車両用フレーム構造
【課題】重量の増加を抑制しつつ曲げ抗力を効率的に高めることができるとともに、外部から荷重が作用する時に補強板の端部近傍でフレーム本体が曲げ変形することを抑制することができる車体用フレーム構造を提供する。
【解決手段】車両用フレーム構造において、フレーム本体１０は、外部から荷重が作用した時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、第１面部と第２面部との間に位置する第３面部とを有し、補強板２０は、第３面部から離間した基部と、該基部から第３面部に向けて突出して第３面部と当接する複数の凸部と、を有し、第３面部に沿ってフレーム本体の長手方向における荷重が作用し得る部分を含む所定範囲に設けられ、フレーム本体の長手方向における補強板の端部においてその中央部に比べて強度が低くなるようにフレーム本体に取り付けられている。
【解決手段】車両用フレーム構造において、フレーム本体１０は、外部から荷重が作用した時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、第１面部と第２面部との間に位置する第３面部とを有し、補強板２０は、第３面部から離間した基部と、該基部から第３面部に向けて突出して第３面部と当接する複数の凸部と、を有し、第３面部に沿ってフレーム本体の長手方向における荷重が作用し得る部分を含む所定範囲に設けられ、フレーム本体の長手方向における補強板の端部においてその中央部に比べて強度が低くなるようにフレーム本体に取り付けられている。
【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、外部から荷重が作用し得る管状のフレーム本体の内部に補強板が取り付けられた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センター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、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管状に形成して構成されている。
【０００３】
また、サイドシルなどの車体フレームでは、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、車両の衝突時に外部から荷重が作用しても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おり、管状のフレーム本体の内部に補強板を取り付けて補強するようにしたものが一般に知られている。
【０００４】
例えば特許文献１には、サイドシルの内部のアウタパネル側に、該サイドシルのアウタパネルに沿って縦向きに延びる下方側の縦壁と、該下方側の縦壁の上端から内方側に向かって斜めに立ち上がって延びる上方側の傾斜壁とを有する補強板を取り付け、サイドシルの上角部を該上方側の傾斜壁によって突っ張るようにして補強したものが開示されている。
【０００５】
また、例えば特許文献２には、サイドシルの内部のインナパネルの上角部付近に、インナパネルとの間にサイドシルの長手方向に延びる複数の閉断面部を形成する補強板を設けて、該閉断面部によってサイドシルの曲げ剛性を高め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】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１９１００８号公報
【特許文献２】特開２００９−１１３７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記特許文献１及び前記特許文献２に開示されるような補強板をサイドシルなどの車体フレームに取り付けることで、確かに車体フレームの曲げ抗力を高めることができるものの、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、重量の増加を抑制しつつ曲げ抗力を如何に効率的に高めるかが重要な課題となっている。
【０００８】
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、矩形管状のフレーム本体に外部から荷重が作用して曲げ変形する場合、荷重が作用した時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フレーム本体の内方側へ変形し始め、この変形に伴って該第１面部に隣接する第３面部がフレーム本体の外方側に膨らんで面外変形を生じるとともに、荷重が作用した時に引張方向の力が作用する第２面部がフレーム本体の内方側へ変形し、フレーム本体が曲げ変形して座屈することを見出した。
【０００９】
かかる知見に基づいて、フレーム本体の内方側への第１面部の曲げ変形に伴って変形する第３面部の面外変形を抑制することができれば、フレーム本体全体の曲げ変形を有効に抑制することができ、フレーム本体の曲げ抗力を高めることができると考えられる。
【００１０】
また、フレーム本体に外部から荷重が作用して曲げ変形する場合、荷重が作用する方向に沿ってフレーム本体の内方側へ変形し始める部分を曲げ変形の起点としてフレーム本体が曲げ変形することから、外部から荷重が作用する部分を含むフレーム本体の長手方向の所定範囲を有効に補強することで、重量の増加を抑制しつつフレーム本体の曲げ抗力を効率的に高めることができると考えられる。
【００１１】
しかしながら、フレーム本体の内部に取り付ける補強板を、外部から荷重が作用する部分を含む所定範囲にのみ取り付けると、外部から荷重が作用した時に、剛性が急激に変化する補強板の端部近傍でフレーム本体に新たな曲げ変形が生じることが考えられる。
【００１２】
図１５は、外部から荷重が作用する部分を含む所定範囲にのみ補強板を取り付けた車体フレームが曲げ変形する状態を説明するための説明図である。なお、図１５（ａ）では、フレーム本体内の補強板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。
【００１３】
図１５（ａ）に示す車体フレーム３０１は、上面部３００ａと、下面部３００ｂと、上面部３００ａと下面部３００ｂとの間に位置し、上面部３００ａと下面部３００ｂとの間にそれぞれ角部３００ｄと３００ｅとを形成する側面部３００ｃとを有し、矩形閉断面状に形成した管状のフレーム本体３００の内部において、外部から荷重が作用する部分を含むフレーム本体３００の長手方向中央側の所定範囲の側面部３００ｃにのみ補強板３２０が取り付けられている。
【００１４】
この車体フレーム３０１の長手方向両端部を図示しない固定点で支持した状態で、図１５（ｂ）に示すように、車体フレーム３０１の上面部３００ａの長手方向の中央部分に上方から圧子３０２を介して荷重Ｆを付加した場合、補強板３２０の端部近傍でフレーム本体３００の曲げ変形の起点３０３が生じ、補強板３２０の端部近傍でフレーム本体３００が曲げ変形する場合がある。
【００１５】
そこで、この発明は、管状のフレーム本体の内部に補強板が取り付けられた車両用フレーム構造において、重量の増加を抑制しつつ曲げ抗力を効率的に高めることができるとともに、外部から荷重が作用する時に補強板の端部近傍でフレーム本体が曲げ変形することを抑制することができる車体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】
【００１６】
このため、本願の請求項１に係る車体用フレーム構造は、外部から荷重が作用し得る管状のフレーム本体の内部に補強板が取り付けられた車両用フレーム構造であって、前記フレーム本体は、外部から荷重が作用した時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面部と第２面部との間に位置し、該第１面部と該第２面部との間でそれぞれ角部を形成する第３面部と、を有し、前記補強板は、前記第３面部から離間した状態で該第３面部に沿って延在する基部と、該基部と一体的に形成されて前記フレーム本体の長手方向及び長手方向に直交する方向に複数配置され、該基部から前記第３面部に向けて突出して前記第３面部と当接し、少なくとも一部が前記第３面部と結合される複数の凸部と、を有し、前記第３面部に沿って前記フレーム本体の長手方向における前記荷重が作用し得る部分を含む所定範囲に設けられ、前記フレーム本体の長手方向における前記補強板の端部において前記フレーム本体の長手方向における前記補強板の中央部に比べて強度が低くなるように前記フレーム本体に取り付けられている、ことを特徴としたものである。
【００１７】
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、前記補強板は、前記フレーム本体の長手方向における前記補強板の端部において前記フレーム本体の長手方向における前記補強板の中央部に比べて前記第３面部との結合力が小さくなるように前記フレーム本体に取り付けられている、ことを特徴としたものである。
【００１８】
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、前記補強板は、前記フレーム本体の長手方向における前記補強板の端部において前記フレーム本体の長手方向における前記補強板の中央部に比べて前記凸部と前記第３面部とを結合する結合数が少なくなるように前記フレーム本体に取り付けられている、ことを特徴としたものである。
【００１９】
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、前記補強板は、前記フレーム本体の長手方向における前記補強板の端部において前記フレーム本体の長手方向における前記補強板の中央部に比べて前記凸部の高さが低く形成されている、ことを特徴としたものである。
【００２０】
また更に、本願の請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４の何れか１項に係る発明において、前記補強板は、前記フレーム本体の長手方向における前記補強板の端部において前記フレーム本体の長手方向における前記補強板の中央部に比べて前記フレーム本体の長手方向に直交する方向における前記第３面部に沿って設けられる該補強板の幅が小さく形成されている、ことを特徴としたものである。
【００２１】
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１項に係る発明において、前記補強板は、前記フレーム本体の第１面部側における前記フレーム本体の長手方向長さが、前記フレーム本体の第２面部側における前記フレーム本体の長手方向長さよりも長く形成され、前記フレーム本体の第１面部側から前記フレーム本体の第２面部側に向けて下すぼまり形状に形成されている、ことを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００２２】
本願の請求項１に係る車体用フレーム構造によれば、フレーム本体の内部に取り付けられた補強板は、フレーム本体の第３面部から離間した状態で第３面部に沿って延在する基部と、フレーム本体の長手方向及び長手方向に直交する方向に複数配置され、基部から第３面部に向けて突出して第３面部と当接し、少なくとも一部が第３面部と結合される複数の凸部とを有していることにより、フレーム本体の長手方向及び長手方向に直交する方向において第３面部と基部との間に閉断面部を形成し、フレーム本体の第３面部の剛性を高めて第３面部が外方側に膨らんで面外変形することを効果的に抑制することができ、フレーム本体の曲げ抗力を高めることができる。また、補強板は、フレーム本体の長手方向における荷重が作用し得る部分を含む所定範囲に設けられ、フレーム本体の長手方向における補強板の端部においてその中央部に比べて強度が低くなるようにフレーム本体に取り付けられていることにより、曲げ変形が生じやすい部分のみを補強することで、重量の増加を抑制しつつ曲げ抗力を効率的に高めることができるとともに、外部から荷重が作用する時に補強板の端部近傍でフレーム本体が曲げ変形することを抑制することができる。
【００２３】
また、本願の請求項２に係る発明によれば、補強板は、フレーム本体の長手方向における補強板の端部においてその中央部に比べて第３面部との結合力が小さくなるようにフレーム本体に取り付けられていることにより、補強板の端部において補強板による補強効果を小さくすることができ、補強板の端部近傍でフレーム本体が曲げ変形することを有効に抑制することができる。
【００２４】
更に、本願の請求項３に係る発明によれば、補強板は、フレーム本体の長手方向における補強板の端部においてその中央部に比べて凸部と第３面部とを結合する結合数が少なくなるようにフレーム本体に取り付けられていることにより、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。
【００２５】
また更に、本願の請求項４に係る発明によれば、補強板は、フレーム本体の長手方向における補強板の端部においてその中央部に比べて凸部の高さが低く形成されていることにより、補強板の端部において補強板による補強効果を小さくすることができ、補強板の端部近傍でフレーム本体が曲げ変形することを有効に抑制することができる。
【００２６】
また更に、本願の請求項５に係る発明によれば、補強板は、フレーム本体の長手方向における補強板の端部においてその中央部に比べてフレーム本体の長手方向に直交する方向における第３面部に沿って設けられる補強板の幅が小さく形成されていることにより、補強板の端部において補強板による補強効果を小さくすることができ、補強板の端部近傍でフレーム本体が曲げ変形することを有効に抑制することができる。
【００２７】
また更に、本願の請求項６に係る発明によれば、補強板は、フレーム本体の第１面部側におけるフレーム本体の長手方向長さが、フレーム本体の第２面部側におけるフレーム本体の長手方向長さよりも長く形成され、フレーム本体の第１面部側からフレーム本体の第２面部側に向けて下すぼまり形状に形成されていることにより、フレーム本体の曲げ変形初期に生じ得るフレーム本体の内方側への第１面部の曲げ変形を有効に抑制することができ、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】
【００２８】
【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に示す車体フレームの要部拡大図である。
【図３】図２におけるＹ３−Ｙ３線に沿った車体フレームの断面図である。
【図４】図２におけるＹ４−Ｙ４線に沿った車体フレームの断面図である。
【図５】補強板の凸部の配列を説明するための説明図である。
【図６】フレーム本体と補強板とにより構成された構造体を説明するための説明図である。
【図７】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要部を示す斜視図である。
【図８】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９】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の要部を示す斜視図である。
【図１０】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の要部を示す斜視図である。
【図１１】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。
【図１５】外部から荷重が作用する部分を含む所定範囲にのみ補強板を取り付けた車体フレームが曲げ変形する状態を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
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。
【００３０】
本願発明者等は、管状のフレーム本体の内部に補強板が取り付けられた車両用フレーム構造において、重量の増加を抑制しつつ曲げ抗力を効率的に高めることができるとともに、外部から荷重が作用する時に補強板の端部近傍でフレーム本体が曲げ変形することを抑制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、管状の車体フレームに外部から曲げ荷重を入力して車体フレームが曲げ変形す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。
【００３１】
図１１は、管状の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付加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。
【００３２】
このシミュレーションでは、管状の車体フレームとして、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とに隣接し上面部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管状のフレーム本体２００をモデルとして用い、この車体フレームに外部から曲げ荷重を付加して車体フレームが曲げ変形する際の変形挙動をシミュレーション解析した。
【００３３】
具体的には、図１１（ａ）に示すように、所定長さＸ１を有するフレーム本体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フレーム本体２００の上面部２００ａの長手方向における中央部分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、車両の衝突時に外部から作用される荷重を模擬した荷重Ｆをフレーム本体２００に付加して、車体フレームの曲げ変形挙動を調べた。
【００３４】
このようにして車体フレームに外部から曲げ荷重Ｆが付加される場合、図１１（ｂ）に示すように、フレーム本体２００は下側に凸状に湾曲して変形し、フレーム本体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。
【００３５】
図１４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１４では、圧子２０２がフレーム本体２００の上面部２００ａに接触した位置からフレーム本体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、フレーム本体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。
【００３６】
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の曲げ変形挙動について説明する。
【００３７】
図１２及び図１３の（ａ）に示すように、圧子２０２がフレーム本体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、フレーム本体２００において、上面部２００ａと側面部２００ｃとの間に形成される角部２００ｄの頂点Ｐ２は、下面部２００ｂと側面部２００ｃとの間に形成される角部２００ｅの頂点Ｐ３の略垂直方向上方側に位置している。なお、これら頂点Ｐ２、Ｐ３は、フレーム本体２００が曲げ変形する際の屈曲部、すなわち中央部分Ｐ１を有する断面における角部２００ｄ、２００ｅの頂点を表している。
【００３８】
この状態から圧子２０２を下方へ移動し、フレーム本体２００に荷重Ｆを付加すると、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、フレーム本体２００が下側に凸状に湾曲して変形され、フレーム本体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分Ｐ１から曲げ変形される。
【００３９】
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、フレーム本体２００は下側に凸状に湾曲して変形されるとともに管状のフレーム本体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、角部２００ｅの頂点Ｐ３に対して角部２００ｄの頂点Ｐ２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がフレーム本体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。
【００４０】
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、フレーム本体２００はさらに曲げ変形され、上面部２００ａがフレーム本体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がフレーム本体２００の長手方向と直交する直交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がフレーム本体２００の内方側へさらに変位し、フレーム本体２００が曲げ変形して座屈している。
【００４１】
このシミュレーション解析結果から、本願発明者等は、管状のフレーム本体に外部から曲げ荷重が作用して曲げ変形する場合、曲げ荷重が作用した時に圧縮方向の力が作用する第１面部（上面部）が荷重の入力方向に沿ってフレーム本体の内方側へ変形し始め、この変形に伴って該第１面部に隣接する第３面部（側面部）がフレーム本体の外方側に膨らんで面外変形を生じるとともに、荷重が作用した時に引張方向の力が作用する第２面部（下面部）がフレーム本体の内方側へ変形し、フレーム本体が曲げ変形して座屈することを見出した。
【００４２】
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、矩形管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作用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。
【００４３】
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、管状のフレーム本体の内方側への第１面部の曲げ変形に伴って変形する第３面部の面外変形を抑制することができれば、フレーム本体全体の曲げ変形を有効に抑制することができ、フレーム本体の曲げ抗力を高めることができると考えられる。
【００４４】
また、フレーム本体に外部から荷重が作用して曲げ変形する場合には、荷重が作用する方向に沿ってフレーム本体の内方側へ変形し始める部分を曲げ変形の起点としてフレーム本体が曲げ変形されることから、外部から荷重が作用する部分を含むフレーム本体の長手方向の所定範囲を有効に補強することで、重量の増加を抑制しつつ車体フレームの曲げ抗力を効率的に高めることができると考えられる。
【００４５】
以下に、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に示す車体フレームの要部拡大図、図３は、図２におけるＹ３−Ｙ３線に沿った車体フレームの断面図、図４は、図２におけるＹ４−Ｙ４線に沿った車体フレームの断面図である。なお、図１、図２、及び後述する図７から図１０では、フレーム本体内の補強板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。
【００４６】
図１から図４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、略矩形閉断面状に形成した管状のフレーム本体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フレーム本体１０を補強するための補強板２０とを有している。
【００４７】
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、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を備えている。
【００４８】
フレーム本体１０は、第１の板状部材１１と第２の板状部材１２とが、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に重ね合わせてスポット溶接で接合することにより接合され、略矩形閉断面状に形成されている。これにより、フレーム本体１０では、第１の板状部材１１の底面部１１ａと側面部１１ｂとの間に略直角をなす角部１０ａが形成され、第１の板状部材１１の側面部１１ｂと第２の板状部材１２の平面部１２ａとの間に略直角をなす角部１０ｂが形成されている。
【００４９】
フレーム本体１０の内部に取り付けられる補強板２０もまた、鋼板などの金属製の板状素材をプレス加工して得られるものであり、フレーム本体１０の第１の板状部材１１の両側の側面部１１ｂに沿ってそれぞれ設けられ、フレーム本体１０の長手方向に直交する方向（直交断面方向）においてフレーム本体１０の上方側の角部１０ａから下方側の角部１０ｂにわたって延び、フレーム本体１０の第１の板状部材１１の側面部１１ｂの内周側を覆うように配設されている。
【００５０】
各補強板２０は、フレーム本体１０の長手方向における荷重が作用することが想定される部分を含む所定範囲、本実施形態ではフレーム本体１０の長手方向中央部分に荷重が作用することを想定しフレーム本体１０の長手方向中央側にフレーム本体１０の半分の長さを有するように設けられ、フレーム本体１０の第１の板状部材１１の側面部１１ｂから離間した状態で側面部１１ｂに沿って延在する基部２１と、基部２１と一体的に形成され、基部２１から側面部１１ｂに向けて突出して四角錐台状に形成される複数の凸部２２とを有している。
【００５１】
図５は、補強板の凸部の配列を説明するための説明図であり、補強板の要部を示す正面図である。図５に示すように、複数の凸部２２は、該凸部２２の頂面部２２ａが四角形である四角錐台状に形成され、フレーム本体１０の長手方向及び直交断面方向において周期的に配列されている。
【００５２】
本実施形態では、複数の凸部２２はそれぞれ、頂面部２２ａの四角形の対角線がフレーム本体１０の長手方向及び長手方向に直交する方向と平行になるように配置され、フレーム本体１０の長手方向に隣接する凸部２２が互いにフレーム本体１０の直交断面方向に重なりＬ１を有するとともに、フレーム本体１０の直交断面方向に隣接する凸部２２が互いにフレーム本体１０の長手方向に重なりＬ２を有している。図５に示すように、符号２２を付した凸部について、該凸部２２にフレーム本体１０の長手方向に隣接する凸部２２Ａが互いにフレーム本体１０の直交断面方向に重なりＬ１を有し、フレーム本体１０の直交断面方向に隣接する凸部２２Ｂが互いにフレーム本体１０の長手方向に重なりＬ２を有している。
【００５３】
このようにして、複数の凸部２２は、フレーム本体１０の長手方向に配列されるとともにフレーム本体１０の直交断面方向に配列され、補強板２２は、図１及び図２に示すように、フレーム本体１０の長手方向及び直交断面方向に直線状に連続した基部２１が形成されないように構成されている。
【００５４】
また、複数の凸部２２は、図４に示すように、基部２１からの凸部２２の高さＨが、フレーム本体１０の長手方向における補強板２０の中央部からフレーム本体１０の長手方向における補強板の端部に近づくにつれて低く形成され、フレーム本体１０の長手方向における補強板２０の端部においてフレーム本体１０の長手方向における補強板２０の中央部に比べて基部２１からの凸部２２の高さＨが低く形成されている。
【００５５】
本実施形態では、複数の凸部２２はすべて、図示しない接着材を介して頂面部２２ａがフレーム本体１０の第１の板状部材１１の側面部１１ｂと当接されて接着結合され、補強板２０は、フレーム本体１０に取り付けられている。補強板２０の凸部２２は、側面部１１ｂと当接する頂面部２２ａが四角形状である四角錐台状に形成されていることにより、補強板２０の凸部２２を側面部１１ｂに確実に当接させて結合することができる。
【００５６】
基部２１からの凸部２２の高さＨが、フレーム本体１０の長手方向における補強板２０の中央部からフレーム本体１０の長手方向における補強板の端部に近づくにつれて低く形成されていることにより、基部２１は、フレーム本体１０の長手方向における補強板２０の中央部からフレーム本体１０の長手方向における補強板の端部に近づくにつれて該側面部１１ｂとの距離が短くなっている。
【００５７】
また、補強板２０には、フレーム本体１０の直交断面方向の両端部に平面状のフランジ部２３、２４が形成されており、フランジ部２３が、フレーム本体１０の第１の板状部材１１の底面部１１ａに沿って該底面部１１ａに、図示しない接着材によって接着結合されて取り付けられ、フランジ部２４が、フレーム本体１０の第１の板状部材１１のフランジ部１１ｃと第２の板状部材１２の平面部１２ａとの間に挟まれた状態でスポット溶接によって取り付けられている。これにより、外部から荷重が作用する時に補強板２０がフレーム本体１０から外れることを防止することができる。
【００５８】
このようにして構成される車体フレーム１は、荷重が作用す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とともに、補強板２０がフレーム本体１０の長手方向における荷重が作用することが想定される部分を含むように配置される。これにより、外部から荷重が作用する時には、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。
【００５９】
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の内部に取り付けられる補強板２０は、フレーム本体１０の側面部１１ｂから離間した状態で側面部１１ｂに沿って延在する基部２１と、フレーム本体１０の長手方向及び長手方向に直交する方向に複数配置され、基部２１から側面部１１ｂに向けて突出して側面部１１ｂと当接し、側面部１１ｂと結合される複数の凸部２２とを有している。これにより、フレーム本体１０の長手方向及び長手方向に直交する方向において側面部１１ｂと基部２１との間に閉断面部を形成し、フレーム本体１０の側面部１１ｂの剛性を高めて側面部１１ｂが外方側に膨らんで面外変形することを効果的に抑制することができ、フレーム本体１０の曲げ抗力を高めることができる。
【００６０】
図６は、フレーム本体と補強板とにより構成された構造体を説明するための説明図であり、図４に示すフレーム本体の内部に補強板が取り付けられた車体フレームの要部断面図を示している。図６に示すように、フレーム本体１０と該フレーム本体１０の第１の板状部材１１の側面部１１ｂに取り付けられた補強板２０とによって、フレーム本体１０と補強板２０との間には複数の閉断面部２５ａを有する構造体２５が形成されている。
【００６１】
構造体２５では、図６に示すように、フレーム本体１０と補強板２０とが曲げの中立軸２６から離間して配置されることにより、構造体２５によって、フレーム本体１０はその断面二次モーメントが高められた構造となっている。なお、図６では、フレーム本体１０の長手方向における断面について説明しているが、フレーム本体１０の直交断面方向においても同様に、フレーム本体１０と補強板２０との間には複数の閉断面部を有する構造体が形成され、フレーム本体１０はその断面二次モーメントが高められた構造となっている。
【００６２】
車体フレーム１に外部から荷重が作用して曲げ変形する場合、フレーム本体１０の第１の板状部材１１の側面部１１ｂが車体フレーム１の外方側に膨らんで面外変形を生じ、構造体２５には、図６に示すような曲げ変形がフレーム本体１０の長手方向及び直交断面方向に生じることとなるが、閉断面部２５ａを有する構造体２５によってフレーム本体１０の側面部１１ｂの剛性を高めて側面部１１ｂが外方側に膨らんで面外変形することを効果的に抑制することができ、フレーム本体１０の曲げ抗力を高めることができる。
【００６３】
また、補強板２０は、フレーム本体１０の長手方向における荷重が作用し得る部分を含む所定範囲に設けられ、フレーム本体の長手方向における補強板２０の端部においてその中央部に比べて基部２１からの凸部２２の高さが低く形成され、補強板２０による補強強度が低くなるようにフレーム本体１０に取り付けられていることにより、曲げ変形が生じやすい部分のみを補強することで、重量の増加を抑制しつつ曲げ抗力を効率的に高めることができるとともに、外部から荷重が作用する時に補強板２０の端部近傍でフレーム本体１０が曲げ変形することを抑制することができる。
【００６４】
更に、補強板２０は、フレーム本体１０の長手方向における補強板２０の端部においてその中央部に比べて凸部２２の高さＨが低く形成されていることにより、補強板２０の端部において補強板２０による補強効果を小さくすることができ、補強板２０の端部近傍でフレーム本体１０が曲げ変形することを有効に抑制することができる。
【００６５】
加えて、補強板２０は、複数の凸部２２がフレーム本体１０に取り付けられていることにより、凸部２２とフレーム本体１０の結合部どうしを結ぶ線によって区画される仮想領域２５ｂ（図５においてハッチングを施した領域）が複数形成されることとなる。車体フレーム１に外部から荷重が作用して曲げ変形する場合には、フレーム本体１０と補強板２０とからなる仮想領域２５ｂの各結合部で荷重を受け止めることができ、フレーム本体１０の側面部１１ｂの面外変形をより有効に抑制することができる。
【００６６】
また、補強板２０の凸部２２は、フレーム本体１０の長手方向に隣接する凸部２２が互いにフレーム本体１０の直交断面方向の重なりＬ１を有するとともに、フレーム本体１０の直交断面方向に隣接する凸部２２が互いにフレーム本体１０の長手方向の重なりＬ２を有するように形成されていることにより、フレーム本体１０の長手方向及び直交断面方向に直線状に連続した基部２１が形成されないので、荷重が作用して曲げ変形される場合においても、フレーム本体１０の長手方向及び直交断面方向に補強板２０の基部２１による折れ目が形成され、側面部１１ｂの面外変形が促進されることを防止することができる。
【００６７】
図７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要部を示す斜視図である。なお、第２の実施形態は、第１の実施形態と補強板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。
【００６８】
図７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、第１の実施形態に係る車体フレーム３１と同様に、フレーム本体１０の長手方向における荷重が作用することが想定される部分を含む所定範囲に補強板４０が設けられている。
【００６９】
各補強板４０は、側面部１１ｂから離間した状態で側面部１１ｂに沿って延在する基部４１と、基部４１と一体的に形成されてフレーム本体１０の長手方向及び長手方向に直交する方向に複数配置され、基部４１から側面部１１ｂに向けて突出して側面部１１ｂと当接する複数の凸部４２とを有し、複数の凸部４２は、頂面部４２ａが四角形である四角錐台状に形成されているが、フレーム本体１０の長手方向における補強板４０の端部ではその中央部に比べて凸部４２の数が少なく形成されている。
【００７０】
補強板４０においても、凸部４２がすべて図示しない接着材を介して側面部１１ｂと当接され、該接着材によって側面部１１ｂに接着結合されているが、フレーム本体１０の長手方向における補強板４０の端部においてその中央部に比べて凸部４２の数が少なく形成されているので、凸部４２と側面部１１ｂとを結合する結合数が少なく、側面部１１ｂとの結合力が小さくなるようにフレーム本体１０に取り付けられている。このようにして、補強板４０は、フレーム本体１０の長手方向における補強板４０の端部においてその中央部に比べて補強板４０による補強強度が低くなるように取りつけられている。
【００７１】
また、車体フレーム３１では、基部４１からの凸部４２の高さが、フレーム本体１０の長手方向において一定の高さで形成され、凸部４２が側面部１１ｂと当接しているので、基部４１は、フレーム本体１０の長手方向において側面部１１ｂと一定の距離に設けられている。なお、補強板４０においても、フレーム本体１０の直交断面方向の両端部に平面状のフランジ部２３、２４が形成されている。
【００７２】
このように構成される車体フレーム３１においても、フレーム本体１０の長手方向及び長手方向に直交する方向において側面部１１ｂと基部４１との間に閉断面部を形成し、フレーム本体１０の側面部１１ｂの剛性を高めて側面部１１ｂが外方側に膨らんで面外変形することを効果的に抑制することができ、フレーム本体１０の曲げ抗力を高めることができる。
【００７３】
また、補強板４０は、フレーム本体１０の長手方向における荷重が作用し得る部分を含む所定範囲に設けられ、フレーム本体１０の長手方向における補強板４０の端部においてその中央部に比べて強度が低くなるようにフレーム本体１０に取り付けられていることにより、曲げ変形が生じやすい部分のみを補強することで、重量の増加を抑制しつつ曲げ抗力を効率的に高めることができるとともに、外部から荷重が作用する時に補強板４０の端部近傍でフレーム本体１０が曲げ変形することを抑制することができる。
【００７４】
補強板４０は、フレーム本体１０の長手方向における補強板４０の端部においてその中央部に比べて凸部４２の数が少なく形成され、側面部１１ｂとの結合力が小さくなるようにフレーム本体１０に取り付けられていることにより、補強板４０の端部において補強板４０による補強効果を小さくすることができ、補強板４０の端部近傍でフレーム本体１０が曲げ変形することを有効に抑制することができる。
【００７５】
また、補強板４０は、フレーム本体１０の長手方向における補強板４０の端部においてその中央部に比べて側面部１１ｂと基部４１との間に形成される閉断面部の数が少なく、補強板４０による補強効果を小さくすることができ、前記効果をさらに有効に抑制することができる。
【００７６】
図８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。なお、第３の実施形態は、第１の実施形態と補強板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。
【００７７】
図８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、第１の実施形態に係る車体フレーム３１と同様に、フレーム本体１０の長手方向における荷重が作用することが想定される部分を含む所定範囲に補強板６０が設けられている。
【００７８】
各補強板６０は、側面部１１ｂから離間した状態で側面部１１ｂに沿って延在する基部６１と、基部６１と一体的に形成されてフレーム本体１０の長手方向及び長手方向に直交する方向に複数配置され、基部６１から側面部１１ｂに向けて突出して側面部１１ｂと当接する複数の凸部６２とを有し、複数の凸部６２は、頂面部６２ａが四角形である四角錐台状に形成されているが、フレーム本体１０の長手方向における補強板６０の端部においてその中央部に比べてフレーム本体１０の長手方向に直交する方向における側面部１１ｂに沿って設けられる補強板６０の幅が小さく形成されている。
【００７９】
補強板６０は、フレーム本体１０の第２の板状部材１２の平面部１２ａ側におけるフレーム本体１０の長手方向長さが、フレーム本体１０の第１の板状部材１１の底面部１１ａ側におけるフレーム本体１０の長手方向長さよりも長く形成され、該平面部１２ａ側から該底面部１１ａ側に向けて上すぼまり形状に形成されている。
【００８０】
補強板６０においても、凸部６２がすべて図示しない接着材を介して側面部１１ｂと当接され、該接着材によって側面部１１ｂに接着結合されているが、フレーム本体１０の長手方向における補強板６０の端部においてその中央部に比べて凸部６２の数が少なく形成されているので、凸部６２と側面部１１ｂとを結合する結合数が少なく、側面部１１ｂとの結合力が小さくなるようにフレーム本体１０に取り付けられている。このようにして、補強板６０は、フレーム本体１０の長手方向における補強板６０の端部においてその中央部に比べて補強板６０による補強強度が低くなるように取りつけられている。
【００８１】
また、車体フレーム５１では、基部６１からの凸部６２の高さが、フレーム本体１０の長手方向において一定の高さで形成され、凸部６２が側面部１１ｂと当接しているので、基部６１は、フレーム本体１０の長手方向において側面部１１ｂと一定の距離に設けられている。なお、補強板６０においても、フレーム本体１０の直交断面方向の両端部に平面状のフランジ部２３、２４が形成されている。
【００８２】
このように構成される車体フレーム５１においても、フレーム本体１０の長手方向及び長手方向に直交する方向において側面部１１ｂと基部６１との間に閉断面部を形成し、フレーム本体１０の側面部１１ｂの剛性を高めて側面部１１ｂが外方側に膨らんで面外変形することを効果的に抑制することができ、フレーム本体１０の曲げ抗力を高めることができる。
【００８３】
また、補強板６０は、フレーム本体１０の長手方向における荷重が作用し得る部分を含む所定範囲に設けられ、フレーム本体１０の長手方向における補強板６０の端部においてその中央部に比べて強度が低くなるようにフレーム本体１０に取り付けられていることにより、曲げ変形が生じやすい部分のみを補強することで、重量の増加を抑制しつつ曲げ抗力を効率的に高めることができるとともに、外部から荷重が作用する時に補強板６０の端部近傍でフレーム本体１０が曲げ変形することを抑制することができる。
【００８４】
車体フレーム５１では、補強板６０は、フレーム本体１０の長手方向における補強板６０の端部においてその中央部に比べてフレーム本体１０の長手方向に直交する方向における側面部１１ｂに沿って設けられる補強板６０の幅が小さく形成されていることにより、補強板６０の端部において補強板６０による補強効果を小さくすることができ、補強板６０の端部近傍でフレーム本体１０が曲げ変形することを有効に抑制することができる。
【００８５】
補強板６０は、フレーム本体１０の長手方向における補強板６０の端部においてその中央部に比べて凸部６２の数が少なく形成され、側面部１１ｂとの結合力が小さくなるようにフレーム本体１０に取り付けられていることにより、補強板６０の端部において補強板６０による補強効果を小さくすることができ、補強板６０の端部近傍でフレーム本体１０が曲げ変形することを有効に抑制することができる。
【００８６】
また フレーム本体１０の長手方向における補強板６０の端部においてその中央部に比べて側面部１１ｂと基部６１との間に形成される閉断面部の数が少なく、補強板６０による補強効果を小さくすることができ、前記効果をさらに有効に抑制することができる。
【００８７】
図９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の要部を示す斜視図である。なお、第４の実施形態は、第１の実施形態と補強板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。
【００８８】
図９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、第１の実施形態に係る車体フレーム３１と同様に、フレーム本体１０の長手方向における荷重が作用することが想定される部分を含む所定範囲に補強板８０が設けられている。
【００８９】
各補強板８０は、側面部１１ｂから離間した状態で側面部１１ｂに沿って延在する基部８１と、基部８１と一体的に形成されてフレーム本体１０の長手方向及び長手方向に直交する方向に複数配置され、基部８１から側面部１１ｂに向けて突出して側面部１１ｂと当接する複数の凸部８２とを有し、複数の凸部８２は、頂面部８２ａが四角形である四角錐台状に形成されているが、フレーム本体１０の長手方向における補強板８０の端部においてその中央部に比べてフレーム本体１０の長手方向に直交する方向における側面部１１ｂに沿って設けられる補強板８０の幅が小さく形成されている。
【００９０】
補強板８０は、フレーム本体１０の第１の板状部材１１の底面部１１ａ側におけるフレーム本体１０の長手方向長さが、フレーム本体１０の第２の板状部材１２の平面部１２ａ側におけるフレーム本体１０の長手方向長さよりも長く形成され、該底面部１１ａ側から該平面部１２ａ側に向けて下すぼまり形状に形成されている。
【００９１】
補強板８０においても、凸部８２がすべて図示しない接着材を介して側面部１１ｂと当接され、該接着材によって側面部１１ｂに接着結合されているが、フレーム本体１０の長手方向における補強板８０の端部においてその中央部に比べて凸部８２の数が少なく形成されているので、凸部８２と側面部１１ｂとを結合する結合数が少なく、側面部１１ｂとの結合力が小さくなるようにフレーム本体１０に取り付けられている。このようにして、補強板８０は、フレーム本体１０の長手方向における補強板８０の端部においてその中央部に比べて補強板８０による補強強度が低くなるように取りつけられている。
【００９２】
また、車体フレーム７１では、基部８１からの凸部８２の高さが、フレーム本体１０の長手方向において一定の高さで形成され、凸部８２が側面部１１ｂと当接しているので、基部８１は、フレーム本体１０の長手方向において側面部１１ｂと一定の距離に設けられている。なお、補強板８０においても、フレーム本体１０の直交断面方向の両端部に平面状のフランジ部２３、２４が形成されている。
【００９３】
このように構成される車体フレーム７１においても、フレーム本体１０の長手方向及び長手方向に直交する方向において側面部１１ｂと基部８１との間に閉断面部を形成し、フレーム本体１０の側面部１１ｂの剛性を高めて側面部１１ｂが外方側に膨らんで面外変形することを効果的に抑制することができ、フレーム本体１０の曲げ抗力を高めることができる。
【００９４】
また、補強板８０は、フレーム本体１０の長手方向における荷重が作用し得る部分を含む所定範囲に設けられ、フレーム本体１０の長手方向における補強板８０の端部においてその中央部に比べて強度が低くなるようにフレーム本体１０に取り付けられていることにより、曲げ変形が生じやすい部分のみを補強することで、重量の増加を抑制しつつ曲げ抗力を効率的に高めることができるとともに、外部から荷重が作用する時に補強板８０の端部近傍でフレーム本体１０が曲げ変形することを抑制することができる。
【００９５】
車体フレーム７１においても、車体フレーム５１と同様に、補強板８０は、フレーム本体１０の長手方向における補強板８０の端部においてその中央部に比べてフレーム本体１０の長手方向に直交する方向における側面部１１ｂに沿って設けられる補強板８０の幅が小さく形成されていることにより、補強板８０の端部において補強板８０による補強効果を小さくすることができ、補強板８０の端部近傍でフレーム本体１０が曲げ変形することを有効に抑制することができる。
【００９６】
また、補強板８０は、フレーム本体１０の第１の板状部材１１の底面部１１ａ側におけるフレーム本体１０の長手方向長さが、フレーム本体１０の第２の板状部材１２の平面部１２ａ側におけるフレーム本体１０の長手方向長さよりも長く形成され、底面部１１ａ側から平面部１２ａ側に向けて下すぼまり形状に形成されていることにより、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の曲げ変形を有効に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。
【００９７】
図１０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の要部を示す斜視図である。なお、第５の実施形態は、第１の実施形態と補強板の形状及び側面部との結合部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。
【００９８】
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、第１の実施形態に係る車体フレーム１と同様に、フレーム本体１０の長手方向における荷重が作用することが想定される部分を含む所定範囲に補強板１００が設けられている。
【００９９】
各補強板１００は、側面部１１ｂから離間した状態で側面部１１ｂに沿って延在する基部１０１と、基部１０１と一体的に形成されてフレーム本体１０の長手方向及び長手方向に直交する方向に複数配置され、基部１０１から側面部１１ｂに向けて突出して側面部１１ｂと当接する複数の凸部１０２とを有し、複数の凸部１０２は、頂面部１０２ａが四角形である四角錐台状に形成されているが、フレーム本体１０の長手方向における補強板８０の端部においてその中央部に比べて凸部１０２と側面部１１ｂとを結合する結合数が少なくなっている。
【０１００】
前述した第１の実施形態から第４の実施形態では、補強板２０、４０、６０、８０の凸部２２、４２、６２、８２がすべて図示しない接着材によって側面部１１ｂに接着結合されているが、車体フレーム９１では、複数の凸部１０２はすべて側面部１１ｂと当接するものの、図１０に示すように、一部の凸部１０２にのみ接着材１０５が塗られ、凸部１０２と側面部１１ｂとを結合する結合数が、フレーム本体１０の長手方向における補強板１００の端部においてその中央部に比べて少なくなるようにフレーム本体１０に取り付けられている。このようにして、補強板１００は、フレーム本体１０の長手方向における補強板１００の端部においてその中央部に比べて補強板１００による補強強度が低くなるように取りつけられている。
【０１０１】
また、車体フレーム９１では、基部１０１からの凸部１０２の高さが、フレーム本体１０の長手方向において一定の高さで形成され、凸部１０２が側面部１１ｂと当接しているので、基部１０１は、フレーム本体１０の長手方向において側面部１１ｂと一定の距離に設けられている。なお、補強板１００においても、フレーム本体１０の直交断面方向の両端部に平面状のフランジ部２３、２４が形成されている。
【０１０２】
このように構成される車体フレーム９１においても、フレーム本体１０の長手方向及び長手方向に直交する方向において側面部１１ｂと基部１０１との間に閉断面部を形成し、フレーム本体１０の側面部１１ｂの剛性を高めて側面部１１ｂが外方側に膨らんで面外変形することを効果的に抑制することができ、フレーム本体１０の曲げ抗力を高めることができる。
【０１０３】
また、補強板１００は、フレーム本体１０の長手方向における荷重が作用し得る部分を含む所定範囲に設けられ、フレーム本体１０の長手方向における補強板１００の端部においてその中央部に比べて強度が低くなるようにフレーム本体１０に取り付けられていることにより、曲げ変形が生じやすい部分のみを補強することで、重量の増加を抑制しつつ曲げ抗力を効率的に高めることができるとともに、外部から荷重が作用する時に補強板１００の端部近傍でフレーム本体１０が曲げ変形することを抑制することができる。
【０１０４】
さらに、補強板１００は、フレーム本体１０の長手方向における補強板１００の端部においてその中央部に比べて凸部１０２と側面部１１ｂとを結合する結合数が少なく形成され、側面部１１ｂとの結合力が小さくなるようにフレーム本体１０に取り付けられていることにより、補強板１００の端部において補強板１００による補強効果を小さくすることができ、補強板１００の端部近傍でフレーム本体１０が曲げ変形することを有効に抑制することができる。
【０１０５】
本実施形態では、補強板２０、４０、６０、８０、１００は、接着材１０５によって凸部２２、４２、６２、８２、１０２と側面部１１ｂとを接着結合しているが、スポット溶接によって結合するようにしてよい。また、第１の実施形態から第５の実施形態では、補強板２０、４０、６０、８０、１００の凸部２２、４２、６２、８２、１０２は、四角錐台状に形成されているが、その他の角錐台状に形成してもよく、あるいは円錐台状に形成するようにしてもよい。
【０１０６】
なお、車体フレーム１、３１、５１、７１、９１に外部から荷重が作用する時に、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との間に位置する第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３面部に相当する。
【０１０７】
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、第２の実施形態と第４の実施形態とを組み合わせて第２の実施形態に係る補強板４０を底面部１１ａ側から平面部１２ａ側に向けて下すぼまり形状に形成したり、あるいは第２の実施形態と第４の実施形態と第５の実施形態とを組み合わせて第２の実施形態に係る補強板４０を底面部１１ａ側から平面部１２ａ側に向けて下すぼまり形状に形成するとともにフレーム本体の長手方向における補強材の端部においてその中央部に比べて凸部４２と側面部１１ｂとを結合する結合数を少なくしたりするなど、第１の実施形態から第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】
【０１０８】
本発明は、管状のフレーム本体の内部に補強板が取り付けられた車両用フレーム構造において、重量の増加を抑制しつつ曲げ抗力を効率的に高めることができるとともに、外部から荷重が作用する時に補強板の端部近傍でフレーム本体が曲げ変形することを抑制することができる車体用フレーム構造を提供することができ、例えばセンター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】
【０１０９】
１、３１、５１、７１、９１ 車体フレーム
１０ フレーム本体
１０ａ、１０ｂ 角部
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 補強板
２１、４１、６１、８１、１０１ 基部
２２、４２、６２、８２、１０２ 凸部
【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、外部から荷重が作用し得る管状のフレーム本体の内部に補強板が取り付けられた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センター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、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管状に形成して構成されている。
【０００３】
また、サイドシルなどの車体フレームでは、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、車両の衝突時に外部から荷重が作用しても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おり、管状のフレーム本体の内部に補強板を取り付けて補強するようにしたものが一般に知られている。
【０００４】
例えば特許文献１には、サイドシルの内部のアウタパネル側に、該サイドシルのアウタパネルに沿って縦向きに延びる下方側の縦壁と、該下方側の縦壁の上端から内方側に向かって斜めに立ち上がって延びる上方側の傾斜壁とを有する補強板を取り付け、サイドシルの上角部を該上方側の傾斜壁によって突っ張るようにして補強したものが開示されている。
【０００５】
また、例えば特許文献２には、サイドシルの内部のインナパネルの上角部付近に、インナパネルとの間にサイドシルの長手方向に延びる複数の閉断面部を形成する補強板を設けて、該閉断面部によってサイドシルの曲げ剛性を高め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】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１９１００８号公報
【特許文献２】特開２００９−１１３７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記特許文献１及び前記特許文献２に開示されるような補強板をサイドシルなどの車体フレームに取り付けることで、確かに車体フレームの曲げ抗力を高めることができるものの、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、重量の増加を抑制しつつ曲げ抗力を如何に効率的に高めるかが重要な課題となっている。
【０００８】
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、矩形管状のフレーム本体に外部から荷重が作用して曲げ変形する場合、荷重が作用した時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フレーム本体の内方側へ変形し始め、この変形に伴って該第１面部に隣接する第３面部がフレーム本体の外方側に膨らんで面外変形を生じるとともに、荷重が作用した時に引張方向の力が作用する第２面部がフレーム本体の内方側へ変形し、フレーム本体が曲げ変形して座屈することを見出した。
【０００９】
かかる知見に基づいて、フレーム本体の内方側への第１面部の曲げ変形に伴って変形する第３面部の面外変形を抑制することができれば、フレーム本体全体の曲げ変形を有効に抑制することができ、フレーム本体の曲げ抗力を高めることができると考えられる。
【００１０】
また、フレーム本体に外部から荷重が作用して曲げ変形する場合、荷重が作用する方向に沿ってフレーム本体の内方側へ変形し始める部分を曲げ変形の起点としてフレーム本体が曲げ変形することから、外部から荷重が作用する部分を含むフレーム本体の長手方向の所定範囲を有効に補強することで、重量の増加を抑制しつつフレーム本体の曲げ抗力を効率的に高めることができると考えられる。
【００１１】
しかしながら、フレーム本体の内部に取り付ける補強板を、外部から荷重が作用する部分を含む所定範囲にのみ取り付けると、外部から荷重が作用した時に、剛性が急激に変化する補強板の端部近傍でフレーム本体に新たな曲げ変形が生じることが考えられる。
【００１２】
図１５は、外部から荷重が作用する部分を含む所定範囲にのみ補強板を取り付けた車体フレームが曲げ変形する状態を説明するための説明図である。なお、図１５（ａ）では、フレーム本体内の補強板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。
【００１３】
図１５（ａ）に示す車体フレーム３０１は、上面部３００ａと、下面部３００ｂと、上面部３００ａと下面部３００ｂとの間に位置し、上面部３００ａと下面部３００ｂとの間にそれぞれ角部３００ｄと３００ｅとを形成する側面部３００ｃとを有し、矩形閉断面状に形成した管状のフレーム本体３００の内部において、外部から荷重が作用する部分を含むフレーム本体３００の長手方向中央側の所定範囲の側面部３００ｃにのみ補強板３２０が取り付けられている。
【００１４】
この車体フレーム３０１の長手方向両端部を図示しない固定点で支持した状態で、図１５（ｂ）に示すように、車体フレーム３０１の上面部３００ａの長手方向の中央部分に上方から圧子３０２を介して荷重Ｆを付加した場合、補強板３２０の端部近傍でフレーム本体３００の曲げ変形の起点３０３が生じ、補強板３２０の端部近傍でフレーム本体３００が曲げ変形する場合がある。
【００１５】
そこで、この発明は、管状のフレーム本体の内部に補強板が取り付けられた車両用フレーム構造において、重量の増加を抑制しつつ曲げ抗力を効率的に高めることができるとともに、外部から荷重が作用する時に補強板の端部近傍でフレーム本体が曲げ変形することを抑制することができる車体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】
【００１６】
このため、本願の請求項１に係る車体用フレーム構造は、外部から荷重が作用し得る管状のフレーム本体の内部に補強板が取り付けられた車両用フレーム構造であって、前記フレーム本体は、外部から荷重が作用した時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面部と第２面部との間に位置し、該第１面部と該第２面部との間でそれぞれ角部を形成する第３面部と、を有し、前記補強板は、前記第３面部から離間した状態で該第３面部に沿って延在する基部と、該基部と一体的に形成されて前記フレーム本体の長手方向及び長手方向に直交する方向に複数配置され、該基部から前記第３面部に向けて突出して前記第３面部と当接し、少なくとも一部が前記第３面部と結合される複数の凸部と、を有し、前記第３面部に沿って前記フレーム本体の長手方向における前記荷重が作用し得る部分を含む所定範囲に設けられ、前記フレーム本体の長手方向における前記補強板の端部において前記フレーム本体の長手方向における前記補強板の中央部に比べて強度が低くなるように前記フレーム本体に取り付けられている、ことを特徴としたものである。
【００１７】
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、前記補強板は、前記フレーム本体の長手方向における前記補強板の端部において前記フレーム本体の長手方向における前記補強板の中央部に比べて前記第３面部との結合力が小さくなるように前記フレーム本体に取り付けられている、ことを特徴としたものである。
【００１８】
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、前記補強板は、前記フレーム本体の長手方向における前記補強板の端部において前記フレーム本体の長手方向における前記補強板の中央部に比べて前記凸部と前記第３面部とを結合する結合数が少なくなるように前記フレーム本体に取り付けられている、ことを特徴としたものである。
【００１９】
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、前記補強板は、前記フレーム本体の長手方向における前記補強板の端部において前記フレーム本体の長手方向における前記補強板の中央部に比べて前記凸部の高さが低く形成されている、ことを特徴としたものである。
【００２０】
また更に、本願の請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４の何れか１項に係る発明において、前記補強板は、前記フレーム本体の長手方向における前記補強板の端部において前記フレーム本体の長手方向における前記補強板の中央部に比べて前記フレーム本体の長手方向に直交する方向における前記第３面部に沿って設けられる該補強板の幅が小さく形成されている、ことを特徴としたものである。
【００２１】
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１項に係る発明において、前記補強板は、前記フレーム本体の第１面部側における前記フレーム本体の長手方向長さが、前記フレーム本体の第２面部側における前記フレーム本体の長手方向長さよりも長く形成され、前記フレーム本体の第１面部側から前記フレーム本体の第２面部側に向けて下すぼまり形状に形成されている、ことを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００２２】
本願の請求項１に係る車体用フレーム構造によれば、フレーム本体の内部に取り付けられた補強板は、フレーム本体の第３面部から離間した状態で第３面部に沿って延在する基部と、フレーム本体の長手方向及び長手方向に直交する方向に複数配置され、基部から第３面部に向けて突出して第３面部と当接し、少なくとも一部が第３面部と結合される複数の凸部とを有していることにより、フレーム本体の長手方向及び長手方向に直交する方向において第３面部と基部との間に閉断面部を形成し、フレーム本体の第３面部の剛性を高めて第３面部が外方側に膨らんで面外変形することを効果的に抑制することができ、フレーム本体の曲げ抗力を高めることができる。また、補強板は、フレーム本体の長手方向における荷重が作用し得る部分を含む所定範囲に設けられ、フレーム本体の長手方向における補強板の端部においてその中央部に比べて強度が低くなるようにフレーム本体に取り付けられていることにより、曲げ変形が生じやすい部分のみを補強することで、重量の増加を抑制しつつ曲げ抗力を効率的に高めることができるとともに、外部から荷重が作用する時に補強板の端部近傍でフレーム本体が曲げ変形することを抑制することができる。
【００２３】
また、本願の請求項２に係る発明によれば、補強板は、フレーム本体の長手方向における補強板の端部においてその中央部に比べて第３面部との結合力が小さくなるようにフレーム本体に取り付けられていることにより、補強板の端部において補強板による補強効果を小さくすることができ、補強板の端部近傍でフレーム本体が曲げ変形することを有効に抑制することができる。
【００２４】
更に、本願の請求項３に係る発明によれば、補強板は、フレーム本体の長手方向における補強板の端部においてその中央部に比べて凸部と第３面部とを結合する結合数が少なくなるようにフレーム本体に取り付けられていることにより、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。
【００２５】
また更に、本願の請求項４に係る発明によれば、補強板は、フレーム本体の長手方向における補強板の端部においてその中央部に比べて凸部の高さが低く形成されていることにより、補強板の端部において補強板による補強効果を小さくすることができ、補強板の端部近傍でフレーム本体が曲げ変形することを有効に抑制することができる。
【００２６】
また更に、本願の請求項５に係る発明によれば、補強板は、フレーム本体の長手方向における補強板の端部においてその中央部に比べてフレーム本体の長手方向に直交する方向における第３面部に沿って設けられる補強板の幅が小さく形成されていることにより、補強板の端部において補強板による補強効果を小さくすることができ、補強板の端部近傍でフレーム本体が曲げ変形することを有効に抑制することができる。
【００２７】
また更に、本願の請求項６に係る発明によれば、補強板は、フレーム本体の第１面部側におけるフレーム本体の長手方向長さが、フレーム本体の第２面部側におけるフレーム本体の長手方向長さよりも長く形成され、フレーム本体の第１面部側からフレーム本体の第２面部側に向けて下すぼまり形状に形成されていることにより、フレーム本体の曲げ変形初期に生じ得るフレーム本体の内方側への第１面部の曲げ変形を有効に抑制することができ、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】
【００２８】
【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に示す車体フレームの要部拡大図である。
【図３】図２におけるＹ３−Ｙ３線に沿った車体フレームの断面図である。
【図４】図２におけるＹ４−Ｙ４線に沿った車体フレームの断面図である。
【図５】補強板の凸部の配列を説明するための説明図である。
【図６】フレーム本体と補強板とにより構成された構造体を説明するための説明図である。
【図７】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要部を示す斜視図である。
【図８】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９】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の要部を示す斜視図である。
【図１０】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の要部を示す斜視図である。
【図１１】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。
【図１５】外部から荷重が作用する部分を含む所定範囲にのみ補強板を取り付けた車体フレームが曲げ変形する状態を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
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。
【００３０】
本願発明者等は、管状のフレーム本体の内部に補強板が取り付けられた車両用フレーム構造において、重量の増加を抑制しつつ曲げ抗力を効率的に高めることができるとともに、外部から荷重が作用する時に補強板の端部近傍でフレーム本体が曲げ変形することを抑制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、管状の車体フレームに外部から曲げ荷重を入力して車体フレームが曲げ変形す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。
【００３１】
図１１は、管状の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付加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。
【００３２】
このシミュレーションでは、管状の車体フレームとして、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とに隣接し上面部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管状のフレーム本体２００をモデルとして用い、この車体フレームに外部から曲げ荷重を付加して車体フレームが曲げ変形する際の変形挙動をシミュレーション解析した。
【００３３】
具体的には、図１１（ａ）に示すように、所定長さＸ１を有するフレーム本体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フレーム本体２００の上面部２００ａの長手方向における中央部分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、車両の衝突時に外部から作用される荷重を模擬した荷重Ｆをフレーム本体２００に付加して、車体フレームの曲げ変形挙動を調べた。
【００３４】
このようにして車体フレームに外部から曲げ荷重Ｆが付加される場合、図１１（ｂ）に示すように、フレーム本体２００は下側に凸状に湾曲して変形し、フレーム本体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。
【００３５】
図１４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１４では、圧子２０２がフレーム本体２００の上面部２００ａに接触した位置からフレーム本体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、フレーム本体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。
【００３６】
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の曲げ変形挙動について説明する。
【００３７】
図１２及び図１３の（ａ）に示すように、圧子２０２がフレーム本体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、フレーム本体２００において、上面部２００ａと側面部２００ｃとの間に形成される角部２００ｄの頂点Ｐ２は、下面部２００ｂと側面部２００ｃとの間に形成される角部２００ｅの頂点Ｐ３の略垂直方向上方側に位置している。なお、これら頂点Ｐ２、Ｐ３は、フレーム本体２００が曲げ変形する際の屈曲部、すなわち中央部分Ｐ１を有する断面における角部２００ｄ、２００ｅの頂点を表している。
【００３８】
この状態から圧子２０２を下方へ移動し、フレーム本体２００に荷重Ｆを付加すると、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、フレーム本体２００が下側に凸状に湾曲して変形され、フレーム本体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分Ｐ１から曲げ変形される。
【００３９】
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、フレーム本体２００は下側に凸状に湾曲して変形されるとともに管状のフレーム本体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、角部２００ｅの頂点Ｐ３に対して角部２００ｄの頂点Ｐ２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がフレーム本体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。
【００４０】
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、フレーム本体２００はさらに曲げ変形され、上面部２００ａがフレーム本体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がフレーム本体２００の長手方向と直交する直交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がフレーム本体２００の内方側へさらに変位し、フレーム本体２００が曲げ変形して座屈している。
【００４１】
このシミュレーション解析結果から、本願発明者等は、管状のフレーム本体に外部から曲げ荷重が作用して曲げ変形する場合、曲げ荷重が作用した時に圧縮方向の力が作用する第１面部（上面部）が荷重の入力方向に沿ってフレーム本体の内方側へ変形し始め、この変形に伴って該第１面部に隣接する第３面部（側面部）がフレーム本体の外方側に膨らんで面外変形を生じるとともに、荷重が作用した時に引張方向の力が作用する第２面部（下面部）がフレーム本体の内方側へ変形し、フレーム本体が曲げ変形して座屈することを見出した。
【００４２】
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、矩形管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作用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。
【００４３】
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、管状のフレーム本体の内方側への第１面部の曲げ変形に伴って変形する第３面部の面外変形を抑制することができれば、フレーム本体全体の曲げ変形を有効に抑制することができ、フレーム本体の曲げ抗力を高めることができると考えられる。
【００４４】
また、フレーム本体に外部から荷重が作用して曲げ変形する場合には、荷重が作用する方向に沿ってフレーム本体の内方側へ変形し始める部分を曲げ変形の起点としてフレーム本体が曲げ変形されることから、外部から荷重が作用する部分を含むフレーム本体の長手方向の所定範囲を有効に補強することで、重量の増加を抑制しつつ車体フレームの曲げ抗力を効率的に高めることができると考えられる。
【００４５】
以下に、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に示す車体フレームの要部拡大図、図３は、図２におけるＹ３−Ｙ３線に沿った車体フレームの断面図、図４は、図２におけるＹ４−Ｙ４線に沿った車体フレームの断面図である。なお、図１、図２、及び後述する図７から図１０では、フレーム本体内の補強板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。
【００４６】
図１から図４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、略矩形閉断面状に形成した管状のフレーム本体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フレーム本体１０を補強するための補強板２０とを有している。
【００４７】
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、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を備えている。
【００４８】
フレーム本体１０は、第１の板状部材１１と第２の板状部材１２とが、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に重ね合わせてスポット溶接で接合することにより接合され、略矩形閉断面状に形成されている。これにより、フレーム本体１０では、第１の板状部材１１の底面部１１ａと側面部１１ｂとの間に略直角をなす角部１０ａが形成され、第１の板状部材１１の側面部１１ｂと第２の板状部材１２の平面部１２ａとの間に略直角をなす角部１０ｂが形成されている。
【００４９】
フレーム本体１０の内部に取り付けられる補強板２０もまた、鋼板などの金属製の板状素材をプレス加工して得られるものであり、フレーム本体１０の第１の板状部材１１の両側の側面部１１ｂに沿ってそれぞれ設けられ、フレーム本体１０の長手方向に直交する方向（直交断面方向）においてフレーム本体１０の上方側の角部１０ａから下方側の角部１０ｂにわたって延び、フレーム本体１０の第１の板状部材１１の側面部１１ｂの内周側を覆うように配設されている。
【００５０】
各補強板２０は、フレーム本体１０の長手方向における荷重が作用することが想定される部分を含む所定範囲、本実施形態ではフレーム本体１０の長手方向中央部分に荷重が作用することを想定しフレーム本体１０の長手方向中央側にフレーム本体１０の半分の長さを有するように設けられ、フレーム本体１０の第１の板状部材１１の側面部１１ｂから離間した状態で側面部１１ｂに沿って延在する基部２１と、基部２１と一体的に形成され、基部２１から側面部１１ｂに向けて突出して四角錐台状に形成される複数の凸部２２とを有している。
【００５１】
図５は、補強板の凸部の配列を説明するための説明図であり、補強板の要部を示す正面図である。図５に示すように、複数の凸部２２は、該凸部２２の頂面部２２ａが四角形である四角錐台状に形成され、フレーム本体１０の長手方向及び直交断面方向において周期的に配列されている。
【００５２】
本実施形態では、複数の凸部２２はそれぞれ、頂面部２２ａの四角形の対角線がフレーム本体１０の長手方向及び長手方向に直交する方向と平行になるように配置され、フレーム本体１０の長手方向に隣接する凸部２２が互いにフレーム本体１０の直交断面方向に重なりＬ１を有するとともに、フレーム本体１０の直交断面方向に隣接する凸部２２が互いにフレーム本体１０の長手方向に重なりＬ２を有している。図５に示すように、符号２２を付した凸部について、該凸部２２にフレーム本体１０の長手方向に隣接する凸部２２Ａが互いにフレーム本体１０の直交断面方向に重なりＬ１を有し、フレーム本体１０の直交断面方向に隣接する凸部２２Ｂが互いにフレーム本体１０の長手方向に重なりＬ２を有している。
【００５３】
このようにして、複数の凸部２２は、フレーム本体１０の長手方向に配列されるとともにフレーム本体１０の直交断面方向に配列され、補強板２２は、図１及び図２に示すように、フレーム本体１０の長手方向及び直交断面方向に直線状に連続した基部２１が形成されないように構成されている。
【００５４】
また、複数の凸部２２は、図４に示すように、基部２１からの凸部２２の高さＨが、フレーム本体１０の長手方向における補強板２０の中央部からフレーム本体１０の長手方向における補強板の端部に近づくにつれて低く形成され、フレーム本体１０の長手方向における補強板２０の端部においてフレーム本体１０の長手方向における補強板２０の中央部に比べて基部２１からの凸部２２の高さＨが低く形成されている。
【００５５】
本実施形態では、複数の凸部２２はすべて、図示しない接着材を介して頂面部２２ａがフレーム本体１０の第１の板状部材１１の側面部１１ｂと当接されて接着結合され、補強板２０は、フレーム本体１０に取り付けられている。補強板２０の凸部２２は、側面部１１ｂと当接する頂面部２２ａが四角形状である四角錐台状に形成されていることにより、補強板２０の凸部２２を側面部１１ｂに確実に当接させて結合することができる。
【００５６】
基部２１からの凸部２２の高さＨが、フレーム本体１０の長手方向における補強板２０の中央部からフレーム本体１０の長手方向における補強板の端部に近づくにつれて低く形成されていることにより、基部２１は、フレーム本体１０の長手方向における補強板２０の中央部からフレーム本体１０の長手方向における補強板の端部に近づくにつれて該側面部１１ｂとの距離が短くなっている。
【００５７】
また、補強板２０には、フレーム本体１０の直交断面方向の両端部に平面状のフランジ部２３、２４が形成されており、フランジ部２３が、フレーム本体１０の第１の板状部材１１の底面部１１ａに沿って該底面部１１ａに、図示しない接着材によって接着結合されて取り付けられ、フランジ部２４が、フレーム本体１０の第１の板状部材１１のフランジ部１１ｃと第２の板状部材１２の平面部１２ａとの間に挟まれた状態でスポット溶接によって取り付けられている。これにより、外部から荷重が作用する時に補強板２０がフレーム本体１０から外れることを防止することができる。
【００５８】
このようにして構成される車体フレーム１は、荷重が作用す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とともに、補強板２０がフレーム本体１０の長手方向における荷重が作用することが想定される部分を含むように配置される。これにより、外部から荷重が作用する時には、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。
【００５９】
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の内部に取り付けられる補強板２０は、フレーム本体１０の側面部１１ｂから離間した状態で側面部１１ｂに沿って延在する基部２１と、フレーム本体１０の長手方向及び長手方向に直交する方向に複数配置され、基部２１から側面部１１ｂに向けて突出して側面部１１ｂと当接し、側面部１１ｂと結合される複数の凸部２２とを有している。これにより、フレーム本体１０の長手方向及び長手方向に直交する方向において側面部１１ｂと基部２１との間に閉断面部を形成し、フレーム本体１０の側面部１１ｂの剛性を高めて側面部１１ｂが外方側に膨らんで面外変形することを効果的に抑制することができ、フレーム本体１０の曲げ抗力を高めることができる。
【００６０】
図６は、フレーム本体と補強板とにより構成された構造体を説明するための説明図であり、図４に示すフレーム本体の内部に補強板が取り付けられた車体フレームの要部断面図を示している。図６に示すように、フレーム本体１０と該フレーム本体１０の第１の板状部材１１の側面部１１ｂに取り付けられた補強板２０とによって、フレーム本体１０と補強板２０との間には複数の閉断面部２５ａを有する構造体２５が形成されている。
【００６１】
構造体２５では、図６に示すように、フレーム本体１０と補強板２０とが曲げの中立軸２６から離間して配置されることにより、構造体２５によって、フレーム本体１０はその断面二次モーメントが高められた構造となっている。なお、図６では、フレーム本体１０の長手方向における断面について説明しているが、フレーム本体１０の直交断面方向においても同様に、フレーム本体１０と補強板２０との間には複数の閉断面部を有する構造体が形成され、フレーム本体１０はその断面二次モーメントが高められた構造となっている。
【００６２】
車体フレーム１に外部から荷重が作用して曲げ変形する場合、フレーム本体１０の第１の板状部材１１の側面部１１ｂが車体フレーム１の外方側に膨らんで面外変形を生じ、構造体２５には、図６に示すような曲げ変形がフレーム本体１０の長手方向及び直交断面方向に生じることとなるが、閉断面部２５ａを有する構造体２５によってフレーム本体１０の側面部１１ｂの剛性を高めて側面部１１ｂが外方側に膨らんで面外変形することを効果的に抑制することができ、フレーム本体１０の曲げ抗力を高めることができる。
【００６３】
また、補強板２０は、フレーム本体１０の長手方向における荷重が作用し得る部分を含む所定範囲に設けられ、フレーム本体の長手方向における補強板２０の端部においてその中央部に比べて基部２１からの凸部２２の高さが低く形成され、補強板２０による補強強度が低くなるようにフレーム本体１０に取り付けられていることにより、曲げ変形が生じやすい部分のみを補強することで、重量の増加を抑制しつつ曲げ抗力を効率的に高めることができるとともに、外部から荷重が作用する時に補強板２０の端部近傍でフレーム本体１０が曲げ変形することを抑制することができる。
【００６４】
更に、補強板２０は、フレーム本体１０の長手方向における補強板２０の端部においてその中央部に比べて凸部２２の高さＨが低く形成されていることにより、補強板２０の端部において補強板２０による補強効果を小さくすることができ、補強板２０の端部近傍でフレーム本体１０が曲げ変形することを有効に抑制することができる。
【００６５】
加えて、補強板２０は、複数の凸部２２がフレーム本体１０に取り付けられていることにより、凸部２２とフレーム本体１０の結合部どうしを結ぶ線によって区画される仮想領域２５ｂ（図５においてハッチングを施した領域）が複数形成されることとなる。車体フレーム１に外部から荷重が作用して曲げ変形する場合には、フレーム本体１０と補強板２０とからなる仮想領域２５ｂの各結合部で荷重を受け止めることができ、フレーム本体１０の側面部１１ｂの面外変形をより有効に抑制することができる。
【００６６】
また、補強板２０の凸部２２は、フレーム本体１０の長手方向に隣接する凸部２２が互いにフレーム本体１０の直交断面方向の重なりＬ１を有するとともに、フレーム本体１０の直交断面方向に隣接する凸部２２が互いにフレーム本体１０の長手方向の重なりＬ２を有するように形成されていることにより、フレーム本体１０の長手方向及び直交断面方向に直線状に連続した基部２１が形成されないので、荷重が作用して曲げ変形される場合においても、フレーム本体１０の長手方向及び直交断面方向に補強板２０の基部２１による折れ目が形成され、側面部１１ｂの面外変形が促進されることを防止することができる。
【００６７】
図７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要部を示す斜視図である。なお、第２の実施形態は、第１の実施形態と補強板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。
【００６８】
図７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、第１の実施形態に係る車体フレーム３１と同様に、フレーム本体１０の長手方向における荷重が作用することが想定される部分を含む所定範囲に補強板４０が設けられている。
【００６９】
各補強板４０は、側面部１１ｂから離間した状態で側面部１１ｂに沿って延在する基部４１と、基部４１と一体的に形成されてフレーム本体１０の長手方向及び長手方向に直交する方向に複数配置され、基部４１から側面部１１ｂに向けて突出して側面部１１ｂと当接する複数の凸部４２とを有し、複数の凸部４２は、頂面部４２ａが四角形である四角錐台状に形成されているが、フレーム本体１０の長手方向における補強板４０の端部ではその中央部に比べて凸部４２の数が少なく形成されている。
【００７０】
補強板４０においても、凸部４２がすべて図示しない接着材を介して側面部１１ｂと当接され、該接着材によって側面部１１ｂに接着結合されているが、フレーム本体１０の長手方向における補強板４０の端部においてその中央部に比べて凸部４２の数が少なく形成されているので、凸部４２と側面部１１ｂとを結合する結合数が少なく、側面部１１ｂとの結合力が小さくなるようにフレーム本体１０に取り付けられている。このようにして、補強板４０は、フレーム本体１０の長手方向における補強板４０の端部においてその中央部に比べて補強板４０による補強強度が低くなるように取りつけられている。
【００７１】
また、車体フレーム３１では、基部４１からの凸部４２の高さが、フレーム本体１０の長手方向において一定の高さで形成され、凸部４２が側面部１１ｂと当接しているので、基部４１は、フレーム本体１０の長手方向において側面部１１ｂと一定の距離に設けられている。なお、補強板４０においても、フレーム本体１０の直交断面方向の両端部に平面状のフランジ部２３、２４が形成されている。
【００７２】
このように構成される車体フレーム３１においても、フレーム本体１０の長手方向及び長手方向に直交する方向において側面部１１ｂと基部４１との間に閉断面部を形成し、フレーム本体１０の側面部１１ｂの剛性を高めて側面部１１ｂが外方側に膨らんで面外変形することを効果的に抑制することができ、フレーム本体１０の曲げ抗力を高めることができる。
【００７３】
また、補強板４０は、フレーム本体１０の長手方向における荷重が作用し得る部分を含む所定範囲に設けられ、フレーム本体１０の長手方向における補強板４０の端部においてその中央部に比べて強度が低くなるようにフレーム本体１０に取り付けられていることにより、曲げ変形が生じやすい部分のみを補強することで、重量の増加を抑制しつつ曲げ抗力を効率的に高めることができるとともに、外部から荷重が作用する時に補強板４０の端部近傍でフレーム本体１０が曲げ変形することを抑制することができる。
【００７４】
補強板４０は、フレーム本体１０の長手方向における補強板４０の端部においてその中央部に比べて凸部４２の数が少なく形成され、側面部１１ｂとの結合力が小さくなるようにフレーム本体１０に取り付けられていることにより、補強板４０の端部において補強板４０による補強効果を小さくすることができ、補強板４０の端部近傍でフレーム本体１０が曲げ変形することを有効に抑制することができる。
【００７５】
また、補強板４０は、フレーム本体１０の長手方向における補強板４０の端部においてその中央部に比べて側面部１１ｂと基部４１との間に形成される閉断面部の数が少なく、補強板４０による補強効果を小さくすることができ、前記効果をさらに有効に抑制することができる。
【００７６】
図８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。なお、第３の実施形態は、第１の実施形態と補強板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。
【００７７】
図８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、第１の実施形態に係る車体フレーム３１と同様に、フレーム本体１０の長手方向における荷重が作用することが想定される部分を含む所定範囲に補強板６０が設けられている。
【００７８】
各補強板６０は、側面部１１ｂから離間した状態で側面部１１ｂに沿って延在する基部６１と、基部６１と一体的に形成されてフレーム本体１０の長手方向及び長手方向に直交する方向に複数配置され、基部６１から側面部１１ｂに向けて突出して側面部１１ｂと当接する複数の凸部６２とを有し、複数の凸部６２は、頂面部６２ａが四角形である四角錐台状に形成されているが、フレーム本体１０の長手方向における補強板６０の端部においてその中央部に比べてフレーム本体１０の長手方向に直交する方向における側面部１１ｂに沿って設けられる補強板６０の幅が小さく形成されている。
【００７９】
補強板６０は、フレーム本体１０の第２の板状部材１２の平面部１２ａ側におけるフレーム本体１０の長手方向長さが、フレーム本体１０の第１の板状部材１１の底面部１１ａ側におけるフレーム本体１０の長手方向長さよりも長く形成され、該平面部１２ａ側から該底面部１１ａ側に向けて上すぼまり形状に形成されている。
【００８０】
補強板６０においても、凸部６２がすべて図示しない接着材を介して側面部１１ｂと当接され、該接着材によって側面部１１ｂに接着結合されているが、フレーム本体１０の長手方向における補強板６０の端部においてその中央部に比べて凸部６２の数が少なく形成されているので、凸部６２と側面部１１ｂとを結合する結合数が少なく、側面部１１ｂとの結合力が小さくなるようにフレーム本体１０に取り付けられている。このようにして、補強板６０は、フレーム本体１０の長手方向における補強板６０の端部においてその中央部に比べて補強板６０による補強強度が低くなるように取りつけられている。
【００８１】
また、車体フレーム５１では、基部６１からの凸部６２の高さが、フレーム本体１０の長手方向において一定の高さで形成され、凸部６２が側面部１１ｂと当接しているので、基部６１は、フレーム本体１０の長手方向において側面部１１ｂと一定の距離に設けられている。なお、補強板６０においても、フレーム本体１０の直交断面方向の両端部に平面状のフランジ部２３、２４が形成されている。
【００８２】
このように構成される車体フレーム５１においても、フレーム本体１０の長手方向及び長手方向に直交する方向において側面部１１ｂと基部６１との間に閉断面部を形成し、フレーム本体１０の側面部１１ｂの剛性を高めて側面部１１ｂが外方側に膨らんで面外変形することを効果的に抑制することができ、フレーム本体１０の曲げ抗力を高めることができる。
【００８３】
また、補強板６０は、フレーム本体１０の長手方向における荷重が作用し得る部分を含む所定範囲に設けられ、フレーム本体１０の長手方向における補強板６０の端部においてその中央部に比べて強度が低くなるようにフレーム本体１０に取り付けられていることにより、曲げ変形が生じやすい部分のみを補強することで、重量の増加を抑制しつつ曲げ抗力を効率的に高めることができるとともに、外部から荷重が作用する時に補強板６０の端部近傍でフレーム本体１０が曲げ変形することを抑制することができる。
【００８４】
車体フレーム５１では、補強板６０は、フレーム本体１０の長手方向における補強板６０の端部においてその中央部に比べてフレーム本体１０の長手方向に直交する方向における側面部１１ｂに沿って設けられる補強板６０の幅が小さく形成されていることにより、補強板６０の端部において補強板６０による補強効果を小さくすることができ、補強板６０の端部近傍でフレーム本体１０が曲げ変形することを有効に抑制することができる。
【００８５】
補強板６０は、フレーム本体１０の長手方向における補強板６０の端部においてその中央部に比べて凸部６２の数が少なく形成され、側面部１１ｂとの結合力が小さくなるようにフレーム本体１０に取り付けられていることにより、補強板６０の端部において補強板６０による補強効果を小さくすることができ、補強板６０の端部近傍でフレーム本体１０が曲げ変形することを有効に抑制することができる。
【００８６】
また フレーム本体１０の長手方向における補強板６０の端部においてその中央部に比べて側面部１１ｂと基部６１との間に形成される閉断面部の数が少なく、補強板６０による補強効果を小さくすることができ、前記効果をさらに有効に抑制することができる。
【００８７】
図９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の要部を示す斜視図である。なお、第４の実施形態は、第１の実施形態と補強板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。
【００８８】
図９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、第１の実施形態に係る車体フレーム３１と同様に、フレーム本体１０の長手方向における荷重が作用することが想定される部分を含む所定範囲に補強板８０が設けられている。
【００８９】
各補強板８０は、側面部１１ｂから離間した状態で側面部１１ｂに沿って延在する基部８１と、基部８１と一体的に形成されてフレーム本体１０の長手方向及び長手方向に直交する方向に複数配置され、基部８１から側面部１１ｂに向けて突出して側面部１１ｂと当接する複数の凸部８２とを有し、複数の凸部８２は、頂面部８２ａが四角形である四角錐台状に形成されているが、フレーム本体１０の長手方向における補強板８０の端部においてその中央部に比べてフレーム本体１０の長手方向に直交する方向における側面部１１ｂに沿って設けられる補強板８０の幅が小さく形成されている。
【００９０】
補強板８０は、フレーム本体１０の第１の板状部材１１の底面部１１ａ側におけるフレーム本体１０の長手方向長さが、フレーム本体１０の第２の板状部材１２の平面部１２ａ側におけるフレーム本体１０の長手方向長さよりも長く形成され、該底面部１１ａ側から該平面部１２ａ側に向けて下すぼまり形状に形成されている。
【００９１】
補強板８０においても、凸部８２がすべて図示しない接着材を介して側面部１１ｂと当接され、該接着材によって側面部１１ｂに接着結合されているが、フレーム本体１０の長手方向における補強板８０の端部においてその中央部に比べて凸部８２の数が少なく形成されているので、凸部８２と側面部１１ｂとを結合する結合数が少なく、側面部１１ｂとの結合力が小さくなるようにフレーム本体１０に取り付けられている。このようにして、補強板８０は、フレーム本体１０の長手方向における補強板８０の端部においてその中央部に比べて補強板８０による補強強度が低くなるように取りつけられている。
【００９２】
また、車体フレーム７１では、基部８１からの凸部８２の高さが、フレーム本体１０の長手方向において一定の高さで形成され、凸部８２が側面部１１ｂと当接しているので、基部８１は、フレーム本体１０の長手方向において側面部１１ｂと一定の距離に設けられている。なお、補強板８０においても、フレーム本体１０の直交断面方向の両端部に平面状のフランジ部２３、２４が形成されている。
【００９３】
このように構成される車体フレーム７１においても、フレーム本体１０の長手方向及び長手方向に直交する方向において側面部１１ｂと基部８１との間に閉断面部を形成し、フレーム本体１０の側面部１１ｂの剛性を高めて側面部１１ｂが外方側に膨らんで面外変形することを効果的に抑制することができ、フレーム本体１０の曲げ抗力を高めることができる。
【００９４】
また、補強板８０は、フレーム本体１０の長手方向における荷重が作用し得る部分を含む所定範囲に設けられ、フレーム本体１０の長手方向における補強板８０の端部においてその中央部に比べて強度が低くなるようにフレーム本体１０に取り付けられていることにより、曲げ変形が生じやすい部分のみを補強することで、重量の増加を抑制しつつ曲げ抗力を効率的に高めることができるとともに、外部から荷重が作用する時に補強板８０の端部近傍でフレーム本体１０が曲げ変形することを抑制することができる。
【００９５】
車体フレーム７１においても、車体フレーム５１と同様に、補強板８０は、フレーム本体１０の長手方向における補強板８０の端部においてその中央部に比べてフレーム本体１０の長手方向に直交する方向における側面部１１ｂに沿って設けられる補強板８０の幅が小さく形成されていることにより、補強板８０の端部において補強板８０による補強効果を小さくすることができ、補強板８０の端部近傍でフレーム本体１０が曲げ変形することを有効に抑制することができる。
【００９６】
また、補強板８０は、フレーム本体１０の第１の板状部材１１の底面部１１ａ側におけるフレーム本体１０の長手方向長さが、フレーム本体１０の第２の板状部材１２の平面部１２ａ側におけるフレーム本体１０の長手方向長さよりも長く形成され、底面部１１ａ側から平面部１２ａ側に向けて下すぼまり形状に形成されていることにより、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の曲げ変形を有効に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。
【００９７】
図１０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の要部を示す斜視図である。なお、第５の実施形態は、第１の実施形態と補強板の形状及び側面部との結合部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。
【００９８】
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、第１の実施形態に係る車体フレーム１と同様に、フレーム本体１０の長手方向における荷重が作用することが想定される部分を含む所定範囲に補強板１００が設けられている。
【００９９】
各補強板１００は、側面部１１ｂから離間した状態で側面部１１ｂに沿って延在する基部１０１と、基部１０１と一体的に形成されてフレーム本体１０の長手方向及び長手方向に直交する方向に複数配置され、基部１０１から側面部１１ｂに向けて突出して側面部１１ｂと当接する複数の凸部１０２とを有し、複数の凸部１０２は、頂面部１０２ａが四角形である四角錐台状に形成されているが、フレーム本体１０の長手方向における補強板８０の端部においてその中央部に比べて凸部１０２と側面部１１ｂとを結合する結合数が少なくなっている。
【０１００】
前述した第１の実施形態から第４の実施形態では、補強板２０、４０、６０、８０の凸部２２、４２、６２、８２がすべて図示しない接着材によって側面部１１ｂに接着結合されているが、車体フレーム９１では、複数の凸部１０２はすべて側面部１１ｂと当接するものの、図１０に示すように、一部の凸部１０２にのみ接着材１０５が塗られ、凸部１０２と側面部１１ｂとを結合する結合数が、フレーム本体１０の長手方向における補強板１００の端部においてその中央部に比べて少なくなるようにフレーム本体１０に取り付けられている。このようにして、補強板１００は、フレーム本体１０の長手方向における補強板１００の端部においてその中央部に比べて補強板１００による補強強度が低くなるように取りつけられている。
【０１０１】
また、車体フレーム９１では、基部１０１からの凸部１０２の高さが、フレーム本体１０の長手方向において一定の高さで形成され、凸部１０２が側面部１１ｂと当接しているので、基部１０１は、フレーム本体１０の長手方向において側面部１１ｂと一定の距離に設けられている。なお、補強板１００においても、フレーム本体１０の直交断面方向の両端部に平面状のフランジ部２３、２４が形成されている。
【０１０２】
このように構成される車体フレーム９１においても、フレーム本体１０の長手方向及び長手方向に直交する方向において側面部１１ｂと基部１０１との間に閉断面部を形成し、フレーム本体１０の側面部１１ｂの剛性を高めて側面部１１ｂが外方側に膨らんで面外変形することを効果的に抑制することができ、フレーム本体１０の曲げ抗力を高めることができる。
【０１０３】
また、補強板１００は、フレーム本体１０の長手方向における荷重が作用し得る部分を含む所定範囲に設けられ、フレーム本体１０の長手方向における補強板１００の端部においてその中央部に比べて強度が低くなるようにフレーム本体１０に取り付けられていることにより、曲げ変形が生じやすい部分のみを補強することで、重量の増加を抑制しつつ曲げ抗力を効率的に高めることができるとともに、外部から荷重が作用する時に補強板１００の端部近傍でフレーム本体１０が曲げ変形することを抑制することができる。
【０１０４】
さらに、補強板１００は、フレーム本体１０の長手方向における補強板１００の端部においてその中央部に比べて凸部１０２と側面部１１ｂとを結合する結合数が少なく形成され、側面部１１ｂとの結合力が小さくなるようにフレーム本体１０に取り付けられていることにより、補強板１００の端部において補強板１００による補強効果を小さくすることができ、補強板１００の端部近傍でフレーム本体１０が曲げ変形することを有効に抑制することができる。
【０１０５】
本実施形態では、補強板２０、４０、６０、８０、１００は、接着材１０５によって凸部２２、４２、６２、８２、１０２と側面部１１ｂとを接着結合しているが、スポット溶接によって結合するようにしてよい。また、第１の実施形態から第５の実施形態では、補強板２０、４０、６０、８０、１００の凸部２２、４２、６２、８２、１０２は、四角錐台状に形成されているが、その他の角錐台状に形成してもよく、あるいは円錐台状に形成するようにしてもよい。
【０１０６】
なお、車体フレーム１、３１、５１、７１、９１に外部から荷重が作用する時に、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との間に位置する第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３面部に相当する。
【０１０７】
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、第２の実施形態と第４の実施形態とを組み合わせて第２の実施形態に係る補強板４０を底面部１１ａ側から平面部１２ａ側に向けて下すぼまり形状に形成したり、あるいは第２の実施形態と第４の実施形態と第５の実施形態とを組み合わせて第２の実施形態に係る補強板４０を底面部１１ａ側から平面部１２ａ側に向けて下すぼまり形状に形成するとともにフレーム本体の長手方向における補強材の端部においてその中央部に比べて凸部４２と側面部１１ｂとを結合する結合数を少なくしたりするなど、第１の実施形態から第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】
【０１０８】
本発明は、管状のフレーム本体の内部に補強板が取り付けられた車両用フレーム構造において、重量の増加を抑制しつつ曲げ抗力を効率的に高めることができるとともに、外部から荷重が作用する時に補強板の端部近傍でフレーム本体が曲げ変形することを抑制することができる車体用フレーム構造を提供することができ、例えばセンター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】
【０１０９】
１、３１、５１、７１、９１ 車体フレーム
１０ フレーム本体
１０ａ、１０ｂ 角部
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 補強板
２１、４１、６１、８１、１０１ 基部
２２、４２、６２、８２、１０２ 凸部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から荷重が作用し得る管状のフレーム本体の内部に補強板が取り付けられた車両用フレーム構造であって、
前記フレーム本体は、外部から荷重が作用した時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面部と第２面部との間に位置し、該第１面部と該第２面部との間でそれぞれ角部を形成する第３面部と、を有し、
前記補強板は、前記第３面部から離間した状態で該第３面部に沿って延在する基部と、該基部と一体的に形成されて前記フレーム本体の長手方向及び長手方向に直交する方向に複数配置され、該基部から前記第３面部に向けて突出して前記第３面部と当接し、少なくとも一部が前記第３面部と結合される複数の凸部と、を有し、前記第３面部に沿って前記フレーム本体の長手方向における前記荷重が作用し得る部分を含む所定範囲に設けられ、前記フレーム本体の長手方向における前記補強板の端部において前記フレーム本体の長手方向における前記補強板の中央部に比べて強度が低くなるように前記フレーム本体に取り付けられている、
ことを特徴とする車両用フレーム構造。
【請求項２】
前記補強板は、前記フレーム本体の長手方向における前記補強板の端部において前記フレーム本体の長手方向における前記補強板の中央部に比べて前記第３面部との結合力が小さくなるように前記フレーム本体に取り付けられている、
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】
前記補強板は、前記フレーム本体の長手方向における前記補強板の端部において前記フレーム本体の長手方向における前記補強板の中央部に比べて前記凸部と前記第３面部とを結合する結合数が少なくなるように前記フレーム本体に取り付けられている、
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】
前記補強板は、前記フレーム本体の長手方向における前記補強板の端部において前記フレーム本体の長手方向における前記補強板の中央部に比べて前記凸部の高さが低く形成されている、
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】
前記補強板は、前記フレーム本体の長手方向における前記補強板の端部において前記フレーム本体の長手方向における前記補強板の中央部に比べて前記フレーム本体の長手方向に直交する方向における前記第３面部に沿って設けられる該補強板の幅が小さく形成されている、
ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の車両用フレーム構造。
【請求項６】
前記補強板は、前記フレーム本体の第１面部側における前記フレーム本体の長手方向長さが、前記フレーム本体の第２面部側における前記フレーム本体の長手方向長さよりも長く形成され、前記フレーム本体の第１面部側から前記フレーム本体の第２面部側に向けて下すぼまり形状に形成されている、
ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の車両用フレーム構造。
【請求項１】
外部から荷重が作用し得る管状のフレーム本体の内部に補強板が取り付けられた車両用フレーム構造であって、
前記フレーム本体は、外部から荷重が作用した時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面部と第２面部との間に位置し、該第１面部と該第２面部との間でそれぞれ角部を形成する第３面部と、を有し、
前記補強板は、前記第３面部から離間した状態で該第３面部に沿って延在する基部と、該基部と一体的に形成されて前記フレーム本体の長手方向及び長手方向に直交する方向に複数配置され、該基部から前記第３面部に向けて突出して前記第３面部と当接し、少なくとも一部が前記第３面部と結合される複数の凸部と、を有し、前記第３面部に沿って前記フレーム本体の長手方向における前記荷重が作用し得る部分を含む所定範囲に設けられ、前記フレーム本体の長手方向における前記補強板の端部において前記フレーム本体の長手方向における前記補強板の中央部に比べて強度が低くなるように前記フレーム本体に取り付けられている、
ことを特徴とする車両用フレーム構造。
【請求項２】
前記補強板は、前記フレーム本体の長手方向における前記補強板の端部において前記フレーム本体の長手方向における前記補強板の中央部に比べて前記第３面部との結合力が小さくなるように前記フレーム本体に取り付けられている、
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】
前記補強板は、前記フレーム本体の長手方向における前記補強板の端部において前記フレーム本体の長手方向における前記補強板の中央部に比べて前記凸部と前記第３面部とを結合する結合数が少なくなるように前記フレーム本体に取り付けられている、
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】
前記補強板は、前記フレーム本体の長手方向における前記補強板の端部において前記フレーム本体の長手方向における前記補強板の中央部に比べて前記凸部の高さが低く形成されている、
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】
前記補強板は、前記フレーム本体の長手方向における前記補強板の端部において前記フレーム本体の長手方向における前記補強板の中央部に比べて前記フレーム本体の長手方向に直交する方向における前記第３面部に沿って設けられる該補強板の幅が小さく形成されている、
ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の車両用フレーム構造。
【請求項６】
前記補強板は、前記フレーム本体の第１面部側における前記フレーム本体の長手方向長さが、前記フレーム本体の第２面部側における前記フレーム本体の長手方向長さよりも長く形成され、前記フレーム本体の第１面部側から前記フレーム本体の第２面部側に向けて下すぼまり形状に形成されている、
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１５】
【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１５】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１３１７９１（Ｐ２０１１−１３１７９１Ａ）
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９４３１４（Ｐ２００９−２９４３１４）
【出願日】平成２１年１２月２５日（２００９．１２．２５）
【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７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２５日（２００９．１２．２５）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
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