JP3596366B2 - Body frame structure - Google Patents

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Description

【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、例えばセンターピラーのように２つのパネル材（センターピラーではアウタパネルとインナパネル）によりフレーム断面が閉断面状に構成されたものがよく知られており、強度や剛性が特に必要な部分では、フレーム断面内にレインフォースメントを設けて補強するようにしている。
【０００３】
そして、例えば特開昭６３−２３１９１３号公報に示されているように、上記閉断面内において発泡ウレタンからなる軽量の充填材をフレーム長手方向の所定部分のみに充填することで、その所定部分の補強を図るようにすることが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記提案例のように、充填材がフレーム長手方向に部分的に配設されたものでは、その充填材が設けられた所定部分のフレーム強度は向上するものの、充填材が設けられていない部分の強度はそのままであり、充填材が設けられた部分と設けられていない部分との境界部において大きな強度変化が生じるため、その境界部に応力が集中して、境界部で大きく変形してしまう可能性がある。
【０００５】
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、充填材がフレーム長手方向に部分的に配設された車体のフレーム構造に対して、その構成を改良することによって、フレームの充填材が設けられた部分と設けられていない部分との境界部に応力が集中するのを抑制して、該境界部での変形を防止しようとすることにある。
【０００６】
【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、フレーム長手方向において充填材が設けられていない部分におけるフレーム断面内に部分補強材を設け、この部分補強材のフレーム長手方向端部に、上記充填材のフレーム長手方向端部にラップするように延出する延出部を形成するようにした。
【０００７】
具体的には、この発明では、フレーム断面内の一部において補強用の充填材がフレーム長手方向に部分的に配設された車体のフレーム構造を対象とする。
【０００８】
そして、上記フレーム長手方向において上記充填材が設けられていない部分における上記フレーム断面内に、部分補強材が設けられ、上記部分補強材は、フレーム断面内においてフレーム長手方向略全体に亘って配設されたレインフォースメントに設けられ、上記充填材は、フレーム断面外側縁部を構成するパネル材と上記レインフォースメントとで構成された閉断面内に充填され、上記充填材、レインフォースメント及びフレーム断面外側縁部を構成するパネル材は、断面略コ字状をなし、上記レインフォースメントの強度及び剛性の少なくとも一方が、上記フレーム断面外側縁部を構成するパネル材に対して同等以上に設定され、上記部分補強材のフレーム長手方向端部に、上記充填材のフレーム長手方向端部にラップするように延出する延出部が形成されているものとする。
【０００９】
上記の構成により、延出部を有する部分補強材によりフレームの充填材が設けられていない部分の強度をも向上して、充填材が設けられた部分と設けられていない部分との境界部における強度変化は小さくなる。また、部分補強材をレインフォースメントに設けることで、フレーム断面外側縁部を構成するパネル材に設ける場合よりも充填材が設けられていない部分を効果的に補強することができると共に、フレームを組み立てる前に、予めレインフォースメントと部分補強部材とを一体化しておくことで、生産性を向上させることができる。さらに、レインフォースメントの強度及び剛性の少なくとも一方を、フレーム断面外側縁部を構成するパネル材に対して同等以上に設定することで、フレーム断面外側縁部を構成するパネル材が折れ曲がって断面内側に進入するのを確実に抑制することができる。よって、その境界部に応力が集中するのを抑制して該境界部での変形を防止することができる。
【００１０】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、部分補強材の延出部が形成されていない端部は強度メンバに接合されているものとする。このことで、請求項１の発明の作用効果をより安定的に得ることができる。
【００１１】
請求項３の発明では、フレーム断面内の少なくとも一部において補強用の充填材がフレーム長手方向に部分的に配設された車体のフレーム構造を対象とする。
【００１２】
そして、上記充填材のフレーム長手方向端部の強度が、該充填材のフレーム長手方向中間部よりも低く設定されているものとする。
【００１３】
この発明により、フレームの充填材が設けられた部分と設けられていない部分との境界部における強度変化は小さくなるので、請求項１の発明と同様の作用効果が得られる。
【００１４】
請求項４の発明では、フレーム断面内の少なくとも一部において補強用の充填材がフレーム長手方向に部分的に配設された車体のフレーム構造を対象とする。
【００１５】
そして、上記充填材は、フレーム断面外側縁部を構成するパネル材に接着され、上記充填材のフレーム長手方向端部の上記パネル材に対する引張せん断接着強さが、該充填材のフレーム長手方向中間部よりも低く設定されているものとする。
【００１６】
こうすることで、充填材を接着することによりパネル材に加わる力を充填材を介して広範囲に分散させることができ、簡単な構成で剛性やエネルギー吸収能力を高めることができるが、充填材のフレーム長手方向端部の接着強さが中間部よりも低いので、その端部に対応する部分のフレーム強度は低くなり、充填材が設けられていない部分の強度に近くなる。よって、フレームの充填材が設けられた部分と設けられていない部分との境界部における強度変化は小さくなり、請求項１の発明と同様の作用効果が得られる。
【００１７】
請求項５の発明では、請求項３又は４の発明において、充填材は、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た閉断面内に充填されているものとする。
【００１８】
こうすることで、特に充填材の平均圧縮強度を５ＭＰａ以上に設定しかつ最大曲げ強度を６０ＭＰａ以上に設定した場合（請求項６参照）には、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配設しなくても済み、充填材量を低減することができる。
【００１９】
請求項６の発明では、請求項１〜５のいずれか１つの発明において、充填材は、一辺３０ｍｍの立方体状の試験片に一方向から１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で圧縮荷重を加えた際における変位量が０〜８ｍｍの範囲での平均荷重により求められる圧縮強度を平均圧縮強度として、該平均圧縮強度が５ＭＰａ以上で、かつ、幅５０ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの平板状の試験片を８０ｍｍの支点間距離で、該支点間の中央を１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で押圧する三点曲げ試験を行った際における最大の曲げ強度を最大曲げ強度として、該最大曲げ強度が６０ＭＰａ以上に設定されたものとする。
【００２０】
このことにより、フレーム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５ＭＰａ以上とし、かつ最大曲げ強度を６０ＭＰａ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５ＭＰａ以上でかつ最大曲げ強度が６０ＭＰａ以上になるとエネルギー吸収量の増加度合いが確実に飽和するからである。つまり、平均圧縮強度が５ＭＰａ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６０ＭＰａ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パネル材の板厚を増大させる必要がなく、軽量の充填材（特にエポキシ樹脂からなる発泡充填材）を充填すれば、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。そして、このような高強度の充填材をフレーム長手方向に部分的に設けるだけでは、充填材が設けられた部分と設けられていない部分との間の強度差が非常に大きくなって、その境界部で変形しやすくなるが、この発明では、境界部の強度変化を小さくして該境界部での変形を防止することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態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。
【００２２】
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１３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１４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，１２ａ、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断面を閉断面状に構成するパネル材であって、センターピラー２断面外側縁部を構成しており、アウタパネル１２とレインフォースメント１４とによりセンターピラー２断面の車体外側部が閉断面状に構成され、インナパネル１３とレインフォースメント１４とによりセンターピラー２断面の車体内側部が閉断面状に構成されている。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。
【００２３】
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５ＭＰａ以上）に設定されていると共に、最大曲げ強度は１０ＭＰａ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６０ＭＰａ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１７参照）。また、上記最大曲げ強度は、幅５０ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの平板状の試験片を８０ｍｍの支点間距離で、該支点間の中央を１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で押圧する三点曲げ試験を行った際における最大の曲げ強度をいう。
【００２４】
そして、図２及び図４〜図７に示すように、センターピラー２長手方向において充填材１１（図４及び図５では後述する未発泡状態の充填材１０を示す）が設けられていない部分におけるセンターピラー２断面内に、共に鋼板等からなる断面略コ字状の上側部分補強材４１と下側部分補強材４２とが設けられている。すなわち、この上側部分補強材４１は、センターピラー２長手方向略全体に亘って設けられたレインフォースメント１４のインナパネル１３側面における充填材１１よりも上側の部分に、溶接等により接合されて設けられ（フランジ部は有していない）、上記下側部分補強材４２は、上記レインフォースメント１４のインナパネル１３側面における充填材１１よりも下側の部分に、溶接等により接合されて設けられている（フランジ部は有していない）。尚、上記レインフォースメント１４は、この実施形態では、上側レインフォースメント４５と下側レインフォースメント４６（図５に二点鎖線で示す）とが一体的に結合されてなり、上記下側部分補強材４２は上記上側レインフォースメント４５の下部に設けられている（図４では下側レインフォースメント４６とアウタパネル１２とを省略している）。
【００２５】
上記上側部分補強材４１の下端部には、充填材１１の上端部にラップするように延出する延出部４１ａが形成され、下側部分補強材４２の上端部には、充填材１１の下端部にラップするように延出する延出部４２ａが形成されている。この上側及び下側部分補強材４１，４２の各延出部４１ａ，４２ａの一部は、未発泡状態の充填材１０ともラップしており（図５参照）、発泡後の充填材１１に対してはそのラップ範囲が未発泡状態の充填材１０よりも上下に大きくなる。
【００２６】
上記上側部分補強材４１の上端部（延出部４１ａが形成されていない端部）は、アウタパネル１２、インナパネル１３及び上側レインフォースメント４５と共に強度メンバであるルーフサイドレール３に接合されている。
【００２７】
上記未発泡状態の充填材１０は、後述の如くセンターピラー２を組み立てる前に上側レインフォースメント４５に貼り付けるものであって、シート状に加工されており、その上下両端部には略三角形状の切欠き部１０ａ，１０ａがそれぞれ形成されている。この各切欠き部１０ａは、上記上側レインフォースメント４５において該各切欠き部１０ａに対応するように設けた位置合わせ用孔１４ｅ，１４ｅと共に、未発泡状態の充填材１０を上側レインフォースメント４５に貼り付ける際の位置合わせ用に設けたものである。
【００２８】
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、予め上側及び下側補強材４１，４２を接合したレインフォースメント１４のアウタパネル１２側面の所定部分に上記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、この充填材１０の各切欠き部１０ａをレインフォースメント１４の各位置合わせ用孔１４ｅにそれぞれ合わせてセットする。尚、未発泡状態の充填材１０は、予めレインフォースメント１４に沿った形状に加工しておいて１０℃以下で保管したものを使用するようにすれば、粘土状である充填材１０の硬さが気温によって変化しても、レインフォースメント１４の形状に沿ってならしたり位置合わせしたりする作業が容易になる。
【００２９】
その後、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，１４ａ同士をスポット溶接により接合する。そして、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１３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。
【００３０】
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い、その後に１８０℃雰囲気中に３５分間投入してその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４０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）。
【００３１】
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。
【００３２】
そして、センターピラー２長手方向において充填材１１が設けられていない部分に、延出部４１ａ，４２ａを有する上側及び下側部分補強材４１，４２が設けられているので、この上側及び下側部分補強材４１，４２によりセンターピラー２の充填材１１が設けられていない部分の強度をも向上して、充填材１１が設けられた部分と設けられていない部分との境界部における強度変化を小さくすることができる。よって、その境界部に応力が集中するのを抑制して該境界部での変形を防止することができる。
【００３３】
ここで、上記実施形態においては、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。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。
【００３４】
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。
【００３５】
さらに、上記アウタパネル１２と充填材１１との間の少なくとも一部には、３ＭＰａ以上の引張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１４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３ＭＰａ以上の引張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。
【００３６】
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。
【００３７】
尚、上記実施形態では、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。
【００３８】
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、発泡ウレタン樹脂等のように上記充填材１１よりも強度の低いものであっても本発明を適用することができ、発泡材でなくてもよい。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。
【００３９】
さらに、上記実施形態では、充填材１１が設けられた部分と設けられていない部分との境界部における強度変化を小さくするために上側及び下側部分補強材４１，４２を設けたが、上述の如くアウタパネル１２と充填材１１との間に接着剤層を設けたり充填材１１自体が接着力を有するようにしたりして、充填材１１の上下両端部のアウタパネル１２に対する引張せん断接着強さを、該充填材１１の上下方向中間部よりも低く設定するようにしてもよい。この場合、充填材１１の上下両端部の引張せん断接着強さは７ＭＰａよりも小さく設定し（場合によっては、０であってもよい）、上下方向中間部は７ＭＰａ以上に設定するのが望ましい。そして、上記充填材１１の上下両端部の引張せん断接着強さを低くするには、上下方向中間部よりも引張せん断接着強さが低い接着剤を使用したり、上下方向中間部と同じ接着剤を部分的にマスキングして使用したりすればよく、また、充填材１１自体が接着力を有するようにした場合には、引張せん断接着強さが互いに異なる２種類の充填材を用いればよい。
【００４０】
さらにまた、上記境界部の強度変化を小さくするために、充填材１１の上下両端部の強度を、該充填材１１の上下方向中間部よりも低く設定するようにしてもよい。例えば、図８に示すように、未発泡状態の充填材１０における上記位置合わせ用の各切欠き部１０ａをかなり大きくすることにより、上下両端部の発泡充填密度を低下させることで該上下両端部の発泡後の強度を上下方向中間部よりも低くすることができる。また、図９に示すように、未発泡状態の充填材１０の上下両端部における左右両側を切り欠いて上下両端部の発泡後の強度を低くするようにしてもよい。
【００４１】
また、未発泡状態の充填材１０の上側レインフォースメント４５に対する位置合わせを行うために、上記切欠き部１０ａ，１０ａを設ける代わりに、図１０及び図１１に示すような突起部１０ｂ，１０ｂを形成してもよく、図１２に示すような貫通孔１０ｃ，１０ｃを形成してもよい。そして、充填材１０に上記のような各突起部１０ｂを形成する場合に（切欠き部１０ａを形成する場合でもよい）、その各突起部１０ｂ等で位置合わせ用孔１４ｅの少なくとも一部を覆うようにすれば、アウタパネル１２とレインフォースメント１４とを結合した後に充填材１０が正しい位置に貼り付けられているか否かを検査することができる。そして、この位置合わせ用孔１４ｅから充填材１０が発泡時に漏れ出すのを出来る限り抑制するには、その径を３ｍｍ以下とすればよい。また、位置合わせ用孔１４ｅは円形である必要はなく、例えば図１３〜図１５に示すような形状にしてもよく、この場合に、充填材１０の各位置合わせ用孔１４ｅからの漏れを抑制するには、各図に示す箇所を３ｍｍ以下に設定すればよい。さらに、充填材１０に上記のような各貫通孔１０ｃを形成する場合に、図１６に示すように、クリップ４９を上記上側の貫通孔１０ｃと上側レインフォースメント４５の位置合わせ用孔１４ｅとに貫通させて係止させれば、充填材１０の保持を行うことができると共に、クリップ４９が位置合わせ用孔１４ｅから突出しているか否かにより、充填材１０が正しい位置に貼り付けられているか否かの検査を行うこともできる。
【００４２】
また、位置合わせ用孔１４ｅの代わりに、上記のような検査はできないが、上側レインフォースメント４５に、充填材１０との位置合わせ用として凸部や凹部を形成してもよく、マーキングを施してもよい。
【００４３】
さらに、上記実施形態では、充填材１１はセンターピラー２長手方向において１箇所しか設けていないが、２箇所以上に分離して設けてもよく、この場合には、２つの充填材間にも部分補強材を設ければよく、この部分補強材のフレーム長手方向両端部に延出部を設ければよい。
【００４４】
加えて、上記実施形態では、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。
【００４５】
【実施例】
次に、具体的に実施した実施例について説明する。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
尚、上記レインフォースメントの密度は、後述する図１８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。
【００４９】
【表１】
【００５０】
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１７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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
上記鋼板を用いて、図１８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。
【００５６】
尚、図１８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。
【００５７】
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。
【００５８】
先ず、フレームの静的三点曲げ試験を実施した。図１９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２０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。
【００５９】
図１８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２１に示すように、変位量０〜４５ｍｍ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。
【００６０】
上記試験結果を図２２〜図２５のグラフに示す。先ず、図２２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２２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。
【００６１】
このグラフ（図２２）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。
【００６２】
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。
【００６３】
また、図２３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２３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。
【００６４】
この図２３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。
【００６５】
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。
【００６６】
さらに、図２４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２５は、図２４のグラフにおける最大曲げ強度８０ＭＰａ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２４及び図２５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。
【００６７】
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２５参照）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。
【００６８】
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。
【００６９】
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２６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２７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。
【００７０】
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。
【００７１】
また、図２２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。
【００７２】
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。
【００７３】
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２３参照）。
【００７４】
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ＦＲ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。
【００７５】
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。
【００７６】
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１０ＭＰａで飽和し、約６０ＭＰａでより安定して飽和していた（図２４及び図２５参照）。
【００７７】
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。
【００７８】
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１０ＭＰａ）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。
【００７９】
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２８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１８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、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２９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。
【００８０】
図３０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３０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。
【００８１】
このグラフ（図３０）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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
図３１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３１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。
【００８６】
このグラフ（図３１）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。
【００８７】
図３２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３３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Ｗｍ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。
【００８８】
図３４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Ｐｉ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。
【００８９】
この図３４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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
また、図３５は、図３４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３４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。
【００９３】
この図３５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。
【００９４】
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。
【００９５】
図３６は、接着剤層の引張せん断接着強さ（同図ではせん断接着強さという）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３６のグラフから良く判るように、接着剤層の引張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、引張せん断接着強さが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、接着剤層の引張せん断接着強さが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、接着剤層の引張せん断接着強さとしては、３ＭＰａ以上であればよい。また、引張せん断接着強さがさらに大きくなり、７ＭＰａ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、引張せん断接着強さが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、接着剤層の引張せん断接着強さが７ＭＰａ以上であることがさらに好ましい。
【００９６】
尚、上記引張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３７に示すように、被着材５１，５１として幅２５ｍｍ、厚さ１．６ｍｍ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引張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）。
【００９７】
次に、図３８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３２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。
【００９８】
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の引張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４２３ｇであった。
【００９９】
上記曲げ試験の結果を図３９〜図４１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。
【０１００】
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３８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３８で５ｍｍの部分）は５ｍｍのままとした。
【０１０１】
上記試験の結果を図４２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。
【０１０２】
次いで、図４３（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１３．５ＭＰａ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の引張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。
【０１０３】
一方、比較のために、図４３（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４３（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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
上記センターピラー曲げ試験の結果を図４４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。
【０１０６】
【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では、補強用の充填材をフレーム長手方向に部分的に配設し、このフレーム長手方向において充填材が設けられていない部分におけるフレーム断面内（フレーム長手方向略全体に亘って配設されたレインフォースメント）に、充填材のフレーム長手方向端部にラップするように延出する延出部を有する部分補強材を設け、充填材を、フレーム断面外側縁部を構成するパネル材とレインフォースメントとで構成された閉断面内に充填し、レインフォースメントの強度及び剛性の少なくとも一方を、フレーム断面外側縁部を構成するパネル材に対して同等以上に設定するようにした。また、さらに他の車体のフレーム構造では、充填材のフレーム長手方向端部の強度を、該充填材のフレーム長手方向中間部よりも低く設定するか、又は、充填材を、フレーム断面外側縁部を構成するパネル材に接着し、この充填材のフレーム長手方向端部の上記パネル材に対する引張せん断接着強さを、該充填材のフレーム長手方向中間部よりも低く設定するようにした。したがって、これらのフレーム構造によると、充填材が設けられた部分と設けられていない部分との境界部に応力が集中するのを抑制して該境界部での変形を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態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】センターピラーの分解斜視図である。
【図５】未発泡状態の充填材と上側及び下側部分補強材との上下方向における位置関係を示すレインフォースメントの正面図である。
【図６】図５のVI−VI線拡大断面図である。
【図７】図５のVII−VII線拡大断面図である。
【図８】発泡後において充填材の上下両端部の強度を低くするための未発泡状態時における形状例を示す正面図である。
【図９】発泡後において充填材の上下両端部の強度を低くするための未発泡状態時におけるさらに別の形状例を示す正面図である。
【図１０】未発泡状態の充填材に位置合わせ用として突起部を形成した例を示す正面図である。
【図１１】未発泡状態の充填材に位置合わせ用として突起部を形成したさらに別の例を示す正面図である。
【図１２】未発泡状態の充填材に位置合わせ用として貫通孔を形成した例を示す正面図である。
【図１３】位置合わせ用孔の他の形態を示す説明図である。
【図１４】位置合わせ用孔のさらに他の形態を示す説明図である。
【図１５】位置合わせ用孔のさらに他の形態を示す説明図である。
【図１６】充填材の貫通孔とレインフォースメントの位置合わせ用孔とにクリップを貫通させた場合を示す充填材発泡前のセンターピラーベルトライン部の縦断面図である。
【図１７】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１８】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１９】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２０】図１９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２１】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２２】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２３】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２４】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２５】図２４の要部を拡大して示すグラフである。
【図２６】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２７】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２８】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２９】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３０】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３１】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３２】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３３】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３４】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３５】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３６】接着剤層の引張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３７】引張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３９】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４０】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４１】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４２】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４３】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４４】図４３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）
１１ 充填材
１２ アウタパネル（パネル材）
１３ インナパネル（パネル材）
１４ レインフォースメント
４１ 上側部分補強材
４１ａ 延出部
４２ 下側部分補強材
４２ａ 延出部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention belongs to a technical field related to a frame structure of a vehicle body in a vehicle such as an automobile.
[0002]
[Prior art]
Heretofore, as a frame structure of this type, for example, a frame structure in which a frame cross section is formed in a closed cross-sectional shape by two panel materials (an outer panel and an inner panel in a center pillar), such as a center pillar, is well known. For parts requiring high rigidity, reinforcement is provided in the cross section of the frame to reinforce it.
[0003]
Then, as shown in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-231913, a lightweight filler made of urethane foam is filled only in a predetermined portion in the longitudinal direction of the frame in the closed cross section, so that the predetermined portion is It has been proposed to provide reinforcement.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case where the filler is partially disposed in the longitudinal direction of the frame as in the above proposed example, the frame strength of the predetermined portion provided with the filler is improved, but the filler is not provided. The strength of the part remains the same, and a large change in strength occurs at the boundary between the part where the filler is provided and the part where the filler is not provided, stress is concentrated at the boundary, and it is greatly deformed at the boundary May be lost.
[0005]
The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to improve the structure of a vehicle body frame structure in which a filler is partially disposed in the frame longitudinal direction. Accordingly, it is an object of the present invention to suppress the concentration of stress at the boundary between the portion where the filler is provided and the portion where the filler is not provided, and to prevent deformation at the boundary.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a partial reinforcing material is provided in a frame cross section at a portion where no filler is provided in the frame longitudinal direction, and the partial reinforcing material is provided at an end of the frame in the frame longitudinal direction. An extension is formed to extend so as to wrap around the end of the filler in the longitudinal direction of the frame.
[0007]
More specifically, the present invention is directed to a frame structure of a vehicle body in which a filler for reinforcement is partially arranged in a longitudinal direction of the frame in a part of the cross section of the frame.
[0008]
Then, a partial reinforcing material is provided in the frame cross section at a portion where the filler is not provided in the frame longitudinal direction, and the partial reinforcing material is provided over substantially the entire frame longitudinal direction in the frame cross section. The reinforcement is provided in a closed section formed by a panel material forming a frame cross-sectional outer edge and the reinforcement, and the filler, the reinforcement, and the frame are provided. The panel material forming the cross-sectional outer edge has a substantially U-shaped cross-section, and at least one of the strength and rigidity of the reinforcement is set to be equal to or greater than the panel material forming the frame cross-sectional outer edge. And extending to the frame longitudinal end of the partial reinforcement so as to wrap around the frame longitudinal end of the filler. Shall extending portions are formed.
[0009]
With the above configuration, the strength of the portion where the filler of the frame is not provided is also improved by the partial reinforcing material having the extending portion, and the boundary portion between the portion where the filler is provided and the portion where the filler is not provided is provided. The intensity change is small. In addition, by providing the partial reinforcing material in the reinforcement, it is possible to effectively reinforce the portion where the filler is not provided as compared with the case where the reinforcing material is provided in the panel material constituting the outer edge portion of the frame cross section, and to improve the frame. By integrating the reinforcement and the partial reinforcing member in advance before assembling, productivity can be improved. Further, by setting at least one of the strength and the rigidity of the reinforcement to be equal to or greater than the panel material forming the frame cross-section outer edge, the panel material forming the frame cross-section outer edge is bent and the cross-section inner side is bent. Can be reliably suppressed. Therefore, concentration of stress at the boundary can be suppressed, and deformation at the boundary can be prevented.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the end of the partial reinforcing member where the extending portion is not formed is joined to the strength member. Thus, the function and effect of the first aspect can be more stably obtained.
[0011]
The invention according to claim 3 is directed to a frame structure of a vehicle body in which a reinforcing filler is partially disposed in at least a part of a frame cross section in a longitudinal direction of the frame.
[0012]
The strength of the filler at the end in the frame longitudinal direction is set to be lower than that at the middle of the filler in the frame longitudinal direction.
[0013]
According to the present invention, the change in strength at the boundary between the portion of the frame where the filler is provided and the portion where the filler is not provided is reduced, so that the same operation and effect as the first aspect of the invention can be obtained.
[0014]
The invention according to claim 4 is directed to a frame structure of a vehicle body in which a reinforcing filler is partially disposed in the frame longitudinal direction at least in a part of the frame cross section.
[0015]
The filler is bonded to a panel material constituting an outer edge of the frame cross section, and the tensile shear adhesive strength of the filler in the frame longitudinal direction end portion to the panel material is the middle of the filler in the frame longitudinal direction. It is assumed that it is set lower than the unit.
[0016]
By doing so, the force applied to the panel material by bonding the filler can be widely dispersed through the filler, and the rigidity and the energy absorption ability can be increased with a simple configuration. Since the adhesive strength at the end portion in the longitudinal direction of the frame is lower than that at the intermediate portion, the frame strength at the portion corresponding to the end portion is low, and approaches the strength at the portion where no filler is provided. Therefore, the change in strength at the boundary between the portion of the frame where the filler is provided and the portion where the filler is not provided is small, and the same operation and effect as the first aspect of the invention can be obtained.
[0017]
According to a fifth aspect of the present invention, in the third or fourth aspect of the present invention, the filler is provided in a closed section formed by a panel member forming an outer edge portion of the frame section and a reinforcement provided in the frame section. Shall be filled.
[0018]
By doing so, particularly when the average compressive strength of the filler is set to 5 MPa or more and the maximum bending strength is set to 60 MPa or more (see claim 6), the impact due to the synergistic effect of the reinforcement and the filler is reduced. Energy can be effectively absorbed, and it is not necessary to dispose the filler over the entire frame section, and the amount of the filler can be reduced.
[0019]
In the invention of claim 6, in any one of the inventions of claims 1 to 5, the filler is provided on a cubic test piece having a side of 30 mm from one direction. At a speed of 10 mm / min The amount of displacement when a compressive load is applied is the compressive strength determined by the average load in the range of 0 to 8 mm as the average compressive strength, and the average compressive strength is 5 MPa or more, and the width is 50 mm, the length is 150 mm, and the thickness is A flat test piece of 10 mm with a fulcrum distance of 80 mm And press the center between the fulcrums at a speed of 10 mm / min. The maximum bending strength when performing the three-point bending test is defined as the maximum bending strength, and the maximum bending strength is set to 60 MPa or more.
[0020]
Thus, by providing the filler corresponding to a portion (buckling portion) or the like that bends under the influence of the impact load in the frame, the force applied to the portion can be dispersed around the filler through the filler, The impact energy can be effectively absorbed while preventing that part from being bent or while being bent. The reason why the average compressive strength of the filler is 5 MPa or more and the maximum bending strength is 60 MPa or more is that as the average compressive strength or the maximum bending strength of the filler increases, the energy absorption amount of the frame also increases. However, when the average compressive strength is 5 MPa or more and the maximum bending strength is 60 MPa or more, the degree of increase in the amount of energy absorption is definitely saturated. In other words, when the average compressive strength is 5 MPa or more, it is possible to suppress the deformation of the cross section due to the local large deformation of the frame to the utmost, and when the maximum bending strength is 60 MPa or more, the frame is locally deformed. Even when the frame is largely deformed, it is possible to suppress the filler from cracking and to prevent the frame from being brittlely broken. As a result, if a filler material that satisfies these characteristics is used, an energy absorption amount close to the maximum value can be obtained, and the collision safety can be considerably improved. Therefore, it is not necessary to increase the thickness of the panel material in order to increase the amount of energy absorption, and if a lightweight filler (particularly, a foam filler made of epoxy resin) is filled, the vehicle body can be reduced in weight, Fuel efficiency can also be improved. And, only by providing such a high-strength filler partially in the longitudinal direction of the frame, the difference in strength between the portion where the filler is provided and the portion where the filler is not provided becomes very large, and the boundary between the portions where the filler is not provided is very large. However, in the present invention, it is possible to prevent the deformation at the boundary by reducing the change in strength at the boundary.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an entire configuration of an automobile body 1 including a center pillar 2 (frame) to which a frame structure according to an embodiment of the present invention is applied. The center pillar 2 extends substantially vertically in substantially the center in the front-rear direction of the left and right sides of the vehicle body 1, and its upper end is joined to a roof side rail 3 extending in the front-rear direction on the left and right sides of the vehicle compartment roof. The lower end is joined to a side sill 4 extending in the front-rear direction on both right and left sides of the vehicle floor. A filler 11 (see FIGS. 2 and 3) is provided at or near the belt line portion of the center pillar 2 as described later. The part is prevented from breaking into the passenger compartment. In FIG. 1, reference numeral 5 denotes a front pillar, and reference numeral 6 denotes a rear pillar.
[0022]
As shown in FIGS. 2 and 3, the center pillar 2 includes an outer panel 12 made of a steel sheet or the like located outside the vehicle body, an inner panel 13 made of a steel sheet or the like located inside the vehicle body, and the outer panel 12 and the inner panel 13. And a reinforcement 14 made of a steel plate or the like provided between the center pillar 2 and the cross section (frame cross section) of the center pillar. The outer panel 12, the inner panel 13, and the reinforcement 14 have flange portions 12a, 12a, 13a, 13a, 14a, 14a on both left and right sides (both front and rear sides of the vehicle body 1). The parts 12a, 13a, and 14a are integrated with each other by being joined by spot welding. That is, the outer panel 12 and the inner panel 13 are panel members that form a cross section of the center pillar 2 in a closed cross section, and form an outer edge of the center pillar 2 in a cross section. As a result, the vehicle body outer portion of the center pillar 2 cross section is configured to have a closed cross section, and the inner panel 13 and the reinforcement 14 are configured to have the vehicle body inner portion of the center pillar 2 cross section having a closed cross section. Each of the outer panel 12 and the reinforcement 14 has a substantially U-shaped cross section, and a space between the both has a substantially U-shaped cross section.
[0023]
The space between the outer panel 12 and the reinforcement 14 at or near the belt line portion of the center pillar 2 is filled with a filler 11 made of, for example, an epoxy resin. In other words, the filler 11 is not formed entirely in the cross section of the center pillar 2 but in the cross section on the side where the impact load As is input, or due to the bending moment acting on the center pillar 2 due to the impact load As. Is filled only on the side of the vehicle (where the center pillar 2 is outside the neutral shaft than the neutral shaft), and has a substantially U-shaped cross section. The average compressive strength of the filler 11 is set to 4 MPa or more (preferably 5 MPa or more), and the maximum bending strength is set to 10 MPa or more (preferably 60 MPa or more). This means that if the average compressive strength is 4 MPa or more, even if the impact load As is inputted to the center pillar 2, the belt line portion of the center pillar 2 is locally deformed and the cross section is crushed. If the maximum bending strength is 10 MPa or more, even if the center pillar 2 is locally deformed significantly, the crack of the filler 11 is suppressed and the center pillar 2 is brittlely broken. This is because the effect can be obtained more stably if the average compressive strength is 5 MPa or more and the maximum bending strength is 60 MPa or more. The average compressive strength is such that when a compressive load is applied at a speed of 10 mm / min from one direction to a material obtained by processing the filler 11 into a cube having a side of 30 mm, the displacement (compression amount) is 0 to 8 mm. It means the average intensity in the range (see FIG. 17). Further, the maximum bending strength is such that a flat test piece having a width of 50 mm, a length of 150 mm, and a thickness of 10 mm is measured at a distance between supporting points of 80 mm. And press the center between the fulcrums at a speed of 10 mm / min. The maximum bending strength when a three-point bending test is performed.
[0024]
Then, as shown in FIG. 2 and FIGS. 4 to 7, in a portion where the filler 11 (an unfoamed filler 10 described later is shown in FIGS. 4 and 5) is not provided in the longitudinal direction of the center pillar 2. An upper partial reinforcing member 41 and a lower partial reinforcing member 42 both having a substantially U-shaped cross section made of a steel plate or the like are provided in the cross section of the center pillar 2. That is, the upper partial reinforcing member 41 is provided by being welded or the like to a portion above the filler 11 on a side surface of the inner panel 13 of the reinforcement 14 provided over substantially the entire longitudinal direction of the center pillar 2. (The flange portion is not provided.), And the lower portion reinforcing member 42 is provided by being joined to a portion of the reinforcement 14 below the filler 11 on the side surface of the inner panel 13 by welding or the like. (No flange). In this embodiment, the reinforcement 14 is formed by integrally connecting an upper reinforcement 45 and a lower reinforcement 46 (indicated by a two-dot chain line in FIG. 5). The reinforcing member 42 is provided below the upper reinforcement 45 (the lower reinforcement 46 and the outer panel 12 are omitted in FIG. 4).
[0025]
An extension 41a is formed at the lower end of the upper partial reinforcement 41 so as to wrap around the upper end of the filler 11, and the upper end of the lower partial reinforcement 42 has An extension 42a is formed to extend so as to overlap the lower end. A part of each of the extending portions 41a and 42a of the upper and lower partial reinforcing members 41 and 42 also wraps with the unfoamed filler 10 (see FIG. 5). In this case, the wrap area becomes larger than the unfilled filler 10 in the vertical direction.
[0026]
The upper end (the end where the extension 41a is not formed) of the upper partial reinforcing member 41 is joined to the roof side rail 3 which is a strength member together with the outer panel 12, the inner panel 13 and the upper reinforcement 45. .
[0027]
The unfoamed filler 10 is attached to the upper reinforcement 45 before assembling the center pillar 2 as described later, and is processed into a sheet shape. Notches 10a, 10a are formed respectively. Each of the notches 10a is provided with the positioning holes 14e, 14e provided in the upper reinforcement 45 so as to correspond to each of the notches 10a, and the unfoamed filler 10 is filled with the upper reinforcement 45. It is provided for positioning when pasting to the.
[0028]
Next, a method of assembling the center pillar 2 will be described. First, the unfoamed filler 10 is attached to a predetermined portion of the side surface of the outer panel 12 of the reinforcement 14 to which the upper and lower reinforcing members 41 and 42 have been joined in advance. At this time, the notches 10a of the filler 10 are set in alignment with the respective positioning holes 14e of the reinforcement 14. If the unfoamed filler 10 is processed in advance in a shape along the reinforcement 14 and stored at a temperature of 10 ° C. or lower, the hardness of the clay-like filler 10 can be improved. Even if the temperature changes depending on the temperature, the work of leveling and positioning along the shape of the reinforcement 14 becomes easy.
[0029]
After that, the reinforcement 14 to which the filler 10 is attached is set on the outer panel 12, and the flange portions 12a and 14a of both are joined by spot welding. Then, the inner panel 13 is set with respect to the reinforcement 14, and the flange portion 13a of the inner panel 13 is joined to the flange portion 14a of the reinforcement 14 by spot welding, whereby the assembly of the center pillar 2 is completed. I do.
[0030]
Next, after the assembly of the entire vehicle body 1 is completed, the vehicle body 1 is immersed in an electrodeposition liquid to perform electrodeposition coating, and thereafter, is thrown into a 180 ° C. atmosphere for 35 minutes to dry the electrodeposition coating. (The minimum temperature of the center pillar 2 is about 150 ° C.). Then, a vehicle body sealer is applied and put into a 140 ° C. atmosphere for 20 minutes to dry the vehicle body sealer (the temperature of the center pillar 2 is about 100 ° C.). The center pillar 2 is heated at 140 ° C. for 20 minutes, and then the top coat is applied. Then, the center pillar 2 is placed in a 140 ° C. atmosphere for 40 minutes and the top coat is dried. Drying is performed (the center pillar 2 is heated at 140 ° C. for 20 minutes). During the drying of the electrodeposition coating or the like, the filler 10 is heated by the drying heat to completely foam-fill the outer panel 12 and the reinforcement 14. In this manner, the unfoamed filler 10 is foamed and cured by the drying heat of electrodeposition coating or the like, so that it is not necessary to separately provide a foaming step, and productivity can be improved. In the drying step of electrodeposition coating, the foaming of the filler 10 is completed and about half is cured, and the remaining part is cured in the drying step of the intermediate coating and the top coating (in the drying step of the vehicle body sealer, the center pillar 2 is hardened). The temperature is too low and the filler 10 hardly hardens).
[0031]
When a side collision is made on the vehicle body 1, a large force that bends (buckles) and enters the inside of the cross section locally at the belt line portion of the outer panel 12 of the center pillar 2 due to the impact load As. May work. However, in the first embodiment, even if such a force acts on the outer panel 12, the force can be dispersed to the surroundings via the filler 11, and the average compressive strength of the filler 11 is 4 MPa. Since the above is set and the maximum bending strength is set to 10 MPa or more, an energy absorption amount close to the maximum value is obtained, and the bending of the center pillar 2 can be suppressed to the maximum. On the other hand, the filler 11 is provided not only in the entire cross section of the center pillar 2 but only between the outer panel 12 and the reinforcement 14, but the bending moment at the start of buckling is provided in the entire cross section of the center pillar 2. Since it is almost the same as the case, the impact energy can be effectively absorbed with a small filling amount. Moreover, since the filler 11 is a foam material, the weight of the vehicle body can be reduced. Therefore, it is possible to improve the collision safety while improving the fuel efficiency.
[0032]
Since the upper and lower partial reinforcing members 41 and 42 having the extending portions 41a and 42a are provided in portions where the filler 11 is not provided in the longitudinal direction of the center pillar 2, the upper and lower portions are provided. The reinforcing members 41 and 42 also improve the strength of the portion of the center pillar 2 where the filler 11 is not provided, and reduce the change in strength at the boundary between the portion where the filler 11 is provided and the portion where the filler 11 is not provided. can do. Therefore, concentration of stress at the boundary can be suppressed, and deformation at the boundary can be prevented.
[0033]
Here, in the above embodiment, at least one of the strength (tensile strength, proof stress) and the rigidity of the reinforcement 14 is set to be equal to or greater than that of the outer panel 12. In other words, if both the strength and the rigidity of the reinforcement 14 are smaller than those of the outer panel 12, when the belt line portion of the outer panel 12 is bent to enter the inside of the cross section, the reinforcement 14 is locally buckled and deformed. As a result, the outer panel 12 enters the inside of the cross section together with the filler 11. If at least one of the strength and the rigidity of the reinforcement 14 is equal to or more than that of the outer panel 12, the outer panel 12 enters the inside of the cross section. (Bending) can be more reliably suppressed.
[0034]
Further, it is desirable that the gap between the outer panel 12 and the reinforcement 14 in the filling portion of the filler 11 is set to 2 mm or more (preferably 3 mm or more). This is because when the filler 11 is not filled, the smaller the gap amount is, the larger the maximum bending moment value that the center pillar 2 can bear, but when the filler 11 is filled, the gap amount is smaller than 2 mm. This is because the filling effect of the filler 11 is low and almost no difference from the case where the filler 11 is not filled. On the other hand, if the gap amount is larger than 20 mm, the weight reduction effect is reduced and the cost is disadvantageous. Therefore, it is desirable to set the gap amount to 20 mm or less.
[0035]
Furthermore, it is desirable to provide an adhesive layer (vehicle body sealer or the like) having a tensile shear adhesive strength of 3 MPa or more on at least a part between the outer panel 12 and the filler 11. This allows the force locally applied to the outer panel 12 to be reliably dispersed around the outer panel 12 through the filler 11 and effectively increases the maximum bending moment value that the center pillar 2 can bear by the adhesive layer. When at least one of the strength and the rigidity of the reinforcement 14 is equal to or more than that of the outer panel 12 as described above, the outer panel 12 can enter the inside of the cross section or can protrude to the outside of the cross section. This is because the outer panel 12 can be effectively prevented from being bent. Then, instead of providing the adhesive layer, the filler 11 itself may have a tensile shear adhesive strength of 3 MPa or more with respect to the outer panel 12, so that the adhesive layer is not separately provided. And the above effect can be easily obtained. The adhesive layer may be provided not only between the outer panel 12 and the filler 11 but also at least a part between the inner panel 13 and the filler 11.
[0036]
In addition, the filler 11 has a length between the load supporting points of the center pillar 2 (between the upper end joined to the roof side rail 3 and the lower end joined to the side sill 4) in the longitudinal direction of the center pillar 2. It is desirable that the filler be filled in a length range of 15% or more. That is, although the energy absorption increases as the filling range of the filler 11 increases, the energy is substantially saturated at 15% of the length between the load supporting points. Therefore, if the filling is performed within a length range of 15% or more, an energy absorption amount close to a substantially maximum value is obtained.
[0037]
In the above embodiment, the filler 11 has an average compressive strength of 4 MPa or more (preferably 5 MPa or more) and a maximum bending strength of 10 MPa or more (preferably 60 MPa or more). May be set to 4 MPa or more (preferably 5 MPa or more) or the maximum bending strength may be set to 10 MPa or more (preferably 60 MPa or more). Even in this case, the collision safety can be sufficiently improved. The filler 11 filled between the outer panel 12 and the reinforcement 14 is composed of two layers: the outer panel 12 (collision load input side) and the reinforcement 14 side (anti-collision load input side). On the outer panel 12 side, those having an average compressive strength of 4 MPa or more (preferably 5 MPa or more) are arranged, and on the reinforcement 14 side, those having a maximum bending strength of 10 MPa or more (preferably 60 MPa or more) are arranged. It may be. In this way, the compressive load acting directly on the outer panel 12 side and the bending load acting on the reinforcement 14 side can be effectively borne by the fillers 11 of each layer, respectively. The most effective properties can be provided to the reinforcing member for efficient reinforcement.
[0038]
Further, the filler 11 does not have to have such a high strength, and the present invention can be applied even if the filler 11 has a lower strength than the filler 11 such as a urethane foam resin. It does not need to be a foam material. The filler 11 may be filled not only between the outer panel 12 and the reinforcement 14 but also between the inner panel 13 and the reinforcement 14. Alternatively, the filler 11 may be filled between the outer panel 12 and the inner panel 13.
[0039]
Furthermore, in the above-described embodiment, the upper and lower partial reinforcing members 41 and 42 are provided in order to reduce the change in strength at the boundary between the portion where the filler 11 is provided and the portion where the filler 11 is not provided. As described above, by providing an adhesive layer between the outer panel 12 and the filler 11 or making the filler 11 itself have an adhesive force, the tensile shear bond strength of the upper and lower ends of the filler 11 with respect to the outer panel 12 is determined. You may make it set lower than the up-down direction intermediate part of this filler 11. In this case, it is desirable that the tensile shear adhesive strength at both upper and lower ends of the filler 11 be set to be smaller than 7 MPa (or 0 in some cases), and that the middle part in the vertical direction be set to 7 MPa or more. In order to lower the tensile shear bond strength at both the upper and lower ends of the filler 11, an adhesive having a lower tensile shear bond strength than the middle part in the vertical direction may be used, or the same adhesive as the middle part in the vertical direction may be used. May be used by partially masking it, and when the filler 11 itself has adhesive strength, two types of fillers having different tensile shear adhesive strengths may be used.
[0040]
Furthermore, in order to reduce the change in strength at the boundary, the strength of the upper and lower ends of the filler 11 may be set lower than that of the middle of the filler 11 in the vertical direction. For example, as shown in FIG. 8, each of the alignment notches 10a in the unfoamed filler 10 is made considerably large, so that the foam filling density at the upper and lower ends is reduced to thereby reduce the upper and lower ends. Can be made lower in strength after foaming than in the middle part in the vertical direction. Further, as shown in FIG. 9, the left and right sides of the upper and lower ends of the unfoamed filler 10 may be cut out to lower the strength of the upper and lower ends after foaming.
[0041]
Further, in order to align the unfoamed filler 10 with respect to the upper reinforcement 45, instead of providing the notches 10a, 10a, protrusions 10b, 10b as shown in FIGS. Alternatively, the through holes 10c may be formed as shown in FIG. When the above-described projections 10b are formed in the filler 10 (the notch 10a may be formed), at least a part of the positioning hole 14e is covered by the projections 10b and the like. By doing so, it is possible to inspect whether or not the filler 10 is stuck at a correct position after the outer panel 12 and the reinforcement 14 are combined. Then, in order to suppress the leakage of the filler 10 from the positioning hole 14e at the time of foaming as much as possible, the diameter may be set to 3 mm or less. Further, the positioning hole 14e does not need to be circular, and may have a shape as shown in FIGS. 13 to 15, for example. In this case, leakage of the filler 10 from each positioning hole 14e is suppressed. In this case, the position shown in each figure may be set to 3 mm or less. Further, when each of the through holes 10c as described above is formed in the filler 10, as shown in FIG. 16, the clip 49 is inserted between the upper through hole 10c and the positioning hole 14e of the upper reinforcement 45. If the filler 10 is locked by being penetrated, the filler 10 can be held, and whether or not the filler 10 is stuck at the correct position depends on whether or not the clip 49 projects from the positioning hole 14e. An inspection can also be performed.
[0042]
In addition, although the above-described inspection cannot be performed in place of the alignment hole 14e, a convex portion or a concave portion may be formed in the upper reinforcement 45 for alignment with the filler 10, and marking may be performed. You may.
[0043]
Furthermore, in the above embodiment, only one filler 11 is provided in the longitudinal direction of the center pillar 2, but the filler 11 may be provided separately at two or more locations. In this case, a part of the filler 11 is also provided between the two fillers. It is sufficient to provide a reinforcing material, and extension portions may be provided at both ends in the frame longitudinal direction of the partial reinforcing material.
[0044]
In addition, in the above-described embodiment, the frame structure of the present invention is applied to the center pillar 2, but can be applied to pillar members other than the center pillar 2 (the front pillar 5 and the rear pillar 6). In addition, a frame member (front side frame, rear side frame, roof side rail 3, side sill 4, etc.) extending in the front-rear direction on both left and right sides of the vehicle body 1, a connecting member (cross member) for connecting the left and right frame members Etc.), a reinforcing member of a door body (impact bar or the like), a reinforcing member of a bumper (bumper reinforcement or the like), and the like.
[0045]
【Example】
Next, a specific embodiment will be described.
[0046]
First, the basic physical and mechanical properties of the filler itself (that is, not the state of the filler in the cross section of the frame but the filler itself) were examined. That is, the density of each of the six types of materials shown in Table 1 was examined, and the average compressive strength and maximum bending strength were determined by a test. In addition, the said density measured the value in room temperature (about 20 degreeC) about all the materials.
[0047]
Among the materials in Table 1, the urethane foam resin has a hardness of 8 kg / cm. Two The aluminum foam is made of aluminum foam, the wood is made of pine, the aluminum lump is made of rod-shaped aluminum, and the reinforcement is made of a 1 mm thick steel plate (SPCC; In this example, the steel plates used were all reinforcing materials made of SPCC.
[0048]
The density of the above-mentioned reinforcement is calculated from the weight of the reinforcement provided in the frame section as shown in FIG. 18 to be described later and the volume of the frame corresponding to the portion where the reinforcement is provided. It is calculated as the density. Further, the average compressive strength of the urethane foam and the average compressive strength and the maximum bending strength of the reinforcement were all too low to be measured.
[0049]
[Table 1]
[0050]
A simple compression test for examining the average compression strength of each filler was performed as follows. That is, the test material of each material was processed into a cube having a side of 30 mm to prepare test pieces, and a compressive load was applied thereto at a speed of 10 mm / min from one direction, as schematically shown in FIG. Then, the average load in the range of the displacement (compression amount) of 0 to 8 mm was obtained, and this was defined as the average compression strength of the filler.
[0051]
In addition, a simple bending test for checking the maximum bending strength of each filler was performed as follows. That is, the test material of each material was processed into a flat plate having a width of 50 mm x a length of 150 mm x a thickness of 10 mm to prepare test pieces, and the test piece of each filler was set to a distance between fulcrums of 80 mm. A three-point bending test was performed by a so-called autograph by pressing the center with an R8 indenter at a speed of 10 mm / min. Then, the maximum bending strength of each filler was calculated from the load-displacement diagram.
[0052]
From the density data of each filler in Table 1 above, cost, weight reduction effect, and the like, the density of the filler to be filled in the frame cross section of the body frame is 1.0 g / cm. Three The following is suitable, preferably 0.6 g / cm Three If it is below, a further weight saving effect can be expected.
[0053]
Next, the above-mentioned fillers were filled in the internal space of a predetermined portion of the frame, and a test for mainly evaluating the energy absorption characteristics of the frame was performed.
[0054]
First, a steel plate having a thickness of 1 mm was used as a panel material constituting the frame. The tensile strength of this steel sheet is 292 N / mm Two And the yield point is 147 N / mm Two And the elongation was 50.4%.
[0055]
As shown in FIG. 18, a panel member Po having a U-shaped cross section and a panel member Pi having a flat plate shape are combined in a single hat shape using the above-mentioned steel plate, and the overlapped portion Lf (flange portion) is 60 mm. Spot welding was performed at the pitch to finally assemble.
[0056]
In the case where the reinforcement Rf is provided in the cross section of the frame as shown by a virtual line in FIG. 18, the material of the reinforcement Rf is the same as the material of the panel materials Pi and Po of the frame FR. Was. In this case, both flange portions (not shown) of the reinforcement Rf were sandwiched between the flange portions (overlapping portions Lf) of both panel materials Pi and Po, and then three sheets were overlapped and assembled by spot welding.
[0057]
Each of the fillers shown in Table 1 was filled in the internal space of the predetermined portion of the frame FR, and various mechanical tests were performed to examine the relationship between the average compressive strength or the maximum bending strength and the energy absorption.
[0058]
First, the frame was subjected to a static three-point bending test. FIG. 19 is an explanatory diagram schematically showing a test device for performing a static three-point bending test on the frame Rf. FIG. 20 is an explanatory diagram showing an enlarged main part of the static three-point bending test apparatus.
[0059]
In FIG. 18, a filler S is filled in a cross section of a frame FR of a predetermined length having a cross-sectional shape indicated by a solid line over a length of Ef = 50 to 300 mm. A static load Ws was applied to the center, and a load-displacement in a range of a displacement amount of 0 to 45 mm was measured as shown in FIG. 21 to obtain a static energy absorption amount.
[0060]
The test results are shown in the graphs of FIGS. First, FIG. 22 shows the relationship between the mass of the filler and the amount of energy absorption. In FIG. 22, black circles (●) indicate a case where wood is filled, black squares (■) indicate a case where epoxy resin A is filled, and white triangles (△) indicate a steel plate reinforcement (sheet thickness 1). .0 mm) is provided in the cross section of the frame. The white circles (○) show the case of a steel plate having a thickness of 1.6 mm for reference.
[0061]
As can be clearly understood from this graph (FIG. 22), in both the wood and the epoxy resin A, the absorption energy increases as the filling mass of the filler S increases, and the frame supported at both the fulcrums Ms of the test apparatus. The maximum value was shown with the part collapsed. Further, when the filler S such as wood or epoxy resin is used, a much smaller filling mass is required to obtain the same amount of energy absorption as compared to the case where only the reinforcement is provided.
[0062]
Thus, by filling the filler S in the frame cross section, it was confirmed that the energy absorption of the frame FR was significantly improved as compared with the case where only the reinforcement Rf was provided.
[0063]
FIG. 23 shows the relationship between the average compressive strength of the filler S and the amount of energy absorption. The horizontal axis of the graph is a logarithmic scale. In this measurement, the filling length Ef of each filler S was set to 50 mm. When the filling length is less than this level, the filler S is hardly subjected to the bending action, and the energy absorption has a very strong correlation with the compressive strength. In FIG. 23, points a1, a2, a3, a4, and a5 indicate that the data are for urethane resin, Al foam, wood, epoxy resin A, and Al lump, respectively.
[0064]
As can be clearly understood from the graph of FIG. 23, the energy absorption increases as the average compressive strength of the filler S increases, but when the average compressive strength exceeds 4 MPa, the degree of increase in the energy absorption of the frame FR saturates. . In other words, if the average compressive strength is 4 MPa or more, it is possible to obtain an energy absorption amount almost close to the maximum value.
[0065]
In particular, when the average compressive strength becomes 5 MPa or more, the degree of increase in the energy absorption amount of the frame FR is more stably saturated, and the energy absorption amount close to the maximum value can be obtained more stably.
[0066]
Further, FIG. 24 shows the relationship between the maximum bending strength of the filler S and the amount of energy absorption, and FIG. 25 shows an enlarged portion of the graph of FIG. 24 having a maximum bending strength of 80 MPa or less. is there. In this measurement, the filling length Ef of each filler S was set to 100 mm. When the filling length is increased to about 100 mm, the bending strength of the filling material also greatly contributes to improving the energy absorption of the frame FR. In FIGS. 24 and 25, points b1, b2, b3, and b4 indicate that the data are Al foam, epoxy resin A, wood, and aluminum lump, respectively.
[0067]
As can be clearly understood from these graphs, the energy absorption increases as the maximum bending strength of the filler S increases, but when the maximum bending strength exceeds 10 MPa (particularly, see FIG. 25), the energy absorption of the frame FR increases. The degree saturates. In other words, if the maximum bending strength is 10 MPa or more, it is possible to obtain an energy absorption amount almost close to the maximum value.
[0068]
In particular, when the maximum bending strength is 60 MPa or more, the degree of increase in the energy absorption of the frame FR is more stably saturated, and the energy absorption close to the maximum value can be obtained more stably.
[0069]
In the static energy absorption test described above, when the filler is not filled in the cross section of the frame, as shown in FIG. 26, the frame FR locally deforms greatly at the input point of the load Ws. On the other hand, when the filler is filled in the frame cross section, as shown in FIG. 27, the input load Ws is increased not only at the input point but also in the filler S filled within the range of the length Ef. Are dispersed around the filled portion of the frame FR. In other words, by filling the inside with the filler S, the frame is deformed over a wide range without locally causing large deformation. Thus, it is considered that the absorbed energy also increases dramatically.
[0070]
The energy absorption amount of the filler S alone at this time was calculated to be 7% or less of the total absorbed energy. From this, the improvement of the energy absorption by filling the filler FR into the frame FR is because the load dispersing effect of the filler S contributes much more than the energy absorption of the filler S itself. Can understand.
[0071]
Further, in the graph of FIG. 22, in particular, when the state of the frame after the test is visually observed with respect to the frame filled with wood indicating the upper limit of the energy absorption amount, the frame portion supported by both the fulcrums Ms of the test apparatus is almost completely. Had been crushed. That is, it is considered that the maximum energy absorption in the main frame FR is caused by the collapse of the support portion by the fulcrum Ms. Therefore, in this case, it can be said that the role of the filler S is to distribute the input load Ws to the fulcrum portion.
[0072]
Furthermore, for each frame filled with each filler at the filling length Ef = 50 mm, the collapsed state of the cross section of the frame after the test is visually observed. When the frame has relatively low energy absorption (only the reinforcement Rf, urethane resin And Al foam), the cross section of the frame is almost completely crushed at the load input point, while those having relatively high energy absorption (epoxy resin, wood, and aluminum lump) are too crushed at the load input point. Did not.
[0073]
The collapse of the frame cross section at this load input point largely contributes to the compressive strength of the filler S. As described above, the amount of energy absorption increases as the average compressive strength of the filler S increases. It is saturated and more stably saturated at about 5 MPa (see FIG. 23).
[0074]
For this reason, the collapse of the cross section has a large effect on the energy absorption performance of the frame. When the cross section is collapsed, stress concentration occurs, accelerating local deformation, causing the frame FR to break, and sufficient energy absorption. It is considered that the quantity cannot be secured.
[0075]
Since the compressive load on the filler S filled in the frame FR acts directly on the load input side in particular, the average compressive strength of the filler S is sufficient to prevent the above-mentioned cross section from being crushed, especially on the load input side. It is preferably maintained at a value (4 MPa or more).
[0076]
Further, as described above, when the filling length Ef of the filler S is longer than a certain length, a difference occurs in the energy absorption even if the average compressive strength of the filler S is substantially equal. When the filling length Ef of the filler S was set to 100 mm, when the cross section of the frame filled with the epoxy resin A having a relatively low energy absorption was visually observed, cracks were found in the filler (epoxy resin). The maximum bending strength has a large effect on this crack, and as the maximum bending strength increases, the amount of energy absorption increases, saturates at about 10 MPa, and saturates more stably at about 60 MPa (FIG. 24 and FIG. 25).
[0077]
Since the bending load on the filler S filled in the frame FR acts directly on the non-load input side in particular, the maximum bending strength of the filler S is particularly large on the non-load input side. Is preferably maintained at a value (10 MPa or more) sufficient to prevent the above.
[0078]
From the above, when the filler S is filled in the frame FR, the filler S has a multi-layer structure composed of different fillers, and the average compressive strength on the load input side is equal to or more than a predetermined value (at least 4 MPa). By providing a material layer and providing a filler layer having a maximum bending strength of a predetermined value (at least 10 MPa) or more on the non-load input side, the energy absorption of the frame FR can be increased very efficiently.
[0079]
Following the static three-point bending test described above, the frame was subjected to a dynamic three-point bending test. FIG. 28 is an explanatory view schematically showing a test apparatus for performing a dynamic three-point bending test on the frame FR. As in the case of the static three-point bending test, the filler S is filled into a cross section of a frame FR having a predetermined length having a cross section shown by a solid line in FIG. 18 over a length of Ef = 50 to 300 mm. The amount of deformation of the frame FR when the impact load Wd is applied to the center of the frame by the falling weight Mb is measured, and the impact load is measured by the load cell Mc, and as shown in FIG. Energy absorption was determined.
[0080]
FIG. 30 shows the relationship between the filler length and the energy absorption in the dynamic three-point bending test. In FIG. 30, black circles (●) indicate a case where wood is filled, and black squares (■) indicate a case where epoxy resin A is filled.
[0081]
As can be clearly understood from this graph (FIG. 30), as in the case of the static three-point bending test, in both the wood and the epoxy resin A, the absorption energy increases as the filling amount of the filler S increases, and The upper limit of the energy absorption was recognized, and the value was about 0.85 kJ.
[0082]
As described above, it was confirmed that the energy absorption of the frame FR was improved by filling the filler S in the frame cross section with respect to the dynamic load Wd.
[0083]
In addition, comparing the case of the static load Ws and the case of the dynamic load Wd, the energy absorption was larger for the dynamic load Wd, and was about 1.7 times that for the static load Ws.
[0084]
Further, when the ratio (static-dynamic ratio) between the case of the static load Ws and the case of the dynamic load Wd is calculated from the data of the energy absorption at each of the static load Ws and the dynamic load Wd obtained above, Very high correlation was observed. Therefore, the considerations made on the energy absorption under the static load Ws (such as the load dispersion effect by the filler S) can be basically applied to the case where the energy absorption under the dynamic load Wd is handled. It is considered.
[0085]
FIG. 31 shows the improvement rate of the energy absorption with respect to the case where only the reinforcement Rf is provided in the frame cross section in the dynamic three-point bending test, and the filling length range of the filler S (with respect to the distance between load supporting points). 6 is a graph showing the relationship between the filling length ratio. In FIG. 31, white circles (印) indicate a case where wood is filled, and white triangles (△) indicate a case where epoxy resin A is filled.
[0086]
As can be clearly understood from this graph (FIG. 31), in both the wood and the epoxy resin, the absorption energy increases as the filling length range of the filler S increases, but it is almost saturated at about 15%. In other words, when the filling length range of the filler S is 15% or more with respect to the distance between the load supporting points, a substantially maximum energy absorption amount can be obtained. Therefore, the filling range of the filler S is preferably 15% or more of the distance between the load supporting points.
[0087]
FIG. 32 is an explanatory view schematically showing a test apparatus for performing a static cantilever bending test on a frame. After filling the filling material S in the cross section of the frame FR having the cross-sectional shape shown in FIG. 33 and having a predetermined length, one end of the frame FR is fixed to the support plate Me, and the support plate Me is attached to the device substrate Mf. Fix it. Then, using a universal testing machine, a static load Wm is applied in the direction of the panel material Po via the indenter Md to the vicinity of the other end of the panel material Pi of the frame FR, and the bending angle (the displacement of the load application point and the base of this load application point) is determined. The relationship between the load and the load was measured, and the maximum bending moment and static energy absorption were determined.
[0088]
FIG. 34 is a graph showing a relationship between a bending angle and a bending moment of a frame filled with various fillers. In this graph, curve a shows the characteristics of the frame without filler (only steel plate frame), curve b shows the characteristics of the frame filled with epoxy resin A, curve c shows the characteristics of the frame filled with epoxy resin B, and curve d is the characteristics of a frame filled with epoxy resin B and applied with an adhesive (body sealer having a shear strength of 7.3 MPa) between the panel materials Po and Pi of the frame FR, and the curve e is wood (pine). The characteristics of the filled frame are shown respectively.
[0089]
As can be seen from the graph of FIG. 34, for any of the curves, until the bending angle reaches a certain level, the bending moment value rises significantly so as to rise as the bending angle increases. The curves a to c and the curve e each reach a peak (maximum point) at a certain bending angle, and thereafter the bending moment decreases as the bending angle increases. In the case of the curve a (only the steel plate frame without the filler), the degree of the decrease is particularly large.
[0090]
On the other hand, in the case of the curve d (epoxy resin B + adhesive), even after a large increase in the bending moment, no decrease in the bending moment is observed with the increase in the bending angle, and the high bending moment value is maintained. are doing. The maximum bending moment value is also the largest among the five curves. Compared to curve c using the same filler (epoxy resin B), there is a clear difference both in the tendency to increase the bending angle and in the magnitude of the maximum bending moment.
[0091]
That is, even if the same filler is used, it can be seen that the bending moment characteristic of the frame is greatly improved by fixing the filler to the panel material of the frame with the adhesive.
[0092]
FIG. 35 is a bar graph showing the maximum bending moment [Nm] and the amount of energy absorption [J] of a frame filled with various fillers similar to FIG. In this graph, each column of A to E indicates the same frame as each of the curves a to e in FIG. In each column, the numerical value on the left (open bar graph) indicates the maximum bending moment [Nm] of the frame, and the numerical value on the right (hatched bar graph) indicates the energy absorption [J] of the frame.
[0093]
As can be clearly understood from the graph of FIG. 35, the energy absorption amount of the frame is largest when the epoxy resin B + adhesive (column D) is applied, and the energy absorption amount in the column C using the same filler (epoxy resin B). There is a clear difference compared to the amount absorbed.
[0094]
That is, even if the same filler is used, it can be seen that the energy absorption characteristics of the frame are greatly improved by fixing the filler to the panel material of the frame with the adhesive.
[0095]
FIG. 36 is a graph showing a relationship between the tensile shear bond strength (referred to as shear bond strength in the figure) of the adhesive layer and the maximum bending moment. As can be clearly understood from the graph of FIG. 36, the maximum bending moment increases as the tensile shear bonding strength of the adhesive layer increases. The slope of the curve in the graph) becomes gentler than before. That is, if the tensile shear adhesive strength of the adhesive layer is 3 MPa or more, the maximum bending moment that the frame can bear can be increased very effectively, and a sufficient bending moment value can be achieved to obtain a high energy absorption capacity. Is possible. Therefore, the tensile shear adhesive strength of the adhesive layer may be 3 MPa or more. Further, when the tensile shear adhesive strength further increases, and when it is 7 MPa or more, the degree of increase in the maximum bending moment saturates. In other words, when the tensile shear adhesive strength is 7 MPa or more, a bending moment value almost close to the maximum value can be obtained. Therefore, the tensile shear adhesive strength of the adhesive layer is more preferably 7 MPa or more.
[0096]
The measurement of the tensile shear bond strength was performed based on JIS K 6850 “Testing method for tensile shear bond strength of adhesive”. As shown in FIG. A steel plate with a width of 25 mm and a thickness of 1.6 mm is used. An unfoamed filler 52 is sandwiched between the bonded portions (length: 12.5 mm), and is fixed to a thickness of 0.5 mm. Heat (150 ° C x 30 minutes → 140 ° C x 20 minutes → 140 ° C x 20 minutes) simulating the drying heat, etc., and then conduct the test with the foamed and removed parts removed to conduct tensile shear. The adhesive strength was measured (the same with or without the adhesive layer).
[0097]
Next, the bending angle and the bending moment of the frame 60 are different depending on whether the filler is partially filled in the cross section of the 240 mm long frame 60 having the cross sectional shape shown in FIG. Was examined by the same static cantilever bending test as in FIG. The static load was applied from the outer panel 62 side to the inner panel 63 direction.
[0098]
Specifically, (a) a filler filled only between the outer panel 62 and the reinforcement 64 and (b) a filler filled only between the inner panel 63 and the reinforcement 64. (C) both the outer panel 62 and the reinforcement 64 and between the inner panel 63 and the reinforcement 64 are filled with a filler, and (d) no filler is filled at all. Were made and tested for them. At this time, the outer panel 62 used a steel plate having a thickness of 0.7 mm, the inner panel 63 used a steel plate having a thickness of 1.4 mm, and the reinforcement 64 used a steel plate having a thickness of 1.2 mm. The filler is an epoxy resin having an average compressive strength of 9 MPa and a maximum bending strength of 10 MPa (including filler, rubber, hardener, foaming agent, etc.), and the filler itself has a tensile shear adhesive strength of 10 MPa. To have. Then, the sheet-like unfoamed filler is kept at 170 ° C. for 30 minutes to completely fill the space between the outer panel 62 and the reinforcement 64 and / or the space between the inner panel 63 and the reinforcement 64. I let it. The filling amount of the filler was 117 g between the outer panel 62 and the reinforcement 64 and 423 g between the inner panel 63 and the reinforcement 64.
[0099]
The results of the bending test are shown in FIGS. From this, the maximum bending moment is best when the filler is filled in the entire cross section of the frame, but when compared with the bending moment at the start of buckling, the filler is only between the outer panel 62 and the reinforcement 64. The filling is almost the same as the filling in the entire cross section of the frame 60. Therefore, filling the filler only between the outer panel 62 and the reinforcement 64 is particularly effective for a frame that needs to suppress bending, such as a center pillar, and the bending per weight of the filler is required. The moment is very high, indicating that the efficiency is highest from the viewpoint of the filling amount.
[0100]
Subsequently, when the filler is filled only between the outer panel 62 and the reinforcement 64 of the frame 60, the bending height of the reinforcement 64 is changed so that the space between the outer panel 62 and the reinforcement 64 is changed. By changing the gap amount (here, only the portion of 7 mm in FIG. 38) and performing the same bending test as above, it was examined how the maximum bending moment changes depending on the gap amount. For comparison, a case where no filler was filled was also examined. The clearance between the outer panel 62 and the reinforcement 64 at the left and right sides (5 mm in FIG. 38) was kept at 5 mm.
[0101]
FIG. 42 shows the results of the above test. From this, when the filler is not filled, the maximum bending moment is higher as the gap amount is smaller, but when the filler is filled, when the gap amount is smaller than 2 mm, the case where the filler is not filled is different from the case where the filler is not filled. It can be seen that there is almost no change, and if the thickness is 2 mm or more, a sufficient filling effect can be obtained.
[0102]
Next, as shown in FIG. 43A, a center pillar in which the filler 71 was filled only between the outer panel 72 and the reinforcement 74 was manufactured (Example 1). At this time, the outer panel 72 is a steel plate having a thickness of 0.7 mm, the inner panel 73 is a steel plate having a thickness of 1.4 mm, and the reinforcement 74 is a steel plate having a thickness of 1.2 mm (since the material is the same as that of the outer panel 72, , The strength is the same as that of the outer panel 72, and the plate thickness is larger than that of the outer panel 72, so that the rigidity is larger than that of the outer panel 72. The filler 71 is made of an epoxy resin (including filler, rubber, hardener, foaming agent, etc.) having an average compressive strength of 13.0 MPa and a maximum bending strength of 13.5 MPa. It had a tensile shear bond strength of 5 MPa. After assembling the center pillar, heating (150 ° C. × 30 minutes → 140 ° C. × 20 minutes → 140 ° C. × 20 minutes) simulating the drying heat of electrodeposition coating or the like is performed to expand the unfoamed filler. Cured. The filling amount of the filler 71 was 150 g.
[0103]
On the other hand, for comparison, as shown in FIG. 43 (b), the same (Comparative Example 1) as in Example 1 was prepared except that the filler 71 was not filled at all. On the other hand, as shown in FIG. 43 (c), the reinforcement 74 is made to have a thickness of 1.8 mm and is made of a steel plate having a thickness of 1.2 mm in order to reinforce it without filling it with the filler 71. One in which the reinforcing material 75 was joined (Comparative Example 2) was produced.
[0104]
Then, a static cantilever bending test similar to the above was performed on each of the center pillars of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, and the relationship between the bending angle of the center pillar and the bending moment was examined. The static load was applied from the outer panel 72 side to the inner panel 73 direction.
[0105]
FIG. 44 shows the result of the center pillar bending test. This shows that the center pillar of Example 1 can obtain a much higher bending moment than Comparative Examples 1 and 2, and that the weight can be significantly reduced compared to the reinforcing method of Comparative Example 2.
[0106]
【The invention's effect】
As described above, in the frame structure of the vehicle body of the present invention, the filler for reinforcement is partially disposed in the longitudinal direction of the frame. (A reinforcement disposed over substantially the entire length of the frame), a partial reinforcing material having an extending portion extending so as to wrap around the end of the filler in the longitudinal direction of the frame is provided. Filling into a closed cross section composed of the panel material constituting the cross-sectional outer edge and the reinforcement, and at least one of the strength and rigidity of the reinforcement with respect to the panel material constituting the frame cross-sectional outer edge Set to equal or higher. In still another frame structure of a vehicle body, the strength of the filler in the longitudinal direction of the frame is set to be lower than that of the intermediate portion of the filler in the longitudinal direction of the frame, or the filler is formed at the outer edge of the frame cross section. And the tensile shear bond strength of the end of the filler in the frame longitudinal direction with respect to the panel material is set lower than that of the filler in the middle of the frame in the longitudinal direction of the frame. Therefore, according to these frame structures, it is possible to prevent stress from being concentrated on the boundary between the portion where the filler is provided and the portion where the filler is not provided, and to prevent deformation at the boundary.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an overall configuration of an automobile body including a center pillar to which a frame structure according to an embodiment of the present invention is applied.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a belt line portion of a center pillar.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a belt line portion of the center pillar.
FIG. 4 is an exploded perspective view of a center pillar.
FIG. 5 is a front view of a reinforcement showing a positional relationship in a vertical direction between an unfoamed filler and upper and lower partial reinforcements.
FIG. 6 is an enlarged sectional view taken along line VI-VI of FIG. 5;
FIG. 7 is an enlarged sectional view taken along the line VII-VII of FIG. 5;
FIG. 8 is a front view showing an example of a shape in an unfoamed state for reducing the strength of both upper and lower ends of the filler after foaming.
FIG. 9 is a front view showing still another example of a shape in an unfoamed state for reducing the strength of both upper and lower ends of the filler after foaming.
FIG. 10 is a front view showing an example in which a protrusion is formed on a non-foamed filler for alignment.
FIG. 11 is a front view showing still another example in which a projection is formed on a non-foamed filler for alignment.
FIG. 12 is a front view showing an example in which a through hole is formed in a non-foamed filler for positioning.
FIG. 13 is an explanatory view showing another form of the positioning hole.
FIG. 14 is an explanatory view showing still another form of the positioning hole.
FIG. 15 is an explanatory view showing still another form of the positioning hole.
FIG. 16 is a vertical cross-sectional view of a center pillar belt line portion before foaming of a filler, showing a case where a clip is passed through a through hole of the filler and a positioning hole of a reinforcement.
FIG. 17 is a graph schematically showing a static compressive load-displacement curve of the frame for explaining the average compressive strength of the filler.
FIG. 18 is a cross-sectional view showing a structure of a frame used in a three-point bending test.
FIG. 19 is an explanatory view schematically showing a test apparatus for performing a static three-point bending test on a frame.
FIG. 20 is an explanatory diagram showing an enlarged main part of the static three-point bending test apparatus of FIG. 19;
FIG. 21 is a graph schematically showing a static bending load-displacement curve of a frame for explaining a static energy absorption amount.
FIG. 22 is a graph showing a relationship between a filler mass and a static energy absorption amount of a frame.
FIG. 23 is a graph showing a relationship between an average compressive strength of a filler and a static energy absorption amount of a frame.
FIG. 24 is a graph showing the relationship between the maximum bending strength of the filler and the amount of static energy absorbed by the frame.
FIG. 25 is a graph showing an enlarged main part of FIG. 24;
FIG. 26 is an explanatory diagram schematically showing an example of a deformation mode of a frame when a filler is not filled.
FIG. 27 is an explanatory diagram schematically showing an example of a deformation mode of a frame when a filler is filled.
FIG. 28 is an explanatory view schematically showing a test apparatus for performing a dynamic three-point bending test on a frame.
FIG. 29 is a graph schematically showing a dynamic bending load-displacement curve of a frame for explaining a dynamic energy absorption amount.
FIG. 30 is a graph showing a relationship between a filling length of a filler and a dynamic energy absorption amount of a frame.
FIG. 31 is a graph showing a relationship between a filling length range and a rate of improvement in energy absorbency in a dynamic three-point bending test.
FIG. 32 is an explanatory view schematically showing a test apparatus for performing a static cantilever bending test on a frame.
FIG. 33 is a cross-sectional view showing a structure of a frame used for a static cantilever bending test.
FIG. 34 is a graph showing a relationship between a bending angle and a bending moment of a frame filled with various fillers.
FIG. 35 is a graph showing the maximum bending moment and the amount of energy absorption for a frame filled with various fillers.
FIG. 36 is a graph showing the relationship between the tensile shear adhesive strength of the adhesive layer and the maximum bending moment.
FIG. 37 is an explanatory view schematically showing a method for measuring tensile shear bond strength.
FIG. 38 is a cross-sectional view showing a frame used in a static cantilever bending test for comparing a case where a filler is partially filled in the cross section with a case where the whole is filled.
FIG. 39 is a graph showing a relationship between a bending angle and a bending moment of a frame when a part of a cross section is filled with a filler, when the whole is filled, and when no filler is filled at all.
FIG. 40 is a graph showing a comparison of bending moments at the start of buckling when a part of the cross section is filled with a filler, when the whole is filled, and when no filler is filled at all.
FIG. 41 is a graph showing a comparison of bending moment per weight of the filler when a part of the cross section is filled with the filler and when the filler is entirely filled.
FIG. 42 is a graph showing a relationship between a gap amount and a maximum bending moment when a filler is filled only between an outer panel and a reinforcement.
FIG. 43 is a cross-sectional view showing a structure of a center pillar used in a static cantilever bending test.
FIG. 44 is a graph showing a relationship between a bending angle and a bending moment of each center pillar of FIG. 43.
[Explanation of symbols]
1 Body
2 Center pillar (frame)
3 Roof side rail (frame)
4 Side sill (frame)
5 Front pillar (frame)
6 Rear pillar (frame)
11 Filler
12. Outer panel (panel material)
13 Inner panel (panel material)
14 Reinforcement
41 Upper part reinforcement
41a extension
42 Lower part reinforcement
42a extension

Claims (6)

フレーム断面内の一部において補強用の充填材がフレーム長手方向に部分的に配設された車体のフレーム構造であって、
上記フレーム長手方向において上記充填材が設けられていない部分における上記フレーム断面内に、部分補強材が設けられ、
上記部分補強材は、フレーム断面内においてフレーム長手方向略全体に亘って配設されたレインフォースメントに設けられ、
上記充填材は、フレーム断面外側縁部を構成するパネル材と上記レインフォースメントとで構成された閉断面内に充填され、
上記充填材、レインフォースメント及びフレーム断面外側縁部を構成するパネル材は、断面略コ字状をなし、
上記レインフォースメントの強度及び剛性の少なくとも一方が、上記フレーム断面外側縁部を構成するパネル材に対して同等以上に設定され、
上記部分補強材のフレーム長手方向端部に、上記充填材のフレーム長手方向端部にラップするように延出する延出部が形成されていることを特徴とする車体のフレーム構造。A frame structure of a vehicle body in which a filler for reinforcement is partially disposed in a frame longitudinal direction in a part in a frame cross section,
In the frame cross section at a portion where the filler is not provided in the frame longitudinal direction, a partial reinforcing material is provided,
The partial reinforcing material is provided in a reinforcement disposed substantially throughout the frame longitudinal direction in the frame cross section,
The filler is filled in a closed section formed by the panel material and the reinforcement forming a frame section outer edge,
The filler, the reinforcement and the panel material constituting the frame cross-section outer edge have a substantially U-shaped cross-section,
At least one of the strength and rigidity of the reinforcement is set to be equal to or greater than the panel material constituting the outer edge of the frame cross section,
A frame structure for a vehicle body, wherein an extension portion is formed at an end of the partial reinforcing member in the longitudinal direction of the frame so as to extend so as to overlap with an end of the filler in the longitudinal direction of the frame. 請求項１記載の車体のフレーム構造において、
部分補強材の延出部が形成されていない端部は強度メンバに接合されていることを特徴とする車体のフレーム構造。The frame structure of a vehicle body according to claim 1,
A frame structure for a vehicle body, wherein an end of the partial reinforcing member, on which the extending portion is not formed, is joined to a strength member. フレーム断面内の少なくとも一部において補強用の充填材がフレーム長手方向に部分的に配設された車体のフレーム構造であって、
上記充填材のフレーム長手方向端部の強度が、該充填材のフレーム長手方向中間部よりも低く設定されていることを特徴とする車体のフレーム構造。A frame structure of a vehicle body in which a filler for reinforcement is partially disposed in a frame longitudinal direction at least in a part of a frame cross section,
A frame structure for a vehicle body, wherein the strength of the filler in a frame longitudinal direction end portion is set lower than that of the filler in an intermediate portion in the frame longitudinal direction. フレーム断面内の少なくとも一部において補強用の充填材がフレーム長手方向に部分的に配設された車体のフレーム構造であって、
上記充填材は、フレーム断面外側縁部を構成するパネル材に接着され、
上記充填材のフレーム長手方向端部の上記パネル材に対する引張せん断接着強さが、該充填材のフレーム長手方向中間部よりも低く設定されていることを特徴とする車体のフレーム構造。A frame structure of a vehicle body in which a filler for reinforcement is partially disposed in a frame longitudinal direction at least in a part of a frame cross section,
The filler is adhered to a panel material constituting a frame cross-section outer edge,
A frame structure of a vehicle body, wherein a tensile shear adhesive strength of an end portion of the filler in the longitudinal direction of the frame to the panel material is set lower than an intermediate portion of the filler in the longitudinal direction of the frame. 請求項３又は４記載の車体のフレーム構造において、
充填材は、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た閉断面内に充填されていることを特徴とする車体のフレーム構造。The frame structure of a vehicle body according to claim 3 or 4,
A frame structure for a vehicle body, characterized in that the filler is filled in a closed cross section composed of a panel material forming an outer edge portion of the frame cross section and a reinforcement provided in the frame cross section. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の車体のフレーム構造において、
充填材は、一辺３０ｍｍの立方体状の試験片に一方向から１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で圧縮荷重を加えた際における変位量が０〜８ｍｍの範囲での平均荷重により求められる圧縮強度を平均圧縮強度として、該平均圧縮強度が５ＭＰａ以上で、かつ、幅５０ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの平板状の試験片を８０ｍｍの支点間距離で、該支点間の中央を１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で押圧する三点曲げ試験を行った際における最大の曲げ強度を最大曲げ強度として、該最大曲げ強度が６０ＭＰａ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。The vehicle body frame structure according to any one of claims 1 to 5,
The filler is an average compressive strength obtained by calculating a compressive strength obtained by an average load in a range of 0 to 8 mm when a compressive load is applied to a cubic test piece having a side of 30 mm at a speed of 10 mm / min from one direction. A flat test piece having an average compressive strength of 5 MPa or more, a width of 50 mm, a length of 150 mm, and a thickness of 10 mm is pressed at a distance between supporting points of 80 mm and a center between the supporting points at a speed of 10 mm / min. A frame structure for a vehicle body, wherein the maximum bending strength is set to 60 MPa or more, with the maximum bending strength when a three-point bending test is performed as the maximum bending strength.
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