JP2001048052A

JP2001048052A - 車体のフレーム構造及びその形成方法

Info

Publication number: JP2001048052A
Application number: JP11222843A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Hanakawa; 勝則花川; Mitsugi Fukahori; 貢深堀; Yasuaki Ishida; 恭聡石田; Yukio Yamamoto; 幸男山本; Motoyasu Asakawa; 元康麻川
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1999-08-05
Filing date: 1999-08-05
Publication date: 2001-02-20
Anticipated expiration: 2019-08-05
Also published as: JP4356147B2

Abstract

(57)【要約】【課題】第１の充填材１１が充填されたセンターピラ
ー２において、その内部に仕切板や画成部材を設けない
で第１の充填材１１のフレーム長手方向両端部をフリー
状態で発泡させる場合に、その両端部が割れても第１の
充填材１１の性能が低下するのを防止する。【解決手段】第１の充填材１１のフレーム長手方向両
端側に、該第１の充填材１１よりも発泡率が高い第２の
充填材３６を、第１の充填材のフレーム長手方向両端部
に当接するように発泡充填させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等の車両に
おける車体のフレーム構造及びその形成方法に関する技
術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、この種のフレーム構造として
は、車室内に伝達される振動や騒音を抑えたり強度や剛
性を高めたりする観点から、フレーム断面の少なくとも
一部を閉断面状に形成する閉断面部材と、該閉断面部材
で囲まれた空間に発泡充填された充填材とを備えたもの
が知られている。

【０００３】そして、上記のように閉断面部材で囲まれ
た空間に充填材を発泡充填する場合、例えば実開平６−
６１６５９号公報に示されているように、閉断面部材で
囲まれた空間に、該空間をフレーム長手方向に仕切る仕
切板を設けてこの仕切板と閉断面部材とにより充填材の
発泡充填空間を形成するようにすることが知られてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来例
のように仕切板を設けたものでは、未発泡状態の充填材
のセット量がばらつくと充填材の発泡率ばらつきが生じ
るため、充填材のセット量の管理を正確に行う必要があ
る。また、閉断面部材で囲まれた空間に仕切板や画成部
材を設けると、フレーム構造が複雑になって、施工性の
悪化を招いてしまう。

【０００５】そこで、閉断面部材で囲まれた空間に仕切
板を設けないで充填材のフレーム長手方向両端部をフリ
ー状態で発泡させるようにすることが考えられる。

【０００６】しかしながら、充填材のフレーム長手方向
両端部をフリー状態で発泡させると、発泡後にその両端
部に割れが発生して充填材の性能が低下するという問題
がある。特に、充填材を高強度のものにして衝撃荷重等
がかかる部分に使用する場合には、このような割れが生
じ易く、衝撃荷重がかかったときに該割れ部からクラッ
クが内部にまで入り込み、十分な衝撃吸収性能を発揮で
きなくなる可能性がある。また、割れに起因して欠け落
ちた小片により異音が発生する場合がある。

【０００７】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、上記のように閉断面部
材で囲まれた空間に仕切板や画成部材を設けないで充填
材のフレーム長手方向両端部をフリー状態で発泡させる
場合に、その両端部が割れても充填材の性能が低下する
のを防止しようとすることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明では、第１の充填材のフレーム長手方向
両端部に、該第１の充填材よりも発泡率が高い第２の充
填材を当接させるようにした。

【０００９】具体的には、請求項１の発明では、フレー
ム断面の少なくとも一部を閉断面状に形成する閉断面部
材と、該閉断面部材で囲まれた空間に発泡充填された第
１の充填材とを備えた車体のフレーム構造を対象とす
る。

【００１０】そして、上記第１の充填材のフレーム長手
方向両端側における上記閉断面部材で囲まれた空間に、
該第１の充填材のフレーム長手方向両端部に当接するよ
うに発泡充填され、第１の充填材よりも発泡率が高い第
２の充填材を備えているものとする。

【００１１】上記の構成により、第１の充填材のフレー
ム長手方向両端部に割れが生じても、発泡率が高くて割
れが生じ難い第２の充填材によりその割れ部からのクラ
ックの進行等を防止することができ、第１の充填材の性
能低下を防止することができる。このように第２の充填
材を充填するようにすれば、閉断面部材で囲まれた空間
に仕切板等を設けなくても済み、第１の充填材の両端部
をフリー状態で発泡させて発泡率ばらつきの低減化を図
ることができると共に、充填位置の変更等にも柔軟に対
応することができる。

【００１２】請求項２の発明では、請求項１の発明にお
いて、第１の充填材は、平均圧縮強度が４ＭＰａ以上で
かつ最大曲げ強度が１０ＭＰａ以上に設定されたものと
する。

【００１３】このことにより、閉断面部材において衝撃
荷重の影響により折れ曲がる部分（座屈する部分）等に
対応して充填材を設けることで、その部分に加わる力を
充填材を介してその周囲に分散させることができ、その
部分の折れ曲がりを防止したり、折れ曲がるようにしな
がら衝撃エネルギーを効果的に吸収したりすることがで
きる。そして、上記充填材について、平均圧縮強度を４
ＭＰａ以上とし、かつ最大曲げ強度を１０ＭＰａ以上と
したのは、充填材の平均圧縮強度又は最大曲げ強度が大
きくなるにつれて、フレームのエネルギー吸収量も増加
するが、平均圧縮強度が４ＭＰａ以上でかつ最大曲げ強
度が１０ＭＰａ以上になるとエネルギー吸収量の増加度
合いが飽和するからである。つまり、平均圧縮強度が４
ＭＰａ以上であれば、フレームが局部的に大きく変形し
て断面の潰れが生じることを最大限に抑制することがで
き、最大曲げ強度が１０ＭＰａ以上であれば、フレーム
が局部的に大きく変形した場合でも、充填材の割れを抑
制してフレームが脆性的に折損することを最大限に防止
することができる。この結果、この特性を満たす充填材
を用いれば、最大値に近いエネルギー吸収量が得られ、
衝突安全性をかなり向上させることができる。したがっ
て、エネルギー吸収量を増大させるために閉断面部材等
の板厚を増大させる必要がなく、しかも、充填材が発泡
材であるので、車体を軽量化することができ、燃費性能
をも向上させることができる。そして、このような高強
度の充填材では、割れが特に生じ易くて衝撃荷重がかか
ったときに該割れ部からクラックが内部にまで入り込む
可能性がある。しかし、この発明では、第２の充填材に
よりそのようなクラックの進行を防止して、第１の充填
材による衝撃吸収性能が確実に得られる。尚、「平均圧
縮強度」は、充填材を一辺３０ｍｍの立方体に加工した
ものに対して一方向から１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で圧縮
荷重を加えたときにおいて変位量（圧縮量）が０〜８ｍ
ｍの範囲での平均強度をいう。

【００１４】請求項３の発明では、請求項１又は２の発
明において、閉断面部材は、フレーム断面外側縁部を構
成するパネル材と、フレーム断面内に設けられたレイン
フォースメントとで構成されているものとする。

【００１５】こうすることで、特に請求項２の発明で
は、レインフォースメントと充填材との相乗効果により
衝撃エネルギーを効果的に吸収することができ、充填材
をフレーム断面全体に発泡充填させなくても済み、充填
材量を低減することができる。

【００１６】請求項４の発明は、フレーム断面の少なく
とも一部を閉断面状に形成する複数の閉断面部材と、該
閉断面部材で囲まれた空間に発泡充填された第１の充填
材とを備えた車体のフレーム構造の形成方法を対象とす
るものである。

【００１７】そして、この発明では、上記複数の閉断面
部材の１つに、未発泡状態の上記第１の充填材をセット
すると共に、該第１の充填材のフレーム長手方向両端側
に第１の充填材よりも発泡率が高い第２の充填材を未発
泡状態でセットし、次いで、フレームを組み立てた後、
上記第１及び第２の充填材を加熱することで上記閉断面
部材で囲まれた空間に発泡充填させて、第２の充填材を
第１の充填材のフレーム長手方向両端部に当接させるよ
うにする。

【００１８】この発明により、未発泡状態の第１及び第
２の充填材の各セット位置を適切に設定することで、両
充填材を互いに当接させた状態で発泡充填させることが
でき、簡単な方法で請求項１の発明と同様の作用効果が
得られる。

【００１９】請求項５の発明では、フレーム断面の少な
くとも一部を閉断面状に形成する複数の閉断面部材と、
該閉断面部材で囲まれた空間に発泡充填された第１の充
填材とを備えた車体のフレーム構造の形成方法を対象と
する。

【００２０】そして、上記複数の閉断面部材の１つに、
未発泡状態の上記第１の充填材をセットし、次いで、フ
レームを組み立てた後、上記第１の充填材を加熱するこ
とで閉断面部材で囲まれた空間に発泡充填させ、その
後、上記発泡充填させた第１の充填材のフレーム長手方
向両端側に、該第１の充填材よりも発泡率が高い第２の
充填材を発泡充填させて第１の充填材のフレーム長手方
向両端部に当接させるようにする。

【００２１】このことで、第１の充填材の発泡充填後
に、第２の充填材を充填ガン等を用いて発泡充填させる
ことができ、簡単な方法で請求項１の発明と同様の作用
効果が得られる。また、第１の充填材は、その発泡時に
第２の充填材の影響を受けることはないので、完全にフ
リー状態で発泡させることができ、発泡率ばらつきをよ
り一層低減させることができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係るフ
レーム構造が適用されたセンターピラー２（フレーム）
を備えた自動車車体１の全体構成を示す。このセンター
ピラー２は、車体１の左右両側部の前後方向略中央部に
おいて略上下方向に延び、その上端部は、車室ルーフ部
の左右両側部において前後方向に延びるルーフサイドレ
ール３に接合され、下端部は、車室フロア部の左右両側
部において前後方向に延びるサイドシル４に接合されて
いる。そして、上記センターピラー２のベルトライン部
ないしその近傍には、後述の如く第１及び第２の充填材
１１，３６（図２及び図３参照）が設けられており、側
突時に衝撃荷重Ａｓが入力されても、ベルトライン部が
折れて車室側に進入するのを抑制するようにしている。
尚、図１中、５はフロントピラーであり、６はリヤピラ
ーである。

【００２３】上記センターピラー２は、図２及び図３に
示すように、車体外側に位置する鋼板等からなるアウタ
パネル１２と、車体内側に位置する鋼板等からなるイン
ナパネル１３と、該アウタパネル１２とインナパネル１
３との間でかつセンターピラー２断面（フレーム断面）
内に設けられた鋼板等からなるレインフォースメント１
４とを備えている。このアウタパネル１２、インナパネ
ル１３及びレインフォースメント１４は、各々、その左
右両側部（車体１前後両側部）にフランジ部１２ａ，１
２ａ、１３ａ，１３ａ、１４ａ，１４ａを有していて、
該各フランジ部１２ａ，１３ａ，１４ａ同士がスポット
溶接により接合されることで互いに一体化されている。
すなわち、上記アウタパネル１２とインナパネル１３と
は、センターピラー２断面外側縁部を構成するパネル材
であり、アウタパネル１２とレインフォースメント１４
とは、センターピラー２断面の車体外側部を閉断面状に
形成する閉断面部材であり、インナパネル１３とレイン
フォースメント１４とは、センターピラー２断面の車体
内側部を閉断面状に形成する閉断面部材である。そし
て、アウタパネル１２及びレインフォースメント１４は
共に断面略コ字状をなし、その両者間の空間も断面略コ
字状をなしている。

【００２４】上記センターピラー２のベルトライン部な
いしその近傍においてアウタパネル１２とレインフォー
スメント１４との間の空間（閉断面部材で囲まれた空
間）には、例えばエポキシ樹脂からなる第１の充填材１
１が発泡充填されている。つまり、この第１の充填材１
１は、センターピラー２断面内全体ではなく、その断面
において上記衝撃荷重Ａｓが入力される側、又はその衝
撃荷重Ａｓに起因してセンターピラー２に作用する曲げ
モーメントにより圧縮応力が発生する側（センターピラ
ー２の中立軸よりも車体外側）のみに充填されていて、
断面略コ字状をなしている。上記第１の充填材１１の平
均圧縮強度は４ＭＰａ以上（好ましくは５ＭＰａ以上）
に設定されていると共に、最大曲げ強度は１０ＭＰａ以
上（好ましくは６０ＭＰａ以上）に設定されている。こ
れは、平均圧縮強度が４ＭＰａ以上であれば、センター
ピラー２に上記衝撃荷重Ａｓが入力されてもセンターピ
ラー２のベルトライン部が局部的に変形して断面の潰れ
が生じることを最大限に抑制することができ、最大曲げ
強度が１０ＭＰａ以上であれば、たとえセンターピラー
２が局部的に大きく変形した場合でも、第１の充填材１
１の割れを抑制してセンターピラー２が脆性的に折損す
ることを最大限に防止することができるからであり、平
均圧縮強度を５ＭＰａ以上としかつ最大曲げ強度を６０
ＭＰａ以上とすればその効果がより安定的に得られるか
らである。尚、上記平均圧縮強度は、第１の充填材１１
を一辺３０ｍｍの立方体に加工したものに対して一方向
から１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で圧縮荷重を加えたときに
おいて変位量（圧縮量）が０〜８ｍｍの範囲での平均強
度をいう（図９参照）。

【００２５】そして、上記第１の充填材１１のセンター
ピラー２長手方向（上下方向）両端側におけるアウタパ
ネル１２とレインフォースメント１４との間には、第２
の充填材３６，３６が該第１の充填材１１の上下両端部
に当接するように充填されている。この各第２の充填材
３６は、上記第１の充填材１１よりも発泡率が高いもの
であって、例えば発泡ウレタン樹脂やゴム系の発泡材か
らなっている。

【００２６】次に、上記センターピラー２を組み立てる
方法を説明する。先ず、図４（ａ）に示すように、レイ
ンフォースメント１４のアウタパネル１２側面の所定部
分にシート状に加工した未発泡状態の第１の充填材１０
を貼り付けてセットすると共に、この第１の充填材１０
のフレーム長手方向両側に、シート状に加工した未発泡
状態の第２の充填材３５，３５を貼り付けてセットする
（図５参照）。このとき、これら第１及び第２の充填材
１０，３５は、発泡充填後において第１の充填材１１の
上下両端部が該第１の充填材１１の充填必要範囲よりも
外側に位置しかつ両充填材１１，３６の端部同士が当接
するような位置にセットする。

【００２７】その後、図４（ｂ）に示すように、上記両
充填材１０，３５を貼り付けたレインフォースメント１
４をアウタパネル１２にセットし、両者のフランジ部１
２ａ，１４ａ同士をスポット溶接により接合する。そし
て、図４（ｃ）に示すように、上記レインフォースメン
ト１４に対してインナパネル１３をセットして該インナ
パネル１３のフランジ部１３ａをレインフォースメント
１４のフランジ部１４ａにスポット溶接により接合する
ことで、センターピラー２の組立てが完了する。

【００２８】次いで、車体１全体の組立てを完成させた
後、その車体１を電着液に浸漬させて電着塗装を行い、
その後に１８０℃雰囲気中に３５分間投入してその電着
塗装の乾燥を行う（センターピラー２の最低温度は１５
０℃程度になる）。そして、車体シーラを塗布し、１４
０℃雰囲気中に２０分間投入してその車体シーラを乾燥
させ（センターピラー２の温度は１００℃程度）、続い
て、中塗塗装を行い、１４０℃雰囲気中に４０分間投入
してその中塗塗装の乾燥を行い（センターピラー２は１
４０℃で２０分間加熱されたことになる）、次いで、上
塗塗装を行い、１４０℃雰囲気中に４０分間投入してそ
の上塗塗装の乾燥を行う（センターピラー２は１４０℃
で２０分間加熱されたことになる）。この電着塗装等の
乾燥時に、上記第１及び第２の充填材１０，３５をその
乾燥熱により加熱することで、アウタパネル１２とレイ
ンフォースメント１４との間に完全に発泡充填させる。
このように未発泡状態の両充填材１０，３５を電着塗装
等の乾燥熱により発泡硬化させるので、発泡工程を別途
に設ける必要がなく、生産性を高めることができる。
尚、電着塗装の乾燥工程で上記両充填材１０，３５の発
泡が完了すると共にそれぞれ半分程度が硬化し、中塗塗
装及び上塗塗装の乾燥工程でそれぞれ残りが硬化する
（車体シーラの乾燥工程では、センターピラー２の温度
が低過ぎて両充填材１０，３５は殆ど硬化しない）。

【００２９】上記車体１に対して側突がなされた場合、
衝撃荷重Ａｓによりセンターピラー２におけるアウタパ
ネル１２のベルトライン部には、折れ曲がって（座屈し
て）断面内側に進入しようとする大きな力が局所的に作
用することがある。しかし、この実施形態では、そのよ
うな力がアウタパネル１２に作用したとしても、その力
を第１の充填材１１を介して周囲に分散させることがで
き、しかも、その第１の充填材１１の平均圧縮強度が４
ＭＰａ以上に設定され、最大曲げ強度が１０ＭＰａ以上
に設定されているので、最大値に近いエネルギー吸収量
が得られ、センターピラー２の折れ曲がりを最大限に抑
制することができる。一方、第１の充填材１１は、セン
ターピラー２断面内全体ではなく、アウタパネル１２と
レインフォースメント１４との間にしか設けられていな
いが、座屈開始の曲げモーメントは、センターピラー２
断面内全体に設ける場合と殆ど変わらないので、少ない
充填量で効果的に衝撃エネルギーを吸収することができ
る。しかも、第１の充填材１１は発泡材であるので、車
体を軽量化することができる。よって、燃費性能を向上
させながら、衝突安全性を向上させることができる。

【００３０】そして、上記第１の充填材１１の上下方向
両端側には第２の充填材３６，３６が充填されているの
で、第１の充填材１１の上下方向両端部に割れが生じて
も、高発泡して割れが生じ難い第２の充填材３６により
その割れ部からのクラックの進行等を防止することがで
き、第１の充填材１１の衝撃エネルギー吸収性能等の低
下を防止することができる。この結果、アウタパネル１
２とレインフォースメント１４との間に仕切板等を設け
なくても済み、第１の充填材１０の上下両端部をフリー
状態で発泡させて発泡率ばらつきの低減化を図ることが
できると共に、充填位置の変更等にも柔軟に対応するこ
とができる。

【００３１】ここで、上記実施形態においては、上記レ
インフォースメント１４の強度（引張強さ、耐力）及び
剛性の少なくとも一方は、アウタパネル１２と同等以上
に設定することが望ましい。つまり、レインフォースメ
ント１４の強度及び剛性の両方がアウタパネル１２より
も小さいと、アウタパネル１２のベルトライン部が折れ
曲がって断面内側に進入しようとするときに、レインフ
ォースメント１４が局所的に座屈変形してアウタパネル
１２が第１の充填材１１と共に断面内側に進入してしま
うが、このようにレインフォースメント１４の強度及び
剛性の少なくとも一方がアウタパネル１２と同等以上で
あれば、アウタパネル１２の断面内側への進入（折れ曲
がり）をより一層確実に抑制することができる。

【００３２】また、上記第１及び第２の充填材１１，３
６充填部分におけるアウタパネル１２とレインフォース
メント１４との間の隙間量は２ｍｍ以上（好ましくは３
ｍｍ以上）に設定することが望ましい。これは、第１の
充填材１１を充填しない（第２の充填材３６も充填しな
い）場合には上記隙間量は小さいほどセンターピラー２
が負担し得る最大曲げモーメント値は大きくなるが、第
１の充填材１１を充填する場合に上記隙間量が２ｍｍよ
りも小さいと、第１の充填材１１の充填効果が低くて第
１の充填材１１を充填しない場合と殆ど変わらなくなる
からである。一方、上記隙間量は、２０ｍｍよりも大き
いと、軽量化効果が小さくなると共に、コスト面で不利
になるので、２０ｍｍ以下に設定することが望ましい。

【００３３】さらに、上記アウタパネル１２と第１の充
填材１１との間の少なくとも一部には、３ＭＰａ以上の
せん断接着強さを有する接着剤層（車体シーラ等）を設
けることが望ましい。これは、アウタパネル１２に局所
的に加わる力を第１の充填材１１を介してその周囲に確
実に分散させることができると共に、接着剤層によりセ
ンターピラー２が負担し得る最大曲げモーメント値を効
果的に高めることができ、また、上述の如くレインフォ
ースメント１４の強度及び剛性の少なくとも一方をアウ
タパネル１２と同等以上にした場合には、アウタパネル
１２が断面内側に進入することも断面外側に張り出すこ
ともできず、アウタパネル１２の折れ曲がりを有効に防
止することができるからである。そして、接着剤層を設
ける代わりに、第１の充填材１１自体が、アウタパネル
１２に対して３ＭＰａ以上のせん断接着強さを有するよ
うにしてもよく、こうすれば、接着剤層を別途に設けな
くても済み、容易に上記効果が得られる。尚、アウタパ
ネル１２と第１の充填材１１との間だけでなく、インナ
パネル１３と第１の充填材１１との間の少なくとも一部
にも接着剤層を設けるようにしてもよい。

【００３４】加えて、上記第１の充填材１１は、センタ
ーピラー２長手方向において、センターピラー２の荷重
支持点間（ルーフサイドレール３に接合された上端部と
サイドシル４に接合された下端部との間）の長さに対し
て１５％以上の長さの範囲に充填されていることが望ま
しい。すなわち、第１の充填材１１の充填範囲が大きく
なるにつれてエネルギー吸収量は増大するが、荷重支持
点間の長さに対して１５％で略飽和する。したがって、
１５％以上の長さの範囲に充填すれば、略最大値に近い
エネルギー吸収量が得られる。

【００３５】尚、上記実施形態では、第１の充填材１１
は、平均圧縮強度が４ＭＰａ以上（好ましくは５ＭＰａ
以上）でかつ最大曲げ強度が１０ＭＰａ以上（好ましく
は６０ＭＰａ以上）に設定されたものとしたが、平均圧
縮強度が４ＭＰａ以上（好ましくは５ＭＰａ以上）又は
最大曲げ強度が１０ＭＰａ以上（好ましくは６０ＭＰａ
以上）に設定されたものとしてもよい。このようにして
も衝突安全性を十分に向上させることができる。そし
て、アウタパネル１２とレインフォースメント１４との
間に充填された第１の充填材１１を、アウタパネル１２
側（衝突荷重入力側）とレインフォースメント１４側
（反衝突荷重入力側）との２層で構成し、そのアウタパ
ネル１２側には平均圧縮強度が４ＭＰａ以上（好ましく
は５ＭＰａ以上）のものを配置し、レインフォースメン
ト１４側には最大曲げ強度が１０ＭＰａ以上（好ましく
は６０ＭＰａ以上）のものを配置するようにしてもよ
い。こうすれば、アウタパネル１２側に直接的に作用す
る圧縮荷重と、レインフォースメント１４側に作用する
曲げ荷重とを各層の第１の充填材１１によりそれぞれ有
効に負担することができ、その各第１の充填材１１に対
して最も効果的な特性を付与して、効率的な補強を行う
ことができる。

【００３６】また、第１の充填材１１は、このように高
強度を有するものでなくてもよく、車室内に伝達される
振動や騒音を抑えるための発泡ウレタン樹脂等の低強度
のものであっても本発明を適用することができ、特に発
泡時に割れが生じ易いものが適している。そして、充填
材１１を、アウタパネル１２とレインフォースメント１
４との間だけでなく、インナパネル１３とレインフォー
スメント１４との間にも充填するようにしてもよく、レ
インフォースメント１４がない場合には、アウタパネル
１２とインナパネル１３との間に充填材１１を充填する
ようにしてもよい。

【００３７】さらに、上記実施形態では、未発泡状態の
第１及び第２の充填材１０，３５を略同時に発泡させた
が、第１の充填材１１を発泡充填させた後に、図６に示
すように、この発泡充填させた第１の充填材１１の上下
方向両端側に充填用ガン３７，３７を用いて第２の充填
材３６，３６（例えば二液性の常温硬化タイプのもの）
を発泡充填させるようにしてもよい。このようにすれ
ば、第１の充填材１１は、その発泡時に第２の充填材３
６の影響を受けることはないので、完全にフリー状態で
発泡させることができ、発泡率ばらつきをより一層低減
させることができる。

【００３８】また、図７に示すように、レインフォース
メント１４の第１の充填材１１充填部分に開口部１４ｄ
（例えば、未発泡状態の第１の充填材１１をセットした
か否かを確認するためのものやセット時の位置合わせ用
に設けたもの等）が形成されている場合にはその開口部
１４ｄから第１の充填材１０が発泡時に漏れ出すが、こ
の漏れ出した部分にも割れが生じるため、インナパネル
１３とレインフォースメント１４との間における上記開
口部１４ｄに対応する部分にも第２の充填材３６を発泡
充填させるようにすることが望ましい。この場合、図８
に示すように、未発泡状態の第２の充填材３５はインナ
パネル１３の上記開口部１４ｄに対向する部分にセット
すればよい。

【００３９】さらに、上記実施形態では、本発明のフレ
ーム構造をセンターピラー２に適用したが、センターピ
ラー２以外のピラー部材（上記フロントピラー５やリヤ
ピラー６）にも適用することができる。また、その他に
も、車体１の左右両側において前後方向に延びるフレー
ム部材（フロントサイドフレーム、リヤサイドフレー
ム、上記ルーフサイドレール３、サイドシル４等）、こ
の左右のフレーム部材を連結する連結部材（クロスメン
バ等）、ドア本体部の補強部材（インパクトバー等）、
バンパの補強部材（バンパレインフォースメント等）等
にも適用することができる。このようなフレームに適用
する場合、その各フレームにおいてフレーム断面の少な
くとも一部を閉断面状に形成する複数の閉断面部材の１
つに、未発泡状態の第１及び第２の充填材１０，３５を
セットする（上述の如く第１の充填材１１の発泡充填後
に第２の充填材３６を発泡充填する場合には、第１の充
填材１０のみをセットする）ようにすればよい。

【００４０】

【実施例】次に、具体的に実施した実施例について説明
する。

【００４１】先ず、充填材そのものについて（つまりフ
レーム断面内に充填された状態ではなく、充填材自体に
ついて）、その基礎的な物理的および機械的特性を調べ
た。すなわち、表１に示す６種類の材料について、各々
その密度を調べると共に、平均圧縮強度及び最大曲げ強
度を試験によって求めた。尚、上記密度は、いずれの材
料についても、室温（約２０℃）における値を調べた。

【００４２】表１の各材料中、発泡ウレタン樹脂は硬度
が８ｋｇ／ｃｍ²のものを、Ａｌ発泡体はアルミニウム
発泡材を、木材は松を、Ａｌ塊は棒状のアルミニウム材
を、レインフォースメントは、一般的にフレーム断面内
に設けられる厚さ１ｍｍの鋼板（ＳＰＣＣ；以下、この
実施例では、鋼板は全てＳＰＣＣ）製の補強材をそれぞ
れ使用した。

【００４３】尚、上記レインフォースメントの密度は、
後述する図１０に示すようなフレーム断面内に配設され
たレインフォースメント重量と、該レインフォースメン
ト配設部分に対応するフレームの容積から、フレーム内
換算密度として算出したものである。また、発泡ウレタ
ンの平均圧縮強度、並びにレインフォースメントの平均
圧縮強度及び最大曲げ強度については、いずれも値が低
すぎて計測することができなかった。

【００４４】

【表１】

【００４５】各充填材の平均圧縮強度を調べるための単
体圧縮試験は、以下のようにして行った。すなわち、各
材料の供試材を一辺３０ｍｍの立方体に加工してそれぞ
れ試験片を作製し、これに対して一方向から１０ｍｍ／
ｍｉｎの速度で圧縮荷重を加え、図９において模式的に
示すように、変位量（圧縮量）が０〜８ｍｍの範囲での
平均荷重を求めてこれを充填材の平均圧縮強度とした。

【００４６】また、各充填材の最大曲げ強度を調べるた
めの単体曲げ試験は、以下のようにして行った。すなわ
ち、各材料の供試材を、幅５０ｍｍ×長さ１５０ｍｍ×
厚さ１０ｍｍの平板状に加工してそれぞれ試験片を作製
し、各充填材の試験片について、支点間距離を８０ｍｍ
とし、その中央をＲ８の圧子で１０ｍｍ／ｍｉｎの速度
で押圧することにより、所謂オートグラフにて三点曲げ
試験を行った。そして、その荷重一変位線図から各充填
材の最大曲げ強度を算出した。

【００４７】上記表１の各充填材の密度のデータ及びコ
スト、軽量化効果等から、車体フレームのフレーム断面
内に充填する充填材の密度としては、１．０ｇ／ｃｍ³
以下が適当であり、好ましくは、０．６ｇ／ｃｍ³以下
であれば、さらに軽量化効果が期待できる。

【００４８】次に、上記各充填材をフレームの所定部分
の内部空間に充填して、フレームの主としてエネルギー
吸収特性を評価する試験を行った。

【００４９】先ず、フレームを構成するパネル材として
は、板厚１ｍｍの鋼板を用いた。この鋼板の引張強さは
２９２Ｎ／ｍｍ²であり、降伏点は１４７Ｎ／ｍｍ²であ
り、伸びは５０．４％であった。

【００５０】上記鋼板を用いて、図１０に示すように、
片側が開口した断面コ字状のパネル材Ｐｏと平板状のパ
ネル材Ｐｉとを片ハット状に組み合わせ、その重合部分
Ｌｆ（フランジ部）について６０ｍｍピッチでスポット
溶接を行って最終的に組み立てた。

【００５１】尚、図１０において仮想線で示すように、
フレーム断面内にレインフォースメントＲｆを配設した
ものの場合、このレインフォースメントＲｆの材料はフ
レームＦＲのパネル材Ｐｉ，Ｐｏの材料と同じものを用
いた。この場合、レインフォースメントＲｆの両フラン
ジ部（不図示）は、両パネル材Ｐｉ，Ｐｏのフランジ部
（重合部分Ｌｆ）に挟み込んだ上で、三枚重ねにしてス
ポット溶接で組み立てた。

【００５２】上記のフレームＦＲの所定部分の内部空間
に表１の各充填材をそれぞれ充填して各種の機械的試験
を行い、平均圧縮強度又は最大曲げ強度とエネルギー吸
収性との関係を調べた。

【００５３】先ず、フレームの静的三点曲げ試験を実施
した。図１１は、フレームＲｆの静的三点曲げ試験を行
う試験装置を模式的に示す説明図である。また、図１２
は、この静的三点曲げ試験装置の要部を拡大して示す説
明図である。

【００５４】図１０において実線で示す断面形状を備え
た所定長さのフレームＦＲの断面内に充填材ＳをＥｆ＝
５０〜３００ｍｍの長さにわたって充填し、万能試験機
により、圧子Ｍａを介してフレームＦＲの中央に静的荷
重Ｗｓを加え、図１３に示すように、変位量０〜４５ｍ
ｍの範囲での荷重一変位を測定し、静的エネルギー吸収
量を求めた。

【００５５】上記試験結果を図１４〜図１７のグラフに
示す。先ず、図１４は、充填材質量とエネルギー吸収量
との関係を表したものである。この図１４において、黒
丸印（●）は木材を、黒四角印（■）はエポキシ樹脂Ａ
を、それぞれ充填した場合を示し、また、白三角印
（△）は鋼板レインフォースメント（板厚１．０ｍｍ）
をフレーム断面内に設けた場合を示している。尚、白丸
印（○）は、板厚１．６ｍｍの鋼板の場合を参考までに
示したものである。

【００５６】このグラフ（図１４）から良く判るよう
に、木材及びエポキシ樹脂Ａのいずれにおいても、充填
材Ｓの充填質量が増えるに連れて吸収エネルギーが高く
なり、試験装置の両支点Ｍｓで支持されたフレーム部分
が潰れた状態で最大値を示した。また、木材やエポキシ
樹脂等の充填材Ｓを用いた場合、レインフォースメント
を設けただけの場合に比べて、同等のエネルギー吸収量
を得るのに、はるかに少ない充填質量で済む。

【００５７】このように、フレーム断面内に充填材Ｓを
充填することにより、レインフォースメントＲｆを設け
ただけの場合に比べて、フレームＦＲのエネルギー吸収
性が大幅に向上することが確認できた。

【００５８】また、図１５は充填材Ｓの平均圧縮強度と
エネルギー吸収量との関係を示したもので、グラフの横
軸は対数目盛である。この測定においては、各充填材Ｓ
の充填長さＥｆを５０ｍｍとした。充填長さがこの程度
以下の場合には、充填材Ｓは殆ど曲げ作用を受けること
はなく、そのエネルギー吸収性は圧縮強度との相関性が
非常に強くなる。尚、図１５において、ａ１点、ａ２
点、ａ３点、ａ４点及びａ５点は、それぞれウレタン樹
脂、Ａｌ発泡体、木材、エポキシ樹脂Ａ及びＡｌ塊につ
いてのデータであることを示している。

【００５９】この図１５のグラフから良く判るように、
充填材Ｓの平均圧縮強度が大きくなるにつれてエネルギ
ー吸収量も増加するが、平均圧縮強度が４ＭＰａ以上に
なるとフレームＦＲのエネルギー吸収量の増加度合いは
飽和する。換言すれば、平均圧縮強度が４ＭＰａ以上で
あれば、ほぼ最大値に近いエネルギー吸収量を得ること
ができる。

【００６０】特に、平均圧縮強度が５ＭＰａ以上になれ
ば、フレームＦＲのエネルギー吸収量の増加度合はより
安定して飽和し、最大値に近いエネルギー吸収量をより
安定して得ることができる。

【００６１】さらに、図１６は充填材Ｓの最大曲げ強度
とエネルギー吸収量との関係を示したもので、また、図
１７は、図１６のグラフにおける最大曲げ強度８０ＭＰ
ａ以下の部分を拡大して示すものである。この測定にお
いては、各充填材Ｓの充填長さＥｆを１００ｍｍとし
た。充填長さが１００ｍｍ程度にまで増加すると、充填
材の曲げ強度もフレームＦＲのエネルギー吸収性の向上
に大きく寄与するようになる。尚、図１６及び図１７に
おいて、ｂ１点、ｂ２点、ｂ３点及びｂ４点は、それぞ
れＡｌ発泡体、エポキシ樹脂Ａ、木材及びＡｌ塊のデー
タであることを示している。

【００６２】これらのグラフから良く判るように、充填
材Ｓの最大曲げ強度が大きくなるにつれてエネルギー吸
収量も増加するが、最大曲げ強度が１０ＭＰａ以上にな
ると（特に図１７参照）フレームＦＲのエネルギー吸収
量の増加度合いは飽和する。換言すれば、最大曲げ強度
が１０ＭＰａ以上であれば、ほぼ最大値に近いエネルギ
ー吸収量を得ることができる。

【００６３】特に、最大曲げ強度が６０ＭＰａ以上にな
れば、フレームＦＲのエネルギー吸収量の増加度合いは
より安定して飽和し、最大値に近いエネルギー吸収量を
より安定して得ることができる。

【００６４】以上の静的エネルギー吸収性の試験におい
て、フレーム断面内に充填材が充填されていない場合に
は、図１８に示すように、フレームＦＲは荷重Ｗｓの入
力点で局部的に大きく変形する。これに対して、フレー
ム断面内に充填材が充填されている場合には、図１９に
示すように、入力荷重Ｗｓは、入力点だけでなく、長さ
Ｅｆの範囲で充填された充填材Ｓを介してフレームＦＲ
の充填部分周辺に分散されることになる。すなわち、充
填材Ｓを内部に充填することにより、フレームは、局部
的に大きな変形が生じることなく、広範囲にわたって変
形することになる。これにより、吸収エネルギーも飛躍
的に増加するものと考えられる。

【００６５】尚、このときの充填材Ｓの単体のエネルギ
ー吸収量を計算によって求めると、全吸収エネルギーの
７％以下であった。このことからも、充填材Ｓをフレー
ムＦＲ内に充填することによるエネルギー吸収性の向上
は、充填材Ｓ自体のエネルギー吸収性よりも、充填材Ｓ
による荷重分散効果が非常に大きく寄与してることが理
解できる。

【００６６】また、図１４のグラフにおいて、特に、エ
ネルギー吸収量の上限を示す木材を充填したフレームに
ついて、試験後のフレームの状態を目視観察すると、試
験装置の両支点Ｍｓで支持されたフレーム部分がほぼ完
全に潰れた状態となっていた。つまり、本フレームＦＲ
での最大のエネルギー吸収がこの支点Ｍｓによる支持部
分の潰れによるものであると考えられる。したがって、
この場合、充填材Ｓの役割は入力荷重Ｗｓを支点部分に
分散させることにあると言える。

【００６７】さらに、充填長さＥｆ＝５０ｍｍで各充填
材をそれぞれ充填した各フレームについて、試験後のフ
レーム断面の潰れ状態を目視観察すると、エネルギー吸
収性が比較的低いもの（レインフォースメントＲｆの
み、ウレタン樹脂及びＡｌ発泡体）ではフレーム断面が
荷重入力点でほぼ完全に潰れており、一方、エネルギー
吸収性が比較的高いもの（エポキシ樹脂、木材及びＡｌ
塊）ではフレーム断面は荷重入力点で余り潰れていなか
った。

【００６８】この荷重入力点でのフレーム断面の潰れ
は、充填材Ｓの圧縮強度が大きく寄与しており、上述の
ように、充填材Ｓの平均圧縮強度が増すにつれてエネル
ギー吸収量が増加し、約４ＭＰａで飽和し、約５ＭＰａ
でより安定して飽和している（図１５参照）。

【００６９】このことから、断面の潰れはフレームのエ
ネルギー吸収性能に大きく影響しており、断面が潰れる
と応力集中が生じて局部的な変形を加速し、フレームＦ
Ｒの折れを招来して、十分なエネルギー吸収量を確保す
ることができなくなるものと考えられる。

【００７０】フレームＦＲ内に充填された充填材Ｓへの
圧縮荷重は、特に荷重入力側に直接的に作用するので、
充填材Ｓの平均圧縮強度は、特に荷重入力側において上
記断面の潰れを防ぐに足る値（４ＭＰａ以上）に維持さ
れることが好ましい。

【００７１】また、上述のように、充填材Ｓの充填長さ
Ｅｆが一定以上長くなると、充填材Ｓの平均圧縮強度が
ほぼ同等であってもエネルギー吸収性に差が生じる。充
填材Ｓの充填長さＥｆを１００ｍｍとした場合において
エネルギー吸収量が比較的低かったエポキシ樹脂Ａを充
填したフレームの断面を目視観察すると、充填材（エポ
キシ樹脂）に割れが生じていた。この割れに対しては最
大曲げ強度が大きく影響しており、この最大曲げ強度が
高くなるにつれてエネルギー吸収量が増加し、約１０Ｍ
Ｐａで飽和し、約６０ＭＰａでより安定して飽和してい
た（図１６及び図１７参照）。

【００７２】フレームＦＲ内に充填された充填材Ｓへの
曲げ荷重は、特に反荷重入力側に直接的に作用するの
で、上記充填材Ｓの最大曲げ強度は、特に反荷重入力側
において上記充填材の割れを防ぐに足る値（１０ＭＰａ
以上）に維持されることが好ましい。

【００７３】尚、以上のことから、フレームＦＲ内に充
填材Ｓを充填する場合、充填材Ｓを異なる充填材で成る
多層構造とし、荷重入力側には平均圧縮強度が所定値
（少なくとも４ＭＰａ）以上の充填材層を設け、反荷重
入力側には最大曲げ強度が所定値（少なくとも１０ＭＰ
ａ）以上の充填材層を設けるようにすれば、非常に効率
良くフレームＦＲのエネルギー吸収性を高めることがで
きる。

【００７４】上述の静的三点曲げ試験に続いて、フレー
ムの動的三点曲げ試験を実施した。図２０は、フレーム
ＦＲの動的三点曲げ試験を行う試験装置を模式的に示す
説明図である。上記静的三点曲げ試験の場合と同様に、
図１０において実線で示す断面形状を備えた所定長さの
フレームＦＲの断面内に充填材ＳをＥｆ＝５０〜３００
ｍｍの長さにわたって充填し、落錘Ｍｂによりフレーム
中央部分に衝撃荷重Ｗｄを与えた場合のフレームＦＲの
変形量を測定すると共に、衝撃荷重をロードセルＭｃで
測定し、図２１に示すように、変位量０〜４５ｍｍの範
囲でのエネルギー吸収量を求めた。

【００７５】図２２は、上記動的三点曲げ試験における
充填材長さとエネルギー吸収量との関係を示したもので
ある。この図２２において、黒丸印（●）は木材を、黒
四角印（■）はエポキシ樹脂Ａをそれぞれ充填した場合
を示している。

【００７６】このグラフ（図２２）から良く判るよう
に、静的三点曲げ試験の場合と同様に、木材及びエポキ
シ樹脂Ａのいずれにおいても、充填材Ｓの充填量が増え
るにつれて吸収エネルギーが高くなり、また、エネルギ
ー吸収量の上限が認められ、その値は約０．８５ｋＪで
あった。

【００７７】このように、動的荷重Ｗｄについても、フ
レーム断面内に充填材Ｓを充填することにより、フレー
ムＦＲのエネルギー吸収性が向上することが確認でき
た。

【００７８】また、静的荷重Ｗｓの場合と動的荷重Ｗｄ
の場合とを比較すると、動的荷重Ｗｄに対する方がエネ
ルギー吸収量は大きく、静的荷重Ｗｓに対する場合の約
１．７倍であった。

【００７９】さらに、以上で得られた静的荷重Ｗｓ及び
動的荷重Ｗｄそれぞれにおけるエネルギー吸収性のデー
タから、静的荷重Ｗｓの場合と動的荷重Ｗｄの場合との
比（静動比）を算出すると、非常に高い相関性が認めら
れた。したがって、静的荷重Ｗｓにおけるエネルギー吸
収性について行った考察（充填材Ｓによる荷重分散効果
等）は、基本的には、動的荷重Ｗｄにおけるエネルギー
吸収性を取り扱う場合にも、適用することができるもの
と考えられる。

【００８０】図２３は、上記動的三点曲げ試験におい
て、フレーム断面内にレインフォースメントＲｆのみが
設けられた場合に対するエネルギー吸収性の向上率と、
充填材Ｓの充填長さ範囲（荷重支点間距離に対する充填
長さ割合）との関係を示すグラフである。この図２３に
おいて、白丸印（○）は木材を、白三角印（△）はエポ
キシ樹脂Ａをそれぞれ充填した場合を示している。

【００８１】このグラフ（図２３）から良く判るよう
に、木材及びエポキシ樹脂のいずれにおいても、充填材
Ｓの充填長さ範囲が大きくなるにつれて吸収エネルギー
が高くなるが、約１５％でほぼ飽和する。換言すれば、
充填材Ｓの充填長さ範囲が荷重支点間距離に対して１５
％以上あれば、ほぼ最大のエネルギー吸収量を得ること
ができる。したがって、充填材Ｓの充填範囲としては、
荷重支点間距離に対して１５％以上であることが好まし
い。

【００８２】図２４は、フレームの静的片持ち曲げ試験
を行う試験装置を模式的に示す説明図である。図２５に
示す断面形状を備えた所定長さのフレームＦＲの断面内
に充填材Ｓを充填した上で、このフレームＦＲの一端を
支持板Ｍｅに固定し、この支持板Ｍｅを装置基板Ｍｆに
固定する。そして、万能試験機により、フレームＦＲの
パネル材Ｐｉの他端近傍に圧子Ｍｄを介して静的荷重Ｗ
ｍをパネル材Ｐｏ方向に加え、曲げ角度（荷重作用点の
変位とこの荷重作用点の基端からの距離とで算出）と荷
重との関係を測定し、最大曲げモーメント及び静的エネ
ルギー吸収量を求めた。

【００８３】図２６は、種々の充填材を充填したフレー
ムの曲げ角度と曲げモーメントとの関係を示すグラフで
ある。このグラフにおいて、曲線ａは充填材なし（鋼板
フレームのみ）のフレームの特性を、曲線ｂはエポキシ
樹脂Ａを充填したフレームの特性を、曲線ｃはエポキシ
樹脂Ｂを充填したフレームの特性を、曲線ｄは、エポキ
シ樹脂Ｂを充填しかつフレームＦＲのパネル材ＰｏとＰ
ｉとの間に接着剤（剪断強度７．３ＭＰａの車体シー
ラ）を適用したフレームの特性を、曲線ｅは木材（松）
を充填したフレームの特性をそれぞれ示している。

【００８４】この図２６のグラフから判るように、いず
れの曲線についても、曲げ角度がある程度に達するまで
は、曲げモーメント値は曲げ角度の増加に伴って立ち上
がるように大きく上昇する。そして、曲線ａ〜ｃ及び曲
線ｅについては、それぞれある曲げ角度でピーク（極大
点）を迎え、その後は曲げ角度が増すにつれて曲げモー
メントは低下する。曲線ａ（充填材なしで鋼板フレーム
のみ）の場合、この低下度合いが特に大きい。

【００８５】これに対して、曲線ｄ（エポキシ樹脂Ｂ＋
接着剤）の場合には、曲げモーメントが大きく上昇した
後でも、曲げ角度の増加に対して曲げモーメントの落ち
込みは見られず、高い曲げモーメント値を維持してい
る。また、最大曲げモーメント値も５つの曲線のうちで
最も大きい。同じ充填材（エポキシ樹脂Ｂ）を用いた曲
線ｃと比較して、曲げ角度の増加に対する傾向及び最大
曲げモーメントの大きさの両方について、明確な差があ
る。

【００８６】すなわち、同じ充填材を用いても、この充
填材をフレームのパネル材に対して接着剤で固定するこ
とにより、フレームの曲げモーメント特性が大きく向上
することが判る。

【００８７】また、図２７は、図２６と同様の種々の充
填材を充填したフレームの最大曲げモーメント［Ｎｍ］
及びエネルギー吸収量［Ｊ］を示す棒グラフである。こ
のグラフにおいて、Ａ〜Ｅの各欄は、図２６の曲線ａ〜
ｅとそれぞれ同じフレームを示している。また、各欄に
おいて、左側の数値（白抜きの棒グラフ）がフレームの
最大曲げモーメント［Ｎｍ］を示し、右側の数値（斜線
ハッチングの棒グラフ）はフレームのエネルギー吸収量
［Ｊ］を示している。

【００８８】この図２７のグラフから良く判るように、
フレームのエネルギー吸収量は、エポキシ樹脂Ｂ＋接着
剤（Ｄ欄）を適用したものが最も大きく、同じ充填材
（エポキシ樹脂Ｂ）を用いたＣ欄のエネルギー吸収量と
比べて明確な差がある。

【００８９】すなわち、同じ充填材を用いても、この充
填材をフレームのパネル材に対して接着剤で固定するこ
とにより、フレームのエネルギー吸収特性が大きく向上
することが判る。

【００９０】図２８は、接着剤層のせん断接着強さと最
大曲げモーメントとの関係を示すグラフである。この図
２８のグラフから良く判るように、接着剤層のせん断接
着強さが大きくなるにつれて最大曲げモーメントも増加
するが、せん断接着強さが３ＭＰａ以上になると、最大
曲げモーメントの増加度合い（グラフにおける曲線の勾
配）は、それまでに比べて緩やかになる。つまり、接着
剤層のせん断接着強さが３ＭＰａ以上であれば、フレー
ムが負担できる最大曲げモーメントを非常に効果的に増
加させ、十分な曲げモーメント値を達成して高いエネル
ギー吸収能力を得ることが可能である。したがって、接
着剤層のせん断接着強さとしては、３ＭＰａ以上であれ
ばよい。また、せん断接着強さがさらに大きくなり、７
ＭＰａ以上になると最大曲げモーメントの増加度合いは
飽和する。換言すれば、せん断接着強さが７ＭＰａ以上
であれば、ほぼ最大値に近い曲げモーメント値を得るこ
とができる。よって、接着剤層のせん断接着強さが７Ｍ
Ｐａ以上であることがさらに好ましい。

【００９１】尚、上記せん断接着強さの測定は、ＪＩＳ
Ｋ６８５０の「接着剤の引張せん断接着強さ試験方
法」に基づいて行ったものであり、図２９に示すよう
に、被着材５１，５１として幅２５ｍｍ、厚さ１．６ｍ
ｍの鋼板を用い、接着部分（長さ１２．５ｍｍ）に未発
泡状態の充填材５２を挟み込んで０．５ｍｍ厚さに固定
し、クランプした状態で電着塗装等の乾燥熱を模擬した
加熱（１５０℃×３０分→１４０℃×２０分→１４０℃
×２０分）を行い、その後、発泡してはみ出した部分を
取り除いた状態で試験を行うことでせん断接着強さを測
定した（接着剤層が有る場合も無い場合も同じ）。

【００９２】次に、図３０に示す断面形状を備えた長さ
２４０ｍｍのフレーム６０の断面内の一部に充填材を充
填した場合と、全体に充填した場合とで、フレーム６０
の曲げ角度と曲げモーメントとの関係がどのようになる
かを図２４と同様の静的片持ち曲げ試験により調べた。
尚、静的荷重は、アウタパネル６２側からインナパネル
６３方向に加えた。

【００９３】具体的には、（イ）アウタパネル６２とレ
インフォースメント６４との間のみに充填材を充填した
ものと、（ロ）インナパネル６３とレインフォースメン
ト６４との間のみに充填材を充填したものと、（ハ）ア
ウタパネル６２とレインフォースメント６４との間、及
びインナパネル６３とレインフォースメント６４との間
の両方に充填材を充填したものと、（ニ）充填材を全く
充填していないものとを作製してそれらに対して試験を
行った。このとき、アウタパネル６２は厚さ０．７ｍｍ
の鋼板を、インナパネル６３は厚さ１．４ｍｍの鋼板
を、レインフォースメント６４は厚さ１．２ｍｍの鋼板
をそれぞれ使用した。また、充填材は、平均圧縮強度が
９ＭＰａで最大曲げ強度が１０ＭＰａのエポキシ樹脂
（フィラー、ゴム、硬化剤、発泡剤等を含む）を使用
し、充填材自体が１０ＭＰａのせん断接着強さを有する
ようにした。そして、シート状の未発泡状態の充填材を
１７０℃で３０分保持することでアウタパネル６２とレ
インフォースメント６４との間、及び／又はインナパネ
ル６３とレインフォースメント６４との間に完全に充填
させた。尚、充填材の充填量は、アウタパネル６２とレ
インフォースメント６４との間が１１７ｇであり、イン
ナパネル６３とレインフォースメント６４との間が４２
３ｇであった。

【００９４】上記曲げ試験の結果を図３１〜図３３に示
す。このことより、最大曲げモーメントは、充填材をフ
レーム断面内全体に充填したものが最もよいが、座屈開
始の曲げモーメントで比較すると、充填材をアウタパネ
ル６２とレインフォースメント６４との間のみに充填し
たものは、フレーム６０断面内全体に充填したものと殆
ど変わらない。したがって、充填材をアウタパネル６２
とレインフォースメント６４との間のみに充填すること
は、特にセンターピラーのように折れ曲がりを抑制する
必要があるフレームに特に有効であって、充填材の重量
当たりの曲げモーメントが非常に高くなり、充填量の観
点から最も効率が良いことが判る。

【００９５】続いて、上記フレーム６０のアウタパネル
６２とレインフォースメント６４との間のみに充填材を
充填する場合に、レインフォースメント６４の曲げ高さ
を変えることによりアウタパネル６２とレインフォース
メント６４との間の隙間量（ここでは図３０で７ｍｍの
部分のみ）を変えて、上記と同様の曲げ試験を行うこと
で、その隙間量により最大曲げモーメントがどのように
変化するかを調べた。そして、比較のために、充填材を
全く充填しない場合についても調べた。尚、アウタパネ
ル６２とレインフォースメント６４との間における左右
両側部の隙間量（図３０で５ｍｍの部分）は５ｍｍのま
まとした。

【００９６】上記試験の結果を図３４に示す。このこと
より、充填材を充填しない場合には隙間量が小さいほど
最大曲げモーメントは高くなるが、充填材を充填する場
合には、隙間量が２ｍｍよりも小さくなると、充填材を
充填しない場合と殆ど変わらず、２ｍｍ以上とすれば充
填効果が十分に得られることが判る。

【００９７】次いで、図３５（ａ）に示すように、アウ
タパネル７２とレインフォースメント７４との間のみに
充填材７１を充填したセンターピラーを作製した（実施
例１）。このとき、アウタパネル７２は厚さ０．７ｍｍ
の鋼板を、インナパネル７３は厚さ１．４ｍｍの鋼板
を、レインフォースメント７４は厚さ１．２ｍｍの鋼板
（材料がアウタパネル７２と同じであるので、強度はア
ウタパネル７２と同じであり、板厚がアウタパネル７２
よりも大きいので、剛性がアウタパネル７２よりも大き
い）をそれぞれ使用した。また、充填材７１は、平均圧
縮強度が１３．０ＭＰａで最大曲げ強度が１３．５ＭＰ
ａのエポキシ樹脂（フィラー、ゴム、硬化剤、発泡剤等
を含む）を使用し、充填材７１自体が１０．５ＭＰａの
せん断接着強さを有するようにした。そして、センター
ピラーを組み立てた後、電着塗装等の乾燥熱を模擬した
加熱（１５０℃×３０分→１４０℃×２０分→１４０℃
×２０分）を行って未発泡状態の充填材を発泡硬化させ
た。尚、充填材７１の充填量は１５０ｇであった。

【００９８】一方、比較のために、図３５（ｂ）に示す
ように、上記充填材７１を全く充填しない点以外は上記
実施例１と同じもの（比較例１）を作製すると共に、こ
の比較例１に対して充填材７１を充填しないで補強すべ
く、図３５（ｃ）に示すように、レインフォースメント
７４の厚みを１．８ｍｍにしかつ該レインフォースメン
ト７４に厚さ１．２ｍｍの鋼板からなる補強材７５を接
合したもの（比較例２）を作製した。

【００９９】そして、上記実施例１及び比較例１，２の
各センターピラーに対して上記と同様の静的片持ち曲げ
試験を行って、センターピラーの曲げ角度と曲げモーメ
ントとの関係を調べた。尚、静的荷重は、アウタパネル
７２側からインナパネル７３方向に加えた。

【０１００】上記センターピラー曲げ試験の結果を図３
６に示す。このことより、実施例１のセンターピラーは
比較例１，２よりもかなり高い曲げモーメントが得ら
れ、しかも、比較例２の補強方法よりも格段に軽量化で
きることが判る。

【０１０１】次に、上記センターピラー曲げ試験に用い
たエポキシ樹脂（平均圧縮強度１３．０ＭＰａ、最大曲
げ強度１３．５ＭＰａ、せん断接着強さ１０．５ＭＰ
ａ）からなる第１の充填材と、ゴム系の発泡材（発泡後
破断強度０．０１４ＭＰａ、破断伸び２００％、密度
０．０６ｇ／ｃｍ²）からなり、上記第１の充填材より
も発泡率が高い第２の充填材とを、上記実施形態のよう
に発泡させた。つまり、レインフォースメントに、未発
泡状態の第１及び第２の充填材を貼り付け（第２の充填
材は接着シートを有する二層構造のものを使用してその
接着シートを介して貼り付け）、センターピラーを組み
立てた後、電着塗装等の乾燥熱を模擬した加熱を行って
発泡硬化させた。これにより、第１の充填材の端部割れ
を第２の充填材で完全に覆うことができ、センターピラ
ーを振動させても第１の充填材の端部割れにより小片が
欠け落ちることはなかった。

【０１０２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の車体のフ
レーム構造及びその形成方法によると、第１の充填材の
フレーム長手方向両端側における閉断面部材で囲まれた
空間に、該第１の充填材よりも発泡率が高い第２の充填
材を、第１の充填材のフレーム長手方向両端部に当接す
るように発泡充填させたことにより、第１の充填材のフ
レーム長手方向両端部に割れが生じても、第２の充填材
によりその割れ部からのクラックの進行等を防止するこ
とができ、第１の充填材の性能を確実に維持させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るフレーム構造が適用さ
れたセンターピラーを備えた自動車車体の全体構成を示
す斜視図である。

【図２】センターピラーのベルトライン部の縦断面図で
ある。

【図３】センターピラーのベルトライン部の横断面図で
ある。

【図４】センターピラーの組立手順を示す説明図であ
る。

【図５】第１及び第２の充填材が発泡する前の状態を示
す図２相当図である。

【図６】第１充填材が発泡した後に第２の充填材を充填
用ガンにより充填している状態を示す図２相当図であ
る。

【図７】レインフォースメントの第１の充填材充填部分
に開口部が形成されている場合に、その開口部より漏れ
出した部分の割れを防止するために第２の充填材を設け
た例を示す図２相当図である。

【図８】第１及び第２の充填材が発泡する前の状態を示
す図７相当図である。

【図９】充填材の平均圧縮強度を説明するためにフレー
ムの静的圧縮荷重−変位曲線を模式的に示すグラフであ
る。

【図１０】三点曲げ試験に用いたフレームの構造を示す
断面図である。

【図１１】フレームの静的三点曲げ試験を行う試験装置
を模式的に示す説明図である。

【図１２】図１１の静的三点曲げ試験装置の要部を拡大
して示す説明図である。

【図１３】静的エネルギー吸収量を説明するためにフレ
ームの静的曲げ荷重−変位曲線を模式的に示すグラフで
ある。

【図１４】充填材質量とフレームの静的エネルギー吸収
量との関係を示すグラフである。

【図１５】充填材の平均圧縮強度とフレームの静的エネ
ルギー吸収量との関係を示すグラフである。

【図１６】充填材の最大曲げ強度とフレームの静的エネ
ルギー吸収量との関係を示すグラフである。

【図１７】図１６の要部を拡大して示すグラフである。

【図１８】充填材が充填されていない場合のフレームの
変形モードの一例を模式的に示す説明図である。

【図１９】充填材が充填されている場合のフレームの変
形モードの一例を模式的に示す説明図である。

【図２０】フレームの動的三点曲げ試験を行う試験装置
を模式的に示す説明図である。

【図２１】動的エネルギー吸収量を説明するためにフレ
ームの動的曲げ荷重−変位曲線を模式的に示すグラフで
ある。

【図２２】充填材の充填長さとフレームの動的エネルギ
ー吸収量との関係を示すグラフである。

【図２３】動的三点曲げ試験における充填長さ範囲とエ
ネルギー吸収性の向上率との関係を示すグラフである。

【図２４】フレームの静的片持ち曲げ試験を行う試験装
置を模式的に示す説明図である。

【図２５】静的片持ち曲げ試験に用いたフレームの構造
を示す断面図である。

【図２６】各種充填材が充填されたフレームの曲げ角度
と曲げモーメントとの関係を示すグラフである。

【図２７】各種充填材が充填されたフレームについての
最大曲げモーメント及びエネルギー吸収量を示すグラフ
である。

【図２８】接着剤層のせん断接着強さと最大曲げモーメ
ントとの関係を示すグラフである。

【図２９】せん断接着強さの測定方法を概略的に示す説
明図である。

【図３０】断面内の一部に充填材を充填した場合と全体
に充填した場合との比較を行うために静的片持ち曲げ試
験に用いたフレームを示す断面図である。

【図３１】断面内の一部に充填材を充填した場合と全体
に充填した場合と全く充填しない場合とにおいて、フレ
ームの曲げ角度と曲げモーメントとの関係を示すグラフ
である。

【図３２】断面内の一部に充填材を充填した場合と全体
に充填した場合と全く充填しない場合とについて、座屈
開始の曲げモーメントを比較して示すグラフである。

【図３３】断面内の一部に充填材を充填した場合と全体
に充填した場合とについて、充填材の重量当たりの曲げ
モーメントを比較して示すグラフである。

【図３４】アウタパネルとレインフォースメントとの間
のみに充填材を充填する場合に、その隙間量と最大曲げ
モーメントとの関係を示すグラフである。

【図３５】静的片持ち曲げ試験に用いたセンターピラー
の構造を示す断面図である。

【図３６】図３５の各センターピラーの曲げ角度と曲げ
モーメントとの関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１車体２センターピラー（フレーム）３ルーフサイドレール（フレーム）４サイドシル（フレーム）５フロントピラー（フレーム）６リヤピラー（フレーム）１０未発泡状態の第１の充填材１１第１の充填材１２アウタパネル（閉断面部材）（パネル材）１３インナパネル（閉断面部材）１４レインフォースメント（閉断面部材）３５未発泡状態の第２の充填材３６第２の充填材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石田恭聡広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (72)発明者山本幸男広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (72)発明者麻川元康広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内Ｆターム(参考） 3D003 AA01 AA05 BB01 CA17 CA33 CA34 CA35 CA40 3J066 AA01 AA23 BA04 BB01 BC05 BD05 BF01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フレーム断面の少なくとも一部を閉断面
状に形成する閉断面部材と、該閉断面部材で囲まれた空
間に発泡充填された第１の充填材とを備えた車体のフレ
ーム構造であって、上記第１の充填材のフレーム長手方向両端側における上
記閉断面部材で囲まれた空間に、該第１の充填材のフレ
ーム長手方向両端部に当接するように発泡充填され、第
１の充填材よりも発泡率が高い第２の充填材を備えてい
ることを特徴とする車体のフレーム構造。
【請求項２】請求項１記載の車体のフレーム構造にお
いて、第１の充填材は、平均圧縮強度が４ＭＰａ以上でかつ最
大曲げ強度が１０ＭＰａ以上に設定されたものであるこ
とを特徴とする車体のフレーム構造。
【請求項３】請求項１又は２記載の車体のフレーム構
造において、閉断面部材は、フレーム断面外側縁部を構成するパネル
材と、フレーム断面内に設けられたレインフォースメン
トとで構成されていることを特徴とする車体のフレーム
構造。
【請求項４】フレーム断面の少なくとも一部を閉断面
状に形成する複数の閉断面部材と、該閉断面部材で囲ま
れた空間に発泡充填された第１の充填材とを備えた車体
のフレーム構造の形成方法であって、上記複数の閉断面部材の１つに、未発泡状態の上記第１
の充填材をセットすると共に、該第１の充填材のフレー
ム長手方向両端側に第１の充填材よりも発泡率が高い第
２の充填材を未発泡状態でセットし、次いで、フレームを組み立てた後、上記第１及び第２の
充填材を加熱することで上記閉断面部材で囲まれた空間
に発泡充填させて、第２の充填材を第１の充填材のフレ
ーム長手方向両端部に当接させることを特徴とする車体
のフレーム構造の形成方法。
【請求項５】フレーム断面の少なくとも一部を閉断面
状に形成する複数の閉断面部材と、該閉断面部材で囲ま
れた空間に発泡充填された第１の充填材とを備えた車体
のフレーム構造の形成方法であって、上記複数の閉断面部材の１つに、未発泡状態の上記第１
の充填材をセットし、次いで、フレームを組み立てた後、上記第１の充填材を
加熱することで閉断面部材で囲まれた空間に発泡充填さ
せ、その後、上記発泡充填させた第１の充填材のフレーム長
手方向両端側に、該第１の充填材よりも発泡率が高い第
２の充填材を発泡充填させて第１の充填材のフレーム長
手方向両端部に当接させることを特徴とする車体のフレ
ーム構造の形成方法。