JP2015131592A - 車輌用クロスメンバの補強構造 - Google Patents

Abstract

【課題】排気管を配管するために一部を干渉回避構造としたことによる、剛性低下を防止するようにした、車輌用クロスメンバの補強構造を提供する。
【解決手段】車輌前部において車輌幅方向に配置され、上面にステアリングギヤボックス３がマウント部３ａ、３ａを介して取り付けられ、下面に車輌前後方向に配置される排気管が通過するための干渉回避凹部８が形成された車輌用クロスメンバの補強構造に関する。マウント部３ａ、３ａは、ステアリングギヤボックス３の車輌幅方向に離間した２箇所に設けられる。干渉回避凹部８は、マウント部３ａ、３ａより車輌幅方向の内側に形成される。マウント部３ａ、３ａ間は、ステアリングギヤボックス３をマウント部３ａ、３ａを介して取り付けるボルト１３によって共締めされて補強ステー９が架設される。
【選択図】図４

Description

本発明は車輌用クロスメンバに関し、特に、排気管を配管するために一部を干渉回避構造としたことによる、剛性低下を防止するようにした、車輌用クロスメンバの補強構造に関するものである。

車輌のエンジンルームの下方に配置されるクロスメンバは、左右のサスペンションアームを上下に揺動可能に支持するとともに、エンジンルームの左右両側に車輌前後方向に沿って配置された一対のエプロンサイドメンバを連結して車体の剛性を高めるための部材である。

ところで、エンジンから車輌後方へと延びる排気管がクロスメンバの下方を通過する場合、車輌の最低地上高を確保するために、クロスメンバを上方へ屈曲させ、その屈曲部に排気管を通して両者の干渉を防ぐようにしている。

ところが、上述のようにクロスメンバを上方へ屈曲させると、該クロスメンバの剛性が低下し、車体全体の剛性も低下して車輌の走行安定性の確保が困難となるという問題が発生する。
また、近年、軽量化や生産性向上等の目的のためにクロスメンバを軽量な高張力鋼板で鋳造（ダイキャスト等）によって一体成形することも行われている（例えば、特許文献１参照）。

かかる特許文献１では、車輌用クロスメンバの前壁に形成された干渉回避凹部を略半円形としたため、該干渉回避凹部の周縁における応力集中を回避することができる。また、干渉回避凹部の周縁に沿う上下方向の補強リブを前壁に略平行に形成したため、この補強リブによって干渉回避凹部の周縁の剛性が高められ、排気管を通すための干渉回避凹部を車輌用クロスメンバに形成したことによる剛性の低下を抑えることができ、車輌の走行安定性の向上を図ることができる。また、クロスメンバの干渉回避凹部は排気管の上方に設けられるために排気管からの熱を受けるが、補強リブによって放熱面積が増えるために干渉回避凹部の周縁の過熱が抑えられる、としている。

一方、特許文献２では、自動車のフロントアンダーボディー構造において、クロスメンバの中央部を上方に湾曲した上部と、直線的に連結した下部で構成し、下部に上記センタメンバを結合するとともにクロスメンバの上部と下部間の貫通穴にエキゾーストパイプ等を挿通したことが記載されている。

これにより、前方、あるいは横方向からの衝撃荷重に対する剛性を向上することができる。しかも、クロスメンバの上部と下部間の貫通穴にエキゾーストパイプ等を挿通するので、エキゾーストパイプに対する保護を図ることができるとしている。

特開２０１２−８１８８２号公報 実用新案登録第２５３８６４２号公報

しかしながら、特許文献１において提案されているように干渉回避凹部を略半円形とし、干渉回避凹部の周縁に沿う上下方向の補強リブを前壁に略平行に形成したため、この補強リブによって干渉回避凹部の周縁の剛性が高められるとしても、部品点数と組付工数が増加してコストアップを招くという問題がある。
また、特許文献２に記載されているような自動車のフロントアンダーボディー構造ではクロスメンバの中央部を上方に湾曲した上部と、直線的に連結した下部で構成したことにより、構造が複雑化し、製造コスト上も不利である。
本発明は以上のような背景から提案されたものであって、例え、クロスメンバに排気管を通すための干渉回避部を設けたとしたとしても、簡単な構成で、剛性の確保を可能とした、車輌用クロスメンバの補強構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、車輌前部において車輌幅方向に配置され、上面にステアリングギヤボックスがマウント部を介して取り付けられ、下面に車輌前後方向に配置される排気管が通過するための干渉回避凹部が形成された車輌用クロスメンバの補強構造であって、マウント部を、ステアリングギヤボックスの車輌幅方向に離間した２箇所に設け、干渉回避凹部をマウント部より車輌幅方向の内側に形成し、マウント部の上部に、マウント部間を連結する補強ステーを架設したことを特徴とする。

これにより、車輪、サスペンション機構からの反力によって、クロスメンバに及ぼされる上下方向への荷重（曲げモーメント）をクロスメンバと補強ステーが一体となって受けることができるので、クロスメンバの曲げ変形を抑制することができ、干渉回避凹部に応力が集中することも抑制することができる。
したがって、車輌前後方向に配置される排気管が通過するための干渉回避凹部が形成されたとしても、実質的に荷重を受ける断面が広がることとなり、簡単な構成でコストや重量を大幅に増やすことなく、剛性低下を抑制することができる。

発明によれば、クロスメンバの上壁部に装着されるステアリングギヤボックスのマウント部間を車輌幅方向に架設された補強ステーが、クロスメンバと一体となって上下方向での荷重（曲げモーメント）を受けることができるので、クロスメンバの曲げ変形を抑制することができ、干渉回避凹部へ応力が集中することも抑制できる。したがって、車輌前後方向に配置される排気管が通過するための干渉回避凹部が形成されたとしても、実質的に荷重（曲げモーメント）を受ける断面が広がることとなり、剛性低下を抑制することができる。
また、ステアリングギヤボックスのマウント部と補強ステーと、クロスメンバの上壁部と下壁部とを連結するパイプナットとをボルトで連結することにより、ステアリングギヤボックスとを含めて、実質的に一体化された構造とされるので、より一層、クロスメンバの剛性の向上につながる。したがって、クロスメンバに排気管を通すための干渉回避凹部を設けたとしたとしても、コストや重量の増加を抑えた簡単な構成でクロスメンバの剛性を確保することができる。

車輌の車体前部構造を示す上面図である。 図１の車体前部構造の底面図である。 本発明にかかるクロスメンバの一実施形態を示す、外観斜視図である。 図３に示すクロスメンバの要部断面説明図である。 本発明にかかるクロスメンバの別の実施形態を示す、クロスメンバの要部断面説明図である。

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１に、本発明にかかる車輌用クロスメンバが用いられた車輌前部構造の要部を示す。
図１、図２に示すように、車輌前部側に配置されたエンジンユニットＥ.Ｕと変速機ユニットＴ.Ｍの、車輌後方直後に車輌幅方向に配置したクロスメンバ１が設けられている。また、クロスメンバ１上には、エンジンユニットＥ.Ｕを横切るように車軸ユニット２と、さらに車輌後方には、ステアリングギヤボックス３が、車輌幅方向に配設されている。
そして、クロスメンバ１の下面には、エンジンユニットＥ.Ｕにおける各シリンダからの排気を合流させるエキゾーストマニホールド（図示省略）を介し排出される排気を通過させる排気管４が、車輌後方に向かって配管されている。

そこで、クロスメンバ１の構成について詳細に説明する。
図３、図４に示すように、クロスメンバ１は、下壁部を構成するロアフレーム５と上壁部を構成するアッパーフレーム６を有し、これらロアフレーム５とアッパーフレーム６とが塑性加工されて一体的に接合されて車輌幅方向に配置されている。すなわち、クロスメンバ１は、ロアフレーム５とアッパーフレーム６とから、車輌幅方向に伸びる中空の略方形筐体状に構成されている。ロアフレーム５に対し、アッパーフレーム６が所定の高さをなすように、例えば周縁部を立ち上げる絞り加工が施され、周縁部がロアフレーム５とアッパーフレーム６とが一体的に圧着された状態でシーム溶接されている。
なお、車輌幅方向に指向する両端側は加工されたアッパーフレーム６の高さで開口され、両端側にさらに車輌幅方向に延在するように、ロアアーム７、７が固設されている。
アッパーフレーム６は、上面が略平坦に加工されており、かかる上面には、車輌幅方向に指向するようにステアリングギヤボックス３が装着されている。ステアリングギヤボックス３は、車幅方向に間隔を空けた左右２箇所に一対のマウント部３ａ、３ａを有しており、このマウント部３ａを介してアッパーフレーム６にボルト１３によって装着されている。

一方、ロアフレーム５側には、下面に車輌前部側のエンジンユニットＥ.Ｕのエキゾーストマニホールドからの排気管４（図２参照）を通過させるための干渉回避凹部８が、ロアフレーム５からアッパーフレーム６に向けて突き上げるように略矩形山形状に形成されている。干渉回避凹部９は、車輌幅方向で２つのマウント部３ａ、３ａの間の範囲に形成されている。なお、排気管４は、干渉回避凹部８に接触しない状態で配管される。

ステアリングギヤボックス３のマウント部３ａは、図４に示すように、ステアリングギヤボックス３と一体形成された外筒１０と、外筒１０の内側に弾性部材１１を介して設けられる内筒１２とで構成されており、内筒１２にボルト１３が挿通されて固定されるようになっている。内筒１２は、外筒１０より若干、上下方向に突出するよう設けられており、外筒１０、すなわち、ステアリングギヤボックス３がクロスメンバ１に対して弾性部材１１によって弾性支持される構成となっている。

そして、左右一対のマウント部３ａ、３ａの間には、補強ステー９が架設されている。
補強ステー９は、屈折型ロッド状のもので、両端部がマウント部３ａ、３ａの内筒１２を介してアッパーフレーム６に螺着されるボルト１３によって軸止め固定される。具体的には、マウント部３ａの内筒１２の上端部に補強ステー９の長手方向（車幅方向）での端部が重ねられてボルト１３によってクロスメンバ１（アッパーフレーム６）に共締めされている。この際、内筒１２が外筒１０より若干、上下方向に突出していることから、内筒１２のみが補強ステー９とアッパーフレーム６との間に挟持された状態となる。したがって、ステアリングギヤボックス３は、弾性部材１１により、クロスメンバ１と緩衝された状態にある。なお、本実施形態では、弾性部材１１が外筒１０の上下端部に被さるように設けられており、外筒１１の上下端部と補強ステー９およびアッパーフレーム６との間に弾性部材１１が介在される構成としている。

なお、クロスメンバ１（アッパーフレーム６）には、ステアリングギヤボックス３の一対のマウント部３ａ、３ａに対応した位置に、ボルト１３が螺着されるパイプナット１５が一対で設けられている。パイプナット１５は、マウント部３ａの内筒１２に連通するよう上下方向に延設され、上下がアッパーフレーム６とロアフレーム５とに溶着されて、両者を連結している。パイプナット１５には、内筒１２との連結部位に近い一端側にボルト１３を螺着するように螺刻部１５ｔｈが形成されている。また、パイプナット１５の下端部は、ロアフレーム５を貫通した状態でロアフレーム５に溶接されている。

その他、アッパーフレーム６の車幅方向両端側には、ステアリングギヤボックス３のマウント部３ａ、３ａに近接して、エンジンルーム（図示省略）を囲む車体に連結する車体取付部を構成する支柱６ａ、６ａが車幅方向斜め上方に突設されている。
また、アッパーフレーム６の干渉回避凹部８の傍ら中央には、トルクロッド（図示省略）が挿通する矩形状の挿通穴１６が形成される。

また、クロスメンバ１の車輌幅方向両側に配置されるロアアーム７には、外側端部に、ジョイント部７ａを介して前輪ナックル（図示省略）に回動可能に取り付けられている。また、それぞれの前輪ナックルには前輪（図示省略）が回動可能に取着されるとともに、ステアリングギヤボックス３から左右に延びるタイロッド３ｂの端部がボールジョイント３ｃを介して連結されている。

以上、本実施形態にかかるクロスメンバ１において、走行時、車輌前部側のエンジンユニットＥ.Ｕと変速機ユニットＴ.Ｍの重量、並びに車輌幅方向の端部側のロアアーム７、７に及ぼされる車輪、サスペンション機構からの反力他、種々の外力によって、クロスメンバ１に上下方向での曲げモーメントがかかる。
その場合、ステアリングギヤボックス３をアッパーフレーム６の上面に取り付けるボルト１３によって共締めされて左右のマウント部３ａ、３ａ間に架設された補強ステー９が、アッパーフレーム６およびロアフレーム５と一体となって荷重（曲げモーメント）を受けるので、アッパーフレーム６およびロアフレーム５の変形（曲げ）を抑制することができ、干渉回避凹部８に応力が集中することも抑制することができる。特に、補強ステー９は、ステアリングギヤボックス３の２つのマウント部３ａ、３ａの上端部同士を繋ぐように架設されているので、実質的に荷重（曲げモーメント）を受ける断面が広がることとなり、簡単な構成で、クロスメンバ１の車輌幅方向での剛性を向上させることができる。したがって、車輌前後方向に排気管４を通過させるための干渉回避凹部８が形成されたとしても、クロスメンバ１の剛性低下を抑制することができる。

そして、補強ステー９を架設する、ステアリングギヤボックス３のマウント部３ａの内筒１２とパイプナット１５とは、ボルト１３によって一体的に締付け保持され、補強ステー９を始め、アッパーフレーム６からロアフレーム５まで、ボルト１３を芯材として強固に一体化することに寄与することとなり、曲げ剛性の向上が期待できる。

なお、マウント部３ａの内筒１２が外筒１０より若干、上下方向に突出されており、補強ステー９は、内筒１２の上端部に重ねられて、内筒１２同士を連結するので、マウント部３ａの弾性部材１１の働きを阻害することなく、マウント部３ａ、３ａ間の剛性を高めることができる。したがって、ステアリングギヤボックス３の防振性を低下させずにステアリング応答性を向上させることができる。
また、本実施形態では、弾性部材１１を外筒１０の上下端部を覆うように設け、外筒１１とアッパーフレーム６および補強ステー９との間に弾性部材１１を介在させた構成としており、外筒１０がアッパーフレーム６および補強ステー９と干渉することを防止している。

以上、本発明にかかる一実施形態を挙げ、その作用、技術的特徴を説明したが、本発明であれば、クロスメンバ１に取り付けられるステアリングギヤボックス３のマウント部３ａ、３ａ間に補強ステー９を架設するという簡単な構成で、クロスメンバ１全体の剛性を効率よく向上させることができる。したがって、クロスメンバ１の下部に排気管が通過する干渉回避凹部８が形成されても、コストや重量の増加を抑えて剛性を確保することが可能となる。
なお、本発明は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、例えば、図５に示すように、マウント部３ａの内筒１２を介してパイプナット１５にねじこまれるボルト１３を、パイプナット１５とロアフレーム５との連結部位に近い位置まで到達する長さとして、パイプナット１５の末端側の螺刻部１５ｔｈに、ボルト１３を螺着されるように構成することもできる。

これにより、ボルト１３を、パイプナット１５の末端側、すなわちロアフレーム５との連結部位に近い螺刻部１５ｔｈに螺着することで、マウント部３ａの内筒１２からパイプナット１５全体に介装されたボルト１３が、補強ステー９とアッパーフレーム６とロアフレーム５とが一層強固に一体化することに寄与することとなり、飛躍的な曲げ剛性の向上につながる。

様々な車輌のクロスメンバとして剛性向上が期待でき、適用範囲が広範である。

１ クロスメンバ
２ 車軸ユニット
３ ステアリングギヤボックス
３ａ マウント部
３ｂ タイロッド
３ｃ ボールジョイント
４ 排気管
５ ロアフレーム
６ アッパーフレーム
６ａ 支柱
７ ロアアーム
７ａ ジョイント部
８ 干渉回避凹部
９ 補強ステー
１０ 外筒
１１ 弾性部材
１２ 内筒
１３ ボルト
１５ パイプナット
１５ｔｈ 螺刻部
１６ 挿通穴
Ｅ.Ｕ エンジンユニット
Ｔ.Ｍ 変速機ユニット

Claims (4)

1. 車輌前部において車輌幅方向に配置され、上面にステアリングギヤボックスがマウント部を介して取り付けられ、下面に車輌前後方向に配置される排気管が通過するための干渉回避凹部が形成された車輌用クロスメンバの補強構造であって、
   前記マウント部を、前記ステアリングギヤボックスの車輌幅方向に離間した２箇所に設け、
   前記干渉回避凹部を前記マウント部より車輌幅方向の内側に形成し、
   前記マウント部の上部に、前記マウント部間を連結する補強ステーを架設したことを特徴とする車輌用クロスメンバの補強構造。
2. 前記マウント部は、前記ステアリングギヤボックスと一体で形成された外筒と、当該外筒内に弾性部材を介して設けられ、前記クロスメンバに固定するためのボルトが挿通される内筒とを備え、
   前記内筒は、前記外筒より上方に突出するよう設けられ、
   前記補強ステーは、前記補強ステーの両端部が前記内筒の上端部に重ねられて前記ボルトによって前記クロスメンバに共締めされている、ことを特徴とする請求項１記載の車輌用クロスメンバの補強構造。
3. 前記クロスメンバの前記マウント部が固定される部位には、前記ボルトが螺合されるパイプナットが設けられ前記パイプナットが、前記クロスメンバの上壁部と下壁部とを連結している、ことを特徴とする請求項１または２に記載の車輌用クロスメンバの補強構造。
4. 前記パイプナットは、下端部が前記クロスメンバの前記下壁部を貫通して設けられている、ことを特徴とする請求項３記載の車輌用クロスメンバの補強構造。
   

Images