WO2012108282A1

WO2012108282A1 - 自動車のフロントサイドフレーム構造

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Publication number: WO2012108282A1
Application number: PCT/JP2012/051805
Authority: WO
Inventors: 佳克太田
Original assignee: 本田技研工業株式会社
Priority date: 2011-02-09
Filing date: 2012-01-27
Publication date: 2012-08-16
Also published as: US20140015280A1; EP2657110A4; US9211913B2; CN103328312B; EP2657110A1; CN103328312A; JPWO2012108282A1; JP5749748B2

Abstract

一定断面を有する管状中空部材で構成されたフロントサイドフレーム（３１）のパワーユニット取付部（３６）の後方の第１、第２屈曲部（３８，３９）のうちの後側の第２屈曲部（３９）の近傍に第１脆弱部（４１）を設けるとともに、前記パワーユニット取付部（３６）において車幅方向外側に凸に屈曲する第３屈曲（４０）部の近傍に第２脆弱部（４２）を設けたので、自動車の前面衝突時に管状中空部材で構成された強度の高いフロンフロントサイドフレーム（３１）を、第１脆弱部（４１）だけでなく第２脆弱部（４２）でも折り曲げることが可能になり、衝撃吸収ストロークを増加させて衝突エネルギーの吸収効果を高めることができる。

Description

自動車のフロントサイドフレーム構造

　本発明は、車体前部に前後方向に配置されるフロントサイドフレームが一定断面を有する管状中空部材で構成され、前記フロントサイドフレームはパワーユニットが取り付けられるパワーユニット取付部の後方に前側の第１屈曲部と後側の第２屈曲部とを備える自動車のフロントサイドフレーム構造に関する。

　鋼管をその長手方向に送出する鋼管送出装置と、送出された鋼管を案内支持する曲げ支点部材と、鋼管を連続的に加熱する高周波加熱コイルと、鋼管を把持して加熱された部位に曲げモーメントを付与して曲げ加工する曲げ装置と、曲げ加工された鋼管を急冷して焼き入れ処理する冷却装置とを備える鋼管の熱間加工装置が、下記特許文献１により公知である。この発明によれば、鋼管の曲げ加工と焼き入れ処理とを同時に行うことが可能であるため、所定形状に屈曲した強度の高いフロントサイドフレームを得ることができる。
国際公開公報ＷＯ２００８／１２３５０６

　ところで、自動車のフロントサイドフレームは、エンジンおよびトランスミッションよりなるパワーユニットを支持する前半部が概ね直線状に形成され、前半部の後方に連なる後半部が左右の前輪との干渉を回避するために下方および車幅方向内側にＳ字状に屈曲した形状に形成される。

　したがって、自動車の前面衝突の荷重がフロントサイドフレームの前端に入力したとき、その後半部の屈曲した部分が折れ曲がって衝撃吸収ストロークを確保することができるが、概ね直線状の前半部を的確に折り曲げることは難しいため、依然として衝撃吸収ストロークを増加させる余地を残していた。

　本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、自動車の前面衝突時にフロントサイドフレームを的確に折り曲げて衝撃吸収ストロークを更に増加させることを目的とする。

　上記目的を達成するために、本発明によれば、車体前部に前後方向に配置されるフロントサイドフレームが一定断面を有する管状中空部材で構成され、前記フロントサイドフレームはパワーユニットが取り付けられるパワーユニット取付部の後方に前側の第１屈曲部と後側の第２屈曲部とを備える自動車のフロントサイドフレーム構造において、前記フロントサイドフレームは前記パワーユニット取付部の前方に車幅方向外側に凸に屈曲する第３屈曲部を備え、前記第２屈曲部の近傍に該フロントサイドフレームの他の部分に比べて脆弱な第１脆弱部が形成されるとともに、前記第３屈曲部の近傍に該フロントサイドフレームの他の部分に比べて脆弱な第２脆弱部が形成されることを第１の特徴とする自動車のフロントサイドフレーム構造が提案される。

　また本発明によれば、前記第１の構成に加えて、前記フロントサイドフレームは焼き入れ処理により強度が高められることを第２の特徴とする自動車のフロントサイドフレーム構造が提案される。

　また本発明によれば、前記第１または第２の構成に加えて、フロントサイドフレームは第３屈曲部の前方あるいは後方に更に他の屈曲部を備えることを第３の特徴とする自動車のフロントサイドフレーム構造が提案される。

　また本発明によれば、前記第１～第３の何れか１つの構成に加えて、前記第３屈曲部の近傍の第２脆弱部は、該第３屈曲部の位置から前方あるいは後方にオフセットしていることを第４の特徴とする自動車のフロントサイドフレーム構造が提案される。

　また本発明によれば、前記第１～第４の何れか１つの構成に加えて、前記フロントサイドフレームは、鋼管送出装置から鋼管を長手方向に沿って送出し、前記鋼管送出装置から送出された前記鋼管を高周波加熱コイルで加熱し、前記高周波加熱コイルで加熱された前記鋼管を曲げ装置で曲げ加工し、前記曲げ装置で曲げ加工された鋼管を冷却装置で冷却して焼き入れ処理することで製造されることを第５の特徴とする自動車のフロントサイドフレーム構造が提案される。

　また本発明によれば、前記第５の構成に加えて、前記第２脆弱部は前記第３屈曲部上にあり、前記第２脆弱部は焼き入れ処理された前記フロントサイドフレームの一部を焼き鈍し処理することで形成されることを第６の特徴とする自動車のフロントサイドフレーム構造が提案される。

　また本発明によれば、前記第１の構成に加えて、前記パワーユニット取付部は２本の管状中空部材を上下に重ね合わせて構成され、前記キックアップ部は少なくとも２個の板金部材を組み合わせて閉断面に構成されることを第７の特徴とする自動車のフロントサイドフレーム構造が提案される。

　また本発明によれば、前記第７の構成に加えて、前記管状中空部材は多角形断面を有することを第８の特徴とする自動車のフロントサイドフレーム構造が提案される。

　また本記載された発明によれば、前記第８の構成に加えて、前記管状中空部材の稜線に前記板金部材の稜線を接続したことを第９の特徴とする自動車のフロントサイドフレーム構造が提案される。

　また本発明によれば、前記第７～第９の何れか１つの構成に加えて、前記キックアップ部は前側の第１屈曲部と後側の第２屈曲部とを有してＳ字状に屈曲し、前記第１、第２屈曲部に挟まれた中間部の縦横比は１未満であることを第１０の特徴とする自動車のフロントサイドフレーム構造が提案される。

　また本発明によれば、前記第１０の構成に加えて、前記中間部から前記第２屈曲部に向かって前記縦横比が増加することを第１１の特徴とする自動車のフロントサイドフレーム構造が提案される。

　尚、実施の形態の第４屈曲部４３は本発明の他の屈曲部に対応し、実施の形態に第１、第２管状中空部材１１７，１１８は本発明の管状中空部材に対応し、実施の形態の第１～第３板金部材１１９～１２１は本発明の板金部材に対応する。

　本発明の第１の構成によれば、一定断面を有する管状中空部材で構成されたフロントサイドフレームのパワーユニット取付部の後方の第１、第２屈曲部のうちの後側の第２屈曲部の近傍に第１脆弱部を設けるとともに、前記パワーユニット取付部において車幅方向外側に凸に屈曲する第３屈曲部の近傍に第２脆弱部を設けたので、自動車の前面衝突時に管状中空部材で構成された強度の高いフロンフロントサイドフレームを、第１脆弱部だけでなく第２脆弱部でも折り曲げることが可能になり、衝撃吸収ストロークを増加させて衝突エネルギーの吸収効果を高めることができる。

　また本発明の第２の構成によれば、フロントサイドフレームは焼き入れ処理により強度が高められるので、特別の補強部品を設けることなくフロントサイドフレームの強度を高めることが可能となって重量を軽減することができる。

　また本発明の第３の構成によれば、フロントサイドフレームは第３屈曲部の前方あるいは後方に更に他の屈曲部を備えるので、フロントサイドフレームの形状の設計自由度が増加する。自動車の前面衝突時に第３屈曲部の近傍の脆弱部でフロントサイドフレームが折れ曲がるため、他の屈曲部はそこに作用する曲げモーメントが小さくなって折れ曲がることはない。

　また本発明の第４の構成によれば、第３屈曲部の近傍の第２脆弱部を該第３屈曲部の位置から前方あるいは後方にオフセットさせても、その第２脆弱部を折り曲げることができるので、第２脆弱部の位置を変化させてフロントサイドフレームの設計自由度を高めることができる。

　また本発明の第５の構成によれば、鋼管送出装置から送出した鋼管を高周波加熱コイルで加熱して曲げ装置で曲げ加工した後に、冷却装置で冷却して焼き入れ処理することでフロントサイドフレームを製造するので、曲げ加工および焼き入れ処理を同時に行って強度の高いフロントサイドフレームを容易に製造することができる。

　また本発明の第６の構成によれば、第２脆弱部は第３屈曲部上にあるので、その第２脆弱部を、焼き入れ処理されたフロントサイドフレームの一部を焼き鈍し処理することで形成することができる。しかも焼き鈍し処理によって第２脆弱部は内部応力が除去されて均一に軟化された内部組織となり、通常時には車体剛性を確保しながら、衝突荷重の入力時には第２脆弱部の断面全体で衝突エネルギーを吸収することができる。

　本発明の第７の構成によれば、自動車の前面衝突時に大きな軸力が作用するパワーユニット取付部は２本の管状中空部材を上下に重ね合わせて構成されるので、前記軸力に耐え得る高い強度を容易に確保することができ、また部位に応じて異なる大きさの曲げモーメントが作用するキックアップ部は少なくとも２個の板金部材を組み合わせて閉断面に構成されるので、作用する曲げモーメントに応じた強度の設定や調整が容易である。これにより、必要な強度を確保しながら余剰の強度を最小限に抑え、フロントサイドフレームの強度の確保および軽量化を両立させることができる。

　また本発明の第８の構成によれば、管状中空部材は多角形断面を有するので、その稜線の数を増加させて強度を高めることができる。

　また本発明の第９の構成によれば、管状中空部材の稜線に板金部材の稜線を接続したので、管状中空部材の稜線から板金部材の稜線に荷重を伝達してパワーユニット取付部およびキックアップ部の結合部の強度を高めることができる。

　また本発明の第１０の構成によれば、キックアップ部は前側の第１屈曲部と後側の第２屈曲部とを有してＳ字状に屈曲するので、第１、第２屈曲部に挟まれた中間部には左右方向の曲げモーメントが作用するが、その部分の縦横比を１未満にして断面形状を横長にすることで前記曲げモーメントに耐え得る強度を確保することができる。

　また本発明の第１１の構成によれば、キックアップ部の中間部から第２屈曲部に向かって縦横比が増加するので、その部分でフロントサイドフレームの上下方向の曲げモーメントが増加しても、縦横比の増加によって断面の高さを増加させることで前記曲げモーメントに耐え得る強度を確保することができる。

図１は鋼管の熱間加工装置の全体構成を示す図である。（第１の実施の形態）図２は図１の２方向拡大矢視図である。（第１の実施の形態）図３は図２の３－３線矢視図である。（第１の実施の形態）図４は図３の４方向矢視図である。（第１の実施の形態）図５は左右のフロントサイドフレームの配置を示す図である。（第１の実施の形態）図６は焼き鈍し処理の説明図である。（第１の実施の形態）図７は前面衝突時にフロントサイドフレームに作用する曲げモーメントを説明する図である。（第１の実施の形態）図８は前面衝突時におけるフロントサイドフレームの変形状態を説明する図である。（第１の実施の形態）図９は前面図７に対応する図である。（第２、第３の実施の形態）図１０はフロントサイドフレームの他の実施の形態を示す図である。（第４～第８の実施の形態）図１１は梁に加わる曲げモーメントと梁の耐力との関係の説明図である。図１２はフロントサイドフレームの斜視図である。（第９の実施の形態）図１３はフロントサイドフレームに前面衝突の荷重が入力したときの軸力およびモーメントを示す図である。（第９の実施の形態）図１４はフロントサイドフレームの各部の断面形状を示す図である。（第９の実施の形態）図１５はフロントサイドフレームの長手方向に沿う入力／耐力の比を示すグラフである。（第９の実施の形態）図１６はフロントサイドフレームの斜視図である。（第１０の実施の形態）図１７はフロントサイドフレームの各部の断面形状を示す図である。（第１０の実施の形態）

Ｗ　　　　　鋼管
１１　　　　鋼管送出装置
１３　　　　高周波加熱コイル
１４　　　　冷却装置
１５　　　　曲げ装置
３１　　　　フロントサイドフレーム
３４　　　　パワーユニット
３６　　　　パワーユニット取付部
３７　　　　キックアップ部
３８　　　　第１屈曲部
３９　　　　第２屈曲部
４０　　　　第３屈曲部
４１　　　　第１脆弱部
４２　　　　第２脆弱部
４３　　　　第４屈曲部（他の屈曲部）
１１４　　　前側屈曲部
１１５　　　中間部
１１６　　　後側屈曲部
１１７　　　第１管状中空部材（管状中空部材）
１１８　　　第２管状中空部材（管状中空部材）
１１９　　　第１板金部材（板金部材）
１２０　　　第２板金部材（板金部材）
１２１　　　第３板金部材（板金部材）
λ　　　　　縦横比

　以下、図１～図８に基づいて本発明の第１の実施の形態を説明する。尚、本明細書における前後方向および左右方向（車幅方向）は、運転席に着座した乗員を基準として定義される。

第１の実施の形態

　図１に示すように、自動車のフロントサイドフレームの素材となる鋼管Ｗを加熱して所定形状に曲げ加工すると同時に熱処理する熱間加工装置は、ロールフォーミング加工により閉断面に形成された鋼管Ｗをその長手方向に送り出す鋼管送出装置１１と、鋼管送出装置１１の出口部に設けられた曲げ支点部材１２と、曲げ支点部材１２の下流側に設けられた高周波加熱コイル１３と、高周波加熱コイル１３の下流側に設けられた冷却装置１４と、冷却装置１４の下流側に設けられたロボットよりなる曲げ装置１５とを備える。鋼管Ｗは長手方向に一定の矩形状断面を有する直線状の部材であるが、それを高周波加熱用コイル１３で加熱した状態で曲げ装置１５で曲げモーメントを加えることで所定形状に湾曲させた後に、冷却装置１４から噴出する冷却水で急冷して焼き入れ処理を行うようになっている。

　図２～図４に示すように、曲げ支点部材１２の中央部には鋼管Ｗの断面形状と同一形状のガイド孔１２ａが形成されており、鋼管送出装置１１から送り出された鋼管Ｗは曲げ支点部材１２のガイド孔１２ａの内周面を摺動しながら通過する。高周波加熱コイル１３は、曲げ支点部材１２から鋼管Ｗの送出方向の下流側に所定距離離間した位置に配置されるもので、中央に開口１７ａが形成された板状の架台１７に支持される。高周波加熱コイル１３に近い架台１７は、高周波加熱コイル１３からの磁束で加熱されて損傷しないように、耐熱性を有するベークライト、ガラスエポキシ、硬質プラスチック等で構成される。

　高周波加熱コイル１３は２ターンのコイルで構成され、その内周と鋼管Ｗの外周との間に略一定の隙間が形成されるように、２個の取付ステー１９，１９を介して架台１７に固定される。高周波加熱コイル１３の両端には、それに電力を供給するための２本のケーブル２２，２２が接続される。高周波加熱コイル１３は内部にウオータジャケットが形成されており、そのウオータジャケットの両端には、冷却水を供給するための２本のホース２３，２３が接続される。

　冷却装置１４は鋼管Ｗの外周を囲む円環状の冷却水タンク２４と、冷却水タンク２４の外周面に接続された４本の冷却水供給パイプ２５…と、冷却水タンク２４の内周面に形成された多数の冷却水噴出孔２４ａ…とを備える。

　上記構造を備えた熱間加工装置によれば、鋼管送出装置１１から送り出された鋼管Ｗは、曲げ支点部材１２、高周波加熱コイル１３および冷却装置１４を通過した位置でロボットよりなる曲げ装置１５のクランプアームに把持される。高周波加熱コイル１３にケーブル２２，２２を介して高周波電流を供給すると、高周波加熱用コイル１３の周囲に形成される磁界によって鋼管Ｗの内部に渦電流が発生し、鋼管Ｗがジュール熱によりＡ３変態点以上の温度に加熱される。従って、鋼管Ｗを連続的に送りながら曲げ装置１５により鋼管Ｗに加える曲げモーメントを制御することで、鋼管Ｗの加熱された部分を所望の形状に曲げてフロントサイドフレームの形状に加工することができる。このようにして曲げ加工された鋼管Ｗは、冷却装置１４の冷却水タンク２４の冷却水噴出孔２４ａ…から噴出する冷却水で急冷されて焼き入れ処理されるため、鋼管Ｗの曲げ加工および焼き入れ処理を連続的に行うことができるだけでなく、フロントサイドフレームに補強部材を設けて強度を高める必要をなくして重量を軽減することができる。

　尚、通電により高周波加熱コイル１３自体も発熱して高温になるが、その内部にホース２３，２３を介して冷却水を供給することで、高周波加熱コイル１３の過熱を防止することができる。

　図５に示すように、熱間加工装置によって鋼管Ｗを曲げ加工および焼き入れ処理した左右のフロントサイドフレーム３１，３１は車体前部に前後方向に配置され、その前端間にバンパービーム３２が接続されるとともに、その後部上面にエンジンルームおよび車室を仕切るバルクヘッドロアパネル３３が接続される。また前後方向中間部間に、エンジンおよびトランスミッションを結合したパワーユニット３４が左右のマウント部材３５，３５を介して支持される。

　フロントサイドフレーム３１は、その前半部分であるパワーユニット取付部３６と、その後半部分であるキックアップ部３７とを一体に備える。キックアップ部３７は前側の第１屈曲部３８および後側の第２屈曲部３９において屈曲することで、フロントサイドフレーム３１の後端から前方に向かって上方かつ左右方向（車幅方向）外側に延びている。パワーユニット取付部３６は側面視で概ね水平に延びているが、パワーユニット取付部３６に設けた第３屈曲部４０において平面視で車幅方向外側に凸に屈曲している。これらの第１～第３屈曲部３８，３９，４０は、鋼管Ｗを熱間加工装置によって曲げ加工することで形成される。

　フロントサイドフレーム３１は、第２屈曲部３９の位置に、その強度を部分的に低下させた第１脆弱部４１を備えるとともに、第３屈曲部４０の直前の位置に、その強度を部分的に低下させた第２脆弱部４２を備える。第１脆弱部４１はフロントサイドフレーム３１の曲がり部にあるので、全体的に焼き入れ処理されたフロントサイドフレーム３１の一部だけを焼き鈍し処理することで形成される。一方、第２脆弱部４２はフロントサイドフレーム３１の直線部にあるので、熱間加工時に高周波加熱コイル２６への通電を一時中止することで、その部分の焼き入れ処理を中断することで形成される。

　図６に示すように、熱間加工装置によって鋼管Ｗを曲げ加工および焼き入れ処理したフロントサイドフレーム３１の外周に高周波加熱コイル２６を緩く嵌合させて移動させ、高周波加熱コイル２６がフロントサイドフレーム３１の第１脆弱部４１および第２脆弱部４２の位置を通過するときだけ通電することで加熱を行い。その後に加熱部を徐冷して焼き鈍し処理を行うことで、全体的に焼き入れ処理が行われたフロントサイドフレーム３１に、焼き入れ処理が施されていない第１脆弱部４１および第２脆弱部４２を形成することができる。

　次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用について説明する。

　先ず、図１１に基づいてフロントサイドフレーム３１の折れ曲がり位置を判定するグラフの見方を説明する。

　フロントサイドフレーム３１に見立てた単純支持梁の中央部に荷重Ｆが作用したと仮定すると、単純支持梁に作用する曲げモーメントは両端の支持点でゼロであり、荷重Ｆの作用点において最大値をとる二等辺三角形状の分布となる（破線参照）。荷重Ｆの大きさが次第に増加すると、曲げモーメントの最大値も次第に増加する。水平に延びる実線は梁の耐力（折れ曲がらずに耐え得る最大曲げモーメント）を示しており、荷重Ｆの増加に応じて増加する曲げモーメントの最大値が前記耐力を超えると、その位置で梁は耐えきれずに折れ曲がることになる。

　図７（Ｂ）は実施の形態のフロントサイドフレーム３１を示すもので、第１屈曲部３８、第２屈曲部３９および第３屈曲部４０を備えており、第３屈曲部４０の前後でフロントサイドフレーム３１の軸線が車幅方向外側に凸に屈曲している。一方、図７（Ａ）は比較例のフロントサイドフレーム３１を示すもので、第１屈曲部３８および第２屈曲部３９を備えるのみで第３屈曲部４０を備えておらず、第３屈曲部４０に対応する位置でフロントサイドフレーム３１が屈曲せずに前後方向に直線状に延びている。

　さて、自動車の障害物との前面衝突によってフロントサイドフレーム３１の前端に後方を向く衝突荷重が入力したとき、障害物との間に車幅方向内向きの摩擦力が作用すると、フロントサイドフレーム３１に作用する荷重Ｆは前後方向の衝突荷重と前記摩擦力との合力になり、車幅方向内側に傾斜することになる。前記荷重Ｆは、フロントサイドフレーム３１の軸線方向の軸力と、軸線に直交する剪断力とに分解され、その剪断力に応じて曲げモーメントがフロントサイドフレーム３１の各部に作用することになる。

　比較例のフロントサイドフレーム３１は、前側のパワーユニット取付部３６が直線状であるため、その間の車幅方向内向きの剪断力Ｓ１′，Ｓ２′は一定である。一方、実施の形態のフロントサイドフレーム３１は、パワーユニット取付部３６が第３屈曲部４０を備えて車幅方向外側に凸に屈曲しているため、第３屈曲部４０の前では前記剪断力Ｓ１が大きくなり、第３屈曲部４０の後で前記剪断力Ｓ２が小さくなる。キックアップ部３７の形状は比較例および実施の形態で同一であるために剪断力も同一であり、第１屈曲部３８の後で剪断力Ｓ３′，Ｓ３の方向が逆転して車幅方向外側を向き、第２屈曲部３９の手前位置で剪断力Ｓ４′，Ｓ４の方向が再び逆転して車幅方向内側を向いている。

　図７の下側のグラフにおける２本の実線は、フロントサイドフレーム３１に右向きの曲げモーメントおよび左向きの曲げモーメントを加えたときの耐力を示しており、各々の耐力のラインの２個の窪みは、第１脆弱部４１および第２脆弱部４２による脆弱化で耐力が低下することを示している。

　二点鎖線は図７（Ａ）の比較例のフロントサイドフレーム３１に作用する曲げモーメントを示すもので、第１屈曲部３８の近傍のａ位置と第２屈曲部３９の近傍のｂ位置とで曲げモーメントが耐力に達し、ａ位置およびｂ位置の２カ所でフロントサイドフレーム３１が折れ曲がることを示している。

　破線は図７（Ｂ）の実施の形態のフロントサイドフレーム３１に作用する曲げモーメントを示すもので、第３屈曲部４０の前側部分の剪断力が増加することでｃ位置に向かって曲げモーメントが急激に増加し、第３屈曲部４０の後側部分の剪断力が減少することでｃ位置からａ位置に向かって曲げモーメントが緩やかに増加している。その結果、第３屈曲部４０の近傍のｃ位置と第２屈曲部３９の近傍のｂ位置とで曲げモーメントが耐力に達してフロントサイドフレーム３１が折れ曲がり、ａ位置では曲げモーメントが耐力に達しないためにフロントサイドフレーム３１は折れ曲がらない。

　以上のように、フロントサイドフレーム３１のパワーユニット取付部３６に第３屈曲部４０を持たない比較例では、キックアップ部３７の第１屈曲部３８および第２屈曲部３９の近傍でフロントサイドフレーム３１が折れ曲がるために、図８（Ａ）に示すようにフロントサイドフレーム３１の前端が後退する衝撃吸収ストロークが小さくなり、充分な衝撃吸収性能が得られない可能性がある。一方、フロントサイドフレーム３１のパワーユニット取付部３６に第３屈曲部４０を持つ実施の形態では、パワーユニット取付部３６の第３屈曲部４０の近傍およびキックアップ部３７の第２屈曲部３９の近傍でフロントサイドフレーム３１が折れ曲がるために、図８（Ｂ）に示すようにフロントサイドフレーム３１の前端が後退する衝撃吸収ストロークが大きくなり、充分な衝撃吸収性能を得ることができる。

　しかも鋼管Ｗを熱間加工装置で曲げ加工および焼き入れ処理して自動車のフロントサイドフレーム３１を形成した後に、鋼管Ｗの焼き鈍し処理によって第１脆弱部４１および第２脆弱部４２を後加工することで、焼き鈍し処理によって形成される第１脆弱部４１および第２脆弱部４２は内部応力が除去されて均一に軟化された内部組織となり、通常時には車体剛性を確保しながら、衝突荷重の入力時には第１脆弱部４１および第２脆弱部４２の断面全体で衝突エネルギーを吸収することができる。

　次に、図９に基づいて本発明の第２の実施の形態および第３の実施の形態を説明する。
[第２および第３の実施の形態]
　第１の実施の形態では、第２脆弱部４２が第３屈曲部４０の前側にオフセットして設けられているが、図９（Ａ）に示すように、第２の実施の形態では第２脆弱部４２が第３屈曲部４０の位置に設けられており、図９（Ｂ）に示すように、第３の実施の形態では第２脆弱部４２が第３屈曲部４０の後側にオフセットして設けられている。すなわち、第２脆弱部４２は第３屈曲部４０の近傍に設けられていれば良く、第１の実施の形態と同様の作用効果を達成しながら、第２脆弱部４２の位置を変化させてフロントサイドフレーム３１の設計自由度を高めることができる。

　図９（Ａ）の第２の実施の形態では、第２脆弱部４２が第３屈曲部４０の位置に設けられており、熱間加工時に第３屈曲部４０の加熱を中止することができないため、焼き入れ処理された第３屈曲部４０を焼き鈍し処理することで第２脆弱部４２を形成する必要がある。一方、図９（Ｂ）の第３の実施の形態では、第２脆弱部４２が第３屈曲部４０の位置からオフセットして設けられており、熱間加工時に第３屈曲部４０の加熱を中止することができるため、その部分の焼き入れ処理を行わないことで第２脆弱部４２を形成することができる。

　次に、図１０に基づいて本発明の第４の実施の形態～第８の実施の形態を説明する。
[第４～第８の実施の形態]
　図１０（Ａ）に示す第４の実施の形態は、第３屈曲部４０の前側が前後方向に沿って延び、第３屈曲部４０の後側が車幅方向内側に傾斜している。図１０（Ｂ）～図１０（Ｄ）は、１屈曲部３８、第２屈曲部３９および第３屈曲部４０に加えて第４屈曲部４３を備える実施の形態を示すもので、図１０（Ｂ）の第５の実施の形態は第３屈曲部４０の前側に第４屈曲部４３を備え、図１０（Ｃ）の第６の実施の形態は第３屈曲部４０の後側に第４屈曲部４３を備え、図１０（Ｄ）の第７の実施の形態は第３屈曲部４０の前側および後側に二つの第４屈曲部４３，４３を備えている。図１０（Ｅ）に示す第８の実施の形態は、第３屈曲部４０の後側に第４屈曲部４３を備え、第４屈曲部４３の後側が前後方向に沿って延びている。

　これらの実施の形態の何れもが、フロントサイドフレーム３１が第３屈曲部４０において車幅方向外側に凸に屈曲するため、第１の実施の形態と同様の作用効果を達成することができるだけでなく、第４屈曲部４３を設けることが可能になってフロントサイドフレーム３１の形状の設計自由度が増加する。

　次に、図１２～図１５に基づいて本発明の第９の実施の形態を説明する。
[第９の実施の形態]
　図１２および図１３に示すように、自動車の車体前部に前後方向に配置される左右のフロントサイドフレーム３１は、前側のパワーユニット取付部３６と後側のキックアップ部３７とを一体に連結して構成される。パワーユニット取付部３６は概ね直線状の部材であって、側面視で略水平に配置され、平面視で車体中心線と平行に配置される。キックアップ部３７は側面視および平面視で概ねＳ字状に屈曲する部材であって、前から後に向かって順番に前側屈曲部１１４、中間部１１５および後側屈曲部１１６を備える。パワーユニット取付部３６の後端に接続される前側屈曲部１１４は、後方に向かって下方および左右方向（車幅方向）内側に屈曲する。前側屈曲部１１４の後端に連なる中間部１１５は、後方側が下方および左右方向（車幅方向）内側に傾斜して配置される。中間部１１５の後端に連なる後側屈曲部１１６は、後方に向かって上方および左右方向（車幅方向）外側に屈曲し、側面視で略水平かつ平面視で車体中心線と平行に配置される。

　フロントサイドフレーム３１のパワーユニット取付部３６は、鋼板をロールフォーミングして多角形（上底を下にした台形）の閉断面に形成した第１管状中空部材１１７および第２管状中空部材１１８を、上下方向に重ね合わせて溶接で結合して構成される。またフロントサイドフレーム３１のキックアップ部３７は、鋼板をプレス加工した第１～第３板金部材１１９，１２０，１２１を溶接で結合して閉断面に構成される。

　図１４には、フロントサイドフレーム３１の六つの位置Ａ～Ｆにおける断面形状が示されており、位置Ａはパワーユニット取付部３６に対応し、位置Ｂはキックアップ部３７の前側屈曲部１１４の前部に対応し、位置Ｃはキックアップ部３７の前側屈曲部１１４の後部に対応し、位置Ｄはキックアップ部３７の中間部１１５の前部に対応し、位置Ｅはキックアップ部３７の中間部１１５の後部に対応し、位置Ｆはキックアップ部３７の後側屈曲部１１６に対応する。

　位置Ａに対応するパワーユニット取付部３６の断面は、下向きにテーパーする台形状断面の第１管状中空部材１１７の下方に、下向きにテーパーする台形状断面の第２管状中空部材１１８を重ね合わせたもので、全体的に下向きにテーパーする台形状断面を構成する。位置Ａにおける断面の縦横比λ、つまり（高さｂ）／（左右方向幅ａ）は１よりも大きく、よって縦長の断面になっている。また第１、第２管状中空部材１１７，１１８は各々４本の稜線を有するため、それらの稜線によって強度が高められる。

　位置Ｂに対応するキックアップ部３７の前側屈曲部１１４の前部の断面は、上向きに開口する溝形断面の第１板金部材１１９の開口部に上向きに開口する溝形断面の第２板金部材１２０の底部を溶接し、更に第２板金部材１２０の開口部に平板状の第３板金部材１２１を溶接したもので、全体的に前記位置Ａと同様に下向きにテーパーする台形状断面を構成する。尚、位置Ｂの断面に鎖線で示すように、パワーユニット取付部３６の後端はキックアップ部３７の前端に挿入されて溶接で一体に結合される。このとき、第１、第２管状中空部材１１７，１１８の８本の稜線と、第１～第３板金部材１１９～１２１の６本の稜線とが直列に連なることで、パワーユニット取付部３６からキックアップ部３７への荷重に伝達をスムーズに行わせてフロントサイドフレーム３１の強度を高めることができる。　　　

　位置Ｃに対応するキックアップ部３７の前側屈曲部１１４の後部の断面は、上述した位置Ｂの断面と基本的に同じであるが、その高さの減少によって縦横比λが減少している。　　　

　位置Ｄに対応する中間部１１５の前部の断面は、左右方向の幅が増加して上向きに開口する溝形断面の第１板金部材１１９の開口部に平板状になった第２板金部材１２０を溶接し、更に第２板金部材１２０上面にハット状になった第３板金部材１２１を溶接したものであり、縦横比λが１よりも小さい横長の断面形状に変化している。

　位置Ｅに対応する中間部１１５の後部の断面は、前記位置Ｄの断面から第３板金部材１１２１が途切れて無くなったものであり、縦横比λが更に小さい横長の断面形状に変化している。

　位置Ｆに対応する後側屈曲部１１６の断面は、前記位置Ｅの断面に比べて第１板金部材１１９の高さが増加し、縦横比λが若干増加している。また第２板金部材１２０の幅方向中央部に下向きに凹むビード１２０ａが形成されている。

　図１３および図１４から明らかなように、自動車が前面衝突したときにフロントサイドフレーム３１に加わる軸力、左右曲げモーメントおよび上下曲げモーメントは、その長手方向に沿って変化する。

　すなわち、軸力は、パワーユニット取付部３６の全域（位置Ａ）およびキックアップ部３７の前側屈曲部１１４の前部（位置Ｂ）おいて高く、前側屈曲部１１４の後部（位置Ｃ）および中間部１１５の前部（位置Ｄ）において中程度に減少し、中間部１１５の後部（位置Ｅ）および後側屈曲部１１６（位置Ｆ）において低くなる。

　また左右曲げモーメントの絶対値は、パワーユニット取付部３６の全域（位置Ａ）において低い状態から高い状態まで変化し、前側屈曲部１１４の前部（位置Ｂ）および前側屈曲部１１４の後部（位置Ｃ）において中程度になり、中間部１１５の前部（位置Ｄ）において高くなり、中間部１１５の後部（位置Ｅ）において中程度になり、後側屈曲部１１６（位置Ｆ）において低くなる。

　また上下曲げモーメントの絶対値は、パワーユニット取付部３６の全域（位置Ａ）において低い状態から高い状態まで変化し、前側屈曲部１１４の前部（位置Ｂ）で高くなり、前側屈曲部１１４の後部（位置Ｃ）において中程度になり、中間部１１５の前部（位置Ｄ）および中間部１１５の後部（位置Ｅ）において低くなり、後側屈曲部１１６（位置Ｆ）において高くなる。

　尚、図１３のグラフにおいて、左右曲げモーメントおよび上下曲げモーメントは、横軸（モーメント＝０）の上下で曲げ方向が逆であることを示している。

　フロントサイドフレーム３１の各部の断面形状は、上述した軸力、左右曲げモーメントおよび上下曲げモーメントの変化に応じて設定される。具体的には、パワーユニット取付部３６（位置Ａ）では、各々４本、合計８本の稜線を有する第１管状中空部材１１７および第２管状中空部材１１８によって高い軸力に対応している。またキックアップ部３７の前側屈曲部１１４の前部（位置Ｂ）では、第１～第３板金部材１１９～１２１の合計６本の稜線と、第１～第３板金部材１１９～１２１の合計４本のフランジ結合部とによって高い軸力に対応している。また前側屈曲部１１４の後部（位置Ｃ）では、上下曲げモーメントの減少に応じて断面の高さを減少させて重量の軽減を図っている。

　また中間部１１５の前部（位置Ｄ）では、左右曲げモーメントの増加に応じて断面の左右幅を増加させるとともに、上下曲げモーメントの減少に応じて断面の高さを減少させることで、縦横比λを減少させている。また中間部１１５の後部（位置Ｅ）では軸力およびモーメントが共に減少しているため、第３板金部材１２１を廃止して重量の軽減を図っている。また後側屈曲部１１６（位置Ｆ）では、上下曲げモーメントが増加するため、断面の高さを増加させるとともに、圧縮側となる第２板金部材１２０にビード１２０ａを設けて対応している。

　図１５は、フロントサイドフレーム３１の入力／耐力の比が、その長手にどのように変化するかを示すグラフであり、実線はフロントサイドフレーム３１の全体を管状中空部材で構成した場合を示し、破線はフロントサイドフレーム３１の全体を板金部材で構成した場合を示している。

　入力は自動車が前面衝突したときにフロントサイドフレーム３１に加わる衝突荷重であり、耐力はフロントサイドフレーム３１が折れ曲がらずに耐える荷重である。入力／耐力が１００％を超えると、その位置でフロントサイドフレーム３１が折れ曲がって衝突エネルギーを吸収する位置であり、実施の形態ではａ、ｂ、ｃで示す３個所でフロントサイドフレーム３１が折れ曲がるように設定される。

　フロントサイドフレーム３１を折り曲げるａ、ｂ、ｃの３個所以外の位置では、入力／耐力を８０％程度に抑えることで、２０％のマージンをもってフロントサイドフレーム３１の折れ曲がりを防止する。このとき、入力／耐力が８０％よりも大幅に低くなると、フロントサイドフレーム３１が過剰な強度を有して重量が無駄に増加するため、入力／耐力は８０％よりも僅かに低い位置にあることが望ましい。

　しかしながら、フロントサイドフレーム３１の全体を管状中空部材で構成した場合（実線参照）には、キックアップ部３７のｄ位置およびｅ位置で強度が過剰になって入力／耐力が８０％よりも遥かに低くなり、重量が無駄に増加することがわかる。一方、フロントサイドフレーム３１の全体を板金部材で構成した場合（破線参照）には、パワーユニット取付部３６の後端のｆ位置で強度が不足になって入力／耐力が８０％を大きく超えてしまい、そのｆ位置でフロントサイドフレーム３１が折れ曲がってしまう可能性がある。

　本実施の形態では、フロントサイドフレーム３１のパワーユニット取付部３６を管状中空部材で構成し、フロントサイドフレーム３１のキックアップ部３７を板金部材で構成することで、フロントサイドフレーム３１をａ、ｂ、ｃの３個所で折り曲げるための強度分布を確保しながら、フロントサイドフレーム３１の他の部分の強度が過剰になるのを防止して重量を最大限に削減することができる。

　以上のように、フロントサイドフレーム３１のパワーユニット取付部３６およびキックアップ部３７では、そこに作用する軸力およびモーメントの変化特性が異なるため、大きな軸力が作用するパワーユニット取付部３６を、多くの稜線を有する第１管状中空部材１１１７および第２管状中空部材１１８で必要な強度を確保しながら、モーメントの変化が激しいキックアップ部３７では第１～第３板金部材１１９～１２１を組み合わせてきめ細かい強度分布を実現することで、強度が過剰になるのを防止してフロントサイドフレーム３１の軽量化を図ることができる。

　次に、図１６および図１７に基づいて本発明の第１０の実施の形態を説明する。
[第１０の実施の形態]
　第１０の実施の形態のフロントサイドフレーム３１の構造は、基本的に第９の実施の形態のフロントサイドフレーム３１と同じであり、前側の直線状に伸びるパワーユニット取付部３６と、後側のＳ字状に屈曲するキックアップ部３７とで構成される。但し、第９の実施の形態のフロントサイドフレームのキックアップ部３７が同一板厚の第１～第３板金部材１１９～１２１で構成されているのに対し、第１０の実施の形態のフロントサイドフレーム３１のキックアップ部３７は板厚が異なる第１～第３板金部材１１９～１２１で構成されるもので、第１板金部材１１９の板厚が第２板金部材１２０および第３板金部材１１２１の板厚よりも厚く設定されている点で異なっている。

　パワーユニット取付部３６の位置Ａでの断面は、第１管状中空部材１１７および第２管状中空部材１１８を上下方向に溶接で結合して構成されるが、第１管状中空部材１１７の下面の左右幅は第２管状中空部材１１８の上面の左右幅よりも大きくなっており、その結合部において段差が形成されている。

　キックアップ部３７の位置Ｂおよび位置Ｃでの断面は、上向きに開口する段部１１９ａ，１１９ａ付きの溝形断面の第１板金部材１１９の開口部に平板状の第２板金部材１２０を溶接して構成されている。縦横比λは共に１よりも大きくなっており、その断面形状は縦長である。

　キックアップ部３７の位置Ｄでの断面は、同じく第１板金部材１１９および第２板金部材１２０を溶接して構成されるが、第１板金部材１１９は高さが急激に減少して段部１１９ａ，１１９ａも消滅しており、第２板金部材１２０はハット状に変化している。縦横比λは１よりも小さくなっており、その断面形状は横長に変化している。

　キックアップ部３７の位置Ｅでの断面は、上向きに開口する溝形断面の第３板金部材１１２１の内部に高さが更に減少した第１板金部材１１９が重ね合わされ、第１、第３板金部材１１９，１２１の開口部に第２板金部材１２０の平坦になった後部を溶接して構成される。縦横比λはこの位置で最小になっている。

　キックアップ部３７の位置Ｆでの断面は、上向きに開口する溝形断面の第３板金部材１１２１の開口部に、溝形断面から平板状に変化した第１板金部材１１９を溶接して構成されており、第１板金部材１１９には前後方向に延びる２本のビード１１９ｂ，１１９ｂが設けられる。縦横比λは増加に転じているが、依然として１よりも小さくなっている。

　これらの断面形状が選定された理由は、第９の実施の形態（図１４参照）と基本的に同じであるが、異なる点について説明する。

　位置Ｂにおいて、第９の実施の形態では第１～第３板金部材１１９～１２１が合計６本の稜線を備えているのに対し、第１０の実施の形態では第１、第２板金部材１１９，１２０が合計４本の稜線しか備えていないため、第１板金部材１１９の側面に段部１１９ａ，１１９ａを形成して剛性を高めることで、高軸力に耐え得るように考慮されている。しかも、下方への大きな曲げモーメントに耐え得るように、圧縮側となる第１板金部材１１９に厚板を用いている。

　位置Ｆにおいて、上方への大きな曲げモーメントに耐え得るように、圧縮側となる第３板金部材１１９に厚板を用いるとともに、２本のビード１１９ｂ，１１９ｂを形成している。

　この第１０の実施の形態によっても、上述した第９の実施の形態と同様の作用効果を達成することができる。

　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、実施の形態では第１脆弱部４１および第２脆弱部４２を焼き鈍し処理により形成しているが、それを開口部、切欠き、折れビード等によって形成しても良い。

　また第１、第２管状中空部材１１７，１１８の断面形状は台形に限定されるものではなく、長方形や正方形の多角形、あるいは多角形以外の閉断面であっても良い。

　またキックアップ部３７を構成する板金部材の数は実施の形態の３個に限定されず、複数個であれば良い。

Claims

　車体前部に前後方向に配置されるフロントサイドフレーム（３１）が一定断面を有する管状中空部材で構成され、前記フロントサイドフレーム（３１）はパワーユニット（３４）が取り付けられるパワーユニット取付部（３６）の後方に前側の第１屈曲部（３８）と後側の第２屈曲部（３９）とを備える自動車のフロントサイドフレーム構造において、
　前記フロントサイドフレーム（３１）は前記パワーユニット取付部（３６）の前方に車幅方向外側に凸に屈曲する第３屈曲部（４０）を備え、前記第２屈曲部（３９）の近傍に該フロントサイドフレーム（３１）の他の部分に比べて脆弱な第１脆弱部（４１）が形成されるとともに、前記第３屈曲部（４０）の近傍に該フロントサイドフレーム（３１）の他の部分に比べて脆弱な第２脆弱部（４２）が形成されることを特徴とする自動車のフロントサイドフレーム構造。
　前記フロントサイドフレーム（３１）は焼き入れ処理により強度が高められることを特徴とする、請求項１に記載の自動車のフロントサイドフレーム構造。
　前記フロントサイドフレーム（３１）は前記第３屈曲部（４０）の前方あるいは後方に更に他の屈曲部（４３）を備えることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の自動車のフロントサイドフレーム構造。
　前記第３屈曲部（４０）の近傍の第２脆弱部（４２）は、該第３屈曲部（４０）の位置から前方あるいは後方にオフセットしていることを特徴とする、請求項１～請求項３の何れか１項に記載の自動車のフロントサイドフレーム構造。
　前記フロントサイドフレーム（３１）は、鋼管送出装置（１１）から鋼管（Ｗ）を長手方向に沿って送出し、前記鋼管送出装置（１１）から送出された前記鋼管（Ｗ）を高周波加熱コイル（１３）で加熱し、前記高周波加熱コイル（１３）で加熱された前記鋼管（Ｗ）を曲げ装置（１５）で曲げ加工し、前記曲げ装置（１５）で曲げ加工された鋼管（Ｗ）を冷却装置（１４）で冷却して焼き入れ処理することで製造されることを特徴とする、請求項１～請求項４の何れか１項に記載の自動車のフロントサイドフレーム構造。
　前記第２脆弱部（４２）は前記第３屈曲部（４０）上にあり、前記第２脆弱部（４２）は焼き入れ処理された前記フロントサイドフレーム（３１）の一部を焼き鈍し処理することで形成されることを特徴とする、請求項５に記載の自動車のフロントサイドフレーム構造。
　前記パワーユニット取付部（３６）は２本の管状中空部材（１１７，１１８）を上下に重ね合わせて構成され、前記キックアップ部（３７）は少なくとも２個の板金部材（１１９～１２１）を組み合わせて閉断面に構成されることを特徴とする、請求項１に記載の自動車のフロントサイドフレーム構造。
　前記管状中空部材（１１７，１１８）は多角形断面を有することを特徴とする、請求項７に記載の自動車のフロントサイドフレーム構造。
　前記管状中空部材（１１７，１１８）の稜線に前記板金部材（１１９～１２１）の稜線を接続したことを特徴とする、請求項８に記載の自動車のフロントサイドフレーム構造。
　前記キックアップ部（３７）は前側の第１屈曲部（１１４）と後側の第２屈曲部（１１６）とを有してＳ字状に屈曲し、前記第１、第２屈曲部（１１４，１１６）に挟まれた中間部（１１５）の縦横比（λ）は１未満であることを特徴とする、請求項７～請求項９の何れか１項に記載の自動車のフロントサイドフレーム構造。
　前記中間部（１１５）から前記第２屈曲部（１１６）に向かって前記縦横比（λ）が増加することを特徴とする、請求項１０に記載の自動車のフロントサイドフレーム構造。