JP6372500B2 - 車両用フレーム構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両用フレーム構造に関し、特にアルミニウム合金製又は繊維強化合成樹脂製の車両用フレーム構造に関する。

車両の車体構造には、フロントピラー、センターピラー、リヤピラー、サイドシル、ルーフサイドレール、フロントヘッダー、リヤヘッダー等の閉断面構造の主要な高剛性フレーム部材があり、これらの高剛性フレーム部材が車体剛性を確保するための重要な部材である。フロントピラーとフロントヘッダーとルーフサイドレールの結合部、センターピラーとルーフサイドレールの結合部、センターピラーとサイドシルの結合部、リヤピラーとリヤヘッダーとルーフサイドレールの結合部等は、２又は３の高剛性フレーム部材の結合部であって車体剛性を確保する上で重要な結合部である。

従来、上記の高剛性フレーム部材の結合部では、通常、インナパネルとアウタパネルとで形成される閉断面構造をインナレインやアウタレイン等の複数の補強パネルでもって補強することで結合部の剛性、強度を確保している。

特許文献１に記載の自動車の車体後部補強構造では、リヤピラーとリヤヘッダーとルーフサイドレールの結合部において、インナパネルの内面側に補強板を設け、リヤヘッダーと上記の結合部とリヤピラーに亙る補強板をアウタパネルの内面側に設けている。

上記の車体後部補強構造は、薄鋼板で製作される構造であるため、閉断面状の高剛性フレーム部材の結合部とその周辺部位においては複数の補強板により、インナパネルやアウタパネルを補強する構造になるため、その結合部の構造が複雑化するうえ、薄鋼板をスポット溶接する上での構造上の制約や鋼板枚数の制約からも剛性、強度を確保することが簡単ではない。

ところで、最近、車両の車体の一部にアルミダイキャストで製作されるアルミニウム合金部材が段階的に採用され始めており、今後アルミニウム合金部材の適用範囲が拡大する傾向にある。尚、航空機の機体等に採用されている炭素繊維等で強化した繊維強化合成樹脂で車両の車体部材を製作する技術も検討され始めている。

特開２００１−６３６２２号公報

特許文献１の記載の構造でもある程度複数のフレーム部材の結合部における剛性を高めることはできるが、さらなる向上が求められている。

アルミニウム合金製や繊維強化合成樹脂製のフレーム部材は、金型を用いて一体的な構造に成形可能であるという特長があるが、成形用金型を製作可能な構造にする必要がある。しかも、アルミニウム合金や繊維強化合成樹脂は、鋼板に比較して剛性、強度が低いため鋼板製の場合よりも厚肉にする形成することになるが、これらの材料費は高価であるため、材料経済性を考慮し断面効率に優れる構造にする必要がある。

本発明の目的は、複数のフレーム部材の結合部における剛性を高めた車両用フレーム構造を提供することである。

請求項１の車両用フレーム構造は、車両用フレーム構造において、断面がハット形のハット形断面部とこのハット形断面部の両端部に一体形成され且つ前記ハット形断面部と協働して１対の溝部を形成する１対のＬ形断面部とを夫々有する複数のフレーム部材であって一体的に形成された複数のフレーム部材と、これら複数のフレーム部材が交差した交差部とを備え、前記交差部が複数の前記ハット形断面部の凸形部が交差して形成された矩形ボックス部を有し、この矩形ボックス部の少なくとも１面に節壁が形成され、前記複数のフレーム部材は、ルーフサイドレールの一部とリヤヘッダーの一部とリヤピラーの一部であり、前記交差部は、ルーフサイドレールインナとリヤヘッダーインナとリヤピラーインナとが交差する交差部であり、前記リヤピラーインナには、前記矩形ボックス部の節壁を介してルーフサイドレールインナのハット形断面部の側壁に連なる補強リブが形成されたことを特徴としている。

請求項２の車両用フレーム構造は、請求項１の発明において、前記矩形ボックス部の４面に節壁が形成されていることを特徴としている。

請求項３の車両用フレーム構造は、請求項１又は２の発明において、前記フレーム部材と閉断面を形成するように前記ハット形断面部と１対の溝部を前記溝部の開口側又は前記ハット形断面部の開口側から覆うハット形断面部を有するアウタ側フレーム部材を設けたことを特徴としている。

請求項４の車両用フレーム構造は、請求項１又は２の発明において、前記フレーム部材のハット形断面部の少なくとも片側の前記溝部に、その底壁に一体形成されて底壁から立ち上がる補強リブを形成したことを特徴としている。

請求項１の発明（車両用フレーム構造）によれば、フレーム部材がハット形断面部と、このハット形断面部と協働して１対の溝部を形成する１対のＬ形断面部とを有するため、大きな断面２次モーメントを有する断面効率の高い、材料経済性に優れる部材とすることができる。

複数のフレーム部材が一体的に形成され、これら複数のフレーム部材が交差した交差部を備えているため、一体的な部材でもって生産性に優れ且つ剛性、強度に優れる交差部を形成することができる。
また、複数のフレーム部材が交差した交差部が、複数の前記ハット形断面部の凸形部が交差して形成された矩形ボックス部を有し、この矩形ボックス部の少なくとも１面に節壁が形成されているため、交差部の剛性、強度を高めることができる。
前記複数のフレーム部材は、ルーフサイドレールの一部とリヤヘッダーの一部とリヤピラーの一部であり、前記交差部は、ルーフサイドレールインナとリヤヘッダーインナとリヤピラーインナとが交差する交差部であるため、一体的に形成されている前記３部材の交差部の剛性、強度を高めることができる。
また、一体的に形成されている前記３部材の交差部の剛性、強度を高めることができる。
前記リヤピラーインナには、前記矩形ボックス部の節壁を介してルーフサイドレールインナのハット形断面部の側壁に連なる補強リブが形成されたため、リヤピラーインナと前記矩形ボックス部及びルーフサイドレールインナの結合強度を強化することができる。

請求項２の発明によれば、前記矩形ボックス部の４面に節壁が形成されているため、交差部の剛性、強度を著しく高めることができる。

請求項３の発明によれば、前記フレーム部材と閉断面を形成するように前記ハット形断面部と１対の溝部を前記溝部の開口側又は前記ハット形断面部の開口側から覆うハット形断面部を有するアウタ側フレーム部材を設けたため、フレーム部材とアウタ側フレーム部材とで閉断面を形成し、高剛性、高強度の構造とすることができる。

請求項４の発明によれば、前記フレーム部材のハット形断面部の少なくとも片側の前記溝部に、その底壁に一体形成されて底壁から立ち上がる補強リブを形成したため、補強リブで前記底壁を補強し且つフレーム部材の剛性、強度を高めることができる。

実施例に係る自動車の後部車体の斜視図である。 Ｘ形フレーム構造部材の外面側を視た斜視図である。 図２のIII−III線断面図である。 Ｘ形フレーム構造部材の平面図である。 Ｘ形フレーム構造部材の底面図である。 Ｘ形フレーム構造部材の内面側を視た斜視図である。 図２のVII−VII線断面図である。 図２のVIII−VIII線断面図である。 第１フレーム部材にアウタ側フレーム部材を接合した部材の断面図である。 第２フレーム部材にアウタ側フレーム部材を接合した部材の断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。

本実施例は、自動車の後部車体に本発明を適用した場合の例である。
図１は、自動車の後部車体１であってアウタパネルを組み付ける前の後部車体１を示すものである。ルーフ構造２は高剛性のルーフサイドレールインナ２と高剛性のリヤヘッダーインナ３を有する。バックドア開口部４の左右両側には、高剛性のリヤピラーインナ５を含むクォータ側壁部６が設けられ、このクォータ側壁部６の下部にはホイールハウス７が形成されている。

ルーフサイドレールインナ３とリヤヘッダーインナ４とリヤピラーインナ５とが交差する交差部８は、前記３つの高剛性部材が結合される部分であり、この交差部８の剛性、強度は後部車体１の剛性、強度に大きな影響を及ぼす。

前記のルーフサイドレールインナ３とリヤヘッダーインナ４とリヤピラーインナ５とが交差する交差部８と、その周辺部分（ルーフサイドレール３の一部とリヤヘッダー４の一部とリヤピラー８の一部とを含む）がアルミニウム合金製のＸ形フレーム構造１０としてアルミダイキャスト法により一体成形されている。尚、このＸ形フレーム構造１０が「車両用フレーム構造」に相当する。

Ｘ形フレーム構造１０は、ルーフサイドレールインナ３の後端側部分を形成する第１フレーム部材１１と、リヤヘッダーインナ４の車幅方向外側部分を形成する第２フレーム部材１２と、クォータ側壁部６の上端側部分を形成する第３フレーム部材１３と、上記第１〜第３フレーム部材１１〜１３の交差部８とを有する。

第１フレーム部材１１の後端部と第２フレーム部材１２の車幅方向外端部と第３フレーム部材１３の上端部とが交差部８において一体的に結合されている。第１，第２フレーム部材１１，１２の幅は、交差部８の付近においては交差部８に近づく程拡大している。第３フレーム部材１３の幅は下方に向って拡大している。

次に、第１〜第３フレーム部材１１〜１３と交差部８の上面側に現われた構造について、図１〜図４、図７、図８に基づいて説明する。
図１、図２、図７に示すように、第１フレーム部材１１は、断面がハット形のハット形断面部１４ｈと、このハット形断面部１４ｈの車幅方向内側の断面Ｌ形のＬ形断面部１５（車幅方向内方へ延びるフランジ１５ａを含む）と、ハット形断面部１４ｈの車両幅方向外側の断面Ｌ形のＬ形断面部１６（車幅方向外側へ延びるフランジ１６ａを含む）と、補強リブ１７，１８とを備えており、これらは一体的に形成されている。

ハット形断面部１４ｈは、下面開放状の上方へ凸の凸形部１４ａと、この凸形部１４ａの両側に連なる底壁１４ｄとを有する。凸形部１４ａは、帯状の頂壁１４ｂとこの頂壁１４ｂの両端に連なる帯状の１対の側壁１４ｃとを備えている。

凸形部１４ａとＬ形断面部１５との間に溝部１９ａが形成されている。凸形部１４ａとＬ形断面部１６との間に溝部１９ｂが形成され、この溝部１９ｂの底壁１４ｄから立ち上がるように補強リブ１７が形成され、補強リブ１７は溝部１９ｂに沿って第３フレーム部材１３のハット形断面部３０ｈまで延びている。また、交差部８の付近において補強リブ１７とハット形断面部１４ｈを結合する車幅方向向きの補強リブ１８が溝部１９ｂの底壁１４ｄから立ち上がるように設けられている。

図１〜図４、図８に示すように、第２フレーム部材１２は、断面がハット形のハット形断面部２０ｈと、このハット形断面部２０ｈの前側の断面Ｌ形のＬ形断面部２１（前側へ延びるフランジ２１ａを含む）と、ハット形断面部２０ｈの後側の断面Ｌ形のＬ形断面部２２（後方へ延びるフランジ２２ａを含む）と、ハット形断面部２０ｈの後側近傍部に形成された補強リブ２３と、ハット形断面部２０ｈの長さ方向途中部においてハット形断面部２０ｈとＬ形断面部２１を結合する前後方向向きの補強リブ２４と、この補強リブ２４の後方においてハット形断面部２０ｈと補強リブ２３を結合する前後方向向きの補強リブ２５と、補強リブ２４とハット形断面部２０ｈの結合部から車幅方向外側へ延びて第１フレーム部材１１のハット形断面部１４ｈに連なる補強リブ２６を備えており、これらは一体的に形成されている。

ハット形断面部２０ｈは、下面開放状の上方へ凸の凸形部２０ａと、この凸形部２０ａの両側に連なる底壁２０ｄとを有する。凸形部２０ａは、帯状の頂壁２０ｂとこの頂壁２０ｂの両端に連なる帯状の１対の側壁２０ｃとを備えている。

凸形部２０ａとＬ形断面部２１との間に溝部２７ａが形成され、凸形部２０ａとＬ形断面部２２の間に広幅の溝部２７ｂが形成されている。補強リブ２３，２５は溝部２７ｂの底壁２０ｄから立ち上がるように形成され、補強リブ２４，２６は、溝部２７ａの底壁２０ｄから立ち上がるように形成されている。第１フレーム部材１１のＬ形断面部１５は、第２フレーム部材１２のＬ形断面部２１に曲線的に連なっている。ハット形断面部２０ｈと補強リブ２３の高さは、車幅方向内方ほど徐々に低くなるように形成されている。

図１、図２に示すように、第３フレーム部材１３は、断面がハット形のハット形断面部３０ｈと、バックドア開口部４の車幅方向外端部に沿った断面Ｌ形のＬ形断面部３１（車幅方向内側へ延びるフランジ３１ａを含む）と、ハット形断面部３０ｈの前側に形成された断面Ｌ形のＬ形断面部３２（前方へ延びるフランジ３２ａを含む）と、後述する矩形ボックス部８Ａから後方へ延びる１対の補強リブ３３，３４と、Ｌ形断面部３２の後側に形成された補強リブ３５とを備え、これらは一体的に形成されている。１対の補強リブ３３，３４は、矩形ボックス部８Ａの車幅方向に対向する２辺から延びるように間隔を空けて平行に形成されている。

ハット形断面部３０ｈは、下面開放状の上方へ凸の凸形部３０ａと、この凸形部３０ａの両側に連なる底壁３０ｄとを有する。凸形部３０ａは、細長い頂壁３０ｂとこの頂壁３０ｂの両端に連なる細長い１対の側壁３０ｃとを備えている。

凸形部３０ａとＬ形断面部３１の間に溝部３７ａが形成され、１対の補強リブ３３，３４は溝部３７ａの底壁３６ｄから立ち上がるように形成されている。ハット形断面部３０ｈとＬ形断面部３２の間に溝部３７ｂが形成され、補強リブ３５は溝部３７ｂの底壁３６ｄから立ち上がるように形成され、この補強リブ３５の上端は第１フレーム部材１１の補強リブ１７に結合されている。

ハット形断面部３０ｈの凸形部３０ａの下端は傾斜壁３８で閉塞され、この凸形部３０ａの下端部はホイールハウス７を補強する補強部材（図示略）に接続される。

次に、第１〜第３フレーム部材１１〜１３と交差部８の内面側（下面側）に現われる構造について、図５、図６に基づいて説明する。
交差部８には、第１〜第３フレーム部材１１〜１３のハット形断面部１４ｈ，２０ｈ，３０ｈの凸形部１４ａ，２０ａ，３０ａが交差した矩形ボックス部８Ａが形成され、この矩形ボックス部８Ａの４面には節壁４１〜４４が一体的に形成されている。１対の節壁４１，４２は、第１フレーム部材１１のハット形断面部１４ｈの１対の側壁１４ｃに連続的に連なるように形成されている。１対の節壁４３，４４は、第２フレーム部材１２のハット形断面部２０ｈの１対の側壁２０ｃと第３フレーム部材１３のハット形断面部３０ｈの１対の側壁３０ｃに連続的に連なるように形成されている。

第１フレーム部材１１のハット形断面部１４ｈの凸形部１４ａの内部には、横断状の補強リブ４６が一体的に形成されている。第２フレーム部材１２のハット形断面部３０ｈの凸形部３０ａの内部には、前記補強リブ２４，２５に１対の側壁２０ｃを介して連なる補強リブ４７が一体的に形成されている。 第３フレーム部材１３のハット形断面部３０ｈの凸形部３０ａの内部には、この凸形部３０ａの内部を横断する補強リブ４８が一体的に形成されている。

ここで、第１，第２フレーム部材１１，１２の追加的な構造について説明する。
図９に示すように、第１フレーム部材１１と閉断面を形成するようにハット形断面部１４ｈと１対の溝部１９ａ，１９ｂを溝部１９ａ，１９ｂの開口側から覆うハット形断面部を有するアウタ側フレーム部材５０であって、アルミニウム合金製のアウタ側フレーム部材５０を設けてもよい。アウタ側フレーム部材５０は、頂壁５０ａと、この頂壁５０ａの両側の１対の側壁５０ｂ，５０ｃと、１対の側壁５０ｂ，５０ｃから延びる１対のフランジ５０ｄ，５０ｅを備えており、フランジ５０ｄ，５０ｅがフランジ１５ａ，１６ａに接合されている。尚、頂壁５０ａの内面側に補強リブを一体的に形成してもよい。

尚、前記の変形例として、図９のアウタ側フレーム部材５０の深さを拡大し、第１フレーム部材１１のハット形断面部１４ｈと１対の溝部１９ａ，１９ｂをハット形断面部１４ｈの開口側から覆って第１フレーム部材１１と閉断面部を形成するアウタ側フレーム部材を設けてもよい。

また、図１０に示すように、第２フレーム部材１２と閉断面を形成するようにハット形断面部２０ｈと１対の溝部２７ａ，２７ｂを溝部２７ａ，２７ｂの開口側から覆うハット形断面部を有するアウタ側フレーム部材６０であって、アルミニウム合金製のアウタ側フレーム部材６０を設けてもよい。アウタ側フレーム部材６０は、頂壁６０ａと、この頂壁６０ａの両側の１対の側壁６０ｂ，６０ｃと、１対の側壁６０ｂ，６０ｃから延びる１対のフランジ６０ｄ，６０ｅを備えており、６０ｄ，６０ｅがフランジ２１ａ，２２ａに接合されている。尚、頂壁６０ａの内面側に補強リブを一体的に形成してもよい。

尚、前記の変形例として、図１０のアウタ側フレーム部材６０の深さを拡大し、第２フレーム部材１２のハット形断面部２０ｈと１対の溝部２７ａ，２７ｂをハット形断面部２０ｈの開口側から覆って第２フレーム部材１２と閉断面部を形成するアウタ側フレーム部材を設けてもよい。

以上説明したＸ形フレーム構造部材１０（車両用フレーム構造）の作用、効果について説明する。アルミニウム合金製の第１〜第３フレーム部材１１，１２，１３がハット形断面部１４ｈ，２０ｈ，３０ｈと、このハット形断面部１４ｈ，２０ｈ，３０ｈと協働して１対の溝部１９ａ，１９ｂ；２７ａ，２７ｂ；３７ａ，３７ｂを形成する１対のＬ形断面部１５，１６；２１，２２；３１，３２とを有するため、大きな断面２次モーメントを有する断面効率の高い、材料経済性に優れた部材とすることができる。

第１〜第３フレーム部材１１〜１３が一体的に形成されたＸ形フレーム構造１０が、これら第１〜第３フレーム部材１１〜１３が交差した交差部８を備えているため、一体的な部材でもって生産性に優れ且つ剛性、強度に優れる交差部８を形成することができる。

第１〜第３フレーム部材１１〜１３が交差した交差部８が、複数の前記ハット形断面部１４，２０ｈ，３０ｈの凸形部１４ａ，２０ａ，３０ａが交差して形成された矩形ボックス部８Ａを有し、この矩形ボックス部８Ａの４面に節壁４１〜４４が形成されているため、交差部８の剛性、強度を著しく高めることができる。

第１フレーム部材の１１のハット形断面部１４ｈの少なくとも片側の溝部１９ｂに、その底壁１４ｄに一体形成されて底壁１４ｄから立ち上がる補強リブ１７を形成したため、補強リブ１７で底壁１４ｄを補強し且つ第１フレーム部材１１の剛性、強度を高めることができるうえ、補強リブ１８によって補強リブ１７を補強し且つ第１フレーム部材１１の剛性、強度を高めることができる。

同様に、補強リブ２３〜２６により第２フレーム部材１２の底壁２０ｄを補強し且つ第２フレーム部材１２の剛性、強度を高めることができる。また、補強リブ３３，３４，３５により第３フレーム部材１３の底壁３０ｄを補強し且つ第３フレーム部材１３の剛性、強度を高めることができる。

しかも、補強リブ３３，３４は、矩形ボックス部８Ａの節壁４１，４２を介して第１フレーム部材１１のハット形断面部１４ｈの凸形部１４ａの側壁１４ｃに連なるように形成したため、ルーフサイドレールインナ３と、クォータ側壁部６のうちのバックドア開口部９の近傍部位の結合強度、剛性を確保することができる。

第１〜第３フレーム部材１１〜１３は、ルーフサイドレール３の一部とリヤヘッダー４の一部とリヤピラー５の一部であり、前記交差部８は、ルーフサイドレール３とリヤヘッダー４とリヤピラー５とが交差した交差部であり、一体的に形成されているため前記３つのフレーム部材１１〜１３の結合部の剛性、強度を高めることができる。

図９の構造の場合、第１フレーム部材１１とハット形断面のアウタ側フレーム部材５０とで閉断面構造にすることにより、高剛性、高強度の部材とすることができる。
図１０の構造の場合、第２フレーム部材１２とハット形断面のアウタ側フレーム部材６０とで閉断面構造にすることにより、高剛性、高強度の部材とすることができる。

前記実施例を変更する例について説明する。
（１）前記実施例のＸ形フレーム構造１０は、アルミニウム合金以外に、炭素繊維やアラミド繊維で強化した繊維強化合成樹脂を用いて成形加工により製作することも可能である。図９、図１０のアウタ側フレーム部材５０，６０もアルミニウム合金以外に、炭素繊維やアラミド繊維で強化した繊維強化合成樹脂を用いて成形加工により製作することも可能である。

（２）前記実施例に開示した第１〜第３フレーム部材１１〜１３の断面形状は、前記実施例のものに限定されるものではなく、適宜変更可能である。

（３）前記実施例に係るＸ形フレーム構造１０と同様の技術思想に基づいて形成されるフレーム構造部材は、フロントピラーインナとルーフサイドレールインナとフロントヘッダーインナの交差部及びその周辺構造や、センターピラーインナとルーフサイドレールインナの交差部及びその周辺構造や、センターピラーインナとサイドシルの交差部及びその周辺構造に適用することができる。

（４）当業者ならば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそれらの変更形態も包含するものである。

３ ルーフサイドレールインナ
４ リヤヘッダーインナ
５ リヤピラーインナ
８ 交差部
８Ａ 矩形ボックス部
１０ Ｘ形フレーム構造
１１〜１３ 第１〜第３フレーム部材
１４ｈ，２０ｈ，３０ｈ ハット形断面部
１４ａ，２０ａ，３０ａ 凸形部
１５，１６，２１，２２，３１，３２ Ｌ形断面部
１９ａ，１９ｂ 溝部
２７ａ，２７ｂ 溝部
３７ａ，３７ｂ 溝部
４１〜４４ 節壁
１７，２３，３３，３４，３５ 補強リブ
５０，６０ アウタ側フレーム部材

Claims (4)

1. 車両用フレーム構造において、
   断面がハット形のハット形断面部とこのハット形断面部の両端部に一体形成され且つ前記ハット形断面部と協働して１対の溝部を形成する断面がＬ形の１対のＬ形断面部とを夫々有する複数のフレーム部材であって一体的に形成された複数のフレーム部材と、
   これら複数のフレーム部材が交差した交差部とを備え、
   前記交差部が複数の前記ハット形断面部の凸形部が交差して形成された矩形ボックス部を有し、この矩形ボックス部の少なくとも１面に節壁が形成され、
   前記複数のフレーム部材は、ルーフサイドレールの一部とリヤヘッダーの一部とリヤピラーの一部であり、前記交差部は、ルーフサイドレールインナとリヤヘッダーインナとリヤピラーインナとが交差する交差部であり、
   前記リヤピラーインナには、前記矩形ボックス部の節壁を介してルーフサイドレールインナのハット形断面部の側壁に連なる補強リブが形成されたことを特徴とする車両用フレーム構造。
2. 前記矩形ボックス部の４面に節壁が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用フレーム構造。
3. 前記フレーム部材と閉断面を形成するように前記ハット形断面部と１対の溝部を前記溝部の開口側又は前記ハット形断面部の開口側から覆うハット形断面部を有するアウタ側フレーム部材を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用フレーム構造。
4. 前記フレーム部材のハット形断面部の少なくとも片側の前記溝部に、その底壁に一体形成されて底壁から立ち上がる補強リブを形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用フレーム構造。