JP6387081B2

JP6387081B2 - 衝突荷重入力時のステー脱落構造

Info

Publication number: JP6387081B2
Application number: JP2016256840A
Authority: JP
Inventors: 高橋　俊也; 俊也高橋
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2016-12-28
Filing date: 2016-12-28
Publication date: 2018-09-05
Anticipated expiration: 2036-12-28
Also published as: US10363964B2; CN108248689B; JP2018108770A; CN108248689A; US20180178844A1

Description

本発明は、車両に対して衝突荷重が入力されたときに脱落可能なステーの脱落構造に関する。

例えば、特許文献１には、スリットに連通するボルト孔が形成されたステーを備え、ボルト孔にスタッドボルトを挿入することで、ステーを取付ブラケットに締結する構造が開示されている。

この特許文献１では、車両に対して衝突荷重が入力された際、スタッドボルトがスリットを介してボルト孔から脱落することにより、取付ブラケットからステーを離間させることができる。

特許第３９５４４７７号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたステーの脱落構造では、スリットの延在方向と略直交するスリットの幅方向寸法が、スタッドボルトのねじ部の外径寸法と略同一に設定されている。換言すると、スリットの幅方向寸法とスタッドボルトのねじ部の外径寸法とが略同一である場合、スタッドボルトをボルト孔内に留めておくものが無くなると、スタッドボルトがボルト孔からスリットへ容易に変位し易くなるからである。

このため、特許文献１では、車両に対する衝突荷重の入力以外に、例えば、スタッドボルトのねじ部の緩みによってステーと取付ブラケットとを締結する軸力が低下した場合、スタッドボルトがスリットを介してボルト孔から変位することで、ステー脱落のおそれがある。

本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、衝突荷重が入力されたときにステーを確実に脱落させると共に、衝突荷重入力時以外の脱落を防止することが可能な衝突荷重入力時のステー脱落構造を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、ステーを介して第１構造物と第２構造物とを連結すると共に、車両に対して衝突荷重が入力されたとき、前記第１構造物又は前記第２構造物から前記ステーが脱落する構造であって、前記ステーは、軸方向に沿った一端側に位置し、第１ボルトを介して前記第１構造物に締結される第１ボルト孔部と、軸方向に沿った他端側に位置し、第２ボルトを介して前記第２構造物に締結される第２ボルト孔部と、前記第１ボルト孔部と前記第２ボルト孔部との間に配置され、下方に向かって窪む凹部と、前記第１ボルト孔部と連続し、且つ、前記凹部の一部を切り欠いて形成された切欠部と、を有し、前記凹部の深さ方向の寸法は、前記第１ボルトの頭部の高さ方向の寸法以上であり、前記ステーの軸直方向に沿った前記第１ボルト孔部の幅寸法は、前記第１ボルトの頭部の最大外径よりも小さく設定され、車両に対して衝突荷重が入力されたとき、前記第１ボルトの頭部が、変形した前記切欠部を通過して前記凹部内に進入可能に設けられることを特徴とする。

本発明では、衝突荷重が入力されたときにステーを確実に脱落させると共に、衝突荷重入力以外の脱落を防止することが可能な衝突荷重入力時のステー脱落構造を得ることができる。

本発明の実施形態に係るステー脱落構造が適用されたサブフレームの平面図である。図１に示すサブフレームを底面側から見た底面図である。（ａ）は、ステーの斜視図、（ｂ）は、ステーの平面図、（ｃ）は、（ｂ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。ステーの第１ボルト孔部に第１ボルトが挿通された状態を示す部分拡大斜視図である。（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、衝突荷重Ｆが入力されたとき、切欠部が変形拡幅してボルトが凹部内に進入する状態を示す斜視図である。（ａ）は、衝突荷重Ｆの入力前、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、衝突荷重Ｆが入力されたとき、ステーがボディフレームから離脱する状態を示す一部破断側面図である。（ａ）は、特許文献１に開示されたステーの脱落構造を適用して本出願人が案出した第１比較例を示す底面図、（ｂ）は、特許文献１に開示されたステーの脱落構造を適用して本出願人が案出した第２比較例を示す底面図である。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係るステー脱落構造が適用されたサブフレームの平面図、図２は、図１に示すサブフレームを底面側から見た底面図である。なお、各図中において、「前後」は、車両前後方向、「左右」は、車両左右方向（車幅方向）、「上下」は、鉛直上下方向をそれぞれ示している。

図１、図２に示されるように、車両１０の車体前部側には、サブフレーム１２が搭載されている。このサブフレーム１２は、前部クロスメンバ１４と、後部クロスメンバ１６とから構成されている。前部クロスメンバ１４の車幅方向に沿った両側部には、車両後方に向かって延在する前側左右サイド部１８、１８がそれぞれ対向配置されている。後部クロスメンバ１６の車幅方向に沿った両側部には、車両前方に向かって延在して前側左右サイド部１８、１８と連結される後側左右サイド部２０、２０が設けられている。

なお、本実施形態では、サブフレーム１２として、前側左右サイド部１８、１８及び後側左右サイド部２０、２０を、それぞれ、前部クロスメンバ１４及び後部クロスメンバ１６と一体的に構成した場合を例示しているが、これに限定されるものではない。例えば、前側左サイド部１８と後側左サイド部２０とを一体成形して左サイドメンバ（図示せず）を構成すると共に、前側右サイド部１８と後側右サイド部２０とを一体成形して右サイドメンバ（図示せず）を構成するようにしてもよい。

前部クロスメンバ１４は、車両１０の車幅方向に沿って延在しパワーユニットＰの前側に配置されている。後部クロスメンバ１６は、車両１０の車幅方向に沿って延在し、パワーユニットＰの後側に配置されている。前側左サイド部１８及び後側左サイド部２０は、平面視して車両１０の前後方向に沿って延在し、パワーユニットＰの左側に配置されている。前側右サイド部１８及び後側右サイド部２０は、平面視して車両の前後方向に沿って延在し、パワーユニットＰの右側に配置されている。

パワーユニットＰは、例えば、エンジン及びトランスミッションが一体的に構成されたユニットからなり、車体前部側から衝突荷重が付与されたとき、後記する一組のステー２２を介して、その衝撃の負荷と自重により落下可能に配置されている。

サブフレーム１２は、前部クロスメンバ１４、後部クロスメンバ１６の前側及び後側左右サイド部１８、１８、２０、２０同士を、例えば、溶接等によって一体的に固定することで、平面視して略井桁構造を呈している。なお、サブフレーム１２は、略井桁構造に限定されるものではなく、例えば、左右サイドメンバに対して単一のクロスメンバで構成される場合であってもよい。

後部クロスメンバ１６の車幅方向に沿った両側には、一組のステー２２、２２が配置されている。各ステー２２は、後部クロスメンバ１６から車両後方に向かって延在し、車両１０のボディフレーム（第１構造物）２４とサブフレーム（第２構造物）１２とを連結する。

図３（ａ）は、ステーの斜視図、図３（ｂ）は、ステーの平面図、図３（ｃ）は、図３（ｂ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図、図４は、ステーの第１ボルト孔部に第１ボルトが挿通された状態を示す部分拡大斜視図である。

この一組のステー２２、２２は、後記する第１ボルト２８及び第２ボルト３２で、車体の底面側から上方に向かって締結されている（図１、図２、図４参照）。なお、一組のステー２２、２２は、それぞれ同一構成からなり、一方のステー２２を詳細に説明して他方のステー２２の説明を省略する。ボディフレーム２４には、例えば、サイドフレーム、サイドシル、フロアフレーム２４ａ、フロアパネル２４ｂ、アウトリガー２４ｃ（図２参照）等が含まれる。

図３（ｂ）に示されるように、ステー２２は、平面視して略楕円形状を呈する板状のステー本体部２６を有する。ステー本体部２６の軸方向（図３（ｂ）の軸線Ｌ方向）に沿った一端側には、第１ボルト２８を介してボディフレーム２４（図２参照）に締結される第１ボルト孔部３０が形成されている。ステー本体部２６の軸方向に沿った他端側には、第２ボルト３２を介してサブフレーム１２（後部クロスメンバ１６）に締結される第２ボルト孔部３４が形成されている（図１、図２参照）。

第１ボルト２８及び第２ボルト３２は、それぞれ、平面視して多角形からなる頭部３６と、外周面に雄ねじが刻設されたねじ部３８とを有し、頭部３６とねじ部３８とが一体的に構成されている（図４参照）。頭部３６には、円板状のフランジ３６ａも含まれる。なお、各ボルト２８、３２のねじ部３８に締結されるナットの図示を省略している。

図３（ａ）及び図３（ｃ）に示されるように、第１ボルト孔部３０と第２ボルト孔部３４との間には、ステー本体部２６の上面２２ａから底面２２ｂに向かって窪む凹部４０が形成されている。この凹部４０は、ステー本体部２６の上面２２ａ側から平面視して略楕円形状に形成されている。また、凹部４０は、ステー本体部２６の軸線方向に沿って延在し、第１ボルト孔部３０と連続するように形成されている。なお、凹部４０は、第２ボルト孔部３２と非連続に形成されている（図３（ｃ）参照）。

凹部４０の第１ボルト孔部３０側には、第１ボルト孔部３０と連続し、且つ、凹部４０を構成する側壁４２の一部を切り欠いて形成された切欠部（開口部）４４が設けられている。この切欠部４４によって形成される開口は、ステー２２を平面視して、ステー本体部２６の上面２２ａから底面２２ｂに向かってその開口幅が徐々に小さくなる略台形状に形成されている（図３（ｂ）参照）。また、切欠部４４は、車両の略前方に向けて開口するように形成されている。

凹部４０の深さ方向の寸法は、第１ボルト２８の頭部３６の高さ方向（軸方向）の寸法以上に設定されている。また、ステー２２の軸直方向に沿った切欠部４４の幅寸法は、第１ボルト２８の頭部３６の最大外径Ｄ（図４のフランジ３６ａの外径参照）よりも小さく設定されている。なお、第１ボルト２８のねじ部３８は、第１ボルト孔部３０に対し、ステー本体部２６の底面２２ｂ側から上面２２ａ側に向かって挿通し、第１ボルト２８の頭部３６が第１ボルト孔部３０に対して当接するようになっている。

換言すると、切欠部４４の幅方向の寸法は、第１ボルト２８の頭部３６の最大外径Ｄよりも小さいため、第１ボルト２８の頭部３６が切欠部４４の外側から凹部４０側に抜け出ることが阻止されている。これにより、第１ボルト孔部３０に対する第１ボルト２８の締結状態が維持され、第１ボルト２８によって車両１０のボディフレーム２４とサブフレーム１２との連結状態が保持されている。

図３（ｃ）に示されるように、ステー２２の軸方向に沿った略中央部には、略への字状に屈曲する屈曲部４６が設けられている。この屈曲部４６は、一端側の第１ボルト２８の締結点と他端側の第２ボルト３２の締結点との位置関係（鉛直上下方向の関係）によって設けられるものである。

略楕円形からなるステー２２の周縁には、その全周にわたってフランジ部４８が設けられている。フランジ部４８の内部には、フランジ部４８から上方に向かって立ち上がる膨出部４９が形成されている。凹部４０は、膨出部４９の内部に配置されている。

本実施形態に係るステー脱落構造が適用された車両１０は、基本的に以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。

通常の状態、すなわち、第１ボルト２８及び第２ボルト３２が、第１ボルト孔部３０及び第２ボルト孔部３４にそれぞれ締結され、ステー２２を介してボディフレーム２４とサブフレーム１２とが連結されている状態（後記する図６（ａ）参照）では、ステー２２とボディフレーム２４とを締結する第１ボルト２８の軸力が低下した場合であっても、第１ボルト２８が第１ボルト孔部３０から抜け出て凹部４０側に変位することが阻止される。

すなわち、本実施形態では、凹部４０の深さ方向の寸法が、第１ボルト２８の頭部３６の高さ方向（軸方向）の寸法以上に設定されていると共に、ステー２２の軸直方向（軸線Ｌと直交する方向）に沿った切欠部４４の幅寸法が、第１ボルト２８の頭部３６の最大外径Ｄよりも小さく設定されている。これにより、第１ボルト２８の頭部３６は、切欠部４４が障害となって凹部４０の外部に位置して凹部４０内への進入が阻止されている。

この結果、本実施形態では、車両１０に対する衝突荷重Ｆの入力以外に、例えば、ステー２２とボディフレーム２４とを締結する第１ボルト２８の軸力が低下した場合であっても、第１ボルト２８のねじ部３８が第１ボルト孔部３０内に保持されて留まることで、車体からのステー２２の脱落を防止することができる。

図５（ａ）〜図５（ｄ）は、それぞれ、衝突荷重Ｆが入力されたとき、切欠部が変形拡幅してボルトが凹部内に進入する状態を示す斜視図、図６（ａ）は、衝突荷重Ｆの入力前、図６（ｂ）、図６（ｃ）は、それぞれ、衝突荷重Ｆが入力されたとき、ステーがボディフレームから離脱する状態を示す一部破断側面図である。なお、図６（ａ）〜図６（ｃ）において、参照符号５０は、サイドフレーム（ボディフレーム）、参照符号５２は、サイドシルをそれぞれ示している。また、図５（ａ）及び図６（ａ）は、衝突荷重Ｆが付与される前の通常の状態を示している。

例えば、前面衝突等によって車両１０の前部に対して衝突荷重Ｆが入力されたとき（車両１０の全幅にわたって略均等に障害物に正面衝突した場合を想定）、図示しないフロントバンパを介して左右のサイドフレーム５０、５０（図６中では、左のサイドフレーム５０のみを図示）に衝突荷重Ｆが伝達される。衝突荷重Ｆによって左右のサイドフレーム５０、５０が均等に押し潰され、左右のサイドフレーム５０、５０に追従してサブフレーム１２が車両後方（図示しないダッシュボード側）に向かって変位する。

サブフレーム１２を車両後方へ向かって押圧する力は、ステー２２に伝達される（図６（ｂ）参照）。ステー２２は、ステー本体部２６が車両後方に押圧されるため、脆弱部として機能する切欠部４４と凹部底面４０ａとの境界部分を基点としてステー２２の軸直方向に折れ曲がるように変形する（図５（ｂ）参照）。同時に、第１ボルト２８の頭部３６が切欠部４４の内壁４４ａに当接して、第１ボルト２８の頭部３６が切欠部４４を通過可能となるように内壁４４ａを変形させる。

これにより、本実施形態では、切欠部４４の幅方向の寸法が拡大（拡幅）し、第１ボルト２８のねじ部３８が第１ボルト孔部３０から離間すると共に、第１ボルト２８の頭部３６が切欠部４４を通過して凹部４０内に進入する（図５（ｃ）参照）。なお、第１ボルト２８は、ボディフレーム２４に対する締結状態が維持されていると共に、第２ボルト３２は、サブフレーム１２に対する締結状態が維持されているものとする（図６（ｂ）参照）。

本実施形態では、第１ボルト孔部３０を有するステー２２の一端部が車両後方にスライドして、第１ボルト孔部３０を有するステー２２の一端部が第１ボルト２８から離脱した状態となる（図６（ｃ）参照）。この結果、本実施形態では、サイドフレーム５０から離間したサブフレーム１２、及び、サブフレーム１２に弾性支持されるパワーユニットＰをそれぞれ下方に落下させることができる。

このように、本実施形態では、通常の状態において、ステー２２の軸直方向に沿った切欠部４４の幅寸法が、第１ボルト２８の頭部３６の最大外径よりも小さく設定されて第１ボルト２８の頭部３６の凹部４０内への進入が阻止されている。換言すると、通常の締結状態では、切欠部４４によって、第１ボルト２８のねじ部３８が第１ボルト孔部３０から離間することが規制されている。このため、第１ボルト２８のねじ部３８は、第１ボルト孔部３０内に留まって締結状態を保持している。

これに対し、例えば、車両１０の前部に対して衝撃荷重Ｆが入力されたとき、脆弱部である切欠部４４が変形して切欠部４４の幅寸法が第１ボルト２８の頭部３６の最大外径Ｄよりも拡大し、第１ボルト２８の頭部３６が外部から切欠部４４を通過して凹部４０内に進入する（図５（ｄ）参照）。この結果、第１ボルト孔部３０を有するステー２２の一端部が第１ボルト２８から脱落した状態となる（図５（ｄ）参照）。

この結果、本実施形態では、衝突時に入力される衝突荷重Ｆに対応して、サブフレーム１２及びパワーユニットＰを確実に車体から脱落させることができると共に、例えば、第１ボルト２８、第２ボルト３０の緩みによる軸力低下等に起因する衝突荷重Ｆの入力以外の要因による脱落を抑制することができる。

さらに、本実施形態では、凹部４０内に形成される切欠部４４を、車両１０の略前方に向けて開口させることで（図１参照）、車両１０の前部から入力される衝突荷重Ｆによって切欠部４４の内壁４４ａを容易に拡幅変形させることができる。この結果、車両１０に対して衝突荷重Ｆが入力されたとき、第１ボルト２８の頭部３６が切欠部４４を円滑且つ簡便に通過することができる。

次に、本実施形態を比較例との関係で対比して詳細に説明する。
図７（ａ）は、特許文献１に開示されたステーの脱落構造を適用して本出願人が案出した第１比較例を示す底面図、図７（ｂ）は、特許文献１に開示されたステーの脱落構造を適用して本出願人が案出した第２比較例を示す底面図である。なお、第１比較例及び第２比較例では、一端部にスリット１を有するステー２が用いられ、その他、本実施形態と同一又は略同一の構成要素には、同一の参照符号を付して説明する。

第１比較例では、スリット１を有するステー２が略車幅方向に沿って配置されている。ステー２の一端部は、第１ボルト２８によってフロアフレーム２８ａに締結されている。ステー２の他端部は、第２ボルト３２によってサブフレーム１２及びアウトリガー２８ｃに締結されている。

図７（ａ）に示される第１比較例では、ボディフレーム２４（フロアフレーム２４ａやフロアパネル２４ｂ等）側に対するサブフレーム１２の連結の剛性・強度を向上させることができ、また、車両衝突時等に応じて、スリット１を介して第１ボルト２８からステー２を脱落（離間）させることができる。

しかしながら、第１比較例では、サブフレーム１２側からボディフレーム２４側（又は、この逆方向のボディフレーム２４側からサブフレーム１２側）に伝達される車両前後方向の力学的入力（例えば、車両衝突時の衝突荷重Ｆ）に対し、ステー２を用いて剛性・強度を向上させることが困難である。車両前後方向の力学的入力がステー２に対して付与される方向と、スリット１に沿ってステー２が変位する方向とが略直交しているため、スリット１を介して第１ボルト２８からステー２が脱落方向に向かって変位することが困難となるからである。

第２比較例では、スリット１を有するステー２が車両前後方向に沿って配置されている。ステー２の一端部は、第１ボルト２８によってフロアフレーム２４ａ及びアウトリガー２４ｃに締結されている。ステー２の他端部は、第２ボルト３２によってサブフレーム１２に締結されている。

図７（ｂ）に示される第２比較例では、ボディフレーム２４（フロアフレーム２４ａやフロアパネル２４ｂ等）側に対するサブフレーム１２の連結の剛性・強度を向上させることができる。また、同時に、サブフレーム１２側からボディフレーム２４側（又は、この逆方向のボディフレーム２４側からサブフレーム１２側）に伝達される車両前後方向の力学的入力（例えば、車両衝突時に付与される衝撃荷重Ｆ）に対して剛性・強度を向上させることができる。しかしながら、第２比較例では、車両衝突時において、第１ボルト２８からスリット１を介してステー２が脱落しないおそれがある。

このように、特許文献１に開示されたステーの脱落構造を適用して本出願人が案出した第１比較例及び第２比較例では、サブフレーム１２側からボディフレーム２４側（又は、この逆方向のボディフレーム２４側からサブフレーム１２側）に伝達される車両前後方向の力学的入力（例えば、車両衝突時に付与される衝撃荷重Ｆ）に対して剛性・強度を向上させることと、車両衝突時に第１ボルト２８からスリット１を介してステー２を脱落させること、とを両立させることが困難な場合がある。

これに対し、本実施形態に係るステー脱落構造では、サブフレーム１２側からボディフレーム２４側（又は、この逆方向のボディフレーム２４側からサブフレーム１２側）に伝達される車両前後方向の力学的入力（例えば、車両衝突時に付与される衝撃荷重Ｆ）に対して剛性・強度を向上させることと、車両衝突時に脆弱部である切欠部４４が変形し第１ボルト２８の頭部３６が切欠部４４を通過して凹部４０内に進入してボディフレーム２４からステー２２を脱落させること、とを好適に両立させることができる。

１０車両
１２サブフレーム（第２構造物）
２２ステー
２４ボディフレーム（第１構造物）
２８第１ボルト
３０第１ボルト孔部
３２第２ボルト
３４第２ボルト孔部
３６頭部
４０凹部
４４切欠部
Ｆ衝突荷重

Claims

ステーを介して第１構造物と第２構造物とを連結すると共に、車両に対して衝突荷重が入力されたとき、前記第１構造物又は前記第２構造物から前記ステーが脱落する構造であって、
前記ステーは、
軸方向に沿った一端側に位置し、第１ボルトを介して前記第１構造物に締結される第１ボルト孔部と、
軸方向に沿った他端側に位置し、第２ボルトを介して前記第２構造物に締結される第２ボルト孔部と、
前記第１ボルト孔部と前記第２ボルト孔部との間に配置され、下方に向かって窪む凹部と、
前記第１ボルト孔部と連続し、且つ、前記凹部の一部を切り欠いて形成された切欠部と、
を有し、
前記凹部の深さ方向の寸法は、前記第１ボルトの頭部の高さ方向の寸法以上であり、
前記ステーの軸直方向に沿った前記切欠部の幅寸法は、前記第１ボルトの頭部の最大外径よりも小さく設定され、
車両に対して衝突荷重が入力されたとき、前記第１ボルトの頭部が、変形した前記切欠部を通過して前記凹部内に進入可能に設けられることを特徴とする衝突荷重入力時のステー脱落構造。
請求項１記載の衝突荷重入力時のステー脱落構造において、
前記切欠部は、前記車両の略前方に向けて開口していることを特徴とする衝突荷重入力時のステー脱落構造。
請求項１又は請求項２記載の衝突荷重入力時のステー脱落構造において、
前記第１構造物は、前記車両のボディフレームであり、
前記第２構造物は、前記車両のサブフレームであることを特徴とする衝突荷重入力時のステー脱落構造。