JP6191648B2 - Resin body built-in frame structure for vehicle and manufacturing method thereof - Google Patents

Resin body built-in frame structure for vehicle and manufacturing method thereof Download PDF

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Description

本発明は、車両の樹脂体内蔵フレーム構造およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a resin body built-in frame structure for a vehicle and a manufacturing method thereof.

車両においては、特許文献1に示すように、重量増大を抑制しつつフレームを補強するために、フレームの閉断面内にリブ構造とされた樹脂体を内蔵するようにしたものがある。特許文献2には、インサート成型時における金属体周囲での樹脂の熱歪みを解消するために、空隙部を形成するものが開示されている。   In some vehicles, as shown in Patent Document 1, in order to reinforce a frame while suppressing an increase in weight, a resin body having a rib structure is incorporated in a closed cross section of the frame. Patent Document 2 discloses one in which a void is formed in order to eliminate the thermal distortion of the resin around the metal body during insert molding.

特開2001−191947号公報JP 2001-191947 A 特開平05−124058号公報Japanese Patent Laid-Open No. 05-124058

フレームの閉断面内に樹脂体を内蔵する場合、接着材により樹脂体をフレームに接合することは、錆防止や品質等の観点から好ましくないものとなる。このため、樹脂体を、例えばインサート成型によって、接着材を用いることなくフレームに直接的に接合することが考えられる。このインサート成型による樹脂体のフレームへの接合は、そのまま使用するのであれば特に問題はないものである。   When the resin body is built in the closed cross section of the frame, it is not preferable to join the resin body to the frame with an adhesive from the viewpoints of rust prevention and quality. For this reason, it is conceivable that the resin body is directly joined to the frame without using an adhesive, for example, by insert molding. The joining of the resin body to the frame by the insert molding is not particularly problematic as long as it is used as it is.

しかしながら、車両の場合、錆止めのために、樹脂体を内蔵したフレームを含めて車体全体を電着塗装されるのが通常である。この場合、電着塗装後に、乾燥炉で塗料を乾燥させることことから、かなりの高温でもって加熱作用を受けることになる(例えば150度C前後の温度で例えば20分前後の加熱)。そして、加熱作用を受けると、樹脂体とフレームとの大きな熱膨張差によって大きな応力集中が発生して、樹脂体の側壁面のうちフレームへの接合面付近でひび割れを生じやすいものとなる。このひび割れが生じると、ひび割れ部分から水分、空気が侵入して、錆発生の原因となってしまうことになる。   However, in the case of a vehicle, the entire vehicle body including a frame incorporating a resin body is usually electrodeposited to prevent rust. In this case, since the paint is dried in the drying furnace after the electrodeposition coating, the coating is subjected to a heating action at a considerably high temperature (for example, heating at a temperature of about 150 ° C. for about 20 minutes). When subjected to a heating action, a large stress concentration occurs due to a large difference in thermal expansion between the resin body and the frame, and cracks are likely to occur near the joint surface to the frame on the side wall surface of the resin body. When this crack occurs, moisture and air enter from the cracked part, which causes rust.

本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その第1の目的は、樹脂体をフレームに直接的に接合した場合に、加熱作用を受けても、樹脂体のフレームへの接合部位にひび割れが発生するのを防止できるようにした車両の樹脂体内蔵フレーム構造を提供することにある。また、本発明の第2の目的は、上記第1の目的を達成できるようにした車両の樹脂体内蔵フレーム構造の製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances. The first object of the present invention is to apply the resin body to the frame even if it is subjected to a heating action when the resin body is directly joined to the frame. It is an object of the present invention to provide a vehicle built-in resin body frame structure capable of preventing the occurrence of cracks at a joint portion. The second object of the present invention is to provide a method for manufacturing a resin body built-in frame structure for a vehicle that can achieve the first object.

前記第1の目的を達成するため、本発明にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、請求項1に記載のように、
フレームの閉断面内に補強用の樹脂体を配設してなる車両の樹脂体内蔵フレーム構造であって、
前記樹脂体が、前記フレームに対して接着材を用いることなく直接的に接合され、
前記フレームと前記樹脂体との接合部位における該樹脂体の側壁面が、該側壁面の上端エッジ部の位置を基準位置として設定したとき、該基準位置から離れるほど薄くなるように形成されると共に、薄くなる度合いが該基準位置から近い位置では大きく該基準位置から遠い位置になると小さくなるように湾曲形状に形成されている、
ようにしてある。上記解決手法によれば、樹脂体の側壁面の形状を、加熱された際にひび割れを生じさせるような大きな応力集中が発生しないような形状として適切に設定することができ、これにより、加熱作用を受けた際のひび割れを防止できる。また、ひび割れ防止のためには、湾曲形状という形状設定を行うだけでよいので、容易に実施化する上で、またコストアップを防止する上でも好ましいものとなる。
In order to achieve the first object, the following solution is adopted in the present invention. That is, as described in claim 1,
A resin body built-in frame structure for a vehicle in which a reinforcing resin body is disposed in a closed cross section of the frame,
The resin body is directly bonded to the frame without using an adhesive,
The side wall surface of the resin body at the joint portion between the frame and the resin body is formed so as to become thinner as the position of the upper edge portion of the side wall surface is set as the reference position, and away from the reference position. , It is formed in a curved shape so that the degree of thinning is large at a position close to the reference position and small at a position far from the reference position .
It is like that. According to the above-described solution technique, the shape of the side wall surface of the resin body can be appropriately set as a shape that does not generate a large stress concentration that causes cracks when heated. Can prevent cracking when receiving. Further, in order to prevent cracks, it is only necessary to set the shape of a curved shape, which is preferable for easy implementation and for preventing an increase in cost.

上記解決手法を前提とした好ましい態様は、請求項2〜請求項6に記載のとおりである。すなわち、
前記湾曲形状が、前記樹脂体と該フレームとの間における応力拡大係数の曲線に略一致する形状とされている、ようにしてある(請求項2対応)。この場合、請求項1に対応した効果を十二分に発揮させる上で好ましいものとなる。
Preferred embodiments based on the above solution are as described in claims 2 to 6. That is,
The curved shape is configured to substantially coincide with a curve of a stress intensity factor between the resin body and the frame (corresponding to claim 2). In this case, it is preferable to sufficiently exhibit the effect corresponding to the first aspect.

前記樹脂体が、前記フレームにインサート成型されている、ようにしてある(請求項3対応)。この場合、インサート成型によって、所定の湾曲形状を有する樹脂体の形成と樹脂体のフレームへの接合とを同時に行うことができる。   The resin body is insert-molded in the frame (corresponding to claim 3). In this case, the resin body having a predetermined curved shape and the joining of the resin body to the frame can be simultaneously performed by insert molding.

前記樹脂体は、前記フレームに接合される基板部と、該基板部から伸びて該フレームの閉断面が車両の衝突時に潰れ変形する方向に伸びる多数のリブ部と、有するリブ構造体とされ、
前記基板部の側壁面が、前記湾曲形状に形成されている、
ようにしてある(請求項4対応)。この場合、リブ構造を利用して、軽量化や使用樹脂の使用量低減等を図りつつ、衝突時のエネルギ吸収を効果的に行う上で好ましいものとなる。また、ひび割れ防止のために基板部を極力薄くする上でも好ましいものとなる。
The resin body is a rib structure having a substrate portion joined to the frame, and a plurality of rib portions extending from the substrate portion and extending in a direction in which a closed cross section of the frame is crushed and deformed when a vehicle collides,
The side wall surface of the substrate part is formed in the curved shape,
(Corresponding to claim 4). In this case, it is preferable to effectively absorb energy at the time of collision while reducing the weight and reducing the amount of resin used by utilizing the rib structure. Further, it is also preferable for making the substrate portion as thin as possible for preventing cracks.

前記樹脂体が配設される前記フレームが、閉断面を有する他のフレームと連結されており、
前記樹脂体が、該樹脂体が配設されるフレームと前記他のフレームとの連結部位を跨がるように配設されている、
ようにしてある(請求項5対応)。この場合、フレーム同士の連結部位の補強を行う上で好ましいものとなる。
The frame on which the resin body is disposed is connected to another frame having a closed cross section;
The resin body is disposed so as to straddle the connecting portion between the frame on which the resin body is disposed and the other frame.
(Corresponding to claim 5). In this case, it is preferable when reinforcing the connection part of frames.

前記樹脂体が配設されるフレームが、ルーフサイドレールとされ、
前記他のフレームが、前記ルーフサイドレールに連結されたピラーとされている、
ようにしてある(請求項6対応)。この場合、ルーフサイドレールとピラーとの連結部位の補強を行って、特に側突時での樹脂体によるエネルギ吸収を効果的に行う上で好ましいものとなる。
The frame on which the resin body is disposed is a roof side rail,
The other frame is a pillar connected to the roof side rail.
(Corresponding to claim 6). In this case, it is preferable to reinforce the connecting portion between the roof side rail and the pillar, and to effectively absorb energy by the resin body particularly at the time of a side collision.

前記第2の目的を達成するため、本発明にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、請求項7に記載のように、
フレームの閉断面内に補強用の樹脂体を配設してなる車両の樹脂体内蔵フレーム構造の製造方法であって、
前記フレームに樹脂体をインサート成型されることにより、該樹脂体を該フレームに接着材を用いることなく直接的に接合する第1ステップと、
前記第1ステップ後に、前記フレームを前記樹脂体と共に電着塗装する第2ステップと、
前記第2ステップ後に、乾燥炉によって塗料を乾燥させる第3ステップと、
を備え、
前記第1ステップにおけるインサート成型時に、前記フレームと前記樹脂体との接合部位における該樹脂体の側壁面が、該側壁面の上端エッジ部の位置を基準位置として設定したとき、該基準位置から離れるほど薄くなるように形成されると共に、薄くなる度合いが該基準位置から近い位置では大きく該基準位置から遠い位置になると小さくなるように湾曲形状として形成されている、
ようにしてある。上記解決手法によれば、請求項1および請求項3に対応した効果を奏する車両の樹脂体内蔵フレーム構造を製造する方法を提供することができる。
In order to achieve the second object, the following solution is adopted in the present invention. That is, as described in claim 7,
A method of manufacturing a resin body-embedded frame structure for a vehicle in which a reinforcing resin body is disposed in a closed cross section of the frame,
A first step of joining the resin body directly to the frame without using an adhesive by insert molding a resin body into the frame;
A second step of electrodepositing the frame together with the resin body after the first step;
After the second step, a third step of drying the paint in a drying furnace;
With
At the time of insert molding in the first step, the side wall surface of the resin body at the joint portion between the frame and the resin body is separated from the reference position when the position of the upper edge portion of the side wall surface is set as the reference position. It is formed as a curved shape so that the degree of thinning is large at a position close to the reference position and small when it is far from the reference position .
It is like that. According to the above solution, it is possible to provide a method for manufacturing a resin body built-in frame structure for a vehicle that exhibits the effects corresponding to claims 1 and 3.

上記解決手法を前提とした好ましい態様は、請求項8に記載のとおりである。すなわち、
前記湾曲形状が、前記樹脂体と前記フレームとの間における応力拡大係数の曲線に略一致する形状とされている、ようにしてある(請求項8対応)。この場合、請求項2に対応した効果を奏する車両の樹脂体内蔵フレーム構造を製造する方法を提供することができる。
A preferred embodiment based on the above solution is as described in claim 8. That is,
The curved shape is formed so as to substantially match the curve of the stress intensity factor between the resin body and the frame (corresponding to claim 8). In this case, it is possible to provide a method for manufacturing a resin body built-in frame structure for a vehicle that exhibits the effect corresponding to claim 2.

本発明によれば、樹脂体をフレームに直接的に接合した場合に、加熱作用を受けても、樹脂体のフレームへの接合部位にひび割れが発生するのを防止できる。   According to the present invention, when the resin body is directly joined to the frame, it is possible to prevent the occurrence of cracks at the joining portion of the resin body to the frame even when subjected to a heating action.

本発明が適用された車両の車体骨格部分を示す側面図。The side view which shows the vehicle body frame | skeleton part of the vehicle to which this invention was applied. 樹脂体のルーフサイドレールへの配設例を示す要部側面図。The principal part side view which shows the example of arrangement | positioning to the roof side rail of a resin body. 図1のX3−X3線相当断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view corresponding to line X3-X3 in FIG. 1. 図3の状態からインナパネル部分を取外して樹脂体を露出させた状態での要部断面斜視図。FIG. 4 is a cross-sectional perspective view of a main part in a state where an inner panel portion is removed from the state of FIG. 3 and a resin body is exposed. 応力拡大係数の特性線を示す図。The figure which shows the characteristic line of a stress intensity factor. 樹脂体の側壁面の湾曲形状例を示す要部拡大断面図。The principal part expanded sectional view which shows the example of curve shape of the side wall surface of a resin body. 本発明の効果を図式的に示す図。The figure which shows the effect of this invention typically.

車両としての自動車の車体(骨格)部分を示す図1において、1はサイドシル、2はヒンジピラー、3はAピラー(フロントピラー)、4はBピラー(センタピラー)、5はCピラー(リアピラー)、6はルーフサイドレール、7はルーフである。Aピラー3とBピラー4との間の開口が、前席用乗員の乗降用となる前サイド開口8とされ、Bピラー4とCピラー5との間の開口が、後席用乗員の乗降用となる後サイド開口9とされている。   In FIG. 1 showing a body (frame) portion of an automobile as a vehicle, 1 is a side sill, 2 is a hinge pillar, 3 is an A pillar (front pillar), 4 is a B pillar (center pillar), 5 is a C pillar (rear pillar), 6 is a roof side rail and 7 is a roof. The opening between the A pillar 3 and the B pillar 4 is a front side opening 8 for getting on and off the front seat occupant, and the opening between the B pillar 4 and the C pillar 5 is getting on and off the rear seat occupant. The rear side opening 9 is used.

ルーフサイドレール6内には、後述する樹脂体20が配設されている。樹脂体20は、前後方向に細長く伸びて、Bピラー4を跨ぐように配設されている。   A resin body 20 described later is disposed in the roof side rail 6. The resin body 20 is elongated in the front-rear direction and is disposed so as to straddle the B pillar 4.

図3は、Bピラー4の上部とルーフサイドレール6との連結部位の一例を示すものである。この図3において、ルーフサイドレール6は、インナパネル31とアウタパネル32とによって形成された閉断面D1を有している。また、Bピラー4のインナパネル41が上記両パネル31、32の下部に接合されている。また、Bピラー4のアウタパネル42が、上記インナパネル31とアウタパネル32との上部に接合されて、アウタパネル32との間に閉断面D2を構成している。さらに、Bピラー4のレインフォースメント43が、アウタパネル32の外面側に接合されている。このように、ルーフサイドレール6は、Bピラー4をも利用して、2重の閉断面D1、D2を有する構造として構成されている。   FIG. 3 shows an example of a connecting portion between the upper part of the B pillar 4 and the roof side rail 6. In FIG. 3, the roof side rail 6 has a closed cross section D <b> 1 formed by an inner panel 31 and an outer panel 32. Further, the inner panel 41 of the B pillar 4 is joined to the lower portions of the panels 31 and 32. Further, the outer panel 42 of the B pillar 4 is joined to the upper part of the inner panel 31 and the outer panel 32 to form a closed section D <b> 2 between the outer panel 32. Further, the reinforcement 43 of the B pillar 4 is joined to the outer surface side of the outer panel 32. Thus, the roof side rail 6 is configured as a structure having double closed cross sections D1 and D2 using the B pillar 4 as well.

上記ルーフサイドレール6の上部に、ルーフ7の車幅方向外縁部が接合されている。また、ルーフ7の下面に接合されたクロスメンバ35が、連結ブラケット36を介して、ルーフサイドレール6の上部に接合されている。   An outer edge portion of the roof 7 in the vehicle width direction is joined to the upper portion of the roof side rail 6. In addition, a cross member 35 joined to the lower surface of the roof 7 is joined to the upper portion of the roof side rail 6 via a connection bracket 36.

前記閉断面D1内に、樹脂体20が配設されている。この樹脂体20は、強化繊維(ガラス繊維あるいはカーボン繊維)によって補強された熱硬化性樹脂から形成されている。図4にも示すように、樹脂体20は、アウタパネル32に直接的に接合された基板部21と、基板部21から車幅方向内方側に向けて伸びる縦横のリブ部22、23とを有する。ほぼ上下方向に伸びる縦のリブ部22とほぼ水平方向に伸びる横のリブ部23とによって、方形のボックス状空間が形成されている。各リブ部22、23は、インナパネル31の直近にまで伸びている。   A resin body 20 is disposed in the closed cross section D1. The resin body 20 is formed of a thermosetting resin reinforced with reinforcing fibers (glass fibers or carbon fibers). As shown in FIG. 4, the resin body 20 includes a substrate portion 21 directly joined to the outer panel 32 and vertical and horizontal rib portions 22 and 23 extending from the substrate portion 21 toward the inner side in the vehicle width direction. Have. A rectangular box-shaped space is formed by the vertical rib portion 22 extending substantially in the vertical direction and the horizontal rib portion 23 extending substantially in the horizontal direction. Each rib portion 22, 23 extends to the immediate vicinity of the inner panel 31.

上述のように、樹脂体20は、リブ構造とされることにより、軽量化やコスト低減(樹脂材や補強繊維の使用量低減)を図りつつ、車幅方向に向けての剛性が大きなものとして形成されている。また、樹脂体20は、リブ構造とすることにより、衝突時(側突時)において、車幅方向外方側からの大きな外力を受けた際に、リブ部22、23が潰れ変形することによるエネルギ吸収が効果的に行われるようになっている。   As described above, the resin body 20 has a rib structure so that the rigidity toward the vehicle width direction is large while reducing the weight and reducing the cost (reducing the amount of resin material and reinforcing fibers used). Is formed. Further, since the resin body 20 has a rib structure, the rib portions 22 and 23 are crushed and deformed when receiving a large external force from the outer side in the vehicle width direction at the time of a collision (at the time of a side collision). Energy absorption is effectively performed.

上記樹脂体20は、アウタパネル32に対して、接着材を用いることなく、直接的に接合されている。具体的には、樹脂体20は、アウタパネル32に対してインサート成型によって形成されて、このインサート成型時にアウタパネル32に接合される。   The resin body 20 is directly bonded to the outer panel 32 without using an adhesive. Specifically, the resin body 20 is formed by insert molding with respect to the outer panel 32, and is joined to the outer panel 32 at the time of this insert molding.

樹脂体20とこれが接合されたアウタパネル32とは、その熱膨張係数が大きく相違する。このため、錆止めとしての電着塗装を行った後の乾燥炉での乾燥工程での加熱作用(例えば150度Cで20分)を受けた際に、樹脂体20のうちアウタパネル32への接合部位の端部に、熱膨張差に基づく応力集中によってひび割れが生じやすいものとなる。すなわち、樹脂体20における基板部21の側壁面が、上記ひび割れを生じやすいものとなる。   The thermal expansion coefficient of the resin body 20 and the outer panel 32 to which the resin body 20 is joined are greatly different. For this reason, when it receives the heating action (for example, 20 minutes at 150 degree C) in the drying process in the drying furnace after performing the electrodeposition coating as rust prevention, the joining part to the outer panel 32 in the resin body 20 Cracks are likely to occur at the end portions of these due to stress concentration based on the difference in thermal expansion. That is, the side wall surface of the substrate portion 21 in the resin body 20 is likely to cause the crack.

前記ひび割れを防止するために、図6に示すように、基板部21の側壁面21aのうち、アウタパネル32直近部分の形状を、独特の湾曲形状として設定してある。この湾曲形状について説明すると、まず、基板部21の上端エッジ部の位置を基準位置0として設定する。このとき、側壁面21aは、基準位置0から離れるほど、アウタパネル32からの厚さが小さくなるように湾曲して形成される。この場合、薄くなる度合いが、基準位置から近い位置では大きくされ、基準位置からある程度遠い位置になると小さくされる。換言すれば、上記湾曲形状は、アウタパネル32の表面に向かって凹となるような形状として設定されている。このような湾曲形状は、基板部21の全周縁部(アウタパネル32に接合される部分の全周縁部)に渡って形成されている。   In order to prevent the cracks, as shown in FIG. 6, the shape of the portion of the side wall surface 21a of the substrate portion 21 closest to the outer panel 32 is set as a unique curved shape. The curved shape will be described. First, the position of the upper edge portion of the substrate portion 21 is set as the reference position 0. At this time, the side wall surface 21a is formed to be curved so that the thickness from the outer panel 32 decreases as the distance from the reference position 0 increases. In this case, the degree of thinning is increased at a position close to the reference position, and is decreased when the position is somewhat distant from the reference position. In other words, the curved shape is set as a shape that becomes concave toward the surface of the outer panel 32. Such a curved shape is formed over the entire peripheral portion of the substrate portion 21 (the entire peripheral portion of the portion joined to the outer panel 32).

上記湾曲形状は、樹脂体20とアウタパネル32との間の応力拡大係数の特性線に略一致するように設定するのが好ましいものとである。この応力拡大係数の特性線αを図5に示してあり、この図5に示す特選線αを図6中破線で示してある。応力拡大係数が1以下であれば、熱膨張差による基板部21の端部でのひび割れが防止されることになる。実施形態では、側壁面21aの厚さを、アウタパネル32の表面から比較的離れた位置では、応力拡大係数の特性線αとほぼ完全に一致するように設定すると共に、アウタパネル32の表面直近では、応力拡大係数の特性線αに相当する厚さよりも小さくすることにより、より確実にひび割れを防止するようにしてある。   The curved shape is preferably set so as to substantially match the characteristic line of the stress intensity factor between the resin body 20 and the outer panel 32. The characteristic line α of the stress intensity factor is shown in FIG. 5, and the special line α shown in FIG. 5 is indicated by a broken line in FIG. If the stress intensity factor is 1 or less, cracks at the end of the substrate portion 21 due to a difference in thermal expansion are prevented. In the embodiment, the thickness of the side wall surface 21a is set to be almost completely coincident with the characteristic line α of the stress intensity factor at a position relatively away from the surface of the outer panel 32, and near the surface of the outer panel 32, By making the thickness smaller than the thickness corresponding to the characteristic line α of the stress intensity factor, cracks are more reliably prevented.

図7は、本発明の効果を図式的に示すものである。すなわち、図7において、一点鎖線は、基板部21の側壁面21aの形状を、アウタパネル32に対してほぼ直交する絶壁状として形成した場合を示す(図6において、基板部21の側壁面21aが、基準位置0から右方部分には存在しないもので、図6中一点鎖線に沿う形状の場合)。この場合は、応力拡大係数が1よりも相当に大きい部分が存在することとなって、乾燥工程での加熱作用を受けた際にひび割れを生じ易いものとなる。この一方、図7実線で示す本発明の場合(図6のような湾曲形状を採用した場合)は、応力拡大係数が1以下となって、乾燥工程での加熱作用を受けても、ひび割れを生じないものとなる。   FIG. 7 schematically shows the effect of the present invention. That is, in FIG. 7, the alternate long and short dash line indicates a case where the shape of the side wall surface 21 a of the substrate portion 21 is formed as a bluff shape substantially orthogonal to the outer panel 32 (in FIG. 6, the side wall surface 21 a of the substrate portion 21 is In the case of a shape along the one-dot chain line in FIG. 6 that does not exist in the right part from the reference position 0). In this case, a portion having a stress intensity factor considerably larger than 1 is present, and cracking is likely to occur when subjected to a heating action in the drying process. On the other hand, in the case of the present invention indicated by the solid line in FIG. 7 (when the curved shape as shown in FIG. 6 is adopted), the stress intensity factor becomes 1 or less, and cracking occurs even when subjected to the heating action in the drying process. It will not occur.

次に、樹脂(樹脂体20)の金属(アウタパネル32)への接合部位に作用する熱膨張差に基づく応力集中について説明する。なお、以下の説明で、添え字「p」は樹脂用(樹脂体20対応)を、添え字「m」は金属用(アウタパネル32対応)を示す。まず、樹脂と金属との線膨張係数をαp、αmとし、ヤング率をEp、Em、形状断面積をAp、Am、初期長さをL、温度変化を△Tとする。このときの、樹脂体および金属の線膨張による伸び量△Lp、△Lmは、次式(1)、(2)で表される。   Next, the stress concentration based on the difference in thermal expansion acting on the joint portion of the resin (resin body 20) to the metal (outer panel 32) will be described. In the following description, the subscript “p” indicates the resin (corresponding to the resin body 20), and the subscript “m” indicates the metal (corresponding to the outer panel 32). First, the linear expansion coefficients of the resin and metal are αp and αm, the Young's modulus is Ep and Em, the shape cross-sectional area is Ap and Am, the initial length is L, and the temperature change is ΔT. At this time, elongation amounts ΔLp and ΔLm due to linear expansion of the resin body and the metal are expressed by the following equations (1) and (2).

Figure 0006191648
Figure 0006191648

Figure 0006191648
Figure 0006191648

一体接合により接合された部品の両材に作用する力Fは、接合界面において、大きさが等しく向きが反対でつり合うので、膨張が大きな樹脂は圧縮、金属には引張が入る。力Fによる金属の伸び△lp、△lmは、フックの法則を用いて次式(3)、(4)で示される。なお、式「−」は圧縮方向を示す。   The force F acting on both parts of the parts joined by integral joining is balanced at the joining interface with the same magnitude and opposite directions, so that the resin having a large expansion is compressed and the metal is pulled. The elongations Δlp and Δlm of the metal due to the force F are expressed by the following equations (3) and (4) using the Hooke's law. The expression “−” indicates the compression direction.

Figure 0006191648
Figure 0006191648

Figure 0006191648
Figure 0006191648

樹脂と金属の界面において、樹脂および金属の延び量が等しいという関係から、次式(5)が表される。   The following equation (5) is expressed from the relationship that the amounts of extension of the resin and the metal are equal at the interface between the resin and the metal.

Figure 0006191648
Figure 0006191648

式(5)に、式(1)、式(2)、式(3)、式(4)を代入することにより、次式(6)が求められる。   By substituting Equation (1), Equation (2), Equation (3), and Equation (4) into Equation (5), the following Equation (6) is obtained.

Figure 0006191648
Figure 0006191648

式(6)を変換して式(7)が得られる。   Equation (6) is transformed to obtain Equation (7).

Figure 0006191648
Figure 0006191648

破壊は樹脂が支配することから、樹脂に作用する破壊のための応力σは、次式(8)で示される。   Since the fracture is controlled by the resin, the stress σ for the fracture acting on the resin is expressed by the following equation (8).

Figure 0006191648
Figure 0006191648

一体成形接合における樹脂端部においては、特異点として接合端部が存在し、応力拡大が発生する。FEM解析による応力集中分布において、応力がもっとも大きくなる接合界面端部の応力値σeは、式(8)および応力拡大係数kを用いた次式(9)により求められる。   In the resin end portion in the integral molding joining, the joining end portion exists as a singular point, and stress expansion occurs. In the stress concentration distribution by FEM analysis, the stress value σe at the joint interface end where the stress is the largest is obtained by the following equation (9) using the equation (8) and the stress intensity factor k.

Figure 0006191648
Figure 0006191648

上記(9)式から、樹脂の接合端部の形状(側壁面の湾曲形状)を、応力拡大係数kに略一致した形状とすることにより、熱膨張差に基づく樹脂端部でのひび割れが防止されることになる。換言すれば、樹脂の接合端部の厚さを、応力拡大係数が1以下となるように設定すれば、ひび割れが防止されることになる。   From the above equation (9), the shape of the joint end of the resin (the curved shape of the side wall surface) is made to substantially coincide with the stress intensity factor k, thereby preventing cracks at the resin end due to the difference in thermal expansion. Will be. In other words, if the thickness of the joint end portion of the resin is set so that the stress intensity factor is 1 or less, cracking is prevented.

以上実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載された範囲において適宜の変更が可能である。樹脂体20が内蔵されるフレームとしては、ルーフサイドレール6以外に、サイドシル1、ヒンジピラー2、Aピラー3、Cピラー4、各種のクロスメンバ等、閉断面を構成する適宜の強度部材とすることができる。樹脂体20の配設位置としては、他のフレームとの連結部位を選択するのが好ましく、特に他のフレームに跨がる(他のフレームの伸び方向と交差する方向に伸びる)ように配設するのが好ましい。樹脂体20は、長い連続したものではなく、短いものを間隔をあけて複数直列に配設する等、その大きさ、形状、配設位置、配設個数等は適宜選択できる。勿論、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。   Although the embodiments have been described above, the present invention is not limited to the embodiments, and appropriate modifications can be made within the scope of the claims. As a frame in which the resin body 20 is built, in addition to the roof side rail 6, a side sill 1, a hinge pillar 2, an A pillar 3, a C pillar 4, various cross members, and other appropriate strength members constituting a closed cross section are used. Can do. As the arrangement position of the resin body 20, it is preferable to select a connection portion with another frame, and in particular, the resin body 20 is arranged so as to straddle another frame (extend in a direction intersecting with the extending direction of the other frame). It is preferable to do this. The resin bodies 20 are not long continuous ones, and a plurality of short ones may be arranged in series at intervals, and the size, shape, arrangement position, number of arrangements, and the like can be selected as appropriate. Of course, the object of the present invention is not limited to what is explicitly stated, but also implicitly includes providing what is substantially preferred or expressed as an advantage.

本発明は、車両におけるフレームの補強構造として好適なものを提供することができる。   The present invention can provide a frame reinforcing structure suitable for a vehicle.

4:Bピラー(他のフレーム)
6:ルーフサイドレール
20:樹脂体
21:基板部
21a:側壁面(湾曲形状)
22:リブ部(縦)
23:リブ部(横)
D1:閉断面
α:応力拡大係数の特性線
4: B pillar (other frames)
6: Roof side rail 20: Resin body 21: Substrate part 21a: Side wall surface (curved shape)
22: Rib part (vertical)
23: Rib part (horizontal)
D1: Closed section α: Characteristic line of stress intensity factor

Claims (8)

フレームの閉断面内に補強用の樹脂体を配設してなる車両の樹脂体内蔵フレーム構造であって、
前記樹脂体が、前記フレームに対して接着材を用いることなく直接的に接合され、
前記フレームと前記樹脂体との接合部位における該樹脂体の側壁面が、該側壁面の上端エッジ部の位置を基準位置として設定したとき、該基準位置から離れるほど薄くなるように形成されると共に、薄くなる度合いが該基準位置から近い位置では大きく該基準位置から遠い位置になると小さくなるように湾曲形状に形成されている、
ことを特徴とする車両の樹脂体内蔵フレーム構造。
A resin body built-in frame structure for a vehicle in which a reinforcing resin body is disposed in a closed cross section of the frame,
The resin body is directly bonded to the frame without using an adhesive,
The side wall surface of the resin body at the joint portion between the frame and the resin body is formed so as to become thinner as the position of the upper edge portion of the side wall surface is set as the reference position, and away from the reference position. , It is formed in a curved shape so that the degree of thinning is large at a position close to the reference position and small at a position far from the reference position .
A frame structure with a built-in resin body for a vehicle.
請求項1において、
前記湾曲形状が、前記樹脂体と該フレームとの間における応力拡大係数の曲線に略一致する形状とされている、ことを特徴とする車両の樹脂体内蔵フレーム構造。
In claim 1,
A frame structure with a built-in resin body for a vehicle, wherein the curved shape is a shape that substantially matches a curve of a stress intensity factor between the resin body and the frame.
請求項1または請求項2において、
前記樹脂体が、前記フレームにインサート成型されている、ことを特徴とする車両の樹脂体内蔵フレーム構造。
In claim 1 or claim 2,
A resin-embedded frame structure for a vehicle, wherein the resin body is insert-molded in the frame.
請求項1ないし請求項3のいずれか1項において、
前記樹脂体は、前記フレームに接合される基板部と、該基板部から伸びて該フレームの閉断面が車両の衝突時に潰れ変形する方向に伸びる多数のリブ部と、有するリブ構造体とされ、
前記基板部の側壁面が、前記湾曲形状に形成されている、
ことを特徴とする車両の樹脂体内蔵フレーム構造。
In any one of Claims 1 thru | or 3,
The resin body is a rib structure having a substrate portion joined to the frame, and a plurality of rib portions extending from the substrate portion and extending in a direction in which a closed cross section of the frame is crushed and deformed when a vehicle collides,
The side wall surface of the substrate part is formed in the curved shape,
A frame structure with a built-in resin body for a vehicle.
請求項1ないし請求項4のいずれか1項において、
前記樹脂体が配設される前記フレームが、閉断面を有する他のフレームと連結されており、
前記樹脂体が、該樹脂体が配設されるフレームと前記他のフレームとの連結部位を跨がるように配設されている、
ことを特徴とする車両の樹脂体内蔵フレーム構造。
In any one of Claims 1 thru | or 4,
The frame on which the resin body is disposed is connected to another frame having a closed cross section;
The resin body is disposed so as to straddle the connecting portion between the frame on which the resin body is disposed and the other frame.
A frame structure with a built-in resin body for a vehicle.
請求項5において、
前記樹脂体が配設されるフレームが、ルーフサイドレールとされ、
前記他のフレームが、前記ルーフサイドレールに連結されたピラーとされている、
ことを特徴とする車両の樹脂体内蔵フレーム構造。
In claim 5,
The frame on which the resin body is disposed is a roof side rail,
The other frame is a pillar connected to the roof side rail.
A frame structure with a built-in resin body for a vehicle.
フレームの閉断面内に補強用の樹脂体を配設してなる車両の樹脂体内蔵フレーム構造の製造方法であって、
前記フレームに樹脂体をインサート成型されることにより、該樹脂体を該フレームに接着材を用いることなく直接的に接合する第1ステップと、
前記第1ステップ後に、前記フレームを前記樹脂体と共に電着塗装する第2ステップと、
前記第2ステップ後に、乾燥炉によって塗料を乾燥させる第3ステップと、
を備え、
前記第1ステップにおけるインサート成型時に、前記フレームと前記樹脂体との接合部位における該樹脂体の側壁面が、該側壁面の上端エッジ部の位置を基準位置として設定したとき、該基準位置から離れるほど薄くなるように形成されると共に、薄くなる度合いが該基準位置から近い位置では大きく該基準位置から遠い位置になると小さくなるように湾曲形状として形成されている、
ことを特徴とする車両の樹脂体内蔵フレーム構造の製造方法。
A method of manufacturing a resin body-embedded frame structure for a vehicle in which a reinforcing resin body is disposed in a closed cross section of the frame,
A first step of joining the resin body directly to the frame without using an adhesive by insert molding a resin body into the frame;
A second step of electrodepositing the frame together with the resin body after the first step;
After the second step, a third step of drying the paint in a drying furnace;
With
At the time of insert molding in the first step, the side wall surface of the resin body at the joint portion between the frame and the resin body is separated from the reference position when the position of the upper edge portion of the side wall surface is set as the reference position. It is formed as a curved shape so that the degree of thinning is large at a position close to the reference position and small when it is far from the reference position .
A method of manufacturing a resin-built-in frame structure for a vehicle, characterized in that:
請求項7において、
前記湾曲形状が、前記樹脂体と前記フレームとの間における応力拡大係数の曲線に略一致する形状とされている、ことを特徴とする車両の樹脂体内蔵フレーム構造の製造方法。
In claim 7,
The method of manufacturing a resin body-embedded frame structure for a vehicle, wherein the curved shape is a shape that substantially matches a curve of a stress intensity factor between the resin body and the frame.
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