JP2017149175A - 車両用フレーム構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】アルミニウム合金製や繊維強化合成樹脂製の高剛性の複数のフレーム部材とそれらの交差部を備えた車両用フレーム構造を提供する。
【解決手段】アルミニウム合金製又は繊維強化合成樹脂製の車両用フレーム構造(10)は、断面がハット形のハット形断面部(14h,20h,30h)とこのハット形断面部(14h,20h,30h)の両端部に一体形成され且つハット形断面部(14h,20h,30h)と協働して1対の溝部を形成する1対のL形断面部(15,16,21,22,31,32)を夫々有する複数のフレーム部材(11,12,13)であって一体的に形成された複数のフレーム部材(11,12,13)と、これら複数のフレーム部材(11,12,13)が交差した交差部(8)とを備え、この交差部(8)が複数のハット形断面部(14h,20h,30h)の凸形部(14a,20a)が交差して形成された矩形ボックス部(8A)を有し、この矩形ボックス部(8A)の4辺に節壁が形成されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、車両用フレーム構造に関し、特にアルミニウム合金製又は繊維強化合成樹脂製の車両用フレーム構造に関する。
車両の車体構造には、フロントピラー、センターピラー、リヤピラー、サイドシル、ルーフサイドレール、フロントヘッダー、リヤヘッダー等の閉断面構造の主要な高剛性フレーム部材があり、これらの高剛性フレーム部材が車体剛性を確保するための重要な部材である。フロントピラーとフロントヘッダーとルーフサイドレールの結合部、センターピラーとルーフサイドレールの結合部、センターピラーとサイドシルの結合部、リヤピラーとリヤヘッダーとルーフサイドレールの結合部等は、2又は3の高剛性フレーム部材の結合部であって車体剛性を確保する上で重要な結合部である。
従来、上記の高剛性フレーム部材の結合部では、通常、インナパネルとアウタパネルとで形成される閉断面構造をインナレインやアウタレイン等の複数の補強パネルでもって補強することで結合部の剛性、強度を確保している。
特許文献1に記載の自動車の車体後部補強構造では、リヤピラーとリヤヘッダーとルーフサイドレールの結合部において、インナパネルの内面側に補強板を設け、リヤヘッダーと上記の結合部とリヤピラーに亙る補強板をアウタパネルの内面側に設けている。
上記の車体後部補強構造は、薄鋼板で製作される構造であるため、閉断面状の高剛性フレーム部材の結合部とその周辺部位においては複数の補強板により、インナパネルやアウタパネルを補強する構造になるため、その結合部の構造が複雑化するうえ、薄鋼板をスポット溶接する上での構造上の制約や鋼板枚数の制約からも剛性、強度を確保することが簡単ではない。
ところで、最近、車両の車体の一部にアルミダイキャストで製作されるアルミニウム合金部材が段階的に採用され始めており、今後アルミニウム合金部材の適用範囲が拡大する傾向にある。尚、航空機の機体等に採用されている炭素繊維等で強化した繊維強化合成樹脂で車両の車体部材を製作する技術も検討され始めている。
特開2001−63622号公報
特許文献1の記載の構造でもある程度複数のフレーム部材の結合部における剛性を高めることはできるが、さらなる向上が求められている。
アルミニウム合金製や繊維強化合成樹脂製のフレーム部材は、金型を用いて一体的な構造に成形可能であるという特長があるが、成形用金型を製作可能な構造にする必要がある。しかも、アルミニウム合金や繊維強化合成樹脂は、鋼板に比較して剛性、強度が低いため鋼板製の場合よりも厚肉にする形成することになるが、これらの材料費は高価であるため、材料経済性を考慮し断面効率に優れる構造にする必要がある。
本発明の目的は、複数のフレーム部材の結合部における剛性を高めた車両用フレーム構造を提供することである。
請求項1の車両用フレーム構造は、車両用フレーム構造において、断面がハット形のハット形断面部とこのハット形断面部の両端部に一体形成され且つ前記ハット形断面部と協働して1対の溝部を形成する1対のL形断面部とを夫々有する複数のフレーム部材であって一体的に形成された複数のフレーム部材と、これら複数のフレーム部材が交差した交差部とを備えたことを特徴としている。
請求項2の車両用フレーム構造は、請求項1の発明において、前記交差部が複数の前記ハット形断面部の凸形部が交差して形成された矩形ボックス部を有し、この矩形ボックス部の少なくとも1面に節壁が形成されていることを特徴としている。
請求項3の車両用フレーム構造は、請求項2の発明において、前記矩形ボックス部の4面に節壁が形成されていることを特徴としている。
請求項4の車両用フレーム構造は、請求項1〜3の何れか1項の発明において、前記フレーム部材と閉断面を形成するように前記ハット形断面部と1対の溝部を前記溝部の開口側又は前記ハット形断面部の開口側から覆うハット形断面部を有するアウタ側フレーム部材を設けたことを特徴としている。
請求項5の車両用フレーム構造は、請求項1〜3の何れか1項の発明において、前記フレーム部材のハット形断面部の少なくとも片側の前記溝部に、その底壁に一体形成されて底壁から立ち上がる補強リブを形成したことを特徴としている。
請求項6の車両用フレーム構造は、請求項2又は3の発明において、前記複数のフレーム部材は、ルーフサイドレールの一部とリヤヘッダーの一部とリヤピラーの一部であり、前記交差部は、ルーフサイドレールインナとリヤヘッダーインナとリヤピラーインナとが交差する交差部であり、前記リヤピラーインナには、前記矩形ボックス部の節壁を介してルーフサイドレールインナのハット形断面部の側壁に連なる補強リブが形成されたことを特徴としている。
請求項1の発明(車両用フレーム構造)によれば、フレーム部材がハット形断面部と、このハット形断面部と協働して1対の溝部を形成する1対のL形断面部とを有するため、大きな断面2次モーメントを有する断面効率の高い、材料経済性に優れる部材とすることができる。
複数のフレーム部材が一体的に形成され、これら複数のフレーム部材が交差した交差部を備えているため、一体的な部材でもって生産性に優れ且つ剛性、強度に優れる交差部を形成することができる。
請求項2の発明によれば、複数のフレーム部材が交差した交差部が、複数の前記ハット形断面部の凸形部が交差して形成された矩形ボックス部を有し、この矩形ボックス部の少なくとも1面に節壁が形成されているため、交差部の剛性、強度を高めることができる。
請求項3の発明によれば、前記矩形ボックス部の4面に節壁が形成されているため、交差部の剛性、強度を著しく高めることができる。
請求項4の発明によれば、前記フレーム部材と閉断面を形成するように前記ハット形断面部と1対の溝部を前記溝部の開口側又は前記ハット形断面部の開口側から覆うハット形断面部を有するアウタ側フレーム部材を設けたため、フレーム部材とアウタ側フレーム部材とで閉断面を形成し、高剛性、高強度の構造とすることができる。
請求項5の発明によれば、前記フレーム部材のハット形断面部の少なくとも片側の前記溝部に、その底壁に一体形成されて底壁から立ち上がる補強リブを形成したため、補強リブで前記底壁を補強し且つフレーム部材の剛性、強度を高めることができる。
請求項6の発明によれば、前記複数のフレーム部材は、ルーフサイドレールの一部とリヤヘッダーの一部とリヤピラーの一部であり、前記交差部は、ルーフサイドレールインナとリヤヘッダーインナとリヤピラーインナとが交差する交差部であるため、一体的に形成されている前記3部材の交差部の剛性、強度を高めることができる。
また、一体的に形成されている前記3部材の交差部の剛性、強度を高めることができる。
前記リヤピラーインナには、前記矩形ボックス部の節壁を介してルーフサイドレールインナのハット形断面部の側壁に連なる補強リブが形成されたため、リヤピラーインナと前記矩形ボックス部及びルーフサイドレールインナの結合強度を強化することができる。
実施例に係る自動車の後部車体の斜視図である。 X形フレーム構造部材の外面側を視た斜視図である。 図2のIII−III線断面図である。 X形フレーム構造部材の平面図である。 X形フレーム構造部材の底面図である。 X形フレーム構造部材の内面側を視た斜視図である。 図2のVII−VII線断面図である。 図2のVIII−VIII線断面図である。 第1フレーム部材にアウタ側フレーム部材を接合した部材の断面図である。 第2フレーム部材にアウタ側フレーム部材を接合した部材の断面図である。
以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。
本実施例は、自動車の後部車体に本発明を適用した場合の例である。
図1は、自動車の後部車体1であってアウタパネルを組み付ける前の後部車体1を示すものである。ルーフ構造2は高剛性のルーフサイドレールインナ2と高剛性のリヤヘッダーインナ3を有する。バックドア開口部4の左右両側には、高剛性のリヤピラーインナ5を含むクォータ側壁部6が設けられ、このクォータ側壁部6の下部にはホイールハウス7が形成されている。
ルーフサイドレールインナ3とリヤヘッダーインナ4とリヤピラーインナ5とが交差する交差部8は、前記3つの高剛性部材が結合される部分であり、この交差部8の剛性、強度は後部車体1の剛性、強度に大きな影響を及ぼす。
前記のルーフサイドレールインナ3とリヤヘッダーインナ4とリヤピラーインナ5とが交差する交差部8と、その周辺部分(ルーフサイドレール3の一部とリヤヘッダー4の一部とリヤピラー8の一部とを含む)がアルミニウム合金製のX形フレーム構造10としてアルミダイキャスト法により一体成形されている。尚、このX形フレーム構造10が「車両用フレーム構造」に相当する。
X形フレーム構造10は、ルーフサイドレールインナ3の後端側部分を形成する第1フレーム部材11と、リヤヘッダーインナ4の車幅方向外側部分を形成する第2フレーム部材12と、クォータ側壁部6の上端側部分を形成する第3フレーム部材13と、上記第1〜第3フレーム部材11〜13の交差部8とを有する。
第1フレーム部材11の後端部と第2フレーム部材12の車幅方向外端部と第3フレーム部材13の上端部とが交差部8において一体的に結合されている。第1,第2フレーム部材11,12の幅は、交差部8の付近においては交差部8に近づく程拡大している。第3フレーム部材13の幅は下方に向って拡大している。
次に、第1〜第3フレーム部材11〜13と交差部8の上面側に現われた構造について、図1〜図4、図7、図8に基づいて説明する。
図1、図2、図7に示すように、第1フレーム部材11は、断面がハット形のハット形断面部14hと、このハット形断面部14hの車幅方向内側の断面L形のL形断面部15(車幅方向内方へ延びるフランジ15aを含む)と、ハット形断面部14hの車両幅方向外側の断面L形のL形断面部16(車幅方向外側へ延びるフランジ16aを含む)と、補強リブ17,18とを備えており、これらは一体的に形成されている。
ハット形断面部14hは、下面開放状の上方へ凸の凸形部14aと、この凸形部14aの両側に連なる底壁14dとを有する。凸形部14aは、帯状の頂壁14bとこの頂壁14bの両端に連なる帯状の1対の側壁14cとを備えている。
凸形部14aとL形断面部15との間に溝部19aが形成されている。凸形部14aとL形断面部16との間に溝部19bが形成され、この溝部19bの底壁14dから立ち上がるように補強リブ17が形成され、補強リブ17は溝部19bに沿って第3フレーム部材13のハット形断面部30hまで延びている。また、交差部8の付近において補強リブ17とハット形断面部14hを結合する車幅方向向きの補強リブ18が溝部19bの底壁14dから立ち上がるように設けられている。
図1〜図4、図8に示すように、第2フレーム部材12は、断面がハット形のハット形断面部20hと、このハット形断面部20hの前側の断面L形のL形断面部21(前側へ延びるフランジ21aを含む)と、ハット形断面部20hの後側の断面L形のL形断面部22(後方へ延びるフランジ22aを含む)と、ハット形断面部20hの後側近傍部に形成された補強リブ23と、ハット形断面部20hの長さ方向途中部においてハット形断面部20hとL形断面部21を結合する前後方向向きの補強リブ24と、この補強リブ24の後方においてハット形断面部20hと補強リブ23を結合する前後方向向きの補強リブ25と、補強リブ24とハット形断面部20hの結合部から車幅方向外側へ延びて第1フレーム部材11のハット形断面部14hに連なる補強リブ26を備えており、これらは一体的に形成されている。
ハット形断面部20hは、下面開放状の上方へ凸の凸形部20aと、この凸形部20aの両側に連なる底壁20dとを有する。凸形部20aは、帯状の頂壁20bとこの頂壁20bの両端に連なる帯状の1対の側壁20cとを備えている。
凸形部20aとL形断面部21との間に溝部27aが形成され、凸形部20aとL形断面部22の間に広幅の溝部27bが形成されている。補強リブ23,25は溝部27bの底壁20dから立ち上がるように形成され、補強リブ24,26は、溝部27aの底壁20dから立ち上がるように形成されている。第1フレーム部材11のL形断面部15は、第2フレーム部材12のL形断面部21に曲線的に連なっている。ハット形断面部20hと補強リブ23の高さは、車幅方向内方ほど徐々に低くなるように形成されている。
図1、図2に示すように、第3フレーム部材13は、断面がハット形のハット形断面部30hと、バックドア開口部4の車幅方向外端部に沿った断面L形のL形断面部31(車幅方向内側へ延びるフランジ31aを含む)と、ハット形断面部30hの前側に形成された断面L形のL形断面部32(前方へ延びるフランジ32aを含む)と、後述する矩形ボックス部8Aから後方へ延びる1対の補強リブ33,34と、L形断面部32の後側に形成された補強リブ35とを備え、これらは一体的に形成されている。1対の補強リブ33,34は、矩形ボックス部8Aの車幅方向に対向する2辺から延びるように間隔を空けて平行に形成されている。
ハット形断面部30hは、下面開放状の上方へ凸の凸形部30aと、この凸形部30aの両側に連なる底壁30dとを有する。凸形部30aは、細長い頂壁30bとこの頂壁30bの両端に連なる細長い1対の側壁30cとを備えている。
凸形部30aとL形断面部31の間に溝部37aが形成され、1対の補強リブ33,34は溝部37aの底壁36dから立ち上がるように形成されている。ハット形断面部30hとL形断面部32の間に溝部37bが形成され、補強リブ35は溝部37bの底壁36dから立ち上がるように形成され、この補強リブ35の上端は第1フレーム部材11の補強リブ17に結合されている。
ハット形断面部30hの凸形部30aの下端は傾斜壁38で閉塞され、この凸形部30aの下端部はホイールハウス7を補強する補強部材(図示略)に接続される。
次に、第1〜第3フレーム部材11〜13と交差部8の内面側(下面側)に現われる構造について、図5、図6に基づいて説明する。
交差部8には、第1〜第3フレーム部材11〜13のハット形断面部14h,20h,30hの凸形部14a,20a,30aが交差した矩形ボックス部8Aが形成され、この矩形ボックス部8Aの4面には節壁41〜44が一体的に形成されている。1対の節壁41,42は、第1フレーム部材11のハット形断面部14hの1対の側壁14cに連続的に連なるように形成されている。1対の節壁43,44は、第2フレーム部材12のハット形断面部20hの1対の側壁20cと第3フレーム部材13のハット形断面部30hの1対の側壁30cに連続的に連なるように形成されている。
第1フレーム部材11のハット形断面部14hの凸形部14aの内部には、横断状の補強リブ46が一体的に形成されている。第2フレーム部材12のハット形断面部30hの凸形部30aの内部には、前記補強リブ24,25に1対の側壁20cを介して連なる補強リブ47が一体的に形成されている。第3フレーム部材13のハット形断面部30hの凸形部30aの内部には、この凸形部30aの内部を横断する補強リブ48が一体的に形成されている。
ここで、第1,第2フレーム部材11,12の追加的な構造について説明する。
図9に示すように、第1フレーム部材11と閉断面を形成するようにハット形断面部14hと1対の溝部19a,19bを溝部19a,19bの開口側から覆うハット形断面部を有するアウタ側フレーム部材50であって、アルミニウム合金製のアウタ側フレーム部材50を設けてもよい。アウタ側フレーム部材50は、頂壁50aと、この頂壁50aの両側の1対の側壁50b,50cと、1対の側壁50b,50cから延びる1対のフランジ50d,50eを備えており、フランジ50d,50eがフランジ15a,16aに接合されている。尚、頂壁50aの内面側に補強リブを一体的に形成してもよい。
尚、前記の変形例として、図9のアウタ側フレーム部材50の深さを拡大し、第1フレーム部材11のハット形断面部14hと1対の溝部19a,19bをハット形断面部14hの開口側から覆って第1フレーム部材11と閉断面部を形成するアウタ側フレーム部材を設けてもよい。
また、図10に示すように、第2フレーム部材12と閉断面を形成するようにハット形断面部20hと1対の溝部27a,27bを溝部27a,27bの開口側から覆うハット形断面部を有するアウタ側フレーム部材60であって、アルミニウム合金製のアウタ側フレーム部材60を設けてもよい。アウタ側フレーム部材60は、頂壁60aと、この頂壁60aの両側の1対の側壁60b,60cと、1対の側壁60b,60cから延びる1対のフランジ60d,60eを備えており、60d,60eがフランジ21a,22aに接合されている。尚、頂壁60aの内面側に補強リブを一体的に形成してもよい。
尚、前記の変形例として、図10のアウタ側フレーム部材60の深さを拡大し、第2フレーム部材12のハット形断面部20hと1対の溝部27a,27bをハット形断面部20hの開口側から覆って第2フレーム部材12と閉断面部を形成するアウタ側フレーム部材を設けてもよい。
以上説明したX形フレーム構造部材10(車両用フレーム構造)の作用、効果について説明する。アルミニウム合金製の第1〜第3フレーム部材11,12,13がハット形断面部14h,20h,30hと、このハット形断面部14h,20h,30hと協働して1対の溝部19a,19b;27a,27b;37a,37bを形成する1対のL形断面部15,16;21,22;31,32とを有するため、大きな断面2次モーメントを有する断面効率の高い、材料経済性に優れた部材とすることができる。
第1〜第3フレーム部材11〜13が一体的に形成されたX形フレーム構造10が、これら第1〜第3フレーム部材11〜13が交差した交差部8を備えているため、一体的な部材でもって生産性に優れ且つ剛性、強度に優れる交差部8を形成することができる。
第1〜第3フレーム部材11〜13が交差した交差部8が、複数の前記ハット形断面部14,20h,30hの凸形部14a,20a,30aが交差して形成された矩形ボックス部8Aを有し、この矩形ボックス部8Aの4面に節壁41〜44が形成されているため、交差部8の剛性、強度を著しく高めることができる。
第1フレーム部材の11のハット形断面部14hの少なくとも片側の溝部19bに、その底壁14dに一体形成されて底壁14dから立ち上がる補強リブ17を形成したため、補強リブ17で底壁14dを補強し且つ第1フレーム部材11の剛性、強度を高めることができるうえ、補強リブ18によって補強リブ17を補強し且つ第1フレーム部材11の剛性、強度を高めることができる。
同様に、補強リブ23〜26により第2フレーム部材12の底壁20dを補強し且つ第2フレーム部材12の剛性、強度を高めることができる。また、補強リブ33,34,35により第3フレーム部材13の底壁30dを補強し且つ第3フレーム部材13の剛性、強度を高めることができる。
しかも、補強リブ33,34は、矩形ボックス部8Aの節壁41,42を介して第1フレーム部材11のハット形断面部14hの凸形部14aの側壁14cに連なるように形成したため、ルーフサイドレールインナ3と、クォータ側壁部6のうちのバックドア開口部9の近傍部位の結合強度、剛性を確保することができる。
第1〜第3フレーム部材11〜13は、ルーフサイドレール3の一部とリヤヘッダー4の一部とリヤピラー5の一部であり、前記交差部8は、ルーフサイドレール3とリヤヘッダー4とリヤピラー5とが交差した交差部であり、一体的に形成されているため前記3つのフレーム部材11〜13の結合部の剛性、強度を高めることができる。
図9の構造の場合、第1フレーム部材11とハット形断面のアウタ側フレーム部材50とで閉断面構造にすることにより、高剛性、高強度の部材とすることができる。
図10の構造の場合、第2フレーム部材12とハット形断面のアウタ側フレーム部材60とで閉断面構造にすることにより、高剛性、高強度の部材とすることができる。
前記実施例を変更する例について説明する。
(1)前記実施例のX形フレーム構造10は、アルミニウム合金以外に、炭素繊維やアラミド繊維で強化した繊維強化合成樹脂を用いて成形加工により製作することも可能である。図9、図10のアウタ側フレーム部材50,60もアルミニウム合金以外に、炭素繊維やアラミド繊維で強化した繊維強化合成樹脂を用いて成形加工により製作することも可能である。
(2)前記実施例に開示した第1〜第3フレーム部材11〜13の断面形状は、前記実施例のものに限定されるものではなく、適宜変更可能である。
(3)前記実施例に係るX形フレーム構造10と同様の技術思想に基づいて形成されるフレーム構造部材は、フロントピラーインナとルーフサイドレールインナとフロントヘッダーインナの交差部及びその周辺構造や、センターピラーインナとルーフサイドレールインナの交差部及びその周辺構造や、センターピラーインナとサイドシルの交差部及びその周辺構造に適用することができる。
(4)当業者ならば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそれらの変更形態も包含するものである。
3 ルーフサイドレールインナ
4 リヤヘッダーインナ
5 リヤピラーインナ
8 交差部
8A 矩形ボックス部
10 X形フレーム構造
11〜13 第1〜第3フレーム部材
14h,20h,30h ハット形断面部
14a,20a,30a 凸形部
15,16,21,22,31,32 L形断面部
19a,19b 溝部
27a,27b 溝部
37a,37b 溝部
41〜44 節壁
17,23,33,34,35 補強リブ
50,60 アウタ側フレーム部材

Claims (6)

  1. 車両用フレーム構造において、
    断面がハット形のハット形断面部とこのハット形断面部の両端部に一体形成され且つ前記ハット形断面部と協働して1対の溝部を形成する断面がL形の1対のL形断面部とを夫々有する複数のフレーム部材であって一体的に形成された複数のフレーム部材と、
    これら複数のフレーム部材が交差した交差部とを備えたことを特徴とする車両用フレーム構造。
  2. 前記交差部が複数の前記ハット形断面部の凸形部が交差して形成された矩形ボックス部を有し、この矩形ボックス部の少なくとも1面に節壁が形成さ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。
  3. 前記矩形ボックス部の4面に節壁が形成さ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。
  4. 前記フレーム部材と閉断面を形成するように前記ハット形断面部と1対の溝部を前記溝部の開口側又は前記ハット形断面部の開口側から覆うハット形断面部を有するアウタ側フレーム部材を設けたことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の車両用フレーム構造。
  5. 前記フレーム部材のハット形断面部の少なくとも片側の前記溝部に、その底壁に一体形成されて底壁から立ち上がる補強リブを形成したことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の車両用フレーム構造。
  6. 前記複数のフレーム部材は、ルーフサイドレールの一部とリヤヘッダーの一部とリヤピラーの一部であり、前記交差部は、ルーフサイドレールインナとリヤヘッダーインナとリヤピラーインナとが交差する交差部であり、
    前記リヤピラーインナには、前記矩形ボックス部の節壁を介してルーフサイドレールインナのハット形断面部の側壁に連なる補強リブが形成されたことを特徴とする請求項2又は3に記載の車両用フレーム構造。
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