JP5985183B2

JP5985183B2 - バスボディ構造

Info

Publication number: JP5985183B2
Application number: JP2011277789A
Authority: JP
Inventors: 憲一宮内; 正士内倉
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2016-09-06
Anticipated expiration: 2031-12-20
Also published as: JP2013129209A

Description

本発明は、バスの車体を構成する金属フレームなどからなるバスボディ構造に関する。

従来、バスボディ構造は、梁、平板などを組み合わせたボトムボディと、多数の平板を連結した長尺平板状のフロアボードと、バスの骨格をなす直方体状のアッパーボディとを組み付けて構成されている。図４はアッパーボディ１００を拡大して示している。アッパーボディ１００は、運転席側のフロントボディ１０１と、鋼板が貼り付けられるルーフ部１０２と、バスの後部座席側のリヤボディ１０３と、車体両側面に位置するサイドボディ１０４とから構成されている。

図５は、図４のＡ部拡大して示している。窓枠は、水平方向に沿って配置された角パイプ状の下枠１０５と、その下枠１０５に垂直に配置された断面ハット型のピラー１０６とを備えている。下枠１０５とピラー１０６とは、下枠１０５とピラー１０６との交差部Ｔに板金１０７を用いて相互に連結されている。下枠１０５とピラー１０６とに板金１０７を溶接することにより下枠１０５とピラー１０６との確実な連結がなされている。交差部Ｔからは斜め下方に角パイプ状のダイアゴナルメンバと呼ばれる補強用部材１０８が設けられている。

従来の乗用車のボディ構造では、衝突安全性向上のためにハット型のピラーの中空部に熱硬化性の発泡樹脂を充填し高剛性化を図ることが実現されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、ハット型ピラーを発泡樹脂で補強すると、コストがかかるため上述したバスボディ構造への適用は限られている。

特開平７−１１７７１３号公報

しかし、上述したバスボディ構造では、ピラー１０６の断面形状がハット型であるため、プレスの型代などの点から材料メーカーが量産している市販の部材を用いる場合に比べて高価であった。また、ハット型のピラーに膨張性を有する熱硬化性樹脂を充填する場合、電着塗装時の熱により発泡・硬化させていたため、樹脂充填から電着塗装までの間に樹脂が流動する。そのため、所望の空間に樹脂を充填する場合、所望の空間以外にも樹脂が流れ込む程度の樹脂を充填しなければならず、樹脂の無駄が発生し、低資源化、低コスト化に反していた。また、膨張した樹脂、すなわち発泡体は車両毎に一貫性なく充填されるため、品質安定性に欠けていた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、バスのロールオーバー時の安全性が高く、ボディの重量増加を招くことなく、廉価であり、品質安定性の高いバスボディ構造を提供することを目的とする。

本発明者は、このような課題に対して鋭意研究を重ねた結果、ピラーを角パイプとし、中空の下枠とピラーとの交差部に発泡性の二液混合硬化性樹脂を充填することにより、バスのロールオーバー時の安全性が高く、ボディの重量増加を招くことなく、廉価であり、品質安定性が高くなることを見出し、本発明を完成するに至った。

本発明のバスボディ構造は、サイドボディ側の窓枠を構成する中空状の下枠及び中空状のピラーを有するバスボディ構造であって、前記ピラーは角パイプであり、前記下枠と前記ピラーの中空部は連通しており、前記下枠と前記ピラーとの交差部の内部には強度補強用に膨張性を有する二液混合硬化性樹脂が充填されていることを特徴とする。

本発明では、ピラーが角パイプであるので、材料メーカで量産されている市販品を用いることができ廉価である。角パイプは押出成形で形成できるが、ハット型のピラーの場合プレスによる折曲加工が必要となるため、角パイプの方が廉価である。また、下枠とピラーの中空部は連通しておりこれらの交差部の内部には強度補強用に発泡性を有する二液混合硬化性樹脂が充填されているので、中空部は発泡体で埋まり中実状態になり剛性が高くなり、バスのロールオーバー時の安全性が高くなる。より詳しくは、バスのロールオーバー時に交差部に応力が加わっても、充填された発泡体の応力分散効果によりピラーの座屈を抑制でき、生存空間の確保が可能である。

また、樹脂は金属に比べて軽量であるのでボディの重量増加を招くことがない。さらに、交差部に発泡体が充填されることにより、バス走行時に発生し角パイプ内を伝播する騒音が硬化性樹脂により減衰し吸音され、車内音の静粛性が向上する。

また、硬化性樹脂として基剤と硬化剤とを混合して使う膨張性を有する二液性樹脂を用いるので、電着塗装時又は、焼付塗装時のような外的加熱を必要とせず自発的に化学反応により昇温し樹脂は硬化する。そのため、樹脂注入工程は、ボディフレームを組み立てた後、次工程までの間放置状態でよく、電着塗装時又は、焼付塗装時に限定されない。従って、樹脂を注入してから樹脂が硬化するまでの硬化時間を管理する必要がない。また、二液混合硬化性樹脂を使用するので、樹脂注入時に任意の粘度の樹脂を注入することができ、樹脂の流動により意図せぬ部位まで樹脂が流れることが抑制され、車両毎の樹脂充填範囲のバラツキが少なく、更に、必要以上の樹脂を注入しなくて済み品質安定性に優れる。

本発明では、二液性樹脂の基剤として、ウレタン樹脂よりもヤング率及び降伏強度の大きいエポキシ樹脂を用いる方が好ましい。ここで、エポキシ樹脂とは高分子内のエポキシ基で架橋反応を生じさせ硬化させることが可能な熱硬化性樹脂の総称をいう。基剤も硬化剤により硬化した樹脂もエポキシ樹脂と呼ばれる。基材となるプレポリマーの組成としては例えば、ビスフェノールＡとエピクロルヒドリンの共重合体が挙げられる。硬化剤としては、ポリアミンや酸無水物が挙げられる。

また、下枠とピラーとの交差部から斜め下方に向けて中空状の補強用部材を配置し、二液混合硬化性樹脂の車両前後方向の両端縁は補強用部材と交差部との結合部よりバスボディの前後方向へそれぞれ導出させるようにしてある。
交差部の強度を高くすることにより、該交差部から斜め下方へ向けて配設してある補強部材に作用力が伝わり、補強部材との協合したさらに高強度となり、バスのロールオーバー時にピラーが車室内側に倒れるのを抑制する効果がある。

また、前記下枠と前記ピラーとの交差部の内部に充填する前記二液混合硬化性樹脂は、前記下枠の前後方向の両端縁長さＬ１と、前記ピラーの下端縁からの高さＬ２との比αが α≒Ｌ２／Ｌ１≒２／３とするとよい。
下枠の前後方向の両端縁長さＬ１と、ピラーの下端縁からの高さＬ２との比αを２／３以上にしても、交差部に発生する応力値が一定であることが判明し、二液混合硬化性樹脂の使用量を最小限にすることにより、コスト低減効果が得られる。

本発明のバスボディ構造では、ピラーは角パイプであり、下枠及びピラーの中空部は連通しており、下枠とピラーとの交差部の内部には強度補強用に膨張性を有する二液混合硬化性樹脂が充填されているので、バスのロールオーバー時の安全性が高く、ボディの重量増加を招くことがなく、角パイプを用いることができるので廉価であり、品質安定性にも優れている。

本発明のバスボディ構造の一実施形態の要部を示す説明図である。図１のピラーと下枠との交差部の内部に二液混合硬化性樹脂を充填した状態を示す説明図である。（Ａ）はピラーと下枠との交差部にかかる発生応力の比較図、（Ｂ）は解析モデル図を示す。従来のバスボディ構造のアッパーボディを示す説明図である。図４のＡ部拡大図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明のバスボディ構造の一実施形態要部を示している。本実施形態のバスボディ構造１は角形中空の引抜き鋼管製であり、本発明が実施されるサイドボディ側の窓枠のコーナー部（図４中、Ａ部）は車両前後方向に延在する中空状の下枠２及び該下枠２車両上方向に延在する中空状のピラー３とでＴ字状に結合した交差部を形成している。

該交差部Ｔから斜め下方に取付けられる中空状の補強用部材４が交差部Ｔの前側と後側にそれぞれ配設されている。前側と後側との補強用部材４の前後方向中間部に中空状の補強ピラー６が配置され、該補強ピラー６、ピラー３及び補強用部材４はいずれも角パイプである。前側及び後側の補強用部材４と補強ピラー６とでバスの上下方向負荷を分散させて支えるようになっている。

図２は、図１のピラー３と下枠２との交差部Ｔの内部に二液混合硬化性樹脂５を充填させた状態を示している。図に示すように、下枠２とピラー３の中空部は連通しており、交差部Ｔの内部には強度補強用に発泡体である二液混合硬化性樹脂５が充填されている。この二液混合硬化性樹脂５は基剤と硬化剤とを混合して使う膨張性の二液性エポキシ樹脂である。ここで、ウレタン樹脂を使用することも可能であるが、エポキシ樹脂はウレタン樹脂よりもヤング率及び降伏強度が大きいため、エポキシ樹脂の方が好ましい。

この二液混合硬化性樹脂５はピラー３に形成された樹脂注入口３ａから注入器などで注入される。樹脂の粘度が低い場合、二液を混合させた後、時間をおいて適度な粘度にしてから注入すると、図に示すような良好な充填が可能である。交差部Ｔから十分に離れた位置まで樹脂を充填しても応力集中の起こる交差部Ｔの強度にほとんど影響しないので、樹脂の無駄を省くために図に示すような充填が好ましい。より詳しくは、二液混合硬化性樹脂５は、補強用部材４の基部外壁を通る垂線Ｖよりも交差部Ｔの外方まで充填されることが好ましい。バスが転倒した時、ピラーに発生する曲げモーメントに対し、垂線Ｖよりも交差部Ｔの外方まで充填されることにより、ピラーの曲げ力が補強用部材４に伝わり易くして、全体剛性を向上させるためである。

図３（Ａ）に下枠２とピラー３との交差部に車幅方向（左右方向）と、車両前後方向とに曲げ力を作用させた場合に、交差部の突き合わせ部（隅肉溶接）に発生する応力の解析結果を示す。

図３は横軸に、下枠２の前後方向の両端縁長さＬ１と、ピラー３の下端縁からの高さＬ２との組合せ別を表し、縦軸に発生応力を表した。
図３（Ｂ）は解析時の作用方向と応力発生場所の説明図を示す。
図３（Ｂ）に解析のモデルを示すように、中空部の下枠２に、中空部のピラー３がＴ字状に突き合わせ溶接されている。突き合わせ部の下枠２とピラー３の中空は連通した空間となっており、当該空間部には、二液混合硬化性樹脂が充填されている。
そして、下枠２の前後方向の填材充範囲長さＬ１を各１２０、２４０、３６０ｍｍとし、ピラーの高さ方向の充填材範囲長さＬ２を各８０，１６０，２４０、４８０ｍｍ夫々の組合せにて実施した。

図３（Ａ）によると、充填材がない場合には、前後方向および、左右方向（車幅方向）共に、高い応力が発生している。
Ｌ２が８０ｍｍの場合はＬ１が１２０〜３６０の範囲においては、充填材がない場合に対し前後方向および、左右方向共に発生応力が低下していることが判る。
Ｌ２が１６０ｍｍの場合はＬ１が１２０〜３６０の範囲においては、Ｌ２が８０ｍｍの場合に対し前後方向および、左右方向共に発生応力がさらに低下していることが判る。
更に、Ｌ２が２４０および、４８０ｍｍの場合はＬ１が１２０〜３６０のいずれの範囲においても、Ｌ２が１６０ｍｍ、Ｌ１が２４０ｍｍの場合と前後方向および、左右方向共に同じ発生応力になっていることが判明した。
従って、Ｔ字状結合部の補強効果を得て、且つ二液混合硬化性樹脂の使用量を抑えるには、Ｌ１が２４０ｍｍ、Ｌ２が１６０ｍｍの場合が最も良いことが判る。

上述した一実施形態のバスボディ構造では、ピラー３が角パイプであるので、材料メーカで量産されている市販品を用いることができ廉価である。角パイプは引抜成形で形成できるが、ハット型のピラーの場合プレスによる折曲加工が必要となるため、角パイプの方が廉価である。また、下枠２とピラー３の中空部は連通しており交差部Ｔの内部には強度補強用に膨張性を有する二液混合硬化性樹脂５が充填されているので、中空部は樹脂で埋まり中実状態になり剛性が高くなり、バスのロールオーバー時の安全性が高くなる。より詳しくは、バスのロールオーバー時に交差部Ｔに応力が加わっても、充填された発泡体の応力分散効果によりピラーの座屈を抑制でき、生存空間の確保が可能である。

また、樹脂は金属に比べて軽量であるのでボディの重量増加を抑制することができる。さらに、交差部Ｔに二液混合硬化性樹脂５が充填されることにより、バス走行時に発生し角パイプ内を伝播する騒音が発泡体である二液混合硬化性樹脂５により減衰され吸音され、車内音の静粛性が向上する。

また、下枠２とピラー３との交差部Ｔから斜め下方に向けて中空状の補強用部材４が配置すると、さらに高強度となり、バスのロールオーバー時の安全性が大幅に向上する。

また、基剤と硬化剤とを混合して使う膨張性の二液混合硬化性樹脂５を用いるので、電着塗装時の加熱のような外的加熱を必要とせず自発的に化学反応により昇温し二液混合硬化性樹脂５は硬化する。そのため、樹脂注入工程後は、次工程までの間放置状態でよく、電着塗装時又は、焼付塗装時に限定されない。
従って、樹脂を注入してから樹脂が硬化するまでの硬化時間を管理する必要がない。また、二液混合硬化性樹脂を使用するので、樹脂注入時に任意の粘度の樹脂を注入することができ、樹脂の流動により意図せぬ部位まで樹脂が流れることが抑制され、車両毎の樹脂充填範囲のバラツキが少なく、更に、必要以上の樹脂を注入しなくて済み品質安定性に優れる。

以上、本発明を説明してきたが、本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、その本質を逸脱しない範囲で、種々の変形が可能であることはいうまでもない。

例えば、上述した一実施形態では、下枠２とピラー３の中空部が連通された場合について説明したが、補強用部材４と下枠２及びピラー３とを連通させて交差部Ｔに二液混合硬化性樹脂５を充填しても有効である。

また、上述した一実施形態では、二液混合硬化性樹脂５を用いた例について説明したが、一液硬化性樹脂を用いても、バスのロールオーバー時の安全性が高く、ボディの重量増加を招くことなく、廉価であるバスボディ構造を提供できる。また、二液混合硬化性樹脂５にはガラス繊維、炭素繊維、ボロン繊維、アラミド繊維又はポリエチレン繊維などの繊維を含有させて弾性率を高めてもよい。弾性率が高い方が構造用材料としては適している。

また、上述した一実施形態では、バスボディ構造１の材質を鋼管製としたが、アルミニウム合金など他の金属材料であってもよい。本発明は、フレームがプラスチック、木材又はセラミックなどの場合でも適用することができる。

本発明は、フレームが交差する部分に二液混合硬化性樹脂を充填するものであり、バスのサイドボディ以外のバスボディ構造にも適用可能である。また、バス以外の乗り物にも適用可能である。例えば、ボート、自転車、飛行機、トラック、列車などが挙げられる。要するに、筒状フレーム同士が交差する部分に二液混合硬化性樹脂を流がして強度を高める場合に本発明を利用することができる。

１バスボディ構造
２下枠
３ピラー
３ａ樹脂注入口
４補強用部材
５二液混合硬化性樹脂
６補強ピラー
１００アッパーボディ
１０１フロントボディ
１０２ルーフ部
１０３リヤボディ
１０４サイドボディ
１０５下枠
１０６ピラー
１０７板金
１０８補強用部材
Ｔ交差部
Ｖ垂線

Claims

バスボディの窓枠を構成する該バスボディの前後方向に延在し、第１中空部を有する中空状パイプからなる下枠と、
前記下枠から上方へ延在し、第２中空部を有する中空状パイプからなり、前記第２中空部が前記第１中空部と連通するように前記下枠に接続されたピラーと、
前記下枠のうち前記ピラーとの交差部より前側及び後側にそれぞれ接続された一対の補強用部材と、
を備え、
前記第１中空部及び前記第２中空部には前記一対の補強用部材の前記下枠に対する接続領域より外側に至るまで強度補強用に膨張性を有する二液混合硬化性樹脂が充填されていることを特徴とするバスボディ構造。
前記二液混合硬化性樹脂の基剤はエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１に記載のバスボディ構造。
前記二液混合硬化性樹脂は、前記下枠の前後方向の両端縁長さＬ１と、前記ピラーの下端縁からの高さＬ２との比αがα＝Ｌ２／Ｌ１＝２／３であることを特徴とする請求項１又は２に記載のバスボディ構造。