JP6020911B2 - 自動車の車体構造 - Google Patents

Description

本発明は、車体前部あるいは車体後部に配置されて前後方向に延びる前後フレームを備える自動車の車体構造に関する。

左右一対のサイドビーム（フロントサイドフレーム）の前後方向中間部の車幅方向外側面から斜め前方に斜方向ビームを延出し、この斜方向ビームの前端を左右一対のサイドビームの前端間を接続するバンパービームの後面に隙間を介して対向させ、前面衝突の衝突荷重をバンパービームから斜方向ビームを介してサイドビームに前後方向中間部に伝達することで、サイドビームを前後方向中間部において車幅方向内側に曲げ変形させ、衝突反力を序盤に大きくして中盤以降に小さくして乗員が受ける減速度を好適に低減するものが、下記特許文献１により公知である。

特開２０００−０５３０２２号公報

しかしながら、上記従来のものは、衝突荷重がバンパービームから斜方向ビームの前端に伝達されたとき、斜方向ビームがサイドビームとの接続部において車幅方向外側に折れてしまい、バンパービームからの衝突荷重をサイドビームに効率的に伝達することが困難であった。これを防止するには、斜方向ビーム自体を強固な部材とし、かつ斜方向ビームをサイドビームに強固に接続する必要があり、そのために重量が増加する問題がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、重量の増加を最小限に抑えながら、前後方向の衝突荷重で前後フレームを確実に変形させて衝撃吸収性能を高めることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、車体前部あるいは車体後部に配置されて前後方向に延びる前後フレームを備える自動車の車体構造であって、前記前後フレームは多角形断面を有するフレーム本体部と、前記フレーム本体部の前後方向外側から車幅方向外側に張り出す曲げ変形部とを備え、前記曲げ変形部は、前記フレーム本体部から車幅方向外側に延びる上部横壁および下部横壁と、前記上部横壁および前記下部横壁の車幅方向外端間を接続する縦壁とを有して閉断面に構成され、前記上部横壁および前記下部横壁の前後方向長さは車幅方向外側から内側に向かって増加するとともに、前記上部横壁および前記下部横壁の車幅方向内端は前記フレーム本体部の稜線に接続することを特徴とする自動車の車体構造が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、車体前部あるいは車体後部に配置されて前後方向に延びる前後フレームを備える自動車の車体構造であって、前記前後フレームは多角形断面を有するフレーム本体部と、前記フレーム本体部の前後方向外側から車幅方向外側に張り出す曲げ変形部とを備え、前記曲げ変形部は、前記フレーム本体部から車幅方向外側に延びる上部横壁および下部横壁と、前記上部横壁および前記下部横壁の車幅方向外端間を接続する縦壁とを有して閉断面に構成され、前記上部横壁および前記下部横壁の前後方向長さは車幅方向外側から内側に向かって増加するとともに、前記フレーム本体部および前記曲げ変形部の内部は水平壁により上下に区画されることを特徴とする自動車の車体構造が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、車体前部あるいは車体後部に配置されて前後方向に延びる前後フレームを備える自動車の車体構造であって、前記前後フレームは多角形断面を有するフレーム本体部と、前記フレーム本体部の前後方向外側から車幅方向外側に張り出す曲げ変形部とを備え、前記曲げ変形部は、前記フレーム本体部から車幅方向外側に延びる上部横壁および下部横壁と、前記上部横壁および前記下部横壁の車幅方向外端間を接続する縦壁とを有して閉断面に構成され、前記上部横壁および前記下部横壁の前後方向長さは車幅方向外側から内側に向かって増加するとともに、二つの閉断面部を有する軽金属の押し出し材の一方の閉断面部で前記フレーム本体部を構成し、他方の閉断面部の一部を切除して前記曲げ変形部を構成することを特徴とする自動車の車体構造が提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記フレーム本体部の水平壁の数は前記曲げ変形部の水平壁の数よりも多いことを特徴とする自動車の車体構造が提案される。

また請求項５に記載された発明によれば、請求項３の構成に加えて、前記押し出し材は少なくとも一つの直線よりなる切断線に沿って切除されることを特徴とする自動車の車体構造が提案される。

また請求項６に記載された発明によれば、請求項１〜請求項５の何れか１項の構成に加えて、前記前後フレームの前後方向外端に衝撃吸収部材を介してバンパービームの車幅方向外端が接続され、前記衝撃吸収部材は車幅方向内側から外側に向かって前後方向長さが減少することを特徴とする自動車の車体構造が提案される。

また請求項７に記載された発明によれば、請求項１〜請求項６の何れか１項の構成に加えて、前記衝撃吸収部材は、車幅方向に離間して前後方向に延びる溝状の凹部よりなる主衝撃吸収部および副衝撃吸収部を一体に備え、前記副衝撃吸収部の板厚を前記主衝撃吸収部の板厚よりも小さく設定したことを特徴とする自動車の車体構造が提案される。

また請求項８に記載された発明によれば、請求項１〜請求項７の何れか１項の構成に加えて、少なくとも車幅方向に配向された連続繊維を補強材とするプリプレグから成形される前記バンパービームは、車幅方向に一定の高さを有するとともに、上壁、底壁および下壁が連続して前後方向外側に向けて開放する溝型断面部を備え、前記溝型断面部の上下方向幅を車幅方向両端側で車幅方向中央側に比べて広くするとともに、前記溝型断面部の前後方向深さを車幅方向両端側で車幅方向中央側に比べて浅くしたことを特徴とする、請求項１に記載の自動車の車体構造が提案される。

尚、実施の形態のフロントサイドフレーム前部１４は本発明の前後フレームに対応し、実施の形態のバンパービームエクステンション１８は本発明の衝撃吸収部材に対応し、実施の形態の第１副衝撃吸収部１８ｂおよび第２副衝撃吸収部１８ｃは本発明の副衝撃吸収部に対応し、実施の形態の第１〜第４プリプレグ５８〜６１は本発明のプリプレグに対応する。

請求項１、請求項２または請求項３の構成によれば、車体前部あるいは車体後部に配置されて前後方向に延びる前後フレームは、多角形断面を有するフレーム本体部と、フレーム本体部の前後方向外側から車幅方向外側に張り出す曲げ変形部とを備える。曲げ変形部は、フレーム本体部から車幅方向外側に延びる上部横壁および下部横壁と、上部横壁および下部横壁の車幅方向外端間を接続する縦壁とを有して閉断面に構成され、上部横壁および下部横壁の前後方向長さは車幅方向外側から内側に向かって増加するので、衝突荷重が前後フレームの前後方向外端に入力したとき、その衝突荷重を曲げ変形部を介してフレーム本体部の車幅方向外壁に伝達し、フレーム本体部の前後方向中間部に車幅方向内向きの荷重を加えて曲げ変形させることで、前後フレームによる衝撃吸収効果を高めることができる。

曲げ変形部は前後方向の全長に亙ってフレーム本体部に接続されるので、衝突荷重によりフレーム本体部に対して曲げ変形部が倒れることがなく、フレーム本体部に車幅方向内向きの荷重を確実に加えて曲げ変形させることができる。また曲げ変形部の上部横壁および下部横壁は衝突荷重を剪断方向に支持するので、その肉厚を低減して重量を削減することが可能であり、しかも縦壁で上部横壁および下部横壁を接続して閉断面を構成するので、曲げ変形部の面外変形を抑制して前記車幅方向内向きの荷重を充分に発生させることができる。

特に請求項１の構成によれば、上部横壁および下部横壁の車幅方向内端はフレーム本体部の稜線に接続するので、曲げ変形部からフレーム本体部に車幅方向内向きの荷重を効果的に伝達し、フレーム本体部を確実に曲げ変形させることができる。

特に請求項２の構成によれば、フレーム本体部および曲げ変形部の内部は水平壁により上下に区画されるので、重量の増加を最小限に抑えながら前後フレームの強度および剛性を更に高めることができる。特に、フレーム本体部の水平壁は曲げ変形荷重を増加させて衝撃吸収量を高める効果があり、曲げ変形部の水平壁は車幅方向内向きの荷重を増加させる効果がある。

特に請求項３の構成によれば、二つの閉断面部を有する軽金属の押し出し材の一方の閉断面部でフレーム本体部を構成し、他方の閉断面部の一部を切除して曲げ変形部を構成するので、複雑な断面形状の前後フレームを容易かつ安価に製造することができるだけでなく、フレーム本体部の肉厚や曲げ変形部の肉厚を容易に変更することができる。

また請求項４の構成によれば、フレーム本体部の水平壁の数は曲げ変形部の水平壁の数よりも多いので、フレーム本体部の強度および剛性を更に高めることができる。

また請求項５の構成によれば、押し出し材は少なくとも一つの直線よりなる切断線に沿って切除されるので、切断加工が容易であるだけでなく、切断線を折れ線とすることで曲げ変形部の前後方向内端位置を容易に変更することができる。

また請求項６の構成によれば、前後フレームの前後方向外端に衝撃吸収部材を介してバンパービームの車幅方向外端が接続され、衝撃吸収部材は車幅方向内側から外側に向かって前後方向長さが減少するので、バンパービームに入力した衝突荷重により衝撃吸収部材が前後方向外側から内側に順次圧壊することで、前後フレームに対する衝突荷重の入力位置が車幅方向外側に移動する。その結果、衝突荷重の多くが車幅方向外側の曲げ変形部に伝達されるようになり、曲げ変形部を介してフレーム本体部に車幅方向内向きの荷重を効率的に作用させることができる。

また請求項７の構成によれば、衝撃吸収部材は、車幅方向に離間して前後方向に延びる溝状の凹部よりなる主衝撃吸収部および副衝撃吸収部を一体に備え、副衝撃吸収部の板厚を主衝撃吸収部の板厚よりも小さく設定したので、主衝撃吸収部を衝撃吸収能力が比較的に高いメインの衝撃吸収領域とし、副衝撃吸収部を衝撃吸収能力が比較的に低いサブの衝撃吸収領域とすることで、入力する衝突荷重の大きさの分布に応じてバンパービームエクステンションの衝撃吸収性能を最適化することができる。

また請求項８の構成によれば、少なくとも車幅方向に配向された連続繊維を補強材とするプリプレグから成形されるバンパービームは、車幅方向に一定の高さを有するとともに、上壁、底壁および下壁が連続して前後方向外側に向けて開放する溝型断面部を備え、溝型断面部の上下方向幅を車幅方向両端側で車幅方向中央側に比べて広くするとともに、溝型断面部の前後方向深さを車幅方向両端側で車幅方向中央側に比べて浅くしたので、車幅方向の各位置においてバンパービームの断面形状の上下方向への展開長さが一定になって長方形のプリプレグからバンパービームを成形することが可能となり、プリプレグの歩留りを向上させてコストダウンを図ることができる。更に、バンパービームの前後方向寸法が車幅方向両端部で小さくなるため、バンパービームの車幅方向両端部に丸みを持たせて美観を高めることができるだけでなく、狭い場所での旋回時にバンパービームの車幅方向両端部が障害物と接触し難くすることができる。

自動車の車体前部の斜視図。（第１の実施の形態） 図１の２方向矢視図。（第１の実施の形態） バンパービームの斜視図。（第１の実施の形態） 図３の４方向矢視図。（第１の実施の形態） 図４の５Ａ−５Ａ線および５Ｂ−５Ｂ線断面図。（第１の実施の形態） 図２の６部拡大図。（第１の実施の形態） 図６の７−７線断面図。（第１の実施の形態） 図６の８−８線断面図。（第１の実施の形態） バンパービームエクステンションの分解斜視図。（第１の実施の形態） バンパービームを成形する金型の縦断面図。（第１の実施の形態） 図１０の１１−１１線断面図。（第１の実施の形態） フロントサイドフレーム前部の形状を示す図。（第１の実施の形態） フロントサイドフレーム前部の製造方法を示す図。（第１の実施の形態） フロントサイドフレーム前部の他の実施の形態を示す図。（第２の実施の形態） フロントサイドフレーム前部の更に他の実施の形態を示す図。（第３〜第７の実施の形態）

第１の実施の形態

以下、図１〜図１３に基づいて本発明の第１の実施の形態を説明する。尚、本明細書において、前後方向（衝突荷重の入力方向）、左右方向（車幅方向）および上下方向とは、運転席に着座した乗員を基準として定義される。

図１および図２に示すように、実施の形態の自動車の車体はＣＦＲＰ（カーボン繊維強化樹脂）等のＦＲＰでバスタブ状に一体成形したキャビン１１を備えており、その前端から起立するダッシュパネル１２の前面にアルミニウム合金でダイキャスト成形した左右一対のサスペンション支持部材１３，１３が固定される。サスペンション支持部材１３，１３は、図示せぬサスペンションダンパーの上端を支持するダンパーハウジング１３ａ，１３ａと、ダンパーハウジング１３ａ，１３ａの下部に接続されて前方に延びるフロントサイドフレーム後部１３ｂ，１３ｂとを備えており、フロントサイドフレーム後部１３ｂ，１３ｂの前端にアルミニウム合金の押し出し材で構成された左右一対のフロントサイドフレーム前部１４，１４が接続される。ダッシュパネル１２の左右上部から前方に延びる左右一対のＦＲＰ製のアッパーメンバ１５，１５の前端に左右一対のＦＲＰ製のサイドメンバ１６，１６が接続される。

フロントサイドフレーム前部１４，１４の前端に正面視で矩形枠状に形成されたＦＲＰ製のフロントバルクヘッド１７が固定されており、フロントバルクヘッド１７の左右上部にサイドメンバ１６，１６の前端が接続される。フロントサイドフレーム前部１４，１４の前端に左右一対のＦＲＰ製のバンパービームエクステンション１８，１８が固定されており、そのバンパービームエクステンション１８，１８の前端に車幅方向に延びるＦＲＰ製のバンパービーム１９が固定される。バンパービーム１９の前面はバンパーフェイス２０で覆われる。フロントバルクヘッド１７、バンパービーム１９および左右一対のバンパービームエクステンション１８，１８に囲まれた位置に、正面視で矩形枠状に形成されたＦＲＰ製のシュラウド２１が配置されており、シュラウド２１の内部にエンジン冷却用ラジエータ、空調用コンデンサ、バッテリ冷却用ラジエータ等の冷却系部品（不図示）が前後方向に重ね合わされて支持される。

図２、図１２および図１３に示すように、アルミニウム合金の押し出し材で構成されたフロントサイドフレーム前部１４は、車幅方向内側の矩形状断面のフレーム本体部３５と、車幅方向外側の矩形状断面の曲げ変形部３６とを備える。フレーム本体部３５は車幅方向内壁３５ａと、車幅方向外壁３５ｂと、上壁３５ｃと、下壁３５ｄとを有して閉断面に構成される。曲げ変形部３６は、フレーム本体部３５の上壁３５ｃおよび下壁３５ｄから車幅方向外側に張り出す上部横壁３６ａおよび下部横壁３６ｂと、上部横壁３６ａおよび下部横壁３６ｂの車幅方向外端間を接続する縦壁３６ｃとを備え、フレーム本体部３５の車幅方向外壁３５ｂと協働して閉断面に構成される。

フレーム本体部３５および曲げ変形部３６の前端は車幅方向に整列しているが、曲げ変形部３６の後部は前方から後方に向けて車幅方向外側から車幅方向内側に傾斜する折れ線ａ，ｂ，ｃによって切除されている。即ち、平面視で曲げ変形部３６の前後方向の長さは、車幅方向外側から内側に向けて次第に増加する。このように、フロントサイドフレーム前部１４は、一定断面を有する所定長さの押し出し材の一部を切除して製造されるので、複雑な断面形状のフロントサイドフレーム前部１４を容易かつ安価に製造することができるだけでなく、フレーム本体部３５の肉厚や曲げ変形部３６の肉厚を容易に変更することができる。

次に、図３〜図７に基づいてバンパービーム１９の構造を説明する。

ＦＲＰ製のバンパービーム１９は、後側の本体部３１と前側の初期荷重吸収部３２…とを備える。本体部３１は上壁３３ａ、下壁３３ｂおよび底壁３３ｃを有して前方に向けて開放する一対の溝型断面部３３，３３を備えており、下側の溝型断面部３３の上部フランジ３３ｄと上側の溝型断面部３３の下部フランジ３３ｅとは一体に連続して略Ｗ字状断面を形成する。溝型断面部３３の内部には、鉛直方向に延びて上壁３３ａ、下壁３３ｂおよび底壁３３ｃを接続する複数の縦リブ３３ｆ…が、バンパービーム１９の長手方向に所定距離だけ離間して形成される。車幅方向両端の縦リブ３３ｆ…を除く残りの縦リブ３３ｆ…には、前方に向かって開放するＵ字状の切欠き３３ｊ…が形成される。

また上側の溝型断面部３３の上部フランジ３３ｄと、下側の溝型断面部３３の下部フランジ３３ｅとには、前方に向かって突出する複数のピン３３ｇ…が形成される。また各溝型断面部３３の底壁３３ｃの車幅方向両端部には、前方に向かって突出する複数の第１ボス３３ｈ…と、前方に向かって突出する複数の第２ボス３３ｉ…とが形成されており、相互に対向する第１、第２ボス３３ｈ…，３３ｉ…の内部には、前後方向を指向する締結カラー３４…がインサートされる。

バンパービーム１９は、車幅方向中央に位置する中央部３１ａと、中央部３１ａの両側に連なる一対の車体固定部３１ｂ，３１ｂとを一体に備える。前記締結カラー３４…は、各々の車体固定部３１ｂに上下各３本ずつ設けられる。

中央部３１ａの全域において溝型断面部３３の断面形状は車幅方向に概ね一定であるが、車体固定部３１ｂでは溝型断面部３３の断面形状が車幅方向に変化する（図５参照）。即ち、溝型断面部３３のＵ字状の溝の上下方向幅Ｗは車幅方向外側に向かって次第に大きくなり、溝型断面部３３のＵ字状の溝の前後方向深さＤは車幅方向外側に向かって次第に小さくなる。その結果、バンパービーム１９の本体部３１の断面の展開長さ、つまり断面のＷ字形状を上下方向に引き伸ばした長さは、バンパービーム１９の長手方向の全域に亙って略一定になる。

初期荷重吸収部３２…はバンパービーム１９の長手方向に３分割されており、各々が実質的に同じ構造を有している。各初期荷重吸収部３２は、平坦な連結壁３２ａと、連結壁３２ａの前面に形成された複数の縦リブ３２ｂ…および複数の横リブ３２ｃ…とを備える。上下方向に延びる縦リブ３２ｂ…と左右方向に延びる横リブ３２ｃ…とは相互に格子状に交差する。連結壁３２ａの上縁および下縁には本体部３１のピン３３ｇ…が嵌合可能なピン孔３２ｄ…が形成される。初期荷重吸収部３２のピン孔３２ｄ…に本体部３１のピン３３ｇ…を嵌合し、そのピン３３ｇ…を振動工具で溶融することで、本体部３１に初期荷重吸収部３２が結合される。

バンパービーム１９の本体部３１は以下のようにして製造される。図１０および図１１に示すように、バンパービーム１９の本体部３１をプレス成形する金型５５は、本体部３１の外表面を成形する凹状のキャビティ５６ａを有する雌型５６と、本体部３１の内表面を成形する凸状のコア５７ａを有する雄型５７とからなり、キャビティ５６ａおよびコア５７ａにはリブやボスを成形する溝５６ｂ…，５７ｂ…が形成される。金型５５を型開きした状態で、雌型５６のキャビティ５６ａの上部に不連続繊維強化樹脂の第１プリプレグ５８と、連続繊維強化樹脂の第２プリプレグ５９および第３プリプレグ６０と、不連続繊維強化樹脂の第４プリプレグ６１とが予備加熱した状態で配置される。

第２、第３プリプレグ５９，６０はカーボンファイバーの連続繊維のＵＤ（連続繊維を一方向に引き揃えたシート）を０°および９０°の方向に２層に積層したものを補強材とし、第１、第４プリプレグ５８，６１はカーボンファイバーの不連続繊維のマットを補強材とするもので、それらに熱可塑性樹脂（ナイロン６、ナイロン６６、ポリプロピレン等）が含浸される。予備加熱した第１〜第４プリプレグ５８〜６１を積層状態で金型５５内に挿入して加圧成形し、その後に冷却すると繊維強化樹脂製品が得られる。

雌型５６に対して雄型５７を下降させると、第２、第３プリプレグ５９，６０が雌型５６のキャビティ５６ａと雄型５７のコア５７ａとによってプレスされ、本体部３１が成形される。このとき、不連続繊維を補強材とする第１、第４プリプレグ５８，６１は容易に変形可能であるため、第２、第３プリプレグ５９，６０と雌型５６のキャビティ５６ａとによって挟まれた第１プリプレグ５８はキャビティ５６ａの溝５６ｂ…内に流入し、本体部３１の外表面の第２ボス３３ｉ…を同時に成形するとともに、本体部３１の外表面の一部（溝型断面部３３の底壁３３ｃの後面）に沿って薄い膜状に積層される。同様に、第２、第３プリプレグ５９，６０と雄型５７のコア５７ａとによって挟まれた第４プリプレグ６１はコア５７ａの溝５７ｂ…内に流入し、本体部３１の内表面の縦リブ３３ｆ…、ピン３３ｇ…および第１ボス３３ｈ…を同時に成形するとともに、本体部３１の内表面の内表面に沿って薄い膜状に積層される。そして金型５５から取り出した製品の外周の余剰部分を切断することで、本体部３１を完成する。

このようにして成形されたバンパービーム１９の本体部３１の中央部３１ａの断面構造は、第２、第３プリプレグ５９，６０から成形された第１連続繊維強化樹脂層５３Ａおよび第２連続繊維強化樹脂層５３Ｂを備え、その前面に第４プリプレグ６１から成形された不連続繊維強化樹脂層５４が積層され、その後面に第１プリプレグ５８から成形された不連続繊維強化樹脂層５４が積層されたものとなる（図５（Ａ）参照）。

一方、バンパービーム１９の本体部３１の車体固定部３１ｂ，３１ｂの断面構造は、第３プリプレグ６０から成形される第２連続繊維強化樹脂層５３Ｂを備えないため、第２プリプレグ５９から成形された第１連続繊維強化樹脂層５３Ａの前面および後面に不連続繊維強化樹脂層５４，５４が積層されたものとなる（図５（Ｂ）参照）。

図３の円内に拡大して示すように、第１、第２連続繊維強化樹脂層５３Ａ，５３Ｂの第１の連続繊維６２…および第２の連続繊維６３…のうち、第１の連続繊維６２…は車幅方向に配向され、第２の連続繊維６３…は前後方向ないし上下方向に配向される。また不連続繊維強化樹脂層５４，５４の不連続繊維６４…はランダムに絡みあっている。

長い繊維のＵＤを補強材として有する連続繊維強化樹脂は比較的に強度が高くなるが、ＵＤの変形量に限界があるために成形性は低くなり、細くて高いリブやピンを成形するのが困難である。一方、ランダムに絡み合った短い繊維を補強材として有する不連続繊維強化樹脂は比較的に強度が低くなるが、繊維が容易に変形するために成形性は高くなり、細くて高いリブやピンを成形するのが容易である。よって、連続繊維強化樹脂に不連続繊維強化樹脂を積層して本体部３１を成形することで、本体部３１の強度および成形性を両立させることができる。

次に、図６〜図９に基づいて、バンパービームエクステンション１８の構造を説明する。

バンパービームエクステンション１８は上部部材５１および下部部材５２を結合して構成される。バンパービームエクステンション１８の上部部材５１および下部部材５２は略面対称な構造であるため、以下、上部部材５１を代表として構造を説明する。

上部部材５１は内側の連続繊維強化樹脂層５３と、その両面に積層された不連続繊維強化樹脂層５４，５４とで構成される。かかる構造の上部部材５１は、図１０および図１１で説明したバンパービーム１９の本体部３１と同様の方法でプレス成形される。

上部部材５１は、本体部５１ａと、本体部５１ａの前縁から上方に折れ曲がる前部締結フランジ５１ｂと、本体部５１ａの後縁から上方に折れ曲がる後部締結フランジ５１ｃと、本体部５１ａの内面の車幅方向に離間した位置を前後方向に延びる４個の接合部５１ｄ〜５１ｇとを備える。二つの接合部５１ｄ，５１ｅ間の内面には６０°間隔で３方向に交差する第１補強リブ５１ｈ…が不連続繊維強化樹脂で形成され（図９の第１補強リブ５２ｈと同じ形状・配置）、本体部５１ａの外表面には前後方向に延びて前部締結フランジ５１ｂおよび後部締結フランジ５１ｃを接続する６本の第２補強リブ５１ｉ…が同じく不連続繊維強化樹脂で形成される。また不連続繊維強化樹脂の前部締結フランジ５１ｂには３個のナット６５…がインサートされ、不連続繊維強化樹脂の後部締結フランジ５１ｃには３個の締結孔５１ｊ…が形成される。

下部部材５２は上述した上部部材５１と実質的に面対称な同一形状であるため、上部部材５１の各部の添え字と同じ添え字を、下部部材５２の符号５２に付すことで、その重複する説明を省略する。上部部材５１および下部部材５２の唯一の相違点は、下部部材５２が４つの接合部５２ｄ〜５２ｇから上向きに突出する複数のピン５２ｋ…を備えるのに対し、上部部材５１は前記ピン５２ｋ…が嵌合可能な複数のピン孔５１ｍ…を備える点である（図９参照）。

図６および図８から明らかなように、バンパービームエクステンション１８の主閉断面部２２は、上部部材５１および下部部材５２の断面四角形の溝状をなす主衝撃吸収部１８ａ，１８ａを上下に結合して構成され、またバンパービームエクステンション１８の第１副閉断面部２３および第２副閉断面部２４は、上部部材５１および下部部材５２は断面円弧形の溝状をなす第１副衝撃吸収部１８ｂ，１８ｂおよび第２副衝撃吸収部１８ｃ，１８ｃを上下に結合して構成される。

図８および図９から明らかなように、バンパービームエクステンション１８の主閉断面部２２は、連続繊維強化樹脂層５３の上下両面に不連続繊維強化樹脂層５４，５４を積層した３層構造であるが、バンパービームエクステンション１８の第１副閉断面部２３および第２副閉断面部２４は、連続繊維強化樹脂層５３の片面だけに不連続繊維強化樹脂層５４を積層した２層構造である。従って、バンパービームエクステンション１８の主閉断面部２２（主衝撃吸収部１８ａ）の板厚は、バンパービームエクステンション１８の第１、第２副閉断面部２３，２４（第１、第２副衝撃吸収部１８ｂ，１８Ｃ）の板厚よりも大きくなっている。

上記形状を有する上部部材５１および下部部材５２は、下部部材５２のピン５２ｋ…を上部部材５１のピン孔５１ｍ…に嵌合して接合部５１ｄ〜５１ｇ，５２ｄ〜５２ｇどうしを相互に当接させた状態で、上部部材５１側からピン５２ｋ…の先端を振動工具で溶融することで一体に結合される（図８参照）。この状態で上部部材５１および下部部材５２の後部締結フランジ５１ｃ，５２ｃは上下方向に直線状に整列するが、上部部材５１および下部部材５２の前部締結フランジ５１ｂ，５２ｂは先端側が前方に倒れるように傾斜している（図７参照）。

次に、図６〜図８に基づいてフロントサイドフレーム前部１４およびバンパービーム１９に対するバンパービームエクステンション１８の取付構造を説明する。

フロントサイドフレーム前部１４の前端に金属板よりなる取付プレート８１が溶接され、バンパービームエクステンション１８の後部締結フランジ５１ｃ，５２ｃを前から後に貫通する６本のボルト８３…がフロントバルクヘッド１７を貫通して取付プレート８１の後面に設けたウエルドナット８４…に螺合することで、バンパービームエクステンション１８およびフロントバルクヘッド１７が取付プレート８１に共締めされる。

またバンパービーム１９の本体部３１にインサートした締結カラー３４…を前から後に貫通するボルト８５…を、バンパービームエクステンション１８の前部締結フランジ５１ｂ，５２ｂにインサートしたナット６５…に螺合することで、バンパービーム１９がバンパービームエクステンション１８，１８の前端に締結される。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

バンパービーム１９が歩行者の脚部等に衝突して軽い衝突荷重が入力すると、初期荷重吸収部３２…の縦リブ３２ｂ…および横リブ３２ｃ…が圧壊して衝撃吸収性能を発揮する。自動車との前面衝突等により大きな衝突荷重が入力すると、バンパービーム１９の本体部３１およびバンパービームエクステンション１８が圧壊して衝撃吸収性能を発揮する。その際に、本体部３１の溝型断面部３３，３３の前端に初期荷重吸収部材３２…を結合して閉断面化したので、溝型断面部３３，３３を薄肉にして軽量化を図りながらバンパービーム１９の曲げ強度を確保することができる。

バンパービーム１９は車幅方向に一定の高さを有するので、ヘッドライト等の配置がバンパービーム１９との干渉によって妨げられることがない。またバンパービーム１９の本体部３１の第１、第２連続繊維強化樹脂層５３Ａ，５３Ｂは車幅方向に配向された第１の連続繊維６２…を補強材として含むため（図３参照）、衝突荷重に対するバンパービーム１９の強度を確保することができる。しかも第１、第２連続繊維強化樹脂層５３Ａ，５３Ｂは、車幅方向に配向された第１の連続繊維６２…に対して直交する方向に配向された第２の連続繊維６３…を補強材として含むので（図３参照）、その第２の連続繊維６３…によりバンパービーム１９の曲げ強度を更に高めることができる。

またバンパービーム１９の本体部３１は上壁３３ａ、底壁３３ｃおよび下壁３３ｂが連続して前方に向けて開放する上下２個の溝型断面部３３，３３を備え、各溝型断面部３３の上下方向幅Ｗを車幅方向両端側で車幅方向中央側に比べて広くするとともに、各溝型断面部３の前後方向深さＤを車幅方向両端側で車幅方向中央側に比べて浅くしたので（図５参照）、車幅方向の各位置において本体部３１の断面形状の上下方向への展開長さが一定になって長方形の第２、第３プリプレグ５９，６０からバンパービーム１９の本体部３１を成形することが可能となり、第２、第３プリプレグ５９，６０の歩留りが向上させてコストダウンを図ることができる。

しかも第２の連続繊維６３…を含むことで第１、第２連続繊維強化樹脂層５３Ａ，５３Ｂは第１の連続繊維６２…に対して直交する方向（上下方向および前後方向）に伸び難くなるが、溝型断面部３３，３３の上下方向幅Ｗおよび前後方向深さＤを車幅方向両端側で車幅方向中央側に比べて広くて浅くしたことにより、金型５５によるプレス成形時に第１、第２連続繊維強化樹脂層５３Ａ，５３Ｂを上下方向および前後方向に引き伸ばす必要がなくなり、バンパービーム１９の成形が容易になる。

更に、バンパービーム１９の前後方向寸法が車幅方向両端部で小さくなるため、バンパービーム１９の車幅方向両端部に丸みを持たせて美観を高めることができるだけでなく、狭い場所での旋回時にバンパービーム１９の車幅方向両端部が障害物と接触し難くすることができる。

またバンパービームエクステンション１８は車幅方向に離間して前後方向に延びる主衝撃吸収部１８ａおよび第１、第２副衝撃吸収部１８ｂ，１８ｃを一体に備え、第１、第２副衝撃吸収部１８ｂ，１８ｃの板厚は主衝撃吸収部１８ａの板厚よりも小さので、主衝撃吸収部１８ａを衝撃吸収能力が比較的に高いメインの衝撃吸収領域とし、第１、第２副衝撃吸収部１８ｂ，１８ｃを衝撃吸収能力が比較的に低いサブの衝撃吸収領域とすることで、入力する衝突荷重の大きさの分布に応じてバンパービームエクステンション１８の衝撃吸収性能を最適化することができる。またバンパービームエクステンション１８をＦＲＰ製としたことで鋼板製のものよりも軽量であり、しかも第１、第２副衝撃吸収部１８ｂ，１８ｃの板厚を小さくした分だけ更なる軽量化を図ることができる。

特に、バンパービームエクステンション１８は、一対の主衝撃吸収部１８ａを結合して閉断面に構成した主閉断面部２２と、一対の第１、第２副衝撃吸収部１８ｂ，１８ｃを結合して閉断面に構成した第１、第２副閉断面部２３，２４とを備えるので、主衝撃吸収部１８ａおよび第１、第２副衝撃吸収部１８ｂ，１８ｃを閉断面化して口開きを抑制することで衝撃吸収性能を高めることができる。

また主衝撃吸収部１８ａは連続繊維強化樹脂層の内表面および外両表面の両方に不連続繊維強化樹脂層を積層して構成され、第１、第２副衝撃吸収部１８ｂ，１８ｃは連続繊維強化樹脂層の外表面だけに不連続繊維強化樹脂層を積層して構成されるので、第１、第２副衝撃吸収部１８ｂ，１８ｃの板厚を主衝撃吸収部１８ａの板厚よりも小さく設定することが容易になる。

さて前面衝突の衝突荷重はバンパービーム１９から左右のバンパービームエクステンション１８，１８を介して左右のフロントサイドフレーム前部１４，１４に伝達され、フロントサイドフレーム前部１４，１４が前部から後部に向かって順次圧壊するとともに、フロントサイドフレーム前部１４，１４のフレーム本体部３５，３５が曲げ変形部３６，３６の後端において車幅方向内側に折れ曲がることで、更なる衝撃吸収効果が発揮される（図１２（Ｂ）参照）。

図１２（Ｂ）に示すように、バンパービームエクステンション１８の前後方向長さは、車幅方向内側から車幅方向外側に向かって次第に小さくなり、その前縁が車幅方向外側ほど前後方向後側に傾斜している。従って、バンパービームエクステンション１８が圧壊を開始する前面衝突の初期には、衝突荷重Ｆ１の作用線がフロントサイドフレーム前部１４のフレーム本体部３５の軸線上に存在する。バンパービームエクステンション１８の圧壊が進行する前面衝突の末期には、衝突荷重Ｆ２の作用線がフロントサイドフレーム前部１４のフレーム本体部３５から外れて車幅方向外側に移動する。

その結果、前記衝突荷重Ｆ２によって曲げ変形部３６を後方に押されたフロントサイドフレーム前部１４は、曲げ変形部３６の後端部（図１２（Ｂ）のＡ部）に車幅方向内向きの荷重Ｆ３が作用することで、曲げ変形部３６がフレーム本体部３５に対して車幅方向外側に折れ曲がるように曲げ変形し、更なる衝撃吸収効果を発揮することができる。

その際に、曲げ変形部３６は前後方向の全長に亙ってフレーム本体部３５に接続されるので、衝突荷重によりフレーム本体部３５に対して曲げ変形部３６が倒れることがなく、フレーム本体部３５に車幅方向内向きの荷重Ｆ３を確実に加えて曲げ変形させることができる。また曲げ変形部３６の上部横壁３６ａおよび下部横壁３６ｂは衝突荷重を剪断方向に支持するので、その肉厚を低減して重量を削減することが可能であり、しかも縦壁３６ｃで上部横壁３６ａおよび下部横壁３６ｂを接続して閉断面を構成するので、曲げ変形部３６の面外変形を抑制して前記車幅方向内向きの荷重Ｆ３を充分に発生させることができる。

また曲げ変形部３６の上部横壁３６ａおよび下部横壁３６ｂの車幅方向内端はフレーム本体部３５の稜線ｄ，ｄ（図１２（Ｃ）参照）に接続するので、曲げ変形部３６からフレーム本体部３５に車幅方向内向きの荷重Ｆ３を効果的に伝達し、フレーム本体部３５を確実に曲げ変形させることができる。

また曲げ変形部３６の後縁は折れ線よりなる切断線ａ，ｂ，ｃ（図１２（Ｂ）参照）に沿って切除されるので、切断加工が容易であるだけでなく、切断線ａ，ｂ，ｃを折れ線とすることで曲げ変形部３６の後端部（図１２（Ｂ）のＡ部）の位置を容易に変更することができる。

第２の実施の形態

次に、図１４に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。

第２の実施の形態のフロントサイドフレーム前部１４は、フレーム本体部３５の車幅方向内壁３５ａおよび車幅方向外壁３５ｂ間を水平方向に接続する上下２枚の水平壁３５ｅ，３５ｅを備えるとともに、フレーム本体部３５の車幅方向外壁３５ｂおよび曲げ変形部３６の縦壁３６ｃ間を水平方向に接続する１枚の水平壁３６ｄを備える。

このように、フロントサイドフレーム前部１４のフレーム本体部３５および曲げ変形部３６の内部を水平壁３５ｅ，３５ｅ，３６ｄにより上下に区画したので、重量の増加を最小限に抑えながらフロントサイドフレーム前部１４の強度および剛性を更に高めることができる。特に、フレーム本体部３５の水平壁３５ｅ，３５ｅは曲げ変形荷重を増加させて衝撃吸収量を高める効果があり、曲げ変形部３６の水平壁３６ｄは車幅方向内向きの荷重を増加させる効果がある。しかもフレーム本体部３５の水平壁３５ｅ，３５ｅの数は曲げ変形部３６の水平壁３６ｄの数よりも多いので、フレーム本体部３５の強度および剛性を更に高めることができる。

第３の実施の形態

次に、図１５に基づいて本発明の第３〜第７の実施の形態を説明する。

図１５（Ａ）に示す第３の実施の形態は、曲げ変形部３６の上下方向高さをフレーム本体部３５の上下方向高さよりも小さくし、曲げ変形部３６の上部横壁３６ａおよび下部横壁３６ｂをフレーム本体部３５の稜線ｄ，ｄではなく車幅方向外壁３５ｂに接続したものである。これにより、フレーム本体部３５の車幅方向外壁３５ｂと、曲げ変形部３６の上部横壁３６ａおよび下部横壁３６ｂとの間に新たな稜線ｅ，ｅを形成し、フロントサイドフレーム前部１４の強度および剛性を更に高めることができる。

図１５（Ｂ）に示す第４の実施の形態は、フレーム本体部３５を六角形断面にすることで、新たに４本の稜線ｆ…を形成したものであり、フロントサイドフレーム前部１４の強度および剛性を更に高めることができる。

図１５（Ｃ）に示す第５の実施の形態は、第３の実施の形態および第４の実施の形態を組み合わせたもので、新たに２本の稜線ｅ，ｅおよび４本の稜線ｆ…を形成してフロントサイドフレーム前部１４の強度および剛性を更に高めることができる。

図１５（Ｄ）に示す第６の実施の形態は、フレーム本体部３５を十字状断面にすることで、新たに８本の稜線ｇ…を形成したものであり、フロントサイドフレーム前部１４の強度および剛性を更に高めることができる。

図１４（Ｅ）に示す第７の実施の形態は、第５の実施の形態および第６の実施の形態を組み合わせたもので、新たに２本の稜線ｅ，ｅおよび８本の稜線ｇ…を形成してフロントサイドフレーム前部１４の強度および剛性を更に高めることができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、本発明の前後フレームはフロントサイドフレーム前部１４に限定されず、車体前部あるいは車体後部に前後方向に配置されたフレームであれば良い。

また本発明の繊維強化樹脂は実施の形態のＣＦＲＰ（カーボンファイバー強化樹脂）に限定されず、グラスファイバー強化樹脂やアラミドファイバー強化樹脂等であっても良い。

１４ フロントサイドフレーム前部（前後フレーム）
１４′ 押し出し材
１８ バンパービームエクステンション（衝撃吸収部材）
１８ａ 主衝撃吸収部
１８ｂ 第１副衝撃吸収部（副衝撃吸収部）
１８ｃ 第２副衝撃吸収部（副衝撃吸収部）
１９ バンパービーム
３３ 溝型断面部
３３ａ 上壁
３３ｂ 下壁
３３ｃ 底壁
３５ フレーム本体部
３５ｅ 水平壁
３６ 曲げ変形部
３６ａ 上部横壁
３６ｂ 下部横壁
３６ｃ 縦壁
３６ｄ 水平壁
５８ 第１プリプレグ（プリプレグ）
５９ 第２プリプレグ（プリプレグ）
６０ 第３プリプレグ（プリプレグ）
６１ 第４プリプレグ（プリプレグ）
６２ 連続繊維
ａ 切断線
ｂ 切断線
ｃ 切断線
ｄ 稜線

Claims (8)

1. 車体前部あるいは車体後部に配置されて前後方向に延びる前後フレーム（１４）を備える自動車の車体構造であって、
   前記前後フレーム（１４）は多角形断面を有するフレーム本体部（３５）と、前記フレーム本体部（３５）の前後方向外側から車幅方向外側に張り出す曲げ変形部（３６）とを備え、
   前記曲げ変形部（３６）は、前記フレーム本体部（３５）から車幅方向外側に延びる上部横壁（３６ａ）および下部横壁（３６ｂ）と、前記上部横壁（３６ａ）および前記下部横壁（３６ｂ）の車幅方向外端間を接続する縦壁（３６ｃ）とを有して閉断面に構成され、前記上部横壁（３６ａ）および前記下部横壁（３６ｂ）の前後方向長さは車幅方向外側から内側に向かって増加するとともに、前記上部横壁（３６ａ）および前記下部横壁（３６ｂ）の車幅方向内端は前記フレーム本体部（３５）の稜線（ｄ）に接続することを特徴とする自動車の車体構造。
2. 車体前部あるいは車体後部に配置されて前後方向に延びる前後フレーム（１４）を備える自動車の車体構造であって、
   前記前後フレーム（１４）は多角形断面を有するフレーム本体部（３５）と、前記フレーム本体部（３５）の前後方向外側から車幅方向外側に張り出す曲げ変形部（３６）とを備え、
   前記曲げ変形部（３６）は、前記フレーム本体部（３５）から車幅方向外側に延びる上部横壁（３６ａ）および下部横壁（３６ｂ）と、前記上部横壁（３６ａ）および前記下部横壁（３６ｂ）の車幅方向外端間を接続する縦壁（３６ｃ）とを有して閉断面に構成され、前記上部横壁（３６ａ）および前記下部横壁（３６ｂ）の前後方向長さは車幅方向外側から内側に向かって増加するとともに、前記フレーム本体部（３５）および前記曲げ変形部（３６）の内部は水平壁（３５ｅ，３６ｄ）により上下に区画されることを特徴とする自動車の車体構造。
3. 車体前部あるいは車体後部に配置されて前後方向に延びる前後フレーム（１４）を備える自動車の車体構造であって、
   前記前後フレーム（１４）は多角形断面を有するフレーム本体部（３５）と、前記フレーム本体部（３５）の前後方向外側から車幅方向外側に張り出す曲げ変形部（３６）とを備え、
   前記曲げ変形部（３６）は、前記フレーム本体部（３５）から車幅方向外側に延びる上部横壁（３６ａ）および下部横壁（３６ｂ）と、前記上部横壁（３６ａ）および前記下部横壁（３６ｂ）の車幅方向外端間を接続する縦壁（３６ｃ）とを有して閉断面に構成され、前記上部横壁（３６ａ）および前記下部横壁（３６ｂ）の前後方向長さは車幅方向外側から内側に向かって増加するとともに、二つの閉断面部を有する軽金属の押し出し材（１４′）の一方の閉断面部で前記フレーム本体部（３５）を構成し、他方の閉断面部の一部を切除して前記曲げ変形部（３６）を構成することを特徴とする自動車の車体構造。
4. 前記フレーム本体部（３５）の水平壁（３５ｅ）の数は前記曲げ変形部（３６）の水平壁（３６ｄ）の数よりも多いことを特徴とする、請求項２に記載の自動車の車体構造。
5. 前記押し出し材（１４′）は少なくとも一つの直線よりなる切断線（ａ，ｂ，ｃ）に沿って切除されることを特徴とする、請求項３の自動車の車体構造。
6. 前記前後フレーム（１４）の前後方向外端に衝撃吸収部材（１８）を介してバンパービーム（１９）の車幅方向外端が接続され、前記衝撃吸収部材（１８）は車幅方向内側から外側に向かって前後方向長さが減少することを特徴とする、請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の自動車の車体構造。
7. 前記衝撃吸収部材（１８）は、車幅方向に離間して前後方向に延びる溝状の凹部よりなる主衝撃吸収部（１８ａ）および副衝撃吸収部（１８ｂ，１８ｃ）を一体に備え、前記副衝撃吸収部（１８ｂ，１８ｃ）の板厚を前記主衝撃吸収部（１８ａ）の板厚よりも小さく設定したことを特徴とする、請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の自動車の車体構造。
8. 少なくとも車幅方向に配向された連続繊維（６２）を補強材とするプリプレグ（５８〜６０）から成形される前記バンパービーム（１９）は、車幅方向に一定の高さを有するとともに、上壁（３３ａ）、底壁（３３ｃ）および下壁（３３ｂ）が連続して前後方向外側に向けて開放する溝型断面部（３３）を備え、前記溝型断面部（３３）の上下方向幅を車幅方向両端側で車幅方向中央側に比べて広くするとともに、前記溝型断面部（３３）の前後方向深さを車幅方向両端側で車幅方向中央側に比べて浅くしたことを特徴とする、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の自動車の車体構造。
   

Images