JP2020152187A - ラダーフレーム補強構造 - Google Patents

Abstract

【課題】重量の増加を抑えつつねじり剛性を向上できるラダーフレーム補強構造を提供する。【解決手段】ラダーフレーム補強構造は、一対のサイドレール２と、クロスメンバ３と、サイドレール２に設けられる補強部材４とを備え、サイドレール２は、ウェブ部５とフランジ部６、７を備え、補強部材４は、ウェブ部５に沿う垂直部８と、フランジ部６、７に沿う水平部９、１０と、垂直部８及び水平部９、１０間に形成され斜め方向に延びる傾斜部１１、１２とを備え、傾斜部１１、１２は、クロスメンバ３から離間された位置に形成される大傾斜部１５と、クロスメンバ３がある前後方向の位置に形成され大傾斜部１５より傾斜方向の長さを短く形成される小傾斜部１６と、大傾斜部１５及び小傾斜部１６間に形成され大傾斜部１５から小傾斜部１６に近づくにつれて傾斜方向の長さを連続的に縮小させる除変部１７とを備える。【選択図】図２

Description

本開示は、ラダーフレームのサイドレールを補強するラダーフレーム補強構造に関する。

ラダーフレームの断面Ｃ字状のサイドレールを補強する方法としては、図８に示すように、サイドレール２の内面又は外面に、内面又は外面に沿う形状の補強部材３０を設けるものが知られている。

特開平１０−８１２５９号公報 特開２０１３−１６６４０１号公報

しかし、上述した補強方法では、ねじり方向の入力に対する剛性を高めるのが困難である。すなわち、必要なねじり剛性を得るために補強部材３０の板厚を厚く設定した場合、補強部材３０の重量が過度に増し、補強部材３０の重量（板厚）を抑えた場合、ワーピング（反り、歪み、捩り）による剛性低下を起こしやすい。

そこで本開示は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、重量の増加を抑えつつサイドレールのねじり剛性を向上できるラダーフレーム補強構造を提供することにある。

本開示の一の態様によれば、
左右に離間して配置される一対のサイドレールと、
前記サイドレール間に掛け渡して設けられるクロスメンバと、
前記サイドレールに設けられる補強部材とを備え、
前記サイドレールは、上下方向に延びるウェブ部と、前記ウェブ部の上端から左右方向に延びる上側フランジ部と、前記ウェブ部の下端から前記上側フランジ部と同方向に延びる下側フランジ部とを備え、
前記補強部材は、前記ウェブ部に沿って上下方向に延びる垂直部と、前記上側フランジ部及び下側フランジ部の少なくとも一方に沿って左右方向に延びる水平部と、前記垂直部及び前記水平部間に形成され斜め方向に延びる傾斜部とを備え、
前記傾斜部は、前記クロスメンバから前後方向に離間された位置に形成される大傾斜部と、前記クロスメンバがある前後方向の位置に形成され前記大傾斜部より傾斜方向の長さを短く形成される小傾斜部と、前記大傾斜部及び前記小傾斜部間に形成され前記大傾斜部から前記小傾斜部に近づくにつれて傾斜方向の長さを連続的に縮小させる除変部とを備えた
ことを特徴とするラダーフレーム補強構造が提供される。

また、本開示の一の態様によれば、
左右に離間して配置される一対のサイドレールと、
前記サイドレール間に掛け渡して設けられるクロスメンバと、
前記サイドレールに設けられる補強部材とを備え、
前記サイドレールは、上下方向に延びるウェブ部と、前記ウェブ部の上端から左右方向に延びる上側フランジ部と、前記ウェブ部の下端から前記上側フランジ部と同じ方向に延びる下側フランジ部とを備え、
前記補強部材は、前記ウェブ部に沿って上下方向に延びる垂直部と、前記上側フランジ部に沿って左右方向に延びる上側水平部と、前記下側フランジ部に沿って左右方向に延びる下側水平部と、前記垂直部及び前記上側水平部間に形成され斜め方向に延びる上側傾斜部と、前記垂直部及び前記下側水平部間に形成され斜め方向に延びる下側傾斜部とを備え、
前記上側傾斜部及び前記下側傾斜部の少なくとも一方は、前記クロスメンバから離間された位置に形成される大傾斜部と、前記クロスメンバがある前後方向の位置に形成され前記大傾斜部より傾斜方向の長さを短く形成される小傾斜部と、前記大傾斜部及び前記小傾斜部間に形成され前記大傾斜部から前記小傾斜部に近づくにつれて傾斜方向の長さを連続的に縮小させる除変部とを備えた
ことを特徴とするラダーフレーム補強構造が提供される。

また、前記垂直部は、上下に分割して形成されてもよい。

好ましくは、前記クロスメンバは、前記小傾斜部に臨む前記フランジ部に前記補強部材を挟んだ状態で締結される。

また、前記クロスメンバは、前記小傾斜部に臨む前記ウェブ部に前記補強部材を挟んだ状態で締結されてもよい。

また、前記垂直部には、上下方向に延びる縦ビードが形成されてもよい。

上記の態様によれば、重量の増加を抑えつつサイドレールのねじり剛性を向上できる。

本開示の一実施の形態に係るラダーフレームの概略説明図である。 ラダーフレームのＡ部拡大斜視図である。 図２のＢ−Ｂ線矢視断面図である。 図２のＣ−Ｃ線矢視断面図である。 変形例を示すラダーフレームの要部拡大斜視図である。 他の実施の形態を示すサイドレール及び補強部材の斜視図である。 他の実施の形態を示すサイドレール及び補強部材の斜視図である。 従来の補強方法で補強されたサイドレールの斜視図である。

以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。なお、後述する実施の形態における前後左右上下の各方向は、後述するラダーフレームが採用される車両の各方向をいうものとする。ただし、本実施の形態における各方向は、説明の便宜のために用いるものであり、後述する部材間の相対的な位置関係を表す。

図１は、本実施形態に係るラダーフレーム１を上方から視た概略説明図である。図２は、ラダーフレーム１のＡ部を斜め上の前方から視た拡大斜視図である。

図１及び図２に示すように、ラダーフレーム１は、左右に離間して配置される一対のサイドレール２と、これらサイドレール２間に掛け渡して設けられるクロスメンバ３と、サイドレール２に設けられる補強部材４とを備える。

サイドレール２は、前後方向に長く形成された鋼材等にて構成され、断面Ｃ字状に形成される。サイドレール２は、鋼板等をＣ字状に屈曲させて形成される。また、サイドレール２は、Ｃ字状の開口を車幅方向内方に向けて配置される。サイドレール２は、上下方向に延びるウェブ部５と、ウェブ部５の上端から水平方向に延びる上側フランジ部６と、ウェブ部５の下端から上側フランジ部６と同方向に延びる下側フランジ部７とを備える。上側フランジ部６及び下側フランジ部７は、左右方向（車幅方向）の長さを同じに設定される。また、ウェブ部５の上下方向の長さは、上側フランジ部６（または下側フランジ部７）の左右方向の長さよりも長く設定される。

図２、図３及び図４に示すように、補強部材４は、前後方向に長く形成された鋼材等にて構成され、サイドレール２内、すなわち、サイドレール２のウェブ部５、上側フランジ部６及び下側フランジ部７に囲まれる部分に設けられる。補強部材４は、ウェブ部５の内面に沿って上下方向に延びる垂直部８と、上側フランジ部６の内面に沿って水平方向に延びる上側水平部９と、下側フランジ部７の内面に沿って水平方向に延びる下側水平部１０と、垂直部８及び上側水平部９間に形成され垂直部８から斜め上方に延びる上側傾斜部１１と、垂直部８及び下側水平部１０間に形成され垂直部８から斜め下方に延びる下側傾斜部１２とを備える。

垂直部８は、ウェブ部５の上下方向の中央部に配置される。すなわち、垂直部８の上端８ａはウェブ部５の上端５ａより下方に位置され、垂直部８の下端８ｂはウェブ部５の下端５ｂより上方に位置される。

上側水平部９の基端（上側傾斜部１１に接続される端）９ａは、上側フランジ部６の基端（ウェブ部５に接続される端）６ａより車幅方向内方に位置される。これにより、サイドレール２の上側隅部には、ウェブ部５、上側フランジ部６及び上側傾斜部１１によって囲まれる三角形状の上側閉断面部１３が形成される。

下側水平部１０の基端１０ａは、下側フランジ部７の基端７ａより車幅方向内方に位置される。これにより、サイドレール２の下側隅部には、ウェブ部５、下側フランジ部７及び下側傾斜部１２によって囲まれる三角形状の下側閉断面部１４が形成される。

上側閉断面部１３及び下側閉断面部１４は、概ね直角二等辺三角形状に形成される。

また、上側水平部９の先端９ｂは、上側フランジ部６の先端６ｂと左右方向に位置を揃えて配置される。上側水平部９の先端９ｂは、上側フランジ部６の先端６ｂとへり継手溶接により接合される。下側水平部１０の先端１０ｂは、下側フランジ部７の先端７ｂと左右方向に位置を揃えて配置される。下側水平部１０の先端１０ｂは、下側フランジ部７の先端７ｂとへり溶接継手にて接合される。なお、サイドレール２と補強部材４の接合は上述に限られない。例えば、サイドレール２及び補強部材４の板厚寸法が比較的小さい場合、サイドレール２及び補強部材４はスポット溶接等にて接合されてもよい。この場合、垂直部８とウェブ部５とがスポット溶接等にて接合されてもよい。

また、本実施の形態において、サイドレール２及び補強部材４は上下対称に形成される。すなわち、補強部材４の上側傾斜部１１及び下側傾斜部１２についても、上下対称に形成される。このため、以降の説明では下側傾斜部１２についてのみ説明し、上側傾斜部１１については説明を省略する。

下側傾斜部１２は、長手方向の異なる位置に、それぞれ、傾斜方向の長さ（基端１５ａから先端１５ｂまでの長さ）が長い下側大傾斜部１５と、傾斜方向の長さ（基端１６ａから先端１６ｂまでの長さ）が短い下側小傾斜部１６と、下側大傾斜部１５及び下側小傾斜部１６間に形成される下側除変部１７とを備える。

下側大傾斜部１５、下側小傾斜部１６及び下側除変部１７は、水平面に対して概ね４５°の角度θで傾斜される。なお、下側大傾斜部１５及び下側小傾斜部１６の角度θはこれに限られない。例えば、下側大傾斜部１５及び下側小傾斜部１６の角度θは、３０°から６０°の範囲（３０°≦θ≦６０°）であってもよい。

下側大傾斜部１５は、クロスメンバ３から前後方向に離間された位置に形成される。下側大傾斜部１５の基端１５ａは、上下方向においてウェブ部５の中央近傍に隣接して位置される。また、下側大傾斜部１５の先端１５ｂは、左右方向において下側フランジ部７の先端７ｂ近傍に隣接して位置される。これにより、下側大傾斜部１５は、傾斜方向の長さ（基端１５ａから先端１５ｂまでの長さ）を長く設定され、サイドレール２のねじり剛性を比較的大きく向上させる。

下側小傾斜部１６は、クロスメンバ３がある前後方向の位置に形成される。また、補強部材４の前後方向の端部４ａには、下側小傾斜部１６が形成される。下側小傾斜部１６の基端１６ａは、上下方向においてウェブ部５の下端近傍に隣接して位置される。また、下側小傾斜部１６の先端１６ｂは、左右方向において下側フランジ部７の基端７ａ近傍に隣接して位置される。これにより、下側小傾斜部１６は、下側大傾斜部１５より傾斜方向の長さ（基端１６ａから先端１６ｂまでの長さ）を短く設定され、サイドレール２のねじり剛性を小さく向上させる。そして下側小傾斜部１６とクロスメンバ３との干渉が防止又は抑制される。

下側除変部１７は、下側大傾斜部１５から下側小傾斜部１６に近づくにつれて基端１７ａの位置を下方に移動させると共に、先端１７ｂの位置を車幅方向外側に移動させる。これにより、下側除変部１７の傾斜方向の長さ（基端１７ａから先端１７ｂまでの長さ）が連続的に縮小される。すなわち、下側除変部１７は、左右方向において傾斜されると共に前後方向においても傾斜される平板状に形成される。これにより、下側大傾斜部１５と下側小傾斜部１６は、下側除変部１７を介して滑らかに接続される。また、ウェブ部５、下側フランジ部７及び下側除変部１７で形成される下側閉断面部１４の断面形状は、下側大傾斜部１５側から下側小傾斜部１６側に近づくにつれて相似形状のまま縮小される。これにより、下側大傾斜部１５から下側小傾斜部１６までの間において、補強部材４で補強されたサイドレール２の剛性が徐々に小さくなることとなり、剛性が急変する部分が形成されない。よって、下側大傾斜部１５から下側小傾斜部１６までの間で応力集中が発生することを抑制できる。

また、補強部材４の前端部及び後端部に位置する垂直部８には、補強を弱めるための切り欠き部２４が形成される。切り欠き部２４は、補強部材４の前後方向の端４ａに向かうにつれて広がるＶ字状に形成される。

なお、上側傾斜部１１及び下側傾斜部１２は、上下非対称に形成されてもよい。例えば、サイドレール２の上側に求められる強度が下側に求められる剛性よりも小さい場合、上側傾斜部１１は下側傾斜部１２より小さく設定されてもよい。また、上側傾斜部１１及び下側傾斜部１２のいずれか一方が省略されてもよい。この場合、補強部材４は、垂直部８と、上側水平部９及び下側水平部１０の一方と、この一方の水平部及び垂直部８間に形成される上側傾斜部１１又は下側傾斜部１２とを少なくとも備えればよい。この場合、補強部材４が他方の水平部を備えていてもよいのは勿論である。

クロスメンバ３は、左右方向に長く形成された鋼材等にて構成され、断面Ｃ字状に形成される。クロスメンバ３は、上下方向に延びるウェブ部１８と、ウェブ部１８の上端から水平方向に延びる上側フランジ部１９と、ウェブ部１８の下端から上側フランジ部１９と同方向に延びる下側フランジ部２０とを備える。クロスメンバ３のフランジ部１９、２０は、サイドレール２のフランジ部６、７に補強部材４を挟んだ状態で締結される。この締結は、ボルト２１及びナット２２を用いてなされる。なお、クロスメンバ３とサイドレール２の締結には、リベット（図示せず）等の他の締結具が用いられてもよい。

次に本実施の形態の作用について述べる。

車両（図示せず）が悪路を走行する等により、ラダーフレーム１のサイドレール２に前後方向に延びる軸を中心とするねじれ方向の力が作用した場合、その力によって微少に変形されるサイドレール２のフランジ部６、７によって補強部材４は上下方向の力を受ける。このとき、サイドレール２の内面又は外面に沿う形状の補強部材３０（図８参照）を用いる従来の補強構造では、隅部３１の強度が不足し易く、重量の増加を抑えつつサイドレール２の変形を抑制することは困難であった。

これに対し本実施の形態に係る補強構造は、補強部材４に傾斜部１１、１２を形成する。このため、サイドレール２の隅部２ａに閉断面部１３、１４を形成でき、隅部２ａを効率よく補強できる。すなわち、補強部材４に傾斜部１１、１２を形成するため、従来構造より補強部材４を展開したときの面積を小さくできると共に、サイドレール２の隅部２ａをより強固に補強できる。そして、閉断面構造による隅部２ａの補強は、サイドレール２のねじり剛性を向上させ、サイドレール２の変形を抑制する。

またさらに、本実施の形態に係る補強構造は、補強部材４に大傾斜部１５、小傾斜部１６及び除変部１７を形成する。小傾斜部１６はクロスメンバ３がある前後方向の位置に形成される。このため、サイドレール２に取り付けられるクロスメンバ３から傾斜部１１、１２を逃がすことができる。特に、クロスメンバ３がある前後方向の位置のサイドレール２はクロスメンバ３によって補強される。このため、かかる位置の閉断面部１３、１４が小さく形成されてもサイドレール２を十分補強することができる。

一方、クロスメンバ３がある前後方向の位置のサイドレール２は、局所的には補強部材４による補強を必要としない場合もある。しかし、かかる位置の補強部材４を省略した場合、前後方向において補強部材４が不連続となる。この場合、補強部材４が途切れた位置のサイドレール２に応力集中が発生する可能性がある。しかし、本実施の形態に係る補強構造は、クロスメンバ３がある前後方向の位置にも傾斜部１１、１２（小傾斜部１６）を配置して傾斜部１１、１２をクロスメンバ３の前後で連続させる。このため、補強部材４の不連続性による応力集中の発生を抑えることができる。

そしてまた、除変部１７は大傾斜部１５及び小傾斜部１６間に形成される。このため、大傾斜部１５及び小傾斜部１６間における傾斜部１１、１２の形状を連続的に徐々に変化させることができる。これにより、補強部材４の形状の不連続性による応力集中の発生を抑えることができる。そして、ワーピングによるサイドレール２の剛性低下を抑制することができる。

また、補強部材４の前後方向の端部４ａには、下側小傾斜部１６が形成されると共に切り欠き部２４が形成される。これにより、補強部材４が設けられる部分と補強部材４が設けられない部分の境目におけるサイドレール２の剛性の変化を小さく抑えることができる。

以上、本開示の実施形態を詳細に述べたが、本開示は以下のような他の実施形態も可能である。

（１）クロスメンバ３は、サイドレール２のフランジ部に締結されるものとしたがこれに限られない。図５に示すように、クロスメンバ３はサイドレール２のウェブ部５に補強部材４を挟んだ状態で締結されてもよい。

（２）図６に示すように、垂直部８は、上下に分割して形成されてもよい。この場合、上側の垂直部８と下側の垂直部８は、上下に離間されてもよく、当接されてもよい。

（３）図７に示すように、垂直部８には、上下方向に延びる縦ビード２３が形成されてもよい。この場合、縦ビード２３は、ウェブ部５から離間する方向（車幅方向内方）に膨らんで形成されるとよい。

また、補強部材４が上側傾斜部１１及び下側傾斜部１２を備える場合、縦ビード２３の上端は上側傾斜部１１に接続され、縦ビード２３の下端は下側傾斜部１２に接続されるとよい。

また、補強部材４が上側傾斜部１１及び下側傾斜部１２のいずれか一方しか備えない場合、縦ビード２３は一方の傾斜部に接続されると共に、傾斜部を備えない側の水平部に接続されるとよい。また、補強部材４が下側傾斜部１２及び下側水平部１０を備えない場合、縦ビード２３の下端はサイドレール２の下側フランジ部７に当接されるとよい。なお、補強部材４が上側傾斜部１１及び上側水平部９を備えない場合、縦ビード２３の上端はサイドレール２の上側フランジ部６に当接されるとよい。

前述の各実施形態の構成は、特に矛盾が無い限り、部分的にまたは全体的に組み合わせることが可能である。本開示の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本開示の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本開示に含まれる。従って本開示は、限定的に解釈されるべきではなく、本開示の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

１ ラダーフレーム
２ サイドレール
３ クロスメンバ
４ 補強部材
５ ウェブ部
６ 上側フランジ部
７ 下側フランジ部
８ 垂直部
９ 上側水平部（水平部）
１０ 下側水平部（水平部）
１１ 上側傾斜部（傾斜部）
１２ 下側傾斜部（傾斜部）
１５ 下側大傾斜部（大傾斜部）
１６ 下側小傾斜部（小傾斜部）
１７ 下側除変部（除変部）
２３ 縦ビード

Claims (6)

1. 左右に離間して配置される一対のサイドレールと、
   前記サイドレール間に掛け渡して設けられるクロスメンバと、
   前記サイドレールに設けられる補強部材とを備え、
   前記サイドレールは、上下方向に延びるウェブ部と、前記ウェブ部の上端から左右方向に延びる上側フランジ部と、前記ウェブ部の下端から前記上側フランジ部と同方向に延びる下側フランジ部とを備え、
   前記補強部材は、前記ウェブ部に沿って上下方向に延びる垂直部と、前記上側フランジ部及び下側フランジ部の少なくとも一方に沿って左右方向に延びる水平部と、前記垂直部及び前記水平部間に形成され斜め方向に延びる傾斜部とを備え、
   前記傾斜部は、前記クロスメンバから前後方向に離間された位置に形成される大傾斜部と、前記クロスメンバがある前後方向の位置に形成され前記大傾斜部より傾斜方向の長さを短く形成される小傾斜部と、前記大傾斜部及び前記小傾斜部間に形成され前記大傾斜部から前記小傾斜部に近づくにつれて傾斜方向の長さを連続的に縮小させる除変部とを備えた
   ことを特徴とするラダーフレーム補強構造。
2. 左右に離間して配置される一対のサイドレールと、
   前記サイドレール間に掛け渡して設けられるクロスメンバと、
   前記サイドレールに設けられる補強部材とを備え、
   前記サイドレールは、上下方向に延びるウェブ部と、前記ウェブ部の上端から左右方向に延びる上側フランジ部と、前記ウェブ部の下端から前記上側フランジ部と同じ方向に延びる下側フランジ部とを備え、
   前記補強部材は、前記ウェブ部に沿って上下方向に延びる垂直部と、前記上側フランジ部に沿って左右方向に延びる上側水平部と、前記下側フランジ部に沿って左右方向に延びる下側水平部と、前記垂直部及び前記上側水平部間に形成され斜め方向に延びる上側傾斜部と、前記垂直部及び前記下側水平部間に形成され斜め方向に延びる下側傾斜部とを備え、
   前記上側傾斜部及び前記下側傾斜部の少なくとも一方は、前記クロスメンバから離間された位置に形成される大傾斜部と、前記クロスメンバがある前後方向の位置に形成され前記大傾斜部より傾斜方向の長さを短く形成される小傾斜部と、前記大傾斜部及び前記小傾斜部間に形成され前記大傾斜部から前記小傾斜部に近づくにつれて傾斜方向の長さを連続的に縮小させる除変部とを備えた
   ことを特徴とするラダーフレーム補強構造。
3. 前記垂直部は、上下に分割して形成された請求項２に記載のラダーフレーム補強構造。
4. 前記クロスメンバは、前記小傾斜部に臨む前記フランジ部に前記補強部材を挟んだ状態で締結された請求項１から３のいずれか一項に記載のラダーフレーム補強構造。
5. 前記クロスメンバは、前記小傾斜部に臨む前記ウェブ部に前記補強部材を挟んだ状態で締結された請求項１から３のいずれか一項に記載のラダーフレーム補強構造。
6. 前記垂直部には、上下方向に延びる縦ビードが形成された
   請求項１から５のいずれか一項に記載のラダーフレーム補強構造。

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