JP2006290154A - 車体フレーム構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 充分な溶接強度を確保しつつ、接合部全体の強度を確保可能なフレーム構造を提供することを課題とする。
【解決手段】 一対の側壁（４２，４２）（５２，５２）の開口縁部から外側に広がるフランジ部（４３，４３）（５３，５３）を備えたフロントサイドフレーム４およびフロアフレーム５を長手方向に重ね合わせて接合したサイドフレーム２と、このフロアフレーム５の長手方向に沿って前記開口縁部側に設けられ、フロアフレーム５との間に閉断面を形成するスティフナ６とを備える車体フレーム構造であって、スティフナ６は、フロントサイドフレーム４まで延び、フロントサイドフレーム４の一対の側壁４２,４２に溶接されるように構成した。
【選択図】 図３

Description

本発明は、自動車の車体フレーム構造に関するものである。

一般に、自動車の車体下部（フロアパネルの下）に設けられる下部フレームは、車体前後方向に沿って延設した一対のサイドフレームと、この一対のサイドフレームの間に車幅方向に沿って架設された複数のクロスメンバが、梯子状に組み合わされて構成されている。そして、サイドフレームは、複数のフレームから構成され、車両中央部に配設されるフロアフレームの前端に、フロントサイドフレームを接合して構成されている。このように複数のフレームを接合して構成されるサイドフレームでは、車両衝突時に車両前方から入力される荷重によってモーメントが発生した場合、フロントサイドフレームとフロアフレームの接合部から変形し、車体後退量が増加することがある。そこで、従来、フレーム間の接合部の強度を上げるため、様々な補強構造が採用されている。

例えば、フロアフレーム内にスティフナ（補強部材）を介在させ、フロアフレーム内に閉断面を形成するものがある（例えば、特許文献１，２参照）。図５は、従来例に係るフロントサイドフレームとフロアフレームの接合部を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。また、図６は、図５の変形例に係るフロントサイドフレームとフロアフレームの接合部を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図、（ｄ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。

従来のフレーム構造では、図５（ａ），（ｂ）に示すように、断面ハット状のフロントサイドフレーム１００およびフロアフレーム１０１を互いに重ね合わせ、さらに、フロアフレーム１０１上に、その間に閉断面を形成するスティフナ１０２を重ねて、その各フランジ部１００ａ，１０１ａ，１０２ａをフロアパネル１０３（図５（ｂ）参照）の下でスポット溶接によって接合している。このように閉断面を形成することで、各フランジ部１００ａ，１０１ａ，１０２ａが重なり合った接合部分の強度を高めることができる。
特開平１１−３３４６４６号公報（段落００２１、図１） 特開２０００−１４２４６２号公報（段落００１４、図１、図３）

しかしながら、前記フレーム構造では、フロントサイドフレーム１００、フロアフレーム１０１およびスティフナ１０２が既に３枚重ねとなっているため、これにフロアパネル１０３を重ねて（４枚重ねで）スポット溶接すると、充分な溶接強度が確保できないという問題があった。従って、フロアパネル１０３を搭載するには、フロアパネル１０３に穿設した穴１０３ａから各フランジ部１００ａ，１０１ａ，１０２ａをスポット溶接（３枚重ね）して（特許文献１参照）、フロアパネル１０３と各フランジ部１００ａ，１０１ａ，１０２ａとは別途異なる溶接で接合する必要があった。

また、過剰な枚数の重ね合わせを回避すべく、前記従来技術において、図６（ａ）に示すように、スティフナ１０２’をフロアフレーム１０１上で後ろ側にずらして重ねて、フロントサイドフレーム１００とフロアフレーム１０１の各フランジ部１００ａ，１０１ａが重なり合った接合部分の上には、スティフナ１０２’を配設しないようにすることも考えられるが、これによると、図６（ｃ）に示すように、（ａ）のＣ−Ｃ断面図では、フロアフレーム１０１が１枚で構成される構造となり、この部分の強度が、その他の部分（図６（ｂ），（ｄ）参照））に比べて低下するという問題があった。

また、例えば、フロアフレームの板厚を増して、フレーム自身の強度を高めることも考えられるが、これによると補強が不要な部分の板厚も増すため、その分重量が増加したり、原材料費や加工のための製造コストが上昇したりするため、好ましくない。

そこで、本発明では、前記した問題を解決し、パネルの下で充分な溶接強度を確保しつつ、フレームの強度を確保する車体フレーム構造を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る発明は、一対の側壁の開口縁部から外側に広がるフレームフランジ部を備えた第１フレームおよび第２フレームを長手方向に重ね合わせて接合したフレーム体と、前記第１フレームの長手方向に沿って前記開口縁部側に設けられ、前記第１フレームとの間に閉断面を形成する補強部材とを備える車体フレーム構造であって、前記補強部材は前記第２フレームまで延び、前記第２フレームの一対の側壁に溶接されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、補強部材が第１フレームとの間に閉断面を形成することで、第１フレームの強度が高められる。また、補強部材は、第２フレームまで延び、その一対の側壁に溶接されており、補強部材とフレーム体の溶接強度が確保される。また、補強部材を側壁に溶接し、第１フレームおよび第２フレームの各フレームフランジ部と補強部材との３枚を重ねて溶接しているわけではないので、他部品であるパネルをフレームフランジ部に合わせて溶接する場合であっても、従来のような２枚のフレームフランジ部、補強部材、パネルにおける４枚重ねのスポット溶接は回避されており、充分な溶接強度が確保される。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の車体フレーム構造において、前記補強部材は、補強フランジ部を有する断面略ハット状に形成され、前記補強フランジ部と前記第１フレームのフレームフランジ部が重ね合わされて溶接されていることを特徴とする。

請求項２に係る発明によれば、補強部材を断面略ハット状に形成し、補強フランジ部とフレームフランジ部を重ね合わせて溶接することで、充分な溶接強度が確保されている。また、補強フランジ部とフレームフランジ部とは２枚重ねであるため、さらに他部品であるパネルを重ねても３枚重ねにとどまり、補強フランジ部およびフレームフランジ部上にパネルを重ねた状態（つまり３枚重ねの状態）でスポット溶接した場合も、充分な溶接強度が確保される。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の車体フレーム構造において、前記補強部材は、前記第１フレームおよび第２フレームの前記フレームフランジ部同士が重なる部分には前記補強フランジ部が形成されていないことを特徴とする。

請求項３に係る発明によれば、補強部材は、第１フレームおよび第２フレームのフレームフランジ部同士が重なる部分には補強フランジ部が形成されず、フレームフランジ部が２枚重ねとなっているだけなので、これらのフレームフランジ部に他部品であるパネルを重ねた状態で（つまり３枚重ねの状態）スポット溶接した場合も、充分な溶接強度が確保される。

請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車体フレーム構造において、前記フレーム体は、フロアパネルの下に配設されるサイドフレームであるとともに、前記フロアパネルに溶接されていることを特徴とする。

請求項４に係る発明によれば、サイドフレームのフレームの強度が確保されるとともに、フロアパネルとの溶接強度も確保される。

本発明によれば、各フレームの補強ができるとともに、過剰枚数を重ねた状態で溶接することを回避することができるので、別部品のパネルと溶接接合する場合などでも充分な溶接強度を確保することができる。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、自動車の下部フレームの全体斜視図である。なお、本実施形態では、フレームが車体に取り付けられた状態を基準に、前後左右の方向を示す。

図１に示すように、自動車の下部フレーム１は、車体前後方向に延びる左右一対のサイドフレーム２，２と、このサイドフレーム２，２の間に車幅方向に沿って架設される複数のクロスメンバ３，３，・・・とが一体に溶接結合されて構成されている。また、この下部フレーム１の上面側にはフロアパネルＦＰ（図４参照）が接合されている。

図２（ａ）は、本実施形態に係るフロントサイドフレームとフロアフレームの接合部の側面図であり、（ｂ）は（ａ）の要部拡大部分断面図である。
サイドフレーム２（図１参照）は、複数のフレームに分割されて構成されており、図２に示すように、前側から後方下向きに延出するフロントサイドフレーム４の後端部４０の上側に、車体前後方向に延びるフロアフレーム５の前端部５０が重ねられて接合されている。また、フロアフレーム５の上面側には、このフロアフレーム５との間に閉断面を形成するスティフナ６（補強部材）が接合されている。なお、本実施形態では、サイドフレーム２が［特許請求の範囲］の「フレーム体」に、フロントサイドフレーム４が「第２フレーム」、フロアフレーム５が「第１フレーム」に相当する。

図３は、フロントサイドフレームとフロアフレームの接合部のフレーム構造を説明する図であり、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は斜視図である。また、図４は、図３（ａ）示すフレーム構造の断面図であり、（ａ）は図３（ａ）のＸ−Ｘ断面図、（ｂ）は図３（ａ）のＹ−Ｙ断面図である。
図３（ａ）に示すように、フロントサイドフレーム４の後端部４０は、底部４１と、この底部４１の幅方向両端から起立する一対の側壁４２，４２と、この側壁４２，４２の開口縁部から外側に屈曲したフランジ部４３，４３とから構成され、横断面が上向きに開口する断面略ハット状に形成されている。フロントサイドフレーム４には、架設されるフロントクロスメンバ上にエンジンユニットＥＵ（図１参照）等の重量物が搭載されるため、板厚が厚い鋼板、アルミニウム合金板などの金属板等で高強度に形成される。

また、図３（ａ）に示すように、フロアフレーム５は、前記フロントサイドフレーム４と略同一の横断面形状に形成されており、底部５１と、この底部５１の幅方向両端から起立する一対の側壁５２，５２と、この側壁５２，５２の開口縁部から外側に屈曲したフランジ部５３，５３とから、横断面が上向きに開口する断面略ハット状に形成される。フロアフレーム５は、例えば、フロントサイドフレーム４と同じ材料から形成されるが、フロントサイドフレーム４ほどの強度は不要であるため、軽量化の観点からフロントサイドフレーム４より板厚が薄い板材で形成される。そして、図３（ｂ）に示すように、フロアフレーム５は、その前端部５０をフロントサイドフレーム４の後端部４０内に挿入し、重ね合わされたフランジ部５３とフランジ部４３をスポット部Ｓ１でスポット溶接して、フロントサイドフレーム４と接合されている。なお、前端部５０におけるフランジ部５３は、その後側より板厚１枚分高く形成されており、後記するスティフナ６が重ねられたとき、そのフランジ部６３の上面と面一になるようになっている。

図３（ａ）に示すように、スティフナ６は、フロアフレーム５の補強が必要な最小限の範囲に取り付けられるもので、スティフナ本体６Ａと、このスティフナ本体６Ａから前方に向けて延設するスティフナ前部６Ｂとから構成される。スティフナ本体６Ａは、底部６１と、この底部６１の幅方向両端から起立する一対の側壁６２，６２と、この側壁６２，６２の開口縁部から外側に屈曲したフランジ部６３，６３とから構成され、横断面が上向きに開口する断面略ハット状に形成されている。底部６１は、フロアフレーム５の底部５１の深さより浅く形成される。また、側壁６２は、フロアフレーム５の側壁５２の内面と当接し、フランジ部６３は、フロアフレーム５のフランジ部５３と当接するように形成される。スティフナ前部６Ｂは、底部６１から連続して下方向に緩やかに傾斜した底部６１ａと、この底部６１ａから起立する側壁６２ａ，６２ａとから構成される。つまり、側壁６２ａ，６２ａの上縁部にはフランジ部６３が形成されておらず、フランジ部６３の前端部６３ａは、側壁６２ａ，６２ａより後端側に位置している。

図３（ｂ）に示すように、スティフナ本体６Ａは、フロアフレーム５の前端部５０から外れた位置上に載置され（図２参照）、重ね合わされたフランジ部６３とフランジ部５３をスポット部Ｓ２でスポット溶接して、フロアフレーム５と接合されている。これにより、図４（ｂ）に示すように、スティフナ本体６Ａとフロアフレーム５の間に閉断面が形成され、フロアフレーム５の強度が高められている。そして、スティフナ本体６Ａのフランジ部６３上には、仮想線で示すように、フロアパネルＦＰが接合される。

また、図３（ｂ）に示すように、スティフナ前部６Ｂは、フロアフレーム５の前端部５０側まで延び（図２参照）、互いに当接する側壁６２ａ、側壁５２をスポット部Ｓ３でスポット溶接して、フロアフレーム５およびフロントサイドフレーム４と接合されている。これにより、図４（ａ）に示すように、スティフナ前部６Ｂとフロアフレーム５の間にも閉断面が形成され、前記スティフナ本体６Ａと同様に、フロアフレーム５の強度を高めている。なお、本実施形態では、スティフナ前部６Ｂは、フロアフレーム５を介してフロントサイドフレーム４にスポット溶接したが、本発明はこれに限定されず、スティフナ前部６Ｂをフロアフレーム５の前端部５０よりさらに延ばして、直接フロントサイドフレーム４の側壁に溶接してもよい。

以上によれば、本実施形態のフレーム構造において、以下の効果を得ることができる。
本実施形態では、フロアフレーム５は、スティフナ６が接合されて閉断面を形成されているため、その強度を高めることができる。このスティフナ６は、必要最小限の範囲だけに取り付けられ、補強することができるので、強度向上を目的とした板厚増加に起因する重量化、製造コストの上昇を防止することができる。

本実施形態では、フロアフレーム５とスティフナ本体６Ａとは、そのフランジ部５３とフランジ部６３とが２枚重ねで、つまり、過剰な枚数の重ね合わせを回避して溶接されているため、充分な溶接強度を得ることができる。また、フランジ部６３上にフロアパネルＦＰを搭載して、３枚重ねでスポット溶接することも可能になる。

本実施形態では、過剰な枚数の重ね合わせを回避すべく、スティフナ本体６Ａのフランジ部６３が重ねられないフロアフレーム５の前端部５０でも、スティフナ前部６Ｂが配置されて閉断面が形成されているため、フロアフレーム５における部分的な強度低下を防止できる。これにより、車両衝突時に前方から入力された荷重による車体後退量の増加を防止することができる。

以上、本実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、適宜変更して実施することができる。

前記実施形態では、サイドフレーム２のフレーム構造として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、クロスメンバ等、車体に取り付けられるフレームすべてに適用することができる。

前記実施形態では、スティフナ前部６Ｂの底部６１ａが緩やかに傾斜して形成されるものとしたが、本発明はこれに限定されず、スポット部Ｓ３が確保される限り、底部６１側から直線状に延びて形成されるものであってもよいし、急傾斜して形成されるものであってもよい。

自動車の下部フレームの全体斜視図である。 （ａ）は、本実施形態に係るフロントサイドフレームとフロアフレームの接合部の側面図であり、（ｂ）は（ａ）の要部拡大部分断面図である。 フロントサイドフレームとフロアフレームの接合部のフレーム構造を説明する図であり、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は斜視図である。 図３（ａ）に示すフレーム構造の断面図であり、（ａ）は図３（ａ）のＸ−Ｘ断面図、（ｂ）は図３（ａ）のＹ−Ｙ断面図である。 従来例に係るフロントサイドフレームとフロアフレームの接合部を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図５の変形例に係るフロントサイドフレームとフロアフレームの接合部を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図、（ｄ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。

符号の説明

１ 下部フレーム
２ サイドフレーム
３ クロスメンバ
４ フロントサイドフレーム
５ フロアフレーム
６ スティフナ
Ｓ１ スポット部
Ｓ２ スポット部
Ｓ３ スポット部
４１ 底部
４２ 側壁
４３ フランジ部
５０ 前端部
５１ 底部
５２ 側壁
５３ フランジ部
６１ 底部
６１ａ 底部
６２ 側壁
６２ａ 側壁
６３ フランジ部

Claims (4)

1. 一対の側壁の開口縁部から外側に広がるフレームフランジ部を備えた第１フレームおよび第２フレームを長手方向に重ね合わせて接合したフレーム体と、
   前記第１フレームの長手方向に沿って前記開口縁部側に設けられ、前記第１フレームとの間に閉断面を形成する補強部材とを備える車体フレーム構造であって、
   前記補強部材は前記第２フレームまで延び、前記第２フレームの一対の側壁に溶接されていることを特徴とする車体フレーム構造。
2. 前記補強部材は、補強フランジ部を有する断面略ハット状に形成され、前記補強フランジ部と前記第１フレームのフレームフランジ部が重ね合わされて溶接されていることを特徴とする請求項１に記載の車体フレーム構造。
3. 前記補強部材は、前記第１フレームおよび第２フレームの前記フレームフランジ部同士が重なる部分には前記補強フランジ部が形成されていないことを特徴とする請求項２に記載の車体フレーム構造。
4. 前記フレーム体は、フロアパネルの下に配設されるサイドフレームであるとともに、前記フロアパネルに溶接されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車体フレーム構造。
   

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