JP2001048055A - 車体のフレーム構造及びその形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 充填材１１が充填されたセンターピラー２に
おいて、未発泡状態の充填材１０の保持を確実に行える
ようにすると共に、充填材１０を保持する部分に、充填
材保持機能だけでなく品質や性能等を向上させる機能を
付加する。 【解決手段】 充填材１１の発泡充填空間を形成する閉
断面部材としてのレインフォースメント１４に、フレー
ム長手方向に略沿った複数のビード１４ｂ，１４ｂ，…
を形成し、この各ビード１４ｂ内を含む発泡充填空間
に、充填材１１を発泡充填させる。

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を備え、該閉断面
部材で囲まれた空間に充填材の発泡充填空間が形成され
たものが知られている。

【０００３】そして、上記のように発泡充填空間を形成
する場合、例えば特開平６−１５６３１７号公報に示さ
れているように、センターピラーにおいて閉断面部材と
してのインナパネルとレインフォースメントとにより充
填材の発泡充填空間を画成し、この発泡充填空間内の断
面略中央にブラケットを設け、このブラケットに未発泡
状態の充填材を閉断面部材から浮かせてセットすること
で、電着塗装時の塗料の付き回り性を向上させるように
することが提案されている。

【０００４】また、例えば特公平１−５６９４５号公報
に示されているように、閉断面部材としてのインナパネ
ルとアウタパネルとにより充填材の発泡充填空間を画成
し、このインナパネルに、フレーム断面内に突出して断
面積を縮小する縮小部を設け、この縮小部の上側に未発
泡状態の充填材をセットすることで、電着液の流下中に
充填材が流出するのを防止するようにすることが提案さ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記前者の提
案例（特開平６−１５６３１７号公報）のものでは、充
填材を確実に保持できるものの、ブラケットへの充填材
のセットが困難であるという問題がある。また、そのブ
ラケットは単に充填材を保持する機能しか有していない
ため、そのようなブラケットを設けるのはコストパフォ
ーマンスが低く、改良の余地がある。

【０００６】一方、上記後者の提案例（特公平１−５６
９４５号公報）のものでは、充填材を確実に保持でき、
しかも、充填材のセットは容易であるものの、上記前者
の提案例と同様に、縮小部は単に充填材を上下方向に保
持する機能しか有してないため、改良の余地がある。

【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、上記のように充填材を
設けた車体のフレーム構造に対して、その充填材の未発
泡状態での保持を確実に行えるようにすると共に、充填
材を保持する部分に、充填材保持機能だけでなく品質や
性能等を向上させる機能を付加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、請求項１の発明では、閉断面部材に、フレーム長
手方向に略沿ったビードを形成するようにした。

【０００９】具体的には、この発明では、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を備
え、該閉断面部材で囲まれた空間に充填材の発泡充填空
間が形成された車体のフレーム構造を対象とする。

【００１０】そして、上記閉断面部材に、フレーム長手
方向に略沿ったビードが形成され、上記ビード内を含む
発泡充填空間に、上記充填材が発泡充填されているもの
とする。

【００１１】上記の構成により、未発泡状態の充填材を
ビードが形成された部分に保持することができる。つま
り、充填材をビード内にある程度押し込むだけで確実に
保持することができ、充填材が発泡するまでの間にずれ
たり脱落したりするのを防止することができる。そし
て、充填材を発泡させれば充填材がビード内に完全に発
泡充填され、このビードにより充填材と閉断面部材とを
強固に接合することができる。しかも、ビードにより、
閉断面部材の剛性を向上させることができる。よって、
閉断面部材にビードを形成するだけで、未発泡状態の充
填材の確実な保持とフレーム強度アップとを行うことが
できる。

【００１２】請求項２の発明では、略上下方向に延びる
フレームの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を上下方向
に画成する上側及び下側画成部材とを備え、該上側及び
下側画成部材間における上記閉断面部材で囲まれた空間
に充填材の発泡充填空間が形成された車体のフレーム構
造を対象とする。

【００１３】そして、上記上側及び下側画成部材は共
に、上記発泡充填空間の上下方向外側の空間と連通しか
つ少なくとも一部に上記充填材が発泡充填された開放部
を有し、上記下側画成部材は、上記充填材を未発泡状態
のときに上下方向に保持し得るように構成されているも
のとする。

【００１４】このことで、下側画成部材により未発泡状
態の充填材の脱落を防止することができる。そして、充
填材を、発泡充填空間と上側及び下側画成部材の開放部
の少なくとも一部とに発泡充填させるようにする。この
とき、充填材は、開放部の抵抗が大きいので、最初に発
泡充填空間に発泡充填された後、余った残り分が開放部
に発泡充填される。この結果、充填材量がばらついても
発泡充填空間における充填材の発泡率ばらつきを低減さ
せることができる。しかも、充填材の上下両端部が開放
部により拘束されるので、上下両端部がフリー状態で発
泡するのとは異なり、発泡後にその両端部に割れが生じ
るのを防止することができる。よって、上側及び下側画
成部材を設けるだけで、未発泡状態の充填材の保持を行
うことができると共に、均一に発泡充填させることがで
き、しかも、充填材の上下両端部の割れによる強度等の
性能低下を防止することができる。

【００１５】請求項３の発明では、請求項１又は２の発
明において、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。

【００１６】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。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０〜８ｍｍの範囲
での平均強度をいう。

【００１７】請求項４の発明では、請求項１、２又は３
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。

【００１８】こうすることで、特に請求項３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。

【００１９】請求項５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を備
え、該閉断面部材で囲まれた空間に充填材の発泡充填空
間が形成され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。

【００２０】そして、この発明では、予め上記複数の閉
断面部材の少なくとも１つに、フレーム長手方向に略沿
ったビードを形成しておき、上記ビードを形成した１つ
の閉断面部材に、未発泡状態の上記充填材を該ビード内
の深さ方向中間部まで押し込むことによりセットし、次
いで、フレームを組み立てた後、電着塗装を行い、その
後、上記充填材を電着塗装の乾燥熱により加熱すること
でビード内を含む発泡充填空間に発泡充填させるように
する。

【００２１】この発明により、請求項１の発明と同様の
作用効果が得られると共に、閉断面部材に未発泡状態の
充填材をセットする際、充填材をビード内に完全に押し
込んではいないので、ビード底部に隙間が形成されてい
るため、電着塗装を行うときにこの隙間が電着液の通路
となり、電着液の付き回り性や排出性を良好にして、液
溜りが生じるのを防止することができる。この結果、液
溜りによるむらに起因する電着層の剥離を防止すること
ができ、耐食性の低下を抑えることができる。また、充
填材を電着塗装の乾燥熱により発泡させるので、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。

【００２２】請求項６の発明では、略上下方向に延びる
フレームの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を上下方向
に画成する上側及び下側画成部材とを備え、該上側及び
下側画成部材間における上記閉断面部材で囲まれた空間
に充填材の発泡充填空間が形成された車体のフレーム構
造の形成方法を対象とする。

【００２３】そして、予め上記複数の閉断面部材の１つ
に、上記上側及び下側画成部材を共に、フレームを組み
立てたときに上記発泡充填空間の上下方向外側の空間と
連通する開放部を形成した状態で設けておき、上記上側
及び下側画成部材を設けた閉断面部材における該下側画
成部材の上側位置に、未発泡状態の上記充填材を下側画
成部材により上下方向に保持した状態でセットし、次い
で、フレームを組み立てた後、上記充填材を加熱するこ
とで上記発泡充填空間と上記上側及び下側画成部材の各
開放部の少なくとも一部とに発泡充填させるようにす
る。

【００２４】このことにより、請求項２の発明と同様の
作用効果が得られると共に、充填材の閉断面部材へのセ
ットを容易に行うことができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】（実施形態１）図１は、本発明の
実施形態１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、後述の如く充
填材１１（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。

【００２６】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。

【００２７】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充填材１１が発
泡充填された発泡充填空間が形成されている。つまり、
この充填材１１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。上記充填材
１１の平均圧縮強度は４ＭＰａ以上（好ましくは５ＭＰ
ａ以上）に設定されていると共に、最大曲げ強度は１０
ＭＰａ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、充填材
１１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６
０ＭＰａ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、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１４参照）。

【００２８】そして、上記レインフォースメント１４の
少なくとも充填材１１充填部分には、センターピラー２
長手方向に略沿った断面略矩形状の複数のビード１４
ｂ，１４ｂ，…が形成されて、上記発泡充填空間は該各
ビード１４ｂの分だけ大きくなり、そのビード１４ｂ内
を含む発泡充填空間に、上記充填材１１が発泡充填され
ている。

【００２９】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充填材１０を貼り
付けてセットする。このとき、充填材１０の各ビード１
４ｂに対応する部分を該各ビード１４ｂ内の深さ方向中
間部まで押し込むことで充填材１０をセットする。この
ことにより、充填材１０がレインフォースメント１４に
確実に保持され、発泡するまでの間にずれたり脱落した
りするのを防止することができる。

【００３０】その後、図４（ｂ）に示すように、上記充
填材１０を貼り付けたレインフォースメント１４をアウ
タパネル１２にセットし、両者のフランジ部１２ａ，１
４ａ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１
３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。

【００３１】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う。
このとき、上記各ビード１４ｂの底部には隙間が形成さ
れているため、電着塗装を行うときにこの隙間が電着液
の通路となり、電着液の付き回り性や排出性を良好にし
て、液溜りが生じるのを防止することができる。この結
果、液溜りによるむらに起因する電着層の剥離を防止す
ることができ、耐食性の低下を抑えることができる。

【００３２】その後、１８０℃雰囲気中に３５分間投入
して上記電着塗装の乾燥を行う（センターピラー２の最
低温度は１５０℃程度になる）。そして、車体シーラを
塗布し、１４０℃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１４０℃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４
０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、上記充填材１０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充填材１０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
乾燥工程で上記充填材１０の発泡が完了すると共に半分
程度が硬化し、中塗塗装及び上塗塗装の乾燥工程で残り
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の温度が低過ぎて充填材１０は殆ど硬化しない）。

【００３３】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１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、その充填材１１の平均圧縮強度が４ＭＰａ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、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、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。

【００３４】そして、レインフォースメント１４にセン
ターピラー２長手方向に略沿った複数のビード１４ｂ，
１４ｂ，…が形成されているので、未発泡状態の充填材
１０の保持と電着塗装とを良好に行え、しかも、レイン
フォースメント１４の剛性を向上させることができる。

【００３５】ここで、上記実施形態１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。したがっ
て、上記のようなビード１４ｂをレインフォースメント
１４に形成すれば、アウタパネル１２と同等以上の剛性
が容易に得られ、アウタパネル１２のベルトライン部の
断面内側への進入を有効に抑制することができる。

【００３６】また、上記充填材１１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３ｍｍ以上）に設定する
ことが望ましい。これは、充填材１１を充填しない場合
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、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、
充填材１１の充填効果が低くて充填材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。

【００３７】さらに、上記アウタパネル１２と充填材１
１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１
４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、充填材１１自体が、アウタパネル１２に対して３Ｍ
Ｐａ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と充填材
１１との間だけでなく、インナパネル１３と充填材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。

【００３８】加えて、上記充填材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、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。

【００３９】尚、上記実施形態１では、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。

【００４０】また、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
１４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。

【００４１】さらに、上記実施形態１では、断面略矩形
状の複数のビード１４ｂ，１４ｂ，…を形成したが、例
えば図５に示すように、各ビード１４ｂを断面略三角形
状に形成してもよく、図６に示すように、１つのビード
１４ｂを形成するだけでもよい。

【００４２】加えて、上記実施形態１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、フレーム断面の少なくとも一部を閉断面状に
形成しかつ内部に発泡充填空間を形成する複数の閉断面
部材の少なくとも１つにビードを形成しおき、そのビー
ドを形成した１つの閉断面部材に未発泡状態の充填材１
０をセットするようにすればよい。

【００４３】（実施形態２）図７は本発明の実施形態２
を示し（尚、以下の実施形態では、図２及び図３と同じ
部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省略
する）、アウタパネル１２とレインフォースメント１４
との間の空間を上下方向に画成する上側及び下側画成部
材３１，３２を設け、この上側及び下側画成部材３１，
３２間におけるアウタパネル１２とレインフォースメン
ト１４と間に、充填材１１の発泡充填空間を形成するよ
うにしたものである。尚、レインフォースメント１４に
は、上記実施形態１のようにビード１４ｂは形成されて
いない。

【００４４】すなわち、この実施形態２では、上記上側
及び下側画成部材３１，３２は共に、レインフォースメ
ント１４にプレスによりアウタパネル１２側に突出する
ように一体形成されていて、その各先端部には、上記発
泡充填空間の上下方向外側の空間と連通しかつ少なくと
も一部に上記充填材１１が発泡充填された開放部３１
ａ，３２ａを有している。また、上記下側画成部材３２
は、レインフォースメント１４からアウタパネル１２側
に突出していることで、図８に示すように、充填材１０
をレインフォースメント１４にセットしたときに充填材
１０を上下方向に保持し得るように構成されている。

【００４５】したがって、上記実施形態２では、レイン
フォースメント１４において一体形成した下側画成部材
３２の上側位置に、未発泡状態の充填材１０を下側画成
部材３２により上下方向に保持した状態でセットしてセ
ンターピラー２を組み立てれば、上記実施形態１と同様
に、電着塗装時等において充填材１０が発泡充填空間か
ら下側に脱落するのを防止することができる。そして、
充填材１０は、上側及び下側画成部材３１，３２の各開
放部３１ａ，３２ａの抵抗が大きいので、発泡時におい
て最初に発泡充填空間に発泡充填され、その後に余った
残り分が各開放部３１ａ，３２ａの少なくとも一部に発
泡充填される。この結果、各開放部３１ａ，３２ａの上
下方向長さや隙間量を調整することで、充填材１０のセ
ット量がばらついても発泡充填空間における充填材１１
の発泡率ばらつきを低減させることができる。しかも、
充填材１０の上下両端部が発泡時に各開放部３１ａ，３
２ａにより拘束されるので、充填材１０の上下両端部が
上記実施形態１のようにフリー状態で発泡するのとは異
なり、発泡後にその上下両端部に割れが生じるのを防止
することができる。よって、上側及び下側画成部材３
１，３２を設けるだけで、充填材１０の保持と均一発泡
充填とを行うことができると共に、上下両端部の割れに
よる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。

【００４６】また、上側及び下側画成部材３１，３２は
共にレインフォースメント１４に一体形成されているの
で、別途に新たな部材を設けることなく簡単な構成で上
側及び下側画成部材３１，３２を設けることができる。

【００４７】ここで、上記実施形態２においては、上側
及び下側画成部材３１，３２の各開放部３１ａ，３２ａ
における隙間量（アウタパネル１２と上側及び下側画成
部材３１，３２の各先端部との間の距離）を、充填材１
１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との間の隙間量よりも小さくかつ５ｍｍ以下
であることが望ましい。これは、上記各開放部３１ａ，
３２ａにおける隙間量が５ｍｍよりも大きいと、充填材
１１の発泡率ばらつきの低減効果とその上下両端部の割
れ抑制の効果とが十分に得られなくなるからである。

【００４８】尚、上記実施形態２では、上側及び下側画
成部材３１，３２をレインフォースメント１４に一体形
成したが、別部材で形成するようにしてもよい。例えば
図９に示すように、鋼板等からなる上側及び下側画成部
材３１，３２をレインフォースメント１４に溶接して接
合するようにしてもよい。また、板状の樹脂からなる上
側及び下側画成部材３１，３２を、レインフォースメン
ト１４に接着するようにしてもよく、図１０に示すよう
に、板状の樹脂からなる上側及び下側画成部材３１，３
２のレインフォースメント１４側面に凸部３１ｂ，３２
ｂを形成しておき、その各凸部３１ｂ，３２ｂをレイン
フォースメント１４に設けた嵌合孔１４ｃ，１４ｃにそ
れぞれ嵌め込むようにしてもよい。

【００４９】さらに、図１１及び図１２に示すように、
上側及び下側画成部材３１，３２を共に、板厚がかなり
小さい１つの鋼板等をプレス成形することにより、レイ
ンフォースメントに取付固定された固定部３１ｃ，３２
ｃと、該固定部３１ｃ，３２ｃの一端部に接続されかつ
該接続部からアウタパネル１２側に向かって斜めに（上
側画成部材３１は上側に、下側画成部材３２は下側に）
延びる片持ちはり状の可撓部３１ｄ，３２ｄ（先端部に
開放部３１ａ，３２ａを有する）とで構成し、上記可撓
部３１ｄ，３２ｄの弾性復元力を調整することで、充填
材１０が発泡するときにその上下両端部の拘束を行って
割れを抑制したり、発泡率ばらつきを低減したりするこ
とができる。

【００５０】また、図１３に示すように、図１１及び図
１２のものよりも板厚を大きくして撓み難くすると共
に、可撓部３１ｄ，３２ｄの先端部を、上側画成部材３
１は上側に、下側画成部材３２は下側にそれぞれ折り曲
げることでアウタパネル１２と略平行にしてこの略平行
部分に開放部３１ａ，３２ａを形成し、上記実施形態２
のようにこの各開放部３１ａ，３２ａの上下方向長さや
隙間量を調整すれば、発泡率ばらつきを低減したり、割
れの発生を抑制したりすることができる。

【００５１】さらにまた、上側及び下側画成部材３１，
３２の各開放部３１ａ，３２ａは、該上側及び下側画成
部材３１，３２を貫通する孔状のものであってもよい。

【００５２】加えて、上記実施形態２においては、ピラ
ー部材のように略上下方向に延びるフレームに適用する
ことができ、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しかつ内部に発泡充填空
間を形成する複数の閉断面部材の少なくとも１つに上側
及び下側画成部材３１，３２を設けておき、その閉断面
部材における下側画成部材３２の上側位置に、未発泡状
態の充填材１０を下側画成部材３２により上下方向に保
持した状態でセットするようにすればよい。

【００５３】

【実施例】次に、具体的に実施した実施例について説明
する。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】尚、上記レインフォースメントの密度は、
後述する図１５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。

【００５７】

【表１】

【００５８】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１４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。

【００５９】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。

【００６０】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。

【００６１】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。

【００６２】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。

【００６３】上記鋼板を用いて、図１５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。

【００６４】尚、図１５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。

【００６５】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。

【００６６】先ず、フレームの静的三点曲げ試験を実施
した。図１６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１７
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。

【００６７】図１５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１８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。

【００６８】上記試験結果を図１９〜図２２のグラフに
示す。先ず、図１９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１９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。

【００６９】このグラフ（図１９）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。

【００７０】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。

【００７１】また、図２０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２０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。

【００７２】この図２０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。

【００７３】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。

【００７４】さらに、図２１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
２２は、図２１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２１及び図２２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。

【００７５】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２２参照）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。

【００７６】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。

【００７７】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２３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２４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。

【００７８】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。

【００７９】また、図１９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。

【００８０】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。

【００８１】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２０参照）。

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】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２１及び図２２参照）。

【００８５】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。

【００８６】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。

【００８７】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２５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１５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２６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。

【００８８】図２７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２７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。

【００８９】このグラフ（図２７）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。

【００９０】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。

【００９１】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。

【００９２】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。

【００９３】図２８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２８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。

【００９４】このグラフ（図２８）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。

【００９５】図２９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３０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。

【００９６】図３１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。

【００９７】この図３１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。

【００９８】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。

【００９９】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。

【０１００】また、図３２は、図３１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３１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。

【０１０１】この図３２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。

【０１０２】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。

【０１０３】図３３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
３３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。

【０１０４】尚、上記せん断接着強さの測定は、ＪＩＳ
Ｋ ６８５０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３４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）。

【０１０５】次に、図３５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２９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。

【０１０６】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。

【０１０７】上記曲げ試験の結果を図３６〜図３８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。

【０１０８】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３５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３５で５ｍｍの部分）は５ｍｍのま
まとした。

【０１０９】上記試験の結果を図３９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。

【０１１０】次いで、図４０（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。

【０１１１】一方、比較のために、図４０（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４０（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。

【０１１２】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。

【０１１３】上記センターピラー曲げ試験の結果を図４
１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。

【０１１４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の車体のフ
レーム構造によると、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に、フレーム長手方向に
略沿ったビードを形成し、このビード内を含む発泡充填
空間に充填材を発泡充填させるようにしたことにより、
未発泡状態の充填材の保持を良好に行いつつ、フレーム
の強度アップを図ることができる。

【０１１５】また、閉断面部材で囲まれた空間を上下方
向に画成する上側及び下側画成部材を備え、該上側及び
下側画成部材間における上記閉断面部材で囲まれた空間
に充填材の発泡充填空間が形成された車体のフレーム構
造に対して、上側及び下側画成部材は共に、上記発泡充
填空間の上下方向外側の空間と連通しかつ少なくとも一
部に上記充填材が発泡充填された開放部を有するものと
し、下側画成部材を、上記充填材を未発泡状態のときに
上下方向に保持し得るように構成したことにより、未発
泡状態の充填材の保持を良好に行いつつ、発泡率ばらつ
きの低減化と充填材の上下両端部における割れの抑制化
とを図ることができる。

【０１１６】そして、本発明の車体のフレーム構造の形
成方法によると、予め複数の閉断面部材の少なくとも１
つに、フレーム長手方向に略沿ったビードを形成してお
き、このビードを形成した１つの閉断面部材に、未発泡
状態の上記充填材を該ビード内の深さ方向中間部まで押
し込むことによりセットし、次いで、フレームを組み立
てた後、電着塗装を行い、その後、上記充填材を電着塗
装等の乾燥熱により加熱することでビード内を含む発泡
充填空間に発泡充填させるようにしたことにより、未発
泡状態の充填材の確実な保持とフレーム強度アップとを
行うことができると共に、電着液の付き回り性や排出性
を良好にして電着層の剥離を防止することができ、しか
も、発泡工程を別途に設ける必要がなくて生産性の向上
化を図ることができる。

【０１１７】また、予め複数の閉断面部材の１つに、上
側及び下側画成部材を共に、フレームを組み立てたとき
に発泡充填空間の上下方向外側の空間と連通する開放部
を形成した状態で設けておき、上記上側及び下側画成部
材を設けた閉断面部材における該下側画成部材の上側位
置に、未発泡状態の上記充填材を下側画成部材により上
下方向に保持した状態でセットし、次いで、フレームを
組み立てた後、上記充填材を加熱することで上記発泡充
填空間と上記上側及び下側画成部材の各開放部の少なく
とも一部とに発泡充填させるようにしたことにより、未
発泡状態の充填材の保持と発泡後における充填材の品質
の向上化とを行うことができると共に、充填材の閉断面
部材へのセットを容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１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】ビードの他の形態を示す図３相当図である。

【図６】ビードのさらに他の形態を示す図３相当図であ
る。

【図７】実施形態２を示す図２相当図である。

【図８】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】上側及び下側画成部材の他の形態を示す図７相
当図である。

【図１０】上側及び下側画成部材のさらに他の形態を示
す図７相当図である。

【図１１】上側及び下側画成部材のさらに他の形態を示
す図７相当図である。

【図１２】上側及び下側画成部材のさらに他の形態を示
す図７相当図である。

【図１３】上側及び下側画成部材のさらに他の形態を示
す図７相当図である。

【図１４】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１５】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１６】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１７】図１６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１８】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１９】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２０】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２１】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２２】図２１の要部を拡大して示すグラフである。

【図２３】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２４】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２５】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２６】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２７】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２８】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２９】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３０】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３１】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３２】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３３】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３４】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３５】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３６】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３７】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３８】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３９】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４０】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４１】図４０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 未発泡状態の充填材 １１ 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） １４ｂ ビード ３１ 上側画成部材 ３１ａ 開放部 ３２ 下側画成部材 ３２ａ 開放部

───────────────────────────────────────────────────── 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 AA04 AA06 AA07 BB01 CA34 3D114 AA03 BA01 CA05 CA10

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【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を備え、該閉断面部材で囲まれ
   た空間に充填材の発泡充填空間が形成された車体のフレ
   ーム構造であって、 上記閉断面部材に、フレーム長手方向に略沿ったビード
   が形成され、 上記ビード内を含む発泡充填空間に、上記充填材が発泡
   充填されていることを特徴とする車体のフレーム構造。
2. 【請求項２】 略上下方向に延びるフレームの断面の少
   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を上下方向に画成する上側及び
   下側画成部材とを備え、該上側及び下側画成部材間にお
   ける上記閉断面部材で囲まれた空間に充填材の発泡充填
   空間が形成された車体のフレーム構造であって、 上記上側及び下側画成部材は共に、上記発泡充填空間の
   上下方向外側の空間と連通しかつ少なくとも一部に上記
   充填材が発泡充填された開放部を有し、 上記下側画成部材は、上記充填材を未発泡状態のときに
   上下方向に保持し得るように構成されていることを特徴
   とする車体のフレーム構造。
3. 【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、 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。
4. 【請求項４】 請求項１、２又は３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。
5. 【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を備え、該閉断面部材で
   囲まれた空間に充填材の発泡充填空間が形成された車体
   のフレーム構造の形成方法であって、 予め上記複数の閉断面部材の少なくとも１つに、フレー
   ム長手方向に略沿ったビードを形成しておき、 上記ビードを形成した１つの閉断面部材に、未発泡状態
   の上記充填材を該ビード内の深さ方向中間部まで押し込
   むことによりセットし、 次いで、フレームを組み立てた後、電着塗装を行い、 その後、上記充填材を電着塗装の乾燥熱により加熱する
   ことでビード内を含む発泡充填空間に発泡充填させるこ
   とを特徴とする車体のフレーム構造の形成方法。
6. 【請求項６】 略上下方向に延びるフレームの断面の少
   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を上下方向に画成する上側及び
   下側画成部材とを備え、該上側及び下側画成部材間にお
   ける上記閉断面部材で囲まれた空間に充填材の発泡充填
   空間が形成された車体のフレーム構造の形成方法であっ
   て、 予め上記複数の閉断面部材の１つに、上記上側及び下側
   画成部材を共に、フレームを組み立てたときに上記発泡
   充填空間の上下方向外側の空間と連通する開放部を形成
   した状態で設けておき、 上記上側及び下側画成部材を設けた閉断面部材における
   該下側画成部材の上側位置に、未発泡状態の上記充填材
   を下側画成部材により上下方向に保持した状態でセット
   し、 次いで、フレームを組み立てた後、上記充填材を加熱す
   ることで上記発泡充填空間と上記上側及び下側画成部材
   の各開放部の少なくとも一部とに発泡充填させることを
   特徴とする車体のフレーム構造の形成方法。