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が取り付けられた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、該閉断面部材の第１面部と第２面部との間に位置する両側の側面部とを有し、前記補強部材２０は、前記閉断面部材１０の両側の側面部に沿って配設されて該両側の側面部にそれぞれ接着結合される２つの板状の壁面部と、前記２つの壁面部を結合し格子状に配設されるリブとを有するリブ部を備え、前記閉断面部材１０の曲げの中立軸Ｌ１より圧縮側に該補強部材の曲げの中立軸Ｌ２が位置するように配置されている。
【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が取り付けられた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、該閉断面部材の第１面部と第２面部との間に位置する両側の側面部とを有し、前記補強部材２０は、前記閉断面部材１０の両側の側面部に沿って配設されて該両側の側面部にそれぞれ接着結合される２つの板状の壁面部と、前記２つの壁面部を結合し格子状に配設されるリブとを有するリブ部を備え、前記閉断面部材１０の曲げの中立軸Ｌ１より圧縮側に該補強部材の曲げの中立軸Ｌ２が位置するように配置されている。
【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樹脂製の補強部材を配設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、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、燃費性能の向上のために更なる軽量化が要求されており、軽量化に対する更なる改善が望まれる。
【０００６】
その一方、サイドピラーやサイドシルなどの車体フレームは、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。
【０００７】
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、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始め、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。
【０００８】
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面部の曲げ変形及び該変形に伴って変形する側面部の面外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。
【０００９】
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面部の曲げ変形及び該変形に伴って変形する側面部の面外変形を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】
【００１０】
このため、本願の請求項１に係る車体用フレーム構造は、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、該閉断面部材の第１面部と第２面部との間に位置する両側の側面部とを有し、前記補強部材は、前記閉断面部材の両側の側面部に沿って配設されて該両側の側面部にそれぞれ接着結合される２つの板状の壁面部と、前記２つの壁面部を結合し格子状に配設されるリブとを有するリブ部を備え、前記閉断面部材の曲げの中立軸より圧縮側に該補強部材の曲げの中立軸が位置するように配置されている、ことを特徴としたものである。
【００１１】
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る平板部を更に備え、該平板部に前記壁面部及び前記リブが結合されている、ことを特徴としたものである。
【００１２】
更に、本願の請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に係る発明において、前記リブは、前記平板部から垂直方向に延び、前記閉断面部材を横切る方向において閉断面部材の中央側では閉断面部材の側面部側に比して前記平板部からの長さが短く形成されている、ことを特徴としたものである。
【００１３】
また更に、本願の請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３の何れか１項に係る発明において、前記リブ部は、前記閉断面部材を横切る方向において閉断面部材の側面部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。
【００１４】
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を横切る方向において閉断面部材の側面部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を横切る方向において閉断面部材の側面部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。
【００１５】
また更に、本願の請求項６に係る発明は、請求項２から請求項５の何れか１項に係る発明において、前記平板部と前記壁面部とが連続して結合されて角部が形成され、該角部は、その外面側が前記閉断面部材の第１面部と側面部との角部に合致して接着結合され、その内面側が前記リブで裏打ちされている、ことを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１６】
本願の請求項１に係る車体用フレーム構造によれば、補強部材は、閉断面部材の曲げの中立軸より圧縮側に補強部材の曲げの中立軸が位置するように配置されているので、閉断面部材の内部全体を補強する場合に比して重量の増加を抑えつつ、外部から曲げ荷重が入力される際に、第１面部を圧縮に対して強くすることができ、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る。また、閉断面部材の両側の側面部に接着結合された補強部材の壁面部によって該側面部の剛性を高めて該側面部の外方側への面外変形を抑制することができるとともに、２つの壁面部を結合する補強部材のリブによって該側面部の変形をさらに抑制することができる。したがって、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面部の曲げ変形及び該変形に伴って変形する側面部の面外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。
【００１７】
また、本願の請求項２に係る発明によれば、補強部材は、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る平板部を更に備え、該平板部に壁面部及びリブが結合されていることにより、平板部によって直接第１面部の剛性を高めて第１面部の曲げ変形の抑制効果を高めることができるとともに、該平板部に結合される補強部材のリブによって該平板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面部の曲げ変形をさらに抑制することができる。
【００１８】
更に、本願の請求項３に係る発明によれば、リブは、平板部から垂直方向に延び、閉断面部材を横切る方向において閉断面部材の中央側では閉断面部材の側面部側に比して平板部からの長さが短く形成されていることにより、重量の増加を抑えつつ閉断面部材の側面部の変形に対する抑制効果を確保することができる。
【００１９】
また更に、本願の請求項４に係る発明によれば、リブ部は、閉断面部材を横切る方向において閉断面部材の側面部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、閉断面部材の側面部の変形に対する抑制効果をさらに高めることができる。
【００２０】
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を横切る方向において閉断面部材の側面部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を横切る方向において閉断面部材の側面部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。
【００２１】
また更に、本願の請求項６に係る発明によれば、平板部と壁面部とが連続して結合されて角部が形成され、該角部は、その外面側が閉断面部材の第１面部と側面部との角部に合致して接着結合され、その内面側がリブで裏打ちされていることにより、外部から曲げ荷重が入力される際に、閉断面部材の第１面部の曲げ変形に伴って変形する側面部の外方側への面外変形の起点となる第１面部と側面部との角部を直接補強することができ、閉断面部材の曲げ変形に対する抑制効果をさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【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】フレーム本体と補強部材とに作用する荷重を説明するための説明図である。
【図４】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５】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を示す斜視図である。
【図６】図５におけるＹ６ａ−Ｙ６ａ線及びＹ６ｂ−Ｙ６ｂ線に沿った車体フレームの断面図である。
【図７】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】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１０】図９におけるＹ１０ａ−Ｙ１０ａ線及びＹ１０ｂ−Ｙ１０ｂ線に沿った車体フレームの断面図である。
【図１１】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１２】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１３】図１２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１４】車体フレームに荷重を負荷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】
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
図１１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１１（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１１（ｂ）は、車体フレームに荷重が負荷されて車体フレームが湾曲した状態を示す図、図１２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１３は、図１２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１２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１２及び図１３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１４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。
【００２６】
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１２及び図１３に示すように、上面部２００ａと、上面部２００ａと離間した状態で平行に設けられる下面部２００ｂと、上面部２００ａと下面部２００ｂとに隣接し、車体フレーム２００の上面部２００ａと下面部２００ｂとの間に位置する両側の側面部２００ｃ、すなわち図１２及び図１３において上面部２００ａの右側端部と下面部２００ｂの右側端部との間に位置する右側面部２００ｃ及び上面部２００ａの左側端部と下面部２００ｂの左側端部との間に位置する左側面部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負荷して車体フレーム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。
【００２７】
具体的には、図１１（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に負荷し、車体フレーム２００の曲げ変形挙動を調べた。
【００２８】
このようにして車体フレーム２００に外部から曲げ荷重Ｆが負荷される場合、図１１（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側では圧縮力が生じ、中立軸２１０より下面部２００ｂ側では引張力が生じることとなる。
【００２９】
図１４は、車体フレームに荷重を負荷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１４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。
【００３０】
図１２から図１４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。
【００３１】
図１２及び図１３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の場合、車体フレーム２００において、上面部２００ａと側面部２００ｃとの角部２００ｄの頂点Ｐ２は、下面部２００ｂと側面部２００ｃとの角部２００ｅの頂点Ｐ３の略垂直方向上方側に位置している。なお、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角部２００ｄ、２００ｅの頂点を表している。
【００３２】
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を負荷すると、図１４に示すように、圧子２０２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が負荷される中央部Ｐ１から曲げ変形される。
【００３３】
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１２及び図１３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が上面部２００ａと側面部２００ｃとの角部２００ｄを起点として断面方向における外方側に膨らんで面外変形を生じ、角部２００ｅの頂点Ｐ３に対する角部２００ｄの頂点Ｐ２の位置が略垂直方向から外方側に傾斜し、図１２における変形箇所αで示すように、角部２００ｄに変形量の大きい部分が生じる。また、図１３（ｂ）に示すように、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。
【００３４】
さらに圧子２０２の下降ストロークが大きくなると、図１４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１２及び図１３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角部２００ｅの頂点Ｐ３に対する角部２００ｄの頂点Ｐ２の位置が垂直方向からさらに外方側に傾斜して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。
【００３５】
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、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始め、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。
【００３６】
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。
【００３７】
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面部の曲げ変形及び該変形に伴って変形する側面部の面外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。
【００３８】
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４、図５、図７及び図９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。
【００３９】
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、閉断面状に形成された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、該フレーム本体１０を補強するための補強部材２０と、を有している。
【００４０】
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の両側において該底面部１１ａから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等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。
【００４１】
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。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、該平板部２１に結合され平板部２１から第２の板状部材１２の平面部１２ａに向かって略垂直方向に延びるリブ部２２とを備え、該リブ部２２は、フレーム本体１０の長手方向に延び第１の板状部材１１の両側の側面部１１ｂに沿って平行に配設される２つの板状の壁面部２３と、この２つの壁面部２３を結合し、格子状に配設されるリブ２４とを有している。
【００４２】
格子状のリブ２４は、図２（ｂ）に示すように、第１の板状部材１１の側面部１１ｂに平行にフレーム本体１０の長手方向に延びる複数の板状の縦リブ２４ａと、フレーム本体１０の長手方向と直交し、フレーム本体１０を横切る方向に延びる複数の板状の横リブ２４ｂとを有している。
【００４３】
リブ２４の複数の横リブ２４ｂはそれぞれ、複数の縦リブ２４ｂに結合されるとともに、フレーム本体１０の一方の側面部１１ｂに沿って配設された壁面部２３からフレーム本体１０の他方の側面部１１ｂに沿って配設された壁面部２３までフレーム本体１０を横切る方向に延びて第１の板状部材１１の両側の側面部１１ｂに沿って配設される２つの壁面部２３に結合され、該横リブ２４ｂを介して両側の壁面部２３を結合する。
【００４４】
複数の横リブ２４ｂもまたそれぞれ平行に設けられ、横リブ２４ｂと縦リブ２４ａとは互いに直角に結合されている。これにより、リブ部２２では、図２（ｂ）に示すように、両側の壁面部２３の間の空間が縦リブ２４ａと横リブ２４ｂとによって区画され、リブ２４によって第１の板状部材１１の底面部１１ａから第２の板状部材１２の平面部１２ａに向かう方向に開口する四角形状の開口部２５が形成されている。
【００４５】
リブ２４はまた、図２（ａ）に示すように、横リブ２４ｂが、フレーム本体１０の最も側面部１１ｂ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、フレーム本体１０を横切る方向においてフレーム本体１０の側面部１１ｂ側からその中央側に向かうにつれて平板部２１からの長さが短く形成され、フレーム本体１０を横切る方向において凹状に湾曲して形成されている。補強部材２０の第２の板状部材１２側が、縦リブ２４ａ、横リブ２４ｂとも、アーチ状に削り取ったような形状をなしている。
【００４６】
縦リブ２４ａもまた、フレーム本体１０を横切る方向においてフレーム本体１０の側面部１１ｂ側からその中央側に向かうにつれて平板部２１からの長さが短く形成され、該縦リブ２４ａと結合される横リブ２４ｂと平板部２１から同じ長さを有するように形成されている。なお、補強部材２０の壁面部２３は、平板部２１からの長さが該壁面部２３と結合される横リブ２４ｂと同じ長さを有するように形成されている。
【００４７】
このようにして、補強部材２０のリブ２４は、フレーム本体１０を横切る方向においてフレーム本体１０の側面部１１ｂ側からその中央側に向かうにつれて平板部２１からの長さが短く形成され、フレーム本体１０を横切る方向においてフレーム本体１０の中央側ではフレーム本体１０の側面部１１ｂ側に比して平板部２１からの長さが短く形成されている。
【００４８】
この補強部材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を横切る方向におけるリブ部２２の両側の壁面部２３が第１の板状部材１１の側面部１１ｂに沿って配設されて該側面部１１ｂに発泡性接着剤２７によって接着結合されている。
【００４９】
これにより、車体フレーム１では、図２（ａ）に示すように、補強部材２０の平板部２１と壁面部２３とが連続して結合されて形成される角部２６は、その外面側がフレーム本体１０の第１の板状部材１１の底面部１１ａと側面部１１ｂとの角部１０ａに合致して接着結合され、その内面側がリブ２４の横リブ２４ｂで裏打ちされる。
【００５０】
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。したがって、車体フレーム１に外部から曲げ荷重が入力される際には、フレーム本体１０の第１の板状部材１１の底面部１１ａに曲げ荷重が入力され、該底面部１１ａに圧縮方向の力が作用して圧縮力が生じ、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力が生じることとなる。
【００５１】
図３は、フレーム本体と補強部材とに作用する荷重を説明するための説明図であり、図３（ａ）は、フレーム本体の一部を透過状態で示した車体フレームの要部を示す斜視図、図３（ｂ）は、車体フレームの断面図である。図３に示すように、車体フレーム１に外部から曲げ荷重が入力され、フレーム本体１０に曲げ荷重が入力される際には、フレーム本体１０には、該フレーム本体１０の曲げの中立軸Ｌ１より第１の板状部材１１の底面部１１ｂ側では圧縮方向の力が作用して圧縮力が生じ、該中立軸Ｌ１より第２の板状部材１２の平面部１２ａ側では引張方向の力が作用して引張力が生じることとなる。
【００５２】
また、車体フレーム１に外部から曲げ荷重が入力される際には、フレーム本体１０の内部に取り付けられた補強部材２０にも曲げ荷重が負荷され、補強部材２０には、該補強部材２０の曲げの中立軸Ｌ２より第１の板状部材１１の底面部１１ｂ側では圧縮方向の力が作用して圧縮力が生じ、該中立軸Ｌ２より第２の板状部材１２の平面部１２ａでは引張方向の力が作用して引張力が生じることとなる。
【００５３】
本実施形態では、補強部材２０は、該補強部材２０の曲げの中立軸Ｌ２が、フレーム本体１０の曲げの中立軸Ｌ１よりも圧縮側に位置するように配置され、図３（ｂ）に示すように、フレーム本体１０の曲げの中立軸Ｌ１よりも第１の板状部材１１の底面部１１ｂ側に位置するように配置されている。
【００５４】
このようにして、補強部材２０をフレーム本体１０の曲げの中立軸Ｌ１よりも圧縮側に位置するように配置することで、車体フレーム１に外部から荷重が入力され、フレーム本体１０に外部から荷重が入力される際に、車体フレーム１全体としての曲げの中立軸を、フレーム本体１０のみの曲げの中立軸より該中立軸の圧縮側に移動させることができ、フレーム本体１０の第１の板状部材１１の底面部１１ｂを圧縮に対して強くすることができる。
【００５５】
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、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１１ｂ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、フレーム本体１０の該底面部１１ｂと該平面部１２ａとの間に位置する両側の第１の板状部材１１の側面部１１ｂとを有し、フレーム本体１０の内部に取り付けられた補強部材２０は、両側の側面部１１ｂにそれぞれ接着結合される２つの壁面部２３と、２つの壁面部２３を結合し格子状に配設されるリブ２４とを有するリブ部２２を備え、フレーム本体１０の曲げの中立軸Ｌ１より圧縮側に補強部材２０の曲げの中立軸Ｌ２が位置するように配置されている。
【００５６】
前記車両用フレーム構造によれば、補強部材２０は、フレーム本体１０の曲げの中立軸Ｌ１より圧縮側に補強部材２０の曲げの中立軸Ｌ２が位置するように配置されているので、フレーム本体１０の内部全体を補強する場合に比して重量の増加を抑えつつ、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１１ｂを圧縮に対して強くすることができ、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の内方側への該底面部１１ｂの曲げ変形を抑制することができる。また、フレーム本体１０の両側の側面部１１ｂに接着結合された補強部材２０の壁面部２３によって該側面部１１ｂの剛性を高めて該側面部１１ｂの外方側への面外変形を抑制することができるとともに、２つの壁面部２３を結合する補強部材２０のリブ２４によって該側面部１１ｂの変形をさらに抑制することができる。したがって、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の内方側への底面部１１ａの曲げ変形及び該変形に伴って変形する側面部１１ｂの面外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。
【００５７】
また、補強部材２０は、底面部１１ａに沿って配設されて該底面部１１ａに接着結合される平板部２１を更に備え、平板部２１に壁面部２３及びリブ２４が結合されていることにより、外部から曲げ荷重が入力される際に、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の曲げ変形の抑制効果を高めることができるとともに、平板部２１に結合される補強部材２０のリブ２４によって平板部２１を圧縮に対して強くすることができるので、底面部１１ａの曲げ変形をさらに抑制することができる。
【００５８】
更に、リブ２４は、平板部２１から垂直方向に延び、フレーム本体１０を横切る方向においてフレーム本体１０の中央側ではフレーム本体１０の側面部１１ｂ側に比して平板部２１からの長さが短く形成されていることにより、重量の増加を抑えつつフレーム本体１０の側面部１１ｂの変形に対する抑制効果を確保することができる。フレーム側面部１１ｂの面外変形抑止への貢献度が小さいため、中央部のリブ２４の平板部２１からの長さを小さくする、つまりアーチ状に削り取ったような形状にすることにより、側面部１１ｂ変形抑止の効果を損なうことなく、補強部材２０の質量を低減できる。
【００５９】
また更に、平板部２１と壁面部２３とが連続して結合されて角部２６が形成され、該角部２６は、その外面側がフレーム本体１０の第１の板状部材１１の底面部１１ａと側面部１１ｂとの角部１０ａに合致して接着結合され、その内面側がリブ２４で裏打ちされていることにより、外部から曲げ荷重が入力される際に、フレーム本体１０の第１の板状部材１１の底面部１１ａの曲げ変形に伴って変形する側面部１１ｂの外方側への面外変形の起点となる底面部１１ａと側面部１１ｂとの角部１０ａを直接補強することができ、フレーム本体１０の曲げ変形に対する抑制効果をさらに高めることができる。
【００６０】
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２２の両側の壁面部２３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。
【００６１】
なお、格子状に配設されたリブ２４は、縦リブ２４ａと横リブ２４ｂとによって四角形状の開口部２５が形成されているが、フレーム本体１０を横切る方向に延びる横リブ２４ｂをフレーム本体１０の長手方向と直交する方向から傾斜させて、縦リブ２４ａと横リブ２４ｂとによって形成される開口部を三角形状や六角形状など他の形状に形成するようにしてもよい。
【００６２】
図４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４（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４（ｂ）は、図４（ａ）におけるＹ４ｂ−Ｙ４ｂ線に沿った車体フレームの断面図である。なお、第２の実施形態は、第１の実施形態とリブ部の形状が異なるのみであるので、第１の実施形態と同様の構成を備えて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。
【００６３】
図４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、フレーム本体１０の内部に補強部材４０が取り付けられ、補強部材４０は、フレーム本体１０の両側の側面部１１ｂに沿って配設されて該両側の側面部１１ｂにそれぞれ接着結合される２つの板状の壁面部４３と、該２つの壁面部４３を結合し格子状に配設されるリブ４４とを有するリブ部４２を備え、外部から曲げ荷重が入力される際のフレーム本体１０の曲げの中立軸Ｌ１より圧縮側に補強部材４０の曲げの中立軸Ｌ２が位置するように配置されているが、リブ部４２は、その一部がフレーム本体１０の曲げの中立軸Ｌ１よりも第２の板状部材１２の平面部１２ａ側に延びるように形成されている。
【００６４】
補強部材４０のリブ部４２は、補強部材２０のリブ部２２と同様に、フレーム本体１０の長手方向に延びる縦リブ４４ａとフレーム本体１０を横切る方向に延びる横リブ４４ｂとが四角形状の開口部４５を形成するように格子状に配置されたリブ４４を有しており、該リブ４４は、フレーム本体１０を横切る方向においてフレーム本体１０の側面部１１ｂ側からその中央側に向かうにつれて平板部２１からの長さが短く形成されているが、フレーム本体１０の側面部１１ｂ側ではフレーム本体１０の曲げの中立軸Ｌ１よりも第２の板状部材１２の平面部１２ａ側まで延びるように形成されている。補強部材４０の壁面部４３もまた、平板部２１からの長さが該壁面部４３と結合される横リブ４４ｂと同じ長さを有するように形成されている。
【００６５】
このように構成される車両用フレーム構造においても、補強部材４０は、フレーム本体１０の曲げの中立軸Ｌ１より圧縮側に補強部材４０の曲げの中立軸Ｌ２が位置するように配置されており、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の内方側への底面部１１ａの曲げ変形及び該変形に伴って変形する側面部１１ｂの面外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。
【００６６】
図５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を示す斜視図である。また、図６は、図５におけるＹ６ａ−Ｙ６ａ線及びＹ６ｂ−Ｙ６ｂ線に沿った車体フレームの断面図であり、図６（ａ）は、Ｙ６ａ−Ｙ６ａ線に沿った車体フレームの断面図、図６（ｂ）は、Ｙ６ｂ−Ｙ６ｂ線に沿った車体フレームの断面図である。なお、第３の実施形態は、第１の実施形態とリブ部の形状が異なるのみであるので、第１の実施形態と同様の構成を備えて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。
【００６７】
図５及び図６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、フレーム本体１０の内部に補強部材６０が取り付けられ、補強部材６０は、フレーム本体１０の両側の側面部１１ｂに沿って配設されて該両側の側面部１１ｂにそれぞれ接着結合される２つの板状の壁面部６３と、該２つの壁面部６３を結合し格子状に配設されるリブ６４とを有するリブ部６２を備え、外部から曲げ荷重が入力される際のフレーム本体１０の曲げの中立軸Ｌ１より圧縮側に補強部材６０の曲げの中立軸Ｌ２が位置するように配置されているが、リブ６２は、平板部２１から垂直方向に延びるリブの長さが等しく形成されている。
【００６８】
補強部材６０のリブ部６２は、補強部材２０のリブ部２２と同様に、フレーム本体１０の長手方向に延びる縦リブ６４ａとフレーム本体１０を横切る方向に延びる横リブ６４ｂとが四角形状の開口部６５を形成するように格子状に配置されたリブ６４を有しているが、リブ６４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との間の略中間位置よりも短く形成され、フレーム本体１０を横切る方向において平板部２１からの長さが等しく形成されている。補強部材６０の壁面部６３もまた、平板部２１からの長さが該壁面部６３と結合される横リブ６４ｂと同じ長さを有するように形成されている。
【００６９】
このように構成される車両用フレーム構造においても、補強部材６０は、フレーム本体１０の曲げの中立軸Ｌ１より圧縮側に補強部材６０の曲げの中立軸Ｌ２が位置するように配置されており、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の内方側への底面部１１ａの曲げ変形及び該変形に伴って変形する側面部１１ｂの面外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。
【００７０】
図７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。また、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４の実施形態は、第３の実施形態とリブ部の形状が異なるのみであるので、第３の実施形態と同様の構成を備えて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。
【００７１】
図７及び図８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、フレーム本体１０の内部に補強部材８０が取り付けられ、補強部材８０は、フレーム本体１０の両側の側面部１１ｂに沿って配設されて該両側の側面部１１ｂにそれぞれ接着結合される２つの板状の壁面部８３と、該２つの壁面部８３を結合し格子状に配設されるリブ８４とを有するリブ部８２を備え、外部から曲げ荷重が入力される際のフレーム本体１０の曲げの中立軸Ｌ１より圧縮側に補強部材８０の曲げの中立軸Ｌ２が位置するように配置され、リブ８４は、平板部２１から垂直方向に延びるリブの長さが等しく形成されているが、リブ８４によって形成される開口部８５の大きさがフレーム本体１０を横切る方向に異なって形成されている。
【００７２】
補強部材８０のリブ部８２は、補強部材６０のリブ部６２と同様に、フレーム本体１０の長手方向に延びる縦リブ８４ａとフレーム本体１０を横切る方向に延びる横リブ８４ｂとが四角形状の開口部８５を形成するように格子状に配置されたリブ８４を有し、リブ８４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との間の略中間位置よりも短く形成されている。補強部材８０の壁面部８３もまた、平板部２１からの長さが該壁面部８３と結合される横リブ８４ｂと同じ長さを有するように形成されている。
【００７３】
しかしながら、車体フレーム７１の補強部材８０では、フレーム本体１０を横切る方向に隣り合う縦リブ８４ａの間隔が、フレーム本体１０を横切る方向においてフレーム本体１０の中央側に比べてフレーム本体１０の側面部１１ｂ側では狭く略半分の大きさで形成され、フレーム本体１０を横切る方向においてフレーム本体１０の中央側では略正方形状の開口部８５ａが形成され、フレーム本体１０の側面部１１ｂ側では中央側の開口部８５ａを縦リブ８４ａによってフレーム本体１０を横切る方向に２つに分割した矩形状の開口部８５ｂが形成されるようにリブ８４が設けられている。
【００７４】
このように、車体フレーム７１においては、補強部材８０のリブ８４によって形成された開口部８５の大きさがフレーム本体１０を横切る方向においてフレーム本体１０の側面部１１ｂ側に近づくにつれて小さく形成されており、補強部材８０は、フレーム本体１０を横切る方向においてフレーム本体１０の側面部１１ｂ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。
【００７５】
このように構成される車両用フレーム構造においても、補強部材８０は、フレーム本体１０の曲げの中立軸Ｌ１より圧縮側に補強部材８０の曲げの中立軸Ｌ２が位置するように配置されており、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の内方側への底面部１１ａの曲げ変形及び該変形に伴って変形する側面部１１ｂの面外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７１では、リブ部８２は、フレーム本体１０を横切る方向においてフレーム本体１０の側面部１１ｂ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の側面部１１ｂの変形に対する抑制効果をさらに高めることができる。
【００７６】
この第４の実施形態に係る車体フレーム７１では、フレーム本体１０を横切る方向においてフレーム本体１０の側面部１１ｂ側に近づくにつれて開口部８５の大きさが小さく形成され、強度が増加するように構成されているが、フレーム本体１０を横切る方向においてフレーム本体１０の側面部１１ｂ側に近づくにつれてリブ８４の肉厚、すなわち縦リブ８４ａ及び／又は横リブ８４ｂの肉厚を厚く形成することにより、強度が増加するように構成することも可能である。
【００７７】
図９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である。また、図１０は、図９におけるＹ１０ａ−Ｙ１０ａ線及びＹ１０ｂ−Ｙ１０ｂ線に沿った車体フレームの断面図であり、図１０（ａ）は、Ｙ１０ａ−Ｙ１０ａ線に沿った車体フレームの断面図、図１０（ｂ）は、Ｙ１０ｂ−Ｙ１０ｂ線に沿った車体フレームの断面図である。なお、第５の実施形態は、第１の実施形態とリブ部の形状が異なるのみであるので、第１の実施形態と同様の構成を備えて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。
【００７８】
図９及び図１０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、フレーム本体１０の内部に補強部材１００が取り付けられ、補強部材１００は、フレーム本体１０の両側の側面部１１ｂに沿って配設されて該両側の側面部１１ｂにそれぞれ接着結合される２つの板状の壁面部１０３と、該２つの壁面部１０３を結合し格子状に配設されるリブ１０４とを有するリブ部１０２を備え、外部から曲げ荷重が入力される際のフレーム本体１０の曲げの中立軸Ｌ１より圧縮側に補強部材１００の曲げの中立軸Ｌ２が位置するように配置されているが、リブ１０２によって形成される開口部１０５の大きさがフレーム本体１０を横切る方向に異なって形成されている。
【００７９】
補強部材１００のリブ部１０２は、格子状に配設されるリブ１０４が、フレーム本体１０の長手方向に延びる縦リブ１０４ａと、フレーム本体１０を横切る方向に延びる横リブ１０４ｂとを有しているが、横リブ１０４ｂは、フレーム本体１０の長手方向と直交する方向から所定角度傾斜してフレーム本体１０を横切る方向に延び、両側の壁面部１０３を結合する第１の横リブ１０４ｂ１と、フレーム本体１０の長手方向と直交する方向から所定角度傾斜してフレーム本体１０を横切る方向に壁面部１０３からフレーム本体１０の最も側面部１１ｂ側に位置する縦リブ１０４ａまで延び、壁面部１０３と最も側面部１１ｂ側に位置する縦リブ１０４ａとを結合する第２の横リブ１０４ｂ２とを有している。
【００８０】
第１の横リブ１０４ｂ１は、図１０（ｂ）に示すように、フレーム本体１０の長手方向に連続してジグザグ形状に形成され、２つの第１の横リブ１０４ｂ１が、フレーム本体１０を横切る方向の中央部分において交差するように形成されている。一方、第２の横リブ１０４ｂ２は、壁面部１０３とフレーム本体１０の最も側面部１１ｂ側の縦リブ１０４ａとの間でフレーム本体１０の長手方向に連続してジグザグ形状に形成される横リブを形成するように、壁面部１０３とフレーム本体１０の最も側面部１１ｂ側の縦リブ１０４ａとの間における第１の横リブ８２ｂ１と同じ形状をして設けられている。
【００８１】
これにより、補強部材１００では、縦リブ１０４ａと横リブ１０４ｂによって形成される開口部１０５は、フレーム本体１０を横切る方向においてフレーム本体１０の中央側では三角形状の開口部１０５ａ１と台形状の開口部１０５ａ２とからなる開口部１０５ａを有するように形成され、フレーム本体１０を横切る方向においてフレーム本体１０の側面部１１ｂ側では三角形状の開口部１０５ｂを有するように形成されている。本実施形態では、開口部１０５ａ１と開口部１０５ｂが等しい大きさで形成され、開口部１０５ｂ及び１０５ａ１が開口部１０５ａ２の三分の一の大きさで形成され、開口部１０５の大きさの平均が、フレーム本体１０を横切る方向においてフレーム本体１０の側面部１１ｂ側ではフレーム本体１０の中央側に比べて二分の一の大きさで形成されている。
【００８２】
このように、車体フレーム９１においては、補強部材１００のリブ１０４によって形成された開口部１０５の大きさがフレーム本体１０を横切る方向においてフレーム本体１０の側面部１１ｂ側に近づくにつれて小さく形成されており、補強部材１００は、フレーム本体１０を横切る方向においてフレーム本体１０の側面部１１ｂ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。
【００８３】
このように構成される車両用フレーム構造においても、補強部材１００は、フレーム本体１０の曲げの中立軸Ｌ１より圧縮側に補強部材１００の曲げの中立軸Ｌ２が位置するように配置されており、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の内方側への底面部１１ａの曲げ変形及び該変形に伴って変形する側面部１１ｂの面外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９１では、リブ部１０２は、フレーム本体１０を横切る方向においてフレーム本体１０の側面部１１ｂ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の側面部１１ｂの変形に対する抑制効果をさらに高めることができる。
【００８４】
この第５の実施形態に係る車体フレーム９１では、フレーム本体１０を横切る方向においてフレーム本体１０の側面部１１ｂ側に近づくにつれて開口部１０５の大きさが小さく形成され、強度が増加するように構成されているが、フレーム本体１０を横切る方向においてフレーム本体１０の側面部１１ｂ側に近づくにつれてリブ１０４の肉厚、すなわち縦リブ１０４ａ及び／又は横リブ１０４ｂの肉厚を厚く形成することにより、強度が増加するように構成することも可能である。
【００８５】
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、フレーム本体１０の該底面部１１ａと該平面部１２ａとの間に位置する両側の側面部１１ｂが本願請求項に記載される両側の側面部に相当する。
【００８６】
また、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。例えば、前述した第１の実施形態に係る車両用フレーム構造と第４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４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７１において、リブ８４をフレーム本体１０の側面部１１ｂ側からその中央側に向かうにつれて平板部２１からの長さを短く形成するなど、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】
【００８７】
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】
【００８８】
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（側面部）
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 補強部材の平板部
２２、４２、６２、８２、１０２ 補強部材のリブ部
２３、４３、６３、８３、１０３ 補強部材の壁面部
２４、４４、６４、８４、１０４ 補強部材のリブ
２４ａ、４４ａ、６４ａ、８４ａ、１０４ａ 縦リブ（第１リブ）
２４ｂ、４４ｂ、６４ｂ、８４ｂ、１０４ｂ、１０４ｂ１、１０４ｂ２ 横リブ（第２リブ）
２５、４５、６５、８５、８５ａ、８５ｂ、１０５、１０５ａ、１０５ａ１、１０５ａ２、１０５ｂ 開口部
Ｌ１ フレーム本体の曲げの中立軸
Ｌ２ 補強部材の曲げの中立軸
【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樹脂製の補強部材を配設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、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、燃費性能の向上のために更なる軽量化が要求されており、軽量化に対する更なる改善が望まれる。
【０００６】
その一方、サイドピラーやサイドシルなどの車体フレームは、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。
【０００７】
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、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始め、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。
【０００８】
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面部の曲げ変形及び該変形に伴って変形する側面部の面外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。
【０００９】
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面部の曲げ変形及び該変形に伴って変形する側面部の面外変形を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】
【００１０】
このため、本願の請求項１に係る車体用フレーム構造は、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、該閉断面部材の第１面部と第２面部との間に位置する両側の側面部とを有し、前記補強部材は、前記閉断面部材の両側の側面部に沿って配設されて該両側の側面部にそれぞれ接着結合される２つの板状の壁面部と、前記２つの壁面部を結合し格子状に配設されるリブとを有するリブ部を備え、前記閉断面部材の曲げの中立軸より圧縮側に該補強部材の曲げの中立軸が位置するように配置されている、ことを特徴としたものである。
【００１１】
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る平板部を更に備え、該平板部に前記壁面部及び前記リブが結合されている、ことを特徴としたものである。
【００１２】
更に、本願の請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に係る発明において、前記リブは、前記平板部から垂直方向に延び、前記閉断面部材を横切る方向において閉断面部材の中央側では閉断面部材の側面部側に比して前記平板部からの長さが短く形成されている、ことを特徴としたものである。
【００１３】
また更に、本願の請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３の何れか１項に係る発明において、前記リブ部は、前記閉断面部材を横切る方向において閉断面部材の側面部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。
【００１４】
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を横切る方向において閉断面部材の側面部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を横切る方向において閉断面部材の側面部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。
【００１５】
また更に、本願の請求項６に係る発明は、請求項２から請求項５の何れか１項に係る発明において、前記平板部と前記壁面部とが連続して結合されて角部が形成され、該角部は、その外面側が前記閉断面部材の第１面部と側面部との角部に合致して接着結合され、その内面側が前記リブで裏打ちされている、ことを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１６】
本願の請求項１に係る車体用フレーム構造によれば、補強部材は、閉断面部材の曲げの中立軸より圧縮側に補強部材の曲げの中立軸が位置するように配置されているので、閉断面部材の内部全体を補強する場合に比して重量の増加を抑えつつ、外部から曲げ荷重が入力される際に、第１面部を圧縮に対して強くすることができ、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る。また、閉断面部材の両側の側面部に接着結合された補強部材の壁面部によって該側面部の剛性を高めて該側面部の外方側への面外変形を抑制することができるとともに、２つの壁面部を結合する補強部材のリブによって該側面部の変形をさらに抑制することができる。したがって、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面部の曲げ変形及び該変形に伴って変形する側面部の面外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。
【００１７】
また、本願の請求項２に係る発明によれば、補強部材は、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る平板部を更に備え、該平板部に壁面部及びリブが結合されていることにより、平板部によって直接第１面部の剛性を高めて第１面部の曲げ変形の抑制効果を高めることができるとともに、該平板部に結合される補強部材のリブによって該平板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面部の曲げ変形をさらに抑制することができる。
【００１８】
更に、本願の請求項３に係る発明によれば、リブは、平板部から垂直方向に延び、閉断面部材を横切る方向において閉断面部材の中央側では閉断面部材の側面部側に比して平板部からの長さが短く形成されていることにより、重量の増加を抑えつつ閉断面部材の側面部の変形に対する抑制効果を確保することができる。
【００１９】
また更に、本願の請求項４に係る発明によれば、リブ部は、閉断面部材を横切る方向において閉断面部材の側面部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、閉断面部材の側面部の変形に対する抑制効果をさらに高めることができる。
【００２０】
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を横切る方向において閉断面部材の側面部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を横切る方向において閉断面部材の側面部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。
【００２１】
また更に、本願の請求項６に係る発明によれば、平板部と壁面部とが連続して結合されて角部が形成され、該角部は、その外面側が閉断面部材の第１面部と側面部との角部に合致して接着結合され、その内面側がリブで裏打ちされていることにより、外部から曲げ荷重が入力される際に、閉断面部材の第１面部の曲げ変形に伴って変形する側面部の外方側への面外変形の起点となる第１面部と側面部との角部を直接補強することができ、閉断面部材の曲げ変形に対する抑制効果をさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【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】フレーム本体と補強部材とに作用する荷重を説明するための説明図である。
【図４】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５】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を示す斜視図である。
【図６】図５におけるＹ６ａ−Ｙ６ａ線及びＹ６ｂ−Ｙ６ｂ線に沿った車体フレームの断面図である。
【図７】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】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１０】図９におけるＹ１０ａ−Ｙ１０ａ線及びＹ１０ｂ−Ｙ１０ｂ線に沿った車体フレームの断面図である。
【図１１】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１２】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１３】図１２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１４】車体フレームに荷重を負荷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】
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
図１１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１１（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１１（ｂ）は、車体フレームに荷重が負荷されて車体フレームが湾曲した状態を示す図、図１２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１３は、図１２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１２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１２及び図１３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１４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。
【００２６】
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１２及び図１３に示すように、上面部２００ａと、上面部２００ａと離間した状態で平行に設けられる下面部２００ｂと、上面部２００ａと下面部２００ｂとに隣接し、車体フレーム２００の上面部２００ａと下面部２００ｂとの間に位置する両側の側面部２００ｃ、すなわち図１２及び図１３において上面部２００ａの右側端部と下面部２００ｂの右側端部との間に位置する右側面部２００ｃ及び上面部２００ａの左側端部と下面部２００ｂの左側端部との間に位置する左側面部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負荷して車体フレーム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。
【００２７】
具体的には、図１１（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に負荷し、車体フレーム２００の曲げ変形挙動を調べた。
【００２８】
このようにして車体フレーム２００に外部から曲げ荷重Ｆが負荷される場合、図１１（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側では圧縮力が生じ、中立軸２１０より下面部２００ｂ側では引張力が生じることとなる。
【００２９】
図１４は、車体フレームに荷重を負荷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１４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。
【００３０】
図１２から図１４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。
【００３１】
図１２及び図１３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の場合、車体フレーム２００において、上面部２００ａと側面部２００ｃとの角部２００ｄの頂点Ｐ２は、下面部２００ｂと側面部２００ｃとの角部２００ｅの頂点Ｐ３の略垂直方向上方側に位置している。なお、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角部２００ｄ、２００ｅの頂点を表している。
【００３２】
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を負荷すると、図１４に示すように、圧子２０２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が負荷される中央部Ｐ１から曲げ変形される。
【００３３】
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１２及び図１３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が上面部２００ａと側面部２００ｃとの角部２００ｄを起点として断面方向における外方側に膨らんで面外変形を生じ、角部２００ｅの頂点Ｐ３に対する角部２００ｄの頂点Ｐ２の位置が略垂直方向から外方側に傾斜し、図１２における変形箇所αで示すように、角部２００ｄに変形量の大きい部分が生じる。また、図１３（ｂ）に示すように、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。
【００３４】
さらに圧子２０２の下降ストロークが大きくなると、図１４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１２及び図１３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角部２００ｅの頂点Ｐ３に対する角部２００ｄの頂点Ｐ２の位置が垂直方向からさらに外方側に傾斜して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。
【００３５】
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、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始め、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。
【００３６】
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。
【００３７】
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面部の曲げ変形及び該変形に伴って変形する側面部の面外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。
【００３８】
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４、図５、図７及び図９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。
【００３９】
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、閉断面状に形成された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、該フレーム本体１０を補強するための補強部材２０と、を有している。
【００４０】
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の両側において該底面部１１ａから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等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。
【００４１】
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。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、該平板部２１に結合され平板部２１から第２の板状部材１２の平面部１２ａに向かって略垂直方向に延びるリブ部２２とを備え、該リブ部２２は、フレーム本体１０の長手方向に延び第１の板状部材１１の両側の側面部１１ｂに沿って平行に配設される２つの板状の壁面部２３と、この２つの壁面部２３を結合し、格子状に配設されるリブ２４とを有している。
【００４２】
格子状のリブ２４は、図２（ｂ）に示すように、第１の板状部材１１の側面部１１ｂに平行にフレーム本体１０の長手方向に延びる複数の板状の縦リブ２４ａと、フレーム本体１０の長手方向と直交し、フレーム本体１０を横切る方向に延びる複数の板状の横リブ２４ｂとを有している。
【００４３】
リブ２４の複数の横リブ２４ｂはそれぞれ、複数の縦リブ２４ｂに結合されるとともに、フレーム本体１０の一方の側面部１１ｂに沿って配設された壁面部２３からフレーム本体１０の他方の側面部１１ｂに沿って配設された壁面部２３までフレーム本体１０を横切る方向に延びて第１の板状部材１１の両側の側面部１１ｂに沿って配設される２つの壁面部２３に結合され、該横リブ２４ｂを介して両側の壁面部２３を結合する。
【００４４】
複数の横リブ２４ｂもまたそれぞれ平行に設けられ、横リブ２４ｂと縦リブ２４ａとは互いに直角に結合されている。これにより、リブ部２２では、図２（ｂ）に示すように、両側の壁面部２３の間の空間が縦リブ２４ａと横リブ２４ｂとによって区画され、リブ２４によって第１の板状部材１１の底面部１１ａから第２の板状部材１２の平面部１２ａに向かう方向に開口する四角形状の開口部２５が形成されている。
【００４５】
リブ２４はまた、図２（ａ）に示すように、横リブ２４ｂが、フレーム本体１０の最も側面部１１ｂ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、フレーム本体１０を横切る方向においてフレーム本体１０の側面部１１ｂ側からその中央側に向かうにつれて平板部２１からの長さが短く形成され、フレーム本体１０を横切る方向において凹状に湾曲して形成されている。補強部材２０の第２の板状部材１２側が、縦リブ２４ａ、横リブ２４ｂとも、アーチ状に削り取ったような形状をなしている。
【００４６】
縦リブ２４ａもまた、フレーム本体１０を横切る方向においてフレーム本体１０の側面部１１ｂ側からその中央側に向かうにつれて平板部２１からの長さが短く形成され、該縦リブ２４ａと結合される横リブ２４ｂと平板部２１から同じ長さを有するように形成されている。なお、補強部材２０の壁面部２３は、平板部２１からの長さが該壁面部２３と結合される横リブ２４ｂと同じ長さを有するように形成されている。
【００４７】
このようにして、補強部材２０のリブ２４は、フレーム本体１０を横切る方向においてフレーム本体１０の側面部１１ｂ側からその中央側に向かうにつれて平板部２１からの長さが短く形成され、フレーム本体１０を横切る方向においてフレーム本体１０の中央側ではフレーム本体１０の側面部１１ｂ側に比して平板部２１からの長さが短く形成されている。
【００４８】
この補強部材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を横切る方向におけるリブ部２２の両側の壁面部２３が第１の板状部材１１の側面部１１ｂに沿って配設されて該側面部１１ｂに発泡性接着剤２７によって接着結合されている。
【００４９】
これにより、車体フレーム１では、図２（ａ）に示すように、補強部材２０の平板部２１と壁面部２３とが連続して結合されて形成される角部２６は、その外面側がフレーム本体１０の第１の板状部材１１の底面部１１ａと側面部１１ｂとの角部１０ａに合致して接着結合され、その内面側がリブ２４の横リブ２４ｂで裏打ちされる。
【００５０】
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。したがって、車体フレーム１に外部から曲げ荷重が入力される際には、フレーム本体１０の第１の板状部材１１の底面部１１ａに曲げ荷重が入力され、該底面部１１ａに圧縮方向の力が作用して圧縮力が生じ、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力が生じることとなる。
【００５１】
図３は、フレーム本体と補強部材とに作用する荷重を説明するための説明図であり、図３（ａ）は、フレーム本体の一部を透過状態で示した車体フレームの要部を示す斜視図、図３（ｂ）は、車体フレームの断面図である。図３に示すように、車体フレーム１に外部から曲げ荷重が入力され、フレーム本体１０に曲げ荷重が入力される際には、フレーム本体１０には、該フレーム本体１０の曲げの中立軸Ｌ１より第１の板状部材１１の底面部１１ｂ側では圧縮方向の力が作用して圧縮力が生じ、該中立軸Ｌ１より第２の板状部材１２の平面部１２ａ側では引張方向の力が作用して引張力が生じることとなる。
【００５２】
また、車体フレーム１に外部から曲げ荷重が入力される際には、フレーム本体１０の内部に取り付けられた補強部材２０にも曲げ荷重が負荷され、補強部材２０には、該補強部材２０の曲げの中立軸Ｌ２より第１の板状部材１１の底面部１１ｂ側では圧縮方向の力が作用して圧縮力が生じ、該中立軸Ｌ２より第２の板状部材１２の平面部１２ａでは引張方向の力が作用して引張力が生じることとなる。
【００５３】
本実施形態では、補強部材２０は、該補強部材２０の曲げの中立軸Ｌ２が、フレーム本体１０の曲げの中立軸Ｌ１よりも圧縮側に位置するように配置され、図３（ｂ）に示すように、フレーム本体１０の曲げの中立軸Ｌ１よりも第１の板状部材１１の底面部１１ｂ側に位置するように配置されている。
【００５４】
このようにして、補強部材２０をフレーム本体１０の曲げの中立軸Ｌ１よりも圧縮側に位置するように配置することで、車体フレーム１に外部から荷重が入力され、フレーム本体１０に外部から荷重が入力される際に、車体フレーム１全体としての曲げの中立軸を、フレーム本体１０のみの曲げの中立軸より該中立軸の圧縮側に移動させることができ、フレーム本体１０の第１の板状部材１１の底面部１１ｂを圧縮に対して強くすることができる。
【００５５】
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、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１１ｂ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、フレーム本体１０の該底面部１１ｂと該平面部１２ａとの間に位置する両側の第１の板状部材１１の側面部１１ｂとを有し、フレーム本体１０の内部に取り付けられた補強部材２０は、両側の側面部１１ｂにそれぞれ接着結合される２つの壁面部２３と、２つの壁面部２３を結合し格子状に配設されるリブ２４とを有するリブ部２２を備え、フレーム本体１０の曲げの中立軸Ｌ１より圧縮側に補強部材２０の曲げの中立軸Ｌ２が位置するように配置されている。
【００５６】
前記車両用フレーム構造によれば、補強部材２０は、フレーム本体１０の曲げの中立軸Ｌ１より圧縮側に補強部材２０の曲げの中立軸Ｌ２が位置するように配置されているので、フレーム本体１０の内部全体を補強する場合に比して重量の増加を抑えつつ、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１１ｂを圧縮に対して強くすることができ、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の内方側への該底面部１１ｂの曲げ変形を抑制することができる。また、フレーム本体１０の両側の側面部１１ｂに接着結合された補強部材２０の壁面部２３によって該側面部１１ｂの剛性を高めて該側面部１１ｂの外方側への面外変形を抑制することができるとともに、２つの壁面部２３を結合する補強部材２０のリブ２４によって該側面部１１ｂの変形をさらに抑制することができる。したがって、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の内方側への底面部１１ａの曲げ変形及び該変形に伴って変形する側面部１１ｂの面外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。
【００５７】
また、補強部材２０は、底面部１１ａに沿って配設されて該底面部１１ａに接着結合される平板部２１を更に備え、平板部２１に壁面部２３及びリブ２４が結合されていることにより、外部から曲げ荷重が入力される際に、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の曲げ変形の抑制効果を高めることができるとともに、平板部２１に結合される補強部材２０のリブ２４によって平板部２１を圧縮に対して強くすることができるので、底面部１１ａの曲げ変形をさらに抑制することができる。
【００５８】
更に、リブ２４は、平板部２１から垂直方向に延び、フレーム本体１０を横切る方向においてフレーム本体１０の中央側ではフレーム本体１０の側面部１１ｂ側に比して平板部２１からの長さが短く形成されていることにより、重量の増加を抑えつつフレーム本体１０の側面部１１ｂの変形に対する抑制効果を確保することができる。フレーム側面部１１ｂの面外変形抑止への貢献度が小さいため、中央部のリブ２４の平板部２１からの長さを小さくする、つまりアーチ状に削り取ったような形状にすることにより、側面部１１ｂ変形抑止の効果を損なうことなく、補強部材２０の質量を低減できる。
【００５９】
また更に、平板部２１と壁面部２３とが連続して結合されて角部２６が形成され、該角部２６は、その外面側がフレーム本体１０の第１の板状部材１１の底面部１１ａと側面部１１ｂとの角部１０ａに合致して接着結合され、その内面側がリブ２４で裏打ちされていることにより、外部から曲げ荷重が入力される際に、フレーム本体１０の第１の板状部材１１の底面部１１ａの曲げ変形に伴って変形する側面部１１ｂの外方側への面外変形の起点となる底面部１１ａと側面部１１ｂとの角部１０ａを直接補強することができ、フレーム本体１０の曲げ変形に対する抑制効果をさらに高めることができる。
【００６０】
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２２の両側の壁面部２３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。
【００６１】
なお、格子状に配設されたリブ２４は、縦リブ２４ａと横リブ２４ｂとによって四角形状の開口部２５が形成されているが、フレーム本体１０を横切る方向に延びる横リブ２４ｂをフレーム本体１０の長手方向と直交する方向から傾斜させて、縦リブ２４ａと横リブ２４ｂとによって形成される開口部を三角形状や六角形状など他の形状に形成するようにしてもよい。
【００６２】
図４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４（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４（ｂ）は、図４（ａ）におけるＹ４ｂ−Ｙ４ｂ線に沿った車体フレームの断面図である。なお、第２の実施形態は、第１の実施形態とリブ部の形状が異なるのみであるので、第１の実施形態と同様の構成を備えて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。
【００６３】
図４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、フレーム本体１０の内部に補強部材４０が取り付けられ、補強部材４０は、フレーム本体１０の両側の側面部１１ｂに沿って配設されて該両側の側面部１１ｂにそれぞれ接着結合される２つの板状の壁面部４３と、該２つの壁面部４３を結合し格子状に配設されるリブ４４とを有するリブ部４２を備え、外部から曲げ荷重が入力される際のフレーム本体１０の曲げの中立軸Ｌ１より圧縮側に補強部材４０の曲げの中立軸Ｌ２が位置するように配置されているが、リブ部４２は、その一部がフレーム本体１０の曲げの中立軸Ｌ１よりも第２の板状部材１２の平面部１２ａ側に延びるように形成されている。
【００６４】
補強部材４０のリブ部４２は、補強部材２０のリブ部２２と同様に、フレーム本体１０の長手方向に延びる縦リブ４４ａとフレーム本体１０を横切る方向に延びる横リブ４４ｂとが四角形状の開口部４５を形成するように格子状に配置されたリブ４４を有しており、該リブ４４は、フレーム本体１０を横切る方向においてフレーム本体１０の側面部１１ｂ側からその中央側に向かうにつれて平板部２１からの長さが短く形成されているが、フレーム本体１０の側面部１１ｂ側ではフレーム本体１０の曲げの中立軸Ｌ１よりも第２の板状部材１２の平面部１２ａ側まで延びるように形成されている。補強部材４０の壁面部４３もまた、平板部２１からの長さが該壁面部４３と結合される横リブ４４ｂと同じ長さを有するように形成されている。
【００６５】
このように構成される車両用フレーム構造においても、補強部材４０は、フレーム本体１０の曲げの中立軸Ｌ１より圧縮側に補強部材４０の曲げの中立軸Ｌ２が位置するように配置されており、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の内方側への底面部１１ａの曲げ変形及び該変形に伴って変形する側面部１１ｂの面外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。
【００６６】
図５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を示す斜視図である。また、図６は、図５におけるＹ６ａ−Ｙ６ａ線及びＹ６ｂ−Ｙ６ｂ線に沿った車体フレームの断面図であり、図６（ａ）は、Ｙ６ａ−Ｙ６ａ線に沿った車体フレームの断面図、図６（ｂ）は、Ｙ６ｂ−Ｙ６ｂ線に沿った車体フレームの断面図である。なお、第３の実施形態は、第１の実施形態とリブ部の形状が異なるのみであるので、第１の実施形態と同様の構成を備えて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。
【００６７】
図５及び図６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、フレーム本体１０の内部に補強部材６０が取り付けられ、補強部材６０は、フレーム本体１０の両側の側面部１１ｂに沿って配設されて該両側の側面部１１ｂにそれぞれ接着結合される２つの板状の壁面部６３と、該２つの壁面部６３を結合し格子状に配設されるリブ６４とを有するリブ部６２を備え、外部から曲げ荷重が入力される際のフレーム本体１０の曲げの中立軸Ｌ１より圧縮側に補強部材６０の曲げの中立軸Ｌ２が位置するように配置されているが、リブ６２は、平板部２１から垂直方向に延びるリブの長さが等しく形成されている。
【００６８】
補強部材６０のリブ部６２は、補強部材２０のリブ部２２と同様に、フレーム本体１０の長手方向に延びる縦リブ６４ａとフレーム本体１０を横切る方向に延びる横リブ６４ｂとが四角形状の開口部６５を形成するように格子状に配置されたリブ６４を有しているが、リブ６４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との間の略中間位置よりも短く形成され、フレーム本体１０を横切る方向において平板部２１からの長さが等しく形成されている。補強部材６０の壁面部６３もまた、平板部２１からの長さが該壁面部６３と結合される横リブ６４ｂと同じ長さを有するように形成されている。
【００６９】
このように構成される車両用フレーム構造においても、補強部材６０は、フレーム本体１０の曲げの中立軸Ｌ１より圧縮側に補強部材６０の曲げの中立軸Ｌ２が位置するように配置されており、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の内方側への底面部１１ａの曲げ変形及び該変形に伴って変形する側面部１１ｂの面外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。
【００７０】
図７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。また、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４の実施形態は、第３の実施形態とリブ部の形状が異なるのみであるので、第３の実施形態と同様の構成を備えて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。
【００７１】
図７及び図８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、フレーム本体１０の内部に補強部材８０が取り付けられ、補強部材８０は、フレーム本体１０の両側の側面部１１ｂに沿って配設されて該両側の側面部１１ｂにそれぞれ接着結合される２つの板状の壁面部８３と、該２つの壁面部８３を結合し格子状に配設されるリブ８４とを有するリブ部８２を備え、外部から曲げ荷重が入力される際のフレーム本体１０の曲げの中立軸Ｌ１より圧縮側に補強部材８０の曲げの中立軸Ｌ２が位置するように配置され、リブ８４は、平板部２１から垂直方向に延びるリブの長さが等しく形成されているが、リブ８４によって形成される開口部８５の大きさがフレーム本体１０を横切る方向に異なって形成されている。
【００７２】
補強部材８０のリブ部８２は、補強部材６０のリブ部６２と同様に、フレーム本体１０の長手方向に延びる縦リブ８４ａとフレーム本体１０を横切る方向に延びる横リブ８４ｂとが四角形状の開口部８５を形成するように格子状に配置されたリブ８４を有し、リブ８４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との間の略中間位置よりも短く形成されている。補強部材８０の壁面部８３もまた、平板部２１からの長さが該壁面部８３と結合される横リブ８４ｂと同じ長さを有するように形成されている。
【００７３】
しかしながら、車体フレーム７１の補強部材８０では、フレーム本体１０を横切る方向に隣り合う縦リブ８４ａの間隔が、フレーム本体１０を横切る方向においてフレーム本体１０の中央側に比べてフレーム本体１０の側面部１１ｂ側では狭く略半分の大きさで形成され、フレーム本体１０を横切る方向においてフレーム本体１０の中央側では略正方形状の開口部８５ａが形成され、フレーム本体１０の側面部１１ｂ側では中央側の開口部８５ａを縦リブ８４ａによってフレーム本体１０を横切る方向に２つに分割した矩形状の開口部８５ｂが形成されるようにリブ８４が設けられている。
【００７４】
このように、車体フレーム７１においては、補強部材８０のリブ８４によって形成された開口部８５の大きさがフレーム本体１０を横切る方向においてフレーム本体１０の側面部１１ｂ側に近づくにつれて小さく形成されており、補強部材８０は、フレーム本体１０を横切る方向においてフレーム本体１０の側面部１１ｂ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。
【００７５】
このように構成される車両用フレーム構造においても、補強部材８０は、フレーム本体１０の曲げの中立軸Ｌ１より圧縮側に補強部材８０の曲げの中立軸Ｌ２が位置するように配置されており、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の内方側への底面部１１ａの曲げ変形及び該変形に伴って変形する側面部１１ｂの面外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７１では、リブ部８２は、フレーム本体１０を横切る方向においてフレーム本体１０の側面部１１ｂ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の側面部１１ｂの変形に対する抑制効果をさらに高めることができる。
【００７６】
この第４の実施形態に係る車体フレーム７１では、フレーム本体１０を横切る方向においてフレーム本体１０の側面部１１ｂ側に近づくにつれて開口部８５の大きさが小さく形成され、強度が増加するように構成されているが、フレーム本体１０を横切る方向においてフレーム本体１０の側面部１１ｂ側に近づくにつれてリブ８４の肉厚、すなわち縦リブ８４ａ及び／又は横リブ８４ｂの肉厚を厚く形成することにより、強度が増加するように構成することも可能である。
【００７７】
図９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である。また、図１０は、図９におけるＹ１０ａ−Ｙ１０ａ線及びＹ１０ｂ−Ｙ１０ｂ線に沿った車体フレームの断面図であり、図１０（ａ）は、Ｙ１０ａ−Ｙ１０ａ線に沿った車体フレームの断面図、図１０（ｂ）は、Ｙ１０ｂ−Ｙ１０ｂ線に沿った車体フレームの断面図である。なお、第５の実施形態は、第１の実施形態とリブ部の形状が異なるのみであるので、第１の実施形態と同様の構成を備えて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。
【００７８】
図９及び図１０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、フレーム本体１０の内部に補強部材１００が取り付けられ、補強部材１００は、フレーム本体１０の両側の側面部１１ｂに沿って配設されて該両側の側面部１１ｂにそれぞれ接着結合される２つの板状の壁面部１０３と、該２つの壁面部１０３を結合し格子状に配設されるリブ１０４とを有するリブ部１０２を備え、外部から曲げ荷重が入力される際のフレーム本体１０の曲げの中立軸Ｌ１より圧縮側に補強部材１００の曲げの中立軸Ｌ２が位置するように配置されているが、リブ１０２によって形成される開口部１０５の大きさがフレーム本体１０を横切る方向に異なって形成されている。
【００７９】
補強部材１００のリブ部１０２は、格子状に配設されるリブ１０４が、フレーム本体１０の長手方向に延びる縦リブ１０４ａと、フレーム本体１０を横切る方向に延びる横リブ１０４ｂとを有しているが、横リブ１０４ｂは、フレーム本体１０の長手方向と直交する方向から所定角度傾斜してフレーム本体１０を横切る方向に延び、両側の壁面部１０３を結合する第１の横リブ１０４ｂ１と、フレーム本体１０の長手方向と直交する方向から所定角度傾斜してフレーム本体１０を横切る方向に壁面部１０３からフレーム本体１０の最も側面部１１ｂ側に位置する縦リブ１０４ａまで延び、壁面部１０３と最も側面部１１ｂ側に位置する縦リブ１０４ａとを結合する第２の横リブ１０４ｂ２とを有している。
【００８０】
第１の横リブ１０４ｂ１は、図１０（ｂ）に示すように、フレーム本体１０の長手方向に連続してジグザグ形状に形成され、２つの第１の横リブ１０４ｂ１が、フレーム本体１０を横切る方向の中央部分において交差するように形成されている。一方、第２の横リブ１０４ｂ２は、壁面部１０３とフレーム本体１０の最も側面部１１ｂ側の縦リブ１０４ａとの間でフレーム本体１０の長手方向に連続してジグザグ形状に形成される横リブを形成するように、壁面部１０３とフレーム本体１０の最も側面部１１ｂ側の縦リブ１０４ａとの間における第１の横リブ８２ｂ１と同じ形状をして設けられている。
【００８１】
これにより、補強部材１００では、縦リブ１０４ａと横リブ１０４ｂによって形成される開口部１０５は、フレーム本体１０を横切る方向においてフレーム本体１０の中央側では三角形状の開口部１０５ａ１と台形状の開口部１０５ａ２とからなる開口部１０５ａを有するように形成され、フレーム本体１０を横切る方向においてフレーム本体１０の側面部１１ｂ側では三角形状の開口部１０５ｂを有するように形成されている。本実施形態では、開口部１０５ａ１と開口部１０５ｂが等しい大きさで形成され、開口部１０５ｂ及び１０５ａ１が開口部１０５ａ２の三分の一の大きさで形成され、開口部１０５の大きさの平均が、フレーム本体１０を横切る方向においてフレーム本体１０の側面部１１ｂ側ではフレーム本体１０の中央側に比べて二分の一の大きさで形成されている。
【００８２】
このように、車体フレーム９１においては、補強部材１００のリブ１０４によって形成された開口部１０５の大きさがフレーム本体１０を横切る方向においてフレーム本体１０の側面部１１ｂ側に近づくにつれて小さく形成されており、補強部材１００は、フレーム本体１０を横切る方向においてフレーム本体１０の側面部１１ｂ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。
【００８３】
このように構成される車両用フレーム構造においても、補強部材１００は、フレーム本体１０の曲げの中立軸Ｌ１より圧縮側に補強部材１００の曲げの中立軸Ｌ２が位置するように配置されており、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の内方側への底面部１１ａの曲げ変形及び該変形に伴って変形する側面部１１ｂの面外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９１では、リブ部１０２は、フレーム本体１０を横切る方向においてフレーム本体１０の側面部１１ｂ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の側面部１１ｂの変形に対する抑制効果をさらに高めることができる。
【００８４】
この第５の実施形態に係る車体フレーム９１では、フレーム本体１０を横切る方向においてフレーム本体１０の側面部１１ｂ側に近づくにつれて開口部１０５の大きさが小さく形成され、強度が増加するように構成されているが、フレーム本体１０を横切る方向においてフレーム本体１０の側面部１１ｂ側に近づくにつれてリブ１０４の肉厚、すなわち縦リブ１０４ａ及び／又は横リブ１０４ｂの肉厚を厚く形成することにより、強度が増加するように構成することも可能である。
【００８５】
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、フレーム本体１０の該底面部１１ａと該平面部１２ａとの間に位置する両側の側面部１１ｂが本願請求項に記載される両側の側面部に相当する。
【００８６】
また、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。例えば、前述した第１の実施形態に係る車両用フレーム構造と第４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４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７１において、リブ８４をフレーム本体１０の側面部１１ｂ側からその中央側に向かうにつれて平板部２１からの長さを短く形成するなど、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】
【００８７】
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】
【００８８】
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（側面部）
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 補強部材の平板部
２２、４２、６２、８２、１０２ 補強部材のリブ部
２３、４３、６３、８３、１０３ 補強部材の壁面部
２４、４４、６４、８４、１０４ 補強部材のリブ
２４ａ、４４ａ、６４ａ、８４ａ、１０４ａ 縦リブ（第１リブ）
２４ｂ、４４ｂ、６４ｂ、８４ｂ、１０４ｂ、１０４ｂ１、１０４ｂ２ 横リブ（第２リブ）
２５、４５、６５、８５、８５ａ、８５ｂ、１０５、１０５ａ、１０５ａ１、１０５ａ２、１０５ｂ 開口部
Ｌ１ フレーム本体の曲げの中立軸
Ｌ２ 補強部材の曲げの中立軸
【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、該閉断面部材の第１面部と第２面部との間に位置する両側の側面部とを有し、
前記補強部材は、前記閉断面部材の両側の側面部に沿って配設されて該両側の側面部にそれぞれ接着結合される２つの板状の壁面部と、前記２つの壁面部を結合し格子状に配設されるリブとを有するリブ部を備え、前記閉断面部材の曲げの中立軸より圧縮側に該補強部材の曲げの中立軸が位置するように配置されている、
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る平板部を更に備え、該平板部に前記壁面部及び前記リブが結合されている、
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】
前記リブは、前記平板部から垂直方向に延び、前記閉断面部材を横切る方向において閉断面部材の中央側では閉断面部材の側面部側に比して前記平板部からの長さが短く形成されている、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用フレーム構造。
【請求項４】
前記リブ部は、前記閉断面部材を横切る方向において閉断面部材の側面部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１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を横切る方向において閉断面部材の側面部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を横切る方向において閉断面部材の側面部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】
前記平板部と前記壁面部とが連続して結合されて角部が形成され、該角部は、その外面側が前記閉断面部材の第１面部と側面部との角部に合致して接着結合され、その内面側が前記リブで裏打ちされている、
ことを特徴とする請求項２から請求項５の何れか１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、該閉断面部材の第１面部と第２面部との間に位置する両側の側面部とを有し、
前記補強部材は、前記閉断面部材の両側の側面部に沿って配設されて該両側の側面部にそれぞれ接着結合される２つの板状の壁面部と、前記２つの壁面部を結合し格子状に配設されるリブとを有するリブ部を備え、前記閉断面部材の曲げの中立軸より圧縮側に該補強部材の曲げの中立軸が位置するように配置されている、
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る平板部を更に備え、該平板部に前記壁面部及び前記リブが結合されている、
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】
前記リブは、前記平板部から垂直方向に延び、前記閉断面部材を横切る方向において閉断面部材の中央側では閉断面部材の側面部側に比して前記平板部からの長さが短く形成されている、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用フレーム構造。
【請求項４】
前記リブ部は、前記閉断面部材を横切る方向において閉断面部材の側面部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１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を横切る方向において閉断面部材の側面部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を横切る方向において閉断面部材の側面部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】
前記平板部と前記壁面部とが連続して結合されて角部が形成され、該角部は、その外面側が前記閉断面部材の第１面部と側面部との角部に合致して接着結合され、その内面側が前記リブで裏打ちされている、
ことを特徴とする請求項２から請求項５の何れか１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１０】
【図１１】
【図１３】
【図１４】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１３】
【図１４】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１１０９７１（Ｐ２０１１−１１０９７１Ａ）
【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２００９−２６６５４７（Ｐ２００９−２６６５４７）
【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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