(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の車体パネルと、この車体パネルに沿って前後方向に延び且つ車体パネルを含む閉断面を形成するフレーム部材とを備えた車体構造において、
前記フレーム部材はその前後部位の高さが変化したキックアップ部を備え、
前記フレーム部材の閉断面内に、少なくとも前記キックアップ部の範囲にわたってフレーム部材に沿って配設されたパイプ状部材が取付けられ、
前記パイプ状部材は前記キックアップ部の後方へ延びる後端部分を有し、この後端部分は断面「山」の字形の閉断面部に形成され、この断面「山」の字形の閉断面部の左右両側面と底面は前記フレーム部材の内面に沿う形状に形成された、
ことを特徴とする自動車の車体構造。
【請求項２】
前記パイプ状部材は車体パネルとフレーム部材の双方に接合されたことを特徴とする請求項１に記載の自動車の車体構造。
【請求項３】
前記車体パネルはプレス成形により成形された部材であり、前記パイプ状部材はハイドロフォームにより成形された部材であることを特徴とする請求項１又は２に記載の自動車の車体構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車の車体構造に関し、特に部品点数を削減して軽量化しつつ車体の剛性強度を高めたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の車体構造は、通常、前部車体構造、フロア構造、側部車体構造、カウル部構造、後部車体構造、ルーフ構造などからなる。
前記車体構造のうちの特に剛性、強度の必要な部位には、車体パネルと協働して閉断面を形成するやや厚手の板材からなるフレーム部材（左右１対のフロントフレーム、左右１対のリヤフレーム、複数のクロスメンバ等々）が設けられている。
【０００３】
前記フロントフレームは車体パネルとしてのホイールエプロンと協働して閉断面を形成し、リヤフレームは車体パネルであるリヤフロアパネルと協働して閉断面を形成している。ここで、前記フレーム部材を補強する為に、フレーム部材の内部に複数の補強部材が設けられるが、この補強部材はやや厚手の板部材をプレス成形加工したもので、補強部材には溶接接合する為の接合フランジが形成され、接合フランジをスポット溶接することでフレーム部材に溶接接合される。尚、前記フレーム部材には、フロントやリヤのサスペンションのサスペンション支持部材や、エンジンを搭載するエンジンマウント用サブフレームが連結される。
【０００４】
一方、特開平８−３３７１８２号、特開平９−１５０７５２号、特開平１０−９５３６４号、特開平１０−９５３６５号、特開平９−３０３４５号、特開平１０−１３９５０号、特開平８−１９２２３８号等には、ハイドロフォームにより閉断面フレームを成形し、その閉断面フレームで車体フレームを構成する技術が記載されている。ハイドロフォームは、図１３に示すように、鋼や軽金属等のパイプ素材５０を上型５１と下型５２とから成る成形型５３内に収容し流体圧により拡張成形して閉断面フレーム５４に成形する技術である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の車体構造のうち、車体パネルと共に閉断面を形成するフレーム部材に、複数の板材からなる補強部材を組み込んだ構造では、補強部材をやや厚手の板材で構成し、接合フランジを介して溶接する構造であるため、補強の為の部品点数が多く、構造が複雑化し、補強部材の重量も重くなり、製作コストが高価になり、車体の軽量化を図る上で不利になる。
【０００６】
尚、前記公報には、ハイドロフォームで成形した閉断面フレームを用いてフレーム部材を作る技術は記載されているが、ハイドロフォームで成形した閉断面フレームを用いてフレーム部材を効果的に補強する技術については記載されてない。本発明の目的は、部品点数を削減して車体の軽量化を図りつつ車体の剛性強度を確実に高めることができる自動車の車体構造を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の自動車の車体構造は、車両の車体パネルと、この車体パネルに沿って前後方向に延び且つ車体パネルを含む閉断面を形成するフレーム部材とを備えた車体構造において、前記フレーム部材は、その前後部位の高さが変化したキックアップ部を備え、前記フレーム部材の閉断面内に、少なくとも前記キックアップ部の範囲にわたってフレーム部材に沿って配設されたパイプ状部材が取付けられ、前記パイプ状部材は前記キックアップ部の後方へ延びる後端部分を有し、この後端部分は断面「山」の字形の閉断面部に形成され、この断面「山」の字形の閉断面部の左右両側面と底面は前記フレーム部材の内面に沿う形状に形成されたことを特徴とするものである。
【０００８】
このフレーム部材の閉断面内に、フレーム部材の少なくともキックアップ部の範囲にわたって且つフレーム部材に沿って、フレーム部材を補強する為のパイプ状部材を取付けたので、１つのパイプ状部材でもってフレーム部材を効果的に補強することができる。即ち、パイプ状部材は閉断面構造で剛性強度に優れるためかなり薄肉状にすることができ、簡単にフレーム部材に溶接接合することもできるため、フレーム部材を補強する為の部品点数を削減でき、構造を簡単化でき、フレーム部材を補強する為の部材重量を小さくでき、製作コストを低減でき、車体重量を軽減する上でも有利である。
前記パイプ状部材は前記キックアップ部の後方へ延びる後端部分を有し、この後端部分は断面「山」の字形の閉断面部に形成され、この断面「山」の字形の閉断面部の左右両側面と底面は前記フレーム部材の内面に沿う形状に形成されている。
尚、前記フレーム部材のうちのキックアップ部のように湾曲した部分を、従来のような板材からなる補強部材で補強する場合は、複数の補強部材を組み合わせて補強することになり、部品点数が多く、構造が複雑化する。
【０００９】
請求項２の自動車の車体構造は、請求項１の発明において、前記パイプ状部材は車体パネルとフレーム部材の双方に接合されたことを特徴とするものである。基本的に請求項１と同様の作用を奏する。しかも、パイプ状部材が車体パネルとフレーム部材の双方に接合されたので、パイプ状部材に接合フランジを設けることなくパイプ状部材をフレーム部材と車体パネルとに強固に溶接接合することができ、パイプ状部材を介してフレーム部材の剛性、強度を確実に強化できる。
【００１２】
請求項３の自動車の車体構造は、請求項１又は２の発明において、前記車体パネルはプレス成形により成形された部材であり、前記パイプ状部材はハイドロフォームにより成形された部材であることを特徴とするものである。
金属製のパイプ素材を成形型内に収容してパイプ素材の内部に高圧の流体圧を充填するハイドロフォームにより成形することにより、ハイプ状部材を容易に成形することができ、閉断面構造のパイプ状部材は薄手のものでも剛性、強度に優れるため、このパイプ状部材でフレーム部材を補強することで、フレーム部材の剛性強度を確保することができ、車体重量の軽量化を図ることが可能になる。その他請求項１又は２と同様の作用を奏する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
自動車（車両に相当する）の車体構造は、前部車体構造、フロア構造、側部車体構造、カウル部構造、後部車体構造、ルーフ構造などからなる。
図１に示すように、前部車体構造にはその重要な強度部材としての左右１対のフロントフレーム１（フレーム部材に相当する）が配設され、後部車体構造にはその重要な強度部材としての左右１対のリヤフレーム２（フレーム部材に相当する）が配設されている。最初に、フロントフレーム１について説明し、次にリヤフレーム部材２について説明する。
【００１４】
図１、図２に示すように、各フロントフレーム１は、エンジンルームの下部の左右の側部に前後方向向きに配設され、その前側約２／３部分に対して後側約１／３部分は段落ち状に一体的に形成され、図示のようにフロントフレーム１の後部の途中部にはその前後部位の高さが変化したキックアップ部１ａであって側面視ほぼクランク形状のキックアップ部１ａが形成されている。
【００１５】
フロントフレーム１は、断面溝形にプレス成形された厚さ約２〜４ｍｍの鋼製の板材からなり、その前側約２／３部分は車幅方向外側に開口する溝形をなし、その後部約１／３部分は上方に開口する溝形をなしている。フロントフレーム１の前側約２／３部分はホイールエプロン３（車体パネルに相当する）と協働してホイールエプロン３を含む閉断面を形成し、フロントフレーム１の後側約１／３部分はダッシュボード１２の下部とフロアパネル４（車体パネルに相当する）と協働してそれらを含む閉断面を形成している。
【００１６】
フロントフレーム１の接合フランジ１ｂは、ホイールエプロン３やダッシュボードの下部やフロアパネル４に適当間隔おきにスポット溶接することでそれらと一体的に接合される。尚、ホイールエプロン３、ダッシュボード１２、フロアーパネル４は、夫々プレス成形された厚さ約１〜２ｍｍの鋼製の板材からなる。
【００１７】
図２に示すように、各フロントフレーム１の閉断面内には、フロントフレーム１に沿って、補強の為の鋼製のパイプ状部材５（肉厚約１〜３ｍｍ）が設けられ、このパイプ状部材５は少なくともキックアップ部１ａの範囲とその前後の範囲に亙る状態に配設されている。つまり、パイプ状部材５は、フロントフレーム１の前端部分を除くほぼ全長に亙って設けられている。前記パイプ状部材５は、図３〜図７に黒丸印で示すように、フロントフレーム１、ホイールエプロン３、ダッシュボード１２及びフロアパネル４に複数の個所においてスポット溶接にて接合される。
【００１８】
即ち、図３〜図７に示すように、パイプ状部材５の前半部は、フロントフレーム１とホイールエプロン３の双方に溶接接合され、パイプ状部材５のうちのキックアップ部１ａの傾斜状部に対応する部分は、フロントフレーム１とダッシュパネル１２の双方に溶接接合され、パイプ状部材５のうちのほぼ水平な後端部分は、フロントフレーム１とフロアパネル４の双方に溶接接合される。
【００１９】
パイプ状部材５は、通称「ハイドロフォーム」と称する成形方法により成形されるものであるため、各位置における断面形状を、図４〜図７に示すように自由にフロントフレーム１内の溝の形状やその他の要請に適した自由の形状に設定することができる。即ち、図４に示すように、パイプ状部材５は、ホイールハウスの付近ではほぼ逆台形状断面をなし、その後方の位置では、図５、図６に示すようにほぼ矩形状断面をなし、キックアップ部１ａに対応する位置では図６に示すようにほぼ８角形断面をなし、キックアップ部１ａの後方へ延びる後端部分では図７に示すように断面「山」の字形の閉断面部に形成され、この断面「山」の字形の閉断面部の左右の両側面と底面はフロントフレーム１の内面に沿う形状に形成されている。
【００２０】
図５に示すように、パイプ状部材５の上下の壁部には、鉛直方向に貫通する貫通穴５ａが形成され、この貫通穴５ａに挿入されたボルト６が、そのネジ部６ａをフロントフレーム１よりも下方に突出させて設けられ、このボルト６によりエンジンを搭載して支持する為のエンジン搭載用サブフレーム（図示略）が連結される。
【００２１】
前記パイプ状部材５は鋼製のパイプ素材からハイドロフォームにより成形された部材であり、ホイールエプロン３、ダッシュパネル１２、フロアパネル４等は鋼製板材をプレス成形して成形された部材である。パイプ状部材５をハイドロフォームにより成形する場合、所定の成形型内にパイプ素材を収容し、そのパイプ素材内に高圧の油圧を充填することで成形することができる。そのため、１本の連続したパイプ素材から図２〜図７に示すような形状のパイプ状部材５を簡単に安価に成形することができる。しかも、パイプ状部材５によりフロントフレーム１を補強する場合には、従来の板材からなる補強部材を複数用いてフロントフレーム１を補強する場合に比べて、補強の為の部品点数を減らし、構造を格段に簡単化し、補強の為の部品重量を格段に軽減し、剛性と強度を大幅に向上させることができ、車体の軽量化を図ることができる。
【００２２】
次に、リヤフレーム２について説明する。
図１、図８に示すように、自動車の後部車体構造には、前後方向に延びる左右１対のリヤフレーム２が設けられ、これらリヤフレーム２はリヤフロアパネル７とトランクフロアパネル８（これらは車体パネルに相当し、板材をプレス成形して製作される）の下面側に配設されてリヤフロアパネル７やトランクフロアパネル８を含む閉断面を形成する。各リヤフレーム２は、断面溝形にプレス成形された厚さ約２〜４ｍｍの鋼製の板材からなり、各リヤフレーム２は、リヤフロアパネル７とトランクフロアパネル８の形状に沿って緩慢な階段状に後方上がりに傾斜した形状をなし、各リヤフレーム２の上端部には１対の接合フランジ２ａが形成され、これら接合フランジ２ａを介してリヤフロアパネル７とトランクフロアパネル８に溶接接合される。
【００２３】
図９〜図１２に示すように、各リヤフレーム２の閉断面内には、補強の為の鋼製のパイプ状部材９（肉厚約１〜３ｍｍ）がリヤフレーム２に沿って配設されている。但し、パイプ状部材９は、リヤフレーム２の閉断面内の前端部分と後端部分を除くほぼ全長に亙る状態に設けられている。このパイプ状部材９は複数個所においてスポット溶接によりリヤフレーム２とフロアパネル７，８に接合され、或いは、図１２に示すようにボルト・ナット１３によりリヤフレーム２に固定されている。尚、パイプ状部材９の上面の開口部９ａは組立の際にナットや工具を挿入する為に形成された作業孔である。
【００２４】
図８、図１０に示すように、パイプ状部材９の長さ方向の複数箇所において、パイプ状部材９の上下の壁部には、鉛直方向に貫通する貫通穴９ｂが形成され、この貫通穴９ｂにはボルト１０が上方から挿通され、そのネジ部がリヤフレーム２よりも下方に突出され、そのボルト１０によりサブフレーム１１がリヤフレーム２とパイプ状部材９に取付けられ、車両に設けられたサスペンションはサブフレーム１１を介してリヤフレーム２とパイプ状部材９に連結される。
【００２５】
図１１に示すように、パイプ状部材９の後端部の左右両側下部には、後方から衝突を受けたときに変形しやすくする為の複数のビード９ｃが適当間隔置きに形成されている。前記パイプ状部材５と同様に、このパイプ状部材９もハイドロフォームにより成形され、パイプ状部材５の前側約３／４部分は、図１０に示すように、リヤフレーム２の溝内にぴったりと嵌まる矩形断面をなし、パイプ状部材５の後側約１／４部分は、図９に示すようにリヤフレーム２の溝内に嵌まる６角形断面をなしている。
【００２６】
リヤフレーム２とパイプ状部材９においては、パイプ状部材９をハイドロフォームで成形するので、１本の連続したパイプ素材から図８〜図１２に示すような形状のパイプ状部材９を簡単に安価に成形することができる。
しかも、パイプ状部材９によりリヤフレーム２を補強する場合には、従来の板材からなる補強部材を複数用いてリヤフレーム２を補強する場合に比べて、補強の為の部品点数を減らし、構造を格段に簡単化し、補強の為の部品重量を格段に軽減し、剛性と強度を大幅に向上させることができ、車体の軽量化を図ることができる。
【００２７】
次に、本実施形態を部分的に変更した変更形態について説明する。
１）パイプ状部材５，９を、フロントフレームやリヤフレーム以外のフレーム部材であって、種々の車体パネルと協働した車体パネルを含む閉断面を形成する他のフレーム部材に設けることもできる。
２）車体の各部位における剛性、強度の違いに応じて、例えばパイプ状部材５，９或いはそれに代わるパイプ状部材を、肉厚や材質の異なる複数のパイプ素材を溶接接合して連続化したパイプ素材からハイドロフォームにより一体成形し、必要十分な剛性強度を確保するようにしてもよい。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を付加した形態で実施可能である。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、車体パネルに沿って延び車体パネルを含む閉断面を形成するフレーム部材の閉断面内に、フレーム部材の少なくともキックアップ部の範囲にわたって且つフレーム部材に沿って、フレーム部材を補強する為のパイプ状部材を取付けたので、１つのパイプ状部材でもってフレーム部材を効果的に補強することができる。即ち、パイプ状部材は閉断面構造で剛性強度に優れるためかなり薄肉状にすることができ、簡単にフレーム部材に溶接接合することもできるため、フレーム部材を補強する為の部品点数を削減でき、構造を簡単化でき、フレーム部材を補強する為の部材重量を小さくでき、製作コストを低減でき、車体重量を軽減する上でも有利である。
前記パイプ状部材は前記キックアップ部の後方へ延びる後端部分を有し、この後端部分は断面「山」の字形の閉断面部に形成され、この断面「山」の字形の閉断面部の左右両側面と底面は前記フレーム部材の内面に沿う形状に形成されたので、断面「山」の字形の閉断面部の左右両側面と底面を前記フレーム部材にスポット溶接等で強固に接合することができる。
【００２９】
請求項２の発明によれば、パイプ状部材を車体パネルとフレーム部材の双方に接合したので、パイプ状部材に接合フランジを設けることなくパイプ状部材をフレーム部材と車体パネルとに強固に溶接接合することができ、パイプ状部材を介してフレーム部材の剛性、強度を確実に強化できる。その他請求項１と同様の効果を奏する。
【００３２】
請求項３の発明によれば、車体パネルはプレス成形により成形された部材であり、パイプ状部材はハイドロフォームにより形成された部材であるが、金属製のパイプ素材を成形型内に収容してパイプ素材の内部に高圧の流体圧を充填するハイドロフォームにより成形することにより、パイプ状部材を容易に成形することができ、閉断面構造のパイプ状部材は薄手のもので剛性、強度に優れるため、このパイプ状部材でフレーム部材を補強することで、車体フレームとフレーム部材とで形成される閉断面部の剛性強度を格段に高めることができ、車体重量の軽量化を図ることができる。その他請求項１又は２と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る自動車の車体構造の概略分解斜視図である。
【図２】フロントフレーム拡大斜視図である。
【図３】図２のＩＩＩ  −  ＩＩＩ線断面図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】図２のＶ  −  Ｖ線断面図である。
【図６】図２のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】図２のＶＩＩ  −  ＶＩＩ線断面図である。
【図８】リヤフレームの拡大斜視図である。
【図９】図８のＩＸ−ＩＸ線断面図である。
【図１０】図８のＸ  −Ｘ  線断面図である。
【図１１】リヤフレームを補強するパイプ状部材の後端部の拡大斜視図である。
【図１２】図１１のＸＩＩ  −ＸＩＩ  線断面図である。
【図１３】（ａ）はハイドロフォームによる成形を行う成形装置の正面図、（ｂ）は成形型とパイプ素材の断面図、（ｃ）は流体圧で拡張成形後の状態における成形型とパイプ素材の断面図である。
【符号の説明】
１          フロントフレーム
１ａ        キックアップ部
２          リヤフレーム
３          ホイールエプロン
４          フロアパネル
５，９      パイプ状部材
７          リヤフロアパネル
８          トランクフロアパネル
１１        サブフレーム
【図１】
0003627558.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003627558.tif 000009
【図９】
0003627558.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
0003627558.tif 000012
【図１２】
0003627558.tif 000013
【図１３】
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