールに対して固設され、同サイドレール間を車幅方向に接続して梯子型のシャシフレームを形成する車両のクロスメンバであって、上記左右一対のサイドレール間のねじれトルクを負担し同サイドレールのねじれを抑制する閉断面構造を有した第一クロスメンバ（パイプクロス）と、上記左右一対のサイドレール間の引張力を負担し同サイドレールの間隔を維持する第二クロスメンバ（プレートクロス）とを備え、上記第一クロスメンバが、上記左右一対のサイドレールのうちの一方における上記ウェブの内面に固着された第一部材（第一パイプ部材）と、上記左右一対のサイドレールのうちの他方における上記ウェブの内面に固着された第二部材（第二パイプ部材）と、上記第一部材及び上記第二部材が嵌合して形成される部位であって、上記第一部材及び上記第二部材を互いに車幅方向へ滑動可能に接続するとともに周方向への相対変位を規制する嵌合部と、を具備することを特徴としている。
【０００８】
すなわち、上記クロスメンバは、左右一対のサイドレールに対して固設され、同サイドレール間を車幅方向に接続して梯子型のシャシフレームを形成している。上記サイドレールは車両前後方向に延在している。また、左右夫々の上記サイドレールは上記ウェブ及び上記フランジからなるコ字状断面を有している。上記ウェブは鉛直に配向された部位であり、上記フランジは上記ウェブの上下端から車幅方向内側へ向けて延びた部位である。
なお、上記第一クロスメンバの断面形状は、円形を除く閉断面形状であればよく、例えば楕円形，角形等にすることが考えられる。
【０００９】
また、請求項２記載の本発明の車両のクロスメンバは、請求項１記載の構成に加えて、上記嵌合部における上記第一部材及び上記第二部材のうちの少なくとも何れか一方が、その端縁にフランジ部又は折り返し部を具備することを特徴としている。
【００１０】
上記第一部材及び上記第二部材のうち外嵌側の端縁においては、上記フランジ部又は上記折り返し部が上記第一クロスメンバの外方向へ突出するように形成される。一方、嵌入側の端縁においては、フランジ部又は折り返し部が上記第一クロスメンバの内方向へ突出するように形成される。なお、上記フランジ部とは上記第一クロスメンバの外方向又は内方向へ向けて突設された端縁を意味し、上記折り返し部とはその端縁を第一クロスメンバの軸線方向へ屈曲して延在させた部位のことを意味している。フランジ部及び折り返し部は何れも、第一クロスメンバの板厚方向へ突出した形状をなしている。
【００１１】
また、請求項３記載の本発明の車両のクロスメンバは、請求項１又は２記載の構成に加えて、上記第一部材が、上記閉断面構造の内側に挿入固定されたカラー部材（カラー）を有し、上記嵌合部が、上記カラー部材と上記第二部材との嵌合により形成されていることを特徴としている。
また、請求項４記載の本発明の車両のクロスメンバは、請求項１〜３の何れか１項に記載の構成に加えて、上記第一部材及び上記第二部材と上記ウェブの内面との固着部に介装されたブラケットをさらに備え、上記ブラケットが、上下方向に短くかつ車両前後方向に長く形成されるとともに、上記サイドレールの上記ウェブの内面における上下方向中間部に締結固定されていることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項５記載の本発明の車両のクロスメンバは、請求項１〜４の何れか１項に記載の構成に加えて、上記第二クロスメンバが、略鉛直に立設して上記左右一対のサイドレール間を連結する略平板状の平面部を有していることを特徴としている。
また、請求項６記載の本発明の車両のクロスメンバは、請求項５記載の構成に加えて、上記第二クロスメンバが、上記平面部に複数の孔部を穿孔されてなることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項７記載の本発明の車両のクロスメンバは、請求項１〜６の何れか１項に記載の構成に加えて、上記第二クロスメンバが、上記左右一対のサイドレールのそれぞれにおける上記ウェブ内面の上記フランジに近接した上下二カ所の位置で固定された固定部を有していることを特徴としている。
また、請求項８記載の本発明の車両のクロスメンバは、請求項１〜７の何れか１項に記載の構成に加えて、上記シャシフレームが、車両前後方向に間隔をおいて配設された複数のクロスメンバを備えるとともに、上記第一クロスメンバ及び上記第二クロスメンバが、上記複数のクロスメンバのうち、前方から二番目に位置するNo.2クロスメンバに適用されていることを特徴としている。
【００１４】
なお、キャブ及びボディを備えた車両において、キャブの下方に配置された上記複数のクロスメンバのうち、最も前方に位置するものがNo.1クロスメンバであり、ボディの下方に配置された上記複数のクロスメンバのうち、最も前方に位置するものがNo.2クロスメンバである。また、No.2クロスメンバは、車両のフロントアクスルに最も近い位置に配設されたクロスメンバである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の車両のクロスメンバ（請求項１）によれば、左右のサイドレール間に生じうる変形のうち、ねじれに対して抵抗する機能と引張りに対して抵抗する機能とを別部材に分離することにより、各々の部材の構造を簡素化することができる。
すなわち、第一クロスメンバは左右のサイドレール間に生じうるねじれトルクを負担しうる形状であればよいため、閉断面形状を小さくすることが可能となる。一方、第二クロスメンバは車幅方向の引張力を負担しうる形状であればよく、サイドレール間隔の維持に必要な強度を有していればよいため、部材の断面を小さくすることができる。また、これらにより、シャシフレーム全体の重量及び材料費の低減が可能となる。
【００１６】
また、本発明の車両のクロスメンバ（請求項２）によれば、嵌合部夫々の端縁の剛性を高めることができ、第一クロスメンバによるねじれ抑制効果を高めることができるとともに、信頼性を高めることができる。
また、本発明の車両のクロスメンバ（請求項３）によれば、カラー部材を介した接続により、第一部材と第二部材との断面形状を同一にすることができる。これにより、クロスメンバを左右対称に形成することができ、容易に車幅方向の剛性バランスを確保することができる。また、単一のパイプを二分割してそれぞれを第一部材，第二部材とすることができ、より構成をシンプルにすることができる。
【００１７】
また、本発明の車両のクロスメンバ（請求項４）によれば、サイドレールに上下曲げ変形やねじれ変形が発生したとしても、サイドレールのウェブの中間部ではそれらの変形による応力発生が小さい。そのため、ブラケットを締結固定する締結具に作用する負荷は主に剪断力となり、ブラケット，締結具及びウェブ等が強度的に有利となる。
また、本発明の車両のクロスメンバ（請求項５）によれば、第二クロスメンバの形状が略平板状となっているため、加工コスト及び重量をともに軽減することができ、省スペース化を図ることができる。また、第二クロスメンバの配向が鉛直となっているため、シャシフレームの内部や周囲に配置される他の機器類と干渉しにくく、車両レイアウトの設計上の制約を軽減することができる。
【００１８】
また、本発明の車両のクロスメンバ（請求項６）によれば、平面部に孔部を設けることで、第二クロスメンバの重量を軽減することができる。
また、本発明の車両のクロスメンバ（請求項７）によれば、ウェブ内面のうちフランジに近接した部位は剛性が高く車幅方向へ変形しにくいため、このような上下二カ所の位置に第二クロスメンバを結合することで、取付部の変形による高応力の発生を抑制することができる。また、フランジに近接した上下端部近傍の方がウェブの中間部よりも引張りによる応力発生が大きいため、引張り変形に対して第二クロスメンバを効果的に抵抗させることができる。
【００１９】
また、本発明の車両のクロスメンバ（請求項８）によれば、シャシフレームのクロスメンバのうち、最もねじれトルクを負担しやすいNo.2クロスメンバに第一クロスメンバ及び第二クロスメンバが適用されているため、左右のサイドレール間のねじれに対して抵抗する機能と引張りに対して抵抗する機能との分離効果が高く、効果的にシャシフレームを変形から保護することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図６は本発明の一実施形態に係る車両のクロスメンバを説明するためのものであり、図１は本クロスメンバが適用されたシャシフレームの全体構成を示す模式的な斜視図、図２は本クロスメンバの全体構成を示す斜視図、図３は本クロスメンバにおけるパイプクロス（第一クロスメンバ）の断面図、図４は本クロスメンバ用のブラケットの正面図である。
【００２１】
また、図５は本クロスメンバにおけるプレートクロス（第二クロスメンバ）を示す図であって（ａ）はその正面図、（ｂ）はその上面図、図６は本クロスメンバが適用されたシャシフレームのねじれの挙動を説明するための模式図である。
なお、図７（ａ），（ｂ）は本発明の変形例としての車両のクロスメンバにおける第一クロスメンバの断面図、同様に、図８（ａ），（ｂ）は本発明の変形例としての車両のクロスメンバにおける第二クロスメンバの斜視図である。
【００２２】
［１．構成］
［全体構成］
本発明に係るクロスメンバは、図１に示すような梯子型のシャシフレーム１０に適用されている。このシャシフレーム１０は、サイドレール８とクロスメンバ９とから構成されている。
【００２３】
サイドレール８は、車両前後方向に延在する部材であり、車幅方向に所定の間隔をおいて左右に対をなすように二本設けられている。それぞれの断面形状はコ字状のチャンネル型に形成されており、鉛直に配向されたウェブ８ａの上下両端部から、車幅方向内側へ向けてフランジ８ｂが延設されている。つまり、サイドレール８は互いにウェブ８ａの内面を向けあうように配置されている。
【００２４】
クロスメンバ９とは、左右のサイドレール８間を車幅方向に接続する部材であり、車両前後方向に間隔をおいて複数箇所に配設されている。これらのクロスメンバ９は車両前方から順に、No.1クロスメンバ９ａ，No.2クロスメンバ９ｂ，No.3クロスメンバ９ｃ，No.4クロスメンバ９ｄ，No.5クロスメンバ９ｅ，エンドクロスメンバ９ｆと呼ばれている。
なお、本実施形態ではクロスメンバ９がシャシフレーム１０上の６箇所に設けられているが、配設されるクロスメンバ９の箇所数は、一般にホイールベース（ＷＢ）の長さや架装物の種類（平ボデー，ダンプ，タンクローリー等）によって異なる。
【００２５】
図１に示すように、No.1クロスメンバ９ａはシャシフレーム１０の前端部に位置するクロスメンバ９であり、車両のフロントバンパが固定される部材である。一方、エンドクロスメンバ９ｆはシャシフレーム１０の後端部に位置するものである。
No.2クロスメンバ９ｂからNo.5クロスメンバ９ｅは、No.1クロスメンバ９ａとエンドクロスメンバ９ｆとの間に設けられている。これらのクロスメンバ９ｂ〜９ｅは車両のキャブ１３後方のボディの下方に位置しており、キャブ１３とボディとの隣接部に最も近いものがNo.2クロスメンバ９ｂである。
【００２６】
また、図１に模式的に示すように、車両の前輪１２が枢着されたフロントアクスル１４はNo.1クロスメンバ９ａとNo.2クロスメンバ９ｂとの間のサイドレール８に対して固定されており、リアアクスル１５はNo.4クロスメンバ９ｄとNo.5クロスメンバ９ｅとの間のサイドレール８に対して固定されている。また、No.1クロスメンバ９ａとNo.2クロスメンバ９ｂとの間には車両走行用のエンジン及び変速機が載置されるため、これらのクロスメンバ９ａ，９ｂの間隔は他のクロスメンバ９の隣接間隔よりも大きくなっている。さらに、No.2クロスメンバ９ｂは、フロントアクスル１４の固定位置に最も近く、走行時におけるシャシフレーム１０のねじれ変形の影響を最も受けやすい。
【００２７】
本発明に係るクロスメンバは、No.2クロスメンバ９ｂとして適用されている。以下、このNo.2クロスメンバ９ｂのことを単にクロスメンバ９ｂとも表記する。図２に示すように、クロスメンバ９ｂは、パイプクロス（第一クロスメンバ）６及びプレートクロス（第二クロスメンバ）７を並列に配置して構成されている。
【００２８】
［パイプクロス］
パイプクロス６は、左右のサイドレール８間を車幅方向に掛け渡されたパイプ状の部材である。このパイプクロス６は、サイドレール８間に作用するねじれトルクを負担して、ねじれ変形を抑制する機能を担っている。ここでいうねじれトルクとは、車幅方向に延在する任意の軸を中心とした回転方向のねじれモーメントであって、シャシフレーム１０のねじれによって生じるものを指す。
【００２９】
図２に示すように、パイプクロス６はその全長に渡って閉断面に形成されており、第一パイプ部材（第一部材）１，第二パイプ部材（第二部材）２及びカラー（カラー部材）３を備えて構成されている。第一パイプ部材１は左右のサイドレール８の一方におけるウェブ８ａの内面に固着され、第二パイプ部材２は他方のサイドレール８におけるウェブ８ａの内面に固着されている。これらの第一パイプ部材１及び第二パイプ部材２は、ともに同一の断面形状を有する楕円筒状の部材であり、車幅方向中央部付近で端部同士を向かい合わせるように配置されている。なお、図３に示すように、サイドレール８に変形が生じていない状態で第一パイプ部材１及び第二パイプ部材２の距離がｄ（ｄ≧０）となるように、それぞれの部材の長さが設定されている。
【００３０】
これらの第一パイプ部材１及び第二パイプ部材２がカラー３を介して接続されている。カラー３とは、第一パイプ部材１及び第二パイプ部材２の内周面と同じ形状の外周面を有する楕円筒状の部材である。このカラー３は、第一パイプ部材１に対して内挿固定されている。固定方法は任意であり、例えば、栓溶接固定や締結固定等、種々の固定手法を用いることが考えられる。
【００３１】
一方、第二パイプ部材２に対しては、カラー３は滑動自在に内挿されている。つまり、カラー３の外周面が第二パイプ部材２の内周面に対して摺接している。以下、カラー３と第二パイプ部材２とが互いに嵌合する面を接触面５ａと呼ぶ。
また、第一パイプ部材１及び第二パイプ部材２をカラー３で接続することによって、第一パイプ部材１及び第二パイプ部材２の互いの楕円筒軸が同一直線上に位置することになる。以下、これらの楕円筒軸をともに軸Ｃと呼ぶ。
【００３２】
カラー３の外周面は第二パイプ部材２の内周面と同形状であって、互いに車幅方向への移動を制限しないため、接触面５ａでは軸Ｃに沿った方向への引張力が伝達されない。また、第二パイプ部材２とカラー３との接触面５ａを楕円筒状にすることによって、第二パイプ部材２の周方向へのカラー３の相対変位が拘束されて剛性が働くことになる。つまり、第一パイプ部材１と第二パイプ部材２との相対変位が規制されることになり、第一パイプ部材１及び第二パイプ部材２間には軸Ｃを中心としたねじれトルクが伝達される。
【００３３】
このように、パイプクロス６は、サイドレール８間のねじれ方向への変形を抑制するように機能する一方、車幅方向への移動を拘束しない構造となっている。本実施形態では、カラー３と第二パイプ部材２とが嵌合して形成される接触面５ａが、第一パイプ部材１及び第二パイプ部材２を互いに車幅方向へ滑動可能に接続するとともに周方向への相対変位を規制する嵌合部５として機能している。
【００３４】
第一パイプ部材１及び第二パイプ部材２はそれぞれ、ブラケット４を介してサイドレール８におけるウェブ８ａの内面に対して固着されている。ブラケット４の形状は、図４に示すように、上下方向に短くかつ車両前後方向に長く形成されている。また、図２に示すように、ブラケット４はサイドレール８のウェブ８ａ内面における上下方向中間部に対して締結固定されている。つまり、ブラケット４の締結位置は、図２に示すようにウェブ８ａにおける上下方向中央付近となっている。
なお、ブラケット４のウェブ８ａへの締結にはボルト，ナット等の締結具が用いられている。
【００３５】
［プレートクロス］
プレートクロス７は薄板状の部材であり、左右のサイドレール８間の引張力を面内力として負担して、車幅方向の変形を抑制する機能を担っている。図５に示すように、このプレートクロス７は、平板状の平面部７ａと、その左右両端に屈曲形成された固定部７ｃとを備えて構成されている。
【００３６】
平面部７ａは、鉛直に立設して左右のサイドレール８間を車幅方向に連結する部位であり、パイプクロス６と平行に並ぶように配置されている。本実施形態では、部材の重量を削減すべく、平面部７ａに複数の孔部７ｂを穿孔して梯子状の形状としている。また、固定部７ｃはプレートクロス７と左右のサイドレール８とを固定する部位である。
固定部７ｃは、平面部７ａの左右両端のそれぞれにおいて上下両端部に二カ所設けられており、これらの固定部７ｃがウェブ８ａ内面に固定されている。また、固定部７ｃが固定される位置は、ウェブ８ａの内面のうち、フランジ８ｂに近接した位置（ウェブ８ａとフランジ８ｂとの入隅部近傍）となっている。
【００３７】
このように、プレートクロス７は薄板状に形成されているため、左右のサイドレール８のねじれ変形を許容する一方、車幅方向への移動を拘束してサイドレール８の間隔を保持するように機能している。
また、図２に示すように、プレートクロス７は平面部７ａの複数箇所に取り付けられた固定具でパイプクロス６を支持している。本実施形態では、固定具としてＵボルト（Ｕ字金具）１１を平面部７ａに締結し、このＵボルト１１と平面部７ａとの間にパイプクロス６を緩装している。Ｕボルト１１は所謂振れ止めとして設けられており、パイプクロス６及びプレートクロス７間にねじれトルクや引張力，圧縮力を伝達しない程度にやや緩めに取り付けられている。
【００３８】
なお、プレートクロス７の左右両端において、上下に設けられた固定部７ｃの中間部には車幅方向内側へ凹設された凹部７ｄが形成されている。この凹部７ｄは、図２に示すように、パイプクロス６とプレートクロス７との配置状態における平面部７ａとブラケット４との干渉を防止するためのものである。本実施形態では、ブラケット４が車両前後方向に延長されているため、プレートクロス７の左右両端の上下方向中間部を内側に切欠き、ブラケット４を跨ぐように上下の固定部７ｃを設けている。
【００３９】
［２．作用］
［ねじれ変形に対する作用］
シャシフレーム１０へ何らかの負荷が入力されると、図６に示すように、車幅方向への引張力とねじれトルクとがクロスメンバ９ｂに作用する。クロスメンバ９ｂは、これらの力によって生じる変形を抑制するように機能する。
【００４０】
まず、ねじれ変形に対して、プレートクロス７は薄板状に形成されているため抵抗しようとしない。つまり、プレートクロス７ではねじれトルクが負担されない。
一方、パイプクロス６では第二パイプ部材２とカラー３との接触面５ａが楕円筒状となっているため、第一パイプ部材１と第二パイプ部材２との相対変位が拘束され、剛性が働くことになる。つまり、パイプクロス６はねじれ変形に対して抵抗しようとする。したがって、左右のサイドレール８間に生じたねじれトルクは、パイプクロス６で負担される。
【００４１】
また、パイプクロス６はウェブ８ａ内面の上下方向中間部に固定されているため、ここで負担されるねじれトルクは、ウェブ８ａとブラケット４とを締結している締結ボルトを介してパイプクロス６に剪断力として伝達される。つまり、パイプクロス６とウェブ８ａとに介装されたブラケット４及び締結ボルトには、上下方向の剪断力が負担される。
【００４２】
［引張変形に対する作用］
また、引張方向への変形に対して、パイプクロス６ではカラー３の外周面と第二パイプ部材２の内周面とが滑動自在となっているため抵抗しようとしない。つまり、パイプクロス６では引張力が負担されない。また、パイプクロス６とサイドレール８のウェブ８ａとの間に介装されたブラケット４にも、引張力は負担されない。
【００４３】
一方、プレートクロス７ではこのような変形に係る引張力が平面部７ａの面内力として負担されるため、変形が拘束されることになる。つまり、プレートクロス７は引張方向への変形に対して抵抗しようとする。したがって、左右のサイドレール８間に生じた引張力は、プレートクロス７で負担される。
なお、No.2クロスメンバ９ｂ近傍にはエンジン及びトランスミッション等が取付ステーを介して左右のサイドレール８間に搭載されているので、その重みで開く方向に作用し、プレートクロス７には圧縮力がほとんど作用しない。
【００４４】
［３．効果］
このように、本実施形態のクロスメンバ９ｂでは、左右のサイドレール８間に生じる変形のうち、ねじれに対して抵抗する機能と引張りに対して抵抗する機能とを、それぞれパイプクロス６とプレートクロス７とに分離することができる。つまり、パイプクロス６はねじれトルクさえ負担しうる形状であればよいため、閉断面形状（例えば、部材の太さや板厚）を小さくすることができる。同様に、プレートクロス７は車幅方向の引張力さえ負担しうる形状であればよいため、断面形状を小さくすることができる。したがって、各々の部材の構造を簡素化することができ、クロスメンバ９ｂの重量及び材料費を低減させることができ、延いてはシャシフレーム１０全体の重量及びコストを低減させることができる。
【００４５】
また、パイプクロス６に関して、第一パイプ部材１と第二パイプ部材２は同一断面形状となっているため、一本の楕円パイプを二分割して第一パイプ部材１及び第二パイプ部材２とすることができ、構成が簡素である。また、それらをカラー３で接続する構成となっているため、ねじれに対して抵抗しつつスライド移動を許容するパイプ構造を容易に実現することができる。
【００４６】
なお、本実施形態では、第一パイプ部材１及び第二パイプ部材２がともにブラケット４を介してサイドレール８に締結固定されており、ブラケット４の締結位置がサイドレール８のウェブ８ａにおける上下方向中央付近となっている。そのため、シャシフレーム１０に上下曲げ変形やねじれ変形が生じたとしても、ブラケット４近傍における車幅方向の圧縮引張応力が小さく、強度的に有利なクロスメンバ９ｂの設計が可能となる。さらに、図４に示すように、ブラケット４の形状が車両前後方向に延びた横長の形状となっているため、ブラケット４を締結固定する締結具に作用する負荷が主に上下方向の剪断力となる。つまり、締結具に発生するねじれトルクに対して剪断負荷が小さいため、強度的に有利な設計が可能となり、小型化が容易である。
【００４７】
また、プレートクロス７は、面内力しか負担しないため、薄板化することができる。そして、薄板化することにより、加工コスト及び重量をともに軽減することができ、省スペース化を図ることができる。また、プレートクロス７の配向が鉛直となっているため、例えばアリゲータクロスのような水平方向に延設されるクロスメンバと比較して、シャシフレーム１０の内部や周囲に配置される他の機器類と干渉しにくく、車両レイアウト上の制約を軽減することができる。
【００４８】
さらに、プレートクロス７の固定部７ｃがウェブ８ａ内面において比較的剛性の高い上下端部近傍に固定されているため、車幅方向への引張力が伝達されたとしても変形しにくく、効果的に応力を伝達することができる。また、そのような変形による高応力の発生を防止することができる。
【００４９】
なお、エンジン，トランスミッション等が搭載されるNo.1クロスメンバ９ａとNo.2クロスメンバ９ｂとの間の距離は、他のクロスメンバ９の隣接間隔よりも大きくなっているため、No.2クロスメンバ９ｂにねじれトルクや車幅方向の引張力が発生しやすい。さらに、No.2クロスメンバ９ｂはフロントアクスル１４の固定位置に最も近い位置に配設されているため、他のクロスメンバ９のうち最も負荷が大きく、その分、サイズや重量の低減が難しい。これに対し本実施形態では、No.2クロスメンバ９ｂにおける間隔維持機能とねじれ抑制機能とをそれぞれ二部材に分離することよって、それぞれの部材構成を簡素化することができるため、効果的にサイズや重量を低減させることができる。
【００５０】
このように、本クロスメンバ９ｂによれば、要求される剛性，強度を確保しつつシャシフレーム１０全体の重量を低減させることができる。
【００５１】
［４．その他］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００５２】
すなわち、本発明の趣旨は、シャシフレーム１０のねじれ変形に伴って生じる引張力を負担する部材とねじれトルクを負担する部材とを分離することによって、それぞれの部材の剛性や強度を適切に設定し、全体としてクロスメンバ９が過剰性能となることを防止する点にある。したがって、少なくとも、ねじれトルクを負担する第一クロスメンバと引張力を負担する第二クロスメンバとを備え、かつ、第一クロスメンバが二部材を嵌合させることによって周方向への相対変位を規制しつつ車幅方向へ滑動可能にしたものであればよい。これらの第一クロスメンバ，第二クロスメンバの具体的な形状には種々のものが考えられる。
【００５３】
例えば、上述の実施形態では、パイプクロス６の第一パイプ部材１と第二パイプ部材２とがカラー３を介して接続されているが、図７（ａ）に示すようにカラー３を省略した構成としてもよい。すなわち、第一パイプ部材１を第二パイプ部材２へ直接内挿してもよい。この場合、第一パイプ部材１の外周面と第二パイプ部材２の内周面との接触面５ａ′において、双方が車幅方向へ滑動を可能に接続され、かつ、周方向への相対変位が規制されることになる。このような構成においても、上述の実施形態よりも簡素な構成で、同様の効果を得ることができる。
【００５４】
また、上述の実施形態ではパイプクロス６の第一パイプ部材１，第二パイプ部材２及びカラー３が楕円筒状となっているが、断面形状はこれに限定されない。円筒形状（断面形状が円であるもの）を除いて、四角柱形（角形）や六角柱形等、あらゆる柱状の部材を用いることができ、あるいは、それらの柱状の部材（円筒形状を含む）に溝状の凹凸を設けたもの等を用いることも可能である。
【００５５】
また、図７（ａ）に示すように、第一パイプ部材１の端縁を半径方向内側へ向けて曲成してフランジ部１ａを形成してもよいし、あるいは第二パイプ部材２の端縁に同様のフランジ部２ａを半径方向外側へ向けて設けてもよい。嵌合部５における端縁の剛性を高めることで、パイプクロス６によるねじれ抑制効果を高めることができる。また、端縁を補強することで部材寿命を延長することができ、持続的に信頼性を高めることができる。
【００５６】
あるいは、図７（ｂ）に示すように、フランジ部１ａ，２ａの代わりに折り返し部１ｂ，２ｂを形成してもよい。すなわち、パイプクロス６の端縁を折り返すことにより、嵌合部５の外嵌側の端縁や嵌入側の端縁の剛性を向上させることができる。
また、上述の実施形態では、左右のサイドレール８間の引張力を負担する部材として薄板状のプレートクロス７を用いたものを例示したが、部材形状はこれに限定されない。少なくとも、左右のサイドレール８間の引張力を負担しうるものであればよく、例えば、図８（ａ）に示すように、丸棒を用いて左右のサイドレール８間を連結することで第二クロスメンバ７′を構成してもよいし、あるいは、図８（ｂ）に示すように、アングル材（Ｌ形鋼）を用いて第二クロスメンバ７″を構成してもよい。丸棒やアングル材の配設数や配設方向等については適宜設定することができる。
【００５７】
また、上述の実施形態ではブラケット４が、上下方向に短く車両前後方向に長い形状となっているが、これは第一パイプ部材１や第二パイプ部材２とウェブ８ａとの間に生じる応力の大きさ等に応じて適宜変更可能である。なお、締結具による締結固定の代わりに溶接固定等の固着手法を用いてもよい。あるいは、ブラケット４を用いることなく、第一パイプ部材１，第二パイプ部材２の端部を直接サイドレール８に固着してもよい。
【００５８】
また、上述の実施形態では本発明に係るクロスメンバがNo.2クロスメンバ９ｂとして適用されたものを例示したが、その他のクロスメンバ９として適用することも無論可能である。
なお、本発明に係るクロスメンバの適用対象であるシャシフレーム１０は、ダンプやバン型車等のトラック，タンクローリー，大型・中型バス，特殊車両，貨物車両等、さまざまな車両に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の一実施形態に係る車両のクロスメンバが適用されたシャシフレームの全体構成を示す模式的な斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る車両のクロスメンバの全体構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る車両のクロスメンバにおける第一クロスメンバ（パイプクロス）の断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る車両のクロスメンバ用のブラケットの正面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る車両のクロスメンバにおける第二クロスメンバ（プレートクロス）を示す図であって（ａ）はその正面図、（ｂ）はその上面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る車両のクロスメンバが適用されたシャシフレームのねじれの挙動を説明するための模式図である。
【図７】本発明の変形例としての車両のクロスメンバにおける第一クロスメンバの断面図であり（ａ）はフランジ部を備えたもの、（ｂ）は折り返し部を備えたものである。
【図８】本発明の変形例としての車両のクロスメンバにおける第二クロスメンバの斜視図であり（ａ）は丸棒を用いたもの、（ｂ）はアングル材を用いたものである。
【符号の説明】
【００６０】
１ 第一パイプ部材（第一部材）
１ａ フランジ部
２ 第二パイプ部材（第二部材）
２ａ フランジ部
３ カラー（カラー部材）
４ ブラケット
５ 嵌合部
６ パイプクロス（第一クロスメンバ）
７ プレートクロス（第二クロスメンバ）
７ａ 平面部
７ｂ 孔部
７ｃ 固定部
８ サイドレール
８ａ ウェブ
８ｂ フランジ
９ クロスメンバ
９ｂ No.2クロスメンバ
１０ シャシフレーム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両前後方向に延在し、かつ、鉛直に配向されたウェブの上下端から車幅方向内側へ向けて延びるフランジを配した夫々コ字状断面を有する左右一対のサイドレールに対して固設され、同サイドレール間を車幅方向に接続して梯子型のシャシフレームを形成する車両のクロスメンバであって、
上記左右一対のサイドレール間のねじれトルクを負担し同サイドレールのねじれを抑制する閉断面構造を有した第一クロスメンバと、
上記左右一対のサイドレール間の引張力を負担し同サイドレールの間隔を維持する第二クロスメンバとを備え、
上記第一クロスメンバが、
上記左右一対のサイドレールのうちの一方における上記ウェブの内面に固着された第一部材と、
上記左右一対のサイドレールのうちの他方における上記ウェブの内面に固着された第二部材と、
上記第一部材及び上記第二部材が嵌合して形成される部位であって、上記第一部材及び上記第二部材を互いに車幅方向へ滑動可能に接続するとともに周方向への相対変位を規制する嵌合部と、を具備する
ことを特徴とする、車両のクロスメンバ。
【請求項２】
上記嵌合部における上記第一部材及び上記第二部材のうちの少なくとも何れか一方が、その端縁にフランジ部又は折り返し部を具備する
ことを特徴とする、請求項１記載の車両のクロスメンバ。
【請求項３】
上記第一部材が、上記閉断面構造の内側に挿入固定されたカラー部材を有し、
上記嵌合部が、上記カラー部材と上記第二部材との嵌合により形成されている
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の車両のクロスメンバ。
【請求項４】
上記第一部材及び上記第二部材と上記ウェブの内面との固着部に介装されたブラケットをさらに備え、
上記ブラケットが、上下方向に短くかつ車両前後方向に長く形成されるとともに、上記サイドレールの上記ウェブの内面における上下方向中間部に締結固定されている
ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の車両のクロスメンバ。
【請求項５】
上記第二クロスメンバが、略鉛直に立設して上記左右一対のサイドレール間を連結する略平板状の平面部を有している
ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の車両のクロスメンバ。
【請求項６】
上記第二クロスメンバが、上記平面部に複数の孔部を穿孔されてなる
ことを特徴とする、請求項５記載の車両のクロスメンバ。
【請求項７】
上記第二クロスメンバが、上記左右一対のサイドレールのそれぞれにおける上記ウェブ内面の上記フランジに近接した上下二カ所の位置で固定された固定部を有している
ことを特徴とする、請求項１〜６の何れか１項に記載の車両のクロスメンバ。
【請求項８】
上記シャシフレームが、車両前後方向に間隔をおいて配設された複数のクロスメンバを備えるとともに、
上記第一クロスメンバ及び上記第二クロスメンバが、上記複数のクロスメンバのうち、前方から二番目に位置するNo.2クロスメンバに適用されている
ことを特徴とする、請求項１〜７の何れか１項に記載の車両のクロスメンバ。
【請求項１】
車両前後方向に延在し、かつ、鉛直に配向されたウェブの上下端から車幅方向内側へ向けて延びるフランジを配した夫々コ字状断面を有する左右一対のサイドレールに対して固設され、同サイドレール間を車幅方向に接続して梯子型のシャシフレームを形成する車両のクロスメンバであって、
上記左右一対のサイドレール間のねじれトルクを負担し同サイドレールのねじれを抑制する閉断面構造を有した第一クロスメンバと、
上記左右一対のサイドレール間の引張力を負担し同サイドレールの間隔を維持する第二クロスメンバとを備え、
上記第一クロスメンバが、
上記左右一対のサイドレールのうちの一方における上記ウェブの内面に固着された第一部材と、
上記左右一対のサイドレールのうちの他方における上記ウェブの内面に固着された第二部材と、
上記第一部材及び上記第二部材が嵌合して形成される部位であって、上記第一部材及び上記第二部材を互いに車幅方向へ滑動可能に接続するとともに周方向への相対変位を規制する嵌合部と、を具備する
ことを特徴とする、車両のクロスメンバ。
【請求項２】
上記嵌合部における上記第一部材及び上記第二部材のうちの少なくとも何れか一方が、その端縁にフランジ部又は折り返し部を具備する
ことを特徴とする、請求項１記載の車両のクロスメンバ。
【請求項３】
上記第一部材が、上記閉断面構造の内側に挿入固定されたカラー部材を有し、
上記嵌合部が、上記カラー部材と上記第二部材との嵌合により形成されている
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の車両のクロスメンバ。
【請求項４】
上記第一部材及び上記第二部材と上記ウェブの内面との固着部に介装されたブラケットをさらに備え、
上記ブラケットが、上下方向に短くかつ車両前後方向に長く形成されるとともに、上記サイドレールの上記ウェブの内面における上下方向中間部に締結固定されている
ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の車両のクロスメンバ。
【請求項５】
上記第二クロスメンバが、略鉛直に立設して上記左右一対のサイドレール間を連結する略平板状の平面部を有している
ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の車両のクロスメンバ。
【請求項６】
上記第二クロスメンバが、上記平面部に複数の孔部を穿孔されてなる
ことを特徴とする、請求項５記載の車両のクロスメンバ。
【請求項７】
上記第二クロスメンバが、上記左右一対のサイドレールのそれぞれにおける上記ウェブ内面の上記フランジに近接した上下二カ所の位置で固定された固定部を有している
ことを特徴とする、請求項１〜６の何れか１項に記載の車両のクロスメンバ。
【請求項８】
上記シャシフレームが、車両前後方向に間隔をおいて配設された複数のクロスメンバを備えるとともに、
上記第一クロスメンバ及び上記第二クロスメンバが、上記複数のクロスメンバのうち、前方から二番目に位置するNo.2クロスメンバに適用されている
ことを特徴とする、請求項１〜７の何れか１項に記載の車両のクロスメンバ。
【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２００９−２５５６６５（Ｐ２００９−２５５６６５Ａ）
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１０５４７２（Ｐ２００８−１０５４７２）
【出願日】平成２０年４月１５日（２００８．４．１５）
【出願人】（３０３００２１５８）三菱ふそうトラック・バス株式会社 (1,037)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月１５日（２００８．４．１５）
【出願人】（３０３００２１５８）三菱ふそうトラック・バス株式会社 (1,037)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]