JP6460460B2 - フロントクロスメンバの取付部構造 - Google Patents

Description

本開示は、フロントクロスメンバの取付部構造に関する。

車両の車体前部では、サスペンションアーム等を支持するフロントクロスメンバがフロントサイドフレームの下方に設けられている。フロントクロスメンバは、フロントサイドフレームにボルトで固定されている。そして、車両の中には、フロントクロスメンバを前方側に延長し、エンジンやトランスミッション等のパワーユニットを支持するサブフレームとして構成したものがある。このような車両では、車両が前面衝突した際の荷重をサブフレームで受け、フロントサイドフレームの後方側に伝達することで衝撃荷重を吸収しパワーユニット等の車室側への侵入を抑制している。

ところで、車両が衝突し、フロントクロスメンバが後方に押されると、フロントクロスメンバ後方の固定箇所では、ボルトの頭部側（下方側）が後方に傾斜して倒れ込む現象が起こる。ボルトが後方に倒れるとボルトには抜け方向への引っ張り荷重が作用するため、ボルトがサイドメンバ側から抜け落ち、フロントクロスメンバが脱落してしまう虞がある。フロントクロスメンバが衝突初期の段階で脱落してしまうと衝突荷重を十分に支えきれずにパワーユニット等の車室側への侵入量が増大するため、従来から対策が施されている。（例えば、特許文献１）

特許文献１では、サブフレーム（フロントクロスメンバ）の後取付部とフロントサイドフレームのフロア側水平部の間の空間にステーが設けられており、前突荷重が作用した際にはステーが変形されることで前突荷重を吸収することが開示されている。このステーの一端は、サブフレームと共にボルトで共締めされており、他端は、上記のフロア側水平部のナットにボルトで係止されている。そして、ステーがあることでサブフレームの後方への移動が抑制され、ボルトの後方への倒れが阻止される。

特開２０１２−２０６６５３号公報

しかし、特許文献１のようにステーを設けると、部品点数が増え、重量やコストが増加してしまう。さらには、ステーを組み付けるための作業工数も増加するため、改善の余地があった。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、簡単な構成で、コストや重量の増加を抑制しつつ、フロントクロスメンバの脱落を防止することが可能なフロントクロスメンバの取付部構造を提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るフロントクロスメンバの取付部構造は、
傾斜部を含んで車体前後方向に延在する中空構造のフロントサイドフレームと、
前記傾斜部の下面に固定される袋構造のブラケットと、
前記ブラケットの前記袋構造の内部空間の底部を形成する内底部に固定されるナットと、
前記フロントサイドフレームの下部に設置され、下面から挿入されるボルトが貫通して上方に位置する前記ナットに締結されることにより前記ブラケットに取り付けられるフロントクロスメンバと、を備え、
前記フロントサイドフレームの下面には前記中空構造の内部に連通する開口部が設けられ、
前記ナットは、前記ブラケットの内底部から前記開口部を介して前記フロントサイドフレームの前記中空構造の内部に伸びるように形成され、
前記開口部の開口縁部は前記ナットに当接または当接可能に構成される。

上記（１）の構成によれば、ナットの下部がブラケットの内底部に固定されるとともに、ナットの上部の周囲にはフロントサイドフレームの開口部が位置している。すなわち、車体前方から前突荷重が作用した際に、フロントクロスメンバが車両後方に後退することに伴ってボルトを後方側に傾けるような力が作用すると、ナットの上部がフロントサイドフレームの開口部の開口縁部に当接することによってボルト（下方側）が後方に傾くことが規制される。このため、ボルトに対して抜け方向への引っ張り荷重が作用することが抑制されるため、ボルトの抜けが防止される。これによって、衝突初期におけるフロントクロスメンバの脱落を防止することができ、衝突荷重をフロントクロスメンバで確実に受けることができる。
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記フロントサイドフレームの前記開口縁部と前記ナットとは溶接される。
上記（２）の構成によれば、ナットの上部とフロントサイドフレームとが溶接されることで、ボルトが後方へ傾くことを確実に規制することができるので、ボルトの抜け防止を強化することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（２）の構成において、
前記フロントサイドフレームは、前記フロントサイドフレームの前記開口縁部において上方または下方に伸びるバーリングを有する。
上記（３）の構成によれば、バーリング部によって形成される面によって、ナットに当接される開口縁部の領域が増加する。このため、ボルトが後方へ傾くことをより確実に規制することができ、ボルトの抜けをより確実に防止することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（３）の構成において、
前記ナットは、前記フロントサイドフレームの前記開口縁部に対面するように形成される凹部を有する。
上記（４）の構成によれば、ボルトを後方側に傾けるような力が作用した際には、フロントサイドフレームの開口縁部にナットの凹部が係合する（ひっかかる）ことにより、ボルトの傾きが規制される。このため、ボルトの抜けを確実に防止することができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、簡単な構成で、コストや重量の増加を抑制しつつフロントクロスメンバの脱落を防止することが可能なフロントクロスメンバの取付部構造が提供される。

本発明の一実施形態に係るフロントクロスメンバの取付部構造を備える車体前方の構成を概略的に示す図である。 図１の取付部構造のＡ方向からの側面図である。 図１の取付部構造のＡ方向からの断面斜視図である。 フロントクロスメンバの取付部構造を説明するための断面図である。 フロントクロスメンバとブラケットとの取付部構造の従来例を説明する図である。 フロントサイドフレームの開口縁部に設けられる上方に伸びるバーリングを説明するための図である。 フロントサイドフレームの開口縁部に設けられる下方に伸びるバーリングを説明するための図である。 ナットに設けられる凹部下方に伸びるバーリングを説明するための図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、本発明の一実施形態に係るフロントクロスメンバ４の取付部構造１を備える車体前方の構成を概略的に示す図である。図２は、図１の取付部構造のＡ方向から見た側面図である。図３は、図１の取付部構造のＡ方向から見た断面斜視図である。また、図４Ａは、フロントクロスメンバ４の取付部構造１を説明するための断面図である。
図１〜図２に示されるように、フロントクロスメンバ４の取付部構造１（以下、取付部構造１）は、フロントサイドフレーム２、ブラケット３と、フロントクロスメンバ４とを備える。

フロントサイドフレーム２は車体前部構造を形成する骨格部材の１つであり、図１に示されるように、車幅方向の両側のそれぞれにおいて、傾斜部２２を含んで車体前後方向に延在する。より詳細には、衝撃や振動を和らげるために車両前部に設けられるフロントバンパー（不図示）から客室（不図示）の前方にわたってフロントサイドフレーム２は配置されると共に、車幅方向両側の左右からエンジンや変速機などからなるパワートレイン７を挟むように２つのフロントサイドフレーム２が配置される。

また、より詳細には、フロントサイドフレーム２は、中空状を成し、上下方向に傾斜して延在する傾斜部２２と、傾斜部２２の前方側で水平方向に延在する前方延設部２３とから構成される。図１の例示では、傾斜部２２は、前方延設部２３の後方から下方向に傾斜している。なお、傾斜部２２の後方には、フロントフロアサイドフレーム８が連結されている。そして、このフロントサイドフレーム２の下方に後述するフロントクロスメンバ４が取り付けられている。なお、フロントサイドフレーム２の傾斜部２２の下部には、フロントクロスメンバ４を固定するためのブラケット３が設けられており、傾斜部２２の下面には、ブラケット３にフロントクロスメンバ４を取り付けるためのボルト５が貫通可能な開口部２５が形成されている（図４Ａ〜図４Ｂ参照）。

フロントクロスメンバ４は、車幅方向両側に延在する各フロントサイドフレーム２を架け渡しながら、フロントサイドフレーム２の下部に設置される（図２参照）。具体的には、フロントクロスメンバ４は、車幅方向の両外側の前後にそれぞれ、前側取付部４３と後側取付部４２を有してしる。前側取付部４３が上方に延設されてフロントサイドフレーム２の前方延設部２３の下面に固定され、後側取付部４２がフロントサイドフレーム２の傾斜部２２に設けたブラケット３に固定されている（図２参照）。また、フロントクロスメンバ４の車幅方向の両端にはロアアーム４６が構成されることでサスペンション装置が設けられると共に、上部にはマウント部材を介してパワートレイン７の後部が搭載される。すなわち、パワートレイン７の下部とサスペンション装置の下部がフロントクロスメンバ４によって支持される。

ブラケット３は、フロントサイドフレーム２の傾斜部２２の下面に固定されると共に、袋構造を有する。また、ブラケット３の袋構造の内部空間の底部を形成する内底部３１には、ボルト５が締結されるナット６が固定されている。図２の例示では、ブラケット３は三角形状をしており、最も長い１辺に対応する部分（上面部分３２）がフロントサイドフレーム２の傾斜部２２の傾斜に沿って固定されることで、三角形状の上面部分３２以外の下方を向く他の１辺がおおよそ水平に形成されている。そして、この水平に形成されている部分によってフロントクロスメンバ４を取り付けるための取付面３４が形成されている。つまり、ナット６が固定される上記の内底部３１は、ブラケット３の取付面３４の裏側となる（図２〜図３参照）。なお、ナット６は溶接等によって内底部３１に固定されても良い。

また、ブラケット３の袋構造の上面部分３２の少なくとも一部は開口しており、ナット６の上端部側が挿通可能とされている。図２〜図３の実施形態のように、ブラケット３の上面部分３２のフランジ３３によってフロントサイドフレーム２にブラケット３は固定されても良い。そして、このブラケット３に、下記に説明するフロントクロスメンバ４の後方側の後側取付部４２が取り付けられる。

以下に、フロントクロスメンバ４の後側取付部４２の取付構造について、より詳細に説明する。図４Ａに示されるように、フロントクロスメンバ４は、フロントクロスメンバ４の後側取付部４２の下面から挿入されるボルト５が後側取付部４２を貫通して上方に位置するナット６に締結されることにより上記のブラケット３に取り付けられるよう構成されている。具体的には、この後側取付部４２の上面と下面には、ボルト５が貫通可能に構成されるボルト穴が設けられており、フロントクロスメンバ４がフロントサイドフレーム２の下部に配置された後に、ボルト５は、後側取付部４２の下面から上方に向けて後側取付部４２のボルト穴を貫通して上方に位置するブラケット３のナット６に締結されるよう構成されている。つまり、フロントクロスメンバ４がブラケット３の取付面３４に重ねられた状態でボルト５がフロントクロスメンバ４と取付面３４を貫通して、ブラケット３の内部空間に固定されたナット６に締結される。このように、フロントクロスメンバ４は、ボルト５とナット６によってブラケット３に取り付けられている。なお、図４Ａの例示のように、フロントクロスメンバ４は中空構造をしていても良く、また、ボルト穴にカラー４４を設けることによってボルト５とナット６の間にカラー４４が介在しても良い。

このような構成において、図４Ａに示されるように、ブラケット３に固定されるナット６は、ブラケット３の内底部３１からフロントサイドフレーム２の傾斜部２２の下面に設けられる開口部２５を介してフロントサイドフレーム２の中空構造の内部に伸びるように形成され、フロントサイドフレーム２の開口部２５の開口縁部２６はナット６に当接または当接可能に構成される。より詳細には、ブラケット３の内底部３１を基準にすると、図４Ａに示される実施形態では、ナット６は高さＨ１の位置まで伸びており、フロントサイドフレーム２の開口部２５の最大高さはＨ２となっている。そして、ナット６の高さＨ１は、フロントサイドフレーム２の開口部２５の最大高さＨ２以上（高さＨ１≧高さＨ２）になることによって、フロントサイドフレーム２の中空構造の内部にナット６は伸びている。

また、図４Ａに示される実施形態では、ナット６の上部は、フロントサイドフレーム２の開口縁部２６に接している。他の幾つかの実施形態では、ナット６は、開口縁部２６に接していなくても良く、ナット６が傾き始めた際に開口縁部２６に当接可能な程度に隙間を有して設けられていても良い。これによって、前方衝突時（前突時）におけるボルト５の頭部側（下方側）の後方への傾き（倒れ）を規制することができる。

図４を用いて、本実施形態の作用効果について本実施形態の構造（図４Ａ）と従来の構造（図４Ｂ）とを比較して説明する。
まず、図４Ｂに例示されているような従来の構造の場合を説明する。車両が前方から衝突するとパワートレイン７や車両前端部から受ける衝突荷重を受けてフロントクロスメンバ４が後方に押される。そして、フロントクロスメンバ４の後方への移動に伴って、ボルト５の頭部側（下方側）には、後方への力が印加される。このボルト５に印加される力は、ブラケット３の内底部３１とナット６の固定箇所に集中することになり、この固定箇所とボルト５の中心軸Ｌの交点（中心Ｏ）を中心にボルト５の頭部側（下方側）を後方に傾けさせる力が生じる。これによりボルト５が後方に傾く（倒れる）と、ボルト５がナット６から脱落しやすい状態となる。つまり、ボルト５が後方に傾くことで、ボルト５には、フロントクロスメンバ４によって抜け方向（軸方向）への引っ張り荷重が作用される状態となる。結果、ボルト５が抜けてフロントクロスメンバ４がフロントサイドフレームから脱落する可能性がある。特に衝突初期において、フロントクロスメンバ４が脱落した場合、パワートレイン７からの衝撃荷重をフロントクロスメンバ４で受けることができず、パワートレイン７の車室側への侵入量が増大してしまう。

これに対して、図４Ａに例示の本実施形態では、ナット６の長さ（高さＨ１）を、フロントサイドフレーム２の開口部２５の最大高さＨ２以上にし、前突時にボルト５に後方への力が作用した際にフロントサイドフレーム２の開口縁部２６にナット６の上部が当接する構成としたので、ボルト５の後方への傾き（倒れ）が規制される。そして、このように、ボルト５の傾き（倒れ）が規制されるので、ボルト５に対して抜け方向への引っ張り荷重が作用することが抑制され、ボルト５のナット６からの抜けが防止される。これによって、特に、衝突初期におけるフロントクロスメンバ４の脱落を防止することができ、前突時のパワートレイン７等から受ける荷重をフロントクロスメンバ４で受けることができる。

上記の構成によれば、ナット６の下部がブラケット３の内底部３１に固定されるとともに、ナット６の上部の周囲にはフロントサイドフレーム２の開口部２５が位置している。すなわち、車体前方から前突荷重が作用した際に、フロントクロスメンバ４が車両後方に後退することに伴ってボルトを後方側に傾けるような力が作用された場合でも、ナット６の上部がフロントサイドフレーム２の開口部２５の開口縁部２６に当接することによってボルト５が後方に傾くことが規制される。このため、ボルト５に抜け方向への引っ張り荷重が作用することが抑制されるため、ボルト５の抜けが防止される。これによって、簡単な構成で、コストや重量の増加を抑制しつつ、フロントクロスメンバ４の脱落を防止することができ、衝突荷重をフロントクロスメンバ４で確実に受けることができる。

他の幾つかの実施形態では、フロントサイドフレーム２の開口縁部２６とナット６とは溶接される。すなわち、溶接されることによって、フロントサイドフレーム２の開口縁部２６とナット６とは常に当接される。
上記の構成によれば、ナット６の上部とフロントサイドフレーム２とが溶接されることで、ボルト５が後方へ傾くことを確実に規制することができるので、ボルト５の抜け防止を強化され、フロントクロスメンバ４の脱落をより確実に防止することができる。

また、他の幾つかの実施形態では、図５Ａ〜図５Ｂに示されるように、フロントサイドフレーム２は、フロントサイドフレーム２の開口縁部２６において上方または下方に伸びるバーリング２８を有する。図５Ａに示される幾つかの実施形態では、バーリング２８は、開口縁部２６から上方に出っ張るように設けられている。また、図５Ｂに示される幾つかの実施形態では、バーリング２８は、開口縁部２６から下方に出っ張るように設けられている。なお、その他の幾つかの実施形態では、バーリング２８は上方および下方の両方に伸びていても良いし、一方が上方に伸び、他方が下方に伸びるというように組み合わせても良い。また、他の幾つかの実施形態では、バーリング２８を含めて開口縁部２６とナット６とは溶接されても良い。

上記の構成によれば、バーリング２８によって形成される面によって、ナット６に当接する開口縁部２６の領域が増加する。このため、ボルト５が後方へ傾くことをより確実に規制することができるので、ボルト５の抜け防止が強化され、フロントクロスメンバ４の脱落をより確実に防止することができる。

また、他の幾つかの実施形態では、図６に示されるように、ナット６は、フロントサイドフレーム２の開口縁部２６に対面するように形成される凹部６２を有する。図６の例示では、ナット６の側面外周には窪み（凹部６２）が設けられており、この窪みにフロントサイドフレーム２の開口縁部２６が対面している。なお、他の幾つかの実施形態では、図６に示されるように、ナット６は、凹部６２の下部に凸部６４を有しても良く、凸部６４はナット６の側面外周から外向きに突出している。また、その他の幾つかの実施形態では、フロントサイドフレーム２の開口縁部２６とナット６は凹部６２とは溶接されても良い。

上記の構成によれば、ボルト５に後方への荷重が作用した際には、フロントサイドフレーム２の開口縁部２６にナット６の凹部６２が係合する（ひっかかる）ことにより、ボルト５が後方へ傾くことが確実に規制される。このため、ボルト５の抜け防止が強化され、フロントクロスメンバ４の脱落をより確実に防止することができる。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

１ 取付部構造
２ フロントサイドフレーム
２２ 傾斜部
２３ 前方延設部
２５ 開口部
２６ 開口縁部
２８ バーリング
３ ブラケット
３１ 内底部
３２ 上面部分
３３ フランジ
３４ 取付面
４ フロントクロスメンバ
４２ 後側取付部
４３ 前側取付部
４４ カラー
４６ ロアアーム
５ ボルト
Ｌ 中心軸
Ｌ´ 傾いた際の中心軸
Ｏ 中心
６ ナット
６２ 凹部
６４ 凸部
７ パワートレイン
８ フロントフロアサイドフレーム

Claims (3)

1. 傾斜部を含んで車体前後方向に延在する中空構造のフロントサイドフレームと、
   前記傾斜部の下面に固定される袋構造のブラケットと、
   前記ブラケットの前記袋構造の内部空間の底部を形成する内底部に固定されるナットと、
   前記フロントサイドフレームの下部に設置され、下面から挿入されるボルトが貫通して上方に位置する前記ナットに締結されることにより前記ブラケットに取り付けられるフロントクロスメンバと、を備え、
   前記フロントサイドフレームの下面には前記中空構造の内部に連通する開口部が設けられ、
   前記ナットは、前記ブラケットの内底部から前記開口部を介して前記フロントサイドフレームの前記中空構造の内部に伸びるように形成され、
   前記開口部の開口縁部は前記ナットに当接または当接可能に構成されており、
   前記ナットは、前記フロントサイドフレームの前記開口縁部に対面するように形成される凹部を有することを特徴とするフロントクロスメンバの取付部構造。
2. 前記フロントサイドフレームの前記開口縁部と前記ナットとは溶接されることを特徴とする請求項１に記載のフロントクロスメンバの取付部構造。
3. 前記フロントサイドフレームは、前記フロントサイドフレームの前記開口縁部において上方または下方に伸びるバーリングを有することを特徴とする請求項１または２に記載のフロントクロスメンバの取付部構造。

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