車両用フレーム構造
【課題】軽量化を図りつつ曲げ抗力を効率的に確保することができる車両用フレーム構造を提供する。
【解決手段】金属製の閉断面部材１０の内部に樹脂製の補強部材２０が該閉断面部材の長手方向に沿って取り付けられてなる車両用フレーム構造において、前記閉断面部材１０は、外部から曲げ荷重が入力される際に、圧縮方向の力が作用する第１面部と、引張方向の力が作用する第２面部と、該第１面部と該第２面部との間の第３面部とを有し、前記補強部材２０は、前記第１面部に沿って配設されて該第１面部に接着結合された平板部と、該平板部から前記第２面部に向かって延び格子状に配設されたリブからなるリブ部と、を有していることを特徴とする。
【解決手段】金属製の閉断面部材１０の内部に樹脂製の補強部材２０が該閉断面部材の長手方向に沿って取り付けられてなる車両用フレーム構造において、前記閉断面部材１０は、外部から曲げ荷重が入力される際に、圧縮方向の力が作用する第１面部と、引張方向の力が作用する第２面部と、該第１面部と該第２面部との間の第３面部とを有し、前記補強部材２０は、前記第１面部に沿って配設されて該第１面部に接着結合された平板部と、該平板部から前記第２面部に向かって延び格子状に配設されたリブからなるリブ部と、を有していることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車等の車両における車体の一部を構成する車両用フレームの構造に関し、より詳しく言えば、金属製の閉断面部材の内部に、該閉断面部材を補強するための樹脂製の補強部材が取り付けられてなる車両用フレーム構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、自動車等の車両における車体の一部を構成するサイドピラーやサイドシルなどの車両用フレーム（車体フレーム）には、車両衝突時における乗員の安全性を確保するため高強度及び高剛性が求められるとともに、燃費性能の向上を図るため軽量化が求められている。このため、車体フレームは、多くの場合、金属製の板状素材を閉断面状に形成した閉断面部材として構成されている。
【０００３】
また、金属製の閉断面部材の内部に補強部材を取り付けて該閉断面部材を補強するようにした車体フレームも知られている。例えば特許文献１には、閉断面構造を有するＢピラー内に金属製の補強部材を曲げの圧縮側に配置して補強するようにしたものが開示されている。また、例えば特許文献２には、ピラーなどの中空構造物の中空部に、該中空部を横断面において複数の分割室に仕切る仕切り壁を有する樹脂製の補強部材を配設し、その少なくとも１つの分割室を発泡体で遮断するようにしたものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２７９９０４号公報
【特許文献２】特開２００１−１９１９４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１及び前記特許文献２に開示されるように、閉断面部材の内部に補強部材を取り付けて補強する場合には重量の増加を招くこととなる。前記特許文献２に記載のものは、特許文献１に記載のものに比べて樹脂製の補強部材を用いることで重量の増加を抑えて補強することができるが、サイドピラーやサイドシルなどの車体フレームにおいては更なる軽量化に対する改善が望まれている。その一方、車体フレームは、前述したように、例えば車体側方からの衝突（所謂側突）を受けた際に乗員の安全性を確保するため、車体フレームに外部から曲げ荷重が入力される際に曲げ変形しないよう十分な曲げ抗力を確保することが求められている。このため、車体フレームにおいては、軽量化を図りつつ曲げ抗力を如何に効率的に確保するかが重要な課題となる。
【０００６】
本願発明者等は、種々の試験研究を重ねた結果、具体的には後述するが、略矩形閉断面状に形成された閉断面部材に外部から曲げ荷重が入力されて曲げ変形される場合、先ず、曲げ荷重が入力される際に圧縮方向の力が作用する第１面部が荷重の入力方向に沿って閉断面部材の内方側へ変形し、この変形に伴って該第１面部に隣接する側面部が閉断面部材の外方側に膨らんで面外変形を生じるとともに、荷重が入力される際に引張方向の力が作用する第２面部が閉断面部材の内方側へ変形し、閉断面部材が曲げ変形されて座屈することを見出した。
【０００７】
かかる知見に基づいて、閉断面部材の曲げ変形初期に生じ得る閉断面部材の内方側への第１面部の曲げ変形を抑制することができれば、閉断面部材が曲げ変形されることを有効に抑制することができ、軽量化を図りつつ閉断面部材の曲げ抗力を効率的に確保することができると考えられる。
【０００８】
そこで、この発明は、金属製の閉断面部材の内部に樹脂製の補強部材が取り付けられてなる車両用フレーム構造において、閉断面部材の曲げ変形初期に生じ得る閉断面部材の内方側への第１面部の曲げ変形を有効に抑制し、軽量化を図りつつ曲げ抗力を効率的に確保することができる車両用フレーム構造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】
【０００９】
このため、本願の請求項１に係る車両用フレーム構造は、金属製の閉断面部材の内部に、樹脂製の補強部材が該閉断面部材の長手方向に沿って取り付けられてなる車両用フレーム構造であって、前記閉断面部材は、外部から曲げ荷重が入力される際に、圧縮方向の力が作用する第１面部と、引張方向の力が作用する第２面部と、該第１面部と該第２面部との間の第３面部とを有し、前記補強部材は、前記第１面部に沿って配設されて該第１面部に接着結合された平板部と、該平板部から前記第２面部に向かって延び格子状に配設されたリブからなるリブ部と、を有している、ことを特徴としたものである。
【００１０】
また、本願の請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記リブ部は、前記平板部に近づくにつれて強度が増加するように構成されている、ことを特徴としたものである。
【００１１】
更に、本願の請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明において、前記格子状のリブによって形成される開口部の大きさが前記平板部に近づくにつれて小さく形成されている、あるいは前記リブの肉厚が前記平板部に近づくにつれて厚く形成されている、ことを特徴としたものである。
【００１２】
また更に、本願の請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３の何れか一項に係る発明において、前記リブ部は、前記閉断面部材の長手方向端部側から前記閉断面部材の長手方向中央側に近づくにつれて強度が増加するように構成されている、ことを特徴としたものである。
【００１３】
また更に、本願の請求項５に係る発明は、請求項４に係る発明において、前記格子状のリブによって形成される開口部の大きさが前記閉断面部材の長手方向端部側から前記閉断面部材の長手方向中央側に近づくにつれて小さく形成されている、あるいは前記リブの肉厚が前記閉断面部材の長手方向端部側から前記閉断面部材の長手方向中央側に近づくにつれて厚く形成されている、ことを特徴としたものである。
【００１４】
また更に、本願の請求項６に係る発明は、請求項１から請求項５の何れか一項に係る発明において、前記リブは、前記第２面部まで延びている、ことを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１５】
本願の請求項１に係る車両用フレーム構造によれば、外部から曲げ荷重が入力される際に、圧縮方向の力が作用する第１面部に接着結合された補強部材の平板部によって直接第１面部の剛性を高めて第１面部の曲げ変形を抑制することができるとともに、該平板部から延び格子状に配設されたリブによって第１面部を圧縮に対して強くすることができるので、閉断面部材の曲げ変形初期に生じ得る閉断面部材の内方側への第１面部の曲げ変形を有効に抑制することができ、軽量化を図りつつ曲げ抗力を効率的に確保することができる。
【００１６】
また、本願の請求項２に係る発明によれば、リブ部は、平板部に近づくにつれて強度が増加するように構成されていることにより、第１面部の曲げ変形に対する抑制効果を高めることができ、前記効果をより有効に奏することができる。
【００１７】
更に、本願の請求項３に係る発明によれば、格子状のリブによって形成される開口部の大きさが平板部に近づくにつれて小さく形成されている、あるいはリブの肉厚が平板部に近づくにつれて厚く形成されているので、比較的簡単な構造によって、前記効果をより具体的に実現することができる。
【００１８】
また更に、本願の請求項４に係る発明によれば、リブ部は、閉断面部材の長手方向端部側から閉断面部材の長手方向中央側に近づくにつれて強度が増加するように構成されていることにより、閉断面部材が曲げ変形されるときに曲げ変形が生じやすい閉断面部材の長手方向中央側において、第１面部の曲げ変形に対する抑制効果を高めることができ、前記効果をより有効に奏することができる。
【００１９】
また更に、本願の請求項５に係る発明によれば、格子状のリブによって形成される開口部の大きさが閉断面部材の長手方向端部側から閉断面部材の長手方向中央側に近づくにつれて小さく形成されている、あるいはリブの肉厚が閉断面部材の長手方向端部側から閉断面部材の長手方向中央側に近づくにつれて厚く形成されているので、比較的簡単な構造によって、前記効果をより具体的に実現することができる。
【００２０】
また更に、本願の請求項６に係る発明によれば、リブは、第２面部まで延びていることにより、閉断面部材の内方側への第１面部の曲げ変形を抑制することができるとともに閉断面部材の内方側への第２面部の曲げ変形を抑制することができ、前記効果をより有効に奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレームを示す斜視図である。
【図２】図１におけるＹ２ａ−Ｙ２ａ線及びＹ２ｂ−Ｙ２ｂ線に沿った車体フレームの断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレームを示す図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレームの要部を示す斜視図である。
【図５】図４におけるＹ５ａ−Ｙ５ａ線及びＹ５ｂ−Ｙ５ｂ線に沿った車体フレームの断面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレームを示す斜視図である。
【図７】本発明の第５の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレームを示す斜視図である。
【図８】図７におけるＹ８ａ−Ｙ８ａ線及びＹ８ｂ−Ｙ８ｂ線に沿った車体フレームの断面図である。
【図９】閉断面状に形成された車体フレームの曲げ変形挙動を解析するためのシミュレーションについて説明するための説明図である。
【図１０】車体フレームの曲げ変形挙動をシミュレーション解析した結果を示す斜視図である。
【図１１】図１０における車体フレームの屈曲部の断面を示す断面図である。
【図１２】車体フレームに荷重を付加する圧子の下降ストロークと該荷重に対する反力との関係、及び圧子の下降ストロークとエネルギー吸収量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、「上」、「下」、「右」、「左」およびそれらの用語を含む別の用語など特定の方向を意味する用語を使用するが、それらの使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。
【００２３】
本願発明者等は、金属製の閉断面部材の内部に樹脂製の補強部材が取り付けられてなる車両用フレーム構造において、軽量化を図りつつ該閉断面部材の曲げ抗力を効率的に確保することができる車両用フレーム構造の開発にあたり、先ず、閉断面状に形成された車体フレームに外部から曲げ荷重が入力されて曲げ変形される際の変形挙動について、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｎｅｒｉｎｇ）によるシミュレーション解析を行った。
【００２４】
図９は、閉断面状に形成された車体フレームの曲げ変形挙動を解析するためのシミュレーションについて説明するための説明図であり、図９（ａ）は、車体フレームの曲げ変形挙動を解析するのに用いたモデルを示す図、図９（ｂ）は、車体フレームに荷重が付加されて車体フレームが湾曲した状態を示す図、図１０は、車体フレームの曲げ変形挙動をシミュレーション解析した結果を示す斜視図、図１１は、図１０における車体フレームの屈曲部の断面を示す断面図である。なお、図１０では、車体フレームの各部の変形量の大小を色の濃淡で表し、変形量が大きいほど濃い色で表している。また、図１０及び図１１では、車体フレームの曲げ変形の進行状態を（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の順に表しており、後述する図１２に示す圧子の下降ストロークがＳ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の場合を順に示している。
【００２５】
このシミュレーションでは、金属製の閉断面状に形成した車体フレーム２００として、図１０及び図１１に示すように、上面部２００ａと、上面部２００ａと離間した状態で上面部２００ａと平行に設けられる下面部２００ｂと、上面部２００ａと下面部２００ｂとの間の側面部２００ｃ、すなわち図１０及び図１１において上面部２００ａの右側端部と下面部２００ｂの右側端部との間の右側面部２００ｃ及び上面部２００ａの左側端部と下面部２００ｂの左側端部との間の左側面部２００ｃとを有し、略矩形閉断面状に形成したモデルを用いて、この車体フレーム２００に外部から曲げ荷重を付加して車体フレーム２００が曲げ変形される際の変形挙動をシミュレーション解析した。
【００２６】
具体的には、図９（ａ）に示すように、所定長さＸ１を有する車体フレーム２００を、この長さＸ１より短い所定距離Ｘ２だけ離間させた２つの固定点２０１で支持させ、２つの固定点２０１の中間位置に対応する車体フレーム２００の上面部２００ａの長手方向における中央部Ｐ１に上方から圧子２０２を一定速度で下降させ、圧子２０２を介して、車両衝突時に外部から入力される荷重を模擬した荷重Ｆを車体フレーム２００に付加し、車体フレーム２００の曲げ変形挙動を調べた。
【００２７】
このようにして車体フレーム２００に外部から曲げ荷重Ｆが付加される場合、図９（ｂ）に示すように、車体フレーム２００は下側に凸状に湾曲して変形し、車体フレーム２００は、上面部２００ａでは長手方向両端から圧縮方向の力が作用して圧縮応力が生じ、下面部２００ｂでは長手方向両端から引張方向の力が作用して引張応力が生じることとなる。また、側面部２００ｃには、中立軸２１０より上面部２００ａ側では圧縮応力が生じ、中立軸２１０より下面部２００ｂ側では引張応力が生じることとなる。
【００２８】
図１２は、車体フレームに荷重を付加する圧子の下降ストロークと該荷重に対する反力との関係、及び圧子の下降ストロークとエネルギー吸収量との関係を示すグラフであり、図１２では、圧子２０２が車体フレーム２００の上面部２００ａに接触した位置から車体フレーム２００の曲げ変形とともに下降する圧子２０２の下降ストロークを横軸にとり、荷重Ｆに対する反力Ｆ’を左側縦軸にとって表示し、エネルギー吸収量ＥＡを右側縦軸にとって表示している。エネルギー吸収量ＥＡは、車体フレーム２００が曲げ変形されることにより吸収できるエネルギーであり、荷重Ｆに対する反力Ｆ’と圧子２０２の下降ストロークとの積で表されるものである。
【００２９】
図１０から図１２を参照して、シミュレーション解析による車体フレーム２００の曲げ変形挙動について説明する。
【００３０】
図１０及び図１１の（ａ）に示すように、圧子２０２が車体フレーム２００の上方から下降し、圧子２０２が上面部２００ａに接触した位置である圧子の下降ストロークがＳ０である場合、車体フレーム２００において、上面部２００ａと側面部２００ｃとのコーナー部２００ｄの頂点Ｐ２は、下面部２００ｂと側面部２００ｃとのコーナー部２００ｅの頂点Ｐ３の略垂直方向上方側に位置している。なお、これら頂点Ｐ２、Ｐ３は、車体フレーム２００が曲げ変形される際の屈曲部、すなわち中央部Ｐ１を有する断面におけるコーナー部２００ｄ、２００ｅの頂点を表している。
【００３１】
この状態から圧子２０２を下方へ移動し、車体フレーム２００に荷重Ｆを付加すると、図１２に示すように、圧子２００の下降ストロークが大きくなるにつれて荷重Ｆに対する反力Ｆ’が大きくなり、車体フレーム２００が下側に凸状に湾曲して変形され、車体フレーム２００は、上面部２００ａで圧縮方向の力が作用し、下面部２００ｂで引張方向の力が作用し、荷重Ｆが付加される中央部Ｐ１から曲げ変形される。
【００３２】
そして、圧子２０２の下降ストロークがＳ１の場合に荷重Ｆに対する反力Ｆ’が最大となり、図１０及び図１１の（ｂ）に示すように、車体フレーム２００は下側に凸状に湾曲して変形されるとともに閉断面状に形成される車体フレーム２００の内方側へ変形され、この変形に伴って上面部２００ａに隣接する側面部２００ｃが断面方向における外方側に膨らんで面外変形を生じ、コーナー部２００ｅの頂点Ｐ３に対してコーナー部２００ｄの頂点Ｐ２が略垂直方向から外方側に傾斜し、図１０における変形箇所αで示すように、コーナー部２００ｄに変形量の大きい部分が生じる。また、この変形に伴って下面部２００ｂが車体フレーム２００の内方側に変位している。なお、荷重Ｆに対する反力Ｆ’が最大となる最大荷重Ｆ’ｍａｘが曲げ抗力の程度を表すものである。
【００３３】
さらに圧子２０２の下降ストロークが大きくなると、図１２に示すように、圧子２０２の下降ストロークに伴って荷重Ｆに対する反力Ｆ’が小さくなり、図１０及び図１１の（ｃ）及び（ｄ）に示すように、車体フレーム２００はさらに曲げ変形され、上面部２００ａが車体フレーム２００の内方側へさらに変形され、この変形に伴って側面部２００ｃが断面方向における外方側へさらに膨らんで面外変形を生じるとともに、下面部２００ｄが車体フレーム２００の内方側へさらに変位し、車体フレーム２００が曲げ変形され座屈している。
【００３４】
このシミュレーション解析結果から、本願発明者等は、略矩形閉断面状に形成された閉断面部材に外部から曲げ荷重が入力されて曲げ変形される場合、先ず、曲げ荷重が入力される際に圧縮方向の力が作用する第１面部が荷重の入力方向に沿って閉断面部材の内方側へ変形し、この変形に伴って該第１面部に隣接する側面部が閉断面部材の外方側に膨らんで面外変形を生じるとともに、荷重が入力される際に引張方向の力が作用する第２面部が閉断面部材の内方側へ変形し、閉断面部材が曲げ変形されて座屈していることを見出した。
【００３５】
なお、本願発明者等は、前述したシミュレーション解析に加えて、閉断面状に形成した実際の車体フレームについても同様に、車体フレームに外部から曲げ荷重を入力して曲げ変形する際の変形挙動を調べる実験を行ったが、かかる実験においても、前述したシミュレーション解析結果と略同様の結果が得られた。
【００３６】
そこで、これらシミュレーション解析結果及び実験結果に基づいて、閉断面部材の曲げ変形初期に生じ得る閉断面部材の内方側への第１面部の変形を抑制することができれば、閉断面部材が曲げ変形されることを有効に抑制することができ、軽量化を図りつつ曲げ抗力を効率的に確保することができると考えられる。
【００３７】
以下、本発明の実施形態に係る車両用フレーム構造について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレームを示す斜視図、図２は、図１におけるＹ２ａ−Ｙ２ａ線及びＹ２ｂ−Ｙ２ｂ線に沿った車体フレームの断面図であり、図２（ａ）は、Ｙ２ａ−Ｙ２ａ線に沿った車体フレームの断面図、図２（ｂ）は、Ｙ２ｂ−Ｙ２ｂ線に沿った車体フレームの断面図である。なお、図１、並びに後述する図３、図４、図６及び図７では、フレーム本体内の補強部材を明瞭に図示するため、フレーム本体を一点鎖線で示し、これを透過状態で示している。
【００３８】
図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレーム１は、閉断面部材としてのフレーム本体１０と、フレーム本体１０の長手方向に沿ってフレーム本体１０の内部に取り付けられる補強部材２０と、を有している。
【００３９】
フレーム本体１０は、鋼板などの金属製の板状素材を断面ハット状にプレス加工して得られる第１の板状部材１１と、鋼板などの金属製の板状素材でなる第２の板状部材１２とから構成されている。第１の板状部材１１は、略平面状に形成される底面部１１ａと、底面部１１ａの両側において略垂直方向に延びる側面部１１ｂと、側面部１１ｂから略直角方向に外側に延びるフランジ部１１ｃとを備え、第２の板状部材１２は、略平面状に形成される平面部１２ａを備えており、第１の板状部材１１のフランジ部１１ｃを第２の板状部材１２の平面部１２ａに当接させてスポット溶接で接合することにより、フレーム本体１０が略矩形閉断面状に形成されている。
【００４０】
補強部材２０は、樹脂材料を射出成形等によって成形して得られるものであり、フレーム本体１０を補強するためにフレーム本体１０の内部に取り付けられている。この補強部材２０は、第１の板状部材１１の底面部１１ａの形状に応じて略矩形状に形成される平板状の平板部２１と、平板部２１から略直角方向に延び格子状に配設されたリブ２２からなるリブ部２３とを有している。補強部材２０は、平板部２１が第１の板状部材１１の底面部１１ａに沿って配設されて底面部１１ａに発泡性接着剤２７によって接着結合され、フレーム本体１０を横切る方向であるフレーム本体１０の短手方向におけるリブ部２３の両側面が第１の板状部材１１の側面部１１ｂに沿って配設されて側面部１１ｂに発泡性接着剤２７によって接着結合されている。
【００４１】
これにより、格子状に配設されたリブ２２は、図２（ａ）に示すように、フレーム本体１０内において補強部材２０の平板部２１から第２の板状部材１２の平面部１２ａに向かって延びるように形成されているが、リブ２２の先端部は、第１の板状部材１１の底面部１１ａと第２の板状部材１２の平面部１２ａとの間の中間位置よりも短く形成されている。なお、リブ２２は、フレーム本体１０の第１の板状部材１１の底面部１１ａに外部から曲げ荷重が入力される際の中立軸Ｌ１より圧縮応力が生じる側に配置されることが好ましい。
【００４２】
また、車体フレーム１においては、格子状のリブ２２は、図２（ｂ）に示すように、該リブ２２によって形成される開口部２４が四角形状に形成されている。しかしながら、リブ２２によって形成される開口部２４を、三角形状、六角形状又は八角形状などその他の形状に形成することも可能である。
【００４３】
このようにして構成される車体フレーム１は、曲げ荷重が入力されることが想定される方向に第１の板状部材１１の底面部１１ａが対向するように配置される。これにより、外部から曲げ荷重が入力される際には、第１の板状部材１１の底面部１１ａに圧縮方向の力が作用して圧縮応力が生じ、第２の板状部材１２の平面部１２ａに引張方向の力が作用して引張応力が生じることとなる。
【００４４】
このように、本発明の第１の実施形態に係る車両用フレーム構造では、金属製の閉断面状に形成されたフレーム本体１０の内部に、樹脂製の補強部材２０がフレーム本体１０の長手方向に沿って取り付けられ、フレーム本体１０は、外部から曲げ荷重が入力される際に、圧縮方向の力が作用する第１の板状部材１１の底面部１１ａと、引張方向の力が作用する第２の板状部材１２の平面部１２ａと、該底面部１１ａと該平面部１２ａとの間の第１の板状部材１１の側面部１１ｂとを有し、補強部材２０は、第１の板状部材１１の底面部１１ａに沿って配設されて該底面部１１ａに接着結合された平板部２１と、該平板部２１から第２の板状部材１２の平面部１２ａに向かって延び格子状に配設されたリブ２２からなるリブ部２３とを有している。
【００４５】
これにより、外部から曲げ荷重が入力される際に、圧縮方向の力が作用する第１の板状部材１１の底面部１１ａに接着結合された補強部材２０の平板部２１によって直接底面部１１ａの剛性を高めて底面部１１ａの曲げ変形を抑制することができるとともに、平板部２１から延び格子状に配設されたリブ２２によって底面部１１ａを圧縮に対して強くすることができるので、フレーム本体１０の曲げ変形初期に生じ得るフレーム本体１０の内方側への第１の板状部材１１の底面部１１ａの曲げ変形を有効に抑制することができ、軽量化を図りつつ曲げ抗力を効率的に確保することができる。
【００４６】
この車両用フレーム構造を適用した車体フレーム１を製造する場合には、先ず、断面ハット状に形成した第１の板状部材１１を第２の板状部材１２と溶接し、第１の板状部材１１と第２の板状部材１２とからなるフレーム本体１０の内部に、補強部材２０の平板部２１とリブ部２３の両側面とに発泡性接着剤２７を塗布した状態で補強部材２０を挿入し、図２（ａ）に示す所定位置に保持する。そして、電着塗装工程におけるベーキング時に発泡性接着剤２７を発泡させて、発泡性接着剤２７によって補強部材２０をフレーム本体１０に接着結合して製造する。これにより、電着塗装工程において、電着液がフレーム本体１０の内部に入り込むことができ、耐食性向上の効果を得ることができる。
【００４７】
図３は、本発明の第２の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレームを示す図であり、図３（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレームの斜視図、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＹ３ｂ−Ｙ３ｂ線に沿った車体フレームの断面図である。なお、第２の実施形態において、第１の実施形態と同様の構成を備え、同様の作用をなすものについては同一符号を付して説明を省略する。
【００４８】
図３に示すように、本発明の第２の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレーム３１は、車体フレーム１と同様に、金属製の閉断面状に形成されるフレーム本体１０の内部に樹脂製の補強部材４０が配置され、補強部材４０は、第１の板状部材１１の底面部１１ａに沿って配設されて底面部１１ａに接着結合された平板部４１と、平板部４１から第２の板状部材１２の平面部１２ａに向かって延び格子状に配設されるリブ４２からなるリブ部４３とを有し、格子状に配設されたリブ４２によって四角形状の開口部４４が形成されているが、リブ４２が、第２の板状部材１２の平面部１２ａまで延び、平面部１２ａに当接するように形成されている。
【００４９】
このように構成される車両用フレーム構造においても、フレーム本体１０の第１の板状部材１１の底面部１１ａに外部から曲げ荷重が入力される際に、フレーム本体１０の曲げ変形初期に生じ得るフレーム本体１０の内方側への第１の板状部材１１の底面部１１ａの曲げ変形を有効に抑制することができ、軽量化を図りつつ曲げ抗力を効率的に確保することができる。
【００５０】
また、車体フレーム３１では、リブ４２は、平板部４１から第２の板状部材１２の平面部１２ａまで延びていることにより、フレーム本体１０の内方側への第１の板状部材１１の底面部１１ａの曲げ変形を抑制することができるとともにフレーム本体１０の内方側への第２の板状部材１２の平面部１２ａの曲げ変形を抑制することができ、前記効果をより有効に奏することができる。
【００５１】
図４は、本発明の第３の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレームの要部を示す斜視図である。また、図５は、図４におけるＹ５ａ−Ｙ５ａ線及びＹ５ｂ−Ｙ５ｂ線に沿った車体フレームの断面図であり、図５（ａ）は、Ｙ５ａ−Ｙ５ａ線に沿った車体フレームの断面図、図５（ｂ）は、Ｙ５ｂ−Ｙ５ｂ線に沿った車体フレームの断面図であり、図４及び図５（ｂ）では、車体フレームの長手方向における一部のみを示している。なお、第３の実施形態において、第２の実施形態と同様の構成を備え、同様の作用をなすものについては同一符号を付して説明を省略する。
【００５２】
図４及び図５に示すように、本発明の第３の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレーム５１は、車体フレーム３１と同様に、金属製の閉断面状に形成されるフレーム本体１０の内部に樹脂製の補強部材６０が配置され、補強部材６０は、第１の板状部材１１の底面部１１ａに沿って配設されて底面部１１ａに接着結合された平板部６１と、平板部６１から第２の板状部材１２の平面部１２ａに向かって延び格子状に配設されたリブ６２からなるリブ部６３とを有しているが、格子状に配設されたリブ６２が、第２の板状部材１２の平面部１２ａまで延び格子状に配設される第１リブ６２ａと、第１の板状部材１１の底面部１１ａと第２の板状部材１２の平面部１２ａとの間の略中間位置まで延びる第２リブ６２ｂとを有している。
【００５３】
図５に示すように、車体フレーム５１の補強部材６０では、格子状に配設されたリブ６２の第１リブ６２ａによって、補強部材４０のリブ４２と同様に、四角形状の開口部６４ａが形成されているが、第２リブ６２ｂが、第１リブ６２ａによって形成される開口部６４ａを４つの四角形状の開口部６４ｂに分割するように該開口部６４ａ内に十字形状に配置されている。
【００５４】
このように、車体フレーム５１においては、補強部材６０のリブ部６３における格子状に形成されるリブ６２は、平板部６１側では第１リブ６２ａによって形成される開口部６４ａが第２リブ６２ｂによって分割され、平板部６１に近づくにつれて開口部６４の大きさが小さく形成され、リブ部６３は、底面部６１に近づくにつれて強度が増加するように構成されている。
【００５５】
このように構成される車両用フレーム構造においても、フレーム本体１０の第１の板状部材１１の底面部１１ａに外部から曲げ荷重が入力される際に、フレーム本体１０の曲げ変形初期に生じ得るフレーム本体１０の内方側への第１の板状部材１１の底面部１１ａの曲げ変形を有効に抑制することができ、軽量化を図りつつ曲げ抗力を効率的に確保することができる。また、車体フレーム５１では、リブ部６３は、平板部６１に近づくにつれて強度が増加するように構成されていることにより、第１の板状部材１１の底面部１１ａの曲げ変形に対する抑制効果を高めることができる。
【００５６】
この第３の実施形態に係る車体フレーム５１では、格子状に配設されたリブ６２が、平板部６１に近づくにつれて開口部６４の大きさが小さく形成され、リブ部６３は、平板部６１に近づくにつれて強度が増加するように構成されているが、格子状に配設されたリブ６２において平板部６１に近づくにつれてリブの肉厚を厚く形成することにより、リブ部６３を平板部６１に近づくにつれて強度が増加するように構成することも可能である。
【００５７】
図６は、本発明の第４の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレームを示す斜視図である。なお、第４の実施形態において、第２の実施形態における場合と同様の構成を備え、同様の作用をなすものについては同一符号を付して説明を省略する。
【００５８】
図６に示すように、本発明の第４の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレーム７１は、車体フレーム３１と同様に、金属製の閉断面状に形成されるフレーム本体１０の内部に樹脂製の補強部材８０が配置され、補強部材８０は、第１の板状部材１１の底面部１１ａに沿って配設されて底面部１１ａに接着結合された平板部８１と、平板部８１から第２の板状部材１２の平面部１２ａまで延び格子状に配設されたリブ８２からなるリブ部８３とを有しているが、リブ８２によって形成される四角形状の開口部８４の大きさがフレーム本体１０の長手方向端部側からフレーム本体１０の長手方向中央側に向かって小さくなるように形成されている。
【００５９】
図６に示すように、車体フレーム７１の補強部材８０では、リブ８２によって形成される開口部８４は、フレーム本体１０の長手方向端部側からその中央側に近づくにつれて開口部８４ａ、８４ｂ、８４ｃの順に開口部の大きさが小さく形成されている。このように、車体フレーム７１においては、格子状のリブ８２によって形成される開口部８４の大きさは、フレーム本体１０の長手方向端部側からその中央側に近づくにつれて小さく形成され、リブ部８３は、フレーム本体１０の長手方向端部側からその中央側に近づくにつれて強度が増加するように構成されている。
【００６０】
このように構成される車両用フレーム構造においても、フレーム本体１０の第１の板状部材１１の底面部１１ａに外部から曲げ荷重が入力される際に、フレーム本体１０の曲げ変形初期に生じ得るフレーム本体１０の内方側への第１の板状部材１１の底面部１１ａの曲げ変形を有効に抑制することができ、軽量化を図りつつ曲げ抗力を効率的に確保することができる。
【００６１】
また、車体フレーム７１では、リブ部８３は、フレーム本体１０の長手方向端部側からフレーム本体１０の長手方向中央側に近づくにつれて強度が増加するように構成されていることにより、フレーム本体１０が曲げ変形されるときに曲げ変形が生じやすいフレーム本体１０の長手方向中央側において、第１の板状部材１０の底面部１１ａの曲げ変形に対する抑制効果を高めることができる。
【００６２】
この第４の実施形態に係る車体フレーム７１では、格子状に配設されたリブ８２が、フレーム本体１０の長手方向端部側からその中央側に近づくにつれて開口部８４の大きさが小さく形成され、リブ部８３は、フレーム本体１０の長手方向端部側からその中央側に近づくにつれて強度が増加するように構成されているが、格子状に配設されたリブ８２において、フレーム本体１０の長手方向端部側からその中央側に近づくにつれてリブの肉厚を厚く形成することにより、リブ部８３をフレーム本体１０の長手方向端部側からその中央側に近づくにつれて強度が増加するように構成することも可能である。
【００６３】
図７は、本発明の第５の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレームを示す斜視図、図８は、図７におけるＹ８ａ−Ｙ８ａ線及びＹ８ｂ−Ｙ８ｂ線に沿った車体フレームの断面図であり、図８（ａ）は、Ｙ８ａ−Ｙ８ａ線に沿った車体フレームの断面図、図８（ｂ）は、Ｙ８ｂ−Ｙ８ｂ線に沿った車体フレームの断面図である。なお、第５の実施形態において、第１の実施形態における場合と同様の構成を備え、同様の作用をなすものについては同一符号を付して説明を省略する。
【００６４】
図７及び図８に示すように、本発明の第５の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレーム９１は、車体フレーム１と同様に、金属製の閉断面状に形成される車体フレーム９１の内部に樹脂製の補強部材１００が配置され、補強部材１００は、第１の板状部材１１の底面部１１ａに沿って配設されて底面部１１ａに接着結合された平板部１０１と、平板部１０１から第２の板状部材１２の平面部１２ａに向かって延び格子状に配設されたリブ１０２からなるリブ部１０３とを有し、リブ１０２によって四角形状の開口部１０４が形成されているが、リブ１０２は、フレーム本体１０の短手方向端部側からフレーム本体１０の短手方向中央側に向かってリブの高さが低くなるように形成されている。なお、リブ１０２は、フレーム本体１０の第１の板状部材１１の底面部１１ａに外部から曲げ荷重が入力される際の中立軸Ｌ１より圧縮応力が生じる側に配置されることが好ましい。
【００６５】
図８（ａ）に示すように、車体フレーム９１の補強部材１００では、リブ１０２は、その先端部が、フレーム本体１０の短手方向端部側で第１の板状部材１１の底面部１１ａと第２の板状部材１２の平面部１２ａとの間の略中間位置よりも短く形成されるとともに、フレーム本体１０の短手方向中央側に向かうにつれて低く形成され、フレーム本体１０の短手方向において凹状に湾曲して形成されている。
【００６６】
このように構成される車両用フレーム構造においても、フレーム本体１０の第１の板状部材１１の底面部１１ａに外部から曲げ荷重が入力される際に、フレーム本体１０の曲げ変形初期に生じ得るフレーム本体１０の内方側への第１の板状部材１１の底面部１１ａの曲げ変形を有効に抑制することができ、軽量化を図りつつ曲げ抗力を効率的に確保することができる。
【００６７】
この第５の実施形態に係る車体フレーム９１では、リブ１０２の先端部が、フレーム本体１０の短手方向端部側で第１の板状部材１１の底面部１１ａと第２の板状部材１２の平面部１２ａとの間の略中間位置よりも短く形成されているが、第２の板状部材１２の平面部１２ａまで延びるように形成することも可能である。
【００６８】
前述した本発明の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレームにおいては、フレーム本体１０の内部に配置される補強部材２０、４０、６０、８０、１００は、フレーム本体１０の短手方向におけるリブ部２３、４３、６３、８３、１０３の両側面が第１の板状部材１１の側面部１１ｂに接着結合されているので、外部から曲げ荷重が入力される際に、第１の板状部材１１の底面部１１ａがフレーム本体１０の内方側へ変形することに伴って第１の板状部材１１の側面部１１ｂが外方側へ膨らんで面外変形することを抑制することができ、第１の板状部材１１の底面部１１ａがフレーム本体１０の内方側へ変形されることをさらに抑制することができる。
【００６９】
なお、車体フレーム１、３１、５１、７１、９１に外部から曲げ荷重が入力される際に、圧縮方向の力が作用する第１の板状部材１１の底面部１１ａが本願請求項に記載される第１面部に相当し、引張方向の力が作用する第２の板状部材１２の平面部１２ａが本願請求項に記載される第２面部に相当し、該底面部１１ａと該平面部１２ａとの間の第１の板状部材１１の側面部１１ｂが本願請求項に記載される第１面部と第２面部との間の第３面部に相当する。
【００７０】
本発明は、例示された実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。例えば、前述した第４の実施形態に係る車両用フレーム構造と第５の実施形態に係る車両用フレーム構造とを組み合わせ、第５の実施形態に係る車体フレーム構造を適用した車体フレーム９１において格子状に配設されたリブ１０２によって形成される開口部１０４をフレーム本体１０の長手方向端部側からその中央側に向けて小さくするなど、第１から第５の実施形態に係る車両用フレーム構造をそれぞれ適宜組み合わせて構成するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、金属製の閉断面部材の内部に樹脂製の補強部材が取り付けられてなる車両用フレーム構造において、軽量化を図りつつ曲げ抗力を効率的に確保することができる車両用フレーム構造を提供することができ、例えばサイドピラーやサイドシルなどの車体の一部を構成する車体フレームに広く利用される可能性がある。
【符号の説明】
【００７２】
１、３１、５１、７１、９１ 車体フレーム
１０ フレーム本体
１１ 第１の板状部材
１１ａ 第１の板状部材の底面部（第１面部）
１１ｂ 第１の板状部材の側面部（第３面部）
１２ 第２の板状部材
１２ａ 第２の板状部材の平面部（第２面部）
２０、４０、６０、８０、１００ 補強部材
２１、４１、６１、８１、１０１ 補強部材の平板部
２２、４２、６２、８２、１０２ 補強部材のリブ
２３、４３、６３、８３、１０３ 補強部材のリブ部
２４、４４、６４、８４、１０４ リブによって形成される開口部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車等の車両における車体の一部を構成する車両用フレームの構造に関し、より詳しく言えば、金属製の閉断面部材の内部に、該閉断面部材を補強するための樹脂製の補強部材が取り付けられてなる車両用フレーム構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、自動車等の車両における車体の一部を構成するサイドピラーやサイドシルなどの車両用フレーム（車体フレーム）には、車両衝突時における乗員の安全性を確保するため高強度及び高剛性が求められるとともに、燃費性能の向上を図るため軽量化が求められている。このため、車体フレームは、多くの場合、金属製の板状素材を閉断面状に形成した閉断面部材として構成されている。
【０００３】
また、金属製の閉断面部材の内部に補強部材を取り付けて該閉断面部材を補強するようにした車体フレームも知られている。例えば特許文献１には、閉断面構造を有するＢピラー内に金属製の補強部材を曲げの圧縮側に配置して補強するようにしたものが開示されている。また、例えば特許文献２には、ピラーなどの中空構造物の中空部に、該中空部を横断面において複数の分割室に仕切る仕切り壁を有する樹脂製の補強部材を配設し、その少なくとも１つの分割室を発泡体で遮断するようにしたものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２７９９０４号公報
【特許文献２】特開２００１−１９１９４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１及び前記特許文献２に開示されるように、閉断面部材の内部に補強部材を取り付けて補強する場合には重量の増加を招くこととなる。前記特許文献２に記載のものは、特許文献１に記載のものに比べて樹脂製の補強部材を用いることで重量の増加を抑えて補強することができるが、サイドピラーやサイドシルなどの車体フレームにおいては更なる軽量化に対する改善が望まれている。その一方、車体フレームは、前述したように、例えば車体側方からの衝突（所謂側突）を受けた際に乗員の安全性を確保するため、車体フレームに外部から曲げ荷重が入力される際に曲げ変形しないよう十分な曲げ抗力を確保することが求められている。このため、車体フレームにおいては、軽量化を図りつつ曲げ抗力を如何に効率的に確保するかが重要な課題となる。
【０００６】
本願発明者等は、種々の試験研究を重ねた結果、具体的には後述するが、略矩形閉断面状に形成された閉断面部材に外部から曲げ荷重が入力されて曲げ変形される場合、先ず、曲げ荷重が入力される際に圧縮方向の力が作用する第１面部が荷重の入力方向に沿って閉断面部材の内方側へ変形し、この変形に伴って該第１面部に隣接する側面部が閉断面部材の外方側に膨らんで面外変形を生じるとともに、荷重が入力される際に引張方向の力が作用する第２面部が閉断面部材の内方側へ変形し、閉断面部材が曲げ変形されて座屈することを見出した。
【０００７】
かかる知見に基づいて、閉断面部材の曲げ変形初期に生じ得る閉断面部材の内方側への第１面部の曲げ変形を抑制することができれば、閉断面部材が曲げ変形されることを有効に抑制することができ、軽量化を図りつつ閉断面部材の曲げ抗力を効率的に確保することができると考えられる。
【０００８】
そこで、この発明は、金属製の閉断面部材の内部に樹脂製の補強部材が取り付けられてなる車両用フレーム構造において、閉断面部材の曲げ変形初期に生じ得る閉断面部材の内方側への第１面部の曲げ変形を有効に抑制し、軽量化を図りつつ曲げ抗力を効率的に確保することができる車両用フレーム構造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】
【０００９】
このため、本願の請求項１に係る車両用フレーム構造は、金属製の閉断面部材の内部に、樹脂製の補強部材が該閉断面部材の長手方向に沿って取り付けられてなる車両用フレーム構造であって、前記閉断面部材は、外部から曲げ荷重が入力される際に、圧縮方向の力が作用する第１面部と、引張方向の力が作用する第２面部と、該第１面部と該第２面部との間の第３面部とを有し、前記補強部材は、前記第１面部に沿って配設されて該第１面部に接着結合された平板部と、該平板部から前記第２面部に向かって延び格子状に配設されたリブからなるリブ部と、を有している、ことを特徴としたものである。
【００１０】
また、本願の請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記リブ部は、前記平板部に近づくにつれて強度が増加するように構成されている、ことを特徴としたものである。
【００１１】
更に、本願の請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明において、前記格子状のリブによって形成される開口部の大きさが前記平板部に近づくにつれて小さく形成されている、あるいは前記リブの肉厚が前記平板部に近づくにつれて厚く形成されている、ことを特徴としたものである。
【００１２】
また更に、本願の請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３の何れか一項に係る発明において、前記リブ部は、前記閉断面部材の長手方向端部側から前記閉断面部材の長手方向中央側に近づくにつれて強度が増加するように構成されている、ことを特徴としたものである。
【００１３】
また更に、本願の請求項５に係る発明は、請求項４に係る発明において、前記格子状のリブによって形成される開口部の大きさが前記閉断面部材の長手方向端部側から前記閉断面部材の長手方向中央側に近づくにつれて小さく形成されている、あるいは前記リブの肉厚が前記閉断面部材の長手方向端部側から前記閉断面部材の長手方向中央側に近づくにつれて厚く形成されている、ことを特徴としたものである。
【００１４】
また更に、本願の請求項６に係る発明は、請求項１から請求項５の何れか一項に係る発明において、前記リブは、前記第２面部まで延びている、ことを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１５】
本願の請求項１に係る車両用フレーム構造によれば、外部から曲げ荷重が入力される際に、圧縮方向の力が作用する第１面部に接着結合された補強部材の平板部によって直接第１面部の剛性を高めて第１面部の曲げ変形を抑制することができるとともに、該平板部から延び格子状に配設されたリブによって第１面部を圧縮に対して強くすることができるので、閉断面部材の曲げ変形初期に生じ得る閉断面部材の内方側への第１面部の曲げ変形を有効に抑制することができ、軽量化を図りつつ曲げ抗力を効率的に確保することができる。
【００１６】
また、本願の請求項２に係る発明によれば、リブ部は、平板部に近づくにつれて強度が増加するように構成されていることにより、第１面部の曲げ変形に対する抑制効果を高めることができ、前記効果をより有効に奏することができる。
【００１７】
更に、本願の請求項３に係る発明によれば、格子状のリブによって形成される開口部の大きさが平板部に近づくにつれて小さく形成されている、あるいはリブの肉厚が平板部に近づくにつれて厚く形成されているので、比較的簡単な構造によって、前記効果をより具体的に実現することができる。
【００１８】
また更に、本願の請求項４に係る発明によれば、リブ部は、閉断面部材の長手方向端部側から閉断面部材の長手方向中央側に近づくにつれて強度が増加するように構成されていることにより、閉断面部材が曲げ変形されるときに曲げ変形が生じやすい閉断面部材の長手方向中央側において、第１面部の曲げ変形に対する抑制効果を高めることができ、前記効果をより有効に奏することができる。
【００１９】
また更に、本願の請求項５に係る発明によれば、格子状のリブによって形成される開口部の大きさが閉断面部材の長手方向端部側から閉断面部材の長手方向中央側に近づくにつれて小さく形成されている、あるいはリブの肉厚が閉断面部材の長手方向端部側から閉断面部材の長手方向中央側に近づくにつれて厚く形成されているので、比較的簡単な構造によって、前記効果をより具体的に実現することができる。
【００２０】
また更に、本願の請求項６に係る発明によれば、リブは、第２面部まで延びていることにより、閉断面部材の内方側への第１面部の曲げ変形を抑制することができるとともに閉断面部材の内方側への第２面部の曲げ変形を抑制することができ、前記効果をより有効に奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレームを示す斜視図である。
【図２】図１におけるＹ２ａ−Ｙ２ａ線及びＹ２ｂ−Ｙ２ｂ線に沿った車体フレームの断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレームを示す図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレームの要部を示す斜視図である。
【図５】図４におけるＹ５ａ−Ｙ５ａ線及びＹ５ｂ−Ｙ５ｂ線に沿った車体フレームの断面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレームを示す斜視図である。
【図７】本発明の第５の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレームを示す斜視図である。
【図８】図７におけるＹ８ａ−Ｙ８ａ線及びＹ８ｂ−Ｙ８ｂ線に沿った車体フレームの断面図である。
【図９】閉断面状に形成された車体フレームの曲げ変形挙動を解析するためのシミュレーションについて説明するための説明図である。
【図１０】車体フレームの曲げ変形挙動をシミュレーション解析した結果を示す斜視図である。
【図１１】図１０における車体フレームの屈曲部の断面を示す断面図である。
【図１２】車体フレームに荷重を付加する圧子の下降ストロークと該荷重に対する反力との関係、及び圧子の下降ストロークとエネルギー吸収量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、「上」、「下」、「右」、「左」およびそれらの用語を含む別の用語など特定の方向を意味する用語を使用するが、それらの使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。
【００２３】
本願発明者等は、金属製の閉断面部材の内部に樹脂製の補強部材が取り付けられてなる車両用フレーム構造において、軽量化を図りつつ該閉断面部材の曲げ抗力を効率的に確保することができる車両用フレーム構造の開発にあたり、先ず、閉断面状に形成された車体フレームに外部から曲げ荷重が入力されて曲げ変形される際の変形挙動について、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｎｅｒｉｎｇ）によるシミュレーション解析を行った。
【００２４】
図９は、閉断面状に形成された車体フレームの曲げ変形挙動を解析するためのシミュレーションについて説明するための説明図であり、図９（ａ）は、車体フレームの曲げ変形挙動を解析するのに用いたモデルを示す図、図９（ｂ）は、車体フレームに荷重が付加されて車体フレームが湾曲した状態を示す図、図１０は、車体フレームの曲げ変形挙動をシミュレーション解析した結果を示す斜視図、図１１は、図１０における車体フレームの屈曲部の断面を示す断面図である。なお、図１０では、車体フレームの各部の変形量の大小を色の濃淡で表し、変形量が大きいほど濃い色で表している。また、図１０及び図１１では、車体フレームの曲げ変形の進行状態を（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の順に表しており、後述する図１２に示す圧子の下降ストロークがＳ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の場合を順に示している。
【００２５】
このシミュレーションでは、金属製の閉断面状に形成した車体フレーム２００として、図１０及び図１１に示すように、上面部２００ａと、上面部２００ａと離間した状態で上面部２００ａと平行に設けられる下面部２００ｂと、上面部２００ａと下面部２００ｂとの間の側面部２００ｃ、すなわち図１０及び図１１において上面部２００ａの右側端部と下面部２００ｂの右側端部との間の右側面部２００ｃ及び上面部２００ａの左側端部と下面部２００ｂの左側端部との間の左側面部２００ｃとを有し、略矩形閉断面状に形成したモデルを用いて、この車体フレーム２００に外部から曲げ荷重を付加して車体フレーム２００が曲げ変形される際の変形挙動をシミュレーション解析した。
【００２６】
具体的には、図９（ａ）に示すように、所定長さＸ１を有する車体フレーム２００を、この長さＸ１より短い所定距離Ｘ２だけ離間させた２つの固定点２０１で支持させ、２つの固定点２０１の中間位置に対応する車体フレーム２００の上面部２００ａの長手方向における中央部Ｐ１に上方から圧子２０２を一定速度で下降させ、圧子２０２を介して、車両衝突時に外部から入力される荷重を模擬した荷重Ｆを車体フレーム２００に付加し、車体フレーム２００の曲げ変形挙動を調べた。
【００２７】
このようにして車体フレーム２００に外部から曲げ荷重Ｆが付加される場合、図９（ｂ）に示すように、車体フレーム２００は下側に凸状に湾曲して変形し、車体フレーム２００は、上面部２００ａでは長手方向両端から圧縮方向の力が作用して圧縮応力が生じ、下面部２００ｂでは長手方向両端から引張方向の力が作用して引張応力が生じることとなる。また、側面部２００ｃには、中立軸２１０より上面部２００ａ側では圧縮応力が生じ、中立軸２１０より下面部２００ｂ側では引張応力が生じることとなる。
【００２８】
図１２は、車体フレームに荷重を付加する圧子の下降ストロークと該荷重に対する反力との関係、及び圧子の下降ストロークとエネルギー吸収量との関係を示すグラフであり、図１２では、圧子２０２が車体フレーム２００の上面部２００ａに接触した位置から車体フレーム２００の曲げ変形とともに下降する圧子２０２の下降ストロークを横軸にとり、荷重Ｆに対する反力Ｆ’を左側縦軸にとって表示し、エネルギー吸収量ＥＡを右側縦軸にとって表示している。エネルギー吸収量ＥＡは、車体フレーム２００が曲げ変形されることにより吸収できるエネルギーであり、荷重Ｆに対する反力Ｆ’と圧子２０２の下降ストロークとの積で表されるものである。
【００２９】
図１０から図１２を参照して、シミュレーション解析による車体フレーム２００の曲げ変形挙動について説明する。
【００３０】
図１０及び図１１の（ａ）に示すように、圧子２０２が車体フレーム２００の上方から下降し、圧子２０２が上面部２００ａに接触した位置である圧子の下降ストロークがＳ０である場合、車体フレーム２００において、上面部２００ａと側面部２００ｃとのコーナー部２００ｄの頂点Ｐ２は、下面部２００ｂと側面部２００ｃとのコーナー部２００ｅの頂点Ｐ３の略垂直方向上方側に位置している。なお、これら頂点Ｐ２、Ｐ３は、車体フレーム２００が曲げ変形される際の屈曲部、すなわち中央部Ｐ１を有する断面におけるコーナー部２００ｄ、２００ｅの頂点を表している。
【００３１】
この状態から圧子２０２を下方へ移動し、車体フレーム２００に荷重Ｆを付加すると、図１２に示すように、圧子２００の下降ストロークが大きくなるにつれて荷重Ｆに対する反力Ｆ’が大きくなり、車体フレーム２００が下側に凸状に湾曲して変形され、車体フレーム２００は、上面部２００ａで圧縮方向の力が作用し、下面部２００ｂで引張方向の力が作用し、荷重Ｆが付加される中央部Ｐ１から曲げ変形される。
【００３２】
そして、圧子２０２の下降ストロークがＳ１の場合に荷重Ｆに対する反力Ｆ’が最大となり、図１０及び図１１の（ｂ）に示すように、車体フレーム２００は下側に凸状に湾曲して変形されるとともに閉断面状に形成される車体フレーム２００の内方側へ変形され、この変形に伴って上面部２００ａに隣接する側面部２００ｃが断面方向における外方側に膨らんで面外変形を生じ、コーナー部２００ｅの頂点Ｐ３に対してコーナー部２００ｄの頂点Ｐ２が略垂直方向から外方側に傾斜し、図１０における変形箇所αで示すように、コーナー部２００ｄに変形量の大きい部分が生じる。また、この変形に伴って下面部２００ｂが車体フレーム２００の内方側に変位している。なお、荷重Ｆに対する反力Ｆ’が最大となる最大荷重Ｆ’ｍａｘが曲げ抗力の程度を表すものである。
【００３３】
さらに圧子２０２の下降ストロークが大きくなると、図１２に示すように、圧子２０２の下降ストロークに伴って荷重Ｆに対する反力Ｆ’が小さくなり、図１０及び図１１の（ｃ）及び（ｄ）に示すように、車体フレーム２００はさらに曲げ変形され、上面部２００ａが車体フレーム２００の内方側へさらに変形され、この変形に伴って側面部２００ｃが断面方向における外方側へさらに膨らんで面外変形を生じるとともに、下面部２００ｄが車体フレーム２００の内方側へさらに変位し、車体フレーム２００が曲げ変形され座屈している。
【００３４】
このシミュレーション解析結果から、本願発明者等は、略矩形閉断面状に形成された閉断面部材に外部から曲げ荷重が入力されて曲げ変形される場合、先ず、曲げ荷重が入力される際に圧縮方向の力が作用する第１面部が荷重の入力方向に沿って閉断面部材の内方側へ変形し、この変形に伴って該第１面部に隣接する側面部が閉断面部材の外方側に膨らんで面外変形を生じるとともに、荷重が入力される際に引張方向の力が作用する第２面部が閉断面部材の内方側へ変形し、閉断面部材が曲げ変形されて座屈していることを見出した。
【００３５】
なお、本願発明者等は、前述したシミュレーション解析に加えて、閉断面状に形成した実際の車体フレームについても同様に、車体フレームに外部から曲げ荷重を入力して曲げ変形する際の変形挙動を調べる実験を行ったが、かかる実験においても、前述したシミュレーション解析結果と略同様の結果が得られた。
【００３６】
そこで、これらシミュレーション解析結果及び実験結果に基づいて、閉断面部材の曲げ変形初期に生じ得る閉断面部材の内方側への第１面部の変形を抑制することができれば、閉断面部材が曲げ変形されることを有効に抑制することができ、軽量化を図りつつ曲げ抗力を効率的に確保することができると考えられる。
【００３７】
以下、本発明の実施形態に係る車両用フレーム構造について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレームを示す斜視図、図２は、図１におけるＹ２ａ−Ｙ２ａ線及びＹ２ｂ−Ｙ２ｂ線に沿った車体フレームの断面図であり、図２（ａ）は、Ｙ２ａ−Ｙ２ａ線に沿った車体フレームの断面図、図２（ｂ）は、Ｙ２ｂ−Ｙ２ｂ線に沿った車体フレームの断面図である。なお、図１、並びに後述する図３、図４、図６及び図７では、フレーム本体内の補強部材を明瞭に図示するため、フレーム本体を一点鎖線で示し、これを透過状態で示している。
【００３８】
図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレーム１は、閉断面部材としてのフレーム本体１０と、フレーム本体１０の長手方向に沿ってフレーム本体１０の内部に取り付けられる補強部材２０と、を有している。
【００３９】
フレーム本体１０は、鋼板などの金属製の板状素材を断面ハット状にプレス加工して得られる第１の板状部材１１と、鋼板などの金属製の板状素材でなる第２の板状部材１２とから構成されている。第１の板状部材１１は、略平面状に形成される底面部１１ａと、底面部１１ａの両側において略垂直方向に延びる側面部１１ｂと、側面部１１ｂから略直角方向に外側に延びるフランジ部１１ｃとを備え、第２の板状部材１２は、略平面状に形成される平面部１２ａを備えており、第１の板状部材１１のフランジ部１１ｃを第２の板状部材１２の平面部１２ａに当接させてスポット溶接で接合することにより、フレーム本体１０が略矩形閉断面状に形成されている。
【００４０】
補強部材２０は、樹脂材料を射出成形等によって成形して得られるものであり、フレーム本体１０を補強するためにフレーム本体１０の内部に取り付けられている。この補強部材２０は、第１の板状部材１１の底面部１１ａの形状に応じて略矩形状に形成される平板状の平板部２１と、平板部２１から略直角方向に延び格子状に配設されたリブ２２からなるリブ部２３とを有している。補強部材２０は、平板部２１が第１の板状部材１１の底面部１１ａに沿って配設されて底面部１１ａに発泡性接着剤２７によって接着結合され、フレーム本体１０を横切る方向であるフレーム本体１０の短手方向におけるリブ部２３の両側面が第１の板状部材１１の側面部１１ｂに沿って配設されて側面部１１ｂに発泡性接着剤２７によって接着結合されている。
【００４１】
これにより、格子状に配設されたリブ２２は、図２（ａ）に示すように、フレーム本体１０内において補強部材２０の平板部２１から第２の板状部材１２の平面部１２ａに向かって延びるように形成されているが、リブ２２の先端部は、第１の板状部材１１の底面部１１ａと第２の板状部材１２の平面部１２ａとの間の中間位置よりも短く形成されている。なお、リブ２２は、フレーム本体１０の第１の板状部材１１の底面部１１ａに外部から曲げ荷重が入力される際の中立軸Ｌ１より圧縮応力が生じる側に配置されることが好ましい。
【００４２】
また、車体フレーム１においては、格子状のリブ２２は、図２（ｂ）に示すように、該リブ２２によって形成される開口部２４が四角形状に形成されている。しかしながら、リブ２２によって形成される開口部２４を、三角形状、六角形状又は八角形状などその他の形状に形成することも可能である。
【００４３】
このようにして構成される車体フレーム１は、曲げ荷重が入力されることが想定される方向に第１の板状部材１１の底面部１１ａが対向するように配置される。これにより、外部から曲げ荷重が入力される際には、第１の板状部材１１の底面部１１ａに圧縮方向の力が作用して圧縮応力が生じ、第２の板状部材１２の平面部１２ａに引張方向の力が作用して引張応力が生じることとなる。
【００４４】
このように、本発明の第１の実施形態に係る車両用フレーム構造では、金属製の閉断面状に形成されたフレーム本体１０の内部に、樹脂製の補強部材２０がフレーム本体１０の長手方向に沿って取り付けられ、フレーム本体１０は、外部から曲げ荷重が入力される際に、圧縮方向の力が作用する第１の板状部材１１の底面部１１ａと、引張方向の力が作用する第２の板状部材１２の平面部１２ａと、該底面部１１ａと該平面部１２ａとの間の第１の板状部材１１の側面部１１ｂとを有し、補強部材２０は、第１の板状部材１１の底面部１１ａに沿って配設されて該底面部１１ａに接着結合された平板部２１と、該平板部２１から第２の板状部材１２の平面部１２ａに向かって延び格子状に配設されたリブ２２からなるリブ部２３とを有している。
【００４５】
これにより、外部から曲げ荷重が入力される際に、圧縮方向の力が作用する第１の板状部材１１の底面部１１ａに接着結合された補強部材２０の平板部２１によって直接底面部１１ａの剛性を高めて底面部１１ａの曲げ変形を抑制することができるとともに、平板部２１から延び格子状に配設されたリブ２２によって底面部１１ａを圧縮に対して強くすることができるので、フレーム本体１０の曲げ変形初期に生じ得るフレーム本体１０の内方側への第１の板状部材１１の底面部１１ａの曲げ変形を有効に抑制することができ、軽量化を図りつつ曲げ抗力を効率的に確保することができる。
【００４６】
この車両用フレーム構造を適用した車体フレーム１を製造する場合には、先ず、断面ハット状に形成した第１の板状部材１１を第２の板状部材１２と溶接し、第１の板状部材１１と第２の板状部材１２とからなるフレーム本体１０の内部に、補強部材２０の平板部２１とリブ部２３の両側面とに発泡性接着剤２７を塗布した状態で補強部材２０を挿入し、図２（ａ）に示す所定位置に保持する。そして、電着塗装工程におけるベーキング時に発泡性接着剤２７を発泡させて、発泡性接着剤２７によって補強部材２０をフレーム本体１０に接着結合して製造する。これにより、電着塗装工程において、電着液がフレーム本体１０の内部に入り込むことができ、耐食性向上の効果を得ることができる。
【００４７】
図３は、本発明の第２の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレームを示す図であり、図３（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレームの斜視図、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＹ３ｂ−Ｙ３ｂ線に沿った車体フレームの断面図である。なお、第２の実施形態において、第１の実施形態と同様の構成を備え、同様の作用をなすものについては同一符号を付して説明を省略する。
【００４８】
図３に示すように、本発明の第２の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレーム３１は、車体フレーム１と同様に、金属製の閉断面状に形成されるフレーム本体１０の内部に樹脂製の補強部材４０が配置され、補強部材４０は、第１の板状部材１１の底面部１１ａに沿って配設されて底面部１１ａに接着結合された平板部４１と、平板部４１から第２の板状部材１２の平面部１２ａに向かって延び格子状に配設されるリブ４２からなるリブ部４３とを有し、格子状に配設されたリブ４２によって四角形状の開口部４４が形成されているが、リブ４２が、第２の板状部材１２の平面部１２ａまで延び、平面部１２ａに当接するように形成されている。
【００４９】
このように構成される車両用フレーム構造においても、フレーム本体１０の第１の板状部材１１の底面部１１ａに外部から曲げ荷重が入力される際に、フレーム本体１０の曲げ変形初期に生じ得るフレーム本体１０の内方側への第１の板状部材１１の底面部１１ａの曲げ変形を有効に抑制することができ、軽量化を図りつつ曲げ抗力を効率的に確保することができる。
【００５０】
また、車体フレーム３１では、リブ４２は、平板部４１から第２の板状部材１２の平面部１２ａまで延びていることにより、フレーム本体１０の内方側への第１の板状部材１１の底面部１１ａの曲げ変形を抑制することができるとともにフレーム本体１０の内方側への第２の板状部材１２の平面部１２ａの曲げ変形を抑制することができ、前記効果をより有効に奏することができる。
【００５１】
図４は、本発明の第３の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレームの要部を示す斜視図である。また、図５は、図４におけるＹ５ａ−Ｙ５ａ線及びＹ５ｂ−Ｙ５ｂ線に沿った車体フレームの断面図であり、図５（ａ）は、Ｙ５ａ−Ｙ５ａ線に沿った車体フレームの断面図、図５（ｂ）は、Ｙ５ｂ−Ｙ５ｂ線に沿った車体フレームの断面図であり、図４及び図５（ｂ）では、車体フレームの長手方向における一部のみを示している。なお、第３の実施形態において、第２の実施形態と同様の構成を備え、同様の作用をなすものについては同一符号を付して説明を省略する。
【００５２】
図４及び図５に示すように、本発明の第３の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレーム５１は、車体フレーム３１と同様に、金属製の閉断面状に形成されるフレーム本体１０の内部に樹脂製の補強部材６０が配置され、補強部材６０は、第１の板状部材１１の底面部１１ａに沿って配設されて底面部１１ａに接着結合された平板部６１と、平板部６１から第２の板状部材１２の平面部１２ａに向かって延び格子状に配設されたリブ６２からなるリブ部６３とを有しているが、格子状に配設されたリブ６２が、第２の板状部材１２の平面部１２ａまで延び格子状に配設される第１リブ６２ａと、第１の板状部材１１の底面部１１ａと第２の板状部材１２の平面部１２ａとの間の略中間位置まで延びる第２リブ６２ｂとを有している。
【００５３】
図５に示すように、車体フレーム５１の補強部材６０では、格子状に配設されたリブ６２の第１リブ６２ａによって、補強部材４０のリブ４２と同様に、四角形状の開口部６４ａが形成されているが、第２リブ６２ｂが、第１リブ６２ａによって形成される開口部６４ａを４つの四角形状の開口部６４ｂに分割するように該開口部６４ａ内に十字形状に配置されている。
【００５４】
このように、車体フレーム５１においては、補強部材６０のリブ部６３における格子状に形成されるリブ６２は、平板部６１側では第１リブ６２ａによって形成される開口部６４ａが第２リブ６２ｂによって分割され、平板部６１に近づくにつれて開口部６４の大きさが小さく形成され、リブ部６３は、底面部６１に近づくにつれて強度が増加するように構成されている。
【００５５】
このように構成される車両用フレーム構造においても、フレーム本体１０の第１の板状部材１１の底面部１１ａに外部から曲げ荷重が入力される際に、フレーム本体１０の曲げ変形初期に生じ得るフレーム本体１０の内方側への第１の板状部材１１の底面部１１ａの曲げ変形を有効に抑制することができ、軽量化を図りつつ曲げ抗力を効率的に確保することができる。また、車体フレーム５１では、リブ部６３は、平板部６１に近づくにつれて強度が増加するように構成されていることにより、第１の板状部材１１の底面部１１ａの曲げ変形に対する抑制効果を高めることができる。
【００５６】
この第３の実施形態に係る車体フレーム５１では、格子状に配設されたリブ６２が、平板部６１に近づくにつれて開口部６４の大きさが小さく形成され、リブ部６３は、平板部６１に近づくにつれて強度が増加するように構成されているが、格子状に配設されたリブ６２において平板部６１に近づくにつれてリブの肉厚を厚く形成することにより、リブ部６３を平板部６１に近づくにつれて強度が増加するように構成することも可能である。
【００５７】
図６は、本発明の第４の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレームを示す斜視図である。なお、第４の実施形態において、第２の実施形態における場合と同様の構成を備え、同様の作用をなすものについては同一符号を付して説明を省略する。
【００５８】
図６に示すように、本発明の第４の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレーム７１は、車体フレーム３１と同様に、金属製の閉断面状に形成されるフレーム本体１０の内部に樹脂製の補強部材８０が配置され、補強部材８０は、第１の板状部材１１の底面部１１ａに沿って配設されて底面部１１ａに接着結合された平板部８１と、平板部８１から第２の板状部材１２の平面部１２ａまで延び格子状に配設されたリブ８２からなるリブ部８３とを有しているが、リブ８２によって形成される四角形状の開口部８４の大きさがフレーム本体１０の長手方向端部側からフレーム本体１０の長手方向中央側に向かって小さくなるように形成されている。
【００５９】
図６に示すように、車体フレーム７１の補強部材８０では、リブ８２によって形成される開口部８４は、フレーム本体１０の長手方向端部側からその中央側に近づくにつれて開口部８４ａ、８４ｂ、８４ｃの順に開口部の大きさが小さく形成されている。このように、車体フレーム７１においては、格子状のリブ８２によって形成される開口部８４の大きさは、フレーム本体１０の長手方向端部側からその中央側に近づくにつれて小さく形成され、リブ部８３は、フレーム本体１０の長手方向端部側からその中央側に近づくにつれて強度が増加するように構成されている。
【００６０】
このように構成される車両用フレーム構造においても、フレーム本体１０の第１の板状部材１１の底面部１１ａに外部から曲げ荷重が入力される際に、フレーム本体１０の曲げ変形初期に生じ得るフレーム本体１０の内方側への第１の板状部材１１の底面部１１ａの曲げ変形を有効に抑制することができ、軽量化を図りつつ曲げ抗力を効率的に確保することができる。
【００６１】
また、車体フレーム７１では、リブ部８３は、フレーム本体１０の長手方向端部側からフレーム本体１０の長手方向中央側に近づくにつれて強度が増加するように構成されていることにより、フレーム本体１０が曲げ変形されるときに曲げ変形が生じやすいフレーム本体１０の長手方向中央側において、第１の板状部材１０の底面部１１ａの曲げ変形に対する抑制効果を高めることができる。
【００６２】
この第４の実施形態に係る車体フレーム７１では、格子状に配設されたリブ８２が、フレーム本体１０の長手方向端部側からその中央側に近づくにつれて開口部８４の大きさが小さく形成され、リブ部８３は、フレーム本体１０の長手方向端部側からその中央側に近づくにつれて強度が増加するように構成されているが、格子状に配設されたリブ８２において、フレーム本体１０の長手方向端部側からその中央側に近づくにつれてリブの肉厚を厚く形成することにより、リブ部８３をフレーム本体１０の長手方向端部側からその中央側に近づくにつれて強度が増加するように構成することも可能である。
【００６３】
図７は、本発明の第５の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレームを示す斜視図、図８は、図７におけるＹ８ａ−Ｙ８ａ線及びＹ８ｂ−Ｙ８ｂ線に沿った車体フレームの断面図であり、図８（ａ）は、Ｙ８ａ−Ｙ８ａ線に沿った車体フレームの断面図、図８（ｂ）は、Ｙ８ｂ−Ｙ８ｂ線に沿った車体フレームの断面図である。なお、第５の実施形態において、第１の実施形態における場合と同様の構成を備え、同様の作用をなすものについては同一符号を付して説明を省略する。
【００６４】
図７及び図８に示すように、本発明の第５の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレーム９１は、車体フレーム１と同様に、金属製の閉断面状に形成される車体フレーム９１の内部に樹脂製の補強部材１００が配置され、補強部材１００は、第１の板状部材１１の底面部１１ａに沿って配設されて底面部１１ａに接着結合された平板部１０１と、平板部１０１から第２の板状部材１２の平面部１２ａに向かって延び格子状に配設されたリブ１０２からなるリブ部１０３とを有し、リブ１０２によって四角形状の開口部１０４が形成されているが、リブ１０２は、フレーム本体１０の短手方向端部側からフレーム本体１０の短手方向中央側に向かってリブの高さが低くなるように形成されている。なお、リブ１０２は、フレーム本体１０の第１の板状部材１１の底面部１１ａに外部から曲げ荷重が入力される際の中立軸Ｌ１より圧縮応力が生じる側に配置されることが好ましい。
【００６５】
図８（ａ）に示すように、車体フレーム９１の補強部材１００では、リブ１０２は、その先端部が、フレーム本体１０の短手方向端部側で第１の板状部材１１の底面部１１ａと第２の板状部材１２の平面部１２ａとの間の略中間位置よりも短く形成されるとともに、フレーム本体１０の短手方向中央側に向かうにつれて低く形成され、フレーム本体１０の短手方向において凹状に湾曲して形成されている。
【００６６】
このように構成される車両用フレーム構造においても、フレーム本体１０の第１の板状部材１１の底面部１１ａに外部から曲げ荷重が入力される際に、フレーム本体１０の曲げ変形初期に生じ得るフレーム本体１０の内方側への第１の板状部材１１の底面部１１ａの曲げ変形を有効に抑制することができ、軽量化を図りつつ曲げ抗力を効率的に確保することができる。
【００６７】
この第５の実施形態に係る車体フレーム９１では、リブ１０２の先端部が、フレーム本体１０の短手方向端部側で第１の板状部材１１の底面部１１ａと第２の板状部材１２の平面部１２ａとの間の略中間位置よりも短く形成されているが、第２の板状部材１２の平面部１２ａまで延びるように形成することも可能である。
【００６８】
前述した本発明の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用した車体フレームにおいては、フレーム本体１０の内部に配置される補強部材２０、４０、６０、８０、１００は、フレーム本体１０の短手方向におけるリブ部２３、４３、６３、８３、１０３の両側面が第１の板状部材１１の側面部１１ｂに接着結合されているので、外部から曲げ荷重が入力される際に、第１の板状部材１１の底面部１１ａがフレーム本体１０の内方側へ変形することに伴って第１の板状部材１１の側面部１１ｂが外方側へ膨らんで面外変形することを抑制することができ、第１の板状部材１１の底面部１１ａがフレーム本体１０の内方側へ変形されることをさらに抑制することができる。
【００６９】
なお、車体フレーム１、３１、５１、７１、９１に外部から曲げ荷重が入力される際に、圧縮方向の力が作用する第１の板状部材１１の底面部１１ａが本願請求項に記載される第１面部に相当し、引張方向の力が作用する第２の板状部材１２の平面部１２ａが本願請求項に記載される第２面部に相当し、該底面部１１ａと該平面部１２ａとの間の第１の板状部材１１の側面部１１ｂが本願請求項に記載される第１面部と第２面部との間の第３面部に相当する。
【００７０】
本発明は、例示された実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。例えば、前述した第４の実施形態に係る車両用フレーム構造と第５の実施形態に係る車両用フレーム構造とを組み合わせ、第５の実施形態に係る車体フレーム構造を適用した車体フレーム９１において格子状に配設されたリブ１０２によって形成される開口部１０４をフレーム本体１０の長手方向端部側からその中央側に向けて小さくするなど、第１から第５の実施形態に係る車両用フレーム構造をそれぞれ適宜組み合わせて構成するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、金属製の閉断面部材の内部に樹脂製の補強部材が取り付けられてなる車両用フレーム構造において、軽量化を図りつつ曲げ抗力を効率的に確保することができる車両用フレーム構造を提供することができ、例えばサイドピラーやサイドシルなどの車体の一部を構成する車体フレームに広く利用される可能性がある。
【符号の説明】
【００７２】
１、３１、５１、７１、９１ 車体フレーム
１０ フレーム本体
１１ 第１の板状部材
１１ａ 第１の板状部材の底面部（第１面部）
１１ｂ 第１の板状部材の側面部（第３面部）
１２ 第２の板状部材
１２ａ 第２の板状部材の平面部（第２面部）
２０、４０、６０、８０、１００ 補強部材
２１、４１、６１、８１、１０１ 補強部材の平板部
２２、４２、６２、８２、１０２ 補強部材のリブ
２３、４３、６３、８３、１０３ 補強部材のリブ部
２４、４４、６４、８４、１０４ リブによって形成される開口部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の閉断面部材の内部に、樹脂製の補強部材が該閉断面部材の長手方向に沿って取り付けられてなる車両用フレーム構造であって、
前記閉断面部材は、外部から曲げ荷重が入力される際に、圧縮方向の力が作用する第１面部と、引張方向の力が作用する第２面部と、該第１面部と該第２面部との間の第３面部とを有し、
前記補強部材は、前記第１面部に沿って配設されて該第１面部に接着結合された平板部と、該平板部から前記第２面部に向かって延び格子状に配設されたリブからなるリブ部と、を有している、
ことを特徴とする車両用フレーム構造。
【請求項２】
前記リブ部は、前記平板部に近づくにつれて強度が増加するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の車両用フレーム構造。
【請求項３】
前記格子状のリブによって形成される開口部の大きさが前記平板部に近づくにつれて小さく形成されている、あるいは前記リブの肉厚が前記平板部に近づくにつれて厚く形成されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の車両用フレーム構造。
【請求項４】
前記リブ部は、前記閉断面部材の長手方向端部側から前記閉断面部材の長手方向中央側に近づくにつれて強度が増加するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の車両用フレーム構造。
【請求項５】
前記格子状のリブによって形成される開口部の大きさが前記閉断面部材の長手方向端部側から前記閉断面部材の長手方向中央側に近づくにつれて小さく形成されている、あるいは前記リブの肉厚が前記閉断面部材の長手方向端部側から前記閉断面部材の長手方向中央側に近づくにつれて厚く形成されている、
ことを特徴とする請求項４に記載の車両用フレーム構造。
【請求項６】
前記リブは、前記第２面部まで延びている、
ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の車両用フレーム構造。
【請求項１】
金属製の閉断面部材の内部に、樹脂製の補強部材が該閉断面部材の長手方向に沿って取り付けられてなる車両用フレーム構造であって、
前記閉断面部材は、外部から曲げ荷重が入力される際に、圧縮方向の力が作用する第１面部と、引張方向の力が作用する第２面部と、該第１面部と該第２面部との間の第３面部とを有し、
前記補強部材は、前記第１面部に沿って配設されて該第１面部に接着結合された平板部と、該平板部から前記第２面部に向かって延び格子状に配設されたリブからなるリブ部と、を有している、
ことを特徴とする車両用フレーム構造。
【請求項２】
前記リブ部は、前記平板部に近づくにつれて強度が増加するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の車両用フレーム構造。
【請求項３】
前記格子状のリブによって形成される開口部の大きさが前記平板部に近づくにつれて小さく形成されている、あるいは前記リブの肉厚が前記平板部に近づくにつれて厚く形成されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の車両用フレーム構造。
【請求項４】
前記リブ部は、前記閉断面部材の長手方向端部側から前記閉断面部材の長手方向中央側に近づくにつれて強度が増加するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の車両用フレーム構造。
【請求項５】
前記格子状のリブによって形成される開口部の大きさが前記閉断面部材の長手方向端部側から前記閉断面部材の長手方向中央側に近づくにつれて小さく形成されている、あるいは前記リブの肉厚が前記閉断面部材の長手方向端部側から前記閉断面部材の長手方向中央側に近づくにつれて厚く形成されている、
ことを特徴とする請求項４に記載の車両用フレーム構造。
【請求項６】
前記リブは、前記第２面部まで延びている、
ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の車両用フレーム構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１１０９６９（Ｐ２０１１−１１０９６９Ａ）
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６６５４０（Ｐ２００９−２６６５４０）
【出願日】平成２１年１１月２４日（２００９．１１．２４）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月２４日（２００９．１１．２４）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
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